KR100597925B1 - 색상 변환 필름 - Google Patents

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KR100597925B1
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마이클 에프. 웨버
티모시 제이. 네빗
윌리엄 더블유. 메릴
켈리 엠. 로스코
앤드류 제이. 오더커크
존 에이. 휘틀리
게리 비. 핸슨
제임스 엠. 존자
제프리 에이. 보에쳐
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미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
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Abstract

본 발명은 채색된 거울 및 편광기를 제조하는데 유용한 다중층 중합 필름 및 다른 광학체를 제공한다. 필름은 조망 각도의 함수로서 색상이 변하는 것을 특징으로 한다.
색상 변화 필름, 다중층 중합 필름

Description

색상 변환 필름 {Color Shifting Film}
본 발명은 일반적으로 광학 필름, 보다 구체적으로 조망 각도의 함수로서 색상이 변화하는 광학 필름에 관한 것이다.
본 발명은 칼라 디스플레이에 유용한 광학 필름에 관한 것이다. 이와 같은 디스플레이는 눈길을 끄는 방식으로 정보를 표시하거나, 전시 또는 판매를 위한 특정 물품에 관심을 끌기 위한 수단으로서 종종 사용된다. 이와 같은 디스플레이는 신호 (예를 들면, 옥외 광고게시판 및 거리 표지판), 간이 건물 및 광범위한 포장 재료에 흔히 사용된다.
디스플레이가 조망 각도의 함수로서 색상이 변화하도록 제작된 경우, 특히 유리하다. "색상 변환 디스플레이"라 공지된 이와 같은 디스플레이는 주변에서 볼 경우에도 눈에 띄고, 관찰자의 관심을 전시된 물체로 향하게 한다.
과거에는 대개 카드 원료, 또는 투명 또는 반투명의 기재상에 인쇄된 잉크를 흡수함으로써 색상이 디스플레이에 부여되었다. 그러나, 이와 같은 잉크는 전형적으로 색상을 변환시키는 것은 아니다 (즉, 이와 같은 잉크의 색상은 일반적으로 조망 각도의 함수로서 변화하지 않음).
또한, 일부 색상 변환 잉크가 보안 용도에 사용하기 위해서 개발되었다. 그 러나, 이들의 상당한 비용에 추가하여 이와 같은 형태의 일부 잉크는 불투명하고, 따라서 배경조명의 용도에는 부적합하다. 또한, 이와 같은 잉크는 전형적으로 등방성 재료의 다중층 스택을 기초로 하기 때문에, 조망 각도가 증가함에 따라서 채도를 상실한다.
또한, 색상 변환 안료도 공지되어 있다. 예를 들면, 광 간섭 안료류는 상표명 크로마플레어 (CHROMAFLAIR)로 플렉스 프로덕츠, 인크. (Flex Products, Inc.)사에서 시판중이고, 이와 같은 안료는 전사용으로 사용되었다. 이와 같은 전사를 수반하는 인쇄 제품은 시판중인 페인트 조성물 중 색상 변환 안료로 이루어져 있고, 비닐 기재에 도포된다. 그러나, 이와 같은 재료에 의해 제공되는 색상 변환 효과는 단지 상당히 큰 경사각에서만 관찰가능하고, 두 색간의 변환으로 한정된다. 또한, 모두 플렉스 프로덕츠사에 양도된 미국 특허 제 5,084,351호 (필립스 (Phillips)등), 동 제5,569,535호 (필립스 등) 및 동 제5,570,847호 (필립스 등)에 명백하게 기재되어 있는 이와 같은 재료는 상당히 낮은 색도를 나타낸다 (예를 들면, 미국 특허 제5,084,351호의 도 7 내지 9를 참조). 유사한 재료가 미국 특허 제5,437,931호 (츠아이 (Tsai)등)에 기재되어 있다.
무지개빛의 플라스틱 필름은 현재 상표명 블랙 매직 (BLACK MAGIC)으로 엥겔하드 코포레이션 (Engelhard Corporation)사에서 시판 중이다. 문헌[Cosmetics & Personal Care Magazine (1997년 9-10월호)]에는 검은 색조의 두께가 17.8 ㎛ (0.7 mil)이지만 100 개를 초과하는 층을 함유하는 반투명한 필름으로서 네온 테트라 (tetra), 공작의 깃털 및 오일 필름에서 나타나는 것과 유사한 효과를 제공하는 필름이 광고되어있다. 플라스틱 필름은 광학적으로 얇은 필름의 다중층 스택이다. 필름에 있어 두께의 변화는 필름의 영역에서 색상의 변화를 가져온다. 비록 평균 값에서의 두께의 편차가 크지않더라도, 인접 영역에서의 색상 차이의 관점에서는 중요하다. 필름의 다양한 변형을 단일 반사 색상으로 표시하지 않고 대신에 이중 색상 필름으로 표시한다. 예를 들면, 그 중에서도 청색/녹색 및 적색/녹색 조합의 필름이 시판중이다.
또한, 다른 색상 변환 필름이 개발되어 있다. 이와 같은 필름 중 일부는 금속, 금속염 또는 다른 무기 재료의 다중층을 기초로 한다. 따라서, 미국 특허 제4,735,869호 (모리따 (Morita))에서는 반사 및 투과 색상의 다양한 조합을 나타내는 이산화 티타늄을 기재하고 있다 (예를 들면, 심홍색의 투과색과 녹색의 반사색).
중합체로서 다른 다중층 색상 변환 필름이 공지되어 있다. 즉,미국 특허 제3,711,176호 (알프리, 주니어 (Alfrey, Jr.)등)의 필름을 기재하고 있는 미국 특허 제5,122,905호 (휘틀리 (Wheatley)등)는 이와 같은 필름에 의해 반사된 색상이 필름상에 닿는 입사광의 각도에 좌우됨을 언급하고 있다. 그러나, 이와 같은 필름은 필름에서 관찰되는 색상의 변화가 특히 예각에서 매우 서서히 진행되고 채도가 매우 불량하기 때문에 칼라 디스플레이에 부적합하다. 따라서, 당분야에서는 조망 각도의 함수로서 선명한 색상 변환을 나타내고, 채도를 높게 유지하는 디스플레이 용도에 유용한 색상 변환 필름이 요구되고 있다. 또한, 당분야에서는 균일하게 채색된 중합체의 간섭 필터가 요구되고 있다.
다양한 복굴절 광학 필름이 응력변형 경화 (예를 들면, 반결정 또는 결정) 재료를 사용하여 제조되었다. 이와 같은 재료의 굴절률에 있어서 목적하는 정합 및 부정합이 배향을 통해서 달성될 수 있기 때문에 이와 같은 재료는 다중층 광학 필름의 제조에 유리하다. 이와 같은 필름은, 예를 들면 WO 96/19347에 기재되어 있다.
WO97/01726은 광원이 임의로는 빛 유도장치에 연결되고, 여기서 광원은 빛 유도장치로 빛을 방출하며, 후반사기는 빛 유도장치의 후표면에 근접한 후표면을 한정하는 빛 유도장치를 포함하는 배경 조명 시스템에 관한 것이다. 후반사기는 약 80% 이상의 수직광 및 80% 이상의 수직으로부터 60°의 입사광을 반사하는 다중층 광학 필름을 포함한다.
EP-A-0 491 551은 열형성이 가능하고 필름, 시이트 및 다양한 부품으로 제조될수 있는 반면에 균일한 반사 외양을 유지하는 둘 이상의 형태의 광학층을 포함하는 다중층의 크게 반사되는 중합체의 본체에 관한 것이다. 반사 중합체는 30°이상의 입사각을 본체에서 반사하도록 충분한 수의 제1 및 제2 중합체 재료의 층을 갖는 하나 이상의 제1 및 제2의 다양한 중합체 재료를 포함한다. 층 중 일부는 0.09 내지 0.45 ㎛의 광학 두께를 갖고, 나머지 층은 0.09 ㎛ 미만이거나 0.45 ㎛를 초과하는 광학 두께를 갖는다. 제1 및 제2 중합체 재료는 서로 약 0.03 이상 굴절률이 상이하다. 반사체는 시이트, 거울, 비부식성 금속 외양의 물품 및 부품, 반사기 및 반사 렌즈로 제조될 수 있다.
또한, 당분야에서는 양호한 색상 균일도를 갖는 중합체의 다중층 광학 필름이 요구된다. 압출된 중합체의 재료로 제조된 다중층 필름은 층 두께 및 광학 캘리퍼가 필름의 폭에 색상 변환 및 불순물을 생성시키는 뒤틀림에 영향을 받기 쉬운 것으로 밝혀졌다. 이와 같은 문제점은 문헌[Optical Document Security, 251-252 (Ed. R. van Renesse, 1994)]에 언급되어 있다. 현재 다우 케미칼 캄파니 (Dow Chemical Company) 및 이들의 특허권 사용권자인 메알 코포레이션 (Mearl Corporation)에 의해 제조되는 다중층 중합체의 필름을 기재함에 있어서, 참고 문헌은 이와 같은 필름의 개별 층의 두께 변화의 조절이 매우 어렵고, 그 결과로서 필름이 "폭이 2 내지 3 mm보다 넓지 않은 무수한 좁은 줄무늬"를 나타냄을 언급하고 있다. 이와 같은 문제점은 또한 다우의 미국 특허 제5,217,794호 (슈렝크 (Schrenk))의 칼럼 11, 19-32 행에서 상기 문헌에 기재되어 있는 필름을 제조하는데 사용되는 공정이 300% 이상의 층 두께의 변화를 일으킬 수 있는 것으로 언급되어 있다. 칼럼 10, 17 내지 28 행에서, 참고 문헌은 비균일한 줄무늬 및 색점을 나타내는 광학적으로 얇은 층 (즉, 광학 두께가 약 0.7 ㎛ 미만인 층)을 갖는 다중층 중합체의 특징을 언급하고 있다. 미국 특허 제3,711,176호 (알프리, 주니어 등)의 필름에 관한 유사한 언급이 칼럼 2, 18 내지 21 행에 있다. 이와 같은 참고 문헌에 의해 설명된 바와 같이, 당분야에서는 높은 색상 균일도를 갖는 중합체의 다중층 광학 필름 (및 이들의 제조 방법)이 오랫동안 요구되어 왔다.
제1 반사 대역에 대해 광학적으로 두껍거나 광학적으로 매우 얇은 층에 좌우되는 다른 중합체의 다중층 광학 필름이 공지되어 있다. 이와 같은 필름은 기본적으로 전사의 대역이 너무 근접하여 사람의 눈에 의해서는 식별되지 않기 때문에, 다른 다중층 중합체의 필름과 마주치는 전사 문제점의 일부를 피하게 한다. 그러나, 가시 광선의 반사는 스펙트럼의 적외선 영역에 위치한 제1 반사 대역의 보다 높은 차수의 고조파에 의해 제공되기 때문에, 가시 광선의 높은 반사도를 생성하는 필름의 능력이 손상된다. 또한, 당분야에서는 제1 반사 대역이 광학적으로 얇은 층 (예를 들면, 0.01 ㎛ 내지 0.45 ㎛의 광학 두께를 갖는 층)에서 생겨나고 매우 균일한 색상을 나타내는 다중층 중합체의 광학 필름 (및 이들의 제조 방법)이 요구되고 있다.
이들 및 다른 요구가 이하 기재되는 본 발명의 색상 변환 필름에 의해 충족된다.
<발명의 요약>
한 측면에서, 본 발명은 서로 직교하는 면 축 (x-축 및 y-축) 및 면 축에 수직인 축을 따라서 편광된 연속층의 굴절률간의 특별한 관계를 갖는 다중층 복굴절 색상 변환 필름 및 다른 광학체에 관한 것이다. 특히, x-, y- 및 z-축을 따라서 굴절률의 차이 (각각 Δx, Δy 및 Δz)는 Δz의 절대값이 Δx의 절대값 및 Δy의 절대값의 최대값의 약 ½미만이다. 이와 같은 특성을 갖는 필름은 p-편광에 대한 투과 또는 반사 피크의 폭 및 세기 (진동수의 함수로 플로팅될 경우, 또는 1/λ)가 광범위한 조망 각도에서 실질적으로 일정하게 유지되는 투과 스펙트럼을 나타내게 할 수 있다. 또한, p-편광에 대하여 스펙트럼의 특성은 등방성의 얇은 필름 스택의 스펙트럼 특성보다 높은 속도의 각도의 변화에서 스펙트럼의 청색 영역으로 변환한다.
또다른 측면에서, 본 발명은 하나 이상의 반사 대역을 갖는 색상 변화 필름에 관한 것이다. 복굴절 층, z-굴절률의 부정합 및 스택 f-비율을 적합하게 선택함으로써, s- 및 p-편광에 대한 반사 대역의 단파장 내지 장파장 대역끝은 실질적으로 모든 입사 각도에서 일치한다. 이와 같은 형태의 필름은 본 명세서에 기재된 대역끝 선명화 기술을 사용하여 고안될 경우, 큰 각도 및 파장 범위에서 사용되도록 고안된 얇은 필름의 스택으로 가능한 색상의 최대 순도를 나타낸다. 선명한 색상 전이 및 높은 순도의 색상에 추가하여, 이와 같은 필름은 비편광 색상의 빔세분기를 필요로 하는 용도에 유리하다.
또다른 측면에서, 본 발명은 개별 층의 광학 두께가 스택의 제1 부분에서 한 방향으로 단조롭게 변화하고 (예를 들면, 증가 또는 감소), 이어서 적어도 스택의 제2 부분에서 상이한 방향으로 단조롭게 변화하거나 일정하게 유지되는 하나 이상의 광학 스택을 갖는 색상 변환 필름에 관한 것이다. 이러한 형태의 스택 디자인을 갖는 색상 변환 필름은 조망 각도의 함수로서 필름이 선명한 색상 변화를 나타내게 하는 반사 대역(들)의 한 면 또는 양 면에서 선명한 대역끝을 나타낸다. 생 성된 필름은 선명하고 눈길을 끄는 색상 변환을 목적으로 하는 디스플레이 용도에 유리하다.
또다른 측면에서, 본 발명은 투과 스펙트럼의 주 피크가 높은 흡광계수의 영역에 의해 분리되고, 높은 흡광계수의 대역은 굴절률이 높은 매질에 입사하는 경우에도, 모든 p-편광의 입사 각도를 유지하는 필름에 관한 것이다. 생성된 필름은 모든 입사 각도에서 높은 수준의 채도를 나타낸다.
또다른 측면에서, 본 발명은 근 적외선을 효율적으로 반사하지만 수직 입사에서는 상당량의 가시 광선을 반사시키지 않는 필름에 관한 것이다. 이와 같은 필름은 두 재료 성분의 1/4 파 스택을 포함하거나, ABCB의 순서로 배열된 중합체 층 A, B 및 C를 포함하는 광학 반복 단위를 사용하고, 이와 같은 재료의 굴절률간의 특정 관계를 이룸으로써 달성될 수 있는 주요 반사 대역 및 대역들의 하나 이상의 보다 높은 차수의 고조파를 억제하는 광학 스택을 제조하기 위한 셋 이상의 재료를 포함할 수 있다. 이와 같은 관계는 각각 면 x 및 y 축을 따라서 중합체 층 A의 굴절률 nx a 및 ny a, 각각 면 x 및 y 축을 따라서 중합체 층 B의 굴절률 nx b 및 ny b, 각각 면 x 및 y 축을 따라서 중합체 층 C의 굴절률 nx c 및 ny c, 및 각각 면 축에 수직인 횡단축 z를 따라서 중합체 층 A, B 및 C의 굴절률 nz a, nz b 및 nz c를 지정함으로써 이해될 수 있다. 이어서, 적합한 관계는 nx a가 nx c보다 크도록 nx b를 nx a와 nx c의 중간에 위치시키고(시키거나) (예를 들면, nx a > nx b > nx c), ny a가 ny c보다 크도록 ny b를 ny a와 ny c의 중간에 위치시키고 (예를 들면, ny a > ny b > ny c), nz a - nz b 및 nz b - nz c의 차이 중 하나 이상이 0 미만이거나, 상기 차이 모두가 기본적으로 0이 되도록함 (예를 들면, 최대{( nz a - nz b), (nz b - nz c)}≤0})으로써 달성된다. 상기 필름 스택 구조물에 추가하여, 대역끝 선명화 기술이 사용되어 가시 광선의 높은 투과율로부터 근적외선의 높은 흡광으로의 선명한 전이를 생성할 수 있다.
또다른 측면에서, 본 발명은 주어진 입사 각도에서 높은 색상 균일도를 나타내는 응력변형 경화 재료로 이루어진 다중층 색상 변환 필름 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이고, 여기서 상기 필름 중 제1 반사 대역의 적어도 일부는 광학적으로 얇은 층 (예를 들면, 광학 두께가 0.01 내지 0.45 ㎛인 층)을 갖는 필름 내의 광학 스택으로부터 야기된다. 광학 스택 내의 층은 높은 물리적, 광학적 캘리퍼 균일도를 갖는다. 본 발명의 방법에 따라서, 선행 기술의 비응력변형 경화 필름의 층 두께 및 광학 캘리퍼에 있어서 곡도는 2x2 내지 6x6, 바람직하게는 약 4x4로 캐스트 웹을 2축으로 신장하여 피할 수 있으며, 이는 측면 층의 두께의 변화를 가져오고, 단열이 적어지며 색상의 변화를 가져온다. 또한, 동일한 폭의 캐스트 필름을 제조하는 것과 비교하여 신장된 필름을 제조하는데에는 보다 협소한 다이가 사용될 수 있고, 이는 보다 협소한 다이에서 발생하는 용융 유동 퍼짐이 현저하게 감소하기 때문에 압출기 다이에서 층 두께 분포의 단열 가능성이 작아지게 한다. 층 두께 및 광학 캘리퍼에 대한 추가 조절은 일정한 회전 속도를 갖는 정밀 캐스팅 휠 구동 메카니즘의 사용을 통해 달성된다. 캐스팅 휠은 웹 두께의 변화 및 이어서 하향-웹 방향으로의 층 두께의 변화를 야기하는 진동이 없도록 고안되고 작동된다. 이와 같은 조절의 부재하에 압출 공정의 정상적인 변화는 본 발명의 광학 필름을 제조하기 위해 사용되는 응력변형 경화 재료의 용융 상태에 있어 부분적으로 낮은 인장 강도로 인해 색상 균일도에 현저한 영향을 주기에 충분한 것으로 밝혀졌다. 결과적으로, 본 발명은 최초로 특정한 조망 각도에서 높은 색상 균일도를 갖는 중합체 재료로 이루어진 색상 변환 필름을 제조할 수 있다 (예를 들면, 특정 입사 각도로 투과 또는 반사되는 빛의 스펙트럼 대역의 대역끝의 파장 값이 10 cm2 이상의 영역에서 약 2% 미만으로 다양해지는 필름). 본 방법으로 생성되는 필름은 기본적으로 광학 스택내에서 균일한 층 두께 및 광학 캘리퍼를 나타내며, 따라서 보다 낮은 물리적, 광학적 캘리퍼 균일도를 갖는 필름과 비교하여 조망 각도의 함수로서 보다 선명하고 보다 신속한 색상 변환을 얻는다.
관련된 측면에서, 본 발명은 응력변형 경화 재료 (예를 들면, 응력변형 경화 폴리에스테르)로 이루어진 색상 변환 필름에 관한 것이다. 반사 대역의 반사도 또는 흡광은 파장 대역에 조정된 층의 숫자 및 층 쌍의 굴절률 차이 모두의 함수로서 증가한다. 신장후에 높은 굴절률을 나타내는 응력변형 경화 재료의 사용은 선택된 낮은 굴절률의 중합체와 쌍을 이룰 경우 큰 굴절률 차이를 생성한다. 요구되는 층 의 수는 굴절률 차이의 증가에 직접적으로 비례하여 감소한다. 추가로, 층 두께의 균일도는 층의 숫자가 감소함에 따라 개선될 수 있다. 보다 낮은 수의 층이 층의 곱수 및 큰 피드블럭 (feedblock) 크기의 의존성을 경감시켜 요구되는 수의 층을 생성한다. 결과적으로, 중합체 필름 스택은 개선된 스펙트럼 특성을 위해서 보다 정밀하게 층의 두께를 조절할 수 있게 한다.
또다른 측면에서, 본 발명은 스펙트럼의 하나 이상의 지역에서 편광기로서 작동하는 색상 변환 필름에 관한 것이다. 이와 같은 필름은 카드 재료와 같은 백색의 산만하게 반사되는 배경에 적층된 후, 투과로 조망될 경우 또는 반사로 조망될 경우에 색상 변환을 나타낸다. 색상 변환 편광기는 또한 다른 편광기 또는 거울과 조합하여 흥미로운 광학 효과를 다양하게 생성한다.
본 발명의 색상 변환 필름은 디스플레이에 있어서 높은 발광 효율의 밝은 디스플레이 색상을 제공하는 낮은 흡수 재료로서 유리하게 사용될 수 있다. 디스플레이 색상은 다양한 색상의 광원이 투과 또는 반사로 조망되는 방식으로 광대역의 광원을 광학 필름에 결합시킴으로써 용이하게 유도될 수 있다. 특정 실시양태에서, 필름은 또한 광대역의 거울과 조합될 수 있다. 따라서, 예를 들면 필름 및 거울이 평행하지만 작은 거리로 분리되도록 필름이 광대역의 거울과 조합될 경우, 3-D "깊이"를 나타내는 물품을 얻게된다. 필름은 여러 상이한 기하형태로 형성되고 상이한 광원과 조합되어 필름의 높은 스펙트럼 반사도 및 각도 선택성을 유리하게 사용할 수 있게 된다.
도 1은 선명한 스펙트럼 전이를 나타내는 단순화된 다중층 필름의 확대 및 확장된 단면도이다.
도 2는 도 1의 필름을 포함하는 광학 반복 단위 (ORU)의 광학 두께의 그래프이다.
도 3은 대역 통과 다중층 필름의 개별층의 물리적 두께의 그래프이다.
도 4는 도 3의 필름의 계산된 축상 투과 스펙트럼이다.
도 5는 보다 선명한 스펙트럼 전이를 갖는 대역통과 다중층 필름의 개별층의 물리적 두께의 그래프이다.
도 6은 도 5의 필름의 계산된 축상 투과 스펙트럼이다.
도 7은 보다 선명한 스펙트럼 전이를 갖는 대역통과 다중층 필름의 개별층의 물리적 두께의 그래프이다.
도 8 및 9는 도 7의 필름의 계산된 축상 및 축외의 개별 투과 스펙트럼을 나타낸다.
도 10, 12, 14 및 16은 추가 다중층 필름의 개별층의 물리적 두께의 그래프이고, 도 11, 13, 15 및 17은 개별 필름의 계산된 축상 반사 스펙트럼을 나타낸다.
도 18은 수직 입사 및 60°에서 본 발명의 필름에 대한 p-편광을 향한 광학 양상을 예시하는 투과 스펙트럼이다.
도 19는 수직 입사 및 60°에서 본 발명의 필름에 대한 s-편광을 향한 광학 양상을 예시하는 투과 스펙트럼이다.
도 20은 수직 입사 및 60°에서 본 발명의 컴퓨터 모델화된 필름에 대한 광 학 양상을 예시하는 투과 스펙트럼이다.
도 21은 수직 입사 및 60°에서 본 발명의 컴퓨터 모델화된 필름에 대한 광학 양상을 예시하는 투과 스펙트럼이다.
도 22는 f-비율의 함수로서 굴절률 사이의 양상을 예시하는 그래프이다.
도 23은 f-비율의 함수로서 상대 피크 높이의 양상을 예시하는 그래프이다.
도 24는 PEN/PMMA 다중충 스택에 대한 CIE x-y 색도 좌표를 사용하는 색도의 도형이다.
도 25는 PEN/PMMA 다중충 스택에 대한 La*b* 색상 공간에 있어서 색도의 도형이다.
도 26은 수직 입사 및 60°에서 본 발명의 필름에 대한 p-편광을 향한 광학 양상을 예시하는 투과 스펙트럼이다.
도 27은 f-비율 0.5에서 PEN/PMMA 1/4 파 스택에 대한 입사각 (공기 중)의 함수로서 대역끝에 있어서 변화를 예시하는 그래프이다.
도 28은 f-비율 0.5에서 등방성의 1/4 파 스택에 대한 입사각의 함수로서 대역끝에 있어서 변화를 예시하는 그래프이다.
도 29는 f-비율 0.75에서 PEN/PMMA 1/4 파 스택에 대한 입사각 (공기 중)의 함수로서 대역끝에 있어서 변화를 예시하는 그래프이다.
도 30은 f-비율 0.25에서 PEN/PMMA 1/4 파 스택에 대한 입사각 (공기 중)의 함수로서 대역끝에 있어서 변화를 예시하는 그래프이다.
도 31은 PET 및 등방성 재료로 이루어진 1/4 파 스택에 대한 입사각 (공기 중)의 함수로서 대역끝에 있어서 변화를 예시하는 그래프이다.
도 32는 교차-웹 방향의 다양한 지점에서 취한 선행 기술의 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 33은 하향-웹 방향의 다양한 지점에서 취한 선행 기술의 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 34는 교차-웹 방향의 다양한 지점에서 취한 본 발명의 녹색 파 필터에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 35는 하향-웹 방향의 다양한 지점에서 취한 본 발명의 녹색 파 필터에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 36은 교차-웹 방향의 다양한 지점에서 취한 본 발명의 청색 파 필터에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 37은 교차-웹 방향의 다양한 지점에서 취한 선행 기술의 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 38은 수직 입사 및 60°에서 s- 및 p-편광 모두에 대하여 취한 본 발명의 청색 통과 필터에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 39는 수직 입사 및 60°에서 취한 본 발명의 녹색 통과 필터에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 40은 수직 입사 및 60°에서 취한 본 발명의 투명 내지 청록색 편광기에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 41은 수직 입사 및 60°에서 취한 본 발명의 청록색 내지 청색 편광기에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 42는 수직 입사 및 60°에서 취한 본 발명의 자홍색 내지 황색 편광기에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 43은 신장 및 비신장 방향에 평행한 편광에 대한 본 발명의 PET/Ecdel 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 44는 신장 및 비신장 방향에 평행한 편광에 대한 본 발명의 PET/Ecdel 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 45는 본 발명의 색상 변환 필름이 산만하게 산란하는 기재에 적층될 경우의 광학적 양상을 예시하는 개략도이다.
도 46은 본 발명의 색상 변환 필름이 흑색 표면에 적층될 경우의 광학적 양상을 예시하는 개략도이다.
도 47은 본 발명의 색상 변환 필름이 반사 기재에 적층될 경우의 광학적 양상을 예시하는 개략도이다.
도 48은 거울 같은 색상 변환 편광기 및 임의의 흡수층과 함께 확산성 편광기의 광학적 양상을 예시하는 개략도이다.
도 49는 필름과 검출기 사이에 종이가 존재 및 부재하는 본 발명의 청색 통과 필터에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 50은 필름과 검출기 사이에 종이가 존재 및 부재하는 본 발명의 자홍색 통과 필터에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 51은 필름과 검출기 사이에 종이가 존재 및 부재하는 본 발명의 황색 통 과 필터에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 52는 파장의 함수로서 상대 플랜트 (plant) 감응의 그래프이다.
도 53은 냉각 거울 반사기/IR 투과기 원예용 조립체를 예시하는 개략도이다.
도 54는 냉각 거울 반사기/IR 확산 반사기 원예용 조립체를 예시하는 개략도이다.
도 55는 자홍색 반사기 (선광기) 원예용 조립체를 예시하는 개략도이다.
도 56은 녹색 반사기 (음영) 원예용 조립체를 예시하는 개략도이다.
도 57은 수직 입사 및 60°에서 본 발명의 원예용 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 58은 교차-웹 방향의 여러 지점에서 취한 본 발명과 일치하는 협소한 통과대역 편광기 보호 필름의 투과 스펙트럼이다.
도 59는 교차-웹 방향의 여러 지점에서 취한 본 발명과 일치하는 협소한 통과대역 편광기 보호 필름의 투과 스펙트럼이다.
도 60은 세 벌의 50 층으로 이루어진 본 발명과 일치하는 PET/co-PEN 보호 필름에 대한 계산된 투과 스펙트럼이다.
도 61은 두 벌의 50 층 및 한 벌의 20 층으로 이루어진 본 발명과 일치하는 PET/co-PEN 보호 필름에 대한 계산된 투과 스펙트럼이다.
도 62는 도 I7-3의 필름에 있어서 다양한 층 두께의 효과를 나타내는 계산된 투과 스펙트럼이다.
도 63은 f-비율 0.18의 다중층 필름의 투과 스펙트럼 (스펙트럼 바 코드)이 다.
도 64는 f-비율 0.33의 다중층 필름의 투과 스펙트럼 (스펙트럼 바 코드)이다.
도 65는 f-비율 0.5의 다중층 필름의 투과 스펙트럼 (스펙트럼 바 코드)이다.
도 66은 도 63, 64 및 65의 합성 그래프이다.
A. 도입
본 발명의 색상 변환 필름은 조망 각도의 함수로서 색상이 변화하는 광학적으로 비등방성인 다중층 중합체 필름이다. 하나 이상의 대역폭에서 하나 또는 두 편광을 반사하도록 고안될 수 있는 이와 같은 필름은 한면 또는 양면의 하나 이상의 반사 대역폭에서 선명한 대역끝을 나타내도록 제조하여, 예각에서 높은 채도의 색상을 제공할 수 있다.
본 발명의 색상 변환 필름내에서 광학 스택의 층 두께 및 굴절률은 다른 파장에서는 투명한 반면, 특정 파장의 하나 이상의 편광 (특별한 입사각에서)을 반사하도록 조절된다. 다양한 필름의 축에 따라서 이와 같은 층 두께 및 굴절률을 조심스럽게 처리할지라도, 본 발명의 필름은 하나 이상의 스펙트럼 영역에서 거울 또는 편광기로서 작동할 수 있다. 즉, 예를 들면 본 발명의 필름은 스펙트럼의 다른 부분에서는 투명한 반면 스펙트럼의 IR 영역에서는 모든 편광을 반사하도록 조정될 수 있으며, 따라서 낮은-E 형 천공술에 사용하는데 이상적이다.
이들의 높은 반사도에 추가하여, 본 발명의 필름은 특정 형태의 칼라 디스플레이에 이상적인 두 특징을 갖는다. 첫째로, 특정 재료의 선택에 있어서 p-편광에 대한 다중층 필름의 광학 투과/반사 스펙트럼의 형태 (예를 들면, 대역폭 및 반사도 값)는 광범위한 입사각에서 기본적으로 변화되지 않을 수 있다. 이와 같은 특징 때문에, 예를 들면 650 nm에서 협소한 투과 대역을 갖는 광대역 거울 필름은 수직 입사의 투과에서 연속적으로 보다 높은 입사각으로 진한 적색, 이어서 적색, 황색, 녹색 및 청색을 나타낸다. 이와 같은 양상은 스팩트럼기의 슬릿에서 빛의 색상 분산 빔을 이동시키는 것과 유사하다. 실제로, 본 발명의 필름은 간단한 스팩트럼기를 제조하는데 사용될 수 있다. 두번째로, 각도에 따른 색상 변환은 전형적으로 통상적인 등방성 다중층 필름의 것보다 크다.
다양한 입사각에 따라 스펙트럼에서 다양하게 형성되는 반사 대역의 이동은 조망 각도의 함수로서 필름의 색상 변환에 대한 우선적인 기초이고, 본 명세서에 기재된 바와 같은 다수의 흥미로운 물품 및 효과를 생성하는데 유리하게 사용될 수 있다. 투과 및 반사 색상의 많은 조합이 가능하다. 다양한 스펙트럼 디자인에 대하여 하기에 상세하게 설명한다.
B. 광학 스택 디자인
B1. 스펙트럼 디자인의 상세 설명
일반적으로, 본 발명의 색상 변환 필름은 광범위하게 다양한 반사 스팩트럼 특징으로 고안되어 다양한 광학적 효과를 생성할 수 있다. 예를 들면, 대역끝 선명화는 각도에 따른 색상의 변화에 보다 극적인 효과를 주는데 사용될 수 있거나, 이와 같은 특징은 하나 이상의 협소한 방출 대역을 갖는 광원과 조합될 수 있다. 별법으로, 보다 부드러운 색상의 변화는 대역끝의 경사를 증가시키거나, 직각 필름 면을 따라서 동등하게 주어진 편광을 반사하지 않는 필름의 사용에 의해서 달성될 수 있다. 이 경우는, 예를 들면 주요 신장 축에 따른 E-시역을 갖는 빛보다 부 신장 축에 따른 E-시역을 갖는 빛에 대한 반사도가 낮은 비대칭적으로 2축 신장된 필름이다. 이와 같은 필름에서, 투과 및 반사광 모두의 색상 순도는 감소된다.
높은 면 굴절률을 갖는 재료층이 낮은 굴절률의 재료의 z-축 굴절률과 동일한 두께 축 (z-축) 굴절률을 갖는 경우 및 굴절률 분산이 무시될 경우, 투과 스펙트럼의 형태는 진동수 간격으로 플로팅될 때, 즉 역수 파장의 함수로서 플로팅될 때 p-편광에 대한 각에 따라 변화하지 않는다. 이와 같은 효과는 단일축으로 복굴절하는 재료간의 계면에서 p-편광 입사에 대한 프레스넬 (Fresnel) 반사 계수의 기능 형태 및 복굴절하는 필름의 1/4 파 스택에 대한 f-비율의 기능 형태로부터 유도된다. 광학축 x, y 및 z는 서로 직교하고, x 및 y는 필름 스택의 평면에 존재하며 z는 필름 면에 직교한다. 복굴절하는 중합체 필름에 대하여, x 및 y는 전형적으로 필름의 직교 신장 방향이고, z 축은 필름의 면에 수직이다. s- 및 p-편광에 대한 프레스넬 계수는 수학식 B1-1 및 B1-2에 의해 주어진다.
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식중, n10 및 n20은 재료 1 및 2 각각에 대한 면 굴절률이고, n1z 및 n 2z는 필름 면에 수직 방향으로의 개별 굴절률이다. q0는 굴절률이 n0인 주위 매질에서의 입사각이다. rss에 대한 수학식은 등방성 재료와 동일하다.
수학식 B1-1 및 B1-2는 또한 2축으로 복굴절하는 반사 편광기를 제조하는데 사용되는 직교 신장 및 비신장 축을 따라서도 유효하다. 수학식 B1-1은 또한 직교하지 않거나 필름의 신장 방향과 일치하지 않는 필름의 면 광학 축을 따라서도 유효하다. 이와 같은 축사이의 방위각에서의 성능은 보다 광범위한 수학적 설명을 요구하지만, 요구되는 수학적 모델링 기술은 당분야에 공지되어 있다.
특히 유용한 광학적 스택은 면 굴절률 차이와 비교하여 두 z-굴절률이 동일하거나, 거의 동일하다. 상기 언급한 바와 같이, 수학식 B1-1에서 n1z가 n2z와 동일하게 설정될 경우, rpp가 입사각과 무관한 뛰어난 결과를 얻는다.
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프레스넬 반사 계수에 대한 상기 수학식은 층 두께와 무관하고, 단지 계면 효과만을 예측한다. 얇은 필름 스택에서, 달성가능한 반사량 및 다중층 필름 스택의 대역폭은 층의 광학 두께가 보강 간섭에 요구되는 위상을 결정함에 따라 모든 층의 두께에 크게 좌우된다. 전형적으로 최대 광학 능력에 대하여, 1/2 파 단위포에서 각 층에 대해 동일한 광학 두께를 갖는 두 성분의 1/4 스택이 사용된다. 이와 같은 디자인은 f-비율이 0.5이다. f-비율 0.5는 최대 대역폭 및 얇은 필름의 광학 스택에 대한 반사도를 제공한다. 스택이 수직 입사에서 f-비율 0.5가 되도록 고안될 경우, f-비율은 제1 재료가 보다 높은 굴절률을 갖는 등방성 재료의 경사각에서 증가한다. 복굴절 재료에 대하여, f-비율은 두 재료 성분의 면 굴절률에 대한 z-굴절률의 관계에 좌우되는 입사각의 함수로서 증가, 감소 또는 일정하게 유지될 수 있다. 임의의 입사각에서의 복굴절 재료에 대한 f-비율을 계산하기 위해서, 유효 위상 또는 벌크 굴절률은 p-편광의 경우 수학식 B1-5 및 s-편광의 경우 수학식 B1-6을 사용하여 각 재료에 대하여 계산될 수 있다. 각 재료의 광학 두께는 수학식 B1-5 및 B1-6에 의해 주어지는 유효한 위상 굴절률과 이들의 물리적 두께를 곱함으로써 계산될 수 있다. 임의의 입사각 및 어느 편광에 대한 f-비율은 상기 f-비율 공식에 적합한 유효 위상 두께의 굴절률 값을 넣음으로써 얻어진다. 재료의 z-굴절률이 부합될 경우, 모든 입사각에서의 f-비율은 입사각과 무관한 수학식 B1-7로 주어진다. 따라서, 다중층 간섭 필터는 입사각과 무관한 p-편광에 대한 반사도 및 단편의 대역폭과 같은 스팩트럼 특성을 나타내는 부합된 z-굴절률의 관계를 만족하는 재료의 교대층으로 제조된다.
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식중, n1 및 n2는 굴절률이고, d1 및 d2는 두 층의 물리적 두께이고, 수직 입사가 나타난다.
p-편광에 대한 각도의 함수로서 일정한 스팩트럼 형태는 본 명세서에 기재된 다수의 색상 변환 디스플레이를 수행하는데 있어 중요한 효과이고, 모든 입사각에서 높은 색상 순도를 갖는 착색된 다중층 간섭 필름을 생성하는데 사용될 수 있다. p-편광에 대하여 일정한 반사 스펙트럼을 나타내는 다중층 필름의 예를 도 18에 나타낸다.
<실시예 B1-1>
필름은 실시예 B1-2에 따라서 제조되지만 캐스팅 휠의 속도가 약 30% 정도 느렸다. 수직 입사 및 60°에서 p-편광에 대한 투과 스펙트럼을 도 18에 나타낸다. 수직 입사 및 60°에서 s-편광에 대한 투과 스펙트럼을 도 19에 나타낸다.
하기에 주어진 대역끝 및 경사에 대한 정의를 사용하여, 하기 값을 본 실시 예에 대하여 측정하였다. 수직 입사에서 600 nm 근처 (543 내지 646 nm)의 정지 대역은 103 nm의 대역폭 및 상기 정지대역에서 5.5%의 평균 투과를 나타낸다. 청색 대역끝은 0.66%/nm의 경사를 가지는 반면, 적색 대역끝은 2.1%/nm의 경사를 갖는다. 수직 입사에서 700 nm의 통과대역은 100 nm의 대역폭 및 85%의 최대 투과를 나타낸다. 통과대역 대역끝의 경사는 청색면의 경우 2.3%/nm이고, 적색면의 경우 1.9%/nm이다. 전체 스팩트럼 곡선의 형태는 실질적으로 수직 입사와 비교한 바와 같이 60°의 입사각에서와 동일하다. 도 18 및 도 19의 스펙트럼은 TD (교차웹 방향)에 평행한 편광으로 얻을 수 있다. 비록 1/4 파 두께의 PET 층의 굴절률은 직접적으로 측정할 수 없을지라도, 대략적으로 PET 표층의 굴절률과 동일할 것으로 생각된다. 후자의 굴절률은 메트리원뿔 코포레이션 (Metricon Corporation, Pennington, NJ)사에서 제조한 메트리원뿔 프리즘 (Metricon Prism) 연결기를 사용하여 본 실시예에서 측정되었다. 교차웹 방향 (고정방향 또는 TD), 하향웹 방향 (기계 또는 MD), 또한 길이 방향으로 언급되거나 LO 방향, 및 두께 또는 z 축 방향에 대하여 굴절률을 측정하였다. TD 방향에 대한 PET 표층의 굴절률은 nx = 1.674이고, MD 방향에 대해서는 ny = 1.646이고, z 축에 대해서는 nz = 1.490이다. Ecdel의 등방성 굴절률은 약 1.52이다. PET에 대한 TD 및 MD 방향간의 보다 양호한 굴절률 균형은 이와 같은 두 방향으로의 상대 신장 비율을 조정함으로써 얻을 수 있다.
복굴절 반사 다중층 필름에 있어서 s-편광에 대한 흡광 대역폭 및 크기는 통상적인 등방성 재료로 이루어진 필름에서와 같이 입사각에 따라 증가한다. 따라 서, 매우 협소한 투과 대역은 보다 높은 입사각에서 s-편광에 대하여 제로 대역폭으로 축소된다. 단지 세기는 p-편광이 변화하지 않는 동안 s-편광이 소멸됨에 따라 감소하기 때문에, 이는 투과광의 색 순도에 크게 영향을 주지않는다. 보다 넓은 대역폭에 대하여, s- 및 p- 편광에 대한 투과의 차이는 덜 중요하게 된다.
s- 및 p-편광에 대한 스펙트럼의 평균은 전형적인 주위 조명 조건에서 관찰된다. s- 및 p-편광의 상이한 양상은 다양한 용도에서 유리하게 사용될 수 있다.
B2. F-비율
본 발명의 광학 필름 및 장치의 f-비율은 단일 반사 대역을 갖는 단위포의 등급화된 스택의 제조를 위해서만 고안된 압출 장비를 사용하여 스펙트럼의 특정 영역에 조정된 대역 통과 색상 필터 또는 다중 반사 대역을 제조하기 위해 조작될 수 있다. 예를 들면, f-비율은 단지 단순한 두께 등급화된 층의 스택을 사용하면서 매우 포화된 투과 색상을 갖는 협소한 통과 녹색 필터를 제조하기 위해 조절될 수 있다.
1/4파 단위포 (QxQ) 2차 반사 고조파를 억제하는 반면, 1차 고조파의 고유 대역폭 (반사 전위)를 최대화한다. 1차 및 2차 고조파 반사 대역 모두에 대하여 비교적 높은 고유의 대역폭을 갖는 단위포 디자인은 F-비율을 QxQ 디자인 포인트에서 상당히 벗어난 특정 값으로 변화시켜 얻을 수 있다. 이와 같은 계의 한 예로는 수직 입사에서 f-비율이
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및
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이고 (식중, DPMMA = 46.7 nm, NPMMA는 1.49이고, DPEN = 100 nm 및 NPEN은 nx = 1.75, ny = 1.75 및 nz = 1.50임), 1차 고조파의 고유 반사 대역폭이 대략 8%이고, 2차 고조파의 고유 대역폭이 약 5.1%인 2축으로 신장된 PEN/PMMA 계가 포함된다. 수직 입사의 일반적인 경우에 대해서는 z-굴절률이 사용되지 않는다. 따라서, NPEN에 대한 x- 및 y-방향을 따른 굴절률은 동일하고, 이와 같은 값이 사용된다. 따라서, 중합체층의 다중층 스택이 층 두께에 있어서 선형 구배를 갖도록 고안되어 광대역 반사기 및 강한 반사 대역을 갖는 1차 및 2차 고조파를 생성하는 경우, 인접한 1차 및 2차 반사 대역끝은 통과대역 필터를 형성한다. 층 쌍의 두께가 1차 대역의 단파장 대역끝이 약 600 nm가 되도록 조정될 경우, 가시 스펙트럼의 중간 영역에서의 통과 대역은 도 20에 나타낸 바와 같아 진다. 이와 같은 스택은 실시예 E1-1에 기재된 바와 같이 2축으로 신장될 수 있는 224층 PEN/PMMA 스택을 시뮬레이션하도록 고안하여 633 nm에서 PEN 층에 대해 nx = 1.75, ny = 1.75 및 nz = 1.50의 굴절률을 얻는다. PMMA는 약 1.50의 등방성 굴절률을 얻는다. 가장 얇은 층의 쌍으로 시작하여, 스택 중 각각의 연속 층의 쌍은 이전 쌍보다 얇은 0.46%가 되도록 고안된다. 0.63% 정도로 보다 큰 구배가 사용되는 경우, 1차 대역의 적색 대역끝은 IR로 추가 연장되고, 2차 피크의 적색 대역끝도 또한 증가하여, 도 21에 예시한 바와 같이 550 nm 근처에서 보다 협소한 통과 대역을 얻게 된다.
f-비율은 1차 및 2차 고조파 정지 대역의 강도의 보다 양호한 균형을 위해 다소간 대체될 수 있다. 또한, 대역끝 선명화 기술은 통과 대역의 끝을 선명화하는데 사용될 수 있다 (선형 프로파일이 이와 같은 계산 예에 사용되었다.). 적합 한 대역끝 선명화 기술은 표제 "Optical Film with Sharpened Bandedge"의 미국 특허 제09-006,085호에 기재되어 있다. 이와 같은 필름 디자인에 대한 교차 웹 균일성은 어떠한 교차-웹 배율 오류도 발생하지 않음에 따라서 실시예 B7-1에서와 같은 두-패킷 (packet) 배율 디자인에 대한 것보다 현저하게 양호하다. 배율 성능에 있어서 교차웹 변화의 예로서 E1-2와 비교한 실시예 B7-1을 참조한다.
특정한 필름층 프로파일을 갖는 다중층 필름은 이전에 달성가능한 것보다 선명한 스팩트럼 전이를 생성할 수 있다. 도 1은 척도는 없지만 이와 같은 목적하는 프로파일을 기재하는데에는 유용한 필름 구조의 단면도이다. 나타낸 바와 같이, 다중층 필름 120은 두 광학 재료 ("A" 및 "B" 재료)의 교대 순서로 배열된 12개의 개별 층을 포함한다. 셋 이상의 별개의 광학 재료가 다른 실시양태에서 사용될 수 있다. 인접한 "A" 및 "B" 층의 각 쌍은 광학 두께 OT1, OT2,..., OT6를 갖는 ORU1으로 필름의 상부에서 시작하고 ORU6로 끝나는 ORU로 구성된다. 이와 같은 광학 두께는 상기 수학식 I에서 나타낸 용어 "Dr"과 동일하다. 고안된 파장에서 최대 1차 반사를 위하여 (수학식 I 중 M = 1), 각 ORU는 A 또는 B 어느 층에 대하여 50%의 f-비율을 갖는다. A 층이 B 층보다 얇은 것으로 나타나기 때문에, A 층은 B 층보다 높은 X- (면) 굴절률을 갖는다. ORU 1-3은 ORU의 광학 두께가 음의 Z 방향으로 단조롭게 감소되는 다중층 스택 S1으로 분류된다. ORU 4-6은 ORU의 광학 두께가 단조롭게 증가되는 또다른 다중층 스택 S2로 분류된다. 이와 같은 ORU 광학 두께 프로파일을 도 2에 나타낸다. 이와 같은 두께 프로파일은 선명화된 스팩트럼 전이를 생성하는데 유익하다. 그러나, 이와 같은 바람직한 프로파일의 예를 수행하기 전에, 대역끝 선명화가 없는 대역통과 필터의 예가 기재된다.
