KR20170129096A - 폴리비닐 알코올계 필름, 폴리비닐 알코올계 필름의 제조 방법, 편광 필름 및 편광판 - Google Patents

Abstract

두께 변동이 적고, 편광 특성이 뛰어난 편광 필름을 얻을 수 있는 폴리비닐 알코올계 필름, 또한, 편광 필름을 제공한다. 이 폴리비닐 알코올계 필름은 두께 5∼60㎛, 폭 2m 이상, 길이 2km 이상인 폴리비닐 알코올계 필름이며, 필름 전면에 있어서의 두께의 변동 계수가 1% 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

폴리비닐 알코올계 필름, 폴리비닐 알코올계 필름의 제조 방법, 편광 필름 및 편광판 {Polyvinyl alcohol film, method for producing polyvinyl alcohol film, polarizing film, and polarizing plate}

본 발명은, 폴리비닐 알코올계 필름에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 두께 변동이 적고, 편광 특성이 뛰어난 편광 필름을 얻을 수 있는 폴리비닐 알코올계 필름 및 이와 같은 폴리비닐 알코올계 필름의 제조 방법 및 편광 필름 편광판에 관한 것이다.

종래, 폴리비닐 알코올계 필름은 폴리비닐 알코올계 수지를 물 등의 용매에 용해하여 원액을 조제한 후, 용액 유연법 (캐스트법)에 의해 제막하고, 금속 가열 롤 등을 사용하여 건조함으로써 제조된다. 이와 같이 하여 얻어지는 폴리비닐 알코올계 필름은, 투명성이나 염색성이 뛰어난 필름으로서 많은 용도에 사용되고 있으며, 그 유용한 용도의 하나로 편광 필름을 들 수 있다. 이와 같은 편광 필름은 액정 디스플레이의 기본 구성요소로서 사용되고 있으며, 근래에는 고품위이며 고신뢰성이 요구되는 기기로 그 사용이 확대되고 있다.

이와 같이 액정 TV 등의 화면의 대형화에 따라, 종래 제품보다 더욱 평탄성이 뛰어나고, 또한, 광폭의 긴 박형의 편광 필름 및 그 원반 (原反)이 되는 폴리비닐 알코올계 필름이 필요해지고 있다. 폴리비닐 알코올계 필름이 두께 변동에 의해 평탄하지 않는 경우에는, 편광 필름의 두께 변동도 커져, 편광 성능의 면내 균일성이 부족하거나 조립된 액정 셀에 응력이 생기거나 하여 액정 셀 자체의 변형이나, 내구성의 저하를 일으킨다. 이러한 문제의 대책으로서 예를 들어, TD방향 (폭방향)의 두께 변동이 0.5㎛/㎜ 이하의 폴리비닐 알코올계 필름을 편광 필름의 제조에 사용하는 것이 제안되고 있다 (예를 들어, 특허 문헌 1 참조.). 또, 두께 변동을 억제하기 위해서, 폴리비닐 알코올계 필름을 특정의 위치 관계에 있는 다이와 금속 롤을 사용하여 제막하는 수법이 제안되고 있다 (예를 들어, 특허 문헌 2 참조.).

특허 문헌 1 JP 2002－31720 A 특허 문헌 2 JP 2002－144355 A

그러나 상기 특허 문헌 1에 대해서는, TD방향의 두께 변동이 길이 1㎜당 0.5㎛ 이하이지만, 고작 길이 1㎜ 중에서의 변동값이며, 특히 전체 폭이 2m 이상인 광폭 필름의 경우에서는 이와 같은 변동값은 크게 증대한다고 생각된다. 또한, 전체 길이 2㎞ 이상인 긴 필름의 경우에서는 이와 같은 TD방향의 두께 변동은 더욱 커져버린다.

또, TD방향의 두께 변동만을 저감할지라도 폴리비닐 알코올계 필름 롤에서부터 필름을 권취하여 편광 필름을 제조하는 경우에는, MD방향 (흐름 방향：길이 방향)의 두께 변동때문에, 염색, 연신, 붕산 처리의 각 공정에 제공할 때에 균일한 처리가 곤란해져, 편광 필름의 면내에서 편광도가 불균일해진다는 문제가 있다.

상기 특허 문헌 2의 실시예에서는, 필름의 TD방향의 두께 변동이 1.5㎛이지만, 필름의 두께가 75㎛로 두껍고, 편광 필름의 박형화에 대응하는 것이 곤란하며, 60㎛ 이하로 박형화한 경우에는, 충분한 두께 정밀도를 확보할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 필름의 두께가 30㎛의 경우, 필름의 두께 변동이 1.5㎛이면 두께 변동 계수는 0.8% 정도이다.

또, 상기 특허 문헌 1의 경우와 같이, TD방향의 두께 변동만을 저감해도 폴리비닐 알코올계 필름 롤로부터 필름을 권취하여 편광 필름을 제조하는 경우에는, MD방향의 두께 변동 때문에, 염색, 연신, 붕산 처리의 각 공정에 제공할 때에 균일한 처리가 곤란해져, 편광 필름의 면내에서 편광도가 불균일해진다는 문제가 있다.

또, 폴리비닐 알코올계 필름의 두께 변동이 크고 평탄하지 않은 경우는, 롤에 권취하는 것이 곤란하고, 보관 및 수송중에 필름이 흡습했을 때에는, 물결침이 증대하여 편광 필름 제조 전에 필름의 대부분을 파기하지 않을 수 없다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 배경하에서, 두께 변동이 적고, 편광 특성이 뛰어난 편광 필름을 얻을 수 있는 폴리비닐 알코올계 필름 및 이와 같은 폴리비닐 알코올계 필름의 제조 방법 및 편광 필름, 편광판을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명자들은 이와 같은 사정을 감안하여 예의 연구를 거듭한 결과, 폴리비닐 알코올계 필름의 막 두께에 착안하여, 그 변동 계수가 작도록 제어함으로써, 편광 특성이 뛰어난 편광 필름을 얻을 수 있다는 것을 발견하여 본 발명을 완성했다.

