KR20230090257A - 편광 필름의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
[과제] 뉴트럴한 색상이며, 또한 우수한 광학 특성을 갖는 편광 필름의 제조 방법 및 제조 장치를 제공한다.
[해결수단] 폴리비닐알코올계 수지 필름으로 편광 필름을 제조하는 방법으로서, 상기 폴리비닐알코올계 수지 필름을 2색성 색소로 염색 처리하는 염색 공정과, 상기 염색 공정 후의 상기 폴리비닐알코올계 수지 필름을, n개(n은 4 이상의 정수)의 가교욕에 순서대로 침지시켜 가교 처리하는 가교 공정을 포함하고, 상류측으로부터 2번째 및 3번째로 배치된 가교욕의 온도는, 상류측으로부터 1번째로 배치된 가교욕의 온도보다 높은, 편광 필름의 제조 방법.
[해결수단] 폴리비닐알코올계 수지 필름으로 편광 필름을 제조하는 방법으로서, 상기 폴리비닐알코올계 수지 필름을 2색성 색소로 염색 처리하는 염색 공정과, 상기 염색 공정 후의 상기 폴리비닐알코올계 수지 필름을, n개(n은 4 이상의 정수)의 가교욕에 순서대로 침지시켜 가교 처리하는 가교 공정을 포함하고, 상류측으로부터 2번째 및 3번째로 배치된 가교욕의 온도는, 상류측으로부터 1번째로 배치된 가교욕의 온도보다 높은, 편광 필름의 제조 방법.
Description
본 발명은 폴리비닐알코올계 수지 필름으로 편광 필름을 제조하는 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
편광판은, 액정 표시 장치 등의 화상 표시 장치에 있어서의 편광 소자 등으로서 널리 이용되고 있다. 편광판으로서는, 편광 필름의 한면 또는 양면에 접착제 등을 이용하여 투명 수지 필름(보호 필름 등)을 접합한 구성의 것이 일반적이다.
편광 필름은 주로, 폴리비닐알코올계 수지로 이루어진 원반 필름에 대하여, 요오드 등의 2색성 색소를 함유하는 염색욕에 침지시키는 처리, 이어서 붕산 등의 가교제를 함유하는 가교욕에 침지시키는 처리 등을 실시하며, 어느 하나의 단계에서 필름을 일축 연신함으로써 제조되고 있다. 일축 연신에는, 공중에서 연신을 행하는 건식 연신과, 상기 염색욕 및 가교욕 등의 액 중에서 연신을 행하는 습식 연신이 있다.
가교되어 있는 편광 필름은, 고온 환경에 노출되면 수축하기 쉽고, 내구성이 충분하지 않은 경우가 있다. 일본 특허 공개 제2013-148806호 공보(특허문헌 1)에는, 편광 필름의 붕소 함유율을 1∼3.5 중량%로 낮게 하여, 내구성이 우수한 편광 필름을 제공하는 것이 기재되어 있다.
본 발명은 뉴트럴한 색상이며, 또한 우수한 광학 특성을 갖는 편광 필름의 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 이하에 나타내는 편광 필름의 제조 방법, 및 제조 장치를 제공한다.
〔1〕폴리비닐알코올계 수지 필름으로 편광 필름을 제조하는 방법으로서,
상기 폴리비닐알코올계 수지 필름을 2색성 색소로 염색 처리하는 염색 공정과,
상기 염색 공정 후의 상기 폴리비닐알코올계 수지 필름을, n개(n은 4 이상의 정수)의 가교욕에 순서대로 침지시켜 가교 처리하는 가교 공정을 포함하고,
상류측으로부터 2번째 및 3번째로 배치된 가교욕의 온도는, 상류측으로부터 1번째로 배치된 가교욕의 온도보다 높은, 편광 필름의 제조 방법.
〔2〕각 가교욕은, 붕소 화합물의 농도가 2.5 질량% 이상인, 〔1〕에 기재된 편광 필름의 제조 방법.
〔3〕각 가교욕의 온도는 65℃ 이하인, 〔1〕또는〔2〕에 기재된 편광 필름의 제조 방법.
〔4〕폴리비닐알코올계 수지 필름으로 편광 필름을 제조하는 제조 장치로서,
상기 폴리비닐알코올계 수지 필름을 2색성 색소로 염색 처리하는 염색부와,
상기 염색 처리 후의 상기 폴리비닐알코올계 수지 필름을, n개(n은 4 이상의 정수)의 가교욕에 순서대로 침지시켜 가교 처리하는 가교부를 포함하고,
상류측으로부터 2번째 및 3번째로 배치된 가교욕의 온도는, 상류측으로부터 1번째로 배치된 가교욕의 온도보다 높은, 편광 필름의 제조 장치.
본 발명에 따르면, 뉴트럴한 색상이며, 또한 우수한 광학 특성을 갖는 편광 필름의 제조 방법 및 제조 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시형태의 편광 필름의 제조 방법 및 그에 이용하는 편광 필름 제조 장치의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[편광 필름의 제조 방법]
본 발명에 있어서 편광 필름은, 일축 연신된 폴리비닐알코올계 수지 필름에 2색성 색소(요오드나 2색성 염료)가 흡착 배향하고 있는 것이다. 폴리비닐알코올계 수지 필름을 구성하는 폴리비닐알코올계 수지는 통상, 폴리초산비닐계 수지를 비누화함으로써 얻어진다. 그 비누화도는, 통상 85 몰% 이상, 바람직하게는 90 몰% 이상, 보다 바람직하게는 99 몰% 이상이다. 폴리초산비닐계 수지는, 예컨대, 초산비닐의 단독 중합체인 폴리초산비닐 외에, 초산비닐과 이것에 공중합 가능한 다른 단량체의 공중합체 등일 수 있다. 공중합 가능한 다른 단량체로서는, 예컨대, 불포화 카르복실산류, 올레핀류, 비닐에테르류, 불포화 술폰산류 등을 들 수 있다. 폴리비닐알코올계 수지의 중합도는, 통상 1000∼10000, 바람직하게는 1500∼5000 정도이다.
