KR100772749B1 - 확산형 반사 용품 - Google Patents

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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Abstract

가요성 및 특히 380 내지 730 ㎚의 가시 파장에서의 반사도가 증진된, 열가소성 중합체 및 희석제와의 열 유도된 상 분리에 의해 형성된 구조체에 근접한 확산 반사재를 제공한다. 그러한 재료는 다른 반사층과의 조합들 중에서 매우 많은 용도가 있다. 확산형 반사 용품은 액정 디스플레이, 조명 (lights), 복사기, 프로젝션 시스템 디스플레이, 팩시밀리 장치, 전자 흑판, 확산형 백색 표준품 (standards), 사진 조명 등의 백라이트 (backlight) 유닛에서 유용하다.
확산형 반사 용품, 확산 반사재, 열가소성 중합체, 희석제

Description

확산형 반사 용품 {Diffuse Reflective Articles}
본 발명은 열 유도된 상 분리 기술 (TIPS)를 이용하여 열가소성 중합체 및 희석제로부터 형성된 개선된 확산형 반사 용품을 포함하는 개선된 반사 용품에 관한 것이다.
빛이 입사 방사선의 각과 동일한 각으로만 반사되는 경면 또는 거울 (specular or mirror) 반사와 대조적으로, 확산 반사는 많은 각도로 반사광 휘도를 제공한다. 예를 들어 각종 조명 측정 시험 기구용 백색 표준품 (standards)으로서 사용되는 전형적인 확산 반사기는 압축 케이크 또는 세라믹 타일 형태의 백색 무기 화합물 (예, 황산바륨 또는 산화마그네슘)로 제조되는데, 이들은 모두 비싸고 딱딱하며 부서지기 쉽다. 다른 현행의 확산 반사기는 (1) 입자, 둘러싸는 매트릭스 및 연신 (stretching)으로부터 생성된 선택적인 공기 충전된 공극 (void)의 굴절률의 차이에 의존하는 미세공극성 (microvoided)의 입자 충전된 용품, 및 (2) 소결된 폴리테트라플루오로에틸렌 현탁액으로부터 제조된 미세다공성 (microporous) 재료를 포함한다.
미세다공성 필름을 생산하기 위한 다른 유용한 기술은 열 유도된 상 분리 (TIPS)이다. TIPS 기술은 열가소성 중합체와 희석제를 미국 특허 제4,247,498호와 동 제4,867,881호에 기재된 바와 같이 액체-액체 상 분리에 의해 분리시키는 미세다공성 재료의 제조에서 사용되고 있다. 고체-액체 상 분리 공정은 미국 특허 제4,539,256호에 기재되어 있다. 미세다공성 재료에 포함되는 핵형성제의 사용이 또한 고체-액체 상 분리법에서의 개선법으로서 미국 특허 제4,726,989호에 기재되어 있다.
현행의 TIPS 미세다공성 필름이 유용하기는 하지만, 개발되고 있는 많은 다양한 광 취급 용도를 위해서 효과적이면서도 저렴한 확산형 반사 용품이 여전히 필요하다. 그러한 많은 용도에서는, 특히 노트북 컴퓨터, 손에 들고 쓰는 (handheld) 컴퓨터, 휴대폰 및 다른 전자 장치에 포함되는 액정 디스플레이 (LCD)와 같은 전자 디스플레이에서 사용되는 경우에 확산형 반사 용품은 가능한 한 얇을 것이 요구된다.
확산형 반사 용품에 유용한 또다른 속성은 시간이 지남에 따라, 또 열에 노출시에 나타나는 반사 용품의 수축이 제어되거나 또는 감소되는 것이다. 각종 TIPS 미세다공성 필름에 사용되는 것을 포함한 많은 중합체 재료는 시간이 지남에 따라, 특히 열에 노출시 눈에 띄게 수축한다. 최적의 확산형 반사 용품을 제조하기 위해서는 이러한 수축의 감소 또는 제거가 요망된다. 또한, 빛을 균등하고 효율적으로 반사시키는 개선된 반사 용품이 필요하다.
<발명의 개시>
광학 물리에서는 용품의 구조가 각 재료의 적절한 크기의 구역을 제공하면, 굴절률이 상이한 2종 이상의 비흡수성 재료로 제조된 용품에 의해 입사광 또는 방 사선이 현저하게 산란되어 확산 반사되는 것이 알려져 있다. 효율적인 확산 반사기를 제조하기 위해, 용품의 광 산란 구역 또는 부위의 크기 (즉, 단면 폭 또는 높이)는 반사시키고자 하는 빛의 파장과 대략 동일하여야 한다. 산란 부위의 크기가 관심있는 파장보다 훨씬 더 작은 경우에 빛은 용품을 통해 통과한다. 크기가 훨씬 더 큰 경우, 대부분의 빛을 확산 반사시키기 위해 요구되는 전체 두께가 엄두도 못낼만큼 커진다. 반사기의 효율은 2가지 매체의 굴절률 차이가 커질수록 증가한다는 것이 또한 알려져 있다.
본 발명은 TIPS 기술을 이용하여 미세다공성 층을 포함하는 확산형 반사 용품을 제공한다. 이 확산형 반사 용품은 바람직하게는 가요성이며 방사선, 예를 들어 파장 380 내지 730 ㎚의 가시광을 유사한 두께의 대부분의 다른 공지된 반사기보다 더 효율적으로 확산 반사시킬 수 있다. 이 확산형 반사 용품은 저렴하면서도 쉽게 입수가능한 원료를 사용하여 향상된 반사도를 제공할 수 있다. 많은 시험은 100%에 근접하는 절대 반사율 값을 측정하는 데 있어서 부정확하기 때문에, 확산형 반사 용품의 측정된 반사도는 이용된 시험 방법에 의존한다. 또한, 근적외선 및 자외선 파장에서 이들 TIPS 용품의 확산 반사도가 극도로 큰 것으로 밝혀졌다.
본 발명은 또한 높은 절대 반사율 값을 유지하면서 두께가 감소된 개선된 확산 반사기를 제공한다. 이러한 두께 감소로 인해 LCD 조명 시스템을 포함하여 좁아진 프로파일을 갖는 각종 제품의 생산이 가능해진다.
구체적인 실행에서, 확산 반사기는 또한 선행 TIPS 용품에 비해 치수 안정성이 개선되었다. 이러한 치수 안정성의 개선으로 인해 확산 반사기는 현행 TIPS 반 사기에서는 가능하지 않았던 방식으로 제품 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 수축율의 감소로 인해 확산형 TIPS 용품을 제자리에 유지시키기 위해서 폭이 좁은 주변부 베젤을 갖는 LCD 조명 시스템에 포함될 수 있다.
본 발명의 특정 실시태양에서, 확산형 반사 용품은 2개의 평탄한 표면들이 약 1.5 ccm 미만으로 분리되는 경우 일어나는 광학 커플링 (optical coupling) (또한 웨트-아웃 (wet-out)으로 알려짐)을 감소시키는 표면 구조체를 포함한다. 광학 커플링은 표면들 중 하나가 내부 전반사 (TIR)에 의해 길이 방향으로 빛을 전달하는 라이트 가이드 (lightguide) 또는 도파관 (waveguide)의 일부인 경우에 특히 심각하다. 그러한 커플링은 빛이 원치않는 방식으로 라이트 가이드로부터 벗어나는 경로를 제공하는 역할을 하여 불균일한 조명을 야기한다. 엄격한 투과/반사 모드에서, 상기 근접성 (proximity)은 용품이 표면들 사이에서 비가 내리는 것처럼 (wet) 보이도록 하고 (웨트-아웃) 또한 경계선에서 뉴턴 고리 (Newton's Rings)로 불리는 고리를 갖는 것으로 보이도록 하는 보강 및 상쇄 반사를 제공하는 역할을 한다.
따라서, 제1 측면에서, 본 발명은 구조체에 근접한 반사재를 포함하는 반사 용품을 포함한다. 이들 구조체의 예로는 도파관 또는 중공 빛 공동 (hollow light cavities)을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 반사 용품은 임의로 경면 반사재 또는 확산 반사재가며, 구조체와의 광학 커플링을 감소시키거나 제거하는 형상의 표면 부재 (element)를 갖는 제1 표면을 포함한다. 이들 표면 부재의 예로는 예를 들어 가변 높이의 그루브 (groove), 피라미드, 반구체 및 코팅된 입자를 포함한다. 바람직한 실행에서, 반사 용품은 내부에 공동이 있는 중합체 재료의 네트워크를 함유하는 다공성 중합체 시트를 포함하는 확산 반사기이다. 다공성 중합체 시트는 중합체 성분 및 희석제 성분을 포함한다. 희석제 성분은 중합체 성분의 융점을 넘는 온도에서 중합체 성분과 혼화성이다. 이 다공성 중합체 시트는 바람직하게는 구조체와의 광학 커플링을 감소시키거나 제거하는 형상의 표면 부재를 포함한다. 이들 표면 부재는 예를 들어 중합체 시트를 캘린더링하고 (calendering) 엠보싱하거나 (embossing), 또는 중합체 시트에 코팅을 선택적으로 도포하여 구조체를 생성시킴으로써 형성된다.
다공성 중합체 시트에는 그 두께를 감소시키기 위해 캘린더링과 같은 기계력을 가할 수 있다. 다공성 중합체 시트는 550 ㎚ 파장에서 ASTM E 1164-94에 따라 적분 구 (integrating sphere)를 갖는 분광광도계를 사용하여 측정된 반사도가 바람직하게는 92%보다 더 크고, 더 바람직하게는 95%보다 더 크며, 더욱 더 바람직하게는 98%보다 더 크다.
본 발명의 제2 측면은 구조체에 근접한 확산 반사재를 포함하는 확산형 반사 용품이며, 여기서 상기 확산 반사재는 공기 구역 및 재료 구역을 포함하는 다공성 폴리올레핀 시트로 제조되며, 상기 재료 구역은 재료의 네트워크를 형성한다. 구조체와의 광학 커플링을 감소시키거나 제거하기 위해 하나 이상의 표면 부재가 폴리올레핀 시트에 첨가될 수 있다.
본 발명의 제3 측면은 구조체에 근접한 확산 반사재를 포함하는 확산형 반사 용품이며, 여기서 상기 확산 반사재는 도 13에 도시된 바와 같이 중합체 도메인 및 이들 도메인을 상호연결시키는 소섬유 (fibrils)로 된 네트워크를 포함하는 미세구조를 특징으로 하는 다공성 중합체 시트로 제조된다.
