KR20110125082A - 플래너 배향된 콜레스테릭 액정층을 구비한 광학필름의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따라 플래너 배향된 콜레스테릭 액정층을 구비한 광학필름을 제조하는 방법은, (S1) 무정형 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 준비하는 단계; (S2) 상기 무정형 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 일축 방향으로만 연신하여 일축 배향된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제조하는 단계; 및 (S3) 상기 일축 배향된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 위에 콜레스테릭 액정을 스핀코팅하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 간단한 방법으로 미세 입자들의 발생 없이 콜레스테릭 액정의 플래너 배향을 유도할 수 있으므로, 양호한 선택반사 특성을 갖는 콜레스테릭 액정층을 구비한 광학필름을 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 간단한 방법으로 미세 입자들의 발생 없이 콜레스테릭 액정의 플래너 배향을 유도할 수 있으므로, 양호한 선택반사 특성을 갖는 콜레스테릭 액정층을 구비한 광학필름을 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 컬러필터 등에 사용되는 광학필름의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플래너 배향된 콜레스테릭 액정층을 구비한 광학필름의 제조방법에 관한 것이다.
카이랄 네마틱 액정(chiral nematic liquid crystal)이라고도 불리우는 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal, CLC)은 콜레스테릭 메소젠(mesogen)을 갖는 구조의 액정 또는, 네마틱 액정(nematic liquid crystal : NLC)에 주기적인 나선구조를 유도하는 카이랄 성분의 물질이 더해진 액정 혼합물이다.
이러한 콜레스테릭 액정은 콜레스테릭 액정의 나선 축 방향이 배열된 형태에 따라 다음의 3가지 배향 구조로 나누어진다. 기판 표면에 대하여 콜레스테릭 액정 나선 축들이 수직으로 배열된 경우를 플래너(planar) 배향, 기판에 수평일 때를 호메오트로픽(homeotropic) 배향, 그리고 나선 축들이 랜덤(random)하게 배열된 형태를 포칼코닉(focal conic) 배향이라고 한다.
이 가운데 콜레스테릭 액정의 배열이 플래너 배향을 이루었을 때는 나선의 꼬인 방향과 반복구조의 피치(pitch, p)에 따라 빛을 선택적으로 반사하는 고유한 특성을 나타낸다. 플래너 배향된 콜레스테릭 액정에 입사하는 빛을 회전 방향이 서로 반대인 두 개의 원편광 빛의 합으로 표시할 때, 콜레스테릭 액정의 꼬인 구조와 같은 방향의 원편광 빛은 반사되고 반대 방향의 원편광 빛은 투과하는 특성을 가진다. 이 때 반사되는 빛의 파장 λ는 액정의 평균 굴절률(
)과 피치의 곱인 
으로 표시되므로, 평균굴절률이 다른 재료를 사용하거나 콜레스테릭 액정의 피치를 조절하면 선택 반사되는 파장 영역을 조절할 수 있다. 이러한 콜레스테릭 액정의 선택 반사 특성은 반사형 편광판, 반사형 컬러필터 및 tunable laser 필터 등의 광학필름으로 매우 유용한 응용분야를 갖고 있다.
종래 플래너 배향된 콜레스테릭 액정층을 구비한 광학필름의 제조방법은 폴리이미드 배향막이 도포된 고분자 필름 위에 콜레스테릭 액정을 코팅하는 방법이 이용되었다. 폴리이미드 배향막은 콜레스테릭 액정의 플래너 배향을 유도하기 위한 막으로서, 폴리이미드 용액을 고분자 필름 위에 도포한 후 고온 열처리 및 러빙 공정을 거쳐 제조된다. 따라서, 폴리이미드 배향막 형성을 위한 고온 열처리 공정 때문에 일정 시간 공정 대기 시간이 발생한다. 또한, 러빙(rubbing)과 같은 물리적인 방법으로 폴리이미드 막을 문질러 주어 액정 배향용 홈을 형성해야 하므로, 이 과정에서 다량의 미세 입자들이 발생되는 문제점을 갖는다. 러빙 공정 중 발생한 미세 입자들은 액정 배향의 결함으로 작용하여 높은 청정도를 요구하는 제조 설비에서의 공정 불량을 유발시킨다.
본 발명의 기술적 과제는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 간단한 방법으로 미세 입자들의 발생 없이 콜레스테릭 액정의 플래너 배향을 유도한 콜레스테릭 액정층을 구비한 광학필름의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라 플래너 배향된 콜레스테릭 액정층을 구비한 광학필름의 제조방법은,
(S1) 무정형 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 준비하는 단계;
(S2) 상기 무정형 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 일축 방향으로만 연신하여 일축 배향된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제조하는 단계; 및
(S3) 상기 일축 배향된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 위에 콜레스테릭 액정을 스핀코팅하는 단계를 포함한다.
