KR102126711B1 - 편광 소자 - Google Patents

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KR102126711B1
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    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/13362—Illuminating devices providing polarized light, e.g. by converting a polarisation component into another one

Abstract

본 출원의 편광 소자, 편광 소자의 제조 방법 및 편광 소자의 용도에 관한 것이다. 예시적인 편광 소자는 롤투롤 공정으로 간단하고 연속적으로 제조 가능할 뿐만 아니라 박형으로 제조 가능하다. 이러한 편광 소자는, 예를 들어, 디스플레이 장치의 휘도 향상을 위해 사용될 수 있다.

Description

편광 소자 {Polarizing Element}
본 출원은, 편광 소자, 편광 소자의 제조 방법 및 편광 소자의 용도에 관한 것이다.
디스플레이 장치의 휘도 향상 시스템으로, 예를 들어, 광원과 광원측 흡수형 편광판 사이에 휘도 향상 필름을 삽입하는 기술이 사용되고 있다. 상기 휘도 향상 필름은 일반적으로 프리즘 시트, BEF(Brightness enhancement film) 또는 DBEF(Dual Brightness enhancement film) 등으로 통칭하고 있다. 상기 흡수형 편광판으로는, 예를 들어, 요오드 또는 이색성 염료가 흡착된 고분자 연신 필름을 주로 사용하고 있고, 휘도 향상 필름으로는, 예를 들어, DBEF를 주로 사용하고 있다.
다만, 휘도 향상 시스템을 위해서는, 흡수형 편광판과 휘도 향상 필름의 투과축을 평행하게 배치하여야 하는데, 통상적으로 고분자 연신 필름은 코팅 방향으로 연신되어 흡수축이 코팅 방향으로 형성되는 반면, DBEF는 코팅 폭 방향으로 반사축이 형성되기 때문에, 상기 배치를 위해서는 고분자 연신 필름 또는 DBEF 중 어느 하나의 필름을 재단하고 다시 합지해야하므로 제조 공정이 번거로운 문제점이 있다.
한국 특허 공개 제2004-0004138호 공보
본 출원은, 편광 소자, 편광 소자의 제조 방법 및 편광 소자의 용도를 제공한다.
예시적인 편광 소자는 반사형 편광층 및 상기 반사형 편광층의 일면에 존재하는 흡수형 편광층을 포함할 수 있다. 흡수형 편광층은, 예를 들어, 중합성 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함할 수 있다. 도 1은, 반사형 편광층(101) 및 상기 반사형 편광층의 일면에 존재하고, 중합성 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 흡수형 편광층(102)를 포함하는 광학 소자를 예시적으로 나타낸다.
본 출원에서 「반사형 편광층」은 입사 광에 대하여 선택적 투과 및 반사 특성을 나타내는 기능성 소자를 의미할 수 있다. 반사형 편광층은, 예를 들어, 여러 방향으로 진동하는 입사 광으로부터 어느 한쪽 방향으로 진동하는 광은 투과하고, 나머지 방향으로 진동하는 광은 반사시키는 기능을 가질 수 있다. 또한, 본 출원에서 「흡수형 편광층」은 입사 광에 대하여 선택적 투과 및 흡수 특성을 나타내는 기능성 소자를 의미할 수 있다. 흡수형 편광층은, 예를 들어, 여러 방향으로 진동하는 입사 광으로부터 어느 한쪽 방향으로 진동하는 광은 투과하고, 나머지 방향으로 진동하는 광은 흡수시키는 기능을 가질 수 있다
반사형 편광층의 투과축은 흡수형 편광층의 투과축고 평행을 이루도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 반사형 편광층의 투과축과 흡수형 편광층의 투과축이 이루는 각도의 절대값이 0도 내지 5도 범위 내일 수 있다. 반사형 편광층의 투과축과 흡수형 편광층의 투과축이 상기 범위 내의 각도를 이루는 경우, 상기 투과축과 평행한 방향으로 진동하는 편광의 투과는 높이고, 상기 투과축과 수직한 방향으로 진동하는 편광은 반사 및 흡수시킴으로써 휘도 향상 기능을 가지는 편광 소자를 구현할 수 있다.
