WO2015046858A1 - 박형 편광자의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 박형 편광자 및 편광판 - Google Patents

박형 편광자의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 박형 편광자 및 편광판 Download PDF

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WO2015046858A1
WO2015046858A1 PCT/KR2014/008836 KR2014008836W WO2015046858A1 WO 2015046858 A1 WO2015046858 A1 WO 2015046858A1 KR 2014008836 W KR2014008836 W KR 2014008836W WO 2015046858 A1 WO2015046858 A1 WO 2015046858A1
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polyvinyl alcohol
film
based film
auxiliary support
thin polarizer
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PCT/KR2014/008836
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French (fr)
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정종현
남성현
나균일
유혜민
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주식회사 엘지화학
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3025—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state
    • G02B5/3033—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state in the form of a thin sheet or foil, e.g. Polaroid

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a thin polarizer, a thin polarizer and a polarizing plate manufactured using the same, and more particularly, a method of manufacturing a thin polarizer having a thin thickness of 10 ⁇ m or less, a thin polarizer and a polarizing plate manufactured using the same. It is about.
  • the polarizer used in the polarizing plate is an optical element for making natural light or arbitrary polarization into a polarized light in a specific direction, and is widely used in a display device such as a liquid crystal display device and an organic light emitting device (OLED).
  • a polarizer used in the display device a polyvinyl alcohol polarizing film in which molecular chains containing iodine or dichroic dye are oriented in a constant direction is generally used.
  • the polyvinyl alcohol-based polarizing film is prepared by dyeing a polyvinyl alcohol-based film with iodine or dichroic dye, and then stretching and crosslinking in a predetermined direction, wherein the stretching process is an aqueous solution of boric acid or an iodine solution. Wet drawing carried out in solution or dry drawing carried out in air, and the like, and the draw ratio is generally at least 5 times.
  • stretching exceeds 60 micrometers.
  • the thickness of the polyvinyl alcohol-based film before stretching is 60 ⁇ m or less, the swelling degree of the polyvinyl alcohol-based film increases, so that the side ends in the direction perpendicular to the stretching direction of the film are easily dried, and the dried portion adheres to the film surface. This may be caused by an uneven phenomenon or due to the thin thickness, so that the modulus acting per unit area in the stretching process may increase, so that breakage may occur easily.
  • polarizers also need to have a thinner thickness.
  • a polyvinyl alcohol-based film having a thickness before stretching of more than 60 ⁇ m as in the prior art there is a limit in reducing the thickness of the polarizer. Therefore, studies have been attempted to fabricate thinner polarizers.
  • the polyvinyl alcohol resin is manufactured by melting and extruding the polyvinyl alcohol resin or by applying the coating solution after coating and then applying the polyvinyl alcohol according to extrusion conditions, coating conditions or film forming conditions. It is easy to change the physical properties of the film, the physical properties of the finally produced polyvinyl alcohol has a limit that the polyvinyl alcohol-based stretching properties vary depending on the substrate properties.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and after forming auxiliary supports at both side ends of the width direction (TD) of the unstretched polyvinyl alcohol-based film, by stretching by wet stretching, high-strength stretching can be achieved even by single stretching. It is possible to provide a method of manufacturing a thin polarizer having excellent physical properties.
  • the present invention comprises the steps of forming auxiliary supports on both side ends of the width direction (TD) of the unstretched polyvinyl alcohol-based film and the thickness of the polyvinyl alcohol-based film is 10 ⁇ m or less It provides a method for producing a thin polarizer comprising the step of wet stretching the polyvinyl alcohol-based film having the auxiliary support is formed in the longitudinal direction (MD).
  • the auxiliary support is polyvinyl alcohol-based resin, low density polyethylene resin, high density polyethylene resin, copolymer resin containing ethylene vinyl acetate in high density polyethylene, polypropylene resin, polyethylene terephthalate resin containing isophthalic acid, water-soluble cellulose resin And it may be a polymer film containing one or more selected from the group consisting of acrylic resins.
  • the auxiliary support is preferably a polymer film having a glass transition temperature of 30 °C to 60 °C, it is preferable that the shrinkage after wet stretching is 3.0% or less.
  • the auxiliary support may be formed on at least one of the upper and lower surfaces of both side end portions in the width direction (TD) of the unstretched polyvinyl alcohol-based film.
  • the forming of the auxiliary support may include attaching the polymer film to both side ends of the width direction TD of the unstretched polyvinyl alcohol-based film through an adhesive and drying the adhesive film.
  • auxiliary support can be used to fold both side ends of the width direction (TD) of the unstretched polyvinyl alcohol-based film directly to attach through an adhesive and then dry.
  • the ratio of the width of the auxiliary support to the width of the unstretched polyvinyl alcohol-based film may be 0.06 to 0.25.
  • the method may further include separating the auxiliary support from the polyvinyl alcohol-based film after wet stretching the polyvinyl alcohol-based film on which the auxiliary support is formed in the longitudinal direction (MD).
  • the present invention provides a thin polarizer having a thickness of 10 ⁇ m or less, a single transmittance of 40 to 43%, a polarization degree of 99% or more, and a polarizing plate including the same.
  • the manufacturing method of the present invention in the method of manufacturing a thin polarizer using wet stretching, it is possible to stretch at a high magnification with a single film, and has a thickness of 10 ⁇ m or less without curling and breaking phenomenon at both ends of the film. Can be produced with high productivity.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a polyvinyl alcohol-based film having an auxiliary support of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an example of a polyvinyl alcohol-based film having an auxiliary support of the present invention.
  • the inventors of the present invention have repeatedly studied to develop a method of manufacturing a thin polarizer capable of stretching at high magnification while wet stretching a polyvinyl alcohol-based film alone, and thus, the amount of the width direction (TD) of the unstretched polyvinyl alcohol-based film.
  • TD width direction
  • One aspect of the present invention comprises the steps of forming auxiliary supports on both side ends of the width direction (TD) of the unstretched polyvinyl alcohol-based film; And wet stretching a polyvinyl alcohol-based film having the auxiliary support formed therein such that the thickness of the polyvinyl alcohol-based film is 10 ⁇ m or less in a longitudinal direction (MD).
  • the unstretched polyvinyl alcohol-based film in the step of forming auxiliary supports at both side ends of the width direction (TD) of the unstretched polyvinyl alcohol-based film, is not limited thereto, but the degree of polymerization It is preferably about 1,000 to 10,000, preferably about 1,500 to 5,000. This is because when the degree of polymerization satisfies the above range, the molecular motion is free and can be mixed flexibly with iodine or dichroic dye.
  • the unstretched polyvinyl alcohol-based film has a thickness of about 10 to 60 ⁇ m, preferably about 10 to 40 ⁇ m.
  • the thickness of the polyvinyl alcohol-based film exceeds 60 ⁇ m, it is difficult to achieve a thickness of less than 10 ⁇ m even when stretched, when the thickness is less than 10 ⁇ m tends to break during stretching.
  • the unstretched polyvinyl alcohol-based film of the present invention a commercially available polyvinyl alcohol-based film may be used.
  • a commercially available polyvinyl alcohol-based film may be used.
  • P30, PE20, PE30, PE60 manufactured by Kureray Co., Ltd., M1000, M1500, M2005, M3000, M6000 and the like can be used.
  • the auxiliary support may be formed of a polymer film, for example, polyvinyl alcohol-based resin, low density polyethylene resin, high density polyethylene resin, copolymer resin containing ethylene vinyl acetate in high density polyethylene, polypropylene resin, iso It may be a polymer film including one or more selected from the group consisting of polyethylene terephthalate resin, soluble cellulose resin, and acrylic resin containing phthalic acid, but is not limited thereto.