즉, 본 발명의 제1 요지는, 두께 5∼60㎛, 폭 2m 이상, 길이 2㎞ 이상인 폴리비닐 알코올계 필름으로서, 필름 전면에 있어서의 두께의 변동 계수가 1% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올계 필름에 관한 것이다.

또, 본 발명의 제2 요지는, 폴리비닐 알코올계 수지의 수용액을, T형 슬릿 다이로부터 회전하는 캐스트 드럼상에 토출하여 제막하고, 연속적으로 건조하여 얻어지는 폴리비닐 알코올계 필름의 제조 방법으로서, 필름 전면에 있어서의 두께의 변동 계수가 1% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올계 필름의 제조 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 제3 요지는, 상기 폴리비닐 알코올계 필름으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광 필름에 관한 것이다.

그리고, 본 발명의 제4 요지는 상기 편광 필름의 적어도 한 면에 보호 필름을 설치하여 이루어진 편광판에 관한 것이다.

본 발명의 폴리비닐 알코올계 필름은, 두께 정밀도가 뛰어나기 때문에, 편광 특성이 뛰어난 편광 필름을 얻을 수 있는 것이며, 특히 박형이며 긴 편광 필름의 원반으로서 바람직하게 사용되며, 편광도가 면내에서 균일한 편광 필름을 얻을 수 있는 것이다.

도 1은 T형 슬릿 다이 토출구에서 캐스트 드럼 표면에의 폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 토출 상태 (비행 시간)를 나타낸 설명도이다.
도 2는 폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 캐스트 드럼 표면으로의 착륙 상태에 대해 나타낸 설명도이다.
도 3은 T형 슬릿 다이에서부터 캐스트 드럼으로의 폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 토출 방향을 나타낸 설명도이다.

본 발명의 폴리비닐 알코올계 필름은, 두께 5∼60㎛, 폭 2m 이상, 길이 2㎞ 이상인 폴리비닐 알코올계 필름으로서, 필름 전면 (全面)에 있어서의 두께의 변동 계수가 1% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올계 필름이다.

여기서, 상기 변동 계수란 이하의 방법에 의해 구해지는 것이다.

＜측정 방법＞

우선, 폴리비닐 알코올계 필름의 임의의 개소의 두께를 측정한다.

·흐름 방향 (MD방향)의 측정은 키엔스사 제조 「분광 간섭형 막후계 SI-T80」를 사용하여 0.3㎜조각으로 폭방향 (TD방향)의 중앙부와 양단부의 3개소를 각각 6만점 측정한다.

·TD방향의 측정은 야마분덴키사 제조 「연속 막후계 TOF-5 R01」를 사용하여 MD방향의 첨단부, 중앙부, 종단부의 3개소를 각각 4000점 측정한다.

이어서, 상기 두께의 측정치에 대해서, 하기 식으로 표준 편차를 계산한다.

x: 평균값

xi: i번째의 값

n: 샘플수

마지막에 이하의 식으로 변동 계수를 계산한다.

변동 계수(C.V.)=100×S.D./x

또한, 본 발명에서 「필름 전면에 있어서」란, 전체 길이, 전체 폭에 대한 측정을 의미하고, 구체적으로는 MD방향에 대해서는 중앙부와 양단부의 최저 3개소, TD방향에 대해서도 중앙과 양단부의 최저 3개소를 의미하는 것이다.

본 발명의 폴리비닐 알코올계 필름은 상기 방법에 따른 두께의 변동 계수가 1% 이하인 것이 필요하고, 바람직하게는 0.7% 이하, 특히 바람직하게는 0.5% 이하, 더욱 바람직하게는 0.4% 이하이다. 두께의 변동 계수가 1%보다 크면 편광 필름의 성능이 악화되어, 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.

또, 상기 두께의 변동 계수의 하한값은 통상 0.01%, 바람직하게는 0.05%, 특히 바람직하게는 0.1%이다.

상기와 같은 본 발명의 폴리비닐 알코올계 필름은 폴리비닐 알코올계 수지의 수용액을 T형 슬릿 다이로부터 회전하는 캐스트 드럼상에 토출하여 제막하고, 연속적으로 건조하여 제조되는 것이 바람직하다.

이와 같은 폴리비닐 알코올계 수지로서는, 통상, 미변성의 폴리비닐 알코올계 수지, 즉, 초산비닐을 중합하여 얻어지는 폴리 초산비닐을 비누화하여 제조되는 수지가 사용된다. 필요에 따라, 초산비닐과 소량 (예를 들면, 10몰% 이하, 바람직하게는 5몰% 이하)의 초산비닐과 공중합 가능한 성분과의 공중합체를 비누화하여 얻어지는 수지를 사용할 수도 있다. 초산 비닐과 공중합 가능한 성분으로서는, 예를 들면, 불포화 카르본산 (예를 들면, 염, 에스테르, 아미드, 니트릴 등을 포함한다), 탄소수 2∼30의 올레핀류 (예를 들면, 에틸렌, 프로필렌, n－부텐, 이소부텐 등 ), 비닐 에테르류, 불포화 설폰산 염 등을 들 수 있다. 또, 비누화 후의 수산기를 화학 변형하여 얻어지는 변성 폴리비닐 알코올계 수지를 사용할 수도 있다.

또, 폴리비닐 알코올계 수지로서 측쇄에 1, 2－디올 구조를 갖는 폴리비닐 알코올계 수지를 사용할 수도 있다. 이와 같은 측쇄에 1,2－디올 구조를 갖는 폴리비닐 알코올계 수지는, 예를 들면, (i) 초산 비닐과 3,4－디아세톡시-1－부텐과의 공중합체를 비누화하는 방법, (ⅱ) 초산 비닐과 비닐에틸렌카보네이트와의 공중합체를 비누화 및 탈탄산하는 방법, (ⅲ) 초산 비닐과 2,2－디알킬-4－비닐-1,3－디옥솔란과의 공중합체를 비누화 및 탈케탈화하는 방법, (ⅳ) 초산 비닐과 글리세린 모노아릴에테르와의 공중합체를 비누화하는 방법, 등에 의해 얻어진다.

