CN100397100C - 分散组合物，光学组件及制造法，膜层压制品，分光器件 - Google Patents

分散组合物，光学组件及制造法，膜层压制品，分光器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种微粒子分散组合物，其不依赖于固化方法，具有对固化方法的适应性和通用性，并且能提供高度透明的光学组件；提供一种使用该微粒子分散组合物的光学组件及其制造方法；提供使用该光学组件的光学膜层压制品；还提供使用该光学组件的偏振分光器件。为了实现上述目的，提供一种通过固化微粒子分散组合物获得的光学组件，该组合物包含金属氧化物微粒子、适用于吸收能量来固化的有机树脂材料、聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸类表面活性剂中的一种和有机溶剂，其中每种表面活性剂的分子量为500或更大。

Description

分散组合物，光学组件及制造法，膜层压制品，分光器件
发明背景
技术领域
本发明涉及微粒子分散组合物(fine particle dispersion composition)、光学组件(optical component)、光学膜层压制品(optical film laminate)、偏振分光器件(polarization splitting device)和制造光学组件的方法。
背景技术
近些年来，已提出具有预定光学特性的光学膜(例如抗反射膜(AR膜))，可通过将组合物涂敷到透明基底(substrate)上，之后烘干并硬化该组合物来形成(参见例如专利文献1和2)，该组合物是通过将由高折射率金属氧化物(例如：TiO2、ITO、CeO2、Y2O3、IZO(In2O3-ZnO)、ZrO2、ZnO、Al2O3、SeO2、SnO2、Nb2O5或Ta2O5)或低折射率金属氧化物(例如：SiO2)制成的微粒子分散到高度透明有机树脂中获得。
特别是，由于高折射率树脂(折射率等于或大于1.7)一般很难获得(参见例如非专利文献1)，所以通过分散由例如TiO2制成的高折射率微粒子在低成本下制造具有1.6或更高的高折射率的高度透明光学组件的方法非常重要。
如果进行硬化，常采用使用紫外线(UV)的活性能量射线(active energyray)固化技术，因为对于硬化具有十多纳米到一百多纳米的厚度的薄层，如AR膜，该技术具有瞬时硬化的效果且很方便。
[专利文献1]
日本专利申请公开特开号：2000-275404(第0013段到0035段和图2)
[专利文献2]
日本专利申请公开特开号：2001-296401(第0014段到0065段和图1)
[非专利文献1]
F.Ide，KOKOMADEKITA TOMEI-JUSHI，Kogyo Chosakai，2001年，第19页。
发明内容
然而，虽然应用涂敷、干燥和将活性能量射线照射到该组合物上的方法能形成如上所述的光学薄膜，但该方法在固化厚度为几百纳米或更厚的厚膜时会存在这样一个问题，即由从其表面的活性能量射线照射得到的表面部分的固化状态和其内部的固化状态互不相同。这导致光学膜中的光学特性的不均匀。特别是，在分散微粒子由TiO2制成的情况下，由于TiO2自身具有吸收和屏蔽短波长光例如UV的能力，就会有很深部分的固化状态与表面附近部分的固化状态具有很大不同的问题。
当对具有几百纳米厚度的厚层进行强制固化时也会出现问题，TiO2微粒子分散在该层中，照射能量射线产生的热会导致基材部件(base member)的热变形并降低产量。对于制作厚度从几十μ到几百μ的透镜、微型透镜阵列和光学元件基底等来说，该问题更为突出。
对均匀固化厚膜而言，使用热固树脂作为有机树脂是足够的。但在这种情况下，微粒子在有机树脂中的分散性很低。这样固化的光学膜的透明度就成了问题。
另外，分别构成厚膜的透明基材部件和构成光学膜薄膜的固化树脂为不同类型的树脂成分，因此有时透明材料和光学膜之间的亲和力或粘合力不够大，并且透明材料和光学膜会彼此剥离。
考虑到相关技术的这些问题完成了本发明，本发明的目的在于提供一种微粒子分散组合物，其不依赖于固化方法、具有对各种固化方法的适应性和通用性，并且能提供高度透明的光学组件，本发明的目的还在于使用该微粒子分散组合物提供光学组件及其制造方法，在于使用该光学组件提供光学膜层压制品，以及还使用该光学组件提供偏振分光器件。
为了解决上述问题，根据本发明的实施方案提供一种通过固化形成光学组件的微粒子分散组合物，其包括金属氧化物微粒子、适用于吸收能量来固化的有机树脂材料、聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸类表面活性剂中的一种(其中每种的分子量为500或更大)和有机溶剂。
为了解决上述问题，在根据本发明另一实施方案的微粒子分散组合物中(该实施方案包括在上述实施方案中)，有机树脂材料为至少选自热固性树脂、能量射线固化环氧树脂、能量射线丙烯酸酯树脂、和能量射线固化氧杂环丁烷(oxetane)树脂中的有机树脂。
根据本发明的上述实施方案，微粒子均匀分散在该微粒子分散组合物中。该分散的微粒子的粒度分布很窄。分散的微粒子在干燥有机溶剂的阶段不再聚集，从而可形成具有所需折射率的高度透明光学组件。此外该微粒子分散组合物不依赖于固化方法，如能量射线照射固化方法和热固化方法。这样，通过使用与基材类型相同的有机树脂，可以形成从薄膜厚度(一百多纳米或更小)到厚膜厚度(几百纳米到几百微米)的宽厚度范围的光学组件。
分散时的粒度分布也得到改善。本发明促进微粒子的分散，其实施使得分散粒子的大小成为初级粒子(primary particle)大小。这样，通过省略过滤器过滤可提高生产率，而至今一直实施该过滤用于在分散和混合之后除去大团粒子。
这里微粒子定义为由选自TiO2、ITO、CeO2、Y2O3、IZO(In2O3-ZnO)、ZrO2、ZnO、Al2O3、SeO2、SnO2、Nb2O5或Ta2O5中的至少一种金属氧化物制成的那些粒子。
该热固性环氧树脂是具有至少一个环氧基的树脂，并且只需要是下列中的至少一个，例如3，4-环氧环己烯基甲基3′，4′-环氧环己烷羧酸酯、2，2-双(羟基甲基)-1-丁醇的1，2-环氧-4-(2-环氧乙烷基(oxiranyl))环己烷加合物(adduct)、芳环氢化脂环族环氧树脂(aromatic ring hydrogenation alicyclicepoxy resin)、2，2-双(4-(2，3-环氧丙氧基)环己基)丙烷和双(2，3-环氧丙氧基)环己基)甲烷。另外，一种选自六氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、3，4-甲基六氢邻苯二甲酸酐和4-甲基六氢邻苯二甲酸酐的酸酐可作为环氧树脂固化剂而加入。
为了解决这些问题，根据本发明的另一实施方案的微粒子分散组合物中，微粒子由TiO2制成，该实施方案被包含在本发明的权利要求1中。
根据本发明的上述实施方案，即使在固化具有几百微米或更大厚度的厚膜的情况下，仍能完成有利的固化而没有固化不均和热变形，其中高折射率粒子，例如TiO2粒子，具有高紫外线吸收能力和屏蔽能力。这样本发明提供一种包含目标(objective)无机粒子和有机树脂的高折射率光学组件。
为了解决这些问题，根据本发明的另一实施方案的微粒子分散组合物中，表面活性剂与微粒子的重量比为0.043到1.1，该实施方案包括在本发明的权利要求1中。
根据本发明的上述实施方案，该实施方案包括在本发明的权利要求1中，表面活性剂的分散促进效果有效地作用于微粒子上。这样，该微粒子被分散以使分散粒子的大小成为初级粒子的大小。该分散微粒子在干燥有机溶剂的阶段不再聚集。
