專利名稱：具有基本上無定形納米復(fù)合材料主相的漫反射偏振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含膜的漫反射偏振器，所述膜具有第一聚合物，以及分散在第一聚合物中的第二聚合物，所述第一聚合物為幾乎各向同性的基本上無定形納米復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
反射偏振膜能夠透射一種偏振態(tài)的光，并反射正交的偏振態(tài)光。它們可以用于IXD 中，用來提高光效率。人們已經(jīng)揭示了許多實(shí)現(xiàn)反射性偏振膜功能的膜，在它們之中漫反射偏振器更有吸引力，因?yàn)樗鼈儫o需在LCD中使用漫射器，從而降低了 LCD的復(fù)雜性。美國(guó)專利第5，783，120號(hào)公開了一種漫反射偏振膜，其包含含有非混溶性混合物的膜，該非混溶性混合物具有第一連續(xù)相(在本申請(qǐng)中也稱為主相，即含量大于混合物的50重量％)以及第二分散相(在本申請(qǐng)中也稱為次相，即含量小于混合物的50重量％ )，其中所述第一相的雙折射率至少為0. 05。該膜通常通過拉伸而沿一個(gè)或多個(gè)方向取向。可以對(duì)分散相顆粒的尺寸和形狀、分散相的體積分?jǐn)?shù)、膜的厚度、和取向的量進(jìn)行選擇，以使得所得到的膜對(duì)所需要波長(zhǎng)的電磁輻射具有所需程度的漫反射和總透射率。在表1至4所示的IM個(gè)實(shí)施例中，大部分實(shí)施例使用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)作為主相和雙折射相，以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(實(shí)施例1)或間同立構(gòu)聚苯乙烯(sPS)(其它實(shí)施例)作為次相，只是在實(shí)施例6、8、10、42-四中有所不同，在這些實(shí)施例中使用PEN作為次相和使用sPS作為主相。在全部1 個(gè)實(shí)施例中，主相都包括半結(jié)晶的聚合物。表1中的實(shí)施例6，8，10顯示的總體透射率和反射率并不令人滿意。通過FOM = Tperp/(1-0. 5*(Rperp+Rpara))定義的品質(zhì)因數(shù)(FOM)小于1. 27。表2中的實(shí)施例42-49沒有透射率和反射率數(shù)據(jù)，根本沒有進(jìn)行討論。
sPS^TperpT_paraR_PerpR_paraFOM60.7580.258.419.4401.1480.757641、23.855.61.26100.7576.848.922.449.61.20(美國(guó)專利第5，783，120的表1)用不同特性的無機(jī)包含物填充的膜可以提供獨(dú)特的光透射和反射性質(zhì)。然而，通過填充各種無機(jī)包含物的聚合物制備的光學(xué)膜具有很多缺點(diǎn)。通常，無機(jī)顆粒和聚合物基質(zhì)之間粘合性較差。因此，在整個(gè)基質(zhì)施加應(yīng)力或應(yīng)變時(shí)，膜的光學(xué)性質(zhì)會(huì)降低，這是因?yàn)榛|(zhì)和包含物之間的結(jié)合變差，同時(shí)也是因?yàn)閯傂缘臒o機(jī)包含物可能會(huì)破碎。此外，無機(jī)包含物的排列也需要多個(gè)處理步驟和考慮，使得制造變得復(fù)雜。其他的薄膜，由透明的透光性連續(xù)聚合物基質(zhì)組成，基質(zhì)中分散著光調(diào)制液晶的液滴。據(jù)報(bào)道這種材料拉伸后會(huì)發(fā)生液晶液滴扭曲，從球形扭曲成橢圓形，橢圓形的長(zhǎng)軸平行于拉伸方向。
因此，人們?nèi)匀恍枰軌虮苊庖陨犀F(xiàn)有技術(shù)的缺陷的包含連續(xù)相和分散相的膜的改進(jìn)的漫反射偏振器。該改進(jìn)的反射偏振器應(yīng)該具有較為便宜的無定形材料作為主相，而不是結(jié)晶的或半結(jié)晶的，以使?jié)岫茸钚』?，使得沿材料的三維軸的兩相之間的折射率失配可以方便而永久的受到控制，以達(dá)到所需程度的漫射度和鏡面反射以及透射。還希望所述膜在面對(duì)壓力，應(yīng)變，溫差，水汽和電、磁場(chǎng)時(shí)具有期望的穩(wěn)定性，所述膜的虹色不顯著。在美國(guó)專利第7，583，440號(hào)中就遇到了這些需求(‘440專利)。然而，根據(jù)'440專利，僅僅非常有限數(shù)量的原料可有效的用來制造漫反射偏振器。