KR20210033993A - 중합체 광학 반사기 및 불연속 투명 코팅을 포함하는 광학 필름 - Google Patents

중합체 광학 반사기 및 불연속 투명 코팅을 포함하는 광학 필름 Download PDF

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제레미 오 스완슨
매튜 에스 스테이
매튜 알 디 스미스
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

광학 필름이 기술된다. 특히, 광대역 중합체 다층 광학 반사기 및 불연속 투명 코팅을 포함하는 광학 필름이 기술되는데, 불연속 투명 코팅은 광대역 다층 광학 반사기 상에 배치되고 도트(dot)들의 어레이를 포함한다. 그러한 필름은 높은 경면 반사율을 여전히 가지면서 감소된 마찰 계수를 제공할 수 있다.

Description

중합체 광학 반사기 및 불연속 투명 코팅을 포함하는 광학 필름
광학 필름은 디스플레이 및 조명과 같은 많은 시각적 응용에서 그 용도를 찾을 수 있다. 중합체 다층 광학 반사기는 수십 또는 수백 개의 용융된 중합체 층을 공압출하고 캐스팅 후에 이들을 배향하여 원하는 파장 범위에 걸쳐 아주 효율적인 필름 반사기를 생성함으로써 형성될 수 있다. 광학 필름은 예를 들어 물리적 또는 광학적 특징부를 제공하기 위해 추가 층 또는 코팅을 포함할 수 있다.
일 태양에서, 본 발명은 광학 필름에 관한 것이다. 본 광학 필름은 광대역 중합체 다층 광학 반사기 및 광대역 다층 광학 반사기 상에 배치된 불연속 투명 코팅을 포함하며, 여기서 불연속 투명 코팅은 도트(dot)들의 어레이를 포함한다. 불연속 투명 코팅이 없는 광학 필름의 영역에서, 광대역 중합체 다층 광학 반사기는 공기에 노출된다.
다른 태양에서, 본 발명은 광학 필름을 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 광대역 중합체 다층 광학 반사기를 제공하는 단계 및 광대역 중합체 광학 반사기 상에 불연속 투명 코팅을 플렉소 인쇄하는 단계를 포함하며, 불연속 투명 코팅은 도트들의 어레이를 포함하고, 불연속 투명 코팅이 없는 광학 필름의 영역에서 광대역 다층 광학 반사기는 공기에 노출된다.
도 1은 광학 필름의 측입면 단면도이다.
도 2는 중합체 광학 반사기 및 투명 불연속 코팅을 포함하는 광학 필름의 평면도이다.
도 3은 중합체 광학 반사기 및 투명 불연속 코팅을 포함하는 다른 광학 필름의 평면도이다.
다층 광학 필름, 즉 상이한 굴절률의 미세층의 배열에 의해 적어도 부분적으로 바람직한 투과 및/또는 반사 특성을 제공하는 필름이 알려져 있다. 진공 챔버 내에서 기재(substrate) 상에 광학적으로 얇은 층("미세층")으로 일련의 무기 재료를 침착시킴으로써 그러한 다층 광학 필름을 제조하는 것이 알려져 있다. 무기 다층 광학 필름은, 예를 들어 문헌[H. A. Macleod, Thin-Film Optical Filters, 2nd Ed., Macmillan Publishing Co. (1986) and by A. Thelan, Design of Optical Interference Filters, McGraw-Hill, Inc. (1989)]의 교재에 기술되어 있다.
다층 광학 필름은 또한 교번하는 중합체 층들의 공압출에 의해 입증되었다. 예컨대, 미국 특허 제3,610,729호(로저스(Rogers)), 제4,446,305호(로저스 등), 제4,540,623호(임(Im) 등), 제5,448,404호(슈렝크(Schrenk) 등), 및 제5,882,774호(존자(Jonza) 등)를 참조한다. 이들 중합체 다층 광학 필름에서, 중합체 재료가 개별 층의 구성에 주로 또는 전적으로 사용된다. 그러한 필름은 대량 제조 공정에 적합하고 대형 시트(sheet) 및 롤(roll) 제품으로 제조될 수 있다. 아래의 설명 및 예는 이러한 다층 광학 필름에 관한 것이다.
다층 광학 필름은 일부 광이 인접한 미세층들 사이의 계면에서 반사되도록 상이한 굴절률 특성을 갖는 개별 미세층을 포함한다. 미세층은 다층 광학 필름에 원하는 반사 또는 투과 특성을 제공하기 위해 복수의 계면에서 반사된 광이 보강 또는 상쇄 간섭을 겪도록 충분히 얇다. 자외선, 가시, 또는 근적외선 파장에서 광을 반사하도록 설계된 다층 광학 필름의 경우, 각각의 미세층은 일반적으로 약 1 mm 미만의 광학 두께(물리적 두께에 굴절률을 곱한 것)를 갖는다. 층은 일반적으로 가장 얇은 것으로부터 가장 두꺼운 것으로 배열될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 교번하는 광학 층의 배열은 층 총수(layer count)의 함수로서 실질적으로 선형으로 변화할 수 있다. 이들 층 프로파일은 선형 층 프로파일로 지칭될 수 있다. 다층 광학 필름의 외측 표면에 있는 스킨 층(skin layer), 또는 미세층의 간섭성 그룹(coherent grouping)(본 명세서에서 "패킷"(packet)으로 지칭됨)을 분리하는, 다층 광학 필름 내에 배치되는 보호 경계 층(protective boundary layer, PBL)과 같은 더 두꺼운 층이 포함될 수 있다. 일부 경우에, 보호 경계 층은 다층 광학 필름의 교번하는 층들 중 적어도 하나와 동일한 재료일 수 있다. 다른 경우에, 보호 경계 층은 그의 물리적 또는 유동학적 특성을 위해 선택되는 상이한 재료일 수 있다. 보호 경계 층은 광학 패킷의 일측 면 상에 또는 양측 면 상에 있을 수 있다. 단일-패킷 다층 광학 필름의 경우에, 보호 경계 층은 다층 광학 필름의 하나의 또는 둘 모두의 외부 표면 상에 있을 수 있다.