반사형 편광층으로는, 전술한 바와 같이, 입사 광에 대하여 선택적 투과 및 반사 특성을 나타내는 것으로 알려진 공지의 반사형 편광자를 사용할 수 있다. 예를 들어, DBEF(Dual Brightness Enhancement Film), 유방성 액정층(LLC층: Lyotropic Liquid Crystal) 또는 와이어 그리드 편광기(wire grid polarizer) 등을 반사형 편광층으로 사용할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 의하면, DBEF를 반사형 편광층으로 사용할 수 있다.
반사형 편광층의 두께는 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 반사형 편광층으로 DBEF를 사용하는 경우 상기 DBEF의 두께는 약 10 ㎛ 내지 약 1 mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 반사형 편광층이 상기 범위 내의 두께를 가지는 경우, 예를 들어, 입사 광에 대한 선택적 투과 및 반사 특성을 적절히 나타낼 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 의하면 두께 약 100 ㎛ 내지 300 ㎛의 DBEF를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
흡수형 편광층은, 전술한 바와 같이, 중합성 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함할 수 있다. 이러한 흡수형 편광층은, 소위 게스트-호스트형 편광 소자로 불리며, 예를 들어, 중합성 액정 화합물의 배열에 따라 이색성 염료가 함께 배열되어 염료의 정렬 방향과 평행한 광은 흡수하고 수직한 광은 투과시킴으로써 비등방성 광흡수 효과를 나타낼 수 있다.
본 출원에서 「중합성 액정 화합물」은, 액정성을 나타낼 수 있는 부위, 예를 들면 메조겐(mesogen) 골격 등을 포함하고, 중합성 관능기를 하나 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 중합성 액정 화합물은, 예를 들어, 중합된 상태로 흡수형 편광층 내에 포함될 수 있다. 본 출원에서「중합성 액정 화합물이 중합된 형태로 포함되어 있다는 것」은 상기 액정 화합물이 중합되어 액정 고분자 필름 내에서 액정 고분자의 주쇄 또는 측쇄와 같은 골격을 형성하고 있는 상태를 의미할 수 있다.
중합성 액정 화합물은, 예를 들어, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015127062817-pat00001
상기 화학식 1에서 A는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R1 내지 R10은, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기, -O-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이되, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 -O-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이거나, R1 내지 R5 중 인접하는 2개의 치환기 또는 R6 내지 R10 중 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등의 중합성 관능기이다:
[화학식 2]
Figure 112015127062817-pat00002
상기 화학식 2에서 B는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R11 내지 R15는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기 또는 -O-Q-P이되, R11 내지 R15 중 적어도 하나는 -O-Q-P이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등의 중합성 관능기이다.
상기 화학식 1 및 2에서 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성한다는 것은, 인접하는 2개의 치환기가 서로 연결되어 전체적으로 -O-Q-P로 치환된 나프탈렌 골격을 형성하는 것을 의미할 수 있다.
상기 화학식 2에서 B의 좌측의 "-"은 B가 화학식 1의 벤젠에 직접 연결되어 있음을 의미할 수 있다.
상기 화학식 1 및 2에서 용어 "단일 결합"은 A 또는 B로 표시되는 부분에 별도의 원자가 존재하지 않는 경우를 의미한다. 예를 들어, 화학식 1에서 A가 단일 결합인 경우, A의 양측의 벤젠이 직접 연결되어 비페닐(biphenyl) 구조를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1 및 2에서 할로겐으로는, 염소, 브롬 또는 요오드 등이 예시될 수 있다.
본 출원에서 용어 알킬기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기 또는 탄소수 3 내지 20, 탄소수 3 내지 16 또는 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기를 의미할 수 있다. 상기 알킬기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 이해 치환될 수 있다.
본 출원에서 용어 알콕시기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기를 의미할 수 있다. 상기 알콕시기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알콕시기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 이해 치환될 수 있다.
또한, 본 출원에서 용어 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 4 내지 10 또는 탄소수 6 내지 9의 알킬렌기 또는 알킬리덴기를 의미할 수 있다. 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 이해 치환될 수 있다.
또한, 본 출원에서 알케닐기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 2 내지 4의 알케닐기를 의미할 수 있다. 상기 알케닐기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알케닐기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 이해 치환될 수 있다.
