KR20170113276A - 연신 필름의 제조 방법 및 편광 필름의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

[과제] 줄기 형상 결함이 저감된 편광 필름 또는 편광판을 실현할 수 있는 연신 필름의 제조 방법 및 이 연신 필름을 이용한 편광 필름의 제조 방법을 제공한다.
[해결수단] 폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치가 5 nm 이하인 폴리비닐알코올계 수지 필름을 준비하는 제1 공정과, 이 폴리비닐알코올계 수지 필름을 건식 연신하여 연신 필름을 얻는 제2 공정을 포함하는 연신 필름의 제조 방법 및 얻어지는 연신 필름을 이용한 편광 필름의 제조 방법이 제공된다.

Description

연신 필름의 제조 방법 및 편광 필름의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING STRETCHED FILM AND METHOD FOR PRODUCING POLARIZING FILM}
본 발명은 연신된 폴리비닐알코올계 수지 필름인 연신 필름의 제조 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 연신 필름을 이용하여 편광 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.
편광판을 구성하는 편광 필름으로서, 연신된 폴리비닐알코올계 수지 필름에 요오드나 이색성 염료와 같은 이색성 색소를 흡착 배향시킨 것이 종래 이용되고 있다. 편광 필름은, 통상 폴리비닐알코올계 수지 필름을, 이색성 색소를 함유하는 수용액에 침지하는 공정, 붕산 등의 가교제를 함유하는 수용액에 침지하는 공정 및 폴리비닐알코올계 수지 필름에 연신 처리를 실시하는 공정을 포함하는 방법에 의해서 제조된다〔예컨대, 일본 특허공개 평09-184915호 공보(특허문헌 1)〕. 편광판은, 일반적으로, 편광 필름의 적어도 한쪽의 면에 열가소성 수지로 이루어지는 보호 필름을 접착제층을 통해 적층한 것이다.
특허문헌 1: 일본 특허공개 평09-184915호 공보
종래의 편광 필름 또는 편광판은, 후술하는 실시예의 항에 기재한 방법에 따라서 그 표면을 관찰했을 때, 편광 필름의 흡수축 방향으로 뻗는 줄기 형상의 얼룩짐(이하, 본 명세서에서 「줄기 형상 결함」이라고 한다.)을 갖는 경우가 있다. 편광 필름의 제조에 있어서 폴리비닐알코올계 수지 필름에 대하여 실시되는 상술한 연신 처리로서는, 액중에서 행하는 습식 연신, 공중에서 행하는 건식 연신 모두 공지되어 있지만, 줄기 형상 결함은, 건식 연신을 실시한 경우에 생기는 특유한 현상이라는 것이 본 발명자들의 검토에 의해 분명하게 되었다. 줄기 형상 결함은, 편광 필름 및 편광판의 외관을 악화시킬 뿐만 아니라, 이들의 편광 성능에도 악영향을 줄 수 있다.
본 발명의 목적은, 줄기 형상 결함이 저감된 편광 필름 또는 편광판을 실현할 수 있는 연신 필름의 제조 방법 및 이 연신 필름을 이용한 편광 필름의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명은, 이하에 기재하는 연신 필름의 제조 방법, 편광 필름의 제조 방법 및 편광판을 제공한다.
[1] 폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치가 5 nm 이하인 폴리비닐알코올계 수지 필름을 준비하는 제1 공정과,
상기 폴리비닐알코올계 수지 필름을 건식 연신하여 연신 필름을 얻는 제2 공정
을 포함하는, 연신 필름의 제조 방법.
[2] 상기 폴리비닐알코올계 수지 필름은, 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 변동 계수가 4% 이하인 [1]에 기재한 연신 필름의 제조 방법.
[3] 상기 제1 공정은, 폴리비닐알코올계 수지 필름을 가습 처리하는 공정을 포함하는 [1] 또는 [2]에 기재한 연신 필름의 제조 방법.
[4] 상기 가습 처리하는 공정에 있어서 폴리비닐알코올계 수지 필름은 그 수분율이 8 중량% 이상이 되도록 가습 처리되는 [3]에 기재한 연신 필름의 제조 방법.
[5] [1]~[4] 중 어느 것에 기재한 제조 방법에 의해서 상기 연신 필름을 얻는 공정과,
상기 연신 필름을 이용하여 편광 필름을 얻는 공정
을 포함하는, 편광 필름의 제조 방법.
[6] 편광 필름과, 상기 편광 필름의 적어도 한쪽의 면에 적층되는 보호 필름을 포함하는 편광판으로서,
하기 식(1):
Figure pat00001
〔식(1)에서, N은 투과축 방향으로 100 mm 간격으로 측정한 흡수축 각도의 측정 점수이고, xi는 투과축 방향에 있어서의 측정 위치이고, θi는 측정 위치 xi에 있어서의 흡수축 각도(°)이다. a는 하기 식(2):
Figure pat00002
으로 나타내어지는 계수이고, b는 하기 식(3):
Figure pat00003
으로 나타내어지는 계수이다. 식(2) 및 식(3) 중의 N, xi 및 θi는 상기와 같은 의미를 나타낸다.〕
으로 나타내어지는 제곱 평균 평방근(RMS)이 0.04°이하인 편광판.
본 발명에 따르면, 줄기 형상 결함이 저감된 편광 필름 또는 편광판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연신 필름의 제조 방법의 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 2는 열 롤을 이용한 세로 연신 처리의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 열 롤을 이용한 세로 연신 처리의 다른 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
<연신 필름의 제조 방법>
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 연신 필름의 제조 방법은, 하기의 공정:
폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치가 5 nm 이하인 폴리비닐알코올계 수지 필름을 준비하는 제1 공정(S10) 및
폴리비닐알코올계 수지 필름을 건식 연신하여 연신 필름을 얻는 제2 공정(S20)을 포함한다. 이하, 각 공정에 관해서 상세히 설명한다.
또, 이하에서는, 폴리비닐알코올계 수지 필름을 「PVA계 수지 필름」이라고도 한다. 또한, 필름의 기계 유동 방향을「MD」, MD에 직교하는 방향, 즉 필름의 폭 방향을 「TD」라고도 한다.
(1) 제1 공정(S10)
본 공정은, 폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치가 5 nm 이하인 폴리비닐알코올계 수지 필름을 준비하는 공정이다. 본 공정에서 준비되는 PVA계 수지 필름은 폴리비닐알코올계 수지로 구성된 필름이며, 통상 이 필름은 장척이다. 폴리비닐알코올계 수지로서는, 폴리아세트산비닐계 수지를 비누화한 것을 이용할 수 있다. 폴리아세트산비닐계 수지로서는, 아세트산비닐의 단독 중합체인 폴리아세트산비닐 외에, 아세트산비닐과 이것에 공중합 가능한 다른 단량체와의 공중합체가 예시된다. 아세트산비닐에 공중합 가능한 다른 단량체로서는, 예컨대, 불포화 카르복실산류, 올레핀류, 비닐에테르류, 불포화 술폰산류, 암모늄기를 갖는 (메트)아크릴아미드류 등을 들 수 있다. 여기서 「(메트)아크릴」이란, 아크릴 및 메타크릴로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 나타낸다. 그 밖의 「(메트)」를 붙인 용어에 있어서도 마찬가지이다.
폴리비닐알코올계 수지의 비누화도는, 80.0~100.0 몰%의 범위일 수 있는데, 바람직하게는 90.0~100.0 몰%의 범위이고, 보다 바람직하게는 94.0~100.0 몰%의 범위이고, 더욱 바람직하게는 98.0~100.0 몰%의 범위이다. 비누화도가 80.0몰% 미만이면, 얻어지는 연신 필름을 이용하여 편광 필름을 제조하고, 이것을 이용하여 편광판을 제조했을 때, 편광판의 내수성 및 내습열성이 저하할 수 있다.
