광학 필름 및 그 제조 방법 document_id A220517010466

본 발명은 액정표시장치(LCD) 등에 이용되는 위상차 기능과 시야각 확대 기능을 갖춘 광학 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 일반적으로 액정표시장치의 기본적인 구성은 액정 셀의 양측에 편광판을 설치한 것이다. 편광판은 일정 방향의 편파면의 빛만을 통과시키므로, 액정표시장치에 있어서는 전계에 의한 액정의 배향의 변화를 가시화시키는 중요한 역할을 담당하고 있고, 편광판의 성능에 따라 액정표시장치의 성능이 크게 좌우된다. 광학 필름의 제조 방법에는 크게 나누어 용액 유연 제막법과 용융 유연 제막법이 있다. 전자는 폴리머를 용매에 녹이고, 그 용액을 지지체 위에 유연하여 용매를 증발시키고, 다시 필요에 따라 연신해서 필름으로 만드는 방법이다. 막 두께의 균일성이 뛰어난 등의 점에서 넓게 채용되어 왔지만, 용매의 건조를 위해 설비가 대형화하는 등의 문제점을 안고 있었다. 후자는 폴리머를 가열 용융해서 지지체 위에 유연하여 냉각 고체화하고, 다시 필요에 따라 연신해서 필름으로 만드는 방법으로, 용매를 건조할 필요가 없기 때문에 설비를 비교적 콤팩트하게 할 수 있다는 이점이 있지만, 막 두께의 균일성이 떨어진다는 문제점이 있다. 최근, 시야각을 넓게 한 액정표시장치에는 위상차 보정용 필름을 이용하는 것이 일반적이다. 대화면화·고정밀화에 의해 위상차 필름에 요구되는 품질은 엄격해지고 있고, 특히 면 내 위상차가 큰 위상차 필름에서는 위상차의 지상축(배향축)의 방향(배향각)에 대한 요구가 엄격해서 필름 내 전역에 걸쳐 정밀도 ±1° 이하, 바람직하게는 ±0.3° 내지 0.5° 정도가 요구되고 있다. 일반적으로 이러한 위상차 필름으로서는 고유 복굴절율이 큰 폴리카르보네이트계의 수지 필름을 세로방향(제조 시에 필름의 주행할 방향)으로 1축 연신한 것이 이용되고 있지만, 폴리카르보네이트계의 위상차 필름 단독으로는 플러스의 파장 분산 특성을 얻을 수 없었다. 또, 이 위상차 필름은 지상축 방향이 연신 방향과 같은 세로방향이다. VA모드 액정용의 위상차 필름에서는 위상차 필름을 편광 필름에 접합시키는 경우, 지상축 방향을 편광 필름의 가로방향(편광 필름의 1축 연신 방향에 대해서 필름면 내의 직각 방향)으로 하는 것이 필요하지만, 세로방향에 지상축을 가지는 위상차 필름에서는 편광 필름과 길이가 긴 롤 형태로 접합할 수 없고, 필름을 컷하여 시트상으로 방향을 맞추어 접합해야만 해서 생산성이 현저하게 떨어진다는 문제가 있었다. 한편, 배향각이 길이가 긴 필름의 폭 방향(TD방향)을 향하고 있는 필름은 편광판에의 첩부 공정으로 롤 형태로의 생산이 가능하여 생산성 향상의 면에서 바람직하다. 이러한, 배향각이 TD방향을 향하고 있는 필름은, 연신 방향으로 분자 배향하는(플러스의 복굴절성을 가진다) 수지, 예를 들면 폴리카르보네이트나 셀룰로오스에스테르계의 수지를 사용하고, 텐터를 이용한 가로 연신 장치로 생산되는 것이 많다. 또, IPS 모드 액정용의 위상차 필름에서는 지상축 방향이 편광 필름의 세로방향과 일치하는 것이 필요하지만, 이 경우는 상기 TD방향의 연신에서는 롤 형태로의 첩부할 수 없어 생산성이 나쁘다. 그 때문에 MD방향의 연신 또는 연신 방향과는 직각 방향으로 분자 배향하는(마이너스의 복굴절성을 가진다) 재료, 예를 들면 폴리스티렌계 수지나 아크릴계 수지를 이용해서 TD방향의 연신을 하여 필름을 제작한다. 