为了解决这些问题，根据本发明的另一实施方案，提供一种光学组件，其包含固化的微粒子分散组合物，该组合物包括金属氧化物微粒子、适用于吸收能量来固化的有机树脂材料、聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸类表面活性剂中的一种(其中每种的分子量为500或更大)和有机溶剂。
根据本发明的上述实施方案，包括作为光学组件成分的固化组成部分不会破坏高温和高湿耐久性。微粒子被分散以使每个被分散的粒子大小成为初级粒子的大小。这样，本发明提供一种光学组件，其在环境耐久性上表现突出(即，在高温高湿条件下，光学特性如透射率和折射率基本不改变)。
为了解决这些问题，根据本发明的另一实施方案，提供一种光学膜层压制品，其包括层叠的多个折射率相互不同的光学膜。其中至少一个光学膜通过固化微粒子分散组合物获得，该分散组合物包括金属氧化物微粒子、适用于吸收能量来固化的有机树脂材料、聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸类表面活性剂中的一种(其中每种的分子量为500或更大)和有机溶剂。
根据本发明的上述实施方案，构成多个层压制品的层的有机树脂材料为相同的类型。这样，可以改善这些层压制品的层之间的亲和力或粘合力，并可期望获得产量和可靠性的提高。
为了解决这些问题，根据本发明的另一实施方案，提供一种偏振分光器件，其包括具有通过在其上刻槽(grooving)形成的倾斜平面的透明基材部件，倾斜方向彼此不同并且彼此相对；该分光器件还包括形成在基材部件的倾斜平面上的偏振分光多层膜。至少透明基材部件和/或偏振分光多层膜中的一个是通过固化微粒子分散组合物而获得的，该分散组合物包括金属氧化物微粒子、适用于吸收能量来固化的有机树脂材料、聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸类表面活性剂中的一种(其中每种的分子量为500或更大)和有机溶剂。
根据本发明的上述实施方案，能很容易地得到光透射率的均匀分布，其量作为变换成P偏振光的量而获得。这样，偏振分光器件的产量能够获得大幅提高。厚膜也能得到均匀固化。从而，通过与树脂模塑法类似的方法可得到由等于或大于1.8的高折射率的厚材料制成的光学组件。
为了解决这些问题，本发明的另一实施方案提供一种制造光学组件的方法，包括在有机溶剂中对金属氧化物微粒子、适用于吸收能量来固化的有机树脂材料、聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸类表面活性剂中的一种(其中每种的分子量为500或更大)与高硬度金属球或陶瓷球一起进行分散处理的步骤，及随后涂布分散溶液的步骤和蒸发有机溶剂的步骤。
根据本发明的上述实施方案，制造光学组件的方法能用于制造具有包括在薄膜(一百多纳米或更小)到厚膜(几百纳米到几百微米)的厚度之间的所有厚度的光学组件。这样，该方法在便利和经济效率上具有优势。
如上所述，根据本发明的多个实施方案，可形成具有所需折射率的高度透明的光学组件。另外，厚度在薄膜(一百多纳米或更小)到厚膜(几百纳米到几百微米)之间的宽范围内的光学组件可通过使用与基材相同类型的有机树脂形成。也可以通过省略过滤器过滤来提高生产率，至今一直实施该过滤以用于在分散和混合之后除去大团粒子。
根据本发明的另一实施方案，可提供一种包括无机粒子和有机树脂的目标高折射率光学组件。
根据本发明的另一实施方案，分散微粒子以使每个分散的粒子具有初级粒子的大小。这防止了分散粒子在干燥有机溶剂阶段发生再聚集。
根据本发明的另一实施方案，可提供一种环境耐久性极好(即，在高温高湿条件下，光学特性如透射率和折射率几乎不改变)的光学组件。
根据本发明的另一实施方案，层压制品的层之间的亲和力或粘合力能得到改善。并可期望提高产量和可靠性。
根据本发明的另一实施方案，偏振分光器件的产量能够获得的大幅提高。同样，由等于或大于1.8的高折射率的厚材料制成的光学组件可通过与树脂模塑法类似的方法制造，各种大面积的光学元件都能制造。
根据本发明的另一实施方案，制造光学组件的方法在便利和经济效率上具有优势。
附图说明
图1是说明本发明偏振分光器件结构的剖面图；
图2是用于形成高度透明和高折射率材料的塑模(die)的结构的示意图，该材料即透明基材部件；
图3是塑模被微粒子分散组合物充满的状态的示意图；
图4是形成第一高度透明和高折射率材料的状态的示意图；
图5是在透明基材部件中形成偏振分光多层膜的状态的示意图；
图6是形成第二高度透明和高折射率材料的状态的示意图；
图7是本发明实施方案中使用的微粒子的说明表格；
图8是本发明实施方案中使用的有机树脂材料的说明表格；
图9是本发明实施方案中使用的表面活性剂的说明表格；
图10是分别称为“分散系统第1-20号”的测试的说明表格；
图11是分别称为“分散系统第21-32号”的对比测试的说明表格；
图12是显示第三实施例的形成光学组件的组成和测得的折射率的表格，其中微粒子由TiO2制成，微粒子和表面活性剂各自的量是变化的；和
图13是显示第四实施方案所形成光学组件的组成和测得的折射率的表格，其中微粒子由SiO2制成，微粒子和表面活性剂各自的量是变化的。
具体实施方式
在下文中，描述本发明的微粒子分散组合物的实施方案。顺便提及，下文描述的实施方案只是说明性的，本发明并不局限于此。
(微粒子分散组合物)
本发明的微粒子分散组合物包括金属氧化物微粒子、适用于吸收能量来固化的有机树脂材料、聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸类表面活性剂中的一种(其中每种的分子量为500或更大)和有机溶剂。该微粒子均匀分散到该组合物中。
该微粒子用于调节通过固化该组合物形成的光学组件的折射率，该微粒子由选自TiO2、ITO、CeO2、Y2O3、IZO(In2O3-ZnO)、ZrO2、ZnO、Al2O3、SeO2、SnO2、Nb2O5或Ta2O5中的至少一种金属氧化物制成。在金属氧化物是TiO2的情况下，如上所述其中当该组合物被照射到其上的UV固化时，恐怕会因吸收和屏蔽UV能量而造成不利影响。因此，本发明的组合物可以通过UV固化和热固化进行处理，在使用TiO2时显示出优势。
可使用初级粒子直径等于或小于0.03μm的微粒子。其中，可以使用初级粒子直径范围从0.01μm至0.02μm，或从0.01μm至0.03μm的微粒子。顺便提及，在针状微粒子被湿法使用的情况下，可以使用短轴长为0.01μm至0.02μm的微粒子。在粒径在该范围内的情况下，微粒子分散组合物中微粒子(包括二次聚集的粒子)的平均粒径，可通过以使其等于或小于0.03μm的方式分散微粒子来抑制。从而，可获得很小雾度的透明光学组件。顺便提及，“平均粒径”这里定义为相应于粒度分布测量中，从小直径一侧的50％积累频率(cumulative frequency)的粒径大小。
优选微粒子在微粒子分散组合物中的含量为20体积％至50体积％。这是由于以下事实：当其含量超过50体积％时，固化树脂的粘结强度会变得太弱而不适于实际应用，并且在其含量小于20体积％时，调节由该组合物形成的光学组件的折射率的效果很小。顺便提及，在使用TiO2微粒子的情况下，其含量可为10体积％至50体积％，因为即使很小量的TiO2微粒子仍具有增加折射率的效果。
有机树脂材料为选自热固性树脂、能量射线固化环氧树脂、能量射线丙烯酸酯树脂、和能量射线固化氧杂环丁烷(oxetane)类树脂中的至少一种有机树脂。该有机树脂材料通过吸收能量发生固化反应。列举热固化、紫外(UV)线固化树脂和电子束固化作为固化反应的类型。
