KR101899641B1

KR101899641B1 - 편광막의 제조 방법

Info

Publication number: KR101899641B1
Application number: KR1020160014064A
Authority: KR
Inventors: 치엔-핑 헝; 웬-야오 리; 밍-훼이 옌; 쉬-슝 예; 홍-젠 찬; 치아-리앙 쿠오; 메이-링 슈
Original assignee: 주식회사 스미카 테크놀로지
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2018-09-17
Also published as: KR20170026066A; JP2017045031A; TWI553046B; CN106483595B; JP6309992B2; TW201708328A; CN106483595A

Abstract

본 발명은 편광막 전구물에 대해 가교 처리를 진행하여 편광막을 형성하는 것을 포함하는 편광막의 제조 방법을 제공하며, 그 중 가교 처리는 가교 탱크 중에 반응 용액을 첨가하고; 이온 교환 수지로 가교 탱크 중의 반응 용액의 양이온 교환 반응을 진행하여, 수소 이온을 제공하는 것을 포함한다.

Description

편광막의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING POLARIZER FILM}

본 발명은 편광막의 제조 방법과 관련되며, 특히 편광막 제조 과정 중 가교(crosslinking) 처리의 방법과 관련된다.

편광판은 액정 디스플레이의 광학 부품에 널리 응용되고 있다. 편광판은 일반적으로 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol, PVA) 편광막 상에 트리아세테이트 셀룰로오스(triacetate cellulose, TAC) 또는 시클로올레핀 중합체(cyclo-olefin polymer, COP) 등 보호막을 점착하여 얻는다. 현재, 액정 디스플레이는 핸드폰, 웨어러블 장치 등과 같이 그 응용 범위가 점차 확대되고 있어, 편광판에 대한 품질의 요구도 점차 높아지고 있다.

편광막은 편광판의 가장 중요한 부품이며, 편광막은 일반적으로 폴리비닐 알코올 박막에 배향된 이색성 색소를 흡착하여 형성한다. 예를 들면, 요오드를 이색성 색소로 하는 요오드계 편광막을 들 수 있다. 편광막의 형성은 통상 팽윤 처리, 염색 처리, 연신 처리, 가교 처리, 세정 처리 및 건조 처리의 단계를 구비한다. 그 중 연신 처리는 폴리비닐 알코올이 편광 작용을 구비하게 한다.

본 발명은 편광막 전구물(precursor)에 대해 가교 처리를 진행하여 편광막을 형성하는 것을 포함하는 편광막의 제조 방법을 제공하며, 그 중 가교 처리는 가교 탱크 중에 반응 용액을 첨가하고; 이온 교환 수지로 가교 탱크 중의 반응 용액의 양성자와 이온 교환 반응을 진행하여, 수소 이온을 제공하는 것을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예에 있어서, 편광막 제조 장치의 개념도를 나타낸다.

이하에서는 첨부 도면과 조합하여 본 발명의 실시예에 대해 상술하며, 이하에 도시된 것은 비례에 따라 제작되지 아니하고, 사실상, 본 발명의 특징을 명확하게 표현하기 위해 부품 크기를 임의로 확대 또는 축소할 수 있으며, 동일 또는 유사한 부품을 유사한 부호로 표시할 수 있음을 유의해야 한다.

이하에서는 다양한 실시 방법 또는 예를 공개하여 본 발명의 특징을 구현하며, 구체적인 부품 또는 그 배열의 예를 통하여 본 발명을 설명한다. 당연히 이러한 예들은 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다. 그밖에, 다른 실시예에서 중복되는 번호 또는 표시를 사용할 수 있는데, 이러한 중복은 본 공개를 단순 명료하게 서술하기 위함이며, 토론되는 다른 실시예 및/또는 구조 간에 특정한 관계가 있다는 것을 의미하는 것은 아니다.

또한, 방법의 진행 전, 진행 중 또는 진행 후에 별도의 조작 단계를 구비할 수 있으며, 또한 상기의 일부 조작 단계는 다른 일부 실시예의 방법에서 대체되거나 삭제될 수 있음을 이해해야 한다.

