KR100648552B1 - 다층 광학체 - Google Patents

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존 에이. 위틀리
앤드류 제이. 아우더커크
앤드류 티. 러프
야오끼 제이. 류
밀튼 에이치.쥬니어 앤드러스
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Abstract

다양한 측면에서, 본 발명은, 적어도 하나의 파장 영역에 걸쳐 적어도 일부의 빛을 반사시키도록 배치 및 배열되어진 광학체로서, 테레프탈레이트 공단량체 단위와 에틸렌 글리콜 공단량체 단위를 가진 폴리에스테르를 포함하는 다수의 첫번째 광학층 및 다수의 첫번째 광학층과 반복 서열로 배치된 다수의 두번째 광학층을 포함하는 광학체를 제공한다. 다른 측면에서, 본 발명은, 각각의 첫번째 광학층이 배향되어진 다수의 첫번째 광학층; 및 다수의 첫번째 광학층과 반복 서열로 배치되고, 각각의 두번째 광학층이 폴리메틸메타크릴레이트 및 폴리비닐리덴 플루오라이드의 배합물을 포함하는 다수의 두번째 광학층을 포함하는 광학체를 제공한다. 물질은 층들을 배향시키기 위해 적합한 유리 전이 온도를 갖도록 선택된다.
광학체, 테레프탈레이트, 에틸렌 글리콜, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐리덴 플루오라이드

Description

다층 광학체{Multilayer Optical Bodies}
본 발명은 다층 광-반사 광학체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 넓은 파장 범위에 걸쳐 빛을 반사시키는 다층 광학체(예를들어, 거울, 색 거울 필름, IR 반사 필름 및 UV 반사 필름)에 관한 것이다.
다양한 종류의 용도에서 중합체 필름이 사용된다. 중합체 필름의 한가지 특별한 용도는 특정 파장 범위에 걸쳐 빛을 반사시키는 거울에서이다. 이러한 반사 필름은, 디스플레이의 밝기를 향상시키기 위해 디스플레이를 향해 빛을 반사시키도록, 예를들어 액정 디스플레이에서 배면광 뒤에 배치될 수 있다. 색 전환 (color shifting) 필름은 신호, 포장재 등에서 사용될 수 있다. IR 거울 필름은 예를들어 창문을 통해 빌딩 또는 차량 내로 들어오는 태양열 양을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 유해한 효과(예를들어, 중합체 필름의 광분해)를 막기 위해 UV 광으로부터 다른 필름 또는 물체를 보호하기 위하여 자외선(UV) 필름이 사용될 수 있다.
다층 광학 거울을 형성하기 위해 공압출 캐스팅 공정이 사용되어 왔다. 그러나, 일반적으로, 캐스트 필름은 다수의 실용상 단점을 갖고 있다. 예를들어, 캐스트 필름은 일반적으로 고 굴절율 및 저 굴절율 물질간에 낮은 굴절율 차이를 가지며, 일반적으로 z-방향에서 조화되는 굴절율을 갖지 않으므로, 주어진 수의 층에 대해 광학 성능을 제한한다. 이러한 캐스트 필름의 제한된 광학 력(optical power)으로 인해, 색 거울 필름의 색을 좋게하기 위해서는 전형적으로 염료 및 안료가 사용된다. 또한, 일부 캐스트 필름, 특히 비결정성 물질로 만들어진 필름은 제한된 열 안정성, 치수 안정성, 환경 안정성 및/또는 내용매성을 가질 수 있다.
고 굴절율 및 저 굴절율 물질 간의 큰 굴절율 차이로 인하여 더욱 양호한 광학 성능을 갖고, 적어도 하나의 물질이 복굴절성일 때 z- 또는 평면외 방향에서 굴절율을 조화시키는 능력을 가진 필름을 제공하기 위하여, 공압출-배향 공정이 사용되어 왔다. 앞서 형성된 필름의 한가지 예는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)으로 형성된 고 굴절율 층 및 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)의 저 굴절율 층을 갖는다. PEN의 배향은 PEN 층의 굴절율을 증가시키고, 따라서 PEN/PMMA 필름의 광학 력을 증가시킨다. 그러나, PEN은 자외선 조사로부터 보호하기 곤란한 비교적 고가의 물질이며, PEN에 대한 더욱 낮은 굴절율 대체물인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 이러한 물질들의 유리 전이 온도 차이(PEN에 대해 약 84℃ 및 PMMA에 대해 약 106℃)로 인해 PMMA와 적절히 배향되는 것이 쉽지 않을 수 있다.
발명의 요약
하나의 측면에서, 본 발명은 (a) 각각의 첫번째 광학층이 배향되어지고, 테레프탈레이트 공단량체 단위와 에틸렌 글리콜 공단량체 단위를 가진 폴리에스테르를 포함하며, 약 90℃ 이하의 유리 전이 온도를 갖는, 다수의 첫번째 광학층; 및 (b) 다수의 첫번째 광학층과 반복 서열로 배치되고, 각각의 두번째 광학층이 중합체 조성물을 포함하는, 다수의 두번째 광학층을 포함하고; 적어도 하나의 파장 영 역에 걸쳐 적어도 일부의 빛을 반사시키도록 광학체가 배치 및 배열되어진, 광학체를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 각각의 첫번째 광학층이 배향되어지고 첫번째 중합체 조성물을 포함하며, 상기 첫번째 중합체 조성물은
(i) 테레프탈레이트 공단량체 단위 및 에틸렌 글리콜 공단량체 단위를 가진 폴리에스테르 부분, 및
(ii) 약 130℃ 이상의 유리 전이 온도를 가진 중합체에 상응하는 두번째 부분을 포함하는, 다수의 첫번째 광학층; 및
다수의 첫번째 광학층과 반복 서열로 배치되고, 각각의 두번째 광학층이 두번째 중합체 조성물을 포함하는, 다수의 두번째 광학층
을 포함한 광학체를 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은
(i) 각각의 첫번째 광학층이 배향되어지고, 테레프탈레이트 공단량체 단위 및 에틸렌 글리콜 공단량체 단위를 가진 폴리에스테르를 포함하는, 다수의 첫번째 광학층 및
(ii) 다수의 첫번째 광학층과 반복 서열로 배치되고, 각각의 두번째 광학층이 중합체 조성물을 포함하며, 중합체 조성물은 약 90℃ 이하의 유리 전이 온도를 갖고 폴리아크릴레이트 및 지방족 폴리올레핀으로 구성된 군에서 선택되는 중합체를 포함하는, 다수의 두번째 광학층
을 포함한 광학체를 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 (a) 각각의 첫번째 광학층이 배향되어 있는, 다수의 첫번째 광학층; 및
(b) 각각의 두번째 광학층이 폴리메틸메타크릴레이트 및 폴리비닐리덴 플루오라이드의 배합물을 포함하는, 다수의 첫번째 광학층과 반복 서열로 배치된 다수의 두번째 광학층
을 포함하며; 광학체가 적어도 하나의 파장 영역에 걸쳐 빛의 적어도 일부를 반사시키도록 배치 및 배열되어있는, 광학체를 제공한다.
상기-기재된 광학체의 제조 방법 및 이러한 광학체를 사용한 물품이 또한 제공된다.
본 발명의 상기 요약이 본 발명의 각각의 개시된 구현양태 또는 모든 실행을 설명하는 것은 아니다. 하기 도면 및 상세한 설명은 이러한 구현양태를 더욱 구체적으로 예시화한다.
본 발명의 여러 구현양태의 상세한 설명을 첨부된 도면과 관련지어 고려한다면, 본 발명을 더욱 완벽하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 다층 광학체의 첫번째 구현양태의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다층 광학체의 두번째 구현양태의 개략적 단면도이다.
도 3은 폴리카르보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 나프탈 레이트에 대한 투과 스펙트럼의 그래프이다.
도 4는 실시예 1의 광학 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 5는 실시예 2의 광학 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 6은 실시예 3의 광학 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 7은 실시예 4의 광학 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 8은 실시예 5의 광학 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 9는 실시예 6의 광학 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 10은 실시예 14의 광학 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 11은 실시예 15의 광학 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 12는 실시예 16의 광학 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 13은 실시예 17의 광학 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 14는 실시예 18의 광학 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 15는 실시예 19의 광학 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 16은 실시예 20의 광학 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 17은 실시예 21의 광학 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 18은 실시예 22의 광학 필름에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 19는 두번째 광학층으로서 PMMA/PVDF 및 PMMA를 가진 광학 필름들 사이의 반사율의 비교 그래프이다.
도 20은 동일한 크로스웹 위치에서 두번째 광학층으로서 PMMA/PVDF 및 PMMA를 가진 광학 필름들에 대한 반사율 그래프이다.
도 21은 유사한 띠폭을 갖고 두번째 광학층으로서 PMMA/PVDF 및 PMMA를 가진 광학 필름들에 대한 반사율 그래프이다.
도 22는 두번째 광학층으로서 PMMA/PVDF 및 PMMA를 가진 광학 필름에 대한 파장의 함수로서의 a*의 비교이다.
도 23은 두번째 광학층으로서 PMMA/PVDF 및 PMMA를 가진 광학 필름에 대한 파장의 함수로서의 b*의 비교이다.
본 발명은 여러 변형 및 대안적인 형태에 따르지만, 그의 세부사항은 도면에서 일례로서 나타나 있으며 더욱 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명이 여기에 기재된 특정 구현양태에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다. 반대로, 본 발명의 의도 및 범위내에서 속하는 모든 변형, 균등물 및 대안이 전부 포함되는 것으로 간주된다.
본 발명은 일반적으로 광-반사 다층 광학체(예컨대 다층 광학 필름) 및 그의 제조, 뿐만 아니라 편광판 및 거울로서 및 장치에서의 다층 광학체의 용도에 관한 것이다. 이러한 다층 광학체는 다층 광학 필름, 이러한 다층 광학 필름의 제조 및 사용 방법 및 다층 광학 필름을 함유한 물품을 포함한다. 다층 광학체는 파장 범위 (예를들어, 가시광선, IR 또는 UV 스펙트럼의 전부 또는 일부)에 걸쳐 빛을 반사한다. 다층 광학체는, 적어도 부분적으로, 공정적, 경제적, 광학적, 기계적 및 기타 장점을 제공할 수 있는 물질을 선택함으로 인하여, 이전의 광학체와는 상이한 전형적으로 공압출되고 배향된 다층 구조이다. 본 발명은 여기에 한정되지 않지만, 이하 제공된 실시예들을 검토함으로써 본 발명의 여러 측면에 관해 올바로 이해할 수 있을 것이다.
용어 "복굴절"은 직교하는 x.y 및 z 방향에서의 굴절율이 모두 동일하지 않음을 의미한다. 여기에 기재된 중합체 층에서, x 및 y축은 층의 평면에 있고 z축은 층의 평면에 대해 수직이 되도록 축을 선택하고, 이는 전형적으로 층의 두께 또는 높이에 상응한다. 배향된 중합체에 있어서, x-축은 일반적으로 가장 큰 굴절율을 가진 평면내 방향이 되도록 선택되고, 이는 전형적으로 광학체가 배향 (예를들어, 연신)되는 방향들중의 하나에 상응한다.
용어 "평면내 복굴절"은 평면내 굴절율 (nx 및 ny) 간의 차이의 절대값이다.
용어 "중합체"는, 다른 지시가 없는 한, 중합체 및 공중합체(즉, 삼원공중합체 등을 포함하여 2 이상의 단량체로부터 형성된 중합체) 뿐만 아니라 공압출 또는 에스테르교환반응을 포함한 반응에 의해 혼합가능한 배합물로 형성될 수 있는 중합체 또는 공중합체를 포함하는 것으로 이해된다. 달리 지시되지 않는 한, 블록, 랜덤, 그라프트 및 교대 공중합체가 모두 포함된다.
모든 복굴절 및 굴절율 값은 다른 지시가 없는 한 632.8nm 빛에 대해 기록된다.
다층 광학 필름
도 1 및 도 2는 예를들어 거울, 편광판, IR 필름, UV 필름 또는 색-전환 필름으로서 사용될 수 있는 다층 광학체(10) (예, 다층 광학 필름)을 나타낸다. 필 름(10)은 하나 이상의 첫번째 광학층(12), 하나 이상의 두번째 광학층(14) 및 하나 이상의 비-광학층(18)을 포함한다. 비-광학층(18)은 표피층으로서 광학 필름의 표면 위에 배치되거나 (도 1) 또는 광학층 사이에 배치될 수 있다 (도 2). 첫번째 및 두번째 광학층과, 임의로 존재하는 경우 비-광학층은 공압출되고, 예를들어 연신에 의해 배향된다. 배향은 전형적으로 첫번째 또는 두번째 광학층 또는 양쪽 모두의 복굴절에 기인하여 다층 광학체의 광학 력 (예, 반사율)을 상당히 향상시킨다.
이러한 다층 광학체는 예를들어 (i) 무릎(laptop) 및 손바닥(palmtop) 컴퓨터 디스플레이, 휴대폰, 페이저(pager) 및 손목시계 디스플레이에서 사용되는 반사 편광판, (ii) 향상된 조명, 의료 및 원예 용도에서 사용되는 거울 필름, (iii) 장식 및 방어 용도를 위한 색 전환 필름, (iv) 자동차, 원예, 광전자여과, 및 건축학 분야와 같은 분야에서 열 조절 필름으로서 사용되는 IR 반사 필름, 및 (v) 예를들어 UV 복사로부터 다른 필름 및 물체를 보호하기 위해 사용되는 UV 반사 필름과 같은 용도에 적합한 다층 광학 필름을 포함한다.
광학층(12),(14)은 전형적으로, 임의로 적층물 내에 또는 적층물의 표피층으로서 포함되는 하나 이상의 비-광학층(18)과 함께, 서로 번갈아 포개어져서 층들의 적층물(16)을 형성한다. 전형적으로, 광학층들(12),(14)은 도 1에 나타낸 것과 같이 교대하는 쌍으로서 배열되어, 상이한 광학 성질을 가진 층들 사이에서 일련의 계면을 형성한다. 광학층(12),(14)은 전형적으로 1㎛ 두께 이하이고, 400nm 두께 이하의 두께를 가질 수 있다. 대안적으로, 다층 광학체는 반사 파장 범위를 증가 시키기 위해 상이한 두께를 가진 층들을 포함할 수 있다.