도 3은 300개의 개별층으로 이루어진 대역통과 다중층 필름의 디자인을 예시한다. 필름 중 각 개별층의 물리적 두께는 필름의 상부 또는 전면에서 시작하여, 바닥이나 후면으로 진행하며 나타낸다. 데이타 지점 122는 면 굴절률이 1.5인 재료 (예를 들면, PMMA)를 나타내고, 지점 124는 면 굴절률이 1.75인 재료 (예를 들면, PEN)을 나타낸다. 층 번호 1 및 2는 "제1" ORU를 구성하고, 층 3 및 4는 제2 ORU등을 구성한다. 주어진 ORU의 광학 두께는 높고 낮은 굴절률 층의 광학 두께의 합과 동일하다. 층 1 내지 150은 제1 다중층 스택 S3를 구성하고, 층 151 내지 300은 제2 다중층 스택 S4를 구성한다. 두 스택간의 광학 두께에 있어서 불연속은 도 4에 나타낸 단순한 노치 (notch) 투과 대역 126으로 야기된다. 도 4는 문헌[Azzam & Bashara, Ellipsometry And Polarized Light]에 약술된 바와 같이 베레만 (Berreman)의 4x4 매트릭스 방법을 사용하고, 수직 입사광 및 파장의 함수로서 일정한 굴절률 (분산 없음)을 추정하여 도 1의 다중층 필름으로부터 계산되었다. 대역 126은 약 60%의 피크 투과율 , 약 50 nm의 반치전폭 128, 및 약 565 nm의 선 130에 의해 표시된 바와 같이 중앙 파장을 갖는다. 대역 126의 단편 대역폭인 10%에 약간 못미친다. 반사율은 약 75%의 가시 스펙트럼에서 80% 이상이다.
보다 작은 단편 대역폭을 갖는 필름은 컷-온 (cut-on) 및 컷-오프 (cut-off) 스팩트럼 전이를 선명화하는 효과를 갖는 특정 광학 두께 프로파일을 갖는 추가층을 제공함으로써 제조될 수 있다. 도 5는 이와 같은 필름의 디자인을 예시하고 있다. 데이타 지점 122, 124는 각각 도 3의 굴절률 1.5 및 1.75를 갖는 재료와 동일한 것을 나타내고, 다중층 스택 S3 및 S4 중 일련의 150개의 층은 도 3과 같은 동일한 등급의 선형 두께 분포를 갖는다. 도 5의 필름은 단순히 실질적으로 일정한 (비등급화된) 광학 두께의 스택 S3, S4간의 ORU를 갖는 스택 S5, S6를 추가한다. 스택 S5의 ORU는 실질적으로 스택 S3의 최저 광학 두께와 동일하고, 스택 S6의 ORU는 실질적으로 스택 S4의 최대 광학 두께와 동일하다. 또한, 동일한 관계가 각각의 ORU 구성분에 적용된다. 예시된 스택에 대해서 계산된 축상 스펙트럼은 도 6에 주어진 바와 같이 보다 선명한 투과 대역 132를 나타낸다. 대역 132의 %대역폭은 3% 미만이다.
도 7에 나타낸 디자인의 또다른 다중층 필름은 피크 투과를 개선하고, 보다 경사가 급한 대역 끝 (보다 협소한 투과 대역)을 생성하기 위해서 제조되었다. 이는 나타낸 바와 같이 스택 S8 및 S9는 반대로 휘어진 프로파일을 갖고, 인접한 부분의 스택 S7 및 S10은 약간 휘어진 프로파일을 가져 스택 S8 및 S9와 곡도가 부합되는 구성분의 다중층 스택 S7-S10에 개별층을 배열함으로써 데이타 지점 122, 124에 사용된 동일한 재료로 달성되었다. 휘어진 프로파일은 임의 수의 함수 형태를 따른다. 형태의 주요 효과는 단지 단일 파장으로 조정된 층을 갖는 1/4 파 스택 중에 존재하는 두께의 정확한 반복을 중단시키는 것이다. 본 명세서에서 사용된 특별한 함수는 선형 프로파일의 부가 함수 (S7의 단파장 면 및 S10의 장파장 면에 사용되는 것과 동일함) 및 적합한 음 또는 양의 제1 도함수로 프로파일을 휘게하는 사인 함수이다. 중요한 특징은 ORU 두께 프로파일의 제2 도함수가 반사 스택의 적 색 대역 끝 (장파장)에 대해서 양이고, 반사 스택의 청색 대역 끝 (단파장)에 대해서 음인 것이다. 노치된 투과 대역의 대역 끝을 언급할 경우, 정반대의 판독이 요구됨을 주의한다. 동일한 원리의 다른 실시양태는 제1 도함수의 제로 값을 갖는 다중 지점을 갖는 층 프로파일을 포함한다. 본 명세서의 모든 경우에서, 도함수는 실제 ORU 광학 두께 프로파일을 통해 피팅된 최고의 피트 곡선을 언급하며, 이는 광학 두께 값에 있어서 10% 미만의 표준편차를 갖는 작은 통계학적 오류를 포함할 수 있다.
도 8은 도 7의 필름의 계산된 축상 투과를 나타낸다. 대역 134의 피크 투과는 75%를 초과하고, 단편 대역폭은 2% 미만이다. p- 및 s- 편광 모두에 대한 축외 투과 스펙트럼도 또한 계산되고 도 9에서 각각 곡선 136, 138로 나타내었다. 계산은 60°의 진입 각도로 수행되었고 1.5의 굴절률에서 두 형태의 층의 면외 굴절률이 부합하였다. p-편광에 대한 높은 피크 투과 및 작은 단편 대역폭의 보호를 유념한다. 또한, s-편광에 대한 투과 피크가 소멸됨을 유념한다. 그러나, 근적외선 영역의 축상에 배치된 보다 넓은 투과 대역을 s- 및 p-편광에 대하여 도 9 중 스펙트럼의 적색 끝에서 볼 수 있다.
유사한 전이-선명화 기술이 높거나 낮은 통과 필터와 같은 보다 넓은 투과 특징을 갖는 다중층 필름에 사용될 수 있다. 이와 같은 여러 예가 하기에 주어진다. 일부 실시양태에서, ORU로 구성된 각 층의 물리적 두께는 필름의 두께에 걸쳐 동일한 페이스, 예를 들면 동일한 선형 함수에 따라서 변화하는 반면, 다른 것에서는 ORU로 구성된 층의 두께가 상이하게 변화한다. 하기 실시예의 각각에서는 높고 낮은 굴절률 층이 각각 1.75 및 1.5의 굴절률을 갖고, 분산되지 않는다.
S11 S12 S13 S14 S15
층의 총수 170 30 30 30 30
높은 굴절률 시작 층 두께(nm) 154.6 112.4 112.4 112.4 112.4
높은 굴절률 층 두께 증분(nm) -0.4965 0.726 0.726 0 0.726
낮은 굴절률 시작 층 두께(nm) 183.3 133.3 133.3 133.3 133.3
낮은 굴절률 층 두께 증분(nm) -0.5882 0.8606 0 0 -0.5882
시작 ORU 광학 두께(nm) 545.5 396.65 396.65 396.65 396.65
ORU 광학 두께 증분(nm) -1.7512 2.6517 1.2705 0 0.3882
구성분 다중층 스택 S11은 기준 필름 디자인으로 작용한다. 축상 반사 스펙트럼 140을 스택 S11 단독에 대해 계산한 후, 필름 조합 : S11 + S12 (물리적 두께 프로파일에 대한 도 10 및 반사 곡선 142에 대한 도 11을 참조), S11 + S13 (물리적 두께 프로파일에 대한 도 12 및 반사 곡선 144에 대한 도 13을 참조), S11 + S14 (물리적 두께 프로파일에 대한 도 14 및 반사 곡선 146에 대한 도 15를 참조) 및 S11 + S15 (물리적 두께 프로파일에 대한 도 16 및 반사 곡선 148에 대한 도 17을 참조)에 대하여 계산하였다. 도면에서 보는 바와 같이, 스택 S11에 역전된 두께 구배 (스택 S12)를 갖는 스택, f-비율 편차를 갖는 (스택 S13) 역전된 두께 구배를 갖는 스택, 실질적으로 제로 두께 구배를 갖는 (스택 S14) 스택, 및 단지 한 성분의 ORU를 사용하는 역전된 두께 구배를 갖는 스택을 첨가하는 것은 스팩트럼 전이의 선명도에 점진적으로 목적하는 효과를 준다.
상기 원리를 사용함으로써, 보다 높은 고조파를 사용하여 스펙트럼의 가시 영역에 둘 이상의 층군을 필요로 하지 않는 다중 반사 대역을 생성할 수 있다. 다양한 고조파 억제 디자인을 사용하여 다양한 스팩트럼 간격 및 색상을 생성할 수 있다. 예를 들면, 1차 및 보다 높은 차수의 반사 피크의 상대 피크 높이는 f-비율을 다른 값으로 조정함으로써 f = 0.5에서 1차 피크와 비교 변경될 수 있다. 임의 의 f-비율에서 고조파의 광학력은 QxQ (f = 0.5) 1/4파 스택에 대한 공식 또는 광학 모델링 프로그램에 삽입될 수 있는 주어진 f-비율 및 고조파 수 유효 굴절률 시차를 계산함으로써 양호한 근사로 평가될 수 있다. 공식 중 단지 하나의 변경만이 요구된다: 주어진 차수의 스팩트럼 반응을 계산하는 경우 및 스택 (f-비율로 변경됨)이 도 22에 주어진 유효 굴절률 시차를 갖는 QxQ 스택으로 처리될 경우, 추정된 층의 숫자가 차수로 곱해질 경우. QxQ 스택의 것에 비례하는 유효 굴절률은 도 22의 플롯으로 주어진다. f-비율의 함수로서, 1차 고조파는 하나의 최대를 갖고 (QxQ 지점), 2차 고조파는 두 최대를 갖는다. 1차 대역폭과 비교하여 단순한 스택의 보다 높은 차수의 대역폭 및 피크 반사율은 이와 같은 값으로 평가될 수 있다. n차의 보다 높은 차수의 피크 반사율을 계산하는 것은 해당 층을 n번 가정하는 것이 요구되기 때문에, 각각의 보다 높은 차수의 곡선을 그의 차수로 곱하여 도 22를 재플로팅하는 것이 유용하다. 이와 같은 플롯을 도 23에 나타낸다. 중요한 f-비율의 수는 이와 같은 플롯에서 얻을 수 있다.
예를 들면, 모든 짝수 차수는 f = 0.5에서 제로 반사력을 갖는 반면, 모든 홀수 차수는 f = 0.5에서 최대값을 갖는다. 3차는 f = 0.167 및 0.833에서 최대값을 갖고, 4차는 f = 0.125 및 0.875에서 최대값을 갖는다. 3차 반사력은 f = 0.33 및 0.66에서 제로인 반면, 4차는 f = 0.25 및 0.75에서 제로이다. 4차의 f-비율 쌍에서, 2차는 최대를 갖는다. f = 0.2 및 0.8에서 1차 및 4차는 동일한 피크 높이를 갖고, 2차 및 3차도 마찬가지이다. 또한, f = 0.4 및 0.6에서, 1차 및 4차는 동일한 피크 높이를 갖고, 2차 및 3차도 마찬가지이다. 나타내지 않은 5차 곡선은 f = 0.2, 0.4, 0.6 및 0.8에서 최소값을 갖고, f = 0.1, 0.3, 0.5 및 0.7에서 최대를 갖는다. 주어진 필름 디자인에 대하여, 바람직한 f-비율은 용도 및 억제 또는 향상시키려는 선택된 보다 고차의 피크에 좌우된다.
스택 디자인에 추가하여, 재료의 선택은 반사 대역폭간의 특정한 간격을 고착시키지 않고 보다 고차의 고조파의 대역폭을 조정하는데 유리하게 사용될 수 있다. 주어진 재료층 쌍의 QxQ 스택에 대한 고유의 반사 대역폭은 대략적으로 이들의 계면의 프레스넬 반사 계수와 동일하고, 이는 수직 입사에서 단지 면 굴절률 시차에만 좌우된다.
재료 선택은 또한 각도의 함수로서 반사도가 감소를 나타내는 필름 및 다른 광학체를 제조하는데 사용될 수 있다. 특히, 특정한 등방성 및 복굴절 층의 조합은 등방성 층의 스팩트럼 기여가 경사각을 감소시키는데 사용될 수 있다. 이와 같은 디자인을 하기에 논의한다.
하기 기재한 등방성/복굴절 스택 조합외에, 또한 다른 스택 디자인이 보다 단파장을 향한 주어진 스펙트럼의 일반적인 단조로운 변환에 의해 생성되는 것과는 다르게 입사각에 따라서 반사율로 색상 변환을 나타내는 필름 및 다른 광학체를 제조하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 3종의 재료 조합이 한 각도에서는 p-편광의 보다 고차의 고조파를 억제하지만 다른 각도에서는 억제하지 않는데 사용될 수 있다. s-편광에 대한 유사한 효과가 2층 디자인으로 달성될 수 있다.
예를 들면, 협소한 대역 반사기와 같은 특히 순수한 색상을 나타내는 필름 및 다른 광학체를 얻는 것을 목적으로 하는 경우, 크거나 작은 f-비율이 고유한 대 역폭을 한정하는데 사용할 수 있다. 이어서, 추가층이 QxQ 스택 (정의에 따른 QxQ 스택은 0.5의 f 비율을 갖는다)으로 달성가능한 동일한 반사도를 얻는데 요구된다. 유사하게, 선명한 대역끝을 갖는 광대역 반사기를 제조하기 위해서, 크거나 작은 f-비율이 사용되고 반사 외피는 많은 수의 층 (예를 들면, 천 이상)을 사용함으로써 큰 굴절률 부정합을 나타내는 적합한 두께의 구배 및(또는) 재료로 채워질 수 있다. 별법으로 고유 대역폭을 한정하는 보다 작은 면 굴절률 차이 및 층수가 증가되어 세기 손실을 보상하였다.
상기 디자인의 한 특정 용도에서, UV-반사 필름은 임의의 각도에서 스펙트럼의 가시 영역 중 거의 또는 전혀 반사를 나타내지 않도록 제조될 수 있지만, 광범위한 각도에 걸쳐 400 nm의 근접한 UV 영역에서는 넓은 반사 대역을 유지한다. 이는 층을 경사각에서 최대 반사도를 나타내는, UV 패킷이 UV에서 1차인 UV 및 IR 반사 스택, 및 스펙트럼의 UV 영역에서 보다 고차의 반사 피크를 나타내도록 디자인된 IR 패킷인 두 필름 스택 또는 패킷으로 배열함으로써 달성된다. 입사각이 수직으로부터 변화됨에 따라, 1차 UV 피크는 보다 단파장으로 변환되고, 억제되지 않은 보다 고차의 IR 패킷 피크는 UV로 이동한다.
다른 용도에서, 본 발명의 필름 및 광학 장치는 필름의 반사 대역이 하나 이상의 입사각에 대한 염료의 흡수 대역과 일치하도록 하나 이상의 염료를 혼입할 수 있다. 염료의 흡수 대역(들)이 필름의 반사 대역과는 달리 전형적으로 입사각에 따라서 변환되지 않기 때문에, 필름은 대역이 일치하는 각도에서 한 색상을 나타내지만, 대역이 분리된 후에는 다른 각도에서 하나 이상의 상이한 색상을 나타낸다. 반대로, 흡수 대역을 주어진 입사각에서 광학 스택 중 특정한 투과 대역과 일치시킬 수 있다. 이와 같은 방법에서, 필름은, 예를 들면 수직 입사에서 흑색이 되지만 경사각에서는 통과 대역이 보다 단파장으로 이동하고, 이들이 염료의 스펙트럼에 의해 덮히지 않는 경우 필름은 색상을 나타낸다. 구리 프탈로시아닌 염료는 가시 영역에서 다소 선명한 스팩트럼 특징을 나타내며, 본 실시양태에 특히 적합하다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 본 발명의 필름 및 광학 장치는 하나 이상의 경사진 유리 프리즘과 조합될 수 있다. 한 특정 실시양태에서, 경사진 유리 프리즘 조각을 필름과 조합하여 스팩트럼 각도와는 다른 착색된 거울 필름의 조망을 가능하게 한다. 3M사 (St. Paul, MN)의 등록상표 Optical Lighting Film하에 시판중인 마이크로프리즘을 다중층 필름에 인접하거나 광학적으로 결합하도록 배치할 수 있다. 적층된 필름은 상이한 각도에서 상이한 색상을 전송하고, 프리즘은 빛의 방향을 되돌리기 때문에, 주어진 각도에서 보이지 않는 색상을 볼 수 있게하고, 프리즘이 관찰자에게 빛을 되돌리지 못하도록 조합할 수 있다. 또한, 프리즘이 광학적으로 필름과 결합할 경우, 프리즘은 빛이 필름으로 전송되는 각도를 변화시키고, 따라서 상기 지점에서 색상을 변화시킨다. 필름은 착색된 거울을 비 스팩트럼 각도에서 볼 수 있는 3-차원 효과를 나타낸다. 또한, 프리즘의 존재 및 부재의 영역간에서 색상의 변화를 생성한다.
또다른 실시양태에서, 끝이 뾰족한 스펙트럼 분포를 갖는 필름 또는 광학체가 광대역의 착색된 거울 필름을 포함하는 제2 성분과 조합하는 제1 성분으로서 사 용된다. 제1 성분은 필름을 발광시키는데 사용되는 광대역 광원을 끝이 뾰족한 광원으로 전환시키는 효과를 나타내며, 따라서 착색된 거울 필름에 보다 선명한 색상을 생성한다. 끝이 뾰족한 광원을 갖는 계면 필름을 발광시킴으로써 이루어지는 색상 변화는 특히 각도에 민감한 색상 변화를 생성하는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 다양한 실시양태에서, 무지개 빛의 색상 소거는 제조된 장치에 장식 효과를 부여하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따라서 제조된 두 필름을 일부 지점에서는 평행하지만 다른 지점에서는 평행하지 않도록 위치시키거나, 본 발명에 따라서 제조되는 착색된 거울 필름을 광대역 거울 필름과 조합시킬 수 있다. 필름이 보색이거나, 필름 중 하나가 광대역 거울 필름이고 다른 것이 착색된 거울 필름인 경우, 생성되는 조합은 일부 지역에서 필름 상부의 색상을 변화 또는 무효화하지만, 다른 곳에서는 그렇지 않다.
B3. 조합된 등방성/복굴절 필름 스택
특정한 광학 스택 디자인이 사용되어 보다 단파장을 향해 각도에 따른 주어진 스펙트럼의 일반적인 단조로운 변환에 의해 생성되는 것과는 상이한 입사각에 따른 색상 변환을 생성할 수 있다. 특히, 본 발명의 다중층 스택은 선행기술의 다중층 스택과 조합되어 일부 특별한 각도의 효과를 생성할 수 있다. 예를 들면, 수직 입사에서 주어진 파장의 중앙에 놓인 하나 이상의 투과 피크를 갖는 본 발명의 복굴절 필름은 수직 입사시 주어진 파장에서 반사하는 등방성 층의 스택으로 코팅, 공압출 또는 적층될 수 있다. 이어서, 조합된 물품은 수직 입사시 은거울로서 나타난다. 그러나, 경사각에서, 등방성 필름은 복굴절 필름의 투과 피크를 볼 수 있 게하고, 높은 입사각에서 착색된 거울을 변화시키는 p-편광을 누출한다. 이는 복굴절 스택의 반사 대역폭이 IR까지 충분하게 연장되어 경사각에서 모든 적색 광을 차단하는 것으로 추정된다. 가장 큰 효과는 경사 조망 각도에서 또는 근처에서 브류스터 (Brewster) 각을 갖는 등방성 필름 스택에서 나타난다. 복굴절 스택은 또한 목적하는 경우 경사각에서 적색을 전송하도록 고안될 수 있었다.
상기 디자인 기술의 변화에는 통과대역 중 모든 것이 등방성 반사 스택에 의해 차단되지 않는 하나 이상의 스팩트럼 통과 대역을 갖는 복굴절 스택이 포함된다. 물품은 수직 입사에서 은색으로 착색되지 않고, 한 색상에서 다른 것으로, 수직에서 경사각으로 변화된다.
반대로, 재료는 일부 층이 z-굴절률 부정합을 가지도록 선택되며, 여기서 보다 높은 면 굴절률을 갖는 재료의 z-굴절률은 가장 낮다. 이와 같은 한 조합은 PEN/PETG이다. 실시예 E1-1에 기재된 바와 같이 신장될 경우, PETG는 nx
Figure 112000014532144-pct00008
1.75, ny
Figure 112000014532144-pct00009
1.75 및 nz
Figure 112000014532144-pct00010
1.50을 갖는다. 이와 같은 층은 단독 또는 z-굴절률 정합 층과 조합되어 사용될 경우, 생성되는 필름이 수직 입사에서 착색되고, 경사각에서 은색으로 나타나도록 편광 모두에 대한 경사각에서 증가된 반사도를 나타낸다. 약 1.55의 굴절률을 갖는 다른 공폴리에스테르 및 폴리카르보네이트는 PEN과 조합 사용하여 이와 같은 효과를 달성하기에 적합한 재료이다. 상기 예가 하나 이상의 조망 각도에서 무색인 복합물 필름을 제조하는 것에 관한 것이지만, 이와 같은 동일한 디자인 기술은 실질적으로 임의의 조망 각도에서는 무색이 아닌 특별한 색상 변환 (장식, 보안 등에 바람직한)을 생성하는데 사용될 수 있다.
B4. 청색 변환
단위포내에서 단일축으로 음으로 복굴절하는 층을 함유하는 것과 같은 본 발명에 따라서 제조되는 특정한 필름은 통상적인 색상 변환 필름에서 관찰되는 것보다 현저하게 큰 청색 변환을 나타내도록 제조될 수 있다 (즉, 입사각의 변화에 따라 스펙트럼의 청색 끝으로 스펙트럼의 피크가 이동함). 또한, 주어진 (비-수직) 입사 각도에 대한 청색 변환의 크기는 p-편광에 대한 통상적인 필름에서 관찰되는 것보다 크기때문에, 입사각에 따른 색상 변환의 차이는 통상적인 필름보다 본 발명의 필름이 더 크다. 이와 같은 특징은 본 발명의 필름에 있어서 색상 변환의 생성 효과가 보다 현저하고, 따라서 색상 변환 디스플레이에 보다 적합하게 된다.
임의의 얇은 필름 스택에서 입사각에 따른 청색 이동의 크기는 개별층에 대한 기본적인 파장 조정 공식으로부터 유도될 수 있다.
Figure 112000014532144-pct00079
식중, L은 주어진 층에 대하여 조정된 파장이고, θ는 상기 층에서 수직으로 측정된 입사각이고, n은 주어진 방향 및 층을 통해 이동하는 편광에 대한 재료층의 유효 굴절률이고, d는 층의 물리적 두께이다. 등방성의 얇은 필름 스택에서, Cosθ의 값만이 θ가 감소함에 따라 감소한다. 그러나, 단일축으로 음으로 복굴절하는 본 발명의 필름은 p-편광에 대하여 θ가 감소함에 따라 n 및 Cosθ모두가 감소한다. 단위포가 하나 이상의 단일축으로 음으로 복굴절하는 재료 또는 2축으로 복굴절하는 층, 예를 들면 PEN 또는 PET로 이루어진 층을 포함할 경우, 여기서 p-편 광은 단지 보다 높은 면 굴절률 값대신에 z-굴절률 값만을 감지하며, 결과적으로 보다 높은 입사각에 대하여 유효 굴절률이 감소한다. 따라서, 단위포 중 음으로 복굴절하는 층의 존재하에 야기되는 유효한 낮은 z-굴절률은 등방성의 얇은 스택에 존재하는 청색 변환에 추가로 제2 청색 변환을 생성한다. 복합된 효과는 완전히 등방성 재료로 이루어진 필름 스택과 비교하여 스펙트럼의 청색 변환이 보다 크다. 청색 변환의 크기는 단위포 중 모든 재료층에 대한 입사각에 따른 L의 두께 측량된 평균 변화에 의해 결정된다. 따라서, 청색 변환은 단위포 중 등방성 층(들)에 대한 복굴절 층(들)의 상대 두께를 조정함으로써 향상 또는 감소될 수 있다. 이는 생성물의 디자인에 우선 고려되는 f-비율의 변화를 가져온다. 거울에서 최대 청색 변환은 스택의 모든 층에서 단일축으로 음으로 복굴절하는 재료를 사용함으로써 얻어진다.
별법으로, 필름중 교대하는 얇은 필름 재료 중 하나의 z-굴절률이 면의 굴절률보다 높고 다른 재료가 복굴절이 낮은 경우, p-편광에 대한 흡광 대역은 s-편광에 대한 동일한 대역보다 약간 낮은 속도의 각도 변화에서 청색으로 이동하게 된다. 따라서, 최소 청색 변환은 오직 광학 스택에서 단일축으로 양으로 복굴절하는 재료를 사용함으로써 얻어진다.
편광기에 대하여, 2축으로 복굴절하는 재료가 사용되지만, 복굴절하는 얇은 필름 편광기의 주요 축의 하나를 따르는 단순한 경우의 입사광에 대해서는, 단일축 및 2축 복굴절 필름 모두에 대한 분석이 동일하다. 편광기의 주요 축간의 방향에 대하여, 효과가 여전히 관찰가능하지만, 분석은 더욱 복잡해진다. 그러나, 일반적 으로 주요 축간의 방위각에서 입사광에 대한 투과 스펙트럼의 청색 변환은 필름의 어느 광학축을 따르는 입사광에 대한 중간값을 갖는다. 가장 중합체성인 필름에 대하여, 광학축은 필름의 신장 축으로 정렬되거나 직교한다.
필름의 두 주요축을 따라서 높은 신장 비율을 갖는 PEN으로 제조된 거울 필름에 대하여, 하기 주어진 예의 것과 유사한 조건을 사용할 경우, PEN층의 면/z-축의 굴절률 차이는 약 0.25 (1.75 - 1.50)이다. 이와 같은 굴절률 차이는 PET-기재의 필름에 대하여는 작다 (즉, 약 1.66 - 1.50). PEN 기재의 편광기에 대하여, 흡광 축을 따라서 편광 면을 갖는 입사광을 사용할 경우, PEN의 z-축 굴절률과 비교하여 PEN의 면 굴절률의 차이가 보다 커지기 때문에 (즉, 약 1.85 - 1.50) 효과는 보다 심화되고, 2축으로 신장된 다중층 필름 스택에서 관찰되는 것보다 p-편광에 대한 청색 변환이 더 커진다.
단지 단일축으로 양으로 복굴절하는 재료 또는 등방성 재료와 함께 스택에 사용될 경우, 청색 변환은 등방성 광학 필름과 비교하여 감소된다. 두 재료의 z-굴절률 차이는 실질적으로 높은 반사도가 모든 입사각에서 p-편광에 대하여 요구되는 경우, 면 굴절률 차이보다 작아야 한다. 이와 같은 예로는 z-굴절률이 약 1.63 이고 면 굴절률이 약 1.57인 2축 방향의 신디오택틱 폴리스티렌과 같은 단일축으로 양으로 복굴절하는 재료가 있다. 다른 재료로는 굴절률이 약 1.63인 등방성 coPEN이 있다.
B5. 색상의 채도
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 복굴절하는 색상 변환 필름은 특히 선행 기술의 등방성 다중층 필름과 비교하여 개선된 채도를 나타낸다. 등방성 굴절률을 갖는 다중층 색상 변환 필름은 필름을 통한 조망 각도가 수직에서 경사각 (빗겨나간 각도)로 증가함에 따라 색상의 순도 (투과 또는 반사에서)가 하락한다. 이는 부분적으로 p-편광된 무작위 편광의 단편이 필름을 통한 전파각이 증가함에 따라 덜 효율적으로 반사한다는 사실로 인한 것이다. 따라서, 반사 대역이 수직 각 이외에서 보다 단파장으로 이동하면서 점점 약해지고, 전체 투과 스펙트럼을 저해하는 불필요한 스팩트럼 성분을 허용하게 된다. 문제점은 굴절률이 실질적으로 1.0보다 높은 필름이 접합된 프리즘 또는 다른 매체를 경유하여 유리로 들어갈 경우 특히 심각하다.
이와는 달리, 본 발명의 다중층 복굴절 색상 변환 필름은 광학층의 굴절률이 적합하게 z-축 (필름의 면에 수직인 축)을 따라서 정합되는한 조망 각도가 증가함에 따라서 그들의 채도를 유지할 수 있다. 등방성 다중층 필름 및 복굴절하는 다중층 필름 모두에 대하여 조망 각도가 증가함에 따라 색상 및 채도의 변화에 대한 계산 방법의 예를 하기에 나타낸다. 색의 순도는 스파이크 (spike)를 향해 대역폭이 협소해질수록 증가한다. 그러나, 중합체 다중층 스택의 반사광의 색의 순도는 공기/중합체 표층 계면으로부터 광대역 반사에 의해 감소될 수 있다. 이 경우에는 중합체 필름에 반사방지 코팅을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
<실시예 B5-1 및 B5-2>
면 굴절률값이 Na = 1.75이고 Nb = 1.50인 교대층 재료 A 및 B로 이루어지 고, 수직 입사에서 포화된 "청색" 투과 스펙트럼을 제공하도록 고안된 80-층 광학 스택에 대한 투과 색상을 0 도에서 80 도까지의 각도의 함수로서 계산하였다. 투과 색은 CIE x-y 색도 좌표 및 La*b* 색 공간 모두를 사용하여 계산하였다. 각 색계에 대하여, 색상의 채도는 색상 좌표값이 발광 원의 색상값에서 멀어질수록 증가한다 (La*b*의 경우 (0,0), x-y 계의 경우 (0.333, 0.333)).
각 색상 좌표계에 대하여, 색상값 대 조망 각도의 비교가 z-축에 따른 굴절률이 Nza = 1.75, Nzb = 1.50 (실시예 B5-1, 등방성, z-굴절률 부정합 경우)이고, N za = 1.50, Nzb = 1.50 (실시예 B5-2, z-굴절률 정합, 복굴절 경우)인 다중층 계에 대하여 수행되었다. PEN/PMMA 다중층 스택은 후자의 경우를 근사하도록 수행될 수 있다. 결과를 도 24 및 25에 나타낸다. 상기 도면에 나타낸 바와 같이, 실시예 B5-2의 복굴절, z-굴절률 정합 계는 크게 포화된 높은 각도의 색상 값을 갖는 반면, 실시예 B5-1의 등방성 계는 조망 각도가 증가함에 따라 색상의 채도가 크게 감소한다.
B6. 스펙트럼의 정의
본 명세서에서 본 발명은 종종 스펙트럼의 가시 영역을 참조로 기재되지만, 본 발명의 다양한 실시양태는 다양한 매개변수 (예를 들면, 광학층의 광학 두께 및 재료 선택)의 적합한 조절을 통해 전자기파의 상이한 파장 (및 진동수)에서 작동하는데 사용될 수 있다.
물론, 파장 변화의 주요 효과 중 하나는 관심있는 재료에 대하여 굴절률 및 흡수 계수가 변화한다는 것이다. 그러나, 굴절률 정합 및 부정합의 원리는 관심있는 각 파장에 여전히 적용되고, 스펙트럼의 특정한 전체 영역에 걸쳐 작동하는 광학 장치에 대한 재료의 선택에 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들면 적합한 치수의 비례축소는 스펙트럼의 적외선, 근자외선 및 자외선 영역에서의 작동을 허용한다. 이와 같은 경우에서, 굴절률은 이와 같은 작동 파장에서의 값을 의미하고, 광학 층의 광학 두께는 또한 대략적으로 파장에 따라 비례축소된다. 심지어는 매우 높은, 초고의 마이크로파 및 밀리미터 파 진동수의 대부분의 전자기파 스펙트럼이 사용될 수 있다. 편광 효과는 파장에 대한 적합한 비례축소로 존재하고, 굴절률은 유전체 함수 (실수 및 허수 부분을 포함함)의 제곱근으로부터 얻을 수 있다. 이와 같은 보다 장파장 대역에 있어서 유용한 제품은 거울 반사 편광기 및 부분 편광기일 수 있다.
반사 대역은 일반적으로 낮은 반사의 파장 영역에 의해 어느 면에서 튀어나오는 반사의 스팩트럼 대역으로서 정의된다. 유전체 스택에서, 흡수는 다수의 도포를 무시하기에 충분하게 전형적으로 낮고, 상기 정의는 투과의 측면에서 주어진다. 이와 같은 측면에서, 반사 대역 또는 정지 대역은 일반적으로 높은 투과 영역에 의해 모든 면에서 튀어나오는 낮은 투과 영역으로서 정의된다.
한 바람직한 실시양태에서, p-편광에 대한 단일 반사 대역 또는 정지 대역은 투과가 50%를 초과하고, 종점으로서 이와 같은 연속적인 파장으로 포함하고, 한 종점에서 다른 종점까지 20% 미만의 평균 투과를 갖는 임의의 두 연속적인 파장간에 연속적인 스펙트럼을 갖는다. 이와 같은 바람직한 반사 대역 또는 정지 대역은 비 편광 및 수직 입사광에 대해서 동일한 방법으로 기재된다. 그러나, s-편광에 대해서 상기한 투과 값은 공기와 스택 또는 스택의 표층 또는 코팅과의 계면에 의한 일부 반사광을 제외하는 방법으로 계산된다. 이와 같은 바람직한 실시양태에 대하여, 대역폭은 10%의 투과에서 가장 근접한 각 50%의 투과 지점이 존재하는 대역내의 두 파장간의 nm 거리로 정의된다. 통상적으로 사용되는 용어로, 대역폭은 10% 투과 지점에 의해 정의된다. 각각의 청색 및 적색 (즉, 단파장 및 장파장) 대역끝은 정의된 10% 투과 지점을 초과하는 파장인 것으로 취한다. 바람직한 정지 대역운 10% 투과 지점간에서 평균 투과인 것을 취한다.
상기 단락에서 기재된 정지 대역의 대역끝의 경사는 50% 및 10% 투과/파장 지점으로부터 취하고, %/nm의 단위로 주어진다. 반사 대역이 대역폭의 정의 및 바람직한 실시양태의 대역끝 경사를 만족하는 충분히 높은 반사도를 갖지 못하는 경우, 대역폭은 반치전폭 반사도를 의미하도록 취한다.
통과 대역은 일반적으로 비교적 낮은 투과의 스펙트럼 영역에 의해 튀어나가는 스펙트럼 투과 대역으로서 정의된다. 다중층 색상 변환 필름으로써 통과 대역은 반사 정지 대역에 의해 튀어나가게 된다. 통과 대역의 폭은 반치전폭 (FWHM) 값이다. 대역끝 경사는 주어진 대역끝의 가장 근접한 피크 투과 지점상에서 계산되고, 투과값은 피크 투과 값의 50 및 10%이다.
한 바람직한 실시양태에서, 통과 대역은 피크 투과 지점의 투과값이 10% 미만의 최소 투과값을 갖는 투과 피크의 양면상의 낮은 투과 영역을 갖는 투과 대역이다. 예를 들면, 이와 같은 바람직한 실시양태에서 50%의 최대 투과율을 갖는 통 과 대역은 5% 미만의 최소 투과율을 갖는 반사 대역에 의해 양면에서 튀어나간다. 보다 구체적으로, 통과 대역의 양면상의 최소 투과는 통과 대역의 피크 투과 값의 5% 미만이다.
통과 대역에 대한 대역끝 경사가 약 0.5%/nm를 초과하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 대역끝 경사는 약 1%/nm, 보다 바람직하게는 경사는 약 2%/nm를 초과한다.
B7. 비편광 색상 필터
s-편광에 관하여, 본 명세서에 기재된 복굴절하는 얇은 필름 스택은 대역폭 및 반사도가 모두 통상적인 등방성 재료에 대한 것과 동일한 방법으로 입사각에 따라서 증가한다. 적합한 굴절률의 재료를 선택할 경우, 동일한 효과가 p-편광에 대해서 생성될 수 있다. 이와 같은 경우에, s- 및 p-편광에 대한 스펙트럼은 입사각의 함수로서 유사하게 또는 심지어는 동일하게 작동하도록 제조될 수 있다. 이 주제에 관한 상세한 논의에 대해서는 미국 특허 제5,808,798호를 참조한다. 본 명세서에 기재된 다중층 필름은 면 굴절률 부정합과 반대 부호의 비교적 큰 z-굴절률 부정합을 갖는다. 본 명세서에서의 현상은 필터 대역폭 및 반사도와는 무관하다. 비록 재료가 이와 같은 효과를 달성할 수 있을지라도, 양호한 중간층 부착을 제공하는 상용가능한 재료의 선택은 제한되고, 재료의 선택에 있어서 대개 면 굴절률 차이의 크기를 희생하여 요구되는 z-굴절률 차이를 달성하게 된다.
본 발명자들은 이어서 비교적 작은 z-굴절률 부정합을 갖는 복굴절 다중층 스택이 특정한 경우에 비편광 색상 필터로서 기능할 수 있다는 것을 발견하였다. 이와 같은 경우에서, 단순한 등급화된 QxQ 스택의 반사 대역의 대역끝 중 오직 하나 만이 (단파장 또는 장파장 끝) 비편광되며, 모두 되지는 않는다. 특정한 색상 필터, 예를 들면 청색 또는 청록색 투과 필터와 같은 것은 의도한 용도에 전혀 문제가 되지 않는 스펙트럼의 IR 부분으로 충분히 먼 대역끝을 가질 수 있다. 컴퓨터 최적화를 사용하여 층 두께 값을 어느 쪽 또는 모두에 대해서 조정할 경우, 둘 이상의 재료의 계면에서 대략적인 z-굴절률 부정합을 갖는 얇은 필름 스택의 대역끝은 등방성의 얇은 필름 스택보다 뛰어난 비편광을 나타낼 수 있었다. 하기의 두 예는 기본적으로 그들의 청색 대역끝에서 비편광 효과를 나타내고, 단순한 층 두께 프로파일을 갖는 복굴절 스택이다. 이와 같은 얇은 필름 스택은, 예를 들면 송거 (L. Songer)의 문헌[Photonics Spectra, November 1994, page 88]에 기재된 바와 같이 비편광 색상 빔세분기 분야에서 현저한 개선을 제공한다. 송거의 5층 ABCBA 광학 반복 단위 스택은 굴절률이 약 1.52인 BK-7 유리 중 37.5도에서 작동하도록 고안되었다.
<실시예 B7-1>
PET/Ecdel 필름을 공압출한 417 층의 s- 및 p-편광에 대한 투과 스펙트럼을 도 26에 나타낸다. "Ecdel"은 이스트맨 케미칼사에서 시판중인 폴리에테르 에스테르이다. 두 스펙트럼은 공기중 60도의 입사각에서 취했고, 예를 들면 BK-7 유리와 같은 굴절률이 1.52인 유리 중 약 35도와 동일하다. 이와 같은 다중층 필름은 실시예 E1-2에 기재된 바와 같이 제조되었다. 상기 실시예에 기재된 바와 같이, 이와 같은 다중층 샘플을 제조하는데 사용되는 공정은 피드블럭에서 생성되는 층의 수를 2배화하는 비대칭의 2배 층 곱수를 사용하였다. 곱수는 두 세트의 층을 개별 파장 대역을 반사하도록 조정하고, 곱수 비율에 의해 분리되는 파장을 중앙에 위치시키도록 고안되었다. 그러나, 곱수는 용융스트림에 걸쳐서 모든 지점에서 정확히 동일한 곱수 비율을 생성하지 않는다. 특히, 종종 필름의 하나 또는 두 끝 근처에서 비율이 상당히 변화하게 된다. 편리를 위해, 이 실험의 샘플을 실시예 E1-2에 기재된 필름의 한 끝 근처에서 취했다. B7-1의 교차웹 위치는 실시예 E1-2의 스펙트럼을 얻은 교차웹 위치로부터 약 1/2 미터이다. 실시예 B7-1의 필름상의 교차웹 위치에서, 곱수 비율은 많이 감소되고, 실질적으로 두 반사 대역은 단일의 보다 광대역으로 병합된다. 도 26에서는 525 nm 근처의 s- 및 p-편광에 대하여 이와 같은 단일 대역의 대역끝이 약 10 nm 내에서 일치하는 반면, 800 nm 근처의 적색 대역끝은 약 40 nm로 분리된다. s-편광에 대하여 500 nm 미만 및 700 nm 초과 투과값은 필름의 중합체/공기 계면에 의해 우선적으로 측정되고, 반사방지 코팅으로 개선되거나, 유리 프리즘간의 접합과 같은 높은 굴절률의 매질에 집어넣음으로써 측정된다. p-편광 (500 nm 내지 710 nm)에 대한 정지 대역의 평균 투과는 약 6%이다. 본 실험에서 모든 대역끝 경사는 약 2.5%/nm이다.
p-편광에 대한 실시예 B7-1의 반사 대역은 500 nm 내지 710 nm에서 평균 투과가 6%로 여러 중요 스펙트럼 누출을 나타내고, 본 실험은 단지 이와 같은 광학 스택의 비편광 대역끝을 예시하기 위해 나타낸다. 당분야의 숙련자들은 정지 대역의 대역폭에서 평균 5% 미만 또는 2% 미만을 투과하는 PET 및 Ecdel로 이루어진 넓은 반사 대역 필터를 용이하게 제조할 수 있다. 도 26의 스펙트럼은 TD 방향으로 평행한 편광으로 얻었고, 또한 본 실시예에서는 x-방향을 의미한다. PET 표층의 측정된 굴절률은 nx = 1.666, ny = 1.647, nz = 1.490이다. 굴절률이 낮은 재료는 Ecdel이고 Ecdel의 굴절률은 약 1.52이다.
<실시예 B7-2>
비편광 청색 대역끝을 갖는 복굴절 스택의 제2 실시예는 PEN과 PMMA의 다중층 스택인 실시예 E1-1에 있다. 도 38에서는 s- 및 p-편광에 대한 투과 스펙트럼의 대역끝이 기본적으로 410 nm 근처에서 일치하는 반면, 600 nm 근처의 적색 대역끝은 거의 40 nm로 분리되어 있다. 본 실시예에서 PEN의 z-굴절률은 PMMA의 것과 상당히 잘 정합되며, 700 nm에서 이들 둘은 약 1.49이다. PEN은 PMMA보다 높은 분산을 가지며 400 nm 근처에서는 nzPEN
Figure 112000014532144-pct00011
1.53인 반면 nPMMA
Figure 112000014532144-pct00012
1.51이다. p-편광에 대한 정지 대역내의 평균 투과는 1.23%이다. 60도에서, 적색 대역끝 경사는 약 4.2%/nm이고 청색 대역끝 경사는 약 2.2%/nm이다. 수직 입사에서 적색 대역끝의 경사는 약 5.5%/nm이다.
z-굴절률 정합 조건을 갖는 복굴절 스택을 사용하는 비편광 효과를 얻기 위해서, 광학 스택은 또한 단지 수% 미만의 목적하지 않는 파장의 p-편광이 투과되도록 높은 반사도를 제공해야 한다. 이는 프레스넬 반사 계수가 두 편광에 대한 높은 입사각에서 현저하게 상이하기 때문에 s-편광이 p-편광보다 더 크게 반사됨에 따라서 필요하다. 바람직하게는 비편광 색상 필터내에서 p-편광의 평균 투과는 수직 입사에서 10% 미만, 보다 바람직하게는 5% 미만, 보다 더욱 바람직하게는 2% 미만이다. 양호한 색상 연출을 위해서, 또한 대역끝은 높은 경사를 나타내는 것이 바람직하다. 선명한 대역끝은 또한 고순도의 포화된 색상을 얻는 것이 바람직하 다. 바람직하게는 경사 약 1%/nm 이상, 보다 바람직하게는 약 2%/nm를 초과하고, 보다 더욱 바람직하게는 약 4%/nm를 초과한다. 선명한 대역끝을 얻기 위해서, 컴퓨터 최적화된 층 두께 분포를 사용하거나, 대역 선명화 두께 프로파일을 층 두께 분포 디자인에 적용할 수 있다.
이론에 구애되지 않고 상기 주어진 두 실시예에서 청색 대역끝의 일치는 s- 및 p-편광에 대한 상이한 대역폭의 조합 및 그와 같은 편광에 대한 스펙트럼의 각도에 따른 스펙트럼 변환의 상이한 속도로 인한 것이다. 단편의 대역폭은 입사각이 제로로부터 증가함에 따라 s-편광에 대하여 증가한다. p-편광에 대한 단편 대역폭은 z-굴절률 정합이 각 계면에 대한 프레스넬 반사 계수와 무관한 각도를 생성하지만 전체 대역이 상기 기재된 바와 같이 s-편광에 대한 동일한 대역보다 약간 빠르게 이동하기 때문에 각도가 변화하지 않는다. 두 효과는 대역의 청색면상에서 거의 취소되고, 그 결과 s- 및 p-편광 모두에 대한 청색 대역끝은 모든 입사각에서 거의 일치하게 된다. 두 효과가 적색면에 추가되고, s- 및 p-편광에 대한 대역끝이 분리된다. 생성된 적색 대역끝은 두 플롯의 평균이고, 이 경우에 비편광에 대하여 적색면상에서 약간 보다 낮은 색상 순도를 얻게 된다.
별법으로, 필름 중 교대하는 얇은 필름 재료 중 하나의 z-굴절률이 그의 면 굴절률보다 더 높아지고, 다른 재료가 낮은 복굴절을 갖는 경우마다. p-편광에 대한 흡광 대역은 s-편광에 대한 동일한 대역보다 약간 낮은 속도로 청색으로 이동한다. 이와 같은 필름 스택은, 예를 들면 비편광 황색 및 적색 투과 필터와 같은 비편광에 대한 흡광 대역의 적색면상에 선명한 대역끝을 유지하는데 사용될 수 있다. s- 및 p-편광에 대한 청색 또는 적색 대역끝의 정렬은 재료 층의 f-비율을 조절하거나, z-굴절률 부정합을 조정함으로써 정확해질 수 있다.
얇은 필름 스택의 f-비율은 본 발명의 반사 대역의 s- 및 p-편광 대역끝의 배열을 보조하기 위해 조절될 수 있다. 1000 nm에서 0.50의 수직 입사 f-비율에 대한, 층두께기 d1 = 142.86 nm 및 d2 = 166.67 nm이 PEN:PMMA 1/4파 스택 (n1x =1.75, n1z = 1.50, n2x = 1.50, n2z = 1.50)에 대한 하기 상세한 설명을 추정하면, 대역끝의 위치는 입사각의 함수로서 계산될 수 있다. 높고 낮은 대역끝은 수직 입사에서 953 nm 및 1052 nm이다. p-편광 대역끝은 특히 높은 대역끝에 대하여 s-편광의 것보다 더 변환된다. p-편광 대역은 99 nm에서 73 nm로 협소화되는 반면, s-편광 대역은 124 nm로 확장된다. 이와 같은 결과를 중간 각도에서 평가함으로써, 도 27의 자료를 생성할 수 있다.
