KR20020092435A - 광학 요소와 이러한 광학 요소의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기재를 포함하는 광학 요소에 관한 것으로, 이 기재는 하나의 투명층을 구비하고, 상기 투명층은 유기 중합체 망상조직과 하나 이상의 광변색성 화합물을 포함하며, 가시 파장 범위에서 광학 요소의 투과는 입사광의 변화에 따라 변하는 반면, 광변색성 화합물을 포함하는 투명층은 기재 측면과 떨어진 측면 위에 보호용 코팅을 구비한다.

Description

광학 요소와 이러한 광학 요소의 제조 방법{OPTICAL ELEMENT AND METHOD OF MANUFACTURING SUCH AN OPTICAL ELEMENT}

예를 들어, 램프, 백미러 및 자동차의 선루프, 또는 건물용 창문("스마트 창문"), 또는 안경에서 (가시) 광의 투과 및/또는 반사에 영향을 미칠 수 있도록 하기 위해서, 광의 투과를 바꿀 수 있는 광학 요소가 사용된다. 이러한 광학 요소는 디스플레이된 영상의 콘트라스트를 개선하기 위해 음극선 관(CRT), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 액정 디스플레이(LCD, LCD-TV 및 플라즈마 어드레스드 LCD) 및 전자발광 디스플레이(LED 디스플레이, 유기 또는 중합체 LED 디스플레이)와 같은 (평면 패널) 디스플레이 장치의 디스플레이 스크린 중 시청자를 향한 측면에 또한 사용된다.

특히 영상의 품질을 위해, 주변 광의 발광 세기에 따라 콘트라스트가 채택되어 최적화될 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 최적화는 디스플레이 스크린의 투과를 위한 고정 값을 통해서는 불가능하고, 예를 들어 이 값은 디스플레이 스크린 유리의 조성에 따라 다르다. 상술된 층은 반사된 주변 광과, 예를 들어 음극선 관의 인과 같은 (내부) 광원으로부터 발생하는 광 모두의 세기에 영향을 미친다. 입사하는 주변 광은 층을 통과해서 기재에서 반사되고, 이후 반사된 광은 다시 층을 통과한다. 광의 투과를 T로 표시한다면, 반사된 주변 광의 세기는 이어서 T²만큼 감소한다. 내부의 광원으로부터 발생하는 광은 한번만 층을 통과해서, 이 광의 세기는 T 만큼만 감소한다. 이러한 효과의 결합은 콘트라스트가 T와 반비례하도록 하고, 즉 영상의 휘도가 더 낮을 때 투과가 작을수록 콘트라스트는 커지고, 이와 마찬가지로 콘트라스트가 커질수록 투과는 작아진다.

광 투과를 변하게 하는 광학 요소의 예는, 특히 전기 변색성 요소와 광변색성 요소를 포함한다.

광변색성 화합물을 포함하는 층을 구비한 광학 요소의 투과는 전자기선, 예를 들어 층에 직간접적으로 입사하는 태양광선과 같은 광으로 인해 자동으로 바뀐다. 많은 광변색성 화합물이 알려져 있고, 이는 서로 다른 종류{예를 들어, 스파이로피레인 화합물(spiropyrane compound), 스파이로 옥사진(spiro-oxazines) 또는 풀지스(fulgides)}로 분류된다. 이러한 광학 요소는, 예를 들어 디스플레이 장치의 디스플레이 스크린 상에 광변색성 화합물을 포함하는 층을 사용함으로써 영상의 콘트라스트를 증가시킬 수 있는 가능성을 제공한다.