폴리비닐 알코올계 수지의 중량 평균 분자량은, 10만∼30만인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 11만∼28만, 더욱 바람직하게는 12만∼26만이다. 이와 같은 중량 평균 분자량이 너무 작으면 폴리비닐 알코올계 수지를 광학 필름으로 하는 경우에 충분한 광학 성능을 얻기 어려운 경향이 있고, 너무 크면 폴리비닐 알코올계 필름을 편광 필름 제조시의 연신이 곤란해지는 경향이 있다. 또한, 상기 폴리비닐 알코올계 수지의 중량 평균 분자량은, GPC－MALS법에 의해 측정되는 중량 평균 분자량이다.

본 발명에서 사용하는 폴리비닐 알코올계 수지의 평균 비누화도는, 통상 98 몰% 이상인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 99몰% 이상, 더욱 바람직하게는 99.5몰% 이상, 특히 바람직하게는 99.8몰% 이상이다. 이와 같은 평균 비누화도가 너무 작으면 폴리비닐 알코올계 필름을 편광 필름으로 하는 경우에 충분한 광학 성능을 얻을 수 없는 경향이 있다.

여기서, 본 발명에 있어서의 평균 비누화도는 JIS K 6726에 준해 측정되는 것이다.

본 발명에 사용하는 폴리비닐 알코올계 수지로서 변성종, 중량 평균 분자량, 평균 비누화도 등의 다른 2종 이상의 것을 병용할 수도 있다.

상기 폴리비닐 알코올계 수지를 사용하여 폴리비닐 알코올계 수지 수용액을 조제하여 이 수용액을 회전하는 캐스트 드럼 (드럼형 롤)에 유연(流延)하고, 캐스트법에 의해 제막, 건조하는 것으로, 본 발명의 폴리비닐 알코올계 필름을 연속적으로 제조할 수 있고, 예를 들면, 이하의 공정에 의해 제조할 수 있다.

(A) 캐스트법에 의해 필름을 제막하는 공정.

(B) 제막된 필름을 가열하여 건조하는 공정.

(C) 건조된 필름을 슬릿한 후, 롤에 권취하는 공정.

이하, 상기 공정 (A)에 대해 설명한다.

공정 (A)에서는, 상기의 폴리비닐 알코올계 수지를 물 등의 용제를 사용하여 세정하고, 원심분리기 등을 사용하여 탈수하고, 함수율 50중량% 이하의 폴리비닐 알코올계 수지 웨트 케이크로 하는 것이 바람직하다. 함수율이 너무 크면, 소망하는 수용액 농도로 하는 것이 어려워지는 경향이 있다.

이와 같은 폴리비닐 알코올계 수지 웨트 케이크를 온수나 열수에 용해하여 폴리비닐 알코올계 수지 수용액을 조제한다.

폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 조제 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 가열된 다축압출기를 사용하여 조제할 수도 있고, 또, 상하 순환류 발생형 교반 날개를 구비한 용해 캔에, 전술한 폴리비닐 알코올계 수지 웨트 케이크를 투입하여 관중에 수증기를 불어넣어, 용해 및 소망하는 농도의 수용액을 조제할 수도 있다.

폴리비닐 알코올계 수지 수용액에는 폴리비닐 알코올계 수지 이외에, 필요에 따라서, 글리세린, 디글리세린, 트리글리세린, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 트리메티롤프로판 등의 일반적으로 사용되는 가소제나, 비이온성, 음이온성, 또는 양이온성의 계면활성제를 함유시키는 것이, 폴리비닐 알코올계 필름의 제막성의 관점에서 바람직하다.

이와 같이 하여 얻어지는 폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 수지 농도는 15∼60중량%인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 17∼55 중량%, 더욱 바람직하게는 20∼50중량%이다.

이와 같은 수지 농도가 너무 낮으면 건조 부하가 커지기 때문에 생산 능력이 저하되는 경향이 있고, 너무 높으면 점도가 너무 높아져서 균일한 용해가 불가능해지는 경향이 있다.

이어서, 얻어지는 폴리비닐 알코올계 수지 수용액은, 탈포 처리된다.

탈포 방법으로서는, 정치 탈포나 다축압출기에 의한 탈포 등의 방법을 들 수 있다. 다축 압출기로서는, 벤트를 갖는 다축압출기이면, 특별히 한정되지 않지만, 통상은 벤트를 갖는 2축 압출기가 사용된다.

탈포 처리 후, 폴리비닐 알코올계 수지 수용액은, 일정량씩 T형 슬릿 다이에 도입되어 회전하는 캐스트 드럼상에 토출 및 유연되고, 캐스트법에 의해 제막 된다.

T형 슬릿 다이 출구의 폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 온도는 80∼100℃인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 85∼98℃이다.

이와 같은 폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 온도가 너무 낮으면 유동 불량이 되는 경향이 있고, 너무 높으면 발포하는 경향이 있다.

이와 같은 폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 점도는 토출시에 50∼200Pa·s인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 70∼150 Pa·s이다.

이와 같은 수용액의 점도가, 너무 낮으면 유동 불량이 되는 경향이 있어, 너무 높으면 유연이 곤란해지는 경향이 있다.

T형 슬릿 다이에서부터 캐스트 드럼에 토출되는 폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 토출 속도는 0.5∼5m/분인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 0.8∼4m/분, 더욱 바람직하게는 1∼3m/분이다.

이와 같은 토출 속도가 너무 늦으면 생산성이 저하되는 경향이 있고, 너무 빠르면 유연이 곤란해지는 경향이 있다.

