KR20110104071A - 공간 선택적 복굴절 감소를 사용한 내부 패턴화된 다층 광학 필름 - Google Patents

공간 선택적 복굴절 감소를 사용한 내부 패턴화된 다층 광학 필름 Download PDF

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Abstract

반사 필름은, 광을 보강 또는 상쇄 간섭에 의해 선택적으로 반사하도록 배열되고 필름의 제1 구역으로부터 제2 구역으로 연장되는 내부 층을 포함한다. 제1 구역에서, 필름은 제1 두께를 갖고, 내부 층은 제1 반사 특성을 제공하며; 제2 구역에서, 필름은 제2 두께를 갖고, 내부 층은 제2 반사 특성을 제공한다. 제1 반사 특성과 제2 반사 특성 사이의 차이는 제1 두께와 제2 두께 사이의 임의의 차이에 실질적으로 기인하지 않으며, 이 차이는 0일 수 있다. 오히려, 반사 특성의 차이는 다른 하나의 구역에 대한 하나의 구역의 내부 층들 중 적어도 일부의 감소된 복굴절에 실질적으로 기인한다. 필름은 또한 필름의 제조 또는 처리를 돕기 위해 흡수제를 통합할 수 있다. 관련 방법 및 물품이 또한 개시된다.

Description

공간 선택적 복굴절 감소를 사용한 내부 패턴화된 다층 광학 필름{INTERNALLY PATTERNED MULTILAYER OPTICAL FILMS USING SPATIALLY SELECTIVE BIREFRINGENCE REDUCTION}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2008년 12월 22일자로 출원된, 발명의 명칭이 "공간 선택적 복굴절 감소를 사용한 내부 패턴화된 다층 광학 필름(Internally Patterned Multilayer Optical Films Using Spatially Selective Birefringence Reduction)"인 미국 가출원 제61/139,736호, 2009년 3월 6일자로 출원된, 발명의 명칭이 "병치된 미러/편광기 구역을 갖는 다층 광학 필름(Multilayer Optical Films Having Side-by-Side Mirror/Polarizer Zones)"인 미국 가출원 제61/157,996호, 및 2009년 3월 6일자로 출원된, 발명의 명칭이 "2-레벨 내부 패터닝에 적합한 다층 광학 필름(Multilayer Optical Films Suitable for Bi-Level Internal Patterning)"인 미국 가출원 제61/158,006호의 이익을 청구하며, 이들 출원의 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명은 일반적으로 광학 필름에 관한 것으로, 특히 필름 내에, 즉 필름 내부에 배치되는 층들 사이의 계면으로부터 반사되는 광의 보강 및 상쇄 간섭(constructive and destructive interference)에 의해 반사 특성이 대부분 결정되는 그러한 필름에 적용된다. 본 발명은 또한 관련 시스템 및 방법에 관한 것이다.
다층 광학 필름, 즉 층들 사이의 계면에서 반사되는 광의 보강 및 상쇄 간섭에 의해 광을 선택적으로 반사하고 투과시키기 위해 상이한 굴절률 및 적합한 두께의 복수의 별개의 층을 포함하는 필름이 공지되어 있다. 몇몇 경우에서, 이러한 필름은 이산화티타늄과 같은 고 굴절률 무기 재료 및 이산화규소와 같은 저 굴절률 무기 재료의 교번 층을 유리 기재 또는 다른 강성 기재 상에 진공 증착함으로써 형성된다.
다른 경우들에서, 이러한 필름은, 상이한 유기 중합체 재료를 다이를 통해 교번 층 배열로 공압출하고, 이 압출물을 냉각시켜 주조 웨브를 형성하며, 이 주조 웨브를 신장시켜 웨브를 적합한 최종 두께로 박화시킴으로써 형성된다. 몇몇 경우에서, 신장은 또한 교번 중합체 재료의 하나 또는 둘 모두가 복굴절성이 되게 하는 방식, 즉 주어진 재료가 상이한 방향을 따라 편광된 광에 대한 굴절률과는 상이한 일 방향을 따라 편광된 광에 대한 굴절률을 갖는 방식으로 수행될 수 있다. 이 복굴절은 제1 평면내 방향(때때로 x-축으로 지칭됨)을 따라 인접 층들 사이에서 큰 굴절률 부정합(mismatch), 및 제2 평면내 방향(때때로 y-축으로 지칭됨)을 따라 인접 층들 사이에서 실질적인 굴절률 정합을 갖는 완성된 필름을 형성할 수 있으며, 따라서 제1 방향을 따라 편광된 수직 입사 광이 상당히 반사되고, 제2 방향을 따라 편광된 수직 입사 광이 상당히 투과된다. 예를 들어, 미국 특허 제3,610,729호(로저스(Rogers)), 제4,446,305호(로저스 등), 및 제5,486,949호(슈렝크(Schrenk) 등)를 참조한다. 복굴절은 또한 하나 또는 두 평면내 방향을 따른 인접 층들 사이의 굴절률 차이와는 상당히 상이한, 평면외 방향을 따른(즉, 필름에 수직한 축을 따라) 인접 층들 사이의 굴절률 차이를 형성할 수 있다. 이 후자의 상황의 일례는 두 직교 평면내 방향(x 및 y)을 따라 인접 층들 사이에서 실질적으로 동일한 큰 굴절률 부정합을 갖는 필름이며, 따라서 임의의 편광의 수직 입사 광이 상당히 반사되지만, 평면외 방향(z)을 따른 인접 층의 굴절률이 실질적으로 정합되는 경우에는, 이른바 "p-편광된" 광(입사면에서 편광된 광)에 대한 계면의 반사율이 실질적으로 일정하다. 예를 들어, 미국 특허 제5,882,774호(존자(Jonza) 등)를 참조한다. 존자 등은 특히 보다 간단히는 z-굴절률 부정합 또는 Δnz로 지칭되는, 인접 미세층들 사이의 굴절률의 z-축 부정합이 어떻게 브루스터 각도(Brewster angle) - 계면에서의 p-편광된 광의 반사율이 0이 되는 각도 - 가 아주 크거나 존재하지 않는 다층 스택의 구성을 허용하도록 맞추어질 수 있는지를 교시한다. 이것은 다음에는 p-편광된 광에 대한 계면 반사율이 입사각이 증가함에 따라 천천히 감소하거나, 입사각과 독립적이거나, 입사각이 법선 방향으로부터 멀어짐에 따라 증가하는 다층 미러 및 편광기의 구성을 허용한다. 그 결과, 넓은 대역폭에 걸쳐, 미러의 경우에는 임의 입사 방향에 대해, 그리고 편광기의 경우에는 선택된 방향에 대해, s-편광된 광(입사면에 수직하게 편광된 광) 및 p-편광된 광 둘 모두에 대한 높은 반사율을 갖는 다층 필름이 달성될 수 있다.
표지(indicia)를 형성하기 위해 다층 광학 필름에 패턴을 부여하는 것이 또한 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제6,045,894호(존자 등) "투명 상태로부터 유색 상태로의 보안 필름(Clear to Colored Security Film)", 제6,531,230호(웨버(Weber) 등) "색 변환 필름(Color Shifting Film)", 및 제6,788,463호(메릴(Merrill) 등) "후-성형가능 다층 광학 필름 및 성형 방법(Post-Formable Multilayer Optical Films and Methods of Forming)"을 참조한다. 원하는 패턴을 생성하도록 필름을 선택된 영역 또는 구역에서 박화시키기 위해, 예를 들어 엠보싱 다이에 의해, 압력이 필름에 선택적으로 인가된다. 5% 초과 또는 대략 10% 초과의 두께 감소를 생성할 수 있는 선택적 박화는 선택된 영역에서 필름의 두께 전반에 걸쳐 효과적이며, 따라서 필름 내부의 광학적으로 얇은 층("미세층")(이 미세층이 관찰된 반사 및 투과 특성을 유발함)의 스택이 또한 필름의 이웃한 영역에 대해 선택된 영역에서 박화된다. 미세층의 이러한 박화는 미세층을 통한 단축된 광학 경로 길이 차이로 인해 미세층과 관련된 임의의 반사 밴드를 보다 짧은 파장으로 편이시킨다. 반사 밴드의 편이는 엠보싱된 영역과 엠보싱되지 않은 영역 사이의 반사된 또는 투과된 색의 차이로서 관찰자에게 명백해지며, 따라서 패턴이 쉽게 인식된다.
예를 들어, '463 메릴 등 특허는 418개 내부 미세층(각각 209개 미세층의 두 패킷)을 포함한 다층 중합체 필름이 선택된 영역에서 엠보싱되었던 엠보싱된 색 변환 보안 필름을 기재한다. 엠보싱 전에, 그리고 엠보싱 후 엠보싱되지 않은 영역에서, 미세층은 단파장 밴드 에지가 입사각(관찰각)에 따라 수직에서의 투명 외양, 45도에서의 청록색, 60도에서의 밝은 청록색에 대응하는, 수직 입사 시의 720 nm로부터, 45도 관찰각에서의 640 nm로, 60도 관찰각에서의 훨씬 더 짧은 파장으로 편이된 반사 밴드를 생성한 굴절률 및 두께를 가졌다. 이들 엠보싱되지 않은 영역에서, 필름은 86.4 마이크로미터(3.4 밀(mil)), 즉, 0.086 mm(0.0034 인치)의 두께를 가졌다. 필름은 이어서 필름을 선택된 영역에서 약 76.2 마이크로미터(3.0 밀)로 박화시키기 위해 149℃의 롤과 예비-가열된 엠보싱 플레이트 사이에서 엠보싱되었다. 엠보싱된 영역은 720 nm로부터 보다 짧은 파장으로의 밴드 에지 편이를 가리키는, 수직 입사 시의 밝은 금색을 보였다. 엠보싱된 영역에서 관찰된 색은 경사 관찰각에서 청록색 또는 보다 짙은 청색으로 변화되었다.
본 명세서에서는, 특히, 압력의 선택적 인가를 필요로 하지 않고 패터닝을 달성하기 위해 필름의 선택적 박화(thinning)에 의존하지 않는 다층 광학 필름을 내부 패터닝하는 방법을 기술한다. 따라서, 몇몇 경우에, 본 명세서에서 논의되는 내부 패터닝은 필름에 대한 압력의 임의의 선택적 인가 없이, 및/또는 필름의 임의의 상당한 박화 없이 달성될 수 있다. 오히려, 개시되는 방법의 적어도 일부는 이웃한 제1 구역을 제외하고 제2 구역에서, 필름의 내부 층들 중 적어도 일부의 복굴절을 선택적으로 감소시킴으로써 패터닝을 달성한다. 어느 경우든, 내부 패터닝은 두께의 상당한 변화를 수반할 수 있으며, 이러한 두께 변화는 처리 조건에 따라 더욱 두꺼워지는 것이거나 더욱 얇아지는 것이다.
선택적 복굴절 감소는, 기존 광학 복굴절을 감소시키거나 제거하는 이완(relaxation)을 재료 내에 생성하기에 충분히 높지만, 필름 내의 층 구조의 물리적 완전성을 유지시키기에 충분히 낮은 온도로 제2 구역의 내부 층들 중 적어도 일부를 선택적으로 가열하기 위해 제2 구역에 적당한 양의 에너지를 적절히 전달함으로써 수행될 수 있다. 복굴절의 감소는 부분적일 수 있거나, 또는 그것은 완전할 수 있으며, 이 경우 제1 구역에서 복굴절성인 내부 층은 제2 구역에서 광학적으로 등방성으로 된다. 예시적인 실시 형태에서, 선택적 가열은 적어도 부분적으로 필름의 제2 구역으로의 광 또는 다른 방사 에너지의 선택적 전달에 의해 달성된다. 광은 자외선, 가시, 또는 적외선 파장, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 전달된 광의 적어도 일부는 원하는 가열을 제공하기 위해 필름에 의해 흡수되며, 이때 흡수된 광의 양은 전달된 광의 세기, 지속시간, 및 파장 분포와 필름의 흡수 특성의 함수이다. 다층 광학 필름을 내부 패턴화하기 위한 이러한 기술은 공지된 고광도 광원 및 전자적으로 처리가능한 빔 조향 시스템에 적합하여, 이미지-특정 엠보싱 플레이트 또는 포토마스크와 같은 전용 하드웨어를 필요로 하지 않고서, 간단히 광 빔을 적절히 조향시킴으로써 필름 내에 사실상 임의의 원하는 패턴 또는 이미지를 생성할 수 있게 한다.
또한, 광을 보강 또는 상쇄 간섭에 의해 선택적으로 반사하도록 배열되고 필름의 제1 구역으로부터 이웃한 제2 구역으로 연장되는 복수의 내부 층을 포함하는 다층 광학 필름을 기술한다. 제1 구역에서, 필름은 제1 두께를 갖고, 복수의 층은 제1 반사 특성을 제공한다. 제2 구역에서, 필름은 제2 두께를 갖고, 복수의 층은 제1 반사 특성과 상이한 제2 반사 특성을 제공한다. 제1 반사 특성과 제2 반사 특성 사이의 차이는 제1 두께와 제2 두께 사이의 임의의 차이에 실질적으로 기인하지 않으며, 이 두께 차이는 0일 수 있다. 일례에서, 필름은 제1 구역에 걸쳐, 예컨대 통상적 처리 변동으로부터 예상될 수 있는 바와 같은, 두께 변동 Δd를 보일 수 있고, 제2 두께는 제1 두께와 Δd 이하만큼 상이할 수 있으며, 여기에서 제1 및 제2 두께는 각각 제1 및 제2 구역에 걸친 필름 두께의 공간 평균으로 취해진다. 몇몇 경우에, 필름은 패터닝 절차 중 가열을 증진시키기 위해 그 하나 이상의 구성요소 층 내에 하나 이상의 흡수제를 포함할 수 있다.
또한, 광을 보강 또는 상쇄 간섭에 의해 선택적으로 반사하도록 배열되고 필름의 제1 구역으로부터 이웃한 제2 구역으로 연장되는 복수의 내부 층을 포함하는 다층 광학 필름을 기술한다. 층들 중 적어도 일부는 제2 구역에 대해 제1 구역에서 상이한 양의 복굴절을 보이고, 복수의 층은 실질적으로 상이한 복굴절로 인해 각각 제1 및 제2 구역에서 상이한 제1 및 제2 반사 특성을 보인다.
또한, 상이한 광학 특성을 갖는 다른 필름 또는 기재와 어떤 방식으로 결합되거나 조합되는 하나 이상의 선택적으로 처리가능한 다층 광학 필름을 포함하는 라미네이트 구성 및 다른 광학체를 기술한다. 몇몇 경우에, "다른 필름 또는 기재"는 흡수 편광기, 유색 광 투과성 필름(예컨대, 염색된 단일 층 중합체), 지연 필름, 유리 플레이트, 백색 또는 유색 카드스톡 등 및 이들의 조합과 같은, 다른 종래의 광학 필름 또는 기재일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, "다른 필름 또는 기재"는 또한 또는 대안적으로 편광기이건, 미러이건, 윈도우이건, 또는 이들의 조합이건 간에, 상이한 유형의 다층 광학 필름일 수 있거나 그를 포함할 수 있다.
또한, 광의 보강 또는 상쇄 간섭과 관련되는 제1 반사 특성을 제공하도록 배열되는 복수의 내부 층을 포함하는 다층 광학 필름을 제공하는 단계로서, 내부 층들은 필름의 제1 구역으로부터 이웃한 제2 구역으로 연장되고, 제1 및 제2 구역 각각은 제1 반사 특성을 보이는 단계를 포함하는 패턴화된 다층 광학 필름을 제조하는 방법을 기술한다. 이 방법은, 제2 구역이 역시 광의 보강 또는 상쇄 간섭과 관련되지만 제1 반사 특성과는 상이한 제2 반사 특성을 보이게 하기에 충분한 양으로 필름을 제2 구역에서 선택적으로 가열하는 단계를 또한 포함한다. 선택적 가열은 제2 구역에서 필름의 두께의 임의의 실질적인 감소 없이 가해질 수 있다. 선택적 가열은 또한 필름에 대한 압력의 임의의 선택적 인가 없이 가해질 수 있다.
또한, 광을 보강 또는 상쇄 간섭에 의해 선택적으로 반사하도록 광학 반복 유닛들로 배열되는 복수의 내부 층을 포함하는 다층 광학 필름을 제공하는 단계로서, 층들은 필름의 제1 구역으로부터 이웃한 제2 구역으로 연장되고, 광학 반복 유닛들 중 적어도 일부 각각은 제1 및 제2 구역 둘 모두에서 복굴절성인 제1 층을 포함하는 단계를 포함하는 패턴화된 다층 광학 필름을 제조하는 방법을 기술한다. 이 방법은, 제1 구역의 제1 층의 복굴절을 유지시키면서 제2 구역의 제1 층의 복굴절을 감소시키거나 제거하기에 충분한 양으로 필름을 제2 구역에서 선택적으로 가열하는 단계로서, 가열은 제2 구역의 층의 구조적 완전성을 유지시키기에 충분히 낮고, 가열은 제2 구역에 대한 압력의 임의의 선택적 인가 없이 가해지는 단계를 포함한다.
관련 방법, 시스템 및 물품이 또한 논의된다.
본 출원의 이들 태양 및 다른 태양이 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도 상기 개요는 청구된 요지에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 되며, 그 요지는 절차의 수행 동안 보정될 수 있는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.
도 1은 표지를 형성하기 위해 필름의 상이한 부분 또는 구역에 상이한 반사 특성을 제공하도록 내부 패턴화된 다층 광학 필름의 롤의 사시도.
도 2는 다층 광학 필름의 일부분의 개략적인 측면도.
도 3은 도 1의 다층 광학 필름의 일부분의 개략적인 단면도.
도 4는 내부 패터닝을 갖는 다른 다층 광학 필름의 일부분의 개략적인 단면도.
도 5a 내지 도 5j는 다양한 내부 패턴화된 다층 광학 필름의 제조의 상이한 단계에 대해, 2-층 광학 반복 유닛의 각각의 층의 각각의 굴절률 nx, ny, nz를 도시한 이상화된 선도.
도 6은 다층 광학 필름에 대해 본 명세서에 논의된 기술을 사용하여 달성될 수 있는 다양한 변환을 요약한 개략적인 다이어그램.
도 7은 내부 패터닝을 달성하기 위해 다층 광학 필름을 선택적으로 가열하기 위한 장치의 개략적인 측면도.
도 8a 내지 도 8c는 패턴화된 다층 필름의 상이한 제2 구역, 및 그 상에 중첩된, 도시된 구역을 형성할 수 있는 필름에 대한 광 빔의 가능한 경로의 개략적인 평면도.
도 9a는 광 빔이 필름 내로 전파되는 깊이의 함수로서 광의 빔의 상대 세기를 도시한 이상화된 선도로서, 3개의 곡선이 3개의 상이한 다층 광학 필름에 대해 제공됨.
도 9b는 필름 내의 깊이 또는 축방향 위치의 함수로서 국소 흡수 계수를 도시한 이상화된 선도로서, 3개의 곡선은 도 9a의 3개의 곡선에 대응함.
도 10은 제조되었던 상이한 주조 다층 웨브에 대한 퍼센트 투과율 대 파장의 그래프.
도 11은 도 10의 주조 웨브 중 하나를 사용하여 제조된 다층 광학 필름에 대한 퍼센트 투과율 대 파장의 그래프.
도 12는 도 10의 주조 웨브 중 다른 하나를 사용하여 제조된 2개의 상이한 다층 광학 필름에 대한 퍼센트 투과율 대 파장의 그래프.
도 13a는 도 12의 (패턴화되지 않은) 다층 광학 필름 중 하나를 사용하여 제조된 내부 패턴화된 다층 광학 필름에 대한 퍼센트 투과율 대 파장의 그래프로서, 이때 하나의 곡선은 처리된 구역의 투과율을 도시하고, 다른 곡선은 패턴화된 필름의 미처리된 구역의 투과율을 도시하며, 도 13b는 도 13a의 동일한 처리된 및 미처리된 구역에 대한 퍼센트 반사율 대 파장의 그래프.
도 14는 도 11의 (패턴화되지 않은) 다층 광학 필름 및 도 12의 (패턴화되지 않은) 다층 광학 필름 중 하나를 사용하여 제조된 내부 패턴화된 다층 광학 필름에 대한 퍼센트 투과율 대 파장의 그래프로서, 이때 하나의 곡선은 패턴화된 필름의 미처리된 구역의 투과율을 도시하고, 다른 하나의 곡선은 패턴화된 필름의 처리된 구역의 투과율을 도시함.
이들 도면에서, 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 가리킨다.
도 1은 내부 층(도 1에 도시되지 않음)들 중 적어도 일부의 공간 선택적 복굴절 감소를 사용하여 내부 패턴화되거나 공간적으로 맞추어진 다층 광학 필름(110)을 도시한다. 내부 패터닝은 도시된 바와 같은 표지 "3M"을 형성하도록 형상화된 별개의 구역(112, 114, 116)을 한정한다. 필름(110)은 롤로 권취된 긴 가요성 재료로서 도시되는데, 왜냐하면 본 명세서에 기재된 방법론이 유리하게도 높은 체적 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정에 적합하기 때문이다. 그러나, 이 방법론은 가요성 롤 상품에 제한되지 않고, 작은 피스 부품 또는 샘플과 비-가요성 필름 및 물품에 실시될 수 있다.
"3M" 표지는 상이한 구역(112, 114, 116)이 상이한 반사 특성을 갖기 때문에 눈에 보인다. 도시된 실시 형태에서, 구역(112)은 제1 반사 특성을 갖고, 구역(114, 116)은 제1 반사 특성과는 상이한 제2 반사 특성을 갖는다. 반드시는 아니지만 전형적으로, 필름(110)은 적어도 부분적으로 광 투과성일 것이고, 이 경우 구역(112, 114, 116)은 또한 그 각각의 반사 특성에 대응하는 상이한 투과 특성을 가질 것이다. 일반적으로, 물론, 투과율(T) 더하기 반사율(R) 더하기 흡수율(A) = 100%, 또는 T + R + A = 100%이다. 몇몇 실시 형태에서, 필름은 파장 스펙트럼의 적어도 일부분에 걸쳐 낮은 흡수율을 갖는 재료로 전적으로 구성된다. 이는 심지어 열 전달을 증진시키기 위해 흡수 염료 또는 안료를 통합한 필름에도 해당할 수 있는데, 왜냐하면 몇몇 흡수 재료는 그 흡수율에서 파장-특정적이기 때문이다. 예를 들어, 근적외선 파장 영역에서는 선택적으로 흡수하지만 가시 스펙트럼에서는 아주 작은 흡수율을 갖는 적외선 염료가 이용가능하다. 스펙트럼의 타단부에서, 다층 광학 필름 문헌에서 낮은 손실로 간주되는 많은 중합체 재료는 가시 스펙트럼에 걸쳐 낮은 손실을 갖지만, 또한 소정 자외선 파장에서 상당한 흡수율을 갖는다. 따라서, 많은 경우에, 다층 광학 필름(110)은 가시 스펙트럼과 같은 파장 스펙트럼의 적어도 제한된 부분에 걸쳐 작거나 무시할만한 흡수율을 가질 수 있으며, 이 경우 그 제한된 영역에 걸친 반사율 및 투과율은 T + R = 100% - A이기 때문에 상보 관계를 취하고, A가 작기 때문에,
T + R ≒ 100%이다.
아래에서 더욱 상세히 설명될 바와 같이, 제1 및 제2 반사 특성은 각각 필름의 표면 또는 다른 표면 특징부에 도포되는 코팅의 결과보다는, 필름(110) 내부의 구조적 특징부의 결과이다. 개시된 필름의 이러한 태양은 그들을 보안 응용(예컨대, 필름이 진정성의 표지로서 제품, 패키지, 또는 문서에 적용되도록 의도되는 경우)에 유리하게 하는데, 왜냐하면 내부 특징부는 복사하거나 위조하기에 어렵기 때문이다.
제1 및 제2 반사 특성은 관찰자에 의한 또는 기계에 의한 패턴의 검출을 허용하기 위해 적어도 일부 관찰 조건 하에서 인지가능한 어떤 방식으로든 상이하다. 몇몇 경우에는, 패턴이 대부분의 관찰 및 조명 조건 하에서 사람 관찰자의 눈에 잘 띄도록 가시 파장에서 제1 반사 특성과 제2 반사 특성 사이의 차이를 최대화시키는 것이 바람직할 수 있다. 다른 경우에는, 단지 제1 반사 특성과 제2 반사 특성 사이의 미묘한 차이만을 제공하는 것, 또는 단지 소정 관찰 조건 하에서만 눈에 잘 띄는 차이를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 어느 경우든, 제1 반사 특성과 제2 반사 특성 사이의 차이는 바람직하게는 필름의 상이한 이웃한 구역에서 다층 광학 필름의 내부 층의 굴절률 특성의 차이에 주로 기인하고, 이웃한 구역들 사이의 두께의 차이에는 주로 기인하지 않는다.
굴절률의 구역간 차이는 다층 광학 필름의 설계에 따라 제1 반사 특성과 제2 반사 특성 사이의 다양한 차이를 생성할 수 있다. 몇몇 경우에, 제1 반사 특성은 주어진 중심 파장, 밴드 에지, 및 최대 반사율을 갖는 제1 반사 밴드를 포함할 수 있고, 제2 반사 특성은, 중심 파장 및/또는 밴드 에지에서 제1 반사 밴드와 유사하지만 제1 반사 밴드와 상당히 상이한 최대 반사율(보다 크든지 보다 작든지 간에)을 갖는 제2 반사 밴드를 가짐으로써 제1 반사 특성과 상이할 수 있거나, 또는 제2 반사 밴드는 실질적으로 제2 반사 특성이 없을 수 있다. 이들 제1 및 제2 반사 밴드는 필름의 설계에 따라 단지 하나의 편광 상태의 광, 또는 임의의 편광 상태의 광과 관련될 수 있다.
몇몇 경우에, 제1 및 제2 반사 특성은 관찰각에 대한 그 의존성에서 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 반사 특성은 수직 입사 시의 주어진 중심 파장, 밴드 에지, 및 최대 반사율을 갖는 제1 반사 밴드를 포함할 수 있고, 제2 반사 특성은 수직 입사 시의 제1 반사 밴드의 이들 태양과 아주 유사한 제2 반사 밴드를 포함할 수 있다. 그러나, 입사각이 증가함에 따라, 제1 및 제2 반사 밴드 둘 모두가 보다 짧은 파장으로 편이될 수 있기는 하지만, 그 각각의 최대 반사율은 서로로부터 크게 벗어날 수 있다. 예를 들어, 제1 반사 밴드의 최대 반사율은 일정하게 유지되거나 입사각의 증가에 따라 증가할 수 있지만, 제2 반사 밴드, 또는 적어도 그 p-편광된 성분의 최대 반사율은 입사각의 증가에 따라 감소할 수 있다.
위에서 논의된 제1 반사 특성과 제2 반사 특성 사이의 차이가 가시 스펙트럼의 일부분을 커버하는 반사 밴드에 관계되는 경우에, 그 차이는 필름의 제1 구역과 제2 구역 사이의 색의 차이로서 인지될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 내부 층을 포함한 필름의 구조를 보이기 위해 개략적인 측면도로 도시된 다층 필름(210)의 일부분을 볼 수 있다. 필름은 국소 x-y-z 직교 좌표계에 관하여 도시되며, 여기에서 필름은 x-축 및 y-축에 평행하게 연장되고, z-축은 필름 및 그 구성요소 층에 수직하고 필름의 두께 축에 평행하다. 필름(210)은 전체적으로 평평할 필요는 없고 만곡되거나 평면으로부터 벗어나도록 달리 형상화될 수 있으며, 심지어 이들 경우에 필름의 임의의 작은 부분 또는 영역은 도시된 바와 같은 국소 직교 좌표계와 관련될 수 있음에 주목하라. 필름(210)은 일반적으로 도 1의 필름(110)을 임의의 그 구역(112, 114, 116)에서 나타내는 것으로 간주될 수 있는데, 왜냐하면 필름(110)의 개별 층은 바람직하게는 각각의 그러한 구역으로부터 다음으로 연속적으로 연장되기 때문이다.
다층 광학 필름은 일부 광이 인접 층들 사이의 계면에서 반사되도록 상이한 굴절률을 갖는 개별 층을 포함한다. 때때로 "미세층"으로 지칭되는 이들 층은 복수의 계면에서 반사된 광이 다층 광학 필름에 원하는 반사 또는 투과 특성을 제공하기 위해 보강 또는 상쇄 간섭을 겪도록 충분히 얇다. 자외선, 가시, 또는 근적외선 파장에서 광을 반사하도록 구성되는 다층 광학 필름의 경우, 각각의 미세층은 전반적으로 약 1 μm 미만의 광학적 두께(물리적 두께 곱하기 굴절률)를 갖는다. 그러나, 다층 광학 필름의 외측 표면에 있는 스킨층, 또는 미세층들의 상호 밀착군("스택(stack)" 또는 "패킷(packet)"으로 알려짐)들을 분리하는 다층 광학 필름 내에 배치된 보호 경계층(protective boundary layer, PBL)과 같은 더 두꺼운 층이 또한 포함될 수 있다. 도 2에서, 미세층은 "A" 또는 "B"로 라벨표기되며, "A" 층은 하나의 재료로 구성되고, "B" 층은 상이한 재료로 구성되며, 이들 층은 도시된 바와 같은 광학 반복 단위 또는 단위 셀(ORU 1, ORU 2, … ORU 6)을 형성하도록 교번 배열로 적층된다. 전형적으로, 전적으로 중합체 재료로 구성된 다층 광학 필름은 높은 반사율이 요망되는 경우 6개보다 훨씬 많은 광학 반복 유닛을 포함할 것이다. 도 2에 도시된 "A" 및 "B" 미세층 모두는 이 예시적인 예에서 상부 표면이 필름(210)의 외부 표면(210a)과 일치하는 최상부 "A" 층을 제외하고는 필름(210)의 내부 층이다. 도면의 기저부에 있는 상당히 더 두꺼운 층(212)은 외부 스킨층, 또는 도면에 도시된 미세층의 스택을 미세층의 다른 스택 또는 패킷(미도시)으로부터 분리하는 PBL을 나타낼 수 있다. 원하는 경우, 2개 이상의 별개의 다층 광학 필름이 예컨대, 하나 이상의 두꺼운 접착제 층에 의해, 또는 압력, 열, 또는 라미네이트 또는 복합 필름을 형성하기 위한 다른 방법을 사용하여 함께 라미네이트될 수 있다.
