KR102034735B1 - 광학용 필름을 포함하는 편광판 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 편광판은, 기존 고리형 PMMA와 다르게 고분자 주쇄에 0중량% 내지 3 중량% 이하의 고리 구조를 포함하는 폴리메틸메타크릴레이트로 이루어진 광학필름을 어느 한면 또는 선택적으로 상기 광학 필름을 양면에 포함함으로써, 내열성이 감소되어 치수 변화를 좀더 쉽게 유발할 수 있으며, 편광판의 상하 벤딩력을 맞추어 온도 상승에 따른 패널의 휨을 방지하고 컬링과 벤딩의 최적 포인트를 설정할 수 있어 편광판의 빛샘 현상을 개선하는 특징이 있다.

Description

광학용 필름을 포함하는 편광판{POLARIZER COMPRISING OPTICAL FILM}
본 발명은, 빛샘 현상이 개선된 광학용 필름을 포함하는 편광판에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 편광된 빛을 이용하는 것으로 이를 위하여 편광판이 사용되고 있으며, 대표적으로 PVA 소자가 사용되고 있다. 그러나, PVA 소자와 같은 편광판은 자체의 기계적 특성이 약하고 외부 환경, 예를 들어 온도나 습도의 영향을 쉽게 받기 때문에 이를 보호하기 위한 보호 필름이 필요하다.
이러한 보호 필름은 광학적 특성이 우수하여야 하고 기계적 특성이 우수하여야 한다. 편광판에 사용되는 PVA 소자의 보호 필름으로 종래에는 TAC 필름(Tri-Acetyl-cellulose Film)이 사용되어 왔으나, 최근에는 TAC 필름보다 우수한 내열성 및 내흡수성 특성을 가지는 아크릴계 필름이 사용되고 있다.
이러한 편광판 보호용 아크릴계 필름은 연신 가공을 통하여 제조되는데, 고온에서의 치수 변화가 적고 광학적 특성이 안정적으로 유지될 수 있도록, 일반적으로 유리전이온도가 120℃ 이상인 아크릴계 수지가 사용된다. 또한, 아크릴계 수지의 치수 안정성과 광학적 특성을 보다 향상시키기 위하여 내열성을 부여하는 고리(cyclic) 구조를 갖는 단량체를 도입하고 있다. 그러나, 고리 구조를 갖는 단량체를 도입할 경우, 원료의 단가가 높아질 뿐만 아니라, 보다 고온에서의 가공을 하여야 하는 문제가 있다.
즉, 종래에는, 상기와 같은 높은 유리전이온도를 가지는 보호필름을 적용하여 온도에 의한 편광소자의 치수변화를 고내열의 필름을 적용하여 LCD 디스플레이의 변형을 막고자 하였으며, 이를 통해 LCD 디스플레이의 빛이 새는 현상을 막고자 노력하여 왔다. 그러나, 일정 수준 이상의 높은 유리전이온도를 가지는 보호필름의 경우에도 PVA 소자 수축을 적절히 억제할 수 없으며, 일정 수준 이상의 빛샘 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
빛샘이 생기는 가장 큰 원인은 1축으로 고배율 연신된 편광소자의 이방적 특성으로 인해, LCD의 상하 밸런스의 무너짐이 생기기 때문이다.
한편, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)는 투명성이 우수하여 편광판 보호용 필름으로의 가능성이 있으나, 유리전이온도가 낮으며, 이에 따라 고온에서 연신 이력이 풀려 치수 안정성이 나빠지는 문제가 있다. 또한, IPS 모드용 편광판 보호필름으로 사용하기 위해서는 낮은 위상차 값을 구현하기 위하여 별도의 위상차 조절제를 첨가하여야 하는데, 이때 사용되는 위상차 조절제는 폴리메틸메타크릴레이트와 상용성이 우수하여야 하고, 또한 낮은 위상차 값의 구현을 위해 적절한 함량이 포함되어야 한다.
또한, 폴리메틸메타크릴레이트는 연신하여 필름으로 제조하면 연신 방향에 대하여 수직인 방향으로 굴절율이 커지는 부의 복굴절 특성을 가지며, 따라서 낮은 위상차 값의 구현을 위하여 사용되는 위상차 조절제는 연신 방향으로 굴절율이 커지는 정의 복굴절 특성을 가져야 한다. 이러한 정의 복굴절 특성을 가지는 물질로는 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 페녹시 수지 등이 알려져 있는데, 대부분 폴리메틸메타크릴레이트와의 상용성이 나쁘다는 단점이 있다.
이에 본 발명자들은, 고분자 주쇄에 고리 구조를 단량체를 거의 포함하지 않는 일반적인 폴리메틸메타크릴레이트를 사용하면서도 편광판의 상하 밸런스를 맞추어 빛샘을 개선하기 위한 광학 필름과 이를 포함하는 편광판을 제조하기 위하여 예의 노력한 결과, 후술할 바와 같이 고분자 주쇄에 0 중량% 내지 3 중량% 이하의 고리 구조를 포함하는 폴리메틸메타크릴레이트를 사용할 경우, 상기의 효과를 달성함을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 기존 편광판에 적용된 필름과 다르게 보호필름의 내열성을 감소시켜 치수변화를 좀더 유발시켜줄 수 있도록 고분자 주쇄에 0 중량% 내지 3 중량%이하의 고리구조를 포함하는 PMMA로 이루어진 광학용 필름을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 광학용 필름을 어느 한 면 또는 양면에 포함하는 편광판을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 광학용 필름을 편광소자의 어느 일면에 포함하는 편광판으로서, 상기 광학용 필름은 폴리메틸메타크릴레이트로 이루어진 광학용 필름이고, 상기 폴리메틸메타크릴레이트는 고분자 주쇄에 0중량% 내지 3중량% 이하의 고리 구조를 포함하고, 상기 폴리메틸메타크릴레이트의 중량평균분자량은 100,000 내지 160,000인 것을 특징으로 하는, 편광판을 제공한다.
