KR100241971B1 - 고효율 k-시트 편광자 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리비닐렌과 폴리비닐알콜의 배향된 블록 부분을 포함하는 분자적으로 배향된 폴리비닐알콜을 구비하는 새롭고 개선된 편광 시트에 관한 것이다. 특히, 편광 시트는 폴리비닐알콜/폴리비닐렌 블록 공중합체재를 구비하며 여기서 그의 폴리비닐렌 블록은 폴리알콜 시트의 분자 탈수에 의해서 형성되며, 폴리비닐알콜/폴리비닐렌 블록 공중합체재의 상기 시트는 폴리비닐렌 블록의 공액 반봅 비닐렌 단위의 길이가 2 내지 24의 범위에서 변화하는 폴리비닐알콜/폴리비닐렌 블록 공중합체재의 편광 분자의 균일한 분포를 구비하며, 200 내지 700nm의 범위의 파장에서의 흡수에 의해 결정된 것으로서, 상기 폴리비닐렌 블록의 각각의 농도는 상대적으로 일정하게 유지되며, 상기 블록의 스펙트럼 이색성율(RD)에 의해 측정된 것으로서, 상기 편광 분자의 배향율은 상기 폴리비닐렌 블록의 길이(n)의 증가에 따라서 상기 범위에서 증가하며, 상기 폴리비닐렌 블록 농도 및 상기 분자의 상기 배향율이 45 이상의 광이색성율(RD)을 상기 시트에 제공한다.
Description
[발명의 명칭]
고효율 K-시트 편광자 및 그의 제조 방법
[기술분야]
일반적으로, 본 발명은 분자적으로 배향된 폴리비닐알콜 시트를 기초로하는 합성 이색성(dichroic) 평면 편광자에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 광흡수 색소단의 균등한 농도를 갖는 고효율 “K-시트” 형 편광시트와 그의 제조 방법에 관한 것이다.
[배경기술]
일반적으로, 광파는 광빔의 축에 대한 많은 평면에서 진동한다. 만일 파가 오직 한 평면에서만 진동한다면, 광이 평면편광되었다고한다. 몇 개의 유용한 광학적 목적 및 효과를 평면 편광에 의해서 얻을 수 있다. 예를 들어, 액정 디스플레이 스크린과 같은 전기광 장치의 제조에서는, 직교 편광자는 어드레스어블 (addressable)로 불러낼 수 있는 액정 층간과 결합하여 사용되어서 화상 형성을 위한 기초를 제공한다. 사진 분야에서는, 편광 필터는 정반사의 밝기와 섬광을 감소하기 위하여 사용된다. 편광 필터(원형의 혹은 그밖의 것)는 CRT 디스플레이 모니터 스크린 상에 섬광을 감소하기 위하여 또한 사용된다.
수 개의 재료가 각도에 의한 편광 특성을 소유하기는 하나, 중합체 박막을 기초로한 합성 편광재가 제조와 핸들링에서 비교적 쉽고, 특별한 사용에 맞추어 만들 수 있으며, 그들이 원하는 최종 생성품에 통합하는 것이 비교적 쉽기 때문에 바람직하다.
선형 편광막의 생성은 기술분야에서 잘 설명되어 있다. 선형 편광막은, 일반적으로, 투과막 매체의 이방성 특성에 대한 임의의 전자기 방사 벡터에 따라서 방사 진동을 선택적으로 투과하는 (그리고 임의의 제2 전자기 방사 벡터에 따라서 전자기 방사 진동을 흡수하는) 특성을 지닌다.
이색성 편광자는 입사광파의 흡수의 벡터적 이방성에 대한 편광능을 갖는 흡수 변화의 선형 편광자이다. 여기에서 용어 “이색성 상태”는 상기 광의 입사 빔 성분의 진동 방향에 따라서, 광의 입사빔 성분의 상이한 흡수의 특성을 의미하는 것으로서 사용된다. 그러므로, 이색성막으로 입사하는 광은 두 개의 상이 한 흡수계수, 즉 하나는 작고 하나는 큰 흡수계수와 만나게 된다. 방출광은 저흡수의 방향에서 주로 진동된다.
가장 넓게 사용된 형태의 합성 이색성 시트 편광자는 폴리비닐알콜-아이오다인(polyvinyl alcohol-iodine) 복합 편광자 (즉, “H-시트” 형 편광자) 와 그의 변형체이며, 그런 편광자는 폴라로이드 코오포레이션(Polaroid Corporation)의 에드윈 에이치 랜드(Edwin H. Land)에 의해서 발명되었다(1938년 10월 29일에 출원되어 1948년 11월 23일에 등록된 미국 특허 출원 2,454,515). 일반적으로, “H- 시트” 형 편광자는 폴리비닐알콜 매트릭스 내에 포함된 광흡수 선형 폴리아이오다인을 구비한다. 일반직으로 “H-시트”형 편광자는 예를 들어, 광흡수 폴리아이오다인 (혹은 이색성 염료)의 수용액으로 폴리비닐알콜막을 포화시킨 후 몇 배의 길이로 막을 열적 연장함으로서 만들어져서 결과의 고분자량 분자가 단일 방향으로 배향된다. 단일 방향으로 폴리비닐알콜 매트릭스를 배향함으로서, 광흡수 폴리아이오다이드의 전이 모멘트가 대등하게 배향된다. 그러므로 상기 재료는 볼 수 있는 이색성이 된다.
“H-시트” 형 편광자의 기본 재료는 수용성의 고분자량 물질이기 때문에, 결과막은 비교적 낮은 방습성을 보이며, 그래서 무방비의 상태에서 대기의 습도에 노출될 때, 비틀리거나 박리되거나 혹은 그렇지 않으면 휘는 경향을 보인다. 비록 “H-시트” 형 편광막이 좋은 편광성 (즉, 80 보다 더 높은 광이색성율(RD))을 지니고 있을지라도, 어떤 응용에 있어서는 이것의 방습율과 열저항율이 소정의 것보다 적게 된다.