몇몇 경우에, 미세층은 ¼-파장 스택에 대응하는 두께 및 굴절률 값을 가질 수 있고, 즉 동일한 광학적 두께의 2개의 인접 미세층을 각각 구비한 광학 반복 유닛으로 배열될 수 있으며(f-비 = 50%이고, f-비는 완전한 광학 반복 유닛의 광학적 두께에 대한 구성요소 층 "A"의 광학적 두께의 비임), 이러한 광학 반복 유닛은 파장 λ가 광학 반복 유닛의 전체 광학적 두께의 2배인 보강 간섭 광에 의해 반사하는 데 효과적이고, 여기에서 물체의 "광학적 두께"는 그 물리적 두께 곱하기 그 굴절률을 지칭한다. 다른 경우에, 광학 반복 유닛 내의 미세층의 광학적 두께는 서로 상이할 수 있으며, 따라서 f-비는 50%보다 크거나 작다. 도 2의 실시 형태에서, "A" 층은 일반성을 위해 "B" 층보다 얇은 것으로 도시된다. 각각의 도시된 광학 반복 유닛(ORU 1, ORU 2 등)은 그 구성요소 "A" 및 "B" 층의 광학적 두께의 합과 동일한 광학적 두께(OT1, OT2 등)를 갖고, 각각의 광학 반복 유닛은 파장 λ가 그 전체 광학적 두께의 2배인 광을 반사한다. 일반적으로 다층 광학 필름에 사용되는, 특히 본 명세서에서 논의된 내부 패턴화된 다층 필름에 사용되는 미세층 스택 또는 패킷에 의해 제공되는 반사율은 미세층들 사이의 대체로 매끄러운 명확하게-한정된 계면 및 전형적 구성에 사용되는 낮은 탁도 재료로 인해, 확산성보다는, 사실상 전형적으로 실질적으로 정반사성이다. 그러나, 몇몇 경우에, 완성된 물품은 예컨대, 스킨층(들) 및/또는 PBL 층(들)에 확산 재료를 사용하여, 및/또는 예를 들어 하나 이상의 표면 확산 구조체 또는 텍스처화된 표면을 사용하여, 임의의 원하는 정도의 산란을 통합하도록 맞추어질 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 층 스택 내의 광학 반복 유닛의 광학적 두께는 각각의 광학 반복 유닛의 광학적 두께의 2배와 동일한 파장에 중심설정된 높은 반사율의 좁은 반사 밴드를 제공하기 위해 모두 서로 동일할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 광학 반복 유닛의 광학적 두께는 필름의 z-축 또는 두께 방향을 따른 두께 구배에 따라 상이할 수 있으며, 따라서 광학 반복 유닛의 광학적 두께는 스택의 일측(예컨대, 상부)으로부터 스택의 타측(예컨대, 하부)으로 진행할 때 증가하거나, 감소하거나, 또는 어떤 다른 함수 관계를 따른다. 이러한 두께 구배는 연장된 관심 있는 파장 밴드에 걸쳐, 그리고 또한 모든 관심 있는 각도에 걸쳐 광의 실질적으로 스펙트럼상 평평한 투과 및 반사를 제공하기 위해 넓혀진 반사 밴드를 제공하도록 사용될 수 있다. 미국 특허 제6,157,490호(휘틀리(Wheatley) 등) "예리해진 밴드에지를 갖는 광학 필름(Optical Film With Sharpened Bandedge)"에서 논의된 바와 같이, 높은 반사와 높은 투과 사이의 파장 전이에서 밴드 에지를 예리하게 하도록 맞추어진 두께 구배가 또한 사용될 수 있다. 중합체 다층 광학 필름의 경우, 반사 밴드는 예리해진 밴드 에지는 물론, 반사 특성이 응용의 파장 범위를 가로질러 본질적으로 일정한 "평평한 상부" 반사 밴드를 갖도록 설계될 수 있다. 그것의 f-비가 50%와 상이한 2-미세층 광학 반복 단위를 갖는 다층 광학 필름 또는 그것의 광학 반복 단위가 2개 초과의 미세층을 포함하는 필름과 같은 다른 층 배열이 또한 고려된다. 이들 대안적인 광학 반복 유닛 설계는 원하는 반사 밴드가 근적외선 파장에 존재하거나 그로 연장되는 경우 유용할 수 있는 소정 고차(higher-order) 반사를 감소시키거나 여기시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5,103,337호(슈렝크 등) "적외선 반사 광학 간섭 필름(Infrared Reflective Optical Interference Film)", 제5,360,659호(아렌즈(Arends) 등) "2 구성요소 적외선 반사 필름(Two Component Infrared Reflecting Film)", 제6,207,260호(휘틀리 등) "다중 구성요소 광학체(Multicomponent Optical Body)", 및 제7,019,905호(웨버(Weber)) "고차 반사의 억제를 갖는 다층 반사기(Multi-layer Reflector With Suppression of High Order Reflections)"를 참조한다.
위에 언급된 바와 같이, 다층 광학 필름의 인접 미세층은 일부 광이 인접 층들 사이의 계면에서 반사되도록 상이한 굴절률을 갖는다. 주 x-축, y-축, 및 z-축을 따라 편광된 광에 대한 미세층 중 하나(예컨대, 도 2의 "A" 층)의 굴절률을 각각 n1x, n1y, 및 n1z로 지칭한다. x-축, y-축, 및 z-축은 예를 들어 재료의 유전율 텐서의 주 방향에 대응할 수 있다. 전형적으로, 그리고 논의 목적을 위해, 상이한 재료의 주 방향은 일치하지만, 일반적으로 이러할 필요는 없다. 동일한 축을 따른 인접 미세층(예컨대, 도 2의 "B" 층)의 굴절률을 각각 n2x, n2y, n2z로 지칭한다. 이들 층 사이의 굴절률의 차이를 x-방향을 따른 Δnx(= n1x - n2x), y-방향을 따른 Δny(= n1y - n2y), 및 z-방향을 따른 Δnz(= n1z - n2z)로 지칭한다. 이들 굴절률 차이의 특성은 필름 내의(또는 필름의 주어진 스택 내의) 미세층의 수 및 그 두께 분포와 함께 주어진 구역에서 필름의(또는 필름의 주어진 스택의) 반사 및 투과 특성을 제어한다. 예를 들어, 인접 미세층이 하나의 평면내 방향을 따라 큰 굴절률 부정합(큰 Δnx) 및 직교 평면내 방향을 따라 작은 굴절률 부정합(Δny ≒ 0)을 가지면, 필름 또는 패킷은 수직 입사 광에 대해 반사 편광기로서 거동할 수 있다. 이와 관련하여, 반사 편광기는 본 출원의 목적을 위해, 파장이 패킷의 반사 밴드 내에 있으면 하나의 평면내 축("차단축"으로 지칭됨)을 따라 편광된 수직 입사 광을 강하게 반사하고 직교 평면내 축("통과축"으로 지칭됨)을 따라 편광된 그러한 광을 강하게 투과시키는 광학체로 간주될 수 있다. "강하게 반사한다" 및 "강하게 투과시킨다"는 의도된 응용 또는 사용 분야에 따라 상이한 의미를 가질 수 있지만, 많은 경우에 반사 편광기는 차단축에 대해 적어도 70, 80, 또는 90% 반사율, 및 통과축에 대해 적어도 70, 80, 또는 90% 투과율을 가질 것이다.
본 출원의 목적을 위해, 재료가 관심 있는 파장 범위, 예컨대 스펙트럼의 UV, 가시, 및/또는 적외선 부분의 선택된 파장 또는 밴드에 걸쳐 이방성 유전율 텐서를 가지면 상기 재료는 "복굴절성"으로 간주된다. 달리 말하면, 재료의 주 굴절률(예컨대, n1x, n1y, n1z)이 모두 동일하지는 않으면 상기 재료는 "복굴절성"으로 간주된다.
다른 예에서, 인접 미세층은 두 평면내 축을 따라 큰 굴절률 부정합(큰 Δnx 및 큰 Δny)을 가질 수 있으며, 이 경우 필름 또는 패킷은 축상 미러(on-axis mirror)로서 거동할 수 있다. 이와 관련하여, 미러 또는 미러-유사 필름은 본 출원의 목적을 위해, 파장이 패킷의 반사 밴드 내에 있으면 임의의 편광의 수직 입사 광을 강하게 반사하는 광학체로 간주될 수 있다. 역시, "강하게 반사하는"은 의도된 응용 또는 사용 분야에 따라 상이한 의미를 가질 수 있지만, 많은 경우에 미러는 관심 있는 파장에서 임의의 편광의 수직 입사 광에 대해 적어도 70, 80, 또는 90% 반사율을 가질 것이다. 전술한 실시 형태의 변형 실시 형태에서, 인접 미세층은 z-축을 따라 굴절률 정합 또는 부정합(Δnz ≒ 0 또는 큰 Δnz)을 보일 수 있고, 이 부정합은 평면내 굴절률 부정합(들)과 동일 또는 반대 극성 또는 부호일 수 있다. Δnz의 이러한 맞춤은 경사 입사 광의 p-편광된 성분의 반사율이 입사각의 증가에 따라 증가하는지, 감소하는지, 또는 동일하게 유지되는지에 대해 중요 역할을 한다. 또 다른 예에서, 인접 미세층은 두 평면내 축을 따라 실질적인 굴절률 정합(Δnx ≒ Δny ≒ 0)을 갖지만 z-축을 따라 굴절률 부정합(큰 Δnz)을 가질 수 있으며, 이 경우 필름 또는 패킷은, 임의의 편광의 수직 입사 광을 강하게 투과시키지만 파장이 패킷의 반사 밴드 내에 있으면 증가하는 입사각의 p-편광된 광을 점진적으로 반사하는 이른바 "p-편광기"로서 거동할 수 있다.
상이한 축을 따른 가능한 굴절률 차이, 층의 총 수 및 그 두께 분포(들), 및 다층 광학 필름 내에 포함된 미세층 패킷의 수 및 유형의 다수의 순열(permutation)을 고려하면, 가능한 다층 광학 필름(210) 및 그 패킷의 다양성은 방대하다. 예시적인 다층 광학 필름이 미국 특허 제5,486,949호(슈렝크 등) "복굴절 간섭 편광기(Birefringent Interference Polarizer)"; 미국 특허 제5,882,774호(존자 등) "광학 필름(Optical Film)"; 미국 특허 제6,045,894호(존자 등) "투명 상태로부터 유색 상태로의 보안 필름(Clear to Colored Security Film)"; 미국 특허 제6,179,949호(메릴 등) "광학 필름 및 그 제조 방법(Optical Film and Process for Manufacture Thereof)"; 미국 특허 제6,531,230호(웨버 등) "색 변환 필름(Color Shifting Film)"; 미국 특허 제6,939,499호(메릴 등) "실질적 단축 특성을 갖는 횡방향 연신 필름을 제조하기 위한 방법 및 장치(Processes and Apparatus for Making Transversely Drawn Films with Substantially Uniaxial Character)"; 미국 특허 제7,256,936호(헤브링크(Hebrink) 등) "계획된 색 변환을 갖는 광학 편광 필름(Optical Polarizing Films with Designed Color Shifts)"; 미국 특허 제7,316,558호(메릴 등) "중합체 필름을 신장시키기 위한 장치(Devices for Stretching Polymer Films)"; PCT 공보 제WO 2008/144136 A1호(네빗(Nevitt) 등) "직하형 백라이트를 위한 램프-은폐 조립체(Lamp-Hiding Assembly for a Direct Lit Backlight)"; PCT 공보 제WO 2008/144656 A2호(웨버 등) "백라이트 및 이를 사용한 디스플레이 시스템(Backlight and Display System Using Same)"에 개시된다.
다층 광학 필름의 적어도 하나의 패킷 내의 미세층들 중 적어도 일부가 필름의 적어도 하나의 구역(예컨대, 도 1의 구역(112, 114, 116))에서 복굴절성인 것에 주목한다. 따라서, 광학 반복 유닛 내의 제1 층이 복굴절성일 수 있거나(즉, n1x ≠ n1y, 또는 n1x ≠ n1z, 또는 n1y ≠ n1z), 또는 광학 반복 유닛 내의 제2 층이 복굴절성일 수 있거나(즉, n2x ≠ n2y, 또는 n2x ≠ n2z, 또는 n2y ≠ n2z), 또는 제1 및 제2 층 둘 모두가 복굴절성일 수 있다. 또한, 하나 이상의 그러한 층의 복굴절은 적어도 하나의 구역에서 이웃한 구역에 대해 감쇠된다. 몇몇 경우에, 이들 층의 복굴절은 그들이 하나의 구역에서는 광학적으로 등방성이지만(즉, n1x = n1y = n1z, 또는 n2x = n2y = n2z) 이웃한 구역에서는 복굴절성이도록 0으로 감쇠될 수 있다. 두 층이 초기에 복굴절성인 경우에, 재료 선택 및 처리 조건에 따라, 그들은 단지 하나의 층의 복굴절이 실질적으로 감쇠되거나 또는 두 층의 복굴절이 감쇠될 수 있는 방식으로 처리될 수 있다.
예시적인 다층 광학 필름은 중합체 재료로 구성되고, 공압출, 주조, 및 배향 공정을 사용하여 제조될 수 있다. 미국 특허 제5,882,774호(존자 등) "광학 필름(Optical Film)", 미국 특허 제6,179,949호(메릴 등) "광학 필름 및 그 제조 방법(Optical Film and Process for Manufacture Thereof)", 및 제6,783,349호(네빈(Neavin) 등) "다층 광학 필름을 제조하기 위한 장치(Apparatus for Making Multilayer Optical Films)"가 참고된다. 다층 광학 필름은 전술된 참고 문헌 중 임의의 것에 기재된 바와 같이 중합체의 공압출에 의해 형성될 수 있다. 다양한 층의 중합체는 바람직하게는 이들이 현저한 유동 교란 없이 공-압출될 수 있도록 유사한 유동학적 특성, 예컨대 용융 점도를 갖도록 선택된다. 압출 조건은 각각의 중합체를 이송 스트림 또는 용융 스트림으로서 연속적이고 안정된 방식으로 적절히 이송, 용융, 혼합 및 펌핑하도록 선택된다. 용융 스트림 각각을 형성하고 유지시키는 데 사용되는 온도는, 온도 범위의 하한(low end)에서 동결, 결정화, 또는 과도하게 높은 압력 강하를 방지하고 그 범위의 상한(high end)에서 재료 열화를 방지하는 범위 내이도록 선택될 수 있다.
간단히 요약하면, 제조 방법은 (a) 완성된 필름에 사용될 제1 및 제2 중합체에 대응하는 적어도 제1 및 제2 수지 스트림을 제공하는 단계; (b) 제1 및 제2 스트림을, 예를 들어 (i) 제1 및 제2 유동 채널을 포함하는 구배 플레이트로서, 제1 채널은 제1 위치로부터 유동 채널을 따라 제2 위치로 변화하는 단면적을 갖는, 구배 플레이트, (ii) 제1 유동 채널과 유체 연통되는 제1 복수의 도관 및 제2 유동 채널과 유체 연통되는 제2 복수의 도관을 구비하는 이송기 관 플레이트로서, 각각의 도관은 그 자신의 각각의 슬롯 다이를 이송시키고, 각각의 도관은 제1 단부 및 제2 단부를 구비하며, 도관의 제1 단부는 유동 채널과 유체 연통되고, 도관의 제2 단부는 슬롯 다이와 유체 연통되는, 이송기 관 플레이트, 및 (iii) 선택적으로, 상기 도관에 근접하게 위치되는 축방향 로드 히터를 포함하는 것과 같은, 적합한 피드블록(feedblock)을 사용하여 복수의 층으로 분배하는 단계; (c) 복합 스트림을 압출 다이를 통해 통과시켜 다층 웨브를 형성하는 단계로서, 각각의 층은 대체로 인접 층의 주 표면에 평행한 단계; 및 (d) 다층 웨브를 때때로 주조 휠 또는 주조 드럼으로 지칭되는 칠 롤(chill roll) 상에 주조하여 주조 다층 필름을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 주조 필름은 완성된 필름과 동일한 수의 층을 구비할 수 있지만, 주조 필름의 층은 전형적으로 완성된 필름의 그것보다 훨씬 두껍다. 또한, 주조 필름의 층은 전형적으로 모두 등방성이다.
주조 다층 웨브를 제조하는 많은 대안적인 방법이 또한 사용될 수 있다. 역시 중합체 공압출을 사용하는 한가지 이러한 대안적인 방법이 미국 특허 제5,389,324호(루이스(Lewis) 등)에 기재된다.
냉각 후, 다층 웨브는 거의-완성된 다층 광학 필름을 생산하도록 연신되거나 신장될 수 있으며, 이의 상세 사항은 위에 인용된 참고 문헌에서 찾아볼 수 있다. 연신 또는 신장은 2가지 목적을 달성한다: 그것은 층을 그 원하는 최종 두께로 박화시키고, 그것은 층을 층의 적어도 일부가 복굴절성이 되도록 배향시킨다. 배향 또는 신장은 크로스-웨브(cross-web) 방향을 따라(예컨대, 텐터(tenter)를 통해), 다운-웨브(down-web) 방향을 따라(예컨대, 길이 배향기를 통해), 또는 동시에든지 또는 순차적으로든지 간에 이들의 임의의 조합으로 달성될 수 있다. 단지 하나의 방향만을 따라 신장되면, 신장은 "비구속"되거나(여기에서 필름은 신장 방향에 수직한 평면내 방향으로 치수상 이완될 수 있음) 또는 "구속"될 수 있다(여기에서 필름은 구속되어, 신장 방향에 수직한 평면내 방향으로 치수상 이완될 수 없음). 두 평면내 방향을 따라 신장되면, 신장은 대칭적, 즉 직교 평면내 방향을 따라 동일하거나, 또는 비대칭적일 수 있다. 대안적으로, 필름은 배치(batch) 공정으로 신장될 수 있다. 어떤 경우든, 후속 또는 동시 연신 감소, 응력 또는 변형률 평형, 열 경화, 및 다른 처리 작업이 또한 필름에 적용될 수 있다.
다층 광학 필름 및 필름 본체는 그 광학적, 기계적, 및/또는 화학적 특성을 위해 선택되는 추가의 층 및 코팅을 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, UV 흡수층이 UV 광에 의해 초래되는 장기 열화로부터 필름을 보호하기 위해 필름의 하나 또는 두 주 외부 표면에 부가될 수 있다. 추가의 층 및 코팅은 또한 긁힘 방지층, 인열 방지층 및 경화제(stiffening agent)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제6,368,699호(길버트(Gilbert) 등)를 참조한다.
몇몇 경우에, 다층 광학 필름을 구성하는 구성요소 중합체 재료의 하나, 일부, 또는 전부의 자연 또는 고유 흡수율은 흡수 가열 절차에 사용될 수 있다. 예를 들어, 가시 영역에 걸쳐 손실이 낮은 많은 중합체는 소정 자외선 파장에서 상당히 더 높은 흡수율을 갖는다. 이러한 파장의 광에 노출된 필름의 부분은 필름의 이러한 부분을 선택적으로 가열하도록 사용될 수 있다.
다른 경우에, 흡수 염료, 안료, 또는 다른 작용제가 위에 언급된 바와 같이 흡수 가열을 증진시키기 위해 다층 광학 필름의 개별 층의 일부 또는 전부 내에 통합될 수 있다. 몇몇 경우에, 이러한 흡수제는 스펙트럼 선택적이고, 따라서 이들은 하나의 파장 영역에서는 흡수하지만 다른 파장 영역에서는 그렇지 않다. 예를 들어, 개시된 필름의 일부는 예컨대 위조-방지 보안 라벨과 함께 또는 액정 디스플레이(LCD) 장치 또는 다른 디스플레이 장치의 구성요소로서, 가시 영역에 사용하도록 의도될 수 있으며, 이 경우 적외선 또는 자외선 파장에서는 흡수하지만 실질적으로 가시 파장에서는 그렇지 않은 흡수제가 사용될 수 있다. 또한, 흡수제는 필름의 하나 이상의 선택된 층 내에 통합될 수 있다. 예를 들어, 필름은 보호 경계층(PBL), 라미네이팅 접착제 층, 하나 이상의 스킨층 등과 같은 광학적으로 두꺼운 층에 의해 분리되는 2개의 별개의 미세층 패킷을 포함할 수 있고, 흡수제는 패킷 중 하나 내에는 통합되지만 다른 하나 내에는 그렇지 않을 수 있거나, 두 패킷 내에 통합되되 다른 하나에 대해 하나에서 보다 높은 농도로 통합될 수 있다.
다양한 흡수제가 사용될 수 있다. 가시 스펙트럼에서 작동하는 광학 필름의 경우, 자외선 및 적외선(근적외선 포함) 영역에서 흡수하는 염료, 안료, 또는 다른 첨가제가 사용될 수 있다. 몇몇 경우에, 필름의 중합체 재료가 상당히 더 낮은 흡수율을 갖는 스펙트럼 범위에서 흡수하는 작용제를 선택하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 흡수제를 다층 광학 필름의 선택된 층 내에 통합시킴으로써, 지향된 방사선이 우선적으로 필름의 전체 두께 전반에 걸쳐서보다는 선택된 층에 열을 전달할 수 있다. 예시적인 흡수제는 이들이 관심 있는 선택 층 세트 내에 매립될 수 있도록 용융 압출가능할 수 있다. 이를 위해, 흡수제는 바람직하게는 압출에 요구되는 처리 온도 및 체류 시간에서 합리적으로 안정적이다. 적합한 흡수제에 관한 추가의 정보를 위해, 미국 특허 제6,207,260호(휘틀리 등) "다중 구성요소 광학체(Multicomponent Optical Body)"가 참고된다.
이제, 구역(112) 및 구역(116)의 경계에 있는 영역(118) 부근에서 도 1의 다층 광학 필름(110)의 일부분의 개략적인 단면도를 도시한 도 3을 참조한다. 필름(110)의 이 확대도에서, 구역(112)을 이웃한 구역(116)으로부터 분리하는 좁은 전이 구역(115)을 볼 수 있다. 이러한 전이 구역은 처리 세부 사항에 따라 존재할 수 있거나 그렇지 않을 수 있고, 그것이 존재하지 않으면, 구역(116)은 상당한 개재 특징부 없이 구역(112)에 바로 인접할 수 있다. 필름(110)의 구성 세부 사항을 또한 볼 수 있으며: 필름은 그 대향측들에서 광학적으로 두꺼운 스킨층(310, 312)을 포함하고, 이때 복수의 미세층(314) 및 다른 복수의 미세층(316)이 스킨층(310, 312) 사이에 배치된다. 미세층(314, 316) 모두는 외부 스킨층에 의해 필름(110) 내부에 있다. 미세층(314, 316) 사이의 공간은 미세층(314, 316)이 하나의 스킨층(310)에서 시작하고 대향 스킨층(312)에서 끝나는 단일 미세층 패킷의 부분인 경우와, 또한 미세층(314, 316)이 하나 이상의 광학적으로 두꺼운 보호 경계층(PBL) 또는 다른 광학적으로 두꺼운 내부 층(들)에 의해 서로로부터 분리되는 2개 이상의 별개의 미세층 패킷의 부분인 경우를 허용하기 위해, 도면에서 빈 상태로 남겨진다. 어느 경우든, 미세층(314, 316)은 바람직하게는 광학 반복 유닛으로 배열되는 2개의 교번하는 중합체 재료를 각각 포함하며, 미세층(314, 316)의 각각은 도시된 바와 같이 구역(112)으로부터 이웃한 구역(116)으로 측방향 또는 횡방향으로 연속적으로 연장된다. 미세층(314, 316)은 보강 또는 상쇄 간섭에 의해 구역(112)에서 제1 반사 특성을 제공하고, 미세층(314, 316)의 적어도 일부는 복굴절성이다. 구역(115, 116)은 이전에 구역(112)과 동일한 특성을 가졌을 수 있지만, 구역(112)에서 미세층의 복굴절을 유지시키면서 구역(116)에서 미세층(314, 316)의 일부의 복굴절을 감소시키거나 제거하기에 충분한 양으로 그에 열을 선택적으로 가함으로써 처리되었으며, 이러한 열은 또한 처리된 구역(116)에서 미세층(314, 316)의 구조적 완전성을 유지시키기에 충분히 낮다. 구역(116)에서 미세층(314, 316)의 감소된 복굴절은 구역(112)에 대한 제1 반사 특성과는 상이한, 구역(116)에 대한 제2 반사 특성을 주로 유발한다.
필름(110)은 도면에 도시된 바와 같이, 구역(112)에서 특성 두께(d1, d2) 및 구역(116)에서 특성 두께(d1', d2')를 갖는다. 두께(d1, d1')는 각각의 구역에서 필름의 전방 외부 표면으로부터 필름의 후방 외부 표면까지 측정된 물리적 두께이다. 두께(d2, d2')는 필름의 전방 표면에 가장 가깝게 배치된 미세층(미세층 패킷의 일단부에 있는)으로부터 필름의 후방 표면에 가장 가깝게 배치된 미세층(동일한 또는 상이한 미세층 패킷의 단부에 있는)까지 측정된 물리적 두께이다. 따라서, 구역(112)에서의 필름(110)의 두께를 구역(116)에서의 필름의 두께와 비교하기를 원하면, 어느 치수가 더욱 편리한지에 따라, d1을 d1'와, 또는 d2를 d2'와 비교하도록 선택할 수 있다. 대부분의 경우에, d1과 d1' 사이의 비교는 d2와 d2' 사이의 비교와 실질적으로 동일한 결과(비례적으로)를 산출하는 것은 당연하다. (물론, 필름이 외부 스킨층을 포함하지 않는 경우에, 그리고 미세층 패킷이 필름의 두 외부 표면에서 종단되는 경우에, d1 및 d2는 동일해진다.) 그러나, 예컨대 스킨층이 하나의 장소로부터 다른 장소로 상당한 두께 변화를 경험하지만 아래의 미세층에는 대응하는 두께 변화가 존재하지 않거나, 또는 그 역인 경우와 같은, 상당한 차이가 존재하는 경우에, 스킨층이 전형적으로 미세층 패킷(들)에 비해 필름의 반사 특성에 미러 효과를 나타낸다는 사실을 고려하면, 상이한 구역에서 전체 필름 두께를 더욱 대표하는 것으로서 d2 및 d2' 파라미터를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
물론, 광학적으로 두꺼운 층에 의해 서로로부터 분리된 2개 이상의 별개의 미세층 패킷을 포함하는 다층 광학 필름의 경우, 임의의 주어진 미세층 패킷의 두께는 또한 패킷 내의 최초부터 최후 미세층까지 z-축을 따른 거리로서 측정되고 특징지어질 수 있다. 이 정보는 상이한 구역(112, 116)에서 필름(110)의 물리적 특성을 비교하는 더욱 심층적인 분석에서 중요해질 수 있다.
언급된 바와 같이, 구역(116)은 구역(116)이 미세층으로부터의 광의 보강 또는 상쇄 간섭에 기인하는, 구역(112)의 반사 특성과 상이한 반사 특성을 보이도록, 미세층(314, 316)의 적어도 일부가 이웃한 구역(112)에서의 그 복굴절에 대해 그 복굴절의 일부 또는 전부를 잃게 하기 위해 열을 선택적으로 가하여 처리되었다. 선택적 가열 공정은 구역(116)에 대한 압력의 선택적 인가를 수반하지 않을 수 있고, 이것은 필름의 두께 변화가 실질적으로 없는 결과(파라미터 d1/d1'를 사용하든지 파라미터 d2/d2'를 사용하든지 간에)를 산출할 수 있다. 예를 들어, 필름(110)은 구역(112)에서 또는 미처리된 필름에서 관찰되는 두께의 통상의 변동 이하만큼 구역(112)에서의 평균 두께로부터 벗어나는 구역(116)에서의 평균 두께를 보일 수 있다. 따라서, 필름(110)은 구역(112)에서, 또는 구역(116)의 열처리 전에 구역(112) 및 구역(116)의 일부분을 둘러싸는 필름의 영역에 걸쳐, Δd의 두께 변동(d1이건 d2이건 간에)을 보일 수 있고, 구역(116)은 구역(112)에서의 공간 평균 두께(d1, d2)(각각)와 Δd 이하만큼 상이한 공간 평균 두께(d1', d2 )를 가질 수 있다. 파라미터 Δd는 예를 들어 두께(d1 또는 d2)의 공간 분포의 1개, 2개, 또는 3개의 표준 편차를 나타낼 수 있다.
몇몇 경우에, 구역(116)의 열처리는 구역(116)에서 필름의 두께에 소정 변화를 발생시킬 수 있다. 이들 두께 변화는 예를 들어 다층 광학 필름을 구성하는 상이한 재료의 국소적 수축 및/또는 팽창에 기인할 수 있거나, 어떤 다른 열-유도 현상에 기인할 수 있다. 그러나, 이러한 두께 변화는 이들이 발생하는 경우, 처리된 구역에서 복굴절의 감소 또는 제거에 의해 행해지는 주된 역할에 비해 처리된 구역(116)의 반사 특성에 대한 그 영향에서 단지 부착적인 역할만을 한다. 또한, 많은 경우에, 필름의 주름발생(wrinkling)을 방지하기 위해, 또는 다른 이유로, 내부 패터닝을 달성하는 선택적 열처리 동안 인장 하에서 필름을 그 에지에 의해 유지시키는 것이 바람직할 수 있음에 주목하라. 인가되는 인장의 양 및 열처리의 세부 사항은 또한 처리된 구역에서 얼마간의 양의 두께 변화를 유발할 수 있다.
