KR101066713B1 - 미립자 분산 조성물, 광학 부품, 광학막 적층체, 편광분리 소자 및 광학 부품의 제조 방법 - Google Patents

미립자 분산 조성물, 광학 부품, 광학막 적층체, 편광분리 소자 및 광학 부품의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경화 방법에 좌우되지 않고 경화법 적응 범용성이 있고, 고투명한 광학 부품을 제공할 수 있는 미립자 분산 조성물을 제공하고, 또한 그 미립자 분산 조성물을 이용한 광학 부품 및 그의 제조 방법을 제공하며, 또한 그 광학 부품을 갖는 광학막 적층체 및 그 광학 부품을 이용하는 편광 분리 소자를 제공한다.
본 발명의 광학 부품은 금속 산화물의 미립자, 에너지를 흡수하여 경화하는 유기 수지 재료와, 분자량 500 이상의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 또는 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실산계 계면활성제 및 유기 용매를 함유하는 미립자 분산 조성물을 경화하여 이루어진다.
미립자 분산 조성물, 광학 부품, 광학막 적층체, 편광 분리 소자, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실산

Description

미립자 분산 조성물, 광학 부품, 광학막 적층체, 편광 분리 소자 및 광학 부품의 제조 방법 {FINE PARTICLE DISPERSION COMPOSITION, OPTICAL COMPONENT, OPTICAL FILM LAMINATE, POLARIZATION SPLITTING DEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE OPTICAL COMPONENT}
도 1은 본 발명에 따른 편광 분리 소자의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 투명 기재인 고투명 및 고굴절율 재료를 형성하기 위한 금형의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 3은 금형이 미립자 분산 조성물로 채워진 상태를 도시하는 개략도이다.
도 4는 제1 고투명 및 고굴절율 재료가 형성된 상태를 도시하는 개략도이다.
도 5는 투명 기재에 편광 분리 다층막이 형성된 상태를 도시하는 개략도이다.
도 6은 제2 고투명 및 고굴절율 재료가 형성된 상태를 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시태양에서 사용된 미립자의 상세표이다.
도 8은 본 발명의 실시태양에서 사용된 유기 수지 재료의 상세표이다.
도 9는 본 발명의 실시태양에서 사용된 계면활성제의 상세표이다.
도 10은 "분산계 번호 1 내지 20"으로 각각 지칭되는 시험의 상세표이다.
도 11은 "분산계 번호 21 내지 32"로 각각 지칭되는 비교 시험의 상세표이 다.
도 12는 미립자가 TiO2이고, 미립자와 계면활성제의 각각의 양이 변화되는 제3 실시예의 측정된 굴절율 및 형성된 광학 부품의 조성을 보여주는 표이다.
도 13은 미립자가 SiO2이고, 미립자와 계면활성제의 각각의 양이 변화되는 제4 실시태양의 측정된 굴절율 및 형성된 광학 부품의 조성을 보여주는 표이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 도광판
2: 반사판
3, 4: 고투명ㆍ고굴절률 재료
5: 편광 분리 다층막
6: 램프 광원
7: 편광 분리 소자
8: 금형
9: 성형용 투명 평면 기판
10: 미립자 분산 조성물
본 발명은, 미립자 분산 조성물, 광학 부품, 광학막 적층체, 편광 분리 소자 및 광학 부품의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 고투명 유기 수지 중에 고굴절률의 금속 산화물 미립자 (예를 들면, TiO2, ITO, CeO2, Y2O3, IZO (In2O3-ZnO), ZrO2, ZnO, Al2O3, SeO2, SnO2, Nb2O 5, Ta2O5 등) 또는 저굴절률의 금속 산화물 미립자 (예를 들면, SiO2 등)를 분산시켜 얻어지는 조성물을 투명 기재의 위에 도포한 후, 그 조성물을 건조 및 경화시킴으로써 반사 방지막 (AR막) 등의 소정의 광학 특성을 갖는 광학막을 형성하는 것이 제안되어 있다 (예를 들면, 일본 특허 공개 공보 2000-275404호 (단락 0013 내지 0035, 도 2), 일본 특허 공개 공보 2001-296401호 (단락 0014 내지 0065, 도 1) 참조).
굴절률 1.7 이상의 고굴절률 유기 수지(예를 들면, 문헌 [F. Ide, KOKOMADEKITA TOMEI-JUSHI, Kogyo Chosakai, 2001, p.19.] 참조)가 일반적으로 입수가 곤란하기 때문에 , 예를 들면 TiO2 등의 고굴절률의 미립자를 유기 수지내에 분산시켜, 1.6 이상의 고굴절률을 갖는 고투명 광학 부품을 염가로 제조하는 방법은 중요하다.
이 경우의 경화에 있어서, 자외선 (UV) 조사를 이용하는 활성 에너지선 경화 기술이 AR막과 같은 십수 nm에서 백수십 nm의 얇은 층을 경화시키기에 빠르고 편리하므로 종종 이용된다.
그러나, 도포-건조-활성 에너지선 조사라는 공정은 상기한 바와 같은 얇은 광학막의 형성에는 적용 가능하지만, 수백 nm 이상의 후막을 경화시키는 데는 문제 가 있었다. 즉, 표면에서 활성 에너지선을 조사하는 것에 의한 표면과 내부의 경화 상태가 다르다. 이것은 광학막 내에 광학 특성의 불균일을 초래한다. 특히, 분산 미립자가 TiO2인 경우에, TiO2 그 자체가 UV 등의 단파장 광을 흡수, 차폐하는 특성을 가지므로, 심층 하부의 경화 상태가 표면 근방부의 경화 상태와 크게 다른 문제가 있다.
또한, TiO2 미립자를 분산한 수백 nm 이상의 두께를 갖는 두꺼운 층의 경화를 무리하게 행하면 에너지선 조사시의 열로 기재의 열변형을 초래하여 수율을 저하시키는 문제도 있었다. 이 문제는 수십 ㎛로부터 수백 ㎛ 두께의 렌즈, 마이크로렌즈 어레이, 광학 소자 기판 등을 제조할 때에는 더욱 현저해졌다.
후막을 균일하게 경화시키기 위해서는 유기 수지로서 열경화성 수지를 이용하면 충분하다. 그러나, 이 경우에는 유기 수지 중의 미립자의 분산성이 낮아진다. 따라서, 경화 후의 광학막으로서의 투명성이 문제가 되었다.
또한, 후막의 투명 기재, 박막의 광학막 각각을 구성하는 경화 수지가 다른 계통의 수지 성분이 되어, 때때로 투명 기재와 광학막 사이의 친화성 또는 접착성이 부족하여 서로 박리된다.
본 발명은 이상의 종래 기술에 있어서의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 경화 방법에 좌우되지 않는, 경화법에 대한 적용성 및 범용성이 있어 고투명한 광학 부품을 제공할 수 있는 미립자 분산 조성물을 제공하는 것, 이 미립자 분산 조성물을 이용한 광학 부품 및 그의 제조 방법을 제공하는 것, 광학 부품을 이용한 광학막 적층체를 제공하는 것, 및 또한 그 광학 부품을 이용한 편광 분리 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 1 실시태양에 따르면, 금속 미립자 조성물, 에너지를 흡수하여 경화하는 유기 수지 재료, 및 각각이 분자량 500 이상인 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 또는 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실산계 계면활성제 중 하나, 및 유기 용매를 함유하고 경화에 의해 광학 부품이 되는 미립자 분산 조성물이 제공된다.
상기 과제를 해결하기 위해, 상기 실시태양에 의해 포함되는 본 발명의 또 다른 실시태양에 따른 미립자 분산 조성물에서는, 상기 유기 수지 재료가 열경화 수지, 에너지선 경화 에폭시 수지, 에너지선 경화 아크릴계 수지, 및 에너지선 경화 옥세탄 수지로부터 선택된 1종 이상의 유기 수지이다.
본 발명의 상기 실시태양에 따르면, 미립자 분산 조성물 중에 미립자가 균일하게 분산되어 있다. 분산된 미립자의 입도 분포는 작다. 분산된 미립자는 유기 용매의 건조 단계에서 재응집되지 않는다. 따라서, 고투명하고 원하는 굴절률의 광학 부품을 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 미립자 분산 조성물은 에너지선 조사에 의한 경화나 열경화에 의한 경화 등의 경화 방법에 좌우되지 않는다. 따라서, 박막 (백수십 nm 이하)으로부터 후막 (수백 nm 이상 내지 수백 ㎛)까지 넓은 막 두께 범위의 광학 부품을 동일 계통의 유기 수지를 기재로 하여 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 분산시의 입도 분포가 개선된다. 본 발명은 미립자 분산을 촉진시키는데, 이것은 분산된 입자의 크기가 일차 입경이 되도록 행해진다. 따라서, 종래 행해지고 있는 분산 및 혼합 후 큰 응집 입자를 제거하기 위한 필터 여과 처리를 생략하므로써 생산성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 미립자란 예를 들면, TiO2, ITO, CeO2, Y2O3, IZO (In 2O3-ZnO), ZrO2, ZnO, Al2O3, SeO2, SnO2, Nb2O5 및 Ta 2O5로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 산화물의 미립자이다.
또한, 열경화성 에폭시 수지란 1개 이상의 에폭시기를 갖는 수지이고, 예를 들면 3,4-에폭시시클로헥세닐메틸-3',4'-에폭시시클로헥산 카르복실레이트, 2,2-비스(히드록시메틸)-1-부탄올의 1,2-에폭시-4-(2-옥시라닐)시클로헥산 부가물, 방향환 수소화 지환식 에폭시 수지, 2,2-비스[4-(2,3-에폭시프로폭시)시클로헥실]프로판 및 비스(2,3-에폭시프로폭시시클로헥실)메탄의 1종 이상의 에폭시 수지이면 좋다. 또한, 헥사히드로무수프탈산, 메틸헥사히드로무수프탈산, 3,4-메틸헥사히드로무수프탈산, 4-메틸헥사히드로무수프탈산으로부터 선택된 일종의 산 무수물이 에폭시 수지 경화제로서 첨가될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본원의 제1항의 발명에 의해 포함되는, 본 발명의 또 다른 실시태양에 따른 미립자 분산 조성물은 상기 미립자가 TiO2이다.