또한, 본 발명은 다른 구현예에 따라, 선택적으로 상기 광학용 필름을 편광소자의 양면에 포함하는 것인 편광판을 제공할 수 있다.
폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)는 투명성이 우수하여 광학용 필름, 특히 편광판 보호용 필름으로 사용할 수 있다. 그러나, 폴리메틸메타크릴레이트를 필름으로 제조할 경우 기계적 강도를 높이기 위하여 연신 공정을 사용하여야 하는데, 폴리메틸메타크릴레이트는 유리전이온도가 낮기 때문에 이를 이용하여 제조한 광학용 필름은 고온에서 사용시 연신 이력이 풀려 치수 안정성이 나빠지는 문제가 있다.
이를 개선하기 위하여, 종래에는 폴리메틸메타크릴레이트 고분자 주쇄에 고리 구조를 갖는 단량체를 도입하는 방법이 있으나, 제조 공정이 복잡하고, 원료의 단가가 높아질 뿐만 아니라, 보다 높은 온도에서 가공을 해야 하고, 이로 인하여 고분자의 말단기가 분해되거나, 저분자량의 첨가제들이 열분해되는 문제가 있다.
그리고, 일정 수준 이상의 높은 유리전이온도를 가지는 보호필름의 경우에도 PVA 소자 수축을 적절히 억제할 수 없으며, 일정 수준 이상의 빛샘 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 일반적으로 요오드 염착 타입의 편광판 경우, MD방향으로 5배 이상 높은 배율로 연신하여 MD방향의 힘 및 치수 변화가 큰 편이다.
이에, 본 발명에서는 후술할 바와 같은, 폴리메틸메타크릴레이트를 사용하되, 고분자 주쇄에 고리형 구조를 포함하지 않거나 고리형 구조의 함량이 최소화된 폴리메틸메타크릴레이트를 사용함으로써, 기존보다 내열성을 감소시키고 내열성이 감소된 만큼의 치수 변화를 유도하여, 편광판의 상하 밸런스 힘을 맞추어, 온도 상승에 따른 패널의 휨을 방지할 수 있는 광학용 필름과 이를 포함하는 편광판을 제공한다. 본원 구조는 고분자 주쇄에 환구조가 포함됨에 따라, Tg 상승과 하강을 결정하고 조절할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
폴리메틸메타크릴레이트
본 발명에서 사용하는 용어 '폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate); PMMA)'는, 메틸 메타크릴레이트(Methyl methacrylate, MMA)를 주요 단량체로 하는 중합체를 의미하며, 특히 본 발명에서는 고분자 주쇄에 고리형 구조를 0중량% 내지 3중량% 이하의 성분을 포함하는 것을 의미한다.
이때, 상기 폴리메틸메타크릴레이트에서 고리형 구조가 3 중량%을 초과하게 되면, 고리 구조에 따른 내열성이 증가될 수는 있지만, 컬과 벤딩 특성이 조절이 어려워 편광판에 적용시 패널의 휨이 많이 발생됨으로써 빛샘 현상을 방지할 수 없다.
상기 폴리메틸메타크릴레이트에서 고리형 구조가 포함될 경우, 바람직하게는 고리형 구조는 0 중량% 초과, 0.1 중량% 이상, 0.5 중량% 이상, 1중량% 이상이고, 3중량% 이하, 2.9 중량% 이하, 또는 2.5 중량% 이하로 포함된다.
이러한, 상기 폴리메틸메타크릴레이트는, 바람직하게는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure 112016116042623-pat00001
상기 식에서,
A는 페닐 말레이미드 또는 사이클로헥실 말레이미드로부터 유래된 구조를 포함하고,
l은 0 내지 3의 정수이고,
m은 97 내지 100의 정수이고,
n은 0 내지 3의 정수이다.
또한, 상기 폴리메틸메타크릴레이트의 유리전이온도는 125℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 108 내지 125℃, 가장 바람직하게는 116℃이다. 상기 유리전이온도가 108℃ 미만인 경우에는 필름으로 제조하였을 때 열적 안정성이 너무 떨어지는 문제가 있다.
이때, 본 발명의 폴리메틸메타크릴레이트는 일반적인 구조를 나타내어 유리 전이온도가 낮아지긴 하지만 보호필름의 내열성 감소로 치수변화를 좀더 유발함에 따라, 후술하는 바와 같이 광학용 필름이 편광소자의 어느 한 면에 배치되는 경우, 편광판의 컬과 벤딩의 최적 포인트를 설정한다. 또한 상기 광학용 필름이 편광 소자의 양면에 배치되는 경우, 편광판의 벤딩의 최적 포인트를 설정한다.
상기 폴리메틸메타크릴레이트는 메틸 메타크릴레이트 외에 메틸 아크릴레이트 단량체, 페닐말레이미드, 사이클로헥실 말레이미드 등이 사용되는 점을 제외하고는 공지의 방법으로 제조할 수 있으며, 예를 들어 유화 중합법, 유화-현탁 중합법, 현탁 중합법 등의 방법으로 제조될 수 있다. 또한 필요에 따라 메타크릴산이 추가될 수 있다. 바람직하게, 상기 폴리메틸메타크릴레이트는 메틸 메타크릴레이트 단량체 97 내지 100 중량%, 메틸 아크릴레이트 단량체 0 내지 3 중량%, 및 페닐말레이미드 또는 사이클로헥실 말레이미드 단량체 0 내지 3 중량%를 포함하는 단량체 혼합물로부터 중합을 통해 제조될 수 있다. 본 발명에서는 PMMA 중합시 고리형 단량체의 함량이 최소화되어 사용되므로, 고분자 주쇄에 고리형 구조를 갖는 반복단위가 없거나 최소화될 수 있다. 따라서, 본 발명은 기존 대비, 광학 필름의 내열성을 더 줄여서 치수 변화를 늘리고, 이에 따라 보호 필름에 열이 가해졌을 때 패널의 휨의 균형을 잘 맞출 수 있다. 그러므로, 본 발명은 종래보다 편광판에서의 빛샘 현상을 개선할 수 있다.
