KR101261193B1

KR101261193B1 - 고유 편광체 및 고유 편광체의 제조 방법

Info

Publication number: KR101261193B1
Application number: KR1020127016017A
Authority: KR
Inventors: 마이클 케이. 젤래치; 제랄드 엔. 엔콴타; 조나단 엠. 맥; 프라든야 브이. 나가카; 필립 제이. 랠리
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2004-08-03
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2013-05-10
Also published as: EP1779157B1; KR20070048231A; TWI373639B; WO2006023101A1; CN100510807C; US7573637B2; JP2008509433A; CN101620288A; EP1779157A1; ATE498850T1; US20090134535A1; US7643211B2; US20060028725A1; US20090135482A1; KR20120073372A; JP2011186489A; KR101211887B1; CN101620288B; CN1993637A; DE602005026403D1

Abstract

본 발명은 중합체 필름을 신장시키는 제1 신장 단계를 포함하는, K형 편광체라고 불리는 고유 편광체의 개선된 제조 방법에 관한 것이다. 중합체 필름은 제1 신장 단계 후에 전환되어 중합체 필름에 정렬된 2색성 폴리비닐렌 공중합체 블록을 형성하는 히드록실화 선형 중합체를 포함한다. 히드록실화 선형 중합체를 전환시키면서 중합체 필름을 제2 신장 단계에서 신장시킨다. 이 방법은 우수한 편광 및 색 특성을 갖는 개선된 K형 편광체를 제조한다. 예를 들어, 2색성 비율은 100을 초과하고, 교차 구성에서 편광체를 통과하는 빛의 색 이동은 적으며, 가시 스펙트럼의 청색 영역에서 빛의 흡수는 가시 스펙트럼의 중간 영역에서 빛의 흡수의 반을 넘는다.

Description

고유 편광체 및 고유 편광체의 제조 방법{AN INTRINSIC POLARIZER AND METHOD OF MANUFACTURING AN INTRINSIC POLARIZER}

본 발명은 분자적으로 배향된 폴리비닐 알코올 필름을 기재로 하는 합성 2색성 평면 편광체, 및 특히 고효율의 고유 편광 시트 또는 필름의 제조 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 광파는 광선 축 주위의 다수개의 파동면에서 진동한다. 광파가 1면에서만 진동하는 경우, 빛이 평면 편광된다고 한다. 몇몇 유용한 광학계는 편광된 빛을 사용하여 구현할 수 있다. 예를 들어, 액정 디스플레이 스크린과 같은 전자광학 장치의 제조에 있어서, 교차 편광체를 어드레스 가능한 액정 중간층과 함께 사용하여 화상 형성의 기저를 제공한다. 사진 분야에서는, 편광 필터를 사용하여 섬광 및 정반사광의 밝기를 감소시킨다. 편광 필터, 원형 편광체 또는 다른 광학 부품도 디스플레이 장치 스크린에서의 섬광 감소를 위해 사용해 왔다.

직사광선 편광 필름은 일반적으로 투과 필름 매체의 이방성 덕택에 주어진 전자기 방사 벡터에 따른 방사선 진동을 선택적으로 통과시키고, 주어진 제2 전자기 방사 벡터에 따른 전자기선 진동은 흡수하는 특성을 갖는다. 2색성 편광체는 입사광의 흡수시 벡터 이방성을 갖는 흡수성 선형 편광체이다. 용어 "2색성"은 본원에서 입사광의 편광 반향에 따라 입사광선 성분을 차별적으로 흡수 및 투과하는 성질을 의미한다. 통상 2색성 편광체는 한 전자기 벡터에 따라 편광된 방사 에너지는 투과하고, 수직 전자기 벡터에 따라 편광된 에너지는 흡수할 것이다. 입사광선은, 2색성 편광체로 들어갈 때 2개의 서로 다른 흡수 계수(하나는 낮고 하나는 높다)를 만나게 되며, 이에 따라 사출광은 낮은 흡광도(높은 투과도)을 갖는 방향에서 실질적으로 진동한다.

<발명의 개요>

고유 편광체는 그 기재 물질이 2색성 물질로 전환되는 편광체이기 때문에, 요오드 또는 염료 등의 2색성 물질을 기재 물질에 흡착시킬 필요 없이 편광 효과를 얻는다. 따라서, 고유 편광체는 더 간단한 구성을 갖고, 비용 절감의 가능성을 제공하며, 더 얇고, 요오드 또는 염료 편광체가 요구하는 추가의 피복층을 필요로 하지 않는다.

본 발명의 일 실시양태는 본래 길이를 가지며 히드록실화 선형 중합체를 포함하는 중합체 필름으로부터 편광체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 중합체 필름을 신장시키는 제1 신장 단계, 및 제1 신장 단계 이후에 히드록실화 선형 중합체를 전환시켜 상기 중합체 필름에 정렬된 2색성 폴리비닐렌 공중합체 블록을 형성하는 단계를 포함한다. 히드록실화 선형 중합체를 전환시키면서 상기 중합체 필름을 신장시킨다 (제2 신장 단계).

본 발명의 다른 실시양태는 비닐렌 중합체 블록을 함유하는 PVA형 매트릭스의 시트를 포함하는 고유 편광체에 관한 것이다. 이 시트는 통과 편광축(pass polarization axis), 및 이 통과 편광축에 수직인 장애 편광축(block polarization axis)을 한정한다. 통과 편광축에 평행한 전기 벡터를 갖는 빛은 실질적으로 시트를 투과하며, 장애 편광축에 평행한 전기 벡터를 갖는 빛은 실질적으로 시트 내에 흡수된다. 이 시트는 장애 편광축과 평행하게 편광된 400 nm의 빛에 대한 고유 흡광도에 대한 장애 편광축과 평행하게 편광된 550 nm의 빛에 대한 고유 흡광도의 비율인 R이 2 미만의 값을 나타낸다. 또한, 이 시트의 편광 효율비는 99％를 초과한다.

본 발명의 또 다른 실시양태는 비닐렌 중합체 블록을 함유하는 PVA형 매트릭스의 시트를 포함하는 고유 편광체에 관한 것이다. 이 시트는 통과 편광축 및 이 통과 편광축에 수직인 장애 편광축을 한정한다. 통과 편광축에 평행한 전기 벡터를 갖는 빛은 실질적으로 시트를 투과하며, 장애 편광축에 평행한 전기 벡터를 갖는 빛은 비닐렌 중합체 블록에 의해 실질적으로 흡수된다. 이 시트는 동일한 시트를 교차시키고 냉음극형광관(CCFT) 광원으로 조명하였을 때, 시트가 2 미만의 크기를 갖는 a^* 좌표와 2 미만의 크기를 갖는 b^* 좌표의 빛을 투과시키도록 하는 고유 흡수 스펙트럼을 갖는다.

본 발명의 또 다른 실시양태는 비닐렌 중합체 블록을 함유하는 PVA형 매트릭스의 시트를 포함하는 고유 편광체에 관한 것이다. 이 시트는 통과 편광축 및 이 통과 편광축에 수직인 장애 편광축을 한정한다. 통과 편광축에 평행한 전기 벡터를 갖는 빛은 실질적으로 시트를 투과하며, 장애 편광축에 평행한 전기 벡터를 갖는 빛은 비닐렌 중합체 블록에 의해 실질적으로 흡수된다. 이 시트의 2색성 비율은 100을 초과한다.

상기한 본 발명의 개요는 예시된 각각의 실시양태나 본 발명의 모든 구현양태를 기술하려는 의도는 아니다. 도면 및 하기 발명의 상세한 설명은 이들 실시양태를 더욱 자세히 예시한다.

본 발명은 각종 변형 및 별법 형태에 따르는데, 그 명세는 도면에 예로써 나타내며, 자세히 기술될 것이다. 그러나, 이는 본 발명을 기재된 특정한 실시양태로 한정하려는 의도로 이해되어서는 안 된다. 반대로, 첨부하는 청구의 범위로 한정된 본 발명의 정신 및 범위 안에 있는 모든 변형물, 등가물 및 별법을 포함하려는 의도이다.

본 발명은 고유 편광체에 적용할 수 있으며, 보다 자세하게는 개선된 광학 특성을 갖는 고유 편광체의 제조 방법에 적용할 수 있다.

고유 편광체의 예로는, 예를 들어 K형 편광체와 같은 폴리비닐렌계 편광체를 들 수 있다. 고유 편광체의 기본적인 2색성은 염료 첨가제, 스테인 또는 현탁된 결정질 물질의 흡광성보다는 편광체의 매트릭스의 흡광성으로부터 유래하지만, 염료 등의 첨가제를 사용하여 고유 2색성을 보완할 수도 있다. 통상적으로, 고유 편광체는 폴리(비닐 알코올) (PVA)의 매트릭스 중에 PVA의 탈수물, 폴리비닐렌이 배향된 현탁액을 갖는, 배향 폴리(비닐 알코올)형 (PVA형) 물질의 시트 또는 필름을 포함한다. 이러한 종류의 고유 편광체는 통상 중합체 필름을 1방향 신장시켜 PVA 매트릭스를 배열하고, 염산과 같은 탈수 촉매의 존재하에 PVA형 중합체 필름을 가열하여 공액 폴리비닐렌 블록을 제조함으로써 형성된다. 폴리비닐 알코올로부터 공액 폴리비닐렌 블록의 형성은 때때로 "전환"이라고 불리기도 한다. 배향된 탈수 필름을 "미처리 K(raw K)"로 부를 수 있다. PVA 매트릭스를 1방향으로 배향함으로써, 공액 폴리비닐렌 블록의 전이 모멘트도 배향되고, 물질은 가시적으로 2색성이 된다. 공액 폴리비닐렌 블록을 2색성 발색단이라 칭할 수 있다. 관련 부분이 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 제5,666,223호에 기재된 바와 같이, 중합체 필름을 전환시킨 후에 붕산화(boration) 처리를 채용할 수 있다.

본 발명은 개선된 편광 특성을 얻는 강화 고유 편광체, 및 상기 고유 편광체의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법의 일 실시양태는 PVA 필름을 신장시키는 제1 신장 단계, 이후 PVA 필름을 전환시키면서 이 필름을 신장시키는 제2 신장 단계에 관한 것이다. 제1 신장 단계는, 필름을 탈수 촉매에 노출시키기 전, 그 도중 또는 그 후에 수행할 수 있다.

