KR20050073485A - 연속상 및 분산상을 갖는 높은 이득 광학 장치의 제조 방법 - Google Patents

연속상 및 분산상을 갖는 높은 이득 광학 장치의 제조 방법 Download PDF

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로날드 제이. 타바
수잔 엘. 켄트
리챠드 씨. 알렌
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

광학 성질이 향상된 광학 필름에서 분산상의 성질을 제어할 수 있는, 연속상/분산상 형태학을 갖는 광학 필름의 제조 방법이 개시된다. 액정 디스플레이 등에서 사용될 경우, 상기 필름은 공지의 연속상/분산상 광학 필름으로 수득가능한 것 이상으로 스크린 휘도를 증가시킬 수 있다.

Description

연속상 및 분산상을 갖는 높은 이득 광학 장치의 제조 방법 {Methods of Making High Gain Optical Devices Having a Continuous and Dispersive Phase}
본 발명은 일반적으로 연속상/분산상 형태학을 갖는 광학 필름에 관한 것이며, 특별하게는 이득(gain) 및 기타 광학 성질을 개선하기 위해 그러한 장치에서 분산상의 특징을 조절하는 방법에 관한 것이다.
연속적인 매트릭스 내에 배치된 분산상으로부터 구성된 광학 및 비-광학 필름이 당 분야에 공지되어 있다. 그러한 연속상/분산상 필름은 예를 들면 공동 양도된 미국 특허 제 5,825,543 호(Ouderkirk 등), 미국 특허 제 5,783,120 호(Ouderkirk 등), 미국 특허 제 5,867,316 호(Carlson 등), 미국 특허 제 5,991,077 호(Carlson 등), 및 미국 특허 제 6,179,948 호(Merrill 등), 및 미국 특허 제 6,090,898 호(Tsunekawa 등)에 기재되어 있다.
연속상/분산상 필름은 확산 반사성 편광자로서 특히 유용하다. 상기 응용에서, 필름은 전형적으로 두 상의 굴절율이 첫번째 축을 따라서는 실질적으로 불일치되고, 두번째 축을 따라서는 실질적으로 일치되도록 구성된다. 그 결과, 첫번째 축을 따라서 편광된 입사광은 실질적으로 반사 또는 산란되는 한편, 두번째 축을 따라서 편광된 입사광은 실질적인 산란이 없이 투과된다(즉, 두번째 축을 따라 편광된 입사광은 "정(specularly)" 투과된다.)
연속상/분산상 필름의 형태학이 특정 광학 성질에 지대한 영향을 미친다는 것이 발견되었다. 예를 들면, 미국 특허 제 6,179,948 호(Merrill 등)는 코어 층 및 첫번째 및 두번째 외부 층으로 구성된 삼층 필름을 개시하고 있다. 코어 층은 모놀리스성(monolithic) 조성물을 가지는 한편, 외부 층 각각은 연속상/분산상 형태학을 갖는다. 상기 필름 구조는, 분산상의 일부 또는 전부가 필름의 코어 층에 배치되어 있는 유사 필름과 비교할 때, 편광자의 통과 방향에서는 보다 높은 투과율, 및 차단 방향에서는 보다 높은 반사율을 부여하는 것으로 알려져 있다. 상기 결과는, 코어 층에 분산된 것과는 반대로 필름의 외부 층에 배치된 결과로서 압출 도중 분산상이 경험하는 보다 큰 미소섬유화로 인한 것이라고 논의된다. 미국 특허 제 5,825,543 호(Ouderkirk 등)도 거기에 개시된 연속상/분산상 필름의 외부 층에서 분산상의 보다 많은 미소섬유화를 지적하고 있다.
확산 반사성 편광자의 하나의 중요한 성능 특성은 이득(gain)이다. 편광자의 맥락에서 광학적 이득의 개념은 공동 양도된 미국 특허 제 5,751,388 호(Larson) 및 미국 특허 제 6,057,961 호(Allen 등)를 포함하는 각종 참고 문헌에서 논의되었다. 이득은 근본적으로 편광자에 의해 제공된 스크린 휘도 증가의 척도이다. 따라서, 높은 이득의 편광자가 장치된 컴퓨터 모니터는 그러한 편광자가 없는 동일한 모니터에 비하여 특정 범위의 시야각에 걸쳐 더 밝게 나타날 것이다. 이러한 이유로, 이득을 향상시키는 편광자를 만들기 위해 많은 주의가 집중되었다. 즉, 예를 들면 미국 특허 제 6,057,961 호(Allen 등)는 벗어난 각(off-angle)(예, 60°)에서 증가된 이득을 나타내는 연속상/분산상 편광자를 기재하고 있다. 그러나, 이들 편광자는 연속상/분산상 편광자 기술에서 현저한 개량을 나타내는 한편, 벗어난 각에서 상기 편광자로써 관찰된 이득의 증가는 전형적으로 어느 정도까지는 적어도 정상의(normal) 입사광에서 관찰되는 광학적 이득을 희생시킴으로써 나타나며, 이러한 타협은 일부 응용에서는 바람직하지 못하다. 다른 디스플레이 응용의 경우에, 정상의 입사광에서 증가된 이득은 일차적 중요성을 갖지만, 벗어난 각에서의 증가된 이득은 중요하지 않을 수 있고 심지어는 바람직하지 못할 수도 있다.
따라서 적어도 일부 구현예에서 연속상/분산상 광학 필름이 특히 정상의 입사광에서 향상된 광학적 이득을 나타낼 수 있는 연속상/분산상 광학 필름에 대한 요구가 당 분야에 존재한다. 상기 및 다른 요구가 이하에 기재하는 바 본 발명의 구현예에 의해 제공된다.
도 1은 여기에 기재된 바와 같은 복합재 적층된 필름이 유래될 수 있는 필름의 개략도이다.
도 2는 압출물에 전단을 증가시키기 위해 복수의 날개판을 도입하는 공급블럭 및 다이 장치의 부분 단면도이다.
도 3은 도 2의 장치의 일부의 사시 절단도이다.
<요약>
본 발명은, 예를 들면 디스플레이 또는 역광 응용에 사용될 경우 특히 높은 이득 특성을 나타낼 수 있는 비교적 얇은 연속상/분산상 광학 필름의 제조를 가능하게 하는 방법을 개시한다. 상기 방법은 동일한 전체 두께의 마무리된 필름에 대한 통상의 공지 제조 기술에 의해 달리 존재하는 것보다, 마무리된 광학 필름의 두께 이상에 걸쳐 분산상 재료의 바람직한 형태학(보다 높은 미소섬유화)을 생성하는 것으로 생각된다. 하나의 접근 방법에서는, 적어도 첫번째 표면 층 및 두번째 층을 갖는 첫번째 필름이 압출되며, 여기에서 적어도 상기 첫번째 표면 층은 연속상/분산상 형태학을 갖는다. 상기 첫번째 표면 층 내의 분산상 재료는 그것이 상기 첫번째 필름의 외부 표면에 가까인 인접함으로 인해 비교적 높은 미소섬유화를 경험하며, 이러한 미소섬유화는 상기 첫번째 필름을 성형 휠(casting wheel) 또는 다른 표면에 대하여 성형할 때, 및 상기 첫번째 필름을 신장 등에 의해 배향할 때 적어도 부분적으로 유지된다. 상기 첫번째 표면 층은 두번째 층으로부터 분리되고 이어서 마무리된 광학 필름의 하나의 또는 바람직하게는 복수의 층 안에 도입된다. 두번째 층은 폐기될 수 있다. 어떤 구현예에서, 상기 첫번째 필름은 또한 두번째 표면 층을 포함할 수 있으며, 여기에서 상기 첫번째 및 두번째 표면 층은 상기 두번째 층의 마주보는 면 위에 배치된다. 두번째 표면 층은 그 후, 상기 첫번째 필름을 성형한 후, 바람직하게는 배향한 후, 두번째 층으로부터도 분리되어 마무리된 광학 필름 내에 도입될 수 있다. 상기 첫번째 및 선택적으로 두번째 표면 층(들)은 중간 적층된 필름 내에 교대로 도입될 수 있고, 상기 필름은 배향될 경우 마무리된 필름을 포함할 수 있다. 또다른 접근 방법에서는, 인접한 다이에 복수의 날개판을 사용하여 성형 필름의 두께에 걸쳐 분산상 재료의 미소섬유화를 촉진한다. 분산상 및 연속상을 포함하는 용융물 흐름이 복수의 날개판을 통과하고 다이를 통해 압출된다. 압출물은 성형 표면에 대하여 성형되고 배향되어 마무리된 필름을 제공할 수 있다.
하나의 국면에서는, 향상된 이득 특성을 나타내는 연속상/분산상 광학 필름 또는 장치를 제조하기 위한 방법이 개시된다. 상기 방법에 의해 제조된 필름 및 장치 또한 개시된다. 상기 방법에 따르면, 표면 층의 하나 또는 양자가 연속상 및 분산상을 포함하는 다층 필름 또는 복합재가 공압출 또는 기타 적합한 방법에 의해 제조된다. 연속상 및 분산상을 함유하는 표면 층(들)은 그 후 필름으로부터 제거되고 한데 적층되어 둘 이상의 층이 연속상/분산상 형태학을 갖는 새로운 다층 필름 또는 복합재를 형성한다.
어떤 구현예에서는, 수지 흐름의 첫번째 표면 층이 연속상/분산상 형태학을 갖는 다층 수지 흐름을 압출하고, 상기 첫번째 표면 층이 성형 휠 또는 표면에 대하여 배치되도록 상기 수지 흐름을 성형함으로써 원래의 필름 또는 복합재가 제조된다. 다음, 상기 첫번째 표면 층을 필름 또는 복합재로부터 벗김으로써 또는 다른 적합한 방법에 의해서 제거하여 새로운 다층 필름 또는 복합재를 제조하는 데 사용한다. 이러한 공정을 용이하게 하기 위해, 원래의 필름 또는 복합재는 어떤 구현예에서는, 하나 이상의 표면 층과 필름 또는 복합재의 나머지 사이의 계면이 충분히 약하여 상기 첫번째 표면 층의 제거를 용이하게 하도록 고안된다. 상기 새로운 필름 또는 복합재의 분산상은, 원래의 필름 또는 복합재의 이득 특성에 비하여 새로운 필름 또는 복합재의 향상된 이득 특성을 초래하는 것으로 밝혀진 특징인, 원래의 필름 또는 복합재의 평균 입자 크기보다 작은 평균 입자 크기를 갖는 것으로 밝혀졌다.
이론에 구애되기를 원치 않지만, 수지 흐름 또는 표면 층이, 수지 흐름이 성형 표면에 접촉할 당시에 수지 흐름의 거의 완전한 켄칭을 허용하도록 충분히 얇은 경우 이득 특성의 향상이 초래되는 것으로 생각된다. 이는 다시, 분산상 입자의 평균적인 평면-내 치수를 감소시키는 것으로 생각되는데, 그 이유는 단지 부분적으로 켄칭된 웹의 경우보다 완전히 켄칭된 웹에서 신장된 분산상 입자의 보다 적은 이완이 일어날 수 있기 때문이다. 수득되는 필름 층은 그 후 편광자 또는 확산자로서 단독으로 사용되거나, 동일 또는 유사한 목적으로 다층 구조로 조립될 수 있다.
어떤 구현예에서는, 이형 표면이 수지 흐름의 공기쪽 위에 위치하도록 상기 수지 흐름을 이형 라이너 또는 유사한 이형 표면 상에 압출시킬 수 있다. 그렇지 않으면, 상기 수지 흐름을 이형 라이너와 함께 공압출할 수 있다. 바람직하다면, 결합(tie) 층 또는 접착제 층이 이형 표면과 수지 흐름 사이에 제공되어, 수지 흐름으로부터 성형되는 결과되는 물품 또는 필름이 상기 이형 라이너로부터 제거되어 기질에 쉽게 부착되거나 다층 구조로 편리하게 조립될 수도 있다.
또다른 국면에서는, 향상된 이득 특성을 가지고, 이것에 의해 분산상의 평균 입자 크기 및 형태가 분산상과 성형 표면 사이의 거리를 제어함으로써 조정되는 연속상/분산상 편광자를 제조하기 위한 방법이 여기에 개시된다. 하나의 구현예에서, 이는 첫번째 및 두번째 수지 흐름(그 중 적어도 하나는 연속상과 분산상을 포함한다)을 제공함으로써 수행된다. 다음, 상기 첫번째 및 두번째 수지 흐름을 첫번째 및 두번째 주 표면을 갖는 다층 복합재로 압출한다. 다층 복합재는 복합재 중 층의 적어도 일부가 첫번째 수지 흐름의 재료를 포함하고, 복합재 중 층의 적어도 일부가 두번째 수지 흐름의 재료를 포함하며, 연속상과 분산상을 가지며 첫번째 표면의 75 미크론 내에 배치된 복합재 중 층의 수가, 연속상과 분산상을 가지며 두번째 표면의 75 미크론 이내에 배치된 층의 수보다 크도록 한다. 수지 흐름을 그 후, 상기 첫번째 표면이 성형 표면과 접촉하도록 하는 방식으로 성형 표면에 대하여 성형한다. 다층 필름 및 기타 복합재는, 성형 표면에 인접하여 배치된 분산상의 신속한 켄칭으로 인한 결과일 수도 있는, 첫번째 표면이 수지 흐름의 공기쪽 위에 배치된 필름에 비하여 향상된 이득 특성을 나타내는 상기 방법에 따라 제조될 수 있다.
또다른 국면에서, 첫번째 표면의 75 미크론 이내에 배치된 분산상의 양 또는 부피 분량이 두번째 표면이 75 미크론 이내에 위치한 분산상의 양 또는 부피 분량보다 큰 연속상/분산상 편광자를 제조하는 방법이 여기에 개시된다. 상기 방법에서, 바람직하게는, 실질적으로 모든 분산상이 첫번째 표면의 75 미크론 내에 배치된다.