이들 폴리비닐알코올계 수지는 변성되어 있어도 좋고, 예컨대, 알데히드류로 변성된 폴리비닐포르말, 폴리비닐아세탈, 폴리비닐부티랄 등도 사용할 수 있다. 본 명세서에 있어서, 「폴리비닐알코올계 수지」란, 수지에 포함되는 전체 구조 단위 중, 비닐알코올의 구조 단위(-CH2-CH(OH)-)가 50 몰% 이상인 수지를 의미한다.
본 발명에서는, 편광 필름 제조의 개시 재료로서, 두께가 65 ㎛ 이하(예컨대 60 ㎛ 이하), 바람직하게는 50 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 45 ㎛ 이하인 미연신의 폴리비닐알코올계 수지 필름(원반 필름)을 이용한다. 이에 의해 시장 요구가 점점 높아지고 있는 박막의 편광 필름을 얻을 수 있다. 원반 필름의 폭은 특별히 제한되지 않고, 예컨대 400∼6000 ㎜ 정도일 수 있다. 원반 필름은, 예컨대 장척의 미연신 폴리비닐알코올계 수지 필름의 롤(원반 롤)로서 준비된다.
편광 필름은, 상기 장척의 원반 필름을 원반 롤로부터 풀어내면서, 편광 필름 제조 장치의 필름 반송 경로를 따라 연속적으로 반송시켜, 처리조에 수용된 처리액(이하, 「처리욕」이라고도 함)에 침지시킨 후에 인출하는 소정의 처리 공정을 실시한 후에 건조 공정을 실시함으로써 장척의 편광 필름으로서 연속 제조할 수 있다. 또한, 처리 공정은, 후술하는 가교 공정 이외에는, 필름에 처리액을 접촉시켜 처리하는 방법이면 필름을 처리욕에 침지시키는 방법에 한정되는 일은 없고, 분무, 유하, 적하 등에 의해 처리액을 필름 표면에 부착시켜 필름을 처리하는 방법이어도 좋다. 처리 공정이, 필름을 처리욕에 침지시키는 방법에 의해 이루어지는 경우, 하나의 처리 공정을 행하는 처리욕은 하나에 한정되지 않고, 2개 이상의 처리욕에 필름을 순차 침지시켜 하나의 처리 공정을 완성시켜도 좋다.
상기 처리액으로서는, 팽윤액, 염색액, 가교액, 세정액 등이 예시된다. 상기 처리 공정으로서는, 원반 필름에 팽윤액을 접촉시켜 팽윤 처리를 행하는 팽윤 공정과, 팽윤 처리 후의 필름에 염색액을 접촉시켜 염색 처리를 행하는 염색 공정과, 염색 처리 후의 필름에 가교액을 접촉시켜 가교 처리를 행하는 가교 공정과, 가교 처리 후의 필름에 세정액을 접촉시켜 세정 처리를 행하는 세정 공정이 예시된다. 또한, 이들 일련의 처리 공정의 사이(즉, 어느 1 이상의 처리 공정의 전후 및/또는 어느 1 이상의 처리 공정 중)에, 습식 또는 건식으로 일축 연신 처리를 실시한다. 필요에 따라 다른 처리 공정을 부가하여도 좋다.
<가교 공정>
가교 공정은, 필름의 가교를 목적으로 하여 행하는 처리이며, 이러한 처리에 의해 내수화나 내열성의 향상, 또한 색상 조정(필름이 푸르스름해지는 것을 방지하는 등)을 행할 수 있다. 본 발명의 가교 공정에서는, n개(n은 4 이상의 정수)의 가교욕에 필름을 순서대로 침지시켜 가교 처리를 행한다.
상류측으로부터 2번째 및 3번째로 배치된 가교욕의 온도는, 상류측으로부터 1번째로 배치된 가교욕의 온도보다 높고, 바람직하게는 1℃ 이상 높고, 보다 바람직하게는 2℃ 이상 높고, 더욱 바람직하게는 3℃ 이상 높다. 2번째 이후에, 1번째의 가교욕의 온도보다 높은 가교욕이 연속하여 적어도 2개 배치되어 있음으로써, 뉴트럴한 색상, 구체적으로는 직교 b값의 절대값이 작은 편광 필름이 얻어지고, 또한 우수한 광학 특성의 편광 필름을 얻을 수 있다. 이것은, 제1 가교욕에서의 가교 처리의 직후에 제1 가교욕보다 높은 온도의 2 이상의 가교욕에서 가교 처리를 행함으로써, 필름을 효율적으로 가교할 수 있어 요오드 착체가 증가하여 색상을 개선할 수 있으며, 가교에 의해 생기는 응력을 완화할 수 있어 연신 배율을 높게 할(그 중에서도 건조 공정에서의 연신 배율을 높일) 수 있는 것에 의한 것으로 고찰할 수 있다. 연신 배율을 높게 함으로써, 우수한 광학 특성의 편광 필름을 얻을 수 있다.
또한, 4번째 이후에 배치된 가교욕의 온도는, 1번째로 배치된 가교욕의 온도보다 높은 온도여도 좋고, 낮은 온도여도 좋고, 동일한 온도여도 좋다. 4번째로 배치된 가교욕이, 색상 조정을 목적으로 하는 것이면, 1번째로 배치된 가교욕의 온도와 동일한 온도이거나 낮은 온도인 것이 바람직하다. 4번째 이후에 배치된 가교욕의 온도가, 1번째로 배치된 가교욕의 온도보다 낮은 경우, 4번째 이후에 배치된 가교욕의 온도와 1번째로 배치된 가교욕의 온도의 차는, 5℃ 이하인 것이 바람직하다.
본 명세서에 있어서, 필름의 반송 방향을 상류측으로부터 하류측에 반송되는 것으로 하고, 2지점을 비교하여 상류측이란 필름의 반송 방향을 따라 상류측에 있는 것을 의미한다.
