KR100789864B1 - 콜레스테릭 액정 고분자, 이를 포함하는 근적외선 차단필름과 근적외선 차단 필터, 및 상기 근적외선 차단 필름또는 필터를 구비하는 표시소자 - Google Patents

콜레스테릭 액정 고분자, 이를 포함하는 근적외선 차단필름과 근적외선 차단 필터, 및 상기 근적외선 차단 필름또는 필터를 구비하는 표시소자 Download PDF

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Abstract

콜레스테릭 액정 고분자, 이를 포함하는 근적외선 차단 필름과 근적외선 차단 필터, 및 상기 근적외선 차단 필름 또는 필터를 구비하는 표시소자가 개시된다. 개시된 콜레스테릭 액정 고분자를 포함하는 근적외선 차단 필름과 근적외선 차단 필터, 및 상기 근적외선 차단 필름 또는 필터를 구비하는 표시소자는 투명 기재와, 상기 투명 기재의 적어도 일면상에 배치된 콜레스테릭 액정 고분자를 함유하는 콜레스테릭 액정층을 포함한다.
따라서, 개시된 콜레스테릭 액정 고분자, 이를 포함하는 근적외선 차단 필름과 근적외선 차단 필터, 및 상기 근적외선 차단 필름 또는 필터를 구비하는 표시소자는 근적외선을 효율적으로 차단하면서도 가시광선의 투과율을 높이며 우수한 내구성을 가질 수 있다.

Description

콜레스테릭 액정 고분자, 이를 포함하는 근적외선 차단 필름과 근적외선 차단 필터, 및 상기 근적외선 차단 필름 또는 필터를 구비하는 표시소자{Cholesteric liquid crystal polymer, near infrared ray blocking film and filter comprising the same, and display device having the film or the filter}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 근적외선 차단 필름을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 근적외선 차단 필름을 도시한 단면도이다.
도 3은 콜레스테릭 액정 고분자의 구조 및 작용을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 근적외선 차단 필름의 역할을 보여주는 개략도이다.
도 5는 도 1의 근적외선 차단 필름의 성능을 나타내는 스펙트럼이다.
도 6은 도 2의 근적외선 차단 필름의 성능을 나타내는 스펙트럼이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 근적외선 차단 필름 2: 표시소자
10: 투명 기재 20: 콜레스테릭 액정층
21: 제1 콜레스테릭 액정층 22: 제2 콜레스테릭 액정층
본 발명은 콜레스테릭 액정 고분자, 이를 포함하는 근적외선 차단 필름과 근적외선 차단 필터, 및 상기 근적외선 차단 필름 또는 필터를 구비하는 표시소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 근적외선을 효율적으로 차단하면서도 가시광선의 투과율을 높이며 내구성이 우수한 콜레스테릭 액정 고분자, 이를 포함하는 근적외선 차단 필름과 근적외선 차단 필터, 및 상기 근적외선 차단 필름 또는 필터를 구비하는 표시소자에 관한 것이다.
최근, 많은 종류의 화상 표시 장치가 개발되어 실용화되고 있는데, 이러한 화상 표시 장치는, 예를 들면 액정 표시 장치(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 전계 발광 디스플레이(FED), 음극관 표시 장치(CRT), 형광 표시관, 전계 방사형 디스플레이 패널을 포함한다. 이러한 화상 표시소자들은 원칙적으로 적색, 청색, 녹색의 삼원색 발광을 구현함으로써 칼라 화상을 표시한다.
그런데, 상기 화상 표시소자로부터는 불필요한 파장의 빛, 즉 근적외선이 발생하여 해당 근적외선 영역의 빛을 통신에 사용하는 리모트 콘트롤러나 적외선 통신 포트에 오작동을 일으키는 문제점이 있다.
현재 일반적으로 많이 사용되는 근적외선 차단 필름은 근적외선 흡수염료와 추가로 색보정 염료(color control dye)가 고분자 수지에 첨가되어 투명 기재 위에 코팅된 구조를 가진다. 근적외선 흡수염료로는 무기계 안료, 유기계 안료, 유기계 염료 등의 일반적인 것이 사용된다. 이러한 근적외선 흡수염료는, 의도하는 소정 범위의 파장 흡수율이 높아야 하고, 가시광선의 투과율이 우수해야 하며, 표시소자에서 발생하는 열에 대한 안정성이 특히 우수해야 하며, 바인더 수지와 혼합하여 필름으로 제조하였을 경우에 내구성이 우수해야 한다.
그러나, 이러한 흡수염료는 근적외선 영역의 파장을 흡수하면서 동시에 가시광선 영역도 일부 흡수하는 문제점이 있다. 상기 문제점으로 인해 흡수염료를 사용하는 근적외선 차단 필름을 채용할 경우 표시소자의 시야각과 휘도가 나빠지는 단점이 있다. 또한, 이러한 흡수염료는 고온 및 고습 조건에서 장시간 보관시 내구성이 저하되는 등 보관 안정성이 좋지 않은 문제점도 있다.