제1 “H-시트” 형 편광자의 개발과 동시에, 소위 “K-시트” 편광자의 연구가 폴라로이드 코로포레이션에서 에드윈 에치. 랜드와 하워드 지. 로저스(Howard G. Rogers)에 의해서 수행 (미국 특허 번호 2,173,304, 2,255,940 및 2,306,108) 되었으며, 또한 개발 작업이 에프. 제이. 빈다(F. J. Binda)에 의해서 실행 (미국 특허 번호 2,445,555, 2,453,186, 1,554,850 및 2,674,159) 되었다.
“H-시트” 형 편광자와 다른 합성 다이클로익 평면 편광자와 대조를 이루어, “K-시트” 형 편광자는 염료 첨가제, 착색제 혹은 현탁 결정재의 광흡수으로부터가 아닌, 그 매트릭스의 광흡수 특성으로부터 이색성 상태를 유도하였다. 제1 “K-시트” 편광자는 분자적으로 배향된 폴리비닐알콜막 내에서, 폴리비닐알콜의 이색성 탈수 생성물(즉, “폴리비닐렌”)의 배향된 현탁액을 구비한다. 그런 편광자의 제조는 폴리비닐알콜(PVA)의 탈수 시트에 의해서 시작되며, 바람직하게는 염화수소산을 발연하고, 물분자를 유리하여 폴리비닐렌의 공액 블록을 생성하는 것과 같은 강산의 존재 내에서 그들을 가열함으로서 시작된다. 그러므로, 소정의 이방성 특성을 얻기 위하여, 탈수 시트는 단일방향으로 연신되며, 공액 폴리비닐 블록을 정열하여 그의 이색성 모멘트를 배향한다. 그의 큰 소수성 (본래의 안정성)에 의해서, 이전의 편광자에 대한 응용은 광시스템에 집중되었으며 여기서 편광자는 고온, 넓은 온도 변동 및 습도의 극단적인 변화가 가해지게 된다.
비록 이전의 “K-시트” 형 편광막이 최신의 “H-시트” 형 편광막보다 더 좋은 열 저항성과 방습성을 제공할지라도, 그의 광학적 특성은 “H-시트” 다양성의 광 특성만큼 바람직하지는 않다. 이와 같이, 이전의 “K-시트”는 “H-시트”에 의해서 얻어진 동일한 정도의 폭넓은 수용성과 상업적 성공을 얻을 수 없으며, “H-시트” 형 편광자의 방습성을 개선하기 위하여, 부가적인 노력이 좀더 활발하게 행해져야했다.
일반적으로, 두 개의 방법을 사용하는데, 하나는 사실상 기계적인 것이며, 다른 하나는 화학적인 것이다. 기계적인 접근에 대하여, “H-시트” 형 편광자 내의 내수성은 예를들어, 보호막 혹은 보호 적층물 내에서 임의의 환경으로부터 그의 흡습성의 재료를 고립시킴으로서 얻는데, 예를 들어 미국 특허 번호 4,416,946 (불화탄소계 습도 장벽)을 참조하기 바란다. 화학적 접근에 대하여, 연구는 폴리비닐알콜에 대한 내수성의 대안을 확인하고 그 조건을 충족시켜주는 방향으로 행해지는데, 예를 들어, 미국 특허 4,842,781 및 5,286,418 인데, 1951년 10월 23일 제이 이. 캠벨(J.E.Campbell)에 의해서 등록된 미국 특허 번호 2,572,315 와, 미국 특허 번호 3,621,085, 4,229,498 및 4,230,768 (폴리비닐 클로라이드의 탈수소할로겐화)를 참조할 수 있다. “H-시트” 형 편광자의 개선을 위한 치우친 노력으로, “K-시트” 형 편광자의 연구가 점차 사라져서, 1940년 이후부터 현재까지 실제적으로 행해지지 않고 있다.
현재, 많은 상업적 관심은 편편한 패널 디스플레이, 특히 액정 디스플레이의 개발과 개선으로 향해져 있다. 그런 디스플레이의 가속적인 기술 개발과 함께, 좋은 편광효율과 감소된 생산비를 갖는 편광자에 관심이 모이고 있다. “H-시트” 형 편광자가 액정 디스플레이 내에서 연속적으로 사용될 때, 동등한 광학적 특성을 가지면서 낮은 비용의 메카니즘 혹은 접근을 통하여 부가된 방습성을 갖기 위한 대안을 찾고 있다.
[발명의 요약]
상술된 필요성에 대응하여, 본 발명은 “H-시트” 형 편광자보다 더 좋은 혹은 그와 동등한 정도의 편광 특성을 가지면서 방습성을 갖는 개선된 “K-시트” 형 편광자를 제공한다.
본 발명은 폴리비닐알콜 시트의 분자 탈수에 의해서 형성된 그의 폴리비닐렌 블록을 갖는 분자적으로 배향된 폴리비닐알콜/폴리비닐렌 블록 공중합체재의 시트를 구비하는 편광자를 고려한다. 본 발명에 따라서, 분자적으로 배향된 폴리비닐알콜/폴리비닐렌 블록 공중합체재의 시트는 공중합체의 폴리비닐렌 블록의 공액 반복 비닐렌 단위 길이 (n) 가 2 내지 24에서 변화하는 폴리비닐알콜/폴리비닐렌 블록 공중합체재의 편광 분자의 균일한 분포를 구비한다. 이들 시트는 탈수단계가 진행되는 동안, 그 이전 혹은 그 이후에 연신되어서 편광 분자가 배향되게 하며, 상기 분자의 배향율은 상기 범위에서 상기 폴리비닐렌 블록의 길이 (n)의 증가에 따라서 증가한다. 또한, 상기 블록에 의한 광흡수에 의해서 결정되는 폴리비닐 블록의 각각의 농도는 상기 범위에서 상대적으로 일정하게 (즉, “균형되게”) 유지된다. 각각의 폴리비닐렌 블록의 농도의 분포와 함께, 상기 분자의 배향율은 상기 시트에 45 이상의 광이색성율(RD)을 공급하기에 충분하다.
따라서, 본 발명의 원리 및 특정한 목적은 분자적으로 배향된 직선상 폴리비닐알콜을 구비하는 편광 시트를 제공하며, 상기 편광 시트는 그 안에 형성되어 배향된 이색성 폴리비닐알콜/폴리비닐렌을 가지며, 비닐렌 블록 부분의 공액길이 (n)의 분포가 n=2 내지 n=24의 범위내에 반드시 존재하며, 편광시트는 연신되어서 거의 45 보다 큰 피크 광이색성 (RD)을 상기 시트에 충분히 제공하도록 한다.