본 발명의 상기 실시태양에 따르면, 자외선 흡수능 및 차폐능이 큰 고굴절률 입자인 TiO2를 포함하여, 수백 ㎛ 이상의 두께를 갖는 후막을 경화시키는 경우 조차 도, 경화 불균일성이나 열변형을 수반하지 않는 양호한 경화를 할 수 있다. 따라서, 목적하는 무기 입자와 유기 수지로 이루어진 고굴절률의 광학 부품을 제공하는 것이 가능해진다.
상기 과제를 해결하기 위해, 제1항의 발명에 의해 포함되는, 본 발명의 또 다른 실시태양에 따른 미립자 분산 조성물은, 상기 계면활성제의 미립자에 대한 중량비가 0.043 내지 1.1이다.
제1항 발명에 의해 포함되는, 본 발명의 상기 실시태양에 따르면, 계면활성제의 분산 촉진 효과가 미립자에 대하여 효과적으로 작용한다. 따라서, 미립자는 분산된 입자의 크기가 일차 입자 크기가 되도록 분산된다. 분산된 미립자는 유기 용매의 건조 단계에서 재응집되지 않는다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 또 다른 실시태양에 따르면, 금속 산화물의 미립자, 에너지를 흡수하여 경화하는 유기 수지 재료, 및 분자량 500 이상의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 또는 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실산계 계면활성제 중 하나, 및 유기 용매를 함유하는 경화되는 미립자 분산 조성물을 포함하는 광학 부품이 제공된다.
본 발명의 상기 실시태양에 따르면, 광학 부품의 성분으로서 포함되는 경화된 구성물은 고온 및 고습 내구성을 손상시키지 않는다. 미립자가 각각의 분산된 입자가 일차 입자 크기가 되도록 분산된다. 따라서, 본 발명은, 환경 내구성이 우수한 (즉, 고온 및 고습에서의 투과율 및 굴절률 등의 광학 특성의 변화가 적은 것) 광학 부품을 제공할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 또 다른 실시태양에 따르면, 굴절률이 다른 복수개의 광학막이 적층되어 이루어지는 광학막 적층체가 제공된다. 상기 광학막 중 하나 이상이 금속 산화물의 미립자, 에너지를 흡수하여 경화하는 유기 수지 재료, 및 분자량 500 이상의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 또는 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실산계 계면활성제 중 하나, 및 유기 용매를 함유하는 미립자 분산 조성물을 경화시켜 얻어진다.
본 발명의 상기 실시태양에 따르면, 적층체의 층들을 구성하는 유기 수지의 재료는 동일 계통이다. 따라서, 적층체의 층들 사이에 친화성 및 접착성이 개선될 수 있다. 수율 및 신뢰성의 향상을 기대할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 추가의 실시태양에 따르면, 경사 방향이 다른 상호 대향하는, 그루빙(grooving)에 의해 그 안에 형성된 경사 평면을 갖는 투명 기재를 포함하고, 상기 기재 부재의 경사 평면 상에 형성된 편광 분리 다층막을 포함하는 편광 분리 소자가 제공된다. 상기 투명 기재 및(또는) 편광 분리 다층막 중 적어도 한 층은 금속 산화물의 미립자, 에너지를 흡수하여 경화하는 유기 수지 재료, 및 분자량 500 이상의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 또는 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실산계 계면활성제 중 하나, 및 유기 용매를 함유하는 미립자 분산 조성물이 경화되어 이루어진다.
본 발명의 상기 실시태양에 따르면, P 편광 변환된 광량으로서 광투과율의 균일 분포가 쉽게 얻어질 수 있다. 따라서, 편광 분리 소자의 수율의 대폭적 향상이 가능해진다. 또한, 후막의 균일 경화가 가능해지기 때문에, 굴절률 1.8 이상의 고굴절로 두꺼운 재료에 의한 광학 부품을 수지 성형과 마찬가지의 방법으로 제조할 수 있게 된다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 또 다른 추가의 실시태양에 따르면, 금속 산화물의 미립자, 에너지를 흡수하여 경화하는 유기 수지 재료, 및 분자량 500 이상의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 또는 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실산계 계면활성제 중 하나를 유기 용매중에서 고경도 금속 또는 세라믹 볼과 함께 분산 처리하고, 계속해서 그 분산 용액을 도포하고, 유기 용매를 증발시키는 단계를 포함하는 광학 부품 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 상기 실시태양에 따르면, 박막 (백수십 nm 이하)으로부터 후막 (수백 nm 이상 내지 수백 ㎛)의 범위의 모든 두께의 광학 부품의 제조에 상기 광학 부품 제조 방법이 적용될 수 있다. 따라서, 상기 방법은 간편성 및 경제성의 면에서 유리하다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시태양들에 따라, 목적하는 굴절률을 갖는 고투명 광학 부품을 형성할 수 있다. 또한, 기재로서 동일 계통의 유기 수지를 사용하여 그 두께가 박막 (백수십 nm 이하)으로부터 후막 (수백 nm 이상 내지 수백 ㎛)의 넓은 범위인 광학 부품을 형성할 수 있다. 또한, 분산 및 혼합 후의 큰 응집 입자를 제거하기 위해 이제껏 행해졌던 필터 여과를 생략하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 추가 실시태양에 따르면, 무기 입자 및 유기 수지로 이루어진 목적하는 고굴절률 광학 부품을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 추가 실시태양에 따르면, 분산된 입자가 각각 일차 입자 크기를 가지도록 미립자가 분산된다. 이것은 유기 용매를 건조시키는 단계에서 분산된 입자의 재응집 발생을 억제한다.
본 발명의 또 다른 추가 실시태양에 따르면, 환경 내구성이 우수한 (즉, 고온 및 고습에서의 투과율 및 굴절률 등의 광학 특성의 변화가 적은 것) 광학 부품을 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 추가 실시태양에 따르면, 광학 부품의 제조 방법은 편리성 및 경제성에서 유리하다.
본 발명의 또 다른 추가 실시태양에 따르면, 상기 적층체의 층들 사이의 친화성 및 접촉성을 향상시킬 수 있다. 수율 및 신뢰성의 향상을 기대할 수 있다.
본 발명의 또 다른 추가 실시태양에 따르면, 편광 분리 소자의 수율에서 대폭적 개선이 가능하다. 또한, 1.8 이상의 고굴절율을 갖는 두꺼운 재료로 된 광학 부품을 수지 성형 방법과 유사한 방법으로 생산할 수 있다. 다양한 대면적의 광학 부품도 제조할 수 있다.
<바람직한 실시태양>
이하에, 본 발명에 관한 미립자 분산 조성물의 실시태양에 관해서 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시태양은 예시이다. 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
(미립자 분산 조성물)
본 발명에 따른 미립자 분산 조성물은 금속 산화물의 미립자, 에너지를 흡수하여 경화하는 유기 수지 재료, 및 분자량 500 이상의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 또는 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실산계 계면활성제 중 하나, 및 유기 용매를 함유한다. 상기 미립자는 조성물 중에 균일하게 분산된다.
미립자는 해당 조성물이 경화되어 이루어지는 광학 부품의 굴절률을 조정하기 위해 사용되고, TiO2, ITO, CeO2, Y2O3, IZO (In2O 3-ZnO), ZrO2, ZnO, Al2O3, SeO2, SnO2, Nb2O5, Ta2O5로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 산화물로 이루어진다. 그 중에서도, 상기한 바와 같이 금속 산화물이 TiO2인 경우, UV 조사에 의해 경화시킬 때, UV 에너지선을 흡수, 차폐하는 것에 의한 폐해를 일으킬 우려가 있다. 따라서, 본 발명의 조성물은 UV 경화 및 열경화중 어느 것으로도 처리될 수 있고, TiO2를 이용하였을 때에 보다 이점을 보인다.
미립자의 일차 입경은 0.03 ㎛ 이하의 것을 이용할 수 있다. 그 중에서도, 0.01 내지 0.02 ㎛나 0.01 내지 0.03 ㎛의 범위의 집단의 것을 이용할 수 있다. 또한, 습식법에 의해 이용되는 침상 미립자의 경우에는, 단축 직경의 값으로서 0.01 내지 0.02 ㎛의 것을 이용할 수 있다. 입경이 이 범위에 있는 경우, 이차 응집 입자를 포함하는, 미립자 분산 조성물 중 미립자의 평균 입경을 미립자의 분산 처리에 의해 0.03 ㎛ 이하로 억제할 수 있다. 결과적으로, 불투명도가 매우 작은 투명한 광학 부품을 얻는 것이 가능하다. 또한, 여기서 "평균 입경"이란 입도 분포 측정에서 소직경측에서의 누적 빈도 50%에 상당하는 입경 크기로 정의된다.
미립자의 미립자 분산 조성물 중의 함유량은 20 내지 50 부피%가 바람직하다. 50 부피%를 초과하면 경화 수지의 결합력이 실용에 적합하지 않을 정도로 약 해지고, 20 부피% 미만이면 조성물로 형성된 광학 부품의 굴절률을 조정하는 효과가 작기 때문이다. 다만, TiO2 미립자의 경우에는, 아주 소량으로도 굴절률을 증가시키는 효과가 있기 때문에 10 내지 50 부피%이어도 좋다.
유기 수지 재료는 열경화 수지, 에너지선 경화 에폭시 수지, 에너지선 경화 아크릴계 수지, 에너지선 경화 옥세탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 유기 수지이다. 또한, 유기 수지 재료는 에너지를 흡수함으로써 경화 반응이 일어난다. 경화 반응의 유형으로서는 열에 의한 경화, 자외선 (UV) 경화형 수지, 전자선 경화 등의 에너지선에 의한 경화를 들 수 있다.
본 발명에 있어서는, 특히 열경화성 에폭시 수지가 후막 광학 부품을 형성할 수 있다는 점에서 바람직하다. 후막의 광학 부품과 박막의 광학 부품의 기재 수지를 동일 에폭시 수지의 재료로 통일하는 것도 가능하다.