즉, 흡수염료를 사용하는 근적외선 차단 필름은 내구성이 우수하지 못하다. 일반적으로 근적외선 차단 필름의 내구성은 초기 투과율을 측정하고 난 후, 다시 고온이나 고습조건에서 일정시간 노출시킨 후의 투과율을 측정하여 그 변화율로 판단하며, 이때 투과율의 변화가 적을수록 내구성이 우수하다고 할 수 있다.
본 발명은 근적외선 영역의 파장을 효율적으로 차단하면서도 가시광선 영역의 파장의 투과율을 높일 수 있는 콜레스테릭 액정 고분자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 콜레스테릭 액정 고분자를 포함하는 근적외선 차단 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 콜레스테릭 액정 고분자 또는 상기 근적외선 차단 필름을 포함하는 근적외선 차단 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 근적외선 차단 필름 또는 상기 필터를 구비함으로써 시야각 및 휘도가 개선된 표시소자를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면,
네마틱 액정 화합물의 100중량부 및 적어도 하나의 키랄 중심을 갖는 키랄 화합물의 0.001 내지 1 중량부를 중합하여 제조되며, 선택반사 중심파장이 800nm 내지 1,200nm인 콜레스테릭 액정 고분자가 제공된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 콜레스테릭 액정 고분자의 선택반사 중심파장이 900nm 내지 1,000nm이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 중합 개시제로서 상기 네마틱 액정 화합물의 100중량부에 대하여 0.001 내지 0.1중량부의 광개시제를 사용한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 중합시 상기 네마틱 액정 화합물의 100중량부에 대하여 0.0001 내지 0.01중량부의 레벨링제를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 콜레스테릭 액정 고분자는 하기 화학식 3으로 표현되는 구조 단위의 100중량부에 대하여 하기 화학식 4로 표현되는 구조 단위의 0.001 내지 1 중량부가 랜덤하게 결합된 구조를 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 키랄 화합물이 좌회전성(levo) 또는 우회전성(dextro)을 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 네마틱 액정 화합물 및 상기 키랄 화합물은 이관능성 아크릴계이다.
또한 본 발명에 따르면,
투명 기재; 및
상기 투명 기재의 적어도 일면상에 배치된 콜레스테릭 액정 고분자를 함유하는 콜레스테릭 액정층을 포함하는 근적외선 차단 필름이 제공된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 콜레스테릭 액정층이, 상기 투명 기재상에 배치된 제1 콜레스테릭 액정층, 및 상기 제1 콜레스테릭 액정층상에 배치된 제2 콜레스테릭 액정층을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 콜레스테릭 액정층이, 상기 투명 기재의 일면상에 배치된 제1 콜레스테릭 액정층, 및 상기 투명 기재의 타면상에 배치된 제2 콜레스테릭 액정층을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 콜레스테릭 액정층이 좌회전성인 경우에는 상기 제2 콜레스테릭 액정층은 우회전성이고, 상기 제1 콜레스테릭 액정층이 우회전성인 경우에는 상기 제2 콜레스테릭 액정층은 좌회전성이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 콜레스테릭 액정 고분자는 앞서 설명된 실시예들의 콜레스테릭 액정 고분자와 동일한 조성, 동일한 선택반사 중심파장, 및 동일한 함량의 광개시제 또는 레벨링제를 갖는다.
또한 본 발명에 따르면,
앞서 설명된 실시예들의 콜레스테릭 액정 고분자를 포함하는 근적외선 차단 필터가 제공된다.
또한 본 발명에 따르면,
앞서 설명된 실시예들의 근적외선 차단 필름을 포함하는 근적외선 차단 필터가 제공된다.
또한 본 발명에 따르면,
앞서 설명된 실시예들의 근적외선 차단 필터를 구비하는 표시소자가 제공된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 근적외선 차단 필름을 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 근적외선 차단 필름을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 근적외선 차단 필름(1)은 투명 기재(10) 및 콜레스테릭 액정층(20)을 포함한다.
투명 기재(10)로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐알코올(PVA), 및 트리아세틸 셀룰로오스(TAC) 등의 유기고분자 필름을 사용한다.
