KR102129626B1 - 보상층 조성물 및 이를 이용한 다층 반사형 편광자 - Google Patents

보상층 조성물 및 이를 이용한 다층 반사형 편광자 Download PDF

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Abstract

본 발명의 다층 반사형 편광자는 평균 광학적 두께가 상이한 복수개의 그룹들이 일체로 형성되므로 코어층 내부 및 코어층과 스킨층 사이에 별도의 접착층 및/또는 보호층(PBL)이 포함되지 않는다. 이를 통해 제조원가를 현저하게 저감할 수 있을 뿐 아니라 한정된 두께에서 광학물성을 극대화시키는데 매우 유리하다. 또한, 평균광학적 두께가 상이한 복수개의 그룹이 형성되므로 가시광선 파장영역의 S파를 모두 반사할 수 있다. 이를 통해 제조원가를 현저하게 저감할 수 있을 뿐 아니라 한정된 두께에서 광학물성을 극대화시키는데 매우 유리하다. 또한, 유기닷을 함유한 보상층을 적용시킴으로써, 우수한 상대휘도 및 색재현력을 향상시킬 수 있다.

Description

보상층 조성물 및 이를 이용한 다층 반사형 편광자{Composition for compensate layer and multilayer reflective polizer using that}
본 발명은 유기닷을 포함하는 보상층 조성물 및 이를 이용한 보상층을 포함하는 다층 반사형 편광자에 관한 것이다.
종래의 액정 디스플레이는 한 쌍의 흡광성 광학필름들 사이에 액정 및 전극 매트릭스를 배치한다. 액정 디스플레이에 있어서, 액정 부분은 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정부분을 움직이게 함으로써, 이에 따라 변경되는 광학 상태를 가지고 있다. 이러한 처리는 정보를 실은 '픽셀'을 특정 방향의 편광을 이용하여 영상을 표시한다. 이러한 이유 때문에, 액정 디스플레이는 편광을 유도하는 전면 광학필름 및 배면 광학필름을 포함한다.
이러한, 액정 디스플레이에서 사용되는 광학필름은 백라이트로부터 발사되는 광의 이용효율이 반드시 높다고는 할 수 없다. 이것은, 백라이트로부터 발사되는 광 중 50%이상이 배면측 광학필름(흡수형 편광필름)에 의해 흡수되기 때문이다. 그래서, 액정 디스플레이에서 백라이트 광의 이용효율을 높이기 위해서, 광학캐비티와 액정어셈블리 사이에 반사형 편자를 설치한다.
도 1은 종래의 반사형 편광자의 광학원리를 도시하는 도면이다. 구체적으로 광학캐비티로부터 액정어셈블리로 향하는 빛 중 P편광은 반사형 편광자를 통과하여 액정어셈블리로 전달되도록 하고, S편광은 반사형 편광자에서 광학캐비티로 반사된 다음 광학캐비티의 확산 반사면에서 빛의 편광 방향이 무작위화된 상태로 반사되어 다시 반사형 편광자로 전달되어 결국에는 S편광이 액정어셈블리의 편광기를 통과할 수 있는 P편광으로 변환되어 반사형 편광자를 통과한 후 액정어셈블리로 전달되도록 하는 것이다.
상기 반사형 편광자의 입사광에 대한 S편광의 선택적 반사와 P편광의 투과 작용은 이방성 굴절률을 갖는 평판상의 광학층과, 등방성 굴절률을 갖는 평판상의 광학층이 상호 교호 적층된 상태에서 각 광학층간의 굴절율 차이와 적층된 광학층의 신장 처리에 따른 각 광학층들의 광학적 두께 설정 및 광학층의 굴절률 변화에 의해서 이루어진다.
즉, 반사형 편광자로 입사되는 빛은 각 광학층을 거치면서 S편광의 반사와 P편광의 투과 작용을 반복하여 결국에는 입사편광 중 P편광만 액정어셈블리로 전달된다. 한편, 반사된 S편광은 전술한 바와 같이, 광학캐비티의 확산 반사면에서 편광상태가 무작위화 된 상태로 반사되어 다시 반사형 편광자로 전달된다. 이에 의해, 광원으로부터 발생된 빛의 손실과 함께 전력 낭비를 줄일 수 있었다.
그런데, 이러한 종래 반사형 편광자(대한민국 공개번호 2006-0056244호 등)는 굴절률이 상이한 평판상의 등방성 광학층과 이방성 광학층이 교호 적층되고, 이를 신장처리하여 입사편광의 선택적 반사 및 투과에 최적화될 수 있는 각 광학층간의 광학적 두께 및 굴절률을 갖도록 제작되기 때문에, 반사형 편광자의 제작공정이 복잡하다는 문제점이 있었다. 특히, 반사형 편광자의 각 광학층이 평판 구조를 가지고 있어서, 입사편광의 광범위한 입사각 범위에 대응하여 P편광과 S편광을 분리하여야 하기 때문에, 광학층의 적층수가 과도하게 증가하여 생산비가 기하급수적으로 증가하는 문제가 있었다. 또한, 광학층의 적층수가 과도하게 형성되는 구조에 의하여 광손실에 의한 광학적 성능 저하가 우려되는 문제점이 있었다.
도 2는 종래의 다층 반사형 편광자(DBEF)의 단면도이다. 구체적으로 다층 반사형 편광자는 코어층(8)의 양면에 스킨층(9, 10)이 형성된다. 코어층(8)은 4개의 그룹(1, 2, 3, 4)으로 구분되는데, 각각의 그룹들은 등방층과 이방층이 교호적층되어 대략 200층을 형성한다. 한편, 상기 코어층(8)을 형성하는 4개의 그룹(1, 2, 3, 4) 사이에 이들을 결합하기 위한 별도의 접착층(5, 6, 7)이 형성된다. 또한 각각의 그룹들은 200층 내외의 매우 얇은 두께를 가지므로 이들 그룹들을 개별적으로 공압출하는 경우 각각의 그룹들이 손상될 수 있어 상기 그룹들은 보호층(PBL)을 포함하는 경우가 많았다. 이 경우 코어층의 두께가 두꺼워지고 제조원가가 상승하는 문제가 있었다. 또한, 디스플레이 패널에 포함되는 반사형 편광자의 경우 슬림화를 위하여 코어층의 두께에 제약이 있으므로, 코어층 및/또는 스킨층에 접착층이 형성되면 그 두께만큼 코어층이 줄어들게 되므로 광학물성 향상에 매우 좋지 않은 문제가 있었다. 나아가, 코어층 내부 및 코어층과 스킨층을 접착층으로 결합하고 있으므로, 외력을 가하거나, 장시간 경과하거나 또는 보관장소가 좋지 않은 경우에는 층간 박리현상이 발생하는 문제가 있었다. 또한 접착층의 부착과정에서 불량률이 지나치게 높아질 뿐만 아니라 접착층의 형성으로 인하여 광원에 대한 상쇄간섭이 발생하는 문제가 있었다.
상기 코어층(8)의 양면에 스킨층(9, 10)이 형성되며, 상기 코어층(8)과 스킨층(9, 10) 사이에 이들을 결합하기 위하여 별도의 접착층(11, 12)이 형성된다. 종래의 폴리카보네이트 재질의 스킨층과 PEN-coPEN이 교호적층된 코어층과 공압출을 통해 일체화하는 경우 상용성 부재로 인하여 박리가 일어날 수 있으며, 결정화도 15% 내외로 인하여 연신 공정 수행시 신장축에 대한 복굴절 발생 위험성이 높다. 이에 따라, 무연신 공정의 폴리카보네이트 시트를 적용하기 위해서 접착층을 형성할 수 밖에 없었다. 그 결과, 접착층 공정의 추가로 인하여 외부 이물 및 공정 불량 발생에 따른 수율 감소가 나타나며, 통상적으로 스킨층의 폴리카보네이트 무연신 시트를 생산시에는 와인딩 공정으로 인한 불균일한 전단 압력에 의한 복굴절 발생이 나타나 이를 보완하기 위한 폴리머 분자구조 변형 및 압출라인의 속도 제어 등의 별도의 제어가 요구되어 생산성 저하 요인이 발생되었다.
상기 종래의 다층 반사형 편광자(대한민국 공개번호 2004-0051592호, 대한민국 공개번호 2006-0056244호 등)의 제조방법을 간단히 설명하면, 코어층을 형성하는 평균 광학적 두께가 상이한 4개의 그룹을 별도로 공압출한 뒤, 다시 4개의 공압출된 4개의 그룹을 연신한 후, 연신된 4개의 그룹을 접착제로 접착하여 코어층을 제작한다. 왜냐하면 접착제 접착후 코어층을 연신하면 박리현상이 발생하기 때문이다. 이후, 코어층의 양면에 스킨층을 접착하게 된다. 결국 다층구조를 만들기 위해서는 2층구조를 접어서 4층 구조를 만들고 연속해서 접는 방식의 다층구조를 만드는 공정을 통해 하나의 그룹(209층)을 형성하고 이를 공압출하므로 두께 변화를 줄 수 없어 하나의 공정에서 다층내부에 그룹을 형성하기 어려웠다. 그 결과 평균광학적 두께가 상이한 4개의 그룹을 별도로 공압출한 뒤 이를 접착할 수 밖에 없는 실정이다.
상술한 공정은 단속적으로 이루어지므로 제작단가의 현저한 상승을 불러왔으며, 그 결과 백라이트 유닛에 포함되는 모든 광학필름들 중 원가가 가장 비싼 문제가 있었다. 이에 따라, 원가절감의 차원에서 휘도저하를 감소하고서라도 반사형 편광자를 제외한 액정 디스플레이가 빈번하게 출시되는 심각한 문제가 발생하였다.
이에, 다층 반사형 편광자가 아닌 기재 내부에 길이방향으로 신장된 복굴절성 폴리머를 배열하여 반사형 편광자의 기능을 달성할 수 있는 폴리머가 분산된 반사편광자가 제안되었다. 도 3은 봉상형 폴리머를 포함하는 반사형편광자(20)의 사시도로서, 기재(21) 내부에 길이방향으로 신장된 복굴절성 폴리머(22)가 일방향으로 배열되어 있다. 이를 통해 기재(21)와 복굴절성 폴리머(22) 간의 복굴절성 계면에 의하여 광변조 효과를 유발하여 반사형 편광자의 기능을 수행할 수 있게 되는 것이다.
그러나, 상술한 교호적층된 반사형 편광자에 비하여 가시광선 전체 파장영역의 광을 반사하기 어려워 광변조 효율이 너무나도 떨어지는 문제가 발생하였다. 이에, 교호적층된 반사 편광자와 비슷한 투과율 및 반사율을 가지기 위해서는 기재 내부에 지나치게 많은 수의 복굴절성 폴리머(22)를 배치하여야 하는 문제가 있었다. 구체적으로 반사형 편광자의 수직단면을 기준으로 가로 32인치 디스플레이 패널을 제조하는 경우 가로 1,580 ㎜이고 높이(두께) 400㎛ 이하인 기재(21) 내부에 상술한 적층형 반사 편광자와 유사한 광학 물성을 가지기 위해서는 상기 길이방향의 단면직경이 0.1 ~ 0.3㎛인 원형 또는 타원형의 복굴절성 폴리머(22)가 최소 1억개 이상 포함되어야 하는데, 이 경우 생산비용이 지나치게 많아질 뿐 아니라, 설비가 지나치게 복잡해지고 또한 이를 생산하는 설비를 제작하는 것 자체가 거의 불가능하여 상용화되기 어려운 문제가 있었다. 또한, 시트 내부에 포함되는 복굴절성 폴리머(22)의 광학적 두께를 다양하게 구성하기 어려우므로 가시광선 전체 영역의 광을 반사하기 어려워 물성이 감소하는 문제가 있었다.
이를 극복하기 위하여 기재 내부에 복굴절성 해도사를 포함하는 기술적 사상이 제안되었다. 도 4는 기재내부에 포함되는 복굴절성 해도사의 단면도로서, 상기 복굴절성 해도사는 내부의 도부분과 해부분의 광변조 계면에서 광변조 효과를 발생시킬 수 있으므로, 상술한 복굴절성 폴리머와 같이 매우 많은 수의 해도사를 배치하지 않더라도 광학물성을 달성할 수 있다. 그러나, 복굴절성 해도사는 섬유이므로 폴리머인 기재와의 상용성, 취급용이성, 밀착성의 문제가 발생하였다. 나아가, 원형 형상으로 인하여 광산란이 유도되어 가시광선 영역의 광파장에 대한 반사편광 효율이 저하되어, 기존 제품 대비 편광특성이 저하되어 휘도 향상 한계가 있었으며, 더불어 해도사의 경우 도접합 현상 줄이면서, 해성분 영역이 세분화되므로 공극 발생으로 인하여 빛샘 즉 광 손실현상으로 인한 광특성 저하 요인이 발생되었다. 또한 직물 형태로 조직 구성으로 인하여 레이어 구성의 한계로 인하여 반사 및 편광 특성 향상에 한계점이 발생되는 문제가 있었다.
OLED와 LCD는 서로 강점 및 단점인 부분이 있는데, OLED는 R(red), G(Green), B(Blue)에 대한 색재현력이 매우 뛰어나지만, 해상도가 떨어져서 고해상도 구현이 LCD에 비해 떨어지는 문제가 있으며, 반대로 고해상도 발현이 가능한 LCD는 RGB 색재현력이 OLED에 비해 떨어지는 문제가 있다. 따라서, OLED의 해상도를 증가 및/또는 LCD의 색재현력, 휘도, 광효율을 향상시키기 위한 기술에 대한 요구가 증대하고 있는 실정이며, 기존의 반사형 편광자 등은 색재현력 및 상대휘도가 이러한, 기술적 요구를 충족시키기는 부족한 문제가 있다.
