KR20110117688A - 내부 정합성 층을 구비한 광학 필름 및 이 필름을 제조하는 방법 - Google Patents

내부 정합성 층을 구비한 광학 필름 및 이 필름을 제조하는 방법 Download PDF

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레이몬드 피 존스톤
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Abstract

복제된 필름을 제조하기 위한 공-압출 방법이 개시된다. 방법은 적어도 3개의 재료를 제공하는 단계 및 이들을 닙 롤과 구조화된 롤 사이에서 공-압출하는 단계를 포함한다. 재료는 배면 층 재료, 코어 층 재료, 및 복제 층 재료를 포함한다. 구조화된 롤은 복제된 층 상으로 복제되는 표면 구조체를 갖고, 코어 층은 복제된 층과 정합하는 내부 정합성 층이다.

Description

내부 정합성 층을 구비한 광학 필름 및 이 필름을 제조하는 방법{OPTICAL FILMS WITH INTERNALLY CONFORMABLE LAYERS AND METHOD OF MAKING THE FILMS}
중합체 공-압출은 일반적 기술이고, 능동 디스플레이 장치(active display device), 정적 디스플레이 장치(static display device), 예컨대 그래픽 표지판(graphic sign), 고상 조명(solid state lighting) 등에 사용되는 광학 필름과 같은 많은 중합체 필름 응용에 이용된다. 공-압출 공정은 공-압출 공정 동안 필름의 하나의 표면 내에 구조를 부여하기 위해 구조화된 롤을 사용한다. 그러나, 원하는 복제 충실도(replication fidelity)를 얻기 어려울 수 있으며, 이는 필름 상의 구조가 롤 상의 구조와 적절하게 대응하지 않는다는 것을 의미한다. 또한, 광학 필름을 제조하기 위한 공-압출 공정은 전형적으로 고가의 중합체 재료를 사용하여, 생성되는 필름의 비용을 증가시킨다.
따라서, 필름을 제조하기 위한 개선된 공-압출 공정 및 광학 필름과 같은 개선된 복제 필름에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명에 부합하는 광학 필름을 제조하기 위한 공-압출 방법은 적어도 2개의 재료를 제공하는 단계 및 이들을 닙 롤(nip roll)과 구조화된 롤 사이에서 공-압출하는 단계를 포함한다. 광학 필름은 코어 층 재료 및 복제된 층 재료를 포함한다. 구조화된 롤은 복제된 층 상으로 복제되는 표면 구조체를 갖고, 코어 층은 복제된 층과 정합하는 내부 정합성 층이다. 필름은 선택적으로 복제된 층에 대향하는 면에서 코어 층에 인접하는 배면(backside) 층 재료를 포함할 수 있다. 배면 층은 선택적으로 복제된 표면 구조체를 가질 수 있다.
첨부 도면은 본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 이점 및 원리를 설명한다.
<도 1>
도 1은 내부 정합성 층을 공-압출 생성하기 위한 시스템의 도면.
<도 2>
도 2는 복제된 필름 구성의 측면도.
<도 3>
도 3은 복제된 층 상에 둥근 피크 및 코어 층 상에 뾰족한 피크를 갖는 복제된 필름 구성의 측면도.
<도 4>
도 4는 복제된 층 및 코어 층 둘 모두 상에 둥근 피크를 갖는 복제된 필름 구성의 측면도.
<도 5>
도 5는 오프셋(offset)을 갖는 공구 패턴의 평면도.
본 발명의 실시 형태는 필름 물품 및 이 필름을 제조하기 위한 관련 공-압출 공정에 관한 것이며, 여기서 필름의 내부 또는 코어 층은 필름의 하나의 또는 양 외부 표면 상의 복제된 구조체에 정합한다. 내부 구조체는 외부 복제된 구조체와 자동으로 정렬되고, 내부 층이 필름의 평면에 실질적으로 평행한 필름에 비해 필름의 광학 또는 다른 특성에 영향을 줄 수 있다. 재료, 처리 파라미터, 및 복제되는 구조를 변동시킴으로써, 공-압출 공정은, 소정 범위의 필름에 대해 조정가능한 광학 특성을 생성하고 필름의 성능을 개선하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 코어 중합체의 굴절률 또는 외부 구조체 내로의 코어 층의 침투 깊이가 변동될 수 있다.