이러한 광학 요소는 본 출원인 이름의 국제 특허 출원서(WO 98/30923)에서알려져 있다. 이 출원서에서 알려져 있는 "투명한" 층은 산화 규소의 무기 망상조직을 포함하고, 이 조직의 층은 Si-C 결합을 통해 무기 망상조직에 화학 결합되어 있는 유기 중합체를 또한 포함한다. 망상조직은 Al, Si, Ti, Zr, In 및 Sn의 그룹으로부터 선택된 산화 금속의 육안으로 보일 정도의 입자를 또한 결합시킨다. 일반적으로, 이러한 광학 요소는 습식 화학적 졸-겔 경로를 통해 제조된다. 졸-겔 공정은 물의 조절 추가를 통해 알콜을 용매로 한 알콕시실레인 용액이 가수분해와 축중합 처리를 거쳐, (이)산화 규소의 무기 망상조직이 형성되는 방법이다. 이렇게 형성된 무기 망상조직은 열 처리를 함으로써 축합되고, 산화 규소의 형성이 완료된다. 따라서 삼 차원적인 무기 망상조직은 졸-겔 공정 중에 형성된다.

특허 출원서 WO 98/30923에 설명되어 있는 광학 요소는 우수한 기계적 특성(긁힘 방지)과 우수한 광학 특성(광변색성 화합물의 변환 작용) 사이에 타협을 이루는 단점이 있다.

본 발명은 기재를 포함하는 광학 요소에 관한 것으로, 이 기재는 하나의 층을 구비하고, 상기 층은 유기 중합체와 하나 이상의 광변색성 화합물을 포함하며, 가시 파장 범위에서 광학 요소의 투과는 입사광의 변화에 따라 변하게 된다.

본 발명은 또한 이러한 광학 요소의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은, 특히 주변 광의 발광 레벨이 넓은 범위와 짧은 시간 내에 변할 때, 콘트라스트가 높은 최적의 디스플레이를 갖춘 광학 요소를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 특히 광학 요소가 긁힘 방지된다는 사실의 매우 우수한 기계적 특성의 광학 요소를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 본 발명에 기재된 광학 요소를 통해 이루어지는데, 본 발명은 광변색성 화합물을 포함하는 투명층이 기재 측면과 떨어진 측면에 보호용 코팅을 구비하는 것을 특징으로 한다.

원칙적으로, 광학 요소 위의 광변색성 층은 다음과 같은 두 가지 상반된 조건을 만족시켜야 한다. 즉, a) 망상 조직은 우수한 접착성, 내마모성 및 단단하고 견고한 망상조직이 되게 하는 긁힘 방지성과 같은 우수한 기계적 특성을 가져야 한다. b) 망상조직은 사용한 광변색성 물질이 입사광에 대해 우수한 변환 작용과 반응을 하도록 해야만 하고, 이것은 연질의 유연한 매트릭스를 통해 이루어진다.

광변색성 화합물을 포함하는 투명층에 보호용 코팅을 사용함으로써, WO 98/30923에 기재된 광학 요소의 본래 단점은 제거된다. 기계적 기능은 보호용 코팅을 통해 실행되고 광학적 기능은 광변색성 화합물을 포함하는 투명층을 통해 실행된다. 기계적인 기능과 광학적인 기능을 분리함으로써, 상술된 목적을 만족시키는 광학 요소가 얻어진다.

본 특허 출원서에 사용된 "보호용 코팅"이라는 용어는 광변색성 화합물을 포함하는 투명층으로부터 물리적인 보호를 형성하는 층으로 이해해야 한다. 면판, 호일 또는 긁힘 방지층은 이러한 보호용 코팅의 예이다.

보호용 코팅을 사용할 여러 가지 가능성이 존재한다. 한 가지 가능성은, 예를 들어 유리로 제조된 면판을 적층해서 보호용 코팅으로 작용하도록 하는 것이다. 유기 중합체와 하나 이상의 광변색성 화합물을 포함하는 층은 면판과 광학 요소 사이에 존재한다.

다른 가능성은, 유기 중합체와 하나 이상의 광변색성 화합물을 포함하는 호일을 적층하는 것으로, 이 호일은 적어도 한 측면에 단단한 코팅, 예를 들어 단단한 산화 규소 코팅을 갖는다. 호일은 단단한 코팅 형태의 보호용 코팅이 기재 측면과 떨어진 측면에 제공되도록 광학 요소 위에 적층된다.

호일 또는 면판의 적층이 광학 요소에 매우 우수한 기계적 특성을 제공한다는 점이 이러한 적층의 이점이다. 기재, 특히 음극선관과 결합된 적층 호일 또는 면판은 기재의 강도를 높이고, 음극선관의 내부 파열(implosion)을 보다 잘 차단한다.