몇몇 경우에, 필름의 반사 특성을 분석함으로써 복굴절의 변화와 두께 변화의 효과를 구별할 수 있다. 예를 들어, 미처리된 구역(예컨대, 구역(112))의 미세층이 좌측 밴드 에지(LBE), 우측 밴드 에지(RBE), 중심 파장(λc), 및 피크 반사율(R1)에 의해 특징지어지는 반사 밴드를 제공하면, 이들 미세층에 대한 주어진 두께 변화는(미세층의 굴절률이 변화 없이), R1과 대략 동일한 피크 반사율(R2)을 갖지만 미처리된 구역의 반사 밴드의 그들 특징부에 대해 파장이 비례적으로 편이되는 LBE, RBE, 및 중심 파장을 갖는 처리된 구역에 대한 반사 밴드를 생성할 것이고, 이러한 편이는 측정될 수 있다. 반면에, 복굴절의 변화는 전형적으로 복굴절의 변화에 기인하는 광학적 두께의 (보통 아주 작은) 변화로 인해, LBE, RBE, 및 중심 파장의 단지 아주 근소한 파장의 편이만을 생성할 것이다. (광학적 두께는 물리적 두께 곱하기 굴절률과 동일한 것을 상기하라.) 그러나, 복굴절의 변화는 미세층 스택의 설계에 따라, 반사 밴드의 피크 반사율에 큰 또는 적어도 상당한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 몇몇 경우에, 복굴절의 변화는 R1과 상당히 상이한 피크 반사율(R2)을 변형된 구역의 반사 밴드에 제공할 수 있으며, 여기에서 당연히 R1 및 R2는 동일한 조명 및 관찰 조건 하에서 비교된다. R1 및 R2가 백분율 단위로 표현되면, R2는 R1과 적어도 10%만큼, 또는 적어도 20%만큼, 또는 적어도 30%만큼 상이할 수 있다. 명확하게 하는 예로서, R1은 70%일 수 있고, R2는 60%, 50%, 40%, 또는 그 미만일 수 있다. 대안적으로, R1은 10%일 수 있고, R2는 20%, 30%, 40%, 또는 그 초과일 수 있다. R1 및 R2는 또한 이들의 비를 취함으로써 비교될 수 있다. 예를 들어, R2/R1 또는 그 역수는 적어도 2, 또는 적어도 3일 수 있다.
복굴절의 변화로 인한 인접 층들 사이의 굴절률 차이의 변화에 기인하는 계면 반사율(때때로 광출력으로 지칭됨)의 변화를 가리키는 정도로 피크 반사율의 상당한 변화는 또한 전형적으로 반사 밴드의 대역폭의 적어도 얼마간의 변화를 수반하며, 여기에서 대역폭은 LBE와 RBE 사이의 간격을 지칭한다.
논의한 바와 같이, 몇몇 경우에, 처리된 구역(116)의 필름(110)의 두께, 즉 d1' 또는 d2'는 열처리 중 실제로 구역(116)에 선택적 압력이 인가되지 않았더라도, 미처리된 구역(112)의 필름의 두께와 다소 상이할 수 있다. 이러한 이유로, 도 3은 d1'를 d1과 약간 상이한 것으로, 그리고 d2'를 d2와 약간 상이한 것으로 도시한다. 선택적 열처리의 결과로서 필름의 외부 표면 상에 "범프(bump)" 또는 다른 검출가능 인공물(artifact)이 존재할 수 있음을 보여주기 위해, 일반성을 위해 전이 구역(115)이 또한 도시된다. 그러나, 몇몇 경우에, 처리는 이웃한 처리된 구역과 미처리된 구역 사이에 검출가능 인공물을 형성하지 않을 수 있다. 예를 들어, 몇몇 경우에, 그 또는 그녀 손가락을 구역들 사이의 경계를 가로질러 활주시키는 관찰자는 구역들 사이에서 어떠한 범프, 리지, 또는 다른 물리적 인공물도 검출하지 못할 수 있다.
몇몇 상황 하에서, 처리된 구역과 미처리된 구역 사이의 두께 차이가 필름의 두께 전반에 걸쳐 비-비례적인 것이 가능하다. 예를 들어, 몇몇 경우에, 외부 스킨층이 처리된 구역과 미처리된 구역 사이에서, 백분율 변화로 표현되는, 비교적 작은 두께 차이를 갖는 것이 가능한 반면, 하나 이상의 내부 미세층 패킷은 동일 구역들 사이에서, 역시 백분율 변화로 표현되는, 보다 큰 두께 차이를 가질 수 있다.
도 4는 내부 패터닝을 통합한 다른 다층 광학 필름(410)의 일부분의 개략적인 단면도를 도시한다. 필름(410)은 외부의 광학적으로 두꺼운 스킨층(412, 414)과, 스킨층들 사이에 개재된 층(stratum) 또는 레이어(416) 내에 존재하는 미세층의 패킷을 포함한다. 미세층 모두는 필름(410) 내부에 있다. (대안적인 실시 형태에서, 하나 또는 두 스킨층이 생략될 수 있으며, 이 경우 하나 또는 두 PBL 또는 패킷 내의 최외부 미세층이 외부층이 될 수 있다.) 미세층은, 필름의 적어도 일부 구역 또는 영역에서 복굴절성이고 적어도 필름의 이웃한 구역들 사이에서 측방향 또는 횡방향으로 연장되는 적어도 몇 개의 미세층을 포함한다. 미세층은 적어도 필름의 제1 미처리된 구역(422)에서 광의 보강 또는 상쇄 간섭과 관련되는 제1 반사 특성을 제공한다. 필름(410)은, 역시 광의 보강 또는 상쇄 간섭과 관련되지만 제1 반사 특성과는 상이한 제2 반사 특성을 제공하기 위해, 이웃한 구역(420, 424)에서 이들 구역에 어떠한 압력도 선택적으로 인가하지 않고서 선택적으로 가열되었다. 반사 특성의 이들 차이는 반사된 또는 투과된 광에서 처리된 구역과 미처리된 구역 사이의 색의 차이로서 관찰자에게 명백해질 수 있다. 각각의 색 및 이들 사이의 차이는 또한 전형적으로 입사각에 따라 변화하거나 편이된다. 필름(410)은 구역(420, 422, 424)에서 실질적으로 동일한 필름 두께를 가질 수 있거나, 또는 필름 두께는 이들 구역 사이에서 다소 변할 수 있지만, 구역들 사이의 필름 두께의 임의의 차이가 제1 반사 특성과 제2 반사 특성 사이의 차이의 주된 유발 요인이 아니다. 구역(420, 422, 424)은 층 또는 레이어(416) 내의 크로스해칭(crosshatching)에 의해 지시되는 바와 같이, 필름 내부에 또는 필름 내에 있는 패턴을 형성한다. 크로스해칭은 크로스해칭된 구역의 미세층들 중 적어도 일부가 구역(422)에서의 또는 다른 미처리된 구역에서의 그 복굴절에 비해 감소된 복굴절(0의 복굴절을 포함)을 갖는 것을 나타낸다.
이제 도 5a 내지 도 5j의 이상화된 그래프로 주의를 돌린다. 이들 그래프는 다층 광학 필름을 패터닝하는 공정을 설명하는 데 도움을 준다. 이들은 또한 각각 미처리된 및 처리된 구역에서 제1 및 제2 반사 특성의 상이한 가능한 조합의 일부와 이들이 어떻게 달성되는지를 설명하는 데 도움을 준다. 설명의 목적을 위해, 광학 필름의 미처리된 및 처리된 구역 둘 모두의 반사 특성은 다음의 3가지 유형 중 하나로 분류될 수 있다: 미러-유사 반사 특성, 윈도우-유사 반사 특성, 및 편광기-유사 반사 특성. 미러-유사 반사 특성은 수직 입사 광의 모든 편광 상태에 대해 높은 반사율(예컨대, 몇몇 경우에, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 또는 99%를 초과함)을 보이고, 윈도우-유사 반사 특성은 수직 입사 광의 모든 편광 상태에 대해 낮은 반사율(예컨대, 몇몇 경우에, 20%, 10%, 5%, 3%, 또는 1% 미만임)을 보이며, 편광기-유사 반사 특성은 하나의 편광 상태의 수직 입사 광에 대해 높은 반사율(예컨대, 몇몇 경우에, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 또는 99%를 초과함) 및 상이한 편광 상태의 수직 입사 광에 대해 낮은 반사율(예컨대, 몇몇 경우에, 30%, 20%, 10%, 5%, 3%, 또는 1% 미만임)을 보인다. (반사 편광기-유사 특성은 대안적으로 다른 하나의 편광 상태에 대한 하나의 편광 상태의 반사율의 차이로 표현될 수 있다.) 독자는 다층 광학 필름 또는 스택과 관련되는 본 명세서에서 논의되는 반사율 값이 달리 지시되지 않는 한 외부 공기/중합체 계면에서의 프레넬 반사(Fresnel reflection)를 포함하지 않는 것으로 간주되어야 함을 기억할 것이다.
이들 상이한 특성의 경계 또는 한계 -- 예컨대, "높은" 반사율로 간주되는 것 및 "낮은" 반사율로 간주되는 것 -- 와 이들 사이의 차이는 최종-사용 응용 및/또는 시스템 요건에 좌우될 수 있다. 예를 들어, 모든 편광 상태에 대해 중간(moderate) 수준의 반사율을 보이는 다층 광학 필름, 또는 그 미세층 패킷은 몇몇 응용의 목적을 위해 미러로, 그리고 다른 응용의 목적을 위해 윈도우로 간주될 수 있다. 유사하게, 수직 입사 광의 상이한 편광 상태에 대해 중간 수준의 상이한 반사율을 보이는 다층 광학 필름, 또는 그 미세층 패킷은 정확한 반사율 값 및 상이한 편광 상태에 대한 반사율의 차이에 대한 주어진 최종-사용 응용의 민감도에 따라, 몇몇 응용을 위해서는 편광기로, 다른 응용을 위해서는 미러로, 그리고 또 다른 응용을 위해서는 윈도우로 간주될 수 있다. 달리 지시되지 않는 한, 미러, 윈도우, 및 편광기 카테고리는 수직 입사 광에 대해 특정된다. 독자는 경사-각도 특성이 몇몇 경우에는 수직 입사 시의 광학 필름의 특성과 동일하거나 유사할 수 있고, 다른 경우에서는 그와 현저하게 상이할 수 있는 것을 이해할 것이다.
도 5a 내지 도 5j의 그래프 각각에서, 상대 굴절률 "n"이 수직축 상에 플로팅된다. 수평축 상에는, 2-층 광학 반복 유닛을 특징짓는 6개의 굴절률 각각에 대해 위치 또는 마크가 제공된다: "1x", "1y", 및 "1z"는 위에서 n1x, n1y, 및 n1z로 지칭되었던, x-축, y-축, 및 z-축을 따른 제1 층의 굴절률을 나타낸다. 마찬가지로, "2x", "2y", 및 "2z"는 위에서 n2x, n2y, 및 n2z로 지칭되었던, x-축, y-축, 및 z-축을 따른 제2 층의 굴절률을 나타낸다. 도면의 다이아몬드-형상의 심볼(◇)은 제1 처리 단계에서의 재료의 굴절률을 나타낸다. 이 제1 단계는, 압출되어 급냉되거나 예를 들어 주조 휠 상으로 주조되었지만 아직 신장되거나 달리 배향되지 않은 중합체 층에 대응할 수 있다. 도면의 빈(채워지지 않은) 원-형상의 심볼(○)은 제1 단계 이후의 제2 처리 단계에서의 재료의 굴절률을 나타낸다. 제2 단계는 필름 내의 미세층들 사이의 계면으로부터 보강 또는 상쇄 간섭에 의해 광을 반사하는 다층 광학 필름으로 신장되거나 달리 배향된 중합체 층에 대응할 수 있다. 도면의 채워진 작은 원-형상의 심볼 또는 점(●)은 제1 및 제2 단계 이후의 제3 처리 단계에서의 재료의 굴절률을 나타낸다. 제3 단계는 압출되고 배향된 후, 아래에서 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 선택적으로 열처리된 중합체 층에 대응할 수 있다. 이러한 열처리는 전형적으로 처리된 구역으로 지칭되는, 필름의 하나 이상의 특정 부분 또는 구역으로 제한된다.
주어진 도면에서 다양한 심볼의 수직 좌표를 비교함으로써, 독자는 광학 필름, 그 제조 방법, 및 그 처리된 및 미처리된 부분의 광학 특성에 관한 방대한 양의 정보를 쉽게 확인할 수 있다. 예를 들어, 독자는 하나 또는 두 재료 층이 선택적 열처리 전이나 후에 복굴절성이거나 복굴절성이었는지, 그리고 복굴절이 단축인지 이축인지, 그리고 복굴절이 큰지 작은지를 확인할 수 있다. 독자는 또한 도 5a 내지 도 5j로부터, 3가지 처리 단계(주조된 상태, 신장된 상태, 및 처리된 상태) 각각에 대해, 두 층 사이의 굴절률 차이(Δnx, Δny, Δnz) 각각의 상대 크기를 확인할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 완성된, 내부 패턴화된 다층 광학 필름에 대한 전구체(precursor) 물품은 중합체 재료의 주조 웨브일 수 있다. 주조 웨브는 완성된 필름과 동일한 수의 층을 구비할 수 있고, 층은 완성된 필름에 사용되는 것과 동일한 중합체 재료로 구성될 수 있지만, 주조 웨브는 보다 두껍고, 그 층은 보통 모두 등방성이다. 그러나, 도면에 도시되지 않은 몇몇 경우에, 주조 공정 그 자체가 하나 이상의 재료에 소정 수준의 배향 및 복굴절을 부여할 수 있다. 도 5a 내지 도 5j의 다이아몬드-형상의 심볼은 후속 신장 절차 후, 다층 광학 필름의 광학 반복 유닛 내의 미세층이 되는 주조 웨브 내의 2개의 중합체 층의 굴절률을 나타낸다. 신장 후, 층들 중 적어도 일부는 배향되어지고 복굴절성이 되며, 배향된(그러나 여전히 패턴화되지 않은) 다층 광학 필름이 형성된다. 이는 도 5a 내지 도 5j에서 다이아몬드-형상의 심볼에 의해 나타내어진 그 각각의 원래 값으로부터 수직으로 변위될 수 있는 빈 원에 의해 예시된다. 예를 들어, 도 5a에서, 신장 절차는 x-축을 따른 제2 층의 굴절률을 상승시키지만, y-축 및 z-축을 따른 그 굴절률을 저하시킨다. 이러한 굴절률 편이는, 필름이 y-축 및 z-축을 따라 치수상 이완될 수 있게 하면서 양의 복굴절성 중합체 층을 x-축을 따라 적절하게 단축으로 신장시킴으로써 얻어질 수 있다. 도 5b 내지 도 5d에서, 신장 절차는 x-축 및 y-축을 따른 제1 층의 굴절률을 상승시키지만, z-축을 따른 그 굴절률을 저하시킨다. 이러한 굴절률 편이는 양의 복굴절성 중합체 층을 x-축 및 y-축을 따라 적절하게 이축으로 신장시킴으로써 얻어질 수 있다. 도 5e에서, 신장 절차는 x-축을 따른 제1 층의 굴절률을 상승시키고, z-축을 따른 그 굴절률을 저하시키며, y-축을 따라 대략 동일한 굴절률을 유지시킨다. 몇몇 경우에, 이 굴절률 편이는 양의 복굴절성 중합체 층을 y-축에 비해 x-축을 따른 보다 높은 신장도를 사용하여, x-축 및 y-축을 따라 비대칭적으로 이축으로 신장시킴으로써 얻어질 수 있다. 다른 경우에, 이는 필름을 y-축으로 구속시키면서 x-축을 따라 단축으로 신장시킴으로써 대략적으로 얻어질 수 있다(구속된 단축 신장). 도 5b 내지 도 5e 각각에서, 배향되지만 미처리된 상태의 제1 층(빈 원)은 복굴절성인데, 그 이유는 n1x, n1y, 및 n1z에 대한 빈 원의 적어도 2개가 굴절률 n의 상이한 값을 갖기 때문인 것에 주목하라. 이들 도시된 실시 형태에서, 제2 중합체 층은 주조된 상태 및 배향되지만 미처리된 상태에 대한 동일한 굴절률 값(n2x = n2y = n2z)에 의해 지시되는 바와 같이 신장 후 등방성으로 유지된다.
제1 반사 특성을 제공하기 위해 광학 반복 유닛으로 배열되는 미세층을 구비하는 적어도 부분적 복굴절성 다층 광학 필름의 형성 후, 필름은 위에서 논의된 선택적 가열 준비가 된다. 가열은 다층 광학 필름의 제1 구역에 이웃한 제2 구역에서 선택적으로 수행되고, 제1 (미처리된) 구역에서 그 복굴절을 변화되지 않은 상태로 두면서 미세층들 중 적어도 일부의 복굴절을 감소시키거나 제거하기 위해 미세층 패킷 내의 적어도 하나의 복굴절성 재료를 부분적으로 또는 전체적으로 선택적으로 용융하고 탈배향시키도록 맞추어진다. 선택적 가열은 또한 제2 구역에서 층의 구조적 완전성을 유지시키도록 수행된다. 처리된 제2 구역의 복굴절성 재료가 전체적으로, 즉 완전히 탈배향되면, 복굴절성 미세층은 광학적으로 얇게 유지되면서 등방성 상태(예컨대, 주조 웨브의)로 복귀된다. 이는 도 5b 내지 도 5d에서 볼 수 있으며, 여기에서 열처리가 제1 층의 굴절률(n1x, n1y, 및 n1z와 관련된 작은 검은 점 참조)이 주조 웨브 상태에서 그 값(동일한 굴절률(n1x, n1y, n1z)에 대한 다이아몬드-형상의 심볼 참조)으로 복귀되게 한다. 다이아몬드-형상의 심볼이 등방성 상태에서(예컨대, 주조 웨브) 층의 굴절률을 나타내고, 작은 검은 점이 완성된, 내부 패턴화된 필름 내의 처리된 또는 선택적으로 가열된 구역의 미세층의 굴절률을 나타내며, 빈 원이 완성된, 내부 패턴화된 필름의 미처리된 구역의 미세층의 굴절률을 나타내는 것을 상기하라.
처리된 제2 구역의 복굴절성 재료가 단지 부분적으로, 즉 불완전하게 탈배향되면, 복굴절성 미세층은 가열 전 복굴절 상태보다 작지만 등방성이지 않은 복굴절 상태로 이완된다. 이 경우에, 처리된 제2 구역의 복굴절성 재료의 굴절률은 도 5a 내지 도 5j에 도시된 다이아몬드-형상의 심볼과 빈 원 사이의 어딘가에서 값을 획득한다. 이러한 불완전 복굴절 이완(birefringent relaxation)의 몇몇 예가 본 명세서에 참고로 포함되는, 공동 양도된 국제 출원 제PCT/US2009/XXXXXX호(대리인 사건 번호 제65848WO002호) "다수의 복굴절성 층을 구비한 내부 패턴화된 다층 광학 필름(Internally Patterned Multilayer Optical Films With Multiple Birefringent Layers)"에 더욱 상세히 설명된다.
도 5a에서, 비교적 낮은 굴절률을 갖는 제1 중합체 재료가 선택되고, 보다 높은 굴절률을 갖고 양의 광-응력 계수(stress-optic coefficient)를 갖는 제2 중합체 재료가 선택된다. 재료는 다이아몬드-형상의 심볼에 의해 도시된 굴절률을 갖는 다층 주조 웨브를 형성하기 위해 적합한 수의 층을 구비한 교번 층 배열로 공압출된다. 주조 웨브는 이어서 제1 중합체 재료가 등방성으로 유지되는 상태에서 제2 중합체 재료에 복굴절을 유도하기 위해 적합한 조건 하에서 x-축을 따라 단축 신장된다. 굴절률 값 n2x는 더욱 증가되어 n1x와 큰 굴절률 차이 Δnx를 형성한다. 굴절률 값 n2y 및 n2z는 감소되어 각각 n1y 및 n1z와 작은 굴절률 차이 Δny 및 Δnz를 형성한다. 값 Δny 및 Δnz는 예를 들어 0일 수 있다. 이러한 세트의 굴절률은 적당한 수의 층을 구비한 미세층 패킷에 구현된 때, x-축이 차단축이고 y-축이 통과축인 반사 편광기를 제공할 수 있다. 반사 편광기는 미세층의 층 두께 분포에 따라 넓은 밴드이거나 좁은 밴드일 수 있다.
이 반사 편광 필름은 이어서 반사 편광 필름을 제1 구역에서 그대로 두면서, 전술된 바와 같이 제2 구역에서 내부 패턴화될 수 있다. 제2 구역으로의 방사 에너지의 선택적 전달에 의한 선택적 가열은 복굴절성 층이 그 원래 등방성 상태로, 또는 탈배향이 불완전한 경우 중간 복굴절 상태로 이완되게 한다. 이완이 완전하면, 제2 구역은 Δnx ≒ Δny ≒ Δnz를 갖는 미러-유사 필름이 될 수 있다(미세층 패킷이 적당한 수의 층을 구비하는 경우). 따라서, 완성된 필름은 단일 필름 내에 하나의 구역의 반사 편광기 및 이웃한 구역의 미러-유사 필름을 하나의 구역으로부터 다음 구역으로 연속적으로 연장되는 미세층과 조합시킨다. 이 도 5a의 경우, 선택적 열처리 공정은 다층 반사 편광기 필름을 다층 반사 미러 필름으로, 즉 편광기 → 미러로 변화시킬 수 있다.
도 5b에서, 실질적으로 동일한 굴절률을 갖는 제1 및 제2 중합체 재료가 선택되지만, 여기에서 제1 중합체 재료는 양의 광-응력 계수를 갖는다. 재료는 다이아몬드-형상의 심볼에 의해 도시된 굴절률을 갖는 다층 주조 웨브를 형성하기 위해 적합한 수의 층을 구비한 교번 층 배열로 공압출된다. 주조 웨브는 이어서 제2 중합체 재료가 등방성으로 유지되는 상태에서 제1 중합체 재료에 복굴절을 유도하기 위해 적합한 조건 하에서 x-축 및 y-축을 따라 이축 신장된다. 굴절률 값 n1x, n1y는 증가되어 각각 n2x, n2y와 상당한 굴절률 차이 Δnx, Δny를 형성한다. 굴절률 값 n1z는 감소되어, 극성 또는 부호가 Δnx 및 Δny와 반대인, n2z와 상당한 굴절률 차이 Δnz를 형성한다. 이러한 세트의 굴절률은 적당한 수의 층을 구비한 미세층 패킷에 구현된 때, 미러-유사 필름을 제공할 수 있다. 이 필름에 의해 제공되는 반사는 미세층의 층 두께 분포에 따라 넓은 밴드이거나 좁은 밴드일 수 있다.
이 미러-유사 필름은 이어서 미러-유사 필름을 제1 구역에서 그대로 두면서, 전술된 바와 같이 제2 구역에서 내부 패턴화될 수 있다. 제2 구역으로의 방사 에너지의 선택적 전달에 의한 선택적 가열은 복굴절성 층이 그 원래 등방성 상태로, 또는 탈배향이 불완전한 경우 중간 복굴절 상태로 이완되게 한다. 이완이 완전하면, 제2 구역은 Δnx ≒ Δny ≒ Δnz ≒ 0을 갖는 윈도우-유사 필름이 된다. 필름의 이 부분에 대한 반사 특성은 상이한 재료 층의 층 구조가 보존되더라도, 사실상 반사가 없고, 사실상 완전한 투과이다(두 외부 표면에서의 프레넬 반사 제외). (몇몇 실제 실시 형태에서, 굴절률 정합은 완전하지 않을 수 있고, 작은 반사율이 유리하게는 적어도 하나의 편광 상태에서, 예컨대 분광광도계로 검출될 수 있어, 보존된 다층 구조의 세부 사항을 확인하고 보인다.) 따라서, 완성된 필름은 단일 필름 내에 하나의 구역의 미러-유사 반사기 및 이웃한 구역의 실질적인 윈도우를 하나의 구역으로부터 다음 구역으로 연속적으로 연장되는 미세층과 조합시킨다. 이 도 5b의 경우, 선택적 열처리 공정은 다층 반사 미러 필름을 다층 윈도우 필름으로 변화시킬 수 있다(미러 → 윈도우).
도 5b의 실시 형태에 대한 간단한 대안이 도 5c에 도시되며, 여기에서 제2 (등방성) 재료는 제1 (복굴절성) 재료를 변화되지 않은 상태로 두면서 그리고 동일한 신장 조건을 사용하여, 배향된 조건(빈 원)에서 굴절률이 실질적으로 n1x 및 n1y와 정합되는 상이한 등방성 재료로 대체된다. 이 경우에, 신장된 필름은 내부 패터닝 전에, 수직 입사시 아주 낮은 반사율 및 높은 투과율 - 윈도우-유사 외양에 대해 - 을 가질 수 있다. 윈도우-유사 필름을 제1 구역에서 그대로 두면서, 제2 구역으로의 방사 에너지의 선택적 전달에 의해 이 필름이 내부 패턴화된 때, 선택적 가열은 복굴절성 층이 그 원래 등방성 상태로, 또는 탈배향이 불완전한 경우 중간 복굴절 상태로 이완되게 한다. 이완이 완전하면, 제2 구역은 Δnx ≒ Δny ≒ Δnz에 대해 큰 값을 갖는 미러-유사 필름이 된다. 따라서, 완성된 필름은 단일 필름 내에 하나의 구역의 실질적인 윈도우-유사 필름 및 이웃한 구역의 실질적인 미러-유사 필름을 하나의 구역으로부터 다음 구역으로 연속적으로 연장되는 미세층과 조합시킨다. 이 도 5c의 경우, 선택적 열처리 공정은 다층 윈도우 필름을 다층 반사 미러 필름으로 변화시킬 수 있다(윈도우 → 미러).
도 5d에서, 비교적 낮은 굴절률을 갖는 제2 중합체 재료가 선택되고, 보다 높은 굴절률을 갖고 양의 광-응력 계수를 갖는 제1 중합체 재료가 선택된다. 재료는 다이아몬드-형상의 심볼에 의해 도시된 굴절률을 갖는 다층 주조 웨브를 형성하기 위해 적합한 수의 층을 구비한 교번 층 배열로 공압출된다. 주조 웨브는 이어서 제2 중합체 재료가 등방성으로 유지되는 상태에서 제1 중합체 재료에 복굴절을 유도하기 위해 적합한 조건 하에서 x-축 및 y-축을 따라 이축 신장된다. 굴절률 값 n1x, n1y는 더욱 증가되어 각각 n2x, n2y와 상당한 굴절률 차이 Δnx, Δny를 형성한다. 굴절률 값 n1z는 감소되어 n2z와 실질적인 굴절률 정합(Δnz ≒ 0)을 형성한다. 이러한 세트의 굴절률은 적당한 수의 층을 구비한 미세층 패킷에 구현된 때, 제1 미러-유사 필름을 제공할 수 있다. 이 필름에 의해 제공되는 반사는 미세층의 층 두께 분포에 따라 넓은 밴드이거나 좁은 밴드일 수 있다. 이 제1 미러-유사 필름은 실질적인 z-굴절률 정합 Δnz ≒ 0으로 인해 입사각의 증가에 따라 높은 반사율을 유지시킨다.
이 제1 미러-유사 필름은 이어서 제1 미러-유사 필름을 제1 구역에서 그대로 두면서, 전술된 바와 같이 제2 구역에서 내부 패턴화될 수 있다. 제2 구역으로의 방사 에너지의 선택적 전달에 의한 선택적 가열은 복굴절성 층이 그 원래 등방성 상태로, 또는 탈배향이 불완전한 경우 중간 복굴절 상태로 이완되게 한다. 이완이 완전하면, 제2 구역은 제1 구역에 대한 제2 구역에서의 Δnx, Δny, Δnz의 보다 작은 값으로 인해 다소 감소된 반사율을 갖는 제2 미러-유사 필름이 된다. 제2 미러-유사 필름은 또한 제1 구역에 비해 상이한 각도-의존적 특성을 갖는다. 특히, 제2 미러-유사 필름의 반사율은 비교적 큰 Δnz 및 브루스터(Brewster) 효과로 인해 입사각의 증가에 따라 감소한다. 따라서, 완성된 필름은 단일 필름 내에 하나의 구역의 제1 미러-유사 반사기 및 이웃한 구역의 제2 미러-유사 반사기를 하나의 구역으로부터 다음 구역으로 연속적으로 연장되는 미세층과 조합시킨다. 이 도 5d의 경우, 선택적 열처리 공정은 다층 반사 미러 필름을 상이한 다층 반사 미러 필름으로 변화시킬 수 있다(미러 1 → 미러 2).
도 5e는 도 5b의 그것에 대안적인 실시 형태를 도시하며, 여기에서 도 5b의 그것과 동일한 제1 및 제2 중합체 재료가 사용될 수 있고, 동일한 또는 유사한 주조 웨브가 생산되지만, 주조 웨브는 미러 필름 대신에 편광 필름을 생산하기 위해 상이한 배향 조건 하에서 처리된다. 도 5b의 그것과 동일한 중합체 재료가 공압출되고 주조 휠 상으로 주조되어 주조 웨브를 생성한다. 도 5b의 절차에 대한 한가지 차이는 두 실시 형태 사이의 신장 조건의 차이에도 불구하고, 완성된 신장된 필름이 도 5b의 그것과 동일한 공칭 두께이도록 주조 웨브의 전체 두께를 조절하는 것일 수 있다. 도 5e의 실시 형태에서, 주조 웨브는 제2 중합체 재료가 등방성으로 유지되는 상태에서 제1 중합체 재료에 복굴절을 유도하기 위해 적합한 조건 하에서 구속된 단축 신장 - x-축을 따라 신장되고 y-축을 따라 구속됨 - 으로 배향된다. 이 편광 필름은 이어서 편광 필름을 제1 구역에서 그대로 두면서, 전술된 바와 같이 제2 구역에서 내부 패턴화될 수 있다. 제2 구역으로의 방사 에너지의 전달에 의한 선택적 가열은 복굴절성 층이 그 원래 등방성 상태로, 또는 탈배향이 불완전한 경우 중간 복굴절 상태로 이완되게 한다. 이완이 완전하면, 제2 구역은 Δnx ≒ Δny ≒ Δnz ≒ 0을 갖는 윈도우-유사 필름이 된다. 따라서, 완성된 필름은 단일 필름 내에 하나의 구역의 반사 편광기 및 이웃한 구역의 실질적인 윈도우를 하나의 구역으로부터 다음 구역으로 연속적으로 연장되는 미세층과 조합시킨다. 이 도 5e의 경우, 선택적 열처리 공정은 다층 반사 편광기 필름을 다층 윈도우 필름으로 변화시킬 수 있다(편광기 → 윈도우).
