KR20040020920A

KR20040020920A - 편광 빔 분리장치

Info

Publication number: KR20040020920A
Application number: KR10-2003-7016143A
Authority: KR
Inventors: 마이클에프. 웨버; 찰스엘. 브루존; 피터디. 콘도; 케빈엠. 하머; 티모시제이. 헤브링크; 윌리암더블유. 메릴
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2004-03-09
Also published as: EP1395858A2; US20050001983A1; DE60214370T2; DE60214370D1; US6926410B2; WO2002101427A3; ES2272710T3; US20030016334A1; WO2002101427A2; KR100899248B1; JP4327590B2; US6609795B2; CN1280644C; AU2002258763A1; EP1395858B1; ATE338285T1; JP2004530165A; CN1524190A

Abstract

본 발명은 투영 시스템 및 디스플레이에서 사용하기에 적절한 특유의 편광 빔 분리장치(PBS)를 제공한다. PBS는, 적어도 하나의 주 표면을 갖고 약 1.6 이상의 굴절 지수를 갖는 적어도 하나의 프리즘 및 프리즘의 주 표면 위에 배치된 복굴절 필름을 함유한다. 복굴절 필름은 적어도 첫번째 재료 및 두번째 재료의 층들을 가진 다층 필름이다. 단축 연신 후에, 필름은 연신 방향에서 약 0.15 단위 미만의 굴절 지수 차를 나타낸다.

Description

편광 빔 분리장치{POLARIZING BEAM SPLITTER}

반사 액정 디스플레이(LCD) 영상기(imager)를 사용하는 투영 시스템에 있어서, 조명 광 빔 및 투영된 영상이 편광 빔 분리장치(PBS)와 영상기 사이에서 동일한 물리적 공간을 공유하는, 접혀진 광 경로에 의해 조밀한 디자인이 제공된다. 대부분의 반사 LCD 영상기는 편광 회전하고, 다시 말해서 편광된 빛이 가장 어두운 상태를 위해 실질적으로 변형되지 않은 편광 상태로 투과되거나, 또는 바람직한 그레이스 케일을 제공하기 위해 회전된 편광 상태로 투과된다. 따라서, 편광된 광 빔은 일반적으로 입력 빔으로서 사용된다. PBS는 입력 빔을 편광시키고 광 경로를 접는 기능을 할 수 있기 때문에, PBS의 사용이 매력적인 디자인을 제공한다.

PBS는 입사광선을 첫 번째 (투과된) 편광 성분 및 두 번째 (반사된) 편광 성분으로 분리시키는 광학 부품이다. 하나의 일반적인 PBS는 s 및 p-편광된 빛을 구별해내는 맥네일(MacNeille) 편광기이다 (미국 특허 2,480,731호). 맥네일 편광기에서, s-편광이 반사되고, 브뢰스터(Brewster) 각 근처의 좁은 각 범위에 걸쳐 p-편광이 대부분 투과된다. p-성분은 입사면에서 편광된 빛에 상응한다. s-성분은 입사면에 수직으로 편광된 빛에 상응한다. 입사면은 반사된 광선에 의해 한정되고 반사 표면에 수직인 면을 의미한다.

당업자들은 PBS의 다른 유형을 연구해왔다. 예를 들어, 미국 특허 5,912,762호(Li 등)는 PBS에서 사용될 수 있는 얇은 필름 편광 장치를 개시하고 있다. 장치는 프리즘 형태의 첫 번째 및 두 번째 광 투과 기판 및 프리즘 사이에 배치된 다수의 얇은 필름 층을 갖고 있다. 얇은 필름 층은 고 굴절지수 층과 저 굴절지수 층을 포함하며, 고 굴절지수 층은 하나 이상의 상이한 굴절지수를 갖고 저 굴절지수 층은 하나 이상의 상이한 굴절지수를 갖는다. 광 투과성 기판은 각각의 저 굴절지수 층의 굴절지수보다 더 높은 굴절지수를 갖는다. 프리즘은, 저 굴절지수 층의 가장 높은 굴절지수를 위한 임계각(즉, 전체 내부 반사 상태를 일으키는 각)보다 크거나 그와 같은 다수의 각에서, 입사 광이 얇은 필름 층 위에 부딪히도록 하는 형태를 갖는다. 맥네일 편광기와 같이, 미국 특허 5,912,762호의 편광기는 s-편광된 빛이 투과되고 p-편광된 빛이 반사되긴 하지만 s 및 p-편광된 빛을 구별한다.

다른 예로서, WO 00/70386호는 도 1에서 유리 입방체(54)에 넣어지고 x-편광으로 입사된 빛(즉, 유사한 s-편광)을 반사시키도록 배향된 다층 복굴절 필름(52)을 포함하는 카르테시안 PBS 요소(50)를 개시하고 있다. 제11면 9-11행 참조.WO 00/70386호 공보의 표시는 y-편광이 s-편광과 흡사한 것으로 언급된다는 점에서 상이하다. 큰 원뿔각을 가진 입사광선에서, s-편광 대 p-편광 만을 기초로 하여 구별하는 PBS에 비하여, 카르테시안 PBS가 더욱 높은 대비를 제공하는 것으로 밝혀졌다.

지금까지 언급된 기술은, 다층 필름을 사용하는 유용한 PBS를 개시하고 있긴 하지만, 투영 시스템에서 사용하기에 그다지 적합하지 않을 수도 있다. 이러한 시스템에서, PBS는 전형적으로 가능한 장기간 동안 넓은 범위의 파장으로부터 고 강도 빛을 경험하게 된다. 미국 특허 2,480,731호 및 5,912,762호의 무기 계 다층 필름은 고 강도 청색 광에 안정할 수 있지만, 이들은 낮은 f-값 시스템에서 요구되는 각 성능이 결여되어 있다. 기술을 진보시키기 위해 요구되는 것은, 관찰자에 의해 검사될 때 투영 시스템의 얻어지는 영상이 밝고, 예리하고, 분명하게 나타나고 또렷한 색을 갖게 되도록 하기 위하여, 광원을 견디기 위한 내구성을 갖는 것과 동시에 큰 원뿔각의 입사 광에 대한 대비를 제공할 수 있는 다층 필름 기재 PBS이다.

요약

편광 빔 분리장치는 미국 특허 5,962,114호에 개시된 것과 같이 복굴절 중합체 다층 필름으로부터 조립될 수 있다. 많은 중합체들이 가시광에 대해 높은 투명성을 나타내긴 하지만, 다수의 중합체가 근자외선(UV) 영역에서 강한 흡수 피크를 갖는다. 그 결과, 흡수 꼬리가 스펙트럼의 가시광 부분까지 연장될 수 있다. 흡수된 빛의 퍼센트가 낮을 수도 있지만, 강한 광 빔에서 흡수된 에너지는 필름을 과열시킬 수 있고, 이것은 열에 의해 유도된 중합체 분해, 빛에 의해 유도된 중합체 분해 또는 양쪽 모두를 일으킬 수 있다. 일부 높은 굴절지수 중합체에 있어서, 청색 영역에 있는 흡수 꼬리는 필름에 황색을 부여하기에 충분히 강하다. 고 강도 투영 시스템을 위해 안정한 다층 PBS 용 중합체를 선택하는데 있어서의 주요한 매개변수는, 흡수단(absorption edge)이 가시 스펙트럼에 근접한 정도이다.

본 발명은 적어도 하나의 높은 굴절지수 (즉, n=160 이상) 프리즘을 복굴절 다층 필름 (때때로 편의상 "다층 필름"이라 일컬어짐)과 조합한 PBS를 제공한다. 다층 필름은 편광기로서 작용한다. 이것은, 근 UV 광 및 청색 광과 관련된 파장에 노출될 때 안정한, 교대하는 재료 층들을 함유한다. 이러한 재료 층은 가시 스펙트럼 내의 흡수 스펙트럼 및 UV 및 적외선(IR) 내의 흡수단의 위치를 기초로 하여 선택된다.

스펙트럼의 UV 말단에서, 다층 필름에 있는 재료 층의 흡수단은 바람직하게는 PBS를 비추는 빛의 최단 파장보다 적어도 40nm 미만, 더욱 바람직하게는 50nm 미만, 가장 바람직하게는 60nm 미만이다. 색 투영 디스플레이에 있어서, 디스플레이의 색 평형 또는 밝기에 실질적으로 영향을 미치지 않으면서 420nm 미만의 청색 광이 거부될 수 있다. 따라서 바람직한 구현양태에서, PBS를 비추는 최단 파장은 420nm이다. 광원에 의존하여, 바람직하게 낮은 파장은 410nm와 같이 더욱 짧거나 또는 430nm와 같이 다소 높을 수도 있다. 스펙트럼의 IR 말단 위에서, 다층 필름에 있는 재료 층의 흡수단은 PBS를 비추는 최장 파장보다 바람직하게는 적어도 40nm 더 크고, 더욱 바람직하게는 50nm 더 크고, 가장 바람직하게는 60nm 더 크다.이러한 고려사항은, x(연신된) 방향에서 재료 간의 높은 굴절지수 차이를 일으키도록 배향될 수 있는 일부 조합을 배제시킬 수도 있다. 실제 처리 및 환경 안정성 고려사항은, 이용가능한 일련의 재료들을 배향 후에 (x방향에서) 그들 간의 비교적 작은 굴절지수 차이 (즉, 0.15Δn_x미만)를 갖는 재료로 제한할 수도 있다.

본 명세서에서, 용어 "약"은, 이들에 한정되지 않지만 파장, 굴절지수, 비율, 중량%, 몰%와 같은 성질의 각 수치의 표시를 변형하기 위한 것으로 추정된다. 예를 들어, 파장에 대해 500nm의 표시는 약 500nm를 의미한다. 용어 "통과 축(pass axis)"은 편광기의 광학 투과 축을 의미하고, 다층 필름의 y-축 또는 비-연신 방향에 상응한다. 용어 "소광 축"은 편광기의 반사 축을 의미하고, 다층 필름의 x-축 또는 연신 방향에 상응한다.

용어 "흡수단"은 일반적으로 중합체 재료가 실질적으로 불투명하게 되는 파장을 의미한다. 더욱 정확한 정의는, 0.1mm 두께 필름에 대하여 수직 입사 시에 공기 중의 투과율이 10%인 파장이다. 다층 필름에서 각각의 재료 층은 x-방향, y-방향 및 z-방향을 갖는다. x-방향은 연신 방향(또한 "횡 방향" 또는 "TD"로 공지됨), 즉 필름이 배향되는 방향을 나타낸다. y-방향은 비-연신 방향 (또한 "기계 방향" 또는 "MD"로 공지됨)을 나타낸다. z-방향은 다른 비-연신 방향을 나타내고, 각 층의 두께 방향에 있다.

다층 필름을 제조하는데 있어서 2개의 상이한 굴절지수의 층이 전형적으로 사용되지만, 2 이상의 재료를 사용하는 것도 본 발명의 범위내이다. 2-성분 다층필름은 입사광 파동에 대해 방형파 지수 프로파일을 나타내는 반면, 다층 필름에 있는 광학 반복 장치는 방형파를 나타낼 필요가 없다. y 및 z 방향을 따라 실질적으로 조화된 지수를 가지면서, x 방향을 따라서 주기적으로 조절된 지수 프로파일을 구성하도록 다수의 재료 층을 사용할 수 있다. 대안적으로, 복굴절 편광기를 형성하기 위하여, 연속적으로 변하는 지수 프로파일, 예컨대 주름진 필터를 사용할 수 있다. 처리 동안에 2-성분 시스템의 재료들이 서로 확산될 때, 연속적으로 변하는 지수가 발생할 수 있다. 유사하게, 연속적으로 변하는 지수가 콜레스테릭 액정 필름에 존재한다.

본 발명의 다층 필름은 중합체 재료의 공압출 및 배향에 의해 조립될 필요가 없지만, 당 기술분야에 공지된 기술, 예컨대 에피택셜 진공 침착에 의해 만들어지는 복굴절 유기 결정성 층을 포함할 수도 있다.

본 발명의 다층 필름의 재료 층은 엄격하게 직각의 광축을 가질 필요가 없다. 축의 배향은 직각 상태로부터 어느 정도까지, 예를 들어 10°이하까지 변할 수 있다.

본 발명의 복굴절 다층 필름 및 얻어지는 PBS는, 그의 조성 및 구조 때문에, 투영 시스템 또는 디스플레이에서 사용되는 다양한 종류의 광원에 노출될 때 넓은 내구성을 나타낸다. 전형적인 광원은 램프 및 반사기를 포함한다. 적절한 램프는 크세논, 백열등, 레이저, 발광 다이오드(LED), 금속 할라이드 아크 광원, 및 고압 수은 광원을 포함한다. 이러한 광원은 청색 및 근자외선 파장에서 빛을 방출할 수 있다. 많은 중합체-기재 필름들은 이러한 파장에 노출될 때 빨리 분해될 수 있는것으로 알려져 있다.

