KR100652986B1 - 광학소자용 수지조성물, 광학소자 및 프로젝션 스크린 - Google Patents

Abstract

광학소자의 렌즈 표면에 압력이 가해져도 렌즈형상이 찌부러짐이 없고, 또 찌부러진 경우에 있어서도 바로 복원할 수 있어 양호한 품질을 확보할 수 있는 (즉 내마찰성의 높다) 광학소자용 수지조성물, 광학소자 및 프로젝션 스크린을 제공한다. 광학소자를 구성하기 위한 수지조성물은 유리전이온도가 5 ~ 36℃이고, 평형탄성률이 O.859 x l0⁸ ~ 3.06 x l0⁸dyne/cm²인 광학소자용 수지조성물이다.

광학소자, 프로젝션 스크린

Description

광학소자용 수지조성물, 광학소자 및 프로젝션 스크린{OPTICAL ELEMENT-USE RESIN COMPOSITION, OPTICAL ELEMENT, AND PROJECTION SCREEN}

본 발명은 광학소자를 구성하기 위한 수지조성물에 관한 것으로, 특히 광학소자의 렌즈 표면에 압력이 가해져도 렌즈 형상이 찌부러지지 않고, 또 찌부러진 경우에도 바로 복원되어 양호한 품질을 확보할 수 있는(즉, 내마찰성이 높은) 광학소자용 수지조성물 및 이 수지조성물로 이루어진 광학소자에 관한 것이다.

광학소자는, 투명기재 상에 광학적 형상으로 부형(賦型)된 수지조성물의 층이 형성되어 있는 구성, 또는 기재를 수반하지 않고 수지조성물 층에 직접 광학적 형상이 부형된 구성을 갖는 것이다. 광학소자 표면의 광학적 형상에는 여러 가지가 있지만, 일반적으로 미세한 렌즈모양의 돌기부분이 배열된, 광학소자 전체로 보면 다수의 요철(凹凸)형상을 갖는 구성으로 이루어진 것이 많다.

광학소자를 사용할 때는 복수의 광학소자를 조합해서 사용할 수 있다. 이와 같이 렌즈를 조합해서 사용하는 경우에는, 광학소자의 광학적 효과를 최대한 발휘하도록 하기 위해, 또 광학소자의 렌즈표면을 보호하기 위해, 각각의 광학소자 표면이 서로 마주보도록 하여 밀착시키도록 하고 있다. 가장 전형적인 예가, 프로젝션 스크린에 이용되는 프레넬(fresnel) 렌즈와 렌티큘러(lenticular) 렌즈의 조합 이다. 상기 프레넬 렌즈는 투사광을 평행광화(平行光化)해서 수직방향으로 보정(補正)하는 기능을 갖는 것이고, 한편 상기 렌티큘러 렌즈는 프레넬로 평행광화시킨 광을 수평방향으로 확산하는 기능을 갖는 것이다. 통상, 이와 같은 프로젝션 스크린에서는, 프레넬렌즈(서큘러프레넬 볼록렌즈)의 출광면(出光面)측과 렌티큘러 렌즈의 입광면(入光面)측을 밀착시켜 사용하게 된다.

이와 같이, 광학소자의 렌즈면 끼리를 밀착시키면, 어느 것의 표면도 요철을 갖기 때문에, 상호 간의 표면형상에 영향을 끼치게 된다. 예컨대 상기의 예에서는, 프레넬 렌즈면의 단면(斷面)이 톱날모양의 선단이 날카로운 요철형상을 이루는 반면, 렌티큘러 렌즈면의 단면은 반원형 또는 반타원형과 같이 둥그스름하게 솟은 아치모양 요철형상을 갖고 있다. 이와 같은 단면형상을 가진 프레넬 렌즈시트와 렌티큘러 렌즈시트가 서로 밀착하게 되면, 렌티큘러 렌즈의 위로 솟은 정상부와, 프레넬 렌즈의 날카로운 선단이 접촉하여, 접촉압(接觸壓)에 의해 렌티큘러 렌즈 및/또는 프레넬 렌즈의 형상, 즉 렌즈표면의 요철형상이 변형되어 렌즈가 찌부러짐이 발생한다.

상기와 같은 렌즈형상의 변형은, 렌즈를 구성하는 수지의 경도를 높여줌으로써 해소될 수 있지만, 단지 경도를 높여주기만 하면 수지가 물러져버려, 취급할 때나 재단할 때 렌즈가 이지러지기 쉽다고 하는 문제가 일어나게 된다. 따라서, 렌즈를 구성하는 수지는 경도가 높아야 하는 한편으로는 어느 정도의 유연성을 가져야만 한다.

수지경화물의 경도는 일반적으로 유리전이온도에 관계되어 유리전이온도가 낮으면 고무탄성이 낮아져 가압에 의해 수지가 소성변형을 일으키게 된다. 통상적으로 어느 정도의 가교밀도(架橋密度)를 갖는 수지라면, 유리전이온도가 낮아도 고무탄성이 발현되어 압력이 가해져도 소성변형에는 이르지 않는다. 그러나, 광학소자용 수지조성물에서는 그 필수요건으로서의 굴절률을 향상시키기 위해, 벤젠고리나 지환기(指環基)로 된 강직한 사슬을 분자사슬 내로 도입해야 할 필요가 있기 때문에 유리전이온도의 상승을 초래하게 된다. 따라서 원하는 굴절률을 유지하면서 유리전이온도를 상온 부근으로 낮춘다는 것은 대단히 곤란하다. 이와 반대로, 유리전이온도가 높으면 굴절률의 향상이라는 점에서는 유리하지만, 수지의 강성이 높기 때문에 내부응력(왜곡)이 잔존하기 쉽다. 그 때문에, 기재 상에 붙여지는 구조로 된 렌즈시트에서는, 렌즈수지의 완화에 따라 렌즈시트가 뒤로 젖혀지는 현상이 생기게 된다.

한편, 브롬화합물과 같은 할로겐 화합물이나 유황을 함유한 재료를 사용하게 되면, 벤젠고리 등의 방향족계 화합물을 사용하지 않고도 굴절률을 올릴 수가 있고, 또 재료물성을 잘 제어할 수가 있게 된다. 그러나, 환경부하(環境負荷)의 관점에서, 브롬의 사용을 될 수 있으면 피하는 것이 좋다.

또, 2매의 광학소자를 조합시킨 프로젝션 스크린 등을 수송할 때는, 장시간에 걸쳐 광학소자가 상호 동적으로 어긋난 상태에서 마찰이 일어나기 때문에, 광학소자표면에 손상(흠집)이 발생할 염려가 있게 된다. 또, 수송이나 보관할 때 또는 TV 조립공정 전에 일시 보관할 때, 프로젝션 스크린 등을 쌓아놓는 경우, 렌즈표면에 고압이 부가된 상태가 장시간 계속되기 때문에, 크리프(creep)에 의한 렌즈변형 이 생기고 쉽고, 렌즈가 찌부러지게 될 염려가 있다. 그리고, 수송용 컨테이너나 화물창고의 내부온도가 상승하거나 또는 하강하게 되어 고온환경 하에 또는 저온환경 하에 광학소자가 놓이게 됨으로써, 광학소자 표면의 변형이나 마찰 손상이 일어나기 쉽게 된다.

일본특허공개공보 평10-106647호에는, 경화시킨 활성에너지선 경화수지로 된 렌즈시트의 탄성률이 -120 ~ 40℃에서 80 ~ 20000kg/cm²의 범위가 되도록 해서, 넓은 온도범위에서 형상안정성이 우수하고 광학특성을 유지할 수 있는 렌즈시트가 개시되어 있다.

또, 일본특허공개공보 2001-228549호에는, 렌즈시트에 동적인 힘이 가해진 경우를 고려해서, 렌즈를 구성하는 전리방사선 경화형(電離放射線 硬化形) 수지의 동적 탄성률의 산일율(散逸率; tanδ)을 소정 범위로 설정함으로써, 뒤틀림이 오래가지 않고 유연하고 복원성이 뛰어난 렌즈시트용 수지조성물이 제안되어 있다.

그러나, 일본특허공개공보 평10-106647호에는, JIS K-7113에 규정된 탄성률을 채용하고 있고, 이 탄성률은 평탄한 필름을 사용했을 경우의 인장탄성률을 구하기 위한 것이기 때문에, 광학소자를 형성하는 경화형 수지의 실제의 사용환경 (압축력을 받은 환경)하에 있음을 재현하고 있다고 하기는 어렵다.

딱딱하고, 강성이 높은 경화형 수지 재료를 광학소자 렌즈용 재료로 사용함으로써, 렌즈면에 장시간 압력을 받아 생기는 렌즈의 찌부러짐 현상은 쉽게 회피할 수가 있다. 그러나 수지의 강성이 높기 때문에, 수송시에 저온환경 하에 놓일 경 우, 접촉하고 있는 다른 쪽의 렌즈가 손상되기가 쉽다. 또, 2매의 렌즈가 적층된 상태(횡적재)에서 장시간 높은 압력이 걸리면, 탄성변형 영역 이상의 에너지가 렌즈에 가해지는 경우, 수지가 소성변형을 일으켜 렌즈가 찌부러지게 된다.

또, 프레넬 렌즈를 구성하는 수지조성물의 가교밀도, 탄성률 등이 높으면, 제조과정에서 부가되는 내부 왜곡이 커지게 된다. 프레넬 렌즈에서는 2중상(二重像)을 개선하기 위해 렌즈시트의 두께가 얇은 쪽이 바람직한데, 이와 같이 두께가 얇은 렌즈시트에서는 렌즈층 부분의 내부 뒤틀림의 영향으로 기재가 끌려지게 되므로, 렌즈로서 요구되는 적정한 만곡(彎曲)을 유지할 수 없게 된다. 이와 같이, 어느 정도 넓은 면적을 가진 렌즈시트에서는, 렌즈층의 내부 뒤틀림을 줄이기 위해 탄성률의 낮은 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 접촉압력에 의해 프레넬 렌즈 표면의 요철부분이 변형되어 찌부러진 상태에서 진동이 가해지면, 양 렌즈 사이의 마찰력(정마찰력)도 커져, 스틱-슬립운동을 유발시켜 마찰의 발생하기 쉽게 된다. 이 문제를 해결하기 위해, 일본특허공개공보2000-384258호와 일본특허공개공보 평9-59535호에는, 렌즈용 수지조성물의 복원력을 높이는 것이 프레넬 렌즈 용도로서 바람직하기는 하지만, 구체적으로 어떠한 효과가 이고, 또 수치상 어느 정도의 복원력이 있으면 좋은 지에 대해서는 상세하게 언급되고 있지 않다.

