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KR102089717B1 - 편광자 보호 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

편광자 보호 필름 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR102089717B1
KR102089717B1 KR1020170082806A KR20170082806A KR102089717B1 KR 102089717 B1 KR102089717 B1 KR 102089717B1 KR 1020170082806 A KR1020170082806 A KR 1020170082806A KR 20170082806 A KR20170082806 A KR 20170082806A KR 102089717 B1 KR102089717 B1 KR 102089717B1
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film
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 편광자 보호 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 우수한 물리적, 광학적 특성을 나타낼 수 있고 하부 편광판의 손상을 방지할 수 있는 편광자 보호 필름의 제조방법에 관한 것이다.

Description

편광자 보호 필름 및 이의 제조방법{Polarizer protecting film and method for preparing the same}
본 발명은 편광자 보호 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 우수한 물리적, 광학적 특성을 나타낼 수 있고 하부 편광판의 손상을 방지할 수 있는 편광자 보호 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이 장치(liquid crystal display, LCD)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 디스플레이 중 하나이다. 일반적으로 액정 디스플레이 장치는 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판과 컬러필터(color filter) 기판 사이에 액정층이 봉입된 구조를 취한다. 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판에 존재하는 전극에 전기장을 인가하면 그 사이에 봉입된 액정층의 액정 분자의 배열이 변하게 되고 이를 이용해 영상을 표시하게 된다.
액정 디스플레이 장치에서는 광원으로부터 출사된 빛이 도광판과 확산 시트를 통과하면서 광휘도가 떨어지게 되므로, 이 광을 다시 모아 광휘도를 올리기 위하여 프리즘 시트(prism sheet)를 포함하며, 이러한 프리즘 시트는 보통 하부 편광판 아래쪽에 구비된다. 그런데, 디스플레이가 대형화되면서 하부 편광판의 처짐 현상이 발생하여, 상기 하부 편광판과 맞닿아 있는 프리즘 시트의 요철 구조에 의해 하부 편광판이 갈리는 등 손상이 발생한다. 이를 해결하기 위해 하부 편광판의 보호 필름에 하드코팅 층을 코팅하는 방안이 제안되고 있으나, 공정 비용 상승의 문제가 있다.
이러한 필요성에 따라, 생산성을 확보하여 대량 생산시 가격 경쟁력을 갖추면서도 하부 구조물에 의한 하부 편광판의 손상 및 헤이즈 증가를 방지할 수 있는 방법에 대해 개발이 여전히 요구되고 있다.
미국공개특허 제 2016-0187682호 한국공개특허 제 2011-0027298호
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 우수한 내스크래치 특성을 나타낼 수 있는 편광자 보호 필름 및 이의 제조방법을 제공한다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해서 본 발명의 일 측면은,
고분자 필름; 및
상기 고분자 필름의 적어도 일면 상에 형성된 코팅층을 포함하고,
상기 코팅층은 복수의 음각 엠보 패턴을 가지며, 표면 거칠기값(Roughness, Ra)이 2.0 내지 20.0 nm인, 편광자 보호 필름을 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은,
고분자 필름의 적어도 일면 상에 광경화성 바인더, 실리콘계 또는 불소계 화합물, 및 중합 개시제를 포함하는 광경화성 코팅 조성물을 도포하는 단계;
상기 코팅 조성물이 도포된 고분자 필름을 열처리하는 단계; 및
상기 코팅 조성물에 대해 광경화를 수행하여, 복수의 음각 엠보 패턴을 가지며 표면 거칠기값(Roughness, Ra)이 2.0 내지 20.0 nm인 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는,
편광자 보호 필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 편광자 보호 필름 및 이의 제조방법에 따르면, 높은 생산성으로 박형 및 충분한 내스크래치성을 갖는 편광자 보호 필름 및 이를 포함하는 편광판을 제공할 수 있다.
또한, 편광판 하부에 구비되는 다른 구조물의 요철로 인하여 편광판의 하부 보호 필름이 손상됨으로써 헤이즈가 증가할 수 있으며, 손상된 필름의 일부가 이물질로 나와 불량을 일으킬 수 있는 문제점을 막아 우수한 광학물성을 나타낼 수 있다.
더하여, 이러한 효과는 이러한 LCD의 적층 구조 등에 대한 변경없이 LCD의 하부 편광판에 대해서 본 발명을 적용함으로써 얻을 수 있으므로, 과도한 공정 변경이나 비용 증가를 필요로 하지 않아 생산 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 편광자 보호 필름의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 편광자 보호 필름의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 디스플레이를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광자 보호 필름의 코팅층의 AFM (Atomic Force Microscope) 이미지이다.
본 발명에서 '상면'이라는 용어는 편광판이 액정 디스플레이와 같은 디바이스에 장착되었을 때 시청자 쪽을 향하도록 배치된 면을 의미한다. 그리고, '상부'는 편광판이 디바이스에 장착되었을 때, 시청자 쪽을 향하는 방향을 의미한다. 반대로, '하면' 또는 '하부'는 편광판이 디바이스에 장착되었을 때, 시청자의 반대쪽을 향하도록 배치된 면 또는 방향을 의미한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 편광자 보호 필름 및 이의 제조방법에 대해 보다 상세히 설명한다.
I. 편광자 보호 필름
본 발명의 일 구현예에 따른 편광자 보호 필름은, 고분자 필름; 및 상기 고분자 필름의 적어도 일면 상에 형성된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 복수의 음각 엠보 패턴을 가지며, 표면 거칠기값(Roughness, Ra)이 2.0 내지 20.0 nm인 특징을 갖는다.
편광자는 여러 방향으로 진동하면서 입사되는 빛으로부터 한쪽 방향으로 진동하는 빛만을 추출할 수 있는 특성을 나타내며, 본 발명의 편광자 보호 필름은, 상기 편광자를 외부로부터 보호하는 용도로 사용되며, 상기 편광자의 적어도 일면에, 바람직하게는 상기 편광자의 하부 보호 필름으로 사용되는 것이다.
디스플레이가 점차 대형화되고 슬림화됨에 따라, 이송 중 LCD 패널의 처짐 현상이 발생하여 하부 편광판 아래쪽에 구비되는 프리즘 시트 또는 확산 시트에 의해 하부 편광판의 보호 필름이 손상되어 헤이즈가 증가하게 되는 경우가 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 보완하기 위한 것으로, 백라이트, 컬러필터 또는 LCD의 구조를 변경하지 않고 LCD에 포함되는 구성 요소 중 편광판, 특히 하부 편광판을 개선하여 하부 편광판의 편광자 보호 필름에 대해 내스크래치성을 갖는 복수의 음각 엠보 패턴을 갖는 코팅층을 포함시킴으로써 내스크래치성을 강화하여 프리즘 시트 또는 확산 시트에 의한 헤이즈 증가의 문제를 방지하기 위한 것이다.
이에, 본 발명의 편광자 보호 필름은 상기 복수의 음각 엠보 패턴과 소정의 표면 거칠기값을 갖는 코팅층으로 인하여 우수한 내스크래치성을 나타내어 하부 편광판을 효과적으로 보호하며, 갈수록 박형화, 대형화되는 디스플레이용 편광판에 유용하게 적용할 수 있다.
즉, 본 발명의 편광자 보호 필름에 있어 상기 코팅층은 복수의 음각 엠보 패턴을 가지면서 표면 거칠기값(Roughness, Ra)이 2.0 내지 20.0 nm의 범위인 것을 특징으로 한다. 이에 의해 상기 편광자 보호 필름과 맞닿는 다른 구조물, 특히 프리즘 시트나 확산 시트와 같이 양각의 패턴을 가진 시트 또는 필름과의 마찰에 의한 표면 갈림 현상이 완화되며, 음각이 아닌 양각의 엠보 패턴을 갖거나, 엠보 패턴이 없는 보호 필름과 비교하여 우수한 내스크래치성을 가질 수 있다.
