KR20130054933A - 광학 소자 - Google Patents

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KR20130054933A
KR20130054933A KR1020120131004A KR20120131004A KR20130054933A KR 20130054933 A KR20130054933 A KR 20130054933A KR 1020120131004 A KR1020120131004 A KR 1020120131004A KR 20120131004 A KR20120131004 A KR 20120131004A KR 20130054933 A KR20130054933 A KR 20130054933A
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Abstract

본 출원은, 광학 소자에 관한 것이다. 예시적인 광학 소자는, 광분할 소자, 예를 들면, 입사되는 광을 서로 편광 상태가 상이한 2종류 이상의 광으로 분할하는 소자일 수 있다. 상기 광학 소자는, 예를 들면, 입체 영상을 구현하는 것에 사용될 수 있다.

Description

광학 소자{OPTICAL ELEMENT}
본 출원은, 광학 소자 및 그 용도에 관한 것이다.
광을 서로 편광 상태가 상이한 2종류 이상의 광으로 분할하는 기술은 다양한 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
상기 광 분할 기술은, 예를 들면, 입체 영상의 제작에 적용될 수 있다. 입체 영상은 양안 시차를 이용하여 구현할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 2차원 영상을 인간의 좌안과 우안에 각각 입력하면, 입력된 정보가 뇌로 전달 및 융합되어 인간은 3차원적인 원근감과 실제감을 느끼게 되는데, 이러한 과정에서 상기 광 분할 기술은 사용될 수 있다.
입체 영상의 생성 기술은 3차원 계측, 3D TV, 카메라 또는 컴퓨터 그래픽 등에서 유용하게 사용될 수 있다.
일본공개특허 제2005-049865호 한국특허 제0967899호 한국공개특허 제2010-0089782호
본 출원은, 광학 소자 및 그 용도를 제공한다.
본 출원은 광학 소자에 대한 것이다. 용어 「광학 소자」는, 의도된 하나 이상의 기능을 나타내는 모든 종류의 광학 기기, 광학 부품 또는 광학 장치 등을 의미할 수 있다. 예를 들면, 상기 광학 소자는, 시트 또는 필름의 형태를 가질 수 있다. 상기 광학 소자는, 예를 들면, 입사광을 서로 편광 상태가 상이한 2종류 이상의 광으로 분할할 수 있는 소자일 수 있다.
광학 소자는 액정층을 포함할 수 있다. 광학 소자에 포함되는 액정층은, 하기 일반식 1의 조건을 만족할 수 있다.
[일반식 1]
X < 8%
일반식 1에서 X는 상기 액정층의 초기 위상차 수치 대비 상기 액정층을 80℃에서 100시간 또는 250 시간 동안 방치한 후의 상기 액정층의 위상차 수치의 변화량의 절대값의 백분율이다.
상기 X는 예를 들면, 「100×(|R0 - R1|)/R0」로 계산될 수 있다. 상기에서 R0는 상기 액정층의 초기 위상차 수치이고, R1은 상기 액정층을 80℃에서 100시간 또는 250 시간 동안 방치한 후의 상기 액정층의 위상차 수치를 의미한다. 상기 X는, 예를 들어, 7% 이하, 6% 이하 또는 5% 이하일 수 있다. 상기 위상차 수치의 변화량은 하기 실시예에서 제시된 방법으로 측정할 수 있다.
하나의 예시에서 액정층은, 면내 지상축 방향의 굴절률과 면내 진상축 방향의 굴절률의 차이가 0.05 내지 0.2, 0.07 내지 0.2, 0.09 내지 0.2 또는 0.1 내지 0.2의 범위일 수 있다. 면내 지상축 방향의 굴절률은, 액정층의 평면에서 가장 높은 굴절률을 나타내는 방향의 굴절률을 의미하고, 진상축 방향의 굴절률은, 액정층의 평면상에서 가장 낮은 굴절률을 나타내는 방향의 굴절률을 의미할 수 있다. 통상적으로 광학 이방성의 액정층에서 진상축과 지상축은 서로 수직한 방향으로 형성되어 있다. 상기 각각의 굴절률은, 550 nm 또는 589 nm의 파장의 광에 대하여 측정한 굴절률일 수 있다. 상기 굴절률의 차이는, 예를 들면, Axomatrix사의 Axoscan을 이용하여 제조사의 매뉴얼에 따라 측정할 수 있다.
액정층은 또한, 두께가 약 0.5㎛ 내지 2.0㎛ 또는 약 0.5㎛ 내지 1.5㎛일 수 있다.
상기 굴절률의 관계와 두께를 가지는 액정층은, 적용되는 용도에 적합한 위상 지연 특성을 구현할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 굴절률의 관계와 두께를 가지는 액정층은, 광분할용 광학 소자에 적합할 수 있다.
액정층은, 중합성 액정 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 액정층은 중합성 액정 화합물을 중합된 형태로 포함할 수 있다. 용어 「중합성 액정 화합물」은, 액정성을 나타낼 수 있는 부위, 예를 들면, 메소겐(mesogen) 골격 등을 포함하고, 또한 중합성 관능기를 하나 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 또한, 「중합성 액정 화합물이 중합된 형태로 포함되어 있다는 것」은 상기 액정 화합물이 중합되어 액정층 내에서 액정 고분자의 골격을 형성하고 있는 상태를 의미할 수 있다.
액정층은 또한 중합성 액정 화합물을 비중합된 상태로 포함하거나, 중합성 비액정 화합물, 안정제, 비중합성 비액정 화합물 또는 개시제 등의 공지의 첨가제를 추가로 포함하고 있을 수 있다.
하나의 예시에서 액정층에 포함되는 중합성 액정 화합물은, 다관능성 중합성 액정 화합물과 단관능성 중합성 액정 화합물을 포함할 수 있다.
용어 「다관능성 중합성 액정 화합물」은, 상기 액정 화합물 중에서 중합성 관능기를 2개 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서 다관능성 중합성 액정 화합물은 중합성 관능기를 2개 내지 10개, 2개 내지 8개, 2개 내지 6개, 2개 내지 5개, 2개 내지 4개, 2개 내지 3개 또는 2개 포함할 수 있다. 또한, 용어 「단관능성 중합성 액정 화합물」은, 상기 액정 화합물 중에서 하나의 중합성 관능기를 포함하는 화합물을 의미할 수 있다.
다관능성 및 단관능성 중합성 화합물을 함께 사용하면, 액정층의 위상 지연 특성을 효과적으로 조절할 수 있고, 또한 구현된 위상 지연 특성, 예를 들면, 위상 지연층의 광축이나, 위상 지연값을 안정적으로 유지할 수 있다. 용어 「광축」은, 빛이 해당 영역을 투과할 때의 지상축 또는 진상축을 의미할 수 있다.
액정층은, 단관능성 중합성 액정 화합물을 다관능성 중합성 액정 화합물을 100 중량부 대비 0 중량부 초과 100 중량부 이하, 1 중량부 내지 90 중량부, 1 중량부 내지 80 중량부, 1 중량부 내지 70 중량부, 1 중량부 내지 60 중량부, 1 중량부 내지 50 중량부, 1 중량부 내지 30 중량부 또는 1 중량부 내지 20 중량부로 포함할 수 있다.
상기 범위 내에서 다관능성 및 단관능성 중합성 액정 화합물의 혼합 효과를 극대화할 수 있으며, 또한, 상기 액정층이 상기 접착제층과 우수한 접착성을 나타내도록 할 수 있다. 본 명세서에서 특별히 달리 규정하지 않는 한, 단위 「중량부」는 중량의 비율을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 다관능성 또는 단관능성 중합성 액정 화합물은, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
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 치환기이거나, R1 내지 R5 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍 또는 R6 내지 R10 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하되, 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 치환기 중 적어도 하나의 쌍은 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 pat00002
화학식 2에서 B는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R11 내지 R15는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기 또는 -O-Q-P이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하되, R11 내지 R15 중 적어도 하나가 -O-Q-P이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 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 1 및 2에서 인접하는 2개의 치환기가 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.
화학식 2에서 B의 좌측의 「-」는, B가 화학식 1의 벤젠에 직접 연결되어 있음을 의미할 수 있다.
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.
화학식 1 및 2에서 할로겐으로는, 예를 들면, 염소, 브롬 또는 요오드 등이 예시될 수 있다.
용어 「알킬기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기를 의미하거나, 또는, 예를 들면, 탄소수 3 내지 20, 탄소수 3 내지 16 또는 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기를 의미할 수 있다. 상기 알킬기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
용어 「알콕시기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 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 의해 치환될 수 있다.
용어 「알킬렌기」 또는 「알킬리덴기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 4 내지 10 또는 탄소수 6 내지 9의 알킬렌기 또는 알킬리덴기를 의미할 수 있다. 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 예를 들면, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
용어 「알케닐기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 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, 예를 들면, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알케닐기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
화학식 1 및 2에서 P는, 예를 들면, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이거나, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기일 수 있고, 다른 예시에서는 아크릴로일옥시기일 수 있다.
본 명세서에서 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.
화학식 1 및 2에서 적어도 하나 이상 존재할 수 있는 -O-Q-P 또는 화학식 2의 잔기는, 예를 들면, R3, R8 또는 R13의 위치에 존재할 수 있다. 또한, 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 구성하는 치환기는, 예를 들면, R3 및 R4이거나, 또는 R12 및 R13일 수 있다. 화학식 1의 화합물 또는 화학식 2의 잔기에서 -O-Q-P 또는 화학식 2의 잔기 이외의 치환기 또는 서로 연결되어 벤젠을 형성하고 있는 치환기 외의 치환기는 예를 들면, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기를 포함하는 알콕시카보닐기, 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 시아노기 또는 니트로기일 수 있으며, 다른 예시에서는 염소, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기를 포함하는 알콕시카보닐기 또는 시아노기일 수 있다.
중합성 액정 화합물은 수평 배향된 상태로 액정층에 포함되어 있을 수 있다. 하나의 예시에서 중합성 액정 화합물은, 수평 배향 상태로 중합되어 액정층에 포함되어 있을 수 있다. 용어 「수평 배향」은, 액정 화합물을 포함하는 액정층의 광축이 액정층의 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.
액정층은, 입사광, 예를 들면 상기 편광자를 거쳐 입사되는 광을 서로 다른 편광 상태를 가지는 2종 이상의 광으로 분할할 수 있도록 형성되어 있을 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 액정층은, 서로 상이한 위상 지연 특성을 가지는 제 1 및 제 2 영역을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 「제 1 영역과 제 2 영역의 위상 지연 특성이 서로 상이하다는 것」은, 제 1 및 제 2 영역이 모두 위상 지연 특성을 가지는 영역인 상태에서 제 1 및 제 2 영역이 서로 동일하거나 또는 상이한 방향으로 형성되어 있는 광축을 가지고 또한 위상 지연 수치도 서로 상이한 영역인 경우 및 서로 동일한 위상 지연 수치를 가지면서 상이한 방향으로 형성되어 있는 광축을 가지는 경우가 포함될 수 있다. 다른 예시에서는 「제 1 및 제 2 영역의 위상 지연 특성이 상이하다는 것」은, 제 1 및 제 2 영역 중에서 어느 하나의 영역은 위상 지연 특성을 가지는 영역이고, 다른 영역은 위상 지연 특성이 없는 광학적으로 등방성인 영역인 경우도 포함될 수 있다. 이러한 경우의 예로는, 액정층이 액정 화합물을 포함하는 영역과 포함하지 않는 영역을 모두 가지는 형태를 들 수 있다. 제 1 또는 제 2 영역의 위상 지연 특성은, 예를 들면, 액정 화합물의 배향 상태, 액정층의 굴절률 관계 또는 액정층의 두께를 조절하여 제어할 수 있다.
제 1 영역(A)과 제 2 영역(B)은, 예를 들면, 도 1과 같이 서로 공통 방향으로 연장하는 스트라이프 형상으로 인접하여 교대로 배치되어 있거나, 또는 도 3과 같이 격자 패턴으로 서로 인접하여 교대로 배치되어 있을 수 있다.
광학 소자가 입체 영상을 표시하는 것에 사용되는 경우, 상기 제 1 및 제 2 영역 중에서 어느 하나의 영역은 좌안용 영상 신호 편광 조절 영역(이하, 「LC 영역」으로 호칭할 수 있다.)이고, 다른 하나의 영역은 우안용 영상 신호 편광 조절 영역(이하, 「RC 영역」으로 호칭할 수 있다.)일 수 있다.
