專利名稱：聚合物光學(xué)薄膜的制造方法
背景技術(shù)：
液晶顯示器，例如，扭轉(zhuǎn)向列(TN)相、單域垂直線列(VA)相、光學(xué)補(bǔ)償雙折射(OCB)相液晶顯示器等，具有內(nèi)在的狹窄且不均勻的視角特性。這種視角特性至少能部分地說(shuō)明一種顯示器的光學(xué)性能。比如對(duì)比度、色彩以及灰度強(qiáng)度這類的特性在非補(bǔ)償型的顯示器中對(duì)于不同的視角能充分地變化。人們希望能夠把非補(bǔ)償型顯示器的那些特性加以修改調(diào)整，以便隨著觀看者水平地、垂直地或者既水平又垂直地改變位置，以及在處在不同的水平和垂直位置的觀看者看來(lái)，它都能夠提供一組理想的特性。例如，在某些應(yīng)用中，可能希望視覺(jué)特性在跨越一定水平或垂直位置的范圍內(nèi)更加均勻。
重要的視角范圍可根據(jù)液晶顯示器的應(yīng)用而定。例如，在某些應(yīng)用中，可能希望水平方位的范圍寬，但相對(duì)較窄的垂直方位范圍也許就足夠了。在另一些應(yīng)用中，可能希望的是在窄的水平或垂直角度(或兩者都窄)范圍內(nèi)觀看。所以，對(duì)于不均勻視角特性的理想的光學(xué)補(bǔ)償可根據(jù)想要的觀看位置的范圍而定。
一個(gè)視角特性是液晶顯示器的明態(tài)與暗態(tài)之間的對(duì)比度。對(duì)比度可能受到各種因素的影響。
另一個(gè)視角特性是隨著視角的變化而產(chǎn)生的顯示器色移。色移是指來(lái)自顯示器的光的顏色坐標(biāo)(例如，基于CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)的顏色坐標(biāo))隨著視角的改變而發(fā)生改變。色移可通過(guò)獲取垂直于包含屏幕的平面的方向上和任意非垂直視角或視角組方向上的色度顏色坐標(biāo)之間的差(例如，Δx或Δy)來(lái)測(cè)量?？山邮艿纳朴蓱?yīng)用來(lái)界定，但也可以界定為當(dāng)Δx或Δy的絕對(duì)值超過(guò)某定義值，例如超過(guò)0.05或0.10。例如，可以確定對(duì)于一組想要的視角而言色移是否可以接受。因?yàn)樯瓶赡芤蕾囉谌魏蜗袼鼗蛳袼亟M的電壓，所以理想的情況是在一個(gè)或多個(gè)像素驅(qū)動(dòng)電壓下測(cè)量色移。
另一個(gè)能觀察到的視角特性是灰度變化基本上不均勻的行為以及甚至?xí)霈F(xiàn)的灰度倒置。當(dāng)液晶層的依賴于角度的透射率不單調(diào)地跟隨于施加在該層上的電壓時(shí)，不均勻行為就會(huì)出現(xiàn)。當(dāng)任意兩個(gè)相鄰灰度等級(jí)的強(qiáng)度比例接近于值1時(shí)灰度倒置就會(huì)發(fā)生，此時(shí)灰度等級(jí)變得無(wú)法分辨或甚至發(fā)生顛倒。通常，僅在某些視角上出現(xiàn)灰度倒置。
為了解決這些問(wèn)題，已經(jīng)提出了補(bǔ)償器。一個(gè)思路包括由盤狀(discotic)的分子制成的補(bǔ)償器薄膜。當(dāng)前盤狀補(bǔ)償器的一個(gè)缺點(diǎn)是通常出現(xiàn)比較大的色移。另一個(gè)思路包括雙折射層的特定組合。需要新型的補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)以提供改善的或理想的視角特性。

發(fā)明內(nèi)容
總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及用于各種應(yīng)用的聚合物光學(xué)薄膜，這些應(yīng)用包括例如顯示器比如液晶顯示器的光學(xué)補(bǔ)償器以及包含光學(xué)補(bǔ)償器的顯示器和其他裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)薄膜的制造方法包括在第一個(gè)方向上拉伸聚烯烴薄膜并在不同于第一個(gè)方向的第二個(gè)方向上拉伸聚烯烴薄膜以形成雙軸拉伸聚烯烴薄膜。第二個(gè)方向上的至少一部分聚烯烴薄膜的拉伸與第一個(gè)方向上的聚烯烴薄膜的拉伸同時(shí)進(jìn)行。所述雙軸拉伸聚烯烴薄膜具有一定的長(zhǎng)度和寬度，且對(duì)于可見(jiàn)光的至少一個(gè)偏振態(tài)是基本上不吸收和不散射的。所述雙軸拉伸聚烯烴薄膜具有x、y和z正交的折射率，其中至少兩個(gè)正交的折射率不相等，面內(nèi)延遲為100nm或更小而面外延遲為50nm或更大。
在另一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)薄膜的制造方法包括在第一個(gè)方向上拉伸聚合物薄膜并在不同于第一個(gè)方向的第二個(gè)方向上拉伸聚合物薄膜以形成雙軸拉伸聚合物薄膜。第二個(gè)方向上的至少一部分聚合物薄膜的拉伸與第一個(gè)方向上的聚合物薄膜的拉伸同時(shí)進(jìn)行。所述雙軸拉伸聚合物薄膜對(duì)于可見(jiàn)光的至少一個(gè)偏振態(tài)是基本上不吸收和不散射的。雙軸拉伸聚合物薄膜具有x、y和z正交的折射率，其中至少兩個(gè)正交的折射率不相等，面內(nèi)延遲為100nm或更小而面外延遲為50nm或更大，所述雙軸拉伸聚合物薄膜具有至少0.65米的長(zhǎng)度和寬度且跨長(zhǎng)度和寬度的面內(nèi)和面外延遲基本均勻一致。
在另一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)薄膜的制造方法包括在第一個(gè)方向上拉伸聚合物薄膜并在不同于第一個(gè)方向的第二個(gè)方向上拉伸聚合物薄膜以形成雙軸拉伸聚合物薄膜。第二個(gè)方向上的至少一部分聚合物薄膜的拉伸與第一方向上的聚合物薄膜的拉伸同時(shí)進(jìn)行。所述雙軸拉伸聚合物薄膜具有一定的長(zhǎng)度和寬度，且對(duì)于可見(jiàn)光的至少一個(gè)偏振態(tài)是基本上不吸收和不散射的。所述雙軸拉伸聚合物薄膜具有x、y和z正交的折射率，其中至少兩個(gè)正交的折射率不相等，面內(nèi)延遲為100nm或更小而面外延遲為50nm或更大，且所述雙軸拉伸聚合物薄膜的厚度為5微米至200微米。
本發(fā)明的以上概述并不意味著闡述了本發(fā)明的每一個(gè)所披露的實(shí)施例或每一種實(shí)施方式。隨后的附圖、詳細(xì)說(shuō)明和例子更具體地舉例說(shuō)明了這些實(shí)施例。


參考附圖，結(jié)合以下對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，人們可以更全面地理解本發(fā)明，其中圖1是具有光學(xué)薄膜元件的坐標(biāo)系統(tǒng)的示意圖；圖2是用于形成光學(xué)薄膜元件的拉幅機(jī)設(shè)備的頂示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)補(bǔ)償器疊層的示意性截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)補(bǔ)償器疊層的示意性截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示器的示意性截面圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示器的示意性截面圖。
