KR20180037183A - 광학 필름 및 화상 표시 장치 - Google Patents

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아츠시 나가이
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Abstract

알칼리 토류 금속 탄산염 미분말이 수지에 분산된 광학 필름으로서, 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말은, 평균 장경이 10∼100 nm의 범위내이고, 광학 필름 전체에 대한 함유량이 0.1∼50 질량%의 범위내이며, 표면에 계면 활성제가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 필름이다. 또한, 상기한 광학 필름을 구비한 화상 표시 장치이다.

Description

광학 필름 및 화상 표시 장치
본 발명은 광학 필름 및 화상 표시 장치에 관한 것이며, 특히 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말을 함유하는 광학 필름 및 화상 표시 장치에 관한 것이다.
탄산스트론튬 미분말은 적층 세라믹 콘덴서 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 또한 최근에는, 액정 표시 장치에 사용되는 보호 필름 등의 광학 필름에 있어서, 복굴절을 억제하거나 또는 발현하기 위한 필러로서의 용도도 발견되었다.
광학 필름의 성막에는 일반적으로 용액 캐스팅 성막법과 용융 압출법이 있다. 용액 캐스팅 성막법은, 용액 상태의 수지를 기재에 캐스팅하여 용제를 휘발시키는 방법이다. 이 방법에서는, 수지에 일정 방향의 힘을 가하는 일이 없기 때문에, 성막 후의 광학 필름에 복굴절이 발현되기 어려워, 비복굴절성의 광학 필름 용도에 적합하다. 그러나 이 방법에서는, 용제를 휘발시키기 위해서 제조 비용이 비싸지고, 또한 용제에 의한 인체에의 악영향 등도 우려되고 있다.
한편, 용융 압출법은, 용융 상태의 수지를 다이 등으로 압출하여 성막하는 방법이다. 이 방법은, 상술한 용액 캐스팅 성막법과 같이 용제를 휘발시킬 필요가 없기 때문에, 제조 비용이 낮고 안전성도 높다. 그러나, 용융 수지를 압출할 때에 한 방향으로 힘이 걸리기 때문에, 수지의 결합쇄(주축)가 압출 방향으로 잡아늘려져서 배향되어, 성막 후의 광학 필름에 복굴절이 발현되는 경우가 있다.
그래서, 종래에, 수지의 복굴절을 제어하기 위한 필러(수지 충전제)로서 탄산스트론튬 미분말이 제창되었다. 탄산스트론튬은 이축성의 복굴절 결정이며, 마이너스의 복굴절을 보이는 성질을 갖고 있다. 이 때문에, 플러스의 고유 복굴절을 갖는 수지 재료의 경우, 용융 압출법에 있어서 용융 수지 중에 필러로서 혼합하여 용융 압출을 행함으로써, 수지의 압출 방향을 따라서 탄산스트론튬 미립자의 장경이 압출 방향으로 배향된다. 그 결과, 수지의 고유 복굴절이 상쇄되어 광학 필름의 복굴절이 낮아진다. 이 경우의 광학 필름은 예컨대 보호 필름 등의 용도에 적합하다.
또한, 탄산스트론튬을 많이 배합함으로써, 복굴절을 증강하여 광학 필름의 복굴절을 강화할 수도 있다. 또한, 얻어진 필름을 더욱 일축 또는 이축 방향으로 연신함으로써, 보다 복굴절을 발현시킬 수도 있다. 이 경우의 광학 필름은 예컨대 위상차 필름 등의 용도에 적합하다.
이러한 위상차 필름으로서, 예컨대 특허문헌 1의 실시예에는, 장경이 200 nm, 폭 20 nm의 침상 결정인 탄산스트론튬을 지환식 폴리올레핀 수지에 대하여 15 중량%의 비율로 염화메틸렌에 용해시켜 도핑 용액을 작성하고, 도핑 용액으로부터 얻어진 필름을 129℃, 1.5 배로 폭 자유 일축 연신하여 위상차 필름을 얻는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 2006-251644호 공보(단락 0055 등)
수지의 복굴절을 제어하기 위해서는, 탄산스트론튬 입자를 수지 중에 고분산 배합시킬 필요가 있다. 그러나, 특허문헌 1과 같이 평균 장경이 큰 탄산스트론튬 입자는 작은 탄산스트론튬 입자에 비해서 광학 필름의 투명성을 저하시켜, 그 결과, 이러한 광학 필름을 화상 표시 장치 등에 사용한 경우에 시인성이 나쁘다고 하는 문제점이 있다.
한편, 광학 필름의 투명성을 높이기 위해서 탄산스트론튬 입자를 미세하게 하면, 표면적이 증가하여 미립자끼리 응집하기 쉽게 된다. 응집 입자는 빛의 산란 요인이 되기 때문에, 광학 필름의 투명성이 손상된다.
본 발명은, 투명성이 높고 복굴절이 임의로 제어된 광학 필름 및 화상 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 이상의 목적을 달성하기 위해서 예의 검토한 결과, 알칼리 토류 금속염 미분말의 평균 장경과 함유량, 나아가서는 표면 처리에 의해, 평균 장경이 작은 미분말이라도 수지 중에서의 분산성이 향상되는 것을 알아냈다. 그 결과, 광학 필름의 투명성 향상과 굴절율 제어 양쪽을 실현할 수 있음을 확인하여, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말이 수지에 분산된 광학 필름으로서, 상기 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말은, 평균 장경이 10∼100 nm의 범위내이고, 상기 광학 필름 전체에 대한 함유량이 0.1∼50 질량%의 범위내이며, 표면에 계면 활성제가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 필름이다.
이 경우에 있어서, 상기 알칼리 금속 탄산염이 탄산스트론튬인 것이 바람직하다. 또한, 상기 평균 장경이 20∼50 nm의 범위내이고, 또한 헤이즈가 1% 이하인 것이 적합하다. 또한, 상기 함유량이 1∼35 질량%의 범위내인 것이 바람직하다.
또한, 상기 수지가 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 셀룰로오스에스테르, 폴리스티렌, 스티렌아크릴로니트릴 공중합체, 폴리푸마르산디에스테르, 폴리아릴레이트, 폴리에테르술폰, 폴리올레핀, 말레이미드계 공중합체, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리우레탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종류 이상인 것이 바람직하다.
특히, 상기 수지가 폴리카보네이트인 것, 이 경우에 표면 개질제를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
또한 이 경우에 있어서, 상기 함유량이 8∼16 질량%의 범위내이고, 헤이즈가 1% 이하이고, 또한 플러스의 면내 복굴절율을 갖는 것이 바람직하다. 혹은, 상기 함유량이 8∼16 질량%의 범위내이고, 헤이즈가 1% 이하이고, 또한 면내 복굴절율이 제로인 것이 바람직하다.
또한, 상기 수지가 폴리메틸메타크릴레이트인 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 상기 함유량이 8∼32 질량%의 범위내이고, 헤이즈가 1% 이하이고, 또한 마이너스의 면내 복굴절율을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 막 두께가 20∼150 ㎛의 범위내이면 적합하다. 또한, 상기한 광학 필름이 연신 필름인 것이 바람직하다. 더욱이, 산술 평균 표면 거칠기(Ra)가 20 nm 이하이고, 또한 빗 폭 0.125 mm에 있어서의 사상성(寫像性)(JIS K 7374에 준거)이 75% 이상인 것이 적합하다.
또한 본 발명은, 상기한 어느 것에 기재한 광학 필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치이다.
본 발명에 따르면, 투명성이 높고 복굴절이 임의로 제어된 광학 필름을 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 이러한 광학 필름을 구비한 화상 표시 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 광학 필름은, 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말이 수지에 분산된 광학 필름으로서, 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말은, 평균 장경이 10∼100 nm의 범위내, 상기 광학 필름 전체에 대한 함유량이 0.1∼50 질량%의 범위내이고, 표면에 계면 활성제가 부착되어 있다. 본 발명의 광학 필름은, 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말이 수지에 분산된 수지 조성물을 필름 형상으로 성막함으로써 제조할 수 있다. 이하, 수지 조성물을 구성하는 각 성분에 관해서 설명한다.
