KR20170045959A

KR20170045959A - 위상차 필름 제조방치 및 이를 이용한 위상차 필름의 제조방법

Info

Publication number: KR20170045959A
Application number: KR1020150146123A
Authority: KR
Inventors: 최종규; 정오용; 구준모
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2017-04-28

Abstract

발명은 저위상차 필름 제조장치 및 이를 이용한 저위상차 필름의 제조방법을 제공한다. 상기 저위상차 필름 제조장치는, 압출기, 상기 압출기에 결합된 압출 다이, 중공형 원기둥과 상기 중공형 원기둥의 장축의 끝단 영역들의 외주면에 각각 형성된 홈들을 포함하고, 상기 압출 다이의 하부에 배치된 냉각 롤 및 상기 중공형 원기둥의 장축 방향의 끝단 영역의 외곽의 최끝단 영역들에 각각 중첩되게 배치된 전극들과 상기 전극들에 전력을 공급하는 제어부를 포함하는 정전식 엣지 피닝기를 포함한다.

Description

위상차 필름 제조방치 및 이를 이용한 위상차 필름의 제조방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING RETARDATION FILM AND METHOD FOR MANUFACTURING RETARDATON FILM USING THE SAME}

발명은 위상차 필름 제조방치 및 이를 이용한 위상차 필름의 제조방법에 관한 것이다.

위상차 필름은 특정한 위상차 값을 갖는 고분자 필름으로서, 액정에 의한 위상 지연을 보상하여 액정표시장치의 표시품질을 개선할 수 있다.

면내 위상차(Re)는 하기 식 1로 정의되고, 두께 방향 위상차(Rth)는 하기 식 2로 정의된다.

(식 1) Re = (nx - ny) × d

(식 2) Rth = ((nx + ny)/2-nz) × d

상기 식 1 및 식 2에서, nx, ny, nz 는 각각 x 축 방향의 굴절률, y 축 방향의 굴절률, z 축 방향(두께 방향)의 굴절률이고, d는 위상차 필름의 두께이다.

원재료를 용융 및 압출하여 제조된 용융수지 시트를 냉각 롤에 밀착시켜 냉각시킴으로써 수지필름을 제조하는 과정을 통해 위상차 필름을 제조하는 경우, 위상차 필름의 x 축 방향의 굴절률은 냉각 롤의 장축과 평행한 방향으로 정해지고, y 축 방향의 굴절률은 위상차 필름의 이송 방향으로 정해지며, z 축 방향(두께 방향)의 굴절률은 위상차 필름의 두꼐 방향으로 정해진다.

면내 위상차(Re)를 낮추기 위해서는 nx 보다 ny가 커야하고, d 는 감소되어야 하고, 두께 방향 위상차(Rth)를 낮추기 위해서는 nx와 ny의 절대값이 동시에 감소되어야 하고, ny는 증가되어야 하며, d는 감소되어야 한다.

면내 위상차(Re)와 두께 방향 위상차(Rth)를 동시에 낮추기 위해서는 nx 가 특히 감소되어야 하고, nz 가 증가되어야 하며 위상차 필름의 두께도 감소되어야 한다.

원재료를 용융 및 압출하여 제조된 용융수지 시트는 압출 다이로부터 토출되어 냉각 롤에 접촉되기 전과 냉각 롤에 접촉된 직후에 수축이 가장 많이 일어나는데, 정전식 엣지 피닝(electrostatic edge pinning) 방식을 이용하여 냉각 롤에 용융수지 시트를 밀착시키는 경우, 용융수지 시트의 폭 방향의 엣지 피닝 포인트들(edge pinning points)은 냉각 롤의 장축에 평행한 용융수지 시트의 폭 방향의 자연 수축을 강제로 고정하기 때문에, x 축 방향의 굴절률이 급격하게 상승하는 문제가 있었다.

