KR100468560B1

KR100468560B1 - 추가의코팅또는층을갖는다층중합체필름

Info

Publication number: KR100468560B1
Application number: KR1019970709696A
Authority: KR
Inventors: 알. 길버트 로렌스; 엠. 존자 제임스; 제이. 오더커크 앤드류; 에이. 스토버 카알; 에프. 웨버 마이클
Original assignee: 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
Priority date: 1995-06-26
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 2005-08-04
Also published as: IL122244A0; AU6390396A; CA2222511A1; CN1195317A; EP0836554A1; JP2008162289A; MX9710372A; US6368699B1; BR9609314A; JPH11508706A; WO1997001440A1; CN1106937C; KR19990028380A; JP4122057B2; US6459514B2; US20010008700A1; EP1537992A3; EP1537992A2

Abstract

다층 중합체 필름은 광학 스택의 층의 기계적, 광학적, 또는 화학적 특성과는 다른 이러한 특성을 갖는 표피층을 갖는 다수의 교차 중합체층을 포함하는 광학 스택을 갖는다.

Description

추가의 코팅 또는 층을 갖는 다층 중합체 필름{MULTILAYER POLYMER FILM WITH ADDITIONAL COATINGS OR LAYERS}

다층 광학스택은 다양한 광학 특성을 제공하는 것으로 널리 공지되어 있다. 이러한 다층 스택은 모든 편광의 빛을 반사하는 반사형 편광판 또는 반사경으로 기능할 수 있다. 또한, 가시광선은 반사하고 적외선은 통과시키는 "콜드 반사경"이나 가시광선은 투과시키고 적외선은 반사하는 "핫 반사경"과 같은 파장 선택형 반사경으로 기능할 수도 있다. 구성가능한 다양한 다층 스택의 예가 1995년 3월 10일에 출원된 미국 특허출원 제08/402,041호에 포함되어 있다.

당업계에 공지된 다층 스택의 문제점은 스택 자체로 원하는 물리적, 화학적 또는 광학적 특성을 모두 갖출 수는 없다는 것이다. 그러므로 이러한 소망의 특성을 제공하는 다른 방법이 있다면 유용할 것이다.

도 1a, 도 1b 및 도 2는 바람직한 다층 광학 필름.

도 3 내지 도 8은 실시예 1 내지 실시예 6의 다층 광학 필름에 대한 투과 스펙트럼.

도 9는 주표면 중 하나에 추가의 층이 부착되어 있는 본 발명의 다층 필름.

도 10은 주표면 중 둘 다에 추가의 층이 부착되어 있는 본 발명의 다층 필름.

도 11은 주표면 중 하나에는 하나의 추가 층이 부착되고 주표면 중 다른 하나에는 두 개의 추가 층이 부착되어 있는 다층 필름.

본 발명의 일실시태양에 따르면, 다층 필름에는 광학 스택의 층을 이루는 물질의 특성과는 다른 기계적, 화학적, 또는 광학적 특성 때문에 선택된 적어도 하나의 추가적인 층이 그 다층 필름의 주표면 중 하나 또는 둘 모두에 부착되어 있다.

본 발명의 다른 한 실시태양에 따르면, 다층 필름에는 다층 광학스택을 보호하는 추가의 층이 그 다층필름의 주표면 중 하나 또는 둘 모두에 부착되어 있다.

<다층 광학필름>

다층 광학필름의 장점, 특징 및 제조법은 1995년 3월 10일 출원되어 미국특허청에 계속중이고 본원과 동일인에게 양도된 "OPTICAL FILM"이라는 명칭의 미국 특허출원 제08/402,041호에 매우 상세하게 기술되어 있으며, 이 특허출원의 개시내용은 본 명세서에 포함시키기로 한다. 다층 광학필름은 예컨대, 고효율 반사경 및/또는 편광자로서 유용하다. 다층 광학필름의 성질 및 특징에 대한 비교적 간단한 설명에 이어서 본 발명에 따른 다층 광학필름을 사용하는 백라이트 시스템의 예시적인 실시태양의 설명이 아래 제시되어 있다.

본 발명에 사용된 바와 같은 다층 광학필름은 수직광선은 물론이고 축외 광선에 대한 고반사성 및 입사광선에 대한 비교적 낮은 흡수성을 보인다. 이들 특성은 필름을 광의 순수한 반사를 위해 사용하든 또는 반사형 편광을 위해 사용하든 대체로 유지된다. 다층 광학필름의 독특한 성질 및 이점은 공지된 백라이트 시스템에 비해 낮은 흡수 손실율을 보이는 고효율 백라이트 시스템을 설계할 기회를 제공한다.

도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같은 본 발명의 전형적인 다층 광학필름은 적어도 두가지 물질(12 및 14)의 층들이 교대로 있는 다층 스택(10)을 포함한다. 이들 물질 중 적어도 하나는 인장응력 유도 복굴절의 특성을 갖는 결과, 그 물질의 굴절률(n)은 연신 처리에 의해 영향을 받는다. 도 1a는 연신 처리를 하기 전의 예시적인 다층 스택을 도시한 것이며, 여기서 두개의 물질의 굴절율은 동일하다. 광선(13)은 비교적 굴절률의 변화를 거의 경험함이 없이 스택을 통과한다. 도 1b에서, 동일한 스택이 연신되어, 물질 (12)의 굴절률이 증가한다. 두 층들간의 각 경계에서의 굴절률의 차로 인해 광선(15)의 일부가 반사된다. 일정 범위의 단축 내지 이축 배향에 걸쳐 다층 스택을 연신시킴으로써, 상이한 방향으로 평면 편광된 입사광에 대해 일정범위의 반사도를 보이는 필름이 만들어 진다. 따라서, 다층 스택은 반사형 편광자 또는 반사경으로서 유용하게 될 수 있다.

본 발명에 따라 구성된 다층 광학필름은 중합체층 계면에 대하여 매우 크거나 또는 존재하지 않는 브루스터각(임의의 층간 계면에서 입사광에 대한 반사율이 제로인 각)을 나타낸다. 반면에, 공지된 다층 중합체 필름은 층 계면에서 비교적 작은 브루스터각을 나타내고, 그 결과 광의 투과 및(또는) 원치않는 훈색(iridescence)을 초래한다. 그러나, 본 발명에 따른 다층 광학필름은 p-편광된 빛에 대한 반사율이 입사각에 따라 서서히 감소하거나, 입사각에 무관하거나, 또는 입사각이 법선으로부터 멀어짐에 따라 증가하는 반사경 및 편광자의 구성을 가능케 한다. 그 결과 넓은 대역폭에 걸쳐, 그리고 광범위한 각에 걸쳐 s 및 p 편광된 광모두에 대해 높은 반사율을 갖는 다층 스택을 얻을 수 있다.

도 2는 다층 스택의 두개의 층을 도시하고 각 층에 대한 3차원 굴절율을 나타낸다. 각각의 층에 대한 굴절율은 층 (102)에 대해서는 n1x, n1y, n1z이고, 층(104)에 대해서는 n2x, n2y, n2z이다. 각 필름층의 굴절률들 상호간 그리고 필름의 다른 층의 굴절율과의 관계가 임의의 방위각 방향으로부터의 임의의 입사각에서 다층 스택의 반사 거동을 결정한다. 미국 특허출원 제08/402,041호에 기술된 원리 및 설계상의 고려사항을 적용하여 다양한 환경 및 응용분야에 대하여 원하는 광학적 효과를 갖는 다층 스택을 만들어낼 수 있다. 다층 스택에 있는 층의 굴절율은 원하는 광학적 특성이 얻어지도록 조작되고 맞춰질 수 있다.

