KR20200068011A

KR20200068011A - 편광 필름의 제조 방법

Info

Publication number: KR20200068011A
Application number: KR1020180107643A
Authority: KR
Inventors: 춘쉬엔 쉬; 치엔셩 쿠오
Original assignee: 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2020-06-15
Also published as: JP2019053293A; TW201915057A; CN107678083A; TWI668255B

Abstract

편광 필름의 제조 방법은 편광 필름 전구체를 반응 용액에서 가교 처리 및/또는 보색 처리를 하여, 편광 필름을 형성하는 단계; 무기 재료를 포함하는 고체산이 반응 용액의 양이온과 이온 교환 반응을 진행하는 단계를 포함한다.

Description

편광 필름의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD FOR POLARIZER}

본 발명은 편광 필름의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 편광 필름의 가교조의 pH 값을 안정화하는 방법에 관한 것이다.

편광판은 액정 디스플레이에 널리 사용되는 광학 소자이다. 편광판은 일반적으로 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol, PVA) 편광 필름에 트리아세테이트 셀룰로스(triacetate cellulose, TAC) 또는 사이클로올레핀 폴리머(cyclo-olefin polymer, COP) 등의 보호 필름을 접착하여 얻어진다(예를 들어, 특허문헌 1). 최근, 예를 들어, 핸드폰, 웨어러블 장치 등 액정 디스플레이의 사용 범위가 갈수록 넓어져, 편광판의 품질에 대한 요구도 더욱 높아지고 있다.

편광 필름은 편광판의 가장 중요한 요소로서, 일반적으로 폴리비닐 알코올에 흡착 배향된 이색성 색소로 형성되며, 예를 들어 요오드를 이색성 색소로 하는 요오드계 편광 필름이다.

일본 특허 공개 제2004-245925호 공보

본 발명의 목적은 광학적 성질이 양호한 편광 필름을 안정적으로 제조할 수 있는 편광 필름의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명은 편광 필름의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 편광 필름 전구체를 반응 용액에서 가교 처리 및/또는 보색 처리를 하여 편광 필름을 형성하는 단계; 무기 재료를 포함하는 고체산이 반응 용액의 양이온과 이온 교환 반응을 진행하는 단계를 포함하는 편광 필름의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 상기 및 기타 측면을 더 명확하게 이해하기 위해, 이하 특별히 실시예를 들어 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

광학적 성질이 양호한 편광 필름을 안정적으로 제조할 수 있는 편광 필름의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시예 개념에 따른 편광 필름의 제조 공정 설비를 나타내는 도면이다.
도 2는 다른 실시예 개념에 따른 편광 필름의 제조 공정 설비를 나타내는 도면이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 이해해야 할 점은, 도면은 비례에 따라 도시하지 않았으며, 실제로 소자의 크기를 임의적으로 확대 또는 축소하여 본 발명의 특징을 더 명확하게 표현하도록 하였다. 명세서 및 도면에서 동일하거나 유사한 소자에 대해서는 유사한 부호로 표시하였다.

아래에서 다양한 실시 방법 또는 예를 개시하여 본 발명의 상이한 특징을 실행하고, 구체적인 소자 및 그 배열의 예에 대한 표현을 통해 본 발명을 설명하기로 한다. 물론, 이는 예시에 해당될 뿐, 이에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 또한, 상이한 실시예에서 중복되는 부호 또는 표시를 사용할 수 있으며, 이러한 중복은 본 개시를 간단하고 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐, 설명하는 상이한 실시예 및/또는 구조 사이에 특정 관계가 존재하는 것을 의미하는 것은 아니다.

추가로, 이해해야 할 점은, 방법의 진행 전, 도중 또는 후에 추가적인 조작 단계가 있을 수 있으며, 해당 조작 단계는 다른 실시예의 방법에서 대체 또는 삭제될 수 있다는 것이다.

편광 필름의 형성 단계에서 다량의 화학 용액과 반응을 진행해야 하며, 반응 용액의 pH 값은 적절한 범위로 제어해야 한다. 일반적으로, 반응조에 산성 용액을 추가하여 반응 용액의 pH 값을 유지한다. 그러나, 추가한 산성 용액이 해리되어 발생한 이온(예를 들어, 금속 이온, 비금속 이온)이 반응조에 누적되어, 반응 용액 중의 특정 이온의 농도가 지속적으로 증가하게 되어, 제조된 편광 필름의 품질에 영향을 미칠 수 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서 제공하는 편광 필름의 제조 방법은, 편광 필름의 가교 처리, 보색 처리 및 연신 처리에서 산성 용액을 추가하는 대신 고체산을 사용한다. 이에 의해, 산성 용액이 해리되어 발생한 특정 이온(예를 들어, 금속 이온, 비금속 이온)이 반응 용액 중에 다량 누적되어, 제조된 편광 필름의 품질을 해치는 것을 방지할 수 있다.

