KR100364029B1

KR100364029B1 - 다층광학필름

Info

Publication number: KR100364029B1
Application number: KR1019960703295A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 제이. 오더커크; 마이클 에프. 웨버; 제임스 엠. 존자; 칼 에이. 스토버
Original assignee: 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 2003-10-04
Also published as: JP2009143236A; EP0962806B1; DE69423651T2; EP0735952B1; DE69435174D1; DE69423651D1; EP0962807A2; US7852560B2; DE69435173D1; AU1866395A; CN1046664C; EP0735952A1; JP3971455B2; EP0962807A3; CA2177714A1; CA2177714C; IL112101A0; EP0962806A2; EP0962807B1; US20090079909A1

Abstract

본 발명은 결정성 나프탈렌 디카복실산 폴리에스테르(12) 및 또다른 선택된 중합체(14)의 다수의 교대층체를 포함하는 다층 중합체 필름(10)에 관한 것이며, 여기서, 층의 두께는 0.52㎛ 미만이고, 결정성 나프탈렌 디카복실산 폴리에스테르층은 하나이상의 평면내 축과 연관된 굴절률이 선택된 중합체의 인접층보다 더 높다.

Description

다층 광학 필름

<발명의 배경>

본 발명은 하나의 결정성 나프탈렌 디카복실산 폴리에스테르 및 또다른 선택된 중합체의 교대층을 포함하는 다층 중합체 필름에 관한 것이다.

상기 필름은 저굴절률 및 고굴절률을 갖는 다수의 층들 사이의 보강 간섭을 통해 광선을 반사시키는 광학 간섭 필터를 제조하는데 사용할 수 있다. 다층 중합체 필름으로부터 광선을 반사시킴에 대한 최초의 연구는 알프레이 (Alfrey) 등의 문헌 [Polymer Engineering And Science, Vol.9, No. 6, 400-404면, 1969년 11월], 레드포드 (Radford) 등의 문헌 [Polymer Engineering And Science, Vol. 13, No. 3, 216-221면, 1973년 5월] 및 로저스 (Rogers)의 미합중국 특허 제3,610,729호에 기술되어 있다.

쿠퍼 (Cooper) 등의 미합중국 특허 제4,310584호는 다층 진주광 반사 필름에서 폴리에스테르를 사용함을 기술한다. 상기 필름은 고굴절률의 중합체 및 보다 저굴절률의 중합체의 교대층을 포함한다. 고굴절률 중합체는 열가소성 폴리에스테르, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 하나 이상의 글리콜 및(또는) 하나 이상의 이가산을 사용하여 합성되는 다양한 열가소성 코폴리에스테르와 같은 코폴리에스테르를 포함하는 주조 비배향 필름이다. 예를 들면, PETG 코폴리에스테르는 에틸렌 글리콜 및 사이클로헥산디메탄올 및 테레프탈산으로부터 제조된 글리콜-개질된 PET이고, PCTA 코폴리에스테르는 사이클로헥산디메탄올과 테레프탈산 및 이소프탈산과의 산 개질된 코폴리에스테르이다. 보다 근래에는, 웨틀리 (Wheatley)의 미합중국 특히 제5,122,905호는 입사광을 30 % 이상 반사시키는 제1 및 제2의 각기 다른 중합체성 물질을 교대층에 포함하는 다층 반사 필름을 기술한다. 각 층의 광학 두께는 0.45 ㎛ 이상이고, 인접한 층들간의 굴절률 차는 0.03 이상이다. 웨틀리 등의 미합중국 특허 제5,122,906호는 상당수의 개별적인 층들이 0.09 ㎛ 이하 또는 0.45 ㎛ 이상의 광학 두께를 갖고, 인접한 층들의 굴절률 차가 0.03 이상인 상기와 유사한 반사체를 기술한다. 웨틀리 등의 미합중국 특허 제5,126,880호는 또한 층의 일부는 0.09 ㎛ 이하 또는 0.45 ㎛ 이상의 두께를 갖고 나머지 층들은 0.09 ㎛ 내지 0.54 ㎛의 광학 두께를 갖는 다층 반사체를 기술한다. 굴절률 차는 0.03 이상이다. 상기 웨틀리의 3개의 특허 모두는 인지할만큼의 진주광 현상이 일어나지 않고도 보강 간섭과 작용하는 중합체성 물질의 다층 1/4 파장 스택을 제조하는 것은 어렵다는 것을 교시한다. 웨틀리의 미합중국 특허 제5,126,880호는 층이 두꺼울수록 균일한 배경 반사를 제공하므로, 1/4 파장의 피크의 반사는 육안으로는 확인이 어렵다.

로저스의 미합중국 특허 제3,610,729호는 한 편광면의 광선을 반사시키면서 실질적으로 서로 투과시키도록 다층 중합체 필름을 일축으로 배향시킬 수 있음을 교시한다. 상기 특허는 한 층은 복굴절성이고 다른 층은 등방성인 중합체 교대층으로 제조된 시이트 편광자를 기술한다. 필름을 일방향으로 신장시킴으로써 다층 시이트의 중합체 분자를 일방향으로 배향시켜 한 층에서의 복굴절성을 증가시킬 수있다. 복굴절성 층의 굴절률이 인접한 등방성 층의 굴절률과 동일해질 때까지 강제로 다층 시이트를 신장시켜 가장 높은 복굴절성을 수득한다. 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리설폰, 폴리카보네이트 및 폴리파라크실렌이 유용한 물질로서 언급된다. 로저스의 미합중국 특허 제4,525,413호는 기하학적 지수가 0.5 이상인 복굴절성 중합체를 교대층에 사용함을 기술한다. 로저스의 미합중국 특허 제4,525,413호에 열거된 몇몇 물질을 사용하여 매우 높은 굴절률을 얻을 수 있으나, 상기 물질들은 광학적 투과성 및 압출성이 나쁘고 고가이기 때문에 유용한 장치들을 제조하는데는 심각한 문제점을 갖고 있다.

현재 시판되는 편광자는 배향된 염색 중합체 필름 (흡수 편광자) 또는 경사진 박막 편광자 [맥네일(MacNeille) 편광자]를 기재로 한다. 흡수 편광자의 경우, 한 편광면의 광선이 흡수되고 열로 전환된다. 경사진 박막 편광자는 반사 편광자로서 작용한다. 반사 편광자는 종종 2가지 이유 때문에 바람직하다. 첫째로, 반사는 특히 편광자가 액정 디스플레이(LCD) 영사 시스템에서 사용될 경우에 열 조절 문제를 최소화시킨다. 둘째로, 반사광의 편광면을 재배향시켜 한 편광의 총 광학적 산출량을 증가시킬 수 있다.

많은 분야에서, 표준 경사진 박막 광학 편광자는 매우 부피가 크므로 흡수 편광자를 현재 유일하게 사용할 수 있다. 전술한 열 조절 문제외에도, 흡수 편광자는 강한 광선에서 탈색될 수 있고 폴리비닐알콜(PVA) 기재 중합체의 융점이 낮고 PVA가 수용성이라는 단점을 갖는다. 유츠미 (Utsumi)의 미합중국 특허 제 4,756,953호는 일축으로 배향된 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)에 혼입된 이색 염료의 사용을 기술한다. PEN은 종래의 PVA 기재의 편광자에 비해 융점이 높고 수용성이 감소되었다는 장점을 갖는다.

경사진 박막 편광자는 박막을 반복되는 마이크로프리즘 기재에 연속적으로 침착시킴으로써 약 0.020 인치의 비교적 얇은 시이트로서 붕괴될 수 있다 (문헌 [M. F. Weber, "Retroreflecting Sheet Polarizer", SID conf. proceedings, Boston, Massachusetts, May 1992, 427면] 및 ["Retroreflecting Sheet Polarizer", SID conf. proceedings, Seattle, Wasshington, May 1993, 669면] 참조). 박막 진공 침착 기술을 사용하므로 상기 편광자는 고가인 것이 특징이다.

EPO 특허원 제488,544호는 또한 교대하는 다른 중합체층의 편광자를 기술한다. 편광자는 중합체성 물질간의 굴절률 차이가 날만큼 충분히 상이한 0이 아닌 상대 응력 광학 계수를 갖는 제1 및 제2의 중합체성 물질의 다층 교대 배향층을 포함한다. PEN은 인접한 층보다 신장 방향으로 더 낮은 굴절률을 가짐을 나타내는, "음의 응력 광학 계수"를 가지기 때문에 적합한 중합체라고 생각된다.

<발명의 개요>

본 발명은 하나의 결정성 나프탈렌 디카복실산 폴리에스테르 및 또다른 선택된 중합체의 다수의 교대층체를 포함하는 다층 중합체 필름에 관한 것이며, 여기서 층의 두께는 0.5 ㎛ 미만이고, 결절성 나프탈렌 디카복실산 폴리에스테르 층은 선택된 중합체의 인접층보다 하나 이상의 평면내 축과 연관된 굴절률이 더 높다.

<도면의 간단한 설명>

본 발명의 또한 하기 도면을 참조하여 설명된다.

제1a도 및 제1b도는 본 발명의 편광자를 개략적으로 나타낸 것이다.

제2도는 본 발명의 PEN 및 coPEN 층의 굴절률을 나타내는 그래프이다.

제3도는 제2도에 나타낸 굴절률을 기준으로 하여 50층 PEN/coPEN 필름 스택의 투과율의 컴퓨터 시뮬레이션 데이타를 나타낸 그래프이다.

제4도는 동일하게 이축 신장시킨 300층 PEN/coPEN 거울의 투과율의 컴퓨터 시뮬레이션 데이타를 나타낸 그래프이다.

제5도는 1차 피크가 약 1,300 nm인 본 발명의 51층 적외선 편광자의 투과율을 측정한 것을 나타낸 그래프이다.

제6도는 본 발명의 51층 편광자 8개를 서로 적층시킨 것의 투과율을 측정한 것을 나타낸 그래프이다.

제7도는 본 발명의 204층 편광자의 투과율을 측정한 것을 나타내는 그래프이다.

제8도는 본 발명의 204층 편광자 2개를 서로 적층시킨 것의 투과율을 측정한 것을 나타낸 그래프이다.

제9도는 본 발명의 오버헤드 영사기를 개략적으로 나타낸 것이다.

제10도는 단일 계면을 형성하는 필름의 2층 스택을 보여준다.

제11도 및 제12도는 지수가 1.60인 매질에서의 일축 복굴절성 시스템에 있어서 반사도 대 각도를 도시한 곡선이다.

제13도는 지수가 1.0인 매질에서 일축 복굴절성 시스템에 있어서 반사도 대각도를 나타낸 곡선을 보여준다.

제14도, 제15도 및 제16도는 일축 복굴절성 시스템에 있어서 평면내 지수 및 z-지수 사이의 다양한 관계를 보여준다.

제17도는 2개의 상이한 일축 복굴절성 시스템에 있어서 축반사도 대 파장을 보여준다.

제18도는 이축 복굴절 필름에서 y-지수의 차를 도입시키는 효과를 나타낸다.

제19도는 이축 복굴절 필름에서 z-지수의 차를 도입시키는 효과를 나타낸다.

제20도는 제18도 및 제19도로부터 얻은 정보를 요약해 놓은 등고선을 보여준다.

제21도 내지 제26도는 거울 실시예에서 얻어진 다층 거울의 광학 수행능을 보여준다.

제22도 내지 제30도는 편광자 실시예에서 주어진 다층 편광자의 광학 수행능을 보여준다.

제1a도, 제1b도 및 제9도는 일정 비율로 그린 것은 아니고, 모든 도면은 단지 예시하기 위한 것이며 비제한적이다.

