KR20130087402A - 닙 롤의 속도 제어를 사용해 필름을 압출 코팅하는 동안에 결함을 제거하는 방법 - Google Patents

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랜디 에스 베이
토드 지 페트
브렌트 알 한센
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

필름 압출 코팅 공정에서 탄성 롤과 캐스팅 롤 사이의 상대 속도 불일치를 제어함으로써 내부 광학적 결함이 제거될 수 있다는 것이 현재 밝혀졌다. 특히, 2축 배향된 필름을 코팅할 때 캐스팅 롤에 대한 탄성 롤의 표면 속도를 늦추는 것은 광학적 결함을 제거하는 것으로 밝혀졌다. 반대로, 단축 배향된 필름을 코팅할 때 캐스팅 롤에 대한 탄성 롤의 표면 속도를 높이는 것은 광학적 결함을 제거하는 것으로 밝혀졌다.

Description

닙 롤의 속도 제어를 사용해 필름을 압출 코팅하는 동안에 결함을 제거하는 방법{METHOD OF ELIMINATING DEFECTS WHILE EXTRUSION COATING FILM USING SPEED CONTROL OF THE NIP ROLL}
압출 코팅된 광학 필름은 반사기, 편광기, 및 대역 통과(band-pass) 필터와 같은 다양한 용도를 위해 제조된다. 이들 필름은 그들의 광학적 특성을 위해 제조되기 때문에, 제조되는 압출 코팅된 필름의 투명도 또는 탁도를 제어하는 것은 극히 중요하다. 광학적 결함에 의해 야기되는 것과 같은 압출 코팅된 필름의 투명도 또는 탁도에 있어서의 작은 편차조차도 제품을 그의 의도된 용도에 부적합하게 만들 수 있다.
필름 압출 코팅 공정에서 탄성 롤(resilient roll)과 캐스팅 롤(casting roll) 사이의 상대 속도 불일치를 제어함으로써 내부 광학적 결함이 제거될 수 있다는 것이 현재 밝혀졌다. 특히, 2축 배향된(biaxially orientated) 필름을 코팅할 때 캐스팅 롤에 대한 탄성 롤의 표면 속도를 늦추는 것은 광학적 결함을 제거하는 것으로 밝혀졌다(언더 스피드(under speed)). 반대로, 단축 배향된(uniaxially orientated) 필름을 코팅할 때 캐스팅 롤에 대한 탄성 롤의 표면 속도를 높이는 것은 광학적 결함을 제거하는 것으로 밝혀졌다(오버 스피드(over speed)).
광학적 결함의 정확한 원인은 알려져 있지 않으며, 코팅된 필름이 탄성 롤과 캐스팅 롤 사이의 닙(nip) 내로 진입할 때 필름과 압출 코팅 사이의 포집된 공기에 관련되는 것으로 생각된다. 광학적 결함은 종종 코팅된 필름에 대해 내부에 있는 것으로 확인되며, 코팅된 필름의 어느 쪽의 표면 상에도 존재하지 않는다. 내부 광학적 결함을 제거하는 데 속도 제어를 이용하는 것은 예기치 않은 발견이었는데, 그 이유는 광학적 결함을 갖고 그리고 광학적 결함을 갖지 않고 제조된 유사한 코팅된 필름들이, 차별적인 속도 제어의 사용으로부터 변화될 것으로 예상되었을, 본질적으로 동일한 총 두께 및 표면 특성을 갖기 때문이다. 닙에서의 표면 속도 불일치가 코팅된 필름의 내부 광학적 특성을 변화시키는 방법에 대한 정확한 메커니즘이 완전히 이해되는 것은 아니다. 하나의 유형의 필름은 오버 스피드를 필요로 하는 반면 다른 유형은 언더 스피드를 필요로 하는 이유가 또한 이해되지 않는다. 닙 역학에 기초해, 상대 표면 속도를 변화시킴으로써 코팅된 필름의 외부 표면 특성만이 변경되었을 것으로 예상했을 것이다.