本发明是优选的，特别是在于厚光学组件可由热固性环氧树脂形成。通常可使用相同的环氧树脂作为厚光学组件的基材树脂和薄光学组件的基材树脂。
该热固性环氧树脂是具有至少一环氧基的树脂，并只需要为下列中的至少一个，例如3，4-环氧环己烯基甲基3′，4′-环氧环己烷羧酸酯、2，2-双(羟基甲基)-1-丁醇的1，2-环氧-4-(2-环氧乙烷基)环己烷加合物、芳环氢化脂环族环氧树脂、2，2-双(4-(2，3-环氧丙氧基)环己基)丙烷和双(2，3-环氧丙氧基环己基)甲烷。特别是，在固化具有几微米到几百微米厚度的厚膜的情况下，其中由TiO2制得的、具有高紫外线吸收能力和屏蔽能力的高折射率粒子被分散，在透明度、高温和高湿环境的耐久性上表现突出的脂环族环氧树脂优选作为透明树脂，TiO2微粒子被分散在该脂环族环氧树脂中(参见“NewDevelopment of Epoxy Resin Curing Agent”(“Eposkishi Reshin Kokazai noShin-Tenkai”)，CMC Publishing Co.，Ltd，1994年，32页和127页)。
也可以加入一种选自六氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、3，4-甲基六氢邻苯二甲酸酐和4-甲基六氢邻苯二甲酸酐的酸酐作为环氧树脂固化剂。
能量射线固化的丙烯酸类树脂(acrylic resin)只需要是丙烯酸酯，例如六丙烯酸酯二季戊四醇、三丙烯酸季戊四醇酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、和三丙二醇二丙烯酸酯。
能量射线固化的氧杂环丁烷类树脂可以是，例如3-乙基-3-羟基-甲基氧杂环丁烷。
优选，由固化树脂成分和表面活性剂组成的有机树脂材料的含量为除了有机溶剂之外的微粒子分散组合物成分的25体积％至81体积％。
表面活性剂能增强微粒子的分散性，并只需要包括选自聚氧乙烯油基醚磷酸酯、聚氧乙烯聚氧丙烯十六烷基(cetyl)醚磷酸酯、和聚氧乙烯烷基醚羧酸酯中的至少一种化合物，其中每种化合物的分子量为500或更大。
只有特殊的表面活性剂能获得对本发明的微粒子和有机树脂材料的组合的良好分散促进效果。使用脂环族环氧树脂作为基材部件来制得的固化树脂的折射率基本在1.5到1.55的范围内。折射率超过1.8的未见报导。要构成折射率超过1.6的透明树脂，必须在此透明树脂中分散和混合具有2.5或2.7的高折射率的TiO2超微粒子(例如，由Ishihara Sangyo KabushikiKaisha制造的TTO系列的TiO2超微粒子(初级粒子大小：0.01μm至0.02μm、0.01μm至0.03μm、0.03μm至0.05μm))，使得超微粒子的粒度等于或小于可见光的波长。但是，至今，将这些微粒子分散到各种能量固化树脂(如UV固化树脂和热固化树脂)中，以使这些粒子和树脂普遍是高度透明的仍是非常困难的。通过使用聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂或聚氧乙烯烷基醚羧酸类表面活性剂，本发明第一次实现了TiO2在脂环族环氧树脂中高度透明的分散。
优选加入的表面活性剂与该有机树脂材料的比为10体积％至50体积％。这是由于以下事实，即当其含量超过50体积％时，固化树脂的粘结强度会变得太弱而不适于实际应用，并且在其含量小于10体积％时，不能充分提高微粒子分散的效果。
优选加入的表面活性剂与该微粒子的重量比为0.043至1.1。
例如，甲基乙基酮、甲基异丁基酮、乙醇、或异丙醇被用作有机溶剂。从提高分散作用的观点来看，优选甲基乙基酮或甲基异丁基酮用作有机溶剂。另外，优选根据干燥设备的条件，选择适合的有机溶剂，并且在微粒子分散组合物被涂敷后，调节该微粒子分散组合物的干燥速度。
可以采用在上述构成的本发明的微粒子分散组合物，使微粒子被均匀分散到该组合物中，并且还满足下列各项。
(1)该分散微粒子的粒度分布较窄。分散该微粒子以使该分散的粒子的大小成为初级粒子大小。该分散的微粒子在干燥有机溶剂的阶段不再聚集。
(2)在分散和固化后不会发生因表面活性剂而造成的染色。
(3)用于提高微粒子分散作用的表面活性剂的加入量相对很小。这样，在固化光学组件后，表面活性剂对该光学组件折射率值的影响很小。
(4)在固化光学组件后，包括作为光学组件组分的组成部分不会破坏高温和高湿耐久性。
同样，本发明能提供一种微粒子分散组合物，其不依赖于因固化方法产生的特殊性，即，其不依赖于固化方法，如通过能量射线照射其上来固化薄膜(一百多纳米或更小)的方法和固化厚膜(几百纳米到几百微米)的方法，该微粒子分散组合物具有对固化方法的适应性和通用性。特别是，根据微粒子分散组合物，即使在固化具有几百微米或更大厚度的厚膜的情况下，仍能完成有利固化而没有固化不均和热变形，其中高折射率粒子，例如TiO2粒子，具有高紫外线吸收能力和屏蔽能力。这样本发明提供一种高折射率光学组件，其由目标无机粒子和有机树脂组成。
同样，本发明能提供一种微粒子分散组合物，其具有高分散增进能力，并当微粒子被分散在有机树脂材料中时，例如当微粒子被分散在例如脂环族环氧树脂的热固性有机树脂中时，在有机树脂基材与每一个微粒子的连接能力上表现突出。
本发明的微粒子分散组合物能被涂敷以制造所有厚度在薄膜(一百多纳米或更小)到厚膜(几百纳米到几百微米)之间的光学组件。这样，本发明的微粒子分散组合物在制造过程的便利和经济效率上具有优势。热固化对于形成具有大面积的100μm厚的高折射率的基材部件很方便。但是，当低折射率层和高折射率层交替形成在基材部件上，使得每一层的厚度为20nm到200nm时，UV固化更为方便。当微粒子分散组合物的层由与基于类似物质的材料制成时(即，该分散组合物具有对固化方法的高适用性和通用性)，层与层之间的亲和力或粘合力得到增强，从而可期望获得产量和可靠性的提高。
微粒子分散组合物的制造通过进行捏合步骤、分散步骤和混合步骤而实施，并根据需要在每个捏合步骤和分散步骤之前或之后提供混合步骤。所有的原料，例如微粒子、有机树脂、表面活性剂和有机溶剂，都可在任何步骤的开始或中间加入。而且，单个原料为在两个或更多的步骤而分开，并在这些步骤中加入。当实施分散和混合时，使用例如AJITER或涂料振荡器(shaker)的公知的装置，将原材料与高硬度金属球或陶瓷球混在一起就足够了。
顺便提及，分散能力表现突出并且具有对固化方法的适应性和通用性的微粒子分散组合物能改善分散时的粒度分布。同样，金属氧化物微粒子的分散在一定程度上被增进，其中每个分散粒子具有初级粒子大小。这样，至今一直用于除去大团粒子的过滤器过滤被省略了。由此，可以提高生产率。
(光学组件)
接下来，描述本发明的光学组件的实施方案。
本发明的光学组件是通过固化微粒子分散组合物获得的，该分散组合物包括金属氧化物微粒子、适用于吸收能量来固化的有机树脂材料、聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸类表面活性剂中的一种(其中每种的分子量为500或更大)和有机溶剂。即，本发明的光学组件是高度透明的光学部件，其以如下方式构成，即组合物中微粒子均匀分散并具有所需的折射率。
同样，本发明的光学组件能形成为具有给定厚度的光学部件，例如具有几百纳米到几百微米厚度的厚膜或具有一百多纳米或更小厚度的薄膜。本发明的光学组件能形成所需的形状，像涂层、膜、平板或波纹曲面(corrugated surface)板。
这样，本发明能够提供一种通过固化本发明的微粒子分散组合物而得到的光学组件，其在环境耐久性上表现突出(即，在高温高湿条件下，光学特性如透射率和折射率不改变)。