도 1은 내부 정합성 층을 공-압출 생성하기 위한 시스템(10)의 도면이다. 시스템(10)은 배면 층 재료(14), 코어 층 재료(16), 및 복제 층 재료(18)를 수용하기 위한 압출 다이(12)를 포함한다. 압출 다이(12)는 3개의 재료를 닙 롤(20)과 구조화된 롤(22) 사이에서 공-압출하여, 필름(24)을 생성한다. 임의의 수의 공-압출 층이 사용될 수 있으며, 이는 필름 내의 구배화된(graduated) 광학적 또는 물리적 특성과 같은 소정의 이점을 제공할 수 있다. 본 명세서에 마치 완전히 기재된 것처럼 참고로 포함되는 미국 특허 제6,767,492호에 공-압출을 수행하기 위한 장치가 기술되어 있다.
도 2는 공-압출 공정으로부터 형성된 복제된 필름(24)의 구성의 측면도이다. 필름(24)은 배면 층(30), 복제된 층(26), 및 내부 정합성 코어 층(28)을 포함한다. 복제된 층(26)은 구조화된 롤(22)에 의해 생성되고, 롤(22) 상의 구조체로부터 복제된 내부 및 외부 구조화된 표면을 갖는다. 복제된 층(26)을 생성하는 공정은 또한 복제된 층(26)의 배면에 정합하는 내부 정합성 층(28)을 생성한다. 따라서, 닙 롤(20) 및 구조화된 롤(22)은 구조체가 복제된 층(26) 내에 복제될 뿐만 아니라 코어 층을 위한 내부 정합성 층(28)을 생성하도록 위치된다. 내부 정합성 층의 사용은 복제된 층(26)의 더 우수한 복제 충실도로 귀결되고, 또한 코어 층의 더 큰 체적 및 복제된 층의 더 작은 체적으로 귀결되어, 전형적으로 복제된 층을 위한 재료가 코어 층을 위한 재료보다 더 많은 비용을 소요할 수 있으므로 더 낮은 비용을 제공한다. 적절한 수지를 사용함으로써, 내부 정합성 층은 또한 필름의 개선된 열 안정성을 제공하고, 복제된 층을 위한 더 강성의 내부 지지 구조체를 형성함으로써 복제된 층의 손상에 대한 더 우수한 저항성을 제공할 수 있다.
도 3 및 도 4는 각각 다른 복제된 필름(32, 36)의 예의 측면도이다. 필름(32)은 배면 층(35), 뾰족한 피크를 갖는 코어 층(34), 및 그 외부 표면 상에 둥근 피크를 갖는 복제된 층(33)을 포함한다. 필름(36)은 배면 층(39), 둥근 피크를 갖는 코어 층(38), 및 그 외부 표면 상에 둥근 피크를 갖는 복제된 층(37)을 포함한다. 필름(32, 36)에 도시된 구조체들의 조합에 더하여, 코어 층 및 복제된 층은 각각 독립적으로 뾰족한 피크 또는 둥근 피크를 가질 수 있다. 필름(32, 36)은 전술된 공정을 사용하여 제조될 수 있다.
공구 구조에 따라, 배면, 복제된 층, 및 코어 층은 다양한 복제된 패턴 또는 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 층들은 프리즘들, 홈들, 교차하는 프리즘들 또는 홈들, 광학 마이크로렌즈들, 또는 다른 개별 미세구조체들을 포함할 수 있다. 이들 특징부는 사실상 순서대로 배열되거나, 무작위로 배열되거나, 의사-무작위(pseudo-random)로 배열될 수 있다. 임의의 층은 하기와 같은 하나 이상의 추가 코팅 또는 첨가제를 가질 수 있다: UV 흡수제; UV 안정제; 정전기 소산 첨가제(static dissipative additive); 또는 광학 증강제(optical enhancer). 또한, 필름의 외부 표면은 공구 롤에 적용되는 감색(subtractive), 가색(additive), 또는 치환(displacement) 공정에 의해 생성되는 무광택 표면(matte surface)을 가질 수 있다. 고정된 연마 매체 처리, 표면 토포그래피(topography)의 전착(electro-deposition), 또는 이완된 매체 충돌(loose media impact)(비드 블래스팅(bead blasting))이 이들 3가지 공정의 각각의 예이다.
복제된 구조체의 높이에 대한 복제된 층의 두께의 비는 내부 정합성 코어 층이 복제된 층에 정합하는 정도를 결정한다. 필름의 구조화된 부분이 복제된 층으로 거의 완전히 구성되도록 하는 두께를 갖는 복제된 층은 본질적으로 평탄한 내부 정합성 층을 구비한 필름을 생성할 것이다. 얇은 복제된 층은, 필름 구조체 내로 광범위하게 연장하고 그 구조체와 더 밀접하게 정합하는 내부 코어 층을 생성할 것이다.