각 가교욕의 온도는, 효율적으로 가교할 수 있는 관점에서 40℃ 이상인 것이 바람직하고, 45℃ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 각 가교욕의 온도는, 폴리비닐알코올계 수지 필름의 용출을 막는 관점에서, 65℃ 이하인 것이 바람직하고, 64℃ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 각 가교욕에의 필름의 침지 시간은, 3∼600초 정도이며, 바람직하게는 4∼300초, 보다 바람직하게는 5∼200초이다.
각 가교욕은, 붕소 화합물의 농도가 2.5 질량% 이상인 것이 바람직하고, 2.8 질량% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 각 가교욕은, 붕소 화합물의 농도가 예컨대 4.0 질량% 이하이다. 붕소 화합물은, 가교제로서 작용하는 것이며, 예컨대, 붕산, 붕사 등이 예시된다. 가교욕은, 붕소 화합물 이외에, 글리옥살, 글루타르알데히드 등의 가교제를 포함하고 있어도 좋다. 가교욕의 용매로서는, 예컨대 물을 사용할 수 있는데, 물과 상용성이 있는 유기 용매를 더 포함하여도 좋다. 각 가교욕의 온도는, 폴리비닐알코올계 수지 필름의 가교나, 폴리비닐알코올 필름 중의 가교제량의 평형화를 촉진시키는 관점에서 30℃ 이상인 것이 바람직하고, 35℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 42℃ 이상이 더욱 바람직하다.
<제1 실시형태>
도 1을 참조하면서, 본 발명에 따른 편광 필름의 제조 방법의 일형태를 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 편광 필름의 제조 방법 및 그에 이용하는 편광 필름 제조 장치의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타내는 편광 필름 제조 장치는, 폴리비닐알코올계 수지로 이루어진 원반(미연신) 필름(10)을, 원반 롤(11)로부터 연속적으로 풀어내면서 필름 반송 경로를 따라 반송시킴으로써, 필름 반송 경로 상에 마련되는 팽윤욕(팽윤조 내에 수용된 팽윤액)(13), 염색욕(염색조 내에 수용된 염색액)(15), 제1 가교욕(가교조 내에 수용된 제1 가교액)(17a), 제2 가교욕(가교조 내에 수용된 제2 가교액)(17b), 제3 가교욕(가교조 내에 수용된 제3 가교액)(17c), 제4 가교욕(가교조 내에 수용된 제4 가교액)(17d) 및 세정욕(세정조 내에 수용된 세정액)(19)을 순차 통과시키고, 마지막으로 건조로(21)를 통과시키도록 구성되어 있다. 얻어진 편광 필름(23)은, 예컨대, 그대로 다음의 편광판 제작 공정(편광 필름(23)의 한면 또는 양면에 보호 필름을 접합하는 공정)에 반송할 수 있다. 도 1에 있어서의 화살표는, 필름의 반송 방향을 나타내고 있다.
도 1의 설명에 있어서, 「처리조」는, 팽윤조, 염색조, 가교조 및 세정조를 포함하는 총칭이고, 「처리액」은, 팽윤액, 염색액, 가교액 및 세정액을 포함하는 총칭이고, 「처리욕」은, 팽윤욕, 염색욕, 가교욕 및 세정욕을 포함하는 총칭이다. 팽윤욕, 염색욕, 가교욕 및 세정욕은, 각각, 본 발명의 제조 장치에 있어서의 팽윤부, 염색부, 가교부 및 세정부를 구성한다.
편광 필름 제조 장치의 필름 반송 경로는, 상기 처리욕 외에, 반송되는 필름을 지지하는, 혹은 또한 필름 반송 방향을 변경할 수 있는 가이드 롤(30∼49, 56∼61)이나, 반송되는 필름을 압박·협지하여, 그 회전에 의한 구동력을 필름에 부여할 수 있는, 혹은 또한 필름 반송 방향을 변경할 수 있는 닙 롤(50∼55)을 적절한 위치에 배치함으로써 구축할 수 있다. 가이드 롤이나 닙 롤은, 각 처리욕의 전후나 처리욕 중에 배치할 수 있고, 이에 의해 처리욕에의 필름의 도입·침지 및 처리욕으로부터의 인출을 행할 수 있다〔도 1 참조〕. 예컨대, 각 처리욕 중에 1 이상의 가이드 롤을 마련하고, 이들 가이드 롤을 따라 필름을 반송시킴으로써, 각 처리욕에 필름을 침지시킬 수 있다.
도 1에 나타내는 편광 필름 제조 장치는, 각 처리욕의 전후에 닙 롤이 배치되어 있고(닙 롤(50∼54)), 이에 의해, 어느 1 이상의 처리욕 중에서, 그 전후에 배치되는 닙 롤 사이에 주속차를 두고 세로 일축 연신을 행하는 롤간 연신을 실시할 수 있게 되어 있다.
도 1에 나타내는 편광 필름의 제조 장치에 있어서는, 가교욕은 4개, 즉 n은 4이다. 이하, 각 공정에 대해서 설명한다.
(팽윤 공정)
팽윤 공정은, 원반 필름(10) 표면의 이물 제거, 원반 필름(10) 중의 가소제 제거, 염색 용이성의 부여, 원반 필름(10)의 가소화 등의 목적으로 행해진다. 처리 조건은, 상기 목적을 달성할 수 있는 범위이며, 또한 원반 필름(10)의 극단적인 용해나 실투 등의 문제를 발생시키지 않는 범위로 결정된다.
도 1을 참조하여, 팽윤 공정은, 원반 필름(10)을 원반 롤(11)로부터 연속적으로 풀어내면서, 필름 반송 경로를 따라 반송시켜, 원반 필름(10)을 팽윤욕(13)에 소정 시간 침지하고, 이어서 인출함으로써 실시할 수 있다. 도 1의 예에 있어서, 원반 필름(10)을 풀어내고 나서 팽윤욕(13)에 침지시키기까지의 동안, 원반 필름(10)은, 가이드 롤(60, 61) 및 닙 롤(50)에 의해 구축된 필름 반송 경로를 따라 반송된다. 팽윤 처리에 있어서는, 가이드 롤(30∼32) 및 닙 롤(51)에 의해 구축된 필름 반송 경로를 따라 반송된다.