또다른 국면에서, 역광 및 스크린을 포함하고 상기 역광과 스크린 사이에 배치된 편광자를 갖는 디스플레이가 여기에 개시된다. 상기 편광자는 바람직하게는 연속상/분산상 편광자이다. 상기 편광자는 통상의 입사광에서 약 1.46 이상, 바람직하게는 약 1.5 이상, 더욱 바람직하게는 약 1.57 이상, 가장 바람직하게는 약 1.58 이상의 이득을 제공한다.
또다른 국면에서는, 첫번째 중합체성 재료를 포함하는 연속상 및 두번째 중합체성 재료를 포함하는 분산상을 갖는 용융물 흐름을 제공하고, 상기 용융물 흐름을 복수의 날개판을 통해 통과시키는 단계를 포함하는 광학 필름의 제조 방법이 여기에 개시된다. 날개판은 실질적으로 평행하여, 용융물 흐름이 상기 날개판들을 통과한 후 적어도 하나의 축을 따라 상기 분산상이 실질적으로 신장되도록 충분히 짧은 거리만큼 떨어져 공간배치될 수 있다. 용융물 흐름은 전형적으로 첫번째 축을 따라서 유동의 주요 방향을 가지며, 복수의 날개판 각각은 바람직하게는 상기 첫번째 축에 실질적으로 수직으로 배치된 세로 축을 갖는다. 상기 날개판은 다이 내에 배치되거나 다이 날(lips)에 인접하여 배치될 수 있다. 날개판이 다이 날에 인접하여 배치되는 경우, 이들은 바람직한 거리만큼 다이 날로부터 떨어져 위치할 수 있다. 복수의 날개판은 바람직하게는 복수의 좁은 평행 채널을 정의하며, 상기 용융물 흐름은 바람직하게는 상기 채널을 통과하고, 그 후에는 단일의 용융물 흐름으로 다시 합쳐질 수 있다.
상기 나타낸 여러 국면에서, 여기에 개시된 광학 필름의 연속상 및 분산상의 굴절율은 배향 단계 후에, 상기 광학 필름이 편광자로서 효과적으로 기능할 수 있도록 전형적으로 첫번째 평면-내 축을 따라 충분히 불일치되며, 두번째 평면-내 축을 따라서는 충분히 일치될 것이다. 불일치 방향에서 굴절율의 차이는 바람직하게는 0.05 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.10 이상, 가장 바람직하게는 약 0.15 이상인 한편, 일치된 방향에서 굴절율의 차이는 전형적으로 0.05 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.03 미만, 가장 바람직하게는 약 0.02 또는 0.01 미만이다.
A. 정의
여기에서 사용되는 "코어 층"이라는 용어는 연속상/분산상 구조를 갖는 층이 이형가능하게 부착되어 있는 필름 중의 층을 의미한다. 상기 필름이 2 개 보다 많은 층을 갖는 경우, 상기 코어 층은 전형적으로 필름 구조 중 내부의 층일 것이다. "코어 층"이라는 용어는 운송 또는 취급 도중 연속상/분산상 층을 주로 보호할 목적으로 연속상/분산상 층의 외부 표면에 이형가능하게 부착된 층을 포함하는 의미는 아니다.
여기에서 사용되는, 연속상/분산상 구조를 갖는 층과 관련하여 사용될 때 "이형가능하게 부착된"이라는 용어는 이 층이 부착되어 있는 층으로부터 응집의 덩어리로서 제거될 수 있음을 의미한다.
여기에서 사용된 "정반사성(specular reflection)" 및 "정반사율"이라는 용어는 정반사 각을 중심으로 16 도의 꼭지각을 갖는 나타나는 원뿔 내로 광선의 반사율을 의미한다. "확산 반사" 또는 "확산 반사율"이라는 용어는 상기 정의된 정반사 원뿔 외인 광선의 반사를 의미한다. "총 반사율" 또는 "총 반사"라는 용어는 표면으로부터 모든 빛의 합쳐진 반사율을 의미한다. 또한, 총 반사는 정반사와 확산 반사의 합이다.
유사하게, "정투과(specular transmission)" 및 "정투과율"이라는 용어는 정투과 방향을 중심으로 16 도의 꼭지 각을 갖는 나타나는 원뿔 내로 광선의 투과와 관련하여 사용된다. "확산 투과" 및 "확산 투과율"이라는 용어는 여기에서 상기 정의된 정투과 원뿔 외인 모든 광선의 투과에 관하여 사용된다. "총 투과" 및 "총 투과율"이라는 용어는 광학 몸체를 통해 모든 빛의 합쳐진 투과를 의미한다. 즉, 총 투과는 정투과와 확산 투과의 합이다.
여기에서 사용된 "연속상/분산상 필름"이라는 용어는 연속적 매트릭스 중에 분산된 비연속적 상을 갖는 필름을 의미한다.
여기에서 사용된 "종횡비"라는 용어는 분산상의 가장 큰 평균 디멘션 대 분산상의 가장 작은 평균 디멘션의 비를 의미한다. 따라서, 분산상이 높은 종횡비를 갖는다고 일컬어지는 필름은 하나의 축을 따라 측정될 경우 다른 축을 따라 측정된 경우보다 현저하게 긴 분산상으로 특징될 것이다.
여기에서 사용된, "이득" 및 "총 강도"라는 용어는 이하의 Z 섹션, "실험 방법"에서 기재되는 바와 같은 각각의 측정을 의미한다.
B. 개요
본 출원은 역광 디스플레이에서 높은 광학적 이득을 나타낼 수 있는 연속상/분산상 광학 필름을 개시한다. 그러한 필름은 다양한 응용에서 유용하지만, 단독으로 또는 다른 필름과 조합되어, 액정 디스플레이의 휘도 향상 필름으로서 특히 유용하다. 하나 또는 두 상이 모두 비-중합체성인 구현예도 고려되지만, 필름 중 연속상 및 분산상은 바람직하게는 다양한 중합체성 재료이다. 분산상만이 복굴절성이거나 두 상이 모두 복굴절성인 구현예도 고려되지만, 적어도 상기 연속상은 복굴절성인 것이 또한 바람직하다.
C. 높은 이득 필름을 제조하는 방법
본원의 교시에 따라 높은 이득의 연속상/분산상 필름을 수득하기 위해 사용될 수 있는 다수의 접근 방법이 있다. 전형적으로 이러한 접근 방법에서는, 필름 내의 거의 또는 모든 분산상이, 바람직하게는 연화된 또는 용융된 상태에서 충분한 전단 또는 힘에 노출되어, 분산상이 적어도 한 방향에서 신장 또는 연장되도록 한다. 바람직하게는, 분산상의 입자가 공통의 축을 따라 신장 또는 연장된다. 그 후 분산상을 예를 들면 적절한 켄칭 및 이후의 신장 작업을 통해 상기 방향으로 유지시킬 수 있다.
하나의 접근 방법에서는, 첫번째 중합체성 재료를 포함하는 연속상 및 두번째 중합체성 재료를 포함하는 분산상을 갖는 용융물 흐름을 제공함으로써 그러한 높은 이득의 필름이 제조될 수 있다. 상기 용융물 흐름은 그 후, 상기 용융물 흐름이 구멍을 통과한 후 상기 분산상이 적어도 하나의 축을 따라서 실질적으로 신장되도록 충분히 좁은 복수의 구멍을 통과하게 된다. 상기 구멍은 예를 들면, 용융물 흐름이 유동 장애물 또는 날개판을 통과하거나 경유한 후 상기 분산상이 적어도 하나의 축을 따라 실질적으로 신장되도록 충분히 짧은 거리만큼 떨어져 위치한 복수의 유동 장애물 또는 날개판에 의해 정의될 수 있다. 이러한 종류의 설정을 가지며 이러한 접근에 적합한 장치의 한 예가 미국 특허 제 4,533,308 호(Cloeren)에 기재되어 있다.
복수의 유동 장애물 또는 날개판은 다이 내에 배치되거나 일련의 다이 날에 인접하여 배치될 수 있다. 복수의 날개판이 하나의 다이 내에 배치될 경우, 이들은 바람직하게는 복수의 좁아진 채널을 정의하고, 상기 용융물 흐름은 바람직하게는 상기 복수의 좁혀진 채널을 통과한 후, 하나의 용융물 흐름으로 다시 합쳐질 수 있다. 상기 날개판이 일련의 다이 날과 인접하여 배치될 경우, 이들은 다이 날로부터 바람직한 거리만큼 떨어져 배치될 수 있고, 다이는 예를 들면 성형 다이 또는 점적 다이로서 고안될 수 있다.
적합한 장치(20)를 도 2에 도식적으로 나타내며, 그 일부를 도 3의 사시도로 개략적으로 나타낸다. 그 구현예에서, 용융된 연속상/분산상 압출물(도시되지 않음)은 공급블럭 송입구(22), 및 그 안에 복수의 날개판(26))이 고정된 공급블럭 슬롯 판(24)을 통과하도록 만들어질 수 있다. 날개판(26)은 일반적으로 평면이고 평행하며, 각각이 압출물 유동에 평행한 한 디멘션을 따라서, 및 그 유동에 수직인 또하나의 디멘션을 따라 연장되어 있다. 날개판(26)은 그 사이에, 그를 통해 압출물이 유동되도록 하는 복수의 구멍 또는 슬롯을 정의한다. 슬롯 판(24)은 다이 날(30)을 갖는 통상의 다이(28) 내로 압출물을 공급한다. 압출물 배출 다이(28)은 성형 표면(32)에 대하여 켄칭되고, 상기 표면은 회전 성형 휠의 부분일 수 있다.
또다른 접근 방식에서는, 중합체성 연속상 및 분산상을 포함하는 배합물을 제공한 다음, 상기 분산상의 거의 또는 전부가 압출물의 표면에 충분히 근접하여 배치되도록 하는 방식으로 상기 배합물을 압출시켜 그것이 압출 도중 받게 되는 전단 또는 신장력의 결과로서 분산상이 신장, 연신 또는 미소섬유화되도록 함으로써(본 접근 방법에서는 압출물이 압출 후 신속하게 켄칭되어 그 방향을 유지하도록 보장하는 것이 바람직하다) 높은 이득의 필름이 제조될 수 있다. 상기 결과는 여러 가지 방법으로 성취될 수 있다.
예를 들면, 상기 배합물은 다층 필름의 외부 층의 하나 또는 양자로서 압출될 수 있고, 이들 외부 층들은 그후 필름으로부터 제거 또는 탈적층되어 새로운 다층 필름 또는 구조로 재조립될 수 있다. 상기 새로운 다층 필름 또는 구조는, 필름 성형 도중에 성형 표면(들)과 접촉하게 되는 원래 필름의 외부 층으로부터 형성되는 것이 특히 바람직하다. 그러한 층들은 전형적으로 필름의 단지 한 면일 것이지만, 마주보는 롤러 또는 기타 그러한 장치가 원래 필름의 양 표면이 성형 표면에 노출되도록 성형 표면으로서 유리하게 사용될 수 있다. 어떤 경우에는, 상기 성형 표면(들)이 냉각된다. 새로운 필름 또는 구조의 조립을 용이하게 하기 위해, 원래의 다층 필름을 그 외부 층과 필름의 나머지 부분 사이의 접착이 조악하거나, 필름의 적절한 처리를 통해 쉽게 조악해질 수 있도록 특수하게 제조할 수 있다.
어떤 구현예에서는, 상기 배합물이 단일의 얇은 막으로서 압출되고, 이것이 그 후 다층 구조로 조립될 수도 있다. 이러한 경우, 상기 필름은 전형적으로 분산상의 거의 또는 전부가 압출물의 표면에 충분히 가깝게 배치되어, 그것이 받게 되는 전단력의 결과로서 상기 분산상이 신장, 연신 또는 미소섬유화되도록 충분히 얇다. 또한 상기 필름은 압출 후 상기 분산상의 신속한 켄칭을 가능하게 하도록 충분히 얇은 것이 바람직하다.
새로운 다층 필름이 하나 이상의 원래 필름에서 취해진 연속상/분산상 층으로부터 구성되는 여기에 기재된 일부 구현예에서, 상기 원래 필름은 제거된 층(들)을 새로운 필름으로 조립하는 것을 용이하게 하도록 그 안에 접착제 또는 결합 층을 갖도록 구성될 수 있다. 그러한 구현예에서, 상기 필름은 원하는 층의 제거를 용이하게 하기 위해 이형 라이너 또는 이형 표면을 더 구비할 수 있다. 상기 새로운 다층 필름은 또한 구성 층을 한데 고정시키기 위해 접착제 또는 결합 층으로 구성될 수도 있다.
본 발명의 가르침에 따라 높은 이득 필름을 제조하기 위한 위에 기재된 접근법 및 방법론의 일부는 실시예를 참고하면 더 잘 이해될 수 있다.
D. 복굴절
위에 언급하였듯이, 개시된 필름을 위한 연속상은, 필수적인 것은 아니지만, 바람직하게는 복굴절성이다. 연속상이 복굴절성인 구현예에서, 상기 연속상의 복굴절율은 전형적으로 약 0.05 이상, 바람직하게는 약 0.1 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.15 이상, 가장 바람직하게는 약 0.2 이상이다.
E. 굴절율 시차
편광 필름 적용에서, 상기 연속상 및 분산상의 굴절율은 세 개의 상호 수직인 축의 첫번째 축을 따라서는 실질적으로 일치되고(즉, 약 0.05 미만의 차이), 세 개의 상호 수직인 축의 두번째 축을 따라서는 실질적으로 불일치(즉, 약 0.05가 넘는 차이)되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 연속상 및 분산상의 굴절율은 일치 방향에서 약 0.03 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.02 미만, 가장 바람직하게는 약 0.01 미만의 차이를 갖는다. 연속상 및 분산상의 굴절율은 불일치 방향에서는 바람직하게는 약 0.05 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.1 이상, 가장 바람직하게는 약 0.2 이상의 차이를 갖는다.