<예시적인 실시태양의 상세한 설명>

제1a도 및 제1b도에 나타낸 본 발멍은 2,6-폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)과 같은 결정성 나프탈렌 디카복실산 폴리에스테르(12)와 반사 편광자 또는 거울로서 유용한 선택된 중합체(14)의 교대층을 갖는 다층 중합체 시이트(10)을 포함한다. PEN/선택된 중합체를 일축 내지 이축 방향으로 신장시킴으로써 상이하게 배향된 평면-편광된 입사광에 대한 반사 범위를 갖는 필름을 제조할 수 있다. 이축으로 신장시키는 경우, 시이트를 수직축을 따라 비대칭적 또는 수직축을 따라 대칭적으로 신장시켜 원하는 편광성 및 반사성을 수득할 수 있다.

편광자의 경우, 시이트를 바람직하게는 단일 방향으로 신장시킴으로써 배향시키면 PEN층의 굴절률은 배향 방향 및 횡방향에 평행한 편광면을 가지는 반사광 사이에서 큰 차이를 보인다. 평면내 축(필름의 표면에 평행한 축)과 연관된 굴절률은 편광면이 측에 평행되게 평면-편광된 입사광의 유효 굴절률이다. 배향 방향이란 필름이 신장되는 방향을 말한다. 횡방향이란 필름이 배향되는 방향에 수직인 필름 평면내의 방향을 의미한다.

PEN은 신장후 높은 양의 응력 광학 계수 및 영구한 복굴절성을 가지므로 바람직한 물질이고, 550nm의 파장에서 편광된 입사광에 대한 굴절률은 편광면이 신장 방향에 평행할 때 약 1.64 내지 약 1.9로 증가한다. PEN 및 70-나프탈레이트/30-테레프탈레이트 코폴리에스테르(coPEN)를 5:1의 신장비로 신장시켰을 때 생성되는 상이한 평면내 축과 연관하여 나타나는 굴절률차를 제2도에 나타낸다. 제2도에서, 더 낮은 쪽에 있는 곡선의 데이터는 횡방향의 PEN 및 coPEN의 굴절률을 나타내며 높은 쪽에 있는 곡선의 데이타는 신장 방향의 PEN의 굴절률을 나타낸다. PEN은 가시 스펙트럼상애서 0.25 내지 0.40의 굴절률차를 나타낸다. 복굴절률(굴절률차)은 분자 배향을 증가시킴으로써 증가시킬 수 있다. PEN은 각 용도에 필요한 수축률에 따라 약 155℃ 내지 약 230℃에서 열안정하다. 상기에서 특히 PEN이 복굴절층에 바람직한 중합제로서 기술되어 있지만, 기타의 결정성 나프탈렌 디카복실산 폴리에스테르 뿐만 아니라 폴리부틸렌 나프탈레이트 또한 적합한 물질이다. 결정성 나프탈렌 디카복실산 폴리에스테르는 상이한 평면내 축과 연관하여 0.05 이상 바람직하게는 0.20보다 큰 굴절률 차를 나타내야 한다.

신장 방향(들)에서의 굴절률이 실질적으로 손상되지 않는 한 소량의 공단량체를 나프탈렌 디카복실산 폴리에스테르에 대체할 수 있다. 굴절률 강하(및 이에 따른 반사도 감소)는 선택된 중합체 층에 대한 접착성, 압출 온도 감소, 용융 점도 및 신장을 위한 유리 전이 온도의 더 우수한 일치성과 같은 임의의 장점을 가지므로 상쇄될 수 있다. 적합한 단량체는 이소프탈산, 아젤라산, 아디프산, 세바스산, 디벤조산, 테레프탈산, 2,7-나프탈렌 디카복실산, 2,6-나프탈렌 디카복실산 또는 사이클로헥산카복실산을 기본으로 하는 것을 포함한다.

본 발명의 PEN/선택된 중합체 수지는 바람직하게는 균일한 다층 공압출을 달성하기 위해서 유사한 용융 점도를 가진다. 2개의 중합체는 바람직하게는 전형적인 전단 속도에서 5 이내의 용융 점도를 갖는다.

본 발명의 PEN 및 바람직하게는 선택된 중합체층은 다층 시이트내에서 개별적인 층으로서 존재하면서 서로 우수하게 부착되는 성질을 나타낸다.

본 발명의 중합체의 유리 전이 온도는 신장시에 한 세트의 중합체층이 부서지는 것과 같은 부작용이 일어나지 않도록 서로 양립되어야 한다. 양립됨이라 함은 선택된 중합체의 유리 전이 온도가 PEN층의 유리 전이 온도보다 더 낮음을 의미한다. 선택된 중합체층의 유리 전이 온도는 PEN 층의 유리 전이 온도보다 약간 더 높을 수 있지만, 40℃ 이하이다.

바람직하게는, 층은 상이한 파장 범위를 반사하도록 고안된 두께가 1/4 파장인 상이한 세트의 층을 갖는다. 각 층의 두께가 정확히 1/4 파장일 필요는 없다. 가장 중요한 필요 사항은 인접한 저-고 굴절률 필름 쌍의 총 광학 두께가 0.5 파장이어야 한다는 것이다. 제2도에 나타낸 바와 같이 지수 차이를 갖는, 층두께가 550nm의 1/4 파장이 되도록 선택된 PEN/coPEN 층의 50층 스택의 백드폭은 약 50nm이다. 상기 50층 스택은 그의 파장 범위에서 측정가능한 흡광을 보이지 않으면서 대략 99%의 평균 반사율을 제공한다. 1% 미만의 투과율(반사율 99%)을 나타내는 컴퓨터-모델화시킨 곡선을 제3도에 나타낸다. 제3도 내지 제8도는 투과율로서 특정지은 데이터를 포함한다. 본 발명의 필름에 의해서는 어떤 측정가능한 흡광도 일어나지 않으므로, 반사율은 하기의 관계식에 의해 대략 나타낼 수 있다.

100 - (투과율) = (반사율)

바람직하게 선택된 중합체층(14)는 굴절률에서 등방성이고, 제1a도에 나타낸 바와 같이, PEN층의 횡방향축과 연관된 굴절률과 실질적으로 일치한다. 제1b도에 나타낸 바와 같이 배향 방향으로 편광면을 가지는 광선은 반사되는 반면, 횡방향으로 편광면을 가지는 광선은 편광자에 의해 대부분 투과된다.

또한, 본 발명의 반사 편광자는 얇은 적외선 시이트 편광자로서 유용하다. 얇은 적외선 시이트 편광자에 대한 필요성은 바바(Baba) 등의 문헌[Optics Letters Vol. 17, No.8, page 622-624, 1992년 4월 15일]에 기술되어 있다. 바바 등은 유리 필름에 매립된 금섬을 신장시킴으로써 제조된 편광자를 기술한다. 그러나, 상기 편광자는 공명 흡광 현상을 보이므로 반사 편광자는 아니다.

본 발명의 반사 편광자는 안과용 렌즈, 거울 및 창과 같은 광학 소자에 유용하다. 편광자는 선글라스에서 유행되는, 거울처럼 보이는 특징을 갖는다. 또한, PEN은 매우 우수한 자외선 필름이므로 가시선 스펙트럼의 말단 이하의 자외선을 효과적으로 흡수한다.

편광자의 경우, PEN/선택된 중합체층은 연관된 굴절률이 바람직하게는 실질적으로 동일하도록 하는 하나 이상의 축을 갖는다. 전형적으로 횡방향축인 상기 축과 연관된 굴절률이 일치함으로써, 편광면상에서 광선의 반사가 실질적으로 일어나지 않게 된다. 선택된 중합체 층에서는 또한 신장 방향과 연관된 굴절률이 감소할 수 있다. 선택된 중합체가 음의 복굴절률을 가지면 인접층의 배향축과 연관된 굴절률차가 증가된다는 장점을 갖는 반면, 횡방향에 평행한 편광면을 가지는 광선의 반사는 여전히 무시할만하다. 신장후 인접층들의 횡방향축과 연관된 굴절률차는 0.05 미만이어야 하고 바람직하게는 0.02 미만이다. 한편, 선택된 중합체가 신장됨으로 인해 양의 복굴절률을 가질 수도 있으나, 이는 열처리 과정에서 PEN층의 횡방향축의 굴절률을 일치시키기 위해서 감소시킬 수 있다. 상기 열처리 온도는 PEN층내의 복굴절률을 감소시킬 만큼 높아서는 안된다.

본 발명의 편광자를 위한 바람직한 선택된 중합체는 20몰% 내지 80몰%의 디메틸 나프탈레이트와 같은 나프탈렌 디카복실산 또는 그의 에스테르, 20몰% 내지 80몰%의 디메틸 테레프탈레이트와 같은 이소프탈산 또는 테레프탈산 또는 그들의 에스테르 및 에틸렌 글리콜의 반응 생성물의 코폴리에스테르이다. 본 발명의 범위에 들어가는 기타 코폴리에스테르는 전술된 성질을 가지며 약 1.59 내지 1.69의 횡방향축과 연관된 굴절률을 갖는다. 물론, 코폴리에스테르는 PEN으로 공압출될 수있어야 한다. 기타 적합한 코폴리에스테르는 이소프탈산, 아젤라산, 아디프산, 세바스산, 디벤조산, 테레프탈산, 2,7-나프탈렌 디카복실산, 2,5-나프탈렌 디카복실산 또는 사이클로헥산디카복실산을 기본으로 한다. 기타 코폴리에스테르에 변화를 주기에 적합한 것은 에틸렌 글리콜, 프로판 디올, 부탄 디올, 네오펜틸 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 테트라메틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 사이클로헥산디메탄올, 4-하이드록시 디페놀, 프로판 디올, 비스페놀 A, 및 1,8-디하이드록시 비페닐, 또는 1,3-비스(2-하이드록시에톡시)벤젠을 디올 반응체로서 사용하는 것을 포함한다. 단량체의 굴절률의 용적 평균은 유용한 코폴리에스테르를 제조하는데 훌륭한 지침이 된다. 또한, PEN의 유리 전이 온도와 양립될 수 있는 유리 전이 온도를 갖고 약 1.59 내지 1.69의 횡방향축에 연관된 굴절률을 갖는 코폴리카보네이트 또한 본 발명에서 선택된 중합체로 유용하다. 사용가능한 선택된 중합체를 제조하는 또다른 방법은 두개 이상의 중합체를 압출 시스템에서 에스테르 교환반응시켜 코폴리에스테르 또는 코폴리카보네이트를 제조하는 것이다.

거울을 제조하기 위해서는 2개의 일축 신장된 편광 시이트 (10)을 90° 회전하는 그의 해당 배향축에 위치시키거나, 또는 시이트(10)을 이축 신장시킨다. 후자의 경우, 시이트 평면에서의 2개의 PEN 굴절률이 모두 증가하고 선택된 중합체는 가능한한 편광면의 광선 둘다를 반사시킬 수 있을 만큼 낮은 굴절률을 갖도록 선택되어야 한다. 다층 시이트를 이축 신장시키면 2개의 축 모두에 평행한 평면에 대한 인접층의 굴절률차가 생기며 이로 인해 편광 방향의 평면 둘다에서 광선이 반사된다. PEN을 이축 신장시키면 상기 신장축과 일관된 굴절률이 일축 신장시 굴절률인1.9에 비해 1.64 내지 1.75로만 증가한다. 그러므로 반사율이 99%(따라서 현저한 진주광 현상이 생기지 않음)인 유전 거울을 제조하려면 굴절률이 낯은 coPEN을 선택된 중합체로 사용하는 것이 바람직하다. 광학 모델화시키는 경우, 상기 지수가 약 1.55가 될 수 있다는 것을 알 수 있다. 6개 겹친 1/4 파장 스택의 가시광 스팩트럼의 반을 덮을 수 있도록 고안된, 층 두께의 표준 편차가 5%인 300층 필름은 제4도에서 나타낸 바와 같이 예측된 수행능을 갖는다. 신장의 대칭성이 높을수록 비교적 보다 대칭성인 반사 성질을 나타내고 비교적 적은 편광 성질을 나타내는 제품이 제조된다.

