KR20080091781A - 강화된 반사 편광기 필름 - Google Patents

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앤드류 제이. 오우데르커크
올레스터 주니어 벤슨
티모시 제이. 헤브린크
샨돈 디. 하트
크리스틴 엘. 툰호르스트
패트릭 알. 플레밍
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

광학 필름은 제1 층 및 제2 층을 갖는다. 제1 및 제2 층은 각각의 중합체 매트릭스 내에 매립된 섬유를 각각 포함한다. 반사 편광기 층을 갖는 제3 층이 제1 층과 제2 층 사이에 장착된다.
광학 필름, 중합체, 매트릭스, 섬유, 반사 편광기, 열팽창 계수

Description

강화된 반사 편광기 필름{REINFORCED REFLECTIVE POLARIZER FILMS}
본 발명은 광학 필름에 관한 것이고, 더 구체적으로는 무기 섬유를 사용하여 강화된 반사 편광기 필름에 관한 것이다.
반사 편광기 필름과 같은 광학 필름은 예를 들어 광원으로부터 디스플레이 패널로의 광의 진행을 관리하기 위해 디스플레이 내에 흔히 사용된다. 특히, 반사 편광기 필름은 액정 디스플레이(LCD) 패널 상에 입사하는 광의 하나의 편광을 대부분 투과시키고, 직각 편광의 광을 대부분 반사시키기 위해 흔히 사용된다. 반사된 광은 재생되어, 광의 적어도 일부가 그의 편광이 편광기를 통해 대부분 투과되는 상태로 변경된 후에 반사 편광기로 귀환된다. 이러한 재생 과정은 LCD 패널 상에 입사하는 편광된 광의 양을 증가시킨다.
디스플레이 시스템의 크기가 증가함에 따라, 필름의 면적도 또한 커지게 된다. 그러한 편광 필름은 전형적으로 수십 또는 수백 마이크로미터로 얇고, 그러므로 특히 대형 디스플레이 시스템 내에 사용될 때, 수동 조립 및 취급 과정에서 어려움을 나타낸다. 반사 편광기의 광학적 또는 표면적 특성을 변화시키지 않고서 단순히 반사 편광기의 두께를 변화시키는 것은 흔히 비실용적이다. 그러나, 반사 편광기 필름은 대면적 필름에 대해 필요한 지지를 제공하기 위해 상대적으로 더 두 꺼운 중합체 기판에 적층될 수 있다. 그러나, 두꺼운 기판의 사용은 디스플레이 유닛의 두께를 증가시키고, 또한 중량 및 가능하게는 광 흡수의 증가로 이어진다. 두꺼운 중합체 기판의 사용은 또한 단열성을 증가시켜서, 열을 디스플레이 외부로 전달하는 능력을 감소시킨다. 더욱이, 증가된 휘도를 갖는 디스플레이에 대한 지속적인 요청이 있게 되는데, 이는 때때로 더 많은 열이 디스플레이 시스템에서 발생한다는 것을 의미한다. 이는 더 많은 가열과 관련된 비틀림 효과의 증가, 예컨대 필름 뒤틀림(warping)으로 이어진다. 추가된 두꺼운 중합체 기판은 필름의 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion, CTE)를 반드시 감소시키지는 않고, 이는 뒤틀림을 감소시키는 것을 돕는다. 또한, 두꺼운 중합체 기판으로의 필름의 적층은 디스플레이의 광학적 기능의 어떠한 개선도 제공하지 않으면서, 장치를 더 두껍고 더 무겁게 만든다.
발명의 개요
본 발명의 일 실시 형태는 제1 층 및 제2 층을 갖는 광학 필름에 관한 것이다. 제1 및 제2 층은 각각의 중합체 매트릭스 내에 매립된 섬유를 각각 포함한다. 반사 편광기 층을 갖는 제3 층이 제1 및 제2 층 사이에 장착된다.
본 발명의 다른 실시 형태는 반사 편광기 층을 제공하는 단계; 및 반사 편광기 층의 제1 면에 제1 섬유 강화 층을 부착하는 단계를 포함하는 광학 필름의 제조 방법에 관한 것이다. 제1 섬유 층은 제1 중합체 매트릭스 내에 배치된 무기 섬유를 포함한다.
본 발명의 상기 개요는 본 발명의 각각의 도시된 실시 형태 또는 모든 구현 형태를 설명하고자 하는 것은 아니다. 하기의 도면 및 상세한 설명은 이러한 실시 형태들을 더 구체적으로 예시하는 것이다.
본 발명은 첨부 도면과 관련하여 본 발명의 다양한 실시 형태에 대한 하기의 상세한 설명을 고려하여 더욱 완벽하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 원리에 따른 반사 편광기를 사용하는 디스플레이 시스템을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2A는 본 발명의 원리에 따른, 편광기 층에 직접 부착된 강화 층을 갖는 섬유 강화 편광기 필름의 예시적인 실시 형태를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2B는 본 발명의 원리에 따른, 접착 층을 거쳐 편광기 층에 부착된 강화 층을 갖는 섬유 강화 편광기 필름의 예시적인 실시 형태를 개략적으로 도시하는 도면.
도 3A 및 도 3B는 본 발명의 원리에 따른, 섬유 강화 편광기 필름을 제조하기 위한 시스템의 실시 형태를 개략적으로 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 원리에 따른, 섬유 강화 편광기 필름을 제조하기 위한 시스템의 다른 실시 형태를 개략적으로 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 원리에 따른, 2개의 강화 층을 갖는 강화된 편광기 필름의 실시 형태를 개략적으로 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 원리에 따른, 다른 부착된 광학 필름을 구비한 강화된 편광기 필름의 실시 형태를 개략적으로 도시하는 도면.
도 7A 내지 도 7D는 본 발명의 원리에 따른, 프리즘형 표면을 갖는 부착된 광학 층을 구비한 강화된 편광기 필름의 실시 형태를 개략적으로 도시하는 도면.
도 8A 및 도 8B는 본 발명의 원리에 따른, 광학능(optical power)을 제공하는 표면을 갖는 부착된 광학 층을 구비한 강화된 편광기 필름의 실시 형태를 개략적으로 도시하는 도면.
도 8C는 본 발명의 원리에 따른, 회절 광학 소자로서 형성된 표면을 갖는 부착된 광학 층을 구비한 강화된 편광기 필름의 실시 형태를 개략적으로 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 원리에 따른, 부착된 확산기 층을 구비한 강화된 편광기 필름의 실시 형태를 개략적으로 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 원리에 따른, 부착된 집광기 층(light concentrator layer)을 구비한 강화된 편광기 필름의 실시 형태를 개략적으로 도시하는 도면.
본 발명이 다양한 변형예 및 대안적인 형태를 따를 수 있지만, 그 특정 형태가 예로서 도면에 도시되고 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 설명되는 특정 실시 형태로 제한할 의도가 없다는 것을 이해하여야 한다. 반대로, 첨부된 청구의 범위에 한정된 본 발명의 사상 및 범주 내에 속하는 모든 변형예, 등가물 및 대안예를 포함하고자 하는 것이다.
본 발명은 광학 시스템에 적용될 수 있고, 특히 하나 이상의 광학 필름을 사용하는 광학 디스플레이 시스템에 적용될 수 있다. 광학 디스플레이, 예컨대 액정 표시 장치(LCD)가 더 커지고 밝아짐에 따라, 이 표시 장치 내의 광학 필름에 대한 요청이 더 커지고 있다. 더 큰 디스플레이는 뒤틀림, 굽힘 및 처짐을 방지하고, 백라이트 시스템의 조립 및 제조 공정을 용이하게 하기 위해, 더 강성인 필름을 요구한다. 그러나, 필름의 두께를 그 길이 및 폭에 따라 증가시킴으로써 필름이 더 두꺼워지고 더 무거워진다. 따라서, 광학 필름이 부수적인 두께 증가 없이도 큰 디스플레이에 사용될 수 있도록 더 강성을 갖도록 제조되는 것이 바람직하다. 광학 필름의 강성을 증가시키기 위한 한 접근 방법은 섬유를 필름 내에 포함시키는 것이다. 일부 예시적인 실시 형태에 있어서, 필름을 통과하는 광의 산란이 거의 없거나 전혀 없도록 섬유는 굴절률의 관점에서 필름의 주변 재료와 정합되게 된다.
반사 편광기 필름의 일부 예시적인 실시 형태는 섬유 강화 층에 부착된 반사 편광기 층을 포함한다. 섬유 강화 층의 유익한 특성과의 반사 편광기의 조합은 필름 조립체에 개선된 특성을 제공한다. 강화 섬유가 주변 중합체 매트릭스보다 더 높은 인장 모듈러스(tensile modulus)를 갖는 것이 바람직하다. 유리 섬유와 같은 무기 섬유는 균질 중합체 필름에서 대체로 접근할 수 없는 근본적으로 향상된 재료 특성 세트를 제공한다. 무기 섬유는 적절하게 배열되면 복합 용품에 높은 강성을 부여할 수 있다. 일부 경우에, 섬유 강화 층은 반사 편광기에 비해 감소된 열팽창 계수(CTE)를 가질 수 있다. 섬유 강화 층이 반사 편광기와 조합되면, 시스템의 전체 CTE는 편광기만에 의해 발생하게 될 CTE로부터 감소된다. CTE의 감소는 디스플레이 장치의 열 사이클 중에 발생할 수 있는 차등 수축 또는 팽창과 같은 바람직하지 않은 열적 효과를 감소시키는 데 있어서 유익하다. 증가된 강성 및 CTE 감소의 결과로서, 반사 편광기와의 섬유 강화 층의 조합은 반사 편광기가 큰 디스플레이 시스템 내에서 작동될 때 감소된 뒤틀림 및 변형을 보일 수 있는 강성 형태를 유지하면서 면적이 더 크게 만들어지도록 허용한다. 또한, 소정 제품의 현재의 뒤틀림 성능이 이미 허용될 수 있다면, 이때 조립체의 두께를 감소시키면서 이러한 동일한 뒤틀림 성능을 맞출 수 있다. 이러한 감소된 조립체 두께는 대형 및 소형 디스플레이 시스템에서 바람직할 수 있다.
본 발명을 포함할 수 있는 디스플레이 시스템(100)의 예시적인 실시 형태의 개략적인 분해도가 도 1에 나타나 있다. 그러한 디스플레이 시스템(100)은 예를 들어 액정 디스플레이(LCD) 모니터 또는 LCD-TV에서 사용될 수 있다. 디스플레이 시스템(100)은 LC 패널(102)의 사용에 기반을 둘 수 있고, LC 패널은 전형적으로 패널판(106)들 사이에 배치된 액정(LC) 층(104)을 포함한다. 패널판(106)들은 흔히 유리로 형성되고, 전극 구조 및 LC 층(104) 내의 액정의 배향을 제어하기 위한 내부면 상의 배향막을 포함할 수 있다. 전극 구조는 통상적으로 LC 패널 픽셀, 즉 LC 층의 영역을 한정하도록 배열되며, 이 영역에서는 액정의 배향이 인접 영역과는 독립적으로 제어될 수 있다. 또한, 디스플레이되는 이미지 상에 색상을 부여하기 위해 컬러 필터가 하나 이상의 판(106)과 함께 구비될 수 있다.
상부 흡수 편광기(108)가 LC 층(104) 상에 위치되고, 하부 흡수 편광기(110)가 LC 층(104) 아래에 위치된다. 도시된 실시 형태에서, 상부 및 하부 흡수 편광기는 LC 패널(102) 외부에 위치된다. 흡수 편광기(108, 110) 및 LC 패널(102)은 백라이트(112)로부터의 광이 시청자를 향해 디스플레이(100)를 투과하는 것을 함께 제어한다. 충분히 높은 소광비(extinction ratio)를 갖는 반사 편광기가 채용되는 경우에, 예를 들어 흡수 편광기를 반사 편광기로 교체하여, 시스템으로부터 하나 이상의 흡수 편광기를 제거하는 것이 가능할 수 있다.
백라이트(112)는 LC 패널(102)을 조명하는 광을 발생하는 하나 이상의 광원(116)을 포함한다. LCD-TV 또는 LCD 모니터에 사용되는 광원(116)은 흔히 디스플레이 장치(100)를 가로질러 연장하는 선형의 냉음극 형광등이다. 그러나, 필라멘트 또는 아크 램프, 발광 다이오드(LED), 평판 형광 패널 또는 외부 형광 램프와 같은 다른 유형의 광원을 사용할 수도 있다. 광원의 이러한 열거는 한정하거나 망라하고자 하는 것이 아니고 단지 예시하고자 하는 것이다.
백라이트(112)는 또한 광원(116)으로부터 아래쪽으로, LC 패널(102)로부터 멀어지는 방향으로 진행하는 광을 반사시키는 반사기(118)를 포함할 수 있다. 반사기(118)는 또한 후술되는 바와 같이 디스플레이 장치(100) 내에서 광을 재생하는 데 유용할 수 있다. 반사기(118)는 경면(specular) 반사기일 수도 있고, 또는 확산(diffuse) 반사기일 수도 있다. 반사기(118)로서 사용될 수 있는 경면 반사기의 일례는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수가능한 비퀴티(Vikuiti™) 인핸스드 스펙큘러 리플렉션(Enhanced Specular Reflection, ESR) 필름이다. 적합한 확산 반사기의 예로는 이산화티타늄, 황산바륨, 탄산캄슘과 같은 확산성 반사 입자가 투입된, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카르보네이트(PC), 폴리프로필렌, 폴리스티렌 등과 같은 중합체를 들 수 있다. 미공성 재료 및 미소섬유(fibril) 함유 재료를 포함하는 확산 반사기의 다른 예는 공동 소유의 미국 특허 출원 공개 제2003/0118805 A1호에 논의되어 있다.
광 관리 층의 배열(120)은 백라이트(112)와 LC 패널(102) 사이에 위치된다. 광 관리 층은 디스플레이 장치(100)의 동작을 향상시키기 위해 백라이트(112)로부터 진행하는 광에 영향을 준다. 예를 들어, 광 관리 층의 배열(120)은 확산기 층(122)을 포함할 수 있다. 확산기 층(122)은 광원으로부터 수신된 광을 확산시키기 위해 사용되며, 이는 LC 패널(102) 상에 입사하는 조명 광의 균일성을 증가시킨다. 따라서, 이것은 시청자에 의해 인지되는 이미지가 보다 균일하게 밝아지게 한다.
광 관리 층의 배열(120)은 반사 편광기(124)를 또한 포함할 수 있다. 광원(116)은 전형적으로 비편광 광(unpolarized light)을 생성하지만, 하부 흡수 편광기(110)는 단일 편광 상태만을 투과시키고, 따라서 광원(116)에 의해 발생된 광의 대략 절반은 LC 층(104)으로 투과되지 않는다. 그러나, 반사 편광기(124)는 그렇지 않다면 하부 흡수 편광기에서 흡수될 광의 대부분을 반사시키기 위해 사용될 수 있고, 따라서 이러한 광은 반사 편광기(124)와 반사기(118) 사이에서의 반사에 의해 재생될 수 있다. 반사 편광기(124)에 의해 반사된 광의 적어도 일부는 편광해소되어(depolarized), 이후에 반사 편광기(124) 및 하부 흡수 편광기(110)를 통해 LC 층(104)으로 투과되는 편광 상태로 반사 편광기(124)로 귀환될 수 있다. 이러한 방식으로, 반사 편광기(124)는 LC 층(104)에 도달하는 광원(116)에 의해 발광된 광의 비율을 증가시키기 위해 사용될 수 있고, 따라서 디스플레이 장치(100)에 의해 생성되는 이미지는 더 밝다.
임의의 적합한 유형의 반사 편광기, 예를 들어 다층 광학 필름(multilayer optical film, MOF) 반사 편광기; 연속/분산상(continuous/disperse phase) 편광기 또는 콜레스테릭(cholesteric) 반사 편광기와 같은 확산 반사 편광 필름(diffusely reflective polarizing film, DRPF)이 사용될 수 있다. 이들 중에서, 가장 광학적으로 효율적인 것 중 일부는 간섭 기반의 반사에 의존하는 반사 편광기이다. 이러한 간섭 기반의 반사 편광기는 제1 편광 상태에 (광학 반복 유닛으로 불릴 수 있는) 주기적 또는 준주기적 가변 굴절률 함수를 제공하는 반면에, 제2 (전형적으로 직각인) 편광 상태는 비교적 균일한 굴절률에 직면한다. 이는 제1 편광 상태의 실질적인 반사 및 제2 편광 상태의 투과를 일으킨다. 사분파(quarter-wave) MOF 및 콜레스테릭 액정 편광기 둘다는 이러한 카테고리 내에 속한다. 이들 둘다는 전형적으로 복굴절성을 나타내는 중합체 재료를 포함한다. 이들은 폴리에스테르, PET, PEN, 액정 중합체, 콜레스테릭 액정 중합체 등과 같은 중합체를 채용할 수 있다.