따라서, 본 발명은 광학소자의 렌즈표면에 압력이 가해져도, 렌즈형상이 찌그러지지 않고, 또 찌그러진 경우에도 바로 복원될 수가 있어, 양호한 품질을 확보할 수 있는(즉 내마찰성이 높은) 광학소자용 수지조성물, 광학소자 및 프로젝션 스 크린을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 해결하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 소정의 광학특성을 가진 경화형 수지에 고무탄성적인 복원성(복원력, 복원속도)을 부여함으로써 내마찰성이 향상됨과 더불어, 소망한 굴절률을 발현시키기 위해 벤젠고리를 많이 도입한 수지조성물을 사용하는 경우에도 강성과 더불어 고무탄성을 나타내는 물성영역을 찾아낸 것이다. 즉, 유리전이온도, 마찰계수, 평형탄성률, 저장탄성률, 손실탄젠트, 복원속도, 및 변형량이 소정 범위에 있고, 또 탄성변형율과 압축탄성률, 및 압축탄성률과 크리프 변형율이 소정의 관계를 가진 수지조성물을 광학소자에 이용함으로써, 상기의 과제가 해결될 수 있음을 알 수가 있었다.

즉, 본 발명에서의 광학소자용 수지조성물은, 유리전이온도(이하, Tg라 함)가 5 ~ 36℃이고, 평형탄성률 이 O.859 x 10⁸ ~ 3.06 x 10⁸ dyne/cm² 이다.

또, 상기의 광학소자용 수지조성물은, 탄성변형율을 We(단위: %), 압축탄성률(단위: Mpa)을 E로 나타낸 경우에, We > -0.0189E + 34.2의 관계를 만족시키도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 수지를 이용함으로써, 프로젝션 스크린에서의 렌즈면 끼리의 압축에 의해 렌즈가 찌부러지는 것을 억제할 수가 있게 된다. 즉, 본 발명의 수지조성물을 이용한 광학소자는, 휘어진 상태를 가진 렌티큘러 렌즈와 밀착시켜도 렌즈표면의 요철부분이 찌부러지지 않게 된다. 한편, We ≤ -O.0189E + 34.2의 영역이 되면, 렌즈면 끼리의 압축에 의한 찌부러짐에 대해 복원성이 떨어지 게 된다.

그리고, 복원속도를 V(단위: μm/초), 최대변형량을 DM(단위: ㎛)으로 나타낸 경우에, V ≥ O.178DM - 0.852 의 관계를 만족하는 수지조성물인 것이 보다 바람직하고, 특히 V ≥ O.112 DM - 0.236 인 것이 바람직하다. 최대변형량과 복원속도와의 관계가 상기의 관계식을 만족시키는 수지조성물을 사용함으로써, 렌티큘러 렌즈와 접촉할 때 발생하는 렌즈 찌부러짐을 억제할 수가 있게 된다. 또, 수지의 변형정도와 그 변형을 회복시키는 복원스피드와의 관계를 소정 범위로 규정함으로써, 렌즈가 진동할 때 주기적인 충격에 의한 렌즈의 마찰을 줄일 수가 있게 된다.

본 발명의 양태로서의 광학소자용 수지조성물은, 복원속도를 V(단위: ㎛/초), 잔류변형량을 R(단위: ㎛)로 한 경우에, V ≥ O.858R - 0.644의 관계를 만족시키도록 하는 것이 바람직하다. 복원스피드와 잔류변형량과의 관계가 상기의 관계식을 만족시키는 수지조성물을 이용함으로써, 렌즈면 끼리의 압축으로 인한 찌부러짐을 억제할 수 있게 된다. 즉, 휘어진 상태로 된 렌티큘러 렌즈와 밀착시켜도 찌부러지지가 않고, 또 렌티쿨러 렌즈와 조합된 상태로 겹쳐져 일단 렌즈가 변형된 경우에도, 하중을 개방시킨 상태(TV에다 조립한 상태)에서는, 렌즈형상이 복원될 수 있는 프레넬 렌즈를 얻을 수가 있다.

또, 크리프 변형율을 C(단위: %), 압축탄성률을 E(단위: Mpa)로 나타낸 경우에, (-0.026E + 3) < C < (-0.02E + 63) 의 관계를 만족하도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 수지를 이용함으로써, 프로젝션 스크린에 서의 렌즈면 끼리 압축되어 찌부러지는 것이 억제될 수 있다. 즉, 휘어진 상태를 가진 렌티큘러 렌즈와 밀 착시켜도 찌부러지지 않는 프레넬 렌즈를 얻을 수가 있게 된다. C > -O.02E + 63 의 영역 또는 C < -O.026E + 3 의 영역에서는 렌즈면 끼리의 압축 찌부러짐에 대해 적절한 내크리프성을 가진 렌즈가 얻어지지 않게 된다.

특히 바람직한 양태로서, 본 발명에서의 광학소자용 수지조성물은, -20℃에서의 저장탄성률이 2.96 x 10^lOdyne/cm² 이하이고, 또 -20℃에서의 손실탄젠트가 O.02 이상이 된다. 이와 같은 값을 가진 수지에서는, 진동시의 에너지 저장량이 적고, 열에너지로 손실되는 비율이 높고, 진동을 완화하기가 쉽게 됨으로써, 당해 수지를 이용한 렌즈에서는 렌즈끼리 동적으로 접촉해서 발생하는 마찰을 쉽게 회피할 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 양태로서, 손실탄젠트의 온도의존성 곡선에서 -20 ~ 50℃ 범위의 손실면적이 20℃ 이상인 것이 바람직하고, 특히 손실탄젠트의 온도의존성 곡선에서 -20 ~ 50℃ 범위의 손실면적이 20 ~ 43.2℃, 특히 20 ~ 31.7℃가 바람직하다. 이와 같은 수치 범위에 있는 수지조성물을 이용함으로써, 프로젝션 스크린 수송시의 여러 가지 주파수의 진동에 대해 진동에너지가 열에너지로 변환되어, 기본적인 방진특성(防振特性)으로서는 큰 효과가 있게 된다. 또, 손실면적이 큰 수지조성물에서는, 분자운동의 다중완화(多重緩和)가 일어나기 때문에 수지의 복원성이 향상되어, 외압에 의한 수지의 변형을 넓은 범위의 온도영역에서 줄일 수가 있게 된다.

또, 상온에서의 동마찰계수(動摩擦係數)가 O.07 ~ 0.15인 것이, 보다 바람직 하다. 이와 같은 값을 가진 수지조성물을 이용함으로써, 수송할 때 특히 -20℃ 부근의 저온환경 하에서 마찰 손상이 나는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 여기서, 상온이라 함은 25℃를 지칭한다. 그러나, 20℃에서도 동마찰계수의 값에는 실질적으로 변화가 없다. 동마찰계수의 값이 O.15를 넘으면 -20℃ 부근에서 수송할 때 발생하는 마찰 손상을 유효하게 방지할 수가 없는 한편, 0.07 미만에서는 미끄러짐성(滑性)을 부여하기 위해 실리콘 등의 첨가량을 어느 정도 늘릴 필요가 생기게 된다. 또, 실리콘의 함유량을 늘리면 기재와의 접착성이 저하되기 때문에 바람직하지 못하다.

본 발명의 다른 양태로서, 상기 광학소자용 수지조성물를 함유하여 이루어진 광학소자를 제공한다.

또, 당해 광학소자는 굴절률이 1.52 이상인 것이 바람직하고, 이와 같은 광학소자를 프레넬 렌즈시트로 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 양태로는, 상기 광학소자와 렌티큘러 렌즈를 포함해서 이루어진 프로젝션 스크린을 제공한다.

도 1은 광학소자인 프로젝션 스크린을 나타내는 개략도이다.

도 2는 침입깊이의 하중의존성 곡선을 설명하기 위한 개략도이다.

도 3은 압자를 작용시키는 부위를 나타내는 개략도이다.

도 4는 진동시험에 사용한 PSD 파형의 그래프이다.

도 5는 침입깊이의 하중의존성 곡선을 설명하기 위한 개략도이다.

도 6은 실시예 및 비교예에 사용된 수지조성물의 유리전이온도와 평형탄성률과의 관계를 플롯한 그래프이다.

도 7은 실시예 및 비교예에 사용된 수지조성물의 탄성변형율과 압축탄성률과의 관계를 플롯한 그래프이다.

도 8은 실시예 및 비교예에 사용된 수지조성물의 압축탄성률과 크리프 변형율과의 관계를 플롯한 그래프이다.

도 9는 실시예 및 비교예에 사용된 수지조성물의 최대변형량과 복원스피드와의 관계를 플롯한 그래프이다.

도 10은 실시예 및 비교예에 사용된 수지조성물의 잔류변형량과 복원스피드와의 관계를 플롯한 그래프이다.

도 1은 본 발명의 전형적인 광학소자인 프레넬 렌즈시트를 사용한 프로젝션 스크린을 나타내는 모식도로써, 프로젝션 스크린 (1)은, 프레넬 렌즈시트 (2)와 렌티큘러 렌즈시트 (3)가 각각의 렌즈면 (2c 및 3c)이 서로 마주 보도록 설치되어 서로 밀착된 것이다. 도 1에서는 어느 시트 (2 , 3)에 있어서도, 기재 (2a , 3a)에 렌즈층 (2b , 3b)이 각각 적층된 것으로서 묘사되어 있지만, 각 렌즈시트에서는 기재와 렌즈층이 이와 같이 별층으로가 아닌 일체화된 것이여도 좋다. 또한 도 1에 도시된 바와 같이, 렌티큘러 렌즈시트 (3)은 프레넬 렌즈시트 (2)측과는 반대측의 면에 작은 렌티큐러 렌즈와 돌기부 및 블랙 스트라이프를 가지고 있어도 좋다.

광학소자는 도 1을 참조 해서 설명된 렌티큘러 렌즈, 프레넬(볼록) 렌즈 이 외에도, 프레넬 오목 렌즈, 프리즘, 혹은 새끼줄매듭 렌즈 등의 임의의 광학형상을 가진 것도 좋다. 또, 하나의 광학소자가 그 양면에 동종 혹은 이종의 광학적 형상의 광학소자 면을 가진 것도 좋다.