경우에 따라, 반사도, 광학 밴드 폭 또는 둘다를 증가시키기 위해서 본 발명의 두 개 이상의 시이트를 복합물로서 사용할 수 있다. 시이트내의 각쌍의 층의 광학 두께가 실질적으로 동일하다면, 상기 복합물은 개개의 시이트에 비해 약간 더 효율적으로, 실질적으로 동일한 밴드 폭 및 동일한 스펙트럼 범위의 반사도(예: "밴드")로서 반사될 것이다. 시이트내의 각쌍의 층의 광학 두께가 실질적으로 동일하지 않은 경우, 복합물은 개개의 시이트보다 넓은 밴드 폭을 가로질러 반사할 것이다. 거울 시이트와 편광자 시이트를 혼합시킨 복합물은 여전히 투과된 광선을 편광시키면서도 총 반사율을 증가시키기에 유용하다. 한편, 단일 시이트를 비대칭적으로 이축 신장시켜 선택적 반사성 및 편광성을 갖는 필름을 제조할 수 있다.

이축 신장된 거울 용도에 사용하기에 바람직한 선택된 중합체는 테레프탈산, 이소프탈산, 세바스산, 아젤라산 또는 사이클로헥산디카복실산을 기본으로 하며, 여전히 PEN층에 접착되어 있으면서도 가능한한 낮은 굴절률을 수득할 수 있다. 나프탈렌 디카복실산을 PEN에 대한 접착을 개선시키기 위해 소량으로 사용할 수 있다. 디올 성분을 전술된 임의의 물질로부터 선택할 수 있다. 바람직하게는 선택된 중합체는 1.65 미만의 굴절률을 가지며 더욱 바람직하게는 1.55 미만의 굴절률을 갖는다.

선택된 중합체가 반드시 코폴리에스테르 또는 코폴리카보네이트이어야 할 필요는 없다. 비닐 나프탈렌, 스티렌, 에틸렌, 말레산 무수물, 아크릴레이트, 메타크릴레이트와 같은 단량체로부터 제조된 비닐 중합체 및 공중합체를 사용할 수도 있다. 폴리에스테르 및 폴리카보네이트 이외의 축합 중합체 또한 유용할 수 있고, 여기에는 예를 들면, 폴리설폰, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리암산, 폴리이미드가 포함된다. 나프탈렌기, 및 염소, 브롬 및 요오드와 같은 할로겐은 선택된 중합체의 굴절률을 원하는 수준(1.59 내지 1.69)으로 증가시켜 편광자를 위한 횡방향과 연관된 PEN의 굴절률과 실질적으로 일치시키는데 유용하다. 아크릴레이트기 및 불소는 거울에 사용하기위해 굴절률을 감소시키는데 특히 유용하다.

제9도는 본 발명을 오버헤드 영사기(30)에서 고온 거울로서 사용함을 예시한다. 영사기(30)은 투과형 영사기이고 기저부(32) 및 영사 헤드(34)를 비롯해 종래의 오버헤드 영사기의 많은 특성을 가진다. 영사 헤드(34)는 암(arm)(나타내지 않음)에 의해 기저부(32)에 부착되어 있는데, 상기 암을 종래의 조절 수단에 의해 올리거나 내림으로써 헤드(34)를 기저부(32)로 전진시키거나 기저부(32)로부터 후진시킬 수 있다. 기저부(32)는 광원(36), 광원(36)을 위한 동력 공급원(나타내지 않음), 및 광선을 영사판 영역(40)으로 배향시키기 위한 거울(38)과 같은 적당한 광학 소자를 포함한다. 종래의 오버헤드 영사기에서 영사판 영역(40)은 광선을 헤드(34)로 집중시키기 위한, 전형적으로 하나 이상의 일체 성형된 프레넬 렌즈를 갖는 유리와 같은 투명 시이트를 포함한다. 가시적상을 갖는 투명체를 영사판(40)에 놓으면, 헤드(34)내에 위치한 거울(42) 및 렌즈(44)와 같은 종래의 광학적 수단에 의해 상이 수집되고 근처에 있는 영사 스크린 또는 표면상에 투영된다.

본 발명의 거울(46)은 오버헤드 영사기(30)에서 가시광을 투과시키면서 열-생성 적외선 에너지를 광원(36)으로부터 반사시키기 위해 유리하게 사용된다. 거울(46)은 적외선 에너지를 반사시키는데 사용될 경우에는 고온 거울로서 사용된다. 이는 특히 발산된 에너지의 약 85%가 적외선 파장에 있는 백열 광원에서 특히 중요하다. 적외선 에너지는 조절하지 않으면 영사판(40)에 놓인 조밀 투명체 및 LCD 영상 패널을 과열시킬 수가 있다. 고온 거울로서 사용할 때, 통상적으로 거울(46)은 광원(36)과 영사판(40) 사이에 위치한다. 거울(46)은 개별적인 소자일 수 있거나, 또는 광원과 영사판 사이의 광선의 경로에 있는 광학 소자에 코팅으로서 도포될 수 있다.

한편, 거울(46)은 오버헤드 영사기(30)에서 저온 거울로서 사용할 수 있는데 상기 거울은 적외선 에너지를 투과시키는 반면 가시광을 반사한다. 본 발명의 거울은 또한 광원(36)과 영사판(40)사이에 접히는 거울(나타내지 않음)로서 위치할 수도 있다. 다층 저온 거울의 가시광 반사율은 쉽게 약 95%가 될 수 있다. 광원(36) 뒤에 있는 반사기(38)과 같은 구형 볼록 반사기에 본 발명의 거울을 저온 거울 코팅으로서 도포시켜 적외선 에너지를 투과시키는 반면 광원으로부터 발산되는 가시광을 수집하고 방향을 바꾼다.

압출된 필름은 가열된 공기중에서 물질의 개개의 시이트를 신장시킴으로써 배향시킬 수 있다. 경제적으로 제조하기 위해서, 표준 길이 배향기, 텐터 오븐 또는 둘다에서 연속적인 기재상에서 신장시킬 수 있다. 표준 중합체 필름 제조의 경제적인 라인 속도 및 계획은 시판되는 흡수 편광자와 연관된 가격보다 상당히 낮은 제조 비용을 들임으로써 달성할 수 있다.

2개 이상의 시이트를 서로 적층시킨 경우에는 반사도를 개선시키거나 밴드폭을 넓히거나 또는 2개의 편광자로부터 거울을 형성할 수 있다는 장점이 있다. 비결정형 코폴리에스테르는, 사용해볼만한 물질로서 주목되는 오하이오 아크론 소재의 더 굿이어 타이어 앤드 러버 캄파니(the Goodyear Tire and Rubber Co.)로부터 판매되는 VITEL Brand 3000 및 3300과 같은 적층 물질로서도 유용하다. 적층 물질의 선택의 폭은 넓으며 시이트(10)에 대한 접착성, 광학적 투명성 및 공기 배타성이 주요한 지침 원리이다.

본 발명의 수행능을 상당히 해치지 않는 한 산화방지제, 압출보조제, 열안정화제, 자외선 흡수제, 핵생성제, 표면 돌기 형성제 등과 같은 하나 이상의 무기 또는 유기 보조제를 통상적인 양으로 하나 이상의 층에 첨가하는 것이 바람직할 수 있다.

하기의 실시예는 예시적인 목적으로 나타낸 것이며 본 발명을 어떤 식으로라도 한정하려는 것은 아니다.

<실시예 1>

PEN 및 70 나프탈레이트/30 테레프탈레이트 코폴리에스테르(coPEN)를 디올과 같은 에틸렌 글리콜을 사용하여 표준 폴리에스테르 수지 탕관에서 합성하였다. PEN 및 coPEN 둘다의 고유 점도는 약 0.6dl/g이었다. PEN 및 coPEN의 단일층 필름을 압출시킨 후 약 150℃에서 측면을 고정시킨채 일축 신장시켰다. 압출시키는 동안에 PEN은 약 1.65의 등방성 굴절률을 나타내었고 coPEN은 약 1.64의 등방성 굴절률을 나타내었다. 등방성이란 필름의 평면내에 있는 모든 축과 연관된 굴절률이 실질적으로 동일함을 의미한다. 굴절률 값은 둘다 550 nm에서 관찰하였다. 5:1의 신장비로 신장시킨후, 배향축과 연관된 PEN의 굴절률은 약 1.88로 증가하였다. 횡방향축과 연관된 굴절률은 약간 감소하여 1.64가 되었다. 5:1의 신장비로 신장시킨 후의 coPEN 필름의 굴절률은 약 1.64로 등방성을 유지하였다.

표준 압출 다이에 공급되는 51-슬롯 피드블록(feedblock)을 사용하여 PEN 및 coPEN을 공압출시킴으로써 PEN 및 coPEN의 교대층으로 만족스러운 다층 편광자를 제조하였다. 압출은 약 295℃에서 수행시켰다. PEN을 약 23lb/hr에서 압출시키고 coPEN을 약 22.3lb/hr에서 압출시켰다. PEN 표피층은 압출된 필름 스택내의 층보다 약 3배 더 두꺼웠다. 모든 내부층은 약 1300 nm의 광선에 대해 1/4 파장의 광학 두께를 갖도록 고안되었다. 51층 스택을 약 0.0029인치의 두께를 갖도록 압출 및 주조시킨 후 약 150℃에서 측면을 고정시킨채 5:1의 신장비로 일축 신장시켰다. 신장된 필름은 약 0.0005 인치의 두께를 갖는다.

신장된 필름을 공기 오븐에서 약 230℃에서 30초 동안 열경화시켰다. 신장된 필름 및 후속적으로 열경화시킨 필름의 광학 스펙트림은 필수적으로 동일하였다.

제5도는 51층의 스택을 결경화시키기 전에 배향 방향(50) 및 횡방향(52) 둘다에서 측정한 투과율을 나타내는 그래프이다.

각각 전술된 바와 같이 제조된 8개의 51층 편광자를 공기 틈새를 제거하는 유체를 사용하여 결합시켜 408개 광학 층의 편광자들을 제조하였다. 제6도는 408층이 배향 방향(54) 및 횡방향(56) 둘다에서 350 nm 내지 1800 nm의 투과율을 나타냄을 보여주는 그레프이다.

<실시예 2>

실시예 1애서 기술한 바와 같이 51-슬롯 피드블록에서 PEN 및 coPEN을 압출시킴으로써 만족스러운 204층 편광자를 제조한 후, 2개의 층을 2배화 증배기에서 연속적으로 압출시켰다. 상기 증배기는 피드블록을 빠져나오는 압출된 물질을 폭이 절반인 2개의 유동 스트림으로서 분할시킨후, 폭이 절반인 2개의 유동 스트림을 서로의 위에 쌓는다. 미합중국 특허 제3,565,985호는 유사한 공압출 증배기를 기술한다. 압출은 고유 점도가 0.05 lb/g인 PEN은 22.5 lb/g에서 흐르게 하고 고유 점도가 0.60lb/g인 CoPEN을 16.5lb/g에서 흐르게 하면서 약 295℃에서 수행시켰다. 주조 웹은 두께가 약 0.0038 인치었고 신장시키는 동안 약 140℃의 대기 온도에서 측면을 고정시킨채 종방향으로 5:1의 신장비로 일축 신장시켰다. 표피층을 제외한 모든 쌍의 층은 550nm의 광선에서 1/2 파장의 광학 두께를 갖도록 제조되었다. 제7도의 투과 스펙트럼에서, 배향 방향(60)에서의 두 개의 반사 피크는 투과 스펙트럼에서 약 550nm에서 집중되면서 뚜렷하다. 이중 피크는 대부분 층 증배기에 도입된 필름의 오류에 기인한 것이며, 넓은 배경은 압출 및 주조 공정에서 누적된 필름 오류에 기인한다. 횡방향애서의 투과 스펙트럼은 (58)로 표시하였다. 편광자의 광학 소광은 두 개의 필름을 광학 접착제로 적층시킴으로써 매우 개선시킬 수 있다.

