CN111757807A - 包括聚碳酸酯层的光学膜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光学膜。特别地，描述了包括具有第一主表面和第二主表面的聚碳酸酯层的光学膜。该光学膜具有优异的弯曲寿命特性，并且还具有低雾度、薄度以及低的面内延迟和面外延迟。

Description

包括聚碳酸酯层的光学膜

背景技术

光学膜通常为适用于或不损害光学装置的性能的薄层或多层构造。例如，用于显示装置的光学膜应当是大致透明的，并且或不显著降低显示装置的整体效率或亮度。

发明内容

在一个方面，本说明书涉及一种光学膜。特别地，本发明涉及一种光学膜，该光学膜包括具有第一主表面和第二主表面的聚碳酸酯层。该层的厚度在10微米至50微米之间，并且聚碳酸酯的分子量大于20,000。该光学膜在去除任意剥离层的情况下具有小于0.5％的平均雾度、小于25nm的平均面内延迟和小于75nm的平均面外延迟。

附图说明

图1是包括一个聚碳酸酯层的双层光学膜的示意性截面正视图。

图2是包括一个聚碳酸酯层的另一双层光学膜的示意性截面正视图。

图3是包括一个聚碳酸酯层的三层光学膜的示意性截面正视图。

图4是包括两个聚碳酸酯层的另一三层光学膜的示意性截面正视图。

图5是包括一个聚碳酸酯层的另一三层光学膜的示意性截面正视图。

图6是包括两个聚碳酸酯层的五层光学膜的示意性截面正视图。

图7是包括一个聚碳酸酯层的另一五层光学膜的示意性截面正视图。

图8是包括两个聚碳酸酯层的七层光学膜的示意性截面正视图。

图9是包括四个聚碳酸酯层的另一七层光学膜的示意性截面正视图。

具体实施方式

环烯烃聚合物(COP)由于其期望的光学特性(诸如低雾度和低双折射)而常用于光学应用中。在许多工艺和设计中，还期望某些物理特性，诸如可加工的薄度和高的玻璃化转变温度(Tg)。然而，COP的成本通常令人望而却步，成本是其他透明聚合物的十倍或甚至更多。以前，在光学应用中COP的低成本替代品是不可取的，因为1)该材料不能以期望厚度形成具有期望光学各向同性和透明度的膜，并且/或者2)用于该膜的材料具有不适用于与COP的当前用途相关的加工环境的物理特性(诸如玻璃化转变温度)。

许多常见的聚合物，诸如聚酯，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯，当加工或在制造中拉伸时会产生不可接受的双折射水平。随着近来对柔性、可折叠和可卷起的显示器和装置的兴趣，这些现有聚合物(包括COP)在弯曲测试下过早地失效，使得它们不适合用于这些应用。

聚碳酸酯以其光学各向同性(低的固有和应力赋予的双折射)和高的玻璃化转变温度(约147℃)而著称；然而，难以在不赋予膜雾度的情况下以期望的厚度加工。以前，聚碳酸酯没有用于这些应用，或者聚碳酸酯的厚度增加使得它可在不产生雾度和/或双折射的情况下处理和加工。

在一些实施方案中，聚碳酸酯膜可与其他材料层共加工，以便允许高收率的加工和处理，其中聚碳酸酯以薄的形式表现出期望的光学性能。附加层可赋予某些光学功能，诸如UV光的吸收，或者它们可被选择或设计为可移除的或可剥离的，以便允许裸露的聚碳酸酯结合到膜叠堆中和其他应用中。另选地或附加地，可包括可剥离层以同时制造若干光学膜，其中稍后将膜剥离开以将其分离成期望的单个单元。

此类膜可用于许多光学应用，包括发射显示器、触摸模块、反射显示器、透反射显示器、液晶显示器、无源显示器等。

特别适合本文所述应用的是具有高平均分子量的聚碳酸酯。以前，认为这些高分子量聚碳酸酯将导致不可接受的双折射；然而，令人惊讶的是，给定本文所述的光学膜的构形，此类聚碳酸酯可以低雾度和低双折射加工，而所用的高分子量允许产生可比替代品承受更多折叠的稳健的膜。