본 발명에서는 광학소자 전체를 구성하는 또는 광학소자가 기재 상에 렌즈층을 가진 경우에 있어서는, 그 렌즈층을 구성하는 광학소자용 수지조성물로서 이하에 설명하는 바와 같은 여러 가지의 파라미터(parameter)에 의해 규정된 광학소자용 수지조성물을 제공한다. 본 발명의 수지조성물로 된 광학소자로서는 대표적으로는 프레넬 렌즈시트이고, 이와 같은 광학소자, 특히 프레넬 렌즈시트는 렌티큘러 렌즈시트 와 조합해서 프로젝션 스크린으로 할 수 있다. 또한, 여기서 말하는 광학소자용 수지조성물은 직접적으로는 제품의 상태, 또는 측정을 위해서 라면, 얇은 판 모양의 수지판이나 렌즈층으로 된 상태의 것을 가리킨다. 단, 제품을 제조하기 전의 상태, 또는 측정용의 얇은 판 모양의 상태도 포함해, 이후에 설명하는 것 같은 여러 가지의 파라미터를 충족할 수 있는 미경화의 조성물도 포함하는 것으로 한다.

광학소자용 수지조성물은 전리방사선 경화성의 래디칼 중합형 아크릴레이트계 화합물의 올리고머 및/또는 모노머를 주체로 한 전리방사선 경화성 물질, 양이온 중합형 에폭시계 화합물, 비닐에테르계 화합물, 또는 옥세탄계 화합물의 올리고머 및/또는 모노머로부터 이루어지고, 필요에 따라서, 자외선 중합개시제, 광증감제 등의 경화를 위한 첨가제를 함유하는 것이 바람직하다. 또, 상기의 래디칼 중합계 및 양이온 중합계의 화합물을 혼합한 것을 사용해도 좋다. 한편, 경화시키기 위 한 첨가제는수지조성물이 중합을 일으킬 때 분해하므로 수지경화 후에 그것들의 분해물이 잔존한다.

그것에 대해서, 중합개시제에 대신하여 말레이미드 유도체를 사용하면 고효율 로 경화하기 때문에 잔류물도 잘 남지 않고, 에너지 절약이나 환경면에서 보다 바람직하다. 또, 얻을 수 있는 제품의 성질과 상태를 개선하는 목적에서 열가소성 수지를 포함하여도 좋다.

또한 상기 래디칼 중합형 수지는 티올 화합물을 함유하는 것이 바람직하다. 티올=엔 반응에 의해 연속 성장과 연쇄 성장 중합이 협동해서 일어나기 때문에, 경화물 막내의 상의 균일성이 향상되고, 또한 강질긴 성질, 유연성, 경도 등의 재료 물성이나 기재와의 밀착성이 향상한다.

또, 광학소자용 수지조성물은 통상의 시트상 또는 판 모양의 수지 제품을 제조할 때에 첨가될 수 있는 여러가지 첨가제가 포함되어도 좋고, 게다가 광학소자의 광학 성능을 개선하는 목적으로 광 확산제나 착색제 등이 포함되어 있어도 좋다.

렌티큘러 렌즈의 휘어진 상태에 의해 발생하는 접촉 압력은 프레넬 렌즈에 대한 압축하중에 영향을 주는 것이기 때문에 압축탄성률을 규정하는 것은 매우 의의가 있다. 또, 압축하중으로서의 크리프 변형율을 아울러 규정하는 것은, 장시간 하중이 부가되는 것에 의한 프레넬 렌즈의 렌즈 찌부러짐 현상을 저감하는 수단로서는 매우 유효하다 (특원 2001-126650호공보 참조). 상기의 수단은 강성의 높은 고에너지 탄성을 가진 재료에는 매우 적합하게 이용될 수 있으나, 고무탄성과 같은 엔트로피 탄성을 지닌 재료에 적용하는 것은 곤란하다. 또, 고무탄성을 가진 수지 는 저온에서의, 딱딱함, 제진(制振)성능, 및 장시간 고압이 걸렸을 때의 복원성이 뛰어나지만, 이와 같은 수지의 물성로서 크리프 변형율, 압축탄성률을 규정한 것만으로는 불충분하다. 본 발명에서는 수지조성물이 소정의 압축탄성률 및 소정의 탄성변형율을 가진 것에 의해, 접촉 압력에 의한 렌즈변형의 복원성이 뛰어난 재료가 얻어질 수 있는 것을 찾아낸 것이다. 게다가 가교밀도에 의해 복원성에 현저하게 차이가 나는 것을 밝혔다.

즉, 본 발명의 수지조성물에서는 유리전이온도가 낮은 재료를 사용함으로써, 렌즈 사용온도 아래에서 수지를 유리 영역으로부터 고무 영역으로 하여 탄성변형율 (고무탄성률)을 소정량 발현시키는 것이다. 크리프 변형량을 저하시켜 어느 정도 고무탄성적 복원력을 주기 위해서는 사용 재료의 수지의 가교밀도를 최적으로 해서 적절한 그물코 구조가 균일하게 분산하여 있는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 광학소자용 수지조성물을 규정하는 파라미터로는 (1) 유리전이온도, (2) 평형탄성률, (3) 탄성변형율, (4) 압축탄성률, (5) 복원속도, (6) 최대변형량, (7) 잔류변형량, 필요에 따라서, 한층 더 (8) 크리프 변형율, (9) 저장 탄성률, (10) 손실탄젠트, 및 (12) 동마찰계수가 있다.

상기 중에 (1), (2), (9), 및 (10)은 동적점탄성 측정의 결과로부터 산출할 수 있고, 또 (3) ~ (8)에 대해서는 미소경도계에 의한 측정 결과로부터 산출할 수 있다. 이들의 파라미터에 대해 이하에서 설명한다.

동적점탄성 측정에 있어서는, 소정의 두께의 광학소자용 수지조성물로 이루어진 수지시트를 시료로서 제작한다. 자외선경화성 수지조성물을 이용해 수지시트 를 제작하는 경우는 자외선 조사를 행해 수지를 경화시킨다. 동적점탄성 측정장치를 이용해 온도를 바꾸면서 시료의 장축 방향으로 일정주기로 진동을 주면서, 저장탄성률 및 손실탄젠트의 측정을 행한다. 저장탄성률과 온도와의 관계로부터 소정온도에서의 저장탄성률을 구하여 평형상태에서의 평형탄성률을 구한다. 또, 손실탄젠트와 온도와의 관계로부터 소정 온도에서의 손실탄젠트를 산출한다.

저장 탄성률은 재료에 주어진 뒤틀림에 대해 탄성적으로 에너지를 저장하는 능력에 관계한 역학적 물성의 일종이고, 재료 (수지조성물)의 탄성적 성질을 나타내는 지표가 되는 것이다. 또 손실탄젠트는 손실탄성률/저장탄성률로부터 구한다. 손실탄성률은 재료 (수지조성물)의 점성적 성질을 나타내는 것으로, 변형중의 재료가 열로서 산일하는 에너지량에 관계해 진동에너지를 완화시키는 지표가 된다. 손실탄젠트가 최대치로 되는 온도 이상에서는 수지의 고분자 세그먼트(segment)가 완화해 버린 상태이고, 그 때의 저장탄성률 성분은 결합 부분인 가교점에 기인한다. 따라서, 고무상 탄성영역의 저장탄성률인 평형탄성률은 그 수지의 가교밀도와 관계한다. 한편, 손실탄젠트의 온도의존성 곡선에 있어서의 손실탄젠트의 최대치에 대응하는 온도가 그 재료의 상전이를 나타낸다고 할 수 있고, 대체로 유리영역으로부터 고무영역으로의 전이를 나타내는 유리전이온도에 상당한다. 한편, 유리전이온도는 물질과 기준 물질과의 온도를 변화시키면서 그 물질과 기준 물질에 대한 에너지 입력의 차이를 온도의 함수 (DSC 곡선 또는 DTA 곡선)로서 측정해, 그 흡열의 거동으로부터 상전이 온도를 결정하는 DSC(시차주사 열량측정) 측정에 의해도 측정할 수 있다.

또, 넓은 온도 및 주파수의 영역에 걸쳐 유전완화 측정을 실시하는 것에 의해서도 분자사슬의 운동로서의 마이크로 브라운 운동, 측쇄의 회전, 말단기의 회전 등, 또 호모폴리머의 상전이 등, 고분자 물질의 구조나 성능에 관한 상세한 정보를 얻을 수 있다. 따라서 이들의 정보를 반영시켜 수지 설계를 실시할 수 있다. 즉, 일본특허 제3318593호 공보에 기재되어 있는 것처럼, 진동에너지를 열에너지로 변환함으로써 진동을 흡수하기 위해서는 전기장에 의한 쌍극자의 배향을 평가하는 것이 중요해져, 유전완화에 의한 역학완화를 고려하면 쉽게 수지의 설계를 실시하는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서 광학소자를 구성하기 위한 수지조성물의 경화물은 그 유리전이온도가 5.0℃ ~ 36.0℃이고, 평형탄성률이 O.859 x 10⁸ ~ 3.06 x 10⁸dyne/cm² 이다. 이와 같은 수지조성물을 이용한 광학소자에서는 그 렌즈시트 면에 압력이 가해져도 렌즈 표면이 찌부러짐이 없이 양호한 품질을 확보할 수 있다.

상기 유리전이온도의 범위로서도 평형탄성률이 3.06 x10⁸dyne/cm²를 넘으면 가교밀도가 증가하기 때문에 점성 구조를 발현하는 분자쇄의 운동이 동결(凍結)되어 수지의 복원성이 저하한다. 즉, 분자쇄의 가교밀도를 상승시키는 것에 의해 수지가 강직되어 변형하기 쉽지 않게 되지만, 단지 가교밀도를 늘리는 것만으로는 큰 하중에 의해 일단 수지가 변형하면 원래의 상태로 돌아오기 어렵게 된다. 그 때문에 상기 평형탄성률을 넘는 수지로서는 프리젝션 스크린으로서 2매의 렌즈시트를 중복해 합했을 때에 부가되는 접촉압 뿐만 아니라, 렌즈시트 곤포(梱包) 수송시에 그리고 TV에 스크린을 어셈블리할 때의 시트 적재에 의한 고압력에 견딜 수 없다.