본 발명의 다층 필름은, 공기 또는 저 굴절지수(즉, 1.60미만) 프리즘에 침지되거나 매입될 때, 재료 층에 대한 x 방향 굴절 지수 값의 차이가 낮은 것에 기인하여 낮은 대비율(contrast ratio)(즉, 100:1 미만의 대비율)을 나타낸다. "대비율"은, 다층 필름의 2개 직각 축에 평행한 편광면을 가진 빛에 대한 2개의 투과율 값의 비율을 의미한다. 대비율은 필름 이외에도 추가로 빔의 성질에 의존된다. 예를 들어, 넓은 범위의 각에 걸쳐 분포된 광추에서 빔에 대한 대비율이, 좁은 원뿔각에 걸쳐 분포된 광빔에 대해서 보다 낮을 수 있다.

유리하게는, 높은 지수 (즉, 1.6보다 크고 다층 필름에서 총 내부 반사 조건을 발생시키는 지수보다 낮은 값) 프리즘에 다층 필름을 침지시키거나 매입시킬 때, 입사 광추의 모든 광선에 걸쳐 평균화하면, 대비율이 100:1 이상의 정도, 바람직하게는 300:1 이상, 더욱 바람직하게는 1000:1 이상의 정도로 실질적으로 증가된다. 하나의 측면에서, 이러한 장점은, 원하는 대비율을 달성하기 위해 다층 필름에서 아주 적은 층이 요구된다는 것을 의미한다. 일반적으로, 요구되는 층의 수가 적으면, 요구되는 층의 수가 많은 유사한 필름에 비하여, 제조 공정이 덜 복잡해질 수 있다. 고 지수 프리즘에 매입된 다층 필름의 조합은, 많은 투영 및 디스플레이 시스템에서 사용되는 전형적인 광원을 견디기에 충분한 개선된 PBS 내구성을 나타내며, 또한 뛰어난 대비를 제공한다. 프리즘의 굴절지수는, 입사 광선의 가장 높은 입사각이 전체 내부 반사(TIR)를 위한 임계각에 가깝지만 그를 넘지 않도록 선택되는 것이 바람직하다.

따라서, 간단히 요약하면, 본 발명은 (a) 통과축을 갖고, 적어도 첫번째 재료 층 및 두번째 재료 층의 다층을 포함하는 복굴절 필름으로서, 각각의 재료층이 자외선 영역에서 흡수단이 편광 빔 분리장치를 비추는 빛의 최단 파장보다 적어도 40nm 미만이고, 적외선 영역에서 흡수단이 편광 빔 분리장치를 비추는 빛의 최장 파장보다 적어도 40nm 초과가 되도록 가시광 스펙트럼에서 흡수단을 갖는 것인, 복굴절 필름; 및 (b) 1.6보다 크지만, 복굴절 필름의 통과 축을 따라 전체 내부 반사를 일으키는 값보다 적은 굴절지수를 갖는 적어도 하나의 프리즘을 포함한 PBS를 제공한다. 바람직한 구현양태에서, PBS를 비추기 위한 최단 파장은 420nm이고, 최장 파장은 680nm이다. 이 구현양태에서, 바람직한 흡수단은 380nm 미만, 720nm 초과의 파장에 위치한다.

본 발명의 다른 구현양태는, (a) 첫번째 편광 상태에 있는 빛에 대하여 PBS를 통해 첫번째 경로가 한정되는, 상기 기재된 PBS; 및 (b) 적어도 하나의 영상기에 의해 수용된 빛의 일부가 편광 회전되고, 편광 회전된 빛이 영상기로부터 PBS를 통해 두번째 경로를 따라 전파되는, 편광 빔 분리장치로 빛을 다시 되반사시키기 위해 배치된 적어도 하나의 영상기를 포함하는, 광학 장치에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 구현양태는, 빛을 발생시키기 위한 광원, 광원으로부터 빛을 조절하기 위한 조절 광학체, 및 영상 광을 형성하기 위해 조절 광학체로부터 조절된 빛 위에 영상을 부과하기 위한 영상화 코어를 포함하는 투영 시스템에 관한 것이다. 영상화 코어는 상기 기재된 PBS 및 적어도 하나의 영상기를 포함한다.

본 발명의 PBS는, 본 발명이 (1) 비교적 낮은 복굴절 재료를 사용할 때 프리즘을 위해 요구되는 굴절지수의 범위, (2) 적절하게 안정한 중합체 PBS 다층 필름을 위해 요구되는 흡수단의 파장 범위, 및 (3) 근 UV 및 청색 광에 노출시에 안정성을 나타내는 이용가능한 재료 조합을 처음으로 확인하였다는 점에서, WO 00/70386호에 개시된 카르테시안(Cartesian) PBS와 상이하다.

본 발명의 PBS는 또한 미국특허 5,912,762호에 개시된 PBS와 상이하다. 상기 특허에서는, 투명한 기판, 즉 프리즘이 각각의 낮은 굴절지수 층의 굴절지수보다 더욱 큰 굴절지수를 갖는다는 것이 개시되어 있다.

다른 한편, 본 발명에 있어서, 프리즘은 다층 필름에 있는 어떠한 광학 층의 굴절지수보다 더 높지만, 복굴절 다층 필름 편광기의 통과 축을 따라 TIR 상태를 생성하지 않도록 충분한 낮은 굴절지수를 갖는 것이 바람직하다. 용어 "광학 층"은, 입사광의 반사 및 투과에 참여하는 층을 의미한다. 100:1, 바람직하게는 300:1, 더욱 바람직하게는 1000:1의 필요한 수준을 충족하는 소광비를 생성하기 위하여 각 층에서의 계면 반사 계수가 x 편광된 빛에 대해 충분히 크도록, 다층 계면에서 내부 입사각이 충분히 높아야 한다. 주어진 빛의 파장을 위해 필요한 계면 반사 수준은 다층 필름의 층의 수 및 층 두께 분포로부터 계산될 수 있다.

본 발명은 다른 용도 중에서도 투영 시스템에서 유용한 편광 빔 분리장치에 관한 것이다. 특히, 편광 빔 분리장치는 비교적 높은 굴절지수의 프리즘을 복굴절 다층 필름과 조합시킨다. 다층 필름은 편광기로서 작용하고, 2개 이상의 상이한 재료를 함유하며, 그 재료의 적어도 하나가 단축 배향 후에 복굴절을 나타낸다. 근자외선 및 청색 광에 안정하도록 다층 필름이 선택된다.

본 발명은 도면을 참조로 하여 더욱 설명될 것이다:

도 1은 본 발명에 따른 실례의 복굴절 다층 필름(10)의 단면도이다;

도 2는 본 발명에 따른 실례의 복굴절 다층 필름(10)에서 2개 재료층의 투시도이다;

도 3은 본 발명에 따른 실례의 편광 빔 분리장치(20)의 투시도이다;

도 4a 및 도 4b는 도 3에서 선 4-4를 따라 절단된 단면도이다;

도 5는 본 발명의 하나의 측면에 따른 투영 시스템에서 유용한 실례의 광학 시스템(40)의 설계도이다.

도 6은 단축 배향 후에 필름 위치의 함수로서 필름 두께를 나타낸 그래프이다;

도 7은 본 발명의 하나의 측면에 따른 다 반사 영상을 기초로 한 투영 장치의 설계도이다.

상기 도면들은 이상화된 것이고, 정확한 축척으로 나타낸 것이 아니며, 단순히 예증을 위한 것이고 비-제한적임을 고려해야 한다.

도 1은 첫번째 굴절지수 n_12x, n_12y, n_12z세트를 가진 첫번째 재료 층(12) 및 두번째 굴절지수 n_14x, n_14y및 n_14z세트를 가진 두번째 재료 층(14)의 교대하는 층들을 함유하는 일례의 복굴절 다층 필름(10)의 단면도이다. 도 2는 복굴절 다층 필름(10)에 단지 2개의 층을 나타내는 투시도이고, 각각의 층은 x, y 및 z 방향에서 굴절지수를 갖는다. 도 3은 실질적으로 입방체를 형성하도록 배치된 첫번째 프리즘(22) 및 두번째 프리즘(24)을 가진 PBS(20)의 투시도이다. 복굴절 다층 필름(10)이 입방체의 대각선을 따라 매입되고, 다시말해서 프리즘의 빗변 사이에 삽입된다.

도 4a는 하나의 높은 굴절지수 층과 하나의 낮은 굴절지수 층을 포함하는 단순화된 필름에서 일례의 s-편광된 입사광선(30a)의 경로를 나타내는, 도 3의 선 4-4를 따른 단면도이다. 실제 필름은 수 백개의 층을 포함하지만, 이러한 단순화된 필름은 편광기의 작동 원리를 예시하기 위한 것이다. 다층 필름(10)은 주로 s-편광된 빛을 반사시키고, 주로 p-편광된 빛을 투과시킨다. 작동시에, 입사하는 s-편광된 광선(30a)은 프리즘(22)의 표면(23)에 먼저 부딪힘으로써 공기(n_air=1.0)로부터 PBS(20)로 이동한다. 이러한 특정한 광선이 표면(23)에 수직으로 부딪히고, 따라서 광선(30a)이 실질적으로 휘어지지 않으면서 프리즘(22)으로 전달된다. 대부분의 응용에서, 광추가 표면(23) 위에 입사될 것이다. 표면(23)에서, 입사광의 일부가 반사된다 (도시되지 않음). 필름(10)의 위치 때문에, 광선(30a)이 수직선(13)에 대해 45도에서 층(12)에 부딪히고, 광선(30a)이 투과될 때 고 굴절지수 재료로부터 저 굴절지수 재료(12)로 이동하기 때문에(n_프리즘22> n₁₂), 수직선(13)으로부터 휘어진다. 광선(30a)이 층(12)으로부터 여전히 낮은 굴절지수 (즉, n₁₂> n₁₄)을 갖는 층(14)으로 전파될 때, 광선이 다시 수직선(15)으로부터 휘어진다. 광선(30a)이 층(14)에서부터 프리즘(24)으로 전파될 때, 저 굴절지수 재료로부터 고 굴절지수 재료 (즉, n_프리즘24>n₁₄)로 이동하고, 이것은 수직선(17)쪽으로 휘어지며, 도식적으로 나타낸 바와 같이 PBS밖으로 나온다. 실제로, 여러 쌍의 층들이 사용되고, 바람직하게는 광선(30a)의 대부분 또는 전부를 반사시키는 필름을 가로지를때 광선(30a)이 서서히 감소된다. n_프리즘은 n₁₂보다 큰 것이 바람직하지만, 하기 기재된 바와 같이 Δn_x의 크기에 의존하여 n₁₂와 같거나 그보다 약간 작을 수 있다. 프리즘 굴절지수는 층(14)의 굴절유보다 커야 한다. 선택된 단면 및 입사하는 편광 광선(30a)은 단지 PBS의 반사 축(즉, 소광 방향)을 나타낸다. 소광 축을 따라서, 저 굴절지수 및 고 굴절지수 층들이 항상 교대로 존재할 것이다.

유전 재료 계면에서, s-편광된 빛에 대한 프레즈넬(Fresnel) 반사 계수는 입사각을 따라 단조롭게 증가한다. s-편광된 빛은 단지 필름의 평면내 굴절지수 만을 탐지하고, 따라서 필름의 z 굴절지수에 의해 영향을 받지 않는다. 본 발명의 하나의 목적은, 소광 축을 따라 프레즈넬 반사 계수를 최대화하는 것과 동시에 조밀화를 위한 대부분의 투영 시스템에서 바람직한 입방체 형태를 제공하기 위하여, 복굴절 다층 필름의 소광 축을 따라 층 계면에서 높은 내부 입사각을 가진 PBS를 제공하는 것이다. 이러한 물품은 입방체를 이루는 프리즘의 굴절지수를 증가시킴으로써 고안될 수 있다. 프리즘 굴절지수의 한계는, 하기 기재된 바와 같이 다층 필름 편광기의 통과축을 따라 높은 투과율의 필요성에 의해 결정된다.

도 4b는, 단지 2개의 층만을 포함하는 단순화된 필름에서 일례의 p-편광된 입사 광선(30b)의 경로를 나타내는, 도 3의 선 4-4에 따른 단면도이다. 이 경우에, 광선(30b)은 층의 y 및 z 굴절지수를 탐지하고, 모든 층에 대해 y 및 z 굴절지수가 실질적으로 동일하도록 층 재료들을 선택하였다. 표면(23)에서, 입사광의 일부가 반사된다 (도시되지 않음). 필름(10)의 위치 때문에, 광선(30b)이수직선(13)에 대해 45도에서 층(12)에 부딪히고, 광선(30b)이 투과될 때 고 굴절지수 재료로부터 저 굴절지수 재료(12)로 이동하기 때문에 (n_프리즘22>n₁₂), 수직선(13)으로부터 휘어진다. 광선(30b)이 층(12)으로부터 층(14)으로 전파될 때, 교대하는 층들의 굴절지수가 광선(30b)의 편광 방향에 대해 실질적으로 일치하기 때문에, 실질적으로 방향이 변화되지 않는다. 광선(30b)이 층(14)에서부터 프리즘(24)쪽으로 전파되고 저 굴절지수 재료로부터 고 굴절지수 재료로 이동할 때 (n_프리즘24>n₁₄), 도식적으로 나타낸 바와 같이 이것은 수직선(17)으로 휘어지고 PBS밖으로 나온다. 도 4b에 있어서, 층(12) 및 (14)에서의 도시된 전파 각은 도 4a에서 층(14)에서의 전파 각과 동일하다.