일부 경우에, 미세층은 ¼-파장 스택(wave stack)을 제공하는 두께 및 굴절률 값을 갖는데, 즉 동일한 광학 두께(f-비 = 50%)의 2개의 인접한 미세층을 각각 갖는 광학 반복 유닛 또는 유닛 셀(unit cell)로 배열되며, 그러한 광학 반복 유닛은 그의 파장(λ)이 광학 반복 유닛의 전체 광학 두께의 약 2배인 보강 간섭 광에 의한 반사에 효과적이다. 다른 층 배열, 예컨대 그의 f-비가 50%와 상이한 2-미세층 광학 반복 유닛을 갖는 다층 광학 필름, 또는 그의 광학 반복 유닛이 2개 초과의 미세층을 포함하는 필름이 또한 알려져 있다. 이들 광학 반복 유닛 설계는 소정의 고차 반사(higher-order reflection)를 감소시키거나 증가시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5,360,659호(아렌즈(Arends) 등) 및 제5,103,337호(슈렝크 등)를 참조한다. 필름의 두께 축(예컨대, z-축)을 따른 광학 반복 유닛의 두께 구배가 사람의 가시 영역 전체에 걸쳐 그리고 근적외선 내로 연장되는 반사 대역과 같은 확장된 반사 대역을 제공하도록 사용될 수 있고, 따라서 이러한 대역이 경사 입사각에서 더 짧은 파장으로 이동함에 따라 미세층 스택이 전체 가시 스펙트럼에 걸쳐 계속하여 반사하게 된다. 대역 에지, 즉 고 반사와 고 투과 사이의 파장 전이를 선명하게 하도록 맞춰진 두께 구배가 미국 특허 제6,157,490호(휘틀리(Wheatley) 등)에 논의되어 있다.
많은 응용에서, 필름의 반사 특성은 "반구 반사율" Rhemi(λ)에 관하여 특성화될 수 있고, 이는 (소정의 관심대상의 파장 또는 파장 범위의) 광이 모든 가능한 방향으로부터 구성요소(표면이든, 필름이든, 또는 필름의 집합체이든 간에)에 입사할 때의 그러한 구성요소의 총 반사율을 의미한다. 따라서, 구성요소는 법선 방향에 중심을 둔 반구 내로 모든 방향으로부터 입사하는 광으로(그리고 달리 특정되지 않는 한, 모든 편광 상태로) 조명되고, 그 동일한 반구 내로 반사되는 모든 광이 수집된다. 관심대상의 파장 범위에 대한 반사 광의 총 플럭스(flux) 대 입사 광의 총 플럭스의 비가 반구 반사율, Rhemi(λ)를 생성한다. 반사기를 그의 Rhemi(λ)에 관하여 특성화하는 것은 특히 백라이트 재순환 공동(backlight recycling cavity)에 대해 편리한데, 이는 광이 흔히 - 전방 반사기이든, 후방 반사기이든, 또는 측면 반사기이든 간에 - 공동의 내부 표면에 모든 각도에서 입사하기 때문이다. 또한, 법선방향 입사 광에 대한 반사율과 달리, Rhemi(λ)는 재순환 백라이트 내의 일부 구성요소(예컨대, 프리즘형 필름)에 대해 매우 중요할 수 있는, 입사각에 따른 반사율의 변동에 민감하지 않고 이미 그 변동을 고려하고 있다.
백라이트를 사용하는 다수의 전자 디스플레이 응용의 경우 그리고 일반 및 특수 조명 응용을 위한 백라이트의 경우, 백라이트의 백플레인(backplane)을 형성하는 반사기 필름이 고 반사율 특성을 갖는 것이 바람직할 수 있음이 이해된다. 실제로, 반구 반사율 스펙트럼 Rhemi(λ)가 백라이트의 광 출력 효율과 강한 상관관계를 가지는데, 가시광 스펙트럼에 걸쳐 Rhemi(λ) 값이 높을수록, 백라이트의 출력 효율이 높아지는 것이 또한 이해된다. 이는 특히 재순환 백라이트에 대해 그러하며, 이 경우 다른 광학 필름이 백라이트로부터 시준된 또는 편광된 광 출력을 제공하도록 백라이트 출사 개구(exit aperture) 위에 구성될 수 있다.
