KR20060014387A - 광학 필름에서 뒤틀림을 감소시키기 위한 재료, 구조 및방법 - Google Patents

광학 필름에서 뒤틀림을 감소시키기 위한 재료, 구조 및방법 Download PDF

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Abstract

개량된 치수 안정성을 갖는 다층의 광학체가 개시된다. 상기 광학체는 배향된 다층 광학 필름과 같은 광학 필름, 및 i) 폴리스티렌 또는 제1 폴리스티렌 공중합체 및 ii) 제2 폴리스티렌 공중합체 또는 노르보넨-기재 중합체를 포함하는 층의 조합을 포함하는 치수 안정한 (뒤틀림-방지) 층을 포함한다. 뿐만 아니라, 구체적인 방법에서, 본 발명은 상기 광학 필름과 치수 안정한 층의 사이에 중간 층을 포함한다. 상기 광학체를 제조하는 방법이 또한 개시된다.
광학 필름, 폴리스티렌, 노르보넨, 뒤틀림, 치수 안정성

Description

광학 필름에서 뒤틀림을 감소시키기 위한 재료, 구조 및 방법{MATERIALS, CONFIGURATIONS, AND METHODS FOR REDUCING WARPAGE IN OPTICAL FILMS}
본 발명은 광학체 및 광학체의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 온도 변화를 통해 순환될 경우 뒤틀림을 견디는 광학체, 및 그러한 광학체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
다층의 중합체성 광학 필름이 거울 및 편광자를 포함하는 다양한 목적을 위해 널리 사용된다. 이러한 필름은 종종 극도로 높은 반사성을 갖는 한편 경량이고 파열에 내성이다. 따라서 상기 필름은 휴대 전화, 개인용 데이터 보조구 및 휴대용 컴퓨터에 위치한 액정 디스플레이를 포함하는 소형의 전자 디스플레이에 반사체 및 편광자로서 사용되기 적합하다.
중합체성 광학 필름은 유리한 광학적 및 물리적 성질을 가질 수 있지만, 상기 필름의 일부가 갖는 하나의 한계는 그들이 온도의 변동-심지어는 통상의 사용에서 겪게 되는 온도 변동에 노출될 경우 심각한 치수 불안정성을 나타낼 수 있다는 점이다. 이러한 치수 불안정성은 필름이 팽창 및 수축하면서 필름에 주름 형성의 결과를 가져올 수 있다. 그러한 치수 불안정성은 온도가 약 80℃에 접근하거나 그를 초과할 경우 특히 일반적이다. 상기 온도에서 필름은 매끈하고 편평한 표면을 유지하는 데 실패하고 뒤틀림의 결과로 주름을 형성한다. 일반적으로, 주름은 필름 뒤틀림의 하나의 일반적인 지표이다. 이러한 뒤틀림은 종종, 탁상용 LCD 모니터 및 노트북 컴퓨터에 사용되는 것들과 같은 보다 큰 필름에서 특히 현저하다. 반사성 편광자 필름의 뒤틀림은 LCD에서 그늘진 줄로서 나타난다. 뒤틀림은 또한 상기 필름이 60℃ 및 70% 상대 습도 조건과 같은 고온 및 고습 조건으로 순환될 때 관찰된다.
발명의 요약
본 발명은 광학체 및 광학체의 제조 방법, 및 특히 광학 필름 상에 배치된 하나 이상의 뒤틀림-방지층을 갖는 광학체에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 구현예는 광학 필름 및 상기 광학 필름 상에 배치된 하나 이상의 뒤틀림-방지층을 포함하는 광학체이다. 상기 하나 이상의 뒤틀림-방지층은 i) 폴리스티렌 또는 제1 폴리스티렌 중합체 및 ii) 제2 폴리스티렌 공중합체의 조합을 포함한다. 하나의 예에서, 상기 제1 폴리스티렌 공중합체는 스티렌 아크릴로니트릴 공중합체이다.
본 발명의 또 하나의 구현예는 광학 필름과 상기 광학 필름 상에 배치된 하나 이상의 뒤틀림-방지층을 포함하는 광학체이다. 상기 하나 이상의 뒤틀림-방지층은 노르보넨-기재 중합체를 포함한다.
본 발명의 또 다른 구현예는 광학체의 제조 방법을 포함한다. 상기 방법은 광학 필름 상에 전술한 하나 이상의 뒤틀림-방지층을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명을 도면을 참고하여 더욱 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 첫 번째 경우에 따라 구성되고 배열된 광학체의 측면도이며, 광학 필름, 치수 안정한 층 및 중간 층을 갖는 광학체를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 두 번째 경우에 따라 구성되고 배열된 광학체의 측면도이며, 중간 층이 없는 광학체를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 세 번째 경우에 따라 구성되고 배열된 광학체의 측면도이며, 두 개의 치수 안정한 층을 갖는 광학체를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 방법에 따라 광학체를 형성하기 위한 시스템의 평면도이다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명은 뒤틀림을 견디는 광학체를 제공한다. 그러한 뒤틀림은 일부 광학 필름에서, 특히 배향된 중합체성 광학 필름을 포함하는 중합체성 광학 필름에서 일어난다. 상기 광학체는 광학 필름, 하나 이상의 치수 안정한 층, 및 하나 이상의 광학적 추가 층을 포함한다. 상기 광학적 추가 층은 광학 필름과 치수 안정한 층 사이의 중간 결합 층일 수 있다.
치수 안정한 층은 상기 광학 필름이 뒤틀림을 견디도록 돕는다. 달리 말하면, 상기 광학 필름의 뒤틀림은 상기 광학 필름과 함께 치수 안정한 층을 사용함으로써 감소된다. 치수 안정한 층은 상기 치수 안정한 층이 광학 필름의 뒤틀림을 초래하는 상승된 온도, 상승된 습도, 또는 그 둘 다와 같은 조건 하에서 실질적으로 뒤틀리지 않기 때문에 치수 안정한 것으로 생각된다.
이제, 본 발명의 다양한 일반적 구현예를 나타내는 도 1 내지 도 3을 언급한다. 도 1에서, 광학체(10)는 광학 필름(12), 치수 안정한 층(14) 및 중간 층(16)을 포함한다. 도 1에 나타난 예에서 3 개의 층은 가장 두꺼운 층이 치수 안정한 층(14)이고, 그 다음 두께가 광학 필름(12) 및 중간 층(16)임을 보여준다. 그러나, 상기 층들은 도 1에 도시된 것과는 상이한 상대적 두께를 갖도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 광학 필름(12)은 선택적으로 치수 안정한 층(14)보다 더 큰 두께의 것일 수 있다.
도 2에서, 광학체(10')는 광학 필름(12) 및 치수 안정한 층(14)을 포함하지만 불연속의 중간 층을 더 포함하지 않는다. 도 3은 하나의 광학 필름(12) 및 2 개의 치수 안정한 층(14)을 갖는 광학체(10")인 본 발명의 또다른 경우를 보여준다. 광학체(10") 또한 두 개의 중간 층(16)을 포함한다. 도면에 나타내지 않은 본 발명의 다른 경우들은 두 개의 치수 안정한 층을 갖지만 중간 층을 갖지 않는 광학체를 포함한다.
상기 다양한 성분들을 본 발명의 광학체의 제조 방법과 함께 이하에 기재한다.
본 발명과 함께 다양한 광학 필름이 사용되기 적합하다. 특히, 배향된 중합체성 광학 필름을 포함하는 중합체성 광학 필름이 온도 변동에 대한 노출에 의해 뒤틀리는 경향이 있기 때문에 본 발명에 사용되기 적합하다.
광학 필름은 넓은 밴드폭에 걸쳐 높은 반사도를 갖는 다층 필름 (모두 복굴절 광학층, 일부 복굴절 광학층, 또는 모두 등방성 광학층으로 구성된), 및 연속적/분산 상 광학 필름을 포함하는 다층 광학 필름을 포함한다. 상기 광학 필름은 편광자 및 거울을 포함한다. 일반적으로, 이들의 특성이 보편적이지는 않지만 다층 광학 필름은 반사성 반사체이고 연속적/분산 상 광학 필름은 확산 반사체이다 (예를 들면 미국 특허 제 5,867,316 호에 기재된 확산 다층 반사성 편광자를 참고). 이들 광학 필름은 단순히 예시적인 것이며 본 발명에 유용한 적합한 중합체성 광학 필름의 모든 목록임을 의미하지 않는다.
다층 반사성 광학 필름 및 연속적/분산 상 반사성 광학 필름의 양자는 하나 이상의 편광 방향의 빛을 선택적으로 반사하도록 적어도 2 개의 상이한 재료(바람직하게는 중합체) 사이의 굴절율 차이에 의존한다. 적합한 확산 반사성 편광자는 여기에 참고문헌으로 도입되는 미국 특허 제 5,825,543 호에 기재된 연속적/분산 상 광학 필름, 뿐만 아니라 여기에 참고문헌으로 도입되는 미국 특허 제 5,867,316 호에 기재된 확산 반사성 광학 필름을 포함한다.