도 1b를 참조하면, 다층 스택(10)은 수십, 수백 또는 수천 개의 층을 포함할 수 있고, 각각의 층은 다양한 물질로 제조될 수 있다. 특정한 스택에 대한 물질 선택을 결정하는 특성은 스택의 원하는 광학 성능에 따라 달라진다. 스택은 그 층의 수만큼 많은 물질을 포함할 수 있다. 용이한 제조를 위해, 바람직한 광학 박막 스택은 오직 몇 개의 상이한 물질만을 포함한다.

물질간의 경계, 또는 상이한 물성을 가지면서 화학적으로 동일한 물질간의 경계는 급격하거나 또는 점진적일 수 있다. 해석적인 해답이 있는 일부 단순한 경우를 제외하고는, 연속적으로 변화하는 굴절율을 갖는 후자 형태의 층화된 매체의 분석은, 통상 급격한 경계를 갖지만 이웃한 층들간에 특성변화는 약간에 그치는 훨씬 많은 수의 더 얇은 균일층으로 처리된다.

바람직한 다층 스택은 저/고 굴절율쌍을 이룬 필름층을 포함하는데, 여기서 각각의 저/고 굴절율쌍 층들은 합쳐진 광학 두께가 반사시키도록 설계된 대역의 중심파장의 1/2이다. 그러한 필름의 스택은 통상 4분의1 파장 스택이라고 한다. 가시 광선 및 근적외선 파장을 고려한 다층 광학필름에 있어서, 4분의 1 파장 스택 구조는 다층 스택에 있는 각각의 층이 0.5 미크론 이하의 평균 두께를 갖게 되는 결과를 가져온다.

반사형 필름(예, 반사경)이 바람직한 응용분야에서는, 각각의 편광 및 입사면을 가진 빛에 대한 바람직한 평균 투과율은 반사형 필름의 의도하는 용도에 따라 달라지는 것이 일반적이다. 다층 반사형 필름을 생산하는 한 가지 방법은 다층 스택을 2축 연신시키는 것이다. 고효율 반사형 필름에 있어서, 가시 스펙트럼(380-750㎚)에 걸쳐 수직 입사시의 각각의 연신 방향에 따른 평균 투과율은 10% 미만(반사율 90% 초과)인 것이 소망스럽고, 바람직하게는 5% 미만(반사율 95% 초과), 더욱 바람직하게는 2% 미만(반사율 98% 초과), 매우 바람직하게는 1% 미만(반사율 99% 초과)이다. 380 내지 750㎚에 대해, 법선으로부터 60° 각도에서의 평균 투과율은 20% 미만(반사율 80% 초과)인 것이 소망스럽고, 바람직하게는 10% 미만 (반사율 90% 초과), 더욱 바람직하게는 5% 미만(반사율 95% 초과), 보다 바람직하게는 2% 미만(반사율 98% 초과), 가장 바람직하게는 1% 미만(반사율 99% 초과)이다.

또한, 비대칭 반사형 필름이 특정한 응용분야에 대해서는 바람직할 수 있다. 그 경우, 예컨대 가시 스펙트럼(380-750nm) 대역폭에 걸쳐, 또는 가시 스펙트럼에 걸쳐서 뿐 아니라 근적외선(예, 380-850nm)에까지 하나의 연신 방향을 따른 평균 투과율은 50% 미만이 바람직하고, 다른 연신 방향을 따른 평균 투과율은 예컨대 약 20% 미만인 것이 바람직하다.

다층 광학필름은 반사형 편광자로 작동하도록 설계될 수도 있다. 다층 반사형 편광자를 제조하는 한 가지 방법은 다층 스택을 단축 연신시키는 것이다. 생성된 반사형 편광자는 폭넓은 범위의 입사각에 대해 한축에 평행한(연장 방향) 편광면을 갖는 광에 대한 높은 반사율을 가짐과 동시에, 폭넓은 범위의 입사각에 대하여 다른 축에 평행한 (비연장 방향) 편광면을 갖는 광에 대하여 낮은 반사율 및 높은 투과율을 갖는다. 각 필름의 굴절율 nx, ny, nz를 제어함으로써 원하는 편광자 거동을 얻을 수 있다.

많은 응용분야에서, 이상적인 반사 편광자는 모든 입사각에서 한축(소위 흡광축)방향으로는 높은 반사율을 갖고, 다른 한 축(소위 투과축)방향으로는 제로 반사율을 가진다. 편광자의 투과축에 대하여, 통상적으로 관련 대역폭 및 관련 각도 범위에 걸쳐 투과축 방향으로 편광된 광의 투과를 최대화시키는 것이 바람직하다.

가시 스펙트럼(대역폭이 300nm인 경우 380-750nm)에 걸쳐 투과축 방향으로 수직입사시의 편광자의 평균 투과율은 원하기는 50% 이상, 바람직하게는 70% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상이며, 가장 바람직하게는 90% 이상이다. 380 내지 750nm에서 법선으로부터 60°(p-편광된 빛에 대한 투과축을 따라 측정됨)에서의 평균 투과율은 소망스럽게는 50% 이상, 바람직하게는 70% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상, 가장 바람직하게는 90% 이상이다.

가시 스펙트럼(대역폭이 300nm인 경우 380-750nm)에 걸쳐 흡광축 방향으로 편광된 광에 대한 수직 입사시의 다층 반사형 편광자의 평균 투과율은 원하기는 50% 미만, 바람직하게는 30% 미만, 더욱 바람직하게는 15% 미만, 가장 바람직하게는 5% 미만이다. 380 내지 750nm에서 흡광축 방향으로 편광된 광에 대한 편광자의 법선으로부터 60°(p-편광된 빛에 대한 투과축을 따라 측정됨)에서의 평균 투과율은 원하기는 50% 미만, 바람직하게는 30% 미만, 더욱 바람직하게는 15% 미만, 가장 바람직하게는 5% 미만이다.

어떤 응용분야에서는, 법선외 각도로 입사시 투과축에 평행한 편광면을 갖는 p 편광된 광에 대해 높은 반사율이 바람직하다. 투과축을 따라 편광된 광의 평균 반사율은 법선으로부터 적어도 20°의 각도에서 20%를 넘어야 한다.

또한, 반사형 편광 필름 및 비대칭 반사형 필름이 본 명세서에 별도로 소개되었지만, 2개 이상의 상기와 같은 필름을 제공하며 거의 모든 입사광을 반사하도록 할 수 있음(그렇게 되도록 필름들이 서로에 대하여 적절한 방향으로 배치되는 것을 조건으로)을 인식할 것이다. 그러한 구성은 다층 광학필름이 본 발명에 따라 백라이트 시스템에서 반사판으로 사용될 때 전형적으로 요구된다.

약간의 반사가 투과축을 따라 발생하는 경우, 법선외 각도에서 편광자의 효율이 감소될 수 있다. 투과축을 따른 반사율이 다양한 파장에 대하여 서로 다른 경우에는, 투광된 광에 색이 들어갈 수 있다. 상기 색을 측정하기 위한 한가지 방법은 관련 파장 범위에 대해 선택된 각도에서 투과율의 제곱 평균 제곱근(root mean square; RMS)을 결정하는 것이다. % RMS 칼라, 즉 C_RMS 는 하기 수학식 1에 따라 결정될 수 있다:

여기서, λ1 내지 λ2 범위는 관련 파장 범위 또는 대역폭이고, T는 투과축을 따른 투과율이며, 는 관련 파장 범위에서 투과축을 따른 평균 투과율이다. 색이 적은 편광자가 소망스러운 응용분야에 있어서, % RMS 칼라는 법선으로부터 적어도 30°각도에서, 바람직하게는 법선으로부터 적어도 45°각도에서 그리고 가장 바람직하게는 법선으로부터 적어도 60°에서, 10% 미만, 바람직하게는 약 8% 미만, 더욱 바람직하게는 3.5% 미만, 가장 바람직하게는 2% 미만이어야 된다.