제 1 및 제 2 영역을 포함하는 액정층에 의해서 분할되는, 서로 다른 편광 상태를 가지는 2종 이상의 광은, 예를 들면, 실질적으로 서로 수직한 방향을 가지는 직선 편광된 2종의 광을 포함하거나, 또는 좌원 편광된 광 및 우원 편광된 광을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 각도를 정의하면서, 수직, 수평, 직교 또는 평행 등의 용어를 사용하는 경우, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 상기 각각은 실질적인 수직, 수평, 직교, 또는 평행을 의미하는 것으로, 예를 들면, 제조 오차(error) 또는 편차(variation) 등을 감안한 오차를 포함하는 것이다. 따라서, 예를 들면, 상기 각각의 경우, 약 ±15도 이내의 오차, 약 ±10도 이내의 오차 또는 약 ±5도 이내의 오차를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서 제 1 및 제 2 영역 중 어느 하나의 영역은, 입사광의 편광축을 회전시키지 않고, 그대로 투과시키는 영역이며, 다른 영역은, 입사광의 편광축을 다른 영역을 투과한 광의 편광축에 대하여 직교하는 방향으로 회전시켜 투과시킬 수 있는 영역일 수 있다. 이러한 경우에는, 상기 액정층에서 중합성 액정 화합물을 포함하는 영역은, 제 1 및 제 2 영역 중에서 어느 하나의 영역에만 형성되어 있을 수 있다. 상기에서 액정층이 형성되어 있지 않은 영역은 빈 공간이거나, 유리 또는 광학적 등방성인 수지층 또는 수지 필름 또는 시트가 형성되어 있을 수 있다. 다른 예시에서 제 1 및 제 2 영역 중 어느 하나의 영역은, 입사광을 좌원 편광된 광으로 변환하여 투과시킬 수 있는 영역이고, 다른 영역은, 입사광을 우원 편광된 광으로 변환하여 투과시킬 수 있는 영역일 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 및 제 2 영역은 서로 동일한 위상 지연 수치를 나타내면서 서로 상이한 방향으로 형성된 광축을 가지는 영역이거나, 하나의 영역은 입사되는 광을 그 파장의 1/4 파장만큼 지연시킬 수 있는 영역이고, 다른 하나의 영역은 입사되는 광을 그 파장의 3/4 파장만큼 위상 지연시킬 수 있는 영역일 수 있다.
하나의 예시에서 제 1 및 제 2 영역은, 서로 동일한 위상 지연 수치, 예를 들면 입사되는 광을 그 파장의 1/4 파장만큼 위상 지연시킬 수 있는 수치를 가지고, 또한 서로 상이한 방향으로 형성되어 있는 광축을 가지는 영역일 수 있다. 상기에서 서로 상이한 방향으로 형성되어 있는 광축이 이루는 각도는 예를 들면 약 90도일 수 있다.
제 1 및 제 2 영역이 서로 상이한 방향으로 형성되어 있는 광축을 가지는 영역인 경우, 제 1 및 제 2 영역의 광축이 이루는 각도를 이등분하는 선은, 후술하는 광학 소자에 포함되는 편광자의 흡수축과 수직 또는 수평을 이루도록 형성되어 있을 수 있다.
도 3은, 도 1 또는 2의 예시의 제 1 및 제 2 영역(A, B)이 서로 상이한 방향으로 형성된 광축을 가지는 영역인 경우의 광축의 배치를 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 3을 참조하면, 제 1 및 제 2 영역(A, B)의 광축이 이루는 각도를 이등분하는 선은, (θ1+θ2)의 각도를 이등분하는 선을 의미할 수 있다. 예를 들어, θ1 및 θ2가 동일한 각도라면, 상기 이등분선은, 제 1 및 제 2 영역(A, B)의 경계선(L)과 수평을 이루는 방향으로 형성될 수 있다. 또한, 상기에서 제 1 및 제 2 영역의 광축이 이루는 각도, 즉 (θ1+θ2)는, 예를 들면, 90도일 수 있다.
광학 소자는 기재층을 추가로 포함할 수 있다. 기재층을 추가로 포함하면, 상기 액정층은 상기 기재층의 일면에 형성되어 있을 수 있다. 기재층은, 단층 또는 다층 구조일 수 있다.
기재층으로는, 예를 들면, 글래스 기재층 또는 플라스틱 기재층을 사용할 수 있다. 플라스틱 기재층으로는, TAC(triacetyl cellulose) 또는 DAC(diacetyl cellulose) 등과 같은 셀룰로오스 수지; 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin polymer); PMMA(poly(methyl methacrylate) 등의 아크릴 수지; PC(polycarbonate); PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 등의 폴리올레핀; PVA(polyvinyl alcohol); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyetheretherketon); PEI(polyetherimide); PEN(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate) 등의 폴리에스테르; PI(polyimide); PSF(polysulfone); 또는 불소 수지 등을 포함하는 시트 또는 필름이 예시될 수 있다.
기재층, 예를 들면, 플라스틱 기재층은, 상기 액정층에 비하여 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 예시적인 기재층의 굴절률은, 약 1.33 내지 약 1.53의 범위이다. 기재층이 액정층에 비하여 낮은 굴절률을 가지면, 예를 들면, 휘도 향상, 반사 방지 및 콘트라스트 특성 향상 등에 유리하다.
플라스틱 기재층은, 광학적으로 등방성이거나 혹은 이방성일 수 있다. 기재층이 광학적으로 이방성인 경우, 기재층의 광축은 상기한 제 1 및 제 2 영역의 광축이 이루는 각도를 이등분하는 선과 수직 또는 수평이 되도록 배치되는 있을 수 있다.
기재층은, 자외선 차단제 또는 자외선 흡수제를 포함할 수 있다. 자외선 차단제 또는 흡수제를 기재층에 포함시키면, 자외선에 의한 액정층의 열화 등을 방지할 수 있다. 자외선 차단제 또는 흡수제로는, 살리실산 에스테르(salicylic acid ester) 화합물, 벤조페논(benzophenone) 화합물, 옥시벤조페톤(oxybenzophenone) 화합물, 벤조트리아졸(benzotriazol) 화합물, 시아노 아크릴레이트(cyanoacrylate) 화합물 또는 벤조에이트(benzoate) 화합물 등과 같은 유기물 또는 산화아연(zinc oxide) 또는 니켈 착염(nickel complex salt) 등과 같은 무기물이 예시될 수 있다. 기재층 내의 자외선 차단제 또는 흡수제의 함량은 특별히 제한되지 않고, 목적 효과를 고려하여 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 플라스틱 기재층의 제조 과정에서 상기 자외선 차단제 또는 흡수제를, 기재층의 주재료에 대한 중량 비율로 약 0.1 중량% 내지 25 중량% 정도로 포함시킬 수 있다.
기재층의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 목적하는 용도에 따라서 적절하게 조절될 수 있다.
예시적인 광학 소자는 기재층과 액정층의 사이에 배향층을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 광학 소자는, 액정층(101), 배향층(102) 및 기재층(103)을 순차 포함할 수 있다. 배향층은, 액정층의 액정 화합물을 배향시키는 역할을 하는 층일 수 있다. 배향층으로는, 이 분야에서 공지되어 있는 통상의 배향층, 예를 들면, 임프린팅(imprinting) 방식으로 형성된 배향층, 광배향층 또는 러빙 배향층 등이 사용될 수 있다. 상기 배향층은 임의적인 구성이며, 경우에 따라서는, 기재층을 직접 러빙하거나 연신하는 방식으로 배향층 없이 배향성을 부여할 수도 있다.
광학 소자는 편광판을 추가로 포함할 수 있다. 편광판(201)은, 예를 들면, 도 5와 같이 상기 액정층(101)에 부착되어 있을 수 있다.
편광판은 편광자를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「편광자」와 「편광판」은 서로 구별되는 대상을 지칭한다. 즉, 용어 편광자는, 여러 방향으로 진동하면서 입사되는 광으로부터 한쪽 방향으로 진동하는 광을 추출할 수 있는 기능성 소자, 필름 또는 시트 그 자체를 의미하고, 용어 편광판은, 상기 편광자를 적어도 포함하는 적층체를 의미할 수 있다. 편광판에 편광자와 함께 포함될 수 있는 다른 소자, 필름 또는 시트의 예로는 후술하는 편광자 보호층 등이 포함될 수 있다. 편광판의 편광자는 소정 방향으로 형성되어 있는 광흡수축과 상기 광흡수축에 수직한 광투과축을 포함할 수 있다. 편광자로는, 예를 들면, PVA(poly(vinyl alcohol) 편광자와 같은 통상의 편광자를 사용할 수 있다.
편광판에서 편광자의 일면 또는 양면에는 편광자 보호층이 형성되어 있을 수 있다. 편광자 보호층으로는, TAC 또는 DAC 등과 같은 셀룰로오스계 필름, 비결정성 폴리올레핀 필름, 폴리에스테르 필름, 아크릴 수지 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리술폰 필름, 지환식 폴리이미드 필름 또는 고리형 올레핀 폴리머(COP) 필름 등은 수지 필름이나, 자외선 등의 전자기파에 의해 경화되어 있는 수지층 등이 예시될 수 있다.
편광판은 접착제층 또는 점착제층에 의해 액정층과 부착되어 있을 수 있다. 예를 들어, 액정층이 편광판의 편광자와 부착되는 경우에는 접착제층이 사용되고, 액정층이 편광판의 다른 층, 예를 들면, 상기 편광자 보호층과 부착되는 경우에는 점착제층이 사용될 수 있다. 또한, 편광판의 표면, 예를 들면, 상기 액정층과 대향하는 표면과는 반대측의 표면에는 점착제층이 형성되어 있을 수 있다. 편광판과 액정층이 점착제층에 의해 부착되는 경우에는, 설명의 편의를 위하여 상기 편광판과 액정층을 부착시키고 있는 점착제층을 제 1 점착제층으로 호칭하고, 편광판의 액정층과 대향하는 표면과는 반대측의 표면에 형성되는 점착제층은 제 2 점착제층으로 호칭할 수 있다. 도 6은, 예시적인 광학 소자로서, 제 2 점착제층(302), 편광판(201), 제 1 점착제층 또는 접착제층(301) 및 액정층(101)을 순차 포함하는 구조의 소자를 나타낸다.
상기에서 제 2 점착제층은, 광학 소자를 광학 기기에 부착하기 위한 점착제층일 수 있다. 상기에서 광학 기기로는, 예를 들면, 액정 표시 장치의 액정 패널이나 입체 영상 표시 장치의 영상 표시 소자가 예시될 수 있다. .
상기 접착제층은, 유리전이온도가 36℃ 이상, 37℃ 이상, 38℃ 이상, 39℃ 이상, 40℃ 이상, 50℃ 이상, 60℃ 이상, 70℃ 이상, 80℃ 이상 또는 90℃ 이상일 수 있다. 상기 유리전이온도를 가지는 접착제층으로 액정층과 편광자를 부착시키면, 내구성이 우수한 광학 소자를 제공할 수 있다. 상기와 같은 접착제층은 액정층의 위상 지연 특성을 안정적으로 유지시킬 수 있다. 상기 유리전이온도의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 약 200℃, 약 150℃ 또는 약 120℃ 정도일 수 있다.
접착제층은 또한 두께가 6 ㎛ 이하, 5 ㎛ 이하 또는 4 ㎛ 이하일 수 있다. 이러한 두께에서 액정층과의 접착성 및 액정층의 위상 지연 특성의 내구성이 적절하게 유지될 수 있다. 접착제층의 두께의 하한은 예를 들면, 0.1 ㎛, 0.3 ㎛ 또는 0.5 ㎛일 수 있다.
하나의 예시에서 접착제층은 활성 에너지선 경화형 접착제층일 수 있다. 상기 접착제층은 활성 에너지선의 조사에 의해 경화된 접착제 조성물을 포함할 수 있다. 용어 「접착제 조성물 또는 점착제 조성물의 경화」는, 조성물에 포함되어 있는 성분의 물리적 또는 화학적 작용 내지는 반응에 의해 접착성 또는 점착성이 발현되는 과정을 의미할 수 있다. 상기에서 「활성 에너지선 경화형」은, 상기 경화가 활성 에너지선의 조사에 의해 유도되는 유형의 접착제 또는 접착제 조성물을 의미할 수 있다. 상기에서 「활성 에너지선」의 범주에는 마이크로파(microwaves), 적외선(IR), 자외선(UV), X선 및 감마선은 물론, 알파-입자선(alpha-particle beam), 프로톤빔(proton beam), 뉴트론빔(neutron beam) 또는 전자선(electron beam)과 같은 입자빔이 포함될 수 있고, 통상적으로는 자외선 또는 전자선 등이 사용될 수 있다.
접착제층은, 라디칼 중합성 화합물 또는 양이온 중합성 화합물을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 라디칼 또는 양이온 중합성 화합물은, 중합된 형태로 접착제층에 포함되어 있을 수 있다. 상기에서 라디칼 중합성 화합물은, 라디칼 반응, 예를 들면 활성 에너지선의 조사에 의한 라디칼 반응에 의해 중합되어 접착제를 형성할 수 있는 화합물을 의미할 수 있고, 양이온 중합성 화합물은, 양이온 반응, 예를 들면 활성 에너지선의 조사에 의한 양이온 반응에 의해 중합되어 접착제를 형성할 수 있는 화합물을 의미할 수 있다. 상기 각 화합물은 접착제 조성물에 포함되어서, 상기 조성물의 경화 반응을 거쳐서 접착제를 형성할 수 있다.
상기 접착제 조성물은, 예를 들면, 라디칼 중합성 화합물 또는 양이온 중합성 화합물 중 어느 한 종류만을 포함하거나, 또는 두 종류를 모두 포함할 수 있다.