다층 광학 필름 및 관련된 설계와 구조의 추가의 상세 사항이 미국 특허 제5,882,774호(존자 등) 및 제6,531,230호(웨버(Weber) 등), PCT 공개 WO 95/17303호(오더커크(Ouderkirk) 등) 및 WO 99/39224호(오더커크 등), 및 문헌["Giant Birefringent Optics in Multilayer Polymer Mirrors", Science, Vol. 287, March 2000 (Weber et al.)]에 논의되어 있다. 다층 광학 필름 및 관련된 물품은 그들의 광학적, 기계적, 및/또는 화학적 특성을 위해 선택되는 추가의 층 및 코팅을 포함할 수 있다. 예를 들어, UV 흡수 층이 구성요소를 UV 광에 의해 유발되는 열화로부터 보호하기 위해 필름의 입사 면에 추가될 수 있다. 다층 광학 필름은 UV-경화성 아크릴레이트 접착제 또는 다른 적합한 재료를 사용하여 기계적 강화 층에 부착될 수 있다. 그러한 강화 층은 PET 또는 폴리카르보네이트와 같은 중합체를 포함할 수 있고, 또한 예컨대 비드(bead) 또는 프리즘의 사용에 의해, 광 확산 또는 시준과 같은 광학 기능을 제공하는 구조화된 표면을 포함할 수 있다. 추가의 층 및 코팅은 또한 내스크래치성 층(scratch resistant layer), 내인열성 층(tear resistant layer), 및 경화제(stiffening agent)를 포함할 수 있다. 예컨대, 미국 특허 제6,368,699호(길버트(Gilbert) 등)를 참조한다. 다층 광학 필름을 제조하기 위한 방법 및 장치가 미국 특허 제6,783,349호(네빈(Neavin) 등)에 논의되어 있다.
다층 광학 필름의 반사 및 투과 특성들은 각각의 미세층의 굴절률 및 미세층의 두께와 두께 분포의 함수이다. 각각의 미세층은 적어도 필름 내의 국소화된 위치에서, 평면내 굴절률 nx, ny, 및 필름의 두께 축과 연관된 굴절률 nz에 의해 특성화될 수 있다. 이들 굴절률은 각각 상호 직교하는 x-축, y-축, 및 z-축을 따라 편광되는 광에 대한 당해 재료의 굴절률을 나타낸다. 본 특허 출원에서 설명의 용이함을 위해, 달리 특정되지 않는 한, x-축, y-축, 및 z-축은 다층 광학 필름 상의 관심대상의 임의의 지점에 적용가능한 국소 직교좌표인 것으로 가정되며, 여기서 미세층은 x-y 평면에 평행하게 연장되고, x-축은 Δnx의 크기를 최대화하도록 필름의 평면 내에 배향된다. 따라서, Δny의 크기는 Δnx의 크기 이하 - 그러나, 초과하지는 않음 - 일 수 있다. 또한, 차이 Δnx, Δny, Δnz를 계산함에 있어서 어떤 재료 층으로 시작할지의 선택은 Δnx가 음이 되지 않을 것을 요구함으로써 정해진다. 다시 말하면, 계면을 형성하는 2개의 층들 사이의 굴절률 차이가 Δnj = n1j ≥ n2j이고, 여기서 j = x, y, 또는 z이고, 층의 번호 1, 2는 n1x ≥ n2x, 즉 Δnx ≥ 0이 되도록 선택된다.
실제로, 굴절률은 적절한 재료 선택 및 처리 조건에 의해 제어된다. 다층 필름은 2개의 교호하는 중합체(A, B)를 많은, 예를 들어 수십 또는 수백 개의 층들로 공압출하고, 전형적으로 이어서 다층 압출물을 하나 이상의 다중화 다이로 통과시키며, 그리고 나서 압출물을 연신 또는 달리 배향시켜 최종 필름을 형성함으로써 제조된다. 생성된 필름은 전형적으로 원하는 스펙트럼의 영역(들)에서, 예컨대 가시 또는 근적외선에서 하나 이상의 반사 대역을 제공하도록 그의 두께 및 굴절률이 맞춰진 수백 개의 개별 미세층으로 구성된다. 적당한 수의 층에 의한 고 반사율을 달성하기 위해, 인접한 미세층은 전형적으로 x-축을 따라 편광되는 광에 대해 0.05 이상의 굴절률 차이(Δnx)를 나타낸다. 일부 실시 형태에서, 재료는 x-축을 따라 편광되는 광에 대한 굴절률 차이가 배향 후에 가능한 한 크도록 선택된다. 2개의 직교하는 편광에 대해 고 반사율이 요구되는 경우, 인접한 미세층은 또한 y-축을 따라 편광되는 광에 대해 0.05 이상의 굴절률 차이(Δny)를 나타내도록 제조될 수 있다.
