KR20090024739A - 비드화 층을 포함하는 광학 용품 - Google Patents

Abstract

광학 용품은 제1 편광 상태를 갖는 광을 우선적으로 반사시키고 제2 편광 상태를 갖는 광을 우선적으로 투과시키는 반사 편광 요소를 포함하는 기재와, 기재 상에 배치된 비드화 층을 구비한다. 비드화 층은 투명 결합제 및 그 내부에 분산된 복수의 투명 비드를 포함한다. 비드화 층을 갖는 광학 용품의 법선각 이득은 비드화 층을 갖지 않는 동일한 광학 용품의 법선각 이득과 비교할 때 증가된다.

비드, 광학 용품, 편광, 결합제, 굴절률, 이득

Description

비드화 층을 포함하는 광학 용품 {OPTICAL ARTICLE INCLUDING A BEADED LAYER}

본 발명은 편광 요소 및 비드화 층(beaded layer)을 포함하는 광학 용품에 관한 것이다.

액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD) 장치와 같은 디스플레이 장치는 예를 들어 텔레비전, 핸드-헬드(hand-held) 장치, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라, 및 컴퓨터 모니터를 포함하는 다양한 응용에 사용된다. 전통적인 음극선관(cathode ray tube, CRT)과는 달리, LCD 패널은 자체 발광하지 않으며, 따라서 때때로 백라이팅 조립체(backlighting assembly) 또는 "백라이트(backlight)"를 필요로 한다. 백라이트는 전형적으로 하나 이상의 광원(예를 들어, 냉음극 형광관(cold cathode fluorescent tube, CCFT) 또는 발광 다이오드(light emitting diode, LED))으로부터의 광을 사실상 평평한 출력부에 결합시킨다. 그리고 나서, 사실상 평평한 출력부는 LCD 패널에 결합된다.

LCD의 성능은 종종 그 휘도에 의해 판단된다. LCD의 휘도는 보다 많은 개수의 광원을 사용하거나 보다 밝은 광원을 사용함으로써 향상될 수 있다. 대면적 디스플레이에 있어서, 휘도를 유지하기 위해서는 직하형(direct-lit type) LCD 백라 이트의 사용이 종종 필요한데, 그 이유는 광원을 위해 이용될 수 있는 공간이 외주(perimeter)에 대하여 선형적으로 증가하는데 반해 조명될 면적은 외주의 제곱으로서 증가하기 때문이다. 따라서, LCD 텔레비전은 전형적으로 도광판 에지형 LCD 백라이트 대신에 직하형 백라이트를 사용한다. 추가의 광원 및/또는 보다 밝은 광원은 보다 많은 에너지를 소비할 수도 있는데, 이는 디스플레이 장치로의 전력 할당을 감소시키는 능력과 정반대이다. 휴대형 장치의 경우, 이는 배터리 수명의 감소와 상호 연관될 수 있다. 한편, 디스플레이 장치에 광원을 추가하는 것은 제품 비용 및 중량을 증가시킬 수 있고 때때로 디스플레이 장치의 신뢰도의 감소를 초래할 수 있다.

LCD의 휘도는 또한 LCD 장치 내의 이용가능한 광을 효율적으로 사용함으로써 (예를 들어, 디스플레이 장치 내의 이용 가능한 광 중 보다 많은 광을 바람직한 시야축(viewing axis)을 따라 안내함으로써) 향상될 수 있다. 예를 들어, 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수할 수 있는 비퀴티(Vikuiti™) 휘도 향상 필름(Brightness Enhancement Film, BEF)은 프리즘형(prismatic) 표면 구조체를 갖는데, 이는 시야 범위의 밖으로 백라이트로부터 빠져나오는 광의 일부를 사실상 시야축을 따르도록 방향을 전환한다. 나머지 광의 적어도 일부는 후면 반사기와 같은 백라이트의 반사 구성요소와 BEF 사이에서 상기 광의 일부의 다중 반사를 통해 재활용된다. 이는 사실상 시야축을 따른 광학 이득을 발생키시고 또한 LCD의 조명의 공간적 균일도를 향상시킨다. 따라서, BEF는 예를 들어 휘도를 향상시키고 공간적 균일도를 증진시키기 때문에 유리하다. 전지 전원형(battery powered) 휴대형 장 치의 경우, 이는 작동 시간을 연장시키거나 전지 크기를 소형화시키며, 보다 나은 시청 경험을 제공하는 디스플레이가 얻어지게 할 수 있다.

디스플레이의 휘도를 증가시키기 위해 사용될 수 있는 다른 유형의 광학 요소는 반사 편광기이다. 반사 편광기는 전형적으로 소정 파장 범위에 대해 일 편광 상태의 광을 반사하고 다른 편광 상태의 광을 사실상 통과시킨다. 반사 편광기가 액정 디스플레이의 휘도를 향상시키기 위해 디스플레이 내에서 백라이트와 함께 사용될 때, 반사 편광기는 백라이트와 액정 디스플레이 패널 사이에 배치될 수 있다. 이러한 배열은 일 편광 상태의 광이 디스플레이 패널까지 통과하게 하고 다른 편광 상태의 광이 백라이트를 통해 재활용되거나 백라이트 뒤에 위치된 반사면에서 반사되는 것을 가능하게 하여, 편광을 없애고 반사 편광기를 통과할 기회를 광에 부여한다.

편광기의 일 예는 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 비퀴티™ 이중 휘도 향상 필름(Dual Brightness Enhancement Film, DBEF)과 같은 상이한 조성의 중합체 층들의 스택(stack)을 포함한다. 일 구성에서, 이러한 층들의 스택은 복굴절성 층들의 제1 세트 및 등방성 굴절률을 갖는 층들의 제2 세트를 포함한다. 제2 세트의 층들은 복굴절성 층들과 교대로 배치되어 광 반사를 위한 일련의 계면을 형성한다. 다른 유형의 반사 편광기는 연속적인 제2 물질 내에 분산된 제1 물질 - 연속적인 제2 물질은 제1 물질의 대응 굴절률과는 상이한 광의 일 편광 상태에 대한 굴절률을 가짐 - 을 갖는 연속/분산 상 반사 편광기, 예를 들어 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 비퀴티™ 확산 반사 편광 필름(Diffuse Reflective Polarizer Film, DRPF)을 포 함한다. 다른 유형의 반사 편광기는 와이어 그리드(wire grid) 편광기와 같은 다른 선형 반사 편광기와, 콜레스테릭(cholesteric) 액정 편광기와 같은 원형 반사 편광기를 포함한다.

발명의 개요

하나의 구현예에서, 본 발명은 제1 편광상태를 갖는 광을 우선적으로 반사시키고 제2 편광 상태를 갖는 광을 우선적으로 투과시키는 반사 편광 요소를 포함하는 기재와, 기재 상에 배치된 비드화 층을 구비하는 광학 용품에 관한 것이다. 비드화 층은 투명 결합제 및 그 내부에 분산된 복수의 투명 비드를 포함한다. 이 예시적인 실시 형태에서, 비드는 결합제의 약 100 중량부당 약 100 내지 약 210 중량부의 양으로 존재하고, 직선 1인치에 걸친 평균 결합제 두께는 비드의 중간값 반경(median radius)의 약 60% 이내이다. 비드화 층을 갖는 광학 용품의 법선각 이득은 비드화 층을 갖지 않는 동일한 광학 용품의 법선각 이득과 비교할 때 증가된다.

다른 구현예에서, 본 발명은 제1 편광상태를 갖는 광을 우선적으로 반사시키고 제2 편광 상태를 갖는 광을 우선적으로 투과시키는 반사 편광 요소를 포함하는 기재와, 기재 상에 배치된 비드화 층을 구비하는 광학 용품에 관한 것이다. 비드화 층은 투명 결합제 및 그 내부에 분산된 복수의 투명 비드를 포함한다. 이 예시적인 실시 형태에서, 비드는 결합제의 약 100 중량부당 약 100 내지 약 210 중량부의 양으로 존재하고, 비드화 층의 건조 중량은 약 5 내지 약 50 g/m2이다. 비드화 층을 갖는 광학 용품의 법선각 이득은 비드화 층을 갖지 않는 동일한 광학 용품의 이득과 비교할 때 증가된다.

또 다른 구현예에서, 본 발명은 제1 편광상태를 갖는 광을 우선적으로 반사시키고 제2 편광 상태를 갖는 광을 우선적으로 투과시키는 반사 편광 요소를 포함하는 기재와, 기재 상에 배치된 비드화 층을 포함하는 광학 용품에 관한 것이다. 비드화 층은 투명 결합제 및 그 내부에 분산된 복수의 투명 비드를 포함한다. 이 예시적인 실시 형태에서, 비드는 코팅의 약 45 부피% 내지 약 70 부피%의 부피량으로 존재하고, 직선 1인치에 걸친 평균 결합제 두께는 비드의 중간값 반경의 약 60% 이내이다. 비드화 층을 갖는 광학 용품의 법선각 이득은 비드화 층을 갖지 않는 동일한 광학 용품의 이득과 비교할 때 증가된다.

본 발명의 광학 필름 및 광학 장치의 이들 및 다른 태양들은 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 당업자에게 보다 용이하게 명백하게 될 것이다.

본 발명이 속하는 당해 기술 분야에서 당업자가 본 발명을 어떻게 제조 및 사용하는지를 보다 용이하게 이해하도록, 본 개시 내용의 예시적인 실시 형태들을 도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 광학 필름의 일 실시 형태의 개략 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 광학 필름의 제2 실시 형태의 개략 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 광학 필름의 제3 실시 형태의 개략 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 광학 필름의 제4 실시 형태의 개략 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 백라이트 디스플레이의 일 실시 형태의 개략 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 광학 용품의 이득과 비드화 층 코팅 중량 사이의 관계를 예시하는 그래프.

도 7은 이러한 함수 관계에 근사하는 함수 형태의 플롯(plot)과 함께 있는 도 6의 그래프.

도 8은 본 발명에 따른 광학 용품의 투과율 및 탁도(haze)와 비드화 층 코팅 중량 사이의 관계를 예시하는 그래프.

도 9는 본 발명에 따른 광학 용품의 공극 면적비 %와 비드화 층 코팅 중량 사이의 관계를 예시하는 그래프.

도 10A 및 도 10B는 4.25% 공극 면적비 및 0.78% 공극 면적비를 각각 갖는 본 발명에 따른 비드화 층의 2개의 샘플의 현미경 사진.

본 발명은 몇몇 예시적인 실시 형태에서 광학 필름일 수 있는 광학 용품과, 광학 용품을 포함하는 장치와, 광학 용품의 제조 및 사용 방법에 적용가능하다고 여겨진다. 본 발명은 또한 적어도 하나의 비드화 층 및 반사 편광 요소를 갖는 광학 용품과, 디스플레이와 같은, 광학 용품을 포함하는 장치와, 광학 용품의 제조 및 사용 방법에 관한 것이다. 본 발명은 이로 한정되지 않으며, 본 발명의 다양한 태양에 대한 이해는 이하에 제공된 예들의 논의를 통해 얻을 수 있다.

하기의 설명은 도면을 참조하면서 파악되어야 하며, 이들 도면에서 여러 도면 중 유사한 요소들은 유사한 방식으로 번호가 매겨져 있다. 반드시 척도에 맞게 도시될 필요는 없는 도면이 소정의 예시적인 실시 형태들을 도시하고 있으며 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다. 구성, 치수 및 재료의 예들이 다양한 요소들에 대하여 도시되었으나, 당업자는 제공된 예들의 대부분은 활용될 수 있는 적당한 대안을 가짐을 알게 될 것이다.

