KR20120098722A

KR20120098722A - 광학 구조물 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20120098722A
Application number: KR1020127012924A
Authority: KR
Inventors: 리차드 제이 포코니
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2012-09-05
Also published as: KR101718571B1; US9022619B2; US20120195050A1; EP2491438A1; EP2491438B1; WO2011049751A1

Abstract

광학 구조물은 제1 주표면 및 제2 주표면을 갖는 광투과성 제1 층, 및 제1 주표면에 인접하여 계면을 형성하는 광투과성 제2 층을 포함한다. 광투과성 제2 층은 결합제 및 광학 비드를 포함한다. 결합제는 55 내지 99.9 중량%의 폴리에틸렌 옥사이드 세그먼트를 포함한다. 결합제 대 광학 비드의 중량비는 44:56 내지 50:50의 범위이다. 광원은 광투과성 제2 층에 대해 고정된 배향으로 배치된다. 광학 구조물의 제조 방법, 및 광학 구조물을 포함하는 전자 소자가 또한 개시된다.

Description

광학 구조물 및 그의 제조 방법 {OPTICAL CONSTRUCTIONS AND METHOD OF MAKING THE SAME}

본 발명은 대체로 광학 구조물에 관한 것이다.

광학 필름은, 예를 들어, 시야각을 증가시키기 위해, 흔히 광 확산 층 ("확산기")과 조합하여 사용된다. 전형적인 확산기가 광학 필름의 하부에 적용되는 경우, 확산기는 이득(gain)을 감소시킨다. 확산기는 액정 디스플레이(LCD)에서 백라이트로서 사용되는 전구를 은폐하는 데 사용된다. 확산기는 전형적으로 광을 더욱 균일하게 만드는 데 도움을 주지만, 광학 필름을 통한 광의 투과성을 감소시키고/감소시키거나 선영성(image clarity)을 감소시킬 수 있다.

2가지 주된 유형의 확산기, 즉 표면 입자가 광 확산을 야기하는 표면 확산기와, 확산 입자가 결합제 전반에 분산되어 있는 벌크 확산기가 있다. 표면 확산기의 경우, 입자는 전형적으로 수지와 동일한 굴절률을 가지며, 확산은 공기/비드 계면에 제한된다 (1회 반사 (single bounce)). 전형적으로, 표면 확산기는 LCD 디스플레이와 같은 디스플레이 구조물에서 광원을 향하지 않도록 배향된다. 벌크 확산기는 확산 입자와 결합제 사이에 굴절률의 차이가 있는 것에 의존한다.

일 태양에서, 본 발명은,

제1 주표면 및 제1 주표면 반대쪽의 제2 주표면을 갖는 제1 층 - 여기서, 제1 주표면은 폴리에스테르를 포함하며 광투과성임 - 과;

제1 주표면에 인접하며 그에 직접적으로 접합되는 제2 층 - 여기서, 제2 층은 광투과성이며, 제2 층은

제1 결합제 및 제1 광학 비드를 포함하며, 제1 결합제는 폴리에틸렌 옥사이드 세그먼트를 포함하고, 폴리에틸렌 옥사이드 세그먼트는 제1 결합제의 총 중량을 기준으로 55 중량% 내지 99.9 중량%로 포함되고,

제1 결합제 대 제1 광학 비드의 중량비는 44:56 내지 50:50의 범위이고, 공극이 제1 층과 제2 층의 계면에 배치됨 - 과;

제2 층에 대해 고정 배향으로 배치된 광원 - 여기서, 제2 층은 광원을 향함 - 을 포함하는 광학 구조물을 제공한다.

다른 태양에서, 본 발명은 광학 구조물을 제조하는 방법을 제공하는데, 본 방법은

제1 주표면 및 제1 주표면 반대쪽의 제2 주표면을 갖는 제1 층과 경화성 조성물을 접촉시키는 단계 - 제1 층은 광투과성이며, 제1 주표면은 폴리에스테르를 포함하고, 경화성 조성물은 경화성 결합제 전구체 및 제1 광학 비드를 포함하고, 경화성 결합제 전구체는 적어도 하나의 경화성 단량체를 포함하고, 적어도 하나의 경화성 단량체는 적어도 하나의 중합된 경화성 단량체를 포함하고, 적어도 하나의 경화성 단량체는 폴리에틸렌 옥사이드 세그먼트를 포함하고, 적어도 하나의 경화성 단량체 대 제1 광학 비드의 중량비는 45:55 내지 50:50의 범위임 - 와;

경화성 조성물을 적어도 부분적으로 경화시켜 제2 층을 제공하는 단계 - 여기서, 제2 층은 광투과성이며 제1 결합제 및 제1 광학 비드를 포함하고, 폴리에틸렌 옥사이드 세그먼트는 제1 결합제의 총 중량을 기준으로 55 중량% 내지 99.9 중량%로 포함되며, 공극이 제1 층과 제2 층의 계면에 배치됨 - 와;

제2 층에 대해 고정 배향으로 광원을 배치하는 단계 - 여기서, 제2 층은 광원을 향함 - 를 포함한다.

일부 실시 형태에서, 경화성 조성물은 광개시제를 추가로 포함한다.

하기 실시 형태는 본 발명의 전술한 태양 및 실시 형태에 부수적인 것이다.

