KR100571738B1 - 얇은 광학층을 갖는 다중층 광학 필름을 제조하는 방법 - Google Patents

얇은 광학층을 갖는 다중층 광학 필름을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

캐스팅휠에 가깝게 광학층을 주조함으로서 가장 얇은 광학층의 광학적 흡광도의 저하를 회피시키는 다중층 광학 필름을 제조하는 방법을 제공한다.

Description

얇은 광학층을 갖는 다중층 광학 필름을 제조하는 방법 {METHOD FOR MAKING MULTILAYER OPTICAL FILMS HAVING THIN OPTICAL LAYERS}
본 발명은 일반적으로 광학 필름을 제조하는 방법, 보다 구체적으로 다중층 광학 필름을 제조할 때, 층간(interlayer) 확산 효과를 조절하는 방법에 관한 것이다.
최근 몇 해동안 다중층 광학 필름은 흥미 있는 성질의 광범위한 다양성을 보유하며 발전해 왔다. 이런 필름들은 예컨대 미국 특허 제08/359,436호에 기재되어있다. 이 필름의 지속적인 발전과정에서, 제조 과정 중에 이 필름의 다중층 구조의 일체성을 유지하고 각층 사이의 층간 접착성을 증진시키는데 특별한 주의가 기울여져 왔다. 다중층 광학 필름에서 공압출된 층사이의 우수한 층간 접착성은 공정후와 최종 사용동안 탈적층의 가능성을 감소시키는데 바람직하다. 이러한 측면들은 필름의 광학적 및 기계적 성질에 중요하다.
층간 접착성과 층 일체성에 영향을 미치는 물질 또는 층의 성질은 물질 상호간의 상대적 친화성(용해도 파라미터, 상호작용 파라미터, 계면 장력과 같은 양으로 특정됨), 화학 반응에 의해 상호작용하는 이 물질들의 능력, 층간 경계면의 조도(roughness)(예를 들어, 경계면 영역에서 국소적 농도 변동과 이 영역 평면도 둘 다), 경계면 영역을 교차하는 물질의 평균 농도 프로필의 폭, 물질의 분자량 분배 및 평균(또는 고유) 점도, 용융 점도, 표준 강도, 물질의 소위 "꼬임(entanglement)"량 및 물질의 이동성 또는 확산 계수를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 만약 물질이 경계면을 교차하여 화학적으로 반응한다면, 층간 접착력은 공중합체의 형성을 포함하여 교차결합의 형성 또는 공유 결합의 다른 형태에 의해 증진될 수 있다.
또한 화학 반응 없이 층간 접착성은 나아질 수 있고, 층 일체성은 감소할 수 있다. 인접층 물질사이의 상대적 친화도가 높아질수록 층간 접착성도 높아진다. 친화도가 충분히 높은 경우, 물질은 혼합되고, 그 다음 상호확산률이 최종 구조를 결정한다. 다중층 구조가 필요한 경우, 인접한 층들에서 혼합 가능한 물질들 사이의 과도한 상호확산은 층 구조를 파괴시킬 수 있으며, 따라서 제한될 필요가 있다. 분자량이 크면 상호확산을 감소시킬 수 있으며, 또한 궁극적인 혼화성을 제한할 수 있다.
만약 인접 층들의 친화성이 혼합되기에 불충분하다면, 경계면 영역은 하나의 물질의 농도가 거의 그 순수 값 내지 거의 0의 범위에서 달라지면서 전개될 수 있다. 물질들이 전혀혼합되지 않는 경우는 거의 없으므로, 원래 층에서의 물질의 농도은 그의 원래 값보다 다소 작고, 원래 다른 층에서의 물질의 농도은 0보다 다소 큰 것 같다. 부분적 혼화성의 경우에, 처음에는 순수한 물질 층이 원물질의 대부분을 보유하나 또한 인접층으로부터의 물질의 실질적인 부분을 포함하는 열역학적인 상(相)으로 진행되는 경향이 있다. 부분적 혼화성은 본래의 또는 중합 물질에 첨가 된 저분자량 부분의 결과이다. 친화성이 증가할수록 경계면 영역의 유효 넓이는 증가하고, 층의 최종적 순도는 감소한다. 층의 순도를 변경함으로써 후속 공정(인장하에서 배치과 결정화) 하에서 그들의 행동을 달라지게 하여, 최종 필름의 광학적 및 기계적 성질을 변경시킬 수 있다.
경계면 프로필의 넓이도 층간 접착성을 증진시킬 수 있다. 예컨대 더욱 넓은 경계면은 보다 효과적으로 파열에너지를 약화시켜, 증가된 강도를 상승시킬 수 있다. 또한, 웰드(weld) 강도는 층들 사이의 내부-꼬임 정도와 비례적으로 관계를 갖는다. 꼬임 분자량의 중합 코일의 나선 반경에 대해 경계면 폭이 감소 할수록, 웰드 강도는 감소할 것으로 예상된다. 만약 경계면 영역이 분자 코일의 크기와 비해 충분히 넓다면, 층 사이의 최종적 내부-꼬임 즉 층간 접착성은 물질의 평균 분자량의 증가에 의해 증가될 수 있다. 그러나 분자량의 증가는 상호확산을 지연시키고, 평형의 확립을 방지할수 있다. 최종적으로 경계면 프로필은 이 층간 영역을 통하여 광학적 및 기계적 성질에 있어서의 변화율을 필수적으로 확립하는데, 이에 따라 전체적으로 구조의 성질을 바꾼다. 경계면 영역 넓이가 층의 두께에 근접할수록 층의 일체성은 필름 성질에서의 심각한 효과를 가지며 악화된다. 따라서 이 층간 성질에 영향을 미치는 공정 조건과 디자인의 고려사항도 관련되어 있다는 것이 명백하다.
온도와 체류시간은 층 사이의 상호확산과 화학반응(가능하면) 둘다에 영향을 미침으로서, 경계면 영역을 교차하는 물질의 평균 농도 프로필의 폭에 크게 영향을 미칠 수 있다. 초기에, 피드블럭에서, 결과적으로 이 피드블럭안의 접착부, 또는 하류에서 각각의 층을 접촉시킬 수 있다. 더욱 높은 온도는 원위치에서 경계면 영 역을 설정하는 상호 접착과 확산을 증가시킬 수 있다. 물질이 반응하지 않으며 혼합될 수 없으면, 어떤 평균 경계면 영역 폭을 가진 평형 평균 농도 프로필이 존재한다.
이동성이 정해진 주어진 물질에 있어서, 공정 온도와 체류 시간은 계면 영역이 캐스팅휠에서 웨브 담금질 전에 평형상태에 얼마나 가깝게 도달할 수 있는지를 결정한다. 물질이 반응할 수 있는 경우, 화학반응의 주어진 레벨에서 준-평형 상태가 존재할 것이다. 반응이 진행함에 따라 이 평형은 더욱 넓은 평형 프로필로 이동할 수 있다. 후자의 경우는 한정되는 것은 아니지만, PEN:coPEN 시스템과 다른 폴리에스테르를 포함하는데, 이때 에스테르 교환 반응은 경계면 영역내의 원 위치에서 두개의 출발 물질의 공중합체를 생성할 수 있다. 층 조성과 층 일체성 사이에서 실제 최종 계면 프로필은 확산과 화학 반응을 결합시킨 결과이다. 이제부터는 "상호확산"은 두개의 결합된 공정을 의미한다. 상호확산의 결과로서의 경계면 프로필은 특징적인 물질 층 사이의 예리한 경계로부터 임의의 중간 단계를 거쳐서 상평형에서의 층 사이의 프로필까지 포함하여 달라질 수 있다. 광학적 성능에 필요한 층간 접착성과 층 일체성은 종종 질적인 면에서 상호확산도와 반대로 행동하기 때문에, 공정은 가끔 어떤 중간 경계면 프로필에서 최적화될 수 있다.