본 발명의 또다른 목적은 좋은 편광효율과 좋은 방습성을 갖는 편광자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상술된 특성의 편광재의 제조를 위한 과정을 제공한다. 특히, 본 발명은 편광 시트재를 만들기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은 초기의 단일방향으로의 연신 단계와 그 이후의 단일방향으로의 연장단계를 포함하며, 이후의 연장단계는 초기의 연신 단계에서 얻어진 길이 이상의 시트 길이로 시트를 연장한다.
따라서 본 발명은 몇 개의 단계와 서로 다른 각각에 대한 그런 단계의 하나 이상의 관계를 구비하며, 특성, 특징 및 그 요소들 사이의 관계를 포함하는 생성물이 다음의 상세한 설명에서 설명되며, 이것의 응용 범위는 청구항 안에서 지시될 것이다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 K-편광자 (초기에 단일방향으로 연신되고 이어서 연장, 즉 EXT 되어 변화함) 의 3개의 대표적인 샘플과 종래의 K-편광자 (단일 방향으로 연신되며 그 이후의 연장단계를 갖지 않음)의 스펙트럼 이색성율(RD)을 플로팅한 그래프이다.
제2도는 본 발명에 따른 편광시트와 종래의 편광시트의 투과율(Kv)에 대한 편광효율을 플로팅한 그래프이다.
제3도는 고효율 “K-시트” 형 편광자를 제조하기 위하여 본 발명에 따라 실행된 방법의 개략적인 도면이다.
제4도는 대표적인 종래의 편광시트와 본 발명에 따른 대표적인 편광시트의 공액 길이 (n)에 대한 흡수(즉, 흡수율 × 농도, a*c)를 플로팅한 그래프이다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 폴리비닐알콜 시트의 분자 탈수에 의해서 형성된 폴리비닐렌 블록을 갖는 분자적으로 배향된 폴리비닐알콜/폴리비닐렌 블록 공중합체재의 시트를 구비하는 고효율의 방습성 편광자를 고려한다. 분자적으로 배향된 폴리비닐알콜/폴리비닐렌 블록 공중합체재의 시트는 상기 폴리비닐알콜/폴리비닐렌 블록 공중합 체재의 편광 분자의 균일한 분포에 의해서 초기에 규정되어지며, 여기서 공중합체의 폴리비닐렌 블록의 공액 반복 비닐 단위의 길이 (n)는 2 내지 24의 범위에서 주로 변화된다. 또한 분자적으로 배향된 시트의 검사는, 스펙트럼 이색성율의 고려에 의해서 양을 정한 것으로서, 상기 편광분자의 배향율이 상기 폴리비닐렌 블록의 길이 (n)의 증가에 따라서 상술된 영역의 공액 길이 내에서 증가된다는 것을 밝힐 것이다.
제1도에 대하여, 상술된 것처럼, 이것은 본 발명의 3개의 대표적인 샘플 (초기에 단일방향으로 연신한 다음, 연장, 즉EXT 으로 변화한 샘플) 과 종래의 K-편광자의 샘플(단일방향으로 연신된 후 연장 단계 즉, EXT 갖지 않는 샘플)의 이 색성율(RD)을 플로팅한 그래프이다. 제1도로부터, 본 발명의 K-편광자의 각각에서 색소단의 이색성율은 종래의 대표적인 K-시트와 대응하는 색소단의 이색성율 보다 대체적으로 크며, 특히, 그 색소단은 600 nm 내지 700 nm의 근적외선 파장에서 편광특성에 기여한다. 그러므로, 종래의 K 시트내에서의 색소단의 이색성율은 그의 폴리비닐 블록의 공액 길이 (n)와 함께 점차적으로 증가하며, 좀더 급작스런 증가가 본 발명의 편광시트의 경우에 관찰된다.
더 큰 배향율을 관찰할 수 있다는 것에 부가하여, 본 발명자는 또한 200 nm 내지 700 nm 범위의 파장에서 대체적으로 균일하게 배향된 색소단의 반(즉 공액 블록)의 농도분포를 정의하는 흡수값을 관찰하며, 이것은 편광 특성의 개선에 부가하여, 가시적으로 관찰할 수 있으며, 소정의 회색 계열의 톤을 발생시키는 결과를 낳는다. 비록 색소단의 구성을 주도하는 정확한 원인이되는 인자가 잘 이해되지는 않을지라도, 대체적으로 균일한 농도 분포는 다음에서 설명되는 방법에 따라서 만들어진 “연신되고 연장된” 편광시트내에서 일관되게 재생산되며, 관찰된다.
비교적으로 좀 더 균일한 “편편한” 혹은 선택적으로는 “균형화된” 색소단의 농도 분포는 다음의 테이블(투과율 @ 42Kv) 에서 주어진 수학적인 데이터에 의해서 실증되며, 상기 데이터는 또한 제4도에서 플로팅된다.
제4도와 상기 테이블로부터 명확하듯이, 250 nm 내지 700 nm 범위의 파장의 상기 블록에 의한 흡수에 의해서 결정된 폴리비닐렌 블록의 각각의 농도는 대체적으로 일정 (예를들어, 약 1/5 정도로) 하게 유지된다. 더욱이 이것은 n=19 내지 24의 범위에서의 상기 폴리비닐렌 블록의 각각의 흡수-결정 농도가 n=14 내지 15 범위 내에서 상기 폴리비닐렌 블록의 임의의 흡수 결정 농도의 거의 70% (즉 70%±5%) 이상이라는 것에 특히 주목해야한다. 이러한 관점에서, 근적외선 파장 (즉, n=19 내지 24) 에서의 편광 특성을 이행하는 각각의 색소단은 가장 큰 인간의 광감도(즉, 540nm 내지 560nm n=14 내지 15)에 대응하는 파장의 편광을 담당하는 색소단에서의 측정값의 거의 70% 이상인 상대농도(흡수성의 측정에 기초함)를 갖는다.
상기 테이블에서, 상대 농도는 다음과 같이 산출된다.
