KR101475986B1 - 반사형 편광 필름의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명기재; 및 상기 투명기재의 일면에 일방향으로 연신하여 형성되는 반사층을 포함하고, 상기 반사층은 나노 와이어 입자로 이루어지며, 상기 나노 와이어 입자의 80% 이상이 상기 연신 방향에 대해 -10° 내지 10°의 각도를 갖도록 배향된 것인 반사형 편광 필름을 제공한다.

Description

반사형 편광 필름, 그 제조 방법, 이를 이용한 편광판 및 백라이트 어셈블리{REFLECTIVE POLARIZING FILM, MANUFACTURING METHOD THEREOF, POLARIZING PLATE AND BACKLIGHT ASSEMBLY COMPRISING THE REFLECTIVE POLARIZING FILM}

본 발명은 액정표시장치의 휘도 향상을 위해 제공되는 반사형 편광 필름 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 나노 와이어 그리드를 포함하는 반사형 편광 필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 들어, 횡전계 방식(In-Plane Switching, IPS), 비틀린 네마틱 방식(Twisted Nematic TN), 수직배향 방식(Vertically Aligned, VA) 또는 FFS 방식(Fringe Field Switching) 등의 액정 모드에서 구동되는 액정표시장치의 광학성능을 개선하여 액정표시장치의 품질을 향상시키고자 하는 노력이 진행되고 있으며, 특히, 액정표시장치의 휘도 향상을 통해 광학성능을 개선하고자 하는 노력이 활발히 진행되고 있다.

이러한 노력의 결과로 제안된 액정표시장치의 휘도를 향상시키는 방안은, 편광판의 한면에 휘도향상용 필름을 부착하여 휘도를 향상시키는 휘도향상용 편광판을 제공하는 방안과 휘도향상용 필름을 포함하는 백라이트 어셈블리를 제공하는 방안이 있다.

상기 방안에서 사용되는 휘도향상용 필름의 일례로서, 이중휘도 향상필름(DBEF, Dual Brightness Enhanced Film)이 사용되는데, 이중휘도 향상필름은 제조공정이 복잡하고 가격이 비싸다는 문제가 있었다.

또한, 상기 휘도 향상용 필름의 일례로서, 나노 와이어 그리드 편광자가 사용되는데, 종래의 나노 와이어 그리드 편광자는 기재의 일면에 나노 와이어 입자를 증착한 후 선형 형상으로 패터닝하여 형성하거나, 기재의 일면에 나노 구조물을 형성한 후 나노 구조물 상에 나노 와이어 입자를 증착시키는 방법을 형성되므로, 패터닝을 위한 일련의 과정인 박막증착, 포토레지스트 코팅, 리소그래피, 식각 등의 공정을 거쳐야만 했다. 그 결과 종래의 나노 와이어 그리드 편광자는 제조 공정이 복잡하고 가격이 비싸다는 문제가 있었다.

따라서, 휘도 향상용 필름으로서 제조공정이 단순하고 코스트가 절감되며 광학성능이 우수한 필름의 개발이 요구되었다.

이를 위해 일 측면에서, 본 발명은 투명기재; 및 상기 투명기재의 일면에 일방향으로 연신하여 형성되는 반사층을 포함하고, 상기 반사층은 나노 와이어 입자로 이루어지며, 상기 나노 와이어 입자의 80% 이상이 상기 연신 방향에 대해 -10° 내지 10°의 각도를 갖도록 배향된 것인 반사형 편광 필름을 제공한다.

다른 측면에서, 본 발명은 a) 투명기재를 40% 이상 60% 미만 팽윤율을 갖도록 팽윤시키는 단계; b) 상기 팽윤된 투명기재의 일면에 나노 와이어 입자를 포함하는 용액을 코팅하는 단계; c) 상기 코팅된 투명기재를 일 방향으로 연신하는 단계; d) 상기 연신된 투명기재를 예비 건조하는 단계; 및 e) 상기 예비 건조된 투명기재를 건조하는 단계를 포함하는 반사형 편광 필름의 제조방법을 제공한다.

또 다른 측면에서 본 발명은 상술한 반사형 편광 필름을 포함하는 편광판 및 백라이트 어셈블리를 제공하며, 그 편광판 또는 백라이트 어셈블리를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.