얻어지는 편광체는 폴리비닐 알코올 필름의 분자적 탈수화로 형성된 폴리비닐렌 블록을 갖는 PVA/폴리비닐렌 블록 공중합체 물질의 분자적으로 배향된 필름의 복합물을 포함한다. 폴리비닐 알코올/폴리비닐렌 블록 공중합체 물질의 분자적으로 배향된 필름은 상기 공중합체의 폴리비닐렌 블록의 공액 비닐렌 반복 유닛의 개수인 n만큼 변동하는 폴리비닐 알코올/폴리비닐렌 블록 공중합체 물질의 편광 분자들의 균일 분포를 포함한다. n의 값은 2 내지 약 25이다. 편광 분자들의 배향도는 n값이 증가하는 범위에 걸쳐 증가한다. 각 폴리비닐렌 블록의 농도 분포와 관련한 분자의 배향도는 중합체 시트의 명소시적 2색성 비율(D)을 75 이상으로 하기에 충분하다.

표면 반사를 무시했을 때, 명소시적 2색성 비율(D)은 하기 수학식 1로 정의된다.

<수학식 1>

D = A_z/A_y

여기서 A_z 및 A_y는 후술하는 방식으로 측정한다. 샘플 편광체를 이중 광선 분광 광도계에서 백색광의 샘플 광선으로 조명한다. 고효율의 글랜형(Glan-type) 편광체를 사용하여 샘플 광선을 미리 편광시킨다. 특정 파장에서 샘플 편광체를 통과하는 투광량을 참조 광선에서 동일한 파장에서의 광량과 비교하고, 샘플 편광체의 절대 흡광도를 샘플 및 참조 광선에서의 투광 비율로부터 파장의 함수로서 계산한다. 흡광도는 380 nm 내지 780 nm 영역에 걸쳐 계산한다. 샘플 편광체의 투과축에 평행하게 편광된 빛, 및 샘플 편광체의 투과축에 수직으로 편광된 빛 모두에 대해 흡수 스펙트럼을 얻는다. 그 후에 평행 및 수직 흡수 스펙트럼을 특정 광원의 스펙트럼 및 육안으로 반응할 수 있도록 스펙트럼적으로 보정 (명소시 보정)한다. 보정된 평행 흡수 스펙트럼 아래의 적분 면적은 평행 편광 상태에서 빛이 샘플 편광체를 1회 통과할 때 흡수되는 스펙트럼적으로 보정된 빛의 양(A_y)에 해당한다. 보정된 수직 흡수 스펙트럼 아래의 적분 면적은 수직 편광 상태에서 빛이 샘플 편광체를 1회 통과할 때 흡수되는 스펙트럼적으로 보정된 빛의 양(A_z)에 해당한다.

본 발명의 강화 고유 편광체를 제조하는 한 방법을 도 1과 관련하여 기술하며, 이 방법은 일반적으로 K형 편광체의 제조 방법과는 상이한 단계들을 갖는다. PVA형 필름 (100)을 탈수 촉매 (102), 예컨대 산 수용액에 노출시키고, 제1 신장시킨다. 제1 신장은 필름을 탈수 촉매에 노출시키기 전, 그 도중 또는 그 후에 수행할 수 있다. 그 후에 필름 (104)를 전환하여 2색성 발색단을 제조하고, 동시에 제2 신장 단계 (106)에서 신장시킨다. 전환 후, 필름을 예를 들어 붕산화 배쓰에서 붕산화시킨 후 (108), 건조시키고, 제3 신장 단계에서 신장시킬 수 있다.

제조 공정 도중 여러 단계에서 지지층 (110)을 임의로 필름에 추가하고(추가하거나) 고유 편광체 필름으로부터 박리할 수 있다. 예시된 실시양태에서, 지지층 (110)을 붕산화 단계 (108) 이전 또는 이후에 임의로 추가할 수 있다.

고유 편광체 출발 물질

K형 편광체는 분자적으로 배향된 폴리비닐 알코올로부터 유래한 중합체 필름을 사용한다. 비닐 알코올 중합체로는 임의의 선형 1,3-폴리히드록실화 중합체 또는 공중합체, 또는 탈수시켜 선형 공액 비닐 중합체가 될 수 있는 그의 유도체를 들 수 있다. 유용한 비닐 알코올 중합체로는 하기 화학식 1을 갖는 유닛의 중합체 및 공중합체를 들 수 있다.

상기 식 중, R은 H, C₁-C₈ 알킬, 또는 아릴기이고, R'는 H, 또는 가수분해성 관능기, 예컨대 C₁-C₈ 아실기이다. 바람직하게는, R 및 R'는 H이다. 폴리(비닐 알코올) 중합체 및 공중합체 이외에도, 폴리비닐 아세탈, 케탈 및 에스테르가 그로부터 분자적으로 배향된 시트 또는 필름을 형성할 수 있는 물질로서 특히 고려된다. 이들 물질을 PVA형 물질이라 한다. 하기 논의에서, 폴리(비닐 알코올)이라 하는 것은 폴리비닐 아세탈, 케탈 및 에스테르를 포함하는 것으로, 비닐 알코올이라 하는 것은 비닐 아세탈, 비닐 케탈 및 비닐 에스테르를 포함하는 것으로 이해된다.

비닐 알코올 단량체와 함께 중합하여 비닐 알코올 공중합체를 제조할 수 있는 유용한 공단량체로는 올레핀, 예컨대 에틸렌, 프로필렌 및 부틸렌, 아크릴레이트, 아세틸렌 및 메타크릴레이트, 예컨대 메틸 (메트)아크릴레이트, 비닐 아세테이트 및 스티렌을 비롯한 자유 라디칼 중합 가능한 임의의 단량체를 들 수 있다. 본 발명에 이용하기 위해 특히 고려되는 것은 에틸렌과 비닐 알코올의 공중합체이다. 통상, 공단량체의 양은 30 몰％ 미만, 바람직하게는 10 몰％ 미만이다. 그 양이 더 많아지면, 공액 비닐렌 블록 (폴리(아세틸렌) 블록)의 형성을 저해하여 편광체의 성능에 악영향을 끼칠 수 있다.

바람직한 비닐 알코올 중합체로는 폴리비닐 알코올의 단독중합체 및 공중합체가 있다. 폴리비닐 알코올 단독중합체가 가장 바람직하다. 시판되는 폴리비닐 알코올, 예컨대 셀라니스 케미컬즈 인크.(Celanese Chemicals, Inc.; 미국 텍사스주 달라스 소재)로부터 상표명 CELVOL로 시판되는 폴리비닐 알코올은 점도 및 가수분해 백분율에 따라 분류된다. 저점도의 폴리비닐 알코올이 코팅 용이성 면에서 바람직하지만, 적절한 내습성 및 양호한 기계적 특성을 제공하기 위해서는 충분히 높은 분자량을 가져야 한다.

용융 가공성 폴리비닐 알코올도 본 발명에 이용할 수 있다.

용융 가공성 비닐 알코올 중합체를 가소화하여 그 열 안정성을 강화시키고, 상기 중합체를 압출 또는 용융 가공시킨다. 가소제를 외첨하거나, 비닐 알코올 중합체 사슬 부분이 되도록, 다시 말해 가소제를 비닐 알코올 중합체의 골격 위로 중합하거나 그래프트할 수 있다.

외부 가소화할 수 있는 비닐 알코올 중합체로는 시판품, 예컨대 클라리언트 코포레이션(Clariant Corp.; 미국 노쓰 캐롤라이나주 샬럿 소재)이 시판하는 "Mowiol" 26-88 및 "Mowiol" 23-88 비닐 알코올 중합체 수지를 들 수 있다. 이들 "Mowiol" 비닐 알코올 중합체 수지의 가수분해도는 88％이다. "Mowiol" 26-88 비닐 알코올 중합체 수지의 중합도는 2100이고, 분자량은 약 103,000이다.

외부 가소화 비닐 알코올 중합체에 유용한 가소제로는 히드록실기를 갖는 고비점의 수용성 유기 화합물을 들 수 있다. 이러한 화합물의 예로는 글리세롤, 폴리에틸렌 글리콜, 예컨대 트리에틸렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜, 트리메틸올 프로판, 및 이들의 조합물을 들 수 있다. 물 역시 가소제로서 유용하다. 가소제의 첨가량은 비닐 알코올 중합체의 분자량에 따라 달라진다. 일반적으로 가소제는 약 5％ 내지 약 30％, 바람직하게는 약 7％ 내지 약 25％의 양으로 첨가될 것이다. 분자량이 더 낮은 비닐 알코올 중합체는 통상 분자량이 더 높은 비닐 알코올 중합체보다 적은 양의 가소제를 필요로 한다. 외부 가소화 비닐 알코올 중합체를 배합하기 위한 다른 첨가제로는 가공 조제, 즉 획스트 아게(Hoechst A.G.)로부터의 Mowilith DS 수지, 및 블로킹 방지제, 즉 스테아르산, 소수성 실리카, 착색제 등을 들 수 있다.

외부 가소화 비닐 알코올 중합체는, 유기 가소제가 비닐 알코올 중합체 내로 함입될 때까지 (이는 배치가 약 82 ℃(180 ℉) 내지 약 121 ℃(250 ℉)의 온도에 이를 때 발생함) 일정하게 혼합하면서 유기 가소제 및 통상적으로 물을 비닐 알코올 중합체 분말 또는 펠렛에 서서히 첨가하여 배합한다. 비닐 알코올 중합체 수지의 분자량이 낮아질수록 가소제를 함입하는 데 요구되는 최대 배치 온도는 낮아진다. 배치를 상기 온도에서 약 5 내지 6 분간 유지시킨다. 그 후에 배치를 약 71 ℃(160 ℉) 내지 93 ℃(200 ℉)로 냉각시키는데, 이때 블로킹 방지제를 첨가할 수 있다. 배치를 약 66 ℃(15O ℉)로 더 냉각시키는데, 이때 비닐 알코올 중합체 과립을 혼합기로부터 제거하고 압출시킬 수 있다.

내부 가소화 비닐 알코올 중합체를 제조하는 경우, 착색제 등을 첨가하는 것이 바람직한 경우 이외에는 비닐 알코올 중합체를 외부 가소화시키는 데 사용되는 배합 단계를 배제할 수 있다. 유용한 내부 가소화 비닐 알코올 중합체가 시판되고 있다. 이러한 제품으로는 모두 셀라니스 케미컬즈 인크.가 시판하는 "Vinex" 2034 및 "Vinex" 2025, 및 쿠라라이사(Kuraray; 일본 소재)가 시판하는 비닐론 VF-XS를 들 수 있다.