보다 상세하게 상기 코팅층은 약 2.0 nm 이상, 또는 약 3.0 nm 이상, 또는 약 4.0 nm 이상이면서 약 20.0 nm 이하, 또는 약 15.0 nm 이하, 또는 약 10.0 nm 이하의 표면 거칠기값을 가질 수 있다. 상기 코팅층의 표면 거칠기값이 2.0 nm 미만이거나, 20.0 nm를 초과하는 경우 충분한 내스크래치성을 나타내지 못할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 엠보 패턴은 코팅층의 최표면에서의 형상이 원형 또는 타원형이고, 코팅층의 두께 방향으로 패인 형태를 가져 코팅층이 오목하게 패인 음각의 형태를 보인다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코팅층 최표면에서의 엠보 패턴의 직경은 약 0.1㎛ 이상, 또는 약 0.5㎛ 이상, 또는 약 1㎛ 이상이면서, 약 20㎛ 이하, 또는 약 10㎛ 이하, 또는 약 5㎛ 이하의 범위일 수 있다.
또한, 상기 엠보 패턴의 코팅층 방향으로의 깊이는 약 1nm 이상, 또는 약 5nm 이상, 또는 약 10nm 이상이면서, 약 1㎛ 이하, 또는 약 500nm 이하, 또는 약 100nm 이하의 범위일 수 있다.
또한, 상기 엠보 패턴이 코팅층에서 차지하는 면적은, 상기 코팅층의 전체 면적 대비 상기 엠보 패턴의 최표면 면적 비율로 계산하였을 때 약 20% 이상, 또는 약 30% 이상이면서, 약 80% 이하, 또는 약 70% 이하의 범위일 수 있다.
상기 코팅층의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 기계적 물성을 만족하면서 박형의 편광자 보호 필름을 제공하기 위하여 약 50nm 이상으로, 예를 들어 약 100nm 이상, 또는 약 200nm 이상, 또는 약 500nm 이상, 또는 약 1㎛ 이상이며, 또한, 약 20㎛ 이하, 또는 약 10㎛ 이하, 또는 약 7㎛ 이하, 또는 약 5㎛ 이하, 또는 약 3㎛ 이하일 수 있다.
상기 코팅층에 상술한 범위의 형상 및 분포를 갖는 복수의 엠보 패턴이 형성되어 있고 소정 범위의 표면 거칠기값을 가짐에 따라 상기 코팅층의 부착성 및 강도가 저하되지 않으면서도 하부 구조물에 대해 보다 우수한 내스크래치성을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 편광자 보호 필름의 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 편광자 보호 필름의 단면도이다.
도 1 및 2를 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 편광자 보호 필름은, 고분자 필름(30b)과 고분자 필름(30b) 일면 상에 형성된 코팅층(30a)을 포함하며, 코팅층(30a)은 복수의 음각 엠보 패턴(11)을 가진다.
음각 엠보 패턴(11)은 코팅층(30a) 표면에서 보았을 때 직경(r)을 갖는 원형 또는 타원형의 형상을 보이고, 코팅층(30a)의 두께 방향으로 깊이(d)를 갖는 패인 형태를 보인다. 상기 직경(r) 및 깊이(d)의 범위는 상술한 바와 같다.
한편 상기 고분자 필름은, 일반적으로 편광자 보호 필름의 기재 필름으로 사용가능하며 연신 가능한 필름이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), 사이클릭 올레핀 폴리머(cyclic olefin polymer, COP), 사이클릭 올레핀 코폴리머(cyclic olefin copolymer, COC), 폴리아크릴레이트(polyacrylate, PAC), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리이미드(polyimide, PI), 트리아세틸셀룰로오스(triacetylcellulose, TAC) 또는 셀룰로오스(cellulose) 등을 포함하는 필름을 사용할 수 있다.
상기 고분자 필름의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 약 20 내지 약 200 ㎛, 또는 약 30 내지 약 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
또한 상기 고분자 필름의 성형 방법 또한 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 용액 캐스트법, 용융 압출법, 캘린더법, 압축 성형법 등 적절한 필름 성형법에 의해 고분자 필름을 준비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 필름은 후속하여 설명하는 본 발명의 편광자 보호 필름의 제조방법에 의하여, 광경화성 바인더, 실리콘계 또는 불소계 화합물, 및 중합 개시제를 포함하는 코팅 조성물을 이용하여 제조될 수 있다. 상기 코팅 조성물 및 제조방법에 대해서는 후술하기로 한다.
연신 필름의 경우 연신 공정에서 고분자가 재배열되어 상기 연신 필름 상에 기능성 코팅층 등을 추가로 형성하고자 할 경우 부착성이 감소되는 문제점이 있다. 따라서, 부착성 확보를 위하여 프라이머층을 형성하는 등 별도의 공정을 추가하거나, 부착성을 증진시킬 수 있는 기능성 화합물을 코팅층에 포함시키는 방안이 있는데, 이 경우 제조 공정상 별도의 공정이 추가되어 생산성이 하락하는 문제가 있으며, 필름마다 물리, 화학적 성질이 달라 범용 프라이머 개발이 어려운 문제가 있다. 또한, 코팅층에 부착성 증진을 위한 기능성 화합물을 추가하는 것도 비용 증가와 다른 물성 하락의 문제가 있을 수 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 별도의 프라이머층이 없어도 기재가 되는 고분자 필름과의 부착성이 높고 충분한 내스크래치성을 구비하고, 박형화가 가능한 편광자 보호 필름을 제공하는 것을 가능케 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 편광자 보호 필름은, 진동 발생기가 연결된 샘플 홀더(50 mm X 50mm)에 본 발명의 편광자 보호 필름의 코팅층과, 양각 패턴을 갖는 다른 시트(예, 확산 시트)를 포개어 놓고 300g의 무게추로 하중을 준 상태에서 진동(인가 진동 세기 2.8 Grms, 주파수 20-60Hz)을 240초간 가한 후에도 본 발명의 편광자 보호 필름의 코팅층 및 다른 시트 표면에 스크래치 및 갈림이 거의 발생하지 않는 정도로 내스크래치성을 나타낼 수 있다.
II. 편광자 보호 필름의 제조방법
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 고분자 필름의 적어도 일면 상에 광경화성 바인더, 실리콘계 또는 불소계 화합물, 및 중합 개시제를 포함하는 광경화성 코팅 조성물을 도포하는 단계; 상기 코팅 조성물이 도포된 고분자 필름을 열처리하는 단계; 및 상기 코팅 조성물에 대해 광경화를 수행하여 복수의 음각 엠보 패턴을 가지며, 표면 거칠기값(Roughness, Ra)이 2.0 내지 20.0 nm인 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는, 편광자 보호 필름의 제조방법을 제공한다.
편광자 보호 필름을 하부 편광판의 보호 필름으로 사용할 경우, 상기 하부 편광판과 맞닿아 있는 다른 구조물, 특히 프리즘 시트나 확산 시트와 같이 양각의 패턴을 가진 시트 또는 필름과의 마찰에 의해 하부 편광판이 갈리는 등 손상이 빈번히 발생하여, 이를 해결하기 위해 하부 편광판의 보호 필름에 내스크래치성이 구비될 것이 요구된다. 내스크래치성을 확보하기 위하여 하드코팅 층을 코팅하는 방안이 제안되고 있으나, 공정 비용 상승의 문제가 있다.
그러나 본 발명의 제조방법에 따르면, 고분자 필름 상에 소정의 조건을 충족하는 코팅 조성물을 도포하고 열처리를 한 후, 상기 코팅 조성물을 경화시켜 복수의 음각 엠보 패턴을 가지면서 표면 거칠기값(Roughness, Ra)이 2.0 내지 20.0 nm의 범위인 코팅층을 형성함으로써, 별도의 프라이머층을 필요로 하지 않으면서도 고분자 필름과의 부착성과 표면의 내스크래치성이 높은 편광자 보호 필름을 제공할 수 있다.
