KR101729805B1 - 구배 저굴절률 물품 및 방법 - Google Patents

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Abstract

구배 광학 필름 및 구배 광학 필름을 포함하는 광학 구조물이 개시된다. 구배 광학 필름은 결합제, 복수의 입자, 및 국부 부피 분율을 갖는 복수의 상호연결된 공극을 포함한다. 복수의 상호연결된 공극의 국부 부피 분율은 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화한다. 굴절률이 또한 복수의 상호연결된 공극의 국부 부피 분율에 따라 좌우될 수 있으므로, 구배 광학 필름의 굴절률이 또한 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화한다.

Description

구배 저굴절률 물품 및 방법 {GRADIENT LOW INDEX ARTICLE AND METHOD}
관련 출원
본 출원은 2009년 4월 15일자로 출원된 하기 미국 특허 출원들과 관련되며, 이들은 본 명세서에 참고로 포함된다: "광학 구조물 및 이를 포함하는 디스플레이 시스템 (Optical Construction and Display System Incorporating Same)" (대리인 관리 번호 65354US002); "재귀반사 광학 구조물(Retroreflecting Optical Construction)" (대리인 관리 번호 65355US002); "광 결합을 방지하기 위한 광학 필름(Optical Film for Preventing Optical Coupling)" (대리인 관리 번호 65356US002); "백라이트 및 이를 포함하는 디스플레이 시스템(Backlight and Display System Incorporating Same)" (대리인 관리 번호 65357US002); "결함이 감소된 코팅 방법 및 장치(Process and Apparatus for Coating with Reduced Defects)" (대리인 관리 번호 65185US002); 및 "나노공극형 물품을 위한 방법 및 장치(Process and Apparatus for a Nanovoided Article)" (대리인 관리 번호 65046US002).
본 출원은 또한 본 출원과 동일자로 출원된 하기 미국 특허 출원들과 관련되며, 이들은 본 명세서에 참고로 포함된다: "구배 나노공극형 물품을 위한 방법(Process for Gradient Nanovoided Article)" (대리인 관리 번호 65766US002); "높은 축외 반사율을 갖는 침지된 반사 편광기(Immersed Reflective Polarizer with High Off-Axis Reflectivity)" (대리인 관리 번호 65809US002); "선택된 입사 평면에서 각 제한을 갖는 침지된 반사 편광기 (Immersed Reflective Polarizer with Angular Confinement in Selected Planes of Incidence)" (대리인 관리 번호 65900US002); 및 "광원 및 이를 포함하는 디스플레이 시스템(Light Source and Display System Incorporating Same)" (대리인 관리 번호 65782US002).
광학 시스템, 예를 들어, 역반사 또는 디스플레이 시스템은 입사광을 조정하기 위한 하나 이상의 광학 층을 이용한다. 흔히, 광학 층은 요구되는 광학 투과율(optical transmittance), 광학 탁도(optical haze), 광학 투명도(optical clarity), 및 굴절률을 가질 필요가 있다. 다수의 응용에서, 공기 층 및 확산기(diffuser) 층이 광학 시스템에 포함된다. 전형적으로, 공기 층은 내부 전반사를 지원하며 확산기 층은 광학 확산을 제공한다.
일 태양에서, 본 발명은, 결합제 및 복수의 입자를 포함하며, 결합제 대 복수의 입자의 중량비가 약 1:2 이상인 구배(gradient) 광학 필름을 제공한다. 구배 광학 필름은 국부 부피 분율(local volume fraction)을 갖는 복수의 상호연결된 공극을 추가로 포함하며, 여기서, 복수의 상호연결된 공극의 국부 부피 분율은 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화한다.
다른 태양에서, 본 발명은 기재 및 구배 광학 필름을 포함하는 광학 구조물을 제공한다. 구배 광학 필름은 결합제 및 복수의 입자를 포함하며, 결합제 대 복수의 입자의 중량비는 약 1:2 이상이다. 구배 광학 필름은 국부 부피 분율을 갖는 복수의 상호연결된 공극을 추가로 포함하며, 여기서, 복수의 상호연결된 공극의 국부 부피 분율은 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화한다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 결합제, 복수의 긴(elongated) 입자, 및 복수의 상호연결된 공극을 포함하며, 복수의 상호연결된 공극의 국부 부피 분율은 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화하는 구배 광학 필름을 제공한다. 추가로, 구배 광학 필름의 제1 표면에 근접한 복수의 상호연결된 공극의 제1 국부 부피 분율은 구배 광학 필름의 반대쪽 표면에 근접한 복수의 상호연결된 공극의 제2 국부 부피 분율보다 더 크다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 복수의 긴 입자 및 복수의 공극을 포함하며, 복수의 상호연결된 공극의 국부 부피 분율은 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화하는 구배 광학 필름을 제공한다. 추가로, 구배 광학 필름은 구배 광학 필름의 제1 표면에 근접한 제1 굴절률이 구배 광학 필름의 반대쪽 표면에 근접한 제2 굴절률보다 더 작으며, 제1 굴절률은 약 1.3 이하이다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 복수의 구조체를 포함하는 구조화된 표면, 및 구조화된 표면 상에 코팅되어 이를 실질적으로 평탄화시키는 구배 광학 필름을 포함하는 광학 구조물을 제공한다. 구배 광학 필름은 복수의 상호연결된 공극을 추가로 포함하며, 여기서, 복수의 상호연결된 공극의 국부 부피 분율은 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화한다. 추가로, 복수의 구조체에 근접한 복수의 상호연결된 공극의 제1 국부 부피 분율은 구배 광학 필름의 반대쪽 표면에 근접한 복수의 상호연결된 공극의 제2 국부 부피 분율보다 더 크다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 광학 탁도가 약 30% 이상인 광학 확산기 층, 광학 확산기 층 상에 배치된 구배 광학 필름, 및 구배 광학 필름 상에 배치된 반사 편광기 층을 포함하는 광학 구조물을 제공하며, 여기서, 광학 구조물 내의 2개의 이웃하는 주 표면 각각의 상당 부분은 서로 물리적으로 접촉되어 있다. 추가로, 구배 광학 필름은 결합제, 복수의 입자, 및 국부 부피 분율을 갖는 복수의 상호연결된 공극을 포함하며, 여기서, 복수의 상호연결된 공극의 국부 부피 분율은 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화한다.
또 다른 태양에서, 본 발명은
복수의 평행한 프리즘을 포함하는 휘도 향상 필름 (BEF), 및 BEF 상에 코팅되어 이를 실질적으로 평탄화시키는 구배 광학 필름을 포함하는 광학 구조물을 제공한다. 추가로, 구배 광학 필름은 복수의 상호연결된 공극을 포함하며, 여기서, 복수의 상호연결된 공극의 국부 부피 분율은 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화한다. 또한 추가로, 복수의 평행한 프리즘에 근접한 복수의 상호연결된 공극의 제1 국부 부피 분율은 구배 광학 필름의 반대쪽 표면에 근접한 복수의 상호연결된 공극의 제2 국부 부피 분율보다 더 크다.
또 다른 태양에서, 본 발명은, 결합제 및 복수의 입자를 포함하며, 결합제 대 복수의 입자의 중량비가 약 1:2 이상인 구배 광학 필름을 제공하며, 여기서, 굴절률은 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화한다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 광학 탁도가 약 30% 이상인 광학 확산기 층 및
광학 확산기 층 상에 배치된 구배 광학 필름을 포함하는 광학 구조물을 제공한다. 구배 광학 필름은 결합제 및 복수의 입자를 포함하며, 여기서, 굴절률은 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화한다. 추가로, 광학 구조물은 구배 광학 필름 상에 배치된 반사 편광기 층을 포함하며, 여기서, 광학 구조물 내의 2개의 이웃하는 주 표면 각각의 상당 부분은 서로 물리적으로 접촉되어 있다.
상기 개요는 본 발명의 각각의 개시된 실시 형태 또는 모든 구현예를 기술하고자 하는 것은 아니다. 이하의 도면들과 상세한 설명은 예시적인 실시 형태들을 보다 구체적으로 예를 들고 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐, 유사한 도면 부호가 유사한 요소를 지시하는 첨부 도면을 참조한다.
<도 1a 내지 도 1g>
도 1a 내지 도 1g는 구배 광학 필름의 개략적인 측면도.
<도 2>
도 2는 광학 구조물의 개략적인 측면도.
<도 3>
도 3은 광학 구조물의 개략적인 측면도.
<도 4>
도 4는 광학 구조물의 개략적인 측면도.
<도 5a>
도 5a는 구배 광학 필름의 단면 현미경 사진.
<도 5b>
도 5b는 더 고배율의 도 5a의 현미경 사진.
<도 6a>
도 6a는 구배 광학 필름의 단면 현미경 사진.
<도 6b>
도 6b는 더 고배율의 도 5a의 현미경 사진;
<도 7a 내지 7c>
도 7a 내지 7c는 구배 광학 필름의 단면 현미경 사진.
<도 8a 내지 8c>
도 8a 내지 8c는 구배 광학 필름의 단면 현미경 사진.
<도 9>
도 9는 광학 구조물의 개략적인 측면도.
도면은 반드시 축척대로 도시된 것은 아니다. 도면에 사용된 유사한 도면 부호는 유사한 구성요소를 지칭한다. 그러나, 주어진 도면에서 구성요소를 지칭하기 위한 도면 부호의 사용은 동일한 도면 부호로 표시된 다른 도면의 구성요소를 제한하고자 하는 것이 아님을 이해할 것이다.
본 발명은 일반적으로 일부 저굴절률-유사 광학 특성을 나타내는 광학 필름에 관한 것이다. 구체적인 일 실시 형태에서, 광학 필름은 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화하는 저굴절률-유사 광학 특성을 나타낼 수 있으며, 즉, 구배 광학 필름이다. 일부 개시된 구배 광학 필름은 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화하는 국부 다공도(local porosity)를 나타낸다. 일부 경우에, 국부 다공도는 국부 부피 분율에 의해, 또는 국부 기공 크기 분포로서 기술될 수 있다.
일부 개시된 구배 광학 필름은 낮은 광학 탁도 및 낮은 유효 굴절률을 가지며, 예를 들어, 광학 탁도가 약 5% 미만이고 유효 굴절률이 약 1.35 미만이다. 일부 개시된 구배 광학 필름은, 예를 들어, 내부 전반사를 지원하거나 내부 반사를 향상시키는 능력과 같은 일부 저굴절률-유사 광학 특성을 분명하게 나타내면서, 높은 광학 탁도, 예를 들어, 약 50% 초과의 광학 탁도, 및/또는 높은 확산 광학 반사율을 갖는다. 일부 경우에, 개시된 구배 광학 필름은, 예를 들어, 일반적인 조명 시스템, 액정 디스플레이 시스템, 또는 역반사 광학 시스템과 같은 다양한 광학 또는 디스플레이 시스템에 포함되어, 예를 들어, 시스템의 역반사 또는 시스템에 의해 디스플레이되는 이미지의 축상 밝기(on-axis brightness) 및 콘트라스트(contrast)와 같은 시스템 광학 특성의 적어도 일부를 개선하거나, 유지하거나, 실질적으로 유지하면서, 시스템 내구성을 개선하고, 제조 비용을 감소시키고, 시스템의 전체 두께를 감소시킬 수 있다.
본 명세서에 개시된 구배 광학 필름은 전형적으로 결합제 중에 분산된 복수의 상호연결된 공극 또는 공극의 네트워크를 포함한다. 복수의 공극 또는 공극 네트워크에서의 공극의 적어도 일부는 중공 터널 또는 중공 터널형 통로를 통해 서로 연결된다. 공극에 꼭 물질 및/또는 미립자가 전혀 없을 필요는 없다. 예를 들어, 어떤 경우에, 공극은, 예를 들어, 결합제 및/또는 나노입자를 포함하는 하나 이상의 작은 섬유 또는 실 같은 물체를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 공극은 결합제에 부착될 수 있거나 또는 공극 내에서 해제될 수 있는 입자 또는 입자 응집체(agglomerate)를 포함할 수 있다. 일부 개시된 구배 광학 필름은 다중의, 복수의 상호연결된 공극 또는 다중의, 공극의 네트워크를 포함하며, 여기서 복수의 상호연결된 공극 또는 공극의 네트워크 각각에서의 공극은 상호연결되어 있다. 일부 경우에, 다중의, 복수의 상호연결된 공극에 더하여, 개시된 구배 광학 필름은 복수의 폐쇄된 또는 연결되지 않은 공극을 포함하며, 이는 공극이 터널을 통해 다른 공극과 연결되지 않음을 의미한다.
일부 경우에, 구배 광학 필름은 구배 구조를 갖지 않는 유사한 광학 필름의 내구성을 개선할 수 있다. 일부 경우에, 구배 광학 필름의 일 표면은, 예를 들어, 치밀화된(densified) 표면 또는 강인화된(toughened) 표면으로 인해 내마모성일 수 있다. 일부 경우에, 구배 광학 필름은 개선된 환경 안정성을 나타낼 수 있는데, 이는 밀봉되거나 치밀화된 표면이 구배 광학 필름의 내부로 오염물이 들어가는 것을 막을 수 있기 때문이다. 일부 경우에, 밀봉되거나 치밀화된 표면은 구배 광학 필름의 청정도를 향상시킬 수 있는데, 이는 내부 기공 안으로 끌려들어간 입자가 갇히게 되어, 기계적 힘으로 제거하는 것이 불가능할 수 있기 때문이다.
구체적인 일 실시 형태에서, 구배 광학 필름은 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화하는 국부 부피 분율을 갖는 복수의 상호연결된 공극 또는 공극의 네트워크를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "국부 부피 분율"은, 국부적인 규모로, 예를 들어, 구배 광학 필름의 총 두께의 약 10% 미만, 또는 약 5% 미만, 또는 약 3% 미만, 또는 약 1% 미만의 영역에서 측정된 구성요소 (예를 들어,복수의 상호연결된 공극)의 부피 분율을 의미한다. 상호연결된 공극의 국부 부피 분율은 구배 광학 필름의 두께를 가로질러 변화할 수 있는데, 필름의 일 표면에 근접한 상호연결된 공극의 국부 부피 분율이 구배 광학 필름의 반대쪽 표면에 근접한 상호연결된 공극의 국부 부피 분율보다 더 크거나 더 작을 수 있다. 상호연결된 공극의 벌크 부피 분율은 광학 필름의 총 부피에 대한 광학 필름 내의 공극의 부피의 비이다.
