KR20090039718A

KR20090039718A - 광학 필름 제조용 캘린더링 공정

Info

Publication number: KR20090039718A
Application number: KR1020097000925A
Authority: KR
Inventors: 티모시 제이. 헤브링크; 매튜 비. 존슨; 테리 오. 콜리어; 칼 에이. 스토버
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2009-04-22
Also published as: WO2008011464A1; JP2009544062A; US20080020186A1; EP2040910A4; CN101489770A; TW200815181A; EP2040910A1

Abstract

광학 필름 제조 방법은 적어도 하나의 중합체 재료를 캘린더링하는 단계와, 웨브 하류(MD) 방향을 따라 적어도 하나의 중합체 재료를 신장시켜 중합체 재료 내에 복굴절이 생성되게 하는 단계를 포함한다. 광학 필름의 롤은 유효 배향축을 특징으로 하는 배향된 광학 필름을 포함하고, 배향된 광학 필름은 복굴절성 중합체 재료를 포함하고, 광학 필름은 0.3 m 초과의 폭, 적어도 200 마이크로미터의 두께 및 적어도 10 m의 길이를 갖고, 유효 배향축은 광학 필름의 길이를 따라 정렬된다.

광학 필름, 중합체, 캘린더링, 웨브, 복굴절, 배향

Description

광학 필름 제조용 캘린더링 공정 {CALENDERING PROCESS FOR MAKING AN OPTICAL FILM}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 전체 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 "광학 필름 제조용 캘린더링 공정"으로 2006년 7월 18일 출원된 미국 가출원 제60/807655호로부터 우선권을 주장한다.

본 발명은 대체로 광학 필름 및 캘린더링에 의해 광학 필름을 처리하는 방법에 관한 것이다.

상업적 공정에서, 중합체 재료들 또는 재료들의 블렌드(blend)로부터 제조되는 광학 필름은 전형적으로 다이로부터 압출되거나 용매로부터 주조(cast)된다. 이어서, 압출된 또는 주조된 필름은 재료의 적어도 일부에서의 복굴절의 생성 및/또는 향상을 위해 신장된다. 재료 및 신장 과정은 반사성 광학 필름, 예컨대 반사 편광기 또는 거울과 같은 광학 필름을 제조하도록 선택될 수 있다.

반사 편광 필름을 제조하는 데에 사용되는 하나의 상업적 공정에서, 다이는 압출 필름을 제조하고 이어서, 기계 방향(machine direction, MD)을 따라 필름을 신장시키고 그 길이를 증가시키도록 선택된 상이한 속도로 회전하는 롤러들의 배열 체인 길이 배향기(length orienter, LO) 내에서 웨브 하류 방향(downweb direction)을 따라 신장시키도록 구성되었다. 생성된 반사 편광 필름은 MD를 따라 차단축을 가질 수 있다. 그러나, 압출 다이가 상업적으로 유용한 폭으로 필름을 제조하도록 구성될 때, 압출된 필름은 일반적으로 그 길이를 따르는 줄무늬(striation) 또는 다이 라인(die line)은 물론 불균일한 폭의 영역을 포함한다. 이러한 결함은 필름을 LO 내에서 MD를 따라 신장시킨 후에 더욱 심해지며, 이는 디스플레이와 같은 전형적인 광학 장치에 사용하기에는 일반적으로 허용될 수 없는 반사 편광 필름을 형성시키게 된다.

다이 라인과 같은 결함을 감소시키고 실질적으로 균일한 폭을 갖는 광학 필름을 제공하기 위해, 통상의 반사 편광 필름은 전형적으로 비교적 좁은 다이로부터 압출되고 이어서 웨브 횡단(crossweb) 방향(본 명세서에서 횡방향 또는 TD로 지칭됨)으로 신장된다. 이러한 통상의 반사 편광 필름에서, 차단축은 TD를 따른다.

일 응용에서, 예를 들어 액정 디스플레이(LCD)용의 필름 구조체를 제조하기 위해, 이들 반사 편광 필름은 통상의 2색성 편광 필름에 적층된다. 롤 형태로 공급될 때, 2색성 편광 필름은 TD를 따르는 반사 편광 필름의 차단축에 수직인 롤의 길이(MD)를 따르는 차단축을 갖는다. 2색성 편광기 및 반사 편광 필름 내의 차단축의 상이한 배향의 결과로서, 적층 필름 구조체를 제조하기 위해, 반사 편광기는 먼저 시트들로 절단되고, 90°회전된 다음, 2색성 편광 필름에 적층되어야 한다. 이러한 힘든 공정은 롤 형태의 적층된 필름 구조체를 상업적 규모로 제조하기 어렵게 하며 최종 제품의 비용을 상승시킨다.

따라서, MD 내에 배향된 결함 없는 광학 필름을 제조하기 위한 공정이 요구된다. 일 실시 형태에서, 공정은 반사 편광 필름을 형성하게 한다.

광학 필름 제조 방법은 적어도 하나의 중합체 재료를 캘린더링하는 단계와, 웨브 하류(MD) 방향을 따라 적어도 하나의 중합체 재료를 신장시켜 중합체 재료 내에 복굴절이 생성되게 하는 단계를 포함한다. 광학 필름 제조 방법의 다른 실시 형태는 제1 필름을 제공하는 단계와 제1 필름에 제2 필름을 부착하는 단계를 포함한다. 이 실시 형태에서, 제1 필름을 제공하는 단계는 적어도 하나의 중합체 재료를 캘린더링하는 단계와 웨브 하류(MD) 방향을 따라 적어도 하나의 중합체 재료를 신장시켜 중합체 재료 내에 복굴절이 생성되게 하는 단계를 포함한다. 다른 광학 필름 처리 방법은 제1 중합체 및 제2 중합체를 포함하는 중합체 재료를 캘린더링하는 단계를 포함하고, 제1 중합체는 복굴절을 나타내고 제2 중합체는 실질적으로 등방성이다.

본 발명의 다른 예시적인 구현예는 적어도 하나의 중합체 재료를 캘린더링하고 웨브 하류(MD) 방향을 따라 적어도 하나의 중합체 재료를 신장시켜 중합체 재료 내에 복굴절이 생성되게 하는 공정에 의해 제조된 광학 필름이다. 또 다른 예시적인 실시 형태에서, 광학 필름의 롤은 유효 배향축을 특징으로 하는 배향된 광학 필름을 포함하고, 배향된 광학 필름은 복굴절성 중합체 재료를 포함하고, 광학 필름은 0.3 m 초과의 폭, 적어도 200 마이크로미터의 두께 및 적어도 10 m의 길이를 갖고, 유효 배향축은 광학 필름의 길이를 따라 정렬된다.

상기의 개요는 본 발명의 각각의 예시된 실시 형태 또는 모든 구현을 설명하고자 하는 것은 아니다. 이하의 도면들과 상세한 설명은 이들 실시 형태를 더욱 상세하게 예시한다.

본 발명은 첨부 도면과 관련된 본 발명의 다양한 실시 형태의 이하의 상세한 설명을 고려하여 더욱 완전하게 이해될 수 있다.

도 1A 및 도 1B는 광학 필름을 도시하는 도면.

도 2는 혼합 광학 필름(blended optical film)을 도시하는 도면.

도 3은 캘린더 및 길이 배향기를 사용하는 본 발명의 필름 라인의 일 실시 형태의 개략도.

도 3A는 길이 배향기 스테이션에서의 필름 스레딩(threading)의 일 실시 형태의 개략도.

도 3B는 길이 배향기 스테이션에서의 필름 스레딩의 다른 실시 형태의 개략도.

도 3C는 본 발명의 필름 라인의 다른 실시 형태의 일부의 개략도.

도 3D는 본 발명의 필름 라인의 또 다른 실시 형태의 일부의 개략도.

도 3E는 본 발명의 필름 라인의 또 다른 실시 형태의 일부의 개략도.

도 3F는 본 발명의 실시 형태에 사용된 롤의 개략 등각도.

도 4는 제1 광학 필름이 제2 광학 필름에 부착된 적층 구조체를 도시하는 도면.

도 5A 및 도 5B는 본 발명에 따라 제조된 예시적인 구조체의 단면도.

도 6A 내지 도 6C는 본 발명에 따라 제조된 예시적인 구조체의 단면도.

도 7은 본 발명에 따라 제조된 예시적인 구조체의 단면도.

본 발명은 광학 필름의 제조에 관한 것이다. 광학 필름은, 예를 들어 이러한 필름이 예컨대 광학 디스플레이와 같은 특정한 최종 용도의 응용을 위해 설계된 균일성 및 충분한 광학적 품질을 갖도록 요구된다는 점에서 다른 필름과 다르다. 본 출원의 목적에 대해, 광학 디스플레이에 사용하기에 충분한 품질은 모든 처리 단계 뒤의 그리고 다른 필름에의 적층 전의 롤 형태인 필름에 가시적인 결함이 없는 것, 예를 들어 육안으로 관찰할 때 MD 내에서 연장하는 색줄(color streak) 또는 표면 리지(surface ridge)가 실질적으로 없는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 광학 품질 필름의 예시적인 실시 형태는 필름의 평균 두께의 5%(+/- 2.5%) 미만, 바람직하게는 3.5%(+/- 1.75%) 미만, 3%(+/- 1.5%) 미만, 더 바람직하게는 1%(+/- 0.5%) 미만의 유용한 필름 면적에 걸친 두께차(caliper variation)를 갖는다.

반사 편광 필름을 제조하는 데에 사용되는 하나의 통상적인 상업적 공정에서, 다이는 압출 필름을 제조하고 이어서, 기계 방향(MD)으로 또한 지칭될 수 있는 필름 길이 방향을 따라 필름을 신장시키도록 선택된 상이한 속도로 회전하는 롤러들의 배열체인 길이 배향기(LO) 내에서 웨브 하류 방향을 따라 신장시키도록 구성되었다. 이러한 통상의 방법에서, 필름 길이가 증가하지만, 필름 폭은 감소한다. 반사 편광 필름일 수 있는, 이러한 방법을 사용하여 제조된 필름은 MD를 따라 차단 축(즉, 그 방향을 따라 편광된 광의 낮은 투과를 특징으로 하는 축)을 갖는다. 그러나, 배향된 광학 필름을 제조하기 위해 통상의 LO를 사용하면 0.3 m 이하와 같은 비교적 폭이 좁은 필름이 형성되는 것으로 여겨진다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 상업적으로 유용한 폭의 필름을 제조하도록 넓은 압출 다이가 구성되었다. 그러나, 압출된 필름은 그의 길이를 따라 줄무늬 또는 다이 라인을 포함한다. 이러한 결함은 전형적으로 필름을 LO 내에서 MD를 따라 신장시킨 후에 더욱 심해졌으며, 이는 디스플레이와 같은 광학 장치에 사용하기에는 허용될 수 없는 광학 필름을 형성시키게 되었다.

다이 라인과 같은 결함을 감소시키고 실질적으로 균일한 폭을 갖는 필름을 제공하기 위해, 반사 편광 필름과 같은 광학 필름은 비교적 좁은 다이로부터 압출되고 이어서 웨브 횡단(crossweb) 또는 필름 폭 방향(본 명세서에서 횡방향 또는 TD로 지칭됨)으로 신장되었다. 대개, 이러한 반사 편광 필름은 TD를 따라 차단축을 갖는다.

몇몇 응용에서, 예를 들어 액정 디스플레이(LCD)용의 필름 구조체를 제조하기 위해, 반사 편광 필름을 2색성 편광 필름에 적층하는 것이 유리하다. 롤 형태로 공급될 때, 2색성 편광 필름은 대개 롤의 길이(MD)를 따라 차단축을 갖는다. 상기 논의된 2색성 편광 필름 및 반사 편광 필름의 차단축은 서로에 대해 수직이다. 광학 디스플레이용의 적층 필름 구조체를 제조하기 위해, 반사 편광 필름은 시트들로 절단되고, 90°회전된 다음, 2색성 편광 필름에 적층되어야 한다. 이러한 힘든 공정은 롤 형태의 적층된 필름 구조체를 상업적 규모로 제조하기 어렵게 하며 최종 제품의 비용을 상승시킨다. 따라서, MD로 차단축을 갖는 보다 넓은 반사 편광 필름에 대한 필요성이 남아 있다.

따라서, 본 발명은 그 길이를 따라(MD를 따라) 편광축을 갖는 반사 편광 필름과 같은 보다 넓은 광학 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다. 반사 편광 필름은 다층 반사 편광 필름 및 확산 반사 편광 광학 필름을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 반사 편광 필름은 롤-투-롤 프로세스(roll-to-roll proccess)에서 다른 광학 필름에 유리하게 적층될 수 있다. 본 발명의 정황상, 반사 편광기는 우선적으로 제1 편광의 광을 반사하고, 우선적으로 상이한 제2 편광의 광을 투과시킨다. 바람직하게, 반사 편광기는 제1 편광의 광의 대부분을 반사하고, 상이한 제2 편광의 광의 대부분을 투과시킨다.