도표는 p-편광 반사 대역에 대한 감소 폭을 나타내지만, 대역끝 값은 역수 파장의 측면에서 플로팅되었고, p-편광 대역의 대역폭은 일정하게 유지된다. 또한, 공기 중 60도에서 낮은 파장면상의 대역끝이 s- 및 p-편광에 대하여 정확하게 정합하지 않는 반면, 차이는 단지 약 10 nm이고, 이는 다수의 비편광 색상 필터 용도에 충분하다. p-pol 대역끝은 등방성의 1/4파 스택의 양상과 현저하게 대조되는 s-편광에 대한 상응하는 대역끝보다 청색으로 더 변환된다.
n1x = 1.75 및 n1z = 1.75, n2x = 1.50 및 n2z = 1.50를 사용하여 동일한 계산이 등방성 스택으로 수행되었다. 결과를 도 28에 나타낸다. f-비율 0.50에 대하 여, 층 두께가 d1 = 142.68 nm 및 d2 = 166.67 nm이다. 높고 낮은 대역끝은 수직 입사에서 953 nm 및 1052 nm이고, 비등방성 재료와 동일하다. 각도로써, p-pol 대역끝은 현저하게 협소화되는 반면, s-pol 대역끝은 비등방성인 것과 동일하다. p-pol 대역은 99 nm에서 29 nm로 협소화되는 반면, s-pol 대역은 124 nm로 확장된다. 등방성 대역의 중심은 s-pol 및 p-pol에 대하여 동일한 반면, 비등방성 재료에 대해서는 p-pol의 중심이 s-pol의 중심보다 더 감소한다. 공기 중 60°에서 s-pol과 p-pol 대역끝의 분리는 30 nm를 초과한다. 등방성 재료의 굴절률 시차가 증가함에 따라, s- 및 p-pol 대역끝의 분리도 또한 증가한다. 50 nm의 분리는 전형적인 것이다. 예를 들면, 송거의 문헌[Photonics Spectra, November 1994, page 88]을 참조한다.
s-pol 대역끝의 변환과 비교하여 p-pol 대역끝의 상대 변환은 실질적으로 스택내의 복굴절 재료의 양 뿐만 아니라 이들의 절대 복굴절 값에 의해 영향을 받는다. 예를 들면, PEN/PMMA 스택의 f-비율의 증가는 면 굴절률이 1.75인 재료의 상대량을 증가시키고, s-pol 반사 대역에서 작은 청색 변환을 촉진한다. f-비율 0.75, 및 n1x = 1.75 및 n1z = 1.50, n2x = 1.50 및 n2z = 1.50, 및 층 두께 d1 = 214.29 nm 및 d2 = 83.33 nm를 사용하여, 높고 낮은 대역끝은 수직 입사에서 967 nm 및 1037 nm이다. 도 29에 나타낸 바와 같이, 이와 같은 대역은 QxQ 스택만큼 넓지 않다. 또한, p-pol 끝에 대한 것보다 s-pol 대역끝에 대한 각도에 따라 덜 변환된다. p-pol 대역은 70 nm에서 52 nm로 협소화되는 반면, s-pol 대역은 86 nm로 확 장된다. 이와 같은 스택 디자인은 비편광 필터를 제공하지 않지만, QxQ (f = 0.5) 스택보다 각도에 따른 큰 색상 변환을 촉진한다.
동일한 재료의 스택에 대하여 반대 방향으로 f-비율을 올리는 것은 p-pol 스펙트럼의 청색 대역끝을 s-pol 스펙트럼과 배열시키는 것이다. 약 0.25의 f-비율에서, 둘은 거의 일치한다. 0.25의 f-비율에서, 층의 두께는 d1 = 71.43 nm 및 d2 = 250.00 nm이다. 높고 낮은 대역끝은 수직 입사에서 967 nm와 1037 nm이고, f-비율은 0.75에 대하여 동일하다. p-pol 대역끝은 z-굴절률이 1.50인 재료의 양이 변하지 않기 때문에 f = 0.75와 동일하게 변환하지만, s-pol 대역은 더 변환한다. 이와 같은 스택에서, 낮은 파장 대역끝은 s-pol 및 p-pol에 대하여 동일하게 변환한다. p-pol 대역은 70 nm 에서 52 nm로 협소해지는 반면, s-pol 대역은 91 nm로 확장된다. 이와 같은 결과를 도 30에 나타낸다.
s 및 p-pol 대역끝에 있어서 정합을 제공하는 f-비율에 있어서 큰 감소는 도 22에 예시된 바와 같이 스택의 전체 반사력을 감소시키는 단점이 있다. 모든 입사각에서 s 및 p 청색 대역끝의 정합을 제공하는 또다른 방법은 z-굴절률의 부정합을 도입하는 것이다. 면 굴절률이 1.66이고 z-굴절률이 1.50인 PET를 등방성 굴절률이 1.45인 제2 재료와 교대로 스택할 경우, 도 31에서 보는 바와 같이 s 및 p의 낮은 파장 대역끝이 실질적으로 모든 입사각에서 일치한다. z-굴절률이 정합 (Dz = 0.05)하지 않고, 면의 굴절률 시차가 도 28 (0.21 대 0.25)에서 예시된 등방성 스택에 대한 것보다 작아지고, p-pol 대역은 이 경우에 90도에서 등방성 경우보다 더 큰 대역폭을 유지한다. 다시 말하면, 이와 같은 디자인의 필름 스택은 모든 입사각에서 예외적인 반사도를 유지하고, 높은 명도 및 양호한 색상의 채도를 갖는 색상 필터를 요구하는 용도에서 사용될 수 있다. 일치하는 s 및 p 청색 대역끝에 대한 동일한 결과를 모델화된 복굴절 PEN/1.45 등방성 굴절률 재료의 스택으로 얻었다. 이와 같은 경우는 조절된 z 굴절률 정합을 도입함으로써 필름의 성능을 개선하는 예이다. Dz가 최대 면 굴절률 시차의 0.5 배인 필름 스택은 또한 다수의 색상 필터 용도의 필요조건을 충족시킨다.
s- 및 p- 편광 스펙트럼에 대한 청색 대역끝의 일치는 본 명세서에 개시된 색상 변환 필름의 중요한 특징이고, 비편광 색상 필터보다 뛰어난 유용성을 갖는다. s 및 p 대역끝의 일치는 조망 각도에 따라서 색상의 급격한 변환을 나타내는 색상 변환 필름의 제조 및 고순도의 색상을 갖는 특정한 색상 필터를 제조할 수 있게 한다. 한 바람직한 실시양태에서, s- 및 p-편광에 대한 대역끝의 분리는 바람직하게는 약 30도 미만, 보다 바람직하게는 약 20도 미만이다. 보다 더욱 바람직하게는 약 10 nm로 분리된다.
상기 기재된 비편광 색상 필터는 채색된 s 및 p-편광에 대한 동일한 대역폭 및 반사도를 요구하는 용도에 있어서 색상 빔세분기로서 유용하다. 특히, 이와 같은 필름은 도아니 (Doany)의 미국 특허 제5,644,432호에 기재된 LCD 영사기 시스템용의 3개의 프리즘 색상 분리기에서 색상 필터로서 사용할 수 있다. 색상 분리기의 형태로서 이와 같은 필름에 대한 특히 바람직한 배열은 빛이 우선 적색 반사 필름 (청록색 투과기), 이어서 녹색 및 적색 모두를 반사하는 필름 (청색 투과기)을 순차적으로 비추는 것이다. 청색 광은 두 필름을 관통하고 청색의 LCD 광 변조기를 비춘다. 도우니의 문헌에 기재된 유리 프리즘에서 바람직한 입사각은 30도이고, 이와 같은 각도는 본 발명에 의해 용이하게 적응된다. 다양한 용도를 위한 유리에서 전형적인 입사각은 30도, 35도, 37.5도 및 45도이다. 이와 같은 각도는 빛의 원뿔의 중심 선을 의미한다. 반 원뿔 각은 광학 계의 f 수에 따라서, 5, 10, 15 또는 심지어 20도일 수 있다. 예로서, 반 원뿔 각이 15도인 계에서 입사각이 35도인 곳에 위치한 빔세분기는 얇은 필름 스택상에서 20도 내지 50도의 입사각과 만나게 된다.
C. 공정의 상세설명
C1. 공정의 고려사항
본 발명의 공압출된 중합체 다중층 광학 필름을 제조하는데 사용되는 공정은 선택된 수지 재료 및 마무리된 필름 생성물의 목적하는 광학 특성에 따라 다양하다.
습기에 민감한 수지는 압출 이전 또는 중에 건조되어 분해를 방지한다. 이는 당분야에 공지된 임의의 수단에 의해 수행될 수 있다. 공지된 수단 중 하나는 오븐 또는 보다 정교한 가열된 진공 및(또는) 건조제 호퍼-건조기를 사용하여 압출기에 공급하기 전에 건조시킨다. 또다른 수단은 진공-배출된 이중 스크류 압출기를 사용하여 수지로부터 수분을 제거하며 압출한다. 건조 시간 및 온도는 호퍼-건조기 또는 오븐 건조 중 열 분해 또는 접착을 방지하도록 제한된다. 또한, 습기에 민감한 수지와 함께 공압출된 수지는 다른 수지에 의해 운반된 수분으로부터 습기 에 민감한 공압출 수지의 피해를 방지하기 위해 건조되어야 한다.
압출 조건은 연속적이고 안정한 방법으로 중합체 수지 공급물 스트림을 적절하게 공급, 용융, 혼합 및 펌프하도록 선택된다. 최종 용융 스트림 온도는 동결, 결정화 또는 온도 범위의 낮은 말단으로 과도하게 고압 강하 및 온도 범위의 높은 말단에서 분해되는 것을 피하는 범위에서 선택된다. 예를 들면, 폴리에틸렌 나프탈렌 (PEN)은 8시간 동안 135℃에서 건조한 후, 진공에서 바람직하게는 270℃ 내지 300℃, 보다 바람직하게는 275℃ 내지 290℃의 최종 구역 온도 또는 용융 온도를 갖는 압출기로 공급한다.
종종 다중층 피드블럭에 도입되는 모든 중합체가 동일하거나 매우 유사한 용융점을 갖는 것이 바람직하다. 이는 이상적인 용융 처리 온도가 정합하지 않는 두 중합체가 공압출되는 경우 공정 절충물을 필요로 한다. 예를 들면, 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA)는 전형적으로 235℃ 내지 250℃에서 압출된다. 그러나, 놀랍게도 PMMA가 PMMA 용융점만큼 높은 275℃를 사용하여 PEN과 공압출될 수 있고, 단 이는 유동중에 정체 지점에 대한 포텐셜을 최소화하고 PMMA의 용융에 있어 전체 보유 시간을 최소화하여 유지하는 PMMA 용융 윤열로 수행되는 디자인이 고려되어야 한다. 정체 지점은 중합체 유동이 정체되는 경향이 있는 급한 구석에서 발생한다. 이에 관하여 유용한 또다른 기술은 보다 통상적인 처리 온도에서 PMMA 용융 윤열을 시작한 후, 전체 공정을 통하여 잘 발달된 유동이 얻어질 경우, 용융 윤열 온도를 보다 높게 PEN-상용가능한 온도로 올린다.
반대로, PEN 처리 온도는 PMMA에 대한 전형적인 용융 처리 온도에 정합시키시 위해 감소될 수 있다. 따라서, 놀랍게도 PEN의 용융점, 이어서 처리 온도도 PEN의 능력의 감소를 매우 약간 수반하는 공단량체를 PEN 중합체에 추가함으로써 그림상에 복굴절을 발전시키는 것을 밝혀냈다. 예를 들면, 3 mol%의 2,6-디메틸 마프탈레이트 (DMN) 단량체 대신에 디메틸 이소프탈레이트 (DMI)을 사용하여 제조한 PEN 공중합체는 단지 0.02 유니트의 복굴절 감소 및 단지 약 4 또는 5℃의 유리 전이 온도의 감소를 나타내며, 용융 처리 온도는 15℃로 감소된다. 소량의 디메틸 테레프탈레이트 (DMT)또는 다른 2산 또는 디올 공단량체 또한 이와 관련하여 유용할 수 있다. 2산 공단량체의 에스테르 또는 디에스테르가 또한 사용될 수 있다. PEN 중합체에 공단량체를 첨가하는 것의 장점은 표제 "Modified Copolyesters and Improved Multilayer Reflective Film"하의 미국 특허 제 09/006,601호 및 표제 "Optical Device with a Dichroic Polarizer and Multilayrt Optical Film"하의 미국 특허 제09/006,468호의 미국 특허 출원에 보다 상세하게 기재되어 있다.
당분야의 숙련자들에게는 하나, 다른 것 또는 두 기술을 또다른 기술과 조합할 수 있기 때문에 공중합을 통한 PEN 공정 온도 감소와 공정 디자인을 통한 PMMA 용융 온도 증가의 조합이 유용하게 사용될 수 있음이 명백할 것이다. 마찬가지로, 유사한 기술이 PEN과 PMMA 이외의 중합체, PMMA와 PEN 이외의 다른 중합체 또는 두 예시 중합체 중 어느 것도 포함하지 않는 조합물의 동일-온도 공압출에 사용될 수 있다.
압출 후에, 용융 스트림을 여과하여 목적하지 않는 입자 및 겔을 제거한다. 당분야에 공지된 폴리에스테르 필름으로 제조된 1차 및 2차 필터가 1 내지 30 ㎛ 크기의 메쉬로 사용될 수 있다. 선행 기술은 이와 같은 여과에 의한 필름의 청결 및 표면 특성의 중요성을 지적하고 있는 반면, 본 발명에서는 이와 같은 중요성이 층의 균일성으로 확장된다. 각 용융 스트림은 넥 튜브를 통해 연속적이고 균일한 속도의 중합체 유동을 제한하는 기어 펌프로 운송된다. 정지 혼합 유니트는 균일한 용융 스트림 온도를 보장하기 위해서 용융물을 기어 펌프에서 다중층 피드블럭으로 운반하는 넥 튜브의 말단에 설치될 수 있다. 전체 용융 스트림은 가능한한 균일하게 가열하여 용융 처리중에 균일한 유동 및 최소 분해 모두를 보장한다.
다중층 피드블럭은 둘 이상의 중합체 용융 스트림을 다수의 각각에 분할되고, 이와 같은 층에 끼워넣고, 둘 이상의 중합체의 다수의 층을 단일 다중층 스트림에 융합시키도록 고안된다. 임의의 주어진 용융 스트림의 층은 주요 유동 채널에서 스트림의 일부를 피드블럭 분기관 중 개별 층에 대한 층 슬롯을 공급하는 옆 채널로 순차적으로 흘러나오게 함으로써 생성된다. 슈렝크 (Schrenk)등의 미국 특허 제3,737,882호, 동 제3,884,606호 및 동 제3,687,589호에 개시된 것을 포함하는 다수의 디자인이 가능하다. 또한, 슈렝크 등의 미국 특허 제3,195,865호, 동 제3,182,965호, 동 제3,051,452호, 동 제3,687,589호 및 동 제5,094,788호 및 루이스 (Lewis)등의 미국 특허 제5,389,324호에 기재된 바와 같은 층 유동을 조절함으로써 층 두께 구배를 도입하는 방법도 기재되어 있다. 전형적인 대규모 공정에서, 층 유동은 일반적으로 개별 옆 채널 튜브 및 층 슬롯의 형태 및 물리적 치수를 가공함에 있어 수행되는 선택에 의해 조절된다.
둘 이상의 용융 스트림의 옆 채널 튜브 및 층 슬롯은 목적하는 바와 같이 끼워들어가서 교대층을 형성한다. 조합된 다중층 스택에 대한 피드블럭의 하향스트 림-옆 분기관은 압축되고 균일하게 층을 가로로 펼쳐서 성형된다. 보호 경계 층 (PBL)로서 공지된 특정한 두께의 층은 벽의 응력 효과 및 가능한 생성 유동 불안정성으로부터 보다 얇은 광학 층을 보호하기 위하여 광학 다중층 스택에 사용되는 임의의 용융 스트림으로부터 분기관 벽에 가장 근접하게, 또는 분리 공급 스트림에 의해 공급된다.
광학 용도에서, 특히 특정한 색상 또는 색상(들)을 전송 또는 반사하기 위해 의도된 필름에 대하여, 필름의 면에서 매우 정확한 층 두께 균일도가 요구된다. 이와 같은 가로 펼침 단계후에 완벽한 층 균일도를 얻기는 어렵다. 가로로 펼치는 양이 커질수록, 생성된 층 두께의 프로파일에 있어 비균일도의 가능성이 높아진다. 따라서, 층 두께 프로파일 균일도의 관점에서 (또는 필름 색상 균일도에 대한) 피드블럭 층 슬롯이 비교적 넓은 것이 유리하다. 그러나, 층 슬롯의 폭의 증가는 보다 크고, 보다 무겁고, 보다 비싼 피드블럭을 얻게 된다. 최적의 층 슬롯 폭의 평가는 생성된 필름의 광학 균일도 필요조건을 고려하여 개별적으로 각 피드블럭 경우에 수행되어야 하고 본 중합체에 대한 신뢰성 있는 유동 데이타 및 당분야에 공지된 중합체 유동 시뮬레이션 소프트웨어를 피드블럭 제조 비용을 위한 모델과 함께 사용하여 수행될 수 있다.
층 두께의 조절은 특히 다중층 필름의 두께를 통해 앞서 기술된 방식으로 변경되는 특정 두께 또는 두께 구배 프로파일을 갖는 필름을 생성하는데 유용하다. 예를 들면, 여러 층의 두께 디자인은 스펙트럼의 가시 영역에서 색상을 나타내는 보다 고차의 고조파를 최소화한 적외선 필름을 기술하고 있다. 이와 같은 필름의 예로는 미국 특허 제RE3,034,605호에 기재된 것이 포함된다.
또다른 적합한 필름에는 미국 특허 제5,360,659호에 기재된 6개의 교대 반복 단위가 약 380 내지 770 nm 사이의 가시광 파장 영역에서 목적하지 않는 2차, 3차 및 4차 반사를 억제하는 반면 약 770 내지 2000 nm 사이의 적외선 파장 영역에서는 반사하는 2성분 필름이 기재되어 있는 필름이 포함된다.
또다른 유용한 필름 디자인은 표제 "Multicomponent Reflective Film"의 미국 특허 제 09/006,118호 특허에 기재되어 있다.
상기 기재된 바와 같이, 혼성 디자인은 또한 약 1200 nm를 초과하는 파장에서 반사하도록 고안된 다중층 스택의 제1 부분, AB 반복 단위 및 약 770 내지 1200 nm의 파장의 적외선을 반사하는 실질적으로 동일한 광학 두께를 갖는 교대층의 제2 부분으로 사용될 수 있다. 이와 같은 교대층의 조합은 2000 nm를 통해 적외선 파장 영역에 걸쳐 빛을 반사를 얻게 된다.
이와 같은 제한내에서 필름 또는 광학체를 고안함으로써, 2차, 3차 및 4차 반사의 적어도 일부 조합은, 특히 1차 반사 대역이 스펙트럼의 적외선 영역에 존재하는 경우 입사각에 따른 1차 고조파 반사의 실질적인 감소 없이 억제될 수 있다. 이와 같은 필름 및 광학체는 특히 IR 거울로서 유용하고, 창 필름으로서 및 IR 보호를 목적으로 하지만 양호한 투명성 및 낮은 색상이 중요한 유사한 용도에서 유리하게 사용될 수 있다.
필름 중 다양한 층은 바람직하게는 필름에 걸쳐서 상이한 두께를 갖는다. 이는 통상적으로 층 두께 구배를 의미한다. 층 두께 구배는 목적하는 반사 대역폭 을 달성하도록 선택된다. 통상적인 층 두께 구배 중 하나는 가장 두꺼운 층의 쌍이 가장 얇은 층의 쌍보다 특정 % 두꺼운 선형적인 것이다. 예를 들면, 1.055:1 층 두께 구배는 가장 두꺼운 층의 쌍 (필름의 주요 표면에 인접함)이 가장 얇은 층의 쌍 (필름의 반대 표면에 인접함)보다 5.5% 두껍다. 또다른 실시양태에서, 층 두께는 필름의 한 주요 표면에서 다른 면으로 감소된 후 증가, 이어서 다시 감소한다. 이는 보다 선명한 대역끝을 제공하는 것으로 보이며, 따라서 스펙트럼의 반사 영역에서 투과 영역으로 보다 선명하거나 보다 급격한 전이가 발생한다.
선명화된 대역끝을 달성하는 방법은 주로 두 광학 재료 "A" 및 "B"의 교대 서열로 배치된 층을 갖는 다중층 필름에 대하여 기술된다. 셋 이상의 별개의 광학 재료가 한 실시양태에서 사용될 수 있다. 인접한 "A" 및 "B" 층의 각 쌍은 광학 두께 OT1, OT2,..., OT6를 갖는 ORU1으로 필름의 상부에서 시작하고 ORU6로 끝나는 ORU로 구성된다. 이와 같은 광학 두께는 앞서 나타낸 용어 "Dr"과 동일하다. 고안된 파장에서 최대 1차 반사를 위하여 (수학식 I 중 M = 1), 각 ORU는 A 또는 B 어느 층에 대하여 50%의 f-비율을 갖는다. A 층이 B 층보다 얇은 것으로 나타나기 때문에, A 층은 B 층보다 높은 X- (면) 굴절률을 갖는다. ORU 1-3은 ORU의 광학 두께가 음의 Z 방향으로 단조롭게 감소되는 다중층 스택 S1으로 분류된다. ORU 4-6은 ORU의 광학 두께가 단조롭게 증가되는 또다른 다중층 스택 S2로 분류된다. 이와 같은 두께 프로파일은 선명화된 스팩트럼 전이를 생성하는데 유익하다. 대조적으로, 앞서 공지된 필름의 두께 프로파일은 전형적으로 단지 한 방향으로만 단조롭 게 증가 또는 감소한다. 일부 용도에 대하여 목적하는 경우, 광학 두께 중 불연속성은 두 스택간에 혼입되어 간단한 노치 투과 대역 스펙트럼을 발생시킬 수 있다.
다른 두께 구배는 피크 투과를 개선하고 보다 급한 경사의 대역끝 (보다 협소한 투과 대역)을 생성하도록 고안될 수 있다. 이는 개별 층을 스택의 일부가 반대로 휘어진 두께 프로파일을 갖고 스택의 인접한 부분은 약간 휘어진 프로파일을 가져 스택의 제1 부분의 만곡과 정합되는 성분 다중층 스택으로 배치함으로써 달성될 수 있다. 휘어진 프로파일은 임의의 수의 기능 형태를 따를 수 있다. 형태의 주요 목적은 단지 단일 파장으로 조정된 층을 갖는 1/4파 스택에 존재하는 두께의 정확한 반복을 중단시키는 것이다. 본 명세서에서 사용된 특별한 함수는 선형 프로파일의 부가 함수 및 적합한 음 또는 양의 제1 도함수로 프로파일을 휘게하는 사인 함수이다. 중요한 특징은 ORU 두께 프로파일의 제2 도함수가 반사 스택의 적색 대역 끝 (장파장)에 대해서 양이고, 반사 스택의 청색 대역 끝 (단파장)에 대해서 음인 것이다. 노치된 투과 대역의 대역 끝을 언급할 경우, 정반대의 판독이 요구됨을 주의한다. 동일한 원리의 다른 실시양태는 제1 도함수의 제로 값을 갖는 다중 지점을 갖는 층 프로파일을 포함한다. 본 명세서의 모든 경우에서, 도함수는 실제 ORU 광학 두께 프로파일을 통해 피팅된 최고의 피트 곡선을 언급하며, 이는 광학 두께 값에 있어서 10% 미만의 표준편차를 갖는 작은 통계학적 오류를 포함할 수 있다.
PBL을 제외한 피드블럭 분기관을 나가는 다중층 스택의 각각의 최초 부분은 패킷으로 공지되어 있다. 광학 용도의 필름에서, 각 패킷은 주어진 파장 대역에서 반사, 전송 또는 편광되도록 고안된다. 다중층 스택이 피드블럭을 이탈함에 따라 하나 이상의 패킷이 존재할 수 있다. 따라서, 필름은 이중 또는 다중 대역에서 광학 성능을 제공하도록 고안될 수 있다. 이와 같은 대역은 분리되고 별개의 것이거나 중첩될 수 있다. 각 패킷이 동일한 둘 이상의 중합체로 이루어진 다중 패킷은 각 중합체에 대한 한 용융 윤열을 모든 패킷에 공급하거나 각 패킷이 용융 윤열의 개별 세트에 의해 공급될 수 있는 방식으로 피드블럭 및 그의 구배 판을 구성함으로써 제조될 수 있다. 물리적 특성과 같은 비광학 특성의 필름상에 부여되도록 고안되는 패킷은 단일 다중층 피드블럭 스택에서 광학 패킷과 조합될 수 있다.
이중 또는 다중 패킷을 피드블럭에 생성하는 별법은 1보다 큰 곱수 비율로 곱수를 사용하여 한 피드블럭 패킷에서 이들을 생성하는 것이다. 최초 패킷의 대역폭 및 곱수 비율에 따라서, 생성된 패킷은 대역폭에서 중첩되거나 그들 간의 대역폭 차이로 이탈하도록 제조될 수 있다. 당분야의 숙련자들에게는 주어진 광학 필름의 목적을 위한 피드블럭 및 곱수 방법의 최고 조합이 다수의 요인에 좌우되고 개별 기준에 따라서 결정된다는 것이 명백할 것이다.
증축시키기 전에, 추가층을 다중층 스택에 추가할 수 있다. 이와 같은 외부 층은 다시 PBL로서 이번에는 곱수내에서 작동한다. 증축 및 스택킹한 후, PBL 스트림의 일부는 광학층간의 내부 경계층을 형성하는 반면, 나머지는 표층을 형성한다. 따라서, 패킷은 이경우에서 PBL에 의해 분리된다. 추가 PBL이 첨가될 수 있고, 추가의 축적 단계가 다이와 같은 형성 유니트로 최종 공급되기 전에 수행될 수 있다. 이와 같은 공급 전에, 최종 추가층은 증축의 수행여부 및 임의의 경우 PBL이 상기 증축 이전에 첨가되었는지의 여부에 관계없이 다중층 스택의 외부에 첨가될 수 있다. 이는 최종 표층을 형성하고 앞서-도포된 PBL의 외부 부분이 이와 같은 최종 표층하에 아피를 형성한다. 다이는 용융 스트림의 추가 압축 및 폭 펼침을 수행한다. 또한, 다이 (예를 들면, 그의 내부 분기관 및 압력 구역을 포함함)는 웹이 다이를 이탈할 때 웹에 걸쳐서 층의 균일한 분포를 생성하도록 고안된다.
표층이 종종 다중층 스택에 추가되어 보다 얇은 광학 층을 벽의 응력 및 가능한 생성된 유동 불안정성의 효과로부터 보호하지만, 필름의 표면(들)에 두꺼운 층을 추가하는데에는 다른 이유가 존재할 수 있다. 다수가 필름 압출 분야의 숙련자들에게는 명백할 것이고, 이들에는 부착, 코팅성, 방출, 마찰 계수 뿐만 아니라, 예를 들면 방벽 특성, 내후성, 긁힘 및 내연마성과 같은 표면 특성이 포함된다. 이들에 추가하여, 놀랍게도 단일축으로 또는 매우 동일한 2축으로 연신되는 필름의 경우에 "균열", 또는 파열 또는 보다 강하게 연신되는 방향으로 끊어지는 경향은 모두 아피 또는 가장 근접한 광학 층 중합체에 잘 부착되고, 연신에 의해 쉽게 배향되지 않는 표층 중합체의 선택을 통해 실질적으로 억제될 수 있다. 이와 같은 예로는 PEN 동종중합체를 함유하는 광학 다중층 스택 위의 표층(들)로서 결정화도 및(또는) 결정성 배향을 억제하기에 충분한 공단량체 함량을 갖는 PEN 공중합체 (coPEN)의 사용이 있다. 균열의 현저한 억제는 필름이 한 평면 방향으로 크게 연신되고 비연신되거나 직교 평면 방향으로 단지 약간 연신될 경우, coPEN 표층(들)이 없는 유사한 필름과 비교하여 이와 같은 구조에서 관찰된다. 당분야의 숙련자들은 다른 광학 층 중합체 및(또는) 아피 중합체를 보충하는 유사한 표층 중합체를 선택할 수 있을 것이다.
온도 조절은 피드블럭 및 뒤이은 다이 립 (lip)에서의 캐스팅을 향하는 유동에 있어서 매우 중요하다. 온도 균일성이 종종 바람짇하지만, 일부 경우에서는 피드블럭에 있어서 신중한 온도 구배 또는 공급 스트림에서 약 40℃ 이하의 온도 차이가 스택 층의 두께 분포를 축소 또는 확장하기 위해서 사용될 수 있다. PBL 또는 표피 블럭으로의 공급 스트림은 또한 피드블럭의 평균 온도보다 상이한 온도에 설정될 수 있다. 종종, 이와 같은 표피 스트림은 약 40℃ 이하의 보다 고온으로 설정되어 이와 같은 보호 스트림 중 점성 또는 탄성을 감소시키고, 따라서 보호층으로서의 이들의 유효성을 향상시킨다. 때때로, 이와 같은 스트림을 약 40℃ 이하로 온도로 감소시켜 이들과 나머지 유동 스트림 간의 유동 정합을 개선할 수 있다. 예를 들면, 낮은 점성의 표피의 온도를 감소시키는 것은 점성 부합을 향상시키고 유동 안정성을 향상시킨다. 이와는 달리, 탄성 효과도 정합될 필요가 있다.
전단 속도는 점성 및 다른 유동 특성, 탄성과 같은 것에 영향을 주는 것으로 관찰된다. 유동 안정성은 때때로 공압출된 중합체의 점성 (또는 다른 유동 기능) 대 전단 속도 곡선의 상대 형태를 정합시킴으로써 개선되는 것으로 나타난다. 다시 말하면, 이와 같은 곡선의 최대 부정합의 최소화는 유동 안정성에 대한 적합한 목적일 수 있다. 따라서, 유동의 다양한 단계에서 온도의 차이는 상기 유동의 경로에서 전단 또는 다른 유동 속도 차이를 균형화하는데 도움을 준다.
웹을 때때로 캐스팅 휠 또는 캐스팅 드럼을 의미하는 냉각 롤상에 캐스트한다. 바람직하게는 이와 같은 캐스팅이 정전기 피닝 (pinning)에 의해 보조되며, 상세한 것은 폴리에스테르 필름 제조 분야에 공지되어 있다. 본 발명의 다중층 광학 필름에 대하여, 정전기 피닝 장치의 매개변수를 설정하는데 있어 상당한 주의를 기울여야 한다. 종종 "피닝 채터"라 언급되는 필름의 압출 방향에 따른 주기적인 캐스트 웹 두께 변화는 가능한 정도로 피해야 한다. 다이 및 캐스팅 냉각 롤에 관련된 전류, 전압, 피닝 와이어의 두께 피닝 와이어의 위치는 모두 영향을 주는 것으로 공지되어 있고, 당분야의 숙련자에 의해 경우에 따라 설정되어야 한다.
웹은 표면 텍스쳐 중 사이디드니스 (sidedness), 결정화도 또는 한 면상의 휠의 접촉 및 다른 면상의 단지 공기의 접촉으로 인한 다른 특성을 얻을 수 있다. 이는 일부 용도에서 바람직할 수 있고, 다른 용도에서는 바람직하지 않을 수 있다. 이와 같은 사이디드니스의 최소화가 바람직할 경우, 닙 롤이 냉각 롤과 함께 사용되어 켄칭을 향상시키거나, 캐스트 웹의 공기면이 되는 면상에 평활함을 제공할 수 있다.
일부의 경우에서는 다중층 스택의 한 면이 냉각 롤 면상에서 얻어지는 뛰어난 켄칭을 위해 선택된 면인 것이 중요하다. 예를 들면, 다중층 스택이 층 두께의 분포로 이루어진 경우, 종종 냉각 롤의 가장 근접한 곳에 가장 얇은 층을 배치하는 것이 바람직하다.
일부의 경우에서는 표면 거침 또는 표면 텍스쳐를 갖는 필름을 제공하여 권취 및(또는) 실질적 전환 및 사용에 있어서 취급을 개선하는 것이 바람직하다. 다수의 이러한 예가 필름 제조 분야의 숙련자들에게 공지되어 있다. 본 발명의 광학 필름에 적합한 특정한 예는 이와 같은 필름이 유리 판 또는 제2 필름과 밀접한 접 촉시에 사용되도록 의도될 경우 발생한다. 이와 같은 경우에서, 판 또는 제2 필름 상에서 광학 필름의 선택적인 "침윤"은 큰 영역에 걸쳐서 광학의 균일도에 손상을 주는 "뉴우튼의 고리 (Newton's Rings)"로 공지된 현상을 일으킨다. 텍스쳐되거나 거친 표면은 침윤 및 뉴우튼의 고리의 출현에 요구되는 접촉의 친밀을 방지한다.
폴리에스테르 필름 분야에서는 종종 "슬립 (slip)제"라 언급되는 소량의 미립자를 포함하여 상기 표면 거침 또는 텍스쳐를 제공한다. 이는 본 발명의 광학 필름에서 수행될 수 있다. 그러나, 슬립제 미립자의 함유는 소량의 흐릿함이 생기고 필름의 광학 투과를 다소 감소시킨다. 본 발명에 따라서, 표면 거침 또는 텍스쳐가 필름 캐스팅중에 미세-엠보싱 롤과의 접촉에 의해 제공되는 경우, 뉴우튼의 고리는 흐릿함이 생기지 않고 동일하게 또는 보다 효과적으로 방지된다. 바람직하게는 미세-엠보싱이 캐스팅 휠의 닙 롤로서 작동한다. 별법으로, 캐스팅 휠 자체가 미세-텍스쳐화되어 유사한 효과를 제공한다. 또한, 미세-텍스쳐화된 캐스팅 휠 및 미세-텍스쳐화된 롤 모두가 함께 사용되어 미세-엠보싱화된 양면 거침 또는 텍스쳐를 제공할 수 있다.
또한, 놀랍게도 본 발명자들에 의해 상기 언급한 바와 같이 필름의 공기 면에서의 보조 켄칭에 추가하여 캐스팅 냉각 롤에서 평활한 닙 롤의 사용이 다이 라인, 피닝 채터, 및 다른 두께 변동의 크기를 감소시킨다는 것이 발견되었다. 웹은 웹에 걸쳐서 균일한 두께로 캐스팅될 수 있거나, 또는 웹 두께의 신중한 프로파일링이 다이 립 조절에 포함될 수 있다. 이와 같은 프로파일은 필름 공정의 말단에서 균일도를 개선할 수 있다. 공정 장비의 진동 조절은 캐스트 다중층 웹의 "채 터"를 감소시키는데 중요하다.
또한, 다양한 공정 단계 중의 보유 시간이 고정된 전단 속도에서도 중요할 수 있다. 예를 들면, 층간의 상호확산은 보유 시간의 조절에 의해 대체 및 조절될 수 있다. 본 명세서에서 상호확산은, 예를 들면 정상 확산, 가교 반응 또는 에스테르교환 반응과 같은 다양한 분자 동작을 포함하는 개별 층의 재료간의 모든 혼합 및 반응 공정을 의미한다. 충분한 상호확산은 양호한 층간의 부착을 보장하고 탈적층을 방지하는데 바람직하다. 그러나, 너무 많은 상호확산은 층간의 조성 별개성의 실질적인 손실과 같은 불리한 효과를 야기할 수 있다. 또한, 상호확산은 연신될 경우 층의 배향능력을 감소시킬 수 있는 층간의 공중합 또는 혼합을 일으킬 수 있다. 이와 같은 불리한 상호확산이 발생하는 보유 시간의 정도는 종종 양호한 층간 부착을 달성하는데 필요한 것보다 더 크며 (예를 들면, 차수의 크기), 따라서 보유 시간은 최적화될 수 있다. 그러나, 일부 큰 정도의 상호확산은, 예를 들면 주름 구조를 생성하는 층간 조성물의 프로파일링에 유용할 수 있다.
또한, 상호확산의 효과는 추가의 층 압축에 의해 대체될 수 있다. 따라서, 주어진 보유 시간에서 효과는 또한 최종 층 압축률에 상대적인 간격중에 층의 압축 상태의 함수이다. 보다 얇은 층이 상호확산에 보다 민감하고, 이들은 전형적으로 최대 켄칭을 위해 캐스팅 휠에 가장 근접하게 위치한다.
최종적으로, 본 발명자들에 의해 상호확산은 상승된 온도에서 열 설정을 통해 다중층 필름이 캐스트, 켄칭 및 연신된 후에 향상될 수 있음이 예기치않게 발견되었다.
캐스팅 휠에서의 조건은 목적하는 결과에 따라 설정된다. 켄칭 온도는 광학적 투명함이 바람직할 경우, 흐릿함을 제한하기에 충분히 냉각되어야 한다. 폴리에스테르의 경우, 전형적인 캐스팅 온도는 10℃ 내지 60℃이다. 상기 범위의 보다 높은 부분은 평활 또는 엠보싱 롤과 함께 사용될 수 있는 반면, 보다 낮은 부분은 두꺼운 웹의 보다 유효한 켄칭을 야기한다. 캐스팅 휠의 속도는 또한 켄칭 및 층 두께를 조절하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 압출기 펌프 속도는 전단 속도를 감소시키거나 상호확산을 증가시키기 위해 감속되는 반면, 캐스팅 휠은 목적하는 캐스트 웹의 두께를 유지하기 위해 속도를 증가시킨다. 캐스트 웹의 두께는 두께 감소를 수반하며 모든 연신의 말단에서 최종 층의 두께 분포가 목적하는 스팩트럼 대역을 덮도록 선택된다.
다중층 웹은 연신되어 최종 다중층 광학 필름을 생성한다. 연신에 대한 주요 원인은 하나 이상의 재료 층에 복굴절을 유도함으로써 최종 광학 스택의 광학력을 증가시키는 것이다. 전형적으로, 하나 이상의 재료가 연신 중에 복굴절화 한다. 이와 같은 복굴절은 선택된 연신 공정하에서 재료의 분자 배향에서 야기된다. 종종 이와같은 복굴절은 연신 공정의 응력 또는 응력변형에 의해 유도되는 핵형성 및 결정 성장 (예를 들면, 응력-유도 결정화)으로 현저하게 증가된다. 결정화도는 복굴절의 발전을 억제하는 분자 이완을 억제하고, 결정은 그자체가 연신으로 배향할 수 있다. 때때로, 일부 또는 모든 결정이 연신 이전에 예비-존재 또는 캐스팅 또는 예비가열에 의해 유도될 수 있다. 광학 필름을 연신하는 다른 이유에는 처리량의 증가 및 필름의 기계적 특성의 개선등이 포함되지만, 이에 한정되는 것은 아 니다.
다중층 광학 편광기를 제조하는 전형적인 방법 중 하나로는 단일 연신 단계가 사용된다. 이 공정은 텐터 (tenter) 또는 길이 배향기에서 수행될 수 있다. 특정 텐터는 필름을 웹 경로 또는 기계 방향 (MD)으로 필름을 치수적으로 연신 또는 이완시키는 메카니즘을 갖추고 있지만, 전형적인 텐터는 웹 경로에 대하여 가로로 연신한다. 따라서, 이와 같은 전형적인 방법에서, 필름은 한 면 방향으로 연신된다. 제2 면 치수는 통상적인 텐터에서와 같이 일정하게 유지되거나, 길이 배향기에서와 같이 보다 작은 폭으로 네킹하게 된다. 이와 같은 네킹 (necking)은 실재하며, 연신율을 증가시킨다. 탄성의 압축되지 않는 웹에 대하여, 최종 폭은 이론적으로 초기 폭과 세로 연신율의 제곱근의 역수의 곱으로서 평가할 수 있다. 이아 같은 이론적인 경우에서, 두께는 또한 이와 동일한 비율로 감소한다. 실제적으로, 이와 같은 네킹은 다소 이론적인 폭보다 넓은 폭을 생성하고, 이 경우에서 웹의 두께는 대략적인 부피 보존을 유지하기 위해 감소될 수 있다. 그러나, 부피는 보존될 필요가 없기 때문에, 이와 같은 설명에서 편차가 가능하다.
다중층 거울을 제조하는 전형적인 방법 중 하나에서, 2단계의 연신 공정이 사용되어 복굴절 재료를 모든 면 방향으로 배향시킨다. 연신 공정은 두 면 방향으로 연신할 수 있는 기재된 단일 단계 공정의 임의의 조합일 수 있다. 또한, MD를 따라서 연신가능한 텐터, 예를 들면 순차적으로 또는 동시에 두 방향으로 연신가능한 2축 텐터가 사용될 수 있다. 후자의 경우에서, 단일 2축 연신 공정이 사용될 수 있다.
또다른 다중층 편광기 제조 방법에서, 개별 연신 공정에 대한 다양한 재료의 상이한 양상을 촉진하여 서로 상대적인 상이한 배향 정도 및 형태를 갖는 단일 공압출된 다중층 필름내에서 상이한 재료를 포함하는 상이한 층을 생성하는 다중 연신 공정이 사용된다. 또한, 거울도 이와 같은 방법으로 형성될 수 있다. 이와 같은 광학 필름 및 공정은 표제 "Optical Film and Process for Manufacture Thereof"의 미국 특허 제09/006,455호에 상세하게 기재되어 있다.
또다른 다중층 광학 필름의 실시양태에서, 편광기는 2축 공정을 통해 제조될 수 있다. 또다른 실시양태에서, 균형화된 거울은 둘 이상의 현저한 면 복굴절 재료를 생성하고, 따라서 비대칭이, 예를 들면 주요 면 방향 모두에 거의 동일한 상대 굴절률 차이를 갖는 균형화된 결과를 형성하도록 면 비대칭을 생성하는 공정에 의해서 제조될 수 있다.
특정한 공정에서, 이와 같은 축의 회전은 장력이 하향 웹을 변화시키는 것을 포함하는 공정 조건의 효과로 인해 발생할 수 있다. 이는 때때로 통상적인 텐터상에서 제조된 필름에서 "보우포워드 (bowforward)" 또는 "보우백 (bowback)"을 의미한다. 광학 축의 균일한 방향성은 대개 수율 및 성능 향상에 바람직하다. 이와 같은 보우잉 (bowing) 및 회전을 제한하는 기계적 또는 열적 방법을 통한 장력 조절 또는 단리와 같은 공정이 사용될 수 있다.
흔히, 텐터에서 기계 방향에 가로로 필름을 연신하는 것이 불균일하다는 것이 관찰된다. 전형적으로, 이와 같은 변화는 웹의 중앙에서보다 맞물린 끝이 근처에서 보다 냉각된 웹 온도의 추정과 일치한다. 이와 같은 불균일고의 결과는 마무 리된 필름의 사용가능한 폭에 있어서 상당한 감소를 가져올 수 있다. 필름 두께의 매우 작은 차이가 웹에 걸쳐서 광학 특성의 불균일도를 가져오기 때문에, 이와 같은 제한은 본 발명의 광학 필름에 대하여 더욱 심각할 수 있다. 본 발명자들이 인식한 바와 같이, 연신, 두께 및 색상 균일도는 텐터 그리퍼 (gripper)의 근처에서 필름 웹의 가장자리를 추가로 가열하기 위한 적외선 가열기를 사용함으로써 개선될 수 있다. 이와 같은 적외선 가열기는 텐터의 예비가열 지역전에 예비가열 지역, 신장 지역 또는 배합 위치에서 사용될 수 있다. 당분야의 숙련자들은 적외선 가열의 추가를 구획하고 조절하기 위한 다수의 옵션을 인식할 것이다. 또한, 적외선 가장자리 가열과 캐스트 웹의 교차웹 두께 프로파일에 있어서의 변화의 조합 가능성도 또한 명백할 것이다.
본 발명의 특정한 다중층 광학 필름에 대하여, 마무리 필름에 대하여 측정된 하나 이상의 특성이 기계 및 가로 방향에서 동일한 값을 갖는 필름을 연신하는 것이 중요하다. 이와 같은 필름은 종종 "균형화된" 필름을 의미한다. 기계- 및 가로-방향 균형은 2축으로 배향된 필름-제조의 분야에 공지된 기술을 통해 공정 조건을 선택함으로써 달성될 수 있다. 전형적으로, 조사된 공정 매개변수에는 기계-방향 배향 예비가열 온도, 신장 온도 및 연신율, 텐터 예비가열 온도, 신장 온도 및 연신율 및 때때로는 텐터의 이전-신장 지역에 관련된 매개변수가 포함된다. 다른 매개변수도 또한 중요하다. 전형적으로 계획된 실험은 적합한 조건의 조합을 얻기위해서 수행되고 분석된다. 당분야의 숙련자들은 제조되는 각 필름 구성물 및 각 필름 라인에 대해서 개별적으로 이와 같은 평가를 수해할 필요성을 인식할 것이다.
유사하게, 상승된 온도에서의 축소 및 열팽창의 가역계수와 같은 치수 안정성의 매개변수가 당분야에 공지된 통상적인 필름에 대한 경우와 유사하게 다양한 공정 조건에 의해 영향을 받는다. 이와 같은 매개변수에는 가열 설정 온도, 가열 설정 기간, 가열 설정 중 가로 방향 치수 이완 ("토우-인 (toe-in)"), 웹 냉각, 웹 장력 및 귄취 후 가열 "침지" (또는, 담금)가 포함되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 계획된 실험은 당분야의 숙련자들에 의해 수행되어 주어진 필름 라인상에서 수행되는 주어진 필름 조성물에 대한 주어진 치수 안정성 필요조건의 세트에 대한 최적의 조건을 결정한다.
본 발명에 따라서 고품질의 광학 필름을 형성하기 위해 공정 조건의 조심스러운 제어 및 균일성에 대한 요구를 인식해야 한다. 연신 균일성은 온도에 크게 영향을 받고, 따라서 균일한 온도는 전형적으로 균일한 필름을 위해 바람직하다. 마찬가지로, 캘리퍼 (두께) 및 조성 균일성도 또한 바람직하다. 균일성을 얻기위한 바람직한 방법은 편평하고 균일한 필름을 캐스트한 후, 균일하게 연신하여 균일한 최종 필름을 생성한다. 종종, 최종 필름 특성은 이와 같은 공정하에 보다 균일하고 (예를 들면, 각외 색상) 보다 양호하다 (예를 들면, 층간 부착). 특정 환경에서, 캐스트 두께 프로파일은 불균일한 연신을 보상하는데 사용되어 균일한 캘리퍼의 필름을 생성할 수 있다. 또한, 상기 논의된 적외선 가장자리 가열은 캐스트 두께 프로파일과 함께 사용될 수 있다.
