CN116348792A - 含有具有红外吸收粘合层的多层光学制品的光学装置 - Google Patents
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Abstract
一种光学装置,该光学装置包括可见光源、可见光检测器和处于可见光源与可见光检测器之间的路径中的多层膜制品。多层膜制品包括光学膜层和光学透明粘合层。光学透明粘合层包括聚合物粘合剂基质和至少一种红外光吸收材料,该至少一种红外光吸收材料吸收在680纳米至1100纳米范围内的光。红外光吸收材料是有机染料。
Description
技术领域
本公开涉及含有光学透明粘合层的多层制品,该光学透明粘合层含有红外光吸收材料,并且涉及含有这些多层光学制品的装置。
背景技术
各种各样的光学制品和电子制品具有多层膜和基底。该多个层通常用粘合层彼此粘附。光学制品可具有广泛的用途,诸如感测制品、显示制品等。
发明内容
本文公开了多层光学制品和含有这些多层制品的光学装置。在一些实施方案中,光学装置包括指纹传感器。在一些实施方案中,被配置为感测手指(10)的存在的光学装置(300)包括:发射显示器(20),该发射显示器被配置为在从约420nm延伸至约680nm的可见波长范围内发射可见图像(21);可见光源(30,31,32),该可见光源被配置为发射具有在可见波长范围内的第一波长(64)的光(30a,31a,32a);可见光检测器(40),该可见光检测器被配置为在所发射的光被手指反射(30b,31b,32b)之后检测所发射的光;和多层膜制品(50),该多层膜制品处于可见光源与可见光检测器之间的路径中。多层膜制品包括第一光学膜层(60),该第一光学膜层包括总计至少10层的多个聚合物层(61,62),每个聚合物层具有小于约400nm的平均厚度,使得对于入射到第一光学膜层上的入射光(70)并且对于至少一种偏振态(x轴),多个聚合物层针对小于约5度的第一入射角(θ)和大于约45度的第二入射角中的每一者反射具有第一波长的入射光的至少70%,针对第一入射角反射具有在从约680nm延伸至约1100nm的红外波长范围内的第二波长(65)的入射光的至少70%,并且针对第二入射光透射具有第二波长的入射光的至少40%。多层膜还具有光学透明粘合层(80),该光学透明粘合层设置在第一光学膜层的至少一部分上,该光学透明粘合层包括聚合物粘合剂基质和至少一种红外光吸收材料,该至少一种红外光吸收材料吸收具有第二波长的光。
还公开了多层膜制品。在一些实施方案中,该多层膜制品包括具有第一主表面和第二主表面的第一光学膜层以及具有第一主表面和第二主表面的光学透明粘合层,其中光学透明粘合层的第一主表面设置在第一光学膜层的第二主表面的至少一部分上。光学透明粘合层包括聚合物粘合剂基质和至少一种红外光吸收材料,该至少一种红外光吸收材料吸收在680纳米至1100纳米范围内的光。
在一些实施方案中,多层光学制品包括具有第一主表面和第二主表面的第一光学膜层以及具有第一主表面和第二主表面的光学透明粘合层,其中光学透明粘合层的第一主表面设置在第一光学膜层的第二主表面的至少一部分上。光学透明粘合层包括聚合物粘合剂基质和至少一种红外光吸收材料,该至少一种红外光吸收材料包含二亚胺鎓(diimonium)染料、蒽醌染料、胺鎓(aminium)染料、花青染料、部花青鎓染料、克酮酸鎓(croconium)染料、芳酸鎓(squarylium)染料、萘嵌苯(rylene)染料、甘菊环鎓染料、聚次甲基(polymethyne)染料、萘醌染料、吡啶鎓染料、酞菁染料、萘酞菁(naphthalocyanine)染料、萘并内酰胺(naphthlolactam)染料、偶氮染料、靛蓝染料、芘酮染料、三萘嵌二苯(terrylene)染料、二噁嗪(dioxadine)染料、喹吖啶酮染料、异吲哚酮(isodorynone)染料、喹啉酞酮染料、吡咯染料或硫靛染料。
附图说明
参照以下结合附图对本公开的各种实施方案的详细说明,可更全面地理解本申请。
图1是DCC1至DCC4的涂层的透射率%的图。
图2是粘合剂实施例1的透射率%的图。
图3是粘合剂实施例2的透射率%的图。
图4是粘合剂实施例3的透射率%的图。
图5是粘合剂实施例4的透射率%的图。
