KR101872895B1 - 흡수형 편광자 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 흡수형 편광자 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제1블록과 제2블록으로 나누어 정렬된 블록공중합체 내에 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물의 나노입자가 선택적으로 함유된 나노복합체층을 포함함으로써, 고온 다습한 환경에 장시간 노출된 경우에도 내구성이 우수하며, 연신공정으로 제조된 흡수형 편광자와 동등이상의 편광도 및 투과율을 나타낼 수 있는 흡수형 편광자와, 상기 흡수형 편광자를 저비용으로 용이하게 제조할 수 있는 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 고온 다습한 환경에 장시간 노출된 경우에도 내구성이 우수한 흡수형 편광자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
편광자는 자연광과 같은 비편광된 빛 중에서 특정한 진동 방향을 갖는 직선 편광을 끌어내는 광학소자를 의미한다.
종래에는 높은 투과율 및 편광도를 동시에 만족하는, 요오드로 염색된 폴리비닐알콜필름계 흡수형 편광자가 널리 사용되어 왔다. 그러나, 상기 폴리비닐알콜필름계 흡수형 편광자는 요오드의 승화성이 높고 내구성이 낮으며, 필름의 연신 방법으로 제조되어 공정비용이 높은 단점이 있다.
또한, 화상표시장치의 고성능화, 대형화 및 박막화가 요구됨에 따라 편광자의 광학특성도 고성능화 및 다양화가 요구되고 있으며, 이런 요건에 부합할 수 있는 편광자 및 이를 제조하는 다양한 방법이 제안되고 있다.
예를 들어, 열가소성 수지에 이색성 염료를 함유하여 압출하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이는 이색성 염료의 정렬이 효과적이지 않아 편광특성이 낮은 단점이 있다.
또한, 이색성 염료와 선형 나노구조를 가지는 공중합체를 혼합한 용액을 코팅하여 이색성 염료를 정렬하는 방법이 제안되었다[한국공개특허 2010-0090921호]. 그러나, 코팅만으로는 면내에 이색성 염료의 배향 균일성 확보가 어려워 편광특성이 낮은 단점이 있다. 또한, 상기 편광자는 고온 다습한 환경에 장시간 노출된 경우 내구성이 확보되지 않아 편광특성을 유지할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 고온 다습한 환경에 장시간 노출된 경우에도 내구성이 우수하여 편광도 및 투과율 등의 편광특성을 유지할 수 있는 흡수형 편광자를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 나노입자의 면내 균일성이 확보되어 종래 연신공정으로 제조된 흡수형 편광자와 동등 이상의 편광도 및 투과율을 갖는 흡수형 편광자의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명자들은 특정의 블록공중합체와 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물의 나노입자를 혼합하고, 상기 블록공중합체의 자기조합을 이용하면, 별도의 연신 공정없이 편광특성 및 내구성이 우수한 흡수형 편광자를 얻을 수 있음을 알게 되었다.
따라서, 본 발명은 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물의 나노입자가 제1블록과 제2블록으로 나누어 정렬된 블록공중합체 내에 선택적으로 함유된 나노복합체층을 포함하는 흡수형 편광자를 제공한다.
상기 나노입자는 제1블록 또는 제2블록에 친화성을 갖도록 나노입자의 표면이 처리된 것일 수 있다.
상기 나노입자는 평균직경이 1 내지 100㎚일 수 있다.
상기 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물은 Ag, Au, Pt, Ti, Fe, Co, Cr, Cu, Ni, Zn, Mn, Cd, W, Al, Pb, Ga, Si, AS, Fe2O3, Fe3O4, CrO2, SiO2, Al2O3, TiO2, PbS, FeS2, ZnS, GaP, GaAs, InP, InAs, InSb 및 CdSe로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 나노입자는 블록공중합체 100중량부에 대하여 0.01 내지 30중량부 범위로 함유할 수 있다.