일부 경우에, 상호연결된 공극의 국부 부피 분율은 필름의 일 표면에 근접해서는 0에 가까울 수 있으며 (즉, 상호연결된 공극이 매우 적음), 이러한 필름은 필름의 그러한 표면 상에서 본질적으로 "밀봉되어 있다"라고 말할 수 있다. 일부 경우에, 상호연결된 공극의 국부 부피 분율은 필름 전반에서 연속적인 방식으로 변화할 수 있으며, 예를 들어, 구배 광학 필름의 두께 방향을 가로질러 국부 부피 분율이 단조 증가하거나 또는 단조 감소할 수 있다. 일부 경우에, 상호연결된 공극의 국부 부피 분율은, 구배 광학 필름의 두께 방향을 가로질러, 상호연결된 공극의 부피 분율의 국부 최대값 또는 국부 최소값을 지날 수 있다. 일부 경우에, 상호연결된 공극의 국부 부피 분율은 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 불연속적인 방식으로 변화할 수 있으며, 예를 들어, 상호연결된 공극의 국부 부피 분율이 계단식으로 변화할 수 있다.
상호연결된 공극의 국부 부피 분율의 제어는, 예를 들어, 구배 광학 필름의 표면 상에 물질이 코팅되는 경우를 포함하는 몇몇 응용에 있어서 유용할 수 있다. 이러한 경우에, 코팅되는 물질은, 구배 광학 필름의 상호연결된 공극에 침투할 수 있는, 용매, 또는 예를 들어, 저분자량 경화성 물질과 같은 기타 고 이동성 성분을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 코팅되는 물질은, 열적 사이클링 또는 노화 시에, 상호연결된 공극의 다공성 구조 내로 침투할 수 있는 열가소성 고체 또는 젤화된 물질, 예를 들어, 전사 접착제 또는 감압 접착제 (PSA)를 포함할 수 있다. 구배 광학 필름의 상호연결된 공극 내로의 물질의 침투는 예를 들어, 침투 영역에서의 굴절률 증가를 비롯한, 필름의 특성을 변경시킬 수 있다.
구체적인 일 실시 형태에서, 상호연결된 공극의 국부 부피 분율의 변화는 구배 광학 필름의 일 표면에 근접한 이러한 침투에 대한 제어를 제공하면서, 구배 광학 필름의 반대쪽 표면에 근접한 상호연결된 공극의 원하는 국부 부피 분율을 유지할 수 있다. 일부 경우에, 구배 광학 필름의 일 표면에 근접한 상호연결된 공극의 국부 부피 분율은 상호연결된 공극의 벌크 부피 분율보다 더 작을 수 있으며, 또한 구배 광학 필름의 반대쪽 표면에 근접한 국부 부피 분율보다 더 작을 수 있다. 일부 경우에, 상호연결된 공극의 국부 부피 분율은 오직 제한된 투입(infusion)만 일어날 수 있도록 감소될 수 있다. 구배 광학 필름을 형성하기 위한, 물질의 제한된 투입은, 예를 들어, 높은 벌크 부피 분율의 상호연결된 공극을 갖는 부서지기 쉬운 광학 필름의 표면을 강화시키는 데 유용할 수 있다. 일부 경우에, 구배 광학 필름 내의 상호연결된 공극의 더 낮은 부피 분율은 구조적 완결성(structural integrity), 즉, 광학 필름의 내구성을 개선할 수 있다.
일부 경우에, 상호연결된 공극의 국부 부피 분율은, 표면을 효과적으로 밀봉하는, 거의 0의 상호연결된 공극의 국부 부피 분율로 감소될 수 있다. 상호연결된 공극의 국부 부피 분율의 제어는, 예를 들어, 구배 광학 필름의 하나 이상의 표면 상에서의 경화의 속도 및 정도를 억제하거나 촉진하는 것, 물질을 투입하여 공극의 일부분을 적어도 부분적으로 채우는 것 등과 같은 기술을 포함할 수 있다. 일반적으로, 상호연결된 공극의 국부 부피 분율에 대한 제어는, 예를 들어, 본 출원과 동일자로 출원된, 발명이 명칭이 "구배 나노공극형 물품을 위한 방법"인 함께 계류 중인 출원, 대리인 관리 번호 65766US002를 포함하는, 다른 곳에 기재된 기술에 의해 달성될 수 있다.
일부 개시된 구배 광학 필름은 복수의 공극을 포함한 덕분에 내부 전반사(total internal reflection, TIR) 또는 향상된 내부 반사(enhanced internal reflection, EIR)를 지원한다. 광학적으로 투명한 비다공성 매질에서 진행하는 광이 높은 다공도를 가지는 층에 입사할 때, 입사광의 반사율은 수직 입사에서보다 경사각에서 훨씬 더 높다. 탁도가 전혀 없거나 낮은 공극형 필름의 경우, 임계각보다 큰 경사각에서의 반사율은 약 100%에 가깝다. 그러한 경우에, 입사광은 내부 전반사(TIR)를 겪는다. 고탁도의 공극형 필름의 경우에는, 경사각 반사율이 비슷한 정도의 입사각에 대해 100%에 가까울 수 있지만, 광이 TIR을 겪지 않을 수 있다. 높은 탁도의 필름의 이러한 향상된 반사율은 TIR과 유사하며, EIR(Enhanced Internal Reflectivity, 향상된 내부 반사율)이라고 한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 내부 반사를 향상시킨(EIR) 다공성 또는 공극형 구배 광학 필름은, 필름 또는 필름 라미네이트의 공극 및 비공극 층의 경계에서의 반사율이 공극이 없는 것보다 공극을 갖는 것에서 더 크다는 것을 의미한다.
개시된 구배 광학 필름 중의 공극은 굴절률 nv 및 유전율 ∑v을 가지며, 여기서, nv 2=∑v이고, 결합제는 굴절률 nb 및 유전율 ∑b를 가지며, 여기서, nb 2=∑b이다. 일반적으로, 구배 광학 필름과 광, 예를 들어, 구배 광학 필름 상에 입사하거나 광학 필름 내에서 전파하는 광의 상호 작용은, 예를 들어, 필름 두께, 결합제 굴절률, 공극 또는 기공(pore) 굴절률, 기공 형상 및 크기, 기공의 공간 분포, 및 광의 파장과 같은 다수의 필름 특성에 따라 좌우된다. 일부 경우에, 구배 광학 필름 상에 입사하거나 광학 필름 내에서 전파하는 광은, 유효 유전율 ∑eff 및 유효 굴절률 neff을 "보이거나" "경험하며", 여기서, neff는 공극 굴절률 nv, 결합제 굴절률 nb, 및 공극 다공도 또는 부피 분율 "f"에 관하여 표현될 수 있다. 그러한 경우에, 광이 단일 또는 고립된 공극의 형상 및 특징부를 구분할 수 없도록 구배 광학 필름은 충분히 두껍고 공극은 충분히 작다. 그러한 경우에, 적어도 대다수의 공극, 예를 들어, 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 이상의 공극의 크기가, 약 λ/5 이하, 또는 약 λ/6 이하, 또는 약 λ/8 이하, 또는 약 λ/10 이하, 또는 약 λ/20 이하이며, 여기서, λ는 광의 파장이다.
일부 경우에, 개시된 구배 광학 필름 상에 입사하는 광은 가시광이며, 이는 광의 파장이 전자기 스펙트럼의 가시 범위 내에 있음을 의미한다. 그러한 경우에, 가시광은 파장이 약 380 ㎚ 내지 약 750 ㎚, 또는 약 400 ㎚ 내지 약 700 ㎚, 또는 약 420 ㎚ 내지 약 680 ㎚의 범위이다. 그러한 경우에, 구배 광학 필름은 유효 굴절률을 가지며, 적어도 대다수의 공극, 예를 들어, 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 이상의 공극의 크기가 약 70 ㎚ 이하, 또는 약 60 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하, 또는 약 40 ㎚ 이하, 또는 약 30 ㎚ 이하, 또는 약 20 ㎚ 이하, 또는 약 10 ㎚ 이하라면, 복수의 공극을 포함한다.
일부 경우에, 구배 광학 필름이 공극과 결합제의 굴절률, 및 공극 또는 기공 부피 분율 또는 다공도에 관하여 표시될 수 있는 유효 굴절률을 적절히 가질 수 있도록, 개시된 구배 광학 필름은 충분히 두껍다. 그러한 경우에, 구배 광학 필름의 두께는 약 100 ㎚ 이상, 또는 약 200 ㎚ 이상, 또는 약 500 ㎚ 이상, 또는 약 700 ㎚ 이상, 또는 약 1,000 ㎚ 이상이다.
개시된 구배 광학 필름 내의 공극이 충분히 작고 구배 광학 필름이 충분히 두꺼운 경우에, 구배 광학 필름은 다음과 같이 표현될 수 있는 유효 유전율 ∑eff를 갖는다:
∑eff = f ∑v + (1-f) ∑b (1)
그러한 경우에, 구배 광학 필름의 유효 굴절률 neff는 하기와 같이 표현될 수 있다:
neff 2= f nv 2 + (1-f) nb 2 (2)
기공의 굴절률과 결합제의 굴절률 사이의 차이가 충분히 작은 경우와 같은 일부 경우에, 구배 광학 필름의 유효 굴절률은 하기 표현식에 의해 근사화될 수 있다:
neff = f nv + (1-f) nb (3)
그러한 경우에, 구배 광학 필름의 유효 굴절률은 공극의 굴절률과 결합제의 굴절률의 부피 가중 평균이다. 예를 들어, 굴절률이 약 1.5인 결합제를 가지며 공극 부피 분율이 약 50%인 광학 필름은 유효 굴절률이 약 1.25이다.
도 1a는 공극의 네트워크 또는 복수의 상호연결된 공극(320), 및 결합제(310) 내에 실질적으로 균일하게 분산된 복수의 입자(340)를 포함하는 구배 광학 필름(300A)의 개략적인 측면도이다. 구배 광학 필름(300A)은 구배 광학 필름 내의 공극(320)의 네트워크의 존재로 인해 다공성 내부를 갖는다. 일반적으로, 구배 광학 필름은 상호연결된 기공 또는 공극의 하나 이상의 네트워크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공극(320)의 네트워크는 상호연결된 공극 또는 기공(320A 내지 320C)을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 상호연결된 공극의 국부 부피 분율, 예를 들어, 상호연결된 공극(370A)의 제1 국부 부피 분율 및 상호연결된 공극(375A)의 제2 부피 분율은 구배 광학 필름(300A) 내의 두께 t1 방향을 따라 변화할 수 있다. 상호연결된 공극의 국부 부피 분율, 및 공극 크기 분포는, 예를 들어, 다른 곳에 기재된, 도 1b 내지 도 1g에 나타낸 바와 같은 몇몇 방식으로 두께 방향을 따라 변화할 수 있다. 일부 경우에, 구배 광학 필름은 다공성 필름이며, 이는 공극(320)의 네트워크가 각각 제1 및 제2 주 표면(330, 332) 사이에 하나 이상의 통로를 형성함을 의미한다.
공극의 네트워크는 복수의 상호연결된 공극을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 일부 공극은 구배 광학 필름의 표면에 있을 수 있으며 표면 공극으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 구배 광학 필름(300A)에서, 공극(320D, 320E)은 구배 광학 필름의 제2 주 표면(332)에 있으며 표면 공극(320D, 320E)으로서 간주될 수 있고, 공극(320F, 320G)은 구배 광학 필름의 제1 주 표면(330)에 있으며 표면 공극(320F, 320G)으로서 간주될 수 있다. 예를 들어, 공극(320B, 320C)과 같은 일부 공극은 구배 광학 필름의 내부에, 구배 광학 필름의 외부 표면으로부터 떨어져 있으며, 내부 공극(320B, 320C)으로서 간주될 수 있는데, 이는 내부 공극이, 예를 들어, 다른 공극을 통해, 주 표면에 연결될 수 있다고 하더라도 그러하다.
공극(320)은, 적합한 조성 및 제작 기술, 예를 들어, 코팅, 건조 및 경화 조건을 선택하여 일반적으로 조절될 수 있는 크기 d1을 갖는다. 일반적으로, d1은 임의의 원하는 범위의 값 중 임의의 원하는 값일 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 적어도 대다수의 공극, 예를 들어, 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 이상의 공극이 원하는 범위 내의 크기를 갖는다. 예를 들어, 일부 경우에, 적어도 대다수의 공극, 예를 들어, 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 이상의 공극이 약 10 마이크로미터 이하, 또는 약 7 마이크로미터 이하, 또는 약 5 마이크로미터 이하, 또는 약 4 마이크로미터 이하, 또는 약 3 마이크로미터 이하, 또는 약 2 마이크로미터 이하, 또는 약 1 마이크로미터 이하, 또는 약 0.7 마이크로미터 이하, 또는 약 0.5 마이크로미터 이하의 크기를 갖는다.
일부 경우에, 복수의 상호연결된 공극(320)은 평균 공극 또는 기공 크기가 약 5 마이크로미터 이하, 또는 약 4 마이크로미터 이하, 또는 약 3 마이크로미터 이하, 또는 약 2 마이크로미터 이하, 또는 약 1 마이크로미터 이하, 또는 약 0.7 마이크로미터 이하, 또는 약 0.5 마이크로미터 이하이다.
일부 경우에, 일부 공극은 충분히 작아서 그의 주요 광학 효과가 유효 굴절률을 감소시키는 것일 수 있는 한편, 일부 다른 공극은 유효 굴절률 및 산란광을 감소시킬 수 있고, 한편 일부 또 다른 공극은 충분히 커서 그의 주요 광학 효과가 광을 산란시키는 것일 수 있다.
입자(340)는 임의의 원하는 범위의 값 중 임의의 원하는 값일 수 있는 크기 d2를 갖는다. 예를 들어, 일부 경우에, 적어도 대다수의 입자, 예를 들어, 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 이상의 입자가 원하는 범위 내의 크기를 갖는다. 예를 들어, 일부 경우에, 적어도 대다수의 입자, 예를 들어,60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 이상의 입자가 약 5 마이크로미터 이하, 또는 약 3 마이크로미터 이하, 또는 약 2 마이크로미터 이하, 또는 약 1 마이크로미터 이하, 또는 약 700 ㎚, 또는 약 500 ㎚ 이하, 또는 약 200 ㎚ 이하, 또는 약 100 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하의 크기를 갖는다.
일부 경우에, 복수의 입자(340)는 평균 입자 크기가 약 5 마이크로미터 이하, 또는 약 3 마이크로미터 이하, 또는 약 2 마이크로미터 이하, 또는 약 1 마이크로미터 이하, 또는 약 700 ㎚ 이하, 또는 약 500 ㎚ 이하, 또는 약 200 ㎚ 이하, 또는 약 100 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하이다.