위에서 참조된 '774 특허(존자 등)는 특히 z-축을 따라 편광되는 광에 대한 인접한 미세층들 사이의 굴절률 차이(Δnz)가 경사 입사 광의 p-편광 성분에 대한 바람직한 반사율 특성을 달성하도록 맞춰질 수 있는 방법을 기술한다. 경사 입사각에서의 p-편광된 광의 고 반사율을 유지하기 위해, 미세층들 사이의 z-굴절률 부정합 Δnz는 최대 평면내 굴절률 차이 Δnx보다 실질적으로 작도록 제어될 수 있고, 따라서 Δnz ≤ 0.5*Δnx, 또는 Δnz ≤ 0.25 * Δnx가 된다. 0 또는 거의 0인 크기의 z-굴절률 부정합은 p-편광된 광에 대한 그의 반사율이 입사각의 함수로서 일정하거나 거의 일정한 미세층들 사이의 계면을 생성한다. 또한, z-굴절률 부정합 Δnz는 평면내 굴절률 차이 Δnx와 비교해 반대 극성을 갖도록, 즉 Δnz < 0이 되도록 제어될 수 있다. 이러한 조건은, p-편광된 광에 대한 그의 반사율이 입사각이 증가함에 따라 증가하는 계면을 생성하며, 이는 s-편광된 광에 대한 경우에도 마찬가지이다.
'774 특허(존자 등)는 또한, 다층 반사형 또는 반사 편광기로 지칭되는 편광기로서 구성되는 다층 광학 필름에 관한 소정의 설계 고려사항들을 논의한다. 많은 응용에서, 이상적인 반사 편광기는 하나의 축("소광" 또는 "차단" 축)을 따라 고 반사율을, 그리고 다른 축("투과" 또는 "통과" 축)을 따라 0의 반사율을 갖는다. 이러한 응용의 목적을 위해, 편광 상태가 통과 축 또는 투과 축과 실질적으로 정렬되는 광은 통과 광이라고 지칭되고, 편광 상태가 차단 축 또는 소광 축과 실질적으로 정렬되는 광은 차단 광이라고 지칭된다. 달리 표시되지 않는다면, 60° 입사에서의 통과 광은 p-편광된 통과 광에서 측정된다. 일부 반사가 투과 축을 따라 일어나면, 비-수직(off-normal) 각도에서의 편광기의 효율이 감소될 수 있고, 반사율이 다양한 파장에 대해 상이하면, 투과된 광 내로 색상이 도입될 수 있다. 게다가, 2개의 y 굴절률 및 2개의 z 굴절률의 정확한 정합은 일부 다층 시스템에서 가능하지 않을 수 있으며, z-축 굴절률이 정합되지 않으면, 평면내 굴절률 n1y 및 n2y에 대해 약간의 부정합의 도입이 요구될 수 있다. 특히, y-굴절률 부정합을 z-굴절률 부정합과 동일한 부호를 갖도록 조정함으로써, 브루스터(Brewster) 효과가 미세층들의 계면에서 생성되어, 다층 반사 편광기의 투과 축을 따라 축외(off-axis) 반사율 및 따라서 축외 색상을 최소화시킨다.
'774 특허(존자 등)에서 논의된 다른 설계 고려사항은 다층 반사 편광기의 공기 계면에서의 표면 반사에 관한 것이다. 편광기가 투명한 광학 접착제에 의해 기존의 유리 구성요소에 또는 다른 기존의 필름에 양 면 상에서 라미네이팅되지(laminated) 않는 한, 그러한 표면 반사는 광학 시스템에서 원하는 편광의 광의 투과를 감소시킬 것이다. 따라서, 일부 경우에, 반사방지(antireflection, AR) 코팅을 반사 편광기에 추가하는 것이 유용할 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같은 중합체 다층 광학 필름은 고 반사성일 수 있는데, 예를 들어, 중합체 다층 광학 필름은 수직 입사에서 측정될 때 비편광된 가시광의 95% 또는 99% 또는 심지어 99.5%를 초과하여 반사할 수 있다. 가시광은 400 nm 내지 700 nm, 또는 일부 경우에 420 nm 내지 700 nm의 파장으로 특성화될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 바와 같은 중합체 다층 광학 필름은 얇을 수 있으며, 일부 경우에 105 μm, 90 μm, 또는 70 μm보다 더 얇을 수 있다. 중합체 다층 광학 필름이 제3 광학 패킷을 포함하는 실시 형태에서, 필름은 165 μm보다 더 얇을 수 있다.
스킨 층이 때때로 추가되는데, 이는 피드블록(feedblock) 후에 그러나 용융물이 필름 다이(film die)를 빠져나오기 전에 일어난다. 이어서, 다층 용융물이 폴리에스테르 필름에 대한 통상적인 방식으로 필름 다이를 통해 냉각 롤(chill roll) 상으로 캐스팅되고, 그 상에서 용융물이 급랭된다(quenched). 이어서, 캐스팅된 웨브(web)가, 예를 들어 미국 특허 공개 제2007/047080 A1호, 미국 특허 공개 제2011/0102891 A1호, 및 미국 특허 제7,104,776호(메릴(Merrill) 등)에 기술된 바와 같이, 광학 층들 중 적어도 하나에서 복굴절성을 달성하도록 다양한 방식으로 연신되어, 많은 경우에 반사 편광기 또는 미러 필름(mirror film) 중 어느 하나를 생성한다.
일부 실시 형태에서, 웨트아웃 방지(anti-wetout) 층은 다층 광학 필름의 외부 면에 근접하게 배치될 수 있다. 웨트아웃 방지 층은 예를 들어 미국 특허 제6,268,961호에 기술된 바와 같은 입자-함유 층일 수 있다.