그러나, 2개의 도면들은 통과 축에 대해 가능한 3가지 경우중 한가지 만을 나타낸다. 소광(x)축을 따른 층 굴절지수는 높은 굴절지수에서 낮은 굴절지수로 교대되는 반면, 통과(y) 축을 따른 굴절지수는 모든 층에 대해 실질적으로 동일하고, 다층 필름이 (1) 교대하는 포지티브 복굴절 및 등방성 층 ("경우1"), (2) 교대하는 네가티브 복굴절 및 등방성 층 ("경우2") 또는 (3) 교대하는 네가티브 및 포지티브 복굴절 층 ("경우 3")을 갖는지의 여부에 의존하여, 낮거나 높은 동일한 굴절지수 값을 갖거나 또는 어느 정도의 중간 값을 가질 수 있다.

도 4a 및 4b는 경우 1을 도시하고, 이것은 예를 들어 단축 배향 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 등방성 재료를 가진 다층 필름에서 일어날 수 있다. 이 경우에, PET 층의 광학 축은 x 방향에 있다. 복굴절 층이 단축 배향교대배열(syndiotactic) 폴리스티렌과 같은 네가티브 복굴절 재료라면, 교대하는 등방성 층이 고 굴절지수 층이고, 통과(y) 방향 지수가 더 높은 굴절지수 값을 가질 것이다. 다층 필름이 교대하는 포지티브 및 네가티브 복굴절 재료를 갖는다면, y 방향 지수는 높은 x 방향 지수와 낮은 x 방향 지수의 값에 대해 중간 값을 갖는다.

PBS를 위한 한가지 요건은, 통과 축을 위해 높은 투과율 값을 제공하는 것이다. 이러한 이유로, 프리즘의 지수는, 도 4a에서 각 θ₂및 θ₄로 나타낸 전파 각이 90°에 접근하거나 이를 초과하지 않도록, 다시말해서 입사 원뿔각 내의 입사 광선을 위한 TIR 조건이 존재하지 않도록, 충분히 낮아야 한다. 실제로, 90°에 근접한 전파 각은 여러가지 이유에서 피해야 한다. 예를 들어, 통과 축을 따라 전파 각이 극히 높으면, 입사광 추에서 여러가지 광선으로부터 형성된 영상에 있는 난시현상의 양이 증가되며, 입사각이 낮은 광선은 다층 필름으로의 입사각이 높은 광선에 비해 상당히 다른 측 변위를 갖는다. 또한, 극히 높은 전파 각은 입사광선의 흡수 및 산란 양을 증가시킬 수도 있다.

따라서, x 방향을 따라 가장 높은 전파각의 필요성은, y 방향에 평행한 직교 편광 광선에 대한 중간 정도의 전파 각의 필요성과 균형을 이루어야 한다. 상기 경우 1에서, x 방향으로 편광된 광선에 대해 가장 높은 전파각은 y 방향을 따라 편광된 광선에 대한 전파각이며, 약 60° 내지 80°의 범위로 제한되어야 한다. 1.65의 x 지수 및 1.55의 y 및 z 지수를 가진 PET에 있어서, 프리즘 지수는 바람직하게는 1.70 이상이고 더욱 바람직하게는 1.80 이상이지만, 바람직하게는 약 1.90 미만이다. 주어진 복굴절 다층 필름에 대해 허용가능한 프리즘 지수의 범위는 x 지수 차 (Δn_x) 및 입사광선의 원뿔 각의 값에 의존된다. 전파 각은 스넬(Snell)의 법칙을 사용하여 계산될 수 있다. x 방향을 따른 투과율 값은 공지된 광학 다층 반사 알고리즘을 사용하여 계산될 수 있다.

상기 경우 2에 있어서, y축을 따른 층의 지수는 다층 필름에서의 가장 높은 지수와 동일하고, y축에 평행하게 편광된 빛에 대한 전파각은 경우 1의 값보다 더 낮을 것이다. 이러한 배열은 난시현상의 양을 감소시키거나, 또는 대안적으로 x 방향에 평행하게 편광된 (30a)와 같은 광선에 대한 TLR의 지점까지 프리즘을 위해 훨씬 더 높은 지수를 사용할 수 있도록 한다.

보정 지수의 복굴절 재료가 제공된다면, x 방향에서 편광된 모든 광선의 전체 내부 반사를 나타내지만 y 방향에서는 편광된 모든 광선을 투과시키는 PBS가 가능하다. 이러한 PBS의 작동은 글랜-톰슨(Glan-Thompson) 편광기의 작동과 유사하다. 단지 하나의 복굴절 층이 요구되지만, 입방체에서 45도에서 작동하기 위해서는 복굴절지수가 0.5 또는 그 이상의 정도로 매우 높아야 한다.

본 발명의 PBS를 조립하기 위해 사용되는 각각의 성분 및 PBS의 조립 방법을 이하에 상세히 언급한다.

프리즘

프리즘은 1.60이상, 더욱 바람직하게는 1.70 이상, 가장 바람직하게는 1.80이상의 굴절지수를 가진 광 투과성 재료로부터 만들어질 수 있다. 그러나, 프리즘은 전체 내부 반사 조건, 즉 전파각이 90도 근접하거나 이를 초과하는 조건을 발생시키는 지수 미만의 굴절 지수를 가져야 한다. 이러한 조건은 스넬(Snell)의 법칙을 사용하여 계산될 수 있다. "광 투과성" 재료는 광원으로부터 입사광의 적어도 일부를 투과시키는 재료이다. 일부 응용에서, 바람직하지 않은 파장을 제거하기 위하여 입사광을 여과할 수 있다. 프리즘으로서 사용하기 위해 적절한 재료는 세라믹, 유리 및 중합체를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 유리는 세라믹의 부분집합인 것으로 이해된다. 특히 유용한 유리는 납과 같은 금속 산화물을 함유하고, 이러한 유리는 전형적으로 1.60 초과의 굴절지수를 갖는다. 통상적으로 입수가능한 유리는 PBH55 (오하라(Ohara)로부터 입수가능함)이고, 1.85의 굴절지수를 가지며 75중량% 납 산화물을 갖는다.

전방 또는 후방 투영 시스템과 같은 투영 시스템에서, 실질적으로 입방체를 형성하기 위하여, 전형적으로 2개의 실질적인 직각 삼각형 프리즘이 사용된다. 이러한 경우에, 하기 언급되는 것과 같은 부착 수단을 사용하여 2개의 프리즘의 빗변 사이에 PBS를 삽입한다. 입방체형 PBS는 조밀한 구조를 제공하기 때문에 대부분의 투영 시스템에서 바람직하고, 다시말해서 소형, 경량, 휴대용 투영기를 제공하기 위하여 광원 및 필터와 같은 다른 부품이 위치할 수 있다. 일부 시스템을 위하여, 하나 이상의 표면이 정사각형이 되지 않도록 입방체 형 PBS를 변형시킬 수도 있다. 비-정사각형 표면이 사용된다면, 그 옆의 인접한 부품, 예컨대 색 프리즘 또는 투영 렌즈를 조화되는 평행 표면에 제공해야 한다.

입방체가 한가지 바람직한 구현양태이긴 하지만, 다른 PBS 형태가 사용될 수 있다. 예를 들어, 직사각형 PBS를 제공하기 위하여 여러 개의 프리즘의 조합을 조립할 수 있다. PBS 형태가 무엇이든지 간에, PBS는 고 지수인 것이 필요하고, 그것에 매입된 편광기로서 작용하는 복굴절 다층 필름을 필요로 하며, 상기 기재된 것과 같이 x축에 평행한 편광 광선을 위해 높은 내부 입사각을 생성하는 것을 필요로 한다.

프리즘 치수 및 그 결과의 PBS 치수는 목적하는 용도에 의존된다. 일례의 전방 투영기에서, PBS는 F/2.2의 광추로서 제조된 빔을 가진 고압 Hg형 램프, 예컨대 필립스 코포레이션(Philips Corp.)에 의해 통상적으로 시판되는 UHP 유형을 사용할 때, 길이, 폭 및 높이가 각각 40mm, 대각선이 57mm인 입방체이며, 0.78인치 대각선 영상기, 예컨대 쓰리-화이브 시스템스(Three-Five Systems)로부터 입수가능한 SXGA 해상 영상기와 함께 사용하기 위한 PBS 입방체로 표시된다. 광선의 f/#, PBS로부터 영상기(들)를 분리하는 광학 거리 (즉, 각각의 거리 단위를 위해 실제 거리를 굴절 지수로 나눈 값의 합), 및 영상기 크기가 PBS 크기를 결정하는 일부 요소이다.

다층 필름

상기 언급된 바와 같이, 복굴절 다층 필름은 상이한 굴절 지수의 2종 이상의 재료를 갖는다. 바람직하게는, 반결정성 중합체에 있어서, 유용한 필름을 생성하기 위해 다음과 같은 조건이 충족되어야 한다. 하기 열거된 조건들은 단지 충족될 필요가 있는 주요 조건이다. 이에 한정되지 않지만 전체 필름 두께를 포함하는 다른 조건들은 별도로 언급된다.

하나의 조건은, 첫번째 재료의 y 및 z 방향 (비-연신 방향)에서의 굴절지수 n_1y및 n_1z이 실질적으로 서로 유사하고 (즉, 서로 5% 범위내), 각각 두번째 재료의 y 및 z방향의 굴절지수 y_2y및 z_2z와 실질적으로 유사하다는 것이다. 이상적으로, 모든 4개의 굴절지수가 동일하지만, 이러한 정확한 조화는 실행시 달성하기 곤란하다. 층 내에서 y 및 z 지수를 조화시키기 위해 사용되는 한 방법은 진정한 단축 배향을 부여하는 것이다. "진정한 단축 배향"이라는 표현은, y 및 z 방향에서 필름을 이완시키면서 x 방향에서 필름을 연신시키는 것을 의미한다. 진정한 단축 배향이란, y 및 z 굴절지수가 주어진 층에서 실질적으로 유사할 수 있음을 말한다. 첫번째 재료의 y 지수에 일치하도록 두번째 재료가 선택될 때, 두번째 재료 층이 첫번째 재료 층과 동일한 연신 조건으로 처리되기 때문에, 2개의 층에서의 z 지수가 일치되어야 한다.

많은 실제 응용에서, 내부 입사각에 의존하여, 층들 사이에서 z 지수의 작은 부조화가 허용될 수 있다. x 지수 부조화 값은 원하는 반사율을 생성하기 위해 다층 필름에서 요구되는 층의 수를 결정하기 때문에, 층들 사이에서 z 지수 부조화의 허용된 정도는 x 지수 부조화에 비례한다. 이상적으로, 고 지수 프리즘에 침지된 복굴절 다층 필름에 있어서, 여러 층들 사이에서 Δn_y및 Δn_z은 0이어야 한다. 실제로, Δn_y및 Δn_z가 0인 다층 필름을 제조하는 것은 곤란하다. 미국 특허5,882,774호는, Δn_y를 조작함으로써 z 지수 차를 상쇄시키는 방법을 기재하고 있다. Δn_y및 Δn_z에서의 어느 정도의 변화는 본 발명의 실행을 위해 허용될 수 있다. 즉, 비율 Δn_z÷ Δn_x및 비율 Δn_y÷ Δn_x는 바람직하게는 0.2미만, 더욱 바람직하게는 0.1미만, 가장 바람직하게는 0.05미만이다. 유사하게, 단일 층의 y 및 z 지수 간의 차는 이상적으로 0이다. 즉, 층 내에서의 복굴절 (n_y- n_z)은 Δn_x에 비해 작아야 한다. 따라서, 비율 (n_y- n_z)÷ Δn_x는 바람직하게는 0.2미만, 더욱 바람직하게는 0.1미만, 가장 바람직하게는 0.05미만이다.

다른 조건은, 첫번째 및 두번째 재료가 등방성 재료로서 시작되고 (다시말해서, x, y 및 z 방향에서 실질적으로 유사한 굴절지수를 가짐), 단축 배향 후에, 적어도 하나의 재료가 복굴절을 나타내는 것이다. 즉, 3개의 가능한 조합이 존재한다: (1) 첫번째 재료는 복굴절을 나타내는 반면 두번째 재료는 등방성으로 유지된다, (2) 첫번째 재료는 등방성을 유지하는 반면, 두번째 재료는 복굴절을 나타낸다, (3) 첫번째 및 두번째 모두 복굴절을 나타낸다. 바람직한 구현양태에서, 단축 배향 후에, 첫번째 재료는 복굴절성이고, 연신된 방향을 따라 굴절지수의 증가를 경험하는 반면, 두번째 재료는 등방성을 유지하고 첫번째 및 두번째 재료 사이의 굴절지수 차가 연신방향에서 전형적으로 0.15 내지 0.20이다.

