KR101446408B1 - 편광 제품 및 이의 제조방법 - Google Patents

편광 제품 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

기판, 편광층, 상기 편광층과 상기 기판 사이의 무기 중간층, 상기 기판과 상기 무기 중간층 사이의 선택적인 무기 저층, 및 상기 편광층에 대한 보호층을 포함하는 신규한 편광물품 및 이를 제조하는 방법이 개시된다. 상기 무기 중간층 및 선택적인 저층에 의하여 상기 편광층의 부착은 실질적으로 증진된다. 상기 편광 물품은 화학적, 기계적 및 열적 저항성이 증진된다. 상기 편광 물품은 예를 들어, 안과 제품, 및 디스플레이 장치에 사용될 수 있다.

Description

편광 제품 및 이의 제조방법{Light polarizing products and method of making same}
본 발명은 편광 제품 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 편광 층, 기판 및 이들 사이에 적어도 하나의 부착층을 포함하는 안과(ophthalmic)제품 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 예를 들어, 편광 안과 제품 및 디스플레이 제품의 제조에 유용하다.
선형 편광 필터(linear light polarizing filter)는 빛이 특정 평면에서 전기장을 가지도록 하여 직교 전자장을 가지는 빛보다 더 높은 비율로 투과가 가능하도록 한다. 편광 필터는 예를 들어, 안과 제품, 디스플레이 장치 및 광학 통신 장치에 폭 넓게 사용되어 왔다. 편광 안과 렌즈는 물이나 얼음과 같이 매끄럽고 평평한 표면으로부터 반사되는 빛을 선택적으로 제거할 수 있는 독특한 능력을 가지기 때문에 흥미롭다.
이색성(dichroic) 물질은 편광 물품의 제조에 사용되어 왔다. 이색성 물품은, 적절히 배향되면, 특정한 방향으로 편광된 빛을 바람직하게 전달할 수 있다. 그러한 이색성 물질은 가시 스펙트럼과 같은 상대적으로 광범위한 스펙트럼에 걸쳐 편광되거나, 좁은 파장영역에서 편광능(polarization property)을 가질 것이다. 이색성 물질의 한 그룹은 다색성(pleochroic)염료라 불린다. 다색성 염료 분자는 입사광선(incident light)의 전기장의 배향에 따라 다양한 흡수대를 가진다. 일부 다색성 염료는 적절한 기판상에 위치하면 자가 배향(self-orienting)되며, 다른 것들은 또 다른 물질과 결합하여야 편광효과가 나타난다.
미국 특허 제 2,400,877에서 교시된 바와 같이, 배향된 이색성 염료 층은 단일 방향으로 가볍게 솔질하거나 문지른 표면상에 이들을 증착(deposit)함으로써 형성될 수 있다. 상기 특허 문헌은 또한 셀룰로오스나 이의 유도체와 같은 중합 필름을 스트레칭 함으로써, 적당한 배향력이 증착된 이색성 염료에 대하여 얻어질 수 있다고 개시되어 있다.
편광 안과 렌즈와 같은 편광 물품은 다양한 기술 및 물질을 사용하여 제조되어 왔다. 이러한 제품의 대부분은 비-편광 기판에 부가하여 편광 층을 포함한다. 상기 편광 층은 대부분 위에서 언급한 이색성 물질로부터 형성된다. 상기 제조된 광 편광 제품은 및 이를 제조하기 위한 공정은 지금까지 여러 장애로 인해 어려움을 겪어왔다.
선행 기술에 따른 제품의 한 가지 문제는 최종제품에서 편광 층에 의한 광 표면의 왜곡이다. 종래 기술에서 편광 물품의 일부는 기판에 미리-제조된 편광 층을 적층(laminate)함으로써 제조되었다. 불가능하지는 않더라도, 안과 제품의 경우도 그러하나, 미리-제조된 편광 층을 기판 표면의 외곽선에 완벽하게 들어맞도록 만곡시키기는 어렵다. 편광 층과 기판 사이가 완벽한 합치에 이르지 않은 경우에는 안과 렌즈에서 바람직하지 않은 원주굴절력(cylindrical power)을 나타낼 수 있다.
종래 기술에 따른 공정 및 제품의 두 번째 문제는 제조 공정 중 또는 제품 수명 중에 기판으로부터 편광층이 박리된다는 것이다. 이것은 예를 들어 (i) 기판과 상기 편광층이 충분히 부착되지 않았거나, (ii) 상이한 성질, 특히 상이한 열팽창 계수를 가지는 층간의 응력에 기인한다.
종래 기술상의 편광 제품 및 이를 제조하기 위한 공정의 또 다른 문제는 기판 조성물이 편광층으로 침출되는 것과 관련된다. 침출(leaching) 또는 이동(migration)은 시간에 따른 편광 층의 기계적 및/또는 광학적 품질의 저하를 야기할 수 있다.
종래 기술에 따른 물품 및 공정상의 네 번째 문제는 물품의 탁해짐(hazing)이다. 이 문제에는 여러 가지 원인이 있다. 마이크로-크기에서의, 광학적 및 기계적 결점의, 전파 및 확장이 그 원인을 이끄는 것으로 여겨진다.
상기 일반적으로 언급된 문제 이외에, 종래 기술에서 언급된 특수한 방법은 하기에서 요약되는 바와 같이, 독특한 문제를 가진다.
먼저, 이러한 편광 물품의 제조에 사용되는 공정의 대부분은 편광 필름 공급원으로부터 구매되는 유기 편광 필름을 끼워넣거나 접착시킴을 기초로 한다. 예를 들어, WO 0187579는 PET 편광 필름을 원하는 외형으로 형성시키고 상기 필름을 몰딩 전에 플라스틱 부분에 병합시킴으로써 제조되는 광학 플라스틱 부를 개시하고 있다. 불행히도 그러한 공정은 렌즈 제조 공장에서만 이루어질 수 있고 처방 실험실(prescription laboratory)에서는 이루어질 수 없다. 더욱이 필름은 광학적 왜곡 없이 고 출력 렌즈(high power lenses)의 곡률반경에 부합하기에 충분하도록 변형되는 것이 어렵기 때문에 이러한 공정은 저 출력 렌즈(low power lenses)에 한정된다.
미국특허 제 5,286,419호는 광 편광 안경(spectacle)렌즈의 제조 공정에 대하여 개시하고 있으며, 미국 특허 제 5,412,505는 렌즈체(lens body) 및 상기 렌즈 체에 끼워 넣어진 광 편광 필름을 포함하는 광 편광 안경렌즈에 대하여 개시하고 있다. 상기 렌즈체는 미리-겔화(pre-gelled)된 모노머, 일반적인 모노머 및 이소 프로필 카보네이트를 포함하는 모노머 혼합물로부터 제조된다. 상기 렌즈를 주조하는데 관련된 이러한 공정은 처방 실험실에서는 수행될 수 없다.
WO 02/073291는 광-성질 편광 부(optical-quality polarized parts) 및 상기 광학 부를 제조하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 상기 광 편광 부는 고 충격, 고 광학 성능의 폴리우레탄 구조 및 상기 구조에 결합된 편광판(polarizer)을 포함하고 있다. 상기 공정에서 상기 편광판은 액상의 중합 물질과 접촉하여 위치됨으로써 적층구조를 이룬다. 불행히도 렌즈 체에 편광 필름을 끼워 넣는 것을 기초로 하는 그러한 공정은 렌즈 제조 현장에서만 사용될 수 있다.
WO 00/22463 호스트 기반(matrix) 및 게스트 염료로 형성되는 편광판을 개시하고 있다. 상기 호스트 기반은 소정의 배향을 갖는 리오트로픽(lyotropic) 액정이다. 게스트 다색성 염료는 상기 호스트 리오트로픽 액정 기반 내에 증착된다. 상기 게스트 다이는 호스트 기반의 배향에 의하여 배향된다. 호스트 염료의 배향은 코팅 중에 상기 수성 염료층에 충분한 전단력을 적용함으로서 얻어진다. 그러한 공정은 EP 1174738 및 WO 02/056066에서 개시된 바와 같은 닥터 블레이드 공정(doctor blade process)을 사용하는 전단력 적용에 의한 평면 기판에 용이하게 사용될 수 있으나, 렌즈와 같은 만곡된 기판에 용이하게 사용될 수는 없다.
액정 염료의 사용에 기초한 편광 물품의 또 다른 예는 EP 01 71917에 개시되어 있다. 상기 특허는 무기 또는 유기 유리의 지지체, 상기 지지체의 표면의 한 면에 적용된 편광 특성을 보이는 코팅제, 및 반-찢김(anti-lacerative)성질을 갖는 선택적으로 투명한 폴리우레탄 접착 적층물을 포함하는 투명의 적층된 편광 유리 물품을 개시하고 있다.
US 4,683,153는 무기 또는 유기 유리, 지지체의 표면의 한면에 증착된 편광 코팅체, 및 습기를 피하기 위한 코팅제에 부착된 투명층으로 구성된 유사한 적층 편광 유리 물품의 제조 방법을 개시하고 있다. 상기 특허는 첫째로, 브러싱에 의하여 렌즈의 표면에 직접적으로 미세홈(microgrooves)을 형성시키는 단계, 상기 표면을 세척하고 건조시키는 단계, 네마틱 상(nematic phase)을 보이는 유기 염료를 증착시키는 단계, 산성 용액에서 이온 교환에 의하여 염료의 수분 용해성을 감소시키는단계, 아미노프로필실란(aminopropylsilane)의 제 1 코팅에 의하여 고정된 염료 층을 보호하는 단계, 및 습기에 대항한 장벽층(barrier layer)을 형성하는 보호층을 적용하는 단계로 구성되는 공정에 대하여 개시하고 있다.