도 1은 단지 6개의 광학층(12),(14)을 나타내고 있지만, 다층 광학체(10)는 다수의 광학층들을 가질 수 있다. 적절한 다층 광학체의 예는 약 2 내지 5000개 광학층을 갖는 것을 포함한다. 일반적으로, 다층 광학체는 약 25 내지 2000개 광학층, 전형적으로 약 50개 내지 1500개 광학층 또는 약 75 내지 1000개 광학층을 갖는다. 도 1에는 단지 하나의 적층물(16)만을 나타내고 있지만, 광학체(10)를 형성하기 위해 연속적으로 조합된 다수의 적층물로부터 다층 광학체(10)를 제조할 수 있는 것으로 이해된다.
첫번째 및 두번째 광학층(12),(14)과 유사한 광학층의 추가의 집합을 다층 광학체(10)에서 사용할 수 있다. 첫번째 및 두번째 광학층의 집합에 대해 여기에 개시된 구조 원리를 광학층의 추가의 집합에 적용할 수 있다. 또한, 광학층들의 상이한 반복 패턴이 사용될 수 있다 (예를들어 "ABCBA…", 여기에서 A,B 및 C는 상이한 조성을 가진 광학층이다). 일부 패턴들은 여기에서 참고문헌으로 포함된 미국 특허 5,360,569호에 기재되어 있다.
다층 광학체의 투과 및 반사 특징은, 첫번째 및 두번째 광학층들 사이의 굴절율 차이와 첫번째 및 두번째 광학층의 두께에 의해 유발되는 빛의 결맞는 간섭을 기초로 한다. 첫번째 및 두번째 광학층들 사이에서 평면내 굴절율이 상이할 때, 인접한 첫번째 및 두번째 광학층들 사이의 계면이 반사 표면을 형성한다. 계면의 반사력은, 첫번째 및 두번째 광학층들의 평면내 굴절율 차이의 제곱 (예를들어, (n10-n20)2, 여기에서 n10은 첫번째 광학층의 평면내 굴절율이고, n20은 두번째 광학층의 평면내 굴절율이다)에 의존된다.
거울 용도에서, 다층 광학체는 전형적으로 첫번째 및 두번째 광학층을 포함하며, 이때 양쪽 평면내 굴절율이 층들 사이에서 실질적으로 상이하다 (예를들어, 0.04 이상, 종종 0.1 이상만큼 상이하다) (다시말해서, n1x ≠ n2x 및 n1y ≠ n2y, 여기에서 n1x 및 n1y은 첫번째 광학층의 평면내 굴절율이고, n2x 및 n2y 은 두번째 광학층의 평면내 굴절율이다). 편광판 용도에서, 다층 광학체는 전형적으로 첫번째 및 두번째 층을 포함하고, 이때 평면내 굴절율의 하나는 실질적으로 층들 사이에서 상이하고 다른 평면내 굴절율은 실질적으로 유사하다 (예, n1x ≠ n2x 및 n1y ≒ n2y). 바람직하게는, 실질적으로 유사한 평면내 반사율은 약 0.04 이하만큼 상이하다. 편광판 용도를 위하여, 첫번째 광학층의 평면내 복굴절은 전형적으로 약 0.05 이상이고, 바람직하게는 약 0.15 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.2 이상이다.
첫번째 광학층의 평면내 굴절율 (또는 굴절율들)을 증가시키기 위하여, 일축- 또는 바람직하게는 이축-배향된 복굴절 중합체 (바람직하게는 포지티브 복굴절을 가진 중합체)을 사용하여 첫번째 광학층(12)이 형성되며, 이에 의해 첫번째 및 두번째 층의 굴절율간의 차이가 증가된다. 일부 구현양태에서, 두번째 광학층(14)은 복굴절성(바람직하게는, 네가티브 복굴절)이고 일축- 또는 이축-배향된 중합체 층이다. 다른 구현양태에서, 두번째 광학층(14)은 첫번째 광학층(12)의 평면내 굴절율의 하나 또는 양쪽과 전형적으로 상이한 등방성 굴절율 (예, 모든 방향에서 실질적으로 동일한 굴절율)을 가진 중합체 층이다. 등방성 굴절율을 가진 두번째 광학층(14)을 갖는 광학체(10)를 사용하여 본 발명을 예시할 수 있긴 하지만, 여기에 기재된 원리 및 실시예는 복굴절성인 두번째 광학층(14)을 가진 다층 광학체에도 적용될 수 있다.
첫번째 광학층(12)은 예를들어 원하는 방향 또는 방향들에서 첫번째 광학층(12)을 연신시킴으로써 복굴절로 될 수 있다. 예를들면, 첫번째 광학층(12)은 2개의 상이한 방향에서 연신시킴으로써 이축-배향될 수 있다. 2 방향에서 광학층(12)을 연신시키면, 2개의 선택된 직교 축에서 전체적으로 대칭 또는 비대칭 연신될 수 있다. 2방향에서의 대칭 연신은 실질적으로 유사한(예를들어, 0.4 이하 만큼 상이한) 평면내 굴절율을 유발할 수 있다. 2 방향에서의 연신의 대안으로서, 예를들어 단일 방향에서 층들을 연신시킴으로써 첫번째 광학층(12)을 일축-배향시킬 수 있다. 두번째 직교 방향은 원래 길이 미만의 값으로 좁아질 수도 있다 (예를들어, 길이, 폭 또는 두께의 감소). 연신 방향은 전형적으로 평면내 축 (예를들어, x축 또는 y축)에 상응하지만, 다른 방향들이 선택될 수 있다.
전형적으로, 첫번째와 두번째 광학층들 사이의 특정 계면에 대해 가장 높은 반사율은, 한 쌍의 광학층들(12),(14)의 조합된 광학 두께의 2배에 상응하는 파장에서 발생한다. 광학 두께는 한 쌍의 광학층들의 윗 표면과 아래 표면으로부터 반사된 광선 사이의 경로 길이의 차이를 나타낸다. 광학 필름의 평면에 대해 90도로 입사하는 빛 (수직 입사광)에 대하여, 2개 층들의 광학 두께는 n1d1+n2d 2 (여기에서, n1,n2은 2개의 층들의 평면내 굴절율이고, d1,d2는 상응하는 층의 두께이다)이다. 수직 입사광에 대한 광학층을 조정하기 위해 식 λ/2=n1d1+n2d2이 사용될 수 있다. 다른 각에서, 광학 거리는 층을 통해 이동된 거리 (층들의 두께보다 크다)와 층의 3개의 광학축 중 적어도 2개에서의 굴절율에 의존된다. 광학층들(12),(14)은 각각 1/4 파장 두께를 가질 수 있거나, 또는 광학 두께의 합이 파장의 1/2 (또는 그의 배수)인 이상, 층들(12),(14)이 상이한 광학 두께를 가질 수 있다. 2 이상의 광학층을 가진 다층 광학체는, 파장 범위에 걸쳐 반사율을 제공하는 상이한 광학 두께를 가진 광학층을 포함할 수 있다. 예를들면, 다층 광학체는, 특정 파장을 가진 수직 입사광의 최적의 반사를 달성하기 위하여 개별적으로 조정된 층들의 쌍 또는 집합을 포함할 수 있거나, 또는 더욱 큰 띠폭에 걸쳐 빛을 반사시키기 위해 층 쌍 두께의 구배를 포함할 수도 있다.
이러한 다층 광학체는 하나 이상의 띠폭에 걸쳐 빛의 하나 또는 양쪽 편광을 반사시키도록 고안될 수 있다. 광학체 내에서 층 두께 및 광학 적층물의 굴절율은, 다른 파장에서는 빛을 통과시키면서 (특정한 입사각에서) 빛의 특정 파장의 적어도 하나의 편광을 반사시키도록 조절될 수 있다. 이러한 층 두께 및 여러 광학체 축을 따른 굴절율을 조심스럽게 조작함으로써, 본 발명의 다층 광학체가 하나 이상의 스펙트럼 영역에 걸쳐 거울 또는 편광판으로서 행동할 수 있게 된다.
예를들면, 가시 거울(visible mirror)을 형성하기 위해서는 실질적으로 모든 가시광 영역 (약 400 내지 750 nm)에 걸쳐 빛을 반사시키도록 광학체를 고안할 수 있다. 가시 거울은 단지 빛의 가시광 파장만을 반사시키고 IR을 투과시키는 콜드(cold) 거울일 수도 있거나, 또는 가시광 및 IR 파장을 모두 반사시키는 광대역 (broadband)거울일 수도 있다. 가시 거울은 예를들어 미국 특허 5,882,774호 및 WO 97/01774에 기재되어 있고, 콜드 거울은 예를들어 미국 특허 5,339,198 및 5,552,927호에 기재되어 있으며, 이들 모두는 여기에서 참고문헌으로 포함된 것이다. 콜드 거울에 있어서, 전형적인 광학층 두께는 100 내지 200nm의 범위이다. 가시/IR 거울에 있어서, 전형적인 광학층 두께는 100 내지 600nm (1/4 파장 구조를 위하여)의 범위이다.
다른 구현양태는 적어도 일부의 적외(IR)선을 반사시키는 광학체이다. 약 750 내지 1200nm 영역의 빛을 반사시키기 위하여, 층은 약 185 내지 300nm 범위의 광학 두께를 갖는다 (반사시키고자하는 빛의 1/4 파장). 예를들어, 본 발명의 광학체는, 스펙트럼의 다른 부분에 걸쳐서는 빛을 통과시키면서, 스펙트럼의 IR 영역의 적어도 일부에서 빛의 양쪽 편광을 반사시키도록 조정될 수 있다. 이러한 유형의 광학체는 예를들어 빌딩 및 자동차의 창문으로부터 예를들어 태양 에너지를 반사시키기 위한 IR 필름으로서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 용도를 위한 IR 필름은 대부분의 가시광을 투과시키고, 더욱 바람직하게는 색의 외관을 피하기 위하여 가시광 범위에 걸쳐 실질적으로 균일한 투과 스펙트럼을 갖는다. IR 필름의 추가의 설명 및 필름 배치의 예는 WO97/01778, WO99/36808 및 미국 특허 5,360,659호에 나타나 있으며, 이들 특허들은 모두 참고문헌으로서 포함된다.
또 다른 구현양태는 단지 가시 범위의 일부에 걸쳐 빛을 반시시키는 다층 광 학체이다. 시야각이 변함에 따라 반사 파장 영역이 또한 변하기 때문에, 이러한 광학체는 색 전환 필름으로서 사용될 수 있다. 색 변화 필름, 조작 원리 및 필름 배치에 관한 추가의 설명은 WO99/36257호 및 WO99/36258호에 나타나 있으며, 이들 모두는 참고문헌으로서 포함된다. 이러한 광학체는 적어도 하나의 반사 띠폭의 한쪽 또는 양쪽에서 예리한 띠를 나타내도록 맞추어질 수 있으며, 이에 의해 원한다면 WO99/36809호 (여기에서 참고문헌으로 포함됨)에 기재된 바와 같이 예각에서 고도의 채도를 제공할 수 있다.
첫번째 광학층
첫번째 광학층(12)은 전형적으로 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 또는 이들의 공중합체 또는 배합물의 배향가능한 필름이다. 적절한 공중합체의 예는 예를들어 WO99/36262호 및 동시계류중인 미국 특허 출원 번호 09/399,531호 (이들 모두는 여기에서 참고문헌으로 포함된다)에 기재되어 있다. 첫번째 광학층을 위한 다른 적절한 물질은 예를들어 폴리카르보네이트, 폴리아릴레이트 및 나프탈레이트 및 테레프탈레이트-함유 중합체, 예컨대 폴리부틸렌 나프탈레이트(PBN), 폴리프로필렌 나프탈레이트(PPN), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 및 폴리프로필렌 테레프탈레이트(PPT)를 포함한 기타 폴리에스테르, 및 상기 물질들의 상호 간 또는 비-폴리에스테르 중합체와의 배합물 또는 공중합체를 포함한다.
첫번째 광학층을 위해 사용되는 물질의 바람직한 성질은 1) 복굴절성 (바람직하게는, 포지티브 복굴절성), 2)열 안정성, 3)두번째 광학층의 물질에 적합한 처 리 온도, 4) UV 안정성 또는 보호성, 5) 고 투명성 (예, 높은 투과성 및 낮은 흡수성), 6) 변형-유도된 복굴절을 제공하기 위해 두번째 광학층에 적합한 유리 전이 온도, 7) 점도가 두번째 광학층의 물질과 조화되도록 하는 점도 범위, 8) 두번째 광학층과의 양호한 층간 접착성, 9) 낮은 분산성, 10) 두번째 광학층과의 양호한 z-축 조화, 및 11) 인장가능성 (예, 연신되는 능력)을 포함한다. 다른 요인은 비용 및 상업적 이용가능성을 포함한다.
PEN, PET, 및 PEN과 PET의 공중합체 및 배합물, 뿐만 아니라 상기 기재된 기타 중합체들은, 예를들어 첫번째 광학층(12)을 원하는 방향 또는 방향들에서 연신시킴으로써 복굴절로 될 수 있다. 예를들어 동시 계류중인 미국 특허 출원 번호 09/399,531호 (여기에서 참고문헌으로 포함된다)에 기재된 바와 같이, 낮은 결정성을 갖는 일부 공중합체들은 유리 전이 온도 또는 그 미만에서 배향될 수 있긴 하지만, 배향은 전형적으로 중합체의 유리 전이 온도 보다 높은 온도에서 달성된다.
폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)은 배향시에 비교적 큰 복굴절을 가질 수 있다. 예를들면, PEN의 일축 배향은 배향 방향에서 PEN의 굴절율을 1.64로부터 1.88로 상승시킬 수 있다. PEN의 이축 배향은 배향 방향에서 PEN의 굴절율을 1.64로부터 1.75로 상승시킬 수 있는 반면, z 굴절율은 1.49로 저하되고, 따라서 평면내 및 z-축 굴절율 사이에서 0.24 내지 0.26의 복굴절을 제공한다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 일축 배향은 배향 방향에서 PET의 굴절율을 1.57로부터 1.69로 상승시킬 수 있다. PET의 이축 배향은 배향 방향에서 PET의 굴절율을 1.57로부터 1.65로 상승시킬 수 있는 반면, z 굴절율은 1.50으로 저하되 고, 이는 평면내 및 z-축 굴절율 사이에 0.13 내지 0.15의 복굴절을 제공한다.