특정 축을 따라서 굴절율의 불일치는 그 축을 따라 편광된 입사광이 실질적으로 산란되어 실질적인 양의 반사를 초래할 것이라는 효과를 갖는다. 반대로, 굴절율이 일치된 축을 따라 편광된 입사광은 훨씬 작은 산란 정도로 정투과 또는 정반사될 것이다. 이러한 효과는 반사 편광자 및 거울과 같은 다양한 광학 장치를 제조하는 데 사용될 수 있다.
F. 굴절율 일치/불일치의 효과
연속상 및 분산상의 적어도 하나의 재료는 바람직하게는 배향 시 굴절율이 변화되는 종류의 것이다. 결과적으로, 필름이 하나 이상의 방향으로 배향되면, 굴절율 일치 또는 불일치가 하나 이상의 축을 따라서 생긴다. 그러한 배향은 단축 또는 2축 방향일 수 있다. 배향이 2축 방향일 경우, 이는 둘 이상의 축을 따라 동시에 일어나거나, 상기 필름은 둘 이상의 축을 따라 순차적으로 배향될 수도 있다. 가장 전형적으로는, 상기 필름은 하나 이상의 방향으로 필름을 기계적으로 신장시킴으로써 배향될 것이다. 필름이 특정 방향으로 신장되므로, 이는 횡단 방향으로 수축될 수 있거나, 수축되지 않고 치수적 이완을 허용할 수도 있다. 상기 필름은 또한 대칭 또는 비대칭의 방식으로 배향될 수도 있다.
배향 변수 및 기타 공정 조건을 주의깊게 조절함으로써, 매트릭스의 양성 또는 음성 복굴절이, 주어진 축을 따라 빛의 하나 또는 양쪽 편광의 확산 반사 또는 투과를 유도하는 데 사용될 수 있다. 투과와 확산 반사 사이의 상대적인 비는 분산상 함유물의 농도, 필름의 두께, 연속상 및 분산상 사이의 굴절율의 차이의 제곱, 분산상 함유물의 크기 및 기하학, 및 입사 방사선의 파장 및 파장 밴드에 의존한다.
특정 축을 따라서 굴절율 일치 및 불일치의 크기는 그 축을 따라 편광된 빛의 산란 정도에 직접 영향을 준다. 일반적으로, 산란력은 굴절율 불일치의 제곱에 따라 변한다. 따라서 특정 축을 따라서 굴절율 불일치가 커질수록, 그 축을 따라서 편광되는 빛의 산란은 더 강해진다. 반대로, 특정 축을 따라서 불일치가 작을 경우, 그 축을 따라서 편광된 빛은 보다 적은 정도로 산란되며 따라서 몸체의 부피를 통해 정투과된다.
함유물(즉, 분산상)의 굴절율이 어떤 축을 따라서 연속적인 주 매질의 굴절율과 일치되는 경우, 상기 축에 평행한 전기장으로 편광된 입사광은 함유물의 크기, 형태 및 밀도에 무관하게 산란되지 않은 채로 통과될 것이다. 상기 굴절율이 어떤 축을 따라서 일치되지 않을 경우에는 상기 함유물이 상기 축을 따라 편광된 빛을 산란시킬 것이다. 약 λ/30(여기에서 λ는 매질 중 빛의 파장임)보다 큰 치수를 갖는 주어진 단면적의 확산자의 경우, 확산의 강도는 주로 굴절율 불일치에 의해 결정된다. 불일치된 함유물의 정확한 크기, 형태 및 정렬이, 얼마나 많은 빛이 그 함유물로부터 여러 방향으로 산란될 것인지를 결정하는 데 역할을 한다. 상기 산란 층의 밀도 및 두께가 충분하다면, 다중 산란 이론에 따라서, 입사광은 산란자의 세부적인 크기 및 형태와 관계없이 반사 또는 흡수될 것이지만 투과되지는 않을 것이다.
상기 재료가 편광자로서 사용되기 위한 것이라면, 이는 교차 신장 평면-내 방향에서 신장시키고 약간의 치수 이완을 허용하는 등과 같이, 연속상 및 분산상 사이의 굴절율 차이가 상기 재료의 표면에 평행한 면에 있는 첫번째 축을 따라서는 크고 다른 두 개의 수직 축을 따라서는 작도록 바람직하게 가공된다. 이는 상이한 편광의 전자기 방사에 있어서 큰 광학적 이방성의 결과를 가져온다. 여기에 기재된 기술은 분산상 재료가 공급블럭/다이 장치를 통과하고 성형 표면 상에서 켄칭되는 것의 결과로서 상기 분산상 재료의 미소섬유화 또는 신장을 이용할 수 있다. 그러한 신장은 일반적으로 웹의 이동 방향에 평행한 방향, 즉, 소위 기계 방향(MD)에서이다. 상기 성형 필름을 편광자를 만들 목적으로 실질적으로 단축 방향으로 신장시킬 경우, 그러한 신장은 필름의 MD를 따라서 또는 횡단 방향(TD)을 따라서 수행될 수 있다. TD를 따라서 신장시키는 것은 마무리된 필름의 폭을 증가시켜, 그것을 다양한 분야의 응용에 사용될 수 있게 한다. 그러나, 어떤 응용에서는, 불균형된 확산 필름(즉, 수직 편광이 상이한 정도로 산란되는 필름) 또는 균형된 확산 필름 또는 거울(즉, 수직 편광이 동등한 정도로 산란되는 필름)을 생성하기 위해 상기 첫번째 축에 수직인 두번째 평면-내 축을 따라 실질적인 굴절율 차이를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
G. 굴절율 일치/불일치를 수득하는 방법
편광자에 사용하기 위해 선택된 재료, 및 상기 재료의 배향 정도는, 마무리된 편광자의 상이, 관련된 굴절율이 실질적으로 동등한 적어도 하나의 축을 갖도록 바람직하게 선택된다. 반드시 그런 것은 아니지만 전형적으로 배향의 방향을 가로지르는 축인 그 축과 관련된 굴절율의 일치는 그 편광 면에서 실질적으로 빛을 산란시키지 않는 결과를 가져온다.
분산상은 또한 배향의 방향과 관련된 굴절율에서 감소를 나타낼 수 있다. 호스트의 복굴절이 양수이면, 분산상의 음의 응력 유도된 복굴절이 배향 축과 관련된 인접하는 상들의 굴절율 사이의 차이를 증가시키는 장점을 갖는 한편, 상기 배향 방향에 수직인 편광 면을 갖는 빛의 반사는 여전히 무시할 만하다. 상기 배향 방향에 수직인 방향에서 인접하는 상들의 굴절율 사이의 차는 배향 후 약 0.05 미만, 바람직하게는 약 0.02 미만이어야 한다. 최소의 허용되는 굴절율 차이는 최종-용도 응용, 필름 두께, 및 상기 분산상의 크기, 형태 및 농도를 포함하는 여러 가지 요인에 의존할 것이다.
분산상은 또한 양의 응력 유도된 복굴절을 나타낼 수도 있다. 그러나, 이는 연속상의 배향 방향에 수직인 축의 굴절율을 일치시키기 위한 열 처리에 의해 변화될 수 있다. 열처리 온도는 연속상의 복굴절을 이완시킬 정도로 높아서는 안된다.
H. 분산상의 크기
분산상의 크기 또한 산란에 중대한 영향을 가질 수 있다. 분산상 입자가 극히 작은 경우(즉, 관심 있는 매질 중 빛의 파장의 약 1/30 미만) 및 입방 파장 당 많은 입자가 존재할 경우, 광학 몸체는 임의의 주어진 축을 따라서 두 상의 굴절율 사이에 어느 정도 효과적인 굴절율을 갖는 균질의 매질로서 행동한다. 그러한 경우, 매우 적은 빛이 산란된다. 입자가 극히 클 경우, 빛은 입자의 표면으로부터, 매우 적은 다른 방향으로의 확산을 가지며 정반사된다. 상기 입자가 적어도 두 수직 방향에서 너무 클 경우에는, 바람직하지 못한 무지개 효과가 또한 나타날 수 있다. 입자가 커져서 광학 몸체의 두께가 더 커지고 바람직한 기계적 성질이 저하될 수 있는 경우에는 실제적인 한계에 도달할 수도 있다.
정렬 후 분산상의 입자의 이상적인 치수는 상기 광학 재료의 목적하는 용도에 의존한다. 따라서, 예를 들면, 입자 치수는 특별한 응용에서 관심있는 전자기 방사선의 파장의 함수로서, 가시광선, 자외선, 적외선 및 마이크로파 방사선을 반사 또는 투과시키는 데 필요한 상이한 치수로써 선택 또는 제어될 수 있다. 그러나 일반적으로, 필름의 두께 방향에서 입자의 치수는 그들이 매질 중 관심있는 전자기 방사선의 파장을 30으로 나눈 것보다 대략 크게 될 것이다.
바람직하게는, 광학 몸체가 낮은 손실 반사성 편광자로서 사용될 응용에서, 상기 입자는 관심있는 파장 범위에 걸쳐 전자기 방사선의 파장의 약 2 배 이상, 바람직하게는 상기 파장의 4 배 이상인 기계 방향에서의 길이를 가질 것이다. 횡단 방향에서 입자의 평균 직경은 바람직하게는 관심있는 파장 범위에 걸쳐 전자기 방사선 파장보다 작거나 같으며, 바람직하게는 목적한 파장의 1/2 미만이다. 분산상의 치수는 대부분의 응용에서 이차적인 고려대상이지만, 이는 비교적 적은 확산 반사가 존재하는 얇은 막 응용에서는 더욱 중요성이 커진다.
I. 분산상의 기하학
높은 이득의 필름에서, 분산상은 전형적으로 미소섬유이거나 신장되어, 높은 평균 종횡비를 갖는 분산상을 갖는 필름의 결과를 가져올 것이다. 여기에서 나타낸 바와 같이, 그러한 필름은 분산상이 보다 적은 평균 종횡비를 갖는 유사한 필름에 비하여 향상된 이득을 나타낸다. 그러나, 이러한 맥락에서, 상기 분산상은 다양한 형태를 가질 수도 있다.
굴절율 시차가 본 발명의 필름에서 산란을 촉진하는 데 의존하는 주된 요인이지만, 분산상의 입자의 기하학도 산란에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 굴절율 일치 및 불일치 방향에서 전기장에 대한 입자의 소극(depolarization) 인자는 주어진 방향에서 산란의 양을 감소 또는 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 분산상이 배향 축에 수직인 평면을 따라서 취해진 단면에서 타원형일 경우, 상기 분산상의 타원형 단면 형태는 역 산란광 및 정면 산란광의 양자에서 비대칭 확산의 원인이 된다. 상기 효과는 굴절율 불일치로부터 산란의 양을 추가 또는 감소시킬 수 있지만, 일반적으로 여기에 개시된 성질의 바람직한 범위 내의 산란에 대해서는 적은 영향을 갖는다.
분산상 입자의 형태는 또한 입자로부터 산란된 빛의 확산 정도에 영향을 줄 수도 있다. 이러한 형태의 효과는 일반적으로 작지만 빛의 입사 방향에 수직인 평면에서 입자의 기하학적 단면의 종횡비가 증가함에 따라, 및 입자가 비교적 커짐에 따라 증가한다. 일반적으로, 분산상 입자는 정반사 보다는 확산 반사가 바람직할 경우, 하나 또는 두 개의 상호 수직인 디멘션에서 빛의 파장의 몇 배 미만의 크기여야 한다.
낮은 손실의 반사적 편광자는, 배향의 결과로서, 배향 방향에 수직인 편광에 비하여 편광에 대한 산란 강도 및 분산을 증가시킴으로써 배향 방향에 평행인 편광에 대한 반사의 향상을 허용하는 높은 종횡비를 갖는 일련의 막대-형 구조로서의 연속상 내에 배치된 분산상으로 주로 구성될 수 있다. 그러나, 분산상은 많은 상이한 기하학으로 제공될 수 있다. 따라서, 상기 분산상은 거의 타원형(원형 포함), 다각형, 불규칙한 또는 이들 형태의 하나 이상의 조합인 단면을 가질 수 있다. 분산상의 입자의 상기 단면 형태 및 크기는 또한 개개의 입자마다 상이하거나, 필름의 각 영역마다에서(예를 들면 표면과 내부가) 다를 수 있다.
어떤 구현예에서는, 상기 분산상은 코어 및 외피 구조를 가질 수 있고, 여기에서 코어 및 외피는 동일 또는 상이한 재료로부터 만들어지거나 상기 코어는 비어 있을 수 있다. 따라서, 예를 들면, 상기 분산상은 중공 섬유 또는 동일 또는 랜덤의 길이를 갖는 타원체, 및 균일 또는 불균일의 단면을 갖는 타원체로 구성될 수 있다. 섬유의 내부 공간은 비어 있거나, 고체, 액체 또는 기체일 수 있으며 유기 또는 무기물일 수 있는 적합한 매질로 차지될 수 있다. 상기 매질의 굴절율은 분산상 및 연속상의 굴절율을 고려하여 바람직한 광학 효과(예, 주어진 축을 따라서 반사 또는 편광)를 수득하도록 선택될 수 있다.