기재와 보호용 코팅 모두에 광학 결합되어 있는 광학 요소를 갖는 것이 특히 바람직하다. 이에 따라 거울 반사가 상쇄되고, 특히 광변색성 화합물과 보호용 코팅을 포함하는 층과 기재 사이의 굴절률 차이가 0.1 미만일 때 상쇄된다.

320nm와 400nm 사이의 파장 범위의 입사광을 통해 활발하게 변환하는, 즉 투명한 상태에서 흡수 상태로 변색되는 광변색성 화합물을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 광학 요소가 디스플레이 스크린일 경우, 디스플레이 스크린 자체에 의해 생성된 광을 통해 광변색성 화합물을 변환시키지 않는 것이 바람직하다. 일반적으로, 디스플레이 스크린은 주로 400nm 내지 800nm 사이인 가시광 파장 범위의 광을 주로 생성한다. 광변색성 화합물은 디스플레이 스크린 자체에 의해 생성된 광에 의해 변환되지 않는다는 점을 확인하기 위해서, 가시광 파장 범위 바깥의 파장을 갖는, 바람직하게는 320nm과 400nm 사이의 파장 범위인 광의 영향에서 변환되는 광변색성 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라, 이미 앞에서 설명된 바와 같이 광학 요소를 제조하는 방법은 하나 이상의 광변색성 화합물이 중합될 수 있는 하나 이상의 화합물과 혼합되고, 이후 이렇게 얻어진 혼합물이 보호용 코팅과 기재로 둘러싸인 공간에 제공되며, 광변색성 화합물을 포함하는 투명층을 형성하도록 중합 처리되는 것을 특징으로 한다.

이러한 실시예에 따라, 광변색성 화합물은 중합체 매트릭스 내의 독립된 영역으로 존재하고, 이러한 중합체 매트릭스는 변환기간이 짧게 하는 하나 이상의 광변색성 화합물을 결합하는데 특히 적합하다.

보호용 코팅은 바람직하게는 유리로 제조된 면판인 것이 바람직하다.

하나 이상의 광변색성 화합물이 중합될 수 있는 하나 이상의 화합물과 혼합되고, 이후 이렇게 얻어진 혼합물이 보호용 코팅에 제공되며, 이어서 중합 처리를 거쳐, 광변색성 화합물을 포함하는 투명층과 보호용 코팅으로 얻어진 어셈블리는 광변색성 화합물을 포함하는 투명층이 기재와 결합되는 방식으로 기재 위에 제공되도록 광학 요소의 제조 방법을 실행하는 것이 또한 가능하다.

중합 처리를 실행한 후, 광변색성 화합물을 포함하는 투명층과 보호용 코팅으로 얻어진 어셈블리에 중간층이 제공되고, 이 중간층은 광변색성 화합물을 포함하는 투명층과 결합하며, 이후 보호용 코팅, 광변색성 화합물을 포함하는 층 및 중간층으로 얻어진 어셈블리는 중간층이 기재와 결합되는 방식으로 기재 위에 제공되도록 광학 요소의 제조 방법을 실행하는 것이 또한 가능하다.

본 발명의 특별한 실시예에서, 하나 이상의 광변색성 화합물이 존재하는 용액 속에 중합체 필름이 제공되고, 광변색성 화합물은 중합체 필름에서 확산하며, 이후 중합체 필름이 용액에서 제거되는 반면, 이렇게 형성된 중합체 필름을 광변색성 화합물을 포함하는 투명층으로 사용하는 것이 또한 가능하다.

본 발명의 특별한 실시예에서, 하나 이상의 중합체와 하나 이상의 광변색성 화합물은 광변색성 화합물을 포함하는 투명층을 형성하기 위해 혼합 수단에서 혼합되는 방식으로 광학 요소의 제조 방법이 실행된다.

본 발명은 이제 많은 예를 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 특정 예는 설명을 위해서만 제시되었다는 점을 주목해야 한다.