就這點(diǎn)而論，漫反射偏振器的光學(xué)性能可能由于調(diào)節(jié)光學(xué)性質(zhì)的有限制的可能性而受到損害，特別是折射指數(shù)和雙折射。因此，還需要一種改良的漫反射偏振器，其包括具有主相和分散相的薄膜，所述主相具有可控的折射指數(shù)以避免已知反射偏振器的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有層的漫反射偏振器，所述層包含第一聚合物和分散在第一聚合物主相中的第二聚合物，所述第一聚合物是基本上無定形納米復(fù)合材料且是主相，所述第一聚合物具有低于約0. 02的雙折射率，所述第二聚合物是分散次相，主相和次相沿第一軸方向的折射率相差大于約0. 05和沿著垂直于第一軸的第二軸方向的折射率相差低于約0. 05 ；其中主相包括連續(xù)無定形相和分散在所述連續(xù)無定形相的區(qū)域中的至少一種附加相，所述區(qū)域在至少一個(gè)維度上的特征尺寸小于光的波長(zhǎng)，使得這些區(qū)域不會(huì)促進(jìn)光穿過第一聚合物散射；其中所述第一和第二聚合物沿著至少一個(gè)軸對(duì)電磁輻射的至少一種偏振態(tài)的漫反射率至少是約50%。本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種具有層的漫反射偏振器，所述層包含第一聚合物和分散在第一聚合物主相中的第二聚合物，所述第一聚合物是基本上無定形的納米復(fù)合材料且是主相，所述第一聚合物具有低于約0. 02的雙折射率，主相和次相沿第一軸方向的折射率相差大于0. 05和沿著垂直于第一軸的第二軸方向的折射率相差低于約0. 05 ；其中主相包括連續(xù)無定形相和至少一種分散在所述連續(xù)無定形相的區(qū)域中的附加相，所述區(qū)域在至少一個(gè)維度上的特征尺寸小于光的波長(zhǎng)，使得這些區(qū)域不會(huì)促進(jìn)光穿過第一聚合物散射；其中所述第一和第二聚合物沿著第一軸對(duì)電磁輻射一種偏振態(tài)呈現(xiàn)了漫反射率Rld，鏡面反射率Rls，總反射率Rlt，漫透射率Tld，鏡面透射率Tls，和總透射率Tlt，沿第二軸對(duì)電磁輻射的另一種偏振態(tài)呈現(xiàn)了漫反射率I 2d，鏡面反射率I 2s，總反射率I 2t，漫透射率T2d，鏡面透射率T2s， 和總透射率T2t，所述第一軸和第二軸互相垂直，其中Rld大于Rls jnT2t/(l-0.5(Rlt+R2t)) > 1. 3

圖1是根據(jù)本發(fā)明的漫反射偏振器的透視示意圖，其中所述偏振器具有芯層，所述芯層包含高度雙折射的分散次相和幾乎或完全光學(xué)各向同性的主相，所述芯層被設(shè)置在兩個(gè)外部(保護(hù))層之間。圖2是漫反射偏振器層的截面示意圖，其包括第一聚合物納米復(fù)合材料的主相和分散其中的第二聚合物次相，所述納米復(fù)合材料主相包含連續(xù)的無定形相和分散在其中的納米尺度區(qū)域。
圖3是圖1中顯示的已經(jīng)移除了兩個(gè)保護(hù)層的漫反射偏振器的透視示意圖；和圖4是具有兩個(gè)保護(hù)層的漫反射偏振器的透視示意圖，其中形成所述保護(hù)層的材料既不是主相材料也不是分散次相材料。
具體實(shí)施例方式定義術(shù)語〃鏡面反射率〃、“鏡面反射〃、或〃鏡面反射比〃 Rs表示進(jìn)入以鏡面反射角為中心，頂角16度出射的圓錐體的光線反射率。術(shù)語"漫反射率"、“漫反射"或" 漫反射比"Rd表示位于上述反射圓錐以外的反射光。術(shù)語"總反射率"，“總反射比〃， 或"總反射"Rt表示從表面反射的所有光的總和。因此，總反射是鏡面和漫反射之和。類似地，術(shù)語〃鏡面透射率〃和〃鏡面透射比〃 Ts在本文中表示進(jìn)入頂角16度以鏡面方向?yàn)橹行牡某錾鋱A錐體的透射光線。術(shù)語"漫透射(diffuse transmission)“ 和〃漫透射比(diffuse transmittance) “ Td表示上述反射圓錐以外所有光線的透射率。 術(shù)語"總透射率"或"總透射比"Tt表示通過光學(xué)體的所有光線的總透射率。因此，總透射率是鏡面透射與漫透射之和。一般說來，各漫反射偏振器用以下性質(zhì)表征沿著電磁輻射的一個(gè)偏振態(tài)的第一軸的漫反射率Rld、鏡面反射率Rls、總反射率Rlt、漫透射率Tld、鏡面透射率Tls和總透射率Tlt，沿電磁輻射的另一種偏振態(tài)的第二軸的漫反射率I 2d、鏡面反射率 R2s、總反射率I^2t、漫透射率T2d、鏡面透射率T2s和總透射率T2t。所述第一軸和第二軸互相垂直，各自垂直于所述漫反射偏振器的厚度方向。