본 발명의 제4 측면은 빛 에너지가 반사되도록 하는 확산 반사재를 사용하여 빛의 확산 반사도를 향상시키는 방법이며, 여기서 상기 재료는 공기 구역 및 재료 구역을 갖는 다공성 중합체 시트를 포함하고, 상기 재료 구역은
(a) 중합체 성분, 및
(b) 중합체 성분의 융점 또는 전체 용액의 액체-액체 상 분리 온도를 넘는 온도에서 중합체 성분과 혼화성인 희석제 성분을 함유하는 재료의 네트워크를 형성한다.
본 발명의 제5 측면은 광원을 포함하며, 공동의 일부를 라이닝하는 (lining) 확산 반사기를 더 포함하는 하우징을 갖춘 광학 공동 (optical cavity)이며, 상기 확산 반사기는 상기한 바와 같이 다공성 중합체 시트를 포함한다.
본 발명의 제6 측면은 광원을 포함하며, 공동의 일부를 라이닝하고 광원 주위를 부분적으로 둘러싸서 빛을 광원으로부터 광학 공동 내로 보내는 확산 반사기를 더 포함하는 하우징을 갖춘 광학 공동이다. 확산 반사기는 광원으로부터 온 빛을 광학 공동 내로 반사시키며, 또한 광학 공동 내에서 재순환된 빛을 포함한 빛을 관찰자를 향해 반사시킨다.
본 발명의 특정 실행에서, 확산 반사기는 자외선 (UV)을 포함한 방사선으로부터의 파괴에 대해 저항성을 부여하는 물질을 포함한다. 다른 실행에서, 확산 반 사기는 형광 화합물을 포함한다. 특히, 광원이 자외광이거나 또는 자외광을 포함하는 경우, 확산 반사기는 자외광을 흡수하고 가시광을 방출하는 형광 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 제7 측면은 반사 용품의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 경면형 및 확산형 반사 용품, 및 특히 TIPS 반사 용품을 제조하는 것을 포함한다. 본 발명의 특수한 방법은 구조체에 부착하는 형상의 확산 반사재를 포함하는 용품을 제조하는 것을 포함한다. 상기 방법은 중합체 성분 및 희석제 성분을 제공하는 것을 포함한다. 희석제 성분은 중합체 성분의 융점 또는 중합체와 희석제의 전체 용액의 액체-액체 상 분리 온도를 넘는 온도에서 중합체 성분과 혼화성이다. 중합체 성분과 희석제 성분은 합해져서 다공성 중합체 시트를 형성한다.
다공성 중합체 시트를 형성한 후, 높은 수준의 반사도를 유지하면서 그 두께를 감소시키기 위해 임의로 다공성 중합체 시트에 힘을 가한다. 힘은 예를 들어 중합체 시트를 캘린더 롤들 사이에 캘린더링함으로써 가할 수 있다. 힘을 가하는 동안, 표면 부재들이 중합체 시트에 첨가될 수 있다. 별법으로, 표면 부재는 엠보싱에 의해 시트를 형성하거나 또는 시트의 일부 상에 코팅을 침적시킴으로써 시트에 첨가될 수 있다.
본 발명의 제8 측면은 냉음극 (cold cathod) 형광 램프와 같은 광원을 포함하며, 광원을 마주보는 공동의 일부를 라이닝하고 광원 주위를 부분적으로 둘러싸는 확산 반사기를 더 포함하는 하우징을 갖춘 램프 공동이다. 램프 공동은 바람직하게는 구조체에 근접한 확산 반사재와 일체형으로 형성되며, 여기서 상기 확산 반 사재는 다공성 중합체 재료로 제조된다.
본 발명의 확산 반사재는 광 취급 용도를 위한 다양한 구조체에서 유용한 것으로 밝혀졌다. 예를 들어 상기 재료는 LCD 백라이트 구성에서 후면 반사기 (back reflectors)로서 사용되고 있다. 본 발명의 확산 반사재는 간판 캐비넷 (sign cabinets), 광 섬유 및 광 콘딧 (conduit)의 휘도를 증가시키기 위해 또한 사용될 수 있다. 본 발명의 확산 반사재를 함유하는 그러한 용품은 본 발명의 추가의 측면이다.
본 발명은 확산 반사재의 제조 방법을 포함한다. 하나의 방법은 (a) 전체 용액 함량을 기준으로 약 10 내지 90 중량부의 반사시키고자 하는 빛을 실질적으로 흡수하지 않는 중합체 성분, 및 약 10 내지 90 중량부의 희석제 성분 (이 희석제 성분은 중합체 성분의 융점 또는 전체 용액의 액체-액체 상 분리 온도를 넘는 온도에서 중합체 성분과 혼화성이다)을 포함하는 용액을 형성하기 위한 용융 블렌딩 단계; (b) 용액을 성형하는 단계; (c) 성형된 용액을 (i) 중합체 성분의 결정화에 의해 중합체 도메인의 네트워크를 형성하거나, 또는 (ii) 액체-액체 상 분리에 의해 중합체 결핍 (polymer-lean) 상의 네트워크를 형성함으로써 상 분리하여, 상 분리된 재료 구역들을 형성하는 단계; (d) 재료 구역에 인접한 공기 구역을 생성시켜 다공성 용품을 형성하는 단계; 및 임의로 (e) 용품에 기계력을 가하여 그 두께를 감소시키는 단계를 포함하며; 여기서 상기 용품은 550 ㎚ 빛 파장에서 ASTM E 1164-94에 따라 적분 구를 갖는 분광광도계를 사용하여 측정할 때 반사도가 바람직하게는 92%보다 더 크다.
본 발명의 특정 실행에서, 상기 방법은 확산 반사재 내에 다수의 표면 부재를 형성하는 것을 추가로 포함한다. 이들 표면 부재는 후속적으로 확산형 반사 용품이 놓이는 기판과의 광학 커플링을 감소시키거나 제거하기 위해 배치된다. 표면 부재는 예를 들어 구조체들을 그 내부로 캘린더링하고 엠보싱하거나 또는 확산 반사재 상에 어떤 물질을 코팅하여 구조체를 형성시킴으로써 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 특징과 이점은 하기 발명의 상세한 설명과 청구의 범위로부터 명백해질 것이다. 상기한 발명의 개요는 본 발명의 각 예시된 실시태양 또는 모든 실행을 설명하는 것으로 의도되지 않는다. 하기 도면과 상세한 설명은 개시된 원리를 활용하여 특정한 바람직한 실시태양을 보다 구체적으로 예시한다.
도 1은 본 발명의 재료의 확산 반사도를 각종 통상의 공지된 확산 반사기와 비교한 그래프도이다.
도 2는 본 발명의 재료의 반사도에 대한 두께의 영향을 설명하는 그래프도이다.
도 3은 반사율에 대한 희석제의 존재의 영향을 설명하는 그래프도이다.
도 4는 가시 범위를 벗어나는 파장을 포함하는 본 발명의 재료에 대한 반사도/파장의 그래프도이다.
도 5a 및 도 5b는 안정화시키지 않은 필름 (A) 및 코팅으로 안정화시킨 필름 (B)에 다양한 시간 동안 자외선, 열 및 습기에 노출시킨 후 본 발명의 재료의 내구성에 대한 영향을 묘사하는 그래프도이다.
도 6은 확산형 반사율에 대한 중합체:희석제 비의 영향을 보여주는 그래프도이다.
도 7은 공극을 형성하기 위한 다양한 방법을 사용하는 다른 중합체를 사용하여 제조된 확산 반사기의 반사율을 설명하는 그래프도이다.
도 8은 액체-액체 TIPS 공정으로부터 제조된 필름의 확산형 반사율을 묘사하는 그래프도이다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 확산 반사기를 사용하는 LCD 장치의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 확산 반사기에 사용하기 위한 한 예를 보여주는 간판 캐비넷 또는 광 상자의 그림이다.
도 11은 본 발명의 확산 반사기를 사용하는 광 콘딧의 단면의 개략도이다.
도 12는 광 콘딧의 구성에서 유용한 각종 후면 반사기 및 추출기 (extractors)의 반사율을 설명하는 그래프도이다.
도 13은 5,000×의 배율에서 실시예 1의 시트의 주사 전자 현미경 (SEM) 광현미경 사진이다.
본 발명의 원리는 다양한 변형 및 별도의 형태에 적용가능하지만, 그의 구체예를 예로서 도면에 도시하고 상세히 설명할 것이다. 그러나, 본 발명이 설명된 특정 실시태양에 제한되는 것을 의도하지 않음을 이해해야 한다. 반대로, 본 발명은 본 명세서 개시내용의 취지와 범위 내에 있는 모든 변형, 등가물 및 별법을 포함하는 것으로 의도된다.
본 발명의 확산형 반사 용품은 바람직한 밀도의 광 산란 부위를 갖는 다공성 중합체층을 포함한다. 본 발명의 광 산란 부위는 각 반사율 사이에 유의한 차이가 있고 확산 반사시키고자 하는 원하는 파장의 빛을 실질적으로 흡수하지 않는 서로 인접한 2가지 구역들, 즉 재료 구역과 공기 구역을 포함한다.
효율적인 확산 반사기를 제조하기 위해, 용품의 광 산란 구역의 크기 (즉, 중합체층 미세구조의 소섬유, 구과 (spherulites), 공극 공간 또는 다른 특징부의 단면 폭 또는 높이)는 반사시키고자 하는 빛의 파장 정도이어야 한다. 산란 부위의 크기가 관심있는 파장보다 훨씬 더 작은 경우에 빛은 용품을 통해 통과한다. 크기가 훨씬 더 큰 경우, 대부분의 빛을 실질적으로 확산 반사시키기 위해 요구되는 전체 두께가 엄두도 못낼만큼 커진다. 일반적으로, 확산 광 반사기에 대해, 체적당 광 산란 부위가 보다 많을 수록 더 우수하다. 바람직하게는 재료 구역은 (a) 약 20 중량부 이상의 중합체 성분; 및 (b) 약 80 중량부 미만의 희석제 성분을 포함한다.
TIPS 공정 (고체/액체 및 액체/액체 모두)을 통해 제조된 확산 반사기로부터 형성된 독특한 형태는 확산 반사성이 큰 실용적인 반사기를 제조하는데 있어서 특히 유용하다. 고체 매체의 형태는 용액으로부터 중합체 및 희석제를 상 분리시켜 형성되기 때문에 치수가 작다. 제조하는 동안, TIPS 용품을 압축시켜 반사성의 과도한 손실없이 그 두께를 감소시킬 수 있다. TIPS 용품은 특정 크기의 고체 구역 및 공기 구역 (또는 공극 공간)을 갖고, 확산 반사하고자 하는 원하는 파장 내의 방사선을 흡수하지 않는 재료를 포함한다. 따라서, 380 내지 730 ㎚의 가시광의 확산 반사를 위해 바람직한 중합체 재료는 예를 들어 폴리올레핀, 예를 들면, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌과 비닐 아세테이트와의 공중합체, 또는 이들의 상용성 혼합물이다. 또한, 희석제는 다양한 양으로 존재할 수 있기 때문에 또한 비흡수성이어야 하며, 보다 많은 희석제가 존재하거나 또는 보다 높은 확산 반사율이 요구되는 경우 더욱 그러하다. 바람직하게는, 확산 반사기는 고체/액체 TIPS 공정에 의해 제조하며, 이는 이 공정이 대개 더 저렴하기 때문이다.