根据本发明，高折射率和高度透明材料能通过各种模塑法得到。这样，多透镜阵列(multi-lens-array)、薄透镜和具有高级功能的光学器件(大面积光子晶体(photonic crystal)、暗色滤光屏(black screen)等等)能被作为是本发明光学组件的应用实例而实现。即使在形成薄光学层的情况下，本发明仍是有效的。由于良好的分散作用，本发明能通过湿法涂布方法涂布以制造抗反射膜和暗色滤光屏。
接下来，描述本发明制造光学组件的方法。
本发明制造光学组件的方法具有通过涂布微粒子分散组合物和蒸发有机溶剂形成光学组件的步骤。在实践上，该方法通过实施下列步骤完成。
步骤S1中，将一个塑模部件(die member)用作基材部件，然后，将预定量的微粒子分散组合物(通过调节有机溶剂的量而使其成为液态或胶态)涂布到塑模部件上。接着在该塑模部件表面形成预定的波纹形状，从而制造具有所需表面形状的光学组件。
迄今为止公知的涂布方法，例如照相凹板式涂布、辊涂、刮涂、模涂敷(die coating)和浸渍，都可用作涂布组合物的方法。或者，在使用胶态微粒子分散组合物的情况下，该组合物可以以下述方式涂布，即将其充入塑模部件内，从而通过压纹形成材料。
步骤S2中，微粒子分散组合物制成的涂层膜被干燥以蒸发有机溶剂。此后，该材料被固化从而形成具有预定厚度的光学组件。热固化方法、UV固化方法和EB固化方法中的任何一个都可采用。顺便提及，热固化方法适用于形成厚膜光学组件，而UV固化方法适用于形成薄膜光学组件。
步骤S3中，在光学组件作为例如厚膜透明基材部件形成的情况下，将光学组件从塑模部件上剥离。此时，优选将脱模剂预先涂布在塑模部件上。
或者，透明基材部件可用作塑模部件。然后，薄膜光学组件在塑模部件(或透明基材部件)上形成。所得产物可用作预定的光学器件，其仍保持在塑模部件上形成的薄膜光学组件的状态。
(光学膜层压制品)
接下来，描述本发明的光学膜层压制品的实施方案。
一种光学膜层压制品由层叠多层折射率相互不同的光学膜构成。至少一光学膜通过固化微粒子分散组合物获得，该分散组合物包括金属氧化物微粒子、适用于吸收能量来固化的有机树脂材料、聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸类表面活性剂中的一种(其中每种的分子量为500或更大)和有机溶剂。
在实践上，光学膜层压制品通过交替层叠高折射率光学膜(I)和低折射率光学膜(II)而成型，其中高折射率光学膜(I)作为第一光学膜，通过涂布和固化包括环氧树脂和TiO2微粒子的本发明的微粒子分散组合物获得，低折射率光学膜(II)作为第二光学膜，通过涂布和固化包括丙烯酸类树脂和SiO2微粒子的本发明的微粒子分散组合物获得。
例如，光学膜(I)设定为在波长为550nm的情况下，具有与(1/4)波长相等的光学厚度。光学膜(II)设定为在波长为550nm的情况下，具有与(1/2)波长相等的光学厚度。然后，通过形成七层结构(光学膜(I)/光学膜(II)/光学膜(I)/光学膜(II)/光学膜(I)/光学膜(II)/光学膜(I))而得到偏振分光多层膜(随后描述)。
另外，首先，在基材部件上提供光学膜(I)。其次，在其上提供光学膜(II)。此后，交替提供光学膜(I)和光学膜(II)。最后，提供光学膜(I)。这样，得到了由(2n+1)层组成的层压制品(“n”为等于或大于1的整数)。或者，层压制品可被这样构成，首先提供光学膜(II)，其后交替提供光学膜(I)和光学膜(II)。
在上述结构中，光学膜层压制品成形如大面积膜。这样该光学膜层压制品可应用于抗反射膜、用于显示光再现(represent by light)图像的屏、各种光学滤波器、保护膜和视角控制(angle-of-view control)膜，再现图像的光从投影仪中射出，该屏具有高度反射分别对应红、绿、蓝三种波段(wavelength band)光的高反射特性，并具有透射除此三种波段以外的可见波长范围的高透射特性。
例如，即使在无机微粒子是随具有这些颜色的每个的光的波长不同而具有均匀大小的球形微粒子的情况下，从树脂基底材料与每个无机微粒子之间的良好亲和力和均匀分散能力来说，本发明的微粒子分散组合物(聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和无机微粒子的混合物)仍是有效的。即，其中混合有聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂的脂环族环氧树脂与折射率为2.7的TiO2球形粒子被均匀分散。然后，进行浸涂、干燥(在这种情况下，膜是薄的，因此UV固化和热固化都能被使用)和固化。这样，折射率为2.7的TiO2球形粒子排列在折射率为1.52的树脂基底材料中。此外，本发明分散系统的应用的一个例子具有类似的良好分散作用，其中具有高折射率的微玻璃球排列在UV固化丙烯酸类树脂中，且该组合物被涂布。
在考虑由三层组成的反射屏的情况下，折射率为2.7的TiO2微球排列在每一层中，对应于蓝色、绿色和红色波长(450nm、550nm、650nm)作为实际例子，在蓝色反射层中的折射率为1.52的热固性树脂中，实施最密装填并排列每个直径为117nm的球是有效的。同样，在绿色反射层中的折射率为1.52的热固性树脂中，实施最密装填并排列每个直径为143nm的球是有效的。而且，在红色反射层中的折射率为1.52的热固性树脂中，实施最密装填并排列每个直径为169nm的球是有效的。在制造具有三层基本构造的反射屏的情况中，本发明表面活性剂和树脂的结合适用于形成均匀反射层，因为每一层的粘结强度很大并且树脂的分散良好。
当制造本发明的光学膜层压制品时，用类似于制造光学组件的方法形成光学膜。在下文描述其一个实例。
在步骤s11中，将本发明微粒子分散组合物中用于高折射率的预定量微粒子分散组合物A涂布到基材部件的主表面上。
在步骤s12中，在通过涂布微粒子分散组合物A获得的膜被干燥后，该膜被紫外线照射而固化，从而形成具有预定厚度的光学膜(I)。
随后，在步骤s13中，将用于低折射率的预定量的微粒子分散组合物B涂布到光学膜(I)上。
在步骤s14中，在通过涂布该微粒子分散组合物B获得的膜被干燥后，该膜被紫外线照射而固化，以形成具有预定厚度的光学膜(II)。这样，可获得光学膜(I)和光学膜(II)堆叠的层叠结构。
随后，在步骤s15中，将预定量的微粒子分散组合物A涂布到光学膜(II)即基材部件的最外层上。
在步骤s16中，在通过涂布微粒子分散组合物A获得的膜被干燥后，该膜被紫外线照射而固化，从而形成具有预定厚度的光学膜(I)。此后，步骤s13至s16的过程被进行预定次数。这样在基材部件上形成了光学膜层压制品。
(偏振分光器件)
接下来，描述本发明的偏振分光器件的实施方案。
图1显示本发明的偏振分光器件的结构。
偏振分光器件7是由具有高折射率的树脂制成的板，并包含第一高度透明的高折射率部件3、形成在第一高度透明的高折射率部件3的倾斜平面上的偏振分光多层膜5和第二高度透明高折射率部件4，所述第一高度透明的高折射率部件3为具有倾斜平面的透明基材部件的样式，该倾斜平面通过刻槽形成在板的一侧上，且倾斜方向彼此不同并且彼此相对，所述第二高度透明高折射率部件4为透明基材部件样式，该透明基材部件为由高折射率材料4通过填充第一高度透明的高折射率部件3的槽这样的方式形成的。偏振分光多层膜5形成在第一高度透明的高折射率部件3和第二高度透明高折射率部件4的界面上。第一高度透明的高折射率部件3、偏振分光多层膜5和第二高度透明高折射率部件4形成为平板的形状。顺便提及，本发明的同一申请人已经提出了关于这种结构的偏振分光器件的相关发明日本专利申请2002-073157。