편광 필름의 형성은 통상적으로 아래의 단계를 포함한다: 즉, 팽윤 처리, 염색 처리, 연신 처리, 가교 처리, 세정 처리 및 건조 처리를 포함한다. 편광 필름 형성 시스템의 처리 설비는 팽윤조, 염색조, 가교조, 보색조, 세정조 및 건조로를 포함할 수 있다. 시스템에서의 모든 처리 설비는 선택적으로 추가, 감소, 중복 배치 또는 기타 조정을 행할 수 있다. 예를 들어, 일 시스템에서는 복수 개의 염색조를 포함할 수 있다. 일 시스템에서, 복수 개의 가교조를 포함할 수 있다. 일 시스템에서는 보색조를 생략할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른 편광 필름의 제조 공정 설비를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 편광 필름 전구체(102)는 전송 장치(104)에 의해 가교조(106) 내의 반응 용액(108)을 통과함으로써 가교 처리를 진행하여 편광 필름(110)을 얻는다. 전송 장치(104)는 롤러를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 일 실시예에 있어서, 적어도 하나의 가교조와 적어도 하나의 보색조를 동시에 포함할 수도 있으며, 도 1에 한정되지 않는다.

편광 필름 전구체(102)는 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol, PVA) 필름일 수 있다. 폴리비닐 알코올은 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate)를 비누화하여 형성될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 폴리비닐 아세테이트는 비닐 아세테이트의 단량체이거나, 비닐 아세테이트 및 기타 단량체의 공중합체 등일 수 있다. 상기 기타 단량체는 불포화 카복실산류, 올레핀류, 불포화 설폰산류 또는 비닐에테르류 등일 수 있다. 다른 일부 실시예에 있어서, 폴리비닐 알코올은 개질을 통한 폴리비닐 알코올일 수 있으며, 예를 들어 알데히드류 개질을 통한 폴리비닐 포르말(polyvinyl formal), 폴리비닐 아세탈 또는 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral) 등이다.

가교 처리는 편광 필름 전구체(102)에 대해 내수성 처리 또는 색조 조절을 진행하는 것이다. 일부 실시예에 있어서, 가교조(106) 내의 반응 용액(108)은 붕산, 요오드화칼륨, 요오드화아연 또는 상기의 조합을 포함할 수 있다. 붕산은 가교제로, 요오드화칼륨 및 요오드화아연은 광학 조절에 사용되어, 그의 농도를 조절함으로써 편광 필름(110)의 색상을 조절할 수 있다.

일부 실시예에 있어서, 가교 처리 반응 용액(108)은 1 중량부 내지 10 중량부의 붕산 및 1 중량부 내지 30 중량부의 요오드화칼륨을 포함하는 수용액일 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 가교 처리 온도는 10℃ 내지 70℃ 또는 50℃ 내지 65℃일 수 있으며, 가교 처리 시간은 1초 내지 600초 또는 20초 내지 300초일 수 있다.

나아가, 가교 처리 진행 시, 동시에 편광 필름 전구체(102)에 대해 연신 처리를 진행할 수도 있다. 일부 실시예에 있어서, 연신 처리는 가교조(106)의 입구 또는 출구에 설치된 전송 장치(104) 사이의 전송 속도에 차이가 발생하도록 함으로써, 예를 들어 롤러의 주속도 차이를 이용하는 방법에 의해 진행할 수 있다.

또한, 일부 실시예에 있어서, 가교 처리는 pH 2 내지 pH 5에서 진행될 수 있다. 종래의 기술에서, 통상, 가교 처리에서 사용되는 붕산 외에, 가교조(106)에 추가로 산성 용액을 첨가함으로써, 가교 처리 반응 용액(108)의 pH 값을 적절한 범위로 유지한다. 그러나 추가한 산성 용액이 해리되어 발생한 이온(예를 들어, 금속 이온, 비금속 이온)이 가교조(106)에 누적되고, 반응 용액(108) 중의 특정 이온의 농도가 지속적으로 증가되어, 제조된 편광 필름(110)의 품질에 영향을 미칠 수 있다.