1. 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말
알칼리 토류 금속 탄산염 미분말은, 알칼리 토류 금속 탄산염을 주성분으로 하며, 평균 장경이 10∼100 nm이고, 표면에 계면 활성제가 부착되어 있다. 이와 같이, 평균 장경이 종래보다도 작은 알칼리 토류 금속 탄산염 미립자라도, 표면에 계면 활성제가 부착되어 있기 때문에, 수지에 분산시켰을 때에 높은 분산성을 갖는다.
(1) 알칼리 토류 금속 탄산염 미립자(표면 처리 전)
계면 활성제로 표면 처리하기 전의 알칼리 토류 금속 탄산염 미립자는, 평균 장경이 10∼100 nm의 범위내이며, 15∼75 nm의 범위내가 바람직하고, 20∼50 nm의 범위내가 보다 바람직하다. 평균 장경이 10 nm를 하회하면, 입자가 지나치게 작아서 응집하기 쉽게 되어, 분산성이 악화되기 쉽게 된다. 한편, 평균 장경이 100 nm을 상회하면, 입자가 지나치게 커서 수지에 혼합했을 때에 투명성이 악화되기 쉽게 된다.
여기서, 평균 장경은, 알칼리 토류 금속 탄산염 미립자의 주사형 전자현미경(SEM) 사진을 눈으로 확인하거나 또는 자동적으로 화상 처리하는 방법으로 측정할 수 있다. 알칼리 토류 금속 탄산염 미립자의 장경은, 탄산스트론튬 입자 등의 알칼리 토류 금속 탄산염 입자를 장방형이라고 간주했을 때의 길이 방향의 길이(긴 변의 길이)로서 측정할 수 있다. 구체적으로는 화상의 알칼리 토류 금속 탄산염 입자에 외접하는, 면적이 최소가 되는 장방형을 산출하여, 그 긴 변의 길이로부터 장경을 구한다. 또한 「평균」이란, 통계학상의 신뢰성 있는 개수(N수)의 알칼리 토류 금속 탄산염을 측정하여 얻어진 평균치를 의미하며, 그 개수는 통상은 300개 이상, 바람직하게는 500개 이상, 보다 바람직하게는 1000개 이상이다. 또, 알칼리 토류 금속 탄산염 입자의 단경은, 알칼리 토류 금속 탄산염 입자를 장방형이라고 간주했을 때의 짧은 방향의 길이(짧은 변의 길이)로서 측정할 수 있다.
알칼리 토류 금속 탄산염 미립자의 평균 종횡비는, 특별히 한정되지 않지만, 통상은 1.0∼5.0의 범위내이며, 2.0∼4.5의 범위내가 바람직하고, 2.5∼4.0의 범위내가 특히 바람직하다. 평균 종횡비가 5.0을 상회하면, 미립자가 지나치게 가늘고 길어져 꺾이기 쉽게 되어, 입경 분포의 악화 등을 초래하기 쉽게 된다. 또한 종횡비가 지나치게 작은 경우, 복굴절의 제어에 효과를 발휘하기 어렵게 되는 경우가 있다.
또한, 여기서 말하는 종횡비란 입자의 「장경/단경」을 의미한다. 또, 평균 종횡비란 종횡비의 평균치를 의미하며, 하나의 입자의 종횡비를 측정하여 복수 입자의 평균치를 산출한다.
알칼리 토류 금속 탄산염 미립자를 구성하는 알칼리 토류 금속으로서는, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐 등을 예로 들 수 있다. 알칼리 토류 금속 탄산염 미립자의 예로서는, 탄산칼슘 미립자, 탄산스트론튬 미립자, 탄산바륨 미립자 등을 들 수 있다. 이들 중, 광학용 수지 필러의 용도 등으로 복굴절을 제어한다는 관점에서는 탄산스트론튬 미립자가 바람직하다.
(2) 계면 활성제
계면 활성제는, 알칼리 토류 금속 탄산염 미립자의 표면에 부착되어 수지 중이나 용매 중에서의 분산성을 향상시키는 기능을 갖는다. 계면 활성제의 종류로서는, 특별히 한정되지는 않지만, 비이온형 계면 활성제나 음이온형 계면 활성제를 예로 들 수 있다. 이들 계면 활성제 중, 광학 필름의 투명성 등의 관점에서, 스테아린산모노글리세라이드와 같은 비이온형 계면 활성제보다도 음이온형 계면 활성제가 바람직하다. 이 중 특히, 친수성기와 소수성기를 포함하고, 또한 수중에서 음이온을 형성하는 기를 갖는 화합물이 바람직하다. 친수성기는 탄소 원자수가 1∼8인 옥시알킬렌기를 포함하는 폴리옥시알킬렌기가 바람직하다. 소수성기는 알킬기 혹은 아릴기가 바람직하다. 알킬기 및 아릴기는 치환기를 갖고 있어도 좋다. 알킬기는, 일반적으로 탄소 원자수가 3∼30의 범위내이며, 10∼18의 범위내가 바람직하다. 아릴기는 일반적으로 탄소 원자수가 6∼30의 범위내이다. 수중에서 음이온을 형성하는 기는 카르복실산기(-COOH), 황산기(-OSO3H), 인산기(-OPO(OH)2, -OPO(OH)O-)로 이루어지는 군에서 선택되는 산기인 것이 바람직하다. 이들 산기의 수소 원자는, 나트륨이나 칼륨 등의 알칼리 금속 이온 또는 암모늄 이온으로 치환되어 있어도 좋다.
이들 중, 알칼리 토류 금속 탄산염 미립자의 수지 중이나 용매 중에서의 분산성이 양호하므로, 폴리카르복실산계의 음이온형 계면 활성제 또는 폴리인산계의 음이온형 계면 활성제가 바람직하다.
폴리카르복실산계의 음이온형 계면 활성제로서는 하기 식 (I)로 표시되는 화합물을 예로 들 수 있다.
Figure pct00001
(여기서, R1은 치환 혹은 무치환의 알킬기, 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기를 의미하고, E1은 탄소 원자수가 1∼8의 범위내에 있는 알킬렌기를 의미하고, a는 1∼20의 범위내, 바람직하게는 2∼6의 범위내의 수를 의미한다. 또, R1은 탄소 원자수가 10 이상, 바람직하게는 10∼18의 범위내에 있는 알킬기인 것이 바람직하다.)
폴리인산계의 음이온형 계면 활성제로서는, 하기 식 (II)로 표시되는 화합물(모노체)이나, 또는 하기 식 (III)으로 표시되는 화합물(디체)이나, 혹은 식 (II)와 식(III)의 혼합물을 예로 들 수 있다.
Figure pct00002
(여기서, R2는 치환 혹은 무치환의 알킬기, 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기를 의미하고, E2는 탄소 원자수가 1∼8의 범위내에 있는 알킬렌기를 의미하고, b는 1∼20의 범위내, 바람직하게는 2∼6의 범위내의 수를 의미한다. 또, R2는 탄소 원자수가 10 이상, 바람직하게는 10∼18의 범위내에 있는 알킬기인 것이 바람직하다.)
Figure pct00003
(여기서, R3과 R4는 동일하거나 또는 다르더라도 좋으며, 치환 혹은 무치환의 알킬기, 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기를 의미하고, E3과 E4는 동일하거나 또는 다르더라도 좋으며, 탄소 원자수가 1∼8의 범위내에 있는 알킬렌기를 의미하고, c와 d는 각각 1∼20의 범위내, 바람직하게는 2∼6의 범위내의 수를 의미한다. 또, R3과 R4는 모두 탄소 원자수가 10 이상, 바람직하게는 10∼18의 범위내에 있는 알킬기인 것이 바람직하다.)