배면 층 및 복제된 층이 동일한 재료 및 대략 동일한 두께를 갖도록 공-압출된 필름이 그 중간-평면에 대해 대칭인 것이 일반적으로 유리하다. 이 대칭성은 최종 필름에서 내부 응력을 평형시키거나 평형되지 않은 응력을 감소시켜 말림 현상(curling)을 감소시키고, 그것은 또한 다이로부터의 필름의 압출을 돕는다. UV 흡수제, 정전기 방지제, 착색제 및 기타와 같은 첨가제가 첨가될 때, 또는 접착 코팅을 배면 층에 부가하는 것과 같은 후속 공정이 적용될 때, 배면 층 및 복제된 층을 위한 상이한 재료를 갖는 필름이 유리할 수 있다.
필름(24)의 다양한 층들은 굴절률 정합될 수 있다. 맞춤화된 특성은 어떤 층에 성능 향상 첨가제가 첨가될 수 있는지를 선택함으로써 달성될 수 있다. 또한, 배면 층(30)은 UV 흡수제를 포함할 수 있고, 복제된 층(26)은 정전기-방지 재료 또는 코팅을 포함할 수 있다. 대안적으로, 다른 층은 UV 흡수제 또는 정전기-방지 재료 또는 코팅을 포함할 수 있다. 다른 코팅이 또한 필름에 적용될 수 있다. 배면 층은 대안적으로 무광택 확산기로서 기능하도록 설계될 수 있다. 배면 층은 또한 박리가능한 스킨 층(strippable skin layer)으로서 형성될 수 있다. 프리마스크(premask)가 또한 필름의 어느 한 면 또는 양 외부 표면에 부가될 수 있다. 다양한 층을 위한 재료는 바람직하게는 디스플레이 장치용 광학 필름으로서의 복제된 필름의 사용을 위해 투명하거나 실질적으로 투명하다.
복제된 층으로서 사용될 수 있는 중합체는 하기를 포함한다: 스티렌 아크릴로니트릴 공중합체; 스티렌(메트)아크릴레이트 공중합체; 폴리메틸메타크릴레이트; 폴리카르보네이트; 스티렌 말레산 무수물 공중합체; 유핵(nucleated) 반-결정질 폴리에스테르; 폴리에틸렌나프탈레이트의 공중합체; 폴리이미드; 폴리이미드 공중합체; 폴리에테르이미드; 폴리스티렌; 신디오닥틱 폴리스티렌; 폴리페닐렌 옥사이드; 환형 올레핀 중합체; 및 아크릴로니트릴, 부타디엔, 및 스티렌의 공중합체. 하나의 바람직한 중합체는 이네오스 에이비에스 (유에스에이) 코포레이션(Ineos ABS (USA) Corporation)으로부터 입수가능한 루스트란(Lustran) SAN 스파클(Sparkle) 재료이다.
코어 층을 위한 중합체는 폴리카르보네이트, 폴리-메틸메타크릴레이트, 및 폴리-아크릴로니트릴-부타디엔 스티렌을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 이들 중합체는 주로 일부 중합체에 비해 그들의 높은 굴곡 탄성률, 열 안정성, 및 상대적으로 낮은 비용으로 인해 선택된다. 하나의 바람직한 중합체는 바이엘 코포레이션(Bayer Corporation)으로부터 입수가능한 마크롤론(Makrolon) 폴리카르보네이트 재료이다.
배면 층에 사용될 수 있는 중합체는 하기를 포함한다: 폴리카르보네이트; 폴리에스테르; 폴리카르보네이트 및 폴리에스테르의 블렌드; 스티렌의 공중합체; 아크릴로니트릴, 부타디엔, 및 스티렌의 공중합체; 스티렌과 알켄-중합된 중간블록(midblock)의 블록 공중합체; 산 및/또는 무수물 작용화된 폴리올레핀; 및 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌의 공중합체.