많은 네마틱 액정의 방향자(directors)는 미리 마찰된(rubbed) 인접 고체 표면에서의 방향과 평행한 배향을 취하는 경향이 있는 것으로 널리 알려져 있다. 미국 특허 제 2,400,877호는 평행 배열이 세부의 분자력보다는 기하학적 요소에 주로 기초한다고 보고하고 있다. 결과적으로 미세홈은 효율성 및 재생성 편광 효과를 제공하기 위하여 충분히 규정되어야 한다. 이는 특히 어려운데 왜냐하면 플라스틱 렌즈는 광범위한 경도(hardness)범위를 가진 물질로 만들어지므로 미세홈의 기계적 파라미터는 상이한 조성물 및/또는 기하구조를 갖는 개개의 기판에 정교하게 조정되어야 하기 때문이다. 이는 공정시간을 소모시키고 경제적이지 못하다.
보다 최근에, 프랑스 출원 공개 제 2861852호(출원 제03 12686호)는 기판상에 고정된 중합체 층을 포함하며, 상기 중합체 층은 염료를 정렬시키기 위하여 홈이 형성되어 있어 편광효과를 제공하는 광학 제품을 개시하고 있다. 기판 자체를 홈 형성시키는 대신 중간체 중합체를 홈 형성시키는 것과 관련된 이 공정은 편광 물품이 본질적인 표면 경도가 무엇이든 간에 상이한 기판으로부터 제조될 수 있기 때문에 흥미로운 것이다. 불행히도 상기 발명에서 기술된 물품은 염료층과 중간 중합체 층 간에 충분한 부착이 부족하여 어려움을 겪는다. 따라서 상기 편광 물품은 열위의 내구성을 보이는 것으로 기술된다. 더욱이 상기 제품은 상기 염료층이 제조 공정 중에 박리될 수 있기 때문에 제조하기가 어렵다. 그러한 박리는 수조에 상기 렌즈를 침지하는 것과 관련된 단계 동안 부분적으로 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 염료층은, 편광 염료의 비수용성형을 부여하는 것으로 알려진 알루미늄, 아연, 바륨 또는 기타 금속의 염과 같은 금속염의 수용액에 침액(dipping)함으로써 염료의 수용성형을 비-수용성형으로 전환되는 단계에서 박리가 일어날 수 있다.
상기 선행기술의 문제점을 극복한 편광 물품을 제조하기 위한 신규 공정의 필요성이 지속적으로 제기되고 있다.
발명의 요약
본 발명의 일 측면에 의하면, 적어도 하나의 표면을 갖는 광 투과 기판, 상기 표면의 적어도 일부에 대한 편광층, 및 상기 편광층에 대한 보호층을 포함하며, 상기 기판과 편광층 사이에 편광층에 인접한 기판과는 상이한 조성을 갖는 무기 중간층이 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 편광 물품의 바람직한 구체예에서는, 상기 무기 중간층은 상기 기판으로부터 더욱 먼 측면에 복수의 미세 홈(microgrooves)을 구비하며, 편광층은 상기 무기 중간층의 홈 형성 면(grooved side) 상에 바로 증착된 편광 염료를 포함한다. 상기 미세 홈은 바람직하게 실질적으로 서로 평행하다. 바람직하게는 상기 편광 층은 상기 홈 상의 원 위치(인 시츄: in situ) 증착되어 상기 편광 염료가 상기 홈 상 및 내에 증착된다.
본 발명에 따른 편광 물품의 바람직한 구체예는, 상기 무기 중간층은 실리콘, 금속 산화물 또는 이들의 양립 가능한(상용성: compatible) 혼합물 또는 조합을 포함한다. 바람직하게는, 상기 무기 중간층은 Si, Al, Zr, Ti, Ge, Sn, In, Zn, Sb, Ta, Nb, V, Y의 산화물 및 이들의 혼합물 및 이들의 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질에 의하여 형성된다. 특히 바람직한 본 발명에 따른 실시예에서, 상기 무기 중간층은 SiO 또는 SiO2에 의하여 형성된다.
본 발명에 다른 편광 물품의 일 구체예에서는, 상기 기판 및 상기 무기 중간층 사이에, 상기 기판에 대한 상기 무기 중간층의 부착을 증진시키기 위한 적어도 하나의 무기 저층(sub-layer)을 더욱 구비하며, 상기 무기 저층은 조성물에 있어 상기 무기 중간층과는 상이하다. 바람직하게는, 상기 무기 저층은 원소 금속(elemental metal), 실리콘 산화물, 또는 금속 산화물을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 무기 저층은 필수적으로 크롬금속 또는 SiO를 포함한다.
본 발명에 따른 편광 물품의 특히 바람직한 구체예는, 무기 중간층으로서, SiO2의 층, 및 무기 저층으로서 SiO층을 포함한다.
본 발명에 따른 편광 물품의 또 다른 특히 바람직한 구체예는, 무기 중간층으로서, SiO2의 층, 및 무기 저층으로서 크롬 금속층을 포함한다.
본 발명에 따른 편광 물품의 기판은 예를 들어, 무기 유리 또는 결정질 물질의 다양한 유형의 무기 물질에 기초할 수 있으며, 또는 예를 들어 중합체 물질의 다양한 유형의 유기 물질에 기초할 수 있다.
본 발명에 따른 편광 물품의 기판은 상기 중간 코팅제가 형성된 표면상에 적어도 하나의 하드코트 층을 포함한다.
본 발명에 따른 편광 물품은 처방 렌즈 및 선글라스를 포함하는 안과(ophthalmic) 제품뿐 아니라, 광 투과 매질이 적용된 제품, 특히 디스플레이 장치, 자동차 창문, 차광판 및 건물 창문일 수 있다.
본 발명의 두 번째 측면은 상기에서 설명된 본 발명에 따른 편광 물품의 제조를 위한 공정으로서 하기의 단계를 포함한다:
(A) 적어도 하나의 표면을 갖는 광 투과 기판을 제공하는 단계
(C) 상기 표면의 적어도 일부에 편광 염료를 포함하는 편광층을 형성시키는 단계
(D) 상기 편광층에 인접하여 이에 대한 보호층을 형성시키는 단계를 포함하며,
상기 (A) 및 (C)단계 사이에 있는, 부가 단계 (B)는 다음과 같다:
(B) 상기 편광층 및 상기 기판 사이에 무기 중간층(inorganic intermediate layer)을 증착시키는 단계, 상기 무기 중간층은 상기 편광층에 인접한다.
또한 상기 (C) 단계에 부가하는 단계(C1) 및 (C2)는 다음과 같다:
(C1) 상기 기판으로부터 더 먼쪽의 (B)단계에서 증착된 상기 무기 중간층의 표면상에 복수의 미세-홈(micro-grooves)을 형성시키는 단계 및
(C2) 상기 (C1)단계에서 형성된 미세-홈과 인접하며 이에 대한 편광층을 증착시키는 단계.
바람직하게는, 상기(C1)단계에서, 상기 형성된 미세-홈은 실질적으로 서로 평행하다. 바람직하게는, 상기 (C2)단계에서, 상기 편광층은 상기 (C1)단계에서 형성된 미세-홈에 인접하고 이에 대하여 인 시츄(in situ) 증착되어, 편광 염료의 적어도 일부가 상기 미세-홈에 증착되게 된다.
본 발명에 따른 공정의 바람직한 구체예에서, 상기 공정은 상기 (A)단계 이후에, 하기와 같은 부가적인 (A1)단계를 포함한다:
(A1) 상기 기판과 상기 무기 중간층 사이에, 상기 무기 중간층과는 상이한 적어도 하나의 부착-증진(adhesion-promoting) 무기 저층을 형성시키는 단계;
이때 상기 (B)단계에서, 상기 무기 중간층은 (A1)단계에서 형성된 무기 저층에 인접하고 이에 대하여 직접적으로 형성된다.
바람직하게는, 적어도 하나의 무기 저층이 실리콘, 원소금속(elemental metal), 실리콘 산화물, 또는 금속 산화물로부터 형성된다. 더욱 바람직하게는 상기 무기 저층은 SiO 또는 크롬 금속으로부터 형성된다.
본 발명에 따른 공정의 바람직한 구체예에 의하면, 상기 (B)단계에서, 상기 무기 중간층은 실리콘 산화물, 금속 산화물 또는 이들의 양립 가능한 혼합물 또는 조합을 포함한다. 바람직하게는, 상기 중간층은 Si, Al, Zr, Ti, Ge, Sn, In, Zn, Sb, Ta, Nb, V, Y의 산화물 및 이들의 혼합물 및 이들의 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질에 의하여 형성된다.
본 발명에 따른 (A)단계에서 사용된 기판은 예를 들어, 다양한 종류의 무기 유리 또는 결정상 물질 같은 무기 물질에 기초할 수 있고, 또는 예를 들어, 다양한 유형의 중합체 물질 같은 유기 물질에 기초할 수 있다. 상기 기판은 상기 무기 중간층이 형성되기 이전에 미리 형성된 하드코트 층 또는 기타 표면층을 포함할 수 있다. 선택적으로, 하드코트 층이 없이 한 개의 블랭크(blank)가 제공되는 경우, 그러한 하드코트 층은 무기 중간층의 적용 전에 먼저 증착될 수 있다.
무기 저층과 함께, 무기 중간층은, 만일 상기 공정 중에 형성되는 경우, 졸-겔 공정, 화학적 기상 증착, 전기 스퍼터링 등과 같은 박형 무기 층을 제조하기 위한 종래 기술에서 이용가능한 어떠한 방법이라도 사용함으로써 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 무기 중간층 및 저층은, 제공된다면, 화학적 기상 증착을 이용하여 형성된다.