비누화도란, 폴리비닐알코올계 수지의 원료인 폴리아세트산비닐계 수지에 포함되는 아세트산기(아세톡시기: -OCOCH3)가 비누화 공정에 의해 수산기로 변화된 비율을 유닛비(몰%)로 나타낸 것으로, 하기 식:
비누화도(몰%)= 100×(수산기의 수)/(수산기의 수+아세트산기의 수)
으로 정의된다. 비누화도는 JIS K 6726(1994)에 준거하여 구할 수 있다.
폴리비닐알코올계 수지의 평균 중합도는, 바람직하게는 100~10000이고, 보다 바람직하게는 1500~8000이며, 더욱 바람직하게는 2000~5000이다. 폴리비닐알코올계 수지의 평균 중합도도 JIS K 6726(1994)에 준거하여 구할 수 있다. 평균 중합도가 100 미만이면, 얻어지는 연신 필름을 편광 필름의 원료로서 사용하는 경우, 바람직한 편광 성능을 갖는 편광 필름을 얻기가 어렵고, 10000을 넘으면, 용매에의 용해성이 악화되어, PVA계 수지 필름의 형성(제막)이 어렵게 될 수 있다.
본 공정에서 준비되는 PVA계 수지 필름은 연신된 것이라도 좋지만, 통상은 상기 폴리비닐알코올계 수지를 제막하여 이루어지는 미연신 필름이다. 제막 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 용융압출법, 용제캐스트법과 같은 공지된 방법을 채용할 수 있다.
또한 본 공정에서 준비되는 PVA계 수지 필름은, 이것을 지지하는 기재 필름에 적층된 것이라도 좋고, 즉, 상기 PVA계 수지 필름은, 기재 필름과 그 위에 적층되는 PVA계 수지 필름과의 적층 필름으로서 준비되어도 좋다. 이 경우, PVA계 수지 필름은, 예컨대, 기재 필름의 적어도 한쪽의 면에 PVA계 수지를 함유하는 도공액을 도공한 후, 건조시킴으로써 제조할 수 있다.
기재 필름으로서는, 예컨대, 열가소성 수지로 이루어지는 필름을 이용할 수 있다. 이 열가소성 수지의 구체예는, 후술하는 편광판이 갖는 열가소성 수지 필름을 구성하는 열가소성 수지의 구체예와 마찬가지다.
PVA계 수지 필름은 가소제 등의 첨가제를 함유할 수 있다. 가소제의 바람직한 예는 다가 알코올이고, 그 구체예는, 에틸렌글리콜, 글리세린, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디글리세린, 트리에틸렌글리콜, 트리글리세린, 테트라에틸렌글리콜, 트리메틸올프로판, 폴리에틸렌글리콜 등을 포함한다. PVA계 수지 필름은 1종 또는 2종 이상의 가소제를 함유할 수 있다. 가소제의 함유량은, PVA계 수지 필름을 구성하는 폴리비닐알코올계 수지 100 중량부에 대하여 통상 5~20 중량부이고, 바람직하게는 7~15 중량부이다.
본 공정에서 준비되는 PVA계 수지 필름은, 폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치가 5 nm 이하이다. 이러한 PVA계 수지 필름을 원료로 하여 연신 필름을 제조함으로써, 이 연신 필름을 이용하여 얻어지는 편광 필름 또는 편광판의 줄기 형상 결함을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 줄기 형상 결함을 보다 효과적으로 저감시킨다는 관점에서, 폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치는, 바람직하게는 4.5 nm 이하이고, 보다 바람직하게는 4 nm 이하이고, 더욱 바람직하게는 3.5 nm 이하이다. 폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치는 통상 0.1 nm 이상이다. 폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치의 구체적인 측정 방법은, 후술하는 실시예의 항에 기재한 바에 따른다.
줄기 형상 결함을 저감시킨다는 관점에서, 본 공정에서 준비되는 PVA계 수지 필름은, 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 변동 계수가 4% 이하인 것이 바람직하다. 줄기 형상 결함을 보다 효과적으로 저감시킨다는 관점에서, 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 변동 계수는, 보다 바람직하게는 3.5% 이하이고, 더욱 바람직하게는 3.0% 이하이다. 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 변동 계수는 통상 0.1% 이상이다. 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 변동 계수의 구체적인 측정 방법은, 후술하는 실시예의 항에 기재한 바에 따른다.
줄기 형상 결함을 효과적으로 저감시킨다는 관점에서, 본 공정에서 준비되는 PVA계 수지 필름은, 폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치가 5 nm 이하이면서 또한 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 변동 계수가 4% 이하인 것이 바람직하고, 폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치가 4.5 nm 이하이면서 또한 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 변동 계수가 3.5% 이하인 것이 보다 바람직하다.
상기 소정 범위의, 또는 바람직한 범위의 면내 위상차치의 평균치 및/또는 인장 탄성율의 변동 계수를 갖는 PVA계 수지 필름을 조제하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 상기 면내 위상차치의 평균치 및/또는 인장 탄성율의 변동 계수가 비교적 높은 PVA계 수지 필름에 대하여 가습 처리를 실시함으로써, 면내 위상차치의 평균치 및/또는 인장 탄성율의 변동 계수를 저하시키는 것이 가능하다. 이 경우, 본 공정(제1 공정)은, 폴리비닐알코올계 수지 필름을 가습 처리하는 공정을 포함한다. 여기서 말하는 가습 처리란, 상대습도가 비교적 높은 환경 하에 PVA계 수지 필름을 둠으로써, PVA계 수지 필름의 수분율을 상승시키는 처리를 말한다. PVA계 수지 필름의 수분율의 구체적인 측정 방법은, 후술하는 실시예의 항에 기재한 바에 따른다.
PVA계 수지 필름의 가습 처리는, 예컨대, PVA계 수지 필름을 가습로(加濕爐)에 도입함으로써 행할 수 있다. 가습로는, 바람직하게는 로 내의 상대습도를 제어할 수 있는 것이며, 보다 바람직하게는 추가로 로 내부 온도를 제어할 수 있는 것이다. 가습로는, 예컨대, 열풍의 공급 등에 의해 로 내부 온도를 높일 수 있으며, 또한 로 내의 수분 조정에 의해서 로 내의 상대습도를 제어할 수 있는 오븐이다.
가습 처리 시의 상대습도(예컨대, 가습로 내의 상대습도)는, 면내 위상차치의 평균치 및/또는 인장 탄성율의 변동 계수를 효과적으로 저하시킨다는 관점에서, 바람직하게는 30%를 넘으며, 보다 바람직하게는 40% 이상이고, 더욱 바람직하게는 50% 이상이고, 또 더욱 바람직하게는 60% 이상이다. 가습 처리 시의 상대습도는 통상 95% 이하이며, 바람직하게는 92% 이하이고, 보다 바람직하게는 90% 이하이다. 상대습도가 너무 높으면, PVA계 수지 필름의 온도에 따라서는 결로를 일으키는 경우가 있다.
가습 처리 시의 온도는, 면내 위상차치의 평균치 및/또는 인장 탄성율의 변동 계수를 효과적으로 저하시킨다는 관점에서, 바람직하게는 35℃ 이상이고, 보다 바람직하게는 40℃ 이상이고, 더욱 바람직하게는 50℃ 이상이다. 온도가 35℃ 이상임으로써, 가습 처리를 효율적으로 행할 수 있다. 한편, 가습 처리 시의 온도가 너무 높으면, PVA계 수지 필름의 열 열화가 일어날 수 있으므로, 온도는 바람직하게는 100℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 90℃ 이하이다.
면내 위상차치의 평균치 및/또는 인장 탄성율의 변동 계수를 효과적으로 저하시킨다는 관점에서, PVA계 수지 필름의 가습 처리는, PVA계 수지 필름을 1 또는 복수의 롤의 표면에 접촉시키면서 가습 처리하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 롤은 가이드 롤이라도 좋고, 열 롤이라도 좋다.
