KR20060041803A

KR20060041803A - 편광 필름의 제조 방법, 편광판 및 광학 적층체

Info

Publication number: KR20060041803A
Application number: KR1020050011167A
Authority: KR
Inventors: 케이지 아미타니; 세이지 후지모또; 코지 마츠모또; 히사노리 야마네
Original assignee: 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2006-05-12
Also published as: TWI371599B; CN100472250C; JP2005227650A; TW200528779A; CN1657984A

Abstract

본 발명은 보다 상처나 주름이 적고, 꺾임이 없는 편광 필름의 제조 방법을 제공하는 것이다.

PVA계 필름을 처리하여 편광 필름을 제조하는 방법에 있어서, 처리액 중에 광폭 롤을 사용하고, 수학식 1로 구해지는 광폭 롤의 최대 광폭량 β가 수학식 2로 구할 수 있는 광폭 롤에 있어서의 필름의 폭 방향의 팽창량 γ를 상회하는 위치에 광폭 롤을 배치하거나, 상회하는 형상의 광폭 롤을 사용하는 것을 특징으로 한다.

β=B₁×α×r/R

γ=0.2055×B₁×{exp(-0.0273×θ₁)-exp)(-0.0273×θ)}

식 중, B₁은 롤에 접촉하는 필름 폭, α는 접촉각, r은 롤의 반경, R은 롤의 곡률 반경, θ는 필름이 롤을 떠나기까지의 액 중의 주행시간, θ₁은 필름이 롤에 접촉하기 까지의 액 중의 주행시간은 나타낸다.

편광 필름, PVA, 광폭 롤, 광폭량

Description

편광 필름의 제조 방법, 편광판 및 광학 적층체{A METHOD FOR PRODUCING A POLARIZING FILM, A POLARIZER AND AN OPTICAL LAMINATE}

도 1은 광폭 롤의 설명도이고, (A)는 평면도, (B)는 단면도이다.

도 2는 필름의 광폭 상황을 나타내는 평면도이다.

도 3은 광폭 롤을 처리조에 배치한 예를 나타내는 모식 단면도이다.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

H 호 높이

R 곡률 반경

r 반경

α 접촉각

B₁광폭 롤에 접촉하는 필름 폭

B₂광폭 롤로 광폭시킨 필름 폭

1 가이드 롤

2 광폭 롤

3 광폭 롤

4 가이드 롤

5 처리조

6 처리액

본 발명은 보다 상처나 주름이 적고, 꺾임이 없는 편광 필름의 제조 방법, 얻어지는 편광 필름의 한면 이상에 보호 필름을 적층한 편광판, 또한 위상차 필름, 휘도 향상 필름, 시야각 개량 필름 및 반투과 반사 필름 중 어느 하나가 단독 또는 복수 접합되어 이루어지는 광학 적층체에 관한 것이다.

편광 필름으로서는 종래부터 폴리비닐알코올계 필름에 2색성 색소를 흡착 배향시킨 것이 사용되고 있다. 즉, 요오드를 2색성 색소로 하는 요오드계 편광 필름이나, 2색성 염료를 2색성 색소로 하는 염료계 편광 필름 등이 알려져 있다. 이러한 편광 필름은 통상 그의 한면 이상, 바람직하게는 양면에 폴리비닐알코올계 수지의 수용액을 포함하는 접착제를 통하여 트리아세틸셀룰로오스 등의 보호 필름을 접합하여 편광판이 된다.

편광 필름의 제조 방법으로서 닙 롤, 가이드 롤을 사용하고, 폴리비닐알코올계 필름을 물에 침지시켜 팽윤시킨 후, 상기 2색성 색소로 염색하고, 이것을 연신하여, 계속하여 요오드를 필름에 정착시키기 위해서 폴리비닐알코올계 필름을 붕산 처리하여, 수세한 후, 건조하는 방법이 알려져 있다 (예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 이 때, 처리욕 전후의 닙 롤에 주속차를 주어 필름의 연신을 행하고, 가이드 롤에 의해서 필름의 반송 방향을 변경하여 처리액으로의 필름의 도입, 추출을 행하고 있다.

가이드 롤로서는, 표면이 고무층을 포함하는 플래트 고무 롤이나 나선상 고무 롤이 사용되고 있다 (예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

최근, 편광 필름이 사용되는 액정 표시 장치의 고품위화에 따라, 종래의 방법으로 얻어지는 편광 필름보다 상처나 주름이 적고, 꺾임이 없는 편광 필름이 요망되고 있다.

<특허 문헌 1>

일본 특허 공개 평 10-153709호 공보

<특허 문헌 2>

일본 특허 공개 2000-147252호 공보

본 발명이 해결하고자 하는 주된 과제는, 보다 상처나 주름이 적고 꺾임이 없는 편광 필름을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 보다 상처나 주름이 적은 편광 필름을 제조하고자 예의 검토를 거듭한 결과, 가이드 롤로서 광폭 롤을 사용하고, 광폭 롤이 갖는 최대 광폭량 β가 필름이 광폭 롤에 접촉하는 사이의 필름의 폭 방향의 팽창량 γ를 상회하는 위치에 광폭 롤을 배치하거나 상회하는 형상의 광폭 롤을 사용함으로써, 상처나 주름이 적고 꺾임을 없게 하는 것, 특히 스폰지 고무제의 광폭 롤로 함으로써 또한 팽윤 처리액 중에 배치하였을 때에 상처나 주름을 적게 하고, 꺾임을 없게 하는 효과가 큰 것을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 편광 필름의 제조 방법은 폴리비닐알코올계 필름을 팽윤 처리, 염색 처리, 붕산 처리 및 수세 처리의 순으로 처리하고, 붕산 처리 공정 및(또는) 그 전의 공정에서 일축 연신을 행하는 편광 필름의 제조 방법에 있어서, 처리액 중의 적어도 하나의 가이드 롤로서 광폭 롤을 이용하여, 하기의 수학식 1로 구한 광폭롤이 갖는 최대 광폭량 β와 하기의 수학식 2에서 구한 필름이 광폭 롤에 접촉하는 사이의 필름의 폭 방향의 팽창량 γ와의 관계가, (a) β>γ가 되는 위치에 광폭 롤을 배치하고(하거나) (b) β>γ가 되는 형상의 광폭 롤을 사용하는 것을 특징으로 하는 편광 필름의 제조 방법이다.