편광막의 형성 단계에서는 대량의 화학 용액과 반응을 진행해야 하고, 또한 반응 용액의 pH 값은 적정한 범위 내에서 제어되어야 한다. 일반적으로는, 반응 탱크에 산성 용액을 첨가하여, 반응 용액의 pH 값을 유지할 수 있다. 그러나, 첨가된 산성 용액이 해리되어 발생하는 이온(예를 들면, 금속 이온, 비금속 이온)은 반응 탱크 중에 누적되어, 반응 용액 중 특정의 이온 농도가 지속적으로 증가하게 하여, 제조되는 편광막의 품질에 영향을 미칠 수가 있다.

상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명이 제공하는 편광막의 제조 방법은, 편광막의 가교 처리 및 연신 처리 과정에서, 이온 교환 수지를 사용하여 산성 용액을 첨가하는 것을 대체한다. 따라서 산성 용액이 해리되어 발생하는 특정 이온(예를 들면, 금속 이온, 비금속 이온)이 반응 탱크 중에 대량 누적되어, 제조되는 편광막의 품질을 손상하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따라, 편광막의 제조 장치의 개념도를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 편광막의 전구물(10)은 전송 롤러(30)에 의해 팽윤 처리를 진행하는 팽윤 탱크(12), 염색 처리를 진행하는 염색 탱크(14) 및 가교 처리를 진행하는 가교 탱크(16)를 순서대로 통과한다. 이어서, 수세 탱크(18)를 통과하여 편광막 전구물(10)의 표면에 부착된 반응 용액을 세정한다. 이후, 건조로(20)를 통해 건조하여, 편광막(10')을 획득할 수 있다.

도 1은 1개의 팽윤 탱크, 염색 탱크, 가교 탱크 및 수세 탱크가 설치된 예를 도시하고 있지만, 필요에 따라, 각 처리 과정에는 복수 개의 반응 탱크를 설치할 수 있음을 유의해야 한다. 다음은 본 발명의 편광막 제조 방법에 대해 더욱 상세히 설명한다.

편광막 전구물(10)은 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol, PVA) 박막일 수 있다. 폴리비닐 알코올은 비누화 폴리비닐 아세테이트로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 폴리비닐 알코올의 비누화도는 85 mol%, 90 mol% 또는 99 내지 100 mol% 일 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 폴리비닐 아세테이트는 비닐 아세테이트의 단량 중합체 또는 비닐 아세테이트 및 기타 단량체의 혼성 중합체 등일 수 있다. 상기 기타 단량체는 불포화 카르복시산, 올레핀, 불포화 술폰산 또는 비닐 에테르 등일 수 있다.

다른 일부 실시예에서, 폴리비닐 알코올은 개질된 폴리비닐 알코올, 예를 들면, 알데히드 개질된 폴리비닐 포르말(polyvinylformal), 폴리비닐 아세테이트 또는 폴리비닐 부티랄(polyvinylbutyral) 등이다. 일부 실시예에서, 편광막 전구물(10)의 두께는 20㎛ 내지 100㎛ 또는 30㎛ 내지 80㎛ 일 수 있다.

먼저, 편광막 전구물(10)은 팽윤 탱크(12)로 전송되어 팽윤 처리가 진행된다. 팽윤 처리는 편광막 전구물(10) 표면의 이물질 및 그 중의 가소제를 제거할 수 있으며, 또한 편광막 전구물(10)이 후속 단계에서 쉽게 염색 및 가소화되게 할 수 있다. 팽윤 처리의 조건은 특별한 한정이 없으며, 상기 효과를 달성할 수 있고, 또한 편광막 전구물의 극단적인 용해 또는 투명 손실을 초래하지 아니하기만 하면 된다.

팽윤 탱크(12)는 주로 편광막 전구물(10)과 반응하는 물을 포함한다. 일부 실시예에서, 팽윤 처리의 온도는 10℃ 내지 50℃ 또는 20℃ 내지 50℃ 일 수 있으며, 팽윤 처리의 시간은 5초 내지 300초 또는 20초 내지 240초일 수 있다.