C2. 색상 균일도
배경기술 단락에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따라서 제조된 다중층 필름 및 다른 광학 장치는 선행 기술의 필름으로 얻을 수 있는 것을 크게 초과하는 큰 영역에서 물리적 및 광학 균일도를 나타내도록 제조될 수 있다. 본 발명의 방법에 따라서, 선행 기술의 캐스트 (연신하지 않음) 필름에서 나타나는 층 두께 및 광학 캘리퍼의 뒤틀림은 약 2x2 내지 약 6x6 간의 계수, 바람직하게는 약 4x4에 의해 캐스트 웹을 2축으로 신장함으로써 피할 수 있고, 이는 측면 층 두께 변화를 생성하며, 따라서 색상 변화가 보다 덜 선명해지는 경향이 있다. 또한, 필름이 캐스트 웹을 신장함으로써 제조되기 때문에 (신장하지 않고 직접적으로 마무리된 필름을 캐스팅하는 것과는 반대로), 따라서 요구되는 보다 협소한 캐스트 웹은 보다 협소한 다이에 발생하는 현저하게 낮은 층 퍼짐 때문에 압출 다이에서 층 두께 분포의 뒤틀림의 가능성이 보다 낮아지게 한다.
상기 단락에서 논의되고 층 두께의 균일성을 개선하기 위한 다수의 다른 공정 고려사항은 또한 색상이 층 두께에 직접적으로 좌우됨에 따라, 색상 균일성을 개선한다. 이와 같은 것에는 다중층 수지 계 유동 정합, 여과, 피드블럭 설계, 곱수 디자인, 다이 디자인, 보호 경계층, PBL 및 표층 선택, 온도 제어, 정전기 피닝 매개변수, 웹 두께 변화 검사 장치의 사용, 캐스팅 닙 롤의 사용, 진동 제어 및 텐터에서의 웹 가장자리 가열이 포함되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
압출 장비 디자인 및 정합 및 압출 제어에 있어서 오류는 계통적 및 무작위 두께 오류 모두를 야기한다. 일반적으로 균일한 색상 필름에 대해서, 무작위 오류는 색상에 있어서 하향 웹 및 교차 웹 변화 모두를 야기하고, 계통적 오류에 있어서는 비록 변화하지는 않지만 필름의 전체 색상 및 교차웹 색상 변화 모두에 영향을 준다.
무작위 및 계통적 오류 모두는 전체 필름 캘리퍼 뿐만 아니라 개별 층에 대해서도 발생한다. 전체 필름 캘리퍼 오류는 대개 광학 투과 또는 반사 스펙트럼을 통하여 용이하게 검출 및 검사된다. 따라서, 온-라인 스팩트럼기는 오프-라인이 되더라도 필름의 스팩트럼 투과율을 측정하도록 설치될 수 있고, 따라서 색상 균일성을 측정하기 위한 필요 정보를 제공하고, 공정 제어에 대한 피드블럭을 제공한다. 개별 층 오류는 대부분 광학 스택상의 위치 및 오류의 크기에 따라서 인지된 색상에 영향을 줄 수도, 주지 않을 수도 있다.
계통적 오류는 스택중의 임의의 또는 모든 층에 대한 디자인 두께로부터 반복가능한 편차이다. 이들은 곱수 및 피드블럭을 공안하기 위해 사용되는 중합체 유동 모델에 있어서 고유 디자인의 접근 또는 피드블럭과 다이의 부정합 오류 때문에 발생할 수 있다. 이와 같은 오류는 오류가 디자인 기준으로 감소할 때까지 재설계 또는 재정합에 의해 제거될 수 있다. 이와 같은 오류는 또한 곱수에 의지하지 않고 광학 필름에 요구되는 층수를 생성하는 피드블럭을 정합시킴으로써 감소될 수 있다.
무작위 오류는 피드블럭 및 다이 영역의 온도 변동, 수지 불균일성, 선택적으로 용융 스트림의 일부를 저하하는 용융 윤열을 통한 부적합한 용융 온도 제어, 저하된 또는 탄 수지로 인한 피드블럭 또는 다이의 오염, 용융 압력, 온도 및 펌프 속도 변화와 같은 공정 제어 오류, 및 수역학적 유동 불안정성에 의해 야기될 수 있다. 유동 모델링은 이와 같은 유동 불안정성을 야기하는 조건을 피하기 위해 피드블럭 및 다이 디자인에 투입된다.
전체 두께 균일성은 다이 디자인, 캐스팅 휠 속도 변동, 계 진동, 다이 갭 제어, 정전기 피닝 및 필름 신장 조건에 의해 영향받는다. 이와 같은 변화는 무작위 또는 계통적일 수 있다. 계통 오류는 필수적으로 일정한 (예를 들면, 변화하지 않음) 색상을 얻지 못하게 한다. 예를 들면, 다이 또는 캐스팅 휠의 진동은 0.5 내지 50 cm의 차수로서 주기적으로 반복하는 공간 색상 변화를 야기한다. 장식 필름과 같은 주기적인 공간 색상의 변화가 마무리된 필름에 바람직할 수 있는 특정 용도에서, 제어된 주기적 진동을 의도대로 캐스팅 휠에 부여할 수 있다. 그러나, 색상 균일성이 바람직하고, 양호한 두께 조절이 필수적인 경우, 캐스팅 휠은 직접 구동 모터를 설비한다 (예를 들면, 어떠한 감속 장치도 없음). 이와 같은 모터의 한 예로는 콜모간 (Kollmorgan)사에서 시판중인 부품 번호 TT-10051A의 D.C. 브러시 서보 (brush servo) 모터가 있다. 감속 장치가 있는 보다 높은 속도의 모터가 사용될 수 있지만, 적합한 전기 조정 및 원활하게 움직이는 기어 박스를 갖는 고품질 계가 필수적이다. 특히 캐스틸 휠에 상대적인 다이의 계 진동은 캐스팅 설비의 바닥층상의 원뿔크리트 패드에 캐스팅 위치를 배치함으로써 최소화된다. 다른 완충 또는 단리 수단은 기계 분야의 숙련자들에게는 명백할 것이다.
진동의 근원은 웹 두께 변화 검사 장치로 확인할 수 있다. 진동 기간을 이와 같은 장치의 출력으로부터 확인할 수 있을 경우, 동일한 기간의 진동 양상을 나타내는 공정 구성요소 또는 외부 근원을 검색할 수 있다. 이와 같은 유니트를 당분야에 공지된 방법에 의해서 다이 및 캐스팅 휠로부터 보다 견고하고 진동-완충되는 또는 진동-단리되도록 제조할 수 있거나, 처리될 필요가 없는 경우 단순하게 끄 거나 재위치시킬 수 있다. 따라서, 압출 스크류의 회전으로 인한 주기성에 의해 확인되는 진동은, 예를 들면 압출기 문과 넥 튜브 사이에 완충 재료를 사용함으로써 단리될 수 있는 반면, 실내 송풍기로 인한 주기성에 의해 확인되는 진동은 송풍기를 끄거나 재위치시킴으로써 제거될 수 있다. 또한, 완전히 제거 불가능한 다이 또는 캐스팅 위치의 진동은 견고한 상부구조물의 일부 형태를 통해 다이와 캐스팅 위치를 기계적으로 연결함으로써 다이와 캐스팅 위치사이의 상태 진동 동작을 일으키는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 진동-관련된 기계적 연결에 대한 많은 디자인이 명백하다. 또한, 응력변형 경화 재료가 필름에 사용될 경우, 신장은 충분히 낮은 온도에서 수행되어 웹에 걸쳐서 균일한 신장을 생성하고 피닝 와이어는 견고하게 설치된다.
층 두께 및 광학 캘리퍼에 대한 추가 조절은 일정한 회전 속도를 갖는 정확한 캐스틸 휠 구동 메카니즘을 사용함으로써 달성된다. 캐스팅 휠은 다른 점에서 웹 두께의 "채터" 및 이어서 하향 웹에 있어서 층 두께 변화를 야기하는 진동이 없도록 고안되고 작동된다. 본 출원인들은 다이와 캐스팅 휠 사이에 상대 거동을 생성하는 이와 같은 진동이 다이로부터 배출되는 압출물로 연신됨에 따라 캐스팅 휠에서 유효한 속도 변화를 일으킨다는 것을 발견하였다. 이와 같은 속도 변화는 필름 캘리퍼 및 광학 층 두께에 있어서, 특히 응력 변형-경화 재료가 본 발명의 광학 필름을 제조하는데 유리하게 사용되고 필름의 표면에 걸쳐서 색상 변화를 일으키는 변조를 야기한다. 따라서, 캐스팅 휠에서의 이러한 제어의 부재, 압출 공정에서 나타나는 정상 진동은 본 발명의 광학 필름에서 현저하게 색상을 저하시키기에 충 분하다. 본 발명의 방법은 최초로 중합체 재료로 이루어진 임의의 특정 조망 각도에서 높은 색상 균일도를 갖는 색상 변환 필름을 제조하였다. 즉, 필름은 특정 입사 각도에서 투과 또는 반사되는 빛의 목적하는 대역폭이 10 cm2 이상, 보다 바람직하게는 100 cm2의 영역에서 약 1 또는 2 nm 미만으로 다양하고, 스펙트럼 반사 피크의 대역끝의 파장 값이 동일한 영역에서 약 +/- 4 nm으로 다양한 본 발명의 방법에 따라서 제조될 수 있다.
본 발명의 방법으로 가능한 색상 균일도의 개선은 본 발명의 필름을 선행기술의 것과 비교하는 여러 실시예를 통해 예시된다.
<실시예 C2-1>
하기 실시예는 일부 유명한 시판중인 색상 필름의 색상 균일도를 예시한다.
사판중인 광학 필름의 샘플 (8631 적색/녹색)을 메알 코포레이션사로부터 얻었다. 필름은 외양이 무지개 빛 (예를 들면, 무작위로 성형되고, 필름상의 인접 영역이 조망 각도가 변화함에 따라 유사하지 않은 색상으로 변화하여, 필름이 "물위의 오일"과 같은 외양을 나타냄)이었다. 필름내에서 색상의 윤곽선은 색상으로 암호화된 지형학상 언덕 지형의 지도와 유사한 목재 조직의 외양을 나타냈다.
필름의 투과 스펙트럼을 오리엘 (Oriel) "인스타스펙 (Instaspec)" 다이오드 배열을 사용하여 가시 영역에서 취했다. 유사한 스펙트럼이 다른 입사각에서 관찰되지만, 스펙트럼은 각각 수직 입사를 취했다. 스펙트럼을 교차-웹 방향으로 필름의 한 쪽 말단으로부터 12.7 cm (5 인치) 위치에서 시작하여 12.7 cm (5 인치) 간 격으로 취했다. 작은 크기로 주어지기 때문에, 샘플 그자체는 보다 큰 재료의 웹에서 절단된 것으로 보인다. 각각의 이와 같은 스펙트럼이 완벽한 색상 균일도를 나타내는 필름에 대하여 동일하기 때문에, 스펙트럼의 변화는 색상 균일도에 있어서 변화의 표시이다.
이와 같은 다양한 지점에서의 메알 필름에 대한 스펙트럼을 도 32 및 33에서 각각 교차 웹 및 하향 웹 방향에 대하여 나타낸다. 상기 도면에서 보는 바와 같이, 메알 필름은 교차 웹 방향으로 색상 균일도에 있어서 76.2 mm (3 인치)의 거리에서 +/- 13 nm의 실질적인 변동을 나타낸다. 하향 웹 방향으로의 스펙트럼 변동은 다소 작지만 여전히 인식가능하다.
<실시예 C2-2>
실시예 E1-2의 녹색 투과 필름을 하향 웹 및 교차 웹 스펙트럼 변동에 대하여 조사하였다. 수 인치에 대하여 1인치 떨어진 교차웹 스펙트럼은 단지 550 nm로 중심이 맞춰진 통과 대역의 청색 대역끝으로 +/- 4 nm 변환된다. 교차웹 스펙트럼을 도 34에 나타내고, 하향 웹 스펙트럼을 도 35에 나타낸다.
<실시예 C2-3>
실시예 E1-1의 청색 투과 필름도 또한 균일성을 분석하였다. 일련의 스펙트럼 곡선을 하향웹 및 교차웹 방향으로 1.27 cm (0.5 인치) 간격으로 얻었다. 지역 균일도는 실질적으로 하향웹 방향에 대하여 도 36에 나타낸 척도에서 모두 동일하였다.
실시예 C2-2 및 C2-3의 필름은 2.54 내지 5.08 cm (1 내지 2 인치) 간격의 인접 영역에서 가시적으로 어떠한 색상의 변동도 식별되지 않는 매우 균일한 색상을 나타냈다. 따라서, 영역 중 1 내지 2 제곱 인치의 일부 필름은 샘플이 다양한 각도로 변함에따라 동시에 색상이 변화된다. 유사하게, 실시예 C2-2 또는 C2-3의 필름은 s-형태로 휘고, 다양한 각도에서 조망되며, 생성된 색상 대역이 똑바르고 선명한 경계를 나타낸다.
필름의 스펙트럼 변동은 필름의 색상 외양에 반영되었다. 메알 필름은 색상이 상당히 균일한 (비록 여전히 지점에 따른 스펙트럼의 형태에 있어 차이로 인해 다소 얼룩이 존재하지만) 12.7 mm (약 0.5 인치) 직경과 유사한 영역을 함유하지만, 필름의 색상 균일도는 보다 큰 영역에서 불량해지고, 약 제곱 인치의 영역에서 약 +/- 7 nm의 대역끝에서 하향웹 변동을 나타낸다. 대조적으로, 실시예 C2-3의 청색 필름은 63.5 cm (2.5 인치)의 하향웹 길이에 걸친 청색 대역끝상에서 +/- 3 nm의 변동을 나타내고, 실시예 C2-2의 녹색 필름은 8.89 cm (3.5 인치)의 하향웹 거리에 걸친 녹색 대역끝상에서 +/- 4 nm의 변동을 나타냈다.
상기 스펙트럼에서 보는 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라 제조된 필름은 필수적으로 비교적 넓은 영역의 필름에서 균일한 광학 캘리퍼를 나타내며, 따라서 물리적 및 광학 캘리퍼가 보다 낮은 필름과 비교하여 색상 변환을 보다 선명하고 보다 신속하게 조망 각도의 함수로서 얻게 된다.
C3. 주기적인 색상 변환
색상 균일도가 본 발명의 필름의 다수 용도에는 중요한 반면 장식 필름과 같은 다른 용도에는 중요하지 않거나 바람직하지 않다. 색상 변환이 바람직한 이와 같은 용도에서, 이들은 의도적으로 광학 스택의 두께에 변조를 가져오는 방법으로 웹의 켄칭 이전 임의의 지점에서 웹의 일부를 가로지르거나 따라서 목적하는 공간 진동수의 두께 변동을 유도함으로써 본 발명의 필름에 부여할 수 있다. 이를 달성하는 다수의 방법이 존재하지만 (예를 들면, 캐스팅 휠에서 진동을 유도함으로써), 이와 같은 변조는 피닝 와이어에서 목적하는 진동수 (또는 진동수들)의 진동을 유도함으로써 용이하게 부여될 수 있다. 예를 들면, 피닝 와이어상에서 진동을 유도함으로써, 편광기 필름의 색상을 필름을 가로질러 직선으로 중성 회색 투과광에서 적색으로 주기적으로 변화시켰다. 적색 선은 하향웹 방향으로 6.0 mm 분리되었다. 피닝 와이어 진동의 계산된 진동수는 21 Hz였다.
지역의 무작위 색상 변환도 또한 본 발명의 필름을 작은 내부 기포로 압출하여 흥미를 끄는 장식 효과를 생성함으로써 달성될 수 있다. 기포는 일반적으로 수행되는 정도로 충분히 수지를 건조시키지 않거나, PMMA와 같은 열적으로 민감한 수지를 약간 과열시킴으로써 유사한 효과를 생성하는 것을 포함하는 여러 방법에 의해 생성될 수 있다. 지역적으로 형성된 작은 기포는 미세층을 뒤틀리게 하고 일부 예에서 깊이의 외양을 얻을 수 있는 지역적인 색상 변화를 야기한다.
비록 색상 변화를 유도하는 상기 기재된 방법이 비균일한 필름을 교시하지만, 높은 정지 대역 반사도 및 높은 색상 채도를 갖는 균일한 색상을 갖는 시작 기본 필름은 주어진 방법에 의해 지역적으로 중단될지라도 평균 색조, 색상의 채도 및 이와 같은 장식용 필름을 조절하는데 있어 바람직할 수 있다. 본 명세서에서 교시하는 지역적인 색상 변화는 고유하게 높은 반사도 및 높은 경사의 대역끝을 갖 는 반사 대역을 갖는 균일한 색상 변환 필름에 도포될 경우, 보다 눈에 띄게 된다.
상기 언급한 바와 같이, 캐스팅 휠의 진동은 캐스팅 휠의 속도가 변동하게 하여 필름의 층 두께를 변화시킨다. 진동의 진동수 (또는, 진동수들)는 변조되어 생성된 필름에 반복 서열 또는 색상 패턴을 부여할 수 있다. 또한, 이와 같은 색상 변화는 본 발명의 필름의 전형적인 색상 변환 특성을 파괴하지 않고 달성될 수 있으며, 따라서 색상이 보다 반짝이거나 변화하는 입사각에 따라 이동하는 화려한 필름 (종종 전체 가시 스펙트럼으로 펼쳐짐)을 제조할 수 있다.
주기적인 색상 변화는 또한 패턴으로 엠보싱함으로써 필름에 부여될 수 있다. 부분적으로 엠보싱된 부분이 더이상 필름의 나머지와 동일평면상이 아니라는 사실로 인해, 필름의 나머지보다 색상 또는 색상들이 상이하게 나타난다. 따라서, 놀라운 효과는 본 발명의 색상 변환 필름을, 예를 들면 어망 패턴 (예를 들면, 적색 배경상의 금색) 또는 상징으로 엠보싱함으로써 생성되었다.
특정 예에서, 유사한 원리가 사용되어 필름 중 주기적인 색상 변화를 제거하거나 조정하고, 따라서 필름의 색상 균일도을 개선한다. 즉, 웹에 주어진 진동수 또는 주어진 주기 진동수의 진동을 부여하는 것으로 밝혀진 근원의 경우, 동일한 진폭의 진동 (그러나 반대 위상)을 웹에 부여하여 (예를 들면 캐스팅 휠을 통해) 공정으로부터 상쇄 간섭 및 근원의 유효한 제거를 얻는다.
C4. 편광기에 대한 굴절률 정합/부정합을 얻는 방법
본 발명의 색상 변환 필름에 사용되기 위해 선택되는 재료 및 이와 같은 재료의 배향 정도는 바람직하게는 마무리된 편광기에서 층이 하나 이상의 관련된 굴 절률이 실질적으로 동일한 축을 갖도록 선택된다. 굴절률의 정합은 전형적이지만 필수적이지는 않은 배향 방향에 가로인 축과 관련되어, 실질적으로 편광 면에서 어떠한 빛도 반사되지 않는다.
전형적으로, 본 발명의 색상 변환 필름은 적어도 제1 및 제2 중합체 재료의 교대층으로 제조되고, 여기서 제1 재료는 제2 재료보다 더 크게 복굴절한다. 종종, 제2 재료는 등방성인 것으로 선택된다. 그러나, 제2 재료는 또한 음으로 복굴절, 즉 신장된 후에 배향 방향과 관련된 굴절률의 감소가 나타날 수 있다. 제1 재료의 복굴절이 양인 경우, 제2 재료의 복굴절에 의해 유도되는 음의 응력 변형은 배향 축과 관련된 인접 상의 굴절률 간의 차이를 증가시키는 장점이 있는 반면, 배향 방향에 수직인 편광면의 반사광은 여전히 무시될 수 있다. 배향 방향에 직교하는 방향에 인접한 상의 굴절률 간의 차이는 배향 후에 약 0.05 미만이고, 바람직하게는 색상 변환 효과가 바람직한 스펙트럼의 영역의 대부분에서 약 0.02 미만이다.
제2 재료는 또한 양의 응력변형으로 유도된 복굴절을 나타낸다. 그러나, 이는 열처리에 의해 대체되어 연속상의 배향 방향에 수직인 측의 굴절률과 정합될 수 있다. 가열 처리의 온도는 제1 재료의 복굴절을 상쇄할 정도로 높지 않아야 한다.
또한, 필름내에서 특정 층이 선택적으로 배향되는 (이들의 굴절률에 변화를 가져옴) 조건 (예를 들면, 특정 신장 속도 및 온도)하에 필름 또는 광학체를 신장함으로써 굴절률에 있어서 목적하는 정합/부정합을 달성할 수 있는 반면, 필름내에서 다른 층의 굴절률은 실질적으로 영향받지 않는다. 다중층 필름에서 선택적으로 배향되는 층에 대한 방법은 표제 "An Optical Film and Process for Manufacture Thereof"의 미국 특허 제09/006,455호에 기재되어 있다. 바람직한 경우는, 방법이 특정 필름의 층내에서 진정한 단일축 배향을 달성하는데 사용될 수 있는 것이다.
D. 재료 선택
D. 재료 선택
본 발명에 사용하기에 적합한 다양한 중합체 재료는 공압출된 광학 필름을 제조하는데 사용되는데 교시되었다. 예를 들면, 슈렝크등의 미국 특허 제4,937,134호, 동 제5,103,337호, 동 제5,1225,448,404호, 동 제5,540,978호 및 동 제5,568,316호 및 동 휘틀리 및 슈렝크의 제5,122,905호, 동 제5,122,906호 및 동 제5,126,880호에 목록화되어 있고 기재되어 있는 중합체 재료는 본 발명의 다중층 광학 필름을 제조하는데 유용하다. 그중 특히 관심있는 것은 슈렝크등의 5,486,949 및 5,612,820, 존자등의 미국 특허 제5,882,774호, 및 표제 "Modified copolyesters 및 Improved Multilayer Reflective Films"의 미국 특허 제09/006,601호에 기재된 복굴절 중합체이다. 필름이 제조되는 바람직한 재료에 관해서, 본 발명의 다중층 광학 필름을 제조하는데 부합되는 여러 조건이 존재한다. 첫째로, 이와 같은 필름은 둘 이상의 구별가능한 중합체로 이루어져야 하고; 그 수가 제한되지 않으며, 셋 이상의 중합체가 특별한 필름에 유리하게 사용될 수 있다. 두번째, 두 필요한 중합체 중 하나 이상에서 "제1 중합체"를 의미하는 것은 바람직하게는 큰 절대값을 갖는 응력변형 광학 계수를 갖는다. 다시 말해서, 신장될 경우 큰 복굴절을 발달시킬 수 있는 것이 바람직하다. 용도에 따라서, 복굴절은 필름 면의 두 직교 방향사이, 하나 이상의 면 방향사이 및 필름 면에 수직인 방향 또는 이들의 조합사이에서 발달될 수 있다. 비록 복굴절이 여전히 일반적으로 바람직하지만, 등방성 굴절률이 넓게 분리되는 특별한 경우에서, 중합체 중 큰 복굴절에 대한 우선이 덜해질 수 있다. 이와 같은 특별한 경우는 필름을 두 직교하는 면 방향으로 필름을 연신하는 2축 공정을 사용하여 형성된 거울 필름 및 편광기 필름에 대한 중합체의 선택으로 야기될 수 있다. 셋째로, 제1 중합체는 신장 후에 목적하는 광학 특성이 마무리된 필름에 부여되도록 복굴절을 유지해야 한다. 넷째로, 다른 필요한 중합체로서 "제2 중합체"를 의미하는 것은 마무리된 필름에서 그의 굴절률이 하나 이상의 방향으로 동일 방향에서의 제1 중합체의 굴절률과 약간 상이하도록 선택되어야 한다. 중합체 재료는 전형적으로 분산성, 즉 반사 굴절률이 파장에 따라 다양하며, 이와 같은 조건은 특정한 관심있는 스펙트럼의 측면에서 고려되어야만 한다
중합체 선택의 다른 면은 특정 용도에 좌우된다. 편광 필름의 경우, 제1 및 제 중합체의 굴절률 차이가 필름의 한 면의 방향으로 마무리된 필름에서 상이한 것이 유리한 반면, 직교하는 필름-면 굴절률의 차이는 최소화된다. 제1 중합체가 등방성이고 양으로 복굴절할 때 큰 굴절률을 갖는 경우 (즉, 굴절률이 신장 방향에 따라 증가함), 제2 중합체는 전형적으로 처리후에 신장 방향에 직교하는 면 방향으로 굴절률을 정합하도록 선택되고, 신장 방향으로의 굴절률이 가능한한 낮은 것이다. 반대로, 제1 중합체가 등방성이고 음으로 복굴절할때 작은 굴절률을 갖는 경우, 제2 중합체는 전형적으로 처리후에 신장 방향에 직교하는 면 방향으로 굴절률을 정합하도록 선택되고, 신장 방향으로의 굴절률이 가능한한 높은 것이다.
별법으로, 양으로 복굴절하고 등방성일 경우 중간 또는 낮은 굴절률을 갖거나 음으로 복굴절하고 등방성일 경우 중간 또는 높은 굴절률을 갖는 제1 중합체를 선택할 수 있다. 이와 같은 경우에서, 제2 중합체는 전형적으로 처리후에 그의 굴절률이 신장 방향 또는 신장 방향에 직교하는 평면 방향으로 제1 중합체와 정합하도록 선택될 수 있다. 또한, 제2 중합체는 전형적으로 상기 방향으로 매우 낮거나 매우 높은 굴절률에 의해 최고로 달성 여부에 관계없이, 잔류한 평면 방향의 굴절률에 있어 차이가 최대가 되도록 선택된다.
이와 같은 한 방향으로의 정합하고 직교 방향으로 부정합하는 평면 굴절률의 조합을 달성하는 한 수단은 신장될 경우, 현저한 복굴절을 발달시키는 제1 중합체 및 신장될 경우, 약간 또는 전혀 복굴절을 발달시키지 않는 제2 중합체를 선택하여 생성된 필름을 오직 한 평면 방향으로 신장하는 것이다. 별법으로, 제2 중합체는 제1 중합체의 것에 대하여 반대로 복굴절을 발달시키는 것 (음 - 양 또는 양 - 음)중에서 선택될 수 있다. 또다른 별법은 제1 및 제2 중합체 모두를 신장될 경우, 복굴절을 발달시킬 수 있지만, 온도, 신장율, 신장후 이완등과 같은 공정 조건을 선택하여 두 직교 평면 방향으로 신장하면 면 굴절률이 대략 제1 중합체의 것과 정합하고, 직교 방향 굴절률은 제1 중합체의 것과 현저하게 부정합하도록 제1 중합체 및(또는) 제2 중합체에 대한 두 신장 방향에 있어서 배향이 동등하지 않는 수준으로 발전하도록 선택한다. 예를 들면, 조건은 제1 중합체가 마무리된 필름에서 2축으로 배향하는 특성을 갖는 반면, 제2 중합체는 마무리된 필름에서 대개 단일축으로 배향되도록 선택될 수 있다.
상기사항은 전형적인 예를 의미하고, 이들 및 다른 기술의 조합이 사용되어 한 면 방향으로 굴절률의 부정합 및 직교 면 방향으로의 상대 굴절률 정합의 편광 필름의 목적을 달성할 수 있음을 인식할 것이다.
상이한 고려사항이 반사 또는 거울, 필름에 적용된다. 단, 필름은 일부 편광 특성을 갖는 것을 의미하지 않으며, 굴절률 기준은 필름 면에 임의의 방향으로 동등하게 적용되고, 직교 면 방향으로 임의의 주어진 층에 대한 굴절률은 전형적으로 동일하거나 거의 같다. 그러나, 제1 중합체의 필름-면 굴절률은 제2 중합체의 필름-면 굴절률과 가능한 크게 상이한 것이 유리하다. 이러한 이유로, 제1 중합체가 등방성일 때, 높은 굴절률을 갖는 경우, 양으로 복굴절하는 것이 유리하다. 마찬가지로, 제1 중합체가 등방성일 때, 낮은 굴절률을 갖는 경우, 음으로 복굴절하는 것이 유리하다. 제2 중합체는 신장될 경우, 거의 또는 전혀 복굴절을 발달시키지 않거나, 필름-면 굴절률이 마무리된 필름에서 제1 중합체와 크게 상이하도록 반대쪽 (양 - 음 또는 음 - 양)으로 복굴절을 발달시키는 것이 유리하다.
거울 필름이 마찬가지로 일부 편광 특성도를 갖는다는 것을 의미할 셩우, 이와 같은 기준은 편광 필름에 대하여 상기 나열한 것과 적합하게 조합될 수 있다.
색 필름은 거울 및 편광 필름의 특별한 경우로서 간주할 수 있다. 즉, 동일한 기준이 상기 적용에 약술된다. 인지된 색상은 하나 이상의 특정한 스펙트럼의 대역폭에서의 반사 또는 편광의 결과이다. 본 발명의 다중층 필름이 유효한 대역폭은 우선 광학 스택(들)에 사용된 층 두께의 분포에 의해 결정되지만, 또한 제1 및 제2 중합체의 굴절률의 파장 의존성 또는 분산을 고려해야만 한다. 동일한 규 칙이 가시광 색상에서와 같이 적외선 및 자외선 파장에 적용됨을 인식해야 한다.
흡수도는 또다른 고려사항이다. 대부분의 용도에서, 제1 중합체 또는 제2 중합체 어느 것도 문제의 필름에 대한 관심있는 대역폭내에서 임의의 흡수 대역을 갖지 않는 것이 유리하다. 즉, 대역폭내에서 모든 입사각은 반사되거나 투과된다. 그러나, 일부 용도에서, 제1 및 제2 중합체 중 하나 또는 모두가 특정 파장에서 전적으로 또는 부분적으로 흡수되는 것이 유용할 수 있다.
비록 다수의 중합체가 제1 중합체로서 선택될 수 있지만, 폴리에스테르 중 특정한 것들이 특히 큰 복굴절 능력을 갖는다. 이들 중에서, 폴리에틸렌 2,6-나프탈레이트 (PEN)는 종종 본 발명의 필름에 대한 제1 중합체로서 선택된다. 이들은 매우 큰 양의 응력 계수를 갖으며, 신장 후에도 복굴절을 유지하고, 가시 영역에서 거의 또는 전혀 흡수되지 않는다. 또한, 등방성 상태에서 큰 굴절률을 갖는다. 550 nm 파장의 입사 편광에 대한 굴절률은 편광 면이 약 1.64 내지 최고 약 1.9정도 신장 방향으로 평행할 경우 증가된다. 복굴절은 분자 배향이 증가함으로써 증가하고, 이어서 다른 신장 조건을 고정하고 보다 큰 신장율로 신장함으로써 증가될 수 있다.
다른 반결정 나프탈렌 디카르복실산 폴리에스테르도 또한 제1 중합체로 적합하다. 폴리부틸렌 2,6-나프탈레이트 (PBN)이 그 예이다. 이와 같은 중합체는 동종중합체 또는 공중합체일 수 있고, 단 공단량체의 사용이 실질적으로 응력 광학 계수 또는 신장후 복굴절의 유지를 손상하지 않는다. 본명세서에서 "PEN"은 이와 같은 제한에 부합되는 공중합체를 포함하는 것으로 인정된다. 실제적으로, 이와 같은 제한은 공단량체 함량의 상한에 부여되고 정확한 값은 사용되는 공단량체의 선택에 따라 다양해진다. 그러나, 공단량체의 혼입이 다른 특성을 개선하는 경우, 이와 같은 특성에 있어서 일부 타협이 수용될 수 있다. 이와 같은 특성에는 개선된 층간 부착, 보다 낮은 용융점 (보다 낮은 압출 온도를 얻음), 필름 중 다른 중합체와의 보다 양호한 유동 정합 및 유리 전이 온도에 있어서 변화로 인해 신장에 대한 처리 창에 있어서 유리한 변환이 포함되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
PEN, PBN등에 사용하기에 적합한 공단량체는 디올 또는 디카르복실산 또는 에스테르형태일 수 있다. 디카르복실산 공단량체에는 테레프탈산, 이소프탈산, 프탈산, 모든 나프탈렌디카르복실산 이성체 (2,6-, 1,2-, 1,3-, 1,4-, 1,5-, 1,6-, 1,7-, 1,8-, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,7-, 및 2,8-), 4,4'-비페닐 디카르복실산 및 그의 이성체와 같은 비벤조산, 트랜스-4,4'-스틸벤 디카르복실산 및 그의 이성체, 4,4'-디페닐 에테르 디카르복실산 및 그의 이성체, 4,4'-디페닐술폰 디카르복실산 및 그의 이성체, 4,4'-벤조페논 디카르복실산 및 그의 이성체, 2-클로로테레프탈산 및 2,5-디클로로테레프탈산과 같은 할로겐화 방향족 디카르복실산, 3급 부틸 이소프탈산 및 나트륨 술폰화 이소프탈산과 같은 다른 치환된 방향족 디카르복실산, 1,4-시클로헥산디카르복실산 및 그의 이성체와 같은 시클로알칸 디카르복실산 및 2,6-데카히드로나프탈렌 디카르복실산 및 그의 이성체, 비- 또는 다중-시클릭 디카르복실산 (다양한 이성체의 노르보르난 및 노르보르넨 디카르복실산, 아다만탄 디카르복실산 및 비시클로-옥탄 디카르복실산과 같은), 알칸 디카르복실산 (세바크산, 아디프산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아젤라산 및 도데칸 디카르복실산과 같은) 및 임의의 이성체의 융합된 고리의 방향족 탄화수소 디카르복실산 (인덴, 안트라센, 페난트렌, 벤조나프텐, 플로렌 등과 같은)이 포함되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 별법으로, 디메틸 테레프탈레이트와 같은 이와 같은 단량체의 알킬 에스테르가 사용될 수 있다.
적합한 디올 공단량체에는 직쇄 또는 분지된 알칸 디올 또는 글리콜 (에틸렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜과 같은 프로판디올, 테트라메틸렌 글리콜과 같은 부탄디올, 네오펜틸 글리콜과 같은 펜탄디올, 헥산디올, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 및 보다 고급의 디올과 같은), 에테르 글리콜 (디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜 및 폴리에틸렌 글리콜과 같은), 3-히드록시-2,2-디메틸프로필-3-히드록시-2,2-디메틸 프로파노에이트와 같은 사슬-에스테르 디올, 1,4-시클로헥산디메탄올 및 그의 이성체 및 1,4-시클로헥산디올 및 그의 이성체와 같은 시클로알칸 글리콜, 비- 또는 다중시클릭 디올 (다양한 이성체의 트리시클로데칸 디메탄올, 노르보르난 디메탄올, 노르보르난 디메탄올 및 비시클로-옥탄 디메탄올과 같은), 방향족 글리콜 (1,4-벤젠디메탄올 및 그의 이성체, 1,4-벤젠디올 및 그의 이성체, 비스페놀 A와 같은 비스페놀, 2,2'-디히드록시 비페닐 및 그의 이성체, 4,4'-디히드록시메틸 비페닐 및 그의 이성체 및 1,3-비스(2-히드록시에톡시)벤젠 및 그의 이성체) 및 디메틸 또는 디에틸 디올과 같은 디올의 보다 저급의 알킬 에테르 또는 디에테르가 포함되지만 이에 한정되는 것은 아니다.
분지된 구조를 폴리에스테르 분자에 부여하는 삼- 또는 다중관능성 공단량체도 또한 사용될 수 있다. 이들은 카르복실산, 에스테르, 히드록시 또는 에테르 형 태 중 어느 것일 수 있다. 이와 같은 예로는 트리멜리트산 및 그의 에스테르, 트리메틸올 프로판 및 펜타에리트리톨이 포함되지만 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 공단량체로서 적합한 것은 파라히드록시벤조산 및 6-히드록시-2-나프탈렌카르복실산 및 이들의 이성체와 같은 히드록시카르복실산 및 5-히드록시이소프탈산등과 같은 혼합 관능성의 삼 또는 다중관능성 공단량체를 포함하는 혼합 관능성의 단량체이다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)는 현저한 양성의 응력 광학 계수를 나타내고, 신장후에 유효하게 복굴절을 유지하고, 가시 영역에서 거의 또는 전혀 흡수하지 않는 또다른 재료이다. 따라서, 상기 나열된 공단량체를 사용하는 높은 PET-함량의 공중합체는 또한 본 발명의 일부 용도에서 제1 중합체로서 사용될 수 있다.
PEN 또는 PBN과 같은 나프탈렌 디카르복실산 폴리에스테르가 제1 중합체로서 선택될 경우, 제2 중합체는 여러 접근법으로 선택할 수 있다. 일부 용도에 대한 한 바람직한 접근법은 신장할 경우, 거의 또는 전혀 현저하게 복굴절을 발달시키지 않도록 제조되는 나프탈렌 디카르복실산 공폴리에스테르 (coPEN)을 선택한다. 이는 공단량체 및 coPEN의 결정화가능성이 제거되거나 크게 감소하도록 하는 공중합체에서 이들의 농도를 선택함으로써 달성될 수 있다. 한 전형적인 조성물은 디카르복실산 또는 에스테르 성분으로서 디메틸 나프탈레이트를 약 20 mol% 내지 약 80 mol%, 디메틸 테레프탈레이트 또는 디메틸 이소프탈레이트를 약 20 mol% 내지 약 80 mol%로 사용하고, 디올 성분으로서 에틸렌 글리콜을 사용한다. 물론, 해당하는 디카르복실산은 에스테르 대신에 사용될 수 있다. coPEN 제2 중합체의 조성물에 사용될 수 있는 공단량체의 수는 제한되지 않는다. coPEN 제2 중합체에 대하여 적합한 공단량체에는 산, 에스테르, 히드록시, 에테르, 삼 또는 다중관능성 및 혼합 관능성 형태를 포함하는 적합한 PEN 공단량체로서 상기 나열된 모든 공단량체가 포함되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
종종 coPEN 제2 중합체의 등방성 굴절률을 예측하는 것이 유용하다. 사용되는 단량체의 굴절률의 부피 평균을 적합한 지침에서 찾을 수 있다. 당분야에 공지된 유사한 기술을 사용하여 사용된 단량체의 동종중합체의 유리 전이 온도로부터 coPEN 제2 중합체의 유리 전이 온도를 평가할 수 있다.
또한, PEN과 상용가능한 유리 전이 온도를 갖고, PEN의 등방성 굴절률과 유사한 굴절률을 갖는 폴리카르보네이트도 또한 제2 중합체로서 유용하다. 폴리에스테르, 공폴리에스테르, 폴리카르보네이트 및 공폴리카르보네이트도 또한 함께 압출되고 신규 적합한 공중합체성 제2 중합체로 에스테르교환반응될 수 있다.
제2 중합체가 공폴리에스테르 또는 공폴리카르보네이트일 필요는 없다. 비닐 나프탈렌, 스티렌, 에틸렌, 말레산 무수물, 아크릴레이트, 아세테이트 및 메타크릴레이트와 같은 단량체로 제조된 비닐 중합체 및 공중합체가 사용될 수 있다. 폴리에스테르 및 폴리카르보네이트와는 다른 축합 중합체도 또한 사용할 수 있다. 이와 같은 예로는 폴리술폰, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리아믹산 및 폴리이미드가 포함된다. 나프탈렌 기 및 염소, 브롬 및 요오드와 같은 할로겐이 제2 중합체의 굴절률을 목적하는 수준으로 증가시키는데 유용하다. 아크릴레이트 기 및 불소는 특히 목적하는 굴절률을 감소시키는데 유용하다.
상기 논의로부터 제2 중합체의 선택은 문제의 다중층 필름의 의도된 용도 뿐만 아니라, 제1 중합체의 제조 선택 및 신장에 사용되는 처리 조건에 좌우된다는 것을 인식할 것이다. 적합한 제2 중합체 재료에는 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN) 및 특정한 이들의 이성체 (2,6-, 1,4-, 1,5-, 2,7- 및 2,3-PEN과 같은), 폴리알킬렌 테레프탈레이트 (폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 폴리- 1,4-시클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트과 같은), 다른 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리아미드 (나일론 6, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 4/6, 나일론 6/6, 나일론 6/9, 나일론 6/10, 나일론 6/12 및 나일론 6/T과 같은), 폴리이미드 (열가소성 폴리이미드 및 폴리아크릴 이미드를 포함), 폴리아미드-이미드, 폴리에테르-아미드, 폴리에테르이미드, 폴리아릴 에테르 (폴리페닐렌 에테르 및 고리치환된 폴리페닐렌 옥시드와 같은), 폴리에테르에테르케톤 ("PEEK")과 같은폴리아릴에테르 케톤, 지방족 폴리케톤 (이산화탄소를 함유하는 에틸렌 및(또는) 프로필렌의 공중합체 및 삼중합체), 폴리페닐렌 술피드, 폴리술폰 (폴리에테르술폰 및 폴리아릴 술폰을 포함), 어택틱 폴리스티렌, 신디오택틱 폴리스티렌 ("sPS") 및 그의 유도체 (신디오택틱 폴리-알파-메틸 스티렌 및 신디오택틱 폴리디클로로스티렌과 같은), 임의의 이와 같은 폴리스티렌의 블렌드 (서로간 또는 폴리페닐렌 옥시드와 같은 다른 중합체와), 임의의 이와 같은 폴리스티렌의 공중합체 (스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 및 아크릴로니트릴부타디엔-스티렌 삼중합체와 같은), 폴리아크릴레이트 (폴리메틸 아크릴레이트, 폴리에틸 아크릴레이트 및 폴리부틸 아크릴레이트와 같은), 폴리메타크릴레이트 (폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리에틸 메타크릴레이트, 폴리프로필 메타크릴레이트 및 폴리이소부틸 메타크릴레이트와 같은), 셀룰로오스 유도체 (에틸 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 프로피오네이트, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트 및 셀룰로오스 니트레이트와 같은), 폴리알킬렌 중합체 (폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리이소부틸렌 및 폴리(4-메틸)펜텐과 같은), 불소화 중합체 및 공중합체 (폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리트리플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐 플루오라이드, 불소화 에틸렌-프로필렌 공중합체, 퍼플루오로알콕시 수지, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리에틸렌-co-트리플루오로에틸렌, 폴리에틸렌-co-클로로트리플루오로에틸렌과 같은), 염소화 중합체 (폴리비닐리덴 클로라이드 및 폴리비닐 클로라이드와 같은), 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐아세테이트, 폴리에테르 (폴리옥시메틸렌 및 폴리에틸렌 옥시드와 같은), 이오노머 (ionomer) 수지, 엘라스토머 (폴리부타디엔, 폴리이소프렌 및 네오프렌과 같은), 실리원뿔 수지, 에폭시 수지 및 폴리우레탄이 포함되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 논의된 PEN의 공중합체 뿐만 아니라 PEN에 대하여 적합한 폴리에스테르 단량체의 상기 목록에서 제조될 수 있는 임의의 다른 비-나프탈렌 기-함유 공 폴리에스테르가 적합한 공중합체이다. 일부 용도에서, 특히 PET가 제1 중합체이고, PET 기재의 공폴리에스테르 및 상기 목록 (coPET)의 공단량체가 적합하다. 또한, 제1 또는 제2 중합체는 혼화가능하거나 혼화불가능한 둘 이상의 상기 중합체 또는 중합체들의 블렌드로 구성될 수 있다 (sPS 및 어택틱 폴리스티렌 또는 PEN 및 sPS의 공중합체). 상기 coPEN 및 coPET는 직접적으로 합성될 수 있거나, 하나 이 상의 성분이 나프탈렌 디카르복실산 또는 테레프탈산 기재의 중합체이고, 다른 성분이 폴리카르보네이트 또는 PET, PEN, coPET 또는co-PEN과 같은 다른 폴리에스테르인 펠렛의 블렌들로 제조될 수 있다.
또다른 일부 용도에 대한 제2 중합체의 바람직한 재료는 신디오택틱 폴리스티렌과 같은 신디오택틱 비닐 방향족 중합체이다. 본 발명에 유용한 신디오택틱 비닐 방향족 중합체에는 폴리(스티렌), 폴리(알킬 스티렌), 폴리 (아릴 스티렌), 폴리(스티렌 할라이드), 폴리(알콕시 스티렌), 폴리(비닐 에스테르 벤조에이트), 폴리(비닐 나프탈렌), 폴리(비닐스티렌), 및 폴리(아세나프탈렌) 뿐만 아니라 수소화 중합체 및 이와 같은 구조 단위를 함유하는 혼합물 또는 공중합체가 포함된다. 폴리(알킬 스티렌)의 예로는 하기의 이성체가 포함된다: 폴리(메틸 스티렌), 폴리(에틸 스티렌), 폴리(프로필 스티렌), 및 폴리(부틸 스티렌). 폴리(아릴 스티렌)의 예로는 폴리(페닐 스티렌)의 이성체가 포함된다. 폴리(스티렌 할라이드)의 경우, 예로는 하기의 이성체가 포함된다: 폴리(클로로스티렌), 폴리(브로모스티렌), 및 폴리(플루오로스티렌). 폴리(알콕시 스티렌)의 예로는 하기의 이성체가 포함된다: 폴리(메톡시 스티렌) 및 폴리(에톡시 스티렌). 이와 같은 예중에서, 특히 바람직한 스티렌 기의 중합체는 폴리스티렌, 폴리(p-메틸 스티렌), 폴리(m-메틸 스티렌), 폴리(p-3급 부틸 스티렌), 폴리(p-클로로스티렌), 폴리(m-클로로 스티렌), 폴리(p-플루오로 스티렌) 및 스티렌 및 p-메틸 스티렌의 공중합체이다.
또한, 공단량체는 신디오택틱 비닐 방향족 기 공중합체를 제조하는데 사용될 수 있다. 신디오택틱 비닐 방향족 중합체의 기를 정의하는 상기 나열된 동종중합 체에 대한 단량체에 추가로, 적합한 공단량체에는 올레핀 단량체 (에틸렌, 프로필렌, 부텐, 펜텐, 헥센, 옥텐 또는 데센과 같은), 디엔 단량체 (부타디엔 및 이소프렌과 같은) 및 극성 비닐 단량체 (시클릭 디엔 단량체, 메틸 메타크릴레이트, 말레산 무수물 또는 아크릴로니트릴과 같은)가 포함된다.
본 발명의 신디오택틱 비닐 방향족 공중합체는 불럭 공중합체, 무작위 공중합체 또는 교호 공중합체일 수 있다.
본 발명에서 언급되는 신디오택틱 비닐 방향족 중합체 및 공중합체는 일반적으로 탄소 13 핵 자기 공명에 의해 측정된 바와 같이 75% 초과의 신디오택틱도를 갖는다. 바람직하게는, 신디오택틱도가 85% 초과인 라세미 2가 또는 30% 초과, 또는 보다 바람직하게는 50% 초과인 라세미 5가이다.