본 출원을 위해, "넓은"(wide) 또는 "넓은 형태"(wide format)"라는 용어는 폭이 약 0.3 m 초과인 필름을 지칭한다. 당업자라면, "폭"이라는 용어는, 필름의 에지의 소정 부분이 예를 들어 텐터(tenter)의 파지 부재에 의해 사용할 수 없게 되거나 결함을 갖게 될 수 있기 때문에, 유용한 필름 폭에 관하여 사용될 것임을 쉽게 알 것이다. 본 발명의 넓은 광학 필름은 의도된 응용에 따라 변할 수 있는 폭을 갖지만, 전형적으로 0.3 m 초과 내지 10 m 범위의 폭을 갖는다. 몇몇 응용에서, 10 m보다 넓은 필름이 제조될 수 있지만, 이러한 필름은 운반하기에 어려울 수 있다. 예시적인 적합한 필름은 전형적으로 폭이 약 0.5 m 내지 약 2 m, 그리고 최대 약 7 m이며, 현재 이용가능한 디스플레이 제품은 폭이 예컨대 0.65 m, 1.3 m, 1.6 m 또는 1.8 m인 필름을 이용한다. "롤"(roll)이라는 용어는 길이가 적어도 10 m인 연속 필름을 말한다. 본 발명의 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 필름의 길이는 20 m 이상, 50 m 이상, 100 m 이상, 200 m 이상, 또는 임의의 다른 적합한 길이일 수 있다.

하기의 설명은 여러 도면에서 동일한 요소들에 동일한 방식으로 번호가 부여된 도면들을 참조하여 이해되어야 한다. 반드시 축척대로 도시된 것은 아닌 도면들은 선택된 예시적 실시 형태들을 도시하며, 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것이 아니다. 구성, 치수 및 재료의 예가 다양한 요소에 대하여 예시되어 있지만, 당업자라면 다수의 제공된 예들이 이용될 수 있는 적합한 대안을 가짐을 인지할 것이다.

달리 지시되지 않는 한, 명세서 및 청구의 범위에서 사용되는, 특징부 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 수치는 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 전술한 명세서 및 첨부된 청구의 범위에 기술된 수치적 파라미터는 근사치이며, 이 근사치는 본 명세서에 개시된 교시 내용을 이용하는 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있다.

종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 상세한 설명은 그 범위 내에 포함되는 모든 수(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함함)와 그 범위 내의 임의의 범위를 포함한다.

본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 그 내용이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상 을 갖는 실시 형태를 포함한다. 예를 들어, "하나의 필름"(a film)을 참조하는 것은 1개, 2개 또는 그 이상의 필름을 갖는 실시 형태를 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에 사용되는 바와 같이, "또는"이라는 용어는 그 내용이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 "및/또는"을 포함하는 의미로 일반적으로 이용된다.

도 1A는 이하 설명되는 공정에서 형성될 수 있는 광학 필름 구조체(101)의 일부를 도시한다. 도시된 광학 필름(101)은 3개의 상호 직교하는 축 x, y 및 z를 참조하여 설명될 수 있다. 도시된 실시 형태에서, 2개의 상호 직교하는 축 x 및 y는 필름(101)의 평면 내에 있으며(평면내, 또는 x 및 y축), 제3 축(z축)은 필름 두께 방향으로 연장한다. 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 광학 필름(101)은 광학적으로 연결된 적어도 2개의 상이한 재료, 즉 제1 재료 및 제2 재료(예를 들어, 2개의 재료는 반사, 산란, 투과 등과 같은 광학적 효과를 야기하도록 조합됨)를 포함한다. 본 발명의 전형적인 실시 형태에서, 하나 또는 두 재료 모두는 중합체이다. 제1 및 제2 재료는 필름(101)의 적어도 하나의 축을 따르는 방향에서의 굴절률의 원하는 부정합(mismatch)을 생성하도록 선택될 수 있다. 재료들은 또한 굴절률이 부정합된 방향에 수직인 필름(101)의 적어도 하나의 축을 따르는 방향에서의 굴절률의 원하는 정합을 생성하도록 선택될 수 있다. 적어도 하나의 재료는 소정 조건 하에서 복굴절을 발생시키기 쉽다. 광학 필름에 사용된 재료들은 바람직하게는 공압출 공정의 요건에 부합하기 위해 충분히 유사한 유동학(예를 들어, 점탄성)을 갖도록 선택되지만, 주조 필름이 또한 사용될 수도 있다. 다른 예시적인 실시 형태에서, 광학 필름(101)은 단지 하나의 재료, 또는 2개 이상의 재료들의 혼화성 블렌 드로 구성될 수 있다.

광학 필름(101)은 필름의 연신 또는 신장을 포함할 수 있는 필름 처리 방법의 결과일 수 있다. 필름을 상이한 처리 조건 하에서 연신시키게 되면, 변형-유도(strain-induced) 배향 없이 필름을 넓히거나, 변형-유도 배향에 의해 필름을 넓히거나, 또는 길이 연장에 의한 필름의 변형-유도 배향이 가능할 수 있다. 변형(strain)이 또한 압축 단계에 의해, 예를 들어 캘린더링에 의해 도입될 수 있다. 일반적으로, 성형 공정은 어느 한 유형의 배향(압출 또는 압축형)을 포함할 수 있거나 둘 모두를 포함할 수 있는데, 일 실시 형태는 압축 및 압출의 둘 모두를 동시에 부여하는 단계를 포함한다. 유도된 분자 배향은, 예를 들어 영향을 받은 재료의 굴절률을 연신 방향으로 변경시키는 데 사용될 수 있다. 연신에 의해 유도되는 분자 배향의 정도는 이하에서 더욱 완전하게 설명되는 바와 같이 필름의 원하는 특성에 기초하여 제어될 수 있다.

"복굴절"(birefringent)이라는 용어는 직교하는 x, y 및 z 방향에서의 굴절률들이 모두 동일하지는 않음을 의미한다. 본 명세서에서 설명되는 중합체 층의 경우, 축들은, x 및 y축이 층의 평면 내에 있고 z축이 층의 두께 또는 높이에 대응하도록 선택된다. "평면내 복굴절"(in-plane birefringence)이라는 용어는 평면내 굴절률들(n_x 및 n_y) 간의 차이인 것으로 이해된다. "평면외 복굴절"(out-of-plane birefringence)이라는 용어는 평면내 굴절률들 중 하나(n_x 또는 n_y)와 평면외 굴절률 n_z 간의 차이인 것으로 이해된다. 평면내 방향은 또한 웨브 횡단/횡방향(TD) 및 웨브 하류/기계 방향(MD)을 지칭할 수 있다. 평면외 방향은 또한 수직 방향(ND)을 지칭할 수 있다. 모든 복굴절 및 굴절률 값은 달리 지시하지 않는 한 632.8 ㎚ 광에 대해 보고된다.

재료의 굴절률은 파장의 함수인 (즉, 재료는 전형적으로 분산을 나타냄) 것이 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 굴절률에 대한 광학 요건은 또한 파장의 함수이다. 2개의 광학적으로 연결된 재료의 굴절률은 2개 재료의 반사능을 계산하는 데에 사용될 수 있다. 특정 방향을 따라 편광된 광에 대한 2개의 재료들 사이의 굴절률 차이를 동일한 방향을 따라 편광된 광에 대한 이들 재료의 평균 굴절률로 나눈 절대값이 필름의 광학적 성능을 설명한다. 이는 정규화된 굴절률 차이라 부를 것이다.

반사 편광기에서, 예를 들어 평면내(MD) 방향에서와 같은 부정합된 평면내 굴절률의 정규화된 차이는, 만일 존재한다면, 적어도 약 0.06, 더 바람직하게는 적어도 약 0.09, 더욱 더 바람직하게는 적어도 약 0.11 이상인 것이 일반적으로 바람직하다. 더욱 일반적으로, 이러한 차이는 광학 필름의 다른 양태를 유의하게 저하시키지 않고서 가능한 한 큰 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어 평면내(TD) 방향에서와 같은 정합된 평면내 굴절률의 정규화된 차이는, 만일 존재한다면, 약 0.06 미만, 더 바람직하게는 약 0.03 미만, 가장 바람직하게는 약 0.01 미만인 것이 일반적으로 바람직하다. 유사하게, 예를 들어 평면외(ND) 방향에서와 같이 편광 필름의 두께 방향의 굴절률의 임의의 정규화된 차이는 약 0.11 미만, 약 0.09 미만, 약 0.06 미만, 더 바람직하게는 약 0.03 미만, 가장 바람직하게는 약 0.01 미만인 것이 바람직할 수 있다. 소정의 경우에, 다층 적층체 내의 2개의 인접한 재료의 두께 방향으로의 제어된 부정합을 갖는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 필름의 광학 성능에 대한 다층 필름 내의 2개의 재료의 z-축 굴절률의 영향은 발명의 명칭이 "광학 필름"인 미국 특허 제5,882,774호, 발명의 명칭이 "변색 필름"인 미국 특허 제6,531,230호 및 발명의 명칭이 "날카로운 밴드에지를 갖는 광학 필름"인 미국 특허 제6,157,490호에 더 상세히 설명되어 있고, 이들 특허의 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

본 발명의 예시적인 실시 형태는 또한 굴절률이 변형-유도 배향의 결과로서 가장 많이 변경된 평면내 방향인 "유효 배향축"을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 유효 배향축은 전형적으로 반사 또는 흡수 편광 필름의 차단축과 일치한다. 일반적으로, 최대 및 최소 굴절률 값에 대응하는 평면내 굴절률들에 대한 2개의 주축이 있다. 주요 축 또는 신장 방향을 따라 편광된 광에 대해 굴절률이 증가하는 경향을 갖는 양의 복굴절성 재료의 경우, 유효 배향축은 최대 평면내 굴절률의 축과 일치한다. 주요 축 또는 신장 방향을 따라 편광된 광에 대해 굴절률이 감소하는 경향을 갖는 음의 복굴절성 재료의 경우, 유효 배향축은 최소 평면내 굴절률의 축과 일치한다.

광학 필름(101)은 전형적으로 2개 이상의 상이한 재료를 사용하여 형성된다. 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 본 발명의 광학 필름은 단지 하나의 복굴절성 재료를 포함한다. 다른 예시적인 실시 형태에서, 본 발명의 광학 필름은 적어도 하나의 복굴절성 재료 및 적어도 하나의 등방성 재료를 포함한다. 또 다른 예시적인 실시 형태에서, 광학 필름은 제1 복굴절성 재료 및 제2 복굴절성 재료를 포함한다. 이러한 예시적인 실시 형태에서, 두 재료의 평면내 굴절률은 동일한 공정 조건에 응답하여 유사하게 변경된다. 일 실시 형태에서, 필름이 연신될 때, 제1 및 제2 재료의 굴절률은 모두 연신 방향(예컨대, MD)을 따라 편광된 광에 대해서는 증가하지만 신장 방향에 직교하는 방향(예컨대, TD)을 따라 편광된 광에 대해서는 감소하여야 한다. 다른 실시 형태에서, 필름이 연신될 때, 제1 및 제2 재료의 굴절률은 모두 연신 방향(예컨대, MD)을 따라 편광된 광에 대해서는 감소하지만 신장 방향에 직교하는 방향(예컨대, TD)을 따라 편광된 광에 대해서는 증가하여야 한다. 일반적으로, 하나, 2개 또는 그 이상의 복굴절성 재료가 본 발명에 따른 배향된 광학 필름에 사용되는 경우, 각각의 복굴절성 재료의 유효 배향축은 MD를 따라 정렬된다.

캘린더링 단계와 신장 단계의 조합에 기인한 배향에 의해 하나의 평면내 방향에서의 2개의 재료의 굴절률들의 정합 및 다른 하나의 평면내 방향에서의 굴절률들의 실질적인 부정합이 형성된 때, 필름은 광학 편광기의 제조에 특히 적합하게 된다. 정합된 방향은 편광기에 대한 투과(통과) 방향을 형성하고, 부정합된 방향은 반사(차단) 방향을 형성한다. 일반적으로, 편광기의 편광 효율은 반사 방향에서의 굴절률의 큰 부정합 및 투과 방향에서의 굴절률의 근접한 정합에 의해 향상된다.

도 1B는 제2 재료(115)의 제2 층 상에 (예컨대, 공압출에 의해) 배치된 제1 재료(113)의 제1 층을 포함하는 다층 광학 필름(111)을 도시한다. 제1 및 제2 재 료 중 하나 또는 둘 모두는 양의 또는 음의 복굴절성일 수 있다. 단지 2개의 층만이 도 1B에 도시되고 본 명세서에 일반적으로 설명되었지만, 공정은 임의의 개수의 상이한 재료들로 제조된 최대 수백 개 또는 수천 개 이상의 층을 갖는 다층 광학 필름에 응용 가능하다. 다층 광학 필름(111) 또는 광학 필름(101)은 추가의 층들을 포함할 수 있다. 추가 층은, 예컨대 추가의 광학적 기능을 수행하는 광학 층, 또는 예컨대 그 기계적 또는 화학적 특성을 위해 선택되는 비광학 층일 수 있다. 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제6,179,948호에 설명된 바와 같이, 이들 추가의 층은 본 명세서에 설명된 공정 조건 하에서 배향될 수 있고, 필름의 전체 광학 및/또는 기계적 특성에 기여할 수도 있다.

