KR20170014475A - 광학필름 제조장치 - Google Patents

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KR20170014475A
KR20170014475A KR1020150107912A KR20150107912A KR20170014475A KR 20170014475 A KR20170014475 A KR 20170014475A KR 1020150107912 A KR1020150107912 A KR 1020150107912A KR 20150107912 A KR20150107912 A KR 20150107912A KR 20170014475 A KR20170014475 A KR 20170014475A
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이은옥
조정민
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명에 의한 광학필름 제조장치는, 약액이 채워지는 약액조; 광학필름이 상기 약액조 내의 약액에 침지되도록 상기 광학필름의 이송경로를 가이드하는 가이드롤러; 내부로 유입된 고압유체를 외부로 분사하도록 구성되며, 상기 약액조 내의 약액에 침지되고 상기 광학필름과 사전에 설정된 거리 이상 이격되도록 장착되어, 상기 광학필름의 표면에 약액 기류를 발생시키는 기류순환롤러;를 포함한다. 본 발명에 의한 편광자 제조방법은, 친수성 고분자 필름의 염색 단계, 가교 단계, 수세 단계, 및 건조 단계를 포함하는 편광자 제조방법에 있어서, 상기 염색 단계와 가교 단계와 수세 단계는, 각각 염색조와 가교조와 수세조에 상기 친수성 고분자 필름을 일정 구간 침지하는 과정을 포함하되, 친수성 고분자 필름이 상기 염색조와 가교조와 수세조에 침지되는 동안 상기 친수성 고분자 필름의 상면에 약액기류를 발생시키도록 구성된다.