본원에서 사용되는 용어 "중합체 재료"은 빛을 반사시키고자 하는 파장에서 빛을 실질적으로 흡수하지 않으며 용융 가공 조건 하에 용융-가공가능한 중합체만을 나타낸다.
중합체 성분과 관련하여 본원에서 사용되는 용어 "결정질"은 적어도 부분적으로 결정질인, 바람직하게는 차동 주사 열량분석법 (DSC)에 의해 측정한 결정도가 20%보다 큰 중합체를 포함한다. 용융-가공된 중합체 내의 결정질 중합체 구조는 공지되어 있다.
본원에서 사용되는 용어 "고밀도 폴리에틸렌"은 결정도가 80 내지 90%이고 밀도가 0.94 내지 0.96 g/㎤인 폴리에틸렌을 나타낸다. 고밀도 폴리에틸렌이 본 발명에서 바람직한 폴리에틸렌이다.
본원에서 사용되는 용어 "융점"은 그 온도 또는 그 이상에서 중합체 재료가 단독으로 또는 희석제와 배합물로 용융하여 용액을 형성하는 온도를 나타낸다.
본원에서 사용되는 용어 "결정화 온도"는 그 온도 또는 그 미만에서 중합체 재료가 단독으로 또는 희석제와 배합물로 결정화하여 상 분리되는 온도를 나타낸다.
본원에서 사용되는 용어 "액체-액체 상 분리 온도"는 그를 넘는 온도에서 중합체 및 희석제가 용액을 형성하고, 그 온도 또는 그 미만에서 균질한 중합체/희석제의 용융물이 바이노드 (binodal) 또는 스피노드 (spinodal) 분해에 의해 상 분리하는 온도를 나타낸다.
본원에서 사용되는 용어 "희석제-인 (in)"는 희석제 성분을 제거하지 않은 TIPS에 의해 제조된 미세다공성 필름을 나타낸다.
본원에서 사용되는 용어 "희석제-아웃 (out)"는 희석제 성분을 본질적으로 제거한 TIPS에 의해 제조된 미세다공성 필름을 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 용어 "구조체"는 확산 반사재를 제자리에 유지하거나 지지할 수 있는 임의의 유닛 또는 용품, 예를 들어 경질 또는 가요성 프레임, 차일 (awning), 우산, 정적 또는 이동 화상을 모두 갖는 백라이트 구성, 광 콘딧, 광 상자, LCD, LED 디스플레이, LCD의 하위부품, LED 디스플레이의 하위부품 및 반사기를 나타낸다.
본원에서 사용되는 용어 "광학 공동"은 광원을 포함하고 광원으로부터 빛을 정적 디스플레이, 변하는 화상 또는 불충분하게 조명된 물체와 같은 조명으로부터 이익을 얻는 물체를 향해 보내도록 고안된 엔클로저 (enclosure)를 나타낸다. 특정 실행에서, 광학 공동은 라이트 가이드 또는 도파관을 포함한다.
본원에서 사용되는 용어 "표면 부재"는 임의의 돌출, 피라미드, 함몰, 홈, 융기, 점 (dot), 첨단 (point), 확장부, 또는 표면으로부터 신장하거나 또는 확산 반사재의 표면 내로 관통하는 다른 부재들을 나타낸다.
본원에서 사용되는 용어 "캘린더" 또는 "캘린더링"은 재료에 압력을 가하는 공정을 나타낸다. 특정 실행에서, 캘린더링은 재료의 두께를 감소시키기 위해 사용된다. 그와 동시에, 표면 부재가 재료에 첨가될 수 있다. "캘린더" 또는 "캘린더링"은 바람직하게는 재료의 두께를 감소시키기 위해 재료를 2개 이상의 롤러의 닙 사이에서 핀칭함 (pinching)에 의한 압력의 인가를 나타낸다.
본원에서 사용되는 용어 "엠보싱"은 용품에 압력 및(또는) 열을 패턴화된 표면과 함께 인가함으로써 용품 상에 구조화된 표면을 형성시키는 공정을 나타낸다.
본원에서 사용되는 용어 "웨트 아웃"은 2개의 평탄한 표면이 약 1.5 ccm 미만으로 분리된 경우 일어나는 광학 커플링을 나타낸다. 광학 커플링은 표면들 중 하나가 내부 전반사 (TIR)에 의해 그의 길이를 따라 빛을 전달시키는 도파관 또는 라이트 가이드의 일부인 경우에 특히 심각하다. 그러한 커플링은 빛이 원치않는 방식으로 라이트 가이드로부터 벗어나는 경로를 제공하는 역할을 하여 불균일한 조명을 야기한다. 엄격한 투과/반사 모드에서, 동일한 근접성은 용품이 표면들 사이에서 비가 내리는 것처럼 보이도록 하고 (웨트-아웃) 또한 경계선에서 뉴턴 고리로 불리는 고리를 갖는 것으로 보이도록 하는 건설적 및 파괴적 반사를 제공하는 역할을 한다.
본원에서 사용되는 "희석제 성분"은 용액을 형성하기 위한 승온에서는 중합 체 재료와 함께 용액을 형성하지만 또한 냉각시 중합체가 상 분리되도록 하는 성분이다. 유용한 희석제 성분 물질은 (1) 본원에 참고로 인용하는 쉽만 (Shipman)의 미국 특허 제4,539,256호에서 고체-액체 상 분리에 언급된 것, (2) 본원에 참고로 인용하는 킨저 (Kinzer)의 미국 특허 제4,867,881호에 액체-액체 상 분리에 유용한 것으로 언급된 것, 및 (3) 도데실 알코올, 헥사데실 알코올, 옥타데실 알코올, 디시클로헥실프탈레이트, 트리페닐 포스페이트, 파라핀 왁스, 액체 파라핀, 스테아릴 알코올, o-디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 디부틸 프탈레이트, 디부틸 세바케이트 및 디벤질 에테르와 같은 부가적인 재료를 포함한다.
대부분의 희석제가 추출되는 경우, 반사되는 빛에 대한 희석제의 투명도는 별로 중요하지 않다. 그러나, 보다 많은 희석제가 중합체와 함께 잔류할수록, 희석제의 투명도가 보다 더 중요해진다. 상당량의 희석제가 잔류하는 경우, 희석제는 반사되는 방사선에 대해 투명하여야 한다. 이 경우, 하나의 바람직한 희석제는 광유이다.
중합체 재료 및 희석제 이외에, 본 발명의 확산형 반사 용품은 또한 통상의 충전제 또는 첨가제 물질을 용품의 형성을 저해하지 않고 첨가제의 원치않는 삼출을 일으키지 않도록 제한된 양으로 포함할 수 있다. 그러한 첨가제는 대전방지 물질, 항산화제, 염료, 안료, 가소화제, 자외선 (UV) 흡수제 또는 핵형성제 등을 포함할 수 있다. 첨가제의 양은 전형적으로 중합체 혼합물의 10 중량% 미만, 바람직하게는 2 중량% 미만이다. 따라서, 예를 들어 고체-액체 TIPS 공정에서, 핵형성제를 사용하면 본원에 참고로 인용하는 미국 특허 제4,726,989호에 기재되어 있는 바 와 같이 중합체 재료의 결정화를 증진시키는 것으로 밝혀졌다.
일반적으로, TIPS 공정은 승온에서 단일한 균질상을 형성하는 중합체와 희석제를 필요로 한다. TIPS 필름을 가공하기 위해, 희석제 및 중합체를 압출기에 공급하여 두 성분을 함께 가열하고 혼합하여 균질한 액상 용액을 형성시킨다. 이어서 이 용액을 공기 중에서 냉각시키거나, 또는 바람직하게는 필름형 (film-like) 용품으로 주조하여 주조 휠 (casting wheel)과 접촉시켜 냉각시킨다. 고체/액체 TIPS 구성에 대한 냉각 공정 동안, 중합체는 용액으로부터 결정화되어 고체 중합체상과 액체 희석제상을 형성한다. 고체상은 중합체 사슬 타이 (tie) 소섬유에 의해 함께 유지되는 구과들로 이루어진다. 액체-액체 TIPS 공정의 경우에는, 중합체가 용액으로부터 분리되어 중합체 결핍된 물질의 제2 액체상을 형성한다.
상 분리후, 필름형 용품은 대개 투명하며, 희석제-아웃 또는 희석제-인 제품으로서 미세다공성 필름 용품으로 가공될 수 있다. 희석제-아웃 필름은 휘발성 용매를 사용하여 필름으로부터 실질적으로 모든 희석제를 추출함으로써 제조된다. 이어서 이 용매는 증발 제거되어 희석제가 존재하였던, 공기가 찬 공극을 남겨서 다공성 필름을 형성한다. 이어서 공기 공극의 체적을 증가시키기 위해, 필름을 적어도 한 방향 및 바람직하게는 웹 하방 (down-web) 방향 (또한 세로 또는 기계 방향으로 불림)과 횡단 방향 (또한 크로스-웹 (cross-web) 방향으로 불림) 모두로 배향시키거나 또는 연신시킨다. 희석제-인 필름은 단순히 추출 단계를 무시하고 필름을 배향시킴으로써 제조된다. 연신 및 배향 전 또는 후에, 필름을 기계력에 의해 압축시켜 필름 두께를 감소시킬 수 있다. 기계력은 바람직하게는 필름을 2개 이상의 강철 롤러 사이에서 캘린더링함으로써 가해진다. 그러나, 필름을 다수의 롤러를 통해 캘린더링하는 것을 포함하는 다른 캘린더링 및 압축 기술을 사용할 수도 있다.
배향 및 압축 후, 희석제가 중합체의 비정질 부분에 포획되어, 다공성 필름을 촉감이 건조하도록 만든다. 이 방법은 또한 유용한 광 산란 부위 치수를 제공하며, 고가의 속도 제한적인 추출 단계를 피하도록 한다. 물론, 연신 및 추출의 조합을 이용하여 구체적인 제품에 대한 원하는 제품 성능을 달성할 수도 있다.
