KR20110055471A - 반사 폴라라이저 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 0.02보다 작은 복굴절률을 갖고 실질적으로 무정형 나노 복합 재료인 제 1 폴리머 및 제 2 폴리머를 포함하는 필름을 압출하고 스트레칭하는 단계(상기 제 1 폴리머는 주요상이고, 상기 제 2 폴리머는 분산 소수상이다)를 포함하되, 전자기 방사의 일 편광 상태에 대한 제 1 축을 따라 동시에 취해진 상기 제 1 및 제 2 폴리머는 확산 반사도(R1d), 정반사도(R1s), 총 반사도(R1t), 확산 투과율(T1d), 정반사 투과율(T1s), 및 총 투과율(T1t)을 나타내고, 전자기 방사의 다른 편광 상태에 대한 제 2 축을 따르는 확산 반사도(R2d), 정반사도(R2s), 총 반사도(R2t), 확산 투과율(T2d), 정반사 투과율(T2s), 및 총 투과율(T2t)을 나타내며, 상기 제 1 및 제 2 축은 직교하고, 조성, Tg 및 굴절률의 파라미터 및 상기 제 1 및 제 2 폴리머의 스트레칭 온도 및 스트레칭 비율은 (1) R1d는 R1s보다 크고 (2) T2t/(1-0.5(R1t+R2t)) > 1.35를 만족하도록 선택되는 확산성 반사 폴라라이저를 제조하는 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 내부에 분산된 제 2 폴리머를 갖는, 실질적으로 무정형 나노-복합 재료이고 거의 등방성 재료인 제 1 폴리머를 갖는 필름을 포함하는 확산성 반사 폴라라이저 제조 방법에 관한 것이다.
반사 편광 필름은 일 편광의 광을 투과시키고 직교 편광의 광을 반사한다. 이는 광 효율을 향상시키는 LCD에서 유용한다. 다양한 필름은 LCD에서 디퓨저(diffuser)를 필요로 하지 않을 수 있고, 이에 따라 LCD의 복잡성을 감소시키기 때문에 더 매력적인 확산성 반사 폴라라이저(polarizer)들 중에서 반사 편광 필름의 기능을 달성하는 데에 개시되어 왔다. 미국 특허 제5,783,120호는 (또한 즉, 50중량%이상의 블렌드를 포함하는 여기서 주요상으로 불리는) 제 1 연속상 및 (또한 즉, 50중량% 미만의 블렌드를 포함하는 여기서 소수상으로 불리는) 제 2 분산상을 갖는 비혼화성 블렌드를 포함한 필름을 포함하는 확산성 반사 편광 필름을 교시하되, 제 1 상은 적어도 0.05의 복굴절률을 갖는다. 필름은 하나 이상의 방향으로, 일반적으로 스트레칭(streching)에 의해, 배향된다. 분산상 입자의 크기와 형상, 분산상의 부피 일부, 필름 두께 및 배향의 양은 결과적인 필름에서 원하는 파장의 전자기 방사의 총 투과 및 확산 반사의 원하는 정도를 달성하도록 선택된다. 표 1 내지 표 4에서 도시된 124개의 실시예들 중에서, PEN이 소수상이고 sPS가 주요상인 실시예 번호 6, 8, 10을 제외하고는, 대부분은 소수상으로서 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)(실시예 1) 또는 신디오택틱 폴리스티렌(sPS)(다른 실시예들)을 갖는, 주요상 및 복굴절 상으로서 폴리에티렌 나프탈레이트(PEN)을 포함한다. 이들 124개의 모든 실시예들에서 주요상은 반결정 폴리머를 포함한다.
전체적인 투과율 및 반사도를 도시하였던 표 1의 실시예 6, 8, 10은 만족스럽지 않았다. FOM = T prep / (1 - 0.5*(R perp + R para ))로 정의된 성능지수(figure of merit; FOM)은 1.27보다 작았다. 표 2에서 실시예 42 내지 49는 투과율 및 반사도 데이터를 갖지 않았고 전혀 개시되지 않았다.
(미국 특허 제5,783,120호의 표 1)
상이한 특징을 갖는 무기함유물로 충진된 필름은 독특한 광학 투과성 및 반사 특성을 갖는다. 그러나, 무기함유물로 충진된 폴리머로 이루이진 광학 필름은 다양한 문제를 겪는다. 일반적으로, 무기 입자와 폴리머 매트릭스 사이의 접착은 약하다. 또한, 매트릭스와 함유물 사이의 결합이 발휘되지 않고 강성 무기함유물이 파괴될 수 있기 때문에, 응력 또는 변형이 매트릭스를 가로질러 가해질 때 필름의 광학 특성은 감소된다. 더욱이, 무기함유물의 정렬은 제조를 더 복잡하게 하는 고려사항 및 공정 단계를 요구한다.
다른 필름은 내부에 분산된 액정을 변조하는 광의 액적(droplet)을 갖는, 선명한 광 투과성 연속 폴리머 매트릭스로 구성된다. 재료의 스트레칭은 구형상으로부터 스트레칭의 방향에 평행한 타원의 긴 축을 갖는, 타원체형상으로 액정 액적의 뒤틀림을 초래한다.
종래 기술의 한계를 회피하는 연속상 및 분산상을 갖는 필름을 포함하는 향상된 확산성 반사 폴라라이저에 대한 필요가 존재한다. 향상된 반사 폴라라이저는 상대적으로 저렴한 재료이고 결정 또는 반결정보다는 무정형이어서 헤이즈(haze)를 최소화하는 주요상을 가져야만 하고, 그래서 재료의 3차원 축을 따르는 2 개의 상들 사이의 굴절률 불일치는 편리하고 영구적으로 조정되어 원하는 정도의 확산 반사, 확산 투과, 정반사, 정반사 투과를 달성한다. 또한 필름은 바람직하게는 응력, 변형율, 온도차, 습기, 전기장 및 자기장에 대하여 안정적이어야 하고, 필름은 사소한 수준의 무지갯빛을 갖는다. 이런 필요는 미국 특허 제7,583,440호('440 특허)에 의해 충족된다. 그러나, 단지 꽤 제한된 많은 재료가 '440 특허에 따른 확산성 반사 폴라라이저를 제조하는 데에 이용가능하다. 그렇기에, 확산성 반사 폴라라이저의 광학 성능은 광학 특성 특히, 굴절률 및 복굴절을 조절하는 제한된 가능성으로 인해 발휘되지 않을 수 있다. 따라서, 공지된 반사 폴라라이저의 한계를 회피하는 제어가능한 굴절률을 갖는 주요상 및 분산 소수상을 갖는 필름을 포함하는 향상된 확산성 반사 폴라라이저에 대한 필요가 존재한다.