  • the polymer film is preferably a polymer film formed of a polyvinyl alcohol-based resin, and in particular, a polymer film having the same or similar component as the unstretched polyvinyl alcohol-based film that is the base film is most preferred. This is because when the polyvinyl alcohol-based film is stretched after the auxiliary support is attached, the same or similar stretching behavior is secured between the polyvinyl alcohol-based film and the polymer film, so that not only physical damage such as warping or breaking, but also optical characteristics are different. This is because it is possible to prevent the phenomenon that is lost or distorted.
  • the auxiliary support is preferably a polymer film having a glass transition temperature of about 20 ° C to 80 ° C, more preferably about 30 ° C to 60 ° C.
  • the film may have proper fluidity during stretching, and thus may sufficiently serve as a support, and does not interfere with the stretching of the polyvinyl alcohol-based film, and thus the stretching efficiency is excellent. Has the advantage.
  • the auxiliary support is preferably a shrinkage of 3.0% or less, more preferably 1.0% or less after wet stretching in the longitudinal direction (MD) as described below.
  • MD longitudinal direction
  • the shrinkage of the auxiliary support satisfies the above range, after the polyvinyl alcohol-based film and the auxiliary support is stretched, twisting, breaking or end curling This is because the same damage can be prevented.
  • the contraction rate of the auxiliary support is fixed by stretching the auxiliary support film to the stretching machine and stretched 6 times, and after measuring the final length of the film, removing the tension of the stretching machine to measure the change rate of the film shrinkage after 10 minutes You can see how.
  • the auxiliary support may be formed on at least one of the upper and lower surfaces of both side ends of the width direction (TD) of the unstretched polyvinyl alcohol-based film, even if formed on the upper surface or the lower surface, or both sides Irrelevant
  • the less stretched polyvinyl alcohol-based film is more susceptible to moisture, the easier it is also affected by the moisture present in the air.
  • the swelling of the film occurs more quickly by the moisture, the rigidity is lowered by the swelling and the volume increases, and it becomes mushy.
  • tension is generated in the longitudinal direction MD in this state, the film is dried and folded while passing through a nip roll.
  • the thickness of the auxiliary support is added to both side ends of the width direction (TD) which is a direction perpendicular to the stretching direction.
  • the swelling speed can be slowed down to reduce drying.
  • the unstretched polyvinyl alcohol-based film and the polymer film serving as an auxiliary support may be attached by a weak attraction force or may be attached through an aqueous adhesive, but may be interposed with an adhesive to secure mutual adhesion and process stability. It is more preferable.
  • the step of forming the auxiliary support preferably comprises a step of attaching the polymer film through the adhesive on both side ends in the direction perpendicular to the stretching direction of the unstretched polyvinyl alcohol-based film, and drying. .
  • an adhesive layer may be formed at both side ends of the width direction TD of the unstretched polyvinyl alcohol-based film.
  • the thickness of the adhesive layer is preferably about 70nm to 100nm, it is preferable that the viscosity is formed by the water-based adhesive of 4cP to 50cP.
  • it may be formed by an aqueous adhesive including at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol-based resins, acrylic resins, and vinyl acetate-based resins, wherein the adhesive layer has a polymerization degree of 500 to 1800 and a solid content. 2 to 10% by weight of the water-based adhesive can be formed.
  • a polyvinyl alcohol-based adhesive is preferred, and a modified polyvinyl alcohol adhesive including an acetoacetyl group is particularly preferable.
  • Specific examples of the polyvinyl alcohol-based adhesive may include, but are not limited to, Japan Synthetic Chemicals Gohsefiner Z-100, Z-200, Z-200H, Z-210, Z-220, Z-320, and the like.
  • the polymer film is attached to the adhesive layer formed by the adhesive, and the method of attaching the polymer film may be performed by a method well known in the art.
  • the drying step is preferably dried in an oven for at least 1 minute at a relatively low temperature of 40 °C to 50 °C.
  • the drying temperature is higher than the above range, the moisture evaporation amount of the polyvinyl alcohol-based film increases, wrinkles occur on the surface of the film, and the stretchability is lowered.
  • the auxiliary support may be formed by directly folding both side ends of the unstretched polyvinyl alcohol-based film and attaching the adhesive through an adhesive, rather than attaching a separate polymer film.
  • the auxiliary support since the auxiliary support of the same kind as the unstretched polyvinyl alcohol-based film is formed, it has the same components and similar stretching behavior is particularly preferable.
  • the auxiliary support stand in the both side end part of the width direction TD of an unstretched polyvinyl alcohol-type film.
  • the auxiliary support is formed on both side end portions of the width direction (TD) which is a direction perpendicular to the stretching direction.
  • the auxiliary supports formed on both side end portions of the width direction TD have a constant width and are attached to the same direction and the same length as the longitudinal direction MD of the polyvinyl alcohol-based film.
  • the length and width of the unstretched polyvinyl alcohol-based film are referred to as V 0 and W 0 , respectively, and the length and width of the auxiliary support are referred to as V and W, respectively.
  • the ratio of the width of the auxiliary support to the width of the unstretched polyvinyl alcohol-based film that is, W / W 0 is preferably about 0.06 to 0.25, and more preferably about 0.08 to 0.20.
  • W / W 0 value is less than 0.06, the side end portion folding and breaking occurs because it does not serve as an auxiliary support, and when the W / W 0 value is greater than 0.25, when the unstretched polyvinyl alcohol-based film is stretched, the width shrinkage is inhibited. There is a problem that can not obtain sufficient optical properties.
  • the length of the auxiliary support is preferably the same as the length of the polyvinyl alcohol-based film.
  • the stretching direction is the longitudinal direction (MD) of the film, wherein the auxiliary support is characterized in that formed on both side ends of the width direction (TD), characterized in that it is performed by a wet stretching method.
  • the wet stretching step is mainly divided into a tender stretching method or a roll-to-roll stretching method, and the like, and dyeing iodine and / or dichroic dye on a polyvinyl alcohol-based film and / or the dyed iodine and / or dichroic dye. May be carried out together with at least one of the steps of crosslinking the polyvinyl alcohol-based film.
  • the thin polarizer manufacturing method according to the present invention like a conventional polarizer manufacturing method, includes a swelling step, a dyeing step, a crosslinking step, an stretching step, a washing step and a drying step.
  • the method of manufacturing the thin polarizer of the present invention by wet stretching is not limited thereto.
  • the remaining steps except the drying step are performed in a state in which the unstretched polyvinyl alcohol-based film is immersed in a constant temperature bath filled with at least one solution selected from several kinds of solutions.
  • the order of the steps and the number of repetitions are not particularly limited, and the steps may be performed simultaneously or sequentially, and some steps may be omitted.
  • the stretching step may be performed before the dyeing step or after the dyeing step, or may be performed simultaneously with the swelling step or the dyeing step.
  • the swelling step is immersed in a swelling tank filled with an swelling aqueous solution before dyeing the unstretched polyvinyl alcohol-based film, to remove impurities such as dirt or antiblocking agent deposited on the surface of the polyvinyl alcohol-based film, and polyvinyl alcohol-based It is a step for improving the physical properties of the polarizer by swelling the film to improve the stretching efficiency and to prevent dyeing unevenness.
  • aqueous solution for swelling water (pure water, deionized water) can be usually used alone, and when a small amount of glycerin or potassium iodide is added thereto, the processability can be improved together with the swelling of the polymer film. It is preferable that content of glycerin is 5 weight% or less with respect to 100 weight% of aqueous solutions for swelling, and content of potassium iodide is 10 weight% or less.
  • the temperature of a swelling tank is 20 degreeC-45 degreeC, More preferably, it is 25 degreeC-40 degreeC.