이러한 중합체에 대해 수득된 복굴절 양 및 굴절율 차이의 양은 예를들어 연신비, 배향온도, 및 중합체가 일축으로 배향되는지 이축으로 배향되는지의 여부를 포함한 여러 요인에 의존된다. 전형적으로 연신비가 커질수록 굴절율 변화가 커진다. 그러나, 달성가능한 연신비는 배향 온도에 의해 제한될 수 있다.
전형적으로, 비교적 결정성의 물질에 대해서, 배향 온도는 유리 전이 온도보다 높다. 일반적으로, 배향 온도가 유리 전이 온도에 가까울수록, 중합체가 연신될 때 과다한 변형을 나타내고 균열되거나 미소공극을 형성하기 때문에 달성가능한 연신비가 낮아진다. 그러나, 일반적으로, 배향 온도가 유리 전이 온도에 가까울수록, 주어진 연신비에서의 굴절율 변화가 커진다. 따라서, 중합체의 유리 전이 온도보다 실질적으로 높은 (예를들어, 20℃ 또는 30℃) 온도에서 중합체를 연신시키면, 전형적으로 주어진 연신비에서 굴절율이 상당히 적게 변화된다. 따라서, 원하는 굴절율 변화를 달성하기 위해서는 연신비와 배향 온도 사이에 균형이 필요하다.
물질 선택은 다층 광학체의 광학 및 물리적 성질에 영향을 미칠 수 있다. PEN 및 PET와 같은 폴리에스테르는 카르복실레이트 및 글리콜 소단위를 포함하고, 예를들어 (a) 카르복실레이트 단량체와 글리콜 단량체와의 반응 또는 (b) 에스테르교환반응에 의해 생성될 수 있다. 각각의 카르복실레이트 단량체는 2 이상의 카르복실산 또는 에스테르 작용기를 갖고, 각각의 글리콜 단량체는 2 이상의 히드록시 작용기를 갖는다. 하나의 유형의 카르복실레이트 단량체 또는 2 이상의 상이한 유형의 카르복실레이트 단량체를 사용하여 폴리에스테르를 형성할 수 있다. 글리콜 단량체에 대해서도 동일하게 적용된다. 또한, 용어 "폴리에스테르"내에는, 글리콜 단량체와 탄산 에스테르와의 반응으로부터 유래된 폴리카르보네이트가 포함된다.
중합체 층 또는 필름의 성질은 단량체의 특별한 선택에 따라 변한다. PEN은 2,6-나프탈렌 디카르복실산 또는 그의 에스테르로부터 형성된 카르복실레이트 소단위를 포함하고, PET는 테레프탈산 또는 그의 에스테르로부터 형성된 카르복실레이트 소단위를 포함한다. PEN 및 PET의 코폴리에스테르의 카르복실레이트 소단위를 형성하기 위해 적절한 카르복실레이트 공단량체는 예를들어 2,6-나프탈렌 디카르복실산 및 그의 이성질체; 테레프탈산; 이소프탈산; 프탈산; 아젤라산; 아디프산; 세바신산; 노르보르넨 디카르복실산; 비-시클로옥탄 디카르복실산; 1,6-시클로헥산 디카르복실산 및 그의 이성질체; t-부틸 이소프탈산; 트리멜리트산; 소듐 술폰화 이소프탈산; 2,2'-비페닐 디카르복실산 및 그의 이성질체; 및 이러한 산의 저급 알킬 에스테르, 예컨대 메틸 또는 에틸 에스테르를 포함한다. 이 명세서에서 용어 "저급 알킬"이란 C1-C10 직쇄 또는 측쇄 알킬기를 말한다.
PEN 및 PET 양쪽 모두 에틸렌 글리콜을 사용하여 형성된 글리콜 소단위를 포함한다. PEN 및 PET의 코폴리에스테르의 글리콜 소단위를 형성하기 위해 적절한 글리콜 공단량체는 프로필렌 글리콜; 1,4-부탄디올 및 그의 이성질체; 1,6-헥산디올; 네오펜틸 글리콜; 폴리에틸렌 글리콜; 디에틸렌 글리콜; 트리시클로데칸디올; 1,4-시클로헥산디메탄올 및 그의 이성질체; 노르보르난디올; 비시클로-옥탄디올; 트리메틸올 프로판; 펜타에리트리톨; 1,4-벤젠디메탄올 및 그의 이성질체; 비스페놀 A; 1,8-디히드록시 비페닐 및 그의 이성질체; 및 1,3-비스(2-히드록시에톡시)벤 젠을 포함한다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 사용하여 다층 광학체를 또한 형성할 수 있다. PET는 PEN보다 낮은 굴절율을 갖지만, PET는 훨씬 덜 비싸다 (통상 PEN 값의 약 8분의 1). PET의 낮은 굴절율에도 불구하고, 광학력의 비율 (첫번째 및 두번째 광학층의 평면내 굴절율 간의 차이의 제곱) 및 비용은 PEN 및 폴리카르보네이트와 같은 다른 물질 보다 PET를 선호하도록 한다.
또한, PET 및 PET-함유 필름은, UV-보호된 광학체 내에 색을 도입하지 않고도, PEN에 비해 자외선(UV) 분해로부터 더욱 쉽게 보호될 수 있다. 도 3은 PEN, PET 및 폴리카르보네이트의 투과 스펙트럼을 나타낸다. PEN은 380nm에서 빛을 흡수하고, 약 410 nm까지 스펙트럼의 가시 영역내로 뻗은 흡수 꼬리를 갖는다. PEN을 사용하여 만들어진 광학체를 위한 UV 보호 코팅 또는 첨가제는 전형적으로 가시 범위내로 연장되고, 이는 광학체에 황색을 띤 색을 제공한다 (청색 광의 흡수로 인해).
다른 한편, PET는 370nm까지 뻗은 꼬리를 갖고 320nm에서 빛을 흡수한다. 따라서, UV 보호 코팅 또는 첨가제는 가시 범위내로 연장될 필요가 없다. 이러한 능력은, IR 빛을 반사시키고 가시광을 투과시키도록 고안된 다층 광학체 (예를들어, 빌딩 및 자동차 창문을 위한 태양광 반사 필름) 또는 가시 범위내에 특정한 띠폭만을 반사시키고 모든 다른 빛들을 투과시키도록 고안된 광학체를 제조하고자 할때 특히 중요하다.
또한, 적어도 일부 측면에서는 PET의 더욱 낮은 굴절율 및 더욱 낮은 분산성 이 유리할 수 있다. 예를들면, IR 필름의 깨끗함 또는 투명성은 특히 건축 및 자동차 분야에서 필수적일 수 있다. PEN에 비해 PET의 낮은 굴절율 차이로 인하여, 광학 스펙트럼은 시야각의 더욱 약한 함수이기 때문에, PET-기본 다층 광학체가 더욱 낮은 무지개빛 변색현상 및 스펙트럼 불균일성을 가질 수 있다. PET에서의 낮은 굴절율 및 낮은 분산성은 높은 등급의 조화파가 높은 파장에 위치하도록 할 수 있기 때문에, 넓은 IR 띠폭이 달성될 수 있다.
다른 장점은, 표피층이 첫번째 광학층과 동일한 물질로 만들어질 때, PET는 그의 낮은 굴절율로 인해 공기(또는 다른 물질)/PET 계면간에 굴절율 부조화가 더욱 낮기 때문에 전형적으로 더욱 낮은 표면 반사를 갖게 된다는 것이다. 이는 안전 파쇄 창문을 생성하기 위해 폴리(비닐 부티레이트)(PVB)가 사용되어지는 자동차 용도에서 특히 유용하다. PVB의 굴절율은 PEN보다 PET에 더 가깝고, 이에의해 눈부심을 감소시킨다.
적절한 PET-함유 다층 광학체가 다양한 배치로 형성될 수 있다. 특히 유용한 PET-기본 물질은 약 90℃ 이하, 또는 약 80℃ 또는 70℃ 이하의 유리 전이 온도를 가진 PET 또는 PET 공중합체 또는 배합물을 포함한다. 전형적으로, 가장 유용한 PET-기본 물질은 나프탈렌 디카르복실레이트(NDC) 단량체를 갖지 않거나, 실질적으로 갖지 않는다. 이러한 구조에서, 두번째 광학층을 위한 물질은 약 90℃ 이하의 유리 전이 온도를 가진 물질을 포함한다. 적절한 두번째 광학층을 위한 물질 중에는, 폴리아크릴레이트 및 지방족 폴리올레핀, 및 이러한 중합체와 다른 물질과의 배합물 및 공중합체가 포함된다. 대안적으로, 실질적으로 NDC 단량체를 갖지 않고 약 100℃ 이상 또는 120℃ 이상의 유리 전이 온도를 가진 PET의 공중합체 또는 배합물을 사용하여 첫번째 광학층이 형성될 수 있다. 이러한 구조에서, 두번째 광학층을 위한 물질은 약 100℃ 이상의 유리 전이 온도를 가진 물질을 또한 포함한다.
대안으로서, PET의 유리 전이 온도는 PET를 더욱 높은 유리 전이 온도를 가진 두번째 중합체와 조합함으로써 상승될 수 있다. PET와 두번째 중합체의 조합은 중합체 배합물을 형성하기 위한 혼화성 배합 또는 공중합체를 형성하기 위한 반응성 배합 (예를들어, 에스테르교환반응)을 포함할 수 있다. 예를들어, PET는 130℃ 이상의 유리 전이 온도를 가진 두번째 중합체 또는 160℃ 이상의 유리 전이 온도를 가진 두번째 중합체, 또는 심지어 200℃ 이상의 유리 전이 온도를 가진 두번째 중합체와 배합될 수 있다. 적절한 두번째 중합체의 예는 예를들어 PEN (Tg=123℃), 폴리카르보네이트 (Tg=157℃), 폴리아릴레이트 (Tg=193℃) 또는 폴리에테르이미드 (Tg=218℃)를 포함한다.
대안적으로, PET의 단량체 물질, 예를들어 테레프탈산 및 에틸렌 글리콜은 더욱 높은 유리 전이 온도를 가진 두번째 중합체에 상응하는 단량체 물질, 예컨대 PEN, 폴리카르보네이트 및 폴리아릴레이트와 공중합되어 공중합체를 형성할 수 있다. 예를들어, PET는 130℃ 이상의 유리 전이 온도를 가진 두번째 중합체 또는 160℃ 이상의 유리 전이 온도를 가진 두번째 중합체, 또는 심지어 200℃ 이상의 유리 전이 온도를 가진 두번째 중합체에 상응하는 단량체 물질과 공중합될 수 있다.
(i) 카르복실레이트 단량체 물질, 예를들어 이소프탈산; 프탈산; 아젤라산; 아디프산; 세바신산; 노르보르넨 디카르복실산; 비-시클로옥탄 디카르복실산; 1,6-시클로헥산 디카르복실산 및 이의 이성질체; t-부틸 이소프탈산; 트리-멜리트산; 소듐 술폰화 이소프탈산; 2,2'-비페닐 디카르복실산 및 이의 이성질체; 및 이러한 산의 저급 알킬 에스테르, 예컨대 메틸 또는 에틸 에스테르; 및 (ii) 글리콜 단량체 물질, 예를들어 프로필렌 글리콜; 1,4-부탄디올 및 이의 이성질체; 1,6-헥산디올; 네오펜틸 글리콜; 폴리에틸렌 글리콜; 디에틸렌 글리콜; 트리시클로데칸디올; 1,4-시클로헥산디메탄올 및 이의 이성질체; 노르보르난디올; 비시클로-옥탄디올; 트리메틸올 프로판; 펜타에리트리톨; 1,4-벤젠디메탄올 및 이의 이성질체; 비스페놀A; 1,8-디히드록시 비페닐 및 이의 이성질체; 및 1,3-비스(2-히드록시에톡시)벤젠을 함유한 공중합체를 포함하여, PET의 다른 공중합체가 또한 사용될 수도 있다.
이러한 물질의 적어도 일부, 예컨대 PET와 PEN의 공중합체는 PET에 비해 더욱 낮은 처리 온도를 갖고, PET 처리 온도에서 분해되는 두번째 광학층 물질, 예컨대 EVA와 함께 더욱 효과적으로 사용될 수 있다.
두번째 광학층
적어도 부분적으로, 필름(10)의 원하는 기능에 의존하여, 여러 광학적 및 물리적 특성을 가진 두번째 광학층(14)이 제조될 수 있다. 두번째 광학층의 바람직한 성질은 예를들어 1) 등방성 또는 네가티브 복굴절성, 2) 열 안정성, 3) 첫번째 광학층의 물질에 적합한 처리 온도, 4) UV 안정성 또는 보호성, 5) 높은 투명성 (예를들어, 고 투과성 및 저 흡수성), 6) 변형-유도된 복굴절을 제공하기 위하여 첫번째 광학층에 적합한 유리 전이 온도, 7) 첫번째 광학층의 물질과의 점도 조화를 가능하게 하는 점도 범위, 8) 첫번째 광학층과의 양호한 층간 접착성, 9) 낮은 분산성, 10) 첫번째 광학층과의 양호한 z-굴절율 조화, 및 11) 인장가능성 (예를들어, 연신되는 능력)을 포함한다. 다른 요인들은 비용 및 상업적 이용가능성을 포함한다.
일부 구현양태에서, 두번째 광학층(14)은 첫번째 광학층(12)을 배향시키기 위해 사용되는 조건하에서 연신될 때 알아볼 수 있을 정도로 광학적으로 배향되지 않는 중합체 물질로 만들어진다. 이러한 층들은, 예를들어 공압출에 의해 층들의 적층물(16)을 형성할 수 있고, 이어서 두번째 광학층(14)을 비교적 등방성(예를들어, 0.05 이하의 평면내 복굴절)으로 유지하면서 첫번째 광학층(12)을 배향시키기 위해 연신시킬 수 있기 때문에, 반사 광학체의 형성에서 특히 유용하다. 다른 구현양태에서, 두번째 광학층(14)은 배향가능하고, 바람직하게는 평면내 굴절율이 배향에 따라 저하되도록 네가티브 복굴절성이다 (첫번째 광학층이 포지티브 복굴절일 때).