하나의 광학 패킷이 다른 광학 패킷 상에 배치될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 다층 광학 필름은 제3 광학 패킷을 포함할 수 있으며, 이는 제2 광학 패킷 상에 배치될 수 있다. 이러한 의미의 '배치되는'은 광학적으로 결합되는 것을 의미하고, 배치된 것으로 간주되기 위해 어느 하나의 패킷이 다른 패킷과 직접 그리고 완전히 접촉될 필요는 없다. 예를 들어, 패킷들은 감압 접착제 또는 광학적으로 투명한 접착제로 서로 접착될 수 있거나, 또는 이들은 스킨 층 또는 보호 경계 층에 의해 분리될 수 있다.
본 명세서에 기술된 광학 필름이 백라이트에 사용되는 소정의 실시 형태에서, 그러한 필름은 도광체 옆에 위치될 수 있다. 통상적으로, 특히 에지형 백라이트와 함께 보통 사용되는 도광체는 연장된 영역에 걸쳐 실질적으로 균일하게 (전형적으로 LED와 같은 하나 이상의 광원으로부터) 주입된 광을 발산시키도록 구성된 투명 플라스틱(예를 들어, 사출 성형된 또는 달리 형성된 폴리카르보네이트 또는 아크릴)이었다. 백라이트가 더 얇은 스택 구조물을 향한 추세를 가짐에 따라, 도광체는 도광판(LGP)으로부터 도광 필름(LGF)으로 변하기 시작하였다. 이들 도광 필름은 전형적으로 광학적으로 투명한 기재(예를 들어, 폴리카르보네이트 필름, 아크릴 필름, 또는 임의의 다른 적합한 중합체 필름)이며, 이들 양측 면에 미세복제된 구조물이 있다. 광 추출 구조물과 같은 패턴을 미세복제하는 데 사용되는 소정의 수지는 종래의 중합체 다층 광학 필름과 상용성이지 않을 수 있다. 광학 필름은 일부 경우에 LGF의 미세복제된 구조물을 손상시키는 허용될 수 없게 높은 마찰 계수를 가질 수 있다. 일부 경우에, 비드 코팅 또는 다른 연속 확산 코팅은 마찰을 감소시킬 수 있지만, 여전히 허용될 수 없게 경질일 수 있어서 LGF에 스크래치를 형성하거나 이를 손상시킬 수 있다. 또한, 이들 코팅은 광학 필름에 확산 반사 성분을 제공하고, 따라서 광의 정밀한 각도 제어가 결정적으로 중요한 터닝 필름 백라이트에서 특히 성능을 허용될 수 없게 감소시킬 수 있다. 놀랍게도, 본 명세서에 기술된 광학 필름은 감소된 마찰 계수 뿐만 아니라 우수한 경면 반사율을 가져, 양호한 광학 성능 및 물리적 성능 둘 모두를 보장한다.
도 1은 광학 필름; 구체적으로 광대역 중합체 다층 광학 반사기의 측입면 단면도이다. 광학 필름(100)은 보호 경계 층(130)에 의해 분리되는 제1 광학 패킷(110) 및 제2 광학 패킷(120)을 포함하며, 이는 스킨 층(140)을 포함한다. 제1 광학 패킷은 교번하는 제1 중합체 층들(112) 및 제2 중합체 층들(114)을 포함하고, 제2 광학 패킷은 교번하는 제3 중합체 층들(122) 및 제4 중합체 층들(124)을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제1 및 제3 중합체 층은 동일한 재료일 수 있거나 이를 포함할 수 있고/있거나, 제2 및 제4 중합체 층은 동일한 재료일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 광학 패킷들의 각각은 보강 간섭을 통해 원하는 광대역 범위에 걸쳐 함께 그리고/또는 개별적으로 광을 반사하는 교번하는 중합체 층들을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제1 및 제2 광학 패킷들은 그의 각각의 층들 중 일부의 물리적 두께를 통해서만 상이할 수 있다. 전형적으로, 제1 광학 패킷과 제2 광학 패킷 사이에는 접착제가 없다. 대신에, 2개의 패킷 - 이들 2개의 부분들 사이의 선택적인 보호 경계층(130), 및 교번하는 광학 층을 압출의 처리 및 전단력 및 롤러 접촉으로부터 보호하는 선택적인 스킨 층(140)과 함께 - 은 공압출되고 배향되거나 또는 달리 동시에 형성된다.