본 발명의 적용 공정은 (C) 단계 및 (D) 단계에서의 공정 파라미터의 실질적인 변경이 필요하지 않고, 많은 다양한 유형의 기판, 무기 및 유기체에 적용가능하다는 이점을 가진다. 상기 공정은 대규모 제조 공장이나 소규모의 안과 실험실에서도 마찬가지로 비교적 간단한 도구를 이용하여 편리하게 이행될 수 있으며, 선-글라스 제품 및 처방 안과 제품의 양쪽 제품에 대단히 적합하다. 더욱이, 본 발명에 따른 공정은 표면 외곽부(contour)에 대한 변형을 부여하지 않고, 다양한 곡률도(degree of curvature)를 가지는 평면, 오목 및 볼록 표면을 포함한 어떠한 유형의 표면에 대하여도 편리하게 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 편광 물품의 구조에서, 상기 무기 중간층 및 상기 무기 저층은, 제공되는 경우에, 편광층 및 기판에 대한 기타 층의 부착을 증진시키는 기능을 한다. 본 발명에 따른 물품의 편광 염료는 적어도 부분적으로 상기 무기 중간층의 표면에 형성된 미세-홈에 제한될 수 있으며, 이는 통상적인 편광 필름보다 더 높은 온도에서 편광능(polarizing ability)의 손실을 덜게 될 것이다. 결과적으로, 본 발명에 따른 편광 물품은 아주 양호한 열 저항성을 갖는다. 더불어, 본 발명에 따른 편광 물품은 상기 편광층의 더 강한 부착에 기하여, 양호한 기계적 무결성(integrity)을 갖는다. 나아가, 본 발명에 따른 물품은 매우 높은 편광 효율을 갖도록 제조될 수 있다. 또한, 보호 코팅제의 적절한 선택에 의하여, 본 발명의 편광 물품은 높은 내화학성을 갖도록 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 추가적인 특징 및 이점은 하기의 상세한 설명에서 개시될 것이며, 당업자는 상세한 설명으로부터 기술 내용을 용이하게 이해할 것이고, 상세한 설명 및 이에 따른 청구범위, 첨부되는 도면에서 기술되는 발명을 실시함으로써 본 발명의 내용을 용이하게 인식할 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 하기의 상세한 설명은 단순히 본 발명의 일례에 해당하는 것으로서, 청구되는 본 발명의 본질 및 특성을 이해시키기 위한 개관 또는 골자를 제공하는 의도인 것으로 이해되어야 한다.
첨부되는 도면은 본 발명의 보다 바람직한 이해를 제공하기 위하여 포함되며, 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 화학적, 기계적 및 열적 저항성이 증진된 편광 물품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은 편광 물품 제조방법으로써,
(a) 적어도 하나의 표면을 갖는 광 투과 기판을 제공하는 단계;
(b) 상기 기판상에 적어도 하나의 점착-증진 무기 저층(sub-layer)을 형성하는 단계;
(c) 상기 적어도 하나의 점착-증진(adhesion-promoting) 바로 위에 무기 중간층을 증착하여(depositing), 인접시키고, 상기 무기 중간층은 제 1 표면이 상기 기판에 인접하고, 제 2표면은 상기 기판으로 부터 먼쪽에 위치하며, 상기 무기 중간층은 상기 적어도 하나의 점착-증진 무기 저층과는 다르며,
(d) 상기 무기 중간층의 제 2면상에 복수의 미세홈을 형성하며, 상기에서 복수의 미세홈은 서로서로 실질적으로 평행하며;
(e) 상기 제 2 표면상으로 무기 유기 편광 염료를 직접 증착하여 적어도 일부의 제 2 표면 위에 편광층을 형성하며, 여기에서 유기 편광 염료는 증착되고, 안으로 한정되어 (confined in) 복수의 미세험에 의해 정렬되며; 및
(f) 상기 편광층위로 보호층이 형성되어 인접하는 단계를 포함하는 편광 물품 제조방법.
본 발명의 편광 물품 제조 방법에 따르면, 화학적, 기계적 및 열적 저항성이 증진된 편광 물품을 제조할 수 있다. 상기 편광 물품은 예를 들어, 안과 제품, 및 디스플레이 장치에 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 편광 물품의 일 구체예에 대한 제조 공정 및 구조에 대한 개략적인 도면이다.
여기서 사용되는 "안과 제품(ophthalmic product)"은 어떠한 형태의 중간제품 및 완제품, 전기 또는 비 전기 제품(powered and non-powered), 반투명 및 투명 제품(tinted and non-tinted), 광색성 및 비-광색성(photochromic and non- photochromic), 무기 유리-기초 제품 및 중합체-기초 안경류(eyewear)제품을 의미하며, 선글라스 제품 및 처방-안경류 제품 및 이들의 블랭크(blanks); 고글, 바이저(visor) 및 이와 유사한 것들을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "중간층" 또는 "무기 중간층"의 용어는 편광층 및 상기 편광층에 인접한 기판 사이의 층을 지칭한다. 상기 중간층 자체는 다중 층 구조를 가질 수 있다. 이러한 경우, 상기 편광층에 가장 가까운 층은 상기 편광층에 접한다.
여기에 사용되는 "무기저층"의 용어는 상기 무기 중간층과 상기 무기 중간층에 인접한 기판 사이의 광학 층을 지칭한다. 상기 무기 저층은 바람직하게 상기 광 투과 기판의 표면에 접한다.
달리 특정한 바가 없는 경우, 본 출원 명세서에 사용되는 "산화물(oxide)"의 용어는 화학양론적인 산화물, 산소 부족 및 산소 과잉 산화물을 포함한다. 예를 들어, 본 발명에서 실리콘의 산화물 또는 실리콘 산화물의 용어는 정확한 SiOx 형식을 갖는 물질을 의미하며, 여기서 x는 2보다 클 수 있으며(산소 과잉) 또는 2보다 작을 수 있다(산소 부족). 그러나 SiO2는 화학양론적인 산화물로서 Si와 산소 원자의 몰비가 1 : 2인 것을 의미한다. 본 발명의 목적을 위하여, SiO 형식은 산소 부족 실리콘 산화물 SiOy를 의미하며, 여기서 0.5 ≤ y ≤ 1.8이고, 바람직하게는 0.5 ≤ y ≤ 1.5이다. 또 다른 예를 들면, 본 발명에서 알루미늄의 산화물 또는 알루미늄 산화물은 Al2Oz의 정확한 화학식을 갖는 물질을 의미하며, 여기서 Z는 3보다 클 수 있고(산소 과잉) 또는 3보다 작을 수 있다(산소 부족). 따라서 산화물 상태의 실리콘 또는 금속은 통상적인 결합가(valencies) 뿐 아니라, 다양한 결합가로 존재할 수 있다. 화학적 기상 증착이 실리콘 및/또는 금속의 산소 부족 또는 산소 과잉 산화물을 생산하는 데 이용될 수 있다는 것은 널리 알려져 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 프랑스 공개 특허 제 2861852호 (출원번호 FR 03 12686)는 편광, 투명한 광학 제품을 개시하고 있으며, 그 구조는 무기 또는 유기 물질의 기초 투명 기판 및, 상기 기초 기판의 외부 표면의 적어도 일 부분 상에, 편광 코팅제를 포함하며, 여기서 상기 편광 코팅제는 상기 기판에 안정된 방식으로 고정되며, 다음을 포함하는 성층 구조(stratified structure)를 갖는다:
* - 상기 기판의 외부 표면에 직접 또는 결합 하부-층(under-layer)을 통하여 고정된 중합체 층
- 상기 중합체 층 상에서 편광 특성을 갖는 안료(colorant) 필름, 및
- 상기 안료 필름상의 보호 층.
프랑스 공개 특허 제2861852호는 또한, 상기 편광층이 중간 중합체 층의 표면상에 형성되는 일련의 평행 홈(parallel grooves)에 증착될 수 있는 것으로 개시되어 있다.
그러나 상기에서 개시된 바와 같이, 본 발명은 이러한 선행문헌에서 개시된 제품이, 비록 여러 부분에서 만족스러우나, 상기 편광층과 중간 중합체 층사이에 충분하지 않은 부착에 기하여 충분한 내구성을 갖지 못한다는 것을 발견하였다.
본 발명자들은 놀랍게도 프랑스 공개 특허 제 2861852호에서 개시된 바와 같은 중합체 중간층을 사용하는 대신에, 무기 중간층을 사용함으로써, 편광 층의 부착에 대하여 실질적인 개선을 이루게 됨을 발견하였다. 이에 나아가, 본 발명은 프랑스 공개 특허 제 2861852호에서 개시된 기술에 비하여 현저히 개선된 것이다.
본 발명에 따른 편광 물품은, 일반적인 용어로, 적어도 일 표면을 갖는 광 투과 기판, 상기 표면의 적어도 일부분에 대한 편광층, 및 상기 편광층에 대한 보호 층을 포함하고, 여기서 상기 기판과 편광층 사이에는, 상기 편광층에 접한 기판의 조성과는 상이한 조성을 갖는 무기 중간층이 있다.
광 투과 기판은 상기에서 기술된 다양한 층의 형성 전에 다양한 형태를 취할 수 있다. 상기 기판은 적어도 한편을 가지며, 이는 평면이거나 곡면을 이룰 수 있다. 상기 기판은 평판, 다양한 두께를 갖는 원통형 블랭크, 또는 시각 제품에 대하여는, 적어도 하나의 만곡된 표면, 즉 하나의 오목 표면 또는 하나의 볼록 표면 또는 볼록 및 오목표면을 갖는 블랭크일 수 있다. 본 발명에 따른 편광 물품의 상기 무기 중간층, 편광층 및 무기 저층은, 존재시에, 상기 표면의 적어도 일부에 걸쳐 형성된다. 상기 기판은 하나 이상의 표면을 갖는다는 것 및 무기 중간층, 편광층 및 무기 저층이, 존재시에, 그러한 표면 들 중 하나 이상에 대하여 형성된다는 것은 배제되지 않는다. 예를 들어, 상기 기판은 서로 실질적으로 평행하거나 서로 실질적으로 대향되는 두 개의 표면을 가질 수 있으며, 상기 무기 중간층 및 상기 편광층은 두 표면 모두에 증착된다. 상기 두 개의 표면상에 이와 같이 형성된 두 개의 편광층의 편광 방향은 본 발명의 편광체의 사용에 따라 서로 평행하거나 직교인 것, 또는 이들 사이의 임의의 각을 형성하는 것이 선택될 수 있다. 특히, 시각 제품에 있어서, 상기 기판은 하나의 볼록 또는 오목 표면을 갖는 렌즈 블랭크일 수 있으며, 여기에 상기 무기 중간층 및 편광층이 형성된다. 렌즈 블랭크에 있어서, 더 이상 하방으로 (downstream) 가공되지 않는 면(side)은 편광층을 형성시키게 하는 것이 바람직하다. 처방 렌즈 블랭크에 있어서는, 상기 면은 일반적으로 오목 면이다. 재고(stock) 시각 렌즈 및 평면 선 글라스 같은 완제품에 있어서, 상기 편광층은 상기 렌즈의 표면 연마(grinding)가 이후에 더 이상 필요하지 않기 때문에, 한쪽 면상에 형성된다.
