JP2012513608A - 空間的に選択的な複屈折性の低減を使用する内部パターン化多層光学フィルム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2008年12月22日に出願された米国特許仮出願第61/139,736号「Internally Patterned Multilayer Optical Films Using Spatially Selective Birefringence Reduction」及び2009年3月6日に出願された米国特許仮出願第61/157,996号「Multilayer Optical Films Having Side−by−Side Mirror/Polarizer Zones」及び2009年3月6日に出願された米国特許仮出願第61/158,006号「Multilayer Optical Films Suitable for Bi−Level Internal Patterning」の利益を主張し、これらの開示は本明細書において参照によって組み込まれる。
本発明は一般的に、その反射特性が、フィルム内に、すなわちフィルムの内部に配置される層間の境界面から反射する光の建設的及び破壊的干渉によって大部分が決定されるようなフィルムに対する特定の用途を有する光学フィルムに関する。本発明はまた、関連するシステム及び方法に関連する。
以下で更に説明されるように、第1反射特性及び第2反射特性はそれぞれ、フィルムの表面又は他の表面機構に適用されるコーティングの結果ではなく、フィルム110の内部の構造的特徴の結果である。内側機構は複製又は偽造するのが困難であるため、開示されるフィルムのこの態様は、セキュリティ上の用途(例えば、フィルムが信頼性の指標として製品、パッケージ又は文書への適用を意図される場合)においてこれらを有益にする。
用語「キャストウェブ」は、続く延伸及び配向の前、初期キャストプロセスの後の、キャスト及び形成された多層体を指す。第1多層ポリマーウェブ又はキャストウェブは、ナフタレート系コポリマーを使用して構成された。第1のこのようなコポリマーは、PEN−Gbと称され、第2のこのようなコポリマーはcoPEN 55/45 HDと称される。第1コポリマー、PEN−Gbは実施例7に記載される、米国特許出願公開第US 2009/0273836号(Yustら)の、いわゆるPEN−CHDM10である。PEN−Gbはしたがって、参照される米国特許出願の表1により、38.9lbs(17.6kg)のNDC(例えば、BP Amoco(Naperville,Illinois)から入手可能なジメチル2,6−ナフタレンジカルボン酸)と20.8lbs(9.4kg)のEG(例えば、ME Global(Midland,Michigan)から入手可能なエチレングリコール)及び2.23lbs(1.01kg)のCHDM(例えば、Eastman Chemical(Kingsport,Tennessee)から入手可能なシクロヘキサンジメタノール)の比率の初期モノマー量で作製されコポリマーである。第2コポリマーcoPEN 55/45 HDは、米国特許第6,352,761号(Hebrinkら)の実施例10に記載されるように、55モル%ナフタレンジカルボキシレート、45モル%テレフタレートをカルボキシレートとして、並びに95.8モル%エチレングリコール、4モル%ヘキサンジオール及び0.2トリメチロールプロパンをグリコールとして含む、コポリエチレンナフタレートである。
多層キャストウェブはその後、複屈折性ミクロ層を含む多層光学フィルムを形成するように延伸又は伸張された。KARO IV(Brueknerから入手可能)などの実験用伸張機が本実施例に使用された。キャストウェブが一般的に予備加熱され(予備加熱時間及び温度で)、その後初期歪み速度(%歪み速度により提供される)に対応する把持部の均一な分離速度で公称延伸比率まで(最初の把持部の分離と最後の把持部の分離の比率)まで、2つの垂直な面内方向(「x」方向及び「y」方向と称される)で伸張された。規定の持続時間(ヒートセット時間)にわたり高温(ヒートセット温度)で延伸した後、フィルムのいくつかがその後ヒートセットされた。キャストウェブ1、2及び3を伸張するために使用されたプロセス条件が選択され、その結果、生じる多層光学フィルム(以下で多層光学フィルム1、2、3、4、5、6及び7と称される)において、PEN Gbミクロ層は正の複屈折性であり、coPEN 55/45 HDミクロ層は、約1.610の屈折率で実質的に等方性に留まった。