图6是粘合剂实施例5的透射率%的图。
图7是粘合剂实施例6的透射率%的图。
图8是本公开的装置的截面图。
图9是本公开的多层膜制品的截面图。
图10是对于比较多层光学制品在不同入射角下的透射率%的图。
在所示实施方案的以下描述中,参考了附图并通过举例说明的方式在这些附图中示出了其中可实践本公开的各种实施方案。应当理解,在不脱离本公开的范围的情况下,可利用实施方案并且可进行结构上的改变。图未必按照比例绘制。图中使用的相似数字指代相似的部件。然而,应当理解,在给定图中使用数字指代部件不旨在限制另一个图中用相同数字标记的部件。
具体实施方式
多种光学制品具有多个层。该多个层通常用粘合层彼此粘附。这些粘合层具有多种期望或所需的特性。实现一些特性是非常复杂的过程。粘合层被设计成将两个膜或基底粘附在一起,但粘合层通常还需要附加特性。这些特性中的许多特性难以实现,因为赋予粘合层新的特性无法通过牺牲粘合特性来实现。
已经开发了一系列光学透明粘合特性来用于光学制品。这些粘合剂具有粘合特性并且也是光学透明的。这种特性组合使得它们非常适合广泛的用途。在一些用途中,期望光学透明粘合剂具有附加特性。然而,这些新的特性无法通过牺牲粘合特性或光学特性来实现。
在使用多层光学膜或基底的光学制品中有光学传感装置,诸如指纹传感器。在这些制品中,通常包括多层光学膜,该多层光学膜会反射入射光(包括IR(红外)光)。当入射光垂直于光学膜时,多层光学膜在反射入射光方面是有效的。然而,当入射光“离轴”时,意味着光不垂直于光学膜。特别地,当入射角在例如5°至60°范围内时,尽管仍被多层光学膜部分反射,但允许透射至少一些波长的IR光的至少40%。IR光可能是有问题的,因为它可能干扰信号。在使用中,离轴IR光是一个问题,因为它可穿透手指或以离轴角度绕过手指。图10示出了说明在法向入射和60°入射角下多层制品的透射率%的图。该图清楚地表明,在60°入射角下,大量IR光被透射,这些IR光在法向入射角下未被透射。因此,期望向传感器添加IR吸收层以吸收未被多层光学膜反射的离轴IR光。然而,在已经复杂的层组合中再添加另一层是不可取的。因此,期望对已经存在的层进行改性以实现所需的IR光吸收。由于多层制品中存在粘合层,因此期望用IR吸收剂对光学透明粘合剂(OCA)进行改性。然而,这种改性不会不利地影响该层的光学透明度。
在本发明中,公开了一种粘合层,该粘合层保持高水平的可见光透射率并且另外吸收IR光。这些粘合层包括具有IR吸收剂的光学透明粘合剂(OCA)。
多层光学制品可用于光学装置,诸如包括光源、光学检测器的装置,其中多层制品处于光源与光学检测器之间的光路中。
除非另外指明,否则说明书和权利要求书中所使用的表达结构尺寸、量和物理特性的所有数字在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此,除非有相反的说明,否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值,这些近似值可根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容来寻求获得的期望特性而变化。用端值来表述的数值范围包括该范围内所包含的所有数字(如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)及该范围内的任何范围。
除非内容另外明确指明,否则如本说明书和所附权利要求书中所使用的,单数形式“一个”、“一种”和“所述”涵盖了具有多个指代物的实施方案。例如,对“一层”的引用涵盖了具有一个层、两个层或更多个层的实施方案。除非内容另外明确指明,否则如本说明书和所附权利要求书中所使用的,术语“或”一般以包括“和/或”的意义使用。
如本文所用,术语“粘合剂”是指可用于将两个粘附体粘附在一起的聚合物组合物。粘合剂的示例为压敏粘合剂。
本领域的普通技术人员熟知压敏粘合剂组合物具有包括如下在内的特性:(1)有力且持久的粘着性,(2)用手指按压就能进行粘附,(3)足够的保持到粘附体上的能力,和(4)足够的内聚强度以从粘附体上干净地移除。经发现良好地用作压敏粘合剂的材料为经设计和配制而表现出所需粘弹特性,从而使得粘性、剥离粘附力和剪切保持力达到期望平衡的聚合物。获得特性的适当平衡不是简单的方法。
