KR20110007238A - 분지형 또는 환형 ｃ４―ｃ１０ 알킬 단위를 가진 복굴절 나프탈레이트 코폴리에스테르를 포함하는 광학 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다층 광학 필름과 복굴절 코폴리에스테르 필름에 관한 것이다. 복굴절 코폴리에스테르 광학층 또는 복굴절 코폴리에스테르 필름은 다량의 나프탈레이트 단위, 에틸렌 단위, 및 소량의 분지형 또는 환형 C4 내지 C10 알킬 단위를 포함한다. 다이메틸 설포소듐 아이소프탈레이트 이오노머와 같은 프탈레이트 이오노머 하위단위를 추가로 포함하는 소정의 코폴리에스테르 중합체 물질이 또한 설명된다.

Description

분지형 또는 환형 Ｃ４―Ｃ１０ 알킬 단위를 가진 복굴절 나프탈레이트 코폴리에스테르를 포함하는 광학 필름{Optical Film Comprising Birefringent Naphthalate Copolyester Having Branched or Cyclic C4-C10 Alkyl Units}
중합체 필름은 매우 다양한 응용에 사용된다. 다층 중합체 광학 필름은 거울 및 편광기로서 사용되는 것을 비롯하여 다양한 목적을 위하여 널리 사용된다. 이들 필름은 흔히 경량이고 파손에 대한 저항력을 가지면서 반사율이 매우 높다. 매우 다양한 다층 필름의 예는 공동 양도되고 발명의 명칭이 "광학 필름(Optical Film)"인 미국 특허 제5,882,774호에 포함된다. 예시적인 응용으로는 휴대폰, 휴대용 개인 정보 단말기, 컴퓨터, 텔레비전 및 기타 장치에 위치된 액정 디스플레이(LCD)를 비롯한 소형 전자 디스플레이가 포함된다.
편광기 또는 거울 필름을 생성하는 데 있어서 유용한 한 가지 유형의 중합체는 폴리에스테르이다. 폴리에스테르계 편광기의 일 예는, 예를 들어 미국 특허 제6,641,900호(헤브린크(Hebrink) 등)에 기재된 것과 같은 상이한 조성의 폴리에스테르 층의 스택을 포함한다. 그러한 스택은 또한 다층 반사 필름으로 흔히 불린다. 다층 반사 필름은 또한, 예를 들어 가공 동안 또는 가공 후에 스택에 대한 손상을 방지하기 위하여 층들의 스택의 적어도 한 표면을 덮는 하나 이상의 추가층을 포함할 수 있다.
폴리에스테르는 하나 이상의 상이한 카르복실레이트 단량체(예컨대, 둘 이상의 카르복실산 또는 에스테르 작용기를 가진 화합물)와 하나 이상의 상이한 글리콜 단량체(예컨대, 둘 이상의 하이드록시 작용기를 가진 화합물)와의 반응에 의해 제조된다. 다층 광학 필름에 유용한 폴리에스테르의 일례는, 예컨대 나프탈렌 다이카르복실산과 에틸렌 글리콜의 반응에 의해 제조될 수 있는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)이다. 폴리에스테르 중합체 또는 필름의 특성은 단량체 분자의 종류와 양의 구체적인 선택에 따라 변한다.
일 실시 형태에서,
40 내지 50 몰% 나프탈레이트 단위와, 35 내지 49 몰% 에틸렌 단위와,
1 내지 8 몰%의 분지형 또는 환형 C4-C10 알킬 단위를 포함하는 코폴리에스테르를 포함하는 적어도 하나의 제1 복굴절 광학층; 및 제1 광학층보다 낮은 복굴절률을 가진 적어도 하나의 제2 광학층을 포함하는 다층 광학 필름이 설명된다.
다른 실시 형태에서는
40 내지 50 몰% 나프탈레이트 단위와, 35 내지 49 몰% 에틸렌 단위와, 1 내지 8 몰%의 분지형 또는 환형 C4-C10 알킬 단위를 포함하는 복굴절 코폴리에스테르 필름이 설명되는데, 여기서 코폴리에스테르 필름은 632.8 ㎚에서 평면내(in-plane) 복굴절률이 적어도 0.10이다.
또 다른 실시 형태에서, 코폴리에스테르 중합체 물질은 40 내지 50 몰% 나프탈레이트 단위; 35 내지 48.95 몰% 에틸렌 단위; 1 내지 8 몰%의 분지형 또는 환형 C4-C10 알킬 단위; 및 0.05 내지 1 몰%의 다이메틸 설포소듐 아이소프탈레이트 이오노머 단위를 포함한다.
이들 실시 형태의 각각에서, 코폴리에스테르는 2 내지 4 몰%의 분지형 C4-C10 알킬 단위, 예를 들어 네오펜틸 글리콜로부터 유도된 것을 포함할 수 있다. 코폴리에스테르는 바람직하게는 사이클로헥산 다이메탄올로부터 유도된 것과 같은, 환형 C4-C10 알킬 단위를 2 내지 8 몰% 포함한다. 코폴리에스테르는 선택적으로 최대 8 몰%의 테레프탈레이트 단위를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 코폴리에스테르는 카르복실레이트 하위단위 및 글리콜 하위단위를 포함하며 80 내지 100 몰%의 카르복실레이트 단위는 나프탈레이트 하위단위를 포함하며; 70 내지 98 몰%의 글리콜 하위단위는 에틸렌 글리콜로부터 유도되며; 2 내지 16 몰%의 글리콜 하위단위는 하나 이상의 분지형 또는 환형 C4-C10 알킬 글리콜로부터 유도된다.
또한, 이들 실시 형태의 각각에서, 코폴리에스테르는 바람직하게는 용융 온도가 225℃ 내지 260℃ 범위이다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 바람직한 코폴리에스테르 중합체 물질은 20℃/분의 속도로 가열될 때 시차 주사 열량법에 따라 2 J/g 미만의 제2 스캔 융해열을 나타낼 수 있다. 바람직한 코폴리에스테르 중합체 물질은 열적으로 안정하여 코폴리에스테르는 코폴리에스테르의 용융 온도보다 높은 온도에서 100 s-1의 전단률로 측정할 때 질소 하에서 1시간 후에 15% 미만의 점도 변화를 나타낸다.
일부 실시 형태에서, 다층 광학 또는 복굴절(예를 들어, 모놀리식(monolithic)) 필름의 복굴절 층은 편광기에 대해 유용한 것처럼, 평면내 복굴절률이 상대적으로 높다. 다른 실시 형태에서, 다층 광학 필름 또는 복굴절 필름의 복굴절 층은 거울에 유용한 것과 같이, 평면외(out-of-plane) 복굴절률이 상대적으로 높다. 일부 실시 형태에서, 복굴절 층 또는 복굴절 필름은 평면내 및 평면외 복굴절률이 상대적으로 높다.
다른 실시 형태에서, (nx1-ny1)/(ny1-nz1)에 의해 정의된 복굴절률 대 축외(off-axis) 굴절률 부정합의 비가 적어도 2.5이며, 20℃/분의 속도로 가열될 때 시차 주사 열량법에 따라 2 J/g 미만의 제2 스캔 융해열을 나타내는 코폴리에스테르를 포함하는 적어도 하나의 제1 광학층; 및 제1 광학층보다 낮은 복굴절률을 가진 적어도 하나의 제2 광학층을 포함하는 다층 필름이 설명된다.
또 다른 실시 형태에서, (nx1-ny1)/(ny1-nz1)에 의해 정의된 복굴절률 대 축외 굴절률 부정합의 비가 적어도 2.5이며, 225℃ 내지 260℃ 범위의 용융 온도를 가진 코폴리에스테르를 포함하는 적어도 하나의 제1 광학층; 및 제1 광학층보다 낮은 복굴절률을 가진 적어도 하나의 제2 광학층을 포함하는 다층 필름이 설명된다.
<도 1>
도 1은 다층 광학 필름의 일 실시 형태의 단면도.
<도 2 내지 도 5>
도 2 내지 도 5는 표 6에 따라 가공된 다양한 신장 온도에서 코폴리에스테르 광학 필름 실시 형태의 평면내 복굴절률을 나타내는 도면.
<도 6>
도 6은 예시적 코폴리에스테르 중합체 물질의 시차 주사 열량법 특성을 나타내는 도면.
본 발명은 다층 광학 필름과 복굴절 코폴리에스테르 필름에 관한 것이다. 복굴절 코폴리에스테르 광학층 또는 복굴절 코폴리에스테르 필름은 다량의 나프탈레이트 단위, 에틸렌 단위, 및 소량의 분지형 또는 환형 C4 내지 C10 알킬 단위를 포함한다. 다이메틸 설포소듐 아이소프탈레이트 이오노머와 같은 프탈레이트 이오노머 단위를 추가로 포함하는 소정의 코폴리에스테르 중합체 물질이 또한 설명된다.
다층 필름 실시 형태는 둘 이상의 층을 가진 필름을 포함한다. 다층 광학 필름은, 예를 들어 매우 효율적인 거울 및/또는 편광기로서 유용하다. 본 발명과 함께 사용되는 바와 같은 다층 광학 필름은 상대적으로 낮은 입사광 흡수와, 축외 및 정상 광선에 대한 높은 반사율을 나타낸다.