또한, 비록 이와 같은 신디오택틱 비닐 방향족 중합체 및 공중합체의 분자량에 관한 특별한 제한은 없지만, 바람직하게는 10,000 초과 1,000,000 미만, 보다 바람직하게는 50,000 초과 800,000 미만의 중량 평균 분자량을 갖는다.
또한, 신디오택틱 비닐 방향족 중합체 및 공중합체는, 예를 들면 어택틱 구조의 비닐 방향족 기 중합체, 이소택틱 구조의 비닐 방향족 기 중합체 및 비닐 방향족 중합체와 혼화가능한 임의의 다른 중합체와 블렌드된 형태로 사용될 수 있다. 예를 들면, 폴리페닐렌 에테르는 다수의 상기 기재된 비닐 방향족 기 중합체와 양호한 혼화성을 나타낸다.
편광 필름이 주로 단일측 신장을 사용하는 공정으로 제조될 경우, 광학 층에 대한 특히 바람직한 조합은 PEN/coPEN, PET/coPET, PEN/sPS, PET/sPS, PEN/Eastar, 및 PET/Eastar가 포함되고, 여기서 "coPEN"은 나프탈렌 디카르복실산 (상기 기재된 바와 같이) 기재의 공중합체 또는 블렌드를 의미한다. Eastar는 이스트맨 케미칼 (Eastman Chemical Co.)사에서 시판중인 폴리에스테르 또는 공폴리에스테르 (시클로헥산디메틸렌 디올 단위 및 테레프탈레이트 단위를 포함하는 것으로 보임)이다. 편광 필름이 2축 신장 공정의 조건을 조작하여 제조되는 경우, 특히 바람직한 광학 층용 중합체의 조합에는 PEN/coPEN, PEN/PET, PEN/PBT, PEN/PETG 및 PEN/PETcoPBT가 포함되며, 여기서 "PBT"는 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 의미하고, "PETG"는 제2 글리콜 (대개 시클로헥산디메탄올)을 사용하는 PET의 공중합체를 의미하고, "PETcoPBT"는 테레프탈산의 공폴리에스테르 또는 에틸렌 글리콜 및 1,4-부탄디올 혼합물과의 그의 에스테르를 의미한다.
거울 및 색 필름의 경우 광학 층에 대하여 특히 바람직한 중합체의 조합에는 PEN/PMMA, PET/PMMA, PEN/Ecdel, PET/Ecdel, PEN/sPS, PET/sPS, PEN/coPET, PEN/PETG 및 PEN/THV가 포함되며, 여기서 "PMMA"는 폴리메틸 메타크릴레이트를 의미하고, Ecdel은 이스트맨 케미칼사에서 시판중인 열가소성 폴리에스테르 또는 공폴리에스테르 (시클로헥산디카르복실레이트 단위, 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜 단위 및 시클로헥산디메탄올 단위를 포함하는 것으로 보임)이다. "coPET"은 테레프탈산 기재의 (상기 기재된 바와 같이) 공중합체 또는 블렌드를 의미한다. "PETG"는 제2 글리콜 (대개 시클로헥산디메탄올)을 사용하는 PET의 공중합체이고, THV는 3M 사에서 시판중인 플루오로중합체이다.
거울 필름의 경우, 입사광의 각에 대한 일정한 제공하기 때문에 (즉, 브류스 터의 각이 존재함), 필름 면에 수직방향으로 제1 중합체 및 제2 중합체의 굴절률의 정합이 때때로 바람직하다. 예를 들면, 특정 파장에서 면 굴절률은 2축으로 배향된 PEN에 대하여 1.76인 반면, 필름 면 대 수직 굴절률은 1.49로 감소될 수 있다. 다중층 구조에서 PMMA가 제2 중합체로서 사용될 경우, 동일한 파장에서 모든 세 방향으로 그의 굴절률은 1.495일 수 있다. 또다른 예로는 동류 굴절률이 PET에 대하여 1.66 및 1.51인 반면, 등방성 Ecdel의 굴절률이 1.52일 수 있는 PET/Ecdel 계가 있다. 중요한 특성은 한 재료에 대한 수직-면 굴절률 그 자체의 면 굴절률보다 다릉 재료의 면 굴절률에 근접해야 한다는 것이다.
다른 실시양태에서, 수직 대 면 굴절률의 계획적인 부정합이 바람직하다. 일부 예에는 광학 스택에 수직 대 면 굴절률에 있어서 계획적인 부정합이 면 방향 중 하나에 있어서 굴절률 부정합에 대해 반대 부호를 갖는 것이 바람직한 셋 이상의 중합체 층을 수반하는 것이 포함된다. 때때로, 본 발명의 다중층 광학 필름이 하나 이상의 구별가능한 중합체로 이루어지는 것이 바람직하다. 제3 또는 이후 중합체는 광학 스택에서 제1 중합체 및 제2 중합체 사이에서 부착-촉진 층, 광학 스택사이에서 보호 경계 층, 표층, 기능성 코팅 또는 임의의 다른 목적으로 유리하게 사용될 수 있다. 이와 같이, 제3 또는 이후 중합체의 조성물은 임의의 경우 제한되지 않는다. 일부 바람직한 다중성분 구성물이 표제 "Multicomponent Optical Body"의 미국 특허 제09/006,118호에 기재되어 있다.
E. 필름 디자인 및 제조
E1. 착색된 거울
본 발명의 원리는 착색된 거울을 제조하는데 사용될 수 있다. 전형적으로, 이러한 거울들은 광선의 양쪽 편광에 대해 스펙트럼의 가시 영역에서 투과 대역을 나타내지만, 가시 스펙트럼의 나머지에 대한 광선의 양쪽 편광은 반사할 것이다. 이러한 거울은 종종 본원에서 "통과 필터 (pass filter)"로서 언급된다. 본 발명의 통과 필터에서 투과 대역은 입사각의 함수에 따라 색을 변환시킨다.
<실시예 E1-1>
하기의 실시예는 본 발명에 따른 청색 통과 필터의 제조를 설명한다.
동시압출 공정을 통해 연속 반복 평면 필름 제조 라인 상에서 209 층을 갖는 동시압출된 필름을 제조하였다. 이러한 다층 중합체 필름을 폴리에틸린 나프탈레이트 (PEN)와 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA CP82)로부터 제조하였다. 피드블록 (feedblock) 방법 (미국 특허 제3,801,429호에 기재된 것과 같은)을 사용하여 수 냉각된 캐스팅 휠 상으로 동시압출되고 통상적인 연속 길이 배향기 (LO) 및 텐터 (tenter) 장치에 의해 계속 배향되는 209 층들을 제조하였다. 고유 점도 (IV)가 0.56 dl/g인 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN: 페놀 60 중량% / 디클로로벤젠 40 중량%)를 1개의 압출기에 의해 60.5 Kg/h의 속도로 피드블록으로 이송하고 PMMA를 다른 압출기에 의해 63.2 Kg/h의 속도로 이송하였다. 이러한 용융스트림을 피드블록으로 향하게 하여 PEN과 PMMA의 광학층을 형성한다. 피드블록은 피드블록을 통해 보호 경계 층 (PBL)으로 작용하는 2개의 PEN 외부 층을 갖는 PEN과 PMMA의 209 교호 층을 형성하였다. PMMA 용융 공정 장비는 약 249℃로 유지되었고, PEN 용융 공정 장치는 약 290℃로 유지되었으며 피드블록, 표층 모듈러스 및 다이 또한 약 290℃로 유지되었다.
층의 두께에서는 각각의 재료에 대한 피드블록에 대해 가장 얇은 층에 대한 가장 두꺼운 층의 비가 약 1.72:1로 대체로 선형 구배가 고안되었다. 제1층 대 마지막 층의 비 1.72:1인 이러한 하드웨어 디자인은 본 실시예의 착색된 거울에 대해 요구되는 대역 폭을 제조하기에는 지나치게 컸다. 또한, 상기와 같이 고안된 하드웨어로부터 경사진 청색 대역 끝이 생성되었다. 이러한 문제를 교정하기 위하여, 온도 프로파일을 피드블록에 적용하였다. 피드블록에 의해 제조된 선택된 층은 제조되는 피드블록의 섹션을 가온 또는 냉각시킴으로써 두꺼워지거나 얇아질 수 있다. 이러한 기술은 반사 대역의 청색 면 상에 만족스럽게 예리한 대역 끝을 제조하기 위해 요구되었다. 가장 얇은 층을 제조하는 피드블록 부분을 304℃로 가열하는 한편, 가장 두꺼운 층을 제조하는 부분을 274℃로 가열하였다. 중간 부분을 이 두 온도 사이로 가열하였다. 전체적으로 층 두께 분포가 훨씬 좁아지는 효과를 얻었으며, 이로써 반사 스펙트럼이 훨씬 좁아졌다.
피드블록 후에, 제3 압출기가 표층 (광학층 스트림의 양 면 상에서 동일한 두께임)으로서 0.56 IV와 0.48 IV PEN의 50/50 블렌드를 약 37.3 kg/h로 이송하였다. 이러한 방법에 의해, 광학층보다 표층의 점도가 낮아지고, 이 결과 동시압출된 층들이 안정하게 층류 용융 유동한다. 이어서, 재료 스트림은 필름 다이를 통과하여, 공급 수의 온도가 약 7℃인 수 냉각된 캐스팅 휠 상으로 향하였다. 고 전압 고정 시스템을 사용하여 압출물을 캐스팅 휠 상에 고정시켰다. 고정 와이어의 두께는 약 0.17 mm이었고, 전압은 약 5.5 kV가 적용되었다. 작동기에 의해 고정 와이어를 캐스팅 휠과 접촉하는 지점에서 웹으로부터 약 3 내지 5 mm에 수동으로 위치시켜 웹 캐스팅에 대해 유연한 외관을 갖게하였다.
캐스트 웹을 약 130℃에서 약 3.8:1의 연신비로 길이 배향하였다. 텐터 내에서 필름을 연신하기 전에 약 9 초 동안 예열한 후 약 140℃에서 약 5:1의 연신비로 횡방향으로 초 당 약 60%의 속도로 연신하였다. 생성된 필름의 최종 두께는 약 0.02 mm이었다. 광학 스펙트럼을 도 38에 제시하였다.
수직 입사에서, p-편광된 빛의 정지 대역 내의 평균 투과율은 1.23%이다. 수직 입사에서의 대역폭은 약 200 nm이다. 수직 입사에서 적색 대역 끝의 경사는 nm 당 약 5.5%이다. 60°에서 p-편광된 광선의 적색 대역 끝 경사는 nm 당 약 4.2%이고, p-편광된 광선의 청색 대역 끝 경사는 nm 당 2.2%이다. 도 38의 스펙트럼은 텐터 방향 (횡웹 방향)에 평행하게 편광된 광선으로 얻었다. 1/4 파장 두께 PEN 층의 굴절율을 직접 측정할 수는 없지만, 대략적으로 PEN 표층의 굴절율와 동일한 것으로 여겨진다. 본 실시예에서, 후자의 굴절율은 메트리원뿔 코포레이션 (Metricon Corp.; 미국 뉴저지주 패닝톤 소재) 사에 의해 제조된 메트리원뿔 프리즘 커플러 (Metricon Prism coupler)를 사용하여 측정되었다. 횡웹 (텐터드 또는 TD) 방향, 종웹 (기계 또는 MD) 방향, 또한 배향된 길이 또는 LO 방향, 및 두께 또는 z-축 방향에 대한 굴절율을 측정하였다. TD 및 MD 방향에 대한 PEN 표층의 굴절율은 각각 nx = 1.774이고 ny = 1.720이고, z-축 굴절율 nz = 1.492이었다. TD와 MD 방향의 상대적인 연신비를 조절함으로써 이 두 방향 사이의 질의 균형이 더 향상될 수 있다.
<실시예 E1-2>
하기의 실시에서는 본 발명의 교시에 따른 녹색 통과 필터의 제조를 설명한다.
동시압출 공정을 통해 연속 반복 필름 제조 라인 상에서 약 418 층을 갖는 다층 필름을 제조하였다. PET 및 Ecdel 9967로부터 이러한 다층 중합체 필름을 제조하였다. 1,4-시클로헥산디카르복실산, 1,4-시클로헥산 디메탄올, 및 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜 기재의 공중합체로 여겨지는 Ecdel 9967은 이스트만 케미칼즈 캄파니 (Eastman Chemicals Co.; 미국 뉴욕 로체스터 소재) 사로부터 시판되고 있다. 피드블록 방법 (미국 특허 제3,801,429호에 기재된 바와 같은)을 사용하여 압출물을 통한 층 대 층으로부터 대략적으로 선형인 층 두께 구배를 갖는 약 209 층을 제조하였다.
고유 점도 (IV)가 0.6 dl/g인 PET를 1개의 압출기에 의해 약 34.5 kg/시로 피드블록으로 이송하고, Ecdel을 약 41 kg/시로 이송하였다. 피드블록 후에, 동일한 PET 압출기가 보호 경계층 (PBL's)으로서 전체 유동 약 6.8 kg/시로 압출물의 양 면에 PET를 이송하였다. 이어서 재료 스트림은 배율기 디자인 비가 약 1.40인 2배 배율기 (미국 특허 제5,094,788호 및 동 제5,094,793호)를 통과하였다. 배율기 비율은 주 도관에서 제조된 층들의 평균 층 두께를 부 도관에서 제조된 층들의 평균 층 두께로 나눈 값으로 정의된다. 배율기 비율은 2개의 209 층의 세트에 의해 제조된 2개의 굴절 대역 사이의 스팩트럼 간극이 남도록 선택된다. 각각의 209 층의 세트는 배율기 및 필름 압출 속도에 의해 결정되는 전체 두께 스케일 인자를 갖는, 피드블록에 의해 형성된 대략적인 층 두께 프로파일을 갖는다. 수직 입사에 대한 스펙트럼 (도 39)은 대략 450과 635 nm의 중앙에서 중량이 측정된 층 두께를 갖는 2개의 출사 대역을 갖는다. 635의 450에 대한 비는 1.41로서 이는 의도한 배율기 디자인 1.40에 가깝다.
Ecdel 용융 공정 장비는 약 250℃로 유지하였고, PET (광학 층) 용융 공정 장치는 약 265℃로 유지하였으며, 피드블록, 배율기, 표층 용융스트림 및 다이는 약 274℃로 유지하였다.
본 실시예를 제조하기 위해 사용된 피드블록을 등온 조건하에서 가장 얇은 층에 대한 가장 두꺼운 층의 비율이 1.3:1인 선형 층 두께 분포를 갖도록 고안되었다. 본 실시예에 대한 더 작은 비율을 성취하기 위하여, 열 프로파일을 피드블록에 적용하였다. 가장 얇은 층을 제조하는 피드블록 부분은 285℃로 가열하는 한편, 가장 두꺼운 층을 제조하는 부분은 265℃로 가열하였다. 이러한 방식으로, 가장 얇은 층을 등온 피드블록 작동에 비해 더 두껍게 만들고, 가장 두꺼운 층은 등온 피드블록 작동에 비해 더 얇게 만들었다. 중간 부분은 이러한 두 온도 사이의 선형 온도 프로파일을 따르도록 설정하였다. 전체적으로 층 두께 분포가 더 좁아지는 효과를 얻었으며, 이 결과 반사 스펙트럼이 더 좁아졌다. 배율기에 의해 약간의 층 두께 오차가 유도되었으며, 각각의 대역의 스팩트럼 특성에서는 별 차이가 없는 것으로 고려되었다. 최종 필름 두께를 정확히 제어함으로써 최종 색을 정확히 제어하기 위해 캐스팅 휠 속도를 조절하였다.
배율기 후에, 제3 압출기로부터 공급되는 두꺼운 대칭 PBL (표층)을 약 28 kg/시간 (전체)으로 가하였다. 이어서, 재료 스트림은 필름 다이를 통과하여 수 냉각된 캐스팅 휠로 향하여 통과하였다. 캐스팅 휠 상의 공급 수 온도는 약 7℃이었다. 고 전압 고정 시스템을 사용하여 압출물을 캐스팅 휠 상에 고정시켰다. 고정 와이어의 두께는 약 0.17 mm이었고, 전압은 약 5.5 kV가 적용되었다. 작동기에 의해 고정 와이어를 캐스팅 휠과 접촉하는 지점에서 웹으로부터 약 3 내지 5 mm에 수동으로 위치시켜 웹 캐스팅에 대해 유연한 형상을 갖게하였다. 통상적인 연속 길이 배향기 (LO)와 텐터 장치에 의해 캐스트 웹을 계속 배향하였다. 캐스트 웹을 약 100℃에서 약 3.3의 연신비로 길이 배향하였다. 텐터 내에서, 필름을 연신하기 전에 약 22 초 동안 약 100℃로 예열한 후 약 3.5의 연신비로 횡방향으로 초 당 약 20%의 속도로 연신하였다. 생성된 필름의 최종 두께는 약 0.05 mm이었다.
0°및 60°의 입사각에서 편광되지 않은 투과 스펙트럼이 도 39에 제시되어 있다. 더 두꺼운 캘리퍼 (캐스팅 휠 속도가 더 느림)를 갖는 유사한 필름의 p-편광된 광선의 투과율은 상기의 도 18과 도 20에 제시되어 있다.
1/4 파장 두께 PEN 층의 굴절율을 직접 측정할 수는 없지만, 대략적으로 PEN 표층의 굴절율와 동일한 것으로 여겨진다. 본 실시예의 필름의 PET 표층에 대한 굴절율은 nx = 1.678이고 ny = 1.642이고, z-축 굴절율 nz = 1.488이었다. 또한, 실시예 E1-1에서와 같이 MD와 TD의 굴절율이 보다 근접하는 것인 요구된다면, 연신비를 조절하여 균형잡힌 필름을 얻을 수 있다. Ecdel의 등방성 굴절율은 1.52에 가깝다. 본 실시예에 제시된 공정 조건에서는, Ecdel이 PET에 비해 실질적으로 등방성을 유지하는 것으로 여겨진다.
본 실시예에서, 650 nm에서의 정지 대역은 대역폭이 90 nm이고, 대역 내 평균 투과율이 5.6%이다. 청색 및 적색 대역 끝의 경사는 각각 nm 당 3.0 및 1.9%이다. 입사각 60°에서의 동일한 정지 대역의 대역 폭은 86 nm이고, 대역 내 평균 투과율은 2.6%이다. 대역 끝 내 경사는 입사각 0°내지 60°사이에서는 실질적으로 변하지 않는다. 60°에서의 스펙트럼에 대해, 460 nm 부근의 통과 대역은 대역폭이 약 52 nm이고 최고 투과율이 72%이며, 청색 및 적색 대역 끝의 경사는 각각 nm 당 2.4 및 2.9%이다.
본 발명의 특정한 바람직한 실시태양에서 밝은 채도의 색을 성취하기 위하여, 색 필터가 통과 대역 내에서 투과율이 높고 정지 대역 내에서는 투과율이 낮은 것이 중요하다. 소정의 z-굴절율 부합 조건을 갖는 복굴절 스택으로 현저한 시각적 효과를 얻기 위해, 광학 스택은 정지 대역 내에서 수 % 이하의 광선만이 투과하도록 고 반사율을 제공한다. 바람직하게는 색상 변환 필름의 반사 대역 내에서, 명목상의 디자인 각에서, 평균 투과율은 약 10% 미만, 보다 바람직하게는 약 5% 미만, 보다 더 바람직하게는 약 2% 미만이다. 양호한 색 연출을 위해서는, 대역 끝이 고 경사를 나타내는 것이 또한 바람직하다. 바람직하게는, 경사는 nm 당 약 1 이상, 보다 바람직하게는 약 2% 이상, 보다 더 바람직하게는 nm 당 약 4% 이상이다.
또한, 양호한 색 연출을 위하여, 정지 대역 내에서의 평균 투과율이 약 10% 미만이고, 피크 투과율 값이 약 20% 이상인 상기 정지대역 내에서 통과대역을 갖지 않는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 정지 대역 내에서의 평균 투과율은 약 5% 미만이고, 정지 대역내에서의 통과 대역 피크의 최고 투과율은 약 10%이다. 정지대역 내에서 발생할 수 있는 좁은 스팩트럼의 결함에서 조차, 결함을 억제하는 것이 중요하다. 저압 나트륨등 또는 특정 형광등과 같은 특정한 협소 대역 방사원과 결합된 경우 광원 에너지의 많은 %가 정지대역 내의 협소 대역 결함을 통해 전달될 수 있다.
반사시에 순수한 색을 제공하기위해, 반사 대역은 반드시 상대적으로 협소해야하며, 대역외 반사가 적어야 한다. 만족스러운 적색, 녹색 또는 청색 반사 색은 약 100 nm의 대역 폭으로 성취될 수 있다. 순도가 높은 색은 50 nm의 반사 대역로 성취될 수 있다. 25 nm 또는 더 적은 반사 대역은 CIE 색 공간의 둘레 부근의 색 좌표를 갖는 순도가 매우 높은 색을 제공할 것이다. 반사시에 이러한 높은 색의 순도를 성취하기 위하여, 공기 중합체 계면으로부터의 대역외 반사는 반사 방지 코팅에 의해, 또는 굴절율 부합 매질 중에 침지함으로써 억제되어야 한다.
예리한 대역 끝을 성취하기 위해, 층 두께 분포를 컴퓨터를 사용하여 최적화할 수 있고, 또는 "예리한 대역 끝을 가진 광학 필름"이라는 제목의 미국 특허 출원 제09/006,085호에 기재된 바와 같은 두께 프로파일을 예리하게 하는 대역을 층 두께 분포 디자인에 사용할 수 있다. 유사하게, 높은 색 순도를 갖는 색 필터의 바람직한 실시태양에서, 통과 대역은 예리한 대역 끝을 가져야 한다. 이러한 실시태양에서, 바람직하게는 통과 대역의 대역 끝의 경사는 nm 당 약 1% 이상, 더욱 바람직하게는 nm 당 약 2% 이상, 더욱 더 바람직하게는 nm 당 약 5% 이상이다. 많은 용도에서 통과 대역 내의 피크 투과는 90% 정도로 투명한 필름의 그것과 동일한 것 이 바람직하다. 협소한 통과 대역에 대해, 이러한 높은 투과율 값은 대역 끝 경사가 지나치게 작은 경우에는 가능하지 않다. 본원에서 실시에에 의해 제시되는 바와 같이, 피크 투과율이 50%, 70% 및 85%인 통과 대역이 가능하다. 대역폭이 10 nm로 좁아도 피크 투과율이 25%인 것이 가능하고 35%도 가능하다. 20 nm보다 좁은 임의의 통과 대역 또한 가능하지만, 요구되는 폭은 의도하는 용도에 따라 달라질 것이다.
<E2. 색 편광기>
본 발명의 원리는 스펙트럼의 1개 이상의 영역에 대해 편광기로서 작용하는 색상 변환 필름을 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 필름은, 예를 들면, 스펙트럼의 가시 영역 상에서 광선의 제1 편광을 향해 광대역 반사기로서 작용하는 반면, 광선의 제2 편광을 향해 색을 변화시키는 협소한 통과 필터로서 작용한다 (예를 들면, 제2 편광이 스펙트럼의 가시 영역 내에서 협소한 폭 상에서 투과하고, 가시 영역의 그 밖에서는 반사되며, 투과 대역이 파장 내에서 입사각의 함수로서 변화함). 이러한 종류의 필름은 실시예 E2-1과 E2-2에 제시되어 있다.
<실시예 E2-1 내지 실시예 E2-3>
PEN을 37 kg/시 (81 lb/시)의 속도와 274℃ (252℉)의 온도에서 224 층 피드블록 내로 공급하였다. 나프탈렌 70% 및 이소프탈레이트 30%와 에틸렌 글리콜의 공중합체를 표층에 대해서는 53 kg/시 (117 lb/시)로 282℃ (525℉)에서 피드불록으로 공급하고, 광학층에 대해서는 52.3 kg/시 (115 lb/시)로 290℃ (555℉)에서 피드블록에 공급하였다. 피드블록의 온도를 290℃ (555℉)로 유지하였다. 웹을 실시예 E2-1, E2-2, 및 E2-3에서 각각 20, 25, 및 30 m/분으로 캐스팅하고, 텐터 오븐 내에서 154℃에서 연신비 6:1로 연신시켜 색 편광기를 제조하였다.
실시예 E2-1, E2-2, 및 E2-3의 필름들은 육안으로 투과되어 보였을 때, 또는 백색의 확산 배경에 적층되어 보였을 때, 청록색, 청록색 내지 청색 및 자홍색 내지 황색을 각각 나타내었다. 시료들을 색 편광기에 대한 90°의 z-축을 갖는 2급 (중성) 편광기로 보았을 때, 색들이 훨씬 선명하였으며, 중성 편광기를 투과축이 착색된 편광기의 투과축과 평행하도록 회전하였을 때, 백색 광선이 투과되었다. 도 40, 41 및 42는, 입사한 빛의 E-필드가 연신된 방향과 평행하고, 이러한 필름의 0 내지 60°에서 연신되지 않은 방향과 평행한 경우에 실시예 E2-1, E2-2, 및 E2-3의 필름에 대한 투과 스펙트럼을 각각 나타낸다. E-필드가 연신 방향과 평행할 때, 입사각 0°내지 60°로부터 반산 대역이 약 90 nm 전위하였으며, E-필드가 청록색 내지 청색 편광기에 대해 연신되지 않은 방향과 평행할 때는 피크가 없음을 주의하여야 한다. 자홍색 내지 황색의 편광기에 따른 전위는 e-필드가 연신 방향과 평행할 때는 입사각 0°내지 60°로부터 60 nm이고, e-필드가 연신되지 않은 방향과 평행할 때는 역시 피크가 없음을 나타낸다. 이러한 편광기에 대한 대역 끝의 경사는 청색 대역 끝에 대해서는 nm 당 약 3 내지 4%이고, 적색 대역 끝에 대해서는 nm 당 약 1.5 내지 3%의 범위이다.
E3. 착색된 거울과 편광기의 조합
본 발명의 일부 실시태양에서, 색상 변환 필름을 편광기와 조합하여 사용한다. 특히 바람직한 실시태양에서, 편광기는 미국 특허 제5,825,543호 (오우더커크 (Ouderkirk) 등에게 허여됨)에 기재된 연속/분산 상 편광 필름과 같은 확산 반사 편광 필름이다. 이 실시태양에서, 색상 변환 필름은 수직 입사각에서는 고 반사적이지만, 경사각에서는 투과적 (적어도 어떤 파장에 대해서는)으로 변하는 종류의 것일 수 있다.
한 특정 구조에서, 색상 변환 필름은 수직 입사각에서는 거울과 같은 외관을 갖지만, 경사각에서는 어느정도 투명하고 청록색 색을 띠게 되는 종류이다. 이러한 CFC는 미국 특허 제5,825,543호 (오우더커크 등에게 허여됨)에 기재된 종류의 백색 확산 반사 편광 필름과 조합되어 사용된다. 생성된 조합은 수직 입사각에서는 광대역 거울과 같이 거동하지만, 경사각에서는 대부분의 (청록색이 아닌) 파장에 대해서 확산 반사하고, 편광한다. 이러한 필름은 보호 필름으로 특히 유용하다. 유사한 구조물에서, 동일한 CSF가 흡광 편광기 (예를 들면, 이색 염료로 제조된 종류)와 조합되어 사용된다. 투과되어 보일 때, 필름은 수직 입사각에서는 흑색이고 경사각에서는 색 편광기로 변한다. 물론, 이러한 조합의 극단적인 색은 보는이에게 나타날 때, 광원의 종류 및 배향, CSF의 특성 (조정되는 파장을 포함함) 및, 존재한다면 편광기에 의해 제공되는 산란 각과, 임의의 기재의 존재 및 색과 같은 다양한 인자에 의존할 것이다.
E4. 부분 편광기
본 발명의 원리는 스펙트럼의 1개 이상의 영역 상에서 부분 편광기로 거동하는 색상 변환 필름을 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 필름은 예를 들면, 주 신장 축 및 부 신장 축에 평행한 편광 면을 갖는 광선이 실질적으로 동일한 파장에 서 투과되고, 1개 축에 평행한 편광에 대한 % 투과율이 수직인 편광에 대한 % 투과율보다 높게 고안될 수 있다. 양쪽 편광에 대한 투과 스펙트럼은 입사각의 함수로서 변환한다. 이러한 종류의 필름은 실시예 E4-1에 제시된다.
<실시예 E4-1>
약 418 층을 갖는 다층 필름을 동시압출 공정을 통해 라인을 제조하는 평면-필름 상에서 제조하였다. PET 및 Ecdel로부터, PET가 외부층 또는 "표"층인 이러한 다층 중합체 필름을 제조하였다. 피드블록 방법 (예를 들면, 미국 특허 제3,801,429호에 기재된 것과 같은)을 사용하여 압출물을 통해 층 대 층으로부터 대략적으로 선형인 층 두께 구배를 갖는 약 209 층들을 제조하였다.
고유 점도 (IV)가 0.56 dl/g인 PET를 약 34.0 kg/시로, Ecdel을 약 32.8 kg/시의 속도로 피드블록으로 펌핑하였다. 피드블록 후에, 동일한 PET 압출기가 보호 경계층 (PBL's)으로서 전체 유동 약 8 kg/시로 압출물의 양 면에 PET를 이송하였다. 이어서 재료 스트림은 배율기 디자인 비가 약 1.40인 2배 배율기 (미국 특허 제5,094,788호 및 동 제5,094,793호)를 통과하였다. 배율기 비율은 주 도관에서 제조된 층들의 평균 층 두께를 부 도관에서 제조된 층들의 평균 층 두께로 나눈 값으로 정의된다. 배율기 비율은 2개의 209 층의 세트에 의해 제조된 2개의 굴절 대역 사이의 스팩트럼 간극이 남도록 선택된다. 각각의 209 층의 세트는 배율기 및 필름 압출 속도에 의해 결정되는 전체 두께 스케일 인자를 갖는, 피드블록에 의해 형성된 대략적인 층 두께 프로파일을 갖는다.
Ecdel 용융 공정 장비는 약 250℃로 유지하였고, PET (광학 층) 용융 공정 장비는 약 265℃로 유지하였으며, 배율기, 표층 용융스트림 및 다이는 약 274℃로 유지하였다.
본 실시예를 제조하기 위해 사용된 피드블록을 등온 조건하에서 가장 얇은 층에 대한 가장 두꺼운 층의 비율이 1.3:1인 선형 층 두께 분포를 갖도록 고안되었다. 본 실시예에 대한 더 작은 비율을 성취하기 위하여, 열 프로파일을 피드블록에 적용하였다. 가장 얇은 층을 제조하는 피드블록 부분은 285℃로 가열하는 한편, 가장 두꺼운 층을 제조하는 부분은 265℃로 가열하였다. 이러한 방식으로, 가장 얇은 층을 등온 피드블록 작동에 비해 더 두껍게 만들고, 가장 두꺼운 층을 등온 피드블록 작동에 비해 더 얇게 만들었다. 중간 부분은 이러한 두 온도 사이의 선형 온도 프로파일을 따르도록 설정하였다. 전체적으로 층 두께 분포가 더 좁아지는 효과를 얻었으며, 이 결과 반사 스펙트럼이 더 협소해졌다.
배율기 후에, 제3 압출기로부터 공급되는 두꺼운 대칭 PBL (표층)을 약 35 kg/시로 가하였다. 이어서, 재료 스트림은 필름 다이을 통과하여 수 냉각된 캐스팅 휠을 향해 13 m/분의 속도로 지나갔다. 캐스팅 휠 상의 공급 수 온도는 약 7℃이었다. 고 전압 고정 시스템을 사용하여 압출물을 캐스팅 휠 상에 고정시켰다. 고정 와이어의 두께는 약 0.17 mm이었고, 전압은 약 5.5 kV가 적용되었다. 작동기에 의해 고정 와이어를 캐스팅 휠과 접촉하는 지점에서 웹으로부터 약 3 내지 5 mm에 수동으로 위치시켜 웹 캐스팅에 대해 유연한 외관을 갖게하였다. 통상적인 연속 길이 배향기 (LO)와 텐터 장비에 의해 캐스트 웹을 계속 배향하였다. 웹을 길이 배향기를 통해 직조하였지만, 연신시키지는 않았다. 캐스트 웹을 약 100℃에서 약 5의 연신비로 초 당 약 20%의 속도로 길이 배향하였다. 필름을 121℃로 가열된 대역에서 약 20 초 동안 가열하였다. 생성된 필름의 최종 두께는 약 0.06 mm이었다.
메트리원뿔 (Metricon) 상에서 PET 표층에 대해 굴절율을 633 nm에서 측정하였다. 이러한 논의시, x 축은 가로방향 (연장 방향), y 축은 기계 방향 (신장되지 않은 방향)이고 z-축은 필름의 두께 치수이다.
실시예 nx ny nz
E4-1 1.660 1.573 1.528
Ecdel 무정형 공중합체의 굴절율은 1.52로 측정되었고, 이러한 연신 조건 하에 약 0.01 이상으로는 변화하지 않았다.
본 실시예의 필름은 육안 (양쪽 편광)으로 관찰되었을 때, 수직 입사각에서는 오레지색이고 50°이상의 각에서는 밝은 녹색으로 색상 변환을 나타내었다. 연신 방향과 평행한 통과 방향으로 중성 편광기를 통해 보였을 때, 필름은 적색을 띠었다. 편광기가 연신되지 않은 방향과 평행하게 통과하여 배향되었을 때, 필름은 황색이었다. 연신되지 않은 방향에서 PET와 Ecdel 사이에 여전히 굴절율의 차가 존재하므로, 여전히 2개의 반사 피크가 존재한다. 피크의 중앙 위치는 하기의 식과 관련된다.
식중, λ= 최고 반사광의 파장
t1 = 재료의 제1층의 광학 두께
t2 = 재료의 제2층의 광학 두께
이고,
n1 = 제1 재료의 굴절율
n2 = 제2 재료의 굴절율
d1 = 제1 재료의 실제 두께
d2 = 제2 재료의 실제 두께
EDCEL (재료 2)에 대해, n2 및 d2는 모두 상수이다. 그러나, 반사의 파장은 n1x 및 n2x를 상기 식에 대입했을 때, 편광되면서 변환된다. 예를 들면, Ecdel 층의 두께가 82 nm이고, PET 층의 두께가 77 nm이며, λx는 신장된 방향에 대해 평행한 편광에 대해 반사된 피크 파장으로 제시되며, 즉
Figure 112004001336438-pct00156
이다.
유사하게, λy는 연신되지 않은 방향에 평행한 편광에 대해 반사된 피크 파장에 의해 제시되며, 즉
Figure 112004001336438-pct00157
이다.
반사 피크는 연신된 방향에 평행한 Δn는 0.132이고 연신되지 않은 방향에 평행한 편광 빛에 대해서는 0.045이기 때문에 연신된 방향에 평행한 편광을 갖는 피크가 훨씬 더 강하다. 이는 더 넓은 피크에 기여하며, 이는 상기와 같이 계산된 14 nm보다 약 40 nm로 더 효과적인 대역 끝 전위를 가능하게 한다. 연신된 방향 및 연신되지 않은 방향에 평행한 편광된 광선의 투과 스펙트럼은 하기 도 43 및 44에 포함되어 있다.
E5. 필름 기하학
색 필름 형상은 2 개의 상이한 종류로 나뉘어질 수 있다. 필름이 평평한 면 상, 또는 단순한 곡면, 예를 들면, 실린더 또는 원뿔 상에 위치하는 이러한 필름의 기하학적 형상은 종류 I로 명명된다. 이러한 형태의 것은 필름의 광학적 특성을 변화시키지 않는 방식으로 필름을 연신하거나 또는 다르게 비틀지 않고 제조될 수 있다. 필름이 기본적으로 균일한 색으로 제조된다면, 다양한 기하 각으로부터 필름이 보는이에게 제공하는 임의의 색상 변환이 발생한다.
수직 입사각에서 관찰될 때 필름이 상이한 영역에서 상이한 색을 가지는 것을 종류 II로 명명한다. 이러한 변화하는 색은 압출 공정에서 부여될 수 있거나, 예를 들면, 화합물을 곡면에 부합시키기 위한 열형성 (thermoforming)과 같은 비균일 연신 등의 압출 후 공정에 의해, 필름의 적은 영역을 엠보싱함으로써 부여될 수 있다. 필름을 비균일 연신시키거나 또는 엠보싱하면, 필름의 일부 영역이 선택적으로 더 얇아진다. 이와 같은 일이 발생하면, 필름의 일부로부터 다른 부분으로의 색상 변환이 관찰자의 각도가 변하지 않아도 명백해진다.
E6. 다층 조합
필요하다면, 본 발명에 따라 제조된 다층 필름의 1개 이상의 시트가 연속/분산 상 필름과 조합되어, 또는 그의 한 성분으로서 사용될 수 있다. 적합한 연속/분산 상 필름에는 미국 특허 출원 제08/801,329호 (알렌 (Allen) 등에게 허여됨)에 기재된 종류들이 포함된다. 이러한 구조에서, 개별 시트는 적층될 수 있거나 또는 서로 접착되거나 또는 서로 분리되어 위치할 수 있다 (예를 들면, 서로 광학적인 상호작용은 하지만 물리적으로는 접촉하지 않음). 편광기 시트를 갖는 복합 결합 거울은 투과된 빛을 여전히 편광시키면서도 전체 반사율을 증가시키는 데 유용한다.
별법으로, 단일 동시압출된 시트가 선택 반사적이고 편광 특성을 갖는 필름으로부터 제조될 수 있다. 예를 들면, 특정 층이 요구되는 스펙트럼의 일부분 상에서 유사 편광층으로서 고안되고 다른 층들이 요구되는 스펙트럼을 둘러싸는 부분 상에서 거울층으로서 고안된 다층 조합 (예를 들면, 편광층에 의해 고의로 차단된 스펙트럼 결함을 갖는 거울 필름)이 제조될 수 있다. 투과된 편광된 빛의 색은 조망 각도에 따라 달라질 것이다. 이러한 동일한 재료의 2개의 시트를 동일한 편광 축을 따라 배열하면, 개별 시트에 유사하게 보일 것이다 (반사율이 매우 높다면). 교차된 상태로 배열되는 경우, 이들은 무색의 (은색) 거울로 보일것이다. 그러므 로, 추가의 시험 장치를 필요로하지 않는 보호 용도에서의 검증 방법이 제공된다.
동일한 공정 조건 하에 제1 세트가 거울을 제공하고 제2 세트가 편광기를 제공하도록 2개 세트의 층을 선택할 수 있다. 예를 들면, 평면 방향으로 재료를 연신하여 (예를 들면, 이축 연신) 거울을 제조할 수 있다. 편광기는 2개의 평면 방향으로 2개 이상의 연신 단계를 사용하여 복굴절 재료를 연신함으로써 제조할 수 있다. 이러한 방식으로 편광기를 제조하는 방법은 발명의 명칭이 "광학 필름 및 그의 제조 방법 (An Optical Film and Process for Manufacture Thereof)"인 미국 특허 출원 제09/006,455호에 기재되어 있다. 편광층은 다층 스택 또는 1개 이상의 연속/분산상 층(들)일 수 있다. 그러므로, 2 단계 연신 공정이 몇몇 층을 거울 층으로 형성하고, 나머지를 유사 편광기 층으로 형성하는 데 사용될 수 있다.
일반적으로, 색상 변환 필름을 제조하는데 적합한 상기의 임의의 시스템은 미국 특허 출원 제09/006,455호에 기재된 바와 같은 2축 연신 편광기 제조에 적합한 시스템과 결합될 수 있다. 그러므로, 동시압출된 단일 시트는 제1 반사, 거울 시스템 및 제2 편광기 시스템을 포함하도록 제조될 수 있다. 특히 유용한 한 거울 시스템은, 본원에서 상기 언급한 바와 같이 PEN 또는 연신 후 복굴절율이 높은 재료로서 PEN 하부단위를 포함하는 공중합체를 포함한다. 역시, 저급 폴리에스테르 또는 PMMA와 같은 적합한 중합체가 제2 재료로서 유용하다. 특히 유용한 편광 시스템은 PEN (또는 주로 PEN 하부단위를 포함하는 공중합체)와 PET (또는 주로 PET 하부단위를 포함하는 공중합체)의 다층 스택을 포함한다. 제2 시스템에 대한 양호한 2축 연신 편광기를 제조하는 공정 조건 하에, 상기 제1 시스템이 양호한 2축 거 울을 형성할 것이다. 또한, PET층은 목적하는 바와 일치하는 또는 일치하지 않는 z-굴절율의 다양한 각도로 배향될 수 있다. 일치하지 않는 경우, PET는 PEN 층보다 더 높은 값을 갖는 것으로 가정될 것이다.
PEN을 사용하는 제1 시스템 종류와 결합되는 유용한 제2 시스템의 특히 유용한 다른 종류는 본원에서 상기에도 언급된 연속/분산상 시스템 (예를 들면, 연속 상의 분자량이 충분히 높은 PEN 또는 역으로 분자량이 충분히 낮은 coPEN)으로서, 이러한 두 시스템을 포함하는 복합 단일 시트는 제1 연신 단계가 연석/분산상 시스템을 광학적 배향율이 낮지만, 제2 연신 공정이, (현재는 2개 시스템이 모두 배향됨), 단일 시트 내에 제1 거울 시스템과 제2 편광기 시스템이 생성되도록 충분히 배향되어 가공될 수 있다. 동시압출을 용이하게 하기 위하여, 제2 시스템을 표층으로서, 또는 외부층에 인접하여 위치시킬 수 있다. 후자의 경우, 최외부 층은 동시압출 보조제로서, 연신 공정 동안에 롤러 또는 클립이 접착되는 것을 방지하는 보호층으로서 사용되는 저분자량 PEN의 표면일 수 있다,
본 실시태양의 한 특정 실시예에서, 광학체는 PEN층과 coPEN층 사이에서 층들이 교호하는 다층 필름으로 구성된다. PEN층의 일부는 PEN 메트릭스 내에 신디오택틱 폴리스티렌 (sPS)의 분산상을 포함한다. 산란자 (scstterer)의 적층 또는 포함이 누광을 결국 평균화하기 때문에, 층 두께의 제어가 중요하지 않고, 이로써 필름이 공정 매개변수의 변화에 보다 더 내성을 갖게된다.
상기의 임의의 재료를 본 실시태양의 임의의 층으로서 사용할 수 있거나, 또는 특정층 내의 연속 또는 분산상으로서 사용할 수 있다. 그러나, PEN 및 coPEN은 이러한 재료들이 양호한 층류 접착을 촉진하므로, 인접 층의 주 성분으로서 특히 바람직하다.
또한, 다양한 수의 층 배치 변화가 가능하다. 그러므로, 예를 들면, 층들은 구조의 일부 또는 전체를 통해 반복되는 순서를 따라 제조될 수 있다. 이의 일례는 ...ABCB...의 층 패턴을 갖는 구조이고, 여기서 A, B 및 C는 구별되는 재료, 또는 동일한 또는 구별되는 재료의 구별되는 블렌드 또는 혼합물이며, A, B 또는 C의 1개 이상은 1개 이상의 분산상 또는 1개 이상의 연속상을 함유한다. 표층은 바람직하게는 동일한 또는 화학적으로 유사한 재료이다.
<결합된 이성질/복굴절 필름 스택>
본 발명의 다층 스택은 종래 기술의 다층 스택과 결합되어 특이한 모남 효과 (angularity effect)를 창출할 수 있다. 예를 들면, 수직 입사각에서 소정의 파장에서 중앙에 1개 이상의 투과 피크를 갖는 본 발명의 착색된 복굴절 필름은 상기 수직 입사각에서 상기 소정의 파장에서 이성질 층들의 스택으로 코팅되거나, 이들과 동시압출, 또는 적층될 수 있다. 조합된 물품은 모든 가시 파장이 조합된 물품에 의해 반사되므로, 수직 입사각에서 완전한 거울로 보일 것이다. 그러나, 경사각에서는, 이성질 필름은 p-편광된 각을 누광시켜 복굴절 필름의 투과 피크를 가시화한다. 경사진 조망 각도 또는 이 부근에서 브루스터 (Brewster) 각을 갖는 이성질 필름 스택에서 최대 효과가 나타날 것이다.
<E7. 반복 단위 내의 2개 이상의 층>
본 발명의 다수의 실시태양이 오직 2 종의 상이한 재료의 교호층을 갖는 ( 즉, AB 단위셀 구조를 갖는) 광학 스택을 포함할 것이지만, 본 발명은 3종 이상의 재료를 사용하는 스택 디자인도 고려한다. 그러므로, ABC 또는 ABCB 단위 셀을, 물론 이들은 2개 재료 성분 스택에 대해서와 같이 각에 따라 색조가 변화하지만, 모든 입사각에서 색 순도 및 채도를 유지하는 색상 변환 필름을 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 구조에 사용된 재료들은 상이한 단량체들로부터 유도될 수 있거나, 또는 2종 이상의 재료가 동일한 단량체로부터 상이한 비율로 유도될 수 있다. 그러므로, 예를 들면, A는 PEN일 수 있고, B 및 C는 존재하는 나프탈렌 디카르복실산 비율이 각각 다른 상이한 등급의 coPEN일 수 있다.
이러한 구조의 기본적인 원리는 2 성분 단위 셀 스택에 대한 것과 유사하다. 다성분 유닌 셀의 유효 프레스넬 (Fresnel) 반사 계수에 대해 배열하여 p-편광된 빛에 대한 입사각을 일정하게 유지한다. 2개 재료 성분 시스템 내에서, 이는 2개 재료 성분의 z-굴절율을 일치시킴으로써 성취된다. 단위 셀 내에 3 개 이상의 재료를 갖는 경우, 모든 재료들의 z-굴절율을 일치시키는 것이 여전히 바람직하지만, 이것이 항상 가능하거나 실용적인 것은 아니다. 그러나, 한 재료의 계면에서 z-굴절율이 일치하지 않으면, 다른 재료의 계면에서 반대 표지판의 불일치로써 수정될 수 있다 (표지판은 평면 내 굴절율의 차이에 상응함).
ABCB 반복 구조를 1/2 람다 단위셀로서 사용할 때, A가 최고 평면 내 굴절율 재료이고, C가 최저 평면 내 굴절율 재료이며, A/B 계면의 z-굴절율이 불일치하면, 단위 셀 유효 프레스넬 반사 계수는 B/C 계면이 반대 표지판의 불일치를 갖도록 재료 C를 선택함으로써 입사각에 따라 거의 일정할 수 있다. 2개의 z-굴절율의 불일 치의 요구되는 상대적인 차원은 평면 굴절율의 불일치의 차원에 따라 다르다. A/B 및 B/C 평면 내 굴절율의 불일치가 동일한 차원인 경우, z-굴절율 불일치는 동일한 차원이고 반대 표지판이어야 한다. 일반적으로, 평면 편차 (A/B 및 B/C)가 다를 경우, z-굴절율 편차는 소정의, 또는 반대 표지판의 각의 범위에 대해 유효 계면 굴절율 편차가 거의 동일하도록 선택되어야 한다. 북굴절 층의 유효 굴절율은 그 층의 반사의 평면 내 굴절율 및 z-굴절율의 대수 함수로서 유도될 수 있다.
