KR20070110082A - 저분자량 유기 성분을 포함하는 중합가능한 조성물 - Google Patents

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KR20070110082A
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에밀리 에스. 괴너
데이비드 비. 올슨
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

휘도 강화 필름에 특히 유용한 중합가능한 조성물이 개시된다.
휘도 강화, 저분자량 유기 성분

Description

저분자량 유기 성분을 포함하는 중합가능한 조성물 {Polymerizable Composition Comprising Low Molecular Weight Organic Component}
예컨대 U.S. 특허 제5,175,030호 및 제5,183,597호에 기재된 것과 같은, 특정 미소복제된 광학 제품을 "휘도 강화 필름"이라 한다. 휘도 강화 필름은 백릿 평판 디스플레이, 예컨대 전기발광 패널, 랩탑 컴퓨터 디스플레이, 워드프로세서, 데스크탑 모니터, 텔레비전, 비디오 카메라, 및 자동차 및 항공 디스플레이에 사용된 것들을 포함한 액정 디스플레이 (LCD)의 휘도를 증가시키기 위해 많은 전자 제품에 이용된다.
휘도 강화 필름은 바람직하게는, 생성된 휘도 이득 (즉, "이득")과 관련된 휘도 강화 필름의 굴절 지수를 포함한 특정 광학적 및 물리적 특성을 나타낸다. 향상된 휘도는 디스플레이 조명을 위해 더 낮은 전력을 사용함으로써 전자 제품을 더욱 효율적으로 작동시켜, 전력 소모를 감소시키고, 그 성분에 낮은 열 부하를 부가하고, 제품의 수명을 연장시킨다.
예를 들어, U.S. 특허 제5,908,874호; 제5,932,626호; 제6,107,364호; 제6,280,063호; 제6,355,754호; 및 EP 제1 014113호 및 WO 제03/076528호에 기재된 바와 같이, 휘도 강화 필름은 경화 또는 중합되는 높은 굴절 지수 단량체로부터 제조되었다.
휘도 강화 필름의 제조에 적절한 다양한 중합가능한 조성물이 공지되어 있지만, 산업은 대안적인 조성물에서 이점을 발견할 것이다.
발명의 요약
유기 성분 및 임의로 무기 성분을 포함하는 실질적으로 용매 무함유 중합가능한 조성물의 반응 생성물을 포함하는 휘도 강화 중합된 구조체를 포함하는 휘도 강화 필름이 개시된다.
하나의 실시양태에서, 유기 성분은 1종 이상의 단량체를 포함하며, 450g/몰 초과의 분자량 (Mn)을 갖는 올리고머성 에틸렌성 불포화 단량체가 없다. 유기 성분은 바람직하게는 180℉에서 1000cps 미만의 점도를 갖는다.
또다른 실시양태에서, 휘도 강화 필름은 180℉에서 1000cps 미만의 점도를 갖는 유기 성분 및 10중량％ 이상의 무기 나노입자를 포함하는 실질적으로 용매 무함유 중합가능한 조성물의 반응 생성물을 포함하는, 휘도 강화 중합된 구조체를 포함한다. 유기 성분은 450g/몰 초과의 수평균 분자량을 갖는 에틸렌성 불포화 단량체 약 10중량％ 이하를 포함한다. 유기 성분은 450g/몰 이하의 수평균 분자량을 갖는 에틸렌성 불포화 단량체(들) 약 90중량％ 이하를 추가로 포함한다.
중합가능한 조성물은 2개 이상의 에틸렌성 불포화 기를 포함하는 1종 이상의 성분을 포함한다. 유기 성분이 중합가능한 조성물의 전체인 실시양태의 경우, 1종 이상의 단량체는 2개 이상의 에틸렌성 불포화 기를 포함한다. 그러나, 유기 성분이 표면 개질 나노입자와 조합되는 실시양태의 경우, 유기 성분의 단량체(들)이 단일작용성일 수 있도록 나노입자가 충분한 작용기를 가질 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 중합가능한 조성물은 유기 성분 및 10중량％ 이상의 무기 나노입자를 포함한다.
본 발명은 첨부된 도면과 관련하여, 본 발명의 다양한 실시양태의 하기 상세한 설명을 고려하여 더욱 완전히 이해될 수 있다.
도 1은 백릿 액정 디스플레이 중 본 발명의 예시적 미소구조화 물품의 개략도이다.
도 2는 미소구조화 표면을 갖는 예시적 중합된 구조체의 사시도이다.
도 3은 다양한 높이의 프리즘 요소를 갖는 예시적 미소구조화 물품의 단면도이다.
도 4는 다양한 높이의 프리즘 요소를 갖는 예시적 미소구조화 물품의 단면도이다.
도 5는 예시적 미소구조화 물품의 단면도이다.
도 6은 프리즘 원소가 상이한 높이의 것이며, 상이한 평면에 그의 베이스를 갖는 예시적 미소구조화 물품의 단면도이다.
도 7은 예시적 미소구조화 물품의 단면도이다.
도 8은 예시적 미소구조화 물품의 단면도이다.
도 9는 예시적 미소구조화 물품의 단면도이다.
도 10은 회전 필름(turning film)을 포함하는 조명 장치의 개략도이다.
도 11은 회전 필름의 단면도이다.
도 12는 또다른 회전 필름의 단면도이다.
본 발명의 다양한 변형 및 대안적 형태가 가능하지만, 그의 상술은 도면에서 예로써 도시되며, 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 기재된 특정 실시양태로 한정하고자 하는 의도는 아님이 이해되어야 한다. 대조적으로, 본 발명의 범주 및 정신에 부합하는 모든 변형, 등가물 및 대안을 포괄할 것이 의도된다.
휘도 강화 필름은 일반적으로 조명 장치의 축상(on-axis) 휘도 (여기서 "휘도"라 함)를 강화한다. 휘도 강화 필름은 광 투과성인 미소구조화 필름일 수 있다. 미소구조화 지형은 필름이 반사 및 굴절을 통해 빛을 방향 전환시키는 데 사용될 수 있도록 하는 필름 표면 상의 다수의 프리즘일 수 있다. 프리즘의 높이는 전형적으로 약 1 내지 75㎛ 범위이다. 랩탑 컴퓨터, 시계 등에서 발견된 것과 같은 광학 디스플레이에 사용시, 미소구조화 광학 필름은, 빛이 디스플레이로부터, 광학 디스플레이를 통과하는 수직 축으로부터 목적하는 각도로 배치된 한 쌍의 평면 내로 탈출하는 것을 제한함으로써, 광학 디스플레이의 휘도를 증가시킬 수 있다. 그 결과, 허용가능한 범위 밖으로 디스플레이를 떠나는 빛은 디스플레이로 다시 반사되어, 그 일부가 "재순환"되고 디스플레이로부터 탈출을 허용하는 각도에서 미소구조화 필름으로 되돌아갈 수 있다. 재순환은, 그것이 목적하는 휘도 수준을 디스플레이에 제공하는데 요구되는 전력 소모를 감소시킬 수 있기 때문에 유용하다.
루 등 (Lu et al.)에 기재된 바와 같이, 미소구조체 함유 물품 (예를 들어, 휘도 강화 필름)은 (a) 중합가능한 조성물 (즉, 본 발명의 중합가능한 조성물)을 제조하고; (b) 마스터의 공동을 충전하기에 겨우 충분한 양으로 마스터 네가티브 미소구조화 몰딩 표면 상으로, 중합가능한 조성물을 침적하고; (c) 적어도 하나가 가요성인 예비형성된 베이스와 마스터 사이에서 중합가능한 조성물의 비드를 이동시킴으로써 공동을 충전하고; (d) 조성물을 경화하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 마스터는 금속성, 예컨대 니켈, 니켈 도금된 구리 또는 황동일 수 있거나, 또는 중합 조건 하에 안정적이며, 바람직하게는 마스터로부터 중합된 물질의 말끔한 제거를 허용하는 표면 에너지를 갖는 열가소성 물질일 수 있다. 베이스 필름 표면의 하나 이상은 임의로 프라이밍되거나, 또는 베이스에 대한 광학 층의 접착을 촉진하도록 처리될 수 있다.
휘도 강화 또는 기타 미소구조화 물품은 다수의 (예를 들어, 표면 개질된 콜로이드성) 나노입자를 임의로 포함하는 유기 성분의 반응 생성물을 포함하는 중합된 구조체를 포함한다. 중합된 구조체는 광학 요소, 또는 베이스 층 및 광학 층으로 구성된 광학 제품일 수 있다. 베이스 층 및 광학 층은 동일 또는 상이한 중합체 물질로 형성될 수 있다.
본원에 사용된 "중합가능한 조성물"은 1종 이상의 중합가능한 단량체를 포함하는 유기 성분 및 임의적 무기 나노입자를 포함하는 전체 조성물을 말한다. "유기 성분"은 무기 나노입자를 제외한 조성물의 모든 성분을 말한다. 중합가능한 조성물이 무기 나노입자가 없는 실시양태의 경우, 유기 성분 및 중합가능한 조성물은 하나로 동일하다. 이 조성물은 상기 기재된 바와 같이, 루 등에 의해 기재된 미소구조화 물품의 형성 방법에 사용가능하다.
유기 성분, 및 중합가능한 조성물은 바람직하게는, 실질적으로 용매 무함유이다. "실질적으로 용매 무함유"란 5중량％, 4중량％, 3중량％, 2중량％, 1중량％ 및 0.5중량％ 미만의 (예를 들어, 유기) 용매를 갖는 중합가능한 조성물을 말한다. 용매의 농도는 공지된 방법, 예컨대 기체 크로마토그래피에 의해 측정될 수 있다. 0.5중량％ 미만의 용매 농도가 바람직하다.
유기 성분의 성분들은 유기 성분이 낮은 점도를 갖도록 선택되는 것이 바람직하다. 전형적으로, 유기 성분의 점도는 이미 사용된 조성물의 유기 성분보다 실질적으로 낮다. 유기 성분의 점도는 1000cps 미만이며, 전형적으로 900cps 미만이다. 유기 성분의 점도는 코팅 온도에서 800cps 미만, 450cps 미만, 600cps 미만 또는 500cps 미만일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 점도는 동적 응력 유량계를 사용하여 25mm 평행 플레이트로 (1000초-1 이하의 전단율로) 측정된다. 또한, 유기 성분의 점도는 코팅 온도에서, 전형적으로 10cps 이상, 더욱 전형적으로 50cps 이상, 더더욱 전형적으로 100cps 이상, 가장 전형적으로 200cps 이상이다.
코팅 온도는 전형적으로 주위 온도 (즉, 25℃) 내지 180℉ (82℃) 범위이다. 코팅 온도는 170℉ (77℃) 미만, 160℉ (71℃) 미만, 150℉ (66℃) 미만, 140℉ (60℃) 미만, 130℉ (54℃) 미만, 또는 120℉ (49℃) 미만일 수 있다. 유기 성분은, 중합가능한 조성물의 용융점이 코팅 온도보다 낮은 한, 고체이거나, 또는 고체 성분을 포함할 수 있다. 유기 성분은 주위 온도에서 액체일 수 있다.
유기 성분, 및 중합가능한 조성물은 대부분의 제품 적용의 경우 1.47 이상의 굴절 지수를 갖는 반면, 회전 필름의 중합가능한 수지 조성물은 1.44만큼 낮은 굴절 지수를 가질 수 있다. 유기 성분 또는 중합가능한 조성물의 굴절 지수는 1.48, 1.49, 1.50, 1.51, 1.52, 1.53, 1.54, 1.55, 1.56, 1.57, 1.58, 1.59 또는 1.60 이상일 수 있다. 나노입자를 포함한 중합가능한 조성물은 1.70만큼 높은 굴절 지수 (예컨대 1.61, 1.62, 1.63, 1.64, 1.65, 1.66, 1.67, 1.68 또는 1.69 이상)를 가질 수 있다. 가시광 스펙트럼의 높은 투과율이 또한 전형적으로 바람직하다.
중합가능한 조성물은 75㎛ 두께를 갖는 휘도 강화 필름의 경우와 같이, 바람직하게는 5분 미만의 시간 내에 에너지 경화가능하다. 중합가능한 조성물은 바람직하게는 전형적으로 45℃ 초과인 유리 전이 온도를 제공하도록 충분히 가교결합된다. 유리 전이 온도는 당업계에 공지된 방법, 예컨대 시차 주사 열량계 (DSC), 변형 DSC, 또는 동적 기계적 분석에 의해 측정될 수 있다. 중합가능한 조성물은 종래의 자유 라디칼 중합 방법에 의해 중합될 수 있다.
다양한 종류 및 양의 단량체가 단독으로, 또는 서로 조합하여 사용되어, 상기 기재된 점도 및/또는 굴절 지수 기준을 충족하는 조성물을 제공할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 유기 성분은 1종 이상의 단량체를 포함하며, 450g/몰 초과의 분자량 (Mn)을 갖는 올리고머성 에틸렌성 불포화 단량체가 없다.
높은 굴절 지수 및 450g/몰 이하의 수평균 분자량을 갖는 적절한 단량체는 예를 들어, 페녹시 에틸 아크릴레이트; 페녹시-2-메틸에틸 (메트)아크릴레이트; 페녹시에톡시에틸 (메트)아크릴레이트; 3-히드록시-2-히드록시프로필 (메트)아크릴레이트; 벤질 (메트)아크릴레이트, 4-(1-메틸-1-페네틸)페녹시에틸 (메트)아크릴레이트; 페닐티오 에틸 아크릴레이트; 2-나프틸티오 에틸 아크릴레이트; 1-나프틸티오 에틸 아크릴레이트; 2,4,6-트리브로모페녹시 에틸 아크릴레이트; 2,4-디브로모페녹시 에틸 아크릴레이트; 2-브로모페녹시 에틸 아크릴레이트; 1-나프틸옥시 에틸 아크릴레이트; 2-나프틸옥시 에틸 아크릴레이트; 페녹시 2-메틸에틸 아크릴레이트; 3-페녹시-2-히드록시 프로필 아크릴레이트; 2-페닐페녹시 에틸 아크릴레이트; 4-페닐페녹시 에틸 아크릴레이트; 2,4-디브로모-6-sec-부틸페닐 아크릴레이트; 2,4-디브로모-6-이소프로필페닐 아크릴레이트; 벤질 아크릴레이트; 페닐 아크릴레이트; 2,4,6-트리브로모페닐 아크릴레이트를 포함한다.