이에 본 발명자들은 기존 무기소재의 양자점(Quantum dots)을 대체할 수 있는 새로운 소재를 제조하고자 노력한 결과, 유기소재로 이루어진 단분자 형태의 새로운 유기닷을 개발하게 되었고, 이러한, 유기닷을 포함하는 보상층 및 이를 이용한 다층 반사형 편광자를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 다층 반사형 편광자에 관한 것으로서, 하기 화학식 1로 표시되는 유기닷 및 하기 화학식 2로 표시되는 유기닷을 함유한 보상층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112013121317812-pat00001
상기 화학식 1에 있어서, R1 및 R4는 각각 독립적으로 수소원자, C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C5의 분쇄형 알킬기, C5 ~ C6의 사이클로알킬기,
Figure 112013121317812-pat00002
또는 -CN이며, R2, R3, R5 및 R6 각각은 독립적으로 수소원자, C1 ~ C5의 알콕시기, C5 ~ C10의 사이클릭알콕시기,
Figure 112013121317812-pat00003
,
Figure 112013121317812-pat00004
또는
Figure 112013121317812-pat00005
이고, 상기 R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소원자, C1~C5의 직쇄형 알킬기 또는 C3 ~ C5의 분쇄형 알킬기이며, R9 및 R10은 각각 독립적으로 수소원자, -SO3H, -COOH, -CH2COOH, -CH2CH2COOH, - CH2CH2CH2COOH, -NR11R12, -CH2NR11R12, 또는 -CH2CH2NR11R12 이며, 상기 R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1~C3의 직쇄형 알킬기이며,
[화학식 2]
Figure 112013121317812-pat00006
상기 화학식 2에 있어서, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소원자, C1 ~ C5의 알킬기, 할로겐(halogen)원자 또는 -CN이며, R6 내지 R11은 각각 독립적으로 수소원자, C1 ~ C5의 알킬기, C2 ~ C5의 올레핀기, C5 ~ C6의 사이클로알킬기, 스티렌기, 페닐기, 벤질기 또는 -CN이다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 다층 반사형 편광자에 있어서, 상기 보상층은 상기 화학식 1로 표시되는 유기닷 및 상기 화학식 2로 표시되는 유기닷을 1 : 0.05 ~ 20 중량비로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 다층 반사형 편광자에 있어서, 상기 화학식 1의 R1 및 R4는 각각 독립적으로 C1 ~ C5의 알킬기 또는
Figure 112013121317812-pat00007
이며, 상기 R7 및 R8은 C2 ~ C4의 알킬기 또는 C3 ~ C4의 분쇄형 알킬기이며, 상기 R2, R3, R4 및 R6은 각각 독립적으로 C5 ~ C10의 사이클릭알콕시기,
Figure 112013121317812-pat00008
또는
Figure 112013121317812-pat00009
이고, R9 및 R10은 각각 독립적으로 수소원자, -SO3H, -COOH, -CH2COOH 또는 -CH2NR11R12이며, R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1의 직쇄형 알킬기인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 다층 반사형 편광자에 있어서, 상기 화학식 2의 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1 ~ C2의 알킬기이며, R7 및 R10은 수소원자이고, R6 , R8, R9 및 R11은 각각 독립적으로 C1 ~ C2의 알킬기, C5 ~ C6의 사이클로알킬기, 스티렌기, 페닐기, 벤질기 또는 -CN인 것을 특징할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 화학식 1로 표시되는 유기닷은 PL(photoluminescence) 파장이 580 nm ~ 680 nm인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 다층 반사형 편광자에 있어서, 상기 보상층은 코팅층 형태 또는 필름 형태인 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 보상층은 평균두께 0.1㎛ ~ 200㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 다층 반사형 편광자에 있어서, 상기 보상층은 블루(blue)광원 하에 NTSC(National Television System Committee) 색좌표에 의거할 때, x 좌표 범위가 0.20 ~ 0.45이고, y 좌표 범위가 0.20 ~ 0.40 인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 다층 반사형 편광자는 상기 보상층, 스킨층 및 코어층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 다층 반사형 편광자에 있어서, 상기 코어층은 외부에서 조사되는 제1 편광을 투과시키고 제2 편광을 반사시키기 위하여, 면내 복굴절을 갖는 제1층 및 제1층과 교호적층된 제2층을 포함하고, 상기 제1층과 제2층은 적어도 하나의 축방향으로 굴절율이 상이하고, 상기 제1층 및 제2층은 적어도 하나의 축방향으로 신장되며, 상기 제1층과 제2층은 하나의 반복단위를 형성하며, 반복단위들은 원하는 파장의 횡파(S파)를 반사시키기 위하여 복수개의 그룹을 형성하며, 상기 그룹은 2개 이상이고, 상기 그룹들은 일체로 형성되며, 그룹간 반복단위들의 평균 광학적 두께가 상이한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 다층 반사형 편광자는 빛이 투과하는 방향으로부터 코어층, 스킨층 및 보상층 순으로 적층된 형태; 또는 스킨층, 코어층, 스킨층 및 보상층 순으로 적층된 형태;인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 다층 반사형 편광자에 있어서, 상기 스킨층은 상기 코어층의 일면 또는 양면에 일체로 형성되어 있는 것을 할 수 있으며, 또한, 상기 보상층은 상기 스킨층의 일면에 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제1 편광은 종파이고, 상기 제2 편광은 횡파일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1층은 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI), 엘라스토머 및 사이크로올레핀폴리머 중 에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제2층은 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET),폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU),폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI), 엘라스토머 및 사이클로올레핀폴리머 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 반복단위들은 3개의 파장대역의 광을 반사하기 위하여 3개의 그룹을 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 반복단위들은 4개의 파장대역의 광을 반사하기 위하여 3개의 그룹을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 원하는 파장은 가시광선 대역을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 3개의 반사대역은 450nm, 550nm 및 650nm의 파장대역을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 4개의 반사대역은 350nm, 450nm, 550nm 및 650nm의 파장대역을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 동일한 그룹에 포함된 반복단위들의 광학적 두께는 평균 광학적 두께 대비 30% 이내, 바람직하게는 20% 이내, 보다 바람직하게는 15% 이내일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 그룹들은 반복단위들의 평균 광학적 두께가 5% 이상, 바람직하게는 10% 이상 상이할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 하나의 그룹에 포함된 반복단위들은 25개 이상, 바람직하게는 50개 이상, 보다 바람직하게는 100개 이상, 가장 바람직하게는 150개 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1층과 제2층의 굴절율의 차이는 신장된 축방향의 굴절율의 차이가 다른 축방향의 굴절율의 차이보다 클 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1층과 제2층의 굴절율은 2개의 축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.05 이하이고, 나머지 1개의 축방향에 대한 굴절율의 차이가 0.1 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1층과 제2층 사이에 복굴절 계면이 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1층은 광학적 복굴절성을 가지며, 상기 제2층은 광학적 등방성을 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 그룹과 그룹 사이에 접착층이 형성되지 않을 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 코어층과 스킨층 사이에 접착층이 형성되지 않을 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 스킨층과 보상층 사이에 접착층이 형성되지 않을 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 스킨층은 연신된 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 본 발명의 다층 반사형 편광자는 상대휘도가 95 % 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 본 발명의 다층 반사형 편광자는 블루(blue)광원 하에 NTSC 색좌표에 의거할 때, x 좌표 범위가 0.265 ~ 0.350이고, y 좌표 범위가 0.265 ~ 0.300인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 본 발명은 상기 다층 반사형 편광자를 포함하는 백라이트 유니트를 포함한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 백라이트 유니트는 상기 반사형 편광자에서 변조된 광을 다시 반사형 편광자로 반사하는 반사수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 백라이트 유니트를 포함하는 액정 표시장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명은 보상층 조성물에 관한 것으로서, 바인더 100 중량부에 대하여, 상기 화학식 1로 표시되는 유기닷 및 상기 화학식 2로 표시되는 유기닷을 함유한 발광물질 0.05 ~ 7 중량부 및 비드 30 ~ 1,700 중량부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 보상층 조성물에 있어서, 상기 바인더는 지방족 우레탄 아크릴레이트 수지, 에폭시 아크릴레이트 수지, 멜라민 아크릴레이트 수지 및 폴리에스테르 아크릴레이트 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 보상층 조성물에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 유기닷 및 상기 화학식 2로 표시되는 유기닷을 1 : 0.05 ~ 20 중량비로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 보상층 조성물에 있어서, 상기 비드의 평균입경은 0.5㎛ ~ 10㎛인 것을 특징으로 할 수 있으며, 또한, 상기 비드는 실리카, 지르코니아, 이산화티타늄, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄 및 폴리메틸(메타)아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 반사형 편광자는 평균 광학적 두께가 상이한 복수개의 그룹들이 일체로 형성되므로 코어층 내부 및 코어층과 스킨층 사이에 별도의 접착층 및/또는 보호층(PBL)이 포함되지 않는다. 이를 통해 제조원가를 현저하게 저감할 수 있을 뿐 아니라 한정된 두께에서 광학물성을 극대화시키는데 매우 유리하다. 또한 평균광학적 두께가 상이한 복수개의 그룹이 형성되므로 가시광선 파장영역의 S파를 모두 반사할 수 있다. 이를 통해 제조원가를 현저하게 저감할 수 있을 뿐 아니라 한정된 두께에서 광학물성을 극대화시키는데 매우 유리하다. 또한, 본 발명은 카드뮴 등의 무기 소재를 사용하지 않는 발광소재를 이용하여 보상층을 형성시킴으로써, 환경 문제를 유발하지 않을 뿐만 아니라, 상대휘도 및 색재현력을 향상시킬 수 있는 광학필름, 이를 이용한 백라이트 유닛, 이를 이용한 디스플레이 등을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 반사형 편광자의 원리를 설명하는 개략도이다.
도 2는 현재 사용되고 있는 다층 반사형 편광자(DBEF)의 단면도이다.
도 3은 봉상형 폴리머를 포함하는 반사형 편광자의 사시도이다.
도 4는 반사형 편광자에 사용되는 복굴절성 해도사에 입사한 광의 경로를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 다층 반사형 편광자의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른 다층 반사형 편광자의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따른 다층 반사형 편광자의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 사용될 수 있는 슬릿형 압출구금의 구금분배판들의 사시도이고, 도 9는 이들의 저면도이며, 도 10은 결합도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 다층 복합류의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 2개의 다층 복합류를 형성하기 위하여 2개의 제1 가압수단들을 포함하는 개략도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 2개의 다층 복합류를 형성하기 위하여 2개의 제2 가압수단들을 포함하는 개략도이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 다층 복합류 및 스킨층의 합지부를 나타내는 개략도이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 코트-행거 다이의 단면도이며, 도 16은 측면도이다.
도 17은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 다층 반사편광자를 제조하는 장치의 개략도이다.
도 18은 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 다층 반사편광자를 제조하는 장치의 개략도이다.
도 19는 본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따른 다층 반사편광자를 제조하는 장치의 개략도이다.
도 20은 본 발명의 반사형 편광자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 21은 실시예 1에서 제조한 유기닷의 PL 파장 측정 그래프이다.
도 22는 실시예 2에서 제조한 유기닷의 PL 파장 측정 그래프이다.
도 23은 NTSC 색좌표 그래프이다.
도 24는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 보상층의 개략도이다.
이하, 본 명세서에서 사용된 용어에 대해 간략히 설명한다.
'중합체가 복굴절성을 가진다'는 의미는 방향에 따라 굴절률이 다른 섬유에 빛을 조사하는 경우 중합체에 입사한 빛이 방향이 다른 두 개의 빛 이상으로 굴절된다는 것이다.
'등방성'이라 함은 빛이 물체를 통과할 때, 방향에 상관없이 굴절률이 일정한 것을 의미한다.
'이방성'이라 함은 빛의 방향에 따라 물체의 광학적 성질이 다른 것으로 이방성 물체는 복굴절성을 가지며 등방성에 대응된다.
'광변조'라 함은 조사된 빛이 반사, 굴절, 산란하거나 빛의 세기, 파동의 주기 또는 빛의 성질이 변화하는 것을 의미한다.
'종횡비'라 함은 신장체의 길이방향의 수직단면을 기준으로 장축길이에 대한 단축길이의 비를 의미한다.
본 발명에서 사용하는 용어인 "C1", "C2" 등은 탄소수를 의미하는 것으로서, 예를 들어 "C1 ~ C5의 알킬기"는 탄소수 1 ~ 5의 알킬기를 의미한다.
본 발명에서 "
Figure 112013121317812-pat00010
로 표현된 화학식에서, R1은 독립적으로 수소원자, 메틸기 또는 에틸기이며, a는 1 ~ 3이다"라고 치환기에 대해 표현되어 있을 때, a가 3인 경우, 복수의 R1, 즉 R1 치환기가 3개가 있고, 이들 복수 개의 R1들 각각은 서로 같거나 다른 것으로서, R1들 각각은 모두 수소원자, 메틸기 또는 에틸기일 수 있으며, 또는 R1들 각각은 다른 것으로서, R1 중 하나는 수소원자, 다른 하나는 메틸기 및 또 다른 하나는 에틸기일 수 있음을 의미하는 것이다. 그리고, 상기 내용은 본 발명에서 표현된 치환기를 해석하는 일례로서, 다른 형태의 유사 치환기도 동일한 방법으로 해석되어야 할 것이다.
'단분산형 비드(Mono Dispersive)'라 함은 입자의 입경이 동일한 것을 말하며, 본 발명에서는 입경분산지수(CV : Coefficient of Variation) 9% 이하인 것을 의미한다. 그리고, '다분산형 비드(Poly Dispersive)'라 함은 입자의 입경이 상이한 입자들이 혼합된 것을 의미하는 것으로 본 발명에서는 입경분산지수 20% 이상인 것을 의미한다.
본 발명은 유기닷 함유한 보상층으로 도입한 다층 반사형 편광자에 관한 것으로서, 바람직하게는 본 발명의 반사형 편광자는 상기 보상층, 스킨층 및 코어층을 포함하는 형태이다. 이러한, 본 발명에 대하여 상세하게 설명을 한다.
[스킨층, 코어층]
우선, 스킨층 및 코어층에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 다층 반사형 편광자는 외부에서 조사되는 제1 편광을 투과시키고 제2 편광을 반사시키기 위하여, 면내 복굴절을 갖는 제1층 및 제1층과 교호적층된 제2층을 포함하고, 상기 제1층과 제2층은 적어도 하나의 축방향으로 굴절율이 상이하고, 상기 제1층 및 제2층은 적어도 하나의 축방향으로 신장되며, 상기 제1층과 제2층은 하나의 반복단위를 형성하며, 반복단위들은 원하는 파장의 횡파(S파)를 반사시키기 위하여 그룹을 형성하며, 상기 그룹은 2개 이상이고, 상기 그룹들은 일체로 형성되며, 그룹간 반복단위들의 평균 광학적 두께가 상이한 코어층 및 상기 코어층의 적어도 일면에 일체로 형성된 스킨층을 포함한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 다층 반사형 편광자의 단면도이다. 구체적으로 코어층(180)의 양면에 스킨층(189, 190)이 일체로 형성되고, 상기 스킨층 중 빛이 투과하는 방향으로 최상위에 있는 스킨층(189)의 상단면에 보상층(200)이 적층된 형태일 수 있으며, 상기 코어층(180)은 2개의 그룹(A, B)로 구획된다. 도면에서 그룹 A와 B를 구획하는 점선은 가상의 선을 의미하는 것이다. 그룹 A에서 제1 성분에 해당하는 제1층(181, 183)과 제2 성분에 해당하는 제2층(182, 184)는 교호적층된다. 여기서 제1층(181)과 제2층(182)은 하나의 반복단위(R1)로 정의되며 그룹 A는 적어도 25개 이상의 반복단위를 포함할 수 있다. 그룹 B 역시 제1층(185, 187)과 제2 성분에 해당하는 제2층(182, 184)는 교호적층된다. 여기서 제1층(185)과 제2층(186)은 하나의 반복단위(R2)로 정의되며, 그룹 A는 적어도 25개 이상의 반복단위를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 50개 이상, 더욱 바람직하게는 100개 이상, 가장 바람직하게는 150개 이상일 수 있다. 또한 제1층과 제2층의 두께는 서로 동일할 수 있다.
한편, 그룹 A에 포함된 반복단위(R1)들의 평균 광학적 두께와 그룹 B에 포함된 반복단위(R2)들의 평균 광학적 두께가 상이하다. 이를 통해 서로 다른 S파의 파장영역을 반사할 수 있게 되는 것이다. 또한, 그룹 A에 포함된 반복단위들의 광학적 두께는 그룹 A의 평균 광학적 두께를 기준으로 30% 이내, 바람직하게는 20% 이내, 보다 바람직하게는 15% 이내의 광학적 두께편차를 가질 수 있다. 여기에서 광학적 두께(optical thickness)는 n(굴절율)×d(물리적 두께)를 의미한다. 한편 빛의 파장과 광학적 두께는 하기 관계식 2에 따라 정의된다.
[관계식 2]
λ= 2(n1d1 + n2d2)
상기 관계식 2에서, λ는 빛의 파장(nm), n1은 1층 굴절율, n2는 2층 굴절율, d1은 1층 물리적 두께(nm), d2는 2층 물리적 두께(nm)를 의미한다.
그러므로, 그룹 A의 평균 광학적 두께가 200㎚라면 상술한 관계식 2에 의하여 400㎚ 파장의 횡파(S파)를 반사시킬 수 있는 것이다. 이 경우 두께 편차가 20%라면 대략 320 ~ 480㎚ 파장대역을 커버 할 수 있다. 만일 그룹 B의 반복단위(R2)들의 평균 광학적 두께가 130㎚라면 관계식 2에 의하여 520㎚ 파장의 횡파(S파)를 반사시킬 수 있으며, 두께편차가 20%라면 대략 420 ~ 620㎚ 파장대역을 커버할 수 있으며 이 경우 그룹 A의 파장대역과 일부 중첩될 수 있어 이를 통해 광변조 효과를 극대화할 수 있다. 또한, 면내 복굴절을 갖는 제1층은 P파는 투과하고 S파는 반사시켜야 하므로 빛이 통과하는 두께방향(z축 굴절율)을 기준으로 굴절율(n)을 설정하고 평균 광학적 두께를 산정할 수 있다.
한편, 그룹과 그룹 사이에 접착층이 없이 일체로 형성될 수 있다. 또한 코어층(180)과 스킨층(189, 190) 사이에도 일체로 형성될 수 있으며, 스킨층(189)과 보상층(200) 사이도 접착층 없이 일체로 형성시킬 수 있다.