术语“(甲基)丙烯酸酯”是指醇的单体丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体或低聚物在本文中通称为“(甲基)丙烯酸酯”。被称为“(甲基)丙烯酸酯官能”的材料为含有一个或多个(甲基)丙烯酸酯基团的材料。描述为“基于(甲基)丙烯酸酯”的聚合物含有至少一种(甲基)丙烯酸酯单体的大部分重量,并且可含有其它烯键式不饱和共聚单体。
术语“室温”和“环境温度”能够互换使用,意指在20℃至25℃范围内的温度。
术语“Tg”和“玻璃化转变温度”可互换使用。如果测量,除非另有说明,否则Tg值通过差示扫描量热法(DSC)以10℃/分钟的扫描速率测定。通常,不测量共聚物的Tg值,而是使用熟知的Fox公式,使用由单体供应商提供的单体Tg值来计算该值,如本领域技术人员所理解的。
如本文所用,术语“相邻”在针对两层时意指,这两层相互毗邻,其间没有居间的开口空间。它们可以彼此直接接触(例如,层合在一起)或者可以存在居间层。
如本文所用,术语“聚合物”和“大分子”与它们在化学中的常见用法一致。聚合物和大分子由许多重复的亚基组成。如本文所用,术语“大分子”用于描述具有多个重复单元的附接到单体的基团。术语“聚合物”用于描述由聚合反应形成的所得材料。
术语“烷基”是指为烷烃基的一价基团,该烷烃为饱和烃。烷基可为直链的、支链的、环状的或它们的组合,并且通常具有1至20个碳原子。在一些实施方案中,烷基基团含有1至18个、1至12个、1至10个、1至8个、1至6个或1至4个碳原子。烷基基团的示例包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正已基、环己基、正庚基、正辛基和乙基己酯。
术语“烷亚基”是指为烷烃的基团的二价基团。烷亚基可为直链的、支链的、环状的或它们的组合。烷亚基通常具有1至20个碳原子。在一些实施方案中,烷亚基含有1至18个、1至12个、1至10个、1至8个、1至6个或1至4个碳原子。烷亚基的基团中心可在相同碳原子(即烷叉基)或不同碳原子上。
术语“杂烷亚基”是指包括至少两个通过硫基、氧基或-NR-连接的烷亚基基团的二价基团,其中R为烷基。杂烷亚基可以是直链的、支链的、环状的、被烷基基团取代的或它们的组合。一些亚杂烷基为聚氧化烯,其中杂原子为氧,诸如例如
-CH2CH2(OCH2CH2)nOCH2CH2-。
术语“自由基聚合性的”和“烯键式不饱和的”可互换使用,并且是指含有能够经由自由基聚合机制聚合的碳-碳双键的反应性基团。
除非另外指明,否则术语“光学透明的”和“可见光透射的”可互换使用,并且是指在可见光光谱(约400nm至约700nm)的至少一部分上具有高透光率的制品、膜或粘合剂。通常,光学透明制品的可见光透射率为未从表面反射的入射光的至少80%,并且雾度小于10%。
除非另外指明,否则“光学透明的”是指在可见光光谱(约400nm至约700nm)的至少一部分的范围内具有高透光率并表现出低雾度(通常小于约5%,或者甚至小于约2%)的粘合剂或制品。在一些实施方案中,光学透明制品表现出在50微米厚度下小于1%或者甚至在50微米的厚度下0.5%的雾度。通常,光学透明制品具有至少95%、通常更高诸如97%、98%或者甚至99%或更高的可见光透射率。
如本文所用,术语“红外光吸收”、“IR光吸收”或“IR吸收”可互换使用并且是指吸收在约680nm至1100nm的红外光光谱的至少一些部分上的光的材料。
本文公开了多层膜制品。在一些实施方案中,该多层膜制品包括具有第一主表面和第二主表面的第一光学膜层以及具有第一主表面和第二主表面的光学透明粘合层,其中光学透明粘合层的第一主表面设置在第一光学膜层的第二主表面的至少一部分上。光学透明粘合层包括聚合物粘合剂基质和至少一种红外光吸收材料,该至少一种红外光吸收材料吸收在680纳米至1100纳米范围内的光。这些含有红外光吸收材料的光学透明粘合层可按两种不同的方式来描述,即通过光吸收特性和通过组成特性来描述。在一些实施方案中,至少一种红外光吸收材料在680纳米至1100纳米的最小透射率与在500纳米处的透射率的比率为0至0.5。在一些实施方案中,该比率小于0.4、小于0.3、小于0.2、小于0.1、或甚至小于0.05。因此,光学透明粘合层会透射可见光并且吸收IR光。在其它实施方案中,光学透明粘合层是通过红外吸收材料(通常为红外吸收染料)的化学描述来描述。下面给出合适的红外吸收染料的描述。