许多构形是可能的，并且可根据特定应用来选择。例如，在最简单的形式中，聚碳酸酯层与第二层一起被加工。在一些实施方案中，该层是释放层、可分离层或可剥离层。在一些实施方案中，该层是不同聚合物或聚合物共混物的层。在一些实施方案中，不同的材料可赋予光学膜期望的物理或光学特性，包括赋予聚碳酸酯层纹理化或结构化的表面。在一些实施方案中，附加层是涂层，诸如防潮层、硬涂层、弹性记忆层。在一些实施方案中，附加层是图案化的导电层，诸如氧化铟锡或铜或银金属网，或银纳米线层(例如，以使得能够将此类层用作电容式触摸传感器)。

在图1的示例中，光学膜100包括设置在剥离层130上的聚碳酸酯层110。剥离层可被选择为可沿聚碳酸酯层与剥离层之间的界面干净地去除的任何材料或材料组。在一些实施方案中，剥离层可具有小于40克/英寸、小于10克/英寸或小于5克/英寸的粘附力。例如，可使用聚烯烃(诸如聚丙烯)、包括聚烯烃的材料组、或含氟聚合物、或包括含氟聚合物的材料组。在某些实施方案中，这些层是共聚丙烯和苯乙烯嵌段共聚物，例如SEBS/SEPS嵌段共聚物。在某些实施方案中，这些层是包含聚碳酸酯和SEBS/SEPS嵌段共聚物的共混物。在膜被加工和输送之后，包括可能被转变成期望部件的形状和尺寸之后，可将剥离层与聚碳酸酯层分离并丢弃、再循环，或者可能用于不相关的构造或应用中。在某些应用中，即使该层可以是可剥离的或可移除的，它也可保留作为保护层、抗冲击层或耐磨层，或者仅仅是为了改善整个光学膜的物理特性。在一些实施方案中，剥离层包含可在光学膜的浇铸期间有助于静电钉扎过程的抗静电剂。在一些实施方案中，多个剥离层可彼此相邻设置，该多个剥离层包含相同的材料或包含至少一种不同的材料。

光学膜的聚碳酸酯组分可表现出一组期望的性质。例如，聚碳酸酯层可具有小于1％、小于0.5％、小于0.25％、或甚至小于0.1％的光学雾度，如通过雾度计测量的。在一些实施方案中，期望使本体雾度(聚碳酸酯层的体积中的散射与表面散射相比)最小化，而一定水平的表面散射可以是可接受的，或者甚至是出于例如隐藏缺陷的目的而设计。在此类应用中，在用雾度计测量之前，可通过用近似折射率匹配(在例如聚碳酸酯层的折射率的5％内)的流体或具有光学上光滑的外表面的其他材料“浸湿”任何表面结构来测量本体雾度。类似地，在此类情况下，聚碳酸酯层可具有小于1％、小于0.5％、小于0.25％、或甚至小于0.1％的本体光学雾度，如通过雾度计测量的。

在一些实施方案中，聚碳酸酯层具有小于50nm、小于25nm、小于20nm、小于15nm、小于10nm、小于5nm、或甚至小于1nm的平均面内延迟。在一些实施方案中，聚碳酸酯层具有小于75nm、小于70nm、小于50nm、或甚至小于40nm的平均面外延迟。延迟值可在特定波长下测量：例如，出于本说明书的目的，在590nm处测量延迟值。然而，预期低延迟值在一定波长范围内将是有效的。最后，在一些实施方案中，聚碳酸酯层可以是薄的：小于50μm、小于40μm、小于30μm、或甚至小于20μm。低于10μm时，膜非常难以处理，因此这可被认为是本文所述的聚碳酸酯层的薄度下限，除非在所有下游工艺中将剥离层用作载体层直到应用于最终产品中。在此类情况下，聚碳酸酯层可小于10μm，例如厚度在1μm至10μm之间。

本文所用的聚碳酸酯具有高分子量。在一些实施方案中，聚碳酸酯具有至少20,000的平均分子量。在一些实施方案中，聚碳酸酯具有至少25,000的平均分子量。在一些实施方案中，聚碳酸酯具有至少28,000的平均分子量。在一些实施方案中，聚碳酸酯具有至少30,000的平均分子量。所有给定的分子量平均值均为重量平均值。

附加层可在膜的浇铸轮侧上或非浇铸轮侧上。在一些实施方案中，浇铸轮(以及可能随后的辊接触侧)上剥离层的存在可吸收施加在光学膜上的某些剪切力，而不是影响聚碳酸酯层，从而允许聚碳酸酯层保持基本上无雾和光学各向同性。