한편 코팅 조성물에 따라 코팅층이 충분한 강도와 내스크래치성을 확보하지 못할 수 있다. 이에, 본 발명의 제조방법에 따르면, 실리콘계 또는 불소계 화합물을 포함하는 코팅 조성물을 고분자 필름 상에 도포하고 경화 전 열처리에 의해 실리콘계 또는 불소계 화합물이 미세 상분리가 되도록 함으로써, 코팅층의 표면에 복수의 음각 엠보 패턴이 형성되고, 소정의 표면 거칠기값을 나타내게 되어 상술한 요구 사항을 만족하는 편광자 보호 필름을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열처리 공정과 동시에 연신 공정을 함께 수행할 수 있다.
기계적 특성이 우수한 편광자 보호 필름을 제공하기 위해 연신 필름이 기재 필름으로 사용할 수 있다. 그런데, 연신 필름의 경우 연신 공정에서 고분자가 재배열되어 상기 연신 필름 상에 기능성 코팅층 등을 추가로 형성하고자 할 경우 부착성이 감소되는 문제점이 있다. 따라서, 부착성 확보를 위하여 프라이머층을 형성하는 등 별도의 공정을 추가하거나, 부착성을 증진시킬 수 있는 기능성 화합물을 코팅층에 포함시키는 방안이 있는데, 이 경우 제조 공정상 별도의 공정이 추가되어 생산성이 하락하는 문제가 있으며, 필름마다 물리, 화학적 성질이 달라 범용 프라이머 개발이 어려운 문제가 있다. 또한, 코팅층에 부착성 증진을 위한 기능성 화합물을 추가하는 것도 비용 증가와 다른 물성 하락의 문제가 있을 수 있다.
이에, 본 발명의 일 구현예의 제조방법에 따르면, 별도의 프라이머층이 없어도 기재가 되는 고분자 필름과의 부착성이 높고 충분한 내스크래치성을 구비한 편광자 보호 필름을 높은 생산성으로 제조할 수 있다.
상기 고분자 필름은, 일반적으로 편광자 보호 필름의 기재 필름으로 사용가능하며 연신 가능한 필름이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), 사이클릭 올레핀 폴리머(cyclic olefin polymer, COP), 사이클릭 올레핀 코폴리머(cyclic olefin copolymer, COC), 폴리아크릴레이트(polyacrylate, PAC), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리이미드(polyimide, PI), 트리아세틸셀룰로오스(triacetylcellulose, TAC) 또는 셀룰로오스(cellulose) 등을 포함하는 필름을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 필름은 미연신 상태에서 그 일면상에 코팅 조성물을 도포할 수 있다.
또는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 필름은 코팅 조성물을 도포하기 전 일축 연신을 수행할 수 있다.
이때 연신 방향은 특별히 제한되지 않으며, 연신비는 상기 연신 방향의 길이를 기준으로 1.1 배 이상, 또는 1.2 배 이상, 또는 1.5 배 이상이고, 5 배 이하, 또는 3 배 이하가 되도록 연신할 수 있다.
상기 미연신되거나 또는 일축 연신된 고분자 필름의 적어도 일면 상에 코팅 조성물을 도포한다.
상기 코팅 조성물을 도포하는 방법은 본 기술이 속하는 기술분야에서 사용될 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 바코팅 방식, 나이프 코팅방식, 롤 코팅방식, 블레이드 코팅방식, 다이 코팅방식, 마이크로 그라비아 코팅방식, 콤마코팅 방식, 슬롯다이 코팅방식, 립 코팅방식, 또는 솔루션 캐스팅방식 등을 이용할 수 있다.
상기 편광자 보호 필름의 코팅층 형성을 위한 코팅 조성물은 실리콘계 또는 불소계 화합물을 포함한다.
상기 실리콘계 화합물로는 예를 들어, 디메틸실록산, 메틸실록산 등의 실리콘기(silicon group)를 가지며 알킬기, 또는 폴리에테르기 등을 함유하는 비반응성 실리콘계 화합물; 또는 실리콘기를 가지며 비닐기, (메타)아크릴레이트기, 또는 (메타)아크릴옥시기 등을 함유하는 반응성 실리콘계 화합물; 실리콘기를 갖는 수지, 오일(oil) 또는 계면활성제 등을 들 수 있으며, 바람직하게는, 실리콘기를 가지며 비닐기, (메타)아크릴레이트기, 또는 (메타)아크릴옥시기 등을 함유하는 반응성 실리콘계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 불소계 화합물로는 예를 들어, 플루오로알킬기 등의 불소기(fluorine group)를 갖는 비반응성 불소계 화합물; 또는 불소기를 가지며 비닐기, (메타)아크릴레이트기, 또는 (메타)아크릴옥시기 등을 함유하는 반응성 불소계 화합물; 불소기를 갖는 수지, 오일(oil) 또는 계면활성제 등을 들 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 실리콘계 또는 불소계 화합물은 상기 코팅 조성물 내 광경화성 바인더 100 중량부에 대하여 약 0.2 중량부 이상, 또는 약 0.3 중량부 이상, 또는 약 0.5 중량부, 또는 약 1 중량부 이상이면서, 약 10 중량부 이하, 또는 약 8 중량부 이하, 또는 약 6 중량부 이하의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 실리콘계 또는 불소계 화합물의 함량이 너무 적으면 음각 엠보 패턴이 잘 형성되지 않아 내스크래치성 효과가 낮을 수 있고, 함량이 너무 많으면, 음각 엠보 패턴이 과도하게 형성되어 편광자 보호 필름의 강도가 저하될 수 있다.
상기 코팅 조성물은 광경화성 바인더를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광경화성 바인더로 라디칼 경화형 바인더를 사용할 수 있다.
상기 라디칼 경화형 바인더는, 자유 라디칼에 의해 광경화 반응을 일으킬 수 있는 불포화 관능기를 포함하는 화합물이라면 특별히 제한되지는 않으나, 불포화 관능기로 (메트)아크릴레이트기, 알릴기, 아크릴로일기, 또는 비닐기를 포함하는 화합물일 수 있다.
상기 광경화성 바인더로 라디칼 경화형 바인더를 포함하는 경우, 라디칼 중합 개시제를 함께 포함한다. 상기 라디칼 중합 개시제는, 라디칼 중합성을 촉진하여 경화 속도를 향상시키기 위한 것이다.
상기 라디칼 중합 개시제로는 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 라디칼 중합 개시제들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 1-하이드록시-사이클로헥실-펜닐-케톤(1-Hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone), 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로판온(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanone), 2-히드록시-1-[4-(2-하이드록시에톡시)페닐]-2-메틸-1-프로판온(2-Hydroxy-1-[4-(2-hydroxyethoxy) phenyl]-2-methyl-1-propanone), 메틸벤조일포르메이트(Methylbenzoylformate), 옥시-페닐-아세트산-2-[2-옥소-2-페닐-아세톡시-에톡시]-에틸 에스테르(oxy-phenyl-acetic acid -2-[2 oxo-2-phenyl-acetoxy-ethoxy]-ethyl ester), 옥시-페닐-아세트산-2-[2-하이드록시-에톡시]-에틸 에스테르(oxy-phenyl-acetic acid-2-[2-hydroxy-ethoxy]-ethyl ester), 알파-디메톡시-알파-페닐아세토페논(alpha-dimethoxy-alpha-phenylacetophenone), 2-벤질-2-(디메틸아미노)1-[4-(4-모르폴리닐)페닐]-1-부타논(2-Benzyl-2-(dimethylamino)-1-[4-(4-morpholinyl) phenyl]-1-butanone), 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-(4-모르폴리닐)-1-프로판온(2-Methyl-1-[4-(methylthio)phenyl]-2-(4-morpholinyl)-1-propanone), 디페닐 (2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀 옥사이드(Diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphine oxide), 페닐 비스 (2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드 (phenyl bis (2,4,6-trimethyl benzoyl) phosphine oxide)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 본 발명에 있어서, 페닐 비스 (2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드 (phenylbis (2,4,6-trimethyl benzoyl) phosphine oxide)인 것이 바람직하다.