일부 경우에, 일부 입자는 충분히 작아서 주로 유효 굴절률에 영향을 줄 수 있는 한편, 일부 다른 입자는 유효 굴절률 및 산란 광에 영향을 줄 수 있고, 한편 일부 또 다른 입자는 충분히 커서 그의 주요 광학 효과가 광을 산란시키는 것일 수 있다.
일부 경우에, d1 및/또는 d2는 충분히 작아서, 공극 및 입자의 주요 광학 효과가 구배 광학 필름(300A)의 유효 굴절률에 영향을 주는 것이다. 예를 들어, 그러한 경우에, d1 및/또는 d2는 약 λ/5 이하, 또는 약 λ/6 이하, 또는 약 λ/8 이하, 또는 약 λ/10 이하, 또는 약 λ/20 이하이고, 여기서, λ는 광의 파장이다. 다른 예로서, 그러한 경우에, d1 및 d2는 약 70 ㎚ 이하, 또는 약 60 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하, 또는 약 40 ㎚ 이하, 또는 약 30 ㎚ 이하, 또는 약 20 ㎚ 이하, 또는 약 10 ㎚이하이다. 그러한 경우에, 공극 및 입자는 또한 광을 산란시킬 수 있으나, 공극 및 입자의 주요 광학 효과는 유효 굴절률을 갖는 구배 광학 필름 내의 유효 매질을 형성하는 것이다. 유효 굴절률은, 부분적으로, 공극, 결합제 및 입자의 굴절률에 따라 좌우된다. 일부 경우에, 유효 굴절률은 감소된 유효 굴절률이며, 이는 유효 굴절률이 결합제의 굴절률 및 입자의 굴절률보다 작음을 의미한다.
공극 및/또는 입자의 주요 광학 효과가 굴절률에 영향을 주는 것인 경우에, d1 및 d2는 충분히 작아서 상당한 분율, 예를 들어, 약 60% 이상, 또는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상의 공극(320) 및 입자(340)가 유효 굴절률을 감소시키는 주요 광학 효과를 갖는다. 그러한 경우에, 상당한 분율, 예를 들어, 약 60% 이상, 또는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상의 공극 및/또는 입자가 약 1 ㎚ 내지 약 200 ㎚, 또는 약 1 ㎚ 내지 약 150 ㎚, 또는 약 1 ㎚ 내지 약 100 ㎚, 또는 약 1 ㎚ 내지 약 50 ㎚, 또는 약 1 ㎚ 내지 약 20 ㎚ 범위의 크기를 갖는다.
일부 경우에, 입자(340)의 굴절률 n1은 결합제(310)의 굴절률 nb에 충분히 근접할 수 있어서, 유효 굴절률이 입자의 굴절률에 따라 좌우되지 않거나 매우 적게 좌우된다. 그러한 경우에, n1 및 nb 사이의 차이는 약 0.01 이하, 또는 약 0.007 이하, 또는 약 0.005 이하, 또는 약 0.003 이하, 또는 약 0.002 이하, 또는 약 0.001 이하이다. 일부 경우에는, 입자(340)가 충분히 작고 그의 굴절률이 결합제의 굴절률에 충분히 근접하여, 입자는 광을 주로 산란시키거나 굴절률에 영향을 주지 않는다. 그러한 경우에, 입자의 주요 효과는, 예를 들어, 구배 광학 필름(300A)의 강도를 향상시키는 것일 수 있다. 구배 광학 필름(300A)은 입자가 없이 제조될 수 있지만, 일부 경우에, 입자(340)가 구배 광학 필름의 제조 방법을 향상시킬 수 있다.
공극(320)의 네트워크 및 입자(340)의 주요 광학 효과가 유효 굴절률에 영향을 주는 것이며, 예를 들어, 광을 산란시키는 것이 아닌 경우에, 공극(320) 및 입자(340)로 인한 구배 광학 필름(300A)의 광학 탁도는 약 5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3.5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3% 이하, 또는 약 2.5% 이하, 또는 약 2% 이하, 또는 약 1.5% 이하, 또는 약 1% 이하이다. 그러한 경우에, 구배 광학 필름의 유효 매질의 유효 굴절률은 약 1.35 이하, 또는 약 1.3 이하, 또는 약 1.25 이하, 또는 약 1.2 이하, 또는 약 1.15 이하, 또는 약 1.1 이하, 또는 약 1.05 이하이다.
구배 광학 필름(300A)이 감소된 유효 굴절률을 적절히 가질 수 있는 경우에, 구배 광학 필름의 두께는 약 100 ㎚ 이상, 또는 약 200 ㎚ 이상, 또는 약 500 ㎚ 이상, 또는 약 700 ㎚ 이상, 또는 약 1,000 ㎚ 이상, 또는 약 1500 ㎚ 이상, 또는 약 2000 ㎚ 이상이다.
일부 경우에, d1 및/또는 d2는 충분히 커서 그의 주요 광학 효과가 광을 산란시키고 광학 탁도를 제공하는 것이다. 그러한 경우에, d1 및/또는 d2는 약 200 ㎚ 이상, 또는 약 300 ㎚ 이상, 또는 약 400 ㎚ 이상, 또는 약 500 ㎚ 이상, 또는 약 600 ㎚ 이상, 또는 약 700 ㎚ 이상, 또는 약 800 ㎚ 이상, 또는 약 900 ㎚ 이상, 또는 약 1000 ㎚ 이상이다. 그러한 경우에, 공극 및 입자는 또한 굴절률에 영향을 줄 수 있으나, 그의 주요 광학 효과는 광을 산란시키는 것이다. 그러한 경우에, 구배 광학 필름 상에 입사하는 광은 공극 및 입자 둘 모두에 의해서 산란될 수 있다.
구배 광학 필름(300A)은 다수의 광학 응용에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 구배 광학 필름은 내부 전반사(TIR)를 지지 또는 촉진하거나 내부 반사를 향상시키는 데 사용될 수 있으며, 이는 굴절률 nb를 갖는 물질이 제공하는 것보다 반사율이 더 큼을 의미한다. 이러한 경우에, 구배 광학 필름(300A)은 충분히 두꺼워서, 구배 광학 필름의 표면에서 내부 전반사를 겪는 광선의 소산 테일(evanescent tail)이 구배 광학 필름의 두께를 가로질러 광 결합하지 않거나 매우 적게 광 결합한다. 그러한 경우에, 구배 광학 필름(300A)의 두께 t1은 약 1 마이크로미터 이상, 또는 약 1.1 마이크로미터 이상, 또는 약 1.2 마이크로미터 이상, 또는 약 1.3 마이크로미터 이상, 또는 약 1.4 마이크로미터 이상, 또는 약 1.5 마이크로미터 이상, 또는 약 1.7 마이크로미터 이상, 또는 약 2 마이크로미터 이상이다. 충분히 두꺼운 구배 광학 필름(300A)은 구배 광학 필름의 두께를 가로지르는 광학 모드의 소산 테일의 원치않는 광 결합을 방지하거나 감소시킬 수 있다.
일부 경우에, 구배 광학 필름(300A)은 낮은 광학 탁도를 갖는다. 그러한 경우에, 구배 광학 필름의 광학 탁도는 약 5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3.5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3% 이하, 또는 약 2.5% 이하, 또는 약 2% 이하, 또는 약 1.5% 이하, 또는 약 1% 이하이다. 그러한 경우에, 구배 광학 필름은 약 1.35 이하, 또는 약 1.3 이하, 또는 약 1.2 이하, 또는 약 1.15 이하, 또는 약 1.1 이하, 또는 약 1.05 이하인 감소된 유효 굴절률을 가질 수 있다. 구배 광학 필름(300A) 상에 수직 입사하는 광의 경우, 광학 탁도는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 전체 투과 광에 대한 수직 방향으로부터 4도 초과만큼 편향된 투과 광의 비로서 정의된다. 본 명세서에 개시된 탁도 값은 헤이즈-가드 플러스 탁도 측정기(Haze-Gard Plus haze meter)(미국 메릴랜드주 실버 스프링스 소재의 비와이케이-가드너(BYK-Gardner))를 사용하여 ASTM D1003에 기재된 절차에 따라 측정하였다.
일부 경우에, 구배 광학 필름(300A)은 높은 광학 탁도를 갖는다. 이러한 경우에, 구배 광학 필름의 탁도는 약 40% 이상, 또는 약 50% 이상, 또는 약 60% 이상, 또는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상이다. 일부 경우에, 구배 광학 필름(300A)은 중간 정도의 광학 탁도, 예를 들어, 약 5% 내지 약 50% 사이의 광학 탁도를 가질 수 있다.
일부 경우에, 구배 광학 필름(300A)은 높은 확산 광학 반사율을 갖는다. 그러한 경우에, 구배 광학 필름의 확산 광학 반사율은 약 30% 이상, 또는 약 40% 이상, 또는 약 50% 이상, 또는 약 60% 이상이다.
일부 경우에, 구배 광학 필름(300A)은 높은 광학 투명도를 갖는다. 구배 광학 필름(300A)에 수직 입사하는 광의 경우, 광학 투명도는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 비 (T1-T2)/(T1+T2)를 지칭하고, 여기서 T1은 수직 방향으로부터 1.6 내지 2 도만큼 편향된 투과 광이고, T2는 수직 방향으로부터 0 내지 0.7 도 사이에 있는 투과 광이다. 본 명세서에 개시된 투명도 값은 비와이케이-가드너로부터의 헤이즈-가드 플러스 탁도 측정기를 사용하여 측정하였다. 구배 광학 필름(300A)이 높은 광학 투명도를 갖는 경우에, 투명도는 약 40% 이상, 또는 약 50% 이상, 또는 약 60% 이상, 또는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상이다.
일부 경우에, 구배 광학 필름(300A)은 낮은 광학 투명도를 갖는다. 그러한 경우에, 구배 광학 필름의 광학 투명도는 약 10% 이하, 또는 약 7% 이하, 또는 약 5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3% 이하, 또는 약 2% 이하, 또는 약 1% 이하이다.
일반적으로, 구배 광학 필름은 소정 응용에서 바람직할 수 있는 임의의 다공도 또는 공극 부피 분율을 가질 수 있다. 일부 경우에, 구배 광학 필름(300A) 내의 복수의 공극(320)의 부피 분율은 약 20% 이상, 또는 약 30% 이상, 또는 약 40% 이상, 또는 약 50% 이상, 또는 약 60% 이상, 또는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상이다.
일부 경우에, 구배 광학 필름이 높은 광학 탁도 및/또는 확산 반사율을 갖더라도, 구배 광학 필름은 일부 저굴절률 특성을 분명하게 나타낼 수 있다. 예를 들어, 그러한 경우에, 구배 광학 필름은 결합제(310)의 굴절률 nb보다 작은 굴절률에 대응하는 각도에서 TIR을 지지할 수 있다.
예시적인 구배 광학 필름(300A)에서, 입자(340), 예를 들어, 입자(340A, 340B)는 중실(solid) 입자이다. 일부 경우에, 구배 광학 필름(300A)은 복수의 중공 또는 다공성 입자(350)를 추가로 또는 대안적으로 포함할 수 있다.
입자(340)는 일정 응용에 바람직할 수 있는 임의의 유형의 입자일 수 있다. 예를 들어, 입자(340)는 유기 또는 무기 입자일 수 있다. 예를 들어, 입자(340)는 실리카, 산화지르코늄 또는 알루미나 입자일 수 있다.
입자(340)는 일정 응용에 바람직하거나 이용가능할 수 있는 임의의 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 입자(340)는 규칙적이거나 불규칙적인 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 입자(340)는 거의 구형일 수 있다. 다른 일례로서, 입자는 긴 형상일 수 있다. 그러한 경우에, 구배 광학 필름(300A)은 복수의 긴 입자(320)를 포함한다. 일부 경우에, 긴 입자는 약 1.5 이상, 또는 약 2 이상, 또는 약 2.5 이상, 또는 약 3 이상, 또는 약 3.5 이상, 또는 약 4 이상, 또는 약 4.5 이상, 또는 약 5 이상인 평균 종횡비를 가진다. 일부 경우에, 입자는 진주목걸이(string-of-pearls)(예를 들어, 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 닛산 케미칼(Nissan Chemical)로부터 입수가능한 스노우텍스(Snowtex)-PS 입자), 또는 건식 실리카와 같은 구형 또는 무정형 입자의 응집된 사슬의 형태 또는 형상일 수 있다.
입자(340)는 작용화될 수 있거나 작용화되지 않을 수 있다. 일부 경우에, 입자(340)는 작용화되지 않는다. 일부 경우에, 입자(340)는 클럼핑(clumping)이 없이 또는 매우 적은 클럼핑을 가지고 원하는 용매 또는 결합제(310) 중에 분산될 수 있도록 작용화된다. 일부 경우에, 입자(340)는 결합제(310)에 화학적으로 결합하도록 추가로 작용화될 수 있다. 예를 들어, 입자(340A)와 같은 입자(340)는 표면 개질될 수 있으며, 결합제(310)에 화학적으로 결합하는 반응성 작용기 또는 기(360)를 가질 수 있다. 그러한 경우에, 적어도 상당한 분율의 입자(340)가 결합제에 화학적으로 결합된다. 일부 경우에, 입자(340)는 결합제(310)에 화학적으로 결합하는 반응성 작용기를 갖지 않는다. 그러한 경우에, 입자(340)는 결합제(310)에 물리적으로 결합될 수 있거나, 또는 결합제(310)가 입자(340)를 캡슐화할 수 있다.
일부 경우에, 입자의 일부는 반응성 기를 가지며 나머지는 반응성 기를 갖지 않는다. 예를 들어, 일부 경우에, 약 10%의 입자는 반응성 기를 가지고 약 90%의 입자는 반응성 기를 갖지 않거나, 또는 약 15%의 입자는 반응성 기를 가지고 약 85%의 입자는 반응성 기를 갖지 않거나, 또는 약 20%의 입자는 반응성 기를 가지고 약 80%의 입자는 반응성 기를 갖지 않거나, 또는 약 25%의 입자는 반응성 기를 가지고 약 75%의 입자는 반응성 기를 갖지 않거나, 또는 약 30%의 입자는 반응성 기를 가지고 약 60%의 입자는 반응성 기를 갖지 않거나, 또는 약 35%의 입자는 반응성 기를 가지고 약 65%의 입자는 반응성 기를 갖지 않거나, 또는 약 40%의 입자는 반응성 기를 가지고 약 60%의 입자는 반응성 기를 갖지 않거나, 또는 약 45%의 입자는 반응성 기를 가지고 약 55%의 입자는 반응성 기를 갖지 않거나, 또는 약 50%의 입자는 반응성 기를 가지고 약 50%의 입자는 반응성 기를 갖지 않는다. 일부 경우에, 일부의 입자는 동일한 입자에서 반응성 기 및 비반응성 기 둘 모두로 작용기화될 수 있다.