양이온 중합성 화합물로는, 에폭시 화합물, 비닐 에테르 화합물, 옥세탄 화합물, 옥소란(oxolane) 화합물, 고리형 아세탈 화합물, 고리형 락톤 화합물, 티란(thiirane) 화합물, 티오비닐에테르 화합물, 스피로오소 에스테르(spirortho ester) 화합물, 에틸렌성 불포화 화합물, 고리형 에테르 화합물 또는 고리형 티오에테르 화합물 등이 예시될 수 있고, 예를 들면 에폭시 화합물이 사용될 수 있다.
양이온 중합성 에폭시 화합물로는, 예를 들면, 에폭시 수지, 지환식 에폭시 화합물, 지방족 에폭시 화합물 또는 방향족 에폭시 화합물 등이 예시될 수 있다. 에폭시 수지로는, 크레졸 노볼락 타입 에폭시 수지 또는 페놀 노볼록 타입 에폭시 수지 등이 예시될 수 있다. 상기 에폭시 수지는, 중량평균분자량(Mw; Weight Average Molecular Weight)이 1000 내지 5000 또는 2000 내지 4000의 범위에 있을 수 있다. 본 명세서에서 중량평균분자량은, GPC(Gel Permeation Chromatograph)로 측정된 표준 폴리스티렌에 대한 환산 수치를 의미하고, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 용어 「분자량」은 「중량평균분자량」을 의미한다. 분자량을 1000 이상으로 하여, 접착제층의 내구성을 적절하게 유지할 수 있고, 5000 이하로 하여 조성물의 코팅성 등의 작업성도 효과적으로 유지할 수 있다.
지환식 에폭시 화합물은, 지환식 에폭시기를 하나 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 용어 「지환식 에폭시기」는 지방족 포화 탄화수소 고리를 가지고, 상기 고리를 구성하는 2개의 탄소 원자가 또한 에폭시기를 구성하고 있는 관능기를 의미한다.
지환식 에폭시 화합물로는, 예를 들면, 에폭시시클로헥실메틸 에폭시시클로헥산카복실레이트계 화합물; 알칸디올의 에폭시시클로헥산 카복실레이트계 화합물; 디카르복시산의 에폭시 시클로헥실메틸 에스테르계 화합물; 폴리에틸렌글리콜의 에폭시시클로헥실메틸 에테르계 화합물; 알칸디올의 에폭시시클로헥실메틸 에테르계 화합물; 디에폭시트리스피로계 화합물; 디에폭시모노스피로계 화합물; 비닐시클로헥센 디에폭시드 화합물; 에폭시시클로펜틸 에테르 화합물 또는 디에폭시 트리시클로 데칸 화합물 등이 예시될 수 있고, 구체적으로는 7-옥사비시클로[4,1,0]헵탄-3-카르복시산과 (7-옥사-비시클로[4,1,0]헵토-3-일)메타놀과의 에스테르화물; 4-메틸-7-옥사비시클로[4,1,0]헵탄-3-카르복시산과 (4-메틸-7-옥사-비시클로[4,1,0]헵토-3-일)메탄올과의 에스테르화물; 7-옥사비시클로[4,1,0]헵탄-3-카르복시산과 1,2-에탄디올과의 에스테르화물; (7-옥사비시클로[4,1,0]헵토-3-일)메탄올과 아디프산의 에스테르화물; (4-메틸-7-옥사비시클로[4,1,0]헵토-3-일)메탄올과 아디프산의 에스테르화물; 또는 (7-옥사비시클로[4,1,0]헵토-3-일)메탄올과 1,2-에탄디올의 에테르화물 등이 사용될 수 있다.
하나의 예시에서 지환식 에폭시 화합물로는, 2관능형 에폭시 화합물, 즉 2개의 에폭시를 가지는 화합물로서, 상기 2개의 에폭시기가 모두 지환식 에폭시기인 화합물을 사용할 수 있다.
지방족 에폭시 화합물로는, 지환식 에폭시기가 아닌 지방족 에폭시기를 가지는 에폭시 화합물이 예시될 수 있다. 예를 들면, 지방족 다가 알코올의 폴리글리시딜에테르; 지방족 다가 알코올의 알킬렌옥시드 부가물의 폴리글리시딜에테르; 지방족 다가 알코올과 지방족 다가 카복실산의 폴리에스테르 폴리올의 폴리글리시딜에테르; 지방족 다가 카복실산의 폴리글리시딜에테르; 지방족 다가 알코올과 지방족 다가 카복실산의 폴리에스테르 폴리카복실산의 폴리글리시딜에테르; 글리시딜 아크릴레이트 또는 글리시딜 메타크릴레이트의 비닐 중합에 의해 얻어지는 다이머, 올리고머 또는 폴리머; 또는 글리시딜 아크릴레이트 또는 글리시딜 메타크릴레이트와 다른 비닐계 단량체의 비닐 중합에 의해 얻어지는 올리고머 또는 폴리머가 예시될 수 있고, 예를 들면 지방족 다가 알코올 또는 그 알킬렌옥시드 부가물의 폴리글리시딜에테르가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기에서 지방족 다가 알코올로는, 예를 들면, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 2 내지 4의 지방족 다가 알코올이 예시될 수 있고, 예를 들면, 에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 2-부틸-2-에틸-1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸글리콜, 3-메틸-2,4-펜탄디올, 2,4-펜탄디올, 1,5-펜탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 2,4-디에틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,7-헵탄디올, 3,5-헵탄디올, 1,8-옥탄디올, 2-메틸-1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1,10-데칸디올 등의 지방족 디올; 시클로헥산디메탄올, 시클로헥산디올, 수소 첨가 비스페놀 A, 수소 첨가 비스페놀 F 등의 지환식 디올; 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 헥시톨류, 펜티톨류, 글리세린, 폴리글리세린, 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨, 테트라메틸올프로판 등이 예시될 수 있다.
또한, 상기에서 알킬렌옥시드로는, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌옥시드가 예시될 수 있고, 예를 들면, 에틸렌옥시드, 프로필렌옥시드 또는 부틸렌옥시드 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기에서 지방족 다가 카복실산으로는, 예를 들면, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베린산, 아젤라산, 세바신산, 도데칸이산, 2-메틸숙신산, 2-메틸아디프산, 3-메틸아디프산, 3-메틸펜탄이산, 2-메틸옥탄이산, 3,8-디메틸데칸이산, 3,7-디메틸데칸이산, 1,20-에이코사메틸렌디카르복실산, 1,2-시클로펜탄디카르복실산, 1,3-시클로펜탄디카르복실산, 1,2-시클로헥산디카르복실산, 1,3-시클로헥산디카르복실산, 1,4-시클로헥산디카르복실산, 1,4-디카르복실메틸렌시클로헥산, 1,2,3-프로판트리카르복실산, 1,2,3,4-부탄테트라카르복실산, 1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
지방족 에폭시 화합물로는, 지환식 에폭시기를 포함하지 않고, 또한 3개 이상의 에폭시기 또는 3개의 에폭시기를 포함하는 화합물을 사용하는 것이 경화성, 내후성 및 굴절률 특성 등을 고려할 때 적절하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
방향족 에폭시 화합물로는 분자 내에 방향족기를 포함하는 에폭시 화합물로서, 예를 들면, 비스페놀 A 계 에폭시, 비스페놀 F 계 에폭시, 비스페놀 S 에폭시 또는 브롬화 비스페놀계 에폭시와 같은 비스페놀형 에폭시 수지; 페놀노볼락형 에폭시 수지 또는 크레졸노볼락형 에폭시 수지와 같은 노볼락형 에폭시 수지; 크레졸 에폭시 수지 또는 레졸시놀글리시딜에테르 등이 예시될 수 있다.
양이온 중합성 화합물로는, 또한 양이온 중합성 관능기를 가지는 실란 화합물이 예시될 수 있고, 이러한 화합물은, 예를 들면, 접착제의 표면 에너지를 조절하여 접착력을 향상시킬 수 있는 성분으로 사용될 수 있다. 실란 화합물로는, 예를 들면, 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 3]
Si(R1)n(R2)4-n
화학식 3에서 R1은, 규소 원자에 결합되어 있는 양이온 중합성 관능기이고, R2는, 규소 원자에 결합되어 있는 관능기로서 수소, 히드록시기, 알킬기 또는 알콕시기이며, n은 1 내지 4의 수이다.
양이온 중합성 관능기로는, 비닐기와 같은 알케닐기, 글리시딜기 또는 옥세타닐기 등과 같은 고리형 에테르기(cyclic ether) 또는 비닐옥시기 등이나 상기 알케닐기, 고리형 에테르기 또는 비닐옥시기를 포함하는 관능기 등이 예시될 수 있다.
화학식 3에서 n은, 예를 들면 1 또는 2일 수 있다.
상기 실란 화합물로는, 분자쇄의 말단이 알콕시실릴기로 봉쇄되는 저분자량의 실리콘 수지인 실록산 올리고머의 분자 내에 상기 양이온 중합성 관능기가 도입되어 있는 올리고머 타입의 실란 화합물도 사용될 수 있다.
상기 라디칼 중합성 화합물로는, 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기 등과 같은 라디칼 중합성 관능기를 가지고, 중합되어 접착제를 형성할 수 있는 화합물을 사용할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 라디칼 중합성 화합물은, 아크릴 아미드계 화합물일 수 있다. 아크릴아미드계 라디칼 중합성 화합물로는 하기 화학식 4로 표시되는 화합물이 예시될 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00003
화학식 4에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 알킬기 또는 히드록시알킬기이거나, R1 및 R2가 연결되어 질소를 포함하는 헤테로고리 구조를 형성하고, R3는 수소 또는 알킬기이다.
용어 「헤테로고리 구조」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 적어도 2개 이상의 서로 상이한 원자를 고리 구성 원자로 포함하는 고리형 화합물의 구조를 의미할 수 있다. 화학식 4의 경우, 헤테로고리 구조는, 예를 들면, R1 및 R2가 연결되어 있는 상기 화학식 1의 질소를 포함하여 3개 내지 20개, 3개 내지 16개, 3개 내지 12개 또는 3개 내지 8개의 고리 구성 원자를 포함할 수 있다. 상기 질소 이외에 상기 헤테로고리 구조에 포함될 수 있는 원자로는, 탄소, 산소 또는 황이 예시될 수 있고, 헤테로고리 구조를 형성하는 한 상기 R1 및 R2가 연결되어 있는 화학식 4의 질소 외에 추가적인 질소 원자를 포함할 수도 있다. 상기 헤테로고리 구조는 탄소 탄소 이중 결합과 같은 불포화 결합을 포함하지 않을 수도 있고, 필요에 따라서 1개 이상 포함할 수도 있으며, 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다.
화학식 4의 화합물로는, (메타)아크릴아미드, N-알킬 아크릴아미드, N-히드록시알킬 (메타)아크릴아미드 또는 N-아크릴로일 몰포린 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
라디칼 중합성 화합물로는, 또한 헤테로고리형 아세탈 구조를 포함하는 화합물이 예시될 수 있다. 본 명세서에서 용어 「헤테로고리형 아세탈 구조」는, 2개의 산소 원자가 단일 결합에 의해 하나의 동일한 탄소 원자에 결합되어 있는 구조를 포함하는 헤테로고리 구조를 의미할 수 있다. 즉, 상기 화합물은, 예를 들면, 헤테로고리형 아세탈 구조를 포함하는 관능기 및 상기 라디칼 중합성 관능기를 동시에 포함하는 화합물일 수 있다. 상기 화합물은, 예를 들면, 조성물의 점도를 조절하기 위한 희석제로서의 역할을 할 수 있고, 또한 상기 액정층과의 접착력을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
헤테로고리형 아세탈 구조는 4개 내지 20개, 4개 내지 16개, 4개 내지 12개 또는 4개 내지 8개의 고리 구성 원자를 포함할 수 있고, 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다.
헤테로고리형 아세탈 구조로는 하기 화학식 5 또는 6으로 표시되는 구조가 예시될 수 있다. 따라서 상기 라디칼 중합성 화합물은 하기 화학식 5 또는 6의 화합물로부터 유도되는 1가 잔기를 라디칼 중합성 관능기와 함께 포함할 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00004
[화학식 6]
Figure pat00005
화학식 5 또는 6에서 R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 알킬기를 나타내고, Q, P, R 및 T는 각각 독립적으로 탄소 원자 또는 산소 원자이되, Q, P, R 및 T 중 2개는 산소 원자이고, A 및 B는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기 또는 알킬리덴기를 나타낸다.
헤테로고리형 아세탈 구조를 포함하는 라디칼 중합성 화합물로는, 하기 화학식 7로 표시되는 화합물이 예시될 수 있다.
[화학식 7]
Figure pat00006
화학식 7에서 R6는 수소 또는 알킬기를 나타내고, R7은, 상기 화학식 5 또는 6의 구조로부터 유도되는 1가 잔기 또는 상기 1가 잔기로 치환되어 있는 알킬기이다.