또, 본 발명의 수지 경화물은 유리영역으로부터 고무영역으로의 전이를 나타내는 유리전이온도가 상온 (25℃) 부근이기 때문에, 통상 취급하는 환경 온도에 있어서 당해 수지경화물의 유연성이 높다. 이와 같은 유리전이온도와 상기 평형탄성률을 가진 수지조성물을 사용함으로써, 수지 성형물의 유연성을 보유하면서 종래부터 사용 되고 있는 광학소자용 수지와 비교해 꽤 높은 탄성률로 할 수가 있다. 이와 같은 수지조성물을 얻기 위해서는 (i) 단관능, 2관능, 3관능, 그 이상의 다관능 모노머의 배합비를 조정하거나, (ii) 에틸렌옥사이드로 변성된 모노머, 프로필렌옥사이드로 변성된 모노머, 디에틸렌글리콜디아크릴레이트나 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 등의 글리콜계 모노머, 및 1,4-부탄디올디아크릴레이트나 1,6-헥산디올디아크릴레이트 등의 디올계 모노머 등의 질긴 성질에 기여하는 구조를 갖춘 각 관능기를 가진 모노머를 선정해, 그것들 모노머의 배합비율 및 그것들의 분자량을 조정하거나 또는, (iii) 엑폭시(메타)아크릴레이트 올리고머나 우레탄(메타)아크릴레이트 올리고머의 배합비 내지 분자량을 조정함으로써 가교밀도를 최적화해 수지의 분자구조에 있어서 그물코 구조를 균일하게 분산시키면 좋다. 한편, 래디칼 중합에 의한 경우는 그 높은 반응속도에 의한 미반응 이중결합의 잔류를 피하기 위해, 그물코 구조의 균일 분산의 관점으로는 5 내지 6 관능 이상의 모노머를 사용할 때는 주의를 필요로 하는 것은 말할 필요도 없다.

게다가 그물코 구조를 균일하게 하기 위해서 가교점 간의 분자쇄 길이도 고려할 필요가 있다. 즉, 우레탄 올리고머 중의 폴리에테르 쇄나 폴리에스테르 쇄를 반복하고, 모노머 중의 에틸렌옥사이드 쇄나 프로필렌옥사이드 쇄 등의 반복의 조정, 및 그것들의 분자량 분포나 배합율에도 주위를 기울일 필요가 있다.

고무상 물질은 일반적으로 장쇄 분자로 되어 이들이 서로 약한 반데르발스힘 (2차 결합력)에 의해 결합해, 또 곳곳에 장쇄 분자 사이에 원자가 결합으로부터 가능한 중개(가교)가 형성된 구조를 가진다. 고무 쇄상 분자의 각 부분은 고무 특유의 간극(공간)이 있고, 그 간극으로 장쇄 분자가 이동함으로써 분자운동이 일어나지만, 분자쇄는 가교점에서 고정되어 있기 때문에, 마이크로 브라운 운동에 의한 분자쇄 전체의 자유 변형은 제한된다. 한편, 가교점이 없으면 유리전이온도 이상의 온도영역에서는 분자쇄의 마이크로 브라운 운동에 의해 탄성이 없어진다. 그러나 가교점이 많이 존재해 쇄 끼리의 결합력이 너무 강하면, 쇄상 분자 각 부분의 비교적 작은 범위에 있어서의 불규칙한 운동 (마이크로 브라운 운동)도 억제되어 버리기 때문에, 고무탄성이 발현되지 않는다. 즉, 마이크로 브라운 운동을 조장하는 한편으로, 마이크로 브라운 운동을 억제하는 것이 고무탄성을 발현시키기 위해서 중요해진다. 또, 마이크로 브라운 운동을 억제하기 위해서는 가교밀도를 조정할 필요가 있지만, 그 가교점의 분포가 균일한 것도 중요하다. 한편, 마이크로 브라운 운동을 조장하기 위해서는 유리전이온도를 조정할 필요가 있다. 프로젝션 스크린이 통상 사용되는 온도영역을 고려 해서 재료 설계하는 것으로, 스크린의 찌부러짐이 발생하기 쉽지 않고, 고-반발성, 고-굴절률의 경화형 수지를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명에서는 상기의 분자론적 고찰에 의해 가교밀도와 유리전이온도의 관점으로 재료 설계를 실시하는 것으로, 프로젝션 스크린의 사용에 매우 적합한 유연성 (고무 탄성)을 가진 광학소자용 수지조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 수지조성물에서는 탄성변형율을 We(%), 압축탄성률을 E(Mpa)로 나타냈을 경우에, We > -0.0189E + 34.2의 관계를 만족하는 것이다.

또, 본 발명의 수지조성물에서는 크리프 변형율을 C(%), 압축탄성율을 E(Mp a)로 나타냈을 경우에, (-0.026E + 3) < C < (-0.02E + 63)의 관계를 만족하는 것이다.

이들 탄성변형율 (탄성정도의 양), 압축탄성률 및 크리프 변형율에 대해 설명한다. 이들의 재료 물성 파라미터는 미소 경도계를 사용한 유니버설 딱딱한(경도) 시험을 응용해서 산출할 수 있다. 즉, 압자에 의한 하중을 소정의 값이 될 때까지 서서히 증가시키고, 그 후 서서히 감소시켜 침입깊이의 하중의존성 곡선을 구해 얻어지는 곡선을 해석해서 산출한다.

광학소자용 수지조성물은 상온에서는 수지성형물 전체로서 유연성 및 복원성 이 필요하고, 수지 성형물의 일부분 (렌즈의 일부분)에서는 압력에 의한 변형을 완화 할 수는 없다. 즉, 프로젝션 스크린에서는 프레넬 렌즈와 렌티큘러 렌즈와는 부분적으로 접촉하고 있어 그 접점에서 전체가 지탱되고 있다. 일반적으로 변형된 것이 원래로 돌아온다고 하는 관점으로는 수지성형물 전체가 유연성 및 복원성을 가지기 위해서, 전체 경화물 중에 역학적 변형을 완화할 수 있는 구조를 가질 필요가 있고, 한편 그 소성성분이 외력의 영향을 받지 않도록 매트릭스 중에 해당 구조가 존재하지 않으면 안 된다. 따라서 유연성과 복원성의 지표로 되는 다른 어떠한 지표가 필요로 하지만, 본 발명에서는 탄성정도 양의 파라미터인 탄성변형율을 유연 성 및 복원성의 파라미터로서 이용한다.

탄성변형율 등의 재료물성치의 평가는 유니버설 경도 시험에 의해 실시할 수 있다. 즉, 유니버설 경도를 구하는 측정방법을 응용해 압자를 시료면에 밀어넣어, 하중을 걸친 상태로 움푹한 곳의 밀어넣은 깊이를 직독한다. 구체적으로는 압자로 밀어넣은 깊이를 1점만 측정하는 것이 아니라, 설정된 하중까지 서서히 하중을 증가 또는 감소시키는 것에 의해 수지막의 여러가지 물성을 구할 수 있게 된다. (유니버설 경도 시험에 의한 재료 특성치의 평가 (재료시험기술 Vol. 43 No.2 1998년 4월) 참조).

또, 본 발명에서는 탄성변형율과 탄성률과의 관계가 소정 범위에 있는 수지조성물을 사용함으로써 접촉 압력에 의한 렌즈 찌부러짐이 저감되는 것이다.

또, 본 발명에서는 수지조성물의 복원속도와 최대변형량이 소정의 관계에 있는 것이 중요하다.

탄성변형율을 이용해 복원성을 평가할 수 있으나, 탄성변형율으로는 실제의 변형량에 의존된 절대평가는 되지 않는다. 한편 어느 변형량으로부터 어떤 정도의 복원성능을 가지고 있는지를 최대변형량과 복원속도로서 평가하는 것은 매우 중요하다. 즉, 탄성률이 작으면 변형이 큰데, 복원속도가 높으면 탄성정도의 비율은 크게 복원성이 높다고 말할 수 있고, 한편 탄성률이 크면 변형이 작고 에너지가 축적될 수 있는 만큼, 탄성정도의 비율은 높게 되지만 복원속도가 늦으면 복원성은 낮게 된다. 따라서 탄성변형율을 평가하는 것에 더하여 최대변형량, 복원속도를 지표로 넣고 절대치적 평가를 할 필요가 있다. 이와 같이, 최대변형량을 평가 함으로서 렌즈가 어느 정도 변형하면 광학결함이 되는지, 또는 변형이 있어서도 복원성을 어느 정도 가지면 광학 결함이 확인되지 않고 끝나는지를 명확하게 평가 할 수 있다.

프로젝션 스크린 용도로서 가장 높은 복원성이 요구되는 것은 제조공정 중에 렌즈를 횡적재하는 것 같은 렌즈에 고 하중이 부하되는 경우에 있다. 고 하중에 의해 변형 된 렌즈가 하중이 개방된 후 어느 정도 그 변형을 회복할 수 있는 것인지를 설계시에 견적할 필요가 있다. 그러한 견적은 V ≥ O.112 DM - O.236 의 관계로부터 이끌어낼 수 있게 된다.

렌티큘러 렌즈와 프레넬 렌즈를 세팅한 프로젝션 스크린에서는 실온 부근의 온도에서 렌즈 찌부러짐이 있는 경우에도 시간이 경과함과 더불어 렌즈 찌부러짐이 해소된다. 이 이유로서, 휘어진 상태의 렌티큘러 렌즈를 억지로 평면상의 프레넬 렌즈에 억누르면, 처음은 렌즈의 휘어진 상태에 의해 압력이 부하되지만, 시간이 경과함에 따라 렌티큘러 렌즈가 크리프에 의해 프레넬 렌즈 평면에 잘 융합되어, 접촉압이 저감되는 것 때문이라고 생각된다. 또, 렌티큘러 렌즈는 두께가 얇기 때문에 렌즈 세팅시의 뒤틀림 등에 의해 치우친 접촉압력이 부하되는 것이고, 이와 같은 치우친 접촉압력은 환경 온도나 습도 또는 시간에 의해 접촉압이 균일하게 되어 국소적인 압력이 개방되어 수지가 복원하는 것도 관계하고 있다고 생각된다.

렌즈가 찌부러진 상태로 진동이 더해지면, 렌즈 끼리 마찰하거나 충돌하기 때문에 마찰력 (정마찰력)이 커져서 렌즈 마찰이 발생하기 쉽게 된다. 따라서, 렌즈 접촉부에 변형이 일어나면 바로 형상이 복원되는 편이지만, 마찰력도 저감되고 렌즈 마찰은 저감된다고 생각된다. 본 발명에서는 복원속도와 최대변형량이 소정의 관계에 있는 수지조성물을 사용해 광학소자를 제작함으로써 렌즈의 찌부러짐 뿐만 아니라 렌즈 마찰을 유효하게 방지할 수 있음을 찾아낸 것이다.