또한, 팽윤 처리 단계에서, 편광막 전구물(10)은 횡방향 팽윤이 발생되어 주름이 구비되기 쉽다. 따라서, 일부 실시예에서, 확장 롤러(expander roller), 나선형 롤러(spiral roller), 볼록면 롤러(crown roller), 직물 가이드 장치(cloth guider), 만곡봉(bend bar) 또는 텐터 크립(tenter clip) 등 확폭 장치를 팽윤 탱크(12)의 출입구에 설치하여, 한편으로는 편광막 전구물(10)의 주름을 제거하고, 또한 다른 한편으로는 편광막 전구물(10)을 반송하게 할 수 있다. 일부 실시예에서는, 이 단계에서 선택적으로 편광판 전구물(10)에 대해 연신 처리를 진행할 수 있다.

그밖에, 팽윤 탱크에서 편광판 전구물(10)의 전송을 안정되게 하기 위해, 일부 실시예에서는, 워터 제트 또는 에지 위치 제어(edge position control) 장치를 사용하여 팽윤 탱크(12) 중의 물 유동을 제어할 수 있다.

이어서, 편광막 전구물(10)은 염색 탱크(14)로 전송되어 염색 처리가 진행된다. 염색 처리에 사용하는 염색제는 이색성 색소 또는 기타 수용성 이색소 염료 등일 수 있다. 일부 실시예에서, 염색제는 요오드, 요오드화 칼륨을 포함한다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 염색제는 0.03 중량부 내지 0.2 중량부의 요오드 및 3 중량부 내지 30 중량부의 요오드화 칼륨의 수용액일 수 있다. 일부 실시예에서, 염색 처리의 온도는 10℃ 내지 50℃ 또는 20℃ 내지 40℃ 일 수 있으며, 염색 처리의 시간은 10초 내지 600초 또는 30초 내지 200초일 수 있다.

또한, 염색 탱크(14) 중에 기타 화합물을 첨가하여 염색 처리가 더 나은 효과를 구비하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 별도의 붕산을 첨가할 수 있다.

또한, 팽윤 처리와 유사하게, 일부 실시예에서, 확장 롤러(expander roller), 나선형 롤러(spiral roller), 볼록면 롤러(crown roller), 직물 가이드 장치(cloth guider) 또는 만곡봉(bend bar) 등을 염색 탱크(14)의 출입구에 설치할 수도 있다. 그밖에 염색 처리를 진행할 때에, 동시에 편광막 전구물(10)에 대해 연신 처리, 예를 들면, 단축 연신 처리를 진행할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 연신 처리는 염색 탱크(14)의 입구에 설치되는 전송 롤러와 염색 탱크(14)의 출구에 설치되는 전송 롤러가 원주 속도 차를 발생하게 하는 방법으로 진행할 수 있다.

이어서, 편광막 전구물(10)은 가교 탱크(16)로 전송되어 가교 처리가 진행된다. 가교 처리는 편광막 전구물(10)에 대해 내수화(耐水化) 처리를 진행하거나 그 색조를 조정하는 것이다. 일부 실시예에서, 가교 탱크(16) 중의 반응 용액은 붕산, 요오드화 칼륨, 요오드화 아연 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다, 붕산은 가교제이며, 요오드화 칼륨 및 요오드화 아연은 광학 조정에 사용되며, 그 농도의 변경을 통해 편광막 색상을 조정할 수 있다.

일부 실시예에서, 가교 처리의 반응 용액은 1 중량부 내지 10 중량부의 붕산 및 1 중량부 내지 30 중량부의 요오드화 칼륨의 수용액일 수 있다. 일부 실시예에서, 가교 처리의 온도는 10℃ 내지 70℃ 또는 50℃ 내지 65℃ 일 수 있으며, 가교 처리의 시간은 1초 내지 600초 또는 20초 내지 300초일 수 있다.

