셀룰로오스 나노위스커 충전을 통한 편광필름의 물리적 특성 향상

[카리]

현재 전자산업이 발달하면서 디스플레이용 장치들의 중요성이 증대되고 있고, 그 수요가 크게 늘어나고 있다. 평판 디스플레이용 장치로 많이 사용되는 액정표시장치(LCD)는 휴대용 전화기, PC 모니터 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 그에 따른 소재 및 부품 개발과 성능개선에 관심을 모으고 있다. 편광필름은 LCD 제품의 광학 특성을 결정짓는 소재로 액정분자에 다양한 방향으로 입사되는 빛을 한쪽 방향으로만 진동하게 조절하는 역할을 한다. 이러한 편광필름의 빛 조절 기능은 요오드 또는 이색성 염료 용액 등에 PVA(Polyvinyl alcohol)계 필름을 침지하여 흡착시키고, 이를 연신시켜 연신방향으로 배열시킴으로써 얻어진다. 그러나 현재 상용화되어있는 PVA-요오드 편광필름은 사용 초기 단계에는 편광특성이 우수하지만, 요오드의 승화성 때문에 편광특성이 떨어지고 고온 다습과 같은 외부 환경에 내구성이 떨어지는 문제점이 있다. 이를 보완하기위해 TAC 등의 보호필름이 추가적으로 사용되고 있다. 또한 요오드 염색 단계의 공정에서 과량의 가 사용되지만 요오드 흡착 효율은 떨어져 친환경적이지 않다. 그리고 편광특성을 좋게 하기위해서 연신비를 높게 해야 하며, 필름 자체의 내구성이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서 이러한 편광필름의 문제점을 해결하기 위해, PVA 필름에 셀룰로오스 나노위스커(Cellulose nanowhisker(CNW))를 충전하여 기존의 공정방법보다 간단한 공정방법으로 요오드 흡착의 효율을 높이고, 필름의 내구성도 개선하고자 한다.
본 연구에서는 CNW를 충전하고 보다 간단한 공정으로 요오드를 흡착, 배열시켜 편광필름을 제조하였다. 제조한 CNW와 PVA/CNW 필름은 크게 형태적 특성, 광학적 특성, 기계적 특성을 분석하였다. 먼저 CNW의 형태적 특성과 입자 크기를 확인하기 위해 AFM과 TEM 측정을 하였다. 또한 SEM을 통하여 PVA필름 내 CNW의 분산성을 확인하였다. DSC 측정을 통해 CNW의 함량비 및 연신비가 증가함에 따라 결정화도가 증가함을 확인하였다. WAXD 분석을 통해서 CNW가 Cellulose Ι 구조이며, CNW의 함량비 및 연신비에 따라 orientation 되는 것을 확인하였다. UV-Visible Spectrometer 분석을 통한 투과율은 CNW의 함량비가 증가함에 따라 투과율은 다소 감소하지만 연신비를 통해 조절할 수 있음을 확인하였다. 편광도 또한 CNW의 함량비가 증가함에 따라 증가하였으며, 연신비를 통해 조절할 수 있음을 확인하였다. 열안정성 또한 CNW의 함량비가 증가함에 따라 증가함을 확인하였다. CNW의 함량이 증가함에 따라 Hardness와 Young's modulus가 증가하여 기존의 편광필름의 단점을 개선할 수 있음을 확인하였다.
본 연구를 통해 CNW가 충전되고, 상용화된 공정보다 간단한 공정으로 편광필름을 제조하였으며, 기존의 편광필름의 단점을 개선할 수 있는 편광필름이 제조되었음을 확인하였다.

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