공정 효과의 또 다른 예에서 용융 과정 온도(melt train temperatures)와 건조 조건은 물질의 분자량 분배에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 온도와 전단율은 성분층 점도에 영향을 미치는 한편, 유동 안정성과 층간 표면 조도에 영향을 미칠 수 있다. 어떤 경우에는 상대적으로 유동 불안정성이 낮은 수준의완만한 다중층 스택(stack)의 구조를 파괴하지 않으면서 층간 접착성을 상당히 증진시킬 수 있다. 최종적으로 공정 디자인의 고려사항도 또한 중요할 수 있다. 예컨대 층은 피드블럭내에서 압착된 후 금형내에서 다시 압착된다. 피드블럭에서 형성된 층간 프로필은 금형에서 압착될 수 있는데, 평형 계면 폭을 다시 얻기 위해 추가로 상호확산이 필요하다. 용융과정의 여러 부분을 통하여 체류 시간을 제어함으로서 상호확산도를 제어할 수 있다.
다중층화된 광학 필름의 유효 굴절률차(index differential)는 종종 상응하는 모놀리드 필름(monolithic films)으로부터 예상된 값과 다소 다르게 관찰된다. 이러한 차이는 얇은 광학층(즉, 스펙트럼의 청색 영역으로 맞춰지는 그런 층 또는 고의적으로 스펙트럼의 다른 영역에 대해 파동 두께의 1/4 이하로 만들어진 층)에서 가장 분명하다. 이 현상은 때때로 최소한 부분적으로라도 층간 확산에 기여한다. 설명으로서, 도1에서 보여지는 바와 같이, 6:1 비율로까지 신장된 PEN과 coPEN의 모놀리드 필름에 대한 550nm에서의 굴절률차는 약 0.25이다. 그러나, PEN/coPEN 다중층 필름의 여러 개의 1/4 파동 광학 스택 샘플의 측정된 반사율로부터, 실제 얇은 광학층의 유효 굴절률차는 약간 더작은 일반적으로 약 0.20으로, 0.05 만큼 낮게 관찰되었다. 유효 굴절률차에서의 변화는 필름의 광학적 성질에 불리한 영향을 미치며, 이런 물질로 만들어진 반사 편광기와 다른 광학 필름은 종종 그들의 이론적 성능의 일부분만을 달성하는 결과를 낳는다.
여러 참고문헌에 얇은 광학층을 갖는 필름 또는 그런 필름의 제조 방법이 기재되어 있다. 대표적인 예로는 미국 특허 제3,711,176호(Alfrey, Jr. 등), 제3,773,882호(Schrenk 등), 제3,884,606호(Schrenk), 제5,126,880호(Wheatley 등), 제5,217,794호(Schrenk), 제5,233,465호(Wheatly 등), 제5,269,995호(Ramana than 등), 제5,316,703호(Schrenk), 제5,389,324호(Lewis 등), 제5,448,404호 (Schrenk 등), 제5,540,978호(Schrenk), 및 제5,568,316(Schrenk 등)이 포함한다. 그러나 최근까지 유효 굴절률차에 있어서 변화를 일으키는 조건은 거의 이해되어지지 않았으며, 특히 얇은 광학층을 갖는 필름에서 그런 변화를 조절하기 위해 당업계에 어떠한 방법도 제공되지 않았다. 따라서 그러 발명을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
발명의 개요
본 발명의 한 측면은 얇은 층의 광학적 성질의 저하를 회피하거나 최소화시키면서, 광학층을 갖는 다중층 광학 필름을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 이 방법에 따르면 필름은 가장 얇은 층이 캐스팅휠 또는 다른 캐스팅 표면의 약 400마이크론이내에 존재하도록 하는 방식으로 다중층 수지 스트림으로부터 주조된다. 놀랍게도 이 방법에 의해 제조된 필름은 예컨대 필름의 대기면대 캐스팅휠면의 냉각 시간에 있어서의 차이가 단지 수초의 차수에 불과하다는 사실에도 불구하고 대기면상에서 얇은 층을 주조함으로서 제조된 필름과 비교하여, 얇은 광학층에서 현저하게 적은 층 저하를 나타낸다. 일반적으로 본 발명의 목적을 위한 최대로 관심이 되는 층은 약 10마이크론 이하의 두께를 갖는 것이다. 그러나 특정한 적용에서, 최대로 관심이 되는 얇은 층은 2 또는 1마이크론이하의 두께일 수 있으며, 결과물인 광 학 필름은 스펙트럼의 청색 부분에서 하나 이상의 빛의 편광을 반사할 필요가 있는 경우의 적용에 있어서는, 두께는 0.5 마이크론 이하일 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 다수의 층을 포함하고 제1주표면과 제2주표면을 갖는 수지 스트림내로 제1수지와 제2수지를 압출시켜 다중층 광학 필름을 제조하는데, 이때 다수 층의 적어도 일부는 제1수지를 포함하고, 다수 층의 적어도 일부는 제2수지를 포함한다. 수지 스트림은 k마이크론 이하의 층 두께를 갖고, 제1표면의 400마이크론 이내에 배치된 층의 수가 k마이크론 이하의 층 두께를 갖고 제2표면의 400마이크론 이내에 배치된 층의 수보다 큰 방식으로 압출된다. 수지 스트림은 캐스팅휠이나 다른 캐스팅 표면에 대응하여 주조되어, 제1주표면은 캐스팅 표면과 접촉된다. 제1과 제2 주표면 둘다 400마이크론 이내로 배치된 얇은 층을 상당수 보유하는 것이 바람직한 경우에, 수지 스트림은 마주보는 캐스팅 표면(예컨대 마주보는 캐스팅휠)사이에서 주조될 수 있으므로, 제1주표면과 제2주표면은 둘다 캐스팅 표면과 접촉된다. 본 발명에 따르는 다양한 특정 구체예에서, k는 10, 2, 1, 또는 0.5 의 값을 갖는데, 관련된 층 배열과, 캐스트 웨브가 연속적으로 신장되는 정도에 부분적으로 좌우된다.
발명의 또다른 구체예에서, 다수 층을 가지며 제1주표면과 제2주표면을 갖는 수지 스트림내로 제1수지와 제2수지를 압출시킴으로서 다중층 광학 필름의 제조 방법을 제공한다. 수지 스트림에서 다수 층의 적어도 일부는 제1수지를 포함하고, 수지 스트림에서 다수 층의 적어도 일부는 제2수지를 포함한다. 수지 스트림은 하나 이상의 구성요소를 가지며 k 마이크론이하의 층 두께를 갖는 층으로 구성되고, 제1 주표면의 400마이크론 이내에 배치된 층으로 구성된 제1세트가 k 마이크론 이하의 층 두께를 갖고, 제2주표면의 400마이크론 이내에 배치된 층으로 구성된 제2세트와 적어도 같은 수의 구성요소를 보유하는 방식과, 제1세트의 중간 층 두께가 제2세트의 중간 층 두께보다 두껍지 않은 방식으로 압출된다. 따라서 수지 스트림은 제1주표면이 캐스팅휠이나 다른 캐스팅 표면에 대해 배치되는 방식으로 캐스팅휠 또는 다른 캐스팅 표면에 대해 주조된다. 또한, k는 10, 2, 1 또는 0.5 의 값을 가질 수 있다.
본 발명의 또다른 측면은 실질적으로 모든 층이 k마이크론이하, 즉, k<10(예를 들어, k=10, 2, 1 또는 0.5)]의 층 두께를 가지며 수지 스트림의 제1표면의 400마이크론 이내에 배치되는 다중층 수지 스트림을 제공한다. 이와 같은 수지 스트림은 캐스팅휠 또는 다른 표면에 대해 제1표면을 주조함으로서 가장 얇은 층의 저하를 편리하게 조절하거나 제거할 수 있는 광학 필름을 제조하는데 사용될 수 있다는 점에서 바람직하다. 관련된 구체예에서, 모든 얇은 광학층이 수지 스트림의 한 표면의 400마이크론 이내에 배치되는 수지 스트림을 제공한다. 또한 이런 수지 스트림은 마주보는 캐스팅 표면에 대해 양 표면을 주조함으로서 가장 얇은 층의 저하를 편리하게 조절하거나 제거할 수 있는 광학 필름을 제조하는데 사용될 수 있다는 점에서 바람직하다.