그 결과, 접착층으로 인한 광학물성의 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 한정된 두께에 보다 많은 층을 부가할 수 있어 광학물성을 현저하게 개선시킬 수 있으며 제조비용을 현저하게 저감시킬 수 있다. 나아가, 스킨층은 코어층과 동시에 제조된 후 연신공정이 수행되므로, 종래의 코어층 연신 후 미연신 스킨층과의 접착과는 달리 본 발명의 스킨층은 적어도 하나의 축방향으로 연신될 수 있다. 이를 통해 미연신 스킨층에 비하여 표면경도가 향상되어 내스크래치성이 개선되며 내열성이 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른 다층 반사형 편광자의 단면도이다. 이를 상기 도 5와의 차이점을 중심으로 설명하면 코어층 내부에 평균 광학적 두께가 상이한 3개 그룹들(A, B, C)이 형성되며 각각의 그룹간 반복단위들의 평균 광학적 두께가 상이한 것이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따른 다층 반사형 편광자의 단면도이다. 구체적으로 코어층은 4개의 그룹들이 형성되며, 각각의 그룹들은 각각 350㎚, 450㎚, 550㎚ 및 650㎚의 광 파장대역을 커버하기 위하여 평균 광학적 두께가 조절될 수 있다. 이 경우 코어층의 외곽층은 평균 광학적 두께가 큰 그룹들이 형성되며, 내부층에 평균 광학적 두께가 작은 그룹들이 형성될 수 있다. 한편, 가시광선 전체영역을 커버하기 위해서는 다양한 광 파장에 대응하도록 반복단위들의 평균 광학적 두께가 결정되어야 한다. 350㎚, 450㎚, 550㎚ 및 650㎚의 광 파장대역에 대응하도록 코어층 내부의 그룹별 반복단위들의 평균 광학적 두께를 설정하려면 그룹간의 제1성분의 평균 광학적 두께가 적어도 5% 이상 상이할 수 있으며, 보다 바람직하게는 10% 이상 상이할 수 있다. 이를 통해 가시광선 전 영역의 S파를 반사할 수 있는 것이다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 코어층을 형성하는 제1층과 제2층사이에 복굴절 계면이 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1층과 제2층이 교호적층된 다층 반사형 편광자에 있어서, 제1층과 제2층간의 공간상의 X, Y 및 Z축에 따른 굴절률의 실질적인 일치 또는 불일치의 크기는 그 축에 따라 편광된 광선의 산란 정도에 영향을 미친다. 일반적으로, 산란능은 굴절률 불일치의 제곱에 비례하여 변화한다. 따라서, 특정 축에 따른 굴절률의 불일치의 정도가 더 클수록, 그 축에 따라 편광된 광선이 더 강하게 산란된다. 반대로, 특정 축에 따른 불일치가 작은 경우, 그 축에 따라 편광된 광선은 더 적은 정도로 산란된다. 어떤 축에 따라 제2층의 굴절률이 제1층의 굴절률과 실질적으로 일치되는 경우, 이러한 축에 평행한 전기장으로 편광된 입사광은 제1층의 부분의 크기, 모양 및 밀도와 상관없이 산란되지 않고 제1층을 통과할 것이다. 또한, 그 축에 따른 굴절률이 실질적으로 일치되는 경우, 광선은 실질적으로 산란되지 않고 물체를 통해 통과한다. 보다 구체적으로, 제1편광(P파)는 제2층과 제1층의 경계에 형성되는 복굴절 계면에 영향을 받지 않고 투과되나, 제2편광(S파)는 제2층과 제1층의 경계에 형성되는 복굴절성 계면에 영향을 받아 광의 변조가 일어난다. 이를 통해 P파는 투과되고 S파는 광의 산란, 반사 등의 광의 변조가 발생하게 되어 결국 편광의 분리가 이루어지게 되는 것이다.
따라서, 상기 제1층과 제2층은 그 경계면에서 복굴절 계면을 형성하여야 광변조 효과를 유발할 수 있으므로, 상기 제2층이 광학적 등방성인 경우, 제1층은 복굴절성을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1층의 x축 방향의 굴절율이 nX1, y축 방향의 굴절율이 nY1 및 z축 방향의 굴절율이 nZ1이고, 제2층의 굴절율이 nX2, nY2 및 nZ2일때, nX1과 nY1 사이의 면내 복굴절이 발생할 수 있다. 더욱 바람직하게는 제1층과 제2층은 X, Y, Z축 굴절율 중 적어도 어느 하나가 상이할 수 있으며, 보다 바람직하게는 신장축이 X축인 경우 Y축 및 Z축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.05 이하이고, X축향에 대한 굴절율의 차이가 0.1 이상일 수 있다. 한편 통상적으로 굴절율의 차이가 0.05 이하이면 정합으로 해석된다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 다층 반사형 편광자의 전체 레이어 수는 100 ~ 2,000 개 일 수 있다. 반복단위의 두께범위는 원하는 광의 파장범위 및 굴절율에 따라 적절하게 설계할 수 있으며, 바람직하게는 65 ~ 300㎚일 수 있다. 반복단위를 형성하는 제1층과 제2층의 두께는 거의 동일하거나 상이할 수 있다.
한편, 본 발명에서 코어층(180)의 두께는 10 ~ 300 ㎛이고, 스킨층(189, 190)의 두께는 50 ~ 190 ㎛일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 본 발명의 보상층의 평균두께는 0.1 ~ 200 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는 2 ~ 100 ㎛, 더욱 바람직하게는 2 ~ 70 ㎛일 수 있으며, 이때, 보상층의 평균두께가 0.1 ㎛ 미만이면 백색(white)광 구현이 어려운 문제가 있을 수 있고, 200 ㎛를 초과하면 빛의 투과율이 너무 낮아져서 휘도 및 색재현력이 감소하는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 범위 내의 두께를 갖는 것이 좋다.
다음, 본 발명의 접착층을 포함하지 않으면서 일체로 형성된 다층 반사형 편광자를 제조하는 방법을 설명한다.
먼저, (1) 단계로서, 제1 성분, 제2 성분 및 스킨층 성분을 각각 압출부들에 공급한다. 상기 제1 성분은 기재를 형성하는 제2 성분의 내부에 분산되는 폴리머로서 통상적인 폴리머가 분산된 반사편광자에서 사용되는 것이라면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET),폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU),폴리이미드(PI),폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN),에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI) 및 사이크로올레핀폴리머를 사용할 수 있으며 보다 바람직하게는 PEN일 수 있다.
상기 제2 성분은 기재를 형성하는 것으로서 통상적으로 폴리머가 분산된 반사편광자에서 기재의 재질로 사용되는 것이라면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU),폴리이미드(PI),폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN),에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI) 및 사이크로올레핀폴리머를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 디메틸-2,6-나프탈렌 디카르복실레이트, 디메틸테레프탈레이트 및 에틸렌글리콜, 싸이크로헥산디메탄올(CHDM) 등의 단량체들이 적절하게 중합된 co-PEN일 수 있다.
상기 스킨층 성분은 통상적으로 폴리머가 분산된 반사편광자에서 사용되는 것이라면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU),폴리이미드(PI),폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN),에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(Si) 및 사이크로올레핀폴리머를 사용할 수 있다. 상기 폴리카보네이트 얼로이(alloy)는 바람직하게는 폴리카보네이트와 변성 글리콜 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(poly cyclohexylene dimethylene terephthalate, PCTG)로 이루어질 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리카보네이트와 변성 글리콜 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(PCTG)가 5 : 95 ~ 95 : 5의 중량비로 이루어진 폴리카보네이트 얼로이일 수 있다. 한편, 본 발명의 스킨층은 퍼짐 및 연신공정에서 굴절율 변화가 적은 재질을 사용하는 것이 좋으며 보다 바람직하게는 폴리카보네이트 또는 폴리카보네이트 얼로이일 수 있다.
한편, 상기 제1 성분, 제2 성분 및 스킨층 성분을 개별적으로 독립된 압출부들에 공급할 수 있으며 이 경우 압출부는 3개 이상으로 구성될 수 있다. 또한 폴리머들이 섞이지 않도록 별도의 공급로 및 분배구를 포함하는 하나의 압출부에 공급하는 것 역시 본 발명에 포함된다. 상기 압출부는 익스트루더일 수 있으며, 이는 고체상의 공급된 폴리머들을 액상으로 전환시킬 있도록 가열수단 등을 더 포함할 수 있다.
다음, (2) 단계로서 제1 성분과 제2 성분의 반복단위가 교호적층된 2개 이상의 다층 복합류를 형성하고, 상기 각각의 다층 복합류는 원하는 파장의 횡파(S파)를 반사하기 위하여, 상기 압출부에서 이송된 제1 성분과 제2 성분을 복수개의 복합압출구금에 투입하여 상기 반복단위들의 평균 광학적 두께가 상이한 2개 이상의 다층 복합류를 형성한다.
구체적으로 도 8 ~ 10은 본 발명에 사용될 수 있는 슬릿형 압출구금의 구금분배판들의 사시도, 저면도 및 결합도이다. 슬릿형 압출구금의 구금분배판들의 결합구조를 내타낸 사시도이다. 슬릿형 압출구금의 상단에 위치하는 제1 구금분배판(S1)은 내부에 제1 성분 공급로(50) 및 제2 성분 공급로(51)로 구성될 수 있다. 이를 통해 상기 압출부를 통해 이송된 제1 성분은 제1 성분 공급로(50)로 투입되고, 제2 성분은 제2 공급로(51)로 공급될 수 있다. 이러한 공급로는 경우에 따라 복수개가 형성될 수 있다. 상기 제1 구금분배판(S1)을 통과한 폴리머들은 하부에 위치하는 제2 구금분배판(S2)로 이송된다. 제1 성분 공급로(50)을 통해 투입된 제1 성분이 유로를 따라 복수개의 제1 성분 공급로들(52, 53)로 분기되어 이송된다. 또한 제2 성분 공급로(51)을 통해 투입된 제2 성분이 유로를 따라 복수개의 제2 성분 공급로들(54, 55, 56)로 분기되어 이송된다. 상기 제2 구금분배판(S2)을 통과한 폴리머들은 하부에 위치하는 제3 구금분배판(S3)로 이송된다.
제1 성분 공급로들(52, 53)을 통해 투입된 제1 성분은 각각 제3 구금분배판(S3)에 형성된 제1 성분공급로들(60, 61, 62, 63, 67, 68, 69, 70)으로 유로를 따라 분기되어 이송된다. 마찬가지로 제2 성분 공급로들(54, 55, 56)을 통해 투입된 제2 성분은 각각 제3 구금분배판(S3)에 형성된 제2 성분공급로들(57, 58, 59, 64, 65, 66, 71, 72, 73)으로 유로를 따라 분기되어 이송된다. 그 뒤 제3 구금분배판(S3)에 형성된 제1 성분공급로들 중 일부 제1 성분 공급로들(60, 67)를 통해 투입된 제1 성분은 제4 구금분배판(S4)에 형성된 유로들 중 첫번째 유로(74)로 이송된다. 마찬가지로 제3 구금분배판(S3)에 형성된 제2 성분공급로들 중 일부 제2 성분 공급로들(57, 64, 71)를 통해 투입된 제1 성분은 제4 구금분배판(S4)에 형성된 유로들 중 두번째 유로(75)로 이송된다. 이런 방식으로 제3 구금분배판(S3)의 제1 성분공급로들을 통해 이송된 제1 성분은 제4 구금분배판(S4)의 홀수번째 유로들(74, 76, 78, 80)로 분배되고, 제3 구금분배판(S3)의 제2 성분공급로들을 통해 이송된 제2 성분은 제4 구금분배판(S4)의 짝수번째 유로들(75, 77, 79)로 이송된다. 이를 통해 제1 성분과 제2 성분이 교호적층될 수 있는 것이다. 이와 같은 원리로 제4 구금분배판(S4)의 하부에 상기 제4 구금분배판의 유로방향에 수직이며 유로수가 더 많은 구금분배판(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 이를 반복하여 원하는 레이어수만큼 유로의 개수를 확장하는 것은 당업자에게 자명한 것이다. 한편 동일한 원리로 제4 구금분배판(S4)의 홀수번째 유로들(74, 76, 78, 80)을 통해 이송된 제1 성분은 제5 구금분배판(S5)의 홀수번째 유로들(81, 83, 85, 87, 89, 91, 93)으로 이송되고, 제4 구금분배판(S4)의 짝수번째 유로들(75, 77, 79)을 통해 이송된 제2 성분은 제5 구금분배판(S5)의 짝수번째 유로들(82, 84, 86, 88, 90, 91, 92)로 이송된다. 도 9는 도 8의 슬릿형 압출구금의 저면도로서 제5 구금분배판(S5)의 토출로는 홀 타입으로 이격된 것이 아닌 슬릿형 타입으로 일체로 구성된다. 이를 통해 제1 성분과 제2 성분이 각각의 레이어를 형성하는 것이다. 따라서, 제5 구금분배판(S5)의 슬릿의 개수에 따라서 다층 복합류의 레이어의 개수가 결정될 수 있다. 바람직한 레이어의 수는 100개 이상, 보다 바람직하게는 150개 이상, 더욱 바람직하게는 200개 이상, 가장 바람직하게는 300개 이상일 수 있다. 이후, 제6 구금분배판의 토출구(94)를 통해 다층 복합류가 토출된다. 도 11은 다층 복합류의 단면도로서 제1 성분(100, 102)과 제2 성분(101, 103)이 교호적으로 적층된다. 이 때 하나의 제1 성분(100)과 적층된 제2 성분(101)을 반복단위로 정의할 수 있으며, 하나의 복합류는 다수의 반복단위를 포함한다.
그런데, 상기 도 8 ~ 10은 본 발명의 사용될 수 있는 슬릿형 압출구금에 사용될 수 있는 구금분배판의 예시이며, 제1 성분과 제2 성분이 교호적층된 다층 복합류를 제조하기 위하여 구금분배판의 개수, 구조, 구금홀의 크기, 형상, 제5 구금분배판의 슬릿크기, 토출구의 크기 등을 당업자가 적절하게 설계하여 사용하는 것은 자명한 것이다. 한편, 제5 구금분배판의 저면도의 슬릿들의 직경은 0.17 ~ 0.6㎜일 수 있고, 토출구의 직경이 5㎜ ~ 50㎜일 수 있지만 이에 제한되지 않으며, 이후, 퍼짐공정 및 연신공정 등을 고려하여 슬릿의 직경 등을 설정하는 것은 당업자에게 자명한 것이다.
한편, 상기 복수 개의 다층 복합류는 각각 상이한 광의 파장영역 범위를 커버하기 위하여 상이한 다층 복합류를 형성하는 교호적층된 제1 성분과 제2 성분의 반복단위의 광학적 두께, 반복단위의 개수 등이 상이할 수 있다.
이를 위해 각각의 다층 압출구금에 형성되는 구금홀의 크기, 슬릿의 두께, 형상 또는 레이어의 개수가 상이할 수 있다. 이를 통해 최종적으로 퍼짐 및 연신 공정을 거쳐 제조되는 반사형 편광자는 내부에 다수의 반복단위가 뭉쳐 하나의 그룹이 형성되며, 각각의 그룹은 평균 광학적 두께가 상이하도록 설정될 수 있다.
보다 구체적으로 광학적 두께(optical thickness)는 n(굴절율) × d(물리적 두께)를 의미한다. 따라서 만일 다층 복합류가 2개 형성되는 경우 다층 복합류간 제1 성분 및 제2 성분이 동일하여 굴절율의 차이가 없다면 광학적 두께는 물리적 두께(d)의 크기에 비례하게 된다. 그러므로 각각의 다층 복합류에 포함되는 제1 성분과 제2성분의 반복단위의 물리적 두께(d)의 평균값을 달리하는 것을 통해 다층 복합류간의 광학적 두께의 차이를 유도할 수 있는 것이다. 이를 위해 슬릿형 압출구금에 포함된 슬릿들의 두께를 압출구금마다 다르게 설계하여 평균 광학적 두께가 상이한 다층 복합류들을 제조할 수 있는 것이다.