첫번째 및 두번째 광학층을 위한 물질의 선택에서 다양한 고려사항이 존재한다. 이러한 고려사항의 중요성은 전형적으로 광학체를 위해 바람직한 광학 성질 및 용도에 의존된다. 한가지 고려사항은 두번째 광학층의 유리 전이 온도이다. 전형적으로, 두번째 광학층의 유리 전이 온도가 첫번째 광학층의 유리 전이 온도보다 실질적으로 높지 않도록 첫번째 및 두번째 광학층의 물질을 선택한다. 더욱 바람직하게는, 두번째 광학층의 유리 전이 온도는 첫번째 광학층의 유리 전이 온도와 같거나 그 미만이다. 두번째 광학층의 유리 전이 온도가 너무 높으면, 첫번째 광 학층의 유리 전이 온도 근처의 적절한 배향 온도에서 첫번째 광학층을 배향시키는 것이 두번째 광학층에서의 과다한 변형 경화를 일으킬 수 있다. 이는 예를들어 균열 또는 미소공극을 도입함으로써 두번째 광학층의 광학 품질을 감소시킬 수 있다. 광학층의 유리 전이 온도는, 각각의 성분들의 유리 전이 온도(들)가 아니라, 광학층을 형성하기 위해 사용되는 조성물의 유리 전이 온도로서 정의된다.
또다른 고려사항은 첫번째 및 두번째 광학층 사이의 z-축 굴절율 차이이다. 2개 층들의 z-축 굴절율이 동일할 때, p-편광된 빛의 반사는 빛의 입사각에 의존되지 않는다. 이러한 특징은 시야각의 범위에 걸쳐 반사율 균일성이 요망될 때 유용할 수 있다. 이러한 구현양태에서, 첫번째 및 두번째 광학층들 사이의 z-축 굴절율 차이는 바람직하게는 약 0.04 이하이고, 물질의 선택에 의해 약 0.02 이하 또는 약 0.01 이하로 만들 수 있다.
또 다른 고려사항은 두번째 광학층에서 사용하기 위해 선택된 중합체(들)의 분해 온도이다. PEN 및 PET를 위해 전형적인 공압출 처리 온도는 약 250℃ 이상이다. 두번째 광학층의 성분들의 손상은 광학체의 결함, 예를들어 변색 및 겔 형성 부분을 형성할 수 있다. 분해에 의해 허용될 수 없는 성질이 생기지만 않는다면, 처리 온도에서 분해되는 물질들을 여전히 사용할 수 있다.
여러가지 중합체 조성물을 사용하여 두번째 광학층(14)을 제조할 수 있다. 특정한 광학체 배치에 관해 적절한 중합체를 이하에 설명한다.
첫번째 광학층으로서 PEN을 사용하고 두번째 광학층으로서 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 사용하여 다층 광학체를 제조할 수 있다. PMMA는 투명성 및 점 도와 같은 다수의 성질을 가지므로 다층 필름을 위한 저 굴절율 물질로서 유용한 것으로 밝혀졌으나, PMMA의 일부 특징들이 그의 유용성을 제한하였다. 특히, 비교적 높은 굴절율 (n=1.49) 및 유리 전이 온도 (Tg=106℃)는 첫번째 광학층에서 사용될 수 있는 물질의 선택을 제한하였다. 예를들면, PMMA가 PEN와 함께 사용될 수 있지만, 그의 유리 전이 온도는 많은 용도에서 PET와 함께 가공하기에 부적합하며, 그의 굴절율은 많은 용도에서 요망되는 PET와의 굴절율 차이를 발생시키기에 충분히 낮지 않다. UV 분해에 대한 PEN의 감수성과 그 결과로서 PEN이 사용될 때 추가의 UV 보호를 제공하는 것이 필요하기 때문에, PEN 대신에 PET를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 하나의 측면은 두번째 광학층에서 저 굴절율 물질로서 폴리메틸메타크릴레이트/폴리비닐리덴 플루오라이드 배합물(PMMA/PVDF)을 사용한다. PMMA/PVDF 배합물은 폴리에스테르 고 굴절율 물질, 예를들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 뿐만 아니라 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)와 같은 방향족 폴리에스테르 뿐만 아니라 이들의 배합물 및 공중합체와 함께 특히 유용하다.
다층 광학 필름에서 사용되는 중합체는 빛이 산란 또는 흡수에 의해 소실되지 않도록 투명해야 한다. 많은 용도들은 빛과 광학 필름 사이의 다수의 상호작용과 관련되며, 이는 산란 및 흡수의 부작용을 확대시킨다. PMMA와 같은 광학 중합체는, 스펙트럼의 가시 영역을 92％로 투과시키므로, 대부분의 목적을 위해 충분히 투명한 것으로 간주된다. PVDF는 96％의 투과율을 갖는다. PMMA/PVDF 혼화성 배합물은 PMMA에 비해 더욱 높은 투과율 (투명성)을 갖는다.
PMMA/PVDF 혼화성 배합물은 PVDF의 낮은 굴절율(n=1.42)로 인해 PMMA(n=1.49)에 비해 더욱 낮은 굴절율을 갖는다. 굴절율 차이가 커질수록 다층 필름에서의 광학 력이 더욱 커진다. PMMA/PVDF(60/40 중량비) 혼화성 배합물의 굴절율은 약 1.458이다. PMMA에 비해 PMMA/PVDF 배합물에 의해 제공되는 굴절율 차이가 커질수록, 색 누출 뿐만 아니라 더욱 높은 반사율과 같은 심각한 감퇴가 일어난다.
PEN 또는 PET를 사용한 다층 필름은 이러한 폴리에스테르의 고 융점으로 인해 높은 공압출 온도 (약 250℃ 이상)를 필요로 한다. 열적으로 안정하지 않은 두번째 광학층은 손상과 관련된 점도 소실로 인하여 다층 필름의 유동 불안정성을 유발할 수 있다. 손상 생성물은 광학 필름의 부분 결점 또는 변색을 일으킬 수도 있다. PMMA/PVDF 혼화성 배합물은 PMMA에 비해 열적으로 더욱 안정하다.
두번째 광학층에서 PMMA 대신에 PMMA/PVDF 혼화성 배합물을 사용하는 것은, 배합물의 더욱 낮은 유리 전이 온도 (Tg) 때문에 첫번째 광학층을 위해 더욱 다양한 종류의 물질을 사용할 수 있도록 한다. 예를들면, PMMA/PVDF 배합물은 다층 광학체의 첫번째 광학층에서 PET 또는 PET의 공중합체를 사용할 수 있도록 한다. PET는 더욱 용이한 UV 보호를 포함하여 다층 광학체에서 PEN에 비해 몇가지 장점을 가지며, PET는 덜 비싼 원료이다. 캐스트 다층 광학체가 고 굴절율 물질의 Tg 근처에서 연신될 때, Tg 근처에서의 배향은 고도의 변형 복굴절을 일으키며, 따라서 연신 방향에서 PEN (또는 PET)를 위해 높은 굴절율이 얻어진다. PEN:PMMA 다층 필름은 PMMA의 Tg (Tg=106℃)가 PEN의 Tg (Tg=123℃)보다 낮기 때문에 PEN의 Tg 근처 에서 배향될 수 있다. PET:PMMA는 PET(Tg=84℃)에 비해 PMMA의 높은 Tg 때문에 PET의 Tg 근처에서 배향될 수 없다. PMMA에 25％(중량)로 적은 양의 PVDF를 배합하는 것은 PMMA, PMMA/PVDF (75/25) (Tg=72℃)의 Tg를 낮추고, 첫번째 광학층에서 PET를 사용할 수 있도록 한다.
따라서, PVDF를 PMMA와 배합함으로써, (두번째 광학층을 위해) 개선된 특성을 가진 저 굴절율 물질이 달성된다. 이러한 배합물은, 투명성, 점도, 열 안정성 및 층간 접착성과 같은 성질에서의 적절한 성능을 적어도 유지하면서, PMMA에 비해 더욱 낮은 굴절율 및 더욱 낮은 유리 전이 온도를 갖는다. 특히, PEN 또는 PET 또는 이의 배합물 또는 공중합체와 공압출될 때, (첫번째 광학층을 위한) 고 굴절율 물질로서의 배합물은 뛰어난 투명성(예, >90％ 투과율), 낮은 굴절율(n≤1.49), 고 굴절율 물질과 유사한 점도, 250℃ 이상의 온도에서 열 안정성, 고 굴절율 물질의 유리 전이 온도보다 낮은 유리 전이 온도(Tg), 및 고 굴절율 물질과의 양호한 층간 접착성과 같은 성질을 나타낸다.
그 결과, PMMA/PVDF 배합물이 PEN과 같은 통상적인 고 굴절율 물질과 함께 사용될 수 있고 개선된 광학적 또는 물리적 성질을 달성한다. 예를들면, 저하된 굴절율에 기인하여, 두번째 광학층에서 PMMA로 만들어진 상응하는 생성물과 동일한 광학 효과를 달성하기 위해서는 PMMA/PVDF 배합물의 사용이 더욱 적은 수의 층을 필요로 할 수 있거나, 또는 동일한 수의 층이 사용될 때 향상된 효과를 제공할 수 있다. PMMA/PVDF 배합물은, 이전에는 다층 광학체에서 실제로 사용하기에 적합한 것으로 밝혀지지 않은, PET 및 PET의 공중합체와 같은 고 굴절율 물질과 함께 사용 될 수 있다. 또한, 개선된 광학적 또는 물리적 성질은, 원하는 성능을 달성하면서, 다층 필름을 형성함에 있어서 가공 조건에 대한 조절이 덜 엄격하다는 점에서 유리하다. 이로써 다층 광학체의 제조가 더욱 실용적이고 비용-효율적이 된다.
특히, PMMA 단독에 비하여 저 굴절율 물질로서 PMMA/PVDF 배합물을 사용할 때 나타나는 장점의 일부는, (1) 더욱 높은 반사율 - 굴절율의 차이가 클수록 주어진 수의 층에 대해 더욱 높은 반사율이 나타난다; (2) 스펙트럼 불-균일성 또는 무지개빛 변색현상 (층 불-균일성과 같은 가공상의 어려움으로부터의 결과임)의 감소 - 이는 또한 굴절율의 큰 차이에 기인하는 것이고 - 이에 의해 광학적 이점 및 가공 상의 이점이 제공된다; (3) 다중 반사를 필요로 하는 용도에서의 효율 증가; (4) 크로스웹 캘리퍼 균일성 요건 및 광학 패킷 중복의 소실과 같은, 더욱 넓어진 처리 허용; (5) 주어진 반사율을 위해 더욱 얇은 필름 요건; (6) 고 굴절율 물질을 위한 추가의 선택사항; (7) 낮은 Tg로 인한 열성형, 엠보싱 등에서의 개선된 성능 및 (8) 낮은 수준의 PEN을 가진 고 굴절율 물질이 사용될 수 있기 때문에 더욱 용이한 UV 보호를 포함한다.
물질이 서로 충분히 혼화성이고 얻어진 배합물이 고 굴절율 물질과 공압출되어 다층 필름을 형성할 수 있는 한, 저 굴절율 물질을 제공하기 위해 배합물에서 사용되는 특정한 PMMA 및 PVDF는 제한되지 않는다. 예를들면, ICI 아메리카스 인코포레이티드 (ICI Americas, Inc.) (미국 델라웨어주 윌밍톤)에 의해 상표명 퍼스펙스(Perspex)TM CP80 및 CP82로 시판되는 PMMA 및 솔웨이(Solway)에 의해 상표명 솔레프(Solef)TM 1008/0001로 시판되는 PVDF가 PET 및 PEN 고 굴절율 물질과 함께 유용하다.
배합물에서 사용되는 PVDF의 양은 전형적으로 약 40 중량％ 이하이다 (다시말해서 60/40 PMMA/PVDF 배합물). 고 수준의 PVDF를 사용하면, PMMA와 PVDF의 혼화성이 감소되는 경향이 있고 이에 의해 투명성이 소실된다. 일반적으로, 굴절율 및 유리 전이 온도에서의 감소의 장점을 증가시키기 위해서는, 배합물에서 PVDF를 가능한 한 많은 양으로 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 특정 용도를 위해 특정한 광학적 또는 물리적 성질을 제공하기 위하여 조성물을 미세하기 조정하는 것이 요망될 경우에는 더욱 적은 양을 사용할 수 있다. 예를들면, 75/25 배합물은 PEN, PET, 및 이들의 혼합물 또는 공중합체와 같은 고 굴절율 물질과 함께 사용하기 위해 매우 바람직한 물리적 및 광학적 성질을 제공한다.
상기 기재된 바와 같이, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)가 광학체를 형성하기 위해 유용한 물질이다. 그러나, PMMA의 유리 전이 온도는 약 106℃이고, 이는 PET의 유리 전이 온도(Tg는 약 84℃이다)보다 훨씬 더 높다. PET의 첫번째 광학층과 PMMA의 두번째 광학층을 가진 광학체는 PMMA의 유리 전이 온도보다 높은 온도에서 배향되고, 이는 PET의 배향을 위해 기대되는 굴절율 변화를 현저히 감소시킨다.
상기 기재된 바와 같이, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)와 PMMA의 배합은 배합된 중합체의 유리 전이 온도를 감소시킨다. 바람직하게는, 배합물은 약 20 내지 40 중량％ PVDF 및 60 내지 80 중량％ PMMA을 포함한다. 약 20 중량％ PVDF 미만에서, 이러한 배합물이 일부 용도를 위해 여전히 허용될 수 있긴 하지만, 유리 전이 온도는 PET의 유리 전이 온도보다 높다. 약 40중량％ 이상에서, PVDF는 결정화된다. 두번째 광학층에 PVDF를 첨가하면 예를들어 내용매성과 같은 기타 성질이 향상될 수 있다.
다른 선택사항으로서, 공중합체의 유리 전이 온도를 PMMA의 유리 전이 온도 미만으로 낮추는 공단량체를 사용하여 PMMA의 공중합체를 제조할 수 있다. 적절한 공단량체는 예를들어 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 메타크릴산, 또는 이들의 조합을 포함한 기타 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 단량체를 포함한다. 원하는 유리 전이 온도, 열 안정성, 인장가능성 및 굴절율 성질이 달성되는 한, 다른 아크릴레이트 단량체가 사용될 수 있다. 원하는 유리 전이 온도, 열 안정성, 인장가능성 및 굴절율 성질을 달성하기 위해 단량체의 비율이 선택된다. 공단량체들은 예를들어 층간 접착성의 개선, 첫번째 및 두번째 층 간의 굴절율 차이의 증가 또는 감소, PMMA의 용융 레올로지 거동의 변형, 또는 PMMA의 배향 거동의 변형을 포함한 다른 장점들을 제공할 수 있다.