또한, 상기 화학식 1 및 2에서 P는 바람직하게는 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이고, 보다 바람직하게는 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이며, 더욱 바람직하게는 아크릴로일옥시기일 수 있다.
본 출원에서 특정 관능기에 치환되어 있을 수 있는 치환기로는, 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 에폭시기, 옥소기, 옥세타닐기, 티올기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일옥시기 또는 아릴기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
중합성 액정 화합물은, 예를 들어, 수평 배항된 상태로 흡수형 편광층 내에 포함되어 있을 수 있다. 본 출원에서 「수평 배향」은, 중합된 액정 화합물을 포함하는 흡수형 편광층의 광축이 편광층의 평면에 대하여 약 0도 내지 약 25도, 약 0도 내지 약 15도, 약 0도 내지 약 10도, 약 0도 내지 약 5도 또는 약 0도의 경사각을 가지는 경우를 의미할 수 있다.
흡수형 편광층은 또한, 이색성 염료를 포함할 수 있다. 본 출원에서「염료」는 가시광 영역, 예를 들면, 400 nm 내지 700 nm 파장 범위 내에서 적어도 일부 또는 전체 범위 내의 광을 집중적으로 흡수 및/또는 변형시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있으며, 「이색성 염료」는 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.
이색성 염료로는, 예를 들어, 소위 게스트호스트형 편광 소자를 형성할 수 있는 것으로 알려진 것, 예를 들어, 중합성 액정 화합물의 배향에 따라 배열될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료을 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 이색성 염료로는, 예를 들어, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등의 공지된 염료를 사용할 수 있고, 구체적으로, 아조 염료 F355(등록 상표), F357(등록 상표) 또는 F593(등록 상표)(Nippon Kankoh Shikiso kenkyusho Ltd) 등이나, 상기와 대등한 효과를 나타내는 것으로 공지되어 있는 종류의 염료 등이 사용될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
이색성 염료의 이색비(dichroic ratio)는 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 본 출원에서 이색비는 이색성 염료의 장축 방향에 평행한 편광의 흡수를 상기 장축 방향에 수직하는 방향에 평행한 편광의 흡수로 나눈 값을 의미할 수 있다. 이색성 염료는, 예를 들어, 5 이상, 6 이상 또는 7 이상의 이색비를 가질 수 있다. 이색성 염료는, 예를 들어, 가시광 영역의 파장 범위 내, 예를 들면, 약 380 nm 내지 700 nm 또는 약 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위 내에서 적어도 일부의 파장 또는 어느 한 파장에서 상기 이색비를 만족할 수 있다. 상기 이색비의 상한은, 예를 들면 20 이하, 18 이하, 16 이하 또는 14 이하 정도일 수 있다.
이색성 염료의 흡수형 편광층 내의 함량은 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다. 하나의 예로, 이색성 염료는 중합성 액정 화합물 100 중량부 대비 약 7 중량부 이하, 약 6 중량부 이하 또는 5 중량부 이하의 비율로 흡수형 편광층 내에 포함될 수 있다. 또한, 이색성 염료는 중합성 액정 화합물 100 중량부 대비 약 0.5 중량부 이상, 1 중량부 이상, 2 중량부 이상 또는 3 중량부 이상의 비율로 흡수형 편광층 내에 포함될 수 있다. 이색성 염료의 함량이 상기 범위 내인 경우 중합성 액정 화합물의 중합을 방해하지 않으면서 선택적인 흡수 특성을 적절히 나타낼 수 있다.
흡수형 편광층은, 예를 들어, 중합성 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 편광 물질의 코팅층일 수 있다. 따라서, 편광 소자는, 롤투롤 공정으로 간단하고 연속적으로 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 구조 단순화를 통한 소자의 박형화가 가능하다.