한편, 가시광선 전체영역을 커버하기 위해서는 다양한 광 파장에 대응하도록 다층 복합류의 평균 광학적 두께가 결정되어야 한다. 예를 들어 3개의 복합류가 구성되고 각자 빛의 파장영역 중 450㎚, 550㎚, 650㎚에 대응하도록 다층 복합류의 반복단위의 평균 광학적 두께를 설정하려면 다층 복합류 간의 반복단위의 평균 광학적 두께가 적어도 5% 이상 상이할 수 있으며, 보다 바람직하게는 10% 이상 상이할 수 있다. 이를 통해 가시광선 전 영역의 S파를 반사할 수 있는 것이다. 이 경우 동일한 반복단위를 형성하는 제1 성분과 제2 성분의 두께는 동일할 수 있다.
또한 하나의 다층 복합류를 형성하는 슬릿형 압출구금에서도 구금홀의 개수, 단면적, 형상, 슬릿의 직경 등이 동일하거나 상이할 수 있다. 나아가 동일한 다층 복합류를 형성하는 반복단위들의 광학적 두께는 평균 광학적 두께 대비 바람직하게는 30% 이내, 보다 바람직하게는 20% 이내, 더욱 바람직하게는 15% 이내의 편차를 가질 수 있다. 예를 들어 제1 다층 복합류의 반복단위들의 평균 광학적 두께(optical thickness)가 200㎚라면, 동일한 제1 다층 복합류를 형성하는 반복단위들은 대략 20% 이내의 광학적 두께 편차를 가질 수 있다. 한편 빛의 파장과 광학적 두께는 하기 관계식 1에 따라 정의된다.
[관계식 1]
λ= 4nd
상기 관계식 1에서, λ는 빛의 파장(nm)이고, n은 굴절율이며, d는 물리적 두께(nm)이다.
그러므로, 광학적 두께(nd)에 편차가 발생하면 타겟으로 하는 빛의 파장뿐만 아니라 이를 포함하는 빛의 파장범위를 커버할 수 있으므로 전체적으로 균일한 광학물성 향상에 큰 도움이 된다. 한편 상기 d는 하나의 층의 두께를 의미하는 것이며, 반복단위는 제1 성분과 제2 성분의 2개의 층으로 구성되므로 제1 성분과 제2 성분의 물리적 두께가 동일하다면 반복단위와 빛의 파장은 하기 관계식 2에 따라 정의될 수 있다.
[관계식 2]
λ= 2(n1d1 + n2d2)
상기 관계식 2에서, λ는 빛의 파장(nm), n1은 1층 굴절율, n2는 2층 굴절율, d1은 1층 물리적 두께(nm), d2는 2층 물리적 두께(nm)를 의미한다.
상술한 광학적 두께의 편차는 하나의 슬릿형 압출구금에서 구금홀의 개수, 단면적, 형상, 슬릿의 직경 등에 편차를 부여하는 것을 통해 달성되거나 또는 퍼짐과정에서의 자연스러운 미세한 압력배분의 등을 통해 자연스럽게 달성될 수 있는 것이다.
따라서, 본 발명의 복수 개의 다층 복합류는 복합류를 구성하는 반복단위의 평균 광학적 두께를 상이하게 설정하여 가시광선 전체 영역을 커버할 수 있으며, 하나의 복합류를 형성하는 반복단위에 절절한 광학 두께편차를 부여하여 넓은 파장범위의 S파를 반사할 수 있다. 나아가, 도 8 ~ 10에서는 하나의 슬릿형 압출구금에서 하나의 다층 복합류가 생산되는 것을 예를 들었지만, 슬릿형 압출구금 내부에 섹션을 부가하여 복수개의 다층 복합류를 생산하고 이를 하나의 집합구금을 통해 하나로 합지하는 것 역시 일체화된 슬릿형 압출구금에 해당하여 본 발명에 범위에 속하는 것이다. 또한 슬릿형 압출구금에 포함된 슬릿의 두께를 압출구금마다 다르게 설계하여 평균 광학적 두께가 상이한 다층 복합류들을 제조할 수 있는 것이다.
본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 상기 (1) 단계와 (2) 단계 사이에 상기 압출부에서 이송된 제1 성분은 다층 복합류간 상이한 평균 광학적 두께를 가지기 위하여 상이한 토출량을 갖는 복수개의 제1 가압수단을 통해 각각 상이한 슬릿형 압출구금으로 토출되는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 도 12는 2개의 다층 복합류를 형성하기 위하여 제1 가압수단을 포함하는 개략도로서, 압출부(미도시)에서 이송된 제1 성분이 상기 복수개의 제1 가압수단(130, 131)들에 분기되어 공급되고 각각의 제1 가압수단(130, 131)들에서 각각의 슬릿형 압출구금(132, 133)들에 개별적으로 공급된다. 이 때, 상기 제1 가압수단(130, 131)은 서로 상이한 토출량을 가지며 이를 통해 면적차이가 발생하게 되고 각각의 슬릿형 압출구금(132, 133)이 동일한 스펙(슬릿의 직경 등이 동일한 경우)을 통해 형성된 제1 다층 복합류 및 제2 다층 복합류의 평균 광학적 두께가 상이해질 수 있다.
이를 위해, 상기 제1 가압수단(130, 131)의 토출량은 바람직하게는 1 ~ 100 kg/hr일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 하나의 제1 가압수단이 2개의 슬릿형 압출구금에 제1 성분을 이송하고 상기 2개의 슬릿형 압출구금에서 형성된 2개의 다층 복합류가 합지되어 하나의 다층 복합류를 형성한 후 하나의 그룹이 형성되는 것 역시 가능하다. 이 경우 최종 반사형 편광자는 4개의 제1 성분 가압수단과 8개의 슬릿형 압출구금을 통해 4개의 그룹이 형성될 수 있다. 또한 하나의 제1 가압수단이 3개 이상의 슬릿형 압출구금에 제1 성분을 이송하는 것 역시 가능하다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (1) 단계와 (2) 단계 사이에 압출부에서 이송된 제2 성분은 다층 복합류간 상이한 평균 광학적 두께를 가지기 위하여 상이한 토출량을 갖는 복수개의 제2 가압수단을 통해 각각 상이한 슬릿형 압출구금으로 토출될 수 있다. 구체적으로 도 13은 2개의 다층 복합류를 형성하기 위하여 2개의 제2 가압수단들을 포함하는 개략도로서, 압출부(미도시)에서 이송된 제2 성분이 상기 복수개의 제2 가압수단(140, 141)들에 분기되어 공급되고 각각의 제2 가압수단(140, 141)들에서 각각의 슬릿형 압출구금(142, 143)들에 개별적으로 공급된다. 이 때, 상기 제1 가압수단(150, 151)은 서로 상이한 토출량을 가지며, 이를 통해 각각의 슬릿형 압출구금(152, 153)이 동일한 스펙(도성분 공급로등의 형상 직경 등이 동일한 경우)을 통해 형성된 제1 다층 복합류 및 제2 다층 복합류의 제2 성분의 평균 광학적 두께가 상이할 수 있다. 이를 위해 상기 제2 가압수단(150, 151)의 토출량은 바람직하게는 1 ~ 100 kg/hr 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 하나의 제2 가압수단이 2개의 슬릿형 압출구금에 제2 성분을 이송하고 상기 2개의 슬릿형 압출구금에서 형성된 2개의 다층 복합류가 합지되어 하나의 다층 복합류를 형성한 후 하나의 그룹이 형성되는 것 역시 가능하다. 이 경우 최종 반사형 편광자는 4개의 제2 성분 가압수단과 8개의 슬릿형 압출구금을 통해 4개의 그룹이 형성될 수 있다. 또한 하나의 제2 가압수단이 3개 이상의 슬릿형 압출구금에 제2 성분을 이송하는 것 역시 가능하다.
다음 (3) 단계로서, 상기 2개 이상의 다층 복합류를 하나로 합지하여 코어층을 형성한다. 구체적으로 도 14는 다층 복합류의 합지부를 나타내는 개략도로서, 각각의 슬릿형 압출구금을 통해 제조된 복수개의 다층 복합류들(161, 162, 163, 164)을 하나로 합지하여 코어층(165)을 형성하는 것이다. 한편, 상기 합지단계는 별도의 장소에서 수행되거나 일체형의 슬릿형 압출구금을 사용한 경우에는 별도의 집합구금분배판을 통해 하나로 합지할 수 있다. 또한, 다층 복합류이 개수가 많은 경우에는 합지를 용이하게 하기 위하여 일부 다층 복합류를 먼저 합지하고 이들을 다시 합지하는 형태인 다단합지를 수행하는 것 역시 가능하다. 한편, 스킨층 성분 역시 합지부에서 코어층과 동시에 또는 순차적으로 합지되는 것도 가능하다.
한편, 상기 (2) 단계와 (3) 단계 사이 또는 (3) 단계와 (4) 단계 사이에 후술하는 반복단위의 퍼짐현상을 용이하게 수행하기 위하여 별도의 예비 퍼짐 단계를 더 수행할 수 있다
다음, (4) 단계로서 상기 합지된 코어층의 적어도 일면을 압출부에서 이송된 스킨층 성분을 합지한다. 바람직하게는 상기 스킨층 성분은 상기 코어층의 양면에 모두 합지될 수 있다. 양면에 스킨층이 합지되는 경우 상기 스킨층의 재질 및 두께는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이 상기 (3) 단계의 합지부에서 스킨층 성분을 동시에 합지하는 경우 본 단계는 생략될 수 있다.
다음, (5) 단계로서 상기 스킨층이 합지된 코어층을 흐름제어부에서 퍼짐을 유도한다. 구체적으로 도 15는 본 발명에 적용될 수 있는 바람직한 흐름제어부의 일종인 코트-행거 다이의 단면도이고, 도 16은 측면도이다. 이를 통해 코어층의 퍼짐정도를 적절하게 조절하여 반복단위를 원하는 파장의 광을 반사하기에 적절한 광학적 두께를 갖도록 조절할 수 있다. 이는 이후 연신공정 시 광학적 두께가 더욱 줄어들 것을 고려하여 적절하게 설계될 수 있다. 구체적으로 도 15에서 유로를 통해 이송된 스킨층이 합지된 코어층이 코트-행거 다이에서 좌우로 넓게 퍼지므로 내부에 포함된 제1 성분 역시 좌우로 넓게 퍼지게 된다. 또한 도 16의 측면도에서 보듯 코트행거다이는 좌우로 넓게 퍼져있지만 상하로 줄어드는 구조를 갖고 있어 스킨층이 합지된 코어층의 수평방향으로 퍼지나 두께방향으로 줄어들게 된다. 이는 파스칼의 원리가 적용되는 것으로서, 밀폐계에서 유체는 일정 압력에 의해 미세한 부분까지 압력을 전달되어지는 원리에 의해 폭 방향으로 넓게 퍼지도록 유도된다. 따라서 다이의 입구 사이즈 보다 출구사이즈가 폭 방향은 넓어지고 두께는 줄어들게 되는 것이다. 이는 용융액체 상태의 물질은 밀폐계에서 압력에 의해 흐름 및 형상 제어가 가능한 파스칼 원리를 이용하며, 바람직하게는 레이놀드수 2,500 이하의 층류의 흐름이 되도록 폴리머 유속 및 점성 유도가 요구된다. 레이놀드수 2,500 이상의 난류의 흐름이 되면, 판상형의 유도가 불균일해져, 광특성의 편차가 발생될 가능성이 있다. 코트-행거 다이의 출구의 좌우 다이폭은 800mm ~ 2,500mm 일 수 있으며, 폴리머의 유체 흐름은 레이놀즈수 2,500이 초과되지 않도록 압력을 조정 요구되는데, 그 이유는 그 이상일 경우, 폴리머 흐름이 난류로 되어 코어(Core)의 배열이 흐트러질 수 있기 때문이다. 또한 내부 온도는 265℃ ~ 310℃일 수 있다.
상기 흐름 제어부는 반복단위의 퍼짐을 유도할 수 있는 T-다이 또는 매니폴드 타입의 코트-행거(Coat-hanger) 다이일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 코어층의 퍼짐을 유도할 수 있는 것이면 제한없이 사용될 수 있다.
본 발명의 제조방법은 복수 개의 복합압출구금을 이용하여 평균 광학적 두께가 상이한 복수 개의 다층 복합류를 제조하고 용융상태에서 이를 합지하므로 코어층 내부에 별도의 접착층 및/또는 보호층(PBL)을 필요로 하지 않으면서 가시광선 파장영역의 S파를 모두 반사할 수 있다. 또한 스킨층 역시 용융상태에서 코어층의 적어도 일면에 형성되므로 별도의 접착단계를 거치지 않는다. 이를 통해 제조원가를 현저하게 저감할 수 있을 뿐 아니라, 한정된 두께에서 광학물성을 극대화시키는데 매우 유리하다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 (5) 단계 이후, (6) 흐름제어부에서 이송된 퍼짐이 유도된 편광자를 냉각 및 평활화하는 단계, (7) 상기 평활화 단계를 거친 편광자를 연신하는 단계; 및 (8) 상기 연신된 편광자를 열고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
먼저, (6) 단계로서 흐름제어부에서 이송된 편광자를 냉각 및 평활화하는 단계로서 통상의 반사 편광자의 제조에서 사용되던 냉각하여 이를 고형화하고 이후 캐스팅롤 공정 등을 통해 평활화 단계를 수행할 수 있다.
이후, 상기 평활화 단계를 거친 편광자를 연신하는 공정을 거친다. 상기 연신은 통상의 반사 편광자의 연신공정을 통해 수행될 수 있으며, 이를 통해 제1 성분과 제2 성분간의 굴절율 차이를 유발하여 계면에서 광변조 현상을 유발할 수 있고, 상기 퍼짐유도된 반복단위는 연신을 통해 최종적으로 원하는 광파장 범위에 맞는 광학적 두께를 획득하게 된다. 따라서, 최종 반사 편광자에서 반복단위의 광학적 두께를 조절하기 위해서는 상기 슬릿형 압출구금에서 슬릿형 압출구금의 슬릿직경, 퍼짐유도 조건 및 연신비를 고려하여 적절하게 설정될 수 있는 것이다. 이를 위하여 바람직하게는 연신공정은 일축연신 또는 이축연신을 수행할 수 있으며, 보다 바람직하게는 일축연신을 수행할 수 있다. 일축연신의 경우 연신방향은 길이방향으로 연신을 수행할 수 있다. 또한 연신비는 3 ~ 12배 일 수 있다. 한편, 등방성 재료를 복굴절성으로 변화시키는 방법은 통상적으로 알려진 것이며 예를 들어, 적절한 온도 조건 하에서 연신시키는 경우, 중합체 분자들은 배향되어 재료는 복굴절성으로 될 수 있다.
다음, (8) 단계로서 상기 연신된 편광자를 열고정하는 단계를 거쳐 코어층 및 스킨층을 포함하는 반사형 편광자를 제조할 수 있다. 상기 열고정은 통상의 방법을 통해 열고정될 수 있으며, 바람직하게는 180℃ ~ 200℃에서 0.1분 ~ 3분 동안 IR 히터를 통해 수행될 수 있다.
한편, 본 발명에서 그룹간 목표로 하는 반복단위의 평균 광학적 두께가 정해지면 이를 고려하여 슬릿의 규격, 흐름제어부의 규격 및 연신비 등을 적절하게 제어하여 본 발명의 반사형 편광자를 제조할 수 있는 것이다.