달리 지시되지 않는 한, 본 명세서 및 청구의 범위에 사용된 특징부 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 숫자는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 상기의 명세서 및 첨부된 청구의 범위에 기술된 수치적 파라미터는 본 명세서에 개시된 교시를 이용하는 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다.

종점(endpoint)들에 의한 수치 범위의 설명은 상기 범위 내에 포함되는 모든 숫자를 포함하며(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함함), 및 상기 범위 내의 임의의 범위를 포함한다.

본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에 사용될 때, 단수형은 그 내용이 명백하게 달리 지시하지 않으면 복수의 지시 대상을 갖는 실시 형태를 포함한다. 예를 들어, "하나의 필름"은 1개, 2개 또는 그 이상의 필름들을 갖는 실시 형태들을 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에 사용될 때, 용어 "또는"은 그 내용이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 "및/또는"을 포함하는 의미로 일반적으로 이용된다.

본 발명과 관련하여 사용되는 바와 같이, "이득"은 (법선축에 대한) 특정 시야각에서의 원하는 파장 범위에 걸친 백라이트 또는 디스플레이의 휘도(a) 대 단독으로, 즉 광학 용품 없이 (법선축에 대한) 특정 시야각에서의 원하는 파장 범위에 걸친 동일한 백라이트 또는 디스플레이의 휘도(b)의 비(a:b)를 말한다.

"법선각 이득"은 디스플레이에 법선인 시야각에서의 또는 광학 용품의 주 평면 또는 표면에 대해 90도에서의 휘도 이득을 말한다.

"콘트라스트 비(contrast ratio)"는 다음과 같이 정의될 수 있다. 주어진 시야 방향에 대해, 콘트라스트 비는 스크린 상에 표시될 수 있는 가장 밝은 백색과 가장 어두운 흑색의 광 강도(light intensity)의 비로서 정의될 수 있다. 전형적으로, 콘트라스트 비는 디스플레이가 별개의 경우에서 가장 밝은 백색과 가장 어두운 흑색으로 구동된 상태에서 스크린 상의 특정 위치에 대해 측정된다.

도 1은 반사 편광 요소를 포함하는 기재(102)와, 결합제(108) 내에 분산된 비드(106)를 포함하는 적어도 하나의 비드화 층(104)을 포함하는 광학 용품(100)을 개략적으로 예시한다. 기재는 가요성 필름 또는 강성 판일 수 있다. 비드화 층(들)은 예를 들어 반사 편광 요소의 주 표면 상에 또는 기재 내에 포함된 추가 층 상에 직접 배치될 수 있다. 각각의 비드화 층은 예를 들어 반사 편광 요소 상으로 코팅되거나, 반사 편광 요소와 함께 형성(예를 들어, 공압출)되거나, 또는 예를 들어 적합한 접착제를 사용하여 반사 편광 요소에 부착된 추가 층 상에 배치될 수 있다.

비드화 층

반사 편광 요소에 의해 편광되는 광의 광 경로 내에 있는 결합제 중에 비드를 첨가하는 것에 의해 몇몇 유리한 광학적 또는 기계적 특성이 제공된다는 것이 밝혀졌다. 이들 특성은, 예를 들어 이득 향상, 콘트라스트 향상, 침윤(wetting out) 및 뉴턴의 원무늬(Newton's ring)의 감소 또는 제거, 확산, 및 색 숨김(hiding) 또는 평균(averaging)을 포함한다. 바람직하게는, 비드 및 결합제는 복굴절성이 작으며, 비드화 층은 편광 유지성(polarization-preserving)이다.

전형적으로, 비드화 층 내에 포함되는 비드는 실질적으로 투명하며 바람직하게는 투명한 고형 용품이다. 비드는 당업자에게 공지된 임의의 적합한 투명 물질, 예를 들어 유기(예를 들어, 중합체성) 또는 무기 물질로 만들어질 수 있다. 몇몇 예시적인 물질에는 제한됨이 없이 무기 물질, 예를 들어 실리카(예를 들어, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니의 지오스피어스(Zeeospheres™)), 알루미노규산나트륨, 알루미나, 유리, 활석, 알루미나와 실리카의 합금, 및 중합체성 물질, 예를 들어 액정 중합체(예를 들어, 미국 테네시주 킹스포트 소재의 이스트만 케미칼 프로덕츠, 인크.(Eastman Chemical Products, Inc.)로부터의 벡트람(Vectram™) 액정 중합체), 비결정성 폴리스티렌, 스티렌 아크릴로니트릴 공중합체, 가교결합된 폴리스티렌 입자 또는 폴리스티렌 공중합체, 폴리다이메틸 실록산, 가교결합된 폴리다이메틸 실록산, 폴리메틸실세스퀴옥산 및 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 바람직하게는 가교결합된 PMMA, 또는 이들 물질의 임의의 적합한 조합이 포함된다. 다른 적합한 물질은 실질적으로 불혼화성으로서, 입자 함유층의 처리 동안 층의 물질 내에서 해로운 반응(분해)을 야기하지 않으며, 처리 온도에서 열분해되지 않고, 목적 파장 또는 파장 범위에서 광을 실질적으로 흡수하지 않는 무기 산화물 및 중합체를 포함한다.

비드는 일반적으로 평균 직경이 예를 들어 5 내지 50 ㎛ 범위이다. 전형적으로, 입자는 평균 직경이 12 내지 30 ㎛ 범위이거나, 몇몇 실시 형태에서는 12 내지 25 ㎛ 범위이다. 적어도 몇몇 경우에, 보다 작은 비드가 바람직하며, 그 이유는 이것이 코팅의 단위 부피당 보다 많은 비드의 첨가를 가능케 하여, 흔히 보다 거칠거나 보다 균일하게 거친 표면 또는 보다 많은 광 확산 중심을 제공하기 때문이다. 몇몇 실시 형태에서, 비드 크기 분포는 +/- 50%일 수 있으며, 다른 실시 형태에서 이는 +/- 40%일 수도 있다. 다른 실시 형태는 단분산 분포를 포함하는, 40% 미만의 비드 크기 분포를 포함할 수도 있다.

임의의 형상을 갖는 비드가 사용될 수 있지만, 일반적으로는 특히 색 숨김 및 이득의 최대화를 위하여 몇몇 경우 구형 비드가 바람직하다. 표면 확산에 있어서, 구형 입자는 다른 형상에 비하여 입자 당 큰 양의 표면 양각(surface relief)을 제공하는데, 그 이유는 비-구형 입자는 필름의 평면 내에서 정렬하는 경향이 있어서 입자의 최단 주축이 필름의 두께 방향으로 존재하게 되기 때문이다.

전형적으로, 비드화 층의 결합제도 실질적으로 투명하며 바람직하게는 투명하다. 대부분의 예시적 실시 형태에서, 결합제 물질은 중합체성이다. 의도되는 용도에 따라, 결합제는 이온화 방사선 경화성(예를 들어, UV 경화성) 중합체 물질, 열가소성 중합체 물질 또는 점착성 물질일 수 있다. 한 가지의 예시적인 UV 경화성 결합제는 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 예를 들어 코그니스 컴퍼니(Cognis Company)로부터 입수가능한 포토머(Photomer™) 6010을 포함할 수도 있다.

이온화 방사선 경화성 결합제에 포함되는 광중합성 예비 중합체는 이온화 방사선에 의해서 라디칼 중합되는 또는 양이온 중합되는 작용기에 의해 그 구조 내에 혼입된다. 라디칼 중합되는 예비 중합체가 바람직한데, 그 이유는 그의 경화 속도가 빠르고 수지를 자유롭게 디자인할 수 있기 때문이다. 사용가능한 광중합성 예비 중합체에는 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 멜라민 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트 등과 같은 아크릴로일기를 갖는 아크릴 예비 중합체가 포함된다.

사용가능한 광중합성 단량체에는 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 아크릴레이트, 부톡시프로필 아크릴레이트 등과 같은 단일 작용성 아크릴 단량체; 1,6-헥산다이올 아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 다이아크릴레이트, 다이에틸렌글리콜 다이아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 다이아크릴레이트, 하이드록시피발레이트 네오펜틸글리콜 아크릴레이트 등과 같은 2작용성 아크릴 단량체; 및 다이펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트 트라이메틸프로판 트라이아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트 등과 같은 다작용성 아크릴 단량체가 포함된다. 이들은 개별적으로 또는 둘 이상을 조합하여 사용될 수 있다.

광중합 개시제로서, 결합 절단(cleavage)을 유도하는 라디칼 중합 개시제, 수소를 빼내는 라디칼 중합 개시제, 또는 이온을 생성하는 양이온 중합 개시제를 사용할 수 있다. 개시제는 상기한 것들 중에서 예비 중합체 및 단량체에 대해 적절한 것으로서 선택된다. 사용가능한 라디칼 광중합 개시제에는 벤조인 에테르 시스템, 케탈 시스템, 아세토페논 시스템, 티옥산톤 시스템 등이 포함된다. 사용가능한 양이온형 광중합 개시제에는 다이아조늄 염, 다이아릴 아이오도늄 염, 트라이아릴 설포늄 염, 트라이아릴 피릴륨 염, 벤진 피리디늄 티오시아네이트, 다이알킬 페난실 설포늄 염, 다이알킬 하이드록시 페닐포스포늄 염 등이 포함된다. 이러한 라디칼형 광중합 개시제 및 양이온형 광중합 개시제는 단독으로 또는 이들의 혼합물로서 사용될 수 있다. 광중합 개시제는 자외선(UV) 방사선 경화성 수지에 필요하지만 고에너지 전자빔 방사선 경화성 수지에서는 생략될 수 있다.

이온화 방사선 경화성 수지는 광중합성 예비 중합체, 광중합성 단량체 및 광중합 개시제 이외에 필요에 따라 강화제(intensifier), 안료, 충전제, 비-반응성 수지, 표면 조정제(leveling agent) 등을 포함할 수 있다.

이온화 방사선 경화성 수지는 바람직하게는 비드화 층의 결합제 수지의 25 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 50 중량% 이상, 그리고 가장 바람직하게는 75 중량% 이상의 양으로 포함된다.

비드화 층의 결합제로서, 아크릴 폴리올 및 아이소시아네이트 예비 중합체로 이루어진 열경화성 우레탄 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 등과 같은 열경화성 수지와, 폴리카르보네이트, 열가소성 아크릴 수지, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 수지 등과 같은 열가소성 수지가 이온화 방사선 경화성 수지에 더하여 포함될 수 있다. 그러나, 열경화성 수지와 열가소성 수지의 함유량은 바람직하게 비드화 층의 전체 결합제 부피를 기준으로 75 중량% 이내여서, 이들이 이온화 방사선 경화성 수지에서의 표면 기복의 발생을 방해하지 않도록 한다.

몇몇 실시 형태에서, 결합제는 경화될 때 가요성이어서, 본 발명의 광학 용품은 롤 형상으로 감길 수 있는 가요성 필름이 되게 된다.