흡수형 편광층의 두께는 목적하는 편광 소자의 용도 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 흡수형 편광층은 예를 들어, 약 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛, 약 0.2 ㎛ 내지 0.9 ㎛, 약 0.3 ㎛ 내지 0.7 ㎛, 약 0.4 ㎛ 내지 0.6 ㎛, 약 0.45 ㎛ 내지 0.65 ㎛ 또는 약 0.5 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 종래 요오드 또는 이색성 염료를 흡착한 고분자 연신 필름의 경우 내구성 등이 떨어져, 상기 연신 필름뿐만 아니라 TAC와 같은 보호 필름의 복합 필름 구조로 되어 있기 때문에 통상적으로 100 ㎛ 내지 150 ㎛의 전체 두께를 가지는 경우에 적절한 선택적 투과 및 흡수 특성을 나타낼 수 있다. 반면, 본 출원의 흡수형 편광층은 상기 종래 편광 필름을 사용한 경우에 비하여 보다 박형으로 제조한 경우에도 동일 또는 그 이상의 편광 효율을 나타낼 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 편광 소자는 PE ratio(Polarizer Effectiveness)는 약 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 96% 이상 또는 97% 이상일 수 있다. PE ratio는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 기재된 편광 효율 평가 방법에 따라 측정된 값일 수 있다.
본 출원의 편광 소자는 또한, 투과도 감소를 최소하면서 우수한 편광 효율을 나타낼 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 편광 소자는 단체 투과도 (Single Transmittance)가 약 20% 이상, 약 25% 이상, 약 30% 이상 또는 약 35% 이상일 수 있다. 상기 단체 투과도는 공기를 베이스로 했을 경우 상기 편광 소자 한 장을 투과하는 입사 광에 대한 투과도를 의미할 수 있다.
편광 소자는, 예를 들어, 배향막을 추가로 포함할 수 있고, 상기 배향막은, 예를 들어, 흡수형 편광층에 인접하여 형성되어 있을 수 있다. 도 2는 반사형 편광층(101), 흡수형 편광층(102) 및 상기 흡수형 편광층에 인접하게 배치된 배향막(201)을 포함하는 편광 소자를 예시적으로 나타낸다.
배향막으로는, 인접하는 흡수형 편광층 내의 중합성 액정 화합물의 배향을 적절하게 조절할 수 있는 것이라면 어떠한 종류도 사용될 수 있고, 예를 들면, 러빙 배향막과 같이 접촉식 배향막이거나 또는 광배향막 화합물을 포함하여, 예를 들면, 직선 편광의 조사 등과 같은 비접촉식 방식에 의해 배향 특성을 나타낼 수 있는 것으로 공지된 배향막을 사용할 수 있다. 한편, 본 출원에서 반사형 편광층으로 DBEF를 사용하는 경우, DBEF의 연신 방향에 의해 액정이 배향되는 효과가 있으므로, 추가적인 배향막 없이 DBEF가 배향막의 역할을 동시에 수행할 수도 있다.
편광 소자가 추가적인 배향막을 포함하는 경우, 배향막으로는, 예를 들어, 광배향성 화합물을 포함하는 광배향층을 사용할 수 있다. 본 출원에서 용어 광배향성 화합물은, 광의 조사를 통하여 소정 방향으로 정렬(orientationally ordered)되고, 상기 정렬 상태에서 인접하는 액정 화합물 등을 역시 소정 방향으로 배향시킬 수 있는 화합물을 의미할 수 있다. 배향성 화합물은, 단분자 화합물, 단량체성 화합물, 올리고머성 화합물 또는 고분자성 화합물일 수 있다.