따라서, 일 실시예에서, 본 발명은 캐스팅 롤과 닙핑(nipping)된 탄성 롤 및 닙에 인접한 압출 코팅 다이(extrusion coating die)를 포함하는 코팅 스테이션(coating station)으로 필름을 이송하는 단계; 닙 내로 중합체 재료를 압출하는 동안 필름을 탄성 롤과 접촉시키는 단계; 및 탄성 롤의 표면 속도와 캐스팅 롤의 표면 속도 사이의 차이가 캐스팅 롤의 표면 속도의 ±5% 이하가 되도록, 탄성 롤의 표면 속도를 캐스팅 롤의 표면 속도와는 상이하도록 조정하여 광학적 결함을 제거하는 단계를 포함하는, 압출 코팅된 필름 내의 광학적 결함을 제거하는 방법에 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 캐스팅 롤과 닙핑된 탄성 롤 및 닙에 인접한 압출 다이를 포함하는 코팅 스테이션으로 필름을 이송하는 단계 - 여기서, 캐스팅 롤은 필름 상에 미세복제된(microreplicated) 패턴을 형성하기 위한 복수의 피크(peak) 및 밸리(valley)를 갖고, 닙 내의 닙 압력은 175 N/㎝(100 파운드/선형 인치) 이상임 -; 닙 내로 중합체 재료를 압출하는 동안 필름을 탄성 롤과 접촉시키는 단계; 및 탄성 롤의 표면 속도를 캐스팅 롤의 표면 속도와는 상이하도록 조정하여 광학적 결함을 제거하는 단계를 포함하는, 압출 코팅된 필름 내의 광학적 결함을 제거하는 방법에 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 캐스팅 롤과 닙핑된 탄성 롤 및 닙에 인접한 압출 다이를 포함하는 코팅 스테이션으로 필름을 이송하는 단계; 닙 내로 중합체 재료를 압출하는 동안 필름을 탄성 롤과 접촉시켜 필름의 두께보다 2배 이상 더 두꺼운 코팅된 층을 형성하는 단계; 및 탄성 롤의 표면 속도를 캐스팅 롤의 표면 속도와는 상이하도록 조정하여 광학적 결함을 제거하는 단계를 포함하는, 압출 코팅된 필름 내의 광학적 결함을 제거하는 방법에 있다.
본 논의 내용은 단지 예시적인 실시예의 설명일 뿐이고 본 발명의 보다 넓은 태양을 제한하려는 것으로서 의도되지 않으며, 보다 넓은 태양이 예시적인 구성에서 구체화된다는 것을 당업자는 이해하여야 한다.
<도 1>
도 1은 필름 상에 압출 코팅하기 위한 코팅 스테이션을 도시하는 도면.
<도 2>
도 2는 비교예 1에 의해 제조된 필름의 사진.
<도 3>
도 3은 예 2에 의해 제조된 필름의 사진.
<도 4>
도 4는 예 3에 의해 제조된 필름의 사진.
<도 5>
도 5는 예 4에 의해 제조된 필름의 사진.
<도 6>
도 6은 예 5에 의해 제조된 필름의 사진.
<도 7>
도 7은 예 6에 의해 제조된 필름의 사진.
<도 8>
도 8은 예 7에 의해 제조된 필름의 사진.
<도 9>
도 9는 예 8에 의해 제조된 필름의 사진.
본 명세서 및 도면에서 도면 부호를 반복하여 사용하는 것은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징부 또는 요소를 나타내고자 하는 것이다.
정의
본 명세서에 사용된 바와 같이, 단어 "포함한다", "갖는다", 및 "구비한다"의 형태들은 법률적으로 동등하며 개방형(open-ended)이다. 따라서, 언급된 요소, 기능, 단계, 또는 제한 외에 언급되지 않은 추가의 요소, 기능, 단계 또는 제한이 존재할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "필름"은 그의 폭 또는 길이보다 상당히 작은 두께를 갖는 중합체 웨브(web)이다.
이제 도 1을 참조하면, 필름(12)을 압출 코팅하기 위한 코팅 스테이션(10)이 도시되어 있다. 코팅 스테이션(10)은 캐스팅 롤(16)에 의해 닙핑되는 탄성 롤(14)을 포함한다. 닙(22) 내로 중합체 재료(20)를 압출하기 위한 압출 다이(18)가 닙핑된 롤들에 인접하게 위치된다. 유입 필름(12)이 권취 해제(unwind)와 같은 상류측 공정으로부터 공급되고, 이 필름은 탄성 롤의 외측 표면(24)과 접촉한다. 전형적으로, 필름(12)은 탄성 롤의 외측 표면(24)의 적어도 일부분 둘레에 감긴다.
필름(12)이 닙(22)에 진입할 때, 중합체 재료(20)는 필름의 주요 외부 표면들 중 하나를 코팅한다. 그 후에, 압출 코팅된 필름(26)은 캐스팅 롤(16)의 외측 표면(27) 주위로 이송되고 여기에서 중합체 재료(20)는 냉각되어 필름 상에 고형화되기 시작한다. 전형적으로, 캐스팅 롤(16)은 냉각 롤이고, 물에 의해 내부적으로 냉각될 수 있는 능력을 갖는다. 제3 롤(28)이 캐스팅 롤(16)과 닙핑될 수 있고 압출 코팅된 필름이 제3 롤(28)의 외측 표면으로 전달될 수 있다. 제3 롤(28)은 캐스팅 롤의 원주 둘레에 더 큰 웨브 감김을 생성함으로써 압출 코팅된 필름과 캐스팅 롤(16)의 접촉 시간을 연장하는 데 사용될 수 있다. 그 후에, 압출 코팅된 필름(26)은 제3 롤(28)과의 접촉으로부터 제거되고 그러한 권취를 처리하는 추가의 하류측 처리를 위해 이송된다.
