KR101073845B1

KR101073845B1 - 2파장 반사 다층필름

Info

Publication number: KR101073845B1
Application number: KR1020090129070A
Authority: KR
Inventors: 우세윤; 이관형; 주천용; 박형석; 손병국; 신대용
Original assignee: 에스케이씨 주식회사
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-10-17
Also published as: EP2516155A2; CN102666093B; WO2011078510A3; TWI446019B; EP2516155A4; US20130017382A1; WO2011078510A2; TW201131214A; CN102666093A; EP2516155B1; KR20110072224A

Abstract

서로 다른 굴절률을 갖는 수지층 A 및 B가 교대로 적층된 반사층부를 포함하며 수지층 A 및 B 각각의 두께 표준편차가 6 내지 30 nm이면서 d₁ / (d₁ + d₂) (d₁ 및 d₂는 각각 수지층 A 및 B의 광학두께)의 값이 0.01 내지 0.99인 다층필름은, 한 더미의 다층필름으로도 2개의 가시광 파장 영역을 반사시킬 수 있다.

2파장 반사 다층필름, 가시광, 굴절률, 두께, 표준편차

Description

2파장 반사 다층필름{DOUBLE WAVELENGTH-REFLECTIVE MULTI-LAYER FILM}

본 발명은 두 개의 가시광 파장 영역을 반사시키는 다층필름에 관한 것이다.

다층 구조를 이용하여 빛의 반사를 특성화한 필름은 이미 60년대부터 꾸준히 개발되어 특정 파장을 반사하는 단순한 구조의 필름부터 가시광 영역의 전대역을 반사시키는 필름, 적외선 반사 필름, 그리고 반사형 편광필름에 이르기까지 포장용, 산업용, 디스플레이용 등으로 널리 사용되고 있다.

이들 다층필름은 각 개별층에서 일어나는 빛의 반사와 간섭효과를 이용하는 것으로서, 종래의 기술들은 특정 파장(λ)을 반사시키기 위해 굴절율이 서로 다른 수지층을 λ/4의 일정한 두께로 적층시키는 방법을 사용하고 있다.

또한, 두개 이상의 파장을 반사시키고자 할 경우에는, 이와 같이 각각의 파장을 반사시키기 위하여 적층한 더미(stack)를 다수 결합하는 방법을 사용하고 있다. 예로서 종래의 2파장 반사 다층필름을 도 1을 참조하여 설명하면, 제1파장(λ₁)을 반사시킬 수 있는 일정한 두께(λ₁/4)로 적층된 제1더미(stack 1)(11)와 제2파장(λ₂)을 반사시킬 수 있는 일정한 두께(λ₂/4)로 적층된 제2더미(stack 2)(12)를 각각 제작한 뒤, 이를 결합하여 2파장 반사 다층필름(1)을 제조하는 방법을 사용하고 있다.

그러나, 이러한 종래의 방법은 반사시키고자 하는 파장 수에 해당하는 여러 더미(stack)의 다층필름을 결합해야 하므로 설비의 고도화 및 설비의 구조를 다변화하여야 하는 복잡성과 어려움이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 한 더미의 다층필름으로도 2개의 가시광 파장 영역을 반사시킬 수 있는 다층필름을 제공하는 것이다.

상기 목적에 따라, 본 발명에서는 서로 다른 굴절률을 갖는 수지층 A 및 수지층 B가 교대로 적층된 반사층부를 포함하며, 상기 반사층부 내에서 수지층 A 및 수지층 B 각각의 두께 표준편차가 6 내지 30 nm이고 하기 수학식 1로 표시되는 f-비율의 값이 0.01 내지 0.99인, 2파장 반사 다층필름을 제공한다:

f-비율(f-ratio) = d₁ / (d₁ + d₂)

상기 식에서, d₁ 및 d₂는 각각 수지층 A 및 수지층 B의 광학두께이다.

본 발명에 따른 다층필름은, 서로 다른 굴절률을 갖는 2개의 수지층이 적층된 한 더미의 다층필름으로도, 정면 각도에서 붉은색과 파란색의 두 가시광 영역의 빛이 반사되어 혼합된 분홍색 빛이 관찰되며, 관찰각도가 커짐에 따라 파란색 반사효과는 사라지고 붉은색 반사는 점차 노란색에서 녹색을 반사하므로 시각적인 효과가 뛰어나다.