상기 광 투과 기판은 무기 유리 또는 유기 중합체로 제조된 본체(main body)를 가질 수 있다. 그러한 무기 유리의 예로서, 일반적인 알칼리 토금속 알루미노 실리케이트 유리, 보로알루미노실리케이트(Pyrex)유리, 도핑 및 비 도핑된 융합 실리카 유리, 투명 유리-세라믹 물질, 및 CaF2, MgF2같은 결정상 물질 등이 거론될 수 있다. 특히, 시각 제품에 있어서, 특별한 관심사인 무기 유리 물질은, 예를 들어, 미국 특허 제 4,839,314호 제 4,404,290호 및 제 4,540,672호에 개시되어 있다. 고 굴절도(High refractive index) 무기 유리 물질은, 예를 들면, 미국 특허 제 4,742,028 및 제6,121,176호에서 개시된 것이 특히 바람직하다.
많은 중합물질이 시각 제품을 포함한 광학 물품에 대하여 기판 물질로 사용되어 왔다. 그러한 중합체는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리설포네스(polysulfones), 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리우레탄-우레아, 폴리올레핀, 페놀수지, 및 에폭시 수지 등일 수 있다. 광 투과 기판으로 적합한 유기 중합체의 비한정적 예로서, PPG Optical Products 에 의하여 CR-39 라는 상품명으로 판매되는 디에틸렌 글리콜 비스(알릴 카보네이트)( diethylene glycol bis(allyl carbonate))와 같은 폴리올(알릴카보네이트)단량체의 단일중합체 또는 공중합체, 단일 또는 다중-작용성(mono or poly-functional )(메쓰)아크릴레이트((meth)acrylate), 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로이오네이트(cellulose acetate propionate), 폴리비닐 (아세테이트), 폴리(비닐 알코올), 폴리(비닐 클로라이드), 폴리우레탄, PPG Optical Products 및 Intercast Europe Spa 에 의하여 TRIVEX 또는 NXT 라는 상품명으로 각각 판매되는 폴리우레탄-우레아, 폴리(씨오우레탄) ( poly(thiourethanes)),폴리아미드, LEXAN이라는 상품명으로 판매되며 비스페놀-A 및 포스진(phosgene)으로부터 유래되는 폴리카보네이트, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)와 같은 폴리에스테르, 사이클릭 폴리올레핀 공중합체(COC), ZEON 사의 Zeonex와 같은 무정형 폴리올레핀 등의 단일 중합체 또는 공중합체일 수 있다.
상기 광 투과 기판의 본체는 광색성(photochromic) 또는 비-광색성일 수 있다. 광색성 무기 유리 물질 및 이의 제조에 대한 비- 제한적 예는, 예를 들어, 미국 특허 제 5,426,077호 및 5,023,209호에 개시되어 있다. 광색성 중합물질 및 이의 제조에 대한 비-제한적 예는, 예를 들어, 미국 특허 제 6,248,285호 및 제6,329,482호에 개시되어 있다.
광투과 기판의 본체는 착색되거나 무색(colorless)일 수 있다. 착색된 무기 유리 물질 및 이의 제조방법은 당업계에 광범위하게 알려져 있다. 착색된 중합 물질은, 예를 들어, 다양한 유기 염료를 중합전에 단량체에 부가하거나, 유기 염료를 사용하여 중합체 매트릭스에 주입(impregnating)함으로써 제조될 수 있다.
광 투과 기판은 상기 본체에 부가하여, 다양한 종류의 다양한 표면 코팅제 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 반-굴절 코팅제, 시각 제품에 있어 대표적인 하드코팅제, 광발색성(photochromic) 코팅제, 담색(tinted color)코팅제, UV필터 코팅제, 자외선 흡수 코팅제, 및 이와 유사한 종류의 것을 포함할 수 있다. 당업자는, 특히 상기 시각제품과 관련하여 이러한 코팅제에 익숙하다. 상기 무기 중간층 및 편광층은 이러한 표면 코팅제 상에 형성될 수 있으며, 또는 이러한 코팅제가 형성된 표면과 반대 또는 상이한 표면상에 형성될 수 있다.
상기 광 투과 기판의 적어도 일 표면의 적어도 일부에 형성되는 편광층은, 적어도 부분적으로 본 발명에 따른 편광체의 편광 특성을 부여한다. 편광층은 활성성분으로서 적어도 하나의 이색성 염료를 포함할 수 있다. 상기 이색성 염료 분자는 배향되어 본 발명에 따른 물품에 바람직한 편광효과를 부여한다. 그러나 상기 이색성 염료에 부가하여, 편광층은 바람직한 색 또는 농담(hue)을 최종 제품 등에 부여하기 위하여, (ⅰ)물품의 구조에서 편광층의 다른 층에 대한 부착에 부정적인 영향을 주지 않고, (ⅱ) 상기 층에서 이색성 염료의 편광효과에 부정적인 영향을 주지 않는 한, 부착 증진제, 가소제, 비-편광 염료 및 계면활성제와 같은 기타 성분을 더욱 포함할 수 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 당업계에서는 많은 상이한 이색성 염료가 알려져 있으며,실제로 편광 제품을 제조하기 위하여 사용되었다. 그러한 이색성 염료에 대하여 언급한 인용문헌은 예를 들어, 미국 특허 제 2,400,877호 및 국제 공개 특허 WO 00/22463이다. 단일의 이색성 염료가 최종 편광 제품에 편광효과 및, 회색과 같은 바람직한 색상 또는 색조를 부여하기 위하여 편광층에 사용될 수 있다. 그러나 다양한 이색성 염료의 조합이 상기 편광층에 사용될 수 있음을 배제하는 것은 아니다. 실제로, 최종 제품에 바람직한 편광효과 및 색상을 부여하기 위하여, 적색, 황색에서 청색의 범위의 색상을 갖는 다양한 이색성 염료가 단독 또는 다양한 비율의 조합으로 사용될 수 있음이 당업자에게 알려져 있다.
염료 분자가 바람직한 파장에서 빛을 흡수하나, 스스로 정렬되거나 편광구조를 형성할 수 없고, 액정 화합물과 같은 적당한 호스트 물질과 함께 사용되는 경우 편광 구조를 형성할 것이라는 사실은 당업계에서 또한 알려져 있다. 그러한 게스트- 호스트 편광현상 및 구조는 예를 들어, WO 00/22463 및 기타 문헌에 개시되어 있다. 이러한 효과는 액정 디스플레이의 제조에 사용되어 왔다. 이러한 편광층의 유형은 본 발명의 편광물품에 물론 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 편광 물품의 의도된 사용처 중 하나는 액정 디스플레이에 있다. 본 발명의 목적에 있어, "편광 염료(light polarizing dye)"의 용어는 편광 효과를 제공하기 위하여 스스로 배향될 수 있는 것 및, 편광효과의 제공을 위해 스스로 배향될 수는 없으나, 적당한 호스트상에 위치하거나 다른 물질과의 조합이 있는 경우에는 편광효과를 제공할 수 있는 두 가지 염료를 포함한다.
이색성 염료를 포함하는 미리-제조된 편광층은 이전에 선행 기술에서 개시되고 사용되었다. 그러한 편광층의 비-제한적 예는 편광 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 등을 포함한다. 이러한 필름 중 많은 수는 그 필름상에 증착되거나 필름에 흡수된 이색성 염료 층을 갖는 중합체 필름을 스트레칭 (stretching)시킴으로써 제조되는 자립형(stand-alone) 편광 필름이다. 다중-층((Multiple-layer) 편광 웨이퍼는 선글라스와 같은 편광 물품을 형성하는 기판에 적층을 위하여 또한 종래에 개발되어왔다. 이러한 편광 필름 및 웨이퍼는 종래 기술에서 이용가능한 방법들에 맞추어 편광 층으로서 본 발명에 따른 편광 물품에 사용될 수 있다.
그러나, 상기에서 언급한 바와 같이, 미리-제조된 편광 필름 및 웨이퍼의 사용은 최종 제품에 바람직하지 않은 효과를 가져올 수 있다. 따라서, 본 발명의 편광 물품에서, 상기 편광층은 하기에서 자세히 설명되는 무기 중간층에 결합된 단일층인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 무기 중간층은 바깥쪽 면(상기 기판에서 더욱 떨어진 면)에 복수개의 미세-홈을 포함하고, 상기 편광층은 상기 미세홈 (인 시츄(in situ)에 형성되거나 증착된 것, 즉 미국 특허 제 2,400,877호에서 개시된 바와 같이 편광 염료의 용액으로부터 형성 또는 증착된 것)내, 및 그 상에 증착된다. 바람직하게는, 상기 미세홈은 실질적으로 서로 평행하다. 상기 미세 홈은 마이크론 이하의 크기가 바람직하다. 즉, 상기 홈의 폭과 깊이는 1 마이크로미터 미만인 것이 바람직하다. 미국 특허 제 2,400,877호의 교시에 의하면, 상기 홈은 편광층에서 편광 염료의 배향을 제공하는 역할을 한다. 바람직하게는, 상기 편광층은 미세홈의 존재하에서 편광 효과를 제공하기 위하여 그 자신이 배향력을 가지는 적어도 하나의 이색성 염료를 포함한다. 미세홈에서 그러한 편광 염료의 구조는 프랑스 특허출원 제 2861852호에 개시되어 있으며, 특히 본 발명에 대하여 이점을 가진다. 그 구조는 간단하고, 제조하기 용이하며, 최종 물품에 대한 광 촉진력(light manipulating power)의 왜곡없이 표면에 걸쳐 일관된 편광 효과를 제공할 수 있다. 이러한 구조에서, 상기 편광 염료 분자는 그들의 국소 위치에 안정적으로 한정되어 있다. 편광 필름 및 웨이퍼에 비교하면, 이들은 열이나 기타 조건에 따라 그들의 배향을 덜 잃는 것 같다. 바꾸어 말하면, 편광필름이나 웨이퍼를 채용한 종래기술의 편광 물품과 비교하여, 본 발명에 따른 이러한 바람직한 제품은 더 높은 열 안정성을 가지는 경향이 있다.