또, 복원속도와 잔류변형량이 소정의 관계에 있는 수지조성물을 사용함으로써 렌즈변형에 의한 광학결함을 억제할 수가 있다. 즉, 소성변형량을 제어함에 의해 모든 하중에 대한 렌즈의 형상의 결함 회피가 가능해진다. 또, 영구 뒤틀림이 수지조성물에 있는 정도 잔존된 경우에 있어서도 복원속도가 어느 정도 유지되면, 렌즈 찌부러짐이 회피되고 광학결함이 억제되는 것이라고 생각된다.

게다가 프레넬 렌즈를 성형 금형으로부터 박리하는 경우, 벗기는 방향에 따라서는 금형과 렌즈의 요철부분의 위치 관계로부터 렌즈가 선단력이 작용하는 경우 가 있다. 이러한 경우 금형과 렌즈와의 계면에서 마찰력이 크고, 부하에 의해 렌즈변형 이 생기는 일도 있다. 이와 같이 박리된 렌즈가 일부에서 뒤틀려, 광학 결함을 일으키는 일이 있다. 이 광학 결함을 저감하기 위해서는 외부 내지 내부 이형제 등을 이용해 박리 시의 마찰력을 저감시키는 방법이 있다. 그러나 이형제를 사용하는 것 만으로는 여러 가지의 광학소자 형상에 대응하기가 어렵다. 따라서 수지의 복원성이 우수하고 영구 뒤틀림이 없는 수지를 사용하는 것이 필요하다. 즉, 본 발명에서는 V ≥ O.858R - O.644 의 관계를 만족시키는 수지조성물을 사용함으로써 상기 문제를 해결하는 것이다.

한편, 잔류변형량이 큰 경우는 외력이 점성구조에 영향을 주기 때문에 일반적으로는 복원속도 (복원성능)가 낮다고 예상할 수 있고 사실, 잔류변형량이 어느 정도 작은 경우는 복원속도도 큰 값을 가진다. 따라서 그러한 복원속도 (복원성능) 가 큰 수지를 사용하는 것으로 렌즈의 변형을 억제할 수가 있다. 최대변형량이 소정량이고, 어느 정도의 복원속도를 가지고 있어도 잔류변형 (영구변형)이 비교적 큰 경우도 있다. 즉, 어느 정도 변형하고 어느 정도 복원성을 가지고 어느 정도 변형이 남는 지, 라고 하는 세 가지 파라미터를 확인하는 것이 중요하다. 렌티큘러 렌즈의 휘어진 상태에 의한 접촉압은 해당 렌즈의 크리프에 의해 경시적으로 저감되지만, 압력이 부하 된 상태로의 프레넬 렌즈 수지의, 그 압력에 대해서 되밀어내려고 하는 복원력이 변형을 저감시키는데 있어서 중요하기 때문에, 그것을 나타내는 복원속도, 잔류변형량을 논의할 필요가 있게 된다.

게다가 프로젝션 스크린 TV 제조시 (조립 공정시)에는 큰 면적의 스크린을 중복해 쌓아가는 적재 공정이 있고, 렌즈가 이와 같은 고하중을 부담하는 횡적재로부터 하중 개방되었을 때의 복원성이나 영구 변형율을 고려하게도 된다.

또, 프로젝션 스크린 TV 등을 양산하기에 즈음해서는 렌티큘라 렌즈와 프레넬렌즈가 조합된 상태로 겹겹이 높게 겹쳐 쌓인 상태로 보관되어 있다. 프레넬 렌즈 및 렌티큘러 렌즈의 재질의 관계에 따라서는, 양 렌즈시트의 변형을 고려할 필요가 있다. 예컨대, 프레넬 렌즈로서 경화성 수지를 사용하고, 렌티큘러 렌즈로서 열가소성 수지를 사용했을 경우에는 프레넬 렌즈의 변형을 고려해서 소정의 기계 특성을 가진 수지조성물을 사용할 필요가 있다. 따라서 프레넬 렌즈에 본 발명의 수지조성물을 사용했을 경우에는 잔류변형량은 작을수록 바람직하다고 말할 수 있다. 그러나 본 발명 에서는 잔류변형량이 어느 정도 큰 값을 가진 수지여도 복원속도가 소정 범위 내라고하면 렌즈의 찌부러짐을 억제하는 효과가 있는 것을 찾아낸 것이다.

또, 본 발명의 광학소자용 수지조성물은 동적점탄성의 -20℃에 있어서 저장 탄성률이 2.96 x 10¹⁰dyne/cm² 이하이고, -20℃에 있어서 손실탄젠트가 0.02 이상인 것이 바람직하다. 수지조성물의 경화물로 이루어지는 광학소자의 굴절률을 올리기 위해 분자쇄에 벤젠고리를 도입하면, 해당 수지조성물은 딱딱해서 깨지기 쉬워지지만, 상온에서 딱딱해도 저온에서 탄성률이 낮으면 어느 정도의 광학소자 면끼리의 마찰에 의한 손상을 회피할 수 있게 된다. 게다가 동적점탄성의 손실탄젠트를 소정의 범위로 규정해, 저온에서의 저장탄성률을 낮추고 한편 수지조성물에 미끄러짐성을 부여하면 저온 (0℃) 혹은 극저온 (-20℃)에 있어서도 광학소자 면끼리의 마찰에 대한 내성을 갖게 할 수 있다.

프레넬 금형을 사용해 프레넬 렌즈시트를 성형할 때에 딱딱한 수지를 사용하면, 선반에 의해 가공된 금형의 평면성이 양호한 경우는 성형품의 마찰에 의한 손상이 발생하기 쉽지 않지만, 그 금형의 평면성이 좋지 않는 경우에는 마찰에 의한 손상이 발생하기 쉽다. 본 발명에 있어서의 수지조성물에서는 동적점탄성의 손실탄젠트의 값 이 0.02 이상으로 크게 해 저장탄성률이 작기 때문에, 금형의 평면성이 나쁘고 돌기 부분에 있어서도, 그 부분의 충격이나 진동 에너지를 분산해서 진동을 제어할 수 있기 때문에 성형품에 손상이 잘 나지 않는다. 이것은 손실탄젠트의 값이 클수록 진동계의 공진점에서의 진동 전달율이 저감되기 쉬운 것에 의한 것이라 생각된다.

저장탄성률에 관련이 있는 파라미터로서 손실탄성률이 있다. 저온에서 이 손실탄성률의 값을 크게 하는 (저온에서 손실탄젠트를 크게 한다) 것에 의해, 재료가 진동을 열로서 산일하는 능력을 크게 할 수 있고, 저온에서의 광학소자 끼리의 마찰 손상의 발생을 줄일 수 있다. 또, 저장탄성률의 값을 작게 함으로써 저온에서의 광학소자 끼리의 마찰 손상의 발생을 줄이는 것도 가능하다.

또, 손실탄성률의 값이 큰 수지를 사용해 광학소자를 형성한 경우, 재료의 벌크 내 구조의 점성이 증가하기 때문에 정적인 외력이 미쳤을 때에 소성변형을 유발해 렌즈면 등의 광학소자 면의 찌부러짐이 생기기 쉬워진다. 즉, 본 발명에서는 저장탄성률의 값이 작은 수지조성물을 이용함에 의해 이러한 문제를 해소하고 있다.

게다가 본 발명에서는 수지조성물의 손실탄젠트의 손실면적 (Loss Area)이 소정의 값의 범위라면, 넓은 주파수역에 있어서 진동에너지를 열에너지로 변환할 수 있기 때문에, 렌즈끼리의 동적 접촉에 의한 렌즈 마찰을 저감할 수 있다. 또, 본 발명 에서는 프로젝션 스크린은 수송시의 진동에 의해 1OHz 정도의 저주파역으로부터 100 Hz 정도의 비교적 높은 주파수역까지 넓은 범위의 주파수 대역에서 진동이 발생하고 있기 때문에, 넓은 범위의 주파수 영역에서 양호한 에너지 손실효과를 발휘시키기 위해서는 손실면적이 큰 편이 바람직한 것임을 찾아낸 것이다.

또한, 손실탄젠트의 온도의존성 곡선에 있는 피크 폭, 즉 온도 분산폭은 분자운동의 완화를 나타내고, 해당 폭이 넓으면 넓을수록 완화가 다중으로 겹쳐져 있는 것을 의미하고, 또 복원성을 가진 구조에 기인 된 점성이 발현하는 것을 나타내 고 있다. 즉, 가교밀도를 충분히 고려하여 넓은 온도영역에 있어서 수지에 질긴 성질을 부여하는 것에 의해 프로젝션 스크린에 넓은 온도영역에 있어서 외력에 항장(抗張)하기 위한 복원력을 부여해 렌즈의 소성변형을 저감시키는 것이다. 게다가 복원속도가 큰 것에 의해 큰 하중이 개방되는 것 같은 렌즈의 찌부러짐에 대해서도 효과가 있다.

한편, 손실면적이 크면 점성의 기여가 커지기 때문에 소성변형이 늘어난다. 이와 같이 렌즈 제특성에 관계한 종합적인 조정을 한 결과로서 소성변형을 억제하기 위해서 가교밀도를 올리거나 (복원이 부여된다), 굴절률 향상을 위한 강직쇄을 도입 함에 의해 완화가 억제된다. 즉, 이와 같은 완화 억제에 의해 손실탄젠트의 상한치가 결정된다.

상기에 설명된 바와 같이, 본 발명에서는 소정 온도에 있어서의 손실탄젠트의 값이 일정치 이상에 있으면 내마찰성이 개선되는 것을 찾아낸 것이다. 즉, 넓은 범위의 온도영역 또한 넓은범위의 진동 주파수에 있어서도 내마찰성을 보유하기 위해서는, -20 ~ 50℃ 의 범위에서의 손실면적이 20℃ 이상이 필요하고, 바람직하기는 20 ~ 43.2℃, 특히 20 ~ 31.7℃인 것이 바람직하다. 한편, 손실면적으로는 손실탄젠트의 온도의존성 곡선에 있어서 손실탄젠트 피크의 면적이고, 해당 곡선을 소정 온도범위에 대해 적분함으로써 산출할 수가 있다.