β=B₁×α×r/R

식 중, B₁은 광폭 롤에 접촉하는 필름 폭, α는 광폭 롤의 접촉각, r은 광폭 롤의 반경, R은 광폭 롤의 곡률 반경을 나타낸다.

γ=0.2055×B₁×{exp(-0.0273×θ₁)-exp(-0.0273×θ)}

식 중, B₁은 상기와 동일하고, θ는 필름이 광폭 롤을 떠나기까지의 액 중의 주행시간, θ₁은 필름이 광폭 롤에 접촉하기 까지의 액 중의 주행시간을 나타낸다.

또한, 광폭 롤이 스폰지 고무 롤이고, 그 스폰지의 경도가 JIS 쇼어 C 스케일로 20 내지 60 도, 밀도가 0.4 내지 0.6 g/cm³ 및 표면 거칠기가 10 내지 30S인 것을 특징으로 한다.

또한, 광폭 롤을 팽윤 처리액 중에 배치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 편광판은 상기한 바와 같이 하여 얻어지는 편광 필름의 한면 이상에 보호 필름을 접합한 것이다. 이 보호 필름은 위상차 필름, 휘도 향상 필름, 시야각 개량 필름 및 반투과 반사 필름 중 어느 하나의 기능을 구비할 수도 있다. 또는, 한면 이상에 보호 필름을 접합한 상기 편광판에 위상차판, 휘도 향상필름, 시야각 개량 필름 및 반투과 반사판으로부터 선택되는 1종 이상을 접합한 광학 적층체일 수도 있다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 있어서 폴리비닐알코올 (PVA)계 필름을 형성하는 폴리비닐알코올계 수지는, 통상적으로 폴리아세트산비닐계 수지를 비누화한 것이 예시된다. 비누화도로서는 약 85 몰％ 이상, 바람직하게는 약 90 몰％ 이상, 보다 바람직하게는 약 99 몰％ 내지 100 몰％이다. 폴리아세트산비닐계 수지로서는, 아세트산비닐의 단독 중합체인 폴리아세트산비닐 외에, 아세트산비닐과 이에 공중합 가능한 다른 단량체와의 공중합체, 예를 들면 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 등을 들 수 있다. 공중합 가능한 다른 단량체로서는, 예를 들면 불포화 카르복실산류, 올레핀류, 비 닐에테르류, 불포화 술폰산류 등을 들 수 있다. 폴리비닐알코올계 수지의 중합도로서는 약 1000 내지 10000, 바람직하게는 약 1500 내지 5000 정도이다.

이러한 폴리비닐알코올계 수지는 변성될 수도 있고, 예를 들면 알데히드류로 변성된 폴리비닐포르말, 폴리비닐아세탈, 폴리비닐부티랄 등도 사용할 수 있다. 통상, 편광 필름 제조의 개시 재료로서는 두께가 약 20 ㎛ 내지 100 ㎛, 바람직하게는 약 30 ㎛ 내지 80 ㎛의 폴리비닐알코올계 수지 필름의 미연신 필름을 사용한다. 공업적으로는 필름의 폭은 약 1500 mm 내지 4000 mm이 실용적이다.

이 미연신 필름을 팽윤 처리, 염색 처리, 붕산 처리, 수세 처리의 순으로 처리하고, 마지막으로 건조하여 얻어지는 폴리비닐알코올계 편광 필름의 두께는 예를 들면, 약 5 내지 50 ㎛ 정도이다.

본 발명의 편광 필름은 2색성 색소를 흡착 배향시킨 폴리비닐알코올계 일축 연신 필름이지만, 그 제조 방법으로서는 크게 나누어 2개의 제조 방법이 있다. 하나는 폴리비닐알코올계 필름을 공기 또는 불활성 가스 중에서 일축 연신 후, 팽윤 처리, 염색 처리, 붕산 처리 및 수세 처리의 순으로 용액 처리하고, 마지막으로 건조를 행하는 방법. 두번째는 미연신의 폴리비닐알코올계 필름을 수용액으로 팽윤 처리, 염색 처리, 붕산 처리 및 수세 처리의 순으로 용액 처리하고, 붕산 처리 공정 및(또는) 그 전의 공정에서 습식으로써 일축 연신을 행하여, 마지막으로 건조를 행하는 방법이다.

어느 방법에서도 일축 연신은 1개의 공정에서 행할 수도 있고, 2개 이상의 공정에서 행할 수도 있지만, 복수의 공정에서 행하는 것이 바람직하다. 연신 방법 은 공지의 방법을 채용할 수가 있는데, 예를 들면 필름을 반송하는 2개의 닙 롤 사이에 주속차를 두어 연신을 행하는 롤 사이 연신, 특허 제2731813호 공보에 기재된 바와 같은 열롤 연신법, 텐터 연신법 등이 있다. 또한, 기본적으로 공정의 순서는 상기한 바와 같지만, 처리욕의 수나 처리 조건 등에 제약은 없다. 또한 상기 공정에 기재가 없는 공정을 별도의 목적으로 삽입하는 것도 자유로운 것은 물론이다. 이 공정의 예로서, 붕산 처리 후에 붕산을 포함하지 않는 요오드화물 수용액에 의한 침지 처리 (요오드화물 처리) 또는 붕산을 포함하지 않는 염화아연 등을 함유하는 수용액에 의한 침지 처리 (아연 처리) 공정 등을 들 수 있다.