일부 실시 형태에서, 제1 광학 비드의 굴절률과 제1 결합제의 굴절률 사이의 차이는 0.01 미만이다. 일부 실시 형태에서, 폴리에스테르는 PET, PEN, 및 co-PEN으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시 형태에서, 광투과성 제2 층에 입사하는 광에 대해서, 광학 구조물의 축 휘도 이득(axial luminance gain)은 제1 층의 축 휘도 이득 이상이다. 일부 실시 형태에서, 공극은 계면의 30% 이상을 차지한다.

일부 실시 형태에서, 광학 구조물은 제2 결합제에 의해 제2 주표면에 고정된 제2 광학 비드를 추가로 포함한다.

일부 실시 형태에서, 제1 층은 반사 편광기를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제1 층은 계면과 접촉하는 제1 표면을 가지며, 제1 표면은 제1 평균 표면 에너지를 가지고, 결합제는 제1 평균 표면 에너지를 초과하는 제2 평균 표면 에너지를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 광학 비드는 사실상 구형이다. 일부 실시 형태에서, 제1 층은 다층 광학 필름을 포함한다.

또 다른 태양에서, 본 발명은 본 발명에 따른 광학 구조물을 포함하는 전자 소자를 제공한다. 일부 실시 형태에서, 전자 소자는 액정 디스플레이를 포함한다.

유리하게는, 광투과성 제2 층은 광을 확산시키며 (즉, 확산기의 역할을 하며), 광투과성 제2 층이 없는 경우와 비교하여, 휘도 향상 구조화 필름 및 다층 광학 필름 (예를 들어, 반사 편광기)과 같은 광학 필름의 광학 이득 (휘도)을 심지어 증가시킬 수 있다. 전형적인 확산기 층이 그러한 필름의 하부에 적용되는 경우에, 확산기 층은 이득을 감소시킨다. 본 확산기는 이득을 증가시킨다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이:

"co-PEN"은 에틸렌 글리콜, 2,6-다이카르보메톡시나프탈렌, 및 1,4-다이카르보메톡시벤젠의 (메탄올의 제거에 의한) 축합 중합에 의해 제조가능한 폴리에스테르 공중합체를 지칭한다.

"직접 접합된"은 추가적인 접착제 또는 기계적 고정구의 도움 없이 직접적인 접착성 접촉을 통해 접합됨을 의미한다.

"광학 비드"는 투명하거나 반투명한 입자를 지칭한다.

"PEN"은 폴리에틸렌 2,6-나프탈렌다이카르복실레이트를 지칭한다.

"PET"은 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 지칭한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 그 내용이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 갖는 실시 형태를 포함한다. 예를 들어, "필름"(a film)에 대한 언급은 1개, 2개 또는 그 이상의 필름들을 갖는 실시 형태를 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 바와 같이, 용어 "또는"은 일반적으로 그 내용이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 "및/또는"을 포함하는 의미로 채용된다.

본 발명의 특징 및 이점은 바람직한 실시 형태에 대한 상세한 설명, 및 첨부된 특허청구범위의 고려시에 이해될 것이다. 본 발명의 이러한 및 다른 특징 및 이점은 본 발명의 다양한 예시적인 실시 형태와 관련하여 하기에 설명될 수 있다. 상기 요약은 본 발명의 각각의 개시된 실시 형태 또는 모든 구현예를 기술하고자 하는 것은 아니다. 이어지는 도면 및 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 예시적인 실시 형태를 보다 상세하게 예시한다.

<도 1>
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 광학 구조물의 단면도.
상기 도면은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 설명하지만, 논의에서 알 수 있는 바와 같이 다른 실시 형태가 또한 고려된다. 모든 경우에서, 본 발명은 예시적이고 비제한적인 방식으로 본 발명을 나타낸다. 본 발명의 원리의 범주 및 사상에 속하는 많은 다른 변형 및 실시예들이 당업자에 의해 창안될 수 있음을 이해하여야 한다. 도면은 축척대로 도시되지 않을 수도 있다. 도면 전체에 걸쳐서 유사 부분을 지시하기 위하여 유사 도면 부호가 사용되었을 수 있다.

도 1을 참조하면, 예시적인 광학 구조물(100)은 제1 주표면(115), 제2 주표면(117)을 갖는 광투과성 제1 층(110), 및 광투과성 제1 층(110)에 인접하며 그에 직접적으로 접합된 광투과성 제2 층(120)을 갖는다. 광투과성 제2 층(120)은 제1 결합제(150) 및 제1 광학 비드(160)를 포함한다. 제2 층(120)은 광(180)을 방출할 수 있는 광원(170)을 향하며, 광원은 광투과성 제2 층(120)에 대해 고정된 배향으로 배치된다. 제1 결합제(150)는 제1 결합제(150)의 총 중량을 기준으로 55 중량% 내지 99.9 중량%로 포함되는 폴리에틸렌 옥사이드 세그먼트 (도시하지 않음)를 포함한다. 제1 결합제(150) 대 제1 광학 비드의 중량비는 44:56 내지 50:50의 범위이다. 복수의 공극(130)이 광투과성 제1 층(110) 및 제2 층(120) 사이에 배치된다. 선택적인 제2 광학 비드(140)가 선택적인 제2 결합제(145)에 의해 제2 주표면(117)에 고정된다.