根据本发明，第一高度透明的高折射率部件3和第二高度透明高折射率部件4每个都是通过固化本发明的微粒子分散组合物获得的透明基材部件，该微粒子分散组合物包括金属氧化物微粒子、适用于吸收能量来固化的有机树脂材料、聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸类表面活性剂中的一种(其中每种的分子量为500或更大)和有机溶剂。
每个倾斜平面都具有相对于基底表面(如图中所示的水平面)的45度的倾斜角，所述倾斜平面形成于每个第一高度透明的高折射率部件3和第二高度透明高折射率部件4中，且倾斜方向彼此不同并且彼此相对。这些倾斜平面被交替重复地形成。
偏振分光多层膜5具有只透射偏振面相互垂直的线性偏振光中的一种和反射另一线性偏振光的功能。偏振分光多层膜5由(HL)m或(0.5H L0.5H)m结构的光学膜层压制品组成(顺便提及，“m”是等于或大于3的整数)，其中高折射率光学膜H和低折射率光学膜L被交替形成，每种膜具有接近等于入射光参考波长(reference wavelength)λ0的(1/4)的光学膜厚度。
或者，偏振分光多层膜5可以是由透明高折射率光学膜H和透明低折射率光学膜L组成的光学膜层压制品，其中每种膜具有与入射光有关的预定折射率，该层压制品具有(H2L)m、(H2L)mH或2L(H2L)m的结构(顺便提及，“m”是从3到7的整数)。通过设置每个光学膜H和L使得光学膜具有接近等于入射光参考波长λ0的(1/4)的厚度，该光学层压制品有利地起偏振分光多层膜的作用。
由偏振分光多层膜5的光学膜分别构成的层中的至少一层，只需要是通过固化本发明上述微粒子分散组合物而获得的光学膜，该微粒子分散组合物包括金属氧化物微粒子、适用于吸收能量来固化的有机树脂材料、聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸类表面活性剂中的一种(其中每种的分子量为500或更大)和有机溶剂。
或者，例如，TiO2膜可作为高折射率光学膜，而SiO2膜可作为低折射率光学膜。TiO2和SiO2膜可在氧气氛围下使用Ti靶材或Si靶材，通过反应性双磁控溅射法(dual-magnetron sputtering method)而获得。
图1示出了光线如何经过本发明偏振分光器件7。从导光板(lightguiding plate)1中输出的光线(光源是灯光源6)包括P偏振波和S偏振波。该偏振分光器件7只允许P偏振波穿过，并将S偏振波反射回导光板1。随后，返回的S偏振波在导光板1中重复被反射。此后只有变成P偏振波的光能再次穿过偏振分光器件7。这样，只有P偏振波能提供到放置在偏振分光器件7前面的液晶器件(LCD)上。这能增强LCD装置的亮度。
接下来，参照图2至图6描述本发明制造偏振分光器件的方法。
在步骤s21中，准备如图2所示塑模部件模式的金属模具8和配备45度的切槽(其齿距(pitch)为0.1mm)。然后，在45度切槽表面上进行氟脱模剂处理(fluorine releasing)。此后，该切槽被本发明的微粒子分散组合物充满。通过干燥使有机溶剂的量减少至五分之一，将由此获得的具有如下成分的粘性液体(胶态微粒子分散组合物)用作本发明微粒子分散组合物。
(1)微粒子：表面防水(repellent)TiO2微粒子(商品名称：TTO-51(A)，由Ishihara Sangyo Co.，Ltd制造)9重量％
(2)有机树脂材料：
脂环族环氧树脂(1)：
3，4-环氧环己烯基甲基3′，4′-环氧环己烷羧酸酯(商品名称：CEL2021P，由Daicel Chemical Industries，LTD制造)1重量％
脂环族环氧树脂(2)：
2，2-双(羟基甲基)-1-丁醇的2，2-环氧-4-(2-环氧乙烷基)环己烷加合物(商品名称：EHPE3150，由Daicel ChemicalIndustries，LTD制造)1重量％
酸酐：4-甲基六氢邻苯二甲酸酐(商品名称：MH-700，由New JapanChemical Co.，Ltd制造)2重量％
(3)表面活性剂：聚氧乙烯油基醚磷酸酯(oleth-10磷酸酯)(商品名称：Crodafos N10A，由Croda Japan Co.，Limited制造)2重量％
(4)有机溶剂：甲基乙基酮85重量％
在步骤s22中，通过使用透明平面基底9将未固化微粒子分散组合物10扩充(extended)到金属模具8(图3)的切槽上。然后，在60℃将组合物加热60分钟从而使该组合物变为干燥状态。
在步骤s23中，将干燥的微粒子分散组合物10从金属模具8上剥离。然后，首先在60℃下将其热固化60分钟，其后，在100℃下将其再热固化5小时。这样，就得到第一高度透明的高折射率部件3(图4)。
在步骤s24中，偏振分光多层膜5形成在第一高度透明的高折射率部件3成品的45度切槽的表面上(图5)。如上所述，偏振分光多层膜5可以是通过涂布并固化本发明微粒子分散组合物获得的光学膜层压制品。或者，偏振分光多层膜5也可以是通过溅射获得的光学膜层压制品。当第一高度透明的高折射率部件3的折射率为1.8时，具有对应于550nm波长的(1/4)的光学厚度的TiO2膜H(厚度为55.9nm)和具有对应于550nm波长的(1/2)的光学厚度的SiO2膜L(厚度为188.4nm)只需要按照H、2L、H、2L、H、2L和H的膜顺序被堆叠，以获得七层结构的膜。
在步骤s25中，类似于步骤s21至s23，本发明的微粒子分散组合物充满于有表面的切槽上，第一高度透明的高折射率材料的偏振分光多层膜5在切槽表面上形成。然后，对其进行干燥并固化从而得到第二高度透明的高折射率部件4(图6)。顺便提及，在这种情况下，只在微粒子分散组合物扩充的平面基底侧上进行脱模剂处理。
与使用通过在UV固化树脂中分散TiO2获得的材料的现有技术相比，偏振分光器件7成品具有更小的热变形。这是因为其不需要进行长时间的UV照射。同样，与现有技术相比，还很容易获得光透射率的均匀分布，其量作为变换成P偏振光的量而获得。这是因为在高透明高折射率部件3和4的内部和周围的光学特性是一致的。当在P偏振光的透射率等于或大于90％的条件下进行比较时，本发明的偏振分光器件的产量将是现有技术的两倍或更多。这样，本发明在产量上能获得相当可观的提高。
如上所述，根据本发明，即使在通过固化获得具有几百微米或更大厚度的厚膜的情况下，该厚膜包括具有高折射率、高紫外线吸收能力和高屏蔽能力的TiO2粒子，仍能完成有利固化而没有固化不均和热变形。这样本发明减少了树脂特性的不均，在现有技术主要采用能量射线固化的情况下，该不均是由在固化的深层部分和固化的邻近表面的地方之间的固化特性的不同造成的。同样，本发明还能提高成品器件如偏振分光器件的产量。而且，根据本发明，由厚材料制得的具有1.8或更高高折射率的光学组件可通过与树脂模塑类似的方法得到，尽管这样的光学组件通常使用玻璃材料制造。
这样，与使用玻璃材料的现有技术相比，可低成本制造需要大面积的光学组件。因此，本发明能广泛地用于发展光学技术和光学产业。顺便提及，根据本发明，折射率等于或大于1.7的光学组件，能很容易地通过脂环族环氧树脂和TiO2微粒子的组合来形成。
本发明使用的微粒子并不局限于TiO2微粒子，其他各种金属氧化物微粒子都能使用。
顺便提及，偏振分光多层膜5自身可通过使用由本发明的微粒子分散组合物制成的高折射率层和低折射率层构成。或者，偏振分光多层膜5也可如下形成。即，用通过将TiO2微粒子填充环氧树脂获得的层作为高折射率层。用通过将SiO2粒子和MgF2粒子加入环氧树脂所获得的层作为低折射率层。然后，重复在每一层上涂布该组合物并在60℃下干燥的过程。最后，在100至120℃下同时进行热固化。