또한, 가교 처리를 진행할 때에, 동시에 편광막 전구물(10)에 대해 연신 처리를 진행할 수도 있다. 일부 실시예에서, 연신 처리는 가교 탱크(16)의 입구에 설치되는 전송 롤러와 가교 탱크(16)의 출구에 설치되는 전송 롤러가 원주 속도 차를 발생하게 하는 방법으로 진행할 수 있다.

일부 실시예에서, 팽윤 처리 단계로부터 가교 처리 단계까지 누적되는 편광막 전구물(10)의 연신 배율은 약 4.5 내지 8배 또는 5 내지 7배이다.

그밖에, 일부 실시예에서, 가교 처리는 pH 2 내지 pH 5 또는 pH 2.5 내지 pH 4.5 하에서 진행할 수 있다. 종래 기술에서는, 가교 처리에 사용하는 붕소 이외에, 통상 가교 탱크(16)에 별도의 산성 용액을 첨가하여, 가교 처리의 반응 용액의 pH 값을 적합한 범위 내에 유지한다.

대조적으로, 본 발명은 이온 교환 수지를 사용하여, 적어도 산성 용액의 첨가를 부분적으로 대체한다. 구체적으로, 이온 교환 수지로 가교 처리의 반응 용액의 양이온과 이온 교환 반응을 진행한다. 즉, 이온 교환 수지를 통해 가교 처리의 반응 용액이 해리되어 발생하는 양이온을 수소 이온으로 치환하여, 가교 탱크(16)의 산성 소스를 제공한다.

일부 실시예에서, 이온 교환 수지를 사용하여 가교 처리의 반응 용액 중의 요오드화 칼륨이 발생하는 칼륨 이온을 수소 이온으로 치환한다. 일부 실시예에서, 이온 교환 수지를 사용하여 가교 처리의 반응 용액 중의 요오드화 아연이 발생하는 아연 이온을 수소 이온으로 치환한다. 상기 이온 교환 수지는 이온 교환 반응을 진행할 수 있는 임의의 수지 또는 컬럼일 수 있다. 일부 실시예에서, 본 발명의 이온 교환 수지는 양이온 교환 수지 또는 양쪽성 이온 교환 수지일 수 있다. 일부 실시예에서, 본 발명의 양이온 교환 수지는 강산성 양이온 교환 수지일 수 있다. 일부 실시예에서, 이온 교환 수지는 DUOLITE　C-20J, DUOLITE C-20LF, DUOLITE C-20LFN, DUOLITE　C-255LFH, DUOLITE C-26A, DUOLITE C-26TRH, DUOLITE C-433LF, DUOLITE C-476(수미카 캠텍스), DIAION SK104, DIAION SK1B, DIAION SK110, DIAION SK112, DIAION PK208, DIAION PK212, DIAION PK216, DIAION PK218, DIAION PK220, DIAION PK222, DIAION　UBK08, DIAION UBK10, DIAION　 UBK12, RC02LH(미쓰비시 화학), AMBERLITE IR120B, AMBERLITE IR124, AMBERLITE 200CT, AMBERLITE 252(유기) 또는 이들의 조합일 수 있다.

일부 실시예에서, 이온 교환 수지가 산성 용액의 첨가를 완전하게 대체할 수 있다. 즉, 가교 처리에서 사용하는 붕산 이외에, 가교 탱크(16) 중의 반응 용액은 첨가되는 산성 용액, 예를 들면, 황산, 아세트산, 글루콘산을 실질적으로(substantially) 포함하지 아니한다. 다른 일부 실시예에서, 이온 교환 수지는 부분적으로 산성 용액의 첨가를 대체할 수 있다. 즉, 가교 탱크(16) 중의 반응 용액은 소량의 첨가되는 산성 용액, 예를 들면, 황산, 아세트산, 글루콘산을 여전히 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 붕산 이외에, 가교 탱크(16)의 반응 용액은 첨가되는 어떠한 산성 용액을 완전히 포함하지 아니할 수 있다. 기타 실시예에서, 붕산 이외에, 가교 탱크(16)의 반응 용액은 0.1 내지 10wt%, 0.1 내지 0.5wt% 또는 0.1 내지 3wt%의 첨가되는 산성 용액을 포함할 수 있다.