合适的光学透明压敏粘合剂组合物有多种多样。压敏粘合剂组分可以是单一压敏粘合剂,或者压敏粘合剂可以是两种或更多种压敏粘合剂的组合。
合适的压敏粘合剂包括例如基于天然橡胶、合成橡胶、苯乙烯嵌段共聚物、聚乙烯醚、聚(甲基)丙烯酸酯(包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯两者)、聚烯烃或有机硅的那些压敏粘合剂。
特别合适的是基于(甲基)丙烯酸酯的压敏粘合剂。在一些实施方案中,基于(甲基)丙烯酸酯的压敏粘合剂为如下所述的可辐射固化的压敏粘合剂。在其它实施方案中,基于(甲基)丙烯酸酯的压敏粘合剂不是可辐射固化的。
光学透明的基于(甲基)丙烯酸酯的压敏粘合剂可以是包含一种或多种(甲基)丙烯酸烷基酯单体与其它烯键式不饱和单体的组合的(甲基)丙烯酸酯共聚物。可用的(甲基)丙烯酸烷基酯(即,丙烯酸烷基酯单体)包括非叔烷基醇的直链或支链的单官能不饱和丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯,其烷基基团具有4至14个碳原子,并且具体地4至12个碳原子。通常,聚(甲基)丙烯酸压敏粘合剂衍生自例如至少一种(甲基)丙烯酸烷基酯单体,诸如例如丙烯酸异辛酯、丙烯酸异壬酯、丙烯酸2-甲基-丁酯、丙烯酸2-乙基-正己酯和丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸正辛酯、丙烯酸正壬酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸正癸酯、丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸异癸酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸4-甲基-2-戊酯和丙烯酸十二烷基酯;和至少一种共聚单体组分,诸如例如(甲基)丙烯酸、乙酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、(甲基)丙烯酰胺、乙烯基酯、富马酸酯、苯乙烯大分子单体、马来酸烷基酯和富马酸烷基酯(分别基于马来酸和富马酸)、或它们的组合。
特别合适的(甲基)丙烯酸酯系压敏粘合剂包括衍生自以下的共聚物:(A)至少一种单烯键式不饱和(甲基)丙烯酸烷基酯单体(即,丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯单体);以及(B)至少一个单烯键式不饱和自由基共聚的加强单体。增强性单体的均聚物玻璃化转变温度(Tg)高于(甲基)丙烯酸烷基酯单体的均聚物玻璃化转变温度,并且是提高所得共聚物的玻璃化转变温度和内聚强度的单体。本文中,“共聚物”是指含有两种或更多种不同单体的聚合物,包括三元共聚物、四元共聚物等。
单体A是单烯键不饱和丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯(即,(甲基)丙烯酸酯),有助于共聚物的柔韧性和粘着力。一般来讲,单体A的均聚物Tg不高于约0℃。通常,(甲基)丙烯酸酯的烷基基团具有平均约4个至约20个碳原子,或者平均约4个至约14个碳原子。烷基基团可任选地在链中含有氧原子,从而形成例如醚或烷氧基醚。单体A的示例包括但不限于丙烯酸-2-甲基丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸4-甲基-2-戊酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸仲丁酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸正癸酯、丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸异癸酯以及丙烯酸异壬酯。其它示例包括但不限于含有杂原子或杂原子基团(诸如羟基基团或杂亚烷基基团)的(甲基)丙烯酸酯单体。此类单体的示例包括HEA(丙烯酸羟乙酯)、HEMA(甲基丙烯酸羟乙酯)、聚乙氧基化的或聚丙氧基化的甲氧基(甲基)丙烯酸酯,诸如CARBOWAX的丙烯酸酯(可从Union Carbide商购获得)和NK酯AM90G(可从日本的Shin Nakamura化学公司商购获得)。可以使用各种被归类为单体A的单体的组合来制备共聚物。