상기의 수지조성물을 사용해 얻을 수 있는 광학소자는 그 굴절률이 1.52 이상 인 것이 바람직하다. 앞에서의 진술과 같이, 광학소자의 요구특성의 하나로 굴절률 을 들 수 있지만, 굴절률을 높게 하기 위해서는 수지조성물을 구성하는 화합 물에 벤젠고리를 도입할 필요가 있지만, 굴절률의 향상과 수지의 유연성과는 트레이드-오프(trade-off)의 관계에 있다. 본 발명에 있어서 수지조성물을 사용해 얻을 수 있는 광학 수지는, 그 굴절률이 1.52 이상을 가진 것이다. 이와 같은 굴절률을 가진 광학용 수지조성물로는, 구체적으로는, 비스페놀 A 등의 벤젠고리를 두 개 가진 구조를 가진 화합물에, 질긴 성질을 부여하기 위한 에틸렌옥사이드 (EO) 변성한 디아크릴레이트 모노머를 소정량 배합함으로써, 또 굴절률만의 관점으로는 페녹시에틸아크릴레이트, 페녹시에틸 EO 변성 아크릴레이트, 2 -히드록시- 3 페녹시프로필아크릴레이트, 파라크밀페놀 EO 변성 아크릴레이트, 파라크밀페녹시 에틸렌글리콜아크릴레이트, 비스페놀 A형 에폭시아크릴레이트 등을 소정량 배합함으로써 가교밀도, 질긴 성질, 굴절률을 조정할 수가 있다.

게다가 본 발명의 수지조성물에 상기 화합물과 함께 사용하는 우레탄아크릴레이트로서는 톨루엔디이소시아네이트 (TDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트 (HMDI), 메틸렌디이소시아네이트 (MDI), 이소포론디이소시아네이트 (IPDI) 등의 이소시아네이트 화합물에 부탈산, 아디핀산, 글루탈산, 또는 카프로락톤 등의 다염기산, 및 에틸렌글리콜, 비스페놀 A, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 네오벤틸글리콜, 1,4-부탄디올, 3-메틸-1,5 펜탄디올 등의 다가알코올과 수산기 함유 (메타)아크릴레이트를 반응시키는 것에 의해 제조되는 폴리에스테르형 우레탄아크릴레이트 및 이소시아네이트에 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 및 폴리테트라메틸렌글리콜 등의 폴리에테르 폴리올, 및 폴리에테르글리콜과 수산기 함유 (메타)아크릴레이트를 반응시키는 것에 의해 제조되는 폴리에테르형 우레탄아크릴레이트를 사용할 수 있다. 한편, 굴절률을 1.52 ~ 1.55 또는 그 이상으로 하기에는 사용하는 화합물의 벤젠고리의 함유량을 늘릴 필요가 있지만, 벤젠고리의 함유량이 증가하면 수지조성물의 유연성이 없어지기 때문에, 상기의 화합물에는 에틸렌옥사이드 등의 점성 구조를 가진 화합물을 도입할 필요가 있다.

본 발명의 광학소자용 수지조성물은 상온에 있어서의 동마찰계수가 0.07 ~ 0.15인 것이 바람직하다. 이와 같은 값을 가진 수지조성물을 이용함으로써, 수송 때 특히 -20℃ 부근의 저온 환경하에 있어서 마찰 손상의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다. 여기서, 상온으로는 25℃를 가리키는 것이지만, -20℃에 있어서도 동마찰계수의 값에는 실질적으로 영향을 주지 않는다. 동마찰계수의 값 이 O.15를 넘으면, -20 ℃ 부근에서의 수송 시에 발생하는 마찰 손상을 유효하게 방지할 수 없고, 한편, O.0 7 미만에서는 미끄러짐성을 부여하기 위해서 실리콘 등의 첨가량을 상당히 늘릴 필요가 생긴다. 미끄러짐제의 첨가량이 증가하면 여러가지 온도환경에서 사용될 때, 특히 고온 환경에서 사용될 때에 미끄러짐제가 외부에 스며 나오기(bleed out) 쉬워지고, 또 광학소자의 광학성능 및 렌즈와 기재와의 밀착성이 저하한다.

동마찰계수의 값을 0.07 ~ 0.15로 하기 위해서는 수지조성물에 미끄러짐제(또는 슬립제)를 배합하는 것이 바람직하다. 미끄러짐제로서는 수지조성물에 대해 광학적 저해가 없는 것, 예컨대 투과율의 저하나 고온 환경시험에 있어서의 미끄러짐제의 스며 나옴 등을 일으키지 않는 것, 또 성형시에는 표면으로의 이동(migration)이 일어나지만 경화 후는 스며 나옴이 일어나기 어려운 것이 바람직하 고, 게다가 수지조성물의 굴절률과 될 수 있으면 가까운 값을 가진 것, 또는 입자상의 미끄러짐제 (실리카) 등을 사용하는 경우는 입경이 광의 파장 이하인 것이 바람직하다.

또 첨가제 자체의 점도가 낮고 기재 쪽에 부착된 경우에 레벨링(levelling)하기 쉬운 것, 또는 기재의 굴절률과 가까운 것이 바람직하다. 게다가 기재와의 밀착성을 해치지 않는 것이 바람직하다.

이와 같은 미끄러짐제로서는 실리콘, 실리콘 폴리머, 바람직하기는 변성 실리콘, 보다 바람직하기는 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산 첨가제가 바람직하다. 이와 같은 첨가제를 함유함으로써 해당 수지조성물을 경화시켜 렌즈시트를 형성한 경우에 렌즈시트 끼리의 마찰에 의한 렌즈 표면의 손상의 발생을 저감시킬 수가 있게 된다.

수지조성물 전체에 대한 상기 첨가제의 함유량은 0.01 ~ 10 중량%가 바람직하다. O.01 중량% 미만인 경우 소정의 미끄러짐성을 얻지 못하고, 한편 10 중량%를 넘으면 수지조성물의 재료 물성이 손상된다.

상기의 실리콘, 실리콘 폴리머로서, 구체적으로는 빅캐미재팬 (주)제의 BYK-307, BYK-333, BYK-332, BYK-331, BYK-345, BYK-348, BYK-370, BYK-UV3510, 신월화학공업(주) 제의 X-22-2404, KF-62-7192, KF-615A, KF-618, KF-353, KF-353A, KF-96, KF-54, KF-56, KF-410, KF-412, HIVACF-4, HIVACF-5, KF-945A, KF-354, 및 KF-353, 토오레·다우코닝·재팬(주) 제의 SH-28PA, SH-29PA, SH-190, SH-510, SH-550, SH-8410, SH-8421, SYLGAR D309, BY16-152, BY16-152B, 및 BY16-152C, 일본 유니카(주) 제의 FZ-2105, FZ-2165, FZ-2163, L-77, L-7001, L-7002, L-7604, 및 L-7607, 에프카·어딥티스 제의 EFKA-S018, EFKA-3033, EFKA-83, EF KA-3232, EFKA-3236, 및 EFKA-3239, 및 공영사 화학(주) 제의 그라놀 410 등을 들 수 있다.

또, 수지 경화 후의 환경변화에 의해, 경시적으로 실리콘 성분이 스며 나오는 것을 막기 위해, 보조적으로 실리콘 아크릴레이트, 혹은 실리콘 메타크릴레이트 등의 반응성 실리콘을 병용할 수 있게 된다. 해당 반응성 실리콘의 구체적인 것으로, 빅캐미재팬(주) 제의 BYK-UV3500 및 BYK-UV3530, 일본 코니카(주) 제의 벤탓 UV-31 및 신성화학공업(주) 제의 X-24-8201, X-22-174DX, X-22-2426, X-22-2404, X-22-164A, X-22-164B, 및 X-22-164C 등을 들 수 있다.

또, 실리카 입자의 시판품으로서는 예컨대 산스 페어 NP-IOO, NP-200 (동해화학공업), 시르스타-MK-08, MK-15 (일본화학공업), FB-48 (전기화학공업), Nipsil E220A(일본 실리카 공업) 등을 들 수 있다.

실시예

이하, 각 수지조성물을 사용해서 시료를 만들어 앞에서 설명한 여러 가지 파라미터를 측정한 결과 및 프레넬 렌즈시트로 된 것의 실용적인 평가를 행한 결과를 표1 ~ 표5에 나타내었다. 파라미터로서는 굴절률, 유리전이온도, 평형탄성률, 탄성변형율, 압축탄성률, 최대변형량, 잔류변형량, 복원속도, 크리프 변형율, -20℃에서의 저장탄성률, 각 온도에서의 손실탄젠트, 손실면적 및 동마찰계수이다.

또, 평가결과로서 TV세트 찌부러짐 시험, 하중적재 시험 및 각 온도에서의 진동시험의 결과를 표1 ~ 표5에 나타내었다. 한편, 온도의 규정이 없는 항목에 대 해서는 온도 25℃에서의 측정 결과를 나타낸 것이다.

평가결과의 수지조성물 A1 ~ A22는 본 발명의 광학소자용 수지조성물의 실시예에 상당하는 것이고, 또 수지 Bl ~ B27은 본 발명의 광학소자용 수지조성물의 비교예에 상당하는 것이다.

표 1

표 2

표 3

표 4

표 5

상기의 각 평가 및 측정 결과는 이하의 방법에 의한다.

동적점탄성 측정용 시료의 조정

저장탄성률, 손실탄젠트 및 평형탄성률의 동적점탄성의 측정용 시료의 제작은 이하와 같이 행했다. 40 ~ 42℃로 온도제어한 표면이 평탄한 스텐레스 판을 금형으로 해, 해당 금형면에 40 ~ 42℃로 조정한 각 수지조성물을 두께가 200μm가 되도록 도포한다. 메탈할라이드 타입의 자외선 램프 (일본전지(주) 제)를 이용해 적산(積算) 광양 2000mJ/cm², 피크 조도 250mW/cm²의 조건으로서 조사를 행해 수지조성물을 경화시킨 후 경화물을 박리해서 측정용 시료를 얻었다.

압축탄성률 측정용 시료의 조정

압축탄성률의 측정용 시료의 제작은 표면이 평탄한 스텐레스판으로 바꾸어 표면에 프레넬 렌즈의 역형(逆型) 형상을 가진 니켈제(製) 금형을 사용한 것 이외는 상기의 동적점탄성 측정용 시료의 조정과와 동일하게 해서 프레넬 렌즈의 형상을 가진 측정용시료를 얻었다.

동적점탄성의 측정

얻어진 시료를 30mm × 3mm × 0.2mm의 짧은 책 모양으로 성형해, 동적점탄성 측정장치 ((주) 오리엔테크 제,「레오파이프론 J」)을 사용해, 시료에 0.05%의 부하 뒤틀림을 주어 저장탄성률 및 손실탄젠트의 측정을 실시했다. 주파수는 1 ~ 10Hz로 하고온도 범위는 -100 ~ 100℃로 (3℃/분의 승온속도) 했다. 이 측정에 의해 저장탄성률의 온도의존성 곡선 및 손실탄젠트의 온도의존성 곡선을 얻었다.