도1은 PEN과 coPEN 단층의 굴절률 특징을 나타내는 그래프이다.
도2는 PEN/coPEN 다중층 필름에서 상호확산의 효과를 나타내는 광학 스펙트 럼이다.
도3은 PEN/coPEN 다중층 필름에서 상호확산의 효과를 나타내는 광학 스펙트럼이다.
도4는 PEN/coPEN 다중층 필름에서 상호확산의 효과를 나타내는 광학 스펙트럼이다.
도5는 PEN/coPEN 다중층 필름에서 상호확산의 효과를 나타내는 광학 스펙트럼이다.
도6은 PEN/coPEN 다중층 필름에서 상호확산의 효과를 나타내는 광학 스펙트럼이다.
도7은 PEN/coPEN 다중층 필름에서 상호확산의 효과를 나타내는 광학 스펙트럼이다.
도8은 본 발명의 PEN/coPEN 다중층 필름의 층 구성의 도식이다.
바람직한 구체예의 상세한 설명
본 발명의 방법에 따르면, 이 층들을 캐스팅휠(400마이크론 이내)에 가깝게 주조함으로서 가시광선 스펙트럼의 청색 영역으로 맞춰진 얇은 광학층을 갖는 다중층 광학필름을 제조한다. 이런 방식으로 필름을 제조함으로서, 특히 얇은 광학층에서 현저한 층 일체성의 저하를 피할 수 있다.
본 발명의 방법에 따라 다중층 광학 필름을 제조하는데 다양한 물질을 사용할 수 있다. 그러나 PEN은 편광면이 신장 방향에 평행한 경우 550nm 파장의 편광된 순간적인 빛의 굴절률이 약 1.64내지 약 1.9 높이까지 증가함과 동시에, 신장 후의 높은 양성 광탄성 계수(high positive stress optical coefficient)와 영구적인 복굴절성으로 인해 바람직한 물질이며, 5:1의 신장률에 대한 PEN과 70-나프탈레이트/30-테레프탈레이트 공중합체(coPEN)에 의해 나타난 평면상의 다른 축과 관련된 굴절률의 차이는 도1에 예시되어 있다. 도1에서 아래 커브상의 데이터는 횡축에서의 PEN과 coPEN의 굴절률을 나타내며, 반면에 위의 커브는 신장방향에서의 PEN의 굴절률을 나타낸다. PEN은 가시광선 스펙트럼에서 0.25 내지 0.40 의 굴절률 차이를 보인다. 복굴절성(굴절률의 차이)는 분자의 배열(orientation)을 증가시킴으로서 증가시킬 수 있다. 특히 PEN이 복굴절 층을 위한 바람직한 중합체로서 전술되었음에도 불구하고, 다른 결정질 나프탈렌 디카르복실 폴리에스테르 뿐만 아니라 폴리부틸렌 나프탈레이트 또한 적합한 물질이다. 결정성 나프탈렌 디카르복실 폴리에스테르는 0.05이상, 바람직하게는 0.20 이상의 평면상의 다른축과 관련된 반사율에서 차이를 나타내야 한다.
PEN/coPEN 다중층의 이 감소된 유효 굴절률차에 기여하는 것같은 하나의 요소는 층 사이의 밀도/조성적 구배를 보이는 TEM 사진에 의해 증명되어지는 바와 같이 두 물질의 상호확산이다. 이 효과는 피드블럭은 더욱 두꺼운 층이 캐스팅휠에 대해 압출되는 것과 같이 배치되는 실험에 의해 더욱 자세히 시험되었다. 금형으로부터의 압출물을 냉각하고 다루는 수많은 방법이 있지만, 본원에서 언급된 캐스팅휠은 항상 제1온도로 조절된 로울러 또는 압출물과 접촉하는 표면을 말한다. 더 얇은("청색")층은 캐스팅휠에 대해 압출되고, 더 두꺼운("적색") 층은 대기면상에서 압출되어야 한다. 캐스팅휠에 가까운 층은 더 빨리 냉각되고 감소된 상호작용을 나 타내야 한다. 대기 중으로의 열 전달은 매우 느리며, 대기면상의 층은 캐스팅휠에 의해 현저히 냉각된다.
실시예 6에 나타난 바와 같이 더욱 두꺼운 층의 광학적 성질까지도 상호확산에 의해 영향을 받을 수 있다. 어떤 적용에서는 이것이 바람직하지 않을 수 있다. 이런 경우에, 제2냉각롤[예컨대, 냉각된 닙(nip) 롤]은 다른 "대기" 면으로 적용되어, 필름 양면으로부터의 냉각에 영향을 미칠 수 있다. 이런 설정은 얇은 광학층이 압출된 웨브 각 표면의 약 400마이크론 이내에 배치될 때 특히 바람직하다.
대기면상의 층에서, 그냉각률은 존재하는 임의의 PBLs[방어적 경계층(Protective Boundary Layers)], 표피층, 및 광학층의 전체 두께에 크게 좌우된다. 두꺼운 PBLs로, 더 얇은 층을 청색광과 녹색광으로 맞추고, 도2에 나타난 약한 흡광 스펙트럼에 의해 입증되는 바와 같이 광학적 성능에서 심각한 저하를 나타내는 대기면상에서 주조했다. 더 얇은 PBLs로, 청색에서의 흡광은 도3에 나타난 것처럼 더욱 강하나, 도4에 나타난 바와같이 더 얇은 층이 휠을 향해 주조되는 경우만큼 좋지는 않다. 이런 결과는 놀라운 것이며, 필름의 대기면과 캐스팅휠면의 냉각 시간의 차이는 수초의 차수에 불과하다는 것을 보여준다. 필름은 각각의 경우에 동일한 길이의 시간 동안 캐스팅휠상에 존재한다. 확산이 그차이의 근본 원인으로 제시되지만, 이론에 구애받지 않기를 바라며, 캐스팅휠상의 다른 냉각 시간은 제시된 다른 경우에 대해 다른 정도로 결정질의 핵생성을 허용할 수 있다.