상기 라디칼 중합 개시제의 함량은 전체 라디칼 경화형 바인더 100 중량부에 대하여, 약 0.1 내지 약 10 중량부, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 5 중량부일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 광경화성 바인더로 양이온 경화형 바인더를 사용할 수 있다. 또한 상기 양이온 경화형 바인더로는, 에폭시계 화합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 에폭시계 화합물의 중량 평균 분자량은 특별히 제한되지는 않으나, 예를 들어 약 100 내지 약 5,000 g/mol, 또는 약 200 내지 약 5,000 g/mol의 범위를 가질 수 있다. 상기 에폭시계 화합물의 중량 평균 분자량이 너무 크면 점도가 높아 코팅성이 좋지 않을 수 있고, 중량 평균 분자량이 너무 작으면 경도가 하락할 수 있어, 이러한 관점에서 상기 양이온 경화형 바인더의 중량 평균 분자량은 상기 범위인 것이 바람직하다.
상기 에폭시계 화합물은, 적어도 1개 이상의 에폭시기를 포함하여, 자외선 조사에 의해 양이온 중합 개시제로부터 생성된 양이온에 의해 경화가 개시되는 바인더로, 방향족 에폭시계 화합물, 수소화 에폭시계 화합물, 지환식 에폭시계 화합물, 지방족 에폭시계 화합물 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 지환식 에폭시계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 방향족 에폭시계 화합물은, 분자 내에 적어도 하나 방향족 탄화수소 고리를 포함하는 에폭시계 화합물을 의미하며, 이에 한정되는 것은 아니나, 예를 들면 비스페놀 A의 디글리시딜에테르, 비스페놀 F의 디글리시딜에테르, 비스페놀 S의 디글리시딜에테르와 같은 비스페놀형 에폭시 수지; 페놀노볼락 에폭시 수지, 크레졸노볼락 에폭시 수지, 히드록시벤즈알데히드페놀노볼락 에폭시 수지와 같은 노볼락형의 에폭시 수지 테트라히드록시페닐 메탄의 글리시딜에테르, 테트라히드록시벤조페논의 글리시딜에테르, 에폭시화폴리비닐페놀과 같은 다관능형의 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
또한, 상기 수소화 에폭시계 화합물은, 상기 방향족 에폭시계 화합물을 촉매의 존재 하에 가압하에서 선택적으로 수소화 반응을 행함으로써 얻어지는 에폭시계 화합물을 의미하며, 이에 한정되는 것은 아니나, 그 중에서도 특히 수소화한 비스페놀 A의 디글리시딜에테르를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 지환식 에폭시계 화합물은, 에폭시기가 지방족 탄화수소 고리를 구성하는 인접하는 2개의 탄소 원자사이에 형성되어 있는 에폭시계 화합물을 의미하며, 이에 한정되는 것은 아니나, 예를 들면 2-(3,4-에폭시)시클로헥실-5,5-스피로-(3,4-에폭시)시클로헥산-m-다이옥산, 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트, 3,4-에폭시-6-메틸시클로헥실메틸-3,4-에폭시-6-메틸시클로헥산카르복실레이트, 비닐시클로헥산디옥시드, 비스(3,4-에폭시시클로헥실메틸)아디페이트, 비스(3,4-에폭시-6-메틸시클로헥실메틸)아디페이트, 엑소-엑소비스(2,3-에폭시시클로펜틸)에테르, 엔도-엑소비스(2,3-에폭시시클로펜틸)에테르, 2,2-비스[4-(2,3-에폭시프로폭시)시클로헥실]프로판, 2,6-비스(2,3-에폭시프로폭시시클로헥실-p-다이옥산), 2,6-비스(2,3-에폭시프로폭시)노르보르넨, 리모넨디옥시드, 2,2-비스(3,4-에폭시시클로헥실)프로판, 디시클로펜타디엔디옥시드, 1,2-에폭시-6-(2,3-에폭시프로폭시)헥사히드로-4,7-메타노인단, p-(2,3-에폭시)시클로펜틸페닐-2,3-에폭시프로필에테르, 1-(2,3-에폭시프로폭시)페닐-5,6-에폭시헥사히드로-4,7-메타노인단, o-(2,3-에폭시)시클로펜틸페닐-2,3-에폭시프로필에테르), 1,2-비스[5-(1,2-에폭시)-4,7-헥사히드로메타노인다노키실]에탄시클로펜테닐페닐글리시딜에테르, 메틸렌비스(3,4-에폭시시클로헥산)에틸렌글리콜디(3,4-에폭시시클로헥실메틸) 에테르, 에틸렌비스(3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트), 3,4-에폭시시클로헥산 메탄올의ε-카프로락톤(1~10몰) 부가물과 다원자가(3~20값) 알코올(GR, TMP, PE, DPE, 헥사펜타에리트리톨)의 에스테르화 화합물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 반응성의 관점에서 특히 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양이온 경화형 바인더로 옥세탄계 화합물을 추가로 포함할 수 있다.
상기 옥세탄계 화합물은 적어도 1개 이상의 옥세탄기를 포함하여, 자외선 조사에 의해 양이온 중합 개시제로부터 생성된 양이온에 의해 경화가 개시되는 바인더로, 그 종류에는 특별한 제한없이 사용할 수 있다.
상기 옥세탄계 화합물은 코팅 조성물의 점도를 낮출 수 있으며, 경화 속도를 보다 향상시킬 수 있다.
상기 옥세탄계 화합물은 보다 구체적으로, 예를 들면 3-에틸-3-[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시메틸]옥세탄, 1,4-비스[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시메틸]벤젠, 1,4-비스[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시]벤젠, 1,3-비스[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시]벤젠, 1,2-비스[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시]벤젠, 4,4'-비스[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시]비페닐, 2,2'-비스[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시]비페닐, 3,3',5,5'-테트라메틸-4,4'-비스[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시]비페닐, 2,7-비스[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시]나프탈렌, 비스{4-[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시]페닐}메탄, 비스{2-[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시]페닐}메탄, 2,2-비스{4-[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시]페닐}프로판, 노볼락형페놀-포름알데히드 수지의 3-클로로메틸-3-에틸옥세탄에 의한 에테르화 변성물, 3(4),8(9)-비스[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시메틸]-트리시클로[5.2.1.0 2,6]데칸, 2,3-비스[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시메틸]노르보르난, 1,1,1-트리스[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시메틸]프로판, 1-부톡시-2,2-비스[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시메틸]부탄, 1,2-비스{[2-(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시]에틸티오}에탄, 비스{[4-(3-에틸옥세탄-3-일)메틸티오]페닐}술피드, 1,6-비스[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시]-2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로헥산 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 3-에틸-3-(히드록시메틸)옥세탄과, m-테트라메틸-자일렌 디이소시아네이트 아젤라오일 클로라이드, 테레프탈로일 클로리아드 및 1,3,5-벤젠 트리카르보닐 트리클로라이드를 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물과의 반응에 의해 얻어지는 화합물을 사용할 수 있다.