특히, TIPS를 사용하여 원하는 광 산란 부위 밀도를 달성하기 위해, 방법은 바람직하게는 다음 5 단계: 즉,
(1) 전체 용액 함량을 기준으로 약 10 내지 80 중량부의 반사시키고자 하는 빛을 실질적으로 흡수하지 않는 중합체 성분, 및 약 10 내지 90 중량부의 희석제 성분 (이 희석제 성분은 중합체 성분의 융점 또는 전체 용액의 액체-액체 상 분리 온도를 넘는 온도에서 중합체 성분과 혼화성이다)을 포함하는 용액을 형성하기 위한 용융 블렌딩 단계;
(2) 용액을 성형하는 단계;
(3) 성형된 용액을 (i) 중합체 성분의 결정화에 의해 중합체 도메인들의 네트워크를 형성하거나, 또는 (ii) 액체-액체 상 분리에 의해 중합체 결핍 상의 네트워크를 형성함으로써 상 분리시켜 상 분리된 재료 구역, 즉 중합체 구역을 형성하는 단계;
(4) 재료 구역에 인접한 공기의 구역을 생성시켜 다공성 용품을 형성하는 단 계; 및
(5) 임의로 용품에 기계력을 가하여 그 두께를 감소시키는 단계를 포함하며; 여기서 상기 용품은 550 ㎚ 파장에서 ASTM E 1164-94에 따라 적분 구를 갖는 분광광도계를 사용하여 측정한 반사도가 92%보다 더 크고, 바람직하게는 94%보다 더 크다. 용품과 그가 놓이는 표면 사이의 웨트-아웃을 감소시키기 위해 임의로 웨트-아웃을 감소시키기 위한 표면 구조체를 용품에 형성시킬 수 있다. 특정 실행에서, 기계력은 용품의 두께를 감소시키기 위해 가해지는 것이 아니라, 용품과 그가 놓이는 표면 사이의 웨트-아웃을 감소시키거나 제거하기 위해 표면 구조체를 형성하기 위해 가해진다. 별법으로, 이들 표면 구조체는 예를 들어 용품을 엠보싱함으로써, 또는 용품 상에 구조체를 코팅함으로써 형성할 수 있다.
공기 또는 공극 구역에 비한 재료 구역 (구과, 셀 또는 다른 고체 구조체)의 크기는 고성능 확산 반사기를 달성하기 위해 중요하다. 구조체는 (1) 켄치 (quench) 속도 (중합체/희석제 용액을 냉각시키고 상 분리시키기 위한 시간), (2) 비균질 핵형성제의 존재 및 농도 (고체/액체 TIPS에서 유용함), (3) 중합체 성분:희석제 성분의 중량비, (4) 연신, (5) 희석제 추출, 및 (6) 압축력의 적용을 포함한 각종 공정 변수의 조작에 의해 달라질 수 있다. 각 광 산란 부위의 재료 구역의 크기는 처음 2가지 변수와 4번째 변수에 의해 유의하게 영향을 받는다. 각 광 산란 부위의 공기 구역의 크기는 6가지 모든 변수에 의해 영향을 받는다.
유용하고 경제적인 확산 반사기를 제조하기 위해 바람직한 크기의 재료 구역을 형성하기 위한 상 분리 단계는 (1) 용액을 충분히 빠르게 냉각시키거나, (2) 핵 형성제를 사용하거나 (고체/액체 TIPS에서), 또는 (3) 상기 2가지를 조합하여 수행할 수 있다. TIPS에서, 냉각은 고온 용액의 켄칭 표면 또는 매체에의 밀접한 접촉을 최대화시킴으로써 달성할 수 있다. 고체/액체 TIPS 공정에 의해 제조된 미세다공성 필름은 패턴화 롤 상으로 주조함으로써 냉각시킬 수 있다. 바람직하게는 필름은 웨트-아웃을 감소시키거나 제거하는 표면 상의 구조체를 형성하기 위해, 닙-롤 (nip-roll)에 의한 것과 같이 패턴화 롤 내로 가압된다. 별법으로, 평탄한 금속 롤을 사용하여 표면 또는 매체를 켄칭시킨다. 그러한 평탄한 금속 롤은 용액이 금속 냉각 롤과 보다 잘 접촉함으로 인해 보다 빠른 켄칭을 일으킬 수 있어서, 필름의 주조 롤 측면에 대략 치밀한 스킨 (skin) 층을 형성시킨다.
공기 구역은 상기 언급한 6가지 모든 공정 변수의 상호작용에 의해 형성된다. 예를 들어 특정 실행에서, 희석제 추출이 이용되는 경우, 바람직한 확산 반사기를 달성하기 위해 보다 적은 연신 및 보다 고함량의 희석제가 사용되어야 한다. 마찬가지로, 희석제 추출이 이용되지 않는 경우에는 보다 많은 연신이 바람직하며, 희석제 추출과 연신이 모두 이용되는 경우에는 보다 저함량의 희석제가 일반적으로 바람직하다. 빠른 켄치 속도 또는 핵형성제의 존재와 사용된 핵형성제의 농도는 형성되는 구과 (고체/액체) 또는 중합체 결핍 셀 (액체/액체)의 수에 영향을 미치며, 이는 다시 연신 또는 세척에 의해 형성된 공극을 채우는 공기의 분포에 영향을 미친다.
유사하게, 압축의 양은 구과의 크기와 두께에 영향을 미친다. 약간의 압축은 치수 안정성이 개선된 보다 얇은 반사기를 형성할 수 있기 때문에 바람직하지 만, 과도한 압축은 공극의 반사성의 허용되지 않는 파괴를 일으킬 수 있다. 그러한 파괴는 두께가 존재하는 빛의 파장에 너무 가까와지기 때문에 그 기능적 반사 두께를 넘어 공극의 붕괴 또는 공극의 수축을 통해 일어나는 것으로 생각된다. 바람직하게는, 압축의 양은 압축된 용품의 두께가 원래 두께의 60% 내지 95%, 더 바람직하게는 원래 두께의 70% 내지 85%, 가장 바람직하게는 원래 두께의 75% 내지 80%가 되도록 한다. 압축된 용품은 두께가 바람직하게는 50 내지 500 ㎛, 더 바람직하게는 100 내지 400 ㎛, 가장 바람직하게는 150 내지 300 ㎛이다.
압축된 용품의 반사도는 비압축된 용품의 반사도와 다를 수 있다. 그러나, 압축이 반사도를 감소시키는 경우에, 그러한 감소는 바람직하게는 비압축된 용품의 반사도의 5% 미만, 더 바람직하게는 비압축된 용품의 반사도의 3% 미만, 더욱 더 바람직하게는 비압축된 용품의 반사도의 1% 미만이다.
압축된 용품은 특정 실행에서 비압축된 용품에 비해 치수 안정성이 개선된다. 이러한 치수 안정성은 예를 들어 압축된 용품이 열에 노출시 덜 수축하는 점에서 명백하다. 특히, 압축된 용품은 비압축된 용품보다 그 길이와 폭을 따라 변형과 수축이 덜하다. 이러한 수축율의 감소는 LCD 또는 LED 디스플레이를 둘러싸는 베벨 (bevel)과 같은 프레임 내에 놓일 때 용품의 구김과 리플링 (rippling)을 감소시킨다. 특정 실행에서, 치수 안정성은 용품이 열 노출의 동일한 조건 하에 비압축된 용품보다 5 내지 50% 미만의 초기 수축율을 나타내는 정도이며; 한편 다른 실행에서 용품은 비압축된 용품보다 5 내지 25% 미만의 초기 수축율을 나타낸다.
적절한 표면 부재들은 광원에 근접한 것과 같은 영역에서 웨트-아웃을 감소시키기 위해 원추 또는 피라미드의 첨단과 같이 웨트-아웃 특성이 매우 낮아야 한다. 그러한 낮은 웨트-아웃 부재들은 구조체로부터 반사 표면을 들어올려 웨트-아웃이 형성되는 것을 방지하기 때문에 유익하다. 확산형 반사 용품과 구조체 사이의 분리는 대개 약 1.5 ccm보다 더 커야 한다.
본 발명의 확산형 반사 용품은 광범위한 광 취급 용도에서 사용된다. 다층 시스템에서, 빛 확산층은 경면 반사층을 갖는 다수의 반사 장치에 합해질 수 있다. 빛 확산 용품은 광학 공동을 부분적으로 라이닝하기 위해 사용되어, 예를 들어 정적이거나 (예, 그래픽 필름 또는 슬라이드) 또는 스위치가능한 (예, 액정 디스플레이) 부분적으로 투명한 화상과 같은 사물을 조명하기 위해 빛의 효율적인 사용을 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 확산 반사기 필름으로 부분적으로 라이닝된 광학 공동은 액정 디스플레이 구성 (LCD), 조명 (light), 복사기, 프로젝션 시스템 디스플레이, 팩시밀리 장치, 전자 흑판, 확산 조명 표준품 및 사진 조명을 포함한 백라이트 유닛과 같은 장치에서 사용할 수 있다. 이들은 또한 간판 캐비넷 시스템, 광 콘딧 또는 발광 다이오드 (LED)를 포함하는 유닛의 부품이 될 수 있다.
본 발명의 확산형 반사 용품은 액정 디스플레이에 사용되는 시판 백라이트에서 후면 반사기로서 특히 유익한 것으로 밝혀졌다. 이러한 유형의 용도에서, 용품은 디스플레이를 조명하는 광원 바로 뒤에 놓인다. 다공성 필름은 디스플레이를 향해 및 궁극적으로 관찰자를 향해 보내지지 않는 백라이트를 반사하는 역할을 한 다. 다공성 필름 후면 반사기의 산란 또는 확산 반사 특성은 또한 보다 많은 전체 확산 광원 및 보다 균일하게 빛나는 디스플레이를 제공하는 것을 돕고, 국제 특허 출원 공개 제WO 95/17699호와 미국 특허 출원 제SN08/807262호 (1997.2.28.)에 기재된 바와 같이 확산 반사기 및 편광 랜덤화기 (randomizer)로서 적합하다.
