CN101414014A - 包含氮化硼粒子的光学基底 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了诸如膜和片的光学基底及制备光学基底的方法。该光学基底包含至少一个层，该层含有玻璃或聚合物材料以及氮化硼粒子。该氮化硼粒子具有必需的光学性能以及优异的导热性，从而将应用中，例如液晶显示器、投影显示器、交通信号和照明标志产生的过热而引起的裂缝、波纹和皱褶的潜在可能减到最小。
Description
技术领域
本发明涉及一种包含氮化硼粒子的光学基底。在一实施方式中，本发明涉及一种为了优异的导热性能而具有氮化硼粒子的光学膜或光学片。在另一实施方式中，本发明涉及一种含有可操纵光的氮化硼粒子的光学膜或光学片。
背景技术
近年来，传统的阴极射线管(CRT)显示器已经逐渐地为轻质、薄型、体积小且几乎无辐射的液晶显示器(LCDs)所代替。具有低发热和低电耗也是液晶显示器(LCDs)的特性。各种光学膜，诸如偏光膜、延迟膜、扩散膜(diffuser film)都是分层的液晶显示器(LCDs)。
在现有技术中已知的光学膜的一实施方式中，膜是由分散在连续母体内的内容物构成。可对这些内容物的性质加以操控，以提供给该膜一定范围的反射和透射性能。这些性质包括相对膜内波长的内容物尺寸、形状、排列、容积填充系数和沿着膜的三个直角坐标轴，在连续母体内的折射率失配度。
在现有技术光学膜的另一实施方式中，该膜的特征是光学上透明的硬质涂层，该涂层可提供发射光必需的亮度、扩散性能和均匀性。在现有技术的一些实施方式中，膜采用了一种消除莫利干涉(Moiré interference)的微小粗糙度的抗牛顿力(anti-Newton)背面涂层和耐化学和物理损坏的经配制的前层涂层。在其它实施方式中，以偏光镜膜形式的光学膜在膜的前侧具有无光饰面，其用作整体的扩散体以减少在LCD组件中对单独的扩散片的需求。
尽管液晶显示器面板(LCD panels)与传统的阴极射线管(CRT)显示器相比，具有低的热量和功率损耗，但是在LCD中，仍会产生大量的热量，这会引起光学膜内的皱褶(wrinkles)、波纹(waves)和/或开裂，从而对它们的光学性质或美学外观产生不利的影响。
仍然需要具有改良的导热性的光学基底，即膜和片，从而减小因在LCDs中产生的过量热而形成开裂、波纹和皱褶的潜在可能。为了使LCDs中的生热问题减到最小，本发明现提供了具有所需导热性能的光学基底，其具有的分散体比现有技术中的分散体有改进的导热性。
发明概述
本发明的一个方面，是提供一种光学基底。该光学基底包括至少一个含有氮化硼粒子的聚合物母体或玻璃母体的层。以该层的总重量计，其中存在的氮化硼粒子的重量百分比为0.1-10wt.％。
在一实施方式中，本发明进一步涉及一种背光显示装置，包括：发光的光源，引导光的光导，为将光反射出光导而沿光导设置的反射装置，在光导后面以将从腔中逸出的光反射回到光导中的反射膜和接收来自光导的光的一系列光学膜，包括扩散膜。另一实施方式中的背光显示装置，包括若干发光的光源，光扩散片，放置在光源后面以将从腔中逸出的光反射回到光扩散片的反射膜和接收来自光扩散片的光的一系列光学膜，包括扩散膜。该扩散膜包括约95-99.8wt.％的用于基底母体的聚合物和约0.2-5wt.％的氮化硼粒子。
发明详述
如本文中所使用的，可将近似的术语用来修饰任何定量的表述，该表述可以进行变化而不会导致与其相关的基本功能的改变。因此，有时候用一个字眼或多个字眼，例如“大约”和“基本上”所修饰的数值，并不限制于确定的精确数值。
用端点表述的数值范围包括涵盖在该范围内的所有数值(例如，1-5包括1，1.5，2，2.75，3，3.80，4和5)。
如该说明书和权利要求书中所述，单数形式的“一个”，“一种”和“该”包括复数的标示物，除非本文另外进行清楚地说明。因此，例如作为参照，含有“化合物”的组合物就包括了两种或两种以上的化合物的混合物。同样，如本文中所使用且如果没有另外表述时，单数的元素可以具有复数的形式，反之亦然，并不丧失一般性。
如本说明书和权利要求书中使用的，术语“或”通常以其包含“和/或”的含义加以使用，除非本文另外进行清楚地规定。
如本文所使用的，术语“光学基底”意指具有光学性质的片、薄膜或层。在一实施方式中，该光学基底可用在例如透镜、镜子、液晶显示器面板(LCDpanel)、液晶显示器背光单元(LCD backlight unit)等的光学元件中，经设计使其当暴露于一定波段的电磁能量时，可显示出想要的光的美感光学效果、光反射、光传导、光吸收或光折射。同样，如本文中使用的，“光学膜”可以与“光学基底”相互替换。
术语“聚合物”可理解为包括聚合物、共聚物(即，使用两种或两种以上的不同单体形成的聚合物)、低聚物和其组合，以及例如通过共挤出或包括酯交换的反应可形成可混溶共混物的聚合物、低聚物或共聚物。如果没有另外说明，也包括嵌段共聚物和无规共聚物这两种。