계면 활성제는, 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말에 대하여 단독으로 이용하여도 좋으며, 2 종류 이상을 혼합하여 이용하여도 좋다. 또한, 계면 활성제는, 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말의 표면에 1층만 부착시키더라도 좋고, 2층 이상을 부착시키더라도 좋다. 2층 이상 부착시키는 경우는, 동일한 계면 활성제를 각 층에 이용하여도 좋으며, 다른 계면 활성제를 각 층에 이용하여도 좋다. 또, 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말의 표면에 계면 활성제가 부착되어 있는지 여부는, 푸리에 변환 적외 분광 측정 장치(FT-IR)를 이용하여, 입자 표면의 적외 흡수 스펙트럼을 측정함으로써 확인할 수 있다.
(3) 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말의 제조 방법
이어서, 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말의 제조 방법에 관해서 설명한다. 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말의 제조 방법으로서는, 원료가 되는 알칼리 토류 금속 탄산염 미립자를 준비하고, 이것을 계면 활성제로 표면 처리하는 방법이라면, 특별히 한정되지는 않는다. 이하, 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말의 일례로서, 탄산스트론튬 미분말을 제조하는 방법에 관해서 구체적으로 설명한다.
(a) 반응 공정
원료가 되는 수산화스트론튬의 수용액 또는 수성 현탁액(이하, 수성 슬러리)을 교반하면서, 결정 성장 억제제의 존재 하에서 이산화탄소 가스를 도입하여 수산화스트론튬을 탄산화시킴으로써, 종횡비가 낮은 구상(球狀) 탄산스트론튬 미립자를 제조하는 공정이다. 수성 슬러리에 포함되는 수산화스트론튬의 농도는, 특별히 제한은 없지만, 통상은 1∼20 질량%의 범위이며, 바람직하게는 2∼18 질량%의 범위, 보다 바람직하게는 3∼15 질량%의 범위이다.
결정 성장 억제제는, 카르복실기의 수가 2개이고, 또한 수산기와 이들의 합계가 3∼6개의 유기산인 것이 바람직하다. 결정 성장 억제제의 바람직한 예로서는, 타르타르산, 말산 및 타르트론산을 들 수 있다. 결정 성장 억제제로서는, 카르복실기 2개와 수산기를 가지며, 또한 합계로 적어도 3개 갖는 유기산을 사용할 수 있지만, 제조한 입자의 표면에 부착되어 입자 성장을 컨트롤하여 미세한 채로 분산성을 높인다는 점에서, 상술한 분자 내에 수산기를 하나 이상 포함하는 디카르복실산 또는 그 무수물이 보다 바람직하고, DL-타르타르산이 특히 바람직하다. 결정 성장 억제제의 사용량은, 수산화스트론튬 100 질량부에 대하여 일반적으로 0.1∼20 질량부의 범위, 바람직하게는 1∼10 질량부의 범위이다.
이산화탄소 가스의 유량은, 수산화스트론튬 1 g에 대하여 통상은 0.5∼200 mL/분의 범위이며, 바람직하게는 0.5∼100 mL/분의 범위이다. 반응 공정에 의해, 예컨대, 평균 종횡비가 1.5보다도 낮고 구상에 가까운 미세한 구상 탄산스트론튬 미립자를 얻을 수 있다. 또한, 구상 탄산스트론튬 미립자의 제조 방법은 국제 공개 제2011/052680호에 기재되어 있다.
(b) 숙성 공정
숙성 공정은, 반응 공정에서 얻어진 구상 탄산스트론튬 미립자를 포함하는 수성 슬러리를, 소정의 온도, 시간으로 숙성시켜 침상의 탄산스트론튬 미립자로 입자 성장시키는 공정이다. 숙성 공정은 온수 중에서 행할 수 있다. 숙성 온도는, 75∼115℃의 범위내이고, 바람직하게는 80∼110℃의 범위내이며, 특히 바람직하게는 85∼105℃의 범위내이다. 숙성 온도가 75℃를 하회하면, 구상 탄산스트론튬 미립자의 결정 성장이 불충분하여 평균 종횡비가 지나치게 낮은 경향이 있고, 115℃를 상회하면, 구상 탄산스트론튬 미립자의 단경의 결정 성장이 촉진되어 종횡비가 낮아지는 경향이 있다. 또한, 숙성 시간은, 특별히 한정은 없지만, 통상은 1∼100시간의 범위내이며, 바람직하게는 5∼50 시간의 범위내이고, 특히 바람직하게는 10∼30 시간의 범위내이다.
또한, 상기 반응 공정과 숙성 공정은, 원료인 수산화스트론튬으로부터 침상의 탄산스트론튬 미립자를 얻기 위한 공정이다.
(c) 표면 처리 공정
표면 처리 공정은, 평균 장경이 10∼100 nm의 범위내에 있는 탄산스트론튬 미립자가 수성 용매에 분산된 분산액에 대하여 전단력을 부여함으로써, 일차 입자를 분산시키면서 계면 활성제에 접촉시켜 고분산성 탄산스트론튬을 얻는 공정이다. 계면 활성제로서는 상술한 것을 사용할 수 있다.
표면 처리 공정에서 사용하는 분산액은, 숙성 공정을 행하는 경우는 숙성 공정 후의 수성 슬러리를 사용할 수 있다. 표면 처리 공정은, 전단력을 가하면서 분산액에 계면 활성제를 첨가함으로써 행할 수 있다. 수성 슬러리 중 탄산스트론튬 입자의 함유량은 1∼30 질량%의 범위에 있는 것이 바람직하다. 수성 슬러리에의 계면 활성제의 투입량은, 계면 활성제의 첨가 총량이 일반적으로 1∼60 질량%의 범위내이며, 10∼50 질량%의 범위내가 바람직하고, 20∼40 질량%의 범위내가 보다 바람직하다. 전단력의 부여는, 교반 날개 믹서, 호모믹서, 마그네틱 스터러, 에어 스터러, 초음파 호모게나이저, 클리어믹스, 필믹스, 습식 제트밀 등 공지된 교반 장치를 사용하여 행할 수 있다.
계면 활성제를 2 종류 이상 사용하여 표면 처리를 행하는 경우, 수성 슬러리에의 각 계면 활성제의 투입량은, 수성 슬러리 중의 탄산스트론튬 입자 100 질량부에 대하여, 일반적으로 1∼40 질량부의 범위, 바람직하게는 3∼30 질량부의 범위이다. 계면 활성제는 동시에 또는 축차 투입할 수 있다.
(d) 건조 공정
건조 공정은, 상기한 표면 처리 공정에서 얻어진 수성 슬러리를 100∼300℃ 범위내의 온도에서 가열 건조시켜 고분산성 탄산스트론튬 미분말의 건조물을 얻는 공정이다. 건조 온도가 100℃를 하회하면 건조가 불충분하게 되기 쉽고, 건조 온도가 300℃를 상회하면 표면 처리제의 열 열화 등이 일어나기 쉽게 된다. 건조 온도는, 110∼180℃의 범위내가 바람직하고, 120∼160℃의 범위내가 보다 바람직하다. 건조 공정은, 스프레이 드라이어 및 드럼 드라이어, 디스크 드라이어 등의 열건조기를 이용한 공지된 건조 방법에 의해서 행할 수 있다.