상기 옥세탄계 화합물을 추가로 포함할 경우 이의 함량은, 상기 에폭시계 화합물 100 중량부에 대하여, 약 5 내지 약 80 중량부, 바람직하게는 약 10 내지 약 60 중량부일 수 있다. 상기 옥세탄계 화합물이 너무 많이 포함될 경우 경화 후 코팅층의 경도가 떨어질 수 있고 너무 적게 포함될 경우 옥세탄계 화합물의 추가에 의한 효과가 미미하므로, 이러한 관점에서 상기 중량부 범위가 바람직하다.
상기 광경화성 바인더로 양이온 경화형 바인더를 포함하는 경우, 양이온 중합 개시제를 함께 포함한다. 상기 양이온 중합 개시제는 자외선과 같은 활성 에너지선의 조사에 의해 양이온(cation) 종이나 루이스산을 만들어내는 화합물로서 에폭시기와 같은 양이온 중합성기에 작용하여 양이온 중합 반응을 개시시키는 화합물을 의미한다.
이때, 상기 양이온 중합 개시제로는 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 양이온 중합 개시제들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 양이온 중합 개시제로는 설포늄 염(Sulfonium salt) 또는 요오드늄 염(Iodonium salt)이 포함된 것이 바람직하게 사용될 수 있다.
설포늄 염(Sulfonium salt) 또는 요오드늄 염(Iodonium salt)이 포함된 양이온 중합 개시제의 구체적인 예로는, 예를 들면 디페닐(4-페닐티오)페닐설포늄 헥사플루오로안티몬네이트(Diphenyl(4-phenylthio)phenylsulfonium hexafluoroantimonate), 디페닐(4-페닐티오)페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트(Diphenyl(4-phenylthio)phenylsulfonium hexafluorophosphate), (페닐)[4-(2-메틸프로필) 페닐]-요오드늄 헥사플루오로포스페이트((phenyl)[4-(2-methylpropyl) phenyl]-Iodonium hexafluorophosphate), (티오디-4,1-페닐렌)비스(디페닐설포늄) 디헥사플루오로안티몬네이트((Thiodi-4,1-phenylene)bis(diphenylsulfonium)dihexafluoroantimonate) 및 (티오디-4,1-페닐렌)비스(디페닐설포늄) 디헥사플루오로포스페이트((Thiodi-4,1-phenylene)bis(diphenylsulfonium) dihexafluorophosphate)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 양이온 중합 개시제의 함량은 전체 양이온 경화형 바인더 100 중량부에 대하여, 약 0.1 내지 약 10 중량부, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 5 중량부일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코팅 조성물은 열경화형 바인더, 및 열중합 개시제를 더 포함할 수 있다. 상기 코팅 조성물이 열경화형 바인더를 포함하는 경우, 코팅 조성물의 경화시 열경화 공정을 추가할 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 용매없이 무용제(solvent-free) 타입으로 사용하거나, 필요에 따라 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 유기 용매를 소량으로, 예를 들어, 전체 코팅 조성물 100 중량부에 대하여 약 100 중량부 이하로 포함하여 사용할 수도 있다.
사용가능한 유기 용매로는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올과 같은 알코올계 용매, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 1-메톡시-2-프로판올과 같은 알콕시 알코올계 용매, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 메틸프로필케톤, 시클로헥사논과 같은 케톤계 용매, 프로필렌글리콜모노프로필에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸글리콜모노에틸에테르, 디에틸글리콜모노프로필에테르, 디에틸글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜-2-에틸헥실에테르와 같은 에테르계 용매, 벤젠, 톨루엔, 자일렌과 같은 방향족 용매 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 코팅 조성물은 전술한 성분들 외에도, 산화방지제, UV 안정제, 방오제, 안티블로킹제, 대전방지제, UV 흡수제, 소포제, 방부제 등 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 또한 그 함량은 본 발명의 코팅 조성물의 물성을 저하시키지 않는 범위 내에서 다양하게 조절할 수 있으므로, 특별히 제한하지는 않으나, 예를 들어 전체 코팅 조성물 100 중량부에 대하여, 약 0.1 내지 약 20 중량부로 포함될 수 있다.
다음에, 상기 코팅 조성물이 도포된 고분자 필름을 열처리한다.
상기 실리콘계 또는 불소계 화합물을 포함하는 코팅 조성물을 고분자 필름에 도포하고, 상기 코팅 조성물이 도포된 고분자 필름을 열처리한 후 광경화함에 따라 상기 실리콘계 또는 불소계 화합물이 열처리 공정에서 미세 상분리(microphase separation)가 일어나 상기 코팅층에 복수의 음각 엠보 패턴이 형성될 수 있으며, 표면 거칠기값이 2.0 내지 20.0 nm의 범위를 가질 수 있다.
이에 상기 코팅층은 그 표면에 형성된 복수의 음각 엠보 패턴과 표면 거칠기 정도로 인하여, 프리즘 시트 또는 확산 시트와 맞닿아 발생하는 스크래치에 대해 내구성이 높으며, 따라서 하부 편광판의 보호 필름이 손상되어 헤이즈가 증가하는 것을 방지할 수 있다.
상기 열처리 온도는 약 80℃ 이상, 또는 약 100℃ 이상, 또는 약 120℃ 이상이면서, 약 200℃ 이하, 또는 약 180℃ 이하, 또는 약 160℃ 이하일 수 있다. 상기 열처리 온도가 너무 낮으면 음각 엠보 패턴이 형성되지 않을 수 있고, 너무 높으면 기재 필름의 열변형이 생길 수 있으므로 이러한 관점에서 상기 온도 범위가 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열처리 공정과 동시에 상기 코팅 조성물이 도포된 고분자 필름을 연신하는 단계를 수행할 수 있다.
연신 방향은 특별히 제한되지 않으며, 연신비는 상기 연신 방향의 길이를 기준으로 1.05 배 이상, 또는 1.2 배 이상, 또는 1.5 배 이상이고, 10 배 이하, 또는 5 배 이하, 또는 3 배 이하가 되도록 연신할 수 있다. 상기 연신비가 1.05 배 미만인 경우 연신의 효과를 충분히 달성하지 못할 수 있고, 10 배를 초과할 경우 코팅층이 갈라질 수 있어, 이러한 관점에서 상술한 연신비 내로 연신시키는 것이 바람직하다.
만약, 상기 고분자 필름이 상기 코팅 조성물을 도포하기 전 일축 연신된 상태이면, 상기 코팅 후 연신 방향은 상기 코팅 조성물의 도포 전의 연신 방향과 수직 방향으로 연신하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 코팅 조성물을 도포하기 전에 고분자 필름을 길이(MD) 방향으로 연신하였다면, 상기 코팅 조성물을 도포한 후에는 폭(TD) 방향으로 연신할 수 있다.
또한, 상기 코팅 조성물을 도포하기 전과 후에 각각 연신을 하는 경우, 총 연신비는 상기 고분자 필름의 총 연신 면적을 기준으로 1.1 배 이상, 또는 1.2 배 이상, 또는 1.5 배 이상이고, 25 배 이하, 또는 10 배 이하, 또는 7 배 이하가 되도록 연신할 수 있다. 상기 연신비가 1.1 배 미만인 경우 연신의 효과를 충분히 달성하지 못할 수 있고, 25 배를 초과할 경우 코팅층이 갈라질 수 있어, 이러한 관점에서 상술한 연신비 내로 연신시키는 것이 바람직하다.
다음에, 도포된 코팅 조성물에 자외선을 조사하여 광경화 반응을 수행함으로써 코팅층을 형성할 수 있다. 상기 자외선의 조사량은, 예를 들면 약 20 내지 약 800 mJ/cm2일 수 있다. 자외선 조사의 광원으로는 본 기술이 속하는 기술분야에서 사용될 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 고압 수은 램프, 메탈 할라이드 램프, 블랙 라이트(black light) 형광 램프 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 상기 열처리 공정과 동시에 상기 코팅 조성물이 도포된 고분자 필름을 연신하는 단계를 수행할 경우, 상기 코팅층은 상기 고분자 연신 필름과 일체화되어 연신된 것이므로, 별도의 프라이머층이 없어도 기재가 되는 고분자 필름과의 부착성이 높고 박형의 편광자 보호 필름을 제공하는데 보다 유리하다.