在此将术语“折射率”定义为材料的绝对折射率，可将其理解成在真空(free space)内电磁辐射的速度与在该材料内电磁辐射的速度之比。使用已知的方法可对该折射率加以测量，并通常用阿贝折射计(Abbe Refractometer)在可见光区进行测量。
在此将术语“胶质的”定义成意指具有小于约200μm直径的粒子(初级粒子或结合的初级粒子)。
在此所用的术语“结合的粒子”意指经聚集和/或团聚的两个或两个以上初级粒子的集合。
在此所用的术语“聚集”表述了可彼此化学键合的初级粒子之间的强结合。将聚集体分解成较小的粒子是难以完成的。
在此所用的术语“团聚”表述了可通过电荷、极性或其它物理作用保持在一起的初级粒子的弱结合，并且可将其分解成较小的单元。
在此将术语“初级粒子大小”定义为非结合的单个粒子的大小。
在此将术语“溶胶”定义为胶质粒子在液相中的分散体或悬浮体。
在此所用的所有百分数和比值都是以组合物的总重量计，并且如果没有另外指明，所有的测量都在25℃下进行。如果没有另外指明，本文所涉及的组分的所有百分数、比值和水平都基于该组分的实际数量，且不包括溶剂、填料或能与市售产品中的该组分相结合的其它材料。
氮化硼的特征是具有优异的热导率，例如在平行压制方向的方向上为59W/m/K，在垂直压制方向的方向上为33W/m/K(以约90-95％的理论密度的热压BN形状加以测量)。这可与现有技术中光学基底通常所用的填料的热导率相比较，氧化铝为18W/m/K，氧化锆为2W/m/K。本发明的光学基底包括至少一个含有氮化硼的层，例如在膜基底自身内或者作为设置在膜基底上的涂层中的组分，以允许该光学基底与现有技术的填料相比，具有必需的光学性质，以及改善的导热性。
在一些实施方式中，光学基底的光学性能可依赖于所用的BN粒子的大小加以操控。在一些实施方式中，使用非常小的BN粒子，例如平均初级粒子大小约为10-50nm或更小的微粒，可增强该光学膜的折射率(RI)，并允许该膜使用在例如亮度增强膜(brightness enhancement film)的应用中。在使用稍微较大的BN粒子，例如平均初级粒子大小约100-500nm的BN粒子的第二实施方式中，当用在具有足够折射率(RI)差异的母体中时，该BN粒子会扩散/散射光，从而允许该光学膜用在例如容量扩散片(Volumetricdisffuser)的应用中。在具有更大粒子尺寸，即微米范围的第三实施方式中，该BN填料可用作表面散射的扩散片。
氮化硼组分 用于本发明光学基底内的氮化硼(BN)可从很多来源进行市购，包括但不限制于来自Momentive Performance Materials、CeradyneESK、Sintec Keramik、Kawasaki Chemicals和St.Gobain Ceramics公司的BN材料。BN可具有以下一种形态或其混合，包括：非晶态氮化硼(这里称作a-BN)、具有六角形态网孔层的层压结构的六方晶系氮化硼(这里称作具有类片状粒子的h-BN)、具有随机分层的六角形态网孔层的湍层(turbostratic)氮化硼(这里指t-BN)和球状氮化硼。在一实施方式中，该BN具有湍层状、六方晶形、球状或其混合的形态。
在一实施方式中，氮化硼填料包括微米大小范围的粒子，其制备自美国专利6652822所公开的使用等离子气体的方法。在另一实施方式中，球状BN填料包括作为球状氮化硼团聚体的hBN粉末，正如美国专利公开号US2001/0021740所公开的，该团聚体由粘合剂将不规则的非球状BN粒子粘合在一起，随后经喷雾干燥而成。在又一实施方式中，BN填料具有以下形态：制备自如美国专利号5898009和6048511所公开的压制法的h-BN粉末；如美国专利公开号2005/0041373所公开的BN团聚粉末；如美国专利公开号US20040208812A1所公开的具有高热扩散率的BN粉末和如美国专利6951583所公开的高度层离的BN粉末。
在一实施方式中，BN粉末的表面积为2-25m2/g。在另一实施方式中，该填料具有亚微米氮化硼的形态，即平均粒子尺寸小于1微米(1000nm)，比表面积(使用BET法进行测量)至少为100m2/g的氮化硼(“BN”)粉末。在又一实施方式中，该BN粉末的BET比表面积(BET surface area)为至少450m2/g。在第三实施方式中，BN具有亚微米粉末的形态，其BET比表面积范围为200-900m2/g。亚微米BN粒子可使用现有技术中已知的各种方法加以制备。在一方法中，通过将化学气相沉积和氨气氛下的三甲氧基硼烷热解相结合，能合成出具有50-400nm均匀直径分布的球状氮化硼粒子。在第二种方法中，通过在超声浴(ultrasonic bath)中对BN在水和表面活性剂中的液体悬浮液进行超声处理，使市购的BN粉末(尺寸大于1微米)的团聚体破裂而能制备出亚微米的BN填料。亚微米的氮化硼粉末可从很多来源进行市购，包括Strongsville，OH的Momentive Performance Materials。