열경화성 에폭시 수지는 1개 이상의 에폭시기를 갖는 수지이고, 예를 들면 3,4-에폭시시클로헥세닐메틸-3',4'-에폭시시클로헥산 카르복실레이트, 2,2-비스(히드록시메틸)-1-부탄올의 1,2-에폭시-4-(2-옥시라닐)시클로헥산부가물, 방향환 수소화 지환식 에폭시 수지, 2,2-비스[4-(2,3-에폭시프로폭시)시클로헥실]프로판, 및 비스(2,3-에폭시프로폭시시클로헥실)메탄 중의 1종 이상의 에폭시 수지이면 좋다. 특히, 자외선 흡수능 및 차폐능을 갖는 TiO2 등의 고굴절률 입자가 분산되어 있는, 수 ㎛ 내지 수백 ㎛의 후막을 경화시키는 경우에, TiO2 미립자가 분산되는 투명한 수지로서는, 투명성, 고온 고습 환경 내구성이 우수한 지환식 에폭시 수지가 바람 직하다 (문헌 [New Development of Epoxy Resin Curing Agent("Epokishi Reshin Kokazai no Shin-Tenkai"), CMC Publishing Co. Ltd, 1994, 32 and 127 pp] 참조).
또한, 에폭시 수지 경화제로서, 헥사히드로무수프탈산, 메틸헥사히드로무수프탈산, 3,4-메틸-헥사히드로무수프탈산, 및 4-메틸헥사히드로무수프탈산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산 무수물을 첨가할 수 있다.
에너지선 경화 아크릴계 수지는 예를 들면, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트나 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 및 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트 등의 아크릴산 에스테르면 좋다.
에너지선 경화 옥세탄 수지는 예를 들면 3-에틸-3-히드록시메틸 옥세탄일 수 있다.
경화 수지 성분 및 계면활성제로 구성되는 유기 수지 재료의 함량은 유기 용매를 제외한 미립자 분산 조성물의 성분의 25 내지 81 부피%인 것이 바람직하다.
계면활성제는 미립자의 분산성을 향상시키고, 분자량이 500 이상인 것들인 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르 인산, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 세틸 에테르 인산 및 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 카르복실산염으로부터 선택된 화합물을 1종 이상 포함하는 것이면 좋다.
본 발명에 따른 미립자와 유기 수지 재료의 조합에 있어서는 특정한 계면활성제가 있어야 양호한 분산 촉진 효과를 얻을 수 있다. 기재 부재로서 지환식 에폭시 수지를 사용해 제조된 경화된 수지의 굴절률은 주로 1.5 내지 1.55의 범위에 있다. 1.8을 초과하는 굴절률은 보고되어 있지 않다. 1.6을 초과하는 고굴절률의 투명 수지를 구성하기 위해서는, 투명 수지중에 고굴절률 (2.5 또는 2.7)의 TiO2 초미립자를 가시광 파장 이하의 입자 크기로 분산 혼합시킬 필요가 있다 (예, 이시하라 산교 가부시끼 가이샤제: TTO 씨리즈(일차 입경: 0.01 내지 0.02μm, 0.01 내지 0.03μm, 0.03 내지 0.05 μm)). 그러나, 미립자 및 수지가 범용적으로 매우 투명하게 되도록, 이러한 미립자를 UV 경화 수지, 열경화 수지와 같은 각종 에너지 경화 수지 중에 분산시키는 것은 지금까지 매우 곤란하였다. 본 발명은, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 인산계 계면활성제 또는 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 카르복실산계 계면활성제를 이용함으로써, 최초로 지환식 에폭시 수지 중에 매우 투명한 TiO2 분산을 실현하였다.
유기 수지 재료에서 차지하는 계면활성제의 첨가량 비율은 10 내지 50 부피%인 것이 바람직하다. 50 부피%를 초과하면 경화수지가 실용에 부적합할 정도로 경화 수지의 결합력이 약해지고, 1O 부피% 미만으로 하면 충분한 미립자의 분산 촉진 효과를 얻을 수 없기 때문이다.
첨가되는 계면활성제의 미립자에 대한 중량 비율은 0.043 내지 1.1인 것이 바람직하다.
유기 용매는 예컨대, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 에틸 알코올 또는 이소프로판올을 사용한다. 분산 촉진이라는 관점에서, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤이 유기 용매로 바람직하다. 또한, 건조 설비의 조건에 따라 유기 용매를 적절하게 선택하고, 미립자 분산 조성물의 도포후의 건조시에 그의 건조 속도를 조정하는 것이 바람직하다.
이상의 구성에 의해, 본 발명에 따른 미립자 분산 조성물은 해당 조성물중에 미립자가 균일하게 분산되어 있음과 동시에, 다음 사항을 만족하도록 적응될 수 있다.
(1) 분산된 미립자의 입도 분포가 비교적 작다. 미립자가, 그의 크기가 1차 입자 크기가 되도록 분산되어 있다. 유기 용매의 건조 단계에서 분산 미립자의 재응집이 없다.
(2) 분산 및 경화 후의 계면활성제에 기인하는 착색이 없다.
(3) 미립자의 분산을 촉진하기 위해 첨가되는 계면활성제의 양은 비교적 소량이다. 따라서, 경화 후의 광학 부품의 굴절률의 값에 대한 계면활성제의 영향이 작다.
(4) 경화 후의 광학 부품중의 성분으로서 포함되는 구성물이 고온 및 고습 내구성을 손상하지 않는다.
또한, 본 발명에 따르면, 경화 방법에 있어서의 특수성, 즉 에너지선 조사에 의한 박막 경화 (백수십 nm 이하) 및 후막 경화(수백 nm 내지 수백 μm)와 같은 경화 방법에 좌우되지 않고 경화법 및 범용성이 있는 미립자 분산 조성물을 제공할 수가 있다. 특히, 본 발명의 미립자 분산 조성물에 따르면, TiO2 입자와 같은 굴절률이 높고 자외선 흡수능 및 차폐능이 큰 입자를 포함하므로, 수백 μm 이상의 두께를 갖는 후막으로서 경화시키는 경우에도 경화 불균일성이나 열변형을 수반함이 없이 양호한 경화를 달성할 수 있다. 따라서, 본 발명은 목적하는 무기 입자 및 유기 수지로 구성된 고굴절률의 광학 부품을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 미립자를 유기 수지 재료 중에 분산시킴에 있어서, 예를 들면 지환식 에폭시 수지 등의 열경화성 유기 수지 중으로 미립자를 분산시킬 때에, 분산 촉진성이 높고 또한 미립자와 유기 수지 기재와의 결합성이 우수한 미립자 분산 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 미립자 분산 조성물은 박막 (백수십 nm 이하) 내지 후막 (수백 nm 이상 내지 수백 μm)의 범위의 두께를 갖는 모든 광학 부품의 제조에 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 미립자 조성물은 제조 공정의 간편성·경제성의 면에서 유리하다. 100 μm 두께의 고굴절률 기재를 큰 면적을 갖도록 형성하기 위해서는 열경화가 편리하다. 그러나, 기재 상에 저굴절률층 및 고굴절률층을 교대로 형성하여 각각의 층이 20 내지 200 nm이 되도록 할 때에는 UV 경화가 더욱 편리하다. 미립자 분산 조성물의 층이 유사한 물질의 재료로 이루어지면(즉, 이 조성물은 경화법 및 범용성에 대해 높은 적응성을 가짐), 각 층의 친화성 및 밀착성이 향상된다. 따라서, 수율 향상 및 신뢰성 향상을 기대할 수 있다.
상기 미립자 분산 조성물의 제조는 혼련 공정(kneading process), 분산 공정 및 이들 혼련 및 분산 공정의 전후에 필요에 따라서 설치된 혼합 공정에 의해서 수행될 수 있다. 미립자, 유기 수지, 계면 활성제, 유기 용매와 같은 모든 원료는 이들 공정 중 임의의 공정의 최초 또는 도중에 첨가할 수도 있다. 더욱이, 개개의 원료를 2개 이상의 공정에 대해 분할하여 첨가할 수도 있다. 또한, 분산ㆍ혼합을 수행할 때, 상기 원료와 함께 고경도 금속 볼 또는 세라믹 볼을 넣어, 아지터(AJITER), 페인트 쉐이커와 같은 종래 공지된 장치를 이용해도 족하다.
또한, 분산성이 우수하고 경화법 및 범용성이 있는 미립자 분산 조성물에 의해 분산시의 입도 분포가 향상되며, 금속 산화물 미립자의 분산성이 분산된 입자 각각이 일차 입자 크기를 갖을 정도로 촉진된다. 따라서, 종래 행해진 것과 같은, 분산ㆍ혼합 후의 큰 응집 입자를 제거하기 위한 필터 여과 처리를 생략함으로써 생산성을 향상시키는 것도 가능하다.
(광학 부품)
이어서, 본 발명에 따른 광학 부품의 실시태양에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 광학 부품은, 금속 산화물의 미립자; 에너지를 흡수하여 경화하도록 적응된 유기 수지 재료; 분자량 500 이상인 것들인 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 인산계 계면 활성제 및 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 카르복실산계 계면 활성제 중 하나; 및 유기 용매를 함유하는 미립자 분산 조성물을 경화시켜 얻는다. 즉, 본 발명에 따른 광학 부품은 조성물 중에 미립자가 균일하게 분산되어 원하는 굴절율을 갖도록 구성된 높은 투명성을 갖는 광학 부품이다.
또한, 본 발명에 따른 광학 부품은 두께가 수백 ㎚ 내지 수백 ㎛인 후막 또는 수백 ㎚ 이하의 박막과 같은 소정의 두께의 광학 부품으로 만드는 것이 가능하고, 코팅, 필름, 평판, 요철 표면을 갖는 판과 같은 원하는 형상으로 광학 부품을 만들 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은, 본 발명에 따른 미립자 분산 조성물을 경화시킴으로 써, 환경 내구성(즉, 고온 및 고습도 조건에서 투과율ㆍ굴절율과 같은 광학 특성의 변화가 적은 것)이 우수한 광학 부품을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고굴절 및 높은 투명성을 갖는 재료를 다양한 성형법으로 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 광학 부품의 응용예로서, 멀티렌즈 어레이, 박형 렌즈, 고기능 광학 디바이스(대면적 포토닉 결정, 블랙 스크린 등)를 실현할 수 있다. 또한, 박막 광학층을 형성하는 경우에도, 본 발명은 유효하다. 분산성이 양호하기 때문에 습식 코팅법에 의한 반사 방지 필름 및 블랙 스크린의 제조에도 적용하는 것이 가능하다.