또다른 실시양태에서, 실질적으로 용매 무함유 중합가능한 조성물은 180℉에서 1000cps 미만의 점도를 갖는 유기 성분 및 10중량％ 이상의 무기 나노입자를 포함한다. 유기 성분은 450g/몰 초과의 수평균 분자량을 갖는 에틸렌성 불포화 단량체 및/또는 올리고머 15중량％ 미만, 14중량％ 미만, 13중량％ 미만, 12중량％ 미만, 및 전형적으로 약 10중량％ 이하 (예컨대 약 1중량％, 2중량％, 3중량％, 4중량％, 5중량％, 6중량％, 7중량％, 8중량％ 또는 9중량％)를 포함한다. 유기 성분은 추가로 450g/몰 이하의 수평균 분자량을 갖는 에틸렌성 불포화 단량체(들) 약 90 중량％ 이하를 포함한다.
450g/몰 초과의 수평균 분자량을 갖는 각종 에틸렌성 불포화 단량체 및/또는 올리고머가 공지되어 있으며, 예를 들어 특정 (메트)아크릴레이트화 방향족 에폭시 올리고머, 우레탄 (메트)아크릴레이트 올리고머, 폴리에스테르 (메트)아크릴레이트, 페놀 (메트)아크릴레이트, 및 (메트)아크릴레이트화 아크릴 올리고머를 포함한다.
중합가능한 조성물의 1종 이상의 성분은 2개 이상의 에틸렌성 불포화기를 포함한다. 중합가능한 성분이 2개 이상의 (메트)아크릴레이트기를 포함하는 1종 이상의 성분을 포함하는 것이 바람직하다. 충분한 중합가능한 (메트)아크릴레이트기를 포함하는 표면 개질 나노입자가 사용되면, 유기 성분의 모든 단량체가 단일작용성일 수 있다.
2개 이상의 (메트)아크릴레이트기를 포함하는 단량체가 가교결합제로서 또한 기재된다. 적절한 가교결합제는 예를 들어, 헥산디올 디아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리(메트)아크릴레이트, 글리세릴 트리(메트)아크릴레이트, 및 펜타에리트리톨 프로폭실레이트 트리(메트)아크릴레이트를 포함한다. 가교결합제의 임의의 하나 또는 조합이 사용될 수 있다. 메타크릴레이트기가 아크릴레이트기보다 덜 반응성인 경향이 있기 때문에, 가교결합제(들)은 메타크릴레이트 작용기가 없는 것이 바람직하다.
가교결합제가 존재시, 이는 바람직하게는 약 2중량％ 이상의 양으로 중합가능한 조성물의 유기 성분에 존재한다. 전형적으로, 가교결합제의 양은 약 25중량％ 이하이다.
다양한 가교결합제가 상업적으로 이용가능하다. 예를 들어, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 (PETA)는 상표명 "SR444" 하에 사르토머 컴퍼니 (미국 펜실바니아주 엑스턴)로부터; 상표명 "비스코트(Viscoat) #300" 하에 오사카 오가닉 케미칼 인더스트리 리미티드 (일본 오사카)로부터; 상표명 "아로닉스(Aronix) M-305" 하에 도아고세이 컴퍼니 리미티드 (일본 도꾜)로부터; 상표명 "에테르머(Etermer) 235" 하에 에테르날 케미칼 컴퍼니 리미티드 (타이완 카오시웅)로부터 시판된다. 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 (TMPTA)는 상표명 "SR351" 하에 사르토머 컴퍼니로부터 시판된다. TMPTA는 또한 상표명 "아로닉스 M-309" 하에 토아고세이 컴퍼니 리미티드로부터 구입가능하다. 또한, 에톡실화 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 및 에톡실화 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트는 각각 상표명 "SR454" 및 "SR494" 하에 사르토머로부터 시판된다.
단, 전체로서 유기 성분 및 중합가능한 조성물이 바람직한 굴절 지수를 갖는다면, 유기 성분은 기타 (예를 들어, 낮은 굴절 지수) 단량체를 포함할 수 있다. 적절한 단량체는 향상된 접착 또는 감소된 점도와 같은 기타 유리한 특성을 제공할 수 있다. 적절한 단량체는 단일- 또는 이작용성 에틸렌성 불포화 단량체, 예컨대 (메트)아크릴레이트 또는 단량체성 N-치환 또는 N,N-이치환 (메트)아크릴아미드, 특히 아크릴아미드를 포함한다. 이들은 N-알킬아크릴아미드 및 N,N-디알킬아크릴아미드, 특히 C1 -4 알킬기를 함유하는 것들을 포함한다. 예는 N-이소프로필아크릴아미드, N-t-부틸아크릴아미드, N,N-디메틸아크릴아미드, N,N-디에틸아크릴아미드, N-비닐 피롤리돈, N-비닐카프로락탐이다.
본원에 기재된 중합가능한 조성물은 바람직하게는 무기 입자를 포함한다. 일반적으로, 유기 성분의 점도는 비교적 높은 농도 (예를 들어, 40중량％ 내지 70중량％)의 무기 나노입자가 사용되는 경우 상기 기재된 바와 같이 낮은 표적 범위 내이다. 낮은 농도 (10 내지 40중량％)의 나노입자가 사용되는 경우, 유기 성분은 더 높은 점도 표적 범위 내일 수 있다.
(나노입자 함유) 중합가능한 조성물의 점도는 일반적으로, 유기 성분 단독에 대해 상기 기재된 범위 내이다. 일반적으로, 중합가능한 조성물의 무기 나노입자 농도가 증가함에 따라, 점도가 증가할 수 있다. 계속해서 기재되는 바와 같이, 적절한 표면 처리가 부족한 무기 나노입자에 대한 농도의 함수로서, 일반적으로 점도가 실질적으로 증가한다.
입자의 크기는 일반적으로 유의한 가시광 산란을 방지하도록 선택된다. 선택된 무기 옥시드 입자는 굴절 지수 또는 스크래치 내성 증가 또는 양자 모두를 부여할 수 있다. 광학 또는 물질 특성을 최적화하고, 전체 조성물 비용을 낮추기 위해 무기 옥시드 입자의 혼합물을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
무기 나노입자의 포함은 내구성을 향상시킬 수 있다. 바람직하게는, 중합된 미소구조화 표면은 U.S. 특허출원 제10/938006호 (2004년 9월 10일 출원)에 기재된 시험 방법에 따라 측정된 바와 같이, 1.0 내지 1.15, 또는 1.0 내지 1.12, 또는 1.0 내지 1.10, 또는 1.0 내지 1.05의 범위의 스크래치 대조 비율 값을 갖는다. 예컨대 약 0.5 내지 15㎛ 범위의 반경을 갖는 둥근 프리즘 정점의 경우, 스크래치 대조 비율은 1.0 내지 1.65, 또는 1.0 내지 1.4, 또는 1.0 내지 1.10의 범위일 수 있다.
중합가능한 표면 개질이 부족한 무기 나노입자가 유용하게 사용될 수 있지만, 무기 나노입자는 바람직하게는 나노입자가 유기 성분과 함께 중합가능하도록 표면 개질된다. 표면 개질된 (예를 들어, 콜로이드성) 나노입자는 물품 또는 광학 요소의 내구성 및/또는 굴절 지수를 강화하기에 효과적인 양으로 중합된 구조체에 존재할 수 있다. 여기서 기재된 표면 개질된 콜로이드 나노입자는, 예를 들어 나노입자가 수지 시스템 중에서 안정적인 분산액을 형성하도록 수지 시스템과의 나노입자 상용성을 포함하는 다양한 바람직한 속성을 가질 수 있으며, 표면 개질은 더욱 내구성인 복합체를 허용하는 수지 시스템과 나노입자의 반응성을 제공할 수 있으며, 수지 시스템에 첨가된 적절히 표면 개질 나노입자는 비경화 조성물 점도에 대한 낮은 영향을 제공한다. 표면 개질제의 조합이 조성물의 비경화 및 경화 특성의 조작에 사용될 수 있다. 적절히 표면 개질 나노입자는, 광학 요소의 광학적 및 물리적 특성을 향상시킬 수 있으며, 예를 들어 수지 기계적 강도를 향상시키고, 수지 시스템 중 고체 충전량을 증가시키면서 점도 변화를 최소화하고, 수지 시스템 중 고체 충전량을 증가시키면서 광학적 투명성을 유지한다.
표면 개질된 콜로이드 나노입자는 1nm 초과 및 100nm 미만의 일차 입자 크기 또는 회합 입자 크기를 갖는 옥시드 입자일 수 있다. 그 측정은 투과 전자 현미경 (TEM)에 기초할 수 있다. 나노입자는 금속 옥시드, 예컨대 알루미나, 산화주석, 산화안티몬, 실리카, 지르코니아, 티타이나, 그의 혼합물, 또는 그의 혼합 옥시드를 포함할 수 있다. 표면 개질된 콜로이드 나노입자는 실질적으로 완전히 축합될 수 있다.
완전히 축합된 나노입자, 예컨대 여기서 사용된 콜로이드 실리카는 전형적으로 그 내부에 히드록실기를 실질적으로 갖지 않는다.
비-실리카 함유 완전 축합 나노입자는 전형적으로 55％ 초과, 바람직하게는 60％ 초과, 더욱 바람직하게는 70％ 초과의 결정도 (분리 금속 옥시드 입자로서 측정)를 갖는다. 예를 들어, 결정도는 약 86％ 이상까지의 범위일 수 있다. 결정도는 X선 회절 기술에 의해 측정될 수 있다. 축합된 결정 (예를 들어, 지르코니아) 나노입자는 높은 굴절 지수를 갖는 반면, 무정형 나노입자는 전형적으로 더 낮은 굴절 지수를 갖는다.
실리카 나노입자는 5 내지 75nm, 또는 10 내지 30nm, 또는 20nm의 입자 크기를 가질 수 있다. 실리카 나노입자는 전형적으로 10 내지 60중량％의 양이다. 전형적으로, 실리카의 양은 40중량％ 미만이다.
적절한 실리카는 상표명 날코 콜로이달 실리카스(NALCO COLLOIDAL SILICAS) 하에 날코 케미칼 컴퍼니 (미국 일리노이주 네퍼빌)로부터 시판된다. 예를 들어, 실리카는 날코 상표명 1040, 1042, 1050, 1060, 2327 및 2329를 포함한다. 적절한 훈증 실리카는 예를 들어, 데구싸 아게 (독일 하나우)로부터 구입가능한 상표명 에어로실(AEROSIL) 시리즈 OX-50, -130, -150 및 -200, 및 카봇 코포레이션 (미국 일리노이주 투스콜라)로부터 구입가능한 카브-오-스퍼스(CAB-O-SPERSE) 2095, 카브-오-스퍼스 A105, 카브-오-실(CAB-O-SIL) M5 하에 판매된 제품을 포함한다.
지르코니아 나노입자는 대략 5 내지 50nm, 또는 5 내지 15nm, 또는 10nm의 입자 크기를 가질 수 있다. 지르코니아 나노입자는 10 내지 70중량％, 또는 30 내지 50중량％의 양으로 내구성 물품 또는 광학 요소에 존재할 수 있다. 본 발명의 물질에 사용하기 위한 지르코니아는 상표명 날코 00SS008 하에 날코 케미칼 컴퍼니 (미국 일리노이주 네퍼빌)로부터, 및 상표명 "불러 지르코니아(Buhler zirconia) Z-WO 졸(sol)" 하에 불러 아게 (스위스 우즈윌)로부터 시판된다. 지르코니아 나노입자는 또한 U.S. 특허출원 제11/027426호 (2004년 12월 30일), 및 U.S. 특허 제6,376,590호에 기재된 바와 같이 제조될 수 있다.
티타니아, 산화안티몬, 알루미나, 산화주석, 및/또는 혼합 금속 옥시드 나노입자는 5 내지 50nm, 또는 5 내지 15nm, 또는 10nm의 입자 크기 또는 연합 입자 크기를 가질 수 있다. 티타니아, 산화안티몬, 알루미나, 산화주석, 및/또는 혼합 금속 옥시드 나노입자는 10 내지 70중량％, 또는 30 내지 50중량％의 양으로 내구성 물품 또는 광학 요소에 존재할 수 있다. 본 발명의 물질에 사용하기 위한 혼합 금속 옥시드는 상표명 옵톨라케(Optolake) 하에 캐털리스트 앤드 케미칼 인더스트리스 코포레이션 (일본 가와사키)으로부터 시판된다.
나노크기 입자의 표면 처리는 중합체 수지 중에서 안정적인 분산액을 제공할 수 있다. 바람직하게는, 표면 처리는 나노입자를 안정화시켜, 입자가 중합가능한 수지에 잘 분산되어 실질적으로 균질한 조성물을 생성하도록 한다. 또한, 나노입자는 안정화된 입자가 공중합되거나, 경화하는 동안 중합가능한 수지와 반응할 수 있도록, 표면 처리제로 그의 표면의 적어도 일부에 걸쳐 개질될 수 있다.
나노입자는 바람직하게는 표면 개질제로 처리된다. 일반적으로, 표면 처리제는 입자 표면에 (공유적으로, 이온적으로, 또는 강한 물리흡착을 통해) 부착할 제1 말단, 및 경화하는 동안 수지와 입자의 상용성을 부여하고/하거나 수지와 반응하는 제2 말단을 갖는다. 표면 처리제의 예는 알콜, 아민, 카르복실산, 술폰산, 포스폰산, 실란 및 티타네이트를 포함한다. 처리제의 바람직한 종류는 금속 옥시드 표면의 화학적 특성에 의해 부분적으로 결정된다. 실리카의 경우 실란이, 규산 함유물의 경우 다른 것이 바람직하다. 실란 및 카르복실산이 금속 옥시드, 예컨대 지르코니아에 대해 바람직하다. 표면 개질은 단량체와의 혼합 직후 또는 혼합 후에 행할 수 있다. 실란의 경우, 수지에 혼입하기 전에, 입자 또는 나노입자 표면과 실란을 반응시키는 것이 바람직하다. 표면 개질제의 요구된 양은 몇몇 인자, 예컨대 입자 크기, 입자 종류, 개질제 분자량, 및 개질제 종류에 의존한다. 일반적으로, 대략적으로 개질제의 단일층이 입자의 표면에 부착되는 것이 바람직하다. 요구된 부착 절차 또는 반응 조건은 또한 사용된 표면 개질제에 의존한다. 실란의 경우, 대략 1 내지 24시간 동안 산성 또는 염기성 조건 하에 상승된 온도에서 표면 처리하는 것이 바람직하다. 표면 처리제, 예컨대 카르복실산은 상승된 온도 또는 연장된 시간을 요구하지 않을 수 있다.