광배향성 화합물은, 광감응성 잔기(photosensitive moiety)를 포함하는 화합물일 수 있다. 액정 화합물의 배향에 사용될 수 있는 광배향성 화합물은 다양하게 공지되어 있다. 광배향성 화합물로는, 예를 들면, 트랜스-시스 광이성화(trans-cis photoisomerization)에 의해 정렬되는 화합물; 사슬 절단(chain scission) 또는 광산화(photo-oxidation) 등과 같은 광분해(photo-destruction)에 의해 정렬되는 화합물; [2+2] 첨가 환화([2+2] cycloaddition), [4+4] 첨가 환화 또는 광이량화(photodimerization) 등과 같은 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물; 광 프리즈 재배열(photo-Fries rearrangement)에 의해 정렬되는 화합물 또는 개환/폐환(ring opening/closure) 반응에 의해 정렬되는 화합물 등을 사용할 수 있다. 트랜스-시스 광이성화에 의해 정렬되는 화합물로는, 예를 들면, 술포화 디아조 염료(sulfonated diazo dye) 또는 아조고분자(azo polymer) 등의 아조 화합물이나 스틸벤 화합물(stilbenes) 등이 예시될 수 있고, 광분해에 의해 정렬되는 화합물로는, 시클로부탄 테트라카복실산 이무수물(cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride), 방향족 폴리실란 또는 폴리에스테르, 폴리스티렌 또는 폴리이미드 등이 예시될 수 있다. 또한, 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물로는, 신나메이트(cinnamate) 화합물, 쿠마린(coumarin) 화합물, 신남아미드(cinnamamide) 화합물, 테트라히드로프탈이미드(tetrahydrophthalimide) 화합물, 말레이미드(maleimide) 화합물, 벤조페논 화합물 또는 디페닐아세틸렌(diphenylacetylene) 화합물이나 광감응성 잔기로서 찰코닐(chalconyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 찰콘 화합물) 또는 안트라세닐(anthracenyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 안트라세닐 화합물) 등이 예시될 수 있고, 광 프리즈 재배열에 의해 정렬되는 화합물로는 벤조에이트(benzoate) 화합물, 벤조아미드(benzoamide) 화합물, 메타아크릴아미도아릴 (메타)아크릴레이트(methacrylamidoaryl methacrylate) 화합물 등의 방향족 화합물이 예시될 수 있으며, 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물로는 스피로피란 화합물 등과 같이 [4+2] π 전자 시스템([4+2] π electronic system)의 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
광배향성 화합물은, 단분자 화합물, 단량체성 화합물, 올리고머성 화합물 또는 고분자성 화합물이거나, 상기 광배향성 화합물과 고분자의 블랜드(blend) 형태일 수 있다. 상기에서 올리고머성 또는 고분자성 화합물은, 상기 기술한 광배향성 화합물로부터 유도된 잔기 또는 상기 기술한 광감응성 잔기를 주쇄 내 또는 측쇄에 가질 수 있다.
광배향성 화합물로부터 유도된 잔기 또는 광감응성 잔기를 가지거나, 상기 광배향성 화합물과 혼합될 수 있는 고분자로는, 폴리노르보넨, 폴리올레핀, 폴리아릴레이트, 폴라아크릴레이트, 폴리(메타)아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리암산(poly(amic acid)), 폴리말레인이미드, 폴리아크릴아미드, 폴리메타크릴아미드, 폴리비닐에테르, 폴리비닐에스테르, 폴리스티렌, 폴리실록산, 폴리아크릴니트릴 또는 폴리메타크릴니트릴 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
배향성 화합물에 포함될 수 있는 고분자로는, 대표적으로는 폴리노르보넨 신나메이트, 폴리노르보넨 알콕시 신나메이트, 폴리노르보넨 알릴로일옥시 신나메이트, 폴리노르보넨 불소화 신나메이트, 폴리노르보넨 염소화 신나메이트 또는 폴리노르보넨 디신나메이트 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원은, 또한, 편광 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 편광 소자의 제조 방법은, 예를 들어, 반사형 편광층의 일면에 중합성 액정 화합물 및 이방성 염료를 포함하는 편광 물질을 코팅한 후 중합성 액정 화합물을 배향된 상태로 중합시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법은, 예를 들어, 전술한 편광 소자의 제조 방법일 수 있다. 따라서, 상기 제조 방법에서 반사형 편광층, 중합성 액정 화합물 및 이방성 염료에 대한 내용은 편광 소자의 항목에서 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 상기 제조 방법에서 편광 물질을 코팅한 후 중합성 액정 화합물을 배향된 상태로 중합시키는 경우 상기 편광 소자의 항목에서 전술한 흡수형 편광층이 형성될 수 있다.
반사형 편광층 상에 편광 물질을 코팅하는 방법은, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 롤 코팅, 인쇄법, 잉크젯 코팅, 슬릿 노즐법, 바 코팅, 콤마 코팅, 스핀 코팅 또는 그라비어 코팅 등과 같은 공지의 코팅 방식을 통한 코팅에 의해 수행될 수 있다.