在一实施方式中，BN粉末具有至少50微米(μm)的平均粒度。在另一实施方式中，BN粉末具有0.10-200μm的平均初级粒子尺寸。在又一实施方式中，BN粉末具有5-500μm的平均粒度。在第四实施方式中为10-100μm。在第五实施方式中，BN粉末具有1-30μm的平均微粒尺寸。在第六实施方式中，BN粉末包括hBN片的不规则形态的团聚体，其具有10μm以上的平均粒度。
在一实施方式中，BN粉末为亚微米级，其平均初级粒子大小范围为0.1(100nm)-0.8μm(800nm)。在第二实施方式中，BN粉末的平均初级粒子大小范围为200nm-700nm。在第三实施方式中，BN粉末的平均初级粒子大小范围为200nm-600nm。在第四实施方式中，BN粉末的平均初级粒子大小范围为200nm-500nm。在第五实施方式中，亚微米级的BN粉末的平均初级粒子大小小于50nm。例如用在亮度增强膜内的第六实施方式中，亚微米级的BN粉末的平均初级粒子大小为5-50nm。
在又一实施方式中，BN粉末具有hBN片的球状团聚体形态。在球状BN粉末的一实施方式中，团聚体具有10-500μm的平均团聚体尺寸分布(agglomerate size distribution ASD)或者直径。在另一实施方式中，BN粉末具有球状团聚体形态，其ASD范围为30-125μm。在一实施方式中，ASD为74-100μm。在另一实施方式中为10-40μm。
在一实施方式中，BN粉末具有片状的形态，其沿b轴的平均长度为至少约1μm，通常为约1-20μm，其厚度不超过约5μm。在另一实施方式中，该粉末具有片状的形态，其平均长宽比(aspect ratio)大约为50-300。
在一实施方式中，该BN是具有高度有序六方结构的h-BN粉末，其结晶指数至少为0.12。在另一实施方式中，BN粉末的结晶度大约为0.2-0.55，且在又一实施方式中大约为0.3-0.55。在又一实施方式中，BN的结晶指数为至少0.55。在一实施方式中，BN粉末的氧含量范围为0.1-15wt.％。在又一实施方式中，BN粉末为亚微米级大小，其氧含量为10-15wt.％。
在一实施方式中，氮化硼粒子用表面处理剂功能化或进行处理。通常，表面处理剂具有将连接到粒子表面(共价地、离子地或通过强物理吸附)的第一端和赋予粒子与树脂的相容性和/或与光学膜的树脂母体起反应的第二端。表面处理剂的实例包括但不限制于有机硅化合物，诸如硅烷、硅氮烷、硅氧烷等等；醇类；胺类；羧酸类；磺酸类；膦酸类；锆酸盐和钛酸盐。
表面改性剂所需的数量取决于多个因素，例如氮化硼粒子大小、粒子类型(球状或片状)、改性剂分子量、改性剂类型和表面处理方法。一实施方式中，在用于光学膜组合物之前，用硅烷在高温的酸性或碱性条件下对氮化硼进行约1-24小时的处理。
在一实施方式中，氮化硼粒子首先用含有氧化取代基的羧酸改性剂功能化，例如聚醚羧酸类，诸如2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙酸(MEEAA)、2-(2-甲氧基乙氧基)乙酸(MEAA)和单(聚乙二醇)琥珀酸酯。在另一实施方式中，BN粒子用具有羧酸官能团的非极性改性剂进行功能化，该改性剂包括辛酸、十二烷酸、硬脂酸、油酸和它们的组合。在一些实施方式中，在可聚合的有机母体内，该羧酸可以是反应性的(例如该羧酸具有可聚合的基团)。在其它的实施方式中，该羧酸既包括具有可聚合基团的羧酸又包括没有可聚合基团的羧酸。反应性的羧酸表面改性剂(例如具有可聚合基团的羧酸)例如包括丙烯酸、甲基丙烯酸、β-羧乙基丙烯酸酯、单-2-(甲基丙烯酰氧乙基)琥珀酸酯和它们的组合。一种能赋予BN粒子极性和反应性的有用表面改性剂为单(甲基丙烯酰氧聚乙二醇)琥珀酸酯。这种材料可特别适合添加到辐射可固化的丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯有机母体材料中。
在一实施方式中，氮化硼粒子首先用硅烷功能化。示例性的硅烷类包括但不限制于烷基三烷氧基硅烷类，诸如正辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、异辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷和己基三甲氧基硅烷；甲基丙烯酰氧烷基三烷氧基硅烷类或丙烯酰氧烷基三烷氧基硅烷类，诸如3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和3-(甲基丙烯酰氧)丙基三乙氧基硅烷；甲基丙烯酰氧烷基烷基二烷氧基硅烷类或丙烯酰氧烷基烷基二烷氧基硅烷类，诸如3-(甲基丙烯酰氧)丙基甲基二甲氧基硅烷和3-(丙烯酰氧丙基)甲基二甲氧基硅烷；甲基丙烯酰氧烷基二烷基烷氧基硅烷类或丙烯酰氧烷基二烷基烷氧基硅烷类，诸如3-(甲基丙烯酰氧)丙基二甲基乙氧基硅烷；巯基烷基三烷氧基硅烷类，诸如3-巯基丙基三甲氧基硅烷；芳基三烷氧基硅烷类，诸如苯乙烯基乙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷和对甲苯基三乙氧基硅烷；乙烯基硅烷类，诸如乙烯基甲基二乙酸基硅烷、乙烯基二甲基乙氧基硅烷，乙烯基