또한, 상기 폴리메틸메타크릴레이트의 중량평균분자량은 100,000 내지 160,000이다. 상기 중량평균분자량이 100,000 미만인 경우에는 필름으로 제조하였을 때 기계적 물성이 떨어지는 문제가 있고, 상기 중량평균분자량이 160,000 초과인 경우에는 연신 가공이 어렵다는 문제가 있다.
광학 필름
또한, 본 발명은 상술한 PMMA를 포함하는 광학 필름을 제공한다. 본 발명에서 사용하는 용어 "광학 필름"이란, 상술한 PMMA를 연신하여 제조된 보호 필름을 의미한다.
본 발명에 따른 광학 필름의 제조 시에는 당해 기술분야에 알려진 어떠한 방법, 예를 들면, 용액 캐스터법이나 압출법 등을 이용할 수 있고, 일례로 용융 압출 성형법을 이용할 수 있다. 구체적으로, 상술한 바와 같은 고분자 주쇄에 고리 구조를 0중량% 내지 3 중량% 이하로 포함하는 폴리메틸메타크릴레이트를 진공 건조하여 수분 및 용존 산소를 제거한 후, 원료 호퍼(hopper)로부터 압출기를 질소 치환한 싱글 또는 트윈 압출기에 공급하고, 고온에서 용융하여 원료 펠렛을 얻고, 얻어진 원료 펠렛을 진공 건조하고, 원료 호퍼로부터 압출기까지를 질소 치환한 싱글 압출기로 용융한 후, 코트 행거 타입의 T-다이에 통과시키고, 크롬 도금 캐스팅 롤 및 건조 롤 등을 거쳐 필름을 제조할 수 있다. 이때, 필름 성형 온도는 바람직하게는 150 내지 350℃, 보다 바람직하게는 200 내지 300℃이다. 한편, 상기와 같이, T 다이법으로 필름을 성형하는 경우에는, 공지된 단축 압출기나 2축 압출기의 선단부에 T-다이를 장착하고, 필름 형상으로 압출된 필름을 권취하여 롤 형상의 필름을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광학필름을 제조할 때, 필요에 따라 폴리메틸메타크릴레이트에 산화방지제, UV 흡수제, 열 안정제 등의 성분을 1종 이상 첨가하여 사용할 수 있다. 그리고, 상기 추가로 첨가되는 성분들의 함량은 크게 제한되지는 않으며, 일례로 폴리메틸메타크릴레이트 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 1 중량부의 함량으로 사용될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 광학 필름은, 상술한 특정의 폴리메틸메타크릴레이트를 포함하여, 내열성 저하에 따른 치수 변화를 더 유발할 수 있고, 이에 따라 광학 필름이 편광판에 적용되었을 때 편광판의 상하 벤딩력을 맞추어 온도 상승에 따른 패널의 휨을 잡을 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 경우 상기 광학용 필름을 편광소자의 어느 한 면에 포함하거나, 선택적으로 양면에 포함할 수 있다.
이에, 바람직한 제1 구현예에 따라 상기 광학용 필름을 편광소자의 어느 한 면에 포함하는 편광판을 제공한다. 이러한 경우, 광학 필름에 온도를 가하였을 때, 온도가 증가함에 따라 MD 방향 및 TD 방향으로 팽창 후, 컬 측정 방법에 따라 측정된 MD 방향의 컬이 6 내지 20mm이고, TD 방향의 컬이 7 내지 20mm이며, Glass 벤딩 방법에 따라 측정된 MD 방향의 벤딩이 6 내지 10mm이고, TD 방향의 벤딩이 5 내지 10mm이 되도록 하는 특징이 있다.
본 발명은 바람직한 제2 구현예에 따라, 선택적으로 상기 광학용 필름을 편광소자의 양면에 포함하는 것인 편광판을 제공한다. 상기 광학용 필름을 편광소자의 양면에 포함하는 경우, 상기 광학용 필름에 대하여 온도가 증가함에 따라 MD 방향 및 TD 방향으로 팽창 후, Glass 벤딩 방법에 따라 측정된 MD 방향의 벤딩이 6 내지 10mm이고, TD 방향의 벤딩이 5 내지 10mm이 되도록 하는 특징이 있다.
한편, 본 발명에 따른 광학 필름은, 상술한 PMMA로 제조된 필름을 MD 방향으로 1.5배 내지 2.5배 및 TD 방향으로 1.5배 내지 3.0배의 2축 연신하여 제조되는 것이 바람직하다. 상기 연신은 상기 광학 재료용 조성물에 포함된 고분자의 분자를 정렬하는 것으로, 연신 정도에 따라 제조되는 광학 필름의 특성에 영향을 미친다. 보다 바람직하게는, 상기 MD 방향의 연신 배율과 TD 방향의 연신 배율의 비(TD 연신 배율/MD 연신 배율)이 1.05 이상 1.70 이하이다. 상기 광학용 필름은 MD 방향의 벤딩과 TD 방향의 벤딩 차이(ΔMDㆍTD)가 -1.5이상 내지 1.5 이하일 수 있다.