본 출원에서 사용되는 바와 같이,
"굴절률"은 달리 나타내지 않으면, 633 ㎚의 법선 입사 광에 대하여 물질의 평면 내의 물질의 굴절률을 말하며;
"복굴절"이라는 용어는 직교하는 x, y 및 z 방향의 굴절률들이 모두 동일하지는 않음을 의미한다. 본 명세서에서 설명되는 중합체 층의 경우, 축들은, x 및 y축이 층의 평면 내에 있고 z축이 층의 평면에 수직이고 전형적으로 층의 두께 또는 높이에 대응하도록 선택된다. 하나의 평면내 방향에서의 굴절률이 다른 평면내 방향의 굴절률보다 클 경우, x-축은 일반적으로 최대 굴절률을 가진 평면내 방향이도록 선택되며, 이는 때때로 광학 필름이 배향되는 (예를 들어, 신장되는) 방향 중 하나에 해당한다. 복굴절률 값은, 달리 나타내지 않으면, 633 ㎚의 법선 입사 광에 대하여 기록되며;
"고굴절률" 및 "저굴절률"은 상대적인 용어이며; 두 층이 적어도 하나의 관심 대상의 방향에서 비교될 경우, 평면내 굴절률이 더 큰 층이 고굴절률 층이며, 평면내 굴절률이 낮은 층이 저굴절률 층이며;
"중합체"는, 달리 나타내지 않으면, 중합체 및 공중합체(즉, 예를 들어, 삼중합체를 비롯한, 둘 이상의 단량체 또는 공단량체로부터 형성된 중합체), 및 예를 들어, 트랜스에스테르화를 비롯한, 예를 들어, 공압출 또는 반응에 의해 혼화성 블렌드로 형성될 수 있는 공중합체 또는 중합체를 의미한다. 달리 나타내지 않으면, 블록, 랜덤, 그래프트, 및 교번 중합체(alternating polymer)가 포함되며;
"억제된 단축 신장(constrained uniaxial stretching)"은 주로 두 방향, 즉 평면내 신장 방향(즉, x) 및 평면내에 수직인 방향(즉, y)으로의 치수 변화를 도입하기 위하여 외부 응력이 가해지는 필름 신장 공정을 말한다. 구체적으로, 이는 평면내 비신장 방향으로의 필름 폭을 실질적으로 유지하는 동안의 평면내 신장 방향의 치수 신장을 말한다. 그 결과, 필름 두께 감소는 통상 필름 연신비에 따른 규모를 가지며 구조는 대부분 평면이며;
"비억제 단축 신장"은 모든 세 방향으로의 치수 변화를 도입하기 위하여 외부 응력이 가해지는 필름 신장 공정을 말한다. 필름의 폭은 통상 신장 방향의 길이에 비하여 작다. 구체적으로, 이는 필름 두께와 필름 폭을 감소시키는 동안의 평면내 신장 방향의 치수 신장을 말한다. 그 결과, 필름 두께 감소는 동일한 연신비에서 억제된 단축 신장 필름보다 작다. 더욱이, 필름의 구조는 더 원통형이며 섬유와 유사하다.
도 1은, 예를 들어 광학 편광기 또는 거울로서 사용될 수 있는 다층 중합체 필름(10)을 도시한다. 필름(10)은 하나 이상의 제1 광학층(12), 하나 이상의 제2 광학층(14), 및 선택적으로 하나 이상의 (예를 들어, 비광학) 추가층(18)을 포함한다. 도 1은 적어도 두 재료의 교번층(12, 14)을 가진 다층 스택을 포함한다. 일 실시 형태에서, 층(12, 14)의 재료는 중합체성이다. 일반적으로, 본 명세서에 참고로 포함되며 발명의 명칭이 "다층 광학 필름의 제조 방법(Method for making multilayer optical films)"인 미국 특허 제6,827,886호는 다층 필름(10)의 제조를 위해 적응될 수 있는 방법을 설명한다. 또한, 필름(10)과 층(12, 14)이 평면인 표면을 갖는 것으로 예시되지만, 필름(10) 또는 층(12, 14) 또는 추가층의 적어도 일 표면은 구조화될 수 있다.
고굴절률층(12)의 평면내 굴절률(n1)은 저굴절률층(14)의 평면내 굴절률(n2)보다 높다. 층(12, 14)들 사이의 각각의 경계에서 굴절률 차이는 광선의 일부가 반사되도록 한다. 다층 필름(10)의 투과 및 반사 특징은 층(12, 14)들 사이의 굴절률 차이에 의해 야기된 광의 고유 간섭 및 층(12, 14)의 두께에 기반한다. 유효 굴절률(또는 법선 입사에 대한 평면내 굴절률)이 층(12, 14)들 사이에 상이할 경우, 인접한 층(12, 14)들 사이의 인터페이스는 반사 표면을 형성한다. 인터페이스 표면의 반사능은 층(12, 14)의 유효 굴절률들 사이의 차이의 제곱(예를 들어, (n1 - n2)2)에 의존한다. 층(12, 14)들 사이의 굴절률의 차이를 증가시킴으로써, 개선된 광학능(optical power)(높은 반사율), 얇은 필름(얇거나 적은 층), 및 넓은 밴드폭 성능이 이루어질 수 있다. 따라서, 다층 필름(10)은, 예를 들어 반사 편광기 또는 거울로서 유용하게 될 수 있다. 예시적인 실시 형태에서의 굴절률 차이는 적어도 약 0.05이며, 바람직하게는 약 0.10보다 크며, 더욱 바람직하게는 약 0.20보다 크며, 더욱 더 바람직하게는 약 0.30보다 크다.
일 실시 형태에서, 층(12, 14)의 재료는 고유하게 상이한 굴절률을 갖는다. 다른 실시 형태에서, 층(12, 14)의 재료 중 적어도 하나는 응력 유도된 복굴절의 특성을 가져서, 재료의 굴절률(n)이 신장 공정에 의해 영향을 받는다. 단축에서 이축 배향의 범위에 걸쳐 다층 필름(10)을 신장시킴으로써, 필름에는 상이하게 배향된 평면 편광된 입사 광에 대한 소정의 반사율 범위가 생성될 수 있다.
예시적인 실시 형태에서, 다층 필름(10)은 수십개, 수백개 또는 수천개의 층을 포함하며, 각각의 층은 많은 상이한 재료 중 임의의 것으로 제조될 수 있다. 특정 스택을 위한 재료의 선택을 결정하는 특징은 다층 필름(10)의 원하는 광학적 성능에 의존한다. 다층 필름(10)은 스택 내에 층이 있는만큼 많은 재료를 함유할 수 있다. 그러나, 예시를 용이하게 하기 위하여, 광학 박막 스택의 예시적인 실시 형태는 단지 몇가지 상이한 재료만을 보여준다.
일 실시 형태에서, 다층 필름(10) 내의 층의 수는 필름 두께, 가요성 및 경제성을 이유로 최소 수의 층을 이용하여 원하는 광학적 특성을 이루도록 선택된다. 편광기 및 거울과 같은 반사 필름의 경우에, 층의 수는 바람직하게는 약 2,000 미만, 더욱 바람직하게는 약 1,000 미만, 그리고 더욱 더 바람직하게는 약 500 미만이다.
일부 실시 형태에서, 다층 중합체 필름은 선택적인 부가의 비광학 또는 광학 층을 추가로 포함한다. 추가층(18)은 스택(16) 내에 배치된 중합체 층이다. 그러한 추가층은 광학층(12, 14)을 손상으로부터 보호할 수 있고, 공압출 가공을 도울 수 있고, 그리고/또는 가공후 기계적 특성을 향상시킬 수 있다. 추가층(18)은 종종 광학층(12, 14)보다 더 두껍다. 추가(예를 들어, 스킨)층(18)의 두께는 통상 개별 광학층(12, 14)의 두께의 적어도 2배, 바람직하게는 적어도 4배, 그리고 더욱 바람직하게는 적어도 10배이다. 추가층(18)의 두께는 특정 두께를 가진 다층 중합체 필름(10)을 제조하기 위해 변화될 수 있다. 전형적으로, 추가층(18) 중 하나 이상은 광학층(12, 14)에 의해 투과, 편광, 및/또는 반사되는 광의 적어도 일부가 또한 추가층을 통해 이동하도록 위치된다(즉, 추가층은 광학층(12, 14)을 통해 이동하거나 광학층에 의해 반사되는 광의 경로 내에 위치된다).
다층 필름(10)의 일 실시 형태는 다수의 저/고 굴절률 쌍의 필름층을 포함하며, 여기서 각각의 저/고 굴절률 쌍의 층은 밴드의 중심 파장의 1/2인 조합된 광학 두께를 가져서 이는 반사하도록 설계된다. 그러한 필름의 스택은 흔히 사분파(quarterwave) 스택으로 불린다. 가시 및 근적외선 파장과 관련한 다층 광학 필름의 경우, 사분파 스택 설계는 다층 스택 내의 층(12, 14)의 각각이 약 0.5 마이크로미터 이하의 평균 두께를 갖도록 한다. 다른 예시적인 실시 형태에서, 상이한 저-고 굴절률 쌍의 층은 광대역 반사 광학 필름이 요구되는 경우에서와 같이, 상이한 조합된 광학 두께를 가질 수 있다.
반사 필름(예를 들어, 거울 또는 편광기)이 요구되는 이들 응용에서, 각각의 편광 및 입사 평면의 광에 대한 요구되는 평균 투과율은 일반적으로 반사 필름의 의도된 용도에 의존한다. 다층 거울 필름을 생성하는 한 방법은 다층 스택을 이축으로 신장하는 것이다. 고효율 반사 필름의 경우, 가시 스펙트럼(약 380 내지 750 ㎚)에 걸친 법선 입사에서 각각의 신장 방향을 따른 평균 투과율은 바람직하게는 약 10% 미만(약 90% 초과의 반사율), 바람직하게는 약 5% 미만(약 95% 초과의 반사율), 더욱 바람직하게는 약 2% 미만(약 98% 초과의 반사율), 그리고 더욱 더 바람직하게는 약 1% 미만(약 99% 초과의 반사율)이다. 가시 스펙트럼에 걸친 수직으로부터의 약 60도에서 평균 투과율은 바람직하게는 약 20% 미만(약 80% 초과의 반사율), 바람직하게는 약 10% 미만(약 90% 초과의 반사율), 더욱 바람직하게는 약 5% 미만(약 95% 초과의 반사율), 그리고 더욱 더 바람직하게는 약 2% 미만(약 98% 초과의 반사율), 그리고 더욱 더 바람직하게는 약 1% 미만(약 99% 초과의 반사율)이다. 거울 필름의 일부 예가 미국 특허 제5,882,774호 (존자(Jonza) 등)에 추가로 설명되어 있다.
또한, 비대칭 반사 필름(예를 들어, 불균형 이축 신장에서 생겨난 필름)은 일부 응용에 바람직할 수 있다. 그러한 경우, 예를 들어 가시 스펙트럼(약 380 내지 750 ㎚)의 밴드폭에 걸쳐, 또는 가시 스펙트럼에 걸쳐 그리고 근적외선(예를 들어, 약 380 내지 850 ㎚) 내로, 하나의 신장 방향을 따른 평균 투과율은 바람직하게는, 예를 들어 약 50% 미만일 수 있는 한편, 다른 신장 방향을 따른 평균 투과율은 바람직하게는, 예를 들어 약 20% 미만일 수 있다.
다층 광학 필름은 또한 반사 편광기로서 작동하도록 설계될 수 있다. 다층 반사 편광기를 생성하는 한 방법은 다층 스택을 단축으로 신장시키는 것이다. 생성되는 반사 편광기는 넓은 입사각 범위에 대해 제1 평면내 축에 평행한 (통상, 신장 방향으로의) 편광 평면을 가진 광에 대하여 높은 반사율을 가지며, 동시에 넓은 입사각 범위에 대해 제1 평면내 축에 수직인 제2 평면내 축에 평행한 (통상, 비신장 방향으로의) 편광 평면을 가진 광에 대해 낮은 반사율과 높은 투과성을 갖는다. 각 필름의 세 가지 굴절률인 nx, ny 및 nz를 제어함으로써, 요구되는 편광기 거동을 얻을 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5,882,774호(존자 등)를 참조한다.