콜레스테릭 액정층(20)은 후술하는 콜레스테릭 액정 고분자를 포함하며, 제1 콜레스테릭 액정층(21)과 제2 콜레스테릭 액정층(22)을 포함한다. 상기 제1 콜레스테릭 액정층(21) 및 제2 콜레스테릭 액정층(22)은 좌회전성(levo) 또는 우회전성(dextro)일 수 있다. 다만, 상기 제1 콜레스테릭 액정층(21)이 좌회전성인 경우, 제2 콜레스테릭 액정층(22)은 우회전성(dextro)인 것이 근적외선 차단 측면에서 바람직하다. 이와 같이 투명 기재(10)와 제1, 제2 콜레스테릭 액정층(21, 22)을 포함함으로써, 근적외선 차단 필름(1)은 입사된 근적외선을 제1 콜레스테릭 액정층(21)에서 상기 입사 방향으로 약 50% 반사시키고, 제1 콜레스테릭 액정층(21)을 투과한 나머지 약 50%의 근적외선을 제2 콜레스테릭 액정층(22)에서 재반사시켜 이론상으로는 100%의 근적외선 반사율을 달성하게 된다. 콜레스테릭 액정층(20)에서의 근적외선 반사 원리에 대하여는 후술하기로 한다.
콜레스테릭 액정층(20)은 투명 기재(10)상에 적어도 하나의 층이 다양한 구조로 배치될 수 있다. 예를 들어, 이러한 콜레스테릭 액정층(20)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 투명 기재(10)상에 제1 콜레스테릭 액정층(21)이 배치되고, 제1 콜레스테릭 액정층(21)상에 제2 콜레스테릭 액정층(22)이 배치될 수 있다. 또한, 이러한 콜레스테릭 액정층(20)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 투명 기재(10)의 일면상에 제1 콜레스테릭 액정층(21)이 배치되고, 상기 투명 기재(10)의 타면상에 제2 콜레스테릭 액정층(22)이 배치될 수도 있다. 또한, 투명 기재(10)상에 제1, 제2 콜레스테릭 액정층(21, 22)이 각각 2개 이상 배치될 수도 있다.
상기 콜레스테릭 액정 고분자는 네마틱 액정 화합물 및 적어도 하나의 키랄 중심을 갖는 키랄 화합물을 중합하여 형성된다.
네마틱 액정 화합물은 긴 막대 모양의 분자들로 구성되어 있으며, 분자의 중심위치에 규칙성이 없지만 분자축 방향의 질서를 가지고 있다. 각 네마틱 분자는 장축 방향으로 자유롭게 움직일 수 있으므로 점성이 작아 유동성이 좋으며, 네마틱 분자의 방향은 위, 아래가 거의 동등하기 때문에 분극이 상쇄되어 일반적으로 강유전성을 나타내지 않는다. 네마틱 액정 화합물은 온도 또는 전기장 혹은 자기장에 의해 분자배열이 달라지게 된다. 이러한 네마틱 액정 화합물은 경화성인 것이 바람직하고, 메소젠기를 포함하는 것이라면 모두 사용 가능하다. 액정 화합물은 중간부분의 구조가 길고 단단하며, 끝부분은 긴 사슬로 이루어져 있는데, 중간의 단단한 부분을 메소젠 구조라고 하며, 분자 끝부분의 사슬 구조 부분을 유연격자라고 한다. 메소젠기는 보통 시클로알칸(cycloalkane) 또는 방향족 고리(aromatic ring)와 같은 고리 구조를 여러개 포함하며, 그 사이에 에스테르, 카르보닐 결합 등으로 고리들이 상호 연결되어 있다. 말단에는 알킬기, 알콕시기, 비닐기 등의 유연격자들이 다양한 길이로 결합할 수 있다. 유연격자는 분자 말단 양쪽에 결합한 경우도 있고, 한 쪽에만 결합한 경우도 있다. 또한, 이러한 네마틱 액정 화합물은 하기 화학식 1로 표현되는 이관능성 아크릴계인 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 여기서, 이관능성 아크릴계 화합물이란 분자내에 아크릴기가 2개인 화합물을 말한다.
[화학식 1]
Figure 112006080491260-pat00001
상기 식에서 m 은 1 내지 8이고, Ar은 비치환되거나 할로겐 원자, 하이드록실기, 시안기, 또는 탄소수 1 내지 5인 알킬기로 치환된 아릴렌이다.
키랄 화합물은 오른손과 왼손의 관계처럼 입체구조가 서로 대칭구조를 가지고 있는 것으로 화학적 구조나 물리적 성질은 같지만 서로 거울상 관계여서 입체구조가 동일하지 않은 화학물질이다. 키랄 화합물도 경화성인 것이 바람직하며, 통상의 키랄 탄소를 가지는 물질이면 모두 사용 가능하므로, 특별히 제한되지 않는다. 또한, 이러한 키랄 화합물은 하기 화학식 2로 표현되는 이관능성 아크릴계인 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.
[화학식 2]
Figure 112006080491260-pat00002
상기 식에서 n은 1 내지 8이고, Ar은 비치환되거나 할로겐 원자, 하이드록실기, 시안기, 또는 탄소수 1 내지 5인 알킬기로 치환된 아릴렌이다.