  • the execution time (swelling tank dipping time) of the swelling step is preferably 180 seconds or less, and more preferably 90 seconds or less.
  • the immersion time is within the above range, the swelling can be prevented from becoming saturated due to excessive swelling, preventing breakage due to softening of the polyvinyl alcohol-based film, and the adsorption of iodine is uniform in the dyeing step, thereby improving the degree of polarization. .
  • the swelling step may be omitted, and swelling may be performed simultaneously in the following dyeing step.
  • the dyeing step is a step of adsorbing iodine to the polyvinyl alcohol-based film by immersing the polyvinyl alcohol-based film in a dye bath filled with a dichroic material, for example, an aqueous solution for dyeing containing iodine.
  • a dichroic material for example, an aqueous solution for dyeing containing iodine.
  • the dyeing aqueous solution may include water, a water-soluble organic solvent or a mixed solvent and iodine thereof.
  • iodide may be further included as a dissolution aid.
  • potassium iodide, lithium iodide, sodium iodide, zinc iodide, aluminum iodide, lead iodide, copper iodide, barium iodide, calcium iodide, tin iodide, titanium iodide, etc. may be used alone or in combination of two or more thereof. Of these, potassium iodide is preferred in view of its high solubility in water.
  • the temperature of a dye bath is 5 degreeC-42 degreeC, More preferably, it is 10-35 degreeC.
  • the immersion time of the polyvinyl alcohol-based film in the dyeing tank is not particularly limited, preferably 1 to 20 minutes, more preferably 2 to 10 minutes.
  • the crosslinking step is a step of fixing the adsorbed iodine molecules by immersing the dyed polyvinyl alcohol-based film in an aqueous solution for crosslinking so that the dyeability by physically adsorbed iodine molecules is not lowered by the external environment.
  • Dichroic dyes are not frequently eluted in a moisture resistant environment, but iodine is often dissolved or sublimed depending on the environment when the crosslinking reaction is unstable, so sufficient crosslinking reaction is required.
  • the crosslinking step is important because it generally has to be drawn at the largest draw ratio in the crosslinking step.
  • the stretching step may be performed together with the crosslinking step, in which case the unstretched polyvinyl alcohol-based film is stretched in the longitudinal direction (MD).
  • the stretching is preferably carried out so that the thickness of the polyvinyl alcohol-based film is less than 10 ⁇ m, more preferably less than 8 ⁇ m.
  • it may be performed at a draw ratio of about 4 to 9 times, preferably about 5 to 7 times, at a temperature of about 20 ° C to 85 ° C, preferably about 40 ° C to 65 ° C.
  • the fluidity of the polyvinyl alcohol-based film chain may be lowered, and thus, the stretching efficiency may be reduced.
  • the temperature is higher than 85 ° C.
  • the polyvinyl alcohol-based film may be softened to weaken the strength.
  • the orientation of the chain may not sufficiently occur at a draw ratio of less than 4 times, the polyvinyl alcohol-based film chain may be cut at a draw ratio of more than 9 times.
  • the stretching step may be performed together with the swelling step, the dyeing step, and the crosslinking step, or may be performed as an independent stretching step using a separate drawing tank filled with an aqueous solution for drawing after the crosslinking step.
  • the washing step is a step of removing the unnecessary residue such as a crosslinking agent attached to the polyvinyl alcohol-based film in the previous steps by immersing the polyvinyl alcohol-based film completed crosslinking and stretching in a washing tank filled with a water solution for washing.
  • the washing step may be omitted and may be performed whenever previous steps such as dyeing step, crosslinking step or stretching step are completed. In addition, it may be repeated one or more times, and the number of repetitions is not particularly limited.
  • the aqueous solution for washing may be water, iodide may be further added thereto, the temperature of the washing tank is preferably 10 °C to 60 °C, more preferably 15 °C to 40 °C.
  • the drying step is a step of obtaining a polarizer having excellent optical properties by drying the washed polyvinyl alcohol-based film and further improving the orientation of the salted iodine molecules.
  • a drying method methods such as natural drying, air drying, heat drying, far infrared drying, microwave drying, and hot air drying may be used. Recently, microwave drying for activating and drying only water in a film is newly used. Drying is mainly used. For example, hot air drying may be performed at 20 ° C. to 90 ° C. for 1 minute to 10 minutes.
  • the drying temperature is preferably low in order to prevent deterioration of the polarizer, more preferably 80 ° C. or less, and most preferably 60 ° C. or less.
  • the step of wet stretching the polyvinyl alcohol-based film in which the auxiliary support is formed in the longitudinal direction (MD) may further comprise the step of separating the auxiliary support from the polyvinyl alcohol-based film.
  • the separating may be performed by applying a peel force to the polyvinyl alcohol-based film or the auxiliary support to separate from each other, or may be performed by cutting both side ends of the polyvinyl alcohol-based film on which the auxiliary support is formed. have.
  • the polarizer manufacturing method according to the present invention despite being a single film, it is characterized in that the stretching of the side end portion of the film and the phenomenon of breaking in the wet stretching process can be stretched at a high magnification.
  • the polarizer manufacturing method according to the present invention has a maximum draw ratio of 7.3 or more and has improved performance compared to the maximum draw ratio of a conventional single film.
  • the present invention provides a polarizer manufactured by the above manufacturing method.
  • the polarizer of the present invention produced by the above method is very thin, the thickness of which is about 10 ⁇ m or less, preferably about 1 ⁇ m to 10 ⁇ m, more preferably about 3 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the unitary transmittance is about 40% to 43%, and the polarization degree is 99% or more, indicating very excellent optical properties.
  • the present invention provides a polarizing plate in which a protective film is laminated on at least one surface of the polarizer.
  • the polarizing plate may be formed by laminating a transparent film on one or both surfaces of the polarizer of the present invention as described above.
  • various films used in the art as a polarizer protective film or a retardation film may be used without limitation, for example, polyester polymer, styrene polymer, cellulose polymer, polyether sulfone type Polymer, polycarbonate polymer, acrylic polymer, polyolefin polymer, polyamide polymer, polyimide polymer, sulfone polymer, polyether sulfone polymer, polyether ether ketone polymer, polyphenylene sulfide polymer, vinyl Films comprising at least one selected from the group consisting of alcohol polymers, vinylidene chloride polymers, vinyl butyral polymers, arylate polymers, polyoxy methylene polymers, epoxy polymers and mixtures of these polymers can be used. .
  • the method of laminating the polarizer and the transparent film is not particularly limited, and may be performed using an adhesive or an adhesive well known in the art.
  • the pressure-sensitive adhesive or adhesive may be appropriately selected in consideration of the material of the transparent film to be used, for example, when using a TAC as a transparent film, an aqueous adhesive such as a polyvinyl alcohol-based adhesive may be used, When using an acrylic film, a COP film, etc. as a transparent film, photocuring or thermosetting adhesives, such as an acrylic adhesive and an epoxy adhesive, can be used.
  • the polarizing plate of the present invention preferably further has an adhesive layer in order to facilitate lamination to a liquid crystal cell or the like, and may be disposed on one side or both sides of the polarizing plate.
  • the adhesive may be sufficiently cured by heat or ultraviolet rays after adhesion, and thus the mechanical strength may be improved to an adhesive level.
  • the adhesive strength is also large, so that the adhesive does not peel off without breakage of either film to which the adhesive is attached. It is desirable to have.
  • the adhesive which can be used is excellent in optical transparency, and it is preferable to show the adhesive characteristic of moderate wettability, cohesion, or adhesiveness.
  • the adhesive etc. which suitably prepared polymers, such as an acryl-type polymer, a silicone type polymer, polyester, a polyurethane, a polyether, synthetic rubber, as a base polymer, are mentioned.