为单烯键式不饱和自由基共聚的增强单体的单体B增加了共聚物的玻璃化转变温度和内聚强度。一般来讲,单体B具有至少约10℃的均聚物Tg。通常,单体B为增强(甲基)丙烯酸类单体,包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺或(甲基)丙烯酸酯。单体B的示例包括但不限于丙烯酰胺类,诸如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-乙基-N-氨基乙基丙烯酰胺、N-乙基-N-羟乙基丙烯酰胺、N,N-二羟乙基丙烯酰胺、叔丁基丙烯酰胺、N,N-二甲基氨基乙基丙烯酰胺以及N-辛基丙烯酰胺。单体B的其它示例包括衣康酸、巴豆酸、马来酸、富马酸、丙烯酸2,2-(二乙氧基)乙酯、丙烯酸2-羟乙酯或甲基丙烯酸2-羟乙酯、丙烯酸3-羟丙酯或甲基丙烯酸3-羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸2-(苯氧基)乙酯或甲基丙烯酸2-(苯氧基)乙酯、丙烯酸联苯酯、丙烯酸叔丁基苯酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸二甲基金刚烷酯、丙烯酸2-萘酯、丙烯酸苯酯、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮以及N-乙烯基己内酰胺。特别合适的可用作单体B的增强丙烯酸类单体包括丙烯酸和丙烯酰胺。归为单体B的多种增强单烯键不饱和单体的组合可以用于制备共聚物。在一些实施方案中,光学透明压敏粘合剂包含丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸2-羟基乙酯和丙烯酰胺的(甲基)丙烯酸酯共聚物。
合适的基于(甲基)丙烯酸酯的压敏粘合剂的另一示例是PCT公开号2013/025443中描述的可辐射固化的压敏粘合剂。该粘合剂是具有辐射反应性位点的(甲基)丙烯酸共聚物。通常,辐射反应性位点为可光交联的位点,并且更典型地为可UV交联的位点。(甲基)丙烯酸酯共聚物由两种或更多种类型的单体制备。这些单体中的至少一种单体是具有辐射反应性位点的(甲基)丙烯酸酯单体。通常,基于单体的总重量,具有辐射反应性位点的(甲基)丙烯酸酯单体的量为约0.1重量%、约0.2重量%或约0.3重量%。
在一些实施方案中,辐射反应性位点是可UV交联的位点。示例包括能够通过UV照射激发并从相同分子内或从不同(甲基)丙烯酸共聚物分子夺取氢自由基的结构。此类结构的示例包括二苯甲酮、苄基、邻-苯甲酰基苯甲酸酯结构、噻吨酮(thioxantone)、3-香豆素酮(ketocoumarin)、2-乙基蒽醌结构(ethylanthoraquinone)、樟脑醌等。所有上述结构皆能够通过UV照射激发并且从(甲基)丙烯酸共聚物分子夺取氢自由基并形成可形成交联剂的自由基。二苯甲酮是特别合适的。合适的单体的示例包括具有二苯甲酮结构的(甲基)丙烯酸酯,诸如4-丙烯酰氧基二苯甲酮、4-丙烯酰氧基乙氧基二苯甲酮、4-丙烯酰氧基-4'-甲氧基二苯甲酮、4-丙烯酰氧基乙氧基-4'-甲氧基二苯甲酮、4-丙烯酰氧基-4'-溴二苯甲酮、4-丙烯酰氧基乙氧基-4'-溴二苯甲酮、4-甲基丙烯酰氧基二苯甲酮、4-甲基丙烯酰氧基乙氧基二苯甲酮、4-甲基丙烯酰氧基-4'-甲氧基二苯甲酮、4-甲基丙烯酰氧基乙氧基-4'-甲氧基二苯甲酮、4-甲基丙烯酰氧基-4'-溴二苯甲酮、4-甲基丙烯酰氧基乙氧基-4'-溴二苯甲酮、以及它们的混合物。