본 발명은 0.02보다 작은 복굴절률을 갖고 실질적으로 무정형 나노 복합 재료인 제 1 폴리머 및 제 2 폴리머를 포함하는 필름을 압출하고 스트레칭하는 단계(상기 제 1 폴리머는 주요상이고, 상기 제 2 폴리머는 분산 소수상이다)를 포함하되, 전자기 방사의 일 편광 상태에 대한 제 1 축을 따라 동시에 취해진 상기 제 1 및 제 2 폴리머는 확산 반사도(R1d), 정반사도(R1s), 총 반사도(R1t), 확산 투과율(T1d), 정반사 투과율(T1s), 및 총 투과율(T1t)을 나타내고, 전자기 방사의 다른 편광 상태에 대한 제 2 축을 따르는 확산 반사도(R2d), 정반사도(R2s), 총 반사도(R2t), 확산 투과율(T2d), 정반사 투과율(T2s), 및 총 투과율(T2t)을 나타내며, 상기 제 1 및 제 2 축은 직교하고, 조성, Tg 및 굴절률의 파라미터 및 상기 제 1 및 제 2 폴리머의 스트레칭 온도 및 스트레칭 비율은 (1) R1d는 R1s보다 크고 (2) T2t/(1-0.5(R1t+R2t)) > 1.35를 만족하도록 선택되는 확산성 반사 폴라라이저를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 제 1 폴리머 및 제 2 폴리머를 포함하는 조성물을 제공하는 단계(상기 제 1 폴리머는 싸이클릭 블록 코폴리머이고 약 0.02보다 작은 복굴절률을 가지며 주요상이고, 상기 제 2 폴리머는 분산 소수상이되, 상기 제 1 폴리머의 굴절률은 상기 제 2 폴리머보다 배향만큼 덜 조정될 수 있다); 및 전자기 방사의 적어도 하나의 편광에 대하여 적어도 하나의 축을 따르는 상기 조성물의 확산 반사도가 약 50%보다 클 때까지 선택된 온도 범위 및 선택된 스트레칭 비율로 상기 조성물을 스트레칭하는 단계를 포함하는 확산성 반사 폴라라이저를 제조하는 방법을 더 제공한다.
도 1은 폴라라이저가 상당한 복굴절인 분산 소수상 및 거의 또는 완전히 광학적으로 등방성인 주요상을 포함하고, 2 개의 외부(보호)층들 사이에 위치된 코어층을 갖는 본 발명에 따라 제조된 확산성 반사 폴라라이저를 도시하는 개략적인 사시도이다.
도 2는 연속 무정형상 및 그 내부에 분산된 나노 스케일 입자들을 함유한 제 1 폴리머 나노 복합 주요상 및 그 내부에 분산된 제 2 폴리머 소수상을 포함하는 확산성 반사 폴라라이저층의 개략적인 단면도이다.
도 3은 2 개의 보호층들이 제거된 도 1에 도시된 확산성 반사 폴라라이저를 도시하는 개략적인 사시도이다.
도 4는 주요상 재료도 아니고 분산 소수상 재료도 아닌 재료로 형성된 2 개의 보호층들을 갖는 확산성 반사 폴라라이저를 도시하는 개략적인 사시도이다.
도 2는 연속 무정형상 및 그 내부에 분산된 나노 스케일 입자들을 함유한 제 1 폴리머 나노 복합 주요상 및 그 내부에 분산된 제 2 폴리머 소수상을 포함하는 확산성 반사 폴라라이저층의 개략적인 단면도이다.
도 3은 2 개의 보호층들이 제거된 도 1에 도시된 확산성 반사 폴라라이저를 도시하는 개략적인 사시도이다.
도 4는 주요상 재료도 아니고 분산 소수상 재료도 아닌 재료로 형성된 2 개의 보호층들을 갖는 확산성 반사 폴라라이저를 도시하는 개략적인 사시도이다.
정의:
용어 "정반사도(specular reflectivity)", "정반사(specular reflection)" 또는 "정반사율(specular reflectance)"(Rs)는 정반사각 주위에 중심이 있는 16도의 정점각을 갖는 이머전트 콘(emmergent cone)으로의 광선의 투과율을 가리킨다. 용어 "확산 반사도diffuse reflectivity", "확산 반사(diffuse reflection)" 또는 "확산 반사율(diffuse reflectance)"(Rd)은 상기에 정의된 정반사 콘 외부에 존재하는 광선의 반사율을 가리킨다. 용어 "총 반사도(total reflectivity)", "총 반사율(total reflectance)" 또는 "총 반사(total reflection)"(Rt)는 표면으로부터의 모든 광의 조합된 반사율을 가리킨다. 따라서, 총 반사는 정반사 및 확산 반사의 합이다.