상기 블록공중합체는 폴리(스티렌-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-4-비닐피리딘), 폴리(스티렌-블록-2-비닐피리딘), 폴리(메틸메타크릴레이트-블록-트리플루오로에틸메타크릴레이트), 폴리(메타크릴레이트-블록-2-피라녹시에틸메타크릴레이트), 폴리(n-부틸아크릴레이트-블록-디메틸실란-코-디페닐실란, 폴리(t-부틸아크릴레이트-블록-4-비닐피리딘), 폴리(t-부틸 메타크릴레이트-블록-2-비닐피리딘), 폴리(2-에틸헥실아크릴레이트-블록-4-비닐피리딘), 폴리(2-하이드록실에틸아크릴레이트-블록-네오펜틸아크릴레이트), 폴리(2-하이드록실에틸아크릴레이트-블록-n-부틸 메타크릴레이트), 폴리(2-하이드록실에틸메타크릴레이트-블록-네오펜틸메타크릴레이트), 폴리(2-하이드록실에틸메타크릴레이트-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-i-부틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-s-부틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-디메틸실란), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-ε-카프로락톤), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-락타이드), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-락타이드), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-4-비닐피리딘), 폴리(이소프로펜(1,2)-블록-4-비닐피리딘), 폴리(이소프로펜(1,4)-블록-4-비닐피리딘), 폴리(이소프로펜(1,4)-블록-2-비닐피리딘), 폴리(이소프로펜(1,4)-블록-메틸메타크릴레이트(신디오틱)), 폴리(이소부틸렌-블록-디메틸실란), 폴리(이소부틸렌-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(이소부틸렌-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(이소프로펜-블록-ε-카프로락톤), 폴리(이소프로-블록-4-비닐피리딘), 폴리(스티렌-블록-4-바이피리딜메틸아크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-시클로헥실메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-디스퍼스레드1아크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-에틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-락타이드), 폴리(스티렌-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-N,N-디메틸아미노메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-n-부틸아크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-n-부틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-n-프로필 메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-나일론6), 폴리(스티렌-블록-t-부틸 아크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-ε-카프로락톤), 폴리(스티렌-블록-2-콜레스테릴옥시카보닐옥시에틸 메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-2-하이드록시에틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-2-하이드록시프로필메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-2-비닐피리딘), 폴리(스티렌-블록-4-하이드록실스티렌), 폴리(스티렌-블록-4-메톡시스티렌), 폴리(스티렌-블록-4-비닐피리딘), 폴리(α-메틸스티렌-블록-4-비닐피리딘), 폴리(4-아미노메틸스티렌-블록-스티렌), 폴리(4-메톡시스티렌-블록-에틸메타크릴레이트), 폴리(4-메톡시스티렌-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(p-클로로메틸스티렌-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(2-비닐나프탈렌-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(2-비닐나프탈렌-블록-n-부틸아크릴레이트), 폴리(2-비닐나프탈렌-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(2-비닐피리딘-블록-메틸메타크릴레이트), Poly(4-비닐피리딘-블록- 메틸메타크릴레이트), 폴리(2-비닐피리딘-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(2-비닐피리딘-블록-메틸아크릴산), 폴리(2-비닐피리딘-블록-ε-카프로락톤), 폴리(2-비닐피리딘-블록-디메틸실록산), 폴리(디메틸실록산-블록-n-부틸아크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-하이드록시에틸아크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-1-에톡시에틸메타크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-6-(4'-시아노바이페닐-4-일록시)헥실메타크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-ε-카프로락톤), 폴리(디메틸실록산-블록-락타이드), 폴리(2-비닐피리딘-블록-무수아디픽산), 폴리(에틸렌-블록-메틸메타크릴레이트) 및 폴리(에틸렌-블록-4-비닐피리딘)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 나노복합체층은 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물의 나노입자가 함유된 블록의 단일직경이 5 내지 200㎚인 실린더, 또는 라멜라 구조일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 흡수형 편광자를 포함하는 편광판을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 편광판을 포함하는 표시장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 기재필름 상에, 제1블록과 제2블록이 결합된 블록공중합체 100중량부와, 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물 0.01 내지 30중량부가 함유된 용액을 코팅하는 단계를 포함하는 흡수형 편광자의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 제1블록과 제2블록이 결합된 블록공중합체 100중량부와 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물의 나노입자 0.01 내지 30중량부가 함유된 용액을 압출하는 단계를 포함하는 흡수형 편광자의 제조방법을 제공한다.
상기 코팅 단계 또는 압출 단계 후에, 전기장 또는 자기장을 인가하여 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물의 나노입자를 배향하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 고온 다습한 환경에 장시간 노출된 경우에도 내구성이 우수하여 편광도 및 투과율 등의 편광특성을 유지할 수 있는 흡수형 편광자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 흡수형 편광자 또는 이를 포함하는 화상표시장치가 열대 지방, 바다와 인접한 지역, 적도 근처 등 고온 다습한 지역을 거쳐 운송되거나 이러한 지역에서 사용될 경우 유용하게 활용될 수 있다.