본 발명은 화상표시장치의 휘도 향상을 위해 제공되는, 나노 와이어 그리드를 포함하는 반사형 편광 필름 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

또한, 상기 반사형 편광 필름을 포함하는 편광판 및 액정표시장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 반사형 편광 필름은 투명기재의 일면에 일방향으로 연신하여 형성되는 반사층(나노 와이어 그리드)을 포함하므로 종래의 반사형 편광 필름과는 다르게, 패터닝을 위한 일련의 공정(박막증착, 포토레지스트 코팅, 리소그래피, 식각 등)을 거치지 않아도 되어 공정의 단순화 및 코스트 절감을 달성할 수 있다.

또한, 본 발명의 반사형 편광 필름을 편광판 및 백라이트 어셈블리에 적용함으로써 액정표시장치의 휘도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 편광 필름의 나노 와이어 입자의 배향도를 보여주는 반사형 현미경 사진이다.
도 2는 비교예 1에 따른 반사형 편광 필름의 나노 와이어 입자의 배향도를 보여주는 반사형 현미경 사진이다.
도 3은 비교예 2에 따른 반사형 편광 필름의 나노 와이어 입자의 배향도를 보여주는 반사형 현미경 사진이다.
도 4는 비교예 3에 따른 반사형 편광 필름의 나노 와이어 입자의 배향도를 보여주는 반사형 현미경 사진이다.
도 5는 비교예 4에 따라 제조된 반사형 편광 필름의 연신시 파단된 모습을 보여주는 반사형 현미경 사진이다.
도 6 (a)는 배향된 나노 와이어 입자를 투과하는 광원의 TM 편광 방향, (b)는 TE 편광 방향을 나타내는 도면이며, (c)는 나노 와이어 입자의 배향 방향과 TM 편광, TE 편광과의 관계를 보여주는 도면이다.
도 7은 실시예에 따라 제조된 반사형 편광 필름의 편광에 대한 투과도를 보여주는 그래프이다.
도 8은 실시예 및 비교예 1에 따라 제조된 반사형 편광 필름의 편광에 대한 투과도를 대비하여 보여주는 그래프이다.
도 9는 실시예 및 비교예 2에 따라 제조된 반사형 편광 필름의 편광에 대한 투과도를 대비하여 보여주는 그래프이다.
도 10은 실시예 및 비교예 3에 따라 제조된 반사형 편광 필름의 편광에 대한 투과도를 대비하여 보여주는 그래프이다.
도 11은 실시예에 따라 제조된 반사형 편광 필름의 편광에 대한 소광율(extinction ratio)을 보여주는 그래프이다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명의 반사형 편광 필름은 투명기재 및 그 투명기재의 일면에 형성된 반사층을 포함한다.

상기 투명기재는 수팽윤성 기재가 바람직하며, 여기서 수팽윤성 기재란, 물 또는 워터-베이스계 용액에서 팽윤율이 증대되는 기재를 말한다. 예를 들면 폴리비닐아세테이트-비닐알코올 공중합체, 폴리에틸렌-비닐알코올 공중합체, 폴리비닐알코올-스티렌 공중합체, 폴리비닐알코올-비닐클로라이드 공중합체 및 폴리비닐알코올-(메타)아크릴 공중합체 등의 폴리비닐알코올계 공중합체, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스 중합체, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라에틸렌글리콜, 폴리벤질알코올 및 고분자 사슬에 히드록시기 (-OH)를 다수 포함하고 있거나 이들과의 공중합체로 이루어진 수용성 고분자로 제조된 기재이고, 바람직하게는 폴리비닐알코올 및 폴리비닐알코올계 공중합체로 제조된 기재이다.

또한, 상기 투명기재의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 나노 와이어 입자를 기재에 코팅할 경우 기재의 기계적 안정성이 뒷받침되어야 하고, 기재의 팽윤 및 신장시 파단의 가능성을 저하시켜야 하며, 반사형 편광기의 편광판 부착시 컬(curl)의 발생을 최소화시키도록 제작되는 것이 바람직하다. 이를 위해 투명기재의 두께는 30~150㎛의 범위이고, 바람직하게는 30~120㎛의 범위이며, 보다 바람직하게는 40~120㎛의 범위이다.

다음으로, 상기 반사층은 상기 투명기재의 일면에 일방향으로 연신되어 형성된다. 이는 일련의 패터닝 공정을 거치지 않고, 나노 와이어 그리드의 반사형 편광 필름을 제작하기 위함이다.