화학식 7로 표시되는 화합물로는, (2-에틸-2-메틸-1,3-디옥소란-4일)메틸 아크릴레이트((2-ethyl-2-methyl-1,3-dioxolane-4-yl)methyl acylate), (2-이소부틸-2-메틸-1,3-디옥소란-4-일)메틸아크릴레이트((2-isobutyl-2-methyl-1,3-dioxolane-4-yl) methyl acylate) 또는 (1,4-디옥사스피로[4,5]데크-2-일)메틸 아크릴레이트((1,4-dioxaspiro[4,5]dec-2-yl) methyl acylate) 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
라디칼 중합성 화합물로는, 또한 하기 화학식 8 내지 10 중 어느 하나로 표시되는 단량체가 예시될 수 있다.
[화학식 8]
Figure pat00007
[화학식 9]
Figure pat00008
[화학식 10]
Figure pat00009
화학식 8 내지 10에서, R은 수소 또는 알킬기이고, A, B, T, U 및 W는 각각 독립적으로 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, Q는 알킬기 또는 아릴기이고, n은 0 내지 5의 수이다.
용어 「아릴기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 벤젠을 포함하거나 또는 2개 이상의 벤젠이 축합되거나 결합되어 있는 구조를 포함하는 화합물 또는 그 유도체로부터 유래하는 1가 잔기를 의미할 수 있다. 상기 아릴기는, 예를 들면, 탄소수 6 내지 22, 탄소수 6 내지 16 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기일 수 있으며, 예를 들면, 페닐기, 페닐에틸기, 페닐프로필기, 벤질기, 톨릴기, 크실릴기(xylyl group) 또는 나프틸기 등일 수 있다.
화학식 8에서 n은, 예를 들면, 0 내지 3 또는 0 내지 2의 수일 수 있다. 화학식 8의 화합물로는, 2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸 (메타)아크릴레이트, 6-히드록시헥실 (메타)아크릴레이트, 8-히드록시옥틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸렌글리콜 (메타)아크릴레이트 또는 2-히드록시프로필렌글리콜 (메타)아크릴레이트 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
화학식 9에서 T는, 예를 들면 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기일 수 있고, 상기 화합물로는, 예를 들면, 베타-카복시에틸 (메타)아크릴레이트 등이 예시될 수 있다. 또한, 화학식 10의 화합물에서 Q는, 예를 들면, 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, U 및 W는, 예를 들면, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기일 수 있다. 이러한 화합물로는 2-(2-에톡시에톡시)에틸 (메타)아크릴레이트 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
라디칼 중합성 화합물로는 또한 하기 화학식 11로 표시되는 화합물이 예시될 수 있고, 이러한 화합물은 예를 들면 접착제의 내구성의 향상을 위해서 사용될 수 있다.
[화학식 11]
Figure pat00010
화학식 11에서, R은 수소 또는 알킬기이고, P는 지방족 포화탄화수소 고리형 화합물로부터 유래되는 1가 잔기이다.
화학식 11에서 1가 잔기는, 지방족 포화탄화수소 고리형 화합물, 구체적으로는 탄소 원자가 고리 모양으로 결합하고 있는 화합물로서 방향족 화합물이 아닌 화합물 또는 그 화합물의 유도체로부터 유래하는 1가의 잔기를 의미할 수 있다. 상기 지방족 포화탄화수소 고리형 화합물은, 예를 들면, 탄소수 3 내지 20, 탄소수 6 내지 15 또는 탄소수 8 내지 12의 지방족 포화탄화수소 고리형 화합물일 수 있다. 이러한 1가 잔기로는, 예를 들면, 이소보르닐기(isobornyl), 시클로헥실기, 노르보나닐기(norbornanyl), 노르보네닐기(norbornenyl), 디시클로펜타디에닐기, 에티닐시클로헥산기, 에티닐시클로헥센기 또는 에티닐데카히드로나프탈렌기 등이 예시될 수 있고, 하나의 예시에서는 이소보르닐기가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
라디칼 중합성 화합물로는, 또한 이소시아네이트 관능성 아크릴산 에스테르 화합물이 사용될 수 있다. 상기 화합물로는, 이소시아네이트기 및 아크릴기를 동시에 포함하는 화합물이라면, 특별한 제한 없이 어떠한 화합물도 사용될 수 있다. 상기 화합물로는, 예를 들면, 이소시아네이트 관능성 지방족 아크릴산 에스테르 화합물(isocyanate-functional aliphatic acrylic ester)을 사용할 수 있고, 예를 들면 하기 화학식 12로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 12]
Figure pat00011
화학식 12에서 R은, 수소 또는 알킬기를 나타내고, L은, 2가 탄화수소기를 나타낸다.
화학식 12에서 2가 탄화수소기로는 예를 들면, 2가의 지방족 탄화수소기를 사용할 수 있고, 구체적으로는 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 2가 지방족 탄화수소기가 사용될 수 있다. 상기 2가 탄화수소기에는, 예를 들면, 직쇄상, 분지상 또는 고리상 알킬렌기 또는 알키닐렌기; 직쇄상, 분지상 또는 고리상 알케닐렌기; 또는 직쇄상, 분지상 또는 고리상 알키닐렌기가 포함될 수 있다. 상기 탄화수소기는, 예를 들면 탄소수 1 내지 8의 직쇄상 또는 분지상 알킬렌기 또는 알키닐렌기일 수 있다.
상기 화합물로는, (메타)아크릴로일옥시알킬 이소시아네이트 등이 예시될 수 있고, (메타)아크릴로일옥시(C1 -8)알킬 이소시아네이트, (메타)아크릴로일옥시(C1 -4)알킬 이소시아네이트 또는 (메타)아크릴로일옥시에틸 이소시아네이트 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서 (C1 -8)알킬은, 탄소수 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8의 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형 알킬을 의미하고, (C1 -4)알킬은, 탄소수 1, 2, 3 또는 4의 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형 알킬을 의미한다.
이소시아네이트 관능성 아크릴산 에스테르 화합물로는, 예를 들면, 하기 화학식 13으로 표시되는 화합물도 사용될 수 있다.
[화학식 13]
Figure pat00012
화학식 13에서 R은, 수소 또는 알킬기를 나타내고, Z는, 4가 탄화수소기를 나타낸다.
4가 탄화수소기로는 예를 들면, 4가의 지방족 탄화수소기를 사용할 수 있고, 구체적으로는 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 4가 지방족 탄화수소기가 사용될 수 있다. 예를 들면, 직쇄상, 분지상 또는 고리상 알칸(alkane); 직쇄상, 분지상 또는 고리상 알켄(alkene); 또는 직쇄상, 분지상 또는 고리상 알카인(alkyne)으로부터 유도되는 4가 탄화수소가 포함될 수 있다. 상기 탄화수소기는 예를 들면, 탄소수 1 내지 8의 직쇄상 또는 분지상 알칸으로부터 유도되는 4가 탄화수소기일 수 있다.
상기 화합물로는, Laromer LR9000(BASF(제))의 명칭으로 유통되고 있는 화합물 등이 예시될 수 있다.
리다칼 중합성 화합물로는, 또한 테트라히드로푸르푸릴 (메타)아크릴레이트(tetrahydrofurfuryl (meth)acrylate) 또는 (메타)아크릴로일 몰포린((meth)acryloyl morpholine) 등과 같은 헤테로 고리 잔기를 가지느 화합물도 사용될 수 있다.
접착제로는, 양이온 중합성 화합물로서 지환식 및/또는 지방족 에폭시 화합물을 주성분으로 포함하고, 필요에 따라서 옥세탄 화합물 또는 상기 양이온 중합성 관능기를 가지는 실란 화합물을 희석제 또는 첨가제로서 포함하는 양이온 경화형 접착제 조성물; 라디칼 중합성 화합물로서 상기 아크릴 아미드계 화합물을 주성분으로 포함하고, 필요에 따라서 다른 라디칼 중합성 화합물을 부성분으로 포함하는 라디칼 경화형 접착제 조성물; 라디칼 중합성 화합물로서, 상기 화학식 8 내지 10 중 어느 하나로 표시되는 화합물을 주성분으로 포함하고, 필요에 따라서 다른 라디칼 중합성 화합물을 포함하는 접착제 조성물 또는 상기 에폭시 수지, 또는 상기 지환식 에폭시 화합물과 지방족 에폭시 화합물의 혼합물과 상기 화학식 8 내지 10 중 어느 하나로 표시되는 라디칼 중합성 화합물을 포함하는 혼성 경화형 접착제 조성물을 경화된 상태로 포함하는 접착제가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
접착제 조성물에 포함되는 각 성분 및 각 성분의 비율의 선택은 상기 유리전이온도 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
접착제를 형성하는 접착제 조성물은, 또한 중합 개시제를 추가로 포함할 수 있다. 중합 개시제는 접착제 조성물에 포함되는 성분에 따라서 적절한 종류가 선택될 수 있으며, 예를 들면, 양이온 중합 개시제 및/또는 라디칼 중합 개시제가 사용될 수 있다.
라디칼 중합 개시제로는, 예를 들면 벤조인계, 히드록시케톤 화합물, 아미노케톤 화합물 또는 포스핀 옥시드 화합물 등과 같은 개시제를 사용할 수 있고, 예를 들면, 포스핀 옥시드 화합물 등을 사용할 수 있다. 라디칼 중합 개시제로는, 구체적으로는, 벤조인, 벤조인 메틸에테르, 벤조인 에틸에테르, 벤조인 이소프로필에테르, 벤조인 n-부틸에테르, 벤조인 이소부틸에테르, 아세토페논, 디메틸아니노 아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 2,2-디에톡시-2-페닐아세토페논, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-몰포리노-프로판-1-온, 4-(2-히드록시에톡시)페닐-2-(히드록시-2-프로필)케톤, 벤조페논, p-페닐벤조페논, 4,4'-디에틸아미노벤조페논, 디클로로벤조페논, 2-메틸안트라퀴논, 2-에틸안트라퀴논, 2-t-부틸안트라퀴논, 2-아미노안트라퀴논, 2-메틸티오잔톤(thioxanthone), 2-에틸티오잔톤, 2-클로로티오잔톤, 2,4-디메틸티오잔톤, 2,4-디에틸티오잔톤, 벤질디메틸케탈, 아세토페논 디메틸케탈, p-디메틸아미노 안식향산 에스테르, 올리고[2-히드록시-2-메틸-1-[4-(1-메틸비닐)페닐]프로판논], 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐-포스핀옥시드 및 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐-포스핀옥시드 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 양이온 중합 개시제로는, 예를 들면, 활성 에너지선의 조사에 의하여 양이온 중합을 개시시킬 수 있는 성분을 방출하는 개시제로서, 오늄 염(onium salt) 또는 유기금속염(organometallic salt) 계열의 이온화 양이온 개시제 또는 유기 실란 또는 잠재성 황산(latent sulfonic acid) 계열이나 그 외의 비이온화 화합물 등과 같은 비이온화 양이온 개시제 등이 예시될 수 있다.
상기 접착제 조성물은, 또한, 필요에 따라서, 열경화제, 촉매, UV 경화제, 저분자량체, 실란 커플링제, 산란체, 자외선 안정제, 조색제, 보강제, 충진제, 소포제, 계면 활성제, 광증감제 및 가소제 등의 일종 또는 이종 이상과 같은 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
광학 소자에서 액정층과 편광판은 접착제층으로 직접 부착되어 있을 수도 있고, 필요에 따라서는, 편광판과 접착제층의 사이 또는 액정층과 접착제층의 사이에 프라이머층을 추가로 포함하여 부착되어 있을 수도 있다. 이러한 경우 사용될 수 있는 프라이머층의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 일반적으로 접착성 향상을 위하여 사용되는 다양한 종류가 모두 사용될 수 있다.
액정층과 편광판이 제 1 점착제층에 의해 부착되어 있다면, 제 1 및 제 2 점착제층 중에서 적어도 하나는 25℃에서 저장 탄성률이 0.02 MPa 이상, 0.03 MPa 이상, 0.04 MPa 이상, 0.05 MPa 이상, 0.06 MPa 이상, 0.07 MPa 이상, 0.08 MPa, 0.08 MPa 초과 또는 0.09 MPa 이상일 수 있다. 또한, 액정층과 편광판이 접착제층에 의해 부착되어 있는 경우에는 제 2 점착제층이 상기 범위의 저장 탄성률을 가질 수 있다. 제 1 및/또는 제 2 점착제이 상기 범위의 저장 탄성률을 가질 때, 그 저장 탄성률의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 저장 탄성률은, 0.25 MPa 이하, 0.2 MPa 이하, 0.16 MPa 이하, 0.1 MPa 이하 또는 0.08 MPa 이하일 수 있다. 상기 광학 소자에서 적어도 제 2 점착제층은, 상기 범위의 저장 탄성률을 가질 수 있고, 다른 예시에서는 0.08 MPa를 초과하는 저장 탄성률을 나타낼 수 있다.
제 1 및/또는 제 2 점착제층이 상기 저장 탄성률을 나타내면, 광학 소자가 우수한 내구성을 나타내고, 따라서 예를 들면, 상기 액정층의 위상 지연 특성이 장기간 동안 그리고 가혹한 조건 하에서도 안정적으로 유지되어, 안정적인 광분할 특성을 나타낼 수 있으며, 광학 소자가 적용된 광학 기기에서 빛샘 등과 같은 부작용도 방지될 수 있다. 또한, 광학 소자의 경도 특성이 향상되어, 외부의 압력이나 긁힘 등에 대하여 우수한 저항성을 나타내고, 재작업성도 적절하게 유지될 수 있다.