탄성 롤(14)의 표면 속도를 캐스팅 롤(16)의 표면 속도와는 상이하도록 조정함으로써 압출 코팅된 필름(26) 내의 광학적 결함이 제거될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이들 광학적 결함은 종종 압출 코팅된 필름에 대해 내부에만 있으며, 필름(12)이 닙(22)을 횡단할 때 유입 필름과 압출된 중합체 재료 사이의 계면에 형성된다. 광학적 결함은 포집된 공기의 다운-웨브(down-web) 연속 또는 반-연속 좁은 밴드(band) 중 어느 하나를 닮은 두 가지 방식 중 어느 하나로, 또는 둘째로 압출 코팅된 필름의 표면 상에 있는 기계 횡단 방향 주름 또는 바아(bar)로서 나타날 수 있다.
일부 실시예에서, 광학적 결함을 제거하기 위해, 탄성 롤(14)의 표면 속도가 캐스팅 롤의 표면 속도보다 ±5% 미만만큼 더 빠르거나 더 느리도록, 캐스팅 롤의 표면 속도보다 ±3% 미만만큼 더 빠르거나 더 느리도록, 캐스팅 롤의 표면 속도보다 ±2% 미만만큼 더 빠르거나 더 느리도록, 또는 캐스팅 롤의 표면 속도보다 ±1% 미만만큼 더 빠르거나 더 느리도록, 그러나 캐스팅 롤의 표면 속도와 동일하지 않도록 조정되어야 한다는 것이 밝혀졌다. 또한, 필름(12)이 단축으로 배향된 경우, 광학적 결함을 제거하기 위해 탄성 롤의 표면 속도가 캐스팅 롤의 표면 속도보다 크도록 조정될 필요가 있다는 것이 밝혀졌다. 반대로, 필름이 2축으로 배향된 경우, 광학적 결함을 제거하기 위해 탄성 롤의 표면 속도가 캐스팅 롤의 표면 속도보다 작도록 조정될 필요가 있다는 것이 밝혀졌다.
이 공정에 사용하기에 적합한 유입 필름(12)은, 다른 필름이 또한 채용될 수 있지만, 광학 필름을 제조하는 데 전형적으로 사용되는 것을 포함한다. 적합한 필름은 중합체 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리카르보네이트 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리비닐 클로라이드 필름, 나일론 필름, 에틸렌 비닐 아세테이트 필름, 및 이들의 조합을 포함하는 단일 또는 다층 필름을 제한 없이 포함할 수 있다.
유용한 광학 필름은 비퀴티(VIKUITI)TM 이중 휘도 향상 필름(Dual Brightness Enhanced Film, DBEF), 비퀴티TM 휘도 향상 필름(Brightness Enhanced Film, BEF), 비퀴티TM 확산 반사 편광기 필름(Diffuse Reflective Polarizer Film, DRPF), 비퀴티TM 강화 경면 반사기(Enhanced Specular Reflector, ESR), 비퀴티TM 고급 편광 필름(Advanced Polaring Film, APF)으로 판매되는 구매가능한 광학 필름을 포함하며, 이들 필름 모두는 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수가능하다. 유용한 광학 필름이 또한 미국 특허 제5,825,543호; 제5,867,316호; 제5,882,774호; 제6,352,761 B1호; 제6,368,699 B1호; 제6,927,900 B2호; 미국 제2006/0084780 A1호; 제2001/0013668 A1호; 미국 출원 제09/229,724호; 국제 출원 공개 WO 95/17303호; WO 95/17691호; WO 95/17692호; WO 95/17699호; WO 96/19347호; WO 97/01440호; WO 99/36248호; 및 WO 99/36262호에 기재되어 있다. 이들 광학 필름은 단지 예시적인 것이며, 사용될 수 있는 적합한 광학 필름들의 총망라한 목록인 것으로 의도되지 않는다.
광학 필름은 하나 이상의 비-광학 층, 즉 광학 필름의 광학적 특성의 결정에 크게 관여하지 않는 층을 가질 수 있다. 비-광학 층은 상기 참고문헌들 중 임의의 것에 기재된 바와 같은 기계적, 화학적, 광학적 등의 임의의 수의 추가적인 특성, 즉 내인열성 또는 내천공성, 내후성, 내용매성을 부여하거나 개선하는 데 사용될 수 있다.
적합한 필름 두께는 달라질 수 있지만, 더 얇은 필름이 전형적으로 차별적인 표면 속도로부터 더 많은 이익을 발생시킬 것이다. 일부 실시예에서, 필름 두께는 약 0.102 ㎜(4 밀(mil)) 미만, 또는 약 0.076 ㎜(3 밀) 미만, 또는 약 0.051 ㎜(2 밀) 미만일 수 있다. 더 얇은 유입 필름 두께가 차별적인 표면 속도에 의해 광학적 결함을 제거하는 데 더 유용한 것으로 여겨지는데, 그 이유는 필름이 더 얇아짐에 따라 압출된 중합체 재료가 적용될 때 닙 내의 필름에서 더 큰 온도 상승이 발생하며, 이는 내부 광학 필름 결함이 발생하는 경향을 증가시킬 수 있기 때문이다.