  • a primer layer or an adhesive layer may be further included between the adhesive layer and the polyvinyl alcohol-based polarizer and / or between the adhesive layer and the transparent film.
  • Auxiliary supports using the same film as the polyvinyl alcohol film
  • a stretched film After drying for 1 minute in a 40 °C oven to prepare a stretched film.
  • the width (Wo) of the polyvinyl alcohol film and the width (W) of the auxiliary support are as shown in Table 1 below.
  • the stretched film is dyed in 0.15 wt% of iodine for 20 seconds, and then stretched about 2 times in a 1 wt% aqueous solution of boric acid.
  • the film was finally stretched 6-fold in a 2 wt% aqueous solution of boric acid, immersed in a 5 wt% aqueous solution of KI for 15 seconds, and then dried in a 50 ° C. oven for 3 minutes to prepare a polarizer.
  • Polyvinyl alcohol (M2005 grade 20 ⁇ ⁇ ) film fabric was dyed in 0.15 wt% of iodine for 20 seconds, and then stretched about 2 times in 1 wt% aqueous solution of boric acid. Thereafter, the film was drawn 6 times in a 2 wt% aqueous solution of boric acid, immersed in a 5 wt% aqueous solution of KI for 15 seconds, and dried for 3 minutes in an oven at 50 ° C. to prepare a polarizer.
  • the single transmittance means the transmittance of a single polarizer, and the polarization degrees are orthogonal to each other so that the parallel transmittance (Tp) and the absorption axis obtained when the two polarizers are arranged in parallel with the absorption axes are 90 °. It is defined by the following formula 1 by the orthogonal transmittance Tc obtained after.
  • W width of auxiliary support

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Abstract

본 발명은 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부에 보조 지지대를 형성하는 단계; 및 상기 폴리비닐알코올계 필름의 두께가 10㎛ 이하가 되도록 상기 보조 지지대가 형성된 폴리비닐알코올계 필름을 길이 방향(MD)으로 습식 연신하는 단계를 포함하는 박형 편광자의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

박형 편광자의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 박형 편광자 및 편광판
본 발명은 박형 편광자의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 박형 편광자 및 편광판에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 10㎛ 이하의 얇은 두께를 갖는 박형 편광자의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 박형 편광자 및 편광판에 관한 것이다.
편광판에 사용되는 편광자는 자연광 또는 임의의 편광을 특정 방향의 편광으로 만들기 위한 광학 소자로, 액정표시소자, 유기발광소자(OLED)와 같은 디스플레이 장치에 널리 이용되고 있다. 현재 상기 디스플레이 장치에 사용되는 편광자로는 요오드 또는 이색성 염료를 함유하는 분자 사슬이 일정한 방향으로 배향된 폴리비닐알코올계 편광 필름이 일반적으로 사용되고 있다.
상기 폴리비닐알코올계 편광 필름은 폴리비닐알코올계 필름에 요오드 또는 이색성 염료를 염착시킨 후, 일정 방향으로 연신하고 가교하는 방법에 의해 제조되고 있으며, 이때 상기 연신 공정은 붕산 수용액 또는 요오드 수용액과 같은 용액 상에서 수행되는 습식 연신 또는 대기 중에서 수행되는 건식 연신 등으로 수행될 수 있고, 연신 배율은 일반적으로 5배 이상이다. 그런데, 이와 같은 종래의 제조 공정에서, 파단 발생 없이 연신이 수행되기 위해서는, 연신 전의 폴리비닐알코올계 필름의 두께가 60㎛를 초과할 것이 요구된다. 연신 전 폴리비닐알코올계 필름의 두께가 60㎛ 이하일 경우, 폴리비닐알코올계 필름의 팽윤도의 증가로 인해 필름의 연신방향과 수직한 방향의 측단부가 쉽게 말리게 되고, 말린 부위가 필름 표면에 붙어 불균일한 현상을 유발하거나, 얇은 두께로 인해 연신 공정에서 단위 면적 당 작용하는 모듈러스가 커져 파단이 쉽게 발생할 수 있기 때문이다.
한편, 최근 디스플레이 장치들의 박형화 경향에 따라 편광자 역시 보다 얇은 두께를 가질 것이 요구되고 있다. 그러나 종래와 같이 연신 전 두께가 60㎛를 넘는 폴리비닐알코올계 필름을 사용할 경우에 편광자의 두께를 줄이는데 한계가 있다. 따라서, 보다 얇은 두께의 편광자를 제조하기 위한 연구들이 시도되고 있다.
이를 위해, 기존 기술은 폴리비닐알코올계 필름을 단독으로 연신하는 것보다, 기재층 상에 친수성 고분자층을 코팅하거나, 기재층 형성재와 친수성 고분자층 형성재를 공압출하여 제조되는 적층체를 이용하여 박형의 편광판을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 코팅이나 공압출법의 경우, 연신 후에 폴리비닐알코올층과 기재층의 분리가 쉽지 않고, 분리를 위해 높은 박리력이 요구되기 때문에, 분리 과정에서 폴리비닐알코올층이 손상되거나 변형되는 등의 문제가 발생하기 쉬우며, 그 결과 폴리비닐알코올 필름의 편광도 등의 광학 물성이 떨어진다는 문제점이 있었다. 또한, 코팅법이나 공압출법을 이용할 경우, 폴리비닐알코올 수지를 용융시킨 다음 압출하거나, 코팅액으로 제조한 후에 도포하는 방식으로 제조되기 때문에 압출 조건, 코팅 조건 또는 제막 조건에 따라 제조되는 폴리비닐알코올 필름의 물성이 변화되기 쉬워 최종적으로 제조된 폴리비닐알코올의 물성이 저하될 뿐 아니라, 기재 특성에 따라 폴리비닐알코올계 연신 특성이 달라지는 한계를 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부에 보조 지지대를 형성한 후, 습식 연신함으로써, 단독 연신으로도 고배율의 연신이 가능하고, 우수한 물성을 갖는 박형 편광자의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명은 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부에 보조 지지대를 형성하는 단계 및 상기 폴리비닐알코올계 필름의 두께가 10㎛ 이하가 되도록 상기 보조 지지대가 형성된 폴리비닐알코올계 필름을 길이 방향(MD)으로 습식 연신하는 단계를 포함하는 박형 편광자의 제조 방법을 제공한다.
이때, 상기 보조 지지대는 폴리비닐알코올계 수지, 저밀도 폴리에틸렌 수지, 고밀도 폴리에틸렌 수지, 고밀도 폴리에틸렌에 에틸렌 비닐아세테이트가 함유된 공중합체 수지, 폴리프로필렌 수지, 이소프탈산을 함유한 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 수용성 셀룰로오스 수지 및 아크릴 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 고분자 필름일 수 있다.
또한, 상기 보조 지지대는 유리전이온도가 30℃ 내지 60℃ 인 고분자 필름인 것이 바람직하고, 습식 연신 후 수축율이 3.0% 이하인 것이 바람직하다.
이때, 상기 보조 지지대는 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부의 상면 및 하면 중 적어도 어느 한 면에 형성될 수 있다.
한편, 상기 보조 지지대를 형성하는 단계는 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부에 접착제를 개재하여 고분자 필름을 부착한 후, 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보조 지지대는 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부를 직접 접어서 접착제를 개재하여 부착한 후 건조하는 방법을 이용할 수 있다.
한편, 상기 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭에 대하여 상기 보조 지지대의 폭의 비가 0.06 내지 0.25일 수 있다.
또한, 상기 보조 지지대가 형성된 폴리비닐알코올계 필름을 길이 방향(MD)으로 습식 연신하는 단계 이후에 상기 보조 지지대를 상기 폴리비닐알코올계 필름으로부터 분리하는 단계를 더 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조되며, 두께가 10㎛ 이하이고, 단체 투과도 40 내지 43%, 편광도가 99% 이상인 박형 편광자 및 이를 포함하는 편광판을 제공한다.