일 실시 형태에서, 광학 필름(111)의 재료들은 필름(111)의 2개의 재료(113, 115)의 연신 거동을 적어도 부분적으로 분리시키기 위해 점탄성 특징을 갖도록 선택된다. 예를 들어, 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 신장 또는 연신에 대한 2개의 재료(113, 115)의 응답을 분리시키는 것이 유리하다. 연신 거동을 분리시킴으로써, 재료들의 굴절률 변경이 배향 상태들의 다양한 조합 및 그에 따른 2개의 상이한 재료에서의 복굴절의 정도를 달성하도록 별도로 제어될 수 있다. 이러한 하나의 공정에서, 2개의 상이한 재료는 공압출 다층 광학 필름과 같은 다층 광학 필름의 광학 층들을 형성한다. 이러한 층들의 굴절률은 초기 등방성을 가질 수 있지만(즉, 굴절률은 각각의 축을 따라 동일함), 주조 공정 동안 소정의 배향이 의도적으로 또는 우발적으로 압출 필름에 도입될 수도 있다.

반사 편광기를 형성하는 하나의 접근법은 본 발명에 따른 처리의 결과로서 복굴절성이 되는 제1 재료, 및 연신 공정 동안 실질적으로 등방성으로 유지되는, 즉 감지할 수 있을 정도의 복굴절을 발생시키지 않는 굴절률을 갖는 제2 재료를 사용한다. 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 제2 재료는 연신 후에 제1 재료의 비연신 평면내 굴절률에 정합하는 굴절률을 갖도록 선택된다.

도 1A 및 도 1B의 광학 필름에 사용하기에 적합한 재료는, 예를 들어 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제5,882,774호에 논의되어 있다. 적합한 재료는 중합체, 예컨대 폴리에스테르, 코폴리에스테르 및 개질된 코폴리에스테르를 포함한다. 이와 관련하여, "중합체"라는 용어는, 예를 들어 공압출에 의해 또는 예컨대 에스테르 교환(transesterification)을 포함하는 반응에 의해 혼화성 블렌드로 형성될 수 있는 중합체 또는 공중합체뿐만 아니라 단일중합체와 공중합체도 포함한다는 것을 이해할 것이다. "중합체" 및 "공중합체"라는 용어는 랜덤 및 블록 공중합체 모두를 포함한다. 본 발명에 따라 구성되는 광학체의 몇몇 예시적인 광학 필름에 사용하기에 적합한 폴리에스테르는 일반적으로 카르복실레이트 및 글리콜 서브유닛을 포함하며, 카르복실레이트 단량체 분자와 글리콜 단량체 분자의 반응에 의해 생성될 수 있다. 각각의 카르복실레이트 단량체 분자는 2개 이상의 카르복실산 또는 에스테르 작용기를 가지며, 각각의 글리콜 단량체 분자는 2개 이상의 하이드록시 작용기를 가진다. 카르복실레이트 단량체 분자는 모두 동일할 수도 있거나, 2개 이상의 상이한 유형의 분자가 존재할 수도 있다. 이와 동일한 것이 글리콜 단량체 분자에 적용된다. "폴리에스테르"라는 용어 내에 또한 포함되는 것은 글리콜 단량체 분자와, 탄산의 에스테르의 반응으로부터 유도되는 폴리카르보네이트이다.

폴리에스테르 층의 카르복실레이트 서브유닛의 형성에 사용하기에 적합한 카르복실레이트 단량체 분자는, 예를 들어 2,6-나프탈렌 다이카르복실산 및 그 이성체; 테레프탈산; 아이소프탈산; 프탈산; 아젤라인산; 아디프산; 세바식산; 노르보르넨 다이카르복실산; 바이-사이클로옥탄 다이카르복실산; 1,6-사이클로헥산 다이카르복실산 및 그 이성체; t-부틸 아이소프탈산, 트라이멜리트산, 소듐 설포네이트화 아이소프탈산; 4,4'-바이페닐 다이카르복실산 및 그 이성체; 및 이들 산의 저급 알킬 에스테르, 예를 들어 메틸 또는 에틸 에스테르를 포함한다. 이와 관련하여, "저급 알킬"이라는 용어는 C1-C10 직쇄 또는 분지형 알킬기를 지칭한다. 폴리에스테르 층의 글리콜 서브유닛의 형성에 사용하기에 적합한 글리콜 단량체 분자는 에틸렌 글리콜; 프로필렌 글리콜; 1,4-부탄다이올 및 그 이성체; 1,6-헥산다이올; 네오펜틸 글리콜; 폴리에틸렌 글리콜; 다이에틸렌 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)벤젠을 포함한다.

본 발명의 광학 필름에 유용한 예시적인 중합체는, 예컨대 나프탈렌 다이카르복실산과 에틸렌 글리콜의 반응에 의해 제조될 수 있는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)이다. 폴리에틸렌 2,6-나프탈레이트(PEN)는 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), 폴리헥사메틸렌 나프탈레이트(PHN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리헥사메틸렌 테레프탈레이트(PHT), 및 그 공중합체를 포함한다.

예시적인 실시 형태에서, 제2 광학 층의 제2 중합체는 완성된 필름에서 굴절률이 적어도 하나의 방향으로 그 방향과 동일한 방향으로의 제1 중합체의 굴절률과 현저히 다르도록 선택된다. 중합체 재료는 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 재료는, 예를 들어 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제6,352,761호, 제6,352,762호 및 제6,498,683호와, 미국 특허 출원 제09/229724호 및 제09/399531호에 설명되어 있다. 제1 중합체로서 유용한 다른 폴리에스테르는 90 몰% 다이메틸 나프탈렌 다이카르복실레이트 및 10 몰% 다이메틸 테레프탈레이트로부터 유도된 카 르복실레이트 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 미드랜드 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 하나의 굴절률 평면과 유사한 굴절률을 갖는, 다양한 중합체로부터 제조될 수 있다. 광학 필름에, 특히 혼합 광학 필름 내의 미소 상(minor phase) 또는 제2 광학 층에 사용하기에 적합한 다른 중합체의 예에는, 비닐 나프탈렌, 스티렌, 스티렌 아크릴로니트릴, 말레산 무수물, 아크릴레이트 및 메타크릴레이트와 같은 단량체로 제조되는 공중합체 및 비닐 중합체가 포함된다. 그러한 중합체의 예는 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 예컨대 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 및 이소탁틱(isotactic) 또는 신디오탁틱(syndiotactic) 폴리스티렌을 포함한다. 다른 중합체는 축합 중합체, 예컨대 폴리설폰, 폴리아미드, 폴리우레 탄, 폴리아믹산 및 폴리이미드를 포함한다. 또한, 제2 광학 층은 이스트만으로부터의 SA 115, 지이(GE)로부터의 엑시렉스(Xylex), 또는 바이엘(Bayer)로부터의 마크로블렌드(Makroblend)와 같은 폴리카르보네이트 및 코폴리에스테르의 블렌드, 또는 중합체나 공중합체로 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. 블렌드 내의 미소 상 또는 제2 광학 층으로서 유용한 추가의 공중합체는 노베온(Noveon)으로부터의 NAS30 및 산요 케미컬즈(Sanyo Chemicals)로부터의 MS600과 같은 스티렌 아크릴레이트 공중합체를 포함한다.

특히 제2 광학 층에 사용하기에 적합한 또 다른 중합체는 폴리올레핀 공중합체, 예컨대 다우-듀퐁 엘라스토머즈(Dow-Dupont Elastomers)로부터 인게이 지(Engage) 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 이소탁틱(isotatctic) 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 컴퍼니로부터 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/coPMMA를 포함하며, 여기서 "co-PET"는 (전술한 바와 같은) 테레프탈산을 기재로 하는 공중합체 또는 블렌드를 지칭하고, 엑델은 이스트만 케미칼 컴퍼니로부터 구매가능한 열가소성 폴리에스테르 이며, THV는 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 구매가능한 플루오로중합체이다. PMMA는 폴리메틸 메타크릴레이트를 지칭하며, PETG는 제2 글리콜 공단량체(사이클로헥산다이메탄올)을 채용한 PET의 공중합체를 지칭한다. sPS는 신디오탁틱 폴리스티렌을 지칭한다.

다른 실시 형태에서, 광학 필름은 혼합 광학 필름인 반사 편광기일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 전형적인 혼합 필름에서, 적어도 2개의 상이한 재료의 블렌드(또는 혼합물)가 사용된다. 특정 축을 따른 2개 이상의 재료의 굴절률의 부정합은 그 축을 따라 편광된 입사 광이 실질적으로 산란되게 하여 그 광의 상당한 양의 확산 반사를 형성시키는 데 사용될 수 있다. 2개 이상의 재료의 굴절률이 정합되는 축의 방향으로 편광되는 입사 광은 실질적으로 투과되거나, 적어도 훨씬 덜한 정도의 산란으로 투과될 것이다. 광학 필름의 다른 특성 중에서도 재료의 상대 굴절률을 제어함으로써, 확산 반사 편광기가 구성될 수 있다. 그러한 혼합 필름은 많은 상이한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 혼합 광학 필름은 상호연속 상(co-continuous phase), 또는 하나 이상의 연속상 내에 하나 이상의 분산 상을 포함할 수 있다. 다양한 혼합 필름의 일반적인 형성과 광학 특성은 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제5,825,543호 및 제6,111,696호에 추가로 논의되어 있다.

도 2는 제1 재료 및 제1 재료에서 실질적으로 불혼화성인 제2 재료의 블렌드로 형성된 본 발명의 일 실시 형태를 도시한다. 도 2에서, 광학 필름(201)은 연속 (매트릭스) 상(203) 및 분산 (불연속) 상(207)으로 형성된다. 연속 상은 제1 재료를 포함할 수 있으며, 제2 상은 제2 재료를 포함할 수 있다. 필름의 광학 특성은 확산 반사 편광 필름을 형성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 필름에서, 연속 및 분산 상 재료의 굴절률은 하나의 평면내 축을 따라 실질적으로 정합되며, 다른 평면내 축을 따라 실질적으로 부정합된다. 일반적으로, 재료 중 하나 또는 둘 모두는 적절한 조건 하에서의 캘린더링 또는 신장의 결과로서 양의 복굴절이 될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같은 확산 반사 편광기에서, 필름의 하나의 평면내 축의 방향에서 재료들의 굴절률을 가능한 한 근접하게 정합시키는 한편 다른 하나의 평면내 축의 방향에서는 굴절률 부정합을 가능한 한 크게 하는 것이 바람직하다.

광학 필름이 도 2에 도시된 바와 같이 분산 상 및 연속 상을 포함하는 혼합 필름이거나, 제1 상호연속 상 및 제2 상호연속 상을 포함하는 혼합 필름인 경우, 많은 상이한 재료가 연속 또는 분산 상으로서 사용될 수 있다. 이러한 재료들은 무기 재료, 예컨대 실리카 기반 중합체, 유기 재료, 예컨대 액정, 및 단량체, 공중합체, 그라프트(grafted) 중합체 및 그 혼합물 또는 블렌드를 포함하는 중합체 재료를 포함할 수 있다. 확산 반사 편광기의 특성을 갖는 혼합 광학 필름에 연속 상 및 분산 상으로서 또는 상호연속 상으로서 사용되도록 선택되는 재료는 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 복굴절을 도입하도록 처리 조건 하에서 배향가능한 적어도 하나의 광학 재료, 및 처리 조건 하에서 감지할 수 있게 배향되지 않으며 감지할 수 있는 정도의 복굴절을 발생시키지 않는 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다. 혼합 광학 필름 내의 미소 또는 분산 상으로서 유용한 다른 예시적인 재료는 신디오탁틱 폴리스티렌(sPS) 및 신디오탁틱 폴리비닐 나프탈렌과 같은 음의 복굴절 중합체를 포함한다.

혼합 필름을 위한 재료 선택에 관한 상세 사항은 모두 참고로 포함된 미국 특허 제5,825,543호 및 제6,590,705호에 기술되어 있다. 연속 상에 적합한(또한, 소정의 구성에서 분산 상에 또는 상호연속 상에 사용될 수도 있는) 재료는 아이소프탈산, 아젤라산, 아디프산, 세바식산, 다이벤조산, 테레프탈산, 2,7-나프탈렌 다이카르복실산, 2,6-나프탈렌 다이카르복실산, 사이클로헥산다이카르복실산, 및 바이벤조산(4,4'-바이벤조산 포함)과 같은 카르복실산을 기재로 하는 단량체로부터 제조된 재료, 또는 상기한 산들의 대응 에스테르로부터 제조된 재료(즉, 다이메틸테레프탈레이트)를 포함하는 비정질, 반결정질, 또는 결정질 중합체 재료일 수 있다. 이들 중, 2,6-폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), PEN 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 공중합체, PET, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 나프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 나프탈레이트, 폴리헥사메틸렌 테레프탈레이트, 폴리헥사메틸렌 나프탈레이트, 및 기타 결정질 나프탈렌 다이카르복실 폴리에스테르가 적합하다. PEN, PET, 및 그 공중합체가, 이들의 변형 유도 복굴절, 및 상승된 환경 온도에서 영구적으로 복굴절을 유지하는 이들의 능력으로 인해 특히 바람직하다.