또 다른 조건은, 근 UV 및 청색 광과 연관된 파장에 장기간 동안 노출될 때, 본 발명의 다층 필름이 안정해야 하고, 다시말해서 최소의 광 분해를 나타내어야한다는 것이다. F/2.2 광추로서 제조된 빔을 가진 소형 아크 고압 Hg 유형 램프, 예컨대 필립스 코포레이션에 의해 통상적으로 시판되는 UHP 유형 램프를 사용할 때, 0.78인치 대각선 영상기, 예컨대 쓰리-화이브 시스템스로부터 입수가능한 SXGA 해상 영상기와 함께 사용하기 위한 PBS 입방체로 표시되고 예리한 띠끝(band edge) 필터로 여과되는 420nm미만의 빛을 가진, 길이 및 폭이 40mm, 대각선이 57mm인 PBS 입방체를 갖는 일례의 전방 투영기에서 사용될 때, 다층 필름은 바람직하게는 1000시간 이상, 더욱 바람직하게는 2000시간 이상의 수명을 가져야 한다. 또한, 다층 필름은 사용 환경에서 장기간에 걸쳐 낮은 헤이즈, 낮은 수축율 및 양호한 투명성을 나타내어야 한다.

상기 기재된 요건 때문에, 단지 아주 적은 중합체 재료만이 사용될 수 있다. 적절한 중합체 재료를 이하에 언급한다.

재료 선택

2종 이상의 상이한 중합체 재료를 사용하여 다층 필름을 만들었다. 바람직한 구현양태에서, 다층 필름은 첫번째 중합체 및 두번째 중합체의 교대하는 층을 갖는다. 편의상, 첫번째 재료 층을 "고 지수 층"이라 일컫는 반면, 두번째 재료 층을 "저 지수 층"이라 일컫는다. 이러한 상대 값들은 다층 필름의 x 방향을 따라 관찰된 지수를 가리킨다. 언급된 바와 같이, 첫번째 또는 두번째 층으로서 사용하기 위해 유용한 중합체는 근 자외선 영역 및 가시광 스펙트럼의 청색광 영역에서 파장을 가진 빛에 대한 광 분해에 민감하지 않은 중합체이다. 바람직하게는, 유용한 중합체는 360nm 이하 및 750nm 이상의 범위의 흡수단을 가져야 한다. 많은 고지수 중합체, 예컨대 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)은 385nm의 범위에서 흡수단을 갖는다. 이러한 흡수단으로부터의 흡수 꼬리는 가시광 스펙트럼 내로의 상당한 흡수를 일으킬 수 있다. PEN에 대하여, 130㎛ 두께 샘플 필름의 흡수 꼬리는 400nm 파장에서 2.5%이고, 약 450nm 내지 500nm에서 실질적으로 0로 감소된다. 이러한 이유 때문에, 강력한 청색 광으로 PEN을 조사하면, 필름의 상당히 분해될 수 있고, 이는 중합체의 심각한 황변을 일으킨다.

고 지수 층으로서 사용하기위해 적절하고 바람직한 중합체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)이다. PET의 흡수단은 320nm이고, 이는 필수적으로 청색 광에 의한 광 분해를 제거한다. 단축 배향 후에, PET 필름은 연신(x) 방향에서 1.68 및 비-연신 (y 및 z) 방향에서 1.54의 굴절 지수를 갖는다.

저 지수 프리즘이 사용되는 경우에, 결정성 변화에 대해 안정화시키고 개선된 광학 성능을 위해 굴절지수를 증가시키기 위하여, 소량의 PEN을 PET와 혼합할 수 있다. 바람직하게는, PEN과 PET의 혼합물은 2개의 중합체의 동일반응계 압출로부터 얻어진 에스테르교환 공중합체의 형태이다. 이러한 작은 혼합물 (전형적으로 50몰% 미만의 PEN)은 순수한 PEN에 비하여 낮은 파장 흡수단을 갖는 것으로 관찰되었다. 예를 들어, 순수한 PEN의 경우 385nm에 비하여 20% 혼합된 PEN을 가진 폴리에스테르는 374nm에서 흡수단을 갖는다. PET중에 20몰% PEN을 함유하는 필름이 실질적으로 빛을 흡수하지 않는 파장은, 순수한 PEN의 경우 450nm인데 비해, 420nm이다. 따라서, 420nm 미만의 파장에서 실질적으로 빛이 존재하지 않는 용도를 위해서는, 고 지수 층으로서 사용되는 80몰% PET/20몰% PEN 재료가 최소의 광 분해를나타낸다는 장점을 제공한다.

스펙트럼의 UV 말단에서, 다층 필름 및 PBS에서의 재료층의 적절한 흡수단은 바람직하게는 380nm 미만, 더욱 바람직하게는 370nm 미만, 가장 바람직하게는 360nm 미만에 존재한다. 스펙트럼의 IR 말단에서, 다층 필름 및 PBS에 있는 재료 층의 적절한 흡수단은 바람직하게는 720nm 초과, 더욱 바람직하게는 730nm 초과, 가장 바람직하게는 740nm 초과에 존재한다.

PET가 고 지수 층으로서 사용될 때 저 지수 층으로서 사용하기 위해 적절한 중합체는 다음과 같다. 저 지수 중합체는 전형적인 PET 연신 온도에서 단축 배향시에 등방성을 유지하는 것이 바람직하다. 즉, 저 지수 중합체는 바람직하게는 PET의 유리전이온도보다 낮은 유리전이온도를 갖는다 (즉, 80℃ 미만). 등방성을 유지하기 위하여, 이러한 중합체는 배향 공정 동안에 그리고 최종 사용시에 결정화되는 것을 막기 위해 충분한 불규칙성을 갖는 것이 바람직하다. 최종 사용이 중합체의 유리전이온도보다 높은 온도에서 응용될 때 중합체 결정화를 막기 위해 보통 요구되는 것 보다 훨씬 더 높은 중합체 주쇄 불규칙성이 요망된다. 다층 필름의 광학 성능을 위하여, 이러한 중합체는 바람직하게는 1.535 내지 1.555, 더욱 바람직하게는 1.540 내지 1.550 범위의 등방성 굴절지수를 갖는다. 이하 설명은 PET가 고 굴절지수 재료로서 사용될 때 저 굴절지수 재료로서 유용한 적절한 코폴리에스테르를 기재하고 있다.

저 굴절지수 중합체는 바람직하게는 하기 성질: (1) PET 용융 가공에서의 열 안정성; (2) UV 안정성 또는 UVA 보호성, (3) 높은 투명성 (즉, 높은 투과성 및 낮은 흡수성), (4) 공압출 동안에 안정한 유동을 위해 PET에 충분히 근접한 유동학적 성질, (5) PET와의 양호한 층간 접착성, (6) 낮은 분산성, 및 (7) 복굴절을 갖지 않는 연신가능성 (즉, 배향되는 능력)을 갖는다.

카르복실레이트 공단량체 소단위로서 테레프탈레이트 및 시클로헥산 디카르복실레이트, 및 글리콜 공단량체 소단위로서 에틸렌 글리콜, 시클로헥산 디메탄올 및 트리메틸올 프로판을 포함하는 코폴리에스테르가, 고 지수 중합체로서 PET를 함유하는 저 지수 중합체 다층 필름으로서 특히 유용한 것으로 밝혀졌다. 코폴리에스테르는 폴리에틸렌시클로헥산디메탄올테레프탈레이트(PCTG)(이스트만 케미칼 컴퍼니로부터 입수가능함)와 배합될 수 있다.

코폴리에스테르의 결정화를 억제하기 위하여, 네오펜틸 글리콜(NPG) 및 2-부틸 2-에틸-1,3-프로판디올(BEPD)과 같은 분지화 공단량체가 중합체 주쇄 불규칙성 증가 및 중합체 충진 능력 저하를 위해 상기 코폴리에스테르 내에 공중합될 수 있다. 90℃ 내지 120℃에서 수행되는 결정화 속도 연구를 통하여, NPG 및 특히 BEPD를 함유하는 코폴리에스테르가, 분지화 공단량체를 갖지 않은 상기 기재된 코폴리에스테르에 비하여 훨씬 오랫동안 헤이즈 및 결정화 없이 유지될 수 있다는 것을 알아내었다.

코폴리에스테르(coPET) 등에서 사용하기 위해 적절한 공단량체는 디올 또는 디카르복실산 또는 에스테르 유형일 수 있다. 디카르복실산 공단량체는 (1) 테레프탈산, (2) 이소프탈산, (3) 프탈산, (4) 모든 이성질체 나프탈렌디카르복실산 (2,6-, 1,2-, 1,3-, 1,4-, 1,5-, 1,6-, 1,7-, 1,8-, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,7- 및2,8-), (5) 4,4'-비페닐 디카르복실산 및 그의 이성질체, 트랜스-4,4'-스틸벤 디카르복실산 및 그의 이성질체, 4,4'-디페닐 에테르 디카르복실산 및 그의 이성질체, 4,4'-디페닐술폰 디카르복실산 및 그의 이성질체, 4,4'-벤조페논 디카르복실산 및 그의 이성질체와 같은 비벤조산, (6) 2-클로로테레프탈산 및 2,5-디클로로테레프탈산과 같은 할로겐화 방향족 디카르복실산, (7) 3급 부틸 이소프탈산 및 소듐 술폰화 이소프탈산과 같은 기타 치환된 방향족 디카르복실산, (8) 1,4-시클로헥산디카르복실산 및 그의 이성질체 및 2,6-데카히드로나프탈렌 디카르복실산 및 그의 이성질체와 같은 시클로알칸 디카르복실산, (9) 다양한 이성질체 노르보르난 및 노르보르넨 디카르복실산, 아다만탄 디카르복실산, 및 비시클로-옥탄 디카르복실산과 같은 이- 또는 다-고리형 디카르복실산, (10) 세바신산, 아디프산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아젤라산 및 도데칸 디카르복실산과 같은 알칸 디카르복실산, 및 (11) 융합된 고리 방향족 탄화수소(예컨대, 인덴, 안트라센, 펜안트렌, 벤조나프텐, 플루오렌 등)의 이성질체 디카르복실산을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 대안적으로, 상기 기재된 디카르복실산의 알킬 에스테르, 예컨대 디메틸 테레프탈레이트가 사용될 수 있다.

적절한 디올 공단량체들은 (1) 에틸렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜과 같은 프로판디올, 테트라메틸렌 글리콜과 같은 부탄디올, 네오펜틸 글리콜과 같은 펜탄디올, 헥산디올, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 및 고급 디올과 같은 직쇄 또는 분지쇄 알칸 디올 또는 글리콜, (2) 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜 및 폴리에틸렌 글리콜과 같은 에테르 글리콜, (3) 3-히드록시-2,2-디메틸프로필-3-히드록시-2,2-디메틸 프로파노에이트와 같은 사슬-에스테르 디올, 1,4-시클로헥산디메탄올 및 그의 이성질체 및 1,4-시클로헥산디올 및 그의 이성질체와 같은 시클로알칸 글리콜, (4) 각종 이성질체 트리시클로데칸 디메탄올, 노르보르난 디메탄올, 노르보르넨 디메탄올 및 비시클로-옥탄 디메탄올과 같은 이- 또는 다-고리형 디올, (5) 1,4-벤젠디메탄올 및 그의 이성질체, 1,4-벤젠디올 및 그의 이성질체와 같은 방향족 글리콜, 비스페놀A, 2,2'-디히드록시 비페닐 및 그의 이성질체, 4,4'-디히드록시메틸 비페닐 및 그의 이성질체와 같은 비스페놀, 및 1,3-비스(2-히드록시에톡시)벤젠 및 그의 이성질체, 및 (6) 디메틸 또는 디에틸 디올과 같은 디올의 저급 알킬 에테르 또는 디에테르를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

폴리에스테르 분자에 분지화 구조를 부여하는 역할을 할 수 있는 삼- 또는 다-작용성 공단량체가 또한 사용될 수 있다. 이들은 카르복실산, 에스테르, 히드록시 또는 에테르 유형일 수 있다. 그의 예는 트리멜리트산 및 그의 에스테르, 트리메틸올 프로판 및 펜타에리트리톨을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

또한, 파라히드록시벤조산 및 6-히드록시-2-나프탈렌카르복실산과 같은 히드록시카르복실산 및 그의 이성질체를 포함한 혼합된 작용성의 단량체, 및 5-히드록시이소프탈산과 같은 혼합된 작용성의 삼- 또는 다작용성 공단량체 등이 공단량체로서 적절하다.

하나의 바람직한 구현양태에서, coPET는 하기 공단량체들을 포함한다: 5 내지 45몰% 1,4-디메틸테레프탈레이트, 5 내지 45몰% 1,2-에탄 디올, 5 내지 45몰% 1,4-디메틸시클로헥산디카르복실레이트, 5 내지 45몰% 1,4-시클로헥산디메탄올,0.5 내지 5몰% 트리메틸올 프로판, 0 내지 10몰% 네오펜틸 글리콜, 및 0 내지 10몰% 2-부틸 2-에틸 1,3-트리메틸올 프로판디올. 몰 퍼센트(몰%)는 전체 공단량체 조성물을 기준으로 한다.