조성물에 적절한 표면 처리제의 대표적인 구현예는 예를 들어, 이소옥틸 트리메톡시-실란, N-(3-트리에톡시실릴프로필)메톡시에톡시에톡시에틸 카르바메이트 (PEG3TES), N-(3-트리에톡시실릴프로필)메톡시에톡시에틸 카르바메이트 (PEG2TES), 3-(메타크릴로일옥시)프로필트리메톡시실란, 3-아크릴로일옥시 프로필트리메톡시실란, 3-(메타크릴로일옥시)프로필트리에톡시실란, 3-(메타크릴로일옥시)프로필메틸디메톡시실란, 3-(아크릴로일옥시프로필)메틸디메톡시실란, 3-(메타크릴로일옥시)프로필디메틸에톡시실란, 3-(메타크릴로일옥시)프로필디메틸에톡시실란, 비닐디메틸에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, n-옥틸트리메톡시실란, 도데실트리메톡시실란, 옥타데실트리메톡시실란, 프로필트리메톡시실란, 헥실트리메톡시실란, 비닐메틸디아세톡시실란, 비닐메틸디에톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리이소프로폭시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리페녹시실란, 비닐트리-t-부톡시실란, 비닐트리스-이소부톡시실란, 비닐트리이소프로페녹시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)실란, 스티릴에틸트리메톡시실란, 메르캅토프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 아크릴산, 메타크릴산, 올레산, 스테아르산, 도데카노산, 2-[2-(2-메톡시에톡시)에톡시]아세트산 (MEEAA), 베타-카르복시에틸아크릴레이트, 2-(2-메톡시에톡시)아세트산, 메톡시페닐 아세트산, 및 이들의 혼합물과 같은 화합물을 포함한다. 또한, 상표명 "실퀘스트(Silquest) A1230" 하에 OSI 스페셜티 (미국 웨스트버지니아주 크롬튼 사우쓰 찰스턴)으로부터 시판되는 독점적 실란 표면 개질제가 특히 적절한 것으로 밝혀졌다.
콜로이드 분산액 중 입자의 표면 개질은 다양한 방법으로 성취될 수 있다. 공정은 표면 개질제와 무기 분산액의 혼합물을 포함한다. 임의로, 조용매, 예컨대 1-메톡시-2-프로판올, 에탄올, 이소프로판올, 에틸렌 글리콜, N,N-디메틸아세타미드 및 1-메틸-2-피롤리디논이 이 시점에 첨가될 수 있다. 조용매는 표면개질제 및 표면 개질된 입자의 용해도를 향상시킬 수 있다. 무기 졸 및 표면 개질제를 포함하는 혼합물은, 혼합하거나 하지 않고, 실온 또는 상승된 온도에서 연속적으로 반응한다. 하나의 방법에서, 혼합물은 약 85℃에서 약 24시간 동안 반응하여, 표면 개질된 졸을 생성할 수 있다. 또다른 방법에서, 금속 옥시드가 표면 개질되는 경우, 금속 옥시드의 표면 처리는 바람직하게는 입자 표면에 산성 분자의 흡착을 포함한다. 중금속 옥시드의 표면 개질은 바람직하게는 실온에서 발생한다.
실란으로의 ZrO2 표면 개질은 산성 조건 또는 염기성 조건 하에 성취될 수 있다. 하나의 경우, 실란은 적절한 기간 동안 산성 조건 하에 가열된다. 이 때, 분산액은 수성 암모니아 (또는 기타 염기)와 합해진다. 이 방법은 ZrO2 표면으로부터 산 짝이온의 제거, 및 실란과의 반응을 허용한다. 하나의 방법에서, 입자는 분산액으로부터 침강되어, 액체 성분으로부터 분리된다.
하나 이상의 제제가 경화가능한 수지와 공중합가능한 작용기를 갖는, 표면 개질제의 조합이 유용할 수 있다. 예를 들어, 중합성 기는 에틸렌성 불포화일 수 있거나, 또는 개환 중합되는 시클릭 작용기일 수 있다. 에틸렌성 불포화 중합성 기는 예를 들어 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 또는 비닐기일 수 있다. 개환 중합되는 시클릭 작용기는 일반적으로 헤테로원자, 예컨대 산소, 황 또는 질소, 및 바람직하게는 에폭시드와 같은 산소 함유 3원 고리를 함유한다.
표면 개질제의 바람직한 조합은 경화가능한 수지(의 유기 성분)과 공중합가능한 작용기를 갖는 하나 이상의 표면 개질제, 및 제1 개질제와 상이한 제2 개질제를 포함한다. 제2 개질제는 중합가능한 조성물의 유기 성분과 임의로 공중합가능하다. 제2 개질제는 낮은 굴절 지수 (1.52 미만 또는 1.50 미만)을 가질 수 있다. 제2 개질제는 바람직하게는, 중합가능한 조성물의 유기 성분과 임의로 공중합가능한 개질제를 함유하는 폴리알킬렌옥시드이다.
이어서, 표면 개질된 입자를 다양한 방법으로 경화가능한 수지에 혼입할 수 있다. 바람직한 양태에서, 용매 교환 절차가 이용됨으로써, 수지가 표면 개질된 졸에 첨가되고, 증발을 통해 물 및 조용매 (사용되는 경우)를 제거하여, 중합가능한 수지 중에 분산된 입자를 남긴다. 증발 단계는 예를 들어, 증류, 회전 증발 또는 오븐 건조를 통해 성취될 수 있다.
또다른 양태에서, 표면 개질된 입자는 수 비혼화성 용매에 추출되고, 필요할 경우 용매 교환이 수행될 수 있다.
대안적으로, 중합가능한 수지 중에 표면 개질 나노입자를 혼입하는 또다른 방법은 개질된 입자의 분말로의 건조 후, 입자가 분산된 수지 물질의 첨가를 포함한다. 이 방법에서 건조 단계는 시스템에 적절한 통상적인 수단, 예를 들어, 오븐 건조 또는 분무 건조에 의해 성취될 수 있다.
여기에 기재된 중합가능한 조성물은 또한, 계면활성제, 안료, 충전제, 중합 억제제, 산화방지제, 정전기 방지제, 및 기타 가능한 성분을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아닌 당업계에 공지된 하나 이상의 기타 유용한 첨가제를 함유할 수 있다.
본 발명의 방사선 경화가능한 물품은 그 성분들을, 균질한 혼합물을 제조하기에 효율적인 혼합으로 간단히 블렌딩한 다음, 상기 성분의 제조에 사용된 임의의 용매를 제거함으로써 제조될 수 있다. 공기 방울은 혼합물이 점성인 경우, 부드러운 가열, 및 바람직한 표면 상에 생성된 블렌드의 캐스팅 또는 필름 형성과 함께, 진공 등의 적용에 의해 제거될 수 있다. 이어서, 필름을 자외선 조사에 대한 노출에 의해, 복제 및 중합될 미소구조체 함유 금형에 충전하여, 상기 언급한 특성을 갖는 본 발명의 경화된 광학 수지상 물품을 제조할 수 있다. 그것이 사용될 것 외의 표면 상에서 중합된 경우, 광학 수지상 물품은 또다른 물품에 전이될 수 있다.
이러한 중합 공정은, 용매 또는 기타 휘발성 물질이 사용되지 않거나 겨우 소량으로만 사용되기 때문에, 어떠한 환경적 부작용도 없이, 물품의 신속한 대량 생산이 쉽다. 공정은 또한, 유용한 불연속성, 예컨대 돌출 및 함몰을 포함하는 미소구조체를 갖는 물품을 복제할 수 있게 하며, 이는 사용하는 동안 광범위한 조건 하에 상세 사항의 복제의 유지와 함께, 금형의 상세 사항의 손실 없이 금형으로부터 쉽게 이형된다. 광범위한 바람직한 특성, 예컨대 강인성, 가요성, 광학 투명성 및 균질성, 및 공통 용매에 대한 내성을 갖는 물품이 형성될 수 있으며, 이러한 물품의 미소구체는 고온 치수 안정성, 마모 및 충격에 대한 내성, 물품이 구부러질 때에조차 완정성을 갖는다.
적절한 중합 방법은 당업계에 공지된 바와 같은, 용액 중합, 현탁 중합, 에멀션 중합 및 벌크 중합을 포함한다. 적절한 방법은 자유 라디칼 개시제의 존재 하에 가열, 및 광개시제의 존재 하에 전자기 방사선, 예컨대 자외선 또는 가시광선 조사를 포함한다. 합성, 수송 및 저장 동안 수지의 조기 중합을 방지하기 위해, 억제제가 자주 중합가능한 조성물의 합성에 사용될 수 있다. 적절한 억제제는 히드로퀴논, 4-메톡시 페놀, 및 장애 아민 니트록시드 억제제를 50 내지 1000ppm 수준으로 포함한다. 당업자에게 공지된 기타 종류 및/또는 양의 억제제가 사용될 수 있다.
방사선 (예를 들어, UV) 경화가능한 조성물은 1종 이상의 광개시제를 포함한다. 단일 광개시제 또는 그의 블렌드가 본 발명의 휘도 강화 필름에 사용될 수 있다. 일반적으로, 광개시제(들)은 (예컨대 수지의 가공 온도에서) 적어도 부분적으로 가용성이며, 중합된 후 실질적으로 무색이다. UV 광원에 노출 후 실질적으로 무색이 되는 것을 전제로, 광개시제는 (예컨대 황색) 착색될 수 있다.
적절한 광개시제는 모노아실포스핀 옥시드 및 비스아실포스핀 옥시드를 포함한다. 시판 모노 또는 비스아실포스핀 옥시드 광개시제는 상표명 "루시린(Lucirin) TPO" 하에 바스프 (미국 노쓰캐롤라이나주 샤로뜨)로부터 시판되는 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀 옥시드; 상표명 "루시린 TPO-L" 하에 바스프로부터 또한 시판되는 에틸-2,4,6-트리메틸벤조일페닐 포스피네이트; 및 상표명 "이르가큐어(Irgacure) 819" 하에 시바 스페셜티 케미칼스로부터 시판되는 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀 옥시드를 포함한다. 기타 적절한 광개시제는 상표명 "다로커(Darocur) 1173" 하에 시바 스페셜티 케미칼스로부터 시판되는 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온, 및 상표명 "다로커 4265", "이르가큐어 651", "이르가큐어 1800", "이르가큐어 369", "이르가큐어 1700", 및 "이르가큐어 907" 하에 시바 스페셜티 케미칼스로부터 시판되는 기타 광개시제를 포함한다.
광개시제는 약 0.1 내지 약 10중량％의 농도로 사용될 수 있다. 더욱 바람직하게, 광개시제는 약 0.5 내지 약 5중량％의 농도로 사용된다. 5중량％ 초과는, 휘도 강화 필름의 황색 변색을 일으키는 경향에 비추어서, 대체로 불리하다. 기타 광개시제 및 광개시제는 또한 당업자에게 결정될 수 있는 바와 같이, 적절히 사용될 수 있다.
계면활성제, 예컨대 플루오로계면활성제 및 실리콘 기재 계면활성제가 임의로, 중합가능한 조성물에 포함되어, 표면 장력을 감소시키고, 습윤성을 향상시키고, 더 매끄러운 코팅 및 코팅의 더 적은 결함 등을 허용한다.
상기 기재된 공정에 사용될 점도가 지나치게 높은 조성물은 임의로, 당업계에 공지된 압출 공정으로, 휘도 강화 필름으로 제조될 수 있다.
광학 층은 베이스 층과 직접적으로 접촉할 수 있거나, 또는 베이스 층에 광학적으로 정렬될 수 있으며, 광학 층이 빛의 흐름을 유도하거나 집중시키는 크기, 형태 및 두께의 것일 수 있다. 광학 층은 도면에 기재되고 도시된 바와 같은 임의의 다수의 유용한 패턴을 가질 수 있는 구조화 또는 미소구조화 표면을 가질 수 있다. 미소구조화 표면은 필름의 길이 또는 폭을 따라 연장된 다수의 평행 세로 릿지일 수 있다. 이들 릿지는 다수의 프리즘 정점으로부터 형성될 수 있다. 이들 정점은 예리하거나, 둥글거나, 평평하거나, 또는 뭉툭한 형태일 수 있다. 예를 들어, 릿지는 4 내지 7 내지 15㎛ 범위의 반경으로 둥글게될 수 있다.
이들은 고리형 프리즘 패턴, 큐브-코너 패턴 또는 임의의 기타 렌즈형 미소구조체일 수 있는 규칙 또는 불규칙 프리즘 패턴을 포함한다. 유용한 미소구조체는 휘도 강화 필름으로서 사용하기 위한 전체적으로 내부 반사 필름으로서 작용할 수 있는 규칙적 프리즘 패턴이다. 또다른 유용한 미소구조체는 반사 필름으로서 사용하기 위한 역반사 필름 또는 요소로서 작용할 수 있는 코너-큐브 프리즘 패턴이다. 또다른 유용한 미소구조체는 광학 디스플레이에 사용하기 위한 광학 요소로서 작용할 수 있는 프리즘 패턴이다. 또다른 유용한 미소구조체는 광학 디스플레이에 사용하기 위한 광학 회전 필름 또는 요소로서 작용할 수 있는 프리즘 패턴이다.
베이스층은 광학 제품, 즉 빛의 흐름을 조절하기 위해 디자인된 제품에 사용하기 적절한 조성 및 특성의 것일 수 있다. 물질이 충분히 광학적으로 투명하며, 특정 광학 제품으로 조립되거나 그 안에서 사용되기에 구조적으로 충분히 강한 한, 거의 모든 물질이 베이스 물질로서 사용될 수 있다. 베이스 물질은 광학 제품의 성능이 시간에 걸쳐 손상되지 않게 온도 및 노화에 대해 충분히 저항성을 갖도록 선택될 수 있다.
임의의 광학 제품의 베이스 물질의 구체적인 화학적 조성 및 두께는 구축되는 특정 광학 제품의 요건에 의존할 수 있다. 즉, 특히 강도, 투명성, 온도 내성, 표면 에너지, 광학 층에 대한 접착에 대한 요구의 균형을 맞추는 일이다.