또한, 상기 반사층은 나노 와이어 입자로 이루어지며, 상기 나노 와이어 입자의 80% 이상이(구체적으로 80 내지 100%, 80 내지 95%), 상기 연신 방향에 대해 -10° 내지 10°의 각도를 갖도록 배향된 것이 바람직하다. 상기 투명기재의 연신에 의해 반사층을 이루는 나노 와이어 입자가 연신 방향과 거의 일치되는 방향으로 배향되게 되며, 연신 전의 팽윤 조건, 연신 조건 등을 조절함으로써 나노 와이어 입자가 연신 방향에 대해 -10° 내지 10° 사이로 배향된 것이 상술한 범위(80% 이상)의 분포를 갖도록 함으로써, 나노 와이어 입자의 배향도를 최적화하고 편광분리능을 최적화할 수 있다.

또한, 상기 연신은 상기 투명기재가 팽윤된 상태에서 연신하는 것이 바람직하다. 이는 연신율을 향상시켜 나노 와이어 입자의 배향성을 증진시키기 위함이다.

또한 상기 연신은, 상기 투명기재의 팽윤율이 40%이상 60%미만인 상태에서 연신되는 것이 바람직하다. 상기 팽윤율이 40% 미만인 경우 기재의 팽윤율이 충분히 확보되지 않아 나노 와이어 입자의 배향도가 저하되어 그 결과 편광 분리능이 저하되며, 60% 이상인 경우 기재(예를 들면, 폴리비닐알코올계 기재) 내부의 가소제가 유출되어 연신 공정에서 기재가 파단될 가능성이 높아지기 때문이다.

또한, 상기 연신의 연신율은 팽윤된 투명기재의 길이에 대해 50 내지 1000%가 바람직하다. 상기 연신율이 50% 미만인 경우 나노 와이어 입자의 배향도가 감소되어 반사형 편광기로서 역할을 수행하기 어렵고, 1000%를 초과한 경우 공정 중 기재가 파단될 수 있는 문제가 발생한다.

또한, 상기 연신의 방법은 연신기, 텐더 연신기 등의 임의의 적절한 연신기를 사용하여, 종래 공지된 방법으로 실시하면 되며, 특별히 제한되지 않는다.

또한, 상기 반사층의 나노 와이어 입자는 금속 또는 무기물이며, 예를 들면, 금, 은, 구리, 알루미늄, 철, 니켈, 티탄, 텅스텐, 크롬이 있으며, 바람직하게는 금, 은, 알루미늄, 크롬이며, 보다 바람직하게는 금, 은, 알루미늄이다.

또한, 일반적으로 상기 반사층의 두께는 반사광의 파장과 관련되는데, 가시광 영역 대의 빛의 반사를 유도하기 위해서는 그 두께가 50 내지 1000nm인 것이 바람직하며, 80 내지 500nm인 것이 보다 바람직하다. 만약 반사층이 상기 두께 범위(50 내지 1000nm)를 벗어나면 반사층은 의도하지 않은 다른 파장대(UV, IR 등)의 빛을 반사하게 되어 디스플레이용 광학필름으로 활용되기 어렵다는 문제가 존재한다.

한편, 본 발명에 따른 반사형 편광 필름의 제조방법은 투명기재를 재료로 하며, a) 팽윤단계 b) 코팅단계 c) 연신단계 d) 예비건조 단계 e) 건조단계를 포함한다.

상기 투명기재는 수팽윤성 기재가 바람직하며, 여기서 수팽윤성 기재란 물 또는 워터-베이스계 용액에서 팽윤율이 증대되는 기재를 말하며, 예를 들면 폴리비닐아세테이트-비닐알코올 공중합체, 폴리에틸렌-비닐알코올 공중합체, 폴리비닐알코올-스티렌 공중합체, 폴리비닐알코올-비닐클로라이드 공중합체 및 폴리비닐알코올-(메타)아크릴 공중합체 등의 폴리비닐알코올계 공중합체, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스 중합체, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라에틸렌글리콜, 폴리벤질알코올 및 고분자 사슬에 히드록시기 (-OH)를 다수 포함하고 있거나 이들과의 공중합체로 이루어진 수용성 고분자로 제조된 기재이고, 바람직하게는 폴리비닐알코올 및 폴리비닐알코올계 공중합체로 제조된 기재이다.