不失一般性，對(duì)所述第一軸和第二軸進(jìn)行選擇，使得沿第一軸的總反射率大于沿著第二軸的總反射率(即，Rlt > I 2t)，沿第一軸的總透射率小于沿第二軸的總透射率(即，Tlt < T2t)。在本申請(qǐng)中，漫反射率、鏡面反射率、總反射率、漫透射率、鏡面透射率和總透射率通常具有與美國(guó)專利第5，783，120號(hào)中所定義的相同含義。品質(zhì)因數(shù)(figure of merit) (FOM)根據(jù)本發(fā)明的漫反射偏振器都滿足以下公式Rld > Rls公式(1)FOM = T2t/(l-0. 5(Rlt+R2t)) > 1. 35 公式(2)公式(1)表示本發(fā)明的反射偏振器的漫反射大于鏡反射。而目前的網(wǎng)偏振器 (wire grid polarizer)(例如，購(gòu)自Moxtek公司，Orem，Utah)，基于多層干涉的偏振器，例如來自3M，，M.Paul，Mirm的Vikuiti 雙重亮度增強(qiáng)膜，或膽留醇型液晶基反射偏振器的鏡面反射都大于漫反射。公式⑵定義了漫反射偏振器的品質(zhì)因數(shù)(figure of merit)。該公式表明如果薄膜的品質(zhì)因數(shù)FOM大于1.35則被定義為反射偏振器。對(duì)于偏振循環(huán)(recycling)，重要的是總反射和總透射，因此僅使用了總反射和總透射來計(jì)算F0M，用來對(duì)不同的反射偏振器進(jìn)行評(píng)級(jí)。品質(zhì)因數(shù)顯示了反射性偏振器和吸收性偏振器例如用于LCD的后偏振器的總光通量，基本上與用于IXD系統(tǒng)的公式(I)Tl = Tp/(1-0.5 (Rs+Rp)R)相同，其中IXD系統(tǒng)使用漫反射器或等價(jià)的裝置進(jìn)行光的循環(huán)。人們注意到R表示循環(huán)反射膜的反射率，或者表示與各種光的再循環(huán)相關(guān)的效率。在理想情況下，R等于1，其是指光的再循環(huán)中沒有光的損失，當(dāng)R小于1的時(shí)候，在光循環(huán)光路中有一些光損失。還應(yīng)注意可以使用品質(zhì)因數(shù)的其他形式，但是，反射性偏振器的相對(duì)等級(jí)仍然保持相同。出于對(duì)反射性偏振器的性能進(jìn)行量化和評(píng)級(jí)的目的，本申請(qǐng)使用FOM三T2t/ (1-0. 5 (Rlt+R2t))。消光系數(shù)T2t/Tlt或RltA2t可能不適合用來描述反射性偏振器，因?yàn)榫哂休^高的T2t/Tlt或Rlt/R2t的反射性偏振器可能不一定比具有較低消光系數(shù)的反射性偏振器性能更好。對(duì)于理想的常規(guī)吸收偏振器，Tm = 1， Rlt = R2t = 0，因此FOM = 1。對(duì)于理想的反射性偏振器，T2t = 1，Rlt = 1，且I 2t = 0，因此 FOM = 2。例如美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?，783，120的實(shí)施例6、8、10所述的漫反射偏振器具有sPS 作為主相，其FOM < 1. 27，這并不能令人滿意。通過調(diào)節(jié)第一和第二聚合物的光學(xué)性質(zhì)，根據(jù)本發(fā)明的漫反射偏振器可以具有大于1. 35，更優(yōu)選大于1. 5的FOM值。盡管在美國(guó)專利第5，783，120號(hào)中揭示的一些漫反射偏振器具有大于1. 35的品質(zhì)因數(shù)，但它們是由雙折射率大于0. 05的主相和具有更低雙折射率的分散相組成。無定形和半結(jié)晶聚合物當(dāng)一種聚合物在從低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)到Tg+300°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行差式掃描熱量法(DSC)的過程中不會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶(放熱)或者熔融(吸熱)峰時(shí)，則稱該聚合物是無定形的。相反的，如果在DSC測(cè)試中記錄了這樣的峰，則該聚合物材料是半結(jié)晶的。 DSC測(cè)試是本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的?