바람직하게는, 반사형 편광자는 특정 응용분야에 바람직한 투과축을 따른 % RMS 칼라를 관련 대역폭에 걸친 흡광축 방향의 원하는 반사량과 결합시킨다. 가시 범위(400-700nm, 또는 300nm 대역폭)내의 대역폭을 갖는 편광자에 있어서, 수직 입사시 흡광축을 따른 평균 투과율은 원하기론 40% 미만, 바람직하게는 25% 미만, 더욱 바람직하게는 15% 미만, 더더욱 바람직하게는 약 5% 미만, 가장 바람직하게는 3% 미만이다.

물질 선택 및 처리

상술된 미국 특허 출원 제08/402,041호에 기재된 설계상의 고려사항을 감안하면, 원하는 굴절율 관계가 이루어지도록 선택된 조건하에서 처리되는 경우에 다양한 물질이 본 발명에 따른 다층 반사형 필름 또는 편광자를 형성하는데 사용될 수 있다는 것을 당업자들은 충분히 이해할 수 있을 것이다. 원하는 굴절율 관계는 (예를 들면, 유기 중합체의 경우에) 필름을 형성하는 동안이나 형성 후에 연신하는 것, (예를 들면, 액정 물질의 경우에) 압출시키는 것, 또는 피복하는 것을 비롯해 다양한 방법으로 획득될 수 있다. 또한, 두개의 물질이 공압출될 수 있도록 유사한 유변학적 특성(예컨대, 용융 점도)을 가지는 것이 바람직하다.

통상적으로, 적절한 조합물은 제1 물질로서 결정질, 반결정질 또는 액정 물질, 바람직하게는 중합체를 선택함으로써 얻을 수 있다. 제2 물질은 결정, 반결정질 또는 비정질일 수 있다. 제2 물질은 제1 물질의 복굴절과 반대되거나 또는 동일한 복굴절을 가질 수 있다. 또는, 제2 물질은 복굴절을 전혀 갖지 않을 수 있다. 중합체 분야에서는 중합체가 대개 완전한 결정질은 아니라는 것이 일반적으로 인식되어 있으며, 따라서 본 발명의 맥락에서는 결정질 또는 반결정질 중합체는 비정질이 아닌 중합체를 말하며, 결정질, 부분 결정질, 반결정질 등으로 통상 언급되는 임의의 물질을 포함한다는 것을 이해해야 한다. 제2 물질은 제1 물질과 반대되거나 동일한 복굴절을 갖거나, 또는 제2 물질은 복굴절을 전혀 갖지 않을 수 있다.

적절한 물질로서는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 및 그의 이성체(예를 들면, 2,6-, 1,4-, 1,5-, 2,7-, 2,3-PEN), 폴리알킬렌 테레프탈레이트(예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부티렌 테레프탈레이트, 폴리-1,4-시클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트), 폴리이미드(예들 들면, 폴리아크릴 이미드), 폴리에테르이미드, 어택틱 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리메타크릴레이트(예를 들면, 폴리이소부틸 메타크릴레이트, 폴리프로필메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트 및 폴리메틸메타크릴레이트), 폴리아크릴레이트(예를 들면, 폴리부틸아크릴레이트 및 폴리메틸아크릴레이트), 신디오택틱 배열 폴리스티렌(sPS), 신디오택틱 폴리-알파-메틸 스티렌, 신디오택틱 배열 폴리디클로로스티렌, 이런 폴리스티렌중 어느 것으로 된 혼합물 및 공중합체, 셀룰로오스 유도체(예를 들면, 에틸 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 프로피오네이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 및 셀룰로오스 니트레이트), 폴리알킬렌 중합체(예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리이소부틸렌, 및 폴리(4-메틸)펜텐), 플루오르화된 중합체(예를 들면, 퍼플루오로알콕시 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌, 플루오르화된 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌), 염소화된 중합체(예를 들면, 폴리비닐리덴 클로라이드 및 폴리비닐 클로라이드),폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아미드, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 폴리비닐아세테이트, 폴리에테르-아미드, 이오노머 수지, 엘라스토머(예를 들면, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 및 네오프렌), 및 폴리우레탄이 있다. 공중합체, 예컨대 PEN의 공중합체(예를 들면, 2,6-, 1,4-, 1,5-, 2,7-, 및/또는 2,3-나프탈렌 디카르복실산 또는 이 산들의 에스테르와, (a) 테레프탈산, 또는 이 산의 에스테르; (b) 이소프탈산, 또는 이 산의 에스테르; (c) 프탈산, 또는 이 산의 에스테르; (d) 알칸 글리콜; (e) 시클로알칸 글리콜(예를 들면, 시클로헥산 디메타놀 디올); (f) 알칸 디카르복실산; 및/또는 (g) 시클로알칸 디카르복실산(예를 들면, 시클로헥산 디카르복실산)과의 공중합체), 폴리알킬렌 테레프탈레이트의 공중합체(예를 들면, 테레프탈산 또는 이 산의 에스테르와, (a) 나프탈렌 디카르복실산, 또는 이 산의 에스테르; (b)이소프탈산, 또는 이 산의 에스테르; (c) 프탈산, 또는 이 산의 에스테르; (d) 알칸 글리콜; (e)시클로알칸 글리콜(예를 들면, 시클로헥산 디메탄 디올); (f) 알칸 디카르복실산; 및/또는 (g) 시클로알칸 디카르복실산(예를 들면, 시클로헥산 디카르복실산)과의 중합체), 및 스티렌 공중합체(예를 들면, 스티렌-부타디엔 공중합체 및 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체), 4,4'-바이벤조산과 에틸렌 글리콜 역시 적합하다. 각각의 개별 층은 전술한 중합체(또는 공중합체) 중 둘 이상으로 된 혼합물(예를 들면, PS 및 어택틱 폴리스티렌의 혼합물)을 포함한다. 전술한 coPEN은 또한 적어도 하나의 구성 성분이 나프탈렌 디카르복실산에 기초한 중합체이고 다른 구성성분이 PET, PEN 또는 coPEN과 같은 다른 폴리에스테르 또는 폴리카보네이트인 펠렛(pellet)의 혼합물일 수 있다.

편광자의 경우에서 특히 바람직한 층 조합은 PEN/coPEN, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET/coPEN), PEN/sPS, PET/sPS, PEN/Estar를 포함하며, 여기서 "coPEN"은 나프탈렌 디카르복실산에 기초한 혼합물 또는 공중합체를 말하고, "Estar"는 Eastman Chemical Co.로부터 상업적으로 입수가능한 폴리시클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트이다.

반사형 필름의 경우에 특히 바람직한 층 조합은 PET/Ecdel, PEN/Ecdel, PEN/sPS, PEN/THV, PEN/coPET, PET/sPS를 포함하며, 여기서 "coPET"은 테레프탈산에 기초한 공중합체 또는 혼합물을 말하고, "Ecdel"은 Eastman Chamical Co.로부터 상업적으로 입수가능한 열가소성 폴리에스테르이고, "THV"는 미네소타 세인트. 폴에 소재한 Minnesota Mining and Manufacturing Company로부터 상업적으로 입수가능한 플루오로중합체이다.

필름내 층의 수는 필름 두께, 가요성 및 경제성으로 인해 최소수의 층을 사용하여 원하는 광학 특성을 달성하도록 선택된다. 편광자 및 반사형 필름 모두의 경우에, 층의 수도 바람직하게는 10,000개 미만, 더욱 바람직하게는 5,000개 미만, 가장 바람직하게는 약 2,000개 미만이다.