또한, 앞서 설명한 방법으로 제조한 코어층(180)-스킨층(189) 형태의 반사형 편광자 및/또는 스킨층(190)-코어층(180)-스킨층(189) 형태의 반사형 편광자의 스킨층(189)의 상단면을 유기닷을 포함하는 보상층 조성물로 코팅시키거나 또는 상기 스킨층(189)의 상단면에 상기 보상층 조성물로 제조한 필름을 적층시켜서 보상층(200)을 형성시킬 수 있으며, 바람직하게는 보상층 조성물로 코팅시켜서 보상층을 형성시킬 수 있다. 이때, 적층 방법은 당업계에서 사용하는 일반적인 방법을 사용하여 코팅법으로 코팅시키거나 또는 필름을 적층시킬 수 있다. 그리고, 보상층 형성에 사용되는 보상층 조성물을 차후 아래에서 더욱 자세하게 설명을 한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 제1 성분과 제2 성분이 교호적층된 코어층 및 상기 코어층의 적어도 일면에 형성된 스킨층을 포함하는 다층 반사편광자를 제조하는 장치에 있어서, 제1 성분, 제2 성분 및 스킨층 성분이 개별적으로 투입되는 3개 이상의 압출부; 제1 성분과 제2 성분의 반복단위가 교호적층된 2개 이상의 다층 복합류를 형성하고, 상기 각각의 다층 복합류들은 원하는 파장의 횡파(S파)를 반사하기 위하여, 상기 압출부에서 이송된 제1 성분과 제2 성분을 투입하여 반복단위들의 평균 광학적 두께가 상이한 2개 이상의 다층 복합류를 제조하는 복합압출구금을 포함하는 스핀블록부; 상기 스핀블록부에서 이송된 2개 이상의 다층 복합류를 하나로 합지하여 코어층을 형성하는 컬렉션 블록부; 상기 스킨층 성분이 투입된 압출기와 연통되어 상기 컬렉션 블록부에서 이송된 코어층의 적어도 일면에 스킨층을 합지하는 피드블록부; 및 상기 피드블록부에서 이송된 스킨층이 합지된 코어층의 퍼짐을 유도하는 퍼짐을 유도하는 흐름제어부를 포함하는 다층 반사편광자의 제조장치를 제공한다.
도 17은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 스킨층과 코어층이 일체로 형성되는 다층반사편광자를 제조하는 장치의 개략도이다. 구체적으로 제1 성분이 투입되는 제1 압출부(220), 제2 성분의 투입되는 제2 압출부(221) 및 스킨층 성분이 투입되는 제3 압출부(222)를 포함한다. 상기 제1 압출부(220)는 4개의 슬릿형 압출구금(223, 224, 225, 226)를 포함하는 스핀블록부(C)에 연통된다. 이 때 제1 압출부(220)은 상기 4개의 슬릿형 압출구금(223, 224, 225, 226)에 제1 성분을 용융상태로 공급한다. 제2 압출부(221) 역시 스핀블록부(C)에 연통되며, 이에 포함된 4개의 슬릿형 압출구금(223, 224, 225, 226)에 제2 성분을 용융상태로 공급한다. 4개의 슬릿형 압출구금(223, 224, 225, 226)을 통해 제1성분과 제2성분이 교호적층되며 반복단위들의 평균 광학적 두께가 상이한 4개의 다층 복합류를 생산한다. 이를 위해 상기 4개의 슬릿형 압출구금의 각각의 슬릿직경이 상이할 수있다. 상기 4개의 슬릿형 압출구금(223, 224, 225, 226)은 도 8에 도시된 슬릿형 압출구금일 수 있다. 또한 4개의 슬릿형 압출구금을 예로 들었지만 일체화된 하나의 슬릿형 압출구금을 사용할 수 있는 것도 본 발명의 범위에 당연히 포함되는 것이다. 상기 4개의 슬릿형 압출구금(223, 224, 225, 226)을 통해 제조된 4개의 다층 복합류들은 컬렉션 블록부(227)에서 하나로 합지되어 하나의 코어층을 형성한다. 이 경우 상기 컬렉션 블록부(227)는 별도로 형성되거나, 일체화된 하나의 슬릿형 압출구금을 사용하는 경우에는 슬릿형 압출구금의 내부에서 집합구금의 형태로 다층 복합류들을 합지할 수 있다. 상기 컬렉션 블록부(227)에서 합지된 코어층은 피드블록부(228)로 이송된 후 제3 압출부(222)에서 이송된 스킨층 성분과 합지된다. 따라서 제3 압출부(222)와 피드블록부(228)는 서로 연통될 수 있다. 이후 스킨층이 합지된 코어층이 흐름제어부(229)로 이송되고 제1 성분의 퍼짐이 유도된다. 바람직하게는 상기 흐름제어부는 T-다이 또는 코트-행거(coat-hanger) 다이일 수 있다. 한편, 스킨층과 코어층이 동시에 합지되는 경우 제3 압출부(222)는 컬렉션 블록부(227)에 연통될 수 있으며 이 경우 피드블록부(228)은 생략될 수 있다.
도 18은 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 폴리머가 분산된 [0101] 반사편광자를 제조하는 장치의 개략도이다. 이를 도 17과 차이점을 중심으로 설명하면, 제1 압출부(220)는 4개의 제1 가압수단들(233, 234, 235, 236)에 제1 성분을 이송한다. 상기 제1 가압수단들(233, 234, 235, 236)은 서로 다른 토출량을 가지며 제1 성분을 복수개의 슬릿형 압출구금(241, 242, 243, 244)으로 토출한다. 제2 압출부(221)는 4개의 제2 가압수단들(237, 238, 239, 240)에 제2 성분을 이송한다. 상기 제2 가압수단들(237, 238, 239, 240)은 서로 다른 토출량을 가지며 제2 성분을 복수개의 슬릿형 압출구금(241, 242, 243, 244)로 토출한다. 4개의 슬릿형 압출구금(241, 242, 243, 244)을 통해 서로 다른 평균 광학적 두께를 갖는 4개의 다층 복합류를 생산한다. 상기 제1 가압수단들, 제2 가압수단들 및 복수 개의 슬릿형 압출구금은 스핀블록부(C)를 형성한다.
도 19는 본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따른 폴리머가 분산된 반사편광자를 제조하는 장치의 개략도이다. 이를 도 18과 차이점을 중심으로 간단히 설명하면 4개의 그룹을 갖는 다층 반사형 편광자를 제조하기 위하여 4개의 슬릿형 압출구금이 아닌 8개의 슬릿형 압출구금을 사용하며 다단합지를 수행하는 것에 특징이 있다. 구체적으로 제1 가압수단(233)은 2개의 슬릿형 압출구금(250, 251)에 제1 성분을 토출한다. 제2 가압수단(234) 역시 2개의 슬릿형 압출구금(250, 251)에 제1 성분을 토출한다. 상기 2개의 슬릿형 압출구금(250, 251)은 동일한 제1 가압수단 및 제2 가압수단을 통해 제1 성분 및 제2 성분이 이송되었으므로 다층 복합류간의 평균 광학적 두께가 동일하다. 이러한 방식으로 8개의 다층 복합류가 형성되며 이들 다층 복합류들은 2개씩 평균 광학적 두께가 동일하게 된다. 상기 평균 광학적 두께가 동일한 2개의 다층 복합류들은 각각 제1 합지부(258, 259, 260, 261)에서 합지되어 4개의 다층 복합류를 형성하고 상기 4개의 다층 복합류들은 제2 합지부(262)에서 합지되어 하나의 코어층을 형성한다.
한편, 도 19에서는 하나의 제1 가압수단이 2개의 슬릿형 압출구금에 제1 성분을 이송하는 것을 설명하였지만, 2개 이상의 슬릿형 압출구금에 제1 성분을 이송할 수 있는 것은 당업자에게 자명한 것이며 이는 제2 가압수단에도 동일하게 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 본 발명의 반사형 편광자 포함하는 액정표시장치를 제공한다. 구체적으로 도 20은 본 발명의 반사형 편광자를 채용한 액정표시장치의 일례로서, 프레임(270)상에 반사판(280)이 삽입되고, 상기 반사판(280)의 상면에 냉음극형광램프(290)가 위치한다. 상기 냉음극형광램프(290)의 상면에 광학필름(320)이 위치하며, 상기 광학필름(320)은 확산판(321), 광확산 필름(322), 프리즘 필름(323), 반사형 편광자(324) 및 흡수편광필름(325)의 순으로 적층되나 상기 적층순서는 목적에 따라 달라지거나 일부 구성요소가 생략되거나 복수개로 구비될 수 있다. 예를들어 확산판(321), 광확산 필름(322)이나 프리즘 필름(323) 등은 전체 구성에서 제외될 수 있으며 순서가 바뀌거나 다른 위치에 형성될 수도 있다. 나아가, 위상차 필름(미도시) 등도 액정표시장치 내의 적절한 위치에 삽입될 수 있다. 한편, 상기 광학필름(320)의 상면에 액정표시패널(310)이 몰드프레임(300)에 끼워져 위치할 수 있다.
빛의 경로를 중심으로 살펴보면, 냉음극형광램프(290)에서 조사된 빛이 광학필름(320) 중 확산판(321)에 도달한다. 상기 확산판(321)을 통해 전달된 빛은 빛의 진행방향을 광학필름(320)에 대하여 수직으로 진행시키기 위하여 광확산 필름(322)을 통과하게 된다. 상기 광확산 필름(322)을 통과한 필름은 프리즘 필름(323)을 거친 후 반사형 편광자(324)에 도달하여 광변조가 발생하게 된다. 구체적으로 P파는 반사형 편광자(324)를 손실없이 투과하나, S파의 경우 광변조(반사, 산란, 굴절 등)가 발생하여 다시 냉음극형광램프(290)의 뒷면인 반사판(280)에 의해 반사되고 그 빛의 성질이 P파 또는 S파로 랜덤하게 바뀐 후 다시 반사형 편광자(324)를 통과하게 되는 것이다. 그 뒤 흡수편광필름(325)을 지난 후, 액정표시패널(310)에 도달하게 된다. 결국, 상술한 원리로 인하여 본 발명의 다층 반사형 편광자를 액정표시장치에 삽입시켜 사용하는 경우 통상의 반사형 편광자에 비하여 비약적인 휘도의 향상 및 색재현력 향상을 기대할 수 있다. 한편, 상기 냉음극형광램프(290)는 LED로 대체될 수 있다.
[보상층 조성물]
이하에서는 본 발명의 다층 반사형 편광자의 보상층 형성에 사용되는 유기닷 및 이를 포함하는 보상층 조성물에 대하여 상세하게 설명을 한다.
본 발명의 다층 반사형 편광자에 있어서, 보상층은 하기 화학식 1로 표시되는 유기닷 및 하기 화학식 2로 표시되는 유기닷을 포함함으로써, 백색(white)광 구현이 가능하며, 이를 통해 상대휘도 및 색재현력을 향상시킬 수 있으며, 상기 화학식 1로 표시되는 유기닷 및 하기 화학식 2로 표시되는 유기닷을 1 : 0.05 ~ 20 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.1 ~ 10 중량비로 혼합 사용할 수 있다. 이때, 1 : 0.05 중량비 미만으로 사용하거나, 1 : 20 중량비를 초과하는 경우, 백색광을 구현할 수 없을 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112013121317812-pat00011
상기 화학식 1에 있어서, R1 및 R4는 각각 독립적으로 수소원자, C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C5의 분쇄형 알킬기, C5~C6의 사이클로알킬기,
Figure 112013121317812-pat00012
또는 -CN이며, 바람직하게는 C1 ~ C5의 알킬기 또는
Figure 112013121317812-pat00013
이며, 더욱 바람직하게는
Figure 112013121317812-pat00014
이다. 그리고, 상기 R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소원자, C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기 또는 C3 ~ C5의 분쇄형 알킬기이며, 바람직하게는 C2 ~ C4의 알킬기 또는 C3 ~ C4의 분쇄형 알킬기, 더욱 바람직하게는 C3 ~ C4의 분쇄형 알킬기이다.
또한, 화학식 1의 R2, R3, R4 및 R6 각각은 독립적으로 수소원자, C1 ~ C5의 알콕시기, C5 ~ C10의 사이클릭알콕시기,
Figure 112013121317812-pat00015
,
Figure 112013121317812-pat00016
또는
Figure 112013121317812-pat00017
이고, 바람직하게는 C5 ~ C10의 사이클릭알콕시기,
Figure 112013121317812-pat00018
또는
Figure 112013121317812-pat00019
이며, 더욱 바람직하게는 R2, R3, R4 및 R6 각각은 독립적으로
Figure 112013121317812-pat00020
또는
Figure 112013121317812-pat00021
이다. 그리고, 상기 R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소원자, C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기 또는 C3 ~ C5의 분쇄형 알킬기이며, 바람직하게는 C2 ~ C4의 알킬기 또는 C3 ~ C4의 분쇄형 알킬기, 더욱 바람직하게는 C3 ~ C4의 분쇄형 알킬기이다. 또한, 상기 R9 및 R10은 각각 독립적으로 수소원자, -SO3H, -COOH, -CH2COOH, -CH2CH2COOH, - CH2CH2CH2COOH, -NR11R12, -CH2NR11R12, 또는 -CH2CH2NR11R12 이며, 바람직하게는 수소원자, -SO3H, -COOH, -CH2COOH 또는 -CH2NR11R12이다. 그리고, 상기 R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1~C3의 직쇄형 알킬기이며, 바람직하게는 R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1의 직쇄형 알킬기이다.
[화학식 2]
Figure 112013121317812-pat00022
상기 화학식 2에 있어서, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소원자, C1 ~ C5의 알킬기, -Cl, -F, -Br 또는 -I 중 1종의 할로겐(halogen)원자 또는 -CN일 수 있으며, 바람직하게는 R1 내지 R5는 서로 독립적으로 수소원자, C1 ~ C2의 알킬기, -F 또는 -CN일 수 있고, 더욱 바람직하게는 R2 및/또는 R4는 수소원자 및/또는 -CN이고, R1, R3 및 R5 각각은 C1 ~ C2의 알킬기, -F 및/또는 -CN일 수 있다.
그리고, 상기 화학식 2에 있어서, R6 내지 R11은 각각 독립적으로 수소원자, C1 ~ C5의 알킬기, C2 ~ C5의 올레핀기, C5 ~ C6의 사이클로알킬기, 스티렌기, 페닐기, 벤질기 또는 -CN일 수 있으며, 바람직하게는 R7 및 R10은 수소원자이고, R6, R8, R9 및 R11은 각각 독립적으로 C1 ~ C2의 알킬기, C5 ~ C6의 사이클로알킬기, 스티렌기, 페닐기, 벤질기 또는 -CN일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 R7 및 R10은 수소원자이고, R6, R8, R9 및 R11는 모두 동일한 것으로서, C1 ~ C2의 알킬기, C5 ~ C6의 사이클로알킬기, 스티렌기, 페닐기, 벤질기 또는 -CN일 수 있다.
본 발명에서 사용하는 상기 유기닷은 카드뮴 등의 무기 소재를 사용하지 않는 발광소재로서, 환경 문제를 유발하지 않는다. 그리고, 상기 화학식 1로 표시되는 유기닷은 580 ~ 680 nm의 PL 파장을 갖으며, 적색(Red) 계통의 반치폭(색재현율)이 좁아지면서도 양자효율(광효율)이 증가하는 효과가 있다. 또한, 상기 화학식 2로 표시되는 유기닷은 본 발명의 유기닷은 500 ~ 680 nm의 폭 넓은 PL 파장을 갖으며, 녹색(green) 계통의 반치폭(색재현율)이 좁아지면서도 양자효율(광효율)이 증가하는 효과가 있다. 그 2 가지 유기닷을 함께 사용 및 사용량 조절을 통해, 도 23의 NTSC 색좌표 상에서 백색광을 발현시킬 수 있다.
본 발명의 보상층 형성에 사용되는 보상층 조성물은 바인더; 발광물질;을 포함할 수 있으며, 비드를 더 포함할 수 있다.
상기 바인더는 지방족 우레탄 아크릴레이트 수지, 에폭시 아크릴레이트 수지, 멜라민 아크릴레이트 수지 및 폴리에스테르 아크릴레이트 수지 중에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이, 바람직하게는 중량평균분자량이 1,000 ~ 10,000인 열경화성 지방족 우레탄 아크릴레이트를 사용할 수 있다. 일예로, 상기 지방족 우레탄 아크릴레이트는 지방족 폴리올(polyol)과 디이소시아네이트(diisocyanate)를 반응시켜 말단이 이소시아네이트로 되어 있도록 1차 합성한 후 하이드록시기를 가지는 아크릴레이트, 일예로 에틸하이드록시아크릴레이트를 이소시아네이트와 반응시켜 제조된 것을 사용할 수 있으며, 상업적으로도 구입해서 사용할 수도 있다.