도 5c의 그것에 대한 대안적인 실시 형태를 도시한 도 5f는 제1 중합체 재료를 위해 양의 복굴절성 재료보다는 음의 복굴절성 재료를 사용함으로써 윈도우로부터 미러로의 필름(window-to-mirror film)을 제공한다. 도 5c에서와 마찬가지로, 배향된 조건(빈 원)에서 제1 재료의 평면내 굴절률(n1x 및 n1y)과 실질적으로 정합되는 등방성 굴절률을 갖는 제2 중합체 재료가 도 5f의 실시 형태를 위해 선택된다. 또한 도 5c에서와 마찬가지로, 제1 및 제2 중합체 재료가 공압출되고 주조 휠 상으로 주조되어 주조 웨브를 생성한다. 주조 웨브는 이어서 제2 중합체 재료가 등방성으로 유지되는 상태에서 제1 중합체 재료에 복굴절을 유도하기 위해 적합한 조건 하에서 x-축 및 y-축을 따라 이축 신장된다. 굴절률 값 n1x, n1y는 감소되어, Δnx ≒ Δny ≒ 0 이도록 제2 재료의 등방성 굴절률과 실질적으로 정합된다. 굴절률 값 n1z는 증가되어 n2z와 상당한 굴절률 차이 Δnz 를 형성한다. 이러한 세트의 굴절률은 적당한 수의 층을 구비한 미세층 패킷에 구현된 때, p-편광된 경사 입사 광에 대한 반사율이 입사각의 증가에 따라 증가하는 다층 윈도우 필름을 제공할 수 있다. 이러한 필름은 때때로 p-편광기로 지칭된다.
이 윈도우 필름은 윈도우 필름을 제1 구역에서 그대로 두면서, 전술된 바와 같이 제2 구역에서 내부 패턴화될 수 있다. 제2 구역으로의 방사 에너지의 전달에 의한 선택적 가열은 복굴절성 층이 그 원래 등방성 상태로, 또는 탈배향이 불완전한 경우 중간 복굴절 상태로 이완되게 한다. 이완이 완전하면, 제2 구역은 Δnx ≒ Δny ≒ Δnz ≠ 0을 갖는 미러-유사 필름이 된다. 따라서, 완성된 필름은 단일 필름 내에 하나의 구역의 다층 윈도우 필름 및 이웃한 구역의 미세층 미러 필름을 하나의 구역으로부터 다음 구역으로 연속적으로 연장되는 미세층과 조합시킨다. 이 도 5f의 경우, 선택적 열처리 공정은 다층 윈도우 필름을 다층 미러 필름으로 변화시킬 수 있다(윈도우 → 미러).
도 5a 내지 도 5f 각각에서, 광학 재료 중 하나는 신장 후(그리고 선택적 열처리 후) 등방성으로 유지된다. 그러나, 일반적으로 이러할 필요는 없으며, 본 명세서에 개시된 선택적 열처리 기술을 사용하여 내부 패턴화된 광학 필름으로 변환될 수 있는 많은 흥미롭고 유용한 다층 광학 필름 설계는 광학 반복 유닛의 구성요소 층을 위해 2개의 상이한 광학 재료를 포함하고, 이들 구성요소 재료 층 둘 모두는(단지 하나보다는) 주조 웨브가 신장되거나 달리 배향된 때 복굴절성이 된다. 이러한 다층 광학 필름은 본 명세서에서 "이중 복굴절성(doubly birefringent)" 광학 필름으로 지칭되는데, 왜냐하면 이러한 필름 내의 광학 반복 유닛 각각은 신장 후 복굴절성인 적어도 2개의 구성요소 미세층을 포함하기 때문이다. 이러한 이중 복굴절성 다층 광학 필름이 선택적 열처리에 노출된 때, 재료 특성 및 가열 조건에 따라, 처리된 구역에서 다수의 상이한 반응이 가능하며: 예를 들어, 두 재료 층은 등방성이 되도록 완전히 이완될 수 있거나, 또는 하나의 재료 층은 완전히 또는 부분적으로 이완될 수 있는 반면, 다른 하나의 재료 층은 그 복굴절을 유지시키거나, 또는 두 재료 층은 상이한 양만큼 이완될 수 있다(예컨대, 하나의 재료 층은 등방성이 되도록 완전히 이완될 수 있는 반면, 다른 하나의 재료는 단지 그 복굴절의 일부분만을 유지시키도록 부분적으로 이완됨). 어느 경우든, 하나 또는 두 재료 층의 복굴절의 변화는 필름의 제1 (미처리된) 구역의 반사 특성과 상당히 상이한 반사 특성을 광학 필름의 제2 (처리된) 구역에 형성한다. 이중 복굴절성 다층 광학 필름 및 이들을 내부 패턴화하는 데 사용되는 선택적 가열 기술의 더욱 세부적인 사항은, 본원과 동일자로 출원되고 본 명세서에 참고로 포함되는 다음의 공동 양도된 국제 출원에 제공된다: 제PCT/US2009/XXXXXX호(대리인 사건 번호 제65848WO002호), "다수의 복굴절성 층을 구비한 내부 패턴화된 다층 광학 필름(Internally Patterned Multilayer Optical Films With Multiple Birefringent Layers)"; 및 국제 출원 제PCT/US2009/XXXXXX호(대리인 사건 번호 제65849WO002호), "병치된 편광기/편광기 구역을 구비한 다층 광학 필름(Multilayer Optical Films Having Side-by-Side Polarizer/Polarizer Zones)". 선택적 열처리에 의해 내부 패터닝하기에 적합한 이중 복굴절성 다층 광학 필름의 몇몇 예가 본 출원에서 도 5g 내지 도 5j에 도시된다.
도 5g에서, 동일한 또는 유사한 등방성 굴절률을 갖고, 동일한 또는 유사한 광-응력 계수(음의 계수가 또한 사용될 수 있지만 도 5g에 양으로 도시됨)를 갖지만, 상이한 용융 또는 연화 온도를 갖는 제1 및 제2 중합체 재료가 선택된다. 재료는 다이아몬드-형상의 심볼에 의해 도시된 굴절률을 갖는 다층 주조 웨브를 형성하기 위해 적합한 수의 층을 구비한 교번 층 배열로 공압출된다. 주조 웨브는 이어서 제1 및 제2 중합체 재료 둘 모두에 복굴절을 유도하기 위해 적합한 조건 하에서 x-축 및 y-축을 따라 이축 신장된다. 이러한 신장은 각각의 재료 층이 강한 단축 복굴절성이라 하더라도 두 재료 층의 굴절률이 모든 3가지 주 방향을 따라 실질적으로 정합되도록(Δnx ≒ 0, Δny ≒ 0, 및 Δnz ≒ 0), 굴절률 값 n1x, n1y가 증가되게 하고, 또한 값 n2x, n2y가 유사하게 증가되게 하는 반면, 또한 n1z 및 n2z가 도시된 바와 같이 서로 유사한 양만큼 감소되게 한다. 이러한 세트의 굴절률은 적당한 수의 층을 구비한 미세층 패킷에 구현된 때, 수직 입사 및 경사 입사 광에 대한 반사율을 거의 또는 전혀 갖지 않는 다층 윈도우-유사 필름을 제공할 수 있다.
이 다층 윈도우 필름은 이어서 윈도우 필름을 제1 구역에서 그대로 두면서, 전술된 바와 같이 제2 구역에서 내부 패턴화될 수 있다. 제2 구역으로의 방사 에너지의 선택적 전달에 의한 선택적 가열은 복굴절성 층들 중 적어도 일부가 이완되게 하여 덜 복굴절성이 되게 한다(이는 등방성이 되게 하는 것을 포함함). 도 5g의 경우에, 가열은, 제1 재료 층의 융점 또는 연화점 위이지만 제2 재료 층의 융점 또는 연화점 아래인 온도로 신중하게 제어된다. 이 방식으로, 선택적 가열은 제2 구역의 제1 복굴절성 층이 그 원래 등방성 상태로, 또는 탈배향이 불완전한 경우 중간 복굴절 상태로 이완되게 하는 반면, 제2 구역의 제2 복굴절성 층이 그 복굴절을 실질적으로 유지시키게 한다. 제1 재료의 이완이 완전하면, 제2 구역은 비교적 큰 평면내 굴절률 차이(Δnx 및 Δny)와 Δnx 및 Δny에 비해 반대 극성 또는 부호의 비교적 큰 평면외 굴절률 차이 Δnz에 의해 특징지어진다. 이들 굴절률 관계는 적당한 수의 층을 구비한 미세층 패킷에 구현된 때, 제2 구역에 미러-유사 필름을 제공할 수 있다. 이 필름에 의해 제공되는 반사는 미세층의 층 두께 분포에 따라 넓은 밴드이거나 좁은 밴드일 수 있다. 어느 경우든, 미러 필름의 반사율은 Δnz의 반대 극성으로 인해 입사각의 증가에 따라 증가한다. 따라서, 완성된 필름은 단일 필름 내에 하나의 구역의 다층 윈도우 필름 및 이웃한 구역의 미러-유사 반사기를 하나의 구역으로부터 다음 구역으로 연속적으로 연장되는 미세층과 조합시킨다. 이 도 5g의 경우, 선택적 열처리 공정은 다층 윈도우 필름을 다층 반사 미러 필름으로 변화시킬 수 있다(윈도우 → 미러).
도 5h는 도 5g의 그것과 유사한 실시 형태를 도시한다. 역시, 동일한 또는 유사한 등방성 굴절률을 갖고, 동일한 또는 유사한 광-응력 계수(음의 계수가 또한 사용될 수 있지만 도 5h에 양으로 도시됨)를 가지며, 상이한 용융 또는 연화 온도를 갖는 제1 및 제2 중합체 재료가 선택된다. 재료는 다이아몬드-형상의 심볼에 의해 도시된 굴절률을 갖는 다층 주조 웨브를 형성하기 위해 적합한 수의 층을 구비한 교번 층 배열로 공압출된다. 이축 연신되기보다는, 도 5h의 주조 웨브는 이어서 제1 및 제2 중합체 재료 둘 모두에 복굴절을 유도하기 위해 적합한 조건 하에서 x-축을 따라 단축 신장된다(필름을 y-축을 따라 구속하는 동안). 이러한 신장은 굴절률 값 n1x 및 n2x가 유사한 양만큼 증가되게 하고, n1z 및 n2z가 유사한 양만큼 감소되게 하며, n1y 및 n2y가 비교적 일정하게 유지되게 한다. 이는 각각의 재료 층이 강한 이축 복굴절성이라 하더라도, 모든 3가지 주 방향을 따라 실질적으로 정합되는(Δnx ≒ 0, Δny ≒ 0, 및 Δnz ≒ 0) 두 재료 층의 굴절률을 형성한다. 이러한 세트의 굴절률은 적당한 수의 층을 구비한 미세층 패킷에 구현된 때, 수직 입사 및 경사 입사 광에 대한 반사율을 거의 또는 전혀 갖지 않는 다층 윈도우-유사 필름을 제공할 수 있다.
이 다층 윈도우 필름은 이어서 윈도우 필름을 제1 구역에서 그대로 두면서, 전술된 바와 같이 제2 구역에서 내부 패턴화될 수 있다. 제2 구역으로의 방사 에너지의 선택적 전달에 의한 선택적 가열은 복굴절성 층들 중 적어도 일부가 이완되게 하여 덜 복굴절성이 되게 한다. 도 5h의 경우에, 가열은, 제1 재료 층의 융점 또는 연화점 위이지만 제2 재료 층의 융점 또는 연화점 아래인 온도로 역시 신중하게 제어된다. 이 방식으로, 선택적 가열은 제2 구역의 제1 복굴절성 층이 그 원래 등방성 상태로, 또는 탈배향이 불완전한 경우 중간 복굴절 상태로 이완되게 하는 반면, 제2 구역의 제2 복굴절성 층이 그 복굴절을 실질적으로 유지시키게 한다. 제1 재료의 이완이 완전하면, 제2 구역은 하나의 평면내 방향으로 비교적 큰 굴절률 차이(Δnx), 다른 하나의 평면내 방향으로 0 또는 거의-0의 굴절률 차이(Δny), 및 Δnx에 비해 반대 극성 또는 부호의 비교적 큰 평면외 굴절률 차이(Δnz)에 의해 특징지어진다. 이들 굴절률 관계는 적당한 수의 층을 구비한 미세층 패킷에 구현된 때, 제2 구역에 반사 편광기 필름을 제공할 수 있다. 이 편광기 필름은 y-방향에 평행한 통과축 및 x-방향에 평행한 차단축을 갖는다. 차단-상태 편광된 광에 대해 이 필름에 의해 제공되는 반사는 미세층의 층 두께 분포에 따라 넓은 밴드이거나 좁은 밴드일 수 있다. 어느 경우든, 차단-상태 편광된 광에 대한(s-편광된 성분 및 p-편광된 성분 둘 모두에 대한) 편광기 필름의 반사율은 Δnz의 반대 극성으로 인해 입사각의 증가에 따라 증가한다. 따라서, 완성된 필름은 단일 필름 내에 하나의 구역의 다층 윈도우 필름 및 이웃한 구역의 반사 편광기 필름을 하나의 구역으로부터 다음 구역으로 연속적으로 연장되는 미세층과 조합시킨다. 이 도 5h의 경우, 선택적 열처리 공정은 다층 윈도우 필름을 다층 반사 편광기 필름으로 변화시킬 수 있다(윈도우 → 편광기).
도 5i는 도 5g의 그것과 몇 가지 점에서 또한 유사하지만 도 5h와는 상이한 실시 형태를 도시한다. 역시, 동일한 또는 유사한 등방성 굴절률을 갖고, 둘 모두 연신 후 복굴절성이 되는 제1 및 제2 중합체 재료가 선택된다. 제1 및 제2 재료는 상이한 용융 또는 연화 온도를 가질 수 있거나, 또는 그것들은 실질적으로 동일할 수 있다. 그러나, 중요하게도, 도 5i의 재료는 상이한 극성 또는 부호의 광-응력 계수를 갖도록 선택된다. 도시된 실시 형태에서, 제1 재료는 양의 광-응력 계수를 갖고, 제2 재료는 음의 광-응력 계수를 갖지만, 반대 선택도 또한 이루어질 수 있다. 재료는 다이아몬드-형상의 심볼에 의해 도시된 굴절률을 갖는 다층 주조 웨브를 형성하기 위해 적합한 수의 층을 구비한 교번 층 배열로 공압출된다. 도 5g와 유사하게, 도 5i의 주조 웨브는 이어서 제1 및 제2 중합체 재료 둘 모두에 복굴절을 유도하기 위해 적합한 조건 하에서 x-축 및 y-축을 따라 이축 신장된다. 이러한 신장은 굴절률 값 n1x 및 n1y가 유사한 양만큼 증가되게 하는 반면, n1z의 보다 큰 감소를 유발한다. 이러한 신장은 또한 굴절률 값 n2x 및 n2y가 유사한 양만큼 감소되게 하는 반면, n2z의 보다 큰 증가를 유발한다. 이는 실질적으로 동일한 평면내 굴절률 부정합(Δnx ≒ Δny) 및 반대 극성 또는 부호의 훨씬 더 큰 평면외 굴절률 부정합 Δnz를 갖는 두 재료 층의 굴절률을 형성한다. 이러한 세트의 굴절률은 적당한 수의 층을 구비한 미세층 패킷에 구현된 때, 미러-유사 필름을 제공할 수 있다. 이 필름에 의해 제공되는 반사는 미세층의 층 두께 분포에 따라 넓은 밴드이거나 좁은 밴드일 수 있다. 이 다층 미러 필름의 반사율은 Δnz의 반대 극성으로 인해 입사각의 증가에 따라 증가한다.
이 미러 필름은 이어서 미러 필름을 제1 구역에서 그대로 두면서, 전술된 바와 같이 제2 구역에서 내부 패턴화될 수 있다 . 제2 구역으로의 방사 에너지의 선택적 전달에 의한 선택적 가열은 복굴절성 층들 중 적어도 일부가 이완되게 하여 덜 복굴절성이 되게 한다. 도 5i의 경우에, 가열은, 제1 및 제2 재료 층 둘 모두의 융점 또는 연화점 위인 온도로 제어된다. 따라서, 이 가열은 제2 구역의 제1 및 제2 복굴절성 층 둘 모두가 그 원래 등방성 상태로, 또는 탈배향이 불완전한 경우 중간 복굴절 상태로 이완되게 한다. 재료의 이완이 완전하면, 제2 구역은 모든 3가지 주 방향을 따른 굴절률의 실질적인 정합, 즉 Δnx ≒ Δny ≒ Δnz ≒ 0에 의해 특징지어진다. 이들 굴절률 관계는 적당한 수의 층을 구비한 미세층 패킷에 구현된 때, 제2 구역에 다층 윈도우 필름을 제공할 수 있다. 따라서, 완성된 필름은 단일 필름 내에 하나의 구역의 다층 미러 필름 및 이웃한 구역의 다층 윈도우 필름을 하나의 구역으로부터 다음 구역으로 연속적으로 연장되는 미세층과 조합시킨다. 이 도 5i의 경우, 선택적 열처리 공정은 다층 미러 필름을 다층 윈도우 필름으로 변화시킬 수 있다(미러 → 윈도우).
도 5j의 실시 형태는 미국 특허 제6,179,948호(메릴 등)에 기재된 2-단계 연신 공정을 사용한다. 이 공정에서, 주조 필름의 신장 또는 배향은 한 세트의 층(예컨대, 각각의 광학 반복 유닛의 제1 재료 층)이 두 연신 단계 중 실질적으로 배향되는 반면 다른 한 세트의 층(예컨대, 각각의 광학 반복 유닛의 제2 재료 층)이 단지 하나의 연신 단계 중 실질적으로 배향되도록 신중하게 제어되는 2-단계 연신 공정을 사용하여 수행된다. 그 결과는, 연신 후 실질적으로 이축 배향된 한 세트의 재료 층을 구비하고 연신 후 실질적으로 단축 배향된 다른 세트의 재료 층을 구비하는 다층 광학 필름이다. 구별은 두 공정 연신 단계에 대해 온도, 변형률, 및 변형 정도와 같은 하나 이상의 적합하게 상이한 공정 조건을 사용하여 두 재료의 상이한 점탄성 및 결정화 특성에 영향을 줌으로써 달성된다. 따라서, 예를 들어, 제1 연신 단계는 제1 재료를 제1 방향을 따라 실질적으로 배향시킬 수 있는 반면, 제2 재료를 이 방향을 따라 고작해야 단지 약간만 배향시킬 수 있다. 제1 연신 단계 후, 하나 이상의 공정 조건은 제2 연신 단계에서, 제1 및 제2 재료 둘 모두가 제2 방향을 따라 실질적으로 배향되도록 적합하게 변화된다. 이 방법을 통해, 제1 재료 층은 본질적으로 이축-배향된 특성을 취할 수 있는 반면(예를 들어, 굴절률은 때때로 단축 복굴절성 재료로 지칭되는, 관계 n1x ≒ n1y ≠ n1z를 만족시킬 수 있음), 똑같은 다층 필름 내의 제2 재료 층은 본질적으로 단축-배향된 특성을 취할 수 있다(예를 들어, 굴절률은 때때로 이축 복굴절성 재료로 지칭되는, 관계 n2x ≠ n2y ≠ n2z ≠ n2x를 만족시킬 수 있음).
이러한 배경 하에서, 도 5j는 제1 및 제2 중합체 재료가 동일한 또는 유사한 등방성 굴절률을 갖도록, 그리고 둘 모두 연신 후 복굴절성이 되도록, 그리고 동일한 극성의 광-응력 계수를 갖도록(도면에서 그것들은 둘 모두 양으로 도시되지만, 그것들은 대신에 둘 모두 음일 수 있음) 선택되는 실시 형태를 도시한다. 제1 및 제2 재료는 상이한 용융 또는 연화 온도를 갖고, 위에서 논의된 2-단계 연신 공정이 구현될 수 있도록 상이한 점탄성 및/또는 결정화 특성을 갖는다. 재료는 다이아몬드-형상의 심볼에 의해 도시된 굴절률을 갖는 다층 주조 웨브를 형성하기 위해 적합한 수의 층을 구비한 교번 층 배열로 공압출된다. 주조 웨브는 이어서 제1 재료가 x-축 및 y-축 둘 모두를 따라 동등하게 배향되는 반면, 제2 재료가 x-축을 따른 배향을 거의 또는 전혀 갖지 않고서 우선적으로 y-축을 따라 배향되도록 전술된 2-단계 연신 공정을 사용하여 x-축 및 y-축을 따라 이축 신장된다. 최종 결과는, 제1 및 제2 미세층이 둘 모두 복굴절성이지만, 제1 재료 층은 실질적으로 이축-배향된 특성을 갖는 반면, 제2 재료 층은 실질적으로 단축-배향된 특성을 갖는 다층 광학 필름이다. 도시된 바와 같이, 재료 및 공정 조건은 신장이 굴절률 값 n1x 및 n1y가 유사한 양만큼 증가되게 하는 반면, n1z가 보다 큰 양만큼 감소되게 하도록 선택된다. 이러한 신장은 또한 굴절률 값 n2y가 n1x 및 n1y의 그것과 동일하거나 그에 근사한 값으로 증가되게 하고, 굴절률 n2z가 감소되게 하며, 굴절률 n2x가 대략 동일하게 유지되게 한다(제2 재료가 x-축 배향 단계 중 약간 배향되면, n2x는 도면에 도시된 바와 같이 약간 증가될 수 있음). 이는 하나의 큰 평면내 굴절률 부정합(Δnx), 하나의 상당히 더 작은 평면내 굴절률 부정합(Δny ≒ 0), 및 Δnx와 반대 극성의 중간 평면외 굴절률 부정합(Δnz)을 갖는 2개의 재료 층의 굴절률을 형성한다. 이러한 세트의 굴절률은 적당한 수의 층을 구비한 미세층 패킷에 구현된 때, x-방향을 따른 차단축 및 y-방향을 따른 통과축을 구비한 제1 반사 편광 필름을 제공할 수 있다. 이 필름에 의해 제공되는 반사는(차단축에 평행하게 편광된 광에 대해) 미세층의 층 두께 분포에 따라 넓은 밴드이거나 좁은 밴드일 수 있다.
이 제1 다층 반사 편광기 필름은 이어서 편광기 필름을 제1 구역에서 그대로 두면서, 전술된 바와 같이 제2 구역에서 내부 패턴화될 수 있다. 제2 구역으로의 방사 에너지의 선택적 전달에 의한 선택적 가열은 복굴절성 층들 중 적어도 일부가 이완되게 하여 덜 복굴절성이 되게 한다. 본 경우에, 가열은, 제1 재료 층의 융점 또는 연화점 위이지만 제2 재료 층의 융점 또는 연화점 아래인 온도로 신중하게 제어된다. 이 방식으로, 선택적 가열은 제2 구역의 제1 복굴절성 층이 그 원래 등방성 상태로, 또는 탈배향이 불완전한 경우 중간 복굴절 상태로 이완되게 하는 반면, 제2 구역의 제2 복굴절성 층이 그 복굴절을 실질적으로 유지시키게 한다. 제1 재료의 이완이 완전하면, 제2 구역은 하나의 평면내 방향으로 비교적 큰 굴절률 차이(Δny) 다른 하나의 평면내 방향으로 0 또는 거의-0의 굴절률 차이(Δnx) 및 Δny에 비해 반대 극성 또는 부호의 비교적 큰 평면외 굴절률 차이(Δnz)에 의해 특징지어진다. 이들 굴절률 관계는 적당한 수의 층을 구비한 미세층 패킷에 구현된 때, 제2 구역에 제2 반사 편광기 필름을 제공할 수 있다. 특히, 이 제2 편광기는 x-방향에 평행한 통과축 및 y-방향에 평행한 차단축을 가지며, 즉 그것은 제1 반사 편광기에 대해 수직하게 배향된다. 차단-상태 편광된 광에 대해 이 제2 편광기 필름에 의해 제공되는 반사는 제1 반사 편광기가 직교 편광 상태에 대해 넓은 밴드 또는 좁은 밴드인 것과 동일한 정도로, 미세층의 층 두께 분포에 따라 넓은 밴드이거나 좁은 밴드일 것이다. 어느 경우든, 차단-상태 편광된 광에 대한(s-편광된 성분 및 p-편광된 성분 둘 모두에 대한) 제2 편광기 필름의 반사율은 제2 구역의 Δnz의 반대 극성으로 인해 입사각의 증가에 따라 증가한다. 따라서, 완성된 필름은 단일 필름 내에 하나의 구역의 제1 반사 편광기 필름 및 이웃한 구역의 제2 반사 편광기 필름을 하나의 구역으로부터 다음 구역으로 연속적으로 연장되는 미세층과 조합시키며, 이때 제2 반사 편광기 필름은 제1 반사 편광기 필름에 수직하게 배향된다. 이 도 5j의 경우, 선택적 열처리 공정은 제1 다층 반사 편광기 필름을 제2 다층 반사 편광기 필름으로 변화시킬 수 있다(편광기 1 → 편광기 2).
물론, 제1 구역을 위한 반사기 유형 및 제2 구역을 위한 반사기 유형의 다수의 가능한 조합이 선택될 수 있으며, 도 5a 내지 도 5j와 관련하여 기재된 실시 형태는 단지 몇몇 그러한 조합만을 보여주고, 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다. 양의 복굴절성 재료는 물론 음의 복굴절성 재료와 이들의 조합이 사용될 수 있음에 주목하라. 또한, 복굴절성 및 등방성 중합체의 조합이 사용되는 경우에, 복굴절성 중합체는 등방성 중합체의 굴절률보다 작거나, 그보다 크거나, 또는 그와 동일한 신장전(pre-stretch) 등방성 굴절률을 가질 수 있음에 주목하라. 실제로, 재료의 신장전 등방성 굴절률은 사용되는 재료의 유형에 무관하게, 정합되거나 실질적으로 정합될 수 있거나, 또는 완성된 필름에 원하는 반사 특성을 생성하기 위해 필요한 대로 실질적으로 부정합될 수 있다.
도 6은 다층 광학 필름에 대해 본 명세서에서 논의된 복굴절-이완 기술을 사용하여 달성될 수 있는 다양한 변환을 요약한 개략적인 다이어그램이다. 따라서, 이 다이어그램은 내부 패턴화된 다층 광학 필름의 제1 (미처리된) 구역 및 제2 (열처리된) 구역의 반사기 유형의 다양한 조합을 또한 요약한다. 도면의 화살표는 제1 반사 특성으로부터 이 제1 반사 특성과 상당히 상이한 제2 반사 특성으로의 변환을 나타낸다. 도 6의 다이어그램은 예시적인 목적으로 제공되고, 제한적인 것으로 해석되지 않아야 한다.
화살표(610a)는 예컨대 도 5b 및 도 5i와 관련하여 설명된 바와 같이, 다층 미러 필름으로부터 다층 윈도우 필름으로의 변환을 나타낸다. 이러한 변환은 미러 필름에 의해 특징지어지는 하나 이상의 제1 (미처리된) 구역 및 윈도우 필름에 의해 특징지어지는 하나 이상의 제2 (처리된) 구역을 내부 패턴화된 다층 광학 필름에 제공하도록 사용될 수 있다. 화살표(610b)는 예컨대 도 5c, 도 5f, 및 도 5g와 관련하여 설명된 바와 같이, 다층 윈도우 필름으로부터 다층 미러 필름으로의 역 변환을 나타낸다. 이러한 변환은 윈도우 필름에 의해 특징지어지는 하나 이상의 제1 (미처리된) 구역 및 미러 필름에 의해 특징지어지는 하나 이상의 제2 (처리된) 구역을 내부 패턴화된 다층 광학 필름에 제공하도록 사용될 수 있다.
화살표(612a)는 예컨대 도 5h와 관련하여 설명된 바와 같이, 다층 윈도우 필름으로부터 다층 편광기 필름으로의 변환을 나타낸다. 이러한 변환은 윈도우 필름에 의해 특징지어지는 하나 이상의 제1 (미처리된) 구역 및 편광기 필름에 의해 특징지어지는 하나 이상의 제2 (처리된) 구역을 내부 패턴화된 다층 광학 필름에 제공하도록 사용될 수 있다. 화살표(612b)는 예컨대 도 5e와 관련하여 설명된 바와 같이, 다층 편광기 필름으로부터 다층 윈도우 필름으로의 역 변환을 나타낸다. 이러한 변환은 편광기 필름에 의해 특징지어지는 하나 이상의 제1 (미처리된) 구역 및 윈도우 필름에 의해 특징지어지는 하나 이상의 제2 (처리된) 구역을 내부 패턴화된 다층 광학 필름에 제공하도록 사용될 수 있다.
많은 반사 편광 필름이 통과축에 평행하게 편광된 수직 입사 광에 대해 반사율을 거의 또는 전혀 갖지 않도록 구성되지만, 몇몇 응용에서, 반사 편광 필름이 그러한 광에 대해 작은 또는 심지어 상당한 반사율을 보이는 것이 바람직하다. 이러한 필름은 연신된(신장된) 필름에서 평면내 굴절률 차이 Δnx 및 Δny 둘 모두에 대해 상당한 값을 갖는 그 광학 반복 유닛 내에 제1 및 제2 층을 구비할 수 있지만, 이들 굴절률 차이 중 하나는 차단축 및 통과축을 제공하기 위해 다른 하나보다 상당히 크다. 이들 굴절률 관계가 적당한 수의 층을 구비한 미세층 패킷에 구현되면, 그 결과는 본 명세서에서 부분 편광기로 지칭되는 비대칭 반사 필름일 수 있다. 이러한 필름은 하나의 편광의 수직 입사 광에 대해 고도의 반사율을, 그리고 반대 편광의 수직 입사 광에 대해 훨씬 더 작지만 상당한 정도의 반사율을 제공한다. 이러한 편광 필름은 예를 들어 소정의 고 효율, 저 손실 디스플레이 응용, 그리고 광 재순환 및 공간 균질화 시스템, 그리고 다른 응용에 특히 유용할 수 있다. 이러한 필름 및 이러한 필름의 응용에 대한 추가의 개시를 위해 PCT 공보 제WO 2008/144656호(웨버(Weber) 등), "백라이트 및 이를 사용한 디스플레이 시스템(Backlight and Display System Using Same)"이 참고되며, 이러한 필름은 그 공보에서 비대칭 반사 필름(Asymmetric Reflecting Film, ARF)으로 지칭된다.
화살표(614a)는 예컨대 도 5a와 관련하여 설명된 바와 같이, 다층 편광기 필름으로부터 다층 미러 필름으로의 변환을 나타낸다. 이러한 변환은 편광기 필름에 의해 특징지어지는 하나 이상의 제1 (미처리된) 구역 및 미러 필름에 의해 특징지어지는 하나 이상의 제2 (처리된) 구역을 내부 패턴화된 다층 광학 필름에 제공하도록 사용될 수 있다. 화살표(614b)는 다층 미러 필름으로부터 다층 편광기 필름으로의 역 변환을 나타낸다. 이러한 변환은 편광기 필름에 의해 특징지어지는 하나 이상의 제1 (미처리된) 구역 및 윈도우 필름에 의해 특징지어지는 하나 이상의 제2 (처리된) 구역을 내부 패턴화된 다층 광학 필름에 제공하도록 사용될 수 있다.