종래기술에 비하여 본 발명에 따른 제품의 구별되는 점은 기판과 편광층 사이에 적어도 하나의 무기 중간층이 존재한다는 것이다. 전혀 예측되지 않은 수단으로서, 본 발명자는 편광염료가 본래 유기물질이라도, 무기 중간층에 결합된 것은, 하기에서 자세히 설명되는 바와 같이, 프랑스 공개 특허 제 2861852호에서 개시되는 바와 같은 중합체 중간층에 결합된 경우보다 훨씬 더 강한 경향을 보인다. 또한, 상기 무기 중간층이, 선택적인 무기 저층의 도움을 받아, 무기 유리 기판 및 유기 중합체 기판(상기에서 설명된 바와 같이, 무기 중간층 및 선택적 저층이 형성된 상태에서 더욱 표면층을 포함할 수 있다)을 포함한 대부분의 기판 물질과의 강한 결합을 이루는 경향이 있다. 유기 또는 무기 기판에 무기 층의 부착을 더욱 증진시키기 위하여 무기 부착-증진 층을 사용하는 것은 당업계에 알려져 있다. 업계에 잘 알려진 기술 및 장치는 상기 무기 중간층 및 선택적 무기 저층을 형성하는데 사용될 수 있다.
무기 중간층은 실리콘 산화물, 금속 산화물 또는 이들의 양립 가능한 혼합물 및/또는 조합인 것이 바람직하다. 바람직하게는 상기 무기 중간층은 SiO, SiO2, Al2O3, ZrO2, TiO2, GeO2, 및 이들의 혼합물,조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질에 의하여 형성된다. 특별히 바람직한 구체예에서, 상기 무기 중간층은 SiO2로 형성된다. 본 발명은 무기 중간층이, 부가적인 표면 코팅제와 함께 또는 이를 사용하지 않고, 특히 SiO2, 무기 유리 물질 및 유기 중합체 물질로 제조된 기판과 강한 결합을 이룰 수 있다는 것을 발견하였다. 일반적으로, 무기 중간층은 편광 물품이 사용되는 파장 범위에서 광투과 성질을 가져야 한다. 또한 상이한 조성물을 갖는 무기 물질의 다중 층(multiple layer)은 무기 중간 층에 따라서 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 그러한 다중 층 구조는 무기 중간층과 기판상이의 경계면에서 굴절을 감소시키는 데 유익하게 사용될 수 있다.
무기 중간층의 두께는 현미경 단위의 크기이다. 중간층의 두께는 실질적으로 기판 표면을 드러내지 않고 미세홈을 형성할 수 있기에 충분하여야 한다. 대게 상기 무기 중간층은 10㎛미만, 바람직하게는 5㎛미만, 더욱 바람직하게는 1㎛미만의 두께를 갖는다. 일반적으로 플라즈마 증착에 있어서, 더 얇은 코팅제는 증착에 더욱 짧은 시간을 필요로 한다.
특정한 기판에 있어서, 상기 무기 중간층과 상기 기판 물질 사이에 강한 부착을 얻기 위하여, 상기 무기 중간층과 상기 기판 사이에 얇은 무기 저층을 형성시키는 것이 바람직하다. 상기 저층은 상기 무기 중간층과는 상이한 조성을 갖는다. 상기 저층은 일반적으로 실리콘, 원소 금속(elemental metal), 금속 산화물, 또는 실리콘 산화물로 형성된다. 원소 금속의 비-제한적 예로서, 크롬, 몰리브덴, 니켈, 티타늄, 철 및 이들의 양립 가능한 조합 및/또는 혼합물이 거론 될 수 있다. 금속층이 금속 산화물 층 및 무기 또는 유기 물질 사이의 부착을 증진시킬 수 있다는 것은 널리 알려져 있다. 금속 산화물의 비-제한적인 예로서, Al2O3, ZrO2, TiO2, GeO2, 및 이들의 혼합물, 조합이 거론될 수 있다. 실리콘 산화물은 SiO 및/또는SiO2 일 수 있다. 바람직한 저층 물질은 특히 SiO2 중간 층에 대하여, 크롬 금속 및 SiO이다.
저층은 일반적으로 무기 중간층보다 훨씬 얇고, 보통 나노 단위의 크기이다. 상기 저층이 충분한 전달(transmission)을 확실히 하기 위하여, 크롬과 같은 요소 금속으로 형성되는 지점에서는, 이의 두께가 매우 낮을 것을 요한다. 통상 저층은 300 ㎚ 미만, 바람직하게는 100 ㎚미만, 더욱 바람직하게는 20 ㎚미만의 두께를 가진다. 상기 무기 저층은 원자 또는 분자의 단일 층일 수 있다.
상기 무기 중간층 및 저층의 조합에 대한 비-제한적 예로서, (i) SiO 의 저층 및 SiO2의 중간층, 및 (ii) 크롬 금속의 저층 및 SiO2중간층이 거론 될 수 있다. SiO 의 저층 및 SiO2의 중간층은 특히 CR39(디에틸렌글리콜 비스 알릴 카보네이트의 열경화성 합성 레진)기판에 대하여 효과적인 것으로 여겨진다. 상기 중합체의 단량체는 하기의 구조를 가진다.
Figure 112012109019175-pat00001
미국 특허 제 4,130,672호에 의하면, SiO-SiO2의 고경도 반-굴절필름이 CR39기판에서 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 편광물품은 UV에서 가시광선, 적외선광에 이르는 범위의 광범위한 파장에서 사용되기 위하여 제조될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 편광물품은 가시광선 파장 범위에서 사용하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 편광 물품은 많은 장치에서 응용예를 찾을 수 있다. 이러한 응용예의 비-제한적 예는, 시각 제품 디스플레이 제품, 특히 LCD모니터 및 LCD프로젝터를 포함한 액정 디스플레이 지상, 하늘, 수상 운송수단을 포함한 운송수단에 사용되는 편광 창 페이스마스크(facemasks), 쉴드(shields); 건물 유리등을 포함한다.
일반적인 용어로, 본 발명에 따른 편광 물품의 제조를 위한 공정은 다음의 단계를 포함한다:
(A) 적어도 하나의 표면을 갖는 광 투과 기판을 제공하는 단계;
(C) 상기 표면의 적어도 일부에 편광층을 형성시키는 단계;
(D) 상기 편광층에 인접하여 이에 대한 보호층을 형성시키는 단계;를 포함하며,
상기 (A) 및 (C)단계 사이에 있는, 부가 단계 (B)는 다음과 같다:
(B) 상기 편광층 및 상기 기판 사이에 무기 중간층을 증착(depositing)시키는 단계, 상기 무기 중간층은 상기 편광층에 인접한다.
또한 상기 (C) 단계는 다음의 단계(C1) 및 (C2)를 포함한다:
(C1) 상기 (B)단계에서 증착된 상기 무기 중간층의 상기 기판으로부터 더 먼쪽의 표면상에 복수의 미세-홈(micro-grooves)을 형성시키는 단계; 및,
(C2) 상기 (C1)단계에서 형성된 미세-홈과 인접하며 이에 대하여 편광염료를 포함하는 편광층을 증착시키는 단계.
상기에서 설명한 바와 같이, 특정한 기판 물질에 있어서는, 무기 중간층과 기판 상이에, 무기 중간층과 기판 사이의 접착을 증진시키기 위하여 무기 저층을 부가하는 것이 바람직하다. 따라서, 그러한 물품의 제조에 대한 본 발명에 따른 공정의 구체예는 상기(A)단계 이후에 다음과 같은 부가적인 단계(A1)단계를 더욱 포함한다:
(A1) 상기 기판과 상기 무기 중간층 사이에, 무기 중간층과는 상이한 적어도 하나의 접착 증진 무기 저층을 형성시키는 단계;
상기 단계(B)에서, 상기 무기 중간층은 상기 (A1)단계에서 형성된 무기 저층의 바로 위에(directly over) 인접하여 형성된다.
상기 (A)단계에서, 상기 기판은 본 발명에 따른 편광 물품과 관련하여 상기에서 설명한 바와 같은 구조 및 조성을 가질 수 있다. 일반적으로는, 그러한 기판은 (A1)단계, 또는 존재한다면 (B)단계 전에 표면 세련(polished), 세척 및 건조될 수 있다. 다양한 표면 세척 기술이 사용될 수 있다. 때로 상기 기판과 증착되는 각각의 층 사이에 더 나은 부착을 위한 표면 활성화를 위하여, 플라즈마 세척이 사용되는 것이 바람직하다.