또한, 상기 연신 온도는 상기 폴리메틸메타크릴레이트의 유리전이온도 보다 10℃ 내지 30℃ 높은 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 광학 필름의 두께는 필요에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 일례로 10 um 내지 100 um인 것이 바람직하다. 더 바람직하게, 광학용 필름의 두께는 30um 내지 80um일 수 있고, 가장 바람직하게 40um 내지 60um일 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 바와 같이 광학용 필름을 편광소자의 어느 일면 또는 양면에 포함하는 편광판으로서, 상기 광학용 필름은 폴리메틸메타크릴레이트로 이루어진 광학용 필름이고, 상기 폴리메틸메타크릴레이트는 고분자 주쇄에 0중량% 내지 3중량% 이하의 고리 구조를 포함하고, 상기 폴리메틸메타크릴레이트의 중량평균분자량은 100,000 내지 160,000인 것을 특징으로 하는, 편광판을 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광학 필름은 편광판의 보호 필름으로 사용할 수 있으며, 이에 따라 편광판의 기계적 특성을 보완하고, 외부 환경, 예를 들어 온도나 습도의 영향으로부터 편광판을 보호할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 광학용 보호필름을 어느 한면에 포함하는 편광판에 대해 열이 가해지는 경우의 작용을 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광학 필름을 포함하는 편광판에 열이 가해지면 휨이 발생되어 수축 및 스트레스가 발생된다. 이때, 또한, 보호 필름 일매 적용 POL경우 컬 발생 최소화를 위하여 수축율의 저감에 한계가 있으며, 이에 대해 본 발명에서는 상술한 바와 같은 광학 필름 적용으로 컬과 벤딩의 최적 포인트를 설정하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 광학 필름은, 편광판의 일면에 부착되어 편광판 보호필름으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광학 필름이 액정 표시 소자에 적용될 경우, 편광판과 액정셀 사이에 본 발명에 따른 광학 필름이 사용될 수 있으며, 이 경우 액정셀과 편광판을 동시에 보호할 수 있다. 따라서, 액정 표시 소자는 편광소자/보호필름/액정셀/보호필름/편광소자의 순서로 구성될 수 있다.
도 2는, 본 발명에 따른 광학용 보호필름을 양면에 포함하는 편광판에 대해 열이 가해지는 경우의 작용을 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광학 필름을 포함하는 편광판에 열이 가해지면 휨이 발생되어 수축 및 스트레스가 발생된다. 이때, 또한, 보호 필름 일매 적용 POL경우 컬 발생 최소화를 위하여 수축율의 저감에 한계가 있으며, 이에 대해 본 발명에서는 상술한 바와 같은 광학 필름 적용으로 컬이 발생되지 않도록 하며, 벤딩의 최적 포인트를 설정하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 광학 필름은, 편광판의 양면에 부착되어 편광판 보호필름으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광학 필름이 액정 표시 소자에 적용될 경우, 편광판과 액정셀 사이에 본 발명에 따른 광학 필름이 사용될 수 있으며, 이 경우 액정셀과 편광판을 동시에 보호할 수 있다. 따라서, 액정 표시 소자는 편광소자/보호필름/액정셀/보호필름/편광소자의 순서로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 편광소자의 타면에는 보호필름, 점착층 등을 더 포함할 수 있고, 그 예로 TAC 필름, 또는 아크릴 필름을 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 편광소자의 소재는 이 분야에 잘 알려진 물질이 모두 사용 가능하므로, 구체적으로 제한되지 않는다.
본 발명의 광학용 필름이 어느 한 면에 적용된 일례를 도 1에 나타내었다. 도 1에 예시된 바와 같이, 상술한 보호 필름은 편광소자의 일면에 부착되고, 그 하부에 하드코팅층과 점착층이 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 편광판은 점착층(PSA)/하드코팅층(HC layer)/편광소자(PVA)/보호 필름의 순서로 구성될 수 있다. 또한 이 경우, 편광 소자의 어느 한 면에 적용되는 광학 필름(보호 필름)의 두께는 40 내지 60 ㎛ 범위로 적용할 수 있고, 하드 코팅층의 두께는 3 내지 8㎛이 될 수 있다.
본 발명의 광학용 필름이 양면에 적용된 일례를 도 2에 나타내었다. 도 2에 예시된 바와 같이, 상술한 보호 필름은 편광소자의 양면에 부착되고, 보호필름이 형성된 하부에는 점착층이 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 편광판은 점착층(PSA)/보호필름/편광소자(PVA)/보호 필름의 순서로 구성될 수 있다.
또한 이 경우, 편광 소자의 양면에 적용되는 광학 필름(보호 필름)의 두께는 동일 범위 내로 적용할 수 있다. 예를 들어, 양면의 광학 필름(보호 필름)의 두께는 40 내지 60 ㎛ 범위로 적용할 수 있고, 선택적으로 하면의 광학필름의 두께는 40㎛인 것이 바람직할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광학용 필름은, 유리전이온도가 낮지만 고분자 주쇄에 고리 구조를 갖지 않거나 또는 3 중량% 이하로 고리 구조를 거의 포함하지 않는 폴리메틸메타크릴레이트를 사용함으로써, 이를 이용하여 광학 필름으로 제조시 보호필름의 내열성을 감소시켜 치수 변화를 통해 편광판의 상하 밸런스를 맞추어 빛샘 현상을 개선할 있다는 특징이 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 광학용 보호필름이 어느 한면에 적용되는 예를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명에 따른 광학용 보호필름이 양면에 적용되는 예를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명에 따른 광학용 보호필름을 포함하는 편광판에 대해 열이 가해지는 경우의 작용을 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명에 따른 광학용 보호필름이 사용되는 편광판을 포함한 액정 소자와, 기존 고리형 PMM를 이용한 보호필름이 사용되는 편광판을 포함한 액정 소자에 대해, 열이 가해지는 경우의 작용을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
제조예 1
5리터 반응기에, 메틸 메타크릴레이트 98 wt% 및 메틸 아크릴레이트 2 wt%의 단량체 혼합물 1000 g을 넣고, 증류수 2000 g, 5% 폴리비닐알코올 용액 8.4 g(POVAL PVA217, kuraray 사), 및 분산 조력제로 붕산 0.1 g을 투입하고 용해하였다. 여기에, 사슬이동제로 n-옥틸머캡탄 2.5 g, 중합개시제로 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 1.5 g을 투입하고 400 rpm으로 교반하면서 수상에 분산시켜 현탁액을 제조하였다. 80℃로 승온하여 90분 동안 중합시킨 후, 30℃로 냉각시켰다. 얻어진 비드를 증류수로 세척 및 탈수한 후에 건조하여 폴리메틸메타크릴레이트 수지를 제조하였다. 상기 제조된 수지의 유리전이온도와 분자량을 측정한 결과, 유리전이온도 116℃, 중량평균분자량 120,000이었다. 상기 유리전이온도는, Mettler Toledo 사의 시차주사열량계(DSC)를 이용하여, 10℃/min의 승온 조건으로 측정하였다.