제1 층은 광투과성이며 폴리에스테르를 포함하는 제1 표면을 갖는다. 제1 층은 단일 층을 포함할 수 있거나, 또는 다층 복합재일 수 있다. 예를 들어, 제1 층은 예를 들어, 폴리에스테르 피층을 갖는 구조화된 필름 또는 다층 광학 필름과 같은 가공된 광학 필름일 수 있다.

광학 비드는 광투과성인, 전형적으로 투명한 고형 용품이다. 비드는 당업자에게 알려진 임의의 적합한 광투과성 재료, 예를 들어, 유기 (예를 들어, 중합체성) 재료 또는 무기 재료로 제조될 수 있다. 일부 예시적인 재료에는, 무기 재료, 예를 들어, 실리카 (예컨대, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 지오스피어스(ZEEOSPHERES)로 입수가능), 소듐 알루미노실리케이트, 알루미나, 유리, 활석, 알루미나와 실리카의 합금, 및 중합체성 재료, 예를 들어, 액정 중합체 (예컨대, 미국 테네시주 킹스포트 소재의 이스트맨 케미칼 프로덕츠 인크.(Eastman Chemical Products, Inc.)로부터 벡트램(VECTRAM) 액정 중합체로 입수 가능), 비정질 폴리스티렌, 스티렌 아크릴로니트릴 공중합체, 가교결합된 폴리스티렌 입자 또는 폴리스티렌 공중합체, 폴리다이메틸실록산, 가교결합된 폴리다이메틸실록산, 폴리메틸실세스퀴옥산, 및 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA) (예컨대, 가교결합된 PMMA), 또는 이들 재료의 임의의 적합한 조합이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 다른 적합한 재료는 사실상 불혼화성으로서, 입자 함유 층의 처리 동안 층의 재료 내에서 해로운 반응(분해)을 야기하지 않으며, 처리 온도에서 열분해되지 않고, 목적 파장 또는 파장 범위에서 광을 사실상 흡수하지 않는 무기 산화물 및 중합체를 포함한다.

광학 비드는 일반적으로 평균 직경이, 예를 들어, 1 내지 50 마이크로미터의 범위이지만, 다른 크기가 또한 사용될 수 있다. 전형적으로, 입자는 평균 직경이 1 내지 40 마이크로미터, 또는 일부 실시 형태에서 2 내지 35 마이크로미터의 범위이다. 적어도 일부 경우에, 더 작은 광학 비드가 바람직한데, 그 이유는 그것이 코팅의 단위 부피당 더 많은 광학 비드의 첨가를 가능하게 하여, 흔히 더 거칠거나 더 균일하게 거친 표면 또는 더 많은 광 확산 중심을 제공하기 때문이다. 일부 실시 형태에서, 비드 크기 분포는 +/-50%일 수 있으며, 다른 실시 형태에서, +/-40%일 수 있다. 다른 실시 형태는 단분산 분포를 포함하여, 평균으로부터 40% 편차 미만의 비드 크기 분포를 포함할 수 있다.

임의 형상을 갖는 광학 비드가 사용될 수 있지만, 일반적으로 구형 광학 비드 및/또는 편구형 광학 비드가, 일부 경우에, 특히 색 은폐 및 이득을 최대화하기 위해서 요구된다. 표면 확산의 경우, 비구형 입자는 제2 층의 평면 내에서 정렬하는 경향이 있어서 입자의 최단 주축이 제2 층의 두께 방향으로 존재하게 되기 때문에, 구형 입자가 다른 형상과 비교하여 입자당 다량의 표면 양각(surface relief)을 제공한다.

결합제는 광투과성이며, 전형적으로 투명하다. 대부분의 예시적인 실시 형태에서, 결합제는 중합체성이며, 전형적으로 가교결합된다. 의도된 용도에 따라, 결합제는 전형적으로 방사선 경화성 (예컨대, UV 경화성 또는 e-빔 경화성), 전형적으로 UV-경화성 단량체, 올리고머 및 예비중합체(prepolymer)로부터 제조되지만, 다른 결합제가 사용될 수 있다.

유용한 올리고머의 예에는 우레탄 아크릴레이트 올리고머 (예컨대, 미국 오하이오주 신시네티 소재의 코그니스 코포레이션(Cognis Corp.)으로부터 포토머(PHOTOMER) 6010으로 입수가능), 이온화 방사선을 포함한다. 자유-라디칼 중합되는 예비중합체가 바람직한데, 그 이유는 그의 경화 속도가 빠르고 수지를 자유롭게 디자인할 수 있기 때문이다. 방사선 경화성 예비중합체의 예에는 하나 이상의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 기를 갖는 예비중합체, 예를 들어, 우레탄 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 멜라민 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 및 폴리에스테르 아크릴레이트 및 메타크릴레이트가 포함된다. 유용한 방사선 경화성 단량체의 예에는 SR344로 입수가능한 것과 같은 폴리에틸렌 글리콜 (400) 다이아크릴레이트, SR415로 입수가능한 것과 같은 에톡실화된 (20) 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, SR9035로 입수가능한 것과 같은 에톡실화된 (15) 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, SR610으로 입수가능한 것과 같은 폴리에틸렌 글리콜 (600) 다이아크릴레이트, SR602로 입수가능한 것과 같은 에톡실화된 (10) 비스페놀 A 다이아크릴레이트, SR740으로 입수가능한 것과 같은 폴리에틸렌 글리콜 1000 다이메타크릴레이트, 및 SR 9038로 입수가능한 것과 같은 에톡실화된 (30) 비스페놀 A 다이아크릴레이트, SR9036으로 입수가능한 것과 같은 에톡실화된 (30) 비스페놀 A 다이메타크릴레이트가 포함된다 (모두 미국 펜실베이니아주 엑스턴 소재의 사토머 컴퍼니(Sartomer Company)로부터 입수가능). 폴리에테르 세그먼트의 전체 함량이 결합제의 총 중량을 기준으로 55 중량% 이상이기만 하다면, 에톡실화되거나 에톡실화되지 않을 수 있는, 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 단량체, 올리고머, 및 중합체의 혼합물이 또한 임의의 조합으로 사용될 수 있다.