본 발명의 광학필름 제조방법에 있어서, 상기 일축 배향된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 연신율은 50% 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 제조방법은 일축으로만 배향된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 콜레스테릭 액정의 플래너 배향에 이용한다. 이에 따라, 종래의 폴리이미드 배향막 형성시 필요한 열처리 공정이 생략되어 생산성 향상과 더불어 폴이이미드 배향막이 코팅되는 고분자 필름의 열 손상을 막을 수 있다.
또한, 폴리이미드 막의 배향홈 형성을 위한 러빙 공정이 생략되므로, 이로 인해 발생하는 미세 입자들에 의한 오염을 원천적으로 제거할 수 있다. 따라서, 콜레스테릭 액정의 플래너 배향을 양호하게 유도할 수 있으므로, 선택반사 특성이 우수한 콜레스테릭 액정층을 구비한 광학필름을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제조방법에 따라 형성된 광학필름의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 사용된, 무정형 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(PET)을 일축 방향으로 연신하는 연신 장치의 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조한 광학필름의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 연신율 변화에 따른 E7 액정의 흡수피크 세기 변화를 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조한 광학필름의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 연신율 변화에 따른 반사율 변화를 측정한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 사용된, 무정형 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(PET)을 일축 방향으로 연신하는 연신 장치의 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조한 광학필름의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 연신율 변화에 따른 E7 액정의 흡수피크 세기 변화를 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조한 광학필름의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 연신율 변화에 따른 반사율 변화를 측정한 그래프이다.
이하, 본 발명의 플래너 배향된 콜레스테릭 액정층을 구비한 광학필름의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
먼저 무정형(amorphous) 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 준비한다(S1 단계). 폴리에틸렌테레프탈레이트 고분자 사슬은 후술하는 바와 같이 콜레스테릭 액정 분자들과 반 데르 발스 힘과 같은 상호작용에 의해서 콜레스테릭 액정의 플래너 배향에 기여한다. 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름은 무정형이어야 한다. 이는 후술하는 연신 공정을 통해 폴리에틸렌테레프탈레이트 고분자 쇄가 연신 방향으로 일축 배열해야만 콜레스테릭 액정의 플래너 배향이 양호하게 되는데, 결정형 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 사용하게 되면, 폴리에틸렌테레프탈레이트 고분자 쇄의 배향성이 불량하게 되어 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.
이어서, 상기 무정형 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 일축 방향으로만 연신하여 일축 배향된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제조한다(S2 단계). 일축 배향된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 계면에서 다음 공정으로 스핀코팅된 콜레스테릭 액정들이 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 연신방향을 따라서 늘어서게 된다. 일축 배향된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 연신율은 50% 이상인 것이 콜레스테릭 액정의 플래너 배향도 향상에 바람직하다. 무정형 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 연신은 통상적인 연신 장치 및 공정을 이용하여 수행할 수 있는데, 충분한 연신을 위하여 무정형 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 폴리에틸렌테레프탈레이트의 유리전이온도인 75℃ 이상, 예를 들어 80℃ 정도에서 어닐링 한 후, 연신을 수행하는 것이 바람직하다.
그런 다음, 일축 배향된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 위에 콜레스테릭 액정을 스핀코팅한다(S3 단계). 콜레스테릭 액정에는 필요에 따라 용매, 광개시제, 레벨링제 등을 더 첨가할 수 있음은 물론이다. 스핀코팅에 의해 콜레스테릭 액정이 필름 위에 균일하게 도포되며, 도포된 콜레스테릭 액정층은 다음과 같은 작용에 따라 콜레스테릭 액정이 플래너 배향된다.
일축 배향된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 계면에서 콜레스테릭 액정들은 반 데르 발스 힘과 같은 분자 사이의 상호작용에 의해서 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 연신방향을 따라서 늘어서게 된다. 즉, 콜레스테릭 액정 분자들과 폴리에틸렌테레프탈레이트 고분자 사슬의 상호작용에 따라, 콜레스테릭 액정 분자들은 폴리에틸렌테레프탈레이트 고분자의 배향 방향과 동일한 평면방향으로 늘어서게 된다. 한편, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 계면에서 떨어져 있는 액정분자들은 나선구조를 유도하는 카이랄 성분과 액정 분자들의 분자간 상호작용에 의해서 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름에 수직한 방향의 나선축을 따라 액정 분자들이 배열되어, 플래너 배향이 유도된다.
이렇게 플래너 배향이 유도된 콜레스테릭 액정층은 필요에 따라 건조, 광조사 등의 공정을 거쳐 최종적인 광학필름으로 제조될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이와 같은 공정에 따라 제조된 광학필름(10)은 일축 배향된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(12) 위에 플래너 배향된 콜레스테릭 액정층(11)을 구비하게 된다. 이러한 광학필름은 컬러필터, 편광판 등의 광학필름으로서 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어 지는 것이다.