图2是另选的双层光学膜，其中光学膜200包括聚碳酸酯层210和附加层220。附加层220的组成可不同于图1中类似的剥离层120，因为附加层220不一定旨在可从光学膜200的其余部分剥离或移除。相反，附加层220可赋予光学叠堆200各种物理和光学特性。例如，附加层220可包括紫外光吸收剂或增强光学膜的耐化学品性的材料。在一些实施方案中，该材料可以是或包括共聚萘二甲酸乙二醇酯(coPEN)。可用于本申请的示例性coPEN为包含基于酯的100摩尔％的萘二甲酸酯部分与基于二醇的70摩尔％的乙二醇部分和30摩尔％的环己烷二甲醇部分的共聚酯。该coPEN将被称为PENg30。

图3至图9是在别处描述的层的本质上的变化、扩展或另选布置。例如，图3示出了包括聚碳酸酯层310、附加层320和剥离层330的三层光学膜300。图4示出了包括聚碳酸酯层410和剥离层430的三层光学膜400。图5示出了包括聚碳酸酯层510和剥离层530的三层光学膜500。图6示出了包括聚碳酸酯层610、附加层620和剥离层630的五层光学膜600。图7示出了包括聚碳酸酯层710、附加层720和剥离层730的五层光学膜700。图8示出了包括聚碳酸酯层810、附加层820和剥离层830的七层光学膜800。图9示出了包括聚碳酸酯层910、附加层920和剥离层930的七层光学膜900。所示的示例性构形是可能构形的子集，并且可由本领域技术人员根据制造、应用或其他类型的考虑来扩展或修改。

实施例

以下实施例展示了制备相对薄的、无雾的光学膜的若干方法，该光学膜具有低双折射，并且对弯曲循环也是稳健的。使用共挤出工艺形成具有载体基底的光学膜(或多个光学膜)的制造方法提供了尺寸稳定性以及附加层和剥离层中的一者或多者，但不应视为对本申请范围的限制。实施例示出了从多层共挤出工艺制造和分离单个层或双层的方法。通过常规的光学指标以及弯曲失效寿命，对所得实施例的膜质量进行了测量。

为了简明地描述各种示例性制造概念，将3种类型的层总地标记为A、B和C。在这些多层膜中使用的A层材料用作具有优异物理特性的高Tg(147℃)的各向同性基底；例如，聚碳酸酯。这些多层膜中的B层材料也可以是聚碳酸酯，但也可以是CoPEN聚酯，以获得优选的耐溶剂性和UV阻挡特性。示例性CoPEN为PENg30。这些多层膜中的C层材料优选为聚丙烯或共聚丙烯(至少70重量％)与SEBS/SEPS嵌段共聚物的共混物。C层还可任选地包含能够与这些材料共挤出以增强膜浇铸过程中的静电钉扎的烯属抗静电剂。C(剥离)层被设计为在B和C层之间每英寸膜宽度提供约5克至40克的剥离力粘附力。每个实施例的具体组成细节如下。

材料

表1

测试方法

光学测量

在去除所有可剥离层的情况下，在BYK Gardner HAZE-GARD PLUS仪器上进行透射率、雾度和透明度的常规光学测量。使用Axometrics AXOSCAN光谱Mueller矩阵旋光仪进行光偏振延迟测量。AXOSCAN从在420nm-700nm波长范围内的法向入射光谱扫描得出R0，并从在波长＝589nm处围绕光学“快”和“慢”轴线的一组倾斜测量得出Rth。AXOSCAN根据以下公式计算Rth：

Rth＝((nx+ny)/2–nz)d；其中d＝膜厚度。

动态折叠测试

使用动态折叠测试仪评估保护膜对多个折叠事件的耐久性。动态折叠测试仪具有两个共面的板，这些板具有平行的枢转轴线，其中两个板均可旋转90度以彼此面对。将闭合时板之间的间隙设定为约8mm，从而使弯曲半径为约4mm。使用机械切割机将每个样品的7"×1.5"片进行转换。使用1.5"宽的双面胶条带将每个样品构造的两个重复样品附接到折叠板。将胶带施加到板上，使得在折叠轴线的任一侧上存在约15mm(弯曲半径的3倍)宽的自由区域，其中膜不受约束。