パターン化フィルム1
キャストウェブ2から作製されたフィルム6は、20mm/秒の走査速度で、Coherent Micra超高速発振器レーザー(波長=800nm、パルス速度=70MHz)で処理された。400mWの平均レーザー出力が使用された。およそ1.5cm2の正方形のゾーンが重複する掃引によって完全に処理されて、もはや青色光を強力に反射しない透明な外観の領域を形成した。得られる内部パターン化フィルムは本明細書においてパターン化フィルム1と称される。処理領域又はゾーンはここでは無色に見えた。フィルムの表面は平滑なままであり、非処理領域から処理領域へと外側表面を横断して指でなぞることにより感じられる識別可能な変化はなかった。
キャストウェブ2から作製されるフィルム3は、3M Company(St.Paul)から入手可能なエチレンアクリル酸ホットメルト接着剤を使用してPVCカードストックに積層された。フィルム3は、フィルムを通じた透過光の知覚を導く可視条件においてマゼンタに見える緑色反射体であった。
フィルム1の2つの断片及びフィルム6の1つの断片が、フィルム6が一方の側のフィルム1の1つの断片と、他方の側のフィルム1の別の断片との間に挟持されるように、3M Company(Maplewood,Minnesota)から入手可能な3M(商標)8141 Optically Clear Adhesiveを使用して手で一緒に積層された。
フィルム6はPETGカードに積層され、4mm×4mmの領域が250mWの平均出力及び固定したレーザー光線に対して18mm/秒のカード並進速度で、Micra超高速発振器の出力への曝露によって選択的に熱処理された。これは、非処理の黄色の背景又は元のフィルム6のゾーンとは対照的に無色である処理された正方形ゾーンを有する内部パターン化フィルムを生じた。得られる内部パターン化フィルムはパターン化フィルム4と称される。このパターン化フィルムの単一部分がかみそりの刃で切断され、Scotchcast Electrical Resin #5を使用してディップコーティングされ、少なくとも24時間硬化させた。サンプルは、Leica UCT及びダイヤモンドナイフを使用してミクロトームされた。ミクロトームの前にプラスチックカードの殆どが切り取られた。10マイクロメートルの薄い区分が回収されて、画像化の前に、カバーガラスと共に、1.515屈折率オイル内に定置された。透過した明視野画像が光学顕微鏡で記録され、パターン化フィルム4の処理及び非処理ゾーンの両方に関して、頂部スキン層及び24の異なる位置における光学パケットの厚さの測定値が取られた。フィルムの合計厚さも含む測定値の要約が、表Eに示され、CVとは、統計的な変動係数を指す。このデータは、レーザー処理が、フィルムの全体的厚さを約10%低減した(非処理ゾーンに対して処理ゾーンで)ことを示す。
フィルム6がPETGカードに積層され、様々な4mm×4mmの領域が、150、200、250、300及び350mWの平均出力及び6〜44mm/秒の範囲の、レーザー光線に対するフィルムカード並進速度での、Micra超高速発振器の出力への曝露により選択的に熱処理された。これは、外観において無色からフィルムの非暴露又は非処理領域又はゾーンの黄色特性まで及ぶ複数の曝露又は処理正方形ゾーンを有する内部パターン化フィルムを生じた。得られる内部パターン化フィルムはパターン化フィルム5と称される。最小曝露条件、すなわち、いずれの残りの黄色も含まない無色の外観を達成するために必要とされるレーザー出力の各値での最大並進速度(この無色の視覚的外観はパターン化フィルム5のミクロ層パケットの複屈折性の実質的な排除と対応するものと考えられる)が、いずれの並進速度において曝露領域が何らかの残りの黄色を呈するかを記録することによって、50Xの倍率で視覚的に決定された。これらの決定された曝露条件又は閾値書き込み速度の要約が以下の表Fに示される。データは、レーザー出力の増加が光学パケット複屈折性のより高い排除速度を可能にすることを示す。
4a、4b、4c及び4dとして指定される4つのキャストウェブが製作され、内部パターン化多層フィルムがこれらのウェブから作製された。キャストウェブ4a〜dは、複屈折層に使用される高分子材料の選択、使用される吸収剤の選択、吸収剤の充填量及びキャストウェブの全体的厚さによってキャストウェブ1〜3とは異なる。キャストウェブ4a〜dは、coPEN 90/10(以下で更に記載される)及びcoPEN 55/45 HD(先に記載された)から構成される交互のポリマー層を使用した。キャストウェブが多層光学フィルム(例えば、以下のパターン化フィルム6a〜6d参照)を形成するために配向されたとき、coPEN 90/10層は、正の複屈折性となり、coPEN 55/45 HD層は実質的に等方性のままであった。