면내 위상차치의 평균치 및/또는 인장 탄성율의 변동 계수를 효과적으로 저하시킨다는 관점에서, PVA계 수지 필름은, 그 수분율이 8 중량% 이상이 되도록 가습 처리되는 것이 바람직하고, 9 중량% 이상이 되도록 가습 처리되는 것이 보다 바람직하다. 가습 처리 후의 PVA계 수지 필름의 수분율은, 통상 15 중량% 이하이고, 보다 전형적으로는 12 중량% 이하, 나아가서는 10 중량% 이하이다. 또한 상기와 같은 관점에서, PVA계 수지 필름은, 가습 처리에 의해서 수분율이 1 중량% 이상 상승하는 것이 바람직하고, 1.5 중량% 이상 상승하는 것이 보다 바람직하다.
본 공정에서 준비되는 PVA계 수지 필름(제2 공정(S20)에 제공되는 PVA계 수지 필름)의 수분율은 통상 5 중량% 이상이고, 또한 통상 15 중량% 이하이다. 다음 공정에서의 건식 연신의 균일성을 높인다는 관점에서, 본 공정에서 준비되는 PVA계 수지 필름의 수분율은, 7 중량% 이상인 것이 바람직하고, 8 중량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
본 공정에서 준비되는 PVA계 수지 필름의 두께는, 통상 10~150 ㎛이고, 얻어지는 연신 필름을 이용하여 제조되는 편광 필름의 박막화의 관점에서, 바람직하게는 100 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 65 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 50 ㎛ 이하, 특히 바람직하게는 35 ㎛ 이하(예컨대 30 ㎛ 이하, 나아가서는 20 ㎛ 이하)이다.
(2) 제2 공정(S20)
본 공정은, 제1 공정(S10)에서 준비한 PVA계 수지 필름(또는 상술한 적층 필름)을 건식 연신하여 연신 필름을 얻는 공정이다. 이 연신 필름은 통상 장척 필름이다. 또한, 상술한 것과 같이, PVA계 수지 필름에 대하여 습식 연신만을 행하여 연신 필름을 제작하는 경우에는, 줄기 형상 결함의 문제는 생기지 않는다는 것이 본 발명자들의 검토에 의해 분명하게 되었다.
PVA계 수지 필름에 대한 연신 처리는 통상 일축 연신이고, 바람직하게는 세로 일축 연신이다. 세로 연신이란, 필름의 MD, 즉 필름의 길이 방향으로의 연신을 말한다.
건식 연신으로서는, 표면이 가열된 열 롤과, 이 열 롤과는 주속도가 다른 가이드 롤(또는 열 롤이라도 좋다.)의 사이에 필름을 통과시켜, 열 롤을 이용한 가열 하에 세로 연신을 행하는 열 롤 연신; 거리를 두고서 설치된 2개의 닙 롤 사이에 있는 가열 수단(오븐 등)을 통과시키면서, 이들 2개의 닙 롤 사이의 주속도의 차에 의해서 세로 연신을 행하는 롤간 연신; 텐터 연신; 압축 연신 등을 들 수 있다.
줄기 형상 결함을 효과적으로 저감시킨다는 관점에서, 상기한 것 중에서도, 건식 연신은 열 롤을 이용한 열 롤 연신인 것이 바람직하다. 따라서 본 공정은, 예컨대, 장척의 PVA계 수지 필름을 연속적으로 반송하면서, 열 롤을 포함하는 열 롤 연신 장치에 도입함으로써, 연신 필름을 연속적으로 장척물(長尺物)로서 제조하는 공정일 수 있다. 열 롤 연신은 통상 세로 일축 연신이고, 보다 전형적으로는 자유단 세로 일축 연신이다.
열 롤 연신 장치는, 적어도 하나의 열 롤을 포함하며, 2 이상의 열 롤을 포함하고 있어도 좋다. 도 2에 열 롤 연신 처리 및 그것에 이용하는 열 롤 연신 장치의 일례를 도시한다. 도 2에 도시되는 열 롤 연신 장치는, 필름 반송의 상류 측에서부터 순차 제1 닙 롤(10), 열 롤(5) 및 제2 닙 롤(20)을 포함한다. 열 롤 연신 장치에 도입된 PVA계 수지 필름(1)은, 제1 닙 롤(10), 열 롤(5) 및 제2 닙 롤(20)을 이 순서로 포함하는 반송 경로를 따라서 반송된다. 즉, PVA계 수지 필름(1)은 우선 제1 닙 롤(10, 10) 사이를 통과하고, 이어서 열 롤(5)에 감겨진 상태로 그 표면에 접촉하면서 주행하고, 그 후, 제2 닙 롤(20, 20) 사이를 통과하여, 연신 필름(2)을 얻을 수 있다. 제1 닙 롤(10), 제2 닙 롤(20) 및 열 롤(5)은 모두 구동 롤이다. 구동 롤이란, 모터 등의 롤 구동원이 직접 또는 간접적으로 접속된 롤 등, 그것에 접촉하는 필름에 대하여 필름 반송을 위한 구동력을 부여할 수 있는 롤을 말한다. 제1 닙 롤(10)과 열 롤(5) 사이 및/또는 열 롤(5)과 제2 닙 롤(20) 사이에 가이드 롤을 설치하여도 좋다.
도 2에 도시되는 열 롤 연신 장치에 있어서, 세로 연신을 위해서 필요한 PVA계 수지 필름(1)에의 장력(인장력)은, 제1 닙 롤(10) 또는 제2 닙 롤(20)과, 열 롤(5) 사이의 주속도의 차에 의해서 부여된다. 예컨대 열 롤(5)의 주속도를 제1 닙 롤(10)의 주속도보다도 크게 하면, 열 롤(5)로부터 제1 닙 롤(10)로 향하는 방향의 장력(후방 장력)이 부여되면서, 열 롤(5)에 의한 가열 하에 PVA계 수지 필름(1)은 세로 연신된다. 한편, 제2 닙 롤(20)의 주속도를 열 롤(5)의 주속도보다도 크게 하면, 제2 닙 롤(20)로부터 열 롤(5)로 향하는 방향의 장력(전방 장력)이 부여되면서, 열 롤(5)에 의한 가열 하에 PVA계 수지 필름(1)은 세로 연신된다.
세로 연신은, 열 롤(5)에 의해 PVA계 수지 필름(1)이 연신 가능한 정도까지 가열되며 또한 충분한 장력이 부여되었을 때에 생긴다. 후방 장력이 부여되고 있는 경우, 세로 연신은, PVA계 수지 필름(1)이 열 롤(5)의 표면에 접촉한 순간 및/또는 그 전후(예컨대 바로 앞)에 생길 수 있다. 전방 장력이 부여되고 있는 경우, 세로 연신은, 열 롤(5)의 표면에 접촉하고 있는 동안 및/또는 그 직후에 생길 수 있다.
세로 연신을 위해서 필요한 PVA계 수지 필름(1)에 걸리는 장력의 바람직한 범위는 10~25 MPa이고, 보다 바람직하게는 13~22 MPa이다. 장력이 10 MPa를 밑도는 경우에는 필름의 반송성이 저하하여 주름 등이 생길 가능성이 있다. 또한, 장력이 25 MPa를 웃도는 경우에는 균일한 세로 연신을 하기 어려워진다. 필름의 반송 속도는 특별히 한정되지 않고, 예컨대 2~20 m/분이다.
열 롤(5)로서는, 그 표면 온도를 높일 수 있는 것인 한 특별히 제한되지 않으며, 열원(예컨대, 온수 등의 가열 매체, 적외선 히터, 유도 가열 코일, 유전 가열 회로 등)을 내부에 구비하고, 표면이 금속이나 스테인리스 등의 합금으로 구성된 롤을 이용할 수 있다.
도 3에 도시한 것과 같이, 열 롤 연신 장치는 2 이상의 열 롤을 포함하고 있어도 좋다. 도 3은 3개의 열 롤(6, 7, 8을) 포함하는 예를 도시하고 있다. 2 이상의 열 롤을 포함하는 경우, 세로 연신은, 2개의 열 롤 사이 및/또는 열 롤의 표면에 접촉하고 있는 동안에 생길 수 있다.