상기 실리콘계 또는 불소계 화합물을 포함하는 코팅 조성물을 고분자 필름에 도포하고, 상기 코팅 조성물이 도포된 고분자 필름을 연신한 후 광경화함에 따라 상기 실리콘계 또는 불소계 화합물이 열처리 공정 또는 열처리 하에서의 연신 공정에서 미세 상분리(microphase separation)가 일어나 상기 코팅층은 복수의 음각 엠보 패턴을 갖는다. 이러한 음각 엠보 패턴에 의해 상기 편광자 보호 필름과 맞닿는 다른 층 또는 필름과의 마찰에 의한 표면 갈림 현상이 완화되어 우수한 내스크래치성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 엠보 패턴은 코팅층의 최표면에서의 형상이 원형 또는 타원형이고, 코팅층의 두께 방향으로 패인 형태를 가져 코팅층이 오목하게 패인 음각의 형태를 보인다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코팅층 최표면에서의 엠보 패턴의 직경은 약 0.1㎛ 이상, 또는 약 0.5㎛ 이상, 또는 약 1㎛ 이상이면서, 약 20㎛ 이하, 또는 약 10㎛ 이하, 또는 약 5㎛ 이하의 범위일 수 있다.
또한, 상기 엠보 패턴의 코팅층 방향으로의 깊이는 약 1nm 이상, 또는 약 5nm 이상, 또는 약 10nm 이상이면서, 약 1㎛ 이하, 또는 약 500nm 이하, 또는 약 100nm 이하의 범위일 수 있다.
또한, 상기 엠보 패턴이 코팅층에서 차지하는 면적은, 상기 코팅층의 전체 면적 대비 상기 엠보 패턴의 최표면 면적 비율로 계산하였을 때 약 20% 이상, 또는 약 30% 이상이면서, 약 80% 이하, 또는 약 70% 이하의 범위일 수 있다.
상기와 같은 복수의 엠보 패턴에 의해 상기 코팅층은 약 2.0 nm 이상, 또는 약 3.0 nm 이상, 또는 약 4.0 nm 이상이면서 약 20.0 nm 이하, 또는 약 15.0 nm 이하, 또는 약 10.0 nm 이하의 표면 거칠기값(Roughness, Ra)을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코팅층은 건조, 연신 및 경화된 후의 최종 두께가 약 50nm 이상으로, 예를 들어 약 100nm 이상, 또는 약 200nm 이상, 또는 약 500nm 이상, 또는 약 1㎛ 이상이며, 또한, 약 20㎛ 이하, 또는 약 10㎛ 이하, 또는 약 7㎛ 이하, 또는 약 5㎛ 이하, 또는 약 3㎛ 이하일 수 있다. 이처럼 본 발명의 코팅층은 박형으로 제조가 가능하며 충분한 강도를 나타낼 수 있다. 또한, 단일 코팅층에 의해서도 충분한 경도와 내스크래치성을 나타낼 수 있으며, 프라이머층 없이도 기재에 대한 높은 부착성을 나타내어 제조 공정의 작업성 및 생산성이 높다.
상기 코팅층은 고분자 필름의 일면에만 형성할 수도 있고, 상기 고분자 필름의 양면에 모두 형성할 수도 있다.
상기 코팅층이 고분자 필름의 일면에만 형성되는 경우, 다른 일면에는 다른 광경화 코팅층 및/또는 열경화 코팅층이나, 기능성 부여를 위한 기타 층, 막, 또는 필름 등을 1개 이상으로 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 코팅층 상에 다른 기능성 층을 추가로 형성하는 것도 가능하다.
이처럼 본 발명의 편광자 보호 필름이 상기 고분자 필름의 다른 일면 상에 다른 층, 막, 또는 필름 등을 포함하는 경우, 그 형성 방법 및 단계는 제한되지 않는다.
상기와 같은 본 발명의 제조방법에 의해 수득한 편광자 보호 필름은, 진동 발생기가 연결된 샘플 홀더(50 mm X 50mm)에 본 발명의 편광자 보호 필름의 코팅층과, 양각 패턴을 갖는 다른 시트(예, 확산 시트)를 포개어 놓고 300g의 무게추로 하중을 준 상태에서 진동(인가 진동 세기 2.8 Grms, 주파수 20-60Hz)을 240초간 가한 후에도 본 발명의 편광자 보호 필름의 코팅층 및 다른 시트 표면에 스크래치 및 갈림이 거의 발생하지 않는 정도로 내스크래치성을 나타낼 수 있다..
또한 본 발명의 제조방법에 의해 수득한 편광자 보호 필름은, 500g 하중에서의 연필 경도가 H 이상일 수 있다.
상술한 제조방법에 의해 수득되는 편광자 보호 필름을 편광자의 적어도 일면에 적층하여 이를 포함하는 편광판을 제공할 수 있다.
편광자는 여러 방향으로 진동하면서 입사되는 빛으로부터 한쪽 방향으로 진동하는 빛만을 추출할 수 있는 특성을 나타낸다. 이러한 특성은 요오드를 흡수한 PVA(poly vinyl alcohol)를 강한 장력으로 연신하여 달성할 수 있다. 예를 들어 보다 구체적으로, PVA 필름을 수용액에 담가 팽윤(swelling)시키는 팽윤하는 단계, 상기 팽윤된 PVA 필름에 편광성을 부여하는 이색성 물질로 염색하는 단계, 상기 염색된 PVA 필름을 연신(stretch)하여 상기 이색성 염료 물질을 연신 방향으로 나란하게 배열시키는 연신 단계, 및 상기 연신 단계를 거친 PVA 필름의 색을 보정하는 보색 단계를 거쳐 편광자를 형성할 수 있다. 그러나, 본 발명의 편광판이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 편광자 보호 필름은 편광자의 양 면에 모두 부착할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 편광자의 일 면에만 상기 편광자 보호 필름이 구비되고, 다른 일 면에는 편광자 보호용으로 통상적으로 사용되는 범용의 보호 필름을 구비할 수 있다.
이때, 상기 편광판은 LCD의 하부 편광판으로 사용될 수 있으며, LCD 내의 적층 구조에 있어서, 본 발명의 편광자 보호 필름이 하부에 위치하도록 할 수 있다.
상기와 같이 상기 편광자 보호 필름을 하부로 하여 편광판을 LCD에 적층시킬 때, 편광판 하부에 구비되는 프리즘 시트 또는 확산 시트의 요철로 인하여 편광판의 하부 보호 필름이 손상됨으로써 헤이즈가 증가하는 문제점을 막아 우수한 광학 물성을 나타낼 수 있다.
상기 편광자와 편광자 보호 필름은 접착제 등을 사용하여 라미네이션함으로써 접착시킬 수 있다. 사용 가능한 접착제로는 당 기술분야에 알려져 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 수계 접착제, 일액형 또는 이액형의 폴리비닐알콜(PVA)계 접착제, 폴리우레탄계 접착제, 에폭시계 접착제, 스티렌 부타디엔 고무계(SBR) 접착제, 또는 핫멜트형 접착제 등이 있으나, 본 발명이 이들 예에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 편광자 보호 필름을 편광자에 적층하여 접착할 때, 상기 코팅층이 형성되지 않은 면이 편광자에 부착되도록 하고, 상기 코팅층은 편광판의 바깥쪽으로 위치하도록 적층하는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 보호 필름을 구비하는 편광판은, LCD에 적용하는 것으로 예를 들어 설명하였지만 이에 제한되는 것은 아니며, 다양한 분야에서 활용이 가능하다. 예를 들어 이동통신 단말기, 스마트폰, 기타 모바일 기기, 디스플레이 기기, 전자칠판, 옥외 전광판, 각종 표시부의 용도로 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 편광판은 TN(Twisted Nematic), STN(Super Twisted Nematic) 액정용 편광판일 수 있으며, IPS(In-Plane Switching), Super-IPS, FFS(Fringe Field Switching) 등의 수평배향모드용 편광판일 수도 있고, 수직배향모드용 편광판일 수도 있다.