多層光学フィルム8a、8b、8c、8d及びパターン化フィルム6a、6b、6c及び6d
各キャストウェブ4a〜dは次に、多層光学フィルム5(上記の表D参照)に関して先に記載された延伸条件を使用して同様の方法で延伸されたがただし、x及びy方向に沿った100%/秒初期歪み速度が、10%/秒の代わりに使用された。これは、それぞれキャストウェブ4a〜dから作製される、本明細書において多層光学フィルム8a〜dと称される4つの複屈折性多層光学フィルムを生じた。各場合において同じ公称延伸比率(x:yについて4:4)が使用されたが、フィルム8a〜dの開始材料として使用されたキャストウェブ(すなわち、キャストウェブ4a〜d)はフィルム5に使用されたキャストウェブ(すなわち、その厚さが約365マイクロメートルであるキャストウェブ2)よりも厚かっため、フィルム8a〜8dは多層光学フィルム5よりも若干厚かった。フィルム8a〜8dはフィルム5よりも厚かったため、フィルム8a〜8dは透過光で観察した際にシアンの外観であった。したがって、これらのフィルム8a〜8dは全て赤色反射性ミラーフィルムであった。
キャストウェブ2及び3と同様のキャストウェブが、実質的に上記の表Bに説明されたように作製されたが(したがって、PENGb及びcoPEN 55/45 HDの交互の材料の151の層及び1重量%充填量のEpolite(商標)4121を含む)、ただし新しいキャストウェブは、キャストホイールの速度を変更することによっておよそ420マイクロメートルの厚さを有した。多層光学フィルム9は、上記の多層光学フィルム5のものと同様の条件下で(表D参照)ウェブを二軸的に伸張することによってこのキャストウェブから作製されたがただし、x方向及びy方向の両方で、100%/秒の初期歪み速度が使用された(同時的な二軸的伸張)。生じた複屈折性多層光学フィルム9は、近赤外線における反射帯域を有する反射性ミラーフィルムを提供した。フィルム9は実質的に透明であり、ほぼ無色であるが、白い背景に対する透過光において、垂直入射において観察した際に僅かにバラ色の色相を有した。フィルムを傾けて斜角の観察を提供することによりシアン色が透過光において観察された。フィルム9はしたがって、米国特許第6,045,894号(Jonzaら)に記載されるいわゆる「透明−シアン」フィルムを実質的に例示した。フィルム9は次に透明なポリカーボネート(Makrolon(商標))の間に積層され、更に白いMakrolon(商標)シートで裏打ちされて、白いカード裏材積層構造体を形成する。
別の151の層のキャストウェブが、上記のキャストウェブ4d(多層光学フィルム8d及びパターン化フィルム6dを作製するために使用された)と同じ方法で作製されたがただし、後に作製される多層光学フィルムの反射帯域をより長い光学波長にシフトさせるために、僅かに大きい厚さの新しいキャストウェブを提供するように、キャストホイール速度が調節された。新しいキャストウェブがその後、多層光学フィルム8dと実質的に同じ方法で伸張され、垂直入射におけるスペクトルの近赤外線部分に殆どが配置されるミラー様反射帯域を有する多層光学フィルムを提供した。本明細書において多層光学フィルム10と称されるこのフィルムは、垂直入射で僅かなシアンの色合いのみを呈し、斜角において強いシアン色となった。多層光学フィルム10はしたがって、米国特許第6,045,894号(Jonzaら)に記載されるいわゆる「透明−シアン」フィルムを実質的に例示した。
上記の多層光学フィルム10と同様の多層光学フィルムが製作されたが、ただし、Amaplast(商標)IR−1050染料(ColorChem,Atlanta,GAから入手可能)が、Amaplast(商標)IR−1000染料と置換された。本明細書において多層光学フィルム11と称される延伸フィルムはしたがって、米国特許第6,045,894号(Jonzaら)に記載されるいわゆる「透明−シアン」フィルムを実質的に例示した。
Claims (33)
- 強め合う又は弱め合う干渉によって光を選択的に反射するように配置された複数の内側層を含む、多層光学フィルムであって、前記層はフィルムの第1ゾーンから隣接する第2ゾーンまで延び、