다층 중합체 필름(10)의 광학층(12, 14) 및 선택적인 추가층(18)은 전형적으로 폴리에스테르와 같은 중합체로 이루어진다. 폴리에스테르는 카르복실레이트 및 글리콜 하위단위를 포함하며, 카르복실레이트 단량체 분자와 글리콜 단량체 분자의 반응에 의해 생성된다. 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. 이는 동일하게 글리콜 단량체 분자에 적용된다. 중합체 층 또는 필름의 특성은 폴리에스테르의 단량체 분자의 구체적인 선택에 따라 변한다.
하나 이상의 복굴절 코폴리에스테르 층, 복굴절 코폴리에스테르 필름, 및 소정의 코폴리에스테르 중합체 물질을 포함하는 다층 광학 필름이 이제 설명된다.
코폴리에스테르 중합체 물질은 전체 조성, 즉 50 몰% 카르복실레이트 단위와 50 몰% 글리콜 단위로부터 유도된 100 몰% 단위에 대하여 본 명세서에서 설명된다. 코폴리에스테르 중합체 물질은 또한 카르복실레이트 하위단위의 몰% 및 글리콜 하위단위의 몰%에 대하여 본 명세서에서 설명된다(즉, 코폴리에스테르의 제조에서 100 몰%의 카르복실레이트 하위단위가 100 몰%의 글리콜 하위단위와 반응한다).
코폴리에스테르는 일반적으로 나프탈렌 다이카르복실산과 에틸렌 글리콜 및 적어도 하나의 추가의 (예를 들어, 글리콜) 공단량체 - 이는 분지형 또는 환형 C4-C10 알킬 단위에 기여함 - 의 반응에 의해 제조된다.
폴리에스테르 층의 카르복실레이트 하위단위의 형성에 사용하기에 적합한 카르복실레이트 단량체 분자는 나프탈렌 다이카르복실산, 예를 들어 2,6-나프탈렌 다이카르복실산 단량체 및 그의 이성체를 포함한다. 2,6-나프탈렌 다이카르복실산 단량체 및/또는 그의 이성체는 80 내지 100 몰%의 카르복실레이트 하위단위(또는 40 내지 50 몰%의 코폴리에스테르)가 나프탈레이트 하위단위를 포함하도록 하는 농도로 이용된다. 바람직하게는, 적어도 81, 82, 83, 84, 또는 85 몰%의 카르복실레이트 하위단위가 나프탈레이트 하위단위를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 코폴리에스테르는 하나 이상의 다른 (즉, 나프탈렌 다이카르복실산 단량체 및 그의 이성체와 상이한) 카르복실레이트 단량체 분자와 조합된 2,6-나프탈렌 다이카르복실산 또는 그 이성체로부터 형성된다. 코폴리에스테르가 하나 초과의 유형의 카르복실레이트 하위단위를 함유하는 실시 형태의 경우, 코폴리에스테르는 블록 또는 랜덤 코폴리에스테르일 수 있다. 다른 카르복실레이트 단량체(들)의 총량은 최대 20 몰% (또는 코폴리에스테르의 최대 10 몰%) 범위일 수 있다. 전형적으로, 다른 카르복실레이트 단량체의 총량은 19, 18, 17, 16, 또는 15 몰% 이하(또는 코폴리에스테르의 9.5, 9, 8.5, 8, 또는 7.5 몰% 이하)이다.
적합한 다른 카르복실레이트 단량체는, 예를 들어 테레프탈산; 아이소프탈산; 프탈산; 아젤라산; 아디프산; 세바식산; 노르보르넨 다이카르복실산; 바이-사이클로옥탄 다이카르복실산; t-부틸 아이소프탈산, 트라이-멜리트산, 소듐 설폰화 아이소프탈산; 4,4'-바이페닐 다이카르복실산 및 그의 이성체; 및 이들 산의 저급 알킬 에스테르, 예를 들어 메틸 또는 에틸 에스테르를 포함한다. 용어 "저급 알킬"은, 이와 관련하여, C1-C10, 바람직하게는 C1-C4, 그리고 더욱 바람직하게는 C1-C2 직쇄 또는 분지형 알킬기를 지칭한다.
일부 실시 형태에서, 코폴리에스테르는 다이메틸 테레프탈산(DMT)과 같은 테레프탈산으로부터 유도된 카르복실레이트 하위단위를 포함한다. 코폴리에스테르는 일반적인 단량체 단위의 존재로 인해 테레프탈레이트를 함유하는 코폴리에스테르로부터 제조된 제2 광학층에 더 나은 접착을 나타낼 수 있다. 본 실시 형태에서, 총 카르복실레이트 하위단위의 적어도 1, 2, 3, 4, 또는 5 몰% 그리고 전형적으로 15 몰% 이하가 테레프탈산으로부터 유도된다. 따라서, 본 실시 형태에서, 코폴리에스테르는 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 또는 2.5 몰% 그리고 전형적으로 7.5 몰% 이하의 테레프탈레이트 단위를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 다이메틸 테레프탈산과 같은 테레프탈산으로부터 유도된 카르복실레이트 하위단위의 양은 14, 13, 또는 12 몰% 미만이다. 따라서, 코폴리에스테르는 7.0, 6.5, 또는 6.0 몰%의 테레프탈레이트 단위를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 코폴리에스테르는 나프탈렌 다이카르복실산 및 그의 이성체가 기여하는 나프탈레이트 하위단위를 훨씬 더 높은 농도로 포함한다. 예를 들어, 나프탈레이트 하위단위의 농도는 적어도 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 또는 98 몰%일 수 있다. 그러한 실시 형태의 경우, 분지형 또는 환형 C4-C10 알킬 단위는 일반적으로 네오펜틸 글리콜, 사이클로헥산다이메탄올, 또는 그의 혼합물과 같은 분지형 또는 환형 C4-C10 알킬 글리콜로부터 유도된다.
그러나, 낮은 농도의 나프탈레이트 단위를 이용하는 실시 형태의 경우에 특히, 분지형 또는 환형 C4-C10 알킬 단위는 대안적으로, 생성되는 코폴리에스테르의 높은 복굴절률 및/또는 감소된 열 가공 온도와 같은 요구되는 특성이 얻어질 수 있을 정도로, 적합한 카르복실레이트 단량체 분자에 의해 적어도 부분적으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 환형 C4-C10 알킬 단위에는, 적어도 부분적으로, 사이클로헥산 다이카르복실산 및 이러한 산의 저급 알킬 에스테르, 예를 들어 메틸 또는 에틸 에스테르가 기여할 수 있다.
코폴리에스테르의 글리콜 하위단위를 형성하는 데 사용하기에 적합한 글리콜 단량체 분자는 네오펜틸 글리콜, 사이클로헥산다이메탄올, 및 그의 혼합물과 같은 분지형 또는 환형 C4-C10 알킬 글리콜과 조합된 에틸렌 글리콜을 포함한다. 에틸렌 글리콜 단량체는 전형적으로 글리콜 하위단위의 70 내지 98 몰%(또는 코폴리에스테르의 35 내지 49 몰%)가 에틸렌 하위단위를 포함하도록 하는 농도로 이용된다. 전형적으로 적어도 1 또는 2 몰% 그리고 16 몰% 이하의 글리콜 하위단위가 분지형 및/또는 환형 C4-C10 알킬 글리콜로부터 유도된다. 따라서, 코폴리에스테르는 적어도 0.5 내지 1 몰% 그리고 8 몰% 이하의 분지형 및/또는 환형 C4-C10 알킬 단위를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 코폴리에스테르는 환형 C4-C10 알킬 글리콜, 예를 들어 사이클로헥산다이메탄올의 부재 하에서, 에틸렌 글리콜 및 분지형 C4-C10 알킬 글리콜(들), 예를 들어 네오펜틸 글리콜로부터 유도된 글리콜 하위단위를 포함한다. 본 실시 형태에서, 코폴리에스테르는 전형적으로 분지형 C4-C10 알킬 단위(들) 5 몰% 미만(예를 들어, 글리콜 하위단위 10 몰% 미만)을 포함한다. 코폴리에스테르의 분지형 C4-C10 알킬 단위(들)(예를 들어, 네오펜틸 글리콜)의 양은 바람직하게는 약 2 내지 4 몰% 범위이다(예를 들어, 4 내지 8 몰%의 글리콜 하위단위).
바람직한 실시 형태에서, 코폴리에스테르는 분지형 C4-C10 알킬 글리콜, 예를 들어 네오펜틸 글리콜의 부재 하에서, 에틸렌 글리콜 및 환형 C4-C10 알킬 글리콜(들), 예를 들어 사이클로헥산다이메탄올로부터 유도된 글리콜 하위단위를 포함한다. 본 실시 형태에서, 코폴리에스테르는 2 내지 8 몰%의 환형 C4-C10 알킬 단위(들), 예를 들어 사이클로헥산다이메탄올 단위를 포함하는 것이 바람직하다.
코폴리에스테르는 선택적으로 하나 이상의 다른 글리콜 단량체 분자로부터 형성될 수 있다. 적합한 글리콜 단량체 분자는, 예를 들어 프로필렌 글리콜; 1,4-부탄다이올 및 그의 이성체; 1,6-헥산다이올; 폴리에틸렌 글리콜; 다이에틸렌 글리콜; 트라이사이클로데칸다이올; 및 그의 이성체; 노르보르난다이올; 바이사이로-옥탄다이올; 트라이메틸올 프로판; 펜타에리트리톨; 1,4-벤젠다이메탄올 및 그의 이성체; 비스페놀 A; 1,8-다이하이드록시 바이페닐 및 그의 이성체; 및 1,3-비스(2-하이드록시에톡시)벤젠을 포함한다. 전형적으로, 다른 글리콜 단량체(즉, 에틸렌 글리콜 및 C4-C10 알킬 글리콜(들), 예를 들어 네오펜틸 글리콜, 또는 사이클로헥산 글리콜과 상이함)로부터 유도된 단위의 양은 5 몰% 이하이다. 일부 실시 형태에서, 다른 글리콜 단량체로부터 유도된 단위는 1 또는 2 몰% 이하이다. 합성에서 다른 글리콜 단량체의 부재 하에서, 코폴리에스테르 중합체는 전형적으로 부반응 부산물로서 약 0.5 내지 3 몰%의 다이에틸렌 글리콜을 함유한다.