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙酸基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三苯氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷、乙烯基三(异丁氧基)硅烷、乙烯基三异丙烯氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷；3-缩水甘油氧基丙基三烷氧基硅烷，诸如缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷；聚醚硅烷类，诸如N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)甲氧基乙氧基乙氧基乙基氨基甲酸酯(PEG3TES)、N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)甲氧基乙氧基乙氧基乙基氨基甲酸酯(PEG2TES)和SILQUESTA-1230和它们的组合。
在一实施方式中，BN粉末的面内(ab面，垂直于c轴)和穿越面(thruplane，平行于c轴)的折射率(“RI”)分别为1.65和2.13(正如文献T.Ishii，T.Sato，Growth of single crystals of Hexagonal Boron Nitride，Journal of CrystalGrowth 61(1983)689-690所报导的)。然而，与现有技术的填料，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)和的聚甲基硅倍半氧烷(Polymethylsilsesquioxane)相比，不同方向上不同的折射率使得氮化硼相对具有单一折射率的材料而言，具有更好的双折射性能。
在一实施方式中，光学膜组合物中作为分散体存在的BN粉末具有足够的量，以供光学膜仍具有必需的性能，例如折射率、扩散性、硬度、耐用性等等，而同时与不添加氮化硼粒子的光学膜相比，光学膜的热导率增加了至少10％。在一实施方式中，所存在的BN粉末的重量为含BN粉末的层总重量的0.1-10wt.％。在第二实施方式中，该重量范围为0.5-5wt.％。在其中BN粉末用于抗反射膜或扩散膜的第三实施方式中，所存在的BN粉末的重量范围为0.5-约8wt.％，仍然使该膜具有抗反射膜所需要的充足光扩散。在第四实施方式中，所存在的BN粉末的重量范围为0.2-5wt.％，仍使该膜具有至少1.50的折射率。
基底母体 可将氮化硼粒子引入到形成膜的光学基底层的母体中。在另一实施方式中，将氮化硼粒子引入到设置在光学膜的基底层之上的透明涂层中。
本发明光学膜中所用的基底层可以是任何形状并且可包括本领域技术人员所已知的任何材料，例如玻璃或塑料，其重量为基底层总重量的90-约99.8wt.％。光学层中的塑料材料可以是具有足够高折射率的任何适合的材料。聚合材料的折射率通常为至少1.40，至少1.45或至少1.50。对所述塑料基底的材料没有特别的限制，对其可能的选择包括但不限制于苯乙烯-丙烯腈、醋酸丁酸纤维素、醋酸-丙酸纤维素、三乙酸纤维素、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚烯烃树脂，例如聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)、聚萘二甲酸乙二醇酯、基于萘二羧酸类的共聚物或共混物，聚环烯烃类和聚氨酯树脂、纤维素三乙酸酯(TAC)或它们的混合物。在一实施方式中，基底母体包括选自聚酯树脂、聚碳酸酯树酯或其混合物之一的材料。在另一实施方式中，该基底母体包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
在一实施方式中，将氮化硼粒子引入到设置在光学膜基底上的透明涂层中。包含于本发明光学膜的涂层中的聚合物母体可通过聚合本领域技术人员所已知的任何适于制备光学膜的聚合单体来获得。适合的聚合单体实例例如包括环氧二丙烯酸酯、卤代环氧二丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、异冰片基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酰胺、苯乙烯、卤代苯乙烯、丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯腈、二苯基环氧乙基丙烯酸酯(biphenylepoxyethylacrylate)、卤代二苯基环氧乙基丙烯酸酯、烷氧基化环氧二丙烯酸酯、卤代烷氧基化环氧二丙烯酸酯、脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯(urethane diacrylate)、脂族氨基甲酸酯六丙烯酸酯、芳族氨基甲酸酯六丙烯酸酯、双酚-A环氧二丙烯酸酯、线性酚醛环氧丙烯酸酯(novolac epoxy acrylate)、聚酯丙烯酸酯、聚酯二丙烯酸酯、丙烯酸酯封端的氨基甲酸酯低聚物或它们的混合物。优选的聚合单体包括卤代环氧二丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯、脂族氨基甲酸酯六丙烯酸酯和芳族氨基甲酸酯六丙烯酸酯。在一实施方式中，该聚合物母体包括选自聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、环氧类和丙烯酸酯类的材料。与本发明BN填料一起使用的聚合物母体的选择依赖于多种因素，包括最终的应用、树脂的质量控制等等。