얻어진 저장탄성률의 온도의존성 곡선으로부터 25℃ (상온), 0℃, 및 -20℃의 각 온도에 있어서의 저장탄성률을 구했다. 이것과는 별개로 강제진동의 주파수를 1 Hz로 하고, 그 외는 상기와 동일하게 해서 얻은 저장탄성률의 온도의존성 곡선으로부터 80℃에 있어서의 저장탄성률을 구해 평형탄성률로 했다.

또, 얻어진 손실탄젠트의 온도의존성 곡선으로부터 25℃ (상온), 0℃, 및 -20℃의 각 온도에 있어서의 손실탄젠트를 구했다.

유리전이온도는 손실탄젠트 (tanδ)의 1 Hz에 있어서의 피크 위치에서의 온도 로 했다.

동마찰계수의 측정

두께 100μm로 한 아크릴판으로 씌어서 자외선을 조사한 것 이외는 상기의 동적점탄성 측정용의 시료와 동일하게 해서 시료를 얻었다. 측정에는 표면성 측정장치 (신동과학(주) 제, 헤이돈·트라이포기아 타입: 14DR)를 사용했다. 얻어진 시료표면에 볼 압자로 수직 하중을 더하고 (100g의 점압), 볼 압자를 300mm/분의 속도로 시료 표면을 미끄러지게 하여 동마찰계수를 측정했다. 이 측정을 5회 실시해 그 평균치를 동마찰계수의 값으로 했다. 한편, 측정하중을 수직하중으로 제거한 것을 동마찰계수 로 했다.

압축탄성률의 측정

초미소 경도계 (독일 핏셔사 제, H-l00V)를 이용한 유니버설 경도 시험을 응용함으로써 압축탄성률을 산출했다. 즉, 압자에 의한 하중을 소정의 값이 될 때까지 서서히 증가시키고 그 후 서서히 감소시키는 것에 의해, 침입깊이의 하중의존성 곡선을 얻고, 그 측정결과를 해석함으로써 압축탄성률을 산출했다. 압자로서 직경이 O.4 mm의 텅스텐 카바이트 (WC) 제의 볼 압자를 사용했다.

침입 깊이의 하중의존성 곡선은 전형적으로는 도 2에 나타내는 것 같은 양상을 나타낸다. 우선, 하중이 0 (점a)으로부터 하중 f로 서서히 증가시키면 변형이 일어나 서서히 압자의 침입 깊이가 증가한다. 어느 하중치에서 하중의 증가를 정지시키면, 소성변형에 의한 침입이 정지하고 (점b), 그 후 하중치를 그대로 유지하면, 그 동안 크리프 변형에 의해 침입깊이의 증가가 계속되어 하중치의 유지를 멈추는 점c 에 도달한다. 그 후, 하중을 서서히 감소시키면 탄성변형에 의해 점d로 향한 침입깊이가 감소한다.

상기에 있어서 도 2 중의 점b에 있어서의 하중치인 최대하중치 F는 20mN으로 설정했다. 그 이유는 이하와 같다. 실제 프로젝션 스크린에 있어서의 프레넬 렌즈시트와 렌티큘러 렌즈시트와의 접촉압의 실측이 곤란하다. 그러나 스크린을 구성하는 렌즈의 변형이 조건이 엄격한 렌즈시트의 외주부에서 10μm 정도라고 하면, 렌즈의 성능상 허용된다. 그러나 측정의 번잡함, 형상에 의한 단면형상의 차이에 의한 데이터의 오차 때문에, 형상이 비교적 평면에 가까운 중심부근 ( 0 ~ 100mm)에 있어서 측정을 행한 편이 좋다고 말할 수 있다. 따라서 종래 이용되고 있는 렌즈시트가 10μm 변형하는데 필요한 하중이 거의 20mN인 것으로부터 최대하중치를 20mN로 한 것이다. 또 클리프 변형을 행하게 하는 시간은 적의 60초간으로 했다.

침입깊이의 하중의존성 곡선을 구하는 순서를 이하에 나타낸다.

(1) 압축을 위한 하중치를 O로부터 20mN로 될 때까지 O.1 초마다 100 스텝으 로 증가시킨다.

(2) 20mN으로 된 하중치를 60초간 유지해 크리프 변형을 일으키게 한다.

(3) 하중치가 O.4mN (시험기 최저 하중)이 될 때까지 O.1 초마다 40 스텝으로감소시킨다.

(4) 하중치가 O.4mN인 채 60초간 유지하고, 침입깊이를 회복시킨다.

(5) 이상의 (1) ~ (4)의 조작을 3회 반복한다.

한편, 볼 압자를 작용시키는 부위로서는 도 3에 도시된 것과 같이 프레넬 렌즈를 구성하는 개개의 세분화된 렌즈면, 예컨대 도 3중, 2c, 2c', 및 2 c"로 나타내는 바와 같은 부분의 중앙부 부근인 것이 바람직하다. 렌즈면의 인접하는 오목부 끼리의 간격을 피치 P로 하면, P/2에 상당하는 위치의 부근이다. 그 외의 렌즈형상의 경우에도 렌즈를 형성하는 개개의 렌즈면의 중앙 부근에 볼 압자를 작용시키는 것이 바람직하다.

압축탄성률 (E)은 아래와 같은 식에 의해 구했다.

E = 1/(2(hr (2R - hr))^1/2 × H × (△H/△f) - (1 - n)/e)

여기서, hr는 하중 f가 최대치 F인 때의 하중 감소구역의, 침입깊이의 하중의존성 곡선의 접선과 침입깊이 축(횡축)과의 교점의 침입깊이 (단위: mm)이다.

R은 볼 압자의 반경 (2R = O.4mm)이다.

H는 침입깊이 h의 최대치 (단위:mm)이다.

△H/△f는 하중 f가 최대치 F인 때의 하중 감소구역의, 하중으로의 침입깊이 곡선의 기울기의 역수이다.

n은 볼 압자의 소재(WC)의 포션 비 (n = O.22)이다.

e는 볼 압자의 소재(WC)의 탄성률 (e=5.3 x 10⁵N/mm²)이다.

앞에서 설명한 바와 같이, 하중의 증감 등을 (1) ~ (4)의 순서로 3회 반복하고, 1회마다 침입깊이의 하중의존성 곡선을 구해 그 곡선의 각각으로부터 압축탄성률 (E)(단위: Mpa)를 각각 구해 그것들의 평균치를 압축탄성률로 했다.

최대변형량 및 잔류압축량

상기의 압축탄성률의 측정에 즈음해, 도 2에 나타낸 점c에 있어서의 변형량을 최대변형량으로 정의한다.

또, 점e에 있어서의 변형량을 잔류변형량으로 정의한다.

복원속도

복원속도는 도 2의 점c 즉, 최대 변형시부터 2초 경과후 (시험 개시 때부터 72초 경과후)의 변위량을 △h (μm), 복원시간 △t(초)로 한 경우에,

V = △h/△t로 정의되는 것이다.

크리프 변형율

크리프 변형율 (C)는 아래와 같은 식을 이용해 구했다.

C = (h2 - h1)·100/h1

여기서 h1은 일정 시험하중 (여기에서는 20mN)에 이르렀을 때 (도 2에 있어서 점b)의 침입깊이, h2는 그 시험하중을 보유지지해서 소정 시간 (60초) 경과란 후 (도 2에 있어서 점c)의 침입깊이를 각각 나타낸다 (단위는 mm).

탄성변형율

도 5는 침입깊이의 하중의존성 곡선을 나타낸 그래프이다. 탄성변형율은 전체 부하에너지에 대한 탄성변형 에너지의 비율이고, 도 5의 침입깊이의 하중의존성 곡선으로부터 구할 수 있다. 도 5에 있어서,

A: 초기 상태

B: 최대 하중 부하시, 최대 변형시

B - C: 크리프 변형량

D: 제(除)하중 후 (최저 하중까지)

D - E: 최저 하중시의 크리프 변형량

E - A: 잔류변형량

h_max - E: 회복 변형량으로 하면, 탄성변형율 (

)는

= W_탄성/W_전체로 나타낼 수 있다. 단,

W_전체 = ∫F1(h)dh

W_탄성 = ∫F2(h)dh 이다.

손실면적

상기의 동적점탄성 측정에 있어서 10Hz 에서의 손실탄젠트의 온도의존성 곡선에 대해서 -20 ~ 50℃의 범위에 있어서 적분된 값을 손실면적 (℃)으로 했다.

TV 세트 찌부러짐 시험

상기에서 설명한 압축탄성률(E) 및 크리프 변형율(C)를 측정한 각 수지조성물 과 같은 조성물을 사용해 성형된 프레넬 렌즈시트를 소정의 렌티큘러 렌즈시트와 합해 4변을 테이프로 고정하고 각 TV 사이즈의 나무틀에 끼워넣어서 텔레비젼 실장하고, 백 화면을 눈으로 보아서 관찰 평가했다. 1시간 경과 후에 프레넬 렌즈시트의 찌부러짐이 있는 것은 「×」, 찌부러짐으로 인정되지 않는 것은 「○」로 했다. 또 △ ~ ○의 범위에서 찌부러짐이 약간 인정되는 것을 「○^-」로 했다.

굴절률

시료로서는 동적점탄성용의 시료와 동일하게 해서 조정한 경화제 시트를 이용하고 그 시료를 앗베(abbe) 굴절률계의 프리즘 부에 1-브로모나프탈렌을 사용해 밀착시키고 시료 온도를 25℃로 해서 D선 (λ=589nm)에서의 굴절률을 측정했다 (그 외는 JIS K7105에 준거).

진동시험

프레넬 렌즈시트와 렌티큘러 렌즈시트를 각각의 렌즈면 끼리를 밀착시켜 4변을 점착 테이프로 고정해, TV 화면 사이즈의 나무틀에 끼워넣은 것을 온도가 일정하게 유지된 환경 시험실 내에 설치한 진동시험기 ((주)아카시 제, 진동시험기, EDS252)에 세팅했다. 진동조건으로서는 도 3에 나타낸 PSD (Power Spectrum Density) 파형에 나타낸 랜덤파로 해, 4320초를 1사이클로서 5000km의 트럭 수송에 상당하는 진동시험을 25℃의 온도에서는 10 사이클, 0℃의 온도에서는 5 사이클, - 20℃의 온도 에서는 3 사이클 행했다.