对于所测试的每个示例性膜，测试了4个折叠取向，这些折叠取向与膜在共挤出工艺中被制造的取向相关。

1.在挤出纵向(MD)上折叠，其中侧面1(PC侧)朝外

2.在挤出纵向(MD)上折叠，其中侧面2(与PC侧相对的一侧)朝外

3.在挤出横向(TD)上折叠，其中侧面1(PC侧)朝外

4.在挤出横向(TD)上折叠，其中侧面2(与PC侧相对的一侧)朝外

在这4个取向中的每个取向上报告每个样品的动态折叠测试结果，并且每个实施例/取向具有两个重复样品(即1TD和2TD是在从挤出机的横向的取向上测试的第一样品和第二样品)。动态折叠失效测试对设置和可变性有些敏感，并且用附加的重复样品提高了结果的置信度。

折叠率设定为大约30次折叠/分钟，并且测试进行200,000次循环或直到所有样品均已失效。样品在前10,000次循环中大约每1000次循环进行目视检查，并且在大约每5,000次至10,000次循环折叠至多100,000次，然后在介于10,000次至25,000次循环之间折叠至多200,000次，以发现失效迹象诸如涂层开裂、分层或混浊等。当样品出现这些视觉缺陷类型中的任何一种时，其被设计为失效的并且折叠停止。

分层剥离力测试

这些测量是使用得自马萨诸塞州奥考德的伊玛斯公司(IMASS,Inc,Accord,MA)的IMASS SP-2100进行的，其中将基膜用胶带粘着至刚性平坦玻璃板。该测量的条件如下：90度剥离；60英寸/分钟的滑动速度；并且在剥离的行程距离上对剥离力求平均值。所得剥离力值以克/英寸给出。

膜厚度，折射率

用得自Metricon公司的2010/M型棱镜耦合器和633nm激光源测量膜厚度和折射率。

共挤出工艺

为这些实施例生产的多层膜制品在共挤出设备上使用16层概念来产生(ABC/ABC/ABC/ABC/ABC/A)的层结构，以构成5层分组加基础层。这种16层概念很好地用于生产非常薄的膜层，随后将其分离以产生(5)个由ABC层分组构成的非常薄的平坦三层膜。在随后的对每个实施例的测量之前，去除可剥离层(C)。

通过25mm双螺杆挤出机(TSE)将树脂挤出通过颈管和齿轮泵到16层进料块和模头的A层中来制备(A)层。该熔融装置组件使用峰值温度为约305℃的渐进式温度挤压型材。通过具有峰值在285℃处或附近的渐进式温度型材的27mm TSE将上述树脂挤出通过颈管和齿轮泵到16层进料块和模头中来制备中间(B)层。通过18mm TSE将上述树脂挤出通过颈管和齿轮泵到16层进料块和模头中来制备芯(C)层。再次使用峰值温度为290℃的渐进式温度型材。将进料块/模头保持在285℃的目标温度下，同时在约120℃至160℃下运行浇铸冷却轮。将浇铸料片静电钉扎在冷却轮上，并针对各种材料组膜实施例制备12密耳至24密耳的16层膜。所有TSE都由一个或多个筒区组成，这些筒区被设计用于抽真空和脱挥发分以消除树脂粒料干燥的需要。调节进料速率以调节层厚度。

实施例描述

表2

这些实施例的PENg30材料是由基于酯的100摩尔％的萘二甲酸酯部分与基于二醇的70％的乙二醇部分和30％的环己烷二甲醇部分组成的共聚酯。这些实施例中的PETg材料为得自伊斯特曼化学公司的Eaststar GN071材料。用于这些实施例的Kraton材料可以Kraton 1645商购获得。

随着膜的剥离，所得的用于测量的膜由PC的单个膜(实施例10、11)或PC+PENg的双层膜(实施例1-6)或PC+PETg的双层膜(实施例7-9)组成。PC和PENg30层之间测得的剥离力超过100g/in(每英寸膜宽度的粘附力)，而PENg30和SR549/Kraton共混物之间的剥离力记录为5g/in-10g/in(每英寸膜宽度的粘附力)。

比较例1、2(CE-1、CE-2)