또한, 상기 투명기재의 크기는 특별히 제한되지 않지만, 두께는, 30~150㎛의 범위인 것이 바람직하고, 30~120㎛의 범위인 것이 보다 바람직하며, 40~120㎛의 범위인 것이 가장 바람직하다. 또한, 본 발명의 제조 방법을 연속 처리에 의해 실시하는 경우에는, 상기 투명기재는, 롤로 감은 원반(原反)의 형태가 바람직하고, 이 경우, 기재를 반송하면서 각 공정에서 처리가 실시된다. 또한, 본 발명의 제조 방법이 배치 처리에 의해 실시되는 경우에는, 소정의 크기로 커팅한 투명기재가 사용된다.

상기 a)단계는 상기 투명기재를 팽윤시키는 단계로서, 이는 투명기재를 팽윤시킨 후 연신함으로써 연신율을 향상시키고 그 결과 나노 와이어 입자의 배향성을 증진시키기 위함이다.

상기 a)단계의 팽윤 방법으로서는 특별히 제한되지 않으며, 상기 투명기재에 팽윤액을 분무하거나 팽윤액에 침지시켜 팽윤시킬 수 있다.

여기서, 팽윤액은 예를 들면, 물, 글리세린 수용액, 요오드화 칼륨 수용액 등을 사용할 수 있으나 물을 사용함이 바람직하다.

또한, 팽윤조건은 상기 기재의 팽윤율이 40%이상 60%미만이 되도록 조절함이 바람직하다. 상기 팽윤율이 40% 미만인 경우 기재의 팽윤율이 충분히 확보되지 않아 나노 와이어 입자의 배향도가 저하되며 그 결과 편광분리능이 저하되며, 60% 이상인 경우 기재(예를 들면, 폴리비닐알코올계 기재) 내부의 가소제가 유출되어 연신 공정에서 기재가 파단될 가능성이 높아지기 때문이다.

팽윤액의 온도는 20℃이상 35℃미만이 바람직하고, 25℃~32℃가 보다 바람직하다. 이는 기재의 두께방향에서 균일한 팽윤이 이루어지고 보다 높은 팽윤율을 확보함으로써 연신공정에서의 파단 가능성을 감소시킬 수 있고, 이와 동시에 팽윤시간을 실제 양산공정에 적용할 수 있는 수준으로 설정할 수 있기 때문이다.

한편, 팽윤액의 온도가 20℃ 미만인 경우 기재의 두께 방향에서 불균일한 팽윤(기재 표면에서만 팽윤이 주로 이루어지고, 기재 내부는 거의 팽윤이 일어나지 않는 현상)이 유발되어 연신 공정시 기재 파단의 원인이 되며, 20℃ 이상에서의 팽윤과 동일한 효과를 얻기 위해서는 공정에 적용되기 곤란할 정도로 지나치게 긴 팽윤시간이 요구되고, 팽윤액의 온도가 35℃ 이상인 경우 실제 양산공정에서 적용 가능한 팽윤시간 내에 팽윤율을 60% 미만으로 조절하기 곤란하다.

또한, 상술한 팽윤온도 하에서, 팽윤시간은 30~60초로 조절함이 바람직하다. 상술한 팽윤온도 하에서 팽윤시간을 30초 미만으로 조절하는 것은 공정상 한계가 있으며, 60초를 초과하는 경우 팽윤율 60%를 초과하여 연신 공정에서 기재의 파단을 유발할 수 있기 때문이다.

한편, 상기 기재의 기계적 강도를 증대시키기 위해, 상기 팽윤액에 소량의 붕산을 첨가시킬 수도 있다. 여기서 첨가되는 붕산은 0.5~5중량%로 함이 바람직하며, 1.0~4.5중량%로 함이 보다 바람직하고, 1.5중량%~4.5중량%로 함이 가장 바람직하다. 만약 팽윤액에 0.5중량% 미만의 붕산이 첨가되는 경우 기재의 기계적 강도를 향상시키는 효과를 기대할 수 없으며, 5중량% 초과의 붕산이 첨가되는 경우 기재의 연신시 연신효율이 저하되는 문제가 발생하기 때문이다.

다음으로, 상기 b)단계는 구체적으로 상기 팽윤된 투명기재의 일면에 나노 와이어 입자를 포함하는 용액을 코팅하는 단계이다. 이는 나노 와이어 입자를 코팅하여 반사층을 형성하기 위함이다.

여기서, 나노 와이어 입자는 금속 또는 무기물이며, 예를 들면, 금, 은, 구리, 알루미늄, 철, 니켈, 티탄, 텅스텐, 크롬이 있으며, 바람직하게는 금, 은, 알루미늄, 크롬이며, 보다 바람직하게는 금, 은, 알루미늄이다.