同样，高度透明高折射率部件3和4的基材部件，和偏振分光多层膜5的高折射率薄膜和低折射率薄膜都通常使用具有对固化方法的适应性和通用性的微粒子分散组合物来制造。这样，该基材和该薄膜层都用基于类似的物质的材料制成。从而，它们之间的亲和力或粘合力变得良好。特别是，由于表面活性剂是基于相似的物质，所以即使在热固化树脂作为厚膜基材部件材料和UV固化树脂作为薄膜材料的情况下，仍能获得良好的粘合力。
[实施例]
下面描述实施本发明的实施例。该实施例只是说明性的，本发明并不限于此实施例。
图7至图9是实施例中使用的微粒子、有机树脂材料和表面活性剂的说明表格。每个实施例中的组分都用符号表示。
四种TiO2微粒子，即由烘烤方法(baking method)制造的表面疏水和表面防水(repellent)TiO2微粒子，和由湿法制造的表面疏水和表面防水TiO2微粒子用作微粒子(图7)。
多种固化树脂材料，即脂环族环氧树脂、氧杂环丁烷树脂、和丙烯酸类树脂适于用作有机树脂材料(图8)。
使用非离子、阳离子表面活性剂和它们的各种组合(图9)。
甲基乙基酮(MEK)用作有机溶剂。但即使在甲基异丁基酮、乙醇、异丙醇、甲苯、环己烷等用作有机溶剂的情况下，仍能获得类似的效果。从提高分散的观点来看，甲基乙基酮和甲基异丁基酮具有显著效果。
(第一实施例)
下面描述本发明的第一实施例微粒子分散组合物的组分及其制造方法。
(1)微粒子分散组合物的组分
微粒子：T-1                   9重量％
有机树脂材料：R-1             2重量％
              R-6             2重量％
表面活性剂：  A-7             2重量％
有机溶剂：MEK                 85重量％
(2)微粒子分散组合物的制造方法
上述组分按上述的比例称重。然后，将这些组分与陶瓷球(直径为0.1mm)混合在一起，该陶瓷球主要由ZrO2制成，其量为对应于上述组分全部量的200％。之后，这些物质被注入聚乙烯瓶容器中，然后再将该容器放入混合振荡器中。此后，进行分散并混合直到达到充分分散。顺便提及，达到充分分散用了20小时。
(3)光学组件的形成和评估
当实施浸渍/提升方法时，通过改变提升速度，将以这种方式得到的微粒子分散组合物涂布到镜面抛光和整理(finished)的硅单晶基底上。然后，通过在100℃下干燥和热固化该组合物5个小时来制造薄膜光学组件。虽然下面两种方法都可用于形成厚膜光学组件，即对该组合物重复实施浸涂并在60℃下干燥的方法；和在通过在湿环境氛围中(其中MEK蒸汽的湿度等于或高于70％)，干燥该组合物直到该组合物的体积被减小到它的大约(1/3)到(1/10)，使该组合物的粘度增加之后再涂布该微粒子分散组合物的方法，但是在该情况下进行后者方法以形成厚度为1μm至100μm且由相同材料制得的每个单层。通过这种方法得到的光学组件作为测试片。用椭偏仪(ellipsometer)测量该测试片的折射率。
(4)结果
通过使用粒度分布测量设备进行的粒度分布测量，发现制造得到的微粒子分散组合物的平均粒径(即，对应于粒度分布测量中小直径一侧的50％积累频率的粒径大小)为0.22μm。
作为使用所得微粒子分散组合物，通过浸渍/提升方法而形成光学组件的结果，当进行浸渍/提升方法时，通过调整提升速度可获得具有50nm至1μm膜厚度的光学组件。而且，膜厚度为1μm至100μm的光学组件通过在微粒子分散组合物粘度增加后对其进行涂布的方法来制造。另外，这些光学组件是高度透明的。这些光学组件的折射率n为1.81.
如上所述，根据本发明，TiO2微粒子能以具有高透明度的方式分散到有机树脂中。这样，不仅薄膜高折射率光学组件，而且厚度为几微米到几百微米的厚膜高折射率光学组件都可形成。
(第二实施例)
通过改变组分和进行与第一实施例类似的工艺，对本发明或其部分的微粒子分散组合物进行分散和混合。这样，对微粒子进行分散测试。图10示出了分别表示为“第1号到第20号分散”的说明表格。顺便提及，该“第1号分散”的测试说明表格是在第一实施例上进行的。然后，通过进行类似于第一实施例中使用的工艺，来对不同于实施例中所使用的和用作对比实施例的微粒子分散组合物进行分散和混合。如此实施微粒子的分散试验。图11示出了分别表示为“第21号到第32号分散”的测试说明表格。
同样，用粒度分布测量设备测量每个分散系统号中的微粒子的分散能力。从而，在分散被评定为均匀分散和在平均粒径等于或小于0.03μm的情况下，这样的评估结果用○表示。在分散被评定为均匀分散和在平均粒径大于0.05μm的情况下，这样的评估结果用△表示。在分散被评定为不均匀分散和组合物在静止情况下分为上层和下层的情况下，这样的评估结果用×表示。而且，在薄膜形成的情况下该薄膜的透明度可直观评估。在制造了透明光学组件的情况下，这样的评估结果用○表示。在没有制造透明光学组件的情况下，这样的评估结果用×表示。在此，对包括有机树脂材料R-8或R-9的微粒子分散组合物进行UV固化。
在图10中，在第2、3和4号分散系统的情况下，R-1(2重量％)和R-6(2重量％)的组合被用作热固性环氧树脂材料。分散结果的不同被证实是由于制造TiO2粉末的方法(9重量％)不同和表面性质的不同造成的。在第2至4号分散系统的情况下，不考虑与第1号分散系统情况类似的TiO2粉末(9重量％)的表面性质的不同，良好的分散是通过加入(2重量％)聚氧乙烯油基醚磷酸酯(表面活性剂A-7)实现的。
关于第5、7和8号分散系统，有机树脂材料R-6作为环氧树脂固化剂，在第5号分散系统情况下加入到有机树脂材料R-2中，在第7号分散系统情况下加入到有机树脂材料R-4中，及在第8号分散系统情况下，加入到有机树脂材料R-5和另一种脂环族环氧树脂中。然后，检验表面活性剂A-7和TiO2微粒子在每个分散系统中的混合和分散的效果。同样，在第6号分散系统的情况下，有机树脂材料R-3与有机树脂材料R-7和甲基乙基酮混合。然后，检验在其中加入表面活性剂A-7下，TiO2微粒子的混合和分散的效果。
从而，证实了加入聚氧乙烯油基醚磷酸酯对实现这些脂环族环氧树脂和TiO2微粒子的良好分散是有效的。这里使用的一例聚氧乙烯油基醚磷酸酯商品是由Croda Japan Co.，Ltd制造的，商品名为Crodafos N10A(表面活性剂A-7)，其分子量为796。
关于第9和18号分散系统，研究了加入聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂到光聚合的丙烯酸类单体和TiO2微粒子的分散系统组合物中的效果。
研究在第9号分散系统的情况下的有机树脂材料R-9和表面活性剂A-7的组合以及在第18号分散系统的情况下的有机树脂材料R-9和表面活性剂A-8的组合。结果获得了良好的分散，其中平均粒径等于或小于0.03μm。这样，可看到即使在丙烯酸类单体分散的情况下，加入聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂仍是有效的。在只有丙烯酸类单体和TiO2微粒子分散的情况下，平均粒径既不等于也不小于0.05μm(图10中未示出)。然而，通过向丙烯酸类单体和TiO2微粒子中加入聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂，可实现丙烯酸类单体分子、TiO2微粒子和聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂的复合和良好分散。从而，可实现平均粒径等于或小于0.03μm。本发明在丙烯酸类单体是环氧丙烯酸酯的情况下和在丙烯酸类单体是尿烷丙烯酸酯的情况下有效。