또, 폴리비닐 알코올계 수지 수용액이 T형 슬릿 다이 토출구에서 캐스트 드럼 표면에 도달할 때까지의 비행 시간이 0.1∼0.7초인 것이 바람직하고, 후술하는 인장 응력 및 압축 응력의 완화의 관점에서 0.2∼0.6초인 것이 특히 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 후술하는 환경 기인의 형상 일그러짐을 회피할 수 있다는 관점에서 0.2∼0.4초이다.

이와 같은 비행 시간이 너무 짧거나 너무 길어도 두께 변동이 증대하는 경향이 있다.

이와 같은 비행 시간은 T형 슬릿 다이 (1)에서부터의 토출 속도나, T형 슬릿 다이 (1)의 토출구(1a)에서부터 캐스트 드럼 (2)의 표면 (접지점 P)로의 거리 (A)나, T형 슬릿 다이 (1)의 립 개도(開度), 폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 점도 등으로 조절할 수 있는 것이다 (도 1을 참조).

본 발명에서 얻어지는 폴리비닐 알코올계 필름의 두께 변동을 저감하려면, 응력 해소에 따르는 형상 일그러짐을 완화하는 시간과, 환경 기인의 형상 일그러짐을 극력 회피하는 시간의 설정을 실시하는 것이 바람직하다.

전자에 관해서, 예를 들면, 폴리비닐 알코올계 수지 수용액 (3)이 위쪽에서부터 회전하는 캐스트 드럼 (2)의 정점에 수직 토출되는 경우, 토출 직후의 폴리비닐 알코올계 수지 수용액 (3)은 캐스트 드럼측 (R)에 인장 응력이 생겨 자유면측 (S)에 압축 응력이 생긴다 (도 2 참조). 단시간에 수용액이 캐스트 드럼 (2)에 접지하면, 양 응력 차이가 두께 변동을 초래하지만, 비교적 고점도인 폴리비닐 알코올계 수지 수용액 (3)이라고 해도, 적당한 응력 완화 시간을 설치하면, 두께 변동으의 영향을 작게 할 수 있다. 본 발명의 비행시간의 하한값은, 이와 같은 응력 완화의 시간을 감안하여 설정된다.

이와 같은 캐스트 드럼의 직경은 바람직하게는 2∼5m, 특히 바람직하게는 2.4∼4.5m, 더욱 바람직하게는 2.8∼4m이다.

이와 같은 직경이 너무 작으면 건조 길이가 부족하여 속도가 나오기 어려운 경향이 있고, 너무 크면 수송성이 저하되는 경향이 있다.

이와 같은 캐스트 드럼의 폭은 바람직하게는 2m 이상이며, 특히 바람직하게는 3m 이상, 더욱 바람직하게는 4m 이상, 특히 바람직하게는 5∼6m이다. 캐스트 드럼의 폭이 너무 작으면 생산성이 저하되는 경향이 있다.

이와 같은 캐스트 드럼의 회전 속도는 3∼50m/분인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 4∼40 m/분, 더욱 바람직하게는 5∼35m/분이다.

이와 같은 회전 속도가 너무 늦으면 생산성이 저하하는 경향이 있고, 너무 빠르면 건조가 불충분해지는 경향이 있다.

이와 같은 캐스트 드럼의 표면 온도는 40∼99℃인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 60∼97℃이다.

이와 같은 표면 온도가 너무 낮으면 건조 불량이 되는 경향이 있고, 너무 높으면 발포해 버리는 경향이 있다.

이어서, 상기 공정(B)에 대해 설명한다. 공정 (B)은 제막된 필름을 가열하여 건조하는 공정이다.

캐스트 드럼으로 제막된 필름의 건조는, 막의 표면과 이면을 복수의 열롤에 교대로 접촉시키는 것으로 실시된다. 열롤의 표면 온도는 통상 40∼150℃, 바람직하게는 50∼140℃이다. 이와 같은 표면 온도가 너무 낮으면 건조 불량이 되는 경향이 있고, 너무 높으면 너무 건조하게 되어, 물결 등의 외관 불량을 초래하는 경향이 있다.

또, 열롤은 예를 들면, 표면을 하드 크롬 도금 처리 또는 경면 (鏡面) 처리한 직경 0.2∼2m의 롤이며, 통상 2∼30개, 바람직하게는 10∼25개를 사용하여 건조를 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 열롤에 의한 건조 후, 필름에 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 열처리 온도는 60∼150℃가 바람직하고, 특히는 70∼140℃가 바람직하다. 열처리 온도가 너무 낮으면, 폴리비닐 알코올계 필름의 내수성이 저하되는 등에 의하여, 위상 편차의 원인이 되는 경향이 있고, 너무 높으면 편광 필름 제조시의 연신성이 저하되는 경향이 있다. 이와 같은 열처리 방법으로서는, 예를 들면, 고온의 열롤에 접촉시키는 방법이나, 플로팅 드라이어로 실시하는 방법 등을 들 수 있다.

건조, 필요에 따라서 열처리를 한 필름은, 상기 공정 (C)을 거쳐 제품 (본 발명의 폴리비닐 알코올계 필름)이 된다. 공정 (C)은 필름의 양단을 슬릿하여 롤에 권취하는 공정이다.

또한, 여기까지 폴리비닐 알코올계 수지 수용액을 조제하고, 이 수용액을 회전하는 캐스트 드럼 (드럼형 롤)에 유연하여 캐스트법에 의해 제막, 건조하고, 폴리비닐 알코올계 필름을 제조하는 방법을 설명해 왔지만, 폴리비닐 알코올계 수지 수용액을 수지 필름상, 또는 금속 벨트상에 유연하여, 제막, 건조하는 것도 가능하다.

이렇게 하여 본 발명의 폴리비닐 알코올계 필름을 얻을 수 있다.