비드화 층 내의 비드의 양은 전형적으로 예를 들어 광학 필름의 요구되는 특성, 결합제 층에 사용되는 중합체의 유형 및 조성, 비드의 유형 및 조성, 비드와 결합제 사이의 굴절률 차이와 같은 요인에 좌우된다. 비드는 예를 들어 결합제의 100 중량부에 대해 적어도 100 내지 210 중량부의 양으로 비드화 층 내에 제공될 수 있다. 본 발명의 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 비드는 예를 들어 결합제의 100 중량부에 대해 적어도 120 중량부, 결합제의 100 중량부에 대해 적어도 155 중량부, 결합제의 100 중량부에 대해 적어도 170 중량부 또는 결합제의 100 중량부에 대해 적어도 180 중량부의 양으로 비드화 층 내에 제공될 수 있다. 보다 적은 양은 필름 특성에 중대한 영향을 미치지 않을 수 있지만, 예를 들어 210 중량부를 초과하는 보다 많은 양은 광학 용품의 이득을 감소시킬 것으로 예상된다. 후자의 경우에, 이득 감소는 비드의 적층으로 인한 것으로 여겨진다.

비드는 코팅의 45 부피% 내지 70 부피%의 부피량으로 제공될 수 있다. 본 발명의 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 비드는 예를 들어 52 부피% 내지 70 부피%, 58 부피% 내지 70 부피%, 60 부피% 내지 70 부피% 또는 62 부피% 내지 70 부피%의 부피량으로 비드화 층 내에 제공될 수 있다. 응용에 따라, 비드화 층 내의 비드의 부피량은 코팅이 건조 및 경화되기 전에 측정되거나, 또는 코팅이 건조 및 경화된 후에 측정될 수 있다.

몇몇 예시적인 실시 형태에서, 비드와 결합제 사이의 굴절률 차이는 예를 들어 0 내지 0.12의 범위이다. 확산(예를 들어, 산란) 효과를 얻기 위해, 비드는 결합제의 굴절률과 상이한 굴절률을 가질 수 있다(벌크 확산(bulk diffusion)). 대안적으로, 입자의 굴절률은 결합제의 굴절률과 일치할 수 있고, 이 경우에 거친 표면은 요구되는 확산(표면 확산) 또는 이득 향상을 단독으로 제공한다. 몇몇 경우에, 비드가 결합제의 굴절률과 사실상 유사한 굴절률을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 비드와 결합제 사이의 굴절률 차이는 약 0.2 이하, 약 0.1 이하, 바람직하게는 약 0.05 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.01 이하일 수 있다.

비드와 결합제의 굴절률 차이는 예를 들어 광학 용품의 법선각 이득(백라이트 디스플레이 구성에서 광학 필름을 사용하여 얻어지는 증가된 휘도의 양의 정도) 및 산란에 의해 얻어지는 색 평균량과 같은 요인에 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로, 법선각 이득은 비드와 결합제의 굴절률 차이가 증가할수록 감소한다. 대조적으로, 색 평균량은 보다 큰 굴절률 차이가 보다 많은 산란으로 이어지기 때문에 비드와 결합제의 굴절률 차이가 증가할수록 증가한다. 따라서, 비드와 결합제의 물질은 이들 특성의 원하는 균형을 달성하도록 적어도 부분적으로 이들의 굴절률에 기초하여 선택될 수 있다.

비드화 층은 평균 결합제 두께가 비드의 중간값 반경과 어떻게 관련되는가의 면에서 특징지워질 수 있다. 이러한 개념은 비드(332) 및 결합제(338)를 포함하는 비드화 층(320)과, 반사 편광 요소(326)를 포함하는 기재(340)를 포함하는 광학 용품(300)을 도시하는 도 4를 참조하여 예시될 수 있다. 결합제 두께는 도 4에서 "t"로 나타나 있다. 건조 및 경화된 결합제 두께가 비드의 중간값 반경으로부터 너무 멀리 떨어져 있지 않은 경우, 광학 용품은 비드화 층이 없는 동일한 광학 용품에 비해 이득이 향상될 것으로 여겨진다. 예를 들어, (광학 필름과 같은) 광학 용품의 주 표면 상의 직선 1인치에 걸친 평균 결합제 두께가 비드의 중간값 반경의 60%, 40% 또는 20% 이내일 때 유리한 성능이 달성될 수 있는 것으로 여겨진다. 다른 예시적인 실시 형태에서, 직선 2인치에 걸친 평균 결합제 두께는 비드의 중간값 반경의 60%, 40% 또는 20% 이내이다.

건조 결합제 두께는 예시적인 광학 용품의 단면을 만들고, 임의의 적합한 현미경 기술 및 장비를 사용하여 샘플의 1인치(또는 2인치)에 걸쳐 적어도 10개의 측정치를 취하며, 얻어진 측정치를 평균하여 건조 평균 결합제 두께 값을 산출함으로써 측정될 수 있다. 대안적으로, 건조 결합제 두께는 임의의 적합한 두께 계측기를 사용하여 전체 필름의 두께를 측정하고 코팅되지 않은 필름의 두께를 뺌으로써 측정될 수 있다.

게다가, 비드화 층은 비드가 비드화 층의 표면을 점유하는 퍼센트에 기초하여 특징지워질 수 있다. 비드에 의해 점유되는 비드화 층의 노출된 표면적의 양을 증가시키는 것은 예를 들어 결합제 내에서 입자를 갖는 반사 편광 요소를 포함하는 백라이트 또는 광학 디스플레이의 휘도 이득에 있어서 추가의 이점을 제공한다. 그러나, 이득이 증가되는 경우, 비드를 포함하는 표면은 바람직하게는 광원으로부터 멀리 대면하고 비드는 바람직하게는 비드화 층의 노출된 유용한 표면적의 적어도 대부분 이상(즉, 50% 이상), 더욱 바람직하게는 약 60% 이상, 더욱 더 바람직하게는 약 70% 이상, 더욱 더 바람직하게는 약 90% 이상을 점유한다.

비드화 층은 또한 코팅 중량의 면에서 특징지워질 수 있다. 건조 및 경화된 코팅 중량이 원하는 범위 내에 있을 때, 광학 용품은 비드화 층을 갖지 않는 동일한 광학 용품에 비해 이득이 향상될 것으로 여겨진다. 상기 또는 다른 유리한 목적은 비드화 층 혼합물이 5 내지 50 g/m2의 건조 중량을 갖도록 비드화 층 조성물의 비드 대 결합제 비를 조정하고/하거나 기재 상에 비드화 층 혼합물을 배치함으로써 달성될 수 있다. 다른 예시적인 실시 형태에서, 기재 상에 배치된 비드화 층 혼합물은 10 내지 35 g/m2, 15 내지 30 g/m2 또는 20 내지 25 g/m2의 건조 중량을 가질 수 있다.

반사 편광 요소 상의 표면층 내의 입자의 단일층 분포는 또한 법선축에서의 이득을 증가시킬 수 있다. 게다가, 단일층 분포는 또한 다층 광학 필름 반사 편광기에 대한 가시적인 축외 색 불균일성(visible off-axis color non- uniformities)을 감소 또는 제거할 수 있다. 광이 비드화 층에 대향한 기재의 표면 상에 입사하도록 비드화 층이 배치된 본 발명의 광학 용품을 사용한 이득은 비드화 층을 갖지 않는 동일한 광학 용품과 비교할 때 향상된다. 바람직하게는, 관심대상의 파장(예를 들어, 632.8 ㎚) 또는 파장 범위에 대해 5% 이상만큼, 더욱 바람직하게는 7% 이상만큼, 8% 이상만큼, 그리고 더욱 더 바람직하게는 9% 이상만큼 향상된다. 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 이득은 10% 이상 또는 심지어 11% 이상만큼 향상된다. 여기서, %향상은 비드화 층을 갖는 광학 용품의 이득과 비드화 층을 갖지 않는 동일한 광학 용품의 이득 차이를 비드화 층을 갖지 않는 광학 용품의 이득으로 나눔으로써 계산된다.

본 발명에 따른 광학 용품은 또한 비드화 층을 갖지 않는 동일한 광학 용품과 비교할 때 콘트라스트 비 향상을 가질 수 있다. 비드화 층을 포함하는 광학 용품의 콘트라스트 비는 비드화 층을 갖지 않는 동일한 광학 용품과 비교할 때 10% 이상, 20% 이상, 때때로 30% 이상만큼 향상될 수 있다.

바람직하게는, 비드는 반사 편광 요소에 의해 투과된 광을 사실상 흡수하거나 편광을 없애지는 않는다. 바람직하게는, 광학 용품을 통해 투과된 광의 양은 사실상 감소되지 않는다. 더욱 바람직하게는, 반사 편광 요소에 의해 우선적으로 투과된 편광 상태를 갖는 광의 양은 예를 들어 제2 편광기를 사용하여 결정할 때 사실상 감소되지 않는다.

반사 편광 요소

임의의 유형의 반사 편광 요소가 본 발명의 광학 용품에 사용될 수 있다. 전형적으로, 반사 편광 요소는 일 편광 상태의 광을 우선적으로 투과시키고 상이한 편광 상태의 광을 우선적으로 반사시킨다. 보다 전형적으로, 반사 편광 요소는 일 편광 상태의 광을 사실상 투과시키고 상이한 편광 상태의 광을 사실상 반사시킨다. 이들 기능을 달성하기 위해 사용되는 물질 및 구조는 변할 수 있다. 광학 필름의 물질 및 구조에 따라, 용어 "편광 상태"는 예를 들어 선형, 원형 및 타원형 편광 상태를 말할 수 있다.

적합한 반사 편광 요소의 예에는 제한됨이 없이 다층 반사 편광기, 연속/분산 상 반사 편광기, 콜레스테릭 반사 편광기(이는 선택적으로 사분파장판(quarter wave plate)과 조합됨) 및 와이어 그리드 편광기가 포함된다. 일반적으로, 다층 반사 편광기 및 콜레스테릭 반사 편광기는 정반사성 반사기(specular reflector)이며, 연속/분산 상 반사 편광기는 확산 반사기이지만, 이들 특징이 보편적인 것은 아니다(예컨대, 미국 특허 제5,867,316호에 기술된 확산 다층 편광기 참조). 예시적인 반사 편광 요소의 이러한 목록은 적합한 반사 편광 요소를 망라한 목록인 것을 의미하지 않는다. 일 편광 상태를 갖는 광을 우선적으로 투과시키고 제2 편광 상태를 갖는 광을 우선적으로 반사시키는 임의의 반사 편광기가 사용될 수 있다.

다층 반사 편광기 및 연속/분산 상 반사 편광기 둘 다는, 광을 직교 편광 배향 상태로 투과시키면서 일 편광 배향의 광을 선택적으로 반사시키기 위해, 적어도 2가지의 상이한 물질들(바람직하게는 중합체) 사이의 굴절률 차이에 의존한다. 적합한 확산 반사 편광기는 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제5,867,316호에 기술된 확산 반사 다층 편광기뿐만 아니라 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제5,825,543호에 기술된 연속/분산 상 반사 편광기를 포함한다. 다른 반사 편광 요소가 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제5,751,388호에 기술되어 있다.

콜레스테릭 반사 편광기가 예를 들어 미국 특허 5,793,456호, 미국 특허 제5,506,704호 및 미국 특허 제5,691,789호에 기술되어 있으며, 이들 모두는 본 명세서에 참고로 포함되어 있다. 하나의 콜레스테릭 반사 편광기가 이. 머크 앤드 컴퍼니(E. Merck & Co.)에 의해 상표명 트랜스맥스(TRANSMAX™)로 시판된다. 와이어 그리드 편광기가 예를 들어 본 명세서에 참고로 포함된 PCT 국제특허공개 WO 94/11766호에 기술되어 있다.