유용한 베이스 물질은 예를 들어, 스티렌-아크릴로니트릴, 셀룰로스 아세테이트 부티레이트, 셀룰로스 아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로스 트리아세테이트, 폴리에테르 술폰, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 나프탈렌 디카르복실산 기재 공중합체 또는 블렌드, 폴리시클로-올레핀, 폴리이미드 및 유리를 포함한다. 임의로, 베이스 물질은 이들 물질의 혼합물 또는 조합을 함유할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 베이스는 다층화될 수 있거나, 또는 연속 상에 현탁 또는 분산된 분산 성분을 함유할 수 있다.
일부 광학 제품, 예컨대 미소구조체 함유 제품, 예를 들어 휘도 강화 필름의 경우, 바람직한 베이스 물질의 예는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 및 폴리카르보네이트를 포함한다. 유용한 PET 필름의 예는 광등급(photograde) 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 듀폰 필름즈 (미국 델라웨어주 윌밍턴)로부터 구입가능한 멜리넥스(MELINEX)TM PET를 포함한다.
일부 베이스 물질은 광학적으로 활성일 수 있으며, 편광 물질로서 작용할 수 있다. 여기서 필름 또는 기판이라고도 하는 많은 베이스가 편광 물질로서 유용한 것으로 광학 제품 분야에 공지되어 있다. 필름을 통한 빛의 편광은 예를 들어, 통과하는 빛을 선택적으로 흡수하는 필름 물질 중 이색성 편광기의 포함에 의해 성취될 수 있다. 빛 편광은 또한, 정렬된 운모 칩과 같은 무기 물질을 포함함으로써, 또는 연속성 필름 내에 분산된 광 조절 액정의 액적과 같은 연속성 필름 내에 분산된 불연속 상에 의해 성취될 수 있다. 대안으로서, 필름은 상이한 물질의 미세 층으로부터 제조될 수 있다. 필름 내의 편광 물질은 예를 들어, 필름 신장, 전기 또는 자기장의 적용 및 코팅 기술과 같은 방법을 사용하여, 편광 배향으로 정렬될 수 있다.
편광 필름의 예는 U.S. 특허 제5,825,543호 및 제5,783,120호에 기재된 것들을 포함한다. 휘도 강화 필름과 조합하여 이들 편광판 필름의 용도는 U.S. 특허 제6,111,696호에 기재되어 있다.
베이스로서 사용될 수 있는 편광 필름의 제2 예는 U.S. 특허 제5,882,774호에 기재된 필름이다. 시판 필름은 3M으로부터 상표명 DBEF (이중 휘도 강화 필름) 하에 판매된 다층 필름이다. 휘도 강화 필름 중 상기 다층 편광 광학 필름의 용도가 U.S. 특허 제5,828,488호에 기재되어 있다.
베이스 물질의 상기 목록은 배타적이지 않으며, 기타 편광 및 비편광 필름이 본 발명의 광학 제품을 위한 베이스로서 또한 유용할 수 있음이 당업자에게 이해될 것이다. 이들 베이스 물질은 예를 들어, 다층 구조를 형성하기 위한 편광 필름을 포함한 임의의 수의 기타 필름과 조합할 수 있다. 추가 베이스 물질에 대한 짧은 목록이 특히, U.S. 특허 제5,612,820호 및 제5,486,949호에 기재되어 있는 필름을 포함할 수 있다. 구체적인 베이스의 두께는 또한, 광학 제품의 상기 기재된 요건에 의존할 수 있다.
내구성 미소구조체 함유 물품이 또한 전체적으로 내부 반사 필름을 제조하기에 충분한 일련의 교대 팁 및 홈을 갖는 것들을 포함하는 다양한 형태로 구성될 수 있다. 상기 필름의 예는 대칭 팁 및 홈의 규칙적 반복 패턴을 갖는 휘도 강화 필름인 한편, 다른 예는 팁 및 홈이 대칭이 아닌 패턴을 갖는다. 휘도 강화 필름으로서 유용한 미소구조체 함유 물품의 예는 U.S. 특허 제5,175,030호 및 제5,183,597호에 기재되어 있다.
이들 특허에 따르면, 미소구조체 함유 물품은 (a) 중합가능한 조성물을 제조하고; (b) 마스터의 공동을 충전하기에 간신히 충분한 양으로 마스터 네가티브 미소구조화 몰딩 표면 상으로 중합가능한 조성물을 침적하고; (c) 그 중 하나 이상이 가요성인 미리 형성된 베이스와 마스터 사이에 중합가능한 조성물의 비드를 이동시켜 공동을 충전하고; (d) 조성물을 경화하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 마스터는 금속성, 예컨대 니켈, 니켈 도금된 구리 또는 황동일 수 있거나, 또는 중합 조건 하에 안정적이며, 바람직하게는 마스터로부터 중합된 물질의 깨끗한 제거를 허용하는 표면 에너지를 갖는 열가소성 물질일 수 있다. 본원에 기재된 미소구조체 지형을 생성하기에 사용된 구체적인 방법은 U.S. 특허 제5,691,846호에 기재된 성형 공정과 유사할 수 있다. 본 발명에 따른 미소구조체 물품은 임의의 바람직한 길이, 예컨대 5, 10, 100, 1000m 이상으로 연속적인 공정으로부터 형성될 수 있다.
내구성 물품은 예를 들어 휘도 강화 필름을 포함하는 내구성 미소구조화 필름을 요구하는 용도로 사용될 수 있다. 이들 내구성 휘도 강화 필름의 구조체는 예컨대 U.S. 특허 제5,771,328호, U.S. 특허 제5,917,664호, U.S. 특허 제5,919,551호, U.S. 특허 제6,280,063호, 및 U.S. 특허 제6,356,391호와 같은 미소구조화 필름의 광범위한 범위를 포함할 수 있다.
도 1에서 (10)으로 일반적으로 지시된 백릿 액정 디스플레이는, 확산기 (12)와 액정 디스플레이 패널 (14) 사이에 위치할 수 있는 본 발명의 휘도 강화 필름 (11)을 포함한다. 백릿 액정 디스플레이는 또한, 형광 램프와 같은 광원 (16), 액정 디스플레이 패널 (14)를 향한 반사를 위해 빛을 수송하기 위한 광 가이드 (18), 및 또한 액정 디스플레이 패널을 향해 빛을 반사하기 위한 백색 반사기 (20)을 포함할 수 있다. 휘도 강화 필름 (11)은 광가이드 (18)로부터 방출된 빛을 평행하게 함으로써 액정 디스플레이 패널 (14)의 휘도를 증가시킨다. 증가된 휘도는 더 예리한 이미지가 액정 디스플레이 패널에 의해 생성될 수 있게 하며, 광원 (16)의 전력을 감소시켜 선택된 휘도를 생성한다. 백릿 액정 디스플레이 중의 휘도 강화 필름 (11)은 참조 부호 (21)로 나타낸, 컴퓨터 디스플레이 (랩탑 디스플레이 및 컴퓨터 모니터), 텔레비전, 비디오 레코더, 이동 통신 장치, 휴대용 장치 (예를 들어, 휴대전화, PDA), 자동차 및 항공 전자 기기 디스플레이 등과 같은 장치에 유용하다.
휘도 강화 필름 (11)은 도 2에 예시된 바와 같이 프리즘 (22, 24, 26 및 28)에 의해 정형화된 프리즘 어레이를 포함한다. 각 프리즘, 예컨대 프리즘 (22)는 제1 면 (30) 및 제2 면 (32)를 갖는다. 프리즘 (22, 24, 26 및 28)은 프리즘이 형성되어 있는 제1 표면 (36) 및 실질적으로 평평하거나 평면이며 제1 표면에 대향하는 제2 표면 (38)을 갖는 본체 부분 (34) 상에 형성될 수 있다.
규칙적 직각 프리즘의 선형 어레이는 광학 성능 및 제조의 용이성 양자 모두를 제공할 수 있다. 직각 프리즘은 정점 각 θ가 대략 90°이지만, 또한 대략 70° 내지 120°, 또는 대략 80° 내지 100°의 범위일 수 있음을 의미한다. 프리즘 면은 동일할 필요는 없으나, 프리즘은 서로에 대해 기울어질 수 있다. 또한, 필름의 두께 (40) 및 프리즘의 높이 (42) 간의 관계는 중요하지 않으나, 잘 한정된 프리즘 면을 갖는 더 얇은 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 면이 돌출되는 경우 면이 표면 (38)과 형성할 수 있는 각은 45°일 수 있다. 그러나, 이 각은 면의 경사 또는 정점의 각 θ에 따라 다양할 것이다.
도 3 내지 9는 광학 요소에 대한 구성의 대표적인 실시양태를 예시한다. 이들 도면은 비례적인 것은 아니며, 특히 구조화 표면의 크기는 예시의 목적을 위해 매우 과장될 수 있음을 이해해야 한다. 광학 요소의 구성은 하기 기재된 실시양태의 2 이상의 조합을 포함할 수 있다.
도 3에 관하여, 광학 요소 또는 광 유도 필름의 하나의 실시양태의 일부의 대표적인 단면도를 예시한다. 필름 (130)은 제1 표면 (132), 및 다수의 실질적으로 선형으로 연장된 프리즘 요소 (136)을 포함하는 대향하는 구조화 표면 (134)를 포함한다. 각 프리즘 요소 (136)은 제1 측 표면 (138) 및 제2 측 표면 (138')을 가지며, 그 탑 가장자리는 교차하여 피크, 또는 프리즘 요소 (136)의 정점 (142)를 한정한다. 인접하는 프리즘 요소 (136)의 측 표면 (138, 138')의 바닥 가장자리는 교차하여 프리즘 요소 사이에서 선형으로 연장된 홈 (144)를 형성한다. 도 3에 예시된 실시양태에서, 프리즘 정점 (142)에 의해 한정된 이면각은 대략 90°로 측정되나, 본원 및 기타 실시양태에서 이면각의 정확한 측정은 바람직한 광학 파라미터에 따라 다양할 수 있음이 이해될 것이다.
필름 (130)의 구조화 표면 (134)는 공통 기준 평면으로부터 상이한 거리로 간격을 두고 떨어진 피크를 갖는 프리즘 요소의 다수의 교대 구역을 갖는 것으로서 기재되어 있다. 공통 기준 평면은 임의로 선택될 수 있다. 공통 기준 평면의 하나의 편리한 예는 제1 표면 (132)를 함유하는 평면이며; 또다른 것은 점선 (139)에 의해 지시된 구조화 표면의 하부 대부분의 홈의 바닥에 의해 한정된 평면이다. 도 3에 예시된 실시양태에서, 더 짧은 프리즘 요소는 점선 (139)로부터 측정시 대략 50㎛ 폭 및 대략 25㎛ 높이로 측정되며, 더 긴 프리즘 요소는 대략 50㎛ 폭 및 대략 26㎛ 높이로 측정된다. 더 긴 프리즘 요소를 포함하는 구역의 폭은 약 1㎛ 내지 300㎛로 측정될 수 있다. 더 짧은 프리즘 요소를 포함하는 구역의 폭은 중요하지 않으며, 200㎛ 내지 4000㎛로 측정될 수 있다. 임의의 주어진 실시양태에서, 더 짧은 프리즘 요소의 구역이 적어도 더 긴 프리즘 요소의 구역만큼 넓을 수 있다. 도 3에 도시된 물품은 단지 예시일 뿐이며, 본 발명의 범주를 제한하고자 의도되는 것은 아님이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 프리즘 요소의 높이 또는 폭은 실행가능한 한도 내에서 변할 수 있으며, 약 1㎛ 내지 약 200㎛로 연장된 범위로 프리즘을 정밀 기계 가공하는 것이 실행가능하다. 추가로, 이면각은 변할 수 있거나, 또는 프리즘 정점은 바람직한 광학 효과를 성취하기 위해 기울어질 수 있다.
제1 구역의 폭은 약 200 내지 300㎛ 미만일 수 있다. 통상적인 관측 조건 하에서, 인간의 눈은 약 200 내지 300㎛ 미만의 폭의 영역에서 발생하는 빛의 강도의 작은 변화를 분별하는데 어려움을 갖는다. 이와 같이, 제1 구역의 폭이 약 200 내지 300㎛ 미만으로 감소할 때, 이 구역에서 발생할 수 있는 임의의 광학적 커플링은 통상적인 관측 조건 하에서 인간의 눈에 검출불가능하다.
가변적 높이의 구조화 표면이 또한, 공통 기준 평면 위로 다양한 높이에 배치된 피크를 갖는 프리즘 요소의 일부들을 포함하는, 교대 구역을 생성하기 위해, 그 선형 정도를 따라 하나 이상의 프리즘 요소의 높이를 변화시킴으로써 시행될 수 있다.
도 4는 필름 (150)이 하나의 더 긴 프리즘 요소 (156)을 포함하는 구역에 의해 분리된 상대적으로 짧은 프리즘 요소 (154)의 구역을 갖는 구조화 표면 (152)를 포함하는 것을 제외하고는, 도 3과 유사한 광학 요소의 또다른 실시양태를 예시한다. 도 3에 도시된 실시양태와 같이, 더 긴 프리즘 요소는 구조화 표면 (152)에 대한 필름의 제2 시이트의 물리적 접근을 제한함으로써, 가시적 웨트-아웃(wet-out) 가능성을 감소시킨다. 인간의 눈은 광 유도 필름의 면 높이의 변화에 민감하며, 더 긴 프리즘 요소의 상대적으로 넓은 구역이 필름의 표면 상에 가시적 라인으로서 나타날 것임이 결정되었다. 이것이 필름의 광학 성능에 물질적으로 영향을 주는 것은 아니지만, 가시적 라인은 특정 상업적 환경에서 바람직하지 않을 수 있다. 더 긴 프리즘 요소의 구역의 폭을 감소시키는 것은, 따라서 더 긴 프리즘 요소로 인한 필름의 선을 검출하기 위한 인간의 눈의 능력을 감소시킨다.