셀라니스 케미컬즈 인크.가 상표명 Vinex로 시판하는 물질은 열가소성인 수용성 폴리비닐 알코올 수지라는 특정군을 대표한다. 구체적으로, "Vinex" 2034 및 "Vinex" 2025를 비롯한 "Vinex" 2000 시리즈는 냉·온수-가용성 내부 가소화 폴리비닐 알코올 공중합체 수지를 대표한다. 이러한 내부 가소화 비닐 알코올 공중합체는 미국 특허 제4,948,857호에 기재되어 있다. 이러한 공중합체의 화학식은 하기와 같다.

상기 식 중, R은 수소 또는 메틸이고,

R'는 C₆-C₁₈ 아실기이고,

y는 0 내지 30 몰％이며;

z는 0.5 내지 8 몰％이고,

x는 70 내지 99.5 몰％이다.

이들 공중합체는 폴리(비닐 알코올)의 강도 특성을 보유하는 한편 증가된 가요성을 나타낸다. 상기 화학식 2로 표시되는 아크릴레이트 단량체는 공중합체에 내부 가소화 효과를 부여한다. 공중합체의 중합도는 약 100 내지 약 4000, 바람직하게는 약 2000 내지 4000의 범위일 수 있다. 중합도는 화학식 2로 표시되는 유닛의 분자량에 대한 총 중합체의 분자량의 비율로 정의된다. 다른 내부 가소화 폴리(비닐 알코올) 공중합체 수지 및 이 수지의 제조가 미국 특허 제4,772,663호에 논의되어 있다. "Vinex" 2034 수지의 용융 지수는 통상 약 8.0 g/10 분이며, 유리 전이 온도는 약 30 ℃(86 ℉)이다. "Vinex" 2025 수지의 용융 지수는 통상 24 g/10 분이고, 유리 전이 온도는 약 29 ℃(84 ℉)이다.

폴리비닐 알코올 및 그의 공중합체는 다양한 가수분해도, 예를 들어 약 50％ 내지 99.5％를 갖는 것이 시판되고 있다. 바람직한 폴리비닐 알코올은 약 80％ 내지 99.5％의 가수분해도를 갖는다. 일반적으로, 가수분해도가 높을수록 편광체의 특성이 더 양호해진다. 또한, 가수분해도가 더 높은 폴리비닐 알코올은 그 내습성이 더 양호하다. 가수분해도가 더 높은 폴리비닐 알코올은 내습성이 더 양호해질 뿐만 아니라 점도도 증가한다. 본 발명의 맥락에 있어서, 충분한 내습성, 코팅 또는 캐스팅 공정에서의 취급 용이성 및 배향 용이성의 특성들이 균형을 이룬 폴리비닐 알코올을 찾아내는 것이 바람직하다. 대부분의 시판급 폴리(비닐 알코올)은 잔여수 및 가수분해되지 않은 폴리(비닐 아세테이트)를 수 ％ 함유한다.

분산액/용액의 코팅은, 예를 들어 슈 코팅(shoe coating), 압출 코팅, 롤 코팅, 커튼 코팅, 나이프 코팅, 다이 코팅 등의 기술을 사용하는 기판 코팅, 또는 균일 코팅을 제공할 수 있는 임의의 다른 코팅법을 비롯하여 공지된 여러 가지 방법으로 달성할 수 있다. 기판을 프라이머로 코팅하거나, 코로나 방출로 처리하여 폴리비닐 알코올 필름을 기판에 고착시키는 것을 촉진할 수 있다. 적합한 용액계 프라이머에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 초벌칠하는 데 통상 사용되는 수용성 코폴리에스테르, 예컨대 미국 특허 제4,659,523호에 기재된 것이 있다. 코팅 후, 폴리비닐 알코올 필름을 통상 약 100 ℃ 내지 150 ℃의 온도에서 건조시킨다. 건조된 코팅의 두께는 요망되는 광학 특성에 따라 다를 수 있지만, 통상 약 25 ㎛ 내지 125 ㎛(1 내지 5 mils)이다.

다른 접근법에서는, 비닐 알코올 중합체층을 용융 가공할 수 있다. 용액 코팅으로 할 경우에는, 비닐 알코올을 포함하는 용융물을 기판, 예컨대 캐리어 웹 또는 지지층 위로 캐스팅할 수 있다. 또한, 비닐 알코올 중합체 필름을 용융취입시킬 수 있다. 또한, 비닐 알코올 중합체 용융물을 당업계에 널리 알려진 각종 장치 및 다수의 용융 가공 기술, 통상 압출 기술을 이용하여 기판과 동시 압출시킬 수 있다. 예를 들어, 압출된 물질의 종류에 따라 단일- 또는 다중-매니폴드 다이, 보름달형 공급 블록, 또는 다른 종류의 용융 가공 장치를 이용할 수 있다.

신장 단계

강화 고유 편광 시트 또는 필름의 제조는 통상적으로 본래 길이를 가지며 일반적으로 대략 0.001 인치(25 ㎛) 내지 0.004 인치(100 ㎛)의 두께를 갖는 히드록실화 선형 고-PVA형 중합체의 중합체 필름을 가지고 시작한다. 적합한 신장 장치 또는 다른 유사 메커니즘이나 계를 이용하여 중합체 필름을 그 본래 길이보다 약 3.5배 내지 약 7.0배 이상 초기 신장시킬 수 있다. 제1 신장 단계는 통상적으로 중합체 물질의 유리 전이 온도를 초과하는 온도에서 수행한다.

필름을 가스상 매체, 예컨대 공기 중에서, 또는 액상 매체, 예컨대 탈이온수나 수성 탈수 촉매 중에서 신장시킬 수 있다. 가스상 매체 중에서 신장시키는 경우, 필름을 예를 들어 300 ℉를 초과하는 온도로 가열시킬 수 있다. 필름을 신장시킨 후 액상 매체에 침액하는 경우, 이 신장 단계를 "건조 신장"이라 할 수 있다.

수성 매체 중에서 신장시키는 경우, 추가 작용제, 예컨대 유기 또는 무기 염, 붕산 및/또는 붕사, 예를 들어 계면활성제, 예컨대 유니온 카바이드사(Union Carbide; 미국 코네티컷주 댄베리 소재)가 시판하는 Triton X100을 첨가하여 공정을 촉진할 수 있다. 수성 매체 중에서의 신장은 또한 원치않는 요소, 예컨대 글리세린을 중합체 필름으로부터 걸러낼 수 있다.

필름을 액상 매체 중에서 신장시키는 경우에 이 신장 단계를 "습윤 신장"이라 할 수 있다. 또한, 필름을 액상 매체로부터 제거한 후에 신장시킬 수도 있다. 필름은 통상 일부의 액체 및 탈수 촉매(존재하는 경우)를 흡수했기 때문에, 필름을 액상 매체로부터 제거한 후의 신장이라도 여전히 "습윤 신장"이라 할 수 있다.

발열 소자, 고속 롤러 및 저속 롤러를 제공하여 신장을 달성할 수 있다. 예를 들어, 롤러간 회전 속도의 차이는 롤러 사이로 운반되는 시트 영역에 상응하는 장력의 발생을 촉진할 수 있다. 발열 소자가 시트를 가열하는 경우, 신장을 촉진하며, 더욱 바람직하게는 신장을 달성한다. 롤의 가열 온도를 조절하거나, 방사 에너지의 첨가량을 예컨대 적외선 램프로 조절함으로써 온도를 조절할 수 있다. 온도 조절 방법을 조합하여 이용할 수 있다.

1방향 배향시, 필름의 측면 수축을 억제하는 일 없이 필름을 신장시키거나, 또는 필름의 측면 방향으로의 수축을 억제시킬 수 있다. 이러한 억제는 필름을 어느 정도 2방향으로 배향시킬 수 있다. 예를 들어, 필름을 웹의 아래 방향으로 신장시키고, 텐터 장치를 사용하여 그의 측면 폭을 일정하게 유지시킬 수 있다.

신장은 필름 제조 공정 전체에 걸쳐 여러 단계로 수행할 수 있다. 전환 이전에 행하는 신장을 본원에서는 제1 신장 단계라 하며, 이는 필름을 탈수 촉매에 노출시키기 전에, 필름이 탈수 촉매 중에 있을 때, 및/또는 필름을 탈수 촉매로부터 제거한 후에 행할 수 있다. 전환과 동시에 행하는 신장을 제2 신장 단계라 하며, 전환 후, 예를 들어 붕산화 단계 도중이나 그 이후에 행하는 신장을 제3 신장 단계라 한다.

지지층

중합체 필름을 기판, 예컨대 지지 필름층, 가열된 롤러 또는 캐리어 웹 위로 캐스팅하거나, 적층하거나, 부착하는 것이 바람직할 수 있다. 중합체 필름에 결합하거나 부착하는 경우에, 지지층은 기계적 강도 및 물품에 대한 지지를 제공하여, 취급 용이성 및 가공성을 향상시킬 수 있다. 지지층을 사용하는 유용한 방법 중 일부는 미국 특허 제5,973,834호(카다바(Kadaba) 외), 미국 특허 제5,666,223호(베네트(Bennett) 외) 및 미국 특허 제4,895,769호(랜드(Land) 외)에 기재되어 있다.

필요한 경우, 광학적 지지층을 비닐 알코올 중합체 필름의 배향 방향에 실질적으로 평행한 방향으로 배항할 수 있다. "실질적으로 평행한"이란, 지지층이 비닐 알코올 중합체 필름층의 배향 방향으로부터 약 ±45°방향으로 배향될 수 있음을 의미한다. 이러한 지지층의 배향은 횡방향에서의 강도를 무배향 지지층에 의한 강도보다 높게 할 수 있다.

실용상, 지지층은 비닐 알코올 중합체층에 부착하기 전이나 그 후에 배향시킬 수 있다. 일 실시양태에서, 비닐 알코올 중합체를 실질적으로 단축으로 배향시키고, 배향된 지지층에 결합시켜 두 층의 배향 방향이 실질적으로 평행이 되도록 할 수 있다.

임의의 각종 물질을 캐리어 웹 또는 지지층에 사용할 수 있다. 적합한 물질로는 공지된 중합체 시트 물질, 예컨대 셀룰로오스 에스테르, 예를 들어 니트로셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 비닐 중합체, 예컨대 아크릴 물질, 및 시트-유사 형태로 제공될 수 있는 다른 지지 물질을 들 수 있다. 특정 용도 및 그 요건에 따라, 폴리에스테르가 특히 유용하다. 바람직한 폴리에스테르에는 Mylar 및 Estar라는 상표명으로 시판되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 있지만, 다른 폴리에틸렌 테레프탈레이트 물질을 사용할 수 있다. 특히, 지지층으로 사용 가능한 1종의 필름은 쓰리엠 컴퍼니(3M Company; 미국 미네소타주 세인트 폴 소재)가 시판하는 Vikuiti(상표명) 브랜드 DBEF형 반사 편광체 필름이다.