팽윤 공정은 필름 표면의 이물 제거, 필름 중의 가소제 제거, 다음 공정에서의 역염색성의 부여, 필름의 가소화 등의 목적으로 행하여진다. 처리 조건은 이러한 목적을 달성할 수 있는 범위에서, 또한 기재 필름의 극단적인 용해, 투명성 상실 등의 결점이 생기지 않는 범위에서 결정된다. 미리 기체중에서 연신한 필름을 팽윤시킬 경우에는 예를 들면 약 20℃ 내지 70℃, 바람직하게는 약 30℃ 내지 60℃의 수용액에 필름을 침지하여 행하여진다. 필름의 침지 시간은 약 30 초 내지 300 초, 더욱 바람직하게는 약 60 초 내지 240 초 정도이다. 처음부터 미연신의 원반 필름을 팽윤시킬 경우에는 예를 들면 약 10℃ 내지 50℃, 바람직하게는 약 20℃ 내지 40℃의 수용액에 필름을 침지하여 행하여진다. 필름의 침지 시간은 약 30 초 내지 300 초, 더욱 바람직하게는 약 60 초 내지 240 초 정도이다.

팽윤 처리 공정에서는, 필름이 폭 방향으로 팽윤하여 필름에 주름이 들어 가는 등의 문제가 생기기 쉽기 때문에, 광폭 롤 (익스팬더 롤), 나선형 롤, 크라운 롤, 크로스가이더, 밴드바, 텐터 클립 등을 후술하는 특정한 위치에 배치하고, 필름의 주름을 취하면서 필름을 반송하는 것이 바람직하다. 욕 중의 필름 반송을 안정화시킬 목적으로 팽윤욕 중에서의 수류를 수중 샤워로 제어하거나 EPC 장치 (Edge Position Control 장치: 필름의 단부를 검출하고, 필름의 사행을 방지하는 장치)등을 병용하기도 하는 것도 유용하다. 본 공정에서는 필름의 주행 방향으로도 필름이 팽윤 확대하기 때문에 반송 방향의 필름의 느슨함을 없애기 위하여 예를 들면, 처리조 전후의 반송 롤의 속도를 컨트롤하는 등의 수단을 강구하는 것이 바람직하다. 또한, 사용하는 팽윤 처리욕은 순수한 물 이외에 붕산 (특개평 10-153709호 공보에 기재), 염화물 (특개평 06-281816호 공보에 기재), 무기산, 무기염, 수용성 유기 용매, 알코올류 등을 약 0.01 중량％ 내지 10 중량％의 범위에서 첨가한 수용액도 사용 가능하다.

2색성 색소에 의한 염색 공정은, 필름에 2색성 색소를 흡착, 배향시키는 등의 목적으로 행하여진다. 처리 조건은 이들 목적을 달성할 수 있는 범위에서, 또한 기재 필름의 극단적인 용해, 투명성 상실 등의 결점이 생기지 않는 범위에서 결정된다. 2색성 색소로서 요오드를 사용할 경우, 예를 들면 약 10℃ 내지 45℃, 바람직하게는 약 20℃ 내지 35℃의 온도에서, 또한 중량비로 요오드/KI/물=약 0.003 내지 0.2/약 0.1 내지 10/100의 농도에서 약 30 초 내지 600 초, 바람직하게는 약 60 초 내지 300 초 침지 처리를 행한다. 요오드화 칼륨 대신에 다른 요오드화물, 예를 들면 요오드화 아연 등을 이용할 수도 있다. 또한, 다른 요오드화물을 요오드화 칼륨과 병용할 수도 있다. 또한, 요오드화물 이외의 화합물, 예를 들면 붕 산, 염화 아연, 염화 코발트 등을 공존시킬 수도 있다. 붕산을 첨가하는 경우, 요오드를 포함한다는 점에서 하기의 붕산 처리와 구별된다. 물 100 중량부에 대하여, 요오드를 약 0.003 중량부 이상 포함하고 있는 것이면 염색조로 볼 수 있다.

2색성 색소로서 수용성 2색성 염료를 사용할 경우, 예를 들면 약 20℃ 내지 80℃, 바람직하게는 약 30℃ 내지 70℃의 온도에서, 또한 중량비로 2색성 염료/물=약 0.001 내지 0.1/100의 농도로 약 30 초 내지 600 초, 바람직하게는 약 60 초 내지 300 초 침지 처리를 행한다. 사용하는 2색성 염료의 수용액은 염색 조제 등을 가질 수도 있고, 예를 들면 황산 나트륨 등의 무기염, 계면활성제 등을 함유할 수도 있다. 2색성 염료는 단독으로 할 수도 있고, 2 종류 이상의 2색성 염료를 동시에 이용할 수 있다.

상기한 바와 같이 염색조로 필름을 연신시킬 수도 있다. 연신은 염색조의 전후의 닙 롤에 주속차를 두는 등의 방법으로 행하여진다. 또한, 팽윤 공정과 같이 광폭 롤 (익스팬더 롤), 나선상 롤, 크라운 롤, 크로스가이더, 밴드 바 등을 염색욕 중 및(또는) 욕출입구에 설치할 수도 있다.

붕산 처리는, 물 100 중량부에 대하여 붕산을 약 1 내지 10 중량부 함유하는 수용액에, 2색성 색소로 염색한 폴리비닐알코올계 필름을 침지함으로써 행하여 진다. 2색성 색소가 요오드인 경우, 요오드화물을 약 1 내지 30 중량부 함유시키는 것이 바람직하다.

요오드화물로서는 요오드화 칼륨, 요오드화 아연 등을 들 수 있다. 또한, 요오드화물 이외의 화합물, 예를 들면 염화 아연, 염화 코발트, 염화 지르코늄, 티 오황산나트륨, 아황산칼륨, 황산나트륨 등을 공존시킬 수도 있다.

이 붕산 처리는 가교에 의한 내수화나 색상 조정 (푸르스름해지는 것을 방지하는 등) 등을 위해 실시된다. 가교에 의한 내수화를 위한 경우에는 필요에 따라서 붕산 이외에, 또는 붕산과 함께 글리옥살, 글루타르알데히드 등의 가교제도 사용할 수 있다.