본 실시예에서 경화성이란 열경화 또는 자외선 경화를 의미한다. 열경화를 하는 경우, 상기 네마틱 액정 화합물 또는 키랄 화합물은 비닐기, 아크릴기, 메타크릴기, 비닐리덴기, 또는 알릴기 등의 반응성기나, 축중합이 가능한 다른 다양한 반응성기를 가지는 단량체들의 조합일 수 있다. 또한, 자외선 경화를 하는 경우, 상기 화합물들은 비닐기, 아크릴기, 메타크릴기, 비닐리덴기, 또는 알릴기 등 자외선에 의해 가교 가능한 반응성기를 가지는 단량체들의 조합일 수 있다.
상기 콜레스테릭 액정 고분자는 네마틱 액정 화합물의 100중량부에 대하여 적어도 하나의 키랄 중심을 갖는 키랄 화합물의 0.001 내지 1 중량부를 포함하여 형성되며, 선택반사 중심파장은 800nm 내지 1,200nm이다. 사용되는 키랄 화합물의 회전 방향성에 따라, 중합 결과 형성되는 콜레스테릭 액정 고분자의 회전 방향성이 달라지게 된다. 즉, 좌회전성 키랄 화합물을 네마틱 액정 화합물과 중합하게 되면, 좌회전성 콜레스테릭 액정 고분자가 형성되고, 우회전성 키랄 화합물을 네마틱 액정 화합물과 중합하게 되면, 우회전성 콜레스테릭 액정 고분자가 형성되게 된다.
상기 콜레스테릭 액정 고분자는 하기 화학식 3으로 표현되는 A구조 단위의 100중량부에 대하여 하기 화학식 4로 표현되는 B구조 단위의 0.001 내지 1 중량부가 랜덤하게 결합된 구조를 갖는다.
[화학식 3]
Figure 112006080491260-pat00003
상기 식에서 m은 1 내지 8이고, Ar은 비치환되거나 할로겐 원자, 하이드록실기, 시안기, 또는 탄소수 1 내지 5인 알킬기로 치환된 아릴렌이며, R은 수소 또는 메틸기이다.
[화학식 4]
Figure 112006080491260-pat00004
상기 식에서 n은 1 내지 8이고, Ar은 비치환되거나 할로겐 원자, 하이드록실기, 시안기, 또는 탄소수 1 내지 5인 알킬기로 치환된 아릴이며, R은 수소 또는 메틸기이다.
이와 같이 형성된 콜레스테릭 액정 고분자는 얇은 층을 형성하고 각 층은 1겹의 분자로 이루어진 2차원 네마틱 구조를 가진다. 여기서, 각 층 안의 분자들은 장축이 층면을 따라 배열되어 있고 각 축은 서로 평행하다. 이러한 콜레스테릭 액정 고분자가 갖는 특이한 광학 성질 중의 하나는 빛의 빔이 분할되는 현상인 원편광이색성(圓偏光二色性, circular dichroism)으로서 한 파장은 원형으로 편광되고 다른 파장들은 반사된다는 것이다. 따라서, 백색광(白色光)이 콜레스테릭 액정 고분자에 조사되면 반사된 빔은 입사된 빔의 각도에 따라 무지개 색을 나타내는 특성을 띤다.
도 3은 콜레스테릭 액정 고분자의 구조 및 작용을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 콜레스테릭 액정 고분자는 일정한 간격으로 분자의 꼬임을 반복하고 있다. 반복되는 길이를 피치(pitch: p)라고 하며, 반복되는 구조 에 의해서 빛이 브래그(Bragg) 반사를 일으킨다. 여기서, 브래그 반사는 전반사가 아닌 약 50% 반사율을 가진다. 즉, 콜레스테릭 액정 고분자에 입사된 특정 파장의 빛 중 약 50%는 반사되고 나머지 약 50%는 피치(p)내의 꼬인 분자 구조에 의해 콜레스테릭 액정 고분자를 나선형으로 통과한다. 따라서, 좌회전성 콜레스테릭 액정층 위에 우회전성 콜레스테릭 액정층을 배치할 경우 어느 한 콜레스테릭 액정층을 통과한 특정 파장의 광은 나머지 한 콜레스테릭 액정층을 통과하지 못하고 전부 반사되는데, 이는 좌회전성 콜레스테릭 액정층의 피치(p)내 분자의 꼬인 방향이 우회전성 콜레스테릭 액정층의 피치(p)내 분자의 꼬인 방향과 정반대이기 때문이다.
본 실시예에서는 상기와 같이 콜레스테릭 액정 고분자를 중합할 때 수평배향이 유도되고 이에 따라 선택반사 특성을 갖게된다. 따라서, 본 실시예에서는 경사증착법, 러빙(rubbing)법, 또는 전기 인가법과 같은 별도의 수평배향 유도 방법이 불필요하다. 여기서, 경사증착법이란 투명 기재상에 콜레스테릭 액정 고분자를 도포한 후 그 위에 다시 배향제를 도포하는 방법이고, 러빙법은 투명 기재상에 콜레스테릭 액정 고분자를 도포한 후 액정 고분자를 일정 방향으로 배향시키기 위하여 그 표면 등을 문지르는 것을 말한다.