MOF 및 연속/분산상 반사 편광기 둘다는, 직각 편광 상태의 광을 투과시키면서 하나의 편광 상태의 광을 선택적으로 반사시키기 위해, 통상적으로 중합체 재료인 적어도 2종의 재료들 사이의 굴절률의 차이에 의존한다. 이들은 전형적으로 적어도 하나의 복굴절성 재료를 포함하고, 하나의 양의 그리고 하나의 음의 복굴절성 재료를 포함할 수 있다. 제1 편광 상태는 가변(주기적일 필요는 없음) 굴절률 함수에 직면하는 반면에, 제2 편광 상태는 비교적 균일한 굴절률에 직면한다. 이는 제1 편광 상태의 실질적인 산란 및 반사와, 제2 편광 상태의 투과를 일으킨다. 이들은 폴리에스테르, PET, PEN, 액정 중합체, 콜레스테릭 액정 중합체 등과 같은 중합체를 채용할 수 있다.
일부 모델이 DBEF로 불리는 MOF 반사 편광기의 일부 예가 공동 소유의 미국 특허 제5,882,774호에 기술되어 있다. MOF 반사 편광기의 구매가능한 예로는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수할 수 있는 확산면을 포함하는 비퀴티(상표명) DBEF-D200 및 DBEF-D400 다층 반사 편광기를 들 수 있다.
본 발명과 관련하여 유용한 DRPF의 예로는 공동 소유의 미국 특허 제5,825,543호에 기재된 연속/분산상 반사 편광기, 및 예컨대 공동 소유의 미국 특허 제5,867,316호에 기재된 확산 반사 다층 편광기를 들 수 있다. 다른 적합한 유형의 DRPF는 미국 특허 제5,751,388호에 기재되어 있다.
본 발명과 관련하여 유용한 콜레스테릭 편광기의 일부 예로는 예를 들어 미국 특허 제5,793,456호 및 미국 특허 공개 제2002/0159019호에 기재된 것을 들 수 있다. 콜레스테릭 편광기는 흔히 출력측의 사분파 저지층과 함께 제공되어 콜레스테릭 편광기를 투과한 광이 선형 편광으로 변환되도록 한다.
본 명세서에 기재된 복합재는 또한 다수의 기능을 제공하는 하나의 용품에서 흡수 편광기 및 반사 편광기와 함께 조합될 수 있다.
광 관리 층의 배열(120)은 프리즘형 휘도 향상 층(128)을 또한 포함할 수 있다. 휘도 향상 층은 디스플레이의 축에 더 가까운 방향으로 축외(off-axis) 광을 리디렉팅(redirecting)하는 표면 구조물을 포함하는 것이다. 이는 LC 층(104)을 통해 축상으로 진행하는 광의 양을 증가시키며, 따라서 시청자가 보게 되는 이미지의 휘도가 증가된다. 일 예는 굴절 및 반사를 통해 조명 광을 리디렉팅하는 다수의 프리즘형 릿지(prismatic ridges)를 가진 프리즘형 휘도 향상층이다. 디스플레이 장치에 사용될 수 있는 프리즘형 휘도 향상층의 예로는 BEFII 90/24, BEFII 90/50, BEFIIIM 90/50 및 BEFIIIT를 비롯한 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 프리즘형 필름인 비퀴티(상표명) BEFII 및 BEFIII 패밀리(family)를 들 수 있다. 이들은 프리즘형 표면이 광원 또는 도광체(light guide)를 향해 지향된, 프리즘형 '터닝(turning) 필름'을 또한 포함할 수 있다.
다른 광 관리 층이 휘도 향상 이외의 목적을 위해 포함될 수 있다. 이러한 용도는 광의 공간적 혼합 또는 색 혼합, 광원 숨김, 및 균일성 개선을 포함한다. 이러한 목적을 위해 사용될 수 있는 필름은 확산 필름, 확산 판, 부분 반사 층, 색 혼합 도광체 또는 필름, 및 비가우스형 확산기(확산 광의 피크 휘도 광선이 입력 광의 피크 휘도 광선의 방향에 대해 평행하지 않은 방향으로 진행하는 확산 시스템)를 포함한다. 구조화된 확산기의 예는 계류 중인 미국 가특허 출원 제60/729,370호에 기재된 바와 같이, 그의 표면 상에 작은 카누형 미세 구조물을 갖는 필름이다.
강화된 편광 필름(200)의 예시적인 실시 형태가 도 2A에 개략적으로 도시되어 있다. 강화된 필름(200)은 편광 층(208)에 부착된 강화 층(202)을 포함한다. 편광 층(208)은 반사 편광기(124)에 대해 전술한 편광 층들 중 하나를 포함할 수 있다. 강화 층(202)은 중합체 매트릭스(206) 내에 배치된 무기 섬유(204)의 복합 배열을 포함한다.
무기 섬유(204)는 유리, 세라믹 또는 유리-세라믹 재료로 형성될 수 있고, 하나 이상의 토우(tow) 또는 하나 이상의 직조된 층으로, 개별 섬유로서 매트릭스(206) 내에 배열될 수 있다. 섬유(204)는 규칙적인 패턴 또는 불규칙적인 패턴으로 배열될 수 있다. 섬유(204)는 분쇄(milled) 또는 쵸핑(chopping)될 수 있다. 강화된 중합체 층의 여러 상이한 실시 형태가 미국 특허 출원 제11/125,580호에 보다 상세하게 논의되어 있다.
매트릭스(206) 및 섬유(204)의 굴절률들은 정합되거나 정합되지 않도록 선택될 수 있다. 일부 예시적인 실시 형태에서, 생성된 용품이 광원으로부터의 광에 대해 거의 또는 완전히 투과성을 갖도록 굴절률들을 정합시키는 것이 바람직할 수 있다. 다른 예시적인 실시 형태에서, 특정 색상 산란 효과를 생성하거나 필름 상에 입사하는 광의 확산 투과 또는 반사를 생성하기 위해 굴절률들의 의도적인 부정합을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 굴절률 정합은 수지 매트릭스(206)의 굴절률과 거의 동일한 굴절률을 갖는 적절한 섬유(204) 강화체를 선택함으로써 또는 섬유(204)의 굴절률에 가깝거나 이와 동일한 굴절률를 갖는 수지 매트릭스를 생성함으로써 달성될 수 있다.
중합체 매트릭스(206)를 형성하는 재료에 대한 x, y, 및 z 방향으로의 굴절률은 본 명세서에서는 n1x, n1y 및 n1z로 불린다. 중합체 매트릭스 재료(206)가 등방성인 경우, x, y 및 z 방향 굴절률은 모두 실질적으로 정합된다. 매트릭스 재료가 복굴절성인 경우, x, y 및 z 방향 굴절률 중 적어도 하나는 나머지와는 다르다. 섬유 재료가 등방성이면, 섬유를 형성하는 재료의 굴절률은 n2로서 주어진다. 그러나, 강화 섬유(204)는 복굴절성일 수 있다.
일부 실시 형태에서, 중합체 매트릭스(206)가 등방성, 즉 n1x ≒ n1y ≒ n1z ≒ n1인 것이 요구될 수 있다. 2개의 굴절률은 2개의 굴절률들 사이의 차이가 0.05 미만, 바람직하게는 0.02 미만, 더 바람직하게는 0.01 미만이면, 실질적으로 정합되는 것으로 간주된다. 따라서, 재료는 어떠한 굴절률들의 쌍도 0.05 초과만큼 다르지 않으면, 등방성인 것으로 간주된다. 또한, 일부 실시 형태에서, 매트릭스(206) 및 섬유(204)의 굴절률들이 실질적으로 정합되는 것이 바람직하다. 따라서, 매트릭스(206)와 섬유(204) 사이의 굴절률 차이, 즉 n1과 n2 사이의 차이는 작아야 하며, 적어도 0.02 미만, 바람직하게는 0.01 미만, 더 바람직하게는 0.002 미만이어야 한다.
다른 실시 형태에서, 중합체 매트릭스가 복굴절성인 것이 요구될 수 있고, 이러한 경우에 매트릭스 굴절률들 중 적어도 하나는 섬유(204)의 굴절률과 다르다. 섬유(204)가 등방성인 실시 형태에서, 복굴절성 매트릭스는 적어도 하나의 편광 상태의 광이 강화 층에 의해 산란되게 한다. 산란량은 산란되는 편광 상태에 대한 굴절률 차이의 크기, 섬유(204)의 크기, 및 매트릭스(206) 내의 섬유(204)의 밀도를 비롯한 여러 인자들에 따른다. 더욱이, 광은 전방 산란(확산 투과)하거나, 후방 산란(확산 반사)하거나 이들의 조합일 수도 있다. 또한, 편광-선택적 산란 또는 반사는 등방성 매트릭스 내에 매립된 복굴절성 섬유에 의해 제공될 수 있다. 섬유 강화 층(202)에 의한 광의 산란은 미국 특허 출원 제11/125,580호에 보다 상세하게 논의되어 있다.
중합체 매트릭스(206)에서 사용하기에 적합한 재료는 원하는 광 파장 범위에 걸쳐 투과성을 갖는 열가소성 및 열경화성 중합체를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 중합체가 물에서 불용성인 것이 특히 유용할 수 있고, 중합체는 소수성일 수 있거나 낮은 물 흡수 경향을 가질 수 있다. 또한, 적합한 중합체 재료는 비결정질 또는 반결정질일 수도 있으며, 그의 단일중합체, 공중합체 또는 블렌드를 포함할 수도 있다. 예시적인 중합체 재료로는 폴리(카르보네이트)(PC); 신디오탁틱(syndiotactic) 및 아이소탁틱(isotactic) 폴리(스티렌)(PS); C1-C8 알킬 스티렌; 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA) 및 PMMA 공중합체를 포함한, 알킬, 방향족, 및 지방족 고리 함유 (메트)아크릴레이트; 스티렌-아크릴레이트 공중합체, 에톡실화 및 프로폭실화 (메트)아크릴레이트; 다작용성 (메트)아크릴레이트; 아크릴화 에폭시; 에폭시; 및 기타 에틸렌계 불포화 재료; 환형 올레핀 및 환형 올레핀 공중합체; 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS); 스티렌 아크릴로니트릴 공중합체(SAN); 에폭시; 폴리(비닐사이클로헥산); PMMA/폴리(비닐플루오라이드) 블렌드; 폴리(페닐렌 옥사이드) 얼로이(alloy); 스티렌계 블록 공중합체; 폴리이미드; 폴리설폰; 폴리(비닐 클로라이드); 폴리(다이메틸 실록산)(PDMS); 폴리우레탄; 포화 폴리에스테르; 저 복굴절성 폴리에틸렌을 포함한 폴리(에틸렌); 폴리(프로필렌)(PP); 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET)와 같은 폴리(알칸 테레프탈레이트); 폴리(에틸렌 나프탈레이트)(PEN)와 같은 폴리(알칸 나프탈레이트); 폴리아미드; 이오노머; 비닐 아세테이트/폴리에틸렌 공중합체; 셀룰로오스 아세테이트; 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트; 플루오로중합체; 폴리(스티렌)-폴리(에틸렌) 공중합체; 폴리올레핀계 PET 및 PEN을 포함한 PET 및 PEN 공중합체; 및 폴리(카르보네이트)/지환족(cyclo-aliphatic) 코폴리에스테르 블렌드 및 폴리카르보네이트/PET 블렌드를 들 수 있지만 이로 한정되지 않는다. (메트)아크릴레이트라는 용어는 상응하는 메타크릴레이트 또는 아크릴레이트 화합물인 것으로서 정의된다. 신디오탁틱 PS를 제외하고는, 이들 중합체는 광학적 등방성 형태로 사용될 수도 있다.
가장 바람직한 중합체 매트릭스 재료는 처리 조건 및 기타 요인에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 단량체 또는 단량체 블렌드의 UV 또는 열 경화에 의해 섬유 강화 층을 형성하는 것이 요구될 수 있다. 다른 경우에, 냉각 시에 고형화되는 용융된 열가소성 중합체 또는 중합체 블렌드로부터 강화 복합 층을 형성하는 것이 요구될 수 있다. 둘다의 예는 이하에서 논의된다. 다양한 이점이 여기서 설명될 것이며, 이 중 일부는 모든 공정 및 용품 구성에 대해 동등하게 적용되고, 이 중 일부는 소정의 특정 공정 또는 용품 구성에만 적용된다. 이러한 구분은 당업자에 의해 인식되어야 한다.
일부 제품 적용예에서, 필름 제품 및 성분은 저수준의 일시적 화학종(저분자량, 미반응 또는 비전환 분자, 용해된 물 분자, 또는 반응 부산물)을 나타내는 것이 중요하다. 일시적 화학종은 제품 또는 필름의 최종 사용 환경으로부터 흡수될 수 있으며, 예를 들어 물 분자는 초기의 제품 제조에서부터 제품 또는 필름 내에 존재할 수 있거나, 예를 들어 물은 화학 반응(예를 들어, 축합 중합 반응)의 결과로서 생성될 수 있다. 축합 중합 반응으로부터의 작은 분자 발생의 예로는 다이아민과 이산(diacid)의 반응으로부터의 폴리아미드의 형성 동안의 물의 유리가 있다. 일시적 화학종은 저분자량 유기 재료, 예를 들어 단량체, 가소제 등도 포함할 수 있다.
일시적 화학종은 일반적으로 나머지의 기능성 제품 또는 필름에 포함되는 대부분의 재료보다 분자량이 일반적으로 더 작다. 제품 사용 조건은 예를 들어 열 응력으로 이어질 수도 있으며, 이러한 열 응력은 제품 또는 필름의 한 면에서 차등적으로 더 크다. 이러한 경우, 일시적 화학종은 필름을 통하여 이동하거나 필름 또는 제품의 한 표면으로부터 휘발하여 농도 구배, 총체적인 기계적 변형, 표면 변경, 및 때로 바람직하지 못한 가스 발생(out-gassing)을 야기할 수 있다. 가스 발생은 제품, 필름 또는 매트릭스 내에 공극 또는 기포가 생기게 할 수 있거나, 다른 필름으로의 부착에서 문제가 될 수 있다. 또한, 일시적 화학종은 제품 적용에서 다른 성분들을 잠정적으로 용매화하거나, 에칭하거나 다른 성분들에게 바람직하지 못한 영향을 줄 수 있다.
이들 중합체 중 여러 중합체는 배향될 때 복굴절성으로 될 수도 있다. 특히, PET, PEN 및 그의 공중체와, 액정 중합체는 배향될 때 상대적으로 큰 값의 복굴절성을 나타낸다. 중합체는 압출 및 신장을 포함하는 상이한 방법들을 사용하여 배향시킬 수도 있다. 신장은 중합체의 배향에 있어서 특히 유용한 방법인데, 그 이유는 신장이 고도의 배향을 가능하게 하고, 다수의 용이하게 조절가능한 외부 파라미터, 예를 들어 온도 및 신장비에 의해 조절될 수도 있기 때문이다.
압출 공정이 강화 층의 중합체 매트릭스를 준비하기 위해 사용되면, 복합 층의 중합체 조성은 유리하게는 압출될 수 있고, 고온에서의 처리 후에 투과성을 갖도록 유지되고, 적어도 약 -30℃ 내지 85℃의 온도에서 실질적으로 안정하도록 선택된다. 복합 층은 가요성일 수 있고, 일부 실시 형태에서, -30℃ 내지 85℃의 온도 범위에 걸쳐 길이 또는 폭이 유의하게 팽창하지 않는다.
복합 층은 전형적으로 주성분으로서, 85℃ 내지 200℃, 더 전형적으로 100 내지 160℃의 유리 전이 온도(Tg)를 나타내는 중합체 재료를 포함한다. 복합 층의 두께는 응용에 따라 변할 수 있다. 그러나, 복합 층은 전형적으로 대략 2 ㎛(0.1 밀(mil)) 내지 375 ㎛(15 밀), 더 전형적으로는 대략 12 ㎛(0.5 밀) 내지 250 ㎛(10 밀) 두께, 훨씬 더 전형적으로는 대략 25 ㎛(1 밀) 내지 180 ㎛(7 밀) 두께의 범위 내의 두께를 갖는다. 일부 경우에, (LCD-TV에 사용되는 1 - 2 ㎜ 두께의 확산기 판과 같은) 더 두꺼운 광학 용품이 요구될 수 있고; 이러한 응용의 목적을 위해, '광학 필름'이라는 용어는 이러한 더 두꺼운 광학 판 또는 도광체를 포함하는 것으로 간주되어야 한다.