또한, 나노 와이어 입자를 분산시키는 용매는 나노 와이어 입자들과 용매 간의 정반응 및 부반응을 억제하면서 금속 나노 와이어 입자들을 안정화시킬 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들면 물; 메틸 에틸 케톤, 시클로 헥사논 및 메틸 이소 부틸 케톤 등의 케톤; 에탄올, n- 프로판올, 이소 프로판올, n-부탄올 및 디아세톤 알코올 등의 알코올; 테트라 하이드로 푸란, 에틸 에테르 및 디옥산 등의 에테르, 톨루엔 등의 지방족 탄화수소; 디메틸 포름아미드 등의 아미드, 2,2,3,3-테트라 플로로 프로판올 등의 불소계 용제; 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 등의 글리콜 에테르 등을 용매로 사용할 수 있으며, 바람직하게는 물을 용매로 사용할 수 있다.

또한, 나노 와이어 입자를 포함하는 용액은 용매 중에 금속 나노 입자의 응집 및 석출을 감소시키기 위해 나노 입자에 흡착하는 화합물이나 계면활성제 등의 안정제를 함유시킨 것을 이용해도 좋다. 흡착 화합물로서는 -SH, -CN, -NH₂, -SOOH, -OPO(OH)₂, -COOH, -SO₃, M, -COOM(또한, M은 수소 원자, 알칼리 금속 원자 또는 암모늄 분자 등이다)을 함유하는 화합물 등을 들 수 있다. 계면활성제로서는 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제 및 친수성 고분자 등을 들 수 있다.

또한, 나노 와이어 입자를 포함하는 용액은 레벨링제, 대전방지제, UV 흡수제 등 각종 첨가제가 목적에 따라 첨가되어도 좋다.

한편, 나노 와이어 입자를 포함하는 용액을 코팅하는 방법은 스핀 코트법, 딥 코트법, 바 코트법, 스프레이 법 등 그 방법이 특별히 제한되지 않으며, 종래 공지된 기술로 투명기재의 일면에 코팅하면 된다.

또한, 나노 와이어 입자를 포함하는 용액이 코팅되는 두께는 건조 후 두께가 80 내지 500nm가 되도록 조절하면 된다. 여기서 건조 후 두께란 나노 와이어의 두께를 의미하는 것이며, 나노 와이어 두께는 반사광의 파장과 관련되어 있다. 상기 범위는 가시광 영역대의 빛의 반사를 유도하기 위한 두께 범위로서, 상기 범위를 벗어나는 경우 의도하지 않은 다른 파장대(UV, IR 등)의 빛을 반사하게 되어 디스플레이용 광학필름으로 활용되기 어렵다는 문제가 발생한다.

다음으로, 상기 c) 단계는 상기 코팅된 투명기재를 일 방향으로 연신하는 단계로서, 이는 상기 투명기재의 일면에 코팅된 나노 와이어 입자를 연신에 의해 일방향으로 배향시키기 위함이다.

상기 c) 단계의 연신 방법은, 예를 들어 연신기, 텐더 연신기 등의 임의의 적절한 연신기를 사용하여, 종래 공지된 방법으로 실시하면 되며, 특별히 제한되는 것은 아니다.

또한, 연신 공정에서의 연신율은, 상기 팽윤 후의 투명기재의 길이에 대해 50 ~ 1000%의 비율로 연신되며, 상기 연신율이 50% 미만인 경우 나노 와이어 입자의 배향도가 감소되어 반사형 편광기로서 역할을 수행하기 어렵고, 1000%를 초과한 경우 공정 중 기재가 파단될 수 있는 문제가 발생한다.

다음으로 상기 d) 단계는 상기 연신된 투명기재를 예비 건조하는 단계이다. 이는 유동성이 유지된 상태에서 저온으로 건조시킴으로써 배향 방향에서 벗어난 입자들이 배향 방향으로 배열되도록 교정하여 나노와이어 입자의 배향도를 증가시키기 위함이다.

상기 예비 건조는, 예를 들어 자연 건조, 풍건(風乾), 가열 건조 등 종래의 공지된 방법으로 실시하면 되며, 건조 오븐 안에서 열풍 건조로 실시함이 바람직하다.