화살표(616, 618, 620)는 하나의 유형의 미러로부터 다른 유형의 미러로의 변환(예컨대 도 5d 참조), 하나의 유형의 윈도우로부터 다른 유형의 윈도우로의 변환, 및 하나의 유형의 편광기로부터 다른 유형의 편광기로의 변환(예컨대 도 5j 참조)을 나타낸다. 윈도우간(window-to-window) 유형 변환(윈도우 1 -> 윈도우 2)은 위에서 논의된 임의의 굴절률 변환(도 5a 내지 도 5j에 도시된 것을 이에 제한됨이 없이 포함함)을 사용하여 달성될 수 있지만, 여기에서 미세층 스택에 사용되는 층의 수는 임의의 주어진 층간(layer-to-layer) 굴절률 차이에 대해, 스택이 윈도우-유사 반사 특성으로 간주되기에 충분히 낮은 반사율을 제공하도록 충분히 작다. 위의 논의로부터, 필름이 통상의 관찰자에게 실질적으로 깨끗하게 또는 투명하게 보이는 경우에도, 아주 약한 반사율이 분광광도계와 같은 기구로 검출될 수 있음을 상기하라. 독자에게 또 다시 도 6의 다이어그램이 예시적인 목적으로 제공되고 제한적인 방식으로 해석되지 않아야 함이 상기된다.
이 시점에서, 도 5a 내지 도 5j 및 도 6을 검토한 후에, 독자는 다층 광학 필름 내의 층들 중 적어도 일부의 복굴절을 감소시키기 위해 본 명세서에서 논의된 선택적 열처리가 다층 광학 필름을 "턴온(turn on)" 시키도록, 즉 그것을 비교적 낮을 수 있는 초기 반사율(적어도 하나의 편광 상태에 대해)로부터 상당히 더 높은 반사율로 변화시키도록 사용될 수 있거나, 또는 그것은 다층 광학 필름을 "턴오프(turn off)" 시키도록, 즉 그것을 비교적 높을 수 있는 초기 반사율(적어도 하나의 편광 상태에 대해)로부터 상당히 더 낮은 반사율로 변화시키도록 사용될 수 있는 것을 인식할 것이다. 달리 말하면, 선택적 열처리는 광학 반복 유닛 내의 층들 사이의 하나 이상의 축을 따른 굴절률 부정합을 증가시키도록 사용될 수 있거나, 또는 그것은 굴절률 부정합을 감소시키도록 사용될 수 있다.
도 7에서는, 개시된 내부 패턴화된 필름을 제공하기 위해 다층 광학 필름의 제2 구역을 선택적으로 가열하도록 사용될 수 있는 하나의 장치(700)를 보여준다. 간단히 말해서, 필름 전반에 걸쳐, 또는 적어도 그 제1 구역으로부터 제2 구역으로 연장되는 적어도 하나의 미세층 패킷을 포함하는 다층 광학 필름(710)이 제공된다. 미세층은 필름의 내부에 있고, 필름에 제1 반사 특성을 제공한다. 고 복사휘도(radiance) 광원(720)이 입사 광의 일부를 흡수에 의해 열로 변환시킴으로써 필름의 조명된 부분(724)을 선택적으로 가열하기 위해 적합한 파장, 세기 및 빔 크기의 지향된 빔(722)을 제공한다. 바람직하게는, 필름의 흡수율은 알맞게-동력공급된 광원에 의해 충분한 가열을 제공하기에 충분히 크지만, 과도한 양의 광이 필름의 초기 표면에서 흡수되어 표면 손상을 초래할 수 있을 정도로 높지 않다. 이는 아래에서 더욱 상세히 논의된다. 몇몇 경우에, 경사지게 위치된 광원(720a), 지향된 빔(722a), 및 조명된 부분(724a)에 의해 도시된 바와 같이, 광원을 경사 각도 θ로 배향시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경사 조명은, 원하는 양의 흡수 및 이에 수반하는 가열을 막는 방식으로 지향된 빔(722)을 실질적으로 반사하는 수직 입사시 반사 밴드를 갖는 미세층 패킷이 다층 광학 필름(710)에 포함되는 경우에 바람직할 수 있다. 따라서, 입사각이 증가함에 따라 반사 밴드를 보다 짧은 파장으로 편이시키는 것을 이용하여, 지향된 빔(722)은 원하는 흡수 및 가열을 허용하기 위해 (이제 편이된) 반사 밴드를 방지하는 경사 각도 θ로 전달될 수 있다.
몇몇 경우에, 지향된 빔(722 또는 722a)은 조명된 부분(724 또는 724a)이 완성된 제2 구역의 원하는 형상을 갖도록 형상화될 수 있다. 다른 경우에, 지향된 빔은 크기가 원하는 제2 구역보다 작은 형상을 가질 수 있다. 후자의 상황에서, 빔 조향 장비가 처리될 구역의 원하는 형상을 찾아내기 위해 다층 광학 필름의 표면에 걸쳐 지향된 빔을 스캔하도록 사용될 수 있다. 지향된 빔의 공간적 및 일시적 변조가 또한 빔 스플리터, 렌즈 어레이, 포켈스 셀(pockels cell), 음향-광학 변조기, 및 당업자에게 공지된 다른 기술 및 장치와 같은 장치와 함께 사용될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 패턴화된 다층 필름의 상이한 제2 구역, 및 그 상에 중첩된, 도시된 구역을 형성할 수 있는 필름에 대한 지향된 광 빔의 가능한 경로의 개략적인 평면도를 제공한다. 도 8a에서, 광 빔이 다층 광학 필름(810)으로 지향되고, 임의의-형상의 구역(814)을 제1 구역(812)과 구별하기 위해 임의의-형상의 구역의 필름을 선택적으로 가열하도록 경로(816)를 따라 시작점(816a)으로부터 종단점(816b)으로 제어된 속도로 스캔된다. 도 8b 및 도 8c는 유사하다. 도 8b에서, 광 빔이 다층 광학 필름(820)으로 지향되고, 직사각형-형상의 구역(824)을 이웃한 제1 구역(822)과 구별하기 위해 직사각형-형상의 구역의 필름을 선택적으로 가열하도록 경로(826)를 따라 시작점(826a)으로부터 제어된 속도로 스캔된다. 도 8c에서, 광 빔이 다층 광학 필름(830)으로 지향되고, 직사각형-형상의 구역(834)을 이웃한 제1 구역(832)과 구별하기 위해 직사각형-형상의 구역의 필름을 선택적으로 가열하도록 불연속 경로(836-842) 등을 따라 제어된 속도로 스캔된다. 도 8a 내지 도 8c 각각에서, 가열은 제2 구역의 적어도 일부 내부 미세층의 복굴절을 감소시키거나 제거하는 동시에 제1 구역의 그들 층의 복굴절을 유지시키기에 충분하고, 제2 구역의 미세층의 구조적 완전성을 유지시키면서 그리고 제2 구역에 대한 압력의 임의의 선택적 인가 없이 달성된다.
도 9a 및 도 9b는 어떻게 다층 광학 필름의 흡수율이 최적의 국소화된 가열을 제공하도록 맞추어질 수 있거나 맞추어져야 하는지에 대한 주제를 다룬다. 도 9a 및 도 9b의 그래프는 방사 광 빔이 필름을 통해 전파될 때 그것의 깊이 또는 위치를 나타내는, 동일한 수평 스케일로 플로팅된다. 0%의 깊이는 필름의 전방 표면에 해당하고, 100%의 깊이는 필름의 후방 표면에 해당한다. 도 9a는 수직축을 따라 방사 빔의 상대 세기 I/I0를 플로팅한다. 도 9b는 필름 내의 각각의 깊이에서 국소 흡수 계수(방사 빔의 선택된 파장 또는 파장 밴드에서)를 플로팅한다.
각각의 도면에서, 3개의 상이한 다층 광학 필름 실시 형태에 대해 3개의 곡선이 플로팅된다. 제1 실시 형태에서, 필름은 지향된 광 빔의 파장에서 그 두께 전반에 걸쳐 실질적으로 균일하면서도 낮은 흡수율을 갖는다. 이 실시 형태가 도 9a에 곡선(910)으로, 그리고 도 9b에 곡선(920)으로 플로팅된다. 제2 실시 형태에서, 필름은 그 두께 전반에 걸쳐 실질적으로 균일하면서도 높은 흡수율을 갖는다. 이 실시 형태가 도 9a에 곡선(912)으로, 그리고 도 9b에 곡선(922)으로 플로팅된다. 제3 실시 형태에서, 필름은 그 두께의 영역(915a, 915c) 전반에 걸쳐 비교적 낮은 흡수율을 갖지만, 그 두께의 영역(915b)에서 보다 높은, 중간 흡수율을 갖는다.
제1 실시 형태는 많은 상황에 대해 너무 낮은 흡수 계수를 갖는다. 몇몇 경우에 바람직할 수 있는, 곡선(910)의 일정한 기울기에 의해 지시된 바와 같이 지향된 광 빔이 깊이의 함수로서 균일하게 흡수되지만, 100%의 깊이에서 곡선(910)의 높은 값에 의해 도시된 바와 같이 실제로 아주 적은 광이 흡수되며, 이는 지향된 광 빔 중 높은 백분율이 허비됨을 의미한다. 그럼에도 불구하고, 몇몇 경우에, 제1 실시 형태는 여전히 몇몇 필름의 처리에 아주 유용할 수 있다. 제2 실시 형태는 많은 상황에 대해 너무 높은 흡수 계수를 갖는다. 지향된 광 빔의 실질적으로 전부가 흡수되고, 조금도 허비되지 않지만, 높은 흡수율은 과도한 양의 광이 필름의 전방 표면에서 흡수되게 하며, 이는 필름의 표면 손상을 초래할 수 있다. 흡수율이 너무 높으면, 적당한 양의 열이 필름의 전방 표면에 있거나 그 부근에 있는 층을 손상시키지 않고서 관심 있는 내부 층으로 전달될 수 없다. 제3 실시 형태는 예를 들어 필름의 선택된 내부 층 내에 흡수제를 통합시킴으로써 달성될 수 있는 불균일한 흡수 프로파일을 사용한다. 흡수율의 수준(국소 흡수 계수에 의해 제어됨)은 바람직하게는 지향된 광 빔 중 적당한 부분이 필름의 맞추어진 흡수 영역(915b)에서 흡수되도록 중간 레벨로 설정되지만, 흡수율은 과도한 양의 열이 대향 단부에 대해 영역(915b)의 입사 단부로 전달되는 정도로 높지 않다. 많은 경우에, 흡수 영역(915b)의 흡수율은 여전히 알맞게 낮으며, 예컨대 그 영역에 걸친 상대 세기 프로파일(914)은 단지 다른 영역, 예컨대 영역(915a, 915c)보다 급한 기울기를 갖는 직선으로서 보일 수 있다. 추후에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 흡수율의 타당성은 원하는 효과를 달성하기 위해 입사하는 지향된 광 빔의 출력 및 지속시간과 그 흡수율을 대비함으로써 결정된다.
제3 실시 형태의 기본적 예에서, 다층 필름은 그 사이에 미세층의 하나 이상의 패킷을 구비한 2개의 두꺼운 스킨층의 구성을 가질 수 있고(2개 이상의 미세층 패킷이 포함되는 경우 보호 경계층에 의해 분리됨), 필름은 단지 2개의 중합체 재료 A 및 B로만 구성될 수 있다. 중합체 재료 A내에는 그 흡수율을 중간 수준으로 증가시키기 위해 흡수제가 통합되지만, 중합체 B 내에는 흡수제가 통합되지 않는다. 두 재료 A 및 B는 미세층 패킷(들)의 교번 층에 제공되지만, 존재하는 경우, 스킨층 및 보호 경계층은 단지 중합체 B로만 구성된다. 이러한 구성은 약한 흡수 재료 B의 사용으로 인해, 필름의 외부 표면, 즉 스킨층에서 낮은 흡수율을 가질 것이고, 또한 광학적으로 두꺼운 PBL이 존재하는 경우 이들에서 낮은 흡수율을 가질 것이다. 이 구성은 교번 미세층에 보다 강한 흡수 재료 A를 사용함으로써(보다 약한 흡수 재료 B의 교번 미세층과 함께) 미세층 패킷(들)에서 보다 높은 흡수율을 가질 것이다. 이러한 배열은 우선적으로 열을 외부 표면층보다는, 필름의 내부 층으로, 특히 내부 미세층 패킷(들)으로 전달하도록 사용될 수 있다. 적절하게 설계된 피드블록의 경우, 다층 광학 필름은 3개 이상의 상이한 유형의 중합체 재료(A, B, C, …)를 포함할 수 있고, 흡수제는 열을 필름의 선택된 내부 층, 패킷, 또는 영역으로 전달하기 위해 다양한 상이한 흡수 프로파일을 제공하도록 재료의 하나, 일부, 또는 전부 내에 통합될 수 있음에 주목하라. 다른 경우에, 흡수제를 PBL(들) 내에, 또는 존재하는 경우 심지어 스킨층 내에 포함하는 것이 유용할 수 있다. 어느 경우든, 첨가량(loading) 또는 농도는 미세층에서보다 높든 낮든, 동일하거나 상이할 수 있다.
다층 광학 필름에 사용되는 다양한 천연 재료의 고유 흡수 특성을 사용하여 전술한 실시 형태의 그것과 유사한 흡수 프로파일이 얻어질 수 있다. 따라서, 다층 필름 구성은 필름의 다양한 층 또는 패킷 사이에서 상이한 흡수 특성을 갖는 상이한 재료를 포함할 수 있고, 이들 다양한 층 또는 패킷은 필름 형성 중 함께 형성되었을 수 있거나(예컨대, 공압출에 의해), 예컨대 라미네이션에 의해 추후에 조합된 별개의 전구체 필름으로서 형성되었을 수 있다.
이제 전술한 교시 및 개시 내용의 태양을 반복하고 윤색한다.
전술한 개시 내용은 특히 그 초기 제조 후 비접촉, 방사 수단에 의해 변화될 수 있는 "기록가능한(write-able)" 다층 광학 필름을 기술하는 것으로 간주될 수 있다. 다층 광학 필름(MOF)은 교번 층의 적어도 두 재료 및 제1 선택된 입사각에서 가시 스펙트럼 밴드와 같은 스펙트럼의 선택된 부분을 반사하도록 맞추어진 그러한 층의 적어도 하나의 광학 패킷을 포함할 수 있고, 또한 선택적으로, 제2 선택된 입사각에서 MOF 반사 밴드에 의해 주로 반사되지도 않고 MOF의 다른 재료에 의해 현저히 흡수되지도 않는 전자기 방사선을 우선적으로 흡수하는, 선택된 광학 패킷의 어느 하나 또는 두 층 내에 분산되는, 본 논의의 목적을 위해 제3 재료로 지칭될 수 있는 흡수제를 포함한다. 또한, 흡수 재료를 함유한 광학 패킷 내의 적어도 하나의 복굴절성 재료를 이들 층의 복굴절을 감소시키거나 제거하기 위해 부분적으로 또는 전체적으로 선택적으로 용융하고 탈배향시키도록 특정한 스펙트럼 밴드의 지향된 방사 에너지 처리를 사용하는 공정을 개시한다. 이 처리는 필름 평면을 가로질러 선택된 공간 위치에 적용된다. 또한, 처리 후 공간적으로 맞추어진 광학적 변동을 갖는 완성된 광학 필름 그 자체가 개시된다. 개시된 필름은 원래 균일하게 주조되고 연신된 광학체가 주어진 응용의 개별 요건에 부합하도록 공간적으로 맞추어지는 상용(business) 공정에 사용될 수 있다.
특별한 관심 있는 한가지 태양은 펄스식 IR 레이저원 또는 다른 적합한 고 복사휘도 광원에 의한 후속 처리에 의해 다른 내부 또는 표면 층을 비교적 변화되지 않은 상태로 두면서 선택된 내부 광학 층의 복굴절을 선택적으로 제거함으로써, 예를 들어 근-IR 흡수 염료 또는 다른 흡수제를 함유한 다층 광학 필름의 제어된 공간 패너팅이다.
그 내부 미세층들 중 적어도 일부의 복굴절이 초기 또는 제1 반사 특성과는 상이한 제2 반사 특성을 제공하기 위해 필름의 하나 이상의 구역에서 감소될 수 있는 본 명세서에 개시된 필름(선택적 열처리 전 및 선택적 열처리 후 둘 모두)은 STOF: 공간 맞춤형 광학 필름(Spatially Tailored Optical Film)으로 지칭될 수 있다.
필름, 방법, 및 상용 공정은 일반적으로 공간적으로 제어된 수준의 배향이 요망되는 임의의 응용에 유용할 수 있다. 관심 있는 분야는 예를 들어 디스플레이, 장식, 및 보안 응용을 포함할 수 있다. 몇몇 응용은 다수의 분야와 겹칠 수 있다. 예를 들어, 몇몇 물품은 예를 들어 표지 형태의 종래의 패터닝을 포함하는 필름, 기재, 또는 다른 층과 함께 본 명세서에 개시된 내부 패턴화된 필름을 통합할 수 있다. 결과적으로 생성된 물품은 보안 응용에 유용할 수 있지만, 그 변형 물품이 또한 장식적으로 간주될 수 있다. 이러한 물품을 선택적으로 열처리하는 것은 내부 패턴화된 필름 내에, 내부 패턴화된 필름의 설계에 따라, 다른 필름의 종래의 패터닝의 부분을 선택적으로 차단하거나(반사율을 증가시킴으로써) 드러내는(반사율을 감소시킴으로써) 구역을 생성할 수 있다. 개시된 내부 패턴화된 필름의 색 변환 특성이 또한 예를 들어 미국 특허 제6,045,894호(존자 등) "투명 상태로부터 유색 상태로의 보안 필름(Clear to Colored Security Film)", 및 미국 특허 제6,531,230호(웨버 등) "색 변환 필름(Color Shifting Film)"에 개시된 바와 같이 유색 또는 흑백 배경 표지와 함께 활용될 수 있다.
또한, 보안 응용에 관하여, 개시된 필름은 신분증, 운전면허증, 여권, 접근 제어 패스, 금융 거래 카드(신용, 직불, 선불, 또는 다른 것), 브랜드 보호 또는 식별 라벨 등을 포함한 다양한 보안 구성에 사용될 수 있다. 필름은 내부 또는 외부 층으로서 보안 구성의 다른 층 또는 부분에 라미네이트되거나 달리 부착될 수 있다. 필름이 패치로서 포함된 때, 그것은 단지 카드, 페이지, 또는 라벨의 주 표면의 일부분만을 커버할 수 있다. 몇몇 경우에, 필름을 기부 기재 또는 보안 구성의 유일한 요소로서 사용하는 것이 가능할 수 있다. 필름은 홀로그램, 인쇄 이미지(음각, 옵셋(offset), 바코드 등), 재귀반사성 특징부, UV 또는 IR 활성 이미지 등과 같은 많은 특징부 중 하나로서 보안 구성에 포함될 수 있다. 몇몇 경우에, 개시된 필름은 이들 다른 보안 특징부와 함께 적층될 수 있다. 필름은 보안 구성에 개인화가능한 특징부, 예를 들어 서명, 이미지, 개별 부호화 숫자 등을 제공하도록 사용될 수 있다. 개인화가능한 특징부는 예를 들어 제조업자 태그, 로트(lot) 확인 태그, 변조-방지 코딩 등의 경우에서와 같이, 개별 문서 홀더 또는 특정 제품 개체(entity)와 관련될 수 있다. 개인화가능한 특징부는 선 및 점 패턴을 포함한 다양한 스캐닝 패턴으로 제조될 수 있다. 패턴은 필름 구성에 따라, 기록가능한 패킷 사이에서 동일하거나 상이할 수 있다.
예를 들어, 초기에 인지가능한 색을 보이지만 이어서 처리 또는 패터닝시 투명해지는 제1 기록가능한 패킷의 경우를 고려하자. 하나 이상의 이러한 색 패킷이 사용될 수 있다. 보안 구성에 포함될 필름 구성을 형성하기 위해 제2 다층 광학 필름 패킷의 부가를 고려하자. 제1 패킷을 패터닝하거나 기록하는 것은 조합된 두 패킷의 색 특성을 나타내는 배경에 제2 패킷의 색의 소정 디자인 또는 이미지를 생성할 것이다. 스펙트럼 밴드가 충분히 좁은 때, 전경(foreground)(패턴화된 영역) 및 배경 둘 모두는 관찰각에 따라 색 변환될 수 있다. 투과된 또는 반사된 광 관찰을 돕기 위해 배경, 예컨대 백색 또는 흑색 배경의 경우 인지된 색의 변동은 보안 특징부로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 여권과 같은 문서 내의 필름의 페이지 또는 책장은 문서의 상이한 배경 또는 부분을 배경으로 하여 필름을 관찰하기 위해 홱 넘겨질 수 있다.
필름은 보안 구성에 명백한(예컨대, 통상의 관찰자가 명확하게 볼 수 있는) 및 은밀한 보안 특징부 둘 모두를 제공할 수 있다. 예를 들어, 기록가능한 (색) 반사 편광기 층은 편광 분석기로 관찰가능한 은밀한 특징부, 예컨대 분석기의 편광 상태에 따라 색을 변화시키거나 사라지는 특징부를 제공할 수 있다. 적외선 반사 패킷이 IR 검출가능한, 예컨대 기계 판독가능한 개인화된 코딩 특징부를 형성하도록 패턴화될 수 있다.
보안 응용에 특히 관심 있는 필름 구성은 관찰각이 수직 입사로부터 여입사(glancing incidence)로 변화될 때 투명으로부터 유색으로의(clear-to-colored) 외양을 제공할 수 있는, 예컨대 미국 특허 제6,045,894호(존자 등)에 기재된 바와 같이 650 내지 800 nm(필름 구성에 따라)의 낮은(좌측) 반사 밴드 에지를 갖는, 극원(very far) 적색 또는 근 IR 반사기이다. 계획된 색 변환을 갖는 광학 편광 필름을 포함한 다른 관심 있는 구성이 미국 특허 제7,064,897호(헤브링크 등)에 기재된다. 본 출원의 패터닝 방법을 사용하여, 예를 들어 레이저로 기록가능한, 894 존자 참고 문헌에 기재된 것 및 897 헤브링크 참고 문헌에 기재된 것과 같은 필름이 제조될 수 있다. 예를 들어, 개인화된 정보는 스펙트럼의 가시, UV, 또는 IR 부분에서 반사 패킷의 변경에 의해 그러한 필름 내에 기록될 수 있으며, 여기에서 필름의 변경된 부분(처리된 구역)은 필름의 미처리된 부분보다 낮은 반사율을 가질 수 있거나, 또는 그 역도 성립한다.
마지막으로, 보안 응용을 위해 본 명세서에 기재된 특징부 중 많은 것이 장식 응용에도 마찬가지로 유용한 것에 주목하여야 한다. 예를 들어, 개인화된 로고가 따라서 소비자 물품 내에 매립될 수 있다.
위에서 라미네이트 구성이 언급되었지만, 이것들, 및 상이한 광학 특성을 갖는 다른 필름 또는 기재와 어떤 방식으로 결합되거나 조합된 본 명세서에 개시된 바와 같은 STOF-타입 필름을 통합한 다른 유형의 광학체가 추가로 논의될 만하다. 몇몇 경우에, "다른 필름 또는 기재"는 흡수 편광기, 유색 광 투과성 필름(예컨대, 염색된 단일 층 중합체), 지연 필름, 유리 플레이트, 백색 또는 유색 카드스톡 등 및 이들의 조합과 같은, 다른 종래의 광학 필름 또는 기재일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, "다른 필름 또는 기재"는 또한 또는 대안적으로 편광기이건, 미러이건, 윈도우이건, 또는 이들의 조합이건 간에, 상이한 유형의 다층 광학 필름일 수 있거나 그를 포함할 수 있다.
이와 같은 광학체는 보강 또는 상쇄 간섭에 의해 제1 반사 특성을 제공하는, 예컨대 교번 미세층의 스택 또는 패킷과 같은 제1 복수의 층을 포함할 수 있다. 이 제1 복수의 층은 바람직하게는 STOF-타입 필름이며, 즉 그 미세층들 중 적어도 일부의 복굴절이 필름의 하나 이상의 구역에 제1 반사 특성과는 상이한 제2 반사 특성을 제공하기 위해 그러한 구역에서 감소될 수 있도록 맞추어진다. 몇몇 실시 형태에서, 광학체는 또한 제3 반사 특성을 제공하는, 예컨대 제1 그러한 스택과는 상이한 교번 미세층의 제2 스택 또는 패킷과 같은 적어도 제2 복수의 층을 포함할 수 있다. 제3, 제4 및 추가의 복수의 층, 및/또는 예를 들어 하나 이상의 두꺼운 기재와 같은 다른 기능 층이 또한 원하는 대로 포함될 수 있다. 제2 복수의 층은, STOF-타입 필름일 수 있거나 그렇지 않을 수 있고 라미네이션 공정(예컨대, 적합한 광 투과성 접착제 층으로)에 의해 또는 다른 적합한 수단에 의해 제1 STOF-타입 필름에 결합될 수 있는 제2 광학 필름의 일부일 수 있다.
이러한 광학체에서, 제1 및 제2 반사 특성은 본 명세서에 개시된 다양한 반사 특성 조합 중 임의의 것으로부터 선택될 수 있다. 제3 반사 특성, 즉 제2 복수의 층의 반사 특성은 또한 본 명세서에 개시된 반사 특성 중 임의의 것으로부터 선택될 수 있다. 제1 및 제3 반사 특성은 이와 관련된 제1 및 제3 반사 밴드를 각각 구비할 수 있고, 이들 밴드는 몇몇 실시 형태에서는 파장이 실질적으로 중첩되지 않을 수 있는 반면, 다른 실시 형태에서는 이들은 부분적으로 또는 완전히 중첩될 수 있다.
관심 있는 한가지 그러한 광학체는, 제1 및 제3 반사 특성이 중첩 반사 밴드를 갖고, 제1 복수의 층이 다층 미러-유사 필름이며, 제2 복수의 층이 다층 반사 편광기인 광학체이다. 미러-유사 필름에서 그러한 물품에 충돌하는 광은 실질적으로 반사될 것이다. 미러-유사 필름의 반사율이 충분히 높으면, 아래의 반사 편광기의 존재는 물품의 전체 반사율에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않을 수 있는데, 왜냐하면 미러 필름으로부터 편광기 필름으로 통과하는 광이 거의 또는 전혀 없기 때문이다. 그러나, 미러 필름은 제2 반사 특성을 제공하기 위해 하나 이상의 제2 구역에서 그 층들 중 적어도 일부의 복굴절을 이완시키기 위해서 본 명세서에 개시된 바와 같이 그러한 구역에서 선택적으로 열처리될 수 있다. 제2 반사 특성은 다층 윈도우-유사 필름일 수 있다. 이 경우에, 제1 필름의 처리된 영역(제2 구역)은 광이 제2 필름으로 침투될 수 있게 한다. 그 결과는 미처리된 (제1) 구역에서 미러 필름의 기능, 및 처리된 (제2) 구역에서 반사 편광기 필름의 기능(왜냐하면 제1 필름의 윈도우-유사 부분이 아래의 편광기 필름을 노출시키기 때문에)을 가질 수 있는 내부 패턴화된 물품이다. 이러한 필름은 국제 출원 제PCT/US2009/XXXXXX호(대리인 사건 번호 제65037WO003호), "병치된 미러/편광기 구역을 구비한 다층 광학 필름(Multilayer Optical Films Having Side-by-Side Mirror/Polarizer Zones)"에 개시된 단일 미러/편광기 필름의 대체물로서 몇몇 응용에 사용될 수 있다. 원하는 경우, 제2 필름은 또한 처리된 구역(제2 구역)에서 그 제3 반사 특성을 제4 반사 특성으로 변환시키도록 선택적으로 처리될 수 있다. (제1 및 제2 필름 둘 모두와 관련하여, 제1 필름의 제1 구역이 제2 필름의 제1 구역과 완전히 상이할 수 있다는 이해 하에서, 미처리된 영역을 지칭하는 데 용어 "제1 구역"을 사용하고 처리된 영역을 지칭하는 데 "제2 구역"을 사용한다.) 제4 반사 특성은 윈도우-유사 특성 또는 제3 반사 특성과 상이한 임의의 다른 특성일 수 있다. 제1 및 제2 필름의 처리는 제1 필름의 처리된 구역 및 제2 필름의 처리된 구역이 임의의 원하는 공간 관계를 갖도록 하는 것, 예컨대 그것들이 실질적으로 일치하거나, 상보적이거나, 중첩하거나, 중첩하지 않거나, 또는 원하는 대로, 그리고 이들 필름의 미처리된 구역과 유사하게 달리 구성되도록 하는 것일 수 있다.
관심 있는 다른 광학체는, 제1 및 제3 반사 특성이 중첩 반사 밴드를 갖고, 제1 복수의 층이 제1 다층 편광기 필름이며, 제2 복수의 층이 제2 다층 반사 편광기인 광학체이다. 이들 편광기 필름은 구성이 동일할 수 있거나 그렇지 않을 수 있고, 임의의 원하는 배향으로 배열될 수 있으며, 예를 들어, 그 각각의 통과축이 평행하거나 직교할 수 있거나, 임의의 다른 상대 배향 각도를 가질 수 있다. 특히 관심 있는 것은 편광기 필름이 직교 배향되는 경우이다. 제1 반사 편광기 특성을 갖는 제1 복수의 층은 제2 반사 특성을 제공하기 위해 하나 이상의 제2 구역에서 그 층들 중 적어도 일부의 복굴절을 이완시키기 위해서 본 명세서에 개시된 바와 같이 그러한 구역에서 선택적으로 열처리될 수 있다. 제2 반사 특성은 다층 윈도우-유사 필름일 수 있다. 이 경우에, 제1 필름의 처리된 영역(제2 구역)은 모든 편광 상태의 광이 제2 필름으로 침투될 수 있게 한다. 제2 필름도 역시 STOF-타입 필름이면, 그것도 또한 그 처리된 영역(제2 구역)에서 다층 윈도우-유사 특성을 또한 형성하도록 선택적으로 열처리될 수 있다(제1 필름에의 라미네이션 전이나 후에). 제1 필름의 처리된 영역을 제2 필름의 처리된 영역에 상보적이게 배열함으로써(예컨대, 체커보드 패턴과 유사하게, 제1 필름의 처리된 영역은 패턴의 어두운 정사각형을 구성할 수 있고, 제2 필름의 처리된 영역은 패턴의 밝은 정사각형을 구성할 수 있음), 결과적으로 생성된 물품은 제1 필름의 미처리된 구역(이 아래에 제2 필름의 윈도우-유사 처리된 구역이 놓임)에서 제1 반사 편광기 필름의 기능, 및 제1 필름의 처리된 구역(이는 윈도우-유사이지만 이 아래에 제2 필름의 미처리된 구역이 놓임)에서 제2 반사 편광기 필름의 기능을 가질 수 있다. 이러한 필름은 국제 출원 제PCT/US2009/XXXXXX호(대리인 사건 번호 제65849WO002호), "병치된 편광기/편광기 구역을 구비한 다층 광학 필름(Multilayer Optical Films Having Side-by-Side Polarizer/Polarizer Zones)"에 개시된 단일 편광기/편광기 필름의 대체물로서 몇몇 응용에 사용될 수 있다.