또한, 내수화를 위한 붕산 처리를 내수화 처리, 가교 처리, 고정화 처리 등의 명칭으로 호칭하는 경우도 있다. 또한, 색상 조정을 위한 붕산 처리를 보색 처리, 재염색 처리 등의 명칭으로 호칭하는 경우도 있다.

이 붕산 처리는 그 목적에 따라서 붕산 및 요오드화물의 농도, 처리 욕의 온도를 적절하게 변경하여 행하여진다.

내수화를 위한 붕산 처리, 색상 조정을 위한 붕산 처리는 특히 구별되는 것은 아니지만 하기의 조건에서 실시된다.

원반 필름을 팽윤, 염색, 붕산 처리하는 경우에 붕산 처리가 가교에 의한 내수화를 목적으로 할 때에는, 물 100 중량부에 대하여 붕산을 약 3 내지 10 중량부, 요오드화물을 약 1 내지 20 중량부 함유하는 붕산 처리욕을 사용하고, 통상 약 50℃ 내지 70℃, 바람직하게는 약 55℃ 내지 65℃의 온도에서 행해진다. 침지 시간은 통상 약 30 내지 600 초 정도, 바람직하게는 약 60 내지 420 초, 보다 바람직하게는 약 90 내지 300 초이다.

또한, 미리 연신한 필름을 염색, 붕산 처리를 행할 경우, 붕산 처리욕의 온도는 통상 약 50℃ 내지 85℃, 바람직하게는 55℃ 내지 80℃이다.

내수화를 위해 붕산 처리 후, 색상 조정을 위한 붕산 처리를 행할 수도 있다. 예를 들면 2색성 염료가 요오드인 경우, 이 목적을 위해서는 물 100 중량부에 대하여 붕산을 약 1 내지 5 중량부, 요오드화물을 약 3 내지 30 중량부 함유하는 붕산 처리욕을 사용하고, 통상 약 10℃ 내지 45℃의 온도에서 행하여진다. 침지 시간은 통상 약 3 내지 300 초 정도, 바람직하게는 약 10 내지 240 초이다.

색상 조정을 위한 붕산 처리는, 내수화를 위한 붕산 처리에 비해 통상 낮은 붕산 농도, 높은 요오드화물농도, 낮은 온도에서 행하여진다.

이들 붕산 처리는 복수의 공정으로 행할 수 있고, 통상 2 내지 5의 공정에서 행하는 경우가 많다. 이 경우, 사용하는 각 붕산 처리조의 수용액 조성, 온도는 상기의 범위 내에서 동일 또는 상이할 수 있다. 상기 내수화를 위한 붕산 처리, 색상 조정을 위한 붕산 처리를 각각 복수의 공정으로 행할 수도 있다.

붕산 처리 공정에 있어서도 염색 공정과 같이 필름의 연신을 행할 수 있다. 최종적인 적산 (積算) 연신 배율은 약 4.5 내지 7.0 배, 바람직하게는 약 5.0 내지 6.5 배이다.

붕산 처리 후, 수세 처리된다. 수세 처리는 예를 들면, 내수화 및(또는) 색조 조정을 위해 붕산 처리한 폴리비닐알코올계 필름을 물에 침지, 물을 샤워로서 분무, 또는 침지와 분무를 병용함으로써 행하여진다. 수세 처리에 있어서 물의 온도는 통상 약 2 내지 40℃ 정도이고, 침지 시간은 약 2 내지 120 초 정도인 것이 좋다. 수세 후의 건조는 건조로 중에서 약 40 내지 100℃의 온도에서 약 60 내지 600 초 행하여진다.

연신 처리 후의 각각의 공정에 있어서, 필름의 장력이 각각 실질적으로 일정하게 되도록 장력 제어를 행할 수도 있다.

염색 처리 공정에서 연신을 종료한 경우, 이후의 붕산 처리 공정 및 수세 처리 공정에서 장력 제어를 행한다. 염색 처리 공정 전의 공정에서 연신이 종료하고 있는 경우에는, 염색 처리 공정 및 붕산 처리 공정을 포함하는 이후의 공정에서 장력 제어를 행한다.

붕산 처리 공정이 복수의 붕산 처리 공정을 포함하는 경우에는, 최초 또는 처음부터 2 단째까지의 붕산 처리 공정에서 상기 필름을 연신하여, 연신 처리를 행한 붕산 처리 공정 다음의 붕산 처리 공정에서부터 수세 공정까지의 각각의 공정에서 장력 제어를 행하거나, 처음부터 3 단째까지의 붕산 처리 공정에서 상기 필름을 연신하고, 연신 처리를 행한 붕산 처리 공정의 다음 붕산 처리 공정에서부터 수세 공정까지의 각각의 공정에서 장력 제어를 행하는 것이 바람직하지만, 공업적으로는 최초 또는 처음부터 2 단째까지의 붕산 처리 공정에서 상기 필름을 연신하여, 연신 처리를 행한 붕산 처리 공정 다음의 붕산 처리 공정에서부터 수세 공정까지의 각각의 공정에서 장력 제어를 행하는 것이 보다 바람직하다.

붕산 처리 후에 상기한 요오드화물 처리 또는 아연 처리를 행할 경우에는, 이러한 공정에 대해서도 장력 제어를 행한다.

각각 공정에 있어서의 장력은 동일하거나 상이할 수 있다.

장력 제어에 있어서, 필름으로의 장력은 특히 한정되는 것이 아니고, 단위 폭 당 약 150 N/m 내지 2000 N/m, 바람직하게는 약 600 N/m 내지 1500 N/m의 범위 내에서 적절히 설정된다. 장력이 약 150 N/m을 하회하면 필름에 주름 등이 생기기 쉬워진다. 한편 장력이 약 2000 N/m을 초과하면 필름의 파단이나 베어링의 마모에 의한 저수명화 등의 문제가 발생한다. 또한, 이 단위폭 당의 장력은 그 공정의 입구 부근의 필름 폭과 장력 검출기의 장력치로부터 산출한다.