액정 디스플레이 (LCD)를 사용하고 이들 확산형 반사 용품을 포함하는 몇가지 구성의 개략도를 도 9a 내지 도 9f에 나타냈다. 도 9a에는 플라스틱 라이트 가이드 (6)에 연결된 형광 광원 (4)를 갖는 장치 (2)가 도시된다. 확산기 (8), 선택적인 휘도 증진 필름 (10) (예를 들어 미국 특허 제4,906,070호와 동 제5,056,892호에 기재되어 있고 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니 (3M)으로부터 입수가능한 필름), 및 선택적인 반사형 편광 필름 (11) (국제 특허 출원 공개 제WO 91/05327호와 동 제WO 97/32224호에 기재되어 있고 3M으로부터 입수가능함)이 라이트 가이드 (6)의 상부에 놓여 플라스틱 라이트 가이드로부터 방출된 빛을 LCD 및 관찰자를 향해 다시 보내지도록 하며 편광시키는 역할을 한다. 빛이 정확한 시야각 범위에 있지 않거나 또한 정확한 편광 범위에 있지 않은 경우에는 라이트 가이드 (6)을 향해 역반사된다. LCD (13)은 반사형 편광 필름 (11)의 상부에 놓이며 대개 2개의 편광기 (15) 사이에 샌드위치된 액정 (14)로 구성된다.
확산형 반사 용품 (17)은 (1) 반사형 편광 필름 (11) 및(또는) 휘도 증진 필름 (10)으로부터 거부된 빛을 반사시키고, (2) 이 빛이 관찰자에게 도달할 수 있도록 다른 기회를 줌으로써 광 재순환기 (recycler)로서 역할을 한다. 이러한 거부와 재순환은 수많이 일어날 수 있어서 관찰자를 향해 보내지는 빛의 양을 증가시킨 다.
이러한 증가된 광학 효율의 확산 반사기는 빛이 방출되는 각을 제어함으로써 디스플레이 휘도를 증가시키기 위해 층 (10)과 확산 반사층 (17) 사이에서 입사광을 반사시키기 위해 사용될 수 있다. 반사된 빛은 확산 반사기 (17)에 의해 모든 각으로 산란된다. 휘도 증진층 (10)의 투과각 내의 빛은 관찰자를 향해 투과된다. 제2 각 범위 내의 빛은 부가적인 산란을 위해 반사된다.
예로서, 90°의 면각 (facet angles)을 갖는 굴절률 1.59의 프리즘형 휘도 증진 시트를 사용하는 경우에, 평균 70% 반사성인 백라이트 상에서 얻어진 이익은 1.6이다. 백라이트의 평균 반사율을 90%로 증가시키면 이익이 1.8로 증가한다. 백라이트에서의 흡수 손실이 없는 경우 이익은 2.0으로 증가한다. 따라서, 90% 반사율은 휘도에서의 최대의 가능한 증가에 가까와질 수 있게 한다.
증가된 광학 효율의 확산 반사기는 반사형 편광 필름 (11)과 확산 반사기층 (17) 사이에서 입사광을 반사시켜, 반사형 편광 필름 (11)을 통해 투과된 빛의 편광 상태를 제어함으로써 디스플레이 휘도를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 많은 디스플레이는 디스플레이의 후면에 도포된 흡수 편광기 (15)를 갖는다. 비편광된 빛에 의해 디스플레이를 조명하는 경우에는 이용가능한 빛의 적어도 1/2이 흡수된다. 그 결과, 디스플레이 휘도는 감소하며 디스플레이 편광기는 가열된다. 2가지 불리한 상황은 모두 반사형 편광 필름 (11)을 사용하여 극복되며, 이는 반사형 편광 필름 (11)이 하나의 선형 편광 상태의 빛은 투과시키며, 다른 선형 편광 상태는 반사시키기 때문이다. 반사형 편광 필름 (11)의 투과축이 흡수 편광기의 투과 축과 일직선인 경우, 투과된 빛은 흡수 편광기에 의해 단지 약하게 흡수된다. 또한, 반사된 편광 상태의 빛은 흡수 편광기에 의해 전혀 흡수되지 않는다. 대신, 상기 빛은 확산 반사기 (17)을 향해 반사된다. 확산 반사기 (17)은 상기 빛을 편광소멸시켜, 반사형 편광 필름의 투과 및 반사 상태의 동일한 편광 성분들을 갖는 편광 상태를 형성시킨다. 1/2의 빛은 반사형 편광 필름 (11)을 통해 관찰자를 향해 투과된다. 반사된 편광 상태 또는 "바람직하지 않은" 상태의 빛은 다시 확산 반사기 (17)에 의해 산란되어, 부가적인 편광 전환을 위한 또다른 기회를 제공한다.
부가적으로, 확산 반사기 (18)은 플라스틱 라이트 가이드 (6) 내로 광 커플링 효율을 증가시키기 위해 냉음극 형광 램프와 같은 광원 (4) 뒤에 또는 주변에 놓일 수 있다. 확산 반사기 (18)은 단독으로 또는 구성물의 전체 반사율을 증가시키기 위해 놓인 경면 반사기와 조합하여 사용될 수 있다.
증가된 광학 효율의 확산 반사기는 광학 공동의 반사 효율을 증가시키고(시키거나) 빛의 개별 파장들을 혼합시켜 균일한 색상 또는 백색 광원을 제조하기 위해 사용할 수 있다. 도 9b에 도시된 개략도에서, 3개의 형광 램프 (20)이 광학 공동 (21) 내에 도시되어 있다. 모든 램프는 백색일 수 있거나, 또는 각 램프는 선택된 색상, 예를 들어 적색, 녹색 및 청색일 수 있다. 도 9c에는, 광학 공동 (21)에 빛을 공급하는 광원으로서 2개의 발광 다이오드 (LED; 24)를 갖는 LCD 장치가 도시된다. 다이오드는 색상이 있거나 또는 백색일 수 있다. 도 9b와 도 9c 모두에서, 광학 공동 (21)은 반사율을 증가시키고 개별 색상들을 적절하게 혼합시켜 LCD를 조명하기 위해 우수한 공간적 발광 균일도를 갖는 백색 광원을 형성시키기 위해 확산 반사기 (22)로 라이닝된다.
도 9d에 개략적으로 도시된 장치에서는 광학 공동 내에 광원으로서 프리즘형 광 콘딧 (26)을 사용한다. 확산 반사기는 광 콘딧에서, 빛을 LCD를 향해 산란시키기 위한 추출기 (27)로서, 그리고 광 콘딧 주변으로 빠져나오는 빛을 반사시켜 효율적인 광학 공동 (29)를 형성시키기 위한 후면 반사기 (28)로서 모두 사용된다.
도 9e에는, 라이트 가이드 (52)를 포함하는 LCD 디스플레이 (51)이 광원 (54)와 함께 도시된다. 라이트 가이드 반사기 (56)은 라이트 가이드 (52)의 바닥면 위에 놓인다. 부가적인 반사기 (55)는 광원 (54) 뒤에 놓여, 빛을 라이트 가이드 (52) 내로 보낸다. 다수의 표면 부재들로 이루어진 점 추출 패턴 (58)이 도시되며, 이는 LCD 디스플레이 (51)를 가로질러 조명을 제어하기 위해 라이트 가이드 (52)를 따라 다양한 지점에서 선택적인 추출을 일으킨다. 용도에 따라 변할 수 있는 도시된 실시태양에 나타낸 다른 부재들은 확산 필름 (60), 프리즘형 반사 필름 (62), 커버 시트 필름 (64) 및 반사형 편광기 (66)을 포함한다. LCD 패널 (68)이 또한 도시된다.
도 9f에는, 라이트 가이드 (72)와 광원 (74)를 포함하는 다른 LCD 디스플레이 (70)이 도시된다. 광 방향 전환 (direction turning) 필름 (78), 확산기 (80), 반사 편광기 (82) 및 LCD 패널 (84)가 또한 도시된다. 라이트 가이드 반사기 (76)은 라이트 가이드 (72)의 바닥면 (79)를 덮고 있지만, 또한 광원 (74)의 일부의 주위를 둘러싼다. 이 방식에서, 라이트 가이드 반사기 (76)은 광원 (74)로부터 라이 트 가이드 (72) 내로의 빛의 반사를 돕고, 그에 의해 라이트 가이드의 효율을 증가시키고, 또한 디스플레이 (70)에 대해 단일한 일체형 반사기 (76)를 형성함으로써 디스플레이 (70)의 제작의 용이성을 증진시킨다. 이전에는 빛을 광원으로부터 라이트 가이드 내로 반사시키기 위해 반사기가 사용되었지만, 개선된 일체 성형 (single piece) 반사기가 제작과 사용이 더 용이하다. 또한, 개선된 일체 성형 반사기는 도 9e에서와 같이 2개의 반사기들 사이에서 빛의 손실을 피한다.
LED는 의료용 모니터 및 자동차 디스플레이와 같은 소형 LCD 장치를 위한 유용한 광원이다. LED는 작은 크기와 보다 적은 에너지 소모의 이점을 제공하지만 휘도가 비교적 낮다. LED 조명을 사용하는 디자인의 광학 효율은 본 발명의 확산형 반사 용품을 휘도 증진 및 반사형 편광 필름과 조합하여 후면 반사기로서 사용하는 경우 증가된다.
LCD 구성물을 본 발명의 TIPS 필름을 사용하여 제조하여, 실시예 부문에서 설명하는 바와 같이 시판되는 확산형 후면 반사기와 비교하였다. 본 발명의 다공성 TIPS 필름을 사용하면 휘도가 25%까지 증가하는 것으로 증명되는 것이 밝혀졌다. 이 값은 원래의 휘도에서 배터리 수명이 보다 더 길다는 것을 의미할 수도 있다. 휘도 증진 필름으로부터의 방향적인 휘도 증진과는 달리, TIPS 필름은 전체 휘도 (에너지) 이익을 제공한다.
LED는 의료용 모니터 및 자동차 디스플레이와 같은 소형 액정 디스플레이를 위한 바람직한 백라이트 광원으로서 형광 램프를 대신할 수 있다. LED를 사용하는 이점은 그의 저렴한 가격, 작은 크기 및 낮은 에너지 소모이다. LED의 단점은 그 의 비교적 낮은 휘도이다. 공지의 경면 반사 필름층과 함께 본 발명의 확산형 반사 용품을 후면 반사기로서 사용하면, LED 디스플레이의 휘도를 증가시킬 수 있다.