본 발명에 사용하기 특히 적합한 광학 필름은 예를 들면 미국 특허 제 5,882,774 호 및 6,352,761 호 및 PCT 공개 WO95/17303; WO 95/17691; WO 95/17692; WO95/17699; WO96/19347; 및 WO99/36262에 기재된 것들과 같은 다층 반사성 필름이며, 상기 문헌은 모두 여기에 참고문헌으로 도입된다. 상기 필름은 매우 크거나 존재하지 않는 브루스터(Brewster) 각(p 편광된 빛의 반사율이 0으로 되는 각)을 갖는 중합체 층의 다층 더미인 것이 바람직하다. 상기 필름은 그의 p 편광된 빛에 대한 반사율이 입사각과 함께 서서히 감소하거나, 입사각과 무관하거나 입사각이 수직으로부터 멀어짐에 따라 증가하는 다층 거울 또는 편광자로 만들어진다. 그러한 다층 반사성 편광자의 시판되는 형태는 쓰리엠(3M, St. Paul, Minnesota)에 의해 이중 휘도 향상된 필름(Dual Bright Enhanced Film, DBEF)으로 판매된다. 다층 반사성 광학 필름은 여기에서 광학 필름 구조 및 본 발명의 광학 필름의 제조 및 사용 방법을 설명하기 위한 예로서 사용된다. 여기에 기재된 구조, 방법 및 기술은 다른 종류의 적합한 광학 필름에 적용 및 응용될 수 있다.
적합한 다층 반사성 광학 필름은 단축- 또는 이축-배향된 복굴절성 제1 광학층과 제2 광학층을 교대로 하여 (예, 상호배치) 제조될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 제2 광학층은 상기 배향된 층의 평면-내 지수의 하나와 거의 동일한 등방성 굴절율을 갖는다. 상기 두 상이한 광학층 사이의 계면이 광 반사면을 형성한다. 상기 두 층의 굴절율이 거의 동일한 방향에 평행한 면에서 편광된 빛은 실질적으로 투과될 것이다. 상기 두 층이 상이한 굴절율을 갖는 방향에 평행한 면에서 편광된 빛은 적어도 부분적으로 반사될 것이다. 반사율은 층의 수를 증가시키거나 상기 제1 및 제2 층 사이의 굴절율 차를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 일반적으로, 다층의 광학 필름은 약 2 내지 5000 개의 광학층, 전형적으로 약 25 내지 2000 개의 광학 필름, 및 종종 약 50 내지 1500 개의 광학층 또는 약 75 내지 1000 개의 광학층을 갖는다. 다수의 층을 갖는 필름은 일정 범위의 파장에 걸쳐 필름의 반사율을 증가시키기 위해 상이한 광학 두께를 갖는 층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 필름은 특정 파장을 갖는 빛의 적정 반사를 수득하기 위해 개별적으로 조정된 (예를 들면, 수직 입사광에 대하여) 짝을 이룬 층들을 포함할 수 있다. 또한 단지 하나의 다층 더미가 언급될 수 있다 하여도, 다층의 광학 필름은 필름을 형성하기 위해 후속적으로 조합되는 다수의 더미로부터 제조될 수 있음이 잘 이해되어야 한다. 기재된 다층 광학 필름은 둘 다 여기에 참고문헌으로 도입되는 미국 특허 출원 제 09/229724 호 및 미국 특허 출원 공개 제 2001/0013668 호에 따라 제조될 수 있다.
편광자는 단축-배향된 제1 광학층과, 상기 배향된 층의 평면-내 굴절율의 하나와 거의 동일한 등방성 굴절율을 갖는 제2 광학층을 조합함으로써 제조될 수 있다. 그렇지 않으면, 두 광학층은 모두 복굴절 중합체로부터 형성되고, 하나의 평면-내 방향에서 굴절율이 거의 동일하도록 복수회의 연신(draw) 공정으로 배향된다. 두 광학층 사이의 계면은 빛의 하나의 편광에 대하여 하나의 광 반사 면을 형성한다. 두 층의 굴절율이 거의 동일한 방향에 평행한 면에서 편광된 빛은 실질적으로 투과될 것이다. 두 층이 상이한 굴절율을 갖는 방향에 평행한 면에서 편광된 빛은 적어도 부분적으로 반사될 것이다. 등방성 굴절율을 갖거나 낮은 평면-내 복굴절(예를 들면 약 0.07 이하)을 갖는 제2 광학층을 갖는 편광자의 경우, 상기 제2 광학층의 평면-내 굴절율(nx 및 ny)은 상기 제1 광학층의 하나의 평면-내 굴절율(예, ny)과 거의 동일하다. 따라서, 상기 제1 광학층의 평면-내 복굴절은 다층 광학 필름의 반사도의 지표이다. 전형적으로, 상기 평면-내 복굴절이 높을수록, 상기 다층 광학 필름의 반사율이 더 나은 것으로 밝혀졌다. 상기 제1 및 제2 광학층의 평면-외 굴절율(nz)이 같거나 거의 같을 경우(예, 0.1 이하의 차이 및 바람직하게는 0.05 이하의 차이), 상기 다층 광학 필름은 또한 보다 작은 벗어난-각(off-angle) 색상을 갖는다. 벗어난-각 색상은 상기 다층 광학 필름의 면에 수직 이외인 각에서 불균일한 빛의 투과로부터 발생한다.
거울은, 두 개의 굴절율(전형적으로 x 및 y 축을 따라서, 또는 nx 및 ny)이 거의 동일하며 세 번째 굴절율(전형적으로 z 축을 따라서, 또는 nz)과는 상이한 하나 이상의 단축 복굴절 재료를 이용하여 제조될 수 있다. x 및 y 축은, 이들이 다층 필름 내에서 주어진 층의 평면을 나타낸다는 점에서 평면-내 축으로 정의되며, 각각의 굴절율 nx 및 ny를 평면-내 굴절율이라 한다. 단축 복굴절 계를 제조하는 하나의 방법은 상기 다층 중합체성 필름을 2축 방향으로 배향(두 축을 따라 신장함)하는 것이다. 접합되는 층이 상이한 응력-유도된 복굴절을 갖는 경우, 상기 다층 필름의 이축 배향은 양 축에 평행한 면에 대하여 접합되는 층의 굴절율 사이에 차이를 초래하고, 편광의 양 면에서 빛의 반사의 결과를 가져온다. 단축방향으로 복굴절인 재료는 양 또는 음의 단축 복굴절을 가질 수 있다. 양의 단축 복굴절은 z 방향에서의 굴절율(nz)이 평면-내 굴절율(nx 및 ny)보다 큰 경우에 일어난다. 음의 단축 복굴절은 z 방향에서의 굴절율(nz)이 평면-내 굴절율(nx 및 ny)보다 작은 경우에 일어난다. n1z이 n2x = n2y = n2z와 조화되도록 선택되고 다층 필름이 이축 배향되는 경우에는 p-편광된 빛에 대한 브루스터(Brewster's) 각이 존재하지 않고 따라서 모든 입사각에 대하여 일정한 반사율이 존재한다. 두 개의 상호 수직인 평면-내 축으로 배향된 다층 필름은 층의 수, f-비, 굴절율 등에 의존하여 입사광의 특히 높은 백분율을 반사할 수 있고, 매우 효율적인 거울이다. 거울은 또한 실질적으로 상이한 평면-내 굴절율을 갖는 단축-배향된 층의 조합을 이용해서도 제조될 수 있다.
제1 광학층은 바람직하게는 단축- 또는 이축-배향된 복굴절성 중합체 층이다. 상기 제1 광학층의 복굴절성 중합체는 전형적으로, 신장될 때 큰 복굴절을 전개할 수 있도록 선택된다. 응용 분야에 따라, 복굴절은 필름의 평면 내 두 수직 방향 사이에서, 하나 이상의 평면-내 방향과 필름 면에 수직인 방향 사이에서, 또는 이들의 조합으로 전개될 수 있다. 제1 중합체는, 마무리된 필름에 바람직한 광학 성질을 부여하도록, 신장 후 복굴절을 유지해야 한다. 제2 광학층은 복굴절성 및 단축- 또는 이축-배향된 중합체 층일 수 있거나, 상기 제2 광학층은 상기 제1 광학층의 배향 후 굴절율의 적어도 하나와 상이한 등방성 굴절율을 가질 수 있다. 상기 제2 중합체는, 그 필름-면 굴절율이 마무리된 필름에서 상기 제1 중합체의 것과 가능한 한 많이 상이하도록, 신장될 경우 복굴절을 거의 또는 전혀 전개하지 않거나, 반대 의미의 (양-음 또는 음-양) 복굴절을 전개하는 것이 유리하다. 대부분의 응용에서, 상기 제1 중합체나 제2 중합체의 어느 것도 문제의 필름에 대한 관심있는 밴드폭 내에 임의의 흡수 밴드를 갖지 않는 것이 유리하다. 따라서, 밴드폭 내의 모든 입사 광은 반사 또는 투과된다. 그러나, 어떤 응용에서는, 상기 제1 및 제2 중합체의 하나 또는 양자가 특정 파장을 전적으로 또는 부분적으로 흡수하는 것이 유용할 수 있다.
