KR20180090836A

KR20180090836A - 편광 필름의 제조 방법

Info

Publication number: KR20180090836A
Application number: KR1020187017818A
Authority: KR
Inventors: 츠토무 후루야; 유스케 기타가와; 요스케 다나카
Original assignee: 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2018-08-13
Also published as: TW201728916A; CN108292006B; JP6649068B2; CN108292006A; WO2017099017A1; TWI704369B; JP2017106969A; KR102538828B1

Abstract

본 발명은, 붕소 함유량이 억제되어 수축력이 저감되고 있음에도 불구하고, 높은 광학 특성을 갖는 편광 필름을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 폴리비닐알코올계 수지 필름으로부터 붕소 함유율이 1.5∼3.0 중량%인 편광 필름을 제조하는 방법으로서, 폴리비닐알코올계 수지 필름을 이색성 색소로 염색하는 염색 공정과, 염색 공정 후의 필름을 적어도 붕산을 포함하는 가교제로 처리하는 가교 공정과, 상기 가교 공정 중 및/또는 그것보다 전에, 폴리비닐알코올계 수지 필름을 1축 연신하는 제1 연신 공정과, 상기 가교 공정 후에, 폴리비닐알코올계 수지 필름을 1축 연신하는 제2 연신 공정을 포함하는 편광 필름의 제조 방법을 제공한다.

Description

편광 필름의 제조 방법

본 발명은, 폴리비닐알코올계 수지 필름으로부터 편광 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.

편광판은, 액정 표시 장치 등의 화상 표시 장치에 있어서의 편광 소자 등으로서 널리 이용되고 있다. 편광판으로는, 편광 필름의 편면 또는 양면에 접착제 등을 이용하여 투명 수지 필름(보호 필름 등)을 첩합한 구성의 것이 일반적이다.

편광 필름은 주로, 폴리비닐알코올계 수지로 이루어진 원반(原反) 필름에 대하여, 요오드 등의 이색성 색소를 함유하는 염색욕에 침지시키는 처리, 계속해서 붕산 등의 가교제를 함유하는 가교욕에 침지시키는 처리 등을 행함과 더불어, 어느 한 단계에서 필름을 1축 연신함으로써 제조되고 있다. 1축 연신에는, 공중에서 연신을 행하는 건식 연신과, 상기 염색욕 및 가교욕 등의 액중에서 연신을 행하는 습식 연신이 있다.

편광 필름은 가교되어 있기 때문에, 가열되면 수축하기 쉽고, 내구성이 충분하지 않은 경우가 있다. 일본 특허 공개 제2013-148806호 공보(특허문헌 1)에는, 붕소 함유량을 1∼3.5 중량%로 낮은 함유량으로 하여, 내구성이 우수한 편광 필름을 제공하는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2013-148806호 공보

그러나, 편광 필름에 있어서, 붕소 함유량을 저감시키면, 충분한 가교도를 얻을 수 없어, 광학 특성이 저하되는 경우가 있다. 본 발명은, 편광 필름의 제조 방법에 있어서, 붕소 함유량이 억제되어 수축력이 저감되고 있음에도 불구하고, 높은 광학 특성을 갖는 편광 필름을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 이하에 나타내는 편광 필름의 제조 방법을 제공한다.

[1] 폴리비닐알코올계 수지 필름으로부터 붕소 함유율이 1.5∼3.0 중량%인 편광 필름을 제조하는 방법으로서,

폴리비닐알코올계 수지 필름을 이색성 색소로 염색하는 염색 공정과,

염색 공정 후의 필름을 적어도 붕산을 포함하는 가교제로 처리하는 가교 공정과,

상기 가교 공정 중 및/또는 그것보다 전에, 폴리비닐알코올계 수지 필름을 1축 연신하는 제1 연신 공정과,

상기 가교 공정 후에, 폴리비닐알코올계 수지 필름을 1축 연신하는 제2 연신 공정

을 포함하는 편광 필름의 제조 방법.

[2] 상기 제2 연신 공정에서 행하는 1축 연신의 배율이 1.04∼1.2배인, [1]에 기재된 편광 필름의 제조 방법.

[3] 상기 제2 연신 공정은, 절대 습도 100 g/㎥ 이상의 분위기 하에서 상기 폴리비닐알코올계 수지 필름을 1축 연신하는 것인, [1] 또는 [2]에 기재된 편광 필름의 제조 방법.

[4] 상기 제2 연신 공정에 있어서, 상기 폴리비닐알코올계 수지 필름은 하나 또는 복수의 롤에 접촉되고, 최초 롤에 접촉하고 나서 최후 롤로부터 해방될 때까지 사이의 적어도 70%의 시간은 어느 하나의 롤에 접촉되어 1축 연신이 행해지는 것인, [1]∼[3] 중 어느 한 항에 기재된 편광 필름의 제조 방법.

본 발명의 제조 방법에 따르면, 붕소 함유량이 낮은 편광 필름이며, 또한 우수한 광학 특성을 갖는 편광 필름을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 편광 필름의 제조 방법의 일 실시형태를 나타낸 흐름도이다.

<편광 필름의 제조 방법>

도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 편광 필름의 제조 방법은, 폴리비닐알코올계 수지 필름으로부터 붕소 함유율이 1.5∼3.0 중량%인 편광 필름을 제조하는 방법으로서, 이하의 공정:

폴리비닐알코올계 수지 필름을 이색성 색소로 염색하는 염색 공정(S20),

염색 공정 후의 필름을 적어도 붕산을 포함하는 가교제로 처리하는 가교 공정(S30),

가교 공정 중 및/또는 그것보다 전에, 폴리비닐알코올계 수지 필름을 1축 연신하는 제1 연신 공정(S40), 및

가교 공정 후에, 폴리비닐알코올계 수지 필름을 1축 연신하는 제2 연신 공정(S60)

을 포함한다.

본 발명에 따르면, 붕소 함유율이 1.5∼3.0 중량%로 낮아 수축력이 억제된 편광 필름이며, 또한 우수한 광학 특성을 갖는 편광 필름을 제조할 수 있다. 붕소의 함유율은, 바람직하게는 2.0∼2.8 중량%이다.