편광 소자는, 예를 들어, 간단한 롤투롤 공정에 의하여 반사형 편광층 상에 편광 물질을 코팅함으로써 제조될 수 있다. 전술한 이색성 염료 또는 요오드가 흡착된 고분자 연신 필름의 경우 코팅 방향으로 연신이 진행되어 흡수축이 코팅 방향으로 형성되는 반면, DBEF와 같은 반사형 편광층은 코팅 폭 방향으로 반사축이 형성되기 때문에 롤투롤 공정으로는 상기 편광 필름과 반사형 편광층의 투과축을 평행하게 배치하는 것이 사실상 불가능하고, 어느 하나의 편광층을 재단하고 다시 합지하는 번거로움이 있다.
반면, 본 출원의 경우 DBEF와 같은 반사형 편광층의 연신 방향에 의하여 액정 화합물이 배향될 수 있으므로 롤투롤 공정으로도 반사형 편광층의 투과축과 흡수형 편광층의 투과축이 평행한 편광 소자의 제조가 가능하다. 또는, 후술하는 바와 같이, 반사형 편광층 상에 의도하는 액정 화합물의 배향을 유도하기 위하여 배향막을 형성하는 경우에도 룰투롤 공정으로 편광 소자의 제조가 가능하다.
편광 물질은, 예를 들어, 중합성 액정 화합물이 배향된 상태로 중합될 수 있다. 중합성 액정 화합물은, 전술한 바와 같이, 배향막 없이도 DBEF와 같은 반사형 편광층의 연신 방향에 따라 배향되거나, 또는 편광 물질의 코팅 전에 반사형 편광층 상에 배향막을 형성함으로써 배향될 수 있다.
배향막은, 예를 들면, 광배향성 화합물을 포함하는 배향막 전구체의 층을 반사형 편광층 상에 형성한 후 광을 조사하여 광배향성 화합물을 정렬시켜서 형성할 수 있다. 배향막의 전구체는, 예를 들어, 광배향성 화합물에 추가로 개시제를 적정량으로 포함할 수 있고, 필요한 경우에 계면활성제 등의 다른 첨가제도 포함할 수 있다.
배향막의 전구체의 층은, 예를 들어, 상기 전구체를 바 코팅, 콤마 코팅, 잉크젯 코팅 또는 스핀 코팅 등의 통상의 코팅 방식으로 코팅하여 형성할 수 있다. 광의 조사는, 전구체의 층에 포함되는 광배향성 화합물이 정렬될 수 있도록 수행될 수 있다. 통상적으로 광배향성 화합물의 정렬은 직선 편광된 광을 사용하여 수행될 수 있다. 조사되는 광의 파장이나 세기는 광배향성 화합물의 적절한 정렬을 제공할 수 있도록 선택될 수 있다. 전형적으로 광배향성 화합물은, 가시광이나 근자외선(near ultraviolet) 범위의 광에 의해 정렬하지만, 필요한 경우에 원자외선(far ultraviolet)이나 근적외선(near Infrared) 범위의 광이 사용될 수도 있다.
중합성 액정 화합물을 포함하는 편광 물질을 중합하는 방법은, 특별히 제한되지 않고, 공지의 액정 화합물 중합 방법에 의하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 중합 반응이 개시될 수 있도록 적절한 중합 개시제를 첨가하여 적정 온도를 유지하는 방식이나 적절한 활성 에너지선을 조사하는 방식에 의하여 수행될 수 있다. 적정 온도에서의 유지 및 활성 에너지선의 조사가 동시에 요구되는 경우, 상기 공정은 순차적 또는 동시에 진행될 수 있다. 상기에서 활성 에너지선의 조사는, 예를 들면, 고압수은 램프, 무전극 램프 또는 크세논 램프(xenon lamp) 등을 사용하여 수행할 수 있으며, 조사되는 활성 에너지선의 파장, 광도 또는 광량 등의 조건은 상기 중합성 액정 화합물의 중합이 적절히 이루어질 수 있는 범위에서 선택될 수 있다.