분산상의 기하학은 상기 광학 재료의 적합한 배향 또는 가공을 통해서, 특정 기하학을 갖는 입자의 사용을 통해서, 또는 이 둘의 조합을 통해서 이루어질 수 있다. 즉, 예를 들면, 실질적으로 막대-형 구조를 갖는 분산상이 단일 축을 따라 거의 구형의 분산상 입자로 구성된 필름을 배향함으로써 제조될 수 있다. 막대-형 구조는 상기 필름을 첫번째 방향과 수직인 두번째 방향으로 배향함으로써 타원형 단면을 가질 수 있다. 또다른 예에서는, 실질적으로 직사각인 플레이크의 집합으로 구성된 분산상을 갖는 단일 방향 필름으로 배향함으로써, 막대가 직사각의 단면을 갖는 실질적인 막대-형 구조를 갖는 분산상이 제조될 수 있다.
신장은 재료 내 굴절율의 차이를 유도하기 위해서도 사용될 수 있으므로, 원하는 기하학에 도달하기 위한 하나의 편리한 방식이다. 상기 지적한 바와 같이, 여기에 개시된 필름의 배향은 둘 이상의 방향에서 일어날 수 있고, 순차적 또는 동시적일 수 있다.
또다른 예에서, 연속상 및 분산상의 성분은 분산상이 신장되지 않은 필름의 한 축에서 막대-형이도록 압출될 수 있다. 높은 종횡비를 갖는 막대는 압출된 필름에서 막대의 주축 방향으로 신장시킴으로써 제조될 수 있다.
미소섬유화된 분산상을 갖는 필름은 연속적 매트릭스 내 실질적으로 구형인 입자의 배합물을 비대칭 이축 방향으로 신장시킴으로써 제조될 수 있다. 그렇지 않으면, 상기 구조는 복수의 섬유성 구조를 매트릭스 재료 내에 도입하고, 단일 축을 따라서 상기 구조를 정렬시키고, 상기 혼합물을 그 축에 횡단 방향으로 신장시킴으로써 수득될 수도 있다. 상기 구조를 수득하기 위한 또다른 방법은 중합체 배합물 성분의 상대 점도, 전단 또는 표면 장력을 제어함으로써 상기 배합물이 필름으로 압출될 때 섬유성 분산상을 생성시키는 것이다. 후자의 경우에, 압출 방향으로 전단을 적용하는 것이 바람직하다.
J. 분산상의 디멘션 정렬
디멘션 정렬이 상기 분산상의 산란 성질에 영향을 갖는다는 것이 또한 발견된다. 특히, 상기 정렬된 산란자들은 랜덤하게 정렬된 산란자들의 투과나 반사와 같이 정투과 또는 반사의 방향 근처에서 대칭적으로 빛을 반사하지 않는 것으로 관찰되었다. 따라서, 신장을 통해 막대 형으로 신장된 함유물이 배향 방향 위에 및 정투과된 방향 위에 중심을 가진 각뿔 내에서 주로 빛을 산란한다. 이는 상기 정반사 및 정투과 방향 근처에서 산란된 빛(이는 투과되거나 반사된 빛일 수 있다)의 이방성 분포의 결과를 가져올 수 있다. 예를 들면, 배향 방향에 수직인 방향에서 그러한 신장된 막대 상에 입사된 조준된 광 빔의 경우, 산란된 빛은 정방향으로부터 멀어져서 각이 증가함에 따라 감소하는 강도를 가지며 배향 방향에 수직인 평면에서 빛의 밴드로서 나타난다. 신장되지 않은 상태에서 특정 기하학(예, 구형, 입방체 등)을 갖는 분산상의 선택을 통해서와 같이 함유물의 기하학을 맞춤으로써, 산란된 빛의 분포에 대하여 약간의 제어가 투과 반구 및 반사 반구의 양자에서 이루어질 수 있다.
K. 분산상의 디멘션
광학 몸체가 낮은 손실의 반사적 편광자로서 사용되는 응용에서, 분산상의 구조는 바람직하게는 높은 종횡비를 가지며, 즉, 상기 구조는 임의의 수직 축을 따라서 보다는 하나의 축을 따라서 실질적으로 더 크다. 상기 종횡비는 바람직하게는 2 이상, 더욱 바람직하게는 5 이상이다. 가장 큰 디멘션(즉, 길이)은 바람직하게는 관심있는 파장에 걸쳐 전자기 방사선 파장의 2 배 이상이며, 바람직하게는 원하는 파장의 4 배 이상이다. 한편, 상기 분산상의 구조의 보다 작은(즉, 단면) 디멘션은 바람직하게는 관심있는 파장보다 작거나 같고, 더욱 바람직하게는 관심있는 파장의 약 0.5 배 미만이다.
L. 분산상의 부피 분량
분산상의 부피 분량(또는 부피 충전 인자) 또한 광학 몸체의 빛의 산란에 영향을 준다. 일정한 한계 내에서, 분산상의 부피 분량의 증가는, 편광된 빛의 일치 및 불일치 방향 모두에 대하여 상기 몸체로 들어간 후 광선이 경험하는 산란의 양을 증가시키는 경향이 있다. 상기 인자는 주어진 응용에 대하여 반사 및 투과 성질을 제어하기 위해 중요하다.
분산상의 바람직한 부피 분량은 연속상 및 분산상을 위한 재료의 구체적인 선택 및 필름의 바람직한 광학 성질을 포함하는 다수의 요인에 의존할 것이다. 그러나, 분산상의 부피 분량은 전형적으로 연속상에 대하여 약 1 부피% 이상, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 약 50%의 범위 내, 가장 바람직하게는 약 35 내지 약 45%의 범위 내일 것이다.
M. 필름 두께
필름 및 기타 광학 몸체의 두께 또한 반사 및 투과 성질에 영향을 주기 위해 조절될 수 있는 중요한 변수이다. 필름의 두께가 증가함에 따라(일정한 충전 인자를 가정하고), 확산 반사 또한 증가하고, 정투과 및 확산 투과는 모두 감소한다. 따라서, 필름의 두께는 마무리된 제품에서 기계적 강도의 바람직한 정도를 수득하도록 전형적으로 선택될 것이지만, 이는 또한 반사 및 투과 성질을 직접 제어하기 위해서 사용될 수도 있다. 일반적으로, 디스플레이 및 역광 응용에 사용되는 편광자에 있어서, 이득 특성은 최대화하고 동시에 필름의 두께를 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서, 동일한 이득을 갖지만 상이한 두께를 갖는 두 편광 필름을 비교할 때, 더 얇은 필름이 일반적으로 바람직하다. 마찬가지로 동일 두께를 갖지만 상이한 이득을 갖는 두 편광 필름의 경우에는, 더 높은 이득을 갖는 필름이 일반적으로 바람직하다.
두께도 필름의 반사 및 투과 성질을 최종적으로 조절하기 위해 제어될 수 있다. 즉, 예를 들면, 필름을 압출하는 데 사용되는 장치는, 압출된 필름의 투과 및/또는 반사 성질을 측정하며 압출 속도, 성형 휠 속도 및 소정의 범위 내에서 필름 두께, 반사 및/또는 투과 값을 유지하도록 요구되는 기타 변수를 조절하는 하위의 광학 장치에 의해 제어될 수 있다.
N. 연속상/분산상을 위한 재료
많은 다양한 재료가, 광학 몸체가 지향하는 특정 응용에 따라, 개시된 광학 몸체 중 연속상 또는 분산상으로 사용될 수 있다. 그러한 재료는 실리카-기재된 중합체, 액정과 같은 유기 재료, 및 단량체, 공중합체, 그래프트화된 중합체 및 이들의 혼합물이나 배합물을 포함하는 중합체성 재료를 포함한다. 주어진 응용을 위한 재료의 정확한 선택은 특정 축을 따라 연속상 및 분산상의 굴절율에서 수득가능한 바람직한 일치 및 불일치에 의해서, 뿐만 아니라, 수득되는 필름 또는 제품에서의 바람직한 물리적 및 광학적 성질에 의해 부분적으로 결정될 것이다. 그러나, 연속상의 재료는 전형적으로, 필름 또는 장치가 작동해야 하는 스펙트럼의 영역에 걸쳐 충분히 투명할 것이다.
재료의 선택에서 더 고려하는 것은 수득되는 제품이 적어도 2 개의 구별되는 상 또는 영역을 함유해야 한다는 것이다. 이는 서로 비혼화성인 둘 이상의 재료로부터 상기 필름 또는 장치를 형성함으로써 이루어질 수 있다. 그렇지 않으면, 서로 비혼화성이지 않은 첫번째 및 두번째 재료로부터 필름 또는 장치를 제조하는 것이 바람직하다면, 그리고 상기 첫번째 재료가 두번째 재료보다 높은 융점을 갖는다면, 어떤 경우에는 첫번째 재료의 적절한 디멘션의 입자를 두번째 재료의 용융된 매트릭스 내에, 상기 첫번째 재료의 융점보다 낮은 온도에서 삽입하는 것이 가능할 수 있다. 수득되는 혼합물은 그 후, 이어지는 배향과 함께 또는 배향 없이 필름 또는 다른 제품으로 형성되어 광학 장치를 제조할 수 있다.
본 발명에서 연속상 또는 분산상으로 사용하기 적합한 중합체성 재료는, 이소프탈산, 아젤라산, 아디프산, 세바스산, 디벤조산, 테레프탈산, 2,7-나프탈렌 디카르복실산, 2,6-나프탈렌 디카르복실산, 시클로헥산디카르복실산 및 비벤조산(4,4'-비벤조산을 포함)과 같은 카르복실 산을 기재로 하는 단량체로부터 제조된 재료, 또는 상기 언급된 산의 해당하는 에스테르(즉, 디메틸테레프탈레이트)로부터 만들어진 재료를 포함하는 무정형, 반결정성 또는 결정성 재료일 수 있다. 그 중에서도, 2,6-폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)가 특히 바람직한데, 그 이유는 그의 응력 유도된 복굴절 및 신장 후에도 영구적으로 복굴절성을 유지하는 능력 때문이다. PEN은, 약 1.64에서 약 1.9에 이를만큼 높은, 편광 면이 신장의 축에 평행할 경우에는 신장 후에 증가하는 550 nm 파장의 편광된 입사광에 대한 굴절율을 갖지만, 상기 굴절율은 신장의 축에 수직인 편광된 빛에 대해서는 감소한다. PEN은 가시광선 스펙트럼에서 0.25 내지 0.40의 복굴절율(이 경우, 신장 방향을 따라서의 굴절율과 신장 방향에 수직인 복굴절 사이의 차이)을 나타낸다. 복굴절은 분자 배향을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. PEN은 필름의 제조 도중 사용된 공정 조건에 따라 약 155℃ 내지 약 230℃에서 실질적으로 열 안정할 수 있다.
폴리부틸렌 나프탈레이트도 다른 결정성 나프탈렌 디카르복실산 폴리에스테르와 더불어 적합한 재료이다. 결정성 나프탈렌 디카르복실산 폴리에스테르는 0.05 이상, 바람직하게는 0.20보다 큰, 상이한 평면-내 축과 관련된 굴절율 차이를 나타낸다.
PEN이 상기 광학 재료 중 하나의 상으로 사용될 경우, 다른 상은 바람직하게는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 또는 신디오택틱 폴리스티렌(sPS)과 같은 신디오택틱 비닐 방향족 중합체이다. PEN과 함께 사용하기 위한 다른 바람직한 중합체들은 테레프탈산, 이소프탈산, 세바스산, 아젤라산 또는 시클로헥산디카르복실산 또는 상기 재료의 관련된 알킬 에스테르를 기재로 한다. 나프탈렌 디카르복실산이 또한 상 간의 접착을 향상시키기 위해 소량으로 사용될 수 있다. 디올 성분은 에틸렌 글리콜 또는 관련된 디올일 수 있다. 바람직하게는, 선택된 중합체의 굴절율은 약 1.65 미만, 더욱 바람직하게는 약 1.55 미만이지만, 유사한 굴절율 차이가 수득될 수 있다면 보다 높은 굴절율을 갖는 중합체를 사용하여 유사한 결과가 수득가능할 수도 있다.
개시된 광학 몸체에 유용한 신디오택틱-비닐 방향족 중합체로서 폴리(스티렌), 폴리(알킬 스티렌), 폴리(스티렌 할라이드), 폴리(알킬 스티렌), 폴리(비닐 에스테르 벤조에이트) 및 상기 수소화된 중합체 및 혼합물, 또는 상기 구조 단위를 함유하는 공중합체를 들 수 있다. 폴리(알킬 스티렌)의 예로서, 폴리(메틸 스티렌), 폴리(에틸 스티렌), 폴리(프로필 스티렌), 폴리(부틸 스티렌), 폴리(페닐 스티렌), 폴리(비닐 나프탈렌), 폴리(비닐스티렌) 및 폴리(아세나프탈렌)을 들 수 있다. 폴리(스티렌 할라이드)의 예로서는 폴리(클로로스티렌), 폴리(브로모스티렌) 및 폴리(플루오로스티렌)을 들 수 있다. 폴리(알콕시 스티렌)의 예로서는 폴리(메톡시 스티렌) 및 폴리(에톡시 스티렌)을 들 수 있다. 상기 예들 중에서, 특히 바람직한 스티렌 계 중합체로서 폴리 스티렌, 폴리(p-메틸 스티렌), 폴리(m-메틸 스티렌), 폴리(p-삼차 부틸 스티렌), 폴리(p-클로로스티렌), 폴리(m-클로로스티렌), 폴리(p-플루오로 스티렌), 및 스티렌과 p-메틸 스티렌의 공중합체를 들 수 있다.
또한, 신디오택틱 비닐-방향족 계 공중합체의 공단량체로서 상기 설명된 스티렌 계 중합체의 단량체 외에, 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 헥센 또는 옥텐과 같은 올레핀 단량체; 부타디엔, 이소프렌과 같은 디엔 단량체; 고리형 디엔 단량체와 같은 극성 비닐 단량체, 메틸 메타크릴레이트, 말레산 무수물 , 또는 아크릴로니트릴이 사용될 수 있다.