또한, 예비 건조 온도는 특별히 제한되지 않지만 20∼100℃의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 20~90℃의 범위이고, 더욱 바람직하게는 30~80℃의 범위이다. 상기 건조 온도가 20℃ 미만인 경우 열에 의한 건조 자체가 어렵고, 100℃를 초과한 경우 배향되지 못하고 국부적으로 랜덤하게 분포하는 입자들이 배향 특성을 갖지 못한 채 건조가 완료되어 버리므로 건조 후 전체적인 배향성이 감소되는 문제가 발생한다.

다음으로 상기 e) 단계는 상기 예비 건조된 투명기재를 건조하는 단계로서, 건조의 방법은 자연 건조, 풍건(風乾), 가열 건조 등 특별히 제한되지 않으며 종래의 공지된 방법으로 실시하면 되며, 건조 오븐 안에서의 열풍 건조로 실시함이 바람직하다.

또한, 건조 온도는 특별히 제한되지 않지만 50∼170℃의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 60~170℃의 범위이고, 가장 바람직하게는 60~150℃의 범위이다. 상기 건조 온도가 50℃ 미만인 경우 용매를 완전 건조시키는데 제약이 따르는 문제가 있고, 170℃를 초과한 경우 기재의 열 변형에 의한 나노 와이어 입자들의 배향성 저하의 문제가 발생하기 때문이다.

이상, 반사형 편광 필름의 제조방법에 관해서 설명하였다. 상기 각 단계는 따로 따로 실시해도 되고, 1 공정으로 통합하는 것이 가능한 공정은, 통합하여 실시해도 된다.

또한, 본 발명의 반사형 편광 필름은 편광판의 구성요소로 포함되어 화상표시장치의 휘도를 향상시키는 역할을 수행할 수 있으며, 백라이트 어셈블리에 적용되어 액정표시장치의 휘도를 향상시키는 기능을 수행할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 더 자세히 설명한다. 본 발명의 범위가 하기 실시예만으로 한정되거나 제한되지 않음은 물론이다.

실시예 1

1. 반사형 편광 필름의 제조

폴리비닐알코올(PVA)계 기재를 3 중량%의 붕산이 첨가된 물을 팽윤액으로 하여, 28℃에서 30초 팽윤시켜 약 40% 팽윤율을 가지도록 하였다. 그 후 은(Ag) 나노 와이어 입자를 포함하는 수용액을 건조 후 200nm 두께가 형성될 수 있도록 메이어 바(meyer bar)를 이용하여 상기 팽윤된 기재에 코팅하였다. 그 후 상기 코팅된 기재를 그 기재의 길이에 대해 300% 비율로 일축 연신하였다. 그 후 건조 오븐 안에서 50℃, 1분간 열풍 건조하여 예비 건조를 시행하였다. 그 후 건조 오븐 안에서 95℃, 10분간 열풍 건조하여 상기 기재에 코팅된 용매를 완전히 건조시켰다. 이렇게 형성된 반사형 편광기는 은 나노 와이어 입자가 일방향으로 배향되어 있는 200nm 두께의 반사층을 가졌다.

도 1은 실시예에 따라 제조된 반사형 편광 필름을 반사형 현미경(제품명: KEYENCE사의 VF-7510 Profile Micrometer)으로 촬영한 사진으로써 나노 와이어 입자의 배향도를 보여주는 사진이다.

비교예 1

1. 반사형 편광 필름의 제조

폴리비닐알코올(PVA)계 기재를 팽윤하는 과정, 연신하는 과정을 거치지 않는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 반사형 편광 필름을 제조하였다.

도 2는 비교예 1에 따라 제조된 반사형 편광 필름을 반사형 현미경(제품명: KEYENCE사의 VF-7510 Profile Micrometer)으로 촬영한 사진으로써 나노 와이어 입자의 배향도를 보여주는 사진이다.

비교예 2

1. 반사형 편광 필름의 제조

폴리비닐알코올(PVA)계 기재를 팽윤하는 과정을 거치지 않는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 반사형 편광 필름을 제조하였다.

도 3은 비교예 2에 따라 제조된 반사형 편광 필름을 반사형 현미경(제품명: KEYENCE사의 VF-7510 Profile Micrometer)으로 촬영한 사진으로 촬영한 사진으로써 나노 와이어 입자의 배향도를 보여주는 사진이다.

비교예 3

1. 반사형 편광 필름의 제조

폴리비닐알코올(PVA)계 기재를 3 중량%의 붕산이 첨가된 물을 팽윤액으로 하여, 10℃에서 30초 팽윤시켜 약 25%의 팽윤율을 가지도록 한 점을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 반사형 편광 필름을 제조하였다.