발명은 용융수지 시트의 유효 폭 내에서 폭 방향의 자연 수축을 유도하여 ny 대비 nx를 낮춤으로써 저위상차 필름을 제공하고자 한다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

발명의 일 실시예에 따른 위상차 필름 제조장치는, 압출기; 상기 압출기에 결합된 압출 다이; 중공형 원기둥과 상기 중공형 원기둥의 장축의 끝단 영역들의 외주면에 각각 형성된 홈들을 포함하고, 상기 압출 다이의 하부에 배치된 냉각 롤; 및 상기 중공형 원기둥의 장축 방향의 끝단 영역의 외곽의 최끝단 영역들에 각각 중첩되게 배치된 전극들과 상기 전극들에 전력을 공급하는 제어부를 포함하는 정전식 엣지 피닝기;를 포함한다.

발명의 다른 실시예에 따른 위상차 필름의 제조방법은, 원재료를 용융 및 압출하여 용융수지 시트를 제조하는 단계; 및 정전식 엣지 피닝법을 이용하여, 중공형 원기둥과 상기 용융수지 시트의 폭 방향의 엣지 피닝 포인트들의 내측 영역과 중첩되는 상기 중공형 원기둥의 장축의 끝단 영역들의 외주면에 각각 형성된 홈들을 포함하는 냉각 롤에 상기 용융수지 시트를 밀착시키는 단계;를 포함한다.

평면상에서 상기 전극들의 끝단으로부터 상기 홈들까지의 최소거리는 20mm 내지 50mm일 수 있다.

상기 홈들의 깊이는 0.2mm내지 3.0mm 일 수 있다.

상기 홈들의 폭은 5.0mm내지 20.0mm 일 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

발명은 엣지 피닝 포인트들의 내측 영역과 중첩되는 냉각 롤의 중공형 원기둥의 끝단 영역들의 외주면에 각각 형성된 홈들을 통해 냉각 롤 상에 용융수지 시트가 냉각되지 않는 구간을 형성함으로써, ny 대비 nx를 낮춤으로써 저위상차 필름을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 발명의 일 실시예에 따른 위상차 필름 제조장치의 개략적인 배치도이다.
도 2는 도 1의 위상차 필름 제조장치를 A 방향에서 바라본 개략적인 평면도이다.
도 3은 기존의 위상차 필름 제조장치를 도 1의 A 방향에서 바라본 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 2의 위상차 필름 제조장치를 이용하여 제조된 위상차 필름의 nx, ny, nz 를 개략적으로 도시한다.
도 5는 도 4의 위상차 필름 제조장치를 이용하여 제조된 위상차 필름의 nx, ny, nz 를 개략적으로 도시한다.

발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 발명의 실시예들은 발명의 개시가 완전하도록 하며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 명세서에 개시된 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

이하, 첨부된 도면들을 기반으로 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 발명의 일 실시예에 따른 위상차 필름 제조장치(100)의 개략적인 배치도이다. 도 2는 도 1의 A 영역의 개략도적인 확대도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 위상차 필름 제조장치(100)는, 압출기(10), 압출기(10)에 결합된 압출 다이(20), 압출 다이(20)의 하부에 배치된 냉각 롤(30)과 정전식 엣지 피닝기(40)를 포함한다.

압출기(10)는, 원재료를 용융하고 압출하여 용융 수지를 제조할 수 있다. 압출기(10)는, 공지의 압출기를 사용할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 압출기(10)는 원재료 투입부, 원재료를 용용시키는 가열부, 원재료와 용융 수지를 이송하는 이송부 및 용융 수지를 배출하는 배출부를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 원재료는 열가소성 수지로서 시클로올레핀폴리머(COP)를 포함하는 올레핀계 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 포함하는 아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지 등의 고분자 수지를 포함할 수 있다.

상기 원재료는, 필요에 따라, 산화 방지제, 윤활제, 자외선 흡수제, 자외선 차단제 등의 첨가제가 첨가될 수 있다.