도 3은 본 발명의 제조방법에 의해 수득된 편광자 보호 필름을 포함하는 액정 디스플레이를 도시하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 액정 디스플레이 장치(1)는 백라이트 유닛(10); 백라이트 유닛(10) 상에 구비되는 프리즘 시트(20); 및 프리즘 시트(20) 상에 구비되며, 편광자 보호 필름(40)이 프리즘 시트(20) 쪽을 향하도록 적층되는 편광판(100)을 포함한다.
백라이트 유닛(10)은 액정 패널의 배면으로부터 광을 조사하는 광원을 포함하며, 상기 광원의 종류는 특별히 제한되지 않고, CCFL, HCFL, 또는 LED 등 일반적인 LCD용 광원을 사용할 수 있다.
백라이트 유닛(10) 상부에는 프리즘 시트(20)가 구비된다. 프리즘 시트(20)는 백라이트 유닛(10)으로부터 출사된 빛이 도광판과 확산 시트(도면에 도시되지 않음)를 통과하면서 휘도가 떨어지게 되므로, 다시 광휘도를 올리기 위하여 구비되며, 이러한 프리즘 시트(20)는 하부 편광판 아래쪽에 구비된다. 그런데 프리즘 시트(20)는 요철 구조를 포함하고 있으므로, 프리즘 시트(20)와 맞닿게 되는 하부 편광판의 하부 보호 필름이 손상됨으로써 헤이즈가 증가하는 문제점이 있다.
그러나, 상기 액정 디스플레이 장치는, 편광자 보호 필름(40)의 코팅층(30a)이 프리즘 시트(20) 쪽을 향하도록 편광판(100)을 적층시킴으로써 이러한 문제점을 개선할 수 있다.
즉, 도 3을 참조하면, 프리즘 시트(20) 상에, 편광자(50)의 일면에는 범용의 보호 필름(60)이 구비되고, 다른 일면에는 기재(30b) 및 코팅층(30a)을 포함하는 본 발명의 편광자 보호 필름(40)이 부착된 편광판(100)이 구비되며, 이때, 본 발명의 편광자 보호 필름(40)이 LCD의 하부로, 즉, 프리즘 시트(20)쪽을 향하도록 적층되는 구조를 갖는다. 이러한 적층 구조로 인하여, 편광판(100)이 프리즘 시트(20)의 요철에 의해 손상됨으로써 헤이즈가 증가하는 문제점을 막아 우수한 광학 물성을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프리즘 시트(20)와 편광판(100) 사이에, 또는 백라이트 유닛(10)과 프리즘 시트(20)사이에 확산 시트나 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film) (도면에 도시하지 않음)등이 더 포함될 수 있다. 프리즘 시트(20)와 편광판(100) 사이에 확산 시트나 DBEF 필름이 위치하는 경우, 편광판(100)의 편광자 보호 필름(40)은 확산 시트 또는 DBEF 필름과 맞닿게 되며, 이러한 경우에도 확산 시트 또는 DBEF 필름 등에 의한 하부 편광판 손상 및 헤이즈 증가의 문제점을 동일하게 방지할 수 있다.
편광판(100)의 상부에 구비되는 층은 일반적인 액정 디스플레이 장치의 구조에 따르며, 도 3에는 하부 유리 기판(70), 박막 트랜지스터(75), 액정층(80), 컬러필터(85), 상부 유리 기판(90), 상부 편광판(95)이 차례로 적층되는 것으로 도시하였으나, 본 발명의 LCD가 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 상기 도 3에 도시된 층 중 일부가 변경 또는 제외되거나, 다른 층, 기판, 필름, 시트 등이 더해지는 구조를 모두 포함할 수 있다.
이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
<실시예>
코팅 조성물의 제조
실시예 1
양이온 경화형 바인더로, 지환식 에폭시계 화합물인 Celloxide 2021P (DAICEL사) 90g, 양이온 광개시제 Irgacure 250 (BASF사) 2g과 광증감제로 이소프로필 티오크산톤(isopropyl thioxanthone) 1g, 실리콘계 화합물로 BYK-UV3500 (BYK사) 1g을 혼합하여 코팅 조성물을 준비하였다.
폴리메틸메타크릴레이트 수지를 250℃ 조건 하에서 T-다이 제막기를 이용하여 폭 800mm, 두께 200㎛의 미연신 필름을 제조하였다. 상기 미연신 필름을 135℃의 온도에서 길이(MD) 방향으로 1.8배 연신하여 일축 연신 필름을 제조하였다.
상기 일축 연신 필름 상에, 상기 코팅 조성물을 바 코팅(Bar Coating) 방식으로 코팅한 후, 135℃의 온도에서 폭(TD) 방향으로 2.2배 연신하였다.
이에 대해 자외선을 조사하여 두께가 2㎛인 코팅층이 형성된 편광자 보호 필름을 제조하였다.
실시예 2
실시예 1에서, 실리콘계 화합물로 BYK-UV3500 1g 대신 RAD2200N (Tego사) 1g을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 준비하고 편광판 보호필름을 제조하였다.
실시예 3
실시예 1에서, 실리콘계 화합물로 BYK-UV3500 1g 대신 RAD2250 (Tego사) 1g을 혼합하고, 폭(TD) 방향 연신비를 2.5배로 하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광판 보호필름을 제조하였다.
실시예 4
실시예 1에서, 실리콘계 화합물로 BYK-UV3500 1g 대신 RAD2250 (Tego사) 1g을 혼합하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 준비하고 편광판 보호필름을 제조하였다.
실시예 5
실시예 1에서, 실리콘계 화합물로 BYK-UV3500 1g 대신 RAD2010 (Tego사) 0.3g을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 준비하고 편광판 보호필름을 제조하였다.
실시예 6
실시예 1에서, 실리콘계 화합물로 BYK-UV3500 1g 대신 RAD2300 (Tego사) 1g을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 준비하고 편광판 보호필름을 제조하였다.
실시예 7
실시예 1에서 실리콘계 화합물인 BYK-UV3500을 1g 대신 3g을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조한 코팅 조성물을 준비하였다.
폴리메틸메타크릴레이트 수지를 250℃ 조건 하에서 T-다이 제막기를 이용하여 폭 800mm, 두께 200㎛의 미연신 필름을 제조한 후 135℃의 온도에서 길이(MD) 방향으로 1.8배, 폭(TD) 방향으로 2.2배 순차적으로 연신하여 이축 연신한 폴리메틸메타크릴 필름을 제조하였다.
상기 이축 연신한 폴리메틸메타크릴 필름 위에 준비된 코팅 조성물을 바 코팅 방식으로 코팅한 후, 80℃의 온도에서 60초간 열처리 한 후에 자외선을 조사하여 두께 2㎛의 코팅층이 형성된 편광자 보호필름을 제조하였다.
실시예 8
실시예 7에서 실리콘계 화합물인 BYK-UV3500을 3g 대신 5g을 혼합하고, 코팅 조성물을 코팅한 후 100℃의 온도에서 60초간 열처리 하는 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 준비하고 편광판 보호필름을 제조하였다.
비교예 1
실시예 7에서 코팅 조성물을 바 코팅 방식으로 코팅한 후 별도의 열처리 과정 없이 바로 자외선 조사하는 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 편광판 보호필름을 제조하였다.