전술한 바와 같이, 다양한 굴절율들 간의 원하는 관계(및 다층 필름의 광학 특성)를 달성하는 능력은 다층 필름을 제조하는데 사용되는 처리 조건에 의해 영향을 받는다. 연신에 의해 배향시킬 수 있는 유기 중합체의 경우, 상기 필름은 개별 중합체를 공압출시켜 다층 필름을 형성한 다음, 선택된 온도에서 연신시켜 필름을 배향시키며, 경우에 따라서는 뒤이어 온도에서 열고정함으로써 제조하는 것이 통상적이다. 대안적으로, 압출과 배향 단계를 동시에 수행할 수 있다. 편광자의 경우에 필름은 실질적으로 한 방향으로 연신(단축 배향)되는 반면, 반사형 필름의 경우 필름은 실질적으로 두 방향으로 연신(2축 배향)된다.

필름은 연신에 수직인 방향의 자연적인 치수 감소(연신비의 제곱근과 동일)로부터 횡 방향으로 치수적으로 허용할 수 있고, 단순히 필름을 구속하여 연신에 수직인 방향으로 실질적 변화를 제공할 수도 있으며, 연신에 수직인 방향으로 적극적으로 연신시킬 수 있다. 필름은 길이 배향기를 사용하는 경우와 같이 기계 방향으로, 또는 텐터(tenter)를 사용하여 폭 방향으로 연신될 수 있다.

연신전 온도, 연신 온도, 연신속도, 연신비, 열고정 온도, 열고정 시간, 열고정 이완, 및 연신수직 방향 이완은 원하는 굴절율 관계를 갖는 다층 필름이 얻어지도록 선택된다. 이러한 변수들은 상호 의존적이고, 따라서 예컨대 비교적 낮은 연신속도는 예컨대, 비교적 낮은 연신 온도와 함께 사용될 수 있다. 원하는 다층 필름을 얻기 위해 어떻게 이러한 변수들의 적절한 결합을 선택할 것인지는 당업자들에게 명백할 것이다. 그러나, 통상적으로 연신비는 연신 방향으로 1:2 내지 약 1:10(더 바람직하게는 1:3 내지 1:7) 범위 이내 그리고 연신 방향과 수직인 방향으로 1:0.2 내지 1:10(더욱 바람직하게는 1:0.2 내지 1:7) 범위에 있는 것이 바람직하다.

적절한 다층의 필름은 예를 들면 복굴절 폴리이미드에 대한 Boese et al., J.Polym. Sci: Part B, 30:1321(1992)에 기술된 바와 같은 스핀 코우팅, 및 결정질 유기 화합물에 대한 Zang et. al., Appl. Phys. Letters, 59:823(1991)에 기술된 바와 같은 진공 증착과 같은 기술을 이용하여 제공될 수도 있다. 후자의 기술은 결정질 유기 화합물 및 무기 물질의 특정한 조합의 경우 특히 유용하다.

예시적인 다층 반사경 필름 및 다층 반사형 편광자가 이하의 실시예에서 설명될 것이다.

실시예 1

(PET:THV 500,449, 반사경)

449개 층을 포함하는 공압출된 필름을, 단일 공정으로 캐스트 웹을 압출한 다음 실험실용 필름 연신 장치에서 필름을 배향시킴으로써 제조하였다. 0.53dl/g의 고유 점도(60 wt.% 페놀/40 wt.% 디클로로벤젠)를 갖는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 시간당 56파운드 비율로 한 압출기에서 공급하고 THV 500(Minnesota Mining and Manufacturing Company로부터 입수가능한 플루오로폴리머)은 시간당 11 파운드의 비율로 또다른 압출기에서 공급하였다. PEN이 표피층에 있었고 50%의 PEN이 2개의 표피층에 존재하였다. 피드블럭(feedblock) 방법을 사용하여, 57개 층을 만들고 이것을 3개의 층수 증가기(multiplier)에 통과시켜 449개 층으로 된 압출물을 제조하였다. 캐스트 웹은 20밀(mil)의 두께와 12 인치의 폭이었다. 이후에, 팬토그래프(pantograph)를 사용하여 필름의 사각형 구역을 잡아서 동시에 균일한 비율로 양방향으로 연신시키는 실험실용 연신 장치를 이용하여 상기 웹을 2축 배향시켰다. 7.46㎠의 웹을 약 100℃에서 연신기에 장착하고 140℃까지 60초 내에 가열하였다. 그 다음(원래 치수에 비하여) 10%/초로 연신을 시작하여 샘플이 약 3.5ㅧ 3.5로 신장될 때까지 연신시켰다. 샘플을 연신시킨 직후에 실온 공기를 주입시킴으로써 냉각하였다.

도 3은 다층 필름의 투과율을 나타낸다. 곡선 (a)는 투과 방향으로 편광된 광에 대한 수직 입사시의 응답을 나타내는 한편, 곡선 (b)는 투과 방향으로 편광된 p-편광된 광에 대한 60°입사시의 응답을 나타낸다.

실시예 2

(PEN ; PMMA, 601, 반사경)

601개 층을 포함하는 공압출된 필름을, 공압출 공정을 통하여 연속 플랫-필름-제조 라인상에서 제조하였다. 0.57dl/g의 고유 점도(60 wt.% 페놀/40 wt.% 디클로로벤젠)를 갖는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)는 시간당 64 파운드 비율로 피드블럭에 공급되고 나머지는 이하에 설명되는 표피층에 공급되도록 시간당 114 파운드 비율로 압출기 A에 의해 공급하였다. PMMA(미국의 ICI사의 CP-82)는 전부가 피드블럭에 공급되도록 시간당 61 파운드의 비율로 압출기 B에 의해 공급되었다. PEN이 피드블럭의 표피층상에 있었다. 미국 특허 제3,801,429호에 기술된 바와 같은 피드블럭을 이용하여 피드블럭 방법으로 151개 층을 생성시키고, 상기 피드블럭 다음에 압출기 A에 의해 공급되는 것과 동일한 타입의 PEN을 시간당 약 30 파운드를 계량하는 압출기 C를 이용하여 2개의 대칭 표피층을 공압출시켰다. 이 압출물을 2개의 층수 증가기에 통과시켜 약 601개의 층으로 된 압출물을 제조하였다. 미국 특허 제3,565,985호에는 유사한 공압출 층수 증가기가 기술되어 있다. 상기 압출물을, 시간당 압출기 A로부터 온 PEN 50 파운드의 총비율로 표피층을 공압출하는 또다른 장치에 통과시켰다. 웹을 약 280℉의 웹 온도에서 약 3.2의 연신비로 길이 배향시켰다. 그후에, 필름은 약 38초 내에 약 310℉로 예열하고 초당 약 11%의 속도로 약 4.5의 연신비로 횡방향으로 연신시켰다. 필름은 이완을 허용하지 않고 440℉에서 열고정시켰다. 완성된 필름 두께는 3밀(mil)이었다.

도 4의 곡선 (a)에 도시된 바와 같이, 수직 입사시의 대역폭은 약 350㎚이며대역내 평균 흡광도는 99% 이상이었다. 광흡수량은 그 낮은 값 때문에 측정이 어렵지만, 1% 미만이다. 법선으로부터 50°의 입사각에서, s-편광(곡선 (b)) 및 p-편광(곡선 (c))된 광은 모두 비슷한 흡광율을 보였고, 대역은 예상대로 짧은 파장쪽으로 변위되었다. s-편된 광에 대한 적색대역 말단을 s-편광된 광에 대하여 예상되는 더 큰 대역폭과, PEN 층의 p-편광된 광에서 보이는 더 낮은 굴절률에 기인하여 p-편광된 광만큼 청색쪽으로 변위되지는 않는다.