교대배열 폴리스티렌(sPS)가 저 지수 중합체로서 또한 사용될 수 있다. 단축 배향 sPS는 네가티브 복굴절이며, 가시광에 대하여 0.08 내지 0.09의 굴절지수 차를 갖는다. x 방향을 따라서, 배향된 sPS는 저 지수 재료가 되고, 고 지수 층을 위하여 적절한 등방성 재료가 사용될 수 있다. 등방성 재료를 위해 필요한 지수는 1.62의 정도이다.

여기에 언급된 기준이 만족되는 한, 첫번째 및 두번째 재료 층으로서 다른 중합체 재료가 사용될 수 있다.

다층 필름의 제조 방법

공압출 공정을 사용하여 다층 필름을 제조한 다음, 일렬로 또는 별개의 공정으로서 배향시킬 수 있다. 다층 필름은 전형적으로 교대하는 고 지수 및 저 지수 재료의 약 800 내지 1000개의 층을 함유한다. 간단히 요약하여, 공압출 공정은 하기 단계를 포함한다.

첫번째 및 두번째 압출기는 첫번째 및 두번째 중합체 재료의 용융흐름을 피드블록(feedblock)으로 전달한다. 미국 특허 3,801,429호는, 일례의 유용한 피드블록을 설명한다. 피드블록은 교대하는 첫번째 재료 및 두번째 재료의 광학 층을 생성한다. 일부 구현양태에서, 피드블록은 보호 경계층(PBL)을 발생시키며, 이것은 첫번째 재료, 두번째 재료 또는 상이한 세번째 재료일 수 있다. 일반적으로,다층 필름이 피드블록을 통해 가공될 때 PBL이 광학층을 보호하는 기능을 하고, 광학층으로서 작용하지 않는다. PBL은 다층 필름의 주표면 양쪽 모두 또는 단지 하나의 표면을 보호할 수 있다.

피드블록을 나올 때, 재료 흐름이 증배기(multiplier)를 통해 통과한다. 일반적으로, 증배기는 재료 흐름을 2개의 흐름으로 분할하고, 다른 하나 위에 하나를 적층함으로써 이들을 재조합한다. 이것은 층의 총 수를 2배로 만든다. 미국 특허 5,094,788호 및 5,094,793호는 일례의 유용한 증배기를 기재한다. 하나 이상의 증배기가 사용될 수 있다. 증배기는, 유입 흐름을 동일한 비율로 분할하는 것을 의미하는 대칭형일 수 있거나, 또는 유입 흐름을 동일하지 않은 비율로 분할하는 것을 의미하는 비대칭형일 수 있다. 각 부분은 층의 패킷으로서 알려져 있다. 동일하지 않은 패킷의 부피비가 증배기 비율로서 알려져 있다. 첫번째 패킷에서 각 층의 두께는 두번째 패킷에서 증배기 비율 만큼 증가한다. 이러한 방식으로, 층 두께 값의 범위를 더욱 넓게 함으로써, 다층 필름의 파장 범위가 연장될 수 있다.

일부 구현양태에서, 증배기 다음에, 세번째 압출기를 중합체 표피층 밖에서부터 재료 흐름에 첨가한다. 외부 표피층은 이후의 처리 동안에 다층 필름을 보호하는 것과 같은 특징을 제공할 수 있고 (예를 들어, 긁힘 가능성을 최소화한다), 단축 연신 공정에 도움이 되며, 이들은 모두 이하에 기재되어 있다. 표피 층은 첫번째 재료(고 지수), 두번째 재료 (저 지수), 세번째 재료 (PBL) 또는 상이한 중합체일 수 있다. 표피 층을 위해 적절한 중합체는 PET, coPET, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌(PP)을 포함한다. 표피 층은 광학 층이 아니다. 원한다면, 표피 층이PBL에 강하게 결합되지 않도록 적절한 재료를 선택하여, 프리즘에서 조립되기 전에 최종 다층 필름으로부터 표피 층을 제거할 수 있다.

증배기 다음에, 재료 흐름을 필름 다이를 통해 통과시키고, 얻어지는 압출물을 캐스팅 휠 위로 보낸다. 전형적으로, 캐스팅 휠을 예를 들어 냉각수로 냉각한다. 전형적으로, 압출물을 캐스팅 휠에 고정시키기 위해 고 전압 고정 시스템을 사용한다. 캐스팅 휠 위에서 압출물이 냉각될 때, 다층 필름이 형성된다. 얻어지는 다층 필름은 적어도 첫번째 및 두번째 재료의 교대하는 층을 함유한다 (즉, 광학 층). 임의로, 다층 필름이 PBL 및/또는 외부 표피층을 함유한다.

MD 방향에서의 이완(수축)을 고려하여 TD 방향에서의 캐스트 웹의 배향을 얻기 위해서, MD에서 연속적인 웹의 수축을 가능하게 하는 텐터가 통상적으로 입수될 수 없기 때문에, 작은 조각들을 개별적으로 배향시켜야 한다. 캐스트 웹 조각을 통상적인 텐터에서 배향시킬 수 있거나, 또는 독일의 브루크너 저먼 테크놀로지(Bruckner German Technology)로부터 KARP IV와 같은 특별 부품 배향기를 사용함으로써 배향시킬 수도 있다.

상기 언급된 바와 같이, 외부 표피 층 (이하, 편의상 "표피"라 일컫는다)은 특히 배향 공정 동안에 사용될 때 많은 특징들을 제공할 수 있다. 표피가 제공하는 첨가된 필름 두께로 인하여, 필름의 굽힘 강성률이 증가된다. 이러한 방식으로, 표피는 연신 공정 동안에 주름을 최소화하는 것을 도울 수 있다. 후-처리 동안, 예를 들어 권취, 저장 및 이후의 전환 단계 동안에, 표피는 보호층으로서 작용한다.

일부 구현양태에서, 표피는 균일한 필름 두께를 달성하는 원인이 될 수 있고, 이것은 다층 필름의 광학 성능에 영향을 미칠 수 있다. 도 6은, 하기 실시예 2에 상세히 기재된 특정한 실시예를 예증한다. 그래프는, 표피층을 가진 연신된 다층 필름(곡선 A) 및 표피층을 갖지 않는 연신된 다층 필름(곡선 B)에 대하여, 연신된 방향(MD)을 따라 필름 위의 여러 위치의 함수로서 필름 두께를 나타낸다. x-축에서 0의 값은 필름의 중심을 나타낸다. MD에서 전체 필름 폭은 곡선 B의 필름에 대해 10.5cm이고, 곡선 A의 필름에 대해 약 9.0cm이며, 이것은 특정한 표피 재료가 비-연신 방향에서 더욱 큰 치수 이완을 얻는데 도움이 될 수 있음을 나타낸다.

바람직한 구현양태에서, 표피는 동일배열 폴리프로필렌 단독중합체 또는 더욱 바람직하게는 결정성 프로필렌 함유 공중합체를 함유한다. 표피 층 수지의 융점은 시차 주사 열량법(DSC) 측정에 따라 120 내지 160℃, 바람직하게는 120 내지 150℃, 더욱 바람직하게는 120 내지 140℃이다. 표피 층 수지는 전형적으로 230℃의 온도 및 21.6N의 힘에서 ASTM D1238-95("압출 가소성 측정기에 의한 열가소성 물질의 유동 속도")에 따라 측정시에 7 내지 18g/10분, 바람직하게는 10 내지 14g/10분의 용융 유동 지수(melt flow index)를 갖는다.

표피 층에서 사용된 결정성 프로필렌 함유 공중합체는 4 내지 10개의 탄소 원자를 가진 프로필렌 및 에틸렌 또는 알파-올레핀 재료의 공중합체를 포함하고, 공중합체의 프로필렌 함량은 90중량%보다 크다. 4 내지 7중량%의 에틸렌 함량을 가진 에틸렌-프로필렌 공중합체가 특히 바람직하다. 용어 "공중합체"는 공중합체뿐만 아니라 삼원공중합체 및 4개 이상의 성분 중합체들의 중합체를 포함한다. 바람직하게는, 공중합체는 랜덤 공중합체이다.

표피 층 수지는 당 기술분야에 공지된 바와 같은 첨가제 및 기타 성분들, 예컨대 산화방지제, 안정화제, 중화제, 가소제, 착색제, 윤활제, 가공 보조제, 기핵제, 자외선 안정화제, 대전방지제 및 기타 성질 개선제를 각각의 경우에 유효한 양으로 포함할 수 있다.

하나의 적절한 표피층 수지는 11g/10분의 용융 유동 지수 및 134℃의 융점을 가진 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 수지이고, 이것은 미국 텍사스 휴스턴의 아토피나 페트로케미칼스 인코포레이티드(Atofina Petrochemicals, Inc.)로부터 상품명 8650으로 통상적으로 입수가능하다.

일부 구현양태에서, 표피층에서 프로필렌 함유 공중합체를 사용하는 것은 ASTM D1003 ("투명 플라스틱의 헤이즈 및 광 투과율)에 따라 측정시에 낮은 헤이즈를 가진 필름을 달성하는 원인이 될 수 있다. 연신 공정 후에, 표피 층이 제거되고, 헤이즈 값은 바람직하게는 5% 미만이다.

바람직한 구현양태에서, PBS로 조립되기 전에 표피를 다층 필름으로부터 제거한다. 표피를 제거함으로써, 최종 필름 두께가 감소되고, 이에 의해 바람직하지 못한 난시현상을 최소화한다. 도 4b는, 입사 광선(30b)이 PBS를 통해 이동할 때 광선의 변위를 나타낸다. 필름 두께가 감소함에 따라, 변위도 또한 감소되고 이에 의해 난시현상을 최소화한다.

PBS의 조립

일반적으로 하기 방법에 기재된 바와 같이, 일단 조립된 후에, 다층 필름을 고 굴절지수 프리즘에 매입시켜 PBS를 얻을 수 있다.

전형적으로, 진공 척으로 필름을 고정시키면서, 첫번째 양의 접착제를 다층 필름의 첫번째 면에 분배하고 고르게 분포시킨다. 접착제의 굴절지수가 기계 방향(투과 또는 y 방향)에서 다층 필름의 굴절지수와 가능한 한 가깝게 놓여 있는 한, 어떠한 접착제라도 사용할 수 있다. 프리즘의 빗변과 접착제 사이의 계면으로부터의 반사는 반사방지 코팅을 사용함으로써 억제될 수 있지만, 중합체 필름에 이러한 코팅을 적용하는 것이 어렵기 때문에, 이러한 방식으로 접착제와 필름 사이의 계면으로부터의 반사를 조절할 수 없다. 이러한 이유로, 필름과 접착제 사이의 지수 차이는 0.05미만, 바람직하게는 0.02미만이어야 한다. 접착제에 광개시제를 첨가하여 이것을 광 경화성으로 만들 수 있다. 접착제를 노출시키면, 가능한 한 균일한 접착제 두께를 달성하기 위해 첫번째 프리즘을 그 위에 배치한다. 조절된 부피의 접착제를 패턴으로 분배하고, 조절된 양의 힘을 사용하여 프리즘을 필름 위에 위치시키면, 균일한 접착제 두께를 달성할 수 있다. 습윤 시에 접착제는 0.01 내지 0.1mm, 바람직하게는 약 0.05mm의 두께를 갖는다. 접착제가 경화되어, 다층 필름의 첫번째 면을 첫번째 프리즘에 고정시킨다. 광개시제를 접착제에 첨가한다면, 접착제를 경화시키기 위해 사용되는 광원은 프리즘의 노출된 면에 평행하게, 즉 필름에 대해 45°로 위치된다. 두번째 양의 접착제를 다층 필름의 두번째 (지금 노출된) 면에 분배시키고 균일하게 분포시킨다. 두번째 프리즘을 다시 그위에 배치하여 균일한 접착제 두께가 되도록 한다. 접착제의 두번째 부분을 경화시켜 PBS조립을 마무리한다. 바람직한 구현양태에서, 다층 필름은 프리즘의 빗변보다 길이가 약간 길다. 또한, 고 효율 입자 공기(HEPA) 여과기가 장착된 환경에서 PBS를 조립하는 것이 바람직하다. 당업자라면, 이러한 조립 공정을 달성하기 위한 자동화 공정을 궁리해 낼 수 있을 것이다.

바람직한 구현양태에서, 접착제는 98중량부의 액체 광중합체 (미국 뉴저지주 크랜버리의 놀랜드 컴퍼니(Norland Company)로부터 제품번호 NOA61로 통상적으로 입수가능함) 및 2중량부의 포스핀 옥사이드 개시제 (BASF로부터 루크린(LUCRIN) TPO-L로서 통상적으로 입수가능함)을 포함한다. 이러한 개시제를 사용하여, 프리즘의 노출된 면 위에 약 400nm 빛을 발산하는 램프를 위치시킨다. 0.05mm 습윤 두께에서, 경화 시간은 1 내지 2분이다. 전체 PBS가 조립된 후에, 원한다면, 일정 기간, 예를 들어 10분 동안 할로겐 램프를 사용하여 질소 블랭킷 하에서 후 경화시킬 수 있다. 다층 필름과 프리즘 사이의 접착성을 증가시키기 위하여, 12시간 동안 45℃ 강제 통풍식 오븐에 PBS를 놓아둘 수 있다.