유사하게, 용어 "정반사 투과(specular transmission)" 및 "정반사 투과율(specular transmittance)"(Ts)은 정반사 방향 주위에 중심이 있는 16도의 정점각을 갖는 이머전트 콘으로의 광선의 투과에 대하여 여기서 사용된다. 용어 "확산 투과(diffuse transmission)", 및 "확산 투과율(diffuse transmittance)"(Td)은 상기에 정의된 정반사 콘 외부에 존재하는 모든 광선의 투과에 대하여 여기서 사용된다. 용어 "총 투과(total transmission)" 또는 "총 투과율(total transmittance)"(Tt)은 광학체를 통과하는 모든 광의 조합된 투과를 가리킨다. 따라서, 총 투과는 정반사 투과 및 확산 투과의 합이다. 일반적으로, 각각의 확산성 반사 폴라라이저는 전자기 방사의 일 편광 상태에 대한 제 1 축을 따르는 확산 반사도(R1d), 정반사도(R1s), 총 반사도(R1t), 확산 투과율(T1d), 정반사 투과율(T1s), 및 총 투과율(T1t), 및 전자기 방사의 다른 편광 상태에 대한 제 2 축을 따르는 확산 반사도(R2d), 정반사도(R2s), 총 반사도(R2t), 확산 투과율(T2d), 정반사 투과율(T2s), 및 총 투과율(T2t)에 의해 특징지어진다. 제 1 축 및 제 2 축은 상호 간에 수직이고, 각각은 확산성 반사 폴라라이저의 두께 방향에 대하여 수직이다. 일반적인 손실없이, 제 1 축 및 제 2 축은 제 1 축을 따르는 총 반사도가 제 2 축을 따르는 총 반사도보다 크고(즉, R1t > R2t) 제 1 축을 따르는 총 투과율이 제 2 축을 따르는 총 투과율보다 작은 것(즉, T1t < T2t)과 같이 선택된다.
여기서, 사용된 바와 같은, 확산 반사도, 정반사도, 총 반사도, 확산 투과율, 정반사 투과율, 총 반사율은 일반적으로 미국 특허 제5,783,120호에 정의된 바와 같이 동일한 의미를 갖는다.
성능지수(
FOM
)
본 발명에 따라 제조된 확산성 반사 폴라라이저는 다음의 수학식 1 및 수학식 2 모두를 만족한다.
수학식 1
R1d > R1s
수학식 2
FOM ≡ T2t/(1-0.5(R1t+R2t)) > 1.35
수학식 1은 본 발명의 반사 폴라라이저가 반사에 있어서 정반사보다 확산인 것을 나타낸다. 와이어 그리드 폴라라이저(예를 들어, 유타, 오렘의 Moxtex, Inc.로부터 이용가능한 것), 미네소타, 세인트 폴의 3M에 의해 제조된, Vikuiti™ 듀얼 휘도 향상 필름과 같은 다중층 인터피어런스(interference)-기반의 폴라라이저. 또는 콜레스테롤 액정 기반의 반사 폴라라이저는 확산보다 정반사인 것이 주목된다.
수학식 2는 확산성 반사 폴라라이저에 대한 성능지수를 정의한다. 성능지수(FOM)가 1.35보다 크다면 필름이 반사 폴라라이저로서 정의된다는 것을 이런 수학식은 언급한다. 편광 재순환을 위하여, 중요한 것은 총 반사 및 총 투과이고, 그래서 단지 총 반사 및 총 투과는 상이한 반사 폴라라이저들을 순서 배열하기 위하여 FOM을 산출하는 데에 사용된다. 성능 지수는 LCD에서 사용된 후면 폴라라이저와 같은 흡수 폴라라이저 및 반사 폴라라이저의 총 광 처리량을 설명하고, 광 재순환이 확산 리플렉터(reflector) 또는 이의 등가물을 사용하여 이루어지는 LCD 시스템에 적용하는 수학식(1) 
와 본질적으로 동일하다. R은 재순환 반사 필름의 반사도 또는 각각의 광 재순환에 연관된 효율을 설명한다는 것이 주목된다. 이상적인 경우에, R은 1과 동일하고, 이는 광 재순환에서 광 손실이 존재하지 않는다는 것을 의미한다. R이 1보다 작을 때, 광 재순환 경로에서 약간의 광 손실이 존재한다. 성능 지수의 다른 형태가 사용될 수 있으나, 반사 폴라라이저의 상대적인 순서는 동일하게 남아있다는 것이 또한 주목된다. 반사 폴라라이저의 성능을 수량화하고 순서배열하기 위하여, FOM ≡ T2t/(1-0.5(R1t+R2t))은 이런 적용에 사용될 것이다. 더 높은 T2t/T1t 또는 R1t/R2t을 갖는 반사 폴라라이저가 필수적으로 더 낮은 소광비를 갖는 것보다 양호하게 수행하지 않을 수 있기 때문에 소광비인 T2t/T1t 또는 R1t/R2t는 반사 폴라라이저를 설명하는 데에 적합하지 않을 수 있다. 이상적인 종래의 흡수 폴라라이저에 대하여, T2t = 1이고, R1t = R2t = 0이며, 그래서 FOM = 1이다. 이상적인 반사 폴라라이저에 대하여, T2t = 1이고, R1t = 1이며, R2t = 0이고, 그래서 FOM = 2이다. 주요상(major phase)으로서 sPS를 갖는 미국 특허 제5,783,120호의 실시예 번호 6, 8, 10에서 설명된 바와 같이, 확산성 반사 폴라라이저는 FOM < 1.27을 가졌고, 이는 만족스럽지 않다.
제 1 및 제 2 폴리머의 광학 특성을 조절함으로써, 본 발명에 따른 확산성 반사 폴라라이저는 1.35보다 큰, 더 바람직하게는 1.5보다 큰 FOM 값을 가질 수 있었다. 비록 미국 특허 제5,783,120호에 개시된 바와 같이 몇몇 확산성 반사 폴라라이저가 1.35보다 큰 FOM을 가졌더라도, 이는 0.05보다 큰 복굴절률을 갖는 주요상 및 더 낮은 복굴절률을 갖는 분산 상으로 구성되었다.
무정형(
amorphous
) 및
반결정
폴리머
유리 전이 온도(Tg) 아래로부터 Tg + 300℃까지의 범위에 있는 온도에 걸친 시차주사열량측정(DSC) 테스트 동안에 결정화(발열성) 또는 용융(흡열성) 피크를 생성하지 않는 폴리머는 무정형이라고 한다. 정반대로, 이러한 피크가 DSC 테스트에서 기록되지 않는다면, 폴리머 재료는 반결정이다. DSC 테스트는 당업계의 당업자에게는 꽤 공지된 것이다.