이어서, 편광막 전구물(10)은 수세 탱크(18)로 전송되어 세정 처리가 진행된다. 세정 처리는 수중에 침지하거나, 워터 제트로 분무를 진행하거나 또는 이들을 조합하여 진행할 수 있다. 일부 실시예에서, 세정 처리의 온도는 2℃ 내지 45℃일 수 있으며, 세정 처리의 시간은 2초 내지 120초일 수 있다.

이후, 편광막의 전구물(10)은 건조로(20)로 전송되며, 편광막 전구물(10)은 건조되어 편광막(10')을 형성한다. 일부 실시예에서, 건조 처리의 온도는 35℃ 내지 105℃ 일 수 있으며, 건조 처리의 시간은 10초 내지 300초일 수 있다.

결론적으로, 본 발명이 제공하는 편광막의 제조 방법은, 편광막의 가교 처리에서, 이온 교환 수지를 사용하여 산성 용액의 첨가를 대체하는 방법을 통해, 가교 처리 반응 용액의 pH 값을 적합한 범위로 유지하게 한다. 이에 의해, 산성 용액이 해리되어 발생하는 특정 이온(예를 들면, 금속 이온, 비금속 이온)이 반응 탱크 중에 대량 축적되어, 제조되는 편광막의 품질을 손상하는 것을 방지할 수 있다.

전술한 내용은 다양한 실시예의 특징이 개술되어, 본 기술 분야의 통상의 지식인이 본 발명의 면모를 더욱 명확하게 이해할 수 있게 한다. 본 기술 분야의 통상의 지식인은 본 발명을 기초로 하여 다른 제조 과정 및 구조를 쉽게 설계 또는 변형하여, 동일한 목적에 도달하거나, 본 발명의 실시예와 동일한 효과에 도달할 수 있다. 본 기술 분야의 통상의 지식인은 또한 이러한 균등한 구조는 본 발명의 발명 정신 및 범위를 벗어나지 아니하고, 각종 변형 및 치환 수리를 할 수 있음을 이해해야 한다.

10: 편광막 전구물
10': 편광막
12: 팽윤 탱크
14: 염색 탱크
16: 가교 탱크
18: 수세 탱크
20: 건조로
30: 전송 롤러

Claims

편광막 전구물에 대해 가교 처리를 진행하여, 편광막을 형성하는 것을 포함하는 편광막의 제조 방법에 있어서,
상기 가교 처리는, 가교 탱크 중에 반응 용액을 첨가하고, 또한 이온 교환 수지로 가교 탱크 중의 반응 용액의 양이온과 이온 교환 반응을 진행하여, 수소 이온을 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가교 탱크 중의 반응 용액은 요오드화 칼륨을 포함하며, 또한 상기 이온 교환 수지는 상기 요오드화 칼륨의 칼륨 이온을 수소 이온으로 치환하는 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가교 탱크 중의 반응 용액은 요오드화 아연을 포함하며, 또한 상기 이온 교환 수지는 상기 요오드화 아연의 아연 이온을 수소 이온으로 치환하는 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가교 처리는 pH 2 내지 pH 5 하에서 진행하는 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제조 방법은, 상기 가교 처리 전에, 상기 편광막 전구물에 대해 팽윤 처리 및 염색 처리를 진행하며,
또한 상기 가교 처리 후에, 순서에 따라 상기 편광막 전구물에 대해 세정 처리 및 건조 처리를 진행하고, 그 중 상기 염색 처리 및 상기 가교 처리를 진행할 때, 상기 편광막 전구물에 대해 연신 처리를 진행하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가교 탱크 중의 반응 용액은 황산, 아세트산, 글루콘산을 포함하지 아니하는 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가교 처리는 10℃ 내지 70℃ 하에서 진행하는 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 이온 교환 수지는 양이온 교환 수지 또는 양쪽성 이온 교환 수지인 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 양이온 교환 수지는 강산성 양이온 교환 수지인 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 편광막 전구물은 폴리비닐 알코올 박막인 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.