본 발명의 폴리비닐 알코올계 필름은 두께가 5∼60㎛인 것이 필요하고, 박형화 점에서 특히 바람직하게는 5∼50㎛, 더욱 바람직하게는 5∼30㎛이며, 파단 회피의 관점에서 특히 바람직하게는 10∼30㎛이다.

본 발명의 폴리비닐 알코올계 필름은 폭이 2m 이상인 것이 필요하고, 대 면적화의 관점에서 특히 바람직하게는 3m 이상, 파단 회피의 관점에서 더욱 바람직하게는 4∼6m이다.

본 발명의 폴리비닐 알코올계 필름은, 길이가 2km 이상인 것이 필요하고, 대 면적화의 관점에서 특히 바람직하게는 3km 이상, 더욱 바람직하게는 4km 이상이다.

또한, 필름의 길이의 상한은 파단 회피의 관점에서 바람직하게는 50km 이하, 특히 바람직하게는 40km 이하, 더욱 바람직하게는 30km 이하이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 폴리비닐 알코올계 필름은 필름 전면에 있어서의 두께의 변동 계수가 1% 이하이지만, 필름의 흐름 방향 (MD방향)의 두께의 변동 계수는 편광 필름의 편광 성능의 관점으로 0.7% 이하인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 0.6%이하, 더욱 바람직하게는 0.5% 이하이다.

또, 폭방향 (TD방향)의 두께의 변동 계수는 편광 필름의 편광 성능의 관점에서 0.7% 이하인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 0.6% 이하, 더욱 바람직하게는 0.5% 이하이다.

여기서, 폴리비닐 알코올계 필름의 두께가 얇은 경우는, 편광 필름 제조에 대해 흐름 방향에 편광도가 불균일해지기 쉽고, 원반의 흐름 방향 (MD방향)의 두께 정도가 중요해진다.

본 발명의 두께 변동 계수에 대해 상세하게 상술한다.

필름의 두께 변동 계수는, 캐스트 드럼의 평활성, 캐스트 드럼의 균일한 회전, T형 슬릿 다이 슬릿의 개구부의 균일성, 폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 토출 정도, 폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 캐스트 드럼에의 토출 각도, 폴리비닐 알코올계 수지 수용액이 캐스트 드럼에 접지할 때까지의 시간과 거리, 폴리비닐 알코올계 수지 수용액과 캐스트 드럼의 안정된 접촉, 캐스트 드럼이나 그 후의 열롤에 있어서의 건조 조건 등에 지배된다.

이들 중에서도, 폴리비닐 알코올계 수지 수용액과 캐스트 드럼의 안정된 접촉은 중요하여 접촉선 (터치라인)이 MD방향으로 전후가 되면, 필름의 MD방향으로 두께 변동이 생긴다. 또, 접촉선이 TD방향으로 흔들리면, 필름의 TD방향으로 두께 변동이 생긴다. 이와 같은 터치 라인의 안정화를 위해서는, 다음의［I］∼[V]를 조정하는 수법이 유효하여 바람직하다.

[I] 「T형 슬릿 다이 (1)의 토출구 (1a)로부터 캐스트 드럼 (2)의 표면 (접지점 P)으로의 폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 비행 거리 A (도 1 참조).」

상기 비행 거리 (A)가 길수록, 폴리비닐 알코올계 수지 수용액은 캐스트 드럼 (2)의 회전이나 환경의 기류의 영향을 받기 쉽기 때문에, 토출구 (1a)에서 캐스트 드럼 (2)으로의 거리는 가능한 한 근접하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명에서 T형 슬릿 다이 (1)의 토출구 (1a)에서 캐스트 드럼 (2)의 표면 (접지점P)으로의 최단 거리 (B)는 바람직하게는 2㎜ 이하이며, 특히 바람직하게는 1.5㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 1㎜ 이하이다. 이와 같은 최단 거리 (B)가 너무 크면 필름의 두께 변동이 증대하는 경향이 있다.

[II]「T형 슬릿 다이 (1)에서부터 캐스트 드럼 (2)으로의 폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 토출 방향 (D; 도 3 참조).」

폴리비닐 알코올계 수지 수용액이, 위쪽에서부터 캐스트 드럼 (2)에서 토출되어 접지하기까지 중력에 의해 드리핑 (dripping)되면 터치라인은 흐트러지기 쉽다. 예를 들면, 접지점 (P)에 있어서의 캐스트 드럼 (2)의 접선과 토출 방향 (D)이 평행한 경우, 토출액 (폴리비닐 알코올계 수지 수용액)은 중력에 의해 아래쪽으로 떨어져 원활한 접지가 되기 어렵다.

본 발명에서는 T형 슬릿 다이 (1)에서 캐스트 드럼 (2)으로의 토출 방향 (T형 슬릿 다이 내부의 립면이 향하고 있는 방향) D와 T형 슬릿 다이 (1)의 토출구 (1a)와 캐스트 드럼 (2)의 중심축 (C)의 연결 평면 (E)이 이루는 각도θ가 40° 이하인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 1∼30°, 더욱 바람직하게는 2∼20°, 특히 바람직하게는 3∼10°이다. 이와 같은 각도 θ가 너무 크면 필름의 두께 변동이 증대하는 경향이 있다.

［III］「에어 나이프 및/또는 에어 챔버」

수지의 압출성형에서 터치 라인을 강제적으로 안정화하기 위한 일반적인 수법이다. 에어 나이프나 에어 챔버로서는 공지의 수법을 사용할 수 있다.

［IV］「T형 슬릿 다이의 수평도.」

제막되는 필름의 폭이 2m 이상이기 때문에 T형 슬릿 다이의 폭도 2m 이상이 된다. 이와 같은 경우는 중력의 영향을 무시하지 못하여 T형 슬릿 다이에 강성이 높은 재질을 사용함과 동시에, 폭방향에 있어서의 T형 슬릿 다이 중앙부가 휘지 않도록 끌어 올리는 수법이 유효하다.