이에 대응하여, 본 발명은 고체산(111)을 사용하였으며, 적어도 산성 용액의 첨가를 부분적으로 대체하였다. 구체적으로, 고체산(111)이 가교 처리 반응 용액(108)의 양이온과 이온 교환 반응을 진행하여, 즉, 고체산(111)이 가교 처리 반응 용액(108)이 해리되어 발생한 양이온을 수소 이온으로 치환함으로써, 가교조(106)의 산성 근원을 제공하지만, 추가한 산성 용액이 해리되어 발생한 편광 필름(110)의 품질에 영향을 주는 이온은 발생되지 않는다.

일부 실시예에 있어서, 고체산(111)을 사용함으로써, 가교 처리 반응 용액(108) 내의 요오드화칼륨에 의해 발생한 칼륨 이온을 수소 이온으로 치환한다.

일부 실시예에 있어서, 고체산(111)이 산성 용액의 첨가를 완전히 대체할 수 있으며, 즉, 가교 처리에 사용되는 붕산 외에, 가교조(106) 내의 반응 용액(108)은 실질적으로(substantially) 추가한 산성 용액, 예를 들어, 황산, 아세트산 또는 글루콘산을 포함하지 않으며, 즉, 반응 용액(108)은 황산염, 아세트산염 또는 글루콘산염 등의 음이온을 포함하지 않는다. 다른 일부 실시예에 있어서, 고체산(111)이 산성 용액의 첨가를 부분적으로 대체할 수 있으며, 즉, 가교조(106) 내의 반응 용액(108)은 여전히 추가된 소량의 산성 용액, 예를 들어 황산, 아세트산 또는 글루콘산을 포함할 수 있다.

고체산(111)을 사용함으로써 반응 용액(108)의 pH 값의 변화량을 안정적인 수준에 달하도록 할 수 있으며, 예를 들어 반응 용액(108)의 pH 값의 변화 범위(ΔpH)의 절대값이 1보다 작으며, 즉 -1＜ΔpH＜1이다. 반응 용액(108)은 가교 처리에 필요한 pH 값 범위를 안정적으로 유지할 수 있으므로, 원하는 광학적 성질의 편광 필름(110)을 얻을 수 있다.

일부 실시예에 있어서, 편광 필름 전구체(102)는 가교조를 통과한 후에, 전송 장치(104)에 의해 보색조(미도시)로 유도되어, 편광 필름 전구체(102)에 대해 보색 처리를 진행하도록 한다. 보색 처리는 편광 필름 전구체(102)에 대해 추가 조정을 진행함으로써 편광 필름(110)이 필요한 색상에 도달하도록 한다. 보색조 내의 조액(槽液)은 가교조(106) 내의 조액과 유사하거나 동일한 구성을 가질 수 있다. 일부 실시 방안에 있어서, 보색 처리 온도는 10℃∼70℃이고, 보색 처리 시간은 1초∼15분이다. 본 실시예에서 고체산(111)은 보색조에서도 사용되어 pH 값을 조절하는 효과를 달성하도록 할 수 있으며, 그의 메커니즘은 전술한 실시예와 동일하므로 여기서 생략하기로 한다.

도 1을 참조하면, 일부 실시예에 있어서, 활성탄(112)을 이용하여 붕산을 함유하는 반응 용액(108)에 대해 여과를 할 수 있다. 예를 들어, 가교조(106) 및/또는 보색조는 외측의 순환 시스템(119)과 연통된다. 순환 시스템(119)은 통로(116), 여과 장치(114)와 통로(118)를 포함할 수 있다. 붕산을 함유하는 반응 용액(108)은 통로(116)를 통해 여과 장치(114) 내의 활성탄(112)으로 유입되어 여과된 후, 통로(118)를 통해 가교조(106) 및/또는 보색조로 돌아와 순환 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른 편광 필름의 제조 공정 설비를 나타내는 도면이다. 도 2와 도 1의 제조 공정 설비 사이의 차이는, 가교조(106) 및/또는 보색조가 외측의 순환 시스템(219)과 연통된 것이다. 순환 시스템(219)은 여과 장치(221)와 여과 장치(223)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 고체산(111)(도 2에 도시되어 있지 않음)은 여과 장치(221)에 설치되어 있고, 활성탄(112)(도 2에 도시되어 있지 않음)은 여과 장치(223)에 설치되어 있다. 다른 일부 실시예에 있어서, 활성탄(112)은 여과 장치(221)에 설치되어 있고, 고체산(111)은 여과 장치(223)에 설치되어 있다.