원한다면, 필름이 적층되어지는 프리즘 표면 (전형적으로 빗변)을 표면 개질시켜 접착성을 증가시킨다. 일례의 표면 개질은 코로나 처리 (공기, 질소 또는 기타 적절한 기체를 사용) 및 플라즈마 처리를 포함한다. 원한다면, 프리즘 표면의 적어도 하나를 반사방지 코팅할 수 있다.

상기 기재된 접착제 부착 수단은 일례의 부착 수단이다. 다른 부착 수단도 가능하다.

응용

본 발명의 편광 빔 분리장치는 광학 영상화 시스템에서 하나의 부품으로서 용도를 갖는다. 용어 “광학 영상화 시스템”은 전방 및 후방 투영 시스템, 투영 디스플레이, 헤드-탑재 디스플레이, 가상 뷰어(virtual viewers), 헤드업 디스플레이, 광학 컴퓨팅, 광학 보정 및 기타 유사한 광학 뷰잉 및 디스플레이 시스템을 포함한다.

도 5는 광 빔(54)을 제공하는 광원(52)을 포함한 광학 디스플레이 또는 영상화 시스템(40)을 도시한다. 광원(52)은 램프(51) 및 반사기(53)를 포함한다. 광 빔은 조명 광학체(62)를 통해 통과되고, 이것이 빛을 예비-편광시킬 수도 있다. 이어서, 입방체(50)를 구성하는 2개의 프리즘(66, 68)에 매입된 복굴절 다층 필름(64)을 포함하는 PBS(50) 위에 광 빔(54)이 부딪힌다. s-편광된 빛을 반사시키기 위해 필름(64)이 배향된다. 편광된 빔(70)은 색 분리장치/조합장치 프리즘(56) 쪽으로 향하고, 이곳에서 편광된 빔(70)을 3개의 서브-빔(72, 74, 76)으로 분리시킨다. 3개의 서브-빔(72, 74, 76)이 반사되고, 각각 적색, 녹색 및 청색 반사 영상기(82, 84 및 86)에서 변조된다. 이들의 작동을 조절하기 위해 조절장치(도시되지 않음)를 영상기(82, 84 및 86)에 결합시킬 수 있다. 전형적으로, 반사된 빛에 영상을 생성하기 위하여, 조절장치가 영상기의 상이한 화소를 활성화시킨다. 조합장치(56)에 의해, 반사되고 변조된 서브-빔을 조합된 빔(90)으로 재조합시킨다. 조합된 빔(90)의 변조된 성분들이 PBS(50)를 통과하고, 투영 렌즈(92)에 의해 영상으로서 투영된다. 조밀한 전방 또는 후방 투영 시스템을 조립하기 위하여, 광학 디스플레이(40)가 사용될 수 있다.

조절 광학체(62)는 광원(52)에 의해 방출된 빛의 특징을 투영 시스템에 의해 바람직한 특징으로 변화시킨다. 예를 들어, 조절 광학체(62)는 빛의 분기, 빛의 편광상태 및 빛의 스펙트럼을 변경시킬 수 있다. 조절 광학체(62)는 예를 들어 하나 이상의 렌즈, 편광 전환장치, 예비-편광기 및/또는 원하지 않는 자외선 또는 적외선을 제거하기 위한 필터를 포함할 수도 있다. 일부 구현양태에서, 광원(52)으로부터 빛의 큰 굴절을 사용하기 위하여 조절 광학체(62)가 낮은 f-값, 예를 들어 2.5 이하의 값을 가질 수도 있다.

투영 시스템(200)의 다른 구현양태를 도 7에 도시한다. 시스템은 곡선형 반사기(213)를 가진 아크 램프(211)와 같은 광원을 사용하고, 이것은 조명 광학체(215)쪽으로 빛을 보낸다. 도시된 구현양태에서, 조절 광학체(215)는 조준 렌즈(217), 첫번째 렌즈렛 어레이(lenslet array) (219), 두번째 렌즈렛 어레이(221) 및 집광 렌즈(227)를 포함한다. 두번째 렌즈렛 어레이(221)와 집광 렌즈(227) 사이에서, 조절 광학체(215)가 임의의 편광 전환장치(223), 예를 들어 게프크켄(Geffkcken)-유형 구조를 포함할 수도 있다. 편광 전환장치(223)의 전환 효율에 의존하여, 편광 전환장치(223) 다음에 임의의 예비-편광기(225)을 포함하는 것이 유리할 수도 있다. 한 쌍의 렌즈렛 어레이(219 및 221)는 조준 렌즈(217)로부터 형식적으로 조준된 빛을 수용한다. 편광 전환장치(223) 및 예비 편광기(225)는 원하는 편광 상태에서 PBS(250) 위에 입사된 빛을 편광시킨다. 조명 광학체는 이러한 특정한 구현양태를 위해 기재된 것보다 더 많거나 더 적은 광학 부품을 포함할 수 있는 것으로 이해된다. 렌즈렛 어레이(219) 및 (221) 및 집광 렌즈(227)는 반사 영상기(226, 228, 230)에 고르게 조명을 비추기 위하여 빛의 방향을 정하고 균일화한다. PBS(50)는 3개의 반사 영상기(226, 228, 230)쪽으로 s-편광된 빛을 다시 향하게 한다.

다중-영상기 시스템에서, 색 프리즘(236)은 빛을 각각의 영상기와 연관된 별개의 색띠로 분리시킨다. 도시된 3개의 영상기 배치를 위하여, 색 프리즘(236)은 전형적으로 빛을 주된 색띠: 적색, 녹색 및 청색으로 분리시킨다. 시스템의 광학 반응을 더욱 최적화하기 위하여, 대물렌즈(238, 240 및 242)와 같은 간섭 렌즈가 각각의 영상기와 색 프리즘(236) 사이에 삽입될 수 있다. 영상기(226, 228 및 230)는 특정한 영상 정보에 의존하여 반사 시에 빛의 편광 상태를 다양한 정도로 변조시킨다. 이어서, 색 프리즘(236)이 적색, 녹색 및 청색 영상을 재조합하고, 조합된 영상 광을 PBS(250)로 통과시키며, 이것은 실질적으로 단지 p-편광된 빛만을 통과시킴으로써 영상의 편광 상태를 분석한다. s-편광된 빛은 광원(212)으로 다시 되돌려보내진다. PBS(250)를 통해 통과하는 빛을 투영 렌즈 시스템(234)에 수집하고, 이것을 보기 위하여 스크린(도시되지 않음)에 집중시킬 수 있다. 임의의 후-편광기(244)를 PBS(250)와 투영 렌즈 시스템(234) 사이에 삽입시킬 수 있다. 다른 광학 배치가 다중 영상기와 함께 사용될 수 있는 것으로 이해된다.

하기 실시예들은 본 발명의 상이한 구현양태들 및 세부사항을 예증하기 위해 주어진다. 실시예들은 이러한 목적을 수행하지만, 특정한 성분 및 사용량 뿐만 아니라 기타 조건 및 세부사항들이 본 발명의 범위를 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 달리 언급되지 않는 한, 모든 퍼센트들은 중량 퍼센트이다.

유리전이온도(Tg)의 결정

하기 예비 실시예에서 적용되는 경우에, 20℃/분의 주사 속도를 사용하고 두번째 열 Tg를 취하여 열 이력을 제거함으로써 ASTM D3418에 따라 DSC에 의해 Tg를 측정했다.

화학 약어	화학적 설명
BEPD	2-부틸 2-에틸 1,3-프로판디올
CHDM	1,4-시클로헥산디메탄올
DMCD	1,4-디메틸시클로헥산디카르복실레이트
DMT	1,4-디메틸테레프탈레이트
EG	1,2-에탄디올
NPG	네오펜틸글리콜
TMP	트리메틸올 프로판
PCTG	폴리에틸렌시클로헥산디메탄올테레프탈레이트

예비 실시예 1

이 실시예는, 다층 필름에서 저 지수 층으로 사용하기 위한, 통상적으로 coPET-A로 명시되는 코폴리에스테르의 합성을 설명한다. 표 2에 기재된 성분들을 회분 반응기 내에 넣었다. 0.20MPa의 압력하에서, 메탄올을 제거하면서 혼합물을 254℃로 가열하였다. 45.5kg의 메탄올을 제거한 후에, 52g의 트리에틸 포스포노아세테이트를 반응기에 넣고, 285℃로 가열하면서 압력을 133Pa로 서서히 저하시켰다.

60/40 중량% 페놀/o-디클로로벤젠 중에서 측정시에 0.84dL/g의 고유 점도를 가진 생성물이 생성될 때까지, 축합 반응 부산물인 에틸렌 글리콜을 연속하여 제거하였다. 하기 화학 구조는 coPET-A를 나타낸 것이다.

예비 실시예 2

이 실시예는, 다층 필름에서 저 지수 층으로서 사용하기 위한, 통상적으로 coPET-C로 명시되는 코폴리에스테르의 합성을 설명한다. 표 2에 기재된 성분들을 회분 반응기에 넣었다. 0.20MPa의 압력하에서, 메탄올을 제거하면서 혼합물을 254℃로 가열하였다. 4.1kg의 메탄올을 제거한 후에, 52g의 트리에틸 포스포노아세테이트를 반응기에 넣고, 285℃로 가열하면서 압력을 133Pa로 서서히 저하시켰다.

60/40 중량% 페놀/o-디클로로벤젠 중에서 측정시에 0.82dL/g의 고유 점도를 가진 생성물이 생성될 때까지, 축합 반응 부산물인 에틸렌 글리콜을 연속하여 제거하였다.

예비 실시예 3

이 실시예는, 다층 필름에서 저 지수 층으로서 사용하기 위한, 통상적으로 coPET-D로 명시되는 코폴리에스테르의 합성을 설명한다. 표 2에 기재된 성분들을 회분 반응기에 넣었다. 0.20MPa의 압력하에서, 메탄올을 제거하면서 혼합물을 254℃로 가열하였다. 35.4kg의 메탄올을 제거한 후에, 57g의 트리에틸 포스포노아세테이트를 반응기에 넣고, 285℃로 가열하면서 압력을 133Pa로 서서히 저하시켰다.

60/40 중량% 페놀/o-디클로로벤젠 중에서 측정시에 0.82dL/g의 고유 점도를가진 중합체가 생성될 때까지, 축합 반응 부산물인 에틸렌 글리콜을 연속하여 제거하였다.

예비 실시예 4

이 실시예는, 다층 필름에서 저 지수 층으로서 사용하기 위한, 통상적으로 coPET-E로 명시되는 코폴리에스테르의 합성을 설명한다. 표 2에 기재된 성분들을 회분 반응기에 넣었다. 0.20MPa의 압력하에서, 메탄올을 제거하면서 혼합물을 254℃로 가열하였다. 33.2kg의 메탄올을 제거한 후에, 38g의 트리에틸 포스포노아세테이트를 반응기에 넣고, 285℃로 가열하면서 압력을 133Pa로 서서히 저하시켰다.

60/40 중량% 페놀/o-디클로로벤젠 중에서 측정시에 0.81dL/g의 고유 점도를 가진 중합체가 생성될 때까지, 축합 반응 부산물인 에틸렌 글리콜을 연속하여 제거하였다.

예비 실시예 5

coPET A 및 PCTG의 50/50 중량비 배합물을 사용함으로써, coPET-B로서 통상적으로 명시되는 coPET를 제조하였다. 이 실시예에서는 NMR 및 Tg 데이타가 입수될 수 없었다.

coPET의 선택된 예비 실시예를 위한 성분
성분	예비실시예 1coPET-A	예비실시예2coPET-C	예비실시예 3coPET-D	예비실시예 4coPET-E
DMT(kg)	69.1	5.9	74.5	70.5
DMCD(kg)	75.5	11.1	32.7	30.9
CHDM(kg)	8.2	5.5	30.9	29.1
EG(kg)	98.2	7.7	53.2	42.7
TMP(kg)	0.73	0.06	0.7	0.8
NPG(kg)	0	0	4.5	0
BEPD(kg)	0	0	0	13.2
아세트산아연(g)	35	4.3	35	40
아세트산코발트(g)	20	4.3	25	0
아세트산안티몬(g)	50	8.0	50	50
결과(NMR)
몰% DMT	25	37	38	na
몰% DMCD	25	13	12	na
몰% CHDM	4	23	14	na
몰% EG	45.5	26.5	34.3	na
몰% TMP	0.5	0.5	0.5	na
몰% NPG	0	0	1.2	na
몰% BEPD	0	0	0	na

Tg(℃)	46	64	62	57

결정성이 존재하는 경우, 결정성에 기인한 헤이즈 수준을 측정하기 위하여, 상기 coPET 실시예들을 여러 온도에서 강제 통풍 대류식 오븐에서 시험하였다. 각각의 샘플을 100시간 동안 시험하였다. 헤이즈 수준을 시각적으로 결정하였으며, "없음"은 입사광의 90% 이상의 투과율을 의미하고 매우 낮거나 거의 제로의 헤이즈를 나타내며, "저"는 75% 이상의 투과율을 의미하고 낮은 헤이즈를 나타내며, "중"은 50% 이상의 투과율을 의미하고 중간 정도의 헤이즈를 나타내며, "고"는 25% 미만의 투과율을 의미하고 높은 헤이즈를 나타낸다. 모든 퍼센트는 정량적이다. 시험 후에, 헤이즈의 양을 정량적으로 결정하기 위하여, 각 샘플을 대조 샘플, 즉 오븐에 노출되지 않은 샘플과 비교하였다. 헤이즈 데이타를 하기 표 3에 나타낸다.