본 발명에서는, 1개 이상의 끌어올림 도구 (hoisting accessory)로 T형 슬릿 다이를 끌어 올릴 수 있는 것이 바람직하고, 구체적으로는, T형 슬릿 다이의 폭방향 중앙부의 중력에 의한 굴곡이 0.3㎜ 이하인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 0.2㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 0.1㎜ 이하이다. 이와 같은 굴곡량을 저감하려면, 끌어올림 도구의 개수를 늘리거나 끌어올림 위치를 변경하거나 하는 등의 수법을 들 수 있다.

［V］「캐스트 드럼의 공간적인 변위량.」

당연한 일이지만 캐스트 드럼이 공간적으로 흔들려서는 T형 슬릿 다이로부터의 토출액은 안정된 접지를 할 수 없다. 본 발명에서는 회전하는 캐스트 드럼의 상하, 전후 (MD방향), 좌우 (TD방향)으로의 흔들림이 각각 ±50㎛ 이하인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 ±40㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 ±30㎛ 이하이다. 이와 같은 흔들림이 너무 크면, 필름의 두께 변동이 증대하는 경향이 있다. 캐스트 드럼의 흔들림을 저감하려면, 캐스트 드럼의 중량을 저감하거나 모터 회전 정도를 올리거나 하는 수법을 들 수 있다.

본 발명의 폴리비닐 알코올계 필름은 두께 정밀도가 뛰어나 광학용 폴리비닐 알코올계 필름으로서 매우 적합하게 사용되며, 또한 편광막용 원반으로서 특히 바람직하게 사용된다.

이하, 본 발명의 폴리비닐 알코올계 필름을 사용하여 얻어지는 편광막의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 편광막은 상기 폴리비닐 알코올계 필름을, 롤에 권취하여 수평 방향으로 이송하고, 팽윤, 염색, 붕산 가교, 연신, 세정, 건조 등의 공정을 거쳐 제조된다.

팽윤 공정은 염색공정 전에 실시된다. 팽윤 공정에 의해, 폴리비닐 알코올계 필름 표면의 더러움을 세정할 수 있는 것 외에, 폴리비닐 알코올계 필름을 팽윤 시키는 것으로 염색 얼룩 등을 방지하는 효과도 있다. 팽윤 공정에서 처리액으로서는 통상, 물이 사용된다. 상기 처리액은 주성분이 물이면, 요오드화 화합물, 계면활성제 등의 첨가물, 알코올 등이 소량 들어갈 수도 있다. 팽윤 욕의 온도는, 통상 10∼45℃ 정도이며, 팽윤 욕에서의 침지 시간은 통상 0.1∼10분간 정도이다.

염색공정은 필름에 요오드 또는 이색성 염료를 함유하는 액체를 접촉시키는 것에 의해서 실시된다. 통상은, 요오드-요오드화 칼륨의 수용액이 사용되고, 요오드의 농도는 0.1∼2 g/L, 요오드화 칼륨의 농도는 1∼100g/L가 적당하다. 염색 시간은 30∼500초 정도가 실용적이다. 처리 욕의 온도는 5∼50℃가 바람직하다. 수용액에는 수용매 이외에 물과 상용성이 있는 유기용매를 소량 함유시킬 수도 있다.

붕산 가교 공정은 붕산이나 붕사 등의 붕소 화합물을 사용하여 실시된다. 붕소 화합물은 수용액 또는 물-유기용매 혼합액의 형태로 농도 10∼100g/L정도로 사용되며, 액 중에는 요오드화 칼륨을 공존시키는 것이 편광 성능의 안정화의 관점에서 바람직하다. 처리시의 온도는 30∼70℃ 정도, 처리 시간은 0.1∼20분 정도가 바람직하고, 또 필요에 따라서 처리중에 연신 조작을 실시할 수도 있다.

연신 공정은 1축 방향으로 3∼10배, 바람직하게는 3.5∼6배 연신하는 것이 바람직하다. 이때, 연신 방향의 직각 방향에도 약간의 연신 (폭방향의 수축을 방지하는 정도, 또는 그 이상의 연신)을 실시할 수도 있다. 연신시의 온도는, 40∼170℃가 바람직하다. 또한, 연신 배율은 최종적으로 상기 범위로 설정될 수 있고, 연신 조작은 1단계뿐만 아니라, 제조 공정의 임의의 범위의 단계에 실시할 수도 있다.

세정 공정은 예를 들면, 물이나 요오드화 칼륨 등의 요오드화물 수용액에 폴리비닐 알코올계 필름을 침지함으로써 실시되며, 필름의 표면에 발생하는 석출물을 제거할 수 있다. 요오드화 칼륨 수용액을 사용하는 경우의 요오드화 칼륨 농도는 1∼80 g/L정도면 된다. 세정 처리시의 온도는 통상, 5∼50℃, 바람직하게는 10∼45℃이다. 처리 시간은 통상, 1∼300초간, 바람직하게는 10∼240초간이다. 또한, 물 세정과 요오드화 칼륨 수용액에 의한 세정은 적절히 조합하여 실시할 수도 있다.

건조 공정은 대기중에서 40∼80℃에서 1∼10분간 실시할 수 있다.

또, 편광 필름의 편광도는 바람직하게는 99.5% 이상, 보다 바람직하게는 99.8% 이상이다. 편광도가 너무 낮으면 액정 디스플레이에 있어서의 콘트라스트를 확보할 수 없게 되는 경향이 있다. 또한, 편광도는 일반적으로 2장의 편광 필름을, 그 배향 방향이 동일 방향이 되도록 겹쳐 맞춘 상태에서, 파장 λ에서 측정한 광선 투과율 (H₁₁₎과 2장의 편광 필름을, 배향 방향이 서로 직교하는 방향이 되도록 겹쳐 맞춘 상태에서, 파장 λ에서 측정한 광선 투과율 (H₁)로, 하기 식에 따라 산출된다.