제조예 2
5리터 반응기에, 메틸 메타크릴레이트 99.5 wt% 및 메틸 아크릴레이트 0.5 wt%의 단량체 혼합물 1000 g을 넣고, 증류수 2000 g, 5% 폴리비닐알코올 용액 8.4 g(POVAL PVA217, kuraray 사), 및 분산 조력제로 붕산 0.1 g을 투입하고 용해하였다. 여기에, 사슬이동제로 n-옥틸머캡탄 2.5 g, 중합개시제로 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 1.5 g을 투입하고 400 rpm으로 교반하면서 수상에 분산시켜 현탁액을 제조하였다. 80℃로 승온하여 90분 동안 중합시킨 후, 30℃로 냉각시켰다. 얻어진 비드를 증류수로 세척 및 탈수한 후에 건조하여 폴리메틸메타크릴레이트 수지를 제조하였다. 상기 제조된 수지의 유리전이온도와 분자량을 측정한 결과, 유리전이온도 116℃, 중량평균분자량 120,000이었다. 상기 유리전이온도는, Mettler Toledo 사의 시차주사열량계(DSC)를 이용하여, 10℃/min의 승온 조건으로 측정하였다.
제조예 3
5리터 반응기에, 메틸 메타크릴레이트 98 wt% 및 페닐 말레이미드 2 wt%의 단량체 혼합물 1000 g을 넣고, 증류수 2000 g, 5% 폴리비닐알코올 용액 8.4 g(POVAL PVA217, kuraray 사), 및 분산 조력제로 붕산 0.1 g을 투입하고 용해하였다. 여기에, 사슬이동제로 n-옥틸머캡탄 2.5 g, 중합개시제로 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 1.5 g을 투입하고 400 rpm으로 교반하면서 수상에 분산시켜 현탁액을 제조하였다. 80℃로 승온하여 90분 동안 중합시킨 후, 30℃로 냉각시켰다. 얻어진 비드를 증류수로 세척 및 탈수한 후에 건조하여 폴리메틸메타크릴레이트 수지를 제조하였다. 상기 제조된 수지의 유리전이온도와 분자량을 측정한 결과, 유리전이온도 118℃, 중량평균분자량 130,000이었다. 상기 유리전이온도는, Mettler Toledo 사의 시차주사열량계(DSC)를 이용하여, 10℃/min의 승온 조건으로 측정하였다.
제조예 4
5리터 반응기에, 메틸 메타크릴레이트 92 wt% 및 페닐 말레이미드 6 중량%, 알파 메틸스타이렌 2 wt%의 단량체 혼합물 1000 g을 넣고, 증류수 2000 g, 5% 폴리비닐알코올 용액 8.4 g(POVAL PVA217, kuraray 사), 및 분산 조력제로 붕산 0.1 g을 투입하고 용해하였다. 여기에, 사슬이동제로 n-옥틸머캡탄 2.5 g, 중합개시제로 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 1.5 g을 투입하고 400 rpm으로 교반하면서 수상에 분산시켜 현탁액을 제조하였다. 80℃로 승온하여 90분 동안 중합시킨 후, 30℃로 냉각시켰다. 얻어진 비드를 증류수로 세척 및 탈수한 후에 건조하여 폴리메틸메타크릴레이트 수지를 제조하였다. 상기 제조된 수지의 유리전이온도와 분자량을 측정한 결과, 유리전이온도 125℃, 중량평균분자량 114,000이었다. 상기 유리전이온도는, Mettler Toledo 사의 시차주사열량계(DSC)를 이용하여, 10℃/min의 승온 조건으로 측정하였다.
실시예 1 내지 7
이하 표 1에 기재된 바와 같이, 앞서 제조예 1, 제조예 2, 또는 제조예 3에서 제조한 폴리메틸메타크릴레이트에 UV 흡수제(Tinuvin 360, BASF 사)를 고형분 기준으로 1.5 wt%, 산화방지제(Irganox 1010, BASF 사)를 고형분 기준으로 1.5 wt%를 컴파운딩하여 최종적인 수지 조성물을 제조하였다. 이를 265℃에서 용융시키고 T-Die를 통하여 시트 형태로 압출 캐스팅한 후, 이하 표 1에 기재된 바와 같은 연신온도 및 연신배율로 2축 연신하여 광학용 필름을 제조하였다.
비교예 1 내지 5
제조예 4에서 제조한 폴리메틸메타크릴레이트에 UV 흡수제(Tinuvin 360, BASF 사)를 고형분 기준으로 1.5 wt%, 산화방지제(Irganox 1010, BASF 사)를 고형분 기준으로 1.5 wt%를 컴파운딩하여 최종적인 수지 조성물을 제조하였다. 이를 265℃에서 용융시키고 T-Die를 통하여 시트 형태로 압출 캐스팅한 후, 이하 표 1에 기재된 바와 같은 연신온도 및 연신배율로 2축 연신하여 광학용 필름을 제조하였다.
실험예 1
상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 5에서 제조한 광학필름을 이용하여 하기와 같이 특성을 평가하였다.