공정에 사용하기에 적합한 중합체 재료(20)는, 비록 다른 중합체가 채용될 수 있지만, 광학 필름을 제조하는 데 사용되는 압출가능한 중합체를 포함한다. 사용될 수 있는 중합체 재료는 스티렌 아크릴로니트릴 공중합체; 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체; 폴리메틸메타크릴레이트; 스티렌 말레산 무수물 공중합체; 핵화 반-결정질 폴리에스테르; 폴리에틸렌나프탈레이트의 공중합체; 폴리이미드; 폴리이미드 공중합체; 폴리에테르이미드; 폴리스티렌; 신디오닥틱(syndiodactic) 폴리스티렌; 폴리페닐렌 옥사이드; 및 아크릴로니트릴, 부타디엔, 및 스티렌의 공중합체로부터 선택되는 하나 이상의 중합체를 포함한다. 사용될 수 있는 특히 유용한 중합체는 다우 케미칼(Dow Chemical)로부터 입수가능한 타이릴(TYRIL) 공중합체로 알려진 스티렌 아크릴로니트릴 공중합체를 포함하며; 그 예는 타이릴 880 및 125를 포함한다. 사용될 수 있는 특히 유용한 다른 중합체는 둘 모두 노바 케미칼(Nova Chemical)로부터의 것인 스티렌 말레산 무수물 공중합체 다이라크(DYLARK) 332 및 스티렌 아크릴레이트 공중합체 나스(NAS) 30을 포함한다. 마그네슘 실리케이트, 소듐 아세테이트, 또는 메틸렌비스(2,4-다이-t-부틸페놀) 산 소듐 포스페이트와 같은 핵화제와 블렌딩된 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 또한 유용하다.
다른 유용한 중합체는 광의 증가된 시준을 위해 높은 굴절률, 예를 들어 630 ㎚에서 측정될 때 약 1.59 초과의 굴절률을 갖는 중합체를 포함한다. 더 높은 굴절률을 갖는 중합체는 광의 증가된 굴절을 제공할 것이며, 소정의 표면 기하학적 형상에 의해 고각(high angle) 광의 증가된 재순환 및 그에 따른 증가된 이득 또는 법선각(normal angle) 휘도를 제공할 것이다. 유용한 높은 굴절률을 갖는 예시적인 중합체는 CoPEN(폴리에틸렌나프탈레이트의 공중합체), CoPVN(폴리비닐 나프탈렌의 공중합체), 및 폴리에테르이미드를 포함하는 폴리이미드를 포함한다.
다른 유용한 압출가능한 중합체는 스티렌 아크릴로니트릴 공중합체; 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체; 스티렌 말레산 무수물 공중합체, 핵화 반-결정질 폴리에스테르; 폴리스티렌; 신디오닥틱 폴리스티렌; 폴리스티렌 및 폴리페닐렌 옥사이드 블렌드; 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체의 블렌드; 스티렌-아크릴로니트릴 및 폴리카르보네이트 블렌드; 아크릴로니트릴, 부타디엔, 및 스티렌의 공중합체; 및 이들의 공중합체를 포함한다. 또 다른 유용한 압출가능한 중합체는 폴리에스테르, 작용성 개질 폴리올레핀, 및 폴리우레탄을 포함한다. 유용한 폴리에스테르는 코폴리에스테르 및 특히 나프탈렌 다이카르복실산 단량체로부터 특별히 유도되는 폴리에틸렌나프탈레이트의 공중합체를 포함한다.
표면 속도 차이는 유입 필름의 두께보다 적어도 2배 더 두꺼운 압출 코팅된 층을 형성하는 중합체 재료를 압출할 때 광학적 결함을 감소시키는 데 더 효과적인 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 다른 실시예에서, 압출 코팅된 층은 필름의 두께의 약 2배 내지 약 6배만큼 더 두껍거나, 필름의 두께의 약 3배 내지 약 5배만큼 더 두꺼울 수 있다. 더 낮은 압출 코팅된 두께에서 광학적 결함을 제거하기 위한 표면 속도 차이는, 더 낮은 코팅 두께를 갖는 필름에서 열 상승이 적기 때문에 덜 유용한 것으로 여겨진다. 극도의 코팅 두께에서, 필름에서 열 상승이 많아 필름이 완전히 용융되어 그의 원래의 광학적 특성을 상실할 수 있다.