이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 명세서에서, 수지층의 "두께"라 함은 실제의 물리적 두께를 지칭하는 것이고, 수지층의 "광학두께"라 함은 빛이 느끼는 수지층의 두께를 지칭하는 것으로서, 광학두께는 수지층의 두께에 굴절률을 곱한 값과 대략 일치한다.

본 발명은 진폭분리 간섭계의 원리를 이용한 것이다. 수지층 A와 수지층 B의 굴절률 차이에 의해 발생한 빛의 간섭이 최대가 되기 위한 조건은 하기 수학식 2에 따른다.

d₁ = (2m+1) x λ_f/4, d₂ = (2m+1) x λ_f/4

상기 식에서, d₁및 d₂는 각각 수지층 A 및 B의 광학두께이고, m은 0 이상의 정수이며, λ_f는 반사시키고자 하는 빛의 파장이다.

상기 식에서 알 수 있듯이, 수지층의 두께가 일정해도 m값에 따라 1차 정상점 이후에도 2차 정상점, 3차 정상점이 연속적으로 나타나지만, 일반적으로 1차 정상점과 2차 정상점간의 간격이 넓기 때문에 두 정상점이 동시에 가시광 영역으로 들어오지 못하게 된다. 따라서, 본 발명은 1차 정상점과 2차 정상점을 모두 가시광 영역에 근접하게 하여 정면 관찰각도에서 2개의 정상점 또는 그들의 스펙트럼 일부를 가시광 영역에 위치하도록 한 것이다.

이에 따라, 본 발명의 다층필름은 가시광 영역(400 내지 700 nm)의 빛을 선택적으로 반사시킬 수 있으며, 정면으로부터 대략 15도 이내의 관찰각도에서 붉은색 영역(600 내지 700 nm)과 파란색 영역(400 내지 470 nm) 파장의 빛을 동시에 반사하여 두 파장이 빛이 혼합된 분홍색의 반사 색깔을 나타낼 수 있다. 또한, 관찰각도가 정면으로부터 15도 이상으로 기울어질수록 파란색 영역(400 내지 470 nm)에서의 정상점은 점차 사라지고, 붉은색 영역(600 내지 700 nm)에 위치하던 정상점은 점차 더 낮은 파장대역(500 내지 600 nm)으로 이동하여 노란색과 녹색을 반사하는 색깔을 나타내게 된다.

바람직하게는, 붉은색 영역인 600 내지 700 nm 영역에서 1차 정상점 내지 1차 정상점의 일부를 포함하여 최대반사율이 50% 이상이고, 파란색 영역인 400 내지 470 nm 영역에서 2차 정상점 내지 2차 정상점의 일부를 포함하여 최대반사율이 30% 이상이다.

또한, 정면으로부터 15도 이내의 관찰각도에서, 반사 스펙트럼에 의한 CIE 표색계의 a*가 10 이상이고 b*가 -6 이하인 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명에 따르는 다층필름의 일례를 도시한 것이다. 본 발명의 2파장 반사 다층필름(2)은 수지층 A (23)와 수지층 B (24)가 교대로 적층되어 있는 반사층부(21)를 포함하며, 선택적으로 보호층(22)을 추가로 구비할 수 있다.

본 발명의 다층필름은, 반사층부 내의 수지층 A 및 수지층 B의 두께가 일정하지 않고 정상분포로 분산되는 것을 특징으로 한다. 개별층의 두께가 일정할 경우에는 1차 정상점과 2차 정상점의 간격을 줄이는 것에 제약이 되므로, 수지층 A와 수지층 B의 두께는 각각의 평균으로부터 6 내지 30 nm의 표준편차를 가져야 하며, 바람직하게는 10 내지 20 nm인 것이 좋다. 특히 두께 표준편차가 15nm에 근접하는 것이 가장 바람직한데, 15nm보다 작으면 반사 스펙트럼의 변두리부(edge tail)가 짧아져서 반사스펙트럼이 변두리(edge)에서 정상점까지 급격한 경사로 올라가서 1차 정상과 2차 정상 또는 정상의 일부가 모두 가시광 영역에 위치하기 어려울 수 있고, 15nm보다 크면 스펙트럼의 변두리부가 정상점으로부터 너무 완만한 경사로 길어져 색이 선명하게 나타나지 않을 수 있다.