본 발명의 제조 방법에 따르면, 습식 연신을 이용한 박형 편광자의 제조방법에 있어서, 단일 필름으로 고배율의 연신이 가능하며, 필름의 양 측단부의 말림 및 파단 현상 없이, 10㎛ 이하의 두께를 갖는 박형의 편광자를 높은 생산성으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 보조 지지대가 형성된 폴리비닐알코올계 필름의 예시를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 보조 지지대가 형성된 폴리비닐알코올계 필름의 예시를 나타내는 평면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명자들은 폴리비닐알코올계 필름을 단독으로 습식 연신하면서도, 고배율로 연신이 가능한 박형 편광자의 제조방법을 개발하기 위해 연구를 거듭한 결과, 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부에 보조 지지대를 형성함으로써, 필름의 양 측단부의 말림 및 파단 현상 없이 고배율의 습식 연신이 가능하며, 우수한 광학 물성을 갖는 박형 편광자를 제조할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 일 측면은 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부에 보조 지지대를 형성하는 단계; 및 상기 폴리비닐알코올계 필름의 두께가 10㎛ 이하가 되도록 상기 보조 지지대가 형성된 폴리비닐알코올계 필름을 길이 방향(MD)으로 습식 연신하는 단계를 포함하는 박형 편광자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
먼저, 본 발명에서 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부에 보조 지지대를 형성하는 단계에 있어서, 상기 미연신 폴리비닐알코올계 필름은, 이로써 한정되는 것은 아니나, 중합도가 1,000 내지 10,000 정도, 바람직하게는 1,500 내지 5,000 정도인 것이 좋다. 중합도가 상기 범위를 만족할 때, 분자 움직임이 자유롭고, 요오드 또는 이색성 염료 등과 유연하게 혼합될 수 있기 때문이다.
또한, 상기 미연신 폴리비닐알코올계 필름은 그 두께가 10 내지 60㎛ 정도, 바람직하게는 10 내지 40㎛ 정도인 것이 좋다. 폴리비닐알코올계 필름의 두께가 60㎛를 초과할 경우, 연신하여도 10㎛ 이하의 두께를 구현하기 어렵고, 그 두께가 10㎛미만인 경우에는 연신 중 파단이 발생하기 쉽다.
한편, 본 발명의 미연신 폴리비닐알코올계 필름으로는 시판되는 폴리비닐알코올계 필름을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 구라레 사의 P30, PE20, PE30, PE60, 일본합성사의 M1000, M1500, M2005, M3000, M6000 등이 사용될 수 있다.
한편, 상기 보조 지지대는 고분자 필름으로 형성될 수 있고, 예를 들면, 폴리비닐알코올계 수지, 저밀도 폴리에틸렌 수지, 고밀도 폴리에틸렌 수지, 고밀도 폴리에틸렌에 에틸렌 비닐아세테이트가 함유된 공중합체 수지, 폴리프로필렌 수지, 이소프탈산을 함유한 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 수용성 셀룰로오스 수지 및 아크릴 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 고분자 필름일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다만, 상기 고분자 필름이 폴리비닐알코올계 수지로 형성된 고분자 필름인 경우 바람직하며, 특히, 기재 필름인 미연신 폴리비닐알코올계 필름과 동일 또는 유사한 성분을 가지는 고분자 필름이 가장 바람직하다. 이는, 보조 지지대가 부착된 후 폴리비닐알코올계 필름의 연신 시, 폴리비닐알코올계 필름과 고분자 필름간에 서로 동일 또는 유사한 연신 거동이 확보되므로, 뒤틀림 또는 파단과 같은 물리적 손상뿐만 아니라, 광학적 특성이 달라지거나 왜곡되는 현상을 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 보조 지지대는 유리전이온도가 20℃ 내지 80℃ 정도인 고분자 필름인 것이 바람직하고, 30℃ 내지 60℃ 정도인 것이 더욱 바람직하다. 보조 지지대의 유리전이온도가 상기 범위를 만족하는 경우, 연신 중 필름이 적절한 유동성을 가질 수 있어, 지지대로서의 역할을 충분히 수행할 수 있으며, 폴리비닐알코올계 필름의 연신을 방해하지 않아 연신 효율이 우수하다는 장점이 있다.
또한, 상기 보조 지지대는 하기에 기재한 바와 같이 길이 방향(MD)으로 습식 연신한 후 수축율이 3.0% 이하인 것이 바람직하며, 1.0% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 일반적으로, 폴리비닐알코올계 필름의 경우 수축율이 1.0% 정도 이므로, 보조 지지대의 수축율이 상기 범위를 만족하는 경우, 폴리비닐알코올계 필름과 보조 지지대가 연신된 이후, 뒤틀림, 파단 또는 끝단부 말림과 같은 손상을 방지할 수 있기 때문이다.
이때, 상기 보조 지지대의 수축율은 상기 보조 지지대 필름을 연신기에 고정시켜 6배 연신 시킨 후 필름의 최종 길이를 재고, 연신기의 장력을 제거하여 10분 후의 필름이 수축된 길이를 재어 그 변화율을 측정하는 방법으로 알 수 있다.
한편, 상기 보조 지지대는 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부의 상면 및 하면 중 적어도 어느 한 면에 형성될 수 있으며, 상면 또는 하면에 형성되거나, 양면에 모두 형성되어도 무관하다.
일반적으로 미연신 폴리비닐알코올계 필름은 박형일수록 수분에 취약하고, 공기 중에 존재하는 수분에도 쉽게 영향을 받는다. 특히, 수분이 세 방향에서 침투할 수 있는 필름의 측단부 또는 사이드(side)부의 경우, 수분에 의해 필름의 팽윤이 더욱 빨리 일어나게 되고, 팽윤에 의해 강성이 떨어지고 부피가 늘어나게 되어 흐물흐물 해진다. 이러한 상태에서 길이 방향(MD)으로 장력이 발생하는 경우, 필름이 말리게 되고, 닙롤(nip roll)을 통과하면서 접히게 된다. 그러나, 하기에서 살펴볼 바와 같이, 미연신 폴리비닐알코올계 필름이 길이 방향(MD)으로 연신될 때, 연신 방향과 수직한 방향인 폭 방향(TD)의 양 측단부에 보조 지지대를 덧댐으로써, 두께 보상과 함께 팽윤 속도를 늦출 수 있어 말리는 현상을 줄일 수 있다.
이때, 일반적으로, 상기 미연신 폴리비닐알코올계 필름과 보조 지지대인 고분자 필름은 약한 인력에 의해 부착되거나, 수계 접착제를 매개로 부착될 수 있으나, 상호간 부착력 및 공정 안정성의 확보를 위하여 접착제를 개재하는 것이 보다 바람직하다.
보다 구체적으로, 상기 보조 지지대를 형성하는 단계는 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 연신방향과 수직한 방향의 양 측단부에 접착제를 개재하여 고분자 필름을 부착하고, 건조하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
일예로, 먼저 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부에 접착제층을 형성할 수 있다. 이때, 상기 접착제층은 그 두께가 70nm 내지 100nm 정도인 것이 바람직하며, 점도가 4cP 내지 50cP인 수계 접착제에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 폴리비닐알코올계 수지, 아크릴계 수지 및 비닐아세테이트계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 수계 접착제에 의해 형성될 수 있으며, 상기 접착제층은 중합도가 500 내지 1800이고, 고형분 함량이 2중량% 내지 10중량%인 수계 접착제에 의해 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 접착력 등을 고려할 때, 이 중에서도 폴리비닐알코올계 접착제가 바람직하며, 이 중에서도 아세토아세틸기 등을 포함하는 변성 폴리비닐알코올 접착제가 특히 바람직하다. 폴리비닐알코올계 접착제의 구체적인 예로는, 일본합성화학 Gohsefiner Z-100, Z-200, Z-200H, Z-210, Z-220, Z-320 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이후, 접착제에 의해 형성된 접착제층에 고분자 필름을 부착하며, 상기 부착하는 방법에 대해서는 당해 기술 분야에 잘 알려져 있는 방법으로 행하면 족하다.