본 발명에 따른 편광 필름의 제조 방법은, 상기 이외의 다른 공정을 더 포함할 수 있고, 그 구체예는, 도 1에 도시된 바와 같이, 염색 공정(S20) 전에 행하는 팽윤 공정(S10), 및 가교 공정(S30) 후에 행하는 세정 공정(S50)이다.

본 발명에 따른 제조 방법에 포함되는 각종 처리 공정은, 편광 필름 제조 장치의 필름 반송 경로를 따라 원반 필름인 폴리비닐알코올계 수지 필름을 연속적으로 반송시킴으로써 연속적으로 실시할 수 있다. 필름 반송 경로는, 상기 각종 처리 공정을 실시하기 위한 설비(처리욕이나 로 등)를, 이들의 실시 순으로 구비하고 있다. 처리욕이란, 팽윤욕, 염색욕, 가교욕, 세정욕과 같은 폴리비닐알코올계 수지 필름에 대하여 처리를 행하는 처리액을 수용하는 욕을 말한다.

필름 반송 경로는, 상기 설비 외에, 가이드롤이나 닙롤 등을 적절한 위치에 배치함으로써 구축할 수 있다. 예컨대, 가이드롤은, 각 처리욕의 전후나 처리욕 중에 배치할 수 있고, 이에 따라 처리욕에 대한 필름의 도입·침지 및 처리욕으로부터의 인출을 행할 수 있다. 보다 구체적으로는, 각 처리욕 중에 2 이상의 가이드롤을 마련하고, 이들 가이드롤을 따라 필름을 반송시킴으로써, 각 처리욕에 필름을 침지시킬 수 있다.

원반 필름인 폴리비닐알코올계 수지 필름을 구성하는 폴리비닐알코올계 수지로는, 폴리아세트산비닐계 수지를 비누화한 것을 이용할 수 있다. 폴리아세트산비닐계 수지로는, 아세트산비닐의 단독중합체인 폴리아세트산비닐 외에, 아세트산비닐과 이것에 공중합 가능한 다른 단량체와의 공중합체가 예시된다. 아세트산비닐에 공중합 가능한 다른 단량체로는, 예컨대, 불포화 카르복실산류, 올레핀류, 비닐에테르류, 불포화 술폰산류, 암모늄기를 갖는 아크릴아미드류 등을 들 수 있다. 폴리비닐알코올계 수지의 비누화도는, 통상 약 85 몰% 이상, 바람직하게는 약 90 몰% 이상, 보다 바람직하게는 약 99몰% 이상이다.

폴리비닐알코올계 수지는 변성되어 있어도 좋고, 예컨대, 알데히드류로 변성된 폴리비닐포르말, 폴리비닐아세탈, 폴리비닐부티랄 등도 사용할 수 있다.

폴리비닐알코올계 수지의 평균 중합도는, 바람직하게는 100∼10000이고, 보다 바람직하게는 1500∼8000이며, 더욱 바람직하게는 2000∼5000이다. 폴리비닐알코올계 수지의 평균 중합도는, JIS K 6726(1994)에 준거하여 구할 수 있다. 평균 중합도가 100 미만에서는 바람직한 편광 성능을 얻기 어렵고, 10000 초과에서는 필름 가공성이 뒤떨어지는 경우가 있다.

폴리비닐알코올계 수지 필름의 두께는, 예컨대 10∼150 ㎛ 정도이며, 편광 필름의 박형화의 관점에서, 바람직하게는 100 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 70 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 50 ㎛ 이하, 더욱 더 바람직하게는 40 ㎛ 이하이다.

원반 필름인 폴리비닐알코올계 수지 필름은, 예컨대, 장척(長尺)의 미연신 폴리비닐알코올계 수지 필름의 롤(권취품)로서 준비할 수 있다. 이 경우, 편광 필름도 또한, 장척물로서 얻어진다. 이하, 각 공정에 대해서 상세히 설명한다.

(1) 팽윤 공정(S10)

본 공정에 있어서의 팽윤 처리는, 원반 필름인 폴리비닐알코올계 수지 필름의 이물 제거, 가소제 제거, 이(易)염색성의 부여, 필름의 가소화 등의 목적으로 필요에 따라 실시되는 처리이며, 구체적으로는, 물을 함유하는 팽윤욕에 폴리비닐알코올계 수지 필름을 침지시키는 처리일 수 있다. 상기 필름은, 하나의 팽윤욕에 침지되어도 좋고, 2 이상의 팽윤욕에 순차 침지되어도 좋다. 팽윤 처리 전, 팽윤 처리시, 또는 팽윤 처리 전 및 팽윤 처리시에, 필름에 대하여 1축 연신 처리를 행하여도 좋다.

팽윤욕은, 물(예컨대 순수)일 수 있는 것 외에, 알코올류와 같은 수용성 유기 용매를 첨가한 수용액이어도 좋다.

필름을 침지할 때의 팽윤욕의 온도는, 통상 10∼70℃ 정도, 바람직하게는 15∼50℃ 정도이며, 필름의 침지 시간은, 통상 10∼600초 정도, 바람직하게는 20∼300초 정도이다.

(2) 염색 공정(S20)

본 공정에 있어서의 염색 처리는, 폴리비닐알코올계 수지 필름에 이색성 색소를 흡착, 배향시킬 목적으로 행해지는 처리이며, 구체적으로는, 이색성 색소를 함유하는 염색욕에 폴리비닐알코올계 수지 필름을 침지시키는 처리일 수 있다. 상기 필름은, 하나의 염색욕에 침지되어도 좋고, 2 이상의 염색욕에 순차 침지되어도 좋다. 이색성 색소의 염색성을 높이기 위해서, 염색 공정에 제공되는 필름은, 적어도 어느 정도의 1축 연신 처리가 행해져 있어도 좋다. 염색 처리 전의 1축 연신 처리 대신에, 혹은 염색 처리 전의 1축 연시 처리에 더하여, 염색 처리시에 1축 연신 처리를 행하여도 좋다.