Description

광학필름 제조장치 {Apparatus for manufacturing optical film}
본 발명은 약액이 채워진 약액조 내에 광학필름을 침지시켜 상기 광학필름을 가공하는 광학필름 제조장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 약액의 정체구간에 기류를 발생시킴으로써 광학필름의 각 부위별 품질편차를 최소화시킬 수 있는 광학필름 제조장치에 관한 것이다.
액정표시장치(Liquid crystal display device, LCD)를 포함한 각종 화상표시장치에 사용되는 편광판은 통상 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA)계 필름에 2색성 색소가 흡착 배향된 편광자의 적어도 한 면에 트리아세틸셀룰로오스(triacetylcellulose, TAC) 필름으로 대표되는 편광자 보호필름이 적층된 구조를 가진다.
상기 편광자는 친수성 고분자 필름을 염색, 가교, 수세 및 건조시키는 과정을 통해 제작되며, 상기 광학필름을 염색, 가교, 수세할 때에는 염색액과 가교액과 수세액(이하 '약액'이라 약칭한다)이 채워진 염색조와 가교조와 수세조(이하 '약액조'라 약칭한다)를 순차적으로 통과시키는 방법을 사용한다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 광학필름(10)이 다수 개의 가이드롤러(40)에 걸쳐지도록 하여 일정 구간 동안 약액(20)에 침지되도록 한다. 이때, 광학필름(10) 주변에서의 약액(20) 기류가 없으면 광학필름(10)의 각 부위별로 염색, 가교, 수세가 불균일하게 이루어지는바, 편광자의 품질이 저하된다는 문제가 발생된다.
이때, 약액(20)에 기류를 발생시키기 위하여 약액조(30)의 바닥판에 기류노즐(32)이 장착될 수 있는데, 이와 같이 약액조(30)의 바닥판에 다수 개의 기류노즐(32)이 장착되더라도 광학필름(10)의 상부에 기류정체구간(S)이 발생되는 바, 편광자의 부위별로 품질 편차가 발생되는 문제를 해결하는 데에는 한계가 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 제조방법 즉, 편광판의 각 부위별 품질 편차를 줄이기 위한 '편광막의 염색방법(대한민국 공개특허 10-2006-0041143호)'과 '편광막을 제조하는 방법, 편광막, 및 이 편광막을 이용한 이미지 표시장치(대한민국 공개특허 10-2004-0093046호)'가 제안된 바 있다.
그러나 '편광막의 염색방법'은 염색조의 농도 및 시간을 조절하여 편광판의 염색 불균일 문제를 해결하도록 구성되므로, 폭방향의 편차는 줄일 수 있지만 낮은 농도로 인하여 생산성이 저하된다는 문제점이 있다.
또한, '편광막을 제조하는 방법, 편광막 및 이 편광막을 이용한 이미지 표시장치'는 연식거리의 범위를 한정하여 폭간 광학성능 편차를 개선할 수는 있지만, 연신 비율 조정만으로는 폭방향의 광학특성 편차를 완벽하게 조절할 수 없다는 문제점이 있다.
KR 10-2006-0041143 A KR 10-2004-0093046 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 광학필름의 폭방향 각 지점에 약액의 기류를 고르게 발생시켜 광학필름의 각 부위별 품질편차를 최소화시킬 수 있으면서 생산성을 극대화시킬 수 있는 광학필름 제조장치와, 상기와 같이 구성되는 광학필름 제조장치를 이용하여 편광자를 제조하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 광학필름 제조장치는, 약액이 채워지는 약액조; 광학필름이 상기 약액조 내의 약액에 침지되도록 상기 광학필름의 이송경로를 가이드하는 가이드롤러; 내부로 유입된 고압유체를 외부로 분사하도록 구성되며, 상기 약액조 내의 약액에 침지되고 상기 광학필름과 사전에 설정된 거리 이상 이격되도록 장착되어, 상기 광학필름의 표면에 약액 기류를 발생시키는 기류순환롤러;를 포함한다.
상기 기류순환롤러는, 길이방향이 상기 광학필름의 폭방향과 평행한 원통 형상으로 형성되며, 외부로부터 고압유체가 유입되는 내부유로와, 상기 내부유로 내의 고압유체를 외부로 분사시키는 다수 개의 분사공이 마련된다.
상기 기류순환롤러의 길이는 상기 광학필름의 폭보다 크게 제작되고, 상기 분사공은 상기 기류순환롤러의 외주면 중 상기 광학필름과 대응되는 부위 전체에 걸쳐 다수 개 마련된다.
상기 기류순환롤러는, 길이방향이 상기 광학필름의 폭방향과 평행한 원통 형상으로 형성되고, 길이가 상기 광학필름의 폭보다 크게 제작되며, 외부로부터 고압유체가 유입되는 내부유로와, 상기 광학필름보다 폭이 크게 제작되어 상기 내부유로 내의 고압유체를 외부로 분사시키는 다수 개의 분사노즐이 마련된다.
상기 약액조의 바닥면에는 상기 광학필름의 저면에 기류를 발생시키는 다수 개의 기류노즐이 구비되고, 상기 기류순환롤러는 상기 광학필름의 상면으로부터 상향으로 이격된 지점에 장착된다.