예시적인 다층 반사 편광기가 예를 들어 존자(Jonza) 등에게 허여된 미국 특허 제5,882,774호, PCT 국제특허공개 WO95/17303호, WO95/17691호, WO95/17692호, WO95/17699호, WO96/19347호 및 WO99/36262호에 기술되어 있으며, 이들 모두는 본 명세서에 참고로 포함되어 있다. 다층 반사 편광기의 구매가능한 한 형태는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니에 의해 이중 휘도 향상 필름(DBEF)으로 시판된다. 다층 반사 편광기는 본 발명의 광학 필름 구조 및 광학 필름의 제조 및 사용 방법을 예시하기 위한 예로서 본 발명에 사용된다. 본 명세서에 기술된 구조, 방법 및 기술은 다른 유형의 적합한 반사 편광 요소에 적합하게 되어 적용될 수 있다.

광학 필름을 위한 적합한 다층 반사 편광기는 단일축 또는 이축 배향된 복굴절 제1 광학 층 및 제2 광학 층을 교번시킴(예를 들어, 사이에 끼움)으로써 제조될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 제2 광학 층은 배향된 층의 평면내(in-plane) 굴절률들 중 하나와 대략적으로 동일한 등방성 굴절률을 갖는다. 대안적으로, 광학 층 둘 다는 복굴절 중합체로부터 형성되고, 단일 평면내 방향으로의 굴절률들이 대략 동일하도록 배향된다. 제2 광학 층이 등방성이든 복굴절성이든, 제1 광학 층과 제2 광학 층 사이의 계면은 광 반사 평면을 형성한다. 두 층의 굴절률들이 대략 동일한 방향에 평행한 평면에서 편광된 광은 사실상 투과될 것이다. 두 층이 상이한 굴절률들을 갖는 방향에 평행한 평면에서 편광된 광은 적어도 부분적으로 반사될 것이다. 반사율은 층의 개수를 증가시킴으로써 또는 제1 층과 제2 층 사이의 굴절률 차이를 증가시킴으로써 증가될 수 있다.

전형적으로, 특정 계면에 대한 최고 반사율은 계면을 형성하는 광학 층들의 쌍의 조합된 광학 두께의 2배에 대응하는 파장에서 발생한다. 광학 두께는 광학 층들의 쌍의 하부 및 상부 표면으로부터 반사된 광선들 사이의 경로차를 타나낸다. 광학 필름의 평면에 90도로 입사하는 광(법선방향 입사 광)의 경우에, 두 층의 광학 두께는 n1 d1 + n2 d2이고, 여기서 n1, n2는 두 층의 굴절률이고 d1, d2는 대응 층의 두께이다. 이 방정식은 각각의 층에 대한 단일의 평면외(out-of-plane)(예를 들어, nz) 굴절률만을 사용하여 법선방향 입사 광에 대해 광학 층을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 다른 각도에서, 광학 거리는 두 층을 통과하여 진행하는 거리(이는 층들의 두께보다 큼)와 층의 3개의 광축 중 적어도 2개에서의 굴절률에 좌우된다. 전형적으로, 필름의 평면에 대해 90도 미만의 각도로 광학 필름 상에 입사하는 광의 투과는 법선방향 입사 광의 투과에 대해 관찰된 대역단(bandedge)에 대해 보다 낮은 파장으로 편이된(shifted)(예를 들어, 청색 편이된) 대역단을 갖는 스펙트럼을 생성한다.

법선방향 입사 광에 대해, 광학 두께들의 합이 파장의 절반(또는 그의 배수)인 한, 광학 층 각각은 1/4 파장 두께일 수 있거나 또는 광학 층은 상이한 광학 두께를 가질 수 있다. 복수의 층을 갖는 필름은 파장의 범위에 걸쳐 필름의 반사율을 증가시키기 위해 상이한 광학 두께들을 갖는 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 필름은 특정 파장을 갖는 광의 최적의 반사를 달성하기 위해 (예를 들어, 법선방향 입사 광에 대해) 개별적으로 조정된 층들의 쌍을 포함할 수 있다.

제1 광학 층은 바람직하게는 단일축 또는 이축 배향된 복굴절 중합체 층이다. 제2 광학 층은 복굴절성이고 단일축 또는 이축 배향된 중합체 층일 수 있거나, 또는 제2 광학 층은 배향 후에 제1 광학 층의 굴절률들 중 적어도 하나와는 상이한 등방성 굴절률을 가질 수 있다.

제1 광학 층은 전형적으로 폴리에스테르 필름과 같은 배향성 중합체 필름이고, 이는 예를 들어 제1 광학 층을 원하는 방향 또는 방향들로 신장시킴으로써 복굴절성으로 될 수 있다. 용어 "복굴절성"은 직교하는 x, y 및 z 방향으로의 굴절률이 모두 동일하지 않은 것을 의미한다. 필름 또는 필름 내의 층의 경우에, x,y 및 z축의 편리한 선택은 필름 또는 층의 길이와 폭에 대응하는 x 및 y축과, 층 또는 필름의 두께에 대응하는 z축을 포함한다.

제1 광학 층은 예를 들어 단일 방향으로의 신장에 의해 단일축 배향될 수 있다. 제2 직교 방향은 원래 길이보다 작은 어떤 값으로 좁아지도록(예를 들어, 치수가 감소하도록) 될 수 있다. 복굴절성의 단일축 배향 층은 전형적으로 배향 방향(즉, 신장 방향)에 평행한 편광 평면을 갖는 입사 광선의 투과율 또는 반사율과 횡단 방향(예를 들어, 신장 방향에 직교하는 방향)에 평행한 편광 평면을 갖는 광선의 투과율 또는 반사율 사이의 차이를 나타낸다. 예를 들어, 배향성 폴리에스테르 필름이 x축을 따라 신장된 때, 전형적인 결과는 nx ≠ ny인데, 여기서 nx 및 ny는 각각 "x" 및 "y" 축에 평행한 평면에서 편광된 광에 대한 굴절률이다. 신장 방향을 따른 굴절률의 변화 정도(degree of alteration)는, 예를 들어 신장량, 신장율, 신장 동안의 필름의 온도, 필름의 두께, 개별 층들의 두께 및 필름의 조성과 같은 요인에 좌우된다. 전형적으로, 제1 광학 층은 배향 후 평면내 복굴절률(nx-ny의 절대값)이 632.8 ㎚에서 0.04 이상, 바람직하게는 약 0.1 이상, 그리고 더욱 바람직하게는 약 0.2 이상이다. 모든 복굴절률 및 굴절률 값은 달리 지시되지 않는다면 632.8 ㎚ 광에 대해 보고된다.

몇몇 실시 형태에서, 제2 광학 층은 단일축 또는 이축으로 배향가능하다. 다른 실시 형태에서, 제2 광학 층은 제1 광학 층을 배향시키기 위해 사용된 처리 조건 하에서 배향되지 않는다. 이들 제2 광학 층은 심지어 신장되거나 달리 배향되는 경우에도 상대적으로 등방성인 굴절률을 사실상 보유한다. 예를 들어, 제2 광학 층은 복굴절률이 632.8 ㎚에서 약 0.06 이하 또는 약 0.04 이하일 수 있다.

제1 및 제2 광학 층은 일반적으로 1 ㎛ 이하의 두께 및 전형적으로 400 ㎚ 이하의 두께이지만, 원하는 경우 더 두꺼운 층이 사용될 수 있다. 이들 광학 층들은 동일하거나 상이한 두께를 가질 수 있다.

다층 반사 편광기의 제1 및 제2 광학 층과 몇몇 실시 형태에서의 선택적인 비광학 층은 전형적으로 예를 들어 폴리에스테르, 코폴리에스테르 및 개질된 코폴리에스테르와 같은 중합체로 구성된다. 다른 유형의 반사 편광 요소(예를 들어, 연속/분산 상 반사 편광기, 콜레스테릭 편광기 및 와이어 그리드 편광기)가 위에서 인용된 참고 문헌에 기술된 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 이와 관련해서, 용어 "중합체"는 단일중합체 및 공중합체뿐만 아니라, 예를 들어 에스테르 교환(transesterification)을 비롯한 반응 또는 공압출에 의해 예를 들어 혼화가능한 블렌드로 형성될 수 있는 중합체 또는 공중합체를 포함하는 것으로 이해될 것이다. 용어 "중합체" 및 "공중합체"는 랜덤 공중합체 및 블록 공중합체 둘 다를 포함한다.

본 발명에 따라 구성된 광학체의 몇몇 예시적인 광학 필름에 사용하기에 적합한 폴리에스테르는 일반적으로 카르복실레이트 및 글리콜 서브유닛(subunit)을 포함하며, 글리콜 단량체 분자와 카르복실레이트 단량체 분자의 반응에 의해 생성될 수 있다. 각각의 카르복실레이트 단량체 분자는 2개 이상의 카르복실산 또는 에스테르 작용기를 갖고, 각각의 글리콜 단량체 분자는 2개 이상의 하이드록시 작용기를 갖는다. 카르복실레이트 단량체 분자는 모두 동일할 수 있거나 또는 2개 이상의 상이한 유형의 분자가 있을 수 있다. 글리콜 단량체 분자에도 이와 동일하게 적용된다. 또한, 탄산의 에스테르와 글리콜 단량체 분자의 반응으로부터 유도된 폴리카르보네이트가 용어 "폴리에스테르" 내에 포함된다.

폴리에스테르 층의 카르복실레이트 서브유닛의 형성에 사용하기에 적합한 카르복실레이트 단량체 분자에는, 예를 들어, 2,6-나프탈렌 다이카르복실산 및 그 이성체; 테레프탈산; 아이소프탈산; 프탈산; 아젤라산; 아디프산; 세바식산; 노르보르넨 다이카르복실산; 바이-사이클로옥탄 다이카르복실산; 1,6-사이클로헥산 다이카르복실산 및 그 이성체; t-부틸 아이소프탈산, 트라이멜리트산, 설폰화 아이소프탈산나트륨; 2,2'-바이페닐 다이카르복실산 및 그 이성체; 및 이들 산의 저급 알킬 에스테르, 예를 들어, 메틸 또는 에틸 에스테르가 포함된다. 이와 관련하여, 용어 "저급 알킬"은 C1-C10 직쇄 또는 분지형 알킬기를 지칭한다.

폴리에스테르 층의 글리콜 서브유닛의 형성에 사용하기에 적합한 글리콜 단량체 분자에는 에틸렌 글리콜; 프로필렌 글리콜; 1,4-부탄다이올 및 그 이성체; 1,6-헥산다이올; 네오펜틸 글리콜; 폴리에틸렌 글리콜; 다이에틸텐 글리콜; 트라이사이클로데칸다이올; 1,4-사이클로헥산다이메탄올 및 그 이성체; 노르보르난다이올; 바이사이클로-옥탄다이올; 트라이메틸올 프로판; 펜타에리트리톨; 1,4-벤젠다이메탄올 및 그 이성체; 비스페놀 A; 1,8-다이하이드록시 바이페닐 및 그 이성체; 및 1,3-비스 (2-하이드록시에톡시)벤젠이 포함된다.

본 발명의 광학 필름에 유용한 예시적인 중합체는 예를 들어 에틸렌 글리콜과 나프탈렌 다이카르복실산의 반응에 의해 제조될 수 있는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)이다. 폴리에틸렌 2,6-나프탈레이트(PEN)가 흔히 제1 중합체로서 선택된다. PEN은 큰 양의 응력 광학 계수(stress optical coefficient)를 가지며, 신장 후 복굴절을 효과적으로 유지하고, 가시광 범위 내에서 흡광도(absorbance)를 거의 또는 전혀 갖지 않는다. PEN은 또한 등방성 상태에서 큰 굴절률을 갖는다. 550 ㎚ 파장의 편광된 입사광에 대한 그의 굴절률은 편광면이 신장 방향에 평행할 때 약 1.64로부터 약 1.9만큼 높게 증가한다. 분자 배향의 증대는 PEN의 복굴절을 증가시킨다. 분자 배향은 재료를 더 높은 신장비로 신장시키고 다른 신장 조건을 고정시켜 유지함으로써 증대될 수 있다. 제1 중합체로서 적합한 다른 반결정질 폴리에스테르는, 예를 들어 폴리부틸렌 2,6-나프탈레이트(PBN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 그 공중합체를 포함한다.