"유효 굴절률차"라는 용어는 흡광 피크의 크기가 스택를 통한 굴절률 프로필에 의해 결정되지, 광학 스택에서의 피크대 피크의 지수차에 의해 결정되는 것이 아니기 때문에 상기에서 사용된다. 결정화 유도된 변형력(strain)의 복잡한 세부사항은, 예컨대 PEN을 주성분으로 하는 층이 높은 반사율을 나타내도록 유도되는 것과 같이, 인접 층의 상호 확산된 성분에 대해 굴절률에 있어 매우 비선형적인 변화의 결과를 낳을 수 있다. 예컨대 층간 확산으로부터 형성된 coPEN에서의 PEN의 더 높은 농도는 coPEN으로하여금 신장시 결정화를 유도하는 변형력을 받게할 수 있다. PEN이 있으므로, 이는 굴절률에서 큰 증가를 일으킨다. 반대로 PEN내로 확산되는 coPEN의 성분은 개시와 변형-유도된 결정화의 후속 진행을 바꿀 수 있는데, 예컨대 주어진 온도에서 필요한 인장비를 증가시키거나 또는 주어진 인장비에서 필요한 온도를 감소시켜 목적하는 수준의 결정도를 얻을 수 있다. 따라서, PEN에 대해 예상된 더 높은 신장 온도에서, 상호 확산 물질로 오염된 PEN층의 이런 부분은 층 경계면으로부터 더 멀리 떨어져 있는 동일한 PEN층의 다른 부분보다 매우 낮은 굴절률을 갖는다. 따라서 변형-유도된 결정화 공정은 등방성 또는 약하게 방향성을 갖는 혼합가능한 중합체 다중층 시스템과 매우 다른 광학적 결과를 제공한다. 이런 등방성 시스템은 여러 연구자에 의해 설명되어져 왔다. M.A.Barger 및 R.Ramanathan, Annual Technical Conference, Soc. of Plastic Engineers, 53rd conf., Vol.2, 1699-1704 (1995); 및 G. Pllock 등, J. of Appl. Polymer Science, Vol.52, 163-176 (1994) 참조. 상기 참고 문헌들은 대칭형 구형파 굴절률 프로필에 의해 야기되는 더 높은 홀수 차수의 흡광 피크를 제거하기 위한 방법으로서 확산을 탐구했다. 단순한 1/4 파동 스택에서, 굴절률 프로필은 대칭형 구형파이다. 그런 스택은 임의의 굴절률 프로필의 최고 반사율을 가지며, 또한 3번째 5번째, 7번째와 같이 홀수 차수만큼 높은 피크만을 제공한다. 주름이 잡힌 필터는 사인곡선적 굴절률 프로필로 만들어지는 것이며, 더 높은 차수의 피크는 없다. 두 물질의 상호확산은 원형의 구형파 프로필을 제공할 수 있다. 본원에서 제시된 실시예는 관련된 변형-유도된 결정화에서, 상호확산은 대칭형 구형파 굴절률 프로필을 갖도록 압출된 스택을 갖는 중요한 더 높은 짝수 차수의 피크를 형성할 수 있다. 제2차 피크와 같은 짝수의 피크는 대칭형 굴절률 파동 프로필을 가리킨다.
PEN/coPEN과 같은 결정질/비결정질 다중층 스택에서, 하나의 물질을 결정화하고 배열함으로서 고굴절률을 형성할 수 있는데, 상호확산은 비대칭 스택를 만들면서, 결정질/비결정질 경계면의 위치를 바꿀 수 있다. 다시말해서, 결정질 층 두께는 비결정질층을 희생시켜서, 또는 그 반대로 성장할 수 있다. 전체적인 광학쌍의 두께는 실질적으로 변화되지 않지만, 낮은 굴절률 층 두께에 대한 높은 굴절률 층 두께의 비율은 현저하게 변할 수 있다. coPEN의 주요 성분이 PEN이고 따라서 PEN을 부분적으로 coPEN중에 혼합시키거나 또는 반대로 혼합시킬 수 있기 때문에 이 독특한 광학 구조가 존재한다. 따라서 각 물질의 광학층 1/4 파동 두께를 갖도록 압출된 PEN/coPEN 스택에서 확산/반응/신장 공정은 이 대칭을 바꿀 수 있고 비대칭 광학스택과 제2차 반사 피크를 출현시킨다. 실시예는 도5와 도6에 의해 설명되어지며, 빠른 급냉 샘플에서는 제2차 피크가 보이지 않고, 좀더 서서히 냉각된 샘플에 대해서는 현저한 제2차 피크를 나타낸다. 더 높은 차수의 피크도 조정될 수 있을 것이나, PEN 시스템의 400nm 차단(cutoff) 때문에 본원에서 측정될 수는 없다.
고굴절률층과 저굴절률층의 쌍들은 주어진 층의 특정 파장에서, 굴절률 결과값의 합계를 설정하여 특정 파장에 맞춰지며, 특정 파장의 절반으로 주어진 층의 두께를 맞출 수도 있다. 따라서 각각의 개별 층은 대략 그 특정 파장에서의 반사율에 의해 분할되는 특정 파장의 1/4 두께이며, 파동층 쌍의 절반에서 각 층은 거의 동일한 두께라고 생각된다. 더 얇은 층은 상호확산에 보다 민감하기 때문에, 주어진 쌍의 각층에 대해 대체적으로 유사한 층두께를 갖는 것은 제1근사치에 있어서 이런 효과를 최소화한다. 변형-유도된 결정화 층은 이 효과에 보다 민감하기 때문에, 제2물질의 상보적인 낮은 굴절률 층과 관련된 그런 물질에 대해 상대적으로 두꺼운 층을 갖는 것이 어떤 경우에는 바람직할 것이다. 따라서 평균 굴절률이 450nm에서 1.75(예컨대 "청색"층)인 한쌍의 층에 대해, 각층의 최종 층두께는 이 파장에 맞추기 위해 대략 64nm가 되어야 한다. 최종 인장률 6이 주어지는경우, 그런 층의 캐스트 두께는 대략 384nm(즉, 0.384마이크론)가 되어야 한다.
둥근 비대칭 구형파 프로필은 동일한 피크 대 피크 굴절률 차를 갖는 대칭 구형파보다 제1차 피크에 대해 더 낮은 반사률을 생성한다. 임의의 적당한 진폭 프로필(0.3 이하의 피크 대 피크 굴절률차)의 유효성은 굴절률 프로필의 제1의 푸리에 확장 계수(Fourier expansion coefficient)를 계산함으로서 사인 곡선프로필의 효율성과 비교할 수 있다. 사인 곡선에서 이 값은 1.0이다. 대칭 구형파에서 이 값은 4/Pi이다.
적색 말단에서 제1차 피크를 생성하도록 맞춰진 층으로부터 발생되는 제2차 반사 피크(고의적인 것이든 또는 시스템 화학의 인공적인 것이든)는 스펙트럼의 청 색/자외선 말단에서 빛을 반사하도록 매우 얇은 압출된 층을 대신해서 또는 보충하기 위해 사용할 수 있다. 이는 층이 너무나 얇아서 층 그 자체와 필적하는 두께를 가진 물질층 사이의 경계면 영역에 의해 감추어 지는 경우 특히 유용할 수 있다. 적절한 광학 디자인을 이용해서, 실제로 압출하지 않고 청색 또는 자외선에서의 높은 반사율은 그 파장으로 맞춰진 1/4 파동 두께 층을 얻을 수 있다. 제2차 피크의 크기는 두개의 용융 스트림의 압출율에 의해, 또는 비대칭 굴절률 파형을 형성하기 위한 그들의 상호확산의 온도/시간 제어에 의해 조정할 수 있다. 상호 확산은 광학 디자인과 관련된 다른 층에 대한 캐스팅휠로부터의 상대적인 거리를 조절함으로서 광학적 스택를 통해 다양한 정도의 비대칭 굴절률 파형을 형성하는데 사용할 수 있다.
본 발명은 다음의 실시예에 의해 추가로 설명된 것이다.
본원에 나타난 대부분의 실시예는 209개 층 피드블럭과 제1증폭기 앞에 PBLs 가 삽입된, 두개의 필름 층 증폭기를 사용하여 만들어진 샘플을 포함한다. 이런 구조는 209개 광학층의 네개의 "팩킷(packets)"을 형성하며, 이는 증폭된 보호 경계 층에 의해 분리된다. 이 필름 구조는 도8에서 나타나 있다. 각각 209개의 층 팩킷의 광학은 관심있는 팩킷의 한면 또는 양면으로부터 인접한 광학적 팩킷을 기계적으로 제거한 후에 측정할 수 있다. 이것은 주어진 팩킷의 한면상의 상대적으로 두꺼운 PBLs 때문에 관심대상인 광학층에 약간의 손상이 있을 수 있다. 네개의 각각의 팩킷은 팩킷1, 팩킷2 등으로 표시되며, 1은 가장 얇은 광학층의 팩킷을 가리키고, 4는 가장 두꺼운 층을 가리킨다. 증폭기는 본원에서 주어진 모든 실시예에서 팩킷1 내지 4는 단조롭게 증가하는 파장(즉 청색에서 적색)의 범위로 맞춰지도록 배치했다. 팩킷4는 이것이 필름의 휠쪽으로 주조되는지 또는 대기면쪽으로 주조되는지에 관계없이 가장 두꺼운 광학층을 의미한다. 실시예의 모든 팩킷과 PBL층의 실제 두께는 표1에서 요약되어 있다. 캐스팅휠에 대한 주어진 팩킷에서의 층으로부터의 거리는 이 표로부터 쉽게 계산할 수 있다. PBL#1 또는 #5는 캐스팅휠에 대한 것이다.