본 출원은 또한, 편광 소자의 용도에 관한 것이다. 편광 소자는, 예를 들어, 디스플레이 장치의 휘도 향상을 위해 사용될 수 있다. 상기 디스플레이 장치는, 예를 들어, 광원을 포함할 수 있고, 편광 소자는 반사형 편광층이 흡수형 편광층보다 상기 광원의 광출사측에 인접하도록 배치될 수 있다. 편광 소자는, 광원으로부터 입사되는 광에 대하여 어느 일 방향의 편광축을 가지는 광에 대해서는 고 반사/흡수를 나타내고, 상기 일 방향의 편광축과 수직하는 편광축을 가지는 광에 대해서는 고 투과를 나타내므로 디스플레이 장치의 휘도를 향상시킬 수 있다.
도 3은 편광 소자의 휘도 향상 원리를 예시적으로 나타낸다. 도 3의 편광 소자는 y축 방향의 투과축을 가지고, x축 방향의 반사축을 가지는 반사형 편광층(101)과 y축 방향의 투과축을 가지고, x축 방향의 흡수축을 가지는 흡수형 편광층(201)을 투과축이 서로 평행하도록 포함하고 있고, 반사형 편광층(101)은 광원(301)의 광 출사 측에 인접하게 배치되어 있다.
광원에서 출사되는 광의 진행을 살펴보면, 광원에서 출사되는 광 중에서, 반사형 편광층의 투과축과 평행한 방향으로 진동하는 편광(1)은, 반사형 편광층(101)과 흡수형 편광층(102)을 순차적으로 통과하여 외부로 방출될 수 있다. 광원에서 출사되는 광 중에서 반사형 편광층의 투과축과 수직한 방향으로 진동하는 편광(2)은 반사형 편광층(101)을 통과하지 못하고 광원 측으로 반사된다. 상기 반사된 편광은 광원에 되돌려 보내짐으로써 재이용이 가능하므로 사용 가능한 광량을 증가시킬 수 있다. 또는 반사형 편광층의 투과축과 수직한 방향으로 진동하는 편광(3) 중 일부가 반사형 편광층(101)을 통과한다 하더라도, 흡수형 편광층(102)에 의하여 흡수되어 차단되므로 외부로 방출되지 못한다. 이에 따라, 편광 소자는 사용 가능한 광량을 증가시키면서 선택적 투과 및 차단 특성을 나타내므로 디스플레이의 장치의 휘도를 향상시킬 수 있다.
디스플레이 장치의 구체적인 예로는, 액정 표시 장치, 유기 EL(Electroluminescence) 표시 장치, 무기 EL 표시 장치, 전계 방출 표시 장치(FED; Field Emission Display), 표면 전계 방출 표시 장치(SPED; Surface Field Emission Display), 전자 페이퍼(전자 잉크나 전기 영동 소자)를 이용한 표시 장치, 플라즈마 표시 장치, 투사형 표시 장치[예를 들면, 회절 광 밸브 (GLV; grating light valve) 표시 장치, 디지털 마이크로 미러 디바이스(Digital Light Processing)를 갖는 표시 장치] 및 압전 세라믹 표시 장치 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 액정 표시 장치는, 예를 들어, 투과형 액정 표시 장치, 반투과형 액정 표시 장치, 반사형 액정 표시 장치, 직시형 액정 표시 장치 또는 투사형 액정 표시 장치일 수 있다. 또한, 이러한 디스플레이 장치는 2차원 화상을 표시하는 표시 장치이거나 또는 3차원 화상을 표시하는 입체 표시 장치일 수도 있다. 상기와 같은 디스플레이 장치를 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 상기 편광 소자가 사용되는 한 통상적인 방식이 적용될 수 있다.
본 출원의 예시적인 편광 소자는 롤투롤 공정으로 간단하고 연속적으로 제조 가능할 뿐만 아니라 박형으로 제조 가능하다. 이러한 편광 소자는, 예를 들어, 디스플레이 장치의 휘도 향상을 위해 사용될 수 있다.
도 1 내지 2는 편광 소자를 예시적으로 나타낸다.
도 3은 편광 소자의 휘도 향상 원리를 예시적으로 나타낸다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 편광 소자를 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 내용에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
두께 약 200 ㎛인 반사형 편광필름(DBEF, 3M 社) 상에, 이색성 염료(G241, 하야시바라社) 0.5 g 및 중합성 액정 화합물(LC242, BASF社) 10 g 및 개시제(Irgacure 907, Ciba社) 0.5 g을 톨루엔 용매 39 g에 용해시켜 제조한 편광 물질을 약 0.5㎛ 의 건조 두께가 되도록 도포하고 하부의 DBEF의 연신 방향에 따라 배향시킨 후에 자외선(300mW/cm2)을 약 10초 동안 조사하여 액정 화합물을 가교 및 중합시켜, 두께 약 0.5 ㎛의 흡수형 편광층을 형성함으로써 실시예 1의 편광 소자를 제조하였다.