몇몇 필름 구성에서 제2 중합체에 적합한 재료는 제1 중합체 재료에 적절한 수준의 복굴절을 생성시키는 데 사용되는 조건 하에 배향된 때 실질적으로 양이 아닌 복굴절성인 재료를 포함한다. 적합한 예에는 폴리카르보네이트(PC) 및 코폴리카르보네이트, 폴리스티렌-폴리메틸메타크릴레이트 공중합체(PS-PMMA), PS-PMMA-아크릴레이트 공중합체, 예컨대 일본 교토 소재의 산요 케미컬 인더스트리즈(Sanyo chemical Indus.)로부터 MS 600(50% 아크릴레이트 함량)이라는 상표명으로 입수 가능한 것, 미국 펜실베니아주 문 타운쉽 소재의 노바 케미칼(Nova Chemical)로부터 NAS 21(20% 아크릴레이트 함량) 및 NAS 30(30% 아크릴레이트 함량)이라는 상표명으로 입수가능한 것, 폴리스티렌 말레산 무수물 공중합체, 예컨대 노바 케미칼로부터 다이라크(DYLARK)라는 상표명으로 입수가능한 것, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 및 ABS-PMMA, 폴리우레탄, 폴리아미드, 특히 지방족 폴리아미드, 예컨대 나일론 6, 나일론 6,6 및 나일론 6,10, 스티렌-아크릴로니트릴 중합체(SAN), 예컨대 미국 미시간주 미드랜드 소재의 다우 케미칼(Dow Chemical)로부터 입수가능한 타이릴(TYRIL), 및 폴리카르보네이트/폴리에스테르 블렌드 수지, 예컨대 베이어 플라스틱스(Bayer Plastics)로부터 마크로블렌드라는 상표명으로 입수가능한 폴리에스테르/폴리카르보네이트 얼로이(alloy), 지이 플라스틱스(GE Plastics)로부터 엑시렉스라는 상표명으로 입수가능한 것, 및 이스트만 케미칼로부터 SA 100 및 SA 115라는 상표명으로 입수가능한 것, 폴리에스테르, 예컨대 CoPET 및 CoPEN을 포함하는 지방족 코폴리에스테르, 폴리비닐 클로라이드(PVC), 및 폴리클로로프렌이 포함된다.

일 태양에서, 본 발명은 예를 들어 광학 디스플레이에 유용한 넓은 광학 필름의 롤을 제조하는 방법에 관한 것이며, 필름의 차단축은 일반적으로 롤의 길이와 정렬된다. 이러한 필름, 전형적으로 반사 편광 필름과 같은 반사 광학 필름의 롤은 그 길이를 따라 차단 상태 축(block state axis)을 갖는 다른 광학 필름의 롤에 쉽게 적층될 수 있다.

도 3은 중합체 필름(20)을 형성하고 배향하기 위한 캘린더(11), 길이 배향기(100)(LO), 및 텐터 오븐(tenter oven; 200)을 사용하는 필름 라인(8)의 개략도이다. 본 발명의 캘린더링 공정은 다층 광학 필름(MOF) 및 확산 반사 편광 필름(DRPF)을 포함하지만 그에 한정되지는 않는 광학 필름의 대부분의 구조체에 적합하다.

완성된 필름에 특정 광학 및/또는 물리적 특성을 부여하기 위해서, 중합체가 필름 다이(10)를 통해 압출될 수 있으며, 필름 다이의 오리피스는 통상적으로 일련의 다이 볼트에 의해 제어된다. 압출기 다이(10)에 의해 형성된 연속적인 필름(20)은 협력식으로 동작하는 한 쌍의 온도 제어된 캘린더 롤(12)로 연신되지 않고 전송된다. 압출된 필름(20)은 협력하는 캘린더 롤(12) 사이의 닙(14)에서 캘린더링된다. 몇몇 실시 형태에서, 필름은 여전히 용융 상태에 있는 동안 캘린더링된다. 사용될 수 있는 일 유형의 캘린더(11)의 설명은 장치의 구조 및 그 작동 모드를 비롯하여 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제4,734,229호에서 발견될 수 있다. 상이한 디자인의 다른 캘린더가 대안적으로 사용될 수도 있다.

본 발명의 필름 라인(8) 및 다른 필름 라인에서, 필름(20)의 온도는 롤의 온도를 제어함으로써 그리고 다른 수단에 의해 처리 중에 제어될 수 있다. 중합체의 유리 전이 온도(Tg)는 시차 주사 열량계(DSC)에 의해 측정된 바와 같이 중합체가 유리로부터 고무질 상태로 전이하는 온도이다. 몇몇 실시 형태에서, 캘린더 내의 중합체 필름 온도는 필름의 적어도 하나의 그리고 바람직하게는 모든 구성요소의 Tg를 적어도 약간 (예를 들어, 몇도만큼) 초과한다. 다른 실시 형태에서, 캘린더 내의 중합체 필름 온도는 필름의 적어도 하나의 그리고 바람직하게는 모든 구성요소의 Tg를 약 10°내지 약50°초과한다. 또 다른 실시 형태에서, 캘린더 내의 중합체 필름 온도는 필름의 적어도 하나의 그리고 바람직하게는 모든 구성요소의 Tg를 약 30°내지 약50°초과한다. 또 다른 실시 형태에서, 캘린더 내의 중합체 필름 온도는 필름의 모든 구성요소의 Tg와 대략 같거나 그 미만이다. 몇몇 경우에, 캘린더링은 여전히 필름에 압축 압력을 부여하지만, 필름의 구조는 보존된다.

DRPF와 같은 혼합 필름 구조체에 적합한 예시적인 실시 형태에서, 압출기는 초기에 캘린더 롤(12)보다 빠른 속도로 작동하여 초기 닙(14) 상부에 과잉의 중합체 재료의 롤링 뱅크(rolling bank)를 형성한다. 롤링 뱅크는 증가된 혼합으로 인해 재료의 조성에 향상된 균일성을 가질 수 있다. 롤링 뱅크는 또한 혼합 필름 구조체 내에서 겪게 되는 증가된 전단을 가져올 수 있다. 롤링 뱅크는 또한 MOF와 같은 적층된 필름 구조체와 함께 사용될 수도 있는데, 적층된 필름이 외피를 구비하면, 롤링 뱅크는 내부 광학 층을 방해하지 않고 사용될 수 있다.

캘린더 상의 롤링 뱅크는 캘린더 롤로의 재료의 균일한 공급을 유지하기 위해 버퍼를 제공한다. 일반적으로, 롤링 뱅크는 최종 필름 제품 내의 다이 라인의 평탄화 또는 제거에 기여할 수 있다. 그러나, 뱅크가 적절한 수준으로 유지되지 않으면, 불균일부가 캘린더링된 시트에 나타날 수 있다. 예를 들어, 뱅크가 너무 낮으면, 뱅크의 "결핍된(starved)" 조건에 기인하여 공극이 시트에 형성될 수 있다. 다른 한편으로, 뱅크가 너무 크면, 재료 그을림(scorching)과 같은 문제점이 발생할 수 있고, 이는 재료의 시트 내에 경화된 또는 달리 바람직하지 않은 덩어 리(lump)를 발생시킨다. 또한, 롤링 뱅크 크기의 편차는 롤 상의 확산력의 편차를 발생시켜 시트의 불균일한 게이지를 형성하게 한다. 롤링 뱅크로부터의 유체 재료는 캘린더링 롤(12) 사이의 닙(14)을 통해 유동한다.

예시적인 실시 형태에서, 필름(12)은 캘린더(11)로부터 나오기 전에 추가의 캘린더링 롤(12)의 추가의 닙(16, 18)을 통해 이동한다. 4개의 캘린더 롤(12)이 도시되었지만, 더 많거나 더 적은 캘린더 롤(12)이 특정 응용에 요구되는 바와 같이 사용될 수 있는 것이 이해된다. 일반적으로, 적어도 2개의 캘린더 롤(12)이 사용되어 그들 사이에 닙(14)을 형성한다. 많은 실시 형태에서, 최종 캘린더 롤(12)은 캘린더링의 완료시에 그 주요 상(major phase) 구성요소의 Tg 미만으로 필름(20)을 급냉(quench)시키기 위해 냉각된다.

몇몇 배향이 캘린더링 공정 중에 필름(20)에 부여될 수 있지만, 캘린더링된 필름(20)은, 예를 들어 신장에 의해, 요구되는 특성에 의해 결정된 비율로 이후에 추가로 배향될 수도 있다. 종방향 신장은 도 3에 도시된 바와 같이 길이 배향기(LO)(100)의 종방향 신장 영역(120)에서 견인 롤에 의해 수행될 수 있다. 길이 배향기는 전형적으로 하나 이상의 종방향 신장 영역을 구비한다. 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 4개 또는 5개의 견인 롤이 필름을 신장시키는 데에 사용될 수 있다. 그러나, 종방향 신장 영역(120)의 구성은 본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 논의되는 바와 같이 다양할 수 있다.

일 실시 형태에서, 횡방향 및 선택적으로 기계 방향으로의 신장은 도 3에 도시된 텐터 오븐(200)에서 달성될 수 있다. 텐터 오븐(200)은 전형적으로 적어도 예열 영역(210)과 신장 영역(220)을 포함한다. 종종, 텐터 오븐(200)은 도 3에 도시된 바와 같이 열고정 영역(heat set zone)(230)을 또한 포함한다. 열 고정은 본 명세서에 참고로 포함된 발명의 명칭이 "열 고정 광학 필름"인 2006년 4월 5일 출원된 공동 소유의 계류 중인 미국 특허 출원 제11/397,992호에 설명되어 있다.

시스템은 캘린더, 길이 배향기, 및/또는 텐터 오븐의 이들 메커니즘의 임의의 또는 전체의 하나 이상을 포함하도록 설계될 수 있다. 더욱이, 메커니즘의 순서는 변경될 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 권취 롤(30) 앞의 최종 메커니즘은 메커니즘이 캘린더(11), LO 스테이션(100), 쌍축 텐터 오븐(220) 중 어느 것이든 필름에 MD 배향을 부여하기 위한 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 일 시스템은 텐터 오븐(200) 없이 캘린더(11) 및 LO 스테이션(100)을 사용할 수 있다. 다른 시스템은 캘린더(11)과, (동시의 쌍축 또는 횡방향 신장 어느 것을 위해서든) 텐터 오븐(200)과, 이어서 LO 스테이션(100)을 사용할 수 있다. 또 다른 시스템은 LO 스테이션(100)이 없이 캘린더(11) 및 동시의 쌍축 텐터 오븐(220)을 사용할 수 있다.

처리 후에, 필름(20)은 권취 롤(30) 상에 권취될 수 있다. 일 태양에서, 본 발명은 예를 들어 광학 디스플레이에 유용한 넓은 광학 필름의 롤을 제조하는 방법에 관한 것이며, 필름의 차단축은 일반적으로 롤의 길이와 정렬된다. 이러한 필름, 전형적으로 반사 편광 필름과 같은 반사 광학 필름의 롤은, 흡수 편광기와 같이, 길이를 따라 차단 상태 축을 갖는 다른 광학 필름의 롤에 쉽게 적층될 수 있다.

필름(20)은 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 상표명 BEF로 입수가능한 것과 같은 구조화된 표면 필름으로 적층되거나, 구조화된 표면 필름이 달리 그 상에 배치될 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 구조화된 표면 필름은 실질적으로 평행한 선형 프리즘형 구조체 또는 홈의 배열체를 포함한다. 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 광학 필름은 실질적으로 평행한 선형 프리즘형 구조체 또는 홈의 배열체를 포함하는 구조화된 표면 필름에 적층될 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 홈은 MD 방향을 따라 반사 편광기 필름의 차단축과 정렬된다. 다른 예시적인 실시 형태에서, 구조화된 표면은 임의의 다른 유형의 구조, 거친 표면 또는 광택 표면을 포함할 수 있다. 이러한 예시적인 실시 형태는 필름(20) 상에 경화성 재료를 코팅하는 단계, 경화성 재료의 층 내에 표면 구조를 부여하는 단계, 및 경화성 재료의 층을 경화시키는 단계의 추가 단계들을 포함함으로써 생성될 수 있다.

본 명세서에 설명된 공정에 따라 제조되는 예시적인 반사 편광기는 웨브 하류(MD) 방향을 따라 차단축을 갖기 때문에, 이 반사 편광기는 임의의 길이의 배향된 편광 필름에 간단하게 롤-투-롤 적층될 수 있다. 다른 예시적인 실시 형태에서, 필름은 제2 연신 단계 이전에 2색성 염료 재료를 포함하는 중합체와 공압출되거나 폴리비닐 알코올-함유(PVA) 층으로 코팅될 수 있다.

1축 신장에 대해서, 대략 3:1 내지 10:1의 신장비(stretch ratio)가 통상적이다. 당업자는 주어진 필름에 대해 기타 신장비가 적절하게 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

본 출원의 목적과 관련하여, "횡방향 신장 영역"이라는 용어는 텐터 오븐에서 순수 횡방향 신장 영역 또는 동시 2축 신장 영역을 말한다. "텐터"는 필름이 기계 방향으로 이송되는 동안에 필름을 그 에지(edge)에서 파지하는 임의의 장치를 의미한다. 전형적으로, 필름은 텐터에서 신장된다. 몇몇 실시예에서, 그리퍼(gripper)가 이동하는 분기 레일을 갖는 텐터 내의 신장 방향이 기계 방향에 수직일 수 있지만(신장 방향은 횡방향 또는 웨브 횡단 방향일 것음), 예를 들어 필름 이동에 수직인 각도 이외의 각도에서의 다른 신장 방향이 또한 고려된다.