상기 다층 광학 필름의 제1 및 제2 광학층 및 선택적인 비-광학층은 예를 들면 폴리에스테르와 같은 중합체로 구성된다. "중합체"라는 용어는 단독 중합체 및 공중합체를 포함할 뿐 아니라, 공압출 또는 예를 들면 에스테르 교환반응을 포함하는 반응에 의해 혼화성 블렌드로 형성될 수 있는 중합체 또는 공중합체를 포함하는 것으로 이해될 것이다. "중합체", "공중합체" 및 "코폴리에스테르"라는 용어는 랜덤 및 블럭 공중합체를 모두 포함한다.
본 발명의 다층 광학 필름에 사용하기 위한 폴리에스테르는 일반적으로 카르복실레이트 및 글리콜 부단위를 포함하고 카르복실레이트 단량체 분자와 글리콜 단량체 분자의 반응에 의해 생성된다. 각 카르복실레이트 단량체 분자는 둘 이상의 카르복실 산 또는 에스테르 작용 기를 가지며 각 글리콜 단량체 분자는 둘 이상의 히드록시 작용 기를 갖는다. 카르복실레이트 단량체 분자는 모두 동일할 수 있거나, 둘 이상의 상이한 종류의 분자가 존재할 수도 있다. 글리콜 단량체 분자의 경우에도 마찬가지이다. "폴리에스테르"라는 용어에는 글리콜 단량체 분자와 카르본산 에스테르의 반응에서 유래된 폴리카보네이트도 포함된다.
상기 폴리에스테르 층의 카르복실레이트 부단위를 형성하는 데 사용하기 적합한 카르복실레이트 단량체 분자는 예를 들면 2,6-나프탈렌 디카르복실산 및 그의 이성체; 테레프탈산; 이소프탈산; 프탈산; 아젤라산; 아디프산; 세바스산; 노르보넨 디카르복실산; 비-시클로옥탄 디카르복실산; 1,6-시클로헥산 디카르복실산 및 그의 이성체; t-부틸 이소프탈산, 트리멜리트산, 소듐 술폰화된 이소프탈산; 2,2'-비페닐 디카르복실산 및 그의 이성체; 및 상기 산의 메틸 또는 에틸 에스테르 같은 저급 알킬 에스테르를 포함한다. "저급 알킬"이라는 용어는 상기 문맥에서 C1-C10 직쇄 또는 분지쇄 알킬 기를 의미한다.
상기 폴리에스테르 층의 글리콜 부단위를 형성하는 데 사용하기 적합한 글리콜 단량체 분자는 에틸렌 글리콜; 프로필렌 글리콜; 1,4-부탄디올 및 그의 이성체; 1,6-헥산디올; 네오펜틸 글리콜; 폴리에틸렌 글리콜; 디에틸렌 글리콜; 트리시클로데칸디올; 1,4-시클로헥산디메탄올 및 그의 이성체; 노르보난디올; 비시클로-옥탄디올; 트리메틸올 프로판; 펜타에리트리톨; 1,4-벤젠디메탄올 및 그의 이성체; 비스페놀 A; 1,8-디히드록시 비페닐 및 그의 이성체; 및 1,3-비스(2-히드록시에톡시)벤젠을 포함한다.
본 발명의 광학 필름에 유용한 하나의 폴리에스테르는 예를 들면 나프탈렌 디카르복실산과 에틸렌 글리콜의 반응에 의해 제조될 수 있는 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN)이다. 폴리에틸렌 2,6-나프탈레이트(PEN)가 제1 중합체로서 빈번히 선택된다. PEN은 큰 양의 응력 광학 계수를 가지고, 신장 후에 복굴절을 효과적으로 유지하며, 가시광선 영역에서 거의 또는 전혀 흡광도를 갖지 않는다. PEN은 또한 등방성 상태에서 큰 굴절율을 갖는다. 550 nm 파장의 편광된 입사광에 대한 그의 굴절율은 편광면이 신장 방향에 대하여 평행한 경우 약 1.64로부터 약 1.9만큼 높게 되기까지 증가한다. 분자 배향을 증가시키면 PEN의 복굴절이 증가한다. 분자 배향은 상기 물질을 보다 큰 신장 비로 신장하고 다른 신장 조건은 고정함으로써 증가될 수 있다. 제1 중합체로 적합한 여타 반결정성 폴리에스테르는 예를 들면 폴리부틸렌 2,6-나프탈레이트 (PBN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 및 그의 공중합체를 포함한다.
제1 중합체로 유용한 추가의 물질은 예를 들면 미국 특허 제 6,352,762 호 및 6,498,683 호 및 미국 특허 출원 제 09/229724 호, 09/232332 호, 09/399531 호 및 09/444756 호에 기재되어 있으며, 이들은 여기에 참고문헌으로 도입된다. 제1 중합체로서 유용한 하나의 폴리에스테르는 90 몰% 디메틸 나프탈렌 디카르복실레이트 및 10 몰% 디메틸 테레프탈레이트로부터 유래된 카르복실레이트 부단위 및 100 몰% 에틸렌 글리콜 부단위로부터 유래된 글리콜 부단위를 가지며, 0.48 dL/g의 고유 점도(IV)를 갖는 coPEN이다. 굴절율은 약 1.63이다. 상기 중합체를 여기에서 낮은 융점 PEN (90/10)이라 한다. 또다른 유용한 제1 중합체는 이스트만 케미칼 사(Eastman Chemical Company, Kingsport, TN)에서 시판되는 0.74 dL/g의 고유 점도를 갖는 PET이다. 비-폴리에스테르 중합체도 편광자 필름을 제조하는 데 유용하다. 예를 들면, 다층 반사성 거울을 생산하기 위해 PEN 및 coPEN과 같은 폴리에스테르와 함께 폴리에테르 이미드가 사용될 수 있다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌과 같은 여타 폴리에스테르/비-폴리에스테르 조합(예를 들면, 다우 케미칼 사(Dow Chemical Corp., Midland, MI)로부터 상품명 인게이지(Engage) 8200으로 시판되는 것들)이 사용될 수 있다.
제2 중합체는 마무리된 필름에서 적어도 한 방향에서의 굴절율이 같은 방향에서 상기 제1 중합체의 굴절율과 상당히 다르도록 선택되어야 한다. 중합체성 물질은 전형적으로 분산성이며, 즉 파장에 따라서 굴절율이 변하기 때문에, 상기 조건은 특별한 관심있는 스펙트럼 밴드폭의 관점에서 고려되어야 한다. 앞서 논의한 내용으로부터, 제2 중합체의 선택은 문제의 다층 광학 필름의 의도된 응용분야에 뿐만 아니라 제1 중합체에서의 선택, 및 공정 조건에도 의존한다는 것이 이해될 것이다.
상기 제2 광학층은 상기 제1 중합체와 조화되는 유리 전이 온도를 가지며 상기 제1 중합체의 등방성 굴절율과 유사한 굴절율을 갖는 다양한 제2 중합체로부터 제조될 수 있다. 상기 언급된 CoPEN 중합체 외에 적합한 중합체는 비닐 나프탈렌, 스티렌, 말레산 무수물, 아크릴레이트 및 메타크릴레이트와 같은 단량체로부터 제조된 비닐 중합체 및 공중합체를 포함한다. 상기 중합체의 예로서 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 예를 들면 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 및 이소택틱 또는 신디오택틱 폴리스티렌을 들 수 있다. 다른 중합체로서 폴리술폰, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리아믹 산 및 폴리이미드와 같은 축합 중합체를 들 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 제2 광학층은 폴리에스테르 및 폴리카보네이트와 같은 중합체 및 공중합체로부터 형성될 수도 있다.
예시적인 제2 중합체는 이너스 아크릴릭스 사(Ineos Acrylics, Inc., Wilmington, DE)로부터 상품명 CP71 및 CP80으로 시판되는 것들과 같은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 단독 중합체, 또는 PMMA보다 낮은 유리 전이 온도를 갖는 폴리에틸 메타크릴레이트(PEMA)를 포함한다. 추가의 제2 중합체로서, 75 중량% 메틸메타크릴레이트 (MMA) 단량체 및 25 중량% 에틸 아크릴레이트 (EA) 단량체로부터 제조된 coPMMA (이너스 아크릴릭스 사로부터 상품명 Perspex CP63으로 시판), MMA 공단량체 단위 및 n-부틸 메타크릴레이트 (nBMA) 공단량체 단위로 형성된 coPMMA, 또는 솔베이 폴리머즈 사(Solvay Polymers, Inc., Houston, TX)로부터 상품명 솔레프(Solef) 1008 하에 시판되는 것과 같은 PMMA 및 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF)의 블렌드 등 PMMA의 공중합체(coPMMA)를 들 수 있다.