일부 실시예에서, 캐스팅 롤의 외측 표면(27)은 복수의 피크 및 밸리를 종종 갖는 패턴을 포함하며, 이 패턴은 재료가 탄성 롤에 의해 피크 및 밸리 내로 가압됨에 따라 압출된 중합체 재료 내에 미세복제된 패턴을 형성한다. 패턴화된 캐스팅 롤이 미국 특허 제6,783,349호 및 미국 특허 공개 제2006/0263530호에 개시되어 있다. 패턴은 당업자에게 일반적으로 알려져 있는 방법 및 기술을 사용해 형성될 수 있는 마스터 몰드(master mold)로부터 캐스팅 롤 표면 상에 또는 캐스팅 롤에 부착된 플레이트의 표면 상에 복제될 수 있거나, 패턴은 캐스팅 롤의 표면 내로 직접 기계가공되거나 인그레이빙(engraving)될 수 있다.
패턴을 형성하는 하나의 방법은 처음에 기재 상에 구조화된 어레이(structured array)와 같은 구조를 형성하여 마스터 몰드를 생성하는 단계를 포함한다. 구조화된 어레이 내의 구조는 당업자에게 알려져 있는 컴퓨터 이용 설계 및 제조(CAD/CAM) 소프트웨어를 사용해 설계 및 배열될 수 있다. 일단 패턴이 설계되면, 예를 들어 2-광자와 같은 다수-광자 노출 공정, 화학 또는 기계적 에칭, 레이저 어블레이션(laser ablation), 포토리소그래피(photolithography), 스테레오리소그래피(stereolithography), 미세기계가공, 널링(knurling), 커팅, 스코어링(scoring), 인그레이빙, 다이아몬드 선삭 등과 같은 일반적으로 이용되는 기술을 사용하는 다수의 공정들 중 임의의 것에 의해 패턴이 적합한 재료 내에 생성될 수 있다. 다양한 크기, 기하학적 구성, 표면 프로파일, 또는 이들의 조합의 구조를 갖는 패턴을 탄력적으로 그리고 제어가능하게 제공할 수 있는 한, 임의의 공정 또는 공정들의 조합이 사용될 수 있다.
패턴은 일반적으로 제한되지 않으며, 예를 들어 돌출 구조, 만입된(recessed) 구조, 연속 및 불연속 홈, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이 구조에 의해 형성되는 패턴은 규칙적 또는 불규칙적일 수 있으며, 이들 패턴 내의 개개의 구조는 하나 이상의 형상, 각도, 치수 또는 이들의 조합에서 동일하거나 상이할 수 있다.
표면 속도 차이는 일부 실시예에서 탄성 롤과 캐스팅 롤 사이의 닙 압력에 대한 소정 범위와 조합될 때 광학적 결함을 제거하는 데 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다. 적합한 탄성 롤은 실리콘, 폴리우레탄, 하이팔론(HYPALON), 니트릴, 플루오로엘라스토머, 네오프렌 및 EPDM과 같은 재료를 이용하는 탄성중합체 커버링을 갖는 롤을 포함한다. 일반적으로, 닙 압력이 175 N/㎝(100 파운드/선형 인치) 이상일 때, 속도 차이가 더 효과적인 것으로 밝혀졌다. 다른 실시예에서, 닙 압력은 약 175 N/㎝(100 파운드/선형 인치) 내지 약 1750 N/㎝(1000 파운드/선형 인치), 또는 최대 효과를 위해 약 875 N/㎝(500 파운드/선형 인치) 내지 약 1750 N/㎝(1000 파운드/선형 인치)일 수 있다. 더 낮은 닙 압력에서 광학적 결함을 제거하기 위한 표면 속도 차이는, 패턴화된 캐스팅 롤의 표면 텍스처/마무리가 종종 필름의 표면으로 효과적으로 전사되지 않기 때문에 바람직하지 않은 것으로 여겨진다. 더 높은 닙 압력은 코팅 균일성 결함으로 이어지는 롤러 편향 및 롤링 뱅크(rolling bank) 코팅 결함으로 인해 바람직하지 않은 것으로 여겨진다.
예
본 발명의 목적 및 이점들이 하기의 비제한적 예에 의해 추가로 설명된다. 이들 예에서 언급되는 특정 재료 및 그의 양뿐만 아니라 다른 조건 및 상세사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 달리 기재되지 않는 한, 예 및 본 명세서의 나머지 부분에서 모든 부(part), 백분율, 비(ratio) 등은 중량을 기준으로 한다.