본 공정에 있어서의 연신 처리의 연신 배율은 통상 1.1~8배이고, 바람직하게는 2~6배이다. 연신 필름(2)을 편광 필름의 원료로서 사용하는 경우에 있어서의 편광 필름의 광학 특성(특히 편광 특성)의 관점에서, 연신 배율은 보다 바람직하게는 3.5배 이상이고, 더욱 바람직하게는 4배 이상이다. 줄기 형상 결함의 저감 및 편광 필름의 광학 특성(특히 편광 특성) 양쪽을 고려했을 때, 연신 배율은 3.6~4.2배 정도인 것이 바람직하다.
열 롤 연신 시의 열 롤의 표면 온도는 예컨대 80~150℃이다. 표면 온도가 너무 높으면, 가열된 PVA계 수지 필름(1)의 강도가 저하하여, 연신 시에 파단될 가능성이 있다. 표면 온도가 너무 낮으면 PVA계 수지 필름(1)의 연신 자체가 어려워질 수 있다.
연신 필름의 두께는 통상 2~40 ㎛이며, 이것을 이용하여 제조되는 편광 필름의 박막화라는 관점에서, 바람직하게는 20 ㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 15 ㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 이하이다.
연신 필름은 통상 장척 필름이다. 이 경우, 연신 필름은, 그 권취물인 연신 필름 롤이라도 좋다. 연신 필름의 길이는 예컨대 1000~40000 m이고, 바람직하게는 5000~35000 m이다. 또한 연신 필름의 폭은 예컨대 1~3 m이고, 바람직하게는 1.5~2.5 m이다.
<편광 필름 및 편광판의 제조>
본 발명에 따른 제조 방법에 의해서 얻어지는 연신 필름은, 편광 필름의 원료로서 적합하게 이용할 수 있다. 편광 필름은, 연신 필름을 이색성 색소로 염색함으로써 이색성 색소를 흡착시키는 공정; 이색성 색소가 흡착된 필름을 가교 처리하는 공정; 및 가교 처리 후에 수세하는 공정을 거쳐 제조할 수 있다. 이와 같이 하여 제조되는 편광 필름은, 연신된 PVA계 수지 필름에 이색성 색소가 흡착 배향되어 있는 것이다. 이색성 색소로서는 요오드 또는 이색성 유기 염료를 이용할 수 있다. 또, PVA계 수지 필름이 상술한 적층 필름으로서 준비되는 경우, 편광 필름의 제조에 제공되는 연신 필름은, 상기 적층 필름을 기재 필름마다 연신하여 이루어지는 연신 필름이다. 이 경우, 얻어지는 편광 필름은, 기재 필름 상에 적층된 상태에 있지만, 편광 필름을 제조한 후, 기재 필름을 편광 필름으로부터 박리 제거하여도 좋다.
연신 필름은, 상기 제2 공정 후에 권취된 연신 필름 롤로부터 풀어내어져 편광 필름의 제조 공정에 제공되어도 좋고, 상기 제2 공정 후 권취되는 일없이 편광 필름의 제조 공정에 제공되어도 좋다.
연신 필름을 이색성 색소로 염색하는 방법으로서는, 예컨대, 연신 필름을 이색성 색소가 함유된 수용액(염색 용액)에 침지하는 방법이 채용된다. 연신 필름은, 염색 처리 전에 물에 침지하는 처리(팽윤 처리)를 해 두는 것이 바람직하다.
이색성 색소로서 요오드를 이용하는 경우는, 통상 요오드 및 요오드화칼륨을 함유하는 수용액에 연신 필름을 침지하여 염색하는 방법이 채용된다. 이 염색 수용액에 있어서의 요오드의 함유량은 물 100 중량부 당 통상 0.01~1 중량부이다. 또한, 요오드화칼륨의 함유량은 물 100 중량부 당 통상 0.5~20 중량부이다. 염색 수용액의 온도는 통상 20~40℃ 정도이다.
한편, 이색성 색소로서 이색성 유기 염료를 이용하는 경우는, 통상 수용성의 이색성 유기 염료를 포함하는 염색 수용액에 연신 필름을 침지하여 염색하는 방법이 채용된다. 염색 수용액에 있어서의 이색성 유기 염료의 함유량은, 물 100 중량부 당 통상 1×10-4~10 중량부이고, 바람직하게는 1×10-3~1 중량부이다. 이 염색 수용액은, 황산나트륨 등의 무기염을 염색 조제로서 함유하고 있어도 좋다. 염색 수용액의 온도는 통상 20~80℃ 정도이다.
이색성 색소에 의한 염색 후의 가교 처리는, 염색된 필름을 가교제 함유 수용액에 침지함으로써 행할 수 있다. 가교제의 적합한 예는 붕산이지만, 붕사와 같은 붕소 화합물, 글리옥살, 글루타르알데히드 등의 다른 가교제를 이용할 수도 있다. 가교제는 1종만을 사용하여도 좋고, 2종 이상을 병용하여도 좋다.
가교제 함유 수용액에 있어서의 가교제의 양은, 물 100 중량부 당 통상 2~15 중량부이고, 바람직하게는 4~12 중량부이다. 이색성 색소로서 요오드를 이용하는 경우, 이 가교제 함유 수용액은 요오드화칼륨을 함유하는 것이 바람직하다. 가교제 함유 수용액에 있어서의 요오드화칼륨의 양은, 물 100 중량부 당 통상 0.1~15 중량부이고, 바람직하게는 5~12 중량부이다. 가교제 함유 수용액의 온도는 통상 50℃ 이상이고, 바람직하게는 50~85℃이다.
가교 처리 후의 필름은 통상 수세 처리된다. 수세 처리는, 예컨대, 가교 처리된 폴리비닐알코올계 수지 필름을 물에 침지함으로써 행할 수 있다. 수세 처리에 있어서의 물의 온도는 통상 1~40℃ 정도이다.
팽윤 처리, 염색 처리, 가교 처리 및 세정 처리 중 어느 하나 이상의 처리에 있어서, 필요에 따라서 필름에 습식 연신을 실시하여도 좋다.
수세 후에 건조 처리를 실시하여 편광 필름를 얻을 수 있다. 건조 처리는, 열풍 건조기에 의한 건조, 열 롤 접촉에 의한 건조, 원적외선 히터에 의한 건조 등일 수 있다. 건조 처리의 온도는 통상 30~100℃ 정도이고, 40~90℃가 바람직하다. 편광 필름의 평균 두께는 통상 2~40 ㎛이다. 편광판의 박막화의 관점에서, 편광 필름의 평균 두께는, 바람직하게는 20 ㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 15 ㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 이하이다.
얻어진 편광 필름(또는 편광 필름과 기재 필름과의 적층체)은, 순차 권취하여 롤로 하여도 좋고, 권취하지 않고서 그대로 편광판 제작 공정에 제공할 수도 있다.
편광 필름의 편면 또는 양면에 접착제층을 통해 열가소성 수지 필름을 접합함으로써 편광판을 얻을 수 있다. 또한, 편광 필름과 기재 필름의 적층체로서 편광 필름을 제조한 경우에는, 편광 필름에 있어서의 기재 필름과는 반대쪽의 면에 접착제층을 통해 열가소성 수지 필름을 접합함으로써, 혹은 그 후 필요에 따라서 기재 필름을 박리 제거함으로써 편광판을 얻을 수 있다. 열가소성 수지 필름은, 투광성을 갖는 열가소성 수지, 바람직하게는 광학적으로 투명한 열가소성 수지로 구성되는 필름이다. 열가소성 수지 필름을 구성하는 열가소성 수지는, 예컨대, 쇄상 폴리올레핀계 수지(폴리프로필렌계 수지 등), 환상 폴리올레핀계 수지(노르보르넨계 수지 등)와 같은 폴리올레핀계 수지; 트리아세틸셀룰로오스, 디아세틸셀룰로오스와 같은 셀룰로오스계 수지; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 메타크릴산메틸계 수지와 같은 (메트)아크릴계 수지; 폴리스티렌계 수지; 폴리염화비닐계 수지; 아크릴로니트릴·부타디엔·스티렌계 수지; 아크릴로니트릴·스티렌계 수지; 폴리아세트산비닐계 수지; 폴리염화비닐리덴계 수지; 폴리아미드계 수지; 폴리아세탈계 수지; 변성 폴리페닐렌에테르계 수지; 폴리술폰계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 폴리아릴레이트계 수지; 폴리아미드이미드계 수지; 폴리이미드계 수지 등일 수 있다.