지지 물질의 두께는 특정 용도에 따라 다양하다. 일반적으로, 제조시 고려 사항의 관점으로부터 두께가 약 0.5 mils(0.013 mm) 내지 약 20 mils(0.51 mm)인 지지 물질을 편리하게 사용할 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 편광 시트 또는 필름을 지지 시트 또는 필름, 예컨대 유리 시트 또는 다른 유기 플라스틱 물질의 시트들 사이에 적층시킬 수 있고, 적층 형태이거나 적층되지 않은 형태인 본 발명의 편광체는 편광 플라스틱 물질이 사용되었던 다른 형태, 예를 들어 선글라스, 차양판, 창유리, 가변 투광창, 섬광 마스크, 방 칸막, 및 표시 소자, 예컨대 액정 디스플레이 패널, 발광 표시 소자, 음극선관 또는 광고용 디스플레이와 관련한 어떠한 분야에도 사용 가능하다.

폴리비닐 알코올 접착제 및 폴리우레탄 접착제 물질을 비롯하여 다양한 임의의 접착제를 사용하여 편광 필름을 다른 층 또는 기판 위로 적층시킬 수 있다. 편광체는 통상 광학 용도로 이용되기 때문에, 일반적으로 편광체의 투광 특성에 허용되지 않는 영향을 끼치지 않는 접착제 물질을 이용할 것이다. 한편, 접착제는 목적하는 색 효과를 얻기 위해 착색제를 포함할 수 있다. 접착제 물질의 두께는 용도에 따라 다르다. 일반적으로, 약 0.20 mils(0.005 mm) 내지 약 1.0 mils(0.025 mm)의 두께가 적절하다.

탈수 촉매에 대한 필름 노출

PVA형 필름을 전환 단계에 들어가게 하는 데, 이 단계는 비닐 알코올 중합체를 지지층에 결합시키기 전이나 후에, 또는 어떠한 지지층 없이 수행할 수 있다. 전환 단계에서, 중합체 필름 중 비닐 알코올 중합체 부분이 폴리(비닐렌-co-비닐 알코올)의 블록 공중합체의 편광 분자로 전환된다. 비닐 알코올을 전환시키는 한 접근법은 먼저 비닐 알코올 필름을 탈수 촉매에 노출시킨 후에 노출된 필름을 가열하여 탈수화시키는 것이다.

*필름을 탈수 촉매에 다양한 방식으로 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 필름을 수성 탈수 촉매에 충분한 체류 시간을 갖고 침액 또는 침지시켜, 촉매를 필름 내로 확산시킬 수 있다. 다른 방법은 탈수 촉매를 함유하는 산성 연무에 필름을 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 수성 종의 확산이 가스 상태에서보다 용액 중에서 더 빠르기 때문에, 중합체 필름의 침액은 잠재적으로 산성 연무 공정에서의 가공 속도보다 더 빠른 가공 속도를 가능케 한다. 또한, 필름을 촉매에 침액시키는 경우에 촉매를 중합체 필름의 양면에 도입할 수 있다. 반면, 필름을 산성 연무에 노출시키는 경우, 필름은 통상 한 면만 노출시킨다. 따라서, 침액 접근법은 잠재적으로 중합체 필름 중 촉매의 농도를 더욱 균일하게 하고, 얻어지는 미처리 K 필름에서의 탈수 사슬 길이의 횡단면 분포에 영향을 주어 사슬의 분포를 더욱 균형 잡히도록 할 수 있다.

탈수 촉매는 열의 존재하에, 또는 선형 중합체의 히드록실화 잔기로부터 수소 및 산소 원자를 제거하여 공액 비닐렌 유닛을 남기는 데 적절한 다른 가공 조건하에 작용할 수 있는 임의의 산 또는 다른 작용제일 수 있다. 통상적인 산으로는 메탄올 중 염산, 브롬화수소산, 요오드화수소산, 인산 및 황산을 들 수 있다. 요망되는 탈수도는 목적하는 콘트라스트 및 필름 두께에 따라 달라질 수 있지만, 통상적으로 사용 가능한 히드록실기의 0.1 내지 10％, 바람직하게는 1 내지 5％를 비닐렌기로 전환시킨다 (즉, -CH₂-CHOH- → -CH=CH).

예를 들어, 중합체 필름을 염산 수용액에 약 1초에서 수분간 침지할 수 있다. 다른 예에서, 중합체 필름을 탈이온수에 약 1초에서 5분간 침지한 후에 염산 수용액에 약 1초에서 수분간 침지할 수 있다. 염산 수용액의 농도는 바람직하게는 약 0.01 노르말 내지 약 4.0 노르말이다.

또한, 탈수 단계는 다른 방법, 예컨대 배향된 시트를 산성 코팅액으로 코팅한 후에 가열 단계로 보내 중합체 시트의 탈수화를 수행하거나, 또는 배향된 시트를 산 공여층으로 코팅함으로써 달성할 수 있다. 후자의 예에서, 방사 에너지 조사 후 공여층에 확산 또는 분산된 광-산발생제 또는 열-산발생제, 및 초기 산은 인접한 비닐 알코올 중합체 매트릭스 내로 확산하여 비닐 알코올 중합체를 부분 탈수시켜 공액 비닐렌 [폴리(아세틸렌)] 분절로 만든다. 방사 에너지는 사용되는 산발생제의 종류에 따라 열 에너지 또는 자외선 에너지일 수 있다.

유기 또는 무기 염, 붕산 및/또는 붕사, 예를 들어 계면활성제, 예컨대 유니온 카바이드사(미국 코네티컷주 댄베리 소재)가 시판하는 Triton X100과 같은 가공제를 산에 첨가하여 공정을 촉진할 수 있다.

전환

필름을 탈수 촉매에 노출시킨 후, PVA형 필름 및 흡착된 촉매를 가열하여, 배향된 필름을 목적하는 탈수물인 폴리비닐렌으로 전환시킨다. 필름을 전도 가열, 대류 가열, 방사 가열, 또는 이들을 조합하여 가열할 수 있다. 전환 공정은 물 및 증기 형태의 산 촉매를 제거한 전환 필름을 제공한다.

예를 들어, 중합체 필름 및 촉매를 약 88 ℃ 내지 약 205 ℃의 온도 범위를 갖는 가열 오븐에 약 수 초에서 약 10분간 통과시킬 수 있다. 다른 접근법에서, 필름 및 촉매를 마이크로파 방사 가열 또는 레이저 가열에 노출시킬 수 있다.

필름을 전환시키는 또 다른 방법은 필름 및 촉매를, 예를 들어 적외선 가열 램프 또는 램프들로 발생시킨 적외선 방사 가열에 약 1초 내지 약 60초간 노출시키는 것이다. 적외선 가열은 잠재적으로 고온 공기 접촉법에 의한 가공 속도보다 더 빠른 가공 속도를 가능케 한다. 또한, 적외선 가열은 전환 공정의 신속한 개시 및 중단을 허용한다. 게다가, 필름을 가로질러 위치하는 다수의 방사 가열기를 사용하여 가열하는 경우, 여러 방사 가열기로부터 방출되는 방사선의 양을 개별적으로 조절함으로써 전환 공정의 레인식(lanewise) 조절을 가능케 할 수 있다.

온도 변동 및 탈수 가열 단계의 지속 시간의 변동은 완성된 편광체의 광학 특성에 영향을 끼칠 수 있다. 공중합체의 형성 및 수반되는 편광 특성에 악영향 없는 공정 파라미터의 범위가 존재한다. 소정의 광학 특성을 위한 시간, 온도 및 산 농도는 균형을 이룬다. 예를 들어, 산이 필름 내로 침투하는 정도는 산 용액의 온도를 바꾸거나/바꾸고, 필름이 산 중에서 체류하는 시간을 바꾸거나/바꾸고, 산 농도를 바꿈으로써 조절할 수 있다. 예를 들어, 침지 시간을 연장함으로써 소정 온도에서 투광도가 더 낮은 편광체를 달성할 수 있다. 소정의 침지 시간에서, 더 낮은 투과도를 더 높은 온도에서 달성할 수 있다. 일반적으로, 탈수 촉매의 필름 내에서의 확산은 평형을 이루는 것이 바람직하다. 고투과도의 편광체를 목적하는 경우, 산 농도는 더 낮은 것이 바람직하다. 더 낮은 투과도의 편광체를 목적하는 경우, 더 높은 산 농도를 사용할 수 있다.

전환 단계 도중 필름을 제2 신장 단계로 보낼 수 있다. 다시 말해, 전환 공정을 수행하면서 필름을 2회째 신장시킬 수 있다. 이 제2 신장 단계는 필름 길이를 제1 신장 단계 후 얻어진 필름의 중간 길이의 약 2.5배까지 늘릴 수 있다. 제1 신장 단계와 마찬가지로, 제2 신장 단계는 중합체 물질의 유리 전이 온도를 초과하는 온도에서 수행하며, 발열 소자, 고속 롤러 및 저속 롤러를 제공하여 수행할 수 있다.

붕산화

전환에 이어 중합체 필름을 붕산화 단계로 보낼 수 있는데, 이 단계에서는 예를 들어 전환 필름을 붕산화 수용액에 노출시켜 배향 필름을 붕산화시킨다. 붕산화 단계는 이완 및 가교를 제공한다. 제3 신장 단계는 중합체 필름을 붕산화시키기 전, 그 도중 또는 그 후에 수행할 수 있다. 예를 들어, 중합체 필름을 붕산화 수용액에 침지하고, 상기 수용액 중에서 연화시키고/연화시키거나 팽윤시킬 수 있다. 이는 종종 필름을 이완 또는 수축시킨다. 후속적으로, 필름을 제거하고 건조시킨다. 필름을 붕산화 단계에 이어 건조시키는 도중 및/또는 그 후에 제3 신장시킨다. 다른 접근법에서는, 중합체 필름을 붕산화 용액에 여전히 침지시킨 상태에서 신장시킬 수 있다.

붕산화 단계는 하나 이상의 배쓰를 이용할 수 있다. 예를 들어, 2개의 배쓰를 이용하는 붕산화 처리에 있어서, 제1 배쓰는 물을 함유할 수 있고, 제2 배쓰는 붕소 이온을 제공하는 종을 함유할 수 있다. 배쓰의 순서는 뒤바뀔 수도 있고, 또는 두 배쓰 모두 붕소 이온을 제공하는 종의 다양한 농도로 및/또는 혼합물을 함유할 수 있다. 중합체 필름의 신장 및/또는 이완은 상기 배쓰 중 하나 이상에서 수행할 수 있다.