<E8. 확산 반사 기재와의 조합>
본 발명의 색상 변환 필름은 다양한 기재와 적층, 부착 또는 다른 광학적 방법으로 결합되어, 무엇보다도 기재의 색 및 그의 광학적 특성 (예를 들면, 거울 반사하는가 또는 확산 반사하는 가)에 따른 특정한 광학적 효과를 얻을 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 본 발명의 색상 변환 필름은 카드패, 종이, 백색으로 페인트칠 된 표면, 또는 미국 특허 출원 제08/807,930호 (알렌등이 출원)에 기재된 확산 반사 광학 필름과 같은 확산 반사 표면에 아교로 접착되거나, 적층되거나 또는 다른 방법으로 접착될 수 있다. 유사하게, 본 발명의 색상 변환 필름을 다양한 재료, 예를 들면, 분무 페인트, 증착된 금속, 금속 산화물, 금속 염 등과 같은 다양한 재료로 코팅함으로써 다양한 광학적 효과를 얻을 수 있다. 생성된 물품에서 관찰된 광학적 효과는 무엇보다도, 물품을 비추는 광원 (예를 들면, 주변광, 편광원, UV 광원 등)에 따라 다르다.
도 45 내지 47은 본 발명의 색상 변환 필름이 다양한 기재 상에 적층되고 반사되어 보일 때 관찰되는 광학적 효과를 나타낸다. 본 발명의 색상 변환 필름을 백색을 확산 반사하는 표면, 예를 들면, 카드패, 백색 페인트칠 된 표면 또는 다른 확산 반사 표면에 적층함으로써 각의 함수로서 색을 변화시키는 디스플레이가 제조할 수 있다. 예를 들면, 실시예 E1-2에 기재된 녹색/자홍색 색상 변환 필름을 백색 카드패에 투명 광학 접착제로 적층시키고 주변의 실(室) 광원에서 본다. 보통의 백색 카드는 직접, 즉 필름의 평면을 관찰자의 시선과 수직으로 보면 밝은 녹색으로 보였다. 카드를 보통의 위치에서 약 60°정도 회전 시켰을 때, 카드는 자홍색 색으로 보였다.
확산 반사 기재는 필름에 의해 투과된 색들이 필름에 의해 거울 반사되는 (또는 입사 평면에서 상이한 반사각에서 반사되는) 채색된 광선의 입사 평면 밖의 기재에 의해 산란되므로, 관찰자가 투과된 색과 반사된 색들을 구별하게 한다는 점에서 유리하다. 거울 반사된 광선은 오직 한 위치에서만 관찰되지만, 확산 반사된 광선은 원뿔의 반각이 입사각 θ와 동일한 확산 반사 원뿔의 임의의 방위 둘레에서 관찰될 수 있다. 다른 색들은 다른 입사 및 반사 각에서 관찰될 수 있다.
도 46은 본 발명의 색상 변환 필름이 흑색 표면에 적층되었을 때 반사되어 관찰되는 광학적 거동을 나타낸다. 도 45의 참조에 기재되었듯이, 필름의 반사된 색은 눈이 거울 반사된 빔 (beam)의 지점에 위치해 있어야 하고, 동시에 필름을 통해 투과되는 임의의 빛에 의해 혼동될 수 있기 때문에 반사 기재에 대해 관찰되기가 어렵다. 반사된 색 필름이 흑색 표면에 적층되는 경우, 그의 반사 색만이 관찰될 것이다. 그러므로, 고도의 흡광 (예를 들면, 흑색) 기재가 물품으로부터 흡수된 색이, 필름의 광학적 스택으로부터 반사된 전자기 방사선의 파장에 의해 주로 규정된다는 점에서 유리하다.
도 47은 본 발명의 색상 변환 필름이 거울 표면에 적층되었을 때 반사되어 관찰되는 광학적 거동을 나타낸다. 여기서, 필름으로부터 거울 반사되는 빔은 거울 표면으로부터 반사되는 빔과 결합하여 빛의 입사 빔과 동일한 색을 제공할 것이다. 광대역의 고도의 반사 표면에 적층된 착색된 필름은 관찰자가 반사된 모든 색을 관찰하기 때문에 착색된 것으로 보이지 않을 것이다. 착색된 거울, 또는 착색된 필터가 색상 변환 필름에 의해 물품의 초기에 투과된 물품의 반사 스펙트럼으로부터 전자기 특정 파장의 전자기 방사선을 제거하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 확산 반사 매질은 연속 상 및 분산 상을 편광기일 수도 있고 아닐 수도 있는 거울 반사 색상 변환 다층 광학 필름과 결합하여, 모두 갖는 층들을 포함하는 확산 반사 편광기일 수 있다. 적층 및 확산 편광기가 모두 사용되는 경우, 몇몇 용도에서는 각각의 반사 편광 축을 수직으로 하는 것이 바람직할 수 있다. 도 48에 나타난 바와 같이, 적층된 필름은 한 편광을 거울 반사하고 각에 따른 색을 부여하는 반면, 확산 필름은 수직 편광을 반사할 것이다. 확산 필름 중에 염료를 혼입하여 거울 필름의 색채 특성이 변화하고, 확산 성분의 색은 일정함으로써 매우 균일한 색상 변환 필름을 제공할 수 있다. 몇몇 실시태양에서, 적층 필름의 반대쪽 확산 편광기 면 상에 흑색 층을 사용하여 임의의 투과 빛을 흡수한다. 이 후자의 흡수 필름은 흑색 편광기 또는 카본 블랙과 같은 단순한 흑색 기재일 수 있다.
색상 변환 필름의 한 면 상에 산란 매질을 위치시키고, 다른 면으로부터 확 산 광원으로 필름을 조사함으로써 추가의 광학적 효과를 얻을 수 있다. 일반적으로, 산란 매질이 필름과 광학적 상호작용을 하고, 필름에 충분히 인접해 있어, 산란 매질을 강타하는 빛이 필름을 통과한 다음 충분한 각의 범위에 오도록 할 필요가 있지만, 필요하다면, 필름과 산란 매질 사이의 공기 계면은 적합한 첨가제를 사용함으로써 제거될 수 있다. 산란 매질을 적절히 선택하면, 필름의 처리된 영역 및 처리되지 않은 영역이 투과되어 보일 때, 상이한 색으로 나타날 것이다.
예를 들면, 수직 입사각 (0 도)에서 측정되었을 때, 한 종류의 새로운 변화 필름이 스펙트럼의 적색 부분에서 좁은 투과 대역 갖고, 노출된 필름이 확산 원으로 조사된다면, 노출된 필름은 필름에 대한 관찰자의 시선이 필름의 평면과 수직인 각에서 보이는 경우 적색으로 보인다. 그러나, 백색 종이 조각이 광원으로부터 필름의 반대 쪽에 위치한다면, 종이에 의해 덮힌 필름의 일부는 투과되어 보일 때 모두 황록색으로 보인다. 명도 향상 필름 조각, 예를 들면, 3M 사 (미국 미네소타주 세이트폴 소재)로부터의 상표명 BEF로 시판되는 것을 광원으로부터 필름의 반대 쪽에 위치시키면, BEF에 의해 덮힌 필름의 일부는 BEF/필름 조합에 대한 관찰자의 시선이 필름의 평면에 대해 수직이 되는 각에서 투과되어 보일 때 녹색으로 나타나며, BEF/필름 조합에 대한 관찰자의 시선이 필름의 평면에 대해 평행이 되도록 보다 가깝게 이동하여 각을 변화시켜 보면 오렌지/적색으로 변한다.
<실시예 E8-1 내지 E8-6>
하기의 실시예들은 본 발명의 색상 변환 필름이 다양한 산란 매질과 결합되고 투과되어 보일 때 관찰되는 광학적 효과를 설명한다.
실시예 E8-1에서, 실시예 E1-1과 실질적으로 동일한 방식으로 제조된, PEN 과 PMMA의 교호 층을 갖는 색상 변환 필름의 시료를 사용하였다. 실시예 E8-3의 필름은 웹의 대역 끝 (중앙에 대해 반대됨)으로부터 절단되었다는 점만이 실시예 E8-1의 필름과 상이하고, 배향의 각 및(또는) 두께 분포가 약간 달라서 웹의 중앙으로부터 절단된 필름에 대한 수직 입사각에서의 투과 피크와 비교할 때 수직 입사각에서 투과 피크의 폭이 변화된다. 실시예 E8-5의 필름은 캐스팅 휠 속도를 약간 빠르게 한 것을 제외하고는 실시예 E8-1의 필름과 동일한 방식으로 제조하였다.
각각의 시료들을 배경 조명을 확산시키는 그래픽라이트 D5000 스탠다드 뷰어 (Graphiclite D5000 Standard Viewer) 상에 놓고 구경의 수치가 0.22인 광섬유 수집기 (fiber optic collector)를 사용하여 스팩트럼기로 시료에 대한 투과율을 측정하였다. 섬유를 필름 시료의 평면과 수직이 되도록 필름 상에 직접 놓아서 광원으로부터 빛이 필름으로 진입하고 수직 입사각으로부터 25 이하의 각에서 노출된 필름을 통과하도록 하였다. 노출된 필름 시료를 배경 조명만을 측정하는 경우, 모든 파장에서 100%의 투과율을 기준으로 사용하여 측정하였다. 압축 형광 벌브에 의한 조사를 가정하여 L*, a*, b* 색 공간에서 색 색도를 또한 계산하였다. 수직 입사각에서 실시예 E8-1, E8-3, 및 E8-5는 각각 청색, 자홍색, 및 황색으로 나타났다.
실시예 E8-2, E8-4, 및 E8-6에서, 표준 백색 용지 (브와즈 케스케이드 캄파니 (Boise Cascade Co.) 사로부터 제품명 X-9000으로 시판됨) 8.5 ×11을 실시예 E8-1, E8-3, 및 E8-5 상에 각각 놓고, 수직 입사 투과율을 측정하고, 색 색도를 다 시 계산하였다. 실시예 E8-1 내지 E8-6의 색 색도를 표 E8-1에 기재하였다. 실시예 E8-1 및 실시예 E8-2에 대한 투과율 값을 도 50에, 실시예 E8-5 및 E8-6의 시료에 대한 투과율 값을 도 51에 제시하였다.
시료 수직 입사각에서의 필름 색 종이이 존재 여부 L* a* b* 적용 색
E8-1 청색 무 32.4 0.1 -126.3 청색
E8-2 청색 유 48.8 23.8 -23.4 분홍/자홍색
E8-3 자홍색 무 59.5 66.7 -55.6 자홍색
E8-4 자홍색 유 60.5 6.3 27 황색/오렌지색
E8-5 황색 무 91.3 3.5 130.3 황색
E8-6 황색 유 66.8 -1.9 26.8 황색
표 E8-1과 도 49, 50 및 51의 스펙트럼의 결과에서 나타난 바와 같이 청색, 자홍색 및 황색 필름은 백색 종이가 필름과 검출기 사이에 위치되었을 때 색이 변하였다. 백색 종이/필름 조합을 보았을 때 색상 변환의 정도는 상기의 실시예에 의해 제시된 바와 같이 무엇보다도, 색 필름의 대역폭과 스펙트럼 중의 위치에 따라 다르다. 자홍색 및 청색 필름은 종이/필름 조합으로 관찰되었을 때 인지할 수 있는 색상 변환를 나타낸 반면, 황색 필름은 그렇지 않았다. 이러한 종류의 종이/필름 조합은 상업적 그래픽 (배경 조명 조사됨), 보호 용도, 및 장식 조명 용도와 같은 용도에서 유용하다.
본 발명의 필름을 광원과 광학적으로 결합하고 필름과 광원 사이에 산란 매질을 위치시키면 다른 광학적 효과도 가능하다. 이러한 실시태양은 전형적으로 산란 매질이 광학적으로 필름에 결합되어야 하고, 모든 실시태양에서 필름과 산란 매질이 물리적으로 접촉할 필요는 없다. 다수의 이러한 실시태양에서, 산란 매질에 광학적으로 결합된 필름의 영역은 경사각에서 관찰되었을 때 산란 매질과 광학적 상호작용을 하지 않는 필름의 영역에 비해 더 밝게 나타나며, 색이 약간 다르다.
<실시예 E8-7 내지 E8-12>
하기의 실시예들은 광원과 본 발명의 색상 변환 필름 사이에 산란 매질이 위치하고 필름이 투과되어 보일 때 관찰될 수 있는 효과를 설명한다.
실시예 E8-7, E8-9, 및 E8-11에서, PEN/PMMA 다층 색상 변환 필름의 시료를 3M 2150 오버헤드 투사 조사기, 모델 2100 상에 놓고 오버헤드 투사기 단계에서 직접 나타는 투과율을 관찰하였다. 실시예 E8-7 및 E8-9는 실시예 E8-3 및 E8-5와 동일하였다. 실시예 E8-11의 필름을 속도가 약간 느린 캐스팅 휠을 사용한 것을 제외하고는 실시예 E8-1의 필름과 동일한 방식으로 제조하였다. 실시예 E8-7, E8-9 및 E8-11의 필름은 보통의 각에서 투과되어 보일 때 자홍색, 황색, 및 청록색 색으로 나타났고, 경사각에서는 각각 황색, 무색, 및 짙은 청색으로 나타났다.
실시예 E8-8, E8-10, 및 E8-12에서는, 8.5 ×11의 표준 백색 용지 (브와즈 케스케이드 캄파니 (Boise Cascade Co.) 사로부터 제품명 X-9000으로 시판됨)를 각 필름의 시료 아랫쪽에 위치시켜 각각 실시예 E8-7, E8-9 및 E8-11의 공정을 반복하였다. 종이의 크기를 시료의 크기보다 작게 조절하여 각각의 종이 /필름 조합이 투과율에서 나타내는 바를 필름 자체가 나타내는 바와 비교할 수 있었다. 종이/필름 조합을 노출된 필름과 일렬로 배열하여 관찰하였을 때, 종이/필름 조합이 나타내는 색이 노출된 필름과 약간 달랐으며, 한 실시예에서는 종이/필름 조합이 나타내는 밝기가 노출된 필름와 약간 달랐다. 결과들을 표 E8-2에 요약하였다.
시료 E8-8 및 E8-10을 경사각에서 관찰하였을 때, 필름과 광원 사이에 종이가 위치한 시료의 일부는 필름과 광원 사이에 종이가 없는 필름의 일부와 색이 약간 달랐다. 시료 E8-8은 경사각에서 종이가 있으면 녹색을 띠는 황색을 나타내었고, 없으면 황색을 나타내었다. 실시예 E8-10은 종이가 있으면 자주빛을 띠는 백색을, 없으면 투명색을 나타내었다. 시료 E8-12를 경사각에서 관찰하였을 때, 종이가 없는 일부에 비해 종이가 있으면 색과 명도 모두 달랐다. 필름과 광원 사이에 종이가 있는 일부에 대해, 색은 밝은 자홍색 색을 나타낸 반면, 종이가 없는 곳에서는 짙은 청색을 나타내었다.
시료 종이의 존재 여부 수직 입사각에서의 색 경사각에서의 색
E8-7 무 자홍색 황색
E8-8 유 미젠타색 녹색이 도는 청록색색
E8-9 무 황색 무색
E8-10 유 황색 자주색이 도는 흰색
E8-11 무 청록색색 짙은 청색
E8-12 유 황색이 도는 청록색색 밝은 자홍색
색상 변환 필름을 백색이나 흑색 기재위에 위치시키거나 또는 흑색 또는 백색 안료 충전된 접착제를 사용하는 것 이외에, 색상 변환 필름을 흑색과 백색 사이의 회색 정도로 착색된 기재 또는 기재들과 결합하여 사용할 수 있다. 이러한 착색된 기재들은 불투명 (실질적으로 빛을 투과시키지 않음), 반투명 (다양한 헤이즈로 확산 투과), 또는 투명 (특정 색에 대해서, 즉, 확산제가 없으면 투명하고, 이외에는 착색됨)할 수 있다.
투명한 기재 및 착색된 기재와 결합된 실시예 E1-2의 녹색 통과 필터를 사용하여 3개의 실시예를 제조하였다. 녹색 통과 필터는 수직 입사각에서 녹색 빛을 투과시키고 자홍색을 반사한다 (청색 및 적색 파장). 입사각이 높을 때, 색들은 역전된다. 녹색 통과 필터를 투명한 (비확산) 적색, 황색 및 청색의 플라스틱 필름에 적용하였다. 정면 (투명한 광학 접착제를 사용하여 필름이 적용된 면)으로부터, 필름/착색된 기재 조합을 백색 종이 시트 상에 놓았을 때, 시선이 거울 반사된 광선을 대부분 인지하느냐 또는 종이의 의해 산란된 투과된 광선을 주로 인지하느냐에 따라 2가지 색 중의 1가지 색에 대해 수직 입사각에 근접한 값을 나타낸다.
적색 기재: 자홍색 또는 흐린 금속 색
황색 기재: 청동색 또는 녹색
청색 기재: 자홍색 또는 짙은 녹색
필름을 착색된 기재 또는 회색 기재와 결합하여 사용할 때, 관찰된 효과는 "진정한" 색에 대한 관찰자의 시선을 혼동시키는 경향이 있는 백색 및 흑색 기재의 사이였다. 이러한 물품은 주의-그림 표지판에 유용한 용도를 갖는다.
배면으로부터 (착색된 기재를 통해) 관찰되었을 때, 상기의 시료들은 하기와 같이 나타났다.
적색 기재: 임의의 배면 또는 기재 상에서 적색
황색 기재: 짙은 배면 상에서는 청동색, 백색 기재 상에서는 자홍색
청색 기재: 짙은 기재 상에서는 자주색, 백색 기재 상에서는 녹색
E9. 거울 반사 기재와의 조합
상기와 같이, 본 발명의 필름을 거울 (특히 광대역) 및 다른 반사 기재와 결합하여 3-D 깊이를 나타내는 물품을 제조할 수 있다. 이는 필름과 거울을 대략적 으로 평행하지만 약간의 거리를 두어 배치함으로써 용이하게 성취된다. 임의의 거울 기재로도 효과가 관찰될 수 있으나, 가요성 중합체 거울 필름이 특히 바람직한데, 이는 이러한 거울 필름이 접히고, 파상을 형성하고, 패턴화되어 3-D 효과를 향상시키는 잔주름 효과를 나타내는 물품을 생성하기 때문이다. 한 실시예에서, 스펙트럼의 청색 영역으로 조정된 본 발명의 CSF는 가요성 광대역 거울 필름에 감겼다. 광대역 거울 필름의 칫수는 CSF의 칫수보다 약간 크다. 이어서 필름을 면들이 동일한 높이가 되는 방식으로 감아서 슬랙 (slack)을 광대역 거울 필름에 도입하였다. 생성된 필름은 거울 기재에 의해 제공되는 입사각이 상이하기 때문에 다양한 청색 빛깔을 반사하였고, 물의 표면과 같은 잔주름을 나타내었다. 이러한 필름은 예를 들면, 수족관의 장식 배경으로서 유용하다.
CFS와 거울 기재 사이의 공간을 제공하는 데는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 투명한 망상의 일부가 CSF와 거울 기재 사이에 위치할 수 있다. 별법으로, CFS 및(또는) 거울 기재의 결정화도를 조절하여 이러한 기재의 하나 또는 둘다를 미국 특허 제5,783,283호 (클레인 (Klein) 등)에 기재된 바와 같이 주름지게할 수 있다.
E10. 필름이 아닌 형광체
본원에서 본 발명이 광학적 필름에 관하여 종종 설명되었으나, 본원에 기재된 원리와 고려할 사항들은 필름으로는 생각될 수 없는 광범위하게 다양한 광학적 장치를 제조하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들면, 광범위하게 다양한 열형성 및 성형된 물품이 본원에 기재된 원리를 사용하는 다층 수지 스트림으로부터 제조 될 수 있다. 본 발명의 필름을 광휘안료 (glitter)로 조각낼 수 있는데, 이들은 자유롭게 흐르는 조성물로 사용될 수 있고 또는 고체 (예를 들면, 고화된 플라스틱 수지) 또는 액체 (예를 들면, 페인트 조성물) 메트릭스에 분산될 수도 있다. 본 필름은 또한 임의의 칫수의 스트랜드로 절단될 수도 있는데, 이는 한쪽 끝이 결합되거나 (속사포 내에서와 같이) 또는 내부 직조될 수 있다.
E11. 층의 수
본 발명의 필름은 전형적으로 10 내지 1000개의 층을 포함한다. 단일한 협소 대역 반사기에 대해서, 10 내지 200 층의 범위가 바람직하고, 20 내지 100 층이 가장 바람직하다. 1.75/1.50의 고/저 굴절율을 갖는 50 층의 스택은 10% 분율의 대역폭 FWHM (절반 최고값에서의 전체 폭)의 높은 반사 (99% 피크 R) 대역을 생기게 할 것이다. 굴절율이 분율 x 만큼 차이가 나면, 층의 수는 1/x 만큼 증가되어 동일한 피크 반사도를 유지한다. 대역폭은 x 만큼 좁아져서, 동일한 대역폭을 유지하기 위해 층의 수가 대략 1/x 만큼 다시 증가할 것이다.
냉각 거울은 용도에 따라 전형적으로 100 내지 1000 층을 갖는다. 원예 용도를 위해서는, 예를 들면, 90%의 반사율이 좋고, 약 200 층만으로도 실현될 수 있어서 비용면에서도 바람직할 수 있다. 반사율 99%에 도달하기 위해서는 500 층 이상이 전형적으로 바람직하지만, 이 숫자는 어떤 재료를 선택하느냐에 따라 매우 달라질 수 있다. 예를 들면, UV 황화를 겪는 PEN의 경향이 문제가 되고, PET/coPET 다층 시스템은 대체될 수 있으나 (UV 흡수제 또는 차단제의 용도를 배제한다면), 유사한 반사율을 위해 약 1000 층 이상이 요구될 것이다.
협소 대역 가시 투과 필름에 대해서는, 100 내지 1000의 범위가 바람직하고, 200 내지 500의 범위가 가장 바람직하다. 녹색 반사기 스택과 IR 반사기 스택을 모두 갖는 원예용 필름에 대해서는, 200 내지 1000의 범위가 바람직하고, 400 내지 800의 범위가 가장 바람직하다. 1100 nm를 넘는 파장으로 조정된 IR 거울 필름은 특히 그들의 스택 모양이 고차원 반사 대역을 억제하기 위해 광학 반복 유닛 내에 2 층 이상을 포함한다면 1000 층보다 매우 많은 층을 요구할 수 있다.
F. 특별 층
F1. 표층
비 광학적 재료의 층이 필름의 한 쪽 또는 양쪽 주요 표면, 즉 압출된 광학 스택 상에 노출되어 동시연장될 수 있다. 표층으로도 불리우는 층의 조성은 예를 들면, 광학 층의 일체성을 보호하기 위해, 최종 필름에 기계적 또는 물리적 특성을 부가하거나 또는 최종 필름에 광학적 기능을 부가하기 위해 선택될 수 있다. 선택될 수 있는 적합한 재료로는 1개 이상의 광학층의 재료가 포함된다. 용융 점도가 압출된 광학층과 유사한 다른 재료도 또한 유용할 수 있다.
표층 또는 층들은 압출된 다층 스택이 압출 공정 내에서, 특히 다이에서 겪을 수 있는 넓은 범위의 전단 강도를 감소시킬 수 있다. 높은 전단 환경은 광학층 내에 바람직하지 못한 변형을 일으킬 수 있다. 별법으로, 요구되는 효과가 색의 국부적 변화일 경우, 적어도 일부의 층들이 국부적인 두께 변형을 겪도록 광학층 및(또는) 표층의 점도를 일치시키지 않거나, 표층이 거의 없거나 아주 없이 가공함으로써 장식적인 층의 뒤틀림이 생기도록 하여, 장식적인 색 효과를 생성한다. 표 층 또는 층들은 생성되는 착체에 물리적 강도를 부가하거나 또는 가공 동안의 문제를 감소 시킬 수 있는데, 예를 들면, 배향 공정 동안 필름이 찢어지는 경향을 감소시킬 수 있다. 무정형으로 유지되는 표층 재료는 강성이 높은 필름을 제조하는 경향이 있을 수 있는 반면, 반결정인 표층 재료는 높은 인장 모듈러스를 갖는 필름을 제조하는 경향이 있을 수 있다. 생성되는 제품의 요구되는 광학적 특성과 문제를 일으키지 않는 UV 흡수제, 염료, 산화방지제, 및 안료를 표층에 첨가할 수 있다.
표층 또는 코팅은 생성되는 필름 또는 장치에 차단 특성을 부여하기 위해 첨가될 수도 있다. 그러므로, 예를 들면, 차단 필름 또는 코팅이 표층으로서 또는 표층의 한 성분으로서 첨가되어 물 또는 유기 용매와 같은 액체, 또는 산소 또는 이산화탄소와 같은 기체에 대한 필름 또는 장치의 투과 특성을 변화시킬 수 있다.
표층 또는 코팅은 또한 생성되는 물품에 마모 저항을 부여하거나 이를 향상시키기 위하여 첨가될 수도 있다. 그러므로, 예를 들면, 중합체 메트릭스에 담지된 실리카 입자를 포함하는 표층을 본 발명에 따라 제조된 광학 필름에 첨가하여 필름에 마모 저항을 부여할 수 있고, 물론 이러한 층은 필름이 의도하는 용도에 요구되는 광학적 특성을 과도하게 손상시키지 않는다.
표층 또는 코팅은 또한, 생성되는 물품에 천공 및(또는) 인열 저항을 부여하거나 이를 향상시키기 위하여 첨가될 수도 있다. 그러므로, 예를 들면, 광학 필름의 외층이 coPEN을 함유하는 실시태양에서, 단일결정 coPEN의 표층은 광학층과 함께 동시압출되어 생성되는 필름에 양호한 인열 저항을 부여할 수 있다. 인열 저항 층에 대한 재료를 선택하는데 고려되어야할 요소로는 파단까지의 백분율 신장, 영 모듈러스, 인열 강도, 내부 층에 대한 접착성, 해당 전자기 대역폭에서의 백분율 투과율 및 흡수율, 광학적 투명도 및 헤이즈, 주기의 함수로서의 굴절율, 텍스튜어 및 조도, 용융 열 안정선, 분자량 분포, 용융 유변성 및 동시압출성, 표층의 재료와 광학층 사이의 혼화도 및 내부 확산 속도, 점탄성 반응, 연신 조건하에서의 이완 및 결정화 거동, 사용 온도에서의 열 안정성, 내후성, 코팅에 대한 접착력 및 다양한 기체 및 용매에 대한 투과성이 포함된다. 천공 또는 인열 저항성 표층은 제조 공정 도중에 적용될 수 있거나 또는 이후에 광학 필름 상에 코팅되거나 적층될 수 있다. 동시압출 공정과 같은 제조 공정 도중에, 이러한 층들을 광학 필름에 접착시키면 광학 필름이 제조 공정 동안 보호되는 잇점이 제공된다. 몇몇 실시태양에서, 1개 이상의 천공 또는 인열 저항성 층이 단독으로 또는 천공 또는 인열 저항성 표층과 결합되어 광학 필름의 내부에 제공될 수 있다.
표층은 압출 공정 도중의 임의의 시점에서, 즉 압출된 필름과 표층이 압출 다이를 빠져나가기 전에 압출된 광학 스택의 1개 또는 2개 면에 적용될 수 있다. 이는 통상적인 동시압출 기술을 사용하여 성취할 수 있는데, 이 기술은 3층 동시 압출 다이의 사용을 포함한다. 표층을 미리 형성된 다층 필름에 적층시킬 수도 있다. 표층의 총 두께는 광학 스택/표층 두께의 약 2% 내지 약 50%의 범위일 수 있다.
몇몇 용도에서, 광학 필름의 제조 공정 동안 추가의 층들이 동시압출되거나 또는 표층의 외면 상에 접착될 수 있다. 이러한 추가의 층들은 별도의 코팅 작동에서 광학 필름 상에 압출 또는 코팅되거나 또는 별도의 필름, 호일, 또는 경질 또 는 반-경질 기재, 예를 들면, 폴리에스테르 계 (PET), 아크릴계 (PMMA), 폴리카르보네이트, 금속 또는 유리로서 광학 필름 상에 적층될 수 있다.
광범위한 중합체가 표층으로서 적합하다. 주로 무정형 중합체 중, 적합한 예로는 1종 이상의 테레프탈산, 2,6-나프탈렌 디카르복실산, 이소프탈산, 프탈산, 또는 이들의 알킬 에스테르 대조물, 및 에틸렌 글리콜과 같은 알킬렌 디올 기재의 코폴리에스테르가 포함된다. 표층에 사용하기에 적합한 반결정질 중합체로는 2,6-폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 및 나일론 재료들이 포함된다. 광학 필름의 강성을 향상시키기 위해 사용되는 표층으로는 고신장 폴리에스테르, 예를 들면, Ecdel 및 PCTG 5445 (미국 뉴욕주 로체스터 소재의 이스트만 케미칼 캄파니 (Eastman Chemical Co.) 사로부터 시판됨) 및 폴리카르보네이트가 포함된다. 폴리올레핀, 예를 들면, 폴리프로필렌 계 및 폴리에틸렌이 이러한 목적으로, 특히 상화제로 광학 필름에 접착되어 제조되는 경우 사용될 수 있다.
F2. 기능 층
다양한 기능 층 또는 코팅이 본 발명의 광학 필름 및 장치에 첨가되어 특히 필름 또는 장치의 표면을 따라 그들의 물리적 또는 화학적 특성을 변화시킬 수 있다. 이러한 층 또는 코팅으로는 예를 들면, 슬립 제 (slip agent), 저 접착 배면 재료, 전도성 층, 정전기 방지 또는 필름, 차단 층, 난연제, UV 안정화제, 마모 저항성 재료, 광학 코팅 또는 필름 또는 장치의 기계적 일체성 또는 강도를 향상시키도록 고안된 기재가 포함된다.
본 발명의 필름 및 광학 장치는 저마찰 코팅 또는 슬립제, 예를 들면 중합체 비드로 표면을 코팅 처리함으로써 양호한 슬립 특성이 부여될 수 있다. 별법으로, 이러한 재료들의 표면 형태는 압출 조건의 조작을 통해 개질되어 표면에 미끄러움이 부여되며, 이러한 방법으로 표면 형태를 개질하는 것은 미국 특허 제5,759,467호에 기재되어 있다.
본 발명의 광학 필름이 접착 테잎 중의 한 성분으로 사용되는 몇몇 용도에서는, 필름을 저접착 이면 풀칠 (backsize) 코팅 또는 우레탄, 실리원뿔 또는 탄화불소 화합물 기재의 필름으로 처리하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 방식으로 처리된 필름은 압력 민감성 접착제 (PSA)에 대해 적절한 박리 특성을 나타냄으로써, 접착제로 처리되거나 롤에 감길 수 있다. 이러한 방식으로 제조된 접착 테이프는 장식적 목적 또는 테잎 표면 상의 확산 반사 또는 투과가 요구되는 임의의 용도에 사용될 수 있다.
본 발명의 광학 필름 또는 장치는 1개 이상의 전도성 층이 제공될 수 있다. 이러한 전도성 층은 금속, 예를 들면, 은, 금, 구리, 알루미늄, 크롬, 니켈, 주석 및 티타늄, 금속 합금, 예를 들면, 은 합금, 스테인레스 강 및 이코넬, 및 반도체 금속 산화물, 예를 들면, 도핑되거나 도핑되지 않은 주석 산화물, 산화아연, 및 산화 주석 인듐 (ITO)을 포함할 수 있다.
본 발명의 필름 및 장치는 산화방지 코팅 또는 필름이 제공될 수 있다. 이러한 코팅 또는 필름으로는 예를 들면, V2O5 및 술폰산 중합체의 염, 탄소 또는 다른 전도성 금속 층을 포함한다.
본 발명의 광학 필름 및 장치는 또한 특정 액체 또는 기체에 대한 광학 필름의 투과 특성을 변화시키는 1개 이상의 차단 필름 또는 코팅이 제공될 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 본 발명의 장치 및 필름은 필름을 통한 수증기, 유기 용매, O2, 또는 CO2의 투과를 억제하는 필름 또는 장치가 제공될 수 있다. 차단 코팅은 특히 습도가 높은 환경에서 바람직한데, 이러한 환경에서는 필름 또는 장치의 성분들이 습기 투과로 인해 뒤틀릴 수 있다.
본 발명의 필름 및 장치는 또한 특히 엄격한 화재 규범이 적용되는 비행기에서와 같은 환경에서 사용될 때, 난연제로 처리될 수 있다. 적합한 난연제로는 삼수화 알루미늄, 삼산화 안티몬, 오산화 안티몬, 및 난연성 유기포스페이트 화합물이 포함된다.
본 발명의 필름 및 광학 필름은 또한 마모 저항성 또는 경질 코팅이 제공될 수 있으며, 이들은 종종 표층으로서 적용된다. 이들로는 아크릴계 경질코트, 예를 들면, 롬 앤드 하스 (Rohm & Haas; 미국 펜실바니아주 필라델피아 소재) 사로부터 시판되는 아크릴로이드 (Acryloid) A-11 및 파라로이드 (Paraloid) K-12-N, 미국 특허 제4,249,011호에 기재된 것과 같은 우레탄 아크릴레이트 및 사르토머 코포레이션 (Sartomer Corp.; 미국 펜실바니아주 웨스트체스터 소재) 사로부터 시판되는 것, 및 지방족 폴리이소시아네이트 (예를 들면, 미국 펜실바니아주 피츠버그 소재의 마일스 인크 (Miles, Inc.)사로부터 시판되는 데스모듀어 (Desmodur) N-3300)과 폴리에스테르 (예를 들면, 미국 텍사스주 휴스톤 소재의 유니온 카바이드 (Union Carbide) 사로부터 시판되는 톤 폴리올 (Tone Polyol) 0305)와의 반응으로부터 얻을 수 있는 우레탄 경질코트가 포함된다.
본 발명의 광학 필름 및 장치는 예를 들면, 유리, 금속, 아크릴, 폴리에스테르 및 다른 중합체 배면 등이 경질 또는 반-경질 기재 상에 추가로 적층되어 구조적 견고성, 내후성 또는 더 용이한 취급성을 제공할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 광학 필름은 얇은 아크릴 또는 금속 배면에 적층되어 요구되는 형태로 스탬핑되거나 또는 다르게 형성되고 유지될 수 있다. 몇몇 용도, 예를 들면, 광학 표면이 다른 취약성 배면에 적용될 때, PET 필름 또는 천공-인열 저항성 필름을 포함하는 추가의 층이 사용될 수 있다.
본 발명의 광학 필름 및 장치는 또한 파쇄 저항 필름 또는 코팅이 제공될 수 있다. 이러한 목적으로 적합한 필름 및 코팅은 예를 들면, 특허 공개 EP 592284호 및 EP 591055호에 기재되어 있으며, 3M (미국 미네소타주 세인트 폴 소재) 사로부터 시판되고 있다.
특정 용도를 위해 다양한 광학층, 재료 및 장치가 본 발명의 필름 및 장치에 적용되거나 또는 본 발명의 필름 및 장치와 연결되어 사용될 수 있다. 이들로는 자기 또는 자기-광학 코팅 또는 필름, 액정 패널, 예를 들면, 디스플레이 패널 및 개인용 창에 쓰이는 것, 사진용 에멀젼, 직물, 스팩트럼 필름, 예를 들면 선형 프레즈넬 렌즈, 명도 향상 필름, 입체사진 필름 또는 이미지, 엠보싱가능한 필름, 불림 방지 (anti-tamper) 필름 또는 코팅, 저발산도 용도를 위한 IR 투명 필름, 박리 필름 또는 박리 코팅된 종이 및 편광기 또는 거울이 있으나 이에 제한되는 것은 아 니다.
광학 필름의 한 쪽 또는 양 쪽 주요 표면 상의 다수의 추가의 층이 고려될 수 있고, 이들은 상기 언급된 임의의 코팅 또는 필름과의 조합일 수 있다. 예를 들면, 접착제가 광학 필름에 도포될 때, 접착제는 전체적인 반사율을 증가시키기 위해 이산화티타늄과 같은 백색 안료를 함유할 수 있거나 또는 기재의 반사율이 광학 필름의 반사율과 합해질 수 있도록 광학적으로 투명할 수 있다.
필름의 롤 형성 및 전환력을 향상시키기 위해, 본 발명의 광학 필름은 또한 필름에 혼입되거나 별도의 코팅으로 첨가된 슬립제를 포함할 수도 있다. 대부분의 용도에서, 슬립제는 필름의 한 면에만 첨가되고, 이상적으로는 헤이즈를 최소화하기 위해 경질 기재와 맞닿는 면에 첨가될 것이다.
F3. 반사방지 층
본 발명에 따라 제조된 필름 및 다른 광학적 장치는 또한 1종의 반사 방지층 또는 코팅, 예를 들면, 통상적인 전기 코팅된 유전체 금속 산화물 또는 금속/금속 산화물 광학 필름, 실리카 졸 겔 코팅, 및 코팅되거나 동시압출된 반사방지층, 예를 들면, 3M (미국 미네소타주 세인트 폴 소재) 사로부터 구입할 수 있는 압출가능한 불소중합체인 THV와 같은 저 굴절율 불소중합체로부터 유도된 것을 포함한다. 편광 민감성일 수도 있고 아닐수도 있는 이러한 층 또는 코팅은 투과를 향상시키고 반사 광을 감소시키는 작용을 하며, 적절한 표면 처리, 예를 들면 코팅 또는 스퍼터 에칭 (sputter etching)을 통해 본 발명의 필름 및 장치에 부여될 수 있다.
본 발명의 일부 실시태양에서, 투과율을 최대화하고(하거나) 빛의 특정 편광 에 대해 거울 반사를 최소화하는 것이 요구된다. 이러한 실시태양에서, 광학체는 1개 이상의 층이 표층과 인접해 있는 반사 방지 시스템을 포함하는 2개 이상의 층을 포함할 수 있다. 이러한 반사 방지 시스템은 입사광의 거울 반사를 감소시키고 광학 스택을 포함하는 광학체의 일부로 진입하는 입사광의 양을 증가시키는 작용을 한다. 이러한 기능은 당업계에 널리 공지된 다양한 방법으로써 성취될 수 있다. 실시예는 1/4 파 반사 방지층, 2 층 이상의 반사 방지 스택, 등급화된 굴절율층, 및 등급화된 밀도층이다. 이러한 반사 방지 기능은 필요하다면 광학체의 투과되는 빛을 증가시키기 위해 빛이 투과되는 면 상에 사용될 수 있다.
F4. 서림방지 층
본 발명에 따라 제조된 필름 및 광학 장치는 서림 방지 특성을 부여하는 필름 또는 코팅이 제공될 수 있다. 몇몇 경우에, 상기의 반사 방지층이 필름 또는 장치에 반사방지 및 서림방지 특성을 모두 부여하는 2개 목적으로 작용하기도 한다. 본 발명에 사용하기에 적합한 다양한 서림방지제가 당업계에 공지되어 있다. 그러나, 전형적으로 이러한 물질들은 예를 들면, 필름 표면에 소수성 특성을 부여하고 연속적이고 덜 불투명한 물의 필름을 형성하는 지방산 에스테르 등의 물질일 것이다.
표면에 "서림" 경향이 적은 코팅은 몇몇 발명자들에 의해 제시된 바 있다. 예를 들면, 레이 (Letgh)에게 허여된 미국 특허 제3,212,909호에는 암모늄 비누, 예를 들면, 술페이트화 또는 술포네이트화 지방 물질인 계면 활성제와 혼합되어 있는 알킬 암모늄 카르복실레이트를 사용하여 서림-방지 조성물을 제조하는 것이 개 시되어 있다. 엘리어스 (Elias)에게 허여된 미국 특허 제3,075,228호에는 술페이트화 알킬 아릴옥시폴리알콕시 알콜의 염 뿐만 아니라, 알킬벤젠 술포네이트를 사용하여 세정 및 다양한 표면에 서림 방지 특성을 부여하는데 유용한 서림 방지 물품을 제조하는 것이 개시되어 있다. 좀다 (Zomda)에게 허여된 미국 특허 제3,819,552호에는 데신 디올의 유도체를 포함하는 계면활성제 조합 뿐만아니라 서림 방지 창 세정제 계면활성제 혼합물 중의 에톡실화 알킬 술페이트를 포함하는 계면활성제 혼합물을 사용하는 것이 개시되어 있다. 일본 특개평 헤이 6(1994)41,335호에는 콜로이드 알루미나, 콜로이드 실리카 및 양이온계 계면활성제를 포함하는 혼탁 및 소적 방지성 조성물이 개시되어 있다. 타니구치 (Taniguchi) 등에게 허여된 미국 특허 제4,478,909호에는 폴리비닐 알콜, 미분된 실리카, 및 유기 규소 화합물을 포함하는 경화된 서림 방지 코팅 필름이 개시되어 있고, 여기서는 탄소/규소의 중량비가 필름의 제시된 서림 방지 특성에 확실히 중요하다. 불소 함유 계면활성제를 포함한 다양한 계면활성제가 코팅 표면의 매끄러움을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 계면활성제가 혼입된 다른 서림 방지 코팅이 미국 특허 제2,803,552호, 동 제3,022,178호, 및 동 제3,897,356호에 기재되어 있다. 스콜츠 (Scholtz) 등의 국제 특허 출원 PCT 제96/18,691호에는 코팅이 서림-방지 및 반사-방지 특성을 모두 부여할 수 있는 방법이 개시되어 있다.
F5. UV 보호층
본 발명의 필름 및 광학 장치는 UV 안정화 필름 또는 코팅을 사용함으로써 UV 방사선으로부터 보호될 수 있다. 적합한 UV 안정화 필름 및 코팅으로는 벤조트 리아졸 및 입체장애된 아민 광선 안정화제 (HALS)가 혼입된, 예를 들면 티누빈 (Tinuvin) 292가 포함되며, 이들은 모두 미국 뉴욕주 호손 소재의 시바 가이기 코포레이션 (Ciba Geigy Corp.) 사로부터 구입할 수 있다. 다른 적합한 UV 안정화 필름 및 코팅으로는 미국 뉴저지주 파르시파니 소재의 바스프 코포레이션 (BASF corp.) 사로부터 시판되는, 벤조페논 또는 디페닐 아크릴레이트를 함유하는 것이 포함된다. 이러한 필름 또는 코팅은 본 발명의 필름 및 장치가 특히 옥외의 용도로 또는 광원이 스펙트럼의 UV 영역에서 상당한 양의 빛을 방사하는 발광체의 용도로 사용될 때 중요할 것이다.
G. 첨가제
G1. 윤활제
다양한 윤활제가 본 발명의 필름의 공정 (예를 들면, 압출) 동안에 사용될 수 있다. 본 발명에 적합한 윤활제로는 스테아르산칼슘, 스테아르산아연, 스테아르산구리, 스테아르산코발트, 몰리브데늄네오도데카노에이트, 및 루테늄 (III) 아세틸아세토네이트가 포함된다.
G2. 산화방지제
본 발명에 유용한 산화방지제로는 4,4'-티오비스-(6-t-부틸-m-크레졸), 2,2'-메틸렌비스-(4-메틸-6-t-부틸-부틸페놀), 옥타데실-3,5-t-부틸-4-히드록시히드로신나메이트, 비스-(2,4-디-t-부틸페닐)펜타에리트리톨 디포스파이트, 이르가녹스 (Irganox) 1093 (1979)(((3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-히드록시페닐)메틸)-디옥타데실 에스테르 포스폰산), 이르가녹스 1098 (N,N'-1,6-헥산디일비스(3,5-비스(1,1-디메틸)-4-히드록시-벤젠프로판아미드), 나우가드 (Naugaard) 445 (아릴아민), 이르가녹스 L 57 (알킬화 디페닐아민), 이르가녹스 L 115 (황 함유 비스페놀), 이르가녹스 LO 6 (알킬화 페닐-델타-나프틸아민), 에타녹스 398 (플루오로포스포나이트), 및 2,2'-에틸리덴비스(4,6-디-t-부틸페닐)플루오로포스포나이트가 포함된다.
특히 바람직한 일군의 산화방지제는 스테아릴계 입체장애된 페놀로서, 부틸화 디히드록시톨루엔 (BHT), 비타민 E (디-알파-토코페롤), 이르가녹스 1425WL (칼슘 비스-(O-에틸(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질))포스포네이트), 이르가녹스 1010 (테트라키스(메틸렌(3,5,디-t-부틸-4-히드록시히드로신나메이트), 이르가녹스 1076 (옥타데실 3,5-디-tert-부틸-4-히드록시히드로신나메이트), 에타녹스 (Ethanox) 702 (입체장애된 비스 페놀계), 에타녹스 330 (고분자량 입체장애된 페놀계), 및 에타녹스 703 (입체장애된 페놀 아민)이 포함된다.
G3. 염료, 안료, 잉크
본 발명의 필름 및 광학 장치는 잉크, 염료 또는 안료로 처리되어 그의 외관을 변화시키거나 또는 그들을 특정 용도에 대해 주문제작할 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 필름은 잉크 또는 다른 인쇄된 표지판, 예를 들면, 디스플레이 제품 증명서, 광고, 경고, 장식 또는 그 밖의 정보로 처리될 수 있다. 다양한 기술, 예를 들면, 스크린 인쇄, 레터프레스, 옵셋, 플렉소그래픽 인쇄, 점각 인쇄, 레이져 인쇄 등이 필름 상에 인쇄하기 위해 사용될 수 있고, 일 및 이 성분 잉크, 산화 건조 잉크 및 UV 건조 잉크, 용해된 잉크, 분산된 잉크 및 100% 잉크 시스템을 포함하는 다양한 종류의 잉크가 사용될 수 있다.
광학 필름의 외관은 예를 들어, 광학 필름에 색 필름을 적층하거나, 안료 코팅을 광학 필름의 표면의 적용하거나, 또는 광학 필름의 제조에 사용된 1종 이상의 재료에 안료를 포함시킴으로써 변화될 수 있다.