상기 산화 방지제의 예로는 페놀계 산화 방지제, 인계 산화 방지제, 유황계 산화 방지제, 힌더드 아민계 산화 방지제(HALS) 등을 들 수 있고, 상기 자외선 흡수제의 예로는 2-하이드록시벤조페논계 자외선 흡수제 또는 하이드록시트리아졸계 자외선 흡수제 등을 들 수 있으며, 상기 자외선 차단제의 예로는 벤조에이트계 자외선 차단제 등을 들 수 있고, 상기 윤활제의 예로는 엘루카산 아미드, 올레인산 아미드 등의 고급 지방산 아미드나, 스테아린산 등의 고급 지방산 등을 들 수 있다.

압출 다이(20)는, 압출기(10)에 결합되어 용융 및 압출된 원재료를 시트상의 용융 수지(이하, "용융수지 시트(F)"라 한다.)로 성형할 수 있다. 압출 다이(20)는 공지의 압출 다이(20)가 사용될 수 있고, 예를 들어, 압출 다이(20)는 T-다이(T-die)일 수 있다.

냉각 롤(30)은 용융수지 시트(F)를 냉각하여 냉각용융수지 시트(F)할 수 있다. 냉각 롤(30)은 중공형 원기둥(31)과 중공형 원기둥(31)의 장축(L)의 끝단 영역들(E1)의 외주면에 각각 형성된 홈들(H)을 포함하고 중공형 원기둥(31)의 중공(CH)에는 냉매유로가 형성되어 있을 수 있다. 도시하지는 않았지만, 냉각 롤(30)에는 중공형 원기둥(31)을 화살표 방향으로 회전운동시키는 구동부와 냉매의 유량, 유속 또는 유동을 제어하는 제어부가 더 포함될 수 있다.

정전식 엣지 피닝기(40)는 정전식 엣지 피닝법을 이용하여 용융수지 시트(F)를 중공형 원기둥(31)의 외주면에 밀착시킬 수 있다. 정전식 엣지 피닝법은 용융수지 시트(F)의 끝단 영역들(ED) 내의 소정의 엣지 피닝 포인트(edge pinning point)(PP)에 정전하를 제공함으로써, 용융수지 시트(F)의 표면과 중공형 원기둥(31)의 외주면의 전하들 간의 쿨롱힘에 의해 용융수지 시트(F)를 중공형 원기둥(31)의 외주면에 밀착시키는 방법이다.

정전식 엣지 피닝기(40)는 중공형 원기둥(31)의 장축(L)의 끝단 영역들(E1)의 외곽의 최끝단 영역들(E2)에 각각 중첩되게 배치된 전극들(41)과 전극들(41)에 공급되는 전력을 제어하는 제어부(42)를 포함하여 구성될 수 있다.

발명의 다른 실시예에 따른 위상차 필름의 제조방법은, 위상차 필름 제조장치(100)를 이용하여 위상차 필름을 제조하는 것을 특징으로 하고, 구체적으로, 용융수지 시트(F) 제조단계와 용융수지 시트(F)를 냉각 롤(30)에 밀착시키는 단계를 포함한다.

용융수지 시트(F) 제조단계는, 원재료를 용융 및 압출하여 용융수지 시트(F)를 제조하는 것으로서, 압출기(10)를 이용하여 원재료를 용융 및 압출하고, 압출 다이(20)를 이용하여 용융 및 압출된 원재료를 상기 용융수지 시트(F)로 성형할 수 있다.

용융수지 시트(F)를 냉각 롤(30)에 밀착시키는 단계는 정전식 엣지 피닝기(40)를 이용하는 정전식 엣지 피닝법이 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 정전식 엣지 피닝법은 용융수지 시트(F)의 끝단 영역들(ED) 내의 소정의 엣지 피닝 포인트(edge pinning point)(PP)에 정전하를 제공함으로써, 용융수지 시트(F)의 표면과 중공형 원기둥(31)의 외주면의 전하들 간의 쿨롱힘에 의해 용융수지 시트(F)를 중공형 원기둥(31)의 외주면에 밀착시키는 방법이다.

중공형 원기둥(31)의 장축(L)의 끝단 영역들(E1)은 용융수지 시트(F)의 폭 방향의 엣지 피닝 포인트들(PP)의 내측 영역과 중첩된다. 즉, 홈들(H)은 용융수지 시트(F)의 폭 방향의 엣지 피닝 포인트들(PP)의 내측 영역과 중첩되게 형성된다.