도 2는 도트의 어레이를 비롯한 투명 불연속 코팅 및 중합체 광학 반사기를 포함하는 광학 필름의 평면도이다. 도 2에서, 광학 필름(200)은 광대역 중합체 다층 광학 반사기(210)의 주 표면 상에 배치된 복수의 투명 도트(220)에 의해 특성화되게 된다. 투명 도트(220)는 임의의 형상 또는 크기일 수 있고, 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배열될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 각각의 투명 도트(220)는 동일한 크기 및 형상이다. 일부 실시 형태에서, 투명 도트(220)의 크기 및 형상 중 하나 이상은 광학 필름(200)의 하나 이상의 치수에 걸쳐 달라진다. 일부 실시 형태에서, 투명 도트의 크기 및 형상 중 하나 이상은 적어도 하나의 비-두께 방향에 걸쳐 단조적으로 또는 매끄럽게 변할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 투명 도트의 크기 및 형상 중 하나 이상은 비주기적으로 또는 의사-랜덤하게(pseudorandomly) 변할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 투명 도트는 광대역 중합체 다층 광학 반사기의 표면 상에 잉크 또는 코팅을 플렉소 인쇄함으로써 형성된다. 일부 실시 형태에서, 광택성 또는 달리 비확산성 투명 잉크가 사용될 수 있다. 잉크 또는 코팅은 방사선의 인가를 통해 경화될 수 있으며; 예를 들어, 열 경화성, 광 경화성, 또는 구체적으로 UV 경화성일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 투명 도트는 10 마이크로미터 미만의 최대 높이를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 투명 도트는 5 마이크로미터 미만의 최대 높이를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 투명 도트는 3 마이크로미터 미만의 최대 높이를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 투명 도트는 2 마이크로미터 미만의 최대 높이를 가질 수 있다. 플렉소 인쇄된 특징부의 두께는 기재(즉, 광대역 중합체 다층 광학 반사기) 표면 상으로의 인쇄를 위해 인쇄판에 잉크를 계량하는 데 사용되는 아닐록스 롤(anilox roll) 내의 채널의 체적을 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 디지털 인쇄, 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄, 스텐실 인쇄, 리소그래피 인쇄, 또는 임의의 다른 인쇄 방법을 포함하는 다른 인쇄 방법을 사용하여 동일한 또는 유사한 투명 도트를 생성할 수 있다.
규칙적으로 배열된 도트의 경우, 도 2에 도시된 것들과 같이, 이들 도트는 평균 경계 두께에 대응하는 도트들 사이의 폭(w) 및 하나의 도트의 면적 중심과 그의 다음 이웃하는 면적 중심 사이의 공간인 피치(P)에 의해 특성화될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 특히 피치 및/또는 폭이 전체 광학 필름에 걸쳐 일정하지 않은 경우에, 피치 및 폭 둘 모두는 필름에 걸쳐 평균화될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 필름 처리 또는 변환을 위한 상이한 구성을 필요로 할 수 있는 에지 부근의 도트를 특성화하는 것을 피하기 위해, 폭 및 피치의 특성화는, 상기 영역 내의 임의의 도트를 단지 부분적으로 무시하면서, 1 mm x 1 mm 정사각형 또는 5 mm x 5 mm 정사각형과 같은 필름의 중심 부근의 제한된 부분에 대해 행해질 수 있다.
규칙적으로 배열되지 않을 수 있거나 또는 천공된 층의 하나 이상의 비-두께 방향에 걸쳐 변할 수 있는 도트에 대해서도, 평균 경계 두께(폭) 및 피치가 필름에 대해 계산되고 특성화될 수 있다.
특정 도트 배열은 투명 도트에 의해 덮인 표면적의 계산으로 이어질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 광학 필름의 표면적의 20% 초과가 투명 도트에 의해 덮인다. 일부 실시 형태에서, 광학 필름의 표면적의 50% 초과가 투명 도트에 의해 덮인다. 일부 실시 형태에서, 광학 필름의 표면적의 20% 내지 90%가 투명 도트에 의해 덮인다. 일부 실시 형태에서, 투명 불연속 코팅이 없는 영역에서(즉, 도 2의 실시 형태에서, 투명 도트가 없는 영역에서), 광대역 중합체 다층 광학 반사기는 공기에 노출된다. 일부 실시 형태에서, 투명 불연속 코팅이 없는 영역에서, 광학 필름은 60도로 입사하는 광에 대해 경면 반사성이 90% 초과, 95% 초과, 또는 심지어 99% 초과이다.
도 3은 복수의 투명 도트를 비롯한 투명 불연속 코팅 및 중합체성 광학 반사기를 포함하는 다른 광학 필름의 평면도이다. 광학 필름(300)은 광대역 중합체 다층 광학 반사기(310) 및 투명 도트(320)의 어레이를 포함한다. 도 3은 도 2와 유사하지만, 투명 도트(320)의 배열은 도트가 비주기적으로 배치되는 예시적인 실시 형태를 예시한다. 그러한 경우에, 인접한 투명 도트들 사이의 경계 폭 또는 피치를 유의미하게 특성화하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 일부 실시 형태에서, 투명 도트(320)의 크기 및 형상은 또한 중합체 다층 광학 필름의 하나 이상의 비-두께 방향을 가로질러 주기적으로 변할 수 있거나, 또는 비주기적으로 변할 수 있다. 원하는 응용에 따라, 패턴 가시성 또는 불충분한 마찰 계수 감소와 같은 하나 이상의 이유로, 투명 도트의 특정 형상, 크기, 및 배치 구성이 적합한 것 또는 부적합한 것으로 결정될 수 있다.