입자의 전체는 사이즈, 반응성 및 비반응성 입자, 및 상이한 유형의 입자, 예를 들어, 아크릴, 폴리카르보네이트, 폴리스티렌, 실리콘 등과 같은 중합체 입자를 포함하는 유기 입자; 또는 예를 들어, 실리카 및 산화지르코늄을 포함하는 유리 또는 세라믹과 같은 무기 입자 등의 혼합물을 포함할 수 있다.
결합제(310)는 소정 응용에 바람직할 수 있는 임의의 물질일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 예를 들어, 결합제(310)는 가교 결합된 중합체와 같은 중합체를 형성하는 경화성 물질일 수 있다. 일반적으로, 결합제(310)는 임의의 중합성 물질, 예를 들어, UV-경화성 물질과 같이 방사선-경화성인 중합성 물질일 수 있다.
구배 광학 필름(300A)은 소정 응용에 바람직할 수 있는 임의의 방법을 사용하여 생성될 수 있다. 일부 경우에, 구배 광학 필름(300A)은 발명의 명칭이 "나노공극형 물품을 위한 방법 및 장치"인 함께 계류 중인 출원, 대리인 관리 번호 65046US002, 발명의 명칭이 "결함이 감소된 코팅 방법 및 장치"인 함께 계류 중인 출원, 대리인 관리 번호 65185US002, 및 발명의 명칭이 "구배 나노공극형 물품을 위한 방법"인 함께 계류 중인 출원, 대리인 관리 번호 65766US002에 기재된 방법에 의해 생성될 수 있으며, 이들의 개시 내용은 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된다.
일반적으로, 한 방법에서는, 복수의 입자, 예를 들어, 나노입자, 및 용매에 용해된 중합성 물질 - 중합성 물질은, 예를 들어, 하나 이상의 유형의 단량체를 포함할 수 있음 - 을 포함하는 용액을 우선 제조한다. 그 다음, 예를 들어, 열 또는 광을 인가해 중합성 물질을 중합시켜, 용매 중에 불용성 중합체 매트릭스를 형성한다. 구체적인 일 실시 형태에서, 표면들 중 하나에 인접하여 산소의 수준이 증가된 환경에서 중합이 일어나며, 이는 그러한 표면 근처에서 중합을 억제하여 구배 광학 필름을 생성한다. 구체적인 일 실시 형태에서, 표면들 중 하나의 근처에서의 광개시제의 농도를 다른 표면에 비해 증가시켜 구배 광학 필름을 생성한다. 구배 광학 필름을 생성하는 다른 기술은 발명의 명칭이 "구배 나노공극형 물품을 위한 방법"인 함께 계류 중인 출원, 대리인 번호 65766US002에 기재되어 있다.
일부 경우에, 중합 단계 후에, 용매는 중합성 물질의 일부를 더 낮은 농도지만 여전히 포함할 수 있다. 그 다음, 용액을 건조 또는 증발시켜 용매를 제거하여, 중합체 결합제(310) 중에 분산된 복수의 공극 또는 공극의 네트워크(320)를 포함하는 구배 광학 필름(300A)을 생성한다. 구배 광학 필름은 중합체 중에 분산된 복수의 입자(340)를 추가로 포함한다. 입자는 결합제에 결합되거나 - 여기서, 결합은 물리적 또는 화학적일 수 있음 -, 또는 결합제에 의해 캡슐화된다.
구배 광학 필름(300A)은 결합제(310) 및 입자(340)에 더하여 다른 물질을 가질 수 있다. 예를 들어, 구배 광학 필름(300A)은, 구배 광학 필름이 그 위에 형성되는, 도 1에 명확히 도시되지 않은, 기재의 표면을 습윤화하는 데 도움이 되도록, 예를 들어, 커플링제와 같은 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 구배 광학 필름(300A)은 색상, 예를 들어, 흑색을 구배 광학 필름에 부여하기 위한 하나 이상의 착색제, 예를 들어, 카본 블랙을 포함할 수 있다. 구배 광학 필름(300A) 중의 다른 예시적인 물질에는 개시제, 예를 들어, 하나 이상의 광개시제, 대전방지제, UV 흡수제 및 이형제가 포함된다. 일부 경우에, 구배 광학 필름(300A)은 광을 흡수하고 더 긴 파장의 광을 재방출할 수 있는 하향 변환 물질(down converting material)을 포함할 수 있다. 예시적인 하향 변환 물질에는 인광체(phosphor)가 포함된다.
일반적으로, 구배 광학 필름(300A)은 결합제(310) 대 복수의 입자(340)의 임의의 중량비를 위한 바람직한 다공도를 가질 수 있다. 따라서, 일반적으로, 중량비는 소정 응용에 바람직할 수 있는 임의의 값일 수 있다. 일부 경우에, 결합제(310) 대 복수의 입자(340)의 중량비는 약 1:2.5 이상, 또는 약 1:2.3 이상, 또는 약 1:2 이상, 또는 약 1:1 이상, 또는 약 1.5:1 이상, 또는 약 2:1 이상, 또는 약 2.5:1 이상, 또는 약 3:1 이상, 또는 약 3.5:1 이상, 또는 약 4:1 이상, 또는 약 5:1 이상이다. 일부 경우에, 중량비는 약 1:2.3 내지 약 4:1의 범위이다.
일부 경우에, 구배 광학 필름(300A)의 상부 주 표면(332)은, 예를 들어, 다른 층에 대한 구배 광학 필름의 접착성을 개선하도록 처리될 수 있다. 예를 들어, 상부 표면은 코로나 처리될 수 있다.
도 1b 내지 도 1g는 각각 본 발명의 상이한 태양에 따른 구배 광학 필름(300B 내지 300G)의 개략적인 측면도이다. 명료함을 위해, 도 1a에 대해 기재된, 번호가 매겨진 요소(310 내지 360) 및 크기 d1 내지 d3을 도 1b 내지 1g에는 도시하지 않지만; 도 1a의 구배 광학 필름(300A)에 대해 제공된 각각의 설명은 각각 도 1b 내지 도 1g의 구배 광학 필름(300B 내지 300)에 또한 해당한다. 구배 광학 필름(300B 내지 300G)을 생성하는 기술은, 예를 들어, 발명의 명칭이 "구배 나노공극형 물품을 위한 방법"인 함께 계류 중인 출원, 대리인 번호 65766US002에 기재되어 있다.
도 1b에서, 구배 광학 필름(300B)은, 예를 들어, 도시된 바와 같이 단조적인 방식으로, 두께 방향을 따라 변화하는 국부 부피 분율의 상호연결된 공극(390B)을 포함한다. 구체적인 일 실시 형태에서, 구배 광학 필름(300B)의 제1 표면(330B)에 근접한 상호연결된 공극(370B)의 제1 국부 부피 분율은 구배 광학 필름(300B)의 제2 표면(332B)에 근접한 상호연결된 공극(375B)의 제2 국소 부피 분율보다 더 작다.
구배 광학 필름(300B)은 다른 곳에 기재된 바와 같은, 다양한 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 구제척인 일 실시 형태에서, 구배 광학 필름(300B)은, 예를 들어, 중합 광의 강도를 제1 표면(330B)으로부터 제2 표면(332B)으로 감소시키는 흡광도에 기반한 기술을 사용하여 제조될 수 있다.
도 1c에서, 구배 광학 필름(300C)은, 예를 들어, 도시된 바와 같이 계단식(step-wise) 방식으로, 두께 방향을 따라 변화하는 국부 부피 분율의 상호연결된 공극(390C)을 포함한다. 구체적인 일 실시 형태에서, 구배 광학 필름(300C)의 제1 표면(330C)에 근접한 상호연결된 공극(370C)의 제1 국부 부피 분율은 구배 광학 필름(300C)의 제2 표면(332C)에 근접한 상호연결된 공극(375C)의 제2 국부 부피 분율보다 작다. 일부 경우에, 예를 들어, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상호연결된 공극(370C)의 제1 국부 부피 분율은 상호연결된 공극(375C)의 제2 국부 부피 분율로 급격히 (즉, 계단식으로) 전환된다. 일부 경우에, 제2 부피 분율의 상호연결된 공극(375C)의 두께 t2는 총 두께 t1의 작은 비율일 수 있으며, 예를 들어, 총 두께 t1의 약 1% 내지 약 5%, 또는 약 1% 내지 약 10%, 또는 약 1% 내지 약 20%, 또는 약 1% 내지 약 30% 또는 그 이상일 수 있다.
구배 광학 필름(300C)은 다른 곳에 기재된 바와 같은, 다양한 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 구체적인 일 실시 형태에서, 구배 광학 필름(300C)은, 예를 들어, 제1 및 제2 표면 (330C, 332C)에 근접한 중합 개시제 농도의 차이 또는 중합 억제제 농도의 차이를 사용하여 제조될 수 있다.
도 1d에서, 구배 광학 필름(300D)은 두께 방향을 따라 변화하는 국부 부피 분율의 상호연결된 공극(390D)을 포함하며, 예를 들어, 도시된 바와 같이 최소 국부 부피 분율의 상호연결된 공극(377D)을 갖는다. 구체적인 일 실시 형태에서, 구배 광학 필름(300D)의 제1 표면(330D)에 근접한 상호연결된 공극(370D)의 제1 국부 부피 분율은 구배 광학 필름(300D)의 제2 표면(332D)에 근접한 상호연결된 공극(375D)의 제2 국부 부피 분율과 거의 동일하다. 일부 경우에, 예를 들어, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상호연결된 공극(370D)의 제1 국부 부피 분율은 상호연결된 공극(377D)의 최소 국부 부피 분율로 급격히 (즉, 계단식으로) 전환된다. 일부 경우에, 최소 부피 분율의 상호연결된 공극(377D)의 두께 t2는 총 두께 t1의 작은 비율일 수 있으며, 예를 들어, 총 두께 t1의 약 1% 내지 약 5%, 또는 약 1% 내지 약 10%, 또는 약 1% 내지 약 20%, 또는 약 1% 내지 약 30% 또는 그 이상일 수 있다. 일부 경우에, 최소 국부 부피 분율의 상호연결된 공극(377D)의 상대 위치는 어디든 될 수 있으며, 예를 들어, 구배 광학 필름(300D) 내에서 제1 표면(330D)으로부터 두께 t3에 위치될 수 있다.
구배 광학 필름(300D)은 다른 곳에 기재된 바와 같은, 다양한 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 구체적인 일 실시 형태에서, 구배 광학 필름(300D)은, 예를 들어, 도 1c에 도시된 구배 광학 필름(300C) 한 쌍을 제2 표면(332C)을 따라 서로 라미네이팅하여 제조될 수 있다.
도 1e에서, 구배 광학 필름(300E)은 두께 방향을 따라 변화하는 국부 부피 분율의 상호연결된 공극(390E)을 포함하며, 예를 들어, 도시된 바와 같이 제1 및 제2 표면(330E, 332E)에 근접한 상호연결된 공극의 국부 부피 분율이 계단식으로 변화한다. 구체적인 일 실시 형태에서, 구배 광학 필름(300E)의 제1 표면(330E)에 근접한 상호연결된 공극(370E)의 제1 국부 부피 분율은 구배 광학 필름(300E)의 제2 표면(332E)에 근접한 상호연결된 공극(375E)의 제2 국부 부피 분율과 대략 동일하다. 일부 경우에, 예를 들어, 도 1e에 도시된 바와 같이, 상호연결된 공극(370E)의 제1 국부 부피 분율은 상호연결된 공극(377E)의 최대 국부 부피 분율로 급격히 (즉, 계단식으로) 전환된다. 일부 경우에, 제1 및 제2 국부 부피 분율의 상호연결된 공극(370E, 375E)의 두께 t2 및 t3은 각각 총 두께 t1의 작은 비율일 수 있으며, 예를 들어, 총 두께 t1의 약 1% 내지 약 5%, 또는 약 1% 내지 약 10%, 또는 약 1% 내지 약 20%, 또는 약 1% 내지 약 30% 또는 그 이상일 수 있다. 일부 경우에, 상호연결된 공극(370E, 375E)의 제1 및 제2 국부 부피 분율 각각은 계단식이 아닌 방식으로 전환될 수 있다 (도시하지 않았으나, 도 1b에 도시된 단조 변화와 유사함).
구배 광학 필름(300E)은 다른 곳에 기재된 바와 같은, 다양한 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 구체적인 일 실시 형태에서, 구배 광학 필름(300E)은, 예를 들어, 도 1c에 도시된 구배 광학 필름(300C) 한 쌍을 제1 표면(330C)을 따라 서로 라미네이팅하여 제조될 수 있다.
도 1f에서, 구배 광학 필름(300F)은 두께 방향을 따라 변화하는 국부 부피 분율의 상호연결된 공극(390F)을 포함하며, 예를 들어, 도시된 바와 같이 구배 최소 국부 부피 분율의 상호연결된 공극(377F)을 갖는다. 구체적인 일 실시 형태에서, 구배 광학 필름(300F)의 제1 표면(330F)에 근접한 상호연결된 공극(370F)의 제1 국부 부피 분율은 구배 광학 필름(300F)의 제2 표면(332F)에 근접한 상호연결된 공극(375F)의 제2 국부 부피 분율과 거의 동일하다. 일부 경우에, 예를 들어, 도 1f에 도시된 바와 같이, 상호연결된 공극(370F)의 제1 국부 부피 분율은 상호연결된 공극(377F)의 최소 부피 분율로 점진적으로 (즉, 단조 구배로) 전환되고, 다시, 상호연결된 공극(375F)의 제2 부피 분율로 점진적으로 전환된다.
구배 광학 필름(300F)은 다른 곳에 기재된 바와 같은, 다양한 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 구체적인 일 실시 형태에서, 구배 광학 필름(300F)은, 예를 들어, 도 1b에 도시된 구배 광학 필름(300B) 한 쌍을 제2 표면(332B)을 따라 서로 라미네이팅하여 제조될 수 있다.