；旧蠠o定形的納米復(fù)合材料整個(gè)本申請(qǐng)中使用了基本上無定形納米復(fù)合材料，基本上無定形納米復(fù)合材料是指雙或多相的非結(jié)晶材料，其包含至少一個(gè)前文定義的連續(xù)無定形相和至少一種附加相， 所述附加相被分散到連續(xù)無定形相中的小的區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域具有在至少一種尺寸小于所述光的波長(zhǎng)的特征尺寸，即，納米尺度區(qū)域，這樣可以使得這些區(qū)域不促進(jìn)光通過該材料的散射，但是能夠調(diào)節(jié)材料有效的光學(xué)性能(折射率和雙折射率)。所述納米尺度分散材料可以是無定形或結(jié)晶性的，有機(jī)或無機(jī)的。這些區(qū)域可以是球狀或非球狀的。在本發(fā)明中，半結(jié)晶聚合物不是很適合用作漫反射膜的主相，因?yàn)樵诟邷乩鞎r(shí)它傾向于熱結(jié)晶并因此產(chǎn)生不希望的濁度。這個(gè)問題在專利'440中曾出現(xiàn)過，其提議采用無定形聚合物作為主相。與專利'440不同，本發(fā)明中的主相包括基本上無定形的納米復(fù)合材料，而不是純無定形材料。這種方法通過散射較好的控制了在漫反射膜中主相的光學(xué)性質(zhì)，并且不損失透光率。非混溶的和相容性的聚合物混合物當(dāng)在熔融狀態(tài)下混合在一起的時(shí)候，如果熱動(dòng)力學(xué)不相容的聚合物均被稱為非混溶的。這些聚合物將分離成具有粗糙形貌的不同的相，形成不均一的混合物，每個(gè)相保持聚合物組分的獨(dú)特性且相之間的粘著性較差。另一個(gè)方面，相容性混合物具有精細(xì)的相形貌， 并且所述混合物的聚合物之間具有良好的粘合性。主、次、連續(xù)、不連續(xù)和分散的相主相和次相是在混合物中具有不同重量分?jǐn)?shù)的熱動(dòng)力學(xué)獨(dú)特的相。主相具有大于 50 %的重量份數(shù)，次相具有低于50 %的重量份數(shù)。類似地，混合物中的連續(xù)相為體積分?jǐn)?shù)大于50%的熱動(dòng)力學(xué)上獨(dú)特的相以及混合物中的不連續(xù)相為體積分?jǐn)?shù)低于50%的熱動(dòng)力學(xué)獨(dú)特(distinct)的相。分散相是次相或體積分?jǐn)?shù)低于50%的相。雙折射、弱雙折射以及接近光學(xué)各向同性
數(shù)值(nx-ny)被稱為面內(nèi)雙折射Δ nin，其中nx和ny是x方向和y方向的折射率， X為x-y平面內(nèi)最大折射率的方向，ι方向?yàn)榇怪庇赬方向的方向；x-y平面平行于該層的表面；d是該層沿ζ方向的厚度。Anin的數(shù)值通常在λ = 550nm的波長(zhǎng)下給出。數(shù)值[nz-(nx+ny)/2]被稱為面外雙折射Anth，其中nz是ζ方向的折射率。如果 nz > (nx+ny) /2，Δ nth為正值(正雙折射)，如果nz < (nx+ny) /2，Δ nth為負(fù)值(負(fù)雙折射)。Δ nth的值通常在λ = 550nm的波長(zhǎng)下給出。在本申請(qǐng)中，“接近光學(xué)各向同性"或"弱雙折射"表示在拉伸之后材料的雙折射小于0. 02。本發(fā)明涉及包括第一聚合物和第二聚合物的漫反射偏振器，以及下面結(jié)合附圖描述的這種漫反射偏振器的制造方法，其中第一聚合物為基本上無定形的納米復(fù)合材料并形成主相，和第二聚合物形成次相，主相為接近各向同性。本發(fā)明的漫反射偏振器有效地被用于LCD之類的顯示器裝置中，用來提高光效率。參見圖1和2，本發(fā)明的漫反射偏振器30包括膜10，其包含非混溶性混合物，該非混溶性混合物包含第一聚合物相14和第二聚合物相12，所述第一聚合物相14為主相且是雙折射率低于約0. 02的基本上無定形納米復(fù)合材料，和第二聚合物相分散在第一聚合物主相中。第一聚合物主相14為納米復(fù)合材料，其進(jìn)一步包括一個(gè)無定形連續(xù)相15和附加相，其中該附加相分散在連續(xù)相15中的納米尺寸區(qū)域16中。分散的區(qū)域16具有在至少一個(gè)維度小于光的波長(zhǎng)的特征波長(zhǎng)，以致于這些區(qū)域不會(huì)促進(jìn)光第一聚合物主相14進(jìn)行散射。然而，它們可以調(diào)節(jié)第一聚合物主相14的有效折射率。這些區(qū)域不按比例的在圖2中繪出。第二聚合物通常但不唯一的為半結(jié)晶，分散的次相12的折射率與主相14沿第一軸相差大于約0. 05，沿垂直于所述第一軸的所述第二軸與連續(xù)相14的折射率相差小于0. 05 ； 所述第一相和第二相沿至少一個(gè)軸對(duì)電磁輻射的至少一個(gè)偏振態(tài)的漫反射率總和至少約為50%。