중공형 원기둥(31)의 끝단 영역들(E1)의 외주면에 각각 형성된 홈들(H)은 중공형 원기둥(31)의 외주면 상에 용융수지 시트(F)가 냉각되지 않는 구간을 형성하게 되어, 용융수지 시트(F)의 폭 방향의 자연 수축이 엣지 피닝 포인트들(PP)로 인해 강제로 고정됨으로써, x 축 방향의 굴절률이 상승하는 것을 억제 내지 최소화할 수 있다.

즉, 위상차 필름 제조장치(100)와 이를 이용한 위상차 필름의 제조방법은 위상차 필름의 유효 폭(EW) 내에서 용융수지 시트(F)의 폭 방향의 자연 수축을 유도하여 x 축 방향의 굴절률을 감소시킬 수 있다. 이 때, 위상차 필름의 유효 폭(EW)은 중공형 원기둥(31)의 장축(L)의 끝단 영역들(E1) 또는 홈들(H) 사이의 이격거리에 대응하는 용융수지 시트(F)의 폭이다.

평면상에서 전극들(41)의 끝단(EP), 즉, 엣지 피닝 포인트(PP)로부터 홈들(H)까지의 최소거리(D)는 20mm 내지 50mm 일 수 있다. 평면상에서 엣지 피닝 포인트들(PP)로부터 홈들(H)까지의 최소거리(D)가 20mm 미만인 경우, 엣지 피닝 포인트들(PP)과 홈들(H) 사이의 거리가 너무 가까워서 용융수지 시트(F)의 폭 방향의 자연 수축을 유도하는 효과가 미흡하고, 홈들(H)이 전극들(41)에서 발생되는 전기장 영역 내에 배치되므로 용용수지 시트(F)가 냉각 롤(30)에 균일하게 밀착되지 않을 수 있고, 50 mm 초과인 경우, 용융수지 시트(F)의 유효 폭(EW)이 감소되므로 경제적이지 못하다.

홈들(H)의 깊이(HH)는 0.2mm내지 3.0mm 일 수 있다. 홈들(H)의 깊이(HH)가 0.2mm 미만인 경우, 홈들(H)의 상부에 배치된 용융수지 시트(F)를 냉각시키게 되어 용융수지 시트(F)의 고형화 지연 효과가 저하되므로 용융수지 시트(F)의 폭 방향의 자연 수축을 유도하는 효과가 미흡하고, 3.0mm 초과인 경우에는, 홈들(H)로 용융수지 시트(F)가 유입 내지 침투되어 용융수지 시트(F)가 만곡될 수 있으므로, 용융수지 시트(F)의 균일한 냉각이 어렵고, 유효 폭(EW) 내에서 평탄한 위상차 필름을 얻기 어렵다.

홈들(H)의 폭(HW)은 1.0mm 내지 5.0mm 일 수 있다. 홈들(H)의 폭(HW)이 5.0mm 미만인 경우, 홈들(H)의 상부에 배치된 용융수지 시트(F)를 냉각시키게 되어 용융수지 시트(F)의 고형화 지연 효과가 저하되므로, 용융수지의 폭 방향의 자연 수축을 유도하는 효과가 미흡하고, 20.0mm 초과인 경우, 홈들(H)로 용융수지 시트(F)가 유입 내지 침투되어 용융수지 시트(F)가 만곡될 수 있으므로, 용융수지 시트(F)의 균일한 냉각이 어렵고 유효 폭(EW) 내에서 평탄한 위상차 필름을 얻기 어렵다.

홈들(H)의 형상은 중공형 원기둥(31)의 외주면의 둘레에 형성되어 원주에 비해 좁은 반경을 갖는 원형 홈들(H)일 수도 있고, 반원형 홈들(H)일 수도 있으며, 다각형 홈들(H)일 수도 있다.