상기 기류순환롤러의 내측으로 약액을 고압으로 공급하는 유체주입펌프와, 상기 약액조 내의 약액을 상기 유체주입펌프로 리턴시키는 유체회송라인을 더 포함하며, 상기 유체주입펌프는, 외부로부터 추가적으로 공급되는 약액에 상기 유체회송라인을 통해 공급되는 약액을 더하여 상기 기류순환롤러로 공급하도록 구성된다.
상기 약액조는, 염색조와 가교조와 수세조 중 어느 하나로 적용된다.
본 발명에 의한 편광자 제조방법은, 친수성 고분자 필름의 염색 단계, 가교 단계, 수세 단계, 및 건조 단계를 포함하는 편광자 제조방법에 있어서, 상기 염색 단계와 가교 단계와 수세 단계는, 각각 염색조와 가교조와 수세조에 상기 친수성 고분자 필름을 일정 구간 침지하는 과정을 포함하되, 친수성 고분자 필름이 상기 염색조와 가교조와 수세조에 침지되는 동안 상기 친수성 고분자 필름의 상면에 약액기류를 발생시키도록 구성된다.
본 발명에 의한 광학필름 제조장치 및 편광자 제조방법을 이용하면, 광학필름의 폭방향 각 지점에 약액의 기류를 고르게 발생시켜 광학필름의 각 부위별 품질편차를 최소화시킬 수 있고, 광학필름의 이송속도를 빠르게 유지할 수 있어 광학필름의 생산성을 극대화시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 광학필름 제조장치의 수직단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 광학필름 제조장치의 수직단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 광학필름 제조장치에 포함되는 기류순환롤러의 사시도 및 횡단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 광학필름 제조장치에 포함되는 기류순환롤러 제2 실시예의 사시도 및 횡단면도이다.
도 7은 유체회송라인이 추가된 본 발명에 의한 광학필름 제조장치의 수직단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 광학필름 제조장치 및 편광자 제조방법의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 광학필름 제조장치의 수직단면도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 광학필름 제조장치에 포함되는 기류순환롤러의 사시도 및 횡단면도이다.
본 발명에 의한 광학필름 제조장치는 약액(20)이 채워진 약액조(30) 내에 광학필름(10)을 침지시켜 상기 광학필름(10)을 가공하기 위한 장치로서, 약액(20)이 채워지는 약액조(30)와, 광학필름(10)이 상기 약액조(30) 내의 약액(20)에 침지되도록 상기 광학필름(10)의 이송경로를 가이드하는 가이드롤러(40)를 기본 구성요소로 갖는다. 이때, 광학필름(10)을 염색하고자 하는 경우 상기 약액조(30)는 염색액이 채워진 염색조가 될 수 있고, 광학필름(10)을 가교하고자 하는 경우 상기 약액조(30)는 가교액이 채워지는 가교조가 될 수 있으며, 광학필름(10)을 세정하고자 하는 경우 상기 약액조(30)는 수세액이 채워진 수세조가 될 수 있다. 상기 염색조와 가교조와 수세조는 내부에 어떤 종류의 약액(20)이 채워지는가에 구성상의 차이가 있으나 광학필름(10)이 일정 구간 침지되도록 통과하면서 해당 공정이 수행된다는 점에 있어서는 유사하므로, 이하에서는 약액(20)이 채워지는 약액조(30)로 통칭하여 설명한다. 또한, 본 발명에 의한 광학필름 제조장치는 편광자 뿐만아니라 염색이나 가교 등이 요구되는 다양한 종류의 필름을 제조하는 용도로 활용될 수 있는데, 이하에서는 '광학필름(10)'으로 통칭하여 설명한다.
상기 언급한 바와 같이 광학필름(10)이 약액조(30) 내의 약액(20)에 침지되어 이송되는 동안 약액(20)에 기류가 발생되지 아니하면 약액(20) 입자와 광학필름(10) 간의 충돌 횟수가 적어지므로 광학필름(10)의 가공 효과가 떨어진다는 문제점 즉, 염색이나 가교, 수세 효과가 떨어진다는 문제점이 있다. 물론, 광학필름(10)의 이송이 진행됨에 따라 일정 수준의 약액 기류가 발생되기는 하지만, 광학필름(10)의 이송에 의해 발생되는 약액 기류는 속도가 매우 미약하므로 광학필름(10)을 효과적으로 염색이나 가교, 수세 하는 데에는 어려움이 있다. 또한, 상기 약액 기류가 기준치 이하로 미약한 경우에는 약액조(30) 내벽과의 마찰로 인하여 속도가 현저히 저감되는바, 광학필름(10)의 폭방향 부위별 색감 및 광학성능 편차가 크게 발생된다는 문제점이 있다.
본 발명에 의한 광학필름 제조장치는 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 상기 광학필름(10)의 표면에 약액 기류를 발생시키는 기류순환롤러(100)를 추가로 구비한다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다. 상기 기류순환롤러(100)는, 유체공급라인(210)을 통해 유체주입펌프(200)로부터 고압유체를 전달받는 내부유로(110)와, 상기 내부유로(110) 내의 고압유체를 외부로 분사시키는 다수 개의 분사공(120)이 마련되는바, 상기 분사공(120)으로부터 분사되는 유체의 압력에 의해 광학필름(10) 주변에 약액 기류가 발생된다.