실질적인 무정형, 나노 복합 재료
이런 적용 내내, 실질적인 무정형 나노 복합 재료는 상기에 정의된 바와 같은 적어도 연속 무정형상 및 적어도 하나의 추가상을 포함하는 이중 또는 다중 상 무정형 재료를 가르키고, 추가상은 연속 무정형상 내의 작은 도메인들로 분산되며, 도메인들은 적어도 하나의 치수(dimension)에서 광의 파장보다 작은 특징 치수(characteristic dimension)를 가지는 즉, 나노 스케일 도메인이어서, 이들 도메인들이 재료를 통과하는 광의 산란을 유발하지 않으나 재료의 효율적인 광학 특성(굴절률 및 복굴절률)을 조절하는 데에 사용될 수 있도록 한다. 나노 스케일 분산 재료는 무정형 또는 결정, 유기질 또는 무기질일 수 있다. 이들 도메인들은 또한 형상에 있어 구형 또는 비구형일 수 있다.
본 발명에서, 상승된 온도에서 스트레칭하는 동안 열적으로 결정화되고 이에 따라 원치않는 수준의 헤이즈를 생성하는 경향 때문에 반결정 폴리머는 확산성 반사 필름의 주요상에서 사용에 꽤 적합하지 않다. 이런 문제는 '440 특허에 극복되었고, 이는 주요상에서 무정형 폴리머의 사용이 제안되었다. 그러나, '440 특허와 달리, 본 발명에서의 주요상은 순수한 무정형 재료보다 실질적인 무정형 나노 복합 재료를 포함한다. 이런 접근법은 산란에 의한 광 투과율의 손실없이 확산성 반사 필름에서 주요상의 광학 특성의 더 양호한 제어를 허용한다.
비혼화성
및 상용성
폴리머
블렌드
용융 상태에서 함께 혼합될 때 열역학적으로 비상용성인 폴리머는 비혼화성이라고 한다. 이러한 폴리머는 굵은 모폴로지(mophology)를 갖는 상이한 상으로 분리될 것이고, 폴리머 성분의 상이한 특징을 유지하고 상들 사이의 약한 접착을 나타내는 각 상을 갖는, 비균질 블렌드를 생성할 것이다. 한편 상용성 블렌드(compatible blend)는 미세한 상 모폴로지 및 블렌드를 포함하는 폴리머 도메인들 사이의 양호한 접착을 나타낸다.
주요상
,
소수상
,
연속상
,
이산상
및
분산상
주요상 및 소수상(minor phase)은 상이한 중량부를 갖는 상을 갖는 혼합물에서 열역학적으로 상이한 상들이다. 주요상은 50%보다 큰 중량부를 갖는 반면에, 소수상은 50%보다 작은 중량부를 갖는다. 유사하게, 혼합물에서 연속상은 50%보다 큰 부피부를 갖는 열역학적으로 상이한 상이고, 혼합물에서 이산상은 50%보다 작은 부피부를 갖는 열역학적으로 상이한 상이다. 분산상은 소수상 또는 50%보다 작은 부피부를 갖는 상이다.
복굴절률
, 약한 복굴절 및 거의 광학적인
등방성
수량(nx - ny)은 평면상의 복굴절률(Δnin)을 가리키고, 여기서 nx 및 ny는 x 및 y 방향으로의 굴절률이며; x는 x-y 평면에서 최대 굴절률의 방향으로서 취해지고 y 방향은 이에 수직으로 취해지며; x-y 평면은 층의 표면 평면에 평행하고; d는 z-방향으로의 층의 두께이다. (Δnin)의 값은 일반적으로 파장 λ=550㎚에서 부여된다.
수량[nz-(nx+ny)/2]은 평면 외부의 복굴절률(Δnth)을 가리키고, 여기서 nz는 z 방향으로의 굴절률이다. 만약 nz > (nx+ny)/2이면, Δnth는 양(양 복굴절)이고, 만약 nz < (nx+ny)/2이면, Δnth는 음(음 복굴절)이다. Δnth의 값은 일반적으로 파장 λ=550㎚에서 부여된다.
여기서 사용된 바와 같이, "거의 광학적으로 등방성(nearly optically isotropic)" 또는 "약한 복굴절(weakly birefringent)"은 스트레칭 이후에, 재료가 0.02보다 작은 복굴절률을 갖는 것을 의미한다.
본 발명은 주요상을 형성하는 실질적으로 무정형 나노 복합 재료인 제 1 폴리머 및 소수상을 형성하는 제 2 폴리머를 갖는, 제 1 폴리머를 포함하는 확산성 반사 폴라라이저에 관한 것이고, 주요상은 거의 등방성이며, 이러한 확산성 반사 폴라라이저를 제조하는 방법은 도면을 참조함으로써 여기 아래에서 설명된다. 본 발명의 확산성 반사 폴라라이저는 LCD와 같은 디스플레이 장치에서 효과적으로 채택되어 광 효율을 향상시킨다.
이제 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 확산성 반사 폴라라이저(30)는 실질적으로 무정형 나노 복합 재료이고 약 0.02보다 작은 복굴절율을 갖는 제 1 폴리머를 갖는, 주요상인 제 1 폴리머상(14) 및 제 1 폴리머 주요상 내에 분산된 제 2 폴리머상(12)을 갖는 비혼화성 블렌드를 포함하는 필름(10)을 포함한다. 제 1 폴리머 주요상(14)은 무정형 연속상(15) 및 연속상(15) 내의 나노 스케일 도메인(16)들로 분산된 추가상을 갖는, 추가상을 더 포함하는 나노 복합물이다. 분산된 도메인(16)들은 적어도 하나의 치수에서 광의 파장보다 작은 특징 치수를 가져 이들 도메인들은 제 1 폴리머 주요상(14)을 통과하는 광의 산란을 유발하지 않는다. 그러나, 이는 효과적인 제 1 폴리머 주요상(14)의 굴절률을 조정할 수 있다. 이들 도메인들은 도 2에서 일정한 비율로 도시되지 않는다. 제 2 폴리머는 일반적으로 반결정이고, 분산된 소수상(12)의 굴절률은 제 1 축을 따라 약 0.05보다 큰 만큼, 제 1 축에 직교하는 제 2 축을 따라 약 0.05보다 작은 만큼 주요상(14)과 상이하고 이에 한정되지 않으며; 전자기 방사의 적어도 하나의 편광에 대한 적어도 하나의 축을 따라 동시에 취해진 제 1 및 제 2 상의 확산 반사도는 적어도 약 50%이다. 일반적으로, 나노 스케일 도메인(16)들의 크기는 적어도 하나의 치수에서 소수상(12)보다 적어도 10배 작다.