실시예
연신하지 않은 무정형 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 도그본(dog-bone) 모양으로 절단하였다. 도 2에 도시된 단면도 및 평면도와 같이, 2개의 고정틀을 구비한 연신기에 PET 필름을 고정시킨 다음, 오븐에서 80℃에서 5분간 어닐링(annealing)한 후 11mm/min의 속도로 연신율을 50%, 100% 및 200%로 각각 조절하여 일축 연신하였다. 일축 연신이 완료된 PET 필름의 중간 부분을 잘라내어 유리기판 위에 붙인 다음, 콜레스테릭 액정 혼합물을 상온에서 500rpm으로 15초 동안 스핀코팅하여 광학필름을 제조하였다.
사용한 콜레스테릭 액정 혼합물은 Merck사의 네마틱 액정인 E7과 카이랄 도판트인 BASF사의 R1011을 95:5의 비율(wt%)로 70℃에서 혼합하여 사용하였다.
비교예
연신하지 않은 무정형 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 위에 콜레스테릭 액정 혼합물을 스핀코팅한 것을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법으로 광학필름을 제조하였다.
PET 필름의 연신율에 따른 액정의 배향 분포 측정
PET 필름의 연신율에 따른 콜레스테릭 액정의 플레너 배향 정도를 C≡N 그룹의 흡수피크의 변화를 통해 측정하였다.
사용된 E7 네마틱 액정은 액정 분자의 장축 방향과 평행한 방향으로 시아노기(C≡N)가 붙어있으므로, 2226cm-1에서 나타나는 시아노기의 IR 흡수피크가 액정 director의 측정에 많이 사용된다. 진동운동의 흡수피크 세기는 
로 나타낼 수 있는데, M은 분자 진동운동의 transition dipole, E는 IR beam의 electric field이며, α는 electric field 와 transition dipole moment가 이루는 각을 의미한다. 콜레스테릭 액정 셀을 FTIR spectrometer로 측정할 때 IR beam은 항상 기판에 수평하게 입사되므로 콜레스테릭 액정의 배열 상태에 따라 IR beam의 electric field와 C≡N 그룹 진동운동 dipole moment가 이루는 각이 달라진다. 플래너 배향된 콜레스테릭 액정은 기판과 E7 액정 축이 수평을 이루어 α값이 0°에 근접하므로 흡수피크는 최대값을 가지게 되며, 호메오트로픽 배열인 경우 α값이 90°이어서 흡수피크의 세기가 최소값을 갖게 된다. 따라서 E7 액정의 시아노기 신축운동 2226cm-1 흡수피크의 세기 변화를 통해 액정의 배향 상태를 확인할 수 있다.
본 발명의 콜레스테릭 액정의 플래너 배향에 따른 농도 분포를 측정하기 위해, IR 스펙트럼을 얻을 수 있는 IR 테스트를 Perkin-Elmer system 2000 FTIR spectrometer를 사용하여 수행하였다.
도 3은 연신하지 않는 비교예의 PET 필름(none) 위에서의 콜레스테릭 액정의 플래너 배향과 3가지 연신율(50%, 100%, 200%)로 연신한 PET 필름 위에서의 콜레스테릭 액정의 플래너 배향 변화를 E7의 시아노기 흡수피크의 세기 변화로 나타낸 그래프이다. 무연신된 PET 필름 위에서의 C≡N의 흡수피크인 2226cm-1의 세기는 0.25로 나타났지만, 연신된 PET 필름 위에서의 2226cm-1의 세기는 연신율이 커짐에 따라 함께 증가함을 확인할 수 있다. 특히, 연신율이 200%인 PET 필름 위의 콜레스테릭 액정의 C≡N 흡수피크의 세기는 0.37까지 증가하여 플래너 배향이 매우 양호함을 확인할 수 있다.
PET 필름의 연신율에 따른 반사광 효율 측정
도 4에 도시된 바와 같이, 무연신된 PET 필름 위에 형성된 콜레스테릭 액정층은 선택 반사가 일어나지 않아 반사율이 나타나지 않았으며, 연신된 PET 필름 위에 형성된 콜레스테릭 액정층의 선택 반사율은 연신율이 커짐에 따라 증가함을 확인할 수 있다. 특히, 연신율이 200%인 PET 필름 위의 콜레스테릭 액정층은 약 36%의 선택 반사율을 나타냄을 확인할 수 있다.
Claims (2)
- (S1) 무정형 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 준비하는 단계;
(S2) 상기 무정형 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 일축 방향으로만 연신하여 일축 배향된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제조하는 단계; 및
(S3) 상기 일축 배향된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 위에 콜레스테릭 액정을 스핀코팅하는 단계를 포함하는,
플래너 배향된 콜레스테릭 액정층을 구비한 광학필름의 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 일축 배향된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 연신율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는, 플래너 배향된 콜레스테릭 액정층을 구비한 광학필름의 제조방법.
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2010
- 2010-05-12 KR KR1020100044628A patent/KR101155575B1/ko not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Publication date |
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| KR101155575B1 (ko) | 2012-06-19 |
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