一般來說，該納米尺寸區(qū)域16的尺寸在一個(gè)維度上比次相12小至少10倍(at least 10 times smaller than)0任選，漫反射偏振器30可包括附加層(保護(hù)層或"外皮"層20A和20B，如圖1中所例示)，該附加層可以是用來促進(jìn)多相復(fù)合膜的拉伸，或用來改進(jìn)反射性偏振器的一種或多種物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)或熱學(xué)性質(zhì)，或者用來提供對(duì)芯層的物理保護(hù)?；谀?0中所有材料總量計(jì)，主相的濃度為至少51wt%，分散次相的濃度為 50wt%以下。優(yōu)選該主相是至少60Wt%和分散次相低于40Wt%。第一聚合物主相除了分散的納米尺寸區(qū)域外，包含單個(gè)的聚合物或者兩種或更多種混溶性聚合物。作為分散次相的第二聚合物相也可以包含單個(gè)聚合物或兩種或多種混溶性聚合物。通常，所述兩相各自僅含有單個(gè)的聚合物。但是可以在任意的相中有效地使用兩種或更多種混溶性聚合物的混合物，以使各項(xiàng)性質(zhì)最優(yōu)化或獲得改良，所述性質(zhì)包括例如熔體粘度、Tg、物理性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、折射率等。所述一種或多種包含主相的聚合物是基本上無定形的、納米復(fù)合的、透射性的且弱雙折射。所述的包括分散次相的一種或多種聚合物是透射性的和高度雙折射的，并且通常但不唯一的為半結(jié)晶的。第一聚合物的低雙折射率值通過選擇具有極低應(yīng)力-光學(xué)系數(shù)的聚合物來實(shí)現(xiàn)，或通過分散能降低基質(zhì)應(yīng)力-光學(xué)系數(shù)的納米尺寸材料和/或在遠(yuǎn)大于包含主相的聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度(Ts)下對(duì)膜進(jìn)行拉伸，Ts >1^+301(其中Tg,i是主相的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)，使得分子取向能夠足夠松弛，將面內(nèi)雙折射減小到小于0. 02， 優(yōu)選小于0. 01，和更優(yōu)選在0. 005以下，該材料在拉伸后凝固。用于基本上無定形的納米復(fù)合材料主相的例子包括環(huán)狀嵌段共聚物(CBC)，其是通過基本上完全氫化的陰離子聚合的乙烯基芳香族-共軛二烯嵌段共聚物并使用多孔二氧化硅為載體的金屬非均相催化劑制備的。在氫化前，所述乙烯基芳族/共軛二烯嵌段共聚物可具有任何已知的結(jié)構(gòu)，包括特定(distinct)嵌段、錐形嵌段和輻射狀嵌段。特定嵌段結(jié)構(gòu)包括優(yōu)選乙烯基芳香族嵌段和共軛二烯嵌段所交替得到的產(chǎn)物，尤其優(yōu)選這類嵌段結(jié)構(gòu)是在各種情況下用乙烯基芳香族封端得到的三嵌段共聚物或五嵌段共聚物。五嵌段共聚物是特別優(yōu)選的嵌段共聚物。乙烯基芳香族嵌段可具有相同或不同的分子量。類似地，共軛二烯嵌段也可以具有相同或不同的分子量。典型的乙烯基芳族單體包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯的全部異構(gòu)體 (尤其是對(duì)乙烯基甲苯)，乙基苯乙烯的全部異構(gòu)體，丙基苯乙烯，丁基苯乙烯，乙烯基聯(lián)苯，乙烯基萘，乙烯基蒽等，或它們的混合物。嵌段共聚物在每個(gè)乙烯基芳族嵌段中可以含有一種或多于一種的聚合的乙烯基芳族單體。所述乙烯基芳族嵌段優(yōu)選包括苯乙烯，更優(yōu)選基本上由苯乙烯組成，和再更優(yōu)選由苯乙烯組成。共軛二烯嵌段可包括任何具有兩個(gè)共軛雙鍵的單體。非限定性例舉的共軛二烯單體包括丁二烯、2-甲基-1，3- 丁二烯、2-甲基1，3-戊二烯、異戊二烯，或它們的混合物。就如同乙烯基芳香族嵌段一樣，嵌段共聚物可以含有一種(例如，丁二烯或異戊二烯)或多于一種(例如，丁二烯和異戊二烯兩者)的單體。在氫化前，嵌段共聚物中優(yōu)選的共軛二烯嵌段包括聚丁二烯嵌段、聚異戊二烯嵌段或聚丁二烯/聚異戊二烯混合嵌段，當(dāng)嵌段共聚物在氫化前可以包括一個(gè)聚丁二烯嵌段和一個(gè)聚異戊二烯嵌段時(shí)，優(yōu)選的結(jié)果是所述嵌段共聚物在氫化前僅具有聚丁二烯嵌段或僅具有聚異戊二烯嵌段的共軛二烯嵌段。優(yōu)選單個(gè)的二烯系單體主要是源于制造的便利性。在兩種情況下，都可以通過控制二烯摻入聚合物骨架的微觀結(jié)構(gòu)以獲得基本上或完全無定形的CBC聚合物。