비교예에 있어서, 고체산(111)을 사용하지 않았으며, 이로써 활성탄(112)과 접촉한 반응 용액(108)의 pH 값이 빠르게 증가되어, 변경 폭이 커져, 가교 처리에 필요한 pH 값 범위를 쉽게 초과하게 되므로, 반응 용액(108)의 환경이 불안정하고, 가교 반응에 불리하여 편광 필름(110)의 광학적 성질에 영향을 주는 것을 확인하였다.

대조적으로, 본 발명은 고체산(111)을 사용함으로써, 반응 용액(108)이 활성탄(112)과 접촉한 후에도 pH 값의 변화량이 여전히 안정적인 수준에 이를 수 있으며, 예를 들어 반응 용액(108)의 pH 값의 변화 범위(ΔpH)의 절대값이 1보다 작으며, 즉 -1＜ΔpH＜1이다. 반응 용액(108)은 가교 처리에 필요한 pH 값 범위에 안정적으로 유지될 수 있으므로, 원하는 광학적 성질의 편광 필름(110)을 얻을 수 있다.

고체산(111)의 산성(즉, 치환 가능한 수소 이온을 제공하는 능력 또는 양)은 NH₃-TPD 방법으로 측정하여 표시할 수 있으며, 여기서 고체산(111)의 표면으로 하여금 알칼리성 분자를 흡착하게 하고, 물리적 흡착의 분자를 탈착하게 한 후, 화학적 흡착의 분자를 정량화하면, 고체산(111) 표면의 산 강도 및 산량을 얻을 수 있다. 일 실시예에 있어서, 고체산(111)의 NH₃-TPD 산성 강도값은 0.1∼2 이다.

고체산(111)의 비표면적이 클수록 반응 용액(108)과의 더욱 큰 접촉 면적을 제공할 수 있어, 반응성을 높일 수 있다. 예를 들어, 동일한 무게의 고체산(111)에 대해, 입자 크기가 작고, 기공 크기가 작고 수량이 많을수록, 고체산(111)의 비표면적을 높일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 고체산(111)은 다공성 입자 구조를 가질 수 있으며, 입경은 0.1 ㎛∼100 ㎛이다.

실시예에 있어서, 고체산(111)은, 예를 들어, 제올라이트 등 무기 재료를 포함한다. 제올라이트는 실리콘 산화물 또는 알루미늄 산화물로 형성된 사면체로서, 산소 원자가 실리콘 또는 알루미늄과 연결되어 중간이 상이한 환상면인 골격으로 되고, 중간 환상면의 차이는, 예를 들어 A형, X형 및 Y형의 결정체 구조로 나뉠 수 있으며, 여기서, Y형의 결정체 구조의 환상면은 12변 형이다. 제올라이트 표면의 수소 이온은 반응 용액(108) 내의 양이온과 치환될 수 있다. 실리콘 알루미늄의 비의 크기가 제올라이트의 특성에 영향을 미치게 되며, 실리콘 알루미늄의 비가 낮으면 이온 교환 능력 및 제올라이트의 산성이 증가될 수 있다. 표 1에는 제올라이트의 일부 성질이 표시되어 있다.

격자형	양이온	실리콘 알루미늄 비	비표면적 (m²/g)	입자 크기 (㎛)	NH₃-TPD
Y형	H+	6	550	6∼8	1
Y형	H+	6	600	2∼3	2

실시예에 있어서, 고체산(111)의 반응 용액(108)에 대한 중량비(즉, 고체산(111)의 중량/반응 용액(108)의 중량)는 0.01∼0.5이다.

편광 필름(110)의 장력은 70 N 내지 85 N의 안정적인 범위 내에 있다.

일부 실시예에 있어서, 편광 필름 전구체(102)는 가교조(106)를 통과하기 전에, 먼저 기타 처리를 할 수 있다. 예를 들어, 먼저 팽윤 처리를 진행하기 위한 팽윤조를 통과한 후, 염색 처리를 진행하기 위한 염색조를 통과하고, 다음으로 도 1에 도시된 가교조(106)를 통과한다. 일부 실시예에 있어서, 가교조(106) 및/또는 보색조를 통과한 후 형성된 편광 필름(110)은 기타 처리를 할 수 있다. 예를 들어, 편광 필름(110)을 세정조를 통과시켜 편광 필름(110)의 표면에 부착된 반응 용액(108)을 세정하고, 다음으로 건조로를 이용해 건조시킨다. 그러나 본 개시는 이에 한정되지 않는다.