제1 복굴절 광학층의 제조에 사용하기 위한 코폴리에스테르는 가공성을 개선하기 위하여 나트륨 설페이트 아이소프탈레이트(SSIP)와 같은 프탈레이트 이오노머를 작은 농도로 추가로 포함할 수 있다. 이온성 공단량체는 전형적으로 프탈레이트, 아이소프탈레이트, 테레프탈레이트, 및/또는 나프탈레이트로부터 유도된 하나 이상의 다이카르복실산 부분을 함유한다. 반대 이온은 H+ 또는 다른 금속 이온, 예를 들어 칼륨, 리튬, 아연, 마그네슘, 칼슘, 코발트, 철, 및/또는 안티몬일 수 있다. 이오노머의 농도는 일반적으로 약 0.005 몰% 내지 2 몰%의 범위이다. 일부 실시 형태에서, 코폴리에스테르의 이오노머의 농도는 1 몰% 이하이다. 다른 실시 형태에서, 코폴리에스테르의 이오노머의 농도는 0.5 몰% 이하이다.
바람직한 실시 형태에서, 본 명세서에 설명된 코폴리에스테르는 PEN에 견줄만한 복굴절 특성을 갖는다. 바람직한 실시 형태에서, 본 명세서에 설명된 코폴리에스테르는 본 명세서에서 "90/10 coPEN"으로 불리는 저 용융 복굴절 코폴리에스테르보다 높은 복굴절률을 갖는다. 90/10 coPEN은 카르복실레이트 단위의 약 10%가 테레프탈레이트 하위단위라는 점에서 PEN과 상이하다.
앞서 논의된 바와 같이, 평면내 복굴절 특성은 편광기로 사용되는 다층 광학 필름과 같은 많은 유형의 다층 광학 필름에 있어 중요하다. 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 명세서에 설명된 복굴절 코폴리에스테르로부터 제조된 고굴절률 층(12)은 배향 후에 632.8 ㎚에서 평면내 복굴절률(nx-ny의 절대값)이 0.05 이상이다. 바람직하게는 평면내 복굴절률은 약 0.10 이상이다. 신장 방향에 평행한 평면에서 편광된 632.8 ㎚ 광에 대한 코폴리에스테르의 굴절률은 약 1.62로부터 약 1.87만큼 높게 증가할 수 있다. 가시 스펙트럼 내에서, 코폴리에스테르는 전형적인 고 배향 신장(예를 들어, 재료가 100 내지 150℃의 온도와 5 내지 150 %/sec의 초기 응력 속도에서 원래 치수의 5배 이상으로 신장됨)에 대해 400 내지 700 ㎚의 파장 범위에 걸쳐 0.20 내지 0.40의 복굴절률을 나타낸다.
복굴절률을 표현하는 다른 방법은 필름이 형성된 후, 즉 125 내지 150℃ 범위의 온도 범위에서 유리 전이 온도 근처에서 신장된 후, 평균 평면내 복굴절률(억제된 단축 또는 비억제 단축)에 대해서이다. 실시예에 설명된 시험 방법에 따라 시차 주사 열량법(DSC)에 의해 측정한 복굴절 코폴리에스테르의 제2 스캔 유리 전이 온도(Tg)는 전형적으로 적어도 105℃이며 일반적으로 약 125℃ 이하이다.
표 6 및 표 7에 나타낸 바와 같이, 본 명세서에 설명된 코폴리에스테르로부터 형성된 광학층은 적어도 0.10, 0.15, 또는 0.20의 평균 평면내(예를 들어, 억제된) 단축 복굴절률을 나타낼 수 있다. 일부 실시 형태에서, 평균 평면내 억제 단축 복굴절률은 적어도 0.21 또는 적어도 0.22이다. 추가로, 평균 평면내 비억제 단축 복굴절률은 적어도 0.25, 0.30, 0.31, 또는 0.31일 수 있다.
거울 필름으로 사용되는 것과 같은 다른 유형의 다층 광학 필름의 경우, 평면외 복굴절 특성이 중요하다. 표 5에 나타낸 바와 같이, 본 명세서에 설명된 코폴리에스테르로부터 형성된 광학층은 적어도 0.10의 평균 평면외 복굴절률을 나타낼 수 있다. 일부 실시 형태에서, 평균 평면외 복굴절률은 적어도 0.18 또는 적어도 0.20이다. 또한, 평균 평면외 복굴절률은 적어도 0.16 또는 0.17일 수 있다.
반사 편광기와 같은 다층 광학 필름의 스펙트럼 특징은 복굴절 층(nx1, ny1, nz1) 및 제2 (예를 들어, 등방성) 층 (nx2, ny2, nz2)의 유효 굴절률을 개산하기 위하여 측정되고 이용될 수 있다. 제2 (예를 들어, 등방성) 층의 바람직한 유효 굴절률은 전형적으로 (x 방향으로 신장된 필름과 관련하여) ny1, nz1 또는 둘 모두와 대략 동일하도록 선택된다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 코폴리에스테르로부터 제조된 필름층의 굴절률 성분은 PEN에 비교하여 굴절률의 ny1 성분을 감소시키고 nz1 성분을 증가시키는 한편 증가된 nx1 성분을 제공할 수 있다. 이들 특징 모두는 LCD 디스플레이에 사용될 경우 반사 편광기에 매우 바람직한데, 이는 (nx1-ny1)이 편광기의 휘도 증가량 또는 효율에 강하게 기여하기 때문이고(즉, (nx1-ny1)의 높은 값이 바람직함), (ny1-nz1)이 다층 반사 편광기가 통과 상태 광(pass state light)에 대한 오프 각(off angle) 반사율을 갖는 경향과 그에 따른 디스플레이가 부적합한 색상 특징을 갖는 경향에 관련되기 때문이다(즉, (ny1-nz1)의 더 낮은 값이 바람직함). 이러한 특징은 식 (nx1-ny1)/(ny1-nz1)에 의해 정의된 복굴절률과 축외 굴절률 부정합 사이의 비를 이용하여 정량화될 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, (nx1-ny1)/(ny1-nz1)에 의해 정의된 복굴절률과 축외 굴절률 부정합 사이의 비는 적어도 2.5이다. 더욱 바람직한 실시 형태에서, (nx1-ny1)/(ny1-nz1)에 의해 정의된 복굴절률과 축외 굴절률 부정합 사이의 비는 적어도 2.7이다.
제2 광학층 및 선택적인 공압출성 추가 (예를 들어, 스킨) 층의 제1 중합체 물질의 코폴리에스테르의 고유 점도는 중합체의 (분지화 단량체의 부재 하에서) 분자량에 관련된다. 전형적으로, 폴리에스테르는 고유 점도가 약 0.4 ㎗/g 보다 크다. 바람직하게는, 고유 점도는 약 0.4 내지 0.9 ㎗/g이다. 본 발명의 목적을 위하여, 고유 점도는 달리 표시되지 않으면 30℃에서 60/40 중량% 페놀/o-다이클로로벤젠 용매에서 측정된다.
또한, 제1 광학층, 제2 광학층, 및 공압출성 추가층은 유사한 리올로지 특성(예를 들어, 용융 점도)을 갖도록 선택된다. 전형적으로, 제2 광학층 및 공압출성 추가층은 유리 전이 온도, Tg가 제1 광학층의 유리 전이 온도 미만이거나 또는 그보다 약 40℃ 초과인 온도 이하일 수 있다. 바람직하게는, 제2 광학층 및 선택적인 추가층의 유리 전이 온도는 제1 광학층의 유리 전이 온도보다 낮다.
그러나, 바로 설명된 복굴절 특성에 대안으로 또는 그에 더하여, 본 명세서에 설명된 코폴리에스테르는 PEN에 비하여 감소된 온도에서 코폴리에스테르의 가공에 순응성인 다양한 열적 특성을 갖는다.
PEN에 비교하여 본 명세서에 설명된 바와 같은 예시적인 복굴절 코폴리에스테르의 DSC 스캔인 도 6을 참조하면, 본 명세서에 설명된 코폴리에스테르 재료의 바람직한 실시 형태는 제2 스캔 결정화 피크를 나타내지 않으며 따라서 실질적인 양의 결정도를 포함하지 않는다. 열적으로 유도된 결정화의 부재에도 불구하고, 제1 스캔에 의해 입증되는 바와 같이, 매우 강한 발열 피크가 고도로 배향된 샘플에서 관찰되었다. 이는 높은 복굴절률을 나타내는 본 명세서에 설명된 코폴리에스테르의 가공 경화 특성을 설명한다. 융해열은 그러한 장애 결정화를 정량하는 한 방법이다. 표 3을 참조하면, 코폴리에스테르는, 실시예에서 더 상세히 설명되는 시험 방법에 따라 측정할 때, 20℃/분의 속도로 가열될 때 시차 주사 열량법에 따라 2 J/g 미만의 제2 스캔 융해열을 나타낸다.
표 3을 참조하면, 코폴리에스테르는 전형적으로 PEN 보다 낮은 용융 온도(DSC에 의해 측정된 Tm)를 가지며 따라서 270℃ 미만이다. 용융 온도는 전형적으로 적어도 225℃이며 바람직하게는 260℃ 이하이다. 본 명세서에 설명된 코폴리에스테르의 열적 특성 면에서, 코폴리에스테르는 감소된 가공 온도에서 필름으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하기 표는 PEN, 90/10 CoPEN, 및 본 명세서에서 설명된 복굴절 코폴리에스테르를 위한 전형적인 가공 조건을 설명한다.
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본 명세서에 설명된 코폴리에스테르는 250℃ 내지 280℃ 범위의 가공 온도에서 열적으로 안정하다. 표 4에 나타난 바와 같이, 본 명세서에 설명된 코폴리에스테르는 약간의 용융 점도 증가를 나타낼 수 있다. 이론에 구애됨 없이, 점도 증가는 용융물에서 추가적인 중합으로 인한 것일 수 있다. 전형적으로, 코폴리에스테르는 실시예에 추가로 설명되는 시험 방법에 따라 100 s-1의 전단률에서 측정할 때 질소 하에서 250℃, 255℃, 260℃, 265℃, 270℃, 275℃, 또는 280℃에서 1시간 후에 15% 미만의 점도 변화를 나타낸다.