제 1 및/또는 제 2 점착제층은, 두께가 25 ㎛ 이하, 20 ㎛ 이하 또는 18 ㎛ 이하일 수 있다. 점착제층이 상기 두께를 가지면, 상기 내구성, 경도 특성 및 재작업성 등이 더욱 향상될 수 있다. 점착제층은 두께가 얇을수록 우수한 물성을 나타내는 것으로서, 그 두께의 하한은 특별히 제한되지 않으나, 공정성 등을 고려하여, 예를 들면, 약 1 ㎛ 이상 또는 약 5 ㎛ 이상의 범위에서 조절할 수 있다.
점착제층은 아크릴 점착제, 실리콘 점착제, 에폭시 점착제 또는 고무계 점착제 등을 포함할 수 있다.
점착제층이 아크릴 점착제를 포함하는 경우에, 상기 점착제는, 예를 들면, 열경화성 성분, 활성 에너지선 경화성 성분 또는 열경화성 성분과 활성 에너지선 경화성 성분을 모두 포함하는 점착제 조성물을 경화시켜서 형성할 수 있다.
열경화성 성분을 포함하는 점착제 조성물로 형성된 점착제층은, 다관능성 가교제에 의해 가교된 상태의 아크릴 중합체를 포함할 수 있다.
다관능성 가교제에 의해 가교되는 아크릴 중합체로는, 예를 들면, 분자량이 50만 이상인 아크릴 중합체를 사용할 수 있다. 중합체의 분자량을 50만 이상으로 하여, 가혹 조건 하에서 우수한 내구성을 가지는 점착제층을 형성할 수 있다. 상기 분자량의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 내구성이나, 조성물의 코팅성을 고려하여, 250만 이하의 범위에서 조절할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 아크릴 중합체는, (메타)아크릴산 에스테르 단량체 및 가교성 단량체를 중합 단위로 포함하는 중합체일 수 있다.
(메타)아크릴산 에스테르계 단량체로는, 예를 들면 알킬 (메타)아크릴레이트를 사용할 수 있고, 점착제의 응집력, 유리전이온도 또는 점착성을 고려하여, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기를 가지는 알킬 (메타)아크릴레이트를 사용할 수 있다. 이러한 단량체로는 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, n-프로필 (메타)아크릴레이트, 이소프로필 (메타)아크릴레이트, n-부틸 (메타)아크릴레이트, t-부틸 (메타)아크릴레이트, sec-부틸 (메타)아크릴레이트, 펜틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트, 2-에틸부틸 (메타)아크릴레이트, n-옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소노닐 (메타)아크릴레이트, 라우릴 (메타)아크릴레이트 및 테트라데실 (메타)아크릴레이트 등이 예시될 수 있고, 상기 중 일종 또는 이종 이상이 사용될 수 있다.
상기 중합체는 또한 가교성 단량체를 중합 단위로 추가로 포함할 수 있다. 상기 중합체는, 예를 들면, (메타)아크릴산 에스테르 단량체 80 중량부 내지 99.9 중량부 및 가교성 단량체 0.1 중량부 내지 20 중량부를 중합 단위로 포함할 수 있다. 상기에서 「가교성 단량체」는, 아크릴 중합체를 형성하는 다른 단량체와 공중합될 수 있고, 공중합 후에 중합체에 가교성 관능기를 제공할 수 있는 단량체를 의미한다. 상기 가교성 관능기는, 후술하는 다관능성 가교제와 반응하여 가교 구조를 형성할 수 있다.
가교성 관능기로는, 예를 들면, 히드록시기, 카복실기, 에폭시기, 이소시아네이트기 또는 아미노기와 같은 질소 함유 관능기 등이 예시될 수 있다. 점착 수지의 제조 시에 상기와 같은 가교성 관능기를 부여할 수 있는 공중합성 단량체는 다양하게 공지되어 있다. 가교성 단량체로는, 예를 들면, 2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸 (메타)아크릴레이트, 6-히드록시헥실 (메타)아크릴레이트, 8-히드록시옥틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸렌글리콜 (메타)아크릴레이트 또는 2-히드록시프로필렌글리콜 (메타)아크릴레이트 등과 같은 히드록시기 함유 단량체; (메타)아크릴산, 2-(메타)아크릴로일옥시 아세트산, 3-(메타)아크릴로일옥시 프로필산, 4-(메타)아크릴로일옥시 부틸산, 아크릴산 이중체, 이타콘산, 말레산 및 말레산 무수물 등의 카복실기 함유 단량체 또는 (메타)아크릴아미드, N-비닐 피롤리돈 또는 N-비닐 카프로락탐 등의 질소 함유 단량체 등이 예시될 수 있고, 상기 중 일종 또는 이종 이상의 혼합을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 아크릴 중합체에는, 필요에 따라서 다른 다양한 단량체가 중합 단위로 포함되어 있을 수 있다.
예를 들면, 아크릴 중합체는, 하기 화학식 14로 표시되는 화합물을 중합 단위로 추가로 포함할 수 있다.
[화학식 14]
Figure pat00013
화학식 14에서 R은 수소 또는 알킬기를 나타내고, A는 알킬렌기 또는 알킬리덴기를 나타내며, R16은 알킬기 또는 아릴기를 나타내고, n은 1 내지 6의 수를 나타낸다.
화학식 14의 화합물은, 예를 들어, 점착제층이 후술하는 활성 에너지선 성분의 가교 구조를 포함할 때에, 상기 가교 구조와 열경화성 성분의 가교 구조의 상용성을 높이고, 점착제층의 물성이 적정 범위로 유지되도록 하는 것에 유용할 수 있다.
화학식 14에서 n은, 다른 예시에서는 1 내지 25, 1 내지 15 또는 1 내지 6일 수 있다.
화학식 14의 단량체로는, 알콕시 알킬렌글리콜 (메타)아크릴산 에스테르, 알콕시 디알킬렌글리콜 (메타)아크릴산 에스테르, 알콕시 트리알킬렌글리콜 (메타)아크릴산 에스테르, 알콕시 테트라알킬렌글리콜 (메타)아크릴산 에스테르, 알콕시 폴리에틸렌글리콜 (메타)아크릴산 에스테르, 페녹시 알킬렌글리콜 (메타)아크릴산 에스테르, 페녹시 디알킬렌글리콜 (메타)아크릴산 에스테르, 페녹시 트리알킬렌글리콜 (메타)아크릴산 에스테르, 페녹시 테트라알킬렌글리콜 (메타)아크릴산 에스테르 또는 페녹시 폴리알킬렌글리콜 (메타)아크릴산 에스테르 등이 예시될 수 있다.
화학식 14의 화합물이 포함되는 경우, 그 비율은 목적에 따라서 적절하게 조절될 수 있으며, 예를 들면, 다른 단량체의 중량 대비 10 중량부 내지 50 중량부로 포함될 수 있다.
상기 중합체는 상기 외에도, 예를 들면, (메타)아크릴로니트릴, (메타)아크릴아미드, N-메틸 (메타)아크릴아미드 또는 N-부톡시 메틸 (메타)아크릴아미드와 같은 질소 함유 단량체; 스티렌 또는 메틸 스티렌과 같은 스티렌계 단량체; 글리시딜 (메타)아크릴레이트; 또는 비닐 아세테이트와 같은 카복실산 비닐 에스테르 등과 같은 임의의 단량체를 중합 단위로 추가로 포함할 수도 있다. 이와 같은 추가적인 단량체들은, 전체 중량 비율이 다른 단량체 대비 20 중량부 이하의 범위에서 조절될 수 있다.
아크릴 중합체는, 전술한 각 성분을 필요에 따라 선택 및 배합한 단량체의 혼합물을 용액 중합, 광중합, 괴상(bulk) 중합, 현탁(suspension) 중합 또는 유화(emulsion) 중합과 같은 중합 방식에 적용하여 제조할 수 있다.
점착제층 내에서 상기와 같은 아크릴 중합체를 가교시키고 있는 다관능성 가교제로는, 이소시아네이트 가교제, 에폭시 가교제, 아지리딘 가교제 및 금속 킬레이트 가교제와 같은 일반적인 열경화성 가교제가 예시될 수 있다. 상기에서 이소시아네이트 가교제로는 톨리렌 디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소보론 디이소시아네이트, 테트라메틸크실렌 디이소시아네이트 또는 나프탈렌 디이소시아네이트 등의 다관능성 이소시아네이트 화합물이나, 혹은 상기 다관능성 이소시아네이트 화합물을 트리메틸롤 프로판 등과 같은 폴리올 화합물과 반응시킨 화합물 등이 예시될 수 있다. 에폭시 가교제로는 에틸렌글리콜 디글리시딜에테르, 트리글리시딜에테르, 트리메틸올프로판 트리글리시딜에테르, N,N,N',N'-테트라글리시딜 에틸렌디아민 및 글리세린 디글리시딜에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이 예시될 수 있고, 아지리딘 가교제로는 N,N'-톨루엔-2,4-비스(1-아지리딘카르복사미드), N,N'-디페닐메탄-4,4'-비스(1-아지리딘카르복사미드), 트리에틸렌 멜라민, 비스이소프로탈로일-1-(2-메틸아지리딘) 및 트리-1-아지리디닐포스핀옥시드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이 예시될 수 있으며, 금속 킬레이트 가교제로는, 알루미늄, 철, 아연, 주석, 티탄, 안티몬, 마그네슘 또는 바나듐과 같은 다가 금속이 아세틸 아세톤 또는 아세토초산 에틸 등에 배위하고 있는 화합물 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
열경화성 성분을 포함하는 점착제 조성물 또는 그 조성물로 형성된 점착제층 내에 상기 다관능성 가교제는, 예를 들면, 상기 아크릴 중합체 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 10 중량부 또는 0.01 중량부 내지 5 중량부로 포함되어 있을 수 있다. 가교제의 비율을 0.01 중량부 이상으로 조절하여, 점착제의 응집력을 효과적으로 유지하고, 또한 10 중량부 이하로 조절하면, 점착 계면에서 층간 박리나 들뜸 현상이 발생하는 현상을 방지하고, 내구성을 우수하게 유지할 수 있다. 그러나, 상기 비율은, 목적하는 탄성률 등의 물성이나, 점착제층 등에 다른 가교 구조의 포함 여부 등에 따라서 변경될 수 있다.
활성 에너지선 경화성 성분을 포함하는 점착제 조성물로 형성된 점착제층은, 중합된 활성 에너지선 중합성 화합물의 가교 구조를 포함할 수 있다. 상기 점착제층은, 예를 들면, 활성 에너지선의 조사에 의해 중합 반응에 참여할 수 있는 관능기, 예를 들면, 알케닐기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등을 하나 이상 포함하는 화합물을 배합하여 점착제 조성물을 제조한 후에 그 조성물에 활성 에너지선을 조사하여 상기 성분을 가교 및 중합시킴으로써 형성할 수 있다. 상기에서 활성 에너지선의 조사에 의해 중합 반응에 참여할 수 있는 관능기를 가지는 화합물의 예로는, 상기 아크릴 중합체의 측쇄에 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등의 관능기를 도입한 중합체; 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트 또는 폴리에테르 아크릴레이트 등과 같이 당업계에서 소위 활성 에너지선 경화형 올리고머로 알려져 있는 화합물 또는 후술하는 다관능성 아크릴레이트 등이 예시될 수 있다.
열경화성 성분 및 활성 에너지선 경화성 성분을 포함하는 점착제 조성물로 형성된 점착제층은, 상기 다관능성 가교제로 가교된 아크릴 중합체를 포함하는 가교 구조 및 상기 중합된 활성 에너지선 중합성 화합물의 가교 구조를 동시에 포함할 수 있다.
이러한 점착제층은, 소위 상호침투 고분자 네트워크(Interpenetrating Polymer Network; 이하, 「IPN」)를 포함하는 점착제이다. 용어 「IPN」은 점착제층 내에 적어도 2개 이상의 가교 구조가 존재하는 상태를 의미할 수 있고, 하나의 예시에서 상기 가교 구조들은 서로 얽혀 있는 상태(entanglement), 또는 연결(linking) 또는 침투(penetrating)하고 있는 상태로 존재할 수 있다. 점착제층이 IPN을 포함하면, 가혹 조건에서 내구성이 우수하고, 또한 작업성이나, 빛샘 또는 크로스토크의 억제능이 우수한 광학 소자가 구현될 수 있다.
IPN을 포함하는 점착제층에는, 상기 다관능성 가교제에 의해 가교된 아크릴 중합체에 의해서 구현되는 가교 구조의 다관능성 가교제 및 아크릴 중합체로는, 예를 들면 상기 열경화성 성분을 포함하는 점착제 조성물의 항목에서 기술한 성분이 사용될 수 있다.
중합된 활성 에너지선 중합성 화합물의 가교 구조의 상기 활성 에너지선 중합성 화합물로는, 역시 상기 기술한 화합물이 사용될 수 있다.