이어서, 본 발명에 따른 광학 부품을 제조하는 방법을 설명한다.
본 발명에 따른 광학 부품의 제조 방법은 미립자 분산 조성물을 도포하고, 유기 용매를 증발시켜 광학 부품을 형성하는 단계를 갖는다. 구체적으로는 다음의 단계로 수행된다.
s1 단계에서, 금형 부재를 기재로 한다. 이어서, 유기 용매의 함량을 조정하여 액상 또는 겔상으로 만든 미립자 분산 조성물을 상기 금형 부재에 소정량 도포한다. 상기 금형 부재의 표면에 소정의 요철 형상을 형성함으로써 원하는 표면 형상을 갖는 광학 부품으로 만드는 것이 가능하다.
또한, 도포 방법은 그라비아 도포, 롤 도포, 블레이드 도포, 다이 코팅, 딥핑과 같은 종래 공지된 도포 방법을 이용할 수 있다. 대안적으로, 겔상의 미립자 분산 조성물의 경우에는 조성물을 금형 부재에 충전하는 방식으로 도포하여, 엠보싱에 의해 상기 재료를 형성할 수 있다.
s2 단계에서는, 미립자 분산 조성물의 도막을 건조시켜 유기 용매를 증발시킨 후, 경화하여 소정 두께의 광학 부품을 형성한다. 열 경화, UV 경화, EB 경화와 같은 임의의 경화 방법을 사용할 수 있지만, 부언하자면 후막의 광학 부품의 경우에는 열 경화법이, 박막의 경우에는 UV 경화법이 적합하다.
s3 단계에서는, 광학 부품을 예컨대 후막의 투명 기재로 형성하는 경우에, 이 광학 부품을 금형 부재로부터 박리시킨다. 이 때, 금형 부재에 미리 이형제를 도포해 두는 것이 바람직하다.
대안적으로, 금형 부재를 투명 기재로 사용한다. 그리고 나서, 그 금형 부재(또는 투명 기재) 상에 박막의 광학 부품을 형성한다. 생성된 제품을 상기 박막 광학 부품이 금형 부재 상에 형성된 상태로 잔존하는 소정의 광학 부품으로 사용할 수 있다.
(광학막 적층체)
이어서, 본 발명에 따른 광학막 적층체의 실시태양에 대하여 설명한다.
광학막 적층체는 굴절율이 다른 복수의 광학막을 적층시켜 구성한다. 이들 광학막 중 적어도 하나는 금속 산화물의 미립자; 에너지를 흡수하여 경화하는 유기 수지 재료; 분자량이 500 이상인 것들인 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 인산계 계면 활성제 및 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 카르복실산계 계면 활성제 중 하나; 유기 용매를 함유하는 미립자 분산 조성물을 경화시켜 얻는다.
실용적으로는, 광학막 적층체는 제1 광학막으로서 에폭시 수지 및 TiO2 미립 자를 함유하는 본 발명에 따른 미립자 분산 조성물을 도포ㆍ경화하여 얻어지는 고굴절율의 광학막 (I)과, 제2 광학막으로서 아크릴 수지 및 SiO2 미립자를 함유하는 본 발명에 따른 미립자 분산 조성물을 도포ㆍ경화하여 얻어지는 저굴절율의 광학막 (II)를 교대로 적층하여 구성한다.
예를 들면, 광학막 (I)을 파장이 550 ㎚인 경우에 1/4 파장에 상당하는 광학 두께로 만든다. 이 광학막 (II)를 파장이 550 ㎚인 경우에 1/2 파장에 상당하는 광학 두께로 조절한다. 이어서, 7층 구조(광학막 (I)/광학막 (II)/광학막 (I)/광학막 (II)/광학막 (I)/광학막 (II)/광학막 (I))의 적층체로 제조함으로서, 후술하는 편광 분리 다층막으로 만들 수 있다.
그 밖에, 기재 상에 우선 광학막 (I)을 설치하고, 계속해서 광학막 (II)를 설치하고, 이어서 광학막 (I) 및 광학막 (II)를 교대로 설치하고, 마지막으로 광학막 (I)을 설치한다. 따라서, (2n+1) 층(n은 1 이상의 정수임)으로 이루어지는 적층체로 만든다. 대안적으로, 우선 광학막 (II)를 설치하고, 이 후 광학막 (I) 및 광학막 (II)를 교대로 설치한 구성으로 만들 수도 있다.
이상의 구성에 있어서, 광학막 적층체를 대면적의 필름 형상으로 만든다. 따라서, 이 광학막 적층체는 반사 방지 필름, 프로젝터로부터 빛이 투사되어 화상을 표시하기 위한 것으로서 적색, 녹색, 청색에 각각 상응하는 3 파장대의 빛에 대하여 고반사 특성을 가지고 이들 파장 영역 이외의 가시 파장 영역의 빛에 대해서는 높은 투과 특성을 갖는 스크린, 및 다양한 광학 필터, 보호 필름, 시야 각도 제 어 필름에 적용이 가능하다.
예를 들면, 본 발명의 미립자 분산 조성물(폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 인산계 계면 활성제 및 무기 미립자의 혼합물)은, 그의 수지 기재와 개개 무기물 미립자간의 양호한 친화성 및 균일 분산성의 관점에서, 무기물 미립자가 빛의 각 색에서의 파장에 따라 크기가 일정한 구형 미립자인 경우에도 유효하다. 즉, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 인산계 계면 활성제를 혼합시킨 지환식 에폭시 수지, 및 굴절율 2.7의 TiO2 구형 입자를 균일 분산시킨 다음, 딥 도포 및 건조ㆍ경화(이 경우에는 얇기 때문에 UV 경화도 열 경화도 가능함)함으로써 굴절율 1.52의 수지 기재 중에 굴절율 2.7의 TiO2 구형 입자를 정렬시킬 수 있다. 또한, 높은 굴절율을 갖는 유리의 미세구를 UV 경화형 아크릴 수지 중에 정렬시키고 조성물을 도포시키는 경우에 본 발명의 분산계를 적용함으로써 유사하게 양호한 분산성을 얻을 수 있다.
실예로서, 청색, 녹색, 적색의 파장(450 ㎚, 550 ㎚, 650 ㎚)에 대응하고, 굴절율 2.7의 TiO2 미소구를 각각 배열된 3층의 반사 스크린을 고려할 때, 청색의 반사층에는 굴절율 1.52의 경화 수지 중에 직경 117 ㎚의 공을 최대 밀도로 충전 및 정렬하는 것이 유효하다. 또한, 녹색의 반사층에는 경우에는 굴절율 1.52의 경화 수지 중에 직경 143 ㎚의 공을 최대 밀도로 충전 및 정렬시키는 것이 유효하다. 또한, 적색의 반사층에는 경우에는 굴절율 1.52의 경화 수지 중에 직경 169 ㎚의 공을 최대 밀도로 충전 및 정렬하는 것이 유효하다. 이러한 3층을 기본 구성으로 하는 반사 스크린을 제조하는 경우에, 본 발명에 의한 계면 활성제와 수지의 조합 은 각 층의 부착 강도도 높고 수지 분산도 양호하기 때문에 균일한 반사층의 형성에 적합하다.
본 발명에 따른 광학막 적층체를 제조하는 데 있어서는, 상기 광학 부품의 제조 방법과 동일하게 각각의 광학막을 형성한다. 그의 일례를 이하에 설명한다.
s11 단계에서, 기재의 주요면에 본 발명에 따른 미립자 분산 조성물 중에서 높은 굴절율용의 미립자 분산 조성물 A를 소정량 도포한다.
s12 단계에서, 미립자 분산 조성물 A를 도포시켜 얻은 막을 건조시킨 후, 이 막을 자외선을 조사하여 경화시킴으로써 소정의 두께의 광학막 (I)을 형성한다.
s13 단계에서, 계속하여 광학막 (I) 상에 저굴절율용의 미립자 분산 조성물 B를 소정량 도포한다.
s14 단계에서, 미립자 분산 조성물 B를 도포하여 얻은 막을 건조시킨 후, 이 막을 자외선을 조사하여 경화시킴으로써 소정의 두께의 광학막 (II)를 형성한다. 이로써, 광학막 (I)과 광학막 (II)의 적층 구성을 얻는다.
s15 단계에서, 계속하여 기재의 최외층에 있는 광학막 (II) 상에 소정량의 미립자 분산 조성물 A를 도포한다.
s16 단계에서, 미립자 분산 조성물 A를 도포하여 얻은 막을 건조시킨 후, 이 막을 자외선을 조사하여 경화시킴으로써 소정의 두께의 광학막 (I)을 형성한다. 이어서, 단계 s13 내지 s16까지의 공정을 소정 횟수 행하여 기재 상에 광학막 적층체를 형성한다.
(편광 분리 소자)
이어서, 본 발명에 따른 편광 분리 소자의 실시태양에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 편광 분리 소자의 구성을 도 1에 나타낸다.
편광 분리 소자 (7)은 고굴절율의 수지로 이루어지는 판이고, 그 판의 한쪽 면에 그루빙에 의해 경사 방향이 상이하고 상호 마주 본 경사 평면을 갖는 투명 기재의 한 형태인 제1 고투명 고굴절율 부재 (3); 제1 고투명 고굴절율 부재 (3)의 경사진 평면 상에 형성된 편광 분리 다층막 (5); 및 제1 고투명 고굴절율 부재 (3)의 홈을 매립하는 형태로 고굴절율의 수지 물질 (4)로 형성된 투명 기재의 한 형태인 제2 고투명 고굴절율 부재 (4)로 구성된다. 또한, 편광 분리 다층막 (5)는 제1 고투명 고굴절율 부재 (3) 및 제2 고투명 고굴절율 부재 (4)의 계면에 형성되어 있고, 제1 고투명 고굴절율 부재 (3), 편광 분리 다층막 (5) 및 제2 고투명 고굴절율부재 (4)는 평탄한 판 형상을 이루고 있다. 또한, 상기 구성의 편광 분리 소자는 본 출원인과 동일한 출원인에 의해 일본 특허 출원 2002-073157호로써 이미 출원되어 있다.