실시예
투명 도트의 별개의 어레이를 인쇄하는 데 사용되는 인쇄 공정은 레트로플렉스 인크.(Retroflex Inc.)(미국 위스콘신주 라이츠타운 소재)에 의해 제작된 플렉소 인쇄 데크(deck)를 이용하였다. 하기의 공정 조건 및 재료를 사용하여 플렉소 인쇄 데크를 설치하여 모든 실시예를 인쇄하였다:
(1) 인터플렉스 레이저 인그레이버(Interflex Laser Engravers)(미국 사우스캐롤라이나주 스파르탄버그 소재)에 의해 제작된 3 BMC/in2(billion cubic micrometer/square inch), 900 라인/인치 아닐록스 롤,
(2) 특정 실시예에 기술된 바와 같은 다양한 설계의 릴리프 패턴(relief pattern)(미국 미네소타주 브루클린 파크 소재의 에스지에스 인크.(SGS Inc.)에 의해 제조됨)을 갖는 67 밀 두께의 듀폰 사이렐(Dupont Cyrel) DPR 플렉소 인쇄판(미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 듀폰(Dupont)으로부터 입수가능함),
(3) 인쇄된 실시예를 위한 기재는 ESR-80v2 다층 광학 반사기(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠(3M)으로부터 입수가능함)였고,
(4) 도트 패턴을 형성하는 데 사용된 인쇄 잉크는 나즈다 OP1028 프리미엄 글로스 HS 오버프린트 바니시(Nazdar OP1028 Premium Gloss HS Overprint Varnish)(미국 캔자스주 쇼니 소재의 나즈다 잉크 테크놀로지즈(NAZDAR Ink Technologies)에 의해 제작됨)였고, 그리고
(5) 플렉소 인쇄판 롤에 스탬프를 적용하기 위한 장착 테이프는 3M E1060H 쿠션-마운트(CUSHION-MOUNT) 장착 테이프(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M으로부터 입수가능함)였다.
14 인치 폭의 ESR 기재를 먼저 플렉소 인쇄 라인 상에 로딩하고, 대략 1 파운드/선형 인치의 장력 하에 두었다. 다음으로, 이 라인을 50 피트/분으로 작동시켜 웨브를 인쇄 데크를 통해 이송하였다. 인쇄 후에, 투명 도트의 단순 어레이를 갖는 기재를 제릭 웨브 건조 시스템즈(Xeric Web Drying Systems)(미국 위스콘신주 니나 소재)로부터 입수가능한 UV 경화 챔버를 통과시켰다. 아크 벌브(arc bulb) 전력을 최대 벌브 출력에 대해 30%로 설정하였다. ESR 기재 상의 경화 및 고화된 투명 도트 패턴을 후속하여 권취 롤로 감았다.
시험 방법
퍼킨 엘머(Perkin Elmer)(미국 매사추세츠주 월섬 소재)로부터 입수가능한 적분구를 갖춘 람다(LAMBDA)1050 UV/Vis 분광광도계에서 경면 반사율을 측정하였고, 이는 총 반사율에서 확산 반사율을 뺀 것으로 정의되며, 여기서 반사율은 400 nm 내지 800 nm 스펙트럼 범위에 걸친 평균 반사율로 정의된다. 이들 측정을 위한 샘플은 75 mm × 75 mm 쿠폰(coupon)이었고, 반사율 표준은 NIST 2054 경면 반사기였다.
마찰 계수는 아이매스, 인크.(IMASS, Inc.)(미국 매사추세츠주 어코드 소재)로부터 입수가능한 마찰 계수(COF) 슬레드 부착구(sled attachment)를 갖는 SP-2100 슬립/박리(slip/peel) 시험기 상에서 측정된다. 사용되는 시험 방법은 ASTM-D1894 "플라스틱 필름 및 시트의 정적 및 동적 마찰 계수"(Static and Kinetic coefficient of friction)의 변형이지만, 이는 기구의 표준 작동 절차에 따른다. 이러한 측정을 위한 샘플은 치수가 2.5 인치 × 2.5 인치(63.5 mm × 63.5 mm)였다. 슬립 마찰 계수에 대해 규정된 시험 절차는 200 g의 슬레드 및 6 인치/분(152 mm/분)의 속도와 보고된 정적 피크 값을 사용하였다.
코너 에지 리프트(corner edge lift)를 평가함으로써 컬(curl)을 측정하였다. 코너 에지 리프트를 측정하기 위해, 샘플을 탈이온화시키고 평평한 표면 상에 배치한다. 즉, 최대 코너 리프트를 평가하고 기록한다.
실시예 구성
실시예 1은 0.125 mm 직경 및 0.25 mm의 중심간 간격을 갖는 직선형 도트의 설계 패턴을 갖는 플렉소 인쇄판을 사용하였다. 이는 0.25 mm의 동일한 피치를 가지면서 대략적인 직경이 0.125 mm이고 높이가 0.002 mm인 인쇄된 특징부의 직선형 어레이를 생성하였다.
실시예 2는 0.125 mm 직경 및 0.156 mm의 중심간 간격을 갖는 직선형 도트의 설계 패턴을 갖는 플렉소 인쇄판을 사용하였다. 이는 0.25 mm의 동일한 중심간 간격을 가지면서 대략적인 직경이 0.125 mm이고 높이가 0.002 mm인 인쇄된 특징부의 직선형 어레이를 생성하였다. 컬은 평가되지 않았다.