Rel.Cone(n=x)= (흡수(n=x)/흡수(n=q)) 100
여기서 x는 19 내지 24의 공액 길이 (n) 이며, q는 14 혹은 15의 공액 길이 (n) 이다 (상기 테이블에서, 설명을 위하여 q는 14 이며, 즉, 산출값은 q 가 15일 경우와 비슷하다). 표 1에서 명확하게 알 수 있는 것처럼, 현재의 편광시트의 색소단 분포는 종래기술의 “K-시트” 생성품에서 관찰된 것으로부터 대체적으로 출발한다. 특히, 종래 기술의 K-시트는 공액 길이 (24 및 24)에 대하여 70% 이하의 상대농도를 나타내며, 이것은 소위 “레드-리크(red-leak)” 현상에 기여하게 될 수도 있다. 감소된 광학적 특성과는 별도로, “레드-리크”를 발생시키는 편광자는 브라운색 경향을 가지는 경향이 있으며, 이것은 미학적인 관점에서 임의의 디스플레이 응용에 바람직하지 않다.
마지막으로, 각각의 폴리비닐 블록의 농도 분포와 함께 상기 분자의 배향율이 45 이상의 광이색성율(RD)을 갖는 편광 시트를 발생한다. 본 발명자는 임의의 표준 상업적 “K-시트” 형 편광자 (즉, 변화되지 않고 그래프트(graft) 되지 않은 폴리비닐알콜의 출발원료를 기초로한 것)에 의해서 더 높은 이색성율의 획득을 알지 못한다.
본 발명은 바람직한 실시예에서, 첨부된 청구항과 같은 범위의 영역으로 주어지며, 폴리비닐알콜/폴리비닐렌 블록 공중합체의 편광 분자의 흡수 결정 농도와 배향이 부분의 특정 파장에서 스펙트럼 이색성율(RD) 이 다음의 테이블에서 표현된 대응하는 값 이상이 되도록 하며, 그 값은 제1도의 그래프에 플로팅된다.
상기 새로운 소정의 광학적 특성을 갖는 상술된 것과 같은 편광 시트는 “연장” 단계를 포함하는 방법을 통하여 얻을 수 있다. 종래의 방법론으로부터 시작함에 있어서, 장력하에서 유지되거나 혹은 릴렉스되어서 우선적으로 연신된 (그렇게함으로써 분자적으로 배향된) 중합체 시트는 제1 연신 내에서 얻어진 것 이상의 정도로 단일 방향으로 연장된다(즉, “재연신”). 편광 특성을 개선하는것에 부가하여, 상술된 다른 처리와 결합될 때, 이들 단계는 결과의 편광 시트의 변형을 방지하고 자외선에 대한 안정성을 증가시키킬 때 매우 유용하다.
본 발명을 설명하기 위하여, 본 발명의 방법의 실행에 변화를 주어서 본 발명의 방법의 바람직하고 대표적인 실시예를 만든다. 이러한 관점에서, 참고자료로 편광 시트(10)를 제조하기 위한 방법을 제3도에 개략적으로 설명한다.
제3도에 도시된 것처럼, 편광시트(10)의 제조과정에는 소정의 원래의 길이를 갖으며 일반적으로 0.002(0.051 mm) 내지 0.004 정도의 두께를 갖는 비정형 히드록실화 직선상 공중합체(10u)의 중합체 시트의 준비로 시작된다. 대표적인 예로서, 제3도에 도시되어 있는 것처럼, 가공되지 않은 중합체 시트(10u)는 1′(0.304 m)의 길이와 4.3′(1.307m)의 폭을 가지는 것을 볼 수 있다.
중합체 시트(10u)는 적절한 연신 장치 (200) (혹은 다른 비슷한 기계장치 혹은 시스템)로 이전되며, 여기에서 비정형의 가공되지 않은 중합체 시트 (10u)는 그것의 소정의 원래의 길이에서 거의 2.0 내지 거의 5.0 으로 단일방향으로 연신된다. 제3도에 도시되어 있는 예에서, 중합체 시트 (10u)는 1′(0.304m)의 원래의 길이에 3.6 배 연신되며, 3.6′(1.094m)의 길이와 2.6′(0.791m)의 폭을 갖는 배향된 시트가 된다. 비정질 중합체 물질의 분자 배향을 얻는 이들 연신 단계는 일반적으로 과도하지 않은 열의 영향하에서 수행되며, 바람직하게는 비정질 중합체 물질의 유리 전이 온도에서 혹은 그 위에서 수행된다. 제3도에 도시된 것처럼, 연신은 열발생 소자(230), 고속 롤러(210) 및 저속 롤러(220)의 준비에 의해서 얻을 수 있다. 롤러(210)와 롤러(220) 사이의 회전율의 차이는 그들 사이에 전이된 웨브(14)의 영역에 대응하는 장력을 생성하기 위하여 이용된다. 상기 영역이 열발생 소자(230)에 의해서 방출된 열과 동시적으로 가해질 때, 웨브(14)의 연신은 유용하게되며 좀 더 바람직한 결과를 얻는다. 연신 시트(10u)를 위한 다른 방법은 현재의 설명으로 비추어볼 때 그 기술분야의 당업자에게는 명백하게될 것이다. 중합체 시트를 연신하기 위한 방법은 알. 브라케(R. Blake)에 의한 미국특허번호 2,547,736, 에드윈 에이치. 랜드와 더블유. 리안(W. Ryan)에 의한 미국특허번호 2,547,763 및 에스. 발칸(S. Balkan)에 의한 미국특허번호 2,804,652에 개시되어 있다.
연신이후의 배향된 중합체 시트는 다소 섬유 모양으로 추정되며 연신 방향을 가로지르는 방향에서 그의 장력이 감소된다. 이러한 상태에서, 배향된 중합체 시트에는 주름, 구김 및 핸드링과 조정에 의한 다른 물리적 인공 결과가 가해진다. 따라서, 배향된 중합체 시트는 그것으로 캐리어 웨브(12)의 적층 혹은 결합에의 해서 바람직하게 보호된다. (제3도에서는 단순하게 보여주며, 캐리어 웨브(12)는 장치 혹은 연신 장치(200)와 결합되거나 병합된 시스템 내에서 웨브 스풀(120) 로부터 전이되는 것을 요구하지 않는다).