본 발명에 따르면, 제1 고투명 고굴절율 부재 (3) 및 제2 고투명 고굴절율 부재 (4) 각각은, 금속 산화물의 미립자; 에너지를 흡수하여 경화하는 유기 수지 재료; 분자량이 500 이상인 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 인산계 계면 활성제 또는 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 카르복실산계 계면 활성제; 및 유기 용매를 함유하는 본 발명에 따른 미립자 분산 조성물을 경화시켜 얻어진 투명한 기재이다.
제1 고투명 고굴절율 부재 (3), 제2 고투명 고굴절율 부재 (4) 각각에 형성되는 경사 방향이 다른 상호 대향하는 경사 평면 각각은, 기판면(도면 중 수평면) 에 대하여 45도의 경사 각도를 가지며, 이들이 교대로 반복하여 형성되어 있다.
편광 분리 다층막 (5)는 편광면이 서로 직교하는 직선 편광의 한쪽만 투과하고, 다른 직선 편광을 반사하는 기능을 갖는다. 편광 분리 다층막 (5)는, 입사광의 기준 파장 λ0의 1/4 파장과 거의 동일한 광학막 두께를 각각 갖는 고굴절율의 광학막 (H)와 저굴절율의 광학막 (L)이 교대로 형성된 구조(HL)m, 또는 (0.5H L 0.5H)m(단, m은 3 이상의 정수임)으로 표시되는 구조인 광학막 적층체로 이루어진다.
대안적으로, 편광 분리 다층막 (5)는, 입사광에 대하여 소정의 굴절율을 갖는 투명한 고굴절율의 광학막 (H) 및 투명한 낮은 굴절율의 광학막 (L)로 이루어지고, (H2L)m, (H2L)mH 또는 2L(H2L)m(단, m은 3 내지 7의 정수임) 중 어느 한 구조의 광학막 적층체로 만들 수도 있다. 상기 광학막 적층체에 있어서도, 광학막 (H) 및 (L) 각각을 모두 입사광의 기준 파장 λ0의 1/4 파장과 거의 동일한 광학막 두께가 되도록 설정함으로써, 편광 분리 다층막으로서 양호하게 기능한다.
편광 분리 다층막 (5)를 구성하는 광학막 중 적어도 한층은, 상술한 금속 산화물의 미립자, 에너지를 흡수하여 경화하는 유기 수지 재료, 분자량 500 이상의 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 인산계 계면 활성제 또는 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 카르복실산계 계면 활성제 및 유기 용매를 함유하는 본 발명에 따른 미립자 분산 조성물이 경화되어 이루어지는 광학막이어야 한다.
대안적으로, 고굴절율의 광학막으로서 예를 들면 TiO2 막 및 저굴절율의 광학막으로서 예를 들면 SiO2 막을 각각 산소 분위기 하에서 Ti 또는 Si 타겟을 이용한 듀얼 마그네트론 방식의 반응성 스퍼터링법에 의해 형성할 수도 있다.
본 발명에 따른 편광 분리 소자 (7)에서의 광선 통과의 모습을 도 1에 나타낸다. 램프 광원 (6)을 광원으로 하여 도광판 (1)로부터 나오는 빛에는, S 편광파 및 P 편광파가 포함되지만, 편광 분리 소자 (7)에 따르면 P 편광파만을 통과시키고, S 편광파는 도광판 (1)에 반사되어 되돌아온다. 이어서, 되돌아온 S 편광파는 도광판 (1) 내부에서 반사를 반복한 후, P 편광파가 된 빛만이 재차 편광 분리 소자 (7)을 통과한다. 이와 같이 P 편광파만이 편광 분리 소자 (7)의 전면에 배치된 액정 디바이스(LCD) 유닛으로 공급되어, LCD 유닛의 휘도를 향상시키는 것이 가능해진다.
이어서, 본 발명에 따른 편광 분리 소자의 제조 방법에 대하여 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
(s21) 도 2에 나타내는 형재의 한 형태인 45도 홈(피치: O.1 mm)을 낸 금형 (8)을 준비하고, 그의 45도 홈면에 불소계 박리 처리를 실시한 후, 본 발명에 따른 미립자 분산 조성물을 충전한다. 미립자 분산 조성물로는, 예를 들면 다음 성분의 미립자 분산 조성물의 유기 용매 농도를 1/5 이하의 양까지 건조시킨 점성 액체(겔상의 미립자 분산 조성물)을 사용한다.
(1) 미립자: 표면 발수성 TiO2 미립자
(이시하라 산교(주) 제조, 상품명 TTO-51(A)) 9 중량％
(2) 유기 수지 재료:
ㆍ지환식 에폭시 수지(1): 3,4-에폭시시클로헥세닐메틸-3',4'-에폭시시클로헥산 카르복실레이트(다이셀 가가꾸 고교(주) 제조, 상품명 CEL2021P) 1 중량％
ㆍ지환식 에폭시 수지(2): 2,2-비스(히드록시메틸)-1-부탄올의 2,2-에폭시-4-(2-옥시라닐)시클로헥산 부가물(다이셀 가가꾸 고교(주) 제조, 상품명 EHPE3150)) 1 중량％
ㆍ산 무수물: 4-메틸헥사히드로무수프탈산(신닛본 케미컬(주) 제조, 상품명 MH-700) 2 중량％
(3) 계면 활성제: 폴리옥시에틸렌 올레일에테르 포스페이트(올레스-10 포스페이트)(크로다 재팬(주) 제조, 상품명 크로다포스 N10A) 2 중량％
(4) 유기 용매: 메틸에틸케톤 85 중량％
(s22) 투명 평면 기판 (9)를 이용하여, 미경화의 미립자 분산 조성물 (10)을 금형 (8)의 홈 상에 넓게 펴고(도 3), 60 ℃×60 분의 가열을 행하여 건조 상태로 만든다.
(s23) 건조 상태의 미립자 분산 조성물 (10)을 금형 (8)로부터 박리시키고, 60 ℃×60 분 및 100 ℃×5 시간의 가열 경화를 더 행함으로써 제1 고투명 고굴절율재 (3)으로 만든다(도 4).
(s24) 완성된 제1 고투명 고굴절율재 (3)의 45도 홈 표면에 편광 분리 다층막 (5)를 형성한다(도 5). 편광 분리 다층막 (5)는, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 미립자 분산 조성물을 도포 경화시킴으로써 얻어지는 광학막 적층체일 수도 있고, 스퍼터링법에 의해서 얻어지는 광학막 적층체일 수도 있다. 예를 들면 제1 고투명 고굴절율재 (3)의 굴절율이 1.8이었다고 하면, 1/4 파장(550 ㎚)에 상당하는 광학 두께를 갖는 TiO2막(두께 55.9 ㎚) (H)와, 1/2 파장(550 ㎚)에 상당하는 광학 두께를 갖는 SiO2막(두께 188.4 ㎚) (L)을 Hㆍ2LㆍHㆍ2LㆍHㆍ2LㆍH의 순서로 적층하여 7층 구조의 막으로 만들 수 있다.
(s25) 제1 고투명 고굴절율재의 편광 분리 다층막 (5)가 형성된 홈면에, 스텝 s21 내지 s23과 유사하게 본 발명에 따른 미립자 분산 조성물을 충전하고, 건조ㆍ경화에 의해 제2 고투명 고굴절율재 (4)를 얻는다(도 6). 또한, 이 경우의 박리제 처리는 미립자 분산 조성물을 넓게 펴는 평면 기판측에만 실시한다.
이와 같이 하여 완성한 편광 분리 소자 (7)은, 자외선 경화형의 수지에 TiO2를 분산시킨 재료를 사용하는 종래 법에 의한 경우보다 자외선 조사 처리를 장시간행할 필요가 없기 때문에 열 변형이 적다. 또한, 고투명 고굴절율재 (3), (4)의 내부와 표면 근방부의 광학 특성이 균일하기 때문에, 종래 법에 의한 것보다 P 편광 변환된 광량으로서 광투과율의 분포가 균일한 것을 얻기 쉽고, 90 ％ 이상의 P 편광 투과율로 비교하면 종래기술에 비해 2 배 이상의 대폭적인 수율의 향상이 얻어진다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면 TiO2와 같은 굴절율은 높지만 자외선 흡수능 및 차폐능이 큰 입자를 포함하고, 수백 ㎛ 이상의 후막으로서 경화시키는 경우에도 경화 불균일성이나 열 변형을 수반하지 않는 양호한 경화가 가능하기 때문에, 종래의 에너지선 경화를 주로 한 경우에 발생하였던 경화 심부와 경화 표면 근방의 경화 특성의 차이에 의한 수지 특성의 불균일성을 저감하고, 편광 분리 소자 등의 완성 소자의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 종래 유리재를 사용하여 제조하는 것이 보통이었던, 굴절율 1.8 이상의 고굴절로 두꺼운 재료에 의한 광학 부품을 수지 성형과 유사한 방법으로 제조할 수 있게 된다.
또한, 이로써, 유리재를 사용하는 종래기술의 경우보다 대면적을 필요로 하는 광학 소자를 저가로 제조할 수 있게 되고, 광학 기술과 광학 산업의 발전에 널리 기여할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 지환식 에폭시 수지와 TiO2 미립자의 복합에 의해 1.7 이상의 굴절율의 광학 부품을 쉽게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용되는 미립자는 TiO2로 한정되지 않고, 다른 여러 금속 산화물 미립자로 할 수도 있다.
또한, 편광 분리 다층막 (5) 자체도 본 발명에 의한 미립자 분산 조성물로 형성된 고굴절율층 또는 저굴절율층을 사용하여 구성할 수도 있다. 또는, 고굴절율층으로는 에폭시 수지에 TiO2 미립자를 충전한 것을 사용하고, 저굴절율층으로서도 에폭시 수지에 SiO2 입자나 MgF2 입자를 첨가한 것을 사용하여, 도포와 60 ℃ 건조를 각 층마다 반복적으로 행하고, 마지막으로 100 내지 120 ℃의 가열 경화를 동시에 실시하여 형성할 수도 있다.