신장된 필름의 두께
마이크론 마이크론 마이크론 마이크론 마이크론 마이크론
스킨#1 12.35 19.20 14.49 16.35 3.98 16.05
광학#1 22.20 22.20 22.20 22.20 22.20 22.20
스킨#2 8.00 16.47 7.99 7.85 2.57 3.50
광학#2 17.76 17.76 17.76 17.76 17.76 17.76
스킨#3 19.69 30.17 23.26 26.37 6.35 26.37
광학#3 14.80 14.80 14.80 14.80 14.80 14.80
스킨#4 5.34 10.98 5.33 5.23 1.72 2.33
광학#4 11.84 11.84 11.84 11.84 11.84 11.84
스킨#5 7.64 11.58 9.07 10.32 2.46 10.44
전체두께 (마이크론) 119.62 155.00 126.74 132.73 83.69 125.29
캐스트 웨브의 두께
신장비율 6.1 6.1 6.1 6.1 6.1 6.7
마이크론 마이크론 마이크론 마이크론 마이크론 마이크론
PBL#5 75.33 117.12 88.39 99.72 24.30 107.56
팩킷#4 135.42 135.42 135.42 135.42 135.42 148.74
PBL#4 48.83 100.46 48.75 47.90 15.70 23.43
팩킷#3 108.34 108.34 108.34 108.34 108.34 118.99
PBL#3 120.13 184.03 141.90 160.89 38.75 176.66
팩킷#2 90.28 90.28 90.28 90.28 90.28 99.16
PBL#2 32.55 66.97 32.50 31.93 10.47 15.62
팩킷#1 72.22 72.22 72.22 72.22 72.22 79.33
PBL#1 46.60 70.64 55.32 62.94 15.03 69.97
가장 얇은 층의 휠까지의 거리 (마이크론) 46.60 874.84 717.81 643* 419* 69.97
전체두께 (마이크론) 730 945 773 810 511 839
* 캐스팅휠로부터 팩킷#4의 층 평균거리
실시예 1
캐스팅휠 면상의 얇은 층
물로 냉각된 캐스팅휠상에서 웨브를 압출시키고, 텐터(tenter)에서 필름을 계속적으로 배열함으로서 약 833개의 층을 포함하는 공압출된 필름을 제조했다. 0.48 dl/g(60중량% 페놀/40중량% 디클로로벤젠)의 고유점도(IV)를 가진 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)는 시간당 75파운드(34kg)의 속도로 하나의 압출기에 의해 배출시키고, 0.58dl/g의 IV를 가진 70/0/30 coPEN(약 70몰% 2,6 NDC와 30몰% DMI)는 시간당 85파운드(39kg)의 속도로 다른 압출기에서 배출시켰다. 이 용융 스트림은 coPEN과 PEN 광학층을 형성하는 피드블럭을 향하게 했다. 피드블럭은 피드블럭을 통하여 보호 경계층(PBLs)으로 작용하는 coPEN의 두개의 외각층을 갖는 PEN과 coPEN 70/0/30의 209개의 변경층을 형성시켰다. 가장 얇은 층에 대한 가장 두꺼운층의 비율이 약 1.30인 각 물질에 대한 피드블럭에 의해 층 두께에 있어서 대략 선형적인 경사가 생성되었다. 피드블럭후에 제3압출기는 시간당 28파운드(13kg)로 동일한 70/0/30 coPEN을 대칭 PBLs(광학층 스트림의 양면상에서 동일 두께)로서 배출했다. 물질스트림은 약 1.25의 증폭 비율로 비대칭적인 두배 증폭기(미국 특허 제5,094,788호와 제5,094,793호)를 통과했다. 증폭 비율은 주도관에서 생성된 층의 평균 층두께를 소도관에서의 평균 층두께로 나눈 것으로 정의한다. 그다음 물질스트림은 증폭 비율이 약 1.5인 제2의 비대칭 두배 증폭기를 통과했다. 제2증폭 후 에, 두꺼운 대칭 PBL은 제3압출기로부터 공급되는데 시간당 약 113파운드(51kg)로 첨가했다. 그후 물질스트림은 필름 금형을 통해, 약 섭씨 13도의 주입구 수온를 사용하여 물로 냉각된 캐스팅휠상을 통과했다. 광학층은 일반적으로 필름의 캐스팅휠면으로부터 대기면까지 일관성있게 증가하는 두께 프로필을 나타냈다. 가장 얇은 광학층이 캐스팅휠에 가장 가까웠다. coPEN 용융 공정 장치는 약 550 ℉(227 ℃)에서 유지되며; PEN 용융 공정 장치는 약 545 ℉(285 ℃)에서 유지되며, 피드블럭, 증폭기, 표면층 모듈(skin-layer modules), 및 금형은 약 540 ℉(282 ℃)로 유지된다.
모든 신장은 텐터에서 행해졌다. 필름은 약 20초동안 약 303 ℉(150 ℃)까지 예열되었고, 초당 약 25%의 비율로 약 6.7의 인장비까지 횡축 방향에서 당겨졌다. 완성된 필름은 약 125마이크론의 최종 두께를 가졌다. 도7 곡선에서 보여지는 광학 스펙트럼은 비신장 방향에 평행하게 편광된 빛의 표준 입사각에서의 투과율이다. 곡선b는 이와 동일한 방향을 따르지만 입사각이 60도인 p-편광된 빛의 투과이다. 곡선c는 신장 방향과 평행한 편광된 빛의 표준 입사각에서의 투과율를 나타낸다.
실시예 2
가장 두꺼운 PBLs, 대기면상의 얇은층
약 833개의 층을 포함하는 공압출된 필름은 냉각된 캐스팅휠상으로 웨브를 압출시키고, 또한 텐터에서 필름을 연속적으로 배열하여 제조했다. 0.48dl/g(60 중량% 페놀/40중량% 디클로로벤젠)의 고유점도를 갖는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)는 시간당 79파운드(36kg)의 속도로 하나의 압출기에 의해 배출되고, 0.58dl/g의 IV를 갖는 70/15/15 coPEN (70몰% 2,6NDC, 15몰% DMT와 15몰% DMI)은 시간당 86파운드(38kg)의 속도로 다른 압출기에 의해 배출시켰다. 피드블럭은 피드블럭을 통하여 PBLs로서 작용하는 두개의 외각 coPEN 광학층을 갖는 PEN과 coPEN70/15/15의 교차층 209개를 생성시켰다. 층두께에 있어서 대략 선형적인 경사는 가장 얇은층에 대한 가장 두꺼운 층의 비율이 약 1.30인 각 물질에 대한 피드블럭에 의해 형성된다. 피드블럭 후에, 제3압출기는 시간당 약 136파운드(62kg)로 동일한 70/15/15 coPEN을 대칭형 PBLs로서 배출시켰다. 그후 물질스트림은 약 1.25의 증폭기 비율을 갖는 비대칭적 두배 증폭기(미국 특허 제5,094,788호와 제5,094,793호)를 통과했다. 증폭 비율은 주도관에서 생성된 층의 평균 층두께를 소도관에서의 평균 층두께로 나눈 값으로 정의한다. 제1증폭기 후에, 또다른 대칭 PBLs를 시간당 약 82파운드(37kg)로 첨가했는데, 이또한 제3압출기에 의해 공급되었다. 그후 물질스트림은 약 1.5의 증폭비율을 갖는 제2 비대칭 두배 증폭기를 통과했다. 그후 물질스트림은 필름 금형을 통해서 약 섭씨 16도의 주입구 수온를 사용하여 물로 냉각된 캐스팅휠상을 통과했다. 일반적으로 광학층은 필름의 캐스팅면으로부터 대기면까지 일관되게 감소하는 두께 프로필을 나타냈다. 가장 두꺼운 광학층은 캐스팅휠에 가장 가까운 것이었다. 모든 용융 공정 장치는 약 555 ℉(290 ℃)로 유지되었다.