실시예 3

(PEN ; PCTG, 449, 편광자)

481개 층을 포함하는 공압출된 필름을, 단일 공정으로 캐스트 웹을 압출한 다음에 실험실용 필름 연신 장치에서 필름을 배향시킴으로써 제조하였다. 피드블럭 방법에는 61 층 피드블럭 및 3개의(2x) 층수 증가기가 사용되었다. 두꺼운 표피층은 최종 층수 증가기와 다이 사이에서 부가되었다. 0.47dl/g의 고유 점도(60wt.% 페놀/40wt.% 디클로로벤젠)를 갖는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)는 시간당 25.0 파운드의 비율로 한 압출기에 의해 피드블럭으로 공급되었다. 글리콜 개질된 폴리에틸렌 디메틸 시클로헥산 테레프탈레이트(Eastman사의 PCTG5445)는 시간당 25.0파운드의 비율로 또다른 압출기에 의해 공급되었다. 상기 압출기에서 나온 또다른 PEN의 스트림은 층수증가기 이후에서 시간당 25파운드 비율로 표피층으로서 부가되었다. 캐스트 웹은 0.007인치 두께 및 12인치 폭을 가진다. 웹은 팬토그래프를 사용하여필름의 한 부분을 잡고 한방향으로 균일한 비율로 연신시키면서 다른 방향으로는 자유롭게 이완되게 하는 실험용 연신 장치를 사용하여 단축 배향된 층이다. 장착된 웹 샘플의 폭(비구속 방향)은 약 5.40㎝ 이고, 팬토그래프의 그리퍼 사이의 길이는 7.45㎝였다. 웹을 100℃에서 연신기에 장착하고 45초 동안 135℃로 가열하였다. 원래 크기에 기초하여 20%/초로의 연신을 시작하여 샘플이 약 6:1(그리퍼에서 그리퍼까지의 측정치에 기초)로 신장될 때까지 연신된다. 연신 직후에, 샘플은 실온 공기를 주입함으로써 냉각되었다. 샘플의 중심에서는, 샘플이 계수 2.0만큼 이완되는 것을 알 수 있었다.

도 5는 이 다층 필름의 투과율을 보여주는데, 곡선 a는 수직 입사시 비연신 방향으로 편광된 광의 투과율을 나타내고, 곡선 b는 60°입사시 비연신 방향으로 p-편광된 광의 투과율을 나타내며, 곡선 c는 수직 입사시 연신 방향으로 편광된 광의 투과율을 나타낸다. 400 내지 700㎚에서 곡선 a에 대한 평균 투과율은 89.7%이고, 400 내지 700㎚에서 곡선 b에 대한 평균 투과율은 96.9%이고, 400 내지 700㎚에서 곡선 a에 대한 평균 투과율은 4.0%이다. 곡선 a에 대한 % RMS 칼라는 1.05%이고 곡선 b에 대한 % RMS 칼라는 1.44%이다.

실시예 4

(PEN ; CoPEN, 601, 편광자)

601개 층을 포함하는 공압출된 필름을, 공압출 공정을 통해 연속 플랫-필름 제조 라인상에서 제조하였다. 0.54dl/g의 고유 점도(60wt.% 페놀 + 40wt.% 디클로로벤젠)를 갖는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)는 시간당 75파운드 비율로 한 압출기에 의해 공급되었고 coPEN은 시간당 65파운드 비율로 또다른 압출기에 의해 공급되었다. coPEN은 70 몰% 2,6 나프탈렌 디카르복실레이트 메틸 에스테르, 15% 디메틸 이소프탈레이트 및 15% 디메틸 테레프탈레이트와 에틸렌 글리콜의 중합체이다. 피드블럭 방법을 사용하여 151층을 생성시켰다. 피드블럭은 가장 얇은 층에서 가장 두꺼운 층까지의 두께 비율이 1.22인, 상단에서 하단으로 가면서 두께 구배를 갖는 필름의 스택을 생성하도록 설계되었다. PEN 표피층은 공압출된 층의 8%에 이르는 총 두께로 광학 스택의 바깥측에 공압출시켰다. 광학 스택은 2개의 연속되는 층수 증가기를 써서 층수를 배가하였다. 이들 층수 증가기의 공칭 배율은 각각 1.2 및 1.27이었다. 이어서, 필름을 약 40초에 걸쳐 310℉로 예열하고 6%/초의 속도로, 약 5.0의 연신비까지 횡방향으로 연신시켰다. 완성된 필름 두께는 약 2밀(mil)이었다.

도 6은 다층 필름에 대한 투과율을 나타낸다. 곡선 a는 수직 입사시 비연신 방향으로 편광된 광의 투과율을 나타내고, 곡선 b는 60°입사시 p-편광된 광의 투과율을 나타내며, 곡선 c는 수직 입사시 연신 방향으로 편광된 광의 투과율을 나타낸다. 수직 및 60°입사시 모두 비연신 방향의 p-편광된 광의 매우 높은 투과율(80-100%)에 유의해야 한다. 또한, 곡선 c에 드러난, 가시광선 범위(400-700nm)에서 연신 방향으로 편광된 광의 매우 높은 반사율에도 주목해야 한다. 반사율은 500 내지 650nm 에서 거의 100%이다.

실시예 5

(PEN ; sPS, 481, 편광자)

Eastman Chamical사로부터 구입한 0.56dl/g의 고유 점도(60wt.% 페놀 및 40wt.% 디클로로벤젠)를 갖는 폴리에틸렌 나프탈레이트와, 신디오탁틱 폴리스티렌(sPS) 호모폴리머(평균 분자량 = 200,000달톤(Dalton), Dow Corporation으로부터 샘플링됨)로 481개 층의 다층 필름을 제조하였다. PEN은 외부층 상에 있고 시간당 26파운드로 압출되고, sPS는 시간당 23파운드로 압출되었다. 사용된 피드블럭은 61개 층을 생성하며, 이들 각각의 층은 동일 두께를 가진다. 피드블럭 이후에 3개의(2x) 층수 증가기를 사용하였다. 피드블럭에 공급되는 것과 동일한 PEN을 포함하는 동일한 두께의 표피층들을 최종 층수 증가기 이후에서 시간당 22파운드의 총 비율로 부가하였다. 웹은 12인치 폭의 다이를 통해 0.011인치(0.276mm) 두께로 압출시켰다. 압출 온도는 290℃이었다.

웹을 9일 동안 실환경 조건하에서 보관한 다음 텐터상에서 단축 배향시켰다. 필름은 약 25초동안 320℉로 예열하고 28%/초의 비율로 약 6:1의 연신비로 횡방향으로 연신시켰다. 연신 방향으로는 어떠한 이완을 전혀 허용하지 않았다. 완성된 필름 두께는 약 0.0018인치(0.046mm)이었다.

도 7은 481개 층을 포함하는 PEN:sPS 반사형 편광자의 광학 성능을 나타내고 있다. 곡선 a는 수직 입사시 비연신 방향으로 편광된 광의 투과율을 나타내고, 곡선 b는 60°입사시 p- 편광된 광의 투과율을 나타내며, 곡선 c는 수직 입사시 연신 방향으로 편광된 광의 투과율을 나타낸다. 수직 및 60°입사시 모두에서 p-편광된 광의 매우 높은 투과율에 유의해야 한다. 400-700nm에서 곡선 a에 대한 평균 투과율은 86.2%이고, 곡선 b에 대한 평균 투과율은 79.7%이다. 또한, 곡선 c에서 보이는 가시광선 범위(400-700nm)에서 연신 방향으로 편광된 광의 매우 높은 반사율에 유의해야 한다. 필름은 400 내지 700nm에서 곡선 c에 대한 평균 투과율 1.6%를 가진다. 곡선 a에 대한 % RMS 칼라는 3.2%이고, 곡선 b에 대한 % RMS 칼라는 18.2%이다.