그리고, 상기 발광물질은 앞서 설명한 화학식 1로 표시되는 유기닷 및/또는 화학식 2로 표시되는 유기닷을 포함할 수 있다. 이때, 발광물질의 사용량은 상기 바인더 100 중량부에 대하여 0.05 ~ 7 중량부로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 0.07 ~ 5 중량부를, 더욱 바람직하게는 0.07 ~ 3 중량부를 포함할 수 있다. 이때, 발광물질의 사용량이 0.05 중량부 미만이면 충분한 색재현력을 발휘할 수 없을 수 있고, 7 중량부를 초과하여 사용하면 투과율이 떨어져서 휘도가 감소하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
그리고, 블루(blue)광원 하에서, 블루(blue) 광원 하에서, 백색(white)광이 구현되는 보상층을 제조하고자 하는 경우, 발광물질로서, 화학식 1로 표시되는 유기닷 및 화학식 2로 표시되는 유기닷을 1 : 0.05 ~ 20 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.1 ~ 10 중량비로 혼합 사용할 수 있다. 이때, 1 : 0.05 중량비 미만으로 사용하거나, 1 : 20 중량비를 초과하는 경우, 도 3의 NTSC 색좌표 상에서 x좌표 범위가 0.20 ~ 0.45이고, y 좌표 범위가 0.20 ~ 0.40을 벗어나서 백색광 구현이 어려울 수 있다.
본 발명의 보상층 조성물에 있어서, 상기 비드는 빛을 균일하게 분포하여 색감을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 상기 비드는 단분산형 비드 및 다분산형 비드 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 비드는 실리카, 지르코니아, 이산화티타늄, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄 및 폴리메틸(메타)아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상을, 바람직하게는 단분산 형태의 실리카, 폴리스티렌 및 이산화티타늄 중에서 선택된 1 종 이상을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 투명재질의 실리카를 포함하는 단분산형 비드를 사용할 수 있다. 그리고, 그 사용량은 바인더 100 중량부에 대하여 30 ~ 1,700 중량부를, 더욱 바람직하게는 50 ~ 1000 중량부를 사용할 수 있으며, 이때, 비드의 사용량이 30 중량부 미만이면 빛을 균일하게 분포하지 못하여 색감 저하되며, 1,700 중량부를 초과하여 사용하면 휘도가 감소하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 또한, 본 발명에 있어서, 상기 비드는 평균입경 0.5㎛ ~ 10㎛일 수 있으며, 바람직하게는 평균입경은 0.5㎛ ~ 5㎛인 것을 사용할 수 있다. 이때, 비드의 평균 입경이 0.5 ㎛ 미만이면 투과율 감소하는 문제가 있을 수 있고, 10㎛를 초과하면 광흡수가 감소하는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 범위 내의 평균입경을 갖는 것을 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 보상층 조성물은 바인더, 발광물질, 비드 이외에 용매를 더 포함할 수 있으며, 이때, 용매로는 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 이소프로판올 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 알코올류; 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 케톤류; 메틸아세테이트 및 에틸아세테이트 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 에스테르류; 톨루엔 및 벤젠 크실렌 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 방향족 화합물류; 및 에테르; 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 유기물의 용해도 및 건조공정을 용이하게 하기 위해 상기 케톤류 및 상기 방향족 화합물류의 용매를 혼합사용하여 제조하는 것이 좋다. 하지만 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 그리고, 용매의 사용량은 상기 바인더 100 중량부에 대하여, 30 ~ 200 중량부를, 바람직하게는 80 ~ 120 중량부를 사용할 수 있으며, 30 중량부 미만으로 사용시, 조성물의 점도가 너무 높아서 가공성이 떨어질 수 있고, 200 중량부를 초과하면 점도가 너무 낮아서 건조시간이 너무 오래 걸리고, 성형성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 보상층 조성물은 바인더, 발광물질, 비드 이외에 양자점(Quantum dots), 폴리머닷(Polymer dots) 및 염료(Dye) 중에서 선택된 1종 이상을 더 추가 사용하여 제조할 수 있다.
이때, 상기 양자점은 당업계에서 사용되는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 특별히 한정하지는 않는다.
그리고, 상기 폴리머닷은 하기 화학식 3로 표시되는 랜덤 공중합체 및 하기 화학식 4로 표시되는 랜덤 공중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112013121317812-pat00023
상기 화학식 3에 있어서, R1은 메틸기 또는 에틸기이며, m은 0 ~ 3의 정수이고, R2는 수소원자, 메틸기 또는 에틸기이며, R3는 C1 ~ C5의 알킬기, C2 ~ C5의 올레핀기, C5 ~ C6의 사이클로알킬기, 페닐기 또는
Figure 112013121317812-pat00024
을 포함하는 C2 ~ C4의 올레핀기이고, 여기서, R14는 메틸기 또는 에틸기이며, n은 0 ~ 3의 정수이며, R6 ~ R11 각각은 독립적으로 C1 ~ C12의 직쇄형알킬기, C4 ~ C12의 분쇄형알킬기 또는 C2 ~ C12의 올레핀기이며, R12 ~ R13는 독립적으로 C1 ~ C5의 알킬기고, R15는 -OH, -OCH3 또는 -OCH2CH3이며, a, b, c, d는 중합체를 구성하는 단량체간의 몰비를 나타낸 것으로서, a, b, c, d의 몰비는 1 : 1 ~ 1.5 : 5 ~ 25 : 1 ~ 1.5이고, A 및 B는 독립적으로 페닐기, 페닐기, 바이페닐기, 안트라센기 및 나프탈렌기 중에서 선택된 1종 이상의 말단기이며, L은 공중합체의 중량평균분자량 1,000 ~ 50,000을 만족하는 유리수이다.
그리고, 바람직하게는 화학식 3의 R1은 메틸기이고, m은 1 ~ 3의 정수이며, R2는 수소원자 또는 메틸기이고, R3는 C1 ~ C5의 올레핀 또는
Figure 112013121317812-pat00025
을 포함하는 C2 ~ C4의 올레핀기이며, R14는 메틸기이고, n은 0 또는 1이고, R6 ~ R11 각각은 모두 동일하며, R6 ~ R11은 C6 ~ C10의 직쇄형 알킬기 또는 C6 ~ C10의 분쇄형 알킬기이고, A 및 B는 페닐기인 것을 특징으로 할 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112013121317812-pat00026
상기 화학식 4에 있어서, R1은 수소원자 또는 C1 ~ C5의 알킬기이며, R2 및 R3는 독립적으로 수소원자, 메틸기 또는 에틸기이며, R4 및 R5는 독립적으로 수소원자, C1 ~ C5의 알킬기, C2 ~ C5의 올레핀기, C5 ~ C6의 사이클로알킬기, 페닐기 또는
Figure 112013121317812-pat00027
을 포함하는 C2 ~ C4의 올레핀기이고, 여기서, R8은 메틸기 또는 에틸기이며, n은 0 ~ 3의 정수이며, R6 및 R7 각각은 독립적으로 C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C4 ~ C12의 분쇄형 알킬기 또는 C2 ~ C12의 올레핀기이고, a 및 b의 몰비는 1 : 5 ~ 15이고, A 및 B는 독립적으로 페닐기, 바이페닐기, 안트라센기 및 나프탈렌기 중에서 선택된 1종 이상의 말단기이며, L은 공중합체의 중량평균분자량 1,000 ~ 100,000을 만족하는 유리수이다.
그리고, 바람직하게는 상기 화학식 4의 R1은 메틸기이고, R2 및 R3는 독립적으로 수소원자 또는 C1~C2의 알킬기이고, R4 및 R5는 독립적으로 수소원자, C1 ~ C5의 알킬기이며, R6 및 R7는 독립적으로 C6 ~ C10의 직쇄형알킬기 또는 C6 ~ C10의 분쇄형 알킬기고, A 및 B는 페닐기인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 염료는 당업계에서 사용하는 광학필름용 염료를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 쿠마린(Coumain, Green) 및 로다민(Rhodamin, Red) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 앞서 설명한 본 발명의 보상층 조성물은 광안정제, 자외선 흡수제, 대전방지제, 윤활제, 레벨링개선제, 소포제, 중합촉진제, 산화방지제, 난연제, 적외선 흡수제, 계면활성제, 표면개질제 등의 첨가제 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
앞서 설명한 보상층 조성물을 이용하여 당업계에서 사용하는 일반적인 방법으로 코팅층 형태 또는 필름 형태로 보상층을 제조할 수 있다. 일례를 들면, 앞서 설명한 다양한 형태의 본 발명의 보상층 조성물을 코팅액으로서, 메이어 바, 콤마 코터 방식 등의 당업계에서 사용하는 일반적인 방법으로 스킨층(도 5의 189)의 일면에 코팅한 후 건조 및 경화공정을 통해 최종 보상층을 형성시킬 수 있다. 일구현예로서, 보상층은 도 24와 같은 형태일 수 있다.
본 발명에 있어서, 보상층의 평균두께는 0.1㎛ ~ 200㎛일 수 있으며, 바람직하게는 2 ~ 100 ㎛, 더욱 바람직하게는 2 ~ 70㎛일 수 있으며, 이때, 보상필름의 평균두께가 0.1㎛ 미만이면 백색(white)광 구현이 어려운 문제가 있을 수 있고, 200㎛를 초과하면 빛의 투과율이 너무 낮아서도 휘도 및 색재현력이 감소하는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 범위 내의 두께를 갖는 것이 좋다.
앞서 설명한 본 발명의 다층 반사형 편광자의 용도를 액정디스플레이를 중심으로 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 프로젝션 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 전계방출디스플레이 및 전계발광디스플레이 등 평판디스플레이 기술에 널리 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 자세하게 설명을 한다. 그러나, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것을 아니다.
[ 실시예 ]
준비예 1 : 화학식 1-1로 표시되는 유기닷의 제조
3구 플라스크에 화학식 a(1.199mmol) 1.0g과 K2CO3(5.995mmol) 828mg 넣고 진공 잡아준 후, 질소를 투입한 다음, NMP(n-methyl-2-pyrrolidone)을 넣고 교반했다.
[화학식 a]
Figure 112013121317812-pat00028
다음으로, 여기에 페놀(Phenol, 5.995 mmol) 564mg을 넣은 후 80℃으로 가열시킨 후, 이 온도에서 15시간 동안 교반하여 반응을 완료했다.
다음으로 반응생성물을 물로 처리한 후, MgSO4 용액으로 물을 잡고 회전증발기를 이용하여 건조시켰다. 다음으로 건조된 반응생성물을 컬럼하여 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 얻었다.
1 H NMR ( CDCl 3 , 400 MHz ) : 7.543(t,8H), 7.443(t,2H), 7.284(m,8H), 7.159(t, 4H), 7.097(d, 8H), 2.953(m,4H), 1.617(d,24H)
[화학식 1-1]
Figure 112013121317812-pat00029
상기 화학식 1-1에 있어서, R1 및 R4는
Figure 112013121317812-pat00030
이며, R7 및 R8은 이소프로필기이고, R2, R3, R5 및 R6은 페녹시기이다.
준비예 2 : 화학식 1-2로 표시되는 유기닷의 제조
3구 플라스크에 상기 실시예 1에서 제조한 화학식 1-1로 표시되는 화합물(0.927mmol) 1.0g과 H2SO4 5ml 넣고 상온에서 15시간 교반하여 반응을 완료했다. 다음으로 반응생성물에 물을 천천히 투입한 후, 고체를 필터링했다.
다음으로, 필터링시킨 고체를 3회 정도 디클로로메탄(dichloromethane)으로 세척한 후 100℃ 및 진공 하에서 건조시켜서, 화학식 1-2로 표시되는 화합물을 얻었다.
1 H NMR ( CD 3 OD , 400 MHz ) : 8.183(s,4H), 7.877(d,8H), 7.447(t,2H), 7.325(d, 4H), 7.168(d, 8H), 2.725(m,4H), 1.131(d,24H)
[화학식 1-2]
Figure 112013121317812-pat00031
상기 화학식 1-2에 있어서, R1 및 R4는
Figure 112013121317812-pat00032
이며, R7 및 R8은 이소프로필기이고, R2, R3, R5 및 R6은
Figure 112013121317812-pat00033
이며, R9는 -SO3H이다.
준비예 3 : 화학식 1-3로 표시되는 유기닷의 제조
3구 플라스크에 상기 화학식 a (1.199mmol) 1.0g과 K2CO3(5.995mmol) 828mg 넣고 진공 잡아준 후, 질소를 투입한 다음, NMP(n-methyl-2-pyrrolidone)을 넣고 교반했다.
다음으로, 여기에 메틸(4-하이드록시페닐)아세테이트(methyl(4-hydroxyphenyl)acetate, 5.995 mmol) 996mg을 넣은 후, 60℃으로 가열한 다음, 이 온도에서 15시간 동안 교반하여 반응을 완료했다.
다음으로 25℃로 냉각시킨 후 염산을 투입했다. 그리고. 물로 pH를 중성으로 맞춰주면서 세척한 후, 진공건조시켰다. 다음으로, 건조된 반응생성물을 컬럼하여 하기 화학식 1-3로 표시되는 화합물을 얻었다.
1 H NMR ( C 2 D 2 Cl 4 , 400 MHz ) : 8.147(s,4H), 7.882(d,8H), 7.342(t,2H), 7.189(d, 4H), 7.097(d, 8H), 3.802(s, 8H), 2.497(m, 4H), 1.061(d,24H)
[화학식 1-3]
Figure 112013121317812-pat00034
상기 화학식 1-3에 있어서, R1 및 R4는
Figure 112013121317812-pat00035
이며, R7 및 R8은 이소프로필기이고, R2, R3, R5 및 R6은
Figure 112013121317812-pat00036
이며, R9는 -CH2CH2COOH이다.
준비예 4 : 화학식 1-4로 표시되는 유기닷의 제조
3구 플라스크에 화학식 a (1.199mmol) 1.0g과 K2CO3(5.995mmol) 828mg, 호데닌(Hordenine, 5.995mmol) 990mg 넣고 진공 잡아준 후, 질소를 투입한 다음, NMP을 넣고 교반했다.
다음으로, 온도를 100℃으로 가열한 후, 이 온도에서 15시간 동안 교반하여 반응을 완료했다.
다음으로 25℃로 냉각시킨 다음, 염산을 넣어준 후, 고체를 필터링한 후, 필터링한 고체를 물로 세척했다. 그리고 세척한 고체를 진공 건조시키고 건조된 반응생성물을 컬럼하여 하기 화학식 1-4로 표시되는 화합물을 얻었다.
1 H NMR ( CDCl 3 , 400 MHz ) : 8.165(s,4H), 7.447(t,2H), 7.312(d,4H), 7.308(d, 8H), 7.012(d, 8H), 2.848(m, 12H), 2.470(m, 8H), 2.248(s,24H), 1.077(d, 24H)
[화학식 1-4]
Figure 112013121317812-pat00037
상기 화학식 1-4에 있어서, R1 및 R4는
Figure 112013121317812-pat00038
이며, R7 및 R8은 이소프로필기이고, R2, R3, R5 및 R6은
Figure 112013121317812-pat00039
이며, R9는 -CH2NR11R12이고, R11 및 R12는 메틸기이다.
준비예 5 : 화학식 1-5로 표시되는 유기닷의 제조
3구 플라스크에 화학식 a(1.199mmol) 1.0g과 K2CO3(5.995mmol) 828mg, 3-하이드록시피리딘(3-hydroxypyridine, 9.592mmol) 912mg 넣고 진공 잡아준 후, 질소를 투입한 다음, NMP을 넣고 교반했다.
다음으로, 온도를 100℃로 가열한 다음, 이 온도에서 15시간 동안 교반하여 반응을 완료했다.
다음으로 25℃로 냉각시킨 다음 염산을 투입한 후, 고체를 필터링한 후, 필터링한 고체를 물로 세척한다. 그리고 세척한 고체를 진공 건조시키고 건조된 반응생성물을 컬럼하여 하기 화학식 1-5로 표시되는 화합물을 얻었다.