팽윤욕(13)의 팽윤액으로서는, 순수 외에, 붕산(일본 특허 공개 평성10-153709호 공보), 염화물(일본 특허 공개 평성06-281816호 공보), 무기산, 무기염, 수용성 유기 용매, 알코올류 등을 약 0.01∼10 중량%의 범위로 첨가한 수용액을 사용하는 것도 가능하다.
팽윤욕(13)의 온도는, 예컨대 10∼50℃ 정도, 바람직하게는 10∼40℃ 정도, 보다 바람직하게는 15∼30℃ 정도이다. 원반 필름(10)의 침지 시간은, 바람직하게는 10∼300초 정도, 보다 바람직하게는 20∼200초 정도이다. 또한, 원반 필름(10)이 미리 기체 중에서 연신한 폴리비닐알코올계 수지 필름인 경우, 팽윤욕(13)의 온도는, 예컨대 20∼70℃ 정도, 바람직하게는 30∼60℃ 정도이다. 원반 필름(10)의 침지 시간은, 바람직하게는 30∼300초 정도, 보다 바람직하게는 60∼240초 정도이다.
팽윤 처리에서는, 원반 필름(10)이 폭방향으로 팽윤하여 필름에 주름이 생긴다고 하는 문제가 생기기 쉽다. 이 주름을 없애면서 필름을 반송하기 위한 하나의 수단으로서, 가이드 롤(30, 31 및/또는 32)에 익스팬더 롤, 스파이럴 롤, 크라운 롤과 같은 확폭 기능을 갖는 롤을 이용하거나, 클로스 가이더, 벤드 바, 텐터 클립과 같은 다른 확폭 장치를 이용하거나 하는 것을 들 수 있다. 주름의 발생을 억제하기 위한 또 하나의 수단은 연신 처리를 실시하는 것이다. 예컨대, 닙 롤(50)과 닙 롤(51)의 주속차를 이용하여 팽윤욕(13) 중에서 일축 연신 처리를 실시할 수 있다.
팽윤 처리에서는, 필름의 반송 방향으로도 필름이 팽윤 확대하기 때문에, 필름에 적극적인 연신을 행하지 않는 경우는, 반송 방향의 필름의 느슨함을 없애기 위해, 예컨대, 팽윤욕(13)의 전후에 배치하는 닙 롤(50, 51)의 속도를 컨트롤하는 등의 수단을 강구하는 것이 바람직하다. 또한, 팽윤욕(13) 중의 필름 반송을 안정화시킬 목적으로, 팽윤욕(13) 중에서의 수류를 수중 샤워로 제어하거나, EPC 장치(Edge Position Control 장치: 필름의 단부를 검출하여, 필름의 사행을 방지하는 장치) 등을 병용하거나 하는 것도 유용하다.
도 1에 나타내는 예에 있어서, 팽윤욕(13)으로부터 인출된 필름은, 가이드 롤(32), 닙 롤(51), 가이드 롤(33)을 순서대로 통과하여 염색욕(15)에 도입된다.
(염색 공정)
염색 공정은, 팽윤 처리 후의 폴리비닐알코올계 수지 필름에 2색성 색소를 흡착, 배향시키는 등의 목적으로 행해진다. 처리 조건은, 상기 목적을 달성할 수 있는 범위이며, 또한 필름이 극단적인 용해나 실투 등의 문제점이 생기지 않는 범위로 결정된다. 도 1을 참조하여, 염색 공정은, 닙 롤(51), 가이드 롤(33∼36) 및 닙 롤(52)에 의해 구축된 필름 반송 경로를 따라 반송시켜, 팽윤 처리 후의 필름을 염색욕(15)(염색조에 수용된 처리액)에 소정 시간 침지하고, 이어서 인출함으로써 실시할 수 있다. 2색성 색소의 염색성을 높이기 위해, 염색 공정에 제공되는 필름은, 적어도 어느 정도의 일축 연신 처리를 실시한 필름인 것이 바람직하고, 또는 염색 처리 전의 일축 연신 처리 대신에, 혹은 염색 처리 전의 일축 연신 처리에 더하여, 염색 처리 시에 일축 연신 처리를 행하는 것이 바람직하다.
2색성 색소로서 요오드를 이용하는 경우, 염색욕(15)의 염색액에는, 예컨대, 농도가 중량비로 요오드/요오드화칼륨/물=0.003∼0.3/0.1∼10/100인 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. 염색욕의 염색액이 붕산을 포함하는 경우는, 요오드를 붕산보다 고농도로 포함하는 점에서 가교욕과 구별된다. 염색욕은, 요오드의 농도가 0.6 mM 이상인 것이 바람직하고, 1.0 mM 이상인 것이 보다 바람직하고, 2.0 mM 이상인 것이 더욱 바람직하다. 필름을 침지할 때의 염색욕(15)의 온도는, 통상 10∼45℃ 정도, 바람직하게는 10∼40℃이고, 보다 바람직하게는 20∼35℃이고, 필름의 침지 시간은, 통상 30∼600초 정도, 바람직하게는 60∼300초이다.
2색성 색소로서 수용성 2색성 염료를 이용하는 경우, 염색욕(15)의 염색액에는, 예컨대, 농도가 중량비로 2색성 염료/물=0.001∼0.1/100인 수용액을 이용할 수 있다. 이 염색욕(15)에는, 염색 조제 등을 공존시켜도 좋고, 예컨대, 황산나트륨 등의 무기염이나 계면 활성제 등을 함유하고 있어도 좋다. 2색성 염료는 1종만을 단독으로 이용하여도 좋고, 2종류 이상의 2색성 염료를 병용하여도 좋다. 필름을 침지할 때의 염색욕(15)의 온도는, 예컨대 20∼80℃ 정도, 바람직하게는 30∼70℃이고, 필름의 침지 시간은, 통상 30∼600초 정도, 바람직하게는 60∼300초 정도이다.