복합 층은 전술된 중합체 유리 섬유 복합재와 블렌딩된 다른 재료를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, coPEN 또는 coPET이 복합 층에 사용될 수 있다. CoPEN 또는 coPET은 적어도 일부 실시 형태에서, 전술된 스티렌계 중합체/공중합체 또는 공중합체/공중합체 조합 내에서 도메인을 형성하기 위해 혼합물 내에서 상 분리될 수 있다. CoPEN 또는 CoPET과 중합체 매트릭스 사이의 굴절률 차이에 따라, 도메인은 매트릭스를 통과하는 광의 확산을 일으킬 수 있다. 게다가, 적어도 일부 실시 형태에서, coPEN 또는 coPET의 첨가는 coPEN 또는 coPET을 함유하는 반사 편광기 또는 다른 광학 필름에 대한 복합 층의 부착을 보조할 수 있다. 선택적으로, coPEN 및 coPET은 복합 층과 복합 층이 부착되는 층 사이에서, 확산을 증가시키고 층들을 함께 보유하는 것을 돕기 위해, 중간 층으로서 사용될 수 있다.
전형적으로, CoPEN 또는 CoPET은 복합 층의 재료의 대략 1 내지 30 중량％, 더 전형적으로는 3 내지 20 중량％, 일부 실시 형태에서는 3 내지 10 중량％의 수준으로 복합 층에 사용될 수 있다. 놀랍게도, 폴리스티렌 또는 폴리스티렌 공중합체보다 더 낮은 Tg 및 더 낮은 모듈러스를 갖는, coPEN 또는 coPET과 같은 재료를 복합재 내로 블렌딩하는 것은 영구적인 뒤틀림에 대한 필름의 저항을 개선한다는 것이 밝혀졌다. 예를 들어, 더 낮은 모듈러스 및 더 낮은 Tg의 CoPEN을 SAN을 포함하는 복합 층 내로 블렌딩하는 것은 이러한 필름에서 측정되는 뒤틀림의 양을 실질적으로 감소시킨다.
CoPEN 및 CoPET 공중합체는 노르보넨 또는 3차 부틸 아이소프탈산과 같은, 유리 전이 온도를 증가시키는 데 유용한 공단량체를 선택적으로 포함할 수 있다. 복합 층 내로 블렌딩하는 데 유용한 Tg가 높은 다른 재료로는 미국 매사추세츠주 피츠필드 소재의 제네럴 일렉트릭 플라스틱스(General Electric Plastics)로부터 입수가능한 울템(Ultem™)과 같은 폴리카르보네이트 및 폴리에테르이미드를 들 수 있다. 이러한 Tg가 높은 재료는 coPEN 및 coPET과 동일한 수준으로 사용될 수 있다.
복합 층은 추가의 특성을 제공하기 위해 하나 이상의 추가 코팅으로 코팅될 수 있다. 그러한 코팅의 예로는 정전기 방지 코팅, 난연제, UV 안정제, 마멸 저항성 또는 하드코트 재료, 광학 코팅, 및 김서림 방지 코팅을 들 수 있다.
매트릭스(206)는 다양한 첨가제가 제공되어 필름(200)에 원하는 특성을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 첨가제는 하기 중 하나 이상을 포함할 수도 있다: 내후용 제제(anti-weathering agent), UV 흡수제, 장해 아민 광 안정제, 산화방지제, 분산제, 윤활제, 정전기 방지제, 안료 또는 염료, 핵화제, 난연제, 발포제(blowing agent) 또는 나노입자. 일부 예시적인 실시 형태에서, 매트릭스는 충전제(filler)로서 작용성 나노입자를 포함할 수 있다. 그러한 나노입자는 매트릭스와 공중합될 수 있고, 모듈러스, 긁힘 저항 및 열팽창 계수(CTE)와 같은 일부 기계적 특성을 개선한다. 그러한 나노입자는 또한 강화 층의 중합체 성분의 굴절률을 조작하기 위한 방법을 제공할 수도 있다.
일부 경우에, 나노입자는 강성, 긁힘 저항 또는 굴절률 변경과 같은 특성을 개선하기 위해 포함될 수 있다. 나노입자는 날코(Nalco) 2327과 같은 많은 상이한 크기의 실리카 나노입자를 판매하는, 온데오 날코(ONDEO Nalco)와 같은 회사로부터 구매할 수 있다. 메타크릴옥시프로필트라이메톡시 실란과 같은 실란과의 나노입자의 반응은 아크릴레이트 매트릭스 내로 공중합될 반응성 나노입자를 제공한다.
일부 경우에, 강화 층 상에 하나 이상의 표면 향상 층을 적용하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 추가 층은 (하드코트의 예에서) 표면 보호 및 향상된 내구성, 또는 (낮은 표면 에너지 코팅의 예에서) 세척 용이성을 포함한 다양한 기능을 제공할 수 있다. 채용될 수 있는 하드코트의 예로는 미국 특허 제5,104,929호에 기재된 것과 같은 세라머(ceramer)를 들 수 있다. 그러한 하드코트는 내구성 및 마멸 저항을 제공하기 위해 적용될 수 있다.
다른 실시 형태에서, 추가 층은 필름의 외부 표면들 중 하나 또는 둘다에 제공될 수 있다. 예를 들어, 층들 중 하나 또는 둘다가 내구성을 제공하는 층, 예를 들어 마멸 저항 또는 하드코트 층, 또는 필름의 용이한 세척을 제공하는 층을 구비할 수 있다. 채용될 수 있는 적합한 하드코트의 예로는 미국 특허 제5,104,929호에 기재된 것과 같은 세라머를 들 수 있다. 그러한 하드코트는 내구성 및 마멸 저항을 제공하기 위해 적용될 수 있다.
용이한 세척 특성(때때로, 방오 특성으로 불림)을 제공하기 위해, 특정 첨가제가 하드코트 층의 상부 상에 별개의 표면 층으로서 적용될 수 있거나, 특별한 경우에는 하드코트 층 내로 첨가될 수 있다. 일반적으로, 첨가제는 낮은 수준의 첨가제가 성능을 제공할 수 있도록 표면에 블루밍(blooming)된다. 세척 용이성 첨가제는 실리콘 및 불소화 분자를 포함하지만, 후자가 그의 오일 및 먼지 반발성으로 인해 선호된다. 불소화 화학 물질 중에서, (아크릴레이트, 실란, 비닐 에테르, 및 에폭시와 같은) 반응성인 것이 그의 공중합되는 능력과 그에 따른 영속성 때문에 바람직하다. 퍼플루오르화 아크릴레이트, 플루오르화 아크릴레이트, 퍼플루오로폴리에테르 아크릴레이트, (하나 초과의 아크릴레이트를 갖는) 플루오르화 및 퍼플루오르화 멀티아크릴레이트가 세척 용이성 필름의 개발에 있어서 모두 유용하다. 다작용성 아크릴레이트(예를 들어, TMPTA, 트라이메틸올 프로판 트라이아크릴레이트)와 같은 다작용성 가교결합제, 세라머, 또는 나노입자와의 혼합물과의 반응성 불소화 화학종의 조합이 특히 바람직하다. 예시적인 다작용성 퍼플루오로폴리에테르 아크릴레이트 화합물은 HFPO-C(O)N(H)CH2CH2OC(O)CH=CH2이고, 여기서 HFPO는 바람직한 F(CF(CF3)CF2O)aCF(CF3)- 기(여기서, a는 평균 4 내지 15임)를 말한다. HFPO의 멀티아크릴레이트 형태가 또한 유용하다.
일부 적합한 세척 용이성 화학 물질은 경화된 조성물에 대해 90°(물) 초과 또는 50°(헥사데칸) 초과의 접촉각을 나타내는 것을 포함한다. "세척 용이성" 성능을 평가하는 대안적인 방법은 사인펜(felt-tip type pen)에 의한 것이다. 사인펜으로부터의 잉크는 표면에서 표면 에너지가 더 높아짐에 따라 더 "구형화(bead-up)"하는 경향이 있어서, 잉크를 닦아내는 것을 더 쉽게 만든다.
세척 용이성 표면은 하나의 특정 화학 물질로 제한되는 것이 아니라, 오히려 매우 다양한 화학 물질이 전체 필름 구성을 통한 원하는 수준의 광 투과가 유지되는 한 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 이러한 추가의 표면 향상 층들은 복수의 표면 향상 층이 서로로부터 구별되도록, 또는 이들이 하나의 층으로 통합될 수 있도록, 강화 층 상으로 순차적으로 코팅 또는 부착될 수 있다. 또한, 특수하게 설계된 시스템에서, 표면 향상 특징부들이 추가의 공정 단계에 대한 필요가 없이 강화 층 자체의 일부로서 만들어질 수 있다.
하드코트 및 별도의 세척 용이성 표면 향상체 및 세척 용이성 화학 물질을 지니는 하드코트의 적용은 미국 특허 출원 제10/841,159호, 제11/026,700호 및 제11/087,413호와, 미국 특허 제6,660,388호에 설명되어 있다. 일부 적합한 HFPO 멀티아크릴레이트는 미국 특허 출원 제11/009,181호 및 제11/121,742호에 기재되어 있다.
추가의 표면 층의 이러한 예는 제한적인 것으로 의미되는 것이 아니라 오히려 단지 예시적인 것이다. 다른 표면 층 또는 추가의 표면 층이 디스플레이에서의 응용에 대해 고려될 수 있다. 추가의 층은 정전기 감소 층, 전기 전도 또는 차폐 층, 기체 또는 수분 장벽 층, 난연제, UV 안정제, 반사 방지 또는 기타 광학 코팅, 및 김서림 방지 코팅을 또한 포함할 수 있다. 추가될 수 있는 다양한 다른 추가의 코팅 및 층이 미국 특허 제6,368,699호에 기재되어 있다.
보관 및 운송 중에 하부의 광학 필름을 보호하기 위해 하나 이상의 박리가능한 외피 층(skin layer)이 복합 층 위에 또한 제공될 수 있다. 박리가능한 외피 층은 전형적으로 필름 패키지의 사용 이전에 제거된다. 박리가능한 외피 층은 코팅, 압출, 또는 다른 적합한 방법에 의해 복합 층 상으로 배치될 수 있거나, 복합 층과의 공압출 또는 다른 적합한 방법에 의해 형성될 수 있다. 박리가능한 외피 층은 접착제를 사용하여 필름에 부착될 수 있지만, 일부 실시 형태에서 접착제가 필요치 않다. 박리가능한 외피 층은 박리가능한 외피 층이 수동으로 또는 기계적으로 제거될 때까지, 박리가능한 외피 층이 제 위치에 유지되도록, 치수가 안정된 층에 대해 (접착제를 요구하거나 요구하지 않고서) 충분한 점착성을 갖는 임의의 보호 중합체 재료를 사용하여 형성될 수 있다.적합한 재료는 예를 들어 신디오탁틱 폴리프로필렌의 공중합체(예를 들어, 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 토탈 페트로케미칼즈(Total Petrochemcials)의 피나플라스(Finaplas) 1571), 프로필렌 및 에틸렌의 공중합체(예를 들어, 미국 펜실베니아주 필라델피아 소재의 아케마 인크.(Arkema Inc.)의 PP8650), 또는 에틸렌 옥텐 공중합체(예를 들어, 미국 미시건주 매릴랜드 소재의 다우(Dow)의 어피니티(Affinity) PT 1451)와 같은 저용융점, 저결정질 폴리올레핀을 포함한다. 선택적으로, 폴리올레핀 재료들의 혼합물이 박리가능한 외피 층을 위해 이용될 수 있다. 바람직하게는, 박리가능한 외피 재료는 시차 주사 열량법(differential scanning calorimetry, DSC) 측정에 따른 80℃ 내지 145℃의 용융점, 더 바람직하게는 90℃ 내지 135℃의 용융점을 갖는다. 외피 층 수지는 전형적으로 230℃의 온도 및 21.6 N의 힘에서, ASTM D1238-95("압출 가소도계에 의한 열가소성 물질의 유량(Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer)")에 따라 측정된 7 내지 18 g/10 분, 바람직하게는 10 내지 14 g/10 분의 용융 유동 지수(melt flow index)를 갖는다.
일부 실시 형태에서, 박리가능한 층이 제거된 후에, 박리가능한 외피 층 또는 사용되었다면 임의의 관련 접착제로부터의 잔류 물질이 없는 것이 요구된다. 박리가능한 외피 층은 전형적으로 적어도 12 ㎛의 두께를 갖는다. 선택적으로, 박리가능한 외피 층은 사용자가 박리가능한 외피 층이 필름 상에 있는지 여부를 결정하는 것을 더 쉽게 하도록 염료, 안료, 또는 다른 착색 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 박리가능한 외피 층은 박리가능한 외피 층에 의한 필름으로의 압력의 인가에 의해 하부의 복합 층을 엠보싱하기에 충분히 큰(예를 들어, 적어도 0.1 ㎛), 박리가능한 외피 층에 배치된 입자를 또한 포함할 수 있다. 다른 재료가 복합 층에 대한 부착을 개선하기 위해 박리가능한 외피 층 내로 블렌딩될 수 있다. 비닐 아세테이트 또는 말레산 무수물을 함유하는 개질된 폴리올레핀이 복합 층에 대한 박리가능한 외피 층의 부착을 개선하는 데 특히 유용할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 박리가능한 외피 층은 미국 특허 출원 제10/977,211호에서 더욱 논의된 바와 같이, 박리되었을 때 노출된 층에 조도(roughness)를 부여하는, 거친 박리가능한 외피 층을 포함할 수 있다.
일부 예시적 실시 형태에서는, 오래됨에 따른 황화 및 흐려짐(yellowing and clouding)에 대하여 내성을 갖는 중합체 매트릭스 재료가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 방향족 우레탄과 같은 일부 재료는 UV 광에 장기간 노출될 때 불안정해지며, 시간이 지남에 따라 변화된다. 장기간 동안 동일한 색을 유지하는 것이 중요할 때 그러한 재료를 피하는 것이 요구될 수 있다.
다른 첨가제가 중합체의 굴절률의 변경 또는 재료 강도의 증가를 위하여 매트릭스(206)에 제공될 수도 있다. 그러한 첨가제는, 예를 들어 중합체 비드 또는 입자 및 중합체 나노입자와 같은 유기 첨가제를 포함할 수도 있다. 일부 실시 형태에서, 매트릭스는 둘 이상의 상이한 단량체들의 특정 비를 사용하여 형성되고, 각각의 단량체는 중합된 때 상이한 최종 굴절률과 관련된다. 상이한 단량체들의 비는 최종 수지(206)의 굴절률을 결정한다.
다른 실시 형태에서, 무기 첨가제를 매트릭스(206)에 첨가하여 매트릭스(206)의 굴절률을 조정하거나, 이 재료의 강도 및/또는 강성을 증가시킬 수도 있다. 예를 들어, 무기 재료는 유리, 세라믹, 유리-세라믹 또는 금속 산화물일 수도 있다. 무기 섬유와 관련하여 이하에 논의되어 있는 임의의 적합한 유형의 유리, 세라믹 또는 유리-세라믹이 사용될 수 있다. 적합한 유형의 금속 산화물은, 예를 들어 티타니아, 알루미나, 산화주석, 산화안티몬, 지르코니아, 실리카, 그 혼합물 또는 그의 혼합된 산화물을 포함한다. 금속 산화물 나노입자는 표면에 유기 조절제(organic modifier)가 부착되도록 개질될 수 있다. 이러한 표면 조절제는 경화 공정 중에 매트릭스 수지와 반응하여 그와 통합되는 반응성 화학종을 포함할 수 있다. 그러한 무기 재료는 나노입자, 예를 들어 분쇄된, 분말화된 비드, 박편(flake) 또는 미립자로서 제공되어, 매트릭스 내에 분포될 수 있다. 금속 산화물 나노입자는 표면에 유기 조절제가 부착되도록 개질될 수 있다. 이러한 표면 조절제는 경화 공정 중에 매트릭스 수지와 반응하여 그와 통합되는 반응성 화학종을 포함할 수 있다. 입자의 크기는 바람직하게는 약 200 ㎚ 미만이고, 매트릭스(206)를 통과하는 광의 산란을 감소시키기 위해 100 ㎚ 또는 심지어 50 ㎚ 미만일 수 있다. 첨가제의 사용은 미국 특허 출원 제11/125,580호에 보다 상세하게 논의되어 있다.
필름은 반사 편광기 층 및 복합 층 또는 층들에 더하여 하나 이상의 층을 선택적으로 포함할 수 있다. 그러한 추가 층은 전형적으로 복합 광학체의 완전성을 개선하도록 기능한다. 특히, 추가 층은 반사 편광기 층을 복합 층에 결합시키도록 역할할 수 있다. 소정 구현예에서, 복합 층 및 반사 편광기 층은 서로에 대해 직접 강한 결합을 형성하지 않을 것이다. 그러한 구현예에서, 중간 층이 유리하게는 복합 층을 반사 편광기 층에 부착시킨다.