이색성 색소는, 요오드 또는 이색성 유기 염료일 수 있다. 이색성 유기 염료의 구체예는, 레드 BR, 레드 LR, 레드 R, 핑크 LB, 루빈 BL, 보르도 GS, 스카이블루 LG, 레몬 옐로우, 블루 BR, 블루 2R, 네이비 RY, 그린 LG, 바이올렛 LB, 바이올렛 B, 블랙 H, 블랙 B, 블랙 GSP, 옐로우 3G, 옐로우 R, 오렌지 LR, 오렌지 3R, 스칼렛 GL, 스칼렛 KGL, 콩고-레드, 브릴리언트 바이올렛 BK, 수프라 블루 G, 수프라 블루 GL, 수프라 오렌지 GL, 다이렉트 스카이 블루, 다이렉트 퍼스트 오렌지 S, 퍼스트 블랙을 포함한다. 이색성 색소는, 1종만을 단독으로 이용하여도 좋고, 2종 이상을 병용하여도 좋다.

이색성 색소로서 요오드를 이용하는 경우, 염색욕에는, 요오드 및 요오드화칼륨을 함유하는 수용액을 이용할 수 있다. 요오드화칼륨 대신에, 요오드화아연 등의 다른 요오드화물을 이용하여도 좋고, 요오드화칼륨과 다른 요오드화물을 병용하여도 좋다. 또한, 요오드화물 이외의 화합물, 예컨대, 붕산, 염화아연, 염화코발트 등을 공존시켜도 좋다. 붕산을 첨가하는 경우는, 요오드를 포함한다는 점에서 후술하는 가교 처리와 구별된다. 상기 수용액에 있어서의 요오드의 함유량은 통상, 물 100 중량부당 0.003∼1 중량부 정도이다. 또한, 요오드화칼륨 등의 요오드화물의 함유량은 통상, 물 100 중량부당 0.1∼20 중량부 정도이다.

필름을 침지할 때의 염색욕의 온도는, 통상 10∼45℃ 정도, 바람직하게는 10∼40℃ 정도이고, 보다 바람직하게는 20∼35℃ 정도이며, 필름의 침지 시간은, 통상 30∼600초 정도, 바람직하게는 60∼300초 정도이다.

이색성 색소로서 이색성 유기 염료를 이용하는 경우, 염색욕에는, 이색성 유기 염료를 함유하는 수용액을 이용할 수 있다. 상기 수용액에 있어서의 이색성 유기 염료의 함유량은 통상, 물 100 중량부당 1×10^-4∼10 중량부 정도이며, 바람직하게는 1×10^-3∼1 중량부 정도이다. 이 염색욕에는 염색 보조제 등을 공존시켜도 좋고, 예컨대, 황산나트륨 등의 무기염이나 계면활성제 등을 함유하고 있어도 좋다. 이색성 유기 염료는 1종만을 단독으로 이용하여도 좋고, 2종 이상을 병용하여도 좋다. 필름을 침지할 때의 염색욕의 온도는, 예컨대 20∼80℃ 정도, 바람직하게는 30∼70℃ 정도이며, 필름의 침지 시간은, 통상 20∼600초 정도, 바람직하게는 30∼300초 정도이다.

(3) 가교 공정(S30)

염색 공정 후의 폴리비닐알코올계 수지 필름을 가교제로 처리하는 가교 처리는, 가교에 의한 내수화나 색상 조정 등의 목적으로 행하는 처리이며, 구체적으로는, 가교제를 함유하는 가교욕에 염색 공정 후의 필름을 침지시키는 처리일 수 있다. 상기 필름은, 하나의 가교욕에 침지되어도 좋고, 2 이상의 가교욕에 순차 침지되어도 좋다. 가교 처리시에 1축 연신 처리를 행하여도 좋다.

가교제로는, 붕산이 포함되고, 또 다른 가교제인 글리옥살, 글루타르알데히드 등을 포함하는 것이어도 좋다. 가교욕에 있어서의 붕산의 함유량은 통상, 물 100 중량부당 0.1∼15 중량부 정도이며, 바람직하게는 1∼10 중량부 정도이다. 이색성 색소가 요오드인 경우, 가교욕은, 붕산에 더하여 요오드화물을 함유하는 것이 바람직하다. 가교욕에 있어서의 요오드화물의 함유량은 통상, 물 100 중량부당 0.1∼20 중량부 정도이며, 바람직하게는 5∼15 중량부 정도이다. 요오드화물로는, 요오드화칼륨, 요오드화아연 등을 들 수 있다. 또한, 요오드화물 이외의 화합물, 예컨대, 염화아연, 염화코발트, 염화지르코늄, 티오황산나트륨, 아황산칼륨, 황산나트륨 등을 가교욕에 공존시켜도 좋다.

필름을 침지할 때의 가교욕의 온도는, 통상 50∼85℃ 정도, 바람직하게는 50∼70℃ 정도이며, 필름의 침지 시간은, 통상 10∼600초 정도, 바람직하게는 20∼300초 정도이다.

(4) 제1 연신 공정(S40)

전술한 바와 같이, 편광 필름의 제조에 있어서, 폴리비닐알코올계 수지 필름은, 가교 공정(S30) 중 및/또는 그것보다 전에, 즉, 팽윤 공정(S10) 전부터 가교 공정(S30)까지 중 어느 1 또는 2 이상의 단계에서 1축 연신 처리된다. 이색성 색소의 염색성을 높인다는 관점에서, 염색 공정에 제공되는 필름은, 적어도 어느 정도의 1축 연신 처리를 행한 필름인 것이 바람직하고, 또는 염색 처리 전의 1축 연신 처리 대신에, 혹은 염색 처리 전의 1축 연신 처리에 더하여, 염색 처리시에 1축 연신 처리를 행하는 것이 바람직하다.