본 명세서에 설명된 코폴리에스테르의 감소된 가공 온도는 다층 광학 필름의 제2 층(들) 또는 스킨층과 같은 다른 인접한 층들의 열분해를 감소시키는 데 특히 유리하다. 예를 들어, 다층 광학 필름의 제2층으로 사용하기 적합한 한 가지 예시적인 코폴리에스테르는 미국 테네시주 킹스포트 소재의 이스트만 케미칼 컴퍼니(Eastman Chemical Company)로부터 상표명 "SA115"로 구매가능하다. 60분의 기간 동안 280℃의 온도에서, SA115는 66.3%의 점도 감소((초기 점도 - 최종 점도)/초기 점도 X 100%)를 나타낸다. 그러나, 이 동일한 물질은 250℃의 온도에서 13.1%의 점도 감소를 나타낸다. 따라서, SA115의 열분해는 낮은 가공 온도에 처해질 때 상당히 적다. 유사하게, 다층 광학 필름의 제2 층으로 사용하기 위한 다른 예시적 코폴리에스테르인, 이스트만으로부터 상표명 "PETG 6763"으로 구매가능한 코폴리에스테르는 280℃에서 52%, 더욱이 250℃에서 6.4%의 점도 감소를 나타낸다. 따라서, 제1 광학층(들)과 제2 광학층(들)의 조합은 250℃의 온도에서 질소 하에서 1시간 후 100 s-1의 전단률에서 측정할 때 15% 미만의 점도 변화를 나타낼 수 있다. 분해는 필름 결함의 주요 원인들 중 하나이므로, 개선된 열 안정성은 감소된 필름 결함과 제조 수율 증가에 순응한다.
상기에 설명한 유리한 복굴절률 및 감소된 가공 온도 특성에 더하여, 본 명세서에 설명된 코폴리에스테르는 또한 제2 등방성 광학층(특히 분지형 또는 환형 C4-C10 알킬 단위, 예를 들어 네오펜틸 글리콜 또는 사이클로헥산 다이메탄올을 포함하는 이들 등방성 층)에 대한 개선된 접착력을 제공하여 PEN 또는 90/10 CoPEN에 대하여 개선된 탈층 성능을 야기하는 것으로 추측된다.
일부 실시 형태에서, 제2 광학층(14)은 단축 또는 이축 배향가능하다. 그러나, 제2 광학층(14)은 더욱 전형적으로, 신장된 때에도 상대적으로 등방성인 굴절률을 유지한다. 제2 광학층의 복굴절률은 632.8 ㎚에서 약 0.04 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.02 미만이다.
제2 광학층(14)은 다양한 중합체로부터 제조될 수 있다. 적합한 중합체의 예는 비닐 나프탈렌, 스티렌, 말레산 무수물, 아크릴레이트 및 메타크릴레이트와 같은 단량체로부터 제조된 비닐 중합체 및 공중합체를 포함한다. 그러한 중합체의 예는 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 예컨대 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 및 이소탁틱(isotactic) 또는 신디오탁틱(syndiotactic) 폴리스티렌을 포함한다. 다른 중합체는 미국 특허 출원 공개 US2007/0177272호에 설명된 바와 같은 폴리설폰, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리아믹산, 폴리이미드, 및 폴리다이오가노실록산 폴리아미드 블록 공중합체와 같은 축합 중합체를 포함한다. 또한, 제2 광학층(14)은 중합체 및 공중합체, 예를 들어 폴리에스테르 및 폴리카르보네이트로부터 형성될 수 있다. 제2 광학층(14)은 폴리에스테르의 공중합체로 아래에 예시될 것이다. 그러나, 앞서 설명한 다른 중합체가 또한 사용될 수도 있음이 이해될 것이다. 아래에 설명되는 바와 같이 코폴리에스테르의 광학 특성에 관한 동일한 고려 사항은 또한 전형적으로 다른 중합체 및 공중합체에 적용될 수 있을 것이다.
제2 광학층(14)을 위한 적합한 재료의 예는 PEN, PBN , PET 또는 PBT의 공중합체이다. 전형적으로, 이들 공중합체는 20 내지 100 몰%의 제2 카르복실레이트 하위단위, 예를 들어 나프탈레이트(coPEN 또는 coPBN의 경우) 또는 테레프탈레이트(coPET 또는 coPBT의 경우) 하위단위, 및 0 내지 80 몰%의 제2 공단량체 카르복실레이트 하위단위인 카르복실레이트 하위단위를 포함한다. 공중합체는 또한 40 내지 100 몰%의 글리콜 하위단위, 예를 들어 에틸렌(coPEN 또는 coPET의 경우) 또는 부틸렌(coPBN 또는 coPBT의 경우), 및 0 내지 60 몰%의 제2 공단량체 글리콜 하위단위인 글리콜 하위단위를 포함한다. 조합된 카르복실레이트와 글리콜 하위단위의 적어도 약 20 몰%는 복굴절 감소 공단량체로부터 유도된 제2 공단량체 카르복실레이트 또는 글리콜 하위단위이다. 공단량체는 coPEN 폴리에스테르 중에 무작위로 분포될 수 있거나, 블록 공중합체 중에 하나 이상의 블록을 형성할 수 있다.
카르복실레이트 하위단위로서 사용하기에 적합한 복굴절성-감소 공단량체 재료의 예는 t-부틸-아이소프탈산, 프탈산 및 그의 저급 알킬 에스테르로부터 유도된다. 복굴절 코폴리에스테르가 최대 15 몰%의 테레프탈레이트 하위단위를 함유할 수 있지만, 등방성 코폴리에스테르는 전형적으로 적어도 25, 30, 35, 40, 45 또는 50 몰%의 테레프탈레이트 및/또는 아이소프탈레이트 하위단위를 함유한다.
복굴절-감소 카르복실레이트 하위단위와 조합하여 전형적으로 사용되는 다이올 하위단위로 사용하기 위한 적합한 복굴절-감소 공단량체 물질의 예는 1,6-헥산다이올, 트라이메틸올 프로판, 및 분지형 또는 환형 C4 내지 C10 알킬 다이올로부터 유도된다. 일부 실시 형태에서, 등방성층의 코폴리에스테르는 2 내지 46 몰%, 바람직하게는 4 내지 15 몰%의 이들 복굴절 감소 다이올을 포함한다.
3개 이상의 카르복실레이트, 에스테르 또는 하이드록시 작용기를 갖는 화합물로부터 유도되는 공단량체 하위단위를 첨가하는 것은 또한 제2 층의 코폴리에스테르의 복굴절률을 감소시킬 수 있다. 적합한 공단량체는, 예를 들어 트라이메틸올 프로판과 펜타에리트리톨을 포함한다. 이들 화합물은 분지제로서 작용하여 다른 중합체 분자와의 가교결합 또는 분지를 형성한다. 일부 실시 형태에서, 제2 층의 코폴리에스테르는 0.01 내지 5 몰%, 바람직하게는 0.1 내지 2.5 몰%의 이러한 분지제를 포함한다.
다시 도 1을 참조하면, 다층 필름은 선택적으로 도 1에 예시된 바와 같이 스택(16)의 적어도 하나의 표면에 라미네이팅되거나 그 위에 스킨층으로 형성되는 추가층(18) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 동일하거나 상이한 재료의 층이 스택 내에 그리고 하나 또는 둘의 주요 표면 상에 분포될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 추가층(18)은 전형적으로 적어도 관심 대상의 파장 영역에 걸쳐, 다층 중합체 필름(10)의 광학 특성의 측정에 유의하게 참여하지 않는다. 추가층(18)은 전형적으로 복굴절 또는 배향성이 아니다. 그러한 추가층은 광학층을 손상으로부터 보호할 수 있으며, 공압출 가공을 도울 수 있고, 그리고/또는 가공후 기계적 특성을 향상시키고 그리고/또는 스택에 더 큰 기계적 강도를 제공할 수 있다.
대안적으로, 다층 필름의 외관 및/또는 성능은 필름층의 스택 내의 스킨층과 인접한 하부스킨층 또는 주 표면 상에 스킨층과 같은 추가층을 포함시킴으로써 변경될 수 있다.
전형적으로, 추가층(18)이 스킨층으로 사용될 경우, 적어도 일부 표면 반사가 있을 것이다. 만일 다층 중합체 필름(10)이 편광기라면, 추가층은 바람직하게는 상대적으로 낮은 굴절률을 갖는다. 이는 표면 반사량을 감소시킨다. 만일 다층 중합체 필름(10)이 거울이라면, 추가층(18)은 바람직하게는 광반사를 증가시키기 위하여 높은 굴절률을 갖는다.
추가층(18)이 스택(16) 내에서 발견될 경우, 전형적으로 추가층(18)에 인접한 광학층(12, 14)과 조합된 추가층(18)에 의해 광의 적어도 일부 편광 또는 반사가 있을 것이다. 그러나, 전형적으로, 추가층(18)은 스택(16) 내의 추가층(18)에 의해 반사된 광이 관심 대상의 영역 외부의, 예를 들어 가시광 편광기 또는 거울의 경우 적외선 영역의, 파장을 갖도록 요구하는 두께를 갖는다. 추가층은 coPEN과 같은 폴리에스테르로부터 제조될 수 있다. 추가층은 또한 제2 저굴절률 층으로 사용하기 위해 앞서 설명된 중합체 물질 중 임의의 것으로부터 제조될 수 있다.
스킨층과 내부층은, 공압출에 의해 또는 별도의 코팅 또는 압출 단계에서, 필름 형성시에 통합될 수 있으며, 또는 그들은, 예를 들어 미리 형성된 필름에 스킨층을 코팅하거나 라미네이팅함으로써, 완성된 필름에 나중에 적용될 수 있다. 추가층의 총 두께는 전형적으로 다층 필름의 총 두께의 약 2% 내지 약 50% 범위이다.
추가층 또는 코팅의 예는, 둘 모두 발명의 명칭이 "추가의 코팅 또는 층을 가진 다층 중합체 필름(Multilayer Polymer Film with Additional Coatings or Layers)"인 미국 특허 제6,368,699호, 및 제6,459,514호와, 발명의 명칭이 "다층 광학 필름의 제조 장치(Apparatus for Making Multilayer Optical Films)"이고 네아빈(Neavin) 등에게 허여된 미국 특허 제6,783,349호에 설명되어 있다.