제2 광학 층의 제2 중합체는 완성된 필름에서 적어도 일 방향으로의 굴절률이 동일한 방향으로의 제1 중합체의 굴절률과 현저히 다르도록 선택되어야 한다. 중합체성 물질은 전형적으로 분산성이기 때문에, 즉 그들의 굴절률이 파장에 따라 변하기 때문에, 이들 조건이 특정한 관심 스펙트럼 대역폭과 관련하여 고려되어야 한다. 전술한 논의로부터, 제2 중합체의 선택은 당해 다층 광학 필름의 의도된 응용뿐만 아니라, 제1 중합체에 대해 이루어진 선택 및 처리 조건에도 좌우된다는 것을 이해할 것이다.

광학 필름에, 특히 제1 광학 층의 제1 중합체로서 사용하기에 적합한 다른 물질은, 예를 들어 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제6,352,762호 및 제6,498,683호와, 미국 특허 출원 제09/229724호, 제09/232332호, 제09/399531호 및 제09/444756호에 설명되어 있다. 제1 중합체로서 유용한 다른 폴리에스테르는 90 몰% 다이메틸 나프탈렌 다이카르복실레이트 및 10 몰% 다이메틸 테레프탈레이트로부터 유도된 카르복실레이트 서브유닛과 100 몰% 에틸렌 글리콜 서브유닛으로부터 유도된 글리콜 서브유닛을 가지며, 고유 점도(intrinsic viscosity, IV)가 0.48 ㎗/g인 coPEN이다. 이 중합체의 굴절률은 대략 1.63이다. 중합체는 본 명세서에서 저융점(low melt) PEN (90/10)으로 지칭된다. 다른 유용한 제1 중합체는 이스트만 케미칼 컴퍼니(Eastman Chemical Company)(미국 테네시주 킹스포트)로부터 입수가능한, 고유 점도가 0.74 ㎗/g인 PET이다. 비-폴리에스테르 중합체가 또한 편광기 필름의 생성에 유용하다. 예를 들어, 폴리에테르 이미드가 폴리에스테르, 예컨대 PEN 및 coPEN과 함께 사용되어 다층 반사 거울을 형성할 수 있다. 다른 폴리에스테르/비-폴리에스테르 조합, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌(예를 들어, 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 코포레이션(Dow Chemical Corp.)으로부터 인게이지(Engage) 8200이라는 상표명으로 입수가능한 것)이 사용될 수 있다.

제2 광학 층은 제1 중합체의 유리 전이 온도와 양립가능한 유리 전이 온도를 가지며 제1 중합체의 등방성 굴절률과 유사한 굴절률을 갖는 다양한 중합체로부터 제조될 수 있다. 광학 필름에, 특히 제2 광학 층에 사용하기에 적합한 다른 중합체의 예에는, 상기 논의된 CoPEN 중합체 외에, 비닐 나프탈렌, 스티렌, 말레산 무수물, 아크릴레이트 및 메타크릴레이트와 같은 단량체로부터 제조되는 비닐 중합체 및 공중합체가 포함된다. 그러한 중합체의 예에는 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 예컨대 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 및 아이소탁틱(isotactic) 또는 신디오탁틱(syndiotactic) 폴리스티렌이 포함된다. 다른 중합체는 축합 중합체, 예컨대 폴리설폰, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리아믹산 및 폴리이미드를 포함한다. 또한, 제2 광학 층은 폴리에스테르 및 폴리카르보네이트와 같은 중합체 및 공중합체로부터 형성될 수 있다.

특히 제2 광학 층에 사용하기에 적합한 다른 예시적인 중합체는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 단일중합체, 예컨대 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 이네오스 아크릴릭스, 인크.(Ineos Acrylics, Inc.)로부터 CP71 및 CP80이라는 상표명으로 입수가능한 것, 또는 PMMA보다 낮은 유리 전이 온도를 갖는 폴리에틸 메타크릴레이트(PEMA)를 포함한다. 추가의 제2 중합체는 PMMA의 공중합체(coPMMA), 예컨대 75 중량% 메틸메타크릴레이트(MMA) 단량체 및 25 중량% 에틸 아크릴레이트(EA) 단량체로부터 제조된 coPMMA(이네오스 아크릴릭스, 인크.로부터 퍼스펙스(Perspex) CP63이라는 상표명으로 입수가능한 것), MMA 공단량체 유닛 및 n-부틸 메타크릴레이트(nBMA) 공단량체 유닛으로 형성된 coPMMA, 또는 PMMA 및 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF)의 블렌드, 예컨대 미국 텍사스주 휴스톤 소재의 솔베이 폴리머즈, 인크.(Solvay Polymers, Inc.)로부터 솔레프(Solef) 1008이라는 상표명으로 입수가능한 것을 포함한다.

특히 제2 광학 층에 사용하기에 적합한 또 다른 중합체는 폴리올레핀 공중합체, 예컨대 다우-듀퐁 엘라스토머즈(Dow-Dupont Elastomers)로부터 인게이지 8200이라는 상표명으로 입수가능한 폴리(에틸렌-코-옥텐)(PE-PO), 미국 텍사스주 댈러스 소재의 피나 오일 앤드 케미칼 컴퍼니(Fina Oil and Chemical Co.)로부터 Z9470이라는 상표명으로 입수가능한 폴리(프로필렌-코-에틸렌)(PPPE), 및 미국 유타주 솔트 레이크 시티 소재의 헌츠만 케미칼 코포레이션(Huntsman Chemical Corp.)으로부터 렉스플렉스(Rexflex) W111이라는 상표명으로 입수가능한 아탁틱(atatctic) 폴리프로필렌(aPP) 및 아이소탁틱 폴리프로필렌(iPP)의 공중합체를 포함한다. 광학 필름은 또한 예를 들어 제2 광학 층에 작용화된 폴리올레핀, 예컨대 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 이.아이. 듀퐁 드 네모아 앤드 컴퍼니, 인크.(E.I. duPont de Nemours & Co., Inc.)로부터 바이넬(Bynel) 4105라는 상표명으로 입수가능한 것과 같은 선형 저밀도 폴리에틸렌-g-말레산 무수물(LLDPE-g-MA)을 포함할 수 있다.

편광기의 경우에서의 재료들의 예시적인 조합은 PEN/co-PEN, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)/co-PEN, PEN/sPS, PEN/에스타(Eastar), 및 PET/에스타를 포함하며, 여기서 "co-PEN"은 (전술한 바와 같은) 나프탈렌 다이카르복실산을 기재로 하는 공중합체 또는 블렌드를 지칭하고, 에스타는 이스트만 케미칼 컴퍼니(Eastman Chemical Co.)로부터 구매가능한 폴리사이클로헥산다이메틸렌 테레프탈레이트이다. 거울의 경우에서의 재료들의 예시적인 조합은 PET/coPMMA, PEN/PMMA 또는 PEN/coPMMA, PET/엑델(ECDEL), PEN/엑델, PEN/sPS, PEN/THV, PEN/co-PET, 및 PET/sPS를 포함하며, 여기서 "co-PET"는 (전술한 바와 같은) 테레프탈산을 기재로 하는 공중합체 또는 블렌드를 지칭하고, 엑델은 이스트만 케미칼 컴퍼니로부터 구매가능한 열가소성 폴리에스테르이며, THV는 쓰리엠으로부터 구매가능한 플루오로중합체이다. PMMA는 폴리메틸 메타크릴레이트를 지칭하며, PETG는 제2 글리콜(대개 사이클로헥산다이메탄올)을 채용한 PET의 공중합체를 지칭한다. sPS는 신디오탁틱 폴리스티렌을 지칭한다.

도 2는 반사 편광 요소(126)를 포함하는 기재(140)와 결합제(138) 내에 분산된 비드(132)를 포함하는 적어도 하나의 비드화 층(128)을 포함하는 다른 예시적인 광학 용품(120)을 개략적으로 예시한다. 예시적인 반사 편광 요소(126)는 교번하는 제1 광학 층(122) 및 제2 광학 층(124)을 포함하는 다층 반사 편광기이다. 제1 및 제2 광학 층(122, 124)에 더하여, 광학 용품(120)은 예를 들어 도 3에 예시된 바와 같이 하나 이상의 외부 층(128)(또는 도 4에서 328) 또는 하나 이상의 내부 층(130)과 같은 하나 이상의 추가 층을 선택적으로 포함한다. 제1 및 제2 광학 층(122, 124)과 유사한 광학 층들의 추가 세트가 또한 다층 반사 편광기에 사용될 수 있다. 제1 및 제2 광학 층의 세트에 대해 본 명세서에 기술된 디자인 원칙이 광학 층들의 임의의 추가 세트에 대해 적용될 수 있다. 또한, 단일의 다층 스택(126)이 도 2 및 도 3에 예시되었지만, 다층 반사 편광기가 조합되어 필름을 형성하는 다수의 스택으로부터 제조될 수 있음을 이해할 것이다.

또한, 비록 도 2 및 도 3은 4개의 광학 층(122, 124)만을 도시하지만, 다층 반사 편광기(126)는 많은 수의 광학 층을 가질 수 있다. 일반적으로, 다층 반사 편광기는 약 2 내지 5,000개의 광학 층, 전형적으로 약 25 내지 2,000개의 광학 층, 종종 약 50 내지 1,500개의 광학 층 또는 약 75 내지 1,000개의 광학 층을 갖는다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 비드(132) 및 결합제(138)를 포함하는 비드화 층(128)은 반사 편광 요소(126) 상에 직접 배치될 수 있다. 도 4에 도시된 다른 예시적인 실시 형태에서, 비드화 층(320)은 추가 층(328) 상에 배치될 수 있다. 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 하나 이상의 추가 층이 비드화 층과 반사 편광 층 사이에 배치될 수 있다. 다른 예시적인 실시 형태에서, 하나 이상의 추가 층이 비드화 층에 대향하여 배치된 기재의 면 상에 배치될 수 있다. 그러한 예시적인 실시 형태에서, 반사 편광 요소가 비드화 층과 추가 층(들) 사이에 배치된다. 또 다른 예시적인 실시 형태에서, 추가 층이 (i) 비드화 층과 반사 편광 층 사이에 그리고 (ii) 비드화 층에 대향하여 배치된 기재의 면 상의 둘 다에 배치될 수 있다. 도 2 내지 도 4에 도시된 예는 예를 들어 연속/분산 상 반사 편광기, 콜레스테릭 반사 편광기 및 와이어 그리드 반사 편광기와 같은 다른 반사 편광 요소와 사용되도록 변경될 수 있다.

추가 층

추가 층이 예를 들어 편광기 구조를 부여하기 위해 또는 편광기를 처리 동안 또는 처리 후에 손상 또는 파손으로부터 보호하기 위해 다층 반사 편광기에 사용될 수 있다. 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 추가 층은 다층 반사 편광기의 주 표면을 형성하기 위해 배치된 스킨 층 및 광학 층의 패킷(packet)들 사이에 배치된 내부 층이거나, 또는 스킨 층 및 내부 층을 포함한다. 코팅이 또한 추가 층으로 고려될 수 있다. 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 추가 층은 전형적으로 관심대상의 파장 영역(예를 들어, 가시광)에 걸쳐 광학 필름의 편광 특성에 사실상 영향을 미치지 않는다. 다층 반사 편광기(및 다른 반사 편광 요소)의 추가 층에 적합한 중합체 물질은 제1 또는 제2 광학 층용으로 사용된 것과 동일할 수 있다.