(실시예)

예 1

PEGDMA 550(단위체의 분자량이 약 500인 폴리에텐글리콜다이메타크릴레이트) 100 중량부와, LTPO(2,4,6-트라이메틸벤조일다이페닐포스핀 옥사이드, 바스프사에 의해 판매되는 광개시제임) 0.5 중량부와, MXP7-114(광변색성 납토피레인, PPG 인더스트리사에 의해 판매됨) 0.1 중량부의 혼합물을 보호용 코팅과 기재로 둘러싸인 공간에 부었다. 이렇게 채워진 둘러싸인 공간("셀"이라고도 불림)이 밀폐된 후, 이 셀은 약 10분 동안 UV 광(세기: 3mW/cm²)으로 조사되었다. 광중합 공정을 실행한 후, 광변색성 화합물을 포함하고 변환기간이 짧은(착색/탈색 기간은 2분 미만) 시스템이 얻어졌다. 본 방법에 따라, 두께가 3mm인 샘플을 제조할 수 있다. 이와 같이 제조된 샘플은 각각 15℃와 40.5℃에서 UV 광을 비춘 후, 파장이 570nm인 광에 대해 투과 값이 약 5%와 약 45% 사이에서 변하는 것으로 실험에 의해 밝혀졌다. 어두운 환경에서, 샘플은 온도에 관계없이 570nm에서 투과 값이 약 96% 였다.

예 2

예 1에 사용된 것과 동일한 혼합물이 스핀 코팅을 통해 보호용 유리 코팅 위에 제공되었다. 보호용 유리 코팅은 약 10분 동안 질소 환경에서 UV 광(세기: 3mW/cm²)으로 조사되었다. 광중합 공정이 종료된 후, 광변색성 화합물을 포함하는 투명층을 구비한 보호용 코팅을 얻었다. 이와 같이 얻어진 샘플은 예 1에 언급된 것과 동일한 투과 값을 가졌다.

예 3

0.5 중량부의 LTPO를 0.5 중량%의 AIBN(아조비스-아이소부티로나이트릴, 알드리치사에 의해 판매되는 열 촉매임)으로 바꾼 것을 제외하고, 예 1, 2에 사용된 것과 동일한 혼합물이 사용되었다. 이와 같이 제조된 혼합물은 스핀 코팅을 통해 보호용 유리 코팅에 제공되었고, 이것은 질소 환경에서 오븐에 주입되었다. 오븐을 질소 기체로 10분 동안 씻어낸 다음, 오븐의 온도는 점진적으로 65℃까지 올라갔고, 오븐에서 머무른 시간은 약 18시간이었다. 중합 공정 후, 광변색성 화합물을 포함한 투명층을 구비하는 보호용 코팅이 얻어졌고, 이러한 보호용 코팅의 변환기간은 짧았다(2분 미만). 이와 같이 얻어진 샘플의 투과 값은 예 1과 동일했다.

예 4

본 예는 중합체 필름에서 광변색성 화합물을 확산시키는 방법을 제공한다. 폴리(비닐부티랄)(PVB) 필름은 에탄올을 용매로 한 광변색성 염료인 Photosol 7-14의 포화용액으로 가득 찬 다음, 공기 중에서 건조되었다. 기재와 유리판(투명층) 사이에 도핑된 PVB 필름을 넣고, 이 어셈블리를 60℃, 100,000 Pa의 압력에서 1시간 동안 압축함으로써 적층판(라미네이트)이 제조되었다.

요약하자면, 본 발명은 유기 중합체 망상조직과 하나 이상의 광변색성 화합물을 포함하는 투명층을 구비한 기재를 포함하는 광학 요소에 관한 것으로, 가시 파장 범위에서 광학 요소의 투과는 입사광의 변화에 따라 달라지는 반면, 광변색성 화합물을 포함하는 투명층은 기재 측면과 떨어진 측면에 보호용 코팅을 구비한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 콘트라스트가 높은 최적의 디스플레이를 갖춘 광학 요소를 제공하고, 매우 우수한 기계적 특성의 광학 요소를 제공하며, 광변색성 화합물을 포함하는 투명층이 기재 측면과 떨어진 측면에 보호용 코팅을 구비하게 되는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 가시 파장 범위에서 광학 요소의 투과는 입사광의 변화에 따라 달라지고, 유기 중합체와 하나 이상의 광변색성 화합물을 포함하는 투명층을 구비한 기재(substrate)를 포함하는 광학 요소(optical element)로서,