본 실시예에서는 근적외선 차단을 위해 콜레스테릭 액정 고분자의 선택반사 중심파장을 800nm 내지 1,200nm로, 바람직하게는 900nm 내지 1,000nm로 조절하였 다. 상기 파장 범위는 근적외선에 해당하는 파장 범위이므로, 이 범위를 벗어나게 되면 근적외선 외에 가시광선의 일부도 차단하는 결과를 가져오게 되어 바람직하지 않다. 상기 선택반사 중심파장의 조절은 네마틱 액정 화합물과 키랄 화합물의 중합 비를 조절함으로써 이루어진다. 즉, 네마틱 액정 화합물의 100중량부에 대하여 키랄 화합물 0.001 내지 1 중량부의 비율로 중합함으로써, 콜레스테릭 액정 고분자의 선택반사 중심파장을 800nm 내지 1,200nm로 조절한다. 상기 중합비 범위를 벗어나게 되면, 상기 선택반사 중심파장의 범위를 벗어나는 결과를 가져오므로 근적외선을 차단하고자 하는 본 발명의 목적을 달성할 수 없게 된다.
콜레스테릭 액정 고분자는 또한 광개시제를 사용하여 중합되는데, 광개시제 사용량은 네마틱 액정 화합물의 100중량부에 대하여 0.001 내지 0.1중량부인 것이 바람직하다. 광개시제는 자외선(200-450nm)에 의해 라디칼을 발생시키고, 이 라디칼은 모노머들, 즉 네마틱 액정 화합물 및 키랄 화합물과 반응하여 중합을 일으킨다. 보통 250nm-450nm의 자외영역의 흡수대를 가지고 있는 광중합 개시제는 카르보닐 화합물, 황 화합물, 아조화합물 등이 있지만 주로 카르보닐 화합물이 사용되고 있다. 광개시제는 중합개시 기구에 따라 라디칼 반응형과 이온 반응형으로 구분된다. 본 발명의 중합 개시제는 광개시제로 한정되는 것은 아니며, 다른 다양한 개시제가 사용 가능하다.
콜레스테릭 액정 고분자의 중합시 또한 레벨링제를 더 포함할 수 있는데, 그 함량은 네마틱 액정 화합물의 100중량부에 대하여 0.0001 내지 0.01중량부인 것이 바람직하다. 레벨링제는 투명 기재에 도포된 콜레스테릭 액정 고분자의 도포 막 두께를 더욱 고도로 제어하여 도포 막 두께의 균일성을 향상시킨다. 이러한 레벨링제로는, 주로 비이온성 계면활성제나, 폴리에테르 변성 실리콘 또는 불소 폴리에테르 공변성 실리콘 등의 실리콘계 계면활성제가 사용된다.
또한, 광개시제와 레벨링제 이외에도 필요에 따라 다른 다양한 첨가제가 사용될 수 있다.
이하, 상기와 같은 구성을 갖는 콜레스테릭 액정 고분자를 투명 기재상에 적층하여 근적외선 차단 필름을 제조하는 방법을 상세히 설명한다.
(1) 네마틱 액정 화합물과 키랄 화합물을 유기용제에 녹여 혼합용액을 제조한다. 본 실시예에서는 유기용제로서 케톤 용제를 사용하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
(2) 광개시제나 레벨링제 등의 첨가제를 상기 혼합용액에 첨가한다.
(3) 상기 혼합용액을 롤코팅, 딥코팅, 스프레이코팅 등의 방법에 의해 투명 기재상에 박막 도포한다.
(4) 상기 혼합용액이 도포된 투명 기재를 건조기에 투입하여 유기용제를 증발시킨다.
(5) 상기 투명기재에 UV광을 조사하여 네마틱 액정 화합물과 키랄 화합물을 중합함으로써 콜레스테릭 액정 고분자를 얻는다. 결과로서, 투명기재상에 콜레스테릭 액정층이 형성된다.
이상이 투명 기재상에 하나의 콜레스테릭 액정층을 적층하는 방법이고, 투명 기재 상에 2층 이상의 콜레스테릭 액정층을 적층하여 근적외선 차단 필름을 제조하는 방법은 적층구조의 형태에 따라 하기와 같이 달라지게 된다.
한 예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 투명 기재상에 2층의 콜레스테릭 액정층을 적층하여 근적외선 차단 필름을 제조하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 투명 기재상에 제1 콜레스테릭 액정층을 상기 (1)~(5)의 적층방법에 따라 적층하고, 다음에 또 다른 투명 기재 상에 제2 콜레스테릭 액정층을 상기 (1)~(5)의 적층방법에 따라 적층한다. 이후, 상기 적층된 2개의 투명 기재들을 접착제(미도시)를 사용하여 합지한 후 건조기에서 열경화시킨 다음, 일방향의 투명 기재를 박리시켜 근적외선 차단 필름을 완성한다. 여기서 주의할 점은 상기 적층된 2개의 투명 기재들을 합지할 때, 제1 콜레스테릭 액정층과 제2 콜레스테릭 액정층이 서로 접하도록 합지한다는 사실이다.