선택적으로, 확산성 반사 폴라라이저(30)는 추가층들(예를 들어, 보호층들 또는 "스킨(skin)"층들(20A, 20B)이 도 1에 도시됨)을 포함할 수 있고, 추가층들은 다중상 복합 필름의 스트레칭을 용이하게 하거나 반사 폴라라이저의 하나 이상의 물리적, 화학적 또는 열적 특성을 향상시키거나 코어층에 대한 물리적인 보호를 제공하기 위하여 채택될 수 있다.
주요상의 농도는 적어도 51중량%인 반면에, 분산 소수상의 농도는 필름(10)에서 총 재료의 50중량%보다 작다. 바람직하게는 주요상은 적어도 60중량%이고, 분산 소수상은 40중량%보다 작다.
제 1 폴리머 주요상은 분산 나노 스케일 도메인들 이외에 단일 폴리머 또는 둘 이상의 혼화성 폴리머를 포함할 수 있다. 분산 소수상인 제 2 폴리머상은 또한 단일 폴리머 또는 둘 이상의 혼화성 폴리머를 포함할 수 있다. 일반적으로, 두 개의 상들 각각은 단지 단일 폴리머를 포함한다. 하지만, 둘 이상의 혼화성 폴리머의 블렌드는 용융 점도, Tg, 물리적 특성, 열적 특성, 굴절률 등과 같은 다양한 특성을 최적화하거나 변경하기 위하여 어느 하나의 상에서 효과적으로 채택될 수 있다.
주요상을 포함하는 하나 이상의 폴리머는 실질적으로 무정형 나노 복합이고, 투과성이며, 약한 복굴절이다. 분산 소수상을 포함하는 하나 이상의 폴리머는 투과성이고, 상당히 복굴절이며, 일반적으로 반결정이나 이에 한정되지 않는다. 제 1 폴리머에서 낮은 복굴절 값은 꽤 낮은 응력-광학 계수를 갖는 폴리머를 선택하는 것, 매트릭스의 응력-광학 계수를 낮추는 나노 스케일 재료를 분산시키는 것, 및/또는 Ts > Tg ,1 + 30 ℃(여기서, Tg ,1은 주요상의 유리 전이 온도이다)인, 주요상을 포함하는 폴리머의 유리 전이 온도 위에 맞는 온도(Ts)에서 필름을 스트레칭함으로써 달성되고, 재료가 스트레칭 후에 응고됨에 따라, 분자 배향은 현저하게 완화되고 0.02 아래, 바람직하게는 0.01 아래, 더 바람직하게는 0.005 아래로 평면상의 복굴절의 수준을 감소시키도록 한다. 실질적인 무정형 나노 복합 주요상에서 사용을 위한 폴리머의 실시예는 다공성 실리카 지지된 금속 이종 촉매를 사용하여 실질적으로 완전 수소화된 음이온적으로 중합된 비닐 방향족 공액 디엔 블록 코폴리머(substantially fully hydrogenating anionically polymerized vinyl aromatic-conjugated diene block copolymer)에 의해 생성된 싸이클릭 블록 코폴리머(CBC)를 포함한다.
수소화 이전에, 비닐 방향족/공액 디엔 블록 코폴리머는 상이한 블록, 테이퍼진(tapered) 블록 또는 방사성 블록을 포함하는 어떤 공지된 구조를 가질 수 있다. 교대 비닐 방향족 블록(vinyl aromatic block) 및 공액 디엔 블록(conjugated diene block)을 포함하는 상이한 블록 구조체는 특히 이러한 블록 구조체가 비닐 방향족 말단 블록을 갖는 각 경우에, 트리블록 코폴리머 또는 펜타블록 코폴리머를 산출할 때, 바람직한 결과를 산출한다. 펜타블록 코폴리머는 특히 바람직한 블록 코폴리머를 구성한다. 비닐 방향족 블록은 원하는 바와 같이 동일하거나 상이한 분자량을 가질 수 있다. 유사하게, 공액 디엔 블록은 동일하거나 상이한 분자량을 가질 수 있다.
일반적인 비닐 방향족 모노머는 비닐 안트라센, 비닐 나프탈렌, 비닐 바이페닐, 부틸 스티렌, 프로필 스티렌, 에틸 스티렌의 모든 이성체, 비닐 톨루엔(특히 파라비닐 톨루엔)의 모든 이성체, 알파-메틸스티렌, 스티렌 등 또는 이의 혼합물을 포함한다. 블록 코폴리머는 각 비닐 방향족 블록에서 하나 이상의 중합된 비닐 방향족 모노머를 포함할 수 있다. 비닐 방향족 블록은 바람직하게는 스티렌을 포함하고, 더 바람직하게는 본질적으로 스티렌으로 구성되고, 훨씬 더 바람직하게는 스티렌으로 구성된다.