표 2에서는 실시예 1 내지 실시예 5와 비교예 1의 실험 조건과 결과를 보여주고 있다. ΔpH는 반응 용액이 특정 시간 지난 후의 pH 값에서 초기 시의 pH 값을 뺀 것이므로, 플러스 값은 반응 용액이 특정 시간 지난 후의 pH 값이 증가된 것을 나타내고, 마이너스 값은 pH 값이 감소된 것을 나타내며, ΔpH의 절대값이 높을수록 변경 폭이 큰 것을 나타낸다.

표 2의 결과에 의해 알 수 있는 바, 제올라이트를 사용하지 않은 비교예 1에 비해, 제올라이트를 사용한 실시예 1 내지 실시예 5의 반응 용액은 pH 값의 변화 정도가 작아서, pH 값이 비교적 안정적인 것으로 나타나고, 얻은 편광 필름의 장력값을 안정적인 범위로 조절할 수 있어, 파단 리스크를 줄일 수 있고, 편광 필름의 광학적 성질이 안정적이다.

	제올라이트/반응 용액 (중량비)	활성탄	ΔpH	편광 필름의 장력(N)	편광 필름의 광학적 성질
실시예 1	0.01	사용	0.68	81	○
실시예 2	0.029	사용	0.51	77	○
실시예 3	0.067	사용	0.23	79	○
실시예 4	0.3	사용	-0.1	80	○
실시예 5	0.5	사용	-0.72	81	○
비교예 1	미첨가	사용	1.90	60	×

상술한 바와 같이, 본 발명에서 제공하는 편광 필름의 제조 방법은, 편광 필름의 가교 처리 및/또는 보색 처리에서 산성 용액을 추가하는 대신 고체산을 사용함으로써, 가교 처리 및/또는 보색 처리의 반응 용액의 pH 값을 적절한 범위 내로 유지하도록 한다. 이로써, 추가한 산성 용액이 해리되어 발생한 특정 이온(예를 들어, 금속 이온, 비금속 이온)이 반응조에서 다량 누적되어, 제조된 편광 필름의 품질을 해치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 고체산을 사용함으로써, 반응 용액이 활성탄과 접촉한 후에도 pH 값의 변화량이 여전히 안정적인 수준을 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명은 안정적이고 원하는 광학적 성질의 편광 필름을 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 실시예로 상기 내용을 설명하였으나, 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 각종 변경과 수정을 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해지는 것을 기준으로 한다.

102: 편광 필름 전구체
104: 전송 장치
106: 가교조
108: 반응 용액
110: 편광 필름
111: 고체산
112: 활성탄
114, 221, 223: 여과 장치
116, 118: 통로
119, 219: 순환 시스템

Claims

편광 필름의 제조 방법에 있어서,
편광 필름 전구체를 반응 용액에서 가교 처리 및/또는 보색 처리를 하여 편광 필름을 형성하는 단계; 및
무기 재료를 포함하는 고체산이 상기 반응 용액의 양이온과 이온 교환 반응을 진행하는 단계
를 포함하는, 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 고체산이 제올라이트를 포함하는 것인 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 반응 용액의 상기 양이온이 상기 고체산의 수소 이온과 이온 교환 반응을 진행하는 것인 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 반응 용액에 대한 상기 고체산의 중량비가 0.01∼0.5인 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 고체산은 다공성 입자 구조를 가지고, 입경이 0.1 ㎛∼100 ㎛이며, 및/또는 상기 고체산의 NH₃-TPD 산성 강도값이 0.1∼2이며; 및/또는 상기 고체산은 실리콘 산화물 또는 알루미늄 산화물의 사면체인 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서, 활성탄으로 상기 반응 용액을 여과하는 단계를 더 포함하는 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 반응 용액의 pH 값의 변화 범위(ΔpH)의 절대값이 1보다 작은 것인 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 반응 용액은 요오드화칼륨을 포함하고, 상기 고체산은 상기 요오드화칼륨의 칼륨 이온을 수소 이온으로 치환하는 것인 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 가교 처리 및/또는 상기 보색 처리는 pH 2 내지 pH 5에서 진행되는 것인 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 가교 처리 진행 시, 상기 편광 필름 전구체에 대해 연신 처리를 진행하는 것도 포함하며, 상기 편광 필름 전구체는 폴리비닐 알코올 필름인 편광 필름의 제조 방법.