前記第1ゾーンにおいて、前記フィルムは第1厚さを有し、前記複数の層は第1反射特性を提供し、
前記第2ゾーンにおいて、前記フィルムは第2厚さを有し、前記複数の層は前記第1反射特性とは異なる第2反射特性を提供し、
前記第1反射特性と前記第2反射特性との間の差は、前記第1厚さと前記第2厚さとの間のいかなる差にも実質的に起因しない、多層光学フィルム。 - 前記第1反射特性は所与の入射形状において第1反射帯域を含み、前記第2反射特性は前記所与の入射形状において第2反射帯域を含み、前記第2反射帯域は、前記第1反射帯域に対して僅かな又は皆無のスペクトルシフトを有するが、前記第2反射帯域は前記第1反射帯域とは実質的に異なるピーク反射率を有する、請求項1に記載のフィルム。
- 前記第2反射帯域は前記第1反射帯域に対して10%以下の波長のスペクトルシフトを有し、前記第2反射帯域の前記ピーク反射率は、前記第1反射帯域の前記ピーク反射率とは少なくとも10%異なる、請求項2に記載のフィルム。
- 前記第2反射帯域は前記第1反射帯域に対して10%以下の波長のスペクトルシフトを有し、前記第2反射帯域のピーク反射率は、前記第1反射帯域の前記ピーク反射率と、少なくとも20%異なる、請求項2に記載のフィルム。
- 前記第1厚さ及び前記第2厚さは実質的に同じである、請求項1に記載のフィルム。
- 前記フィルムが、前記第1ゾーンにわたって厚さのばらつきΔdを呈し、前記第1厚さは前記第1ゾーンにおける平均厚さであり、前記第2厚さは、前記第1厚さとはΔd以下で異なる前記第2ゾーンにおける平均厚さである、請求項5に記載のフィルム。
- 前記第1反射特性は、所与の入射方向、所与の波長及び所与の偏光状態を有する所与の入射光線において第1反射率を含み、前記第2反射特性は、前記所与の入射光線において第2反射率を含み、前記第2反射率は前記第1反射率と実質的に異なる、請求項1に記載のフィルム。
- 前記第1反射特性は、偏光状態の関数として実質的に変化する、垂直入射光における反射率を含み、前記第2反射特性は、偏光状態に実質的により依存しない、垂直入射光における反射率を含む、請求項1に記載のフィルム。
- 前記複数の内側層が光学反復単位に配置されるミクロ層の少なくとも1つの積み重ね体を含み、各光学反復単位は、前記第1ゾーンにおいて複屈折性であり、前記第2ゾーンにおいてより低い複屈折性又は等方性である第1ミクロ層を含む、請求項1に記載のフィルム。
- 各光学反復単位は、前記第1ゾーン及び前記第2ゾーンの両方において等方性である第2ミクロ層を更に含む、請求項9に記載のフィルム。
- 前記複数の内側層は光学的に厚い層によって互いに離間する第1及び第2ミクロ層の積み重ね体を含み、各積み重ね体の前記ミクロ層が光学反復単位に配置される、請求項1に記載のフィルム。
- 前記第1積み重ね体の前記光学反復単位は、前記第1ゾーンにおいて複屈折性であり、前記第2ゾーンにおいてより低い複屈折性又は等方性である第1ミクロ層をそれぞれ含み、前記第2積み重ね体は、前記第1ゾーンに対して前記第2ゾーンにおいて実質的に不変である、請求項11に記載のフィルム。
- 前記第1ゾーン及び第2ゾーンがしるしを画定する、請求項1に記載のフィルム。
- 追加的なフィルムに取り付けられた、請求項1に記載のフィルムを含む光学体。
- 前記第2反射特性がウィンドー様特性であり、前記追加的なフィルムが偏光子を含む、請求項14に記載の光学体。
- 前記第1反射特性がミラー又は偏光子特性である、請求項15に記載の光学体。
- 強め合う又は弱め合う干渉によって光を選択的に反射するように配置された複数の内側層を含む、多層光学フィルムであって、前記層はフィルムの第1ゾーンから隣接する第2ゾーンまで延び、
前記層の少なくともいくらかは、前記第2ゾーンに対して、前記第1ゾーンにおいて異なる量の複屈折性を呈し、
前記複数の層が、実質的に前記異なる複屈折性の結果として、前記第1ゾーン及び第2ゾーンにおいてそれぞれ異なる第1反射特性及び第2反射特性を呈する、多層光学フィルム。 - 前記フィルムは、前記第1ゾーンにおいて第1厚さ、及び前記第2ゾーンにおいて第2厚さを有し、前記第1反射特性と前記第2反射特性との間の差は、前記第1厚さと前記第2厚さとの間のいかなる差にも実質的に起因しない、請求項17に記載のフィルム。
- 追加的なフィルムに取り付けられた、請求項17に記載のフィルムを含む光学体。