전형적으로, 결합제 전구체는 경화제 및/또는 개시제 (예컨대, 열개시제 또는 광개시제)를 포함한다. 결합제 전구체가 UV-경화성일 경우, 광개시제가 일반적으로 사용된다. 자유-라디칼 경화성 수지 (예컨대, 아크릴레이트계 결합제 전구체)를 경화시키는 데 유용한 광개시제의 예는 본 기술 분야에 잘 알려져 있으며, 벤조인 에테르, 케탈, 벤조페논, 아세토페논, 트라이아릴- 및 트라이아실-포스핀 및 포스핀 옥사이드, 및 티옥산톤을 포함한다. 한 가지 유용한 광개시제가 미국 펜실베이니아주 엑스턴 소재의 사토머 컴퍼니로부터 에사큐어 원(ESACURE ONE)으로 입수가능하다. 광개시제는 단독으로, 또는 그 혼합물로서 사용될 수 있다. 광개시제는 UV-경화성 수지의 경우에 보통 유효량 (예컨대, 0.1 내지 7%)으로 요구되지만, 전자 빔 방사선 경화성 수지의 경우에는 생략될 수 있다.

경화성 결합제 전구체는, 광중합성 성분 및 광개시제 이외에도, 필요에 따라 강화제(intensifier), 안료, 충전제, 비-반응성 중합체 수지, 레벨링제 등을 포함할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 경화성 결합제 전구체는 경화 전에 용매로부터 코팅된다. 그러한 실시 형태에서는, 경화 전에 용매의 대부분 또는 모두를 제거하는 것이 바람직하다.

경화성 결합제 전구체는 전형적으로, 경화 후에 생성되는 결합제가 결합제의 총 중량을 기준으로 44 내지 50%의 광학 비드를 함유하도록 하는 양으로 광학 비드와 혼합된다.

일부 실시 형태에서, 광학 구조물이 권취될 수 있는 가요성 필름이 되도록, 결합제는 경화되었을 때 가요성이다.

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

광학 비드와 결합제의 굴절률 차이는, 예를 들어, 광학 구조물의 법선각 이득 (normal angle gain) (백라이트 디스플레이 구성에서 광학 필름을 사용하여 얻어지는 증가된 휘도의 양의 척도) 및 산란에 의해 얻어지는 색 평균(color averaging)의 양과 같은 요인에 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로, 광학 비드의 굴절률과 결합제의 굴절률 사이의 차이가 증가함에 따라 법선각 이득은 감소한다. 대조적으로, 더 큰 굴절률 차이는 더 많은 산란을 야기하기 때문에, 광학 비드의 굴절률과 결합제의 굴절률 사이의 차이가 증가함에 따라 색 평균의 양은 증가한다. 따라서, 광학 비드와 결합제의 재료는, 이러한 특성들의 원하는 균형을 달성하도록, 적어도 부분적으로 이들의 굴절률에 기초하여 선택될 수 있다.

제2 층은 또한 코팅 중량의 관점에서 특징지워질 수 있다. 코팅 중량이 원하는 범위 내에 있을 때, 광학 구조물은 제2 층이 없는 동일한 광학 구조물에 비해 개선된 이득을 가질 것으로 여겨진다. 이러한 또는 다른 유리한 목적은, 제2 층 혼합물이 5 대 50 그램/제곱미터 (g/㎡)의 건조 중량을 갖도록, 제2 층 조성물의 비드 대 결합제 비를 조정하고/조정하거나 제2 층 혼합물을 기재 상에 배치함으로써 성취될 수 있다. 다른 예시적인 실시 형태에서, 기재 상에 배치된 제2 층 혼합물은 5 내지 35 g/㎡, 5 내지 30 g/㎡, 또는 5 내지 25 g/㎡의 건조 중량을 가질 수 있다.

제2 층이 광학 비드의 평균 직경의 약 1.5 내지 3배의 두께를 갖는 실시 형태에서, 유리한 성능은 광학 구조물 (예를 들어, 광학 필름)의 주표면 상의 직선 1 인치에 걸친 평균 결합제 두께가 5 내지 10 마이크로미터인 실시 형태에서 달성될 수 있는 것으로 여겨지지만, 다른 두께가 또한 유용할 수 있다. 두께는, 예를 들어, 예시적인 광학 구조물의 단면을 만들고, 임의의 적합한 현미경 기술 및 장비를 사용하여 샘플의 1 인치 (또는 2 인치)에 걸쳐 10개 이상의 측정치를 취하고, 얻어진 측정치를 평균하여 건조 평균 결합제 두께 값을 산출함으로써 측정할 수 있다.