将得自日本东京的三菱工程塑料株式会社的低粘度高熔体流动PC树脂IUPILONHL-4000挤出并制成类似实施例1-9的膜，以在动态弯曲疲劳测试中比较与得自日本东京的三菱工程塑料株式会社的较高粘度低熔体流动PC树脂IUPILON E-2000相比的失效率。本领域技术人员可以理解，聚碳酸酯的分子量影响所得膜的残余应力和脆性两者。用低粘度/低分子量聚碳酸酯制造膜往往会减轻膜应力并降低光学延迟测量，但通常会导致较差的动态弯曲疲劳测试结果和增加的脆性。我们的比较例来自于具有以下特性的可商购获得聚碳酸酯：

表3

光学测量结果

表4

动态折叠结果

表5

例如，重复样品1MD和2MD是从采购挤出设备在纵向(MD)上测试的第一样品和第二样品。重复样品1TD和2TD是从采购挤出设备在横向(TD)上测试的第一样品和第二样品。星号表示对比较例的那些测试仅运行到50K，并且至该点没有显示失效；这些测试没有运行到实施例所经受的全部200K折叠循环。

本发明不应被视为限于上述具体实施例和实施方案，因为详细描述此类实施方案是为了便于说明本发明的各个方面。相反，本发明应被理解为涵盖本发明的所有方面，包括落在由所附权利要求书及其等同物所限定的本发明的范围内的各种修改、等同工艺和替代装置。

Claims (20)

1.一种光学膜，包括：

聚碳酸酯层，所述聚碳酸酯层具有第一主表面和第二主表面；

其中所述层的厚度在10微米至50微米之间；

其中所述光学膜在去除任意剥离层的情况下具有小于0.5％的平均雾度；

其中所述光学膜在去除任意剥离层的情况下具有小于25nm的平均面内延迟；

其中所述光学膜在去除任意剥离层的情况下具有小于75nm的平均面外延迟；并且

其中所述聚碳酸酯具有大于20,000的分子量。

2.根据权利要求1所述的光学膜，其中至少所述第一主表面或所述第二主表面暴露于空气。

3.根据权利要求1所述的光学膜，还包括设置在所述第一主表面上的不包含聚碳酸酯的保护层。

4.根据权利要求3所述的光学膜，其中所述保护层包含聚萘二甲酸乙二醇酯、或其共聚物或共混物。

5.根据权利要求4所述的光学膜，其中所述保护层增加所述光学膜的耐化学品性或UV吸收。

6.根据权利要求3所述的光学膜，其中所述保护层包含聚丙烯、或其共聚物或共混物。

7.根据权利要求1所述的光学膜，还包括设置在所述第一主表面上的第一保护层和设置在所述第二主表面上的第二保护层，所述第一保护层和所述第二保护层不包含聚碳酸酯。

8.根据权利要求7所述的光学膜，其中所述第一保护层和所述第二保护层为相同的材料。

9.根据权利要求7所述的光学膜，其中所述第一保护层和所述第二保护层为不同的材料。

10.一种多层光学膜，包括多个根据权利要求1所述的光学膜，其中多个光学膜中的每个相邻对被不包含聚碳酸酯的保护层隔开。

11.根据权利要求10所述的多层光学膜，其中所述多个光学膜中的每个相邻对被不包含聚碳酸酯的第二保护层进一步隔开。

12.一种多层光学膜，包括多个根据权利要求1所述的光学膜以及至少一个第一保护层和至少一个第二保护层，所述第一保护层和所述第二保护层中的每一者都不包含聚碳酸酯，其中多个光学膜、至少一个第一保护层和至少一个第二保护层被构造成使得所述多个光学膜中的任何两个光学膜不直接相邻。

13.根据权利要求1或3所述的光学膜，其中所述光学膜的第一主表面和第二主表面暴露于空气，并且所述光学膜在动态折叠测试仪中超过10,000次循环后才失效。

14.根据权利要求13所述的光学膜，其中所述光学膜在动态折叠测试仪中超过30,000次循环后才失效。

15.根据权利要求14所述的光学膜，其中所述光学膜在动态折叠测试仪中超过50,000次循环后才失效。

16.一种发射显示器元件，包括根据权利要求1或3所述的光学膜。

17.根据权利要求16所述的发射显示器元件，其中所述发射显示器元件是柔性的。

18.一种显示装置，包括根据权利要求1或3所述的光学膜。

19.根据权利要求18所述的显示装置，其中所述显示装置是柔性的。

20.一种膜卷，包括根据权利要求1或3所述的光学膜。

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