1 H NMR ( C 2 D 2 Cl 4 , 400 MHz ) : 8.287(d,4H), 8.279(s,4H), 8.138(s,4H), 7.348(t, 2H), 7.286(m, 4H), 7.179(d, 4H), 7.182(d, 4H), 2.577(m, 4H), 1.037(d, 24H)
[화학식 1-5]
Figure 112013121317812-pat00040
상기 화학식 1-5에 있어서, R1 및 R4는
Figure 112013121317812-pat00041
이며, R7 및 R8은 이소프로필기이고, R2, R3, R5 및 R6은
Figure 112013121317812-pat00042
이며, R10은 수소원자이다.
준비예 6 : 화학식 1-6로 표시되는 유기닷의 제조
3구 플라스크에 하기 화학식 b (1.151mmol) 1.0g과 K2CO3(5.755mmol) 795mg 넣고 진공 잡아준 후, 질소를 투입한 다음, NMP을 넣고 교반했다.
[화학식 b]
Figure 112013121317812-pat00043
다음으로, 여기에 페놀(Phenol, 5.755 mmol) 541mg 을 넣은 후 100℃으로 가열한 후, 이 온도에서 15시간 동안 교반하여 반응을 완료했다.
다음으로 25℃로 냉각시킨 다음, 염산을 넣어준 후 고체를 필터링한 후, 필터링한 고체를 물로 세척했다. 그리고 세척한 고체를 진공 건조시키고 건조된 반응생성물을 컬럼하여 하기 화학식 1-6로 표시되는 화합물을 얻었다.
1 H NMR ( CDCl 3 , 400 MHz ) : 9.554(d,2H), 8.548(d,2H), 8.283(s,2H), 7.423(m, 6H), 7.233(m, 10H), 2.601(m,4H), 1.053(m,24H)
[화학식 1-6]
Figure 112013121317812-pat00044
상기 화학식 1-6에 있어서, R1 및 R4는
Figure 112013121317812-pat00045
이며, R7 및 R8은 이소프로필기이고, R2 및 R5은
Figure 112013121317812-pat00046
이며, R9는 수소원자이며, R3 및 R6는 수소원자이다
준비예 7: 화학식 1-7로 표시되는 유기닷의 제조
3구 플라스크에 상기 실시예 6에서 제조한 화학식 1-6으로 표시되는 화합물(1.117mmol) 1.0g과 H2SO4 5ml 넣고 25℃에서 15시간 교반하여 반응을 완료했다.
다음으로 반응생성물에 물을 천천히 투입한 후 고체를 필터링한 후, 필터링한 고체를 3회 정도 디클로로메탄으로 세척한 후, 100℃ 및 진공 하에서 건조시켜서 화학식 1-7로 표시되는 화합물을 얻었다.
1 H NMR ( CD 3 OD , 400 MHz ) : 8.874(d, 2H), 8.167(d, 2H), 8.014(s, 2H), 7.541(d, 4H), 7.163(t, 2H), 7.043(d, 4H), 6.934(d, 4H), 2.438(m, 4H), 0.871(m, 24H)
[화학식 1-7]
Figure 112013121317812-pat00047
상기 화학식 1-7에 있어서, R1 및 R4는
Figure 112013121317812-pat00048
이며, R7 및 R8은 이소프로필기이고, R2 및 R5은
Figure 112013121317812-pat00049
이며, R9는 -SO3H이며, R3 및 R6는 수소원자이다.
준비예 8 : 화학식 2-1로 표시되는 유기닷의 제조
3구 플라스크에 2,4,6-트리메틸벤즈알데하이드(2,4,6-trimethylbenzaldehyde, 4mmol) 0.59 ㎖ 넣고 진공상태로 만든 후, 건조된 CH2Cl2을 넣고 교반했다.
다음으로, 여기에 2,4-디메틸-1H-피롤(2,4-dimethyl-1H-pyrrole, 10 mmol) 1.029 ㎖를 넣은 후, 트리플루오로아세틱산(trifluoroacetic acid, 44 Ul)와 건조된 CH2Cl2를 희석시켜 천천히 투입했다.
다음으로, 이를 25℃에서 3시간 교반 후, 0℃에서 2,3-디클로로-5,6-디시아노-1,4-벤조퀴논(2,3-Dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone, 4 mmol) 0.90 g 투입한 후, 25℃으로 올려 1시간 동안 교반했다.
다음으로, 트리에틸아민(NEt3,57.6 mmol) 8.1 ㎖를 투입한 후, BF3·Et2O(68 mmol) 8.6 ㎖을 천천히 투입한 다음, 25℃에서 5시간 교반시켜 반응을 완료했다.
다음으로 반응생성물을 Na2CO3 용액으로 처리한 후 Na2SO4 용액으로 물을 잡고 회전증발기를 이용하여 건조시켰다. 다음으로 건조된 반응생성물을 컬럼하여 하기 화학식 2-1로 표시되는 화합물을 얻었다.
1 H NMR ( CDCl 3 , 400 MHz ) : 6.967(s,2H), 5.983(s,2H), 2.579(s,6H), 2.355(s,3H), 2.114(s,6H), 1.402(s,6H)
[화학식 2-1]
Figure 112013121317812-pat00050
상기 화학식 2-1에 있어서, R2, R4, R7 및 R10은 수소원자이고, R1, R3, R5, R6, R8, R9 및 R11은 C1의 알킬기이다.
실험예 1 : UV 흡수파장 및 PL 파장, 광효율 측정 실험
상기 제조예 1 ~ 8에서 제조한 유기닷을 중량평균분자량 2,000 관능기가 6개인 이액형 열경화성 우레탄 수지 100 중량부에 대하여, 평균입경이 2㎛인 실리콘 단분산 비드(간츠사, SI-020) 500 중량부, 용매로서 메틸에틸케톤(MEK) 120 중량부 및 톨루엔 80 중량부, 레벨링개선제[BYK Cmemie사(BYK-377)] 1 중량부, 4급 암모늄염계 대전방지제(일본제일공업제약사, PU101) 9 중량부, 발광물질로서, 상기 실시예 1에서 제조한 유기닷 0.1 중량부를 혼합한 다음, 1,000rpm으로 30분 동안 교반시켜서 조성물을 제조하였다.
상기 조성물을 기재(PET) 상단면에 그라비아 코팅방식으로 도포하여 평균도막두께 50 ㎛로 코팅하였다. 다음으로, 코팅층이 형성된 기재를 오븐에 투입한 후, 100℃에서 10 분간 경화시켜서 보상필름을 각각 제조하였다.
(1) UV 흡수파장 측정
보상필름 각각을 UV 스펙트로미터(VARIAN, CARY 100 Conc.)를 활용하여 UV 흡광도를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(2) PL ( photoluminescence ) 측정 실험
상기 준비예 1 및 준비예 8에서 제조한 보상필름 각각을 DarsaPro5200OEM PL(PSI Trading Co.)와 500W ARC 제논램프(Xenon Lamp)을 활용하여 PL 측정을 하였으며, PL 측정 결과를 도 21 및 도 22에 각각 나타내었다..
도 21을 살펴보면, 제조예 1에서 제조한 필름을 618 nm에서 피크를 갖는 것을 확인할 수 있으며, 도 22를 살펴보면 제조예 8에서 제조한 보상필름은 521 nm에서 피크를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통하여, 제조예 1의 보상필름 및 보상필름 내에 있는 유기닷은 레드(red)계열의 PL 파장을 갖고, 제조예 8의 보상필름 및 보상필름 내에 있는 유기닷은 그린계열의 PL 파장을 갖는 것을 확인할 수 있다.
(3) 광효율 측정 실험
제조예 1 ~ 8에서 제조한 보상필름의 광효율은 하기 수학식 1에 의해 구한 것이며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[수학식 1]
Q.Y.sample(광효율,%)= Q.Y.ref ×[Aref/Asample] ×[n2 sample/n2 ref] ×[Dsample/Dref]
(A : Absorbance at 450nm, n : reflactive index of solvent, D : Intergrated emission intensity)
구분 UV 흡수파장
(단위 nm)		 PL 파장측정
(단위 nm)		 광효율
(%)
준비예 1 572 600 98
준비예 2 460, 539, 566 625 59
준비예 3 529, 560 619 7
준비예 4 458, 548, 588 628 13
준비예 5 432, 519, 550 590 64
준비예 6 397, 498, 530 584 54
준비예 7 410, 520, 551 593 12
준비예 8 453 521 61.5
실시예 1 : 코어층 및 스킨층을 포함하는 다층 반사형 편광자의 제조
도 17과 같이 공정을 수행하였다. 구체적으로 제1 성분으로서 굴절율이 1.65인 PEN과, 제2 성분으로서 디메틸테레프탈레이트와 디메틸-2,6-나프탈렌 디카르복실레이트가 6 : 4의 몰비로 혼합된 물질을 에틸렌 글리콜(EG)과 1 : 2의 몰비로 반응시킨 굴절율이 1.64인 co-PEN 및 스킨층 성분으로서 폴리카보네이트 90중량% 및 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(poly cyclohexylene dimethylene terephthalate, PCTG)가 10 중량%로 중합된 굴절율이 1.58인 폴리카보네이트 얼로이를 각각 제1 압출부, 제2 압출부 및 제3 압출부에 투입하였다. 제1 성분과 제2성분의 압출 온도는 295℃로 하고 Cap.Rheometer 확인하여 I.V. 조정을 통해 폴리머 흐름을 보정하고, 스킨층은 280℃ 온도 수준에서 압출공정을 수행하였다.
도 8, 9의 슬릿형 압출구금 4개를 이용하여 평균 광학적 두께가 상이한 4개의 복합류를 제조하였다. 구체적으로 제1 압출부에서 이송된 제1 성분을 4개의 슬릿형 압출구금에 분배하고, 제2 압출부에서 이송된 제2 성분을 4개의 슬릿형 압출구금에 이송하였다. 하나의 슬릿형 압출구금은 300 레이어로 구성되며, 도 9의 제5 구금분배판의 저면의 제1 슬릿형 압출구금의 슬릿의 두께는 0.26㎜, 제2 슬릿형 압출구금의 슬릿두께는 0.21㎜, 제3슬릿형 압출구금의 슬릿두께는 0.17㎜, 제4 슬릿형 압출구금의 슬릿두께는 0.30㎜ 이고, 제6 구금분배판의 토출구의 직경은 15 mm 였다. 상기 4개의 슬릿형 압출구금을 통해 토출된 4개의 복합류를 별도의 유로를 통해 이송한 후, 컬렉션 블록에서 합지하여 하나의 코어층 폴리머를 형성하였다. 3층 구조의 피드블록에서 상기 스킨층 압출부로부터 스킨층 성분이 유로를 통해 흘러들어 상기 코어층 폴리머의 상하면에 스킨층을 형성하였다.
상기 스킨층이 형성된 코어층 폴리머를 유속 및 압력구배를 보정하는 도 15, 16의 코트행거다이에서 퍼짐을 유도하였다. 구체적으로 다이 입구의 폭은 200mm이고 두께는 20mm이며 다이출구의 폭은 960 mm이고, 두께는 2.4 mm이며, 유속은 1m/min.이다. 그 뒤 냉각 및 캐스팅 롤에서 평활화 공정을 수행하고 MD 방향으로 6배 연신하였다.
이어서, 180℃ 에서 2분 동안 IR 히터를 통해 열고정을 수행하여 도 7과 같은 다층 반사형 편광자를 제조하였다.
제조된 반사형 편광자의 제1성분의 굴절율은 (nx:1.88, ny:1.64, nz:1.64)이고 제2 성분의 굴절율은 1.64였다.
A그룹은 300층(150 반복단위)이며 반복단위의 두께는 168nm이고, 평균 광학적두께 275.5nm이며 광학적 두께편차는 20% 내외였다. B그룹은 300층(150 반복단위)이며 반복단위의 두께는 138nm이고, 평균 광학적두께 226.3nm이며, 광학적 두께편차는 20% 내외였다. C그룹은 300층(150 반복단위)이며 반복단위의 두께는 110nm이고, 평균 광학적 두께 180.4nm이며 광학적 두께편차는 20% 내외였다. D그룹은 300층(150 반복단위)이며 반복단위의 두께는 200nm이고, 평균 광학적 두께 328nm이며 광학적 두께편차는 20% 내외였다.
제조된 다층 반사형 편광자의 코어층의 평균두께 92.4 ㎛, 스킨층 평균두께는 각 153.8 ㎛로, 전체 두께가 400㎛가 되도록 하였다.
실시예 2
4개의 슬릿형 압출구금의 레이어 수가 각각 200개씩인 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실시하여 800층 반사형 편광자를 제조하였다. 최종제품의 코어층 평균두께 61.6㎛, 스킨층 평균두께 각 169.2㎛로, 전체 두께 400㎛가 되도록 하였다.
실시예 3
제3 슬릿형 압출구금을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하여 600층의 반사형 편광자를 제조하였다.
비교예 1
4개의 압출구금의 슬릿의 두께를 모두 제1 슬릿형 구금의 슬릿과 동일한 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하여 그룹의 구분이 없는 800층 반사 편광자를 제조하였다.
비교예 2
실시예 1에서 4개의 슬릿형 압출구금을 통해 개별적으로 4개의 그룹을 시트로 제작하고 개별적으로 연신하였다. 이후 시트로 제작된 4개의 그룹들을 감압접착제를 통해 접착하여 코어층을 형성한 후 코어층의 양면에 스킨층을 감압접착제로 접착하여 800층 반사 편광자를 제조하였다. 제조된 반사편광자는 코어층의 평균두께가 83.2㎛이고 스킨층의 평균두께가 158.4㎛이다. 전체 두께는 400㎛ 이며, 감압접착제층의 두께는 코어층과 스킨층 두께에 포함시켰다.
실험예 1 : 투과율, 편광도, 상대휘도 측정 평가 실험
상기 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2를 통해 제조된 반사형 편광자에 대하여 다음과 같은 물성을 평가하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
(1) 투과율
일본 NIPPON DENSHOKU사의 COH300A 분석설비를 이용하여 ASTM D1003 방법으로 투과축 투과율 및 반사축 투과율을 측정하였다.
(2) 편광도
OTSKA사의 RETS-100 분석설비를 이용하여 편광도를 측정하였다.
(3) 상대휘도
상기 제조된 반사형 편광자의 휘도를 측정하기 위하여 하기와 같이 수행하였으며, 블루광원하에서 측정하였다. 확산판, 반사형 편광자가 구비된 32" 직하형 백라이트 유니트 위에 패널을 조립 한 후, 탑콘사의 BM-7 측정기를 이용하여 9개 지점의 휘도를 측정하여 평균치를 나타내었다.
이때, 상대휘도는 실시예 1의 반사형 편광자의 휘도를 100(기준)으로 하였을 때, 다른 실시예 및 비교예의 휘도의 상대값을 나타낸 것이다.
구분 상대휘도
(%)		 편광도(λ=550 nm) 편광도(λ=650 nm)
편광도 투과축
투과율		 반사축
투과율		 편광도 투과축
투과율		 반사축
투과율
실시예 1 100 93 % 88 % 3 % 85.3 % 88 % 7 %
실시예 2 97.2 89.4 % 89 % 5 % 79.8 % 89 % 10 %
실시예 3 94.2 85.5 % 90 % 7 % 76.5 % 90 % 12 %
비교예 1 84.8 73 % 89 % 14 % 66.4 % 89 % 18 %
비교예 2 92.7 85.3 % 88 % 7 % 76 % 88 % 12 %
표 2에서 알 수 있듯이, 본원발명의 실시예 1 ~ 3의 반사형 편광자가 비교예 1 ~ 2의 반사형 편광자에 비하여 현저하게 향상된 광학물성을 갖는 것을 확인할 수 있다. 또한, 접착층을 포함하는 비교예 2는 동일한 층수의 접착층을 포함하지 않는 실시예 2보다 광학물성이 저하된다. 이는 접착층에 의한 광파장에 대한 상쇄간섭에 의한 광특성 저하가 나타나기 때문이다.