또한, 본 발명은 나노금속 입자의 면내 균일성이 확보되어 종래 연신공정으로 제조된 흡수형 편광자와 동등이상의 편광도 및 투과율을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명은 대면적의 흡수형 편광자를 저비용으로 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 일례의 흡수형 편광자 표면의 TEM 사진이고,
도 2는 본 발명에 따라 제조된 일례의 흡수형 편광자의 구조를 간략하게 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 일례의 흡수형 편광자의 구조를 간략하게 나타낸 것이다.
본 발명은 고온 다습한 환경에 장시간 노출된 경우에도 내구성이 우수하고, 편광도 및 투과율이 우수한 흡수형 편광자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 흡수형 편광자는 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물의 나노입자가 제1블록과 제2블록으로 나누어 정렬된 블록공중합체 내에 선택적으로 함유된 나노복합체층을 포함한다.
본 발명의 블록공중합체는 제1블록과 제2블록이 결합되어 선형구조를 형성하게 되며, 나노입자가 블록공중합체의 제1블록 또는 제2블록의 선형구조상에 선택적으로 위치한다.
상기 블록공중합체는 자기조립에 의해 상분리되어 제1블록과 제2블록이 나누어 정렬하며, 제1블록 또는 제2블록에 위치한 나노입자도 함께 정렬된다.
상기 블록공중합체는 폴리(스티렌-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-4-비닐피리딘), 폴리(스티렌-블록-2-비닐피리딘), 폴리(메틸메타크릴레이트-블록-트리플루오로에틸메타크릴레이트), 폴리(메타크릴레이트-블록-2-피라녹시에틸메타크릴레이트), 폴리(n-부틸아크릴레이트-블록-디메틸실란-코-디페닐실란, 폴리(t-부틸아크릴레이트-블록-4-비닐피리딘), 폴리(t-부틸메타크릴레이트-블록-2-비닐피리딘), 폴리(2-에틸헥실아크릴레이트-블록-4-비닐피리딘), 폴리(2-하이드록실에틸아크릴레이트-블록-네오펜틸아크릴레이트), 폴리(2-하이드록실에틸아크릴레이트-블록-n-부틸메타크릴레이트), 폴리(2-하이드록실에틸메타크릴레이트-블록-네오펜틸메타크릴레이트), 폴리(2-하이드록실에틸메타크릴레이트-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-i-부틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-s-부틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-디메틸실란), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-ε-카프로락톤), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-락타이드), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-락타이드), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-4-비닐피리딘), 폴리(이소프로펜(1,2)-블록-4-비닐피리딘), 폴리(이소프로펜(1,4)-블록-4-비닐피리딘), 폴리(이소프로펜(1,4)-블록-2-비닐피리딘), 폴리(이소프로펜(1,4)-블록-메틸메타크릴레이트(신디오틱)), 폴리(이소부틸렌-블록-디메틸실란), 폴리(이소부틸렌-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(이소부틸렌-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(이소프로펜-블록-ε-카프로락톤), 폴리(이소프로-블록-4-비닐피리딘), 폴리(스티렌-블록-4-바이피리딜메틸아크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-시클로헥실메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-디스퍼스레드1아크릴레이트)[Poly(styrene-블록-disperse red 1acrylate)], 폴리(스티렌-블록-에틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-락타이드), 폴리(스티렌-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-N,N-디메틸아미노메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-n-부틸아크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-n-부틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-n-프로필 메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-나일론6), 폴리(스티렌-블록-t-부틸 아크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-ε-카프로락톤), 폴리(스티렌-블록-2-콜레스테릴옥시카보닐옥시에틸 