임의의 다양한 재료가 캐리어 웨브(12)를 위하여 사용될 수 있다. 적절한 캐리어 웨브 재료는 셀룰로오스에스터(예를들어, 니트로셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스아세테이트뷰티레이트), 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 아크릭과 같은 비닐중합체, 그리고 시트와 같은 광투과 형태로 제공될 수 있는 다른 지지재료를 포함하는 잘 알려진 중합체 시트를 포함한다. 폴리에스터는 특별한 응용과 요구에 따라서 특별히 사용할 수 있다. 비록 다른 폴리에틸렌 텔레프탈레이트를 사용할 수 있다할지라도, 바람직한 폴리에스터는 마일러와 에스타르 상품명하에서 사용할 수 있는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트이다. 지지재료의 두께는 특정한 응용에 따라서 변화될 것이다. 일반적으로, 제조를 고려하는 관점에서, 약 0.5 마일 (0.013 mm) 내지 약 20 마일 (0.51 mm)의 두께를 갖는 지지체가 편리하게 사용될 수 있다.
임의의 다양한 접착제가 폴리비닐알콜 접착제 및 폴리우레탄 접착제물질을 포함하는 적층물을 위하여 사용될 수 있다. 편광자가 광학적인 응용에 일반적으로 사용되는 한은, 편광자의 광투과 특성에서 수용할 수 있는 접착제 재료가 일반적으로 사용될 것이다. 접착제 재료의 두께는 특별한 응용에 따라서 변화될 것이다. 일반적으로, 약 0.25 마일(0.006 mm) 내지 약 1.0 마일(0.025 mm)의 두께를 만족한다.
캐리어 웨브(12) 상에서 지지될 때, 배향된 시트는 탈수 장치(300) (혹은 비슷한 기계장치 혹은 시스템)로 이전되며, 그래서 배향된 시트는 폴리의 블록 공중합체 (비닐렌과 비닐알콜의 공중합체)를 구비하는 편광 분자로 그의 부분을 전환하도록 처리된다. 예를 들어, 이것은 적절한 탈수촉매, 바람직하게는 염화수소산 증기에 배향된 시트를 노출함으로써 얻을 수 있으며, 그런 후 125℃ 이상의 온도에서 발연된 시트를 가열한다.
실행의 한 특정한 모드에서, 웨브-본 (web-borne) 시트의 배향된 중합체부분(즉, 표면 아래)은 발연산의 큰 용기로부터 짧은 거리를 두면서 장치(300) 안에서 거의 1 분 동안 유지되며, 그 주기동안 거의 130℉로 유지되어 있으며 그 시트에 가깝게 근접하여 베치된 가열된 덮개 혹은 동등한 수단(도시되지 않음)에 의해서 따듯하게 된다. 촉매로서 작용하는 산연무를 가지고, 배향된 시트가 가열 오븐을 통과하게 하며 여기서 약 반 시간 동안 (혹은 그 이상동안) 거의 250℉ 내지 350℉의 온도가 가해지져서, 배향된 시트는 소정의 탈수된 재료인, 폴리비닐렌으로 전환된다.
가열시간, 온도 및 산농도의 특정한 조건은 특정하게 한정되어있지 않다. 공중합체의 형성 및 그의 부가적인 편광 특성에 손상없이 처리 과정 파라메터에서의 상당한 변화가 존재한다. 예를들어, 산연무를 배향된 시트로 통과시키는 정도는 큰 용기의 산의 온도를 변화시키고, 배향된 시트를 연무에 노출시키는 시간을 변화시키고 시트의 근처에 배치된 가열소자의 온도를 변화함으로써 제어될 수도 있다. 또한, 탈수 촉매에 폴리비닐알콜의 연신되지 않은 시트를 우선 노출시킨 후 시트의 가열과 연신을 동시에 함으로서 적절한 결과를 얻을 수 있다.
본 발명의 고효율 “K-시트” 형 편광자를 생성하기 위하여, 탈수되고, 발연되고, 배향된 시트(10I)는 그러므로 다음의 연장 단계로 보내지게되며, 여기서 중간 시트(소위 “로우(Raw)-K”)(10I)는 제1 연신에서 얻어진 것 이상의 정도까지, 일반적으로 10% 내지 160% 까지 단일방향으로 연장되어서(즉 “재연신”), 연신의 최종 배향율이 시트의 원래의 소정의 길이에 4.8 배(바람직하게는 그보다 더 큰) 이상이되게 한다.
제3도에 도시된 것처럼, 상기 연장 단계는 반드시 그럴 필요는 없으나, 바람직하게는 붕소 용액(400)에서 수행된다. 그런 단계를 수행하는 단계에서, 배향된 폴리 (비닐렌과 비닐알콜의 공중합체) 분자를 포함하는 시트(10I)는 시트를 부가적으로 10% 내지 160%를 연장하면서 동시에 혹은 그 후에 붕산, 붕사 혹은 붕산 및 붕사의 수용액에서 처리된 연신의 최종단계의 배향율이 시트의 원래의 길이에 4.8배 (바람직하게는 더 큰) 이상이 되게 한다. 제3도에 도시된 것처럼, 중간 시트(10I)는 3.6′(1.094 m)의 원래의 연신된 길이에 거의 38%가 부가적으로 연신 되어서, 5′(1.520m)의 길이와 1.7′(0.517m)의 폭을 갖는 고효율 “K-시트” 형 편광자(10)를 발생한다. 상술된 방법의 파라메터에 따르면, 5′(0.517 m)의 편광자(10)의 길이는 가공되지 않은 비정질 다중체 시트 (10U)의 4.8 배 이상(즉 5 배 이상)이 된다.
제3도에 도시된 것처럼, 전환되어 배향된 시트의 연장은 이전의 비정질 시트(10u)의 연신과 비슷한 방법으로 얻을 수 있는데, 즉, 고속 및 저속 롤러(410 및 420)의 사용에 의해서 얻을 수 있다. 이전의 연신 단계에서 처럼, 선택적인 연신 방법을 사용할 수 있다.