또다른 여타 제2 중합체로서 인게이지 8200이라는 상품명 하에 다우-듀퐁 엘라스토머즈(Dow-Dupont Elkastomers)로부터 시판되는 폴리(에틸렌-코-옥텐)(PE-PO), 피나 오일 앤 케미칼 사(Fina Oil and Chemical Co., Dallas, TX)로부터 상품명 Z9470 하에 시판되는 폴리(프로필렌-코-에틸렌) (PPPE), 및 헌츠만 케미칼 사(Huntsman Chemical Corp., Salt Lake City, UT)로부터 상품명 렉스플렉스(Rexflex) W111 하에 시판되는 어택틱 폴리프로필렌 (aPP) 및 이소택틱 폴리프로필렌(iPP)의 공중합체와 같은 폴리올레핀 공중합체를 들 수 있다. 제2 광학층은 이. 아이. 듀퐁 드 네모아 앤 캄파니 사(E.I. duPont de Nemours & Co., Inc., Wilmington, DE)로부터 상품명 바이넬(Bynel) 4105로 시판되는 것과 같은 선형 저밀도 폴리에틸렌-g-말레산 무수물(LLDPE-g-MA)과 같은 작용기화된 폴리올레핀으로부터 제조될 수도 있다.
편광자의 경우 특히 바람직한 층들의 조합으로서 PEN/co-PEN, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)/co-PEN, PEN/sPS, PET/sPS, PEN/이스타 및 PET/이스타를 들 수 있는데, 여기에서 "co-PEN"은 나프탈렌 디카르복실산을 기재로 하는 공중합체 또는 블렌드(전술한 바와 같은)을 의미하고, 이스타(Eastar)는 이스트만 케미칼 사로부터 시판되는 폴리시클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트이다.
거울의 경우에 특히 바람직한 층들의 조합으로서 PET/PMMA 또는 PET/coPMMA, PEN/PMMA 또는 PEN/coPMMA, PET/ECDEL, PEN/ECDEL, PEN/sPS, PEN/THV, PEN/co-PET 및 PET/sPS를 들 수 있으며, 여기에서 "co-PET"는 테레프탈산을 기재로 하는 공중합체 또는 블렌드(전술한 바와 같은)을 의미하고, ECDEL은 이스트만 케미칼 사로부터 시판되는 열가소성 폴리에스테르이며, THV는 쓰리엠 사(3M Co.)로부터 시판되는 플루오로중합체이다. PMMA는 폴리메틸 메타크릴레이트를 의미하고, PETG는 두 번째 글리콜(통상 시클로헥산디메탄올)을 사용하는 PET의 공중합체를 의미한다. sPS는 신디오택틱 폴리스티렌을 의미한다.
여타의 중합체성 광학 필름이 본 발명에 사용하기 적합하다. 특히, 본 발명은 온도 변화에 노출 시 과도한 뒤틀림을 나타내는 중합체성 필름과 함께 사용하기 적합하다. 광학 필름은 전형적으로 얇다. 적합한 필름은 다양한 두께의 필름을 포함하지만 특히 15 mils (약 380 마이크로미터) 미만의 두께, 더욱 전형적으로는 10 mils (약 250 마이크로미터) 미만의 두께, 바람직하게는 7 mils (약 180 마이크로미터) 미만의 두께를 갖는다. 공정 도중, 치수 안정한 층은 250℃를 초과하는 온도에서 광학 필름 상에 압출 피복된다. 따라서, 광학 필름은 250℃를 초과하는 온도에 대한 노출을 견디는 것이 바람직하다. 광학 필름은 또한 공정 도중 다양한 접착 및 권취 단계를 거치게 되며, 따라서 필름은 유연성이어야 한다.
제1 및 제2 광학층에 더하여, 본 발명의 다층 반사성 필름은 예를 들면 하나 이상의 표피층 또는 예를 들면 광학층의 더미 사이에 보호 경계 층과 같은 하나 이상의 내부 비-광학층 등 하나 이상의 비-광학층을 선택적으로 포함한다. 비-광학층은 다층 필름 구조를 부여하거나 그를 공정 도중 또는 공정 후 훼손 또는 손상으로부터 보호하기 위해 사용될 수 있다. 일부 응용에서는, 표피층(들)과 광학 더미 사이의 계면 접착이 제어되어 표피층이 사용 전에 광학 더미로부터 벗겨질 수 있도록 하는 희생적 보호 표피를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 희생적 표피가 구조적 층에 대하여 충분한 접착을 가져서 그들이 필름의 검사 후 다시 적용될 수 있도록 하는 것이 유익하다.
다층 광학체의 예를 들면 내인열성, 내천공성, 인성, 내후성 및 내용매성과 같은 성질을 부여하거나 개선하는 물질이 비-광학층을 위해 선택될 수 있다. 전형적으로, 상기 제1 및 제2 광학층에 의해 투과되거나, 편광되거나 반사될 빛의 적어도 일부가 또한 상기 층들을 통해 이동하도록 하나 이상의 비-광학층이 배치된다 (즉, 상기 층들은 상기 제1 및 제2 광학층을 통해 이동하거나 그에 의해 반사되는 빛의 경로에 위치한다). 비-광학층은 전형적으로 관심있는 파장 영역에 걸쳐 광학 필름의 반사적 성질에 실질적으로 영향을 미치지 않는다. 심하게 굴곡이 있는 기질 상에 적층될 경우 균열 또는 주름이 생기지 않는 본 발명의 필름을 수득하기 위해 결정성 및 수축 특성과 같은 비-광학층의 성질이 광학층의 성질과 함께 고려될 필요가 있다.
비-광학층은 임의의 적절한 물질로 된 것일 수 있고 상기 광학 더미에 사용된 물질의 하나와 동일할 수 있다. 물론, 선택된 물질이 광학 더미의 재료에 유해한 광학 성질을 갖지 않는 것이 중요하다. 비-광학층은 상기 제1 및 제2 광학층에 사용된 임의의 중합체를 포함하는, 폴리에스테르 같은 다양한 중합체로부터 형성될 수 있다. 어떤 구현예에서, 비-광학층을 위해 선택된 재료는 상기 제2 광학층을 위해 선택된 재료와 유사하거나 동일하다. 표피층을 위해 coPEN, coPET 또는 다른 공중합체 물질을 사용하는 것은 다층 광학 필름의 분리성(spllittiness)(즉, 배향 방향에서 변형-유도된 결정성 및 대부분의 중합체 분자의 정렬로 인하여 필름으로부터 파열 분리됨)을 감소시킨다. 비-광학층의 coPEN은 전형적으로, 제1 광학층을 배향하는 데 사용되는 조건 하에 신장될 경우 매우 적게 배향되며, 따라서 변형-유도된 결정성이 거의 없다.
바람직하게는, 상기 제1 광학층, 제2 광학층 및 선택적인 비-광학층의 중합체는 그들이 유동 장애 없이 공-압출될 수 있도록 유사한 레올로지 성질(예, 용융 점도)을 갖도록 선택된다. 전형적으로, 상기 제2 광학층, 표피층 및 선택적인 여타의 비-광학층은 상기 제1 광학층의 유리 전이 온도보다 높은 약 40℃ 이하인 유리 전이 온도(Tg)를 갖는다. 바람직하게는, 상기 제2 광학층, 표피층 및 선택적인 비-광학층의 유리 전이 온도는 상기 제1 광학층의 유리 전이 온도보다 낮다. 상기 다층 광학 필름을 배향하기 위해 길이 배향(LO) 롤러가 사용될 경우, 낮은 Tg의 재료가 롤러에 점착될 것이기 때문에 원하는 낮은 Tg의 표피 재료를 사용하는 것이 불가능할 수 있다. LO 롤러가 사용되지 않는다면, 상기 제한은 문제가 되지 않는다. 일부 응용의 경우, 바람직한 표피층 재료는 그 내구성 및 상기 광학 더미를 UV 방사로부터 보호하는 능력 때문에 PMMA 및 폴리카보네이트를 포함한다.
표피층 및 선택적인 비-광학층의 두께는 개개의 제1 및 제2 광학층의 하나 이상의 두께의 일반적으로 4 배 이상, 전형적으로 적어도 10배이고, 100 배 이상일 수 있다. 비-광학층의 두께는 특정 두께를 갖는 다층 반사성 필름을 제조하도록 변화될 수 있다.