추가층의 조성은, 예를 들어 가공 동안 또는 가공 후 층(12, 14)의 보전성을 보호하기 위해, 다층 필름(10)에 기계적 또는 물리적 특성을 추가하기 위해, 또는 다층 필름(10)에 광학적 기능을 추가하기 위해 선택될 수 있다. 대전방지 첨가제, 자외선광 흡수제(UVA), 장애 아민 광 안정제(HALS), 염료, 착색제, 안료, 산화방지제, 슬립제, 저접착 물질, 전도성 물질, 내마모성 물질, 광학 요소, 치수 안정제, 접착제, 점착부여제, 난연제, 인광 물질, 형광 물질, 나노입자, 낙서 방지제, 이슬 방지제, 하중 지지제, 실리케이트 수지, 광 확산 물질, 광 흡수 물질 및 광 증백제와 같은 기능성 성분들은, 바람직하게는 그들이 결과 생성물의 요구되는 광학 또는 기타 특성을 실질적으로 방해하지 않도록 이들 층에 포함될 수 있다. 일부 예시적인 실시 형태에서, 하나 이상의 추가층이 확산기, 예를 들어 거친, 무광택의 또는 구조화된 표면, 비드형 확산기 또는 유기 및/또는 무기 입자를 포함하는 확산기, 또는 많은 이의 조합이거나 이를 포함할 수 있다.
한 가지 예시적 스킨층은 (예를 들어, 약 2 내지 3 중량%의) 자외선 광 흡수제, 예를 들어 상표명 "티누빈(Tinuvin) 1577"로 시바(Ciba)로부터 구매가능한 2-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-5-(헥실옥실-페놀); (예를 들어, 약 0.5 중량%)의 장애 아민 광 안정제, 예를 들어 상표명 "침마솔브(Chimmasorb) 119 FL"로 시바로부터 구매가능한, 4-하이드록시-2,2,6,6,-테트라메틸-1-피페리딘에탄올을 가진 10 중량% 다이메틸 석시네이트 중합체, 90 중량% N,N'''-[1,2-에탄다이일비스[[[4,6-비스[부틸(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)아미노] -1,3,5- 트라이아진-2-일]이미노]-3,1-프로판다이일]] 비스 [N'N''-다이부틸-N'N''-비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)]-1; 및 (예를 들어, 약 0.1 중량%) 산화방지제, 예를 들어 상표명 "이르가녹스(Irganox) 1010 FF"로 시바로부터 구매가능한 벤젠프로판산, 3,5-비스(1,1-다이메틸에틸)-4-하이드록시-, 2,2-비스[[3-[3,5-비스(1,1-다이메틸에틸)-4-하이드록시페닐]-1-옥소프로폭시]m, 또는 상표명 "울트라녹스(Ultranox) 626"으로 켐튜라 코포레이션(Chemtura Corporation)으로부터 구매가능한 비스 (2,4-다이-tert-부틸페닐)펜타에리트리톨 다이포스파이트와 조합된 PMMA 또는 폴리카르보네이트/코폴리에스테르 블렌드 중합체(SA115)를 포함한다.
일 예에서, 스킨층은, 예를 들어 고온 롤러 또는 텐터(tenter) 클립에 대한 필름의 고착을 방지함으로써, 압출후 가공을 돕기 위해 사용된다. 다른 실시 형태에서, 스킨층은 다층 필름에 바람직한 배리어 특성을 부여하기 위해 첨가된다. 예를 들어, 배리어 필름 또는 코팅은 물 또는 유기 용매와 같은 액체, 또는 산소 또는 이산화탄소와 같은 기체에 대한 다층 필름의 투과 특성을 변경하기 위하여 스킨층으로서 또는 스킨층 내의 성분으로서 추가될 수 있다.
스킨층은 또한 생성된 다층 필름에서 내마모성을 부여하거나 개선하기 위해 추가될 수 있다. 예를 들어, 중합체 매트릭스에 매립된 실리카와 같은 무기 입자를 포함하는 스킨층이 사용될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 스킨층은 미국 특허 제5,677,050호에 설명된 것과 같은 내마모성 코팅을 포함할 수 있다. 스킨층은 또한 생성된 다층 필름에서 천공 및/또는 인열 저항성을 부여하거나 개선하기 위해 추가될 수 있다. 천공 또는 인열 저항성 스킨층은 제조 공정 동안 적용되거나 또는 나중에 다층 필름(10) 상에 코팅되거나 라미네이팅될 수 있다. 공압출 과정에 의해서와 같이, 제조 공정 동안 다층 필름(10)에 이들 층을 접착하는 것은 다층 필름(10)이 제조 공정 동안 보호되는 이점을 제공한다.
일 예에서, 추가층(들)은 스펙트럼의 하나 이상의 선택된 영역에서 흡수하는 염료 또는 안료를 포함한다. 스펙트럼의 예시적인 선택된 영역은 자외선 및 적외선뿐만 아니라 가시 스펙트럼의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 모든 가시 스펙트럼이 흡수되면, 층은 불투명하게 보일 것이다. 층을 위한 재료는 다층 필름에 의해 투과되거나 반사된 광의 겉보기 색을 변화시키기 위해 선택될 수 있다. 이는 또한, 특히 필름이 일부 주파수를 투과시키는 한편 다른 주파수를 반사시키는 경우, 필름의 특성을 보완하기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 스킨 커버층에서 UV 흡수 재료의 사용은 특히 바람직한데, 이는 UV 방사선에 노출될 때 때때로 불안정할 수 있는 내부층을 보호하기 위해 사용될 수 있기 때문이다. 일 실시 형태에서, 형광 물질이 추가층 내로 혼입된다. 형광 물질은 스펙트럼의 자외선 영역에서 전자기 에너지를 흡수하여 가시 영역에서 재방사한다.
감압 접착제를 비롯한 접착제는 스킨층으로서 다층 스택에 적용될 수 있는 재료의 다른 바람직한 부류를 형성한다. 일반적으로, 감압 접착제는 다층 필름이 유리 또는 금속 기재와 같은 다른 재료에 대한 이후의 라미네이션을 위해 의도될 때 적용된다.
스킨층에 혼입될 수 있는 다른 물질은 슬립제이다. 슬립제는 제조 공정 동안 다층 필름을 더 다루기 용이하게 한다. 전형적으로 슬립제는 필름을 비추는 광의 일부를 투과하도록 의도된 필름보다는 거울 필름에서 사용된다. 슬립제를 포함하는 면은 전형적으로 슬립제가 반사와 관련된 헤이즈(haze)를 증가시키는 것을 방지하기 위하여 지지 기재에 라미네이팅되도록 의도된 면이다.
스킨층으로부터 유래된 많은 이점이 또한 유사한 내부층으로부터 유래될 수 있다. 따라서, 스킨층에 대한 전술한 논의는 또한 내부층(들)에 적용가능하다.
다른 추가층은 홀로그래픽 이미지를 함유한 층, 홀로그래픽 확산기, 또는 기타 확산층을 포함한다. 상기 내용은 특성을 변경하기 위하여 다층 필름 스택에 적용될 수 있는 다양한 층의 예를 설명하였다. 일반적으로, 임의의 추가층이 추가되어, 전형적으로 층(12, 14)의 특성과 상이한 기계적, 화학적 또는 광학적 특성을 제공할 수 있다.
예시적인 실시 형태에서, 추가층은, 예를 들어 발명의 명칭이 "광학 편광기(Optical Polarizer)"이고 오우델커크(Ouderkirk) 등에 허여된 미국 특허 제6,096,375호에 설명된 흡수 또는 이색성 편광기 층일 수 있다. 일부 그러한 구성에서, 이색성 편광기의 투과 축은 반사 편광기의 투과 축과 정렬된다.
다층 중합체 필름을 형성하기 위한 공정 조건 및 고려사항에 대한 설명은 발명의 명칭이 "다층 광학 필름의 제조 방법(Process for Making Multilayer Optical Film)"인 미국 특허 출원 제09/006,288호에서 찾을 수 있다.
일반적으로, 필름은 개개의 중합체를 공압출하여 다층 필름을 형성하고 이어서 이 필름을 선택된 온도에서 신장함으로써 배향하고 선택적으로 그 후 선택된 온도에서 열경화함으로써 제조된다. 대안적으로, 압출 및 배향 단계는 동시에 실시될 수 있다. 편광기의 경우에 필름은 한 방향으로 실질적으로 신장되며(단축 배향), 거울 필름의 경우에 필름은 실질적으로 두 방향으로 신장되는데(이축 배향), 이는 동시에 또는 순차적으로 실시될 수 있다.
상이한 가공 실시 형태에서, 다층 필름은 횡단 신장 방향으로 치수적으로 완화되도록 되어 횡단 신장의 자연적인 감소(신장비의 제곱근과 동일함)를 야기할 수 있으며; 다층 필름은 횡단 신장 치수의 임의의 실질적 변화를 제한하도록 억제될 수 있으며; 또는 다층 필름은 횡단 신장 치수에서 활발하게 신장될 수 있다. 예를 들어, 다층 필름은 길이 배향기를 이용하여 기계 방향으로, 또는 텐터를 이용하여 폭으로 신장될 수 있다.
신장전 온도, 신장 온도, 신장률, 신장비, 열 경화 온도, 열 경화 시간, 열 경화 완화, 및 횡단 신장 완화는 요구되는 굴절률 관계와 물리적 치수를 가진 다층 필름을 생성하도록 선택된다. 이들 변수는 상호 의존적이며, 따라서, 예를 들어 상대적으로 낮은 신장률은 예를 들어 상대적으로 낮은 신장 온도와 커플링된다면 사용될 수 있다. 일반적으로, 신장 방향으로 약 1:2 내지 약 1:10 (더욱 바람직하게는 약 1:3 내지 약 1:7) 범위의 신장비 및 신장 방향에 직교하여 약 1:0.2 내지 약 1:10 (더욱 바람직하게는 약 1:0.5 내지 약 1:7) 범위의 신장비가 예시적인 실시 형태에서 선택된다.
적합한 다층 필름은 또한 스핀 코팅(예를 들어, 복굴절 폴리이미드에 대해 문헌[Boese et al., J. Polym. Sci.: Part B, 30:1321 (1992)]에 설명된 바와 같은) 및 진공 침착(예를 들어, 결정 유기 화합물에 대해 문헌[Zang et. al., Appl. Phys. Letters, 59:823 (1991)에 설명된 바와 같은)과 같은 기술을 이용하여 제조될 수 있으며; 진공 침착 기술은 결정 유기 화합물과 무기 재료의 소정 조합에 대해 특히 유용하다.
시험 방법
시차 주사 열량법 ( DSC ):
DSC(미국 델라웨어주 뉴캐슬 소재의 티에이 인스트루먼츠(TA Instruments)로부터 구매가능한 Q2000)를 이용하여 재료를 시험하였다. 약 5 내지 10 mg의 샘플을 각 조성물을 위해 사용하였다. 시험은 30 내지 290℃의 온도 범위에서 3 단계 가열-냉각-가열 온도 램프(ramp)를 포함하였다. 샘플을 제1 가열 후 3분 동안 290℃로 유지하였다. 램프 속도는 가열과 냉각 둘 모두에 대해 20℃/min이었다. 제1 가열 스캔과 제2 가열 스캔 둘 모두를 분석하였다.