전술된 바와 같이 제조된 204층 편광자 2개를 공학 접착제를 사용하여 수작업에 의해 적층시켜 408층 필름 스택을 제조하였다. 바람직하게는 상기 접착제의 굴절률은 등방성 coPEN층의 굴절률과 일치해야 한다. 제7도에서 뚜렷하게 나타난 반사 피크는 적층된 샘플에 대해서는 제8도에 나타난 바와 같이 주름이 매끄럽게 펴졌다. 이는 피크는 반사가 필름의 상이한 곳에서는 상이한 파장에서 랜덤한 방식으로 일어나기 때문이다. 이러한 효과를 종종 "진주광 현상"이라 한다. 2개의 필름을 적층시키면 색상에서의 랜덤한 변화가 한 필름에서 다른 필름과 일치하지 않고 필름이 겹쳐졌을때는 상쇄되려는 경향이 있기 때문에 진주광 현상이 감소된다.

제8도는 배향 방향(64) 및 횡방향(62) 둘다에서의 투과 데이터를 예시한다. 한 편광면의 광선의 80% 이상이 약 450 nm 내지 650 nm의 범위의 파장에서 반사된다.

진주광 현상은 필수적으로 한 영역 대 인접한 영역에서의 필름층의 분균일성으로서 측정된다. 두께를 완벽하게 조절했을 경우에는, 한 파장으로 집중된 필름 스택은 샘플 전체에 걸쳐 색상 변화가 없다. 전체 가시광 스펙트럼을 반사시키도록 제조된 다층 스택은 상당량의 광선이 랜덤한 영역을 통해 랜덤한 파장에서 누출되면 층 두께의 오류로 인해 진주광 현상이 일어난다. 본원에서 제시된 중합체 시스템의 필름층 사이의 큰 지수차로 인해서 필름 반사도가 상당수의 층에서 99% 이상이 된다. 이는 압출 공정에서 층 두께를 적절히 조절할 수만 있다면 진주광 현상을제거하는데 매우 좋은 장점이다. 컴퓨터 광학 모델화에서 보듯이, 총 두께가 10% 이하의 표준 편차를 가지고 조절된다면 600층의 PEN/coPEN 편광자에 대해서만 대부분의 가시광 스펙트럼이 99% 반사될 수 있다.

<다층 스택의 광학적 작용>

제1a도 및 제1b도에서 나타낸 바와 같은 다층 스택(10)의 광학적 작용을 보다 일반적인 용어로 설명할 것이다. 다층 스택(10)은 수백 또는 수천개의 층을 포함할 수 있고, 각 층은 많은 상이한 물질로부터 제조될 수 있다. 특정 스택을 제조하기 위한 물질을 선택하는 특성은 스택의 원하는 광학적 수행능에 따라 달라진다.

스택은 스택내의 층이 존재하는 만큼 많은 물질을 함유할 수 있다. 제조를 쉽게 하기 위해서, 바람직한 광학 박막 스택은 단지 몇 개의 상이한 물질을 함유한다. 예시를 위해서, 본 논의는 2개의 물질을 포함하는 다층 스택을 기술할 것이다.

상이한 물성을 갖는 화학적으로 동일한 물질간의 경계는 급격하거나 점진적일 수 있다. 분석 용액과 같은 몇몇의 단순한 경우를 제외하고는, 연속적으로 변화하는 지수를 갖는 층상화된 후자의 형태의 매질을 분석하려면 이를 통상적으로는, 급격한 경계를 갖지만 인접한 층간의 성질은 단지 조금만 변하는 다수의 더 얇고 균일한 층으로서 간주한다.

임의의 방향으로부터 임의의 입사 각도에서의 반사 작용은 필름 스택의 각 필름층의 굴절률에 의해서 결정된다. 필름 스택내의 모든 층이 동일한 공정 조건에 적용된다고 가정한다면, 전체 스택의 작용을 각도의 함수로서 파악하기 위해서는 2성분 스택의 단일 계면만을 관찰하면 될 것이다.

그러므로, 논의를 간단하게 하기 위해서, 단일 계면의 광학적 작용을 기술할 것이다. 그러나, 본원에서 기술된 원리에 따른 실제적인 다층 스택은 수백 또는 수천개의 층으로 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 제10도에 나타낸 바와 같이 단일 계면의 광학적 작용을 기술하기 위해서, z-축과 평면내 광학축을 포함하는 입사평면에 대해서, s 및 p 편광되는 광선의 입사 각도의 함수로서 반사도를 도시한다.

제10도는 지수가 no인 등방성 매질에 담근, 단일 계면을 형성하는 두 개의 물질의 필름층을 나타낸다. 설명을 쉽게 하기 위해서, 필름 평면에 수직인 광학축(z), 및 x축 및 y축을 따라 위치한 또다른 광학축인 정렬된 2개의 물질의 광학축을 갖는 수직 다층 복굴절성 시스템에 대해 논의할 것이다. 그러나, 광학축은 수직일 필요는 없고, 비수직 시스템도 본 발명의 개념 및 범주에 잘 맞는다는 것을 이해해야 할 것이다. 본 발명의 의도된 범주에 들기 위해서 광학축이 필름축과 정렬되어야 할 필요가 없다는 것 또한 이해해야 한다.

임의의 두께를 갖는 임의의 필름 스택의 광학 성질을 계산하기 위한 수학적 기본 성분은 개개의 필름 계면의 프레넬 반사 및 투과 계수로서 잘 공지되어 있다. 프레넬 계수란 임의의 입사 각도에서 주어진 계면의 반사도의 크기를 s 및 p-편광에 대한 개별적인 공식으로서 나타낸다.

등방성 물질의 경우, 유전 계면의 반사도는 입사 각도의 함수로서 변화하며 p 및 s 편광에 대해서는 매우 상이하다. p 편광에 대한 반사의 최소치는 소위 브루스터(Brewster) 효과 때문으로 반사도가 0이 되는 각도를 브루스터 각도라 한다.

임의의 입사 각도에서 임의의 필름 스택의 반사 작용은 관련된 모든 필름의 유전 텐서에 의해 결정된다. 상기 주제를 일반 이론적으로 다루고 있는 문헌[R.M.A.Azzam and N.M.Bashara, "Ellipsometry and Polarized Light", published by North-Holland, 1987]이 있다. 결과는 보편적으로 잘 공지되어 있는 맥스웰의 방정식으로부터 직접 얻어진다.

한 시스템의 단일 계면의 반사도는 p 및 s 편광의 반사 계수의 절대값을 제곱하고, 각각 하기 주어진 방정식(1) 및 (2)에 적용시킴으로써 계산한다. 방정식(1) 및 (2)는 정렬된 2개의 성분의 축을 갖는 일축 수직 시스템에 유효하다.

상기식에서, θ는 등방성 매질에서 측정된다.

일축 복굴절성 시스템에서, n1x, n1y 및 n1o는 동일하고, n2x, n2y 및 n2o는 동일하다.

이축 복굴절성 시스템에서, 방정식(1) 및 (2)는 제10도에서 정의한 바와 같이 x-z 또는 y-z 평면에 평행한 편광면에 있는 광선에 대해서만 유효하다. 따라서, 이축 시스템에서, x-z 평면에 입사되는 광선의 경우에, 방정식(1)(p-편광)에서 n1o는 n1x와 동일하고 n2o는 n2x와 동일하며, 방정식(2)(S-편광)에서 n1o는 n1y와 동일하고 n2o는 n2y와 동일하다. y-z 평면에 입사되는 광선의 경우에, 방정식(1)(p-편광)에서 n1o는 n1y와 동일하고 n2o는 n2y와 동일하며, 방정식(2)(s-편광)에서 n1o는 n1x와 동일하고 n2o는 n2x와 동일하다.

방정식(1) 및 (2)는 반사도는 스택내의 각 물질의 x, y 및 z 방향으로의 굴절률에 따라 달라진다는 것을 보여준다: 등방성 물질에서 세 개의 지수는 모두 동일하므로, nx, ny 및 nz는 동일하다. nx, ny 및 nz 사이의 관계는 물질의 광학 특성을 결정한다. 세 개의 지수간의 상이한 관계로 인해서 물질의 등방성, 일축 복굴절 및 이축 복굴절이라는 세 개의 일반적인 성질이 결정된다.

한 방향의 굴절률이 다른 2 방향의 굴절률과 상이한 물질을 일축 복굴절 물질이라 정의한다. 본 논의를 위해서, 일축 복굴절성 시스템의 nx는 ny와 동일하고 nz와는 다르다는 조건으로서 생각한다. x축 및 y축은 평면내 축으로서 정의되며, 각각의 굴절률인 nx 및 ny는 평면내 지수라고 부르기로 한다.

일축 복굴절성 시스템을 만들기 위한 하나의 방법은 중합체 다층 스택을 이축 신장시키는 것이다(예를 들면, 2 차원을 따라 신장시킴). 다층 스택을 이축 신장시키면 각 축에 평행한 평면에 인접한 층들간의 굴절률차가 생김으로써 두 편광면에서 광선이 반사된다.

일축 복굴절 물질은 양 또는 음의 일축 복굴절을 가질 수 있다. 양의 일축 복굴절은 z-지수가 평면내 지수보다 클 때(nz> nx 및 ny) 일어난다. 음의 일축 복굴절은 z-지수가 평면내 지수보다 작을 때(nz< nx 및 ny) 일어난다.

이축 복굴절 물질은 3개의 축에서 굴절률이 모두 상이한 물질이라고 정의되며, 예를 들면 nx, ny 및 nz는 서로 상이하다. 다시, nx 및 ny는 평면내 지수라고부른다. 이축 복굴절성 시스템은 다층 스택을 한 방향으로 신장시킴으로써 제조할 수 있다. 다시 말해, 스택은 일축으로 신장된다. 본 논의를 위해서는, x방향을 이축 복굴절 스택을 위한 신장 방향이라고 부르기로 한다.

<일축 복굴절성 시스템(거울)>

일축 복굴절성 시스템의 광학 특성을 지금부터 논의한다. 상기 논의된 대로, 일축 복굴절성 물질의 일반적인 조건은 nx가 ny와 같으나 nz와는 다르다는 것이다. 따라서, 제10도의 각 층(102 및 104)가 일축방향으로 복굴절성이라면, n1x는 n1y와 같고 n2x는 n2y와 같다. 본 발명을 논의하기 위하여, 층(102)가 층(104)보다 큰 평면내 지수를 가져서 n1이 x 방향과 y 방향 둘다에서 n2보다 크다고 가정한다. 일축 복굴절성 다층 시스템의 광학 특징은 n1z와 n2z의 값을 변화시켜 양 또는 음의 상이한 복굴절도를 유도함으로써 조정할 수 있다.