도 4는 비교예 3에 따라 제조된 반사형 편광 필름을 반사형 현미경(제품명: KEYENCE사의 VF-7510 Profile Micrometer)으로 촬영한 사진으로 촬영한 사진으로써 나노 와이어 입자의 배향도를 보여주는 사진이다.

비교예 4

1. 반사형 편광 필름의 제조

폴리비닐알코올(PVA)계 기재를 3 중량%의 붕산이 첨가된 물을 팽윤액으로 하여, 50℃에서 30초 팽윤시켜 약 65% 이상의 팽윤율을 가지도록 한 점을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 반사형 편광 필름을 제조하였다.

도 5는 비교예 4에 따라 제조된 반사형 편광 필름을 반사형 현미경(제품명: KEYENCE사의 VF-7510 Profile Micrometer)으로 촬영한 사진으로 과다한 팽윤에 의해 연신시 파단된 모습을 보여주는 사진이다.

구체적으로, 도 1, 도 3 및 도 4를 도 2와 대비해보면 투명기재에 나노 와이어 입자를 코팅한 후 연신하여 제조된 반사형 편광 필름이 투명기재에 나노 와이어 입자를 코팅한 후 연신하지 않고 제조된 반사형 편광 필름보다 나노 와이어 입자의 배향도가 큰 것을 확인할 수 있으며, 도 1을 도 3 및 도 4와 대비해보면 투명기재를 팽윤한 후 연신하여 제조된 반사형 편광 필름이 팽윤 공정을 거치지 않거나 팽윤이 적절하게 일어나지 않은 상태에서 연신하여 제조된 반사형 편광 필름보다 나노 와이어 입자의 배향도가 큰 것(일정 방향으로 나노 와이어 입자가 배향된 분포가 높음)을 확인할 수 있다.

도 5를 보면, 적정 범위를 넘어서서 투명기재를 팽윤한 후 연신하는 경우 기재가 파단되어 반사형 편광 필름을 제조할 수 없음을 확인할 수 있다.

실험예-편광에 따른 투과도 측정

실시예 및 비교예 1 내지 3의 방법에 의해 제조된 반사형 편광 필름의 편광에 따른 투과도, 구체적으로 나노 와이어 입자의 배향방향에 수직한 편광인 TM 편광의 투과도 및 나노 와이어 입자의 배향 방향과 평행한 TE 편광의 투과도를 N&K spectrophotometer를 이용하여 측정하였다.

한편, 편광은 나노 와이어 입자의 배향 방향과 수직한 편광인 TM 편광과 나노 와이어 입자의 배향방향에 평행한 편광인 TE 편광으로 분류되는데, 도 6 (a)는 나노 와이어 입자를 투과하는 광원의 TM 편광 방향, (b)는 TE 편광 방향을 나타내는 도면이며, (c)는 나노 와이어 입자의 배향 방향과 TM 편광, TE 편광과의 관계를 보여주는 도면이다.

도 7은 실시예에 따라 제조된 반사형 편광 필름의 편광에 대한 투과도를 보여주는 그래프이고, 도 8은 실시예 및 비교예 1에 따라 제조된 반사형 편광 필름의 편광에 대한 투과도를 대비하여 보여주는 그래프이며, 도 9는 실시예 및 비교예 2에 따라 제조된 반사형 편광 필름의 편광에 대한 투과도를 대비하여 보여주는 그래프이고, 도 10은 실시예 및 비교예 3에 따라 제조된 반사형 편광 필름의 편광에 대한 투과도를 대비하여 보여주는 그래프이다.

도 7 내지 10을 참조하면, 실시예에 따른 반사형 편광 필름은 비교예 1 내지 3에 따른 반사형 편광 필름에 비해, 편광에 따른 투과도가 높으며, TM 편광의 투과도와 TE 편광의 투과도가 차이가 커 편광 분리능이 우수함을 확인할 수 있다.

반면, 비교예 1 내지 3에 따른 반사형 편광 필름은 TM 편광의 투과도 및 TE 편광의 투과도의 차이가 현저히 작거나 거의 차이가 없는 것을 확인할 수 있으며, 이는 비교예 1 내지 3에 따른 반사형 편광 필름이 실시예에 따른 반사형 편광 필름에 비해 편광분리능이 열악함을 확인할 수 있다.