도 5는 프리즘 요소가 대략 동일한 크기이지만, 반복적인 계단 스텝 또는 램프(ramp) 패턴으로 배열된 광학 요소의 또다른 실시양태의 대표적인 예이다. 도 5에 도시된 필름 (160)은 제1 표면 (162) 및 다수의 실질적으로 선형인 프리즘 요소 (166)을 포함하는, 대향하는 구조화 표면 (164)를 포함한다. 각 프리즘 요소는 그 상부 가장자리에서 교차하여 프리즘 피크 (170)을 한정하는 대향하는 측면 표면 (168, 168')를 갖는다. 대향하는 측면 표면 (168, 168')에 의해 한정된 이면각은 대략 90°로 측정된다. 이 실시양태에서, 가장 높은 프리즘은 제1 구역으로 고려될 수 있으며, 인접하는 프리즘은 제2 구역으로 고려될 수 있다. 다시, 제1 구역은 약 200 내지 300㎛ 미만으로 측정될 수 있다.
도 6은 광학 요소의 추가 실시양태를 예시한다. 도 6에 개시된 필름 (180)은 제1 표면 (182) 및 대향하는 구조화 표면 (184)를 포함한다. 이 필름은 비교적 짧은 프리즘 요소를 포함하는 제2 구역이 다양한 높이의 프리즘 요소를 함유한다는 것을 특징으로 할 수 있다. 도 6에 도시된 구조화 표면은 프리즘 요소의 높이의 변화로 인한 필름의 표면 상의 라인의 인간의 눈에 대한 가시성을 실질적으로 감소시키는 추가 이점을 갖는다.
도 7은 부드러운 컷오프를 제공하기 위한 광학 요소의 또다른 실시양태를 나타낸다. 도 7은 본 발명에 따른, 일반적으로 (240)으로 지정된 휘도 강화 필름 (240)을 나타낸다. 휘도 강화 필름 (240)은 기판 (242) 및 구조화 표면 물질 (244)를 포함한다. 기판 (242)는 일반적으로 폴리에스테르 물질일 수 있으며, 구조화 표면 물질 (244)는 자외선 경화된 아크릴 또는 본원에 토의된 기타 중합체 물질일 수 있다. 기판 (242)의 외부 표면은 바람직하게는 평평하나, 또한 구조체를 가질 수 있다. 또한, 기타 대안적인 기판이 사용될 수 있다.
구조화 표면 물질 (244)는 그 위에 형성된 프리즘 (246, 248 및 250)과 같은 다수의 프리즘을 갖는다. 프리즘 (246, 248 및 250)은 피크 (252, 254 및 256)을 각각 갖는다. 모든 피크 (252, 254 및 256)은 바람직하게는 90°의 피크 또는 프리즘 각을 갖지만, 60° 내지 120° 범위의 각을 포함할 수 있다. 프리즘 (246 및 248) 사이는 밸리 (258)이다. 프리즘 (248 및 250) 사이는 밸리 (260)이다. 밸리 (258)은 프리즘 (246)과 관련된 밸리를 갖는 것으로 고려될 수 있으며, 70°의 밸리 각을 가지며, 밸리 (260)은 프리즘 (248)과 관련된 밸리로 고려될 수 있으며, 110°의 밸리 각을 가지나, 기타 값이 사용될 수 있다. 효과적으로, 휘도 강화 필름 (240)은 기존의 휘도 강화 필름과 같이 일부 빛을 반사하며 재순환하고, 나머지를 굴절시킴으로써, 그러나 교차하는 방향으로 기울어진 프리즘으로, 백라이트의 겉보기 축상 휘도를 증가시킨다. 프리즘의 기울기의 효과는 출력 광 원뿔의 크기를 증가시키는 것이다.
도 8은 둥근 프리즘 정점을 갖는 광학 요소의 또다른 실시양태를 나타낸다. 휘도 강화 물품 (330)은 양자 모두 베이스 층 (332)와 일체적으로 형성된 한 쌍의 대향하는 표면 (334, 336)을 갖는 가요성 베이스 층 (332)를 특징으로 한다. 표면 (334)는 일련의 돌출 광 확산 요소 (338)을 특징으로 한다. 이들 요소는 층 (332)와 동일한 물질로 제조된 표면에 "범프(bumps)"의 형태일 수 있다. 표면 (336)은 베이스 층 (332)와 일체적으로 형성된 뭉툭하거나 둥근 피크 (340)을 갖는 선형 프리즘 어레이를 특징으로 한다. 이들 피크는 코드 폭 (342), 단면 피치 폭 (344), 곡률 반경 (346) 및 뿌리 각 (348)을 특징으로 하며, 여기서, 코드 폭은 피치 경사 폭의 약 20 내지 40％이며, 곡률 반경은 피치 경사 폭의 약 20 내지 50％와 같다. 뿌리 각은 약 70 내지 110°,또는 85 내지 95°의 범위이며, 약 90°의 뿌리 각이 바람직하다. 어레이 내에서 프리즘의 배치는 바람직한 광학 성능을 최대화하도록 선택된다.
둥근 프리즘 정점 휘도 강화 물품은 통상적으로 감소된 이득을 겪는다. 그러나, 높은 굴절 지수 표면 개질 나노입자의 첨가가 둥근 프리즘 정점 휘도 강화물품으로부터 손실된 이득을 상쇄할 수 있다.
도 9는 평평하거나 평면인 프리즘 정점을 갖는 광학 요소의 또다른 실시양태를 나타낸다. 휘도 강화 필름은 베이스 층 (432)와 일체형으로 형성된 한 쌍의 대향하는 표면 (434, 436)을 갖는 가요성 베이스 층 (432)를 특징으로 한다. 표면 (434)는 일련의 돌출 광 확산 요소 (438)을 특징으로 한다. 이들 요소는 층 (432)와 동일한 물질로 제조된 표면의 "평평한 범프" 형태일 수 있다. 표면 (436)은 베이스 층 (432)와 일체형으로 형성된 평평하거나 평면 피크 (440)을 갖는 선형 프리즘 어레이를 특징으로 한다. 이들 피크는 평평한 폭 (442) 및 단면 피치 폭 (444)를 특징으로 하며, 여기서 평평한 폭은 단면 피치 폭의 약 0 내지 30％와 동일할 수 있다.
광가이드로부터 빛을 추출하는 또다른 방법은 굴절된 전체 내부 반사 (TIR)의 사용에 의해서이다. 굴절된 TIR의 하나의 종류에서, 광가이드는 쐐기 형태를 가지며, 광가이드의 두꺼운 가장자리 상에 입사하는 광선은 광가이드의 최상부 및 바닥 표면에 대해 임계각이 성취될 때까지 전체적으로 내부적으로 반사된다. 이들 부 임계각 광선은 이후, 추출되거나, 또는 출력 표면에 대한 비스듬한 각도로, 광가이드로부터 더욱 간결하게 굴절한다. 디스플레이 장치를 조명하기에 더욱 유용하기 위해, 이들 광선은 관측 또는 디스플레이 장치의 출력 축에 실질적으로 평행하게 회전해야 한다. 이 회전은 통상적으로 회전 렌즈 또는 회전 필름을 사용하여 성취된다.
도 10 내지 12는 회전 필름을 포함하는 조명 장치를 예시한다. 회전 필름은 내구성 회전 필름의 형성을 위해 본원에 개시된 본 발명의 물질을 포함할 수 있다. 회전 렌즈 또는 회전 필름은 전형적으로 입력 표면 상에 형성된 프리즘 구조체를 포함하며, 입력 표면은 광가이드에 인접하여 배치된다. 통상적으로 출력 표면에 대해 30° 미만인 비스듬한 각도로 광가이드를 빠져나가는 광선은, 프리즘 구조체에 직면한다. 광선은 프리즘 구조체의 제1 표면에 의해 굴절되며, 프리즘 구조체의 제2 표면에 의해 반사되어, 바람직한 방향, 즉 디스플레이의 관측 축에 실질적으로 평행하게 회전 렌즈 또는 필름에 의해 유도되도록 한다. 회전 필름은 대략 0.5㎛ 이상, 전형적으로 10㎛ 이하의 반경을 갖는 둥근 정점을 가질 수 있다.
도 10에 관하여, 조명 시스템 (510)은 광학적으로 커플링된 광원 (512); 광원 반사기 (514); 출력 표면 (518), 후방 표면 (520), 입력 표면 (521) 및 말단 표면 (522)를 갖는 광가이드 (516); 후방 표면 (520)에 인접한 반사기 (524); 입력 표면 (528) 및 출력 표면 (530)을 갖는 제1 광 방향 전환 요소 (526); 제2 광 방향 전환 요소 (532); 및 반사 편광판 (534)를 포함한다. 광가이드 (516)은 쐐기 또는 그의 변형일 수 있다. 공지된 바와 같이, 광가이드의 목적은 광원 (512)보다 훨씬 넓은 영역에 걸쳐, 더욱 구체적으로 실질적으로 출력 표면 (518)에 의해 형성된 전체 영역에 걸쳐 광원 (512)로부터 빛의 균일한 분포를 제공하는 것이다. 광원 (516)은 추가로, 바람직하게는 소형 얇은 패키지 내에서 이들 업무를 성취한다.
광원 (512)는 광가이드 (516)의 입력 표면 (512)에 가장자리 커플링된 CCFL일 수 있으며, 램프 반사기 (514)는 램프 공동을 형성하는 광원 (512) 주위를 포장하는 반사 필름일 수 있다. 반사기 (524)는 광원 (516)을 지지하며, 효과적인 후방 반사기, 예컨대 람버트 방식 또는 전반사성 필름 또는 이들의 조합일 수 있다.
가장자리 커플링된 빛은 입력 표면 (521)로부터 TIR에 의해 한정된 말단 표면 (522)를 향해 전파한다. 빛은 TIR의 굴절에 의해 광가이드 (516)으로부터 추출된다. 광가이드 (516) 내에서 한정된 광선은 쐐기 각으로 인해 최상부 및 바닥 벽의 평면에 대해 그의 입사각을 증가시키고 각 TIR은 복귀한다. 이와 같이, 빛은 궁극적으로 출력 표면 (518) 및 후방 표면 (520)의 각각 밖으로 굴절하며, 이는 TIR에 의해 더이상 함유되지 않기 때문이다. 후방 표면 (520) 밖으로 굴절하는 빛은 광가이드 (516)을 향해 그리고 주로 이를 통해 반사기 (524) 후방에 의해 전반사적으로 또는 확산적으로 반사된다. 제1 광 방향 전환 요소 (526)은 바람직한 관측 방향에 대해 실질적으로 평행인 방향을 따라 출력 표면 (518)을 빠져나가는 광선을 방향 전환하도록 배열된다. 바람직한 관측 방향은 외부 표면 (518)에 대해 수직일 수 있으나, 더욱 전형적으로 외부 표면 (518)에 대한 특정 각도로 존재한다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 제1 광 방향 전환 요소 (526)은, 출력 표면 (530)이 실질적으로 평면이며, 입력 표면 (528)에 프리즘 (538, 540 및 542)의 어레이 (536)이 형성된 광 투과성 광학 필름이다. 제2 광 방향 전환 요소 (532)는 또한 광 투과 필름, 예컨대 3M 컴퍼니 (미국 미네소타주 세인트폴)로부터 구입가능한 3M 휘도 강화 필름일 수 있다. 반사성 편광판 (534)는 무기 중합성, 콜레스테릭 상태의 액정 반사 편광판 또는 필름일 수 있다. 적절한 필름은 3M 컴퍼니로부터 구입가능한 3M 확산 반사 편광판 필름 제품 (DRPF로서 판매) 또는 전반사성 반사 편광판 필름 제품 (DBEF로서 판매)이다.
어레이 (536) 내에서, 각 프리즘 (538, 540 및 542)에는 그의 각 이웃 프리즘에 비해 상이한 측면 각이 형성될 수 있다. 즉, 프리즘 (540)에는 프리즘 (538) (각 A 및 B) 및 프리즘 542 (각 E 및 F)와 상이한 측면 각 (각 C 및 D)가 형성될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 프리즘 (538)은 각 A 및 B의 합과 동일한 프리즘 각, 즉 협각(included angle)을 갖는다. 유사하게, 프리즘 (540)은 각 C 및 D의 합과 동일한 프리즘 각을 갖는 한편, 프리즘 (542)는 각 E 및 F의 합과 동일한 프리즘 각을 갖는다. 어레이 (536)이 상이한 프리즘 각에 기초하여 3개의 상이한 프리즘 구조체를 포함하는 것으로 도시된 한편, 실질적으로 임의의 수의 상이한 프리즘이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
프리즘 (538, 540 및 542)에는 또한 공통 프리즘 각, 그러나 상이한 프리즘 배향이 형성될 수 있다. 프리즘 축 "l"이 프리즘 (538)에 대해 도 11에 예시된다. 프리즘 축 l은 프리즘 (538)에 대해 나타낸 바와 같이, 출력 표면 (530)에 대해 수직으로 배열될 수 있거나, 또는 프리즘 (540) 및 (542)에 대해 각각 가상축 "l+" 및 "l-"에 의해 예시된 바와 같이 광원을 향하여 또는 광원으로부터 멀리 출력 표면에 대한 각으로 배열될 수 있다.
프리즘 (538, 540 및 542)는 프리즘의 클러스터 (543) 또는 규칙적 반복 패턴으로 도 11에 나타낸 바와 같이 어레이 (536) 내에 배열될 수 있는 한편, 어레이 (536)은 유사한 프리즘에 인접한 유사한 프리즘을 갖는 것으로 도시되지 않지만, 이러한 구성형태가 또한 사용될 수 있다. 또한, 어레이 (536) 내에서, 프리즘 (538, 540 및 542)는 제1 프리즘 구성형태, 예컨대 프리즘 구성형태 (538)로부터, 제2 프리즘 구성형태, 예컨대 프리즘 구성형태 (540) 등으로 연속적으로 변할 수 있다. 예를 들어, 프리즘 구성형태는 제1 프리즘 구성형태로부터 제2 프리즘 구성형태으로의 구배 방법으로 변할 수 있다. 대안적으로, 프리즘은 도 11에 나타낸 구성형태와 유사한 계단식 방법으로 변할 수 있다. 각 클러스터 (543) 내에서, 프리즘은 프리즘 피치를 가지며, 이는 공간 리플 주파수보다 작도록 선택된다. 마찬가지로, 클러스터는 규칙적 클러스터 피치를 가질 수 있다. 프리즘 어레이는 도 11에 도시된 바와 같이 대칭일 수 있거나, 프리즘 어레이는 비대칭일 수 있다.