가시적이고 IR에 가까운 염료 및 안료 모두가 본 발명의 범위 이내로 고려될 수 있고, 예를 들면, 칼라 스펙트럼의 가시 영역에서 UV 내에 흡수되고 형광색을 내는 염료와 같은 광학 표백제가 포함된다. 광학 필름의 외관을 변화시키기 우해 첨가될 수 있는 추가의 층으로는 예를 들면, 불투명화 (흑색) 층, 확산 층, 입체사진 이미지 또는 입체사진 확산기, 및 금속 층이 포함된다. 이들 각각은 광학 필름의 한 면 또는 양 면에 적용될 수 있거나 또는 광학 필름에 적층되는 제2 필름 또는 호일 구조물의 한 성분일 수 있다. 별법으로, 불투명화제 또는 확산제, 착색된 안료와 같은 일부 성분들이 광학 필름을 다른 표면에 적층시키는데 사용되는 접착제 층에 포함될 수 있다.
본 발명의 필름 및 장치들은 금속 코팅이 제공될 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 금속 층이 열분해, 분말 코팅, 증착, 양극 스퍼터링, 이온 도금 등에 의해 직접 광학 필름에 적용될 수 있다. 금속 호일 또는 경질 금속 판이 또한 광학 필름에 적용되거나, 또는 별도의 중합체 필름 또는 유리 또는 플라스틱 시트가 상기의 기술을 사용하여 우선 금속화된 후, 본 발명의 광학 필름 또는 장치에 적층될 수 있다.
이색 염료가, 물질 내에 분자적으로 배치되었을 때 특정 편광의 빛을 흡수할 수 있기 때문에 본 발명의 필름 및 광학 장치가 의도하는 다수의 용도에서 특히 유용하다. 필름 또는 다른 광학체 내에 사용되었을 때, 이색 염료는 물질이 나머지에 비해 편광된 한 빛 만을 흡수하게 한다. 본 발명에 사용하기에 적합한 이색 염료로는 콩고 레드 (Congo Red) (소듐 디페닐-비스-α-나프틸아민 술포네이트), 메틸렌 블루, 스틸벤 염료 (색 굴절율 (CI)=620), 및 1,1'-디에틸-2,2'-시아닌 클로라이드 (CI=374 (오렌지) 또는 CI=518 (청색))가 포함된다. 이러한 염료의 특성 및, 이들의 제조 방법은 랜드 (E. H. Land)의 문헌 [Colloid Chemistry (1946)]에 기재되어 있다. 이러한 염료들은 폴리비닐 알콜 중에서는 인지할 수 있는 이색 효과를 갖지만, 셀룰로오스 중에서는 이색 효과가 덜하다. PEN 중의 콩고레드에서 약간의 이색 효과가 관찰되었다. 그 밖에 다른 이색 염료 및 이들의 제조 방법은 문헌 [Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 8, pp652-661 (4th Ed. 1993)]과 그에 기재된 참고 문헌에 기재되어 있다.
이색 염료가 분산상을 포함하는, 본 발명에 따라 제조된 광학체 중에 사용되는 경우, 염료는 연속 또는 분산 상 중에 혼입될 수 있다. 그러나, 이색 염료가 분산상 중에 혼입되는 것이 바람직하다.
특정 중합체 시스템과 배합된 이색 염료는 빛을 다양한 정도로 편광시키는 능력을 나타낸다. 폴리비닐 알콜 및 특정 이색 염료는 빛을 편광시킬 수 있는 필름의 제조에 사용될 수 있다. 폴리에틸렌계 테레프탈레이트 또는 나일론-6과 같은 폴리아미드 등의 다른 중합체는 이색 염료와 결합되었을 때, 이러한 빛을 편광시키는 능력을 나타내지 않는다. 폴리비닐 알콜 및 이색 염료 조합은 예를 들면, 중합 체 시스템을 형성하는 다른 필름 중에서 동일한 염료보다 더 높은 이색 효과의 비를 갖는 것으로 여겨진다. 더 높은 이색 효과 비율은 빛을 편광시키는 능력이 더 높은 것을 의미한다.
이색 염료를 본 발명에 따라 제조된 광학체 내에 분자적으로 배치하는 것은 염료가 혼입된 후 광학체를 연신시킴으로써 바람직하게 성취된다. 그러나, 분자적 배치를 성취하는데 사용되는 다른 방법도 사용될 수 있다. 그러므로, 한 방법에서는, 광학체가 배향되기 전 또는 후에 승화 또는 용액으로부터의 결정화를 통해 필름 또는 다른 광학체 표면에서 절단, 부식, 또는 다르게 형성된 일련의 연장된 노취 (notch)로 이색 염료가 결정화된다. 이어서 처리된 표면은 1개 이상의 표층으로 코팅될 수 있고, 중합체 매트릭스가 혼입될 수 있거나 또는 다층 구조물로 사용될 수 있거나 또는 다른 광학체의 한 성분으로서 사용될 수 있다. 노취는 소정의 패턴 또는 도형을 갖고, 노취들 사이에 소정의 공간을 가짐으로써 바람직한 광학 특성을 성취하도록 제조될 수 있다.
다른 실시태양에서, 이색 염료는 다층 구조물 중으로 혼입되기 전에, 층의 표면 상에서 승화됨으로써 다층 구조물의 계면을 따라 배치된다. 또 다른 실시태양에서, 이색 염료는 본 발명에 따라 제조되고 1개 이상의 공극이 있는 층을 갖는 필름의 공극을 적어도 부분적으로 메우는데 사용된다.
G4. 접착제
본 발명의 필름 및 장치들을 다른 필름, 표면, 또는 기재에 적층하는데 접착제를 사용할 수 있다. 이러한 접착제로는 광학적 투명 및 확산 접착제 뿐만아니 라, 압력 민감성 및 비압력 민감성 접착제가 포함된다. 압력 민감성 접착제는 통상적으로 실온에서 점성이고 손으로 누르는 것과 같은 가벼운 압력 (light finger pressure)을 가하기만 하면 표면에 접착될 수 있는 반면, 비압력 민감성 접착제로는 용매, 가열, 또는 방사선 활성화되는 접착 시스템이 포함된다. 본 발명에 유용한 접착제의 예로는 일반적인 폴리아크릴레이트 조성물을 기재로 하는 것, 폴리비닐 에테르, 디엔-함유 고무, 예를 들면, 천연 고무, 폴리이소프렌, 및 폴리이소부틸렌, 폴리클로로프렌, 부틸 고무, 부타디엔 아크릴로니트릴 중합체, 열가소성 엘라스토머, 블록 공중합체, 예를 들면 스티렌-이소프렌과 스티렌-이소프렌-스티렌-블록 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 중합체, 및 스티렌-부타디엔 중합체, 폴리알파올레핀, 무정형-폴리올레핀, 실리원뿔, 에틸렌 함유 공중합체, 예를 들면, 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸아크릴레이트, 및 에틸메타크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스테르, 에폭시, 폴리비닐피롤리돈과 비닐피롤리돈 공중합체, 및 이들의 혼합물이 포함된다.
추가로, 접착제는 점착부여제, 가소제, 충전제, 산화방지제, 안정화제, 안료, 확산 입자, 경화제, 및 용매를 포함할 수 있다. 본 발명의 광학 필름을 다른 표면에 접착시키기 위해 적층 접착제가 사용될 때, 접착제 조성물 및 두께는 광학 필름의 광학 특성과 문제를 일으키지 않도록 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 높은 투과 정도가 요구되는 광학 편광기 또는 거울에 추가의 층을 적층시킬때, 적층 접착제는 편광기 또는 거울이 투명하도록 고안된 파장 영역에서는 광학적으로 투명해야 한다.
G5. 그 밖의 첨가제
필름, 코팅, 및 상기의 첨가제이외에, 본 발명의 광학 재료들은 당업계에 공지된 다른 물질 또는 첨가제를 포함할 수 있다. 이러한 물질로는, 결합제, 코팅, 충전제, 상화제, 계면활성제, 진균제, 발포제, 강화제, 열 안정화제, 충격 조절제, 가소제, 점도 조절제, 및 그 밖의 물질들이 포함된다.
H. 처리
H1. 미세공극화
몇몇 실시태양에서, 본 발명의 필름은 두 상 사이의 계면이 필름이 배향될 때 공극이 생길 수 있도록 충분히 약한, 연속 및 분산 상을 갖는 1개 이상의 층이 제공될 수 있다. 공극의 평균 칫수는 공정 매개변수 또는 연신 비율을 세심하게 조작하거나 또는 상화제를 선택함으로써 조절될 수 있다. 공극은 최종 제품 중에서 액체, 기체 또는 고체로 메워질 수 있다. 공극화는 광학 스택의 거울 광학장치를 광학 스택과 연결시켜 생성되는 필름 중의 바람직한 광학 특성을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
H2. 표면 처리
본 발명에 따라 제조된 필름 및 다른 광학 장치들은 코팅, 염색, 금화 또는 적층과 같은 이후의 처리에 더욱 도움이 되도록 이러한 재료들의 표면, 또는 그의 임의의 일부를 개질시키는 다양한 처리를 받을 수 있다. 이는 하도제, 예를 들면, PVDC, PMMA, 에폭시, 및 아지리딘 (aziridine)으로 처리함으로써, 또는 물리적 하도 처리, 예를 들면, 코로나, 불꽃, 플라즈마, 플래시 램프, 스퍼터-부식, e-비임 처리함으로써, 또는 결정성을, 예를 들면 고온의 캔으로 제거시키는 표면 무정형화로써 성취될 수 있다.
I. 최종 용도
본 발명의 광학체는 착색된 거울 필름으로 특히 유용하다. 본원에서 사용되는 용어 반사 착색된 거울 또는 반사 색 필름은 해당 전자기 스펙트럼의 선택된 일부만을 반사함으로써 색을 창출하는 다층 광학 간섭 스택을 의미한다. 그러나, 반사 편광기로 작동하는 광학체가 본 발명에 따라 제조될 수도 있다. 이러한 용도에서는, 광학 재료의 구조가 상기의 거울 용도에서의 그것과 유사하다. 그러나, 이러한 반사기들은 일반적으로 한 평면 축을 따르는 교호 층들 사이의 굴절율 차이가 평면 축의 수직에 따른 굴절율 차이에 비해 매우 크다. 이러한 큰 굴절율의 차이는 전형적으로 약 0.1 이상, 보다 바람직하게는 약 0.15 초과, 가장 바람직하게는 약 0.2 를 초과한다.
반사 편광기는 한 축에 따른 층들 사이의 굴절율 차를 갖고, 실질적으로 다른 축에 따라 부합되는 굴절율을 갖는다. 반면에, 반사 거울 필름은 임의의 평면 축에 따라 굴절율이 실질적으로 상이한 교호 층들을 갖는다. 반사에 대해 선택된 2개의 평면 광학 축은 전형적으로 2개의 연신 방향이며, 필름은 이러한 선택된 축을 따라 교호하는 층 사이에서 최고 및 최소의 굴절율 차를 나타낸다. 그러나, 이러한 실시태양의 반사 특성이 크게 일치하지 않는 굴절율의 차이에 의존해서 성취되어야 할 필요는 없다. 그러므로, 예를 들면, 반사 정도를 증가시키기 위해 더 많은 층들을 사용할 수 있다.
본 발명의 반산 편광기는 다수의 다양한 용도를 갖고, 액정 디스플레이 패널에 유용하다. 특히, 반사 편광기는 색의 채도가 높고, 명도가 높은 디스플레이를 위한 대역외 투과가 높은 효율적인 색 편광기로서 사용될 수 있다. 또한, 편광기는 PEN 또는 양호한 자외선 필터이고 가시 스펙트럼의 대역 끝까지 효율적으로 자외선 빛을 흡수하는 유사한 다른 재료로부터 구성될 수 있다. 반사 편광기는 또한 가시적이고 (공공 장소) IR 또는 UV (사적인 장소) 장치를 모두 실행할 수 있는 보호 장치로서 유용하다.
또한, 투과시의 높은 색채도가 예를 들면, 약 50 nm의 좁은 스파이크를 제외하고는 거의 모든 가시 스펙트럼을 반사하는 광학 필름을 가짐으로써 성취될 수 있다. 반사되어 보일 때, 필름은 상대적으로 적은 양의 특정 빛의 파장이 스펙트럼으로부터 결여되어 있기 때문에 무색으로 보일것이다. 그러나, 필름이 배경 조명의 보조로 투과되어 보일 때에는 매우 순수한 색으로 보일 것이다. 필름이 반사 및 투과되어 보일 때의 대조는 무색 (예를 들면, 크롬 또는 은색) 필름과 매우 순수한, 각에 따라 달라지는 고채도의 색이 될 것이다.
I1. 배경 조명 디스플레이
다양한 광학적 배열을 갖는 배경 조명 디스플레이가 본 발명의 색상 변환 필름을 사용함으로써 제조될 수 있다. 전형적으로, 이러한 디스플레이는 광원 및 광원과 관찰자 사이에 위치한 색상 변환 필름의 일부를 포함할 것이다. 전형적인 용도에서, 1개 이상의 빛 편광기의 대부분은 관찰자 앞으로 진전되기 전에 꼭 1회만 필름을 통과할 것이다.
색상 변환 필름은 평면일 수 있고, 또는 다른 기하, 예를 들면, 원뿔, 실린더, 또는 구로 조형될 수 있다. 다층 필름은 배경 조명의 개방 면을 덮을 수 있고, 광원을 완전히 포위하거나, 또는 빛이 주입되는 1개 이상의 구경을 갖는 다른 기하학적 모양을 형성할 수 있다. 이러한 임의의 배열은 빛을 물품의 다양한 시각으로부터 보일 수 있는 다양한 색으로 분리하는 디스플레이, 또는 조형된 물품이 그의 표면의 다른 영역으로부터 관찰자에게 존재하는 다양한 시각 때문에 한 시각으로부터 다수의 색이 보일 수 있는 디스플레이의 제조에 사용될 수 있다. 디스플레이가 한편으로 광원과 빛을 광학 필름을 통해 관찰자로 향하게 하는 반사 재료를 포함하는 배경 조명을 갖는다면, 광학 필름이 배경 조명으로 되돌리는 스펙트럼의 일부는 빛이 통과할 수 있는 각에서 필름과 마주칠 때까지 순환할 수 있다. 실제적인 장치가 반드시 디스플레이인 것은 아니지만, 필름 스팩트럼-각 특성과 요구되는 빛 분포 패턴을 창출하는 램프로부터 발산되는 파장의 결합을 사용하는 발광체 또는 광원일 수 있다. 색상 변환 필름의 높은 반사도와 결합된 이러한 순환은 통상적인 디스플레이에서보다 훨씬 명도가 높은 색의 디스플레이를 제조한다. 상기 ㅏ열된 특징들은 하기의 몇몇 실시에에 의해 설명된다.
I2. 배경 조명 표지판
본 발명의 필름들은 종래의 배경 조명이 광고 표지판 또는 컴퓨터 배경 조명으로 사용되는 바와 같이 분포된 광원 또는 수개의 점광원과 연결되어 사용될 수 있다. 배경 조명의 개방면을 덮는, 광학적 간섭에 의해 균일하게 채색된 평평한 반사 필름은 관찰자가 표지판을 지나갈 때 색을 변화시킬 것이다. 선택 염색된 또 는 안료착색된 불투명한 또는 반투명한 레터링 색이 레이저 또는 스크린 인쇄 기술을 통해 반사 필름을 덮는데 사용될 수 있다. 별법으로, 간섭 반사 레터링이 상이하게 착색된 반사 필름을 이루고, 이어서 커버 필름이 커버 필름 내에 제조된 컷아웃 상에 적용될 수 있으며, 커버 필름으로부터의 색에서 반대의 변화를 보여주고, 예를 들면, 커버 필름은 각에 따라 녹색에서 자홍색 색으로 변하며, 레터링은 동일한 각에 대해 자홍색 색에서 녹색으로 변한다. 다수의 다른 색 결합 또한 가능하다.
커버 필름 내의 색상 변환는 레터링, 메세지, 또는 넓은 입사각에서는 필름을 통해 보이지 않지만, 수직 입사각서는 매우 잘 보이게 되거나, 또는 그 반대인 물체를 "드러나게하는"데 사용될 수도 있다. 이러한 "드러나게하는" 효과는 배경 조명에서 빛을 발산하는 특정 색을 사용하거나 또는 염색된 착색 레터링 또는 반사 커버 필름 하부의 물체에 의해 성취될 수 있다.
디스플레이의 명도는 배경 조명 공동의 내부를 매우 반사적인 다층 필름으로 라이닝함으로써 향상될 수 있다. 이러한 동일한 방식에서, 디스플레이의 전체적인 색 균형은 특정 색 만을 평행하게 반사하는 다층 반사 필름으로 저 반사 공동을 라이닝함으로써 조절될 수 있다. 선택된 색의 명도는 이러한 경우 라이닝을 통해 특정 각에서만 투과되기 때문에 문제가 있을 수 있다. 이것이 바람직하지 않다면, 넒은 대역 다층 라이너 필름을 적합한 색 및 흡수도의 염료로 코팅함으로써 요구되는 색으리 균형을 수행할 수 있다.
반사 착색된 필름은 관찰자가 보는 면 상에 문자가 있는 염료 또는 안료 착 색된 필름과 결합하여 요구되는 색 조절, 예를 들면, 배경에서는 색을 변화시키는 한편 레터링 상에서는 색을 변화시키지 않는 것을 성취하는 데 사용될 수 있다.
배경 조명 표지판은 평면일 필요는 없고, 착색된 필름은, 예를 들면, 발광 입방체, 또는 양면 광고 디스플레이에서와 같이 표지판의 한 면 이상에 적용될 수 있다.
I3. 배경 조명이 아닌 디스플레이
본 발명의 색상 변환 필름은 다양한 배경 조명이 아닌 디스플레이의 제조에 사용될 수 있다. 이러한 디스플레이에서, 햇빛, 주변의 조명, 또는 특정 광원일 수 있는 외부의 광원으로부터의 빛의 1개 이상의 편광이 투과 스펙트럼이 관찰자에게 보이기 전에 색상 변환 필름을 2회 통과할 수 있다. 대부분의 용도에서, 이는 색상 변환 필름을 반사 또는 편광 표면과 조합하여 사용함으로써 성취된다. 이러한 표면은 예를 들면, 금속의 침착을 통해 형성된 형태의 통상적인 거울, 마멸된 금속 또는 유전체 기재, 또는 다층 중합체 거울 또는 편광 필름일 수 있다.
본 발명의 색상 변환 필름이 거울 반사 또는 확산 반사 필름과 결합하여 유리하게 사용될 수 있지만, 확산 반사 기재가 바람직하다. 이러한 기재는 필름에 의해 투과된 (이어서 기재에 의해 반사된) 색을 입사 평면의 외부로 향하게 하거나 또는 입사 평면의 다른 각에서, 필름에 의해 거울 반사된 착색된 빛이 그로 인해 관찰자로 하여금 투과된 색과 반사된 색의 차이를 알수 있게 한다. 확산 백색 표면, 예를 들면, 카드패 또는 확산 반사 백색 페인트로 처리된 표면은 각에 따라 색을 변화시키는 디스플레이를 제조할 때 특히 유리하다.
다른 실시태양에서, 확산 표면, 또는 그의 일부는 그들 자체가 착색될 수 있다. 예를 들면, 잉크를 함유하는 확산 표면 특성은 잉크가 흡수하는 스펙트럼의 동일한 영역에 대해 빛을 반사하도록 조절된 1개 이상의 광학 스택을 갖는 색상 변환 필름과 적층될 수 있다. 생성된 물품에서의 특성은 특정 조망 각도에서는 나타나지 않지만, 다른 조망 각도에서는 선명하게 보일 것이다 (색상 변환 필름의 반사 대역폭을 잉크의 흡수 대역와 일치시킴으로써 동일한 기술이 배경 조명 디스플레이에 대해 사용될 수 있다). 또 다른 실시태양에서, 색상 변환 필름 자체가 확산 백색 필름 또는 착색된 잉크 상에 인쇄될 수 있고, 이는 불투명하거나 반투명할 수 있다. 본원에서 반투명은 실질적인 확산 효과를 갖는 실질적으로 전달적임을 의미한다. 별법으로, 색상 변환 필름은 그 자체 상에 인쇄가 된 백색 또는 착색된 표면에 적층될 수 있다.
또 다른 실시태양에서, 본 발명의 필름은 디스플레이의 색이 필름의 반사 스펙트럼에 의해서만 조절되게 하도록 필름에 의해 투과된 파장을 흡수하는 기재와 결합되어 사용될 수 있다. 이러한 효과는 예를 들면, 스펙트럼의 가시 영역에서의 특정 파장을 투과시키고, 가시 영역에서의 다른 파장을 반사하는 본 발명의 착색된 필름이 흑색 기재와 결합되어 사용될 때 관찰된다.
I4. 천공
본 발명의 광학 필름 및 장치는 천공, 예를 들면, 천장 조명 또는 개인용 창문과 같은 천공광에 사용하기에 적합하다. 이러한 용도에서, 본 발명의 광학 필름은 플라스틱 또는 유리돠 같은 통상적인 광택 재료와 결합하거나 또는 이 중의 한 성분으로 사용될 수 있다. 이러한 방식에서 제조된 광택 재료는 특정 편광성이도록 제조되어, 천공이 기본적으로 빛의 제1 편광에 대해서는 투명하지만 빛의 제2 편광은 실질적으로 반사함으로써 광택을 제거하거나 감소시킬 수 있다. 광학 필름의 물리적 특성은 본원에 교시된 바와 같이 개질되어 광택 재료가 스펙트럼의 특정 영역 (예를 들면, UV 영역) 내에서 한쪽 또는 양쪽의 편광을 반사할 수 있고, 다른 영역 (예를 들면, 가시 영역)에서는 한쪽 또는 양쪽 편광 빛을 투과시킬 수도 있다. 이는 특히 특정 파장의 반사 및 투과가 식물의 성장, 개화, 및 다른 생물학적 과정을 조절하는데 사용될 수 있는 온실에서의 용도에서 중요하다.
본 발명의 광학 필름은 특정 파장의 빛을 투과시키는 장식적 천공광을 제공하는데 사용될 수도 있다. 이러한 천공광은 예를 들면, 방에 특정 색 또는 색들 (예를 들면, 청색 또는 금색)을 부여하는데 사용될 수 있거나, 특정 조명 패널 파장의 사용을 통해 그의 장식을 강조하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 광학 필름은 코팅 또는 압출을 통해 당업계에 공지된 다양한 방식으로 광택 재료에 혼입될 수 있다. 그러므로, 한 실시태양에서, 광학 필름은 광택 재료의 표면 전체, 일부 또는 외부에 예를 들면, 광학 접착제로 적층시킴으로써 접착된다. 다른 실시태양에서, 본 발명의 광학 필름은 유리 또는 플라스틱의 2개의 판 사이에 끼워지고 생성된 착체가 천공광 중에 혼입된다. 물론, 광학 필름은 의도하는 특정 용도에 보다 적합하게 되도록 본원에 기재된 바와 같이 추가의 층 또는 코팅 (예를 들면, UV 흡수 층, 서림방지층, 또는 반사방지층)이 제공될 수 있다.
천공광 중의 본 발명의 착색된 필름의 특히 유리한 한 용도는 밤과 낮 동안 색의 역전이 관찰되는 햇빛 창에의 적용이다. 낮 동안, 이러한 창의 색은 햇빛에 대한 필름의 투과 성질에 의해 주로 좌우된다. 그러나, 밤에는 필름을 통해 투과되어 보이는 빛은 거의 없으며, 필름의 색은 방을 비추는 광원에 대한 필름의 반사율에 의해 결정된다. 일광을 모사하는 광원에 대해, 낮 동안에 보이는 필름의 색은 결과적으로 상보적이었다.
I5. 조명 설비
본 발명의 색상 변환 필름은 상기의 배경 조명 및 배경 조명이 아닌 디스플레이를 포함하는 다양한 배경 조명 용도에 사용될 수 있다. 요구되는 용도에 따라, 색상 변환 필름은 균일하게 착색되거나 무지개 색으로 보이며, 요구되는 파장의 범위에 대해 투과 또는 반사되도록 스팩트럼 선택도가 변할 수 있다. 또한, 색 필름은 편광된 사무실 업무용 조명 명도를 증가시키기 위해 빛 순환을 결합한 편광된 디스플레이 등의 편광된 조명 용도를 위해 오직 1개의 편광된 빛 만을 반사 또는 투과하도록 제조되거나, 또는 필름이 착색된 거울 또는 필터가 요구되는 용도에 사용될 때 빛의 양쪽 편광을 모두 투과하거나 반사하도록 제조될 수 있다.
가장 단순한 경우, 본 발명의 색상 변환 필름은 배경 조명 조명 설비에 필터로 사용될 수 있다. 전형적인 설비는 광원을 갖는 하우징을 포함하고 광원 뒤에 또는 적어도 일부분의 광학 공동의 내부 표면을 덮는 확산 또는 거울 반사 부재를 포함한다. 조명 설비의 결과는 전형적으로 광원이 직접적으로 보이는 것을 가리는 필터 또는 확산 부재를 포함한다. 조명 설비가 의도하는 구체적인 용도에 따라 광 원은 형광등, 백열등, 고체 상태 또는 전기 발광원, 금속 할로겐화 등, 또는 태양 조사일 수 있고, 후자는 자유 공간 전파, 렌즈 시스템, 조명 파이프, 광 유도 보호 편광, 또는 당업계에 공지된 다른 수단에 의해 광학 공동까지 투과된다. 광원은 확산성 또는 거울성일 수 있고 미관 및(또는) 기능을 고려하여 결정된 바와 같이 하우징 내에 위치할 수 있다. 이러한 고정물은 건축용 조명, 무대 조명, 옥외 조명, 배경 조명 디스플레이 및 표지판, 및 자동차 대시보드에서 일반적이다. 본 발명의 색상 변환 필름은 각에 따라 조명 설비가 결과적으로 보이는 바가 달라져서 유리하다.
I5(a). 방향 의존성 광원
본 발명의 색상 변환 필름은 방향에 따른 조명에 사용될 때 특히 유용하다. 예를 들면, 가로등 또는 뒷 뜰 조명 용도로 흔히 사용되는 나트륨 증기 등과 같은 고효율 등은 전형적으로 하나의 주요 파장에서만 스팩트럼 방사를 갖는다. 협소 대역에 대해서만 방사하는 이러한 광원이 본 발명의 색상 변환 필름과 결합되었을 때, 방사된 빛의 고도의 방향 조절이 성취될 수 있다. 예를 들면, 색상 변환 필름이 등의 방사 피크와 일치하는 좁은 통과대역로 제조된 경우, 디자인 각에 인접한 각에서만 등 방사가 필름을 통과하고, 다른 각에서는 등으로부터 방사된 빛이 등 또는 등 하우징으로 돌아간다. 전형적인 단색 또는 다중색 스파이크 광원은 저압 나트륨등, 수은등, 형광등, 압축 형광등,및 냉각 양이온 형광등을 포함한다. 또한, 단일 광원은 특정 입사각에서 단일 파장 방사 만을 차단 또는 통과시켜야 할 필요가 있기 때문에 반사 필름은 반드시 좁은 통과 형태일 필요는 없다. 이는 예 를 들면, 등 방사 파장에서 가로막히거나 그렇지 않은 1/2 파 반사 스펙트럼을 갖는 반사 필름이 또한 사용됨을 의미한다. 광원과 본 발명의 색상 변환 필름이 결합되어 있을 수 있는 몇몇 특정 형태는 다음을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
(a) 형광 튜브와 같은 실린더 벌브가 벌브의 방사선 방사된 피크의 수직 입사 투과에 대해 고안된 필름, 즉, 등 방사 파장에서 중앙에 위치한 통과 대역로서 고안된 필름으로 감싸진다. 이러한 형태에서, 피크 파장의 빛은 벌브의 장축으로부터 광선 방향으로 주로 방사된다.
(b) 반사 등 하우징 내의 임의의 벌브 형태는 하우징 개구에 대한 수직의 방향으로 방사선 방사된 벌브 피크에서 투과되도록 선택된 필름으로 개구를 덮어서 조사되도록 제조될 수 있다. 개구는 하향하거나 또는 임의의 방향을 향할 수 있고, 개구 평면의 수직인 방향의 각에서는 보일 수 있지만, 실질적으로 수직으로부터 동 떨어진 입사각에서는 그렇지 않다.
(c) 별법으로, (b)에 기재된 조합은 수직으로부터 동떨어진 1개 이상의 입사각에서, 수직 입사각에서 측정된 1개 이상의 적절한 통과 대역을 제공함으로써 등 방사 파장보다 높은 파장에서 등 방사를 투과시키도록 고안될 수 있다. 이러한 방법에서, 등 방사는 통과 대역의 청색상 변환가 방사 피크를 통과 대역와 정열시키기에 충분한 각에서 투과된다.
(d) (c)에 기재된 각 분포 필름을 (a)에 묘사된 형태와 결합시키면 벌브의 장축에 평행한 평면에서 방사된 빛의 방향을 조절할 수 있는 실린더형 벌브를 제공 할 것이다.
(e) 예를 들면, 3개의 상이한 파장에서 방사 스파이크를 갖는 다중색 스파이크 광원은 오직 1개의 통과 대역을 갖는 색상 변환 필름과 결합되어, 필름이 소정의 입사각에서 3개의 색 스파이크 중 오직 1개 만을 투과시키고, 각각의 방사 피크는 상이한 각에서 투과될 수 있다. 이러한 필름은, 각각의 층이 상이한 파장 영역에서 반사하는 다수의 군의 층을 사용하여 제조될 수 있거나, 또는 1개 군의 층과 그들의 고차원 고조파를 사용하여 제조될 수 있다. 제1 대역폭 열역과 그에 따른 고조파 대역폭은 제1 반사 대역과 고조파 반사 대역 사이에 요구되는 투과 간극을 제공하도록 조절될 수 있다. 이러한 필름과 다색 스파이크 광원의 조합은 "백색"으로 보이는 광원으로부터 분리된 색으로 나눌 것이다.
각에 따른 스팩트럼 변화의 속도가 수직 입사에 근접하여 작기 때문에, 빛의 각을 조절하는 것은 수직 입사각에서 색상 변환 필름에 대한 높은 입사각에 비교할 때 덜 효과적이다. 예를 들면, 등 방사 라인의 폭과 통과 대역의 대역 폭에 따라 최소 각 조절은 수직에 대해 +/- 10도 정도로 작거나, 또는 +/-20도 또는 +/-30도 일 수 있다. 물론, 단일 라인 방사 등에 대해, 최대 각 조절의 제한 선은 없다. 미관상 또는 에너지 절약의 이유로 수평 또는 수직 평면의 한 면 또는 양 면에서, 전형적으로 +/-90도인, 램프에 대해 이용할 수 있는 자유 공간보다 각에 대해 더 적게 각 분포를 제한 하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 소비자의 요구에 따라, 각 분포를 +/-45, +/-60 또는 겨우 +/-75도의 범위로 각의 범위를 감소시키고자 할 수 있다.
색상 변환 필름의 수직에 대해 45도 또는 65도의 높은 입사각에서, 각을 조절하는 것이 훨씬 더 효과적이다. 즉, 이러한 각에서, 청색을 수직 입사각에서보다 nm/도의 더 높은 속도에서 변화시킨다. 그러므로, 이러한 각에서, 좁은 방사 피크의 각 조절은 수 도, 예를 들면, +/- 5도로 유지될 수 있거나, 또는 매우 좁은 통과 대역 및 좁은 방사 라인에 대해 +/- 2도 정도로 작게 유지될 수 있다.
본 발명의 색상 변환 필름은 요구되는 패턴 내에서 등이 각 결과를 제어하는 미리 고안된 양식으로 조형될 수 있다. 예를 들면, 광원에 인접하여 위치한 색상 변환 필름의 전체 또는 일부는 주름잡힌 또는 삼각형 파형 (waveform)으로 조형되어, 파형의 축이 등 튜브 축에 대해 평행 또는 수직일 수 있다. 수직 평면에서 상이한 각의 직접적인 조절이 이러한 형상으로 가능하다.
협소 대역 광원과 색상 변환 필름의 결합이 빛이 반사되거나 감지되는 각을 제어하는 기능을 잘 수행하지만, 좁은 방사 스펙트럼을 갖는 제한 된 수의 광원만이 존재하기 때문에 제한된 색의 선택만이 가능하다. 별법으로, 광대역 광원을 방사된 빛의 방향 조절을 유사하게 성취하는 협소 대역와 같이 작용하도록 제조할 수 있다. 광대역 광원은 특정한 협소 대역 파장 영역에서 투과시키는 색 선택 필름에 의해 덮히고, 개질된 광원이 동일한 투과 스펙트럼을 갖는 두번째 필름과 결합되어 사용될 수 있어서, 광원/색 선택 필름 조합으로부터 방사된 빛이 디자인 각에서만 색상 변환 필름을 다시 통과할 수 있다. 이러한 배치는 적-녹-청의 삼색 시스템에서와 같이 2개 이상의 색에 대해 기능할 것이다. 필름을 적절히 선택함으로써 방사된 색은 요구되는 각에서 투과될 것이다. 다른 각에서는, 방사된 파장이 모든 또는 임의의 통과 대역와 일치하지 않을 것이고, 광원은 짙거나 또는 상이한 색으로 나타날 것이다. 색상 변환 필름은 넓은 파장의 범위에 대해 투과시키는 모양일 수 있어서, 진정한 임의의 색을 얻을 수 있고 방사된 빛이 관찰되는 각의 방향을 조절할 수 있다.
방향 의존성 광원은 많은 적용 분야에서 용도를 갖는다. 예를 들면, 본 발명의 광원은 수직의 각에서 계기들을 바라보는 운전자가 투과된 빛을 볼 수는 있지만, 빛이 창 가리개에는 반사되지 않고, 승객들은 계기판에 대해 벗어난 각에 있기 때문에 볼 수 있도록 자동차 계기 판을 비추는데 사용될 수 있다. 유사하게, 비추어진 표지판 또는 목표물은 본 발명의 방향 의존성 광원을 사용하여 특정 각, 예를 들면, 목표물 또는 표지판에 대해 수직에서만 인지될 수 있고, 다른 각에서는 인지될 수 없도록 구조될 수 있다. 별법으로, 색상 변환 필름은 단일한 색의 빛이 단일한 각에서 투과되고, 상이한 색은 다른 각에서 감지될 수 있도록 고안될 수 있다. 이는 예를 들면, 세차 또는 방사 저지 상태에 대해서와 같이 운송 수단에 대한 접근 및 정지 위치의 방향을 제시하는 데 유용할 것이다. 색상 변환 필름과 광원의 조합은 비추어진 표지판 및 표지판에 수직이 아닌 각에서 필름을 보고 있는 운송 수단과 같이, 녹색 빛 만이 보일 수 있지만, 인지된 투과된 빛은 운송 수단이 정지해야 하는, 예를 들면, 표지판에 수직인 각에서 적색으로 변하도록 선택될 수 있다. 색상 변환 필름 및 협소 대역 광원의 조합은 색상 변환 필름이 보호 적층물로 사용되고, 동일한 필름으로 싸여진 광원이 단순한 확인 장치로 사용되는 보호 장치로서 또한 유용하다. 본 발명의 방향 의존성 광원의 다른 예는 하기의 실시예 에서 더욱 상세하게 기재될 것이다.
<실시예 I5-1>
하기의 실시예들은 다중 착색된 네온 형태의 튜브의 제조에서 본 발명의 필름의 용도를 설명한다.
백색 형광 빛 벌브를 반사 착색된 필름으로 감싸서 밝고, 현란한 디스플레이 조명을 제조할 수 있다. 이러한 양식으로 몇몇 조명을 제조하였으며, 각각은 상이하게 착색된 필름을 갖고, 몇개는 균일하게 착색된 필름을 가지며 2개는 다양하게 착색된 필름을 갖는다. 실시예 B1-1, E1-1, E1-2 및 I6-1의 필름을 사용하여 시료들을 제조하였다. 필름을 튜브 길이와, 튜브의 둘레를 1회 또는 2회 감싸기에 충분한 폭으로 절단하였다. 감싸는 횟수는 1회의 감쌈이 충분히 반사적이지 않은 경우, 덮힌 전체적인 투과를 조절함으로써 성취되는 색의 명도 및 채도에 영향을 끼친다. 다양하게 채색된 필름을 실시예 I6-1과 동일하게 수행하되, 다운 웹 대신 롤로부터 1.24 m (49 인치) 길이의 횡단 웹을 절단하여 제조하였다. 균일하게 착색된 필름은 관찰자가 빠르게 걸어갈 때는 진공 튜브 내의 불안정한 플라즈마처럼 보여 희미하게 반짝인다. 모든 등에서의 색의 순도는 확실히 "네온"처럼 보이는 형광 튜브를 제공하기에 충분히 높고, 튜브의 원주에 대해 중앙으로부터 색이 변하는 추가의 효과도 있다. 관찰자가 튜브의 주변을 걸을 수 있고, 모든 면으로부터 그것을 볼 수 있어도, 예를 들면, 관찰자가 막연히 튜브 주변의 둘레 색을 "추적"하고 튜브 중앙의 색을 보지 않아도 중앙에서만 수직의 입사 스펙트럼을 관찰할 수 있다. 착색된 필름은 접착제로 느슨하게 연결 또는 적층될 수 있다. 필름과 벌브 사이의 공기 틈을 제거하는 접착제를 사용하는 것이 착색된 튜브의 외관에 별다른 영향을 끼치지 않는다는 것을 알았다.
<실시예 I5-2>
하기의 실시예는 가요성 네온 형태의 튜브를 제조할 때 본 발명의 필름의 용도를 설명한다.
제조된 대부분의 형광 벌브는, 몇몇은 원형 또는 U-형태지만, 직선 튜브이다. 상기 "네온" 형태의 튜브의 사용은 임의로 조형될 수 있다면, 다수의 적용 분야에 대해 개선되고 가요성 튜브 광원을 기재로 한다면 훨씬 더 개선될 것이다. 3M에 의한 거대 코어 광섬유의 개발은 이러한 광원을 제공하였다. 이 제품은 "3M 라이트 파이버 (Light Fiber)"로 불리며, 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 메뉴팩춰링 캄파니 (Minnesota Mining and manufacturing Co.) 사로부터 구입할 수 있다. 섬유 내의 빛의 특정 백분율은 TIR 각을 지나 산란되고 섬유를 벗어난다. 이 공정은 코어 또는 외피에서 산란 중심의 밀도를 증가시킴으로써 향상될 수 있다. 또한, 미세구조 필름은 튜브의 외부 광원에 대해 튜브의 면에 연결될 수 있다.
명목상 1 cm 직경의 투명하고 미세구조인 광학 "섬유"의 모든 시료를 실시예 E1-2의 녹색/자홍색 필름으로 덮었다. 필름을 투명한 접착제로 우산 코팅하여 1 인치 폭의 착색된 테잎의 롤을 제조하였다. 접착제는 합성 SIS 블록 공중합체와 탄화수소 점착촉진제에 안정화제를 더하여 화합물화한 고온 용융 접착제였다. 이러한 종류는 광섬유 상에 나선형으로도 감기고 선형으로도 적용된다. 1 인치의 폭 은 원주 전체를 덮지 못하기 때문에, 후자의 경우에 양면으로부터 시편을 적용하였다. 선형으로 적용된 테잎의 시편은 섬유가 약 1/3 미터보다 작은 반경으로 감기는 경우 주름지는 경향이 있다. 나선형으로 감겨진 테잎에서는 1/6 미터 반경의 곡률에서도 주름이 관찰되지 않았다. 색상 변환 테잎으로 덮힌 거대 코어 광섬유의 색은 형광 튜브 상에서와 동일하게 관찰되었다. 섬유는 적은 충전력의 조명으로 비추어졌다. 2개 이상의 교호 층이 별도의 나션형으로 감길 수 있거나, 또는 착색된 필름은 광대역 "은색" 필름과 교호하거나 또는 통상적인 (염료 또는 안료) 착색된 필름 또는 코팅과 교호할 수 있다.
적은 광원으로 다양한 원형으로 조형된 물품이 훌라후프 및 목띠를 포함한 이러한 네온 형으로 제공될 수 있다. 특히 유용한 광원으로는 광대역 형광 염료 또는 협소 대역 염료들의 조합이 포함되며, 이들은 광섬유의 중합체 코어 내에 위치한다.
<실시예 I5-3>
하기의 실시예는 회중 전등을 위한 부착물을 제조하기 위한 본 발명의 필름의 용도를 설명한다.
실시예 B1-1, E1-1, E1-2 및 I6-1에 기재된 바와 같은 본 발명의 색상 변환 필름 몇 장을 원형 또는 타원형 대역 끝 개구를 갖는 원뿔 모양의 섹션에 감았다. 각각의 원뿔의 더 큰 직경 대역 끝이 회중 전등의 대역 끝의 외측 직경과 맞도록 조절하였다. 다양한 크기의 회중 전등과 원뿔을 사용하였다. 더 큰 직경의 원뿔은 길이가 약 61 내지 91 cm (2 내지 3 피트)이고, 작은 것은 길이가 152.4 sowl 609.9 mm (6 내지 24 인치)의 것이었다. 원뿔이 크거나 다층 필름이 얇은 경우 (25.4 ㎛ (1 mil) 이하), 필름을 102 ㎛ (4 mil)의 투명한 PET 기재로 감고, 기계적 일체성을 부가하기 위해 한 쪽 대역 끝을 테잎으로 부착하였다.
결합되어 있는 회중 전등과 필름 원뿔은 필름 상의 모든 각에서 효과적으로 빛을 분산시키는 광학 공동을 형성하는 것으로 밝혀졌다. 원뿔의 작은 대역 끝으로 향하여 진전하는 발산 빔 내의 빛은 각각의 반사에 따른 그의 발산 각을 증가시키고, 원뿔의 대역 끝에 도달하지 않고도 수회 반사된 후에 방향 (90도 보다 큰 발산 각)을 용이하게 역전시킬 수 있다. 그러므로, 광원으로부터의 소정의 빛의 광선은 필름에 의해 투과되고, 광원 또는 필름에 의해 흡수되고, 광원의 반대편 개구 대역 끝으로부터 벗어날 때까지 연속적으로 원뿔의 길이를 가로지를 것이다. 부착물은 몇몇 예상치 않은 특성을 나타내었다. 예를 들면, 원뿔의 둘레는 원뿔의 중앙과 상이한 색이고, 원뿔은 원뿔을 잡은 사람이 관찰자를 향해 호광 내에서 그것을 돌릴때 급작스럽게 색이 변한다.
착색된 필름이 모든 입사각에서 특정 색을 고도로 반사할 때 특히 흥미로운 효과가 관찰되었다. 녹색에 대한 이러한 효과를 갖는 필름의 스펙트럼을 도 38에 제시하였다. 이러한 특성을 갖는 필름으로부터 원뿔을 제조하였으며, 이 원뿔을 매그라이트 (Maglight) 회중 전등에 부착하였다. 원뿔의 종방향 축에 대해 90도에서 관찰되었을 때, 원뿔은 적색 둘레를 갖는 청색이었다. 한쪽 대역 끝을 향해 관찰하였을 때, 원뿔은 적색이었고, 극단의 각에서는 황색이었다. 녹색 빛은 원뿔의 더 작은 (개구) 대역 끝에서 구멍을 통해서만 용이하게 벗어날 수 있다. 원뿔이 그 면으로부터 관찰되었을 때 상기의 발산 효과 때문에 녹색 빛이 가장 가시적이 다. 더 작은 대역 끝으로부터 벗어나는 빛의 관찰을 향상시키기 위해, 다양하게 조형된 반사기가 원뿔 영역의 개구 대역 끝에 인접하여 부착되거나 위치될 수 있다.
많은 다른 색의 결합이 가능하다. 녹색/자홍색 원뿔 또한 제작될 수 있을 뿐만 아니라, 계속 높아지는 각도에서, 청색으로부터 적색으로 다시 녹색으로 변하는 원뿔도 제작할 수 있다. 이러한 필름의 스펙트럼은 도 39 및 18에 제시되어 있다. 원뿔은 더 작은 대역 끝으로부터 비추어졌을 때 모든 각에서 그렇게 밝지는 않다.
가장 큰 영역이 회중전등에 부착된 연속적으로 작아지는 원뿔 섹션으로 이루어진, 장난감 가게에서 구입한 백색 반투명 플라스틱의 접을 수 있는 원뿔을 사용하여 다른 물품을 제조하였다. 각각의 영역을 실시예 B1-1에 기재된 종류의 착색된 필름으로 감쌌다. 별법으로, 각각의 섹션이 상이한 착색된 필름으로 감싸져 예를 들면, 무지개 시퀀스와 같은 특정 색 구조를 형성할 수 있다. 착색된 필름은 또한 미리 형성된 원뿔 섹션 내부에 삽입되어 광학 필름을 더 잘 보호할 수도 있다. 이러한 후자의 형상을 각에 따른 색상 변환를 보유하기 위해, 광학적으로 투명한 원뿔 섹션이 바람직하다.
<실시예 I5-4>
하기의 실시예는 3-차원 장식물을 제조함에 있어서 본 발명의 필름의 용도를 설명한다.
삼차원으로 조형된, 면을 깎은 별 장식물을 실시예 E1-2의 필름 (녹색 통과 필터)로 덮었다. 크리스마스 장식물 가게에서 구입한 별은 투명한 플라스틱으로 제조되었으며, 모든 면들이 실질적으로 평면이었다. 착색된 필름을 투명한 접착제로 각각의 면에 접착시켰다. 필름에 의해 반사된 색들은 필름에 의해 투과된 색들과 상보적이었으며, 예를 들면, 필름은 수직 입사각에서 적색 및 청색 (자홍색 색) 빛을 반사하였고, 동일한 각에서 녹색 빛을 투과하였으며, 자홍색 색은 녹색에 대한 상보적인 색이다. 그러나, 도 39에 제시된 바와 같이, 필름은 이중 상보 효과를 제공한다. 약 60 도의 입사각에서, 색이 역전되어, 녹색이 반사되고 자홍색이 투과된다.
별 장식물의 2개의 이형물을 제조하였다. 모두 한 대역 끝에 11 mm (7/16 인치) 직경의 작은 구멍을 내어 빛이 별에 의해 형성된 광학 공동으로 주입되게 하였다. 제1 구조에서, 작은 채색되지 않은 크리스마스 트리 조명을 구멍으로 삽입하였다. 제2 구조물에서, 작은 회중 전등을 가시 광선에 대해 약 99%의 반사율을 갖는 광대역 거울 필름 (광대역 거울 필름은 미국 특허 제5,882,744호에 기재된 종류임)의 점점 가늘어지는 튜브로 별에 연결하였다. 다양한 촛점의 회중 전등 종류가 매그라이트 코포레이션 (maglite corp.)사로부터 시판되고 있다. 별의 모든 면들을 가장 골고루 비추도록 관찰된 광범위한 조명을 선택하였다. 상기 논의된 바와 같이, 튜브가 약간 원뿔 형으로 가늘어지는 것은 회중 전등과 같이 부분적으로 방향이 잡힌 광원으로부터 빔의 폭을 더 넓히는 단순한 형태로 제시될 수 있다. 놀랍게도, 어느 시각에서나 실질적으로 별의 어느 면에서도 녹색 및 자홍색 색만이 인지되었다. 특정한 매우 좁은 각의 범위에서, 청색을 면 상에서 관찰할 수 있었 다.