하나의 예시에서 활성 에너지선 중합성 화합물은 다관능성 아크릴레이트일 수 있다. 다관능성 아크릴레이트로는, 2개 이상의 (메타)아크릴로일기를 가지는 화합물이라면, 제한 없이 사용할 수 있다.
하나의 예시에서 다관능성 아크릴레이트로는, 분자 내에 고리 구조를 포함하는 것을 사용할 수 있다. 다관능성 아크릴레이트에 포함되는 고리 구조는 탄소환식 구조 또는 복소환식 구조; 또는 단환식 또는 다환식 구조의 어느 것이어도 된다. 고리 구조를 포함하는 다관능성 아크릴레이트로는, 트리스(메타)아크릴록시 에틸 이소시아누레이트 등의 이소시아누레이트 구조를 갖는 단량체 및 이소시아네이트 변성 우레탄 (메타)아크릴레이트(ex. 이소시아네이트 단량체 및 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트의 반응물 등) 등의 6관능형 아크릴레이트 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
IPN을 포함하는 점착제층 내에서 상기 가교 구조를 형성하고 있는 활성 에너지선 중합성 화합물은, 예를 들면, 아크릴 중합체 100 중량부에 대하여, 5 중량부 내지 40 중량부로 포함될 수 있으나, 이는 필요에 따라서 변경될 수 있다.
상기 점착제층에는, 전술한 성분에 추가로 이 분야에서 공지되어 있는 다양한 첨가제가 포함되어 있을 수 있다.
예를 들면, 활성 에너지선 경화성 성분을 포함하는 조성물의 경우, 상기 성분의 중합 반응 등을 촉진하기 위한 광개시제 등을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 점착제층은, 실란 커플링제, 점착성 부여 수지, 에폭시 수지, 경화제, 자외선 안정제, 산화 방지제, 조색제, 보강제, 충진제, 소포제, 계면 활성제 및 가소제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제도 추가로 포함할 수 있다.
점착제층은, 예를 들면, 상기 기술한 각 성분들을 배합하여 제조된 점착제 조성물을 바코터 또는 콤마 코터 등의 수단으로 도포하고, 경화시키는 방식을 사용할 수 있다. 또한, 점착제 조성물을 경화시키는 방법도 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 아크릴 중합체 및 다관능성 가교제의 가교 반응이 진행될 수 있도록 적정 온도에서 조성물을 유지하는 방식과 활성 에너지선 경화성 화합물의 중합이 가능하도록 활성 에너지선을 조사하는 공정을 통하여 경화시킬 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 파장이나 광량 등의 조건은 상기 활성 에너지선 경화형 화합물의 중합이 적절하게 이루어질 수 있는 범위에서 선택될 수 있다.
광학 소자에서 상기 제 1 또는 제 2 점착제층은, 상기 기술한 유형의 점착제 중에서 적절한 종류를 선택하여 형성할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 제 2 점착제층은, 적어도 상기 IPN을 포함하는 점착제층일 수 있고, 상기 제 1 점착제층은, 열경화형 성분의 가교 구조, 즉 다관능성 가교제에 의해 가교된 아크릴 중합체를 포함하는 가교 구조를 가지는 점착제층이거나, 또는 상기 IPN을 포함하는 점착제층일 수 있다.
제 1 또는 제 2 점착제층의 저장 탄성률 및 종류는, 광학 소자의 구체적인 구조에 따라서 보다 적절한 종류가 선택될 수 있다.
광학 소자에는 표면 처리층이 형성되어 있을 수 있다. 예를 들면, 광학 소자는 일면에 표면 처리층이 형성되어 있는 기재층(이하, 보호 기재층)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 일면에 표면 처리층이 형성되어 있는 보호 기재층의 타면, 즉 표면 처리층이 형성되어 있지 않은 면은 예를 들면, 상기 기술한 기재층(이하, 제 1 기재층), 즉 상기 배향층의 하부에 형성되는 기재층에 점착제층(이하, 제 3 점착제층)으로 부착되어 있을 수 있다.
상기에서 보호 기재층으로 상기 기술한 제 1 기재층과 동일한 범주 내에서 선택되는 기재층이 사용될 수 있다.
상기 구조에서 제 2 점착제층은, 25℃에서의 저장 탄성률이 0.02 MPa 이상, 0.05 MPa 이상 또는 0.08 MPa 초과이거나, 0.08 MPa를 초과하고, 0.25 MPa 이하의 범위, 0.09 MPa 내지 0.2 MPa 또는 0.09 MPa 내지 0.16 MPa인 점착제층일 수 있다. 제 2 점착제층은 상기 IPN을 포함하는 점착제층일 수 있다.
상기 구조에서 제 1 점착제층은, 상기 열경화성 성분의 가교 구조를 포함하는 점착제층 또는 IPN을 포함하는 점착제층일 수 있다. 제 1 점착제층은, 25℃에서의 저장 탄성률이 0.02 MPa 이상, 0.05 MPa 이상 또는 0.08 MPa 초과일 수 있다. 제 1 점착제층이 열경화성 성분의 가교 구조를 포함하는 점착제층이면, 25℃에서의 저장 탄성률이 0.02 MPa 내지 0.08 MPa 또는 0.04 MPa 내지 0.08 MPa의 범위에서 조절되고, IPN을 포함하는 점착제층이면, 25℃에서의 저장 탄성률이 0.08 MPa를 초과하고, 0.25 MPa 이하인 범위, 0.09 MPa 내지 0.2 MPa 또는 0.09 MPa 내지 0.16 MPa인 범위에서 조절될 수 있다.
상기에서 제 3 점착제층은, 상기 제 1 또는 제 2 점착제층과 동일한 범주의 저장 탄성률 및 가교 성분을 가지는 점착제가 사용될 수 있다.
하나의 예시에서 제 3 점착제층으로는, 25℃에서의 저장 탄성률이 0.02 MPa 이상, 0.05 MPa 이상 또는 0.08 MPa 초과이거나, 0.08 MPa를 초과하고, 0.25 MPa 이하의 범위, 0.09 MPa 내지 0.2 MPa 또는 0.09 MPa 내지 0.16 MPa인 점착제층이고, IPN을 포함하는 점착제층이 사용될 수 있다.
다른 예시에서 상기 표면 처리층은, 상기 제 1 기재층의 표면, 예를 들면, 제 1 기재층에서 액정층 또는 배향층이 형성되어 있는 표면과는 반대측 표면에 형성되어 있을 수 있다. 이러한 경우, 상기 보호 기재층이나 제 3 점착제층은 광학 소자에 형성되어 있지 않을 수 있다.
이러한 구조에서 상기 제 2 점착제층은, 25℃에서의 저장 탄성률이 0.02 MPa 이상, 0.05 MPa 이상 또는 0.08 MPa 초과이거나, 0.08 MPa를 초과하고, 0.25 MPa 이하의 범위, 0.09 MPa 내지 0.2 MPa 또는 0.09 MPa 내지 0.16 MPa인 점착제층일 수 있고, 상기 제 1 점착제층은 25℃에서의 저장 탄성률이 0.02 MPa 내지 0.08 MPa 또는 0.04 MPa 내지 0.08 MPa인 점착제층일 수 있다. 상기에서 제 2 점착제층은, 상기 IPN을 포함하는 점착제층이고, 제 1 점착제층은 상기 열경화성 성분의 가교 구조를 포함하는 점착제층일 수 있다.
표면 처리층으로는, 고경도층, AG(Anti-glare)층 또는 SG(Semi-glare)층과 같은 눈부심 방지층 또는 AR(Anti reflection)층 또는 LR(Low reflection)층과 같은 저반사층 등이 예시될 수 있다.
표면 처리층은, 기재층의 하나의 주표면 또는 양쪽의 주표면에 형성되어 있거나, 필요한 경우에는 기재층의 측면을 포함한 전체 표면에 수행되어 있을 수도 있다.
상기 고경도층은 500 g의 하중 하에서의 연필 경도가 1H 이상 또는 2H 이상인 층일 수 있다. 상기 연필 경도는, 예를 들면, KS G2603에서 규정된 연필심을 사용하여 ASTM D 3363 규격에 따라 측정할 수 있다.
상기 고경도층은, 예를 들면, 고경도의 수지층일 수 있다. 상기 수지층은, 예를 들면, 상온경화형, 습기경화형, 열경화형 또는 활성 에너지선 경화형 수지 조성물을 경화된 상태로 포함할 수 있고, 하나의 예시에서는, 열경화형 또는 활성 에너지선 경화형 수지 조성물, 또는 활성 에너지선 경화형 수지 조성물을 경화된 상태로 포함할 수 있다. 고경도층의 설명에서 「경화된 상태」란, 상기 각 수지 조성물에 포함되는 성분들이 가교 반응 또는 중합 반응 등을 거쳐서 수지 조성물이 하드(hard)한 상태로 전환된 경우를 의미할 수 있다. 또한, 상기에서 상온경화형, 습기경화형, 열경화형 또는 활성 에너지선 경화형 수지 조성물은, 상기 경화 상태가 상온 하에서 유도되거나, 혹은 적절한 습기의 존재 하, 열의 인가 또는 활성 에너지선의 조사에 의해서 유도될 수 있는 조성물을 의미할 수 있다.
이 분야에서는 경화된 상태에서 전술한 범위의 연필 경도를 만족할 수 있는 다양한 수지 조성물이 알려져 있고, 평균적 기술자는 적합한 수지 조성물을 용이하게 선택할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 수지 조성물은, 주재로서 아크릴 화합물, 에폭시 화합물, 우레탄계 화합물, 페놀 화합물 또는 폴리에스테르 화합물 등을 포함할 수 있다. 상기에서 「화합물」은, 단량체성, 올리고머성 또는 중합체성 화합물일 수 있다.
하나의 예시에서는, 상기 수지 조성물로서, 투명성 등의 광학적 특성이 우수하고, 황변 등에 대한 저항성이 탁월한 아크릴 수지 조성물, 바람직하게는 활성 에너지선 경화형 아크릴 수지 조성물을 사용할 수 있다.
활성 에너지선 경화형 아크릴 조성물은, 예를 들면, 활성 에너지선 중합성의 중합체 성분과 반응성 희석용 단량체를 포함할 수 있다.
중합체 성분으로는, 우레탄 아크레이트, 에폭시 아크릴레이트, 에테르 아크릴레이트 또는 에스테르 아크릴레이트 등과 같이 업계에서 소위 활성 에너지선 중합성 올리고머로 알려진 성분이나, 또는 (메타)아크릴산 에스테르 단량체 등과 같은 단량체를 포함하는 혼합물의 중합물이 예시될 수 있다. 상기에서 (메타)아크릴산 에스테르 단량체로는, 알킬 (메타)아크릴레이트, 방향족기를 가지는 (메타)아크릴레이트, 헤테로시클릭 (메타)아크릴레이트 또는 알콕시 (메타)아크릴레이트 등이 예시될 수 있다. 이 분야야서는 활성 에너지선 경화형 조성물을 제조하기 위한 다양한 중합체 성분이 알려져 있으며, 상기와 같은 화합물이 필요에 따라서 선택될 수 있다.
활성 에너지선 경화형 아크릴 조성물에 포함될 수 있는, 반응성 희석용 단량체로는, 활성 에너지선 경화형 관능기, 예를 들면, 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기 등을 하나 또는 두 개 이상 가지는 단량체가 예시될 수 있고, 예를 들면, 상기 (메타)아크릴산 에스테르 단량체나 다관능성 아크릴레이트 등이 사용될 수 있다. 상기에서 다관능성 아크릴레이트로는, 상기 점착제 항목에서 기술한 화합물 중에서 적절한 종류가 선택될 수 있다.
활성 에너지선 경화형 아크릴 조성물을 제조하기 위한 상기 성분의 선택이나 선택된 성분의 배합 비율 등은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 수지층의 경도 및 기타 물성을 고려하여 조절될 수 있다.
AG(Anti-glare)층 또는 SG(Semi-glare)층으로는, 예를 들면, 요철면이 형성되어 있는 수지층 또는 입자를 포함하는 수지층으로서 상기 입자가 상기 수지층과는 상이한 굴절률을 가지는 입자인 수지층을 사용할 수 있다. 수지층으로는, 예를 들면, 상기 고경도층의 형성에 사용하는 수지층을 사용할 수 있다. 눈부심 방지층을 형성하는 경우에는, 수지층이 반드시 고경도를 나타낼 수 있도록 수지 조성물의 성분을 조절할 필요는 없지만, 고경도를 나타낼 수 있도록 수지층을 형성하여도 무방하다.
수지층에 요철면을 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 수지 조성물의 코팅층을 목적하는 요철 구조를 가지는 금형과 접촉시킨 상태에서 상기 수지 조성물을 경화시키거나, 혹은 수지 조성물에 적절한 입경의 입자를 배합하고, 코팅 및 경화시켜서 요철 구조를 구현할 수 있다.
눈부심 방지층은 또한 수지층과는 굴절률이 상이한 입자를 사용하여 구현할 수도 있다.