상기 언급한 바와 같이 광학필름(10) 주변에 약액 기류가 고르게 발생되면, 약액(20) 입자가 광학필름(10)의 모든 부위에 고르게 접촉되는바, 상기 광학필름(10)은 각 부위별로 색감 및 광학성능이 보다 균일하게 가공된다는 장점이 있다.
한편, 상기 기류순환롤러(100)는 광학필름(10)의 폭방향 각 부위별로 약액 기류를 고르게 발생시킬 수 있도록, 길이방향이 광학필름(10)의 폭방향과 평행한 원통 형상으로 형성되고 길이가 광학필름(10)의 폭보다 크게 제작되고, 상기 분사공(120)은 기류순환롤러(100)의 외주면 중 광학필름(10)과 대응되는 부위 전체에 걸쳐 다수 개 마련될 수 있다. 이때, 기류순환롤러(100)에 형성되는 분사공(120)이 기류순환롤러(100)의 외주면 전체에 걸쳐 형성되면 각 분사공(120)을 통해 배출되는 유체의 압력이 저하되어 약액 기류의 속도가 기준치 이하로 떨어질 수 있으므로, 상기 분사공(120)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 종방향 중심축을 기준으로 어느 일측방향(도 4에서는 좌측방향)에만 형성될 수 있다. 물론, 기류순환롤러(100)의 내부로 공급되는 고압유체의 유량이 충분할 경우 상기 분사공(120)의 개수 및 형성지점은 도 3 및 도 4에 도시된 실시예보다 증가될 수도 있다.
또한, 본 실시예에 도시된 바와 같이 분사공(120)이 기류순환롤러(100)의 외주면 중 어느 일방향에만 형성되면 광학필름(10)의 상면 중 분사공(120)과 마주보는 일부에만 약액 기류가 발생될 우려가 있다. 따라서 상기 기류순환롤러(100)는 분사공(120)의 어느 일방향에만 형성되더라도 광학필름(10)의 상면 전체에 걸쳐 약액 기류를 고르게 발생시킬 수 있도록, 종방향 중심축을 회전축으로 자전 가능한 구조로 장착됨이 바람직하다.
이때, 상기 기류순환롤러(100)는 구동모터(미도시)의 회전력을 전달받아 자전하도록 구성되는데, 이와 같이 구동모터의 회전력으로 롤러를 회전시키는 동력전달 구조는 여러 분야에서 다양한 방식으로 상용화되어 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 약액 기류를 발생시키기 위하여 바닥면에 다수 개의 기류노즐(32)이 구비된 약액조(30)가 사용되는 경우도 있는데, 상기 기류노즐(32)은 광학필름의 저면 부위에만 약액 기류를 발생시킬 뿐 광학필름의 상면 부위에는 약액 기류를 발생시키지 못하므로, 광학필름의 상면을 각 부위별로 고르게 가공하지 못한다는 문제점이 있다. 이와 같은 경우 상기 기류순환롤러(100)는 상기 광학필름(10)의 상면으로부터 상향으로 이격된 지점에 장착되어, 광학필름(10)의 상면 부위에 약액 기류를 발생시키도록 구성됨이 바람직하다.
이와 같이 약액조(30) 바닥면에 기류노즐(32)이 구비되고 약액(20)에 침지된 광학필름(10)의 상측에 기류순환롤러(100)가 구비되면, 상기 광학필름(10)은 상면과 저면이 각 부위별로 고르게 가공될 수 있다는 효과 즉, 광학필름(10)의 상면과 저면 모두 각 부위별 색감 편차나 광학성능 편차가 거의 발생되지 아니한다는 효과를 얻을 수 있다.
물론, 약액조(30)의 바닥면에 기류노즐(32)이 구비되지 아니하는 경우, 광학필름(10)의 상면과 저면이 모두 고르게 가공될 수 있도록, 상기 기류순환롤러(100)는 약액(20)에 침지된 광학필름(10)의 상측과 하측에 모두 구비될 수도 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 광학필름 제조장치에 포함되는 기류순환롤러(100) 제2 실시예의 사시도 및 횡단면도이다.
본 발명에 포함되는 기류순환롤러(100)는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 내부유로(110)로 유입된 고압유체가 분사슬롯(132)이 형성된 분사노즐(130)을 통해 외부로 분사되도록 구성될 수 있다.
상기 분사노즐(130)은 광학필름(10)보다 큰 폭을 갖는 와이드 형태로 제작되고, 상기 분사노즐(130)에 형성된 분사슬롯(132) 역시 광학필름(10)의 폭방향으로 길게 형성되는바, 기류순환롤러(100) 내부로 유입된 고압유체는 분사노즐(130)을 통해 광학필름(10)의 폭방향 전체에 걸쳐 고르게 분사된다. 따라서 상기 광학필름(10)의 상면에는 도 3 및 도 4에 도시된 기류순환롤러(100)를 사용하는 경우보다 약액 기류가 더욱 고르게 발생되고, 상기 광학필름(10)은 각 부위별 색감 편차 및 광학성능 편차가 더욱 낮아지게 된다는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 기류순환롤러(100)에 분사노즐(130)이 장착되는 경우에 있어서도, 광학필름(10)의 상측 공간 전체에 걸쳐 약액 기류를 고르게 발생시킬 수 있도록, 상기 기류순환롤러(100)는 종방향 중심축을 회전축으로 자전됨이 바람직하다.