在一实施方式中，用于涂层的聚合物母体包括粘合剂聚合物，其选自以下，包括三乙酸纤维素、聚对苯二甲酸乙二醇酯、二乙酰纤维素、醋酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、聚醚砜、聚(甲基)丙烯酸系树脂、聚氨酯系树脂、聚酯、聚碳酸酯、芳族聚酰胺、聚烯烃类、衍生自氯乙烯的聚合物，聚氯乙烯，聚砜，聚醚，聚降冰片烯、聚甲基戊烯、聚醚酮和(甲基)丙烯腈。在另一实施方式中，该粘合剂聚合物选自丙烯酸类或甲基丙烯酸类聚合物。在第三实施方式中，该粘合剂是上述聚合物之一的氟衍生物或其混合物。
任选组分 除了光扩散和导热的氮化硼填料以外，光学膜也可以包括其它有机或无机的扩散组分或其混合物，它们并不会对该膜所要求的热导率和光学性能有显著的不利影响。在一扩散膜的实施方式中，该膜组合物进一步包含任选的光扩散有机材料，包括聚(丙烯酸酯类)；聚(甲基丙烯酸烷基酯类)，诸如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(四氟乙烯)(PTFE)；硅酮类，例如购自Momentive Performance Materials公司的商标名TOSPEARL
的水解聚(烷基三烷氧基硅烷类)；和含有前述有机材料至少之一的混合物，其中烷基基团具有1-约12个碳原子。在另一扩散膜的实施方式中，任选的光扩散无机材料包含以下材料，包括锑、钛、钡和锌，例如上述的氧化物或硫化物，诸如氧化锌、氧化锑和含有上述无机材料至少之一的混合物。
在又一实施方式中，除了氮化硼填料/任选扩散组分以外，该基底(basesubstrate)或涂膜可含有本领域技术人员已知的添加剂，例如流平剂、光引发剂、消泡剂、抗静电剂等等。
制备光学膜或光学片的方法：在一实施方式中，首先使用本领域孰知的方法和装置共混、混熔或者熔融捏合用于光学膜或光学片基底的组分。在一实施方式中，组分的制备方法是，将光扩散聚碳酸酯树脂与氮化硼和任选的扩散添加剂混合，然后在适合的挤出机中熔融捏合所述混合物以形成粒料。然后通过常规方法，例如挤出、注塑或熔剂流延成商业用光扩散基底，将该粒料用于形成本发明的光学膜或光学片。在本发明的一实施方式中，熔剂流延法可用于制备低延迟性的光扩散膜或光扩散片。在光学膜或光学片进一步涂覆有保护涂层的实施方式中，该涂层可通过辊涂、喷涂或丝网印刷加以涂覆。
在另一光学膜或光学片的实施方式中，基底(具有或不具有本发明的氮化硼填料)另外涂覆有涂膜或片层。该涂料组合物的制备方法可包括：(a)首先将聚合物母体、光引发剂和填料微粒(该填料微粒可包括本发明的氮化硼填料)相混合，以形成胶质的涂料组合物；(b)将该胶质涂料组合物涂覆到透明基底上以形成涂层；(c)视情况利用滚压加工(roller embossment)或热挤出将该涂层形成光聚焦结构(light-focusing structure)；和(d)将该涂层暴露于高能射线、热或常温下的两者中以固化涂层。在一实施方式中，通过暴露于可引发光聚合物反应的高能射线中来实施涂层的固化。该高能射线意指在一定波长范围内的光源，诸如紫外光(UV-light)、红外光、可见光、热射线(照射或辐照)等，优选紫外光。曝光强度的范围可以是1-300mJ/cm2，优选10-100mJ/cm2。
在本发明的光学膜或光学片具有涂层形态的又一实施方式中，涂层的形成方法包括：制备在聚合物母体中包含氮化硼粒子的涂料组合物；使该涂料组合物与微观复制工具相接触；最后使该涂料组合物聚合以形成具有显微结构表面的光学层。显微结构表面具有操控亮度、亮度均匀性(luminance uniformity)或视角的作用。
本发明光学基底的用途和性能：在一实施方式中，本发明的光学基底用在组成LCD面板或LCD背光单元的各种分层的片或膜中，其包括但不限制于偏光膜、延迟膜、亮度增强膜、扩散膜、反射膜、转向膜(turning film)和具有整体结构的膜，例如亮度增强的整体偏光膜。在一实施方式中，可将该膜用作抗反射涂层，以减少来自镜头和照相透镜表面的不想要的反射。在另一实施方式中，将该膜用作反射镜涂层，以反射落在其上的99％以上的光线。在又一实施方式中，该光学基底可用在例如投影显示器、交通信号和照明标志应用中的光转向。