한편, 실시예에 따른 반사필름을 투과하는 편광의 투과도를 하기 식 1에 대입하여 편광 필름의 소광율(extinction ratio)을 계산하였으며, 편광에 따른 소광율 분포를 도 11에 도시하였다.

식 1

소광율(extinction ratio) = log [T₀ / T]

여기서, T₀는 반사형 편광 필름을 투과하는 편광의 초기 투과도이고, T는 반사형 편광 필름을 투과한 후의 편광의 투과도이다.

도 11을 참조하면, 실시예에 따른 반사형 편광 필름은 TM 편광에 대해서 소광율이 최대로 나타나는 파장(λ_res)이 존재하며, 이는 표면 플라즈몬 공진(Surface Plasmon Resonance) 현상의 존재를 의미하며, TE 편광에 대해서는 소광율이 최대로 나타나는 파장(λ_res)이 존재하지 않는 특징을 보인다. 여기서, 표면 플라즈몬 공진(Surface Plasmon Resonance) 현상은 금속 나노 입자의 자유 전자와의 상호 작용에 의한 결과로 빛이 금속 표면에 갇히는 현상을 말하며, 표면 플라즈몬 공명의 결과로 빛의 흡수가 강하게 일어나는 현상을 말한다. 일반적으로 나노 와이어 입자가 어떤 종류의 금속 입자인지에 따라 흡수되는 빛의 파장대가 상이하며 실시예의 경우 은 나노 와이어 입자를 사용하였으므로 도 11에 나타난 바와 같이 TE 편광에 대해 380~400nm 파장 대역에서 소광율이 최대로 나타나는 파장(λ_res)이 존재하는 것을 확인할 수 있다.

도 11에 나타난 바와 같이 실시예에 따른 반사형 편광 필름이 TM 편광에 대해서는 플라즈몬 공진 현상이 나타나지만, TE 편광에 대해서는 플라즈몬 공진 현상이 나타나지 않는 것은, 나노 와이어 입자가 일정 방향(TE 편광방향)으로 배향되는 정도가 커서, 편광 분리현상이 우수하게 나타남을 보여주는 것이다.

A 나노 와이어 입자의 배향 방향
B TM 편광 방향
C TE 편광 방향

Claims (26)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. a) 팽윤액을 이용하여 투명기재를 40%이상 60%미만의 팽윤율을 가지도록 팽윤시키는 단계;
   b) 상기 팽윤된 투명기재의 일면에 나노 와이어 입자를 포함하는 용액을 코팅하는 단계;
   c) 상기 코팅된 투명기재를 일 방향으로 연신하는 단계;
   d) 상기 연신된 투명기재를 예비 건조하는 단계; 및
   e) 상기 예비 건조된 투명기재를 건조하는 단계를 포함하는 반사형 편광 필름의 제조방법.
   
9. 청구항 8에 있어서, 상기 투명기재는 수팽윤성 기재인 반사형 편광 필름의 제조방법.
   
10. 청구항 8에 있어서, 상기 a)단계에서 팽윤액은 물, 글리세린 수용액, 요오드화 칼륨 수용액 중 어느 하나인 반사형 편광 필름의 제조방법
    
11. 청구항 10에 있어서, 상기 팽윤액에 붕산을 첨가하는 것을 특징으로 하는 반사형 편광 필름의 제조방법.
    
12. 청구항 11에 있어서, 상기 붕산은 0.5~5 중량%로 첨가되는 것인 반사형 편광 필름의 제조방법.
    
13. 청구항 8에 있어서, 상기 a)단계에서 팽윤액의 온도는 20℃이상 35℃미만인 반사형 편광 필름의 제조방법.
    
14. 청구항 8에 있어서, 상기 b)단계의 코팅은 상기 e)건조하는 단계 후의 반사형 편광 필름의 두께가 80 내지 500nm가 되도록 조절되는 반사형 편광 필름의 제조방법.
    
15. 청구항 8에 있어서, 상기 c)단계에서 연신율은 50 내지 1000%인 반사형 편광 필름의 제조방법.
    
16. 청구항 8에 있어서, 상기 d)단계는 20 내지 80℃에서 수행되는 반사형 편광 필름의 제조방법.
    
17. 청구항 8에 있어서, 상기 e)단계는 50 내지 170℃에서 수행되는 반사형 편광 필름의 제조방법.
    
18. 청구항 8에 있어서, 상기 e)단계는 70 내지 150℃에서 수행되는 반사형 편광 필름의 제조방법.
    
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제

Images