비록 연장이 붕소 용액(400)에서 발생되는 것으로 제3도에 설명되어 있을지라도, 본 발명은 연장 단계의 위치와 시간에 제한되지 않으며, 실행에서 절대적으로 붕소화만으로 제한되어 있지는 않다. 예를 들어, 시트(10I)는 붕소 용기(400) 안에 잠기게하여 부드럽게 할 수 있으며 혹은 붕소 용기 안에서 부드럽게하거나 혹은 팽창시킬 수 있고, 그런 후 꺼내서, 연장시킨다. 이와 같이, 시트(10I)는 연장될 수 있으며 그런 후 붕소 용기(400) 안에 잠기게할 수 있다. 실제적인 상황이 아닐지라도 극단적으로, 시트(10I)는 붕소화의 이전, 이후 혹은 그와 동시중 어느 경우에도 관계없이 연장될 수 있다. 관련업에 종사하는 사람들이 주목하고 있는 것처럼, 시트 (10I)의 연장을 실행하는 붕소 이온 함유 용액내에서의 이전의 침수 혹은 동시적인 침수등은 시트(10I)가 연장될 때 실행하는 것이 바람직하다.
또한, 비록 제3도는 단일 용기 안에서만 설명되었을지라도, 붕소화는 두 개(혹은 그이상)의 용기를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 두 개의 용기의 붕소화에서, 제1 용기는 물을 포함하며, 제2 용기는 붕소이온 기여종류를 포함한다.
선택적으로, 그것은 역으로 될 수도 있으며 혹은 두 용기가 붕소 이온 기여 종류의 변화하는 농도 혹은 그의 혼합물 혹은 그 양자를 포함할 수도 있다. 연장은 이들 용기 중 어느 하나안에서 수행된다.
시트(10I) 가 붕소화될 때, 붕소화 용액은 일반적으로 나트륨 혹은 수산화칼륨중 어느 것과 붕산을 구비하거나 혹은, 나트륨과 붕산칼륨을 구비하는, 바람직하게는 붕사를 구비하는 분류로부터의 물질과 붕산을 구비한다. 용액 혹은 배향된 편광 시트가 있는 용액 내에서는 붕산 및 붕사 혹은 다른 붕산염의 농도를 제한하지 않는다. 바람직하게는, 붕산은 붕사 혹은 다른 붕산염보다 더 높은 농도로 존재하며, 바람직한 농도는 9 중량%의 붕산과 3 중량%의 붕사를 구비한다. 다른 만족할만한 농도는 16 중량% 혹은 그 이상의 붕산 농도의 용액과 약 6 중량% 붕사 농도의 용액을 구비하거나 혹은 9중량%의 붕산과 1 중량%의 붕사 혹은 지시된 범위내에서의 다른 변화량의 붕사의 농도를 갖는 용액을 포함할 수도 있다. 바람직하게는, 용액은 1중량% 내지 6중량%의 붕사와 약 5중량% 내지 약 20중량%의 붕산을 포함해야만 한다. 편광 시트 혹은 필름은 약 5 분 동안 혹은 그 이상 동안 바람직하게는 약 60℃에서 유지된 용액의 온도를 갖는 용액내에서 흡수된다.
분자적으로 배향된 중합체 시트의 붕소화는 상당한 변화를 준다. 예를 들어, 붕산 용액의 온도는 증발을 위하여 거의 상온에서부터 변화될 수도 있으며 그의 농도는 고온에서 증가될 수도 있다. 용액은 직교 결합이 발생되기 전에 시트의 빠른 팽창을 얻기 위하여 거의 60℃ 이상으로 가열되는 것이 바람직하다. 그런 온도에서, 결과 시트는 대체적으로 개선된 안정성을 갖는다는 것에 주목한다 할지라도, 그런 온도에서, 직교 결합 물질은 용액의 통과를 효과적으로 방지하는 시트의 표면 근처에서 장벽층을 형성하는 경향이 있다.
다른 선택적인 붕소화 방법 및 그것에 의해서 얻어진 효과는 특허 자료에 설명되어 있다. 붕소화에 대하여 좀더 자세히 하기 위하여, 미국 특허 번호 2,445,555, 2,453,186, 2,554,850 및 2,674,159를 참고 자료로 할 수 있다.
연장 단계 이후에, 결과의 고효율 K-편광자(10)는 다시 결합되거나 혹은 캐리어 웨브(12)에 적층될 수 있으며, 캐리어 웨브(제3도 내의 스풀(160) 상에 도시되어 있음)는 그의 연장 전에 발연 배향된 시트(10I)를 박리한 웨브와 동일하거나 상이하다. 웨브 상에 지지될 때, 편광시트(10)는 상대적으로 더 쉽게 그리고 감소된 핸들링 결함(예를들어, 주름, 구김등)의 주기를 가지고 롤러(110) 상에 감기게 된다.
물론 본 발명의 생성품을 사용하는 편광시트가 그들 사이에 적층되거나 혹은 유리시트 혹은 다른 유기 플라스틱재의 시트와 같은 시트 혹은 막을 지지할 수도 있어서, 적층되거나 혹은 적층되지 않은 형태 중 어느 한 형태에 있는 본 발명의 편광자는 편광 플라스틱재의 다른 형태, 예를 들어 액정 디스플레이 패널, 썬글라스, 선바이저, 창유리, CRT 모니터 섬광 제거 시스템, 광고용 디스플레이, 섬광 마스크 및 룸분할부와 연결하여 사용되는 어느 경우에도 사용될 수도 있다. 그의 최종 생성물 응용과는 무관하게, 폴리(비닐렌과 비닐알콜의 중합체) 혼합, 특히 붕산/붕사 혼합의 편광 특성은 미국특허번호 2,255,940(로저스) 및 2,445,555(빈다)에 따라서 제조된 시트 편광자의 대응하는 특성 이상으로 상당히 개선된다(제2도 참조).