또한, 장력 제어를 행한 경우에 불가피하게 약간 연신ㆍ수축되는 경우가 있지만, 본 발명에 있어서는 이것은 연신 처리에 포함시키지 않는다.

본 발명에 있어서는, 처리액 중의 적어도 하나의 가이드 롤로서 광폭 롤을 사용하고, 하기의 수학식 1로 구하는 광폭 롤이 갖는 최대 광폭량 β와 하기의 수학식 2로 구하는 필름이 광폭 롤에 접촉하는 사이의 필름의 폭 방향의 팽창량 γ와의 관계가 (a) β>γ가 되는 위치에 광폭롤을 배치하고(하거나) (b) β>γ가 되는 형상의 광폭 롤을 사용한다.

<수학식 1>

β=B₁×α×r/R

<수학식 2>

γ=0.2055×B₁×{exp(-0.0273×θ₁)-exp(-0.0273×θ)}

식 중, B₁은 상기와 동일하고, θ는 필름이 광폭 롤을 떠나기까지의 액 중의 주행시간, θ₁은 필름이 광폭 롤에 접촉하기까지의 액 중의 주행시간을 나타낸다.

도 1에 광폭 롤의 설명도를 나타낸다. (A)는 평면도이고, (B)는 단면도이다.

광폭 롤은 대략 원호상의 형상을 하고 있고, 그 곡률 반경이 R로, 호고가 H로 표시되어 있다. 광폭 롤의 반경이 r로, 필름이 광폭 롤에 접촉하고 있는 면의 접촉각이 α로, 접촉하고 있는 면의 길이가 αㆍr로 표시되어 있다.

도 2는 필름의 광폭 상황을 나타내는 평면도이고, 광폭 롤에 접촉하는 필름 폭이 B₁로, 롤 접촉부에서 광폭하고, 광폭한 필름 폭이 B₂로 표시되어 있다.

도 3은 광폭 롤을 처리조에 배치한 예를 나타내는 모식 단면도이다. 필름은 기 중의 가이드 롤 (1), (4) 및 처리조 (5)의 처리액 (6) 중에 배치된 광폭롤 (2), (3)을 통하여 반송되어 처리액으로 처리된다. 필름은 A 점에서 처리액에 들어가 B점에서 광폭 롤 (2)에 접하고, C점에서 떨어지고, D점에서 광폭 롤 (3)에 접하고, E점에서 떨어져, F점에서 처리액으로부터 나온다. 광폭 롤 (2)에 대하여 필름이 광폭 롤을 떠나기까지의 액 중의 주행시간 θ는 A와 C 사이의 주행시간이며, 필름이 광폭 롤에 접촉하기 까지의 액 중의 주행시간 θ₁은 A와 B 사이의 주행시간이다. 광폭 롤 (3)에 대하여 필름이 광폭 롤을 떠나기까지의 액 중의 주행시간 θ는 A와 E 사이의 주행시간이며, 필름이 광폭 롤에 접촉하기까지의 액 중의 주행시간 θ₁은 A와 D 사이의 주행시간이다.

β는 광폭 롤의 형상, 위치에 따라서 변하고, γ는 광폭 롤의 형상, 위치, 또한 필름의 반송 속도에 따라서 변한다. 필름의 반송 속도는 다른 처리 조건에서 설정되는 경우가 많고, β>γ로 하기 위해 반송 속도를 변경하는 경우는 적다. 통상은 예상되는 형상의 광폭 롤을 선택하고 그 배치하는 위치를 조정하여 불충분한 경우에는 이것을 반복하고, β>γ를 만족하는 광폭 롤의 최적의 위치 및(또는) 형상을 결정한다.

광폭 롤은 스폰지 고무제의 광폭 롤 (스폰지 고무 광폭 롤)이 바람직하고, 그 스폰지의 경도가 JIS K 6301의 시험 방법으로 측정한 JIS 쇼어 C 스케일로 약 20 내지 60 도, 바람직하게는 약 25 내지 40 도, 밀도가 약 0.4 내지 0.6 g/cm³, 바람직하게는 약 0.42 내지 0.57 g/cm³, 및 표면 거칠기가 JIS B 0601 (표면 거칠기)의 거칠기 곡선의 국부 산정의 평균 간격 S로 표시하여 약 10 내지 30S, 바람직하게는 약 15 내지 25S인 것이 바람직하다.

광폭 롤은 특히 팽윤 처리 공정에서 이용하는 것이 바람직하고, 그 때 스폰지 고무 광폭 롤을 사용하는 것이 바람직하다. 팽윤 처리 공정에서 폴리비닐알코올계 필름은 욕액 흡수에 의해 길이, 폭 양방향으로 팽윤하지만, 특히 폭 방향의 팽윤이 종식되지 않은 채로 장력을 가하면 롤 상에서 주름이나 꺾임이 발생한다. 스폰지 고무 광폭 롤을 사용하면 그 경량성 때문에 필름에 가하는 장력을 대폭 저하시킬 수 있고, 동시에 그의 높은 표면 조도로 인해 필름 파지력이 높으므로 낮은 장력이어도 충분한 광폭력을 발휘할 수 있고, 또한 광폭 롤의 또 하나의 역할인 사행 방지 기능도 최대한 발휘하여, 주름이 적어지고 꺾임이 없어진다.

광폭 롤의 사용은 팽윤 처리에 한정되는 것이 아니고, 다른 처리에 있어서도 사용 가능하다.

이와 같이 하여 제조된 편광 필름의 적어도 한면에 보호 필름을 접착제로 접합하여 편광판이 얻어진다.