光学基底可以以任何一种以下的形态用在LCD显示器中，包括但不限制于：反射片、扩散片、亮度增强膜、反射偏光镜等，其依赖于需要的性能和成本。该LCD显示器可进一步包括其它组件，例如光导或诸如冷阴极荧光灯(CCFLs)、热阴极荧光灯(HCFLs)、发光二极管(LEDs)和有机发光二极管(OLEDs)的光源，每个背光的光源数目依赖于光源的种类和应用在1个或两个到数千个光源之间变化。
在一实施方式中，将该基底用于表面光源的应用中，其具有允许光从侧端进入的光导片，安装在该片的一端的光源，和在该片的输出面上的含有BN粒子的本发明的光扩散膜。
在又一实施方式中，使用该基底的装置包括：发光的光源，导光的光导，沿光导设置以反射来自光导的光线的反射装置，在光导后面以将从腔体逸出的光反射回光导的反射膜，和接收来自光导的光线的一系列光学膜，包括扩散膜。在另一实施方式中的背光显示装置包括：若干发光的光源，光扩散片，放置在光源后面以将从腔体逸出的光反射回到光扩散片的反射膜和接收来自光扩散片的光线的一系列光学膜，包括扩散膜。在一实施方式中，本发明的扩散膜包括约95-99.8wt.％的作为基底母体的聚碳酸酯和约0.2-5wt.％的氮化硼粒子。
虽然使用氮化硼的光学基底的厚度依赖于应用，但其通常在5μm-1cm之间。在一实施方式中，该光学膜或光学片的厚度范围为0.025mm-约0.5mm。在一实施方式中，该光学膜或光学片基底的厚度范围为1-50密耳。在一实施方式中，光学膜或光学片具有包含氮化硼粒子的涂层，其中该涂膜的厚度为5-100μm。在另一实施方式中，该涂膜的厚度为10-40μm。在又一实施方式中，该光学膜/片的厚度高达1cm厚。
雾度(haze)是当光经过透明材料时的散射或扩散。雾度可以是成型或模制方法的结果，或者表面组织(例如棱柱的表面特征)的结果，是材料固有的。为了合适的应用，依靠所用的BN粒子的数量和尺寸，可对光学膜或光学片的透光性/雾度性质进行调整/控制。在一光学扩散片的实施方式中，向聚合物母体添加足够数量的BN可使光学膜或光学片具有高的透光性和高的雾度。在另一实施方式中，向聚合物母体添加足够数量的合适粒子尺寸的BN可使光学膜或光学片具有高的透射性和低的雾度。在又一实施方式中，对光学性能加以调节以使该膜或片具有高的反射率和低的雾度。在一实施方式中，扩散膜或扩散片的透光百分率至少为70％，雾度至少为10％。在另一实施方式中，对光扩散膜或片进行构造以使其具有85-95％的雾度和80-90％的总透光率。
在一实施方式中，通过添加本发明的氮化硼粒子，可对由此发出的光的扩散进行改善。光的扩散可通过调制传递比(modulation transfer ratio MTR)加以测量。在MTR测试中，该调制比越高，对比度越高。MTR是由强度轮廓(instensity profile，最大强度和最小强度的比值)计算得到的一个比值，也就是该轮廓多么模糊的一个度量。“平均值”是该轮廓的平均强度，或者是有多少光可透过的一个度量。在一实施方式中，光学膜可用作LCD内的扩散膜，其MTR小于500。在第二实施方式中，本发明扩散膜的MTR小于300。在第三实施方式中，本发明的扩散膜引入了足够数量的亚微米的BN粒子，使膜具有小于100的MTR。
在一实施方式中，当引入到母体材料中时，氮化硼粒子具有纳米尺度的平均初级粒子大小，并且具有最小的扩散作用。它们主要用来增加母体材料的折射率。本发明的光学膜可用作亮度增强膜，其折射率至少为1.50。在第二实施方式中，使用足够数量的氮化硼使本发明的亮度增强膜具有至少1.55的折射率。在第三实施方式中，使用氮化硼的本发明的亮度增强膜具有至少1.60的折射率。
在一容量扩散片的实施方式中，当引入到母体材料中时，氮化硼粒子处于具有大扩散作用的亚微米尺度。
在一使用大氮化硼粒子的光扩散基底的实施方式中，用作光扩散基底的光学膜的特征是具有优异的表面粗糙度。具有平均初级粒子大小小于4μm的氮化硼填料的本发明一实施方式中，该膜的中心线平均粗糙度Ra为0.1μm或更小，10个点的平均粗糙度Rz为1μm或更小，且最大高度表面粗糙度(maximum height surface roughness)Rmax为1μm或更小。具有平均初级粒子大小小于2μm的氮化硼填料的另一实施方式中，表面粗糙度的特征是，具有0.5μm或更小的10个点的平均粗糙度Rz，和5μm或更小的最大高度表面粗糙度Rmax。具有平均初级粒子大小小于1μm的氮化硼填料的又一实施方式中，表面粗糙度的特征是，具有0.3μm或更小的10个点的平均粗糙度Rz。
在一实施方式中，光学膜用作亮度增强膜，其具有包含多个抬升的(raised)光学结构的表面。在一实施方式中，该抬升的特征具有对称的尖端和沟槽的规则重复图案的形态，正如美国专利公开号20050059766所例示的。在亮度增强膜的另一实施方式中，该膜的特征是具有三维的表面，该表面由随机或至少伪随机的函数调整的表面结构函数加以限定，如美国专利公开号20060256444所公开的。上述实施方式中的光学结构的高度也将依赖于应用，但通常在100nm-5μm之间。
本发明进一步由以下的非限制性实施例加以例示：