임의의 기하학적 형태가 동일한 방식으로 사용되어 다른 시각적으로 보기 좋은 물품을 제조할 수 있다. 또한, 물품은 회전할 수 있다. 이러한 경우, 조형된 물품의 면들은 물품이 회전함에 따라 변할 것이다. 조명 또는 전력이 회전하는 위치에 주입될 수 있다. 제시된 실시예의 형태는 넓은 범위의 크기의 다양한 색의 디스플레이에 대해 광범위한 용도를 갖는다. 예를 들면, 길이 또는 높이가 수 미터 이하인 광고 디스플레이는 1개 이상의 중공 지지 튜브를 통해 비추어질 수 있다.
I5(b) 편광된 조명 설비
많은 용도에서 편광된 빛이 제대로 작동할 필요가 있다. 이러한 용도의 예로는 광학 디스플레이, 예를 들면, 렙-탑 컴퓨터, 휴대용 계산기, 디지탈 시계, 자동차 계기판 디스플레이 등에 광범위하게 사용되는 액정 디스플레이 (LCD), 편광된 발광체, 및 대조를 향상시키고 광택을 감소시키기 위해 편광된 빛을 사용하는 업무용 조명이 포함된다. 몇몇 특정화된 조명 용도에서, 착색된 편광된 빛의 결과는 예를 들면, 광택 감소 및 착색된 "분위기" 조명이 요구되는 곳에서 바람직할 수 있다. 이러한 상황에서, 빛이 순환하는 편광된 업무용 조명 설비는 향상된 효율을 위해 바람직하다. 편광된 조명 설비는 일반적으로 광원 및 편광 부재를 포함하는 하우징으로 이루어지고, 임의로 반사 부재 및(또는) 확산 부재를 포함할 수 있다. 본 발명의 색상 변환 필름은 발명의 명칭이 "편광된 광원 (Polarized Light Source)"인, 본 출원과 동시 출원된 미국 특허 출원 제08/418,009호와 발명의 명칭 이 "광학 필름을 갖는 조명 설비 (Light Fixture Containing Optical Film)"인 미국 특허 출원 제08/807270호에 기재된 바와 같이, 편광 부재 및 특히 반사 편광 필름 (RPF) 또는 반사 부재가 존재할 때는 반사 부재, 반사 거울 필름 (RMF) 모두로 사용될 수 있다. 빛 순환과 결합된 편광된 조명 설비에 대해, 확산 광원이 바람직하고, 이는 전형적으로 빛 방사 영역 및, 빛 반사, 산란 및(또는) 분극 영역을 포함한다. 빛 방사 영역은 광원 및 분극 영역으로 모두 작용하거나, 또는 광원이 빛 방사 영역과 별도의 무작위 반사기를 포함할 수 있다. 조명 설비가 의도하는 특정 용도에 따라, 확산 광원은 형광등, 백열등, 고체 상태의 전기발광 (EL)원, 금속 할로겐화 등일 수 있고, 또는 별도의 무작위, 분극 표면이 점광원, 원거리 광원, 또는 태양 조사와도 결합하여 사용될 수 있고, 후자는 자유 공간 전파, 렌즈 시스템, 조명 파이프, 빛 유도 장치를 보호하는 편광기 또는 당업계에 공지된 다른 방법에 의해 확산 편광기로 투과될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 색상 변환 필름은, 편광의 한 면의 빛은 투과되고 편광의 다른 면의 빛은 반사되는 광원의 정면에 위치한 반사 편광 필름 (RPF), 또는 편광의 양면이 필름으로부터 반사되는, 광원의 뒷면에 위치한 반사 거울 필름 (RMF)으로도 사용될 수 있다. 작동시에, 확산 광원으로부터 생성된 빛은 존재하는 편광 성분 (a)와 (b)를 가져, 무작위로 편광되고, 이 빛은 RPF 상에 입사된다. RPF 부재는 제1 편광 성분 (본 실시예에서는 편광 성분 (a))을 갖는 빛을 투과시키고, 해당 파장에 대해 수직인 편광 성분 (본 실시예에서는 (b))을 갖는 빛은 반사하는 모양이다. 필름은 또한 조망 각도의 함수로서 변하는 빛의 요구되는 파장만 을 투과할 것이다. 결과적으로, 편광 성분 (a)를 갖는 요구되는 색의 빛은 RPF에 의해 투과되는 반면, 편광 성분 (b)는 무작위화되는 조명 설비 내로 반사된다. 그러므로, 초기에 거부된 빛의 일부는 요구되는 편광으로 전환되고, 이후에 통과하는 반사 편광 부재를 통해 투과된다. 이러한 공정은 계속되고, 원치 않는 편광의 빛의 반복되는 반사 및 이후의 무작위화는 확산 편광된 조명 설비로부터 방사된 요구되는 편광의 빛의 양을 증가시킨다. 결과적으로 요구되는 편광의 빛을 제공하는 매우 효율적인 시스템이 된다. 이 시스템은 전형적인 이색 편광기 내에서는 흡수되어 이용할 수 없었을 빛이 대신 요구되는 편광으로 전환된다는 점에서 효율적이다. 결과적으로, 요구되는 편광 내에서 고정물로부터 방사되는 빛의 총 량은 증가하였다.
본원에 기재된 조명 설비에서, 광원은 다양한 형상의 편광 부재 및 반사 부재와 결합될 수 있다. 기재된 바와 같이, 본 발명의 착색된 변화 반사 편광 필름 RPF를 편광 부재로 사용하고, 본 발명의 색 변화 반사 거울 필름 RMF를 반사 부재로 사용하는 모양이지만, RPF를 반사 부재로서 다양한 다른 재료와 결합시킬 수 있고, RMF를 편광 부재로서 다른 재료와 결합시킬 수 있음을 인지해야 한다. 예를 들면, 한 형상에서, RPF는 확산 광원을 완전히 포획하도록 감싸질 수 있다. 광원 및 RPF 이외에 별도의 반사기가 사용될 수 있다. 반사기는 RPF로부터 반사된 편광 (b)의 빛을 무작위화 하는 확산 반사 필름일 수 있고, 또는 확산 무작위화 광원의 빛 방사 영역에 대해 빛을 새로 방향지우는 거울 반사기일 수 있다. RMF는 광원의 한 면 둘레에 배향될 수 있거나 또는 광원에 다르게 적층되거나 부착될 수 있다. 이러한 형상에서, RPF도 또한 광원의 다른 면을 부분적으로 감싸도록 적층되거나 부착될 수 있다. 필름의 한 조각이 다른 조각에 비해 회전할 수 있고, 조합이 조명 설비에 사용되어 편광된 빛의 강도, 색, 및(또는) 편광된 빛의 정도가 해당 환경의 특정 요구 사항에 대해 제어 또는 조절될 수 있는, 본 발명의 색상 변환 편광 필름의 용도도 가능하다.
I6. 원예 용도
원예 등의 용도에 이상적으로 알맞은, 스팩트럼 선택적인 필름 및 다른 광학체를 본 발명의 교시에 따라 제조할 수 있다. 온실 환경 내에서의 식물의 성장 및 농업용 용도를 위한 주요 사항은 식물 성장에 적절한 빛의 알맞은 농도와 파장이다. 불충분하거나 고르지 못한 조사로 인해 식물은 고르지않게 성장하거나 또는 덜 성장한다. 빛의 농도가 지나치게 높으면 토양을 과도하게 가열하고 식물을 손상시킬 수 있다. 주변의 태양 빛으로부터 생성되는 열을 관리하는 것은 남부 기후에서 흔한 문제점이다.
본 발명의 스팩트럼 선택적 필름 및 광학체는 조절된 식물 성장에 대해 최적인 특정한 파장의 빛을 여과하거나 투과시키는 것이 요구되는 다수의 원예 용도에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 식물의 성장을 촉진시키고 흙과 주변 온도를 관리하기 위한 광합성에 사용되는 가장 효율적인 파장을 전달하기 위해 적외선 및 비 효과적인 가시 태양 파장을 여과하도록 필름을 최적화할 수 있다.
도 52에 제시된 바와 같이, 식물은 상이한 성장 기간 동안 상이한 파장에 반응하는 것으로 공지되어 있다. 성장 사이클을 통해, 500 내지 580 nm 범위의 파장 이 매우 비효율적인 반면, 400 내지 500 nm 및 580 내지 800 nm 범위의 파장은 성장 반응에 무효하다. 유사하게, 식물들은 800 nm를 지난 IR 파장에 둔감하고, 이는 상당한 부분의 태양 방사를 포함하며, 태양 스펙트럼으로부터 이러한 제거하면 가열을 상당히 감소시킬 수 있고, 식물 성장에 유용한 파장에서 추가의 빛의 농축시킬 수 있다.
온실에서 사용되는 시판되는 등들은 식물의 광합성 및 다른 광반응 (photoresponse)을 촉진시키는데 효과적이다. 이러한 등들은 대부분 천연적인, 여과되지 않은 태양 빛을 증가시킨다. 청색 (약 400 내지 500 nm), 적색 (약 600 내지 700 nm), 또는 IR (약 700 내지 800) 부근에서 에너지를 방사하는 등이 성장 촉진에 사용된다. 흔하게 시판되는 성장 등의 하나는 450 내지 660 nm에서 최대 방사하고, 700 nm를 넘는 파장에서는 거의 방사를 하지 않는다. 다른 흔한 광원은 청색 및 적색에서 방사가 높고, IR 부근의 파장에서 방사가 높다. 500 내지 580 nm 범위의 파장에서 방사하는 등은 낮은 반응 영역에서 방사하고 식물 성장에 유익하게 또는 해롭게 그다지 영향을 미치지 않기 때문에 "안전한 등"으로 언급된다.
일반적인 조명에 사용되는 광원은 "성장 조명"과 유사한 결과를 성취하기 위해 쌍으로 결합된다. 일부 광원으로부터 생성된 파장은 실제로 성장을 지연시키지만, 이는 다른 광원과 쌍을 이룸으로써 보상될 수 있다. 예를 들면, 단독으로 사용된 저압 나트륨등은 클로로필의 합성을 억제할 수 있지만, 저압 나트륨등이 형광등 또는 백열등과 결합하면 보통의 광합성이 발생한다. 온실에서 사용되는 시판되는 등의 흔한 쌍으로는 (i) 고압 나트륨등과 금속 할로겐화물 등, (ii) 고압 나트 륨등과 수은등, (iii) 저압 나트륨등과 형광등 및 백열등, 및 (iv) 금속 할로겐화물 등과 백열등이 포함된다.
온실 환경에서, 본 발명의 색 선택 필름 및 광학체는 색 여과기로서 단독으로 또는 반사 배경과 결합하여 사용될 때, 최적의 식물 성장을 위한 빛의 파장을 농축 시키는데 유용하다. 필름과 광학체는 보통의 여과되지 않은 태양 빛으로 사용될 수 있고, 또는 인위적인 광대역 광원과 결합하여 광원으로부터 방사된 빛의 파장을 조절할 수 있다. 이러한 광원으로는 백열등, 고온 또는 냉각 양이온 등과 같은 형광등, 금속 할로겐화물등, 수은 증기등, 고압 및 저압 나트륨등, 고체상태 또는 전기발광체등, 또는 임의로 색 선택 필름과 광학적으로 결합된 천연의 또는 여과된 태양 빛 등이 포함되지만 이에 제한되는 것은 아니다. 광합성 및 식물의 다른 광반응을 위해 최적화된 파장에서 더 많은 양의 빛을 전달하면서, 온실 환경에서 열을 관리하기 위해 사용될 수 있는 몇몇 여과/농축 시스템이 더욱 상세하게 기재될 것이다.
도 53 내지 56은, 거울이 태양 방사선의 요구되는 성분은 빌딩 내로 반사하고, 빌딩 외부의 식물 성장에 유용하지 않은 적외선은 통과시키는 데 사용되는, 유용한 냉각 거울과 색 선택 거울의 모양을 제시한다. 도면은 또한 요구되는 방사선을 통과시키고 태양 빛의 요구되지 않는 성분을 반사하는 양자 선택적인 방책을 제시한다. 거울은 도 53 및 54에서와 같이 약 800 nm 미만의 파장에서 기본적으로 모든 태양 스펙트럼을 빌딩 내로 반사하는 광대역 거울일 수 있고, 또는 거울은 식물 성장에 요구되지 않는 적외 방사선 및 가시 스펙트럼 성분을 스팩트럼 여과할 수도 있다. 도 55와 56은 녹색 빛 (약 500 내지 600 nm)과 적외선 (약 800 내지 2000 nm)이 필름에 의해 투과되거나 또는 반사되어 빌딩을 벗어나고, 청색 (약 400 내지 500 nm) 및 적색 (약 600 내지 800 nm)로 이루어진 자홍색 빛은 반사되거나 빌딩 내로 직접 투과된다. 제시된 필름은 두가지 방식의 두께 분포를 가져 필요한 반사 특성을 제공할 수 있다 (예를 들면, 도 56에 제시된 1개 세트의 층은 녹색 파장을 반사하고, 나머지 1개 세트의 층은 발명의 명칭이 "다성분 광학체 (Multicomponent Optical Component)"인 미국 특허 출원 제09/006,118호에 기재된 2 또는 3 물질의 IR 반사/가시 투과 스택 모양일 수 있다). 도 55에서, 고안된 입사각에서 2개 대역 반사 필름의 1개의 반사 대역은 청색 빛 (400 내지 500 nm)을 반사하고, 다른 대역은 적색 빛 (600 내지 800 nm)을 반사한다. 요구되는 각의 범위에 따라, 도 56에 제시된 방식으로 기능하도록 고안된 필름은 도 55에 도시된 방식에서도 또한 기능할 것이다. 이러한 필름의 예 및 적절하게 요구되는 각은 하기에 제시되어 있다. 또한 도 55에서, 색 선택 필름은 투명한 기재 또는 개방된 틀 위에 적층 또는 지지되어 원치 않는 파장이 통과할 수 있다. 2개의 상이한 종류의 시스템이 도 56에 제시되어 있으며, 여기서 필름은 단독으로 또는 광대역 반사기와 결합하여 사용될 수 있고, 필름은 필름에 침투하는 직접적인 태양 빛과 광대역 반사기로부터의 간접적인 빛에 대해 모두 여과한다. 식물의 특정 부분의 성장을 촉진시키는 파장을 제공하는 다른 필터를 본 발명에 따라 제조할 수 있다, 예를 들면, 색 선택 필름이 테일러링되어 줄기보다는 꽃의 성장을 촉진시키는 파장을 주로 투과시킬 수 있다. 선택적인 파장의 빛은 식물 이동을 조절하는데에도 사용될 수 있다. 식물을 기를 때, 식물이 광원을 향해 움직이는 경향 (굴광성)이 있기 때문에 주기적으로 식물을 회전시키는 것은 흔한 사실이다. 이러한 목적으로 주기적으로 식물 주위를 회전하는 광원을 사용하는 몇몇 시판되는 제품이 나와 있다. 테일러링되어 빛 (주로 청색)을 감지하고 이를 향해 움직이는 식물의 광수용체 (photoreceptor)에 의해 사용되는 파장을 여과하는 한편, 다른 유용한 파장을 통과시키는 필름을 본 발명의 교시에 따라 제조할 수 있다.
도 53 내지 56은 방사선 광원으로서 태양 빛과 함꼐 사용되는 색 선택 필름을 설명하고 있지만, 본 발명의 색 선택 필름과 광학체는 1개 이상의 직접적인 또는 미리 여과된 인위적인 광원과도 사용되어 이러한 필름에 의해 수득되는 스펙트럼을 더욱 더 최적화할 수 있다. 몇몇 경우, 색 선택 필름을 직접 인위적 광원에 감싸거나 다른 방법으로 결합시켜 광원이 식물 성장에 필요한 파장을 주로 방사하도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 색 선택 필름은 또한 건물에 진입하는 대부분의 빛이 요구되는 스팩트럼 조성의 것이도록 전형적인 온실의 지붕 및(또는) 벽을 이루는 투명한 판에 직접 적층될 수 있고, 또는 그렇지 않은 경우 이러한 판은 판 자체 내에 1개 이상의 색 선택 다층 스택을 포함하도록 압출될 수 있다. 빌딩에 진입하는 모든 빛이 정확한 파장의 범위이도록 하기 위해, 낮 동안의 태양 광선의 각을 보상하기 위해 움직이는 헬리오스탯 (heliostat) 또는 다른 메카니즘 상에 필름을 탑재시키는 것이 바람직할 수 있다. 수평 또는 수직으로 주마다 또는 월마다 각이 변하는 남향 판과 같은 더 단순한 메카니즘도 이러한 기능을 매우 잘 수행할 수 있다.
1 개 이상의 반사기가 여과된 빛을 요구되는 위치로 향하게 하는데 사용될 수 있고, 변류기 및(또는) 색 선택 필름의 다양한 물리적 형태가 요구되는 실내의 일부에 빛을 맞추거나 또는 가로질러 빛을 퍼뜨릴 수 있다. 이러한 상기의 사용 방식 이외에, 필름은 개별 식물의 여과된 랩핑 (wrapping), 식물과 토양 사이에 위치한 필름 또는 슬릿 또는 개조한 뿌리 덮개 형태의 반사기, 또는 수족관 내의 수상 식물용 반사기 또는 여과기로서 사용될 수 있다.
테일러링되어 식물 성장에 유용하지 않은 적외선 및(또는) 녹색 빛을 투과 또는 반사할 수 있는 상기의 스팩트럼 선택 필름이외에, 전형적으로 660 내지 680 nm의 적색 빛의 양, 및 전형적으로 약 700 내지 740 nm의 원거리 적색 빛의 양을 조절하도록 고안된 필름이 식물 성장을 조절하는데 특히 유용하다. 식물을 더 두껍고 더 충실하게 성장시키기 위해, 식물의 가지치기와 번식의 연장 또는 힘을 감소시키기 위해 적색 대 원거리 적색 빛의 비율이 1.1 (본원의 수정 참고)의 수준 또는 그 이상으로 유지되어야 한다. 또한, 적색/원거리 적색 비율을 정밀하게 유지하고 파장 노출을 정리함으로써, 다수의 식물이 개화 상태 또는 성장 상태가 될 수 있다. 일부 식물의 변종은 1 분 동안의 적은 적색 또는 원거리 적색 도핑으로 조절될 수 있다. 적색 및 원거리 적색에 대한 식물의 반응은 브라운 (J.W. Braun)의 문헌 [Distribution of Foilage and Fruit in Association with Light Microclimate in the Red rasberry Canopy, 64(5) Journal of Horticultural Science 565-72 (1989)]와 블로우 (Theo J. Blow)의 문헌 [New Developments in Easter Lilly Height Control, (Hort. Re. Instit. Of Ontario, Vineland Station, Ont. LOR 2EO)]에 기재되어 있다.
적색/원거리 적색의 비율을 조절하기 위한 종래의 시도에서는 온실의 이중 벽 구조물 내의 창 유리 사이의 공동으로 펌핑되는 빛 차단 액체를 사용하였다. 이는 액체를 추가하거나 제거하는 것이 어렵기 때문에 만족스럽지 않았다. 지붕 광택화를 위한 착색된 필름을 사용하는 다른 시도도 있었지만, 온실 내의 식물의 종류가 자주 바뀌거나 밖의 날씨 조건이 변하는 경우 조절하기가 어려웠다. 본 발명의 색 선택 필름은 이러한 용도로 이상적으로 알맞다. 적색/원거리 적색 비율은 두께 분포를 다양하게 하거나 또는 필름의 각을 변화시켜 요구되는 파장이 식물에 도달하는 것을 허용함으로써 조절될 수 있다. 외부 조건의 변화 또는 다양한 식물 종류에 필요한 변화를 보상하기 위해, 필름은 사용되거나 저장될 수 있는 방식, 예를 들면, 아래로 내릴수 있거나 위로 감길 수 있는 지붕 선을 따르는 롤링 쉐이드 (rolling shade)로써, 또는 식물 키의 상부에서 수평으로 잡아당길 수 있는 쉐이드 천으로써 온실 내에 위치하는 것이 바람직하다. 별법으로, 필름의 개별적인 포장물이 개별 식물 또는 일 군의 식물에 대해 구조될 수도 있다.
본 발명의 필름은 또한 통상적인 거울과 결합되어 식물에 도달하는 태양 빛 스펙트럼의 임의의 요구되는 위치의 강도를 조절하도록 사용될 수 있다. 일반적으로, 하루 종일 식물을 일정한 농도 및 파장의 식물 성장에 유용한 빛에 노출시키는 것이 바람직하다. 그러나, 전형적인 맑은 날에는 정오에 빛의 농도가 절정에 달하고, 이는 식물의 효율을 감소시킨다. 한 낯 동안에 식물에 도달하는 빛의 농도를 감소시켜 하루 동안 보다 균일한 농도를 제공하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 장미 개화는 600 μmol/초-m2의 최고 빛에 노출되었을 때 가장 효율적이고, 이 농도는 종종 동절기에 45 도의 고도에서 오전 11:00에 성취된다. 11:00와 1:00 사이의 농도를 감소시키면 식물의 수득율이 증가된다. 도 56에 제시된 바와 같이 통상적인 거울을 파장 선택 거울과 결합시켜 사용하면 하루 동안의 상이한 시간 동안 식물에 향하는 빛의 강도를 변화시키는 데 사용할 수 있다. 예를 들면, 도 56의 가시 거울은 그의 반사각을 새방향으로 돌려 태양열의 최고 입사 시간 동안 단절되어 태양으로부터의 빛의 일부를 단절시킬 수 있다. 배플과 커튼의 다른 조합도 본 발명의 파장 선택 필름과 함께 빛의 강도를 조절하는데 사용될 수 있다.
<실시예 I6-1>
하기의 실시예는 특히 원예용으로 알맞은 본 발명에 따라 제조된 색상 변환 필름 (특히, 자홍색 통과 필터)을 설명한다.
압출 공정을 통해 연속 반복적인 평면-필름 제조 선 상에서 약 417 층을 포함하는 다층 필름을 제조하였다. 이 다층 중합체 필름은 PET와 Ecdel 9967로부터 제조되었다. 피드블록 방법 (미국 특허 제3,801,429호에 기재된 것과 같은)을 사용하여 압출물 전체를 걸쳐 층과 층 사이의 대략적으로 선형인 두께 분포를 갖는 약 209 층들을 생성하였다.
고유 점도 (IV)가 0.60 dl/g인 PET를 1개의 압출기에 의해 약 34.5 kg/시로 피드블록으로 이송하고, Ecdel을 약 41 kg/시로 이송하였다. 피드블록 후에, 동일한 PET 압출기가 보호 경계층 (PBL's)으로서 전체 유동 약 6.8 kg/시로 압출물의 양 면에 PET를 이송하였다. 이어서 재료 스트림은 배율기 디자인 비가 약 1.50인 2배 배율기 (미국 특허 제5,094,788호 및 동 제5,094,793호)를 통과하였다. 배율기 비율은 주 도관에서 제조된 층들의 평균 층 두께를 부 도관에서 제조된 층들의 평균 층 두께로 나눈 값으로 정의된다. 배율기 비율은 2개의 209 층의 세트에 의해 제조된 2개의 굴절 대역 사이의 스팩트럼 간극이 남도록 선택된다. 각각의 209 층의 세트는 배율기 및 필름 압출 속도에 의해 결정되는 전체 두께 스케일 인자를 갖는, 피드블록에 의해 형성된 대략적인 층 두께 프로파일을 갖는다. Ecdel 용융 공정 장치는 약 250℃로 유지하였고, PET (광학 층) 용융 공정 장치는 약 265℃로 유지하였으며, 피드블록, 배율기, 표층 용융스트림 및 다이는 약 274℃로 유지하였다.
본 실시예를 제조하기 위해 사용된 피드블록을 등온 조건하에서 가장 얇은 층에 대한 가장 두꺼운 층의 비율이 1.3:1인 선형 층 두께 분포를 갖도록 고안되었다. 본 실시예에 대한 더 작은 비율을 성취하기 위하여, 열 프로파일을 피드블록에 적용하였다. 가장 얇은 층을 제조하는 피드블록 부분은 285℃로 가열하는 한편, 가장 두꺼운 층을 제조하는 부분은 265℃로 가열하였다. 이러한 방식으로, 가장 얇은 층을 등온 피드블록 작동에 비해 더 두껍게 만들고, 가장 두꺼운 층은 등온 피드블록 작동에 비해 더 얇게 만들었다. 중간 부분은 이러한 두 온도 사이의 선형 온도 프로파일을 따르도록 설정하였다. 전체적으로 층 두께 분포가 더 좁아지는 효과를 얻었으며, 이 결과 반사 스펙트럼이 더 좁아졌다. 배율기에 의해 약간의 층 두께 오차가 유도되었으며, 각각의 대역의 스팩트럼 특성에서는 별 차이가 없는 것으로 고려되었다 (도 57 참조). 최종 필름 두께를 정확히 제어함으로써 최종 색을 정확히 제어하기 위해 캐스팅 휠 속도를 조절하였다.
배율기 후에, 제3 압출기로부터 공급되는 두꺼운 대칭 PBL (표층)을 약 28 kg/시간 (전체)으로 가한 후, 재료 스트림은 필름 다이를 통과하여 수 냉각된 캐스팅 휠로 향하여 지나갔다. 캐스팅 휠 상의 공급 수 온도는 약 7℃이었다. 고 전압 고정 시스템을 사용하여 압출물을 캐스팅 휠 상에 고정시켰다. 고정 와이어의 두께는 약 0.17 mm이었고, 전압은 약 5.5 kV가 적용되었다. 작동기에 의해 고정 와이어를 캐스팅 휠과 접촉하는 지점에서 웹으로부터 약 3 내지 5 mm에 수동으로 위치시켜 웹 캐스팅에 대해 유연한 형상을 갖게하였다. 통상적인 연속 길이 배향기 (LO)와 텐터 장비에 의해 캐스트 웹을 계속 배향하였다. 캐스트 웹을 약 100℃에서 약 3.3의 연신비로 길이 배향하였다. 텐터 내에서, 필름을 연신하기 전에 약 26 초 동안 약 100℃로 예열한 후 약 3.5의 연신비로 횡방향으로 초 당 약 16%의 속도로 연신하였다. 생성된 필름의 최종 두께는 약 0.06 mm이었다.
최종 필름의 스펙트럼 (수직 입사각에서)을 도 57에 제시하였다. 스펙트럼이 550 내지 800 nm 사이에 위치하는 2개의 눈에띄는 대역을 갖는 것을 유의하여야 한다. 550에 대한 800의 비율은 1.45이고, 이는 의도한 배율기 디자인의 1.5에 근사한 값이다. 이 필름이 모든 입사각에서 실시예 E1-2의 색과 거의 상보적 색을 가짐을 또한 유의해야 한다. 원예용으로 이 필름을 개선시키는 것, 예를 들면 스펙트럼의 적외선 일부 부근을 포함하도록 적색 반사 대역의 폭을 확장시키기 위해 층들을 더 가하는 것이 바람직할 수 있다. 수직 입사각과 높은 입사각 모두에서의 최적 수행이 그러한 각에서 사용되기 위해 별도로 고안된 필름을 필요로할 수 있다. 또한, 추가의 코팅 또는 층 형태의 UV 보호가 바람직할 수 있다.
I7. 보호 용도를 위한 스팩트럼 코드
문서 또는 성분들의 위조 및 모조, 및 물질들이 제어된 폭발물 등의 불법 전환 등은 심각하게 퍼지고 있는 문제이다. 예를 들면, 민간 비행기 정비 요원들은 규칙적으로 위조된 것으로 의심스러운 부품을 발견하지만, 고급 부품과, 요구사항들을 만조시키는 것으로 표지판된 위조 부품들을 구별할 수 있는 신뢰성 있는 방법이 없다. 유사하게, 신제품인 것으로 판매되고 있는 모든 레이저 프린터 카트리지의 10% 가량은 실제로 새것으로 다시 포장되고 공급되는 재고된 카트리지인 것으로 보고된 바 있다. 폭발물 중에 사용할 수 있는 질화 암모늄 비료와 같은 용적 물품의 규명 및 추적이 매우 요구되고 있지만, 현재의 규명 방법은 매우 비싸다.
품목, 포장의 일체성, 또는 부품, 성분 및 원료의 출처를 검증하는 몇가지 방법이 존재한다. 이러한 장치의 일부는 주변 검증가능하고, 일부는 조명, 장치등으로 검증가능하며, 일부는 두가지 면을 결합한 것이다. 서류 및 포장의 일체성을 검증하는데 사용되는 장치의 예로는 무지개색 잉크 및 안료, 특수 섬유 및 양수표, 자기 잉크 및 코팅, 미세 인쇄, 입체 사진 및 3M사로부터 구입할 수 있는 컨펌 이미지 역반사 시팅 (Confirm imaged retroreflective sheeting)이 포함된다. 대부분 크기, 비용 및 내구성 문제로 인해 성분의 출처를 잘 확인할 수 없다. 제안된 시스템은 자기 필름 및 일체화된 회로 칩을 포함한다.
폭발물과 같은 제어된 재료를 추적하기 위해 마이크로타간트 (microtaggant) 가 사용되어 왔다. 이러한 물질들은 전형적으로 가루로 분쇄되고 제품 중에 분산된 다층 중합체이다. 마이크로타간트 중의 개별 층들은 광학 현미경을 사용하여 암호를 풀어 제조일과 위치를 포함하는 정보를 얻을 수 있다. 주변검증가능하고 기계적으로 판독할 수 있으며, 제조할 수 있으나 복제하기는 쉽지 않은 가요성이며 현미경으로 보이는 크기로부터 큰 시트에 이르기까지의 다양한 크기의 부품 상에서 사용될 수 있고, 특정한, 기계-판독할 수 있는 정보로 암호화할 수 있는 보호용 필름은 오랫동안 성취되지 않았다.
본 발명의 색 선택 필름 및 광학체는 테일러링 되어 이러한 요구사항을 모두 만족시키는 배경, 라벨, 또는 과적층물 (overlaminate)로서 유용한 필름을 제공할 수 있다. 경사각에서의 색상 변환 특성과 높은 반사율 및 색 채도는 서류 또는 포장을 유일하게 규명하도록 개발될 수 있는 특성들이며, 스팩트럼 세부사항들이 필름에 고안되어 보호용 필름을 개별적인 용도로 암호화하는 특정 로트 (lot)를 규면하는데 사용될 수 있는 유일한 스팩트럼 지문을 제공할 수 있다. 보호용 필름 광학체는 가시 영역, 적외선, 또는 자외선을 포함하는 스펙트럼의 임의의 요구되는 부분 상에서 반사하도록 테일러링될 수 있다. 은밀한 규명만을 원할 경우, 필름은 스펙트럼의 가시 영역에서는 투명하게 보이지만, 적외선 영역에서는 변하는 투과 및 반사 대역을 가져 은밀한 스팩트럼 지문이 부여되도록 제조될 수 있다.
착색된 보호용 필름의 한 예가 도 58에 제시된 투과 스펙트럼에 의해 제시었으며, 이 도면은 편광의 한 면 내부에 광대역 빛을 반사하도록 고안된 900 층의 PEN:coPEN 투과 스펙트럼을 도시한다. 청색 대역 끝은 400 nm 부근에 존재하지만, 쉽게 500 nm에 존재하도록 할 수 있어 물품이 밝은 청색의 편광기일 수 있고, 경사각에서는 회색으로 변할 수 있다. 도 58의 필름은 주로 500 내지 620 nm에서의 일련의 매우 협소한 통과 대역을 제시한다. 이러한 특징들은 도 58에 제시된 3 스펙트럼에서 재생되고, 각각의 스펙트럼은 필름의 한 대역 끝에서 20 cm 떨어진 곳에서 출발하여 웹을 가로질러 3 cm 간격으로 취하였다. 도 59는 필름 대역 끝으로부터 20 cm 위치의 스펙트럼을 제시하고 있으나, 이번에는 하부 웹 방향으로 2 위치가 4 m 간격으로 떨어져 있다. 500 nm에서의 통과대역은 38%의 투과 피크를 갖고 대역폭은 8 nm이다. 대역 끝의 기울기는 nm 당 약 5%이다. 620 nm에서의 더 협소한 피크는 유사한 대역 끝 기울기를 갖지만, 대역폭은 4mm 이고, 피크의 투과율은 27%이다. 2개의 스펙트럼은 거의 동일하다. 도 58 및 도 59에 제시된 스펙트럼의 재생율은 층 구조의 높은 재생 정도를 나타내며, 50% 띠의 위치가 +/-2 nm 또는 약 +/- 0.4%의 범위로 조절되었다.
스펙트럼의 특성이 일정한 폭은 수 cm 정도이다. 표준 필름 제조 장치로부터의 필름 롤의 길이는 1 km까지 쉽게 연장된다. 스팩트럼 특성이 일정한 수 cm의 폭과 결합되면, 유일한 스팩트럼 "지문"을 갖는 필름의 넓은 폭이 보호용 암호를 갖는 라벨로서 제조될 수 있다. 이러한 스펙트럼은 장치 고안 및 정확한 수지 점도 및 분자량을 포함한 공정 세부사항의 이행이 복잡하기 때문에 복제하기가 어렵다.
해당 영역 상에서 요구되는 파장을 선택적 투과 및 반사시킴으로써 유일한 바-코드를 제공하도록 더 복잡한 스팩트럼 지문이 필름에 고안될 수 있다.
도 60은 각각의 셋이 550 고안 파장의 0.8, 1.0 또는 1.2 배율인 PET 및 굴절율 1.60의 코-PEN의 3 셋의 50 층으로 구조된 필름에 대한 계산된 스펙트럼을 제시한다. 각각의 50 층 셋 내의 층들은 동일한 초기 광학 두께를 갖는다. 상부 및 하부의 곡선은 각각의 층들의 1-σ표준편차가 2% 변했을 때 스펙트럼의 극단적인 곡률을 나타낸다. 이러한 종류의 필름 구조는 400 내지 1000 nm의 스팩트럼 범위 상에서 9 내지 10 비트의 자료를 코딩할 수 있고, 이는 512 내지 1024의 개별 암호에 해당한다. 각각의 피크의 강도를 변화시킴으로써 추가의 암호가 생성될 수 있어서, 4개의 상이한 강도 농도만을 사용함으로써 1백만개의 상이한 암호가 생겨날 수 있다.
도 61은 50, 50 및 50 층과는 피크 강도가 상이하도록 50, 20 및 50 층을 포함하는 패킷을 제외하고는 도 60과 같은 스펙트럼을 제시한다. 도 60 및 61의 스펙트럼 내에는 미세한 구조의 세부사항들이 있으며, 이러한 세부사항들은 특정 품목을 구체적으로 규명하는데 사용될 수 있다. 세부사항들은 제품 중의 무작위변화, 또는 개별층 또는 일군의 층의 두께를 의도적으로 변화시킴으로써 성취될 수 있다.
도 62는 스팩트럼 바-코드를 제공하기 위한 암호화된 필름을 갖는 개별적으로 번호순으로 나열된 제품에 대한 포텐셜을 제시한다. 5개의 흔적은 도 60에 묘사된 시스템이 변화하여 층 25 (coPEN, 명목상 68 nm)가 각각 0 nm, 6.3 nm, 13 nm, 26 nm, 및 39 nm일 때 스펙트럼이 어떻게 변화하는지를 제시한다. 550 nm에서의 피크의 반사율이 그 파장 영역 내의 더 적은 수의 상응하는 층에 대해 감소되었 다. 제품은 이러한 방식으로 번호순으로 나열되어 매우 높은 포텐셜 용량을 갖는 피드블록 기술을 제한한다.
단독으로 또는 투과 및 반사 대역의 강도 및 위치를 변화시키는 상기의 방법과 결합된 몇몇 다른 방법에 의해 본 발명의 보호용 필름 및 광학체에 정보들이 코딩될 수 있다. 예를 들면, 개별 층들은 스펙트럼의 적외선 부분에 대해 조절될 수 있고, 유일한 스펙트럼을 제조하도록 조절될 수 있는 가시 영역에서는 상음될 수 있다. 층들은 도 61의 스펙트럼을 제공하는데 사용된 것들보다 더 두꺼울 수 있지만, 적외 영역에서 단일한 스택으로부터 1개 이상의 상음이 생겨날 수 있기 때문에 더 적은 수의 층들이 필요할 것이다.
매우 높거나 낮은 f-비율을 사용하면, 매우 협소 대역 반사기를 제조할 수 있고, 별법으로, 광학 스택을 이루는 재료들 사이의 더 적은 굴절율 차이를 사용함으로써 반사 대역을 좁게 만들 수도 있다. 첫번째 피크의 f-비율과 대역폭을 결정하는 굴절율이 높고 낮은 재료들의 광학 두께의 비율은 상음의 매그니튜드를 또한 조절한다. 이 고안 방법은 피드블록의 하드웨어를 변화시킬 필요없는 공정 제어에 의해 변화할 수 있는 좁은 더 높은 고조파를 제조하는데 사용될 수 있다.
f-비율을 변화시켜 단일 피드블록으로부터 스팩트럼 바-코드의 변화를 제공할 수 있는 방법의 예로서, 두번째 및 세번째 피크가 약 650 및 450 nm에서 발생하도록 1300 nm에 위치한 첫번째 피크를 갖도록 제조될 수 있다. 다른 첫번째 스택이 550 nm에서 첨가되는 경우, 제조공정 가동 동안 선택된 f-비율에 따라 3개의 피크가 다양한 강도로 나타난다.
f=0.18, 0.33, 및 0.5에 대한 스펙트럼이 도 63 내지 65에, 복합적인 그래프가 도 66에 각각 제시되어 있다. f-비율이 0.18인 도 63에서, 피크는 440 nm에서 세번째 피크가, 550 nm에서 첫번째 피크가 640 nm에서 두번째 피크가 보인다. 도 64로부터 관찰할 수 있는 f-비율이 0.33인 경우, 도 22의 그래프로부터 예상되는 바와 같이 세번째 그래프가 사라지고 550 nm에서의 첫번째 피크가 더 강해졌다. 도 65에서, 역시 2개의 피크를 볼 수 있으나, 이번에는 예상된 바와 같이 640에서 두번째 피크가 사라지고, 550에서 첫번째 피크는 그의 최고 반사율을 나타낸다. 이러한 구조의 변화로서, 피드블록이 절단되어 하나의 스택이 나머지와 다른 f-비율을 갖고, 양쪽 스택의 첫번째 피크가 IR 내에 위치하며, 이러한 경우 고굴절율/저굴절율 용융스트림의 유량비가 2개의 스택 및 그의 더 높은 차원 상에서 사이한 광학적 효과를 나타낼 수 있다.
유일한 스팩트럼 정보를 제공하는 다른 방법은 z-축 굴절율을 불일치를 변화시켜 경사각 스펙트럼을 조절하는 것이다. 수직에서 떨어진 각에서 필름 시료를 취하는 스팩트럼 판독기를 사용함으로써 확실성이 검증될 수 있다. 다층 구조물은 광학 스택의 한 면 또는 양면 상, 또는 광학 스택 내에서 염료 또는 중합체를 흡수하는 1개 이상의 자외선, 가시광선, 및(또는) 적외선과 결합될 수도 있다. 이러한 구조에서, 필름의 외관은 염료에 의해 빛이 흡수되기 때문에 한 각에서는 반사되고, 다른 각에서는 그렇지 않도록 조절될 수 있다. 예를 들면, 도 63의 필름이 60 도에서 시험되었다면, 저 파장 반사 대역은 PEN이 고도로 흡수하고 감지될 수 없는 스펙트럼의 일부로 이동할 것이다. 2개의 상이한 각에서 측정하는 기계 판독기가 이러한 필름의 확실성을 검증하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 스팩트럼 선택적 보호 필름 및 광학체는 광학 스택 또는 광학 스택 부근에 비교적 두꺼운 층들을 포함할 수 있고, 이러한 층들은 필름의 단면을 광학적 검사함으로써 암호해독될 수 있는 정보를 부여하는데 사용될 수 있다. 본 필름은 필름 하부의 기재 상에 인쇄된 착색된 프린팅 또는 도형과 결합되어 시각에 따라 숨겨질 수도 있고 보일 수도 있는 표식을 제공할 수 있다. 광학 층들을 부분적으로 박편시킴으로써 색 대비가 성취될 수 있다. 이러한 여향을 받는 영역 내에서, 역시 색을 변화시키는 색이 영향을 받지 않은 영역에 대해 뚜렷하다. 부분적으로 박편화된 층에 영향을 주기 위하여, 필름 내의 모든 중합체의 유리 전이 온도 보다 높은 온도 및(또는) 적합한 압력으로 엠보싱 하는 것이 바람직한 방법이다. 층들을 부분적으로 박편시키는 것은 고에너지 입자, 초음파, 열형성, 레이저 펄싱 및 연신으로 충격을 줌으로써도 성취할 수 있다. 이미 기재한 다른 색 선택 필름과 같이, 하드코트, 반사 방지 표면, 또는 흡수 코팅을 혼입하여 내구성 및 대조를 향상시킬 수 있다. 보호 필름은 또한 라벨 또는 다이-컷 (die-cut)으로 작용하는 열 활성화 또는 압력 민감성 접착제도 혼입할 수 있다.
대부분의 용도에 대해, 본 발명의 보호 필름 또는 다른 광학체는 서류 또는 포장 재료에 직접 적절히 사이징 되거나 적층될 수 있다. 이러한 필름들의 스팩트럼 특성은 전형적으로 매우 좁아 최소량의 빛을 반사한다. 필름의 스팩트럼 특성은 서류 또는 포장을 흡장하도록 전형적으로 적외선으로 제한되는 반면, 필름의 특성 및 색이 물품의 외관을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
일부 용도에 대해, 보호 필름은 필름을 분말로 분쇄하고 분말을 재료 중에 분산시킴으로써 적하 재료 중에 사용될 수 있다. 페인트, 코팅 및 잉크가 본 발명의 필름을 이용하는 가루로 분쇄된 프레이트릿 (platelet)으로부터 제제화될 수 있다. 적하 재료가 폭발물일 수 있는 경우, 폭발 동안 실질적인 이완이 일어날 수 있다면 배향된 물질의 사용을 피하는 것이 바람직할 수 있다. 임의로, 다층 분말은 아크릴레이트와 같은 융식성 재료로 코팅되어 폭발이 일어나는 동안 에너지를 흡수할 수 잇다.
본 발명의 보호 필름 및 광학체는 주변 검증 (예를 들면, 규명할 수 있는 기능의 수직이 아닌 입사각과 결합될 수 있는 물품 상에 착색된 반사 필름이 존재함)과 장치 검증의 결합으로써 판독할 수 있다. 스팩트럼광도계를 사용함으로써 간단한 기계 판독기를 구조할 수 있다. 본 발명의 요구사항을 만족시키는, CCD 감지기 배열을 기재로 한 몇몇 저렴한 스팩트럼광도계를 를 구입할 수 있으며, 바람직하게는 이들은 섬유 광 케이블로 스팩트럼광도계에 연결된 센서 헤드를 포함한다. 스팩트럼광도계가, 필름에 대해 수직일 수 있는 소정의 각 또는 각들, 경사각, 또는 이 둘을 결합한 각에서 물품 상의 빛 입사를 측정함으로써 필름의 스팩트럼 암호를 결정하는데 사용될 수 있다.
보호 용도를 위한 본 발명의 필름의 광학 특성을 개발하는 것 이외에, 이러한 필름의 기계적 특성도 이용할 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 본 발명의 필름은 층내부 탈적층에 대한 저항이 적고, 이로써 개봉 흔적 방지 능력 (anti-tampering capability)을 제공하도록 의도적으로 고안될 수 있다.
I8. 장식 용도
본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 본 발명 필름의 색상 변환 특성은 수 많은 장식 용도에서 유리하게 사용될 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 본 발명의 필름이 단독으로, 또는 다른 재료, 필름, 기재, 코팅, 또는 처리재와 결합되어 랩핑 용지, 선물포장 용지, 선물포장 가방, 리본, 매듭, 꽃 및 다른 장식 용품을 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 용도에서, 필름은 그대로, 또는 주음잡혀, 절단되어, 엠보싱되어, 반짝이는 작은 장신구로 전환되어 사용되거나, 그렇지 않은 경우, 요구되는 광학적 효과 또는 필름의 부피를 제공하도록 처리될 수 있다.
본 발명의 상기의 설명은 단지 예시적인 것이며, 제한적 의도의 것은 아니다. 그러므로, 본 발명의 범주는 오직 첨부된 청구범위에 의해서만 결정되어야 한다.

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  21. 수직 입사광에 대하여, 적어도 하나의 투과 대역 및 하나의 반사 대역으로 이루어진 스펙트럼 형상이 제공되고, 상기 투과 대역은 70% 이상의 평균 투과율을 가지며, 상기 스펙트럼 형상의 하나 이상은 대역끝이 10 ㎠의 영역에 걸쳐 8 nm 이내에서 변화하도록 배열된, 적어도 제1층 및 제2층의 중합체 층의 스택을 포함하는 필름.
  22. 수직 입사광에 대하여, 반사 대역 및 투과 대역의 군으로부터 선택된 스펙트럼 형상이 필름 평면에서 2개의 직각 방향의 각각을 따라 2 인치의 거리에 걸쳐 8 nm 이내에서 변화하는 대역끝을 갖도록 배열된, 적어도 제1층 및 제2층의 중합체 층의 스택을 포함하는 필름.
  23. 수직 입사광에 대하여, 반사 대역 및 투과 대역의 군으로부터 선택된 스펙트럼 형상이 10 ㎠ 의 영역에 걸쳐 2 nm 미만으로 변화하는 대역폭을 갖도록 배열된, 적어도 제1층 및 제2층의 중합체 층의 스택을 포함하는 필름.
  24. 제21항 또는 제22항에 있어서, 대역끝이 100 ㎠ 의 영역에 걸쳐 8 nm 이내에서 변화하는 것인 필름.
  25. 제21항 또는 제22항에 있어서, 스펙트럼 형상이 10 ㎠ 의 영역에 걸쳐 2 nm 미만으로 변화하는 대역폭을 갖는 것인 필름.
  26. 제25항에 있어서, 대역폭이 10 ㎠ 의 영역에 걸쳐 1 nm 미만으로 변화하는 것인 필름.
  27. 제23항에 있어서, 스펙트럼 형상의 대역폭이 10 ㎠ 의 영역에 걸쳐 1 nm 미만으로 변화하는 것인 필름.
  28. 제23항에 있어서, 스펙트럼 형상이 그와 결합된 대역끝을 갖는 것인 필름.
  29. 제21항, 제22항 및 제28항 중의 어느 한 항에 있어서, 대역끝이 스펙트럼의 가시광 영역 내에 배치되고, 제1층이 응력변형 경화 중합체를 포함하는 것인 필름.
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