메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-2-하이드록시에틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-2-하이드록시프로필메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-2-비닐피리딘), 폴리(스티렌-블록-4-하이드록실스티렌), 폴리(스티렌-블록-4-메톡시스티렌), 폴리(스티렌-블록-4-비닐피리딘), 폴리(α-메틸스티렌-블록-4-비닐피리딘), 폴리(4-아미노메틸스티렌-블록-스티렌), 폴리(4-메톡시스티렌-블록-에틸메타크릴레이트), 폴리(4-메톡시스티렌-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(p-클로로메틸스티렌-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(2-비닐나프탈렌-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(2-비닐나프탈렌-블록-n-부틸아크릴레이트), 폴리(2-비닐나프탈렌-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(2-비닐피리딘-블록-메틸메타크릴레이트), Poly(4-비닐피리딘-블록- 메틸메타크릴레이트), 폴리(2-비닐피리딘-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(2-비닐피리딘-블록-메틸아크릴산), 폴리(2-비닐피리딘-블록-ε-카프로락톤), 폴리(2-비닐피리딘-블록-디메틸실록산), 폴리(디메틸실록산-블록-n-부틸아크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-하이드록시에틸아크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-1-에톡시에틸메타크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-6-(4'-시아노바이페닐-4-일록시)헥실메타크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-ε-카프로락톤), 폴리(디메틸실록산-블록-락타이드), 폴리(2-비닐피리딘-블록-무수아디픽산), 폴리(에틸렌-블록-메틸메타크릴레이트) 및 폴리(에틸렌-블록-4-비닐피리딘)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에서 제1블록 및 제2블록 각각은 동일한 고분자의 반복단위로 이루어진 블록만이 아니라 유사한 특성을 갖는 고분자의 반복단위로 이루어진 블록을 포함한다. 즉, 본 발명의 블록공중합체는 이중, 삼중 및 다중 블록공중합체를 포함할 수 있으며, 이들이 특정의 특성에 의해 둘로 나뉘어 정렬될 수 있는 것이면 특별히 한정하지는 않는다.
예컨대, 제1블록과 제2블록은 각각 상대적으로 친수성 블록과 소수성 블록으로 특성이 나뉘어 정렬될 수 있으며, 나노입자는 친수성 블록 또는 소수성 블록에 위치할 수 있다.
광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물의 나노입자는 빛을 흡수할 수 있는 것이면 특별히 한정하지는 않으나, 구체적으로 상기 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물은 Ag, Au, Pt, Ti, Fe, Co, Cr, Cu, Ni, Zn, Mn, Cd, W, Al, Pb, Ga, Si, AS, Fe2O3, Fe3O4, CrO2, SiO2, Al2O3, TiO2, PbS, FeS2, ZnS, GaP, GaAs, InP, InAs, InSb 및 CdSe로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.
또한, 나노입자는 제1블록 또는 제2블록에 친화성을 갖도록 나노입자의 표면을 처리한다. 나노입자의 표면 처리방법은 당 분야에서 공지되어 있으며, 당 업자가 용이하게 실시할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다. 일례로 나노입자의 표면이 소수성 또는 친수성 관능기를 갖도록 개질하는 방법이 사용될 수 있다.
상기 나노입자는 평균직경이 1 내지 100㎚인 것을 사용하며, 평균직경이 1㎚ 미만이면 빛을 충분히 흡수하지 못하여 편광을 형성하지 못하고 100㎚를 초과하면 블록공중합체가 형성하는 블록 내에서 선택적으로 분산이 어려워지는 단점이 있다.
이러한 나노입자는 블록공중합체 100중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부 범위로 함유한다. 함량이 0.01중량부 미만이면 광흡수율이 충분하지 못하고 30중량부를 초과하는 경우에는 필름이 불투명해져서 빛을 충분히 투과시키지 못하는 문제가 발생한다.
상기 블록공중합체와 나노입자가 함유된 나노복합체층은 2종의 고분자 블록의 구성비(중량비)의 적절한 조절에 따라 다양한 나노 구조, 예컨대 구(spheres), 실린더(cylinders), 자이로이드(gyroid) 및 라멜라(lamellae) 형태의 구조가 형성된다. 일례로 라멜라 구조는 2종의 고분자 블록의 구성비(중량비)가 50:50이다.
본 발명의 나노복합체층은 두께방향의 광 흡수 효율 및 균일성의 측면을 고려하면 실린더 구조가 바람직하다. 실린더 구조는 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물의 나노입자가 함유된 블록의 단일직경이 5 내지 200㎚인 것이 바람직하다.