중간 층의 조성은 전형적으로 복합 층 및 반사 편광기 층과 상용성이 되도록 선택된다. 중간 층은 광학 필름 및 치수 안정 층 둘다에 잘 결합할 수 있다. 그러므로, 중간 층에 사용되는 재료의 선택은 흔히 복합 층 및 반사 편광기 층의 조성에 따라 변할 것이다.
소정 구현예에서, 중간 층은 압출 가능한 투명 고온 용융 접착제일 수 있다. 그러한 층은 나프탈렌 다이카르복실산(NDC), 다이메틸 테레프탈레이트(DMT), 헥산 다이올(HD), 트라이메틸올 프로판(TMP), 및 에틸렌 글리콜(EG) 중 하나 이상을 함유하는 coPEN을 포함할 수 있다. NDC를 함유하는 층은 복합 층을 PEN 또는 coPEN 또는 이들 둘다를 함유하는 반사 편광기 층에 접착시키는 데 특히 잘 적합하게 된다. 그러한 구현예에서, 중간 층의 CoPEN은 coPEN의 100 부의 카르복실레이트 성분당, 전형적으로 20 내지 80 부의 NDC, 바람직하게는 30 내지 70 부의 NDC, 더 바람직하게는 40 내지 60 부의 NDC를 함유한다.
앞서 열거된 공단량체를 포함한 다양한 추가의 화합물이 첨가될 수 있다. 가소화제 및 윤활제와 같은 압출 보조제가 개선된 처리 및 다른 층에 대한 부착을 위해 또한 첨가될 수 있다. 또한, 접착 중합체와는 다른 굴절률을 갖는 무기 구체(sphere) 또는 중합체 비드와 같은 입자가 사용될 수 있다.
중간 층을 위해 유용한 다른 재료로는 듀퐁(DuPont)으로부터의 엘박스(Elvax™) 중합체와 같은 비닐 아세테이트로 개질된 폴리올레핀과, 듀퐁으로부터의 바이넬(Bynel™) 중합체 및 미국 뉴욕주 화이트 플레인 소재의 미쯔이 케미칼즈(Mitsui Chemicals)로부터의 애드머(Admer™) 중합체와 같은 말레산 무수물로 개질된 폴리올레핀을 들 수 있다.
소정 구현예에서, 중간 층은 반사 편광기 층, 복합 층, 또는 이들 둘다와 일체로 형성된다. 중간 층은 반사 편광기 층의 노출된 표면 상의 외피 코트가 됨으로써 광학 필름과 일체로 형성될 수 있다. 외피 코트는 전형적으로 반사 편광기 층과의 공압출에 의해 형성되어, 층들을 일체로 형성하고 결합시킨다. 그러한 외피 코트는 반사 편광기 층에 이후의 층을 결합시키는 능력을 개선하도록 선택된다. 외피 코트는, 그렇지 않다면 반사 편광기 층이 사용되는 특정 복합 층에 대해 매우 낮은 친화성을 가지는 경우에 특히 유용하다. 유사하게, 중간 층은 반사 편광기 층 상으로 동시에 공압출되거나 순차적으로 압출됨으로써 복합 층과 일체로 형성될 수 있다. 본 발명의 또 다른 구현예에서, 외피 층은 반사 편광기 층 상에 형성될 수 있고, 다른 중간 층이 복합 층과 함께 형성될 수 있다.
압출 공정이 사용될 때, 중간 층 또는 층들은 바람직하게는 250℃ 초과의 온도에서 용융상(melt phase)으로 열적으로 안정적이다. 따라서, 중간 층은 250℃ 초과의 온도에서의 압출 중에 실질적으로 열화되지 않는다. 중간 층은 필름의 광학 특성을 감소시키는 것을 피하도록 보통 투명하거나 실질적으로 투명하다. 중간 층은 전형적으로 50 ㎛(2 밀) 미만의 두께, 더 전형적으로는 25 ㎛(1 밀) 미만의 두께, 훨씬 더 전형적으로는 약 12 ㎛(0.5 밀) 미만의 두께이다. 중간 층의 두께는 바람직하게는 필름 패키지를 유지하기 위해 최소화된다.
중간 층은 또한 편광기 층과 강화 (또는 다른) 층 사이의 부착을 증진시키는, 당업자에게 공지된 프라이머(primer)로 이루어질 수 있다.
중간 접착 층 및 섬유 복합 층에 더하여, 유리 섬유를 더 잘 덮거나 은폐하기 위해 상부 외피 코트 층이 섬유 복합 층의 상부 상에 공압출, 적층, 또는 달리 부착될 수 있다. 이러한 상부 외피 코트 층은 섬유 복합 층 내의 중합체와 동일한 중합체일 수 있거나, 상이한 중합체일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 상부 외피 코트 층이 하부의 중합체 매트릭스의 굴절률과 유사한 굴절률를 갖는 것이 요구될 수 있다.
도 2B에 개략적으로 도시된 강화된 편광기 필름(220)의 다른 예시적인 실시 형태에서, 접착제(222)의 층이 반사 편광기 층(208)과 섬유 강화 층(202) 사이에 제공된다. 접착제(222)는 광중합성 적층 접착제 또는 감압 접착제와 같은 임의의 적합한 유형의 접착제일 수 있다. 많은 접착제 옵션이 이용가능하고, 당업자에게 잘 알려져 있다. DBEF 또는 APF 상으로의 섬유 복합재의 공압출 코팅을 위한 타이 층(tie-layer)으로서 사용하기에 적합한 접착제의 일부 유형은 비결정질 코폴리에스테르, 특히 NDC(나프탈레이트 다이카르복실레이트)를 함유하는 코폴리에스테르를 포함한다. APF는 단일 축방향으로 신장된 다층 반사 편광기이고, 이의 제조는 미국 특허 출원 제10/933,729호 및 제10/933,895호에 논의되어 있다. APF는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수할 수 있다.
도 2B에 개략적으로 도시된 강화된 편광기 필름(220)의 다른 예시적인 실시 형태에서, 접착제(222)의 층이 반사 편광기 층(208)과 섬유 강화 층(202) 사이에 제공된다.
임의의 적합한 유형의 무기 재료가 섬유(204)용으로 사용될 수 있다. 섬유(204)는 필름을 통과하는 광에 대해 실질적으로 투명한 유리로 형성될 수 있다. 적합한 유리의 예로는 E, C, A, S, R 및 D 등급과 같은 유리 섬유 복합재에 흔히 사용되는 유리가 포함된다. 예컨대 용융 실리카 또는 BK7 유리의 섬유를 포함하는 더 높은 품질의 유리 섬유가 또한 사용될 수 있다. 적합한 더 높은 품질의 유리는 미국 뉴욕주 엘름스포드 소재의 쇼트 노스 아메리카 인크.(Schott North America Inc.)와 같은 일부 공급자로부터 입수할 수 있다. 더 높은 품질의 유리로 제조된 섬유가 더 순수하고 그래서 더 균일한 굴절률을 갖고 불순물을 덜 가져서 분산이 덜 되게 하고 투과를 증가시키기 때문에 이와 같은 섬유를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 섬유의 기계적 특성이 더 균일할 가능성이 더 크다. 더 높은 품질의 유리 섬유는 습기를 흡수할 가능성이 더 적어서, 필름은 장기간 사용시 더 안정하게 된다. 더욱이, 유리 내의 알칼리 함량이 물의 흡수를 증가시키므로 낮은 알칼리의 유리를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
섬유(204)용으로 사용될 수 있는 다른 유형의 무기 재료는 유리-세라믹 재료이다. 유리-세라믹 재료는 일반적으로 크기가 1 마이크로미터 미만인 아주 작은 결정을 체적 기준으로 95％ 내지 98％를 포함한다. 결정 크기는 실질적으로 산란이 발생하지 않는 가시광의 파장보다 훨씬 작기 때문에 일부 유리-세라믹 재료는 50 ㎚ 정도로 작은 결정 크기를 가져서 가시 파장에서 상기 재료가 효과적으로 투명하게 한다. 이들 유리-세라믹은 유리질 및 결정질 영역의 굴절률 사이의 유효한 차이가 거의 없거나 전혀 없어서 시각적으로 투명하게 된다. 투명도에 더하여, 유리-세라믹 재료는 유리의 파단 강도를 초과하는 파단 강도를 가질 수 있고 영(zero)의 또는 심지어는 음의 값의 열팽창 계수를 가지는 것으로 알려져 있다. 관심있는 유리-세라믹은 Li2O-Al2O3-SiO2, CaO-Al2O3-SiO2, Li2O-MgO-ZnO-Al2O3-SiO2, Al2O3-SiO2, 및 ZnO-Al2O3-ZrO2-SiO2, Li2O-Al2O3-SiO2, 및 MgO-Al2O3-SiO2를 포함하지만 이로 한정되지 않는 조성을 갖는다.
일부 세라믹은 굴절률이 적절히 정합된 상태로 매트릭스 중합체에 매립되는 경우 투명하게 보일 정도로 충분히 작은 결정 크기를 또한 갖는다. 미국 미네소타주 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수할 수 있는 상표명 넥스텔(Nextel™) 세라믹 섬유가 이러한 유형의 재료의 예이고, 실(thread), 얀(yarn) 및 직포 매트(woven mat)로서 입수할 수 있다. 적합한 세라믹 또는 유리-세라믹 재료는 문헌[Chemistry of Glasses, 2nd Edition (A. Paul, Chapman and Hall, 1990)] 및 문헌[Introduction to Ceramics, 2nd Edition (W.D. Kingery, John Wiley and Sons, 1976)]에 추가로 기재되어 있다.
일부 예시적인 실시 형태에서, 매트릭스(206)와 섬유(204) 사이의 완벽한 굴절률 정합을 갖지 않아서, 광의 적어도 일부가 섬유(204)에 의해 확산되는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 실시 형태에서, 매트릭스(206) 및 섬유(204) 중 하나 또는 둘다가 복굴절성일 수 있거나, 매트릭스 및 섬유 둘다가 등방성일 수 있다. 섬유(204)의 크기에 따라, 산란 또는 단순 굴절로부터 확산이 일어난다. 섬유에 의한 확산은 비등방성이다. 즉, 광은 섬유의 축에 대해 측방향으로는 확산될 수 있으나 섬유에 대해 축방향으로는 확산되지 않는다. 그러므로, 확산의 본질은 매트릭스 내의 섬유의 배향에 의존하게 된다. 섬유가 예를 들어 x 축에 대해 평행하게 종방향으로 배열되면, 이때 광은 대체로 y 축에 대해 평행한 방향으로 확산된다.
또한, 매트릭스(206)는 광을 등방성으로 산란시키는 확산 입자가 투입될 수 있다. 확산 입자는 매트릭스와는 굴절률이 다른데 흔히 굴절률이 더 높으며, 직경이 최대 약 10 ㎛인 입자이다. 확산 입자는 예를 들어 매트릭스의 굴절률을 튜닝하기 위한 나노입자로서 사용되는 전술된 바와 같은 금속 산화물일 수 있다. 다른 적합한 유형의 확산 입자는 중합체 입자, 예를 들어 폴리스티렌 또는 폴리실록산 입자, 또는 그 조합을 포함한다. 확산 입자는 광을 확산시키기 위해 단독으로 사용될 수 있거나 아니면 광을 확산시키기 위해 굴절률이 정합되지 않은 섬유와 함께 사용될 수 있다.
매트릭스(206) 내의 섬유(204)의 일부 예시적인 배열은 얀, 중합체 매트릭스 내에 일방향으로 배열된 섬유 또는 얀의 토우, 섬유 위브(weave), 부직포, 쵸핑된 섬유, 분쇄된 섬유, (무작위 또는 규칙적인 포맷의) 쵸핑된 섬유 매트, 또는 이들 포맷의 조합을 포함한다. 쵸핑된 섬유 매트 또는 부직포는 섬유가 무작위로 배열되기보다는 신장되거나, 압력을 받거나 또는 부직포 또는 쵸핑된 섬유 매트 내의 섬유의 약간의 정렬을 제공하도록 배향될 수 있다. 또한, 매트릭스(206)는 다수의 섬유(204) 층을 포함할 수 있다: 예를 들어 매트릭스(206)는 상이한 토우, 위브 등에서 보다 많은 섬유 층을 포함할 수 있다. 도 2A에 도시된 특정 실시 형태에서, 섬유(204)는 2개의 층으로 배열된다. 많은 경우에, 연속적이거나 직조된 섬유 강화체가 연속적인 섬유의 더 높은 하중 지지 능력 때문에 최종 용품에 더 높은 강성을 제공할 수 있다.
강화된 편광기 필름을 제조하기 위한 하나의 예시적인 접근을 이제 도 3을 참조하여 설명하기로 한다. 일반적으로, 이러한 접근은 미리 준비된 반사 편광기 층에 직접 매트릭스 수지를 적용하는 것을 포함한다. 제조 배열(300)은 매트릭스 수지(306)를 함유하는 함침욕(impregnation bath, 304)을 통과하는 섬유 강화체(302)의 롤을 포함한다. 수지(306)는 예를 들어 일련의 롤러(308)를 통해 섬유 강화체(302)를 통과시킴으로써, 임의의 적합한 방법을 사용하여 섬유 강화체(302) 내로 함침된다.
함침된 강화체(310)가 함침욕(304)으로부터 추출되면, 이는 반사 편광기 층(312)에 적용되고, 필요하다면 추가의 수지(314)가 첨가될 수 있다. 함침된 섬유 강화체(310) 및 반사 편광기 층(312)은 2개의 층(310, 312) 사이의 양호한 물리적 접촉을 보장하기 위해 핀치 롤러(316)에서 함께 압착된다. 선택적으로, 추가의 수지(318)가 예를 들어 코터(coater, 320)를 사용하여 강화 층(310) 위에 적용될 수 있다. 코터(320)는 임의의 적합한 유형의 코터, 예를 들어 나이프 에지 코터, 콤마 코터(도시됨), 바아 코터, 다이 코터, 스프레이 코터, 커튼 코터, 고압 분사 등일 수 있다. 다른 고려 사항 중에서, 도포 조건에서의 수지의 점도는 적절한 코팅 방법 또는 방법들을 결정한다. 코팅 방법 및 수지 점도는 또한 강화체가 매트릭스 수지로 함침되는 단계 중에 기포가 강화체로부터 제거되는 속도 및 범위에 영향을 준다.
완성된 필름이 낮은 산란 특성을 갖는 것이 바람직한 경우, 이러한 단계에서 수지가 섬유들 사이의 공간을 완전히 채우는 것을 보장하는 것이 중요하다: 즉, 수지 내에 남겨진 공극 또는 기포가 산란 중심(scattering center)으로 작용할 수 있다. 여러 가지 접근 방법이 기포 발생을 감소시키기 위해 개별적으로 또는 공동으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 강화 층(310)의 전체에 걸친 수지(306)의 살포를 촉진하기 위해 필름은 기계적으로 진동될 수 있다. 이러한 기계적 진동은 예를 들어 초음파원을 이용하여 인가될 수 있다. 또한, 필름은 수지(306)로부터 기포를 추출하는 진공을 받을 수 있다. 이는 코팅과 동시에 수행될 수 있거나, 아니면 이후에, 예를 들어 선택적인 탈기 유닛(322) 내에서 수행될 수 있다.
이어서, 필름 내의 수지(306)는 고형화 스테이션(324)에서 고형화될 수 있다. 고형화는 경화, 냉각, 가교결합, 및 중합체 매트릭스가 고체 상태에 도달하게 하는 임의의 다른 공정을 포함한다. 도시된 실시 형태에서, 방사원(324)이 수지(306)에 방사를 인가하기 위해 사용된다. 다른 실시 형태에서, 열 및 압력, UV 방사, 화학선 방사, 전자빔 방사 등을 포함하지만 이로 한정되지 않는 상이한 형태의 에너지들이 수지(306)에 인가되어, 수지(306)를 경화시킬 수 있다. 다른 실시 형태에서, 수지(306)는 냉각에 의해 또는 가교결합에 의해 고형화될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 고형화된 필름(326)은 권취(take-up) 롤(328)에 수집되어 보관되기에 충분하게 유연하다. 다른 실시 형태에서, 고형화된 필름(326)은 롤처럼 감기기에는 너무 경직성일 수 있는데, 이 경우에 이 필름은 다른 방식으로 보관되며, 예를 들어 필름(326)은 보관을 위해 시트로 절단될 수 있다.
추가의 또는 대안적인 방법이 본 발명의 복합 필름 패키지를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 필름 패키지는 다양한 구성을 취할 수 있고, 따라서 방법은 최종 필름 패키지의 구성에 따라 변한다.