쇄상 폴리올레핀계 수지로서는, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지와 같은 쇄상 올레핀의 단독 중합체 외에, 2종 이상의 쇄상 올레핀으로 이루어지는 공중합체를 들 수 있다. 보다 구체적인 예는, 폴리프로필렌계 수지(프로필렌의 단독 중합체인 폴리프로필렌 수지나, 프로필렌을 주체로 하는 공중합체), 폴리에틸렌계 수지(에틸렌의 단독 중합체인 폴리에틸렌 수지나 에틸렌을 주체로 하는 공중합체)를 포함한다.
환상 폴리올레핀계 수지는, 환상 올레핀을 중합 단위로 하여 중합되는 수지의 총칭이다. 환상 폴리올레핀계 수지의 구체예를 들면, 환상 올레핀의 개환 (공)중합체, 환상 올레핀의 부가 중합체, 환상 올레핀과 에틸렌, 프로필렌과 같은 쇄상 올레핀과의 공중합체(대표적으로는 랜덤 공중합체) 및 이들을 불포화 카르복실산이나 그 유도체로 변성한 그라프트 중합체, 그리고 이들의 수소화물 등이다. 그 중에서도, 환상 올레핀으로서 노르보르넨이나 다환 노르보르넨계 모노머 등의 노르보르넨계 모노머를 이용한 노르보르넨계 수지가 바람직하게 이용된다.
셀룰로오스계 수지란, 면린터나 목재 펄프(활엽수 펄프, 침엽수 펄프) 등의 원료 셀룰로오스로부터 얻어지는 셀룰로오스의 수산기에 있어서의 수소 원자의 일부 또는 전부가 아세틸기, 프로피오닐기 및/또는 부티릴기로 치환된, 셀룰로오스 유기산 에스테르 또는 셀룰로오스 혼합 유기산 에스테르를 말한다. 예컨대, 셀룰로오스의 아세트산에스테르, 프로피온산에스테르, 부티르산에스테르 및 이들의 혼합 에스테르 등으로 이루어지는 것을 들 수 있다. 그 중에서도 트리아세틸셀룰로오스, 디아세틸셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트, 셀룰로오스아세테이트부틸레이트가 바람직하다.
폴리에스테르계 수지는, 에스테르 결합을 갖는, 상기 셀룰로오스계 수지 이외의 수지이며, 다가 카르복실산 또는 그 유도체와 다가 알코올과의 중축합체로 이루어지는 것이 일반적이다. 다가 카르복실산 또는 그 유도체로서는 2가의 디카르복실산 또는 그 유도체를 이용할 수 있으며, 예컨대 테레프탈산, 이소프탈산, 디메틸테레프탈레이트, 나프탈렌디카르복실산디메틸 등을 들 수 있다. 다가 알코올로서는 2가의 디올을 이용할 수 있으며, 예컨대 에틸렌글리콜, 프로판디올, 부탄디올, 네오펜틸글리콜, 시클로헥산디메탄올 등을 들 수 있다. 적합한 폴리에스테르계 수지의 예는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함한다.
폴리카보네이트계 수지는, 카보네이트기를 통해 모노머 단위가 결합된 중합체로 이루어지는 엔지니어링 플라스틱이며, 높은 내충격성, 내열성, 난연성, 투명성을 갖는 수지이다. 폴리카보네이트계 수지는, 광탄성 계수를 내리기 위해서 폴리머 골격을 수식한 것과 같은 변성 폴리카보네이트라고 불리는 수지나, 파장 의존성을 개량한 공중합 폴리카보네이트 등이라도 좋다.
(메트)아크릴계 수지는 (메트)아크릴계 모노머 유래의 구성 단위를 포함하는 중합체이다. 상기 중합체는 전형적으로는 메타크릴산에스테르를 포함하는 중합체이다. 바람직하게는 메타크릴산에스테르에 유래하는 구조 단위의 비율이 전체 구조 단위에 대하여 50 중량% 이상인 중합체이다. (메트)아크릴계 수지는, 메타크릴산에스테르의 단독 중합체라도 좋고, 다른 중합성 모노머 유래의 구성 단위를 포함하는 공중합체라도 좋다. 이 경우, 다른 중합성 모노머 유래의 구성 단위의 비율은 바람직하게는 전체 구조 단위에 대하여 50 중량% 이하이다.
(메트)아크릴계 수지를 구성할 수 있는 메타크릴산에스테르로서는, 메타크릴산알킬에스테르가 바람직하다. 메타크릴산알킬에스테르로서는, 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산n-프로필, 메타크릴산이소프로필, 메타크릴산n-부틸, 메타크릴산이소부틸, 메타크릴산t-부틸, 메타크릴산2-에틸헥실, 메타크릴산시클로헥실, 메타크릴산2-히드록시에틸과 같은 알킬기의 탄소수가 1~8인 메타크릴산알킬에스테르를 들 수 있다. 메타크릴산알킬에스테르에 포함되는 알킬기의 탄소수는 바람직하게는 1~4이다. (메트)아크릴계 수지에 있어서, 메타크릴산에스테르는, 1종만을 단독으로 이용하여도 좋고, 2종 이상을 병용하여도 좋다.
(메트)아크릴계 수지를 구성할 수 있는 상기 다른 중합성 모노머로서는, 아크릴산에스테르 및 그 밖의 분자 내에 중합성 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 화합물을 예로 들 수 있다. 다른 중합성 모노머는, 1종만을 단독으로 이용하여도 좋고 2종 이상을 병용하여도 좋다. 아크릴산에스테르로서는 아크릴산알킬에스테르가 바람직하다. 아크릴산알킬에스테르로서는, 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산n-프로필, 아크릴산이소프로필, 아크릴산n-부틸, 아크릴산이소부틸, 아크릴산t-부틸, 아크릴산2-에틸헥실, 아크릴산시클로헥실, 아크릴산2-히드록시에틸과 같은 알킬기의 탄소수가 1~8인 아크릴산알킬에스테르 등을 들 수 있다. 아크릴산알킬에스테르에 포함되는 알킬기의 탄소수는 바람직하게는 1~4이다. (메트)아크릴계 수지에 있어서, 아크릴산에스테르는, 1종만을 단독으로 이용하여도 좋고, 2종 이상을 병용하여도 좋다.
그 밖의 분자 내에 중합성 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 화합물로서는, 에틸렌, 프로필렌, 스티렌 등의 비닐계 화합물이나, 아크릴로니트릴과 같은 비닐시안 화합물을 들 수 있다. 그 밖의 분자 내에 중합성 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 화합물은, 1종만을 단독으로 이용하여도 좋고, 2종 이상을 병용하여도 좋다.
열가소성 수지 필름은 편광 필름을 보호하기 위한 보호 필름일 수 있다. 또한, 열가소성 수지 필름은, 위상차 필름, 휘도 향상 필름과 같은 광학 기능을 더불어 갖는 보호 필름일 수도 있다. 예컨대, 상기 재료로 이루어지는 열가소성 수지 필름을 연신(일축 연신 또는 이축 연신 등)하거나, 상기 필름 상에 액정층 등을 형성하거나 함으로써, 임의의 위상차치가 부여된 위상차 필름으로 할 수 있다. 열가소성 수지 필름은, 그 표면에 적층되는, 하드코트층, 방현층, 반사방지층, 대전방지층, 방오층과 같은 표면 처리층(코팅층)을 갖고 있어도 좋다.