제1 연신 공정(S40)에 있어서의 1축 연신 처리는, 공중에서 연신을 행하는 건식 연신, 욕중에서 연신을 행하는 습식 연신 중 어느 하나여도 좋고, 이들 모두를 행하여도 좋다. 1축 연신 처리는, 2개의 닙롤 사이에 주속차를 두어 세로 1축 연신을 행하는 롤간 연신, 열롤 연신, 텐터 연신 등일 수 있지만, 바람직하게는 롤간 연신을 포함한다. 원반 필름을 기준으로 하는 제1 연신 공정(S40)의 총 연신 배율(2 이상의 단계에서 연신 처리를 행하는 경우에는 이들의 누적 연신 배율)은, 3∼8배 정도이다. 양호한 편광 특성을 부여하기 위해서, 연신 배율은, 바람직하게는 4배 이상, 보다 바람직하게는 4.5배 이상이 된다. 또한, 본 발명에 따른 제조 방법은, 제2 연신 공정(S60)을 포함하고 있기 때문에, 제1 연신 공정(S40)에 있어서의 총 연신 배율은, 7배 이하, 나아가서는 6배 이하, 더 나아가서는 5배 이하여도 좋다.

(5) 세정 공정(S50)

본 공정에 있어서의 세정 처리는, 폴리비닐알코올계 수지 필름에 부착된 여분의 가교제나 이색성 색소 등의 약제를 제거할 목적으로 필요에 따라 실시되는 처리이며, 물을 함유하는 세정액을 이용하여 가교 공정 후의 폴리비닐알코올계 수지 필름을 세정하는 처리이다. 구체적으로는, 세정욕(세정액)에 가교 공정 후의 폴리비닐알코올계 수지 필름을 침지시키는 처리일 수 있다. 상기 필름은, 하나의 세정욕에 침지되어도 좋고, 2 이상의 세정욕에 순차 침지되어도 좋다. 혹은, 세정 처리는, 가교 공정 후의 폴리비닐알코올계 수지 필름에 대하여 세정액을 샤워로 분무하는 처리여도 좋고, 상기한 침지와 분무를 조합하여도 좋다.

세정액은, 물(예컨대 순수)일 수 있는 것 외에, 알코올류와 같은 수용성 유기 용매를 첨가한 수용액이어도 좋다. 세정액의 온도는, 예컨대 5∼40℃ 정도일 수 있다.

세정 공정(S50)은 임의의 공정으로서 생략되어도 좋고, 후술하는 바와 같이, 제2 연신 공정(S60) 중에 세정 처리를 행하여도 좋다. 바람직하게는, 세정 공정(S50)을 행한 후의 필름에 대하여 제2 연신 공정(S60)을 행한다.

(6) 제2 연신 공정(S60)

본 공정에 있어서의 제2 연신 처리는, 가교 공정(S30) 후의 필름을 1축 연신하는 처리이다. 세정 공정(S50)을 실시하는 경우에는, 세정 공정 후의 필름에 대하여 제2 연신 처리를 행하는 것이 바람직하다. 세정 공정(S50) 후, 건조 처리를 실시하는 경우에는, 건조 처리 후의 필름에 대하여 제2 연신 처리를 행하는 것이 바람직하다. 제2 연신 공정(S60)에서의 1축 연신의 배율은, 1.01∼1.3배인 것이 바람직하고, 1.04∼1.2배인 것이 보다 바람직하다. 연신 배율을 1.3배 이하로 하는 것은, 수축력의 상승이나 필름 파단을 억제하는 데에 있어서 유리하다.

제2 연신 공정(S60)은, 가교 공정(S30) 후의 필름을 절대 습도 40 g/㎡ 이상의 고습 분위기 하에서 행하는 것이 바람직하다. 제2 연신 공정(S60)을 이러한 고습 분위기 하에서 연신 처리를 실시함으로써, 편광 필름의 수축력을 더욱 억제할 수 있다. 고습 분위기 하에서의 연신 처리에 의해, 편광 필름을 구성하는 폴리비닐알코올계 수지의 분자쇄의 배향성이 저하되고, 이에 따라 필름 내의 잔류 응력의 증대를 억제할 수 있는 것이 요인이라고 생각된다. 제2 연신 공정(S60)을 마련하여 고습 분위기 하에서 연신 처리를 실시하는 것은, 필름 파단을 방지하면서 효과적으로 누적 연신 배율(제1 연신 공정(S40)에서의 연신을 합한 누적 연신 배율)을 높일 수 있는 점에서도 유리하며, 또한, 누적 연신 배율을 높임에 따른 편광 필름을 취하는 면적의 증대, 및 이것에 따른 원단위 저하의 면에서도 유리하다.

제2 연신 처리를 행하는 분위기의 절대 습도는, 수축력의 상승을 보다 효과적으로 억제한다는 관점에서, 보다 바람직하게는 75 g/㎥ 이상, 더욱 바람직하게는 100 g/㎥ 이상이다. 한편, 절대 습도가 과도하게 높으면, 처리존 내에서의 결로의 발생이나, 결로수에 의한 필름의 오염이 걱정되기 때문에, 절대 습도는, 바람직하게는 550 g/㎥ 이하, 보다 바람직하게는 400 g/㎥ 이하, 더욱 바람직하게는 300 g/㎥ 이하, 특히 바람직하게는 180 g/㎥ 이하이다.