또 다른 선택사항으로서, 두번째 광학층의 유리 전이 온도를 저하시키는 가소제 및 PMMA를 사용하여 두번째 광학층을 형성할 수 있다. 적절한 가소제는 예를들어 인산 유도체 (예, 트리페닐 포스페이트), 프탈산 유도체 (예, 부틸 벤질 프탈레이트 및 디이소데실 프탈레이트), 테레프탈산 유도체 (예, 디-2-에틸헥실 테레프탈레이트), 아디프산 유도체 (예, 폴리에스테르 아디페이트), 벤조산 유도체 (예, 글리세릴 트리벤조에이트), 세바신산 유도체 (예, 디메틸 세바케이트 및 디-n-부틸 세바케이트) 및 아세트산 유도체 (예, 글리세릴 트리아세테이트)를 포함한다. 가소제는 예를들어 층간 접착성, 첫번째와 두번째 층 간의 굴절율 차이의 증가 또는 감소, PMMA의 용융 레올로지 거동의 변형, 또는 PMMA의 배향 거동의 변형을 포함한 광학체의 다른 성질을 개선시키도록 선택될 수 있다.
PMMA 대신에, 다른 중합체들을 사용할 수 있다. 예를들면, PMMA 보다 낮은 유리 전이 온도를 가진 다른 아크릴레이트 중합체, 예를들어 폴리에틸 메타크릴레이트(PEMA)가 사용될 수 있다.
대안적으로, 지방족 폴리올레핀이 사용될 수 있다. 적절한 폴리올레핀의 예는 폴리(에틸렌-코-옥텐) (PE-PO), 폴리(프로필렌-코-에틸렌) (PP-PE), 혼성배열 및 동일배열 폴리프로필렌(aPP-iPP)의 공중합체, 말레 안히드라이드 작용화 선형 저 밀도 폴리에틸렌 (LLDPE-g-MA) 및 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트) (EVA)를 포함한다. 다른 유용한 폴리올레핀은 이.아이.듀퐁 드 네무와 앤드 컴퍼니 인코포레이티드 (E.I.duPont de Nemours ＆ Co., Inc.) (미국 델라웨어주 윌밍톤)로부터의 "바이넬(Bynel)" 폴리올레핀, 다우 케미칼 컴퍼니(Dow Chemical Co.) (미국 미시간주 미들랜드)로부터의 "프리마코르(Primacor)" 폴리올레핀, 및 미쓰이 페트로케미칼 인더스트리즈, 리미티드(Mitsui Petrochemical Industries, Ltd.) (일본 도꾜)로부터의 "애드머(Admer)" 폴리올레핀과 같은 산-변형 폴리올레핀을 포함한다. 폴리올레핀의 하나의 추가의 장점은, 이들이 PEN 및 PET와 함께 사용되는 처리 온도에서 실질적으로 분해되지 않는다는 점이다. 또한, 엘라스토머 폴리올레핀의 사용은 예를들어 인열 저항성, 파괴 저항성 및 인성을 포함한 다층 광학체의 기계적 성 질을 향상시킬 수 있다.
비-광학층
도 1 및 도 2를 참조하면, 예를들어 가공동안 및/또는 그 이후에 물리적 손상으로부터 광학층(12),(14)을 보호하기 위하여, 도 1에 나타낸 바와 같이 하나 이상의 비-광학층(18)이 적층물(16)의 적어도 하나의 표면 위에서 표피층 또는 표피층들로서 형성될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 예를들어 적층물에 더욱 큰 기계적 강도를 제공하거나 가공 동안에 적층물을 보호하기 위하여, 도 2에 나타낸 바와 같이 하나 이상의 비-광학층이 층들의 적층물(16) 내에 형성될 수 있다.
비-광학층(18)은, 적어도 주요 파장 범위(예, 가시, IR 또는 UV 파장 영역)에 걸쳐 다층 광학 필름(10)의 광학 특성을 결정하는데 상당히 참여하지 않는 것이 이상적이다. 비-광학층(18)은 복굴절성이거나 배향가능할 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다. 전형적으로, 비-광학층(18)이 표피층으로서 사용될 때, 적어도 일부의 표면 반사가 존재한다. 빛의 고 투과율이 요망되는 적어도 일부 용도에서, 표면 반사(예, 무지개빛 변색현상)의 양을 감소시키기 위해서는 비-광학층이 비교적 낮은 굴절율 (예를들어, 1.6 이하, 바람직하게는 1.5 이하)을 갖는 것이 바람직하다. 빛의 반사가 요망되는 다른 용도에서는, 다층 광학체의 반사를 증가시키기 위하여, 비-광학층(18)이 비교적 높은 굴절율(예, 1.6이상, 더욱 바람직하게는 1.7이상)을 갖는 것이 바람직하다.
비-광학층(18)이 적층물(16)내에서 발견될 때, 전형적으로 비-광학층(18)에 인접한 광학층(12),(14)과 조합하여 비-광학층(18)에 의해 적어도 일부의 빛이 편 광되거나 또는 반사된다. 그러나, 적어도 일부의 경우에, 비-광학층(18)은 가시광을 반사시키는 광학체를 위해 적층물(16) 내의 비-광학층(18)에 의해 반사되는 빛이 주요 영역 밖, 예를들어 적외선 영역에서 파장을 갖게되는 두께를 갖도록 선택될 수 있다. 비-광학층(18)의 두께는 각각의 광학층(12),(14)의 하나의 두께의 적어도 2배, 전형적으로 적어도 4배, 많은 경우에, 적어도 10배일 수 있다. 비-광학층(18)의 두께는 특정한 두께를 가진 다층 광학 필름(10)을 만들기 위해 다양하게 변할 수 있다. 전형적으로, 빛의 적어도 일부가 광학층(12),(14)에 의해 투과, 편광 및/또는 반사되고, 또한 비-광학층을 통해 이동하도록, 하나 이상의 비-광학층(18)을 위치시킨다 (다시말해서, 광학층(12),(14)를 통해 이동하거나 또는 이에 의해 반사되는 빛의 경로에 비-광학층을 위치시킨다).
비-광학층(18)은 첫번째 및 두번째 광학층에서 사용하기 위해 상기 기재된 임의의 중합체를 포함한 중합체로부터 형성된다. 일부 구현양태에서, 비-광학층(18)을 위해 선택된 물질은 두번째 광학층(14)을 위해 선택된 물질과 유사하거나 동일하다. 다층 광학체의 인열 저항성, 파괴 저항성, 인성, 내후성 및 내용매성과 같은 성질을 부여하거나 개선시키는 물질을 비-광학층을 위해 선택할 수도 있다.
기타 층 및 코팅
본 발명의 다층 광학체의 물리적 또는 화학적 성질을 변경 또는 개선시키기 위하여, 특히 다층 광학체의 표면을 따라, 다양한 기능 층 또는 코팅을 첨가할 수 있다. 이러한 층 또는 코팅은, 예를들어 WO97/01440호 (여기에서 참고문헌으로 포함됨)에 기재된 바와 같이, 미끄럼제, 저 접착 이면 물질, 전도층, 대전방지 코팅 또는 필름, 차단층, 난연제, UV 안정화제, 내마모성 물질, 광학 코팅 및/또는 필름 또는 장치의 기계적 무결성 또는 강도를 개선시키기 위한 기판을 포함할 수도 있다. 예를들어 WO 95/17691, WO 99/36813 및 WO 99/36814 (이들 모두는 본 명세서에서 참고문헌으로 포함된다)에 기재된 바와 같이, 2색 편광 필름을 다층 광학 필름 위에 코팅하거나 다층 광학 필름과 함께 공-압출할 수도 있다.
제조
다층 광학 필름을 형성하기 위한 한 가지 방법을 간단히 설명한다. 방법 조건 및 고려사항의 더욱 충분한 설명은 PCT 공개 WO 99/36248, WO 99/06203 및 WO 99/36812 (이들 모두는 참고문헌으로서 여기에 포함된다)에서 찾아볼 수 있다.
다층 광학체의 제조에서의 처음 단계는 첫번째 및 두번째 광학층 뿐만 아니라 비-광학층의 형성에서 사용되는 중합체를 생성하는 것이다 (중합체가 통상적으로 구입될 수 있는 것이 아닌 경우). 다른 중합체 형성 방법이 사용될 수도 있지만, 전형적으로 이러한 중합체는 압출에 의해 형성된다. 압출 조건은 중합체 수지 공급물 흐름을 연속적이고 안정한 방식으로 적절히 공급하고, 용융시키고, 혼합하고 펌프질하도록 선택된다. 최종 용융물 흐름 온도는, 온도 범위의 하한에서 동결, 결정화 또는 부당하게 높은 압력 강하를 감소시키고 온도 범위에서 상한에서 분해를 감소시키는 범위내에서 선택된다. 냉각 롤 위에서의 필름 주형을 포함하여, 하나 이상의 중합체를 전체 용융물 흐름 처리하는 것을 공-압출이라 부른다.
바람직하게는, 첫번째 광학층, 두번째 광학층 및 비-광학층이 공-압출될 수 있도록, 유사한 유동학적 특성 (예, 용융 점도)를 가진 첫번째 광학층, 두번째 광 학층 및 비-광학층의 중합체들을 선택한다. 전형적으로, 두번째 광학층과 비-광학층은 첫번째 광학층의 유리 전이 온도보다 낮거나 그보다 약 30℃ 이하로 높은 유리 전이 온도 Tg를 갖는다. 바람직하게는, 두번째 광학층과 비-광학층의 유리 전이 온도는 첫번째 광학층의 유리 전이 온도 미만이다.
압출 후에, 각각의 용융물 흐름을, 연속적이고 균일한 중합체 유동 속도를 조절하기 위해 사용되는 기어 펌프로 보낸다. 균일한 용융물 흐름 온도를 가진 다층 공급블록(feedblock)내에 기어 펌프로부터의 중합체 용융물 흐름을 전달하기 위해 정적 혼합 단위가 사용될 수 있다. 용융 가공 동안에 용융물 흐름의 균일한 유동을 증진시키고 분해를 감소시키기 위하여, 전체 용융물 흐름을 전형적으로 가능한 한 균일하게 가열한다.
다층 공급블록은 2 이상의 중합체 용융물 흐름의 각각을 다수의 층으로 나누고, 이러한 층들을 서로 번갈아 포개고, 많은 층들을 하나의 다층 흐름으로 조합한다. 임의의 주어진 용융물 흐름으로부터의 층들은, 주 유동 수로로부터의 일부 흐름을 부 수로 관 내에 연속적으로 흘려보내어 공급블록 다기관에 층 슬롯(layer slot)이 형성되도록 함으로써 생성된다. 층 유동은 기계 뿐만 아니라 각각의 부 수로 관 및 층 슬롯의 형태 및 물리적 치수의 선택에 의해 조절될 수 있다.
2 이상의 용융물 흐름의 부 수로 관 및 층 슬롯을 서로 번갈아 포개어 교대하는 층을 형성한다. 공급블록의 하류쪽 다기관은 전형적으로 조합된 다층 적층물의 층을 가로로 압축하고 균일하게 전개시키기 위한 형태를 갖는다. 광학 다층 적층물의 용융물 흐름을 사용하거나 별개의 용융물 흐름에 의해, 보호 경계층(PBLs) 으로 공지된 두꺼운 비-광학층을 다기관 벽 근처에 공급할 수 있다. 상기 기재된 바와 같이, 벽 응력과 가능하다면 그로 인한 유동 불안정성의 영향에서 얇은 광학층을 보호하기 위해 비-광학층이 사용될 수 있다.
공급블록 다기관에서 방출되는 다층 적층물을 다이와 같은 최종 성형 단위내에 들여보낸다. 대안적으로, 흐름을 바람직하게는 적층물의 층에 수직에서 분할하여 2 이상의 다층 흐름을 형성할 수 있으며, 이들은 적층에 의해 재조합될 수 있다. 또한, 흐름을 층에 대해 수직이 아닌 각에서 분할할 수 있다. 흐름을 분할하고 적층시키는 유동 수로 시스템을 배율기(multiplier)라 부른다. 분할된 흐름의 폭 (다시말해서, 각각의 층들의 두께의 합)은 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 배율기 비율은 더욱 넓은 흐름 폭 대 더욱 좁은 흐름 폭의 비율로서 정의된다. 동일하지 않은 흐름 폭(즉, 1보다 더욱 큰 배율기 비율)이 층 두께 구배를 형성하는데 유용할 수 있다. 동일하지 않은 흐름 폭의 경우에, 배율기가 더욱 좁은 흐름을 전개시킬 수 있고/있거나 더욱 넓은 흐름을 가로로 두께 및 유동 방향으로 압축하여 적층시에 층 폭을 서로 조화시킬 수 있다.
증배(multiplication)에 앞서, 추가의 비-광학층을 다층 적층물에 첨가할 수 있다. 이러한 비-광학층은 배율기 내에서 PBLs로서 작용할 수 있다. 증배 및 적층 후에, 이러한 층의 일부가 광학층 사이에서 내부 경계층을 형성할 수 있고, 반면 다른 층들은 표피 층을 형성한다.
증배 후에, 웹을 최종 성형 단위로 보낸다. 이어서, 웹을 냉각 롤 (때때로, 주조 휠 또는 주조 드럼이라고도 불린다) 위로 주형한다. 이러한 주형은 정전 피 닝(pinning)에 의해 도움을 받으며, 그의 세부사항은 중합체 필름 제조 기술에 공지되어 있다. 웹을 웹 전체에서 균일한 두께로 주형할 수 있거나, 다이 립(die lip) 조절을 사용하여 웹 두께의 고의적인 절삭을 유도할 수 있다.
이어서, 다층 웹을 일축 또는 이축으로 연신하여 최종 다층 광학 필름을 생성한다. 일축 연신은 텐터 또는 길이 배향기에서 수행될 수 있다. 이축 연신은 전형적으로 양쪽 유형의 장치를 포함한다. 특정한 텐터는 웹 경로 또는 기계 방향(MD)에서 필름을 연신시키거나 또는 필름 치수를 이완(수축)시키기 위한 메카니즘을 갖추고 있긴 하지만, 전형적인 텐터는 횡 방향(TD)에서 웹 경로로 연신시킨다. 길이 배향기는 기계 방향으로 연신시킨다.