본 발명의 다층필름은, 상기 수학식 1로 표시되는 f-비율(f-raito)의 값이 0.01 내지 0.99인 것을 특징으로 하며, 특히 0.33 내지 0.66의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 다층 광학필름에 있어서, 수지층 A 및 B의 두께비는 1:0.01 내지 1:99이고, 바람직하게는 1:0.1 내지 1:10이며, 더욱 바람직하게는 1:0.5 내지 1:2인 것이 좋다.

수지층 A와 수지층 B의 두께는 각각 30 내지 500 nm가 적당하며, 특히 50 내지 250 nm가 바람직한데, 두께가 상기 범위일 때 1차 정상점이 700nm 근처에 위치할 가능성이 크다.

또한, 본 발명의 다층필름의 총 두께는 10 내지 100 ㎛가 적당하며, 바람직하게는 10 내지 30 ㎛인 것이 좋다.

이러한 총 두께는, 폭과 길이에 관계없이 일정하게 유지되는 것이 바람직하며, 예를 들어 필름의 가로 또는 세로 길이 5m 이내에서의 두께편차가 1.5㎛ 이하인 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 0.7㎛ 이하인 것이 좋다.

본 발명의 다층필름은, 반사층부의 일면 또는 양면에 보호층을 추가로 포함할 수 있다. 이와 같은 보호층은 반사층부의 양 외각층에 수지층 A 또는 B를 교대로 추가 적층시켜 제작할 수 있으며, 예를 들어, 반사층부의 외각층이 수지층 A일 경우에는 수지층 B를 추가 적층시키고, 외각층이 수지층 B일 경우에는 수지층 A를 추가 적층시키는 것으로 보호층을 포함시킬 수 있다.

일반적으로, 보호층의 두께는 다층필름 총 두께의 약 10 내지 30 % 수준인 것이 적당한데, 본 발명의 경우 각 보호층의 두께가 0.1 내지 15 ㎛가 바람직하고, 특히 1 내지 5 ㎛로 조절되는 것이 좋다. 보호층의 두께를 상기 범위로 함으로써, 반사층부의 층 균일성을 유지시킬 수 있다. 보호층의 두께가 반사층부와 비교할 때 일정 비율 이상으로 두꺼워지면 보호층의 점탄성에 의한 왜곡이 일어나게 되어 반사층부의 구조에 왜곡을 일으켜 균일성을 떨어뜨릴 수 있다.

본 발명의 다층필름에 있어서, 수지층 A 및 B 간의 굴절률 차는 0.03 이상인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.13 이상인 것이 좋다. 이 굴절률 차이는 수지가 가진 기본 굴절률에 의한 차이이어도 무방하고, 배향 공정을 통하여 증가시킨 굴절률 차이일 수도 있다.

수지층 A와 수지층 B의 굴절률 차이가 0.03 내지 0.13일 경우 총 반사층 수는 250 내지 350 층인 것이 바람직하며, 굴절률 차이가 0.13 이상인 경우에는 100 내지 250 층인 것이 바람직하다.

만약, 수지층 A와 수지층 B의 굴절률 차이가 0.01 내지 0.03 인 경우에는 총 반사층 수를 500 내지 1,000 층으로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 범위로 할 경우, 장파장과 단파장에 있는 두 정상점의 최대반사율이 30% 이상을 유지할 수 있고, 각 개별층이 본 발명의 표준편차 범위 내일 경우 1차정상점의 최대 반사율이 60% 이상에 달하면서도 정상점의 폭을 넓게하므로 두 정상점 또는 두 정상점의 일부가 모두 가시광 파장 안에 놓인 반사필름을 얻을 수 있다.

본 발명의 다층필름에 있어서, 수지층 A 및 수지층 B를 이루는 고분자 수지는 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리락트산(PLA), 및 폴 리에틸렌나프탈레이트(PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 단일 수지이거나 둘 이상이 블랜딩된 수지일 수 있다.