例舉性的優(yōu)選的乙烯基芳族/共軛二烯嵌段共聚物是其中每個(gè)乙烯基芳族嵌段包括苯乙烯( 和每個(gè)共軛二烯嵌段包括丁二烯(B)或異戊二烯(I)的SBS和SIS三嵌段共聚物和SBSBS和SISIS五嵌段共聚物。盡管嵌段共聚物可以是三嵌段共聚物，或更優(yōu)選五嵌段共聚物，根據(jù)需要，所述嵌段共聚物可以是多嵌段的，其具有一種或多種其他的乙烯基芳族聚合物嵌段，一種或多種其他的共軛二烯聚合物嵌段或既具有一種或多種其他的乙烯基芳族聚合物又具有一種或多種其他的共軛二烯聚合物嵌段，或星型嵌段共聚物(例如，通過偶合得到的嵌段聚合物)。如果需要的話，可使用兩種嵌段共聚物的共混物(例如， 兩種三嵌段共聚物，兩種五嵌段共聚物或一種三嵌段共聚物和一種五嵌段共聚物)。在一個(gè)嵌段中也可以同時(shí)使用兩個(gè)不同的二烯系單體，這樣將可以提供一種如下的結(jié)構(gòu)，例如， SIBS。這些嵌段聚合物代表性的結(jié)構(gòu)僅作為非限制的說明，在本發(fā)明的實(shí)施方案中可以用作第一聚合物。“基本上完全氫化的”是指在氫化前存在于乙烯基芳族嵌段中的雙鍵的至少95% 被氫化或飽和并且在氫化前存在于二烯嵌段中的雙鍵的至少97%被氫化或飽和。通過改變嵌段的相對(duì)長(zhǎng)度，總的分子量，嵌段結(jié)構(gòu)(例如，二嵌段、三嵌段、五嵌段、多臂輻射嵌段等)和工藝條件，可以從嵌段共聚物中得到各種形式的納米結(jié)構(gòu)形態(tài)并因此改變主相的光學(xué)性質(zhì)。特定的非限定性例子包括片狀形態(tài)，雙連續(xù)螺旋(gyroid)形態(tài)、圓柱形態(tài)、和球形等。 嵌段共聚物的形態(tài)和微相分離行為是熟知并已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的，例如，參見伊恩·哈母雷編的《嵌段共聚物的物理性質(zhì)》(The Physics of Block Copolymers By Ian Hamley)，牛津大學(xué)出版社(Oxford University Press)，1998年。特別優(yōu)選那些氫化前具有55%-88wt%的苯乙烯和20—45wt%的共軛二烯的CBC聚合物?；旧蠠o定形納米復(fù)合材料的另一個(gè)例子為無定形的，高透射的混有良好分散的無機(jī)納米尺寸顆粒的聚合物。在主相中的CBC聚合物可以與具有一個(gè)嵌段的非嵌段聚合物或共聚物混合。非嵌段聚合物和共聚物的例子包括但并不僅限于氫化的乙烯基芳族均聚物或無規(guī)共聚物、環(huán)烯烴聚合物(C0P)、環(huán)烯烴共聚物(COC)、丙烯酸聚合物、丙烯酸共聚物或它們的混合物。當(dāng)所述非嵌段聚合物或共聚物與CBC材料混合時(shí)，可以和嵌段共聚物的一個(gè)相混溶，和從其中分離。COC和COP作為與本發(fā)明的主相可混溶的混合組分是特別令人感興趣的。這些環(huán)烯烴材料是很明顯的玻璃狀的有機(jī)材料。COC材料在可見光區(qū)域內(nèi)的光透射率為91%。除了它們的高透射率和高阿貝值(58)以外，COC樹脂具有極低的濁度與黃度，從而確保光散射或吸收造成的光損失最小。作為具有低光學(xué)各向異性的無定形聚合物，它們本身還具有固有的低雙折射率和極低的應(yīng)力-光學(xué)系數(shù)，與PMMA—樣低，甚至低于PMMA，使得它們能夠在填充(load)下仍保持低的雙折射率。COC樹脂的熱撓曲溫度等級(jí)高達(dá)170°C (338° F) 使得其能夠耐受很高溫度的短期加熱。COC樹脂提供了優(yōu)異的濕氣控制。它具有大概高密度聚乙烯(HDPE)兩倍的水汽阻擋性和低密度聚乙烯(LDPE)五倍的水汽阻擋性。COC樹脂是環(huán)境友好的，可以容易地進(jìn)行處理。在燃燒時(shí)，COC樹脂不會(huì)生成有毒氣體，只會(huì)生成水和二氧化碳。在次相中通過以下方式得到高的雙折射率用具有比較高的應(yīng)力-光學(xué)系數(shù)的材料，在溫度1；下拉伸該膜，使得1；,2<1；<1；,2+301(其中Tg,2是分散次相的Tg)。適用于聚合物次相的例子包括但不僅限于聚酯、聚酰胺、和聚酯-酰胺和其他類別的半結(jié)晶聚合物。特定的非限制性的例子包括聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)(PET)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)(PEN)和包含環(huán)己基二亞甲基結(jié)構(gòu)的聚酯。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，次分散相包括相容性聚酯混合物，以及充分 (substantially)抑制酯交換反應(yīng)的組分。聚酯混合物可以包含一種或多種聚酯或者至少一種聚酯和聚碳酸酯。酯交換反應(yīng)抑制劑是聚合物加工工業(yè)所眾所周知的，通常包括磷化合物。適用于本發(fā)明的酯交換抑制劑包括但不限于有機(jī)亞磷酸酯如亞磷酸三苯酯，雙(2， 4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯，二正十八烷基亞磷酸酯，三(2，4_ 二-叔丁基苯基)亞磷酸酯，三(單壬基苯基)亞磷酸酯，三甲基亞磷酸酯，三乙基亞磷酸酯等。本發(fā)明的的漫反射偏振器可以用于一種或多種顯示器裝置例如LCD中，通常與使用的其它光學(xué)膜結(jié)合使用，這些膜包括提供以下功能的膜防反射、環(huán)境光抑制、增強(qiáng)照明、 光準(zhǔn)直、光定向、光漫射、光擴(kuò)展、視角提高、偏振等。本發(fā)明的漫反射偏振器通過多步法制造。首先，包括第一主相和第二分散相的所有組分按所需組成方式一起進(jìn)行干燥混合?；旌峡梢园~外的使用雙螺桿擠出機(jī)或靜態(tài)混合器的熔融混合階段。然后將所述混合物加入擠出機(jī)中，然后通過片材模頭或多歧管模頭澆鑄(cast)在一疊輥和砑光機(jī)上。澆鑄的片材必須進(jìn)行拉伸步驟，以將所需的雙折射率引入到膜的分散次相。所述拉伸是為了使組合物取向，可以直接在片材的擠出后進(jìn)行，或在獨(dú)立的步驟中進(jìn)行。兩種情況下片材首先都會(huì)被加熱到溫度Ts，使得Tg,2 < Ts < Tg,2+30°C， 然后沿著加工方向或者與加工方向橫切的方向，或者沿著這兩個(gè)方向單軸拉伸，在分散相中產(chǎn)生所需水品的面內(nèi)反射率。因此，拉伸溫度必須滿足以下條件Tga < TsTg,2 < Ts < Tg,2+30°C其中Tgil為基本上無定形納米復(fù)合材料主相的Tg，Tg,2為包含次相的第二聚合物的Tg。如果主相具有高應(yīng)力-光學(xué)系數(shù)，則Ts-Tgil > 30°C，即拉伸溫度比主相的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度更高，以使得實(shí)現(xiàn)主相低雙折射率(也就是說，拉伸固化后主相的雙折射率必須小于0. 02)典型的延長(zhǎng)或拉伸比為3倍到7倍，但也可以考慮更寬范圍的拉伸比?？梢允褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員已知的許多方法進(jìn)行拉伸。在一些情況下，可以在拉伸過程中限制拉伸的邊緣，但是優(yōu)選不限制的拉伸。與美國(guó)專利第5，783，120的方法相比，本發(fā)明提供了不受限于現(xiàn)有技術(shù)定義的各種選擇和材料，能夠得到降低的成本和優(yōu)良的光學(xué)性能。拉伸之后，本發(fā)明的反射偏振器的總厚度為25到1000微米，通常，總厚度為100到500微米，以達(dá)到所需程度的偏振再循環(huán)和尺寸穩(wěn)定性。如上所述，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，制得的反射性偏振器30在膜10的每一側(cè)具有保護(hù)層20A和20B，見圖1。所述保護(hù)層與膜10被共同擠出并共同拉伸，其中的材料可能與分散次相的組成相同或類似。最后所述拉伸的片材被冷卻，卷在輥上。保護(hù)層20A和 20B可以永久保持在膜10上，或者在反射性偏振器組裝在LC顯示器之前的某一時(shí)間被剝落。所述保護(hù)層的剝落如圖3所示，這就要求它們通過弱粘著力附著于膜10。通過添加合適的增容劑、聚合物表面活性劑、增塑劑和各種其它添加劑，就可以控制該粘著力的水平。 也可以如圖4所示通過在保護(hù)層和膜10之間增加粘結(jié)層提高所述保護(hù)層和膜10之間的粘著性，圖中層22A和22B表示設(shè)置在膜10以及相應(yīng)的保護(hù)層21A和21B之間的粘結(jié)層。適用于所述粘結(jié)層的材料應(yīng)當(dāng)與用于膜10的連續(xù)聚合物相以及保護(hù)層21A和21B具有一定親合性和相容性。作為一個(gè)實(shí)施方案，主相包括CBC聚合物以及保護(hù)層包括聚酯、合適的粘結(jié)層原料包括乙烯-乙酸乙烯酯聚合物和乙烯-丙烯酸酯聚合物。
權(quán)利要求