복합 필름 패키지를 형성하는 모든 방법에 대해 공통적인 단계는 반사 편광기를 복합 층 또는 층들에 부착시키는 것이다. 이러한 단계는 예를 들어 복합 층 및 중간 층이 반사 편광기 상으로 동시에 압출 코팅될 때, 전술된 함침욕, 코팅 방법, 및 접착제에 더하여, 다양한 층들의 공압출, 층들의 압출 코팅, 또는 층들의 공압출 코팅과 같은 다양한 방식으로 수행될 수 있다.
도 3B는 본 발명의 하나의 구현예에 따른 광학 필름을 형성하기 위한 시스템의 평면도를 도시한다. 반사 편광기 층(332)을 포함하는 스풀(330)이 풀리고, 적외선 가열 스테이션(334)에서 가열된다. 반사 편광기 층(332)은 보통 50℃ 초과의 온도, 더 일반적으로는 대략 75℃의 온도로 상승된다. 복합 층을 형성하기 위한 제1 조성물(336) 및 중간 접착 층을 형성하기 위한 제2 조성물(338)이 공급 블록(340)을 통해 공급되어, 예열된 광학 필름(332) 상으로 공압출 코팅된다. 제1 조성물(336)은 섬유, 예를 들어 쵸핑된 섬유로 둘러싸인 매트릭스를 형성하기 위한 중합체를 함유한다. 이후에, 코팅된 필름은 롤(342, 344)들 사이에서 가압된다. 롤(342), 롤(344) 또는 이들 둘다는 복합 층 상에 약간의 확산 표면을 부여하기 위해 무광택 마무리(matte-finish)를 선택적으로 포함한다. 냉각 후에, 강화된 편광기 필름(346)은 시트로 절단하는 것과 같이 후속 처리되어, 권취기(348) 상으로 감기는 완성된 필름 패키지를 형성할 수 있다.
섬유 강화 편광기를 제작하기 위한 다른 접근은 먼저 캐리어 필름 상에 복합 층을 제작하는 것인데, 이후에 캐리어 필름으로부터 복합 층이 분리될 것이다. 복합 층은 후속적으로 적층 접착제 또는 감압 접착제, 및 원하는 광학 필름과 함께 적층 공정으로 공급될 수 있다. 이러한 접근은 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 제조 시스템(400)에서, 접착제(404) 층이 반사 편광 필름(402) 상에 제공된다. 접착제(404)는 2개의 필름을 함께 적층하는 데 유용한 임의의 적합한 유형의 접착제일 수 있다. 예를 들어, 접착제는 전술된 유형의 것일 수 있다. 도시된 실시 형태에서, 접착제(404)는 코터(406)를 사용하여 얇은 층으로 퍼지는 액체로서 적용된다.
그리고 나서, 미리 준비된 섬유 강화 복합 층(408)이 접착제(406) 위에 놓이고, 섬유 강화 층(408)은 예를 들어 가압 롤러(410)를 사용하여 반사 편광 필름(402)과 함께 압착되어 강화된 적층체(412)를 형성한다. 필요하다면, 접착제(404)는 이어서 예를 들어 방사(414)의 인가를 통해 경화될 수 있다. 그리고 나서, 경화된 적층체(416)는 보관을 위해 롤(418) 상에 수집되거나 시트로 절단될 수 있다.
이러한 접근의 변형예에서, 접착제(404)가 먼저 섬유 강화 층에 적용될 수 있고, 그리고 나서 반사 편광기가 접착제(404)에 대해 가압될 수 있다.
광개시 그래프팅(grafting) 또는 그래프트 공중합은 반사 편광기 또는 다른 표면에 대한 복합 층의 부착을 위해 유용할 수 있는 표면 준비/부착의 방법이다.
섬유 강화 층이 반사 편광기 필름의 각각의 면에 부착될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 도 5는 2개의 섬유 강화 층(504, 506)들 사이에 개재된 반사 편광기 층(502)을 갖는 강화된 반사 편광기(500)의 예시적인 실시 형태를 개략적으로 도시한다. 섬유 강화 층(504, 506)은 접착제를 사용하여 부착될 수 있거나, 강화 층(504, 506)의 매트릭스를 경화시킴으로써 반사 편광기 층(502)에 부착될 수 있다. 일부 경우에, 강화 층의 매트릭스와 편광 필름 사이의 적절한 부착을 보장하기 위해 프라이머가 요구될 수 있다.
반사 편광기 층(502)이 2개의 섬유 강화 층(504, 506) 사이에 배치되는 이러한 배열은 반사 편광기의 온도가 상당한 변화를 겪는 응용에서 사용될 때 뒤틀림을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 섬유 강화 층(504, 506)의 열팽창 계수는 전형적으로 무기 섬유로 인해, 중합체 반사 편광기 층(502)의 열팽창 계수보다 더 작다. 필름이 하나의 섬유 강화 층에만 부착된 반사 편광기 층을 포함하는 경우에, 상당한 온도 변화는 2개의 층들의 열팽창 계수의 차이로 인해 필름의 굽힘을 일으킬 수 있다. 제2 섬유 강화 층의 사용은 필름 내의 열 유도 응력을 더 대칭적으로 만들고, 그러므로 온도 의존적 변형을 감소시킨다. 2개의 섬유 강화 층(504, 506)의 열팽창 계수들은 예를 들어 서로의 20％ 이내로, 실질적으로 동일할 수 있다.
또한, 다른 층이 강화된 반사 편광기에 부착될 수 있는데, 예를 들어 반사 편광기 층에 직접 또는 반사 편광기 층에 부착된 섬유 강화 층에 부착될 수 있다. 강화된 반사 편광기는 하나 이상의 섬유 강화 층을 포함할 수 있다. 추가의 광학 층을 포함하는 강화된 편광기(600) 층의 일반적인 예가 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 실시 형태에서, 강화된 편광기(600)는 섬유 강화 층(604)에 부착된 반사 편광기 층(602)을 갖는다. 추가의 광학 층(606)이 반사 편광기 층(602)에 부착된다. 광학 층(606)은 강화된 반사 편광기(600)에 부착되도록 요구되는 임의의 다른 광학 층일 수 있다. 예를 들어, 광학 층(606)은 투과성, 확산성, 또는 반사성인 광학 층을 포함할 수 있다. 확산 층은 예를 들어 매트릭스 내에 분산된 광학적 확산 입자를 포함할 수 있다. 반사 층은 경면 반사 층, 예를 들어 중합체 또는 다른 유전성 재료로부터 형성된 다층 필름일 수 있다. 일부 예시적인 실시 형태에서, 광학 층(606)은 다른 편광기 층, 예를 들어 반사 편광기 또는 흡수 편광기일 수 있다.
다른 예시적인 실시 형태에서, 광학 층(606)은 광학적 기능성 표면을 포함하는 광학 층일 수 있다. 광학적 기능성 표면을 구비한 상이한 예시적인 유형의 광학 층들은 프리즘형 표면을 구비한 필름, 렌즈형 표면을 구비한 필름, 회절 표면을 구비한 필름, 확산 표면, 및 광학적 집중 표면을 구비한 필름을 포함한다.
프리즘형 표면을 구비한 필름은 광이 프리즘형 표면을 통해 필름 외부로 통과하는 프리즘형 휘도 향상 필름, 광이 프리즘형 표면을 통해 필름으로 진입하는 터닝 필름, 및 광이 프리즘형 표면에 대향하는 표면을 통해 필름으로 진입하여 프리즘에 의해 역반사되는 역반사 필름을 포함한다.
프리즘형 필름에 부착된 강화된 편광기 필름(700)의 예시적인 실시 형태가 도 7A에 개략적으로 도시되어 있다. 강화된 필름(700)은 섬유 강화 층(704)에 부착된 반사 편광기 층(702)을 포함한다. 이러한 예시적인 실시 형태에서, 프리즘형 휘도 향상 층(708)의 프리즘형 표면(706)은 예를 들어 표면(710) 상의 얇은 접착제 층의 사용을 통해, 반사 편광기(702)의 하부 표면(710)에 부착된다. 다른 광학 필름에 대한 프리즘형 휘도 향상 층의 부착은 미국 특허 제6,846,089호에 보다 상세하게 논의되어 있다. 이 도면은 또한 축(714)과 더 밀접하게 정렬된 방향으로 프리즘형 휘도 향상 필름에 의해 리디렉팅되는 하나의 예시적인 광선(712)의 광경로를 도시한다.
도 7B에 개략적으로 도시된 대안적인 실시 형태에서, 필름(720)은 광(712)이 휘도 향상 층(708)으로 진입하기 전에 반사 편광기 층(702)으로 진입하도록 배열될 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 섬유 강화 층(704)은 도시된 바와 같이, 반사 편광기 층(702)과 휘도 향상 층(708) 사이에 있을 수 있거나, 반사 편광 층(702)은 섬유 강화 층(704)과 휘도 향상 층(708) 사이에 있을 수 있다.
일부 실시 형태에서, 예를 들어 섬유 배향 각도, 섬유 두께, 또는 섬유 피치를 제어함으로써, 소정의 광학적 아티팩트(artifact)를 감소 또는 제거하는 방식으로 섬유를 배열하는 것이 요구될 수 있다. 제거될 수 있는 광학적 아티팩트의 일례는 디스플레이 또는 백라이트의 부품 내의 프리즘 구조물 또는 화소 구조물과 같은 다른 구조물과 섬유 사이에서 형성될 수 있는 원치 않는 무아레 패턴이다.
터닝 필름(732)에 부착된 강화된 편광기 필름(730)의 예시적인 실시 형태가 도 7C에 개략적으로 도시되어 있다. 강화된 필름(730)은 섬유 강화 층(704)에 부착된 반사 편광기 층(702)을 포함한다. 터닝 필름(732)은 터닝 필름(732)과 편광기 층(702) 사이의 (도시되지 않은) 접착 층을 사용하는 것과 같은, 임의의 적합한 방법을 사용하여 반사 편광기 층(702)에 부착될 수 있다.
이러한 예시적인 실시 형태에서, 터닝 필름(732)의 프리즘형 표면(734)은 광(736)이 강화된 필름(730)으로 지향되는 영역을 향해 외측으로 지향된다. 광(736)의 적어도 일부는 프리즘형 표면(734)으로 진입하여 내부 반사되고, 이 결과 광은 반사 편광기 층(702)으로 상방으로 지향된다. 광(736)이 편광기 층(702)의 통과 편광 상태로 편광되는 경우에, 광(736)은 도시된 바와 같이 투과된다.
역반사 필름(752)에 부착된 강화된 편광기 필름(750)의 예시적인 실시 형태가 도 7D에 개략적으로 도시되어 있다. 강화된 필름(750)은 섬유 강화 층(704)에 부착된 반사 편광기 층(702)을 포함한다. 역반사 필름(752)은 역반사 필름(752)과 편광기 층(702) 사이의 (도시되지 않은) 접착 층을 사용하는 것과 같은, 임의의 적합한 방법을 사용하여 반사 편광기 층(702)에 부착될 수 있다.
이러한 예시적인 실시 형태에서, 역반사 필름(752)의 프리즘형 구조물(754)은 광이 입사하는 영역으로부터 멀리 지향되는 강화된 필름(750)의 면 상에 있다. 광(756)의 적어도 일부는 반사 편광기(702)를 통과하고, 구조물에 의해 내부 전반사되어, 입사 방향에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 역반사 필름(752)을 떠난다. 그러한 배열에서, 편광 필름(702)의 투과 축에 대해 평행하게 편광된 광은 역반사되는 반면에, 편광 필름의 차단 축에 대해 평행하게 편광된 광(758)은 반사 편광 필름(702)의 유형에 따라 경면 또는 확산 반사된다.
다른 예시적인 실시 형태에서, 통과하는 광에 광학능을 제공하도록 구조화된 표면을 갖는 광학 층을 강화된 편광기에 부착시킬 수 있다. 광학능을 제공하는 광학 소자의 예로는 종래의 만곡된 굴절 렌즈; 프레넬 렌즈; 및 회절 렌즈를 들 수 있다. 광학능을 제공하는 층을 포함하는 강화된 편광기 필름(800)의 예시적인 실시 형태가 도 8A에 개략적으로 도시되어 있다. 강화된 필름(800)은 섬유 강화 층(804)에 부착된 반사 편광기 층(802)을 포함한다. 광학능 필름(806)은 광학능 필름(806)과 편광기 층(802) 사이의 (도시되지 않은) 접착 층을 사용하는 것과 같은, 임의의 적합한 방법을 사용하여 반사 편광기 층(802)에 부착될 수 있다.
이러한 예시적인 실시 형태에서, 광학능 필름(806)은 다수의 굴절 렌즈(810)를 한정하는 표면(808)을 포함한다. 렌즈(810)를 통과하는 광(812)은 렌즈(810)의 광학능에 의해 영향을 받는다. 도시된 실시 형태에서, 렌즈(810)는 포지티브 렌즈이지만, 렌즈들 중 하나 이상은 네가티브 렌즈일 수 있다. 도시된 실시 형태에서, 광(812)은 편광 필름(802)의 통과 축에 대해 평행하게 편광된다.
광학능을 제공하는 층을 포함하는 강화된 편광기 필름(820)의 다른 예시적인 실시 형태가 도 8B에 개략적으로 도시되어 있다. 강화된 필름(820)은 섬유 강화 층(804)에 부착된 반사 편광기 층(802)을 포함한다. 광학능 필름(822)은 광학능 필름(822)과 편광기 층(802) 사이의 (도시되지 않은) 접착 층을 사용하는 것과 같은, 임의의 적합한 방법을 사용하여 반사 편광기 층(802)에 부착될 수 있다.
이러한 예시적인 실시 형태에서, 광학능 필름(822)은 프레넬 렌즈 표면(824)을 포함한다. 프레넬 렌즈(824)를 통과하는 광(826)은 광학능 필름(822)의 광학능에 의해 영향을 받는다. 도시된 실시 형태에서, 프레넬 렌즈(824)에 의해 포커싱된 광(826)은 편광 필름(802)의 통과 축에 대해 평행하게 편광된다.
강화된 편광기 필름은 회절 광학 소자 층, 바꾸어 말하면 회절 광학 소자(DOE)를 한정하는 층을 또한 구비할 수 있다. 회절 광학 소자는 표면 회절, 체적 회절, 또는 체적 및 표면 회절의 조합을 사용할 수 있다. 표면 DOE 층의 하나의 예시적인 실시 형태가 도 8C에 개략적으로 도시되어 있다. 강화된 필름(840)은 섬유 강화 층(804)에 부착된 반사 편광기 층(802)을 포함한다. DOE 층(842)은 통과하는 광(846)을 원하는 방식으로 회절시키는 회절 표면(844)을 갖는다. 하나의 예시적인 실시 형태에서, DOE 층(842)은 광(846)에 광학능을 제공하고, 하나 이상의 렌즈로서 기능한다. DOE 층(842)은 DOE 필름(842)과 편광기 층(802) 사이의 (도시되지 않은) 접착 층을 사용하는 것과 같은, 임의의 적합한 방법을 사용하여 반사 편광기 층(802)에 부착될 수 있다.
강화된 편광기에 부착될 수 있는 다른 유형의 필름은 확산 필름이다. 확산 필름은 벌크 확산 필름 또는 표면 확산 필름, 또는 벌크 및 표면 확산 둘다를 제공하는 필름일 수 있다. 이러한 확산 필름은 입사 광에 대해 소정량의 광 시준(collimation)뿐만 아니라 확산을 제공하는 소위 '게인 디퓨저(gain diffuser)'일 수 있다. 강화된 편광기 필름(900)의 예시적인 실시 형태가 도 9에 개략적으로 도시되어 있다. 강화된 편광기 필름(900)은 하나 이상의 섬유 강화 층(904)에 부착된 편광기 층(902)을 갖는다. 확산기 층(906)이 편광기 층(902) 또는 강화 층(904)에 부착된다. 확산기 층(906)은 임의의 적합한 방법을 사용하여, 예를 들어 (도시되지 않은) 접착 층의 사용을 통해 부착될 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 광(908)은 반사 편광기 층(902)을 통해 투과되기 전에 확산기 층(906)에 의해 확산된다. 일부 실시 형태에서, 확산기 층(906)은 강화 섬유와 중합체 매트릭스 사이의 굴절률 부정합이 있는 섬유 강화 층일 수 있다.