도 7은 유체회송라인(220)이 추가된 본 발명에 의한 광학필름 제조장치의 수직단면도이다.
광학필름(10)이 일정 구간 동안 약액(20)에 침지되어 이송되면서 염색이나 가교, 수세 등과 같은 가공과정을 거치게 되면 약액조(30) 내의 약액(20)이 일정량 소진되는바, 주기적으로 약액조(30) 내에 약액(20)을 추가 공급해야 할 필요가 있다. 이때, 별도로 약액(20)을 추가하는 작업 없이도 약액조(30) 내의 약액(20)량이 일정하게 유지될 수 있도록, 상기 유체주입펌프(200)는 외부로부터 제공된 약액(20)(추가 공급될 양의 약액)을 기류순환롤러(100)로 주입시키고, 상기 기류순환롤러(100)는 약액(20)을 고압으로 분사하여 약액 기류를 발생시키도록 구성될 수 있다.
물론, 기류순환롤러(100)로부터 분사되는 고압유체는 약액(20)에 기류를 발생시킬 수 있다면 어떠한 종류의 유체로도 선택될 수 있으나, 분사 과정에서 기포 발생이나 의도하지 아니한 혼합물 발생을 방지할 수 있도록 기류순환롤러(100)로부터 분사되는 고압유체는 상기 언급한 바와 같이 고압의 약액(20)으로 선택됨이 바람직하다.
한편, 약액조(30) 내에 충분한 강도의 기류를 발생시키기 위해서는 상기 기류순환롤러(100)로부터 분사되는 약액(20)의 양이 일정 수준 이상으로 유지되어야 한다. 그러나 약액조(30) 내의 약액(20)이 단위 시간당 소진되는 양은 기류 발생을 위해 분사되어야 하는 약액(20)의 양에 비해 현저히 적으므로, 추가로 보충되어야 하는 양의 약액(20)만이 기류순환롤러(100)로부터 분사되면 약액 기류가 충분히 발생되지 못한다는 문제가 발생된다. 또한, 약액 기류를 충분히 발생시키기 위하여 기류순환롤러(100)로부터 분사되는 약액(20)량을 증가시키면 약액조(30) 내의 약액(20) 수위가 과도하게 상승하여 넘치는 등의 문제가 발생될 수도 있다.
따라서 본 발명에 의한 광학필름 제조장치는, 약액조(30) 내의 약액(20) 소진량보다 더 많은 양의 약액(20)이 기류순환롤러(100)로부터 분사되고, 약액조(30) 내의 약액(20) 수위는 항상 일정하게 유지되도록 구성될 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 광학필름 제조장치는, 상기 약액조(30) 내의 약액(20)을 상기 유체주입펌프(200)로 리턴시키는 유체회송라인(220)을 추가로 구비하여, 상기 유체주입펌프(200)가 외부로부터 추가적으로 공급되는 약액(20)에 상기 유체회송라인(220)을 통해 공급되는 약액(20)을 더하여 상기 기류순환롤러(100)로 공급하도록 구성될 수 있다.
이와 같이 약액조(30) 내의 일부 약액(20)이 유체주입펌프(200)를 통해 기류순환롤러(100)로 공급되도록 구성되면, 외부로 부터 추가 공급되는 약액(20)이 매우 적거나 없는 경우에도 약액조(30)의 약액(20) 수위를 일정하게 유지하면서 기류순환롤러(100)로부터 충분한 양의 약액(20)이 분사될 수 있게 된다.
이때, 본 실시예에서는 유체주입펌프(200)의 진공압에 의해 약액조(30) 내의 약액(20)이 유체주입펌프(200)로 유입되는 구조만을 도시하고 있으나, 상기 약액조(30) 내의 약액(20)을 유체주입펌프(200)로 유입시키기 위한 별도의 순환펌프가 추가될 수도 있다.
이하 본 발명에 의한 편광자 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 편광자 제조방법은, 친수성 고분자 필름의 염색 단계, 가교 단계, 수세 단계, 및 건조 단계를 포함하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시형태에 따라 제조되는 편광자는 친수성 고분자 필름을 요오드로 염색하고 배향시켜 제조되며, 친수성 고분자 필름으로서는 폴리비닐알코올계 필름, 부분적으로 검화된 폴리비닐알코올계 필름 등이 사용된다.
폴리비닐알코올계 필름은 중합도가 통상 500 내지 10,000이며, 바람직하게는 1,000 내지 6,000이고, 보다 바람직하게는 1,400 내지 4,000인 것이 사용될 수 있으며, 검화된 폴리비닐알코올계 필름의 경우, 검화도는 용해성의 측면에서 바람직하게는 95.0 몰% 이상인 것, 보다 바람직하게는 99.0 몰% 이상인 것, 보다 더 바람직하게는 99.9 몰% 이상인 것이 사용될 수 있다.
친수성 고분자 필름으로는 폴리비닐알코올계 필름 이외에도, 요오드에 의해 염색될 수 있는 필름이라면 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체 필름, 에틸렌-비닐알코올 공중합체 필름, 셀룰로오스 필름 및 이들의 부분적으로 검화된 필름 등과 같은 친수성 고분자 필름과, 탈수 처리된 폴리비닐알코올계 필름 및 탈염산 처리된 폴리염화비닐 등과 같은 폴리엔 배향 필름이 사용될 수 있다.