붕산화 용액은 통상 붕산을 포함한다. 또한, 붕산화 용액은 나트륨 또는 칼륨 히드록시드를 포함할 수 있고, 또는 나트륨 및 칼륨 보레이트로 이루어지는 군으로부터의 물질, 바람직하게는 붕사를 포함할 수 있다. 배향된 편광 필름에 사용되는 용액(들) 중 붕산 및 붕사, 또는 다른 보레이트의 농도는 달라질 수 있다. 바람직하게는, 붕산이 붕사 또는 다른 보레이트의 농도보다 고농도로 존재하고, 용액은 붕산 약 5 중량％ 내지 약 20 중량％ 및 붕사 0 중량％ 내지 약 7 중량％를 함유할 수 있다. 바람직한 농도 범위는 붕산 약 6 중량％ 내지 약 16 중량％ 및 붕사 0 중량％ 내지 3 중량％이다.

편광 시트 또는 필름을 붕산화 용액(들)에 약 1분 내지 약 30분간 침지시키고, 바람직하게는 약 50 ℃ 이상에서 유지할 수 있다. 바람직한 붕산화 온도 범위는 약 70 ℃ 내지 약 110 ℃이다. 분자적으로 배향된 중합체 필름의 붕산화는 상당한 변형이 가해진다. 예를 들어, 붕산화 용액의 온도가 달라질 수 있고, 더 높은 온도에서는 용액의 농도가 높아질 수 있다. 시트의 신속한 "팽윤" 및 가교화를 달성하기 위해서는 용액을 50 ℃ 이상으로 가열하는 것이 바람직하다.

붕소-함유 용액에 노출시킨 다음, 편광 시트를 세정하고 건조시킨다. 상기 시트는 적합한 임의의 방법, 예컨대 시트를 탈이온수의 배쓰에 통과시키거나, 또는 시트 위에 탈이온수를 분무하여 세정시킬 수 있다. 상기 시트는, 예를 들어 대류 또는 방사 가열을 통해 가열함으로써 건조시킬 수 있다. 한 접근법에서는 시트를 대류 오븐에 통과시킬 수 있다.

가공제, 예를 들어 유니온 카바이드사(미국 코네티컷주 댄베리 소재)가 시판하는 Triton X100을 붕산화 배쓰에 첨가하여 공정을 촉진할 수 있다.

장력하에 방치되지 않는다면, 편광 시트는 통상적으로 붕산화 단계시에 수축한다. 편광 시트를 수축시키는 것은 편광체 시트가 더 많은 붕소-함유 용액을 포함하도록 허용하며, 이에 따라 가교도가 더욱 높아짐과 동시에 환경 안정성이 향상된다. 편광 시트는 붕산화 이후에 재신장시킬 수 있다. 예를 들어, 시트를 제3 신장 단계에서 수축 길이의 약 120％ 이하로 신장시킬 수 있다. 재신장은 시트가 여전히 붕산화 배쓰 중에 있거나, 붕산화 배쓰에서 제거된 후에 수행될 수 있다. 예를 들어, 붕산화 단계를 세정 및 건조에 이어 수행하는 경우에 재신장은 탈이온 세정 배쓰에 있을 때 또는 건조 도중에 수행할 수 있다.

제2 신장 단계 및/또는 붕산화 단계에 후속하여, 얻어지는 고유 편광체를 광학적 지지층에 결합하거나 적층할 수 있다. 광학층은 이전에 박리시켰던 광학적 지지층과 동일하거나 상이할 수 있다.

습윤 신장, 전환 및 붕산화 공정은 연속적인 통합 공정으로서 PVA형 필름에 적용할 수 있다. 이러한 연속 공정은 기존에 고유 편광체에 사용되었던 다단계 공정보다 더 간단하며, 필름 수율을 더 높이고, 편광체 비용을 절감시킨다.

첨부하는 도면과 관련하여 본 발명의 여러 가지 실시양태에 대해 후술하는 상세한 설명을 고려하면 본 발명을 보다 충분히 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 원리에 따른 편광체의 제조 방법을 개략적으로 도시한다.
도 2는 실시예 2 및 3에서 논의되는 샘플 5 내지 8의 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 3은 냉음극형광관(CCFT)의 표준 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 원리에 따라 제조된 샘플 편광체에 대한 투광률을 편광체를 가로지르는 위치의 함수로서 나타낸 그래프이다.
도 5는 여러 가지 조건하에 전환시킨 편광체에 대한 편광체 중 빛의 흡광도를 파장의 함수로서 나타낸 그래프이다.
도 6은 여러 가지 조건하에 전환시킨 여러 편광체에 대한 투광도를 단일 편광체층을 통과하는 파장의 함수로서 나타낸 그래프이다.
도 7은 여러 가지 조건하에 전환시킨 여러 편광체에 대해 1쌍의 교차 편광체를 통과하는 투광도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 3에 나타낸 방출 스펙트럼을 갖는 CCFT 광원으로부터 나오는 빛에 대한, 도 7의 교차 편광체를 통과하는 투과도를 나타내는 그래프이며, 이 그래프는 육안으로 반응할 수 있도록 명소시(明所視)적으로 보정되었다.
도 9는 편광체의 b^* 색좌표의 값 및 최고 흡광도의 값을 전환 온도의 함수로서 나타낸 그래프이다.
도 10은 서로 다른 4종의 편광체 시트에 대한 단일 편광체 시트에서의 흡광도를 나타내는 그래프이다.
도 11은 서로 다른 4종의 편광체 시트에 대한 1쌍의 교차 편광체 시트에서의 흡광도를 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 3에 나타낸 방출 스펙트럼을 갖는 CCFT 광원으로부터 나오는 빛에 대한, 서로 다른 4종의 편광체를 통과하는 교차 투과도를 나타내는 그래프이며, 이 그래프는 육안으로 반응할 수 있도록 명소시적으로 보정되었다.

본 발명을 추가로 예시하기 위해 하기 실시예를 제공하나, 본 발명이 그에 한정되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 달리 지적하지 않는 한, 모든 부, 퍼센트 및 비율은 중량 기준이다. 실시예에서, 비편광 투광률은 미처리 K 샘플에 대해서, 백색광선을 미처리 K 샘플, 명소시 필터에 이어 광검출기에 통과시켜 측정하였다. 고유 편광체에 대한 미처리 K 샘플의 비편광 투광률은 통상적으로 15％ 내지 약 50％였다. 샘플 편광체의 축들을 서로 평행하게 하기 위한 방식으로 샘플 편광체를 고효율 편광 분석기와 겹쳐서 측정한 평행축(T_par)의 투과도, 및 축들이 서로 직각이 되도록 하는 방식으로 앞서와 동일하게 겹쳐 측정한 교차축(T_perp)의 투과도를 측정하여 하기 수학식 3에 따라 편광 효율을 산출하였다.

<수학식 3>

편광 효율, η(％) = (T_par-T_perp)/(T_par + T_perp) x 100

달리 지적하지 않는 한, 모든 실시예는 붕산 농도가 9％ 내지 12％이고 붕사 농도가 3％인 붕산화 수용액을 사용하였다.

실시예 1 - 복굴절 특성

PVA형 필름의 샘플 4개를 하기 표 1에 열거된 바와 같이 서로 다른 크기로 신장시켰다. 이들 샘플은, PVA 필름이 신장될 때 PVA 분자의 배향으로부터 유래하는 복굴절률을 측정하기 위해 제조한 것이었다. 보는 바와 같이, 배향도와 관련이 있는 복굴절률의 크기는 신장률을 높임에 따라 높아졌다. 또한, 신장률을 높임에 따라 필름은 더욱 얇아졌다.

각각의 필름은 쿠라라이사(일본 오사카 소재)가 시판하는 2400 DP PVA로서, 글리세린 가소제 약 12％를 함유하였고, 신장시키기 전의 두께는 75 ㎛, 폭은 26 인치(66 cm)였다. 모든 샘플은 제1 습윤 신장시 400％로 신장시켰고, 후속적으로 IR 조명하의 제2 신장 단계에서는 서로 다른 크기로 신장시켰다. 샘플 1 내지 4에 대해서, 습윤 신장은 산의 부재하에 탈이온수 중에서 수행하였다 따라서, 탈수 촉매가 없기 때문에 필름을 IR 램프에 노출시켰을 때도 전환이 일어나지 않았다. 달리 지시하지 않는 한 모든 경우에 있어서, IR 램프는 프로세스 써멀 다이나믹스 인크.(Process Thermal Dynamics, Inc.; 미국 미네소타주 브랜던 소재)가 시판하는 중간 파장의 Protherm Infrared Heater, FS 시리즈였다. 샘플 1 내지 4의 제조 조건은 하기 표 2에 열거되어 있다.

샘플 1과는 별도로, 모든 샘플의 입력 선 속도는 0.25 cm/초(0.5 피트/분에 상당함)였다. 샘플 1은 선 속도가 0.5 cm/초(1 피트/분)로, 2배 빠른 속도로 이동시켰다. 필름을 36.7 ℃로 유지되는 수조에 넣어 통과시켰다. 수 중 경로 길이는 86 cm(34 인치)였다. 샘플을 수 중에서 각각 400％로 신장시켰다. 신장률 값은 신장 전의 길이에 대한 신장 후의 길이의 비율을 말한다. 따라서, 400％ 신장률이란 필름 1 단위의 길이가 4 단위의 길이로 신장하였음을 말한다.

그 후에 필름을 물탱크에서 제거하고, 온도 조절이 가능한 IR 램프로부터의 IR광에 노출시켰다. IR 램프에는 가열 소자 뒤에 반사재가 있어 필름에 대해 열을 반사하였다. 모든 경우에 있어서, 반사재와 필름 사이의 거리는 7.5 cm였다. 여러 가지 샘플을 IR 램프에 노출시켰을 때 다양한 크기로 신장시켰다. 샘플 1은 IR 램프에 노출시켰을 때 신장하지 않았으며, 이는 신장량이 100％임을 나타낸다. 필름은 습윤 신장 및 IR 신장 단계 동안 지지되지 않았다.

실시예 2 - 편광 특성

추가로 4개의 샘플을 더 제조하여, 필름의 편광 성능이 신장량에 좌우되는 정도를 측정하였다.