선택적인 추가 층은 두께가 제1 및 제2 광학 층보다 더 두껍거나, 더 얇거나 또는 동일할 수 있다. 추가 층의 두께는 개개의 제1 및 제2 광학 층 중 적어도 하나의 두께의 적어도 4배, 전형적으로 적어도 10배일 수 있으며, 그리고 적어도 100배일 수 있다. 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 두꺼운 추가 층은 강성 판일 수 있다. 추가 층의 두께는 특정 두께를 갖는 기재를 제조하기 위해 변할 수 있다.

전형적으로, 추가 층들 중 하나 이상은 반사 편광 요소에 의해 투과된, 편광된 또는 반사되는 광의 적어도 일부가 또한 이들 층을 통과하여 진행하도록 배치된다(즉, 이들 층은 제1 및 제2 광학 층을 통과하여 진행하거나 제1 및 제2 광학 층에 의해 반사된 광의 경로 내에 배치된다). 본 발명의 예시적인 실시 형태는 낮은 복굴절률 또는 높은 복굴절률을 갖는 하나 이상의 추가 층 및/또는 등방성인 하나 이상의 추가 층을 가질 수 있다. 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 기재는 하나 이상의 접착제 층, 폴리카르보네이트 층, 폴리 메틸 메타크릴레이트 층, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층 또는 당업자에게 알려진 임의의 다른 적합한 필름 또는 물질을 포함할 수 있다.

본 발명의 몇몇 예시적인 용품 내에 포함된 하나 이상의 추가 층은 광학 필름일 수 있다. 추가의 광학 필름은 당업자에게 알려진 임의의 적합한 필름일 수 있고 특정 유형은 응용에 좌우될 것이다. 예를 들어, 본 발명에 따른 광학 용품은 비드화 층에 대향한 기재의 표면에 배치된 구조화된 표면 필름(structured surface film)을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 본 발명에 따른 광학 용품은 비드화 층에 인접하여 배치된 구조화된 표면 필름을 포함할 수 있다. 구조화된 표면이 기재를 향하여 배치될 수 있거나 또는 기재로부터 멀리 향하여 배치될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 사용하기에 적합한 예시적인 구조화된 표면 필름은, 제한됨이 없이, BEF와 같은 복수의 선형 프리즘형 구조체를 갖는 구조화된 표면 필름, 복수의 홈(groove)을 갖는 구조화된 표면 필름, 표면 구조체들의 매트릭스 어레이를 포함하는 구조화된 표면 필름 및 임의의 다른 구조화된 표면 필름을 포함한다.

다양한 다른 기능 층 또는 코팅이 특히 필름 또는 용품의 표면을 따라 물리적 또는 화학적 특성을 변경 또는 향상시키기 위해 본 발명의 필름 또는 용품에 추가될 수 있다. 비드화 층을 갖는 표면에 대향한 기재의 표면을 거칠게 하기 위해 입자 함유 층이 사용될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 비드화 층을 갖는 표면에 대향하여 배치된 기재의 표면은 다른 수단에 의해 거칠게 될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 사용하기에 적합한 예시적인 층 또는 코팅은 예를 들어 저 접착성 배면 재료, 전도성 층, 정전기 방지 코팅 또는 필름, 장벽 층, 난연제, UV 안정제, 마모 저항 재료, 매트(matte) 또는 확산 코팅 또는 층, 다른 광학 코팅, 및 필름 또는 장치의 기계적 완전성 또는 강도를 향상시키도록 설계된 기재를 포함할 수 있다.

하나 이상의 추가 층이 광학 용품과 함께 적층되거나, 광학 용품의 구성요소 상으로 코팅되거나, 또는 비드화 층을 갖는 광학 용품에 달리 부착될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 하나 이상의 추가 층이 본 발명에 따른 광학 용품과 함께 간단하게 적층될 수 있다. 하나 이상의 추가 층이 기재에 또는 반사 편광 요소에 부착되는 경우, 그러한 하나 이상의 층은 기재 내에 포함되어 있는 것으로 여겨진다. 추가 층이 비드화 층에 인접하여 또는 이와 접촉하여 배치되는 경우, 추가 층이 광학 용품 내에 포함되어 있는 것으로 여겨진다.

디스플레이의 예

광학 필름은 투과형(예를 들어, 백라이트), 반사형 및 반투과형(transflective) 디스플레이를 비롯한 다양한 디스플레이 시스템 및 다른 응용에 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 5는 디스플레이 매체(202), 백라이트(204), 편광기(208) 및 선택적인 반사기(206)를 포함하는 본 발명에 따른 하나의 예시적인 백라이트 디스플레이 시스템(200)의 단면도를 예시한다. 시청자는 백라이트(204)로부터 대향한 디스플레이 장치(202)의 일측에 위치된다. 디스플레이 매체(202)는 백라이트(204)로부터 발광된 광을 투과시킴으로써 시청자에게 정보 또는 이미지를 표시한다. 디스플레이 매체(202)의 일 예는 하나의 편광 상태의 광만을 투과시킨는 액정 디스플레이(LCD)이다. LCD 디스플레이 매체는 편광에 민감하기 때문에, 백라이트(204)가 디스플레이 장치(202)에 의해 투과된 편광 상태를 광에 제공하는 것이 바람직할 것이다.

디스플레이 시스템(200)을 보는 데 사용되는 광을 공급하는 백라이트(204)는 광원(216) 및 도광체(light guide, 218)를 포함한다. 도 8에 도시된 도광체(218)는 일반적으로 직사각형 단면이지만, 백라이트는 임의의 적합한 형상을 갖는 도광체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 도광체(218)는 쐐기형(wedge-shaped), 채널형(channeled), 의사-쐐기형(pseudo-wedge) 도광체 등일 수 있다. 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 백라이트는 도광체와, CCFT 또는 LED 어레이와 같은 도광체의 하나 또는 둘 이상의 측면에 배치된 광원을 포함한다. 다른 예시적인 실시 형태에서, 백라이트는 직하형일 수 있고, 시청자에 대향한 디스플레이의 일측에 배치된 연장된 광원을 포함할 수 있는데, 이는 표면 발광형 광원일 수 있다. 또 다른 예시적인 실시 형태에서, 직하형 백라이트는 시청자에 대향한 디스플레이의 일측에 배치된 CCFT 또는 LED 어레이와 같은 하나, 둘, 셋 이상의 광원을 포함할 수 있다.

광학 용품(208)은 반사 편광 요소(210)와, 비드(214) 및 결합제를 포함하는 적어도 하나의 비드화 층(212)을 포함하는 광학 필름이다. 광학 용품(208)은 백라이트의 일부로서 제공되어, 도광체(218)로부터 빠져 나오는 일 편광 상태의 광을 사실상 투과시키고 도광체(218)로부터 빠져나오는 상이한 편광 상태의 광을 사실상 반사시킨다. 반사 편광 요소(208)는 예를 들어 다층 반사 편광기, 연속/분산 상 반사 편광기, 콜레스테릭 반사 편광기 또는 와이어 그리드 반사 편광기일 수 있다. 비드화 층(212)이 반사 편광 요소 상에 있는 것으로 예시되었지만, 비드화 층이 예를 들어 전술된 바와 같이 반사 편광 요소 상에 배치될 수 있다.

일 실시 형태에서, 비드화 층(212)이 이득 향상 특성을 위해 이용된다. 이 실시 형태에서, 비드화 층은 바람직하게는 반사 편광 요소(210)를 포함하는 기재 상에 있거나 또는 백라이트(204)로부터 광을 수용하는 표면에 대향한 반사 편광 요소(210)의 표면 상에 직접 있는 외부 층 또는 코팅이다.

광학 용품은 또한 예를 들어 모두 본 명세서에 참고로 포함된 오우더커크(Ouderkirk) 등의 미국 특허 제6,096,375호, 국제특허공개 WO 95/17691호, WO 99/36813호 및 WO 99/36814호에 기술된 바와 같은 흡수 편광기와 함께 또는 흡수 편광기 층과 함께 사용될 수 있다. 이 실시 형태에서, 비드화 층은 전술된 바와 같이 색을 숨길 수 있다. 입자 함유 층의 추가는 전형적으로 그러한 구성에서의 색 누출을 감소시킨다.

일반적으로, 백라이트 디스플레이 시스템은 임의의 다른 적합한 필름을 포함할 수 있다. 예를 들어, BEF와 같은 하나 이상의 구조화된 표면 필름이 디스플레이 내로 포함될 수 있다. 백라이트 디스플레이 시스템의 예시적인 실시 형태는 백라이트, 본 발명에 따른 광학 용품, 디스플레이 매체, 및 광학 용품과 디스플레이 매체 사이에 배치된 하나 이상의 구조화된 표면 필름을 포함할 수 있다. 다른 적합한 추가 필름이 투명 기재 및 그 상부에 배치된 확산 층을 포함하는 비드화 확산 필름을 포함할 수 있는데, 확산 층은 결합제 내에 배치된 비드 또는 입자를 포함한다. 적합한 비드화 확산기가 본 발명과 모순되지 않는 범위에서 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제5,903,391호, 제6,602,596호, 제6,771,335호, 제5,607,764호 및 제5,706,134호에 기술되어 있다. 백라이트 디스플레이 시스템의 하나의 예시적인 실시 형태는 백라이트, 본 발명에 따른 광학 용품, 디스플레이 매체, 및 광학 용품과 디스플레이 매체 사이에 배치된 하나, 둘, 셋 이상의 비드화 확산 필름을 포함할 수 있다.

광학 용품의 제조 방법

비드가 다양한 방법을 사용하여 비드화 층 또는 층들에 추가될 수 있다. 예를 들어, 비드는 압출기에서 결합제의 중합체와 조합될 수 있다. 비드화 층(들)은 이어서 광학 층과 함께 공압출되어 광학 용품을 형성할 수 있는데, 이 경우에 광학 용품은 광학 필름이다. 대안적으로, 비드는 예를 들어 압출 이전에 입자와 중합체를 혼합기 또는 다른 장치 내에서 혼합시키는 것을 비롯한 다른 방식으로 결합제의 중합체와 조합될 수 있다.

하나의 방법에 있어서, 비드는 결합제의 중합체, 광개시제, 및 용매와 혼합되어 비드화 층을 위한 이온화 방사선 경화성 혼합물을 형성할 수 있다. 제한됨이 없이, 안정제, UV 흡수제, 산화 방지제, 침전 방지제, 분산제, 습윤제, 광학 증백제 및 정전기 방지제를 비롯한 선택적 첨가제가 혼합물에 첨가될 수 있다.

대안적으로, 비드는 결합제의 중합체를 형성하기 위해 사용된 단량체에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 폴리에스테르 결합제의 사용시, 폴리에스테르를 형성하기 위해 사용된 카르복실레이트 및 글리콜 단량체를 함유하는 반응 혼합물에 비드가 첨가될 수도 있다. 바람직하게는, 비드는 예를 들어 분해 반응, 사슬 종결 또는 단량체와의 반응을 촉매함으로써 중합 공정 또는 속도에 영향을 미치는 것은 아니다. 지오스피어스™는 폴리에스테르 입자 함유 층을 형성하기 위해 사용되는 단량체에 첨가하기에 적합한 비드의 일 예이다. 바람직하게는, 비드는 폴리에스테르를 제조하기 위해 사용된 단량체와 조합된다면 산성 기 또는 인을 포함하지 않는다.