또한, 상기 라멜라 구조의 제1블록과 제2블록의 두께 및 높이 등은 각 블록 성분의 분자량에 따라 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 흡수형 편광자는 기재필름 상에, 제1블록과 제2블록이 결합된 블록공중합체와 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물의 나노입자가 함유된 용액을 코팅하는 단계를 포함하여 제조된다. 이때, 코팅에 의해 용액은 전단 흐름이 발생하여 각 블록은 용액의 흐름방향 또는 상기 용액의 흐름방향에 대하여 직각방향으로 배열하게 된다. 상기 제1블록과 제2블록 중 어느 하나의 블록에 선택적으로 나노입자가 함께 배열되어 이방성의 광흡수 특성을 갖게 된다.
코팅은 통상의 방법에 따라 수행하며, 바람직하기로는 스핀코팅, 바코팅, 콤마코팅, 슬롯다이코팅 및 스크린 프린팅 등의 방법을 사용할 수 있다. 상기 코팅에 의해 형성된 코팅층의 두께는 목적으로 하는 편광자의 편광도 및 투과율에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 바람직하기로는 20 내지 10,000㎚인 것이 좋다.
또한, 본 발명의 블록공중합체는 코팅 후 열처리를 통하여서도 자기조립에 의해 다양한 구조를 형성할 수 있으므로 코팅 후 필요 시 열처리 과정을 수행한다.
블록공중합체의 자기조립을 위한 열처리 조건은 블록공중합체가 유동성을 가지게 되는 유리전이온도 이상이면서 블록공중합체가 열분해 되지 않는 온도 이하 범위로 설정한다. 일례로, 폴리(스티렌-b-메틸메타크릴레이트)는 100℃ 이상에서 자기조립은 가능하나 저온에서는 자기조립이 완성되는데 오랜 시간이 걸리게 된다. 따라서, 산소를 배제한 약 250℃의 고진공 분위기에서 열처리를 할 수 있으며, 이 경우 분자의 유동 흐름이 원활해 짧은 시간에 규칙적인 자기조립을 완성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 흡수형 편광자는 제1블록과 제2블록이 결합된 블록공중합체와 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물의 나노입자가 함유된 용융체를 압출하는 단계를 포함하여 제조된다. 이때, 압출에 의해 흐름이 발생하여 나노입자가 배열한다.
압출은 통상의 방법에 따라 수행하며, 바람직하기로는 단일축 압출기(Single Screw Extruder), 이중축 압출기(Twin Screw Extruder), 캘린더링 및 상기 방법이 복합화된 방법 등이 사용될 수 있다.
상기 압출 시 온도는 상기 코팅 시 열처리 조건과 동일하게 수행한다.
또한, 본 발명은 상기 코팅 단계 또는 압출 단계 후에, 전기장 또는 자기장을 인가하여 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물의 나노입자를 배향하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
전기장 또는 자기장의 인가는 나노입자의 분극성 및 자성을 형성하여 나노입자의 배향성 및 배열의 균일성 등을 향상시킬 수 있다.
상기 전기장 또는 자기장의 인가 조건은 적용되는 나노입자의 종류에 따라 적절의 조절할 수 있다. 일례로 Fe2O3은 외부자기장이 형성되어 있는 환경에서 코팅 또는 압출 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 흡수형 편광자를 포함하는 편광판 및 표시장치를 형성할 수 있다. 상기 편광판 및 표시장치는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 구성으로 특별히 한정하지는 않는다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1
각 분자량이 52,000㎏/mol인 폴리스티렌 제1블록과 폴리메틸메타크릴레이트 제2블록으로 포함하고, 제1블록과 제2블록의 혼합비가 25:75 몰비인 블록 공중합체(PS-b-PMMA) 100중량부와, 평균직경이 10㎚이고 폴리스티렌 제1블록에 친화성을 갖도록 표면에 하이드로카본 관능기가 형성된 Fe2O3 나노입자 1중량부, 및 톨루엔 90중량부가 혼합된 용액을 제조하였다.
투명기재필름(후지필름주식회사, TD60UL)의 한 면에 상기 용액을 스핀 코팅하고, 150℃의 고진공 분위기에서 48시간 동안 열처리하여 PS-b-PMMA의 자기 조립을 유도함으로써 실린더 구조의 제1블록과 제2블록을 나누어 정렬된 흡수형 편광자를 제조하였다(도 2).