도 5는 오프셋(offset)을 갖는 공구 패턴의 평면도이다. 롤(40)은, 예를 들어 선형 프리즘들, 교차된 프리즘들, 렌즈렛들(lenslets), 마이크로렌즈들, 및 개별 또는 상호연결된 구조체들과 같은 표면 구조체를 포함한다. 롤(40)은 구조화된 롤(22)에 대응하고, 이 예에서, 두 방향으로 구조체를 포함한다. 특히, 롤(40)은 웨브 하류(down web) 위치로 제1 구조체(42) 및 웨브 횡단(cross web) 방향으로 제2 구조체(44)를 포함한다. 구조체(42, 44)는, 예를 들어 홈들, 또는 롤(40)의 표면으로부터 돌출하거나 그 내로 만입되는 임의의 다른 표면 구조체를 포함할 수 있다. 웨브 횡단 구조체(44)는 이 예에서 롤(40)의 축으로부터의 소정 각도(46)의 오프셋을 포함한다. 오프셋 각도는 바람직하게는 롤 축으로부터 대략 10°, 더 바람직하게는 대략 15°이다. 오프셋은 공-압출된 재료가 공-압출 공정에서 구조화된 롤 패턴을 더 쉽게 충전할 수 있게 하여, 필름 내에서의 더 우수한 복제 충실도로 귀결된다. 이 예에서, 웨브 하류 방향으로의 구조체(42)는 고속 공구 서보(fast tool servo)를 사용하여 롤(40) 내에 형성되고, 웨브 횡단 방향으로의 구조체(44)는 동기 플라이커팅(synchronous flycutting)을 사용하여 롤(40) 내에 형성된다. 두 방향으로 구조체를 갖는 공구를 제조하기 위한 방법은 본 명세서에 마치 완전히 기재된 것처럼 참고로 포함되고 본 출원과 동일자로 출원된, 발명의 명칭이 "가변 프리즘형 구조화된 표면을 구비한 광학 필름을 제조하기 위한 방법(Method for Making an Optical Film Having a Variable Prismatic Structured Surface)"인, 디. 에네스(D. Ehnes) 등의 미국 특허 출원에 기술되어 있다.
[실시예]
실시예 1
25.4 ㎝ (10 인치) 폭 3-매니폴드 압출 다이(익스트루젼 다이즈, 인크.(Extrusion Dies, Inc)에 의해 제작됨)를 사용하여 닙 롤과 구조화된 공구 롤 사이의 닙 내로 3-층 필름을 압출하였다. 구조화된 공구 롤은 그의 구조체로서 롤의 원주 둘레로 배향된 선형 홈들을 구비하였다. 이들 홈은 대략 178 마이크로미터의 홈 깊이에 대해 대략 356 마이크로미터의 피치 및 90°의 끼인각을 가졌다. 닙 롤과 공구 롤 사이에 닙 압력을 인가하여 구조화된 필름을 생성하였다. 단일의 웨브 하류 방향으로만 구조체를 갖는 종래의 다이아몬드 선삭기를 사용하여 구조화된 공구 롤을 생성하였다.
표 1은 필름 구성을 제공하고, 표 2는 이 실시예에 대한 공-압출 공정 파라미터를 제공한다.
Figure pct00001
Figure pct00002
이 실시예에서, 코어 층 구조는 공구 구조에 밀접하게 정합하는 것으로 나타났다. 특히, 필름은 복제된 층의 더 둥근 외부 피크에 비해 내부 코어 층의 뾰족한 피크를 갖는 것으로 나타났다. 박리가능한 층을 복제된 층으로서 사용하는 것과, 이러한 3-층 구성으로부터 그것을 후속하여 제거하는 것은 공구 구조의 완전한 충전 없이 끝이 뾰족한 특징부가 형성되게 할 수 있다.
실시예 2
피드블록(feedblock)을 사용하여 3개의 중합체 층을 91.4 ㎝ (36 인치) 폭 다이로 이송하였다. 이러한 공-압출된 필름을 구조화된 패턴 롤과 매끄러운 금속 닙 롤 사이의 닙 내로 직접 압출한 다음에, 권취 전에 박리 롤(strip-off roll) 둘레로 압출하였다. 3개의 롤 모두를 물을 사용하여 온도 제어하였다. 닙 롤과 공구 롤 사이의 압출물에 닙 압력을 인가하여 필름 내에 구조화된 패턴을 생성하였다.
공구 내의 채널들은 60 마이크로미터의 깊이 및 대략 114 마이크로미터의 피치(홈간 간격)를 갖고서 단면이 대략 삼각형이었다. 횡단-방향 홈들은 웨브 하류 홈들에 대해 10°의 편향각으로 정렬되었다. 공구 롤 패턴을 본 출원과 동일자로 출원된, 발명의 명칭이 "가변 프리즘형 구조화된 표면을 구비한 광학 필름을 제조하기 위한 방법"인, 디. 에네스 등의 미국 특허 출원에 기술된 바와 같이 생성하였다.
표 3은 필름 구성을 제공하고, 표 4는 이 실시예에 대한 공-압출 공정 파라미터를 제공한다.
Figure pct00003
Figure pct00004
이 실시예에서, 코어 층은 구조체의 높이의 대략 1/3만큼 연장되어, 내부 코어 층의 둥근 피크를 생성하였다.