신디오택틱-비닐 방향족 중합체는 블럭 공중합체, 랜덤 공중합체 또는 교호 공중합체일 수 있다.
여기에 언급된 신디오택틱 비닐 방향족 중합체는 13C 핵 자기 공명에 의해 측정할 때 일반적으로 75%를 초과하는 신디오택틱 정도를 갖는다. 바람직하게는, 신디오택틱 정도는 85%보다 높은 라세미 다이애드(diad), 또는 30%보다 높은, 더욱 바람직하게는 50%보다 높은 라세미 펜태드(pentad)이다.
뿐만 아니라, 개시된 구현예에 유용한 신디오택틱-비닐 방향족 중합체의 분자량에 관해서 특별한 제한은 없지만, 바람직하게는, 그 중량 평균 분자량은 10,000보다 크고 1,000,000보다 작으며, 더욱 바람직하게는 50,000보다 크고 800,000보다 작다.
다양한 기타 수지가 신디오택틱 비닐 방향족 중합체와 함께 사용될 수 있다. 이들은 예를 들면 어택틱 구조를 갖는 비닐 방향족 계 중합체, 이소택틱 구조를 갖는 비닐 방향족 계 중합체, 및 신디오택틱 비닐 방향족 중합체와 혼화성인 기타 중합체를 포함한다. 예를 들면, 폴리페닐렌 에테르는 앞에 설명한 비닐 방향족 계 중합체와 양호한 혼화성을 나타낸다. 또한, 상기 혼화성인 수지 성분의 조성은 바람직하게는 70 내지 1 중량% 사이, 또는 더욱 바람직하게는 50 내지 2 중량%이다. 혼화성 수지 성분의 조성이 70 중량%를 초과할 경우, 내열성의 저하가 일어날 수 있으며, 이는 통상적으로 바람직하지 못하다.
특정 상에 대하여 선택된 중합체가 코폴리에스테르 또는 코폴리카보네이트일 것이 요구되지는 않는다. 비닐 중합체, 및 비닐 나프탈렌, 스티렌, 에틸렌, 말레산 무수물, 아크릴레이트 및 메타크릴레이트와 같은 단량체로부터 제조된 공중합체가 사용될 수도 있다. 폴리에스테르 및 폴리카보네이트 외의 축합 중합체도 사용될 수 있다. 적합한 축합 중합체는 폴리술폰, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리아믹 산 및 폴리이미드를 포함한다. 나프탈렌 기 및 염소, 브롬 및 요오드와 같은 할로겐이, PEN이 호스트일 경우 굴절율을 실질적으로 일치시키는 데 필요할 경우, 선택된 중합체의 굴절율을 원하는 수준(1.59 내지 1.69)으로 증가시키는 데 유용하다. 아크릴레이트 기 및 플루오르는 굴절율을 감소시키는 데 특히 유용하다.
배향 방향(들)에서 큰 굴절율 차이가 실질적으로 저하되지 않는 한 소량의 공단량체가 나프탈렌 디카르복실산 폴리에스테르 내에 치환될 수 있다. 보다 작은 굴절율 차이(및 따라서 감소된 반사성)가 다음 중 임의의 장점에 의해 균형될 수 있다: 연속상 및 분산상 사이의 향상된 접착성, 강하된 압출 온도, 용융 점도의 보다 나은 일치.
O. 스펙트럼의 영역
스펙트럼의 가시광선 영역이 종종 언급되지만, 광학 몸체의 요소의 적절한 크기조정을 통하여 전자기 방사선의 다양한 파장에서 작동하도록 다양한 구현예가 시행될 수 있다. 따라서, 파장이 증가함에 따라, 광학 몸체의 요소의 직선형 크기도 증가하여, 파장의 단위로 측정되는 이들 요소의 디멘션이 거의 일정하게 유지되게 할 수 있다.
물론, 파장 변화의 하나의 주된 효과는, 관심있는 대부분의 재료의 경우, 굴절율 및 흡수 계수가 변화한다는 점이다. 그러나, 굴절율 일치 및 불일치의 원리가 각각의 관심있는 파장에서 여전히 적용되고, 스펙트럼의 특정 영역에 걸쳐 작동할 광학 장치를 위한 재료의 선택에서 사용될 수 있을 것이다. 즉, 예를 들면 적절한 디멘션의 크기조정이 스펙트럼의 적외선 및 자외선 영역의 밴드에서의 작동을 허용할 것이다. 이러한 경우에, 굴절율은 상기 작업 밴드에서의 값을 의미하며, 분산상 산란 요소의 몸체 두께 및 크기 또한 파장과 함께 근사하게 크기조정되어야 한다. 매우 고주파의, 초고주파의, 마이크로파 및 밀리미터 파 주파수를 포함하는 더 많은 전자기 스펙트럼이 사용될 수 있다. 편광 및 확산 효과가 파장에 대한 적절한 크기조정과 함께 존재할 것이고, 굴절율은 유전 함수(실제 및 가상 부분을 포함하는)의 제곱근으로부터 수득될 수 있다. 상기 보다 긴 파장 밴드에서 유용한 제품은 확산 반사성 편광자 및 부분 편광자일 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 광학 몸체의 광학 성질은 관심있는 파장 밴드에 걸쳐 변한다. 이러한 구현예에서, 하나 이상의 축을 따라서 굴절율이 파장의 함수로서 상당하게 변화하는 재료가 연속상 및/또는 분산상을 위해 사용될 수 있다. 연속상 및 분산상 재료의 선택, 및 재료의 특정 선택으로부터 초래되는 광학적 성질(즉, 확산 및 분산 반사 또는 정투과)은 관심있는 파장 밴드에 의존할 것이다.
P. 스킨 층
분산상을 실질적으로 함유하지 않는 재료의 층이 필름의 주 표면의 하나 또는 양자 위에, 즉, 분산상 및 연속상의 압출된 배합물 위에, 함께 퍼지도록 배치될 수 있다. 스킨 층이라고도 불리우는 그러한 층의 조성은 예를 들면, 압출된 배합물 내 분산상의 일체성을 보호하거나, 최종 필름에 기계적 또는 물리적 성질을 더하거나 최종 필름에 광학적 기능을 더하도록 선택될 수 있다. 스킨 층으로 사용되기 위한 선택의 적합한 물질은 연속상의 재료 또는 분산상의 재료를 포함할 수 있다. 압출된 배합물과 유사한 용융 점도를 갖는 다른 재료도 유용할 수 있다.
스킨 층(들)은 또한 수득되는 복합재의 물리적 강도를 더하거나 예를 들면 신장 공정 도중 필름의 갈라지는 경향을 감소시키는 등, 공정 도중의 문제점을 경감시킬 수 있다. 무정형을 유지하는 스킨 층 재료는 더 높은 인성을 갖는 필름을 만드는 경향을 가질 수 있는 한편, 반결정성인 스킨 층 재료는 보다 높은 인장 탄성율을 갖는 필름을 만드는 경향을 가질 수 있다. 정전방지 첨가제, UV 흡수제, 염료, 산화방지제 및 안료와 같은 기타 기능성 성분들이 스킨 층에 첨가될 수 있지만, 바람직하게는 수득되는 제품의 바람직한 광학 성질에 실질적으로 개입하거나 반대의 영향을 주지 않는다.
수득되는 필름 또는 장치에 바람직한 장벽 성질을 부여하기 위해 스킨 층 또는 피복이 첨가될 수도 있다. 즉, 예를 들면, 필름 또는 장치의, 물이나 유기 용매와 같은 액체, 또는 산소나 이산화탄소 같은 기체에 대한 투과 성질을 변화시키기 위해 스킨 층 또는 스킨 층의 성분으로서 장벽 필름 또는 피복이 첨가될 수 있다.
스킨 층 또는 피복은 또한 수득되는 물품에 내마모성을 부여하거나 향상시키도록 첨가될 수도 있다. 즉, 예를 들면, 중합체 매트릭스 내에 삽입된 실리카 입자를 포함하는 스킨 층이 필름에 내마모성을 부여하도록 본 발명에 따라 제조된 광학 필름에 첨가될 수 있다; 단, 그러한 층은 상기 필름이 지향하는 응용에 요구되는 광학 성질을 부당하게 저하시키지 않음은 물론이다.
스킨 층 또는 피복은 또한 수득되는 물품에 내천공성 및/또는 내인열성을 부여하거나 향상시키도록 첨가될 수도 있다. 즉, 예를 들면, 광학 필름의 외부 층이 주된 상으로서 coPEN을 함유하는 구현예에서, 수득되는 필름에 양호한 내인열성을 부여하기 위해 상기 광학적 층에 균질한 coPEN의 스킨 층이 첨가되거나 (두께에 따라서는) 그와 함께 공압출될 수 있다. 내인열성 층을 위한 재료의 선택에서 고려되는 요인은 파열까지의 신장 백분율, 영 탄성율, 인열 강도, 내부 층의 접착성, 관심있는 전자기적 밴드폭에서의 투과도 및 흡광도 백분율, 광학적 투명도 또는 탁도, 주파수의 함수로서의 굴절율, 질감 및 거침성, 용융물 열 안정성, 분자량 분포, 용융물 유동학 및 공압출가능성, 스킨 내 재료와 광학 층 사이의 혼화성 및 상호-확산 속도, 점탄성 반응, 당김 상태 하에서의 이완 및 결정화 성질, 사용 온도에서의 열 안정성, 내후성, 피복에 대한 접착 능력 및 각종 기체 및 용매에 대한 침투성을 포함한다. 내천공성 또는 내인열성 스킨 층은 제조 공정 도중 적용되거나 나중에 광학 필름 상에 피복 또는 적층될 수 있다. 상기 층을 공압출 공정 등에 의해 제조 공정 도중 광학 필름에 접착시키는 것은, 제조 공정 도중 광학 필름이 보호되는 장점을 제공한다. 어떤 구현예에서는, 하나 이상의 내천공성 또는 내인열성 층이 광학 필름 내에, 단독으로 또는 내천공성 또는 내인열성 스킨 층과 조합되어 제공될 수 있다.
스킨 층은 제조 공정 도중 임의의 편리한 시점에서 압출된 배합물의 한쪽 또는 양쪽 면에 적용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 스킨 층은 연속상/분산상 층이 압출된 후 첨가되어, 상기 층의 분산상이 미소섬유화될 기회를 갖게 할 것이다. 그러나, 스킨 층은 공정의 다른 시점에서도 첨가될 수 있다. 예를 들면, 스킨 층은, 스킨 층이 공정 조건 하에 충분히 얇아서 분산상이 미소섬유화되는 것을 허용하는 상황에서 연속상/분산상 층과 함께 공압출될 수 있을 것이다. 압출된 배합물의 미리 형성된 필름에 스킨 층(들)을 적층하는 것도 가능하다. 총 스킨 층 두께는 총 배합물/스킨 층 두께의 약 2% 내지 약 50% 범위일 수 있다.
어떤 응용에서는, 광학 필름의 제조 도중 추가의 층이 스킨 층의 외측 상에 공압출되거나 접착될 수 있다. 그러한 추가의 층은 별도의 피복 작업에서 광학 필름 상에 압출 또는 피복되거나, 폴리에스테르(PET), 아크릴(PMMA), 폴리카보네이트, 금속 또는 유리와 같은 별도의 필름, 포일 또는 강성 또는 반-강성 기질로서 광학 필름에 적층될 수 있다.
넓은 범위의 중합체가 스킨 층으로 적합하다. 주로 무정형인 중합체 중에서, 적합한 예로서 테레프탈산, 2,6-나프탈렌 디카르복실산, 이소프탈산 프탈산, 또는 이들의 알킬 에스테르 대응물 중 1종 이상을 기재로 하는 코폴리에스테르, 및 에틸렌 글리콜과 같은 알킬렌 디올을 들 수 있다. 스킨 층에 사용하기 적합한 반결정성 중합체의 예로서 2,6-폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 나일론 재료를 들 수 있다. 광학 필름의 인성을 증가시키기 위해 사용될 수 있는 스킨 층은 엑델(EcdelTM) 및 PCTG 5445(Eastman Chemical Co., Rochester, N.Y.로부터 시판)과 같은 고 신장 폴리에스테르 및 폴리카보네이트를 기재로 하는 것들을 포함한다. 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀이, 특히 이들이 상용화제를 이용하여 광학 필름에 접착되도록 제조될 경우에, 상기 목적으로 사용될 수도 있다.
Q. 미세공극화
일부 구현예에서, 상기 연속상 및 분산상의 재료는 두 상 사이의 계면이 충분히 약하여 필름이 신장될 때 공극을 초래하도록 선택될 수 있다. 공극의 평균 디멘션은 공정 변수 및 신장 비의 주의 깊은 조절을 통해서, 또는 상용화제의 선택적인 사용을 통해서 제어될 수 있다. 상기 공극은 마무리된 제품에서 액체, 기체 또는 고체로 역-충전될 수 있다. 공극은 종횡비 및 분산 및 연속상의 굴절율과 함께 사용되어 수득되는 필름의 바람직한 광학 성질을 생성할 수 있다.
R. 2 개 보다 많은 상
개시된 광학 몸체는 2 개 보다 많은 상을 포함할 수도 있다. 즉, 예를 들면, 광학 재료는 연속상 내에 2 개의 상이한 분산상으로 주로 구성될 수 있다. 두번째 분산상은 연속상에 걸쳐 랜덤하게 또는 비-랜덤하게 분산될 수 있으며, 랜덤하게 정렬되거나 공통 축을 따라 정렬될 수 있다.