보호 필름으로서는 예를 들면, 트리아세틸셀룰로오스나 디아세틸셀룰로오스와 같은 아세틸셀룰로오스계 수지를 포함하는 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트나 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르계 수지를 포함하는 필름, 폴리카르보네이트 수지를 포함하는 필름, 시클로올레핀계 수지를 포함하는 필름을 들 수 있다. 시판되는 열가소성 시클로올레핀계 수지로서는 예를 들면, 독일의 티코나 (Ticona)사에서 판매되고 있는 「토파스」 (Topas) (상표 등록), 제이에스알(주)로부터 판매되고 있는 「아톤」 (상표 등록), 니혼 제온(주)으로부터 판매되어 있는 「제오노아」나 「제오넥스」 (모두 상표 등록), 미쓰이 가가꾸(주)로부터 판매되고 있는 「아펠」 (상표 등록)등이 있다. 이러한 시클로올레핀계 수지를 막형성한 것을 보호 필름으로 하게 되지만, 막형성에는 용제 캐스팅법, 용융 압출법 등 공지된 방법이 적절하게 이용된다. 막형성된 시클로올레핀계 수지 필름도 시판되고 있고, 예를 들면 세끼스이 가가꾸 고교(주)로부터 판매되고 있는 「에스시나」나 「SCA40」등이 있다.

보호 필름의 두께는 얇은 것이 바람직하지만, 지나치게 얇으면 강도가 저하되어, 가공성이 떨어지게 되고, 한편 지나치게 두꺼우면 투명성이 저하되거나 적층 후에 필요한 양생 시간이 길어지기도 하는 등의 문제가 생긴다. 따라서, 보호 필 름이 적당한 두께는 예를 들면 약 5 내지 200 ㎛ 정도이고, 바람직하게는 약 10 내지 150 ㎛, 보다 바람직하게는 약 20 내지 100 ㎛이다.

접착제와 편광 필름 및(또는) 보호 필름과의 접착성을 향상시키기 위해서, 편광 필름 및(또는) 보호 필름에 코로나 처리, 화염 처리, 플라즈마 처리, 자외선 조사, 프라이머 도포 처리, 비누화 처리 등의 표면 처리를 실시할 수도 있다.

보호 필름에는 앤티 글레어 처리, 앤티 리플랙션 처리, 하드 코팅 처리, 대전 방지 처리, 방오 처리 등의 표면 처리가 단독으로 또는 조합되어 실시될 수도 있다. 또한, 보호 필름 및(또는) 보호 필름 표면 보호층은 벤조 페논계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물 등의 자외선 흡수제나, 페닐포스페이트계 화합물, 프탈산에스테르 화합물 등의 가소제를 가질 수 있다.

이러한 보호 필름은 편광 필름의 한면에 접합될 수도 있고, 양면에 접합될 수도 있다.

편광 필름과 보호 필름이란 수용매계 접착제, 유기 용매계 접착제, 핫멜트계 접착제, 무용제계 접착제 등의 접착제를 사용하여 적층된다. 수용매계 접착제로서는 예를 들면 폴리비닐알코올계 수지 수용액, 수계 이액형 우레탄계 에멀젼 접착제 등이, 유기 용매계 접착제로서는 예를 들면 이액형 우레탄계 접착제 등이, 무용제계 접착제로서는 예를 들면 일액형 우레탄계 접착제 등을 각각 들 수 있다. 편광 필름과의 접착면을 비누화 처리 등으로 친수화 처리된 아세틸셀룰로오스계 필름을 보호 필름으로써 사용하는 경우, 폴리비닐알코올계 수지 수용액이 접착제로서 적절하게 사용된다. 접착제로서 사용하는 폴리비닐알코올계 수지에는, 아세트산 비닐 의 단독 중합체인 폴리아세트산비닐을 비누화 처리하여 얻어지는 비닐알코올 단독 중합체 외에, 아세트산비닐과 이에 공중합 가능한 다른 단량체와의 중합체를 비누화 처리하여 얻어지는 비닐알코올계 공중합체, 또한 이들의 수산기를 부분적으로 변성한 변성 폴리비닐알코올계 중합체 등이 있다. 이 접착제에는 다가 알데히드, 수용성 에폭시 화합물, 멜라민계 화합물 등을 첨가제로서 사용할 수도 있다.

편광 필름과 보호 필름을 접합하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 편광 필름 또는 보호 필름의 표면에 접착제를 균일하게 도포하고, 도포면에 또한 한 면의 필름을 겹쳐 롤 등에 의해 접합하여 건조하는 방법 등을 들 수 있다.

통상, 접착제는 제조 후 약 15 내지 40℃의 온도하에서 도포되고, 접합 온도는 통상 약 15 내지 30℃ 정도의 범위이다. 접합 후는 건조 처리를 행하고 접착제 중에 포함되는 물 등의 용제를 제거하지만, 이 때의 건조 온도는 통상 약 30내지 85℃, 바람직하게는 약 40 내지 80℃의 범위이다. 그 후, 약 15 내지 85℃, 바람직하게는 약 20 내지 50℃, 보다 바람직하게는 약 35 내지 45℃의 온도 환경하에서 통상 약 1 내지 90 일간 정도 양생하여 접착제를 경화시킬 수도 있다. 이 양생 기간이 길면 생산성이 나빠지기 때문에 양생 기간은 약 1 내지 30 일간 정도, 바람직하게는 약 1 내지 7 일간이다.

이렇게 하여, 접착제층을 통하여 편광 필름의 한면 또는 양면에 보호 필름이 접합된 편광판이 얻어진다.

본 발명에 있어서는, 보호 필름에 위상차 필름으로서의 기능, 휘도 향상 필 름으로서의 기능, 반사 필름으로서의 기능, 반투과 반사 필름으로서의 기능, 확산 필름으로서의 기능, 광학 보상 필름으로서의 기능 등, 광학적 기능을 갖게 할 수도 있다. 이 경우, 예를 들면 보호 필름의 표면에 위상차 필름, 휘도 향상 필름, 반사 필름, 반투과 반사 필름, 확산 필름, 광학 보상 필름 등의 광학 기능성 필름을 적층함으로써 이러한 기능을 갖게 할 수 있을 뿐만 아니라, 보호 필름 자체에 이러한 기능을 부여할 수도 있다. 또한, 휘도 향상 필름의 기능을 가진 확산 필름 등과 같이 복수의 기능을 보호 필름 자체에 갖게 할 수도 있다.