열가소성 수지 필름의 두께는 통상 1~100 ㎛이지만, 강도나 취급성, 편광판의 박막화 등의 관점에서 5~60 ㎛인 것이 바람직하고, 5~50 ㎛인 것이 보다 바람직하다.
편광 필름과 열가소성 수지 필름과의 접합에 이용하는 접착제로서는, 수계 접착제, 활성 에너지선 경화성 접착제 또는 열경화성 접착제를 이용할 수 있고, 바람직하게는 수계 접착제, 활성 에너지선 경화성 접착제이다.
수계 접착제는 접착제 성분을 물에 용해한 것 또는 물에 분산시킨 것이다. 바람직하게 이용되는 수계 접착제는, 예컨대, 주성분으로서 폴리비닐알코올계 수지 또는 우레탄 수지를 이용한 접착제 조성물이다.
접착제의 주성분으로서 폴리비닐알코올계 수지를 이용하는 경우, 그 폴리비닐알코올계 수지는, 부분 비누화 폴리비닐알코올, 완전 비누화 폴리비닐알코올과 같은 폴리비닐알코올 수지일 수 있는 것 외에, 카르복실기 변성 폴리비닐알코올, 아세토아세틸기 변성 폴리비닐알코올, 메틸올기 변성 폴리비닐알코올, 아미노기 변성 폴리비닐알코올과 같은 변성된 폴리비닐알코올계 수지라도 좋다. 폴리비닐알코올계 수지는, 아세트산비닐의 단독 중합체인 폴리아세트산비닐을 비누화 처리하여 얻어지는 비닐알코올 호모폴리머 외에, 아세트산비닐과 이것에 공중합 가능한 다른 단량체와의 공중합체를 비누화 처리하여 얻어지는 폴리비닐알코올계 공중합체라도 좋다.
폴리비닐알코올계 수지를 접착제 성분으로 하는 수계 접착제는 통상 폴리비닐알코올계 수지의 수용액이다. 접착제 중의 폴리비닐알코올계 수지의 농도는, 물100 중량부에 대하여 통상 1~10 중량부, 바람직하게는 1~5 중량부이다.
폴리비닐알코올계 수지의 수용액으로 이루어지는 접착제는, 접착성을 향상시키기 위해서, 다가 알데히드, 멜라민계 화합물, 지르코니아 화합물, 아연 화합물, 글리옥살, 글리옥살 유도체, 수용성 에폭시 수지와 같은 경화성 성분이나 가교제를 함유하는 것이 바람직하다. 수용성 에폭시 수지로서는, 예컨대 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민 등의 폴리알킬렌폴리아민과, 아디프산 등의 디카르복실산과의 반응으로 얻어지는 폴리아미드아민에, 에피클로로히드린을 반응시켜 얻어지는 폴리아미드폴리아민에폭시 수지를 적합하게 이용할 수 있다. 이러한 폴리아미드폴리아민에폭시 수지의 시판 제품으로서는, 「스미레즈레진 650」(다오카카가쿠고교(주) 제조), 「스미레즈레진 675」(다오카카가쿠고교(주) 제조), 「WS-525」(닛폰PMC(주) 제조) 등을 들 수 있다. 이들 경화성 성분이나 가교제의 첨가량(경화성 성분 및 가교제로서 함께 첨가하는 경우에는 그 합계량)은, 폴리비닐알코올계 수지 100 중량부에 대하여 통상 1~100 중량부, 바람직하게는 1~50 중량부이다. 상기 경화성 성분이나 가교제의 첨가량이 폴리비닐알코올계 수지 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만인 경우에는, 접착성 향상 효과가 작아지는 경향이 있고, 또한, 상기 첨가량이 폴리비닐알코올계 수지 100 중량부에 대하여 100 중량부를 넘는 경우에는, 접착제층이 취약하게 되는 경향이 있다.
또한, 접착제의 주성분으로서 우레탄 수지를 이용하는 경우의 적합한 예로서, 폴리에스테르계 아이오노머형 우레탄 수지와 글리시딜옥시기를 갖는 화합물과의 혼합물을 들 수 있다. 폴리에스테르계 아이오노머형 우레탄 수지란, 폴리에스테르 골격을 갖는 우레탄 수지이며, 그 속에 소량의 이온성 성분(친수 성분)이 도입된 것이다. 이러한 아이오노머형 우레탄 수지는, 유화제를 사용하지 않고서 직접 수중에서 유화하여 에멀젼으로 되기 때문에, 수계의 접착제로서 적합하다.
활성 에너지선 경화성 접착제는, 자외선, 가시광, 전자선, X선과 같은 활성 에너지선의 조사에 의해서 경화되는 접착제이다. 활성 에너지선 경화성 접착제를 이용하는 경우, 편광판이 갖는 접착제층은 그 접착제의 경화물층이다.
활성 에너지선 경화성 접착제는, 양이온 중합에 의해서 경화되는 에폭시계 화합물을 경화성 성분으로서 함유하는 접착제일 수 있으며, 바람직하게는, 이러한 에폭시계 화합물을 경화성 성분으로서 함유하는 자외선 경화성 접착제이다. 여기서 말하는 에폭시계 화합물이란, 분자 내에 평균 1개 이상, 바람직하게는 2개 이상의 에폭시기를 갖는 화합물을 의미한다. 에폭시계 화합물은, 1종만을 사용하여도 좋고, 2종 이상을 병용하여도 좋다.
적합하게 사용할 수 있는 에폭시계 화합물의 구체예는, 방향족 폴리올의 방향환에 수소화 반응을 행하여 얻어지는 지환식 폴리올에, 에피클로로히드린을 반응시킴으로써 얻어지는 수소화에폭시계 화합물(지환식 고리를 갖는 폴리올의 글리시딜에테르); 지방족 다가 알코올 또는 그 알킬렌옥사이드 부가물의 폴리글리시딜에테르와 같은 지방족 에폭시계 화합물; 지환식 고리에 결합한 에폭시기를 분자 내에 1개 이상 갖는 에폭시계 화합물인 지환식 에폭시계 화합물을 포함한다.
활성 에너지선 경화성 접착제는, 경화성 성분으로서, 상기 에폭시계 화합물 대신에 또는 이것과 함께 라디칼 중합성인 (메트)아크릴계 화합물을 함유할 수 있다. (메트)아크릴계 화합물로서는, 분자 내에 적어도 1개의 (메트)아크릴로일옥시기를 갖는 (메트)아크릴레이트 모노머; 작용기 함유 화합물을 2종 이상 반응시켜 얻어지고, 분자 내에 적어도 2개의 (메트)아크릴로일옥시기를 갖는 (메트)아크릴레이트 올리고머 등의 (메트)아크릴로일옥시기 함유 화합물을 들 수 있다.
활성 에너지선 경화성 접착제는, 양이온 중합에 의해서 경화되는 에폭시계 화합물을 경화성 성분으로서 포함하는 경우, 광양이온 중합개시제를 함유하는 것이 바람직하다. 광양이온 중합개시제로서는, 예컨대, 방향족 디아조늄염; 방향족 요오도늄염이나 방향족 술포늄염 등의 오늄염; 철-아렌 착체 등을 들 수 있다. 또한, 활성 에너지선 경화성 접착제가 (메트)아크릴계 화합물과 같은 라디칼 중합성 경화성 성분을 함유하는 경우는, 광라디칼 중합개시제를 함유하는 것이 바람직하다. 광라디칼 중합개시제로서는, 예컨대, 아세토페논계 개시제, 벤조페논계 개시제, 벤조인에테르계 개시제, 티오크산톤계 개시제, 크산톤, 플루오레논, 캄파퀴논, 벤즈알데히드, 안트라퀴논 등을 들 수 있다.