상기 식(1)을 사용하여, 제10도에 도시된 것과 같은 두 층으로 이루어진 일축 복굴절성 시스템에서 단일 계면의 반사도를 결정할 수 있다. s 편광의 경우 식(2)는 등방성 필름(nx=ny=nz)의 단순한 경우의 식과 동일한 것으로 쉽게 나타나므로, 본 출원인은 식(1)을 검토하기만 하면 된다. 예시의 목적으로, 일반적이지만 다소 특정한 필름 지수값을 배정한다. n1x와 n1y를 1.75, n1z를 변수, n2x n2y를 1.50, n2z를 변수로 놓는다. 상기 시스템에서 여러 가능한 브루스터 각도를 예시하기 위하여, 주위의 등방성 매질의 no는 1.60이다.

제11도는 n1z가 수직으로 n2z 이상인 경우(n1z≥n2z) 등방성 매질로부터 복굴절성 층으로 p-편광이 입사할 때의 반사도 대 각도 곡선을 도시한다. 제11도에도시된 곡선은 하기의 z-지수값에 대한 것이다: a) n1z는 1.75이고, n2z는 1.50이며; b) n1z는 1.75이고, n2z는 1.57이며; c) n1z는 1.70이고, n2z는 1.60이며; d) n1z는 1.65이고, n2z는 1.60이며; e) n1z는 1.61이고, n2z는 1.60이며; f) n1z와 n2z는 1.60임. n1z가 n2z에 접근함에 따라 반사도가 0으로 될 때 브루스터 각은 증가한다. 곡선 (a) 내지 (e)는 각도에 매우 의존성이다. 그러나, n1z가 n2z일 경우[곡선(f)], 반사도는 각도에 의존하지 않는다. 달리 말하자면, 곡선(f)의 반사도는 모든 입사 각도에 대하여 일정하다. 이런 면에서, 식(1)은 다음과 같은 각도에 대한 독립형으로 축약된다: (n2o-n1o)/(n2o+n1o). n1z가 n2z와 같은 경우, 브루스터 효과가 없으면, 모든 입사 각도에 대하여 반사도가 일정하다.

제12도는 n1z가 수적으로 n2z 이하인 경우 반사도 대 입사각도 곡선을 도시한다. 광선은 등방성 매질로부터 복굴절성 층으로 입사한다. 상기 경우, 반사도는 입사 각도에 따라 단순 증가한다. 이는 s-편광의 경우 관찰될 수 있는 특징이다. 제12도의 곡선(a)는 s 편광에 대한 단일 경우를 나타낸다. 곡선 (b) 내지 (e)는 하기 순서의 다양한 nz 값에 대한 p 편광의 경우를 나타낸다: b) n1z는 1.50이고, n2z는 1.60이며; c) n1z는 1.55이고, n2z는 1.60이며; d) n1z는 1.59이고, n2z는 1.60이며; c) n1z와 n2z는 1.60임. 다시, n1z가 n2z와 같은 경우[곡선(e)], 브루스터 효과가 없으며, 모든 입사 각도에 대하여 반사도가 일정하다.

제13도는 입사 매질의 지수 no가 1.0(공기)인 것을 제외하고는 제11도 및 제12도와 같은 경우이다. 제13도의 곡선은 지수 n2x와 n2y가 1.50이고, n2z가 1.60인 양의 일축 물질, 및 n1x와 n1y가 1.75이고 n1z 값이 상부로부터 하부로 다음 순서를 갖는 음의 일축 복굴절성 물질의 단일 계면에서의 p 편광에 대해 플로팅한 것이다: a) 1.50; b) 1.55; c) 1.59; d) 1.60; f) 1.61; g) 1.65; h) 1.70; 및 i) 1.75. 다시, 제11도 및 제12도에 나타낸 대로, n1z와 n2z의 값이 정합할 경우[곡선(d)], 반사도는 각도에 의존하지 않는다.

제11도, 제12도 및 제13도는 한 필름의 z-축 지수가 다른 필름의 z-축 지수와 같은 경우 한 유형의 특징이 다른 유형의 특징과 교차함을 도시한다. 이것은 음및 양의 일축 복굴절성 물질 및 등방성 물질의 몇몇 조합의 경우 그렇다. 브루스터 각도가 더 큰 각도 또는 더 작은 각도로 바뀔 때는 다른 상황이 발생한다.

제14도, 제15도 및 제16도에는 평면내 지수와 z-축 지수의 여러 가능한 관계가 도시되어 있다. 세로 축은 지수들의 상대값을 나타내며, 가로 축은 다양한 조건을 단순히 나누는데 사용한다. 각 도면은 z-지수가 평면내 지수와 같은 두 등방성 필름에 대하여 왼쪽에서 시작한다. 오른쪽으로 진행함에 따라, 평면내 지수는 일정해지고 다양한 z-축 지수는 증가 또는 감소하는데, 이는 양 또는 음의 복굴절의 상대적인 양을 나타낸다.

제11도, 제12도 및 제13도에 대하여 상기한 경우가 제14도에 기술되어 있다. 물질(1)의 평면내 지수는 물질(2)의 평면내 지수보다 크고, 물질(1)은 음의 복굴절도를 가지며(n1z는 평면내 지수 미만임), 물질(2)는 양의 복굴절도를 갖는다(n2z는 평면내 지수보다 큼). 브루스터 각도가 사라지고 반사도가 모든 입사 각도에 대하여 일정할 때, 두 z-축 지수는 같다. 이 지점은 제11도의 곡선(f), 제12도의 곡선(e) 또는 제13도의 곡선(d)에 상응한다.

제15도에서, 물질(1)은 물질(2)보다 큰 평면내 지수를 가지지만, 물질(1)은 양의 복굴절도, 물질(2)는 음의 복굴절도를 갖는다. 이 경우, 최소 브루스터는 더 작은 값의 각도로 변할 수만 있다.

제14도와 제15도는 두 필름 중 하나가 등방성인 제한된 경우에 유효하다. 상기 두 경우는 물질(1)이 등방성이고 물질(2)가 양의 복굴절도를 가지거나, 또는 물질(2)가 등방성이고 물질(1)이 음의 복굴절도를 갖는 경우이다. 브루스터 효과가 없는 지점은 복굴절성 물질의 z-축 지수가 등방성 필름의 지수와 같은 지점이다.

다른 경우는 두 필름이 동일한 유형일 경우, 즉 모두 음의 복굴절도를 갖거나 또는 둘다 양의 복굴절도를 갖는 경우이다. 제16도는 두 필름이 음의 복굴절도를 갖는 경우를 도시한다. 그러나, 두 양의 복굴절성 층의 경우는 제16도에 도시된 두 음의 복굴절성 층의 경우와 유사함을 이해해야 한다. 앞에서와 같이, 최소 브루스터는 한 z-축 지수가 다른 필름의 z-축 지수와 같거나 또는 교차할 경우에만 소거된다.

두 물질의 평면내 지수는 같지만 z-축 지수가 다를 경우, 또다른 경우가 발생한다. 이 경우(이는 제14도 내지 제16도에 도시된 세가지 모든 경우의 한 경우임), 이느 각도에서도 s 편광에 대한 반사가 일어나지 않으면, p 편광의 반사도는 입사 각도가 증가함에 따라 단순 증가한다. 상기 유형의 제품은 입사 각도가 증가함에 따라 p-편광에 대한 반사도가 증가하고, s-편광에 대해서는 투과성이다. 그래서 이 제품을 "p-편광자"로 부를 수 있다.

당해 분야의 숙련자라면 일축 복굴절성 시스템의 특징을 기술하는 상기 원리를 적용하여 다양한 상황에서 원하는 광학 효과를 만들 수 있음을 쉽게 인지할 것이다. 다층 스택중의 층들의 굴절률은 조종할 수 있으며, 변화시켜 원하는 광학 특성을 갖는 장치를 제조할 수 있다. 다양한 평면내 지수 및 z-축 지수로 많은 음 및 양의 일축 복굴절성 시스템을 생성시킬 수 있으며, 본원에 기술된 원리를 이용하여 많은 유용한 장치를 디자인 및 제작할 수 있다.

<이축 복굴절성 시스템(편광자)>

제10도를 다시 참조하여, 지금부터 2성분 수직 이축 복굴절성 시스템을 기술한다. 또한, 시스템은 다수개의 층을 가질 수 있지만, 상기 스택의 광학 특징은 한계면에서의 광학 특징을 살펴보면 이해할 수 있다.

이축 복굴절성 시스템은, 모든 입사 각도에 있어서 한 축에 평행한 편광면을 가지는 광에 대해 높은 반사도를 제공하는 동시에 모든 입사 각도에서 다른 축에 평행한 편광면을 가지는 광에 대해 낮은 반사도를 갖도록 디자인할 수 있다. 그 결과 이축 복굴절성 시스템은, 한 편광은 투과시키고 다른 편광은 반사시키는 편광자로서 작용한다. 각 필름의 세 굴절 지수(nx, ny 및 nz)를 조절함으로써, 원하는 편광자 특징을 얻을 수 있다.

상기 PEN/coPEN의 다층 반사 편광자는 이축 복굴절성 시스템의 한 예이다. 그러나, 일반적으로 다층 스택을 구성하는데 사용되는 물질은 중합체일 필요가 없음을 알아야 한다. 본원에 기술된 일반적인 원리에 포함되는 임의의 물질을 사용하여 다층 스택을 구성할 수 있었다.

제10도를 다시 참조하여, 본 출원인은 예시의 목적으로 다음의 값을 필름 지수에 배정한다: n1x는 1.88 n1y는 1.64, n1z는 변수, n2x는 1.65, n2y는 변수이며, n2z는 변수임, x 방향은 소광 방향으로 또한 y 방향은 투과 방향으로 부를 수 있다.

식(1)을 사용하여 신장 또는 비신장 방향에서 입사면에 대한 광의 중요한 두 경우에서 이축 복굴절성 시스템의 각도에 대한 특징을 예측할 수 있다. 편광자는 한 편광 방향에서 거울이며, 다른 방향에서는 창이다. 신장 방향에서, 수백개의 층을 갖는 다층 스택의 지수 차이가 큼(1.88-1.65=0.23)으로 인해 s-편광에 대하여 매우 큰 반사도가 얻어진다. p-편광의 경우 다양한 각도에서의 반사율은 n1z/n2z 지수 차이에 따라 좌우된다.

대부분의 용도에서, 이상적인 반사 편광자는 모든 입사 각도에서 한 축을 따라 큰 반사율을 가지고 다른 축을 따라 0의 반사율을 갖는다. 투과 축을 따라 반사가 약간 일어나고 다양한 파장에 대하여 반사도가 상이하다면, 편광자의 효능은 감소하고, 투과광에 색이 도입된다. 두 효과 모두 바람직하지 못하다. 이것은 평면내 y 지수들이 정합되더라도 z-지수 부정합이 큼으로 인해 야기된다. 따라서 생성된 시스템은 p 편광에 대해서는 큰 반사성을 가지고, s 편광에 대해서는 매우 투과성이다. 이 경우는 상기 거울 경우의 분석에서 "p 편광자"로서 칭하였다.

제17도는 800층의 PEN/coPEN 스택의 경우, 비신장 방향의 입사면을 가지는 p 편광에 대한 75°에서의 반사도(-Log[1-R]로서 플로팅됨)를 나타낸다. 반사도를 가시 스펙트럼(400 내지 700nm)에 걸친 파장의 함수로서 플로팅한다. 550nm에서 곡선(a)의 관련 지수는 n1y가 1.64, n1z가 1.52, n2y가 1.64, n2z가 1.63이다. 모형 스택 디자인은 4분의 1파장 쌍(각 상은 선행 쌍보다 0.3% 더 두꺼움)에 대하여 간단한 선형 두께를 갖는 것이다. 모든 층에는 가우스 분포 및 5%의 표준편차를 갖는 불규칙한 두께 오차가 주어졌다.