또한, (A)단계의 일부로서, 표면코팅이 상기 기판 몸체(body)에 적용될 수 있다. 그러한 표면 코팅은, 예를 들어, 비반사(antireflective)코팅제, 하드코팅 등과 같은 것을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명은 여러 종류의 기판 물질에 대하여 적용 가능한 이점을 가지기 때문에, 그러한 코팅제의 증착이 강제되지는 않는다. 때로는 제조 공정의 단계를 줄이기 위하여 그러한 기본적 코팅을 형성시키지 않는 것이 실제로 바람직하다. 즉, 기판의 몸체에 그러한 표면 코팅제의 부가를 적용하는 것은 특히 유기 중합체 물질로 제조된, 특정 기판 물질에 대하여 바람직할 수 있다. 완전히 비-제한적인 방식으로, 상기 표면 코팅은 명백하게 실란(silanes)에 기초할 수 있으며, 즉 알콕시실란 및/또는 클로로실란 또는 다음 유형의 반응성 그룹과의 조합에 기초할 수 있다: 비닐, 에폭시, 이소시아네이트, 하이드록실, 아민, 씨올(thiol), 카복실산 및/또는 안하이드라이드(anhydride). 그러한 조성물은 단일유형(예를 들어, 이소시아네이트) 또는 적어도 두 개의 상기한 종류의 반응성 그룹을 포함할 수 있으며, 이들은 명백하게 서로간에(예를 들어, 이소시아네이트와 비닐) 비-반응성이다. 그러한 표면코팅의 특별한 예는 γ-아미노프로필트리메톡시실란(-aminopropyltrimethoxysilane), γ-아미노프로필트리에톡시실란(-aminopropyltrimethoxysilane), 및 에폭시알킬트리알콕시실란(epoxyalkyltrialkoxysilane)에 기초한 코팅제를 포함한다.
(A1)단계 및 (B)단계에 대하여, 상기 무기 중간층 및 상기 무기 저층은 당업계 및 특히 반도체 산업에서 널리 사용되고, 널리 알려진 어떠한 기술에 의하여도 얻어질 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 증진 화학적 기상 증착(PECVD), 저압 화학적 기상 증착(LPCVD), 대기 하 압력(sub-atmospheric) 화학적 기상 증착(SACVD), 이온-유발 일렉트론 빔 증착(ion-assisted electron beam evaporation), 비 이온-유발 일렉트론 빔 증착 및 스퍼터링과 같은 플라즈마 기상 증착(PVD)공정 등의 화학적 기상 증착(CVD)공정, 및 졸-겔 공정 등이 사용될 수 있다.
화학적 기상 증착(CVD)는 널리 사용되는 물질-처리 기술이다. CVD에 대한 훌륭한 선행문헌은 화학적 기상증착(Eds. J-H Park et al), 표면 공학 시리즈, 2권(ASM International, July 2001)이며, 이의 관련부가 참조문헌으로 포함된다. 이의 적용예의 대부분은 표면에 고체 박막 코팅제를 적용하는 것과 관련된다. 간단히 언급하면, CVD는 코팅되는 하나 또는 그 이상의 가열된 대상을 포함하는 챔버에 전구체 가스나 가스들을 흘려보내는 것을 수반한다. 화학반응은 상기 뜨거운 표면에서 및 그 주위에서 일어나, 그 표면상에 박막이 증착되게 된다. 미반응의 전구체 가스와 함께 부산물이 상기 챔버 밖으로 배출된다. PECVD, LPCVD 및 SACVD는 단지 CVD기술의 일 변형에 지나지 않는다. CVD는 운반가스(carrier gas)와 함께, 또는 없이도, 넓은 온도, 압력 범위에서 수행될 수 있다. 주기율표에서의 원소의 대부분이, 일부는 순수한 원소 형태, 그러나 더 많은 경우 화합물을 형성하도록 결합된 형태로, CVD기술에 의하여 증착되어 왔다.
이러한 CVD공정 중에서, PECVD는 본 발명에 따른 공정에서, 제공되는 경우에는, 무기 중간층 및 저층을 증착시키기 위하여 바람직한 공정이다. PECVD시스템에 있어, 주파수근원(RF source)은 상단 전극 및 저측 기판 사이에 형성된 전자기장에서의 전자를 여기(excites)시킨다. 상기 여기된 전자는 가스 분자와 충돌하여 이온/반응성 중립자(neutrals) 또는 플라즈마를 형성한다. PECVD는 열CVD에 대하여 몇 가지 이점을 가진다. 먼저, PECVD는 훨씬 더 낮은 증착온도 및 압력이 허용된다. 예를 들면, SiH4 및 O2또는 N2O을 이용한 SiO2의PECVD증착에 대한 온도는, 열 CVD에 필요한 350-550℃의 온도와 달리, 일반적으로 200-400℃의 온도이다. 둘째로, 플라즈마를 이용함으로써, 이온 충격(bombardment) 필름을 더 조밀하게 하는 것을 조력하고, 증착율을 높이며, 양호한 필름 부착을 증진시킨다. 더욱이, 마이크로 구조 및 두께에 관한 필름 균일성이 달성될 수 있다. 또한 PECVD의 다른 훌륭한 이점은 잔류 필름 응력을 조절하는 능력이다. 공정 파라미터를 변화시킴으로써, 사용자는 압축적이거나 인장응력을 갖게 하거나 응력을 가지지 않는 필름을 만들 수 있다.
플라즈마 기상 증착 기술은 기판 표면과 그 표면상에 증착되는 물질 사이에 화학 반응을 수반하지 않는다. 진공증착(evaporation)방법에 있어, 증착되는 물질은 끓거나 가스가 될 때까지, 진공 상태에서 가열된다. 상기 가스는 기판으로 이동되어, 냉각되고 상기 기판 표면에서 응축되어 증착된 층을 형성한다. 스퍼터링에서는, 증착되는 물질은 문자그대로 웨이퍼 기판에 고속으로 던져진다. 광범위한 종류의 스퍼터링 기술이 개발되었다. 이산화실리콘을 포함하는 많은 박막 물질은 진공증착 또는 스퍼터링 기술을 사용하여 증착된다.
박막형성을 위한 졸-겔 공정은 기판의 표면상에 증착되는 물질의 졸-겔을 코팅시킨 후에, 건조 및 가열처리를 하여 증착된 물질의 밀집성의 상관성 필름 (interconnected film)을 형성한다. 실리카의 경우, 예를 들면, 졸-겔 물질은 알콕시실란의 (산성 또는 염기성 또는 중성의 pH) 가수분해에 의하여 생성될 수 있다. 이에 따라 형성된 콜로이드 형의 졸-겔은 기판 표면에 코팅되고, 건조 및 300℃ 이하에서 열처리되어 밀집성 코팅을 형성한다. 더 높은 온도의 열처리는 더 큰 밀집화(densification)를 위하여 필름을 소결하는데 사용될 수 있으며, 허용되는 경우에는, 예를 들어, 상기 기판이 무기 유리에 기초한 경우이다.
스프레이 열분해는 상기 무기 중간층 및 선택적인 저층을 증착하기 위한 또 다른 선택사항이다.
어떠한 코팅 증착 공정이 이용되든지, 코팅 증착 공정은 기판의 조성 및 성질에 악영향을 주지 않는 것이 중요하다. 예를 들어, 만일 기판이 고온에서 변형 또는 열화(degrades)되는 유기 중합체 물질을 포함하는 경우에는, 무기 중간층 및 선택적인 저층의 증착은 출발온도(threshold temperature) 미만에서 수행되어야 한다. 증착된 코팅은 기판 및 기타 코팅제와 강한 부착을 가지는 것이 바람직하다. 또한 상기 증착된 코팅은 브러싱과 같은 추가적인 하위(down-stream )공정을 위하여 높은 기계적 강도 및 경도를 가지는 것이 바람직하다.
따라서, 특히 바람직한 기술은 이온 유발 증착(IAD), 이온 빔 스퍼터링(IBS), 플라즈마 이온 유발 증착(PIAD)에 기초한 것으로, 이들은 거의 상온에서 수행되기 때문이다. IAD공정은 예를 들어 우수한 물리적 특성을 가진 코팅을 생산할 뿐 아니라 저온을 수반하기 때문에 플라스틱과 같은 열 민감성 기판에도 적용이 가능하다. 이러한 공정은 필름의 성장 도중에 매우 효과적인 이온 충격(bombardment)에 의하여 활성화 에너지를 부가하고 이온화된 증기를 바로 증착시키게 된다. PIAD에서, 다양한 물질이 플라즈마 원천과 함께 전자총을 사용하여 진공 증착된다.
그러한 증착 방법은 비-반사 및 비-스크래치 코팅의 기술분야에서의 당업자에게 잘 알려져 있다. 예를 들어 렌즈 상에 반사-감소 코팅을 만들기 위한 공정은 미국 특허 제 5,597,622호에 개시되어 있다. 이러한 공정은 어떻게 얇은 SiO 부착층을 이용하여 CR39플라스틱 렌즈 상에 SiO2층이 형성되는지를 기술하고 있다. 두 개의 층은 기화된 코팅 물질의 적용과 함께 동시에 기판을 비추기 (irradiating )위한 플라즈마 원천 및 열기화기를 포함하는 진공 챔버에서 증착된다.
진공증착의 또 다른 예는 미국 특허 제 4,130,672호에서 개시된다. 실제로 상기 발명은 저온(120℃ 이하)에서의 유리 또는 합성 레진의 투명 광학 물질의 표면상에 산화실리콘 SiO 및 이산화실리콘 SiO2을 코팅할 수 있는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 실리콘 산화물이 쉽게 저온(100℃)에서 진공-증착된다는 사실을 이용한 것이다. 진공-증착의 적절한 조건을 이용하여 내구성있는 코팅이 얻어질 수 있으며, 이는 SiO 및 SiO2층을 포함하고 있다. 또한 얻어진 코팅은 CR39과 같은 합성 기판보다 두 배가 큰 6-7H의 연필강도(pencil hardness)를 보이고 따라서 마찰 브러싱에 의한 홈 형성에 매우 적합하다.
플라즈마 스퍼터링은 플라즈마 유발 증착(plasma assisted deposition)과는 최종 결과물에서는 보다 유사하나 약간 다른 기술이다. 이의 주된 이점은 더 값싼 코팅이 제조될 수 있다.
SiO는 기판상에 바로 증착되는 경우 플라스틱 기판에서 우수한 부착을 가지나 선택적으로 바람직하지 않은 흡수로 문제를 겪는다. 따라서 SiO는 더욱 두꺼운 SiO2층의 접착을 확실히 하기 위한 목적으로 주로 사용된다.