편광자의 두께는, 특히 제한되지는 않지만, 예를 들면 5 내지 40 ㎛의 범위이고, 바람직하게는 10 내지 30 ㎛의 범위이며, 보다 바람직하게는 15 내지 25 ㎛의 범위이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 편광자의 제조방법에서는 팽윤 단계, 염색 단계 및 가교 단계를 거쳐 제조된 편광자를 수세하고 건조시켜 편광자를 제조한다.
팽윤 단계는 미연신된 폴리비닐알코올계 필름을 염색하기 이전에 팽윤용 수용액으로 채워진 팽윤조에 침지하여, 폴리비닐알코올계 필름의 표면 상에 퇴적된 먼지나 블록킹방지제와 같은 불순물을 제거하고, 폴리비닐알코올계 필름을 팽윤시켜 연신 효율을 향상시키고 염색 불균일성도 방지하여 편광자의 물성을 향상시키기 위한 단계이다.
팽윤용 수용액으로는 통상 물(순수, 탈이온수)을 단독으로 사용할 수 있으며, 여기에 소량의 글리세린 또는 요오드화칼륨을 첨가하는 경우 폴리비닐알코올계 필름의 팽윤과 함께 가공성도 향상시킬 수 있다. 팽윤용 수용액 100 중량%에 대하여 글리세린의 함량은 5 중량% 이하이고, 요오드화칼륨의 함량은 10 중량% 이하인 것이 바람직하다.
팽윤조의 온도는 20 내지 45 ℃인 것이 바람직하고, 25 내지 40 ℃인 것이 보다 바람직하다. 팽윤 단계의 수행 시간(팽윤조 침지 시간)은 180 초 이하인 것이 바람직하고, 90초 이하인 것이 보다 바람직하다. 침지 시간이 상기 범위인 경우에는 팽윤이 과도하여 포화 상태가 되는 것을 억제할 수 있어, 폴리비닐알코올계 필름의 연화로 인한 파단을 방지하고 염색 단계에서 요오드의 흡착이 균일하게 되어 편광도를 향상시킬 수 있다.
팽윤 단계와 함께 연신 단계가 수행될 수 있으며, 이때 연신비는 약 1.1 내지 3.5 배인 것이 바람직하다. 팽윤 단계는 생략될 수 있으며, 염색 단계에서 팽윤이 동시에 수행될 수도 있다.
염색 단계는 폴리비닐알코올계 필름을 요오드를 포함하는 염색용 수용액으로 채워진 염색조에 침지시켜 폴리비닐알코올계 필름에 요오드를 흡착시키는 단계이다.
염색용 수용액은 물, 수용성 유기용매 또는 이들의 혼합용매와 요오드를 포함할 수 있다. 요오드의 함량은 0.4 내지 400 mmol/L인 것이 바람직하고, 0.8 내지 275 mmol/L인 것이 보다 바람직하며, 1 내지 200 mmol/L인 것이 보다 더 바람직하다.
염색 효율을 보다 향상시키기 위하여 용해보조제로서 요오드화물이 더 포함될 수 있다. 요오드화물로는 요오드화칼륨, 요오드화리튬, 요오드화나트튬, 요오드화아연, 요오드화알루미늄, 요오드화납, 요오드화구리, 요오드화바륨, 요오드화칼슘, 요오드화주석, 요오드화티타늄 등을 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있으며, 이들 중에서 요오드화칼륨이 물에 대한 용해도가 크다는 점에서 바람직하다. 요오드화물의 함량은 염색용 수용액 100 중량%에 대하여 0.01 내지 10 중량%인 것이 바람직하고, 0.1 내지 5 중량%인 것이 보다 바람직하다.
염색조의 온도는 5 내지 42 ℃인 것이 바람직하고, 10 내지 35 ℃인 것이 보다 바람직하다. 염색조 내에서 폴리비닐알코올계 필름의 침지 시간은 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 1 내지 20 분, 보다 바람직하게는 2 내지 10 분이다.
염색 단계와 함께 연신 단계가 수행될 수 있으며, 이 경우 누적 연신비는 1.1 내지 4.0 배인 것이 바람직하다. 본 명세서에서 "누적 연신비"는 각 단계에서의 연신비의 곱의 값을 나타낸다.
이때 본 발명에 의한 편광자 제조방법은, 상기 염색 단계에서 염색조에 폴리비닐알코올계 필름 즉, 친수성 고분자 필름을 침지시키는 동안, 상기 염색조 내의 염색액 중 친수성 고분자 필름의 상면에 약액 기류를 발생시킴으로써, 상기 친수성 고분자 필름 전체에 걸쳐 색감이 고르게 구현될 수 있도록 한다는 점에 특징이 있다.
가교 단계는 물리적으로 흡착되어 있는 요오드 분자에 의한 염색성이 외부 환경에 의해 저하되지 않도록 염색된 폴리비닐알코올계 필름을 가교용 수용액에 침지시켜 흡착된 요오드 분자를 고정시키는 단계이다. 이색성 염료는 내습 환경에서 용출되는 경우가 많지는 않으나, 요오드는 가교 반응이 불안정한 경우 환경에 따라 요오드 분자가 용해 또는 승화되는 경우가 많아, 충분한 가교 반응이 요구된다. 또한, 모든 폴리비닐알코올 분자와 분자 사이에 위치된 요오드 분자를 배향시켜 광학특성을 향상시키기 위해 일반적으로 가교 단계에서 가장 큰 연신비로 연신되어야 하므로 가교 단계가 중요하다.
가교용 수용액은 용매인 물과, 붕산, 붕산나트륨 등의 붕소 화합물 및 요오드화물을 포함하며, 물과 함께 상호 용해 가능한 유기용매를 더 포함할 수 있다. 붕소 화합물은 짧은 가교결합과 강직성을 부여하여 공정 중 주름 발생을 억제함으로써 취급성을 향상시키고 요오드 배향을 형성하는 역할을 한다. 붕소 화합물의 함량은 가교용 수용액 100 중량%에 대하여 1 내지 10 중량%인 것이 바람직하고, 2 내지 6 중량%인 것이 보다 바람직하다. 함량이 1 중량% 미만인 경우 붕소 화합물의 가교 효과가 감소하여 강직성을 부여하기 어렵고, 10 중량% 초과인 경우 무기계 가교제의 가교 반응이 과다하게 활성화되어 유기계 가교제의 가교 반응이 효과적으로 진행되기 어렵다.