모든 신장은 텐터에서 행해졌다. 필름은 약 20초동안 약 315 ℉(157 ℃)로 예열되었고, 초당 약 25%의 속도로 약 6.1의 인장비로 횡축방향에서 당겨졌다. 완성된 필름은 약 155마이크론의 최종 두께를 가졌다. 이 편광 필름에 대한 흡광 스펙트럼은 도2에 나타나있다. 더 짧은 파장에서의 심한 흡광 손실을 주목하라. 400 과 425nm사이의 "a"로 표시된 좁은 흡광 피크는 725와 810nm사이의 제1차 피크를 형성하는 층으로부터 발생하는 제1차 피크인 것으로 나타났다. 필름으로부터 팩킷4를 제거한 후, "b" 흡광 피크를 형성하는 층을 제거할 때 "a"피크의 결여를 주목함으로서 이러한 결론을 내릴 수 있다. 또한, 상기 설명한 바와 같이 팩킷4를 삭제할 때, 420nm에서 유사하게 실시했을때 피크"c"는 남았다. 요약하면, 400 내지 600nm에서 이 필름의 광학 흡광성은 매우 약하다.
실시예 3
중간 두께 PBLs, 대기면상의 얇은 층
약 831개의 층을 포함하는 공압출된 필름은 웨브를 냉각된 캐스팅휠상으로 압출시키고, 텐터(tenter)에서 필름을 연속적으로 배열함으로서 제조했다. 0.48 dl/g(60중량% 페놀/40중량% 디클로로벤젠)의 고유점도를 가진 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)는 시간당 75파운드(34kg)의 속도로 하나의 압출기에 의해 배출되었고, 0.58dl/g의 IV를 가진 70/15/15 coPEN(약 70몰% 2,6 NDC와 15몰% DMT와 15몰% DMI)은 시간당 89파운드(40kg)의 속도로 다른 압출기에서 배출시켰다. 피드블럭은 피드블럭을 통하여 보호 경계층(PBLs)으로 작용하는 coPEN의 두개의 외각층을 갖는 PEN과 coPEN70/15/15의 209개의 교차층을 형성했다. 가장 얇은 층에 대한 가장 두꺼운 층의 비율이 약 1.30인 각 물질에 대한 피드블럭에 의해서 층 두께에 있어서 대략 선형적인 경사가 생성되었다. 피드블럭 후에 제3압출기는 시간당 66파운드(30kg)로 동일한 70/15/15 coPEN을 대칭 PBLs로서 배출하였다. 물질스트림은 약 1.25의 증폭 비율로 비대칭적인 두배 증폭기(미국 특허 제5,094,788호와 제5,094,793호)를 통과 했다. 증폭 비율은 주요도관에서 생성된 층의 평균 층두께를 소도관에서의 평균 층두께로 나눈 값으로 정의한다. 제1증폭기 후에, 다른 대칭PBL은 한시간당 약 83파운드(37kg)로 첨가되는데, 제3압출기로부터 공급된다. 그후 물질스트림은 약 1.5의 증폭 비율을 갖는 제2의 비대칭 두배 증폭기를 통과했다. 그후 물질스트림은 필름 금형을 통해, 약 섭씨 16도의 주입구 수온를 사용하는 물로 냉각된 캐스팅휠상을 통과했다. 일반적으로 광학층은 필름의 캐그팅휠면으로부터 대기면에까지 일관되게 감소하는 두께 프로필을 나타냈다. 가장 얇은 광학층이 캐스팅휠에 가장 가까웠다. 모든 coPEN 용융 공정 장치는 약 555 ℉(290 ℃)에서 유지되었다.
모든 신장은 텐터에서 행해졌다. 필름은 약 20초동안 약 316 ℉(158 ℃)로 예열되었고, 초당 약 25%의 비율로 약 6.1의 인장비로 횡축 방향에서 당겨졌다. 완성된 필름은 약 127마이크론의 최종 두께를 가졌다. 이 필름의 스펙트럼은 도3에서 나타나있다. 도2에서와 같이 가장 두꺼운 PBLs에서 만큼 심각하지는 않을지라도, 현저한 스펙트럼 누출이 스펙트럼의 청색 말단을 통해 나타난다.
실시예 4
중간 PBLs, 휠사이드면상의 얇은층
약 833개의 층을 포함하는 공압출된 필름은 웨브를 냉각된 캐스팅휠상으로 압출하고, 텐터에 필름을 연속적으로 배치함으로서 제조했다. 0.48 dl/g(60중량% 페놀/40중량% 디클로로벤젠)의 고유점도를 가진 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)는 시간당 92파운드(42kg)의 속도로 하나의 압출기에 의해 배출시키고, 0.58dl/g의 IV를 가진 70/15/15 coPEN(약 70몰% 2,6 NDC와 15몰% DMT와 15몰% DMI)는 시간당 105 파운드(48kg)의 속도로 다른 압출기에서 배출시켰다. 피드블럭은 피드블럭을 통하여 PBLs으로 작용하는 coPEN의 두개의 외각층을 갖는 PEN과 coPEN70/15/15의 209개의 교차층을 형성시켰다. 층 두께에 있어서 대략 선형적인 경사는 가장 얇은 층에 대한 가장 두꺼운 층의 비율이 약 1.30인 각 물질에 대한 피드블럭에 의해서 생성되었다. 피드블럭 후에 제3압출기는 시간당 79파운드(36kg)로 동일한 70/15/15 coPEN을 대칭 PBLs로서 배출시켰다. 물질스트림은 약 1.25의 증폭 비율로 비대칭적인 두배 증폭기(미국 특허 제5,094,788호와 제5,094,793호)를 통과했다. 증폭 비율은 주도관에서 생성된 층의 평균 층두께를 소도관에서의 평균 층두께로 나눈 값으로 정의한다. 제1증폭기 후에, 다른 대칭PBL은 한시간당 약 78파운드(35kg)로 첨가되는데, 제3압출기로부터 공급된다. 그후 물질스트림은 약 1.5의 증폭 비율을 갖는 제2의 비대칭 두배 증폭기를 통과했다. 그후 물질스트림은 필름 금형을 통해, 약 섭씨 8도의 주입구 수온를 사용하는 물로 냉각된 캐스팅휠상으로 통과했다. 일반적으로 광학층은 필름의 캐그팅휠면으로부터 대기면에까지 일관되게 증가하는 두께 프로필을 나타낸다. 가장 얇은 광학층이 캐스팅휠에 가장 가까웠다. 모든 용융 공정 장치는 약 555 ℉(290 ℃)에서 유지되었다.
모든 신장은 텐터에서 행해졌다. 필름은 약 20초동안 약 315 ℉(157 ℃)로 예열되었고, 초당 약 25%의 비율로 약 6.1의 인장비까지 횡축 방향에서 당겨졌다. 완성된 필름은 약 120마이크론의 최종 두께를 가졌다. 이 필름의 스펙트럼은 도4에 나타나 있다. 425와 470nm에서의 흡광 피크는 더욱 긴 파장에서의 흡광 피크에 대한 최소 투과율에 견줄 수 있다는 것을 주목하라. 투과성 전자 현미경 사진으로 나 타난 500nm 근처의 커다란 스페트럼 누출은 그 파장으로 맞춰진 두께를 가진 불충분한 층분배에 기인하는 것으로 보여진다. 동일한 스펙트럼 누출은 도3에서 460과 500nm사이에서 확인할 수 있다. 도3과 도4의 비교 결과는 도4의 400내지 650nm에서 현저하게 우수한 흡광성을 나타낸다.