비교예 1
폴리에틸렌 나프탈렌(PEN) 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 교번하는 층들로 구성되고, 86.4 마이크로미터(0.0034 인치) 두께이며, 횡방향 배향을 갖는, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 DBEF로 구매가능한 반사 편광 필름인 다층 광학 필름(MOF)을 획득하였다. 이러한 종류의 MOF의 일반적인 논의는 발명의 명칭이 "광학 필름(Optical Film)"인 미국 특허 제5,882,774호에서 찾아볼 수 있다. 이 필름을 종래의 웨브-취급 기구에 의해 15.25 m/분(50 피트/분)으로 스티렌 아크릴로니트릴(SAN), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 이들 사이에 있는 말레에이트화(maleated) 올레핀의 타이 층(tie layer)으로 된 3층 공압출된 구조를 분배하는 3-슬롯 공압출 다이를 지나가도록 전진시켰다. 보다 구체적으로, SAN 층은 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼로부터 타이릴 125로 구매가능한 88.9 마이크로미터(0.0035 인치) 두께의 재료였고; ABS 층은 일본 도쿄 소재의 토레이(Toray)로부터 구매가능한 50.8 마이크로미터(0.002 인치) 두께의 토요락(TOYOLAC) 900이었으며; 타이 층은 일본 도쿄 소재의 미츠이 케미칼즈(Mitsui Chemicals)로부터 구매가능한 12.7 마이크로미터(0.0005 인치) 두께의 애드머(ADMER) SE810이었다. 압출 코팅된 층은 유입 필름 두께의 약 1.8배만큼 두꺼웠다. 압출 다이를 249℃의 온도에서 작동시켰으며, 미국 일리노이주 로메오빌 소재의 로타다인(Rotadyne)으로부터 구매가능한 AMS80R의 유연성 실리콘 커버링을 갖는 30.5 ㎝(12 인치) 직경의 탄성 롤과 캐스팅 롤 사이의 닙 직전에서 필름이 30.5 ㎝(12 인치) 직경의 캐스팅 롤 주위를 지나갈 때 필름 상으로 분배하였다. 캐스팅 롤에는 이를 65.5℃의 온도로 조절하기 위해 냉각수를 제공하였으며, 캐스팅 롤은 미국 위스콘신주 그린 베이 소재의 울트라 플레이팅(Ultra Plating)으로부터 구매가능한 2 마이크로미터(80 마이크로인치)의 평균 조도(roughness)를 갖는 외측 표면 상에 무광택(matte) 표면 텍스처를 가졌다. 캐스팅 롤과 탄성 롤 둘 모두에, 상대 속도들이 서로의 0.1% 내에서 제어되는 것을 허용하는 서보-모터 및 정밀 기어박스를 포함한 능동 구동장치를 제공하였다.
웨브의 폭에 기초해 7.2 N/선형 ㎝(4.1 파운드/선형 인치)와 동등한 133.4 N(30 파운드)의 장력 하에 필름이 있는 상태로 그리고 109.4 N/선형 ㎝(62.5 파운드/선형 인치)의 닙 압력에서 압출을 수행하였다. 고무 롤을 캐스팅 롤의 속도와 일치하도록 설정하였다. 이제 도 2를 참조하면, 생성되는 필름의 평면도에서 촬영한 이미지가 제공되어 있으며, 이 이미지는 필름의 표면으로부터 반사된 광의 광학 편차를 포착하도록 캐스팅 스테이션의 웨브 아래 약 3.04 m(10 피트)에 장착된 라인-스캔 카메라(line-scan camera)로 촬영한 것이다. 원하는 결과는 코팅의 중심에서의 균일하게 회색인 외관이다. 도 2에 보여지는 바와 같이, 고무 롤과 캐스팅 롤 사이의 일치된 표면 속도가 사용된 경우 광학 필름 결함이 존재하지 않는다.
예 2
이 예는, 고무 롤을 캐스팅 롤보다 1% 더 빠른 표면 접선 속도를 갖도록 작동시킨 것을 제외하고는, 비교예 1과 유사하다. 이제 도 3을 참조하면, 생성되는 필름의 평면도에서 촬영한 이미지가 제공되어 있으며, 이 이미지는 필름 내의 다운-웨브 광학적 결함 또는 경사진 주름을 명확히 보여주고 있다. 이 예에서, 탄성 롤과 캐스팅 롤 사이의 차별적인 표면 속도의 사용은 광학적 결함이 발생하게 하였다. 비교예 1 및 예 2의 필름은 주로 그의 두께 때문에 비교적 강성이고 열 안정성이며, 탄성 롤 및 캐스팅 롤의 표면 속도 사이의 아주 흡사한 일치에 의해 가장 잘 코팅된 것으로 관찰되었다.