1) 열수축율: 광학용 필름을 20 × 200 mm의 치수로 샘플을 제조한 후, 80℃의 오븐에서 12시간 체류 후 초기 길이 대비 MD 방향과 TD 방향의 변화 길이를 측정하였다.
2) 편광판 컬(Curl) 측정법: MD 200mm × TD 200mm 크기로 자른 편광판 시편을 준비하고, 24℃, 50%RH 환경 하의 수평 테이블 위에 시편의 오목한 면이 위를 향하도록 놓고 1시간 보관한 후 시편의 네 모서리가 테이블로부터 들려진 높이를 자를 이용하여 측정하고 그 최대치를 컬량으로 정의하였다.
3) Bending: 광학용 필름을 PVA 편광 소자의 보호 필름으로 하고, 반대면에서는 하드코팅층을 코팅하여 편광판을 제조하였다. 편광판을 MD 및 TD 방향으로 140 × 20 mm로 제단한 후 하드코팅층에 PSA를 라미네이션하여 하드코팅층을 150 × 30 mm 크기의 0.7 t glass에 라미네이션 하였다. Glass에 라미네이션한 편광판을 80℃ 오븐에서 24시간 동안 체류시킨 다음, 상온에서 24시간 동안 aging 처리하였다. 이후 휘어진 편광판의 한쪽을 지면에 고정시킨 후, 들떠 있는 편광판의 다른 쪽 높이를 측정하여 이를 Pol Bending 값으로 하였다.
4) ΔMDㆍTD: 상기에서 측정된 편광판의 MD 방향의 벤딩 값과 TD 방향의 벤딩 값의 차이를 의미한다.
5) 빛샘 Lv.: 실제로 제조된 편광판을 이용해서 통상의 방법으로 디스플레이를 제작한 뒤, 60℃ 오븐에 72hr 보관 후 구동하였을 때 빛이 새는 현상을 육안으로 관찰한 후, Lv를 나누어 구분하였다.
(O Lv: 빛샘 미발생 ~ 5 Lv: 빛샘이 상당히 발생 (빛샘 미발생 대비 90% 이상 발생))
상기 결과를 하기 표 1 및 2에 나타내었다.
단위 실시예
1 2 3 4 5 6 7
PMMA 제조예 1 제조예 1 제조예 1 제조예 1 제조예 1 제조예 2 제조예 3
환구조 중량% 0 0 0 0 0 0 2
Tg 116 116 116 116 116 116 118
연신비 MD ×2 ×2 ×2 ×2 ×2 ×2 ×2
TD ×2 ×1.8 ×2.3 ×2.3 ×2.3 ×2.3 ×2
연신온도 MD Tg+20 Tg+20 Tg+20 Tg+10 Tg+20 Tg+20 Tg+20
TD Tg+20 Tg+20 Tg+20 Tg+20 Tg+10 Tg+10 Tg+20
열수축율 MD % 0.052 0.048 0.04 0.072 0.059 0.071 0.030
TD % 0.041 0.055 0.082 0.077 0.087 0.148 0.021
Curl MD [mm] 7 7 10 12 10 14 6
TD [mm] 8 8 8 9 8 16 5
Bending MD [mm] 6.3 6.1 6 7.2 6.9 6.6 6.3
TD [mm] 5.2 5.5 6.2 6 6.3 8 4.1
ΔMDㆍTD [mm] 1.1 0.6 -0.2 1.2 0.6 -1.4 2.2
빛샘 Lv. 육안 2 0.5 0.5 1 0.5 1 2
단위 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
PMMA 제조예 4 제조예 4 제조예 4 제조예 4 제조예 4
환구조 중량% 6 6 6 6 6
Tg 125 125 125 125 125
연신비 MD ×2 ×2 ×2 ×2 ×2
TD ×2 ×1.8 ×2.3 ×2.3 ×2.3
연신온도 MD Tg+20 Tg+20 Tg+20 Tg+10 Tg+20
TD Tg+20 Tg+20 Tg+20 Tg+20 Tg+10
열수축율 MD % 0.001 0.004 0.003 0.004 0.003
TD % 0.001 0.003 0.004 0.003 0.002
Curl MD [mm] 4 4 4 4 4
TD [mm] 6 6 6 6 6
Bending [mm] MD [mm] 5.5 5.4 5.2 5.2 5.6
TD [mm] 2.3 2.1 2.1 2 2.2
ΔMDㆍTD [mm] 3.2 3.3 3.1 3.2 3.4
빛샘 Lv. 육안 2 2 2 2 2
상기 표 1 및 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 7의 경우에는 환구조 비율이 0중량% 내지 3중량% 이하인 PMMA를 이용하여 편광소자의 어느 한면에 적용하는 광학필름을 제조하므로, 어떠한 연신 조건에서도 수축율, 컬 특성, 벤딩 특성이 비교예 1 내지 5보다 현저히 우수하였으며 빛샘이 개선되었음을 확인하였다.
반면, 동일한 연신 온도 조건에서 비교예 1 내지 5는 환구조가 6중량%인 PMMA로 이루어진 광학필름을 사용하므로, 열수축율, 컬 및 벤딩 특성이 불량함에 따라 빛샘이 많이 발생하였다. 따라서, 기존처럼 4중량% 내지 10중량% 범위의 환구조를 포함한 PMMA로 이루어진 광학필름은 LCD 디스플레이의 빛이 새는 현상을 막을 수 없어, PVA 소자 수축을 억제할 수 없다.
실험예 2
실시예 1 및 비교예 1의 광학 필름을 사용하여 통상의 방법으로 도 2에 도시된 바와 같이 광학필름이 어느 한면에 적용되는 구조의 구조의 편광판을 제조한 후, 액정셀을 사이에 두고 편광판을 배치시켜 도 4와 같은 액정 표시 소자를 제조하였다. 이후, 상기 액정 표시 소자에 대해 80℃의 열을 가한 후 상태를 확인하였다.