〔(H₁₁－H₁)/(H₁₁＋H₁)〕^{1 /2}

또한, 본 발명의 편광 필름의 단체 (單體) 투과율은 바람직하게는 42% 이상이다. 이와 같은 단체 투과율이 너무 낮으면 액정 디스플레이의 고휘도화를 달성할 수 없게 되는 경향이 있다. 단체 투과율은 분광 광도계를 사용하여 편광 필름 단체의 광선 투과율을 측정하여 얻어지는 값이다.

이렇게 하여, 본 발명의 편광 필름을 얻을 수 있지만, 본 발명의 편광 필름은 얼룩이 적은 편광판을 제조하는데 매우 적합하다.

이하, 본 발명의 편광판의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 편광 필름은, 그 한 면 또는 양면에 접착제를 통해 광학적으로 등방성인 수지 필름을 보호 필름으로서 붙여 편광판이 된다. 보호 필름으로서는, 예를 들어, 셀룰로오스트리아세테이트, 셀룰로오스디아세테이트, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 시클로올레핀폴리머, 시클로올레핀코폴리머, 폴리스티렌, 폴리에테르술폰, 폴리아릴렌에스테르, 폴리-4－메틸펜텐, 폴리페닐렌옥사이드 등의 필름 또는 시트를 들 수 있다.

첩합 방법은 공지의 수법으로 실시되지만, 예를 들면, 액상의 접착제 조성물을, 편광막, 보호 필름, 또는 그 양쪽 모두에 균일하게 도포한 후, 양자를 붙여 맞추어 압착하여 가열이나 활성 에너지선을 조사하는 것으로 실시된다.

또, 편광 필름에는 박막화를 목적으로 하여 상기 보호 필름 대신에, 그 한 면 또는 양면에 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 우레아 수지 등의 경화성 수지를 도포하고 경화하여 편광판으로 할 수도 있다.

본 발명에 의해 얻어지는 편광 필름이나 편광판은 두께 변동 계수가 뛰어나 얼룩이 없고 편광 성능의 면내 균일성에도 뛰어나 휴대 정보 단말기, PC, 텔레비전, 프로젝터, 간판, 전자 탁상 계산기, 전자시계, 워드프로세서, 전자 페이퍼, 게임기, 비디오, 카메라, 포토 앨범, 온도계, 오디오, 자동차나 기계류의 계기류등의 액정표시장치, 선글라스, 방현 안경, 입체 안경, 웨어러블 디스프레이, 표시 소자 (CRT, LCD, 유기 EL, 전자 페이퍼 등)용 반사 저감층, 광통신 기기, 의료기기, 건축재료, 완구 등에 바람직하게 사용된다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 넘지 않는 한 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예 중 「부」, 「%」는 중량 기준을 의미한다.

각 물성에 대해서, 다음과 같이 하여 구하였다.

(1) 두께

폴리비닐 알코올계 필름의 MD방향과 TD방향의 두께를 측정했다.

·흐름 방향 (MD방향)의 측정은 키엔스사 제조 「분광 간섭형 막후계 SI-T80」를 사용하여 0.3㎜조각으로, 폭방향 (TD방향)의 중앙부와 양단부 (양단에서 20 cm 안쪽)의 3개소를 각각 6만점 측정한다.

· TD방향의 측정은 야마분덴키사 제조 「연속 막후계 TOF-5 R01」를 사용하고, MD방향의 선단부, 중앙부, 종단부의 3개소를 각각 4000점 측정한다.

(2) 두께 변동 계수

상기 두께의 측정치를 사용하여 하기 식으로 계산했다.

x: 평균값

xi: i번째의 값

n: 샘플수」

(3) 편광도 (%)

얻어진 편광 필름의 폭방향의 중앙부로부터, 연신 방향 200㎜×폭방향 40㎜의 단책 샘플을 잘라, 오오츠카덴시사 제조 「RETS－1100A」를 사용하여 연신 방향으로 10㎜ 피치로 10점의 편광도를 측정했다.

＜실시예 1＞

(폴리비닐 알코올계 필름의 제조)

중량 평균 분자량 142,000, 비누화도 99.8몰%의 폴리비닐 알코올계 수지 1000kg, 물 2000kg, 가소제로서 글리세린 100kg을 넣어 교반하면서 150℃까지 승온하고 수지 농도 25%로 농도 조정을 실시하여 균일하게 용해한 폴리비닐 알코올계 수지 수용액을 얻었다. 이어서, 상기 폴리비닐 알코올계 수지 수용액을 2축 압출기에 공급하여 탈포한 후, 수용액 온도를 95℃로 하여, T형 슬릿 다이 토출구에서 회전하는 캐스트 드럼에, 토출 속도 2.5m/분으로 유연하여 제막하였다. T형 슬릿 다이 토출구에서 캐스트 드럼 표면으로의 최단 거리는 2㎜이며, T형 슬릿 다이에서부터 캐스트 드럼으로의 토출 방향 (T형 슬릿 다이 내부의 립면이 향하고 있는 방향)과 T형 슬릿 다이 토출구와 캐스트 드럼 중심축의 연결 평면이 이루는 각도는 15°이다 (표 1 참조.)

이어서, 얻어진 필름을 캐스트 드럼으로부터 박리하여 열롤을 사용한 건조와 플로팅 드라이어를 사용한 열처리를 실시하였다. 이어서, 양단부를 폭 4m가 되도록 슬릿으로 잘라 떨어뜨려, 폴리비닐 알코올계 필름을 얻었다.

얻어진 폴리비닐 알코올계 필름의 특성을 표 2에 나타낸다.

이어서, 상기에서 얻어진 폴리비닐 알코올계 필름을 사용하여 이하의 방법으로 편광 필름을 얻고, 이하의 평가를 실시했다. 평가 결과를 표 3에 나타낸다.