추가의 피복이 또한 비-광학층으로 고려될 수 있다. 다른 층들로서 예를 들면 정전방지 피복 또는 필름; 난연제; UV 안정화제; 내마모성 또는 경질피복 재료; 광학 피복; 김서림-방지 재료 등을 들 수 있다. 추가의 기능성 층 또는 피복은 예를 들면 미국 특허 제 6,352,761 호 및 WO 97/01440, WO 99/36262, 및 WO 99/36248에 기재되어 있고, 이들은 여기에 참고문헌으로 도입된다. 상기 기능성 성분은 하나 이상의 표피층 내에 도입되거나, 이들은 별도의 필름 또는 피복으로서 적용될 수 있다.
치수 안정한 층은 광학 필름의 뒤틀림 방지성을 제공하는 한편 전형적으로 취약하지 않은 유연한 광학체를 생성한다. 치수 안정한 층의 예 및 이들 층에 관한 정보는 여기에 참고문헌으로 도입되는 미국 특허 출원 제 09/698,717 호에서 찾아볼 수 있다. 치수 안정한 층은 전형적으로 상기 광학체가 굽어지거나 권취될 수 있도록 충분히 유연성이면서도 여전히 뒤틀림을 방지하도록 충분한 안정성을 제공한다. 이와 관련하여, 치수 안정한 층은 광학체에 주름 및 굴곡을 형성하는 것을 방지하면서, 여전히 상기 광학체를 롤 상에 유지하는 등에 의해 쉽게 취급 및 보관하는 것을 가능하게 한다.
상기 복합 광학체가 뒤틀림을 방지함에도 불구하고, 극심한 온도 범위, 특히 높은 온도는 상기 광학체의 열화를 초래할 수 있다. 치수 안정한 층은 전형적으로 광학 필름이 매 1.5 시간마다 -30℃ 내지 85℃의 온도로 400 시간 동안 뒤틀림 없이 또는 단지 대단치 않은 뒤틀림만이 존재하도록 반복적으로 순환되도록 하는 것을 허용한다. 반대로, 치수 안정한 층을 갖지 않은 상기 광학 필름 단독으로는 이와 동일한 상황에서 뒤틀림을 나타낸다. 뿐만 아니라, 치수 안정한 층이 없는 광학 필름 단독으로는 실온 내지 60℃ 및 70% 상대 습도에서 반복적으로 순환될 경우에도 뒤틀림을 나타낸다. 이러한 순환 시험은 LCD 디스플레이 또는 기타 장치에서 예상되는 사용 조건 하에 장기 안정성의 지표로서 고안된다.
치수 안정한 층은 통상적으로 투명하거나 실질적으로 투명하다. 광학체의 높은 반사도가 요구되는 경우에는, 노출된 치수 안정한 층이 고도로 투명할 것이 특히 중요하다. 뿐만 아니라, 바람직하지 못한 빛의 이동을 방지하기 위해서, 상기 치수 안정한 층의 굴절율은 그것이 광학 필름(또는 임의의 중간 층)의 굴절율에 근접하도록 만들어질 수 있다.
치수 안정한 층의 중합체 조성물은 바람직하게는 그것이 압출될 수 있고 고온에서 가공 후에도 투명하게 유지되며, 적어도 약 -30℃ 내지 85℃의 온도에서 실질적으로 안정하도록 선택되는 것이 바람직하다. 치수 안정한 층은 통상적으로 유연성이지만, -30℃ 내지 85℃의 온도 범위에 걸쳐 길이나 폭이 실질적으로 팽창하지 않는다. 치수 안정성 층이 상기 온도 범위에 걸쳐 팽창하는 정도까지, 팽창은 필름이 과도한 주름을 나타내지 않도록 실질적으로 균일하다.
상기 치수 안정한 층은 전형적으로 주요 성분으로 85 내지 200℃, 더욱 전형적으로는 100 내지 160℃의 유리 전이 온도(Tg)를 나타내는 중합체성 물질을 포함한다. 치수 안정한 층의 두께는 응용분야에 따라 변할 수 있다. 그러나, 상기 치수 안정한 층은 전형적으로 0.1 내지 10 mils (약 2 내지 250 마이크로미터)의 두께, 더욱 전형적으로는 0.5 내지 8 mils (약 12 내지 200 마이크로미터)의 두께, 더 더욱 전형적으로는 1 내지 7 mils (약 25 내지 180 마이크로미터)의 두께를 갖는다.
적합한 치수 안정한 층으로서 적어도 i) 폴리스티렌 (예를 들면, 신디오택틱 폴리스티렌) 또는 폴리스티렌 공중합체 및 ii) 또다른 폴리스티렌 공중합체의 조합(예를 들면 블렌드 또는 기타 혼화물(intimate mixture))을 들 수 있다. 일반적으로, 상기 특정 중합체는 혼화물로서 존재하며 다른 중합체에 배치된 개개의 입자로서 존재하지 않는다. 일부 구현예에서, 상기 치수 안정한 층은 i) 제1 폴리스티렌 공중합체 및 ii) 제2 폴리스티렌 공중합체를 포함한다. 치수 안정한 층은 선택적으로 추가의 폴리스티렌 공중합체를 포함할 수 있다. "공중합체"라는 용어는 2종 이상의 상이한 단량체 단위를 갖는 중합체를 포함하는 것으로 이해될 것이다.
치수 안정한 층의 하나의 특히 적합한 예로서 i) 스티렌 아크릴로니트릴(SAN) 공중합체 및 ii) 제2 스티렌 공중합체를 들 수 있다. 스티렌 공중합체를 위해 적합한 공단량체의 예로서 부타디엔, 메틸 메타크릴레이트, 이소-옥틸 아크릴레이트, 메타크릴산, 말레산 무수물, n-페닐 말레이미드, 뿐만 아니라 여타 아크릴레이트, 메타크릴레이트 및 디엔을 포함하는 유사한 물질을 들 수 있다. SAN과 함께 사용하기 적합한 스티렌 공중합체로서 예를 들면 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 (ABS) 공중합체, 스티렌 부타디엔 (SB) 공중합체, 아크릴계 스티렌 아크릴로니트릴 (ASA) 공중합체, 스티렌 메틸 메타크릴레이트 (SMM) 공중합체 및 크라톤 폴리머즈(Kraton Polymers, Houston, TX)로부터 시판되는 크라톤(KratonTM) 공중합체와 같은 여타 스티렌 공중합체를 들 수 있다. 특히, SAN/ABS 조합이 특히 유용한 것으로 밝혀졌다. 전형적으로, 상기 제2 스티렌 공중합체는 상기 치수 안정한 층의 재료 총량을 기준으로 약 1 내지 45 중량%, 더욱 전형적으로는 3 내지 30 중량% 수준에서 상기 치수 안정한 층 안에 존재한다.
또다른 실시예에서, 치수 안정한 층은 i) 폴리스티렌(예, 신디오택틱 폴리스티렌) 및 ii) 스티렌 아크릴로니트릴 공중합체를 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, SAN 공중합체가 주요 성분이고 폴리스티렌은 상기 치수 안정한 층의 재료 총량을 기준으로 1 내지 45 중량%, 더욱 전형적으로는 3 내지 30 중량% 수준에서 구비된다.
상기 치수 안정한 층은 또한 전술한 스티렌 성분과 배합된 여타 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 치수 안정한 층에 coPEN 또는 coPET가 바람직하게는 낮은 수준으로 사용될 수 있다. 적어도 일부 구현예에서 coPEN 또는 coPET는 상기 혼합물 내에서 상 분리되어 전술한 스티렌-기재 중합체/공중합체 또는 공중합체/공중합체 조합 내에서 영역을 형성한다. coPEN 및 coPET를 가하는 것은 적어도 일부 구현예에서 빛의 확산을 제공한다. 뿐만 아니라, 적어도 일부 구현예에서 coPEN 또는 coPET는 상기 치수 안정한 층이 coPEN 또는 coPET를 함유하는 광학 필름에 대해 접착되는 것을 도울 수 있다. 선택적으로, coPEN 및 coPET는 확산을 증가시킬 뿐 아니라 층들을 한데 유지하는 것을 돕기 위해 중간 층으로서 사용될 수 있다. 전형적으로, coPEN 또는 coPET는 치수 안정한 층의 물질의 약 1 내지 30 중량%, 더욱 전형적으로는 3 내지 20 중량%, 및 일부 구현예에서는 3 내지 10 중량%의 수준으로 상기 치수 안정한 층에 사용될 수 있다. 놀랍게도, 폴리스티렌 또는 폴리스티렌 공중합체보다 낮은 Tg 및 낮은 탄성율을 갖는, coPEN 또는 coPET 등의 물질을 상기 치수 안정한 층에 배합하는 것이 영구적 뒤틀림에 대한 필름의 내성을 향상시킬 것이다. 예를 들면, SAN을 포함하는 치수 안정한 층 내에 보다 낮은 탄성율 및 보다 낮은 Tg의 coPEN을 배합하는 것은 상기 필름에서 측정된 뒤틀림의 양을 실질적으로 감소시켰다.
coPEN 및 coPET 공중합체는, 노르보넨 또는 삼차 부틸 이소프탈산과 같이 유리 전이 온도를 증가시키는 데 유용한 공단량체를 선택적으로 포함할 수 있다. 치수 안정한 층 내에 배합하기 유용한 여타의 높은 Tg 물질로서 폴리카보네이트 및 제네럴 일렉트릭의 제품인 얼템(UltemTM)과 같은 폴리에테르이미드를 들 수 있다. 상기 높은 Tg 물질은 coPEN 및 coPET와 같은 수준에서 사용될 수 있다.