실시예 6

(PEN : CoPEN, 603, 편광자)

603개 층을 포함하는 반사형 편광자를, 공압출 공정을 통해 연속 플랫-필름 제조 라인상에서 제조하였다. 0.47dl/g의 고유 점도(60wt.% 페놀 + 40wt.% 디클로로벤젠 중)를 갖는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)는 시간당 83파운드(38kg) 비율로 한 압출기로 공급하였고 coPEN은 시간당 75파운드(34kg) 비율로 또다른 압출기로 공급하였다. coPEN은 70 몰% 2,6 나프탈렌 디카르복실레이트 메틸 에스테르, 15% 디메틸 이소프탈레이트 및 15% 디메틸 테레프탈레이트와 에틸렌 글리콜의 공중합체이다. 피드블럭 방법을 사용하여 151층을 생성시켰다. 피드블럭은 가장 얇은 층에서 가장 두꺼운 층까지의 두께 비율이 1.22인, 상단에서 하단으로 가면서 두께 구배를 갖는 필름 스택을 생성하도록 설계되었다. 이 광학 스택은 2개의 연속 층수 증가기를 써서 층수를 배가시켰다. 층수 증가기의 공칭배율은 각각 1.2 및 1.4였다. 최종 층수 증가기와 다이 사이에서, 시간당 106 파운드(48kg)의 총비율로 제3 압출기를 써서 상술한 것과 동일한 CoPEN으로 된 표피층을 부가하였다. 이어서, 필름을 약 30초 동안 300℉(150℃)에서 예열하고 약 20%/초의 초기 속도로 약 6의 연신비까지 횡방향으로 연신시켰다. 완성된 필름 두께는 약 0.0035인치(0.089mm)이었다.

도 8은 실시예 6의 편광자의 광학 성능을 도시하고 있다. 곡선 a는 수직 입사시 비연신 방향으로 편광된 광의 투과율을 나타내고, 곡선 b는 50°입사각에서 비연신 방향으로 편광된 p-편광된 광의 투과율을 나타내며, 곡선 c는 수직 입사시 연신 방향으로 편광된 광의 투과율을 나타낸다. 비연신 방향으로 편광된 광의 매우 높은 투과율에 유의해야 한다. 400 내지 700㎚에서 곡선 a에 대한 평균 투과율은 87%이다. 또한, 곡선 b에서 보이는 가시광선 범위(400-700nm)에서 연신 방향으로 편광된 광의 매우 높은 반사율에 주목해야 한다. 필름은 400 내지 700㎚에서 곡선 b에 대하여 2.5%의 평균 투과율을 갖는다. 또한, 이러한 편광자의 % RMS 칼라는 매우 낮다. 곡선 b에 대한 % RMS 칼라는 5%이다.

상기한 바와 같이, 다층 광학 스택은 중요하고 원하는 광학 특성을 제공할 수 있지만, 광학스택 자체만으로는 광학 스택의 성능을 저하시키지 않고 기계적, 광학적 또는 화학적 특성일 수 있는 다른 특성들을 제공하기 곤란하다. 이러한 특성은 광학 스택 자체의 주된 광학적 기능에는 영향을 주지 않으면서 이러한 특성을 제공하는 하나 또는 그 이상의 층을 광학 스택과 함께 구비함으로써 제공될 수 있다. 이러한 층들은 통상적으로 광학 스택의 주표면상에 형성되기 때문에 종종"표피층"으로 알려져 있다.

다층 스택을 피드블럭 및 다이벽을 따라 존재하는 전단력으로부터 보호하기 위해 제조시에 다층 스택의 한쪽 또는 양쪽 주표면상에 표피층을 공압출시킬 수 있고, UV 안정제 등과 같은 첨가제를 표피층을 형성하는 중합체 용융물에 혼합하고 , 특성이 변경된 표피층을 제조시에 다층 광학 스택의 한쪽 또는 양쪽 면상에 공압출시킴으로써 원하는 화학적 또는 물리적 특성을 갖는 외부층을 얻을 수 있다. 대안적으로, 다층 필름의 제조시에 표피층의 바깥쪽 추가의 층을 공압출시킬 수 있고, 추가의 층들을 별도의 코팅 공정에서 다층 필름상에 코팅시킬 수도 있으며, 폴리에스테르(PET), 아크릴(PMMA), 폴리카보네이트, 금속, 또는 유리와 같은 별도의 필름, 호일, 또는 강성, 반강성 강화 기판으로서 다층 필름에 적층시킬 수도 있다. 다층 중합체 필름을 또다른 표면에 적층하는데 유용한 접착제는 광학적으로 투명하고 확산되는 접착제를 포함하고, 감압 접착제와 비감압 접착제를 모두 포함한다. 감압 접착제는 실온에서 끈적거려서 가벼운 손가락 압력만 가하여도 표면에 접착시킬 수 있고, 비감압 접착제는 용매, 열, 또는 방사선에 의해 활성화되는 접착제계를 포함한다. 본 발명에 유용한 접착제로는 일반적인 성분의 폴리아크릴레이트계 물질과; 폴리비닐 에테르와; 천연 고무, 폴리이소프렌 및 폴리이소부틸렌과 같은 디엔 함유 고무와; 폴리클로로프렌과; 부틸 고무와; 부타디엔-아크릴로니트릴 중합체와; 열가소성 탄성체와; 스티렌-이소프렌 및 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체, 에틸렌 프로필렌-디엔 중합체, 및 스티렌-부타디엔 중합체와 같은 블록 공중합체와; 폴리-알파-올레핀과; 결정질 폴리올레핀과; 실리콘과; 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸아크릴레이트, 및 에틸 메타크릴레이트와 같은 에틸렌 함유 공중합체와; 폴리우레탄과; 폴리아미드와; 에폭시와; 폴리비닐피롤리돈과 비닐피롤리돈과의 공중합체와; 폴리에스테르와; 상기 물질의 혼합물이 있다. 또한, 접착제는 점착성 부여제, 가소제, 충전제, 산화 방지제, 안정제, 착색제, 확산재, 경화제, 살충제, 용제와 같은 첨가물을 함유할 수 있다. 본 발명에서 바람직한 접착제로서, 오하이오주 Akron에 소재한 Shell Chemical Co.로부터 입수가능한 고온 용융 접착제 VITEL 3300, 또는 미네소타주 St. Paul에 소재한 Minnesota Mining and Manufacturing Company사의 90/10 IOA/AA 아크릴 접착제와 같은 아크릴 감압 접착제가 있다. 다층 필름을 다른 표면에 접착하는데 적층 접착제를 사용하는 경우, 접착제의 성분 및 두께는 다층 스택의 광학 특성에 방해가 되지 않도록 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 고도의 투과율이 요구되는 다층 중합체 편광자 또는 반사경에 추가의 층을 적층하는 경우, 적층 접착제는 편광자 또는 반사경이 투명해지도록 설계되는 파장 영역에서 광학적으로 투명해야 한다.

도 10 및 도 11은 1개와 2개의 추가층을 각각 갖는 다층 스택을 각각 도시한다. 도 10 및 도 11은 적용될 수 있는 다양한 추가층을 설명하는데 이용될 것이다.

상이한 기계적 특성을 갖는 표피층이 바람직한 한 영역은 특히, 반사형 편광자와 같은 단축 배향된 다층 광학 스택에 관계된다. 이러한 스택은 가끔 주된 연신 방향으로 낮은 인열(引裂) 저항을 보인다. 이러한 사실은 제조 공정에서의 생산 수율의 감소 또는 추후 취급시 필름의 손상을 유발할 수 있다. 이러한 현상을 막기 위해, 인열(引裂) 방지층이 광학 스택의 외부 주표면에 접착될 수 있다. 이러한 단단한 층들은 임의의 적절한 물질로 될 수 있고, 광학 스택에 사용된 물질중 하나와 같은 것일 수도 있다. 인열(引裂) 방지층용 물질을 선택함에 있어서 고려되는 요소로는 파단신율, 영률(Young's modulus), 인열(引裂) 강도, 내부층에의 접착력, 관련 전자기 대역폭에서의% 투과율 및 흡수율, 광학적 투명도 또는 탁도, 주파수 함수로서의 굴절율, 질감 및 조도, 용융 열 안정성, 분자량 분포, 용융 유변학적 특성 및 공압출 가능성, 강인한 층과 광학층의 물질들간의 확산속도와 혼화성, 점탄성 반응, 연신 조건하에서의 이완 및 결정화 거동, 사용 온도에서의 열안정성, 내후성, 코팅에의 접착력, 그리고 각종 기체 및 용제에 대한 투과성을 들 수 있다. 전술한 바와 같이, 선택된 물질이 광학 스택의 특성에 해로운 광학 특성을 갖지 않는 것이 중요하다. 이러한 물질은 제조 공정시에 가해지거나 추후 광학 스택상에 코팅 또는 적층시킬 수 있다. 제조 공정 중에 공압출 등에 의해 광학 스택에 이러한 층을 부착시키면, 광학 스택이 제조 공정 중에 보호된다는 이점이 생긴다.