또한, 제2 층은 공극이 계면을 덮는 정도에 기초하여 특징지워질 수 있다. 공극이 차지하는 면적의 증가는 휘도 이득에 있어서 추가적인 이점을 제공할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 제1 층의 제2 표면 상에는 다른 광학 비드 층이 배치되어 있을 수 있으며, 이는 전형적으로 제2 표면의 60%, 70%, 또는 심지어 90% 이상의 양을 덮는다.

제1 층과 제2 층 사이의 계면에 형성된 공극 및/또는 광학 비드는 법선축(normal axis)에서 이득을 증가시킬 수 있다. 게다가, 단일층 또는 그 이상의 분포는 또한 다층 광학 필름 반사 편광기에 대한 가시적인 축외 색 불균일성(visible off-axis color non-uniformity)을 감소 또는 제거할 수 있다. 제2 층 반대쪽의 기재 표면에 광이 입사하도록 제2 층이 배치된 본 발명의 광학 구조물을 사용하면 제2 층이 없는 동일한 광학 구조물에 비하여 이득이 개선된다. 바람직하게는, 이득은 관심 파장 (예컨대, 632.8 ㎚) 또는 파장 범위에 대해 1% 이상, 더욱 바람직하게는 2% 이상, 그리고 더욱 더 바람직하게는 3% 이상 만큼 개선된다. 여기서, % 개선은 제2 층을 갖는 광학 구조물의 이득과 동일하나 제2 층을 갖지 않는 광학 구조물의 이득 사이의 차이를 제2 층을 갖지 않는 광학 구조물의 이득으로 나눈 것으로서 계산된다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "이득"은 (a) (법선축에 대한) 특정 시야각에서 원하는 파장 범위에 걸친 백라이트 또는 디스플레이의 휘도 대 (b) 단독으로, 즉, 광학 구조물이 없이, (법선축에 대한) 특정 시야각에서 원하는 파장 범위에 걸친 동일한 백라이트 또는 디스플레이의 휘도의 비 (a:b)를 지칭한다.

"축각 이득(axial angle gain)"은 디스플레이에 법선인 시야각에서의, 또는 광학 구조물의 주 평면 또는 표면에 대해 90도에서의 휘도 이득을 지칭한다.

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

일부 실시 형태에서, 본 발명에 따른 광학 구조물은 제2 층이 없는 동일한 광학 구조물과 비교하여 콘트라스트 비가 개선될 수 있다. 예를 들어, 콘트라스트 비는 10% 이상 개선될 수 있다.

바람직하게는, 광학 비드는 반사 편광 요소에 의해 투과된 광을 사실상 흡수하거나 탈편광시키지 않으며, 광학 구조물을 통해 투과된 광의 양은 사실상 감소되지 않는다. 제1 층이 반사 편광기를 포함하는 경우, 비드 및 결합제는 낮은 복굴절률을 갖는 것이 바람직하다.

광원은 예를 들어, 냉음극 형광관(cold cathode fluorescent tube; CCFT) 또는 발광다이오드(LED)와 같이 가시광을 발생시키는 임의의 광원일 수 있다. LCD-함유 전자 용품에서, 광원은 백라이트에 포함된다. 백라이트는 전형적으로 하나 이상의 광원, 예를 들어, 하나 이상의 냉음극 형광관(CCFT) 또는 발광 다이오드(LED)로부터의 광을 사실상 평평한 출력부에 결합시킨다. 그리고 나서, 사실상 평평한 출력부는 LCD 패널에 결합된다. 광원은 예를 들어, 접착제 및/또는 기계적 고정구를 포함하는 임의의 적합한 수단에 의해 제1 및 제2 층에 대하여 고정될 수 있다.

본 발명에 따른 광학 구조물은, 예를 들어, 광학 비드와 경화성 수지를 혼합하여 결합제 전구체를 형성하고, 선택적으로 결합제 전구체를 용매로 희석하고, 제1 층을 코팅하고, 임의의 선택적인 용매를 제거하고, 결합제 전구체를 경화시킴으로써 제조될 수 있다. 적합한 경화 방법이 잘 알려져 있으며 자외광(UV), 및 e-빔 경화 방법을 포함한다.

이론에 의해 제한하고자 하는 것은 아니지만, 부정합(mismatched) 표면 에너지에 의해 야기되는, 결합제 전구체에 의한 제1 층의 디웨팅(dewetting)이 제1 층과 제2 층 사이의 계면에서 공극을 생성하는 코팅 결함을 가져오는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 제1 층은 결합제 전구체 및/또는 결합제의 평균 표면 에너지보다 더 낮은 평균 표면 에너지를 갖는 제1 표면 (즉, 계면과 접촉하는 표면)을 가질 수 있다. 공극은 코팅 및/또는 건조 단계 동안 형성되며 경화 동안 제자리에 가두어진다. 따라서, 제1 층의 비교적 불량한 웨트 아웃(wet out)이 요구되기 때문에, 웨팅을 촉진하기 위한 제1 층의 임의의 표면 개질은 한다 하더라도 주의해야만 한다.