하나의 예시에서 상기 입자는, 예를 들면, 수지층과의 굴절률의 차이가 0.03 이하 또는 0.02 내지 0.2일 수 있다. 굴절률의 차이가 지나치게 작으면, 헤이즈를 유발하기 어렵고, 반대로 지나치게 크게 되면, 수지층 내에서의 산란이 많이 발생하여, 헤이즈를 증가시키지만, 광투과도 또는 콘트라스트 특성 등의 저하가 유도될 수 있으므로, 이를 고려하여 적절한 입자를 선택할 수 있다.
수지층에 포함되는 입자의 형상은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 구형, 타원형, 다면체형, 무정형 또는 기타 다른 형상을 가질 수 있다. 상기 입자는, 평균 직경이 50 nm 내지 5,000 nm일 수 있다. 하나의 예시에서는, 상기 입자로서, 표면에 요철이 형성되어 있는 입자를 사용할 수 있다. 이러한 입자는, 예를 들면, 평균 표면 거칠기(Rz)가 10 nm 내지 50 nm 또는 20 nm 내지 40 nm이거나, 및/또는 표면에 형성된 요철의 최대 높이가 약 100 nm 내지 500 nm 또는 200 nm 내지 400 nm이고, 요철간의 폭이 400 nm 내지 1,200 nm 또는 600 nm 내지 1,000 nm일 수 있다. 이러한 입자는, 수지층과의 상용성이나 그 내부에서의 분산성이 우수하다.
상기 입자로는, 다양한 무기 또는 유기 입자가 예시될 수 있다. 무기 입자로는, 실리카, 비결정질 티타니아, 비결정질 지르코니아, 인듐 옥시드, 알루미나, 비결정질 아연 옥시드, 비결정질 세륨 옥시드, 바륨 옥시드, 칼슘 카보네이트, 비결정질 바륨 티타네이트 또는 바륨 설페이트 등이 예시될 수 있고, 유기 입자로는, 아크릴 수지, 스티렌 수지, 우레탄 수지, 멜라민 수지, 벤조구아나민 수지, 에폭시 수지 또는 실리콘 수지 등의 유기계 소재의 가교물 또는 비가교물을 포함하는 입자가 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
수지층에 형성되는 상기 요철 구조 또는 상기 입자의 함량은 특별히 제한되지 않는다. 상기 요철 구조의 형상 또는 상기 입자의 함량은, 예를 들면, AG층의 경우, 상기 수지층의 헤이즈(haze)가 약 5% 내지 15%, 7% 내지 13% 또는 약 10% 정도가 되도록 조절되고, SG층의 경우, 헤이즈가 약 1% 내지 3% 정도가 되도록 조절될 수 있다. 상기 헤이즈는, 예를 들면, 세풍사의 HR-100 또는 HM-150 등과 같은 헤이즈미터(hazemeter)를 사용하여 제조사의 매뉴얼에 따라 측정할 수 있다.
AR(anti reflection)층이나 LR(low reflection)층과 같은 저반사층은, 저굴절 물질을 코팅하여 형성할 수 있다. 저반사층을 형성할 수 있는 저굴절 물질은 다양하게 알려져 있으며, 이는 모두 상기 광학 소자에 적절하게 선택되어 사용될 수 있다. 저반사층은, 저굴절 물질의 코팅을 통하여 반사율이 약 1% 이하가 되도록 형성할 수 있다.
표면 처리층의 형성에는, 또한, 한국 공개 특허 제2007-0101001호, 제2011-0095464호, 제2011-0095004호, 제2011-0095820호, 제2000-0019116호, 제2000-0009647호, 제2000-0018983호, 제2003-0068335호, 제2002-0066505호, 제2002-0008267호, 제2001-0111362호, 제2004-0083916호, 제2004-0085484호, 제2008-0005722호, 제2008-0063107호, 제2008-0101801호 또는 제2009-0049557호 등에서 공지된 소재도 사용될 수 있다.
표면 처리층은, 단독으로 형성되거나, 혹은 2개 이상이 조합되어 형성될 수도 있다. 조합의 예로는, 기재층의 표면에 우선 고경도층을 형성하고, 그 표면에 다시 저반사층을 형성하는 경우가 예시될 수 있다.
광학 소자는, 또한 하기 일반식 2의 조건을 만족할 수 있다.
[일반식 2]
Y ≤ 200 nm
일반식 2에서 Y는 광학 소자를 상기 제 2 점착제층으로 유리 기판에 부착하고, 60℃ 및 10%의 상대 습도에서 150 시간, 300 시간 또는 500 시간 동안 유지한 후에 측정한 상기 광학 소자의 가로 또는 세로 길이의 변화량이다. Y는 또한, 예를 들면, 170 nm 이하, 150 nm 이하, 130 nm 이하, 110 nm 이하, 90nm 이하, 70 nm 이하, 50 nm 이하 또는 40 nm 이하일 수 있다. 상기 Y는 그 수치가 낮을수록 광학 소자가 우수한 내구성 및 치수 안정성을 가지는 것을 의미하므로, 하한은 특별히 제한되지 않는다.
본 출원은 또한 입체 영상 표시 장치에 관한 것이다. 예시적인 입체 영상 표시 장치는 상기 광학 소자를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 입체 영상 표시 장치는, 좌안용 영상 신호(이하, L 신호)와 우안용 영상 신호(이하, R 신호)를 생성할 수 있는 영상 표시 소자를 추가로 포함할 수 있다. 광학 소자의 액정층은 상기 기술한 제 1 및 제 2 영역을 포함할 수 있다. 광학 소자는 상기 액정층의 제 1 및 제 2 영역 중 어느 하나의 영역은 상기 L 신호가 투과될 수 있고, 다른 하나의 영역은 상기 R 신호가 투과될 수 있도록 배치된 상태에서 상기 제 2 점착제층으로 상기 표시 소자에 부착되어 있을 수 있다.
광학 소자는, R 및 L 신호가 표시 소자로부터 출사되어 상기 광학 소자의 편광판을 먼저 투과한 후에 다시 상기 액정층의 각 영역에 입사되도록 배치되어 있을 수 있다.
입체 영상 표시 장치는 상기 광학 소자를 광분할 소자로 포함하는 한, 이 분야에서 공지된 다양한 방식이 모두 적용되어 제조될 수 있다.
도 7은, 예시적인 상기 장치로서, 관찰자가 편광 안경을 착용하고 입체 영상을 관찰할 수 있는 장치를 예시적으로 표시한다.
도 7에 나타난 바와 같이, 상기 장치는, 예를 들면, 광원(401), 편광판(402) 및 상기 영상 표시 소자(403)를 포함하고, 제 2 점착제층(302), 편광판(201) 및 액정층(101)을 순차로 포함하는 광학 소자가 상기 제 2 점착제층(302)으로 상기 표시 소자(403)에 부착되어 있는 구조일 수 있다.
광원(401)으로는 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display) 등에서 일반적으로 사용되는 직하형 또는 에지형 백라이트를 사용할 수 있다.
표시 소자(403)는, 행, 열 또는 행렬 방향으로 배열되어 있는 복수의 단위 화소를 포함하는 투과형 액정 표시 패널일 수 있다. 상기 화소는 하나 또는 2개 이상의 조합되어 R 신호를 생성하는 우안용 영상 신호 생성 영역(이하, RG 영역)과 L 신호를 생성하는 좌안용 영상 신호 생성 영역(이하, LG 영역)을 형성할 수 있다.
RG 및 LG 영역은, 도 8과 같이 각각 공통 방향으로 연장되는 스트라이프상을 가지면서 서로 인접하여 교대로 배치되어 있거나, 도 9와 같이 격자 패턴을 이루면서 서로 인접하여 교대로 배치되어 있을 수 있다. 상기 광학 소자의 액정층(101)에서 상기 제 1 및 제 2 영역은 각각 LC 또는 RC 영역으로서 상기 RG 및 LG 영역의 배치 형태를 고려하여 RG 영역에서 전달되는 R 신호는 편광판(201)을 거쳐서 RC 영역으로 입사되고, L 신호는 편광판(201)를 거쳐서 LC 영역으로 입사될 수 있도록 배치되어 있을 수 있다.
영상 표시 소자(403)는, 예를 들면 광원(401)측 방향에서부터 순차로 배치된 제 1 투명 기판, 화소 전극, 제 1 배향막, 액정층, 제 2 배향막, 공통 전극, 컬러 필터 및 제 2 투명 기판 등을 포함하는 액정 패널일 수 있다. 상기 패널의 광 입사측, 즉 광원(401)측에는 편광판(402)이 부착되어 있고, 그 반대측에는 상기 광학 소자가 부착되어 있을 수 있다. 편광판(402)에 포함되는 편광자와 상기 광학 소자의 편광판(201)에 포함되는 편광자는, 예를 들면 양자의 흡수축이 서로 소정의 각도, 예를 들면 90도를 이루도록 배치되어 있을 수 있다. 이에 의해 광원(401)로부터 사출되는 표시 소자(403)를 거쳐서 투과하거나, 혹은 차단되도록 할 수 있다.
구동 상태에서 표시 장치(8)의 광원(401)으로부터 무편광된 광이 편광판(402)측으로 출사될 수 있다. 편광판(402)으로 입사된 광 중에서, 상기 편광판(402)의 편광자의 광 투과축과 평행한 방향으로 편광축을 가지는 광은 편광판(402)을 투과하여 표시 소자(403)로 입사될 수 있다. 표시 소자(403)로 입사되어 RG 영역을 투과한 광은 R 신호가 되고, LG 영역을 투과한 광은 L 신호가 되어서 광학 소자의 편광판(201)로 입사된다.
편광판(201)을 거쳐서 액정층(101)으로 입사된 광 중에서 LC 영역을 투과한 광과 RC 영역을 투과한 광은 서로 다른 편광 상태를 가지는 상태로 각각 배출된다. 이와 같이 서로 상이한 편광 상태를 가지게 된 R 신호와 L 신호는 편광 안경을 착용하고 있는 관찰자의 우안 및 좌안에 각각 입사될 수 있고, 이에 따라 관찰자는 입체 영상을 관찰할 수 있다.
본 출원의 예시적인 광학 소자는, 광분할 소자, 예를 들면, 입사되는 광을 서로 편광 상태가 상이한 2종류 이상의 광으로 분할하는 소자일 수 있다. 상기 광학 소자는, 예를 들면, 입체 영상을 구현하는 것에 사용될 수 있다.
도 1 및 2는, 액정층의 제 1 및 제 2 영역의 배치를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 제 1 및 제 2 영역의 광축의 배치를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 4 내지 6은, 광학 소자를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, 입체 영상 표시 장치를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 8 및 9는, RG 영역과 LG 영역의 배치를 나타내는 모식적인 도면이다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 상기 광학 소자를 보다 상세히 설명하지만, 상기 광학 소자의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해서 제한되는 것은 아니다.
1. 액정층의 내구성 평가
액정층의 내구성은, 실시예 및 비교예에서 의해 제조된 광학 소자에 대하여 내구 테스트 후에 발생하는 위상차 값의 변화율을 측정하여 평가하였다. 광학 소자를 가로 및 세로의 길이가 10 cm이 되도록 재단한 후에 점착제층으로 유리 기판에 부착하고, 내열 조건인 80℃에서 100시간 또는 250시간 동안 방치한 후, 상기 내열 조건에 방치되기 전의 액정층의 위상차 수치 대비 방치 후의 위상차 수치의 감소량을 백분율로 환산하여 내구성 평가에 사용하였다.
내구성 평가 시의 기준은 하기와 같다.
<평가 기준>
O: 내열 조건에서 100 시간 및 250 시간 방치 후의 위상차 수치의 변화량이 모두 8% 미만인 경우
X: 내열 조건에서 100 시간 및 250 시간 방치 후의 위상차 수치의 변화량이 어느 하나의 경우이든 8% 이상인 경우
2. 크로스토크 평가
입체 영상의 관찰 시에 크로스토크율은, 암 상태(Dark state)와 명 상태(Bright stat)에서의 휘도의 비율로 정의될 수 있다. 실시예 및 비교예에서는, 상기 광학 소자가 편광 안경 방식의 입체 영상 표시 장치에 적용된 경우를 상정하여, 크로스토크율은 하기 방식으로 측정한다. 광학 소자를 사용하여 도 7에 나타난 바와 같은 입체 영상 표시 장치를 구성한다. 그 후, 입체 영상 표시 장치의 통상의 관측 지점에 입체 영상 관찰용 편광 안경을 위치시킨다. 상기에서 통상의 관측 지점은, 관찰자가 입체 영상을 관찰하는 경우, 입체 영상 표시 장치의 중앙으로부터 상기 입체 영상 표시 장치의 수평 방향의 길이의 3/2배에 해당하는 거리만큼 떨어진 지점이고, 이러한 위치에서 편광 안경은 관찰자가 표시 장치의 중앙을 관찰하는 것을 가정하여, 위치시킨다. 상기에서 입체 영상 표시 장치의 수평 방향 길이는, 관찰자가 입체 영상을 관찰하는 상태를 가정할 때, 상기 관찰자를 기준으로 한 수평 방향의 길이, 예를 들면, 영상 표시 장치의 가로의 길이일 수 있다. 상기와 같은 배치에서 입체 영상 표시 장치가 L 신호를 출력하도록 한 상태에서 편광 안경의 좌안용 및 우안용 렌즈의 배면에 휘도계(장비명: SR-UL2 Spectrometer)를 배치하고, 각각의 경우의 휘도를 측정한다. 상기에서 좌안용 렌즈의 배면에서 측정되는 휘도는 명 상태의 휘도이며, 우안용 렌즈의 배면에서 측정되는 휘도는 암 상태의 휘도이다. 각 휘도를 측정한 후에, 명 상태의 휘도에 대한 암 상태의 휘도의 비율([암 상태의 휘도]/[명 상태의 휘도])을 백분율로 구하여, 이를 크로스토크율(Y)로 규정할 수 있다. 또한, 크로스토크율은 또한 상기와 동일한 방식으로 측정하되, 입체 영상 표시 장치가 R 신호를 출력하고 있는 상태에서 명 및 암 상태에서의 휘도를 구하여 측정할 수 있다. 이 경우, 좌안용 렌즈의 배면에서 측정되는 휘도는 암 상태의 휘도이며, 우안용 렌즈의 배면에서 측정되는 휘도는 명 상태의 휘도이고, 동일하게 그 비율을 백분율로 구하여 크로스토크율로 규정할 수 있다.