전술한 바와 같이 염색 공정에서는, 염색욕(15)에서 필름의 일축 연신을 행할 수 있다. 필름의 일축 연신은, 염색욕(15)의 전후에 배치한 닙 롤(51)과 닙 롤(52)의 사이에 주속차를 두는 등의 방법에 의해 행할 수 있다.
염색 처리에 있어서도, 팽윤 처리와 마찬가지로 필름의 주름을 제거하면서 폴리비닐알코올계 수지 필름을 반송하기 위해, 가이드 롤(33, 34, 35 및/또는 36)에 익스팬더 롤, 스파이럴 롤, 크라운 롤과 같은 확폭 기능을 갖는 롤을 이용하거나, 클로스 가이더, 벤드 바, 텐터 클립과 같은 다른 확폭 장치를 이용하거나 할 수 있다. 주름의 발생을 억제하기 위한 또 하나의 수단은, 팽윤 처리과 마찬가지로, 연신 처리를 실시하는 것이다.
도 1에 나타내는 예에 있어서, 염색욕(15)으로부터 인출된 필름은, 가이드 롤(36), 닙 롤(52), 및 가이드 롤(37)을 순서대로 통과하여 제1 가교욕(17a)에 도입된다.
(가교 공정)
가교 공정은, 필름의 가교를 목적으로 하여 행하는 처리이며, 이러한 처리에 의해 내수화나 내열성의 향상, 또한 색상 조정(필름이 푸르스름해지는 것을 방지하는 등)을 행할 수 있다. 가교 공정에서는, n개(n은 4 이상의 정수)의 가교욕이 이용된다. 도 1에 나타내는 예에 있어서는, 가교 공정을 행하는 가교욕으로서 4개(n은 4)의 가교욕이 배치되고, 제1 가교욕(17a), 제2 가교욕(17b) 및 제3 가교욕(17c)에서 내수화를 목적으로 하여 가교 처리를 행하고, 제4 가교욕(17d)에서 색상 조정을 목적으로 하여 가교 처리를 행한다.
도 1을 참조하여, 제1 가교 공정은, 닙 롤(52), 가이드 롤(37∼40) 및 닙 롤(53a)에 의해 구축된 필름 반송 경로를 따라 반송시켜, 제1 가교욕(17a)(1번째의 가교욕)에 염색 처리 후의 필름을 소정 시간 침지하고, 이어서 인출함으로써 실시할 수 있다. 제2 가교 공정은, 닙 롤(53a), 가이드 롤(41∼44) 및 닙 롤(53b)에 의해 구축된 필름 반송 경로를 따라 반송시켜, 제2 가교욕(17b)(2번째의 가교욕)에 제1 가교 공정 후의 필름을 소정 시간 침지하고, 이어서 인출함으로써 실시할 수 있다. 제3 가교 공정은, 닙 롤(53b), 가이드 롤(45∼48) 및 닙 롤(53c)에 의해 구축된 필름 반송 경로를 따라 반송시켜, 제3 가교욕(17c)(3번째의 가교욕)에 제2 가교 공정 후의 필름을 소정 시간 침지하고, 계속해서 인출함으로써 실시할 수 있다. 제4 가교 공정은, 닙 롤(53c), 가이드 롤(49a∼49d) 및 닙 롤(53d)에 의해 구축된 필름 반송 경로를 따라 반송시켜, 제4 가교욕(17d)(4번째의 가교욕)에 제3 가교 공정 후의 필름을 소정 시간 침지하고, 이어서 인출함으로써 실시할 수 있다.
염색 처리에서 사용한 2색성 색소가 요오드인 경우, 가교욕은, 붕소 화합물에 더하여 요오드화물을 함유하는 것이 바람직하고, 가교욕 중의 요오드화물의 농도는, 예컨대 1∼30 질량%로 할 수 있다. 요오드화물로서는, 요오드화칼륨, 요오드화아연 등을 들 수 있다. 또한, 요오드화물 이외의 화합물, 예컨대, 염화아연, 염화코발트, 염화지르코늄, 티오황산나트륨, 아황산칼륨, 황산나트륨 등을 공존시켜도 좋다.
닙 롤(52)과 닙 롤(53a)의 주속차를 이용하여 제1 가교욕(17a) 중에서 일축 연신 처리를 실시할 수 있다. 닙 롤(53a)과 닙 롤(53b)의 주속차를 이용하여 제2 가교욕(17b) 중에서 일축 연신 처리를 실시할 수 있다. 닙 롤(53b)과 닙 롤(53c)의 주속차를 이용하여 제3 가교욕(17c) 속에서 일축 연신 처리를 실시할 수 있다. 닙 롤(53c)과 닙 롤(53d)의 주속차를 이용하여 제4 가교욕(17d) 중에서 일축 처리를 실시할 수 있다.
가교 처리에 있어서도, 팽윤 처리와 마찬가지로 필름의 주름을 제거하면서 폴리비닐알코올계 수지 필름을 반송하기 위해, 가이드 롤(38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49a, 49b 및/또는 49d)에 익스팬더 롤, 스파이럴 롤, 크라운 롤과 같은 확폭 기능을 갖는 롤을 이용하거나, 클로스 가이더, 벤드 바, 텐터 클립과 같은 다른 확폭 장치를 이용하거나 할 수 있다. 주름의 발생을 억제하기 위한 또 하나의 수단은, 팽윤 처리와 마찬가지로, 연신 처리를 실시하는 것이다.
도 1에 나타내는 예에 있어서, 제4 가교욕(17d)으로부터 인출된 필름은, 가이드 롤(49d), 닙 롤(53d)를 순서대로 통과하여 세정욕(19)에 도입된다.