본 발명에 따른 광학 구조물은, 예를 들어, 액정 디스플레이(LCD)를 포함하는 다양한 전자 용품의 제작에 유용하다. 액정 디스플레이 (LCD) 장치와 같은 디스플레이 장치는, 예를 들어, 텔레비전, 핸드헬드 장치, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라, 휴대전화 및 컴퓨터 모니터를 포함하는 다양한 응용에 사용된다. 전통적인 음극선관(cathode ray tube, CRT)과는 달리, LCD 패널은 자체 발광하지 않으며, 따라서 때때로 백라이팅 조립체(backlighting assembly) 또는 "백라이트"를 필요로 한다. 백라이트는 전형적으로 하나 이상의 광원(예를 들어, 냉음극 형광관(CCFT) 또는 발광 다이오드(LED))으로부터의 광을 사실상 평평한 출력부에 결합시킨다. 그리고 나서, 사실상 평평한 출력부는 LCD 패널에 결합된다.

LCD의 휘도는 또한 LCD 장치 내의 이용가능한 광을 효율적으로 사용함으로써 (예를 들어, 디스플레이 장치 내의 이용 가능한 광 중 보다 많은 광을 바람직한 시야축(viewing axis)을 따라 안내함으로써) 향상될 수 있다. 예를 들어, 쓰리엠 컴퍼니로부터 비퀴티(VIKUITI) 휘도 향상 필름(BEF)으로 입수가능한, PET 외피 층을 갖는 구조화된 광학 필름은, 백라이트로부터 나오는 광의 일부의 방향을 바꾸어 사실상 시야축을 따르는 시야 범위 밖으로 나가게 하는 프리즘 표면 구조를 갖는다. 그러한 응용을 위해 사용되는 그러한 구조화된 필름의 효율은, 본 발명에 따라, 구조화된 표면 반대쪽에 있는 구조화된 필름의 표면 상에 제2 층을 코팅하고 경화하여, 이것이 확산기, 바람직하게는 이득 향상 확산기로서 작용하도록 함으로써 향상될 수 있다.

LCD 디스플레이의 휘도를 증가시키기 위해 사용될 수 있는 다른 유형의 광학 요소는 반사 편광기이다. 반사 편광기는 전형적으로 소정 파장 범위에 대해 일 편광 상태의 광을 반사하고 다른 편광 상태의 광을 사실상 통과시킨다. 반사 편광기가 액정 디스플레이의 휘도를 향상시키기 위해 디스플레이 내에서 백라이트와 함께 사용될 때, 반사 편광기는 백라이트와 액정 디스플레이 패널 사이에 배치될 수 있다. 이러한 배열은 일 편광 상태의 광이 디스플레이 패널까지 통과하게 하고 다른 편광 상태의 광이 백라이트를 통해 재활용되거나 백라이트 뒤에 위치된 반사면에서 반사되는 것을 가능하게 하여, 편광을 없애고 반사 편광기를 통과할 기회를 광에 부여한다. 편광기의 예는 co-Pen 외피 층을 갖는 상이한 조성의 중합체 층들의 스택을 포함하며, 쓰리엠 컴퍼니로부터 비퀴티 이중 휘도 향상 필름(DBEF)으로 입수가능하다. 일 실시 형태의 구조에서, 이러한 층들의 스택은 복굴절성 층들의 제1 세트 및 등방성 굴절률을 갖는 층들의 제2 세트를 포함한다. 제2 세트의 층들은 복굴절성 층들과 교대로 배치되어 광 반사를 위한 일련의 계면을 형성한다. 다른 유형의 반사 편광기에는, 연속적인 제2 재료 내에 분산된 제1 재료 - 제2 재료는 제1 재료의 상응하는 굴절률과 상이한 광의 일 편광 상태에 대한 굴절률을 가짐 - 을 갖는 연속/분산 상 반사 편광기, 예를 들어, 쓰리엠 컴퍼니로부터 비퀴티 확산 반사 편광 필름(DRPF)으로 입수가능한, PET의 외피 층을 갖는 것들이 포함된다. 다른 유형의 반사 편광기는 와이어 그리드(wire grid) 편광기와 같은 다른 선형 반사 편광기와, 콜레스테릭(cholesteric) 액정 편광기와 같은 원형 반사 편광기를 포함한다.

그러한 응용을 위해 사용되는 그러한 반사 편광기의 효율은, 본 발명에 따라, 구조화된 표면 반대쪽의 구조화된 필름의 표면 상에 제2 층을 코팅하고 경화하여, 확산기 층, 바람직하게는 이득 향상 확산기를 제공함으로써 향상될 수 있다.

본 발명의 목적 및 이점은 하기의 비제한적인 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에 인용된 특정 물질 및 그 양뿐만 아니라 기타 조건이나 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

실시예

달리 기재되지 않는다면, 실시예 및 명세서의 나머지 부분에서의 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다.