   광변색성 화합물을 포함하는 상기 투명층은 상기 기재 측면과 떨어진 측면에 보호용 코팅을 구비하는 것을 특징으로 하는, 광학 요소.
2. 제 1항에 있어서, 광변색성 화합물을 포함하는 상기 투명층과 상기 보호층(즉, 보호용 코팅) 사이의 굴절률 차이는 0.1 미만인 것을 특징으로 하는, 광학 요소.
3. 제 1항 및 제 2항에 있어서, 광변색성 화합물을 포함하는 상기 투명층과 상기 기재 사이의 굴절률 차이는 0.1 미만인 것을 특징으로 하는, 광학 요소.
4. 제 1항 내지 제 3항에 있어서, 상기 광변색성 화합물은 320nm와 400nm 사이의 파장 범위에서 입사광을 통해 활발하게 변환되는 것을 특징으로 하는, 광학 요소.
5. 제 1항 내지 제 4항에 기재된 광학 요소의 제조 방법으로서,

   하나 이상의 광변색성 화합물은 중합될 수 있는 하나 이상의 화합물과 혼합되고, 이후 이같이 얻어진 혼합물은 상기 보호용 코팅과 기재로 둘러싸인 공간에 제공되며, 광변색성 화합물을 포함하는 투명층을 형성하기 위해 중합 처리되는 것을 특징으로 하는, 광학 요소의 제조 방법.
6. 제 1항 내지 제 4항에 기재된 광학 요소의 제조 방법으로서,

   하나 이상의 광변색성 화합물이 중합될 수 있는 하나 이상의 화합물과 혼합되고, 이후 이같이 얻어진 혼합물이 상기 보호용 코팅에 제공되며, 이어서 중합 처리를 거쳐, 광변색성 화합물을 포함하는 투명층과 보호용 코팅으로 얻어진 어셈블리는 광변색성 화합물을 포함하는 상기 투명층이 상기 기재와 결합되는 방식으로 상기 기재 위에 제공되는 것을 특징으로 하는, 광학 요소의 제조 방법.
7. 제 6항에 있어서, 중합 처리를 실행한 후, 광변색성 화합물을 포함하는 투명층과 보호용 코팅으로 얻어진 어셈블리에 중간층이 제공되고, 상기 중간층은 광변색성 화합물을 포함하는 상기 투명층과 결합하며, 이후 보호용 코팅, 광변색성 화합물을 포함하는 상기 층 및 상기 중간층으로 얻어진 어셈블리는 상기 중간층이 상기 기재와 결합되는 방식으로 상기 기재 위에 제공되는 것을 특징으로 하는, 광학 요소의 제조 방법.
8. 제 1항 내지 제 4항에 기재된 광학 요소의 제조 방법으로서,

   하나 이상의 광변색성 화합물이 존재하는 용액 속에 중합체 필름이 제공되고, 상기 광변색성 화합물은 상기 중합체 필름에서 확산하며, 이후 상기 중합체 필름이 상기 용액에서 제거되는 반면, 이같이 형성된 상기 중합체 필름은 광변색성 화합물을 포함하는 상기 투명층으로 사용되는 것을 특징으로 하는, 광학 요소의 제조 방법.
9. 제 1항 내지 제 4항에 기재된 광학 요소의 제조 방법으로서,

   하나 이상의 중합체와 하나 이상의 광변색성 화합물은 광변색성 화합물을 포함하는 상기 투명층을 형성하기 위해 혼합 수단에서 혼합되는 것을 특징으로 하는, 광학 요소의 제조 방법.
10. 디스플레이 장치의 디스플레이 스크린으로서,

    상기 디스플레이 스크린은 제 1항 또는 제 2항 또는 제 3항 또는 제 4항에 기재된 광학 요소를 포함하는, 디스플레이 장치의 디스플레이 스크린.