비교예 2
실시예 1에서, 실리콘계 화합물(BYK-UV3500)을 전혀 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 준비하고 편광판 보호필름을 제조하였다.
비교예 3
실시예 1에서, 실리콘계 화합물인 BYK-UV3500을 1g 대신 0.1g 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 준비하고 편광판 보호필름을 제조하였다.
비교예 4
실시예 1에서, 실리콘계 화합물인 BYK-UV3500을 1g 대신 10g을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 준비하고 편광판 보호필름을 제작을 시도하였으나, 코팅 후 도막 표면이 뿌옇고 자외선 조사 후에도 표면에서 미경화물이 묻어 나오는 등 투명한 편광판 보호필름 제작에 실패하였다.
<실험예>
<측정 방법>
실시예 및 비교예의 편광자 보호 필름에 대하여 하기 방법으로 물성을 측정하였다.
1) 내스크래치성
진동발생기가 연결된 샘플 홀더(50 mm X 50mm)에 실시예 및 비교예의 편광자 보호 필름의 코팅층과 확산 시트(LG Electronics Inc., ND146)가 맞닿도록 포개어 놓고 300g의 무게추로 하중을 준 상태에서 진동(인가 진동 세기 2.8 Grms, 주파수 20-60Hz)을 240초간 가하였다. 이후 편광자 보호 필름의 코팅층 및 확산 시트 표면에 스크래치 및 갈림 발생 유무를 가지고 내스크래치성을 평가하였다. 스크래치나 갈림 발생이 없으면 O, 미세한 스크래치나 갈림이 발생하면 △, 뚜렷하게 발생하면 X로 기재하였다.
2) 연필경도
연필경도계(경도시험기, 제조사: 충북테크)를 이용하여 500g 하중에서 연필 경도를 측정하였다. ASTM 3363-74에 따라 표준 연필(Mitsubishi)을 6B~9H로 변화시키면서 45도 각도를 유지하여 코팅층 표면에 스크래치를 가하여 표면의 변화를 관찰하였다. 각각의 실험값은 5회 측정 후 평균값으로 기재하였다.
3) 표면 관찰
실시예 1의 편광자 보호 필름을 약 1cm x 1cm로 잘라 시료를 준비하였다. AFM(Atomic Force Microscope) sample disk 에 카본 테이프(carbon tape)를 붙이고 그 위에 시료를 붙인 후 광학현미경으로 평탄한 부분을 확인하면서 코팅층 표면을 관찰하였다. 이렇게 관찰한 각 시료의 AFM 2D 및 3D 이미지를 도 4에 나타내었다.
도 4에서, (a)는 실시예 1의 편광자 보호 필름 코팅층 표면의 AFM 2D 이미지이고, (b)는 실시예 1의 편광자 보호 필름 코팅층의 AFM 3D 이미지이다.
4) 표면 거칠기값
하기 기기 및 조건 하에 편광자 보호 필름의 코팅층의 표면 거칠기(Ra)를 측정하였다.
* 사용 기기: X10 (Park systems 사)
* 측정 조건
- Parameters
Mode: non-contact, Samples/line: 256 x 256, Scan rate: 0.6 Hz
- AFM probe
PPP-NCHR (Nanosensors)
Material: Al coating on detector side of cantilever
Resonance Frequency: 204~497 kHz, Force Constant: 10~130 N/m
Thickness: 3.0~5.0 ㎛, Length: 115~135 ㎛, Width: 22.5~37.5㎛, Tip height: 5㎛
- Software: XEI
- Ra의 정의는
Figure 112017062668011-pat00001
임.
- Rz : the ten point(five highest peaks and five lowest valleys) average roughness.
상기 물성 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
음각 엠보 형성 여부 내스크래치성 연필 경도 표면 거칠기값
(단위:nm)
실시예 1 O O H 5.5
실시예 2 O O H 5.6
실시예 3 O O H 3.1
실시예 4 O O H 3.2
실시예 5 O O H 2.0
실시예 6 O O H 2.2
실시예 7 O O H 8.3
실시예 8 O O H 13.1
비교예 1 X X H 0.8
비교예 2 X X H 0.6
비교예 3 O X H 1.2
비교예 4 도막 미경화
표 1을 참조하면, 코팅층이 복수의 음각 엠보 패턴이 형성되어 있으며, 표면 거칠기값이 소정의 범위를 만족하는 본 발명의 편광자 보호 필름은 우수한 내스크래치성을 나타내었다.
1: 액정 디스플레이 장치
10: 백라이트 유닛
11: 음각 엠보 패턴
20: 프리즘 시트
30a: 코팅층
30b: 기재
40: 편광자 보호필름
50: 편광자
60: 보호필름
70: 하부 유리 기판
75: 박막 트랜지스터
80: 액정층
85: 컬러필터
90: 상부 유리 기판
95: 상부 편광판
100: 평관판

Claims (15)

  1. 고분자 필름; 및 상기 고분자 필름의 적어도 일면 상에 형성된 코팅층을 포함하고,
    상기 코팅층은 복수의 음각 엠보 패턴을 가지며, 표면 거칠기값(Roughness, Ra)이 2.0 내지 20.0 nm인, 편광자 보호 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엠보 패턴의 직경은 0.1㎛ 내지 20㎛인, 편광자 보호 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 엠보 패턴의 깊이는 1nm 내지 1㎛인, 편광자 보호 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 광경화성 바인더, 실리콘계 또는 불소계 화합물, 및 중합 개시제를 포함하는, 편광자 보호 필름.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실리콘계 또는 불소계 화합물은 광경화성 바인더 100 중량부에 대하여 0.2 내지 10 중량부로 포함되는, 편광자 보호 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 필름은, 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), 사이클릭 올레핀 폴리머(cyclic olefin polymer, COP), 사이클릭 올레핀 코폴리머(cyclic olefin copolymer, COC), 폴리아크릴레이트(polyacrylate, PAC), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리이미드(polyimide, PI), 트리아세틸셀룰로오스(triacetylcellulose, TAC) 및 셀룰로오스(cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 편광자 보호 필름.
  7. 고분자 필름의 적어도 일면 상에 광경화성 바인더, 실리콘계 또는 불소계 화합물, 및 중합 개시제를 포함하는 광경화성 코팅 조성물을 도포하는 단계;
    상기 코팅 조성물이 도포된 고분자 필름을 열처리하는 단계; 및
    상기 코팅 조성물에 대해 광경화를 수행하여 복수의 음각 엠보 패턴을 가지며, 표면 거칠기값(Roughness, Ra)이 2.0 내지 20.0 nm인 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는,
    편광자 보호 필름의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열처리는 80 내지 200℃의 온도에서 수행하는, 편광자 보호 필름의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 실리콘계 화합물은 실리콘기를 갖는 비반응성 화합물, 반응성 화합물, 수지, 오일, 및 계면활성제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 편광자 보호 필름의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 불소계 화합물은 불소기를 갖는 비반응성 화합물, 반응성 화합물, 수지, 오일, 및 계면활성제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 편광자 보호 필름의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 실리콘계 또는 불소계 화합물은 광경화성 바인더 100 중량부에 대하여 0.2 내지 10 중량부로 포함되는, 편광자 보호 필름의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 광경화성 바인더로 에폭시계 화합물을 포함하는 양이온 경화형 바인더를 포함하고, 상기 중합 개시제로 양이온 중합 개시제를 포함하는, 편광자 보호 필름의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 에폭시계 화합물은 지환식 에폭시계 화합물인, 편광자 보호 필름의 제조방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 광경화성 바인더로 라디칼 경화형 바인더를 포함하고, 상기 중합 개시제로 라디칼 중합 개시제를 포함하는, 편광자 보호 필름의 제조방법.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는, 상기 코팅 조성물이 도포된 고분자 필름을 연신하는 단계와 동시에 수행되는, 편광자 보호 필름의 제조방법.
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