개시된 광학 몸체는 또한 둘 이상의 연속상을 포함할 수도 있다. 즉, 어떤 구현예에서, 광학 몸체는 첫번째 연속상 및 분산상 외에, 첫번째 연속상과 적어도 하나의 디멘션에서 공-연속적인 두번째 연속상을 포함할 수 있다. 하나의 특별한 구현예에서, 상기 두번째 연속상은 첫번째 연속상과 함께 퍼지는 (즉, 물이 젖은 스펀지 중 채널의 그물구조를 통해 퍼지는 것처럼, 상기 첫번째 연속상이 두번째 연속상을 통해 퍼지는 채널 또는 공간의 그물구조를 통하여 퍼진다) 다공성의 스펀지-같은 재료이다. 관련된 실시예에서, 두번째 연속상은 첫번째 연속상과 함께 적어도 하나의 디멘션에서 함께 퍼지는 수지상의(dendritic) 구조 형태이다.
S. 공-연속상
어떤 구현예에서, 사용되는 배합물은 연속상/분산상 구조를 갖는 것 보다는 공-연속상을 함유할 수도 있다. 이는, 다른 방식으로 공-연속적인 형태학이 제조될 수도 있지만, 예를 들면 필름의 두 상을 위해 사용되는 재료들이 유사한 점도를 가지며 유사한 부피 분량으로 사용될 경우에 일어날 수 있다. 상기 조건에 접근하면, 각 상이 공간에서 연속적이 되기 때문에 분산 및 연속상 사이에 구별이 어려워질 수 있다. 선택되는 재료에 따라, 첫번째 상이 두번째 상 내에 분산되는 것으로 나타나거나, 그 반대인 부분 또는 영역이 존재할 수도 있다.
공-연속상을 갖는 필름은 다수의 상이한 방법에 의해 제조될 수도 있다. 즉, 예를 들면, 중합체성 첫번째 상 재료는 중합체성 두번째 상 재료와 기계적으로 배합되어 공-연속 계를 수득할 수 있다. 공-연속상은 또한 먼저 이들을 초임계 유체 추출로부터 용해시킨 다음 이들을 상 분리시키고 이어서 열 및/또는 기계적 전단에 노출시킴으로써 형성될 수도 있다. 공-연속상은 동시적 상호침투성 중합체 그물구조(IPNs), 순차적 IPNs, 구배 IPNs, 라텍스 IPNs, 열가소성 IPNs 및 반-IPNs를 포함하는 상호침투성 중합체 그물구조(IPNs)를 만듦으로써 제조될 수도 있다.
공-연속성은 2성분 계 뿐만 아니라 다성분 계에서도 이루어질 수 있다. 예를 들면, 바람직한 광학 성질(예, 투과도 및 반사도) 및/또는 향상된 물리적 성질을 부여하기 위해 3종 이상의 재료가 조합되어 사용될 수 있다. 모든 성분이 비혼화성이거나, 둘 이상의 성분이 혼화성을 나타낼 수도 있다.
상 구조의 특징적인 크기는 공-연속성이 관찰될 수 있는 부피 분량의 범위이며, 형태학의 안정성은 상용화제, 그래프트 또는 블럭 공중합체, 또는 말레산 무수물 또는 글리시딜 메타크릴레이트와 같은 반응성 성분과 같은 첨가제에 의해 전적으로 영향을 받는다. 그러나, 특정 계의 경우에는, 통상적인 실험을 통해 상 도표가 구성되어 공-연속 계를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
본 명세서에 따라 제조된 공-연속 계의 현미경 구조는 제조의 방법, 상의 혼화성, 첨가제의 존재, 및 당 분야에 공지된 다른 요인들에 의존하여 상당히 변할 수 있다. 즉, 예를 들면, 상기 공-연속 계의 상 중 하나 이상은, 섬유가 랜덤하게 배향되거나 공통 축을 따라서 배향된 미소섬유성일 수 있다. 다른 공-연속 계는 매트릭스의 셀 안에 공-연속적 방식으로 두번째 상이 배치되어 있는 첫번째 상의 개방-셀 매트릭스를 포함할 수 있다. 이러한 계의 상들은 하나의 축을 따라서, 두 개의 축을 따라서, 또는 세 개의 축을 따라서 공-연속적일 수 있다.
본 명세서에 따라 제조되고 공-연속상(특히 IPNs)을 갖는 광학 몸체는, 여러 개의 예에서, 물론, 개개의 중합체의 성질 및 그들이 조합된 방법에 의존하여, 단 하나의 연속상으로 제조된 유사한 광학 몸체의 성질에 비하여 유리한 성질을 가질 것이다. 즉, 예를 들면, 공-연속 계는 구조적으로 유사하지 않은 중합체의 화학적 및 물리적 조합을 허용함으로써, 광학 몸체의 성질이 특정의 요구에 부합되도록 수정될 수 있는 편리한 경로를 제공한다. 또한, 공-연속 계는 종종 가공하기가 더 쉬울 것이며, 내후성, 감소된 인화성, 보다 큰 내충격성 및 인장 강도, 향상된 굴곡성 및 우수한 내약품성과 같은 성질을 부여할 수도 있다. IPNs은 그들이 전형적으로 용매 중에서 팽윤(하지만 용해되지는 않음)되고, 유사한 비-IPN 계에 비하여 억제된 크리프 및 유동을 나타내므로 특정 응용에서 특별히 유리하다.
당업자는 당 분야에 알려진 바와 같은 공-연속 계의 원리가 독특한 광학 성질을 갖는 공-연속 형태학을 생성하기 위해 여기에 기재된 가르침에 비추어 적용될 수 있다는 것을 잘 인식할 것이다. 즉, 예를 들면, 공지의 공-연속 형태학의 굴절율이 여기에 기재된 바와 같이 조정되어 본 발명에 따르는 신규의 광학 필름을 생성할 수 있다. 유사하게, 여기에 기재된 원리가 공지의 광학 시스템에 적용되어 공-연속 형태학을 생성할 수 있다.
T. 다층 조합물
바람직하다면, 본 발명의 가르침에 따라 제조된 연속상/분산상 필름의 하나 이상의 층은 한데 적층되어 다층의 필름을 형성하거나, 다층의 필름과 조합되거나 그 필름의 성분으로서 사용될 수 있다(예, 반사도를 증가시키기 위한). 적합한 다층 필름은 WO 95/17303(Ouderkirk 등)에 기재된 유형의 것을 포함한다. 그러한 구조에서, 개개의 시트는 적층되거나 달리 한데 접착되거나 공간을 두고 떨어져서 배치될 수 있다. 시트 내 상의 광학적 두께가 실질적으로 동일할 경우(즉, 두 시트가 주어진 축을 따라 입사광과 실질적으로 동일하거나 큰 수의 산란자를 나타낼 경우), 상기 복합재는 어느 정도 더 큰 효율로 개개의 시트와 실질적으로 동일한 밴드 폭을 반사할 것이다. 시트 내 상의 광학적 두께가 실질적으로 동일하지 않을 경우, 상기 복합재는 개개의 시트보다 넓은 밴드 폭을 가로질러 반사할 것이다. 거울 시트와 편광자 시트를 조합하는 복합재는 투과된 빛을 여전히 편광하면서 총 반사도를 증가시키는 데 유용하다. 그렇지 않으면, 하나의 시트가 비대칭으로 및 이축방향으로 배향되어 선택적인 반사성 및 편광 성질을 갖는 필름을 제조할 수도 있다.
앞서 지적한 재료 중 임의의 것이 본 구현예의 임의의 층으로서, 또는 특정 층 내의 연속상 또는 분산상으로서 사용될 수 있다. 그러나, PEN 또는 co-PEN이 인접한 층의 주 성분으로서 특히 바람직한데, 그 이유는 상기 물질이 양호한 박층 접착을 촉진하기 때문이다.
연속상/분산상 필름의 둘 이상의 층을 한데 적층하여 다층 필름을 형성할 경우, 광학적으로 투명한 접착제가 바람직하며, 표준 기술을 이용하여 피복 및 적층된다. 접착제 사양 중에는 전이 접착제, UV 경화성 접착제 또는 화학적으로 경화되는 접착제가 있다. 접착제는 완성된 라미네이트에 대하여, 그것이 경성(stiffness)과 같은 물리적 및 기계적 성질에 기여하도록 선택된다. 전형적으로, 라미네이트 내 개개의 필름 층은 압출 축이 평행하고 개개의 층의 성형 휠 표면이 모두 상기 라미네이트의 동일한 주 표면을 마주보도록 정렬된다.
또한, 상기 층의 배열에서 다수의 변법이 가능하다. 즉, 예를 들면, 층들은 구조의 부분 또는 전부에 걸쳐 반복하는 순서를 따르도록 제조될 수 있다. 이러한 하나의 예는 층 패턴 ... ABCABC ... (여기에서 A, B 및 C는 구별되는 재료 또는 동일 또는 상이한 재료의 구별되는 배합물 또는 혼합물이고, 여기에서 A, B 또는 C 중 하나 이상은 적어도 하나의 분산상 및 적어도 하나의 연속상을 함유한다.)을 갖는 구조이다.
U. 기능성 층, 피복 및 첨가제
각종 기능성 층, 피복 및 첨가제가 개시된 광학 필름 및 장치에 첨가되어, 특히 필름 또는 장치의 표면을 따라 그들의 물리적 또는 화학적 성질을 변화 또는 향상시킬 수 있다. 그러한 층 또는 피복은 예를 들면, 미끄럼제, 접착제, 낮은 접착 배면 재료, 전도성 층, 금속 또는 금속화된 층, 정전방지 피복 또는 필름, 반사방지 층, 연무-방지 층, 장벽 층(예, 습기 또는 화학적 장벽 층), 난연제, UV 안정화제, 흡수제, 또는 반사제(예를 들면, 방해된 아민 안정화제 및 벤조페논- 또는 벤조트리아졸-작용기화된 단량체 또는 중합체를 포함하는), 산화방지제(예, 입체적으로 방해된 페놀, 아민, 아미드, 인산, 포스폰산, 아인산염 및 포스포나이트), 미끄럼제, 염료(예를 들면, 이색성 염료를 포함하는), 안료, 잉크, 이미지 층, 내마모성 재료, 불투명화제 또는 확산제, 광학적 피복, 보강재, 결합재, 충전재, 열 안정화제, 충격 개질제, 가소제, 점도 조절제, 및/또는 기계적 일체성 또는 필름이나 장치의 강도를 향상시키도록 고안된 기질들을 포함할 수 있다.
다양한 광학적 층, 재료 및 장치가 또한 특정 응용을 위해 개시된 필름에 적용되거나 그와 함께 사용될 수 있다. 이들은 자기 또는 자기-광학적 피복 또는 필름; 디스플레이 패널 및 프라이버시 창에 사용되는 것과 같은 액정 패널; 사진 에멀션; 직물; 직선형 프레넬 렌즈와 같은 프리즘형 필름; 휘도 향상 필름; 홀로그램 필름 또는 이미지; 엠보싱가능한 필름; 탬퍼-방지 필름 또는 피복; 낮은 방사성 응용을 위한 IR 투명한 필름; 이형 필름 또는 이형 피복된 종이; 및 편광자 또는 거울을 포함하지만 이에 국한되지는 않는다. 광학 필름의 주요 표면의 하나 또는 양자 위에 복수의 추가 층이 고려되며, 상기 언급된 피복 또는 필름의 임의의 조합일 수 있다.
여기에 개시된 필름들은 또한 그들의 제조 또는 가공을 용이하게 하기 위해 다양한 약품 또는 재료로 처리될 수 있다. 즉, 예를 들면, 압출 공정을 용이하게 하도록 적합한 윤활제가 상기 압출 용융물에 첨가될 수 있다.
V. 표면 처리
여기에 개시된 필름 및 기타 광학 장치는, 피복, 염색, 금속화 또는 적층과 같은 이어지는 처리에 대하여 더욱 전도성을 부여하는 등, 상기 물질의 표면, 또는 그 임의의 부분을 개질시키는 각종 처리가 수행될 수 있다. 이는 PVDC, PMMA, 에폭시 및 아지리딘과 같은 하도의 처리를 통하여, 또는 코로나, 화염, 플라스마, 플래쉬 램프, 스퍼터-에칭, e-빔 처리, 또는 뜨거운 캔(can)을 사용하는 등에 의해 결정성을 제거하기 위해 표면 층을 무정형화하는 것과 같은 물리적 하도 처리를 통해 수행될 수 있다.
W. 일반 응용
상기 광학 필름은, 이들 필름으로 가능한 증가된 이득이 스크린 휘도를 증가시키고 다른 바람직한 특징 및 성질을 부여하는 데 사용될 수 있는 디스플레이에서 확산 반사성 편광자로서 특히 유용하다. 그러나, 전방 산란 확산자 또는 확산 반사성 거울로서 작동하는 광학 필름 및 장치도 제조될 수 있다. 상기 응용에서, 필름의 구조는 전술한 확산 반사성 편광자의 것과 유사할 수 있지만, 연속상 중 분산상의 농도, 연속상/분산상 층의 두께, 및/또는 다양한 축을 따라서의 굴절율 시차와 같은 특성에서는 일반적으로 다를 것이다.
X. 최종 용도
광학 필름 및 장치는 다수의 응용에 사용되기 적합하다. 이들은 창 설계(fenestrations), 광 고정물, 연기 검출기, 광 분리기, 광 배향 재료 또는 물품, 광 유도기, 방향 제어 편광자, 액정 패널 및 컴퓨터 또는 랩탑 디스플레이에서 사용되거나 이와 함께 사용되는 것을 포함하지만, 이에 국한되지는 않는다. 후자의 용도가, 상기 필름으로 수득될 수 있는 증가된 이득으로 인하여, 가능한 증가된 스크린 휘도 때문에 특별히 바람직하다.
Y. 박리력
일부 구현예에서, 광학 필름 또는 복합재 필름은 필름의 외부 층의 하나 이상이 연속상/분산상 구조를 갖는 초기 다층 필름으로부터 제조된다. 이러한 외부 층들은 그 후 벗겨지고 새로운 필름의 층으로서 도입된다. 즉, 예를 들면, 상기 외부 층들은 새로운 다층 필름을 형성하도록 쌓여진다. 새로운 필름에서 층의 수, 및 원래 필름의 외부 층의 두께는 이득 또는 강도와 같은 원하는 광학적 성질을 적정화하도록 선택될 수 있다.