미국 특허 제 5,597,622호는 SiO2층이 바로 적용되면 이는 합성 기판상에 열악하게 부착된다는 것을 언급하였다. 그러한 적용된 코팅은 직접적으로 매우 빠르게 끓는물에서 예를 들어 5내지 10분 동안에 분리된다. 반대로, 만일 SiO가 상기 기판 및 SiO2층 사이에 부착증으로 사용되는 경우에는 상기 물품은 비등 테스트를 성공적으로 통과하게 된다.
SiO 부가 SiO2가 함께 사용되면 상대적 두께는 해로운 반사 효과를 피하기 위하여 조절되어야 한다. 이러한 조절은 비-반사 코팅 증착은 당업계에 잘 알려져 있다.
바람직하지 않은 흡수에도 불구하고, 흡수가 적당한 한계 내에서 유지되기 위하여 두께가 선택되는 경우,SiO가 무기 중간층으로 사용될 수 있다. 일반적으로 SiO층은 하나의 분자에서 100 nm까지의 두께를 가진다. 바람직한 두께는 50 nm까지이다.
SiO2는 예를 들어, 500 nm까지의 더욱 큰 두께가 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 물품에 대하여 적절한 두께는 약 100 nm라는 것을 발견하였다.
상기에서 언급한 바와 같이, 기판의 몸체는 무기 중간 층 및 선택적 무기 저층의 적용 전에 처리된 표면일 수 있다. 예를 들어, 특정의 플라스틱 기판 물질에 있어, 우수한 접착을 얻기 위해, 무기 중간층 및 선택적 무기 저층의 증착 전에 표면에 실리콘 레진 유형의 경화성 하드 층을 또한 형성할 수 있다. 이러한 실리콘 하드 레진은 반-스크래치 코팅으로 잘 알려져 있으며, 또한 하드코트(hardcoat)라 불린다. SiO2의 기상 증착에 앞서 실리콘 레진의 그러한 증착의 예는 JP 58042001에서 설명되었다. PPG Industries 에서 HI-GARD® 1080라는 상품명으로 판매되는 실리콘 레진은 특히 적합하며 적당한 부착력 및 을 우수한 투과성을 제공한다.
그러한 실리콘 레진층은 또한 이온 또는 플라즈마 유발 기술이 사용되는 경우 매우 효과적인 조건이 포함되는 기판의 우수한 저항성을 보장하기 위하여 필요로 될 수 있다. 일반적인 규칙은 하드 코트없는 렌즈는 이온 유발(ion assist)없이 금속 산화물 층으로 코팅될 수 있으나, 하드 코트를 가진 기판은 일반적으로 이온 또는 플라즈마 유발로 하드 코팅될 수 있다는 것이다. 이는 특히 열악한 열 안정성을 가진 합성 기판에 유용하다.
또한 초박형 금속층(예를 들어 크롬)은 기판상에 산화물 층의 더 높은 접착을 얻기 위한 배열(order)이 사용될 수 있다는 것은 널리 알려져 있다. 실제로 산화물이 일반적으로 플라스틱에 강하게 부착되지 않는다. 금속인 이 층은 회색을 방지하기 위하여 극도로 얇아야 한다. 일반적인 부착 금속 저층의 두께는 단지 수 나노 미터에 불과하다.
미세 홈의 형성 및 여기의 편광층을 증착하기 위한 방법 및 장치는 프랑스 공개 특허 제 2861852호, 및 미국 특허 제 4,683,153호 및 2,400,877호에서 개시되어 있다. 이들 참조문헌의 관련 부는 전체로서 본 발명의 참조문헌으로서 뒷받침되며 포함된다.
무기 중간층의 표면상의 미세-홈의 형성은 표면을 브러쉬함으로서 유리하게 달성된다. 비-제한적 예로서, 연마 입자(abrasive particles)의 슬러리에 침지된, 폴리우레탄 폼(foam)과 같은 폼 물질로 만들어진 스피닝 휠이 상기 표면의 브러쉬를 위하여 사용될 수 있다. 상기 연마 입자의 슬러리는 당업계에 알려져 사용되는 일반적인 세련(polishing) 슬러리일 수 있다. 상기 연마 입자는 일반적으로 현미경 규모의 크기 및 마이크로-이하의 크기이다. 상기 입자는 무기 중간층보다 더욱 높은 경도(hardness)를 가지는 이상, 예를 들어, Al2O3, ZrO2, TiO2, CeO2등 일 수 있다. 점도 조절제(viscosity modifying agents)와 같은 첨가제가 상기 슬러기에 또한 첨가될 수 있다. 당업자는 최적의 브러슁 시간이 되는 최적의 브러슁을 얻기위하여 브러슁 시에 적용되는 압력, 브러슁 휠의 회전 속도를 조절할 수 있다.
상기 중간층의 브러슁을 하고나서, 상기 편광층의 증착 전에, 상기 기판은 일반적으로 전체적으로 세척 및 건조된다.
상기 편광층의 형성은 이미 미세-홈이 형성되어 있는 상기 무기 중간층의 표면 상에 편광 염료의 용액 또는 현탁액(suspension)의 코팅을 포함한다. 상기 용액 또는 현탁액은 유리하게 수분에 기초한다. 상기에서 언급한 바와 같이, 편광 물품에서 바람직한 색상 및 색조를 얻기 위하여, 때때로 상이한 색상을 가지는 다중 편광 염료가 편광 염료 용액에서 다양한 비율로 사용된다. 또한, 상기 편광 염료 용액은 상기 염료 자체에 부가하여 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 그러한 첨가제는 (i) 레올로지 조절제 (ii) 부착 증진제 (iii) 가소제 (iv) 비 편광염료 등을 포함한다. 상기 편광염료의 증착은 일반적인 장비를 사용한 딥코팅, 플로코팅(flow coating), 스핀 코팅과 같은 당업계에서 이용 가능한 다양한 코팅 기술에 의하여 수행될 수 있다.
상기 미세홈 상에 염료 용액을 증착시킨 후, 상기 미세홈에서의 편광 염료를 불용성화(insolubilize) 및 고정화(immobilize)시키는 것이 때때로 바람직하다. 그렇게 하는 바람직한 방법은 상기 코팅된 기판을 수용성 금속염에 적용시키는 것이다. 미국 특허 제 2,400,877호는 상기 불용성화하기 위한 방법 및 작용제(agent)를 개시하고 있으며, 상기 관련 부분은 본 발명에 참조문헌으로 지지되고 포함된다. 그러한 금속염에 대한 비제한적 예로서, AlCl3, BaCl2, CdCl2, ZnCl2, SnCl2등이 거론될 수 있다. AlCl3 및 ZnCl2가 이들의 낮은 독성 때문에 바람직하다. 염화물(chlorides) 이외의 다른 염이 사용될 수 있다. 일반적으로, 수중 불용성 염료에 대한 섬유 산업에 사용되는 금속염이 사용될 수 있다. 예를 들어, Al, Fe, Cr등의 금속염이 사용될 수 있다.
무기 중간층의 표면상에 염료의 불용화 후, 상기 표면은 선택적으로 더욱 건조된다. 편광 염료가 하드코트 처리와 같이 수성 용액 처리에 적용시킨 경우, 상기 편광 염료를 건조시킬 필요는 없을 것이다. 액정 중합체와 같은 첨가제의 조력으로, 또는 없이, 편광 염료는 미세홈으로 정렬된다. 이에 따라 편광층이 형성된다.
형성된 편광층은 일반적으로 최종 편광 물품의 일반적으로 의도된 용도에 있어서의 마멸(wear and tear)에 견딜 수 있을 만큼 충분히 견고하지 않다. 따라서, 추가적인 보호 코팅이 일반적으로 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따른 공정의 (D)단계에서, 추가적인 보호층이 상기 편광층 상에 형성된다. 기판상의 표면 코팅과 유사하게, 상기에서 설명된 바와 같이, 보호 코팅은 실란(silanes)에 명백히 기초한다. 즉, 알콕시실란 및/또는 클로로실란 또는 다음 유형의 반응성 그룹과의 조합에 기초한다: 비닐, 에폭시, 이소시아네이트, 하이드록실, 아민, 씨올, 카르복실 산 및/또는 안하이드라이드. 그러한 조성물은 단일 유형(예를 들어, 이소시아네이트)의 반응성 그룹 또는 명백히 서로가 비-반응성(예를 들어, 이소시아네이트 및 비닐)인 상기 유형의 적어도 두 개의 반응성 그룹을 포함할 수 있다.
그러한 표면 코팅의 특수한 예는 감마-아미노프로필트리메톡시실란(-aminopropyltrimethoxysilane), 감마-아미노프로필트리에톡시실란(-aminopropyltriethoxysilane) 및 에폭시알킬트리알콕시실란 (epoxyalkyltrialkoxysilane)에 기초한 코팅을 포함한다. 이러한 보호층은 최종 편광 물품의 적용에 따라 엷은 빛깔을 낼 수 있거나(tintable)(따라서 옅은색(tinted) 또는 비-옅은색) 또는 그렇지 않을 수 있다. 그러한 보호층으로서 상업적으로 이용 가능한 코팅 조성물의 비 제한적인 예는, C4000-60, 엷은 빛깔을 내지 않는 C5050-60, 엷은 빛깔을 낼 수 있는 C5050-61, LESCO의 CRC-12, Lens Technology,LLC의 SCH 180, SHC 3100 및 SHC Armour 500과 같이 UV경화 레진으로부터 얻어지는 UV경화 코팅 Tokuyama Corp.의 TS56 H 또는 TS56 T라는 상품명으로 판매되며 각각, 엷은 빛깔을 낼 수 없으며(non-tintable), 엷은 빛깔을 낼 수 있는(tintable), 2 성분 하드 코팅 용액에서 얻어지거나, PPG industries, Inc에서 판매되는 일 성분 HI-GARD® 1080 또는 HI-GARD® 1035 코팅제로부터 얻어지는 열적으로 경화되는 코팅이 포함된다.