본 발명은 분자적으로 배향된 폴리알콜로부터 유도된 편광 시트에 대하여 설명하기는 하나, 이것은 분자적으로 배향된 폴리비닐알콜 이외의 중합체의 사용을 고려해야하는 것을 이해해야 한다. 이러한 점에서, 중합체 시작 물질은 임의의 하이드록실화 직선상 고중합체 혹은 그의 유도체로부터 선택될 수도 있으며, 혹은 하이드록실화 직선상 고중합체로 전환될 수 있는 임의의 합성물로부터 선택될 수도 있다. 특히, 발명자들은 폴리비닐알콜을 제외한 폴리비닐아세탈, 폴리비닐 케탈 및 분자적으로 배향된 시트 혹은 필름이 형성될 수 있는 물질과 같은 폴리하이드록실 알칸의 사용을 고려한다. 본 발명의 편광자는 그러므로 설명된 분류의 분자적으로 배향된 폴리비닐 옥시 합성물의 탈수품을 구비하는 것을 의미할 수도 있다.
용어 “폴리비닐알콜의 아세탈 및 케탈”은 연속된 혹은 결합된 단계의 가수 분해에 의한 폴리비닐아세테이트와 알데히드 및 케톤의 농축으로부터 형성된 수지의 분류에 속하는 종으로서 각각 이해될 수 있다. 그러나 본 발명이 혼합된 중합체 혹은 폴리비닐알콜의 유도체를 가지고 실행될 때, 완성된 유도체가 사용되어져야 하는데, 폴리비닐알콜의 하이드록실 그룹의 일부는 이후의 에스테르화 작용으로 들어가기 위하여 반응되지 않고 그대로 유지된다.
본 발명의 생성물은 특히 디스플레이 장치에서의 편광 필터로서 유용하며 여기서 필터는 장시간 동안 연속적으로 광을 유지하는 조명의 상대적으로 강한 소오스의 근처에 가깝게 배치된다. 이러한 상황에서 편광 필터는 연장된 주기동안 125℉ 혹은 그 이상의 온도로 가해질 수도 있다. 열에 대한 그런 연속적인 노출 후에도 이것에서는 고효율 편광 특성에서 수용될 수 없는 손상, 퇴색, 어두워지는 현상을 볼 수 없다.
본 발명을 또한 설명하기 위하여, 다음의 실시예를 제공하기는 하나, 본 발명이 그것으로 제한되게 구성되지는 않는다. 만일 지시되지않았다면, 모든 부분, 퍼센트 및 비율은 중량에 의한 것이다. 실시예에서, 이색성율, 투과율 및 편광효율은 다음의 방법에 의해서 결정된다.
필름의 편광 특성의 측정으로서 사용된 이색성율 (RD)은 RD= Apar/Aperp
여기서 Apar와 Aperp는 흡수 스펙트로스코피이다.
흡수는 예를 들어, 샘플과 기준 빔 양자 내에 배치된 편광자를 갖는 UV/VIS 스펙트로포토메터를 사용하여 측정된다. 광이색성율의 측정을 위하여, 샘플과 기준 빔은 백색광의 빔이다. 스펙트럼 이색성율의 측정을 위하여, 상기 빔은 조사중인 색소단의 공액 길이에 대응되는 파장이다. 상기 두 경우에서, 400 및 700 nm 사이의 흡수 스펙트럼은 샘플 빔 내의 편광자의 광축에 평행한 막 샘플의 광축으로 고려되며, 그런 후 샘플 편광자를 90°이상 회전한다. 그러므로, Apar와 Aperp각각에 의해서 설명된 양 상황에서 최대 흡수 파장에서의 흡수가 결정되는데, 이것으로부터 RD가 산출될 수 있다.
가시광 (400 내지 700 nm의 파장)의 투과는 또한 스펙트로포토메터를 가지고 결정된다. 편광자는 입사광 측부에 배치된다. 편광막 샘플의 투과축은 편광자의 광축과 겹치게되며 거기에 직각으로 배치된다. 그렇게하여, 각각의 경우에 편광막 투과율이 결정되었다.
데이터의 수학적인 의미는 투과율로서 설명된다. 편광효율은 축과 평행한 투과율(Tpar) 과 축을 가로지르는 투과율(TAperp)을 결정함으로서 다음의 식에 따라서 산출되었으며, 축과 평행한 투과율은 상호 평행한 축을 만드는 것과 같은 방법으로 두 개의 편광막을 겹침으로서 결정되며, 축을 가로지르는 투과율은 상호 수직의 축을 만드는 것과 같은 동일한 방법으로 겹침으로서 결정된다.
편광효율 (%) = (Tpar- Tperp) / (Tpar+ Tperp) × 100
투과율의 최대값과 편광막의 편광효율의 이상적인 세트는 각각 50% 와 100% 이다.
비록 편광막이 적층된 방지막을 갖는 상태에서 일반적으로 사용될지라도, 방지되지 않는 편광막의 다양한 특성은 다음의 실시예와 비교예에서 결정되었다.
[실시예]
[실시예 1 내지 4]
고분자 중량의 폴리비닐알콜(98.0% 혹은 그 이상의 가수분해)의 시트(거의 2 마일 두께)는 적절한 온도(∼125℃)의 단일방향으로 원래 길이의 3.6 배 연신되었다. 그 안에 폴리비닐렌의 공액 블록의 생성을 얻기 위하여, 연신된 시트는 탈수촉매, 즉 염화수소산 증기에 노출되며, 그런 후 125℃ 이상의 온도에서 가열되었다. 이어서, 상기 시트는 붕산 및 붕사의 수용액에 잠기게된다. 결국, 소정의 고효율 K 시트 편광자를 얻기 위하여, 상기 시트는 10% 내지 60% (붕소 처리의 결과의 길이를 기초로함) 가 단일방향으로 부가적으로 연장되며, 그렇게함으로써 각각의 시트의 배향율이 원래의 길이에 대하여 4.8 이상이 되었다.
붕소와 단일방향으로의 연장단계, 양자에 앞서서, 중간의 생성물(“로우 K”)의 샘플이 양적으로 분석되었는데, 21.5%의 투과율(Kv), 97.6%의 편광효율, 7.0의 광이색성율(RD)을 갖는다. 비교를 위하여, 고효율 K 시트의 샘플과 대조표준(A)에 비슷한 분석이 실행되었으며, 그 결과가 다음의 표 1에 재현되어 있다.
[표 1]
표 1에서 명백하게 된 것처럼, 투과율(Kv)과 광이색성율(RD)은 연장된 모든 샘플, 즉 실시예 1 내지 실시예 4 에서는 상당히 개선되었다.