도 11에 나타낸 어레이 (536)이 대칭 구성형태를 갖는 프리즘을 갖는 한편, 프리즘 어레이, 예컨대 광 방향 전환 요소 (526')에 형성된 도 12에 나타낸 어레이 (536')이 사용될 수 있다. 이어서, 도 12를 참고로, 어레이 (536'), 프리즘 (538')은 각 B'와 동일하지 않은 각 A'를 갖는다. 유사하게, 프리즘 (540' 및 542')의 경우, 각 C'는 각 A' 및 각 D'와 동일하지 않으며, 각 E'는 각 A', 각 C 또는 각 F' 어느 것과도 동일하지 않다. 어레이 (536')은 소정의 각의 단일 다이아몬드 절단 도구를 사용하고, 상이한 프리즘 각 및 대칭의 프리즘을 생성하는 각각의 절단을 위해 도구를 기울여 유리하게 형성될 수 있다. 그러나, 단일 절단 도구를 사용하면, 프리즘 각이 동일, 즉 A+B=C+D=E+F일 것임이 이해될 것이다.
2개만큼 적은 상이한 프리즘 구성형태가 어레이 (536) 내에서 클러스터로 사용되고 배열될 수 있는 것으로 고려되지만, 광가이드 (516)으로부터 출력 프로필의 변형을 성취하기에 필요한 만큼 많은 프리즘 크기가 사용될 수 있다. 프리즘 측 각 변화의 하나의 목적은 다양한 양의 광학 출력을 제1 광 방향 전환 요소 (526)으로 확산 및 추가하는 것이다. 프리즘 (538, 540 및 542)의 다양한 구성형태는 광가이드의 입력 구경의 실질적으로 균일한 샘플링을 제공하며, 이는 광가이드 (516)으로부터 추출된 빛의 비균일성을 최소화한다. 이 최종적인 결과는 광가이드 (516)의 특히 도입 말단 (521) 근처에서 리플 효과의 효과적인 최소화이다.
하기 정의된 용어에 대해, 청구의 범위 및 명세서에서 상이한 정의가 제시되지 않는 한, 이들 정의가 적용될 것이다.
용어 "미소구조체"는 U.S. 특허 제4,576,850호에 정의되고 설명된 바와 같이 본원에서 사용된다. 이와 같이, 이는 미소구조체를 갖는 물품의 예정된 바람직한 실용성 목적 또는 기능을 묘사하거나 특성화하는 표면의 구성형태를 의미한다. 상기 물품의 표면 중 돌출 및 함몰과 같은 불연속성은 미소구조체를 통해 유도된 평균 중심선으로부터 프로필에서 벗어나, 중심선 위의 표면 프로필에 의해 포괄된 영역의 합이 물품의 공칭 표면 (미소구조체 함유)에 본질적으로 평행한 선 아래의 영역의 합과 동일하도록 한다. 표면의 대표적인 특성 길이, 예컨대 1 내지 30cm를 통해, 광학 또는 전자 현미경으로 측정시, 상기 편차의 높이는 전형적으로 약 ±0.005 내지 ±750㎛일 것이다. 상기 평균 중심선은 피아노, 요면, 볼록면, 비구면 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 편차가 낮은 수, 예컨대 ±0.005 내지 ±0.1, 또는 바람직하게는 ±0.05㎛이며, 상기 편차가 부정기적이거나 최소로 발생하는 것인, 즉 표면이 임의의 상당한 불연속성이 없는 물품은, 미소구조체 함유 표면이 본질적으로 "평평"하거나 "매끄러운" 표면인 것들이며, 상기 물품은, 예를 들어 정확한 광학 요소, 또는 정확한 광학적 간섭을 갖는 요소, 예컨대 안과 렌즈로서 유용하다. 상기 편차가 낮은 수이며 빈번히 발생하는 물품은 반사 방지 미소구조체를 갖는 것들을 포함한다. 상기 편차가 예를 들어 ±0.1 내지 ±750㎛의 높은 수이며, 동일 또는 상이하며, 랜덤 또는 순서가 있는 방법으로 간격을 두고 떨어지거나 인접하는 다수의 실용적 불연속성을 포함하는 미소구조체에 기인하는 물품은, 역반사 큐브 코너 시이팅, 선형 프레넬 렌즈, 비디오 디스크 및 휘도 강화 필름과 같은 물품이다. 미소구조체 함유 표면은, 상기 낮고 높은 수 모두의 실용적 불연속성을 함유할 수 있다. 미소구조체 함유 표면은 그 양 또는 종류가 상기 물품의 소정의 바람직한 실용성과 상당히 간섭하거나 그에 부정적인 영향을 주지 않는 한, 외래 또는 비실용적 불연속성을 함유할 수 있다.
역반사 필름은 일반적으로 그 주요 표면에 수직인 축 주위의 시팅의 회전 배향에 관계없이, 비교적 높은 도입각으로 입사광의 상당한 비율을 되돌릴 수 있다. 큐브 코너 역반사 필름은 실질적으로 평면 베이스 표면을 전형적으로 갖는 본체 부분, 및 베이스 표면에 대립하는 다수의 큐브 코너 원소를 포함하는 구조화 표면을 포함할 수 있다. 각 큐브 코너 요소는 단일 기준 점 또는 정점에서 전형적으로 교차하는 3개의 상호 실질적 수직 광학 면을 포함할 수 있다. 큐브 코너 요소의 베이스는 빛이 큐브 코너 요소로 전송되는 구멍으로서 작용한다. 사용시, U.S. 특허 제5,898,523호에 기재된 바와 같이, 시이팅의 베이스 표면 상의 입사광은 시이팅의 베이스 표면에서 굴절되며, 시이팅 상에 배치된 큐브 코너 요소의 각 베이스를 통해 전송되며, 3개의 수직 큐브 코너 광학 면 각각으로부터 반사되며, 광원을 향해 방향 전환된다.
용어 "중합체"는 중합체, 공중합체 (예컨대 2 이상의 상이한 단량체를 사용하여 형성된 중합체), 올리고머 및 이들의 조합, 및 예를 들어 공압출 또는 에스테르교환반응을 포함한 반응에 의해 혼화가능한 블렌드로 형성될 수 있는 중합체, 올리고머 또는 공중합체를 포함하는 것으로 이해될 것이다. 따로 지시하지 않는 한, 블록 및 랜덤 공중합체 양자 모두 포함된다.
용어 "(메트)아크릴레이트"는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 화합물 양자 모두를 말한다.
용어 "굴절 지수"는 그 물질 내의 방사선의 속도에 대한 자유 공간 중 전자기적 방사선의 속도의 비율로 이해되는 물질의 절대 굴절 지수로서 본원에 정의된다. 굴절 지수는 공지된 방법을 사용하여 측정될 수 있으며, 가시광 영역 중에서 아베(Abbe) 굴절기를 사용하여 일반적으로 측정된다.
용어 "나노입자"는 약 100nm 미만의 직경을 갖는 입자 (일차 입자 또는 연합 일차 입자)를 의미하는 것으로 본원에서 정의된다.
본원에 사용된 용어 "연합 입자"는 응집 및/또는 밀집된 2 이상의 일차 입자의 군을 말한다.
본원에 사용된 용어 "응집"은 서로 화학적으로 결합할 수 있는 일차 입자 간의 강한 연합의 묘사이다. 응집의 작은 입자로의 파괴는 성취되기 어렵다.
본원에 사용된 용어 "밀집"은 전하 또는 극성에 의해 함께 붙들 수 있으며, 더 작은 실체로 파괴될 수 있는 일차 입자의 약한 연합의 묘사이다.
용어 "일차 입자 크기"는 비 연합된 단일 입자의 크기로서 본원에서 정의된다.
용어 "졸"은 액체 상 중 콜로이드 입자의 분산액 또는 현탁액으로서 본원에서 정의된다.
용어 "안정적인 분산액"은 콜로이드 나노입자가, 주위 조건, 예컨대 실온 (약 20 내지 22℃), 대기압 및 극단의 전자기적 힘이 없는 조건 하에, 약 24시간과 같은 시간의 기간 동안 방치 후 밀집하지 않는 분산액으로서, 본원에서 정의된다.
용어 "이득"은 휘도 강화 필름으로 인한 디스플레이의 휘도 향상의 측정으로서 본원에서 정의되며, 광학 물질, 및 또한 휘도 강화 필름의 기하학의 특성이다. 전형적으로, 관찰각이 감소함에 따라 이득은 증가한다. 향상된 이득은 역광 디스플레이의 휘도에 효과적인 증가를 제공하기 때문에, 높은 이득이 휘도 강화 필름에 바람직하다.
종점에 의한 수적 범위의 설명은 범위 내에 포함된 모든 수를 포함한다 (예컨대, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 및 5를 포함한다).
명세서 및 첨부된 청구의 범위에 사용된 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 내용이 따로 명백히 지시하지 않는 한, 다수의 대상을 포함한다. 즉, 예를 들어, "하나의 화합물(a compound)"을 포함하는 조성물에 대한 언급은 2 이상의 화합물의 혼합물을 포함한다. 명세서 및 첨부된 청구의 범위에 사용된 용어 "또는"은 내용이 따로 명백히 지시하지 않는 한, "및/또는"을 포함하는 의미로 일반적으로 사용된다.
따로 지시하지 않는 한, 상세한 설명 및 청구의 범위에 사용된 성분의 양, 특성의 측정 등을 표현하는 모든 수는, 모든 경우 용어 "약"으로 변형된 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 본원에 기재된 특정 실시예에 한정되는 것으로 고려되어서는 안되며, 그보다는 첨부된 청구의 범위에 충분히 설명된 바와 같이 발명의 모든 양태를 보호하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명이 적용가능한 다양한 변형, 등가의 공정, 및 무수한 구조가, 본 명세서의 검토로 본 발명을 관리하는 당업자들에게 쉽게 이해될 것이다.
표 I의 하기 성분이 실시예의 유기 성분의 제제에 사용되었다.
일반 화학적 설명 공급원 (위치)
트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 SR-351 사르토머 컴퍼니 (미국 펜실바니아주 엑스턴)
트리브로모페녹시에틸 아크릴레이트 BR-31 다이이치 코교 세이야꾸 컴퍼니 리미티드 (일본 교또)
페녹시에틸 아크릴레이트 SR-339 사르토머 컴퍼니
(메톡시에톡시)에톡시 아세트산 시그마-알드리히 (미국 위스컨신주 밀워키)
(트리메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트 실퀘스트 A174 OSI 스페셜티스 (미국 웨스트버지니아주 사우스 찰스턴)
독점적 실란 실퀘스트 A1230 OSI 스페셜티스
루시린 TPO-L LR8893 바스프 (미국 노쓰캐롤라이나주 샬로뜨)
헥산디올디아크릴레이트 SR238 사르토머 컴퍼니
베타-카르복시에틸 아크릴레이트 BCEA 서페이스 스페셜티스 (미국 죠지아주 스미르나)
나프틸옥시에틸아크릴레이트 NOEA U.S. 특허 제6,541,591호에 기재
나프틸티오에틸아크릴레이트 NSEA U.S. 특허 제11/026573호 (2004년 12월 30일 출원) 의 실시예 4 내지 10에 기재
3개의 ZrO2 졸을 U.S. 특허출원 제11/027426호 (2004년 12월 30일)에 기재된 바와 같이 제조하였다.
ZrO 2 졸 1
이트륨 아세테이트 히드레이트 (알드리히) 38.58g을 지르코늄 아세테이트 용액 (MEI 코포레이션) 1500g에 용해하고, 용액을 실온에서 밤새, 이어서 90℃ 강제 오븐에서 4시간 동안 건조하였다. 고체를 충분한 탈이온수에 용해하여, 12.5％ 용액을 수득하였다. 이를 206℃로 가열된 오일 중탕에 함침된 1/4인치 외부 직경 스테인레스강 튜브 100피트를 통해 80mL/분의 속도로 펌핑하였다. 이어서, 이 흐름을 얼음/물 중탕에 함침된 추가의 40피트 길이 튜브로 통과시켜 스트림을 냉각하였다. 배압 조절기를 튜브의 말단에 배치하여, 260 내지 290psig의 출구 압력을 유지하였다. 이 단계의 생성물은 백색 고체의 미세 입자의 액체 현탁액이었다.
액체 현탁액을 회전 증발기를 사용하여 14.5％ 고체로 농축하였다. 이 농축액을 206℃로 가열된 오일 중탕에 함침된 1/4인치 외부 직경 스테인레스강 튜브 100피트를 통해 10mL/분의 속도로 펌핑하였다. 이어서, 이 흐름을 얼음/물 중탕에 함침된 추가 40피트 길이의 튜브로 통과시켜 스트림을 냉각하였다. 배압 조절기를 튜브의 말단에 배치하여 260 내지 270psig의 출구 압력을 유지하였다. 이 단계의 생성물은 액체 졸 (10.5％ 고체)이었다.
ZrO 2 졸 2
이트륨 아세테이트 히드레이트 (알드리히) 79.5g을 지르코늄 아세테이트 용액 (MEI 코포레이션) 3000g에 용해하고, 용액을 실온에서 밤새, 이어서 90℃ 강제 오븐에서 4시간 동안 건조하였다. 고체를 충분한 탈이온수에 용해하여, 12.5％ 용액을 수득하였다. 이를 206℃로 가열된 오일 중탕에 함침된 1/4인치 외부 직경 스테인레스강 튜브 100피트를 통해 80mL/분의 속도로 펌핑하였다. 이어서, 이 흐름을 얼음/물 중탕에 함침된 추가의 40피트 길이 튜브로 통과시켜 스트림을 냉각하였다. 배압 조절기를 튜브의 말단에 배치하여, 250 내지 310psig의 출구 압력을 유지하였다. 이 단계의 생성물은 백색 고체의 미세 입자의 액체 현탁액이었다.
액체 현탁액을 회전 증발기를 사용하여 18.5％ 고체로 농축하였다. 이 농축액을 206℃로 가열된 오일 중탕에 함침된 1/4인치 외부 직경 스테인레스강 튜브 100피트를 통해 15mL/분의 속도로 펌핑하였다. 이어서, 이 흐름을 얼음/물 중탕에 함침된 추가 40피트 길이의 튜브로 통과시켜 스트림을 냉각하였다. 배압 조절기를 튜브의 말단에 배치하여 230 내지 340psig의 출구 압력을 유지하였다. 이 단계의 생성물은 액체 졸이었다. 졸을 회전 증발기를 통해 추가로 농축하여, 최종 40.47％의 고체를 수득하였다.