요오드화물은 편광자 면내에서의 편광도의 균일성과 염착된 요오드의 탈착을 방지하기 위하여 사용된다. 상기 요오드화물은 염색 단계에서 사용된 것과 동일한 것을 사용할 수 있으며, 그 함량은 가교용 수용액 100 중량%에 대하여 0.05 내지 15 중량%일 수 있으며, 0.5 내지 11 중량%인 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.05 중량% 미만이면 필름 내의 요오드 이온이 빠져 나와 투과율이 증가하고 편광자의 색상 값이 변하게 되어 이를 조절하기 위한 추가 공정이 필요하게 되며, 15 중량%를 초과하는 경우에는 수용액 내의 요오드 이온이 필름으로 침투하여 투과율이 감소되는 문제가 있다.
가교조의 온도는 20 내지 70 ℃이고, 가교조에서의 폴리비닐알코올계 필름의 침지 시간은 1 초 내지 15 분일 수 있으며, 5 초 내지 10 분인 것이 바람직하다. 가교 단계와 함께 연신 단계가 수행될 수 있으며, 이 경우 총 누적 연신비가 3.0 내지 8.0 배가 되도록 연신되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 연신 단계는 팽윤 단계, 염색 단계 및 가교 단계와 함께 수행될 수 있으며, 가교 단계 이후에 연신용 수용액으로 채워진 별도의 연신조를 이용한 독립적인 연신 단계로 수행될 수도 있다.
이때 본 발명에 의한 편광자 제조방법은, 상기 가교 단계에서 가교조에 폴리비닐알코올계 필름 즉, 친수성 고분자 필름을 침지시키는 동안, 상기 가교조 내의 가교액 중 친수성 고분자 필름의 상면에 약액 기류를 발생시킴으로써, 상기 친수성 고분자 필름의 전체에 걸쳐 가교 반응이 고르게 일어나도록 한다는 점에 특징이 있다.
수세 단계는 가교와 연신이 완료된 폴리비닐알코올계 필름을 수세용 수용액으로 채워진 수세조에 침지시켜 이전 단계들에서 폴리비닐알코올계 필름에 부착된 붕산과 같은 불필요한 잔류물을 제거하는 단계이다. 수세용 수용액은 물일 수 있으며, 여기에 요오드화물이 더 첨가될 수도 있다.
수세조의 온도는 10 내지 60 ℃인 것이 바람직하며, 10 내지 40 ℃인 것이 보다 바람직하다. 수세 단계의 수행 시간은 통상적으로 1 내지 60 초이고, 바람직하게는 3 내지 30 초이며, 보다 바람직하게는 5 내지 20 초이다.
수세 단계는 염색 단계, 가교 단계 또는 연신 단계와 같은 이전 단계들이 완료될 때마다 수행될 수도 있다. 또한, 1회 이상 반복될 수도 있으며, 그 반복 횟수는 특별히 제한되지 않는다.
이때 본 발명에 의한 편광자 제조방법은, 상기 수세 단계에서 수세조에 폴리비닐알코올계 필름 즉, 친수성 고분자 필름을 침지시키는 동안, 상기 수세조 내의 수세액 중 친수성 고분자 필름의 상면에 약액 기류를 발생시킴으로써, 상기 친수성 고분자 필름이 전체적으로 고르게 세정되도록 한다는 점에 특징이 있다.
또한, 건조 단계는 수세된 폴리비닐알코올계 필름을 건조시키고, 건조에 의한 네크인으로 염착된 요오드 분자의 배향을 보다 향상시켜 광학 특성이 우수한 편광자를 얻는 단계이다.
한편, 염색조, 가교조, 수세조 내에 약액 기류를 발생시킬 때에는 도 2 내지 도 7에 도시된 광학필름 제조장치에 포함되는 기류순환롤러(100)를 사용하는데, 이와 같이 기류순환롤러(100)를 이용하여 약액 기류를 발생시키는 과정에 대해서는 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하였는바, 약액 기류 발생에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 의해 제조되는 편광자와 종래기술에 의해 제조되는 편광자의 색감 및 광학특성을 비교하면 다음 표 1과 같다. 이때 위치 1, 2, 3, 4, 5는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 편광자의 폭방향 위치를 나타낸다.
(1) 투과율 및 편광도
편광자 샘플을 4㎝×4㎝ 크기로 절단한 후, 자외가시광선 분광계(V-7100, JASCO사 제조)를 이용하여 투과율을 측정하였다. 이때, 편광도는 하기 수학식 1에 의해 산출하였다.
[수학식 1]
편광도(P) (％) = [(T1 - T2) / (T1 + T2)] × 100
상기 식에서, T1은 한 쌍의 편광자를 흡수축이 평행한 상태로 배치하였을 경우 얻어지는 평행 투과율이고, T2는 한 쌍의 편광자를 흡수축이 직교하는 상태로 배치하였을 경우 얻어지는 직교 투과율이다.
(2) 직교 색상 a 및 직교 색상 b
자외가시광선 분광계(V-7100, JASCO사 제조)를 이용하여 편광자의 분광 투과 스펙트럼을 구하고, 이로부터 직교 색상 a 및 직교 색상 b를 구하였다.
속도(m/min) 위치 투과율(%) 편광도(%) 직교 a 직교 b