굴절률( RI ) 측정:
다양한 샘플의 굴절률을 MD, TD 및 TM 방향에 있어서 메트리콘 프리즘 커플러(Metricon Prism coupler)(미국 뉴저지주 페닝톤 소재의 메트리콘 코포레이션(Metricon corporation))를 사용하여 측정하였다. MD 및 TD는 평면내 방향이며 TM은 필름 표면에 수직이다. MD, TD 및 TM의 굴절률은 각각 nx, ny, 및 nz로 식별된다.
평면내 복굴절률 , Δ n in :
단축 신장된 필름의 복굴절 특성을 측정하기 위하여, 평면내 복굴절률이 사용된다.
평면내 복굴절률은 직교하는 평면내 방향들에서의 굴절률(nx, ny)들의 차이에 관계한다. 보다 구체적으로는 단축 신장 필름의 경우, 평면내 복굴절률은 신장 방향과 비신장 방향 사이의 차이를 말한다. 예를 들어, 필름이 MD 방향으로 단축 신장된다고 가정하면, 평면내 복굴절률은 하기와 같이 표현된다.
여기서 nx가 신장 방향(이 경우에는 MD)의 굴절률이고, ny는 비신장 방향(이 경우에는 TD)의 굴절률이다.
이축 신장 필름의 경우, 평면내 복굴절률은 상대적으로 작으며 균형이 이루어진다면 때로는 0에 가깝다. 대신, 평면외 복굴절률은 신장된 필름의 복굴절 특성을 더 나타낸다.
평면외 복굴절률 , Δ n out :
이축 배향된 필름의 복굴절 특성을 측정하기 위하여, 평면외 복굴절률이 사용된다.
평면외 복굴절률은 평면내 굴절률(MD 및 TD)의 평균과 필름에 수직인 굴절률(TM) 사이의 차이에 관계한다. 평면외 복굴절률은 하기와 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00003
여기서 nx는 MD의 RI이며, ny는 TD의 RI이며, nz는 TM의 RI이다.
평면외 복굴절률은 또한 단축 신장 필름의 복굴절 특성을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 결과는 표 5 내지 표 7에 요약되어 있다.
열 안정성:
용융 초과 온도에서 시간의 함수로서 점도 강하를 모니터링하여 열 분해를 측정하였다. 이는 유량계(미국 델라웨어주 뉴캐슬 소재의 티에이 인스트루먼츠로부터 구매가능한 ARES)를 이용하여 시간-스윕(time-sweep) 스캔에 의해 이루어졌다. 온도는 각각 250℃ 및 280℃였다. 점도가 측정된 (진동 모드) 전단률은 100 s-1이었다. 재료를 시험 전에 48시간 동안 70℃에서 진공 건조시켰다. 질소를 이용하여 시험 장치를 퍼징하여 질소가 모든 산소를 대신하였다.
화학 조성을 측정하기 위한 NMR
재료로부터의 샘플을 중수소화 클로로포름과 트라이플루오로아세트산의 1:1 혼합물에 용해시켰다. 이중 채널 배리언 칠리(Varian Chili) 프로브를 구비한 500 MHz 장비에서 1D NMR 스펙트럼을 수집하였다. 적분된 단량체 조성을 공지의 특정 화학 변이와 피크 면적을 기초로 구하였다. 위상(phasing) 및 기준선 보정 후 적분을 실시하였다.
단량체 약어 - 일반 화학명 - 공급처(위치)
NDC - 나프탈렌 다이카르복실산 - BP 아모코(Amoco)(미국 일리노이주 나퍼빌)
DMT - 다이메틸 테레프탈레이트 - 인비스타(Invista)(미국 캔사스주 위치타)
DMSSIP - 다이메틸 설포소듐 아이소프탈레이트(이오노머) - 듀폰(DuPont)(미국 델라웨어주 윌밍턴)
EG - 에틸렌 글리콜 - ME 글로벌(Global)(미국 미시간주 미드랜드)
NPG - 네오펜틸 글리콜 - 이스트만(미국 테네시주 킹스포트)
CHDM - 사이클로헥산 다이메탄올 - 이스트만(미국 테네시주 킹스포트)
촉매 및 안정제
TEPA - 트라이에틸포스포노아세테이트 - 로디아(Rhodia)(미국 뉴저지주 크랜베리)
NaOAc - 나트륨 아세테이트 - 알파 에이사르(Alfa Aesar)(미국 매사추세츠주 와드힐)
Co(OAc)2 - 코발트 아세테이트 - 세퍼드 케미칼(Shepherd Chemical)(미국 오하이오주 신시내티)
Zn(OAc)2 - 아연 아세테이트 - 말린크로트 베이커(Mallinckrodt Baker)(미국 뉴저지주 필립스버그)
Sb(OAc)3 - 안티몬 트라이아세테이트 - 아르케마(Arkema)(미국 펜실베니아주 필라델피아)
복굴절 공중합체 물질의 합성:
실시예의 모든 공중합체를 하기 절차에 따라 합성하였다:
각각의 조성물에 대하여, 스테인레스강의 오일 재킷 배치 반응기를 표 1에 나타낸 양의 단량체와 하기 촉매로 충전하였다: 2 g의 Co(OAc)2, 1.6 g의 Zn(OAc)2, 8.9 g의 Sb(Oac)3, 및 3.6 g의 트라이에틸 포스포노아세테이트(TEPA). 압력(239.2 kPa) 하에서, 혼합물을 에스테르화 반응 부산물인 메탄올을 7 내지 8 ㎏ 제거하면서 257℃로 가열하였다. 메탄올이 완전히 제거된 후에, 3.6 g의 TEPA를 반응기에 충전하였고, 이어서 277℃로 가열하면서 압력을 500 Pa 미만으로 점진적으로 감소시켰다. 30℃에서 60/40 중량%의 페놀/o-다이클로로벤젠에서 측정될 때 약 0.50 ㎗/g의 고유 점도를 갖는 수지가 생성될 때까지 축합 반응 부산물인 에틸렌 글리콜을 계속 제거하였다.
[표 1]
Figure pct00004
[표 2a]
Figure pct00005
[표 2b]
Figure pct00006
[표 3]
Figure pct00007
[표 4]
Figure pct00008
다층 필름의 제조를 위한 절차:
실시예 12 내지 실시예 34의 3층 공압출 필름을 하기 절차를 이용하여 제조하였다:
3층을 포함하는 공압출 필름을 3층 ABA(스킨/코어/스킨) 피드블록(feedblock)을 이용하여 파일럿 압출 라인에서 제조하였다. 층-A 중합체는 등급명 에스코렌(Escorene) PP1024로 엑손(Exxon)으로부터 구매가능한 폴리프로필렌이었으며, 단축 스크류 압출기에 의해 피드블록의 스킨 채널로 공급하였다. 층-B 중합체는 각 실시예의 복굴절 코폴리에스테르였으며, 이축 스크류 압출기에 의해 피드블록의 코어 채널에 공급하였다. 스킨/코어/스킨의 공급 비는 부피 기준으로 1:1:1이었다. 전체 압출 속도는 시간당 13 ㎏(30 lbs)이었다. 압출물을 필름 다이를 이용하여 냉각 롤 상으로 캐스팅하여 캐스트 웨브를 제조하였다. 이어서 캐스트 웨브의 시료를 카로(KARO) IV 배치 신장 기계(독일 지그스도르프 소재의 브루크너 마신엔게바우(Bruckner Maschinengebau))에서 신장시켰다. 신장 조건은 표에서 각각의 필름 샘플에 대해 나열되어 있다.
코폴리에스테르의 복굴절률을 평가하기 위하여, 코어 복굴절 층을 노출하기 위해 신장 후 폴리프로필렌 스킨층을 박리시킨다. 코어층에 대한 굴절률을 메트리콘 프리즘 커플러(미국 뉴저지주 페닝톤 소재의 메트리콘 코포레이션)로 MD, TD, 및 TM 방향에 대해 시험한다. 평면내 및 평면외 복굴절률은 시험 방법 섹션에 요약된 식을 기초로 계산하였다.
[표 5]
Figure pct00009
[표 6]
Figure pct00010
[표 7]
Figure pct00011
등방성 coPEN 1은, 중합 반응에서, 이산 부분의 55 몰%가 나프탈렌 다이카르복실산 또는 그의 에스테르의 사용으로부터 생겨나며 이산 부분의 45 몰%는 테레프탈산 또는 그의 에스테르의 사용으로부터 생겨나며, 다이올 부분은 1,6-헥산다이올을 포함하는 다이올의 혼합물의 사용으로부터 생겨나는 코폴리에스테르이다. 등방성 coPEN 1은 하기와 같이 제조하였다: 배치 반응기를 88.5 ㎏ 다이메틸 2,6-나프탈렌다이카르복실레이트, 57.5 ㎏ 다이메틸 테레프탈레이트, 81 ㎏ 에틸렌 글리콜, 4.7 ㎏ 1,6-헥산다이올, 239 g 트라이메틸올 프로판, 22 g 아연(II) 아세테이트, 15 g 코발트(II) 아세테이트, 및 51 g 안티몬(III) 아세테이트로 충전하였다. 137 kPa(20 psig)의 압력 하에서, 이 혼합물을 에스테르화 반응 부산물인 메탄올을 제거하면서 254℃로 가열하였다. 39.6㎏의 메탄올이 제거된 후에, 37 g의 트라이에틸 포스포노아세테이트가 반응기에 충전되었고 이어서 290℃로 가열하면서 압력을 131 N/㎡(1 토르)로 점진적으로 감소시켰다. 23℃에서 60/40 중량%의 페놀/o-다이클로로벤젠에서 측정될 때 0.56 ㎗/g의 고유 점도를 갖는 중합체가 생성될 때까지 축합 반응 부산물인 에틸렌 글리콜을 계속 제거하였다. 이러한 방법에 의해 생성된 코폴리에스테르 중합체는 분당 20℃의 온도 램프 속도로 시차 주사 열량법으로 측정할 때 유리 전이 온도(Tg)가 94℃였다.