실시예 1 내지 실시예 5, 실시예 1A 내지 실시예 5A 및 비교예 A 내지 비교예 E

확산기를 다음과 같이 제조하였다. 3 마이크로미터 직경을 갖는 50 중량%의 PMMA 비드 (미국 테네시주 마운트 플레전트 소재의 세키스이 플라스틱스 유에스에이(Sekisui Plastics USA)로부터 MB3-30x로 입수가능), 50%의 사토머 SR 444 수지 (이러한 사토머 수지 및 이후에 명명된 다른 사토머 수지는 미국 펜실베이니아주 엑스턴 소재의 사토머 컴퍼니로부터 입수가능함), 및 1.3 pph (part per hundred)의 광개시제 에사큐어 원 (미국 펜실베이니아주 콘쇼호켄 소재의 람베르티 유에스에이(Lamberti USA)로부터 입수가능)으로 이루어진 혼합물. 혼합물을 에탄올 중에 분산시키고 자석 교반기로 교반하였다. 생성된 용액을, co-PEN 외피층을 갖는 DBEF-Q 다층 광학 필름 (미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 비퀴티 DBEF-Q로 입수가능) 상에 권선 막대 (미국 뉴욕주 웹스터 소재의 알디 스페셜티즈(RD Specialties)로부터 #24 메이어(Meyer) 막대로 입수가능, 0.055 ㎜ (2.16 밀)의 공칭 코팅 두께)를 사용하여 26% 고형물로 코팅하였다. 코팅된 필름을 2분 동안 80℃에서 건조하였다. 이어서, 코팅되고 건조된 필름을, 500 와트 H 전구가 구비된 퓨젼 시스템즈(Fusion Systems) 모델 I300P (미국 메릴랜드주 가이터스버그 소재의 퓨젼 시스템즈로부터 입수가능)를 9.14 m/min (30 피트/분)으로 사용하여 경화시켰다. 생성된 필름의 광학 이득을 아우트로닉 코노스코프 코노스테이지(AUTRONIC CONOSCOPE CONOSTAGE) 3 (독일 칼스루에 소재의 아우트로닉-멜처스 게임베하(Autronic-Melchers GmbH)로부터 입수가능)을 사용하여 측정하였다. 이득 시험에 관한 추가 상세 사항은 미국 특허 출원 공개 제2008/0002256 A1호 (사사가와(Sasagawa) 등)의 문단 [0105]에서 확인할 수 있다. 헤이즈-가드 플러스(HAZE-GARD PLUS) 측정기 (미국 메릴랜드주 실버 스프링스 소재의 비와이케이-가드너(BYK-Gardner)로부터 입수가능)를 사용하여 광학 투명도를 측정하였다. 측정된 이득 및 투명도 값이 표 1에 보고되어 있다.

실시예 1A 내지 실시예 5A는, PET 필름(미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이.아이.듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E.I. du Pont de Nemours and Co.)로부터 618-500 멜리넥스(MELINEX)로 입수가능) 상에 코팅하고, #14 메이어 막대 (0.022 ㎜ (0.9 밀)의 공칭 습윤 두께)를 사용하고, UV 경화 전에 샘플을 50℃에서 건조한 점을 제외하고는, 각각 실시예 1 내지 실시예 5와 동일하였다.

비교예 F 내지 비교예 H

미국 특허 출원 공개 제2008/0002256호의 단락 [0101] 내지 [104]로부터의 실시예 1을 반복하였다. 기재된 바와 같이 코팅 및 경화한 후에, 확산기가 광원을 향하게 한 경우와, 광원을 향하지 않게 한 경우에 광학 이득을 측정하였다. 그 결과가 표 3에 보고되어 있다. 이러한 결과는 표준 이득 확산기가 광원을 향하는 경우에 광학 이득을 감소시킴을 나타낸다. 예상외로, 본 발명에 따라 제조된 확산기는 그러한 배향으로 배치될 때 광학 이득의 증가를 가져왔다.

비교하자면, 베어(bare) DBEF Q 필름은 이득이 1.691이다. 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 더 높은 수준으로 에톡실화된 결합제 수지(SR 415 및 SR 9038)가 높은 이득 및 낮은 투명도를 갖는다 (낮은 투명도는 우수한 전구 은폐와 관련된다). 높은 수준의 에톡실화는 높은 표면 장력을 야기하며, 또한, 이러한 수지는 DBEF Q 필름으로부터 디웨팅하고 비드 사이의 모세관으로 흡수되기에 충분히 낮은 점도를 갖는다.

실시예 6 내지 실시예 7 및 비교예 I 내지 비교예 L

하기 제형 모두는 3 마이크로미터 PMMA 비드 (일본 도쿄 소재의 소켄 케미칼 앤드 엔지니어링 컴퍼니 리미티드(Soken Chemical and Engineering Co., Ltd.)로부터 소켄(SOKEN) TS-35C로 입수가능)와, 1.3 pph 중량의 광개시제 (사토머 컴퍼니로부터 에사큐어 원으로 입수가능)가 첨가된 (하기에 열거된) 수지로 이루어진다. 이들을 에탄올 중에 분산시키고, 미국 뉴욕주 웹스터 소재의 알디 스페셜티즈로부터 입수가능한 #24 메이어 막대 (0.054 ㎜ (2.16 밀)의 공칭 코팅 두께)를 사용하여 실시예 1에서 사용된 다층 광학 필름 상에 26% 고형물로 코팅하고 2분 동안 80℃에서 건조하였다. 건조 후에, 9.14 m/min (30 피트/분)의 라인 속도에서 작동하는 퓨전 시스템즈 500 와트 H형 전구를 사용하여 경화시켰다. ET (이득) 및 투명도를 실시예 1에서와 같이 측정하였다.