상기 보호 코팅 상에, 부가적인 선택적 코팅이 형성될 수 있다. 이러한 코팅은 제한되는 것은 아니나, 소수성(수분-반발 또는 김서림 방지)코팅 적외선 흡수 코팅 UV흡수 코팅 비-반사 코팅 다색성 코팅 쿠션 코팅(충격-흡수 유연 코팅)등을 포함한다. 이러한 코팅는 또한 상기 무기 중간층, 선택적인 저층 및 편광층에 반대되는 기판측상에 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 편광 물품을 생산하기 위한 본 발명에 따른 공정의 일 구체예를 개략적으로 도시하고 있다. 단계(1)에서, 기판 본체(101)가 제공된다. 단계(2)에서, 하드코트 표면 코팅(103)이 상기 기판 몸체(101)의 일 표면 상에 형성된다. 101 및 103의 조합은 본 적용품에 따른 수단으로 기판(100)을 형성시킨다. 단계 (1) 및 (2)는 조합되어 상기에서 설명되고 주장된 공정에서의 단계(A)에 대응된다. 단계(3)에서, 무기 저층(105)는 상기 표면 층(103)의 상단에 형성된다. 단계 (3)은 상기에서 설명된 단계(A1)에 대응한다. 단계(4)에서, 무기 중간층(107)은 저층(105)의 상단에 형성된다.
단계(4)는 위에서 설명된 단계에서 단계(B)에 대응한다. 단계 (5)에서, 상기 무기 중간층(107)은 브러쉬되어 이의 표면 상단에 실질적으로 평행한 미세홈(109)을 형성한다. 단계(3)은 상기에서 설명된 단계(C1)에 대응한다. 단계(6)에서, 편광층(111)은 상기 편광층(109)의 상단에 증착된다. 단계(6)은 상기에서 설명된 단계(C2)에 대응한다. 단계 (7)에서, 보호층(113)은 상기 편광층(109)의 상단에 형성된다. 단계 (7)은 실질적으로 상기 단계(D)에 대응한다. 본 발명의 상기 설명으로부터 명백한 바와 같이, 도 1은 본 발명에 따른 일 구체예에 대한 단순한 도시일 뿐이다. 도 1에서 도시된 단계 중 일부는 본 발명에 따른 특정한 편광 물품에서는 요구되지 않을 수 있다. 예를 들어, 단계(2) 및 (3)은 특정한 기판 물질을 위하여 생략될 수 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 공정은 무기 또는 유기 기판 물질의 수많은 상이한 유형에 적용될 수 있다. 동일한 무기 중간층, 예를 들어 SiO2는 유사한 양호한 결과를 얻기 위하여 그러한 상이한 기판 물질 상에 증착될 수 있다. 따라서, 상이한 기판 물질에 대하여, 하위(down-stream) 공정 단계 (C) 및 (D)는 동일한 공정 파라미터 및 장비를 사용함으로써 수행될 수 있다. 이는 생산품의 품질의 일관성, 더 많은 생산량 및 더 낮은 생산비로 연결된다.
다음의 비제한적 실시예는 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
[실시예]
실시예 1(본 발명)
Intercast Europe SPA에서 NXT라는 상품명으로 판매되는 폴리우레탄-우레아 플라스틱 렌즈가 레진 공급원에 의하여 추천된 방식에 따라 HI-GARD® 1080코팅제로 코팅되었다. 최종 하드코트는 2-3 ㎛두께였다. 표면 세척 후에 100나노미터 두께의 SiO2코팅이 SiO2 증착 전에 상기 하드 코트의 상단에 증착된 접착층으로서 박형 크롬층을 사용하여 진공-증착된다.
그 다음 코팅된 기판은 적당한 모양을 가지며 폴리우레탄 폼으로 만들어진 휠로 브러쉬된다. 상기 휠은 상기 코팅된 렌즈의 표면상에 평행한 미세홈을 얻기 위한 연마 슬러리가 흡수된다.
상기 사용되는 연마 슬러리는 부드러운 연마 브러싱을 제공하기 위한 물과 마이크로 크기의 지르코니아 입자의 혼합물이다. 상기 휠 속도는 340 rpm이며 약 5초간에 적용되는 압력은 약 40g/cm2이었다. 그 후 홈이 형성된 렌즈는 탈이온수로 헹구어지고 50C의 적외선 램프로 2분 동안 건조된다. 건조 렌즈는 Sterling Optics Inc(KY)에서 공급되는 약 5중량%의 편광염료(Varilight solution 2S)를 포함하는 수성용액 2-3그램이 스핀 코팅에 의하여 코팅된다. 상기 염료 용액은 8초 동안 300rpm으로 적용되며 그 후 스핀 속도는 45초 동안 400rpm으로 증가되고 그 다음 12초 동안 1000rpm까지 증가한다.
상기 단계에서 건조된 렌즈는 99%의 편광 능률 및 30.5%의 투과를 보인다.
그 다음 편광 코팅은 pH 4에서 염화 알루미늄, 수산화 칼슘 및 산화 마그네슘을 포함하는 수성 용액에 렌즈를 침지(immersing)시킴으로써 안정화된다. 상기 단계는 수용성 염료를 이의 불 수용성 형태로 변화시킨다.
상기 렌즈가 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane) [919-30-2]의 10중량% 수용액에 15분간 적시어(dip) 진 후, DI수(DI water)로 3번 헹구어지고 120 C에서 30분간 경화된다.
냉각 후에 렌즈는 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane) [2530-83-8]의 2중량% 수용액에 30분간 침지시키고 오븐에서 30분간 100C에서 경화된다. 냉각 후에 상기 렌즈는 2마이크로 미터 두께의 아크릴 기초의 반-스크레치 코팅의 적용에 의하여 보호된다. 상기 사용된 반-스크레치 코팅 레진은 1.6중량%의 3-메타크릴록시 프로필트리메톡시실란(3-methacryloxypropyltrimethoxysilane) [2530-85-0]가 첨가되어 변경된, Lens Technology International (CA)에 의하여 SHC 180라는 상품명으로 판매되는 것이다. 상기 레진은 45초간 1000rpm의 스핀 속도를 가지는 스핀 코팅이 적용되며 분당 2피트의 벨트 속도에서 융합 전구 H램프로부터의 UV광에 노출시킴으로써 경화시킨다.
편광 능률(Peff)은 가시 분광 측정기(visible spectrophotometer) 및 편광자(polarizer)를 이용한 평행 투과(T//) 및 직교 투과(T-)를 측정함으로써 결정된다. 상기 편광능률은 하기의 식을 사용하여 계산된다.
Figure 112012109019175-pat00002
제조된 렌즈의 화학적 내구성은 상기 편광 렌즈를 끓는 물에 3시간 동안 담가둠으로써 평가된다. 부착 정도는 상기 비등 시험 전 및 후에 표면 부착 테잎에 의하여 상기 코팅을 벗겨내는 시도에 의하여 평가된다.
결과:
편광 능률은 비등 시험 전에 97%였다.
끓는 물에 3시간 동안 침지시킨 편광 렌즈는 박리를 보이지 않았고 편광능률은 97%를 보였다(변화 없음).
실시예 2( 비교예 )
부착 층 및 SiO2층이 생략된 것을 제외하고 실시예 1에서 개시된 것과 동일한 공정이 재실시되었다. 따라서 HI-GARD® 1080하드코트가 직접적으로 홈 형성되었다.
편광능률은 염료 증착 후에 98%였으며 공정이 완료된 후에는 96%였다. 염화 알루미늄 처리 또는 실란 처리와 같은 수성 처리 중에 일부렌즈에서 층의 박리가 일어나서 인정될 수 없는 미용상 결점을 남겼다. 어떠한 렌즈도 끓는 물 시험을 완수하지 못하였다.
본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어남이 없이 본 발명에 대한 다양한 변경이 대체가 있을 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 발명에 의하여 제공되는 변경 및 변화가 본 발명의 청구 범위 및 이와 균등 범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (8)

  1. 편광 물품 제조방법으로써,
    (a) 적어도 일 표면을 갖는 광 투과 기판을 제공하는 단계;
    (b) 상기 기판상에 적어도 하나의 부착-증진 무기 저층(sub-layer)을 형성하는 단계, 상기에서 적어도 하나의 무기 저층은 SiO 또는 크롬 금속을 포함하며, 300 nm 미만의 두께를 가지며;
    (c) 상기 적어도 하나의 부착-증진 무기 저층 바로 위에 무기 중간층을 증착하여(depositing), 인접시키고, 상기 무기 중간층은 SiO2를 포함하며, 1 ㎛ 미만의 두께를 가지며; 상기 무기 중간층은 제 1 표면이 상기 기판에 인접하고, 제 2 표면은 상기 기판으로부터 먼 쪽에 위치하며, 상기 무기 중간층은 상기 적어도 하나의 부착 무기 저층과는 상이한 조성을 가지며,
    (d) 상기 무기 중간층의 제 2 표면 상에 복수의 미세 홈을 형성하며, 상기에서 복수의 미세 홈은 서로서로 실질적으로 평행하며;
    (e) 상기 제 2 표면상으로 유기 편광 염료를 직접 증착하여 제 2 표면의 적어도 일부 위에 편광층을 형성하며, 여기에서 유기 편광 염료는 증착되고, 안으로 한정되어 (confined in), 복수의 미세 홈에 의해 정렬되며; 및
    (f) 상기 편광층위로 보호층이 형성되어, 보호층에 인접하는 단계를 포함하는 편광 물품 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 기판은 적어도 하나의 하드코트(hardcoat)를 포함하며, 상기 무기 저층은 상기 하드 코트 위에 증착되는 것을 특징으로 하는 편광 물품 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 기판은 유기 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 물품 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 증착된 편광층은 적어도 하나의 이색성 염료(dichroic dye)를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 물품 제조방법.
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