수조가 산을 함유하는 것 이외에는, 상기 실시예 1의 샘플 1 내지 4와 마찬가지로 하여 샘플 5 내지 8을 제조하였다. 따라서, 샘플 5 내지 8의 경우 IR 램프로의 노출은 필름을 전환시켰다. 비편광된 빛에 대한 투과도(Kv)는 제조된 필름에 대해 분광 광도계(Cary Model No. 5E)를 사용하여 측정한 투과도 측정값으로부터 산출되었다. Kv는 투과축에 대해 평행하게 편광된 빛의 필름을 통한 투과도(T_par)과 투과축에 대해 수직으로 편광된 빛의 필름을 통한 투과도(T_perp)의 평균이다. 편광 효율은 상기 수학식 3을 사용하여 산출하였다.

2색성 비율(D)는 상기 수학식 1로 정의하였다. 표 3에 열거된 결과는, 편광 계수 및 2색성 비율은 편광 통과 상태에서 빛의 투과도 값이 실질적으로 일정하게 유지되더라도 신장량의 증가에 따라 통상 증가함을 나타낸다. 그러나, 샘플 8에 대한 편광 계수 및 2색성 비율의 값은 샘플 7에 대한 편광 계수 및 2색성 비율의 값보다 조금 작았다. 전환 조건 및 붕산화 단계의 조건은 얻어지는 편광체 필름의 광학 특성에 영향을 끼친다. 샘플 8에 대해서는 전환 및 붕산화 조건을 최적화하지 않았다. 850％ 신장된 필름의 편광 성능은 붕산화 조건의 최적화에 따라 더 향상시킬 수 있을 것으로 여겨진다.

샘플 7 및 8의 편광 효율은 모두 99.94％를 넘어 높았고, 2색성 비율은 모두 100을 초과하였다. 따라서, 샘플 7 및 8의 편광 특성은 KE 편광체에 대한 기존 값보다 상당히 개선되었다.

샘플 5 내지 8의 제조 조건은 하기 표 4에 열거되어 있다.

제2 신장 단계 후, 전환시에 붕산 및 나트륨 보레이트 데카하이드레이트 (Na₂B₄O₇.10H₂O, 붕사로도 알려져 있음)를 함유하는 붕산화 배쓰로 필름을 넣었다. 필름을 붕산화 배쓰에서 이완시켰더니, 그 길이가 13％ 정도 수축되었다. 필름을 붕산화 배쓰에서 꺼낸 후 수 중에서 세정하고, 대류 오븐에서 건조시켰다. 세정 및 건조 공정 도중에 필름을 재신장시켰다 (제3 신장 단계). 제조 공정 내내 지지층으로 필름을 지지하지 않았다.

실시예 3 - 색 특성

샘플 5 내지 8의 색 특성을 단일층을 투과한 빛, 및 1쌍의 교차층(투과축이 수직임)을 투과한 빛에 대해, 분광 광도계를 사용하여 측정한 파장 의존적인 흡광도 측정값을 사용하여 산출하였다. 여러 가지 샘플에 대한 흡수 스펙트럼을 도 2에 나타낸다. 샘플 5 내지 8에 대한 흡수 스펙트럼을 도 2에서 각각 곡선 205, 206, 207 및 208로 표시한다. 후속적으로, 투과한 빛의 색상을 산출하였고, 이를 하기 표 5에 열거한다. 달리 언급하지 않는 한, 예를 들어 휴대용 컴퓨터용 LCD 디스플레이에 통상 사용되는 바와 같이, 냉음극형광관(CCFT)를 사용한 조명에 대하여 색상을 산출하였다. 도 3에 나타낸 CCFT원의 스펙트럼을 나타낸 파장 범위에 걸쳐 적분한 총 강도(곡선 아래 면적)가 1이 되도록 정규화하였다. 색 또는 색상은 3개의 좌표, 즉 L^*, a^* 및 b^*를 사용하는 CIELAB 색계에 따라 표시한다. L^* 좌표는 명도와 관련이 있고, a^* 좌표는 적색/녹색을 표시하며, b^* 좌표는 황색/청색을 표시한다. a^*이 양의 값을 가지면 적색에 해당하며, a^*이 음의 값을 가지면 녹색에 해당한다. b^*이 양의 값을 가지면 황색에 해당하며, b^*이 음의 값을 가지면 청색에 해당한다. (a^*, b^*) 좌표가 (0, 0)이라면, L^* 좌표의 값에 따라 중성 색상, 검정색, 회색 또는 백색을 나타낸다. 또한, a^* 또는 b^*의 값이 1 미만이라면 중성 색상으로부터의 색 변화는 거의 인지할 수 없을 정도가 된다. 색 특성은 단일 시트, 투과축이 평행하게 배향된 1쌍의 시트, 및 투과축이 교차하는 1쌍의 시트에 대해 나타낸다.

교차 구성의 a^*값과 교차 및 평행 구성의 b^*값은 꽤 크기 때문에, 샘플 5의 색 특성은 비교적 불량했다. 반면, 샘플 6 내지 8의 색 특성은 상당히 개선되었다. 교차 구성에서 샘플 7 및 8은 모두 a^*값 및 b^*값이 2 미만을 나타내며, 샘플 7의 경우에는 사실상 1 미만이었다. 특히, 샘플 7은 교차 구성에서는 중성 색상을, 단일층 구성에서는 담청색을 나타냈다. 또한, 샘플 8은 교차 구성에서 실질적으로 중성 색상을 나타내며, 단일층 구성에서는 샘플 7보다 더욱 중성 색상을 나타냈다. 평행 구성에서, 샘플 7 및 8은 모두 a^* 단위가 1 미만 색상을 나타내며, b^*의 크기는 7 미만으로 합당했다. 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 출원 제10/277,252호에서 논의된 바와 같이, 공액 비닐렌 블록의 농도는 넓은 범위의 n(여기서 n은 폴리비닐렌 블록 중 공액된 비닐 유닛의 개수임)에 있어서 비교적 일정하기 때문에, 이들 색 특성은 비교적 중성이다.

따라서, 샘플 7 및 8은 상기 표 3에 열거된 바와 같이 우수한 편광 특성을 제공하는 한편 우수한 색 특성을 제공한다. 이러한 색의 중립성은 외인성 발색단, 예컨대 염료의 도움없이 높은 편광 품질을 갖는 K형 고유 편광체에서는 이전에 얻을 수 없었던 것이다.

실시예 4 - 편광 및 색 특성의 균일성

필름(교차-웹) 전체에 걸친 광학 특성의 균일성을 샘플 7에 대해 상기 열거한 조건하에 제조된 필름(즉, 총 신장률 720％)에 대해 측정하였다. 신장된 필름의 폭은 약 9 인치(23 cm)였다. 투과도(Kv), 편광 효율, 2색성 비율 및 색은 필름의 한 연부로부터 1 인치(2.5 cm)씩 떨어뜨려 가며 측정하였다. 결과를 하기 표 6 및 7에 나타낸다.

Kv 값을 또한 도 4에 표시한 그래프로 나타낸다. Kv는 필름의 폭에 걸쳐 약 ± 0.6％로 변했다. 편광 효율은 필름 전체에 걸쳐 약 ± 0.02％로 변했고, 2색성 비율은 필름 전체에 걸쳐 약 ± 5％로 변했다. 필름 전체에 걸친 편광 특성의 변화는 비교적 작았다.

색 특성은 필름 전체에 걸쳐 그 변화량이 극히 작았다. 예를 들어, 연부에 가까운 하나의 값 이외에는, 교차 구성에서의 모든 색상은 그 크기가 1 미만으로, 인지할 수 있다면 육안으로 인지할 수 있는 최소한의 값이다. 1을 넘는 유일한 값(연부로부터 2.5 cm 떨어졌을 때의 b^*)은 1보다 단지 약간 클 뿐으로, 육안으로 거의 인지할 수 없다. 단일층 구성에서, a^*의 크기는 모두 1 미만이지만, b^*의 크기는 2.603 내지 4.073 범위에서 변했다.

실시예 5 - IR 램프의 온도

편광 및 색 특성에 대한 램프 온도의 영향을 조사하였다. 램프 온도를 변화시키고, 붕산화 조건를 붕산 농도 9.5％ 이하, 나트륨 보레이트 데카하이드레이트 농도 3％ 이하로 한 것 이외에는, 샘플 7에 대해서 상기 열거한 바와 동일한 조건으로 샘플 9 내지 12를 제조하였다.

여러 가지 편광체 시트의 흡광도(광학 밀도) 및 투과도는 이중 광선 분광 광도계를 사용하여 행한 측정값으로부터 산출하였다. 단일 편광체 시트에 대해 얻어지는 흡광도 및 투과도를 각각 도 5 및 6에 나타낸다. 흡광도는 고유 흡광도로, 필름 자체에 있는 폴리비닐렌 블록에 의한 고유 흡광도로부터 유래한 것이지, 필름에 첨가되는 종, 예컨대 요오드 또는 염료의 흡수에 의한 것이 아니다. 샘플 9 내지 12의 흡광도 곡선은 도 5에서 각각 곡선 509, 510, 511 및 512로 표시되어 있다. 또한, 도 6에서 샘플 9 내지 12의 투과도 곡선은 각각 곡선 609, 610, 611 및 612로 표시되어 있다.

샘플 10 및 11의 흡광도는 스펙트럼의 청색 영역에서 특히 높았는데, 이 영역은 종래 방법의 구성을 사용하는 K형 편광체의 경우에 종래 비교적 낮은 흡광도를 보였던 영역이었다. 특히, 400 nm에서의 흡광도에 대한 550 nm에서의 흡광도의 비율(R)이 대략 1.54였는데, 이는 스펙트럼의 청색 말단에서의 흡광도가 스펙트럼의 중간 영역에서의 흡광도의 대략 2/3임을 나타낸다. 따라서, 샘플 10 및 11은 모두 비율(R)이 2 미만, 1.7 미만이었다.

1쌍의 교차 편광체 시트를 통과한 투과도를 여러 가지 편광체 샘플에 대해 도 7에 나타낸다. 샘플 9 내지 12에 대한 투과도 곡선은 각각 709, 710, 711 및 712로 표시되어 있다. 도 6 및 7에 있어서 y축에 나타낸 투과도는 그의 절대값이다. 따라서, 투과도 값이 0.1이라는 것은 입사광의 10％가 편광체를 통해 투과된다는 것을 나타낸다. 도 7의 데이터가 CCFT 광원(그의 스펙트럼이 도 3에 주어져 있음)에 따라 복잡하게 얽히고, 육안으로 반응할 수 있도록 명소시적으로 보정된 경우, 교차 편광체의 투과도 스펙트럼이 도 8에 도시되어 있다. 샘플 9 내지 12에 대한 명소시적으로 보정된 투과도 곡선은 도 8에서 각각 곡선 809, 810, 811 및 812로 표시되어 있다.