盡管可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種各樣的修改并有各種可選的形式，但其細(xì)節(jié)已經(jīng)在附圖中以示例的方式被示出并將被詳細(xì)地闡述。不過(guò)，應(yīng)該這樣理解，本發(fā)明并不局限于所述的特定實(shí)施例。相反地，本發(fā)明覆蓋落入在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有的修改、等同物及替換。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的光學(xué)薄膜的制造方法被認(rèn)為可用于需要聚合物光學(xué)薄膜的各種應(yīng)用中。這些應(yīng)用包括，例如，顯示器比如液晶顯示器的光學(xué)補(bǔ)償器，以及包含光學(xué)補(bǔ)償器的顯示器和其他裝置。盡管本發(fā)明并不局限于此，但通過(guò)討論以下提供的例子，將可以獲得對(duì)本發(fā)明各個(gè)方面的認(rèn)識(shí)。
對(duì)于以下給出的定義術(shù)語(yǔ)，其目的在于以這些定義為準(zhǔn)，除非在權(quán)利要求中或在本說(shuō)明書(shū)中另外給出了不同的定義。
“c板”是指，例如具有基本上垂直于光學(xué)元件選定表面的主光軸(通常稱為“非尋常軸”)的板或薄膜的這一類雙折射光學(xué)元件。所述主光軸對(duì)應(yīng)于這樣的軸，沿該軸雙折射光學(xué)元件的折射率不同于沿垂直于主光軸的方向上的基本均勻的折射率。作為一個(gè)c板的例子，利用如圖1所示的軸系統(tǒng)，nx＝ny≠nz，其中，nx、ny和nz是分別沿x、y和z軸的折射率。光學(xué)各向異性定義為Δnzx＝nz-nx。
“o板”是指，例如其主光軸相對(duì)于光學(xué)元件的表面傾斜的板或薄膜的這一類雙折射光學(xué)元件。
“a板”是指，例如其主光軸在光學(xué)元件的x-y平面內(nèi)的板或薄膜的這一類雙折射光學(xué)元件。正雙折射a板可以用例如聚乙烯醇等聚合物的單軸拉伸薄膜，或向列相正光學(xué)各向異性LCP材料的單軸列式薄膜制成。負(fù)雙折射a板可以用包括例如盤狀化合物的向列相負(fù)光學(xué)各向異性LCP材料的單軸列式薄膜制成。
“雙軸延遲器”是指，例如沿所有三個(gè)軸的折射率都不相同(即，nx≠ny≠nz)的這一類雙折射光學(xué)元件。雙軸延遲器可以用例如雙軸取向塑料膜來(lái)制成。在美國(guó)專利第5245456號(hào)中討論了雙軸延遲器的例子，其公開(kāi)以引用的方式合并于此。合適的薄膜的例子包括可從住友化學(xué)公司(日本大阪)和Nitto Denko公司(日本大阪)獲得的薄膜。面內(nèi)延遲和面外延遲是用于描述雙軸延遲器的參數(shù)。隨著面內(nèi)延遲接近于零時(shí)，雙軸延遲元件的行為更像c板。一般地，雙軸延遲器，如這里所定義的那樣，對(duì)于550nm的光具有至少3nm的面內(nèi)延遲。具有較低的面內(nèi)延遲的延遲器可視為c板。
術(shù)語(yǔ)“聚合物”將被理解為包括聚合物、共聚物(例如，用兩種或更多不同單體形成的聚合物)、低聚物及其組合、以及可用例如共擠法或包括酯交換反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)能形成可摻混的摻合物的聚合物、低聚物或共聚物。除非另外說(shuō)明，嵌段共聚物和隨機(jī)共聚物都包括在內(nèi)。
術(shù)語(yǔ)“偏振”是指面偏振、圓偏振、橢圓偏振或其他任何非隨機(jī)的偏振態(tài)，這種非隨機(jī)偏振態(tài)中光束的電矢量不會(huì)隨機(jī)地改變方向，其電矢量保持恒定的取向或者按對(duì)稱的方式發(fā)生變化。在面偏振態(tài)下，電矢量保持在單個(gè)平面內(nèi)，而在圓偏振或橢圓偏振態(tài)下，光束的電矢量按對(duì)稱的方式旋轉(zhuǎn)。
術(shù)語(yǔ)“雙軸拉伸”指在薄膜平面內(nèi)的兩個(gè)不同方向，即第一個(gè)方向和第二個(gè)方向上拉伸薄膜。
術(shù)語(yǔ)“同時(shí)雙軸拉伸”指對(duì)薄膜在兩個(gè)方向的任一個(gè)方向上的拉伸與另一個(gè)方向上的至少一部分拉伸同時(shí)進(jìn)行。
術(shù)語(yǔ)“取向”、“拉拔”和“拉伸”在本說(shuō)明書(shū)全文中是互換使用的，術(shù)語(yǔ)“取向的”、“已拉拔的”和“經(jīng)過(guò)拉伸的”也是互換使用的，并且術(shù)語(yǔ)“正在取向”、“正在拉拔”和“正在拉伸”同樣是互換使用的。
術(shù)語(yǔ)“延遲”或“遲滯”指兩個(gè)正交的折射率之差與光學(xué)元件的厚度的乘積。
術(shù)語(yǔ)“面內(nèi)延遲”指兩個(gè)正交的面內(nèi)折射率之差與光學(xué)元件厚度的乘積。
術(shù)語(yǔ)“面外延遲”指沿光學(xué)元件厚度方向(z方向)的折射率減去一個(gè)面內(nèi)折射率得到的差值與光學(xué)元件厚度的乘積。或者，該術(shù)語(yǔ)也可以指沿光學(xué)元件厚度方向(z方向)的折射率減去面內(nèi)平均折射率得到的差值與光學(xué)元件厚度的乘積。
術(shù)語(yǔ)“基本上不吸收”指光學(xué)元件的透射率水平為對(duì)于可見(jiàn)光的至少一個(gè)偏振態(tài)具有至少80％的透射率，其中，對(duì)于入射的隨機(jī)偏振光的強(qiáng)度，其透射率是歸一化的。
術(shù)語(yǔ)“基本上不散射”指準(zhǔn)直或幾乎準(zhǔn)直的透過(guò)光學(xué)元件的入射光的透射水平為在小于30度的圓錐角內(nèi)對(duì)于可見(jiàn)光的至少一個(gè)偏振態(tài)具有80％的透射率。
術(shù)語(yǔ)“J延遲器”指對(duì)于可見(jiàn)光的至少一個(gè)偏振態(tài)基本上不吸收并不散射的薄膜或薄板，其中三個(gè)正交折射率中的至少兩個(gè)不相等，并且面內(nèi)延遲不超過(guò)100nm而面外延遲至少為50nm。
這里假定所有數(shù)值均用“大約”這個(gè)詞來(lái)修飾，無(wú)論是否明確表示。術(shù)語(yǔ)“大約”一般指本領(lǐng)域的技術(shù)人員可視為等效于所述值(即，具有相同的功能或效果)的數(shù)值范圍。在許多情況下，術(shù)語(yǔ)“大約”可包括與有效數(shù)字最靠近的值。
重量百分?jǐn)?shù)(依據(jù)重量的百分?jǐn)?shù)或重量％)等是同義詞，它們指的是物質(zhì)的含量，即以該物質(zhì)的重量除以混合物的重量并乘以100。
由端點(diǎn)表述的數(shù)值范圍包括包含在該范圍內(nèi)的所有數(shù)值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。
如本說(shuō)明書(shū)以及附加的權(quán)利要求中所使用的那樣，“一種”和“該”是針對(duì)一類物質(zhì)而言的，不分單復(fù)數(shù)，除非其內(nèi)容清楚地另有所指。因此，例如，包含“一種化合物”的組合物的這一表述包括含兩種或多種化合物的混合物。如本說(shuō)明書(shū)以及附加的權(quán)利要求中所使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“或”一般地以其原意使用，包括“和/或”，除非其內(nèi)容清楚地另有所指。
圖1示意了用于描述光學(xué)元件的軸系統(tǒng)。一般而言，對(duì)于顯示裝置，x軸和y軸對(duì)應(yīng)顯示器的寬度和長(zhǎng)度而z軸通常沿著顯示器的厚度方向。貫穿全文始終使用該規(guī)范，除非另有聲明。在圖1所示的軸系統(tǒng)中，x軸和y軸定義為平行于光學(xué)元件100的主表面102，并且它們可對(duì)應(yīng)于正方形或矩形表面的長(zhǎng)度和寬度方向。z軸垂直于該主表面并通常沿著光學(xué)元件的厚度方向。