예를들어, 양쪽 평면내 방향에서 복굴절 물질을 배향하기 위해서는 2 단계 연신 공정이 사용된다. 연신 공정은 상기 기재된 단일 단계 공정의 임의의 조합일 수 있으며, 이는 2개의 평면내 방향에서 연신이 가능하도록 한다. 또한, 기계 방향을 따라 연신이 가능한 텐터, 예를들어 2 방향에서 연속적으로 또는 동시에 연신시킬 수 있는 이축 텐터가 사용될 수 있다. 후자의 경우에, 하나의 이축 연신 공정이 사용될 수 있다.
하기 실시예들은 본 발명의 다층 광학 필름의 제조 및 용도를 증명한다. 실시예들은 단지 예증을 위한 것이고, 어떠한 방식으로도 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 말아야 함을 이해해야 한다.
이 실시예들을 위한 중합체를 형성하는데 사용되는 단량체, 촉매 및 안정화 제는 하기 공급업자들로부터 통상적으로 구입가능하다: 아모코(Amoco) (미국 알라바마주 데카투르)로부터의 디메틸 나프탈렌 디카르복실레이트, 훽스트 셀라니즈(Hoechst Celanese) (미국 텍사스주 달라스)로부터의 디메틸 테레프탈레이트, 유니온 카바이드(Union Carbide) (미국 웨스트버지니아주 찰스톤)으로부터의 에틸렌 글리콜, BASF (미국 노쓰캐롤리나주 샬로트)로부터의 1,6-헥산디올, 엘프 아토켐(Elf Atochem) (미국 펜실바니아주 필라델피아)로부터의 트리아세트산안티몬, 알브라이트 앤드 윌슨(Albright ＆ Wilson) (미국 버지니아주 그렌 알렌)으로부터의 아세트산망간 및 트리에틸 포스포노아세테이트.
하기 실시예에서 사용된 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 하기 원료 충진물을 사용하여 회분 반응기 내에서 합성될 수 있다; 5,000kg 디메틸 테레프탈레이트, 3,502kg 에틸렌 글리콜, 1.2kg 아세트산망간, 및 1.6kg 트리아세트산안티몬. 1520토르의 압력하에서, 에스테르교환반응 부산물인 메탄올을 제거하면서, 이 혼합물을 254℃로 가열한다. 1,649kg의 메탄올을 제거한 후에, 2.45kg의 트리에틸 포스포토아세테이트를 반응기내에 넣고, 280℃로 가열하면서 압력을 점차 1토르로 감소시킨다. 60/40 페놀/디클로로벤젠중에서 측정시, 0.60의 고유 점도를 가진 중합체가 생성될 때까지, 축합 반응 부산물인 에틸렌 글리콜을 연속하여 제거한다.
실시예 1
PET:MMA-EA 층을 가진 색-전환 광학 필름
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 형성된 첫번째 광학층 및 75중량％ 메틸메타크릴레이트(MMA) 단량체 및 25중량％ 에틸 아크릴레이트(EA) 단량체를 사 용한 공중합체로부터 형성된 두번째 광학층을 가진 광학 필름을 구축하였다. 공중합체는 ICI 아메리카즈 인코포레이티드 (미국 델라웨어주 윌밍톤)로부터 제품명 "퍼스펙스(Perspex)TM CP63"으로 입수가능하다.
이어서, 상기 기재된 중합체를 다층 용융 다기관을 통해 공압출시켜, 224개의 교대하는 첫번째 및 두번째 광학층을 갖고 약 580㎛의 총 두께를 가진 다층 필름을 형성하였다. 이러한 특정한 다층 반사 필름은, 각각의 면 위에서 약 145㎛ 두께의 첫번째 광학층과 동일한 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 만들어진 외부 보호층을 함유하였다. 광학 필름을 먼저 예열한 다음, 약 85℃에서 기계 방향으로 3.7:1의 비율까지 연신시키고, 이어서 약 95℃에서 횡 방향으로 3.9:1의 비율까지 연신시켜, 약 48㎛ 두께의 광학 필름을 제조하였다.
외부 보호 PET 층의 굴절율 측정에 의해 결정되는 방법에 의하여 PET 첫번째 광학층을 배향시켰다 (nMD=1.6433, nTD=1.6757, nz=1.4868). 두번째 광학층은 약 1.49의 굴절율을 가진 필수적으로 등방성이었다.
광학 필름은 수직 입사광에 대해 도 4에 나타낸 투과 스펙트럼을 가졌다. 시야각이 수직 입사광에 대해 증가됨에 따라, 광학 필름은 적색으로 변화되는 청색 외관을 가졌다.
실시예 2
PET:MMA-EA 층을 가진 색-전환 광학 필름
연신 공정 동안에, 광학 필름을 먼저 94℃로 1분간 예열한 다음, 94℃에서 20％/s의 연신속도로 3.4:3.4 비율로 이축 연신시키는 것 이외에는, 실시예 1의 광학 필름과 동일한 방법으로 광학 필름을 제조하였다.
외부 보호 PET 층의 굴절율 측정에 의해 결정되는 방법에 의해 PET 첫번째 광학층을 배향시켰다 (nMD=1.6173, nTD=1.6197, nz=1.5108). 두번째 광학층은 약 1.49의 굴절율을 가진 필수적으로 등방성이었다.
광학 필름은 수직 입사광에 대해 도 5에 나타낸 투과 스펙트럼을 가졌다. 시야각이 수직 입사광에 대해 증가됨에 따라, 광학 필름은 적색으로 변화되는 청색 외관을 가졌다.
실시예 3
PET:MMA-EA 층을 가진 색-전환 광학 필름
연신 공정 동안에, 광학 필름을 먼저 84℃로 1분간 예열한 다음, 84℃에서 20％/s의 연신속도로 2.4:2.4 비율로 이축 연신시키는 것 이외에는, 실시예 1의 광학 필름과 동일한 방법으로 광학 필름을 제조하였다.
외부 보호 PET 층의 굴절율 측정에 의해 결정되는 방법에 의해 PET 첫번째 광학층을 배향시켰다 (nMD=1.6121, nTD=1.6107, nz=1.5200). 두번째 광학층은 약 1.49의 굴절율을 가진 필수적으로 등방성이었다.
광학 필름은 수직 입사광에 대해 도 6에 나타낸 투과 스펙트럼을 가졌다. 시야각이 수직 입사광에 대해 증가됨에 따라, 광학 필름은 황색으로 변화되는 적색 외관을 가졌다.
실시예 4
PET:MMA-EA 층을 가진 IR 필름
캐스트 필름의 총 두께가 625㎛이고, 연신 공정 동안에 광학 필름을 먼저 예열한 다음, 약 100℃에서 3.6:3.8 비율로 이축 연신시키는 것 이외에는, 실시예 1의 광학 필름과 동일한 방법으로 광학 필름을 제조하였다. 최종 필름 두께는 약 51㎛이었다.
외부 보호 PET 층의 굴절율 측정에 의해 결정되는 방법에 의해 PET 첫번째 광학층을 배향시켰다 (nMD=1.6426, nTD=1.6761, nz=1.4896). 두번째 광학층은 약 1.49의 굴절율을 가진 필수적으로 등방성이었다.
광학 필름은 수직 입사광에 대해 도 7에 나타낸 투과 스펙트럼을 가졌다.
실시예 5
PET:MMA-EA 층을 가진 IR 필름
캐스트 필름의 총 두께가 625㎛이고, 연신 공정 동안에 광학 필름을 먼저 예열한 다음, 약 100℃에서 3.6:1 비율로 기계 방향에서 연신시킨 다음, 약 100℃에서 3.8:1의 비율로 횡 방향에서 연신시키는 것 이외에는, 실시예 1의 광학 필름과 동일한 방법으로 광학 필름을 제조하였다. 최종 필름 두께는 약 48.8㎛이었다.
외부 보호 PET 층의 굴절율 측정에 의해 결정되는 방법에 의해 PET 첫번째 광학층을 배향시켰다 (nMD=1.6387, nTD=1.6755, nz=1.4945). 두번째 광학층은 약 1.49의 굴절율을 가진 필수적으로 등방성이었다.
광학 필름은 수직 입사광에 대해 도 8에 나타낸 투과 스펙트럼을 가졌다.
실시예 6
PET:MMA-EA 층을 가진 IR 필름
단지 150개의 교대 층을 사용하고, 연신 공정 동안에 광학 필름을 먼저 94℃로 1분동안 예열한 다음, 20％/s의 연신속도로 94℃에서 3.6:3.2 비율로 연신시키는 것 이외에는, 실시예 1의 광학 필름과 동일한 방법으로 광학 필름을 제조하였다. 최종 필름 두께는 약 29.5㎛이었다.
외부 보호 PET 층의 굴절율 측정에 의해 결정되는 방법에 의해 PET 첫번째 광학층을 배향시켰다 (nMD=1.6499, nTD=1.6070, nz=1.4969). 두번째 광학층은 약 1.49의 굴절율을 가진 필수적으로 등방성이었다.
광학 필름은 수직 입사광에 대해 도 9에 나타낸 투과 스펙트럼을 가졌다.
실시예 7
PET:MMA-nBMA 층을 가진 색-전환 및 IR 필름
PET로부터 형성된 첫번째 광학층 및 PMMA 공중합체로부터 형성된 두번째 광학층을 사용하여 광학 필름을 형성할 수 있다. MMA 공단량체 단위 및 n-부틸 메타크릴레이트(nBMA) 공단량체 단위로 PMMA 공중합체를 형성하였다. nBMA 공단량체는 PMMA 공중합체의 Tg를 PMMA의 Tg 미만으로 낮추었다.
실시예 8
PET:MMA-nBMA-EA 층을 가진 색-전환 및 IR 필름
PET로부터 형성된 첫번째 광학층 및 PMMA 공중합체로부터 형성된 두번째 광 학층을 사용하여 광학 필름을 형성할 수 있다. MMA 공단량체 단위, n-부틸 메타크릴레이트(nBMA) 공단량체 단위 및 에틸 아크릴레이트(EA) 공단량체 단위로 PMMA 공중합체를 형성하였다. nBMA 및 EA 공단량체 단위는 PMMA 공중합체의 Tg를 PMMA의 Tg 미만으로 낮추었다. EA 공단량체 단위는 필름의 열 안정성을 증가시킬 수 있다.
실시예 9
PET:PEMA 층을 가진 색-전환 및 IR 필름
PET로부터 형성된 첫번째 광학층 및 폴리에틸 메타크릴레이트(PEMA)로부터 형성된 두번째 광학층을 사용하여 광학 필름을 형성할 수 있다. PEMA는 PMMA(106℃)에 비해 더욱 낮은 유리 전이 온도(67℃)를 갖는다.
실시예 10
PET:EMA-BA 층을 가진 색-전환 및 IR 필름
PET로부터 생성된 첫번째 광학층 및 PEMA 공중합체로부터 생성된 두번째 광학층을 사용하여 광학 필름을 형성할 수 있다. PEMA 공중합체는 에틸 메타크릴레이트(EMA) 공단량체 단위 및 부틸 아크릴레이트(BA) 공단량체 단위로 형성된다. 부틸 아크릴레이트 공단량체 단위는 에틸 메타크릴레이트에 비해 허용가능한 냄새 한계치가 더욱 높고, 따라서 더욱 만족스러운 중합체 층을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
실시예 11
PET:MMA-EA-MA 층을 가진 색-전환 및 IR 필름
PET로부터 생성된 첫번째 광학층 및 PMMA 공중합체로부터 생성된 두번째 광학층을 사용하여 광학 필름을 형성할 수 있다. PMMA 공중합체는 MMA 공단량체 단위, 에틸 아크릴레이트(EA) 공단량체 단위 및 메타크릴산(MA) 공단량체 단위로 형성된다. EA 공단량체 단위는 PMMA 공중합체의 Tg를 PMMA의 Tg 미만으로 낮춘다. EA 공단량체 단위는 또한 필름의 열 안정성을 증가시킬 수 있다. PET 첫번째 광학층과의 층간 접착성을 증가시키기 위해 MA 공단량체 단위를 사용한다.
실시예 12
PET:PMMA/PVDF(75/25) 층을 가진 색-전환 필름
PET로부터 생성된 첫번째 광학층 및 PMMA와 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF) (예, 솔베이 폴리머즈, 인코포레이티드(Solvay Polymers, Inc.) (미국 텍사스주 휴스턴)으로부터 입수가능한 솔레프(Solef)TM 1008)의 75/25 중량비 배합물로부터 생성된 두번째 광학층을 사용하여 광학 필름을 형성할 수 있다. PMMA/PVDF 배합물은 PMMA에 비해 더욱 낮은 Tg(72℃) 및 굴절율 (1.47)을 갖는다. 첫번째 광학층과 두번째 광학층 간의 굴절율 차이는 약 0.18이다. PVDF는 또한 개선된 내용매성 및 내후성을 포함하여 기타 장점을 제공한다.
실시예 13
PET:PMMA/PVDF(60/40) 층을 가진 색-전환 및 IR 필름
PET로부터 생성된 첫번째 광학층 및 PMMA와 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF) (예, 솔베이 폴리머즈, 인코포레이티드 (미국 텍사스주 휴스 턴)으로부터 입수가능한 솔레프TM 1008)의 60/40 중량비 배합물로부터 생성된 두번째 광학층을 사용하여 광학 필름을 형성할 수 있다. PMMA/PVDF 배합물은 PMMA에 비해 더욱 낮은 Tg(66℃) 및 굴절율 (1.458)을 갖는다. 첫번째 광학층과 두번째 광학층 간의 굴절율 차이는 약 0.19이다. PVDF는 또한 개선된 내용매성 및 내후성을 포함하여 기타 장점을 제공한다.
실시예 14
PET:PMMA/PVDF(75/25) 층을 가진 IR 필름
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 생성된 첫번째 광학층 및 75중량％ PMMA (퍼스펙스TM CP82, ICI 아메리카즈 인코포레이티드(미국 델라웨어주 윌밍톤))와 25중량％ 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) (예, 솔베이 폴리머즈, 인코포레이티드 (미국 텍사스주 휴스턴)으로부터 입수가능한 솔레프TM 1008)의 배합물로부터 생성된 두번째 광학층을 사용하여 광학 필름을 구축하였다.