제조예 1
(1) 보상층 조성물의 제조
중량평균분자량 2,000 관능기가 6개인 이액형 열경화성 우레탄 수지 100 중량부에 대하여, 도 4와 같은 형태의 평균입경이 2㎛인 실리콘 단분산 비드(간츠사, SI-020) 600 중량부, 용매로서 메틸에틸케톤(MEK) 120 중량부 및 톨루엔 80 중량부, 열경화 개시제(시그마알드리치사, benzoyl peroxide) 3 중량부, 레벨링개선제[BYK Cmemie사(BYK-377)] 1 중량부, 4급 암모늄염계 대전방지제(일본제일공업제약사, PU101) 9 중량부, 발광물질로서, 상기 준비예 1에서 제조한 유기닷 0.1 중량부 및 제조예 8에서 제조한 유기닷 0.5 중량부를 혼합한 다음, 1,000rpm으로 30분 동안 교반시켜서 보상층 조성물을 제조하였다.
(2) 유기닷 함유 보상층을 포함하는 다층 반사형 편광자의 제조
상기 보상층 조성물을 실시예 1에서 제조한 다층 반사형 편광자의 스킨층의 일면에 메이어바로 평균 도막두께 20 ㎛로 코팅하였다. 다음으로, 코팅층이 형성된 기재를 오븐에 투입한 후, 100℃에서 5 분간 경화시켜서 보상층이 형성된 다층 반사형 편광자를 제조하였다.
제조예 2 ~ 제조예 7
상기 제조예 1과 동일한 방법으로 보상층이 형성된 다층 반사형 편광자를 제조하되, 보상층 조성물로서, 하기 표 2에 나타낸 유기닷을 각각 사용하여 보상층 조성물을 제조한 뒤, 이들 각각을 실시예 1의 다층 반사형 편광자의 스킨층 일면에 보상층을 형성시켜서 다층 반사형 편광자를 제조하였다.
비교제조예 1 ~ 비교제조예 3
상기 보상층을 형성시키지 않은 실시예 1의 다층 반사형 편광자를 비교제조예 1로 실시하였다.
또한, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 다층 반사형 편광자를 제조하되, 하기 표 3의 조성을 갖도록 유기닷을 각각 사용하여, 비교제조예 2 및 비교제조예 3을 각각 실시하였다.
구분 화학식1로 표시되는 유기닷 화학식2로 표시되는 유기닷 유기닷간 비
종류 중량부 종류 중량부 중량비
제조예 1 준비예 1 0.1 준비예 8 0.5 1 : 5
제조예 2 준비예 2 0.1 준비예 8 0.5 1 : 5
제조예 3 준비예 3 0.1 준비예 8 0.5 1 : 5
제조예 4 준비예 4 0.1 준비예 8 0.5 1 : 5
제조예 5 준비예 5 0.1 준비예 8 0.5 1 : 5
제조예 6 준비예 6 0.1 준비예 8 0.5 1 : 5
제조예 7 준비예 7 0.1 준비예 8 0.5 1 : 5
제조예 8 준비예 1 0.1 준비예 8 1 1 : 10
제조예 9 준비예 1 0.1 준비예 8 2 1 : 20
제조예 10 준비예 1 0.5 준비예 8 0.1 1 : 0.2
제조예 11 준비예 1 1 준비예 8 0.1 1 : 0.1
제조예 12 준비예 1 2 준비예 8 0.1 1 : 0.05
비교제조예 1 - - - - -
비교제조예 2 준비예 1 0.1 준비예 8 5 1 : 50
비교제조예 3 준비예 1 5 준비예 8 0.1 50 : 1
실험예 2 : 다층 반사형 편광자의 물성 측정 실험
상기 제조예 및 비교 제조예에서 제조한 다층 반사형 편광자의 물성을 아래와 같은 방법으로 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
(1) 색좌표 측정실험
DarsaPro5200OEM PL(PSI Trading Co.)와 500W ARC 제논램프(Xenon Lamp)을 활용하여 색좌표 측정 실험을 수행하였으며, 색좌표는 도 23에 나타낸 NTSC 색좌표에 의거하여 측정하였다.
(2) 투과율
일본 NIPPON DENSHOKU사의 COH300A 분석설비를 이용하여 ASTM D1003 방법으로 투과축 투과율 및 반사축 투과율을 측정하였다.
(3) 편광도
OTSKA사의 RETS-100 분석설비를 이용하여 편광도를 측정하였다.
(4) 상대휘도
상기 제조된 반사형 편광자의 휘도를 측정하기 위하여 하기와 같이 수행하였으며 블루광원하에서 측정하였다. 확산판, 반사형 편광자가 구비된 32" 직하형 백라이트 유니트 위에 패널을 조립한 후, 탑콘사의 BM-7 측정기를 이용하여 9개 지점의 휘도를 측정하여 평균치를 나타내었다.
이때, 상대휘도는 제조예 1의 다층 반사형 편광자의 휘도를 100(기준)으로 하였을 때, 다른 제조예 및 비교 제조예의 휘도의 상대값을 나타낸 것이다.
구분 색 좌표 상대
휘도
(%)		 편광도(λ=550 nm) 편광도(λ=650 nm)
CIE x CIE y 편광도 투과축
투과율		 반사축
투과율		 편광도 투과축
투과율		 반사축
투과율
제조예 1 0.273 0.283 100 93.5% 89% 3% 85.1% 87% 7%
제조예 2 0.272 0.282 96 87.1% 87% 6% 81.4% 88% 9%
제조예 3 0.273 0.283 95 85.0% 86% 7% 81.3% 87% 9%
제조예 4 0.273 0.282 95 85.3% 88% 7% 81.4% 88% 9%
제조예 5 0.273 0.281 97 89.4% 89% 5% 83.3% 88% 8%
제조예 6 0.273 0.283 96 87.4% 89% 6% 81.6% 89% 9%
제조예 7 0.274 0.282 95 85.3% 88% 7% 81.1% 86% 9%
제조예 8 0.274 0.284 99 91.4% 89% 4% 83.5% 89% 8%
제조예 9 0.273 0.283 98 89.2% 88% 5% 83.5% 89% 8%
제조예 10 0.276 0.286 95 85.3% 88% 7% 79.4% 87% 10%
제조예 11 0.278 0.290 95 85.1% 87% 7% 79.4% 87% 10%
제조예 12 0.278 0.293 95 84.9% 86% 7% 79.2% 86% 10%
비교제조예1 0.128 0.076 83 93.0% 88 % 3 % 85.3 % 88 % 7 %
비교제조예2 0.260 0.570 85 85.3% 88% 7% 79.6% 88% 10%
비교제조예3 0.610 0.350 78 78.6% 88% 11% 67.6% 88% 17%
상기 표 4의 실험결과를 살펴보면, 제조예 1 ~ 제조예 12의 경우, x 좌표 0.265 ~ 0.350 및 y 좌표 0.265 ~ 0.300로서, 블루광원 하에서, 모두 백상(white)광의 색좌표를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
그러나, 보상층이 없는 비교제조예 1의 경우, x 좌표 및 y 좌표가 벗어났으며, 상대휘도 값이 제조예 1과 비교할 때, 떨어지는 결과를 보였다.
비교 제조예 2 경우 y 좌표0.15 ~ 0.40를 벗어났고, 비교제조예 3의 경우, x좌표 0.20 ~ 0.50를 벗어난 결과를 보였고, 그 결과 블루광원 하에서 비교제조예 2의 경우, 연한녹색을 보였으며, 비교제조예 3의 경우, 다홍색을 보였다.
상기 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명의 보상층 조성물로 보상층을 형성시킨 다층 반사형 편광자의 상대휘도가 우수할 뿐만 아니라, 색재현력, 투과율, 편광도가 우수한 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 보상층이 형성된 다층 반사형 편광자는 광변조 성능, 상대휘도 및 색재현력이 우수하므로, 광의 변조 요구되는 분야 및 높은 색재현성이 요구되는 분야에서 폭넓게 사용가능하다. 구체적으로 모바일디스플레이, LCD, LED 등 고휘도가 요구되는 액정표시장치, 프로젝션 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 전계방출디스플레이 및 전계발광디스플레이 등 평판디스플레이 기술에 널리 사용될 수 있다.

Claims (30)

  1. 삭제
  2. 보상층, 스킨층 및 코어층을 포함하며,
    상기 코어층은 외부에서 조사되는 제1 편광을 투과시키고 제2 편광을 반사시키기 위하여, 면내 복굴절을 갖는 제1층 및 제1층과 교호적층된 제2층을 포함하고, 상기 제1층과 제2층은 적어도 하나의 축방향으로 굴절율이 상이하고, 상기 제1층 및 제2층은 적어도 하나의 축방향으로 신장되며, 상기 제1층과 제2층은 하나의 반복단위를 형성하며, 반복단위들은 원하는 파장의 횡파(S파)를 반사시키기 위하여 복수개의 그룹을 형성하며, 상기 그룹은 2개 이상이고, 상기 그룹들은 일체로 형성되며, 그룹간 반복단위들의 평균 광학적 두께가 상이하고,
    상기 보상층은 PL(photoluminescence) 파장이 580 nm ~ 680 nm인 화학식 1로 표시되는 유기닷 및 하기 화학식 2로 표시되는 유기닷을 1 : 0.05 ~ 20 중량비로 포함하며,
    블루(blue)광원 하에 NTSC(National Television System Committee) 색좌표에 의거할 때, 상기 보상층은 x 좌표 범위가 0.20 ~ 0.45이고, y 좌표 범위가 0.20 ~ 0.40이며,
    블루(blue)광원 하에 NTSC 색좌표에 의거할 때, x 좌표 범위가 0.265 ~ 0.350이고, y 좌표 범위가 0.265 ~ 0.300인 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자;
    [화학식 1]
    Figure 112020037123989-pat00090

    상기 화학식 1에 있어서, R1 및 R4는
    Figure 112020037123989-pat00091
    이며, 상기 R7 및 R8은 C3 ~ C4의 분쇄형 알킬기이며, 상기 R2, R3, R5 및 R6가 모두
    Figure 112020037123989-pat00092
    또는
    Figure 112020037123989-pat00093
    일 때, R9 및 R10은 각각 독립적으로 수소원자, -SO3H, -COOH, -CH2COOH, -CH2CH2COOH, - CH2CH2CH2COOH, -CH2NR11R12, 또는 -CH2CH2NR11R12 이며, R11 및 R12는 C1의 직쇄형 알킬기이고,
    상기 R2 및 R5가
    Figure 112020037123989-pat00094
    또는
    Figure 112020037123989-pat00095
    이고, R3 및 R6가 수소원자일 때, R9 및 R10은 각각 독립적으로 -SO3H, -COOH, -CH2COOH, -CH2CH2COOH, - CH2CH2CH2COOH, -NR11R12, -CH2NR11R12, 또는 -CH2 CH2NR11R12 이며,
    [화학식 2]
    Figure 112020037123989-pat00096

    상기 화학식 2에 있어서, R1, R3 및 R5는 각각 독립적으로 C1의 알킬기이며, R2 및 R4는 수소원자이고, R7 및 R10은 수소원자이며, R6, R8, R9 및 R11은 각각 독립적으로 C1 ~ C2의 알킬기이다.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서, 상기 보상층은 코팅층 형태 또는 필름 형태이며, 평균두께 0.1㎛ ~ 200㎛인 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제2항에 있어서, 상기 다층 반사형 편광자는
    빛이 투과하는 방향으로부터 코어층, 스킨층 및 보상층 순으로 적층된 형태; 또는 스킨층, 코어층, 스킨층 및 보상층 순으로 적층된 형태;인 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스킨층은 상기 코어층의 일면 또는 양면에 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자.
  11. 제9항에 있어서, 상기 보상층은 상기 스킨층의 일면에 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자.
  12. 제2항에 있어서, 상기 반복단위들은 4개의 파장대역의 광을 반사하기 위하여 3개의 그룹을 형성하는 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자.
  13. 제2항에 있어서, 동일한 그룹에 포함된 반복단위들의 광학적 두께는 평균 광학적 두께 대비 30% 이내의 두께편차를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자.
  14. 제2항에 있어서, 상기 복수 개의 그룹들은 반복단위들의 평균 광학적 두께가 10% 이상 상이한 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자.
  15. 제2항에 있어서, 하나의 그룹에 포함된 반복단위들은 100개 이상인 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자.
  16. 제2항에 있어서, 상기 제1층과 제2층의 굴절율의 차이는 신장된 축방향의 굴절율의 차이가 다른 축방향의 굴절율의 차이보다 큰 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자.
  17. 제2항에 있어서, 상기 제1층과 제2층의 굴절율은 2개의 축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.05 이하이고, 나머지 1개의 축방향에 대한 굴절율의 차이가 0.1 이상인 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자.
  18. 제2항에 있어서, 상기 제1층과 제2층 사이에 복굴절 계면이 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자.
  19. 제2항에 있어서, 상기 제1층은 광학적 복굴절성을 가지며, 상기 제2층은 광학적 등방성인 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자.
  20. 제2항에 있어서, 상기 그룹과 그룹 사이에 접착층이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자.
  21. 제2항에 있어서, 상기 코어층과 스킨층 및 상기 스킨층과 보상층 사이에 접착층이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자.
  22. 제2항에 있어서, 상기 스킨층은 연신된 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자.
  23. 제2항, 제6항, 및 제9항 내지 제22항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 상대휘도가 95 % 이상인 것을 특징으로 하는 다층 반사형 편광자.
  24. 삭제
  25. 제23항의 다층 반사형 편광자를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  26. 바인더 100 중량부에 대하여, PL(photoluminescence) 파장이 580 nm ~ 680 nm인 하기 화학식 1로 표시되는 유기닷 및 하기 화학식 2로 표시되는 유기닷을 1 : 0.5 ~ 20 중량비로 함유한 발광물질 0.05 ~ 7 중량부 및 비드 30 ~ 1,700 중량부를 포함하며,
    상기 바인더, 상기 발광물질 및 상기 비드를 포함하는 조성물로 평균두께 20㎛로 보상층 형성시, 블루(blue)광원 하에 NTSC(National Television System Committee) 색좌표에 의거할 때, 상기 보상층은 x 좌표 범위가 0.20 ~ 0.45이고, y 좌표 범위가 0.20 ~ 0.40인 것을 특징으로 보상층 조성물;
    [화학식 1]
    Figure 112020037123989-pat00060

    상기 화학식 1에 있어서, R1 및 R4는
    Figure 112020037123989-pat00097
    이며, 상기 R7 및 R8은 C3 ~ C4의 분쇄형 알킬기이며, 상기 R2, R3, R5 및 R6가 모두
    Figure 112020037123989-pat00098
    또는
    Figure 112020037123989-pat00099
    일 때, R9 및 R10은 각각 독립적으로 수소원자, -SO3H, -COOH, -CH2COOH, -CH2CH2COOH, - CH2CH2CH2COOH, -CH2NR11R12, 또는 -CH2CH2NR11R12 이며, R11 및 R12는 C1의 직쇄형 알킬기이고,
    상기 R2 및 R5가
    Figure 112020037123989-pat00100
    또는
    Figure 112020037123989-pat00101
    이고, R3 및 R6가 수소원자일 때, R9 및 R10은 각각 독립적으로 -SO3H, -COOH, -CH2COOH, -CH2CH2COOH, - CH2CH2CH2COOH, -NR11R12, -CH2NR11R12, 또는 -CH2 CH2NR11R12 이며,
    [화학식 2]
    Figure 112020037123989-pat00065

    상기 화학식 2에 있어서, R1, R3 및 R5는 각각 독립적으로 C1의 알킬기이며, R2 및 R4는 수소원자이고, R7 및 R10은 수소원자이며, R6, R8, R9 및 R11은 각각 독립적으로 C1 ~ C2의 알킬기이다.
  27. 제26항에 있어서, 상기 바인더는 지방족 우레탄 아크릴레이트 수지, 에폭시 아크릴레이트 수지, 멜라민 아크릴레이트 수지 및 폴리에스테르 아크릴레이트 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 보상층 조성물.
  28. 삭제
  29. 제26항에 있어서, 상기 비드의 평균입경은 0.5㎛ ~ 10㎛인 것을 특징으로 하는 보상층 조성물.
  30. 제26항에 있어서, 상기 비드는 실리카, 지르코니아, 이산화티타늄, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄 및 폴리메틸(메타)아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 보상층 조성물.
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