실시예 2
이색성 염료로서 G207(하야시바라社), G241(하야시바라社) 및 G472 (하야시바라社)를 1:1:1의 중량비(각각 1.67g)로 혼합하여 제조한 흑색 염료를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 편광 소자를 제조하였다.
비교예 1
반사형 편광필름 DBEF을 비교예 1로 준비하였다.
시험예 1: 편광 효율 평가
실시예 1 - 2 및 비교예 1의 편광 소자에 대하여, PE ratio(Polarizer Effectiveness)를 측정하여 편광 효율을 평가하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. PE ratio는
Figure 112015127062817-pat00003
x 100%로 정의되는 값으로, Tp는 2개의 편광 소자의 투과축을 평행하게 배치한 경우 투과율이고, Tc는 2개의 편광 소자의 투과축을 수직하게 배치한 경우 투과율을 의미한다. 상기 투과율은 V-7100 UV-VIS Spectrophotometer (Jasco 社제)를 이용하여 측정하였다.
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 반사형 편광 필름만을 사용한 비교예 1에 비하여 흡수형 편광층을 조합하여 사용한 실시예 1 - 2 가 편광 효율이 더욱 우수한 것을 확인할 수 있다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2
PE ratio (%) 96.73 99.20 97.11
101: 반사형 편광층
102: 흡수형 편광층
201: 배향막
301: 광원

Claims (16)

  1. 반사형 편광층; 및 상기 반사형 편광층의 일면에 존재하고 중합성 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 흡수형 편광층을 포함하는 편광 소자의 제조 방법으로서,
    반사형 편광층은 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)이고,
    반사형 편광층의 일면에 하기 화학식 1로 표시되는 중합성 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 편광 물질을 코팅한 후 중합성 액정 화합물을 반사형 편광층의 연신 방향에 의해 배향된 상태로 중합시켜 흡수형 편광층을 형성하는 것을 포함하며,
    상기 흡수형 편광층의 두께는 0.2 ㎛ 내지 0.9 ㎛이고,
    상기 편광 소자는
    Figure 112020044382164-pat00009
    x 100% (Tp는 2개의 편광 소자의 투과축을 평행하게 배치한 경우 투과율이고, Tc는 2개의 편광 소자의 투과축을 수직하게 배치한 경우 투과율이다.)로 정의되는 PE ratio가 97% 이상이고,
    상기 DBEF가 배향막의 역할을 하며 추가적인 배향막은 사용하지 않는 편광 소자의 제조 방법:
    [화학식 1]
    Figure 112020044382164-pat00010

    상기 화학식 1에서 A는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R1 내지 R10은, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기, -O-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이되, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 -O-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이거나, R1 내지 R5 중 인접하는 2개의 치환기 또는 R6 내지 R10 중 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 중합성 관능기로서, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이다:
    [화학식 2]
    Figure 112020044382164-pat00011

    상기 화학식 2에서 B는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R11 내지 R15는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기 또는 -O-Q-P이되, R11 내지 R15 중 적어도 하나는 -O-Q-P이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 중합성 관능기로서, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 반사형 편광층의 투과축과 흡수형 편광층의 투과축이 이루는 각도의 절대값이 0도 내지 5도 범위 내인 편광 소자의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 중합성 액정 화합물은 수평 배향된 상태로 흡수형 편광층에 포함되어 있는 편광 소자의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 이색성 염료는 400 nm 내지 700 nm 파장 범위 내에서 최대 흡광도를 나타내는 편광 소자의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 이색성 염료의 이색비는 5 내지 20인 편광 소자의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 이색성 염료는 중합성 액정 화합물 100 중량부 대비 0.5 내지 7 중량부 비율로 흡수형 편광층에 포함되는 편광 소자의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 1 항에 있어서, 롤투롤 공정으로 제조되는 편광 소자의 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
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