또한, 고투명 고굴절율재 (3), (4)의 후막의 기재와 편광 분리 다층막 (5)를 구성하는 고굴절율 박막 및 저굴절율 박막을 본 발명에 의한 경화법 적응 범용성이 있는 미립자 분산 조성물을 사용하여 통일하여 제조함으로써, 기재와 박막층의 재료가 동일한 계통이 되어 양쪽 재료간의 친화 밀착성이 양호해진다. 특히, 후막 기재에는 열 경화성 수지, 박막에는 UV 경화성 수지로 구별하여 사용하여도 계면 활성제가 동일한 계통이기 때문에 양호한 밀착 강도를 얻을 수 있다.
<실시예>
상기 본 발명을 실제로 실시한 예를 이하에 설명한다. 이 실시예는 예시이고, 본 발명이 이 실시예로 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서 사용된 미립자, 유기 수지 재료, 계면 활성제의 상세한 설명을 도 7 내지 도 9에 나타내고, 각 실시예에서의 성분 표시는 기호로 나타낸다.
미립자는 4종류의 TiO2 미립자, 즉 소성법의 제법에 의한 표면 소수성 및 표면 발수성 TiO2, 습식법의 제법에 의한 표면 소수성 및 표면 발수성 TiO2를 적절하게 사용하였다(도 7).
유기 수지 재료는 다양한 경화성 수지 재료, 즉 지환식 에폭시 수지, 옥세탄 수지, 아크릴 수지를 적절하게 사용하였다(도 8).
계면 활성제는 음이온계, 비이온계, 양이온계의 다양한 조합을 적절하게 사용하였다(도 9).
유기 용매는 메틸에틸케톤(MEK)을 사용하였지만, 메틸이소부틸케톤, 에틸알코올, 이소프로판올, 톨루엔, 시클로헥산 등에서도 동일한 결과가 얻어졌다. 또 한, 분산 촉진이라는 관점에서 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤이 특히 효과적이었다.
(실시예 1)
실시예 1에서의 본 발명에 의한 미립자 분산 조성물의 성분 및 제조 방법을 이하에 나타낸다.
(1) 미립자 분산 조성물의 성분
ㆍ미립자: T-1 9 중량％
ㆍ유기 수지 재료: R-1 2 중량％
R-6 2 중량％
ㆍ계면 활성제: A-7 2 중량％
ㆍ유기 용매: MEK 85 중량％
(2) 미립자 분산 조성물의 제조 방법
상기 각 성분을 상기 중량비로 칭량하여, 그의 합계 중량에 대하여 200 ％에 상당하는 양만큼 Zr02 주성분의 세라믹제 볼(직경 0.1 mm)과 동시에 혼합한 후, 이들을 폴리에틸렌제 병 용기 중에 넣고, 믹싱ㆍ쉐이커에서 분산이 충분히 달성될 때까지 분산ㆍ혼합을 행하였다. 또한, 분산이 충분히 달성되는 데에는 20 시간이 소요되었다.
(3) 광학 부품의 형성과 평가
이렇게 하여 완성된 미립자 분산 조성물을, 딥 인상(dipping/lifting) 법으로써 인상시의 속도를 변화시켜 경면 연마 마무리된 실리콘 단결정 기판에 도포하고, 건조 및 100 ℃×5 시간의 가열 경화에 의해 박막의 광학 부품으로 만들었다. 또한, 후막의 광학 부품의 형성에는 딥 도포와 60 ℃ 건조를 반복하는 방법과, 미립자 분산 조성물의 체적이 약 1/3 내지 1/10 정도의 체적이 될 때까지 MEK의 증기 습도가 70 ％ 이상인 습윤 분위기 중에서 건조를 행하여, 미립자 분산 조성물의 점도를 올리고 나서 도포를 행한다는 방법이 가능하지만, 여기서는 후자의 방법으로 1 내지 100 ㎛의 두께의 동일한 재료로 된 각각의 단일층을 형성하였다. 이러한 방법으로 얻어진 광학 부품을 테스트용 샘플로서 엘립소미터로써 굴절율을 측정하였다.
(4) 결과
미립자 분산 조성물의 제조에 있어서 얻어진 상기 조성물을, 입도 분포 측정기에 의해 입도 분포 측정을 행하여 평균 입경(입도 분포 측정에 있어서의 소직경측에서의 누적 빈도 50 ％에 상당하는 입경 크기)를 구한 결과, 0.22 ㎛이었다.
얻어진 미립자 분산 조성물을 사용한 딥 인상법에 의한 광학 부품의 형성에서는 인상시의 속도를 조정함으로써 50 ㎚ 내지 1 ㎛의 막 두께의 광학 부품으로 만들 수 있었다. 또한, 미립자 분산 조성물의 점도를 올리고 나서 도포를 행하는 방법에 의해, 1 내지 1OO ㎛의 막 두께의 광학 부품으로 만들 수 있었다. 또한, 이러한 광학 부품은 고투명하며 굴절율은 n=1.81이었다.
이상과 같이, 본 발명에 의해 유기 수지 재료 중에서 TiO2 미립자를 고투명 하게 분산시키는 것이 가능하고, 고굴절율의 광학 부품을 박막 뿐만 아니라, 수 ㎛ 내지 수백 ㎛의 두꺼운 층으로도 형성하는 것이 가능해졌다.
(실시예 2)
본 발명에 따른 미립자 분산 조성물, 또는 미립자 분산 조성물을 구성하는 일부에 대하여, 성분을 변화시켜 실시예 1과 유사한 공정으로써 분산ㆍ혼합을 행하고, 미립자의 분산 테스트를 행하였다. 그 각각의 상세한 설명을 "분산 No.1 내지 20"로서 하기 도 10에 나타낸다. 또한, "분산 No.1"은 실시예 1의 상세한 설명이다. 또한, 실시예 이외의 성분에 의한 미립자 분산 조성물에 대하여 비교예로서 실시예 1과 유사한 공정으로써 분산ㆍ혼합을 행하고, 미립자의 분산 테스트를 행하였다. 그 각각의 상세한 설명을 "분산 No.21 내지 32"로서 하기 도 11에 나타낸다.
또한, 분산계 No.마다의 미립자 분산성을 입도 분포 측정기에 의해 측정하고, 그 평가로서 균일 분산이 되고 평균 입경이 0.03 ㎛ 이하인 것을 평가 ○로 하고, 균일 분산은 되지만, 평균 입경이 0.05 ㎛보다 큰 것을 평가 △로 하며, 균일 분산의 조성물이 되지 않고, 정치에 의해 상층과 하층으로 분리되어 버리는 것을 평가 ×로 하였다. 또한, 막제조한 경우의 막의 투명성을 육안으로 평가하여 투명한 광학 부품이 된 것을 평가 ○, 투명한 광학 부품이 되지 않은 것을 평가 ×로 하였다. 이 때, 유기 수지 재료 R-8, R-9을 포함하는 미립자 분산 조성물에 대해서는 UV 경화 처리를 행하였다.
도 10에서 분산계 No.2, 3, 4는 열경화성 에폭시 수지 재료로서 R-1(2 중량 ％)과 R-6(2 중량％)의 조합을 사용하고, TiO2 분말(9 중량％)의 제조법과 표면성의 차이에 대하여 분산 결과에 어떠한 차이가 나오는가를 검증한 것이다. 폴리옥시에틸렌올레일에테르 인산(계면활성제 A-7)의 첨가(2 중량％)에 의해 TiO2 분말(9 중량％)의 표면성 차이에 상관없이, 분산계 No.2 내지 4는 분산계 No.1과 마찬가지로 양호한 분산이 실현되었다.
분산계 No.5, 7, 8은, 각각 분산계 No.5에서는 유기 수지 재료 R-2, 분산계 No.7에서는 유기 수지 재료 R-4, 분산계 No.8에서는 유기 수지 재료 R-5 및 다른 종류의 지환식 에폭시 수지 각각에 대하여 에폭시 수지 경화제로서 유기 수지 재료 R-6을 첨가하고, 또한 계면활성제 A-7과의 TiO2 미립자의 혼합 분산 효과에 대하여 검증하였다. 또한, 분산계 No.6에서 유기 수지 재료 R-3을 유기 수지 재료 R-7과 메틸에틸케톤과 혼합하고, 계면활성제 A-7 첨가에서의 TiO2 미립자의 혼합 분산 효과에 대하여 검증하였다.
그 결과, 이들 지환식 에폭시 수지와 TiO2 미립자의 양호한 분산을 위해서는 폴리옥시에틸렌올레일에테르 인산의 첨가가 유효하다는 것이 확인되었다. 여기서 사용한 폴리옥시에틸렌올레일에테르 인산의 시판 제품예로서는 구로다 재팬(주) 제조의 상품명 Crodafos N10A(계면활성제 A-7)가 있으며, 분자량은 796이었다.
분산계 No.9, 18에서 광중합성 아크릴계 단량체와 TiO2 미립자의 분산계 조성물에서의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제의 첨가 효과에 대하여 검 토하였다.
분산계 No.9에서는 유기 수지 재료 R-9와 계면활성제 A-7의 조합, 분산계 No.18에서는 유기 수지 재료 R-9와 계면활성제 A-8의 조합에 대하여 검토했는데, 평균 입경 0.03 ㎛ 이하의 양호한 분산을 얻을 수 있었다. 이러한 점으로부터 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제의 첨가 효과는 아크릴 단량체의 분산에 대해서도 유효하다는 것을 알 수 있었다. 아크릴 단량체와 TiO2 미립자의 분산에서는 평균 입경이 0.05 ㎛ 이하는 되지 않았지만(도 10에는 나타내지 않음), 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제를 첨가함으로써 아크릴 단량체 분자와 TiO2 미립자 및 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 분자의 세가지의 복합적이고 양호한 분산 형태가 실현되어 0.03 ㎛ 이하의 평균 입경을 실현할 수 있었다. 아크릴 단량체로서 에폭시아크릴레이트 및 우레탄아크릴레이트를 사용한 경우에도 본 발명은 유효하다.