치수 안정한 층에 사용될 수 있는 여타 물질은 부타디엔, 에틸렌 프로필렌 삼원중합체(예를 들면, 에틸렌 프로필렌 디메타크릴레이트 등), 미쓰이 케미칼즈 어메리카 사(Mitsui Chemicals America, Inc. (Mitsui Chemicals), Pruchase, NY)의 제품인 애드머(AdmerTM) 중합체 또는 이.아이. 듀퐁 드 네모아 사(E.I. Dupont de Nemours Corp. (Dupont), Wilmington, DE)의 제품인 바이넬TM 중합체와 같은 개질된 폴리올레핀 또는 고무상 입자와 같은 엘라스토머성 성분을 포함한다. 상기 엘라스토머성 성분은 분산성, 인성, 내구성 또는 이들 성질의 임의 조합을 향상시키기 위해 상기 치수 안정한 층 내에 도입될 수 있다. 전형적으로, 상기 엘라스토머성 성분은 치수 안정한 층의 재료의 약 1 내지 30 중량%, 더욱 전형적으로는 3 내지 10 중량%의 수준에서 상기 치수 안정한 층에 사용될 수 있다.
상기 치수 안정한 층에 첨가될 수 있는 또다른 물질은 정전방지 물질이다. 적합한 정전방지 물질은 예를 들면 폴리에테르 공중합체(예를 들면, 폴리에틸렌 글리콜 등), 시바 스페셜티 케미칼즈(Ciba Specialty Chemicals)의 제품인 어가스타트(IrgastatTM) P18, 앰파셋(Ampacet, Tarrytown, NY)의 제품인 LR-92967, 토멘 어메리카 사(Tomen America Inc., New York, NY)의 제품인 펠레스타트(PelestatTM) NC7530, 및 예를 들면 노번 사(Noveon, Inc., Cleveland, OH)에서 제조된 정전기 발산성 중합체 블렌드(예, 스탓-라이트(Stat-RiteTM 중합체 제품)과 같은 이온성 중합체를 포함한다. 전형적으로, 상기 정전방지 물질은 상기 치수 안정한 층의 재료의 약 10 내지 30 중량%, 더욱 전형적으로는 10 내지 20 중량%의 수준에서 사용될 수 있다.
상기 치수 안정한 층은 그것이 빛을 확산하도록 형성될 수 있다. 확산 성질은 고유한 확산 중합체성 물질을 사용함으로써 또는 제조 도중 상기 치수 안정한 층 위에 확산 패턴을 엠보싱함으로써 수득될 수 있다. 엠보싱된 패턴은 또한 필름에 대하여 수직으로부터 먼 각으로부터 필름으로부터 수직에 가까운 각을 향하여 빛을 재-배향할 수 있다. 상기 치수 안정한 층에서 확산은 또한 치수 안정한 층의 것과는 상이한 굴절율을 갖는 작은 입자의 도입에 의해 이루어질 수도 있다.
치수 안정한 층에 입자를 가함으로써 형성된 거칠어진 표면은 필름의 마찰 계수를 낮추고 따라서 필름이 유리나 기타 단단한 필름 같은 인접한 표면에 부착되는 경향을 감소시킬 수 있다. 필름의 인접함 표면에 대한 부착을 감소시키는 것은, 그렇지 않으면 필름 뒤틀림에 기여할 수 있을 필름 상의 추가적 제한(예를 들면 인접한 유리 또는 필름 표면)의 영향을 제거하거나 감소시킨다.
치수 안정한 층은 부가적 성질을 제공하기 위해 하나 이상의 추가 피복으로 피복될 수 있다. 그러한 피복의 예로서, 정전-방지 피복, 난연제, UV 안정화제, 내마모성 또는 경질피복 재료, 광학적 피복 및 김서림-방지 피복을 들 수 있다.
하나 이상의 박리성 표피층이 또한 상기 치수 안정한 층(들) 위에 구비될 수 있다. 상기 박리성 표피층은 보관 및 운송 도중 아래에 있는 광학체를 보호하기 위해 사용된다. 박리성 표피층은 전형적으로 상기 광학체의 사용 전에 제거된다. 박리성 표피층은 피복, 압출 또는 기타 적합한 방법에 의해 치수 안정한 층 위에 배치될 수 있거나, 상기 치수 안정한 층과 함께 공압출 또는 다른 적합한 방법에 의해 형성될 수 있다. 박리성 표피층은 접착제를 이용하여 상기 광학체에 부착될 수 있지만, 어떤 구현예에서는 접착제가 필요하지 않다. 박리성 표피층은 상기 치수 안정한 층에 대하여 충분한 접착성을 갖는 (필요에 따라 접착제를 사용하거나 사용하지 않고) 임의의 보호 중합체 물질을 이용하여 형성될 수 있으므로, 상기 박리성 표피층은 그 층이 수동으로 또는 기계에 의해 제거될 때까지 제 자리에 유지될 것이다. 적합한 물질로서 예를 들면 신디오택틱 폴리프로필렌의 공중합체(예를 들면, 아토피나(Atofina)의 제품인 피나플라스(Finaplas) 1571), 프로필렌과 에틸렌의 공중합체(예를 들면 아토피나의 제품인 PP8650), 또는 에틸렌 옥텐 공중합체(예를 들면, 다우(Dow)의 제품인 어피니티(Affinity) PT 1451)와 같은 저융점 및 저 결정성 폴리올레핀을 들 수 있다. 선택적으로, 폴리올레핀 물질의 혼합물이 상기 박리성 표피층을 위해 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 박리성 표피 물질은 시차 주사 열량측정 (DSC)에 의하면 80℃ 내지 145℃의 융점을, 더욱 바람직하게는 90℃ 내지 135℃의 융점을 갖는다. 표피층 수지는, 여기에 참고문헌으로 도입되는 ASTM D1238-95("압출 플라스토머에 의한 열가소성 물질의 유량")에 준하여 230℃의 온도 및 21.6 N의 힘에서 측정할 때 전형적으로 7 내지 18 g/10분, 바람직하게는 10 내지 14 g/10분의 용융 유동 지수를 갖는다.
바람직하게는, 박리성 표피층이 제거될 때 상기 박리성 표피층 또는 임의의 관련된 접착제(사용된 경우)로부터의 잔류 물질이 없을 것이다. 박리성 표피층은 전형적으로 12 마이크로미터 이상의 두께를 갖는다. 선택적으로, 상기 박리성 표피층은, 박리성 표피층이 광학체 상에 있는지 없는지를 관찰하기 쉽도록 염료, 안료 또는 다른 착색 물질을 포함한다. 이는 광학체의 적절한 사용을 용이하게 할 수 있다. 어떤 구현예에서, 박리성 표피층은 또한, 박리성 표피층을 갖는 광학체에 압력을 적용하여 아래에 있는 치수 안정한 층을 엠보싱하는 데 사용될 수 있도록 충분히 큰(예를 들면 0.1 마이크로미터 이상), 박리성 표피층에 배치된 입자를 포함할 수 있다. 상기 치수 안정한 층에 대한 접착을 향상시키기 위해 상기 박리성 표피층에 다른 물질이 배합될 수도 있다. 비닐 아세테이트 또는 말레산 무수물을 함유하는 개질된 폴리올레핀이 상기 치수 안정한 층에 대한 상기 박리성 표피층의 접착성을 향상시키는 데 특히 유용할 수 있다.
폴리스티렌 또는 폴리스티렌 공중합체를 사용하는 대신, 상기 치수 안정한 층은 예를 들면 티코나(Ticona, Summit, NJ)로부터 시판되는 토파스(TopasTM) 및 제온 케미칼즈(Zeon Chemicals, Louisville, KY)로부터 시판되는 제오너(ZeonorTM) 중합체와 같은 에틸렌과 노르보넨의 공중합체 등의 노르보넨-기재 중합체를 포함할 수 있다. 높고 낮은 Tg를 갖는 이들 공중합체의 상이한 등급이 복합재 Tg를 조절하여 광학층을 갖는 치수 안정한 층의 배향을 허용하도록 배합될 수 있음이 특히 유용한 것으로 밝혀졌다. 폴리스티렌 또는 폴리스티렌 공중합체, 뿐만 아니라 박리성 표피에 첨가하기 위한 전술한 물질들이 상기 노르보넨-기재 중합체와 함께 사용될 수도 있다.
치수 안정한 층은 전형적으로 상기 광학 필름의 양면에 첨가된다. 그러나, 일부 경우에 상기 치수 안정한 층은, 형광등 관 주위를 감쌀 광학체를 제조하는 등과 같이 필름의 컬링을 용이하게 하도록 필름의 단지 한쪽 면에 첨가된다.