전기 에너지를 보다 적게 필요로 하면서 휘도를 향상시킴으로써 보다 효율적으로 작동하는 디스플레이 간판 캐비넷은 본 발명의 확산형 반사 용품을 사용하여 제조할 수 있다. 간판 캐비넷은 종종 화상을 디스플레이하기 위해 전면 필름을 조명하는 형광 조명을 갖는 알루미늄 후면 (일반적으로 백색으로 도장됨)과 측면 (대개 도장되지 않음)으로 제조된다. 화상을 디스플레이하는 휘도는 후면과 내부의 4면 모두를 본 발명의 확산형 반사 용품으로 덮는 경우 43%까지 증가될 수 있다. 역으로, 디스플레이 필름을 조명하기 위해 사용되는 에너지는 동일한 휘도를 보유하면서 비례적으로 감소될 수 있다. 본 발명의 한 실시태양에서, 간판 캐비넷을 도 10에 도시한다. 간판 캐비넷 (30)은 알루미늄과 같은 저렴한 내열 물질로 제조된 다른 측면들 (34)을 갖는 상자 (33)의 전면 패널로서 부착된 필름 (32) (예, 3M으로부터 입수가능한 PANAFLEX™) 상의 화상을 포함한다. 상자 (30)은 화상이 형성된 필름을 보다 장시간에 걸쳐 조명하기 위해 충분한 빛을 제공할 수 있는 광원 (36)을 포함하고 있다. 고강도의 형광 조명이 일반적으로 사용되어, 빛 강도는 화상의 전체 영역에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 확산 반사 시트 (38)은 흡수에 대한 빛 손실량을 최소화시키기 위해 캐비넷 (30)의 적어도 하나의 내면, 바람직하게는 5개의 모든 내면 상에 놓인다. 이 배치에서, 선행의 공지된 디자인보다 주어진 조명 수준을 달성하기 위해 적은 에너지가 사용되거나 또는 화상은 증가된 휘도로 조명된다.
본 발명의 확산형 반사 용품은 또한 광 콘딧에서, 또는 빛이 중공 광 콘딧의 길이 중 적어도 일부로부터 추출되거나 방출되는 용도에서 유용하다. 광 콘딧을 위한 광원은 대개 금속 할라이드 램프와 같은 점광원이고, 직사각형 디스플레이 콘딧의 경우에는 형광관과 같은 직선형 광원을 사용할 수 있다. 전형적인 용도는 착색관 및 얇은 디스플레이 화상 및 간판과 같은 디스플레이를 포함하는 일반적인 조명 또는 디스플레이 조명이다. 시판 광 콘딧 (3M으로부터 입수가능하고(하거나) 미국 특허 제4,805,984호, 동 제4,850,665호 및 동 제5,309,544호에 기재된)에서는 현재 빛을 추출하여 방출 표면을 통해 보내도록 하기 위해 매트한 백색 비닐 필름과 같은 확산 반사기, 및 벗어난 빛을 역반사시키기 위해 은 코팅 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 필름 또는 TYVEK™ 필름을 사용한다.
추출기 또는 후면 반사기로서 확산형 반사 용품을 사용하면 광 콘딧의 조명 효율을 증가시킨다. 확산 반사는 보다 균일한 조명을 제공한다. 광 콘딧 구성물 (29)의 한 실시태양을 도 11에 도시한다. 광 콘딧은 선택적인 외부 쉘 (40)에 의해 둘러싸여 있다. 외부 쉘 (40) 내부에는, 콘딧 아래로 통과하는 빛을 콘딧 내에 남도록 한정시키는 프리즘형 표면 (44)을 갖는 광학 조명 필름 (Optical Lighting Film: OLF; 42) (미국 특허 제4,906,070호와 동 제5,056,892호에 기재되어 있고 3M으로부터 입수가능함)가 있지만, OLF는 오프각 (off angle; 대개 콘딧의 축에 대해 27°보다 더 큼)으로 OLF를 치는 빛에 대해서는 실질적으로 투명하다.
추출기 (46)은 OLF (42)의 내면에 대해 빛이 콘딧 밖으로 추출되는 것이 요구되는 구역 (일반적으로 콘딧 축에 평행한 스트립(strip))에 놓인다. 빛은 추출 기에 의해 OLF (42)에 대해 콘딧의 축에 상대적인 각으로 방출 표면 (48)을 통해 산란된다. 광 콘딧의 길이를 따른 균일한 플럭스 (flux) 출력은 콘딧의 한 단부로부터 다른 단부로 추출기 필름을 테이퍼링시킴 (tapering)으로써 달성할 수 있다. 보다 확산 반사성이고 광 흡수가 보다 적은 추출기가 바람직하다. 후면 반사기 (50)이 외부 쉘 (40)과 OLF (42) 사이에 놓여, OLF (42)를 통해 광 콘딧 내로 역으로 및 방출 표면 (48)을 통해 밖으로 통과하는 임의의 벗어난 빛을 반사시킬 수 있다. 몇몇 경우, 예를 들어 천장 (ceiling)을 약하게 조명하기 위해서 후면 반사기를 통해 빛이 일부 투과하는 것이 바람직하다. 후면 반사기 (50)와 추출기 (46)은 모두 TIPS 시트로 제조될 수 있으며, 그와 같이 제조된 광 콘딧은 본 발명의 실시태양이다.
확산 반사기 및 그의 일부 용도를 하기 실시예에서 더욱 설명한다.
반사율 스펙트럼 - 방법 1
확산 반사율 스펙트럼을 측정하는 본 방법은 달리 명시하지 않는 한 실시예 전체에서 사용하였다.
전체 반산율 스펙트럼은 ASTM E 1164-94에 기재된 절차를 이용하여 측정하였다. 샘플을 적분 구를 갖춘 퍼킨 엘머 (Perkin Elmer)로부터 입수가능한 람다 (Lambda) 19 UV/VIS/NIR 분광계에 놓았다. 출력은 380 ㎚ 내지 730 ㎚, 또는 250 ㎚ 내지 2000 ㎚의 예정된 파장 범위에 걸쳐 각 파장에 대한 반사율 %였다.
반사율 스펙트럼 - 방법 2
일반적으로 확산 반사 스펙트럼 반사율을 3 내지 4% 과장하는, 확산 반사율 스펙트럼을 측정하는 본 방법은 샘플을 딱딱한 금속 시트 상에 장착하여 방법 1에 의해 시험될 수 없거나 또는 상대적인 비교를 위해 달리 명시되지 않은 경우에 사용하였다.
반사 스펙트럼은 GRETAG™ SPM50 분광광도계를 사용하여 얻었다. 장치는 기계의 확산 백색 표준품을 사용하여 검정하였다. 이어서 샘플을 기계의 광원으로 조명하고 반사를 380 ㎚ 내지 730 ㎚에서 분석하였다. 본 방법은 다소 과장되지만, 시간이 지남에 따라 유사한 습기 및 자외광 노출 사이클에 노출될 때 알루미늄 시트 상에 장착된 노화하는 샘플들에서의 상대적인 차이를 설명하는데 유용한 반사율 %값을 제공한다.
실시예 1, 및 비교예 1 내지 3
각종 확산형 광 반사기의 반사 성능을 TIPS 미세다공성 확산 반사기 필름과 비교하였다.
실시예 1에서, 투명한 중합체 성분 (결정화가능한 폴리프로필렌; 쉘 케미칼 캄파니 (Shell Chemical Co.)로부터 DS 5D45의 상표명으로 입수가능함, 용융 유동 지수 0.65 dg/분 (ASTM D1238, 조건 I), 결정화도 48%, 융점 165℃ (DSC로 측정함) 및 굴절률 1.50)을 핵형성제 (디벤질리딘 소르비톨; 밀리켄 케미칼 (Milliken Chemical, Inman SC)로부터 MILLAD™ 3905로서 입수가능함)와 혼합하여 40 ㎜의 2축 압출기의 호퍼에 공급하였다. 점도가 100 센티스톡스 (40℃에서 ASTM D445)이고 굴절률이 1.48인 투명한 오일 성분 (Mineral Oil Superla White #31; 아모코 케 미칼 캄파니 (Amoco Chemical Co.)로부터 입수가능함)을 주입 포트를 통해 중합체 40 중량%, 광유 60 중량%, 및 합한 중합체와 희석제 백만부당 핵형성제 2500 중량부의 조성을 제공하는 속도로 압출기에 도입하였다. 전체 공급 속도는 22.7 ㎏/시였다. 압출기 내에서 중합체를 271℃로 가열하여 용융시키고, 오일과 혼합한 후 압출 동안 온도를 177℃로 유지시켰다. 용융물을 38.1 ㎝-폭 코트 행어 (coat hanger) 슬릿 다이를 통해 압출시켜, 66℃로 유지시킨 평탄한 표면을 갖는 주조 휠 상으로 두께 890 ㎛의 투명한 필름으로서 주조하였다. 주조 필름을 역류 압출기에서 15분 동안 1,1-디클로로 2,2,2-트리플루오로에탄 (듀퐁(duPont)으로부터 VERTREL™ 423으로서 입수가능함) 중에서 세척하고, 47℃에서 9분 동안 건조시키고, 115℃에서 2.25×2.25배 (기계 방향 및 횡단 방향 모두에서) 연신시켰다. 최초에 투명한 필름은 추출시 불투명한 백색으로 변하였고, 최종 두께는 약 360 ㎛ (14 mils)이었다.
비교예 1은 LCD 후면 반사기로서 사용되며 아이씨아이 플라스틱스 (ICI Plastics, Wilmington, DE)로부터 MELINEX™으로 입수가능한 두께 190 ㎛의 티타니아로 채워진 미세공극성 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 필름이었다.
비교예 2는 듀퐁 캄파니 (DuPont Co., Wilmington, DE)로부터 TYVEK™으로 입수가능한 두께 150 내지 250 ㎛의 폴리에틸렌 부직물이었다.
비교예 3은 보이스 캐스케이드 (Boise Cascade)로부터 CASCADE™ X-9000으로 입수가능한 두께 105 ㎛의 백색 20 파운드 본드지 (bond paper)이었다.
실시예 1과 비교예 1 내지 3을 방법 1에 의해 반사율 스펙트럼에 대해 시험 하여 도 1에 나타냈다. 비교예 2에 대한 스펙트럼은 두께를 150 ㎛에 더 가깝게 접근시키는 구역을 취하였다. 실시예 1의 반사도는 대부분의 가시광 스펙트럼 전체에서 비교예들 모두보다 더 우수하였다.
실시예 2 및 3, 및 비교예 4
필름 두께의 영향을 증명하였다.
실시예 2 및 3은 주조 휠 속도를 실시예 2 및 3에 대해 두께가 각 약 230 ㎛ (9 mil) 및 약 130 ㎛ (5 mil)인 보다 얇은 구성물을 제공하도록 증가시키고, 세척 시간과 건조 시간을 각 실시예에 대해 비례적으로 단축시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 제조하였다.
비교예 4는 두께 250 ㎛의 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌 필름 (더블유.엘. 고어 앤드 어소시에이츠, 인크. (W.L. Gore & Associates, Inc., Elkton, MD)로부터 DRP™ Thin Film Reflector로 입수가능함)이었다.