공액 디엔 블록은 2 개의 공액 이중 결합을 갖는 어떤 모노머를 포함할 수 있다. 예시적이나 한정되지 않는 공액 디엔 모노머의 실시예는 부타디엔, 2-메틸-1, 3-부타디엔, 2-메틸-1, 3-펜타디엔, 이소프렌, 또는 이의 혼합물을 포함한다. 비닐 방향족 블록을 갖는 것과 같이, 블록 코폴리머는 하나(예를 들어, 부타디엔 또는 이소프렌) 또는 하나보다 많이(예를 들어, 부타디엔 및 이소프렌) 포함할 수 있다. 수소화 이전에, 블록 코폴리머에서 바람직한 공액 디엔 폴리머 블록은 폴리부타디엔 블록, 폴리이소프렌 블록 또는 혼합된 폴리부타디엔/폴리이소프렌 블록을 포함할 수 있다. 수소화 이전에, 블록 코폴리머는 하나의 폴리부타디엔 블록 및 하나의 폴리이소프렌 블록을 포함할 수 있는 반면에, 바람직한 결과는 수소화 이전에 단독 폴리부타디엔 블록 또는 단독 폴리이소프렌 블록인 공액 디엔 블록을 갖는 블록 코폴리머에 따른다. 단일 디엔 모노머에 대한 선호는 주로 제조 단순화로부터 기인한다. 모든 경우에, 폴리머 백본으로의 디엔 함침의 마이크로구조체는 실질적으로 또는 완전히 무정형인 CBC 폴리머를 달성하기 위하여 제어될 수 있다.
각각의 비닐 방향족 블록이 스티렌(S)을 포함하고 각각의 공액 디엔 블록이 부타디엔(B) 또는 스티렌(S)를 포함하는 예시적인 바람직한 비닐 방향족/공액 디엔 블록 코폴리머는 SBS 및 SIS 트리블록 코폴리머 및 SBSBS 및 SISIS 펜타블록 코폴리머를 포함한다. 블록 코폴리머가 트리블록 코폴리머 또는 더 바람직하게는 펜타블록 코폴리머일 수 있는 반면에, 블록 코폴리머는 하나 이상의 추가 비닐 방향족 폴리머 블록, 하나 이상의 추가 공액 디엔 폴리머 블록 또는 하나 이상의 추가 비닐 방향족 폴리머 블록 및 하나 이상의 추가 공액 디엔 폴리머 블록 모두를 갖는 멀티(multi) 블록, 또는 스타(star) 블록 코폴리머(예를 들어, 커플링을 통해 생성된 것)일 수 있다. 원한다면, 하나는 2 개의 블록 코폴리머(예를 들어, 2 개의 트리블록 코폴리머, 2 개의 펜타블록 코폴리머 또는 하나의 트리블록 코폴리머와 하나의 펜타블록 코폴리머)의 블렌드를 사용할 수 있다. 또한 하나는 단일 블록 내의 2 개의 상이한 디엔 모노머를 사용할 수 있고, 이는 예를 들어 SIBS와 같이 도시될 수 있는 구조체를 제공할 것이다. 이들 대표적인 구조체는 본 발명의 구체예에서 제 1 폴리머로서 사용에 적합할 수 있는 블록 코폴리머를 도시하나 이에 한정하지 않는다.
"실질적으로 완전 수소화된(substantially fully hydrogenated)"은 수소화 이전에 비닐 방향족 블록에 존재하는 이중 결합의 95%가 수소화되거나 포화되고, 수소화 이전에 디엔 블록에 존재하는 이중 결합의 97%가 수소화되거나 포화되는 것을 의미한다. 블록의 상대 길이, 총 분자량, 블록 구조(예를 들어, 디블록, 트리블록, 펜타 블록, 멀티 아암의(multi-armed) 방사성 블록 등) 및 공정 조건을 변경함으로써, 다양한 형태의 나노구조체 모폴로지는 이런 블록 코폴리머로부터 획득되고 이에 의해 주요상의 광학 특성을 변경할 수 있다. 특정하나 이에 한정되지 않는 실시예들은 래밀라 모폴로지(lamellar morphology), 이중연속 자이로이드(gyroid) 모폴로지, 실린더 모폴로지 및 구형 모폴로지 등을 포함한다. 블록 코폴리머의 마이크로상 분리 거동 및 모폴로지는 꽤 공지된 것이고 예를 들어, 1998년, 옥스포드 유니버시티 프레스에서 발간된, Ian Hamley의 The Physics of Block Copolymers에서 발견될 수 있다. 특히 바람직한 CBC 폴리머는 수소화 이전에, 55 내지 80중량%로부터의 스티렌의 양 및 20 내지 45중량%로부터의 공액 디엔의 양을 갖는 것이다.
꽤 분산된 무기 나노 스케일 입자와 블렌딩된(blended) 무정형이고 상당한 투과성이 있는 폴리머는 실질적인 무정형 나노 복합 재료의 다른 실시예이다.
주요상에서 CBC 폴리머는 비블록 폴리머 또는 하나의 블록을 갖는 코폴리머와 블렌딩될 수 있다. 예시적인 비블록 폴리머 및 코폴리머는 수소화된 비닐 방향족 호모폴리머 또는 랜덤 코폴리머, 싸이클릭 올레핀 폴리머(COPs), 싸이클릭 올레핀 코폴리머(COCs), 아크릴 폴리머, 아크릴 코폴리머 또는 이의 혼합물을 포함하나 이에 한정되지 않는다. CBC 재료와 블렌딩될 때, 비블록 폴리머 또는 코폴리머는 블록 코폴리머의 하나의 상과 혼화되고, 블록 코폴리머의 하나의 상 내에서 격리된다.
COCs 및 COPs는 본 발명의 주요상을 위한 혼화성 블렌드 성분으로서 특히 관심이 있다. 이런 싸이클릭 올레핀 재료는 현저하게 글래스형(glass-like) 유기 재료이다. COC 재료는 가시 영역에서 91%의 발광 투과율을 갖는다. 높은 투과율 및 높은 아베 넘버(58)(Abbe number) 이외에, COC 레진은 산란 또는 흡수에 의한 최소 광 손실을 보장하는, 꽤 낮은 헤이즈 및 황색도를 갖는다. 낮은 광학 비등방성을 갖는 무정형 폴리머로서, 이들은 또한 PMMA만큼 낮거나 PMMA보다 낮은 꽤 낮은 응력-광학 계수 및 고유의 낮은 복굴절률을 가져, 하중 하에서 낮은 복굴절률을 유지하도록 한다. COC 레진의 등급은 상당히 높은 온도에 단기간 노출에 잘 견디게 하는 170℃(338℉)만큼 높은 열 변형 온도로 이용가능하다. COC 레진은 우수한 습기 제어를 제공한다. 이는 거의 2배의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)의 습기 배리어 및 5 배의 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)의 습기 배리어를 갖는다. COC 레진은 환경친화적이고, 용이한 처리를 허용한다. 연소에서, 이는 유독가스를 생성하지 않으나 단지 수분과 이산화탄소를 생성한다.