선택적으로, 기계 방향 이외의 제1 방향으로 필름을 신장시키는 것에 더하여, 텐터는 또한 필름을 기계 방향이거나 기계 방향에 근접한 방향인 제2 방향으로 신장시킬 수도 있다. 텐터에서의 제2 방향 신장은 제1 방향 신장과 동시에 일어날 수 있거나 별개로 일어날 수 있거나, 또는 동시 및 별개 둘 다로 일어날 수 있다. 텐터 내에서의 신장은 임의의 수의 단계들로 행해질 수 있는데, 이러한 단계들의 각각은 구성요소가 제1 방향, 제2 방향 또는 둘 다의 방향으로의 신장일 수 있다. 에지에서 파지되지 않을 경우에 수축하게 될 필름에서 제어되는 양의 횡방향 이완을 허용하도록 텐터가 또한 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 이완은 이완 영역에서 발생한다.

통상적인 산업상 유용한 텐터는 2개의 세트의 텐터 클립으로 필름의 2개의 에지를 파지한다. 각각의 세트의 텐터 클립은 체인에 의해 구동되며, 클립은 2개의 레일을 타고 이동하는데, 레일들의 위치는 하나의 레일이 텐터를 통해 이동될 때 레일들이 서로로부터 분기하는 방식으로 조절될 수 있다. 이러한 분기는 폭 방 향 신장이 이루어지게 한다. 이러한 일반적인 방법에 대한 변형예가 본 명세서에서 고려된다.

몇몇 텐터는 필름을 기계 방향이나 기계 방향에 근접한 방향으로 신장시킬 수 있음과 동시에 필름을 폭 방향으로 신장시킨다. 이러한 텐터는 종종 동시 2축 신장 텐터로 불린다. 하나의 유형은 클립을 구동시키기 위해 팬터그래프(pantograph) 또는 가위형 기구를 사용한다. 이에 의하면, 각각의 레일 상의 클립들이 레일을 따라 진행할 때 그 레일 상의 최인접 클립으로부터 분기될 수 있게 된다. 종래의 텐터에서처럼, 2개의 레일이 서로로부터 분기하기 때문에 각각의 레일 상의 클립들은 대향 레일 상의 상대 클립으로부터 분기한다.

다른 유형의 동시 2축 신장 텐터는 각각의 체인을 가변 피치의 스크류로 대체한다. 이러한 방법에서, 각각의 세트의 클립은 스크류 나삿니의 운동에 의해 그 레일을 따라 구동되며, 가변 피치는 클립이 레일을 따라 분기하도록 한다. 또 다른 유형의 동시 2축 신장 텐터에서, 클립은 리니어 모터(linear motor)에 의해 전자기적으로 개별적으로 구동되어, 클립이 각각의 레일을 따라 분기할 수 있도록 한다. 동시 2축 신장 텐터는 또한 기계 방향으로만 신장시키는 데 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 기계 방향 신장은 기계 방향 신장 영역에서 발생한다. 본 출원에서, 횡방향 신장, 이완 및 기계 방향 신장은 변형의 예들이며, 횡방향 신장 영역, 이완 영역 또는 기계 방향 신장 영역은 변형 영역의 예들이다. 텐터 내에서 두 방향으로의 변형을 제공하는 다른 방법들이 또한 가능하며, 본 출원에 의해 고려된다.

캘린더(11)에 제공된 필름(20)은 용매 주조 또는 압출 주조 필름일 수 있다. 도 3에 도시된 실시 형태에서, 필름(20)은, 압출기 다이(10)로부터 배출되고 적어도 하나, 바람직하게는 2개의 중합체 재료를 포함하는 압출 필름이다. 광학 필름(20)은 의도된 응용에 따라 매우 달라질 수 있으며, 도 1A에 도시된 바와 같은 단일체 구조, 도 1B에 도시된 바와 같은 층상 구조, 또는 도 2에 도시된 바와 같은 혼합 구조, 또는 이들의 조합을 가질 수 있다.

예시적인 실시 형태에서, 다이(10) 립(lip) 프로파일은 일련의 다이 볼트로 조정 가능하다. 다층 필름에 대해, 복수의 용융물 스트림(stream)과 복수의 압출기가 채용된다. 필름을 배향시키기 위해, 필름 또는 주조 웨브는 완성된 필름의 요구되는 특성에 따라 기계 방향, 횡방향 또는 두 방향 모두로 캘린더링되고 신장된다. 필름 처리의 상세한 설명은 예를 들어 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제6,830,713호(헤브링크(Hebrink) 등)에 기재되어 있다. 단순화를 위해, 본 명세서는 "압출물", "주조 웨브" 또는 "완성된 필름" 사이의 구별에 관계 없이 임의의 공정 단계에서 필름을 나타내기 위해 "필름"이라는 용어를 사용할 것이다. 그러나, 당업자라면 공정 내의 상이한 지점에서의 필름이 상기 열거된 대안적인 용어, 뿐만 아니라 당업계에 공지된 다른 용어에 의해 지칭될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 배향시킨다라는 용어는 필름 치수가 변경되고 분자 배향이 필름을 구성하는 중합체 재료에 유도되는 공정 단계를 지칭한다. 예시적인 실시 형태에서, 광학 필름(20)에 사용하기 위해 선택된 재료에는 바람직 하게는 개시된 공정 이전에 임의의 바람직하지 않은 배향이 없다. 대안적으로, 보조 공정으로서, 주조 또는 압출 단계 동안 계획된 배향이 유도될 수 있다. 필름(20)의 재료는, 일 예에서 복굴절성이 될 것이며 반사 편광 특성과 같은 반사 특성을 가질 수 있는 광학 필름의 최종 용도의 응용에 기초하여 선택된다. 본 명세서에 상세히 설명된 예시적인 일 실시 형태에서, 필름(20)의 광학적으로 연결된 재료들은 반사 편광기의 특성을 갖는 필름을 제공하도록 선택된다.

도 3A 및 도 3B는 길이 배향기 스테이션(100)에서 필름 스레딩에 대한 2개의 실시 형태의 개략도이다. 전형적인 LO 스테이션(100)에서, 적어도 4개의 롤이 필름(20)을 위한 적어도 2개의 파지점을 형성하는 데에 사용된다. 다른 실시 형태에서, 다른 파지 수단이 채용되면 더 적은 수의 롤이 사용될 수 있다. 몇몇 구성에서, 하나의 롤이 캘린더 롤 및 LO 견인 롤의 둘 모두로서 기능을 할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 3A에서, 견인 롤(102, 104, 106)은 S-랩(S-wrap) 구성으로 설치된다. 도 3B에서, 견인 롤(102, 106)은 직선, 수직 또는 테이블탑(tabletop) 구성으로 설치된다. 예시적인 실시 형태에서, 상대적으로, 롤(102)은 느리게 회전하고, 롤(106)은 빠르게 회전하며, 롤(104)은 롤(106)의 속도로 또는 롤(102, 106)의 중간 속도로 회전할 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 상대적으로, 롤(102)은 가열되고 롤(106)은 예를 들어 급냉에 의해 냉각된다. 일반적으로, 본 명세서의 이들 및 다른 롤에서, 롤의 온도는 중공 롤 내부에서 오일 또는 물과 같은 열 전달 유체의 순환에 의해 제어될 수 있다.

필름(20)은 일련의 온도-제어된 롤러(102, 104, 106)를 통해 연신 갭(140, 140b)으로 이송된다. 필름(20)은 연신 갭(140, 140b)을 한정하는 초기 및 최종 롤러들 사이의 속도 차이에 기인하여 연신된다. 필름은 또한 도 3A의 길이 배향기 스테이션(100)의 롤(104, 106)들 사이의 갭 내로 연신될 수도 있다. 전형적으로, 필름(20)은 갭(140, 140b)에 걸쳐짐에 따라 적외선 방사선으로 가열되어 필름(20)을 연화시키고 유리 전이 온도를 초과하여 연신을 용이하게 한다. 도 3A 및 도 3B에 도시된 실시 형태는 필름(20)의 종방향 신장 영역(140, 140b)에 열을 분배하기 위한 가열 조립체(150a 내지 150b)를 채용한다. 도 3A의 롤(104, 106)들 사이에 신장 영역이 존재하면, 가열 조립체는 마찬가지로 거기에 채용될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 길이 배향이 되는 동안의 필름(20)의 온도는 필름의 적어도 하나의 그리고 바람직하게는 모든 구성요소의 Tg를 약 10°내지 약 50°초과한다. 다른 실시 형태에서, 길이 배향이 되는 동안의 필름(20)의 온도는 필름의 적어도 하나의 그리고 바람직하게는 모든 구성요소의 Tg를 약 10°내지 약 30°초과한다. 또 다른 실시 형태에서, 길이 배향이 되는 동안의 필름(20)의 온도는 필름의 모든 구성요소의 Tg 미만이다.

도 3A에 도시된 실시 형태에서, 가열 조립체(150a)는 3개의 횡방향 적외선 가열 요소(160)를 포함한다. 이 특정 실시 형태는 3개가 한 세트인 가열 요소(160)를 도시하고 있지만, 시스템의 설계 고려사항에 따라 1개, 2개, 또는 임의의 개수의 가열 요소가 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 가열 요소(가열 조립체(150b))를 갖는 시스템이 도 3B에 도시되어 있다. 각각의 횡방향 가열 요소(160)는 제어될 필름 구역의 전체 폭에 걸쳐 있는 단일 히터일 수 있거나, 제어 될 필름 구역에 요구되는 열량을 제공하도록 배치된 점열원(point heat source)을 포함한 복수의 소형 히터일 수 있다. 점열원 및 연장형 열원의 조합도 또한 고려된다. 가열 공정은 또한 노즐로부터 고온 공기 침입(hot air impingement)을 포함할 수 있다.

예시적인 실시 형태에서, 고압 캘린더 롤(12)이 생성된 필름(20)으로부터 다이 라인을 유리하게 제거한다. 다이 또는 유동 라인은 압출 다이 내의 결함으로부터 발생된 또는 다이 립 상에 형성된 공통의 미관상의 필름 결함이다. 캘린더(11)의 고온 압축된 캘린더 롤(12)에 의해 제공된 압축은 다이 라인을 압착하여 평탄화할 것이고, 그에 따라서 이들의 바람직하지 않은 효과를 최소화하고 심지어는 제거한다. 예시적인 실시 형태에서, 본 발명의 캘린더 공정으로부터 형성된 필름(20)에는 다이 라인이 존재하지 않는 것으로 나타난다.

예시적인 실시 형태에서, 고압 캘린더 롤(12)은 또한 필름(20)을 균일하게 평탄화한다. 균일하게 가열된 평행한 캘린더 롤(12)들 사이에 용융된 중합체를 압착하는 공정은 전형적인 길이 배향 공정에서 증대될 수 있는 압출 다이(10)에 의해 발생된 웨브 교차 두께차를 제거하는 것을 돕는다. 예시적인 실시 형태에서, 본 발명에 따라 형성된 광학 필름(20)은 필름의 평균 두께의 5%(+/- 2.5%) 미만, 바람직하게는 3.5%(+/- 1.75%) 미만, 3%(+/- 1.5%) 미만, 더 바람직하게는 1%(+/- 0.5%) 미만의 유용한 필름 면적에 걸친 두께차를 나타낸다.

혼합 반사 편광기에 대해, (도 2에 도시된 바와 같이), 캘린더링 공정의 높은 전단율은 필름의 주요 또는 연속 상(203)에 더 높은 복굴절성을 생성할 수 있 다. 이 효과는 분산 상(207) 중합체 입자가 음의 복굴절성일 때 특히 유리하다. 기계 방향으로 필름(20)을 동시에 연신하는 동안의 가열된 캘린더 롤(12) 압축으로부터의 높은 전단의 조합된 효과는 증가된 중합체 배향과 그에 따른 더 높은 수준의 복굴절을 제공할 수 있다. 몇몇 중합체는 다이(10)로부터 압출됨에 따라 소정 양의 용융 배향을 또한 보유한다. 압출될 때 동일한 방향으로 복굴절성 중합체를 배향시키는 것은 중합체 배향의 정도를 증가시키고 그에 따라서 더 높은 수준의 복굴절을 생성할 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시 형태에 의해 얻어지는 것으로 기대되는 MD를 따른 정규화된 굴절률 차이의 유용한 값은 0.09 이상, 0.1 이상, 0.15 이상, 0.2 이상, 또는 심지어 0.32 이상을 포함한다. 용융 방향과 동일한 기계 방향으로의 높은 전단률 및 배향의 조합된 효과는 또한 편광기를 제조하기 위한 압출성 2색성 염료의 2색성 비율을 향상시킬 수 있다.

캘린더링 공정은 또한 매우 높은 라인 속도로 두꺼운 광학 필름을 제조할 수 있다. 두꺼운 필름은 대형의 액정 디스플레이에서 왜곡 저항(warp resistance)에 유리하다. 본 발명의 캘린더링 공정에 의해 제조된 예시적인 광학 필름은 적어도 200 마이크로미터 이상의 두께, 더 바람직하게는 적어도 250 마이크로미터 이상의 두께이다. 본 발명의 예시적인 캘린더링 공정은 30.5 m/min(100 피트/분) 초과, 더 바람직하게는 45.7 m/min(150 피트/분) 초과의 라인 속도에서 실행된다.