본 발명의 이러한 특징을 나타내기 위해 도 10에 인열 방지층을 갖는 다층 광학 스택(400)이 도시되었다. 필름(400)은 광학 스택(410)을 포함한다. 광학 스택(410)은 상이한 광학 특성을 갖는 2개의 중합체로 된 교대하는 층들 (412)과 (414)를 포함한다. 인열 방지층(416)과 (418)이 광학 스택(410)의 주표면에 부착된다. 도 10에 도시된 층(416,418)이 층(412,414) 보다 두껍지만, 도 10은 바람직한 실시예의 비례대로는 아니다. 통상, 각각의 층(416,418)은 광학 스택 두께의 5%보다 큰 두께를 갖는 것이 바람직하다. 사용되는 재료량을 불필요하게 증가시키지 않으면서 인열 저항을 제공하기 위해서는 층(416,418) 각각은 광학 스택 두께의 5% 내지 60% 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 그러므로, 광학 스택이 600개 층을 갖는 경우, 바람직한 실시태양에서의 각 인열 방지층(416,418)의 두께는 스택의 층 30개 내지 360와 같은 것이다. 보다 바람직한 실시태양에서, 각각의 인열 방지층(416,418)은 광학 스택 두께의 30% 내지 50% 범위의 두께를 갖는다.

특히 바람직한 실시태양에서, 인열 방지 외부층은 교대하는 층들(412,414)에 사용된 것과 동일한 물질 중 하나가 될 수 있다. 특히, PEN과 coPEN의 교대하는 층들을 포함하는 반사형 편광자에서, coPEN으로 된 인열 방지 외부층을 제조 공정 중에 공압출시킬 수 있음이 밝혀졌다.

실시예 7

반사형 편광자를 형성하기 위해 PEN 층과 coPEN 층이 교대로 나타나는 다층 복합재를 coPEN으로 된 두꺼운 표피층과 공압출시켜 인열 저항성 반사형 편광자를 형성시켰다. 603개 층을 포함하는 공압출된 필름은 연속 플랫 필름 압출기상에서 제조되었다. 0.47dl/g의 고유 점도(60wt.% 페놀 + 40wt.% 디클로로벤젠)를 갖는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)는 시간당 86파운드 비율로 한 압출기에 의해 공급하였고 coPEN은 시간당 78파운드 비율로 또다른 압출기에 의해 공급하였다. coPEN은 70 몰% 2,6 나프탈렌 디카르복실레이트 메틸 에스테르와, 30% 디메틸 테레프탈레이트의 에틸렌 글리콜과의 공중합체였다. 피드블럭에서 151층을 압출시켰다. 피드블럭은 가장 얇은 층에서 가장 두꺼운 층까지의 두께 비율이 1.22인, 상단에서 하단으로 가면서 두께 구배를 갖는 필름의 스택을 생성하도록 설계되었다. 이 광학 스택은 2개의 후속 층수 증가기를 써서 층수를 배가시켰다. 층수 증가기의 공칭 배율은 각각 1.2 및 1.27이었다. 최종 층수 증가기와 다이 사이에서 상술한 바와 같이 coPEN으로 이루어진 층을 부가하였다. 이들 층은 제3 압출기에 의해 시간당 187 파운드의 총비율로 충전되어 공급하였다. 추가의 coPEN 외부층을 가진 필름을 약 40초만에 320℉로 예열하고 약 20%/초의 초기 속도로 대략 6의 연신비까지 횡방향 연신시켰다. 완성된 필름은 약 50㎛ 두께의 하나의 내부 다층 광학 스택과 각각 약 25㎛ 두께의 2개의 외부층(필름의 각 측면에 하나씩)을 포함하여 대략 100㎛의 두께를 가졌다. 표피가 없는 경우에 비하여 인열 저항이 향상되어 강인한 반사형 편광자의 권취롤을 만들 수 있었다. 구체적으로, 상기 실시예에 따라 제조된 필름 및 coPEN 표피층이 없다는 것을 제외하고는 비슷한 조건하에서 제조된 필름에 대해 ASTM D-1938에 의거 주된 연신 방향을 따라 트라우저 인열 테스트를 이용하여 인열 저항을 측정했다. 평균 필름 두께는 각각 100㎛와 48㎛였다. 평균 인열력은 4.44와 0.57 g중의 표준 편차로, 각각 60.2와 2.9 g중 이었다. coPEN 표피층을 분석한 결과 633㎚에서 1.63, 1.62 및 1.61의 굴절율을 갖는 낮은 배향성을 보였다. 양호한 층간 접착은 상기 구조물을 깨끗이 분리하기 어렵다는 것에 의해 증명되었다. 추가 비교를 위해 3.8㎛ 두께의 PEN으로 된 외부 층들을 가진 48㎛의 광학 스택을 시험한 결과, 1.07의 표준 편차로 2.8 g의 평균 인열력을 갖는 것으로 밝혀졌다.

필름의 외양 및/또는 성능은 하나 또는 그 이상의 선택된 스펙트럼 영역에서 빛을 흡수하는 염료 또는 안료를 가진 표피층을 구비함으로써 변경시킬 수 있다. 여기에는, 자외선 및 적외선 뿐만 아니라, 가시광선 스펙트럼의 일부 또는 전체가 포함될 수 있다. 물론, 전체 가시광선 스펙트럼이 흡수되는 경우, 상기 층은 불투명할 것이다. 이러한 것들은 필름에 의해 투과되거나 반사되는 광의 드러나는 색을변화시키기 위해 선택될 수 있다. 또한, 필름의 속성을 보완하기 위해 특히, 필름이 일부 주파수는 투과시키고 다른 일부는 반사하는 경우에 사용될 수 있다. 커버층에 UV 흡수성 물질을 사용하는 것은 UV 방사선에 노출될 때 불안정해질 수 있는 내부층을 보호하는데 사용될 수 있기 때문에 특히 바람직하다. 그러므로, 도 9는 전자기파 흡수 물질 함유층을 나타내는 층(316)을 갖는 필름을 예시하고 있다.

상술된 전자기파 흡수 물질과 마찬가지로, 형광 물질이 도 9의 층(316) 또는 도 10의 층(416,418)중 하나 또는 양쪽 층에 배합될 수 있을 것이다. 형광 물질은 스펙트럼의 자외선 영역의 전자기 에너지를 흡수하여 가시광선 범위로 재방사한다. 바람직한 형광 물질로는 힌더드 아민 광 안정화제(HALS)가 있으며, 보다 상세하게는 그 개시내용을 본 명세서에 참조로써 포함시키기로 하는, 1994년 11월 28일에 출원된 미국 특허 출원 제08/345,608호에 설명되었다.

감압 접착제는 도 9의 층(316) 또는 도 10의 층(416 또는 418) 중 하나로서 다층 스택에 부가될 수 있는 또다른 물질류를 형성한다. 통상적으로, 광학 스택은 유리 또는 금속 기판과 같은 또다른 물질에 추후에 적층하고자 하는 경우, 감압 접착제를 부가할 수 있다.