2. 수지 조성물
본 발명에서 사용하는 수지 조성물은, 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말이 수지에 분산된 수지 조성물이며, 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말은, 평균 장경이 10∼100 nm의 범위내이고, 수지 조성물 전체에 대한 함유량이 1∼50 질량%의 범위내이며, 표면에 계면 활성제가 부착되어 있다. 상기한 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말은 표면 처리되어 있기 때문에, 평균 장경이 작음에도 불구하고 수지에의 분산성이 높고, 이 때문에 수지 조성물을 성막한 필름의 투명성을 높일 수 있다. 또한, 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말은, 그 자체가 복굴절성의 분말이기 때문에, 수지 조성물을 성막하여 얻어지는 광학 필름의 복굴절을 제어할 수 있다. 즉, 본 발명의 수지 조성물은, 투명성이 높고 복굴절을 임의로 제어할 것이 요구되는 광학 필름의 원료로서 적합하게 사용할 수 있다.
수지 조성물에 포함되는 수지로서는, 통상의 광학 필름에 사용되는 수지라면 특별히 한정되지 않고, 목적에 따라서 다양한 수지를 선택할 수 있다. 이러한 수지로서는, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스에스테르, 폴리스티렌, 스티렌아크릴로니트릴 공중합체, 폴리푸마르산디에스테르, 폴리아릴레이트, 폴리에테르술폰, 폴리 환상 올레핀 등의 폴리올레핀, 말레이미드계 공중합체, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리우레탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종류 이상을 예로 들 수 있다.
알칼리 토류 금속 탄산염 미분말의 수지 조성물 전체에 대한 함유량은 0.1∼50 질량%의 범위내이다. 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말의 함유량이 0.1 질량%를 하회하면, 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말에 의한 복굴절 제어 효과가 지나치게 작아진다. 반대로, 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말의 함유량이 50 질량%를 넘으면, 수지에 대한 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말의 비율이 상대적으로 지나치게 커지기 때문에, 성막한 필름의 투명성이 나빠진다. 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말의 수지 조성물 전체에 대한 함유량은, 0.5∼40 질량%의 범위내가 바람직하고, 1∼35 질량%의 범위내가 특히 바람직하다.
상기한 수지와 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말을 혼합함으로써 수지 조성물로 할 수 있다. 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말과 수지의 혼합은, 알칼리 토류 금속 탄산염의 분산액에 수지를 용해하는 방법(용액법), 알칼리 토류 금속 탄산염의 분산액에 수지를 균일하게 용해하고, 그 후 용매를 제거하여, 펠릿화 또는 가루화하는 방법, 알칼리 토류 금속 탄산염과 수지를 압출기 등으로 용융 혼련하는 방법(용융법) 등을 들 수 있다. 또한, 미리 마스터 배치를 제작하여, 혼련기로 혼련하여도 좋다. 마스터 배치는 상술한 용액법, 용융법 등으로 제작할 수 있다.
또한, 수지 조성물과 적당한 용매를 혼합한 도핑 용액을 조정하여 광학 필름을 성막하여도 좋다. 이러한 용매의 종류로서는 특별히 한정되지 않으며, 수지의 성질 등에 따라서 적절하게 선택하여 이용할 수 있다. 용매의 예로서는 유기 용매가 바람직하고, 유기 용매의 예로서는 알코올(예컨대, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 에틸렌글리콜), 염화메틸렌, NMP, 테트라히드로푸란, MEK, 아세트산에틸, 아세트산부틸, PGME, PGMEA, 시클로헥산, 톨루엔 등을 들 수 있다. 상기한 1 종류만이 아니라, 복수 조합하여 사용하는 것도 가능하다.
용매에 대한 수지의 비율은 질량비로 1:10∼10:1의 범위내가 바람직하다. 도핑 용액은, 수지와 용매를 혼합하여 수지 혼합 용액으로 하고, 이것에 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말을 첨가하여 혼합하여도 좋으며, 혹은 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말과 용매를 혼합하여 분말 혼합 용액으로 하고, 이것에 수지를 첨가하여 혼합하여도 좋다. 나아가서는, 상술한 수지 혼합 용액과 분말 혼합 용액을 각각 준비하여 양자를 혼합하여 도핑 용액으로 하여도 좋다. 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말과 수지와 용매는, 초음파 호모게나이저나 교반 날개, 액체 제트밀을 이용한 방법 등 공지된 방법으로 혼합할 수 있다.
수지 조성물이나 도핑 용액은 공지된 방법으로 성막하여 광학 필름으로 할 수 있다. 성막 방법으로서는, 상술한 용융 압출 성막법이나 용액 캐스팅 성막법 등 공지된 성막법을 예로 들 수 있다. 용융 압출 성막법은, 수지 조성물을 가열 용융하여 용융물로 하고, 이것을 지지체 상에 필름형으로 캐스팅하여 냉각 고화하는 방법이다. 또한, 용액 캐스팅 성막법은, 도핑 용액을 지지체 상에 캐스팅하여 용매를 증발시켜 필름화하는 방법이다.
수지의 종류에 따라서는, 성막할 때에 수지 용액 중에 대류가 생겨, 베나드 셀 구조가 형성되는 경우가 있다. 베나드 셀 구조 형성 시에, 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말이 응집하여, 광학 필름의 투명성을 악화시킨다. 또한, 이 응집에 의해 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말에 의한 복굴절 조정 작용을 저하시킨다. 그래서, 지지체와의 습윤성을 향상시켜 베나드 셀의 형성을 억제할 목적으로, 수지 조성물이나 도핑 용액 중에 표면 개질제를 첨가하는 것이 바람직하다. 폴리카보네이트를 수지로서 이용하는 경우는, 베나드 셀이 형성되기 쉽기 때문에, 표면 개질제 첨가에 의한 투명성 향상 등의 효과는 크다. 표면 개질제로서는, 비닐계 계면 활성제, 불소계 계면 활성제, 실리콘 오일 등을 예로 들 수 있다.
성막 후의 필름은 용도 등에 따라서 적절하게 연신할 수 있다. 연신 방법으로서는 일축 연신, 이축 연신 등을 예로 들 수 있다. 이축 연신은 축차 또는 동시 연신으로 할 수 있다. 연신은 텐터 등 공지된 연신 장치를 이용하여 행할 수 있다.
3. 광학 필름
이와 같이 하여 얻어진 광학 필름은, 미세하며 고분산의 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말을 함유하고 있기 때문에, 투명성이 우수하고, 게다가 광학 필름 전체에 대한 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말의 함유량을 조정함으로써 광학 필름 자체의 복굴절을 조정할 수 있다. 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말은, 그 자체가 마이너스의 복굴절을 보이기 때문에, 목적으로 하는 광학 필름의 용도 등에 따라서 광학 필름의 복굴절을 조정할 수 있다.
예컨대, 폴리카보네이트나 폴리 환상 올레핀과 같은 플러스의 고유 복굴절을 보이는 수지에 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말을 첨가함으로써, 수지의 고유 복굴절을 상쇄하여 복굴절이 제로에 가까운 광학 필름으로 할 수 있다. 이러한 광학 필름으로서는 예컨대 보호 필름을 들 수 있다. 보호 필름으로서는, 편광판의 표면 등에 적층되는 통상의 보호 필름 외에, 편광자의 표면에 직접 적층되어 편광자를 보호하는 편광자 보호 필름도 포함된다.
혹은, 폴리카보네이트나 폴리 환상 올레핀과 같이 플러스의 복굴절을 보이는 수지에 소량의 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말을 첨가함으로써, 플러스의 복굴절을 갖는 광학 필름으로 하여도 좋다. 나아가서는, 이들 플러스의 복굴절을 보이는 수지에 다량의 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말을 첨가함으로써, 마이너스의 복굴절을 갖는 광학 필름으로 하여도 좋다. 여기서 말하는 「복굴절」이란, 상술한 면내 복굴절율(ΔNxy)의 값을 의미한다. 이러한 플러스 또는 마이너스의 면내 복굴절율을 보이는 광학 필름으로서는 위상차 필름을 예로 들 수 있다. 위상차 필름으로서는 1/4 파장판, 1/2 파장판 등을 들 수 있다.