강화된 편광기에 부착될 수 있는 다른 유형의 필름은 집광기 필름이다. 집광기는 광을 큰 면적으로부터 더 작은 면적으로 집중시키는 반사 소자, 전형적으로는 비결상 소자(non-imaging element)이다. 집광기의 예로는 포물선 반사기, 복합 포물선 반사기 등을 들 수 있다. 도시된 예시적인 실시 형태에서, 반사 편광기 층(1002)이 전술된 바와 같이 섬유 강화 층(1004)에 부착된다. 집광기 필름(1006)이 반사 편광기 층(1002) 또는 섬유 강화 층(1004)에 부착된다. 집광기 필름(1006)은 반사 측벽(1010)을 갖는 다수의 반사 수집기(1008)를 포함한다. 광(1012)은 수집기 필름(1006)의 출력 개구(1014)에 집중된다. 반대 방향으로 조명될 때, 집광기는 디스플레이 백라이팅에 유용할 수 있는 광 시준 필름으로서 작용할 수 있다.
반사 편광기 층에 추가될 수 있는 상이한 광학 필름들 중 많은 필름이 광학 기능성 및 섬유 강화 둘다를 제공할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 도 7A, 도 7B 및 도 7C에 각각 도시된 프리즘형 필름(708, 732, 752) 또는 도 8A, 도 8B 및 도 8C에 각각 도시된 렌즈형 필름(806, 822 또는 842)과 같은 광학적 기능성 표면을 갖는 층은 미국 특허 출원 제11/125,580호에 보다 상세하게 기재된 바와 같이 무기 섬유로 강화될 수 있다. 또한, 확산 층(906) 또는 집광 층(1006)이 무기 섬유로 강화될 수 있다.
도 6 내지 도 10에 도시된 강화된 편광기 필름의 상이한 실시 형태들에서, 상이한 층들의 순서 및 배향이 도시된 것과 다를 수 있다는 것을 이해하는 것이 중요하다. 예를 들어, 도 7A에 개략적으로 도시된 필름(700)의 실시 형태에서, 반사 편광기 층(702) 및 강화 층(704)의 위치를 바꾸어, 프리즘형 휘도 향상 층(708)이 강화 층의 저면에 부착되게 할 수 있다. 또한, 다른 광학 필름의 추가를 도시하는 실시예 모두에서, 도시된 단일 층 대신에, 둘 이상의 섬유 강화 층이 있을 수 있다.
본 발명의 선택된 실시 형태를 이하에서 설명한다. 이들 실시예는 제한적인 것으로 의미되는 것이 아니라 단지 본 발명의 일부 태양을 설명하는 것이다. 표 I은 여러 가지 실시예에 사용되는 여러 가지 무기 섬유 샘플의 관련 정보의 요약을 포함하고 있다.
Figure 112008054609556-PCT00001
섬유 재료 A는 (표면 마무리가 없는) 미가공 형태의 직조된 유리 섬유인 반면에, 재료 A*는 재료 A와 동일하지만 CS-767 실란 마무리를 갖는다. 헥셀 리인포스먼츠 코포레이션은 미국 사우스 캐롤라이나주 앤더슨에 소재한다. 섬유 재료 B는 약 16 ㎛의 직경 및 약 5 ㎜의 길이를 갖는, 미국 오하이오주 톨레도 소재의 오웬즈 코닝에 의해 제조된 분쇄된 유리 섬유이다. 재료 A 섬유는 섬유를 덮는 사이징(sizing)과 함께 판매자로부터 입수되었다. 사이징은 섬유의 처리 또는 위빙(weaving)을 용이하게 하기 위해 사용되는 전분, 윤활제 또는 수용성 중합체, 예를 들어 폴리비닐 알코올로부터 흔히 얻어지는 섬유 상의 층이다. 재료 A 섬유를 사용한 후술된 실시예에서, 사이징은 섬유를 중합체 매트릭스 내에 매립하기 전에 섬유 상에 남아 있었다. 결과적으로, 섬유는 섬유와 중합체 매트릭스 사이에 커플링되는 커플링제 없이 복합재 샘플 내에 포함된다. 재료 A* 섬유는 CS-767 실란 마무리의 추가 이전에 제조 업체에 의해 사이징이 제거되었다.
표 I에 열거된 섬유 샘플의 굴절률(RI)은 20x/0.50 대물 렌즈를 갖는 트랜스미티드 싱글 폴러라이즈드 라이트(Transmitted Single Polarized Light (TSP))와 20x/0.50 대물 렌즈를 갖는 트랜스미티드 페이즈 콘트라스트 제르니크(Transmitted Phase Contrast Zernike (PCZ))로 측정되었다. 섬유 샘플은 면도날을 이용하여 섬유의 부분들을 절단함으로써 굴절률 측정을 위한 준비를 하였다. 섬유는 유리 슬라이드 상의 다양한 RI 오일 내에 장착되고 유리 커버슬립(coverslip)으로 덮는다. 샘플은 독일 칼 자이스의 자이스 악시오플란(Zeiss Axioplan)을 이용하여 분석하였다. RI 오일의 보정(calibration)은 미국 뉴욕주 로체스터 소재의 밀튼 로이 인크.(Milton Roy Inc.)에 의해 제조된 ABBE-3L 굴절계 상에서 수행되었고, 그에 따라 값들이 조절되었다. 상 대비(phase contrast)에 수반되는 베크 라인 방법(Becke Line Method)은 샘플의 RI를 측정하는 데에 사용한다. 이 값들에 대한 공칭 RI 결과치 nD, 즉 소듐 D-라인(sodium D-line)의 파장, 589 ㎚에서의 굴절률은 각 샘플에 대해 ± 0.002의 정밀도를 갖는다.
실시예 1 - 5에 사용된 다양한 열경화성 수지에 대한 요약 정보가 표 II에 제공되어 있다.
Figure 112008054609556-PCT00002
다로커 1173(광개시제)을 제외한 표 II 내의 모든 성분은 경화시 가교 결합되는 광중합성 수지이다. CN963A80은 트라이프로필렌 글리콜 다이아크릴레이트와 혼합된 우레탄 아크릴레이트 올리고머이다. 에베크릴 600은 비스페놀-A 에폭시 다이아크릴레이트 올리고머이다. SR601 및 SR349는 에톡실화 비스페놀-A 다이아크릴레이트이다. SR351은 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트이다. 사르토머 컴퍼니에 의해 제조된 성분에 대해 주어진 굴절률은 제품 인쇄물로부터 취하였다. 다른 성분 굴절률은 아베 굴절계(Abbe Refractometer)로 20℃에서 측정하였다. 굴절률의 값은 액체 상태의 성분에 대해 주어진다. 사이텍 서피스 스페셜티이즈는 벨기에 브뤼셀에 위치하고, 사르토머 컴퍼니, 인크.는 미국 펜실베니아주 엑스톤에 위치하고, 시바 스페셜티 케미컬즈 코포레이션은 미국 뉴저지주 테리타운에 위치한다.
하기의 실시예들 중 일부에서, 반사 편광기 층을 복합 층에 직접 부착하는 것이 기술된다. 이는 반사 편광기 층과 복합 층 사이에 위치된 매개 층이 없다는 것을 의미하지만, 프라이머가 2개의 층의 부착을 보조하기 위해 선택적으로 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
실시예 1 - 복합 층에 직접 부착된 DBEF
본 실시예에서, 섬유 강화 층을 쓰리엠 컴퍼니에 의해 제조된 다층 중합체 반사 편광기인 DBEF의 기존의 층 상에 형성하였다. 이러한 편광기는 쓰리엠 컴퍼니에 의해 DBEF-P2로서 판매되는 구매가능한 편광기와 매우 유사하지만, 더 얇은 외피 층을 갖는다. 섬유는 표 I에 열거된 섬유 재료 A였다. 수지 혼합물 1인 수지 혼합물을 하기 중량％의 상이한 수지 성분들로 형성하였다:
Figure 112008054609556-PCT00003
수지 혼합물 1은 경화 후에, 배치(batch)에 따라 1.5470 또는 1.5462의 측정된 굴절률을 가졌다. 본 실시예에서, 4개의 개별 DBEF 시트를 프라이밍하였고, 직조된 유리 섬유의 층 및 수지를 각각의 DBEF 필름편의 각각의 면에 적용하고, 탈기하고, 경화시켰다. DBEF 필름에 대한 아크릴레이트 수지의 부착을 개선하기 위해 프라이머를 적용하였다. 하나의 프라이머는 헥산다이올 다이아크릴레이트 97％(w/w) 및 벤조페논 3％(w/w)로 이루어진다. 22.9 ㎝ x 30.5 ㎝(9" x 12") 필름 시트를 프라이밍하기 위해, 3 방울의 프라이머 용액을 필름의 하나의 표면 상에 적용하고, 종이 티슈를 사용하여 닦음으로써 코팅하였다. 잉여 프라이머는 깨끗한 티슈로 닦아냄으로써 제거할 수 있다. 프라이머 코팅을 질소 분위기 내에서 25 ㎝ s-1 (50 fpm)의 라인 속도에서 240 W/㎝(600 W/in)로 작동하는 퓨전(Fusion) "H"램프를 사용하여 경화시켰다. 프라이머 코팅은 또한 12.5 ㎝ s-1 (약 25 fpm)의 보다 느린 라인 속도로 공기 중에서 경화될 수 있었다. 프라이밍된 DBEF 시트를 후속적으로 사용하여 강화된 DBEF 복합재를 준비하였다.
PET 시트의 선단 에지를 알루미늄 시트의 선단 에지에 테이핑하였다. 프라이밍된 DBEF 시트를 PET 상에 놓았다. 유리 천 시트(sheet of glass fabric)를 DBEF 상부에 놓았다. 유리 천을 제2 PET 시트에 의해 덮었다. 제2 PET 시트의 선단 에지를 알루미늄 판의 선단 에지에 테이핑하였다. 알루미늄 판의 선단 에지를 수동식 적층기 내로 위치시켰다. DBEF 시트에 대한 접근을 허용하도록 상부 PET 시트 및 유리 천을 후방으로 벗겨내었다. 수지 비드를 적층 롤에 가장 가까운 DBEF의 에지에 적용하였다. 샌드위치 구성물을 일정한 속도로 적층기를 통해 공급하여, 수지를 유리 천을 통해 가압하여 DBEF를 코팅하였다.
여전히 알루미늄 판에 부착된 적층체를 60℃ 내지 65℃로 가열된 진공 오븐 내에 두었다. 오븐을 0.23 ㎫(27 인치(68.6 ㎝) Hg)의 압력으로 소기시켰고, 적층체를 4분 동안 탈기시켰다. 오븐 내로 질소를 도입함으로써 진공을 해제시켰다. 적층체를 적층기를 통해 한 번 더 통과시켰다. 15 ㎝ s-1의 속도에서 240 W/㎝(600 W/in)로 작동하는 퓨전 "D"램프 아래에서 적층체를 통과시킴으로써 수지를 경화시켰다.
제2 강화 층을 하기의 기술을 사용하여 DBEF 필름의 반대 면 상에 제공하였다. 하부 PET 시트를 DBEF 필름으로부터 멀리 조심스럽게 박리시켰다. DBEF 상에 봉지된 유리 천을 지지하는 상부 PET 시트를 알루미늄 판 상에서 위로 향하게 위치시켰고, 그의 선단 에지를 전술된 바와 같이 하방으로 테이핑하였다. 제2 유리 천 시트를 DBEF의 제2 면 상에 놓고, 이때 알루미늄 판에 테이핑되는 선단 에지를 갖는 다른 PET 시트로 덮었다. 알루미늄 판의 선단 에지를 수동식 적층기 내로 위치시켰다. DBEF 시트에 대한 접근을 허용하도록 상부 PET 시트 및 유리 천을 후방으로 벗겨내었다. 수지 비드를 적층 롤에 가장 가까운 DBEF의 에지에 적용하였다. 샌드위치 구성물을 일정한 속도로 적층기를 통해 공급하여, 수지를 유리 섬유 천을 통해 상방으로 가압하여 DBEF의 제2 면을 코팅하였다.
적층체를 DBEF의 제1 면 상의 수지 층을 탈기하기 위해 전술된 동일한 기술을 사용하여 탈기하였다.
적층체를 적층기를 통해 한 번 더 통과시켰다. 15 ㎝ s-1의 속도에서 240 W/㎝(600 W/in)로 작동하는 퓨전 "D"램프 아래에서 적층체를 통과시킴으로써 수지를 경화시켰다.
2개의 PET 시트를 섬유 강화 DBEF 복합재로부터 제거하였다. 실시예 1의 생성된 DBEF 복합재를 뒤틀림 시험을 통해 그리고 광학 측정을 통해 시각적으로 특성을 기술하였다.
시각적 검사 시에, DBEF의 정성적인 투과 및 편광 유효성은 2개의 폴리카르보네이트 층들 사이에 개재된 DBEF 층을 사용하는, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 반사 편광기인 DBEF-D400과 비교할 때, 섬유 강화 샘플에 대해 유사하였다.
실시예 1로부터의 샘플의 광학 및 뒤틀림 특성을 시험하였고, 결과가 표 III 및 표 VI에서 이하 논의된다.
실시예 2 - 복합 층에 직접 부착된 DBEF
실시예 2는 강화를 위해 섬유 재료 A를 사용하였지만, 유리 섬유 상에 반응성 실란계 CS767 마무리를 가졌다. 이는 에폭시, 폴리아미드 및 시아네이트 에스테르 수지에 대한 유리 섬유의 부착을 개선하기 위해 제조 업체에 의해 요구된 표면 마무리이다. 수지 혼합물 3인 수지 혼합물을 하기 중량％의 상이한 수지 성분들로 형성하였다:
Figure 112008054609556-PCT00004
경화 후에, 수지 혼합물 2는 1.5517의 측정된 굴절률을 가졌다. 직조된 유리 섬유 천의 층 및 수지를 실시예 1에 대해 전술된 바와 같이, 프라이밍된 DBEF 필름편의 각각의 면에 적용하고, 탈기하고, 경화시켰다.
실시예 2에서 제조된 샘플의 광학 특성의 요약이 표 III에 포함되어 있고, 기계적 특성이 표 IV 및 표 V에 요약되어 있다.
실시예 3 - 복합 층에 직접 부착된 DRPF
실시예 3은 반사 편광기가 DRPF라는 이름으로 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니에 의해 공급되는 확산 반사 편광기 필름 시트인 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하였다. 실시예 3 샘플의 광학 특성이 표 III에 요약되어 있다.
실시예 4 - 복합 층에 직접 부착된 APF
실시예 4는 실시예 3에서와 동일한 유리 섬유 천 및 수지를 사용하였다. 반사 편광기 필름은 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 단일 축방향으로 신장된 다층 반사 편광기인, APF(Advanced Polarizer Film)의 시트였다. 이러한 필름에서, 복굴절성 층에서의 nz의 값은 복굴절성 층의 nx의 값과 정합된다.
실시예 4에 대해 사용된 경화 및 부착 공정은 프라이머가 97 중량％ 트라이프로필렌 글리콜 다이아크릴레이트(사르토머로부터의 SR 306 제품 코드) 및 3 중량％ 벤조페논으로 이루어진 것을 제외하고는, 실시예 2에 대해 사용된 것과 동일하였다. 또한, 프라이밍을 위한 광 노출을 0.25 m s-1 (50 ft/min)에서 행하였다.
표 III은 실시예 4의 필름의 광학 특성을 요약하는 반면에, 표 IV 및 표 V는 복합 층이 부착된 그리고 부착되지 않은 편광기 필름에 대한 측정된 기계적 특성을 보여준다.
실시예 5 자일렉스(Xylex) 유리 섬유 복합재로 적층된 DBEF
DBEF로서 전술된 반사 편광기 필름을 UV 경화성 UVX1962 아크릴레이트 접착제로 175 ㎛(7 밀) 자일렉스 중합체 유리 섬유 복합재 구성물에 적층하였다. 25 ㎜ 등방향 회전 이축 압출기(co-rotating twin screw extruder)를 사용하여 제네럴 일렉트릭 플라스틱스로부터 입수가능한 코폴리에스테르/폴리카르보네이트 블렌드인 자일렉스 7200과 오웬즈 코닝의 10 중량％의 분쇄된 유리 섬유를 블렌딩함으로써 자일렉스-유리 섬유 복합 구조 층을 생성하였다. 125 ㎛(5 밀) 자일렉스-유리 섬유 복합 층을 2개의 25 ㎛(1 밀) 자일렉스 외피 층과 함께 271℃에서 공압출하여, 175㎛(7 밀)의 복합 구조 층 두께를 생성하였다. 그리고 나서, 25 ㎛(1 밀) 두께의 UVX1962 접착제 층을 자일렉스 유리 섬유 복합 구성물과의 적층 이전에 DBEF 상으로 코팅하였다. UVX1962 아크릴레이트 접착제의 경화는 10 ㎝/s(20 fpm)의 라인 속도에서 160 W/㎝(400 W/in)의 광 강도를 갖는 2개의 UV D 벌브 아래에서 적층된 구성물을 통과시킴으로써 달성되었다. UV 경화성 접착제에 의한 자일렉스 중합체 유리 섬유 복합재에 대한 DBEF 반사 편광기의 적층 후에, 최종 필름 구성물은 300 ㎛(12 밀) 두께였다. 유효 투과도 시험기로 측정된 이러한 복합 필름으로부터의 휘도 증가는 1.65였다.