다층 광학 필름은 방사 흡수 재료를 포함할 수 있는, 광학 간섭층의 적어도 하나의 선택된 패킷에 의해 형성된 선형 편광의 적어도 하나의 상태에 대해 적어도 하나의 선택된 반사 밴드를 포함할 수 있다. 패터닝 방법은 선택된 세트의 재료 층 사이의 복굴절의 제거 또는 감소를 허용하여, 선택된 스펙트럼 밴드에 걸쳐 광학 스택의 간섭 특성을 변화시킨다. 이 방식으로, 필름은 원하는 응용, 예컨대 픽셀화된 디스플레이에 공간적으로 맞추어질 수 있다. 따라서, 광학 필름은 공간적으로 변화하는 색 필터이도록 만들어질 수 있거나, 투과, 반사 미러 및/또는 반사 편광기 사이에서, 또는 색 필터링 및 이들 반사 상태, 또는 이들 상태의 강도 또는 품질의 조합으로 변화하도록 만들어질 수 있다(예컨대, 강한 미러로부터 약한 미러로, 또는 편광기 또는 부분 편광기로부터 미러로). 한가지 유용한 응용은 액정 디스플레이(LCD) 장치에 사용되는 색 필터일 수 있다. 다른 응용은 파장-선택적 투과 또는 반사 외의 또는 그에 추가한 목적을 위해 필름 및 유사한 광학체의 내부 또는 그 안에 구조를 생성 또는 "기록(write)" 하도록 개시된 재료 및 기술을 사용하는 것일 수 있다. 본 명세서에 기재된 광학 특성 및 재료의 공간적 맞춤은 예를 들어 가이드를 필름을 통해 도입하여 표면으로 단속적으로 끌어당기는 도광 구조를 필름 내에 달성하도록 사용될 수 있다. 이방성 및 선택적 흡수 재료와 레이저 기록 공정의 조합은 보다 긴 레이저 펄스 폭, 감소된 개구수(numeric aperture), 및 잠재적으로 보다 큰 기록 속도를 사용하는 추가된 처리 이점을 갖고서 고 기능성 광학 구조를 생성할 수 있다.
특히 유용한 등급의 구성은 2개 이상의 세트의 광학 기능 층을 포함하는 중합체 광학체이며, 각각의 세트는 유사한 기능(예컨대, 그것이 예를 들어 반사이건 투과이건 간에, 광학적 변환)을 갖지만, 각각의 특정 세트는 스펙트럼 밴드의 특정 부분에 작용하도록 포함된다. 적어도 하나의 세트는 방사 흡수제를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 다른 세트는 그렇지 않다. 몇몇 경우에, 하나 초과의 세트가 방사 흡수제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다층 광학 필름이 2개 이상의 광학 간섭 패킷을 포함할 수 있다. 이들 패킷(광학 기능 층의 세트)은 교번 재료의 많은 층을 포함할 수 있다. 하나의 광학 패킷은 방사 흡수제를 함유할 수 있고, 다른 것은 그렇지 않을 수 있다.
다양한 광학 흡수제가 사용될 수 있다. 가시 스펙트럼에서 작용하는 광학 필름의 경우, 자외선 및 적외선 흡수 염료, 안료, 또는 다른 첨가제가 유용할 수 있다. 구성의 중합체에 의해 크게 흡수되지 않는 흡수에 대한 스펙트럼 범위를 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 이 방식으로, 지향된 방사선은 광학체의 두께 전반에 걸쳐 관심 있는 선택된 영역에 집중될 수 있다. 흡수제는 바람직하게는 이들이 관심 있는 선택된 층 세트 내에 매립될 수 있도록 용융 압출가능하다. 이를 위해, 흡수제는 압출에 요구되는 처리 온도 및 체류 시간에서 합리적으로 안정적이어야 한다.
개시된 필름 및 광학체는 관심 있는 선택된 응용에 대해 광학체에 의해 통상적으로 변환된 스펙트럼 밴드 밖에 있는 선택된 스펙트럼 범위에서 방사 처리될 수 있다. 방사 처리는 선택된 스펙트럼 밴드의 광을 충분한 세기로 필름의 선택된 위치에 집중시킬 수 있는 임의의 다양한 수단에 의해 달성될 수 있다. 방사 처리에 특히 적합한 수단은 펄스식 레이저이다. 이는 증폭된 펄스식 레이저일 수 있다. 몇몇 상황에서, 레이저는 조정가능할 수 있다. 예를 들어, 가시 밴드에서 반사 작용하는 광학 필름은 그곳에서 중합체가 특별히 흡수적이지 않으면 근 IR, 또는 근 UV에서 흡수제를 구비할 수 있다. 다층 광학 필름의 경우, 처리를 위한 흡수 밴드의 선택은 필름의 광학 밴드에 관해 선택될 수 있다. 바람직하게는, 필름은 지향된 방사 에너지를 위해 선택된 입사각에 대한 이 지향된 방사 에너지를 반사하지 않아야 하지만, 반사가 충분히 낮으면 처리는 그래도 가능할 수 있다. 레이저로부터의 방사 에너지는 흔히 실질적으로 편광된다. 충돌하는 빔을 에너지 손실을 최소화시키기 위해 외부 표면에서 브루스터 각도와 일치하는 각도로 배향시키는 것이 유용할 수 있다. MOF 반사 밴드가 또한 보다 큰 입사각에 따라 보다 짧은 파장으로 편이되기 때문에, 수직 입사 각도에서 단지 밴드 배치만에 의해 예측되는 바보다 짧은 흡수 파장이 사용될 수 있다.
예를 들어, 굴절률 1.75(632 nm의 파장에서) 및 약 60도의 대응 브루스터 각도의 이축 배향 스킨층과 약 800 nm의 예리한 수직 입사 우측 밴드 에지를 갖는 MOF 미러 필름은 브루스터 각도에서 약 700 nm 위의 지향된 광 빔을 수용할 수 있어, 그것이 수직 입사시 반사되더라도 이 파장을 사용한 처리를 허용한다. 우측 밴드 에지는 부분적으로 모든 관심 있는 각도에서 반사를 보장하도록 선택된다. 880 nm에서, 반사 밴드는 여전히 여입사에서 약 700 nm까지 커버한다. 이 밴드 위치에서, 밴드는 이 경우의 브루스터 각도 부근의 750 nm까지 커버한다. 지향된 방사선의 파장과 밴드 에지 사이에 얼마간의 헤드룸(headroom)이 바람직할 수 있다. 빔이 임의의 가능한 층을 통해 지향되는 것이 요망되면, 이는 광학 밴드 위의 지향된 에너지에 대해 이 경우 약 750 내지 800 nm(진공)의 실제 하한을 부여한다. 대안적으로, 필름의 개재 파장 밴드가 관심 있는 특정 에너지를 차단하지 않도록 방사 에너지를 필름의 바람직한 측을 통해 지향시키도록 선택할 수 있다. 예를 들어, 532 nm의 녹색 레이저는 이것이 수직 입사시 녹색 반사 패킷을 통과할 필요가 없거나, 또는 빔이 그것을 충분한 경사 각도로 통과할 수 있는 경우 밴드 편이로 인해 그 패킷에 의해 더 이상 반사될 필요가 없는 한 청색 패킷을 처리하도록 사용될 수 있다.
근 UV 방사선이 패터닝에 사용되면(이도 역시 재료 흡수 특성에 좌우됨), 보다 긴 파장 반사 밴드에 따른 패킷의 밴드 편이는 빔을 차단할 수 있다. 이때, 수직 입사 지향된 방사선은 필름의 고정된 좌측 밴드 에지에 대해 최고 파장을 가질 수 있는 반면, 경사 각도 처리는 밴드 편이에 의해 방해될 수도 있다. 좌측 밴드 에지 편이는 또한 빔 진공 파장보다 높은 밴드 편이 반사 밴드를 갖는 구성과 함께 사용되는 다른 가시 또는 IR 빔에 관련된다.
필름의 두께를 통한 흡수된 방사 에너지 및 두께를 통한 결과적인 열 펄스의 관리가 본 발명의 하나의 태양이다. 필름 두께의 선택된 부분에 걸친 선택적 층 내의 재료의 감소된 또는 제거된 복굴절을 유발하는 제어된 용융은 균일한 효과를 보장하기 위해 지향된 방사선의 알맞게 낮은 수준의 흡수를 요구한다. 선택된 층(들) 내의 재료는 과도한 이온화 또는 열분해를 유발하는 시간 펄스 또는 열 견지에서 과열되지 않아야 한다. 예를 들어, 순전한 열 용량 구동 상황을 고려하면, 25℃로부터 원하는 300℃로 유도된 재료가 275℃로 가열된다. 선택된 층이 지향된 방사선의 10%를 흡수하면, 지향된 방사선의 공급원에 가장 근접한 전방 부분은 후방 부분이 원하는 300℃로 가열되도록 약 330℃로 가열될 필요가 있다. 필름의 가장 뜨거운 부분과 유해한 온도 또는 이온화 조건 사이에 충분한 헤드룸이 유지되어야 한다. 두께를 통한 온도 제어는 예컨대 과열을 막기 위해, 단지 하나의 재료로부터 복굴절을 선택적으로 제거하는 데 중요할 수 있다. 몇몇 경우에, 예열이 요망될 수 있다. 레이저 에너지 견지에서 공정의 효율은 레이저 노출 전 및 레이저 노출 중 필름을 예열함으로써 증가될 수 있다. 필름의 예열 온도는 실온 위이어야 하지만, 광학 패킷에 사용되는 중합체에 대한 용융 온도 아래이어야 한다. 전형적으로, 필름이 그 두께 전반에 걸쳐 예열된 때, 동일한 수준의 열 헤드룸에 대해 보다 큰 양의 지향된 방사선이 흡수될 수 있다. 예를 들어, 200℃의 선택된 필름 영역의 후방 부분이 100℃의 차이만큼 300℃로 가열된 때, 전방 부분은 빔의 입사 에너지의 약 10%가 흡수된 때 단지 310℃로 과열될 것이다. 이 경우에, 선택된 영역은 지향된 방사선의 최대 약 23%를 흡수할 수 있어, 역시 원하는 300℃에 도달하기 위해 전방 부분에 대해 130℃ 및 후방 부분에 대해 100℃의 온도 상승을 갖고서 역시 최대 약 330℃로 가열되는 결과를 유발한다. 예열의 양은 선택된 영역을 넘어서 상당한 용융을 유발하는 냉각 중 열 펄스의 워시-아웃(wash-out)을 막도록 제어될 필요가 있을 수 있다. 일반적으로, 예열이 더욱 높아질수록, 필름 두께의 나머지가 용융에 더욱 근접해진다. 이들 비-선택된 부분은 열 펄스가 확산됨에 따라 용융되기 쉬워질 수 있다. 지향된 방사선에 의해 유도되는 최대 온도, 그 다양한 층 두께에 따른 필름 구성의 측면성(sidedness), 필름을 통한 예열 구배, 및 지향된 방사선의 경로 모두가 필름 및 공정을 최적화시키기 위해 함께 고려될 필요가 있을 수 있다. 실제로, 열 관리는 훨씬 더 복잡한데, 왜냐하면 재료를 그 용융 범위 내로 상승시키기 위해서는 물론 실제로 용융을 유발시키기 위해서도 바람직하게는 충분한 에너지가 흡수되어야 하기 때문이다. 지향된 방사선의 에너지 펄스(들)의 관리는, 용융이 실제로 일어날 수 있는 것과, 예컨대 다른 미세층 패킷 내의 복굴절성 층을 용융시키지 않고서 하나의 미세층 패킷 내의 복굴절성 층을 용융시키기 위해, 원하지 않는 용융을 막도록 열파(thermal wave)가 두께-축 또는 z-축을 따라 적절히 구속되는 것을 보장하기 위해서 시간 인자를 포함하여야 한다. 특히, 펄스의 순서 및 지속시간은 신중하게 제어될 필요가 있을 수 있다.
레이저원의 출력, 스캔 속도, 및 빔 형상(선택적 가열에 레이저원이 사용되면)과 염료 첨가량(또는 실제로 임의의 흡수제가 사용되면 다른 흡수제의 첨가량)은 단열 조건 하에서 필름의 처리된 영역으로 투과되는 유효 에너지를 제공하도록 조합된다. 열 조건이 실제로는 대체로 단열적이지 않지만, 필름 구성, 배경 온도, 및 다양한 열 용량의 지식, 융해열, 및 관련된 재료의 융점의 사양과 함께 단열 조건을 가정하여 변환에 필요한 에너지를 결정함으로써 근사한 레이저 처리 조건이 추정될 수 있다. 염료 용해도 한계 및 분해 역학을 포함하여, IR 흡수제 또는 다른 흡수제의 분산이 중요 고려사항일 수 있다. 분해되지 않은 염료 및 안료의 경우, 입자 크기 및 형상 분포가 중요할 수 있다. 예를 들어, 과도하게 큰 흡수 입자는 그 주위 필름 매트릭스에 대해 과열될 수 있어, 열화, 주름발생, 기포발생(blistering), 층 박리, 또는 다른 손상과 같은 필름 결함을 초래한다. 필름 청결도가 또한 중요할 수 있는데, 왜냐하면 표면과 매립된 먼지 및 유사한 미립자 물질이 또한 랜덤한 또는 예기치 않은 결함을 초래할 수 있기 때문이다. 다른 고려사항은 레이저원의 빔 형상 및 주파수(펄스식 공급원이 사용되면), 스캐닝 패턴, 필름의 장착(예컨대, 예를 들어 접착제로 또는 다른 수단에 의한 라미네이션에 의해 카드 또는 다른 기재 상에), 및 예컨대 필름 내의 다양한 열 전도도 및 필름으로부터의 열전달 계수에 의해 제어되는 열전달을 포함한다.
필름 평면을 가로지른 흡수된 방사 에너지의 관리가 또한 원하는 공간 특징부를 보장하는 데 중요할 수 있다. 빔 크기 및 초점이 또한 중요 공정 제어 인자일 수 있다. 몇몇 경우에는 필름을 빔이 그 최소 크기로 집중되는 위치에 배치하는 것이 바람직할 수 있는 반면, 다른 경우에는 필름은 빔이 원하는 양만큼 탈초점되는 위치에 계획적으로 배치될 수 있다. 필름을 스캐닝하는 방식 및 지향된 광 빔 경로가 얼마나 신속하게 소정 영역의 처리 중 그것 자체를 중첩하거나 턴온할 수 있는지가 표면 조도, 평활도, 탁도, 주름발생 및 다른 현상을 변화시킬 수 있다. 위에서 논의된 필름 예열에 관하여, 빔은 현재 조사되는 중인 필름의 부분이 최근에 조사되었던 필름의 부분에 근접하도록 제어될 수 있어, 레이저 그것 자체에 의해 제공되는 열이 현재 조사되는 중인 필름의 부분을 예열하는 것으로 간주될 수 있다. 이는 예를 들어 빔이 제1 경로를 따라 스캔되고, 이후 곧(제1 경로를 따른 그리고 그에 근접한 필름의 부분이 여전히 높은 온도에 있는 상태에서) 제1 경로에 인접한 또는 심지어 그와 다소 중첩하는 제2 경로를 따라 스캔되는 경우에 발생할 수 있다.
지향된 방사선의 지속시간과 같은 시간-관련 태양이 또한 중요할 수 있다. 비교적 짧은, 펄스식 작동이 종종 유리한 것을 확인하였다. 예를 들어, 몇몇 전형적 경우에, 레이저 노출의 지속시간에 의해 결정되는 바와 같은 가열 시간이 바람직하게는 10 나노초 내지 10 밀리초 범위인 것을 확인하였다. 상부 노출 지속시간은 주어진 응용에 대해 허용될 수 있는 두께를 통한 필름의 다른 부분으로의 열 확산의 양의 함수이다. 지속시간이 더욱 짧아질수록, 관심 있는 원하는 필름 영역으로의 에너지의 전달이 더욱 콤팩트해지며; 예를 들어, 원하는 패킷 내에 대부분 구속되는 순간적 열 펄스를 확립하는 것이 가능할 수 있다. 열 확산의 세부 사항은 재료, 특정 재료 배향 조건에서의 이방성 열 전도도, 밀도, 열 용량, 관심 있는 영역의 두께, 빔 지속시간 등의 함수이다. 예시적인 실시 형태에서, 광학 패킷에 의해 흡수되는 에너지는 광학 패킷 내의 광학 반복 유닛을 용융시키기에 충분한 세기 및 지속시간을 갖지만, 필름의 구성요소를 기화시키거나, 충분히 화학적으로 개질시키거나, 또는 융제시키기에는 불충분한 세기 및 지속시간을 갖는다.
레이저 노출이 제2 구역의 패킷 복굴절을 변경시키게 하기 위해, 높은 세기(높은 출력/단위 면적) 및 높은 에너지 밀도 둘 모두가 바람직하지만, 반드시 필요하지는 않다. 이들 특성은 처리에 필요한 시간을 단축시킴으로써, 패킷 내의 재료에 의한 지향된 방사선의 흡수에 의해 생성된 상당한 양의 열이 패킷 내에 체류되는 것을 보장하는 데 도움을 준다. 열 확산은 패킷 내의 에너지의 농도를 감소시키고, 따라서 공정의 효율을 감소시킬 수 있다. 이와 관련하여, 단지 소량의 열만이 제1 (미처리된) 구역으로 측방향으로 또는 (처리된) 제2 구역 내에서 필름의 다른 층으로 패킷 외부로 소산되는 것이 종종 바람직하다. 열이 제2 구역의 흡수 패킷 또는 패킷들 외부로 더욱 많이 소산될수록, 단지 제2 구역의 필름의 두께의 일부분만을 가열하기를 원하는 경우에 공정의 효율이 저하된다.
냉각 방식이 또한 신중하게 고려될 필요가 있을 수 있다. 급속 냉각이 몇몇 경우에 유용할 수 있다. 필름의 일측 또는 양측으로부터의 냉각이 바람직할 수 있다.
지향된 방사선의 알맞게 낮은 수준의 흡수가 또한 최종-사용 응용에 중요할 수 있다. 환경 노출이 필름을 과도하게 과열시키지 않는 것이 바람직하다. 특히, 근 IR 흡수는 직사 일광에 노출된 때 필름 가열을 유발할 수 있다. 바람직하게는, 예상된 플럭스(flux)는 필름 온도를 과도하게 상승시키지 않는다. 예를 들어, 정상 사용 하에서 시스템의 온도를 필름의 유리 전이 온도 아래로 유지시키는 것이 바람직할 수 있다. 에너지 흡수의 양은 주어진 수준의 예열로부터 필요한 온도 차이를 달성하기 위해 펄스로부터 포획되어야 하는 에너지의 양에 부분적으로 관련된다.
따라서, 시스템 내의 원하는 흡수가 최적화될 수 있어, 색, 회색(grayness), 또는 환경 방사 흡수와 같은 최종-사용 우려사항을 최소화시키면서 원하는 균일성 및 처리 정도를 달성하기 위해 플럭스 수준, 열 확산(워시-아웃), 예열, 및 냉각을 평형시킨다.
필름의 기능 층 또는 영역 사이에 에너지 흡수 완충 층 또는 영역을 통합시키는 것이 유용할 수 있다. 이들 완충 영역은 가열될 수 있고 심지어 부분적으로 또는 완전히 용융될 수 있는 동시에, 필름의 다른 기능 영역을 열 확산(워시-아웃)을 통한 가열로부터 보호한다. 일례에서, 이 완충 영역은 광학 층에 사용된 바와 유사하거나 상이한 재료의 패킷 사이의 층(예컨대, PBL)일 수도 있다. 다른 예에서, 보다 낮은 용융 온도의 재료가 보다 높은 용융 온도의 재료의 기능 층들 사이에 "열 속도 범프(thermal speed bump)"로서 사용될 수 있다. 다층 광학 필름에서, 하나의 간단한 예는 예컨대 90%/10% 나프탈레이트/테레프탈레이트 카르복살레이트 서브유닛(subunit)을 포함할 수 있는 이른바 로우-멜트(low-melt) PEN(LmPEN)과 같은 보다 낮은 용융 및 배향된 coPEN 보호 경계층(PBL)에 의해 분리되는 광학 패킷을 포함하는 PEN:PMMA 또는 PEN:등방성 coPEN 미러 구성이다.
중합체 필름 내의 재료 층의 융점 및/또는 연화점(예컨대, 유리 전이 온도)은 시차 주사 열량계(differential scanning calorimeter, DSC) 기술을 사용하여 측정되고 분석될 수 있다. 이러한 기술에서, 필름 샘플은 우선 예컨대, 시험 전에 약 60℃에서 약 48시간 동안 26.7 Pa(200 mTorr) 미만의 진공 하에서 적절하게 건조될 수 있다. 이어서, 약 5 mg의 샘플이 중량측정되고, 기밀 밀봉된 알루미늄 티제로(Tzero) 팬 내에 밀봉될 수 있다. 이어서, 적합한 온도 범위, 예컨대 30-290℃에 걸쳐 가열-냉각-가열 램프(ramp)가 수행될 수 있다. 이 램프에 20℃/분의 일정한 가열 속도, 또는 다른 적합한 가열 속도가 사용될 수 있다. 스캔 후, 제1 가열 열 추적이 연화 단계 변화 및 용융 피크를 위해 분석될 수 있다. 이 분석은 용융 온도 및 용융 온도와 관련된 특성 대역폭 둘 모두를 보일 수 있으며, 이 대역폭은 반치폭(peak width at half height, PWHH)으로 지칭된다. PWHH의 한정된 값은 재료가 단 하나의 정확한 온도에서보다는 한정된 온도 범위에 걸쳐 용융될 수 있다는 사실을 반영한다. PWHH는 상이한 재료가 서로 근사한 (피크) 용융 온도를 갖는 물품에 중요해질 수 있다. DSC 기술을 다층 광학 필름에 사용하기에 적합한 3가지 예시적인 재료에 대해 용융 온도 및 PWHH를 측정하도록 사용하였다: 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN); 실시예 7에 기재된, 미국 특허 출원 공보 제US 2009/0273836호(유스트(Yust) 등)의 이른바 PEN-CHDM10인, 본 명세서에서 "PEN-Gb"로 지칭되는, PEN의 나프탈레이트계 공중합체; 및 20%의 다이메틸 2,6-나프탈렌 다이카르복실레이트(NDC)가 4,4'바이페닐다이카르복실산 다이메틸 에스테르로 치환된, 본 명세서에서 "PENBB20"으로 지칭되는, PEN계 중합체. 이들 재료의 샘플을 측정하였고, PEN, PEN-Gb, 및 PENBB20 샘플에 대해 각각 261, 248, 및 239℃의 융점을 보였다. 샘플의 PWHH를 또한 측정하였다. PEN 샘플의 PWHH는 7℃였지만, 이는 중합체의 처리 조건에 따라 5 내지 10℃ 범위일 수 있다. PEN-Gb 샘플의 PWHH는 6℃였지만, 이는 처리 조건에 따라 5 내지 15℃ 범위일 수 있다. PENBB20 샘플의 PWHH는 10.4℃였지만, 이는 처리 조건에 따라 5 내지 15℃ 범위일 수 있다. 일반적으로, 중합체 필름의 PWHH는 필름을 적합한 시간 동안 융점 아래의 적합한 온도에서 열 경화시킴으로써 감소될 수 있다.
일반적으로, 지향된 방사선에 대한 임의의 특정 파장 밴드의 경우, 두께 방향을 따른 필름의 나머지의 흡수력은 이들 비-선택된 부분의 원하지 않는 과열 및 원하지 않는 변경을 막기 위해, 이 방사선에 대한 필름의 선택된 부분에 대해, 충분히 낮게 맞추어질 수 있다. 필름 압출 공정은 필름의 선택된 부분으로부터 필름의 다른 기능적 부분으로의 필름의 선택된 부분의 활성 흡수 재료의 이동이 상당한 정도로 일어나지 않는 것을 보장하도록 구성될 수 있다. 역시, 예컨대 화학적 불친화성(nonaffinity)을 통해 그러한 이동을 막는 완충 층이 사용될 수 있다. 층 접촉을 위한 체류 시간 등을 포함한 처리 방법이 또한 사용될 수 있다.
지향된 방사 처리는 여전히 롤 형태인 상태에서 별도로 필름 제조 직후에 또는 심지어 그 동안에, 시트화(sheeting) 후에, 또는 유리 플레이트, 또는 플라스틱 또는 종이 카드스톡과 같은 다른 기재에의 장착 후에 달성될 수 있다. 정확도의 수준은 공정 변동과 평형되어야 한다. 예를 들어, 웨브 플러터(flutter)가 롤 공정을 위해 충분히 다루어져야 한다. 지향된 방사 처리는 필름이 아마도 닙 사이에서 인장 하에 있는 동안 필름이 롤러 위를 이동할 때 달성될 수도 있다. 롤러를 연속적으로 청결하게 하고 스크래치와 같은 외관 결함(cosmetic defect)을 달리 방지하기 위해 보호 필름이 필름과 롤러 사이에 배치될 수 있다. 다른 예에서, 필름은 시트화 후 고정 기재 상에 장착될 수 있거나, 일시적 배킹 위에 세미배치(semibatch) 방식으로 장착되거나 고정될 수 있다. 예를 들어, 필름 롤의 부분은 연속하여 보호 필름과 접촉하고 플레이트 위를 활주할 수 있다. 필름 롤 운반이 정지될 수 있고, 플레이트 위의 지정된 부분이 원하는 대로 약간 인장될 수 있으며, 이어서 지향된 방사 처리가 플레이트에 의해 배킹된 지정된 부분 위에 적용될 수 있다. 이어서, 완성된 롤 부분은 연속하는 운반에 의해 플레이트 처리 구역을 떠날 수 있고, 이에 의해 롤의 연속하는 부분이 처리될 수 있으며, 이는 전체 롤이 처리될 때까지 계속된다.
본 명세서에 기재된 내부 패터닝 방법은 또한 예컨대 융제, 표면 비정질화 기술, 집광 방법, 엠보싱, 열성형 등과 같은 공지된 기술과 조합될 수 있다.
다양한 용융-압출가능한 흡수 첨가제가 다양한 공급원으로부터 입수가능하다. 첨가제는 유기, 무기, 또는 혼종일 수 있다. 이것들은 염료, 안료, 나노-입자 등일 수 있다. 몇몇 가능한 IR 염료는 상품명 에포라이트(Epolight™)로 에포린 인크.(Epolin, Inc.)로부터 입수가능한 니켈, 팔라듐, 및 백금계 염료 중 임의의 것을 포함한다. 다른 적합한 후보물은 미국 조지아주 애틀랜타 소재의 컬러켐 인터내셔날 코포레이션(ColorChem International Corp.)으로부터 입수가능한, 아마플라스트(Amaplast™)-브랜드 염료를 포함한다. 선형 및 비-선형 흡수 첨가제 둘 모두가 고려될 수 있다.
몇 가지 인자가 조합되어 염료를 본 출원에 특히 적합하게 할 수 있다. 압출 공정을 통한 열 안정성이 특히 바람직하다. 일반적으로, 압출 공정은 바람직하게는 용융시키기에, 그리고 적절히 관리가능한 압력 강하에서 용융 스트림의 운반을 허용하기에 충분히 고온이다. 예를 들어, 폴리에스테르계 시스템은 약 280℃에 이르는 아주 높은 안정성을 필요로 할 수 있다. 이들 요건은 예컨대 대략 250℃에서 처리되는, coPEN과 같은 다양한 중합체의 공-중합체를 사용함으로써 감소될 수 있다. 폴리프로필렌 및 폴리스티렌과 같은 올레핀계가 전형적으로 덜 요구적이다. 특정 다층 광학 필름 구성에서 수지의 선택은 염료 이동 경향, 원하는 재료 층 내에 균일하게 분산되는 능력, 다양한 재료에 대한 염료의 화학적 친화성 등의 선택을 좁힐 수 있는 것과 마찬가지로, 가능한 흡수 재료 후보물의 선택을 좁힐 수 있다.
[실시예]
주조 웨브 1, 2, 및 3
용어 "주조 웨브"는, 후속 연신 및 배향 전이지만 초기 주조 공정 후의 주조되고 성형된 다층체를 지칭한다. 제1 다층 중합체 웨브, 또는 주조 웨브를 나프탈레이트계 공-중합체를 사용하여 구성하였다. 이러한 제1 공-중합체는 PEN-Gb로 지칭되고, 이러한 제2 공-중합체는 coPEN 55/45 HD로 지칭된다. 제1 공-중합체인 PEN-Gb는 미국 특허 출원 공보 제US 2009/0273836호(유스트 등)의 실시예 7에 이른바 PEN-CHDM10로 기재된다. 따라서, PEN-Gb는 상기 참고된 미국 특허 출원의 표 1에 따라, 17.6 kg(38.9 lb) NDC(다이메틸 2,6-나프탈렌 다이카르복실산 - 예컨대, 미국 일리노이주 네이퍼빌 소재의 비피 아모코(BP Amoco)로부터 입수가능한 바와 같은) 대 9.4 kg(20.8 lb)의 EG(에틸렌 글리콜 - 예컨대, 미국 미시간주 미들랜드 소재의 엠이 글로벌(ME Global)로부터 입수가능한 바와 같은) 및 1.01 kg(2.23 lb)의 CHDM(사이클로헥산 다이메탄올 - 예컨대, 미국 테네시주 킹스포트 소재의 이스트맨 케미칼(Eastman Chemical)로부터 입수가능한 바와 같은)의 비율로 초기 단량체 충전량을 갖고서 제조되는 공-중합체이다. 제2 공-중합체인 coPEN 55/45 HD는 미국 특허 제6,352,761호(헤브링크 등)의 실시예 10에 기재된 바와 같이, 카르복실레이트로서 55 몰% 나프탈렌 다이카르복실레이트, 45 몰% 테레프탈레이트와, 글리콜로서 95.8 몰% 에틸렌 글리콜, 4 몰% 헥산 다이올 및 0.2% 트라이메틸올 프로판을 포함하는 코폴리에틸렌나프탈레이트이다.