반대로, 폴리메틸메타크릴레이트나 폴리스티렌 등 마이너스의 복굴절을 보이느 수지나 복굴절이 작은 수지에 사용함으로써, 마이너스의 복굴절을 발현시킨 광학 필름으로 할 수도 있다. 이러한 광학 필름으로서는 위상차 필름을 예로 들 수 있다. 위상차 필름으로서는 1/4 파장판, 1/2 파장판 등을 들 수 있다.
본 발명의 광학 필름으로서는, 위상차 필름 중 특히 C 플레이트를 적합한 예 로서 들 수 있다. 일반적으로, 화상 표시 장치에는, A 플레이트(플러스: nx>ny=nz, 마이너스: nx<ny=nz), C 플레이트(플러스: nx=ny<nz, 마이너스: nx=ny>nz)를 이용하여 시야각 특성, 색감 등의 광학 특성을 개선하는 방법이 제안되어 있다. 현재, 플러스의(포지티브) C 플레이트는, 기재 상에 액정 재료에 의한 도공액을 도포하고 건조 고화시켜, 수직 배향막으로 함으로써 제작되고 있다.
침상 탄산스트론튬은, 입자의 길이 방향의 굴절율이 짧은 방향에 비해서 작다. 연신하여 배향시킨 경우, nx<ny≒nz가 된다. 이 침상 탄산스트론튬이 면내 방향으로 랜덤하게 배향함으로써 nx=ny<nz가 된다. 이것은 면내에서는 입자의 길이 방향이 랜덤하기 때문에, x 방향, y 방향의 굴절율이 평균화되어 nx=ny가 된다. 그러나, 두께 방향으로는 배향하기(필름면에서 입자가 자고 있기) 때문에, nx, ny에 비해서 nz가 커진다.
본 발명의 광학 필름으로서는, 위상차 필름이나 보호 필름 이외에, 반사 방지 필름, 방현 필름, 휘도 향상 필름, 프리즘 필름, 시야각 개선 필름 등을 예로 들 수 있다.
광학 필름의 헤이즈는 10% 이하로 할 수 있으며, 바람직하게는 5% 이하이고, 보다 바람직하게 1% 이하로 할 수 있다. 또, 광학 필름의 용도에 따라서, 헤이즈를 의도적으로 악화시키는 것도 가능하다. 예컨대, 수지 조성물 중에 글래스 비드 등의 광산란성 미립자를 첨가함으로써, 헤이즈를 악화시켜 방현 필름으로 하여도 좋다. 또한, 광학 필름의 광선 투과율은 85% 이상으로 할 수 있으며, 바람직하게는 88% 이상이고, 보다 바람직하게는 90% 이상으로 할 수 있다. 또한, 광학 필름의 막 두께는, 20∼150 ㎛의 범위내인 것이 바람직하고, 25∼100 ㎛의 범위내인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말은, 평균 장경이 짧고, 또한 분산성이 높기 때문에, 분말 입자 사이의 상호작용이나 베나드 셀 형성에 의한 입자의 응집이 생기기 어렵다. 이 때문에, 본 발명의 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말을 광학 필름 중에 함유시키면, 표면으로부터 돌출되는 응집 입자의 수가 적어지고, 그 결과, 광학 필름은 표면의 평활성이 우수한 것으로 된다. 구체적으로는, 본 발명의 광학 필름은, 산술 평균 표면 거칠기(Ra)의 값을 20 nm 이하로 할 수 있으며, 보다 바람직하게는 15 nm 이하로 할 수 있다. 산술 평균 표면 거칠기(Ra)가 비교적 높은 값이면, 표면의 평활성이 부족하게 되어, 표면 요철에 기인하는 시인성 저하 등을 초래하기 쉽다. 산술 평균 표면 거칠기(Ra)의 값의 하한은 특별히 제한은 없지만, 0 nm 이상이다.
본 발명의 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말은, 상술한 것과 같이 입자의 응집이 생기기기 어렵기 때문에, 응집 입자에 의한 빛의 산란 등에 의한 광학 필름의 시인성 저하가 적고, 투과상의 선명성에 있어서 우수한 것으로 된다. 구체적으로는, 본 발명의 광학 필름은, 예컨대 빗 폭 0.125 mm에 있어서의 사상성(JIS K 7374에 준거)을 75% 이상으로 할 수 있으며, 바람직하게는 80% 이상으로 할 수 있고, 보다 바람직하게는 85% 이상으로 할 수 있다. 사상성이 비교적 낮은 값이면, 투과상의 선명성이 낮아지기 쉽다. 또, 사상성의 상한은 특별히 제한은 없지만, 상기 빗 폭을 포함하는 각 빗 폭 단위로 100% 이하이다.
4. 광학 적층체
본 발명의 광학 필름은 다른 광학 필름과 적층하여 광학 적층체로 할 수도 있다. 다른 광학 필름으로서는, 예컨대 편광 필름(편광자라고도 함), 기재 필름 등을 들 수 있다. 광학 적층체로서는, 본 발명의 광학 필름으로서의 보호 필름과 편광 필름이 적층된 편광판이나, 본 발명의 광학 필름으로서의 위상차 필름과 편광 필름이 적층된 타원 편광판, 본 발명의 광학 필름으로서 위상차 필름과 기재 필름이 적층된 위상차판 등을 예로 들 수 있다.
5. 화상 표시 장치
본 발명의 화상 표시 장치는 본 발명의 광학 필름을 구비하는 것을 특징으로 한다. 화상 표시 장치의 종류로서는, 액정 표시 장치(LCD), 유기 일렉트로루미네센스 표시 장치 등을 들 수 있다. 또한, 화상 표시 장치의 용도로서는, 텔레비전, 컴퓨터용 모니터, 휴대전화, 스마트폰, PDA 등의 휴대 정보 단말 등을 들 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 구체적으로 설명하지만, 이들은 본 발명의 목적을 한정하는 것은 아니다.
<폴리카보네이트(PC) 필름>
(1) 실시예 1
(나노 입자의 표면 처리)
탄산스트론튬 나노 입자(평균 장경 35 nm, 종횡비 2.1)의 농도가 5%인 물 슬러리를 300 mL 비이커에 넣고, 폴리카르복실산 음이온형 계면 활성제(A) 5.25 g을 가하여 5분 스터러로 교반했다. 그 슬러리 용액을, 클리어믹스(엠테크닉사 제조)를 사용하여, 칠러 설정 온도 4℃에서 20000 rpm(30 m/s 상당), 20분 교반했다. 그 후, 장치를 멈춰 슬러리를 회수하여, 130℃로 가열한 철판 상에 분무하고, 표면에 부착된 분말을 곧바로 긁어내어, 표면 처리 분말 1을 얻었다.
(SrCO3 첨가 도핑액 제작 방법)
염화메틸렌 25 g에 대하여, 폴리카보네이트(이하 「PC」) 6 g을 첨가하고, 6시간 교반하여, PC-염화메틸렌 용액을 제작했다. 이어서, 염화메틸렌 10 g에 대하여, 표면 처리 분말 1을 0.48 g 첨가하고, 초음파 배스에 30초 넣어, 그대로 구멍 직경 1 ㎛의 멤브레인 필터로 가압하지 않고서 여과하여, 분산액 1을 작성했다. PC-염화메틸렌 분산액과 분산액 1을 혼합하고, 초음파 호모게나이저로 분산 처리하여, SrCO3 첨가 도핑액 A-1을 얻었다.
(PC 필름 성막 방법)
SrCO3 첨가 도핑액 A-1을, 베이커식 애플리케이터를 이용하여, 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하 「PET」) 필름 상에 웨트 막 두께 11 mil로 도포했다. 이것을 40℃에서 2분, 80℃에서 4분, 120℃에서 30분 건조했다. PET 필름으로부터 PC 필름을 박리하여, PC 필름 A-1을 얻었다. PC 필름 A-1을 필름 연신 장치(이모토세이사쿠쇼 제조, IMC-1A8D형)로, 160℃에서 2.0 배로 자유단 일축 연신을 행하여, PC 연신 필름 A-1을 얻었다.