또한, 분산계 No.9, 18에서는 자외선 경화를 위해 광중합 개시제(시바ㆍ스페셜티ㆍ케미컬즈(주) 제조, 상품명 이루가큐어 184)를 TiO2 미립자 분산 후에 0.2 중량％분만 혼합하여 도포, 건조, 자외선 조사하였는데, 광중합 개시제의 첨가에 의해서도 양호한 혼합과 분산은 유지되어, 결과적으로 양호한 고투명의 재료로서의 경화를 실시할 수 있었다.
분산계 No.10, 17에서 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제의 분자량 크기의 차이에 따른 영향에 대하여 검토하였다.
분산계 No.10에 폴리옥시에틸렌올레일에테르 인산(계면활성제 A-6), 분산계 No.17에 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 세틸에테르 인산의 결과를 나타내었다. 계면활성제 A-7의 분자 내의 옥시에틸렌은 (CH2CH2O)10이고, 좀 더 옥시에틸렌의 반복수가 감소한 것이 계면활성제 A-6이며, 분자내의 옥시에틸렌은 (CH2CH2O)3이 되었다. 분산계 No.10, 17은 모두 평균 입경 0.03 ㎛ 이하의 분산이 달성되었지만, 분자량 500의 계면활성제 A-6 쪽이 양호한 분산에 도달하기까지 필요한 시간이 길었다. 분자량이 300 이하에서는 균일 분산은 되지만 평균 입경이 0.05 ㎛보다 커지기 때문에, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제의 분자량 크기는 500 이상인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 분자량이 600 이상인 것이 양호한 분산에 도달하기까지의 시간 단축면에서 적합하다.
분산계 No.11, 12, 14에서 옥세탄 수지와 지환식 에폭시 수지의 혼합물, 및 TiO2 미립자의 혼합 분산에서의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제의 첨가 효과에 대하여 검토하였다. 옥세탄 수지와 TiO2 미립자의 조합인 경우와, 옥세탄 수지(유기 수지 재료 R-8)와 TiO2 미립자 및 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제(계면활성제 A-7)의 조합인 경우를 비교하면, 폴리옥시에틸렌올레일에테르 인산의 첨가에 의한 뚜렷한 분산 촉진 효과가 있었다. 또한, 옥세탄 수지를 지환식 수지와 혼합한 경우(분산계 No.11, 유기 수지 재료 R-1 및 R-8, 계면활성제 A-7), (분산계 No.11, 유기 수지 재료 R-1, R-2 및 R-8, 계면활성제 A-7)에서도 폴 리옥시에틸렌올레일에테르 인산의 첨가에 의한 명백한 분산 촉진 효과가 있었다.
또한, 분산계 No.11, 12, 14에서는 광중합 개시제(다이셀 UCB(주) 제조, 상품명 Uvacure 1591)를 TiO2 분산 후에 0.2 중량％만 혼합하여 조성물의 도포, 건조, 자외선 조사하였는데, 광중합 개시제의 첨가에 의해서도 양호한 혼합과 분산은 유지되어, 결과적으로 양호한 고투명한 재료로서의 경화를 실시할 수 있었다.
분산계 No.15, 16에서 지환식 에폭시 수지와 에폭시 수지 경화제로서의 산무수물 각각 단독에 대한 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제의 분산 촉진 효과에 대하여 검토하였다.
분산계 No.15는 지환식 에폭시 수지(유기 수지 재료 R-1), 폴리옥시에틸렌올레일에테르 인산(계면활성제 A-7) 및 TiO2 미립자의 조합인 경우에 해당하고, 분산계 No.16은 에폭시 수지 경화제로서의 산무수물(유기 수지 재료 R-6), 폴리옥시에틸렌올레일에테르 인산(계면활성제 A-7) 및 TiO2 미립자의 조합인 경우를 나타낸다. 비교예인 분산계 No.28, 29(각각, 유기 수지 재료 R-1과 TiO2 미립자 만의 조합 및 에폭시 수지 경화제로서의 산무수물(유기 수지 재료 R-6)과 TiO2 미립자의 조합인 경우에 해당함; 도 11 참고)와 비교하면 폴리옥시에틸렌올레일에테르 인산과의 공존에 의해서만 양호한 분산(평균 입경 0.03 ㎛ 이하)이 달성되는 것을 알 수 있엇다.
실시예인 분산계 No.19, 20(도 10)과 비교예인 분산계 No.31, 32(도 11)에 있어서, 인산계 계면활성제 이외의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 계면활성제에서 비교를 행하였다.
계면활성제 A-10 및 A-11은 모두 나트륨이고, 각 분자량도 약 400 내지 500이다. 분산계 No.31의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 설페이트(계면활성제 A-10)을 단독 첨가한 경우에는 양호한 분산이 얻어지지 못하였다. 반대로, 분산계 No.19의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실레이트(계면활성제 A-11)이 단독 첨가된 경우에는 양호한 분산을 얻을 수 있었다.
또한, 분산계 No.32의 분자량 730의 고급 알코올(계면활성제 A-12)을 단독 첨가한 경우 분산이 양호하지 못하였다. 이에 비해, 분산계 No.20의 폴리옥시에틸렌올레일에테르 인산과 폴리옥시에틸렌알킬에테르 설페이트(계면활성제 A-7 및 A-10)을 동시에 첨가한 경우에는, 폴리옥시에틸렌올레일에테르 인산의 효과에 따른 양호한 분산이 유지되었다.
이러한 점으로부터 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 또는 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실레이트의 계면활성제는 양호한 분산을 제공한다는 것을 알 수 있었다.
도 11에 분산계 No.21 내지 No.27 및 No.30에서 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 이외의 계면활성제에 대하여 검토한 결과를 나타내었다.
분산계 No.21에서 음이온계 계면활성제로서 분자량 280의 라우로일사르코신나트륨(계면활성제 A-2)에 대하여 검토했지만, 분산은 양호하지 못하였다.
또한, 분산계 No.26, No.27, No.30에 있어서, 음이온계 계면활성제로서 소듐 도데실벤젠술포네이트(계면활성제 A-1)을 사용하였다. 소듐 도데실 벤젠술포네이트와 지환식 에폭시 수지(유기 수지 재료 R-1), 산무수물 에폭시 수지 경화제(유기 수지 재료 R-6), 지환식 에폭시 수지 및 산 무수물 에폭시 수지 경화제(유기 수지 재료 R-1 및 R-6) 각각의 조합에 대해여 검토했지만, 상기 조합들의 모든 경우 평균 입경 0.03 ㎛ 이하의 양호한 분산에는 도달하지 못하였다.
또한, 분산계 No.22에서 양이온계 계면활성제이며 분자량 680의 쿼터늄-91, 세트리모늄 메토술페이트, 세테아릴알코올(계면활성제 A-9)에 대해서도 검토했지만, 양호한 분산은 얻지 못하였다.
또한, 분산계 No.23 내지 No.25에서 비이온계 계면활성제로서 소르비탄 모노올레에이트(계면활성제 A-3), 소르비탄 트리올레에이트(계면활성제 A-4), 폴리옥시에틸렌 소르비탄 트리올레에이트(계면활성제 A-5, 분자량 880)에 대하여 검토했지만, 분산은 양호하지 못하였다.
이상의 결과로부터 분산 후의 평균 입경이 0.03 ㎛ 이하인 경우에는 건조 및 경화 후에 투명한 재료가 되었다. 그러나, 평균 입경이 0.05 ㎛ 이상인 경우에는 투명한 재료를 얻지 못하였다. 따라서, 고투명한 재료를 얻기 위해서는 평균 입경 0.03 ㎛ 이하를 실현하는 것이 필요하다.
또한, 상기 결과로부터 TiO2 미립자를 경화성 유기 수지 재료로 균일 미세 분산시킬 때, 분자량 500 이상의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 또는 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실레이트의 첨가가 매우 효과적이라는 것이 판 명되었다. 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 및 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실레이트 각각과 TiO2와의 양호한 친화성 및 분자량 500 이상의 어느 정도 크고 긴 분자 형상은 지환식 에폭시 수지 등 다른 경화성 유기 수지 골격과 분자 수준에서의 교착을 촉진하고, 결과적으로 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 및 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실레이트가 TiO2 미립자의 양호한 분산을 제공하는 것이라고 여겨졌다.
또한, 본 발명에 따르면, 예를 들면 고굴절률층과 저굴절률층을 교대로 반복형성함에 의해 반사 방지층을 제조하는 경우에서도, 저굴절률층에는 TiO2를 혼합시키지 않고 지환식 에폭시 수지만으로서 도포하고, 인접한 고굴절률층 및 저굴절률층의 사이는 60 ℃ 온도로 일정시간 동안 건조하여 기판측으로부터 고굴절ㆍ저굴절ㆍ고굴절ㆍ저굴절의 4층 구성을 형성한 후, 100 내지 120 ℃온도에서 최종 경화를 행할 수 있게 된다. 그 결과, 광학막 적층체의 제조 비용 감소에 대한 효과가 크다.
또한, 상기 실시예에서는 TiO2 미립자의 분산을 중심으로 설명했지만, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 및 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실레이트 계면활성제는 여러가지 산화물과 친화성이 양호하기 때문에, Zr02, Nb205 , SiO2, Al203, Zn0, ITO, IZ0, Y203 등 다른 종류의 산화물로 제조된 미립자의 분산에 사용하는 것도 바람직하다. 또한, 알킬기의 탄소수를 변화시켜 얻어진 변형체 또 는 여러가지 유도체가 사용될 수 있지만, 분자량 500 이상인 것이 최적이다.
상기 실시예에서는 용매로서 메틸에틸케톤을 이용한 예를 나타냈지만, 메틸이소부틸케톤, 에틸알코올, 이소프로판올 등과 같은 그 밖의 유기 용매를 사용할 수도 있다. 유기 용매의 선택에 의해 분산액의 도포 후의 건조 작업에서의 건조 속도를 이용하는 건조 설비의 조건에 맞추어 적절하게 선택하는 것이 가능하다.