3. 위상차 및 굴절률의 평가
광학 소자 또는 액정층의 위상차 및 굴절률의 평가는 Axomatrix사의 Axoscan을 이용하여 제조사의 매뉴얼에 따라 550 nm의 파장에 대하여 측정하였다.
4. 두께 및 광학 소자의 가로 또는 세로 길이의 평가
광학 소자의 가로 또는 세로 길이의 측정은 3차원 측정기인 인텍 아이엠에스사의 Premium 600C 및 IView Pro 프로그램을 사용하여 측정하였다. 또한, 액정층 등의 두께 측정은, 박막 표면에서 반사광과 하부의 계면에서 반사되는 광 사이의 간섭 현상 또는 광의 위상차를 이용하여 박막의 특성을 평가할 수 있는 장비인 spectral reflectometer를 이용하여 측정하였다.
제조예 1. 액정층(A)의 제조
TAC 기재(굴절률: 1.49, 두께: 80,000 nm)의 일면에 광배향층 형성용 조성물을 건조 후의 두께가 약 1,000 Å이 되도록 코팅하고, 80℃의 오븐에서 2 분 동안 건조시켰다. 광배향층 형성용 조성물로는, 하기 화학식 15의 신나메이트기를 갖는 폴리노르보넨(분자량(Mw) = 150,000) 및 아크릴 단량체의 혼합물을 광개시제(Igacure 907)와 혼합하고, 다시 그 혼합물을 톨루엔 용매에 폴리노르보넨의 고형분 농도가 2 wt%가 되도록 용해시켜 제조한 조성물을 사용하였다(폴리노르보넨: 아크릴 단량체:광개시제 = 2:1:0.25(중량비)).
[화학식 15]
Figure pat00014
이어서, 상기 건조된 광배향층 형성용 조성물을 대한민국 특허출원 제2010-0009723호에 개시된 방법에 따라 배향 처리하여, 서로 다른 방향으로 배향된 제 1 및 제 2 배향 영역을 포함하는 광배향층을 형성하였다. 상기 건조된 조성물의 상부에 폭이 약 450 ㎛인 스트라이프 형상의 광투과부 및 광차단부가 상하 및 좌우로 교대로 형성되어 있는 패턴 마스크를 위치시키고, 또한 상기 패턴 마스크의 상부에는 각각 서로 다른 편광을 투과시키는 두개의 영역이 형성된 편광판을 위치시켰다. 그 후, 상기 광배향층이 형성되어 있는 TAC 기재(30)를 약 3 m/min의 속도로 이동시키면서, 상기 편광판 및 패턴 마스크를 매개로 광배향층 형성용 조성물에 자외선(300 mW/cm2)을 약 30초 동안 조사하여 배향 처리를 수행하였다. 이어서, 배향 처리된 배향층 상에 액정층을 형성하였다. 구체적으로는, 액정 조성물로서 하기 화학식 A로 표시되는 다관능성 중합성 액정 화합물 70 중량부 및 하기 화학식 B로 표시되는 단관능성 중합성 액정 화합물 30 중량부를 포함하고, 적정량의 광개시제를 포함하는 액정 조성물을 약 1 ㎛ 의 건조 두께가 되도록 도포하고, 하부의 배향층에 배향에 따라 배향시킨 후에, 자외선(300mW/cm2)을 약 10초 동안 조사하여 액정을 가교 및 중합시켜, 하부 광배향층의 배향에 따라서 서로 직교하는 광축을 가지는 제 1 및 제 2 영역이 형성되어 있는 액정층을 형성하였다. 상기 액정층에서 지상축 방향의 굴절률과 진상축 방향의 굴절률의 차이는 약 0.125였다.
[화학식 A]
Figure pat00015
[화학식 B]
Figure pat00016

제조예 2 내지 9. 액정층 (B) 내지 액정층(I)의 제조
제조예 1의 경우와 동일한 방식으로 액정층을 형성하되, 액정층을 형성한 후에 지상축 방향과 진상축 방향에서 굴절률의 차이가 0.03이 되도록 액정 혼합물의 조성을 조절하여 두께가 약 0.3 ㎛, 1 ㎛ 및 2.5 ㎛인 액정층을 각각 형성하였다(제조예 2 내지 4). 또한, 제조예 1과 동일한 액정 화합물을 사용하여 동일한 방식으로 액정층을 제조하되, 두께가 약 0.3 ㎛ 및 2.5 ㎛인 액정층을 각각 형성하였다(제조예 5 및 6). 또한, 제조예 1과 동일한 방식으로 액정층을 형성하되, 액정층을 형성한 후에 지상축 방향과 진상축 방향에서 굴절률의 차이가 0.22가 되도록 액정 혼합물의 조성을 조절하여 두께가 약 0.3 ㎛, 1 ㎛ 및 2.5 ㎛인 액정층을 각각 형성하였다(제조예 7 내지 9). 상기 제조예 각 액정층의 두께 및 굴절률의 차이를 하기 표 1에 기재하였다.
굴절률의 차이 두께(㎛)
제조예 2 액정층(B) 0.03 0.3
제조예 3 액정층(C) 0.03 1
제조예 4 액정층(D) 0.03 2.5
제조예 5 액정층(E) 0.125 0.3
제조예 6 액정층(F) 0.125 2.5
제조예 7 액정층(G) 0.22 0.3
제조예 8 액정층(H) 0.22 1
제조예 9 액정층(I) 0.22 2.5
굴절률의 차이: 액정층의 며면내 지상축 방향의 굴절률과 진상축 방향의 굴절률의 차이
제조예 10. 액정층(J)의 제조
제조예 1과 동일한 방식으로 액정층을 형성하되, 액정 조성물의 배합 시에 다관능성 중합성 액정 화합물(화학식 A) 55 중량부 및 단관능성 중합성 액정 화합물(화학식 B) 45 중량부를 배합하여 제조예 1과 동일한 방식으로 액정층을 제조하였다. 상기 액정층에서 지상축 방향의 굴절률과 진상축 방향의 굴절률의 차이는 약 0.125였고, 액정층의 두께는 1 ㎛였다.
실시예 1.
광학 소자를 다음과 같은 방식으로 제조하였다. 제조예 1에서 제조된 구조, 즉 TAC 기재, 배향층 및 액정층이 순차로 형성된 구조에서 액정층을 일면에 폴리비닐알코올 편광자 및 상기 편광자의 양측에 형성된 편광자 보호 필름(TAC 필름)을 포함하는 일반적인 편광판과 공지의 점착제를 사용하여 부착하였다. 구체적으로는, 상기 액정층에 점착제 조성물을 경화 후의 두께가 1 ㎛가 되도록 도포한 후에 그 상부에 상기 편광판을 라미네이트하고, 적정 조건에서 상기 조성물을 경화시켜서 편광판과 액정층을 부착하였다. 그 후, 편광판의 편광자 보호 필름의 일면에 통상적인 아크릴계 점착제층을 형성하여, TAC 기재, 배향층, 액정층, 점착제층, TAC 필름(편광자 보호 필름), 폴리비닐알코올 편광자, TAC 필름(편광자 보호 필름) 및 점착제층을 순차로 포함하는 구조의 광학 소자를 제조하였다.
실시예 2.
제조예 10에서 제조된 액정층을 사용한 것을 제외하면, 실시예 1과 동일하게 광학 소자를 제조하였다.
비교예 1 내지 8,
각각 제조예 2 내지 9에서 제조된 액정층을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광학 소자를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 광학 소자에 대하여 액정층의 내구성 및 크로스토크율을 평가하여 하기 표 2에 기재하였다.

 액정층 크로스토크율
(%)		 액정층
내구성
굴절률 차이 두께(㎛)
실시예 1 액정층(A) 0.125 1 0.5 ○
실시예 2 액정층(J) 0.125 1 0.5 ○
비교예 1 액정층(B) 0.03 0.3 79.5 ○
비교예 2 액정층(C) 0.03 1 45.3 ○
비교예 3 액정층(D) 0.03 2.5 10.3 ○
비교예 4 액정층(E) 0.125 0.3 36 ○
비교예 5 액정층(F) 0.125 2.5 177.4 ○
비교예 6 액정층(G) 0.22 0.3 14.6 ○
비교예 7 액정층(H) 0.22 1 30.7 ○
비교예 8 액정층(I) 0.22 2.5 121.6 ○
A, B: 액정층의 제 1 및 제 2 영역
L: 제 1 영역과 제 2 영역의 경계선
θ1, θ2: 제 1 또는 제 2 영역의 광축이 경계선(L)과 이루는 각도
101: 액정층
102: 배향층
103: 기재층
201, 402: 편광판
302: 제 2 점착제층
301: 제 1 점착제층
401: 광원
403: 영상 표시 소자
LG: 좌안용 영상 신호 생성 영역
RG: 우안용 영상 신호 생성 영역

Claims (15)

  1. 액정 화합물을 포함하고, 면 내 지상축 방향의 굴절률과 진상축 방향의 굴절률의 차이가 0.05 내지 0.2이며, 두께가 0.5 ㎛ 내지 2.0 ㎛인 액정층을 포함하는 광학 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 액정층은 하기 일반식 1을 만족하는 광학 소자:
    [일반식 1]
    X < 8%
    상기 일반식 1에서 X는 상기 액정층의 초기 위상차 수치 대비 상기 액정층을 80℃에서 100시간 동안 방치한 후의 상기 액정층의 위상차 수치의 변화량의 절대값의 백분율이다.
  3. 제 1 항에 있어서, 액정층은 단관능성 중합성 액정 화합물 및 다관능성 중합성 액정 화합물을 포함하는 광학 소자.
  4. 제 3 항에 있어서, 액정층은, 단관능성 중합성 액정 화합물을 다관능성 중합성 액정 화합물을 100 중량부 대비 100 중량부 이하로 포함하는 광학 소자.
  5. 제 1 항에 있어서, 액정 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 광학 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00017

    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 치환기이거나, R1 내지 R5 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍 또는 R6 내지 R10 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하되, 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 치환기 중 적어도 하나의 쌍은 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 pat00018

    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-P이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하되, R11 내지 R15 중 적어도 하나가 -O-Q-P이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 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.
  6. 제 1 항에 있어서, 액정 화합물은 수평 배향된 상태로 액정층에 포함되어 있는 광학 소자.
  7. 제 1 항에 있어서, 액정층에는, 서로 상이한 위상 지연 특성을 가지는 제 1 및 제 2 영역이 형성되어 있는 광학 소자.
  8. 제 1 항에 있어서, 기재층을 추가로 포함하고, 액정층이 상기 기재층의 일면에 형성되어 있는 광학 소자.
  9. 제 8 항에 있어서, 기재층과 액정층의 사이에 배향층을 추가로 포함하는 광학 소자.
  10. 제 1 항에 있어서, 액정층에 부착되어 있으며, 편광자를 포함하는 편광판을 추가로 포함하는 광학 소자.
  11. 제 10 항에 있어서, 액정층에는, 서로 상이한 방향으로 형성된 광축을 가지는 제 1 및 제 2 영역이 형성되어 있고, 상기 제 1 영역의 광축과 상기 제 2 영역의 광축이 이루는 각도를 이등분하는 선은 편광자의 광 흡수축과 수직 또는 수평을 이루는 광학 소자.
  12. 제 10 항에 있어서, 편광판은 접착제층 또는 점착제층에 의해 액정층에 부착되어 있는 광학 소자.
  13. 제 1 항의 광학 소자를 포함하는 입체 영상 표시 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 좌안용 영상 신호와 우안용 영상 신호를 생성할 수 있는 영상 표시 소자를 추가로 포함하는 입체 영상 표시 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 광학 소자의 액정층에는, 서로 위상 지연 특성이 상이한 제 1 및 제 2 영역이 형성되어 있고, 광학 소자는, 상기 제 1 및 제 2 영역 중 어느 하나의 영역은 좌안용 영상 신호가 투과될 수 있고, 다른 하나의 영역은 우안용 영상 신호가 투과될 수 있도록 배치되어 있는 입체 영상 표시 장치.
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