대조구 제형은 전형적인 벌크 확산기 제형이었다. 대조구 제형은 60부의, 3 마이크로미터 폴리스티렌 비드 (일본 도쿄 소재의 소켄 케미칼 앤드 엔지니어링 컴퍼니 리미티드로부터 소켄 KSR-3A로 입수가능), 36 부의 SR399 및 4 부의 포토머 6010 (미국 오하이오주 신시내티 소재의 코그니스 코포레이션으로부터의 폴리우레탄 다이아크릴레이트 올리고머)로 이루어졌다. 이를 50:50 에탄올: 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 중에 40% 고형물로 분산시켰다. 1 pph 중량의 에사큐어 원을 광개시제로서 첨가하였다. 이를 미국 뉴욕주 웹스터 소재의 알디 스페셜티즈로부터 입수가능한 #24 메이어 막대 (0.02 ㎜ (0.9 밀)의 공칭 습윤 두께)를 사용하여 실시예 1에서 사용된 다층 광학 필름 상에 40% 고형물로 코팅하고, 2분 동안 80℃에서 건조하였다. 건조 후에, 9.14 m/min (30 피트/분)으로 퓨전 UV 시스템즈 500 와트 H형 전구를 사용하여 경화시켰다. ET (이득) 및 투명도를 실시예 1에서와 같이 측정하였다.

본 명세서에서 언급된 모든 특허 및 간행물은 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된다. 본 명세서에서 주어진 모든 실시예는 달리 표시되지 않는다면 비제한적인 것으로 간주되어야 한다. 본 발명의 다양한 변형 및 변경은 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 이루어질 수 있으며, 본 발명이 본 명세서에 기재된 예시적인 실시 형태로 부당하게 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다.

Claims

제1 주표면 및 제1 주표면 반대쪽의 제2 주표면을 갖는 제1 층 - 여기서, 제1 주표면은 폴리에스테르를 포함하며 광투과성임 - 과;
제1 주표면에 인접하며 그에 직접적으로 접합되는 제2 층 - 여기서, 제2 층은 광투과성이며, 제2 층은 제1 결합제 및 제1 광학 비드를 포함하며, 제1 결합제는 폴리에틸렌 옥사이드 세그먼트를 포함하고, 폴리에틸렌 옥사이드 세그먼트는 제1 결합제의 총 중량을 기준으로 55 중량% 내지 99.9 중량%로 포함되고, 제1 결합제 대 제1 광학 비드의 중량비는 44:56 내지 50:50의 범위이고, 공극이 제1 층과 제2 층의 계면에 배치됨 - 과;
제2 층에 대해 고정 배향으로 배치된 광원 - 여기서, 제2 층은 광원을 향함 - 을 포함하는 광학 구조물.
제1항에 있어서, 제1 광학 비드의 굴절률과 제1 결합제의 굴절률 사이의 차이는 0.01 미만인 광학 구조물.
제1항에 있어서, 폴리에스테르는 PET, PEN, 및 co-PEN으로 이루어진 군으로부터 선택되는 광학 구조물.
제1항에 있어서, 공극은 계면의 30% 이상을 차지하는 광학 구조물.
제1항에 있어서, 제2 층에 입사하는 광에 대해서, 광학 구조물의 축 휘도 이득(axial luminance gain)이 제1 층의 축 휘도 이득 이상인 광학 구조물.
제1항에 있어서, 제2 결합제에 의해 제2 주표면에 고정된 제2 광학 비드를 추가로 포함하는 광학 구조물.
액정 디스플레이 및 제1 항의 광학 구조물을 포함하는 전자 소자.
제1 주표면 및 제1 주표면 반대쪽의 제2 주표면을 갖는 제1 층과 경화성 조성물을 접촉시키는 단계 - 여기서, 제1 층은 광투과성이며, 제1 주표면은 폴리에스테르를 포함하고, 경화성 조성물은 경화성 결합제 전구체 및 제1 광학 비드를 포함하며, 경화성 결합제 전구체는 적어도 하나의 경화성 단량체를 포함하고, 적어도 하나의 경화성 단량체는 적어도 하나의 중합된 경화성 단량체를 포함하고, 적어도 하나의 경화성 단량체는 폴리에틸렌 옥사이드 세그먼트를 포함하고, 적어도 하나의 경화성 단량체 대 제1 광학 비드의 중량비는 45:55 내지 50:50의 범위임 - 와;
경화성 조성물을 적어도 부분적으로 경화시켜 제2 층을 제공하는 단계 - 여기서, 제2 층은 광투과성이며 제1 결합제 및 제1 광학 비드를 포함하고, 폴리에틸렌 옥사이드 세그먼트는 제1 결합제의 총 중량을 기준으로 55 중량% 내지 99.9 중량%로 포함되며, 공극이 제1 층과 제2 층의 계면에 배치됨 - 와;
제2 층에 대해 고정 배향으로 광원을 배치하는 단계 - 여기서, 제2 층은 광원을 향함 - 를 포함하는, 광학 구조물을 제조하는 방법.
제8항에 있어서, 경화성 조성물은 광개시제를 추가로 포함하는 방법.
제8항에 있어서, 공극은 계면의 30% 이상을 차지하는 방법.
제8항에 있어서, 제1 광학 비드의 굴절률과 결합제의 굴절률 사이의 차이는 0.01 미만인 방법.
제8항에 있어서, 폴리에스테르는 PET, PEN, 및 co-PEN으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
제8항에 있어서, 제2 층에 입사하는 광에 대해서, 광학 구조물의 축 휘도 이득이 제1 층의 축 휘도 이득 이상인 방법.
제8항에 있어서, 제2 복수의 고형 광학 비드가 제2 결합제에 의해서 제2 주표면에 고정되는 방법.