편광 필름에 열가소성 수지 필름을 접합함에 앞서서, 편광 필름 및/또는 열가소성 수지 필름의 접합면에, 플라즈마 처리, 코로나 처리, 자외선 조사 처리, 플레임(화염) 처리, 비누화 처리와 같은 표면 활성화 처리를 행하여도 좋다. 이 표면 활성화 처리에 의해, 편광 필름과 열가소성 수지 필름의 접착성을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 편광 필름, 및 편광 필름과 그 적어도 한쪽의 면에 적층되는 보호 필름을 포함하는 본 발명에 따른 편광판은, 장척 필름이라도 좋고, 그로부터 잘라내어진 매엽체라도 좋다. 장척 필름인 편광 필름 및 편광판의 길이는, 예컨대 100~20000 m이고, 바람직하게는 1000~10000 m이다. 또한 장척 필름인 편광 필름 및 편광판의 폭은, 예컨대 0.5~3 m이고, 바람직하게는 1~2.5 m이다.
본 발명에 따른 편광 필름 및 편광판(보다 전형적으로는 장척의 편광 필름 및 편광판)은, 하기 식(1):
Figure pat00004
으로 나타내어지는 제곱 평균 평방근(RMS)이 0.04°이하인 것이 바람직하고, 0.03°이하인 것이 보다 바람직하다. 이 제곱 평균 평방근(RMS)은, 편광 필름 또는 편광판에 있어서의 흡수축 각도와 평균선의 차의 제곱 평균 평방근이다. 제곱 평균 평방근(RMS)과 줄기 형상 결함 사이에 상관이 있다는 것은 본 발명자들에 의해서 처음으로 발견된 지견이다. 본 발명자들의 한층 더 지견에 따르면, 제곱 평균 평방근(RMS)이 작을수록 줄기 형상 결함의 저감에는 유리하지만, 제곱 평균 평방근(RMS)이 0.04°이하라면, 최근의 시장 요구에 맞춰 백라이트의 휘도를 크게 하더라도 줄기 형상 결함이 거의 또는 전혀 시인되지 않는다. 제곱 평균 평방근(RMS)은 물론 제로라도 좋지만, 통상은 0.001°이상이고, 보다 전형적으로는 0.005°이상이다.
상기 식(1)에서, N은 편광 필름 또는 편광판에 관해서, 그 투과축 방향으로 100 mm 간격으로 측정한 흡수축 각도의 측정 점수이고, xi는 투과축 방향에 있어서의 측정 위치(측정점)이고, θi는 측정 위치 xi에 있어서의 흡수축 각도(°)이다. a는 하기 식(2):
Figure pat00005
으로 나타내어지는 계수이고, b는 하기 식(3):
Figure pat00006
으로 나타내어지는 계수이다. 식(2) 및 식(3) 중의 N, xi 및 θi는 상기 식(1)에서의 의미와 같다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 기재하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의해서 한정되는 것은 아니다. 측정 방법 및 평가 방법은 하기에 따랐다.
(1) 폴리비닐알코올(PVA) 필름의 폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치의 측정
PVA 필름으로부터, MD 길이 50 mm×TD 길이 전폭의 띠 형상의 시험편을 잘라냈다. 이어서, 리타데이션 측정 장치〔오츠카덴시(주) 제조의 리타데이션 측정 장치 「RETS-100」〕를 이용하여, 폭 방향으로 100 mm 간격으로 전폭에 걸쳐 파장 550 nm에 있어서의 면내 위상차치를 측정하여, 얻어진 측정치의 평균으로서, PVA 필름의 폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치를 얻었다.
(2) PVA 필름의 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 변동 계수의 측정
PVA 필름의 폭 방향의 한쪽의 단부로부터, MD 길이 100 mm×TD 길이 25 mm의 장방형의 시험편을 100 mm 간격으로 전폭에 걸쳐 잘라냈다. 이어서, 잘라낸 시험편의 각각을 인장력 시험기〔(주)시마즈세이사쿠쇼 제조 AUTOGRAPH AG-1S 시험기〕의 상하 집게로, 집게의 간격이 7 cm가 되도록 상기 시험편의 긴 변 방향 양끝을 사이에 끼워, 온도 23℃, 상대습도 55%의 환경 하에, 인장 속도 50 mm/분으로 시험편을 MD(시험편의 길이 방향)으로 잡아당겨, 얻어지는 응력-변형 곡선에 있어서의 초기의 직선의 기울기로부터, 23℃에서의 MD에 있어서의 인장 탄성율〔MPa〕을 산출했다. 얻어진 인장 탄성율의 평균치 및 표준편차로부터, 하기 식:
PVA 필름의 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 변동 계수〔%〕=(PVA 필름의 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 표준편차)/(PVA 필름의 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 평균치)×100
에 따라서, PVA 필름의 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 변동 계수를 구했다.
(3) PVA 필름의 수분율의 측정
수분율이 다른 복수의 PVA 필름 시료를 이용하여, 건조중량법에 의한 수분율과, 적외선 흡수식의 수분율계(쿠라보우 제조의 「RM-300」)의 측정치와의 상관을 나타내는 검량선(환산식)을 작성했다. 표 1에 기재한 수분율은, 상기 수분율계를 이용하여 측정치를 얻고, 이것을 상기 검량선(환산식)에 대입하여, 건조중량법에 의한 수분율 〔중량%〕로 환산한 것이다. 건조중량법에 의한 수분율은, 105℃에서 2시간 건조시켰을 때의 PVA 필름의 중량을 W1, 건조 전의 PVA 필름의 중량을 W0이라고 할 때, 하기 식:
건조중량법에 의한 수분율〔중량%〕={(W0-W1)÷W0}×100
에 따라서 구했다. 상기 검량선은 PVA 필름의 두께가 다를 때마다 작성했다.
(4) 필름 두께의 측정
(주)니콘 제조의 디지털 마이크로미터 「MH-15M」을 이용하여 측정했다.
(5) 열 롤의 표면 온도의 측정
표면 온도계(안리츠게이키가부시키가이샤 제조의 「HFT-50」)를 사용하고, 열 롤의 폭 방향 중앙부를 둘레 방향으로 22.5°마다 16 곳 측정하여, 이들 측정치의 평균치를 열 롤의 표면 온도로 했다.
(6) 편광판의 제곱 평균 평방근(RMS)의 측정
얻어진 편광판으로부터, MD 길이 50 mm×TD 길이 전폭의 띠 형상의 시험편을 잘라냈다. 이어서, 리타데이션 측정 장치〔오츠카덴시(주) 제조의 리타데이션 측정 장치 「RETS-100」〕를 이용하여, 폭 방향으로 100 mm 간격으로 전폭에 걸쳐 흡수축 각도를 측정하고, 얻어진 측정치로부터 상기 식(1)에 따라서 편광판에 있어서의 흡수축 각도와 평균선의 차의 제곱 평균 평방근(RMS)을 구했다. 상기 식(1)에서, N은 투과축 방향으로 100 mm 간격으로 측정한 흡수축 각도의 측정 점수이고, xi는 투과축 방향에 있어서의 측정 위치이고, θi는 측정 위치 xi에 있어서의 흡수축 각도(°)이다. a는 상기 식(2)으로 나타내어지는 계수이고, b는 상기 식(3)으로 나타내어지는 계수이다. 식(2) 및 식(3) 중 N, xi 및 θi는 상기 식(1)에서의 의미와 같다.