다층 중합체 웨브를 대체로 미국 특허 제6,830,713호(헤브링크 등)에 기재된 바와 같이 공압출 공정을 사용하여 형성하였다. 다양한 중합체를 전반적으로 85℃에서 60시간 동안 건조시킨 다음에, 싱글 스크류 또는 트윈 스크류 구성의 별개의 압출기 내로 급송(feed)하였다. 광학 층을 형성하는 제1 및 제2 중합체를 각각 최종 압출기 구역 온도를 갖는 그 자신의 압출기로 공압출한 다음에, 필름 두께를 통해 층 두께 구배를 제공하는 구배 이송 플레이트를 사용하여 151개 교번 층 피드블록을 포함한 멜트 트레인(melt train)을 통해 급송하였다. 이들 층은 완성된 다층 필름의 이른바 광학 스택 또는 미세층 패킷을 형성한다. 층의 유동 품질을 개선하기 위해, 2개의 보다 두꺼운, 이른바 보호 경계층(PBL)이 광학 스택의 최외부 층에 인접하고, 피드블록 벽에서의 최고 전단율로부터 광학 스택을 보호한다. PBL은 또한 압출기 중 하나에 의해 급송된다. 이들 실시예를 위해서, PBL을 공급하는 재료는 재료 1로 지칭되고, 다른 하나는 재료 2로 지칭되며, 압출기에 대해서도 마찬가지일 것이다. 각각의 PBL은 광학 스택의 두께의 약 4%이다. 다이 설정점 온도에서 다이 내에 확산시키기 전에, 재료 3으로 압출기 3에 의해 급송되는 추가의 스킨층이 다이 내에서의 유동 중 추가의 층 안정성을 위해, 공압출 다층 유동에 완전히 결합된다. 이들 기술된 실시예에서, 재료 3은 재료 1 또는 2와 동일할 수 있다. (이들 실시예와 관련하여 사용되는 용어 "재료 1", "재료 2", 및 "재료 3"은 본 문서의 다른 부분에 사용되는, 예컨대 도 5a 내지 도 5j와 관련하여 사용되는 용어 "제1 재료" 및 "제2 재료"에 관하여 임의의 소정의 방식으로 해석되지 않아야 한다. 예를 들어, 본 실시예의 "재료 1"은 도 5a 내지 도 5j의 "제1 재료"에 대응할 수 있거나, 또는 대안적으로 본 실시예의 "재료 2"는 그러한 "제1 재료"에 대응할 수 있다.) 이 제1 주조 다층 웨브의 경우에, 재료 1은 이른바 PEN-Gb인 제1 공-중합체였고, 재료 2는 이른바 coPEN 55/45 HD인 제2 공-중합체였으며, 재료 3은 다시 PEN-Gb였다. 이 다층 구성을 다이로부터 주조하여 급냉시킨 다음에 주조 휠에 정전기식으로 압착하여서, 제1 주조 다층 광학 웨브의 롤을 형성하였다. 이 제1 주조 웨브를 폭 치수의 중앙 부분에 걸쳐 원하는 근사한 두께(또는 캘리퍼)를 갖고서 적어도 10 cm의 폭을 갖는 일회용 코어 상에 권취시켰다. 제1 주조 웨브의 구성의 다른 세부 사항이 아래의 표 A에 제공된다.
[표 A]
Figure pct00001
재료 2의 압출기 급송물에 흡수제를 첨가하고 주조 웨브의 전체 두께를 조절하기 위해 주조 휠 속도를 조절한 점을 제외하고는 주조 웨브 2 및 3을 주조 웨브 1과 같은 방식으로 제조하였다. 흡수제는 후속 기록 공정에서 방사 에너지를 포획하는 데 사용되는 IR 염료였다. 이 IR 염료를 이른바 "마스터배치(masterbatch)"로 재료 2 내에 혼입하였고, 이 마스터배치를 이어서 순수(virgin) 재료 2에 대한 소정의 비율로 압출기 급송 스트림 내에 도입하였다. 주조 웨브 2 및 3의 경우, 소정의 비율은 1:13이었다(1 부(part) 마스터 배치 대 13 부 순수 재료). 주조 웨브 1에서와 마찬가지로, 주조 웨브 2 및 3의 경우, 재료 1은 이른바 PEN-G였고, 재료 2는 이른바 coPEN 55/45 HD였으며, 재료 3은 또한 PEN-G였다.
수지의 최소 열화를 보장하기 위해 필요한 대로 추가의 진공을 인가하거나 인가하지 않은 상태에서 염료 및 중합체 수지를 소정의 중량 비로 트윈 스크류 압출기 내로 급송함으로써 마스터배치를 다층 공압출 전에 제조하였다. 이어서 압출물을 급송을 위해 펠릿으로 절단하였다. 이들 실시예 주조 웨브 2 및 3에 사용되는 염료는 미국 뉴저지주 뉴어크 소재의 에포린 인크.로부터 입수가능한 에포라이트™ 4121인 백금계 염료였다. 이 염료에 대한 피크 흡수 파장은 대략 800 nm이다. 에포라이트™ 4121 염료와 혼입된 마스터배치의 경우, 공칭 최종 구역 압출 온도는 240℃ 내지 260℃였다. 전형적 마스터배치 공칭 염료 농도는 중합체 내의 1.0 중량% 염료였다.
주조 웨브 2 및 3에 대한 압출 및 공정 상세 사항이 아래의 표 B에 제공된다. 주조 웨브 2와 주조 웨브 3 사이의 두께의 차이가 간단히 주조 휠의 속도를 변화시킴으로써 달성되었던 것에 주목하라.
[표 B]
Figure pct00002
표면 굴절률(주조 웨브의 외부에 있는 PEN Gb 재료의)을 메트리콘 프리즘 커플러(Metricon Prism Coupler)를 사용하여 측정하였다. 굴절률은 주조(MD), 폭(TD), 및 두께 방향으로 각각 1.638, 1.639, 및 1.634의 값을 갖고서 본질적으로 등방성이었다. coPEN 55/45 HD 층의 굴절률은 모든 방향으로 공칭 1.610이었다. 또한, 주조 웨브 1, 2 및 3의 투과 특성을 퍼킨-엘머(Perkin-Elmer) 람다(Lambda) 950 분광광도계를 사용하여 측정하였다. 그 결과가 도 10에 제공되며, 여기에서 퍼센트 투과율이 파장과 대비하여 플로팅되고, 그리고 여기에서 곡선(1010)은 주조 웨브 1에 대한 것이고, 곡선(1012)은 주조 웨브 2에 대한 것이며, 곡선(1014)은 주조 웨브 3에 대한 것이다. 주조 웨브 2 및 3의 흡수제에 의해 제공되는 적외선 흡수를 약 800 nm에서 쉽게 명백히 볼 수 있고, 이때 주조 웨브 2의 흡수는 주조 웨브 3에 비해 주조 웨브 2의 더욱 큰 두께로 인해 주조 웨브 3보다 강하다. 또한, IR 염료는 대략 530 nm의 이차 흡수 피크를 가지며, 이는 주조 웨브 2 및 3에 담홍색 색조를 제공하는 것에 주목하라.
주조 웨브 1, 2, 및 3을 사용하여 제조된 복굴절성 다층 필름
이어서, 다층 주조 웨브를 연신하거나 신장하여, 복굴절성 미세층을 포함한 다층 광학 필름을 형성하였다. 본 실시예를 위해 KARO IV(브뤼크너(Bruekner)로부터 입수가능함)와 같은 실험실 신장기를 사용하였다. 주조 웨브를 전반적으로 예열한(소정 예열 시간 및 온도로) 다음에, 초기 변형률(a% 변형률로 주어지는)에 대응하는 균일한 그리퍼 분리 속도에서 2가지 평면내 직교 방향("x" 및 "y" 방향으로 지칭됨)으로 공칭 연신비(최종 그리퍼 간격에 대한 초기 그리퍼 간격의 비)로 신장하였다. 필름 중 일부를 연신 후 높은 온도(열경화 온도)에서 소정의 지속시간(열경화 시간)에 걸쳐 후속하여 열경화시켰다. 주조 웨브 1, 2, 및 3을 신장시키는 데 사용되는 처리 조건을 결과적으로 생성된 다층 광학 필름(아래에서 다층 광학 필름 1, 2, 3, 4, 5, 6, 및 7로 지칭됨)에서, PEN Gb 미세층이 양의 복굴절성이고 coPEN 55/45 HD 미세층이 약 1.610의 굴절률을 갖고서 실질적으로 등방성으로 유지되도록 선택하였다.
다층 필름 1 및 2를 주조 웨브 1로부터 이 방식으로 하기의 조건 하에서 제조하였다:
[표 C]
Figure pct00003
이어서, 최종 필름을 방사 에너지 처리 전 및/또는 후에, 다양한 물리적 및 광학적 방법을 사용하여 분석할 수 있었다. 스킨층(배향된 PEN Gb 재료로 구성됨) 외부의 굴절률을, 지시된 곳에서, 메트리콘(미국 뉴저지주 피츠카타웨이 소재)으로부터 입수가능한 프리즘 커플러를 사용하여 632.8 nm에서 측정하였다. 요약하면, 이들 값은 다층 광학 필름 3 내지 6 모두에 대해 1.69 내지 1.75 범위의 nx 및 ny와 1.50 내지 1.52 범위의 nz로(아래에서 논의됨); 다층 광학 필름 6에 대해 nx = 1.723, ny = 1.733, nz = 1.507로(아래에서 논의됨); 및 다층 광학 필름 7에 대해 nx = 1.841, ny = 1.602, nz = 1.518로(아래에서 논의됨) 측정되었다.
다양한 주조 웨브 및 최종 필름의 투과 밴드 특성을 퍼킨-엘머 람다 950 분광광도계로 측정하였다. 또한, 색 특성을 투과된 및/또는 반사된 광의 인지를 돕는 조건 하에서 시각적으로 관찰하였다.
도 11은 이 실시예 1의 필름 1에 대한 전형적 스펙트럼을 도시하며, 여기에서 곡선(1110, 1112)은 필름 상의 상이한 위치에서 취해졌다. 두 곡선은 필름 1을 명료하게 나타낸다. 곡선 사이의 차이는 두께 변동과 아울러, 압출, 필름 주조, 및 연신 중 다운 및 크로스웨브 유동 변동으로 인한 층 프로파일 변동의 결과일 수 있다. 대략 85%의 기준 투과율에 대해 반 최소치(half minimum)의 50%에서 좌측 및 우측 밴드 에지에 의해 한정되는, 반사 밴드의 주 부분은 대체로 560 nm 내지 670 nm에 놓인다. 100%로부터의 기준 투과율 저하는 구성의 두 주 표면(전방 및 후방)으로부터의 표면 반사의 결과이다.
이어서 주조 웨브 2 및 3을 또한 연신하거나 신장하여, 복굴절성 미세층을 포함한 다른 다층 광학 필름을 형성하였다. 필름 3 내지 7로 지칭되는, 결과적으로 생성된 다층 광학 필름 및 그 처리 조건은 표 D에 기재된 바와 같다.
[표 D]
Figure pct00004
퍼킨-엘머 람다 950 분광광도계에 의해 측정한, 필름 5 및 6에 대한 전형적 투과 스펙트럼이 도 12에 각각 곡선(1210) 및 곡선(1212)으로 제시된다. 필름 3 및 4에 대해서는 스펙트럼이 도시되지 않았지만, 이들은 각각 필름 5 및 6의 스펙트럼과 유사하였다.
내부 패터닝을 갖는 다층 필름
패턴화된 필름 1
주조 웨브 2로부터 제조한 필름 6을 20 mm/초의 스캐닝 속도로 코히런트 마이크라(Coherent Micra) 초고속 발진기 레이저(파장 = 800 nm, 펄스율 = 70 MHz)로 처리하였다. 400 mW의 평균 레이저 출력을 사용하였다. 대략 1.5 cm2의 정사각형-형상의 구역을 중첩 스윕(overlapping sweep)으로 완전히 처리하여, 더 이상 청색광을 강하게 반사하지 않는 투명하게 보이는 영역을 형성하였다. 결과적으로 생성된 내부 패턴화된 필름은 본 명세서에서 패턴화된 필름 1로 지칭된다. 처리된 영역 또는 구역은 이제 무색으로 보였다. 필름의 표면은 매끄럽게 유지되었고, 손가락을 외부 표면을 가로질러 미처리된 영역으로부터 처리된 영역으로 활주시킬 때 어떠한 인지가능한 변동도 느낄 수 없었다.
예컨대 일본 소재의 미쓰토요(Mitutoyo)로부터 입수가능한 바와 같은 캘리퍼 저하 게이지(caliper drop gauge)로 측정된 때, 처리된 정사각형 부근의 미처리된 필름의 두께는 23 내지 25 마이크로미터의 변동을 갖는 24 마이크로미터였다. 처리된 구역의 두께도 마찬가지로 24 내지 25 마이크로미터의 변동을 갖고서, 다양한 위치에 걸쳐 24 마이크로미터로 측정되었다. 따라서, 필름 구성의 물리적 두께는 처리에 의해 실질적으로 변화되지 않았다.
수직 입사 광에 대해, 패턴화된 필름 1의 처리된 구역 및 이웃한 미처리된 구역의 투과 및 반사 스펙트럼을 각각 도 13a 및 도 13b에 보인 바와 같이 퍼킨-엘머 950 분광광도계를 사용하여 측정하였다. 이들 도면에서, 곡선(1310)은 미처리된 구역의 투과율을 보여주고, 곡선(1312)은 처리된 구역의 투과율을 보여주며, 곡선(1320)은 미처리된 구역의 반사율을 보여주고, 곡선(1322)은 처리된 구역의 반사율을 보여준다. 분광광도계에 의해 샘플링되거나 측정된 각각의 구역의 실제 부분은 투과율 측정치 및 반사율 측정치에 대해, 반드시 동일하지는 않지만 대략적으로 동일하였다. 필름 6(이로부터 패턴화된 필름 1을 제조하였음)에 사용된 IR 흡수제의 특성인 800 nm 부근의 흡수 특성은 미처리된 및 처리된 구역 둘 모두에 대한 투과율 곡선, 즉 각각 곡선(1310, 1312)에서 쉽게 확인될 수 있다. 도 13b의 반사율 곡선(1320, 1322)의 비교는, 원래 필름 6에 존재하였고 여전히 패턴화된 필름 1의 미처리된 구역에 존재하는, 약 400으로부터 500 nm로 연장되는 반사 밴드가 필름의 물리적 두께가 처리에 의해 실질적으로 변화되지 않았더라도 선택적 가열 처리에 의해 실질적으로 변화되었음을 보여준다. 선택적 열처리는 반사 밴드의 피크 반사율을 미처리된 구역의 약 70-80% 또는 그 초과로부터 처리된 구역의 25% 미만으로 크게 감쇠시킨 반면, 곡선(1320, 1322)의 반사 밴드의 우측 밴드 에지를 비교함으로써 볼 수 있는 바와 같이 고작해야 단지 아주 작은 반사 밴드의 스펙트럼 편이만을 생성하였음에 주목하라. 이들 특성은 미세층의 일부의 복굴절이 미세층 패킷의 두께를 실질적으로 변화시키지 않고서 크게 감쇠되었음을 확인한다. 도 13a의 투과율 곡선은 도 13b의 반사율 곡선에 대략적으로 상보적인 특징을 보인다. 투과 및 반사 스펙트럼이 대략 상보적이지만, 약 1% 이하의 중합체 필름에 의한 잔류 흡수, 그리고 측정된 실제 지점에서의 변동, 두 시험의 지점 크기 및 다른 보정 변화는 대략 800 nm의 흡수 영역으로부터 먼 스펙트럼 영역에서 일치(unity)로의 두 스펙트럼의 정확한 합산을 방해한다.
패턴화된 필름 1의 노출된 측 - 즉, PEN Gb로 구성된, 그 외부 스킨층 중 하나 - 의 굴절률을 또한 처리된 및 미처리된 구역 둘 모두에서 메트리콘 프리즘 커플러를 사용하여 632.8 nm에서 측정하였다. 미처리된 구역의 굴절률은 두 평면내 주 방향(x, y) 및 두께 방향(z)으로 각각 1.723, 1.733 및 1.507인 반면, 처리된 구역의 굴절률은 그들 동일한 각각의 방향을 따라 1.712, 1.743 및 1.508이었다. 이들 굴절률 값을 처리된 구역 대 미처리된 구역에서 비교하는 것은, 처리된 영역의 필름의 내부 미세층이 반사 특성의 변화에 의해 증명되는 바와 같이 배향 및 복굴절의 실질적인 제거를 가졌지만, 필름의 두꺼운 외부 층의 배향 및 이에 수반하는 복굴절이 실질적으로 유지되었음을 보여준다.
패턴화된 필름 2
주조 웨브 2로 제조한 필름 3을 미국 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수가능한 에틸렌 아크릴산 핫 멜트 접착제를 사용하여 PVC 카드스톡에 라미네이트하였다. 필름 3은 필름을 통한 투과된 광의 인지를 돕는 가시적 조건 하에서 자홍색으로 보이는 녹색 반사기였다.
필름의 다양한 부분 또는 구역을 20 mm/초의 스캐닝 속도로 마이크라 초고속 발진기로 처리(선택적으로 가열)하였다. 400 mW의 평균 레이저 출력을 사용하였다. 최종 처리된 필름은 내부 패터닝을 보였으며, 본 명세서에서 패턴화된 필름 2로 지칭된다.
면적이 대략 1 cm2인 제1 정사각형-형상의 구역을 중첩 스윕으로 완전히 처리하여, 더 이상 녹색 광을 반사하지 않는 투명하게 보이는 영역을 형성하였다. 제1 처리된 구역은 이제 무색으로 보였다. 필름의 표면은 매끄럽게 유지되었고, 손가락을 외부 표면을 가로질러 미처리된 구역으로부터 처리된 구역으로 활주시킬 때 어떠한 인지가능한 변동도 느낄 수 없었다.
동일한 출력 세팅을 사용하여, 제2 구역을 하프 톤(half tone) 인쇄 공정과 유사하게, 단지 영역의 반만을 커버하는 비-중첩 스트라이프 또는 경로로 처리하여 상이한 반사 특성의 영역을 형성하였다. 이 제2 구역은 수직 입사시 더욱 밝은 분홍색으로 보였다. 이 색은 비-수직 관찰시 더욱 짙어졌고, 약 45도 관찰각에서 미처리된 배경에 섞이는 경향이 있었다.
패턴화된 필름 2의 노출된 측의 굴절률과 조합된 스킨 및 PBL 두께를 또한 미처리된 구역 및 완전히 처리된 제1 구역 둘 모두에 대해 메트리콘 프리즘 커플러를 사용하여 632.8 nm에서 측정하였다. 미처리된 구역의 굴절률은 두 평면내 주 방향(x 및 y)으로 각각 1.719 및 1.690인 반면, 처리된 영역의 굴절률은 동일한 각각이 방향을 따라 1.724 및 1.691이었다. 이들 값을 비교하는 것은 처리된 구역의 필름의 내부 미세층이 배향 및 복굴절의 실질적인 제거를 경험하였지만, 필름의 두꺼운 외부 층의 배향 및 이에 수반하는 복굴절이 실질적으로 유지되었음을 보여준다. 메트리콘 장치는 또한 각각 미처리된 및 완전히 처리된 구역에 대해 조합된 스킨/PBL 두께에 대한 약 4.9 및 5.3 마이크로미터의 두께 측정치를 제공하였다. 따라서, 처리된 구역의 두께는 대략 동일하게 유지되거나 약간 증가하였다.
패턴화된 필름 3
두 조각의 필름 1 및 한 조각의 필름 6을 미국 미네소타주 메이플우드 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 쓰리엠(3M™) 8141 광학적으로 투명한 접착제를 사용하여 수동으로 함께 라미네이트하되, 필름 6이 일측에서 한 조각의 필름 1과 타측에서 다른 조각의 필름 1 사이에 개재되도록 라미네이트하였다.
이 라미네이트 구성을 선택된 영역 또는 구역에서 패턴화된 필름 2의 방법에 따라 마이크라 초고속 발진기로 처리하였다. 레이저 광은 당연히 구성의 필름 1에 먼저 충돌한 다음에, 중앙에 배치된 필름 6을 통해 전파되고, 마지막으로 구성의 후방에서 다시 필름 1을 통해 전파된다. 레이저 처리는 청색 및 적색 광을 반사하는(따라서 투과시 녹색으로 보임) 이웃한 미처리된 (배경) 구역 사이에서 적색 광을 반사하는(따라서 투과시 청록색으로 보임) 처리된 구역을 형성하였다. 내부 패터닝을 보이는, 이 레이저-처리된 복합 필름은 패턴화된 필름 3으로 지칭된다.
패턴화된 필름 3의 미처리된 및 처리된 구역의 투과 스펙트럼을 퍼킨-엘머 람다 950 분광광도계를 사용하여 측정하였고, 도 14에 각각 곡선(1410, 1412)으로 나타내었다. 필름 6의 다층 패킷으로부터 발생하는 청색 반사 밴드(약 425 내지 500 nm)는 미처리된 구역에 대해, 곡선(1410)의 스펙트럼에서 명확하게 보여진다. 처리된 구역에서, 이 청색 반사 밴드는 상당히 감소되며, 이는 필름 6의 패킷 내의 미세층이 복굴절의 감소를 경험하였음을 나타낸다. 반면에, 필름 1의 다층 패킷으로부터 발생하는 적색 반사 밴드(약 575 내지 700 nm)는 처리된 및 미처리된 구역 둘 모두에서 명확하게 보여지며, 이때 이들 사이의 차이는, 필름 1과 관련하여 논의되고 도 11에 보여진 바와 같이 변동의 통상적 여유(margin) 내에 있다.
이 패턴화된 필름 3은, 선택적 가열 또는 "기록" 절차 중 변화된 미세층 패킷보다 변화되지 않은 미세층 패킷이 충돌하는 레이저 방사선에 더욱 근접한 때에도, 2개의 별개의 미세층 패킷을 포함하는 다층 광학 필름을 내부 패터닝하고, 처리된 구역에서 미세층 패킷 중 하나(이 경우에, 수직 입사시 청색 반사 밴드와 관련되는 미세층 패킷) 내의 미세층의 복굴절을 변화시키는 동시에, 동일한 처리된 구역에서 다른 하나의 미세층 패킷 내의 미세층을 실질적으로 변화되지 않는 상태로 두는 기술을 보여준다.
패턴화된 필름 4
필름 6을 PETG 카드에 라미네이트하였고, 4 mm x 4 mm 영역을 250 mW의 평균 출력에서 그리고 고정된 레이저 빔에 대해 18 mm/초의 카드 병진 속도에서 마이크라 초고속 발진기의 출력에 노출시킴으로써 선택적으로 열처리하였다. 이는 원 필름 6의 미처리된 황색 배경 또는 구역과는 달리 무색인 처리된 정사각형 구역을 구비한 내부 패턴화된 필름을 형성하였다. 결과적으로 생성된 내부 패턴화된 필름은 패턴화된 필름 4로 지칭된다. 이 패턴화된 필름의 단일 부분을 면도날로 절단하여, 스카치캐스트(Scotchcast) 전기 수지 #5를 사용하여 딥 코팅하여서, 적어도 24시간 동안 경화되게 하였다. 이 샘플을 레이카(Leica) UCT 및 다이아몬드 나이프를 사용하여 마이크로톰절단(microtoming)하였다. 플라스틱 카드의 대부분을 마이크로톰절단 전에 제거하였다. 10-마이크로미터의 얇은 섹션을 수집하여, 이미지형성 전 커버-슬립으로 1.515 굴절률 오일 내에 배치하였다. 투과된 명시야(bright field) 이미지를 광학 현미경으로 기록하였고, 패턴화된 필름 4의 처리된 및 미처리된 구역 둘 모두에 대해 24개의 상이한 위치에서 상부 스킨층 및 광학 패킷의 두께를 측정하였다. 필름의 총 두께를 또한 포함한 측정치의 요약이 표 E에 보여지며, 여기에서 CV는 통계적 변동 계수를 지칭한다. 이 데이터는 레이저 처리가 필름의 전체 두께(미처리된 구역에 대해 처리된 구역에서)를 약 10%만큼 감소시켰음을 보여준다.
[표 E]
Figure pct00005
패턴화된 필름 5
필름 6을 PETG 카드에 라미네이트하였고, 다양한 4 mm x 4 mm 영역을 150, 200, 250, 300, 및 350 mW의 평균 출력에서 그리고 레이저 빔에 대해 6 내지 44 mm/초 범위의 필름 카드 병진 속도에서 마이크라 초고속 발진기의 출력에 노출시킴으로써 선택적으로 열처리하였다. 이는 외양이 무색으로부터 필름의 노출되지 않은 또는 미처리된 영역 또는 구역의 황색 특성까지의 범위에 이르는 복수의 노출된 또는 처리된 정사각형 구역을 구비한 내부 패턴화된 필름을 형성하였다. 결과적으로 생성된 내부 패턴화된 필름은 패턴화된 필름 5로 지칭된다. 패턴화된 필름 5의 미세층 패킷의 복굴절의 실질적인 제거에 대응하는 것으로 믿어지는 무색 가시적 외양을 어떠한 잔류 황색 없이 달성하는 데 필요한 레이저 출력의 각각의 값에서, 최소 노출 조건, 즉 최대 병진 속도를 노출된 영역이 어떤 병진 속도에서 임의의 잔류 황색을 보였는지에 주목함으로써 50X 배율에서 시각적으로 결정하였다. 이들 결정된 노출 조건, 또는 임계 기록 속도의 요약이 아래의 표 F에 보여진다. 이 데이터는 증가된 레이저 출력이 광학 패킷 복굴절의 더욱 높은 속도의 제거를 가능하게 함을 보여준다.
[표 F]
Figure pct00006
이 데이터에 의해, 단지 광학 패킷 내의 미세층의 복굴절을 실질적으로 제거하는 열처리만이 내부 패턴화된 다층 광학 필름의 제조에 허용가능함을 의미하도록 의도하지 않는다. 패턴화된 이미지에 요망되는 가시도, 즉 처리된 및 미처리된 구역 사이의 시각적 콘트라스트에 따라, 몇몇 응용에서는 단지 소량의 복굴절 감소 및 대응하는 작은 시각적 콘트라스트가 전적으로 허용가능할 수 있다.
주조 웨브 4a, 4b, 4c, 및 4d
4a, 4b, 4c, 및 4d로 지명된 4개의 주조 웨브를 제조하였고, 이들 웨브로부터 내부 패턴화된 다층 필름을 제조하였다. 주조 웨브 4a 내지 4d는 복굴절성 층에 사용되는 중합체 재료의 선택, 사용되는 흡수제의 선택, 흡수제의 첨가량, 및 주조 웨브의 전체 두께에 의해 주조 웨브 1 내지 3과 상이하였다. 주조 웨브 4a 내지 4d는 coPEN 90/10(아래에 더욱 상세히 기재됨) 및 coPEN 55/45 HD(이전에 기재됨)로 구성되는 교번 중합체 층을 사용하였다. 주조 웨브가 배향되어 다층 광학 필름을 형성하였을 때(예컨대, 아래의 패턴화된 필름 6a 내지 6d 참조), coPEN 90/10 층은 양의 복굴절성이 되었고, coPEN 55/45 HD 층은 실질적으로 등방성으로 유지되었다.
중합체 재료를 공압출하기 전에, 미국 조지아주 애틀랜타 소재의 컬러켐 인터내셔날 코포레이션으로부터 입수가능한 아마플라스트™ IR 1000 염료의 1 중량%를 포함한 마스터배치를 coPEN55/45 HD 중합체 내에 분산시켰다. 이어서, 4개의 유사한 주조 웨브 4a 내지 4d를 이전에 설명된 주조 웨브 1 내지 3의 일반적 방법 및 조건에 따라 주조하였다. 예를 들어, 각각의 주조 웨브 4a 내지 4d는 동일한 공칭 두께 구배에 따라 배열된 151개 교번 층을 포함하였다. 주조 웨브 4a 내지 4d에서, 재료 1 및 3은 coPEN 90/10이었고, 재료 2는 coPEN 55/45 HD였다. coPEN 90/10은 90 몰% 나프탈렌 다이카르복실레이트 및 10 몰% 테레프탈레이트를 포함한 공-중합체이다.
IR-염료 함유 마스터배치를 주조 웨브 4d에 대해 재료 스트림 2 내에서 0.3 중량%의 공칭 첨가량을 달성하도록 그 재료 스트림 내로 압출하였다. 다른 주조 웨브 4a 내지 4c에 대해서는 상이한 첨가량을 사용하였으며, 그 외에는 주조 웨브 4d와 동일한 방식으로 제조하였다. 흡수 스펙트럼을 측정하고 피팅을 위해 베르의 법칙(Beer's law)을 사용하여, 주조 웨브 4a, 4b, 및 4c의 IR 염료 첨가량은 각각 0.062, 0.105, 및 0.185 중량%로 계산되었고, 주조 웨브 4d에 대한 첨가량은 위에 보고된 바와 같이 0.3 중량%였다.
웨브 4a, 4b, 4c, 4d에 대해 주조 웨브 두께(중심)를 측정하였고, 이들은 모두 약 25 마이크로미터였다. 표면 굴절률(주조 웨브의 외부에 있는 coPEN 90/10 재료의)을 메트리콘 프리즘 커플러를 사용하여 측정하였다. 이 재료의 굴절률은 평면내 방향(기계 방향(MD) 및 가로 방향(TD)) 각각에서 대략 1.73이었고, 평면외 또는 두께 방향으로 약 1.50이었다. coPEN 55/45 HD 층의 굴절률은 약 1.610이었다.