도 4는, 본 발명에 따른 광학용 보호필름이 사용되는 편광판을 포함한 액정 소자와, 기존 고리형 PMM를 이용한 보호필름이 사용되는 편광판을 포함한 액정 소자에 대해, 열이 가해지는 경우의 작용을 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 바대로, 본 발명의 경우 상술한 특정 폴리메틸메타크릴레이트를 광학필름의 소재로 사용함으로써, 편광판의 상하 벤딩력을 적절히 조절하고, 온도 상승에 따른 패널의 휨을 잡을 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 광학필름을 편광소자의 어느 한면에 포함하여 컬 발생을 최소화하여 벤딩의 최적 포인트를 설정할 수 있음을 확인하였다.
실시예 8 내지 12
이하 표 3에 기재된 바와 같이, 앞서 제조예 1에서 제조한 폴리메틸메타크릴레이트에 UV 흡수제(Tinuvin 360, BASF 사)를 고형분 기준으로 1.5 wt%, 산화방지제(Irganox 1010, BASF 사)를 고형분 기준으로 1.5 wt%를 컴파운딩하여 최종적인 수지 조성물을 제조하였다. 이를 265℃에서 용융시키고 T-Die를 통하여 시트 형태로 압출 캐스팅한 후, 이하 표 3에 기재된 바와 같은 연신온도 및 연신배율로 2축 연신하여 광학용 필름을 제조하였다.
실시예 13 내지 17
이하 표 4에 기재된 바와 같이, 앞서 제조예 3에서 제조한 폴리메틸메타크릴레이트에 UV 흡수제(Tinuvin 360, BASF 사)를 고형분 기준으로 1.5 wt%, 산화방지제(Irganox 1010, BASF 사)를 고형분 기준으로 1.5 wt%를 컴파운딩하여 최종적인 수지 조성물을 제조하였다. 이를 265℃에서 용융시키고 T-Die를 통하여 시트 형태로 압출 캐스팅한 후, 이하 표 3에 기재된 바와 같은 연신온도 및 연신배율로 2축 연신하여 광학용 필름을 제조하였다.
비교예 6 내지 10
이하 표 5에 기재된 바와 같이, 앞서 제조예 4에서 제조한 폴리메틸메타크릴레이트에 UV 흡수제(Tinuvin 360, BASF 사)를 고형분 기준으로 1.5 wt%, 산화방지제(Irganox 1010, BASF 사)를 고형분 기준으로 1.5 wt%를 컴파운딩하여 최종적인 수지 조성물을 제조하였다. 이를 265℃에서 용융시키고 T-Die를 통하여 시트 형태로 압출 캐스팅한 후, 이하 표 3에 기재된 바와 같은 연신온도 및 연신배율로 2축 연신하여 광학용 필름을 제조하였다.
실험예 3
상기 실시예 8 내지 17 및 비교예 6 내지 10에서 제조한 광학필름을 이용하여 하기와 같이 특성을 평가하였다.
1) Bending: 광학용 필름을 PVA 편광 소자의 보호 필름으로 하고, 양면에 합지하여 편광판을 제조하였다. 편광판을 MD 및 TD 방향으로 140 × 20 mm로 제단한 후, 한쪽 보호필름 쪽에 PSA를 라미네이션하여 한쪽 보호층을 150 × 30 mm 크기의 0.7 t glass에 라미네이션 하였다. Glass에 라미네이션한 편광판을 80℃ 오븐에서 24시간 동안 체류시킨 다음, 상온에서 24시간 동안 aging 처리하였다. 이후 휘어진 편광판의 한쪽을 지면에 고정시킨 후, 들떠 있는 편광판의 다른 쪽 높이를 측정하여 이를 Pol Bending 값으로 하였다.
2) ΔMDㆍTD: 상기에서 측정된 편광판의 MD 방향의 벤딩 값과 TD 방향의 벤딩 값의 차이를 의미한다.
3) 빛샘 Lv.: 실제로 제조된 편광판을 이용해서 통상의 방법으로 디스플레이를 제작한 뒤, 60℃ 오븐에 72hr 보관 후 구동하였을 때 빛이 새는 현상을 육안으로 관찰한 후, Lv를 나누어 구분하였다.
(O Lv: 빛샘 미발생 ~ 5 Lv: 빛샘이 상당히 발생 (빛샘 미발생 대비 90% 이상 발생))
상기 결과를 하기 표 3 내지 5에 나타내었다.