예 3
이 예는, 사용된 필름이 MOF "A"이고 웨브 장력이 22.25 N(5 파운드)[1.1 N/선형 ㎝(0.6 파운드/선형 인치)]인 것을 제외하고는, 비교예 1과 유사하다. 발명의 명칭이 "광 재순환 중공형 공동 유형의 디스플레이 백라이트(Light Recycling Hollow Cavity Type Display Backlight)"인 국제 공개 WO2008/144656호에 기재된 바와 같은 MOF "A"는 쓰리엠 컴퍼니에 의해 제조된 횡방향 배향을 갖는 28 마이크로미터(0.0011 인치) 두께의 단축 배향된 필름이다. 압출 코팅된 층은 유입 필름 두께의 약 4.7배였다. MOF "A"는 글리콜 변형 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체(PETg)로 제조된 스킨 층을 갖는 캐스트 웨브(cast web) 다층 광학 필름이다. 305개의 교번하는 중합체 층들의 광학 스택(stack)은 90% 나프탈레이트 모이어티(moiety) 및 10% 테레프탈레이트 모이어티를 갖는 폴리에틸렌 나프탈레이트 공중합체(90:10 coPEN)로부터 제조된 고굴절률 층; 및 PETg로부터 제조된 저굴절률 등방성 층을 포함하였다. 이어서 웨브를 3개의 구역 - 예열, 신장, 및 열 경화 - 으로 분할된 텐터(tenter) 내로 통과시켰다. 3개의 구역에 대한 온도 및 체류 시간은 각각 다음과 같았다: 예열 146℃, 14초; 신장 146℃, 22초; 열 경화 146℃, 14초. 신장 구역에서의 횡방향 연신비(draw ratio)는 약 5.9:1이었고, 이는 최종 기재 두께를 산출하였다.
이제 도 4를 참조하면, 생성되는 필름의 평면도에서 촬영한 이미지가 제공되어 있으며, 이 이미지는 이 필름이 코팅되고 탄성 롤의 표면 속도가 캐스팅 롤의 표면 속도와 일치할 때의 상당한 광학적 결함(종방향 주름)을 보여주고 있다.
예 4
이 예는, 탄성 롤을 캐스팅 롤보다 1% 더 빠른 표면 접선 속도를 갖도록 작동시킨 것을 제외하고는, 예 3과 유사하다. 이제 도 5를 참조하면, 생성되는 필름의 평면도에서 촬영한 이미지가 제공되어 있으며, 이 이미지는 표면 속도 불일치 그리고 특히 오버 스피드의 사용이 단축 배향된 코팅된 필름으로부터 광학적 결함을 제거했다는 것을 보여주고 있다. 이러한 세트의 조건들의 경우, 탄성 롤의 오버 스피드를 캐스팅 롤보다 3% 더 빠른 표면 접선 속도를 갖도록 증가시켰을 때, 필름에 수평 스트립 또는 바아가 나타나 다른 광학적 결함 및 이러한 특정 예에 대한 오버 스피드의 양에 대한 상한을 야기했다는 것에 주목하였다.
예 5
이 예는, 쓰리엠 컴퍼니로부터 또한 입수가능한, 포물선형 횡방향 배향을 갖도록 제조된 35.5 마이크로미터(0.0014 인치) 두께의 단축 배향된 필름인, 비퀴티TM APF로 필름을 대신하였고 웨브 장력이 89 N(20 파운드)[4.2 N/선형 ㎝(2.4 파운드/선형 인치)]이었던 것을 제외하고는, 비교예 1과 유사하다. 이러한 유형의 필름을 제조하는 방법이 미국 특허 제6,939,499호에 개시되어 있다. 압출 코팅된 층은 유입 필름 두께의 약 4.3배였다. 이제 도 6을 참조하면, 생성되는 필름의 평면도에서 촬영한 이미지가 제공되어 있으며, 이 이미지는 이 필름이 코팅되고 탄성 롤의 표면 속도가 캐스팅 롤의 표면 속도와 일치할 때의 상당한 광학적 결함(종방향 주름)을 보여주고 있다.
예 6
이 예는, 탄성 롤을 캐스팅 롤보다 2% 더 빠른 표면 접선 속도를 갖도록 작동시킨 것을 제외하고는, 예 5와 유사하다. 이제 도 7을 참조하면, 생성되는 필름의 평면도에서 촬영한 이미지가 제공되어 있으며, 이 이미지는 표면 속도 불일치 그리고 특히 오버 스피드의 사용이 단축 배향된 코팅된 필름으로부터 광학적 결함을 제거했다는 것을 보여주고 있다.
예 7
이 예는, 쓰리엠 컴퍼니로부터 또한 입수가능한, 35.5 마이크로미터(0.0014 인치) 두께의 2축 배향된 필름인, 비퀴티TM ESR2로 필름을 대신하였고, 웨브 장력이 89 N(20 파운드)[4.4 N/선형 ㎝(2.5 파운드/선형 인치)]이었으며, 닙 압력이 218.8 N/㎝(125 파운드/선형 인치)이었던 것을 제외하고는, 비교예 1과 유사하다. 압출 코팅된 층은 유입 필름 두께의 약 4.3배였다. 이제 도 8을 참조하면, 생성되는 필름의 평면도에서 촬영한 이미지가 제공되어 있으며, 이 이미지는 이 필름이 코팅되고 탄성 롤의 표면 속도가 캐스팅 롤의 표면 속도와 일치할 때의 상당한 광학적 결함(CD 주름)을 보여주고 있다.