곡선(a)는 투과축(y-축)을 따라 가시 스펙트럼에 걸쳐 높은 이상축(off-axis) 반사도를 보이고, 상이한 파장은 반사도를 겪는다. 스펙트럼은 층 두께 오차 및 공간 불균일도(예: 필름 두께)에 민감하기 때문에, 매우 불균일하고 "색채가 풍부한" 외관을 갖는 이축 복굴적성 시스템이 수득된다. 고색도는 특정 용도에 바람직할 수 있지만, 균일한 저색도의 외관을 필요로 하는 용도(예: LCD 표시기 또는 다른 유형의 표시기)를 위해 이상축 색을 조절하고 이를 최소화하는 것이 바람직하다.

필름 스택이 모든 가시 파장에 대하여 동일한 반사도를 제공하도록 디자인된다면, 균일한 중성 무채색 반사가 일어날 수 있다. 그러나, 이것은 거의 완벽한 두께 조절을 필요로 한다. 대신에, s-편광 반사도를 최소로 유지시키면서, 지수 부정합을 비신장 평면내 지수(n1y 및 n2y)에 도입시켜 브루스터 조건 이상축을 생성시킴으로써 이상축 반사도 및 이상축 색을 최소화할 수 있다.

제18도는 이축 복굴절성 시스템의 투과축을 따라 이상축 반사도를 감소시키는데 있어서 y-지수 부정합의 도입 효과를 조사하는 것이다. n1z가 1.52이고 n2z가 1.63이면(△nz는 0.11임), p 편광에 대하여 하기 조건을 플로팅한다: a) n1y와 n2y는 1.64이며; b) n1y는 1.64이고, n2y는 1.62이며; c) n1y는 1.64이고, n2y는 1.66임. 곡선(a)는 평면내 지수 n1y와 n2y가 같을 경우의 반사도를 나타낸다. 곡선(a)는 0°에서 최소 반사도를 가지지만, 20°를 지나면 갑자기 증가한다. 곡선(b)의 경우, n1y가 n2y보다 크면, 반사도는 급격히 증가한다. n1y가 n2y 미만일 경우, 곡선(c)는 38°에서 최소 반사도를 가지지만, 그 이후에는 갑자기 증가한다. 곡선(d)에서 알 수 있듯이, n1y가 n2y와 같지 않을 경우 s-편광에 대하여 상당한 반사가 일어난다. 제18도의 곡선(a 내지 d)으로부터 최소 브루스터가 존재하려면 y-지수 부정합(n1y-n2y)의 부호가 z-지수 부정합(n1z-n2z)과 같아야 함을 알 수 있다. n1y가 n2y와 같은 경우, s 편광에 대한 반사도는 모든 각도에서 0이다.

층간의 z-축 지수 차이를 줄임으로써, 이상축 반사도를 더 감소시킬 수 있다. 제13도로부터, n1z가 n2z와 같으면 수직 입사 각도일 때 그렇듯이 소광축이 여전히 높은 반사도의 이상각도(off-angle)를 가지고, 두 지수가 정합되기 때문에(예컨대, n1y와 n2y가 같고, n1z와 n2z가 같음), 임의의 각도에서 비신장 축을 따라 반사가 일어나지 않음을 알 수 있다.

두 y 지수가 두 z 지수의 정확한 정합은 일부 중합체 시스템에서는 불가능하다. z-축 지수가 편광자 구성시 정합되지 않는다면, 평면내 지수 n1y와 n2y에 약간의 부정합이 필요할 수도 있다. n1z가 1.56이고, n2z가 1.60이고(△nz는 0.04임), y지수가 하기와 같다고 가정할 때, 다른 예를 제19도에 플로팅한다: a) n1y는 1.64이고, n2y는 1.65이며; b) n1y는 1.64이고, n2y는 1.63임. 곡선(c)는 둘중 한 경우에 대한 s-편광의 경우이다. y-지수 부정합의 부호가 z-지수 부정합과 동일할 때, 곡선(a)는 최저의 이상각도 반사도를 나타낸다.

제19도의 상기 곡선(a)의 조건에 대하여 75° 입사 각도에서 800층의 필름스택의 이상축 반사도를 계산하여 제17도의 곡선(b)로서 플로팅한다. 곡선(b)를 제17도의 곡선(a)와 비교한 결과, 곡선(b)에 플로팅된 조건의 경우, 이상축 반사도가 훨씬 적으며 그에 따라 감지되는 색이 더 적다. 곡선(b)의 550nm에서의 관련 지수는 n1y가 1.64, n1z가 1.56, n2y가 1.65, n2z가 1.60이다.

제20도는 p-편광의 경우 제10도와 관련하여 논의한 이상축 반사도를 요약한 식(1)을 등고선 플로팅한 것이다. 비신장 방향에 관련된 네가지 독립 지수는 두 지수 부정합(△nz 및 △ny)으로 줄었다. 상기 플로트는 0°에서 75°로 15°씩 증가하는 다양한 입사 각도에서의 6개 플로트의 평균이다. 반사도는 등고선(a)의 0.4×10^-4내지 등고선(j)의 4.0×10^-4이며, 0.4×10^-4씩 일정하게 증가한다. 상기 플로트는 한 광학 축에 따른 지수 부정합에 의해 초래된 높은 반사도가 어떻게 다른 축에 따른 부정합에 의해 상쇄될 수 있는지를 나타낸다.

따라서, 이축 복굴절성 시스템 층간의 z-지수 부정합을 감소시키고/시키거나 y-지수 부정합을 도입하여 브루스터 효과를 제공함으로써, 다층 반사 편광자의 투과축을 따라 이상축 반사도 및 이상축 색을 최소화시킬 수 있다.

본원에 기술한 원리를 사용하여 좁은 파장 범위에 걸쳐 작용하는 좁은 밴드의 편광자를 디자인할 수 있음을 알아야 한다. 이로써, 예컨대 적색, 녹색, 청색, 청록색, 자홍색 또는 황색 밴드의 편광자를 제조할 수 있다.

<물질의 선택 및 가공>

상기 디자인 고려사항이 확정되면, 숙련자는 광범위한 물질을 사용하여 원하는 굴절지수 관계를 얻도록 선택된 조건하에 가공함으로써 본 발명에 따른 다층 거울 또는 편광자를 제조할 수 있음을 쉽게 알 것이다. 일반적으로, 한 물질이 다른 물질에 비하여 선택된 방향으로 상이한 굴절지수를 갖는 것이 필요한 전부이다. 이 차이는 필름 성형 중에 또는 그 후에 신장시키거나(예컨대, 유기 중합체의 경우), 압출시키거나(예컨대, 액정 물질의 경우) 또는 피복시키는 것을 비롯한 다양한 방식으로 획득할 수 있다. 또한, 두 물질이 공압출될 수 있도록 유사한 물성(예, 용융 점도)을 갖는 것이 바람직하다.

일반적으로, 제1 물질로서 결정질 또는 반결정질 유기 중합체 및 제2 물질로서 유기 중합체를 선택함으로써 적당한 혼합물을 얻을 수 있다. 제2 물질은 결정질, 반결정질 또는 비결정질이거나, 또는 제1 물질과 반대의 복굴절성을 가질 수 있다.

적합한 물질의 특정 예로는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 및 그의 이성질체(예컨대, 2,6-, 1,4-, 1,5-, 2,7- 및 2,3-PEN), 폴리알킬렌 테레프탈레이트(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 폴리-1,4-사이클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트), 폴리이미드(예컨대, 폴리아크릴 이미드), 폴리에테르이미드, 어택틱 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리메타크릴레이트(예컨대, 폴리이소부틸메타크릴레이트, 폴리프로필메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트 및 폴리메틸메타크릴레이트), 폴리아크릴레이트(예컨대, 폴리부틸아크릴레이트 및 폴리메틸아크릴레이트), 셀룰로즈 유도체(예컨대, 에틸 셀룰로즈, 셀룰로즈 아세테이트, 셀룰로즈 프로피오네이트, 셀룰로즈 아세테이트 부티레이트 및 셀룰로즈 니트레이트), 폴리알킬렌 중합체(예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리이소부틸렌 및 폴리(4-메틸)펜텐), 불소화 중합체(예컨대, 퍼플루오로알콕시 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌, 불소화 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌), 염소화 중합체(예컨대, 폴리비닐리덴 클로라이드 및 폴리비닐클로라이드), 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아미드, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 폴리비닐아세테이트, 폴리에테르-아미드, 이오노머 수지, 탄성중합체(예컨대, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 및 네오프렌) 및 폴리우레탄이 있다. 또한 공중합체, 예컨대 PEN의 공중합체[예컨대, (a) 테레프탈산 또는 그의 에스테르; (b) 이소프탈산 또는 그의 에스테르; (c) 프탈산 또는 그의 에스테르; (d) 알칸글리콜; (e) 사이클로알칸 글리콜(예컨대, 사이클로헥산 디메탄올 디올); (f) 알칸 디카복실산; 및/또는 (g) 사이클로알칸 디카복실산(예컨대, 사이클로헥산 디카복실산)과, 2,6-, 1,4-, 1,5-, 2,7- 및/또는 2,3-나프탈렌 디카복실산의 공중합체 또는 이들의 에스테르], 폴리알킬렌 테레프탈레이트의 공중합체[예컨대, (a) 나프탈렌 디카복실산 또는 그의 에스테르; (b) 이소프탈산 또는 그의 에스테르; (c) 프탈산 또는 그의 에스테르; (d) 알칸 글리콜; (e) 사이클로알칸 글리콜(예컨대, 사이클로헥산 디메탄올 디올); (f) 알칸 디카르복실산; 및/또는 (g) 사이클로알칸 디카복실산(예컨대, 사이클로헥산 디카복실산)과, 테레프탈산의 공중합체 또는 이들의 에스테르], 및 스티렌 공중합체(예컨대, 스티렌-부타디엔 공중합체 및 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체), 4,4'-비벤조산 및 에틸렌 글리콜이 적합하다. 또한, 각 층은 상기 중합체 또는 공중합체 둘 이상의블렌드(예컨대, SPS와 어택틱 폴리스티렌의 블렌드)를 포함할 수 있다.

편광자의 경우에 특히 바람직한 층 조합으로는 PEN/co-PEN, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)/co-PEN, PEN/SPS, PET/SPS, PEN/Eastair, 및 PET/Eastair가 있으며, 상기에서 "co-PEN"은 나프탈렌 디카복실산을 기재로 하는 공중합체 또는 블렌드(상기한 바와 같음)를 나타내고, Eastair는 이스트만 케미칼 캄파니로부터 구입할 수 있는 폴리사이클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트이다.

거울의 경우에 특히 바람직한 층 조합으로는 PET/Ecdel, PEN/Ecdel, PEN/SPS, PEN/THV, PEN/co-PET 및 PET/SPS가 있으며, 상기에서, "co-PET"는 테레프탈산을 기재로 하는 공중합체 또는 블렌드(상기한 바와 같음)를 나타내고, Ecdel은 이스트만 케미칼 캄파니로부터 구입할 수 있는 열가소성 폴리에스테르이고, THV는 3M 캄파니로부터 구입할 수 있는 플루오로중합체이다.

장치의 층 수는 경제적인 이유때문에 최소의 층을 사용하여 원하는 광학 특성을 얻도록 선택한다. 편광자 및 거울의 두 경우에, 층 수는 바람직하게 10,000 미만, 더 바람직하게는 5,000 미만, (훨씬 더 바람직하게는) 2,000 미만이다.