본 발명에서 설명된 다양한 공정에 대해 특정 순서가 예시되어 있지만, 이 순서는 설명을 용이하게 하기 위해 사용된 것이며 제한하고자 하는 것은 아니다. 소정의 경우에서, 공정의 순서는 후속하여 수행되는 공정이 이전에 수행된 공정에 부정적인 영향을 주지 않는 한 변경되거나 동시에 수행될 수 있다. 더욱이, 상이한 공정 라인 구성이 또한 사용될 수 있다.

도 3C는 본 발명의 다른 필름 라인(9)의 일부의 개략도이다. 필름 라인(9)에 도시된 바와 같이, 가열된 저속 롤(102)은 또한 캘린더 롤로서 작용한다. 이러한 예에서, 압출기(10)는 측면으로부터 필름(20)을 위한 중합체 용융 커튼 공급물을 공급하고, 이는 점탄성력이 중력을 극복하기 때문에 가능하다. 도시된 예에서, 신장 영역(140)은 다른 간섭 견인 롤 없이 캘린더(11)를 즉시 따른다. 급냉된 고속 롤(106)은 신장 영역(140)을 가로질러 필름(20)을 신장시킨다. 몇몇 실시 형태에서 필름은 캘린더링 후에 Tg 미만에서 냉각되고 이후에 신장 작업 전에 재가열되는 반면, 이들 실시 형태에서, 중합체 필름 온도는 전형적으로 캘린더링 및 신장 둘 모두의 동안에 필름의 적어도 하나의 그리고 바람직하게는 모든 구성요소의 Tg를 초과하여 유지되고, 이어서 롤(106)에 의해 급냉된다. 도 3C의 필름 라인(9)을 채용하는 다른 실시 형태에서, 필름 온도는 임의의 처리 단계에 대해 Tg 미만일 수 있다. 필름 라인(9)의 다른 부분은 도 3에 도시된 바와 같을 수 있다.

도 3D는 본 발명의 필름 라인(13)의 또 다른 실시 형태의 일부의 개략도이다. 필름 라인(13)에서, 캘린더 롤(12)로서 또한 작용하는 저속 롤(102) 및 고속 롤(106)에 의해 필름(20)의 압축 및 연신이 동시에 수행된다. 몇몇 실시 형태에서, 저속 롤(102)의 온도는 필름의 적어도 하나의 그리고 바람직하게는 모든 구성요소의 Tg를 초과하여 필름을 유지하도록 제어될 수 있는 한편, 고속 롤(106)은 급냉될 수 있다. 필름 라인(13)의 다른 부분은 도 3에 도시된 바와 같을 수 있다.

도 3E는 본 발명의 필름 라인(15)의 또 다른 실시 형태의 일부의 개략도이다. 필름 라인(15)에서, 필름(20)의 길이 배향은 롤(102)과 롤(106) 사이의 속도의 차이로부터 발생된다. 롤(102, 106)은 이들 사이에 유지된 간격에 따라 캘린더 롤로서 또한 작용할 수 있다. 더욱이, 닙 롤(17)이 도시된 바와 같이 추가될 수 있다. 닙 롤(17)은 롤(102, 106)들 사이의 신장을 격리시키는 기능을 할 수 있다. 게다가, 롤(102, 106)들 중 하나와 닙 롤(17) 사이에 형성된 임의의 닙에서, 롤들 사이에 유지된 간격에 따라 캘린더링이 수행될 수 있다. 도 3E에 도시된 필름 라인(15)의 일부는 간단화된 공정에서 필름(20)을 주조하고, 캘린더링하고, 배향시키는 작업을 달성하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 롤(102, 106, 17)은 솔레노이드 밸브 및 압력 조절기를 사용하는 공압 작동식의 고무로 덮인 롤 조립체이다. 예시적인 실시 형태에서, 롤(102, 106)의 각각은 약 76.2 ㎝(30 인치)의 외경을 갖고, 닙 롤(17)의 각각은 약10.2 ㎝(4 인치)의 외경을 갖는다. 필름 라인(15)의 다른 부분은 도 3에 도시된 바와 같을 수 있다.

몇몇 예시적인 실시 형태에서, 롤(102, 106)의 온도는 캘린더링 및 배향 작업 중에 그 주요 상 구성요소의 Tg를 초과하는 온도로 필름을 유지하도록 제어된다. 몇몇 실시 형태에서, 2개의 롤(102, 106) 모두는 필름(20)의 주요 상 구성요소의 Tg 이하의 온도로 유지될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 롤(102)의 온도는 필름(20)의 주요 상 구성요소의 Tg의 온도로 또는 Tg 바로 아래의 온도로 유지될 수 있는 한편, 롤(106)의 온도는 필름(20)의 주요 상 구성요소의 Tg의 약 5℃ 내지 약 150℃ 미만으로 유지될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 필름(20)의 주요 상 구 성요소는 도 3E에 도시된 필름 라인(15)의 일부에 의해 처리 완료 시에 롤(106)에 의해 Tg 미만으로 급냉된다.

몇몇 실시 형태에서, 롤(102, 106)은 연신 갭에 의해 분리될 수 있다. 필름(20)이 기계 방향으로 롤들 사이에서 신장됨에 따라, 넥-다운(neck-down)을 겪을 수 있어 횡방향으로 폭이 감소된다. 넥-다운을 수반하는 현상은 에지에서 필름 두께의 증가일 수 있다.

에지 두께의 증가에 대항하기 위해, 길이 배향 중의 넥-다운과 관련되는가와 무관하게, 횡방향을 가로지르는 가변 두께 프로파일이 길이 배향 이전에 필름에 부여되어 에지 두께 증가를 보상할 수 있다. 도 3F는 그러한 두께 프로파일을 부여하는 데에 사용될 수 있는 롤(40)의 개략도이다. 롤(40)은 횡방향에서 그 폭을 가로질러 일정하지 않은 직경을 갖는다. 도시된 바와 같이, 롤(40)은 캘린더링 작업 중에 필름의 에지에서 필름을 얇게 하도록 작용하는 프로파일링 구역(42)을 갖는다. 필름이 이후에 길이 배향될 때, 더 얇은 에지는 넥-다운을 수반하는 에지 두께의 증가를 보상할 수 있어, 배향 후에 필름의 폭을 가로지르는 더 일정한 두께를 생성한다. 롤(40)은 주조 롤, 캘린더링 롤, 닙 롤, 또는 길이 배향 이전에 필름에 두께 프로파일을 부여하는 데에 적합한 임의의 다른 롤일 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 도 3E에 개략적으로 도시된 바와 같이, 롤(102, 106)들 사이의 잠재적인 연신 갭보다 앞선 롤(17)들 중 하나 이상은 도 3F의 롤(40)에 의해 예시된 유형의 롤이다. 도 3F에서, 프로파일링 구역(42)은 단지 개략적으로 도시되어 있다는 것을 유의하라. 재료 특성 및 제조 파라미터와 같은 다양한 인자가 에지 두께 증가 에, 그리고 그에 따라 모델링 또는 실험 연구에 의해 결정될 수 있는 프로파일링 구역(42)에 사용된 실제 형상에 영향을 줄 것이다. 가장 일반적으로, 롤(40)은 그 폭을 가로질러 임의로 가변하는 직경 프로파일을 갖는 상태로 설계되어 그 원하는 두께 프로파일이 균일한 두께이건 의도적으로 가변하는 두께이건 간에 최종 필름의 원하는 두께 프로파일을 생성하게 된다.

개시된 롤은 필름에 패턴을 부여하기 위해 평탄하거나 구조화될 수 있다. 예를 들어, 공히 양도되어 공계류 중인 미국 특허 출원 제11/735,684호에 개시된 것과 같은 이득 확산기 표면 구조가 필름에 부여될 수 있고, 또는 광학적, 기계적 또는 다른 기능성을 필름에 제공할 수 있는 임의의 다른 패턴에 부여될 수 있다. 개시된 롤들 중 임의의 롤은 불소화학 또는 실리콘계 이형 코팅을 가질 수도 있다. 다른 가능한 롤 표면은 테플론 함침된 세라믹이다.

본 명세서에 개시된 공정에 의해 생성된 필름은, 후속 적층 단계를 위해 그의 표면 특성을 향상시키도록 코로나 처리, 프라이머 코팅 또는 건조 단계 중 임의의 것 또는 모두를 임의의 순서로 적용함으로써 선택적으로 처리될 수 있다. 광학 필름은 매우 다양한 재료에 적층되거나 달리 그와 조합되어 다양한 광학 구성을 형성할 수 있고, 이들 중 몇몇은 디스플레이 장치에 유용할 수 있다.

예를 들어, 전술한 임의의 편광 필름은 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 상표명 BEF로 입수가능한 것과 같은 구조화된 표면 필름으로 적층되거나, 구조화된 표면 필름이 달리 그 상에 배치될 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 구조화된 표면 필름은 실질적으로 평행한 선형 프리즘형 구조체 또는 홈 의 배열체를 포함한다. 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 광학 필름은 실질적으로 평행한 선형 프리즘형 구조체 또는 홈의 배열체를 포함하는 구조화된 표면 필름에 적층될 수 있다. 홈은 웨브 횡단(TD) 방향을 따라 반사 편광기 필름의 투과 또는 통과축과 정렬될 수 있다. 다른 예시적인 실시 형태에서, 구조화된 표면은 임의의 다른 유형의 구조, 거친 표면 또는 무광택 표면을 포함할 수 있다. 이러한 예시적인 실시 형태는 또한 본 발명의 광학 필름 상에 경화성 재료를 코팅하는 단계, 경화성 재료의 층 내에 표면 구조를 부여하는 단계, 및 경화성 재료의 층을 경화시키는 단계의 추가 단계들을 포함함으로써 생성될 수 있다. 다른 예시적인 실시 형태는 코팅으로부터 돌출하여 표면 상에 반구형 돌기를 생성하는 굴절률 정합된 비드를 포함하는 코팅을 포함한다.

본 명세서에 설명된 공정에 따라 제조되는 예시적인 반사 편광기는 웨브 하류(MD) 방향을 따라 차단축을 갖기 때문에, 이 반사 편광기는 임의의 길이의 배향된 편광 필름에 간단하게 롤-투-롤 적층될 수 있다. 다른 예시적인 실시 형태에서, 필름은 제2 연신 단계 이전에 2색성 염료 재료를 포함하는 중합체와 공압출되거나 PVA-요오드 함유 층으로 코팅될 수 있다. 도 4는 방향(405)을 따라서 차단축과 방향(406)을 따라서 투과 또는 통과축을 갖는 반사 편광기와 같은 제1 광학 필름(401)이 제2 광학 필름(403)과 조합된 광학 필름 구조체(400)를 도시한다. 제2 광학 필름(403)은, 예를 들어 방향(404)을 따라 차단축을 구비한 흡수 편광기와 같은 다른 유형의 광학 또는 비광학 필름일 수 있다.

도 4에 도시된 구성에서, 반사 편광 필름(401)의 차단축(405)은 바람직하게 는, 예를 들어 휘도 향상 편광기 또는 디스플레이 편광기와 같은 특정 응용에 대해 허용가능한 성능을 제공하도록 2색성 편광 필름(403)의 차단축(404)과 가능한 한 정확하게 정렬된다. 축(404, 405)의 오정렬이 증가하게 되면, 적층 구조체(400)에 의해 생성되는 이득이 감소되어, 디스플레이 편광기 응용에 대한 적층된 구조체(400)의 유용성이 저하된다. 예를 들어, 휘도 향상 편광기의 경우, 구조체(400)의 차단축(404, 405)들 사이의 각도는 약 +/-10°미만, 더 바람직하게는 약 +/-5° 미만, 그리고 더욱 바람직하게는 약 +/-3°미만이어야 한다.

도 5A에 도시된 실시 형태에서, 적층 구조체(500)는 제1 보호층(503)을 갖는 흡수 편광 필름(502)을 포함한다. 보호 층(503)은 의도된 응용에 따라 매우 달라질 수 있지만, 전형적으로는 용매 주조 셀룰로오스 트라이아세테이트(TAC) 필름을 포함한다. 예시적인 구조체(500)는 제2 보호 층(505)과, 흡수 편광기 층(504), 예컨대 요오드-착색 PVA(I₂/PVA)를 추가로 포함한다. 흡수 편광 필름(502)은, 예를 들어 접착제 층(508)에 의해 (본 명세서에서 MD 차단축을 갖는 것으로 설명된) 광학 필름 반사 편광기(506)에 적층되거나, 또는 달리 그에 접합 또는 그 상에 배치된다.

도 5B는 전형적으로 감압 접착제(PSA)인 접착제(512)에 의해 적층 구조체(500)가 선택적인 복굴절성 필름(514), 예컨대 보상 필름 또는 지연기 필름에 접합된, 광학 디스플레이용의 예시적인 편광기 보상 구조체(510)를 도시한다. 보상 구조체(510)에서, 보호 층(503, 505) 중 어느 하나가 보상 필름(514)과 동일하거나 상이한 복굴절성 필름으로 선택적으로 대체될 수 있다. 이러한 광학 필름은 광학 디스플레이(530)에 사용될 수 있다. 이러한 구성에서, 보상 필름(514)은 제1 유리 층(522), 제2 유리 층(524) 및 액정 층(526)을 포함하는 LCD 패널(520)에 접착제 층(516)을 통해 접착될 수 있다. 이 적층 구조체는 편광기 구조체로부터 TAC 필름의 층의 제거를 가능하게 한다.