Claims (29)

  1. 필름을 제조하기 위한 공-압출 방법으로서,
    배면 층 재료, 코어 층 재료, 및 복제 층 재료를 압출 다이(extrusion die)에 제공하는 단계; 및
    배면 층 재료, 코어 층 재료, 및 복제 층 재료를 닙 롤과 구조화된 롤 사이에서 공-압출하여, 배면 층, 코어 층, 및 복제된 층을 구비한 필름을 생성하는 단계를 포함하며,
    구조화된 롤은 복제된 층 상으로 복제되는 표면 구조체를 갖고, 코어 층은 복제된 층과 정합하는 내부 정합성 층인 방법.
  2. 제1항에 있어서, 표면 구조체는 홈들을 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 홈들은 구조화된 롤 상의 웨브 하류(down web) 위치 및 웨브 횡단(cross web) 위치로 배열되는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 홈들은 웨브 횡단 방향으로 구조화된 롤의 축에 대해 오프셋(offset)을 갖는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 오프셋은 대략 10°인 방법.
  6. 제4항에 있어서, 오프셋은 대략 15°인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 배면 층, 코어 층, 및 복제된 층 중 적어도 하나는 UV 흡수제, UV 안정제, 정전기 소산 첨가제(static dissipative additive), 또는 광학 증강제(optical enhancer) 중 적어도 하나 이상의 첨가제를 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 코어 층 재료는 폴리카르보네이트를 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 코어 층은 하나 초과의 층을 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 코어 층 재료, 배면 층 재료, 및 복제된 층 재료는 투명한 방법.
  11. 제1항에 있어서, 배면 층은 무광택 확산기(matte diffuser)인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 복제된 층은 박리가능한 스킨 층(strippable skin layer)인 방법.
  13. 제1항에 있어서, 복제된 층 이외의 층은 복제된 층과 상이한 기하학적 형상을 갖는 구조체를 갖는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 복제된 층은 외부 피크를 갖고, 코어 층은 외부 피크보다 뾰족한 내부 피크를 갖는 방법.
  15. 제1 표면을 갖는 제1 층; 및
    제2 표면 및 제1 계면을 갖는 제2 층 - 상기 제1 계면은 제1 층과 제2 층 사이에 있음 - 을 포함하며,
    제1 계면은 제1 표면 및 제2 표면에 정합하고, 제1 표면은 광학 미세구조체를 포함하며, 제1 표면 및 제2 표면은 복제된 패턴을 갖는 필름.
  16. 제15항에 있어서, 제2 표면에 대향하여 제2 층에 인접한 제3 층을 추가로 포함하는 필름.
  17. 제15항에 있어서, 제2 표면은 무광택 표면을 포함하는 필름.
  18. 제15항에 있어서, 제2 표면은 광학 미세구조체를 포함하는 필름.
  19. 제16항에 있어서, 제1 층, 제2 층, 또는 제3 층 중 적어도 하나는 UV 흡수제, UV 안정제, 정전기 소산 첨가제, 또는 광학 증강제 중 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 필름.
  20. 제15항에 있어서, 제1 층은 박리가능한 스킨인 필름.
  21. 제15항에 있어서, 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나는 코팅을 포함하는 필름.
  22. 제15항에 있어서, 제1 표면은 복제된 홈들을 포함하는 필름.
  23. 제15항에 있어서, 제1 표면은 복제된 교차하는 홈들을 포함하는 필름.
  24. 제15항에 있어서, 제1 표면은 마이크로렌즈들을 포함하는 필름.
  25. 제15항에 있어서, 제2 표면은 비드 블래스팅(bead blasting)에 의해 생성되는 무광택 미세구조체를 포함하는 필름.
  26. 제15항에 있어서, 제1 표면은 114 마이크로미터의 홈간 간격을 갖는 복제된 교차하는 홈들을 포함하는 필름.
  27. 제15항에 있어서, 필름의 적어도 하나의 외부 표면은 그에 부착되는 보호 프리마스크(protective premask)를 갖는 필름.
  28. 제1 표면을 갖는 복제된 층;
    제2 표면 및 제1 계면을 갖는 코어 층 - 상기 제1 계면은 복제된 층과 코어 층 사이에 있음 - ; 및
    제2 표면에 대향하여 코어 층에 인접한 배면 층을 포함하고,
    제1 계면은 제1 표면 및 제2 표면에 정합하고, 제1 표면은 광학 미세구조체를 포함하며, 제1 표면 및 제2 표면은 복제된 패턴을 갖는 필름.
  29. 제28항에 있어서, 배면 층은 무광택 코팅을 갖는 필름.
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