소수상에서 복굴절률의 높은 값은 상대적으로 높은 응력-광학 계수를 갖는 재료를 사용하고 Tg ,2 < Ts < Tg ,2 + 30℃(여기서, Tg ,2는 분산 소수상의 Tg이다)인 온도(Ts)에서 스트레칭함으로써 달성된다. 소수상에서의 사용에 적합한 폴리머의 실시예는 폴리에스테르, 폴리아미드 및 폴리에스테르-아미드 및 반결정 폴리머의 다른 클래스(class)를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 특정하나 이에 한정되지 않는 실시예는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리(에틸렌 나프탈레이트)(PEN), 및 싸이클로헥실 디메틸렌 모이어티(moiety)를 함유한 폴리에스테르를 포함한다.
본 발명의 일 구체예에서, 소수 분산상은 상용성 폴리에스테르 블렌드 및 트랜스에스테르화 반응을 실질적으로 억제하는 수단을 포함한다. 폴리에스테르 블렌드는 하나 이상의 폴리에스테르 또는 적어도 하나의 폴리에스테르 및 폴리카보네이트를 포함할 수 있다. 트랜스에스테르화 억제제는 폴리머 공정 산업에서 상당히 공지된 것이고 일반적으로 인 화합물을 포함한다. 본 발명에서의 사용에 적합한 트랜스에스테르화 억제제는 유기포스파이트 예를 들어, 트리페닐 포스파이트, 비스(2,4-디-t-부틸페닐)펜타에리트리톨 디포스파이트, 디-n-옥타데실 포스파이트, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트, 트리스(모노노닐페닐)포스파이트, 트리메틸 포스파이트, 트리에틸 포스파이트 및 다른 것들을 포함하나 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 확산성 반사 폴라라이저는 예를 들어, 반사 방지, 주변광 억제, 조사 향상, 광 콜리메이션(collimation), 광 배향, 광 확산, 광 발산, 시야각 향상, 편광 등의 기능을 제공하는 필름을 포함하는 LCD와 같은 디스플레이 장치에 일반적으로 채택된 하나 이상의 다른 광학 필름과의 조합으로 사용될 수 있다.
본 발명의 확산성 반사 폴라라이저는 다중 단계 공정에 의해 생산된다. 우선, 제 1 주요상 및 제 2 분산상을 포함하는 모든 성분들은 원하는 조성으로 동시에 건조 블렌딩된다. 블렌딩은 이축 압출기 또는 스태틱 믹서(static mixer)를 포함하는 추가적인 용융 블렌딩 단계를 포함할 수 있다. 혼합물은 압출기로 공급되고 이어서 시팅 다이(sheeting die) 또는 멀티-매니폴드 다이(multi-manifold die)를 통하여 롤 스택(roll stack) 또는 캘린더(calender)로 캐스팅된다(cast). 캐스팅된 시트는 필름의 분산 소수상에서 원하는 복굴절 수준을 유도하기 위하여 스트레칭 단계를 겪는다. 조성에 맞춘, 스트레칭은 시트 압출 후에 바로 라인(line)에서 완료될 수 있거나, 라인을 벗어난 별도의 단계에서 수행될 수 있다. 어느 하나의 경우에서, 시트는 우선 Tg ,2 < Ts < Tg ,2 + 30℃와 같은 온도(Ts)로 가열되고, 이어서 기계 방향(machine direction) 또는 크로스 기계방향(cross machine direction) 또는 모든 방향을 따라 단축으로 스트레칭되어 분산 소수상에서 원하는 수준의 평면상의 복굴절을 생성한다. 따라서, 스트레칭 온도는 다음의 조건을 충족해야 한다.
Tg ,1 < Ts
Tg ,2 < Ts < Tg ,2 + 30℃
여기서, Tg ,1은 실질적으로 무정형 나노 복합 주요상의 유리 전이 온도이고, Tg,2는 소수상을 포함하는 제 2 폴리머의 유리 전이 온도이다.
주요상이 높은 응력-광학 계수를 갖고 이어서 Ts - Tg ,1 > 30℃이면, 즉 스트레칭 온도는 주요상에서 낮은 복굴절을 달성하기 위하여 주요상의 유리 전이 온도과 비교하여 상대적으로 높아야만 한다(즉, 스트레칭 및 응고 후에 주요상의 복굴절은 0.02보다 작아야만 한다).
비록 스트레칭 비율의 더 넓은 범위가 고려될 수 있더라도, 일반적으로 연장 또는 스트레칭 비율은 3배 내지 7배의 범위에 있다. 스트레칭은 당업계에서 당업자에게 꽤 공지된 많은 방법을 사용하여 완료될 수 있다. 비록 저지되지 않는 스트레칭이 바람직하더라도, 몇몇의 경우에 스트레칭된 필름의 엣지는 스트레칭 단계 동안에 저지될 수 있다. 미국 특허 제5,783,120호의 접근법과 비교하여, 본 발명은 종래 기술에서 정의된 제한없이 우수한 광학 성능 및 더 낮은 비용의 가능성을 갖는재료 및 선택의 넓은 범위를 제공한다.
스트레칭 이후에, 본 발명의 반사 폴라라이저의 총 두께는 25 내지 1000마이크론으로 변경되는 것으로 예측된다. 일반적으로, 약 100 내지 500 마이크론의 총 두께는 치수 안정성 및 편광 재순환의 원하는 정도를 달성하기에 충분하다.