실시예1

10

 1(왼쪽끝) 44.1 99.0 -1.0 -10
2 44.1 99.0 -1.1 -10
3(중앙) 44.1 99.0 -1.1 -10
4 44.1 99.0 -1.0 -10
5(오른쪽끝) 44.1 99.0 -1.0 -10


실시예2

20

 1(왼쪽끝) 44.5 98.7 -1.0 -10
2 44.5 98.7 -1.1 -10
3(중앙) 44.5 98.7 -1.0 -10
4 44.5 98.7 -1.0 -10
5(오른쪽끝) 44.5 98.7 -1.0 -10


실시예3

30

 1(왼쪽끝) 44.3 98.9 -1.0 -10
2 44.3 98.9 -1.0 -10
3(중앙) 44.3 98.9 -1.0 -10
4 44.3 98.9 -1.1 -10
5(오른쪽끝) 44.3 98.9 -1.0 -10


비교예1

10

 1(왼쪽끝) 44.1 99.0 -1.0 -11
2 43.9 99.1 -2.0 -12
3(중앙) 43.6 99.3 -2.5 -15
4 43.8 99.2 -2.2 -13
5(오른쪽끝) 43.9 99.1 1.4 -12


비교예2

20

 1(왼쪽끝) 44.5 98.4 0.5 -12
2 44.3 98.8 1.0 -12
3(중앙) 44.1 98.9 4.5 -14
4 44.4 98.6 4.5 -14
5(오른쪽끝) 44.4 98.7 1.0 -13


비교예3

30

 1(왼쪽끝) 44.3 98.9 -1.5 -10
2 44.0 98.9 -2.5 -13
3(중앙) 43.9 98.9 -2.7 -17
4 44.1 98.9 -2.0 -15
5(오른쪽끝) 44.2 98.9 -1.5 -12
상기 표 1에서 보듯이, 본 발명에 의한 편광자 제조방법에 따라 제조된 실시예 1 내지 3의 편광자는 종래 기술에 따른 편광자 제조방법에 의해 제조된 비교예 1 내지 3의 편광자에 비해 투과율 및 편광도의 편차가 작고, 색감(직교 a 및 직교 b) 역시 편차가 작음을 확인하였다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
10 : 광학필름 20 : 약액
30 : 약액조 32 : 기류노즐
40 : 가이드롤러 100 : 기류순환롤러
110 : 내부유로 120 : 분사공
130 : 분사노즐 132 : 분사슬롯
200 : 유체주입펌프 210 : 유체공급라인
220 : 유체회송라인

Claims (8)

  1. 약액(20)이 채워지는 약액조(30);
    광학필름(10)이 상기 약액조(30) 내의 약액(20)에 침지되도록 상기 광학필름(10)의 이송경로를 가이드하는 가이드롤러(40);
    내부로 유입된 고압유체를 외부로 분사하도록 구성되며, 상기 약액조(30) 내의 약액(20)에 침지되고 상기 광학필름(10)과 사전에 설정된 거리 이상 이격되도록 장착되어, 상기 광학필름(10)의 표면에 약액 기류를 발생시키는 기류순환롤러(100);
    를 포함하는 광학필름 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기류순환롤러(100)는,
    길이방향이 상기 광학필름(10)의 폭방향과 평행한 원통 형상으로 형성되며,
    외부로부터 고압유체가 유입되는 내부유로(110)와, 상기 내부유로(110) 내의 고압유체를 외부로 분사시키는 다수 개의 분사공(120)이 마련되는 광학필름 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기류순환롤러(100)의 길이는 상기 광학필름(10)의 폭보다 크게 제작되고,
    상기 분사공(120)은 상기 기류순환롤러(100)의 외주면 중 상기 광학필름(10)과 대응되는 부위 전체에 걸쳐 다수 개 마련되는 광학필름 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기류순환롤러(100)는,
    길이방향이 상기 광학필름(10)의 폭방향과 평행한 원통 형상으로 형성되고, 길이가 상기 광학필름(10)의 폭보다 크게 제작되며,
    외부로부터 고압유체가 유입되는 내부유로(110)와, 상기 광학필름(10)보다 폭이 크게 제작되어 상기 내부유로(110) 내의 고압유체를 외부로 분사시키는 다수 개의 분사노즐(130)이 마련되는 광학필름 제조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 약액조(30)의 바닥면에는 상기 광학필름(10)의 저면에 기류를 발생시키는 다수 개의 기류노즐(32)이 구비되고,
    상기 기류순환롤러(100)는 상기 광학필름(10)의 상면으로부터 상향으로 이격된 지점에 장착되는 광학필름 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기류순환롤러(100)의 내측으로 약액(20)을 고압으로 공급하는 유체주입펌프(200)와, 상기 약액조(30) 내의 약액(20)을 상기 유체주입펌프(200)로 리턴시키는 유체회송라인(220)을 더 포함하며,
    상기 유체주입펌프(200)는, 외부로부터 추가적으로 공급되는 약액(20)에 상기 유체회송라인(220)을 통해 공급되는 약액(20)을 더하여 상기 기류순환롤러(100)로 공급하도록 구성되는 광학필름 제조장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 약액조(30)는, 염색조와 가교조와 수세조 중 어느 하나인 광학필름 제조장치.
  8. 친수성 고분자 필름의 염색 단계, 가교 단계, 수세 단계, 및 건조 단계를 포함하는 편광자 제조방법에 있어서,
    상기 염색 단계와 가교 단계와 수세 단계는, 각각 염색조와 가교조와 수세조에 상기 친수성 고분자 필름을 일정 구간 침지하는 과정을 포함하되, 친수성 고분자 필름이 상기 염색조와 가교조와 수세조에 침지되는 동안 상기 친수성 고분자 필름의 상면에 약액기류를 발생시키도록 구성되는 편광자 제조방법.
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