실시예 6: PMMA-유리 섬유 복합 외피로 공압출 코팅된 DBEF
출발 반사 편광기 필름은 실시예 5에서 설명된 바와 같은 PEN/CoPEN 다층 적층체였다. 반사 편광기 필름을 적외선 가열기를 사용하여 65℃의 온도로 예열하였고, 그 다음 3.8 ㎝ s-1 (7.5 fpm)로 닙 내로 공급하면서 PMMA 상부 코트 층, PMMA-유리 섬유 강화 구조 층 및 CoPEN5050HH 타이 층으로 동시에 공압출 코팅하였다.
PMMA-유리 섬유 복합 중합체는 20 중량％의 유리 섬유를 함유하였고, 상표명 PMMA-20FG로 미국 오하이오주 에이본 레이크 소재의 폴리원 코포레이션(PolyOne Corp)에 의해 공급되었다. PMMA 상부 코트 층, PMMA-유리 복합 층 및 CoPEN5050HH 타이 층을 271℃에서 다층 반사 편광기 상으로 공압출하여, 25 마이크로미터(1.0 밀)의 PMMA 상부 코트 층 두께, 100 ㎛(4 밀)의 PMMA 유리 섬유 복합 구조 층 두께 및 25 ㎛(1 밀)의 타이 층 두께를 생성하였다. 압출 코팅된 층들을 구비한 다층 편광기를 상부 외피 코트 상에 무광택 마무리를 제공하기 위해 고무 닙 롤을 사용하여 150 ㎚ rms의 rms 표면 조도를 갖는 83℃의 캐스팅 휠(casting wheel)에 대항하여 가압하였다. 조합된 다층 반사 편광기 및 공압출 코팅된 PMMA 유리 섬유 복합재가 250 ㎛(10 밀) 두께인 최종 필름 구성물을 형성하였다. 유효 투과도 시험기로 측정된 이러한 복합 필름으로부터의 휘도 증가는 1.67이었다.
실시예 7: SAN-유리 섬유 복합 외피를 갖는 DBEF
DBEF로서 전술된 반사 편광기 필름을 적외선 가열기를 사용하여 65℃의 온도로 예열하였고, 그 다음 3.7 ㎝/s(7.5 fpm)로 닙 내로 공급하면서 SAN 유리 섬유 중합체 복합 구조 층 및 CoPEN5545HD 타이 층으로 동시에 공압출 코팅하였다. SAN 타이릴(Tyril) 880(다우(미국 미시건주 미들랜드)로부터 입수가능한 스티렌 아크릴로니트릴)과 오웬즈 코닝으로부터의 10 중량％의 분쇄된 유리 섬유를 블렌딩함으로써 SAN-유리 섬유 복합 구조 층을 생성하였다. 조합된 75 ㎛(3 밀) 두께의 SAN-유리 섬유 복합 층, 13 ㎛(0.5 밀) 두께의 CoPEN5545HD 타이 층, 및 100 ㎛(4 밀) 두께의 다층 반사 편광기는 188 ㎛(7.5 밀)의 총 두께를 가졌다. 공압출 코팅된 층들을 구비한 다층 편광기를 SAN 표면 상에 무광택 마무리를 제공하기 위해 닙 롤을 사용하여 150 ㎚의 rms 표면 조도를 갖는 83℃의 캐스팅 휠에 대항하여 가압하였다. 동일한 공정을 다층 반사 편광기의 반대 면 상에 다른 CoPEN5545HD 타이 층 및 다른 복합 구조 층을 적용하기 위해 반복하여, 279 ㎛(11 밀) 두께인 최종 필름 구성물을 생성하였다.
실시예 8: NAS30 직조 유리 섬유 중합체 복합재로 적층된 DBEF
헥셀 리인포스먼츠 코포레이션에 의해 제조된 직조된 유리 섬유 직물 내로 스티렌-아크릴레이트 공중합체(노바 케미컬즈(Nova Chemicals)(미국 펜실베니아주 문 타운십)로부터 입수가능한 NAS30)와 같은 굴절률 정합 중합체를 압출 코팅함으로써 유리 섬유 강화 중합체 복합재를 제조할 수 있고, 그리고 나서 이를 후속적으로 UV 경화성 접착제를 사용하여 DBEF에 적층시킬 수 있다. 예를 들어, NAS30을 270℃에서 압출할 수 있고, 직조된 유리 섬유 직물과 함께, 도 3B에 도시된 바와 같이 동시에 고압 닙 내로 공급하고 캐스팅 휠에 대항하여 압착하여, 대략 125 ㎛(5 밀)의 두께를 갖는 직조 유리 섬유 중합체 복합재를 생성할 수 있다. 캐스팅 휠 표면은 예를 들어 150 ㎚의 rms 표면 조도로 텍스처 형성되어, 직조 유리 섬유 중합체 복합재에 무광택 마무리를 제공할 수 있다.
그리고 나서, 앞서 제조된 DBEF를 UVX1962 접착제의 대략 25 ㎛(1 밀) 두께의 층으로 코팅한 다음에, 스티렌-아크릴레이트 직조 유리 섬유 복합 구성물에 적층할 수 있다. 그리고 나서, UVX1962 아크릴레이트 접착제의 경화는 예를 들어 실시예 5에서 설명된 바와 같이, 적합한 양의 UV 방사를 제공하는 공급원 아래에서 적층된 구성물을 통과시킴으로써 달성될 수 있다. UV 경화성 접착제를 사용하여 스티렌-아크릴레이트 공중합체 직조 유리 섬유 복합재에 반사 편광기를 적층한 후에, 최종 필름 구성물은 약 250 ㎛(10 밀) 두께였다.
실시예 9: 자일렉스 및 직조된 유리 섬유 직물로 공압출 코팅된 DBEF
DBEF와 같은 다층 반사 편광기는 자일렉스 7200과 같은 굴절률 정합 중합체 및 헥셀 리인포스먼츠 코포레이션에 의해 제조되는 것과 같은 직조된 유리 섬유 직물로 공압출 코팅할 수 있다. 예를 들어, 자일렉스 7200을 270℃에서 압출하고,
직조된 유리 섬유 직물 및 DBEF와 함께, 도 3B에 도시된 바와 같이 동시에 고압 닙 내로 공급하고 캐스팅 휠에 대항하여 압착하여, 200 ㎛(8 밀)의 두께를 갖는 직조 유리 섬유 중합체 복합재를 생성할 수 있다. DBEF 및 직조된 유리 섬유 직물을 적외선 가열기를 사용하여 85℃의 온도로 예열할 수 있다. 캐스팅 휠 표면은 예를 들어 대략 150 ㎚의 rms 표면 조도로 텍스처 형성되어, 직조 유리 섬유 중합체 복합재에 무광택 마무리를 제공할 수 있다.
실시예 10: 자일렉스 및 직조된 유리 섬유 직물로 공압출 코팅된 DBEF
DBEF와 같은 다층 반사 편광기는 자일렉스 7200과 같은 굴절률 정합 중합체 및 헥셀 리인포스먼츠 코포레이션에 의해 제조되는 것과 같은 직조된 유리 섬유 직물로 공압출 코팅할 수 있다. 예를 들어, 자일렉스 7200을 270℃에서 압출하고, 직조된 유리 섬유 직물 및 DBEF와 함께, 도 3B에 도시된 바와 같이 동시에 고압 닙 내로 공급하고 캐스팅 휠에 대항하여 압착하여, 200 ㎛(8 밀)의 두께를 갖는 직조 유리 섬유 중합체 복합재를 생성할 수 있다. DBEF 및 직조된 유리 섬유 직물을 적외선 가열기를 사용하여 85℃의 온도로 예열할 수 있다. 캐스팅 휠 표면은 예를 들어 약 150 ㎚의 rms 표면 조도로 텍스처 형성되어, 직조 유리 섬유 중합체 복합재에 무광택 마무리를 제공할 수 있다. 그리고 나서, 동일한 중합체 유리 섬유 직물 공압출 코팅 공정을 DBEF 층의 반대 면 상에서 반복하여, 약 300 ㎛(12 밀)의 총 두께를 갖는 중합체 유리 섬유 복합재를 생성할 수 있다.
실시예 11 비교예, 공압출 코팅된 PMMA 층을 구비한 DBEF
본 실시예에서, DBEF로서 전술된 다층 반사 편광기를 PMMA 및 CoPEN 접착 타이 층으로 공압출 코팅하였다. 반사 편광기를 적외선 가열기로 65℃의 온도로 예열하고, 3.8 ㎝ s-1 (7.5 fpm)의 속도로 닙 롤러 내로 공급하면서, 동시에 PMMA 상부 외피 코트 층, PMMA 구조 층, 및 CoPEN5050HH 타이 층으로 공압출 코팅하였다. 구조 층 및 상부 코트 층으로서 사용된 PMMA는 상표명 VO44로 아토피나(Atofina)에 의해 공급되었다. PMMA 상부 코트 층, PMMA 구조 층, 및 CoPEN5050HH 타이 층을 271℃에서 다층 반사 편광기 상으로 공압출하여, 25 마이크로미터(1 밀)의 상부 코트 PMMA 층 두께, 100 ㎛(4 밀)의 PMMA 구조 층 두께 및 25 ㎛(1.0 밀)의 타이 층 두께를 생성하였다. 압출 코팅된 층들을 고무 닙 롤을 사용하여 150 ㎚의 rms 표면 조도를 갖는 83℃의 캐스팅 휠에 대항하여 가압하여, 상부 외피 코트 상에 무광택 마무리를 제공하였다. 조합된 다층 반사 편광기 및 공압출 코팅된 층들은 250 ㎛(10 밀)의 총 두께를 가졌다.
PMMA 공압출 코팅된 편광기 필름을 후술되는 뒤틀림 시험에 노출시켰고, 수용가능하지 않은 수준의 뒤틀림을 겪음을 관찰하였다.
광학 특성
다양한 실시예의 복합재를 광학적 투과도, 반사도, 탁도 및 색상에 대해 시험하였다. 투과도(T), 탁도(H) 및 투명도(C) 측정은 미국 메릴랜드주 실버 스프링 소재의 BYK 가드너(Gardner)에 의해 공급되고 카탈로그 번호 4723인 BYK 가드너 헤이즈-가드 플러스(Haze-Gard Plus) 장비를 사용하여 이루어졌다. 투과도 및 탁도 수준은 제목이 "투명 플라스틱에 대한 탁도 및 광 투과도에 대한 표준 시험 방법(Standard Test Method for Haze and Luminous Transmittance for Transparent Plastics)"인 ASTM-D1003-00에 따라 정의될 수 있다. 장비는 측정 동안 공기를 기준으로 하였다. 광 투과도(T) 측정치는 투과도의 백분율로 제공된다. 탁도는 시편을 통해 보이는 물체의 대비(contrast)가 감소되게 하는 시편에 의한 광의 산란이다. 탁도(H)는 그 방향이 입사 빔의 방향으로부터 특정 각도를 초과하여 벗어나도록 산란되는 투과 광의 백분율로서 제공된다. 투명도는 링 검출기를 사용하여, 작은 각도의 산란 광 성분을 경면 투과 성분과 비교하여 평가된다. 산란의 정확한 각도 범위 및 결과 데이터는 이러한 측정을 위해 사용된 장비의 구성에 의해 한정된다.
1976 CIE L* a* b* 색상 공간에 따른 색상을 BYK 가드너 컬러스피어(BYK Gardner Colorsphere, 카탈로그 번호 6465)를 사용하여 측정하였다. 시험 절차는 ASTM E1164: 물체 색상 평가를 위한 분광 데이터 획득(Obtaining Spectrometric Data for Object-Color Evaluation)에 설명된 바와 유사하게 하였다. 공기로부터의 샘플의 색상 변이(color shift)를 계산하기 위하여 장비를 보정하였다.
400-700 ㎚ 범위에 걸친 스피어 액세서리(sphere accessory)를 통합한 PELA-1000이 장착된 퍼킨-엘르머 람다(Perkin-Elmer Lambda) 900 분광광도계(Spectrophotometer) (모델: BV900ND0)를 사용하여 광 투과도(％ T) 및 반사도(％ R) 측정을 수행하였다. 이 스피어는 직경이 150 ㎜ (6 인치)이고, 문헌["ASTM Standards on Color and Appearance Measurement", Third Edition, ASTM, 1991]에 개시된 바와 같이 ASTM 방법 E903, D1003, E308 등을 따른다. 장비는 측정 동안 공기를 기준으로 하였다. 분광광도계의 주사 속도(scan speed)는 120 ms/pt의 UV-가시광 적분 하에서 약 1250 ㎚/분이었다. 데이터 간격(interval) 및 분해능(resolution)은 5 ㎚였다. 투과도 및 반사도 데이터는 550 ㎚에서 측정한 백분율로서 제공된다. 반사도 데이터는 공지된 경면 반사 표준에 대해 보정되었다.
각각의 샘플의 두께는 4개의 상이한 지점에서 측정하였다. (t)로 표시된 칼럼 아래의 데이터는 마이크로미터 단위의 두께 측정치의 평균을 보여준다.
유효 투과도로 또한 불릴 수 있는 상대 이득(relative gain)을 안정화된 광대역 공급원을 사용하여 조명되는 확산 투과식 중공 라이트 박스(light box) 상에 샘플 필름을 위치시킴으로써 측정하였다. (필름의 평면에 대해 수직인) 축방향 휘도는 미국 캘리포니아주 챗스워스 소재의 포토 리서치, 인크.(Photo Research, Inc.)로부터 입수가능한 스펙트라스캔(SpectraScan™) PR-650 스펙트라컬러리미터(SpectraColorimeter)를 사용하여 흡수 편광기를 통해 측정하였다. 상대 이득은 휘도 측정치에 분광 가중치를 적용하고, 샘플 필름이 제 위치에 있을 때 측정된 휘도를 샘플 필름이 제 위치에 없을 때 (라이트 박스만이 있을 때) 측정된 휘도로 나눔으로써 계산되었다. 이러한 측정치는 상이한 필름 샘플들 사이에서 안정되고 재현가능한 비교 이득 값을 제공하였다.
별표(asterisk)로 표시된 ％ 반사도 값은 편광기의 통과 축이 수직 위치에만 있을 때 측정치가 샘플로부터 얻어진 것을 나타낸다. 모든 다른 ％ 반사도 값은 편광기 통과 축이 수직일 때 그리고 편광기 통과 축이 수평일 때 측정된 ％ 반사도의 평균으로서 계산된다. 아울러, 모든 별표가 없는 반사도 및 투과도 측정치에 대해, 측정을 위해 편광해소된 광(depolarized light)을 생성하도록 람다 900 내에서 빔 편광해소기(beam depolarizer)를 사용하였다. 편광해소가 완전하지 않기 때문에, 2개의 정렬 상태에서의 투과도 및 반사도 측정치의 평균이 "*"로 표시된 것을 제외한 모든 샘플에 대해 보고되어 있다.
편광기에 부착된 복합 필름의 두께는 DBEF 샘플(실시예 1 및 2)에 대해 약 41 마이크로미터, DRPF 샘플(실시예 3)에 대해 약 39 마이크로미터, 그리고 APF 샘플(실시예 4)에 대해 약 46 마이크로미터였다.
이득 측정은 기재 편광기 필름이 복합재와 조합될 때 대체로 매우 작은 이득 감소가 있다는 것을 입증한다. 이득 손실은 오염물로부터의 광 산란, H-106 유리 섬유에 대한 수지의 불완전한 굴절률 정합, 또는 수지 시스템에 의해 불완전하게 배제되어 복합재 내에 잔류하는 기포로 인한 것 같다.
람다 900 상에서 측정된 투과도 및 반사도 값은 각각의 면 상에 복합재의 층을 갖는 편광기 필름과 "순수한"편광기 필름 사이에서 매우 비교할 만하다.
L*, a* 및 b* 측정치들에서의 약간의 차이가 편광기 필름과 대응하는 복합재 사이에서 인지된다. DRPF 및 APF의 경우에, 복합재는 b* 값의 약간의 증가에 기여한다. 그러나, DBEF의 경우에, DBEF 복합재의 b* 값은 대응하는 DBEF 필름보다 약간 더 작다.
BYK 헤이즈-가드 상에서 측정된 T, H, 및 C에 대한 결과가 혼합된다. (원래의 광학 필름과 비교하여) 일부 경우에, 복합재는 감소된 투명도 및 증가된 탁도를 나타내고, 다른 경우에, 복합재는 증가된 투명도 및 감소된 탁도를 나타낸다. 결과가 실시예 2 - 4에 대응하지만 섬유 강화가 없는 대조 실시예와 함께 표 III에 요약되어 있다: 이러한 대조 실시예는 표에서 유리 재료에 대한 칼럼 내에서의 "없음"에 의해 식별된다.