(7) 줄기 형상 결함의 평가
얻어진 편광판으로부터, MD 길이 400 mm×TD 길이 전폭의 띠 형상의 시험편을 잘라냈다. 이어서, 암실 내에서, 휘도가 20000 cd/㎡인 백라이트 상에 검사용의 편광판을 배치하고, 또 그 위에 상기 편광판 시험편을 배치했다. 이 때, 검사용 편광판의 투과축과 편광판 시험편의 투과축이 직교하도록 검사용의 편광판 및 편광판 시험편을 배치했다. 이어서, 백라이트를 점등시킨 상태에서 편광판 시험편 측에서 눈으로 보아 관찰하여, 편광판 시험편의 흡수축 방향으로 뻗는 줄기 형상의 얼룩짐(줄기 형상 결함)에 관해서 다음 기준에 의해 평가했다.
1: 줄기 형상 결함이 확인되지 않는다.
2: 전폭에 있어서 합계 1~5 가닥의 줄기 형상 결함이 옅게 관찰된다.
3: 전폭에 있어서 합계 1~5 가닥의 줄기 형상 결함이 명확히 관찰된다.
4: 전폭에 있어서 합계 6 가닥 이상의 줄기 형상 결함이 명확히 관찰된다.
<실시예 1>
(1) 연신 필름의 제작
평균 중합도가 약 2400, 비누화도가 99.9 몰% 이상, 두께가 30 ㎛, 수분율이 8.1 중량%, 폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치가 1.5 nm, 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 변동 계수가 2.6%인 장척의 폴리비닐알코올(PVA) 필름을 준비했다. 이 PVA 필름을 연속적으로 풀어내면서, 표면 온도가 119℃인 열 롤을 이용하여 건식으로 4.1배로 일축 연신하여, 두께 8 ㎛의 장척의 연신 필름을 얻었다. 얻어진 연신 필름은 권취 롤에 권취하여 연신 필름 롤로 했다.
(2) 편광 필름의 제작
연신 필름 롤로부터 연신 필름을 연속적으로 풀어내면서, 연신 필름을 긴장상태를 유지하면서 30℃의 순수에 체류 시간 1분으로 침지한 후, 요오드/요오드화칼륨/물의 중량비가 0.1/5/100인 28℃의 수용액에 체류 시간 45초로 침지했다. 그 후, 요오드화칼륨/붕산/물의 중량비가 15/5.5/100인 69℃의 수용액에 체류 시간 200초로 침지했다. 이어서, 20℃의 순수로 5초간 세정한 후, 60℃에서 60초간 건조시켜, 요오드가 흡착 배향된 장척의 편광 필름을 연속적으로 제조했다.
(3) 편광판의 제작
얻어진 장척의 편광 필름을 연속적으로 반송함과 더불어, 장척의 제1 열가소성 수지 필름〔코니카미놀타옵트(주) 제조의 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름인 상품명 「KC2UAW」, 두께: 25 ㎛〕 및 장척의 제2 열가소성 수지 필름〔JSR(주) 제조의 환상 폴리올레핀계 수지 필름인 상품명 「FEKB015D3」, 두께: 15 ㎛〕을 연속적으로 반송하여, 편광 필름과 제1 열가소성 수지 필름의 사이 및 편광 필름과 제2 열가소성 수지 필름의 사이에 수계 접착제를 주입하면서, 한 쌍의 접합 롤 사이로 통과시켜 제1 열가소성 수지 필름/수계 접착제층/편광 필름/수계 접착제층/제2 열가소성 수지 필름으로 이루어지는 적층 필름을 얻었다. 이어서, 얻어진 적층 필름을 반송하여, 열풍 건조기를 지나게 하여 80℃, 300초간의 가열 처리를 행함으로써 수계 접착제층을 건조시켜, 장척의 편광판을 얻었다. 상기한 수계 접착제에는, 폴리비닐알코올 분말〔닛폰고세이카가쿠고교(주) 제조의 상품명 「고세파이마」, 평균 중합도 1100〕을 95℃의 열수에 용해하여 얻어진 농도 3 중량%의 폴리비닐알코올 수용액에 가교제〔닛폰고세이카가쿠고교(주) 제조의 글리옥실산나트륨〕을 폴리비닐알코올 분말 100 중량부에 대하여 10 중량부의 비율로 혼합한 수용액을 이용했다. 줄기 형상 결함의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
<실시예 2>
폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치가 3.1 nm, 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 변동 계수가 3.3%인 PVA 필름을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여 편광판을 제작했다. 줄기 형상 결함의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
<실시예 3>
PVA 필름을, 표면 온도가 119℃인 열 롤을 이용하여 건식으로 3.6배로 일축 연신한 것 이외에는 실시예 2와 같은 식으로 하여 편광판을 제작했다. 줄기 형상 결함의 평가 결과를 표 1에 나타낸다. 연신 필름의 두께는 9 ㎛였다.
<비교예 1~3>
평균 중합도가 약 2400, 비누화도가 99.9 몰% 이상, 두께가 30 ㎛, 수분율이 8.1 중량%이고, 폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치 및 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 변동 계수가 각각 표 1에 나타낸 것과 같은 PVA 필름을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여, 연신 필름, 편광 필름 및 편광판을 제작했다. 줄기 형상 결함의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
<실시예 4>
평균 중합도가 약 2400, 비누화도가 99.9 몰% 이상, 두께가 30 ㎛, 수분율이 8.1 중량%이고, 폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치가 8.9 nm, 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 변동 계수가 4.8%인 PVA 필름을 준비했다. 이 PVA는, 비교예 1에서 이용한 것과 동일한 PVA 필름이다. 이 PVA 필름을 온도 60℃, 상대습도 90%의 항온항습로 내에서, 복수의 가이드 롤의 표면에 접촉시키면서 1분간 가습 처리했다. 얻어진 PVA 필름의 수분율은 9.8 중량%이고, 폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치는 4.9 nm이고, 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 변동 계수는 3.8%였다. 이어서, 이 항온항습로로 처리한 후의 PVA 필름을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여 연신 필름, 편광 필름 및 편광판을 제작했다. 줄기 형상 결함의 평가 결과를 표 1에 나타낸다. 연신 필름의 두께는 8 ㎛였다.
Figure pat00007
1: 폴리비닐알코올계 수지 필름(PVA계 수지 필름), 2: 연신 필름, 5, 6, 7, 8: 열 롤, 10: 제1 닙 롤, 20: 제2 닙 롤.

Claims (6)

  1. 폭 방향에 있어서의 면내 위상차치의 평균치가 5 nm 이하인 폴리비닐알코올계 수지 필름을 준비하는 제1 공정과,
    상기 폴리비닐알코올계 수지 필름을 건식 연신하여 연신 필름을 얻는 제2 공정
    을 포함하는, 연신 필름의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리비닐알코올계 수지 필름은, 폭 방향에 있어서의 23℃에서의 인장 탄성율의 변동 계수가 4% 이하인, 연신 필름의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 공정은 폴리비닐알코올계 수지 필름을 가습 처리하는 공정을 포함하는, 연신 필름의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 가습 처리하는 공정에 있어서 폴리비닐알코올계 수지 필름은, 그 수분율이 8 중량% 이상이 되도록 가습 처리되는, 연신 필름의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재한 제조 방법에 의해서 상기 연신 필름을 얻는 공정과,
    상기 연신 필름을 이용하여 편광 필름을 얻는 공정
    을 포함하는, 편광 필름의 제조 방법.
  6. 편광 필름과, 상기 편광 필름의 적어도 한쪽의 면에 적층되는 보호 필름을 포함하는 편광판으로서,
    하기 식(1):
    Figure pat00008

    〔식(1)에서, N은 투과축 방향으로 100 mm 간격으로 측정한 흡수축 각도의 측정 점수이고, xi는 투과축 방향에 있어서의 측정 위치이고, θi는 측정 위치 xi에 있어서의 흡수축 각도(°)이다. a는 하기 식(2):
    Figure pat00009

    로 나타내어지는 계수이고, b는 하기 식(3):
    Figure pat00010

    으로 나타내어지는 계수이다. 식(2) 및 식(3)에서의 N, xi 및 θi는 상기와 같은 의미를 나타낸다.〕
    로 나타내어지는 제곱 평균 평방근(RMS)이 0.04°이하인 편광판.
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