도 1g에서, 구배 광학 필름(300G)은 두께 방향을 따라 변화하는 국부 부피 분율의 상호연결된 공극(390G)을 포함하며, 예를 들어, 도시된 바와 같이, 계단식으로 변화하는 국부 부피 분율의 상호연결된 공극(377G, 378G) 한 쌍을 갖는다. 구체적인 일 실시 형태에서, 구배 광학 필름(300G)의 제1 표면(330G)에 근접한 상호연결된 공극(370G)의 제1 국부 부피 분율은 구배 광학 필름(300G)의 제2 표면(332G)에 근접한 상호연결된 공극(375G)의 제2 국부 부피 분율과 거의 동일하다. 일부 경우에, 예를 들어, 도 1g에 도시된 바와 같이, 상호연결된 공극(370E)의 제1 국부 부피 분율은 상호연결된 공극(377G)의 최소 국부 부피 분율로 급격하게 (즉, 계단식으로) 전환되고, 상호연결된 공극(380G)의 최대 국부 부피 분율로 다시 급격하게 전환되고, 상호연결된 공극(378G)의 최소 국부 부피 분율로 다시 급격하게 전환되고, 마지막으로, 상호연결된 공극(375G)의 제2 국부 부피 분율로 다시 급격하게 전환된다. 일부 경우에, 상호연결된 공극의 국부 부피 분율 각각은 계단식이 아닌 방식으로 전환될 수 있다 (도시하지 않았으나, 도 1b에 도시된 단조 변화와 유사함).
구배 광학 필름(300G)은 다른 곳에 기재된 바와 같은, 다양한 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 구체적인 일 실시 형태에서, 구배 광학 필름(300G)은, 예를 들어, 최대 국부 공극 부피 분율(390G)에 상응하는 층에서와 상이한 광개시제 농도를 최소 국부 공극 부피 분율(377G, 378G)에 상응하는 층에 사용할 수 있는 다층 코팅 기술에 의해서 제조될 수 있다. 구체적인 일 실시 형태에서, 구배 광학 필름(300G)은, 예를 들어, 층이 입자에 대해 상이한 비의 중합체성 결합제를 포함하는 다층 코팅 기술에 의해 제조될 수 있다.
도 2는 기재(610) 상에 배치된 구배 광학 필름(630)을 포함하는 광학 구조물(600)의 개략적인 측면도이다. 일부 경우에, 기재(610)는 전사가능한 구배 광학 필름(630)을 제공하는 이형 라이너이며, 이는, 예를 들어, 구배 광학 필름(630)의 노출된 상부 주 표면(632)이 기재 또는 표면과 접촉하여 위치될 수 있으며 그 후에 이형 라이너가 구배 광학 필름으로부터 벗겨져서, 예를 들어, 다른 기재 또는 표면에 접합될 수 있는, 구배 광학 필름의 하부 주 표면(634)을 노출시킬 수 있음을 의미한다. 이형 라이너(610)로부터 저굴절률 층(630)을 이형하기 위한 이형력은 일반적으로 약 0.77 N/㎝(200 gf/인치) 미만, 또는 약 0.59 N/㎝(150 gf/인치) 미만, 또는 약 0.39 N/㎝(100 gf/인치) 미만, 또는 약 0.29 N/㎝(75 gf/인치) 미만, 또는 약 0.19 N/㎝(50 gf/인치) 미만이다.
구배 광학 필름(630)은 본 명세서에 개시된 임의의 구배 광학 필름과 유사할 수 있다. 예를 들어, 구배 광학 필름(630)은 구배 광학 필름(300A 내지 300G) 중 하나와 유사할 수 있다. 다른 예로서, 구배 광학 필름(630)은 다수의 층을 포함할 수 있으며, 각각의 층은 구배 광학 필름(300A 내지 300G) 중 하나와 유사하다. 일부 경우에, 구배 광학 필름(300A 내지 300G) 중 하나가 기재(610) 상에 직접 코팅될 수 있다. 일부 경우에, 구배 광학 필름(300A 내지 300G) 중 하나를 먼저 형성한 후에, 기재(610) 상으로 전사시킬 수 있다. 기재(610)는 반투명, 투명, 또는 불투명할 수 있다.
기재(610)는 유전체, 반도체, 또는 전도체 (예를 들어, 금속)와 같이, 소정 응용에 적합할 수 있는 임의의 물질일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기재(610)는 유리 및 중합체, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카르보네이트, 및 아크릴을 포함할 수 있거나 그로 제조될 수 있다. 일부 경우에, 기재(610)는 반사 편광기, 흡수 편광기, 와이어-그리드(wire-grid) 편광기, 또는 섬유 편광기와 같은 편광기를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 기재(610)는, 예를 들어, 다층 반사 필름 및 다층 편광 필름을 포함하는, 다층 광학 필름과 같이, 다수의 층을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 기재(610)는 구조화된 표면, 예를 들어, 복수의 미세구조체를 갖는 표면을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 기재(610)는, 예를 들어, 프라이머 코팅과 같은 코팅을 주 표면 상에 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 섬유 편광기는 결합제 내에 매립된 하나 이상의 섬유층을 형성하는 복수의 실질적으로 평행한 섬유를 포함하는데, 결합제 및 섬유 중 적어도 하나는 복굴절 물질을 포함한다. 실질적으로 평행한 섬유는 투과축 및 반사축을 한정한다. 섬유 편광기는 투과축에 평행하게 편광된 입사광은 실질적으로 투과하고 반사축에 평행하게 편광된 입사광은 실질적으로 반사한다. 섬유 편광기의 예는, 예를 들어, 미국 특허 제7,599,592호 및 미국 특허 제7,526,164호에 기재되어 있으며, 이들은 본 명세서에 전제적으로 참고로 포함된다.
일부 경우에, 기재(610)는 부분 반사기를 포함할 수 있다. 부분 반사기는 입사광의 30% 이상을 반사하면서 흡수 손실을 뺀 나머지는 투과하는 광학 요소 또는 광학 요소의 컬렉션이다. 적합한 부분 반사기에는, 예를 들어, 폼(foam), 편광 및 비편광 다층 광학 필름, 미세복제된 구조체(예를 들어, BEF), 편광 및 비편광된 블렌드, 와이어 그리드 편광기, 부분 투과성 금속, 예를 들어, 은 또는 니켈, 금속/유전체 적층물, 예를 들어, 은 및 인듐 주석 산화물, 및 비대칭 광학 필름이 포함된다. 비대칭 광학 필름은, 예를 들어, 미국 특허 제6,924,014호 (오우더키르크(Ouderkirk) 등) 및 또한 국제특허 공개 WO2008/144636호에 기재되어 있다. 예를 들어, 천공 ESR (쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수가능)과 같은 천공된 부분 반사기 또는 거울이 또한 부분 반사기로서 유용하다.
구체적인 일 실시 형태에서, 기재(610)는 반사 편광기일 수 있다. 반사 편광기 층은 제1 편광 상태를 갖는 광을 실질적으로 반사시키고, 제2 편광 상태를 갖는 광을 실질적으로 투과시키며, 여기서 2가지 편광 상태는 상호 직교한다. 예를 들어, 반사 편광기에 의해 실질적으로 반사되는 편광 상태에 대한 가시광에서의 반사 편광기의 평균 반사율은 약 50% 이상, 또는 약 60% 이상, 또는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상이다. 다른 예로서, 반사 편광기에 의해 실질적으로 투과되는 편광 상태에 대한 가시광에서의 반사 편광기의 평균 투과율은 약 50% 이상, 또는 약 60% 이상, 또는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상, 또는 약 97% 이상, 또는 약 98% 이상, 또는 약 99% 이상이다. 일부 경우에, 반사 편광기는 (예를 들어, x-방향을 따라) 제1 선형 편광 상태를 갖는 광을 실질적으로 반사하고 (예를 들어, z-방향을 따라) 제2 선형 편광 상태를 갖는 광을 실질적으로 투과한다.
예를 들어, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한, 비퀴티(Vikuiti™) 이중 휘도 향상 필름 (DBEF)과 같은 다층 광학 필름(MOF) 반사 편광기, 비퀴티™ 확산 반사 편광기 필름("DRPF")과 같은 연속상 및 분산상을 갖는 확산 반사 편광 필름(DRPF), 예를 들어 미국 특허 제6,719,426호에 기재된 와이어 그리드 반사 편광기, 또는 콜레스테릭(cholesteric) 반사 편광기와 같은 임의의 적합한 유형의 반사 편광기가 사용될 수 있다.
예를 들어, 일부 경우에, 반사 편광기 층은 상이한 중합체 물질의 교번하는 층으로 형성된 MOF 반사 편광기일 수 있거나 그를 포함할 수 있고, 여기서, 일련의 교번하는 층 중 하나는 복굴절 물질로 형성되며, 상이한 물질의 굴절률은 하나의 선형 편광 상태로 편광된 광에 대해서는 정합되고 직교 선형 편광 상태의 광에 대해서는 정합되지 않는다. 그러한 경우에, 정합된 편광 상태에 있는 입사광은 반사 편광기를 통해 실질적으로 투과되고, 비정합된 편광 상태에 있는 입사광은 반사 편광기에 의해 실질적으로 반사된다. 일부 경우에, MOF 반사 편광기는 무기 유전체 층의 적층물을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 반사 편광기는 통과 상태(pass state)에서 중간의 축상 평균 반사율을 가지는 부분 반사층일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 부분 반사층은 xy 평면과 같은 제1 평면에서 편광된 가시광에 대하여 약 90% 이상의 축상 평균 반사율을 갖고, 제1 평면에 수직인 xz 평면과 같은 제2 평면에서 편광된 가시광에 대하여 약 25% 내지 약 90% 범위의 축상 평균 반사율을 가질 수 있다. 그러한 부분 반사층은 예를 들어, 그 개시 내용이 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된 미국 특허 출원 공개 제2008/064133호에 기술되어 있다.
일부 경우에, 반사 편광기는 원형 반사 편광기일 수 있거나 이를 포함할 수 있고, 여기서 시계 방향 또는 반시계 방향일 수 있는 한 방향으로 원형 편광된 광(우회전 또는 좌회전 원편광이라고도 함)이 우선적으로 투과되고, 반대 방향으로 편광된 광이 우선적으로 반사된다. 일 유형의 원형 편광기는 콜레스테릭 액정 편광기를 포함한다.
일부 경우에, 반사 편광기는 2008년 11월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/116132호; 2008년 11월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/116291호; 2008년 11월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/116294호; 2008년 11월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/116295호; 2008년 11월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/116295호; 및 2007년 5월 20일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/939085호를 기초로 우선권을 주장하는, 2008년 5월 19일자로 출원된 국제 특허 출원 PCT/US 2008/060311호(이들 모두는 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함됨)에 기술된 것과 같은, 광 간섭에 의해 광을 반사시키거나 투과시키는 다층 광학 필름일 수 있다.
구체적인 일 실시 형태에서, 기재(610)는 미세구조화된 표면, 예를 들어, 프리즘 광 지향 필름(prismatic light directing film)일 수 있다. 예를 들어, 구배 광학 필름(630)은 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 비퀴티™ 휘도 향상 필름(BEF)과 같은 광 방향전환 필름(light redirecting film)의 프리즘 면 상에 코팅될 수 있다. BEF는, 예를 들어, 24 마이크로미터의 피치 및 약 90도의 프리즘 피크 또는 꼭지각을 갖는 복수의 선형 프리즘을 포함한다. 구배 광학 필름(630)은 당업자에게 공지된 바와 같이 컨포멀 코팅(conformal coating), 평탄화된 코팅, 또는 코팅된 패턴으로서, 미세구조화된 표면 상에 코팅될 수 있다.
광학 구조물(600)에서 2개의 이웃하는 주 표면 각각의 상당 부분은 구배 광학 필름(630)의 하부 주 표면(634)을 따라 서로 물리적으로 접촉한다. 예를 들어, 2개의 이웃하는 주 표면의 적어도 50%, 또는 적어도 60%, 또는 적어도 70%, 또는 적어도 80%, 또는 적어도 90%, 또는 적어도 95%가 서로 물리적 접촉을 하고 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 구배 광학 필름(630)은 기재(610) 상에 직접 코팅된다.
도 3은 기재(710) 상에 배치된 구배 광학 필름(730), 및 구배 광학 필름(730) 상에 배치된 광학 접착제 층(720)을 포함하는 광학 구조물(700)의 개략적인 측면도이다. 기재(710)는 예를 들어, 도 2를 참고하여 설명된 기재(610)와 같은 기재를 포함하는, 다른 곳에 기재된 임의의 기재일 수 있다. 일부 경우에, 광학 접착제 층(720)은 밀봉제(sealer)로서 작용하여 구배 광학 필름(730)의 공극의 침투를 억제할 수 있다. 일부 경우에, 기재(710)의 반대쪽 면에 접착제 층(720) 및 구배 광학 필름(730)을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 다른 경우에, 기재(710)의 양쪽 면에 구배 광학 필름(730)을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
광학 접착제 층(720)은 소정 응용에 바람직하고/바람직하거나 이용가능할 수 있는 임의의 광학 접착제일 수 있다. 예를 들어, 시간이 지남에 따라 또는 기후에 노출 시 접착제 층이 황변되어 접착제 및 구배 광학 필름의 광학 성능을 열화시키지 않도록 광학 접착제 층(720)은 충분한 광학 품질 및 광 안정성을 갖는다. 일부 경우에, 광학 접착제 층(720)은 실질적으로 투명한 광학 접착제일 수 있으며, 이는 접착제 층이 높은 경면 투과율(specular transmittance) 및 낮은 확산 투과율을 가짐을 의미한다. 예를 들어, 이러한 경우에, 광학 접착제 층(720)의 경면투과율은 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상이다.
일부 경우에, 광학 접착제 층(720)은 실질적으로 광 확산성이며, 이는 접착제 층이 높은 확산 투과율 및 낮은 경면 투과율을 가짐을 의미하고, 광학 접착제 층(720)은 백색 외관을 가질 수 있다. 예를 들어, 그러한 경우에, 광 확산성 접착제 층(720)의 광학 탁도는 약 30% 이상, 또는 약 30% 이상, 또는 약 50% 이상, 또는 약 60% 이상, 또는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상이다. 일부 경우에, 확산성 접착제 층의 확산 반사율은 약 20% 이상, 또는 약 30% 이상, 또는 약 40% 이상, 또는 약 50% 이상, 또는 약 60% 이상이다. 그러한 경우에, 접착제 층은 광학 접착제 중에 분산된 복수의 입자를 포함함으로써 - 입자 및 광학 접착제는 상이한 굴절률을 가짐 -, 광 확산성이 될 수 있다. 2개의 굴절률 사이의 부정합으로 인해 광 산란이 일어날 수 있다.