예 8
이 예는, 탄성 롤을 캐스팅 롤보다 1% 더 느린 표면 접선 속도를 갖도록 작동시킨 것을 제외하고는, 예 7과 유사하다. 이제 도 9를 참조하면, 생성되는 필름의 평면도에서 촬영한 이미지가 제공되어 있으며, 이 이미지는 표면 속도 불일치 그리고 특히 언더 스피드의 사용이 2축 배향된 코팅된 필름으로부터 광학적 결함을 제거했다는 것을 보여주고 있다.
하기의 표는 상기 예들에서의 변수를 요약하고 있다.
Figure pct00001
본 발명에 대한 다른 수정 및 변경이, 첨부된 특허청구범위에 보다 구체적으로 기재된 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 실시될 수 있다. 다양한 실시예의 태양들이 다양한 실시예의 다른 태양들과 전체적으로 또는 부분적으로 상호교환될 수 있거나 이와 조합될 수 있는 것으로 이해된다. 특허증을 위한 상기 출원 내의 모든 인용 문헌, 특허, 또는 특허 출원은 일관된 방식으로 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 본 출원의 부분과 포함되는 문헌의 부분 사이에 불일치 또는 모순이 있는 경우, 앞선 설명 내의 정보가 우선할 것이다. 당업자가 청구된 발명을 실시하는 것을 가능하게 하기 위해 제공된 앞선 설명은 본 발명의 범주를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안 되며, 본 발명의 범주는 특허청구범위 및 이의 모든 등가물에 의해 한정된다.

Claims (9)

  1. 압출 코팅된 필름 내의 광학적 결함을 제거하는 방법으로서,
    캐스팅 롤(casting roll)과 닙핑(nipping)된 탄성 롤(resilient roll) 및 닙에 인접한 압출 코팅 다이(extrusion coating die)를 포함하는 코팅 스테이션(coating station)으로 필름을 이송하는 단계;
    닙 내로 중합체 재료를 압출하는 동안 필름을 탄성 롤과 접촉시키는 단계; 및
    탄성 롤의 표면 속도와 캐스팅 롤의 표면 속도 사이의 차이가 캐스팅 롤의 표면 속도의 ±5% 이하가 되도록, 탄성 롤의 표면 속도를 캐스팅 롤의 표면 속도와는 상이하도록 조정하여 광학적 결함을 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 압출 코팅된 필름 내의 광학적 결함을 제거하는 방법으로서,
    캐스팅 롤과 닙핑된 탄성 롤 및 닙에 인접한 압출 다이를 포함하는 코팅 스테이션으로 필름을 이송하는 단계 - 여기서, 캐스팅 롤의 외측 표면은 필름 상에 미세복제된(microreplicated) 패턴을 형성하기 위한 복수의 피크(peak) 및 밸리(valley)를 갖고, 닙 내의 닙 압력은 175 N/㎝(100 파운드/선형 인치) 이상임 -;
    닙 내로 중합체 재료를 압출하는 동안 필름을 탄성 롤과 접촉시키는 단계; 및
    탄성 롤의 표면 속도를 캐스팅 롤의 표면 속도와는 상이하도록 조정하여 광학적 결함을 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 압출 코팅된 필름 내의 광학적 결함을 제거하는 방법으로서,
    캐스팅 롤과 닙핑된 탄성 롤 및 닙에 인접한 압출 다이를 포함하는 코팅 스테이션으로 필름을 이송하는 단계;
    닙 내로 중합체 재료를 압출하는 동안 필름을 탄성 롤과 접촉시켜 필름의 두께보다 2배 이상 더 두꺼운 코팅된 층을 형성하는 단계; 및
    탄성 롤의 표면 속도를 캐스팅 롤의 표면 속도와는 상이하도록 조정하여 광학적 결함을 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제1항, 제2항, 또는 제3항에 있어서, 필름은 단축 배향되고(uniaxially oriented) 탄성 롤의 표면 속도는 캐스팅 롤의 표면 속도보다 크도록 조정되는 방법.
  5. 제1항, 제2항, 또는 제3항에 있어서, 필름은 2축 배향되고(biaxially oriented) 탄성 롤의 표면 속도는 캐스팅 롤의 표면 속도보다 작도록 조정되는 방법.
  6. 제1항, 제2항, 또는 제3항에 있어서, 필름의 두께는 0.076 ㎜(3 밀(mil)) 미만인 방법.
  7. 제1항, 제2항, 또는 제3항에 있어서, 탄성 롤의 표면 속도와 캐스팅 롤의 표면 속도 사이의 차이는 캐스팅 롤의 표면 속도의 ±2% 이하인 방법.
  8. 제1항, 제2항, 또는 제3항에 있어서, 닙 내의 닙 압력은 약 875 N/㎝(500 파운드/선형 인치) 내지 1750 N/㎝(1000 파운드/선형 인치)인 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 닙 내로 중합체 재료를 압출하는 단계는 필름의 두께보다 약 2배 내지 약 6배 더 두꺼운 코팅된 층을 형성하는 방법.
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