등방성 coPEN2는, 중합 반응에서, 이산 부분의 50 몰%가 나프탈렌 다이카르복실산 또는 그의 에스테르의 사용으로부터 생겨나며 이산 부분의 50 몰%는 테레프탈산 또는 그의 에스테르의 사용으로부터 생겨나며, 다이올 부분은 1,6-헥산다이올을 포함하는 다이올의 혼합물의 사용으로부터 생겨나는 코폴리에스테르이다. 등방성 coPEN2는 하기 원료 물질 충전을 이용하여 제조될 수 있다: 다이메틸 2,6-나프탈렌다이카르복실레이트(80.0 ㎏), 다이메틸 테레프탈레이트(63.6 ㎏), 1, 6-헥산 다이올(15.5 ㎏), 에틸렌 글리콜(85.0 ㎏), 트라이메틸올 프로판(880 g), 코발트(II) 아세테이트(29 g), 아연 아세테이트(33 g), 및 안티몬(III) 아세테이트(59 g). 혼합물을 137 kPa(20 psig)의 압력에서 254℃의 온도로 가열하고 메탄올 반응 산물을 제거하면서 혼합물을 반응시켰다. 반응을 완결하고 메탄올(대략 42 ㎏)을 제거한 후, 반응 용기를 트라이에틸 포스포노아세테이트(56 g)로 충전시키고 290℃로 가열하면서 압력을 131 N/㎡(1 토르)로 감소시켰다. 페놀과 o-다이클로로벤젠의 60/40 중량% 혼합물에서 측정할 때 고유 점도가 약 0.5 ㎗/g인 중합체가 생성될 때까지 축합 부산물인 에틸렌 글리콜을 계속 제거하였다.
등방성 coPEN3은 25/75의 중량비로 압출기 내로 두 수지의 공급에 의한, 상표명 "PETG 6763"으로 이스트만 케미칼 컴퍼니로부터 구매가능한 무정형 폴리에스테르 수지와 등방성 coPEN2의 용융 블렌드이다.
등방성 coPEN4는 37/63의 중량비로 압출기 내로 두 수지의 공급에 의한, PETg 6763과 등방성 coPEN2의 용융 블렌드이다.
반사 편광기 비교예(RPA): PEN에 기반한 다층 광학 필름
약 900개의 전체 층을 갖는 교번층 배열로, 제1 복굴절층으로서의 PEN 및 제2 층으로서의 등방성 coPEN1을 공압출시키고, 이어서 표준 텐터 프레임에서 횡방향으로 필름을 신장시켜, 반사 편광기를 생성하였다.
반사 편광기 비교예(RPB)
275개의 전체 층을 갖는 교번층 배열로, 제1 복굴절층으로서의 90/10 coPEN 및 제2 층으로서의 등방성 coPEN3을 공압출시키고, 이어서 대략 초당 100%의 평균 속도, 대략 6:1의 연신비, 및 148℃(300℉)의 온도에서 표준 텐터 프레임 공정에서 횡방향으로 필름을 신장시켜, 반사 편광기를 생성하였다.
반사 편광기 다층 실시예( RP1 )
275개의 전체 층을 갖는 교번층 배열로, 제1 복굴절층으로서의 PEN-CHDM10 및 제2 층으로서의 등방성 coPEN3을 공압출시키고, 이어서 대략 초당 100%의 평균 속도 및 140℃(285℉)의 온도에서 표준 텐터 프레임 공정에서 횡방향으로 필름을 신장시켜, 반사 편광기를 생성하였다.
반사 편광기 다층 실시예(RP2)
275개의 전체 층을 갖는 교번층 배열로, 제1 복굴절층으로서의 PEN-CHDM5 및 제2 층으로서의 등방성 coPEN4를 공압출시키고, 이어서 대략 초당 100%의 평균 속도, 대략 6:1의 연신비, 및 140℃(285℉)의 온도에서 표준 텐터 프레임 공정에서 횡방향으로 필름을 신장시켜, 반사 편광기를 생성하였다.
하기와 같은 표 8에 기록된 바와 같이 복굴절 층(nx1, ny1, nz1) 및 등방성 층(nx2, ny2, nz2)의 유효 굴절률 및 (nx1-ny1)/(ny1-nz1)에 의해 정의된 복굴절률 대 축외 굴절률 부정합의 비를 개산하기 위하여 다층 반사 편광기 필름의 스펙트럼 특징을 측정 및 이용하였다:
[표 8]
Figure pct00012

Claims (28)

  1. 40 내지 50 몰% 나프탈레이트 단위와, 35 내지 49 몰% 에틸렌 단위와, 1 내지 8 몰%의 분지형 또는 환형 C4-C10 알킬 단위를 포함하는 코폴리에스테르를 포함하는 적어도 하나의 제1 복굴절 광학층; 및
    제1 광학층보다 낮은 복굴절률을 가진 적어도 하나의 제2 광학층을 포함하는 다층 광학 필름.
  2. 제1항에 있어서, 코폴리에스테르는 카르복실레이트 하위단위 및 글리콜 하위단위를 포함하며, 80 내지 100 몰%의 카르복실레이트 하위단위는 나프탈레이트 하위단위를 포함하며, 70 내지 98 몰%의 글리콜 하위단위는 에틸렌 글리콜로부터 유도되며, 2 내지 16 몰%의 글리콜 하위단위는 하나 이상의 분지형 또는 환형 C4-C10 알킬 글리콜로부터 유도되는 다층 광학 필름.
  3. 제1항에 있어서, 제1 복굴절 광학층은 다층 필름이 형성된 후 632.8 ㎚에서 평면내 복굴절률이 적어도 0.10인 다층 광학 필름.
  4. 제1항에 있어서, 제2 광학층은 다층 필름이 형성된 후 632.8 ㎚에서 평면내 복굴절률이 0.040 미만인 다층 광학 필름.
  5. 제1항에 있어서, 제1 복굴절 광학층은 다층 필름이 형성된 후 632.8 ㎚에서 평면내 복굴절률이 적어도 0.20인 다층 광학 필름.
  6. 제5항에 있어서, 다층 광학 필름은 편광기인 다층 광학 필름.
  7. 제1항에 있어서, 제1 복굴절 광학층은 다층 필름이 형성된 후 632.8 ㎚에서 평면외 복굴절률이 적어도 0.10인 다층 광학 필름.
  8. 제1항에 있어서, 제1 복굴절 광학층은 다층 필름이 형성된 후 632.8 ㎚에서 평면외 복굴절률이 적어도 0.16인 다층 광학 필름.
  9. 제8항에 있어서, 다층 광학 필름은 거울인 다층 광학 필름.
  10. 제1항에 있어서, 코폴리에스테르는 유리 전이 온도가 적어도 105℃인 다층 광학 필름.
  11. 제1항에 있어서, 제1 광학층은 (nx1-ny1)/(ny1-nz1)에 의해 정의되는 복굴절률 대 축외 굴절률 부정합의 비가 적어도 2.5인 다층 필름.
  12. 제1항에 있어서, 제1 광학층은 (nx1-ny1)/(ny1-nz1)에 의해 정의되는 복굴절률 대 축외 굴절률 부정합의 비가 적어도 2.7인 다층 필름.
  13. 제1항에 있어서, 코폴리에스테르는 20℃/분의 속도로 가열될 때 시차 주사 열량법에 따라 2 J/g 미만의 제2 스캔 융해열을 나타내는 다층 광학 필름.
  14. 제1항에 있어서, 코폴리에스테르는 용융 온도가 225℃ 내지 260℃ 범위인 다층 광학 필름.
  15. 제1항에 있어서, 코폴리에스테르는 2 내지 4 몰%의 분지형 C4-C10 알킬 단위를 포함하는 다층 광학 필름.
  16. 제15항에 있어서, 코폴리에스테르는 2 내지 4 몰%의 네오펜틸 글리콜 단위를 포함하는 다층 광학 필름.
  17. 제1항에 있어서, 코폴리에스테르는 2 내지 8 몰%의 환형 C4-C10 알킬 단위를 포함하는 다층 광학 필름.
  18. 제17항에 있어서, 코폴리에스테르는 2 내지 8 몰%의 사이클로헥산 다이메탄올 단위를 포함하는 다층 광학 필름.
  19. 제1항에 있어서, 코폴리에스테르는 최대 8 몰%의 테레프탈레이트 단위를 추가로 포함하는 다층광학 필름.
  20. 제1항에 있어서, 코폴리에스테르는 최대 1.0 몰%의 다이메틸 설포소듐 아이소프탈레이트 이오노머 단위를 추가로 포함하는 다층 광학 필름.
  21. 제1항에 있어서, 다층은 복수개의 제2 광학층과 교번하는 복수개의 제1 광학층을 포함하는 다층 광학 필름.
  22. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 제1 광학층과 적어도 하나의 제2 광학층의 조합은 250℃의 온도에서 질소 하에서 1시간 후 100s-1의 전단률에서 측정할 때 15% 미만의 점도 변화를 나타내는 다층 광학 필름.
  23. (nx1-ny1)/(ny1-nz1)에 의해 정의된 복굴절률 대 축외 굴절률 부정합의 비가 적어도 2.5이며, 20℃/분의 속도로 가열될 때 시차 주사 열량법에 따라 2 J/g 미만의 제2 스캔 융해열을 나타내는 코폴리에스테르를 포함하는 적어도 하나의 제1 광학층; 및
    제1 광학층보다 낮은 복굴절률을 가진 적어도 하나의 제2 광학층을 포함하는 다층 필름.
  24. (nx1-ny1)/(ny1-nz1)에 의해 정의된 복굴절률 대 축외 굴절률 부정합의 비가 적어도 2.5이며, 225℃ 내지 260℃ 범위의 용융 온도를 가진 코폴리에스테르를 포함하는 적어도 하나의 제1 광학층; 및
    제1 광학층보다 낮은 복굴절률을 가진 적어도 하나의 제2 광학층을 포함하는 다층 필름.
  25. 40 내지 50 몰% 나프탈레이트 단위와,
    35 내지 49 몰% 에틸렌 단위와,
    1 내지 8 몰%의 분지형 또는 환형 C4-C10 알킬 단위를 포함하며;
    632.8 ㎚에서 평면내 복굴절률이 적어도 0.10인 복굴절 코폴리에스테르 필름.
  26. 40 내지 50 몰% 나프탈레이트 단위;
    35 내지 48.95 몰% 에틸렌 단위;
    1 내지 8 몰%의 분지형 또는 환형 C4-C10 알킬 단위; 및
    0.05 내지 1 몰%의 다이메틸 설포소듐 아이소프탈레이트 이오노머 단위를 포함하는 코폴리에스테르 중합체 물질.
  27. 제26항에 있어서, 코폴리에스테르는 용융 온도가 225℃ 내지 260℃ 범위인 코폴리에스테르 중합체 물질.
  28. 제26항에 있어서, 코폴리에스테르는 코폴리에스테르의 용융 온도보다 최대 50℃ 높은 온도에서 100s-1의 전단률로 측정할 때 질소 하에서 1시간 후에 15% 미만의 점도 변화를 나타내는 코폴리에스테르 중합체 물질.
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