예시적인 광학 접착제에는 감압 접착제(PSA), 감열 접착제, 용매-휘발성 접착제, 재배치가능한 접착제(repositionable adhesive) 또는 재가공가능한 접착제(reworkable adhesive), 및 UV-경화성 접착제, 예를 들어, 노어랜드 프로덕츠, 인크.(Norland Products, Inc.)로부터 입수가능한 UV-경화성 광학 접착제가 포함된다.
예시적인 PSA는 천연 고무, 합성 고무, 스티렌 블록 공중합체, (메트)아크릴 블록 공중합체, 폴리비닐 에테르, 폴리올레핀, 및 폴리(메트)아크릴레이트에 기초한 것들을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, (메트)아크릴(또는 아크릴레이트)은 아크릴 및 메타크릴 화학종 둘 모두를 지칭한다. 다른 예시적인 PSA는 (메트)아크릴레이트, 고무, 열가소성 엘라스토머, 실리콘, 우레탄 및 이들의 조합을 포함한다. 일부 경우에, PSA는 (메트)아크릴 PSA 또는 적어도 하나의 폴리(메트)아크릴레이트에 기초한다. 예시적인 실리콘 PSA는 중합체 또는 검 및 선택적인 점착성 수지를 포함한다. 다른 예시적인 실리콘 PSA는 폴리다이오가노실록산 폴리옥사미드 및 선택적인 점착성 부여제(tackifier)를 포함한다.
구배 광학 필름(730)은 본 명세서에 개시된 임의의 구배 광학 필름과 유사할 수 있다. 예를 들어, 구배 광학 필름(730)은 구배 광학 필름(300A 내지 300G) 중 하나와 유사할 수 있다. 다른 예로서, 구배 광학 필름(730)은 다수의 층을 포함할 수 있으며, 각각의 층은 구배 광학 필름(300A 내지 300G) 중 하나와 유사하다.
구체적인 일 실시 형태에서, 선택적인 광학 확산기 (도시하지 않음)를 광학 접착제(720) 상에 배치하여, 광학 확산기/광학 접착제/구배 광학 필름/기재의 적층물을 형성할 수 있다. 선택적인 광학 확산기는 소정 응용에 바람직하고/바람직하거나 이용가능할 수 있는 임의의 광학 확산기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 확산기는 표면 확산기, 체적 확산기, 또는 그 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 선택적인 광학 확산기는 상이한 굴절률 n2를 갖는 결합제 또는 호스트 매질 중에 분산되어 있는 제1 굴절률 n1을 갖는 복수의 입자를 포함할 수 있고, 여기서 2가지 굴절률 사이의 차이는 약 0.01 이상, 또는 약 0.02 이상, 또는 약 0.03 이상, 또는 약 0.04 이상, 또는 약 0.05 이상이다.
도 4는 기재(810) 상에 배치된 제1 광학 접착제 층(820), 제1 광학 접착제 층(820) 상에 배치된 구배 광학 필름(830), 및 구배 광학 필름(830) 상에 배치된 선택적인 제2 광학 접착제 층(840)을 포함하는 광학 구조물(800)의 개략적인 측면도이다. 기재(810)는 예를 들어, 도 2를 참고하여 설명된 기재(610)와 같은 기재를 포함하는, 다른 곳에 기재된 임의의 기재일 수 있다. 광학 접착제 층(820, 840)은 광학 접착제 층(720)과 유사할 수 있다. 일부 경우에, 광학 접착제 층(820, 840)은 동일한 굴절률을 갖는다. 일부 경우에, 두 접착제 층은 상이한 굴절률을 가질 수 있다.
구배 광학 필름(830)은 본 명세서에 개시된 임의의 구배 광학 필름과 유사할 수 있다. 예를 들어, 구배 광학 필름(830)은 구배 광학 필름(300A 내지 300G) 중 하나와 유사할 수 있다. 다른 예로서, 구배 광학 필름(830)은 다수의 층을 포함할 수 있으며, 각각의 층은 구배 광학 필름(300A 내지 300G) 중 하나와 유사하다.
도 9는 본 발명의 특정 일 실시 형태에 따른 광학 구조물(900)의 개략적인 측면도이다. 도 9에서, 구배 광학 필름(901)은 미세구조화된 기재(910) 상에 코팅된다. 미세구조화된 기재(910)는 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 비퀴티™ 휘도 향상 필름 (BEF)과 같은 프리즘 광 지향 필름일 수 있다. BEF는, 예를 들어, 24 마이크로미터의 피치 및 약 90도의 프리즘 피크 또는 꼭지각을 갖는 복수의 선형 프리즘을 포함한다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 구배 광학 필름(901)을 미세구조화된 기재(910)의 미세구조화된 표면(930) 상에 코팅하여 표면 구조를 평탄화시킬 수 있다.
구배 광학 필름(901)은 미세구조화된 표면(930)에 인접한 저굴절률(즉, 상호연결된 공극의 국부 부피 분율이 큰) 영역(970), 및 반대쪽 평탄한 표면(932)에 인접한 고굴절률 (즉, 상호연결된 공극의 국부 부피 분율이 작은) 영역(975)을 포함한다. 제1 자유 표면(921)을 갖는 광학 접착제 층(920)이 고굴절률 영역(975)에 인접한 평탄한 표면(932) 상에 배치될 수 있다. 일부 경우에, 광학 구조물(900)은 제1 자유 표면(921)에 의해 다른 광학 구조물 (도시하지 않음), 예를 들어, 디스플레이 패널 또는 디스플레이 패널 도광체(light guide)에 부착될 수 있다. 일부 경우에, 미세구조화된 기재(910)는 선택적인 광학 필름(925), 예를 들어, 중합체 필름 또는 광학 접착제 층을 포함할 수 있으며, 이는 제2 자유 표면(926)에 인접한 다른 광학 구조물 (도시하지 않음)에 부착될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 태양에 따른, 기재(510) 상에 코팅된 구배 광학 필름(500)의 단면 현미경 사진이다. 구배 광학 필름(500)은 기재(510)에 인접한 제1 주 표면(530), 및 제1 주 표면(530)에 근접한, 제1 국부 부피 분율의 상호연결된 공극(570)을 포함한다. 구배 광학 필름은 "자유" 표면인 (즉, 경화 환경에 인접한) 제2 주 표면(532) 및 제2 주 표면(532)에 근접한, 치밀화된 제2 국부 부피 분율의 상호연결된 공극(575)을 추가로 포함한다. 구배 광학 필름(500)은, 제2 주 표면(532)에 근접하여 중합을 억제하는 산소 풍부 환경 (3578 ppm 산소, 하기 실시예 1의 샘플 1a에 따름)에서 제조되었다. 도 5b는 도 5a의 더 큰 배율의 현미경 사진으로, 상호연결된 공극(570)의 제1 국부 부피 분율이, 억제된 중합으로 인해 치밀화된, 상호연결된 공극(575)의 치밀화된 제2 부피 분율보다 더 크다는 것을 더욱 분명하게 보여준다.
도 6a는 본 발명의 일 태양에 따른, 기재(610) 상에 코팅된 구배 광학 필름(600)의 단면 현미경 사진이다. 구배 광학 필름(600)은 기재(610)에 인접한 제1 주 표면(630), 및 제1 주 표면(630)에 근접한, 제1 국부 부피 분율의 상호연결된 공극(670)을 포함한다. 구배 광학 필름은 "자유" 표면인 (즉, 경화 환경에 인접한) 제2 주 표면(632) 및 제2 주 표면(632)에 근접한, 치밀화된 제2 국부 부피 분율의 상호연결된 공극(675)을 추가로 포함한다. 구배 광학 필름(600)은 도 5a 내지 도 5b의 구배 광학 필름(500)보다 더 낮은 산소 풍부 환경 (1707 ppm 산소, 하기 실시예 1의 샘플 3a에 따름)에서 제조되었다. 산소 풍부 환경은 제2 주 표면(632)에 인접하여 중합을 억제하였다. 도 6b는 도 6a의 더 큰 배율의 현미경 사진으로, 상호연결된 공극(670)의 제1 국부 부피 분율이, 억제된 중합으로 인해 치밀화된, 상호연결된 공극(675)의 치밀화된 제2 부피 분율보다 더 크다는 것을 더욱 분명하게 보여준다. 치밀화된 제2 부피 분율의 상호연결된 공극(575, 675)의 상대적인 두께의 비교는 경화 환경에서 산소 농도의 증가에 따라 치밀화된 영역의 두께가 증가함을 보여준다.
개시된 필름, 층, 구조체, 및 시스템의 이점들 중 몇몇에 대해 이하의 실시예를 사용하여 추가로 설명한다. 이러한 실시예에서 언급되는 특정 물질, 양 및 치수뿐만 아니라 다른 조건 및 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예들에서, 굴절률은 메트리콘 모델(Metricon Model) 2010 프리즘 커플러(미국 뉴저지주 페닝턴 소재의 메트리콘 코포레이션(Metricon Corp.)으로부터 입수가능)를 사용하여 측정하였다. 광학 투과율, 투명도, 및 탁도는 헤이즈-가드 플러스 탁도 측정기(미국 메릴랜드주 실버 스프링스 소재의 비와이케이-가드너로부터 입수가능)를 사용하여 측정하였다.
실시예
재료 및 그 공급처의 하기 목록을 실시예 전체에 걸쳐 참고한다.
Figure 112012041132569-pct00001
실시예 A - 구배를 생성하기 위한 DBEF 상의 광개시제 프라이밍
기재 계면으로부터 공기 계면으로 밀도의 변화를 발생시키도록 기재 상에 광개시제를 코팅하였다. MEK 중에 0.3 중량%의 이르가큐어 819를 혼합하여 광개시제 코팅 용액을 제조하였다. 이러한 광개시제 용액을 43.2 ㎝ (17 인치) 폭 슬롯형 코팅 다이를 사용하여 DBEF 필름 상에 코팅하였다. 용액은 127 g/min의 속도 및 30.5 m/min(100 ft/min)의 라인 속도로 코팅하였다. 이어서, 코팅을 오븐에서 66℃ (150℉)에서 건조하였다. 그리하여 광개시제 프라이밍된 기재를 얻었다.
코팅 용액 "A"를 제조하였다. 우선, 360 g의 날코 2327 콜로이드성 실리카 입자(40 중량% 고형물 및 약 20 나노미터의 평균 입자 직경) 및 300 g의 1-메톡시-2-프로판올을, 응축기 및 온도계가 구비된 2 리터 3구 플라스크에서 빠른 교반 하에 함께 혼합하였다. 다음으로, 22.15 g의 실퀘스트 A-174 실란을 첨가하고, 혼합물을 10분 동안 교반하였다. 이어서, 추가로 400 g의 1-메톡시-2-프로판올을 첨가하고, 가열 맨틀을 사용하여 혼합물을 85℃에서 6시간 동안 가열하였다. 생성된 용액을 실온으로 냉각되게 하고, 60℃ 수조에서 회전식 증발기를 사용하여 대부분의 물 및 1-메톡시-2-프로판올 용매 (약 700 g)를 제거하였다. 생성된 용액은 1-메톡시-2-프로판올 중에 44 중량%의 A-174 개질된 20 ㎚ 실리카가 분산되어 있는, 투명한 A-174 개질된 실리카 용액이었다.
코팅 용액 "A"는 18.0 중량%의 투명한 A-174 개질된 실리카 용액 (44 중량%의 A-174 개질된 20 ㎚ 실리카가 1-메톡시-2-프로판올 중에 분산되어 있음), 23.9 중량%의 1-메톡시-2-프로판올, 46.1 중량%의 IPA, 12.0 중량%의 SR444로 구성되었다. 이르가큐어 819를 0.15 pph (part per hundred)의 비율로 코팅 용액 "A"에 첨가하였다. 코팅 용액 A를 (압력 포트를 사용하여) 15.2 g/min의 속도로 43.2 ㎝ (17 인치) 폭 슬롯형 코팅 다이 내로 펌핑하였다. 슬롯 코팅 다이는 43.2 ㎝ 폭 코팅을 광개시제 프라이밍된 기재 상에 1.52 m/min (10 ft/min)의 속도로 균일하게 살포하였다.
그 다음, 코팅된 기재를 UV 방사선의 통과를 허용하는 석영창을 포함하는 UV-LED 경화 챔버에 통과시켜 코팅을 중합시켰다. UV-LED 경화 챔버는 160 UV-LED, 4 다운-웨브(down-web) x 40 크로스-웨브(cross-web) (대략 42.5 ㎝ x 4.5 ㎝의 면적을 커버함)의 직사각형 어레이를 포함하였다. LED(일본 도쿄 소재의 니치아 인크(Nichia Inc.)로부터 입수가능)를 385 ㎚의 공칭 파장에서 작동시키고 8 암페어에서 구동시켜, 0.052 줄/제곱센티미터의 UV-A 선량을 생성하였다. 팬-냉각된 UV-LED 어레이에 람다(Lambda) GENH 60-12.5-U 전원 공급 장치(미국 뉴저지주 넵튠 소재의 티디케이-람다(TDK-Lambda)로부터 입수가능)에 의해 전원을 공급하였다. UV-LED를 기재로부터 대략 2.5 ㎝의 거리로 경화 챔버의 석영창 위에 위치시켰다. UV-LED 경화 챔버에 141.6 리터/분 (5 세제곱 피트/분)의 유량으로 질소의 유동을 공급하였다. 공기를 질소 공급물에 도입하여 UV-LED 챔버 내의 총 산소 수준을 제어하였다. 공기 유량을 변화시켜 UV-LED 경화 챔버 내의 산소 수준을 변화시키고, 시리즈 (Series) 3000 산소 분석기 (미국 로드아일랜드주 컴버랜드 소재의 알파 오메가 인스트루먼츠(Alpha Omega Instruments)로부터 입수가능)를 사용하여 산소 수준을 모니터링하였다.
UV-LED에 의해 중합시킨 후에, 코팅된 기재를 1.52 m/min (10 ft/min)의 웨브 속도로 2분 동안 66℃ (150℉)에서 건조 오븐으로 운반함으로써, 경화된 코팅 중의 용매를 제거하였다. 그 다음, 건조된 코팅을 D-전구로 구성된 퓨전 시스템(Fusion System) 모델 I600 (미국 메릴랜드주 가이터스버그 소재의 퓨전 유브이 시스템즈(Fusion UV Systems)로부터 입수가능)을 사용하여 사후경화하였다. UV 퓨전 챔버에 질소의 유동을 공급하여 챔버 내에 대략 50 ppm의 산소 농도를 생성하였다.