예를 들면, 상기한 보호 필름에 특허 2841377호 공보, 특허 제3091113호 공보 등에 기재된 연신 처리를 실시하거나, 특허 제3168850호 공보 등에 기재된 처리를 실시함으로써 위상차 필름으로서의 기능을 부여할 수가 있다. 또한, 상기의 보호 필름에 일본 특허 공개 2002-169025호 공보나 일본 특허 공개 2003-29030호 공보에 기재된 것과 같은 방법으로 미세 구멍을 형성함으로써, 또한 선택 반사의 중심 파장이 다른 2층 이상의 콜레스테릭 액정층을 중첩함으로써, 휘도 향상 필름으로서의 기능을 부여할 수가 있다. 상기한 보호 필름에 증착이나 스퍼터링 등으로 금속 박막을 형성함으로써, 반사 필름 또는 반투과 반사 필름으로서의 기능을 부여할 수가 있다. 상기한 보호 필름에 미립자를 포함하는 수지 용액을 코팅함으로써, 확산 필름으로서의 기능을 부여할 수가 있다. 또한, 상기한 보호 필름에 디스코틱 액정성 화합물 등의 액정성 화합물을 코팅하여 배향시킴으로써 광학 보상 필름으로서의 기능을 부여할 수가 있다. 또한, 적당한 접착제를 이용하여 상품명: DBEF (쓰리엠(주)제) 등의 휘도 향상 필름, 상품명: WV 필름 (후지 샤신 필름(주)제) 등 의 시야각 개량 필름, 상품명: 스미카라이트 (상표 등록) (스미또모 가가꾸 고교(주)) 등의 위상차 필름 등의 시판되는 광학 기능성 필름을 편광막에 직접 접합할 수도 있다.

실시예

이하, 실시예를 나타내어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만 본 발명은 이들 예에 한정되는 것이 아니다.

<실시예 1>

두께 75 ㎛의 폴리비닐알코올 필름 (쿠라레비닐론 VF-PS #7500, 중합도 2,400, 비누화도 99.9 몰％ 이상)을 하기하는 바와 같이 팽윤조, 염색조, 제1 붕산 처리조, 제2 붕산 처리조, 수세조의 순으로 반송하여 편광 필름을 제조하였다.

도 3에 나타낸 바와 같이 팽윤조를 이용하고, 처리액 중의 2개의 가이드 롤로서, 반경 r: 37.5 mm, 스폰지의 경도가 JIS 쇼어 C 스케일로 25 도, 밀도가 0.42 g/cm³, 및 표면 조도가 20 S인 스폰지 고무 광폭 롤을 사용하였다. 다른 기 중, 다른 처리액 중의 가이드 롤로서 반경 35 mm, 표면 거칠기 0.6 S, 고무 경도 (JIS 쇼어 A 스케일) 80 도인 NBR 고무제 롤을 사용하였다.

제1 광폭 롤 (도 3 중의 2)을 곡률 반경 R: 1303 mm, 호 높이 H: 35 mm로 하고, 제2 광폭 롤 (도 3 중의 3)을 곡률 반경 R: 1813 mm, 호 높이 H: 25 mm로 하고 모두 그 접촉각 α가 1.5 rad이 되는 위치에 배치하였다.

폴리비닐알코올 필름의 반송 속도는 약 0.34 m/분으로 하고, 이 때의 필름이 제1 광폭 롤을 떠나기까지의 액 중의 주행시간 θ는 20 초, 제1 광폭 롤에 접촉하기까지의 액 중의 주행시간 θ₁은 11 초이고, 필름이 제2 광폭 롤을 떠나기까지의 액 중의 주행시간 θ는 66 초, 제2 광폭 롤에 접촉하기까지의 액 중의 주행시간 θ₁는 57 초이다.

팽윤조의 처리액은 약 30℃의 순수한 물로, 폴리비닐알코올 필름은 느슨하지 않도록 긴장 상태를 유지한 채로 반송하여 충분히 팽윤시켰다. 침지 시간은 약 80 초이다.

이 때의 제1 광폭 롤에 접촉하는 필름 폭 B₁은 369 mm, 제2 광폭 롤에 접촉하는 필름 폭 B₁은 407 mm이었다.

이러한 광폭 롤이 갖는 최대 광폭량 β를 수학식 1로부터 구하면 제1 광폭 롤은 15.9 mm, 제2 광폭 롤은 12.6 mm이고, 필름이 각각의 광폭 롤에 접촉하는 사이의 필름의 폭 방향의 팽창량 γ를 수학식 2로부터 구하면 제1 광폭 롤이 12.2 mm, 제2 광폭 롤이 3.8 mm이고, 어느 쪽의 확장 롤에 대해서도 β>γ이다.

필름의 주행 및 표면 상태를 관찰하였더니, 주름, 꺾임이나 상처의 발생이 없고, 또한 매우 안정된 필름의 신장 주행 상태를 얻을 수 있었다.

다음으로 요오드/요오드화 칼륨/물이 중량비로 0.02/1.5/100인 수용액에 침지하여 염색 처리하면서, 일축 연신 (연신 배율: 4.0 배)을 행하였다. 그 후, 요오드화 칼륨/붕산/물이 중량비로 10/5/100인 약 60℃ 수용액에 침지하여 붕산 처리하면서, 원반으로부터의 적산 연신 배율이 5.9 배가 될 때까지 일축 연신을 행하였 다. 또한, 연신은 처리조의 전후에 배치한 닙 롤에 주속차를 갖게 하여 행하였다.