하기 온도에서 100 시간 후에 발생된 결정성에 기인한 헤이즈 수준
coPET 샘플	80℃	90℃	100℃	110℃	120℃
coPET-A	없음	없음	저	저	저
coPET-B	없음	저	중	고	고
coPET-C	없음	저	중	고	고
coPET-D	없음	없음	없음	저	저
coPET-E	없음	없음	없음	없음	없음

실시예 1

PET가 첫번째 고 지수 재료이고 coPET가 두번째 저 지수 재료인 공압출 및 배향 공정을 통해 896개 층을 함유하는 다층 필름을 제조하였다. 피드블록 방법 (예컨대 미국 특허 3,801,429호에 기재됨)을 사용하여, 30%의 띠폭 비율을 가진 광학 반사 띠를 생성하기에 충분한 층 두께 범위를 갖는 약 224개의 층을 생성하였다. 각 재료에 대한 피드블록에 의하여 층 두께에서 대략적인 선형 구배가 생성되었으며, 가장 두꺼운 층 대 가장 얇은 층의 비율은 1.30이었다.

0.74dl/g의 고유 점도(IV)를 가진 PET를 56.8kg/hr의 속도로 하나의 압출기에 의해 피드블록에 전달하고, coPET-B (상기 예비 실시예 5에 기재됨)를 동일한 속도로 다른 압출기에 의해 전달하였다.

피드블록을 통해 PBL로서 작용하는 2개의 coPET-B 외부층을 가진, PET와 coPET-B의 224개의 교대하는 층을 형성하기 위하여, 용융흐름을 피드블록으로 보내었다. PBL은 광학층보다 훨씬 더 두껍고, coPET-B의 전체 용융흐름의 약 20%를 함유하였다 (각 면에서 10%).

이어서, 재료 흐름을 비대칭 2배 증배기 (미국 특허 5,094,788호 및 5,094,793호에 기재됨)를 통해 통과시켰다. 증배기 두께 비율은 약 1.25:1이었다. 224개 층의 각각의 세트는 피드블록에 의해 생성된 유사한 층 두께 프로파일을 가지며, 전체 두께 축척 계수는 증배기 및 필름 압출 속도에 의해 결정된다. 이어서, 재료 흐름을 약 1.55:1의 증배기 비율을 가진 두번째 비대칭 2배 증배기를 통해 통과시켰다.

증배기 다음에, 폴리프로필렌(PP)의 외부 표피층 (아토피나 페트로케미칼스, 인코포레이티드, 제품 번호 8650)을 용융 흐름에 첨가하였다. PP를 28.6kg/시간의 속도로 세번째 압출기에 공급하였다. 이어서, 재료 흐름이 필름 다이를 통해 수-냉각 캐스팅 휠 위로 통과하였다. 캐스팅 휠 위에서 유입 물 온도는 8℃였다. 압출물을 캐스팅 휠에 고정시키기 위하여 고 전압 고정 시스템을 사용하였다. 고정 와이어는 약 0.10mm 두께이고, 약 6.4kV의 전압이 적용되었다. 얻어지는 다층 필름의 매끄러운 외관을 얻기 위하여, 접촉 지점에 있는 웹으로부터 캐스팅 휠 쪽으로 3 내지 5mm에 작업자가 고정 와이어를 손으로 위치시켰다. 최종 필름 두께의 정확한 조절을 위하여 캐스팅 휠 속도를 조절하였다.

PP 압출기 및 관련된 용융 공정 장치를 254℃로 유지시켰다. PET 및 coPET-B 압출기, 피드블록, 표피층 모듈, 증배기, 다이, 및 연관된 용융 공정 장치를 266℃로 유지시켰다.

단축 연신을 위해 다층 필름의 7인치×10인치 (17.8×25.4cm) 샘플을 표준 필름 텐터에 공급하였다. 연속 배향 필름을 위하여 그 테두리에서 캐스트 웹 조각을 텐터 클립으로 잡았다. 클립 근처의 필름은, 텐터 클립 간의 거리가 고정되기 때문에, MD에서 수축될 수 없지만, 웹은 앞쪽 및 뒷쪽 테두리 위에서는 웹이 구속되지 않기 때문에 MD에서 수축되고, 수축 정도는 클립으로부터의 거리보다 훨씬 더크다. 충분히 큰 종횡비에서, 샘플의 중심이 진정한 단축 배향을 위해 충분히 수축될 수 있으며, 다시말해서 수축이 TD 연신비의 제곱 루트와 동일하였다.

8인치(20.3cm)의 초기 클립 거리 내지 56인치(142cm)의 최종 클립 거리까지 샘플을 TD에서 연신시킨 다음, 연신 온도에서 51인치(129.5cm)까지 이완시켰다. 6:1의 연신비 및 5cm/초의 연신 속도에서 98.9℃의 텐터 온도에서 연신을 수행하였다. 초기 대 최종 부품 크기는, 클립 내에서 비연신된 재료 때문에, 연신비(6:1)와 동일하지 않았다.

단축 배향된 다층 필름을 39mm × 58mm부분으로 절단하였다. 필름이 빗변을 따라 놓이도록, 이 부분을 1.85 굴절지수의 2개의 45°유리 프리즘 사이에 적층시켰다. 각각의 프리즘은 57mm빗변을 가진 2개의 40mm 바닥을 가졌다. 프리즘의 모든 노출된 표면을 반사방지 코팅으로 미리 코팅하였다.

PBS의 소광을 위한 실험 값을 얻기 위하여, 프리즘을 재사용할 수 있도록 2성분 에폭시의 단지 하나의 성분만으로 필름을 적층시켜 결합이 영구적이 되지 않도록 하였다.

얻어진 PBS를 입사광선에 대해 -10°로 배향된 입방체 면을 가진 퍼킨 엘머 람다-19 분광광도계 (미국 코네티컷주 노르워크 퍼킨 엘머 인스트루먼츠로부터 입수가능함)에서 측정하였다. 입방체에서 필름에 대해 45도 미만의 입사각을 네가티브 각이라 칭한다. 1.85 지수의 입방체에 대하여, -10°는 필름 위의 39.6°입사각에 상응하였다. s-편광된 빛이 입방체에 있는 필름 위에 입사되도록, 분광광도계 빔을 글랜-톰슨 편광기로 편광시키고, 배향시켰다. 소광 스펙트럼 위에서 생성된 측정치 또는 PBS의 광학 밀도 (투과율의 -log₁₀)를 그래프 1에 나타내었다. 평균 소광은 약 3.0이었으며, 이는 1000:1의 대비율에 상응한다. 수직 입사에서 공기 중의 나필름의 소광 스펙트럼을 동일한 그래프에 나타내었다. 그래프 1은, PBS에서 비교적 낮은 각에서 얻어지는 소광에 비하여, 공기 중에서 측정된 필름에 대한 소광의 상당한 증가를 나타내었다. PBS 면에 대해 -13° 또는 다층 필름에 대해 38°에서의 입사광에 대하여, 대비율은 감소하지만 여전히 300:1보다 높았다. PBS 면 위에서의 수직 입사 및 포지티브 입사 각을 위하여, 필름의 반사율은 이론상으로 높지만, 람다-19 장치 위에서는 상당한 증가가 측정되지 않았다. 이러한 결과는, PBS 필름으로부터 또는 분광광도계의 소음 수준으로부터 산란된 빛의 잔류 수준에 기인할 수도 있다. 그래프 1에서, "s-pol"은 s-편광을 의미한다.

표피 제거 후 필름의 측정된 헤이즈는, 하기 실시예 2에서 약 15%인 것에 비하여, 단지 1.4%였다. 이 실시예에서 사용된 표피는 실시예 2의 표피의 융점에 비하여 낮은 융점(134℃)을 갖는다. BYK-가드너 (미국 미들랜드주 콜롬비아)로부터의 헤이즈-가드 플러스(Haze-Gard Plus) 장치를 사용하여 헤이즈를 측정하였다.

수축율은 85℃에서 15분 후에 0.13%였다.

실시예 2

이 실시예는 PP 표피를 갖거나 갖지 않은 90/10 coPEN/PETG 다층 필름을 예시하였다. 도 6은 단축 배향 동안에 표피층을 사용하는 일부 장점을 나타낸다.

다음과 같은 변화 이외에는, 실시예 1에 따라 PBS를 제조하였다. 다층 필름에서, 고 지수 재료는 각각 90 대 10 중량비의 폴리에틸렌 나프탈레이트와 PET의 공중합체 (편의상 90/10 coPEN이라 언급함)이고, 저 지수 재료는 이스트만 케미칼스 컴퍼니로부터 통상적으로 입수가능한 PETG (폴리에틸렌시클로헥산디메탄올테레프탈레이트)였다.

90/10 coPEN을 하나의 압출기에 의해 39 kg/hr의 속도로 피드블록에 전달하고, PETG를 63kg/hr의 속도로 다른 압출기에 의해 전달하였다. 용융흐름을 피드블록에 보내어, 피드블록을 통하여 PBL로서 작용하는 2개의 외부 PETG 층을 가진 coPEN 및 PETG 광학 층을 생성하였다.

증배기 다음에, 45.5kg/hr의 속도로 세번째 압출기를 사용하여 PP의 외부 표피층 (아토피나 페트로케미칼스 인코포레이티드, 제품 번호 3652)을 첨가하였다.

용융 공정 장치를 266℃로 유지하였다.

광학 층 및 PETG PBL을 함유하는 다층 캐스트 웹은 0.32mm두께였다 (표피를 갖지 않음). 표피 층은 각 면에서 0.038mm였다. 표피를 갖는 다층 캐스트 웹과 표피를 갖지 않은 다층 캐스트 웹을 10인치×10인치(25.4cm×25.4cm)샘플로 절단하고, 138℃에서 6 내지 1의 연신비로 텐터에서 배향시켰다. MD 이완에 미치는 표피층의 영향을 도 6에 그래프로 나타낸다. 프로필렌 표피를 가진 연신된 10인치× 10인치 샘플은 더욱 균일한 필름 두께를 나타내었으며, 표피 없이 연신된 동일한 출발 크기의 샘플에 비해 더욱 작은 최종 MD 치수를 나타내었다. 증가된 수축은 복굴절 층에서 n_y와 n_z간의 더욱 작은 차이를 제공하였다.

샘플을 7인치×10인치로 절단하고, MD 방향에서 7인치를 가진 텐터내에 공급하였다. PP 표피를 갖지 않은 샘플은 거의 예외없이 주름잡힌 반면, PP 표피를 가진 샘플은 편평한 필름 견본을 생성하였다. 연신 후에 표피의 제거 후에, 헤이즈-가드 플러스로 측정된 필름의 헤이즈는 약 15%였다. 이러한 대부분의 헤이즈는 표피에 의해 부여된 표면 조도에 기인하는 것이라 생각되고, 필름의 외부 PBL과 필름을 프리즘에 적층하기 위해 사용되는 접착제의 지수 조화를 통해 헤이즈가 상당히 감소될 수 있다. 그러나, 동일한 지수 조화를 위하여, 실시예 1의 표피 재료를 사용하여 훨씬 낮은 헤이즈를 얻을 수도 있다.

수축율은 85℃에서 15분 후에 0.13%였다.

실시예 3

공압출 및 배향 공정을 통해 869개 층을 함유하는 다층 필름을 제조하였으며, 이때 동일반응계 압출 에스테르교환 공급 결과에서 20몰% PEN 및 80몰% PET 혼합물이 첫번째 고 지수 재료이고 coPET B가 두번째 저 지수 재료였다. 피드블록 방법 (미국 특허 3,801,429호에 의해 설명됨)을 사용하여, 30%의 띠폭 비율을 가진 광학 반사 띠를 생성하기에 충분한 층 두께 범위를 가진 약 224개의 층을 생성하였다. 층 두께에서 대략의 선형 구배는 각 재료에 대한 피드블록에 의해 제조되고 가장 두꺼운 층 대 가장 얇은 층의 비율은 1.30이었다.

0.74dl/g의 초기 고유 점도(IV)를 가진 PET를 43.1kg/hr의 속도로 압출기에 공급하고, 0.50dl/g의 초기 고유 점도를 가진 PEN를 13.7kg/hr의 속도로 동일한 압출기내에 동시에 공급하였다. PET와 PEN의 에스테르교환 혼합물을 56.8kg/hr의 조합된 속도로 압출기에 의해 피드블록에 전달하고, coPET-B (상기 예비 실시예 5에 기재됨)를 56.8kg/hr로 다른 압출기에 의해 전달하였다.

PET 및 PEN 및 coPET-B의 에스테르교환 혼합물의 교대하는 224개 층 및 피드블록을 통해 PBL로서 작용하는 coPET-B의 2개의 외부층을 생성하기 위하여, 용융흐름을 피드블록으로 보내었다. PBL은 광학 층보다 훨씬 두껍고, 전자는 coPET-B의 전체 용융흐름의 약 20%를 함유한다 (각 면에 대해 10%).