이어서, 상기 기재된 중합체들을 다층 용융 다기관을 통해 공압출시켜 196개의 교대하는 첫번째 및 두번째 광학층을 가진 다층 필름을 형성하였다. 이러한 특정한 다층 반사 필름은 첫번째 광학층과 동일한 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 만들어진 외부 보호층을 함유하였다. 광학 필름을 먼저 예열한 다음, 약 100℃에서 기계방향 및 횡방향 각각에서 3.6 내지 3.8의 비율로 연신시켜, 약 40.4㎛두께의 광학 필름을 제조하였다.
광학 필름은 수직 입사광에 대해 도 10에 나타낸 투과 스펙트럼을 갖는다.
실시예 15
PET:PE-PO 층을 가진 색-전환 광학 필름
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) (통상적으로 입수가능함)로부터 형성된 첫번째 광학층 및 폴리올레핀 공중합체 폴리(에틸렌-코-옥텐)(PE-PO)로부터 형성된 두번째 광학층을 가진 광학 필름을 구축하였다. 공중합체는 다우-듀퐁 엘라스토머즈(Dow-DuPont Elastomers)로부터 상품명 "인게이지(Engage)8200"으로 구입가능하다.
이어서, 상기 기재된 중합체를 다층 용융 다기관을 통해 공압출시켜, 224개의 교대하는 첫번째 및 두번째 광학층을 갖는 다층 필름을 형성하였다. 캐스트 필름은 약 533㎛의 총 두께를 가졌다. 이러한 특정한 다층 반사 필름은 첫번째 광학층과 동일한 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 만들어진 외부 보호층을 함유하였다. 광학 필름을 먼저 예열한 다음, 약 100℃에서 기계 방향으로 3.8:1의 비율까지 연신시키고, 이어서 약 100℃에서 횡 방향으로 3.6:1의 비율까지 연신시켜, 약 38.6㎛ 두께의 광학 필름을 제조하였다.
외부 보호 PET 층의 굴절율 측정에 의해 결정되는 방법에 의하여 PET 첫번째 광학층을 배향시켰다 (nMD=1.6766, nTD=1.6400, nz=1.4906). 두번째 광학층은 약 1.49의 굴절율을 가진 필수적으로 등방성이었다.
광학 필름은 수직 입사광에 대해 도 11에 나타낸 투과 스펙트럼을 가졌다. 시야각이 수직 입사광에 대해 증가됨에 따라, 광학 필름은 적색으로 변화되는 청색 외관을 가졌다.
실시예 16
PET:PE-PO 층을 가진 IR 필름
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 형성된 첫번째 광학층 및 폴리올레핀 공중합체 폴리(에틸렌-코-옥텐)(PE-PO)로부터 형성된 두번째 광학층을 가진 광학 필름을 구축하였다. 공중합체는 다우-듀퐁 엘라스토머즈(Dow-DuPont Elastomers)로부터 상품명 "인게이지(Engage)8200"으로 구입가능하다.
이어서, 상기 기재된 중합체를 다층 용융 다기관을 통해 공압출시켜, 224개의 교대하는 첫번째 및 두번째 광학층을 갖는 다층 필름을 형성하였다. 캐스트 필름은 약 533㎛의 총 두께를 가졌다. 이러한 특정한 다층 반사 필름은 첫번째 광학층과 동일한 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 만들어진 외부 보호층을 함유하였다. 광학 필름을 먼저 예열한 다음, 약 100℃에서 기계 방향으로 3.6:1의 비율까지 연신시키고, 이어서 약 100℃에서 횡 방향으로 3.8:1의 비율까지 연신시켜, 약 57.1㎛ 두께의 광학 필름을 제조하였다.
외부 보호 PET 층의 굴절율 측정에 의해 결정되는 방법에 의하여 PET 첫번째 광학층을 배향시켰다 (nMD=1.6400, nTD=1.6766, nz=1.4906). 두번째 광학층은 약 1.49의 굴절율을 가진 필수적으로 등방성이었다.
광학 필름은 수직 입사광에 대해 도 12에 나타낸 투과 스펙트럼을 가졌다. 광학 필름은 더욱 높은 시야각에서 관찰시에 약간의 황색을 가진 투명한 외관을 갖고 있었다.
실시예 17
PET:PP-PE 층을 가진 색-전환 광학 필름
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 형성된 첫번째 광학층 및 폴리올레핀 공중합체 폴리(프로필렌-코-에틸렌)(PP-PE)로부터 형성된 두번째 광학층을 가진 광학 필름을 구축하였다. 공중합체는 휘나 오일 앤드 케미칼 컴퍼니(Fina Oil and Chemical) (미국 텍사스주 달라스)로부터 상품명 "Z9470"으로 구입가능하다.
이어서, 상기 기재된 중합체를 다층 용융 다기관을 통해 공압출시켜, 224개의 교대하는 첫번째 및 두번째 광학층을 갖는 다층 필름을 형성하였다. 캐스트 필름은 약 719㎛의 총 두께를 가졌다. 이러한 특정한 다층 반사 필름은 첫번째 광학층과 동일한 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 만들어진 외부 보호층을 함유하였다. 캐스트 필름을 94℃로 설정된 열풍으로 채워진 오븐 내에서 가열한 다음, 94℃의 연신 온도에서 20％/s의 연신 속도로 4.4:4.4 연신비로 배향시켰다.
외부 보호 PET 층의 굴절율 측정에 의해 결정되는 방법에 의하여 PET 첫번째 광학층을 배향시켰다 (nMD=1.6208, nTD=1.6164, nz=1.5132). 두번째 광학층은 약 1.49의 굴절율을 가진 필수적으로 등방성이었다.
광학 필름은 수직 입사광에 대해 도 13에 나타낸 투과 스펙트럼을 가졌다. 시야각이 수직 입사광에 대해 증가됨에 따라, 광학 필름은 적색으로 변화되는 청색 외관을 가졌다.
실시예 18
PET:PP-PE 층을 가진 IR 필름
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 형성된 첫번째 광학층 및 폴리올레핀 공중합체 폴리(프로필렌-코-에틸렌)(PP-PE)로부터 형성된 두번째 광학층을 가진 광학 필름을 구축하였다. 공중합체는 휘나 오일 앤드 케미칼 컴퍼니(미국 텍사스주 달라스)로부터 상품명 "Z9470"으로 구입가능하다.
이어서, 상기 기재된 중합체를 다층 용융 다기관을 통해 공압출시켜, 224개의 교대하는 첫번째 및 두번째 광학층을 갖는 다층 필름을 형성하였다. 캐스트 필름은 약 719㎛의 총 두께를 가졌다. 이러한 특정한 다층 반사 필름은 첫번째 광학층과 동일한 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 만들어진 외부 보호층을 함유하였다. 광학 필름을 먼저 예열한 다음, 약 100℃에서 3.6:1의 비율로 기계 방향에서 연신시키고, 이어서 약 100℃에서 3.8:1의 비율로 횡 방향에서 연신시켜, 약 42.4㎛의 광학 필름을 제조하였다.
외부 보호 PET 층의 굴절율 측정에 의해 결정되는 방법에 의하여 PET 첫번째 광학층을 배향시켰다 (nMD=1.6376, nTD=1.6852, nz=1.4860). 두번째 광학층은 약 1.49의 굴절율을 가진 필수적으로 등방성이었다.
광학 필름은 수직 입사광에 대해 도 14에 나타낸 투과 스펙트럼을 가졌다. 수직 입사광에서 광학 필름은 약간의 황색 외관을 가졌으나, 시야각이 증가함에 따라 투명하게 되었다.
실시예 19
PET:aPP-iPP 층을 가진 색-전환 광학 필름
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 생성된 첫번째 광학층 및 혼성배열 폴리프로필렌(aPP) 및 동일배열 폴리프로필렌(iPP)의 폴리올레핀 공중합체로부터 생성된 두번째 광학층을 가진 광학 필름을 구축하였다. 공중합체는 미국 유타주 솔트 레이트 시티의 헌츠만 케미칼 코포레이션(Huntsman Chemical Corp.)으로부터 상품명 "렉스플렉스(Rexflex) W111"로 구입가능하다.
이어서, 상기 기재된 중합체들을 다층 용융 다기관을 통해 공압출시켜 224개의 교대하는 첫번째 및 두번째 광학층을 가진 다층 필름을 형성하였다. 캐스트 필름은 약 683㎛의 총 두께를 가졌다. 이러한 특정한 다층 반사 필름은 첫번째 광학층과 동일한 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 만들어진 외부 보호층을 함유하였다. 캐스트 필름을 94℃로 설정된 열풍으로 채워진 오븐 내에서 가열한 다음, 94℃의 연신 온도에서 20％/s의 연신 속도로 3.5:3.5 연신비로 배향시켜, 약 34㎛의 광학 필름을 제조하였다.
외부 보호 PET 층의 굴절율 측정에 의해 결정되는 방법에 의하여 PET 첫번째 광학층을 배향시켰다 (nMD=1.6201, nTD=1.6206, nz=1.5064). 두번째 광학층은 약 1.49의 굴절율을 가진 필수적으로 등방성이었다.
광학 필름은 수직 입사광에 대해 도 15에 나타낸 투과 스펙트럼을 가졌다. 시야각이 수직 입사광에 대해 증가됨에 따라, 광학 필름은 적색으로 변화되는 청색 외관을 가졌다.
실시예 20
PET:aPP-iPP 층을 가진 IR 필름
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 생성된 첫번째 광학층 및 혼성배열 폴리프로필렌(aPP) 및 동일배열 폴리프로필렌(iPP)의 폴리올레핀 공중합체로부터 생성된 두번째 광학층을 가진 광학 필름을 구축하였다. 공중합체는 미국 유타주 솔트 레이트 시티의 헌츠만 케미칼 코포레이션으로부터 상품명 "렉스플렉스 W111"로 구입가능하다.
이어서, 상기 기재된 중합체들을 다층 용융 다기관을 통해 공압출시켜 224개의 교대하는 첫번째 및 두번째 광학층을 가진 다층 필름을 형성하였다. 캐스트 필름은 약 683㎛의 총 두께를 가졌다. 이러한 특정한 다층 반사 필름은 첫번째 광학층과 동일한 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 만들어진 외부 보호층을 함유하였다. 캐스트 필름을 94℃로 설정된 열풍으로 채워진 오븐 내에서 가열한 다음, 94℃의 연신 온도에서 20％/s의 연신 속도로 2.8:2.8 연신비로 배향시켜, 광학 필름을 제조하였다.
외부 보호 PET 층의 굴절율 측정에 의해 결정되는 방법에 의하여 PET 첫번째 광학층을 배향시켰다 (nMD=1.6214, nTD=1.6199, nz=1.5059). 두번째 광학층은 약 1.49의 굴절율을 가진 필수적으로 등방성이었다.
광학 필름은 수직 입사광에 대해 도 16에 나타낸 투과 스펙트럼을 가졌다. 광학 필름은 수직 입사각에서 약간의 적색 빛깔을 가졌으나, 시야각이 증가함에 따라 투명하게 되었다.
실시예 21
PET:LLDPE-g-MA 층을 가진 색-전환 광학 필름
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 생성된 첫번째 광학층 및 관능화 폴리올레핀, 선형 저 밀도 폴리에틸렌-g-말레 안히드라이드 (LLDPE-g-MA)로부터 생성 된 두번째 광학층을 가진 광학 필름을 구축하였다. 공중합체는 이.아이.듀퐁 드 네무와 앤드 컴퍼니, 인코포레이티드(미국 델라웨어주 윌밍톤)로부터 상품명 "바이넬(Bynel)4105"로 구입가능하다.
이어서, 상기 기재된 중합체들을 다층 용융 다기관을 통해 공압출시켜 224개의 교대하는 첫번째 및 두번째 광학층을 가진 다층 필름을 형성하였다. 이러한 특정한 다층 반사 필름은 첫번째 광학층과 동일한 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 만들어진 외부 보호층을 함유하였다. 캐스트 필름을 94℃로 설정된 열풍으로 채워진 오븐 내에서 가열한 다음, 94℃의 연신 온도에서 20％/s의 연신 속도로 3.5:3.7 연신비로 배향시켜, 약 33.8㎛의 광학 필름을 제조하였다.
외부 보호 PET 층의 굴절율 측정에 의해 결정되는 방법에 의하여 PET 첫번째 광학층을 배향시켰다 (nMD=1.6175, nTD=1.6268, nz=1.5075). 두번째 광학층은 약 1.49의 굴절율을 가진 필수적으로 등방성이었다.
광학 필름은 수직 입사광에 대해 도 17에 나타낸 투과 스펙트럼을 가졌다.
실시예 22
PET:LLDPE-g-MA 층을 가진 IR 필름
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 생성된 첫번째 광학층 및 관능화 폴리올레핀, 선형 저 밀도 폴리에틸렌-g-말레 안히드라이드 (LLDPE-g-MA)로부터 생성된 두번째 광학층을 가진 광학 필름을 구축하였다. 공중합체는 이.아이.듀퐁 드 네무와 앤드 컴퍼니, 인코포레이티드(미국 델라웨어주 윌밍톤)로부터 상품명 "바이넬 4105"로 구입가능하다.
이어서, 상기 기재된 중합체들을 다층 용융 다기관을 통해 공압출시켜 224개의 교대하는 첫번째 및 두번째 광학층을 가진 다층 필름을 형성하였다. 이러한 특정한 다층 반사 필름은 첫번째 광학층과 동일한 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 만들어진 외부 보호층을 함유하였다. 광학 필름을 먼저 예열한 다음, 약 100℃에서 3.6:1의 비율까지 기계 방향에서 연신시키고, 이어서 약 100℃에서 3.8:1의 비율까지 횡 방향에서 연신시켜, 약 40.9㎛의 광학 필름을 생성하였다.
외부 보호 PET 층의 굴절율 측정에 의해 결정되는 방법에 의하여 PET 첫번째 광학층을 배향시켰다 (nMD=1.6378, nTD=1.6847, nz=1.4869). 두번째 광학층은 약 1.49의 굴절율을 가진 필수적으로 등방성이었다.
광학 필름은 수직 입사광에 대해 도 18에 나타낸 투과 스펙트럼을 가졌다. 광학 필름은 수직 입사광에서 투명하였으나, 시야각이 증가함에 따라 약간 청색이 되었다.
실시예 23
PET:EVA 층을 가진 색-전환 및 IR 필름
PET로부터 생성된 첫번째 광학층 및 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트)(EVA)로부터 생성된 두번째 광학층을 사용하여 배향된 광학 필름을 형성할 수 있다.