다른 한 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 투명 기재의 양면상에 각각 하나씩 총 2층의 콜레스테릭 액정층을 적층하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 투명 기재의 일면상에 제1 콜레스테릭 액정층을 상기 (1)~(5)의 적층방법에 따라 적층한다.
다음에, 상기 투명 기재의 타면상에 제2 콜레스테릭 액정층을 상기 (1)~(5)의 적층방법에 따라 적층하여, 근적외선 차단 필름을 완성한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 근적외선 차단 필름의 역할을 보여주는 개략도이다.
이하, 도 4를 참조하여 본 실시예에 따른 근적외선 차단 필름(1)의 역할을 자세히 살펴본다.
도 4에 도시된 바와 같이, 표시소자(2)에 근적외선 차단 필름(1)을 설치하면 표시소자(1)로부터 방출된 R, G, B의 가시광선은 그대로 근적외선 차단 필름(1)을 투과하고, 800 내지 1,200㎚ 파장대의 근적외선(NIR)은 차단된다. 근적외선 차단 필름(1)에는 통상 좌회전성 콜레스테릭 액정층과 우회전성 콜레스테릭 액정층이 쌍을 이루도록 적층되는데 그 이유는 상술한 바와 같다.
또한, 본 실시예에 따른 근적외선 차단 필름(1)은 광차단 필터에 채용될 수 있다. 이러한 광차단 필터는, 근적외선 차단 필름 외에 네온 컷 필름 및 색보정 필름 등 여러가지 필름을 포함할 수 있다. 또한 이러한 광차단 필터는, 콜레스테릭 액정 고분자, 네온 컷 염료, 및 색보정 염료를 동시에 투입함으로써 일체형 필름으로 구성될 수도 있다. 이 경우, 광차단 필터의 제조 공정이 줄어드는 장점이 있다.
여기서는 광차단 필터를 근적외선 차단 필터로 한정하여 부르기로 한다.
본 실시예에 따른 근적외선 차단 필터는 이외에도, 반사방지필름(AR 필름), 전자파 차폐 필름(EMI 필름), 및 흑화면 처리층을 더 포함할 수 있는데, 이러한 근적외선 차단 필터는 근적외선을 차단할 뿐만 아니라 표시소자 보호, 반사 방지, 및 전자파 차단 등의 기능을 한다.
본 발명은 또한 상기 근적외선 차단 필터를 포함하는 표시소자를 제공한다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예
근적외선 차단 필름의 제조
실시예 1
하기와 같이 도 1의 적층구조를 갖는 근적외선 차단 필름을 제조하였다.
(한 투명 기재상에 우회전성 콜레스테릭 액정층 형성)
먼저, 하기 화학식 5의 이관능성 아크릴계 네마틱 액정 화합물(BASF사, LC242) 500g과 하기 화학식 6의 이관능성 아크릴계 우회전성 키랄 화합물(BASF사, LC756) 14.17g을, 메틸이소부틸케톤(MIBK) 517g 및 메틸에틸케톤(MEK) 221g 이 혼합된 유기용제에 혼합하여 혼합용액을 제조하였다.
[화학식 5]
Figure 112006080491260-pat00005
[화학식 6]
Figure 112006080491260-pat00006
이후, 상기 혼합용액에 광개시제(Ciba-Giegy사, IG-907) 20.56g과 레벨링제(Ciba-Giegy사, Tego-Rad 2100) 0.25g을 혼합하였다. 상기 혼합용액을 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름(투명 기재) 위에 롤코팅 방법에 의해 박막 도포하였다. 이후, 박막 도포된 필름을 건조기에 넣어 유기용제를 증발시켰다. 다음에, UV광을 조사하여 콜레스테릭 액정층을 형성하였다. 이때, 건조 온도는 90℃였고, UV광 조사는 300W(중심파장 360nm) 램프를 사용하여 수행하였다. 형성된 우회전성 콜레스테릭 액정층의 선택반사 중심파장은 950nm이고, 두께는 2.5-3.0㎛이었다.
(또 다른 투명 기재상에 좌회전성 콜레스테릭 액정층 형성)
상기 화학식 5의 네마틱 액정 화합물(BASF사, LC242) 500g, 상기 화학식 6과 대응되는 이관능성 아크릴계 좌회전성 키랄 화합물(BASF사, LC766) 54.02g, 메틸이소부틸케톤(MIBK) 716g, 메틸에틸케톤(MEK) 80g, 광개시제(Ciba-Giegy사, IG-907) 22,16g, 및 레벨링제(Ciba-Giegy사, Tego-Rad 2100) 0.22g을 사용한 것을 제외하고는 상기 우회전성 콜레스테릭 액정층 형성 방법과 동일한 방법으로 또 다른 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름(투명 기재) 위에 좌회전성 콜레스테릭 액정층을 형성하였다. 형성된 좌회전성 콜레스테릭 액정층의 선택반사 중심파장은 950nm이고, 두께는 2.5-3.0㎛이었다.