샘플 9 내지 12의 편광 특성을 하기 표 8에, 투과도 특성을 하기 표 9에, 색 특성을 하기 표 10에 나타낸다.

콘트라스트 비는 교차 투과도에 대한 평행 투과도(각각 표 9에 열거되어 있음)의 비율로 정의된다. R이 비교적 작은 값임과 동시에, 샘플 10 및 11의 편광 효율이 99.8％를 초과하며, 한편 샘플 10 및 11 모두 2색성 비율(D)이 110을 초과했다는 점에 주목해야 한다.

투과도 특성은 CCFT 표준 광원으로 조명되고 육안으로 반응할 수 있도록 명소시적으로 보정된 편광체의 가시 스펙트럼에 걸쳐 적분하였다. 교차 투과도 값은 도 8에 나타낸 커브 아래의 면적에 상당하였다.

표 10에 열거한 색 특성은 특정한 편광체 구성을 통과한 표준 CCFT 광원으로부터의 빛에 의해 조명된 상태에서 산출된 색상에 상당하였다. 따라서, "단일"이란 편광체 샘플의 단일층을 투과한 빛의 색상을 말하며, "평행"이란 평행한 투과축을 갖는 편광체 샘플의 2층 적층체를 통과한 빛의 색상을 말하고, "교차"란 수직인 투과축을 갖는 편광체 샘플의 2층 적층체를 통과한 빛의 색상을 말한다.

표 8 내지 10, 및 도 5 내지 8의 검토를 통해 알 수 있는 바와 같이, 편광체의 성능은 이 특정한 제조 방법에 이용된 램프의 온도가 560 ℃ 내지 570 ℃의 영역에 있을 때 최고조에 이르렀다. 특히 주목할 것은 스펙트럼의 청색 부분에서의 편광체의 성능이다. 종래에는, 스펙트럼의 청색 부분에 있어서 고유 편광체가 높은 A_z값 및 낮은 T_z값을 달성할 수 없었다. 습윤 신장 및 전환과 동시에 이루어지는 신장 공정은 청색 성능(blue performance)을 향상시킬 뿐만 아니라 투과도를 낮추고 흡광도를 높였다. 흡광도는 청색 영역(400 nm 내지 500 nm)에서 2를 초과하였으며, 400 nm 내지 450 nm 범위의 일부 파장에서는 3을 초과하였다. 따라서, 교차 구성을 사용하는 경우에 색 변화가 비교적 작았다. 특히, 샘플 10 및 11은 모두 a^*값 및 b^*값이 2 미만이었고, b^*값은 1 미만이었다.

560 ℃ 내지 570 ℃ 범위 밖의 램프 온도는, 예를 들어 도 6에서 램프 온도 550 ℃ 및 580 ℃에 상응하는 곡선으로 나타낸 바와 같이, 청색 투과도를 높였다. 이렇게 높아진 투과도는 전환 공정시 공액되는 더 짧은(작은 n) 비닐렌 블록의 수가 560 ℃ 내지 570 ℃ 근처의 온도에서의 비닐렌 블록의 수보다 작음을 나타낼 수 있다. 또한, 최적 온도보다 높은 경우(예를 들어 580 ℃), 스펙트럼의 적색 영역에서의 투광도가 높아졌다. 이는 580 ℃에 상응하는 곡선이 600 nm 내지 700 nm 영역에서 다른 곡선들과 떨어져 있는 것으로 나타난다. 이는 온도가 최적 온도보다 높아지는 경우에 공액되는 더 긴(큰 n) 비닐렌 블록의 수가 감소함을 나타낼 수 있다.

실시예 6 - "청색 누출( Blue Leak )"의 조절

K형 편광체를 제조하는 통상적인 방법은 교차 상태의 흡수 스펙트럼에서 소위 "청색 누출"을 야기하는데, 이는 흡광도가 약 450 nm 미만의 파장에서 비교적 낮은 값으로 하락하는 것을 말한다. 최근 허용된 청색 흡수를 증가시키는 방식은 고유 편광 필름에 청색-흡수 염료를 첨가하는 것이다. 그러나, 실시예 5 밑으로 나타낸 데이터는 청색 흡수를 전환 공정시 이용되는 IR 램프의 온도 및 전력에 의해 어느 정도 조절할 수 있음을 제시한다. 따라서, 상기 논의한 제조 방법의 사용은 얻어지는 편광체 필름의 황색-청색, 또는 b^*축, 색을 조절할 수 있는 능력을 제공한다. 이는 필름 중 발색단의 탈수 사슬 길이 분포의 조절에 의한 것으로, 짧은(작은 n) 사슬 길이의 상대 비율이 커질수록 청색 흡수가 증가한다.

청색-흡수 염료를 첨가할 필요가 없기 때문에, 얻어지는 편광체의 제조를 더욱 쉽게 조절할 수 있고, 조절되는 것은 가열원뿐이므로 청색-흡수 염료의 흡수를 정밀히 조절할 필요가 없다. 또한, 얻어지는 편광체는 흡수 발색단이 PVA 매트릭스에 대해 고유하고, 편광체 필름 표면 상에서 흡착되는 염료가 없기 때문에 환경 안정성을 향상시킨다.

K형 편광체의 청색 성능을 조사하기 위해, 다음의 방법으로 다수의 샘플을 제조하였다. 두께가 75 ㎛이고 글리세린 가소제를 약 12 중량％로 함유하며 평균 중합도가 약 2400인 폴리비닐 알코올의 캐스트 필름을 52 ℃의 온도에서 약 0.05 노르말의 염산 수용액에 통과시키면서 650％만큼 신장시켰다. 신장시킨 후, 필름이 가열되는 IR 가열 대역에 필름을 통과시켜 PVA의 일부를 폴리비닐렌 블록으로 전환시켰다. 이런 방식으로 필름을 연속 가공하는 동안, IR 가열 대역에 가해지는 전력은 증가했고, 가열기의 온도를 열전쌍을 사용하여 모니터링하였다. 실시예 1 내지 5에 사용된 가열기의 기하형상은 각각 다르므로, 상기 실시예들에서 논의한 IR 가열기의 온도가 본 실시예에서의 IR 가열기 온도에 반드시 상응하는 것은 아니다.

가열 온도가 높아짐에 따라, 얻어진 붕산화되지 않은 편광체를 샘플링하였다. 붕산화되지 않은 편광체를 UV-가시 분광 광도계에서 방해석 결정 분석기로, 배향시킨 2개의 직교 흡수축(y 및 z)에서 스펙트럼적으로 측정하였다. 얻어지는 A_z 및 A_y 스펙트럼 곡선을 사용하여, IR 온도의 함수로서의 A_z 성분의 최대 흡수 파장(λ_max) 및 미처리 편광체 샘플의 평행 상태의 색 및 교차 상태의 색을 산출하였다.

결과를 도 9에 그래프로 나타낸다. λ_max의 값(실선)은 온도 증가에 따라 감소하였으며, 이는 더 작은(작은 n) 공액 비닐렌 분자의 농도가 온도 증가에 따라 증가함을 의미한다. 또한, 도 9에는 IR 온도의 함수로서 교차 편광체에 대한 b^*값을 나타내는 곡선(점선)을 나타낸다. b^*값은 약 645 ℃의 온도에서 본원의 특정한 제조 방법에 있어서 0에 가깝다.

실시예 7 - 여러 종류의 편광체끼리의 비교

본원에 논의된 방법에 따라 제조되며 습윤 KE 또는 습윤 신장 KE 편광체라고 불리는 편광체의 성능을 다른 종류의 편광체의 성능과 비교하였다. 습윤 신장 KE 편광체는 샘플 10과 유사한 조건으로 제조하였다.

다른 종류의 편광체로는 요오드 편광체, 염료 편광체 및 건조 신장 KE 편광체(건조 KE)를 들 수 있다. 요오드 편광체는 흡착된 요오드 분자를 가지며, 셀룰로오스 트리아세테이트(TAC)의 두 층 사이에 개재되어 있고, 샤프 일렉트로닉스 코포레이션(Sharp Electronics Corp; 미국 뉴저지주 마와 소재)가 공급하는 Sharp Model 13B2UA LCD 텔레비전에서 취한 PVA층을 갖고 있었다. 염료 편광체는 흡착된 2색성 염료를 가지며, TAC의 두 층 사이에 개재되어 있고, 필립스 컨슈머 일렉트로닉스 노쓰 아메리카사(Philips Consumer Electronics North America; 미국 조지아주 애틀랜타 소재)가 공급하는 Philips 능동 매트릭스 디스플레이, 모델 LTE072T호에서 취한 PVA층을 갖고 있었다.

건조 신장 편광체는 182 ℃에서의 7X 건조 신장 단계를 포함하는 방법을 사용하여 제조한 K형 편광체였다. 건조 신장 단계 이후, 필름을 염화수소 증기에 노출시키고, 퓸드 필름을 125 ℃가 넘는 온도에서 오븐 중에서 가열하여 탈수시켰다 (예를 들어, 미국 특허 제5,666,223호에 논의됨).

80 ℃를 유지하며 7％의 붕산 및 3％의 붕사 용액을 함유하는 제1 붕산화 배쓰에 필름을 침액시켰다. 제1 붕산화 배쓰에 있을 때, 필름은 그 길이의 10％까지 이완되었다. 이후에, 88 ℃를 유지하며 9.5％의 붕산 및 3％의 붕사 용액을 함유하는 제2 붕산화 배쓰에 필름을 침액시켰다. 제2 붕산화 배쓰에서 필름을 1.15의 비율로 신장시킨 후, 제2 붕산화 배쓰에서 제거한 후 1.06의 비율로 신장시켰고, 전체 신장 비율은 7.7이었다. 필름을 건조시킨 다음 최종 신장시켰다.

각 편광체의 흡광도(파장의 함수)을 Cary Model 5E 분광 광도계를 사용하여 측정한 값으로부터 산출하였다. 각 편광체의 흡광도(광학 밀도)을 도 10에 각 편광체의 투과축에 평행하게 편광된 빛에 대하여 파장의 함수로서 나타낸다. 요오드, 염료, 건조 신장 및 습윤 신장 편광체에 대한 흡광도 곡선은 도 10에서 각각 곡선 1002, 1004, 1006 및 1008로 표시되어 있다. 각 편광체의 흡광도(광학 밀도) 스펙트럼을 도 11에 각 편광체의 투과축에 대해 수직으로 편광된 빛에 대해 나타낸다. 요오드, 염료, 건조 신장 및 습윤 신장 편광체에 대한 흡광도 곡선은 도 11에서 각각 곡선 1102, 1104, 1106 및 1108로 표시되어 있다. 4종의 편광체에 대한 편광 및 투과도 특성을 하기 표 11에, 색 특성을 하기 표 12에 열거한다.