顺便提及，在第9和18号分散系统的各自情况下，在TiO2微粒子分散后将0.2重量％的光引发剂(由Ciba Specialty Chemicals Co.，Ltd.制造，商品名IRGACURE 184)混合到其中。然后，进行涂布和干燥该组合物并对其进行UV照射。即使在系统中加入了光引发剂，其仍能保持良好的混合和分散。因此，可进行有利地高度透明材料的固化。
关于第10和17号分散系统，研究了聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂的分子量不同带来的影响。
在第10号分散系统的表格栏中，示出了使用聚氧乙烯油基醚磷酸(表面活性剂A-6)的结果。在第17号分散系统的表格栏中，示出了使用聚氧乙烯聚氧丙烯十六烷基醚磷酸的结果。包括在表面活性剂A-7分子中的氧乙烯是(CH2CH2O)10。在表面活性剂A-6的情况下，稍微减少重复的次数。包括在表面活性剂A-6分子中的氧乙烯是(CH2CH2O)3。在第10和17号分散系统的各自情况下，可获得其中平均粒径等于或小于0.03μm的分散。然而，在使用分子量为500的表面活性剂A-6的情况下，达到良好分散所需的时间要长一点。当其分子量等于或小于300时，可获得均匀分散，但是该平均粒径会大于0.05μm。因此，优选聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂的分子量为500或更大。从减少达到良好分散所需时间的观点来看，更优选其分子量为600或更大。
关于第11、12和14号分散系统，研究了在混合与分散TiO2微粒子和氧杂环丁烷树脂与脂环族环氧树脂的混合物时，加入聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂的效果。将氧杂环丁烷树脂(有机树脂材料R-8)、TiO2微粒子和聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂(表面活性剂A-7)的组合的情况，与只有氧杂环丁烷树脂和TiO2微粒子被混合的情况进行比较，可看出加入聚氧乙烯油基醚磷酸提高分散的显著效果。另外，即使在氧杂环丁烷树脂和脂环族树脂混合的情况下(在第11号分散系统的情况下，有机树脂材料R-1、R-8和表面活性剂A-7混合，和在第14号分散系统的情况下，有机树脂材料R-1、R-2、R-8和表面活性剂A-7混合)，也可看出加入聚氧乙烯油基醚磷酸提高分散的显著效果。
顺便提及，在第11、12和14号分散系统的情况下，在TiO2微粒子分散后将0.2重量％的光引发剂(由Daicel UCB Co.，Ltd.制造，商品名Uvacure1591)混合到其中。然后，进行涂布和干燥该组合物并在其上进行UV照射。即使在系统中加入了光引发剂，其仍能保持良好的混合和分散。因此，可实施良好的高度透明材料的固化。
在第15和16号分散系统的情况下，研究了聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂对基本(elemental)脂环族环氧树脂和作为环氧树脂固化剂的基本酸酐的分散促进效果。
第15号分散系统对应于只有脂环族环氧树脂(有机树脂材料R-1)、聚氧乙烯油基醚磷酸(表面活性剂A-7)和TiO2微粒子的混合物的情况。而第16号分散系统对应于只有作为环氧树脂固化剂的酸酐(有机树脂材料R-6)、聚氧乙烯油基醚磷酸(表面活性剂A-7)和TiO2微粒子的混合物的情况。从与对比实施例第28和29号分散系统(分别对应于只有有机树脂材料R-1和TiO2微粒子组合的情况和只有作为环氧树脂固化剂的酸酐(有机树脂材料R-6)和TiO2微粒子组合的情况，参见图11)的比较可知，良好的分散(平均粒径等于或小于0.03μm)只能在与聚氧乙烯油基醚磷酸共存时获得。
考虑磷酸类表面活性剂不同于聚氧乙烯烷基醚活性剂，将作为实施例的第19和20号分散系统(图10)与第31和32号分散系统(图11)进行比较。
表面活性剂A-10和a-11都是钠，表面活性剂A-10和a-11每个的分子量大约为400至500。当在第31号分散系统中只加入聚氧乙烯烷基醚硫酸酯(表面活性剂A-10)的情况下，不能获得良好的分散。相反地，当在第19号变换(conversion)系统中只加入聚氧乙烯烷基醚羧酸酯(表面活性剂A-11)时，就能获得良好的分散。
而且，当在第32号分散系统中只加入分子量为730的高级醇(表面活性剂A-12)的情况下，不能获得良好的分散。相反地，当在第20号分散系统中同时加入聚氧乙烯油基醚磷酸和聚氧乙烯烷基醚硫酸酯(表面活性剂A-7和A-10)的情况下，由于聚氧乙烯油基醚磷酸的作用能保持良好的分散。
从这些事实可知，聚氧乙烯烷基醚磷酸类和聚氧乙烯烷基醚羧酸酯表面活性剂能提供良好的分散作用。
图11示出了在第21至27和30号分散系统中，对不同于聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂的表面活性剂的研究结果。
虽然研究了在第21号分散系统的情况下，分子量为280的月桂酰肌氨酸钠(表面活性剂A-2)作为阴离子表面活性剂，但其分散作用并不好。
关于第26、27、30号分散系统，其使用十二烷基苯磺酸钠(表面活性剂A-1)作为阴离子表面活性剂。研究了在十二烷基苯磺酸钠与每一个脂环族环氧树脂(有机树脂材料R-1)、酸酐环氧树脂固化剂(有机树脂材料R-6)、脂环族环氧树脂和酸酐环氧树脂固化剂(有机树脂材料R-1和R-6)混合的情况下的分散作用。但是，在所有这些混合的情况下，都不能获得良好的分散(平均粒径等于或小于0.03μm)。
在第22号分散系统的情况下，虽然研究了分子量为680的、为阳离子表面活性剂的quaternium-91、二甲基硫酸十六烷三甲基铵(cetrimoniummethosulfate)、cetearyl醇(表面活性剂A-9)，但仍不能获得良好的分散。
在第23至25号分散系统的情况下，虽然将失水山梨糖醇单油酸酯(表面活性剂A-3)、失水山梨糖醇三油酸酯(表面活性剂A-4)和聚氧乙烯失水山梨糖醇三油酸酯(分子量为880的表面活性剂A-5)作为非离子表面活性剂进行了研究，但仍不能获得良好的分散。
从上述结果看来，在分散后的平均粒径等于或小于0.03μm的情况下，在干燥和固化后能得到透明材料。但是，在平均粒径等于或大于0.05μm的情况下，就不能获得透明材料。因此，平均粒径等于或小于0.03μm是获得高度透明材料所必需的。
上述结果揭示当在固化的有机树脂材料中进行TiO2微粒子的均匀微分散时，加入每种分子量为500或更大的聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸酯是十分有效的。考虑到TiO2与聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸酯中每种物质之间良好的亲和力和分子量为500或更大的分子的有点大和长的形状能促进其与另一种固化有机树脂如脂环族环氧树脂的骨架间的分子水平上的交织，所以加入聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸酯能提供良好的TiO2微粒子分散作用。
根据本发明，例如即使当通过交替并重复形成高折射率层和低折射率层来制造抗反射层时，也可在仅将不与TiO2混合的脂环族环氧树脂涂布到低折射率层上、并在两个邻近的高折射率层与低折射率层形成之间的中间时间(intermediate time)内，于60℃下干燥而形成四层结构之后，在100℃至120℃进行最后的固化，所述四层结构是由高折射率层、低折射率层、高折射率层和低折射率层按从基底侧的顺序排列构成的。因此，本发明对光学膜层压制品制造成本的降低有大的影响。