또한, 본 발명의 다층필름의 수지층 A 및 수지층 B는 2축으로 연신된 것일 수 있으며, 이 때 종방향 연신비는 2.0 내지 5.0, 특히 3.0 내지 3.7인 것이 바람직하고, 횡방향 연신비는 2.0 내지 5.0, 특히 3.0 내지 4.5인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

수지층 A의 원료 수지로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 이용하고 수지층 B의 원료수지로서 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 이용하였으며, 각기 다른 압출기로 압출량을 조절하여 각각의 수지층을 압출하였다. 압출된 수지층 A 및 수지층 B을 각각의 유입로를 통해 피드블럭(feedblock) 내에 유입하였다.

이 때, 수지층이 미리 설계된 다층 격막 유입로의 각기 다른 면적을 통과하며 목적하는 두께 및 표준편차를 갖도록 하였으며, 구체적으로 각각의 수지층의 f-비율이 평균 0.619로 유지되도록 하면서, 수지층 A의 두께가 평균 136nm에 표준편 차 15nm가 되도록 하고 수지층 B의 두께가 평균 91nm에 표준편차 15nm가 되도록 하였다. 이 때, 상기 두께는 물리적 두께로서, f-비율의 계산시 사용되는 광학두께는 각각의 수지의 굴절률을 곱하여 구할 수 있다.

피드블럭 내에 유입된 수지층 A 및 B는 총 145층으로 교대 적층시키되 수지층 A가 최외각층이 되도록 구성하였으며, 이후 이축연신을 실시하여 본 발명의 다층필름을 얻었다.

실시예 2

실시예 1과 동일한 조건으로 두 개의 수지층을 총 99층으로 교대 적층하였다. 이 때, f-비율이 평균 0.602로 유지되도록 하면서, 수지층 A의 두께가 평균 148nm에 표준편차 14nm가 되도록 하고 수지층 B의 두께가 평균 92nm에 표준편차 14nm가 되도록 하여, 다층필름을 제조하였다.

실시예 3

실시예 1과 동일한 조건으로 두 개의 수지층을 총 289층으로 교대 적층하였다. 이 때, f-비율이 평균 0.641로 유지되도록 하면서, 수지층 A의 두께가 평균 144nm에 표준편차 15nm가 되도록 하고 수지층 B의 두께가 평균 89nm에 표준편차 18nm가 되도록 하여, 다층필름을 제조하였다.

실시예 4

수지층 A의 원료 수지로서 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)를 이용하고 수지층 B의 원료수지로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 이용하여 실시예 1과 동일한 조건으로 두 개의 수지층을 총 145층으로 교대 적층하였다. 이 때, f-비율이 평균 0.680로 유지되도록 하면서, 수지층A의 두께는 평균 136nm에 표준편차 20nm가 되도록 하고, 수지층 B의 두께는 평균 71nm에 표준편차 18nm가 되도록 하여, 다층필름을 제조하였다.

비교예 1 내지 4

각각 실시예 1 내지 4와 동일한 조건으로 실시하되, 수지층 A 및 수지층 B의 두께 표준편차가 모두 5nm가 되도록 하여, 각각의 다층필름을 제조하였다.

이상 제조된 다층필름의 구성을 하기 표 1에 나타내었다. 굴절률은 각각의 수지층을 개별적으로 단일 압출기로 압출연신하여 아베굴절계를 이용해 측정하였다.

시험예

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 다층필름을 가로 30mm, 세로 30mm 크기로 절단한 후, 필름 표면에 묻은 이물질을 제거하고, 분광광도계(Hunter Associates Laboratory사, UltraScan PRO)에 넣어 CIE 표색계의 L*, a*, 및 b* 값을 측정하였다. 이 때, 광원은 C광원, 10도의 관찰각으로 측정 면적은 19mm로 하여 측정(specular included mode)하였다.

상기와 같이 측정된 반사에 의한 색조값과 육안상의 색을 하기 표 2에 정리하였으며, 각각의 반사 스펙트럼(측정 파장: 350 내지 1,050 nm)을 도 3 내지 10에 나타내었다.