몇몇 경우에, 당업자에게 알려진 임의의 방법을 사용하여 비드와 중합체로부터 마스터 배치(master batch)가 제조된다. 이 마스터 뱃치는 이어서 압출기 또는 혼합기 내에서 추가 중합체에 선택된 비율로 첨가되어 원하는 비드량을 갖는 필름을 제조할 수 있다.

비드화 표면 층을 제공하는 예시적인 방법에서, 이전에 형성된 반사 편광 요소 상에 표면 층 전구체가 침착될 수 있다. 표면 층 전구체는 단량체, 올리고머 및 중합체 물질을 비롯한, 반사 편광 요소 상에 코팅을 형성하기에 적합한 임의의 물질일 수 있다. 예를 들어, 표면 층 전구체는 제1 및 제2 광학 층과 비광학 층에 사용되는 전술된 임의의 중합체 또는 이들 중합체의 전구체뿐만 아니라, 설포폴리우레탄, 설포폴리에스테르, 플루오로아크릴레이트 및 아크릴레이트와 같은 물질일 수 있다.

그러한 예시적인 실시 형태에서, 비드는 사전혼합된 슬러리, 용액, 또는 표면 층 전구체를 갖는 분산액 중에 제공될 수 있다. 대안으로서, 비드는 표면 층 전구체와 별개로 제공될 수 있다. 예를 들어, 전구체가 먼저 반사 편광 요소 상에 코팅되면, 비드는 예를 들어 낙하(dropping), 살포(sprinkling), 캐스케이딩(cascading) 또는 다른 배치 방식에 의해 전구체 상에 침착되어, 표면 층 내에 및/또는 표면 층 상에 원하는 비드 단층 또는 다른 비드 분포를 달성할 수 있다. 전구체는 이어서 경화, 건조 또는 달리 처리되어, 원하는 방식으로 비드를 보유하는 원하는 표면 층을 형성할 수 있다. 표면 층 전구체와 비드의 상대 비율은 예를 들어 생성되는 거친 표면 층의 원하는 형태(morphology)와 전구체의 성질을 비롯한 다양한 요인에 기초하여 변할 수 있다.

비드화 층을 제공하는 다른 예시적인 방법에서, 기재 또는 반사 편광 요소 자체는 접착성을 향상시키기 위해 프라이밍(priming)될 수 있다. 예시적인 프라이밍 기술은 화학적 프라이밍, 코로나 표면 처리, 화염 표면 처리, 섬광등 처리 등을 포함한다. 혼합물은 이어서 전형적인 용매 코터(coater)를 사용하여 처리된 표면 상으로 코팅되고, 예를 들어 공기 건조에 의해 건조되며, 고형화될 수 있다. 비드화 층의 고형화는 때때로 UV 경화에 의해 수행될 수 있다. 비드화 층이 고형화되면, 광학 용품이 추가 층에 적층될 수 있다. 그러나, 다른 실시 형태에서, 추가 층은 예를 들어 비드화 층이 기재 상에 배치되기 전에 또는 공압출 동안에 다양한 횟수로 추가될 수 있다.

당업자는, 이들 방법이 단지 예시적이고, 전술된 단계들의 임의의 적합한 개수 및 조합이 임의의 적합한 순서로 수행되어 본 발명의 예시적인 실시 형태를 만들 수 있음을 용이하게 이해할 것이다. 필요한 경우, 추가의 단계가 사용될 수 있다.

본 발명에 따라 구성된 몇몇 예시적인 광학 필름들의 특성들을 나타내는 이하의 실시예를 참조하여 본 발명을 추가로 설명하기로 한다.

실시예 1

비드화 층 혼합물용 원재료:

실시예 1에서 기재로서 사용된 반사 편광기(reflective polarizer, RP)는 coPEN 외부 층을 갖고 스킨 층을 갖지 않는 PEN/coPEN 다층 반사 편광기이다.

비드화 층 혼합물의 제형이 표 2에 나타나 있다.

표 2의 비드화 층 혼합물을 슬롯형 다이 주사기 펌프(slot type die syringe pump)를 사용하여 기재 상으로 코팅하였다. 코팅 폭은 10 ㎝(4")였고, 기재 웨브를 분당 4.6 m(15 fpm)의 속도로 추진하였다. 유량으로 특징지워지는 주사기 펌프로부터 방출되는 물질의 양을 제어함으로써 코팅 중량을 제어하였다. 따라서, 결합제의 상이한 평균 두께 값들이 얻어지게 하는 상이한 코팅 중량들을 갖는 5개의 상이한 샘플(1 내지 5)들을 제조하였다.

이 코팅 중량은 직접 측정법으로 결정하였다. 비드화 층을 갖는 샘플의 중량을 동일한 로트(lot)에서의 동일한 크기의 기재의 중량과 비교하였다. 건조 및 경화된 코팅에 대해 코팅 중량 측정을 하였다.

이득 측정

본 발명의 광학 용품의 광학 성능을 정량화하는 데 사용된 일반적인 상대 이득 시험 방법을 이제 설명한다. 특정 상세 내용이 완전성을 위해 주어지지만, 다른 구매가능한 장비를 사용한 이하의 접근법의 변형을 사용하여 유사한 결과가 얻어질 수 있음이 용이하게 인식되어야 한다. 미국 캘리포니아주 챗스워쓰 소재의 포토 리서치, 인크(Photo Research, Inc)로부터 입수가능한 MS-75 렌즈를 가진 스펙트라스캔(SpectraScan™) PR-650 분광비색계를 사용하여 필름의 광학 성능을 측정하였다. 광학 용품을 확산 투과성 중공 라이트 박스(light box)의 상부 상에 배치하였다. 라이트 박스의 확산 투과 및 반사는 램버시안(Lambertian)으로서 설명될 수 있다. 라이트 박스는 약 6 ㎜ 두께의 확산 PTFE 판으로부터 제조된, 대략 12.5 ㎝ × 12.5 ㎝ × 11.5 ㎝ (L×W×H)로 측정되는 6면 중공 입방체였다. 박스의 한 면을 샘플 표면으로 선택한다. 중공 라이트 박스는 샘플 표면에서 측정된 약 0.83의 확산 반사율을 가졌다(예컨대, 약 83%, 400 내지 700 ㎚의 파장 범위에 걸친 평균, 박스 반사율 측정 방법은 후술함). 이득 시험 동안, (광을 내부로부터 샘플 표면을 향해 지향시킨 상태에서 샘플 표면의 반대편인) 박스의 저부 내의 약 1 ㎝의 원형 구멍을 통해 그 내부로부터 박스를 조명하였다. 이 조명은 광을 지향시키는 데 사용된 광섬유 번들 (미국 매사추세츠주 말보로 및 뉴욕주 오번 소재의 쇼트-포스텍 엘엘씨(Schott-Fostec LLC)로부터의 약 1 ㎝ 직경의 섬유 번들 익스텐션(extension)을 가진 포스텍(Fostec) DCR-II)에 부착된 안정화된 광대역 백열 광원을 사용하여 제공되었다. (멜레스 그리오트(Melles Griot) 03 FPG 007과 같은) 표준 선형 흡수 편광기를 샘플 박스와 카메라 사이에 위치시킨다. 카메라를 약 34 ㎝의 거리에서 라이트 박스의 샘플 표면에 포커싱하고, 흡수 편광기를 카메라 렌즈로부터 약 2.5 ㎝에 배치한다.

샘플 광학 용품 없이 편광기가 정위치에 있는 경우에 측정한 조명된 라이트 박스의 휘도는 150 cd/m2 초과였다. 샘플 광학 용품을 박스 샘플 표면과 평행하게 배치하여 샘플 용품이 박스와 대체로 접촉하게 된 때, 박스 샘플 표면의 평면에 대한 법선 입사에서 PR-650으로 샘플 휘도를 측정하였다. 이러한 샘플 휘도를 단지 라이트 박스만으로 동일한 방식으로 측정한 휘도와 비교함으로써 상대 이득을 계산한다. 빗나가는 광원을 제거하기 위하여 어두운 인클로저 내에서 전체 측정을 수행하였다. 반사 편광 요소를 포함하는 광학 용품의 상대 이득을 시험할 때, 반사 편광 요소의 통과축을 시험 시스템의 흡수 편광기의 통과축과 정렬시켰다.

모두 랩스피어(Labsphere)(미국 뉴햄프셔 셔튼 소재)에 의해 공급되는, 15.25 ㎝(6인치) 직경의 스펙트랄론-코팅된 적분구(Spectralon-coated integrating sphere), 안정화된 광대역 할로겐 광원, 및 광원용 전원 장치를 사용하여, 라이트 박스의 확산 반사율을 측정하였다. 적분구는 3개의 개방 포트, 즉 (2.5 ㎝ 직경의) 입사광을 위한 하나의 포트, (2.5 ㎝ 직경의) 검출기 포트로서 제2 축을 따라 90도인 하나의 포트, 및 (5 ㎝ 직경의) 샘플 포트로서 제3 축을 따라 90도인(즉, 처음 2개의 축에 수직인) 제3 포트를 가졌다. PR-650 분광비색계(상기와 동일함)를 약 38 ㎝의 거리에서 검출기 포트 상에 포커싱하였다. 약 99% 확산 반사율을 가진 랩스피어로부터의 보정된 반사율 표준(SRT-99-050)을 사용하여 적분구의 반사 효율을 계산하였다. 이 표준은 랩스피어에 의해 보정되었고 NIST 표준(SRS-99-020-REFL-51)에 대해 추적가능하였다. 적분구의 반사 효율을 하기와 같이 계산하였다:

구 휘도비 = 1/(1-R구*R표준)

이러한 경우의 구 휘도비는, 기준 샘플이 샘플 포트를 덮은 상태에서 검출기 포트에서 측정된 휘도를 샘플 포트를 덮은 샘플이 없는 상태에서 검출기 포트에서 측정된 휘도로 나눈 비이다. 이러한 휘도비와 보정된 표준의 반사율(R표준)을 알게 되면, 적분구의 반사 효율(R구)을 계산할 수 있다. 그 후, 이러한 경우 PTFE 라이트 박스에서 샘플의 반사율을 측정하기 위해 유사한 식에서 이 값이 다시 사용된다:

구 휘도비 = 1/(1-R구*R샘플)

여기서, 구 휘도비는, 샘플이 샘플 포트에 있는 상태에서 검출기에서의 휘도를 샘플이 없는 상태에서 측정된 휘도로 나눈 비로서 측정된다. R구는 위에서 알려져 있기 때문에, R샘플을 계산하는 것은 간단하다. 이들 반사율은 4 ㎚ 파장 간격에서 계산하였으며, 400 내지 700 ㎚ 파장 범위에 걸친 평균으로서 보고하였다.

샘플 휘도를 단지 라이트 박스만으로 동일한 방식으로 측정한 휘도와 비교함으로써 상대 이득(g)을 계산한다, 즉:

g = Lf/Lo

여기서 Lf는 필름이 정위치에 있는 경우에 측정된 휘도이고, Lo는 필름이 없는 경우에 측정된 휘도이다. 빗나가는 광원을 제거하기 위하여 어두운 인클로저 내에서 측정을 수행하였다. 시험 시스템의 흡수 편광기가 정위치에 있고 라이트 박스 상부에 샘플이 없는 상태로 단지 라이트 박스만으로 측정된 '블랭크(blank)' 휘도는 약 275 칸델라/제곱미터이었다. 샘플을 7.6 ㎝ × 12.7 ㎝ (3"×5")의 크기로 절단하였다. 긴 방향은 반사 편광기의 투과축과 동일 직선상이다.