실시예 5
얇은 PBLs, 제2피크의 부재
약 833개의 층을 포함하는 공압출된 필름은 웨브를 냉각된 캐스팅휠상으로 압출시키고, 텐터에서 필름을 연속적으로 배치함으로서 제조했다. 0.48 dl/g(60중량% 페놀/40중량% 디클로로벤젠)의 고유점도를 가진 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)는 시간당 92.5파운드(42kg)의 속도로 하나의 압출기에 의해 배출시키고, 0.58dl/g의 IV를 가진 70/15/15 coPEN(약 70몰% 2,6 NDC와 15몰% DMT와 15몰% DMI)는 시간당 104.5파운드(47.5kg)의 속도로 다른 압출기에서 배출시켰다. 피드블럭은 피드블럭을 통하여 PBLs로 작용하는 coPEN의 두개의 외각층을 갖는 PEN과 coPEN70/15/15의 209개의 교차층을 형성시켰다. 가장 얇은 층에 대한 가장 두꺼운 층의 비율이 약 1.30인 각 물질에 대한 피드블럭에 의해서 층 두께에 있어서 대략 선형적인 경사가 생성되었다. 피드블럭 후에 제3압출기는 시간당 25파운드(11kg)로 동일한 70/15/15 coPEN을 대칭 PBLs로서 배출시켰다. 물질스트림은 약 1.25의 증폭 비율로 비대칭적인 두배 증폭기(미국 특허 제5,094,788호와 제5,094,793호)를 통과했다. 증폭 비율은 주도관에서 생성된 층의 평균 층두께를 소도관에서의 평균 층두께로 나눈 값으로 정의한다. 제1증폭기 후에, 다른 대칭PBL을 시간당 25파운드(11kg)로 첨가하는데, 제3압출기로부터 공급되었다. 그후 물질스트림은 약 1.5의 증폭 비율을 갖는 제2의 비대칭 두배 증폭기를 통과했다. 그후 물질스트림은 필름 금형을 통해, 약 섭씨 8도의 주입구 수온를 사용하는 물로 냉각된 캐스팅휠상으로 통과했다. 일반적으로 광학층은 필름의 캐그팅휠면으로부터 대기면에까지 일관되게 증가하는 두께 프로필을 나타냈다. 가장 얇은 광학층이 캐스팅휠에 가장 가까웠다. 모든 용융 공정 장치는 약 555 ℉(290 ℃)에서 유지되었다.
모든 신장은 텐터에서 행해졌다. 필름은 약 20초동안 약 320 ℉(160 ℃)로 예열되었고, 초당 약 25%의 비율로 약 6.1의 인장비까지 횡축 방향에서 당겨졌다. 완성된 필름은 약 84마이크론의 최종 두께를 가졌다. 그다음 세개의 더 얇은 광학 팩킷은 가장 얇은 광학층을 포함하는 팩킷4만을 남기고 제거하고, 적외선에 맞췄다. 어떤 제2차 흡광 피크도 팩킷4로부터 얻어지는 스펙트럼의 청색부분에서 보여질 수 없음을 나타내는 도5를 주목하라.
실시예 6
두꺼운 PBLs, 유도된 제2차 피크
약 833개의 층을 포함하는 공압출된 필름은 웨브를 냉각된 캐스팅휠상으로 압출시키고, 텐터에 필름을 연속적으로 배열함으로서 제조했다. 0.48 dl/g(60중량% 페놀/40중량% 디클로로벤젠)의 고유점도를 가진 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)는 시간당 92.5파운드(42kg)의 속도로 하나의 압출기에 의해 배출시키고, 0.58dl/g의 IV를 가진 70/15/15 coPEN(약 70몰% 2,6 NDC와 15몰% DMT와 15몰% DMI)는 시간당 104.5파운드(47.5kg)의 속도로 다른 압출기에서 배출시켰다. 피드블럭은 피드블럭 을 통하여 PBLs으로 작용하는 coPEN의 두개의 외각층을 갖는 PEN과 coPEN70/15/15의 209개의 교차층을 형성시켰다. 가장 얇은 층에 대한 가장 두꺼운 층의 비율이 약 1.30인 각 물질에 대한 피드블럭에 의해서 층 두께에 있어서 대략 선형적인 경사가 생성되었다. 피드블럭 후에 제3압출기는 시간당 78파운드(45kg)로 동일한 70/15/15 coPEN을 대칭 PBLs로서 배출시켰다. 물질스트림은 약 1.25의 증폭 비율로 비대칭적인 두배 증폭기(미국 특허 제5,094,788호와 제5,094,793호)를 통과했다. 증폭 비율은 주도관에서 생성된 층의 평균 층두께를 소도관에서의 평균 층두께로 나눈 값으로 정의된다. 제1증폭기 후에, 다른 대칭PBL을 한시간당 약 118파운드로 첨가시키는데, 제3압출기로부터 공급되었다. 그후 물질스트림은 약 1.5의 증폭 비율을 갖는 제2의 비대칭 두배증폭기를 통과했다. 그후 물질스트림은 필름 금형을 통해, 약 섭씨 8도의 주입구 수온를 사용하는 물로 냉각된 캐스팅휠상으로 통과했다. 일반적으로 광학층은 필름의 캐그팅휠면으로부터 대기면에까지 일관되게 증가하는 두께 프로필을 나타냈다. 가장 얇은 광학층이 캐스팅휠에 가장 가까웠다. 모든 용융 공정 장치는 약 555 ℉(290 ℃)에서 유지되었다.
모든 신장은 텐터에서 행해졌다. 필름은 약 20초동안 약 320 ℉(160 ℃)로 예열되었고, 초당 약 25%의 비율로 약 6.1의 인장비까지 횡축 방향에서 당겨졌다. 완성된 필름은 약 133마이크론의 최종 두께를 가졌다. 세개의 더 얇은 광학 팩킷은 가장 얇은 광학층을 포함하는 팩킷4만을 남기고, 필름으로부터 제거되었고, 적외선에 맞춰졌다. 현저한 제2차 흡광피크가 팩킷4로부터 얻어지는 스펙트럼의 청색부분에서 보여질 수 있다는 것을 나타내는 도6을 주목하라. 이 샘플을 프로세싱함에 있 어서 실시예(도5)와 비교하여 유일한 차이는 실시예에서 더욱 두꺼운 PBLs를 사용했다는 것으로, 이는 물로 냉각된 캐스팅휠로부터 팩킷4를 더욱 멀어지게 했다. 두 실시예(4와 5)는 대칭형 구형파 굴절률 프로필을 갖도록 압출되었으나, 도6은 하나이상의 층물질의 변형-유도 결정화로부터 유도된 필름 광학으로 이 대칭을 유지하는데 캐스팅휠로부터의 거리가 중요하다는 것을 나타낸다.
도면에서의 데이타로부터, 일반적으로 가장 얇은 층은 캐스팅휠 표면에 가장 가깝게 주조되어야 하며, 더욱 두꺼운 층은 층간 확산의 효과에 대해 보다 강하며 휠 표면에서 더 먼 거리에서 주조될 수 있다는 결론을 내릴 수 있다. 층이 얇을수록 상호확산의 효과에 보다 민감한데, 주어진 경계면폭에 대해서, 경계면 폭은 더욱 두꺼운 층에서보다 더욱 얇은층의 전체 층두께에서 더 큰 분율이기 때문이다. 따라서 적용할 때 더욱 낮은 광학 반사력을 갖기 위해 더 얇은 층을 필요로하지 않는다면, 더 얇은 층은 더 두꺼운 층보다 더 빨리 냉각되어야 한다.