- 前記第2反射特性がウィンドー様特性であり、前記追加的なフィルムが偏光子を含む、請求項19に記載の光学体。
- 前記第1反射特性がミラー又は偏光子特性である、請求項20に記載の光学体。
- パターン化多層光学フィルムの製造方法であって、
光の強め合う又は弱め合う干渉と関連する第1反射特性を提供するように配置された複数の内側層を含む多層光学フィルムを提供する工程であって、前記内側層は前記フィルムの第1ゾーンから隣接する第2ゾーンまで延び、前記第1ゾーン及び第2ゾーンはそれぞれ前記第1反射特性を呈する、工程と、
前記第2ゾーンが、光の強め合う又は弱め合う干渉とまた関連するが、前記第1反射特性とは異なる第2反射特性を呈するのに十分な量で、前記第2ゾーンにおいて前記フィルムを選択的に加熱する工程であって、前記選択的に加熱する工程が、前記第2ゾーンにおける前記フィルムの厚さのいかなる実質的な低減もなく適用される、工程とを含む、方法。 - 前記選択的に加熱する工程が、前記フィルムの前記第2ゾーンの少なくとも一部にレーザー光を向けることを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記第1反射特性が、入射角の関数として波長がシフトする反射帯域を含み、前記選択的に加熱する工程が斜めの入射角で光を向けることを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記第1反射特性が、所与の入射角において前記可視スペクトルの少なくとも一部にわたって延びる反射帯域を含み、前記選択的に加熱する工程が、前記フィルムの前記第2ゾーンの少なくとも一部に少なくとも325nmの波長を有する光を向けることを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記向けられた光が前記スペクトルの近赤外線部分の波長を有する、請求項25に記載の方法。
- 前記レーザー光が、前記第2ゾーンよりも小さな、前記フィルム上のスポットサイズに閉じ込められ、前記選択的に加熱する工程は、前記第2ゾーン内で前記レーザー光を走査し、前記フィルムに前記第1ゾーンの外観とは異なる前記第2ゾーンに実質的に均一な外観を提供することを含む、請求項17に記載の方法。
- パターン化多層光学フィルムの製造方法であって、
強め合う又は弱め合う干渉によって光を選択的に反射する光学的反復単位に配置される複数の内側層を含む、多層光学フィルムを提供する工程であって、前記層が前記フィルムの第1ゾーンから隣接する第2ゾーンまで延び、前記光学反復単位の少なくともいくらかが前記第1ゾーン及び前記第2ゾーンの両方において複屈折性である第1層をそれぞれ含む、工程と、
前記第1ゾーンにおける前記第1層の前記複屈折性を維持する一方で前記第2ゾーンにおける前記第1層の前記複屈折性を低減又は排除するのに十分な量で、前記第2ゾーンにおいて前記フィルムを選択的に加熱する工程であって、前記加熱は前記第2ゾーンにおける前記層の構造的一体性を維持するのに十分に低く、前記加熱は、前記第2ゾーンに対するいかなる選択的な圧力の適用もなく適用される、工程とを含む、方法。 - 強め合う又は弱め合う干渉によって光を選択的に反射するように配置されて第1反射特性を提供する複数の内側層を含む多層光学フィルムであって、
前記複数の内側層が第1材料から構成される第1組の層及び前記第1材料とは異なる第2材料から構成される第2組の層を含み、前記第1の層及び第2組の層の少なくとも一方が複屈折性であり、
前記フィルムは、前記複数の内側層の構造的一体性を維持する一方で、前記内側層の少なくともいくらかの複屈折性を十分に変更するため、好適な光線で照射された前記フィルムに反応して、前記内側層を加熱するように調整された吸収特性を有し、このような複屈折性の変化は、前記第1反射特性を異なる第2反射特性に変えるのに十分である、多層光学フィルム。 - 前記第1材料が、第1ポリマー及び吸収染料又は顔料を含む、請求項29に記載のフィルム。
- 前記吸収染料又は顔料が700nmを超える波長の光を優先的に吸収する、請求項30に記載のフィルム。
- 前記第1反射特性は実質的に、ミラー、偏光子又はウィンドー特性の1つであり、前記第2反射特性は実質的に、ミラー、偏光子又はウィンドー特性の異なる1つである、請求項29に記載のフィルム。
- 追加的なフィルムに取り付けられた、請求項29に記載のフィルムを含む光学体。
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