도 1은 제조된 흡수형 편광자의 TEM 사진을 나타낸 것으로, 구리금속 나노입자가 정렬되어 있음을 확인할 수 있다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 열처리 후 150℃ 고진공 분위기에서 200kA/m의 자기장을 인가하여 흡수형 편광자를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 블록 공중합체(PS-b-PMMA)와 Fe2O3 나노입자가 혼합된 수지를 150℃의 조건에서 압출하여 흡수형 편광자를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 3과 동일하게 실시하되, 압출 후 200kA/m의 자기장을 인가하여 흡수형 편광자를 제조하였다.
비교예 1
두께 75㎛의 폴리비닐알코올을 총 연신비 5배 연신하였으며, 요오드를 흡착하여 편광성능을 부여한 후, 건조하여 요오드가 흡착 배향된 흡수형 편광자를 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 나노입자 대신에 이색성 염료를 사용하여 흡수형 편광자를 제조하였다.
실험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 편광자의 물성을 하기 방법으로 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1.편광도 및 투과율
제조된 편광자를 4㎝×4㎝ 크기로 자른 후, 자외가시광선 분광계(V-7100, JASCO사 제조)를 이용하여 측정하였다. 편광도는 하기 수학식 1로 정의된다.
(식 중, T1은 한 쌍의 편광자`을 흡수축이 평행한 상태로 배치하였을 때 얻어지는 평행 투과율이고, T2는 한 쌍의 편광자을 흡수축이 직교하는 상태로 배치하였을 때 얻어지는 직교 투과율임)
또한, 상기 편광자을 70℃, 상대습도 95%RH의 고온 다습한 조건에 방치한 후, 상기와 동일한 조건으로 편광도 및 투과율을 측정하였다.
2. 편광도의 표준편차(나노입자의 면내 균일성 확인)
제조된 편광자 내에 램덤으로 15포인트를 4㎝×4㎝ 크기로 샘플링하여, 편광도를 측정하고 그 결과값의 산포를 표준편차로 계산하였다.
| 구분 | 초기 | 고온 다습한 조건에 방치한 후 | 편광도 면내 편차 (표준편차, %) |
||
| 편광도(%) | 투과율(%) | 편광도(%) | 투과율(%) | ||
| 실시예 1 | 85 | 41 | 85 | 41 | 10 |
| 실시예 2 | 97 | 42 | 97 | 42 | 0.2 |
| 실시예 3 | 90 | 41 | 90 | 41 | 1 |
| 실시예 4 | 98 | 42 | 98 | 42 | 0.1 |
| 비교예 1 | 99 | 40 | 70 | 60 | 0.1 |
| 비교예 2 | 80 | 45 | 78 | 42 | 10 |
위 표 1과 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 흡수형 편광자는 내구성이 우수하여 편광도 및 투과율 등의 편광특성을 유지가 가능하고, 종래와 동등 이상으로 편광도의 면내 편차가 유지되는 것으로 보아 나노입자의 면내 균일성이 확보됨을 확인할 수 있었다.
Claims (12)
- 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물의 나노입자가 제1블록과 제2블록으로 나누어 정렬된 블록공중합체 내에 선택적으로 함유된 나노복합체층을 포함하되,
상기 나노복합체층은 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물의 나노입자가 함유된 블록의 단일직경이 5 내지 200㎚인 실린더, 또는 라멜라 구조인 흡수형 편광자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 나노입자는 제1블록 또는 제2블록에 친화성을 갖도록 나노입자의 표면이 처리된 것인 흡수형 편광자.
- 청구항 2에 있어서, 상기 나노입자는 평균직경이 1 내지 100㎚인 흡수형 편광자.