이러한 구현예에서, 원래 필름의 외부 층이 응집의 덩어리로 쉽게 제거가능한 것이 바람직하다. 전형적으로, 이는 상기 외부 층들이 인접한 층에 대하여 비교적 조악한 박층 접착을 갖도록 적합한 재료로부터 만들어진 원래 필름을 구성함으로써 이루어진다. 극단적인 경우에, 상기 인접 층은 외부 층을 결합시키기 위한 이형 라이너로서 작용하도록 고안될 수도 있다. 그러나, 어떤 구현예에서는, 그러한 외부 층과 필름의 인접한 층(결합 층을 포함하지 않는)의 사이에 그 외부 층이 쉽게 벗겨질 수 있도록 약한 결합 층이 제공될 수도 있다.
인접한 층에 대한 연속상/분산상 외부 층의 박층 접착은 상기 외부 층을 인접한 층으로부터 분리하는 데 필요한 박리력을 고려함으로써 정량화될 수 있다. 이들 특별한 구현예에서, 상기 박리력은 전형적으로 30 N/cm 미만, 바람직하게는 20 N/cm 미만, 더욱 바람직하게는 10 N/cm 미만, 가장 바람직하게는 약 0.1 N/cm 내지 약 3 N/cm 범위 내이며, 여기에서 박리력은 180 도에서 90 인치/분(229 cm/분)의 박리 속도에서 측정된 것이다.
Z. 실험 방법
하기 실험 방법 및 장치가 여기에 포함된 실시예에서 언급된다.
이득 시험:
다음 방법을 사용하여 여기에 기재된 이득 결과를 측정하였다. 이득 시험기는 본 측정을 위해 주문-제작되었다. 수평의 플랫폼을 제공하고 그 위에 랩탑 컴퓨터의 액정 디스플레이 스크린으로부터 취한 전체 역광 조립품을 놓았다. 상기 조립품은 백색 필름 반사체 시트 안감, 양면 형광 전구 조립품 및 아크릴계 확산자 시트를 포함하였다. 상기 조립품을 확산자 시트를 마주보아, 확산된 빛을 일반적으로 수직으로 향하게 하도록 상기 플랫폼 위에 놓았다. 상기 역광 조립품 위에, 편광자 조립품을 매다는데, 상기 편광자 조립품은 수직 축 주위를 회전하도록 맞추어졌다. 상기 편광자 조립품 위에, 미놀타 휘도 측정기(Minolta Luminescence Meter) LS-100(Minolta Camera Co., Ltd., Japan)을 매달아 상기 편광자 조립품을 통과한 역광으로부터 빛을 수용하게 하였다. 전체 광학 조립품(역광, 편광자 및 휘도 측정기)를 주위-빛을-배제하는 보호판(shroud)으로 감쌌다. 형광 전구 조립품을 연결하고 DC 전력원에 의해 전력공급하였다.
상기 형광 전구 조립품을 켜고, 상기 보호판을 닫고, 평형을 위해 3 분 동안을 기다린 다음, 상기 편광자 조립품의 회전 각을 조절하여 휘도 측정기의 눈금을 최대화함으로써, 이득 측정기를 사용하도록 준비하였다.
이득 측정을 수행하기 위해, 시험할 필름 견본을 상기 역광 조립품의 위에 직접 놓았다. 형광 전구 조립품을 다시 켜고, 정확히 3 분 동안 다시 평형되도록 하였다. 휘도의 눈금을 읽고, 시료를 신속히 꺼내고, 견본이 자리에 없는 상태에서 즉시 눈금을 읽는다. 견본이 있을 때와 견본이 없을 때 눈금의 비가 이득이다.
역광 디스플레이 상에서 이득 측정의 하나의 어려움은 이득이 각에 의존한다는 것이다. 따라서 상기 측정되는 바와 같은 "이득"은, 관찰된 이득 증가가 진정한 수직 방향을 향하는 벗어난-각(off-angle)으로부터 재-배향되는 빛으로 인한 것일 수 있기 때문에, 총 강도의 증가를 나타내지 않는 것이 가능하다. 실시예에서 이러한 가능성을 설명하기 위해, 시료의 총 강도(IT) 및 표준화된 총 강도(ITN)를 후술하는 총 강도 측정 방법에 준하여 측정하였다.
총 강도 측정 방법:
역광 (및 광학 견본)의 위에 있지만 편광자 조립품의 아래에 있는, 광학적 경로에 제거가능한 프리즘 조립품을 가함으로써 이득 시험기를 변경하였다. 상기 프리즘 조립품은 상기 역광 및/또는 시험 견본으로부터 방사되는 빛을 수직으로부터 40°에서 재배향하여 그것이 휘도 측정기의 입구에서 작용하도록 하는 방식으로 구성되었다. 프리즘 조립품을 자리에 놓지 않고 전술한 바와 같이 일련의 측정을 수행하고, 프리즘을 자리에 놓은 채로 유사한 측정을 수행함으로써, 진정한 수직(0°) 및 수직으로부터 40 °에서, 시험 견본의 존재 및 부재 하의 강도를 수득할 수 있었다.
0°및 40°의 측정으로부터, 시야각에 걸쳐 강도의 직선형 변화의 근사를 이용하여 40°에 걸쳐 적분된 총 강도를 평가하였다. 역광 만의 경우와 견본 양자에 대한 상기 총 강도(IT)를 하기 수학식 1(여기에서 K는 임의 상수이다)을 이용하여 평가하였다. 표준화된 총 강도(ITN)의 계산에서는, K의 값은 견본 강도 대 역광 강도의 비를 계산할 때 없어질 것이므로 중요하지 않다.
IT = K*(0.5*(I(0°)-I(40°)) + I(40°))
이 식은 더 간단한 형태로 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.
IT = K'*(I(0°+ I(40°))
상기 식에서 K'는 또다른 임의 상수이다.
상기 직선 근사를 이용하여, 평가 수학식은 I(0°)부터 I(40°)까지 연장되는 선 부분의 아래에 놓인 면적에 의해 곡선(각의 함수로서의 강도) 아래 면적을 근사하는 것을 기준으로 한다. 표준화된 총 강도(ITN)는 하기 수학식 3을 이용하여 계산된다.
ITN = IT(시료 존재) / IT(시료 부재)
수학식 3의 의미를 설명하면, ITN = 1.35라면, 이는 시료 필름이 제거된 경우에 비하여 시료 필름이 제 자리에 있는 경우 35% 더 많은 빛이 검출기에 도달함을 의미한다.
그중 일부는 참고 또는 비교 목적으로 제공된 이하의 실시예에서, 필름 시료는 그들이 해당하는 실시예 번호를 참고하여 호칭된다. 즉, 예를 들면 E-28은 실시예 28에서 제조된 필름을 의미한다. 괄호의 번호(예, 1, 2, 3 및 4)가 사용될 경우, 이는 도 1에 나타낸 바와 같은 수득된 필름의 표면을 일컫는다. 이들 수의 순서는 이득 시험 및 총 강도 측정 방법의 목적을 위한 필름의 방향을 나타낸다. 즉, 예를 들면, E-1(1,2)는 필름이 형성될 때 성형 휠에 대하여 위치한 실시예 1의 삼층 필름의 표면 층을 의미하며; 상기 필름은 표면 1(도 1 참조)이 역광을 마주보고 표면 2는 광 측정기를 마주보도록 놓여짐을 의미한다. 한편, E-(2,1)은 같은 필름이 반대 방향인 것(표면 2는 역광을 마주보고 표면 1은 광 측정기를 마주보는)을 의미한다. E-1(1,4)는 전체 E-1 필름을 의미하며, 단순히 E-1으로 약징된다. E-1(4,3)은 E-1으로부터 유래된 2-층 필름을 의미하며, 이는 원래 필름의 코어 층과 필름이 형성될 때 성형 휠로부터 멀리 위치하였던 원래 필름의 외부 층을 포함하는데; 상기 필름은 표면 4가 역광을 마주보고 표면 3이 광 측정기를 마주보도록 배향된 것이다.
실시예 1
본 실시예는 그 개별 층의 하나의 라미네이트가 그로부터 유래되는 필름의 제조를 예시한다.
공중합체를 중합체성 배합물과 함께 공압출하여 삼층 필름을 제조하였다. 상기 공중합체(co-PET)는 80 몰%의 디메틸 테레프탈레이트 및 20 몰%의 디메틸 이소프탈레이트를 기재로 하여, 에틸렌 글리콜과 함께 중합되었고, 필름의 중심 층으로서 공압출되었다. 필름의 두 외부 층으로서 공압출된 중합체 배합물은 연속상을 제공하는 52.3%의 coPEN(70 몰%의 나프탈렌 디카르복실레이트 및 30 몰%의 디메틸 테레프탈레이트를 기재로 하는 공중합체, 에틸렌 글리콜과 함께 중합된), 분산상을 제공하는 45%의 sPS(Questra MA405, Dow Chemical Company로부터 입수), 및 2.7%의 다이락(Dylark) 332-80의 상용화제(Nova Chemical Co.로부터 입수)로 구성되었다. 세 층의 중량 비는 대략 1:1:1이었다.
상기 재료를 공급블럭과 필름 점적 다이를 사용하여 냉각된 성형 휠 상에 공압출하여 웹을 형성한다. 웹을 기계(즉, 세로) 방향으로 약 1.25:1의 신장 비로 배향시켰다. 웹을 이어서 횡단 방향으로 약 4.8:1로 배향시켜 약 175 마이크로미터 두께의 편광 필름(이후 E-1이라 칭함)을 제조하였다. 필름의 통과 축은 기계 방향과 평행하였다.
실시예 2-7
본 실시예들은 실시예 1의 삼층 필름의 각 성분 층의 전체 필름의 광학 성능에 대한 기여를 예시한다.
E-1과 같은 3-층 배합물 편광자 필름의 각 요소의 필름의 전체 광학 성능에 대한 기여를 평가하기 위해, 필름 시료의 한 표면을 유리 기질에 접착시키고 다른 표면 층을 접착 테이프의 부분을 이용하여 제거함으로써 시료 E-1을 그 성분 층으로 탈적층하였다.
필름 E-1(12)은 약 60 마이크로미터 두께이고 성형 도중 냉각된 휠에 인접한 배합물 층("휠쪽 층")으로 구성된다. 필름 E-1(34)은 약 115 마이크로미터 두께이고 가운데 층과 성형 도중 냉각된 휠과 마주보는 배합물 층("공기 쪽 층")으로 구성된다. 전체 필름이 E-1(14), 또는 단순히 E-1으로 호칭될 수도 있다.
필름 E-1(14), E-1(12) 및 E-1(34)를 229 mm x 216 mm의 디멘션을 갖는 시트로 절단하고, 여기에서 첫번째 디멘션은 기계 방향이고 두번째 디멘션은 횡단 방향이다. 시트의 이득(휘도 이득이라고도 칭함)을 전술한 이득 시험 과정에 따라 시험하였다. 이득 시험의 결과를 표 1에 나타낸다.
E-1 층의 이득
실시예 시료 시료 명세 램프를 향한 표면 이득1
2 E-1(14) E-1, 전체 필름 휠 1.373
3 E-1(41) E-1, 전체 필름 공기 1.395
4 E-1(12) E-1, 휠 쪽 층 휠 1.261
5 E-1(21) E-1, 휠 쪽 층 코어 1.310
6 E-1(43) E-1, 공기 쪽 층 + co-PET 코어 층 공기 1.237
7 E-1(34) E-1, 공기 쪽 층 + co-PET 코어 층 코어 1.273
1 이득 시험기 #1로 측정, 1일 째
이득 시험기 상에서 측정된 이득은 기기마다 변할 수 있고 같은 이득 시험기에서도 날마다 변할 수 있으므로, 이득 결과는 어떤 이득 시험기가 사용되었고 어느 날 측정이 수행되었는지를 나타내도록 표지되었다.
표 I의 데이터는 전체 필름으로부터 이득의 많은 부분이 휠쪽 층인 E-1(21)에 기인한 것임을 지적한다. 사실 상, 이어지는 실험들은 co-PET 코어 층이 광학적 결과에 중요한 영향을 갖지 않음을 보였다. 이득은 어느 표면이 역광을 향하는지에 의해 영향을 받는 것이 또한 명백하다. 상기 시료의 경우, 이득은 휠 또는 공기쪽이 광 측정기를 향하여 위치하는 경우에 더 높다.
실시예 8-38
본 실시예들은 다층 편광자를 형성하기 위한 개별적인 편광 시트의 적층을 예시한다.
실시예 2-7에서 형성된 시트의 다양한 조합을 한데 적층하여 복합재를 형성하였다. 소량의 무기 오일을 시트들 사이에 놓아 내부 층/공기 계면으로부터의 반사를 제거하였다. 롤러를 사용하여 복합재 중 무기 오일로부터의 임의의 버블을 가만히 제거하였다. 무기 오일을 직경 125 mm 이상의 원으로 상기 시트들 사이에 펴발랐다. 그 후 상기 시료에 대하여 이득 시험을 수행하고, 그 결과를 표 2에 나타낸다. 시료는 이전의 실시예에 기재된 프로토콜을 따라 확인된다. 복합재를 구성하는 층들을 역광을 향하는 표면을 맨 먼저 나열하도록 순서대로 나열하였다.