이 랜덤파는 통계적 성질을 가진 불확정파로서 PSD 함수에 의해 성질을 표현 할 수가 있어, 이 진동시험에서는 그 함수를 지표에 시험 조건을 결정하고 있다. 이와 같은 랜덤파를 사용한 이유는 진동의 비선형 요소를 배제할 수 있는 것, 즉 프로젝션 스크린의 부착, 곤포 형태 등에 의한 비선형 요소를 배제해서 대상물의 진동을 일정한 상황에서 진동을 가함이 가능하게 되기 때문이다. 또, 진동은 시험 개시 때를 O으로 한, 시간 축의 어느 것에 있어서도 모두 다르므로, 실제의 수송 시의 진동에 보다 가까운 상황을 만들어 낼 수 있기 때문이다.

한편, 환경 온도는 25℃ (상온), 0℃ 및 -20℃로 하고, 시험 종료후 프로젝터에 의해 전체가 백색의 화면을 투영한 때에, 마찰에 의한 휘도 얼룩짐이 명료하게 인정되는 것을 ×, 휘도 얼룩짐이 인정되지만 눈에 띄지 않는 것을 △, 휘도 얼룩짐이 인정되지 않는 것을 ○로 했다.

하중 적재 시험

상기에 설명된 압축탄성률 및 크리프 변형율을 측정한 각 수지조성물과 같은 조성물을 사용해 성형된 프레넬 렌즈시트를 소정의 렌티큘러 렌즈시트와 합해 4변을 테이프로 고정해, 텔레비젼 사이즈의 나무틀에 끼워넣어 텔레비젼 실장하고, 렌즈 사이에 40g/cm²의 압력을 가해 10일간 상온에서 방치했다. 그 후 하중을 개방한다. 하중 개방후, TV의 백 화면을 눈으로 보아서 관찰 평가했다. 하중 개방시부터 20분 이내에 형상이 복원해 찌부러짐이 보이지 않게 된 것을 「○」, 1 ~ 6시간 이 내에 복원해 찌부러짐이 보이지 않게 된 것을 「△」, 6시간 이상 경과해서 찌부러짐이 보이지 않게 된 것 및 전혀 복원되지 않는 것에 대해서는 「×」로 했다.

상기의 평가결과에 있어서 수지조성물 A1 ~ A18, 및 B1 ~ B27의 유리전이온도 (Tg)와 평형탄성률 (CLD)의 데이터를 플롯한 그래프를 도 6에 나타낸다. 또, 각 수지조성물의 탄성변형율 (We)과 압축탄성률 (E)의 데이터를 플롯한 그래프를 도 7에 나타낸다.

게다가 각 수지조성물의 압축탄성률 (E)와 크리프 변형율 (C)의 데이터를 플롯한 그래프를 도 8에 나타낸다.

상기의 평가결과 및 각 그래프를 보아 알수 있듯이, 수지 A1 ~ A5에 있어서 -20℃에 있어서의 손실탄젠트 (tanδ)가 0.02 미만이고, 저온 환경하에서 광학소자면끼리가 접촉한 상태로 수송되었을 경우, 마찰 손상이 나기 쉬운 결과로 되어 있다. (진동시험).

또, 수지 A2 와 A3를 비교하면, 수지 A2의 -20℃의 저장탄성률이 2.96 x 10^1Odyne/cm² 이하인 것에 대해, 수지 A3의 -20℃의 저장탄성률은 2.96 x 10^1Odyne/cm² 를 넘은 큰 값이기 때문에 저온 환경하에서 광학소자면 끼리가 접촉된 상태로 수송되었을 경우, 마찰 손상이 나기 쉬운 결과로 되어 있다. (진동시험)

수지 A7은 탄성변형율(We)과 압축탄성률(E)의 관계가 We ≤ -O.0189E + 34.2 이고, 청구범위 제2항을 만족하지 않아 렌즈면 끼리의 압축에 의한 찌부러짐에 대해 복원성이 부족한 것이다.

또, 수지 A8은 압축탄성률(E)과 크리프 변형율(C)의 관계가 청구범위 제6항에 규정된 범위로부터 벗어나고 렌즈면 끼리의 압축에 의한 찌부러짐에 대해 크리프 성능이 뒤떨어지기 때문에 찌부러짐이 발생해 버린다.

수지 A9, A15, A16은 동마찰계수가 0.07 ~ 0.15의 범위 내로 되어 큰 수치로 되고, -20℃ 부근에서의 수송 시에 발생하는 마찰 손상이 발생하기 쉬워지게 된다.

또 수지 A12, A13, A14, A17은 TV 세트 찌부러짐 시험, 하중적재 시험 및 각 온도에 있어서의 진동시험의 결과는 모두 양호하다.

수지 A18은 유리전이온도가 35℃의 상한치이기 때문이지만, 렌즈면 끼리의 압축에 의한 부서짐에 대해 복원성에 약간 떨어진 것이다.

또, 수지 A9, A1O, A11을 비교한 경우, 각각이 동등의 재료물성 (-20℃의 저장탄성율, 탄성변형율, 압축탄성률 등)을 가지고 있지만, 동마찰계수가 커지면, - 20℃ 부근에서의 수송 시에 발생하는 마찰 손상이 발생하기 쉬워지게 된다.

게다가 수지 A11과 A18 및 B4는 동마찰계수가 0.07 ~ 0.15의 범위 내이지만, 하한치에 가까운 낮은 값이고, TV 세트 찌부러짐 시험, 하중 적재시험이 좋지 않는 결과에서도 수송 시에 발생하는 마찰손상을 방지하는 결과로 되어 있다.

수지 B11과 B21의 동마찰계수가 O.20 이상이고, 상온으로부터 저온에 걸쳐 수송 시에 발생하는 마찰 손상이 많이 발생하기 쉬워지게 된다.

수지 B19는 최고 상온으로부터 저온에 있어서 수송 시에 발생하는 마찰 손상이 방지된 결과로 되어 있다. 단, TV 세트 찌부러짐 시험, 하중 적재시험에서는 좋지 않는 결과이다.

또, 수지 B23과 B25를 비교한 경우, 양자 모두 동마찰계수가 0.15와 동일하지만, 저장탄성률이 2.96 x 10¹⁰dyne/cm² 이하인지 아닌지에 따라, 저온에서의 수송 시에 발생하는 마찰손상에 큰 차이가 생기고 있다. 즉, 수지 B23는 상온에서는 찌부러지는 접촉면적 이 크고, 마찰이 쉬워지지만 (마찰 손상이 발생하기 쉽다), 저온에서는 딱딱해져 접촉 면적이 작아져 마찰이 어려워진다 (마찰 손상이 발생하기 어려워진다)고 생각된다.

또한 도 9는 상기의 평가결과에 근거해 각 수지조성물의 최대변형량과 복원스피드와의 관계를 플롯한 그래프이다. 또, 도 10은 각 수지조성물의 잔류변형량과 복원스피드와의 관계를 플롯한 그래프이다.

도 9에 도시된 바와 같이, A19 ~ A22의 수지조성물에서는 복원속도를 V (μm/초)와 최대변형량을 DM(μm)과의 관계가 V ≥ O.178DM - O.852 의 영역내에 있어, 하중 적재시험이나 진동시험의 결과도 좋아 렌즈 찌부러짐나 렌즈 마찰이 저감되어 있는 것을 알 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, A19 ~ A22의 수지조성물에서는 복원속도를 V(μm/ 초)와 잔류변형량(μm)과의 관계가 V ≥ O.858R - O.644 의 영역내에 있어, 하중 적재시험, TV 세트 찌부러짐 시험 및 하중 적재시험의 모든 시험에 있어서 결과가 좋고, 렌즈 찌부러짐이 없고 렌즈의 복원성도 높고, 또한 내마찰성의 높은 수지조성물 이라는 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 광학소자의 렌즈 표면에 압력이 가해져도 렌즈 형상이 찌그러지지 않고, 또 찌그러진 경우에도 바로 복원되어 양호한 품질을 확보할 수 있는(즉, 내마찰성이 높은) 광학소자용 수지조성물 및 이 수지조성물을 제공할 수 있게 된다.

또한, 상기 광학소자용 수지조성물가 함유되어 만들어진 광학소자를 제공할 수 있음과 더불어, 상기 광학소자와 렌티큘러 렌즈를 포함해서 만들어진 프로젝션 스크린을 제공할 수 있게 된다.

Claims (13)

1. 프레넬 렌즈에 사용되는 수지조성물로, 유리전이온도가 5 ~ 36℃이고, 평형탄성률이 0.859 x lO⁸ ~ 3.06 x lO⁸dyne/cm² 이고, 탄성변형율을 We(%), 압축탄성률을 E(Mpa)로 나타낸 경우, We > - O.0189E + 34.2 의 관계를 만족하고, 그리고 복원속도를 V(㎛/초), 최대변형량을 DM(㎛)로 나타낸 경우, V ≥ O.178DM - O.852 의 관계를 만족하는 프레넬 렌즈용 수지조성물.
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4. 제 1항에 있어서, 상기의 관계가 V ≥ O.112DM - O.236 인 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈용 수지조성물.
5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 복원속도를 V(㎛/초), 잔류변형량을 R(㎛)로 한 경우에, V ≥ O.858R - O.644 의 관계를 만족하는 프레넬 렌즈용 수지조성물.
6. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 크리프 변형율을 C(%), 압축탄성률을 E(Mpa)로 나타낸 경우, (-O.026E + 3) < C < (-O.02E + 63)의 관계를 만족하는 프레넬 렌즈용 수지조성물.
7. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, -20℃에서의 저장탄성률이 2.96 x l0¹⁰dyne/cm² 이하이고, 그리고 -20℃에서의 손실탄젠트가 O.02 이상인 프레넬 렌즈용 수지조성물.
8. 제 7항에 있어서, 손실탄젠트의 온도의존성 곡선에서의 -20 ~ 50℃ 범위의 손실면적이 20℃ 이상인 프레넬 렌즈용 수지조성물.
9. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상온에서의 동마찰계수가 0.07 ~ 0.15인 프레넬 렌즈용 수지조성물.
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12. 제 1항 또는 제 4항에 기재된 수지조성물로 이루어지는 프레넬 렌즈 시트로서, 굴절률이 1.52 이상인 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈 시트.
13. 제 12항에 기재된 프레넬 렌즈 시트와 렌티큘러 렌즈로 구성된 프로젝션 스크린.

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