실시예 B - 구배 광학 필름 상의 체적 확산기 오버코트
27.4 g의 1-메톡시-2-프로판올, 27.2 g의 메탄올, 29.6 g의 KSR3 폴리스티렌 비드, 8.1 g의 포토머 6210, 3.6 g의 SR833S, 4.2 g의 SR9003, 및 0.4 g의 다로큐르 4265를 혼합하여 체적 확산기 코팅 용액 'B'를 제조하였다.
127 마이크로미터의 간극 두께로 노치 바(notched bar) 코팅 장치를 사용하여 체적 확산기 코팅 용액 'B'를 기재 상에 코팅하였다. 코팅을 66℃ (150℉)에서 2분 동안 건조하고, 이어서 13.7 m/min으로 퓨전 시스템 모델 I600 (미국 메릴랜드주 가이터스버그 소재의 퓨전 유브이 시스템즈)을 사용하여 경화하였다. 모델 I600은 D-전구로 구성되었으며 100% 출력으로 작동시켰다. UV 퓨전 챔버에 질소의 유동을 공급하여 경화 챔버 내에 대략 50 ppm의 산소 농도를 생성하였다.
실시예 1 - 구배 광학 필름에서의 굴절률 및 치밀화된 층의 변화
실시예 A에 따라, 코팅 용액 A를 광개시제 프라이밍된 DBEF 반사 편광기 필름 상에 코팅하여 일련의 코팅된 필름을 생성하였다. 각각의 코팅된 필름에 대한 경화 조건은 동일하였으나, 공기 유량 및 산소 수준을 달리하였다.
BYK-가드너 헤이즈 가드를 사용하여 투과율 및 탁도를 측정하였다. 모델 2010 프리즘 커플러 (미국 뉴저지주 페닝턴 소재의 메트리콘 코포레이션(Metricon Corporation)으로부터 입수가능)를 사용하여 코팅의 굴절률 (RI)을 측정하였다. 모델 2010 메트리콘은 632.8 ㎚의 파장에서 작동하는 HeNe 레이저 및 광학 프리즘 (코드 6567.9)으로 구성되었다. 측정은 TE 및 TM 모드 둘 모두에서 행하였다. 코팅의 필름 측 굴절률을 측정하기 위해서는, 기재가 프리즘 커플러와 밀접하게 접촉하도록 샘플을 로딩하였다. 코팅의 공기 측 굴절률을 측정하기 위해서는, 코팅이 프리즘 커플러와 밀접하게 접촉하도록 샘플을 로딩하였다. 각각의 코팅에 대한 측정 결과를 표 1에 요약한다.
[표 1]
Figure 112012041132569-pct00002
구배 광학 필름의 주사 전자 현미경사진(SEM)을 얻었다. 우선, 구배 광학 필름의 대표적인 샘플을 선택하였다. 그 다음, 샘플을 액체 질소 중에서 냉동하였다. 이어서, 샘플을 액체 질소로부터 꺼낸 직후에 파쇄하여 두께 방향을 따라 구배 광학 필름의 단면을 노출시켰다. 그 다음, 샘플을 대략 1 ㎚ 두께 층의 금/팔라듐 합금으로 스퍼터링하여 후속 공정에서의 샘플의 전기적 대전을 감소시켰다. 이어서, 주사 전자 현미경을 사용하여 구배 광학 필름의 상부 표면 및 단면을 이미지화하였다.
도 7a 내지 7c는, 산소 수준이 증가하는 순서로, 실시예 1로부터의 샘플의 SEM를 나타낸다. 도 7a는 1000 ppm의 산소 수준에서 경화된 샘플 3a를 나타낸다. 도 7b는 2000 ppm에서 경화된 샘플 1a를 나타낸다. 도 7c는 3000ppm에서 경화된 샘플 2a를 나타낸다. 공기 계면은 기재 계면 근처의 층 보다 덜 다공성이다. 치밀화된 층의 두께는 산소 농도에 따라 좌우되는데, 산소 수준이 높을수록 더 두꺼운 치밀화된 층이 생성된다.
실시예 2 - 구배가 없는 오버코팅된 대조군 광학 필름
용액으로 구배 광학 필름을 오버코팅하여, 용액이 기공에 침투하는 지를 결정하였다. 발명의 명칭이 "광학 필름(OPTICAL FILM)"인 함께 계류 중인 출원, 대리인 관리 번호 65062US002에 기재된 방법에 의해 제조된 구배 광학 필름, 샘플 9146-1 상에 코팅 용액 'B'를 코팅하였다. 이르가큐어 819 (0.15 pph) 및 이르가큐어 184 (0.45 pph)를 코팅 용액 "A" 중에 혼합하여 코팅 용액을 제조하였다. 용액을 9.14 m/min의 라인 속도로 TOPQ 반사 편광기 상에 코팅하였다. 슬롯형 다이를 사용하여 용액을 43 g/min의 속도 및 20.3 ㎝(8 인치)의 코팅 폭으로 전달하였다. 395 ㎚ UV-LED (미국 노스캐롤라이나주 더햄 소재의 크리, 인크.(Cree, Inc.))의 어레이를 사용하여 코팅을 중합시켰다. UV-LED를 2.25 암페어에서 작동시키고 0.03 줄/제곱센티미터의 UV-V 선량을 전달하였다. 어레이는 크기가 16 LED 다운웨브 x 22 크로스웨브였다. 슬롯형 매니폴드를 사용해 질소를 경화 챔버로 도입하여 불활성 분위기를 유지하였다. 챔버 내의 산소 농도를 시리즈 3000 알파 오메가 분석기를 사용하여 측정하였고; 100 ppm 미만으로 유지하였다. 경화 후에, 코팅을 66℃ (150℉)에서 건조한 다음, 퓨전 시스템 모델 I600 (미국 메릴랜드주 가이터스버그 소재의 퓨전 유브이 시스템즈)을 사용하여 21℃ (70℉)에서 사후경화하였다. 모델 I600은 D-전구로 구성되었으며 100% 출력으로 작동시켰다. UV 퓨전 챔버에 질소의 유동을 공급하여 사후경화 챔버 내에 대략 50 ppm의 산소 농도를 생성하였다. 후속 광학 필름을 다른 곳에서 설명된 바와 같이 특성화하였으며, 공기 측에서의 굴절률이 RI = 1.23이었고, 필름 측에서의 굴절률이 RI = 1.23이었으며, 그 결과 ΔRI = 0이었다. 이어서, 실시예 B에 기재된 방법을 사용하여 코팅 용액 'B'를 광학 필름, 샘플 9146-1 상에 코팅하였다. 기재된 방법의 생성물, 샘플 9146-1 OC는 TOP-Q 반사 편광기 상의 2 패스 코팅이었다. 모델 2010 메트리콘을 사용하여, 제2 코팅 층을 코팅하기 전 (RI = 1.22) 및 후 (RI = 1.49)에 제1 코팅 층의 필름 측 굴절률의 변화를 측정하였다. 코팅 후에 필름 측 굴절률은 극적으로 증가하였으며, 이는 광학 필름 내의 기공이 더 이상 공기로 채워져 있지 않음을 나타낸다.
실시예 3 - 오버코팅된 구배 광학 필름
용액으로 구배 광학 필름, 샘플 9211-30을 오버코팅하여, 용액이 기공에 침투하는 지를 결정하였다. 이르가큐어 819를 코팅 용액 A에 0.06 pph의 부하로 첨가하였다. 20.3 ㎝ (8 인치) 슬롯형 다이를 사용하여 6.1 m/min의 라인 속도 및 40 g/min의 유량으로 코팅 용액 'A'를 0.05 ㎜ (2 mil) PET 필름에 적용하였다. 395 ㎚ UV-LED (미국 노스캐롤라이나주 더햄 소재의 크리, 인크.)의 어레이를 사용하여 코팅을 중합시켰다. UV-LED를 5 암페어에서 작동시키고 0.1줄/제곱센티미터의 UV-V 선량을 전달하였다. 어레이는 크기가 16 LED 다운웨브 x 22 LED 크로스웨브였다. 슬롯형 매니폴드를 사용해 118 L/min의 유량으로 질소를 경화 챔버로 도입하였다. 공기를 질소 공급물과 인라인(in-line)으로 혼합하여 UV-LED 경화 챔버 내에서 5012 ppm의 산소 농도를 유지하였다. 챔버 내의 산소 농도를 시리즈 3000 알파 오메가 분석기를 사용하여 측정하였다. 경화 후에, 코팅을 66℃ (150℉)에서 건조한 다음, 퓨전 시스템 모델 I600 (미국 메릴랜드주 가이터스버그 소재의 퓨전 유브이 시스템즈)을 사용하여 21℃ (70℉)에서 사후경화하였다. 모델 I600은 D-전구로 구성되었으며 100% 출력으로 작동시켰다. UV 퓨전 챔버에 질소의 유동을 공급하여 사후경화 챔버 내에 대략 50 ppm의 산소 농도를 생성하였다. 후속 구배 광학 필름, 샘플 9211-30을 다른 곳에서 설명된 바와 같이 특성화하였으며, 공기 측에서의 굴절률이 RI = 1.47이었고, 필름 측에서의 굴절률이 RI = 1.26이었으며, 그 결과 ΔRI = 0.21이었다.
이어서, 실시예 B에 기재된 바와 같이 코팅 용액 'B'를 구배 광학 필름에 적용하였다. 모델 2010 메트리콘을 사용하여, 제2 코팅 층을 코팅하기 전 (RI = 1.26) 및 후 (RI = 1.26)에 제1 코팅 층의 필름 측 굴절률의 변화를 측정하였다. 제2 코팅의 적용 시, 필름 측 굴절률에는 무시할 만한 변화가 있었으며, 이는 제1 코팅이 침투에 대해 밀봉됨을 나타낸다.
실시예 4 - 광학 필름 내로의 접착제 침투
광학적으로 투명한 감압 접착제(8171, 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능)를 사용하여, 실시예 2로부터의 광학 필름 샘플 9146-1의 코팅된 면을 유리에 라미네이팅하였다. 샘플을 85℃에서 150시간의 기간 동안 열노화시켰다. 모델 2010 메트리콘을 사용하여, 감압 접착제 층에 대한 열노화 전 (RI = 1.23) 및 후 (RI = 1.33)에, 코팅된 층의 필름측 굴절률의 변화를 측정하였다. 노화 후에 필름 측 굴절률은 증가하였으며, 이는 광학 필름 내의 기공의 일부가 더 이상 공기로 채워져 있지 않음을 나타낸다.
실시예 5 - 구배 광학 필름 내로의 접착제 침투
광학적으로 투명한 감압 접착제(8171, 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능)를 사용하여, 실시예 3으로부터의 광학 필름 샘플 9211-30의 코팅된 면을 유리에 라미네이팅하였다. 샘플을 85℃에서 150시간의 기간 동안 열노화시켰다. 모델 2010 메트리콘을 사용하여, 감압 접착제 층에 대한 열노화 전 (RI = 1.26) 및 후 (RI = 1.26)에, 코팅된 층의 필름측 굴절률의 변화를 측정하였다. 열노화 후에 필름 측 굴절률에는 무시할 만한 변화가 있었으며, 이는 광학 필름이 침투에 대해 밀봉됨을 나타낸다.
실시예 C - 단량체 선택에 의해 개선된 내구성
코팅 용액 "C"를 제조하였다. 우선, 360 g의 날코 2327 콜로이드성 실리카 입자(40 중량% 고형물 및 약 20 나노미터의 평균 입자 직경) 및 300 g의 1-메톡시-2-프로판올을, 응축기 및 온도계가 구비된 2 리터 3구 플라스크에서 빠른 교반 하에 함께 혼합하였다. 다음으로, 22.15 g의 실퀘스트 A-174 실란을 첨가하고, 혼합물을 10분 동안 교반하였다. 이어서, 추가로 400 g의 1-메톡시-2-프로판올을 첨가하고, 가열 맨틀을 사용하여 혼합물을 85℃에서 6시간 동안 가열하였다. 생성된 용액을 실온으로 냉각되게 하고, 60℃ 수조에서 회전식 증발기를 사용하여 대부분의 물 및 1-메톡시-2-프로판올 용매 (약 700 g)를 제거하였다. 생성된 용액은 1-메톡시-2-프로판올 중에 44 중량%의 A-174 개질된 20 ㎚ 실리카가 분산되어 있는, 투명한 A-174 개질된 실리카 용액이었다.
다음으로, 120 g의 A-174 개질된 실리카 용액, 17.6 g의 CN2302, 35.2 g의 SR444, 1.05 g의 테고 Rad 2250, 0.264 g의 이르가큐어 819, 0.81 g의 이르가큐어 184, 및 156 g의 아이소프로필 알코올을 교반에 의해 함께 혼합하여 균질한 코팅 용액 C를 형성하였다.
실시예 D - 중간 탁도 코팅 용액
코팅 용액 "D"를 제조하였다. 우선, 309 g의 날코 2327(40 중량% 고형물) 및 300 g의 1-메톡시-2-프로판올을, 응축기 및 온도계가 구비된 2 리터 3구 플라스크에서 빠른 교반 하에 함께 혼합하였다. 그 다음, 9.5 g의 실퀘스트 A-174 및 19.0 g의 실퀘스트 A-1230을 첨가하고, 생성된 혼합물을 10분 동안 교반하였다. 혼합물을 가열 맨틀을 사용하여 80℃에서 1시간 동안 가열하였다. 추가로 400 g의 1-메톡시-2-프로판올을 첨가하고, 혼합물을 80℃에서 16시간 동안 유지하였다. 생성된 용액을 실온으로 냉각되게 하고, 60℃ 수조에서 회전식 증발기를 사용하여 대부분의 물 및 1-메톡시-2-프로판올 용매 (약 700 g)를 제거하였다. 생성된 용액은 1-메톡시-2-프로판올 중에 48.7 중량% A174/A1230 개질된 20 ㎚ 실리카가 분산되어 있는, 투명한 A174/A1230 개질된 실리카 용액이었다.
다음으로, 63.4 g의 투명한 A174/A1230 개질된 실리카 용액, 30.8 g의 SR 444, 0.46 g의 이르가큐어 184, 및 98 g의 아이소프로필 알코올을 교반에 의해 함께 혼합하여 균질한 코팅 용액 D를 형성하였다.