한편, 접착제를 개재하여 폴리비닐알코올계 필름상에 고분자 필름을 부착한 후, 추가적으로 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 건조하는 단계는, 40℃ 내지 50℃의 비교적 저온에서 1분 이상 오븐으로 건조시키는 것이 바람직하다. 건조 온도가 상기 범위보다 높은 경우, 폴리비닐알코올계 필름의 수분 증발량이 많아져 필름 표면에 주름이 발생하며, 연신성이 저하된다.
한편, 상기 보조 지지대는 별도의 고분자 필름을 부착하는 방법이 아닌, 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 양 측단부를 직접 접어서 접착제를 개재하여 부착한 후 건조하여 형성될 수 있다. 이와 같은 방법으로 보조 지지대를 형성시키는 경우, 미연신 폴리비닐알코올계 필름과 동일한 종류의 보조 지지대가 형성되므로, 서로 동일한 성분을 가지며, 유사한 연신 거동이 일어나게 되어 특히 바람직하다.
한편, 상기 접착제, 부착 방법 및 건조 방법에 대한 구체적인 내용은 앞서 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 있어서, 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부에 보조 지지대를 형성한 형태에 대하여, 특별히 한정되는 것은 아니다. 이때, 도 1 및 2에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 연신 방향을 길이 방향(MD)이라고 할 때, 보조 지지대는 상기 연신 방향에 수직한 방향인 폭 방향(TD)의 양 측단부에 형성된다. 구체적으로, 폭 방향(TD)의 양 측단부에 형성된 보조 지지대는 일정한 폭을 가지고, 폴리비닐알코올계 필름의 길이 방향(MD)과 동일한 방향 및 동일한 길이로 길게 부착되는 것이 바람직하다. 이때, 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 길이 및 폭을 각각 V0 및 W0라고 하고, 보조 지지대의 길이 및 폭을 각각 V 및 W라고 한다.
이때, 상기 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭에 대하여 상기 보조 지지대의 폭의 비, 즉 W/W0는 0.06 내지 0.25 정도 인 것이 바람직하며, 0.08 내지 0.20정도 인 것이 더욱 바람직하다. 상기 W/W0 값이 0.06 미만인 경우, 보조 지지대로서의 역할을 못해 측단부 접힘 및 파단 현상이 발생하게 되며, 0.25를 초과하는 경우, 미연신 폴리비닐알코올계 필름이 연신될 때, 폭 수축을 저해하게 되어 충분한 광학물성을 얻을 수가 없는 문제점이 있다.
또한, 상기 보조 지지대의 길이는, 폴리비닐알코올계 필름의 길이와 동일한 것이 바람직하다.
한편, 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부에 보조 지지대를 형성하면 폴리비닐알코올계 필름이 10㎛ 이하가 되도록 길이 방향(MD)으로 습식 연신하는 단계를 거쳐, 박형 편광자를 제조한다.
이때, 상기 연신 방향은 필름의 길이 방향(MD)이며, 이때, 보조 지지대는 폭 방향(TD)의 양 측단부에 형성된 것을 특징으로 하며, 습식 연신방법으로 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 습식 연신하는 단계는, 주로 텐더 연신 방법 또는 롤간 연신 방법 등으로 구분되는데, 폴리비닐알코올계 필름에 요오드 및/또는 이색성 염료를 염착시키는 단계 및/또는 상기 염착된 요오드 및/또는 이색성 염료를 폴리비닐알코올계 필름에 가교시키는 단계 중 적어도 하나 이상의 단계와 함께 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 박형 편광자 제조방법은, 통상의 편광자의 제조방법과 마찬가지로, 팽윤단계, 염색단계, 가교단계, 연신단계, 수세단계 및 건조단계를 포함한다. 이하에서는 습식 연신으로 본 발명의 박형 편광자 제조 방법을 설명하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 단계들 중에서 건조단계를 제외한 나머지 단계는 각각 여러 종류의 용액 중에서 선택된 1종 이상의 용액으로 채워지는 항온수조(bath) 내에 미연신 폴리비닐알코올계 필름을 침지한 상태에서 수행된다.
또한, 각 단계의 순서와 반복 횟수 등은 특별히 제한되지 않으며, 각 단계들이 동시에 수행될 수도 있고 순차적으로 수행될 수도 있으며, 일부 단계들은 생략될 수도 있다. 예를 들어, 연신단계는 염색단계 이전에 수행되거나 염색단계 이후에 수행될 수 있으며, 팽윤단계 또는 염색단계와 동시에 수행될 수도 있다.
팽윤단계는 미연신 폴리비닐알코올계 필름을 염색하기 이전에 팽윤용 수용액으로 채워진 팽윤조에 침지시켜, 폴리비닐알코올계 필름의 표면 상에 퇴적된 먼지나 블록킹 방지제와 같은 불순물을 제거하고 폴리비닐알코올계 필름을 팽윤시켜 연신 효율을 향상시키고 염색 불균일성도 방지하여 편광자의 물성을 향상시키기 위한 단계이다.
팽윤용 수용액으로는 통상 물(순수, 탈이온수)을 단독으로 사용할 수 있으며, 여기에 소량의 글리세린 또는 요오드화칼륨을 첨가하는 경우 고분자 필름의 팽윤과 함께 가공성도 향상시킬 수 있다. 팽윤용 수용액 100중량%에 대하여 글리세린의 함량은 5중량% 이하이고, 요오드화칼륨의 함량은 10중량% 이하인 것이 바람직하다.
팽윤조의 온도는 20℃ 내지 45℃인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 25℃ 내지 40℃인 것이 좋다.
팽윤단계의 수행시간(팽윤조 침지 시간)은 180초 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 90초 이하인 것이 좋다. 침지시간이 상기 범위인 경우에는 팽윤이 과도하여 포화 상태가 되는 것을 억제할 수 있어 폴리비닐알코올계 필름의 연화로 인한 파단을 방지하고 염색단계에서 요오드의 흡착이 균일하게 되어 편광도를 향상시킬 수 있다.
팽윤단계는 생략될 수 있으며, 하기 염색단계에서 팽윤이 동시에 수행될 수도 있다.
염색단계는 폴리비닐알코올계 필름을 이색성 물질, 예를 들어 요오드를 포함하는 염색용 수용액으로 채워진 염색조에 침지시켜 폴리비닐알코올계 필름에 요오드를 흡착시키는 단계이다.
염색용 수용액은 물, 수용성 유기용매 또는 이들의 혼합용매와 요오드를 포함할 수 있다. 염색 효율을 보다 향상시키기 위하여 용해보조제로서 요오드화물이 더 포함될 수 있다. 요오드화물로는 요오드화칼륨, 요오드화리튬, 요오드화나트튬, 요오드화아연, 요오드화알루미늄, 요오드화납, 요오드화구리, 요오드화바륨, 요오드화칼슘, 요오드화주석, 요오드화티타늄 등을 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있으며, 이들 중에서 요오드화칼륨이 물에 대한 용해도가 크다는 점에서 바람직하다.
염색조의 온도는 5℃ 내지 42℃인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 내지 35℃인 것이 좋다. 또한, 염색조내에서 폴리비닐알코올계 필름의 침지시간은 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 1 내지 20분, 보다 바람직하게는 2 내지 10분인 것이 좋다.