ZrO 2 졸 3을 동일한 방법으로 제조하여 45.78％ 고체를 갖는 졸을 수득할 수 있다.
3개의 ZrO2 졸을 하기 ZrO2 시험 방법에 따라 시험하였다:
광자 상관 분광법 ( PCS )
부피-평균 입자 크기를 말번 시리즈 4700 입자 크기 분석기 (말번 인스트루먼츠 (미국 메사츄세츠주 사우쓰보로))를 사용하여, 광자 상관 분광법 (PCS)에 의해 측정하였다. 희석 지르코니아 졸 샘플을 유리 큐베트로 주사기 적용된 압력을 사용하여 0.2㎛ 필터를 통해 여과한 다음, 덮었다. 데이터 획득을 시작하기 전에, 샘플 챔버의 온도를 25℃로 평형이 되게 하였다. 공급된 소프트웨어를 사용하여, 90°각으로 콘틴(CONTIN) 분석을 행하였다. 콘틴은 문헌 [S.W. Provencher, Comput . Phys . Commun ., 27, 229 (1982)]에 추가로 기재된 역변환 문제를 분석하기 위해 광범위하게 사용된 수학적 방법이다. 분석은 24 데이터 빈을 사용하여 행하였다. 하기 값을 계산에 사용하였다: 1.333의 물의 굴절 지수, 0.890cps의 물의 점도, 및 1.9의 지르코니아 입자의 굴절 지수.
2개의 입자 크기 측정을 PCS 데이터에 기초하여 계산하였다. 강도-평균 입자 크기 (nm)는 분산된 광 강도 분포의 평균 값에 상응하는 입자의 크기와 같았다. 분산된 광 강도는 입자 직경의 여섯번째 전력에 비례하였다. 부피-평균 입자 크기 (nm)는 지르코니아 입자의 굴절 지수 및 분산 매체 (즉, 물)의 굴절 지수를 고려한 분산된 광 강도 분포로부터 계산된 부피 분포로부터 유도하였다. 부피-평균 입자 크기는 부피 분포의 평균에 상응하는 입자 크기와 같았다.
강도-평균 입자 크기는 부피-평균 입자 크기로 나누어, 입자 크기 분포의 지표인 비율을 제공하였다.
결정 구조 및 크기 ( XRD 분석)
건조된 지르코니아 샘플의 입자 크기를 마노 막자사발과 절구를 사용하여 손으로 분쇄하여 감소시켰다. 샘플의 풍부한 양을, 이중 코팅된 테이프의 구획이 접착되어 있는 유리 현미경 슬라이드에 스파튤라에 의해 적용하였다. 스파튤라 블레이드로 테이프에 대해 샘플을 강제함으로써, 샘플을 테이프 상에 접착제로 가압하였다. 과잉의 샘플을 스파튤라 블레이드의 가장자리로 샘플 영역을 스크레핑함으로써 제거하여, 접착제에 접착된 입자의 얇은 층을 남겼다. 스크레핑 후 남은 느슨하게 부착된 물질을 단단한 표면에 대항하여 현미경 슬라이드를 힘차게 두드림으로써 제거하였다. 유사한 방법으로, 금강사 (린드 1.0㎛ 알루미나 폴리싱 분말, 로트 번호 C062, 유니온 카바이드 (미국 인디애나주 인디애나폴리스))를 제조하고, 기기 확장을 위한 자동회절계의 보정에 사용하였다.
X선 회절 스캔은 반사 기하학 (구리 Kα 방사선) 및 분산된 방사선의 비례적 검출기 등록을 갖는 필립스 수직 자동회절계를 사용하여 수득하였다. 자동회절계는 가변적 입사 빔 슬릿, 고정 회절 빔 슬릿, 및 흑연 회절 빔 단색광기가 장착되었다. 총괄적 스캔은 0.04° 스텝 크기 및 8초 체류 시간을 사용하여 25 내지 55°2θ로부터 행하였다. 45kV 및 35mA로 설정한 X선 발생기를 사용하였다. 금강사 표준에 대한 데이터 수집은 몇몇 개별 금강사 마운트의 3개의 개별 영역 상에서 행하였다. 데이터는 박층 샘플 마운트의 3개의 개별영역 상에서 회수하였다.
관측된 회절 피크를 국제 회절 데이터 센터 (ICDD) 분말 회절 데이터베이스 (세트 1-47, ICDD, 미국 펜실바니아주 뉴턴 스퀘어) 내에 함유된 기준 회절 패턴에 대한 비교에 의해 확인하고, 지르코니아의 정육면체/사변형 (C/T) 또는 단사정 (M) 형태에 기여하였다. 정육면에 상에 대한 (111) 피크, 및 사변형 상에 대한 (101) 피크는 분리될 수 없어, 이들 상을 함께 기록하였다. 각 지르코니아 형태의 양은 상대적 기준에 대해 평가되었으며, 가장 강한 회절 피크를 갖는 지르코니아의 형태가 100의 상대적 강도 값으로 배정되었다. 잔여 결정성 지르코니아 형태의 가장 강한 선은 가장 강한 선으로 비교되었으며, 1 내지 100 사이의 값으로 제시되었다.
금강사로 인한 관찰된 회절 최대 값에 대한 피크 폭은 프로필 맞춤에 의해 측정하였다. 평균 금강사 피크 폭 및 금강사 피크 위치 (2θ) 간의 관계는 이들 데이터에 대해 다항식을 맞춤으로써 결정하여, 금강사 시험 범위 내에서 임의의 피크 위치에서 기기 폭을 평가하기 위해 사용된 연속적인 함수를 생성하였다. 지르코니아로 인해 관찰된 회절 최대 값에 대한 피크 폭은 프로필 맞춤 관찰 회절 피크에 의해 측정하였다. 하기 피크 폭을 존재하는 것으로 밝혀진 지르코니아 상에 따라 평가하였다:
정육면체/사변형 (C/T): (1 1 1)
단사정 (M): (-1 1 1), 및 (1 1 1)
설명된 Kα1 및 Kα2 파장 성분을 갖는 피어슨(Pearson) VII 피크 형태 모델 및 선형 배경 모델을 모든 경우에 사용하였다. 폭은 도의 단위를 갖는 반 최대치에서의 피크 최대 폭 (FWHM)으로서 밝혀졌다. 프로필 맞춤은 JADE 회절 소프트웨어 한 조의 능력을 사용하여 성취하였다. 샘플 피크 폭은 동일한 박층 샘플 마운트에 대해 수득한 3개의 별개의 데이터 회수에 대해 평가하였다.
샘플 피크는 금강사 기기 보정으로부터의 기기 폭 값의 삽입 및 라디안의 단위로 전환된 보정된 피크 폭에 의해 기기 확장을 위해 보정되었다. 셰러 (Scherrer) 방정식을 사용하여 주요 결정 크기를 계산하였다:
결정 크기 (D) = Kλ/β (cosθ)
(셰러 방정식에서, K = 형태 인자 (여기서, 0.9)이며;
λ = 파장 (1.540598Å)이며;
β = 기기 확장을 위한 보정 후 계산된 피크 (라디안) = [계산된 피크 FWHM - 기기 폭) (라디안으로 전환) (여기서, FWHM은 반 최대치에서 최대 폭임)이며;
θ = 1/2 피크 위치 (분산 각)임.
정육면체/사변형 결정 크기를 (1 1 1) 피크를 사용하는 3개의 측정값의 평균으로서 계산하였다:
정육면체/사변형 평균 결정 크기 =
[D(1 1 1)영역1 + D(1 1 1)영역2 + D(1 1 1)영역3] / 3
단사정 결정성 크기는 (-1 1 1) 피크를 사용하는 3개의 측정값 및 (1 1 1) 피크를 사용하는 3개의 측정값의 평균으로서 계산하였다.
단사정 평균 결정 크기 =
[[D(-1 1 1)영역1 + D(-1 1 1)영역2 + D(-1 1 1)영역3 +
D(1 1 l)영역1 + D(1 1 1)영역2 + D(1 1 1)영역3]/ 6
정육면체/사변형 (C/T) 및 단사정 상 (M)의 중량 평균을 계산하였다.
중량 평균 = [(％ C/T)(C/T 크기) + (％ M)(M 크기)]/100
(상기 식에서,
％ C/T = ZrO2 입자의 정육면체 및 사변형 결정 함량에 의해 기여된 ％ 결정성이며;
C/T 크기 = 정육면체 및 사변형 결정의 크기이며;
％ M = ZrO2 입자의 단사정 결정 함량에 의해 기여된 ％ 결정성이며;
M 크기 = 단사정 결정의 크기임).
분산 지수
분산 지수는 PCS에 의해 측정된 부피-평균 크기를 XRD에 의해 측정된 중량 평균 결정 크기로 나눈 것과 같다.
중량％ 고체
중량％ 고체는 30분 동안 120℃에서 3 내지 6g 중량의 샘플을 건조시킴으로써 결정하였다. ％고체는 젖은 샘플의 중량 (즉, 건조 전 중량, 중량wet) 및 건조 샘플의 중량 (즉, 건조 후 중량, 중량dry)으로부터 하기 방정식을 사용하여 계산할 수 있다:
중량％ 고체 = 100 (중량dry)/중량wet
결과를 하기 표 2 및 표 3에 도시한다:
강도-평균 크기 (nm) 부피-평균 크기 (nm) 강도-평균: 부피-평균 비율
ZrO2 졸 1 21.0 12.9 1.62
ZrO2 졸 2 33.8 16.4 2.06
ZrO2 졸 3 42.1 17.5 2.41
M 강도 M 크기 (nm) C/T 강도 C/T 크기 (nm) ％ C/T XRD 평균 크기 (nm) 분산 지수
ZrO2 졸 1 18 4.0 100 8.0 85 7.4 1.74
ZrO2 졸 2 NA NA NA NA NA NA NA
ZrO2 졸 3 9 6.5 100 8.0 92 7.9 2.21
실시예 1
ZrO2 졸 1을 대략 12시간 동안 투석하여 (알드리히로부터 구입가능한 시그마 250-7U MWCO > 12,000), 10.93％ 고체의 안정적인 졸을 수득하였다. 투석한 ZrO2 졸 1 (435.01g) 및 MEEAA (9.85g)을 1ℓ 둥근바닥 플라스크에 충전하고, 회전 증발을 통해 농축하였다. 이어서, 이소프로판올 (30g) 및 NSEA (35.00g)을 농축된 졸에 첨가하였다. 이어서, 분산액을 회전 증발을 통해 농축하였다. ZrO2 충전된 NSEA는 1.674의 굴절 지수를 가졌으며, 48.83％ ZrO2였다. TPO-L 0.39g을 농축된 분산액 40.09g에 첨가하였다. 이 혼합물 10.03g에, SR 351 0.98g을 첨가하였다.
실시예 2
ZrO2 졸 1을 대략 12시간 동안 투석하여 (알드리히로부터 구입가능한 시그마 250-7U MWCO > 12,000), 10.93％ 고체의 안정적인 졸을 수득하였다. 투석한 ZrO2 졸 1 (437.02g) 및 MEEAA (10g)을 1ℓ 둥근바닥 플라스크에 충전하였다. 물 및 아세트산을 회전 증발을 통해 제거하였다. 이와 같이 수득한 분말을 증류수에 재분산하였다. 분산액은 21.45중량％ ZrO2였다. 수성 ZrO2 졸 (206.5g)을 병에 충전하고, 교반하면서 1-메톡시-2-프로판올 300g, A174 9.89g, 실퀘스트 A-1230 6.64g을 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 1ℓ 병에 붓고, 밀봉하고, 90℃로 3시간 동안 가열하였다. 병의 내용물을 제거하고, 회전 증발을 통해 대략 25.4중량％ ZrO2로 농축하였다. 탈이온수 (450g) 및 진한 수성 암모니아 (29％ NH40H) (13.9g)를 1ℓ 비이커에 충전하였다. 농축된 ZrO2 분산액을 교반하면서 비이커에 서서히 첨가하였다. 이와 같이 수득한 백색 침전물을 진공 여과를 통해 분리하고, 추가 증류수로 세척하였다. 축축한 고체를 1-메톡시-2-프로판올에 분산하였다. 생성된 실란 개질된 지르코니아 졸은 20.53중량％ 고체 및 17.44중량％ ZrO2를 함유하였다.
실란 개질된 ZrO2 졸 (117.03g), PEA (15.12g), HDDA (1.68g) 및 수 중 프로스타브(Prostab) 5198의 5％ 용액 (0.13g)을 둥근바닥 플라스크에 첨가하였다. 물 및 1-메톡시-2-프로판올을 회전 증발을 통해 제거하였다. ZrO2 충전된 수지는 1.584의 굴절 지수를 가졌으며, 47％ ZrO2였다.
실시예 3
ZrO2 졸 2를 대략 4.5시간 동안 투석하여 (VWR로부터 구입가능한 스펙트라/포르(Spetra/Por) 멤브레인 MWCO 12-14,000), 33.85％ 고체의 안정적인 졸을 수득하였다. 투석한 ZrO2 졸 2 (53.13g), MEEAA (1.59g), BCEA (1.14g), 1-메톡시-2-프로판올 (133g), NSEA (7.09g) 및 TMPTA (0.97g)을 둥근바닥 플라스크에 충전하고, 회전 증발에 의해 농축하였다. ZrO2 함유 수지는 58.57％ ZrO2였으며, 1.682의 굴절 지수를 가졌다. ZrO2 함유 수지 (21.94g) 및 TPO-L (0.09g)를 함께 혼합하였다.
실시예 4
ZrO2 졸 2를 대략 4.5시간 동안 투석하여 (VWR로부터 구입가능한 스펙트라/포르 멤브레인 MWCO 12-14,000), 33.85％ 고체의 안정적인 졸을 수득하였다. 투석한 ZrO2 졸 2 (109.90g), MEEAA (3.28g), BCEA (2.36g), 1-메톡시-2-프로판올 (200g), NOEA (14.68g) 및 TMPTA (2.00g)을 둥근바닥 플라스크에 충전하고, 회전 증발에 의해 농축하였다. ZrO2 함유 수지는 57.22％ ZrO2였으며, 1.661의 굴절 지수를 가졌다. ZrO2 함유 수지 (29.47g) 및 TPO-L (0.13g)를 함께 혼합하였다.