顺便提及，虽然上述实施例的在前描述集中在TiO2微粒子分散上，但聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸酯表面活性剂具有与各种氧化物之间的良好的亲和力，并由此优选地用于由其他氧化物制成的微粒子的分散，如ZrO2、Nb2O5、SiO2、Al2O3、ZnO、ITO、IZO和Y2O3。另外，虽然也可使用通过改变烷基基团的碳数量而得到的替换物和各种衍生物，但其最佳者各具有500或更大的分子量。
虽然在前描述中描述了使用甲基乙基酮作为溶剂的实施例，但也可使用其他有机溶剂，例如甲基异丁基酮、乙醇、或异丙醇。选择有机溶剂使得能在分散液体被涂布后，根据干燥操作中使用的干燥设备的条件对干燥速度进行适当选择。
(第三实施例)表面活性剂(TiO2)的加入量
微粒子组分设为T-1(d＝4.2，n＝2.7)。有机树脂材料组分设为R-3和R-7(d＝1.16，n＝1.54)。表面活性剂组分设为A-7(d＝1.03，n＝1.54)。微粒子的加入量在三个水平变化。表面活性剂的加入量在两个水平变化。这样，使用并固化这些微粒子分散组合物以形成光学组件。
图12示出了形成的光学组件的组成和测量的折射率。
从图12显示的结果来看，根据体积百分比(vol.％)来表示TiO2微粒子与微粒子分散组合物的比，假若组合物除了有机溶剂的全部组分设为100％，该比优选为10vol.％至50vol.％，。更优选地TiO2微粒子与微粒子分散组合物的比为20vol.％至50vol.％。当根据重量百分比(wt.％)重新表示时，微粒子的比率优选为28.9wt.％至79.3wt.％，更优选为47.8wt.％至79.3wt.％。这是由于当TiO2微粒子的加入量超过50vol.％时，固化树脂的粘结强度会变得太弱而不适于实际应用，并且在TiO2微粒子的加入量等于或小于20vol.％时，增加固化树脂的折射率的效果很低。不过本发明的高折射率光学组件的制造方法简单并且成本低。这样，虽然树脂的折射率增加的不多，但从具有1.5的折射率的基本树脂中能获得具有大约为1.65的折射率的材料。从而，当TiO2微粒子与微粒子分散组合物的比为10vol.％或更大时，发明就具有价值。
根据体积百分比(vol.％)表示的表面活性剂与微粒子分散组合物中除了TiO2微粒子之外的有机树脂组分的比优选为10vol.％至50vol.％。这是由于当TiO2微粒子的加入量超过50vol.％时，固化树脂的粘结强度会变得太弱而不适于实际应用，并且在TiO2微粒子的加入量等于或小于20vol.％时，就不能充分获得提高微粒子分散的效果。这样，当TiO2微粒子的比的范围从10vol.％至50vol.％时，表面活性剂与微粒子分散组合物的比优选为用体积百分比表示的5vol.％至45vol.％，和用重量百分比表示的4.7wt.％至33.0wt.％。同样，当TiO2微粒子的比的范围从20vol.％至50vol.％时，表面活性剂与微粒子分散组合物的比优选为5vol.％至40vol.％，和4.7wt.％至24.0wt.％。
从上述结果可以知道，当TiO2微粒子的比为10vol.％至50vol.％时，表面活性剂与TiO2微粒子的重量比为0.095至1.1。当TiO2微粒子的比为20vol.％至50vol.％时，表面活性剂与TiO2微粒子的重量比为0.095至0.49。
(第四实施例)表面活性剂(SiO2)的加入量
微粒子组分设为SiO2(d＝2.4，n＝1.46)。有机树脂材料组分设为R-9(d＝1.17，n＝1.49)。表面活性剂组分设为A-7(d＝1.03，n＝1.5)。微粒子的加入量在两个水平变化。表面活性剂的加入量在两个水平变化。这样，使用并固化这些微粒子分散组合物以形成光学组件。
图13示出了形成的光学组件的组成和测量的折射率。
从图13显示的结果来看，SiO2微粒子与微粒子分散组合物的比以体积百分比(vol.％)来表示，假若组合物除了有机溶剂之外的全部组分设为100％，该比优选为20vol.％至50vol.％。当根据重量百分比(wt.％)重新表示时，微粒子的比率优选为32.4wt.％至68.5wt.％。这是由于当SiO2微粒子的加入量超过50vol.％时，固化树脂的粘结强度会变得太弱而不适于实际应用，并且在SiO2微粒子的加入量等于或小于20vol.％时，减小固化树脂的折射率的效果很低。
以体积百分比(vol.％)表示的表面活性剂与分散组合物中除了SiO2微粒子之外的有机树脂组分的比优选为10vol.％至50vol.％。这是由于当SiO2微粒子的加入量超过50vol.％时，固化树脂的粘结强度会变得太弱而不适于实际应用，并且在SiO2微粒子的加入量等于或小于10vol.％时，就不能充分获得促进微粒子分散的效果。这样，表面活性剂与微粒子分散组合物的比优选为用体积百分比表示的5vol.％至40vol.％，和用重量百分比表示的2.7wt.％至30.3wt.％。
从上述结果中可以知道，表面活性剂与SiO2微粒子的重量比为0.043至0.86。
此外，从第三和第四实施例的结果中可以知道，表面活性剂与SiO2微粒子的重量比优选为0.043至1.1。

Claims (8)

1.一种通过固化形成光学组件的微粒子分散组合物，其包含：
金属氧化物微粒子；
适于通过吸收能量来固化的有机树脂材料；
聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸类表面活性剂中的一种，其中每种的分子量为500或更大；和
有机溶剂；
其中所述微粒子分散组合物的折射率为1.64或更高。
2.根据权利要求1所述的微粒子分散组合物，其中
所述有机树脂材料是选自热固性树脂、能量射线固化环氧树脂、能量射线丙烯酸酯树脂、和能量射线固化氧杂环丁烷树脂中的至少一种有机树脂。
3.根据权利要求1所述的微粒子分散组合物，其中
所述金属氧化物微粒子由TiO2制成。
4.根据权利要求1所述的微粒子分散组合物，其中
所述表面活性剂与微粒子的重量比为0.043至1.1。
5.根据权利要求1的微粒子分散组合物，其中所述金属氧化物粒子具有等于或小于0.03μm的平均粒径。
6.一种通过固化微粒子分散组合物获得的光学组件，所述组合物包含：
金属氧化物微粒子；
适于通过吸收能量来固化的有机树脂材料；
聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸类表面活性剂中的一种，其中每种的分子量为500或更大；和
有机溶剂。
7.一种具有多个折射率相互不同的层叠的光学膜的光学膜层压制品，其中至少一层光学膜通过固化微粒子分散组合物而获得，该分散组合物包含：
金属氧化物微粒子；
适于通过吸收能量来固化的有机树脂材料；
聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸类表面活性剂中的一种，其中每种的分子量为500或更大；和
有机溶剂；
其中所述微粒子分散组合物的折射率为1.64或更高。
8.一种具有透明基材部件的偏振分光器件，该透明基材部件具有通过在其中刻槽形成的倾斜平面，所述倾斜平面的倾斜方向彼此不同，所述倾斜平面具有形成在其上的偏振分光多层膜，其中透明基材部件和/或偏振分光多层膜中的至少一个是通过固化微粒子分散组合物获得的，该分散组合物包含：
金属氧化物微粒子；
适于通过吸收能量来固化的有机树脂材料；
聚氧乙烯烷基醚磷酸类表面活性剂和聚氧乙烯烷基醚羧酸类表面活性剂组合物中的一种，其中每种的分子量为500或更大；和
有机溶剂；
其中所述微粒子分散组合物的折射率为1.64或更高。
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