상기 논의한 대로, 다양한 굴절지수 중 원하는 관계(및 다층 장치의 광학 특성)를 얻는 능력은 다층 장치를 제조하는데 사용되는 가공 조건에 의해 영향받는다. 신장에 의해 배향될 수 있는 유기 중합체의 경우, 상기 장치는 일반적으로 각각의 중합체를 공압출시켜 다층 필름을 제조한 다음 선택된 온도에서 신장시킴으로써 필름을 배향시키고, 임의적으로는 선택된 온도에서 열경화시킴으로써 제조한다. 또 다르게는, 압출 및 배향 단계를 동시에 수행할 수 있다. 편광자의 경우 필름을한 방향(일축 배향)으로 거의 신장시키는 반면, 거울의 경우에는 필름을 두 방향(이축 배향)으로 거의 신장시킨다.

필름을 교차-신장시 자연적인 감소(신장비의 제곱근과 같음)에서 구속(즉, 교차-신장 치수에 거의 번화가 없음)까지 교차-신장 방향으로 치수적으로 완화되도록 할 수 있다. 필름을 길이 배향기 또는 폭출기를 사용하여 또는 대각에서 기계방향으로 신장시킬 수 있다.

예비-신장 온도, 신장 온도, 신장 속도, 신장비, 열경화 온도, 열경화 시간, 열경화 완화 및 교차-신장 완화는 원하는 굴절지수 관계를 갖는 다층 장치를 얻도록 선택한다. 상기 변수는 상호의존성이며; 예를 들어 비교적 낮은 신장 온도와 함께 비교적 낮은 신장 속도를 사용할 수 있었다. 통상의 숙련자라면 상기 변수들의 적당한 조합을 선택하여 원하는 다층 장치를 얻는 방법을 알 것이다. 그러나, 일반적으로 편광자의 경우 1:2 내지 1:10(더 바람직하게는 1:3 내지 1:7)의 신장비가 바람직하다. 거울의 경우에는, 한 축에 따른 신장비가 1:2 내지 1:10(더 바람직하게는 1:2 내지 1:8, 가장 바람직하게는 1:3 내지 1:7)이고, 다른 축에 따른 신장비가 1:0.5 내지 1.10(더 바람직하게는 1:1 내지 1:7, 가장 바람직하게는 1:3 내지 1:6)이 바람직하다.

적합한 다층 장치는 또한 스핀 피복법(예컨대, 보에스(Boese) 등의 문헌[J. Polym. Sci.: Part B, 30:1321 (1992)]에 기술된 바와 같음) 및 진공 침착법과 같은 기법을 사용하여 제조할 수 있으며; 결정질 중합체성 유기 및 무기 물질의 경우에 후자의 기법이 특히 유용하다.

지금부터 하기 실시예에 의해 본 발명을 기술할 것이다. 실시예에서, 광학 흡수율은 무시할 정도이기 때문에 반사율은 1에서 투과율을 뺀 것과 같다(R=1-T).

거울 실시예:

PET:Ecdel, 601

601층을 함유하는 공압출된 필름을 공압출 방법에 의해 연속 플랫필름(flat film)-제조 라인 상에서 제조하였다. 0.6dl/g(페놀 60 중량%/디클로로벤젠 40 중량%)의 고유점도를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 한 압출기에 의해 75 파운드/시간의 속도로 전달하고, Ecdel 9966(이스트만 케미칼로부터 구입할 수 있는 열가소성 탄성중합체)은 다른 압출기에 의해 65파운드/시간의 속도로 전달하였다. PET는 표피층 상에 존재하였다. 피드블록 방법(미합중국 특허 제3,801,429호에 기술된 것과 같음)을 사용하여 151층을 생성하고, 이를 두 증배기로 통과시켜 601층의 압출물을 제조하였다. 미합중국 특허 제3,565,985호에는 공압출 증배기의 예가 기술되어 있다. 웹은 약 3.6의 연신비로 길이 배향되었으며, 웹 온도는 약 210℉이었다. 이어 필름을 약 50초내에 약 235℉로 예비가열시키고, 약 6%/초의 속도로 약 4.0의 연신비로 횡방향으로 연신시켰다. 그 다음, 필름을 400℉로 설정된 열-경화 오븐에서 최대 폭의 약 5%를 완화시켰다. 완성된 필름의 두께는 2.5밀이었다.

제조된 주조 웹은 공기에 접한 면의 조직감은 거칠었고, 투과율은 제21도에 나타낸 바와 같았다. 60° 각도에서의 p-편광의 %투과율[곡선(b)]은 수직 입사 각도에서의 값[곡선(a)]과 유사하다(파장 이동에 의함).

비교를 위하여, 멀 코포레이션(Mearl Corporation)이 제조한 (아마도 등방성 물질임) 필름(제22도 참조)은 60° 각도에서 p-편광에 대한 반사도가 현저히 감소함을 나타낸다[곡선(b), 수직 입사 각도에 대한 곡선(a)에 비함].

PET:Ecdel, 151

151층을 함유하는 공압출된 필름을 공압출 방법에 의해 연속 플랫필름-제조라인 상에서 제조하였다. 0.6dl/g(페놀 60중량%/디클로로벤젠 40중량%)의 고유점도를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 한 압출기에 의해 75파운드/시간의 속도로 전달하고, Ecdel 9966(이스트만 케미칼로부터 구입할 수 있는 열가소성 탄성중합체)은 다른 압출기에 의해 65파운드/시간의 속도로 전달하였다. PET는 표피층상에 존재하였다. 피드블록 방법을 사용하여 151층을 생성하였다. 웹은 약 3.5의 연신비로 길이 배향되었으며, 웹 온도는 약 210℉이었다. 이어 필름을 약 12초내에 악 215℉로 예비가열시키고, 약 25%/초의 속도로 약 4.0의 연신비로 횡방향으로 연신시켰다. 그 다음, 필름을 400℉로 설정된 열-경화 오븐에서 약 6초안에 최대 폭의 약 5%를 완화시켰다. 완성된 필름의 두께는 약 0.6밀이었다.

상기 필름의 투과율은 제23도에 도시되어 있다. 60°에서의 p-편광에 대한 %투과율[곡선(b)]은 파장의 이동에 따른 수직 입사 각도[곡선(a)]에서의 값과 유사하다. 동일한 압출 조건에서, 웹 속도를 낮추어 약 0.8밀의 두께를 갖는 적외선 반사 필름을 제조하였다. 그 투과율을 제24도에 도시한다[수직 입사 각도에서의 곡선(a), 60도에서의 곡선(b)].

PEN:Ecdel, 225

225층을 함유하는 공압출된 필름은 한 공정에서 주조 웹을 압출시킨 후 필름을 실험실용 필름-신장 장치에서 배향시킴으로써 제조하였다. 0.5dl/g(페놀 60중량%/디클로로벤젠 40중량%)의 고유점도를 갖는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 한 압출기에 의해 18파운드/시간의 속도로 전달하고, Ecdel 9966(이스트만 케미칼로부터 구입할 수 있는 열가소성 탄성중합체)은 다른 압출기에 의해 17파운드/시간의 속도로 전달하였다. PEN은 표피층 상에 존재하였다. 피드블록 방법을 사용하여 57층을 생성하고, 이를 두 증배기로 통과시켜 225층의 압출물을 제조하였다. 주조웹은 두께가 12밀이고 폭이 12인치이었다. 이어, 필름의 사각 부분을 잡기 위하여 판토그래프(pantograph)를 사용하는 실험실용 신장 장치를 사용하여 웹을 이축방향으로 배향시킴과 동시에 균일한 속도로 양방향으로 신장시켰다. 웹의 7.46㎠ 사각부분을 약 100℃에서 신장기로 투입하고, 60초안에 130℃로 가열시켰다. 그 다음, 샘플이 약 3.5×3.5로 신장될 때까지 100%/초(원 치수를 기준으로 함)로 신장시키기 시작하였다. 신장 직후, 샘플에 실온의 공기를 취입함으로써 샘플을 냉각시켰다.

제25도는 상기 다층 필름의 광학 반응을 도시한 것이다[수직 입사 각도에서의 곡선(a), 60도에서의 곡선(b)]. 60°각도에서의 p-편광에 대한 %투과율은 수직 입사 각도에서의 경우와 유사하다(약간의 파장 이동에 의함).

PEN:THV 500, 449

449층을 함유하는 공압출된 필름은 한 공정에서 주조 웹을 압출시킨 후 필름을 실험실용 필름-신장 장치에서 배향시킴으로써 제조하였다. 0.53dl/g(페놀 60중량%;디클로로벤젠 40중량%)의 고유점도를 갖는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 한 압출기에 의해 56파운드/시간의 속도로 전달하고, THV 500(미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 캄파니로부터 구입할 수 있는 플루오로중합체)은 다른 압출기에 의해 11파운드/시간의 속도로 전달하였다. PEN은 표피층 상에 존재하며, PEN의 50%는 두 표피층에 존재하였다. 피드블록 방법을 사용하여 57층을 생성하고, 이를 세 증배기로 통과시켜 449층의 압출물을 제조하였다. 주조 웹은 두께가 20밀이고 폭이 12인치이었다. 이어, 필름의 사각 부분을 잡기 위하여 판토그래프를 사용하는 실험실용 신장 장치를 사용하여 웹을 이축방향으로 배향시킴과 동시에 균일한 속도로 양 방향으로 신장시켰다. 웹의 7.46㎠ 사각부분을 약 100℃에서 신장기로 투입하고, 60초안에 140℃로 가열시켰다. 그 다음, 샘플이 약 3.5×3.5로 신장될 때까지 10%/초(원 치수를 기준으로 함)로 신장시키기 시작하였다. 신장 직후, 샘플에 실온의 공기를 취입함으로써 샘플을 냉각시켰다.

제26도는 상기 다층 필름의 투과율을 도시한 것이다. 곡선 a는 수직 입사각도에서의 반응을 나타내고, 곡선 b는 60도에서의 반응을 나타낸다.

편광자 실시예:

PEN:CoPEN, 449--저 색도

449층을 함유하는 공압출된 필름은 한 공정에서 주조 웹을 압출시킨 후 필름을 실험실용 필름-신장 장치에서 배향시킴으로써 제조하였다. 0.56dl/g(페놀 60중량%;디클로로벤젠 40중량%)의 고유점도를 갖는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 한 압출기에 의해 43파운드/시간의 속도로 전달하고, 0.52dl/g(페놀 60중량%/디클로로벤젠 40중량%)의 고유점도를 갖는 CoPEN(2,6 NDC 70몰% 및 DMT 30몰%)을 다른 압출기에 의해 25파운드/시간의 속도로 전달하였다. PEN은 표피층 상에 존재하며, PEN의 40%는 두 표피층에 존재하였다. 피드블록 방법을 사용하여 57층을 생성하고, 이를 세 증배기로 통과시켜 449층의 압출물을 제조하였다. 주조 웹은 두께가 10밀이고 폭이 12인치이었다. 이어, 필름의 사각 부분을 잡기 위하여 판토그래프를 사용하는 실험실용 신장 장치를 사용하여 웹을 일축방향으로 배향시키고, 균일한 속도로 다른 방향으로 구속시키면서 한 방향으로 신장시켰다. 웹의 7.46㎠ 사각부분을 약 100℃에서 신장기로 투입하고, 60초안에 140℃로 가열시켰다. 그 다음, 샘플이 약 5.5x1로 신장될 때까지 10%/초(원 치수를 기준으로 함)로 신장시키기 시작하였다. 신장 직후, 샘플에 실온의 공기를 취입함으로써 샘플을 냉각시켰다.