실시예 5
ZrO2 졸 2를 대략 4.5시간 동안 투석하여 (VWR로부터 구입가능한 스펙트라/포르 멤브레인 MWCO 12-14,000), 33.85％ 고체의 안정적인 졸을 수득하였다. 투석한 ZrO2 졸 2 (144.02g), MEEAA (4.30g), BCEA (3.09g), 1-메톡시-2-프로판올 (300g), NOEA (10.22g), TMPTA (4.38g), BR31 (21.89g) 및 수 중 프로스타브 5198의 5％ 용액 (0.3g)을 둥근바닥 플라스크에 충전하고, 알콜 및 물을 회전 증발에 의해 제거하였다. ZrO2 함유 수지는 46.97％ ZrO2였으며, 1.636의 굴절 지수를 가졌다. ZrO2 함유 수지 (49.03g) 및 TPO-L (0.26g)을 함께 혼합하였다.
실시예 6
ZrO2 졸 3 (100.00g), MEEAA (4.44g), BCEA (2.13g), 1-메톡시-2-프로판올 (115g), PEA/BR31의 50/50 혼합물 (29.78g) 및 수 중 프로스타브 5198의 5％ 용액 (0.12g)을 둥근바닥 플라스크에 충전하고, 알콜 및 물을 회전 증발에 의해 제거하였다. ZrO2 함유 수지는 대략 53.3％ ZrO2였으며, 1.642의 굴절 지수를 가졌다. TPO-L 0.47pph를 상기 혼합물에 첨가하였다.
실시예 7
ZrO2 졸 3 (200.00g), MEEAA (8.81g), BCEA (4.22g), 1-메톡시-2-프로판올 (230g), BR31/PEA/TMPTA의 38/50/12 혼합물 (59.1g) 및 수 중 프로스타브 5198의 5％ 용액 (0.24g)을 둥근바닥 플라스크에 충전하고, 알콜 및 물을 회전 증발에 의해 제거하였다. ZrO2 함유 수지는 대략 52.31％ ZrO2였으며, 1.638의 굴절 지수를 가졌다. ZrO2 충전된 수지 (116g) 및 TPO-L (0.55g)을 함께 혼합하였다.
모든 실시예의 유기 성분, 및 모든 실시예의 중합가능한 조성물은 2중량％ 미만의 용매 함량을 가졌다. 실시예에 사용된 모든 유기 성분은 50℃에서 100cps 미만의 점도를 가졌다. 실시예에 사용된 모든 유기 성분은, 유기 성분이 25℃에서 균질 혼합물인 한, 25℃에서 1000cps 미만의 점도를 가졌다. 실시예의 모든 중합가능한 조성물 (나노입자 포함)은 50℃에서 1000cps 미만의 점도를 가졌다.
3개의 세트의 실험에서, 중합가능한 수지 조성물을 프리즘의 면의 경사에 의해 정의된 90°정점각을 갖는 마스터 도구를 사용하여, 휘도 강화 필름으로 제조하였다.
제1 세트의 실험에서, 인접 정점 간의 평균 거리는 약 50㎛였으며, 프리즘의 정점은 예리했으며, 프리즘은 상표명 "비쿠이티(Vikuiti) BEF III90/50 필름" 하에 3M 컴퍼니에 의해 시판된 휘도 강화 필름과 유사한 그들의 길이를 따라 높이가 다양하였다.
제2 및 제3 세트의 실험에서, 인접 정점 간의 평균 거리는 약 24㎛였으며, 프리즘 두정의 정점은 예리하였다.
각 실험에 대해, 중합가능한 수지 조성물을 약 50℃의 온도로 가열하고, 연속적인 필름을 생성하기에 충분히 부피로 마스터 도구에 부었다. 마스터 도구 및 중합가능한 수지를 코팅 바 장치를 통해 잡아당겨, 제1 세트의 실험에서 대략 25㎛, 제2 및 제3 실험 세트에서 대략 13㎛의 중합가능한 수지 두께를 생성하였다. 코팅 후, 5밀 PET 필름을 실험 1의 경우 중합가능한 수지 상으로 적층하고; 실험 2의 경우 2밀 PET 필름을 사용하였으며; 상표명 "비쿠이티 DBEF-P" 하에 3M 컴퍼니로부터 시판되는 것과 실질적으로 동일한 반사 편광판을 실험 3에 사용하였다. 마스터 도구, 중합가능한 수지, 및 PET 또는 굴절 편광판 필름을 UV 경화 기계에 배치하고, 3000mJ/㎠로 노출하였다. 경화 후, 중합된 수지 및 PET를 마스터 도구로부터 박리하였다.
생성된 휘도 강화 필름의 이득을 포토 리서치 인코포레이티드 (미국 캘리포니아주 챗츠워쓰)로부터 구입가능한 스펙트라스캔(SpectraScan)TM PR-650 상에서 측정하였다. 하기 형성된 각 실시예에 대한 이 방법의 결과를 하기 결과 항목에 기록한다. 단일 시이트 이득 (즉, "SS")을 측정하기 위해, 필름 샘플을 절단하고, 포스터(Foster) DCR II 광원을 사용하여 광 파이프를 통해 조명된 테플론 광 큐브에 배치하여, 프리즘의 홈이 테플론 광 튜브의 전면에 평행하도록 하였다. 교차된 시이트 이득 (즉, "XS")의 경우, 동일한 물질의 제2 시이트를 제1 시이트의 아래에 배치하고, 제2 시이트의 홈이 테플론 광 튜브의 전면에 수직이도록 배향하였다.
결과를 하기 표 IV에 기록한다.
실시예 비경화 수지 RI 실험 1의 BEF 필름의 SS 이득 실험 1의 BEF 필름의 XS 이득 실험 2의 BEF 필름의 SS 이득 실험 2의 BEF 필름의 XS 이득
1 1.674 1.799 2.361
2 1.584 1.766 2.434
3 1.682 1.955 2.606
4 1.901 2.568 1.89 2.595
5 1.854 2.573
6 1.642
7 1.638 1.889 2.684
실시예 8
상표명 "비쿠이티 T-BEF" 하에 3M 컴퍼니로부터 시판되는 휘도 강화 필름을 실험 3에 따라 제조된 실시예 6과 동일한 조성을 갖는 휘도 강화 필름 아래에 배치하여, 제2 시이트의 홈이 테플론 광 큐브의 전면에 수직이도록 하였다. 실험 3에 따라 제조된 실시예 6의 단일 시이트 이득은 2.519였다. 비쿠이티 T-BEF와 조합된 상기 시이트의 이득은 3.143이었다.

Claims (30)

1종 이상의 에틸렌성 불포화 단량체를 포함하는 유기 성분 (여기서, 유기상은 450g/몰 초과의 수평균 분자량을 갖는 올리고머성 단량체가 없음); 및 10중량％ 이상의 무기 나노입자를 포함하는, 실질적으로 용매 무함유 중합가능한 조성물의 반응 생성물을 포함하는 휘도 강화 중합된 구조체를 포함하는 휘도 강화 필름.
제1항에 있어서, 중합가능한 조성물이 1.47 이상의 굴절 지수를 갖는 것인 휘도 강화 필름.
제1항에 있어서, 유기 성분이 180℉에서 1000cps 미만의 점도를 갖는 것인 휘도 강화 필름.
제1항에 있어서, 중합가능한 조성물이 광개시제를 포함하는 것인 휘도 강화 필름.
제4항에 있어서, 중합가능한 조성물이 자외선 조사에 의해 경화되는 것인 휘도 강화 필름.
제1항에 있어서, 유기 성분이 1.47 이상의 굴절 지수를 갖는 1종 이상의 단 량체를 포함하는 것인 휘도 강화 필름.
제6항에 있어서, 유기 성분이 페녹시 에틸 아크릴레이트; 페닐티오 에틸 아크릴레이트; 2-나프틸티오 에틸 아크릴레이트; 1-나프틸티오 에틸 아크릴레이트; 2,4,6-트리브로모페녹시 에틸 아크릴레이트; 2,4-디브로모페녹시 에틸 아크릴레이트; 2-브로모페녹시 에틸 아크릴레이트; 1-나프틸옥시 에틸 아크릴레이트; 2-나프틸옥시 에틸 아크릴레이트; 페녹시 2-메틸에틸 아크릴레이트; 페녹시에톡시 에틸 아크릴레이트; 3-페녹시-2-히드록시 프로필 아크릴레이트; 2-페닐페녹시 에틸 아크릴레이트; 4-페닐페녹시 에틸 아크릴레이트; 2,4-디브로모-6-sec-부틸페닐 아크릴레이트; 2,4-디브로모-6-이소프로필페닐 아크릴레이트; 벤질 아크릴레이트; 페닐 아크릴레이트; 2,4,6-트리브로모페닐 아크릴레이트; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 단량체를 포함하는 것인 휘도 강화 필름.
제1항에 있어서, 유기 성분이 1.50 이상의 굴절 지수를 갖는 1종 이상의 단량체를 1.50 미만의 굴절 지수를 갖는 제2 단량체와 조합하여 포함하는 것인 휘도 강화 필름.
제8항에 있어서, 제2 단량체가 1.47 미만의 굴절 지수를 갖는 것인 휘도 강화 필름.
제1항에 있어서, 유기 성분의 1종 이상의 단량체가 2개 이상의 에틸렌성 불포화 기를 갖는 것인 휘도 강화 필름.
제10항에 있어서, 단량체가 헥산디올 디아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리(메트)아크릴레이트, 글리세릴 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 프로폭실레이트 트리(메트)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판 테트라(메트)아크릴레이트, 및 이들의 혼합물로부터 선택된 것인 휘도 강화 필름.
제1항에 있어서, 중합된 구조체가 제1 표면을 따라 연장된 다수의 릿지를 갖는 것인 휘도 강화 필름.
제12항에 있어서, 릿지가 4 내지 15㎛ 범위의 반경을 갖는 둥근 정점을 갖는 것인 휘도 강화 필름.
제1항에 있어서, 무기 나노입자가 1nm 내지 100nm로 선택된 범위 내의 일차 입자 크기를 갖는 것인 휘도 강화 필름.
제1항에 있어서, 무기 나노입자가 중합된 구조체의 10중량％ 내지 60중량％를 구성하는 것인 휘도 강화 필름.
제1항에 있어서, 나노입자가 실리카, 지르코니아, 티타니아, 산화안티몬, 알루미나, 산화주석, 이들의 혼합된 금속 옥시드, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 것인 휘도 강화 필름.
제1항에 있어서, 나노입자가 유기 성분과 함께 중합가능하도록 표면 개질된 것인 휘도 강화 필름.
제1항에 있어서, 베이스층이 편광층인 휘도 강화 필름.
제18항에 있어서, 베이스층이 반사 편광층인 휘도 강화 필름.
180℉에서 1000cps 미만의 점도를 갖는 유기 성분 (여기서, 유기 성분은 450g/몰 초과의 수평균 분자량을 갖는 에틸렌성 불포화 단량체 약 10중량％ 이하를 포함함); 및 10중량％ 이상의 무기 나노입자를 포함하는, 실질적으로 용매 무함유 중합가능한 조성물의 반응 생성물을 포함하는, 휘도 강화 중합된 구조체를 포함하는 휘도 강화 필름.
(a) 발광 표면을 갖는 조명 장치; 및
(b) 상기 발광 표면에 실질적으로 평행하게 배치된 제1항의 휘도 강화 필름을 포함하는 장치.
제21항에 있어서, 조명 장치가 백릿 디스플레이 장치 또는 액정 디스플레이 장치인 장치.
제21항에 있어서, 휴대용 장치, 컴퓨터 디스플레이 및 텔레비전으로부터 선택된 장치.
제1항에 있어서, 필름이 회전 필름이며, 중합가능한 조성물의 굴절 지수가 1.44 이상인 휘도 강화 필름.
제24항에 있어서, 필름이 0.5 내지 10㎛ 범위의 반경을 갖는 둥근 정점을 갖는 휘도 강화 필름.
(a) 발광 표면을 갖는 광가이드를 갖는 광원; 및
(b) 상기 광가이드에 실질적으로 평행하게 배치된 제25항의 회전 필름을 포함하며;
상기 회전 필름은 제1 표면 및 제2 표면 및 제1 표면 상에 형성된 프리즘 어 레이를 가지며, 회전 필름은 제1 표면이 광가이드의 발광 표면을 떠나는 광선이 프리즘 어레이와 만나도록 발광 표면에 대해 배치되도록 배치되며, 광선이 제2 표면을 통해 실질적으로 바람직한 각 방향을 따라 회전 필름을 떠나도록 프리즘 어레이에 의해 반사 및 굴절되고,
프리즘 어레이는 제1 다수의 프리즘을 포함하며, 제1 다수의 프리즘 각각은 제1 프리즘 구성형태를 가지며, 제2 다수의 프리즘 각각은 제1 프리즘 구성형태와 상이한 제2 프리즘 구성형태를 가지며, 제1 프리즘 구성형태 및 제2 프리즘 구성형태는, 제2 표면을 떠나는 광선이 광가이드에 도입하는 광선의 실질적으로 균일한 샘플링에 상응하도록 하는 것인, 조명 장치.
1종 이상의 에틸렌성 불포화 단량체를 포함하는 유기 성분 (여기서, 유기 상은 450g/몰 초과의 수평균 분자량을 갖는 올리고머성 단량체가 없음)을 포함하는 실질적으로 용매 무함유 중합가능한 조성물의 반응 생성물을 포함하며, 중합가능한 조성물은 2개 이상의 에틸렌성 불포화기를 포함하는 하나 이상의 성분을 포함하는 것인, 휘도 강화 중합된 구조체를 포함하는 휘도 강화 필름.
1종 이상의 에틸렌성 불포화 단량체를 포함하는 유기 성분 (여기서, 유기 성분은 450g/몰 초과의 수 평균 분자량을 갖는 올리고머성 단량체가 없음), 및 임의로 무기 나노입자를 포함하는 실질적으로 용매 무함유 중합가능한 조성물의 반응 생성물을 포함하며, 중합가능한 조성물은 2 이상의 (메트)아크릴레이트기를 포함하 는 하나 이상의 성분을 포함하는 것인 미소구조화 물품.
제28항에 있어서, 물품이 역반사적인 미소구조화 물품.
제28항에 있어서, 물품이 플라즈마 디스플레이 패널 뒤쪽으로 배리어 립을 제조하기에 적절한 가요성 금형인 미소구조화 물품.
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