상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 다층필름은 정면 관찰각도에서 붉은색 영역인 600 내지 700 nm의 빛 일부를 반사하는 동시에 파란색 영역인 400 내지 430 nm 범위의 빛을 반사하여, 두 색이 혼합되어 분홍색의 반사 색깔을 띄게 된다. 또한, 관찰각도가 커짐에 따라 파란색 영역의 반사는 없어지고 붉은색 영역의 반사는 노란색과 녹색을 반사하게 되어 시각적인 효과가 뛰어나다.

이상, 본 발명을 상기 실시예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며, 본 발명은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 이하에 첨부한 청구범위 내에서 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다.

도 1은 종래의 2파장 반사 다층필름의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따르는 2파장 반사 다층필름의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 3 내지 6은 각각 실시예 1 내지 4에서 제조된 다층필름의 반사 스펙트럼을 나타낸 것이다.

도 7 내지 10은 각각 비교예 1 내지 4에서 제조된 다층필름의 반사 스펙트럼을 나타낸 것이다.

Claims

서로 다른 굴절률을 갖는 수지층 A 및 수지층 B가 교대로 적층된 반사층부를 포함하며, 상기 반사층부 내에서 수지층 A 및 수지층 B 각각의 두께 표준편차가 6 내지 30 nm이고 하기 수학식 1로 표시되는 f-비율의 값이 0.01 내지 0.99인, 2파장 반사 다층필름:

[수학식 1]

f-비율(f-ratio) = d₁ / (d₁ + d₂)

상기 식에서, d₁ 및 d₂는 각각 수지층 A 및 수지층 B의 광학두께이다.
제1항에 있어서,

상기 다층필름은, 정면으로부터 15도 이내의 각도에서 관찰시, 600 내지 700 nm 영역의 최대반사율이 50% 이상이고 400 내지 470 nm 영역의 최대반사율이 30% 이상인 것을 특징으로 하는, 2파장 반사 다층필름.
제1항에 있어서,

상기 다층필름은, 정면으로부터 15도 이내의 각도에서 관찰시, 반사 스펙트 럼에 의한 CIE 표색계의 a*가 10 이상이고, b*가 -6 이하인 것을 특징으로 하는, 2파장 반사 다층필름.
제1항에 있어서,

상기 수지층 A와 수지층 B의 두께비는, 1:0.01 내지 1:99인 것을 특징으로 하는, 2파장 반사 다층필름.
제1항에 있어서,

상기 수지층 A와 수지층 B의 각각의 두께는 50 내지 250 nm인 것을 특징으로 하는, 2파장 반사 다층필름.
제1항에 있어서,

상기 다층필름의 총 두께는, 10 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는, 2파장 반사 다층필름.
제1항에 있어서,

상기 다층필름의 가로 또는 세로 길이 5m 이내에서의 두께편차가 1.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 2파장 반사 다층필름.
제1항에 있어서,

상기 다층필름은, 상기 반사층부의 일면 또는 양면에 추가로 적층된 보호층을 더 포함하며, 상기 보호층의 두께가 0.1 내지 15 ㎛인 것을 특징으로 하는, 2파장 반사 다층필름.
제8항에 있어서,

상기 보호층으로서, 상기 수지층 A 또는 수지층 B를 사용하는 것을 특징으로 하는, 2파장 반사 다층필름.
제1항에 있어서,

상기 수지층 A와 수지층 B의 굴절률 차이는 0.03 내지 0.13 이고, 상기 다층필름의 총 적층수는 250 내지 350 층인 것을 특징으로 하는, 2파장 반사 다층필름.
제1항에 있어서,

상기 수지층 A와 수지층 B의 굴절률 차이는 0.01 내지 0.03 이고, 상기 다층필름의 총 적층수는 500 내지 1,000 층인 것을 특징으로 하는, 2파장 반사 다층필름.
제1항에 있어서,

상기 수지층 A 및 수지층 B를 이루는 고분자 수지는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리락트산(PLA), 및 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 단일 수지이거나 두개 이상이 블랜딩된 수지인 것을 특징으로 하는, 2파장 반사 다층필름.
제1항에 있어서,

상기 수지층 A 및 수지층 B는, 종방향 연신비가 3.0 내지 3.7 및 횡방향 연신비가 3.0 내지 4.5 로 2축 연신된 것임을 특징으로 하는, 2파장 반사 다층필름.