(편광 필름의 제조)

얻어진 폴리비닐 알코올계 필름을, 수온 25℃의 수조에 침지하면서 1.7배로 연신했다. 이어서 요오드 0.5g/L, 요오드화 칼륨 30g/L으로 이루어진 28℃의 수용액중에 침지하면서 1.6배로 연신하고, 이어서 붕산 40g/L, 요오드화 칼륨 30g/L의 조성의 수용액 (55℃)에 침지함과 동시에, 동시에 2.1배로 1축 연신하면서 붕산 처리를 실시하였다. 그 후, 요오드화 칼륨 수용액으로 세정 실시하고 건조하여 총 연신 배율 5.8배의 편광 필름을 얻었다. 얻어진 편광 필름의 편광 특성을 표 3에 나타낸다.

＜실시예 2, 3, 5∼7, 비교예 1∼4＞

실시예 1에서 필름제막의 조건을 표 1에 나타내는 대로 변경한 것 이외는 동일하게 실시하여, 폴리비닐 알코올계 필름을 얻고, 다시 실시예 1과 동일하게 편광 필름을 얻었다.

얻어진 폴리비닐 알코올계 필름 및 편광 필름에 대해서, 실시예 1과 동일한 평가를 실시했다. 평가 결과를 표 2 및 표 3에 나타낸다.

＜실시예 4＞

실시예 1에서 필름제막의 조건을 표 1에 나타내는 대로 변경하고, 또한 수용액의 토출시에는 수용액의 터치 라인 상부에 에어 나이프를 설치하고 (높이 5㎜, 각도 90°), 에어 나이프로부터 공기압 10kPa로 에어를 토출하고, 터치 라인을 안정화 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 실시하여, 폴리비닐 알코올계 필름을 얻고, 다시 실시예 1과 동일하게 편광 필름을 얻었다.

얻어진 폴리비닐 알코올계 필름 및 편광 필름에 대해서, 실시예 1과 동일한 평가를 실시했다. 평가 결과를 표 2 및 표 3에 나타낸다.

실시예 1∼7의 폴리비닐 알코올계 필름은, 박형/광폭/긴 길이에도 불구하고, MD방향, TD방향 모두 두께 변동 계수도 1% 이하이기 때문에 얻어지는 편광 필름의 편광도는 면내에서 균일한 것에 반해, 비교예 1∼4의 폴리비닐 알코올계 필름은, 두께의 변동 계수가 크고, 얻어지는 편광 필름의 편광도가 면내에서 불균일하다. 또, T형 슬릿 다이 토출구에서 캐스트 드럼 표면으로의 최단 거리(㎜), T형 슬릿 다이에서 캐스트 드럼으로의 토출 방향 (T형 슬릿 다이 내부의 립면이 향하고 있는 방향)과 T형 슬릿 다이 토출구와 캐스트 드럼 중심축의 연결 평면이 이루는 각도 (°), 에어 나이프의 사용 등에서 두께 변동 계수가 작은 폴리비닐 알코올계 필름을 제조할 수 있는 것을 알 수 있다.

상기 실시예에서는, 본 발명에 있어서의 구체적인 형태에 대해 나타냈지만, 상기 실시예는 단순한 예시에 지나지 않고, 한정적으로 해석되는 것은 아니다. 당업자에게 분명한 여러 가지 변형이 본 발명의 범위내으로 것이 기대되고 있다.

본 발명에 의해 얻어지는 편광 필름이나 편광판은 두께 변동 계수가 뛰어나 편광 성능의 면내 균일성에도 뛰어나 휴대 정보 단말기, PC, 텔레비전, 프로젝터, 간판, 전자 탁상 계산기, 전자시계, 워드프로세서, 전자 페이퍼, 게임기, 비디오, 카메라, 포토 앨범, 온도계, 오디오, 자동차나 기계류의 계기류 등의 액정표시장치, 선글라스, 방현 안경, 입체 안경, 웨어러블 디스프레이, 표시 소자 (CRT, LCD, 유기 EL, 전자 페이퍼 등) 용 반사 저감층, 광통신 기기, 의료기기, 건축재료, 완구 등에 바람직하게 사용된다.

Claims (8)

1. 두께 5∼60㎛, 폭 2m 이상, 길이 2km 이상인 폴리비닐 알코올계 필름으로서, 상기 필름 전면에 있어서의 두께의 변동 계수가 1% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올계 필름.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 폴리비닐 알코올계 필름의 두께가 30㎛ 이하이며, 또한, 상기 폴리비닐 알코올계 필름의 흐름 방향 (MD방향)의 두께의 변동 계수는 0.7% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올계 필름.
3. 폴리비닐 알코올계 수지의 수용액을, T형 슬릿 다이로부터 회전하는 캐스트 드럼상에 토출하고, 연속적으로 건조하여 얻어지는 폴리비닐 알코올계 필름의 제조 방법으로서, 상기 필름 전면에 있어서의 두께의 변동 계수가 1% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올계 필름의 제조 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 T형 슬릿 다이로부터 상기 캐스트 드럼의 드럼 표면으로의 최단 거리가 2㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올계 필름의 제조 방법.
5. 청구항 3 또는 4에 있어서,
   상기 T형 슬릿 다이로부터 상기 캐스트 드럼으로의 토출 방향 (상기 T형 슬릿 다이 내부의 립면이 향하고 있는 방향)과, 상기 T형 슬릿 다이 토출구와 상기 캐스트 드럼 중심축의 연결 평면이 이루는 각도가, 40°이하인 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올계 필름의 제조 방법.
6. 청구항 3 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 수용액은 상기 캐스트 드럼에 접지하는 터치 라인을 에어 나이프에 의해 안정화 시키는 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올계 필름의 제조 방법.
7. 청구항 1 또는 2에 기재된 상기 폴리비닐 알코올계 필름으로 이루어진 것을 특징으로 하는 편광 필름.
8. 청구항 7 에 기재된 상기 편광 필름의 적어도 한 면에 보호 필름을 설치하여 이루어진 것을 특징으로 하는 편광판.

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