염료 편광체는 도 10에서 높은 흡광도로 나타난 바와 같이, 다른 3종의 편광체에 비해 통과 편광 상태에서 빛을 현저히 양호하게 흡수하였다. 이로 인해 표 11에 열거된 염료 편광체의 Kv 및 평행 투과도가 현저히 낮은 값을 가졌던 것이다. 요오드 및 염료 편광체는 모두 청색의 빛을 흡수하는 TAC층을 가지며, 이는 도 10에서 약 430 nm 미만의 파장에 있어서 요오드 및 염료 편광체의 흡광도가 실질적으로 동일한 것을 설명한다. 반면, 습윤 신장 및 건조 신장 KE 편광체는 모두 약 450 nm 미만의 파장 영역에서 요오드 및 염료 편광체에 비해 빛을 덜 흡수했다. 청색광 흡광도의 비교적 낮은 값은 KE 편광체 중의 TAC층의 부재로 인한 것이라 여겨진다.

이제 투과축에 수직으로 편광된 빛의 흡수를 나타내는 도 11에 나타낸 흡수 곡선을 고려해 보면, 요오드 편광체는 400 nm 내지 700 nm 파장 범위에서 최고 흡수값(OD 약 4.5)을 나타낸다. 한편, 습윤 신장 KE 편광체의 최대 OD는 약 4로, 그 흡광도 수준이 약 400 nm 내지 550 nm 파장 범위에 대한 요오드 편광체의 흡수 정도와 유사함을 입증하였다. 습윤 신장 KE 편광체의 흡광도는 400 nm 내지 550 nm 파장 범위에서 건조 신장 KE 편광체의 흡광도보다 현저히 높았다. 이는 습윤 신장 KE 편광체의 제조에 이용되는 방법이 짧은 사슬(작은 n)의 폴리비닐렌 블록의 수를 증가시켰다는 점을 확인시켜 준다.

표 11에 열거한 편광 및 투과도 특성을 검토하면, 습윤 신장 편광체가 염료 편광체 및 건조 신장 편광체에 비해 더 양호한 성능을 나타내며, 대부분의 특성이 요오드 편광체에 필적하였음을 알 수 있다. 또한, 표 12에 열거한 색 특성 면에서도, 습윤 신장 KE 편광체는 요오드 편광체의 색상 정도로 중성이거나 그 이상인 성능을 나타냈다. 특히, 평행 편광체를 투과한 빛의 색상은 a^* 및 b^*에 대해 습윤 신장 KE 편광체의 경우가 요오드 편광체보다 더 중성적이었다. 보다 자세히, a^*의 크기는 요오드 편광체의 경우 3을 초과하는 데 비해, 습윤 신장 KE 편광체의 경우 1 미만이었다. 또한, 습윤 신장 KE 편광체의 b^*값(6.1599)은 요오드 편광체의 b^*값(8.1189)보다 작았다.

교차 편광체 구성에 있어서, 요오드 편광체에 대한 a^* 및 b^*의 크기는 모두 습윤 신장 KE 편광체의 경우보다 약간 작았다. 그러나, 습윤 신장 편광체에 대한 a^* 및 b^*의 크기는 모두 1 미만으로, 이는 습윤 신장 편광체의 경우 인지 가능한 색상이 없거나, 거의 인지 불가능한 색상만 있다는 것을 의미한다. 염료 편광체의 색 특성은 평행 및 교차 구성에 대해 습윤 신장 편광체의 색 특성과 유사하였지만, 염료 편광체의 투과도 및 편광 특성은 습윤 신장 KE 편광체의 투과도 및 편광 특성만큼 양호하지 못했다.

도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 투과축에 수직으로 편광된 빛의 흡광도는 스펙트럼의 적색 말단에서 요오드 및 염료 편광체의 경우 모두 습윤 신장 KE 편광체나 건조 신장 편광체의 경우보다 높았다. 그러나 이것은, 편광체를 통과하는 빛을 육안으로 볼 수 있어야 하는 경우 및/또는 편광체를 조명하는 광원이 스펙트럼의 적색 부분에서 출력이 작은 경우에는 현저한 이점은 아니다.

육안의 반응에 의존하며 통상 광원으로 이용되는 파장을 고려하는 경우, 습윤 신장 KE 편광체의 성능은 요오드 편광체의 성능과 유사했다. 도 12는 4종의 편광체에 대한 교차 편광체의 명소시적으로 보정된 투과도를 나타내며, 여기서 조명원은 표준 CCFT 공급원으로 가정한다. 요오드, 염료, 습윤 신장 및 건조 신장 편광체의 명소시적으로 보정된 투과도는 각각 곡선 1202, 1204, 1206 및 1208로 표시되어 있다. 각각의 곡선 아래의 면적은 교차 편광체 쌍을 통과하는 명소시적으로 보정된 투과도에 상당한다. 염료 및 건조 신장 편광체는 모두 550 nm 피크에서 상당량의 빛을 누출이 시켰고, 또한 건조 신장 편광체는 스펙트럼의 청색 영역에서 상당량의 빛을 투과시켰다. 교차된 습윤 신장 편광체를 통한 투과도는, 약 580 nm 내지 610 nm에서 약간의 차이가 있는 것을 제외하고는 교차된 요오드 편광체를 통과하는 경우와 거의 동일했다. 그러나, a^* 및 b^*의 크기가 모두 교차된 습윤 신장 편광체에 대해 1 미만이라는 점으로 입증되듯이, 상기한 차이는 작았다.

이와 같이, 본원의 기재 내용에 따라 제조된 KE 편광체는 투과도, 편광 및 색 특성이 요오드 편광체의 경우와 실질적으로 동일했다. KE 편광체는 고유하며, 요오드 또는 염료 편광체와는 달리 2색성 흡수 종의 흡수를 필요로 하지 않고, 환경 안정성을 위해 TAC와 같은 피복층을 필요로 하지 않는다. 따라서, 실용적인 KE 편광체를 요오드 또는 염료 편광체보다 더 얇게 제조할 수 있고, 요오드 또는 염료 편광체보다 덜 복잡한 구조를 가지며, 요오드 또는 염료 편광체보다 덜 비싸다. 또한, 습윤 신장 편광체는 고습도 조건에서 요오드 또는 염료 편광체보다 내구성이 높다.

본원에 기재한 고유 편광체를 다른 층과 함께 이용할 수 있다. 예를 들어, 편광체를 기판과 함께 이용하여 구조적 지지체를 제공하거나, 또는 액정 디스플레이와 함께 이용할 수 있다. 편광체와 함께 이용되는 다른 층은 등방성이거나 복굴절성일 수 있다.

본 발명은 상술한 특정 실시예로 한정되는 것으로 이해되어서는 안되며, 오히려 본 발명의 모든 측면을 첨부하는 청구의 범위에 기재된 바에 합당하게 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각종 변형물, 등가 방법뿐만 아니라 본 발명이 적용 될 수 있는 다수의 구조는 본 발명에 따르는 것임을 본 명세서를 검토한 당업자에게는 명백할 것이다. 청구의 범위는 이러한 변형물 및 장치를 포함하는 것을 의도된다.

Claims

비닐렌 중합체 블록을 함유하는 PVA(폴리(비닐 알코올))형 매트릭스 시트를 포함하며, 이 시트는 통과 편광축 및 이에 수직인 장애 편광축을 한정하고, 통과 편광축에 평행한 전기 벡터를 갖는 빛은 실질적으로 시트를 투과하고, 장애 편광축에 평행한 전기 벡터를 갖는 빛은 비닐렌 중합체 블록에 의해 실질적으로 흡수되고, 상기 시트의, 장애 편광축과 평행하게 편광된 400 nm의 빛에 대한 고유 흡광도에 대한 장애 편광축과 평행하게 편광된 550 nm의 빛에 대한 고유 흡광도의 비율인 R은 2 미만이며, 편광 효율비는 99％를 초과하고, 시트의 2색성 비율이 100을 초과하는 고유 편광체.
제1항에 있어서, 비편광 빛이 시트를 투과하는 평균 투광률(Kv)이 42％를 초과하는 편광체.
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비닐렌 중합체 블록을 함유하는 PVA형 매트릭스 시트를 포함하며, 이 시트는 통과 편광축 및 이에 수직인 장애 편광축을 한정하고, 통과 편광축에 평행한 전기 벡터를 갖는 빛은 실질적으로 시트를 투과하고, 장애 편광축에 평행한 전기 벡터를 갖는 빛은 비닐렌 중합체 블록에 의해 실질적으로 흡수되고, 상기 시트는, 동일한 시트를 교차시키고 냉음극형광관(CCFT) 광원으로 조명할 때 시트가 2 미만의 크기를 갖는 CIELAB 색계에서의 a^* 좌표 및 2 미만의 크기를 갖는 CIELAB 색계에서의 b^* 좌표를 갖는 빛을 투과시키도록 하는 고유 흡수 스펙트럼을 갖는 고유 편광체.
제4항에 있어서, 투과된 빛의 CIELAB 색계에서의 a^*값이 1 미만의 크기를 갖고, CIELAB 색계에서의 b^*값이 1 미만의 크기를 갖는 편광체.
제4항에 있어서, 비편광 빛이 시트를 투과하는 평균 투광률(Kv)이 42％를 초과하는 편광체.
제4항에 있어서, 시트의 편광 2색성 비율이 100을 초과하는 편광체.
제7항에 있어서, 시트의 2색성 비율이 110을 초과하는 편광체.
비닐렌 중합체 블록을 함유하는 PVA형 매트릭스 시트를 포함하며, 이 시트는 통과 편광축 및 이에 수직인 장애 편광축을 한정하고, 통과 편광축에 평행한 전기 벡터를 갖는 빛은 실질적으로 시트를 투과하고, 장애 편광축에 평행한 전기 벡터를 갖는 빛은 비닐렌 중합체 블록에 의해 실질적으로 흡수되고, 시트의 2색성 비율은 100을 초과하는 고유 편광체.
제9항에 있어서, 2색성 비율이 110을 초과하는 편광체.
제9항에 있어서, 비편광 빛이 시트를 투과하는 평균 투광률(Kv)이 42％를 초과하는 편광체.
제9항에 있어서, 시트의, 장애 편광축과 평행하게 편광된 400 nm의 빛에 대한 흡광도에 대한 장애 편광축과 평행하게 편광된 550 nm의 빛에 대한 흡광도의 비율인 R이 2 미만의 값을 나타내는 편광체.
제9항에 있어서, 시트의 편광 효율이 99％를 초과하는 편광체.