(투과율 및 헤이즈 측정)
분광광도계(닛폰분코사 제조)를 이용하여, PC 연신 필름 A-1의 가시광 투과율 및 헤이즈를 측정했다.
(필름의 위상차 평가)
PC 연신 필름 A-1의 막 두께를 마이크로미터로 측정했다. 그 후, 연신한 필름의 위상차(ΔNxy)를 위상 측정 장치(오지게이소쿠기키가부시키가이샤 제조, KOBRA-WR)를 이용하여 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(2) 실시예 2
PC-염화메틸렌 분산액과 분산액 1을 혼합한 혼합액에 비닐계 표면 개질제를 0.026 g 첨가한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 방법을 사용했다. 이에 따라, PC 연신 필름 B-1을 얻었다. 실시예 1과 같은 식으로 얻어진 필름의 특성을 평가했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(3) 실시예 3
SrCO3의 첨가량을 0.96 g으로 한 점 이외에는, 실시예 2와 같은 방법을 사용했다. 이에 따라, PC 연신 필름 C-1을 얻었다. 실시예 1과 같은 식으로 얻어진 필름의 특성을 평가했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(4) 실시예 4
SrCO3의 첨가량을 1.92 g으로 한 점 이외에는, 실시예 2와 같은 방법을 사용했다. 이에 따라, PC 연신 필름 D-1을 얻었다. 실시예 1과 같은 식으로 얻어진 필름의 특성을 평가했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(5) 비교예 1
SrCO3를 첨가하지 않은 점 이외에는, 실시예 1과 같은 방법을 사용했다. 이에 따라, PC 연신 필름 E-1을 얻었다. 실시예 1과 같은 식으로 얻어진 필름의 특성을 평가했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(6) 비교예 2
평균 장경 200 nm의 SrCO3를 이용한 점 이외에는, 실시예 1과 같은 방법을 사용했다. 이에 따라, PC 연신 필름 F-1을 얻었다. 실시예 1과 같은 식으로 얻어진 필름의 특성을 평가했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(7) 비교예 3
SrCO3의 첨가량을 15 wt%로 한 점 이외에는, 비교예 2와 같은 방법을 사용했다. 이에 따라, PC 연신 필름 G-1을 얻었다. 실시예 1과 같은 식으로 얻어진 필름의 특성을 평가했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(8) 비교예 4
표면 처리를 하지 않은 SrCO3를 이용한 점 이외에는, 실시예 2와 같은 방법을 사용했다. 이에 따라, PC 연신 필름 H-1을 얻었다. 실시예 1과 같은 식으로 얻어진 필름의 특성을 평가했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pct00004
실시예 1과 비교예 2를 비교하면, 평균 장경이 작은 실시예 1 쪽이 평균 장경이 큰 비교예 2보다도 헤이즈가 낮으며, 또한 복굴절(ΔNxy×10- 3)의 값이 낮은 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1과 비교예 4를 비교하면, 표면 처리한 실시예 1 쪽이 표면 처리하지 않은 비교예 4보다도 헤이즈가 낮고, 복굴절이 낮다는 것을 알 수 있다. 따라서, 투명성과 복굴절 발현의 관점에서, 평균 장경이 작은, 미세하며 또한 표면 처리한 탄산스트론튬 미립자가 바람직하다는 것을 알 수 있었다.
더욱이, 실시예 1과 실시예 2를 비교하면, 표면 개질제를 첨가한 실시예 2 쪽이, 표면 개질제를 첨가하지 않은 실시예 1보다도 헤이즈가 작은 것을 알 수 있다. 따라서, 투명성을 높인다는 관점에서 표면 개질제를 첨가하는 편이 바람직한 것을 알 수 있었다.
특히, 실시예 3은, 헤이즈가 1% 미만으로 낮으며, 또한 복굴절이 거의 제로였다. 따라서, 예컨대 편광판의 보호 필름 등, 투명성이 높고 복굴절을 거의 보이지 않을 것이 요구되는 필름에 특히 적합하다는 것을 알 수 있었다.
(역파장 분산성의 평가)
실시예 2, 실시예 3, 비교예 1의 필름에 관해서 역파장 분산성을 평가했다. 평가는, 각 필름의 위상차 값을 하기 표 2에 기재한 7개의 단일 파장으로 측정했다. 위상차 값은 상술한 「((필름의 위상차 평가))」와 같은 방법으로 측정했다. 이어서, R589.3의 값을 기준으로 각 파장의 위상차 값의 비율(R/R589.3)을 산출했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure pct00005
이 결과로부터, 탄산스트론튬을 함유하지 않는 비교예 1은, 장파장으로 될수록 위상차 값이 작아지는 「정상 파장 분산성」을 보이고 있다. 또한, 탄산스트론튬을 8 질량% 첨가한 실시예 2에서도 마찬가지로, 정상 파장 분산성을 보이고 있다. 한편, 탄산스트론튬을 16 질량% 첨가한 실시예 3에서는, 장파장이 될수록 위상차 값이 커지는 「역파장 분산성」을 보이는 것을 알 수 있다.
역파장 분산성은 폴리카보네이트와 탄산스트론튬의 파장 분산성이 다름으로 인한 것이다. 폴리카보네이트와 탄산스트론튬에서는 고유 복굴절의 플러스/마이너스의 부합이 반대로 되어 있다. 이 때문에, 폴리카보네이트의 고유 복굴절과 탄산스트론튬의 고유 복굴절의 차가 필름의 위상차 값이 된다. 또한, 폴리카보네이트는 파장이 커짐에 따라서 위상차 값이 작아지는 파장 의존성이 크다. 한편, 탄산스트론튬은 파장 의존성이 작다. 이 때문에, 탄산스트론튬의 첨가량이 적으면(예컨대 본 실시예에서는 8 질량% 이하), 폴리카보네이트의 위상차 발현성 쪽이 탄산스트론튬의 위상차 발현성보다도 크기 때문에, 장파장측이 됨에 따라서 폴리카보네이트와 탄산스트론튬의 복굴절의 차가 작아지고, 필름은 장파장측일수록 위상차 값이 작아지는 「정상 파장 분산성」을 보인다. 한편, 폴리카보네이트보다도 탄산스트론튬의 위상차 발현성이 커지는 첨가량(본 실시예에서는 16 질량% 이상)에서는, 폴리카보네이트와 탄산스트론튬의 복굴절의 차가 커져, 필름은 「역파장 분산성」을 보인다.
또한, 이상 파장 분산성은 각 파장에 관해서 동일한 비율의 위상차가 발현되는 것이다. 예컨대, 1/4 파장의 위상차를 갖는 위상차 필름에서는, 파장 400 nm에서 위상차 값이 100 nm, 600 nm에서 위상차 값이 150 nm, 파장 800 nm에서 위상차 값이 200 nm와 같은 파장 분산성이 이상(理想) 파장 분산이다. 이상 파장 분산으로부터의 어긋남이 크면, 디스플레이에서는 순수한 흑 표시를 할 수 없고, 청자색을 띤 색으로 되기 때문에, 표시 품질이 나빠진다. 실시예 3에서는, 장파장측이 됨에 따라서 위상차 값이 커지기 때문에, 이상 파장 분산에 가까운 특성을 갖고 있다고 할 수 있다. 이러한 파장 분산성을 갖는 위상차 필름은, 반사형 액정 디스플레이를 비롯하여, 유기 EL 디스플레이 등의 반사 방지 필름, 휘도 향상 필름 등에 유용하다.
<폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 필름>
(9) 실시예 5
(SrCO3 첨가 도핑액 제작 방법)
염화메틸렌 25 g에 대하여, 폴리메틸메타크릴레이트(이하 「PMMA」) 6 g을 첨가하고, 3시간 교반하여, PMMA-염화메틸렌 용액을 제작했다. 이어서, 염화메틸렌 10 g에 대하여, 표면 처리 분말 1을 0.48 g 첨가하고, 초음파 배스에 30초 넣어, 그대로 구멍 직경 1 ㎛의 멤브레인 필터로 가압하지 않고서 여과하여, 분산액 1을 작성했다. PMMA-염화메틸렌 분산액과 분산액 1을 혼합하고, 초음파 호모게나이저로 분산 처리를 하여, SrCO3 첨가 도핑액 I-1을 얻었다.
(PMMA 필름 성막 방법)
SrCO3 첨가 도핑액 I-1을, 베이커식 애플리케이터를 이용하여, PET 필름 상에 웨트 막 두께 11 mil로 도포했다. 이것을 40℃에서 2분, 80℃에서 15분, 85℃에서 30분 건조했다. PET 필름으로부터 PMMA막을 박리하여 PMMA 필름 I-1을 얻었다. PMMA 필름 I-1을 필름 연신 장치(이모토세이사쿠쇼 제조, IMC-1A8D형)로, 90℃에서 2.0 배로 자유단 일축 연신을 행하여, PMMA 연신 필름 I-1을 얻었다. 실시예 1과 같은 식으로 얻어진 필름의 특성을 평가했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
(10) 실시예 6
SrCO3의 첨가량을 0.96 g으로 한 점 이외에는, 실시예 5와 같은 방법을 사용했다. 이에 따라, PMMA 연신 필름 J-1을 얻었다. 실시예 1과 같은 식으로 얻어진 필름의 특성을 평가했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
(11) 실시예 7
SrCO3의 첨가량을 1.92 g으로 한 점 이외에는, 실시예 5와 같은 방법을 사용했다. 이에 따라, PMMA 연신 필름 K-1을 얻었다. 실시예 1과 같은 식으로 얻어진 필름의 특성을 평가했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
(12) 비교예 5
SrCO3를 첨가하지 않는 점 이외에는, 실시예 5와 같은 방법을 사용했다. 이에 따라, PMMA 연신 필름 L-1을 얻었다. 실시예 1과 같은 식으로 얻어진 필름의 특성을 평가했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
(13) 비교예 6
평균 장경 200 nm의 SrCO3를 이용한 점 이외에는, 실시예 5와 같은 방법을 사용했다. 이에 따라, PMMA 연신 필름 M-1을 얻었다. 실시예 1과 같은 식으로 얻어진 필름의 특성을 평가했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, ΔNxy×10-3 및 ΔP×10-3은 필름이 백탁되었기 때문에 측정할 수 없었다(ΔP는 면외 위상차 발현성을 나타내는 지표임).
(14) 비교예 7
표면 처리를 하지 않은 SrCO3를 이용한 점 이외에는, 실시예 5와 같은 방법을 사용했다. 이에 따라, PMMA 연신 필름 N-1을 얻었다. 실시예 1과 같은 식으로 얻어진 필름의 특성을 평가했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure pct00006
실시예 7과 비교예 6을 비교하면, 평균 장경이 작은 실시예 7 쪽이 평균 장경이 큰 비교예 6보다도 헤이즈가 낮다. 또한, 실시예 5와 비교예 7을 비교하면, 표면 처리한 실시예 5 쪽이 표면 처리하지 않은 비교예 7보다도 헤이즈가 낮고, 복굴절이 낮은 것을 알 수 있다. 따라서, 투명성과 복굴절 발현의 관점에서, 평균 장경이 작은, 미세하며 또한 표면 처리한 탄산스트론튬 미립자가 바람직하다는 것을 알 수 있었다.
특히 실시예 7은, 모두 헤이즈가 1% 미만으로 낮으며, 또한 복굴절이 큰 마이너스를 보였다. 따라서, 예컨대 편광판의 위상차 필름 등, 투명성이 높으며 높은 복굴절성이 요구되는 광학 필름에 특히 적합하다는 것을 알 수 있었다.
(미연신 필름의 위상차 평가)
(15) 실시예 8
PMMA 미연신 필름
실시예 6과 동일한 배합량, 도핑액 작성 방법, 성막 방법으로 연신 전의 PMMA 필름을 작성하여, 미연신 상태에서 면내 위상차 발현성(ΔNxy=nx-ny)과 면외 위상차 발현성(ΔP=nx+ny/2-nz)을 측정했다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.
(16) 비교예 8
비교예 5와 동일한 배합량, 도핑액 작성 방법, 성막 방법으로 연신 전의 PMMA 필름을 작성하여, 미연신 상태에서 면내 위상차 및 면외 위상차를 측정했다. 결과를 표 4에 나타낸다.
Figure pct00007
실시예 8과 비교예 8에서는 함께 면내 위상차가 제로이고, 또한 면외 위상차가 마이너스의 값을 보이므로, +C 플레이트인 것을 알 수 있다. 또한, 면내 위상차가 제로이기 때문에, 직교 니콜법으로 편광 상태에 흐트러짐이 없음을 확인했다. 단, 면외 위상차 발현성을 보이는 ΔP를 비교하면 실시예 8의 면외 위상차 발현성이 높다는 것을 알 수 있었다. 이것은, 상술한 것과 같이 침상 탄산스트론튬이 필름 면내에 랜덤하게 배향됨으로써 nz가 커졌기 때문이다. 이 결과로부터, +C 플레이트에 이용되는 필름에 침상 탄산스트론튬을 첨가함으로써, 위상차 발현성을 강화할 수 있다. 이 효과는 원하는 위상차를 얻는 경우에는 필름의 박층화에 유용하다.
또한 PC 미연신 필름과 같이, -C 플레이트가 되는 필름에 침상 탄산스트론튬을 첨가함으로써 등방적인 필름(nx=ny=nz)을 제작하는 것도 가능하다. 이들은 유리 기판의 대체로 할 수 있으며, 플렉시블 디스플레이의 기판에 유용하다.
<표면 거칠기·사상성의 측정>
실시예 3, 비교예 1∼4에서 작성한 PC 연신 필름에 관해서 이하와 같이 표면 거칠기와 사상성을 평가했다. 결과를 표 5에 나타낸다. 또한, 실시예 5∼7, 비교예 5∼7에서 작성한 PMMA 연신 필름에 관해서, 마찬가지로 표면 거칠기와 사상성을 평가했다. 결과를 표 6에 나타낸다.
(표면 거칠기의 평가)
필름의 표면 거칠기는, 브루커사 제조 촉침식 프로파일링 시스템 Dektak XT을 이용하여, 하기 조건으로 10000 ㎛를 주사하여, 필름의 주름에 기인한 조대(粗大)한 주름을 가우스 함수 근사로 제거한 후, 산술 평균 표면 거칠기(Ra)를 산출하여 평가했다. 측정은, 캐스트 제막 시의 대기측의 면(기재의 면과 반대측)에 관해서 측정했다.
스캔 유형: 표준 스캔
범위: 65.5 ㎛
프로파일: Hills & Valleys
침(stylus): 2 ㎛
침압: 15 mg
지속 기간: 120 초
주름 제거 시의 컷오프 값: 80 ㎛
(사상성의 평가)
필름의 사상성 평가는, 스가시켄키가부시키가이샤 제조 사상성 측정기 ICM-1T를 이용하여 JIS K 7374에 준하여 측정하여, 빗 폭 0.125 mm일 때의 값을 사상성의 지표로 했다. 또한 측정은, 캐스트 제막 시의 대기측의 면을 광원측에 배치한 형태로 행했다.