(근적외선 차단 필름 형성)
상기에서 형성된 우회전성 콜레스테릭 액정층이 형성된 필름과 좌회전성 콜레스테릭 액정층이 형성된 필름을 접착제를 사용하여 합지하였다. 이때, 합지방향은 우회전성 콜레스테릭 액정층과 좌회전성 콜레스테릭 액정층이 서로 접하는 방향이었다. 상기 합지된 필름을 건조기에서 약 4시간 열경화시킨 후 일 방향의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 박리하였다. 형성된 전체 콜레스테릭 액정층의 두께는 5-6㎛이었다.
결과로서 도 1의 구조를 갖는 근적외선 차단 필름을 얻었다.
실시예 2
하기와 같이 도 2의 적층구조를 갖는 근적외선 차단 필름을 제조하였다.
(투명 기재의 일면상에 우회전성 콜레스테릭 액정층 형성)
먼저, 상기 화학식 5의 이관능성 아크릴계 네마틱 액정 화합물(BASF사, LC242) 500g과 상기 화학식 6의 이관능성 아크릴계 우회전성 키랄 화합물(BASF사, LC756) 14.17g을, 메틸이소부틸케톤(MIBK) 517g 및 메틸에틸케톤(MEK) 221g이 혼합된 유기용제에 혼합하여 혼합용액을 제조하였다. 이후, 상기 혼합용액에 광개시제(Ciba-Giegy사, IG-907) 20.56g과 레벨링제(Ciba-Giegy사, Tego-Rad 2100) 0.25g을 혼합하였다. 상기 혼합용액을 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름(투명 기재)의 일면상에 롤코팅 방법에 의해 박막 도포하였다. 이후, 박막 도포된 필름을 건조기에 넣어 유기용제를 증발시켰다. 다음에, UV광을 조사하여 콜레스테릭 액정층을 형성하였다. 이때, 건조 온도는 90℃였고, UV광 조사는 300W(중심파장 360nm) 램프를 사용하여 수행하였다. 형성된 우회전성 콜레스테릭 액정층의 선택반사 중심파장은 950nm이고, 두께는 2.5-3.0㎛이었다.
(상기 투명 기재의 타면상에 좌회전성 콜레스테릭 액정층 형성)
상기 화학식 5의 네마틱 액정 화합물(BASF사, LC242) 500g, 상기 화학식 6과 대응되는 이관능성 아크릴계 좌회전성 키랄 화합물(BASF사, LC766) 54.02g, 메틸이소부틸케톤(MIBK) 716g, 메틸에틸케톤(MEK) 80g, 광개시제(Ciba-Giegy사, IG-907) 22,16g, 및 레벨링제(Ciba-Giegy사, Tego-Rad 2100) 0.22g을 사용한 것을 제외하고는 상기 우회전성 콜레스테릭 액정층 형성 방법과 동일한 방법으로 PET 필름(투명 기재)의 타면상에 좌회전성 콜레스테릭 액정층을 형성하였다. 형성된 좌회전성 콜레스테릭 액정층의 선택반사 중심파장은 950nm이고, 두께는 2.5-3.0㎛이었다.
결과로서 도 2의 구조를 갖는 근적외선 차단 필름을 얻었다.
시험예 1
상기 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 근적외선 차단 필름에 대하여, 온도 60℃, 상대습도 90%에서 500 시간 방치 후 UV-VIS 스펙트럼을 찍어 필름의 근적외선 차단 성능과 내구성을 함께 평가하였으며, 그 결과를 도 5 및 도 6에 나타내었다.
도 5는 도 1의 근적외선 차단 필름의 성능을 나타내는 스펙트럼이고(실시예 1), 도 6은 도 2의 근적외선 차단 필름의 성능을 나타내는 스펙트럼이다(실시예 2).
도 5 및 도 6을 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2의 근적외선 차단 필름은 근적외선 영역의 파장(800~1,200nm)을 약 71% 차단하면서도 가시광선 영역의 파장(400~800nm)은 거의 차단하지 않는 것으로 나타났다. 따라서, 이러한 필름을 표시소자에 채용할 경우 주변 전자기기의 오작동이 방지되고 표시소자의 시야각 및 휘도가 증가하게 된다. 이와 같은 결과는 시험예 1의 높은 온도 및 습도 조건에서 근적외선 차단 필름을 장시간 방치한 후 얻어진 것이므로 본 실시예들에 따른 근적외선 차단 필름의 내구성이 매우 우수하다는 사실을 아울러 입증하는 것이다.