층(316) 또는 층(416 또는 418) 중 하나와 같은 표피층에 도입될 수 있는 또다른 물질로는 슬립제(slip agent)가 있다. 슬립제는 제조 공정 중에 필름의 취급을 용이하게 한다. 슬립제는 통상적으로, 필름에 부딪히는 광의 일부를 투과시키도록 설계된 필름보다는 반사경 필름과 함께 사용된다. 슬립제를 포함하는 측면은 슬립제가 반사에 수반되는 헤이즈를 증가시키는 것을 방지하기 위해, 대개 지지 기판에 적층될 것으로 예정된 측면이 될 것이다.

사용할 수 있는 추가적 층의 또다른 형태는 보호층이다. 이러한 층은 마모 저항성이거나 또는 풍화 및/또는 화학 작용에 저항성일 수 있다. 이러한 코팅은 다층 필름이 가혹한 환경 또는 부식성 환경에 노출되는 상황에서 특히 유용할 것이다. 마모 저항성 또는 경질 코팅은 Rohm & Haas사로부터 입수할 수 있는 Acryloid A-11 및 Paraloid K-120N과 같은 아크릴계 하드코트와; 미국 특허 제4,249,011호에 개시되고 Sartomer Corp사로부터 입수할 수 있는 것과 같은 우레탄 아크릴레이트와; Miles, Inc.사로부터 입수할 수 있는 Desmodur N-3300과 같은 지방족 폴리이소시아네이트를 Union Carbbide사로부터 입수할 수 있는 Tone Polyol 0305와 같은 폴리에스테르와 반응시켜서 얻어지는 것과 같은 우레탄 하드코트가 될 수 있다. 또한, 이러한 층들은 산소나 이산화탄소 또는 수증기와 같은 기체의 필름 투과에 대해 보호를 제공할 수 있을 것이다. 이 경우에도, 이 층은 도 9에 도시된 바와 같은 단일층이나 도 10에 도시된 바와 같은 양면상의 층들이 될 수 있다.

부가될 수 있는 다른 층으로는 홀로그래픽 이미지, 홀로그래픽 확산자, 또는 다른 확산층을 함유하는 층이 있다. 이러한 층들은 경질 중합체 또는 접착제로 될 수 있다.

도 11은 보호층(516,518,520)이 갖추어진, 교대로 오는 층들(512,514)을 가진 또다른 다층 필름(500)을 나타낸다. 이와 같이, 다층 광학 스택의 단일 주표면에 인접하여 다수의 추가층이 제공될 수 있다. 도 11에 도시된 형태의 구조가 사용되는 한 예는, 상술된 바와 같이 보호층(516,518)이 인열 방지 구조이고 층(520)은 마모 저항성인 경우가 될 것이다.

지금까지 특성을 변경시키기 위해 다층 스택의 외부에 가해질 수 있는 다양한 코팅이 예시되었다. 통상적으로, 스택 자체에 있는 특성과는 다른 기계적, 화학적 또는 광학적 특성을 갖는 갖게 될 임의의 추가층을 부가할 수 있을 것이다.

Claims

0.5㎛ 이하의 평균 두께를 갖는 반결정질 중합체층 및 0.5㎛ 이하의 평균 두께를 갖는 제2 중합체층을 포함하는 광학 스택을 포함하는 다층 필름이며,

상기 광학 스택은 적어도 한 방향으로는 그 방향의 비연신 치수에 비해 2배이상 신장되고, 상기 광학 스택은 제1 및 제2 주표면을 가지며, 상기 중합체층들 각각은 상기 중합체층의 면에서 n_x와 n_y, 그리고 상기 층의 면에 수직으로 n_z의 굴절율을 가지며, 상기 굴절율 모두는 원하는 광학 특성을 제공하도록 선택되며, 상기 필름은 상기 제1 주표면에 부착된 제1 추가층을 더 포함하고, 상기 제1 추가층은 상기 광학 스택의 중합체층들의 기계적, 화학적 또는 광학적 특성과는 다른 기계적, 화학적 또는 광학적 특성때문에 선택된 물질로 된 것인 다층 필름.
제1항에 있어서, 상기 제2 주표면에 부착되는 제2 추가층을 더 포함하는 것인 다층 필름.
제1 및 제2 중합체층을 갖는 다층 광학필름이며, 상기 제1 및 제2 중합체는 조성이 상이하고, 상기 중합체층 각각은 0.5㎛ 이하의 두께를 갖고, 상기 제1 중합체층은 이 제1 중합체층의 면에서 n_1x와 n_1y, 및 상기 제1 중합체층의 상기 면에 수직으로 n_1z의 굴절율을 가지며, 상기 제2 중합체층은 이 제2 중합체층의 면에서 n_2x와 n_2y, 그리고 상기 제2 중합체층의 상기 면에 수직으로 n_2z의 굴절율을 가지며, 상기 굴절율 모두는 원하는 광학 특성을 제공하도록 선택되며, 광학 스택은 제1 및 제2 주표면을 갖고, 상기 제1 주표면에는 상기 광학 스택의 상기 층들의 기계적, 화학적 또는 광학적 특성과는 다른 기계적, 화학적 또는 광학적 특성때문에 선택된 층이 부착되어 있는 것인 다층 광학필름.
0.5㎛ 이하의 평균 두께를 갖는 반결정질 중합체층 및 0.5㎛ 이하의 평균 두께를 갖는 제2 중합체층을 포함하는 광학 스택을 포함하는 다층 필름이며, 여기서 상기 광학 스택은 적어도 한 방향으로는 그 방향의 비신장 치수에 비해 2배이상 신장되고, 상기 광학 스택은 제1 및 제2 주표면을 가지며, 상기 중합체층들 각각은 상기 중합체층의 면에서 n_x와 n_y, 그리고 상기 층의 면에 수직으로 n_z의 굴절율을 가지며, 상기 굴절율 모두는 원하는 광학 특성을 제공하도록 선택되며, 상기 필름은 상기 제1 주표면에 부착된 제1 추가층을 더 포함하고, 상기 추가층이 감압성 접착제로 된 것인 다층 필름.
제3항에 있어서, 상기 기계적, 화학적 또는 광학적 특성때문에 선택된 제1층이 인열방지층이고, 상기 제2 주표면에는 제2 인열방지층이 부착된 것인 다층 광학필름.
제5항에 있어서, 상기 인열방지층 각각이 상기 광학 스택 두께의 5% 보다 큰 두께를 갖는 것인 다층광학필름.
제6항에 있어서, 상기 인열방지층 각각이 상기 광학 스택 두께의 5% 내지 60% 범위의 두께를 갖는 것인 다층광학필름.
제7항에 있어서, 상기 인열방지층 각각이 상기 광학 스택 두께의 30% 내지 50% 범위의 두께를 갖는 것인 다층광학필름.
제8항에 있어서, 상기 제1중합체가 폴리에틸렌 나프탈레이트이고, 상기 제2 중합체가 나프탈레이트와 테레프탈레이트 단위를 포함하는 공중합체인 다층 광학스택.
제3항에 있어서, 상기 제1 중합체가 양(+)의 응력 계수를 갖는 것인 다층 광학스택.
제1항에 있어서, 상기 제1 추가층이 슬립제를 포함하는 것인 다층필름.
제1항에 있어서, 상기 제1 추가층이 전자기 흡수재를 포함하는 것인 다층필름.
제12항에 있어서, 상기 전자기 흡수재가 자외선을 흡수하는 것인 다층필름.
제1항에 있어서, 상기 제1 추가층이 홀로그라픽 이미지를 포함하는 것인 다층필름.
제11항에 있어서, 상기 제1 추가층이 홀로그라픽 확산자를 포함하는 것인 다층필름.