제2 연신 처리에 있어서, 연신 방법은 한정되지 않고, 예컨대 롤간 연신 또는 텐터 연신에 의해 1축 연신을 행할 수 있다. 제2 연신 처리에 있어서는, 수축력을 억제할 수 있다는 관점에서, 폴리비닐알코올계 수지 필름은 하나 또는 복수의 롤에 접촉하고 있는 것이 바람직하다. 제2 연신 공정에 있어서, 구체적으로는, 폴리비닐알코올계 수지 필름은 하나 또는 복수의 롤에 접촉되고, 최초 롤에 접촉하고 나서 최후 롤로부터 해방될 때까지 사이의 적어도 50%의 시간은 어느 하나의 롤에 접촉되어 1축 연신이 행해지는 것이 바람직하고, 적어도 70%의 시간은 어느 하나의 롤에 접촉되어 1축 연신이 행해지고 있는 것이 보다 바람직하며, 적어도 75%의 시간은 어느 하나의 롤에 접촉하고 있는 것이 더욱 바람직하다. 롤 접촉 시간을 길게 하여도, 폴리비닐알코올계 수지 필름에 걸리는 부하를 균일하게 할 수 있기 때문에, 제2 연신 공정에 있어서 폴리비닐알코올계 수지 필름이 접촉되는 롤은 2 이상인 것이 바람직하다. 제2 연신 처리에 있어서, 연신이 행해지는 분위기 환경은 필름의 파단을 억제하여 연신할 수 있다는 점에서 40℃ 이상인 것이 바람직하고, 절대 습도를 상기한 바람직한 수치 범위로 조정하기 쉽다는 관점, 및 필름의 반송성을 양호하게 유지한다는 관점에서, 보다 바람직하게는 55℃ 이상, 더욱 바람직하게는 60℃ 이상이다. 또한 상기 분위기 온도는, 바람직하게는 100℃ 이하이며, 우수한 광학 특성을 얻는다는 관점에서, 바람직하게는 90℃ 이하이다.

제1 연신 공정(S40)과 제2 연신 공정(S60)의 연신 배율을 합한 누적 연신 배율은, 4∼9배 정도이다. 양호한 편광 특성을 부여하기 위해서, 누적 연신 배율은, 바람직하게는 4.5배 이상, 보다 바람직하게는 5.0배 이상, 더욱 바람직하게는 5.5배 이상이다.

제2 연신 공정(S60)을 행함으로써, 제1 연신 공정(S40)에 있어서의 연신 배율을 낮게 억제한 경우여도, 총 연신 배율로서 충분한 연신 배율을 확보할 수 있기 때문에, 편광 필름에 우수한 광학 특성을 부여할 수 있다. 또한, 총 연신 배율이 동일하여도, 제1 연신 공정(S40)과 제2 연신 공정(S60)에서 1축 연신을 행함으로써, 제2 연신 공정(S60)을 마련하지 않는 경우와 비교하여, 편광 필름에 우수한 광학 특성을 부여할 수 있다. 나아가서는, 제1 연신 공정(S40)과 제2 연신 공정(S60)에서 1축 연신을 행함으로써, 붕소 함유율이 1.5∼3.0 중량%로 낮은 경우여도, 붕소 함유율이 예컨대 3.0 중량%를 초과하는 경우와 동등한 우수한 광학 특성을 갖는 편광 필름을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 편광 필름은, 붕소 함유율이 1.5∼3.0 중량%로 낮기 때문에, 수축력이 억제되어, 편광판, 나아가서는 액정 패널의 휨을 억제할 수 있다.

또한, 제2 연신 공정(S60)을 마련하지 않고, 제1 연신 공정(S40)에 있어서의 1축 연신만으로 보다 우수한 광학 특성을 얻기 위해서 제1 연신 공정(S40)의 연신 배율을 높이면, 수축력이 커져, 편광판, 나아가서는 액정 패널의 휨의 문제를 발생시키는 경우가 있다.

제2 연신 공정(S60)에 있어서의 1축 연신 처리는, 건식 연신 및 습식 연신 어느 것이어도 좋지만, 고습 분위기 하에서 연신을 행하는 경우, 통상은 건식 연신이다. 건식 연신에 의한 1축 연신 처리는, 2개의 닙롤 사이에 주속차를 두어 세로 1축 연신을 행하는 롤간 연신, 열롤 연신, 텐터 연신 등일 수 있다.

고습 분위기 하에서의 제2 연신 처리는, 예컨대, 가교 공정(S30) 후의 필름을, 습도(필요에 따라 온도)를 조정할 수 있는 부스에 도입함으로써 고습 처리를 행하면서 연신하는 처리일 수 있다. 고습 분위기 하에서의 제2 연신 처리는, 바람직하게는 5초 이상이며, 보다 바람직하게는 10초 이상이다. 또한 상기 시간은, 온도에 따라 다르지만, 너무 길면 광학 특성의 열화가 걱정되기 때문에, 바람직하게는 60분 이하이고, 보다 바람직하게는 30분 이하이며, 더욱 바람직하게는 10분 이하이고, 특히 바람직하게는 5분 이하이다.

제2 연신 공정(S60)은, 바람직하게는 세정 공정(S50) 후에 실시되지만, 소정의 고습 분위기 하에서 연신하면서 세정액을 분무하는 등, 고습 분위기 하에서의 연신 처리와 세정 처리를 동시에 행하여도 좋고, 또한, 고온 고습 분위기 하에 놓여짐으로써 실질적으로 필름의 세정이 행해지는 경우 등, 제2 연신 공정(S60)이 세정 처리를 겸하고 있어도 좋다.

제2 연신 처리는, 장척의 폴리비닐알코올계 수지 필름을 필름 반송 경로를 따라 반송하면서 행할 수 있고, 그 장력은, 수축력의 상승을 보다 효과적으로 억제한다는 관점에서, 50∼5000 N/m인 것이 바람직하다. 필름의 주름이 발생하는 것을 억제한다는 관점에서, 필름 장력은, 300∼1500 N/m인 것이 보다 바람직하다.

제2 연신 처리는, 폴리비닐알코올계 수지 필름을 건조하는 처리, 즉, 그 수분율을 저하시키는 처리를 겸하고 있어도 좋다. 이에 따라, 반드시 제2 연신 처리의 전이나 후에 건조 처리를 별도로 실시할 필요가 없어진다.

제2 연신 처리에 제공되는 필름의 수분율은, 필름의 두께에 의존하지만, 통상 13∼50 중량% 정도이며, 바람직하게는 30∼50 중량%이다. 제2 연신 처리에 의한 수분율 저하의 정도, 즉 제2 연신 처리 전의 수분율과 제2 연신 처리 후의 수분율과의 차(수분율차 ΔS)도 또한 필름의 두께에 의존하지만, 예컨대 5∼45 중량%이며, 바람직하게는 8∼35 중량%이다. 예컨대 원반 필름의 두께가 40 ㎛ 정도 이하인 경우, 수분율차 ΔS는 15 중량% 미만일 수 있다.