(세정 공정)
도 1에 나타내는 예에 있어서는, 가교 공정 후의 세정 공정을 포함한다. 세정 처리는, 폴리비닐알코올계 수지 필름에 부착된 여분의 붕산이나 요오드 등의 약제를 제거할 목적으로 행해진다. 세정 공정은, 예컨대, 가교 처리한 폴리비닐알코올계 수지 필름을 세정욕(19)에 침지함으로써 행해진다. 또한, 세정 공정은, 세정욕(19)에 필름을 침지시키는 공정 대신에, 필름에 대하여 세정액을 샤워로서 분무함으로써, 혹은 세정욕(19)에의 침지와 세정액의 분무를 병용함으로써 행할 수도 있다.
도 1에는, 폴리비닐알코올계 수지 필름을 세정욕(19)에 침지하여 세정 처리를 행하는 경우의 예를 나타내고 있다. 세정 처리에 있어서의 세정욕(19)의 온도는, 통상 2∼40℃ 정도이고, 필름의 침지 시간은, 통상 2∼120초 정도이다.
또한, 세정 처리에 있어서도, 주름을 제거하면서 폴리비닐알코올계 수지 필름을 반송할 목적으로, 가이드 롤(56, 57, 58 및/또는 59)에 익스팬더 롤, 스파이럴 롤, 크라운 롤과 같은 확폭 기능을 갖는 롤을 이용하거나, 클로스 가이더, 벤드 바, 텐터 클립과 같은 다른 확폭 장치를 이용하거나 할 수 있다. 또한, 필름 세정 처리에 있어서, 주름의 발생을 억제하기 위해 연신 처리를 실시하여도 좋다.
(연신 공정)
전술한 바와 같이 원반 필름(10)은, 상기 일련의 처리 공정의 사이(즉, 어느 1 이상의 처리 공정의 전후 및/또는 어느 1 이상의 처리 공정 중)에, 습식 또는 건식으로 일축 연신 처리된다. 일축 연신 처리의 구체적 방법은, 예컨대, 필름 반송 경로를 구성하는 2개의 닙 롤(예컨대, 처리욕의 전후에 배치되는 2개의 닙 롤) 사이에 주속차를 두고 세로 일축 연신을 행하는 롤간 연신, 일본 특허 제2731813호 공보에 기재되는 것 같은 열롤 연신, 텐터 연신 등일 수 있고, 바람직하게는 롤간 연신이다. 일축 연신 공정은, 원반 필름(10)으로부터 편광 필름(23)을 얻기까지의 동안에 복수회에 걸쳐 실시할 수 있다. 전술한 바와 같이 연신 처리는, 필름의 주름의 발생의 억제에도 유리하다.
(건조 공정)
세정 공정의 후, 폴리비닐알코올계 수지 필름을 건조시키는 처리를 행하는 것이 바람직하다. 필름의 건조는 특별히 제한되지 않지만, 도 1에 나타내는 예와 같이 건조로(21)를 이용하여 행할 수 있다. 건조로(21)는 예컨대 열풍 건조기를 구비하는 것으로 할 수 있다. 건조 온도는, 예컨대 30∼100℃ 정도이고, 건조 시간은, 예컨대 30∼600초 정도이다. 폴리비닐알코올계 수지 필름을 건조시키는 처리는, 원적외선 히터를 이용하여 행할 수도 있다. 이상과 같이 하여 얻어지는 편광 필름(23)의 두께는, 예컨대 약 5∼30 ㎛ 정도이다.
얻어진 편광 필름은, 권취 롤에 순차 권취하여 롤 형태로 하여도 좋고, 권취하는 일없이 그대로 편광판 제작 공정(편광 필름의 한면 또는 양면에 보호 필름 등을 적층하는 공정)에 제공할 수도 있다.
원반 필름(10)을 기준으로 하는, 편광 필름(23)의 최종적인 누적 연신 배율은 통상, 4.5∼8배 정도이고, 바람직하게는 6∼8배이다. 연신 공정은 어느 처리 공정에서 행하여도 좋고, 2 이상의 처리 공정에서 연신 처리를 행하는 경우에 있어서도 연신 처리는 어느 처리 공정에서 행하여도 좋다. 편광 필름(23)의 최종적인 누적 연신 배율을 6∼8배로 하기 위해서는, 건조 공정에 있어서도 연신 처리를 행하는 것이 바람직하다. 건조 공정에 있어서의 연신 배율은, 예컨대 1.05배 이상이 바람직하고, 1.10배 이상이 보다 바람직하다. 건조 공정에 있어서, 1.05배 이상의 연신을 행함으로써, 얻어지는 편광 필름의 광학 특성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 가교 공정에 있어서 발생하는 장력이 완화되기 때문에, 건조 공정에 있어서 필름이 절단하는 일없이 1.05배 이상의 연신을 행할 수 있다.
(폴리비닐알코올계 수지 필름에 대한 그 외의 처리 공정)
상기한 처리 이외의 처리를 부가할 수도 있다. 추가될 수 있는 처리의 예는, 붕소 화합물을 포함하지 않고 염화아연 등을 함유하는 수용액에의 침지 처리(아연 처리)를 포함한다.
<편광 필름>
상기한 제조 방법에 따라 편광 필름을 제작함으로써, 하기 i)∼iv):
i) 직교 색상의 b값의 절대값이 0.9 이하이다,
ii) 시감도 보정 단체 투과율(Ty)이 42.0% 이상이다,
iii) 시감도 보정 편광도(Py)가 99.986% 이상이다,
iv) 파장 700 ㎚에 있어서의 흡광도(A700)가 3.0 이상이다,
를 만족시키는 편광 필름을 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서는, n개의 가교욕을 이용하여 가교 공정을 행하고, 또한 상류측으로부터 2번째 및 3번째로 배치된 가교욕의 온도를 상류측으로부터 1번째로 배치된 가교욕의 온도보다 높게 함으로써, 상기 i)의 편광 필름, 즉 뉴트럴한 색상의 편광 필름을 얻을 수 있다. 직교 색상의 b값은, 액정 표시 장치의 컬러 필터의 색상과의 조합으로 적절하게 설계되지만, 상기 i)을 만족시킴으로써, 일반적인 액정 표시 장치의 컬러 필터에 있어서의 색상 설계 범위 내로 할 수 있다.