실시예 3은 0.1 mm 직경 및 0.2 mm의 중심간 간격을 갖는 육각형 배열된 도트의 설계 패턴을 갖는 플렉소 인쇄판을 사용하였다. 이는 0.2 mm의 동일한 중심간 간격을 가지면서 대략적인 직경이 0.1 mm이고 높이가 0.002 mm인 인쇄된 특징부의 육각형 어레이를 생성하였다. 컬은 평가되지 않았다.
비교예 1은 임의의 인쇄된 표면 특징부 없이 3M(미국 미네소타주 세인트 폴 소재)으로부터 입수가능한 무피복(bare) ESR-80v2 다층 광학 필름이다.
비교예 2는 확산을 제공하기 위해 백색 다층 비드 코팅을 갖는 ESR 다층 광학 필름 기재인 3M(미국 미네소타주 세인트 폴 소재)으로부터의 EDR-95v2 이다.
Figure pct00001
도면의 요소들에 대한 설명은, 달리 지시되지 않는 한, 다른 도면의 대응하는 요소들에 동등하게 적용되는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명은 전술된 특정 실시예 및 실시 형태로 제한되는 것으로 간주되어서는 안 되는데, 그러한 실시 형태는 본 발명의 다양한 태양의 설명을 용이하게 하기 위해 상세히 기술되기 때문이다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그의 등가물에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 범주 내에 속하는 다양한 변형, 등가의 공정, 및 대안적인 장치를 포함하여, 본 발명의 모든 태양을 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 광학 필름으로서,
    광대역 중합체 다층 광학 반사기; 및
    광대역 다층 광학 반사기 상에 배치된 불연속 투명 코팅
    을 포함하고,
    불연속 투명 코팅은 도트(dot)들의 어레이를 포함하고,
    불연속 투명 코팅이 없는 광학 필름의 영역에서, 광대역 다층 반사기는 공기에 노출되는, 광학 필름.
  2. 제1항에 있어서, 도트들은 규칙적으로 이격되는, 광학 필름.
  3. 제1항에 있어서, 도트들은 불규칙적으로 이격되는, 광학 필름.
  4. 제1항에 있어서, 도트들은 광학 필름의 표면의 20% 초과 90% 미만을 덮는, 광학 필름.
  5. 제1항에 있어서, 모든 입사각에 걸쳐 400 nm 내지 700 nm에서 평균화된 비편광된 광의 95% 초과를 경면 반사하는, 광학 필름.
  6. 제1항에 있어서, 모든 입사각에 걸쳐 400 nm 내지 700 nm에서 평균화된 비편광된 광의 96% 초과를 경면 반사하는, 광학 필름.
  7. 제1항에 있어서, 모든 입사각에 걸쳐 400 nm 내지 700 nm에서 평균화된 비편광된 광의 97% 초과를 경면 반사하는, 광학 필름.
  8. 제1항에 있어서, 마찰 계수가 0.4 미만인, 광학 필름.
  9. 제1항에 있어서, 마찰 계수가 0.3 미만인, 광학 필름.
  10. 제1항에 있어서, 마찰 계수가 0.25 미만인, 광학 필름.
  11. 제1항에 있어서, 불연속 투명 코팅은 비드(bead)들을 포함하지 않는, 광학 필름.
  12. 제1항에 있어서, 광대역 중합체 다층 광학 반사기는 105 마이크로미터보다 더 얇은, 광학 필름.
  13. 제1항에 있어서, 광대역 중합체 다층 광학 반사기는 90 마이크로미터보다 더 얇은, 광학 필름.
  14. 제1항에 있어서, 광대역 중합체 다층 광학 반사기는 70 마이크로미터보다 더 얇은, 광학 필름.
  15. 제1항에 있어서, 코너 에지 리프트(corner edge lift)가 0.1 mm 미만인, 광학 필름.
  16. 제1항의 광학 필름 및 도광체를 포함하며, 도광체 및 광학 필름은 도광체 및 광학 필름이 접촉하도록 배치되는, 백라이트(backlight).
  17. 광학 필름으로서,
    광대역 중합체 다층 광학 반사기; 및
    광대역 다층 광학 반사기 상에 배치된 불연속 투명 코팅
    을 포함하고,
    불연속 투명 코팅은 도트들의 어레이를 포함하고,
    광학 필름은 모든 입사각에 걸쳐 400 nm 내지 700 nm에서 평균화된 비편광된 광의 95% 초과를 경면 반사하고 0.4 미만의 마찰 계수를 갖는, 광학 필름.
  18. 제17항에 있어서, 도트들은 규칙적으로 이격되는, 광학 필름.
  19. 제17항에 있어서, 도트들은 광학 필름의 표면의 20% 초과 90% 미만을 덮는, 광학 필름.
  20. 광학 필름을 형성하는 방법으로서,
    광대역 중합체 다층 광학 반사기를 제공하는 단계; 및
    불연속 투명 코팅을 광대역 중합체 광학 반사기 상에 플렉소 인쇄하는 단계
    를 포함하며,
    불연속 투명 코팅은 점들의 어레이를 포함하고, 불연속 투명 코팅이 없는 광학 필름의 영역에서 광대역 다층 반사기는 공기에 노출되는, 방법.
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