Figure pct00008
(※ PC 필름)
Figure pct00009
(※ PMMA 필름)
이상과 같이, 어느 실시예에서나, 산술 평균 표면 거칠기(Ra)의 값이 15 nm 이하로 낮고, 표면의 평활성이 양호하다는 것을 알 수 있다. 또한, 어느 실시예에서나, 사상성(합계)의 값이 400% 이상으로 높고, 또한 SrCO3를 첨가하지 않은 비교예 1, 5와 비교하더라도 같은 정도의 값이므로, 필름의 투과상의 선명성에 있어서 우수하다는 것을 알 수 있다. 특히, 어느 실시예도, 빗 폭이 0.125 mm와 같은 좁은 빗 폭에 있어서의 사상성의 값이 80% 이상으로 높으므로, 특히 미세한 화상의 선명성에 있어서 우수하다는 것을 알 수 있다.
<트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름>
(17) 실시예 9
(SrCO3 첨가 도핑액 제작 방법)
염화메틸렌 25 g에 대하여 트리아세틸셀룰로오스(이하 「TAC」) 6 g을 첨가하고, 3시간 교반하여, TAC-염화메틸렌 용액을 제작했다. 이어서, 염화메틸렌 10 g 에 대하여, 표면 처리 분말 1을 0.6 g 첨가하고, 초음파 배스에 30초 넣어, 그대로 구멍 직경 1 ㎛의 멤브레인 필터로 가압하지 않고서 여과하여 분산액 1을 작성했다. TAC-염화메틸렌 분산액과 분산액 1을 혼합하고, 초음파 호모게나이저로 분산 처리하여, SrCO3 첨가 도핑액 I-1을 얻었다.
(TAC 필름 성막 방법)
SrCO3 첨가 도핑액 I-1을, 베이커식 애플리케이터를 이용하여, PET 필름 상에 웨트 막 두께 200 ㎛로 도포했다. 이것을 40℃에서 2분, 80℃에서 15분, 85℃에서 30분 건조했다. PET 필름으로부터 TAC막을 박리하여 TAC 필름 O-1을 얻었다. 실시예 8과 같은 식으로 얻어진 필름의 특성을 평가했다. 그 결과를 표 7에 나타낸다.
(18) 실시예 10
표면 처리제로서 폴리카르복실산 음이온형 계면 활성제(B)를 이용한 점 이외에는, 실시예 9와 같은 방법을 사용했다. 이에 따라, TAC 필름 P-1을 얻었다. 실시예 8과 같은 식으로 얻어진 필름의 특성을 평가했다. 그 결과를 표 7에 나타낸다.
(19) 비교예 9
표면 처리를 하지 않은 SrCO3를 이용한 점 이외에는, 실시예 9와 같은 방법을 사용했다. 이에 따라, TAC 필름 Q-1을 얻었다. 실시예 8과 같은 식으로 얻어진 필름의 특성을 평가했다. 그 결과를 표 7에 나타낸다.
Figure pct00010
실시예 9, 10과 비교예 9를 비교하면, 탄산스트론튬을 첨가한 실시예 9, 10에서는 ΔP의 값이 마이너스로 되고 있어, 마이너스의 위상차를 발현했음을 알 수 있었다. 즉, 상기 결과로부터, 탄산스트론튬의 미세 침상 입자에 최적의 표면 처리를 실시함으로써, 높은 투명성을 가지며, 또한 필름의 면외 위상차를 저감할 수 있다는 것을 알 수 있다.
<폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름>
(20) 실시예 11
실시예 1에서 이용한 표면 처리 분말 1을 용융 혼련법으로 PET 수지에 이겨 넣었다. 이겨넣기에는 라보플라스토밀 4C150(도요세이키 제조)을 사용하고, 275℃에서 혼련 속도 60 rpm으로 5분간 혼련을 행했다. 혼련 후의 PET는, 가열 프레스로 280℃, 40 MPa로 시트화하여, 면외 위상차를 측정했다. 그 결과를 표 8에 나타낸다.
(21) 비교예 11
SrCO3를 이겨 넣지 않는 점 이외에는, 실시예 10과 같은 방법을 사용했다. 그 결과를 표 8에 나타낸다.
Figure pct00011
상기한 결과로부터, 용융 혼련법에 의해 SrCO3를 첨가한 PET 필름의 면외 위상차를 저감할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
<수지 분자 배향 억제 효과>
실시예 2, 3 및 비교예 1에서 이용한 PC 필름의 PC 분자의 면내 배향성을 투과 X선 φ 스캔, 라만 분광법으로 평가했다.
<투과 X선 φ 스캔>
브루커 제조 D8 ADVANCE X선 회절 장치를 이용하고, 투과 X선 φ 스캔을 이용하여 2θ를 16.4°로 고정하고, 샘플을 360° 회전시키면서 측정함으로써, 회절 강도의 각도 의존성을 측정하여, 얻어지는 주기 패턴의 반치폭에 의해 평가했다. 얻어진 측정 결과는 비교예 1의 결과를 100으로 하여 규격화했다. 그 결과를 표 9에 나타낸다.
Figure pct00012
<라만 분광법>
닛폰분코가부시키가이샤 제조 레이저 라만 분광 장치 NRS-3300을 이용하여, PC 분자의 배향성을 평가했다. 여기용 고체 레이저 파장 532 nm, 그레이팅 600 L/mm로 1 측정부 당 225점, 노광 시간 1초로 샘플을 회전시키면서 측정했다. 얻어진 주기 패턴으로부터 PC 분자의 배향성을 평가했다. 얻어진 측정 결과는, 비교예 1의 결과를 100으로 하여 규격화했다. 그 결과를 표 9에 나타낸다.
상기 결과로부터, 미세 침상 SrCO3를 첨가함으로써, PC 분자의 배향을 억제하고 있다는 것을 알 수 있다. PC, PET 등 고유 복굴절이 크고, 수지 분자의 배향성이 높은 필름에 미세 SrCO3를 첨가함으로써, 위상차 발현 인자인 수지 분자의 배향을 억제하여, 대폭적인 위상차 저감이 가능하게 된다.

Claims (15)

  1. 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말이 수지에 분산된 광학 필름으로서,
    상기 알칼리 토류 금속 탄산염 미분말은, 평균 장경이 10∼100 nm의 범위내이고, 상기 광학 필름 전체에 대한 함유량이 0.1∼50 질량%의 범위내이며, 표면에 계면 활성제가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  2. 제1항에 있어서, 상기 알칼리 금속 탄산염이 탄산스트론튬인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  3. 제1항에 있어서, 상기 평균 장경이 20∼50 nm의 범위내이며, 또한 헤이즈가 1% 이하인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  4. 제1항에 있어서, 상기 함유량이 1∼35 질량%의 범위내인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수지가 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 셀룰로오스에스테르, 폴리스티렌, 스티렌아크릴로니트릴 공중합체, 폴리푸마르산디에스테르, 폴리아릴레이트, 폴리에테르술폰, 폴리올레핀, 말레이미드계 공중합체, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리우레탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종류 이상인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  6. 제5항에 있어서, 상기 수지가 폴리카보네이트인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  7. 제6항에 있어서, 표면 개질제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  8. 제6항에 있어서, 상기 함유량이 8∼16 질량%의 범위내이고, 헤이즈가 1% 이하이며, 또한 플러스의 면내 복굴절율을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  9. 제6항에 있어서, 상기 함유량이 8∼16 질량%의 범위내이고, 헤이즈가 1% 이하이며, 또한 면내 복굴절율이 제로인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  10. 제5항에 있어서, 상기 수지가 폴리메틸메타크릴레이트인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  11. 제10항에 있어서, 상기 함유량이 8∼32 질량%의 범위내이고, 헤이즈가 1% 이하이며, 또한 마이너스의 면내 복굴절율을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 막 두께가 20∼150 ㎛의 범위내인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 연신 필름인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 산술 평균 표면 거칠기(Ra)가 20 nm 이하이며, 또한 빗 폭 0.125 mm에 있어서의 사상성(寫像性)(JIS K 7374에 준거)이 75% 이상인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재한 광학 필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
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