多種材料和方法都可以用來(lái)制造本發(fā)明的光學(xué)薄膜元件。例如，光學(xué)薄膜可包括同時(shí)雙軸拉伸的聚合物薄膜的層，該聚合物薄膜對(duì)于可見(jiàn)光的至少一個(gè)偏振態(tài)基本上不吸收且不散射；并具有x、y和z正交的折射率，其中至少兩個(gè)正交的折射率不相等，且面內(nèi)延遲為100nm或更小而面外延遲為50nm或更大。
任何能夠被雙軸拉伸，并擁有這里所述的光學(xué)特性的聚合物材料都可以采用。這些聚合物的部分名單包括(例如)聚烯烴、聚丙烯酸酯、聚酯、聚碳酸酯、含氟聚合物等。一種或多種聚合物可以化合形成聚合物光學(xué)薄膜。
聚烯烴包括(例如)環(huán)烯烴聚合物如聚苯乙烯、降冰片烯等；聚丙烯；聚乙烯；聚丁烯；聚戊烯等。一種具體的聚丁烯是聚(1-丁烯)。一種具體的聚戊烯是聚(4-甲基-1-戊烯)。
聚丙烯酸酯包括(例如)丙烯酸酯、異丁烯酸酯等。特別的聚丙烯酸酯的例子包括聚(甲基丙烯酸甲酯)和聚(甲基丙烯酸丁酯)。
含氟聚合物具體包括(但不限于)聚(偏二氟乙烯)。
聚合物光學(xué)薄膜的面內(nèi)延遲可以是100nm或更小，或者說(shuō)0nm至100nm。聚合物光學(xué)薄膜的面內(nèi)延遲可以是20nm或更小，或者說(shuō)0nm至20nm。聚合物光學(xué)薄膜的面內(nèi)延遲可以是20nm至50nm。聚合物光學(xué)薄膜的面內(nèi)延遲可以是50nm至100nm。
聚合物光學(xué)薄膜的面外延遲可以是50nm或更大，最高可達(dá)1000nm。聚合物光學(xué)薄膜的面外延遲可以是75nm或更大，或者說(shuō)75nm至1000nm。聚合物光學(xué)薄膜的面外延遲可以是100nm或更大，或者說(shuō)100nm至1000nm。聚合物光學(xué)薄膜的面外延遲可以是150nm或更大，或者說(shuō)150nm至1000nm。
聚合物光學(xué)薄膜的厚度(z方向)可以是5微米或更大。聚合物光學(xué)薄膜的厚度(z方向)可以是5微米至200微米，或者說(shuō)5微米至100微米。聚合物光學(xué)薄膜的厚度(z方向)可以是7微米至75微米。聚合物光學(xué)薄膜的厚度(z方向)可以是10微米至50微米。
聚合物光學(xué)薄膜的長(zhǎng)度和寬度可以至少是0.65米。聚合物光學(xué)薄膜的長(zhǎng)度和寬度可以至少是1.3米。聚合物光學(xué)薄膜的長(zhǎng)度和寬度可以至少是1.5米。跨聚合物薄膜的長(zhǎng)度和寬度范圍的面內(nèi)和面外延遲基本均勻一致。詞組“跨聚合物薄膜的長(zhǎng)度和寬度范圍的延遲基本均勻一致”是指延遲(既包括面內(nèi)也包括面外)沿雙軸拉伸聚合物薄膜層的寬度和/或長(zhǎng)度的變化小于4nm/cm或2nm/cm或1nm/cm。一種均勻性的定量測(cè)量定義為(Δinmax-Δinmin)/w
其中在薄膜寬度w內(nèi)，Δinmax是面內(nèi)延遲的最大值而Δinmin是面內(nèi)延遲的最小值?？扇芜x地將任何數(shù)量的附加添加劑添加到形成光學(xué)薄膜的聚合物中。添加劑的部分名單包括(例如)穩(wěn)定劑、加工助劑、結(jié)晶改性劑、增粘劑、硬化劑、納米粒子等。
穩(wěn)定劑包括(例如)抗氧化劑、抗臭氧劑、抗靜電劑、UV吸收劑以及光穩(wěn)定劑。加工助劑包括(例如)潤(rùn)滑劑、擠壓助劑、阻滯劑以及靜電紡助劑(electrostatic pinning aids)。
結(jié)晶改性劑包括(例如)澄清劑和成核劑。結(jié)晶改性劑有助于減少雙軸拉伸聚合物光學(xué)薄膜中的“混濁”。結(jié)晶改性劑可以以任何有效減少“混濁”的劑量存在，比如10ppm至500000ppm、或100ppm至400000ppm、或100ppm至350000ppm、或250ppm至300000ppm。
理想視角的范圍或立體圓錐區(qū)域可以根據(jù)應(yīng)用的具體性質(zhì)來(lái)決定。例如，在一些實(shí)施例中，需要大立體角的可接受的觀看范圍。在另一些實(shí)施例中，需要把可接受的觀看范圍(例如，出于保密的目的)嚴(yán)格控制在比非補(bǔ)償型顯示器的正常視角范圍窄的角度范圍內(nèi)。
本發(fā)明的聚合物光學(xué)薄膜可代替目前存在于許多光學(xué)設(shè)備中的三醋酸纖維素(TAC)層。TAC可以從富士膠片株式會(huì)社(日本)購(gòu)買得到。從大約40微米至超過(guò)120微米的厚度范圍內(nèi)的TAC膜都是可以得到的。TAC是通過(guò)溶劑鑄造方法而制成的，且表現(xiàn)出近似各向同性的面內(nèi)延遲。TAC表現(xiàn)出從30nm至120nm的面外延遲。
本發(fā)明的同時(shí)雙軸拉伸聚合物光學(xué)薄膜可以在許多方面提供不同于TAC的特性，比如較低色散的折射率；任何給定厚度的本發(fā)明的聚合物光學(xué)薄膜與TAC相比均具有較高等級(jí)的面外延遲；改進(jìn)的防潮能力；較低的加工成本；其加工制造不損害環(huán)境；易于把基本為c板的光學(xué)特性定制成雙軸延遲器的光學(xué)特性的能力。本發(fā)明的聚合物光學(xué)薄膜可以比具有近似或甚至更小的負(fù)c板延遲的TAC膜更薄，如下所述，新型的集成薄膜疊層結(jié)構(gòu)的總厚度可以改進(jìn)得更薄。
制造聚合物光學(xué)薄膜的新技術(shù)已經(jīng)發(fā)展出來(lái)了。這些技術(shù)包括在第一個(gè)方向上拉伸聚合物薄膜并在不同于第一個(gè)方向的第二個(gè)方向上拉伸聚合物薄膜以形成雙軸拉伸聚合物薄膜。在第二個(gè)方向上的至少一部分拉伸與第一個(gè)方向上的拉伸同時(shí)進(jìn)行。該技術(shù)形成具有上述特性和屬性的聚合物光學(xué)薄膜。
以順次方式雙軸拉伸的聚合物薄膜的嘗試表明順次方式不能生產(chǎn)出理想的具有上述特性和屬性的聚合物光學(xué)薄膜。以順次方式雙軸拉伸(即，在第一個(gè)縱向(MD)上拉伸薄膜，繼而在第二個(gè)橫向(TD)上拉伸薄膜)的聚合物光學(xué)薄膜可能經(jīng)常會(huì)生產(chǎn)出具有“斑紋”光學(xué)特性和屬性的聚合物光學(xué)薄膜。已經(jīng)觀察到最后的拉伸方向?qū)τ陔p軸拉伸聚合物光學(xué)薄膜的光學(xué)特性和屬性具有更大的影響。然而，優(yōu)化該工藝的嘗試表明該方法不能生產(chǎn)出具有本發(fā)明的特性和屬性的聚合物光學(xué)薄膜。
除了同時(shí)雙軸拉伸聚合物光學(xué)薄膜本身特有的問(wèn)題以外，同時(shí)雙軸拉伸聚合物光學(xué)薄膜也存在一些與順次雙軸拉伸聚合物光學(xué)薄膜有關(guān)的問(wèn)題。同時(shí)雙軸拉伸聚合物光學(xué)薄膜不會(huì)生產(chǎn)出具有“斑紋”光學(xué)特性和屬性的聚合物光學(xué)薄膜。此外，通過(guò)使用同時(shí)雙軸拉伸方法，比使用順次雙軸拉伸工藝提高了薄膜尺寸穩(wěn)定性并減小了厚度變化性。這里所述的方法生產(chǎn)出具有本發(fā)明的特性和屬性的聚合物光學(xué)薄膜。
圖2描繪了執(zhí)行本發(fā)明的方法的拉幅機(jī)設(shè)備的頂示意圖。拉幅機(jī)可以是美國(guó)專利第5051225號(hào)中披露的類型。拉幅機(jī)設(shè)備10包括第一側(cè)軌12和第二側(cè)軌14，從動(dòng)夾22和惰性?shī)A24騎跨在它們上面。從動(dòng)夾22以標(biāo)有“X”的框示意性地示出而惰性?shī)A24以空框示意性地示出。給定軌道上的成對(duì)的從動(dòng)夾22之間有一個(gè)或多個(gè)惰性?shī)A24。如圖所示，給定軌道上的每一對(duì)夾22之間可有兩個(gè)惰性?shī)A24。一組夾22、24在繞第一軌道12的封閉環(huán)線內(nèi)按在軌道末端的箭頭所示的方向移動(dòng)。類似地，另一組夾22、24在繞第二軌道14的封閉環(huán)線內(nèi)按在軌道末端的箭頭所示的方向移動(dòng)。夾22、24夾持著薄膜邊緣并在薄膜中央的箭頭所示的方向上推動(dòng)薄膜26。在軌道12、14的端部，夾22、24松開(kāi)薄膜26。然后夾子沿著外軌道返回到拉幅機(jī)的入口從而抓住鑄件薄片然后推動(dòng)其通過(guò)拉幅機(jī)。(為描述清楚起見(jiàn)，在圖2中省略了在外軌道上返回入口的夾子。)離開(kāi)拉幅機(jī)后的經(jīng)過(guò)拉伸的薄膜26可以卷起來(lái)以便于后面的加工或使用，或可以進(jìn)一步被加工。
聚合物可以鑄造成薄板形以便將其制備成適于拉伸的薄片從而制成上述的光學(xué)薄膜。通過(guò)把聚合物樹(shù)脂送入到單螺桿、雙螺桿、級(jí)聯(lián)式或具有擠壓筒的其他共擠壓系統(tǒng)的送料倉(cāng)內(nèi)，調(diào)節(jié)溫度以產(chǎn)生穩(wěn)定的、均勻的熔融體來(lái)鑄造聚合物。聚合物可通過(guò)板形鑄模擠壓到旋轉(zhuǎn)冷卻金屬鑄輪上。然后對(duì)薄片根據(jù)這里所述的方法進(jìn)行雙軸拉伸。經(jīng)過(guò)擠壓的薄片可以被淬火、再加熱，并送入到第一和第二軌道12、14上的夾22、24以便被推動(dòng)通過(guò)拉幅機(jī)設(shè)備10。這種可選擇的加熱和夾22、24的夾持可根據(jù)任何順序進(jìn)行或同時(shí)進(jìn)行。
軌道12、14經(jīng)過(guò)了三部分預(yù)熱部分16；拉伸部分18；以及拉伸后處理部分20。在預(yù)熱部分16中，薄膜加熱到合適的溫度范圍內(nèi)以便進(jìn)行不斷裂的有效拉伸。三個(gè)功能部分16、18和20可以進(jìn)一步被分成小區(qū)域。例如，在拉幅機(jī)的一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)熱部分16包括區(qū)域Z1、Z2和Z3，拉伸部分18包括區(qū)域Z4、Z5和Z6，而拉伸后處理部分20可包括區(qū)域Z7、Z8和Z9。應(yīng)該明白的是預(yù)熱、拉伸和后處理部分中的每一個(gè)都可包括比上述更少或更多的區(qū)域。此外，在拉伸部分18中，TD(橫向)分量的拉伸或MD(縱向)分量的拉伸可以在相同或不同的區(qū)域中進(jìn)行。例如，縱向和橫向拉伸中的每一個(gè)都可以在區(qū)域Z4、Z5和Z6中的任何一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)中進(jìn)行。此外，一個(gè)分量的拉伸可以在另一個(gè)分量的拉伸之前進(jìn)行，或者在另一個(gè)分量的拉伸之前開(kāi)始并和另一個(gè)分量的拉伸重疊。另外，任何一個(gè)分量的拉伸都可以在一個(gè)以上的獨(dú)立步驟中進(jìn)行。例如，縱向拉伸可以在Z4和Z6中進(jìn)行，而在Z5中卻不進(jìn)行任何縱向拉伸。
一些縱向和/或橫向的拉伸也可以在預(yù)熱部分或拉伸后處理部分中進(jìn)行。例如，在所述的實(shí)施例中，拉伸可以在區(qū)域Z3中開(kāi)始。拉伸可以持續(xù)到區(qū)域Z7中或超出區(qū)域Z7的范圍。拉伸可以在區(qū)域Z3、Z5或Z6后面的任何區(qū)域中重新開(kāi)始。
縱向拉伸量可以不同于橫向拉伸量。縱向拉伸量可比橫向拉伸量至多大10％或25％或50％。橫向拉伸量可比縱向拉伸量至多大10％或25％或50％。令人吃驚的是，這種“不平衡”拉伸有助于形成具有基本上均勻一致的面內(nèi)延遲的光學(xué)薄膜。
薄膜可以被推動(dòng)通過(guò)拉伸后處理部分20。在該部分中，薄膜26可以保持在理想的溫度而不進(jìn)行明顯的拉伸。這一處理可稱為熱定形或退火，并可以用來(lái)改善最終薄膜的特性，比如尺寸穩(wěn)定性。同樣地，在拉伸后處理部分20中可出現(xiàn)橫向和縱向中的任一個(gè)或兩者的少量松弛。這里的松弛是指橫向軌道的收斂和/或每一縱向軌道上的從動(dòng)夾的收斂，或僅僅是橫向和/或縱向的薄膜應(yīng)力減小。
薄膜的雙軸拉伸對(duì)于許多工藝條件都很敏感，包括但不限于聚合物或樹(shù)脂的成分、薄膜鑄造和淬火的參數(shù)、在拉伸前預(yù)熱薄膜的時(shí)間-溫度變化歷史、所使用的拉伸溫度、所使用的拉伸形狀以及拉伸速度。通過(guò)本文給出的教導(dǎo)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員從中受益并因而可以調(diào)整任何或所有這些參數(shù)來(lái)獲得具有理想的光學(xué)特性和特征的薄膜。
對(duì)雙軸拉伸光學(xué)薄膜的冷卻可以在拉伸區(qū)域18的拉伸起始之前或之后開(kāi)始進(jìn)行。冷卻可以是“區(qū)域”冷卻，區(qū)域冷卻是指基本上冷卻薄片的整個(gè)寬度或橫向，從薄膜的邊緣部分28開(kāi)始穿過(guò)薄膜的中央部分30。令人吃驚的是，已發(fā)現(xiàn)在拉伸區(qū)域后面立即施加適當(dāng)且有效的區(qū)域冷卻可以提高聚合物光學(xué)薄膜面內(nèi)延遲的均勻性。冷卻可以通過(guò)強(qiáng)制的空氣對(duì)流來(lái)提供。
此外，施加有效的區(qū)域冷卻改善了面內(nèi)延遲的橫向(TD)變化。如下面的例子所述，通過(guò)在拉伸區(qū)域后面立即使用區(qū)域冷卻，如前面所示的面內(nèi)延遲的橫向(TD)變化就會(huì)減少，即(Δinmax-Δinmin)/w減小了。當(dāng)考慮制造具有相當(dāng)寬度(即，0.65米或1.3米或1.5米)的聚合物光學(xué)薄膜的實(shí)際情況，并考慮所獲得的規(guī)模和產(chǎn)量方面的經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，主動(dòng)控制面內(nèi)延遲的橫向(TD)變化的能力很有用。下面的例子描述了獲得本發(fā)明的聚合物光學(xué)薄膜的各種工藝參數(shù)。
光學(xué)補(bǔ)償器可以用各種不同的光學(xué)元件構(gòu)成。在這些光學(xué)元件中有o板、c板、a板、雙軸延遲器、扭轉(zhuǎn)o板、扭轉(zhuǎn)a板以及其他延遲器。關(guān)于o板、c板和a板的信息可以在下面的書(shū)籍和專利文獻(xiàn)中找到例如Yeh等編寫的《Optics of Liquid Crystal Displays》，該書(shū)于1999年在紐約由John Wiley & Sons出版社出版；美國(guó)專利第5504603、5557434、5612801、5619352、5638197、5986733和5986734號(hào)以及PCT專利申請(qǐng)公開(kāi)第WO01/20393和WO01/20394號(hào)，所有這些文獻(xiàn)以引用的方式合并于此。
光學(xué)元件可以按下面所述的組合形式來(lái)構(gòu)成光學(xué)體或光學(xué)補(bǔ)償器疊層結(jié)構(gòu)。光學(xué)體或光學(xué)補(bǔ)償器疊層結(jié)構(gòu)可以通過(guò)把偏振器層或膽甾醇型液晶材料布置在上述新型光學(xué)薄膜上而形成。
圖3表示光學(xué)補(bǔ)償器疊層結(jié)構(gòu)300，它包括置于第一液晶層320上的J延遲器310。該J延遲器310包含一層同時(shí)雙軸拉伸聚合物薄膜，該薄膜對(duì)于可見(jiàn)光的至少一個(gè)偏振態(tài)基本上不吸收且不散射。該J延遲器310具有x，y和z正交的折射率，其中至少兩個(gè)正交的折射率不相等，面內(nèi)延遲為100nm或更小而面外延遲為50nm或更大。
第一液晶層320包括液晶材料。第一液晶層320可以是o板或a板等。
圖3表示光學(xué)補(bǔ)償器疊層結(jié)構(gòu)300可以包括置于J延遲器310上的第二液晶層325，或者說(shuō)J延遲器310可以置于第一液晶層320與第二液晶層325之間。第二液晶層325可以是o板或a板等。光學(xué)補(bǔ)償器疊層結(jié)構(gòu)300還可包括置于第一液晶層320上的偏振器層330，或者說(shuō)第一液晶層320可以置于偏振器層330和J延遲器310之間。偏振器層330可以是吸收偏振器或反射偏振器。反射偏振器層340可設(shè)置在吸收偏振層330上，或者說(shuō)吸收偏振層330可設(shè)置在反射偏振層340與第一液晶層320之間。
圖4表示光學(xué)補(bǔ)償器疊層結(jié)構(gòu)400，它包括置于偏振器層430上的J延遲器410。該J延遲器410包含同時(shí)雙軸拉伸聚合物薄膜層，該薄膜對(duì)于可見(jiàn)光的至少一個(gè)偏振態(tài)基本上不吸收且不散射。該J延遲器410具有x、y和z正交的折射率，其中至少兩個(gè)正交的折射率不相等，面內(nèi)延遲為100nm或更小而面外延遲為50nm或更大。
光學(xué)補(bǔ)償器疊層結(jié)構(gòu)400還可包括置于第一偏振器層430上的第二偏振器層440，或者說(shuō)第一偏振層430可置于第二偏振器層440與J延遲器410之間。偏振器層430可以是吸收偏振器或反射偏振器。如果第一偏振層430是吸收偏振器，那么第二偏振層440可以是反射偏振器層。
附加層可以添加到上述光學(xué)補(bǔ)償器疊層結(jié)構(gòu)上或添加在這些層之間?？蛇x的附加層包括(例如)對(duì)準(zhǔn)層、o板、a板和/或c板等。
一個(gè)或多個(gè)光學(xué)補(bǔ)償疊層結(jié)構(gòu)可以被層疊到LCD面板的第一主表面和第二主表面上，其層疊方式與傳統(tǒng)二向色偏振器的層疊方式類似。上述光學(xué)補(bǔ)償疊層結(jié)構(gòu)可提供性能范圍更寬的延遲器，例如，雙軸延遲器或c板，以及無(wú)需顯著增大偏振器厚度就可制成具有雙折射特性的光學(xué)補(bǔ)償疊層結(jié)構(gòu)。按照本發(fā)明的教導(dǎo)，就可能制造出具有偏振器的光學(xué)補(bǔ)償疊層結(jié)構(gòu)，該偏振器比傳統(tǒng)的不包含附加補(bǔ)償薄膜的偏振器更薄。
上述光學(xué)體或光學(xué)補(bǔ)償器可用于各種光學(xué)顯示器或其他應(yīng)用中，包括透射式(例如背光)、反射式和半透射半反射式顯示器。例如，圖5描繪了一個(gè)說(shuō)明性的顯示器系統(tǒng)500的示意性截面圖，該系統(tǒng)包括置于光學(xué)補(bǔ)償器疊層結(jié)構(gòu)501上的光調(diào)制器550，該疊層結(jié)構(gòu)包括置于第一液晶層520上的J延遲器510。該J延遲器510包括同時(shí)雙軸拉伸聚合物薄膜層，該薄膜對(duì)于可見(jiàn)光的至少一個(gè)偏振態(tài)是基本上不吸收且不散射的。該J延遲器510具有x、y和z正交的折射率，其中至少兩個(gè)正交的折射率不相等，面內(nèi)延遲為100nm或更小而面外延遲為50nm或更大。第一液晶層520包括液晶材料。第一液晶層520可以是o板或a板等。
光學(xué)補(bǔ)償器疊層結(jié)構(gòu)501可包括置于J延遲器510上的第二液晶層525，或者說(shuō)J延遲器510可置于第二液晶層525與第一液晶層520之間。第二液晶層525可以是o板或a板等。光學(xué)補(bǔ)償器疊層結(jié)構(gòu)501還可包括置于第一液晶層520上的偏振器層530，或者說(shuō)第一液晶層520可置于偏振器層530與J延遲器510之間。偏振器層530可以是吸收偏振器或反射偏振器。反射偏振器540可置于偏振層530上，或者說(shuō)偏振層530可置于反射偏振器540與第一液晶層520之間。
圖6描繪了一個(gè)說(shuō)明性的顯示器系統(tǒng)600的示意性截面圖，該系統(tǒng)包括置于光學(xué)補(bǔ)償器疊層結(jié)構(gòu)601上的光調(diào)制器650，該疊層結(jié)構(gòu)包括置于偏振層630上的J延遲器610。該J延遲器610包含同時(shí)雙軸拉伸聚合物薄膜層，該薄膜對(duì)于可見(jiàn)光的至少一個(gè)偏振態(tài)是基本上不吸收且不散射的。該J延遲器610具有x、y和z正交的折射率，其中至少兩個(gè)正交的折射率不相等，面內(nèi)延遲為100nm或更小而面外延遲為50nm或更大。
光學(xué)補(bǔ)償器疊層結(jié)構(gòu)601還可包括置于第一偏振層630上的第二偏振器層640，或者說(shuō)第一偏振層630可置于第二偏振器層640與J延遲器610之間。反射偏振器層640可以設(shè)置在偏振層630上，或者說(shuō)第一偏振層630可以設(shè)置在第二偏振層640和J延遲器610之間。偏振器層630可以是吸收偏振器或反射偏振器。如果第一偏振層630是吸收偏振器，那么第二偏振層640可以是反射偏振器層。
光調(diào)制器550、650提供用于觀看顯示器系統(tǒng)500、600的光，它包括(例如)光源和光波導(dǎo)，盡管其他發(fā)光系統(tǒng)也可以用。盡管圖5和圖6所示的光調(diào)制器550、650具有常用的矩形的截面，但光調(diào)制器550、650也可使用具有任何合適形狀的光波導(dǎo)。例如，光波導(dǎo)可以是楔形、槽形、準(zhǔn)楔形等波導(dǎo)。主要的考慮是光波導(dǎo)能接受來(lái)自光源的光并發(fā)射該光。因此，光源可包括背反射器(例如，選擇性反射器)、選取裝置以及其他元件以獲得想要的功能。
為了使表面反射最小化、使前表面潔凈、防止擦傷以及有助于許多其他特性，可將不同的層或材料組合設(shè)置在光學(xué)補(bǔ)償疊層結(jié)構(gòu)501、601上。附加薄膜也可以包括接觸元件。
為提高所得到的顯示器的亮度，可以把許多不同類型的薄膜附加到顯示器的背面或背光空腔中。這些薄膜可包括漫射器、保護(hù)屏、EMI屏蔽物、抗反射膜、棱形結(jié)構(gòu)膜如3M出售的BEF、或反射偏振器如3M出售的DBEF或Nitto Denko出售的Nipocs。當(dāng)反射偏振器通過(guò)透射和反射圓偏振光而進(jìn)行工作時(shí)，比如Nipocs，需要其他延遲器薄膜，比如四分之一波片等。
圖5和圖6表示置于光調(diào)制器上的一個(gè)光學(xué)補(bǔ)償疊層結(jié)構(gòu)，不過(guò)如上所述，兩個(gè)光學(xué)補(bǔ)償疊層結(jié)構(gòu)可以層疊到LCD面板的第一主表面和第二主表面上，其方式與傳統(tǒng)二向色偏振器的層疊方式類似。從而，LCD面板可置于相似的或不同的如上所述的光學(xué)補(bǔ)償疊層結(jié)構(gòu)之間。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)光學(xué)薄膜的表面處理提高了這些薄膜與LCD中通常使用的其他光學(xué)薄膜附著的附著力。表面處理包括(例如)電暈、火焰或等離子體處理。這些表面處理中所使用的氣體包括氧氣、氮?dú)狻⑾∮袣怏w(比如氬和氦)、氯氣、氨氣、甲烷、丙烷和丁烷。涂覆(例如，含氯聚烯烴，即PVDC)、化學(xué)蝕刻以及水解處理也可用于提高光學(xué)薄膜的附著力。
液晶顯示器利用各種以疊層形式存在的光學(xué)薄膜，從而構(gòu)成了顯示器。將提供兩個(gè)例子以幫助解釋顯示器中所使用的光學(xué)薄膜的性質(zhì)，以及這些薄膜的表面處理如何改善性能和操作。
在第一個(gè)例子中，偏振器包括取向的PVA膜，至少在一些實(shí)施例中該膜被用碘染色從而產(chǎn)生使光發(fā)生有效偏振所需的二向色性。通過(guò)把取向且染色的PVA封裝在兩個(gè)屏蔽膜之間可使其不受環(huán)境的污染。這些屏蔽膜通常是三醋酸纖維素(TAC)，把TAC膜粘附到取向且染色的PVA膜的兩個(gè)主表面上的材料是包含水和PVA的溶液，該溶液可任選地包含甲醇。因?yàn)門AC膜不會(huì)被水溶液弄濕，通常TAC膜以腐蝕液處理以便在層疊工藝之前使表面水解。
在另一例子中，在改善液晶顯示器的視角特性方面很有用的補(bǔ)償膜(比如可從日本的富士膠片株式會(huì)社得到的WVF)包括許多不同的層，比如基底、對(duì)準(zhǔn)層、LCP層、偏振器(可任選地具有封裝層)、可選的底涂層和粘合劑。TAC膜通常既可用作取向且染色的PVA的封裝層又可用作對(duì)準(zhǔn)層的基底。通常以類似上面的方式水解TAC膜以便提供足夠強(qiáng)的附著力。需要一定強(qiáng)度的附著力以便保證，如果發(fā)生粘合劑失效，它將在粘合劑與玻璃界面之間起作用，從而在可能的重做過(guò)程中避免昂貴且冗長(zhǎng)的除去薄膜的步驟。
本發(fā)明提高了這里所述的光學(xué)薄膜的附著力而無(wú)需復(fù)雜和潛在昂貴的底涂層或水解處理。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)一系列光學(xué)薄膜的多種表面處理改善了所述薄膜的附著力。新型的表面處理包括(例如)電暈、火焰或等離子體處理。這些表面處理中所使用的氣體包括氧氣、氮?dú)?、稀有氣體(比如氬和氦)、氯氣、氨氣、甲烷、丙烷和丁烷。
這里所述的聚合物光學(xué)薄膜可以和各種為液晶顯示器增強(qiáng)或提供其他性能的其他元件和薄膜一起使用。這樣的元件和薄膜包括(例如)增亮薄膜、包括四分之一波片和薄膜的延遲板、多層或連續(xù)/分散相位反射偏振器、鍍金屬的背反射器、棱形背反射器、漫反射背反射器、多層介電背反射器以及全息背反射器。
例子例A該例說(shuō)明了具有相同的雙軸取向的同時(shí)雙軸取向聚丙烯薄膜的制造方法。
利用傳統(tǒng)的熔融擠壓和鑄造設(shè)備熔融擠壓并鑄造均質(zhì)聚合物聚丙烯(Fina 3376，可從Atofina公司(Deer Park，TX)購(gòu)得)。該膜的鑄成厚度為2250微米。在178攝氏度預(yù)熱薄膜，此時(shí)設(shè)置的風(fēng)扇速度為80％。在160攝氏度的溫度下在縱向取向7.0倍并同時(shí)在橫向取向7.0倍。取向后，將薄膜冷卻至135攝氏度的溫度。最后的薄膜厚度為25微米。
交叉偏振器之間的透射率利用Perkin Elmer Lambda 900分光光度儀來(lái)測(cè)量，透射率讀數(shù)為0.015％。然后將一片薄膜與檢偏器并置，旋轉(zhuǎn)這片薄膜直到透射率最小。當(dāng)樣品在適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)最小透射率為0.15％。從此以后，交叉偏振器之間的樣品薄膜的最小透射率將被稱為去偏振。然后將偏振器旋轉(zhuǎn)90度，使其透射軸平行于分析儀的透射軸。平行偏振器的亮度與交叉偏振器的亮度的比值，即所謂的對(duì)比度(CR)，為500∶1。
縱向的和橫向的收縮值都通過(guò)使薄膜在85攝氏度的烤箱中下懸掛1000小時(shí)來(lái)測(cè)量。例A的結(jié)果是縱向收縮率為3％而橫向收縮率為1％。
橫向和縱向的蠕變阻力都可以通過(guò)在100攝氏度及1磅/英寸長(zhǎng)(180gm/cm長(zhǎng))的負(fù)荷下持續(xù)1分鐘來(lái)測(cè)量?？v向和橫向的蠕變均為3.6％。
面內(nèi)延遲利用儀器National Instruments RPA2000來(lái)測(cè)量。面內(nèi)延遲(Δin)為20nm。面內(nèi)和面外折射率利用儀器Metricon Model2010 Prisim Coupler來(lái)測(cè)量。面外延遲(Δout)是厚度乘以薄膜厚度方向(z方向)的平均折射率與薄膜的面內(nèi)平均折射率之間的差值所得到的乘積。例A的|Δout|為265nm。
例1例1說(shuō)明了不平衡同時(shí)雙軸取向聚丙烯膜的制造方法，該膜具有不相同雙軸取向，且示出了改善的熱穩(wěn)定性和更低的Δin。
除了鑄造薄片為1000微米厚以外，以類似于例A中所述的方法制成了薄膜。最后的薄膜厚度為15微米。拉幅機(jī)的各個(gè)部分的溫度連同沿縱向和橫向的拉拔比一起列在下面的表1中。
表1

其他特性示出于表2所示。
表2

|Δin|和|Δout|是在沿橫向的至少150cm的薄片范圍內(nèi)取平均值而得到的。
例2和例3除了表1中所列的那些工藝條件以外，例2和例3中的制備方式和例1相似。這兩個(gè)例子的最后薄膜厚度均為16微米。
例2和例3表明拉幅機(jī)的溫度會(huì)影響(Δinmax-Δinmin)/w和去偏振。例2和例3也表現(xiàn)出了較高的面外延遲和明顯較低的面內(nèi)延遲。
例4例4說(shuō)明了添加澄清劑的效果。除了樹(shù)脂包含了澄清劑或成核劑，Atofina 3289MZ以25％的濃度添加以外，該例是以類似于例3的方式進(jìn)行的。例4的澄清劑或成核劑的最終濃度為1000ppm。
澄清劑的添加使去偏振從例3的0.05％減小至0.03％。
例5例5說(shuō)明了在拉幅機(jī)的預(yù)熱部分降低溫度的效果。除了通過(guò)使風(fēng)扇速度減至55％來(lái)降低預(yù)熱溫度以外，該例是以類似于例3的方式進(jìn)行的。例5表明去偏振從例3中的0.05％減小至0.03％。
例6例6說(shuō)明了一種改善蠕變阻力的方法。除了冷卻和退火溫度稍微降低而且取向不平衡以外，該例是以類似于例1的方式進(jìn)行的。向例6增加附加的工藝步驟從而在拉伸后處理區(qū)使薄膜在縱向的取向增加5％。相對(duì)于例A，例6表現(xiàn)出縱向蠕變阻力減小50％。
例7例7至例16說(shuō)明利用光學(xué)薄膜表面處理來(lái)改善光學(xué)薄膜的附著力。表面處理包括(例如)電暈、火焰或等離子體處理。這些表面處理中所使用的氣體包括氧氣、氮?dú)?、稀有氣體(比如氬和氦)、氯氣、氨氣、甲烷、丙烷和丁烷。涂覆(例如含氯聚烯烴，即PVDC)、化學(xué)蝕刻以及水解處理也可以用于提高光學(xué)薄膜的附著力。
例7是以類似于例3的方式制得并利用各種氣相表面化學(xué)方法處理的16微米的聚丙烯膜(a)以0.15J/cm2的能量密度在大約25％的相對(duì)濕度下進(jìn)行空氣電暈；
(b)進(jìn)行火焰處理，利用支撐在條形燃燒器上的層狀預(yù)混合天然氣體空氣火焰，其等效比為0.95(空氣燃料比為10.1∶1)，火焰功率為5300Btu/小時(shí)-英寸(611W/cm)，且燃燒器至薄膜的間隙為10mm；(c)以1.0J/cm2的能量密度進(jìn)行氮?dú)怆姇灒渲腥坷拥乃械獨(dú)怆姇炋幚碇醒鯕庠陔姇炛械臐舛刃∮?0ppm；(d)對(duì)照(不進(jìn)行處理)。
例8例8說(shuō)明了使用交替的表面處理化學(xué)方法的薄膜。以類似于例7的方式用不同的化學(xué)方法處理16微米厚的薄膜。例8(a)和例8(b)中利用由Enercon Industries of Milwaukee開(kāi)發(fā)的Plasma3-brand硬件進(jìn)行大氣壓等離子體進(jìn)行處理。例8(c)中使用具有不同的化學(xué)條件的標(biāo)準(zhǔn)電暈型進(jìn)行處理。
(a)88％/12％ He/N2在0.5J/cm2條件下；(b)88％/12％ He/N2在1.0J/cm2條件下；(c)99％/1％ N2/NH3在2.6J/cm2條件下。
例9例9說(shuō)明了具有LCP涂層的表面處理過(guò)的薄膜。例7a、例7b、例7c和例7d中的薄膜利用MEK作為溶劑涂覆上Staralign 2110(可從Vantico AG公司(位于瑞士巴塞爾)獲得)以形成例9a、例9b、例9c和例9d。干燥的Staralign層的厚度為50nm。然后利用OptoAign(可從Elsicon，Inc.(位于美國(guó)特拉華州的Newark)獲得)提供15mJ/cm2的劑量并以45度的入射角使Staralign材料暴露在偏振UV光下。
用刀片刻劃涂有Staralign的薄膜，然后將膠帶層壓在其上，隨后再將該膠帶除去。根據(jù)ASTM 3359測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行膠帶測(cè)試(Adhesion Tape Test)。在Staralign涂層可能沒(méi)有牢固地粘在聚丙烯膜上的地方，膠帶將帶走該處對(duì)應(yīng)的材料。隨后的具有涂層的液晶聚合物層將表現(xiàn)出隨意的隊(duì)列。
然后對(duì)樣品涂覆上丁酮中的Paliocolor LC242的重量百分比為18％的固體混合物(以下簡(jiǎn)稱LCP并可從BASF AG公司(位于德國(guó)的Ludwigshafen)得到)，然后涂覆上重量百分比為1.26％的Darocur1173(可從Ciba公司(位于瑞士巴塞爾)得到)。接下來(lái)，在80攝氏度干燥涂層并在厭氧氣氛中用100％功率的UV燈固化該涂層。
對(duì)具有涂層的樣品在交叉偏振器下進(jìn)行觀察，并對(duì)膠帶測(cè)試可除去對(duì)準(zhǔn)材料之處所在的區(qū)域進(jìn)行具體評(píng)估。表面處理的相對(duì)績(jī)效按照質(zhì)量降低的順序?yàn)?c、9b和9a。對(duì)照薄膜(例9d)表現(xiàn)出對(duì)于任何基底都最差的性能。
通過(guò)把涂有LCP的聚丙烯膜層疊到玻璃上且隨后把玻璃分別放在兩個(gè)烤箱中，并把溫度分別設(shè)置在80攝氏度和60攝氏度/90％RH，對(duì)環(huán)境穩(wěn)定性也進(jìn)行了評(píng)估。在暴露于溫度和濕度之后如果薄膜出現(xiàn)分層，即發(fā)生了失敗。按照降低的順序，相對(duì)的績(jī)效順序?yàn)?c、9b、9a和9d。
例10例10描述進(jìn)行過(guò)電暈處理具有LCP涂層的聚丙烯膜。對(duì)例8a，8b和8c的薄膜涂覆上Staralign 2110涂層并經(jīng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，且隨后以類似于例9的方式涂覆上LCP從而分別形成例10a、10b和10c。依據(jù)ASTM D3330標(biāo)準(zhǔn)對(duì)例10a、10b和10c中的每一個(gè)進(jìn)行測(cè)試，聚丙烯膜與LCP之間的剝離力大約都為50盎司/英寸(560g/cm)。
例11例11說(shuō)明了經(jīng)過(guò)表面處理的聚丙烯薄膜和取向PVA的層疊。將表面處理過(guò)的薄膜例7a、例7b、例7c和例7d分別層疊到取向的并以碘染色的PVA膜上從而形成例11a、例11b、例11c和例11d。
在所有情況下，取向且染色的PVA實(shí)際上包括兩個(gè)膜，即用包含66.5％的甲醇、27.9％的水、5.6％的AIRVOL PVA Grade 205(可從Air Products and Chemicals Inc.(位于美國(guó)賓夕法尼亞州的Allentown)得到)的水溶液粘合起來(lái)的PVA和水解TAC層。所用短語(yǔ)“取向且染色的PVA”有助于說(shuō)明清楚主表面，附加的層疊都是在該主表面上進(jìn)行的。
用于將例7a、例7b、例7c和例7d層疊到取向的并染色的PVA的粘合劑包括包含66.5％的甲醇、27.9％的水、5.6％的AIRVOL PVAGrade 205的水溶液。層疊后，所有的樣品在空氣氣氛中1大氣壓的氣壓、60攝氏度下高壓加熱1個(gè)小時(shí)。
然后層疊膜在65攝氏度、相對(duì)濕度為90％的環(huán)境下老化，且依據(jù)ASTM D3330標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試其剝離力。對(duì)于例11d的薄膜剝離力小于0.4盎司/英寸(2.9g/cm)，對(duì)于例11a的薄膜為15盎司/英寸(170g/cm)，對(duì)于例11b的薄膜為20盎司/英寸(225g/cm)，對(duì)于例11c的薄膜為22盎司/英寸(250g/cm)。
例12例12說(shuō)明了經(jīng)過(guò)表面處理的聚丙烯和取向PVA的層疊。表面處理過(guò)的薄膜例8a、例8b、例8c和例8d以類似于例11的方式層疊到取向的并以碘染色的PVA膜上。對(duì)于所有的例12薄膜，發(fā)現(xiàn)其剝離力近似于例11c。
例13例13說(shuō)明了層疊到玻璃上的經(jīng)過(guò)表面處理的聚丙烯和取向PVA。對(duì)包括薄膜例11c的聚丙烯膜的相反主表面進(jìn)行氮?dú)怆姇炋幚?1.0J/cm2)。結(jié)果得到的表面處理過(guò)的薄膜為例13a，然后將它層疊到一種轉(zhuǎn)移光學(xué)粘合劑(可從Soken Chemical & Engineering Co.Ltd，Japan獲得)Soken 2263上，從而形成例13b的薄膜，然后將該薄膜粘附到一片玻璃上以形成薄膜例13c。
例13c薄膜的Soken 2263粘合劑與玻璃界面的剝離力經(jīng)測(cè)量為22盎司/英寸(250g/cm)。
例14
例14描述了涂有LCP的聚丙烯的電暈處理。對(duì)包含LCP的例9c薄膜的主表面進(jìn)行表面處理以形成例14a、14b和14c的薄膜。各種表面處理是a.在0.5J/cm2能量密度條件下的氮?dú)怆姇?；b.在1.0J/cm2能量密度條件下的氮?dú)怆姇?；c.在2.0J/cm2能量密度條件下的氮?dú)怆姇?；d.對(duì)照(與例11c薄膜相同)。
例15例15描述了層疊到PVA的經(jīng)過(guò)電暈處理的“涂有LCP的聚丙烯”。薄膜例14以類似于例11中所述的方式層疊到取向且以碘染色的PVA上以形成薄膜例15a、15b、15c和15d。測(cè)量剝離力。結(jié)果是對(duì)于薄膜例15d，在寬度方向其小于0.9盎司/英寸(9.8g/cm)，而對(duì)于薄膜例15a、15b和15c，在寬度方向其為19盎司/英寸(220g/cm)。
例16例16說(shuō)明了層疊粘附到玻璃上的“經(jīng)過(guò)電暈處理的覆有LCP的聚丙烯”和PVA。然后用Soken 2263粘合劑以類似于例13中所述的方式把薄膜例15a、15b和15c層疊到玻璃上。粘合劑/玻璃界面的剝離力在所有情況下大于聚丙烯/PVA界面的剝離力。
可以想象的是其他光學(xué)薄膜，比如DBEF(可從3M公司(位于美國(guó)明尼蘇達(dá)州的St.Paul)獲得)和Nipocs(可從日本的Nitto Denko公司獲得)也能進(jìn)行類似的表面處理并粘附到取向且染色的PVA上。
不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明局限于上述特定的例子，而應(yīng)認(rèn)為它覆蓋了如附加的權(quán)利要求中所清楚地列出的本發(fā)明的所有方面。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在仔細(xì)閱讀本說(shuō)明書(shū)之后，對(duì)本發(fā)明的各種修改、等同方法、以及本發(fā)明可適用的各種結(jié)構(gòu)都是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)薄膜的制造方法，包括a)在第一個(gè)方向上拉伸聚烯烴薄膜；和b)在不同于第一個(gè)方向的第二個(gè)方向上拉伸聚烯烴薄膜以形成雙軸拉伸聚烯烴薄膜，其中第二個(gè)方向上的至少一部分聚烯烴薄膜的拉伸與第一個(gè)方向上的聚烯烴薄膜的拉伸同時(shí)進(jìn)行；其中，雙軸拉伸聚烯烴薄膜具有一定的長(zhǎng)度和寬度，且對(duì)于可見(jiàn)光的至少一個(gè)偏振態(tài)是基本上不吸收和不散射的；并具有x、y和z正交的折射率，其中至少兩個(gè)正交的折射率不相等，面內(nèi)延遲為100nm或更小而面外延遲為50nm或更大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述聚烯烴薄膜還包括成核劑或澄清劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述聚烯烴薄膜還包括增粘劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括使雙軸拉伸聚烯烴薄膜在整個(gè)寬度范圍內(nèi)有效地冷卻，以便使跨雙軸拉伸聚烯烴薄膜的長(zhǎng)度和寬度的面內(nèi)延遲基本上均勻一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述面內(nèi)延遲沿雙軸拉伸聚烯烴薄膜層的長(zhǎng)度和寬度的變化小于4nm/cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述雙軸拉伸聚烯烴薄膜的長(zhǎng)度和寬度至少為0.65米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一個(gè)方向上的拉伸與第二個(gè)方向上的拉伸不相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一個(gè)方向上的拉伸最多比第二個(gè)方向上的拉伸大50％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第二個(gè)方向上的拉伸最多比第一個(gè)方向上的拉伸大50％。
10.一種光學(xué)薄膜的制造方法，包括a)在第一個(gè)方向上拉伸聚合物薄膜；和b)在不同于第一個(gè)方向的第二個(gè)方向上拉伸聚合物薄膜以形成雙軸拉伸聚合物薄膜，其中第二個(gè)方向上的至少一部分聚合物薄膜的拉伸與第一個(gè)方向上的聚合物薄膜的拉伸同時(shí)進(jìn)行；其中，雙軸拉伸聚合物薄膜對(duì)于可見(jiàn)光的至少一個(gè)偏振態(tài)是基本上不吸收和不散射的；并具有x、y和z正交的折射率，其中至少兩個(gè)正交的折射率不相等，面內(nèi)延遲為100nm或更小而面外延遲為50nm或更大，所述雙軸拉伸聚合物薄膜具有至少0.65米的長(zhǎng)度和寬度且跨長(zhǎng)度和寬度的面內(nèi)和面外延遲基本上均勻一致。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述聚合物薄膜還包括澄清劑或成核劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述聚烯烴薄膜還包括增粘劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，還包括使雙軸拉伸聚合物薄膜在整個(gè)寬度范圍內(nèi)有效地冷卻，以便使跨雙軸拉伸聚合物薄膜的長(zhǎng)度和寬度的面內(nèi)延遲基本上均勻一致。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中面內(nèi)延遲沿雙軸拉伸聚合物薄膜層的長(zhǎng)度和寬度的變化小于4nm/cm。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中第一個(gè)方向上的拉伸與第二個(gè)方向上的拉伸不相等。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中第一個(gè)方向上的拉伸最多比第二個(gè)方向上的拉伸大50％。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中第二個(gè)方向上的拉伸最多比第一個(gè)方向上的拉伸大50％。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述聚合物包括聚烯烴。
19.一種光學(xué)薄膜的制造方法，包括a)在第一個(gè)方向上拉伸聚合物薄膜；和b)在不同于第一個(gè)方向的第二個(gè)方向上拉伸聚合物薄膜以形成雙軸拉伸聚合物薄膜，其中第二個(gè)方向上的至少一部分聚合物薄膜的拉伸與第一個(gè)方向上的聚合物薄膜的拉伸同時(shí)進(jìn)行；其中，雙軸拉伸聚合物薄膜具有一定的長(zhǎng)度和寬度，且對(duì)于可見(jiàn)光的至少一個(gè)偏振態(tài)是基本上不吸收和不散射的；雙軸拉伸聚合物薄膜具有x、y和z正交的折射率，其中至少兩個(gè)正交的折射率不相等，面內(nèi)延遲為100nm或更小而面外延遲為50nm或更大，且所述雙軸拉伸聚合物薄膜的厚度為5微米至200微米。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述聚合物薄膜還包括澄清劑或成核劑。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述聚烯烴薄膜還包括增粘劑。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，還包括使雙軸拉伸聚合物薄膜在整個(gè)寬度范圍內(nèi)有效地冷卻，以便使跨雙軸拉伸聚合物薄膜的長(zhǎng)度和寬度的面內(nèi)延遲基本上均勻一致。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述面內(nèi)延遲沿雙軸拉伸聚合物薄膜層的長(zhǎng)度和寬度的變化小于4nm/cm。
24.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述雙軸拉伸聚合物薄膜的長(zhǎng)度和寬度至少為0.65米。
25.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中第一個(gè)方向上的拉伸與第二個(gè)方向上的拉伸不相等。
26.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中第一個(gè)方向上的拉伸最多比第二個(gè)方向上的拉伸大50％。
27.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中第二個(gè)方向上的拉伸最多比第一個(gè)方向上的拉伸大50％。
28.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述聚合物包括聚烯烴。
全文摘要
一種光學(xué)薄膜的制造方法包括在第一個(gè)方向上拉伸聚烯烴薄膜并在不同于第一個(gè)方向的第二個(gè)方向上拉伸聚烯烴薄膜以形成雙軸拉伸聚烯烴薄膜。第二個(gè)方向上的至少一部分聚烯烴薄膜的拉伸與第一個(gè)方向上的聚烯烴薄膜的拉伸同時(shí)進(jìn)行。雙軸拉伸聚烯烴薄膜具有一定的長(zhǎng)度和寬度，且對(duì)于可見(jiàn)光的至少一個(gè)偏振態(tài)是基本上不吸收和不散射的。雙軸拉伸聚烯烴薄膜具有x、y和z正交的折射率，其中至少兩個(gè)正交的折射率不相等，面內(nèi)延遲為100nm或更小而面外延遲為50nm或更大。
文檔編號(hào)G02B5/30GK1747827SQ200480003968
公開(kāi)日2006年3月15日 申請(qǐng)日期2004年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月12日
發(fā)明者理查德·C·艾倫, 馬修·B·約翰遜, 弗雷德·J·羅斯卡, 史蒂文·J·瑞納, 威廉·W·梅里爾, 瓊·M·斯特羅貝爾, 凱文·M·哈默, 約翰·M·克萊澤, 塞巴斯蒂安·F·澤恩特梅爾 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司