[실시예 5 및 6]
단일방향으로 연신되어 원래의 길이의 4.0 배된 폴리비닐알콜 시트는 실시예 1 내지 실시예 4의 방법에서 탈수되었다. 중간의 “로우-K” 샘플은 16.7의 투과율(Kv), 98.80의 편광효율 및 8의 광이색성율(RD)을 보인다. 이어서 샘플은 붕소화되며 실시예 1 내지 실시예 4의 방법으로 다시 단일방향으로 연장된다. 분석의 결과는 다음의 표 2에 설명되어 있다.
[표 2]
표 2에서 명확히 알 수 있는 것처럼, 투과율(Kv) 및 광이색성율(RD)은 연장된 모든 샘플, 즉 실시예 5 및 실시예 6에서 주목할만한 개선을 보인다.
[실시예 7 및 8]
단일방향으로 연신되어 원래의 길이의 4.5 배로 연장된 폴리알콜의 시트는 실시예 1 내지 실시예 4의 방법으로 탈수되었다. 이 중간 “로우-K” 샘플은 19.63의 투과율(Kv), 99.69의 편광효율 및 8.5의 광이색성율(RD)를 보인다. 이어서 샘플은 붕소화되며 실시예 1 내지 실시예 4의 방법으로 다시 단일방향으로 연장된다. 분석의 결과는 다음의 표 3에 설명되어 있다.
[표 3]
표 3으로부터 명확하게 알 수 있는 것처럼, 투과율(Kv) 및 광이색성율(RD)은 연장된 모든 샘플, 즉 실시예 7 및 실시예 8에서 두드러지게 연장되었다.
정리하자면, 실시예 1 내지 실시예 8 로부터 명확하게 할 수 있는 것처럼, 뛰어나게 개선된 편광 특성은 K 시트 제작 과정에서 연장 단계를 실행함으로써 얻을 수 있다. 그러나, 본 발명을 실행하는 설명과 방법에서의 임의의 변화와 수정은 행해질 수 있기 때문에, 모든 실시예를 포함하는 모든 사건은 설명을 위한 고려이며 한정된 것은 아니다.
Claims (10)
- 폴리비닐알콜 시트의 분자 탈수에 의해서 형성된 폴리비닐렌 블록을 갖는 폴리비닐알콜/폴리비닐렌 블록 공중합체재의 분자적으로 배향된 시트를 구비하는 편광자로서, 상기 분자적으로 배향된 폴리비닐알콜/폴린비닐렌 블록 공중합체재의 시트는 공중합체의 폴리비닐렌 블록의 공액 반복 비닐렌 단위의 길이(n)가 2 내지 24에서 변화하는 대체적으로 균일한 분포의 폴리비닐알콜/폴리비닐렌 블록 공중합체재의 편광 분자를 구비하며, 스펙트럼 이색성율(RD)에 의해서 측정되는 것으로서, 상기 블록의 상기 편광 분자의 배향율이 상기 폴리비닐렌 블록의 길이(n)의 증가에 따라서 상기 범위에서 증가하며, 상기 블록에 의해 200 내지 700 nm의 파장의 흡수에 의해서 결정되는 것으로서, 상기 폴리비닐렌 블록의 각각의 농도는 n=19 내지 24의 범위에 있는 상기 폴리비닐렌 블록의 각각의 상기 흡수 결정 농도가 n=14 혹은 15의 범위 내의 임의의 상기 폴리비닐렌 블록의 흡수 결정 농도의 거의 70% 이상이되도록 하며, 상기 편광자 시트는 거의 45 이상의 광이색성율(RD)을 보이는 것을 특징으로 하는 편광자.
- 제1항에 있어서, 상기 시트의 일부분이 상기 폴리비닐알콜/폴리비닐렌 블록 공중합체와 붕산의 방습성 착물을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 편광자.
- 제1항에 있어서, 상기 시트의 일부분이 상기 폴리비닐알콜/폴리비닐렌 블록 공중합체와 붕사의 방습성 착물을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 편광자.
- 제1항에 있어서, 상기 분자의 배향과 흡수 결정 농도는 부분의 특정한 파장에서 스펙트럼 이색성율(RD)이 다음의 테이블에서 표현되어 있는 대응하는 값 이상이 되게 하는 것을 특징으로 하는 편광자.
- 제1항에 있어서, 폴리비닐알콜/폴리비닐렌 블록 공중합체재의 상기 시트는 연신되며 연장된 시트인 것을 특징으로 하는 편광자.
- 제1항에 있어서, 폴리비닐알콜/폴리비닐렌 블록 공중합체재의 상기 시트는 연신되고, 붕소화되며, 연장된 시트인 것을 특징으로 하는 편광자.
- 소정의 원래의 길이를 가지며, 하이드록실화 직선상 고중합체를 구비하는 중합체 시트로부터 편광자를 제조하는 방법에 있어서, (a) 중합체 시트를 원래의 길이의 거의 2.0 내지 거의 5.0 배로 단일방향으로 연신하는 단계와, (b) 발연 산성 증기에 연신된 시트를 노출하는 단계와, (c) 발연된 시트의 탈수를 적절하게 얻기 위한 온도에서 발연되어 배향된 시트를 가열함으로서, 광흡수하는, 비닐렌 블록 부분을 형성하는 단계와, (d) 탈수되고, 발연되어 배향된 시트를 10% 내지 160%로 단일방향으로 부가적으로 연장하여서 전체의 연신율이 소정의 원래의 길이의 4.8 배 이상이 되게 하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 편광자 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 하이드록실화 직선상 공중합체는 폴리비닐알콜인 것을 특징으로 하는 편광자 제조 방법.
- 제8항에 있어서, 탈수되고, 발연되어 배향된 시트가 붕소이온 함유 용액 내에서 단일방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 편광자 제조 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 산연무와 상기 가열이 가해진 중합체 시트는 캐리어 웨브상에서 지지되며, 캐리어 웨브에 의한 지지는 상기 단일방향으로의 연장 전에는 중지되며 상기 단일방향으로의 연장 후에 계속되는 것을 특징으로 하는 편광자 제조 방법.
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