코팅 중량의 함수로서 그려진 샘플 1 내지 5의 측정된 상대 이득 데이터가 도 6에 도시되어 있다. 도 7은 하기의 방정식 y = -0.0003x^2 + 0.014x + 1.7629 (여기서, y=이득, x=코팅 중량임)의 비선형 함수 근사값(실선)과 함께 동일한 데이터 플롯(정사각형)을 도시한다.

탁도/투과율 측정

명칭이 "투명 플라스틱의 탁도 및 시감 투과율에 대한 표준 시험 방법(Standard Test Method for Haze and Luminous Transmittance of Transparent Plastics)"인 ASTM D1003을 이용하여 탁도 및 투과율을 측정하였다. 샘플을 7.6 ㎝ × 12.7 ㎝ (3"×5")의 크기로 절단하였다. 코팅 중량의 함수로서 그려진 샘플 1 내지 5의 측정된 탁도(정사각형) 및 투과율(채워진 원)이 도 8에 도시되어 있다.

공극 면적비 측정

코팅 제형 및 조건에 따라, 비드를 포함하지 않는 공극화 구역(voided region)(공극)이 기재의 표면 상에 형성될 수 있다. 이들 공극의 존재는 필름의 이득 및 다른 광학 특성에 영향을 줄 수 있다. 공극화 면적비는 공극화 구역들의 표면적의 합을 샘플의 전체 표면적으로 나눈 것으로서 정의된다.

투과 모드로 광학 현미경(제이스 컴퍼니(Zeiss Co.))을 사용하여 본 발명의 광학 용품의 샘플을 분석함으로써 공극 면적비 측정을 완료하였다. 샘플을 7.6 ㎝ × 12.7 ㎝ (3"×5")의 크기로 절단하여 투과 스테이지 상에 배치하고, 10X 대물 렌즈를 사용하여 샘플을 밝게 조명하기에 충분한 강도로 후방에서 조명하였다. 이미지 분석 소프트웨어(미국 20910 메릴랜드주 실버 스프링 조지아 애비뉴 8484 소재의 미디어 사이버네틱스, 인크.(Media Cybernetics, Inc.)에 의해 제조된 이미지 프로 플러스(Image Pro Plus™), 윈도우즈용 버전 6)를 사용하여 샘플의 이미지를 캡쳐하였다. 비드 코팅된 영역과 공극 사이의 콘트라스트를 이미지 프로™ 소프트웨어로 비교하였다. 5개의 복제 샘플을 시험하였고 개별 값들을 최종값을 위해 평균하였다. 이 값은 공극 영역의 평균 단면적이다. 코팅 중량의 함수로서 그려진 샘플 1 내지 5의 얻어진 공극 면적비가 도 9에 도시되어 있다. 도 10A 및 도 10B는 4.25% 공극 면적비 및 0.78% 공극 면적비를 각각 갖는 본 발명에 따른 비드화 층의 2개의 샘플의 현미경 사진을 도시하는데, 여기서 공극 영역은 흰색이다. 2개의 샘플은 이득이 각각 1.90 및 1.85이다.

비교예 1

스킨 층이 없는 PEN / coPEN 다층 반사 편광기 :

광학 성능

이득: 1.697

탁도: 1.11%

투과율: 50.7%

데이터 요약

비드화 층을 포함하는 본 발명에 따른 광학 용품의 샘플(샘플 1 내지 5)의 전술된 특성 설명의 결과의 요약이 표 3에 나타나 있다.

본 발명의 광학 용품 및 장치가 구체적인 예시적인 실시 형태들을 참조하여 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 이들에 대한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 용이하게 이해할 것이다.

Claims (38)

1. 제1 편광 상태를 갖는 광을 우선적으로 반사시키고 제2 편광 상태를 갖는 광을 우선적으로 투과시키는 반사 편광 요소를 포함하는 기재; 및

   기재 상에 배치되고, 투명 결합제 및 그 내부에 분산된 복수의 투명 비드(bead)를 포함하는 비드화 층(beaded layer)을 포함하며,

   비드는 결합제의 약 100 중량부당 약 100 내지 약 210 중량부의 양으로 존재하며,

   직선 1인치에 걸친 평균 결합제 두께는 비드의 중간값 반경(median radius)의 약 60% 이내이며,

   비드화 층을 갖는 광학 용품의 법선각 이득이 비드화 층을 갖지 않는 동일한 광학 용품의 법선각 이득과 비교할 때 증가된 광학 용품.
2. 제1항에 있어서, 직선 1인치에 걸친 평균 결합제 두께는 비드의 중간값 반경의 약 40% 이내인 광학 용품.
3. 제1항에 있어서, 직선 2인치에 걸친 평균 결합제 두께는 비드의 중간값 반경의 약 60% 이내인 광학 용품.
4. 제1항에 있어서, 비드의 평균 입자 직경은 약 12 내지 약 30 마이크로미터인 광학 용품.
5. 제1항에 있어서, 비드는 대체로 구형 형상을 갖는 광학 용품.
6. 제1항에 있어서, 비드는 결합제의 약 100 중량부당 약 120 내지 약 210 중량부의 양으로 존재하는 광학 용품.
7. 제1항에 있어서, 비드 및 결합제는 중합체성 물질을 포함하는 광학 용품.
8. 제1항에 있어서, 결합제는 UV 경화성 물질, 열가소성 물질, 접착성 물질 또는 이들의 조합을 포함하는 광학 용품.
9. 제1항에 있어서, 결합제의 굴절률은 비드의 굴절률의 약 0.1 내에서 정합되는 광학 용품.
10. 제1항에 있어서, 반사 편광 요소는 다층 반사 편광기, 확산 반사 편광기, 와이어 그리드 반사 편광기 및 콜레스테릭 반사 편광기로 이루어진 군으로부터 선택되는 광학 용품.
11. 제1항에 있어서, 추가 층을 추가로 포함하는 광학 용품.
12. 제11항에 있어서, 추가 층은 투명 중합체성 층, 접착제 층, 확산 층, 강성 판 및 매트 층(matte layer)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 광학 용품.
13. 제1항에 있어서, 비드는 광학 용품의 주 표면의 단위 면적당 적어도 약 50%를 덮는 광학 용품.
14. 제1항에 있어서, 비드화 층을 갖는 광학 용품의 법선각 이득은 비드화 층을 갖지 않는 동일한 광학 용품의 이득과 비교할 때 적어도 약 5%만큼 증가된 광학 용품.
15. 제1 편광 상태를 갖는 광을 우선적으로 반사시키고 제2 편광 상태를 갖는 광을 우선적으로 투과시키는 반사 편광 요소를 포함하는 기재; 및

    기재 상에 배치되고, 투명 결합제 및 그 내부에 분산된 복수의 투명 비드를 포함하는 비드화 층을 포함하며,

    비드는 결합제의 약 100 중량부당 약 100 내지 약 210 중량부의 양으로 존재하며,

    비드화 층의 건조 중량이 약 5 내지 약 50 g/m2이며,

    비드화 층을 갖는 광학 용품의 법선각 이득이 비드화 층을 갖지 않는 동일한 광학 용품의 이득과 비교할 때 증가된 광학 용품.
16. 제14항에 있어서, 비드의 평균 입자 직경은 약 12 내지 약 30 마이크로미터인 광학 용품.
17. 제14항에 있어서, 비드는 대체로 구형 형상을 갖는 광학 용품.
18. 제14항에 있어서, 비드는 결합제의 약 100 중량부당 약 120 내지 약 210 중량부의 양으로 존재하는 광학 용품.
19. 제14항에 있어서, 비드 및 결합제는 중합체성 물질을 포함하는 광학 용품.
20. 제14항에 있어서, 결합제는 UV 경화성 물질, 열가소성 물질, 접착성 물질 또는 이들의 조합을 포함하는 광학 용품.
21. 제14항에 있어서, 결합제의 굴절률은 비드의 굴절률의 약 0.1 내에서 정합되는 광학 용품.
22. 제14항에 있어서, 반사 편광 요소는 다층 반사 편광기, 확산 반사 편광기, 와이어 그리드 반사 편광기 및 콜레스테릭 반사 편광기로 이루어진 군으로부터 선택되는 광학 용품.
23. 제14항에 있어서, 추가 층을 추가로 포함하는 광학 용품.
24. 제22항에 있어서, 추가 층은 투명 중합체성 층, 접착제 층, 확산 층, 강성 판 및 매트 층으로 이루어진 군으로부터 선택되는 광학 용품.
25. 제14항에 있어서, 비드는 광학 용품의 주 표면의 단위 면적당 적어도 약 50%를 덮는 광학 용품.
26. 제14항에 있어서, 비드화 층을 갖는 광학 용품의 법선각 이득은 비드화 층을 갖지 않는 동일한 광학 용품의 이득과 비교할 때 적어도 5%만큼 증가된 광학 용품.
27. 제1 편광 상태를 갖는 광을 우선적으로 반사시키고 제2 편광 상태를 갖는 광을 우선적으로 투과시키는 반사 편광 요소를 포함하는 기재; 및

    기재 상에 배치되고, 투명 결합제 및 그 내부에 분산된 복수의 투명 비드를 포함하는 비드화 층을 포함하며,

    비드는 코팅의 약 45 부피% 내지 약 70 부피%의 부피량으로 존재하고,

    직선 1인치에 걸친 평균 결합제 두께는 비드의 중간값 반경의 약 60% 이내이며,

    비드화 층을 갖는 광학 용품의 법선각 이득이 비드화 층을 갖지 않는 동일한 광학 용품의 이득과 비교할 때 증가된 광학 용품.
28. 제27항에 있어서, 비드의 평균 입자 직경은 약 12 내지 약 30 마이크로미터인 광학 용품.
29. 제27항에 있어서, 비드는 대체로 구형 형상을 갖는 광학 용품.
30. 제27항에 있어서, 비드는 결합제의 약 100 중량부당 약 120 내지 약 210 중량부의 양으로 존재하는 광학 용품.
31. 제27항에 있어서, 비드 및 결합제는 중합체성 물질을 포함하는 광학 용품.
32. 제27항에 있어서, 결합제는 UV 경화성 물질, 열가소성 물질, 접착성 물질 또는 이들의 조합을 포함하는 광학 용품.
33. 제27항에 있어서, 결합제의 굴절률은 비드의 굴절률의 약 0.1 내에서 정합되는 광학 용품.
34. 제27항에 있어서, 반사 편광 요소는 다층 반사 편광기, 확산 반사 편광기, 와이어 그리드 반사 편광기 및 콜레스테릭 반사 편광기로 이루어진 군으로부터 선 택되는 광학 용품.
35. 제27항에 있어서, 추가 층을 추가로 포함하는 광학 용품.
36. 제35항에 있어서, 추가 층은 투명 중합체성 층, 접착제 층, 확산 층, 강성 판 및 매트 층으로 이루어진 군으로부터 선택되는 광학 용품.
37. 제27항에 있어서, 비드는 광학 용품의 주 표면의 단위 면적당 적어도 약 50%를 덮는 광학 용품.
38. 제27항에 있어서, 비드화 층을 갖는 광학 용품의 법선각 이득이 비드화 층을 갖지 않는 동일한 광학 용품의 이득과 비교할 때 적어도 약 5%만큼 증가된 광학 용품.

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