실시예 24
PET:EVA/PE-PP 층을 가진 색-전환 및 IR 필름
PET로부터 생성된 첫번째 광학층 및 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트) 및 폴리(에틸렌-코-프로필렌)의 혼화성 배합물로부터 생성된 두번째 광학층을 사용하여 배향된 광학 필름을 형성할 수 있다.
실시예 25
PET-PC:PMMA 층을 가진 색-전환 및 IR 필름
PET와 폴리카르보네이트(PC)의 공중합 또는 반응성 배합으로부터 생성된 첫번째 광학층 및 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)로부터 생성된 두번째 광학층을 사용하여 배향된 광학 필름을 형성할 수 있다. 폴리카르보네이트는 157℃의 유리 전이 온도를 갖는다.
실시예 26
PET-PAr:PMMA 층을 가진 색-전환 및 IR 필름
PET와 폴리아릴레이트(PAr)의 공중합 또는 반응성 배합으로부터 생성된 첫번째 광학층 및 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)로부터 생성된 두번째 광학층을 사용하여 배향된 광학 필름을 형성할 수 있다. 폴리아릴레이트는 193℃의 유리 전이 온도를 갖는다.
실시예 27
PET/PEI:PMMA 층을 가진 색-전환 및 IR 필름
PET와 폴리에테르이미드(PEI)의 혼화성 배합으로부터 생성된 첫번째 광학층 및 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)로부터 생성된 두번째 광학층을 사용하여 배향된 광학 필름을 형성할 수 있다. 폴리에테르이미드는 218℃의 유리 전이 온도를 갖는다.
실시예 28
PET-PEN(90:10):EVA 층을 가진 색-전환 및 IR 필름
90중량％ PET와 10중량％ PEN의 공중합 또는 반응성 배합으로부터 생성된 첫번째 광학층 및 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트)(EVA)로부터 생성된 두번째 광학층을 사용하여 배향된 광학 필름을 형성할 수 있다.
실시예 29
PET-PEN(30/70):EVA 층을 가진 색-전환 및 IR 필름
30중량％ PET와 70중량％ PEN의 공중합 또는 반응성 배합으로부터 생성된 첫번째 광학층 및 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트)(EVA)로부터 생성된 두번째 광학층을 사용하여 배향된 광학 필름을 형성할 수 있다.
실시예 30
PEN:PMMA/PVDF(60/40) 층을 가진 다층 광학 필름
약 450개 층의 교대하는 PEN(미국 테네시주 킹스포트의 이스트만 케미칼 프러덕츠 인코포레이티드(Eastman Chemical Products, Inc.)로부터의 0.48 고유 점도) 및 혼화성 PMMA/PVDF (60/40, 중량비) 배합물을 함유하는 다층 캐스트 필름을 공압출하였다. PMMA는 ICI 아메리카즈, 인코포레이티드(미국 델라웨어주 윌밍톤)으로부터의 퍼스펙스TM CP80이고, PVDF는 솔베이 폴리머즈 인코포레이티드(미국 텍사스주 휴스턴)로부터의 솔레프TM 1008이었다. 압출된 캐스트 필름을 이어서 연속적으로 이축-배향시켰다. 연속 이축 배향 공정은, 길이 배향기에서 기계방향(MD)으로의 첫번째 배향 단계에 이어 텐터에서 횡 방향(TD)으로의 배향을 포함한다. 최종 광학 필름은 약 58.4㎛의 총 두께를 가졌다.
비교를 위해, PEN:PMMA 다층 거울 필름을 동일한 장치로 유사한 조건하에 처리하였다.
2개의 필름은 저 굴절율 물질, PMMA(n=1.49) 및 PMMA/PVDF(60/40) (n=1.458)의 굴절율에서 상이하였다. 언급된대로, 고 굴절율 물질, PEN(n=1.75)은 양쪽 필름에 대해 동일하다.
도 19는, 대부분의 폭에 걸쳐, PEN:PMMA (Δn=0.26)에 비해 PEN:PMMA/PVDF(60/40) (Δn=0.29) 다층 거울 필름의 더욱 높은 평균 반사율을 명확히 나타내었다. 도 19의 반사율은 측정된 투과 스펙트럼으로부터의 광학적 평균이다 (CIE 발광체 C, 2°관찰자).
도 20은, 파장의 함수로서의 PEN:PMMA 및 PEN:PMMA/PVDF (60/40) 필름의 반사율을 나타낸다. 도 20에서의 반사율은 측정된 투과율로부터 계산된다 (％ 반사율=100-％투과율). PEN:PMMA 필름은 상당한 정도의 "스파이크"를 가진 비교적 불균일한 스펙트럼을 나타내고, 이는 바람직하지 못한 스펙트럼 불균일성 (무지개빛 변색현상)을 일으킨다. 스펙트럼 불균일성 (무지개빛 변색현상)은 층 두께 변화 및 광학 패킷 중복의 소실을 포함한 공정상의 어려움과 관련된다. PEN:PMMA/PVDF(60/40) 다층 거울 필름의 굴절율 차이가 클수록, 스펙트럼 불균일성(무지개빛 변색현상)이 상당히 둔화된다. PEN:PMMA 필름에 비해 PEN:PMMA/PVDF (60/40) 필름에서의 스펙트럼 불균일성(무지개빛 변색현상)의 감소는 광학적 및 공정 상의 이점을 모두 나타낸다.
도 21은 유사한 띠폭의 필름에 대하여 PEN:PMMA에 비해 PEN:PMMA/PVDF (60/40)에서의 스펙트럼 불균일성(무지개빛 변색현상)이 동일하게 감소됨을 나타낸다.
도 22 및 도 23은 PEN:PMMA 및 PEN:PMMA/PVDF(60/40) 필름에 대해 크로스웹 거리의 함수로서의 색 지수 파라미터의 비교를 나타낸다. 색 지수 파라미터는 측정된 투과 스펙트럼으로부터 광학적으로 평균화되었다 (CIE 발광체C, 2° 관찰자). 이상적으로 색 지수 파라미터는 0이다. 도면은 PEN:PMMA/PVDF (60/40) 필름이 대부분의 필름 폭에 걸쳐 PEN:PMMA 필름에 비해 더욱 양호한 색 성능을 나타냄을 보여준다.
PEN:PMMA 필름의 크로스웹 캘리퍼 균일성은 PEN:PMMA/PVDF(60/40) 필름에 비하여 상당히 양호하였다. PEN:PMMA 필름에서 양호한 크로스웹 캘리퍼 균일성을 달성하기 위해 걸린 시간이, PEN:PMMA/PVDF (60/40) 필름에서 동일한 균일성을 달성하기 위해서는 걸리지 않았음을 주목한다. PEN:PMMA 필름의 더욱 양호한 크로스웹 캘리퍼 균일성에도 불구하고, 도 19-23은 PEN:PMMA/PVDF (60/40) 필름의 뛰어난 광학 성능을 나타낸다. 이러한 결과는, 다층 광학 필름의 처리와 관련된 크로스웹 캘리퍼 균일성 제약이 완화됨을 예증한다. 이는 PEN:PMMA/PVDF(60/40)와 같은 큰 굴절율 차이 물질의 조합이 더욱 거친 공정을 일으키는 다른 예이다. 또한, 더욱 양호한 크로스웹 캘리퍼 균일성이 PEN:PMMA/PVDF(60/40) 필름에서 달성될 수 있고, 그 결과 PEN:PMMA 필름에 비해 더욱 양호한 광학 성능이 얻어질 것으로 기대된다.
실시예 31
coPEN(70:30):PMMA/PVDF(60/40)층을 가진 다층 광학 필름
70중량％ 나프탈레이트 단량체 및 30중량％ 테레프탈레이트 단량체를 사용하여 형성된 카르복실레이트 소단위를 가진 PEN의 공중합체를 사용하는 것 이외에는, 실시예 30과 유사한 다층 광학 필름을 형성하였다. 이 다층 광학 필름의 첫번째 광학층은 PEN:PMMA 제형과 동일한 굴절율 차이를 갖고(Δn=0.29), 따라서 유사한 광학적 및 가공 성능을 가질 것으로 기대된다. 더욱 낮은 PEN 함량은 스펙트럼의 가시 영역으로부터 더욱 떨어진 UV 흡수 띠 가장자리를 가진 필름을 제공하고, 따라서 필름의 UV 보호가 더욱 용이해진다. PEN(124℃)에 비해 coPEN(110℃)의 더욱 낮은 유리 전이 온도는 또한 열성형, 엠보싱 등에서 장점을 가질 수도 있다.
본 발명이 상기 기재된 특정 실시예에 한정되는 것으로 간주되어서는 안되며, 첨부된 청구의 범위에 적절히 제시된 본 발명의 모든 측면을 포함한다는 점을 이해해야 한다. 본 발명의 검토 시에, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련가라면, 본 발명이 적용될 수도 있는 각종 변형, 균등한 공정 뿐만 아니라 다수의 구조들을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (38)

  1. 각각의 첫번째 광학층이 배향되어지고, (i) 테레프탈레이트 공단량체 단위 및 에틸렌 글리콜 공단량체 단위를 가진 폴리에스테르 부분, 및 (ii) 130℃ 이상의 유리 전이 온도를 가진 중합체에 상응하는 두번째 부분을 포함하는 첫번째 중합체 조성물을 포함하는 것인, 다수의 첫번째 광학층; 및
    다수의 첫번째 광학층과 반복 서열로 배치되고, 각각의 두번째 광학층이 두번째 중합체 조성물을 포함하는 것인, 다수의 두번째 광학층
    을 포함하는 광학체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 두번째 부분이 200℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는 중합체에 상응하는 것인 광학체.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 첫번째 중합체 조성물이 각각 폴리에스테르 부분과 두번째 부분을 형성하기 위해 폴리에스테르와 두번째 중합체의 반응성 배합에 의해 형성되는 것인 광학체.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 첫번째 광학층의 유리 전이 온도가 100℃ 이상인 광학체.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 두번째 중합체 조성물이 폴리메틸 메타크릴레이트를 포함하는 것인 광학체.
  10. 각각의 첫번째 광학층이 배향되어지고, 테레프탈레이트 공단량체 단위 및 에틸렌 글리콜 공단량체 단위를 갖는 폴리에스테르를 포함하는, 다수의 첫번째 광학층; 및
    다수의 첫번째 광학층과 반복 서열로 배치되고, 각각의 두번째 광학층이 공중합체의 유리 전이 온도를 첫번째 광학층의 폴리에스테르의 유리 전이 온도 미만으로 낮추는 공단량체 단위를 함유하는 폴리메틸 메타크릴레이트의 공중합체를 포함하는 것인, 다수의 두번째 광학층
    을 포함하고, 적어도 하나의 파장 영역에 걸쳐 적어도 일부의 빛을 반사시키도록 배치되고 배열되어진 광학체.
  11. 제10항에 있어서, 공단량체 단위가 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트 및 에틸 메타크릴레이트로부터 선택된 것인 광학체.
  12. 제10항에 있어서, 첫번째 광학층이 0.05이상의 평면내 복굴절을 갖는 것인 광학체.
  13. 제10항에 있어서, 첫번째 광학층의 적어도 하나의 평면내 굴절율이 동일한 방향에서 두번째 광학층의 평면내 굴절율과 0.1이상 차이 나는 것인 광학체.
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서, 시야각이 수직 입사광에 대해 증가됨에 따라, 적색으로 변화되는 청색 외관을 갖는 광학체.
  16. 삭제
  17. 제10항에 있어서, 첫번째 폴리에스테르가 폴리에틸렌 테레프탈레이트인 광학체.
  18. 각각의 첫번째 광학층이 배향되어지고, 테레프탈레이트 공단량체 단위 및 에틸렌 글리콜 공단량체 단위를 갖는 폴리에스테르를 포함하는, 다수의 첫번째 광학층; 및
    다수의 첫번째 광학층과 반복 서열로 배치되고, 각각의 두번째 광학층이 폴리올레핀 공중합체를 포함하는 것인, 다수의 두번째 광학층
    을 포함하고, 적어도 하나의 파장 영역에 걸쳐 적어도 일부의 빛을 반사시키도록 배치되고 배열되어진 광학체.
  19. 제18항에 있어서, 폴리올레핀 공중합체가 폴리(에틸렌-코-옥텐), 폴리(프로필렌-코-에틸렌), 혼성배열 및 동일배열 폴리프로필렌, 및 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트)로부터 선택된 것인 광학체.
  20. 제18항에 있어서, 첫번째 광학층이 0.05이상의 평면내 복굴절을 갖는 것인 광학체.
  21. 제18항에 있어서, 첫번째 광학층의 적어도 하나의 평면내 굴절율이 동일한 방향에서 두번째 광학층의 평면내 굴절율과 0.1이상 차이 나는 것인 광학체.
  22. 삭제
  23. 제18항에 있어서, 시야각이 수직 입사광에 대해 증가됨에 따라, 적색으로 변화되는 청색 외관을 갖는 광학체.
  24. 삭제
  25. 제18항에 있어서, 첫번째 폴리에스테르가 폴리에틸렌 테레프탈레이트인 광학체.
  26. 각각의 첫번째 광학층이 배향되어지고, 테레프탈레이트 공단량체 단위 및 에틸렌 글리콜 공단량체 단위를 갖는 폴리에스테르를 포함하는, 다수의 첫번째 광학층; 및
    다수의 첫번째 광학층과 반복 서열로 배치되고, 각각의 두번째 광학층이 산-변형 폴리올레핀을 포함하는 것인, 다수의 두번째 광학층
    을 포함하고, 적어도 하나의 파장 영역에 걸쳐 적어도 일부의 빛을 반사시키도록 배치되고 배열되어진 광학체.
  27. 제26항에 있어서, 산-변형 폴리올레핀이 말레산 무수물 작용화기를 갖는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 것인 광학체.
  28. 제26항에 있어서, 첫번째 광학층이 0.05이상의 평면내 복굴절을 갖는 것인 광학체.
  29. 제26항에 있어서, 첫번째 광학층의 적어도 하나의 평면내 굴절율이 동일한 방향에서 두번째 광학층의 평면내 굴절율과 0.1이상 차이 나는 것인 광학체.
  30. 삭제
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  32. 제26항에 있어서, 첫번째 폴리에스테르가 폴리에틸렌 테레프탈레이트인 광학체.
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