제2 연신 처리 후의 필름(제2 연신 처리가 최종 공정인 경우에는 편광 필름)의 수분율도 또한 필름의 두께에 의존하지만, 5∼30 중량%인 것이 바람직하고, 그 후의 필름의 반송성의 관점에서, 6∼15 중량%인 것이 보다 바람직하다. 수분율이 너무 낮으면 반송 중에 필름이 찢어지기 쉬워지고, 또한 수분율이 너무 높으면, 방습에 의해 필름 단부에 컬이 생기기 쉬워진다.

대체로, 필름이 얇을수록 수분은 산일(散逸)되기 쉽고, 따라서 원반 필름이 얇을수록 제2 연신 처리 전 및 제2 연신 처리 중의 수분율이 저하하기 쉽다. 수분율이 너무 지나치게 낮으면 필름의 반송성이 저하되기 쉬워진다.

제2 연신 공정(S60)은, 가교 공정(S30) 또는 세정 공정(S50)의 직후에 행하여도 좋고, 가교 공정(S30) 또는 세정 공정(S50)에 이어서 다른 공정을 실시한 후에 행하여도 좋다. 다른 공정으로는, 건조 처리를 들 수 있다. 단, 수축력의 상승을 보다 효과적으로 억제한다는 관점에서는, 가교 공정(S30) 또는 세정 공정(S50)의 필름을 그대로 제2 연신 공정(S60)에 제공하는 것이 바람직하다.

이상의 공정을 거쳐, 1축 연신된 폴리비닐알코올계 수지 필름에 이색성 색소가 흡착 배향하여 이루어진 편광 필름을 얻을 수 있다. 편광 필름의 붕소 함유율은, 1.5∼3.0 중량%, 바람직하게는 2.0∼2.8 중량%이다. 편광 필름 중의 붕소 함유율은, 가교욕 중의 붕산량, 가교 공정(S30)의 처리 온도 및 처리 시간으로 조정할 수 있다. 편광 필름의 두께는, 통상 5∼40 ㎛이며, 바람직하게는 30 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 20 ㎛ 이하이다. 본 발명에 의해 얻어지는 편광 필름에 따르면, 두께가 30 ㎛ 이하, 나아가서는 20 ㎛ 이하로 얇은 경우여도, 우수한 광학 특성을 가질 수 있음과 더불어, 수축력의 상승을 억제할 수 있다.

예컨대 수분율의 조정을 위해, 제2 연신 공정(S60) 후에 건조 처리를 행하여도 좋다. 단, 제2 연신 공정(S60)에 의해 수분율의 조정은 가능하기 때문에, 이 건조 처리는 필요에 따라 행해지는 것이다.

얻어진 편광 필름은, 예컨대, 그대로 다음 편광판 제작 공정(편광 필름의 편면 또는 양면에 보호 필름을 첩합하는 공정)에 반송할 수도 있다.

<편광판>

이상과 같이 하여 제조되는 편광 필름의 적어도 편면에, 접착제를 통해 보호 필름을 첩합함으로써 편광판을 얻을 수 있다. 보호 필름으로는, 열가소성 수지, 예컨대, 쇄상 폴리올레핀계 수지(폴리프로필렌계 수지 등), 환상 폴리올레핀계 수지(노르보넨계 수지 등)와 같은 폴리올레핀계 수지; 트리아세틸셀룰로오스나 디아세틸셀룰로오스와 같은 셀룰로오스에스테르계 수지; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 폴리메타크릴산메틸계 수지와 같은 (메트)아크릴계 수지; 또는 이들의 혼합물, 공중합물 등으로 이루어진 투명 수지 필름일 수 있다.

보호 필름은, 위상차 필름, 휘도 향상 필름과 같은 광학 기능을 겸비하는 보호 필름일 수도 있다. 예컨대, 상기 재료로 이루어진 투명 수지 필름을 연신(1축 연신 또는 2축 연신 등)하거나, 상기 필름 상에 액정층 등을 형성하거나 함으로써, 임의의 위상차 값이 부여된 위상차 필름으로 할 수 있다.

보호 필름에 있어서의 편광 필름과는 반대측의 표면에는, 하드코트층, 방현층, 반사방지층, 대전방지층, 방오층과 같은 표면 처리층(코팅층)을 형성할 수도 있다.

보호 필름의 두께는, 편광판의 박형화의 관점에서 얇은 것이 바람직하지만, 너무 얇으면 강도가 저하되어 가공성이 뒤떨어지기 때문에, 바람직하게는 5∼150 ㎛, 보다 바람직하게는 5∼100 ㎛, 더욱 바람직하게는 10∼50 ㎛이다.

편광 필름과 보호 필름과의 첩합에 이용하는 접착제로는, 자외선 경화성 접착제와 같은 활성 에너지선 경화성 접착제나, 폴리비닐알코올계 수지의 수용액, 또는 이것에 가교제가 배합된 수용액, 우레탄계 에멀젼 접착제와 같은 수계 접착제를 들 수 있다. 편광 필름의 양면에 보호 필름을 첩합하는 경우, 2개의 접착제층을 형성하는 접착제는 동종이어도 좋고, 이종이어도 좋다. 예컨대, 양면에 보호 필름을 첩합하는 경우, 편면은 수계 접착제를 이용하여 첩합하고, 다른 편면은 활성 에너지선 경화성 접착제를 이용하여 첩합하여도 좋다. 자외선 경화형 접착제는, 라디칼 중합성의 아크릴계 화합물과 광라디칼 중합개시제의 혼합물이나, 양이온 중합성의 에폭시 화합물과 광양이온 중합개시제의 혼합물 등일 수 있다. 또한, 양이온 중합성의 에폭시 화합물과 라디칼 중합성의 아크릴계 화합물을 병용하고, 개시제로서 광양이온 중합개시제와 광라디칼 중합개시제를 병용할 수도 있다.