상기 광학체는 광학 필름 및 치수 안정한 층(들) 외에 하나 이상의 층을 선택적으로 포함할 수도 있다. 하나 이상의 추가 층이 존재할 경우, 이들은 전형적으로 복합 광학체의 일체성을 향상시키도록 작용한다. 특히, 상기 층들은 상기 광학 필름을 상기 치수 안정한 층에 결합시키는 역할을 할 수 있다. 어떠한 경우에, 상기 치수 안정한 층 및 광학 필름은 서로에 대하여 강한 결합을 직접 형성하지 않을 것이다. 그러한 경우, 그들을 한데 접착시킬 중간 층이 필요하다.
중간 층의 조성물은 그들이 접촉하는 광학 필름과 치수 안정한 층과의 상용성이도록 전형적으로 선택된다. 중간 층은 광학 필름 및 치수 안정한 층 모두에 잘 접착되어야 한다. 따라서, 중간 층에 사용되는 재료의 선택은 종종 상기 광학체의 다른 성분의 조성에 의존하여 변할 것이다.
특정 경우에, 상기 중간 층은 압출가능한 투명의 고온 용융 접착제이다. 상기 층은 1종 이상의 나프탈렌 디카르복실산 (NDC), 디메틸 테레프탈레이트 (DMT), 헥산 디올 (HD), 트리메틸올 프로판 (TMP) 및 에틸렌 글리콜(EG)을 함유하는 coPEN을 포함할 수 있다. NDC를 함유하는 층들이, PEN 또는 coPEN 또는 이들을 둘 다 함유하는 광학 필름에 상기 치수 안정한 층을 부착시키는 데 특히 적합하다. 그러한 경우에, 상기 중간 층의 coPEN은, coPEN의 카르복실레이트 성분 100 부 당 전형적으로 20 내지 80 부의 NDC, 바람직하게는 30 내지 70 부의 NDC, 더욱 바람직하게는 40 내지 60 부의 NDC를 함유한다.
상기 광학 필름에서 이미 나열된 공단량체들을 포함하는 다양한 추가 화합물들이 첨가될 수 있다. 가소제 및 윤활제 같은 압출 보조제가 다른 층에 대한 개량된 공정 및 접착을 위해 첨가될 수 있다. 또한, 상기 접착성 중합체와는 상이한 굴절율을 갖는 무기 구 또는 중합체 비드 등의 입자가 사용될 수 있다.
중간 층으로 유용한 기타 물질로서 듀퐁의 제품인 엘박스(ElvaxTM) 중합체와 같이 비닐 아세테이트로 개질된 폴리올레핀 및 듀퐁의 제품인 바이넬TM 중합체 및 미쓰이 케미칼즈(Mitsui Chemicals)의 제품인 애드머(AdmerTM) 중합체와 같은 말레산 무수물로 개질된 폴리올레핀을 들 수 있다.
어떤 경우에는, 중간 층이 광학 필름, 치수 안정한 층, 또는 그 양자와 함께 일체로 형성된다. 상기 중간 층은 상기 광학 필름의 노출된 표면 상의 표피 피복이 되어 광학 필름과 일체로 형성될 수 있다. 상기 표피 피복은 전형적으로 광학 필름과의 공압출에 의해 형성되어 그 층들을 일체로 형성 및 결합시킨다. 그러한 표피 피복은 후속 층들을 상기 광학 필름에 결합시키는 능력을 향상시키도록 선택된다. 광학 필름이 그렇지 않으면 사용되는 특정의 치수 안정한 층에 대하여 매우 낮은 친화성을 갖는 경우에 표피 피복이 특히 유용하다. 마찬가지로, 상기 중간 층은 상기 광학 필름 위에 동시에 공압출되거나 순차적으로 압출됨으로써 치수 안정한 층과 함께 일체로 형성될 수 있다. 본 발명의 또다른 경우에는, 상기 광학 필름 위에 표피층이 형성될 수 있고 또하나의 중간 층이 상기 치수 안정한 층과 함께 형성될 수 있다.
중간 층(들)은 250℃를 초과하는 온도에서 용융 상태로 열적으로 안정한 것이 바람직하다. 따라서, 상기 중간 층은 250℃보다 높은 온도에서 압출 도중 실질적으로 붕괴되지 않는다. 상기 중간 층은 필름의 광학 성질을 감소시키는 것을 피하도록 통상적으로 투명하거나 실질적으로 투명하다. 중간 층은 전형적으로 2 mils (약 50 마이크로미터) 미만의 두께, 더욱 전형적으로는 1 mil (약 25 마이크로미터) 미만의 두께, 및 더 더욱 전형적으로는 약 0.5 mil (약 12 마이크로미터) 미만의 두께를 갖는다. 중간 층의 두께는 얇은 광학체를 유지하기 위해 최소화되는 것이 바람직하다.
본 발명의 복합 광학체를 형성하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 광학체는 다양한 형태를 취할 수 있고 따라서 상기 방법은 최종적인 광학체의 구조에 따라 변한다.
상기 복합 광학체를 형성하는 모든 방법에 공통적인 단계는 광학 필름을 치수 안정한 층(들)에 부착하는 것이다. 상기 단계는 다양한 층의 공-압출, 층들의 압출 피복, 또는 층들의 공-압출 피복(치수 안정한 층과 중간 층이 상기 광학 필름 상에 동시에 압출 피복되는 경우 등)과 같은 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
도 4는 본 발명의 한 경우에 따른 광학체의 형성을 위한 시스템의 평면도를 보여준다. 광학 필름(22)을 포함하는 스풀(20)을 풀고 적외선 가열 스테이션(24)에서 가열한다. 광학 필름(22)은 통상적으로 50℃ 이상, 더욱 일반적으로는 약 65도의 온도로 상승된다. 치수 안정한 층을 형성하기 위한 조성물(26) 및 중간 접착 층을 형성하기 위한 조성물(28)을 공급 블럭(30)을 통해 공급하고 상기 예열된 광학 필름(22) 위에 공압출 피복한다. 그 후, 상기 광학 필름을 롤(32, 34)의 사이에서 압축한다. 롤(32) 또는 롤(34) 또는 그 양자는 상기 치수 안정한 층 위에 약간의 확산 표면을 부여하도록 선택적으로 무광택-마무리를 포함한다. 냉각 후, 피복된 광학 필름(36)은 시트로 절단되는 등 후속적으로 가공되어, 와인더(38) 상에 감긴 마무리된 광학체를 형성한다.
압출된 필름은 상기 광학체 재료의 개별 시트를 가열된 공기 중에서 신장시킴으로써 배향될 수 있다. 경제적인 생산을 위해, 신장은 표준의 길이 배향기, 텐터 오븐 또는 그 양자에서 연속적 방식으로 수행될 수 있다. 표준 중합체 피름 제조의 규모 및 선 속도의 경제성이 수득될 수 있고, 그럼으로써 시판되는 흡수성 편광자와 관련된 가격보다 실질적으로 낮은 제조 단가를 수득할 수 있다.
거울을 제조하기 위해, 두 개의 단축 신장된 편광 시트를 그 각각의 배향 축이 90℃ 회전되도록 위치시키거나, 상기 시트를 이축방향으로 신장시킨다. 다층의 시트를 이축방향으로 신장시키는 것은 양 축에 평행한 면에 대한 결합 층의 굴절율 사이에 차이를 가져올 것이며 따라서 편광 방향의 양 면에서 빛의 반사를 초래할 것이다.
복굴절 시스템을 제조하는 하나의 방법은 더미에서 하나 이상의 재료가 신장 공정(예를 들면, 증가하거나 감소하는 굴절율)에 의해 영향받는 굴절율을 갖는 다층 더미를 이축방향으로 신장시키는 것(예를 들면, 두 디멘션을 따라 신장)이다. 다층 더미의 이축방향 신장은 양 축에 평행한 면에 대한 접합 층의 굴절율 사이의 차이를 가져올 수 있고, 따라서 편광의 양면에서 빛의 반사를 초래할 수 있다. 구체적인 방법 및 재료는 그 전체로서 여기에 참고문헌으로 도입되는 발명의 명칭이 "광학 필름 및 그의 제조 방법"인 PCT 특허 출원공개 WO 99/36812에 기재되어 있다.
예비-신장 온도, 신장 온도, 신장 속도, 신장 비, 열 경화 온도, 열 경화 시간, 열 경화 이완 및 횡-신장 이완은 원하는 굴절율 관계를 갖는 다층 장치를 수득하도록 선택된다. 상기 변수들은 상호 의존하며; 따라서, 예를 들면 상대적으로 낮은 신장 온도와 짝지어질 경우 상대적으로 신장 속도가 사용될 수 있을 것이다. 원하는 다층 장치를 수득하기 위해 상기 변수들의 적절한 조합을 어떻게 선택해야 하는지는 당업자에게 명백할 것이다. 그러나 일반적으로, 신장 방향에서 1:2 내지 1:10 (더욱 바람직하게는 1:3 내지 1:7), 및 신장 방향에 수직인 방향에서 1:0.5 내지 1:10 (더욱 바람직하게는 1:0.5 내지 1:7) 범위의 신장 비가 바람직하다.
PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트)을 포함하는 제1 광학층 및 coPEN(코폴리에틸렌 나프탈레이트)을 포함하는 제2 광학층을 가지고 다층 반사 편광자를 구성하였다. 다층 용융물 다기관 및 배율기를 통해 PEN 및 coPEN을 공압출하여, 825 개의 교대되는 제1 및 제2 광학층을 형성하였다. 상기 다층 필름은 또한 총 829 층에 대한 제2 광학층으로서 같은 coPEN으로 된 두 개의 내부 및 두 개의 외부 보호 경계 층을 포함하였다. 뿐만 아니라, 두개의 외부 표피층을 상기 광학층 더미의 양면 위에 공압출하였다. 상기 치수 안정한 층은 약 18 마이크로미터 두께였고 94 중량%의 SAN(다우 사(Dow Corporation)의 제품인 Tyril 880) 및 6 중량%의 ABS를 포함하였다. 신디오택틱 폴리프로필렌(아토피나의 제품인 PP1571)으로 된 박리성 표피층을 상기 SAN 층 위에 형성하였다. 다음, 상기 구조의 압출된 성형 웹을 150℃에서 45 초 동안 공기와 함께 텐터 오븐에서 가열하고 이어서 6:1의 당김 비로 단축 배향하였다. 뒤틀림 시험은 SAN/ABS 치수 안정한 층을 갖는 광학체는 치수 안정한 층을 갖지 않는 유사한 광학체보다 상당히 더 좋은 뒤틀림 방지성을 가지 며, SAN 만을 이용하여 제조된 치수 안정한 층을 갖는 유사한 광학체보다 더 나은 뒤틀림 방지성을 갖는 것으로 나타났다. 뿐만 아니라, SAN/ABS 치수 안정한 층은 SAN과 5 중량% coPEN 또는 coPET를 갖는 치수 안정한 층을 갖는 광학 필름과 비교할 때, 더 좋지는 않을지라도, 적어도 그만큼 양호한 뒤틀림 방지성을 제공하였다.
뒤틀림을 관찰하기 위한 방법의 한 예는 다음과 같다: 이중 강화 유리의 두 개의 9.5" x 12.5" (24.1 x 31.8 cm) 편평한 조각을 이소프로필 알코올로 닦는다. 광학체의 9" x 12" (22.9 x 30.5 cm) 조각을 두 개의 짧은 면 및 긴 면의 하나 위에서 한 조각의 유리에 부착시키고, 남은 긴 면은 제한되지 않게 남겨둔다. 상기 광학체를 부착하기 위해, 먼저 상기 유리 조각에 이중 접착 테이프(Double Stick Tape, 3M, St. Paul, MN)를, 상기 테이프가 유리의 세 모서리로부터 0.5"이고 상기 광학체의 3 면에 의해 정확히 덮이도록 부착한다. 테이프의 말단이 겹치지 않도록 한다. 상기 광학체가 테이프를 가로질러 당겨지고 테이프의 두께(약 0.1 mm)에 의해 유리 표면 위에 고정되도록, 상기 광학체를 테이프 위에 놓는다. 상기 광학체를 테이프에 대하여, 다른 힘은 피하면서, 4.5 lb (2kg) 롤러로 각 방향에서 한 번씩 말아 내린다.
3 개의 0.1 mm 두께, 0.5" (1.3 cm) 폭 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 쐐기(shim)를 상기 말린 광학체 위에 놓는데, 상기 쐐기는 테이프의 정확히 위에 있고 동일한 길이이지만 상기 광학체의 반대 면 위에 있다. 쐐기가 겹치지 않게 한다. 유리의 상단 조각을 쐐기의 상단 위에 놓고 유리의 바닥 조각과 정확하게 정 렬하였다.
이는 유리-테이프-광학 필름-쐐기-유리의 샌드위치 구조를 완성하며, 여기에서 상기 광학체는 3 개의 모서리에서 제한되고 실질적으로 중심에서 자유 부유한다. 상기 구조를 종이 더미를 한데 고정시키는 데 통상적으로 사용되는 4 개의 바인더 클립(Binder Clips, Officemate International Corporation, Edison, NJ)으로 한데 부착시킨다. 상기 클립은 테이프의 중심(유리의 모서리로부터 약 0.75" (1.9 cm))에 압력을 적용하기 적절한 크기의 것이어야 하며, 상기 구조의 짧은 면 위에 각각 두 개가 위치하고, 광학체의 바닥 및 상단으로부터 각각 약 0.75" (1.9 cm) 떨어져 위치한다.
상기 완성된 구조를 열 충격 쳄버(모델 SV4-2-2-15 환경 시험 쳄버, Envirotronics, Inc., Grand Rapids, MI)에 넣고 96 사이클을 수행하였는데, 하나의 사이클은 85℃에서 1 시간에 이어 -35℃에서 1 시간으로 구성되었다. 다음, 상기 필름을 쳄버로부터 꺼내고 주름에 대하여 검사하였다. 다수의 깊은 주름이 필름 표면을 가로질러 존재할 경우 뒤틀림은 허용될 수 없는 것으로 간주되었다. 매우 적은 얕은 주름이 존재하거나 필름이 매끈하게 보이는 경우, 뒤틀림은 일반적으로 허용가능한 것으로 간주되었다.
본 발명을 바람직한 구현예를 참고하여 기재하였지만, 당업자들은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부사항에서 변화가 가해질 수 있음을 잘 인식할 것이다.

Claims (19)

  1. 광학 필름, 및
    상기 광학 필름 상에 배치된 하나 이상의 뒤틀림-방지층을 포함하며,
    상기 하나 이상의 뒤틀림-방지층은 i) 폴리스티렌 또는 제1 폴리스티렌 공중합체 및 ii) 제2 폴리스티렌 공중합체의 혼화물 (intimate mixture)을 포함하는 광학체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광학체가 광학 필름의 두 대향면의 각각에 배치된 뒤틀림-방지층 중 하나와 함께 배치된 두 개 이상의 뒤틀림-방지층을 포함하는 광학체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 뒤틀림-방지층이 i) 제1 폴리스티렌 공중합체 및 ii) 제2 폴리스티렌 공중합체를 포함하는 광학체.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 폴리스티렌 공중합체가 스티렌 아크릴로니트릴 공중합체인 광학체.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제2 폴리스티렌 공중합체가 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체, 스티렌 부타디엔 공중합체, 아크릴계 스티렌 아크릴로니트릴 공중합체 및 스티렌 메틸 메타크릴레이트 공중합체에서 선택되는 광학체.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 제2 폴리스티렌 공중합체가 상기 뒤틀림-방지층의 총 중량을 기준으로 3 내지 30 중량%의 양으로 구비되는 광학체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 뒤틀림-방지층이 coPEN 또는 coPET에서 선택된 재료를 더 포함하는 광학체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 뒤틀림-방지층이 정전방지 물질을 더 포함하는 광학체.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 필름이 다층의 중합체성 광학 필름인 광학체.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 뒤틀림-방지층 위에 배치된 하나 이상의 박리성 표피층을 더 포함하는 광학체.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 하나 이상의 박리성 표피층이 폴리올레핀을 포함하는 광학체.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 폴리올레핀이 신디오택틱 폴리프로필렌, 에틸렌 옥텐 공중합체, 폴리프로필렌/폴리에틸렌의 공중합체 및 이들의 블렌드에서 선택되는 광학체.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 하나 이상의 박리성 표피층이 염료를 포함하는 광학체.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 뒤틀림-방지층 위에 배치된 하나 이상 의 정전방지층을 더 포함하는 광학체.
  15. 광학 필름, 및
    상기 광학 필름 상에 배치된 하나 이상의 뒤틀림-방지층을 포함하며, 상기 하나 이상의 뒤틀림-방지층이 노르보넨-기재 중합체를 포함하는 광학체.
  16. i) 폴리스티렌 또는 제1 폴리스티렌 공중합체 및 ii) 제2 폴리스티렌 공중합체의 혼화물을 포함하는 하나 이상의 뒤틀림-방지층을 광학 필름 위에 형성하는 단계를 포함하는, 광학체의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 형성 단계가 상기 광학 필름 상에 하나 이상의 뒤틀림-방지층을 배치하는 것을 포함하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 형성 단계가 상기 광학 필름과 함께 하나 이상의 뒤틀림-방지층을 공압출하는 것을 포함하는 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 하나 이상의 뒤틀림-방지층 위에 하나 이상의 박리성 표피층을 형성하는 것을 더 포함하는 방법.
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