단위 실시예8 실시예9 실시예10 실시예11 실시예12
PMMA 제조예 1 제조예 1 제조예 1 제조예 1 제조예 1
환구조 중량% 0 0 0 0 0
Tg 116 116 116 116 116
연신비 MD ×2 ×2 ×2 ×2 ×2
TD ×2 ×1.8 ×2.3 ×2.3 ×2.3
연신온도 MD Tg+20 Tg+20 Tg+20 Tg+10 Tg+20
TD Tg+20 Tg+20 Tg+20 Tg+20 Tg+10
Bending MD [mm] 8.2 8.2 8.3 9.2 9
TD [mm] 7.5 6.8 8 8.3 88
ΔMDㆍTD [mm] 0.7 1.4 0.3 0.9 0.2
빛샘 Lv. 육안 1 2 1 2 2
단위 실시예13 실시예14 실시예15 실시예16 실시예17
PMMA 제조예 3 제조예 3 제조예 3 제조예 3 제조예 3
환구조 중량% 2 2 2 2 2
Tg 118 118 118 118 118
연신비 MD ×2 ×2 ×2 ×2 ×2
TD ×2 ×1.8 ×2.3 ×2.3 ×2.3
연신온도 MD Tg+20 Tg+20 Tg+20 Tg+10 Tg+20
TD Tg+20 Tg+20 Tg+20 Tg+20 Tg+10
Bending MD [mm] 9.2 8.3 8.3 9.2 8.3
TD [mm] 7.5 7.5 8.1 7.7 9.1
ΔMDㆍTD [mm] 1.7 0.8 0.2 1.5 -0.8
빛샘 Lv. 육안 2 1 2 2 2
단위 비교예6 비교예7 비교예8 비교예9 비교예10
PMMA 제조예 4 제조예 4 제조예 4 제조예 4 제조예 4
환구조 중량% 6 6 6 6 6
Tg 125 125 125 125 125
연신비 MD ×2 ×2 ×2 ×2 ×2
TD ×2 ×1.8 ×2.3 ×2.3 ×2.3
연신온도 MD Tg+20 Tg+20 Tg+20 Tg+10 Tg+20
TD Tg+20 Tg+20 Tg+20 Tg+20 Tg+10
Bending [mm] MD [mm] 7.7 7.7 7.8 8.2 8.2
TD [mm] 4.5 4.5 4.6 4 4.3
ΔMDㆍTD [mm] 3.2 3.2 3.2 4.2 3.9
빛샘 Lv. 육안 4 4 4 4.5 4
상기 표 3 내지 5에 나타난 바와 같이, 실시예 8 내지 17의 경우에는 환구조 비율이 0중량% 내지 3 중량%이하인 PMMA를 이용하여 편광소자의 양면에 적용하는 광학필름을 제조하므로, 어떠한 연신 조건에서도 수축율, 벤딩 특성이 비교예 6 내지 10보다 현저히 우수하였으며 빛샘이 개선되었음 확인하였다.
반면, 동일한 연신 온도 조건에서 비교예 6 내지 10은 환구조가 6중량%인 PMMA로 이루어진 광학필름을 사용하므로, 열수축율 및 벤딩 특성이 불량함에 따라 빛샘이 많이 발생하였다. 따라서, 기존처럼 4중량% 내지 10중량% 범위의 환구조를 포함한 PMMA로 이루어진 광학필름은 LCD 디스플레이의 빛이 새는 현상을 막을 수 없어, PVA 소자 수축을 억제할 수 없다.
실험예 4
실시예 8 및 비교예 6의 광학 필름을 사용하여 통상의 방법으로 도 2에 도시된 바와 같이 광학필름이 양면에 적용되는 구조의 편광판을 제조한 후, 액정셀을 사이에 두고 편광판을 배치시켜 도 4와 같은 액정 표시 소자를 제조하였다. 이후, 상기 액정 표시 소자에 대해 80℃의 열을 가한 후 상태를 확인하였다.
그 결과, 본 발명의 경우 상술한 특정 폴리메틸메타크릴레이트를 광학필름의 소재로 사용함으로써, 편광판의 상하 벤딩력을 적절히 조절하고, 온도 상승에 따른 패널의 휨을 잡을 수 있다. 따라서, 본 발명은 벤딩의 최적 포인트를 설정할 수 있음을 확인하였다.

Claims (10)

  1. 광학용 필름을 편광소자의 어느 일면에 포함하는 편광판으로서,
    상기 광학용 필름은 폴리메틸메타크릴레이트로 이루어진 광학용 필름이고, 상기 폴리메틸메타크릴레이트는 고분자 주쇄에 0중량% 내지 3중량% 이하의 고리 구조를 포함하고,
    상기 폴리메틸메타크릴레이트의 중량평균분자량은 100,000 내지 160,000이며,
    상기 광학용 필름에 대하여 온도가 증가함에 따라 MD 방향 및 TD 방향으로 팽창 후, 컬 측정 방법에 따라 측정된 MD 방향의 컬이 6 내지 20mm이고, TD 방향의 컬이 7 내지 20mm이며, Glass 벤딩 방법에 따라 측정된 MD 방향의 벤딩이 6 내지 10mm이고, TD 방향의 벤딩이 5 내지 10mm인 것을 특징으로 하는,
    편광판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학용 필름을 편광소자의 양면에 포함하는 것인,
    편광판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광학용 필름을 편광소자의 양면에 포함하는 경우, 상기 광학용 필름에 대하여 온도가 증가함에 따라 MD 방향 및 TD 방향으로 팽창 후, Glass 벤딩 방법에 따라 측정된 MD 방향의 벤딩이 6 내지 10mm이고, TD 방향의 벤딩이 5 내지 10mm인,
    편광판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리메틸메타크릴레이트는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는,
    편광판.
    [화학식 1]
    Figure 112016116042623-pat00002

    상기 식에서,
    A는 페닐 말레이미드 또는 사이클로헥실 말레이미드로부터 유래된 구조를 포함하고,
    l은 0 내지 3의 정수이고,
    m은 97 내지 100의 정수이고,
    n은 0 내지 3의 정수이다.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리메틸메타크릴레이트는 메틸 메타크릴레이트 단량체 97 내지 100 중량%, 메틸 아크릴레이트 단량체 0 내지 3 중량%, 및 페닐말레이미드 또는 사이클로헥실 말레이미드 단량체 0 내지 3 중량%를 포함하는 단량체 혼합물로부터 제조되는,
    편광판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴리메틸메타크릴레이트의 유리전이온도가 108 내지 125℃인 것을 특징으로 하는,
    편광판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광학용 필름은, 폴리메틸메타크릴레이트를 MD 방향으로 1.5배 내지 2.5배 및 TD 방향으로 1.5배 내지 3.0배의 2축 연신하여 제조되는 것을 특징으로 하는,
    편광판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광학용 필름은 MD 방향의 벤딩과 TD 방향의 벤딩 차이(ΔMDㆍTD)가 -1.5이상 내지 1.5 이하인 것을 특징으로 하는,
    편광판.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 연신은 상기 폴리메틸메타크릴레이트의 유리전이온도 보다 10℃ 내지 30℃ 높은 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는,
    편광판.
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