표1은 캐스트 웨브에 대해 완벽한 PBL과 광학 팩킷 두께를 제공한다. 도면과실시예에서의 데이타에 대한 정보의 상호관계로, 캐스팅휠 표면으로부터 가장 얇은 PEN/coPEN 층의 쌍들의 바람직한 거리를 결정할 수 있다. 예컨대 실시예1에서의 가장 얇은 층은 캐스팅휠에서 대략 70마이크론이고, 단지 한 PBL(PBL#1)의 두께에 의해서 캐스팅휠로부터 분리되어있다. 이런 층에 의해 주어진 광학 흡광도는 만족할 만한데, 두꺼운 층으로부터의 흡광과 같은 크기이다. 실시예2와 3에서 그 거리는 875와 718마이크론이며, 이는 실시예1에서 보다 더 크다. 이 거리는 너무 커서 400 내지 500nm 파장 범위에서 실시예1의 편광기 흡광도를 얻을 수 없다. 실시예 2에서 팩킷3의 가장 얇은 층에까지도, 휠 표면으로부터 461마이크론의 거리에서 주조되어, 도2에서 보여지는 바와 같이 600nm 근처에서 상당한 빛의 투과를 허용한다. 일반적으로 가장 얇은 광학층이 캐스팅 표면으로부터 약 400마이크론 이내에서 주조될때 최상의 결과가 얻어진다는 것을 알 수 있다.
또한 실시예5와 6의 팩킷4에서의 층의 광학 반응은 캐스팅휠 표면으로부터의 PEN/coPEN 광학층의 바람직한 최소 거리에 대한 정보를 제공한다. 실시예 5에서 이 층은 휠 표면으로부터의 419마이크론의 평균거리에 있고, 그들의 광학 성능상 상호확산에 어떤 해로운 효과도 나타내지 않는다. 실시예 6은 643마이크론의 평균거리에서 이 동일한 층이 강한 제2차 반사 피크를 생성한다는 것을 나타낸다. 그들 두께의 1/2 또는 1/3 의 세번째 층은 상기 설명한 바와같이 비례적으로 더 큰 비대칭성을 가질 것이며, 제1차 피크에서 더 낮은 반사율을 제공할 것이다. 전체 PEN/coPEN 스택의 광학 흡광도는 단지 1%의 차수상에 있으므로 여기에서 반사도는 1-T로 주어질 것으로 예상할 수 있는데, 여기서 T는 투과율이다. 따라서 캐스팅휠로부터의 650마이크론의 캐스팅 거리는 너무나 크다고 판단된다. 실시예 5로부터 400마이크론의 거리는 광학층을 충분히 빨리 냉각시켜 광학 반사력의 손실을 방지하는 것 같다. 물론 이 최소 거리는 상호확산 공정에 적용가능한 체류시간의 함수이고, 압출과 코팅 비율에서 뿐만 아니라 피드블럭과 금형디자인의 세부사항과 관련된다. 체류시간을 증가시키는 조건은 최소한의 거리를 감소시키고 그 반대도 성립한다.
더 두꺼운 필름은 종종 기계적 강도, 프로세싱의 용이성, 수요자의 요구등을 필요로 한다. 필요한 필름 두께가 광학층 두께의 합보다 두꺼우면, PBL두께를 증가시킴으로서 필름 두께를 증가시킬 수 있다. 또한, 가장 얇은 층을 캐스팅휠 표면에 더욱 가까이 근접시켜, 외부의 PBLs(예, 표면층)보다 내부 PBLs를 더욱 두껍게 할 수 있다. 그러나 전체 캐스트 웨브 두께가 400마이크론을 초과하는 경우, 특히 가장 얇은 층에서, 모든 광학층의 빠른 냉각을 보장하기 위해 주의해야 한다.
발명의 범위를 넘지 않는 한, 본 발명의 다양한 변형이 가능하다. 예컨대 본 발명은 자주 두 수지의 교차층을 갖는 수지 스트림에 대한 참고로 기재되었으나, 당업자는 본 발명이 2이상의 수지를 깆는 다중층 시스템에 동등하게 적용할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞선 설명은 단지 예시적이며, 이를 제한 하기 위한 것이 아니고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해서만 결정된다.

Claims (20)

  1. 하기의 단계를 포함하는 다중층 광학 필름을 제조하는 방법:
    제1수지와 제2수지를 공급하는 단계;
    제1주표면과 제2주표면을 갖고 다수의 층을 포함하는 수지 스트림내로 제1수지와 제2수지를 압출시키는 단계로서, 이때 다수의 층의 적어도 일부는 제1수지를 포함하고, 다수의 층의 적어도 일부는 제2수지를 포함하며, k마이크론 이하의 층두께를 갖고 제1표면의 400마이크론 이내에 배치되는 층수가 m이고, k마이크론 이하의 층두께를 갖고 제2표면의 400마이크론 이내에 배치되는 층수가 n이며, m>n이고, k
    Figure 112003022472048-pct00014
    10 인 단계; 및
    제1표면이 캐스팅 표면과 접촉하도록 캐스팅 표면에 대해 수지 스트림을 주조하는 단계.
  2. 하기의 단계를 포함하는 다중층 광학 필름을 제조하는 방법:
    제1수지와 제2수지를 공급하는 단계;
    제1주표면과 제2주표면을 갖고 다수의 층을 포함하는 수지 스트림내로 제1수지와 제2수지를 압출시키는 단계로서, 다수의 층의 적어도 일부는 제1수지를 포함하고, 다수의 층의 적어도 일부는 제2수지를 포함하며, 다수의 층의 적어도 일부는 k마이크론 이하의 층두께를 갖는 제1층 형태이고, 이때 k
    Figure 112003022472048-pct00003
    10이며, 제1층 형태의 층의 적어도 일부는 제1표면의 400마이크론 이내에 배치되고, 제1층 형태의 층의 적어도 일부는 제2표면의 400마이크론 이내에 배치되는 단계; 및
    제1주표면이 제1캐스팅 표면에 대하여 주조되고, 제2주표면이 제2캐스팅 표면에 대하여 주조되도록 수지 스트림을 주조하는 단계.
  3. 하기의 단계를 포함하는 다중층 광학 필름을 제조하는 방법:
    제1수지와 제2수지를 공급하는 단계;
    제1주표면과 제2주표면을 갖고 다수의 층을 포함하는 수지 스트림내로 제1수지와 제2수지를 압출시키는 단계로서, 다수의 층의 적어도 일부는 제1수지를 포함하고, 다수의 층의 적어도 일부는 제2수지를 포함하며, 하나 이상의 구성요소(member)를 갖고 k마이크론 이하의 층두께를 갖는 제1 표면의 400마이크 이내에 배치된 층으로 구성된 제1세트가 k마이크론 이하의 층두께를 갖는 제2표면의 400마이크론 이내에 배치된 층으로 구성된 제2세트와 적어도 같은 수의 구성요소를 가지며, k
    Figure 112003022472048-pct00004
    10이고, 제1세트의 중간층 두께가 제2세트의 중간층 두께보다 크지 않은 단계; 및
    제1표면이 캐스팅 표면과 접촉하도록 캐스팅 표면에 대해 수지 스트림을 주조하는 단계.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    k=2인 것인 다중층 광학 필름을 제조하는 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1수지와 제2수지 중 적어도 하나가 폴리에스테르를 포함하는 것인 다중층 광학 필름을 제조하는 방법.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    제2표면이 캐스팅 표면에 대해 주조되지 않는 것인 다중층 광학 필름을 제조하는 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    주위 온도보다 낮게 냉각되는 하나 이상의 캐스팅 표면에 대해 수지 스트림이 주조되는 것인 다중층 광학 필름을 제조하는 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    수지 스트림이 하나 이상의 경계층에 의해 서로 분리된 다수의 층 팩킷을 포함하고, 각 층의 팩킷에서 층의 두께가 층 두께 방향으로 본질적으로는 일관되게 변화하는 것인 다중층 광학 필름을 제조하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    실질적으로, k마이크론 이하의 층두께를 가진 모든 층이 제1표면의 400마이크론 이내에 배치되는 것인 다중층 광학 필름을 제조하는 방법.
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