- 청구항 3에 있어서, 상기 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물은 Ag, Au, Pt, Ti, Fe, Co, Cr, Cu, Ni, Zn, Mn, Cd, W, Al, Pb, Ga, Si, AS, Fe2O3, Fe3O4, CrO2, SiO2, Al2O3, TiO2, PbS, FeS2, ZnS, GaP, GaAs, InP, InAs, InSb 및 CdSe로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 흡수형 편광자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 나노입자는 블록공중합체 100중량부에 대하여 0.01 내지 30중량부 범위로 함유하는 흡수형 편광자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 블록공중합체는 폴리(스티렌-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-4-비닐피리딘), 폴리(스티렌-블록-2-비닐피리딘), 폴리(메틸메타크릴레이트-블록-트리플루오로에틸메타크릴레이트), 폴리(메타크릴레이트-블록-2-피라녹시에틸메타크릴레이트), 폴리(n-부틸아크릴레이트-블록-디메틸실란-코-디페닐실란, 폴리(t-부틸아크릴레이트-블록-4-비닐피리딘), 폴리(t-부틸 메타크릴레이트-블록-2-비닐피리딘), 폴리(2-에틸헥실아크릴레이트-블록-4-비닐피리딘), 폴리(2-하이드록실에틸아크릴레이트-블록-네오펜틸아크릴레이트), 폴리(2-하이드록실에틸아크릴레이트-블록-n-부틸 메타크릴레이트), 폴리(2-하이드록실에틸메타크릴레이트-블록-네오펜틸메타크릴레이트), 폴리(2-하이드록실에틸메타크릴레이트-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-i-부틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-s-부틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-디메틸실란), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-ε-카프로락톤), 폴리(부타디엔(1,2)-블록-락타이드), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-락타이드), 폴리(부타디엔(1,4)-블록-4-비닐피리딘), 폴리(이소프로펜(1,2)-블록-4-비닐피리딘), 폴리(이소프로펜(1,4)-블록-4-비닐피리딘), 폴리(이소프로펜(1,4)-블록-2-비닐피리딘), 폴리(이소프로펜(1,4)-블록-메틸메타크릴레이트(신디오틱)), 폴리(이소부틸렌-블록-디메틸실란), 폴리(이소부틸렌-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(이소부틸렌-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(이소프로펜-블록-ε-카프로락톤), 폴리(이소프로-블록-4-비닐피리딘), 폴리(스티렌-블록-4-바이피리딜메틸아크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-시클로헥실메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-디스퍼스레드1아크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-에틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-락타이드), 폴리(스티렌-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-N,N-디메틸아미노메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-n-부틸아크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-n-부틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-n-프로필 메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-나일론6), 폴리(스티렌-블록-t-부틸 아크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-ε-카프로락톤), 폴리(스티렌-블록-2-콜레스테릴옥시카보닐옥시에틸 메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-2-하이드록시에틸메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-2-하이드록시프로필메타크릴레이트), 폴리(스티렌-블록-2-비닐피리딘), 폴리(스티렌-블록-4-하이드록실스티렌), 폴리(스티렌-블록-4-메톡시스티렌), 폴리(스티렌-블록-4-비닐피리딘), 폴리(α-메틸스티렌-블록-4-비닐피리딘), 폴리(4-아미노메틸스티렌-블록-스티렌), 폴리(4-메톡시스티렌-블록-에틸메타크릴레이트), 폴리(4-메톡시스티렌-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(p-클로로메틸스티렌-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(2-비닐나프탈렌-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(2-비닐나프탈렌-블록-n-부틸아크릴레이트), 폴리(2-비닐나프탈렌-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(2-비닐피리딘-블록-메틸메타크릴레이트), Poly(4-비닐피리딘-블록- 메틸메타크릴레이트), 폴리(2-비닐피리딘-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(2-비닐피리딘-블록-메틸아크릴산), 폴리(2-비닐피리딘-블록-ε-카프로락톤), 폴리(2-비닐피리딘-블록-디메틸실록산), 폴리(디메틸실록산-블록-n-부틸아크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-t-부틸아크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-하이드록시에틸아크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-메틸메타크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-t-부틸메타크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-1-에톡시에틸메타크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-6-(4'-시아노바이페닐-4-일록시)헥실메타크릴레이트), 폴리(디메틸실록산-블록-ε-카프로락톤), 폴리(디메틸실록산-블록-락타이드), 폴리(2-비닐피리딘-블록-무수아디픽산), 폴리(에틸렌-블록-메틸메타크릴레이트) 및 폴리(에틸렌-블록-4-비닐피리딘)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 흡수형 편광자.
- 삭제
- 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항의 흡수형 편광자를 포함하는 편광판.
- 청구항 8의 편광판을 포함하는 표시장치.
- 삭제
- 제1블록과 제2블록이 결합된 블록공중합체 100중량부와 광을 흡수하는 원소, 상기 원소의 산화물 또는 상기 원소의 화합물의 나노입자 0.01 내지 30중량부가 함유된 용액을 압출하는 단계를 포함하는 흡수형 편광자의 제조방법.
- 삭제
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