상기 직교 색상이란, 편광판의 한쪽의 면으로부터 광을 받았을 때에 다른 쪽의 면으로부터 투과되어 오는 광의 색상을 의미한다. 여기서의 색상은, Lab 표색계에 있어서 a값 및 b값으로 나타낼 수 있고, 표준의 광을 이용하여 측정된다. 또한 본 발명에 있어서, 편광 필름의 직교 색상의 실측은 편광 필름의 한면에 점착제층을 마련하고, 그 점착제층측에서 유리판에 접합한 상태에서 행하고 있다. Lab 표색계는, JIS K 5981: 2006 「합성 수지 분체 도막」의 「5.5 촉진 내후성 시험」에 기재된 바와 같이, 헌터의 명도 지수 L과 색상 a 및 b로 표시되는 것이다. Lab 표색계와 유사한 개념으로서, JIS Z 8781-4: 2013 「측색-제4부: CIE 1976 L*a*b* 공간」에 규정되는 L*a*b* 표색계가 있지만, 본 발명에서는 Lab 표색계를 채용한다. 명도 지수 L과 색상 a 및 b의 값은, JIS Z 8722: 2009 「색의 측정 방법-반사 및 투과 물체색」에 규정되는 삼자극값 X, Y 및 Z로부터, 다음 식에 따라 계산된다.
L=10Y1/2
a=17.5(10.2X-Y)/Y1/2
b=7.0(Y-0.847 Z)/Y1/2
Lab 표색계에 있어서, 색상 a값 및 b값은, 채도에 상당하는 위치를 나타낼 수 있고, 색상 a값이 증가하면 색상은 적계로, 색상 b값이 증가하면 색상은 황계로 각각 변화한다. 또한, 0에 가까울수록, 함께 무채색에 가까운 것을 나타낸다.
또한, 본 발명에 있어서는, n개의 가교욕을 이용하여 가교 공정을 행하고, 또한 상류측으로부터 2번째 및 3번째로 배치된 가교욕의 온도를 상류측으로부터 1번째로 배치된 가교욕의 온도보다 높게 함으로써, 건조 공정에서 1.05배 이상의 연신을 행할 수 있어, 상기 ii) 및 iii)을 만족시키는, 우수한 광학 특성의 편광 필름을 얻을 수 있다. 여기서의 편광 필름의 시감도 보정 단체 투과율(Ty) 및 시감도 보정 편광도(Py)는, 후술하는 실시예의 항의 기재에 따라 측정된다.
편광 필름은, 파장 700 ㎚에 있어서의 흡광도(A700)가 3.0 이상인 것이 바람직하다. 이 흡광도의 수치가 클수록, 고온 환경에 있어서의 광학 특성의 저하가 억제된다.
<편광판>
이상과 같이 하여 제조되는 편광 필름의 적어도 한면에, 접착제를 통해 보호 필름을 접합함으로써 편광판을 얻을 수 있다. 보호 필름으로서는, 예컨대, 트리아세틸셀룰로오스나 디아세틸셀룰로오스와 같은 아세틸셀룰로오스계 수지로 이루어진 필름; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 폴리부틸렌테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르계 수지로 이루어진 필름; 폴리카보네이트계 수지 필름, 시클로올레핀계 수지 필름; 아크릴계 수지 필름; 폴리프로필렌계 수지의 쇄형 올레핀계 수지로 이루어진 필름을 들 수 있다.
편광 필름과 보호 필름의 접착성을 향상시키기 위해, 편광 필름 및/또는 보호 필름의 접합면에, 코로나 처리, 화염 처리, 플라즈마 처리, 자외선 조사, 프라이머 도포 처리, 비누화 처리 등의 표면 처리를 실시하여도 좋다. 편광 필름과 보호 필름의 접합에 이용하는 접착제로서는, 자외선 경화성 접착제와 같은 활성 에너지선 경화성 접착제나, 폴리비닐알코올계 수지의 수용액, 또는 이것에 가교제가 배합된 수용액, 우레탄계 에멀션 접착제와 같은 수계 접착제를 들 수 있다. 자외선 경화형 접착제는, 아크릴계 화합물과 광라디칼 중합 개시제의 혼합물이나, 에폭시 화합물과 광양이온 중합 개시제의 혼합물 등일 수 있다. 또한, 양이온 중합성의 에폭시 화합물과 라디칼 중합성의 아크릴계 화합물을 병용하고, 개시제로서 광양이온 중합 개시제와 광라디칼 중합 개시제를 병용할 수도 있다.
실시예
이하, 시험예를 나타내어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의해 한정되는 것이 아니다.
<실시예 1>
도 1에 나타내는 제조 장치를 이용하여, 표 1에 나타내는 조건에서, 폴리비닐알코올계 수지 필름으로부터 편광 필름을 제조하였다. 구체적으로는, 두께 45 ㎛의 장척의 폴리비닐알코올(PVA) 원반 필름〔(주)쿠라레 제조의 상품명 「TS45」, 평균 중합도 2400, 비누화도 99.9 몰% 이상〕을 롤로부터 풀어내면서 연속적으로 반송하여, 30℃의 물(탈이온수)로 이루어진 팽윤욕에 1분 20초간 침지시키고 1.56배 연신하였다(팽윤 공정). 그 후, 팽윤욕으로부터 인출한 필름을, 요오드화칼륨을 1.0 질량%, 요오드를 3.6 mM 포함하는 30℃의 염색욕에 100초간 침지시키고 1.15배 연신하였다(염색 공정). 계속해서, 염색욕으로부터 인출한 필름을, 요오드화칼륨을 9.0 질량%, 붕산을 3.0 질량% 포함하는 59℃의 제1 가교욕(상류측으로부터 1번째의 가교욕)에 37초간 침지시키고 1.46배 연신하였다(제1 가교 공정). 이어서, 요오드화칼륨을 9.0 질량%, 붕산을 3.0 질량% 포함하는 63℃의 제2 가교욕(상류측으로부터 2번째의 가교욕)에 6초간 침지시키고 1.70배 연신하였다(제2 가교 공정). 이어서, 요오드화칼륨을 9.0 질량%, 붕산을 3.0 질량% 포함하는 63℃의 제3 가교욕(상류측에서 3번째의 가교욕)에 6초간 침지시키고 1.34배 연신하였다(제3 가교 공정). 그 후, 요오드화칼륨을 10.0 질량%, 붕산을 3.0 질량% 포함하는 57℃의 제4 가교욕(상류측에서 4번째의 가교욕)에 7초간 침지시키고 1.00배 연신하였다(제4 가교 공정). 팽윤 공정, 염색 공정 및 가교 공정을 거침으로써, 욕 중에서의 롤간 연신에 의해, 원반 필름을 기준으로 하는 총연신 배율은 6.0배로 하였다.