한편, 회전 방향성이 동일한 콜레스테릭 액정층만을 이중으로 적층할 경우에는 가시광선 영역의 파장 투과율은 실시예 1 및 2의 경우와 유사하지만, 근적외선 영역의 파장 차단율은 앞서 살펴본 콜레스테릭 액정 고분자의 광학 특성상 실시예 1 및 2의 경우의 절반 정도 밖에 되지 않는다. 이로부터 근적외선 차단 필름은 회전 방향성이 정반대인 적어도 한 쌍의 콜레스테릭 액정층을 적층하여 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 근적외선 영역의 파장을 효율적으로 차단하면서도 가시광선 영역의 파장의 투과율을 높일 수 있는 콜레스테릭 액정 고분자가 제공될 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 상기 콜레스테릭 액정 고분자를 포함하는 근적외선 차단 필름이 제공될 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 콜레스테릭 액정 고분자 또는 상기 근적외선 차단 필름을 포함하는 근적외선 차단 필터가 제공될 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 근적외선 차단 필름 또는 상기 필터를 구비함으로써 시야각 및 휘도가 개선된 표시소자가 제공될 수 있다.

Claims (13)

  1. 네마틱 액정 화합물의 100중량부에 대하여 적어도 하나의 키랄 중심을 갖는 키랄 화합물의 0.001 내지 1 중량부를 중합하여 형성되며, 선택반사 중심파장이 800nm 내지 1,200nm인 콜레스테릭 액정 고분자.
  2. 제1항에 있어서,
    선택반사 중심파장이 900nm 내지 1,000nm인 것을 특징으로 하는 콜레스테릭 액정 고분자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 네마틱 액정 화합물 및 상기 키랄 화합물은 각각 하기 화학식 1 및 화학식 2로 표현되는 이관능성 아크릴계인 것을 특징으로 하는 콜레스테릭 액정 고분자.
    [화학식 1]
    Figure 112006080491260-pat00007
    상기 식에서 m은 1 내지 8이고, Ar은 비치환되거나 할로겐 원자, 하이드록실기, 시안기, 또는 탄소수 1 내지 5인 알킬기로 치환된 아릴렌이다.
    [화학식 2]
    Figure 112006080491260-pat00008
    상기 식에서 n은 1 내지 8이고, Ar은 비치환되거나 할로겐 원자, 하이드록실기, 시안기, 또는 탄소수 1 내지 5인 알킬기로 치환된 아릴렌이다.
  4. 투명 기재; 및
    상기 투명 기재의 적어도 일면상에 원편광 반사 방향이 반대인 콜레스테릭 액정 고분자를 각각 함유하는 콜레스테릭 액정층이 2층 이상 배치된 근적외선 차단 필름.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정층이, 상기 투명 기재상에 배치된 제1 콜레스테릭 액정층, 및 상기 제1 콜레스테릭 액정층상에 배치된 제2 콜레스테릭 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 근적외선 차단 필름.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정층이, 상기 투명 기재의 일면상에 배치된 제1 콜레스테 릭 액정층, 및 상기 투명 기재의 타면상에 배치된 제2 콜레스테릭 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 근적외선 차단 필름.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정 고분자가, 네마틱 액정 화합물의 100중량부에 대하여 적어도 하나의 키랄 중심을 갖는 키랄 화합물의 0.001 내지 1 중량부를 중합하여 형성되며, 선택반사 중심파장이 800nm 내지 1,200nm인 것을 특징으로 하는 근적외선 차단 필름.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정 고분자의 선택반사 중심파장이 900nm 내지 1,000nm 인 것을 특징으로 하는 근적외선 차단 필름.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 네마틱 액정 화합물 및 상기 키랄 화합물은 각각 하기 화학식 1 및 화학식 2로 표현되는 이관능성 아크릴계인 것을 특징으로 하는 근적외선 차단 필름.
    [화학식 1]
    Figure 112006080491260-pat00009
    상기 식에서 m은 1 내지 8이고, Ar은 비치환되거나 할로겐 원자, 하이드록실기, 시안기, 또는 탄소수 1 내지 5인 알킬기로 치환된 아릴렌이다.
    [화학식 2]
    Figure 112006080491260-pat00010
    상기 식에서 n은 1 내지 8이고, Ar은 비치환되거나 할로겐 원자, 하이드록실기, 시안기, 또는 탄소수 1 내지 5인 알킬기로 치환된 아릴렌이다.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 콜레스테릭 액정 고분자를 포함하는 근적외선 차단 필터.
  11. 제10항에 따른 근적외선 차단 필터를 구비하는 표시 소자.
  12. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 근적외선 차단 필름을 포함하는 근적외선 차단 필터.
  13. 제12항에 따른 근적외선 차단 필터를 구비하는 표시소자.
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