실시예 2 및 3과 비교예 4를 반사율 스펙트럼에 대해 시험하여 실시예 1의 결과와 함께 도 2에 나타냈다. 가장 두꺼운 본 발명의 반사기 (실시예 1)은 약 530 ㎚ 가시광 파장까지는 비교예 4보다 더 반사성이었지만, 보다 높은 파장에서는 비교예 4보다 약간 덜 반사성이었다. 비교예 4는 또한 약 520 ㎚ 파장까지는 본 발명의 실시예 1 및 2보다 덜 반사성이며, 550 ㎚에서는 가공 비용이 상당히 더 저렴한 필름인 실시예 3보다 3% 미만으로 더 반사성이었다.
실시예 4 내지 6
희석제 추출의 영향을 각종 미세다공성 필름 구조물에서 증명하였다.
실시예 4는 주조 휠 속도를 두께 약 205 ㎛ (8 mil)의 구조물을 제공하도록 증가시키고 세척 시간과 건조 시간을 비례적으로 단축시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 유사한 방식으로 제조하였다.
실시예 5 및 6은 실시예 1에서와 동일한 중합체 및 희석제를 사용하여 제조하였다. 2가지 물질을 압출기에 도입시켜 중합체 50 중량%와 광유 50 중량%의 조성을 제공하였다. 핵형성제는 각각 750 ppm 및 1000 ppm으로 공급하였다. 전체 공급 속도는 20.5 ㎏/시였다. 중합체를 압출기 내에서 271℃로 가열하여 용융시키고, 오일과 혼합시킨 후 압출하는 동안 온도를 177℃로 유지시켰다. 용융물을 30.5 ㎝-폭 코트 행어 슬릿 다이를 통해 압출하여 66℃로 유지시킨 표면이 평탄한 주조 휠 상으로 투명한 필름으로서 주조하였다. 주조 필름을 121℃에서 2.0×2.0배 연신시켰다. 최초에 투명한 필름은 배향 (연신)시 불투명한 백색으로 변하였다. 실시예 5는 약 585 ㎛ (23 mil)로 주조되었고 배향후 그의 최종 두께는 약 355 ㎛ (14 mils)이었다. 실시예 6는 약 405 ㎛ (16 mil)로 주조되었고 배향후 그의 최종 두께는 205 ㎛ (8 mils)이었다.
실시예 4 내지 6을 반사율 스펙트럼에 대해 시험하여 실시예 1의 결과와 함께 도 3에 나타냈다.
실시예 7
빛의 가시 구역을 넘어서는 반사 성능의 폭을 증명하였다.
실시예 1의 필름을 250 ㎚ 내지 2000 ㎚의 파장 범위에 걸쳐 반사율에 대해 측정하였다. 스펙트럼을 도 4에 나타냈다. 1600 내지 1800 ㎚의 파장에 대한 반 사율에서의 강하 (dip)는 다공성 필름에 의해 흡수된 미량의 물 때문이다.
실시예 8
습기, 열 및 자외광에 의한 분해에 대해 확산 반사기를 안정화시키는 영향을 증명하였다.
실시예 8은 실시예 1을 매트한 표면 상에서 자외선 및 열 안정화 혼합물로 코팅함으로써 제조하였다. 2가지 자외광 안정화제 (TINUVIN™ 1130 및 TINUVIN™ 123, 둘 모두 시바 가이기 (Ciba Geigy)로부터 입수가능함), 페놀릭 항산화제 (IRGANOX™ 1010, 시바 가이기로부터 입수가능함), 아세톤 및 에탄올을 2.0:3.5:0.4:2.0:93.1의 중량비로 혼합시켜 형성된 용액을, 용액 풀 (pool)을 No. 5 마이어 로드 (Meyer Rod; 용액의 풀을 두께 약 25 ㎛ (1 mil)의 습식 코팅으로 펼쳐바르기 위한 크기의 와이어가 감긴 막대)를 사용하여 실시예 1의 샘플의 표면 상에 펼쳐바름으로써 코팅하였다. 습식 코팅을 다공성 필름으로 흡수시켜 공기 중에서 건조시켰다.
실시예 1 및 8을 0, 500 및 1000시간 동안 유사한 반복적인 용량의 습기, 열 및 자외광에 노출시키고 반사율 스펙트럼에 대해 시험하였다. 결과를 실시예 1 및 8에 대해 각각 도 5a 및 도 5b에 나타냈다. 이들 도면을 비교하면 화학 안정화제의 첨가가 습기, 열 및 자외광에 노출 하에 시간에 따른 반사도의 급감을 감소시키는 유익한 효과를 갖는다는 것을 보여준다.
실시예 9 및 10
도입 물질의 중합체:희석제 비를 변화시키는 영향을 증명하였다.
실시예 9 및 10은 다공성 필름을 중합체:희석제의 도입비를 각각 30:70 및 60:40으로하여 제조하며, 두 다공성 필름의 두께가 모두 약 180 ㎛ (7 mils)인 것을 제외하고는 실시예 1과 유사한 방식으로 제조하였다.
실시예 9 및 10을 반사율 스펙트럼에 대해 시험하였다. 결과를 중합체/희석제 비가 40:60인 실시예 4에 대한 플롯과 함께 도 6에 나타냈다. 중합체:희석제의 비가 가장 낮게 제조된 실시예 9의 필름의 반사도가 가장 우수하였다.
실시예 11 및 12
다른 중합체 및 각종 공극형성 기술을 사용하는 영향을 증명하였다.
실시예 11 및 12는 중합체가 굴절률 1.54의 고밀도 폴리에틸렌 (피나 오일 앤드 케미칼 캄파니 (Fina Oil and Chemical Co., Dallas, TX)로부터 폴리에틸렌 수지 1285로서 입수가능함)이고, 핵형성제를 첨가하지 않으며, 공정 조건이 상이한 것을 제외하고는 실시예 1과 유사한 방식으로 제조하였다. 중합체:희석제의 도입비는 각각 25:75 및 18:82이고, 전체 공급 속도는 13.6 ㎏/시였다. 용융물 유지 온도 및 주조 휠 온도는 실시예 11에 대해 188℃ 및 16℃이고, 실시예 12에 대해 166℃ 및 10℃였다. 실시예 11은 실온에서 1.5×1.5배 연신시키고, 실시예 12는 연신시키지 않았다. 다공성 필름은 최종 두께가 각각 약 190 ㎛ (8 mils) 및 약 510 ㎛ (20 mils)이었다.
실시예 11 및 12를 반사율 스펙트럼에 대해 시험하였다. 결과를 도 7에 나타냈다. 중합체:희석제의 비가 보다 큰 중합체가 보다 낮은 파장에서 반사율이 보다 우수하지만, 실시예 12의 가장 두꺼운 시트가 전체적으로 반사율이 보다 우수하 였다.
실시예 13
실시예 13은 포레틱스 코오퍼레이션 (Poretics Corp., Livermore CA)로부터 0.2 ㎛ 폴리프로필린 고유동 필터로서 입수가능한 두께 약 180 ㎛ (7 mils)의 미세다공성 필름이었다.
실시예 13을 반사율에 대해 시험하였고, 주사 전자 현미경 (SEM)에 의한 그의 외관은 액체-액체 TIPS 공정에 의해 제조한 시트의 외관이었다. 스펙트럼 결과를 도 8에 나타냈다.
실시예 14 및 비교예 5
LCD를 포함하는 장치에서 본 발명의 확산 반사기를 사용하는 이점을 증명하였다.
실시예 14에서, 실시예 1의 시트를 도 9a의 개략도에 따라 조립한 LCD 장치에서 백라이트 반사기로서 사용하였다. 형광 광원 (4)는 경면 반사기 (3M으로부터 SILVERLUX™ SS-95P로서 입수가능함)로 라이닝된 투명한 플라스틱 라이트 가이드 (6)에 연결되고 인버터 및 12 볼트 DC 전원으로 전력공급된 해리슨 일렉트릭 캄파니 (Harison Electric Company)로부터 입수가능한 20 ㎜ 길이, 3 ㎜ 직경의 형광 전구였다. 확산기 (8)은 쯔지모또 일렉트릭 캄파니 (Tsujimoto Electric Co., Tokyo, Japan)으로부터 입수가능한 거칠게만든 (roughended) 폴리카르보네이트 시트였다. 휘도 증진 필름 (10)은 서로 90°로 배향된 3M의 2 조각의 Brightness Enhancement Film II로 제조하였다. 반사형 편광 필름 (11)은 또한 3M으로부터 입 수가능한 Dual Brightness Enhancement Film이었다. LCD (13)은 샤프 코오퍼레이션 (Sharp Corporation, Tenri, Nara, 632, Japan)으로부터 모델 LQ12S02로서 입수가능한 235 ㎜×178 ㎜ 패널이었다. 확산 반사기 (17)은 라이트 가이드 (6) 바로 아래에 놓인 실시예 1의 다공성 중합체 TIPS 시트였다. 실시예 14A에서는 시트는 그의 광택면이 광원을 마주보도록 사용하였고, 실시예 14B에서는 그의 매트한 면이 빛을 마주보도록 하였다.
비교예 5의 LCD 장치는 확산 반사기 (17)이 비교예 1의 재료의 시트인 것을 제외하고는 실시예 14와 유사한 방식으로 제조하였다.
실시예 14A 및 14B와 비교예 5를 엘딤 (ELDIM; Caen, France)의 EZ Contrast 간섭 (conoscopic) 측정 장치를 사용하여 시험하여 각 실시예로부터의 휘도 출력의 차이를 측정하였다. EZ Contrast 카메라와 컴퓨터 인터페이스를 켜고, 카메라를 -11℃로 안정화시켰다. 각 실시예를 LCD 패널이 카메라를 마주보도록 카메라 앞에 놓고, 컴퓨터 인터페이스를 사용하여 각 샘플에 대한 화상을 획득하였다. 수평 스캔이 보였고, 휘도 출력 (칸델라/㎡)/직각으로부터 멀어지는 시야각 (°) (-60 내지 +60°)의 x-y 플롯으로 전환시켰다.
휘도 출력은 비교예 5에 비해 실시예 14A에서 축 상에서 (즉, LCD (13)의 평면에 대해 0° 또는 직각) 17% (on-axis)로 및 실시예 14B에서 축 상에서 13%로 증가하였다.
실시예 15 및 비교예 6
간판 캐비넷에서 본 발명의 확산 반사기를 사용하는 이점을 증명하였다.