이어서, 비대칭 2배 증배기 (미국 특허 5,094,788호 및 5,094,793호에 기재됨)를 통해 재료 흐름을 통과시켰다. 증배기 두께 비는 약 1.25:1이었다. 224개 층의 각 세트는 피드블록에 의해 발생된 유사한 층 두께 프로파일을 가지며, 전체두께 축척 계수는 증배기 및 필름 압출 속도에 의해 결정된다. 이어서, 재료 흐름을 약 1.55:1의 증배기 비율을 가진 두번째 비대칭 2배 증배기를 통해 통과시켰다.

증배기 다음에, 폴리프로필렌(PP) (아토피나 페트로케미칼스 인코포레이티드, 제품 번호 3652)의 외부 표피층을 용융흐름에 첨가하였다. 28.6kg/hr의 속도로 세번째 압출기에 PP를 공급하였다. 이어서, 필름 다이를 통해 재료 흐름을 통과시키고 수-냉각된 캐스팅 휠 위로 통과시켰다. 캐스팅 휠 위의 유입 물 온도는 8℃였다. 압출물을 캐스팅 휠에 고정시키기 위하여, 고압 고정 시스템을 사용하였다. 고정 와이어는 약 0.10mm 두께였고, 약 6.4kV의 전압이 적용되었다. 얻어지는 다층 필름의 매끄러운 외관을 얻기 위하여, 고정 와이어를 캐스팅 휠과의 접촉 지점에서 웹으로부터 3 내지 5mm에 작업자에 의해 손으로 위치시켰다. 최종 필름 두께를 정확히 조절하기 위하여 캐스팅 휠 속도를 조정하였다.

PP 압출기 및 관련된 용융 공정 장치를 254℃에서 유지하였다. PET/PEN 및 coPET-B 압출기, 피드블록, 표피층 모듈, 증배기, 다이 및 관련된 용융 공정 장치를 266℃로 유지하였다.

다층 필름의 7인치×10인치 (17.8×25.4cm) 샘플을 단축 연신을 위해 표준 필름 텐터내에 공급하였다. 연속 배향된 필름에서와 같이, 캐스트 웹 조각을 테두리에서 텐터 클립으로 잡았다. 텐터 클립 사이의 간격이 고정되기 때문에 클립 근처의 필름은 MD에서 수축될 수 없지만, 웹이 앞쪽 및 뒷쪽 테두리 위에서는 구속되지 않기 때문에, MD에서 수축되고, 따라서 수축 정도가 클립으로부터의 거리보다 더욱 크다. 충분히 큰 종횡비에서, 샘플의 중심이 진정한 단축 배향을 위해 충분히 수축될 수 있고, 다시말해서 수축이 TD 연신비의 제곱 루트와 동일하였다.

샘플을 8인치(20.3cm)의 초기 클립 거리 내지 56인치(142cm)의 최종 클립 거리까지 TD에서 연신시킨 다음, 연신 온도에서 51인치(129.5cm)까지 이완시켰다. 102.8℃의 텐터 온도에서 6:1의 공칭 연신비 및 5cm/초의 연신 속도로 연신을 수행하였다. 최종 연신비는, 52℃로 활발히 냉각된 클립 근처에서 약간 낮은 연신으로 인하여, 중심부에서 약 6.3이었다.

단축 배향 다층 필름을 39mm×58mm 부분으로 절단하였다. 필름이 빗변을 따라 놓이도록, 이 부분을 1.85 굴절지수의 2개의 45°유리 프리즘 사이에 적층시켰다. 각각의 프리즘은 57mm 빗변을 가진 2개의 40mm 밑변을 가졌다. 프리즘의 모든 노출된 표면을 반사방지 코팅으로 미리 코팅하였다.

광학 성능은 실시예 1의 필름과 유사하였다. 85℃에서 15분 후에 수축율은 0.13%였다.

Claims

(a) 통과 축(pass axis)을 갖고, 적어도 첫번째 재료 층 및 두번째 재료 층의 다층을 포함하는 복굴절 필름으로서, 각각의 재료 층이, 자외선 영역에서 흡수단(absorption edge)이 편광 빔 분리장치를 비추는 빛의 최단 파장보다 적어도 40nm 미만이고 적외선 영역에서 흡수단이 편광 빔 분리장치를 비추는 빛의 최장 파장보다 적어도 40nm 초과가 되도록 가시 스펙트럼에서 흡수단을 갖는 복굴절 필름; 및

(b) 1.6보다 크지만, 상기 복굴절 필름의 통과 축을 따라 전체 내부 반사를 일으키는 값보다 작은 굴절 지수를 갖는 적어도 하나의 프리즘

을 포함하는 편광 빔 분리장치.
제1항에 있어서, 실질적으로 입방체를 형성하도록 위치된 2개의 직각 프리즘을 포함하고, 복굴절 필름이 상기 입방체의 대각선을 따라 놓이도록 상기 2개의 프리즘 사이에 배치된, 편광 빔 분리장치.
제1항에 있어서, 상기 프리즘이 유리, 중합체 또는 세라믹인 편광 빔 분리장치.
제1항에 있어서, 상기 첫번째 재료 층이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌테레프탈레이트와 폴리에틸렌 나프탈레이트의 에스테르교환 공중합체로 구성된 군에서 선택되는 중합체인 편광 빔 분리장치.
제4항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 나프탈레이트의 에스테르교환 공중합체가 전체 첫번째 재료를 기준으로 하여 50몰% 미만의 폴리에틸렌 나프탈레이트를 함유하는 편광 빔 분리장치.
제1항에 있어서, 상기 두번째 재료가 코폴리에스테르 및 교대배열(syndiotactic) 폴리스티렌으로 구성된 군에서 선택되는 편광 빔 분리장치.
제6항에 있어서, 상기 코폴리에스테르가 1,4-디메틸테레프탈레이트, 1,2-에탄디올, 1,4-디메틸시클로헥산디카르복실레이트, 1,4-시클로헥산디메탄올 및 트리메틸올프로판을 포함하는 편광 빔 분리장치.
제7항에 있어서, 상기 코폴리에스테르가 네오펜틸 글리콜 및 2-부틸 2-에틸 1,3-프로판디올을 더 포함하는 편광 빔 분리장치.
제8항에 있어서, 상기 코폴리에스테르가 약 5 내지 45몰%의 1,4-디메틸테레프탈레이트, 약 5 내지 45몰%의 1,2-에탄 디올, 약 5 내지 45몰%의 1,4-디메틸시클로헥산디카르복실레이트, 약 5 내지 45몰%의 1,4-시클로헥산디메탄올, 약 0.5 내지 5몰%의 트리메틸올 프로판, 약 0 내지 10몰%의 네오펜틸 글리콜 및 약 0 내지 10몰%의 2-부틸 2-에틸 1,3-프로판디올을 포함하는 편광 빔 분리장치.
제7항에 있어서, 폴리에틸렌시클로헥산디메탄올테레프탈레이트를 더 포함하는 편광 빔 분리장치.
제1항에 있어서, 약 300 대 1 초과의 대비율(contrast ratio)을 갖는 편광 빔 분리장치.
제1항에 있어서, 1000 대 1 초과의 대비율을 갖는 편광 빔 분리장치.
제1항에 있어서, 상기 프리즘과 상기 복굴절 필름 사이에 배치된 부착 수단을 더 포함하는 편광 빔 분리장치.
제13항에 있어서, 상기 부착 수단이 빛 투과 방향에서 상기 필름의 굴절지수의 0.05 단위 이내의 굴절지수를 갖는 접착제인 편광 빔 분리장치.
제13항에 있어서, 상기 부착 수단이 빛 투과 방향에서 상기 필름의 굴절지수의 0.02 단위 이내의 굴절지수를 갖는 접착제인 편광 빔 분리장치.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 재료 층이 복굴절을 나타내는 편광 빔 분리장치.
제1항에 있어서, 상기 첫번째 및 두번째 재료 층의 흡수단들이 자외선 영역에서 약 380nm 미만이고, 적외선 영역에서 약 720nm 초과인 편광 빔 분리장치.
제1항에 있어서, 상기 첫번째 및 두번째 재료 층의 흡수단들이 자외선 영역에서 약 370nm 미만이고 적외선 영역에서 약 730nm 초과인 편광 빔 분리장치.
제1항에 있어서, 상기 첫번째 및 두번째 재료 층의 흡수단들이 자외선 영역에서 약 360nm 미만이고 적외선 영역에서 약 740nm 초과인 편광 빔 분리장치.
첫번째 주 표면 및 두번째 주 표면을 갖고, 적어도 첫번째 재료 층 및 두번째 재료 층을 포함하는 다층 필름으로서, 각각의 재료 층이, 자외선 영역에서 흡수단이 다층 필름을 비추는 빛의 최단 파장보다 적어도 40nm 미만이고 적외선 영역에서 흡수단이 다층 필름을 비추는 빛의 최장 파장보다 적어도 40nm 초과가 되도록 가시 스펙트럼에 흡수단을 갖는 다층 필름.
제20항에 있어서, 상기 첫번째 및 두번째 재료 층의 흡수단들이 자외선 영역에서 약 380nm 미만이고 적외선 영역에서 약 720nm 초과인 다층 필름.
제20항에 있어서, 적어도 하나의 재료 층이 단축 배향 후에 복굴절을 나타내는 다층 필름.
제20항에 있어서, 상기 첫번째 재료 층이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리에틸렌 나프탈레이트의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 중합체이고, 두번째 재료 층이 약 5 내지 45몰%의 1,4-디메틸테레프탈레이트, 약 5 내지 45몰%의 1,2-에탄 디올, 약 5 내지 45몰%의 1,4-디메틸시클로헥산디카르복실레이트, 약 5 내지 45몰%의 1,4-시클로헥산디메탄올, 약 0.5 내지 5몰%의 트리메틸올 프로판, 약 0 내지 10몰%의 네오펜틸 글리콜 및 약 0 내지 10몰%의 2-부틸 2-에틸 1,3-프로판디올을 포함하는 코폴리에스테르인 다층 필름.
제20항에 있어서, 상기 주 표면들의 적어도 하나에 배치된 중합체 표피 층들을 더 포함하는 다층 필름.
제24항에 있어서, 상기 중합체 표피 층이 약 230℃ 및 약 21.6 뉴튼에서 ASTM D 1238-95에 따라 측정시에 약 7 내지 18g/10분의 용융 유동 지수(melt flow index)를 갖는 결정성 프로필렌 함유 공중합체인 다층 필름.
제24항에 있어서, 상기 중합체 표피 층이 프로필렌과 에틸렌의 랜덤 공중합체 및 프로필렌과 알파-올레핀의 공중합체로 구성된 군에서 선택되고, 각각의 공중합체가 4 내지 10개의 탄소 원자를 가지며, 각각의 공중합체가 약 90중량% 초과의 프로필렌 함량을 갖는 다층 필름.
제24항에 있어서, 상기 중합체 표피 층이 DSC 측정법에 따라 측정시에 120 내지 140℃의 융점을 가진 랜덤한 에틸렌-프로필렌 공중합체들로 구성된 군에서 선택되는 다층 필름.
(a) 첫번째 편광 상태에 있는 빛에 대해 편광 빔 분리장치를 통해 첫번째 경로가 한정되는, 제1항의 편광 광선 분리장치; 및

(b) 적어도 하나의 영상기(imager)에 의해 수용된 빛의 일부가 편광 회전되고, 편광 회전된 빛이 영상기로부터 편광 빔 분리장치를 통해 두번째 경로를 따라 전파되는, 편광 빔 분리장치로 빛을 되반사시키기 위해 배치된 적어도 하나의 영상기

를 포함하는 광학 장치.
제28항에 있어서, 상기 편광 빔 분리장치의 복굴절 필름이 흡수단들을 갖고, 첫번째 및 두번째 재료 층의 흡수단들이 자외선 영역에서 약 380nm 미만이고, 적외선 영역에서 약 720nm 초과인 광학 장치.
제28항에 있어서, 빛을 발생시키는 광원 및, 편광 빔 분리장치에 이르기 전에 빛을 조절하기 위한 빛 조절 광학체를 더 포함하는 광학 장치.
제28항에 있어서, 상기 적어도 하나의 영상기로부터 영상 광을 투영하기 위한 투영 렌즈 시스템을 더 포함하는 광학 장치.
(a) 빛을 발생시키기 위한 광원;

(b) 상기 광원으로부터의 빛을 조절하기 위한 조절 광학체;

(c) 제1항의 편광 빔 분리장치 및 적어도 하나의 영상기를 포함하고, 영상 광을 형성하기 위해 상기 조절 광학체로부터의 조절된 빛 위에 영상을 부여하기 위한 영상화 코어; 및

(d) 상기 영상화 코어로부터 영상 광을 투영하기 위한 투영 렌즈 시스템

을 포함하는 투영 시스템.
제32항에 있어서, 편광 빔 분리장치의 복굴절 필름이 흡수단들을 갖고, 첫번째 및 두번째 재료 층의 흡수단들이 자외선 영역에서 약 380nm 미만이고, 적외선 영역에서 약 720nm 초과인 투영 시스템.