활성 에너지선 경화성 접착제를 이용하는 경우, 첩합 후, 활성 에너지선을 조사함으로써 접착제를 경화시킨다. 활성 에너지선의 광원은 특별히 한정되지 않지만, 파장 400 ㎚ 이하에 발광 분포를 갖는 활성 에너지선(자외선)이 바람직하고, 구체적으로는, 저압 수은등, 중압 수은등, 고압 수은등, 초고압 수은등, 케미컬 램프, 블랙라이트 램프, 마이크로웨이브 여기 수은등, 메탈할라이드 램프 등이 바람직하게 이용된다.

편광 필름과 보호 필름과의 접착성을 향상시키기 위해, 편광 필름과 보호 필름과의 첩합에 앞서, 편광 필름 및/또는 보호 필름의 첩합면에, 코로나 처리, 화염 처리, 플라즈마 처리, 자외선 조사 처리, 프라이머 도포 처리, 비누화 처리 등의 표면 처리를 행하여도 좋다.

본 발명의 편광판은, 전술한 바와 같이, 단층 필름인 편광 필름에 보호 필름을 첩합함으로써 제작할 수도 있지만, 이 방법에 한정되지 않고, 예컨대 일본 특허 공개 제2009-98653호 공보에 기재되는 바와 같은 방법에 의해서도 제작할 수 있다. 후자의 방법은 박막의 편광 필름(편광자층)을 갖는 편광판을 얻는 데 유리하며, 예컨대 다음 공정을 포함할 수 있다:

기재 필름의 적어도 한쪽의 면에 폴리비닐알코올계 수지를 함유하는 도공액을 도공한 후, 건조시킴으로써 폴리비닐알코올계 수지층을 형성하여 적층 필름을 얻는 수지층 형성 공정,

적층 필름을 연신하여 연신 필름을 얻는 연신 공정,

연신 필름의 폴리비닐알코올계 수지층을 이색성 색소로 염색하여 편광자층(편광 필름에 상당)을 형성함으로써 편광성 적층 필름을 얻는 염색 공정,

편광성 적층 필름의 편광자층 상에 접착제를 이용하여 보호 필름을 첩합하여 첩합 필름을 얻는 제1 첩합 공정,

첩합 필름으로부터 기재 필름을 박리 제거하여 편면 보호 필름 부착 편광판을 얻는 박리 공정.

편광자층(편광 필름)의 양면에 보호 필름을 적층하는 경우에는, 편면 보호 필름 부착 편광판의 편광자면에 접착제를 이용하여 보호 필름을 더 첩합하는 제2 첩합 공정을 포함한다.

실시예

이하, 실시예를 나타내어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 이들 예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

두께 30 ㎛의 장척의 폴리비닐알코올(PVA) 원반 필름[(주)쿠라레 제조의 상품명 「쿠라레 포발 필름 VF-PE#3000」, 평균 중합도 2400, 비누화도 99.9 몰% 이상]을 롤로부터 풀면서 연속적으로 반송하고, 20℃의 순수로 이루어진 팽윤욕에 체류 시간 31초로 침지시켰다(팽윤 공정). 그 후, 팽윤욕으로부터 인출한 필름을, 요오드화칼륨/붕산/물이 2/3/100(중량비)인 요오드를 포함하는 30℃의 염색욕에 체류 시간 122초로 침지시켰다(염색 공정). 계속해서, 염색욕으로부터 인출한 필름을, 요오드화칼륨/붕산/물이 12/2/100(중량비)인 56℃의 제1 가교욕에 체류 시간 70초로 침지시키고, 계속해서, 요오드화칼륨/붕산/물이 9/2/100(중량비)인 40℃의 제2 가교욕에 체류 시간 13초로 침지시켰다(가교 공정). 염색 공정 및 가교 공정에 있어서, 욕중에서의 롤간 연신에 의해 세로 1축 연신을 행하였다(제1 연신 공정). 원반 필름을 기준으로 하는 총 연신 배율은 5.81배로 하였다.

다음에, 가교욕으로부터 인출한 필름을 5℃의 순수로 이루어진 세정욕에 체류 시간 3초로 침지시켰다(세정 공정). 계속해서, 습도 조정이 가능한 부스에 도입함으로써 고습 환경 하에서 세로 1축 연신 처리를 행하여(제2 연신 공정), 편광 필름을 얻었다. 제2 연신 공정에서의 부스 내의 온도는 87℃로 하고, 부스 내의 절대 습도는 113 g/㎥로 하여, 폴리비닐알코올계 수지 필름이 최초 롤에 접촉하고 나서 최후 롤로부터 해방될 때까지 사이의 75%의 시간을 어느 하나의 롤에 접촉시켰다. 제2 연신 공정에 있어서의, 부스 도입 직전의 필름을 기준으로 하는 연신 배율은 1.08배로 하였다. 얻어진 편광 필름의 두께는 9.3 ㎛였다.

[편광 필름의 평가]

하기의 항목에 대해서, 각 실시예 및 비교예에서 얻어진 편광 필름의 특성을 측정하였다.

(1) 편광 필름의 붕소 함유율

편광 필름 0.2 g을 순수 170 ㎖에 가하여, 95℃에서 완전히 용해시킨 후, 만니톨 수용액(12.5 중량%)을 30 g 첨가하여 측정용 샘플 용액으로 하였다. 이 측정용 샘플 용액이 중화점을 맞이할 때까지, 수산화나트륨 수용액(1 mol/l)을 적하하고, 그 적하량으로부터 폴리비닐알코올계 수지 필름 중의 붕소 함유율(중량%)을, 하기 식으로부터 산출하였다:

붕소 함유율(중량%)=1.08×수산화나트륨 수용액 적하량(㎖)/편광 필름의 중량(g)

(2) MD 수축력

얻어진 편광 필름으로부터, 흡수축 방향(MD, 연신 방향)을 장변으로 하는 폭 2 ㎜, 길이 10 ㎜의 측정용 시료를 잘라내었다. 이 시료를 에스아이아이·나노테크놀로지(주) 제조의 열기계 분석장치(TMA)「EXSTAR-6000」에 세트하고, 치수를 일정하게 유지한 채, 80℃에서 4시간 동안 유지했을 때에 발생하는 장변 방향(흡수축 방향, MD)의 수축력(MD 수축력)을 측정하였다.