가교단계는 물리적으로 흡착되어 있는 요오드 분자에 의한 염색성이 외부 환경에 의해 저하되지 않도록 염색된 폴리비닐알코올계 필름을 가교용 수용액에 침지시켜 흡착된 요오드 분자를 고정시키는 단계이다. 이색성 염료는 내습 환경에서 용출되는 경우가 많지는 않으나, 요오드는 가교반응이 불안정한 경우 환경에 따라 요오드 분자가 용해 또는 승화되는 경우가 많아 충분한 가교반응이 요구된다. 또한, 모든 폴리비닐알코올 분자와 분자 사이에 위치된 요오드 분자를 배향시켜 광학특성을 향상시키기 위해 일반적으로 가교단계에서 가장 큰 연신비로 연신되어야 하므로 가교단계가 중요하다.
가교단계와 함께 연신단계가 수행될 수 있으며, 이 경우 미연신 폴리비닐알코올계 필름을 길이 방향(MD)으로 연신한다. 한편, 상기 연신은 폴리비닐알코올계 필름의 두께가 10㎛이하가 되도록 수행되는 것이 바람직하며, 8㎛이하가 되는 것이 더욱 바람직하다. 예를 들면, 20℃ 내지 85℃ 정도, 바람직하게는 40℃ 내지 65℃ 정도의 온도에서, 4배 내지 9배 정도, 바람직하게는 5배 내지 7배 정도의 연신 배율로 수행될 수 있다.
20℃ 미만의 온도에서는 폴리비닐알코올계 필름 사슬의 유동성이 저하되어 연신효율이 감소될 수 있으며, 85℃를 초과하는 경우, 폴리비닐알코올계 필름이 연화되어 강도가 약해질 수 있다. 또한, 4배 미만의 연신비에서는 사슬의 배향이 충분히 일어나지 않을 수 있고, 9배 초과의 연신비에서는 폴리비닐알코올계 필름 사슬이 절단될 수 있기 때문이다.
상기한 바와 같이, 연신단계는 팽윤단계, 염색단계, 가교단계와 함께 수행될 수 있으며, 가교단계 이후에 연신용 수용액으로 채워진 별도의 연신조를 이용한 독립적인 연신단계로 수행될 수도 있다.
한편, 수세단계는 가교와 연신이 완료된 폴리비닐알코올계 필름을 수세용 수용액으로 채워진 수세조에 침지시켜 이전 단계들에서 폴리비닐알코올계 필름에 부착된 가교제와 같은 불필요한 잔류물을 제거하는 단계이다. 수세단계는 생략 가능하며, 염색단계, 가교단계 또는 연신단계와 같은 이전 단계들이 완료될 때마다 수행될 수도 있다. 또한, 1회 이상 반복될 수도 있으며, 그 반복 횟수는 특별히 제한되지 않는다.
수세용 수용액은 물일 수 있으며, 여기에 요오드화물이 더 첨가될 수도 있으며, 수세조의 온도는 10℃ 내지 60℃인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 15℃ 내지 40℃인 것이 좋다.
건조단계는 수세된 폴리비닐알코올계 필름을 건조시키고, 염착된 요오드 분자의 배향을 보다 향상시켜 광학특성이 우수한 편광자를 얻는 단계이다. 건조방법으로는 자연 건조, 에어 건조, 가열 건조, 원적외선 건조, 마이크로파 건조, 열풍 건조 등의 방법을 이용할 수 있으며, 최근에는 필름 내에 있는 물 만을 활성화시켜 건조시키는 마이크로파 건조가 새롭게 이용되고 있으며, 통상 열풍 건조가 주로 사용되고 있다. 예를 들면, 20℃ 내지 90℃에서 1분 내지 10분 동안 열풍 건조될 수 있다. 또한, 건조온도는 편광자의 열화를 방지하기 위하여 낮은 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 80℃이하, 가장 바람직하게는 60℃ 이하인 것이 좋다.
한편, 상기 보조 지지대가 형성된 폴리비닐알코올계 필름을 길이 방향(MD)으로 습식 연신하는 단계 이후에 상기 보조 지지대를 상기 폴리비닐알코올계 필름으로부터 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 분리하는 단계는 폴리비닐알코올계 필름 또는 보조 지지대에 박리력을 가하여 서로 이탈시키는 방법으로 수행될 수 있으며, 보조 지지대가 형성된 폴리비닐알코올계 필름의 양 측단부를 절단하는 방법으로 수행될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 편광자 제조방법은, 단일 필름임에도 불구하고, 습식 연신과정에서 필름의 측단부가 말리는 현상 및 파단 현상을 억제하고, 고배율로 연신이 가능하다는 특징이 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 편광자 제조 방법은 최대 연신비가 7.3 이상으로 기존의 단일 필름의 최대 연신비에 비하여 향상된 성능을 갖는다.
일반적으로 박형 편광자의 경우, 수분의 흡수 및 배출이 매우 빠르게 일어난다. (필름의 두께가 절반이 되면 필름의 수분 흡수 속도는 4배가 됨) 즉, 팽윤 구간에서 급격한 팽윤이 일어났다가 팽윤조에서 나와 공기중에 노출되는 순간 수분이 날아가 건조해지게 된다. 따라서, 상대적으로 수분의 출입이 자유로운 필름의 양 측단부의 수분이 빨리 날아가게 되어 건조해지고 말리는 현상이 불규칙적으로 발생하여, 결과적으로 연신성 저하를 야기시킨다. 따라서, 측단부에 보조 지지대를 덧대어 수분의 급격한 증발을 막아 필름의 말림 현상을 방지하고, 상대적으로 힘을 많이 받는 양 측단부의 인장강도를 향상시켜 연신성을 향상시킬 수 있는 것이다.
한편, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 편광자를 제공한다.
상기와 같은 방법에 의해 제조된 본 발명의 편광자는 그 두께가 10㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 내지 10㎛ 정도, 보다 바람직하게는 3㎛ 내지 10㎛ 정도로 매우 얇다. 또한, 이와 같이 얇은 두께에서도, 단체 투과도가 40% 내지 43% 정도이며, 편광도가 99% 이상으로 나타나 매우 우수한 광학 물성을 나타낸다.
또한, 본 발명은 상기 편광자의 적어도 일면에 보호필름이 적층된 편광판을 제공한다.
구체적으로, 상기와 같은 본 발명의 편광자에 일면 또는 양면에 투명 필름을 적층하여 편광판을 형성할 수 있다. 이때 상기 투명 필름으로는, 당해 기술 분야에서 편광자 보호 필름 또는 위상차 필름으로 사용되는 다양한 필름들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 폴리에스테르계 중합체, 스티렌계 중합체, 셀룰로오스계 중합체, 폴리에테르술폰계 중합체, 폴리카보네이트계 중합체, 아크릴계 중합체, 폴리올레핀계 중합체, 폴리아미드계 중합체, 폴리이미드계 중합체, 술폰계 중합체, 폴리 에테르 술폰계 중합체, 폴리에테르 에테르 케톤계 중합체, 폴리페닐렌 술파이드계 중합체, 비닐 알코올계 중합체, 염화 비닐리덴계 중합체, 비닐 부티랄계 중합체, 아릴레이트계 중합체, 폴리옥시 메틸렌계 중합체, 에폭시계 중합체 및 이들 중합체의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 필름들이 사용될 수 있다.