여기서, 텐터에 의한 가로 연신 공정에서는 필름을 연신에 적합한 온도로 가열해서 TD방향으로 연신하는데, 연신 전의 필름의 TD방향으로 당긴 직선(연신선)이 연신 후에 활 모양으로 만곡하는 보윙(bowing) 현상을 일으키는 것이 널리 알려져 있다. 이러한 보윙 현상이 발생하면 위상차 필름의 배향축은 활 모양의 연신선의 접선 방향으로 배열하여 배향각이 TD방향으로 균일하지 않게 되어 버린다고 하는 문제가 있다. 보윙 현상은 연신 조건에 따라 변화하기 때문에, 보윙 현상을 억제하는 각종 기술이 종래부터 개시되어 있다. 그런데, 연신 조건의 연구에 의해 보윙 현상을 없앤(연신선이 직선) 경우에서도, 텐터 내의 필름은 가열에 의해 부드러워져 있기 때문에, 텐터의 기계적인 좌우 불균일성에 의해 배향각의 폭 방향 분포를 가진다. 또, 텐터 내에 폭 방향의 온도 분포가 있으면 폭 방향의 막의 부드러움이 달라 연신이 불균일해짐으로써 배향각의 분포가 생긴다. 또, 텐터 연신 장치 이외에도, 폭 방향의 배향각의 불균일성을 일으키는 요소가 많이 있다. 광학 필름의 제조에 있어서는 반송 라인, 가열/건조 설비, 유연(流延) 시의 막 두께 불균일을 가능한 한 폭 방향으로 균일해지도록 유의하지만, 제조 설비에 가해지는 반복 열 변형이나 슬라이딩부의 마모 등으로, 생산 라인의 기계적인 좌우의 불균일성이 경시(經時) 열화되기 때문에 배향각도 경시 변화되어 버린다. 또, 용액 유연 제막법으로 작성한 필름을 인-라인으로 연신해서 광학 필름을 제조하는 경우에는 반송되는 필름이 용매를 포함하여 부드럽기 때문에, 반송 라인의 좌우 불균일성의 영향을 보다 강하게 받아 필름의 배향각의 폭 방향 분포를 일으키기 쉽다. 또한 지지체로부터 박리한 후의 필름은 막 두께 불균일이나 건조의 폭 방향 불균일에 의해서도 광학 특성의 폭 방향 분포가 생긴다. 이들 폭 방향 분포는 특히 생산성 향상을 위해 제막속도를 크게 하면 현저하다. 고정밀도가 요구되는 광학 필름, 특히 위상차 필름의 제조에 있어서는 이러한 배향각의 폭 방향 분포를 필요한 정밀도로 유지하는 것이 중요하다. 가로 연신 장치를 이용한 필름의 제조 방법에 있어서 배향각을 필름의 세로방향 또는 가로방향으로 정밀하게 제어하는 방법은 실질적으로 존재하지 않는다. 종래에는 반송 라인 및 연신 장치를 머신 센터에 대해서 가능한 한 좌우 균일하게 설치함으로써 0°/90°의 배향각을 가지는 필름을 만들고 있었지만, 기계적인 정밀도는 경시적으로 열화하는 요소를 가져 정밀한 제어를 필요로 한다. 가로 연신 장치를 이용한 광학 필름의 제조 방법에 있어서 배향각을 제어하는 방법으로서는 필름의 MD방향에 대해서 비스듬하게 배향각을 만드는 기술이 많이 개시되어 있다. 예를 들면 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2에는 좌우 클립의 속도나 주행거리가 다른 필름 폭 방향의 연신 장치를 이용한 필름의 제조 방법이 제안되어 있다. 이들 특허 문헌 1로 기재된 방법은 배향축을 필름 길이 방향의 45° 방향으로 기울임으로써 종횡의 막 강도를 폭 방향/길이 방향으로 균일하게 하기 위한 기술이다. 또, 특허 문헌 3 내지 5에도, 같은 광학 필름 제조 방법이 개시되어 있는데, 이들도 배향축을 필름 길이 방향에 대해서 10 내지 80° 기울게 하기 위한 기술이다.