Figure 112008054609556-PCT00005
기계적 특성
실시예 2 및 4에 대한 열팽창 계수(CTE)를 필름 인장 기구를 갖는 퍼킨 엘머 TMA 7 상에서 표준 열-기계적 분석을 사용하여 측정하였다. 표준 TMA 시험에 관련된 용어는 ASTM E-473 및 ASTM E-11359-1에 따라 정의된다. CTE 시험은 먼저 샘플을 잔류 응력을 제거하기 위해 110℃까지 점진적으로 가열('제1 가열')하고, 샘플을 냉각시켜서 이들을 이완시키고, 마지막으로 샘플을 다시 20℃로부터 110℃까지 가열(제2가열 CTE)함으로써 수행되었다. 대부분의 샘플에 대해, CTE는 30 - 110℃의 선형 팽창 영역을 사용함으로써 계산되었지만, 소수의 샘플에 대해, 이러한 계산 범위는 고온 영역에서의 비선형 거동으로 인해 30 - 100℃ 또는 30 - 80℃로 감소되었다. 측정은 CTE에 대해 2개의 방향으로, 즉 편광기의 통과 축에 대해 평행하게 그리고 편광기의 차단 축에 대해 평행하게 이루어졌다.
CTE의 측정은 표 IV에 요약되어 있다. 이 표는 샘플 번호를 열거하거나, 샘플이 대조 측정이었는지 여부를 보여준다. 대조 측정은 강화 복합 층에 부착되지 않은 DBEF 및 APF 필름에 대해 이루어졌다. 이 표는 또한 샘플의 간단한 설명을 열거하고, 평균 제2가열 CTE를 ppm/℃ 단위로 제공한다. CTE 측정은 2개의 상이한 방향으로, 즉 편광기의 통과 축에 대해 평행하게 그리고 편광기의 차단 축에 대해 평행하게 독립적으로 이루어졌다.
Figure 112008054609556-PCT00006
(대조와 비교하여) 이러한 복합 편광기 샘플에 대한 CTE 감소의 대부분은 통과 축(비신장(non-stretched)) 방향에서 발생하고, 차단 방향에서의 CTE는 현저하게 변화하지 않으며 측정 오차와 유사한 양만큼 변하는 것으로 여겨질 수 있음을 인지할 만하다. 이는 신장 방향에서의 더 높은 결정성뿐만 아니라 그러한 방향에서 발생하는 일부 느린 잔류 수축으로 인한 것일 수 있다. 통과 축 방향은 디스플레이에서의 CTE-유도 뒤틀림에 대한 주요 관심사이다. 통과 축에서의 CTE는 전형적으로 차단 축에서보다 더 높다. 이는 통과 및 차단 방향에서의 대조 실시예에 대한 CTE의 값들을 비교함으로써 알 수 있다. DBEF 대조 실시예에서, 통과 축 방향에서의 CTE는 92.4 ppm/℃인 반면에, 차단 방향에서 CTE는 37.05 ppm/℃이고, 그 비가 거의 2.5이다. APF 대조 실시예에서, 이러한 비는 거의 3.9이다. 편광기의 이러한 열팽창 차이는 편광기가 온도가 상승될 때 심각한 뒤틀림으로 이어질 수 있고, 따라서 CTE가 차단 방향에서 동일하게 유지될지라도 통과 축 방향에서의 CTE의 감소가 상당히 중요하다. 비교시, 반사 편광기를 갖는 복합 층의 사용은 상기 비를 상당히 감소시킨다(DBEF 실시예에 대해 약 1.26이고, APF 실시예에서 약 0.94). 양 실시예에서, 차단 축 CTE에 대한 통과 축 CTE의 비는 1.5 미만이다. 복합 층을 사용하여 통과 축 CTE를 억제함으로써, 통과 축 CTE는 차단 축 CTE와 거의 동등하게 되었다. 이러한 CTE의 거의 동등함은 복합 층이 열 응력을 받는 제품 응용에서 재료의 등방성을 증가시키기 때문에 바람직하다.
(인장 시의) 저장 모듈러스 및 강성은 필름 인장 기구를 갖는 TA 인스트루먼츠 모델 번호 Q800 DMA를 사용한 동역학적 분석(Dynamic Mechanical Analysis, DMA)에 의해 측정되었다. DMA 시험에 관련된 용어는 ASTM D-4065 및 ASTM D-4092에 따라 정의될 수 있다. 보고된 값들은 실온(24℃)에서의 값이다. 강성 결과가 표 V에 요약되어 있다. 측정은 24℃ - 28℃ 범위 내의 온도에서 이루어졌다. 표는 복합 재료, 특히 연속적인 직조된 강화체를 포함하는 복합재를 사용하여 얻어질 수 있는 저장 모듈러스의 두드러진 증가를 보여준다. 인장 모듈러스 및 강성의 이러한 높은 값은 최종 용품 구성 및 형상에 따라, 잠재적인 굽힘 강성에 대응하는 것으로 또한 여겨질 수 있다: 고 모듈러스 층의 적절한 배치는 높은 굽힘 강성을 갖는 용품이 얻어지게 한다. 최종 용품 강성은 또한 다른 층의 특성에 따르며, 예를 들어 강성인 경화성 적층 접착제는 전형적으로 접착제를 요구하는 그러한 용품에서 강성을 향상시키기 위해 감압 접착제에 비해 바람직할 것이다.
표 IV에서와 같이, 표 V는 샘플의 간략한 설명과 함께 샘플 번호를 열거한다. 이 표는 또한 편광기의 통과 또는 차단 축에 대한 측정의 배향을 열거하고, 평균 저장 모듈러스 및 평균 강성을 열거한다. 마지막 칼럼은 강화된 편광기와 강화되지 않은 편광기 사이에서의 저장 모듈러스의 증가를 보여준다. 이 표는 어떠한 부착된 강화 복합 층도 없이 측정된 다양한 DBEF 및 APF 대조 샘플과 함께, 실시예 2, 4, 5 및 6에 대한 결과를 보여준다.
CTE에 대해 전술된 바와 같이, 일부 실시 형태에서, 다양한 샘플 배향, 예를 들어 편광기의 통과 및 차단 축에서 유사한 모듈러스 값을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이는 증가된 재료 등방성으로 이어질 수 있고, 열 응력을 받을 때의 차등 재료 응답의 충격을 감소시킬 수 있다. 비(Rm)는 통과 방향에서의 모듈러스에 대한 차단 방향에서의 모듈러스의 비로서 정의된다. DBEF 대조 샘플에 대해, Rm의 값은 대략 1.6이고, APF 대조에 대해, Rm의 값은 대략 2.4이다. 복합 층의 추가에 의해, Rm의 값은 DBEF 복합재에 대해 0.9로 그리고 APF 복합재에 대해 1.1로 감소된다. DBEF 공압출 샘플에 대해, Rm의 값은 실시예 5 및 6에 대해 각각 1.1 및 0.8이었다. 이러한 실시예 모두에서, 복합재-강화 편광기들의 모듈러스의 비는 1.3 미만이다. 이러한 경우 모두에서, 편광기에 대한 복합재의 적용은 편광기 구성물의 모듈러스의 등방성을 증가시켰다. 일부 경우에, CTE 및 모듈러스 특성 둘다에 있어서 거의 등방성을 갖는 의사 균형(pseudo-balanced) 제품 구성을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
Figure 112008054609556-PCT00007
상이한 샘플들을 뒤틀림에 대해 시험하였다. 선택된 방법은 온도가 사이클링을 이루는 상태에 샘플을 노출시킨 다음에 생성된 필름을 수동으로 조사하는 것이었다. 대조 샘플은 뒤틀림 시험 후에, 높은 뒤틀림 가시성으로 불리는 매우 현저한 파형 및 음영을 가졌다. 실시예 필름은 필름 내의 구분 가능한 음영이 대조 샘플과 비교하였을 때 훨씬 덜 보이거나 존재하지 않으면, 낮은 뒤틀림 가시성을 갖는 것으로 간주되었다.
온도 사이클링을 위해 사용된 방법은 다음과 같았다: 이중 강도 유리의 2개의 24.1 x 31.8 ㎝(9.5" x 12.5")의 평평한 조각을 아이소프로필 알코올로 세척하였다. 시험되는 필름의 22.9 x 30.5 ㎝(9" x 12") 조각을 2개의 짧은 변 및 하나의 긴 변에서 하나의 유리 조각에 부착하여, 나머지 긴 변을 자유롭게 남겨 두었다. 더블 스틱 테이프(Double Stick Tape)(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능함)를, 테이프가 유리의 3개의 에지로부터 1.3 ㎝(0.5")에 있고 필름의 3개의 변에 의해 정확하게 덮이도록, 유리 조각에 적용함으로써 필름을 부착하였다. 테이프의 단부들은 중첩되지 않았다. 필름이 테이프를 가로질러 인장되어 테이프의 두께(약 0.1 ㎜)만큼 유리 표면 위에 유지되도록 필름을 테이프 상에 위치시켰다. 필름을 테이프에 부착시키기 위해, 2 ㎏(4.5 lb) 롤러를 과도한 힘을 피하면서 필름 및 테이프 위에서 각각의 방향으로 1회 구르게 하였다.
3개의 0.1 ㎜ 두께, 1.3 ㎝(0.5") 폭의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 심(shim)을 롤이 굴려진 필름 상으로 위치시켰는데, 심은 테이프 바로 위에 있고 테이프와 동일한 길이의 것이지만 필름의 반대측에 있다. 필름은 중첩되지 않았다. 상부 유리 조각을 심의 상부에 위치시켜서 하부 유리 조각과 정확하게 정렬시켰다.
이러한 유리/필름/유리 샌드위치형 구성물은 3개의 에지에서 구속되고 중심에서 실질적으로 자유롭게 부유하는 필름을 포함한다. 샌드위치 구성물을 4개의 바인더 클립(binder clip)과 함께 부착시킨다. 클립은 테이프의 중심(유리의 에지로부터 대략 1.9 ㎝(0.75"))에 압력을 인가하기 위해 적절한 크기의 것이 되도록 선택되었고, 필름의 하부 및 상부로부터 멀리 각각 약 1.9 ㎝(0.75")에서 구성물의 짧은 변 상에 각각 2개씩 위치시켰다.
완성된 구성물을 열 충격 챔버(모델 SV4-2-2-15 환경 시험 챔버(Environmental Test Chamber), 미국 미시건주 그랜드 래피즈 소재의 엔바이로트로닉스, 인크.(Envirotronics, Inc.)) 내에 두어, 1 사이클이 85℃에서 1시간 그리고 이후에 -35℃에서 1시간을 포함하는 96개의 사이클에 처해지게 하였다. 그리고 나서, 필름을 챔버로부터 꺼내어 주름에 대해 검사하였다. 실시예 필름은, 필름 내의 구분 가능한 음영이 대조 샘플과 비교하였을 때 훨씬 덜 보이거나 존재하지 않으면, 낮은 뒤틀림 가시성을 갖는 것으로 간주되었다.
하기의 표 VI은 섬유 강화가 없이 시험된 DBEF의 대조 필름(실시예 11)에 대해 비교된 다양한 샘플에 대한 뒤틀림 시험 결과를 보여준다.
Figure 112008054609556-PCT00008
본 발명은 상기에 설명된 특정 실시예에 한정되는 것으로 간주되어서는 안 되며, 오히려 첨부된 청구의 범위에 적절히 기재된 본 발명의 모든 태양을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서의 검토시 본 발명에 적용될 수 있는 다양한 변형예, 동등한 공정뿐만 아니라 다수의 구조가 본 발명이 관련되는 기술 분야에서의 숙련자에게 쉽게 명확해질 것이다. 청구의 범위는 이러한 변형예 및 장치를 포함하고자 한다.

Claims (24)

  1. 각각의 중합체 매트릭스 내에 매립된 섬유를 각각 포함하는 제1 층 및 제2 층과;
    반사 편광기 층을 포함하고 제1 층과 제2 층 사이에 장착된 제3 층
    을 포함하는 광학 필름.
  2. 제1항에 있어서, 제3 층은 제1 층과 제2 층 사이에 접착식으로 부착된 광학 필름.
  3. 제1항에 있어서, 제3 층은 제1 층 및 제2 층에 직접 부착된 광학 필름.
  4. 제3항에 있어서, 제3 층은 프라이머를 사용하여 제1 층 및 제2 층에 직접 부착된 광학 필름.
  5. 제1항에 있어서, 필름을 가로지른 제1 방향에 관련된 제1 열팽창 계수(CTE)와, 제1 방향에 대해 직각인, 필름을 가로지른 제2 방향에 관련된 제2 CTE를 갖고, 제2 CTE에 대한 제1 CTE의 비는 1.5 이하인 광학 필름.
  6. 제1항에 있어서, 필름을 가로지른 제1 방향에 관련된 제1 모듈러스와, 제1 방향에 대해 직각인, 필름을 가로지른 제2 방향에 관련된 제2 모듈러스를 갖고, 제2 모듈러스에 대한 제1 모듈러스의 비는 1.3 이하인 광학 필름.
  7. 제1항에 있어서, 필름을 가로지른 제1 방향에 관련된 제1 열팽창 계수(CTE)와, 제1 방향에 대해 직각인, 필름을 가로지른 제2 방향에 관련된 제2 CTE를 갖고, 제2 CTE에 대한 제1 CTE의 비는 1.5 이하이고, 제1 방향에 관련된 제1 모듈러스와, 제2 방향에 관련된 제2 모듈러스를 갖고, 제2 모듈러스에 대한 제1 모듈러스의 비는 1.3 이하인 광학 필름.
  8. 제1항에 있어서, 제1 층 및 제2 층의 중합체 매트릭스들 중 적어도 하나는 열경화성 중합체 매트릭스를 포함하는 광학 필름.
  9. 제8항에 있어서, 제1 층 및 제2 층 중 적어도 하나는 열가소성 중합체 매트릭스를 포함하는 광학 필름.
  10. 제8항에 있어서, 제1 층 및 제2 층 중 적어도 하나에서, 무기 섬유의 굴절률은 각각의 중합체 매트릭스의 굴절률과 실질적으로 정합되는 광학 필름.
  11. 제1항에 있어서, 반사 편광 층은 교번하는 재료들의 다층 적층체를 포함하는 광학 필름.
  12. 제1항에 있어서, 반사 편광 층은 확산 반사 편광기를 포함하는 광학 필름.
  13. 제1항에 있어서, 제1 층 및 제2 층 중 하나의 층 내의 섬유들 중 적어도 일부는 각각의 중합체 매트릭스의 굴절률과 실질적으로 정합되는 굴절률을 갖는 광학 필름.
  14. 제1항에 있어서, 제1 층 및 제2 층 중 하나의 층 내의 섬유들 중 적어도 일부는 각각의 중합체 매트릭스의 굴절률과 실질적으로 정합되지 않는 굴절률을 갖는 광학 필름.
  15. 반사 편광기 층을 제공하는 단계와,
    제1 중합체 매트릭스 내에 배치된 무기 섬유를 포함하는 제1 섬유 강화 층을 반사 편광기 층의 제1 면에 부착하는 단계
    를 포함하는 광학 필름의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 제1 섬유 강화 층을 부착하는 단계는 반사 편광기 층 및 제1 섬유 강화 층 중 적어도 하나 상에 접착 층을 배치하는 단계와, 반사 편광기 층 및 제1 섬유 강화 층을 함께 가압하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 접착 층을 경화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  18. 제15항에 있어서, 제1 섬유 강화 층을 반사 편광기 층의 제1 면에 부착하기 전에, 반사 편광기 층 및 제1 섬유 강화 층 중 적어도 하나 상에 프라이머 층을 배치하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  19. 제15항에 있어서, 섬유 강화 층을 부착하는 단계는 제1 섬유 강화 층을 반사 편광기 층에 접촉시키고 나서 섬유 강화 층과의 접촉 중에 제1 섬유 강화 층을 경화시키는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제15항에 있어서, 섬유 강화 층을 부착하는 단계는 제1 섬유 강화 층을 반사 편광기 층 상으로 압출하고 나서 제1 섬유 강화 층을 경화시키는 단계를 포함하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 제1 섬유 강화 층 상에 박리가능한 층을 압출하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 박리가능한 층을 압출하는 단계는 박리가능한 층을 제1 섬유 강화 층과 함께 공압출하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제15항에 있어서, 제2 섬유 강화 층을 반사 편광기 층의 제2 면에 부착하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 제2 섬유 강화 층은 제2 중합체 매트릭스 내에 배치된 무기 섬유를 포함하는 방법.
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