도 3은 기존의 위상차 필름 제조장치를 도 1의 A 방향에서 바라본 개략적인 평면도이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 위상차 필름 제조장치(1)는 중공형 원기둥(31)의 외주면에 홈들(H)이 형성되어 있지 않은 점에서, 위상차 필름 제조장치(100)와 상이하다. 전술한 바와 같이, 중공형 원기둥(31)의 외주면에 형성된 홈들(H)은 중공형 원기둥(31)의 외주면 상에 용융수지 시트(F)가 냉각되지 않는 구간을 형성하게 되어, 용융수지 시트(F)의 폭 방향의 자연 수축이 엣지 피닝 포인트들(PP)로 인해 강제로 고정됨으로써, x 축 방향의 굴절률이 상승하는 것을 억제 내지 최소화할 수 있다.

도 4는 도 2의 위상차 필름 제조장치(100)를 이용하여 제조된 위상차 필름의 nx, ny, nz 를 개략적으로 도시하고, 도 5는 도 3의 위상차 필름 제조장치(1)를 이용하여 제조된 위상차 필름의 nx, ny, nz 를 개략적으로 도시한다.

도 4 및 도 5를 참고하면, 위상차 필름 제조장치(1)를 이용하여 제조된 위상차 필름은 nx 가 증가되어 nx 방향으로 비스듬히 누운 굴절률 타원체를 형성하는 반면에, 위상차 필름 제조장치(100)를 이용하여 제조된 위상차 필름은 위상차 필름 제조장치(1)를 이용하여 제조된 위상차 필름에 비해 nx 가 감소되어 nz 방향으로 세워져 있는 굴절률 타원체를 형성할 수 있다. 따라서, 위상차 필름 제조장치(100)는 위상차 필름 제조장치(1)에 비해 상대적으로 저위상차 필름을 제공할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1, 100: 위상차 필름 제조장치
10: 압출기, 20: 압출 다이,
30: 냉각 롤,
31: 중공형 원기둥, CH: 중공
40: 엣지 피닝기
41: 전극, 42: 제어부
F: 용융수지 시트,

Claims

압출기;
상기 압출기에 결합된 압출 다이;
중공형 원기둥과 상기 중공형 원기둥의 장축의 끝단 영역들의 외주면에 각각 형성된 홈들을 포함하고, 상기 압출 다이의 하부에 배치된 냉각 롤; 및
상기 중공형 원기둥의 장축 방향의 끝단 영역의 외곽의 최끝단 영역들에 각각 중첩되게 배치된 전극들과 상기 전극들에 전력을 공급하는 제어부를 포함하는 정전식 엣지 피닝기;
를 포함하는 위상차 필름 제조장치.
제1 항에 있어서,
평면상에서 상기 전극들의 끝단으로부터 상기 홈들까지의 최소거리는 20.0mm내지 50mm인 위상차 필름 제조장치.
제1 항에 있어서,
상기 홈들의 깊이는 0.2mm내지 3.0mm인 위상차 필름 제조장치.
제1 항에 있어서,
상기 홈들의 폭은 5.0mm내지 20.0mm인 인 위상차 필름 제조장치.
원재료를 용융 및 압출하여 용융수지 시트를 제조하는 단계; 및
정전식 엣지 피닝법을 이용하여, 중공형 원기둥과 상기 용융수지 시트의 폭 방향의 엣지 피닝 포인트들의 내측 영역과 중첩되는 상기 중공형 원기둥의 장축의 끝단 영역들의 외주면에 각각 형성된 홈들을 포함하는 냉각 롤에 상기 용융수지 시트를 밀착시키는 단계;
를 포함하는 위상차 필름의 제조방법.
제5 항에 있어서,
평면상에서 상기 전극들의 끝단으로부터 상기 홈들까지의 최소거리는 20.0mm내지 50mm인 위상차 필름의 제조방법.
제5 항에 있어서,
상기 홈들의 깊이는 0.2mm내지 3.0mm인 위상차 필름의 제조방법.
제5 항에 있어서,
상기 홈들의 폭은 5.0mm내지 20.0mm인 위상차 필름의 제조방법.