实施例1：平均初级粒子大小为243nm的BN粉末与平均初级粒子大小为170nm的TiO2相比较。TiO2是现有技术中用于光学膜的填料。对MTR进行测量，并比较下文每个制剂的含有亚微米BN粒子或TiO2的组合物。在第三个制剂中，将BN的量减少了一半，并用来自Momentive PerformanceMaterials的硅氧烷微球，即Tospearl 3210进行代替。
MTR和平均值的数值具有象素单位。MTR数值反映了扩散性，越低的数字表示越高的雾度。“平均”强度意指全部的透射光，其为在测量区域上的立体平均值。因为这两种膜都具有50％的总透光率，所以该平均值数值是相同的。
在制剂中，使用了如下的成分：10％的粒子、10％的SF1528(MomentivePerformance Materials)、22.8％的600M cstk PDMS和57.2％的D5。将该制剂涂布，形成湿厚度为25微米的膜。在透射率测试中，这两种膜都具有可比拟的约50％(～50％)的透光率。结果表明：a)对于没有添加剂的掩膜/膜来说，MTR为3766(具有1537的平均值)；b)对于含有TiO2的制剂来说，MTR为550(具有356的平均值)；c)对于含有亚微米BN的制剂来说，MTR为6(具有349的平均值)；和d)对于含有BN和Tospearl 3120的制剂来说，MTR为580(具有377的平均值)。
实施例2 每个实施例中制剂组成示于表1中。
表1 实施例2的制剂组成
| 制剂 | EM210(g) | 624-100(g) | 601A-35(g) | Chivacure BP(g) |
| A | 40 | 60 | 0 | 3 |
| B | 40 | 60 | 1 | 3 |
| C | 40 | 60 | 3 | 3 |
| D | 40 | 60 | 5 | 3 |
| E | 40 | 60 | 7 | 3 |
| F | 40 | 60 | 10 | 3 |
按表1中所报导的重量比将
(2-苯氧基乙基丙烯酸酯，市购自Eternal公司)和
(环氧丙烯酸酯，Eternal公司出售)相混合，并加入光引发剂(二苯甲酮，Chivacure 
来自Two Bond chemicals)搅拌。在下一步中，将Boron Nitride PolarTherm PT120(市购自Momentive PerformanceMaterials公司)加入到所得的混合物中，以形成胶质涂料组合物。然后将该胶质涂料组合物涂覆到PET基材(U34，市购自TORAY公司)上，经干燥后形成厚度25μm的光学膜。
对所得的光学膜进行折射率和导热性测试。在基底表面上加入氮化硼粒子的涂层的折射率与没有加入氮化硼粒子的涂层的折射率几乎相同，然而热导率增加了至少10％。因此，氮化硼的加入，可避免光学膜上光聚焦结构的开裂、波纹和变形，以便提高LCDs面板的亮度。
本说明书使用了实施例来公开本发明，包括优选实施方式，并且能使本领域的技术人员制造和使用本发明。本发明的可专利范围由权利要求书加以定义，并且包括本领域的技术人员能想到的其它实施例。如果它们的结构组件与该权利要求书的文字表述没有什么不同或者如果它们包括与该权利要求书的文字表述没有实质性差异的等同结构组件，那么这种其它的实施例就意味着在权利要求书的范围之内。
本文涉及的所有引文都明确地以引证的方式并入本文中。
Claims (32)
1.光学基底，包含含有以下物质的至少一个层：
聚合物或玻璃母体；
多个氮化硼粒子；
其中以至少一个层的总重量计，所述氮化硼粒子的存在量为0.1-10wt.％。
2.如权利要求1所述的光学基底，其中以至少一个层的总重量计，所述氮化硼粒子的存在量为0.2-10wt.％。
3.如权利要求1-2任一项所述的光学基底，其中以至少一个层的总重量计，所述氮化硼粒子的存在量为0.5-8wt.％。
4.如权利要求1-3任一项所述的光学基底，其中以至少一个层的总重量计，所述氮化硼粒子的存在量为0.5-5wt.％。
5.如权利要求1-4任一项所述的光学基底，其中所述氮化硼粒子的平均初级粒子大小为至少50μm。
6.如权利要求1-5任一项所述的光学基底，其中所述氮化硼粒子的平均初级粒子大小为5-500μm。
7.如权利要求1-6任一项所述的光学基底，其中所述氮化硼粒子的平均初级粒子大小为0.10-0.8μm。
8.如权利要求1-7任一项所述的光学基底，其中所述氮化硼粒子的平均初级粒子大小为5-50nm。
9.如权利要求1-8任一项所述的光学基底，其中所述氮化硼粒子包括hBN片的球状团聚体，其平均团聚的尺寸分布范围为30-125μm。
10.如权利要求1-9任一项所述的光学基底，其中所述氮化硼粒子的BET比表面积为至少100m2/g。
11.如权利要求1-10任一项所述的光学基底，其中所述氮化硼粒子的BET比表面积为200-900m2/g。
12.如权利要求1-11任一项所述的光学基底，其中所述氮化硼粒子包括hBN片的球状团聚体。
13.如权利要求1-12任一项所述的光学基底，其中所述氮化硼粒子包括hBN片，其平均长宽比范围为50-300。
14.如权利要求1-13任一项所述的光学基底，其中所述包括多个氮化硼粒子的至少一个层是涂层。