편광자와 투명 필름의 적층 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당해 기술 분야에 잘 알려진 접착제 또는 점착제 등을 이용하여 수행될 수 있다. 이때 상기 점착제 또는 접착제는 사용되는 투명 필름의 재질 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있으며, 예를 들면, 투명 필름으로 TAC을 사용하는 경우에는 폴리비닐알코올계 접착제와 같은 수계 접착제를 이용할 수 있고, 투명 필름으로 아크릴 필름이나 COP 필름 등을 사용하는 경우에는 아크릴계 접착제, 에폭시계 접착제와 같은 광 경화 또는 열경화성 접착제를 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 편광판은 액정 셀 등으로의 적층을 쉽게 하기 위하여 추가로 점착제층을 가지고 있는 것이 바람직하며, 상기 편광판의 한 면 또는 양면에 배치할 수 있다. 상기 점착제는 접착 후 열 또는 자외선에 의하여 충분히 경화가 일어나 기계적 강도가 접착제 수준으로 향상되는 것이 바람직하며, 계면 접착력도 커서 점착제가 부착된 양쪽 필름 중 어느 한 쪽의 파괴 없이는 박리되지 않는 정도의 점착력을 갖는 것이 바람직하다.
사용 가능한 점착제는 광학적 투명성이 뛰어나며, 적당한 습윤성, 응집성이나 접착성의 점착 특성을 나타내는 것이 바람직하다. 구체적인 예로서는 아크릴계 폴리머나 실리콘계 폴리머, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에테르, 합성 고무 등의 폴리머를 적절히 베이스 폴리머로서 조제된 점착제 등을 들 수 있다.
한편, 필요에 따라, 상기 점착층과 폴리비닐알코올계 편광자 사이 및/또는 상기 접착층과 투명 필름 사이에는 부착력 증진을 위한 프라이머층 또는 접착층 등이 추가로 포함될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
실시예 1 내지 3
(1) 편광필름(편광자)의 제조
폴리비닐알코올 필름(일본합성社 M2005 grade 20㎛) 원단의 양 측단부에 보조 지지대(상기 폴리비닐알코올 필름과 동일한 필름 사용)를 PVA계 수용성 접착제(일본합성社, Z-200)를 사용하여 부착시킨 후 40℃ 오븐에서 1분간 건조시켜 연신 필름을 제조한다. 이때, 폴리비닐알코올 필름의 폭(Wo) 및 보조 지지대의 폭(W)은 하기 표 1에 기재된 바와 같다. 상기 연신 필름을 요오드 0.15wt% 염착액에서 20초간 염착한 후, 붕산 1wt% 수용액에서 약 2배 가량 연신시킨다. 이후, 붕산 2wt% 수용액에서 최종적으로 6배로 연신시키고, KI 5wt% 수용액에서 15초간 침지 후 50℃ 오븐에서 3분간 건조시켜 편광자를 제조한다.
비교예 1
폴리비닐알코올(일본합성社 M2005 grade 20㎛) 필름 원단을 요오드 0.15wt% 염착액에서 20초간 염착한 후, 붕산 1wt% 수용액에서 약 2배 가량 연신시킨다. 이후, 붕산 2wt% 수용액에서 6배로 연신시키고, KI 5wt% 수용액에서 15초간 침지 후 50℃ 오븐에서 3분간 건조시켜 편광자를 제조한다.
실험예 1
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예1의 연신단계에서 폴리비닐알코올계 필름이 끊어질 때까지 연신시키고, 끊어졌을 때의 연신비를 최대 연신비로 정의 한다. 그 결과는 아래 표 1에 기재하였다.
실험예 2
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예1의 연신단계에서 폴리비닐알코올계 필름을 6배의 연신비로 연신하여 제조된 편광자의 광특성을 JASCO V-7100 Spectrophotometer로 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 기재하였다. 한편, 하기 표 1에서 단체 투과도는 단일 편광자의 투과도를 의미하며, 편광도는 두 장의 편광판을 흡수축이 평행한 상태로 배치하였을 경우 얻어지는 평행 투과율(Tp)과 흡수축이 90°가 되도록 서로 직교시킨 후 얻어지는 직교 투과율(Tc)에 의해 하기 수학식 1으로 정의된다.
[수학식 1]
편광도 = [(Tp - Tc) / (Tp + Tc)]1/2
표 1
분류 PVA필름 및 지지체 편광자(연신비 6배)의 물성
PVA 폭(mm) 보조 지지대 폭 (mm) 최대 연신비 폭 (mm) 두께(㎛) 단체 투과도 (%) 편광도 (%)
실시예1 80 5 7.3 42 4.5 41.72 99.9861
실시예2 80 10 7.7 43 4.2 41.50 99.9834
실시예3 80 20 8.3 47 3.5 41.48 99.9684
비교예1 80 - 7.2 42 4.5 41.64 99.9870
상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 보조 지지대를 형성한 필름의 경우, 최대 연신비가 보조 지지대를 형성하지 않은 필름에 비하여 현저히 증가하였음을 볼 수 있고, 더 박형화 되며, 연신 시 파단 현상이 억제되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 제조 방법을 적용하였을 경우에도, 여전히 우수한 단체 투과도를 보이며, 편광도가 99.9% 이상으로 우수한 것을 볼 수 있었다.
이상에서 본 명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
(부호의 설명)
1: 연신 전 보조 지지대가 형성된 폴리비닐알코올계 필름
11: 폴리비닐알코올계 필름
12: 보조 지지대
Vo: 폴리비닐알코올계 필름의 길이
Wo: 폴리비닐알코올계 필름의 폭
W: 보조 지지대의 폭

Claims (13)

  1. 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부에 보조 지지대를 형성하는 단계; 및
    상기 폴리비닐알코올계 필름의 두께가 10㎛ 이하가 되도록 상기 보조 지지대가 형성된 폴리비닐알코올계 필름을 길이 방향(MD)으로 습식 연신하는 단계를 포함하는 박형 편광자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조 지지대는 폴리비닐알코올계 수지, 저밀도 폴리에틸렌 수지, 고밀도 폴리에틸렌 수지, 고밀도 폴리에틸렌에 에틸렌 비닐아세테이트가 함유된 공중합체 수지, 폴리프로필렌 수지, 이소프탈산을 함유한 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 수용성 셀룰로오스 수지 및 아크릴 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 고분자 필름인 박형 편광자의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보조 지지대는 유리전이온도가 20℃ 내지 80℃ 인 고분자 필름인 박형 편광자의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보조 지지대는 습식 연신 후 수축율이 3.0% 이하인 박형 편광자의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보조 지지대는 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부의 상면 및 하면 중 적어도 어느 한 면에 형성되는 박형 편광자의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보조 지지대를 형성하는 단계는 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부에 접착제를 개재하여 고분자 필름을 부착한 후, 건조하는 단계를 포함하는 박형 편광자의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보조 지지대는 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭 방향(TD)의 양 측단부를 직접 접어서 접착제를 개재하여 부착한 후 건조한 것인 박형 편광자의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 접착제는 점도가 4cP 내지 50cP인 수계 접착제를 사용하는 것인 박형 편광자의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 미연신 폴리비닐알코올계 필름의 폭에 대하여 상기 보조 지지대의 폭의 비가 0.06 내지 0.25인 박형 편광자의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 보조 지지대가 형성된 폴리비닐알코올계 필름을 길이 방향(MD)으로 습식 연신하는 단계 20℃ 내지 85℃의 온도에서 4배 내지 9배의 연신 배율로 수행되는 것인 박형 편광자의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 보조 지지대가 형성된 폴리비닐알코올계 필름을 길이 방향(MD)으로 습식 연신하는 단계 이후에 상기 보조 지지대를 상기 폴리비닐알코올계 필름으로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 박형 편광자의 제조 방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항의 방법으로 제조되며,
    두께가 10㎛ 이하이고, 단체 투과도 40% 내지 43%이며, 편광도가 99% 이상인 박형 편광자.
  13. 청구항 12의 박형 편광자를 포함하는 편광판.
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