(3) 광학 특성

얻어진 편광 필름에 대해서, 적분구를 구비한 분광광도계[니혼분코(주) 제조의 「V7100」]를 이용하여 파장 380∼780 ㎚의 범위에 있어서의 MD 투과율과 TD 투과율을 측정하여, 하기 식에 기초하여 각 파장에 있어서의 단체 투과율 및 편광도를 산출하였다:

단체 투과율(%)=(MD+TD)/2

편광도(%)={(MD-TD)/(MD+TD)}×100

「MD 투과율」이란, 글랜 톰슨 프리즘으로부터 나오는 편광의 방향과 편광 필름 시료의 투과축을 평행하게 했을 때의 투과율이며, 상기 식에 있어서는 「MD」로 나타낸다. 또한, 「TD 투과율」이란, 글랜 톰슨 프리즘으로부터 나오는 편광의 방향과 편광 필름 시료의 투과축을 직교로 했을 때의 투과율이며, 상기 식에 있어서는 「TD」로 나타낸다. 얻어진 단체 투과율 및 편광도에 대해서, JIS Z 8701: 1999 「색의 표시 방법-XYZ 표색계 및 X₁₀Y₁₀Z₁₀ 표색계」의 2도 시야(C 광원)에 의해 시감도 보정을 행하여, 시감도 보정 단체 투과율(Ty) 및 시감도 보정 편광도(Py)를 구하였다. 표 1에 각 평가의 결과를 나타낸다.

<실시예 2∼7>

제1 연신 공정에 있어서의 총 연신 배율, 제2 연신 공정의 연신 배율, 및 제2 연신 공정의 부스 내의 온도 및 절대 습도, 최초 롤에 접촉하고 나서 최후 롤로부터 해방될 때까지 사이의 롤에 대한 접촉 시간의 비율은 표 1에 나타낸 바와 같이 하였다. 다음은 실시예 1과 동일하게 하여 편광 필름을 얻었다. 실시예 2∼7의 편광 필름의 두께는 각각 9.6 ㎛, 11.4 ㎛, 11.4 ㎛, 12.4 ㎛, 12.7 ㎛, 9.5 ㎛였다. 얻어진 편광 필름에 대해서, 실시예 1과 동일하게 각 평가를 행하였다. 표 1에 각 평가의 결과를 나타낸다.

<비교예 1∼6>

가교 공정에 있어서 제1 가교욕 및 제2 가교욕의 조성(물 100 중량부에 대한 붕산량), 온도, 침지 시간을 적절하게 조정하여, 표 1에 나타내는 붕소 함유율의 편광 필름을 얻었다. 제2 연신 공정에 대해서, 비교예 1∼3에서는 실시예 1과 동일한 제2 연신 공정에 있어서의 세로 1축 연신을 행하고, 비교예 4∼6에서는, 제2 연신 공정을 행하지 않았다. 각각에 대해서, 제1 연신 공정에 있어서의 총 연신 배율, 제2 연신 공정의 연신 배율, 및 제2 연신 공정의 부스 내의 온도 및 절대 습도, 최초 롤에 접촉하고 나서 최후 롤로부터 해방될 때까지 사이의 롤에 대한 접촉 시간의 비율은 표 1에 나타낸 바와 같이 하였다. 비교예 1∼6의 편광 필름의 두께는 각각 11.5 ㎛, 12.8 ㎛, 13.4 ㎛, 13.2 ㎛, 12.4 ㎛, 11.9 ㎛였다. 얻어진 편광 필름에 대해서, 실시예 1과 동일하게 각 평가를 행하였다. 표 1에 각 평가의 결과를 나타낸다. 또한, 제2 연신 공정에 있어서, 폴리비닐알코올계 수지 필름이 접촉하는 롤의 최대의 직경은, 롤 접촉 시간이 70% 이상인 경우는 270 ㎜, 10%인 경우는 75 ㎜로 하였다.

[표 1]

표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 1∼4의 편광 필름은, 붕소의 함유율이 3.3 중량% 이상이며 수축력이 큰 것이었다. 제2 연신 공정을 행하지 않는 비교예 5의 편광 필름은, 붕소의 함유율이 3.0 중량% 이하이지만, 광학 특성의 저하가 관찰되었다. 제2 연신 공정을 행하지 않는 비교예 6의 편광 필름은, 제1 연신 공정에서의 연신 배율이 높아, 우수한 광학 특성을 얻을 수 있지만, 수축력이 큰 것이었다.

Claims

폴리비닐알코올계 수지 필름으로부터 붕소 함유율이 1.5∼3.0 중량%인 편광 필름을 제조하는 방법으로서,
폴리비닐알코올계 수지 필름을 이색성 색소로 염색하는 염색 공정과,
염색 공정 후의 필름을 적어도 붕산을 포함하는 가교제로 처리하는 가교 공정과,
상기 가교 공정 중 및/또는 그것보다 전에, 폴리비닐알코올계 수지 필름을 1축 연신하는 제1 연신 공정과,
상기 가교 공정 후에, 폴리비닐알코올계 수지 필름을 1축 연신하는 제2 연신 공정
을 포함하는 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 연신 공정에서 행하는 1축 연신의 배율이 1.04∼1.2배인, 편광 필름의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 연신 공정은, 절대 습도 100 g/㎥ 이상의 분위기 하에서 상기 폴리비닐알코올계 수지 필름을 1축 연신하는 것인, 편광 필름의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 연신 공정에 있어서, 상기 폴리비닐알코올계 수지 필름은 하나 또는 복수의 롤에 접촉되고, 최초 롤에 접촉하고 나서 최후 롤로부터 해방될 때까지 사이의 적어도 70%의 시간은 어느 하나의 롤에 접촉되어 1축 연신이 행해지는 것인, 편광 필름의 제조 방법.