또한, 요오드화 칼륨/붕산/물이 중량비로 10/3/100인 수용액에 약 40℃에서 약 30 초간 침지하여 제2의 붕산 처리를 행하였다. 제2의 붕산 처리 후, 약 10℃의 순수한 물로 10 초간 수세하였다. 수세 후, 60℃에서 2 분간 건조하여 두께 약 28 ㎛의 요오드계 편광 필름을 얻었다.

얻어진 편광 필름에는 상처나 주름은 볼 수 없었다.

얻어진 편광 필름의 양면에 폴리비닐알콜계 접착제를 도포하고, 보호 필름 (표면에 비누화 처리를 실시한 트리아세틸셀룰로오스 필름, 「후지 테크 (상표 등록) T80 UNL」, 후지 필름(주)제, 두께 80 ㎛)을 양면에 접합하여 약 60℃에서 약 5 분간 건조하여 편광판으로 하였다.

상처나 주름이 없는 편광판을 얻을 수 있었다.

<비교예 1>

제1 광폭 롤로서 반경 r: 28 mm, 곡률 반경 R: 3008 mm, 호 높이 H: 15 mm로, 스폰지의 경도가 JIS 쇼어 C 스케일로 25 도, 밀도가 0.42 g/cm³, 및 표면 거칠기가 20 S인 스폰지 고무 광폭 롤을 사용하여, 그 접촉각 α가 1.1 rad가 되는 위치에 배치하고, 필름의 반송 속도를 0.68 m/분으로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 편광 필름을 제조하였다.

이 때의 필름이 제1 광폭 롤을 떠나기까지의 액 중의 주행시간 θ는 9 초, 제1 광폭 롤에 접촉하기까지의 액 중의 주행시간 θ₁은 6 초이고, 필름이 제2 광폭 롤을 떠나기까지의 액 중의 주행시간 θ는 34 초, 제2 광폭 롤에 접촉하기까지의 액 중의 주행시간 θ₁은 30 초이다.

제1 광폭 롤에 접촉하는 필름 폭 B₁은 360 mm, 제2 광폭 롤에 접촉하는 필름폭 B₁은 390 mm이었다.

이러한 광폭 롤이 갖는 최대 광폭량 β를 수학식 1로부터 구하면 제1 광폭 롤이 3.7 mm, 제2 광폭 롤이 12.1 mm이고, 각각의 광폭 롤에 접촉하는 사이의 필름의 폭 방향의 팽창량 γ를 수학식 2로부터 구하면 제1 광폭 롤이 4.9 mm, 제2 광폭 롤이 3.7 mm이고, 제1 광폭 롤에 있어서는 β<γ, 제2 확장 롤에 있어서는 β>γ이다.

필름의 주행 및 표면 상태를 관찰하였더니, 제1 광폭 롤로부터 필름의 주름, 꺾임이 발생되어 있고, 일단 발생한 꺾임은 제2의 광폭 롤로서는 해소되지 않았다.

얻어진 편광 필름에는 주름이나 꺾임을 볼 수 있었다.

종래법과 비교하여, 보다 상처나 주름이 적고 꺾임이 없는 편광 필름이 얻어진다.

특히 스폰지 고무 광폭 롤을 배치하고 또한 팽창 처리액 중에 광폭 롤을 배치함으로써, 상처나 주름을 적게 하고 꺾임을 없애는 효과가 크다.

본 발명의 편광판, 광학 적층체를 액정 표시 장치에 사용함으로써, 박형이며 고품위의 액정 표시를 얻을 수 있다.

Claims

처리액 중의 하나 이상의 가이드 롤로서 광폭 롤을 사용하고, 하기의 수학식 1로 구하는 광폭 롤이 갖는 최대 광폭량 β와 하기의 수학식 2로 구하는 필름이 광폭 롤에 접촉하는 사이의 필름의 폭 방향의 팽창량 γ와의 관계가 (a) β>γ가 되는 위치에 광폭 롤을 배치하고(하거나) (b) β> γ가 되는 형상의 광폭 롤을 사용하는 것을 특징으로 하는, 폴리비닐알코올계 필름을 팽윤 처리, 염색 처리, 붕산 처리 및 수세 처리의 순으로 처리하고, 붕산 처리 공정 및(또는) 그 전의 공정에서 일축 연신을 행하는 편광 필름의 제조 방법.

<수학식 1>

β=B₁×α×r/R

식 중, B₁은 광폭 롤에 접촉하는 필름 폭, α는 광폭 롤의 접촉각, r는 광폭 롤의 반경, R은 광폭 롤의 곡률 반경을 나타낸다.

<수학식 2>

γ=0.2055×B₁×{exp(-0.0273×θ₁)-exp(-0.0273×θ)}

식 중, B₁은 상기와 동일하고, θ는 필름이 광폭 롤을 떠나기까지의 액 중의 주행시간, θ₁은 필름이 광폭 롤에 접촉하기까지의 액 중의 주행시간을 나타낸다.
제1항에 있어서, 광폭 롤이 스폰지 고무 롤이고, 그 스폰지의 경도가 JIS 쇼어 C 스케일로 20 내지 60도, 밀도가 0.4 내지 0.6 g/cm³, 및 표면 거칠기가 10 내지 30 S인 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서, 광폭 롤을 팽윤 처리액 중에 배치하는 편광 필름의 제조 방법.
제1항 내지 제3항에 기재된 방법으로 제조된 편광 필름의 한 면 이상에 보호 필름이 접합되어 이루어지는 편광판.
제4항에 있어서, 상기 보호 필름이 위상차 필름, 휘도 향상 필름, 시야각 개량 필름 및 반투과 반사 필름 중 어느 하나의 기능을 구비하고 있는 편광판.
제4항의 편광판과, 위상차 필름, 휘도 향상 필름, 시야각 개량 필름 및 반투과 반사 필름으로부터 선택되는 1종 이상이 접합되어 이루어지는 광학 적층체.