도 1을 참조하여, 상기에 언급된 바와 같이, 본 발명의 일 구체예에서 필름(10)의 각 측 상에 보호층들(20A, 20B)를 갖는 반사 폴라라이저(30)가 생산된다. 보호층은 일반적으로 공압출되고, 필름(10)과 함께 동시에 스트레칭되며 분산 소수상의 조성과 유사하거나 거의 동일한 재료를 포함할 수 있다. 스트레칭된 시트는 최종적으로 냉각되고 롤 상에 감긴다. 보호층들(20A, 20B)은 영구적으로 필름(10)에 부착될 수 있거나 반사 폴라라이저가 LC 디스플레이에 조립되기 전에 몇 번 벗겨질 수 있다. 보호층들의 벗겨짐은 도 3에 도시되고 보호층들이 필름(10)에 약한 접착력에 의해 고정되는 것을 요구한다. 이런 접착의 수준은 적합한 표면계면활성제, 폴리머 계면활성제, 가소제 및 다양한 다른 첨가제의 첨가에 의해 제어될 수 있다. 대안적으로 보호층들과 필름(10) 사이의 접착은 도 4에 도시된 바와 같이 타이층(tie layer)의 첨가에 의해 향상될 수 있고, 여기서 층들(22A, 22B)은 필름(10)과 상응하는 보호층들(21A, 22B) 사이에 위치된 타이층들을 나타낸다. 타이층에서의 사용에 적합한 재료는 필름(10) 및 보호층들(21A, 21B)에 채택된 연속 폴리머 상을 위한 약간의 상용성 및 친화성을 가져야 한다. 주요상이 CBC 폴리머를 포함하고 보호층은 폴리에스테르를 포함하는 일 구체예에 대한, 적합한 타이층 재료는 에틸렌-비닐 아세테이트 폴리머 및 에틸렌-아크릴레이트 폴리머를 포함한다.
10: 필름
12: 제 2 폴리머
14: 제 1 폴리머
20A, 20B: 보호층
30: 확산성 반사 폴라라이저
12: 제 2 폴리머
14: 제 1 폴리머
20A, 20B: 보호층
30: 확산성 반사 폴라라이저
Claims (14)
- 확산성 반사 폴라라이저를 제조하는 방법에 있어서,
0.02보다 작은 복굴절률을 갖고 실질적으로 무정형 나노 복합 재료인 제 1 폴리머, 및 제 2 폴리머를 포함하는 필름을 압출하고 스트레칭하는 단계(상기 제 1 폴리머는 주요상이고, 상기 제 2 폴리머는 분산 소수상이다)를 포함하되,
전자기 방사의 일 편광 상태에 대한 제 1 축을 따라 동시에 취해진 상기 제 1 및 제 2 폴리머는 확산 반사도(R1d), 정반사도(R1s), 총 반사도(R1t), 확산 투과율(T1d), 정반사 투과율(T1s), 및 총 투과율(T1t)을 나타내고, 전자기 방사의 다른 편광 상태에 대한 제 2 축을 따르는 확산 반사도(R2d), 정반사도(R2s), 총 반사도(R2t), 확산 투과율(T2d), 정반사 투과율(T2s), 및 총 투과율(T2t)을 나타내며, 상기 제 1 및 제 2 축은 직교하고,
조성, Tg 및 굴절률의 파라미터 및 상기 제 1 및 제 2 폴리머의 스트레칭 온도 및 스트레칭 비율은
(1) R1d는 R1s보다 크고;
(2) T2t/(1-0.5(R1t+R2t)) > 1.35를 만족하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 스트레칭 온도(Ts)는:
(1) Tg ,1 < Ts
(2) Tg ,2 < Ts < Tg ,2 + 30℃를 만족하되,
Tg ,1은 상기 실질적으로 무정형 나노 복합 제 1 폴리머의 유리 전이 온도이고, Tg ,2는 상기 제 2 폴리머의 유리 전이 온도인 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 필름은 25 내지 1000 마이크론의 총 두께까지 스트레칭되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 폴리머는 싸이클릭 블록 코폴리머인 것을 특징으로 하는 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 싸이클릭 블록 코폴리머는 실질적으로 완전 수소화된 음이온적으로 중합된 비닐 방향족 공액 디엔 블록 코폴리머로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법. - 상기 비닐 방향족 블록 코폴리머는 비닐 안트라센, 비닐 나프탈렌, 비닐 바이페닐, 부틸 스티렌, 프로필 스티렌, 에틸 스티렌의 모든 이성체, 비닐 톨루엔(특히 파라비닐 톨루엔)의 모든 이성체, 알파-메틸스티렌, 스티렌 등 또는 이의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 공액 디엔 블록 코폴리머는 부타디엔, 2-메틸-1, 3-부타디엔, 2-메틸-1, 3-펜타디엔, 이소프렌, 또는 이의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 폴리머 내에서 분산되는 추가상은 나노 스케일 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 폴리머는 수소화 비닐 방향족 호모폴리머 또는 랜덤 코폴리머, 싸이클릭 올레핀 폴리머, 싸이클릭 올레핀 코폴리머, 아크릴 폴리머, 아크릴 코폴리머 또는 이의 혼합물을 포함하는 싸이클릭 블록 코폴리머 및 다른 비블록 폴리머의 상용성 블렌드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 폴리머는 폴리에스테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 폴리머는 PET 또는 PEN을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 폴리머는 둘 이상의 폴리머의 혼화성 폴리에스테르 블렌드 및 트랜스에스테르화 억제제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
보호층들은 공압출에 의해 상기 반사 폴라라이저 필름의 양 측 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 방법. - 확산성 반사 폴라라이저를 제조하는 방법에 있어서,
제 1 폴리머 및 제 2 폴리머를 포함하는 조성물을 제공하는 단계(상기 제 1 폴리머는 싸이클릭 블록 코폴리머이고 약 0.02보다 작은 복굴절률을 가지며 주요상이고, 상기 제 2 폴리머는 분산 소수상이되, 상기 제 1 폴리머의 굴절률은 상기 제 2 폴리머보다 배향만큼 덜 조정될 수 있다); 및
전자기 방사의 적어도 하나의 편광에 대하여 적어도 하나의 축을 따르는 상기 조성물의 확산 반사도가 약 50%보다 클 때까지 선택된 온도 범위 및 선택된 스트레칭 비율로 상기 조성물을 스트레칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20101119 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |