多層光學(xué)膜的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】多層光學(xué)膜
【背景技術(shù)】
[0001] 熱塑性雙折射多層光學(xué)膜通常通過(guò)在送料區(qū)塊使共擠出的聚合物成層形成。在一 些制造工藝中，根據(jù)送料區(qū)塊的尺寸、工藝條件和擠出物的厚度，外層上穿過(guò)送料區(qū)塊的剪 切力可能十分明顯。這可能引起外層中的層斷開(kāi)，通常使最終的膜無(wú)法用于其期望的目的。 為了在整個(gè)制造過(guò)程中保護(hù)膜，提供了較厚的保護(hù)界面層或較厚的表層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種多層膜。更具體地，本發(fā)明涉及一種熱塑性雙折射多 層膜，其包括交替的第一層和第二層，所述層具有基本上線性的層分布。熱塑性雙折射多層 光學(xué)膜的兩個(gè)外層均薄于350nm，但是厚于150nm。沒(méi)有中間層厚于350nm。熱塑性雙折射多 層光學(xué)膜的兩個(gè)外層均包括與所述第一層或所述第二層相同的材料。熱塑性雙折射多層光 學(xué)膜的最小平均分層大于l〇〇g/in。在一些實(shí)施例中，沒(méi)有中間層厚于150nm。在一些實(shí)施例 中，交替的第一層和第二層中的至少一者為取向的雙折射聚合物層。
[0003] 在一些實(shí)施例中，熱塑性雙折射多層光學(xué)膜薄于50微米，在其他實(shí)施例中，熱塑性 雙折射多層光學(xué)膜薄于20微米。在一些情況下，熱塑性雙折射多層光學(xué)膜少于200層。在一 些實(shí)施例中，熱塑性雙折射多層光學(xué)膜為反射偏振片。熱塑性雙折射多層光學(xué)膜也可以是 反射鏡。熱塑性雙折射多層光學(xué)膜可以卷筒形式提供或整合進(jìn)背光源。
【附圖說(shuō)明】
[0004] 圖1是比較例C1的構(gòu)造的示意性剖面表示。
[0005] 圖2是比較例C2、比較例C3a-C3c、實(shí)例la-lf和實(shí)例2a-2d的構(gòu)造的示意性剖面表 不。
[0006] 圖3是實(shí)例3的構(gòu)造的示意性剖面表示。
【具體實(shí)施方式】
[0007] 多層光學(xué)膜（即至少部分地采用不同折射率的微層構(gòu)造以提供期望的透射和/或 反射特性的膜)已為人所知。眾所周知，這類(lèi)多層光學(xué)膜通過(guò)在真空室中將無(wú)機(jī)材料有序地 在基底上沉積成光學(xué)薄層（"微層"）而制成。無(wú)機(jī)多層光學(xué)膜在例如H.A.Macleod所著的 Thin-Film Optical Filters(薄膜光學(xué)濾光器）第二版，麥克米倫出版公司（1986)以及 A.Thelan所著的Design of Optical Interference Filters(光學(xué)干涉濾光器的設(shè)計(jì)），麥 格勞-希爾出版公司（1989)中的教科書(shū)中有所描述。
[0008] 也已通過(guò)共擠出交替的聚合物層展示了多層光學(xué)膜。參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利No. 3， 610，729(Rogers)、4，446，305(Rogers等人）、4，540，623( Im等人）、5,448，404(Schrenk等 人）以及5,882,774(J〇nza等人）。在這些聚合物多層光學(xué)膜中，主要使用或者僅僅使用聚合 物材料來(lái)構(gòu)成各層。這些可被稱為熱塑性多層光學(xué)膜。此類(lèi)膜可以采用高產(chǎn)量制造工藝進(jìn) 行制造，并且可制成大型薄板和卷材。以下說(shuō)明書(shū)和實(shí)例涉及熱塑性多層光學(xué)膜。
[0009] 多層光學(xué)膜包括具有不同折射率特性的各個(gè)微層，從而在相鄰微層間的界面上反 射一些光。微層很薄，足以使在多個(gè)界面處反射的光經(jīng)受相長(zhǎng)干涉或相消干涉作用，從而賦 予多層光學(xué)膜以期望的反射或透射特性。對(duì)于被設(shè)計(jì)成反射紫外光、可見(jiàn)光或近紅外波長(zhǎng) 光的多層光學(xué)膜而言，各微層的光學(xué)厚度(物理厚度乘以折射率)通常小于約Ιμπι。層可通常 以最薄到最厚的方式布置。在一些實(shí)施例中，交替的光學(xué)層的布置可以作為層數(shù)的函數(shù)而 基本線性地變化。這些層分布可以稱之為線性層分布?？梢园ǜ竦膶?，例如位于多層光 學(xué)膜的外表面處的表層或者設(shè)置在多層光學(xué)膜內(nèi)用以分隔微層的固有組（本文稱為"層 組"）的保護(hù)性邊界層(PBL)。在一些情況下，保護(hù)性邊界層可以是與多層光學(xué)膜的交替層中 的至少一層相同的材料。在一些情況下，保護(hù)性邊界層可以是不同的材料，根據(jù)其物理特性 或流變性來(lái)選擇。保護(hù)性邊界層可以在光學(xué)層組的一側(cè)或兩側(cè)上。就單個(gè)分組多層光學(xué)膜 而言，保護(hù)性邊界層可以在多層光學(xué)膜的一個(gè)或兩個(gè)外表面上。
[0010] 表層有時(shí)在送料區(qū)塊之后，但在膜模頭熔化之前添加。然后，以用于聚酯薄膜的傳 統(tǒng)方式將多層熔融物通過(guò)薄膜模頭澆注到激冷輥上，在該激冷輥上使其進(jìn)行驟冷。然后，以 不同方式拉伸澆鑄料片，以便在至少一個(gè)光學(xué)層中實(shí)現(xiàn)雙折射，在許多情況下制造反射偏 振片或鏡膜，在例如美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No.2007/047080 Α1、美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No.2011/0102891 Α1 和美國(guó)專(zhuān)利No.7，104,776(Merrill等人）中已有所描述。具有雙折射的膜可被稱為熱塑性 雙折射多層光學(xué)膜。
[0011] 這些膜具有多種用途，其中膜被層合至其他膜構(gòu)造(例如，吸收型偏振器、聚碳酸 酯或聚酯薄片)和/或制品（例如LCD顯示器）。在每個(gè)制造工藝中的某個(gè)點(diǎn)處，通常有一個(gè)轉(zhuǎn) 換步驟，其中M0F或?qū)雍螹0F通過(guò)任一工藝進(jìn)行切割，例如剪切、轉(zhuǎn)動(dòng)模具、模具壓制、激光等 等。在這些轉(zhuǎn)換和后續(xù)處理步驟(例如，包裝、預(yù)罩去除、顯示器裝配等等)過(guò)程中一個(gè)特定 的失效模式是多層構(gòu)造的潛在分層。分層通常發(fā)生在最外層和光學(xué)層之間的多層光學(xué)膜 中，最外層在一些實(shí)施例中為表皮或PBL。然后，分層可能傳播至多層，保留有可見(jiàn)的缺陷， 這是不期望的。
[0012] 在一些應(yīng)用中，希望制造更薄的多層光學(xué)膜。在一些實(shí)施例中，也希望保持光學(xué)性 能諸如增益和機(jī)械性能諸如在這些更薄的膜中的抗分層性。需注意，本文所用的"更薄"也 可以是指添加額外的光學(xué)活性(例如，改善光學(xué)性能）或失活層(例如，改善物理特性）的能 力，而保留相同或類(lèi)似的厚度。由于反射偏振片中微層的光學(xué)功能與每個(gè)微層的特定光學(xué) 厚度相關(guān)，通常不能僅僅通過(guò)使每個(gè)微層更薄來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的光學(xué)特性。另外，減少微層數(shù)量 可以實(shí)現(xiàn)更薄的膜，但是光學(xué)性能例如增益會(huì)降低。可以進(jìn)行工藝改變來(lái)提升光學(xué)性能，但 是通常通過(guò)這些工藝改變來(lái)降低抗分層性。先前，要實(shí)現(xiàn)更薄的多層光學(xué)膜同時(shí)保持光學(xué) 性能和抗分層性是困難的。另外，認(rèn)為減少PBL的厚度同時(shí)減少總體厚度會(huì)形成這樣的膜， 該膜會(huì)在制造中失效或者由于送料區(qū)塊剪切而具有顯著的缺陷。令人驚訝的是，更薄的PBL 不僅能使總體多層光學(xué)膜更薄，還可為總體膜提供具有改善的抗分層性，同時(shí)由于送料區(qū) 塊剪切而不具有顯著的缺陷。保護(hù)邊界層在一些情況下可以薄于350nm、在一些情況下可以 薄于300nm、在一些情況下可以薄于200nm，并且在一些情況下甚至有150nm薄，約為最厚光 學(xué)層的厚度。在一些實(shí)施例中，多層膜可不具有厚于350nm的中間層或甚至不具有厚于 150nm的層。本文所述的多層光學(xué)膜總體可以薄于50μηι、薄于30μηι、薄于20μηι薄或者薄于17μ m〇
[0013] 在顯示系統(tǒng)的環(huán)境下多層光學(xué)膜的一個(gè)性能度量稱之為"增益"。光學(xué)膜的增益可 以用來(lái)衡量與沒(méi)有光學(xué)膜的顯示器相比具有光學(xué)膜的顯示器呈現(xiàn)給觀察者的亮度要亮多 少。更具體地，光學(xué)膜的增益是具有光學(xué)膜的顯示系統(tǒng)(或其一部分，如背光源)的亮度與不 具有光學(xué)膜的顯示系統(tǒng)的亮度的比率。由于亮度通常取決于觀察取向，因此增益也取決于 觀察取向。如果認(rèn)為增益與取向無(wú)關(guān)，則通常假設(shè)為同軸性能。對(duì)于反射偏振片，增益通常 與非常高的反射率相關(guān)，對(duì)于垂直入射光和斜入射光而言，該反射偏振片的阻光軸具有非 常高的反射率，而透光軸具有非常高的透射率(非常低的反射率）。這是因?yàn)榉浅８叩淖韫?軸反射率最大化了非可用偏振的光線反射回背光源使其能夠轉(zhuǎn)化成可用的偏振的概率;非 常低的透光軸反射率以最小的損失最大化了可用偏振的光線穿出背光源進(jìn)入LC面板的概 率。
[0014] 查·
[0015] 分層測(cè)試方法
[0016] 制備膜樣本并將其切割成1英寸(2.54cm)寬乘以12英寸(30cm)的條。雙面膠帶(3M 665雙面膠帶，購(gòu)自明尼蘇達(dá)州圣保羅的3M公司（3M Company，St.Paul，MN))附接到金屬板， 并且樣本條附接到雙面膠帶。從板的一端切割多余的膜，使得膜與板的邊緣齊平，同時(shí)通過(guò) 使用剃刀刀片以銳角處切割來(lái)刻劃其他邊緣。膠帶(3M 396膠帶，購(gòu)自明尼蘇達(dá)州圣保羅的 3M公司（3M Company，St.Paul，MN))的大約1.5英寸(4cm)的條的一端自身折疊形成1/2英寸 (1.3cm)不粘插片。帶的其他端施用到膜樣本的刻劃邊緣。然后，使用頂ASS SP-2000剝離測(cè) 試儀(美國(guó)馬薩諸塞州阿科德艾瑪氏有限公司aMASS，Inc.，Acc〇rd MA))執(zhí)行90度剝離測(cè) 試，使用5秒平均時(shí)間，剝離速度為60in/min(l .5m/min)。對(duì)每個(gè)膜樣本測(cè)試五個(gè)條。對(duì)于在 實(shí)例中給定的結(jié)果，為比較彼此分離層所需的最弱或最低的力，報(bào)告了最小值。在由于需要 較高剝離力而無(wú)法測(cè)量值的情況下，值被報(bào)告為l〇,〇〇〇+g/in。所有比較例和實(shí)例（比較例 C1之外)在交替層的光學(xué)分組之內(nèi)具有基本線性的層分布。
[0017] 比較例C1
[0018] 如下制備了雙折射反射型偏振器。單個(gè)多層光學(xué)分組如名稱為"Low Layer Count Reflective Polarizer with Optimized Gain"（具有最佳增益的低層數(shù)反射偏振片）的美 國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公布No. 2011/0102891中所述進(jìn)行共擠出。通常描述于美國(guó)專(zhuān)利No. 6，352,761 (Hebrink等人）中的聚合物用于光學(xué)層。共擠出光學(xué)分組包括90/lOcoPEN的275個(gè)交替層、 由90%聚萘二甲酸乙二酯(PEN)和10%聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)組成的聚合物，以及低折 射率各向同性的層。低折射率各向同性的層由聚碳酸酯和共聚酯的共混物(PC:coPET)制 得，其中PC: coPET摩爾比為大約42 · 5mol %聚碳酸酯和57 · 5mol % coPET。低折射率層具有約 1.57的折射率，并且基本上保留各向同性的單軸取向。PC: coPET的Tg是105°C。
[0019]反射偏振片使用名稱為"Feedblock for Manufacturing Multilayer Polymeric Fi lms"（用于制備多層聚合物膜的送料區(qū)塊)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 2011 /0272849中所述的送 料區(qū)塊方法來(lái)制備。將90/10PEN和PC: coPET聚合物從單獨(dú)的擠出機(jī)中送入多層共擠出進(jìn)料 器，它們?cè)谄渲斜痪酆铣捎?75個(gè)交替層疊的光學(xué)層的組，加上每邊各一個(gè)較厚的PC:coPET 保護(hù)性邊界層，總共277層。在送料區(qū)塊之后，添加表層，其中用于表層的聚合物是第二PC: coPET，其具有50mol%PC和50mol%coPET的比率，并且具有110°C的Tg。然后，將多層熔融物 通過(guò)薄膜模頭澆注到激冷輥上，在該激冷輥上使其進(jìn)行驟冷。然后，澆鑄料片沿拋物線拉幅