실시예 15에서, 8개의 테이프 탭 (tabs)을 Macbeth 농도계로 측정한 광 투과도가 28%인, 폭 72 ㎝ (31 인치) 및 높이 102 ㎝ (40 인치)의 간판 기판 (3M으로부터 PANAFLEX™ 시리즈 645로서 입수가능함)으로 제작된 간판의 전면 상에 랜덤하게 놓았다. 간판을 사인콤프 (SignComp, Comstock Park, MI)로부터 SIGNCOMP™로 입수가능한 깊이 23 ㎝ (9 인치)의 간판 캐비넷을 사용하여 조명하였다. 캐비넷은 2개의 "U"자형 고출력 형광 전구를 사용하여 조명하였다. 후면 내부, 캐비넷 내부의 상면과 우측면을 제조업자에 의해 광택 백색 도료로 도장하였다. 내부의 좌측면과 바닥면은 밀 (mill) 마감된 알루미늄으로 제조하였다. 실시예 1의 다공성 중합체 TIPS 시트를 후면 위에만 (A), 후면, 바닥면 및 우측면 위에 (B), 및 캐비넷 내부의 5개의 모든 측면 위에 (C) 놓았다.
램프를 켜고 휘도를 측정하기 전에 1시간 동안 안정화시켰다. 간판 전면의 휘도를 각 테이프 탭 위에서 삼각대 위에 장착된 Minolta 휘도측정계 (1/3° 스폿을 갖는 모델 넘버 LS-110)를 사용하여 측정하고, 그 값을 각 조건에 대해 평균하였다.
비교예 6에서, 상자의 어떤 측면 위에도 실시예 1의 필름을 놓지 않은 것을 제외하고는 실시예 15에서와 같이 휘도 값을 측정하였다.
휘도 값을 하기 표 1에 기록하였다.
실시예 반사율 (칸델라/㎡) 비교예 6에 대한 증가율 (%)
15A 826 17
15B 960 36
15C 1014 43
비교예 6 706 -

본 발명에서는 간판 전면 휘도가 43% 증가하였다.
실시예 16 및 17과 비교예 7 및 8
광 콘딧에서 본 발명의 확산 반사기를 사용하는 이점을 증명하였다.
실시예 16에서, 실시예 1에서 제조된 것과 같은 2개의 다공성 중합체 시트를 도 11에 나타낸 것과 유사한 구성을 갖는 25 ㎝ (10 인치) 직경의 광 콘딧에 놓았다. 하나의 시트는 압출기 (46)으로서 사용하였고, 다른 시트는 후면 반사기 (50)으로서 사용하였다.
실시예 17에서, 광 콘딧은 후면 반사기 (50)이 실시예 3의 다공성 중합체 시트로 제조된 것을 제외하고는 실시예 16에서와 같이 제조하였다.
비교예 7은 후면 반사기 (50)이 두께 약 150 ㎛의 금속 코팅된 중합체 필름, SILVERLUX™ SS95P이고, 압출기 (46)이 두께 약 750 ㎛의 백색 착색된 비닐 필름, SCOTCHCAL™ 시리즈 7725-20인 것을 제외하고는 실시예 16과 유사하게 제조하였다.
비교예 8에서, 광 콘딧은 후면 반사기가 TYVEK™ 시트로 제조된 것을 제외하고는 비교예 7에서와 같이 제조하였다.
확산형 반사 시트를 방법 1을 이용하여 반사율 스펙트럼에 대해 시험하고, 그 결과를 도 12에 나타냈다.
실시예들에서 사용된 압출기 (실시예 1의 TIPS 시트)는 넓은 범위의 가시광에 걸쳐 확산 반사율이 약 97%였다. 대조적으로, 비교예 7에서 사용된 압출기 (SCOTCHCAL™ 시리즈 7725-20)는 확산 반사율이 가시광 범위에 걸쳐 직선이 아니였 지만 380 내지 420 ㎚에서 보다 큰 흡광도를 보였다.
실시예 16에서 후면 반사기 필름으로서 실시예 1의 필름을 사용하는 것은 다음 2가지 이유 때문에 금속처리된 필름 및 SILVERLUX™보다 더 바람직하다. 먼저, 실시예 1의 필름은 금속처리된 필름보다 더 반사성이다. 두번째로 실시예 1의 필름의 반사율은 주로 확산형이지만, 금속처리된 필름의 반사율은 주로 경면성이다. 약간의 빛이 프리즘형 필름에서의 결함때문에 콘딧 (39)의 미세프리즘형 벽 (44)를 통해 통과하여 콘딧에 대해 얇은 각으로 콘딧을 빠져나갈 수도 있다. 후면 반사기 (50)로서 경면 반사성 금속처리된 필름을 사용하면, 이들 벗어난 빛은 작은 프리즘을 향하여 얕은 각으로 역으로 보내져서 금속처리된 필름으로 역 반사될 수 있다. 빛은 흡수에 의해 감약될 때까지 전후방으로 튈 수 있다. 확산 반사기를 사용하면 그러한 벗어난 빛을 산란시켜 대부분을 프리즘형 필름을 통해 역으로 통과시킴으로써 이러한 손실을 감소시킬 수 있다.
실시예 17에서의 후면 반사기로서 실시예 3의 필름은 비교예 8의 반투명한 TYVEK™ 시트보다 바람직하였다. 실시예 3은 약 94%의 균일한 평균 반사율을 가졌지만, TYVEK™의 평균 반사율은 단일 시트 내에서 두께의 변동때문에 더 가변적이었다. 도 1은 두께를 150 ㎛에 더 가까이 접근시키는 TYVEK™ 시트 (비교예 2)의 구역에 대한 스펙트럼을 도시하고, 도 12는 두께가 250 ㎛에 더 가까이 접근시키는 동일한 필름의 구역에 대한 플롯을 보여준다. 동일한 필름에 대한 평균 반사율은 두께에 따라 약 77%에서 약 85%로 변하였다. 또한, 실시예 3의 필름은 균일한 외관을 갖지만, TYVEK™ 시트의 랜덤한 섬유 구성은 이 용도에서 불리하게 현저하였 다.
실시예 18
캘린더링 기술을 사용하여 TIPS 필름의 두께와 초기 열 수축율을 감소시키는 이점을 저온에서 열-경화된 필름에서 증명하였다.
두께 10.4 mil의 광유 추출된 폴리프로필렌 미세다공성 필름을 약 100℃의 캘린더 롤 온도를 이용하여 캘린더링 기계를 통해 주행시켰다. 미세다공성 필름은 실시예 1에 기재된 방법에 따라 제조하였지만, 58 중량%의 오일과 0.25 중량%의 MILLAD 3905 핵형성제로 제조하였다. 필름을 120℃에서 열 경화시키면서 2.25×2.25배 (기계 방향 및 횡단 방향 모두에서) 연신시켰다. 필름의 결과의 치수 안정성을 85℃에서 24시간 동안 유지시킨 후 필름의 초기 수축율을 결정함으로써 측정하였다. 수축율 데이타를 하기 표 2에 나타냈다.
샘플 두께 (mil) 수축율1 (%)
캘린더링시키지 않음 10.4 9.5
6-7 mil의 간격을 통해 캘린더링시킴 7.0 1.0
1 샘플을 85℃에서 24시간 동안 유지시킴.

지적된 바와 같이, 필름은 캘린더링시키지 않았을 때 9.5%의 수축율을 보이고, 캘린더링시킨 후에는 1.0%의 수축율을 보였다.
실시예 19
캘린더링 기술을 사용하여 TIPS 필름의 두께를 감소시키는 이점을 필름에서 증명하였다. 57 중량%의 오일과 0.25% MILLAD 핵형성제를 함유하는, 광유 추출된 폴리프로필렌 미세다공성 필름을 166℃에서 열 경화시키면서 2.25×2.25배 (기계 방향 및 횡단 방향 모두에서) 연신시키고, 다양한 두께의 닙 간격을 갖는 캘린더링 기계를 통해 주행시켰다. 캘린더 롤 온도는 제1 시험에서는 약 90℃이고 제2 시험에서는 110℃였다.
생성된 필름의 반사율 데이타를 하기 표 3에 나타냈다. 반사율 데이타는 랩스피어 인크. (Labsphere Inc.)의 공인된 확산 표준품을 사용하여 방법 1에 따라 99.4% 반사성인 것으로 측정된 두께 20 mil의 TIPS 필름의 조각을 사용하여 검정된 퍼킨-엘머 람다 900 UV/VIS/NIR 분광광도계를 사용하여 얻었다. 공인된 표준품 I.D.#는 SRS-99-010이었다.
캘린더 간격 (mil) 캘린더 온도 두께 (mil) 반사도1
캘린더링시키지 않음 ---- 8.9 98.5
5-6 90℃ 7.7 98.4
4-5 90℃ 7.6 98.3
3-4 90℃ 6.7 98.2
5-6 110℃ 8.3 98.5
4-5 110℃ 7.7 98.5
3-4 110℃ 6.6 97.0
1 550 ㎚에서
이상에서 제시한 바와 같이, 반사도의 손실이 0.5%를 넘지 않으면서 필름의 두께는 25%까지 감소되었다.
상기 명세서와 실시예는 본 발명의 특정한 실시태양의 제조 및 사용의 전적인 설명을 제공하는 것으로 생각된다. 본 발명의 많은 실시태양은 본 발명의 취지와 범위를 벗어나지 않으면서 이루어진 것이다.

Claims (32)

  1. 삭제
  2. 구조체에 근접한 확산 반사재를 포함하는 확산형 반사 용품으로서, 여기서 상기 확산 반사재는 내부에 공극을 갖는 중합체 재료의 네트워크를 포함하는 다공성 중합체 시트로 제조되며, 상기 중합체 재료는
    (a) 중합체 성분, 및
    (b) 중합체 성분의 융점 또는 중합체와 희석제의 전체 용액의 액체-액체 상 분리 온도를 넘는 온도에서 중합체 성분과 혼화성인 희석제 성분을 포함하며;
    상기 다공성 중합체 시트는 구조체와의 광학 커플링을 감소시키는 형상의 표면 부재를 갖는 제1 표면을 포함하고, 상기 표면 부재는 제1 표면과 구조체 간에 1.5 ㎛ 이상의 갭을 제공하는 것인 확산형 반사 용품.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서, 상기 중합체 재료가
    (a) 20 중량부 이상의 중합체 성분; 및
    (b) 약 80 중량부 미만의 희석제 성분
    을 포함하는 것인 확산형 반사 용품.
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서, 상기 중합체 성분이 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택된 것인 확산형 반사 용품.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제2항에 있어서,
    상기 구조체는 광학 공동 (cavity)과 이 광학 공동에 근접하게 배치된 광원을 포함하고,
    상기 확산형 반사 용품은 공동의 일부를 라이닝하고 광원 주위를 부분적으로 둘러싸서 빛을 광원으로부터 광학 공동 내로 보내는 형상인 확산형 반사 용품.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제12항에 있어서, 상기 광학 공동이 휘도 증진 필름과 조합된 것인 확산형 반사 용품.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
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