1.一種具有層的漫反射偏振器，所述層包含第一聚合物和分散在第一聚合物主相中的第二聚合物，所述第一聚合物是基本上無定形納米復(fù)合材料且是主相，所述第一聚合物具有低于約0. 02的雙折射率，所述第二聚合物是分散次相，所述主相和次相沿第一軸方向的折射率相差大于0. 05和沿著垂直于第一軸的第二軸方向的折射率相差低于約0. 05 ；其中主相包括連續(xù)無定形相和分散在所述連續(xù)無定形相的區(qū)域中的至少一種附加相， 所述區(qū)域在至少一個(gè)維度上的特征尺寸小于光的波長(zhǎng)，使得這些區(qū)域不會(huì)促進(jìn)光穿過第一聚合物散射；其中所述第一和第二聚合物沿著至少一個(gè)軸對(duì)電磁輻射的至少一種偏振態(tài)的漫反射率至少是約50%。
2.如權(quán)利要求1所述的漫反射偏振器，其中第一聚合物為環(huán)狀嵌段共聚物。
3.如權(quán)利要求2所述的漫反射偏振器，其中環(huán)狀嵌段共聚物由基本上完全氫化的陰離子聚合的乙烯基芳香族-共軛二烯嵌段共聚物制成。
4.如權(quán)利要求3所述的漫反射偏振器，其中乙烯基芳族嵌段共聚物包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯的全部異構(gòu)體(尤其是對(duì)乙烯基甲苯)，乙基苯乙烯的全部異構(gòu)體， 丙基苯乙烯，丁基苯乙烯，乙烯基聯(lián)苯，乙烯基萘，乙烯基蒽等，或它們的混合物。
5.如權(quán)利要求3的漫反射偏振器，其中共軛二烯嵌段共聚物包括丁二烯、2-甲基-1， 3- 丁二烯、2-甲基-1，3-戊二烯、異戊二烯或它們的混合物。
6.如權(quán)利要求1的漫反射偏振器，其中分散到第一聚合物的其他相包含納米尺度顆粒。
7.如權(quán)利要求1的漫反射偏振器，其中第一聚合物包含環(huán)狀嵌段共聚物和另一種非-嵌段共聚物的可混溶的混合物，所述另一種非-嵌段共聚物包括氫化的乙烯基芳族的均聚物或無規(guī)共聚物，環(huán)烯烴聚合物，環(huán)烯烴共聚物，丙烯酸聚合物，丙烯酸共聚物或它們的混合物。
8.如權(quán)利要求1的漫反射偏振器，其中第二聚合物包含PET或PEN或其他聚酯。
9.如權(quán)利要求1的漫反射偏振器，其中第二聚合物包含兩種或多種聚合物的可混溶性聚酯混合物和酯交換抑制劑。
10.如權(quán)利要求1的漫反射偏振器，其中包含第一和第二聚合物的層的每個(gè)側(cè)面進(jìn)一步包括保護(hù)層。
11.一種具有層的漫反射偏振器，所述層包含第一聚合物和分散在第一聚合物主相中的第二聚合物，所述第一聚合物是基本上無定形納米復(fù)合材料且是主相，所述第一聚合物具有低于約0. 02的雙折射率，所述第二聚合物是分散的次相，所述主相和次相沿第一軸方向的折射率相差大于約0. 05和沿著垂直于第一軸的第二軸方向的折射率相差低于約0. 05 ；其中主相包括連續(xù)無定形相和分散在所述連續(xù)無定形相的區(qū)域中的至少一種其他相， 所述區(qū)域在至少一個(gè)維度上的特征尺寸小于光的波長(zhǎng)，使得這些區(qū)域不會(huì)促進(jìn)光穿過第一聚合物散射；其中所述第一和第二聚合物沿著第一軸對(duì)電磁輻射的第一偏振態(tài)呈現(xiàn)了漫反射率Rld， 鏡面反射率Rls，總反射率Rlt，漫透射率Tld，鏡面透射率Tls，和總透射率Tlt，沿第二軸對(duì)電磁輻射的另一個(gè)偏振態(tài)呈現(xiàn)了漫反射率R2d，鏡面反射率I 2s，總反射率I 2t，漫透射率T2d，鏡面透射率T2s，和總透射率T2t，所述第一軸和第二軸互相垂直，其中 Rld大
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有層的漫反射偏振器，所述層包含顯著地?zé)o定形納米復(fù)合材料的第一聚合物作為主相，并具有低于約0.02的雙折射率，和分散在第一聚合物主相中的第二聚合物分散次相，主相和次相沿第一軸方向的折射率相差大于0.05和沿著垂直于第一軸的第二軸方向的折射率相差低于約0.05；其中主相包括連續(xù)無定形相和至少一種分散在所述連續(xù)無定形相區(qū)域中的附加相，所述區(qū)域具有小于光的波長(zhǎng)的特征尺寸，使得這些區(qū)域不會(huì)促進(jìn)光通過散射穿過第一聚合物；其中所述第一和第二聚合物沿著至少一個(gè)軸對(duì)電磁輻射的至少一種偏振態(tài)的漫反射率至少是約50％。
文檔編號(hào)C08L67/00GK102167881SQ20101062500
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者J·格林納, 周偉俊, 米向東 申請(qǐng)人:Skc哈斯顯示器薄膜有限公司