E-1 복합재의 이득
실시예 시료 이득2
8 E-1(41) 1.432
9 E-1(14) 1.414
10 E-1(14,41) 1.496
11 E-1(12) 1.302
12 E-1(21) 1.358
13 E-1(34) 1.296
14 E-1(43) 1.265
15 E-1(12,12) 1.403
16 E-1(21,21) 1.457
17 E-1(12,21) 1.460
18 E-1(21,12) 1.380
19 E-1(34,43) 1.316
20 E-1(43,34) 1.364
21 E-1(43,43) 1.323
22 E-1(34,34) 1.375
23 E-1(12,34) 1.406
24 E-1(43,21) 1.438
25 E-1(21,34) 1.391
26 E-1(43,12) 1.358
27 E-1(12,43) 1.360
28 E-1(34,21) 1.426
29 E-1(21,43) 1.330
30 E-1(34,12) 1.346
31 E-1(12,12,21) 1.508
32 E-1((12,21,21) 1.515
33 E-1(12,12,12,21) 1.545
34 E-1(12,21,21,21) 1.559
35 E-1(12,12,12,12,21) 1.558
36 E-1(12,21,21,21,21) 1.558
37 E-1(12,12,12,12,12,21) 1.574
38 E-1(12,21,21,21,21,21) 1.586
2 이득 시험기 #2 상에서 측정, 1일 째
단일 층 시료의 경우, 휠쪽 층으로부터의 이득이 공기쪽 층으로부터의 이득보다 크고, 휠 또는 공기 쪽이 광 측정기를 향해 위치할 경우 이득이 더 높다는 점에서 결과는 표 1의 것과 유사하다. E-1(14)로부터의 이득이 E-1(12,34)로부터의 이득과 거의 유사하고 E-1(41)로부터의 이득이 E-1(43,21)로부터의 이득과 거의 동등하여, 탈적층 및 무기 오일 재적층 공정이 결과에 상당한 영향을 주지 않음을 나타냄이 현저하다.
표 2로부터 심지어는 1.58을 초과하는 매우 높은 이득 값이 배합물 편광자 필름의 적절한 조립에 의해 수득될 수 있고, 이러한 이득 값은 E-1 배합물 편광자 필름 그 자체의 것을 훨씬 능가함이 명백하다. 따라서, 표 2A 및 2B에서 나타나는 바와 같이, E-1과 같은 필름의 외부 층으로부터 다층 필름을 구성함으로써 향상된 이득을 갖는 필름이 제조될 수 있다. 더욱이, 조립된 필름의 이득은 조사된 범위에 걸쳐 각각의 추가 층과 함께 증가되는 것으로 관찰되었다. 여기에서는 이득을 적정화할 상기 필름 중 층의 수를 결정하는 시도는 행해진 바 없지만, 당업자는 상기 수는 임의의 특정 필름 견본에 대하여 쉽게 결정될 수 있음을 잘 인식할 것이다. 다층 복합재 필름의 구성에서, 결합 층, 하도 및/또는 접착제 층이 개개의 배합물 층(연속상 및 분산상 재료를 함유하는)을 결합시키기 위해 그들이 한데 쌓여져서 다층 복합재를 형성할 때 사용될 수 있다.
시료 층의 수 이득 실시예 #
E-1(21) 1 1.358 12
E-1(12,21) 2 1.460 17
E-1(12,12,21) 3 1.508 31
E-1(12,12,12,21) 4 1.545 33
E-1(12,12,12,12,21) 5 1.558 35
E-1(12,12,12,12,12,21) 6 1.574 37
시료 층의 수 이득 실시예 #
E-1(12) 1 1.302 11
E-1(12,21) 2 1.460 17
E-1(12,21,21) 3 1.515 32
E-1(12,21,21,21) 4 1.559 34
E-1(12,21,21,21,21) 5 1.558 36
E-1(12,21,21,21,21,21) 6 1.586 38
표 2, 2A 및 2B로부터의 다른 관찰은 필적할만한 시료에 대하여 다음을 나타낸다:
·코어(2 또는 3) 표면이 외부 상에 있는 시료에 비하여 휠(1) 또는 공기(4) 표면을 복합재의 외부 상에 갖는 시료에서 이득이 더 높다.
·복합재의 외부 상에 휠 또는 공기 표면이 있을 경우, 표면이 광 측정기를 마주하여 위치하는 경우에 이득이 더 높다.
·공기쪽 층을 기재로하는 복합재 필름에 비하여 휠쪽 층을 기재로 하는 복합재 필름의 경우 이득이 더 높다.
E-1을 제조하는 데 사용된 것과 동일한 일반적 공압출/성형 과정을 따라 제조된 다양한 필름 상에서 추가의 시험을 수행하였으며, 상기 다양한 추가의 필름은 일반적으로 다음과 같이 표현된다: 일부 필름은 3 개의 공-압출된 층을 가졌고, 다른 것들은 단지 1 개의 공-압출된 층을 가졌으며, 상기 필름들은 분산상으로서 sPS를 가졌고, sPS 부하는 30 중량% 내지 45 중량%의 범위였고; 어떤 필름은 단축방향으로 신장되었고, 다른 것들은 이축방향으로 신장되었으며; 상기 필름은 13.25, 14 및 18 인치의 다이 폭을 갖는 다양한 다이로부터 제조되었고; 상기 필름은 신장 후 측정될 경우 약 2.5 mils(63 미크론) 내지 약 5 mils(127 미크론) 범위의 배합물 층 두께를 가졌다. 이러한 추가 시험의 결과는 다음 사항들을 시사하였다.
(1) 실시예 1에 기재된 종류의 3-층 필름으로부터 외부 연속상/분산상 층을 탈적층하여 얻어진 단일 층 필름의 경우, 이득은 다음 경우에 증가한다:
·분산상의 일정한 중량%를 유지하면서 두께가 증가할 때;
·일정한 두께를 유지하면서 sPS 중량%가 증가할 때;
·횡단 방향(TD) 신장 비가 증가할 때;
·필름이 단축방향으로 (이축방향과는 반대로) 신장될 때.
(2) 실시예 1에 기재된 종류의 3-층 필름으로부터 외부 연속상/분산상 층을 탈적층하여 얻어진 단일 층 필름의 경우, 표준화된 총 강도는 다음 경우에 증가한다:
·분산상의 일정한 중량%를 유지하면서 두께가 증가한 때;
·일정한 두께를 유지하면서 sPS 중량%가 감소할 때;
·TD 신장 비가 증가할 때;
·필름이 단축방향으로 (이축방향과는 반대로) 신장될 때.
(3) 필름 복합재의 경우, 층 수의 함수로서의 최대 이득은 다음 경우에 증가한다:
·분산상의 일정한 중량%를 유지하면서 두께가 감소할 때;
·일정한 두께를 유지하면서 sPS 중량%가 증가할 때;
·필름이 이축방향으로 (단축방향과는 반대로) 신장될 때.
(4) 필름 복합재의 경우, 층 수의 함수로서의 표준화된 총 강도는 다음 경우에 증가한다:
·분산상의 일정한 중량%를 유지하면서 두께가 감소할 때;
·일정한 두께를 유지하면서 sPS 중량%가 감소할 때;
·TD 신장 비가 증가할 때;
·필름이 단축방향으로 (이축방향과는 반대로) 신장될 때 (보다 적은 효과).
다층 배합물 편광자로부터 휠쪽 층의 탈-적층 및 재-적층에 의해 높은 이득의 복합재 필름이 수득될 수 있음이 밝혀졌다 (표 2 참조). 가장 얇은 단일 층 배합물 편광자 필름을 적층함으로써도 필적할만한 이득이 수득될 수 있다. 상기 결과들로부터, 압출된 얇은 배합물 층을 복합재 필름으로 탈-적층 및 재-적층함으로써 이득 및/또는 총 강도를 변화시킬 수 있음을 알 수 있다. 복합재 필름의 바람직한 광학 특성에 기초하여, 층의 수 뿐만 아니라 원래의 배합물 편광자를 제조하기 위한 공정 변수에 의해 성능이 제어될 수 있음을 또한 알 수 있다. 예를 들면, 높은 정상 각 이득이 바람직할 경우에는, 두꺼운 두께(그러나 너무 두껍지 않은)를 갖거나 얇은 두께(예를 들면 약 130 미크론 미만)의 복합재 필름인, 높은 중량%의 분산상을 갖는 개개의 배합물 층을 선택할 수 있다. 넓은 시야 각이 바람직할 경우에는 높고 거의 같도록 0°및 40°이득을 고안할 수 있다. 그러한 필름의 경우에는, 각각이 보다 낮은 중량%의 분산상을 함유하는 얇은 필름으로 된 복합재를 선택할 수 있다. 기타 광학적 목적이 유사한 방법으로 이루어질 수 있다.
얇은 단일 층 필름의 압출 및 이어서 상기 필름들을 다층 복합재로 쌓아올림으로써 추가의 관찰이 수행될 수 있다. 다층 복합재의 주어진 두께의 경우, 소수의 보다 두꺼운 층보다는 더 많은 수의 비교적 얇은 층이 사용되는 경우에 보다 높은 이득이 종종 수득된다.
본 발명의 이상의 기재는 단순히 예시적인 것이며 한정하고자 함이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 오직 첨부된 청구항들에 의해서만 고려되어야 한다.

Claims (28)

  1. 두번째 층에 이형가능하게 연결된 첫번째 표면 층을 포함하며, 상기 첫번째 표면 층은 첫번째 연속상 내에 배치된 첫번째 분산상을 포함하는 첫번째 필름을 공압출하고;
    상기 첫번째 표면 층을 두번째 표면 층에서 분리하는 것을 포함하는 광학 필름의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 첫번째 필름이 두번째 연속상 내에 배치된 두번째 분산상을 포함하는 두번째 표면 층을 더 포함하는 광학 필름의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 두번째 층을 상기 첫번째와 두번째 표면 층의 사이에 배치하는 광학 필름의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 첫번째 분산상 및 첫번째 연속상이 중합체성인 광학 필름의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 첫번째 표면 층을 광학 필름 내에 도입하는 것을 더 포함하는 광학 필름의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 첫번째 층을 다층의 광학 필름 내로 분할 및 도입하는 광학 필름의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 첫번째 필름을 상기 공압출 단계 후에 성형(casting) 표면에 대하여 성형하는 것을 더 포함하는 광학 필름의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 첫번째 표면 층이 성형 단계 도중 성형 표면에 접촉하는 광학 필름의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 적어도 한 방향을 따라 신장시킴으로써 상기 첫번째 필름을 배향하는 것을 더 포함하는 광학 필름의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 배향 단계 후 분리 단계를 수행하는 광학 필름의 제조 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 첫번째 층의 연속상 및 분산상이 배향 단계 후 첫번째 평면-내 축을 따라서는 0.05 미만의 차이를 가지며 두번째 평면-내 축을 따라서는 0.05보다 큰 차이를 갖는 굴절율을 갖는 광학 필름의 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 필름이 약 1.5 이상의 이득을 갖는 광학 필름의 제조 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 첫번째 분산상 및 첫번째 연속상이 배합물을 형성하고, 상기 배합물 중 분산상의 부피 백분율이 배합물의 총 부피를 기준으로 약 35% 내지 약 50%의 범위 내인 광학 필름의 제조 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 첫번째 분산상의 적어도 일부에 공압출 단계 도중 미소섬유화가 진행되는 광학 필름의 제조 방법.
  15. 제 3 항에 있어서, 첫번째 및 두번째 표면 층이 두번째 층으로부터 각각 이형가능하며, 분리 단계가 두번째 표면 층을 두번째 층으로부터 분리하는 것을 포함하고,
    상기 방법이 적어도 첫번째 및 두번째 표면 층을 광학 필름으로 조립하는 것을 더 포함하는 광학 필름의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 첫번째 및 두번째 분산상이 중합체성인 광학 필름의 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 첫번째 표면 층이 첫번째 필름의 첫번째 표면을 형성하고 상기 두번째 표면 층이 첫번째 필름의 두번째 표면을 형성하는 광학 필름의 제조 방법.
  18. 첫번째 중합체성 재료를 포함하는 연속상 및 두번째 중합체성 재료를 포함하는 분산상을 갖는 용융물 흐름을 제공하고;
    상기 용융물 흐름을 복수의 날개판으로 통과시키고;
    다이를 통해 상기 용융물 흐름을 압출하는 것을 포함하는 광학 필름의 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 성형 표면에 대하여 압출된 용융물 흐름을 성형하여 성형 필름을 형성하는 것을 더 포함하는 광학 필름의 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 적어도 한 방향을 따라 신장시킴으로써 상기 성형 필름을 배향하는 것을 더 포함하는 광학 필름의 제조 방법.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 용융물 흐름이 첫번째 축을 따라 유동의 주된 방향을 가지며, 복수의 날개판의 각각이 첫번째 축에 실질적으로 수직으로 배치된 세로 축을 갖는 광학 필름의 제조 방법.
  22. 제 18 항에 있어서, 복수의 날개판이 다이 내에 배치되는 광학 필름의 제조 방법.
  23. 제 18 항에 있어서, 상기 다이는 다이 날(lips)을 포함하고, 상기 복수의 날개판은 상기 다이 날에 인접하여 배치되는 광학 필름의 제조 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 복수의 날개판이 다이 날로부터 공간을 두고 배치되는 광학 필름의 제조 방법.
  25. 제 18 항에 있어서, 복수의 날개판이 복수의 좁은 채널을 정의하고, 상기 용융물 흐름이 상기 복수의 좁은 채널을 통과하는 광학 필름의 제조 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 용융물 흐름이 복수의 좁은 채널을 통과한 후 하나의 용융물 흐름으로 다시 합쳐지는 광학 필름의 제조 방법.
  27. 제 18 항에 있어서, 복수의 날개판 각각이 상기 용융물 흐름의 유동 방향에 수직으로 배치되는 광학 필름의 제조 방법.
  28. 제 18 항에 있어서, 상기 다이가 다중 압출 다이, 점적 다이 및 성형 다이로 구성되는 군에서 선택되는 광학 필름의 제조 방법.
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