제27도는 상기 다층 필름의 투과율을 도시한 것이다. 곡선(a)는 수직 입사각도에서의 p-편광의 투과율을 나타내고, 곡선(b)는 60° 입사 각도에서의 p-편광의 투과율을 나타내고, 곡선(c)는 수직 입사 각도에서의 s-편광의 투과율을 나타낸다. 수직 및 60° 입사 각도 모두에서 p-편광의 투과율이 매우 높음을 주지한다(85 내지 100%). 공기/PEN 계면은 60°에 가까운 브루스터의 각도를 갖기 때문에 60° 입사 각도에서 p-편광에 대한 투과율이 더 높으므로, 60° 입사 각도에서의 투과율은 거의 100%이다. 또한, 곡선(c)에 의해 도시된 가시 영역(400 내지 700nm)에서 s-편광의 높은 소광을 주지한다.

PEN:CoPEN, 601--고 색도

601층을 함유하는 공압출된 필름은 웹을 방출시키고 2일 후 필름을 모든 다른 실시예에 기술된 것과는 상이한 폭출기상에서 배향시킴으로써 제조하였다. 0.5dl/g(페놀 60중량%/디클로로벤젠 40중량%)의 고유점도를 갖는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 한 압출기에 의해 75파운드/시간의 속도로 전달하고, 0.55dl/g(페놀 60중량%;디클로로벤젠 40중량%)의 IV를 갖는 CoPEN(2,6 NDC 70몰% 및 DMT 30몰%)을 다른 압출기에 의해 65파운드/시간의 속도로 전달하였다. PEN은 표피층상에 존재하였다. 피드블록 방법을 사용하여 151층을 생성하고, 이를 두 증배기로 통과시켜 601층의 압출물을 제조하였다. 미합중국 특허 제3,565,985호에 유사한 공압출 증배기가 기술되어 있다. 모든 신장작업은 폭출기에서 수행하였다. 필름을 약 20초안에 약 280℉로 예비가열시키고, 약 6%/초의 속도로 횡방향으로 약 4.4의 연신비로 연신시켰다. 그 다음, 필름을 460℉로 설정된 열경화-오븐에서 최대 폭의 약 2%를 완화시켰다. 완성된 필름의 두께는 1.8밀이었다.

제28도는 상기 필름의 투과율을 도시한 것이다. 곡선(a)는 수직 입사 각도에서의 p-편광의 투과율을 나타내고, 곡선(b)는 60° 입사각도에서의 p-편광의 투과율을 나타내고, 곡선(c)는 수직 입사 각도에서의 s-편광의 투과율을 나타낸다. 수직 및 60° 입사 각도 모두에서 p-편광의 투과율이 균일하지 않음을 주지한다. 또한, 곡선(c)에 의해 도시된 가시 영역(400 내지 700 nm)에서 s-편광의 균일하지 않은 소광을 주지한다.

PET:CoPEN, 449

449층을 함유하는 공압축된 필름은 한 공정에서 주조 웹을 압출시킨 후 필름을 실험실용 필름-신장 장치에서 배향시킴으로써 제조하였다. 0.60 dl/g(페놀 60중량%;디클로로벤젠 40 중량%)의 고유점도를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 한 압출기에 의해 26파운드/시간와 속도로 전달하고, 0.53dl/g(페놀 60중량%/디클로로벤젠 40중량%)의 고유점도를 갖는 CoPEN(2,6 NDC 70몰% 및 DMT 30몰%)을 다른 압출기에 의해 24파운드/시간의 속도로 전달하였다. PET는 표피층 상에 존재하였다. 피드블록 방법을 사용하여 57층을 생성하고, 이를 세 증배기로 통과시켜 449층의 압출물을 제조하였다. 미합중국 특허 제3,565,985호에는 유사한 공압출 증배기가 기술되어 있다. 주조 웹은 두께가 7.5밀이고 폭이 12인치이었다. 이어, 필름의 사각 부분을 잡기 위하여 판토그래프를 사용하는 실험실용 신장 장치를 사용하여 웹을 일축방향으로 배향시키고, 균일한 속도로 다른 방향으로 구속시키면서 한 방향으로 신장시켰다. 웹의 7.46㎠ 사각부분을 약 100℃에서 신장기로 투입하고, 60초안에 120℃로 가열시켰다. 그 다음, 샘플이 약 5.0x1로 신장될 때까지 10%/초(원 치수를 기준으로 함)로 신장시키기 시작하였다. 신장직후, 샘플에 실온의 공기를 취입함으로써 샘플을 냉각시킨다. 완성된 필름의 두께는 약 1.4밀이었다. 이 필름은 탈층화되지 않고 배향 공정을 견디기에 충분한 접착성을 가졌다.

제29도는 상기 다층 필름의 투과율을 도시한 것이다. 곡선(a)는 수직 입사각도에서의 p-편광의 투과율을 나타내고, 곡선(b)는 60° 입사 각도에서의 p-편광의 투과율을 나타내고, 곡선(c)는 수직 입사 각도에서의 s-편광의 투과율을 나타낸다. 수직 및 60° 입사 각도 모두에서 p-편광의 투과율이 매우 높음을 주지한다(80 내지 100%).

PEN:CoPEN, 601

601층을 함유하는 공압출된 필름은 연속 플랫필름-제조 라인 상에서 공압출 방법에 의해 제조하였다. 0.54dl/g(페놀 60중량%/디클로로벤젠 40중량%)의 고유점도를 갖는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 한 압출기에 의해 75파운드/시간의 속도로 전달하고, coPEN을 다른 압출기에 의해 65파운드/시간의 속도로 전달하였다. coPEN은 2,6-나프탈렌디카복실레이트 메틸 에스테르 70몰%, 디메틸 이소프탈레이트 15% 및 디메틸 테레프탈레이트 15%와 에틸렌 글리콜의 공중합체였다. 피드블록 방법을 사용하여 151층을 생성하였다. 피드블록은 PEN에 대하여 1.22, coPEN에 대하여 1.22의 광학층 두께비를 갖는, 층의 구배 분포를 제공하도록 디자인하였다. 공압출된 층의 총 8%의 두께를 갖는 광학 스택의 외측에서 PEN 표피층을 공압출시켰다. 광학 스택을 두 연속 증배기에 의해 증식시켰다. 증배기의 공칭 증식율은 각각 1.2 및 1.22이었다. 이어, 필름을 약 40초안에서 310℉로 예비가열시키고, 6%/초의 속도로 횡방향으로 약 5.0의 연신비로 연신시켰다. 완성된 필름의 두께는 약 2밀이었다.

제30도는 상기 다층 필름의 투과율을 도시한 것이다. 곡선(a)는 수직 입사각도에서의 p-편광의 투과율을 나타내고, 곡선(b)는 60° 입사 각도에서의 p-편광의 투과율을 나타내고, 곡선(c)는 수직 입사각도에서 s-편광의 투과율을 나타낸다. 수직 및 60° 입사 각도 모두에서 p-편광의 투과율이 매우 높음을 주지한다(80 내지 100%). 또한, 곡선(c)에 의해 도시된 가시 영역(400 내지 700nm)에서 s-편광의 소광이 매우 높음을 주지한다. 소광은 500 내지 650nm에서 거의 100%이다.

57층 피드블록을 사용한 실시예의 경우, 모든 층은 단 하나 광학 두께(550nm의 1/4)만을 갖도록 디자인되었으나, 압출기는 전체 스택의 층 두께에 편차를 도입시켜 매우 넓은 밴드의 광학 반응을 일으킨다. 151층 피드블록으로 제조한 실시예의 경우, 피드블록은 가시 스펙트럼의 일부를 차지하는 층 두께의 분포를 생성시키도록 디자인된다. 그 다음, 비대칭 증배기를 사용하여 층 두께의 분포를 넓힘으로써, 미합중국 특허 제5,094,788호 및 제5,094,793호에 기술된 대로 가시 스펙트럼의 대부분을 차지하도록 하였다.

지금까지 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 기술하였지만, 당해 분야의 숙련자라면 본 발명의 요지 및 범주를 벗어남이 없이 변화시킬 수 있음을 인지할 것이다.

Claims

제 1 및 제 2 중합체 물질(이 중, 적어도 제 1 중합체 물질은 신장 후 영구적 복굴절성을 나타낼 수 있는 것임)을 선택하는 단계;

상기 제 1 및 제 2 중합체 물질의 교대층들을 포함하고, 제 1 및 제 2 직교 평면내 축 및 두께 방향의 제 3 상호 직교 축으로 이루어진 좌표계에 관하여 정의되는 다층 필름을 형성하는 단계; 및

상기 필름을 적어도 상기 제 1 평면내 축을 따라 신장시키는 단계

를 포함하고, 적어도 상기 제 3 축을 따라 상기 제 1 및 제 2 중합체 물질의 굴절률 사이에 바람직한 관계가 달성되는 반사 필름의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 신장 단계에서 제 1 평면내 축을 따라 신장시키는 동안 제 2 평면내 축을 따라 필름의 치수적 이완이 가능한 방법.
제 1 항에 있어서, 신장 단계가 제 1 평면내 축을 따라 및 제 2 평면내 축을 따라 필름을 신장시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
복굴절성 성분 및 1 이상의 다른 성분의, 필름 두께 축을 따른 각 굴절률 n1z, n2z가, p-편광된 광선의 입사각의 함수로서 바람직한 관계의 반사율을 제공하도록 선택되는 것인, 1 이상의 복굴절성 성분을 갖는 다성분 반사 광학 필름.
제 4 항에 있어서, 1 이상의 복굴절성 성분과 1 이상의 다른 성분사이에 계면이 형성되고, 바람직한 관계가 입사각에 독립적인 상기 계면의 반사율인 필름.
제 4 항에 있어서, 복굴절성 성분 및 1 이상의 다른 성분이 계면을 형성하고, 또한 1 이상의 반사 축을 정의하도록 부정합된 각 평면내 굴절률 n1x, n2x를 갖고, 바람직한 관계가 두께 축 및 반사 축을 포함하는 평면에 입사하는 p-편광된 광선의 입사각을 따라 단조 증가하는 상기 계면의 반사율인 필름.
제 4 항에 있어서, 1 이상의 복굴절성 성분과 1 이상의 다른 성분사이에 계면이 형성되고, 바람직한 관계가 두께 축으로부터의 입사각을 따라 초기에 감소하는 상기 계면의 반사율인 필름.
제 4 항에 있어서, 복굴절성 성분 및 1 이상의 다른 성분이 계면을 형성하고, 또한 각 평면내 굴절률 n1x, n1y 및 n2x, n2y를 갖고, 여기서 n1x 및 n2x가 정합되고, n1y 및 n2y가 정합되고, n1z 및 n2z가 부정합되어, 상기 계면이 s-편광된 광선에 임의의 각에서 투명하고, 입사각이 증가함에 따라 p-편광된 광선에 대한 반사율이 커지는 필름.
광원과 조합된 제 4 항의 필름.
복수개의 복굴절성 광학 층들을 포함하는, 2개의 직교 편광 광선을 반사하도록 설계된 거울.
제 10 항에 있어서, 복굴절성 광학 층들이 제 2 광학 층들과 번갈아 가면서 배열되고, 상기 복굴절성 광학 층들 및 상기 제 2 광학 층들은 신장된 중합체 물질을 포함하는 것인 거울.
제 11 항에 있어서, 복굴절성 광학 층들 중 하나 및 제 2 광학 층들 중 하나로 이루어진 쌍들이 평면내 방향을 따라 0.05 이상의 굴절률 차이를 나타내는 것인 거울.
필름의 두께 축을 따라 정합된 굴절률을 갖는 인접하는 광학 층들을 포함하는 다층 반사 광학 필름.
제 13 항에 있어서, 반사 편광자 및 거울로 이루어진 군으로부터 선택된 필름.
제 13 항에 있어서, 인접하는 광학 층들이 신장된 중합체 물질을 포함하는 것인 필름.