도 6A를 참조하면, 다른 예시적인 적층 구조체(600)가 단일 보호 층(603) 및 흡수 편광 층(604), 예컨대 I₂/PVA 층을 구비한 흡수 편광 필름(602)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 흡수 편광 필름(602)은, 예를 들어 접착제 층(608)에 의해 MD 편광축 광학 필름 반사 편광기(606)에 접합된다. 이러한 실시 형태에서, 흡수 편광기의 차단축은 또한 MD를 따른다. 흡수 편광기 층(604)에 인접한 보호 층 중 어느 하나 또는 둘 모두의 제거는, 예를 들어 두께 감소, 재료 비용 절감 및 환경 영향 저하(용매 주조 TAC 층의 불필요)를 포함하는 많은 이점을 제공할 수 있다.

도 6B는 접착제(612)에 의해 적층 구조체(600)가 선택적인 복굴절성 필름(614), 예컨대 보상 필름 또는 지연기 필름에 접합된, 광학 디스플레이용의 편광기 보상 구조체(610)를 도시한다. 보상 구조체(610)에서, 보호 층(603)은 보상 필름(614)과 동일하거나 상이한 복굴절성 필름으로 선택적으로 대체될 수 있다. 이러한 광학 필름은 광학 디스플레이(630)에 사용될 수 있다. 이러한 구성에서, 복굴절성 필름(614)은 제1 유리 층(622), 제2 유리 층(624) 및 액정 층(626)을 포함하는 LCD 패널(620)에 접착제 층(616)을 통해 접착될 수 있다.

도 6C는 광학 디스플레이용의 다른 예시적인 편광기 보상 구조체(650)를 도시한다. 보상 구조체(650)는 단일 보호 층(653) 및 흡수 편광기 층(654), 예컨대 I₂/PVA 층을 구비한 흡수 편광 필름(652)을 포함한다. 흡수 편광 필름(652)은, 예를 들어 접착제 층(658)에 의해 MD 차단축 반사 편광기(656)에 접합된다. 보상 구조체(650)에서, 보호 층(653)은 보상 필름으로 선택적으로 대체될 수 있다. 광학 디스플레이(682)를 형성하기 위해, 흡수 편광기 층(654)은 제1 유리 층(672), 제2 유리 층(674) 및 액정 층(676)을 포함하는 LCD 패널(670)에 접착제 층(666)을 통해 접착될 수 있다.

도 7은 흡수 편광 필름이 어떠한 인접 보호 층도 구비하지 않고서 단일의 흡수 (예컨대, I₂/PVA) 층(704)을 포함하는, 광학 디스플레이용의 다른 예시적인 편광기 보상 구조체(700)를 도시한다. 층(704)의 하나의 주 표면은 흡수 편광기의 차단축이 또한 MD를 따르도록 MD 차단축 광학 필름 반사 편광기(706)에 접합된다. 접합은 접착제 층(708)에 의해 달성될 수 있다. 층(704)의 반대편 표면은 접착제(712)에 의해 선택적인 복굴절성 필름(714), 예를 들어 보상 필름 또는 지연기 필름에 접합된다. 이러한 광학 필름은 광학 디스플레이(730)에 사용될 수 있다. 이러한 예시적인 실시 형태에서, 복굴절성 필름(714)은 제1 유리 층(722), 제2 유리 층(724) 및 액정 층(726)을 포함하는 LCD 패널(720)에 접착제 층(716)을 통해 접착될 수 있다.

상기 도 5 내지 도 7의 접착제 층은 의도된 응용에 따라 크게 달라질 수 있 지만, 감압 접착제 및 PVA로 도핑된 H₂O 용액이 I₂/PVA 층을 반사 편광기에 직접 접착시키는 데 적합한 것으로 예상된다. 예를 들어, 공기 코로나, 질소 코로나, 기타 코로나, 화염, 또는 코팅된 프라이머 층과 같은 종래의 기술을 사용하는 반사 편광기 필름 및 흡수 편광기 필름 중 어느 하나 또는 둘 모두의 선택적인 표면 처리가 또한 층들 사이의 접합 강도를 제공하거나 향상시키기 위해 단독으로 또는 접착제와 조합되어 사용될 수 있다. 이러한 표면 처리는 제1 및 제2 연신 단계와 인라인(in-line)으로 제공될 수 있고, 제1 연신 단계 전에, 제2 연신 단계 전에, 제1 및 제2 연신 단계에 후속하여, 또는 임의의 추가 연신 단계에 후속하여 이루어질 수 있다. 예시적인 일 접착제 층은 코폴리에스테르를 적어도 부분적으로 수용성으로 만들기 위해 나트륨 설포네이트화 이소프탈레이트와 같은 충분한 극성 염 공단량체를 포함하는 공압출된 또는 코팅된 코폴리에스테르이다.

하기에 설명된 예는 본 발명의 여러 실시 형태에 따른 예시적인 재료 및 처리 조건을 포함한다. 설명은 본 발명을 제한하려는 것이 아니라, 오히려 본 발명의 이해를 돕고 전술한 다양한 실시 형태에 따른 사용에 특히 적합한 재료의 예를 제공하려는 것이다.

상대 이득이 유효 투과율 시험기로 측정될 수 있다. 이득은 안정화된 광대역 소스를 사용하여 조명된 확산 투과성 중공 라이트 박스 상에 샘플 필름을 배치함으로써 측정된다. (필름의 평면에 수직인) 축방향 휘도가 미국 캘리포니아주 챗스워쓰 소재의 포토 리서치 인크(Photo Research, Inc)로부터 입수 가능한 스펙트 라스캔(SpectraScan)™ PR-650 스텍트라칼로리미터(SpectraColorimeter)를 사용하여 흡수 편광기를 통해 측정된다. 상대 이득은 휘도 측정에 스텍트럼 가중치를 적용하고 제 위치에 샘플 필름을 갖는 상태로 측정된 휘도를 제 위치에 샘플 필름을 갖지 않는 상태로 (라이트 박스만) 측정된 휘도로 나눔으로써 계산된다. 이러한 측정은 상이한 필름 샘플들 사이에 안정적이고 재현 가능한 비교 이득값을 제공한다.

미국 매릴랜드주 실버 스프링 소재의 비와이케이 가드너(BYK Gardner)에 의해 공급되는 비와이 케이 가드너 헤이즈-가드 플러스 기기(Haze-Gard Plus instrument) 카탈로그 번호 4723을 사용하여 헤이즈 측정이 이루어진다. 이 기기는 측정 중에 공기를 기준으로 한다. 헤이즈 수준은 제목이 "투명한 플라스틱에 대한 헤이즈 및 시감 투과율의 표준 시험 방법(Standard Test Method for Haze and Luminous Transmittance for Transparent Plastics)"인 ASTM-D1003-00에 따라 정의될 수 있다.

코폴리에틸렌 나프탈레이트(CoPEN7030)가 이하의 원료 충전물, 즉 112.3 ㎏의 다이메틸 나프탈렌 다이카르복실레이트, 38.2 ㎏의 다이메틸 테레프탈레이트, 85.6 ㎏의 에틸렌 글리콜, 27 g의 망간 아세테이트, 27 g의 코발트 아세테이트, 및 48 g의 안티몬 트라이아세테이트를 갖는 회분식 반응기에서 합성될 수 있다. 203 ㎪(2 atm(2 × 105 N/㎡))의 압력 하에서, 이 혼합물은 메탄올을 제거하면서 254℃로 가열된다. 38.9 ㎏의 메탄올이 제거된 후에, 49 g의 트라이에틸 포스포노아세테이트가 반응기에 충전되고 이어서 290℃로 가열하면서 압력이 133 ㎩(1 torr)로 점진적으로 감소된다. 60/40 중량% 페놀/o-다이클로로벤젠 내에서 측정될 때 0.53 ㎗/g의 고유 점도를 갖는 중합체가 생성될 때까지 응축 반응 부산물, 즉 에틸렌 글리콜이 계속 제거된다. CoPEN7030은 DSC에 의해 측정된 110C의 Tg를 갖는다.

코폴리에틸렌 나프탈레이트(CoPEN9010)가 이하의 원료 충전물, 즉 126 ㎏의 다이메틸 나프탈렌 다이카르복실레이트, 11 ㎏의 다이메틸 테레프탈레이트, 75 ㎏의 에틸렌 글리콜, 27 g의 망간 아세테이트, 27 g의 코발트 아세테이트, 및 48 g의 안티몬 트라이아세테이트를 갖는 회분식 반응기에서 합성될 수 있다. 203 ㎪(2 atm(2 × 105 N/㎡))의 압력 하에서, 이 혼합물은 메탄올을 제거하면서 254℃로 가열된다. 36 ㎏의 메탄올이 제거된 후에, 49 g의 트라이에틸 포스포노아세테이트가 반응기에 충전되고 이어서 290℃로 가열하면서 압력이 133 ㎩(1 torr)로 점진적으로 감소된다. 60/40 중량% 페놀/o-다이클로로벤젠 내에서 측정될 때 0.50 ㎗/g의 고유 점도를 갖는 중합체가 생성될 때까지 응축 반응 부산물, 즉 에틸렌 글리콜이 계속 제거된다. CoPEN9010은 DSC에 의해 측정된 116C의 Tg를 갖는다.

폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)가 이하의 원료 충전물, 즉 다이메틸 나프탈렌 다이카르복실레이트(136 ㎏), 에틸렌 글리콜(73 ㎏), 망간(II) 아세테이트(27 g), 코발트(II) 아세테이트(27 g) 및 안티몬(III) 아세테이트(48 g)를 갖는 회분식 반응기에서 합성될 수 있다. 203 ㎪(2 기압(1520 torr 또는 2×10⁵ N/㎡))의 압력 하에서, 이 혼합물은 메탄올(에스테르 교환 반응 부산물)을 제거하면서 254℃로 가열되었다. 35 ㎏의 메탄올이 제거된 후에, 49 g의 트라이에틸 포스포노아세테이 트(49 g)가 반응기에 충전되었고 이어서 290℃로 가열하면서 압력이 133 ㎩ (1 torr(131 N/㎡))로 점진적으로 감소되었다. (60/40 중량% 페놀/o-다이클로로벤젠 내에서 측정될 때) 0.48 ㎗/g의 고유 점도를 갖는 중합체가 생성될 때까지 응축 반응 부산물, 즉 에틸렌 글리콜이 계속 제거되었다. PEN은 DSC에 의해 측정될 때 123C의 Tg를 갖는다.

CoPEN7030 및 SA115(이스트만으로부터의 폴리카르보네이트/coPET 블렌드)가 60:40의 비로 트윈 스크류 압출기 내에서 용융 혼합되어 도 3E에 도시된 바와 같이 압출 다이 및 캘린더링 공정을 사용하여 주조 웨브로 압출되었다. 주조 웨브는 주조 롤로 닙핑되는 롤링 뱅크를 형성한 캘린더링 롤로 압축되었다. 캘린더링 닙 롤의 온도는 55C로 제어되었고, 주조 롤은 112.8C의 온도 및 2.3 m/min의 속도로 제어되었다. 제2 주조 롤 속도는 9.2 m/min의 속도로 제어되어 필름을 4:1의 연신비로 연신하였다. 생성된 혼합 반사 편광기는 유효 투과율 시험기로 측정될 때 1.3의 이득 또는 휘도 증가를 제공하였고, 가드너 헤이즈 미터에 의해 측정될 때 74%의 헤이즈 수준을 가졌다. 어떠한 다이 라인도 이러한 기계 방향 배향된 필름에서 관찰되지 않았다.

CoPEN9010 및 SA115(이스트만으로부터의 폴리카르보네이트/coPET 블렌드)가 60:40의 비로 트윈 스크류 압출기 내에서 용융 혼합되어 도 3E에 도시된 바와 같이 압출 다이 및 캘린더링 공정을 사용하여 주조 웨브로 압출되었다. 주조 웨브는 주조 롤로 닙핑되는 롤링 뱅크를 형성한 캘린더링 롤로 압축되었다. 캘린더링 닙 롤의 온도는 55C로 제어되었고, 주조 롤은 118.3C의 온도 및 2.1 m/min의 속도로 제어되었다. 제2 주조 롤 속도는 8.4 m/min의 속도로 제어되어 필름을 4:1의 연신비로 연신하였다. 생성된 혼합 반사 편광기는 유효 투과율 시험기로 측정될 때 1.38의 이득 또는 휘도 증가를 제공하였고, 가드너 헤이즈 미터에 의해 측정될 때 67%의 헤이즈 수준을 가졌다. 어떠한 다이 라인도 이러한 기계 방향 배향된 필름에서 관찰되지 않았다.

SA115 코어층 및 60:40비의 PEN 및 폴리카르보네이트 외피층을 갖는 3개의 층을 구비한 다층 필름이 도 3E에 도시된 바와 같이 압출 다이 및 캘린더링 공정을 사용하여 주조 웨브로 공압출되었다. 주조 웨브는 주조 롤로 닙핑되는 롤링 뱅크를 형성한 캘린더링 롤로 압축되었다. 캘린더링 닙 롤의 온도는 55C로 제어되었고, 주조 롤은 118.3C의 온도 및 2.1 m/min의 속도로 제어되었다. 주조 웨브의 단면의 미시적 분석은 단지 외피층만이 롤링 뱅크를 형성하고 따라서 코어층과 혼합되지 않아 코어층을 그대로 남겨둔다는 것을 나타내었다. 제2 주조 롤 속도는 6.3 m/min의 속도로 제어되어 필름을 3:1의 연신비로 연신하였다. 생성된 혼합 반사 편광기는 유효 투과율 시험기로 측정될 때 1.32의 이득 또는 휘도 증가를 제공하였고, 가드너 헤이즈 미터에 의해 측정될 때 77%의 헤이즈 수준을 가졌다. 어떠한 다이 라인도 이러한 기계 방향 배향된 필름에서 관찰되지 않았다.

쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 CoPEN9010의 275개의 교번적인 층 및 이스트만 케미컬 컴퍼니로부터 상표명 "SA115"로 구매가능한 지환족 폴리에스테르/폴리카르보네이트 블렌드를 갖는 다층 광학 필름이 다중-매니폴드 피드블록, 압출 다이, 및 닙 롤 캘린더링 공정을 사용하여 주조 웨브로 공압출될 수 있다. 주조 웨 브는 캘린더링 롤에 의해 140 내지 160℃의 온도로 냉각될 수 있고, 이어서 최종 닙과 고속의 냉각된 닙 롤의 세트 사이에 4 내지 7:1의 연신비로 동시에 연신되면서 닙 롤에 의해 1.1 내지 3.0배로 압축될 수 있다. 생성된 다층 반사 편광기는 백라이트 액정 디스플레이의 휘도를 증가시키는 것으로 기대된다.

미쯔이 케미컬 인크(Mitsui Chemical Inc)로부터의 PD-318H, PD-325H, PD-335H, 및 PD-104와 같은 2색성 염료 및 PEN이 트윈 스크류 압출기 내에서 용융 혼합될 수 있고 도 3에 도시된 바와 같이 압출 다이 및 캘린더링 공정을 사용하여 주조 웨브로 주조될 수 있다. 주조 웨브는 캘린더링 롤에 의해 140 내지 160℃의 온도로 냉각될 수 있고, 이어서 최종 닙과 고속의 냉각된 닙 롤의 세트 사이에 4 내지 7:1의 연신비로 동시에 연신되면서 닙 롤에 의해 1.1 내지 3배로 압축될 수 있다. 생성된 필름은 백라이트 액정 디스플레이 내의 편광기로서 사용될 수 있다. 또한, 생성된 필름은 위에서 제공된 바와 같은 블렌드 및/또는 다층 반사 편광기로 공압출되고 배향될 수 있어서 백라이트 액정 디스플레이에 사용하기 위한 조합된 반사 및 흡수 편광기를 생성할 수 있다.

본 명세서에 언급되거나 인용된 모든 특허, 특허 출원, 가출원 및 공보는, 모든 도면 및 표를 비롯하여 이들이 본 명세서의 명시적인 교시와 모순되지 않는 정도로 전체로서 참조로 포함된다.

본 명세서에 설명된 실시예 및 실시 형태는 단지 설명을 위한 것이고 그 관점에서 다양한 수정 또는 변경이 당업자에게 제안될 것이고 본 발명의 사상 및 범주 내에 포함된다는 것을 이해해야 한다.

Claims

적어도 하나의 중합체 재료를 캘린더링하는 단계; 및

웨브 하류(MD) 방향을 따라 적어도 하나의 중합체 재료를 신장하여 중합체 재료에 복굴절을 생성하는 단계를 포함하는 광학 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서, 캘린더링 단계 중의 중합체 재료 온도는 중합체 재료의 Tg를 약간 초과하는 방법.
제1항에 있어서, 캘린더링 단계 중의 중합체 재료 온도는 중합체 재료의 Tg를 적어도 약 10℃ 초과하는 방법.
제1항에 있어서, 광학 필름은 신장 단계 후에 폭이 0.3 m 초과인 방법.
제1항에 있어서, 광학 필름은 반사 편광기 필름인 방법.
제1항에 있어서, 광학 필름은 2색성 편광기인 방법.
제1항에 있어서, 캘린더링 단계는 필름을 동시에 신장시키면서 수행되는 방법.
제1항에 있어서, 광학 필름은 동시에 압축 및 연신되는 방법.
제1항에 있어서, 캘린더링 단계는 신장 단계 전에 수행되는 방법.
제1항에 있어서, 캘린더링 단계 전에 압출기로부터 적어도 하나의 중합체 재료를 압출하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제10항에 있어서, 캘린더링 단계는 2개의 캘린더링 롤 사이에 형성된 닙 내에서 적어도 하나의 중합체 재료를 캘린더링하는 단계를 포함하는 방법.
제11항에 있어서, 닙에서 적어도 하나의 중합체 재료의 롤링 뱅크를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
적어도 하나의 중합체 재료를 캘린더링하는 단계와,

웨브 하류(MD) 방향을 따라 적어도 하나의 중합체 재료를 신장하여 중합체 재료에 복굴절을 생성하는 단계를 포함하는 제1 필름을 제공하는 단계; 및

제2 필름을 제1 필름에 부착하는 단계를 포함하는 광학 필름의 제조 방법.
제13항에 있어서, 제2 필름은 캘린더링 및 신장 단계 후에 제1 필름에 부착 되는 방법.
제14항에 있어서, 제2 필름은 구조화된 표면 필름, 지연기, 흡수 편광 필름 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
제13항에 있어서, 제2 필름을 제1 필름에 부착하는 단계는 제1 필름과 제2 필름 사이에 접착제를 배치하는 단계를 포함하는 방법.
제13항에 있어서, 제2 필름은 제1 필름 상에 코팅되는 방법.
제13항에 있어서, 제2 필름을 제1 필름에 부착하기 전에 제1 필름에 표면 처리를 수행하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제18항에 있어서, 표면 처리는 코로나 처리, 건조, 프라이머 도포, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 방법.
제13항에 있어서, 캘린더링 및 신장 단계 후에, 제1 필름은 반사 편광기 필름이 되는 방법.
제13항에 있어서, 제2 필름은 제1 필름과 공압출되는 방법.
제13항에 있어서, 제1 필름은 반사 편광기이고, 제2 필름은 2색성 편광기인 방법.
제1 중합체 및 제2 중합체를 포함하는 중합체 재료를 캘린더링하는 단계를 포함하고, 제1 중합체는 복굴절을 나타내고, 제2 중합체는 실질적으로 등방성인 광학 필름의 처리 방법.
제23항에 있어서, 제1 및 제2 중합체는 층 내에 배치되는 방법.
제23항에 있어서, 제1 및 제2 중합체는 블렌드 내에 배치되는 방법.
제25항에 있어서, 제2 중합체는 연속 상을 형성하고, 제1 중합체는 제2 중합체 내에 분산 상을 형성하는 방법.
적어도 하나의 중합체 재료를 캘린더링하고,

웨브 하류(MD) 방향을 따라 적어도 하나의 중합체 재료를 신장하여 중합체 재료에 복굴절을 생성하는 공정에 의해 제조된 반사 편광기.
유효 배향축을 특징으로 하는 배향된 광학 필름을 포함하며, 배향된 광학 필 름이 단지 하나의 복굴절성 중합체 재료를 포함하고, 광학 필름은 폭이 0.3 m 초과이고 두께가 적어도 200 마이크로미터이고 길이가 적어도 10 m이며, 유효 배향축은 광학 필름의 길이를 따라 정렬되는, 광학 필름의 롤.
제28항에 있어서, 광학 필름은 폭이 적어도 0.65 m인 광학 필름의 롤.
제28항에 있어서, 광학 필름은 폭이 적어도 1.3 m인 광학 필름의 롤.
제28항에 있어서, 광학 필름은 폭이 적어도 1.8 m인 광학 필름의 롤.
제28항에 있어서, 광학 필름은 폭이 0.5 m 내지 약 10 m인 광학 필름의 롤.
제28항에 있어서, 광학 필름은 흡수 편광 재료 층을 추가로 포함하는 광학 필름의 롤.
제28항에 있어서, 광학 필름은 적어도 하나의 지연기 층을 추가로 포함하는 광학 필름의 롤.
제28항에 있어서, 배향된 광학 필름은 적어도 하나의 등방성 재료를 추가로 포함하는 광학 필름의 롤.
제28항에 있어서, 배향된 광학 필름은 차단축을 갖는 반사 편광기이며, 차단축은 유효 배향축인 광학 필름의 롤.
제28항에 있어서, 광학 필름은 두께가 적어도 250 마이크로미터인 광학 필름의 롤.
제28항에 있어서, 광학 필름은 제1 중합체 재료 및 제2 중합체 재료를 포함하고, 제1 중합체 재료와 제2 중합체 재료 사이의 광학 필름의 길이(MD)를 따른 정규화된 굴절률 차이가 약 0.06 초과인 광학 필름의 롤.
배향된 광학 필름을 포함하며, 배향된 광학 필름이 유효 배향축을 특징으로 하는 제1 복굴절성 재료 및 유효 배향축을 특징으로 하는 제2 복굴절성 재료를 포함하고,

광학 필름은 폭이 0.3 m 초과이고 두께가 적어도 200 마이크로미터이고 길이가 적어도 약 10 m이며, 제1 및 제2 복굴절성 재료의 유효 배향축은 광학 필름의 길이를 따라 정렬되는 광학 필름의 롤.
제39항에 있어서, 배향된 광학 필름은 차단축을 갖는 반사 편광기이며, 차단축은 유효 배향축들과 정렬되는 광학 필름의 롤.
제39항에 있어서, 광학 필름은 폭이 적어도 0.65 m인 광학 필름의 롤.
제39항에 있어서, 광학 필름은 폭이 적어도 1.3 m인 광학 필름의 롤.
제39항에 있어서, 광학 필름은 폭이 적어도 1.8 m인 광학 필름의 롤.
제39항에 있어서, 광학 필름은 폭이 0.5 m 내지 약 10 m인 광학 필름의 롤.
제39항에 있어서, 확산기 층(diffuser layer)을 추가로 포함하는 광학 필름의 롤.
제39항에 있어서, 구조화된 표면(structured surface)을 추가로 포함하는 광학 필름의 롤.
제46항에 있어서, 구조화된 표면은 홈을 구비한 복수의 선형 프리즘형 구조체를 포함하는 광학 필름의 롤.
제39항에 있어서, 광학 필름은 두께가 적어도 250 마이크로미터인 광학 필름의 롤.
제39항에 있어서, 제1 중합체 재료와 제2 중합체 재료 사이의 광학 필름의 길이(MD)를 따른 정규화된 굴절률 차이는 약 0.06 초과인 광학 필름의 롤.
흡수 편광기 차단축을 특징으로 하는 흡수 편광기 및 반사 편광기 차단축을 특징으로 하는 반사 편광기를 포함하며, 반사 편광기가 (i) 유효 배향축을 특징으로 하는 적어도 하나의 복굴절성 재료 및 적어도 하나의 등방성 재료, 또는 (ii) 유효 배향축을 특징으로 하는 제1 복굴절성 재료 및 유효 배향축을 특징으로 하는 제2 복굴절성 재료를 포함하고,

광학 필름은 폭이 약 0.3 m 초과이고 두께가 적어도 200 마이크로미터이고 길이가 적어도 약 10 m이며, 흡수 편광기 차단축, 하나 이상의 복굴절성 재료의 유효 배향축, 및 반사 편광기 차단축은 모두 광학 필름의 길이를 따라 정렬되는 광학 필름의 롤.
제50항에 있어서, 광학 필름은 폭이 적어도 0.65 m인 광학 필름의 롤.
제50항에 있어서, 광학 필름은 폭이 적어도 1.3 m인 광학 필름의 롤.
제50항에 있어서, 광학 필름은 폭이 적어도 1.8 m인 광학 필름의 롤.
제50항에 있어서, 광학 필름은 폭이 0.5 m 내지 약 10 m인 광학 필름의 롤.
제50항에 있어서, 지연기를 추가로 포함하는 광학 필름의 롤.
제50항에 있어서, 흡수 편광기는 요오드 및 폴리비닐 알코올을 포함하는 광학 필름의 롤.
제50항에 있어서, 흡수 편광기와 반사 편광기 사이에 배치되는 접착제 층을 추가로 포함하는 광학 필름의 롤.
제50항에 있어서, 보호 층을 추가로 포함하는 광학 필름의 롤.
제50항에 있어서, 광학 필름은 두께가 적어도 250 마이크로미터인 광학 필름의 롤.
제50항에 있어서, 제1 중합체 재료와 제2 중합체 재료 사이의 광학 필름의 길이(MD)를 따른 정규화된 굴절률 차이는 약 0.06 초과인 광학 필름의 롤.
제1 중합체, 제2 중합체 및 제3 중합체를 포함하는 중합체 재료를 캘린더링하는 단계를 포함하고, 중합체들 중 적어도 하나는 복굴절을 나타내는 광학 필름의 처리 방법.
제61항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 중합체는 블렌드 내에 배치되는 방법.
제62항에 있어서, 제2 및 제3 중합체는 연속 상을 형성하고, 제1 중합체는 연속 상 내에 분산 미소 상을 형성하는 방법.
제63항에 있어서, 제2 및 제3 중합체는 PEN 및 PET를 포함하는 방법.
제63항에 있어서, 제1 중합체는 신디오탁틱 폴리스티렌 또는 폴리카르보네이트를 포함하는 방법.