추가의 복굴절성 다층 필름, 및 내부 패터닝을 갖는 그러한 필름
다층 광학 필름 8a, 8b, 8c, 8d 및 패턴화된 필름 6a, 6b, 6c, 및 6d
이어서, 10%/초 대신에 x-방향 및 y-방향을 따라 100%/초 초기 변형률을 사용한 점을 제외하고는, 주조 웨브 4a 내지 4d 각각을 다층 광학 필름 5에 대해 전술된 연신 조건(위의 표 D 참조)을 사용하여 유사한 방식으로 연신하였다. 이는 각각 주조 웨브 4a 내지 4d로 제조되는, 본 명세서에서 다층 광학 필름 8a 내지 8d로 지칭되는 4개의 복굴절성 다층 광학 필름을 형성하였다. 필름 8a 내지 8d는 다층 광학 필름 5보다 다소 두꺼웠는데, 왜냐하면 각각의 경우에 동일한 공칭 연신비(x:y에 대해 4:4)가 사용되었지만, 필름 8a 내지 8d에 시작 재료로서 사용된 주조 웨브(즉, 주조 웨브 4a 내지 4d)가 필름 5에 사용된 주조 웨브(즉, 두께가 약 365 마이크로미터인 주조 웨브 2)보다 두꺼웠기 때문이다. 필름 8a 내지 8d가 필름 5보다 두꺼웠기 때문에, 필름 8a 내지 8d는 투과된 광에서 볼 때 외양이 청록색이었다. 따라서, 이들 필름 8a 내지 8d는 모두 적색-반사 미러 필름이었다.
이어서, 필름 8a 내지 8d를 1062 nm의 파장을 갖는 펄스식 광섬유 레이저(영국 사우샘프턴 소재의 에스피아이 레이저스(SPI Lasers)로부터의 30W HM 시리즈)의 출력에 선택적으로 노출시킴으로써 레이저 처리하여, 각각 본 명세서에서 패턴화된 필름 6a 내지 6d로 지칭되는 내부 패턴화된 필름을 제공하였다. 레이저 펄스 폭은 75 kHz의 펄스율(반복률)에서 65 나노초였다. 레이저의 출력을 허리스캔(hurrySCAN) 25 검류계 스캐너(독일 푸크하임 소재의 스캔랩 아게(SCANLAB AG))로 광섬유 전달하였고, 0.15의 개구수를 갖는 f-세타(theta) 렌즈(독일 벤델스타인 소재의 실 옵틱스 게엠베하(Sill Optics GmbH))를 사용하여 집중시켰다. 필름에 대한 레이저 손상을 최소화시키기 위해, f-세타 렌즈의 초점을 샘플의 표면 위 대략 0.5 mm에 위치시켰다. 레이저 빔을 검류계 스캐너로 조작하여, 각각의 레이저 조건에서 샘플 상에 노출된 라인의 2 mm x 2 mm 정사각형을 생성하였으며, 이때 개별 스캔 라인을 30 마이크로미터의 거리만큼 분리시켰다. 빔 폭도 또한 약 30 마이크로미터였고, 따라서 실질적으로 전체 2x2 mm 영역이 처리되거나 가공되었다.
패턴화된 필름 6a 내지 6d 각각의 경우, 많은 그러한 2x2 mm 정사각형 구역(각각의 다층 광학 필름의 열처리된 구역을 각각 구성함)을 레이저 출력 및 스캔 속도의 상이한 조합을 사용하여 형성하였으며, 이의 값이 아래의 표 G, H, I, 및 J에 열거된다. 이들 표에 열거된 출력 값은 서모파일(thermopile) 센서(미국 캘리포니아주 산타 클라라 소재의 코히런트 인크.(Coherent, Inc.)의 파워맥스(Powermax) PM10)로 측정된 바와 같은 평균 출력이다. 표 G 내지 J는 또한 기술어(descriptor) "약간/없음", "부분적", "완전", 및 "손상됨"을 사용하여 각각의 처리된 구역의 가시적 외양을 기술한다. 이와 관련하여, 소정 임계치 아래에서(예컨대, 아주 낮은 레이저 출력 및/또는 아주 빠른 스캔 속도에 대해), 다층 광학 필름은 처리된 구역에 걸쳐 반사력의 손실을 거의 또는 전혀("약간/없음") 보이지 않았다. 바꾸어 말하면, 처리된 구역의 반사 특성은 미처리된 필름의 반사 특성에 대해 변화를 거의 또는 전혀 보이지 않았다. 이 임계치 위에서, 반사율의 "부분적" 감소가 명백하였으며, 여기에서 처리된 구역의 반사 특성은 미처리된 필름의 그것과 상당히 상이하였지만, 여전히 상당한 반사(그리고 투과시 현저한 색)가 관찰되었다. 레이저 출력 및 스캔 속도의 다른 조합에서(아래의 표에 "완전"으로 라벨표기됨), 처리된 구역은 최소 반사율을 보였고, 육안으로 볼 때 실질적으로 투명하고 무색이었으며, 즉 처리된 구역은 다층 윈도우로서 거동하였다. 레이저 출력 및 스캔 속도의 또 다른 조합에서(아래의 표에 "손상됨"으로 라벨표기됨), 필름은 역시 처리된 구역에서 실질적으로 투명하고 무색이 되었지만, 기포 및 검게 탄 마크와 같은 결함을 보였다.
[표 G]
Figure pct00007
[표 H]
Figure pct00008
[표 I]
Figure pct00009
[표 J]
Figure pct00010
레이저 출력, 스캐닝 속도, 빔 형상, 및 염료 첨가량은 단열 조건 하에서 필름의 처리된 영역으로 전달되는 유효 에너지를 제공하도록 조합된다. 근사적인 또는 대체적인 레이저 공정 조건은 필름 구성, 배경 온도, 및 다양한 열 용량의 지식, 융해열, 및 융점의 사양과 함께 단열 조건을 가정하여 변환에 필요한 에너지를 결정함으로써 추정될 수 있다. 위에서 표 G 내지 J에 보고된 결과를 위해서, 레이저 출력에 염료 첨가량을 곱하고 스캔 속도로 나눈 것과 동일한 에너지 지수(Energy Factor)로 지칭되는 양을 평가하였다(빔 형상은 모든 처리된 구역에 대해 동일하였음). 이 지수를 다양한 처리된 구역의 외양과 비교함으로써, 에너지 지수와 외양 사이의 대략적 상관관계를 알아내었다. 표 G 내지 J의 처리된 구역의 다양한 관찰된 외양에 대한 에너지 지수((와트)(중량%)(초)/(mm) 단위)의 근사적 범위가 표 K에 제공된다:
[표 K]
Figure pct00011
본 명세서의 다른 부분에 언급된 바와 같이, 염료 용해도 한계 및 분해 역학을 포함하여, IR 흡수제 또는 다른 흡수제의 분산이 중요 고려사항일 수 있다. 분해되지 않은 염료 및 안료의 경우, 입자 크기 및 형상 분포가 중요할 수 있다. 예를 들어, 과도하게 큰 흡수 입자는 그 주위 필름 매트릭스에 대해 과열될 수 있어, 열화, 주름발생, 기포발생, 층 박리, 또는 다른 손상과 같은 필름 결함을 초래한다. 필름 청결도가 또한 중요할 수 있는데, 왜냐하면 표면과 매립된 먼지 및 유사한 미립자 물질이 또한 랜덤한 또는 예기치 않은 결함을 초래할 수 있기 때문이다. 다른 고려사항은 레이저원의 빔 형상 및 주파수(펄스식 공급원이 사용되면), 스캐닝 패턴, 필름의 장착(예컨대, 예를 들어 접착제로 또는 다른 수단에 의한 라미네이션에 의해 카드 또는 다른 기재 상에), 및 예컨대 필름 내의 다양한 열 전도도 및 필름으로부터의 열전달 계수에 의해 제어되는 바와 같은 열전달을 포함한다. 따라서, 표 G 내지 J의 샘플에 걸친 에너지 지수의 범위가 표 K의 다양한 결과에 대해 중복되는 것은 놀라운 일이 아니다.
다층 광학 필름 9, 및 패턴화된 필름 7
주조 웨브 2 및 3과 유사한 주조 웨브를 이 새로운 주조 웨브가 주조 휠의 속도를 변화시킴으로써 대략 420 마이크로미터의 두께를 갖는 점을 제외하고는, 실질적으로 위의 표 B에 기술된 바와 같이 제조하였다(따라서 151개 층, PENGb 및 coPEN 55/45 HD의 교번 재료, 및 1 중량% 첨가량의 에포라이트™ 4121을 포함함). 이 주조 웨브로부터 다층 광학 필름 9를 x-방향 및 y-방향 둘 모두로 100%/초의 초기 변형률을 사용한 점을 제외하고는, 위의 다층 광학 필름 5의 그것(표 D 참조)과 유사한 조건 하에서 웨브를 이축 신장시킴으로써 제조하였다(동시 이축 신장). 결과적으로 생성된 복굴절성 다층 광학 필름 9는 반사 미러 필름에 근 IR의 반사 밴드를 제공하였다. 필름 9는 실질적으로 투명하고 거의 무색이었지만, 백색 배경 하에서 투과된 광에서 수직 입사에서 볼 때 약간 담홍색 색조를 가졌다. 경사-각도 관찰을 제공하기 위해 필름을 틸팅함으로써, 투과된 광에서 청록색 색이 관찰되었다. 따라서, 필름 9는 사실상 미국 특허 제6,045,894호(존자 등)에 기재된 바와 같은 이른바 "투명으로부터 청록색으로의(clear-to-cyan)" 필름을 예시하였다. 이어서, 필름 9를 투명 폴리카르보네이트(마크롤론(Makrolon™)) 사이에 라미네이트하였고, 또한 백색 마크롤론™ 시트로 배킹하여 백색 카드 배킹 라미네이트 구조체를 형성하였다.
전술된 라미네이트 구조의 다층 광학 필름 9를 70 MHz 펄스율을 갖는 800 nm에 맞추어진 마이크라 초고속 발진기 레이저를 사용하여, 위의 패턴화된 필름 5와 유사하게 레이저 처리하였다. 다층 광학 필름 9의 레이저 처리된 이형물이 본 명세서에서 패턴화된 필름 7로 지칭된다. 레이저는 870 mW의 평균 출력 및 약 30 마이크로미터의 빔 반경을 가졌다. 필름을 120 내지 50 mm/초의 다양한 스캔 속도에서 약 0.25 제곱 cm의 면적에 걸쳐 20 마이크로미터 이격된 일련의 라인 스윕에 의해 스캔하였다. 처리된 영역의 반사율은 스캔 속도가 120으로부터 50 mm/초로 감소됨에 따라 점진적으로 감쇠되었다. 80 mm/초에서, 처리된 영역은 눈에 띄게 투명하였다. 수직 입사에서, 처리된 영역의 기록은 희미한 담홍색-색조의 배경 하에서 쉽게 식별할 수 없었다. 경사진 비-수직 각도에서 볼 때, 배경(패턴화된 필름 7의 미처리된 구역)은 색이 청록색이 된 반면, 처리된 영역(처리된 구역, 특히 80 mm/초의 스캔 속도를 사용하여 처리된 구역)은 실질적으로 투명하게 유지되었으며, 이는 기록된 패턴(즉, 처리된 구역)을 쉽게 볼 수 있게 그리고 쉽게 식별할 수 있게 하는 청록색 배경과 우수한 대조를 제공하였다. 내부 패터닝의 다른 실시예에서, 선택적 레이저 처리를 사용하여 필름 내에 영숫자 문자 형태로 처리된 구역을 생성하였다. 이러한 구역은 역시 수직 각도 관찰의 경우 쉽게 식별할 수 없었지만, 청록색 배경 하에서 문자-형상의 구역의 실질적으로 무색의 외양으로 인해 경사 각도 관찰의 경우 쉽게 식별할 수 있었다. 이 방식으로, 이름 및 주소가 비-수직 관찰 각도에서 명확하게 보이도록 이들이 다층 광학 필름의 내부 층 내에 기록될 수 있었다.
다층 광학 필름 10, 및 패턴화된 필름 8
다른 151-층 주조 웨브를 추후-제조되는 다층 광학 필름의 반사 밴드를 보다 긴 광학 파장으로 편이시키기 위해 이 새로운 주조 웨브에 약간 더 큰 두께를 제공하도록 주조 휠 속도를 조절한 점을 제외하고는, 전술된 주조 웨브 4d(다층 광학 필름 8d 및 패턴화된 필름 6d를 제조하는 데 사용됨)와 동일한 방식으로 제조하였다. 이어서, 이 새로운 주조 웨브를 실질적으로 다층 광학 필름 8d와 동일한 방식으로 신장시켜, 수직 입사시 스펙트럼의 근 IR 부분에 대부분 배치되는 미러-유사 반사 밴드를 갖는 다층 광학 필름을 제공하였다. 본 명세서에서 다층 광학 필름 10으로 지칭되는 이 필름은 수직 입사시 단지 약간의 청록색 색조를 보였고, 경사 입사시 진한 청록색이 되었다. 따라서, 다층 광학 필름 10은 미국 특허 제6,045,894호(존자 등)에 기재된 바와 같은 이른바 "투명으로부터 청록색으로의" 필름에 아주 근사하다.
이어서, 필름 10을 동일한 레이저 구성을 사용하여 패턴화된 필름 6a 내지 6d와 유사하게 처리하였고, 결과적으로 생성된 레이저-처리된 필름은 본 명세서에서 패턴화된 필름 8로 지칭된다. 감소된 반사율의 처리된 영역 또는 구역을 제공하기 위해 레이저 출력 및 스캔 속도 세팅을 즉시 조절하였다. 수직 입사에서, 처리된 구역은 단지 약간만 식별할 수 있었다. 비-수직 각도에서(경사 각도에서) 볼 때, 배경은 진한 청록색이 되고, 처리된 영역은 실질적으로 무색으로 유지되어, 기록된 패턴을 명확하게 디스플레이하였다.
다층 광학 필름 11, 및 패턴화된 필름 9
아마플라스트™ IR-1050 염료(미국 조지아주 애틀랜타 소재의 컬러켐으로부터 입수가능함)가 아마플라스트™ IR-1000 염료를 대체한 점을 제외하고는, 전술된 다층 광학 필름 10과 유사한 다층 광학 필름을 제조하였다. 따라서, 본 명세서에서 다층 광학 필름 11로 지칭되는 연신된 필름은 미국 특허 제6,045,894호(존자 등)에 기재된 바와 같은 이른바 "투명으로부터 청록색으로의" 필름을 예시하였다.
이어서, 필름을 실질적으로 동일한 레이저 구성을 사용하여 패턴화된 필름 6a 내지 6d와 관련하여 수행된 바와 같이 레이저 처리를 사용하여 내부 패턴화하였다. 다층 광학 필름 11을 사용하여 제조된, 이 새로이 패턴화된 필름은 본 명세서에서 패턴화된 필름 9로 지칭된다. 레이저 처리는 감소된 반사율의 처리된 영역 또는 구역을 형성하였다. 수직 입사에서, 기록(처리된 구역)은 단지 약간만 식별할 수 있었다. 비-수직 각도에서 볼 때, 패턴화된 필름 9의 배경 또는 미처리된 부분은 청록색으로 보인 반면, 처리된 영역은 실질적으로 무색으로 유지되어, 기록된 패턴을 명확하게 디스플레이하였다.
패턴화된 필름 1 내지 9를 모두 다층 광학 필름의 처리된 구역에 어떠한 선택적 힘 또는 압력도 인가하지 않고서 레이저 처리를 사용하여 그들 처리된 구역에 열을 선택적으로 전달함으로써 제조하였다. 이들 경우 각각에서, 레이저 처리는 다층 광학 필름의 미처리된 부분의 반사 특성과 상이한 변화된 반사 특성을 제공하기 위해 필름 내부의 미세층의 복굴절을 감소시키는 데 효과적이었고, 이 변화된 반사 특성은 처리된 구역의 다층 광학 필름의 두께의 임의의 변화에 실질적으로 기인하지 않았다.
본 발명은, 처리에 적합하거나 처리되었던 적어도 하나의 미세층 스택을 하나 이상의 처리된 구역에서 임의의 원하는 패턴 또는 디자인으로 포함하는 다층 광학 필름을 포함하며, 이 처리된 구역은 스택을 구성하는 미세층들 중 적어도 일부의 감소된 복굴절, 및 이 감소된 복굴절과 관련되는 변화된 반사 특성에 의해 특징지어진다. 처리의 정도, 및/또는 복굴절 감소의 정도는 모든 처리된 영역에서 동일할 수 있거나, 또는 그것은 상이할 수 있다. 예를 들어, 스택은, 미처리되고 제1 복굴절 정도와 관련된 제1 반사 특성을 갖는 하나 이상의 제1 영역 또는 구역을 구비할 수 있다. 스택은 또한 제2 처리 정도, 제2 반사 특성, 및 제2 복굴절 정도를 갖는 하나 이상의 제2 영역 또는 구역을 구비할 수 있다. 스택은 또한 제3 처리 정도, 제3 반사 특성, 및 제3 복굴절 정도를 갖는 하나 이상의 제3 영역 또는 구역을 구비할 수 있으며, 이는 제한 없이 계속된다. 스택의 제1, 제2, 제3 등의 구역 또는 영역은 임의의 원하는 방식으로 배열될 수 있다. 미처리된 제1 구역으로부터 완전히 처리된 제2 구역으로의 전이는 공간적으로 급격하거나 점진적일 수 있다. 점진적이면, 제1 구역과 제2 구역 사이의 필름의 영역은 중간 수준의 처리를 받는 제3, 제4 등의 구역으로서 특징지어질 수 있다.
본 출원의 교시는 본 명세서에 참고로 포함되는 다음의 공동 양도된 출원의 임의의 것 또는 그 모두의 교시와 함께 사용될 수 있다: 2008년 12월 22일자로 출원된 미국 가출원 제61/139,736호, "공간 선택적 복굴절 감소를 사용한 내부 패턴화된 다층 광학 필름(Internally Patterned Multilayer Optical Films Using Spatially Selective Birefringence Reduction)"; 2009년 3월 6일자로 출원된 미국 가출원 제61/157,996호, "병치된 미러/편광기 구역을 구비한 다층 광학 필름(Multilayer Optical Films Having Side-by-Side Mirror/Polarizer Zones)"; 및 2009년 3월 6일자로 출원된 미국 가출원 제61/158,006호, "2-레벨 내부 패터닝에 적합한 다층 광학 필름(Multilayer Optical Films Suitable for Bi-Level Internal Patterning)".
본 출원의 교시는 본 명세서에 참고로 포함되는, 본원과 동일자로 출원된 다음의 공동 양도된 출원의 임의의 것 또는 그 모두의 교시와 함께 사용될 수 있다: 국제 출원 제PCT/US2009/XXXXXX호(대리인 사건 번호 제65037WO003호), "병치된 미러/편광기 구역을 구비한 다층 광학 필름(Multilayer Optical Films Having Side-by-Side Mirror/Polarizer Zones)"; 국제 출원 제PCT/US2009/XXXXXX호(대리인 사건 번호 제65038WO003호), "2-레벨 내부 패터닝에 적합한 다층 광학 필름(Multilayer Optical Films Suitable for Bi-Level Internal Patterning)"; 국제 출원 제PCT/US2009/XXXXXX호(대리인 사건 번호 제65848WO002호), "다수의 복굴절성 층을 구비한 내부 패턴화된 다층 광학 필름(Internally Patterned Multilayer Optical Films With Multiple Birefringent Layers)"; 및 국제 출원 제PCT/US2009/XXXXXX호(대리인 사건 번호 제65849WO002호), "병치된 편광기/편광기 구역을 구비한 다층 광학 필름(Multilayer Optical Films Having Side-by-Side Polarizer/Polarizer Zones)".
달리 지시되지 않는 한, 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 양, 특성의 측정치 등을 표현하는 모든 숫자는 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 명세서 및 특허청구범위에 기술된 수치적 파라미터는 본 출원의 교시를 이용하는 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다. 특허청구범위의 범주에 대한 등가물의 원칙의 적용을 제한하려고 시도함이 없이, 각각의 수치적 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 수의 관점에서 그리고 통상의 반올림 기법을 적용하여 해석되어야 한다. 본 발명의 넓은 범주를 기술하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 임의의 수치 값이 본 명세서에 설명된 특정 예에 기술되는 한, 이들은 가능한 한 합리적으로 정확히 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 시험 또는 측정 한계와 관련된 오차를 분명히 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 변형 및 변경은 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에게 자명하게 될 것이며, 본 발명이 본 명세서에 나타낸 예시적인 실시 형태로 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 본 명세서에 언급된 모든 미국 특허, 특허 출원 공보와, 기타 특허 및 특허외 문헌은, 그들이 전술한 개시 내용과 상반되지 않는 한, 참고로 포함된다.

Claims (33)

  1. 다층 광학 필름으로서,
    광을 보강 또는 상쇄 간섭(constructive or destructive interference)에 의해 선택적으로 반사하도록 배열되고, 필름의 제1 구역으로부터 이웃한 제2 구역으로 연장되는, 복수의 내부 층을 포함하며,
    제1 구역에서, 필름은 제1 두께를 갖고, 복수의 층은 제1 반사 특성을 제공하며,
    제2 구역에서, 필름은 제2 두께를 갖고, 복수의 층은 제1 반사 특성과 상이한 제2 반사 특성을 제공하며,
    제1 반사 특성과 제2 반사 특성 사이의 차이는 제1 두께와 제2 두께 사이의 임의의 차이에 실질적으로 기인하지 않는 필름.
  2. 제1항에 있어서, 제1 반사 특성은 주어진 입사 기하학적 구조에서 제1 반사 밴드를 포함하고, 제2 반사 특성은 주어진 입사 기하학적 구조에서 제2 반사 밴드를 포함하며, 제2 반사 밴드는 제1 반사 밴드에 대해 스펙트럼 편이(spectral shift)를 거의 또는 전혀 갖지 않지만, 제2 반사 밴드는 제1 반사 밴드와 실질적으로 상이한 피크 반사율(peak reflectivity)을 갖는 필름.
  3. 제2항에 있어서, 제2 반사 밴드는 제1 반사 밴드에 대해 10% 이하의 파장의 스펙트럼 편이를 갖고, 제2 반사 밴드의 피크 반사율은 제1 반사 밴드의 피크 반사율과 적어도 10%만큼 상이한 필름.
  4. 제2항에 있어서, 제2 반사 밴드는 제1 반사 밴드에 대해 10% 이하의 파장의 스펙트럼 편이를 갖고, 제2 반사 밴드의 피크 반사율은 제1 반사 밴드의 피크 반사율과 적어도 20%만큼 상이한 필름.
  5. 제1항에 있어서, 제1 두께와 제2 두께는 실질적으로 동일한 필름.
  6. 제5항에 있어서, 필름은 제1 구역에 걸쳐 두께 변동 Δd를 보이고, 제1 두께는 제1 구역의 평균 두께이며, 제2 두께는 제1 두께와 Δd 이하만큼 상이한 제2 구역의 평균 두께인 필름.
  7. 제1항에 있어서, 제1 반사 특성은 주어진 입사 방향, 주어진 파장 및 주어진 편광 상태를 갖는 주어진 입사 광 빔에 대한 제1 반사율을 포함하고, 제2 반사 특성은 상기 주어진 입사 광 빔에 대한 제2 반사율을 포함하며, 제2 반사율은 제1 반사율과 실질적으로 상이한 필름.
  8. 제1항에 있어서, 제1 반사 특성은 편광 상태의 함수로서 실질적으로 변화하는 수직 입사 광에 대한 반사율을 포함하고, 제2 반사 특성은 편광 상태에 실질적으로 덜 의존하는 수직 입사 광에 대한 반사율을 포함하는 필름.
  9. 제1항에 있어서, 복수의 내부 층은 광학 반복 유닛들로 배열되는 미세층들의 적어도 하나의 스택을 포함하고, 각각의 광학 반복 유닛은 제1 구역에서는 복굴절성이고 제2 구역에서는 덜 복굴절성이거나 등방성인 제1 미세층을 포함하는 필름.
  10. 제9항에 있어서, 각각의 광학 반복 유닛은 제1 및 제2 구역 둘 모두에서 등방성인 제2 미세층을 추가로 포함하는 필름.
  11. 제1항에 있어서, 복수의 내부 층은 광학적으로 두꺼운 층에 의해 서로로부터 분리되는 미세층들의 제1 및 제2 스택을 포함하고, 각각의 스택의 미세층들은 광학 반복 유닛들로 배열되는 필름.
  12. 제11항에 있어서, 제1 스택 내의 광학 반복 유닛들 각각은 제1 구역에서는 복굴절성이고 제2 구역에서는 덜 복굴절성이거나 등방성인 제1 미세층을 포함하고, 제2 스택은 제1 구역에 대해 제2 구역에서 실질적으로 변화되지 않는 필름.
  13. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 구역은 표지(indicia)를 한정하는 필름.
  14. 추가의 필름에 부착되는 제1항의 필름을 포함하는 광학체(optical body).
  15. 제14항에 있어서, 제2 반사 특성은 윈도우-유사(window-like) 특성이고, 추가의 필름은 편광기를 포함하는 광학체.
  16. 제15항에 있어서, 제1 반사 특성은 미러 또는 편광기 특성인 광학체.
  17. 다층 광학 필름으로서,
    광을 보강 또는 상쇄 간섭에 의해 선택적으로 반사하도록 배열되고, 필름의 제1 구역으로부터 이웃한 제2 구역으로 연장되는, 복수의 내부 층을 포함하며,
    층들 중 적어도 일부는 제2 구역에 대해 제1 구역에서 상이한 양의 복굴절을 보이며,
    복수의 층은 실질적으로 상이한 복굴절의 결과로서 각각 제1 및 제2 구역에서 상이한 제1 및 제2 반사 특성을 보이는 필름.
  18. 제17항에 있어서, 필름은 제1 구역에서 제1 두께 및 제2 구역에서 제2 두께를 갖고, 제1 반사 특성과 제2 반사 특성 사이의 차이는 제1 두께와 제2 두께 사이의 임의의 차이에 실질적으로 기인하지 않는 필름.
  19. 추가의 필름에 부착되는 제17항의 필름을 포함하는 광학체.
  20. 제19항에 있어서, 제2 반사 특성은 윈도우-유사 특성이고, 추가의 필름은 편광기를 포함하는 광학체.
  21. 제20항에 있어서, 제1 반사 특성은 미러 또는 편광기 특성인 광학체.
  22. 패턴화된 다층 광학 필름을 제조하는 방법으로서,
    광의 보강 또는 상쇄 간섭과 관련되는 제1 반사 특성을 제공하도록 배열되는 복수의 내부 층 - 상기 내부 층들은 필름의 제1 구역으로부터 이웃한 제2 구역으로 연장되고, 상기 제1 및 제2 구역 각각은 제1 반사 특성을 보임 - 을 포함하는 다층 광학 필름을 제공하는 단계;
    제2 구역이 역시 광의 보강 또는 상쇄 간섭과 관련되지만 제1 반사 특성과 상이한 제2 반사 특성을 보이게 하기에 충분한 양으로 필름을 제2 구역에서 선택적으로 가열하는 단계 - 상기 선택적 가열은 제2 구역에서 필름의 두께의 임의의 실질적인 감소 없이 가해짐 - 를 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 선택적 가열은 레이저 광을 필름의 제2 구역의 적어도 일부분으로 지향시키는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제22항에 있어서, 제1 반사 특성은 입사각의 함수로서 파장이 편이되는 반사 밴드를 포함하고, 선택적 가열은 광을 경사 입사각으로 지향시키는 단계를 포함하는 방법.
  25. 제22항에 있어서, 제1 반사 특성은 주어진 입사각에서 가시 스펙트럼의 적어도 일부분에 걸쳐 연장되는 반사 밴드를 포함하고, 선택적 가열은 적어도 325 nm의 파장을 갖는 광을 필름의 제2 구역의 적어도 일부분으로 지향시키는 단계를 포함하는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 지향된 광은 스펙트럼의 근적외선 부분의 파장을 갖는 방법.
  27. 제17항에 있어서, 레이저 광은 제2 구역보다 작은 필름 상의 스폿(spot) 크기로 국한되고, 선택적으로 가열하는 단계는 제1 구역의 외양과 상이한 실질적으로 균일한 외양을 제2 구역에서 필름에 제공하기 위해 제2 구역 내에서 레이저 광을 스캐닝하는 단계를 포함하는 방법.
  28. 패턴화된 다층 광학 필름을 제조하는 방법으로서,
    광을 보강 또는 상쇄 간섭에 의해 선택적으로 반사하도록 광학 반복 유닛들로 배열되는 복수의 내부 층 - 상기 층들은 필름의 제1 구역으로부터 이웃한 제2 구역으로 연장되고, 상기 광학 반복 유닛들 중 적어도 일부 각각은 제1 및 제2 구역 둘 모두에서 복굴절성인 제1 층을 포함함 - 을 포함하는 다층 광학 필름을 제공하는 단계;
    제1 구역의 제1 층의 복굴절을 유지시키면서 제2 구역의 제1 층의 복굴절을 감소시키거나 제거하기에 충분한 양으로 필름을 제2 구역에서 선택적으로 가열하는 단계 - 상기 가열은 제2 구역의 층들의 구조적 완전성을 유지시키기에 충분히 낮고, 상기 가열은 제2 구역에 대한 압력의 임의의 선택적 인가 없이 가해짐 - 를 포함하는 방법.
  29. 다층 광학 필름으로서,
    제1 반사 특성을 제공하기 위해 광을 보강 또는 상쇄 간섭에 의해 선택적으로 반사하도록 배열되는 복수의 내부 층을 포함하며,
    복수의 내부 층은 제1 재료로 구성되는 제1 세트의 층 및 제1 재료와 상이한 제2 재료로 구성되는 제2 세트의 층을 포함하고, 제1 세트의 층 및 제2 세트의 층 중 적어도 하나는 복굴절성이며,
    필름은 복수의 내부 층의 구조적 완전성을 유지시키면서 내부 층들 중 적어도 일부의 복굴절을 변화시키기에 충분하게, 필름이 적합한 광 빔으로 조사되는 것에 응답하여, 내부 층들을 가열하도록 맞추어진 흡수 특성을 갖고, 이러한 복굴절의 변화는 제1 반사 특성을 상이한 제2 반사 특성으로 변화시키기에 충분한 필름.
  30. 제29항에 있어서, 제1 재료는 제1 중합체 및 흡수 염료 또는 안료를 포함하는 필름.
  31. 제30항에 있어서, 흡수 염료 또는 안료는 700 nm 초과의 파장에서 광을 우선적으로 흡수하는 필름.
  32. 제29항에 있어서, 제1 반사 특성은 실질적으로 미러, 편광기, 또는 윈도우 특성 중 하나이고, 제2 반사 특성은 실질적으로 미러, 편광기, 또는 윈도우 특성 중 상이한 하나인 필름.
  33. 추가의 필름에 부착되는 제29항의 필름을 포함하는 광학체.
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