그 후, 13℃의 세정욕에 2초간 침지시켜 필름의 표면에 부착된 이물을 제거하였다(세정 공정). 세정 공정 완료 후, 온도 90℃의 건조로 내에서 300초간 필름을 건조시키며, 1.039배 연신하였다(건조 공정). 이와 같이 하여, 편광 필름을 얻었다. 얻어진 편광 필름의 두께는 18 ㎛였다.
<실시예 2, 3, 비교예 1>
염색욕의 요오드 농도, 붕산 농도, 제2 가교욕의 온도, 제2 가교욕의 요오드 첨가량, 및 건조 공정에서의 연신 배율을 표 1에 나타내는 바와 같이 한 점 이외에는, 실시예 1과 동일한 조건에서 편광 필름을 얻었다. 얻어진 편광 필름의 두께는, 모두 18 ㎛였다.
〔편광 필름의 평가〕
(a) 단체 투과율 및 편광도의 측정
얻어진 편광 필름에 대해서, 적분구를 갖는 분광 광도계〔니혼분코(주) 제조의 「V7100」〕를 이용하여 파장 380∼780 ㎚의 범위에 있어서의 MD 투과율과 TD 투과율을 측정하고, 하기 식:
단체 투과율(%)=(MD+TD)/2
편광도(%)={(MD-TD)/(MD+TD)}×100
에 기초하여 각 파장에 있어서의 단체 투과율 및 편광도를 산출하였다.
「MD 투과율」이란, 글랜 톰슨 프리즘으로부터 나오는 편광의 방향과 편광 필름 시료의 투과축을 평행으로 하였을 때의 투과율이며, 상기 식에 있어서는 「MD」로 표시한다. 또한, 「TD 투과율」이란, 글랜 톰슨 프리즘으로부터 나오는 편광의 방향과 편광 필름 시료의 투과축을 직교로 하였을 때의 투과율이며, 상기 식에 있어서는 「TD」로 표시한다. 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 행하고, 시감도 보정 단체 투과율(Ty) 및 시감도 보정 편광도(Py)를 구하였다. 표 1에, 시감도 보정 단체 투과율(Ty) 및 시감도 보정 편광도(Py)의 산출 결과를 나타낸다.
(b) 직교 색상 b값
얻어진 편광 필름에 대해서, 전술한 방법에 따라, 직교 색상의 b값을 구하였다. 표 1에, 직교 색상의 b값의 산출 결과를 나타낸다.
(c) A700의 측정
파장 700 ㎚에 있어서의 흡광도(A700)는, 편광 필름의 직교 투과율(Tc)로부터 구할 수 있고, 편광 필름의 MD 투과율과 TD 투과율을 측정하여, 이하의 식에 따라 산출할 수 있다.
Tc(700 ㎚)(%)=〔MD(700 ㎚)/100〕×〔TD(700 ㎚)/100〕×100
A700=-log〔Tc(700 ㎚)/100〕
표 1에, A700의 측정값을 나타낸다.
비교예 1은 제2 가교욕의 온도가 제1 가교욕의 온도보다 낮다. 표 1에 나타내는 결과로부터, 비교예 1에서 얻어지는 편광 필름은, 실시예 1∼3에서 얻어지는 편광 필름과 비교하여, 직교 색상 b값의 절대값이 크고, 편광도가 낮은 것으로 되어 있는 것을 알았다.
10 폴리비닐알코올계 수지로 이루어진 원반 필름, 11 원반 롤, 13 팽윤욕, 15 염색욕, 17a 제1 가교욕, 17b 제2 가교욕, 17c 제3 가교욕, 17d 제4 가교욕, 19 세정욕, 21 건조로, 23 편광 필름, 30∼49, 56∼61 가이드 롤, 50∼52, 53a, 53b, 53c, 53d, 54, 55 닙 롤.
Claims (4)
- 폴리비닐알코올계 수지 필름으로 편광 필름을 제조하는 방법으로서,
상기 폴리비닐알코올계 수지 필름을 2색성 색소로 염색 처리하는 염색 공정과,
상기 염색 공정 후의 상기 폴리비닐알코올계 수지 필름을, n개(n은 4 이상의 정수)의 가교욕에 순서대로 침지시켜 가교 처리하는 가교 공정을 포함하고,
상류측으로부터 2번째 및 3번째로 배치된 가교욕의 온도는, 상류측으로부터 1번째로 배치된 가교욕의 온도보다 높은, 편광 필름의 제조 방법. - 제1항에 있어서, 각 가교욕은, 붕소 화합물의 농도가 2.5 질량% 이상인, 편광 필름의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 가교욕의 온도는 65℃ 이하인, 편광 필름의 제조 방법.
- 폴리비닐알코올계 수지 필름으로 편광 필름을 제조하는 제조 장치로서,
상기 폴리비닐알코올계 수지 필름을 2색성 색소로 염색 처리하는 염색부와,
상기 염색 처리 후의 상기 폴리비닐알코올계 수지 필름을, n개(n은 4 이상의 정수)의 가교욕에 순서대로 침지시켜 가교 처리하는 가교부를 포함하고,
상류측으로부터 2번째 및 3번째로 배치된 가교욕의 온도는, 상류측으로부터 1번째로 배치된 가교욕의 온도보다 높은, 편광 필름의 제조 장치.
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