<실시예 3> 계면활성제의 첨가량(TiO2)
미립자의 성분을 T-1(d=4.2, n=2.7), 유기 수지 재료의 성분을 R-3 및 R-7(d=1.16, n=1.54), 계면활성제의 성분을 A-7(d=1.03, n=1.5)로 하여 미립자의 첨가량을 3 단계로 변화시키고, 계면활성제의 첨가량을 2 단계로 변화시킨다. 따라서, 상기 미립자 분산 조성물을 사용하여 경화시켜 광학 부품을 형성하였다.
형성된 광학 부품의 조성과 측정한 굴절률을 하기 도 12에 나타내었다.
도 12의 결과에서, TiO2 미립자가 미립자 분산 조성물의 조성 중에서 차지하는 비율은 부피 비율(부피％)로서 나타내며, 유기 용매를 제외한 성분의 합계를 100 ％라고 하면 10 내지 50 부피％가 바람직하다. TiO2 미립자가 미립자 분산 조성물의 조성 중의 비율은 20 내지 50 부피％가 보다 바람직하다. 이것을 중량 비율(중량％)로 다시 나타내면 미립자의 비율은 28.9 내지 79.3 중량％가 바람직하고, 47.8 내지 79.3 중량％가 보다 바람직하다. TiO2 미립자의 첨가량이 50 부피％를 초과하는 경우, 수지의 결합력이 지나치게 약해지기 때문에 실제 사용시 견디지 못하게 되며, TiO2 미립자 첨가량이 20 부피％ 이하인 경우에는 경화 수지의 굴절률를 증가시키는 효과가 작기 때문이다. 그러나, 본 발명의 방법에 따른 고굴절률의 광학 부품의 제조 방법은 간편하고 저렴하다. 따라서, 수지의 굴절률의 증가는 현저하지 않더라도 1.5의 굴절률을 갖는 수지를 기재로 하여 1.65 정도의 굴절률을 갖는 재료를 얻을 수 있다. 따라서, TiO2 미립자 대 미립자 분산 조성물의 비율은 1O 부피％ 이상에서도 장점이 있다.
계면활성제가 미립자 분산 조성물의 조성 중 TiO2 미립자 이외의 유기 수지 성분에 대한 비율은 부피 비율(부피％)로서 10 내지 50 부피％가 바람직하다. TiO2 미립자의 첨가량이 50 부피％를 초과하면 수지의 결합력이 지나치게 약해지기 때문에 실제 사용에서 견디지 못하게 되며, TiO2 미립자의 첨가량이 2O 부피％ 이하의 경우에는 미립자의 분산 촉진 효과를 충분히 얻을 수 없기 때문이다. 따라서, TiO2 미립자가 10 내지 50 부피％인 경우에는 계면 활성제가 미립자 분산 조성물에서 차지하는 비율이 부피 비율로 5 내지 45 부피％, 중량 비율로 4.7 내지 33.0 중량％인 것이 바람직하다. 또한, TiO2 미립자가 20 내지 50 부피％인 경우에는 계면활성제가 미립자 분산 조성물에서 차지하는 비율이 5 내지 40 부피％, 4.7 내지 24.0 중량％가 바람직하다.
이상의 결과로부터 알 수 있듯이, 계면 활성제와 TiO2 미립자의 중량비는 TiO2 미립자가 10 내지 50 부피％인 경우에는 0.095 내지 1.1이다. 계면활성제와 TiO2 미립자의 중량비는 TiO2 미립자가 20 내지 50 부피％인 경우에는 0.095 내지 0.49가 된다.
<실시예 4> 계면활성제의 첨가량(SiO2)
미립자의 성분은 SiO2 (d=2.4, n=1.46), 유기 수지 재료의 성분을 R-9(d=1.17, n=1.49), 계면활성제의 성분을 A-7(d=1.03, n=1.5)로 하여 미립자의 첨가량을 2 단계로 변화시키고, 계면활성제의 첨가량을 2 단계로 변화시킨 미립자 분산 조성물을 사용하여 경화시켜 광학 부품을 형성하였다.
형성된 광학 부품의 조성과 측정한 굴절률을 도 13에 나타내었다.
도 13의 결과에서, SiO2 미립자가 미립자 분산 조성물에서 차지하는 비율은 부피 비율(부피％)로서 나타내면 유기 용매를 제외한 성분의 합계를 100 ％라고 하면 20 내지 50 부피％가 바람직하다. 이것을 중량 비율(중량％)로 다시 나타내면, 34.2 내지 68.5 중량％가 된다. SiO2 미립자의 첨가량이 50 부피％를 초과하면 수지의 결합력이 지나치게 약해지기 때문에 실제 사용에서 견디지 못하게 되며, SiO2 미립자의 첨가량이 20 부피％ 이하에서는 경화 수지의 굴절률을 저하시키는 효과가 작기 때문이다.
계면활성제가 미립자 분산 조성물 중 SiO2 미립자 이외의 전체 유기 수지 성분 중에서 차지하는 비율은 부피 비율(부피％)로 나타내면 10 내지 50 부피％인 것이 바람직하다. SiO2 미립자의 첨가량이 50 부피％를 초과하면 수지의 결합력이 지 나치게 약해지기 때문에 실제 사용시 견디지 못하게 되고, SiO2 미립자 첨가량이 1O 부피％ 이하의 경우에는 미립자의 분산 촉진 효과를 충분히 얻을 수 없기 때문이다. 따라서, 계면활성제가 미립자 분산 조성물에서 차지하는 비율은 부피 비율로 5 내지 40 부피％, 중량 비율로 2.7 내지 30.3 중량％가 바람직하다.
이상의 결과로부터 계면활성제와 SiO2 미립자의 중량비는 0.043 내지 0.86이 된다.
또한, 실시예 3, 4의 결과로부터 계면활성제와 SiO2 미립자의 중량비는 0.043 내지 1.1인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본원 발명에 의하면, 투명성이 높고 원하는 굴절률을 가진 광학 부품을 형성할 수 있다. 또한, 박막(수백+nm 이하)에서부터 후막(수백 nm 이상 내지 수백 μ)까지 넓은 막두께 범위의 광학 부품을 동일 계통의 유기 수지를 기재로 하여 형성할 수 있다. 또한, 종래 행해지고 있던 분산ㆍ 혼합 후의 큰 응집 입자를 제거하기 위한 필터 여과 처리를 생략함으로써 생산성을 향상시킬 수도 있다.

Claims (8)

  1. 경화에 의해 광학 부품이 되는 미립자 분산 조성물로서,
    금속 산화물 미립자;
    에너지 흡수에 의해 경화가능한 유기 수지 재료;
    분자량 500 이상의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 또는 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실산계 계면활성제; 및
    유기 용매
    를 함유하고,
    상기 금속 산화물 미립자의 평균 입경은 0.03 ㎛ 이하이고,
    상기 금속 산화물 미립자의 부피 비율은 유기 용매를 제외한 미립자 분산 조성물의 20 내지 50 부피%인 미립자 분산 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기 수지 재료가 열경화 수지, 에너지선 경화 에폭시 수지, 에너지선 아크릴레이트 수지 및 에너지선 경화 옥세탄 수지로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 유기 수지인 미립자 분산 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 산화물 미립자가 TiO2로 구성된 것인 미립자 분산 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 계면활성제의 미립자에 대한 중량 비율이 0.043 내지 1.1인 미립자 분산 조성물.
  5. 금속 산화물 미립자; 에너지 흡수에 의해 경화가능한 유기 수지 재료; 분자량 500 이상의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 또는 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실산계 계면활성제; 및 유기 용매를 함유하는 미립자 분산 조성물을 경화시킴에 의해 얻어지는 광학 부품으로서,
    상기 금속 산화물 미립자의 평균 입경은 0.03 ㎛ 이하이고,
    상기 금속 산화물 미립자의 부피 비율은 유기 용매를 제외한 미립자 분산 조성물의 20 내지 50 부피%인 광학 부품.
  6. 굴절률이 서로 다른 복수개의 광학막이 적층되어 이루어지는 광학막 적층체로서,
    상기 광학막중 적어도 하나는
    금속 산화물 미립자; 에너지 흡수에 의해 경화가능한 유기 수지 재료; 분자량 500 이상의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 또는 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실산계 계면활성제; 및 유기 용매를 함유하는 미립자 분산 조성물을 경화시킴에 의해 얻어지고,
    상기 금속 산화물 미립자의 평균 입경은 0.03 ㎛ 이하이고,
    상기 금속 산화물 미립자의 부피 비율은 유기 용매를 제외한 미립자 분산 조성물의 20 내지 50 부피%인
    광학막 적층체.
  7. 그루빙에 의해 형성되고 경사 방향이 서로 다른 경사 평면을 갖는 투명 기재와 상기 경사 평면 상에 형성된 편광 분리 다층막을 구비한 편광 분리 소자에 있어서,
    상기 투명 기재 및(또는) 편광 분리 다층막중 적어도 하나는
    금속 산화물 미립자; 에너지 흡수에 의해 경화가능한 유기 수지 재료; 분자량 500 이상의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 또는 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실산계 계면활성제; 및 유기 용매를 함유하는 미립자 분산 조성물을 경화시켜 얻어지고,
    상기 금속 산화물 미립자의 평균 입경은 0.03 ㎛ 이하이고,
    상기 금속 산화물 미립자의 부피 비율은 유기 용매를 제외한 미립자 분산 조성물의 20 내지 50 부피%인
    편광 분리 소자.
  8. 금속 산화물 미립자; 에너지 흡수에 의해 경화가능한 유기 수지 재료; 및 분자량 500 이상의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 인산계 계면활성제 또는 폴리옥시에틸렌알킬에테르 카르복실산계 계면활성제를 유기 용매중에서 고경도 금속볼 또는 세라믹볼과 함께 분산 처리하고, 계속해서 그 분산 용액을 도포하고, 유기 용매를 증발시키는 단계를 포함하는 광학 부품의 제조 방법으로서,
    상기 금속 산화물 미립자의 평균 입경은 0.03 ㎛ 이하이고,
    상기 금속 산화물 미립자의 부피 비율은 유기 용매를 제외한 미립자 분산 조성물의 20 내지 50 부피%인 광학 부품의 제조 방법.
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