15.如权利要求14所述的光学基底，其中所述涂层包括以下的至少一种：环氧二丙烯酸酯、卤代环氧二丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、异冰片基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酰胺、苯乙烯、卤代苯乙烯、丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯腈、二苯基环氧乙基丙烯酸酯、卤代二苯基环氧乙基丙烯酸酯、烷氧基化环氧二丙烯酸酯、卤代烷氧基化环氧二丙烯酸酯、脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯、脂族氨基甲酸酯六丙烯酸酯、芳族氨基甲酸酯六丙烯酸酯、双酚-A环氧二丙烯酸酯、线性酚醛环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚酯二丙烯酸酯、丙烯酸酯封端的氨基甲酸酯低聚物和它们的混合物。
16.如权利要求1-15任一项所述的光学基底，其中所述光学基底是膜或片。
17.如权利要求1-16任一项所述的光学基底，其中所述母体包括选自以下的聚合物材料：苯乙烯-丙烯腈、醋酸丁酸纤维素、醋酸-丙酸纤维素、三乙酸纤维素、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚烯烃、聚环烯烃、聚氨酯树脂、三乙酸纤维素、聚萘二甲酸乙二醇酯、基于萘二羧酸类的共聚物或共混物以及它们的混合物。
18.如权利要求1-17任一项所述的光学基底，其中所述光学基底的厚度约为5μm-1cm。
19.如权利要求1-18任一项所述的光学基底，其中所述光学基底的厚度约为0.025mm-0.5mm。
20.如权利要求1-19任一项所述的光学基底，其中所述包括多个氮化硼粒子的层是厚度约为5μm-1cm的涂层。
21.如权利要求1-20任一项所述的光学基底，其中所述基底具有棱柱表面或平坦表面。
22.如权利要求1-21任一项所述的光学基底，其中所述基底是亮度增强膜。
23.如权利要求1-22任一项所述的光学基底，其中所述基底是MTR小于300的扩散膜。
24.如权利要求1-23任一项所述的光学基底，其中所述至少一个层进一步包括以下的至少一种：聚(丙烯酸酯类)、聚(甲基丙烯酸烷基酯类)、聚(四氟乙烯)(PTFE)、聚(烷基三烷氧基硅烷类)；锑、钛、钡和锌的氧化物；和它们的混合物。
25.背光显示装置，包括：至少一个光源、接收来自该光源的光的一个或多个光学膜或光学片，其中以聚合物母体的总重量计，所述光学膜或光学片的至少一个包括约90-99.8wt.％的用于基底母体的聚合物和约0.1-10wt.％的氮化硼粒子并且所述氮化硼粒子沿ab面具有至少1.65的折射率。
26.如权利要求25所述的背光显示装置，其中所述扩散膜的MTR小于300。
27.如权利要求25-26任一项所述的背光显示装置，其中所述母体包括选自以下的聚合物材料：苯乙烯-丙烯腈、醋酸丁酸纤维素、醋酸-丙酸纤维素、三乙酸纤维素、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚烯烃、聚环烯烃、聚氨酯树脂、三乙酸纤维素、聚萘二甲酸乙二醇酯、基于萘二羧酸类的共聚物或共混物以及它们的混合物。
28.如权利要求25-27任一项所述的背光显示装置，其中所述氮化硼粒子的平均初级粒子大小小于1μm且BET比表面积为至少100m2/g。
29.如权利要求25-28任一项所述的背光显示装置，其中所述一个或多个光学膜或光学片的厚度约5μm-1cm。
30.如权利要求25-29任一项所述的背光显示装置，其中所述一个或多个光学膜的厚度约为0.025mm-0.5mm。
31.制备光学基底的方法，该方法包括：
提供多个氮化硼粒子，所述氮化硼粒子通过以下至少一种物质进行表面改性：硅烷，硅氮烷，硅氧烷等；醇类；胺类；羧酸类；磺酸类；膦酸类；锆酸盐；钛酸盐和它们的混合物；其中所述氮化硼粒子的平均初级粒子大小范围为0.10-200μm；
制备包含经表面改性的氮化硼粒子和聚合物母体的涂料组合物；
使所述涂料组合物与微观复制工具相接触；和
使所述涂料组合物发生聚合反应以形成具有微观结构的表面的光学层。
32.制备光学基底的方法，该方法包括：
共混约0.1-10wt.％的氮化硼和约90-99.8wt.％的聚合物的混合物，该聚合物选自聚合物材料，该聚合物材料选自以下：苯乙烯-丙烯腈、醋酸丁酸纤维素、醋酸-丙酸纤维素、三乙酸纤维素、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚烯烃，聚环烯烃，聚萘二甲酸乙二醇酯、基于萘二羧酸类的共聚物或共混物及它们的混合物；
通过挤出、注塑或溶剂流延之一制备光学基底。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20090422 |