실시예 E - 75 마이크로미터 실리카 입자를 갖는 코팅 용액
코팅 용액 "E"를 제조하였다. 300 g의 날코 2329 실리카 입자(40 중량% 고형물, 평균 입자 크기가 75 ㎚임) 및 300 g의 1-메톡시-2-프로판올을, 응축기 및 온도계가 구비된 1 리터 플라스크에서 빠른 교반 하에 함께 혼합하였다. 다음으로, 7.96 g의 실퀘스트 A-174를 첨가하고, 생성된 혼합물을 10분 동안 교반하였다. 추가로 400 g의 1-메톡시-2-프로판올을 첨가하고, 생성된 혼합물을 가열 맨틀을 사용하여 85℃에서 6시간 동안 가열하였다. 생성된 용액을 실온으로 냉각되게 하고, 60℃ 수조에서 회전식 증발기를 사용하여 대부분의 물 및 1-메톡시-2-프로판올 용매 (약 720 g)를 제거하였다. 생성된 용액은 1-메톡시-2-프로판올 중에 45 중량% A-174 개질된 75 ㎚ 실리카가 분산되어 있는, A-174 개질된 75 ㎚ 실리카 용액이었다.
다음으로, 54.6 g의 A-174 개질된 75 ㎚ 실리카 용액, 24.6 g의 SR444, 70 g의 아이소프로필 알코올, 0.122 g의 이르가큐어 819, 및 0.368 g의 이르가큐어 184를 교반에 의해 함께 혼합하여 균질한 코팅 용액 E를 형성하였다.
실시예 F - 긴 입자를 갖는 코팅 용액
코팅 용액 "F"를 제조하였다. 응축기와 온도계가 구비된 2 리터 3구 플라스크에서, 960 그램의 IPA-ST-UP 오르가노실리카 긴 입자, 19.2 그램의 탈이온수, 및 350 그램의 1-메톡시-2-프로판올을 빠른 교반 하에 혼합하였다. 긴 입자는 직경이 약 9 ㎚ 내지 약 15 ㎚의 범위였고 길이가 약 40 ㎚ 내지 약 100 ㎚의 범위였다. 입자를 15.2 중량% IPA 중에 분산시키고, 22.8 g의 실퀘스트 A-174 실란을 플라스크에 첨가하였다. 생성된 혼합물을 30분 동안 교반하였다.
혼합물을 81℃에서 16시간 동안 유지하였다. 다음으로, 용액을 실온으로 냉각되게 하고, 40℃ 수조에서 회전식 증발기를 사용해 용액 중 약 950 g의 용매를 제거하여, 1-메톡시-2-프로판올 중에 41.7 중량% A-174-개질된 긴 실리카가 분산되어 있는, 투명한 A-174 개질된 긴 실리카 용액을 생성하였다.
다음으로, 200 g의 투명한 A-174-개질된 긴 실리카 용액, 83.4 g의 SR 444, 1.6 g의 테고 Rad 2250, 1.25 g의 이르가큐어 184, 및 233 g의 아이소프로필 알코올을 함께 혼합하고 교반하여, 32.5 중량% 고형물을 갖는 균질한 코팅 용액 F를 생성하였다.
실시예 G - 코팅 절차
코팅 절차 "G"를 개발하였다. 먼저, 코팅 용액을 6 ㏄/min의 속도로 10.2 ㎝ (4 인치) 폭의 슬롯형 코팅 다이 내로 시린지(syringe) 펌핑하였다. 슬롯 코팅 다이는 1.52 m/min (10 ft/min)으로 이동하는 기재 상에 10.2 ㎝ 폭 코팅을 균일하게 살포하였다.
그 다음, 코팅된 기재를 UV 방사선의 통과를 허용하는 석영창을 포함하는 UV-LED 경화 챔버에 통과시켜 코팅을 중합시켰다. UV-LED 뱅크(bank)는 160개의 UV-LED, 8 다운-웨브 x 20 크로스-웨브 (대략 10.2 ㎝ x 20.4 ㎝ 면적을 커버함)의 직사각형 어레이를 포함하였다. LED(미국 노스캐롤라이나주 더햄 소재의 크리, 인크.로부터 입수가능)를 385 ㎚의 공칭 파장에서 작동시키고, 45 볼트에서 8 암페어로 구동시켜, 0.212 줄/제곱센티미터의 UV-A 선량을 생성하였다. 팬 냉각된 UV-LED 어레이에 텐마(TENMA) 72-6910(42V/10A) 전원 공급 장치(미국 오하이오주 스프링보로 소재의 텐마(Tenma)로부터 입수가능)에 의해서 전원을 공급하였다. UV-LED를 기재로부터 대략 2.5 ㎝의 거리로 경화 챔버의 석영창 위에 위치시켰다. UV-LED 경화 챔버에 46.7 리터/분(100 세제곱 피트/시)의 유량으로 질소 유동을 공급하여 경화 챔버 내에 대략 150 ppm의 산소 농도를 생성하였다. 추가의 산소 유동을 공급하여 UV-LED 챔버 내의 총 산소 수준을 제어하였다.
UV-LED에 의해 중합시킨 후에, 코팅된 기재를 1.52 m/min (10 ft/min)의 웨브 속도로 1분 동안 66℃ (150℉)에서 건조 오븐으로 운반함으로써, 경화된 코팅 중의 용매를 제거하였다. 그 다음, 건조된 코팅을 H-전구로 구성된 퓨전 시스템 모델 I300P(미국 메릴랜드주 가이터스버그 소재의 퓨전 유브이 시스템즈로부터 입수가능)를 사용하여 사후경화하였다. UV 퓨전 챔버에 질소의 유동을 공급하여 챔버 내에 대략 50 ppm의 산소 농도를 생성하였다.
실시예 6 - 접착 프라이밍된 PET 상의 코팅
유량 및 산소 수준을 달리하고, 9 암페어에서 UV-LED를 사용하여, 실시예 H에 따라, 코팅 용액 C를 접착 프라이밍된 PET 필름 (듀폰 테이진 필름즈(DuPont Teijin Films)로부터 입수가능) 상에 코팅하였다. 투과율, 탁도, 투명도, 및 유효 굴절률(RI)을 포함하는 광학 특성을 다른 곳에 기재된 바와 같이 측정하였다. 각각의 코팅에 대한 측정 결과를 표 2에 요약한다.
[표 2]
Figure 112012041132569-pct00003
구배 광학 필름의 주사 전자 현미경사진(SEM)을 얻었다. 우선, 구배 광학 필름의 대표적인 샘플을 선택하였다. 그 다음, 샘플을 액체 질소 중에서 냉동하였다. 이어서, 샘플을 액체 질소로부터 꺼낸 직후에 파쇄하여 두께 방향을 따라 구배 광학 필름의 단면을 노출시켰다. 그 다음, 샘플을 대략 1 ㎚ 두께 층의 금/팔라듐 합금으로 스퍼터링하여 후속 공정에서의 샘플의 전기적 대전을 감소시켰다. 이어서, 주사 전자 현미경을 사용하여 구배 광학 필름의 상부 표면 및 단면을 이미지화하였다. 도 8a는 실시예 6으로부터의 샘플 10b의 SEM을 나타내며; 샘플 10b는 실시예 6에서 제조된 샘플들 중에 ΔRI가 가장 컸다. 더 큰 ΔRI는 두 표면에서의 공극 부피 분율의 더 큰 차이에 해당한다.
실시예 7 - 중간 탁도 구배 코팅을 갖는, 광개시제 프라이밍된 PET 기재
0.2 중량%의 이르가큐어 819와 MEK를 혼합하여 광개시제 (PI) 코팅 용액을 제조하였다. 10.2 ㎝ (4")로 쉬밍된 20.3 ㎝ (8") 폭 슬롯 다이를 통해 1.75 ㏄/min으로 압력 포트를 사용하여, 75.6 ㎝/min (30 ft/min)의 속도로, 이러한 PI 코팅 용액을 0.05 ㎜ (2 mil) PET 필름 상에 코팅하였다. 코팅을 오븐에서 66℃ (150℉)에서 건조하여, PI 프라이밍된 0.05 ㎜ (2 mil) PET 필름을 생성하였다.
UV-LED (미국 노스캐롤라이나주 더햄 소재의 크리, 인크.로부터 입수가능)를 395 ㎚의 공칭 파장에서 작동시키고, 13 암페어에서 구동시킨 점을 제외하고는, 실시예 H에 따라, 코팅 용액 D를 PI 프라이밍된 0.05 ㎜ (2 mil) PET 필름 상에 코팅하였다. 투과율, 탁도, 투명도, 및 유효 굴절률(RI)을 포함하는 광학 특성을 다른 곳에 기재된 바와 같이 측정하였다. 각각의 코팅에 대한 측정 결과를 표 3에 요약한다.
[표 3]
Figure 112012041132569-pct00004
구배 광학 필름의 주사 전자 현미경사진(SEM)을 얻었다. 우선, 구배 광학 필름의 대표적인 샘플을 선택하였다. 그 다음, 샘플을 액체 질소 중에서 냉동하였다. 이어서, 샘플을 액체 질소로부터 꺼낸 직후에 파쇄하여 두께 방향을 따라 구배 광학 필름의 단면을 노출시켰다. 그 다음, 샘플을 대략 1 ㎚ 두께 층의 금/팔라듐 합금으로 스퍼터링하여 후속 공정에서의 샘플의 전기적 대전을 감소시켰다. 이어서, 주사 전자 현미경을 사용하여 구배 광학 필름의 상부 표면 및 단면을 이미지화하였다. 도 8b는 실시예 7로부터의 샘플 30c의 SEM을 나타내며; 샘플 30c는 실시예 7에서 제조된 샘플들 중에 ΔRI가 가장 컸다. 더 큰 ΔRI는 두 표면에서의 공극 부피 분율의 더 큰 차이에 해당한다.
실시예 8 - 75 마이크로미터 실리카 코팅 용액을 갖는 PI 프라이밍된 PET 기재
산소 수준을 달리하고, 5㏄/min 용액 유량을 사용하여, 실시예 H에 따라, 코팅 용액 E를 PI 프라이밍된 0.05 ㎜ (2 mil) PET 필름 상에 코팅하였고, UV-LED를 9 암페어에서 구동시켰다. 투과율, 탁도, 및 유효 굴절률(RI)을 포함하는 광학 특성을 다른 곳에 기재된 바와 같이 측정하였다. 각각의 코팅에 대한 측정 결과를 표 4에 요약한다.
[표 4]
Figure 112012041132569-pct00005
구배 광학 필름의 주사 전자 현미경사진(SEM)을 얻었다. 우선, 구배 광학 필름의 대표적인 샘플을 선택하였다. 그 다음, 샘플을 액체 질소 중에서 냉동하였다. 이어서, 샘플을 액체 질소로부터 꺼낸 직후에 파쇄하여 두께 방향을 따라 구배 광학 필름의 단면을 노출시켰다. 그 다음, 샘플을 대략 1 ㎚ 두께 층의 금/팔라듐 합금으로 스퍼터링하여 후속 공정에서의 샘플의 전기적 대전을 감소시켰다. 이어서, 주사 전자 현미경을 사용하여 구배 광학 필름의 상부 표면 및 단면을 이미지화하였다. 도 8c는 실시예 8로부터의 샘플 17d의 SEM를 나타내며; 샘플 17d는 실시예 8에서 제조된 샘플들 중에 ΔRI가 가장 크다. 더 큰 ΔRI는 두 표면에서의 공극 부피 분율의 더 큰 차이에 해당한다.
실시예 9 - 긴 입자 코팅 용액을 갖는 PI 프라이밍된 PET 기재
실시예 H에 따라, 5㏄/min 용액 유량으로 코팅 용액 F를 PI 프라이밍된 0.05 ㎜ (2 mil) PET 필름 상에 코팅하였고, UV-LED (미국 노스캐롤라이나주 더햄 소재의 크리, 인크.로부터 입수가능)를 395 ㎚의 공칭 파장에서 작동시키고 13 암페어에서 구동시켰다. 투과율, 탁도, 투명도, 및 굴절률(RI)을 포함하는 광학 특성을 다른 곳에 기재된 바와 같이 측정하였다. 각각의 코팅에 대한 측정 결과를 표 5에 요약한다.
[표 5]
Figure 112012041132569-pct00006
달리 지시되지 않는 한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 특징부 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 숫자는 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 상기 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 기재된 수치적 파라미터들은 본 명세서에 개시된 교시 내용을 이용하는 당업자들이 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다.
여기에 인용된 모든 참조 문헌 및 간행물은 본 개시와 직접 모순되지 않는 한 본 발명에 그 전체가 참고로 본 명세서에 명백히 포함된다. 특정 실시 형태들이 본 명세서에 예시되고 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 대안 및/또는 등가의 구현예들이 도시되고 기술된 특정 실시 형태들을 대신할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 출원은 본 명세서에 논의된 특정 실시 형태의 임의의 변형 또는 수정을 포함하도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 오직 특허청구범위 및 그의 등가물에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.

Claims (105)

  1. 구배 광학 필름으로서,
    결합제;
    1.0보다 큰 평균 종횡비를 갖는, 복수의 긴 입자; 및
    복수의 상호연결된 공극을 포함하고, 복수의 상호연결된 공극의 국부 부피 분율이 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화하고,
    구배 광학 필름의 제1 표면에 근접한 복수의 상호연결된 공극의 제1 국부 부피 분율이 구배 광학 필름의 반대쪽 표면에 근접한 복수의 상호연결된 공극의 제2 국부 부피 분율보다 더 크고,
    상기 구배 광학 필름은 2 마이크로미터 이상의 두께를 갖는 단일 층으로 구성된, 구배 광학 필름.
  2. 구배 광학 필름으로서,
    1.0보다 큰 평균 종횡비를 갖는, 복수의 긴 입자; 및
    복수의 공극을 포함하고, 복수의 상호연결된 공극의 국부 부피 분율이 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화하고,
    구배 광학 필름의 제1 표면에 근접한 제1 굴절률이 구배 광학 필름의 반대쪽 표면에 근접한 제2 굴절률보다 더 작으며, 제1 굴절률은 1.3 이하이고,
    상기 구배 광학 필름은 2 마이크로미터 이상의 두께를 갖는 단일 층으로 구성된, 구배 광학 필름.
  3. 복수의 구조체를 포함하는 구조화된 표면; 및
    구조화된 표면 상에 코팅되고 구조화된 표면을 실질적으로 평탄화시키는 구배 광학 필름을 포함하고, 구배 광학 필름은
    복수의 상호연결된 공극을 포함하고, 복수의 상호연결된 공극의 국부 부피 분율이 구배 광학 필름의 두께 방향을 따라 변화하며,
    복수의 구조체에 근접한 복수의 상호연결된 공극의 제1 국부 부피 분율이 구배 광학 필름의 반대쪽 표면에 근접한 복수의 상호연결된 공극의 제2 국부 부피 분율보다 더 크고,
    상기 구배 광학 필름은 2 마이크로미터 이상의 두께를 갖는 단일 층으로 구성된, 광학 구조물.
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