除了含有辐射反应性位点的单体之外,(甲基)丙烯酸酯共聚物通常还含有(甲基)丙烯酸烷基酯,烷基基团中通常具有2个至26个碳原子。合适的(甲基)丙烯酸酯单体的示例包括丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸正辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸异辛酯、异壬基丙烯酸盐、丙烯酸癸酯、丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸异癸酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸十三烷酯、甲基丙烯酸十三烷酯、丙烯酸十四烷酯、甲基丙烯酸十四烷酯、丙烯酸十六烷酯、甲基丙烯酸十六烷酯、丙烯酸硬脂酰酯、甲基丙烯酸硬脂酰酯、丙烯酸异硬脂酰酯、甲基丙烯酸异硬脂酰酯、丙烯酸二十烷酯、甲基丙烯酸二十烷酯、丙烯酸二十六烷酯、甲基丙烯酸二十六烷酯、丙烯酸2-甲基丁酯、丙烯酸4-甲基-2-戊酯、甲基丙烯酸4-叔丁基环己酯、甲基丙烯酸环己酯、丙烯酸异冰片酯、它们的混合物等。通常,基于单体的总重量,一种或多种(甲基)丙烯酸烷基酯单体以60重量%、70重量%或80重量%的量存在。在一些实施方案中,基于单体的总重量,约95重量%或更少、92重量%或更少、或90重量%或更少。
可能合适的另一类光学透明压敏粘合剂是硅氧烷类粘合剂。硅氧烷类压敏粘合剂包括以下文献中描述的那些,例如,美国专利号5,527,578和5,858,545;以及PCT公开号WO00/02966。具体示例包括聚二有机硅氧烷聚脲共聚物及其共混物,例如美国专利6,007,914中描述的此类物质,以及聚硅氧烷-聚亚烷基嵌段共聚物。硅氧烷压敏粘合剂的其它示例包括由硅烷醇、有机硅氢化物、硅氧烷、环氧化物和(甲基)丙烯酸酯形成的那些。当硅氧烷压敏粘合剂由(甲基)丙烯酸酯官能的硅氧烷制备时,该粘合剂有时称为硅氧烷(甲基)丙烯酸酯。
各种各样的IR吸收材料适合用于本公开的光学透明粘合剂。在一些实施方案中,红外光吸收材料包含红外光吸收染料。在其它实施方案中,红外光吸收材料包含红外吸收纳米粒子。在其它实施方案中,红外光吸收材料包含红外光吸收染料和红外吸收纳米粒子的组合。通常,红外光吸收纳米粒子包含附聚的红外光吸收染料。在这些实施方案中,一些染料可分散在基质中,并且一些染料可作为纳米颗粒保持未分散。
各种各样的红外吸收染料是合适的。染料通常是在红外光谱的至少一些部分上吸收光的芳族化合物或盐。红外吸收染料的示例包括二亚胺鎓染料、蒽醌染料、胺鎓染料、花青染料、部花青鎓染料、克酮酸鎓染料、芳酸鎓染料、萘嵌苯染料(其涵盖四萘嵌三苯以及二萘嵌苯,和其它更高级的类似物染料以及下面列出的三萘嵌二苯染料)、甘菊环鎓染料、聚次甲基染料、萘醌染料、吡喃鎓染料、酞菁染料、萘酞菁染料、萘并内酰胺染料、偶氮染料、靛蓝染料、芘酮染料、三萘嵌二苯染料、二噁嗪染料、喹吖啶酮染料、异吲哚酮染料、喹啉酞酮染料、吡咯染料或硫靛染料。
合适的红外光吸收染料是可从BASF以商品名LUMOGEN商购获得的那些染料,诸如LUMOGEN IR765和LUMOGEN IR788;已知为“WDR-3”(CAS#211991-63-8)、“DBT BF4”(CAS#494762-23-1)的那些染料;以商品名EPOLIGHT购自Epolin的那些染料,诸如EPOLIGHT5839、EPOLIGHT 1117和EPOLIGHT 1178;以及购自H.W.Sand的SDA 7293。
在一些实施方案中,基于基质的总干重,IR光吸收染料或染料组合以0.1重量%至10重量%的含量存在于聚合物粘合剂基质中。在一些实施方案中,基于基质的总干重,IR光吸收染料或染料组合以1重量%-10重量%、或甚至2重量%-8重量%、或甚至2重量%-6重量%的含量存在于聚合物粘合剂基质中。
本发明的多层膜制品包括第一光学膜,在本文中称为第一光学膜。在一些实施方案中,光学膜包括单层光学膜。在其它实施方案中,光学膜包括多层光学膜。
如本文所用,术语“光学膜”是指可用于产生光学效应的膜。光学膜通常为含聚合物的膜,其可为单层或多层。光学膜为柔性的并且可具有任何合适的厚度。这些光学膜相对于电磁波谱的一些波长(例如,在电磁波谱的可见、紫外或红外区中的波长)通常为至少部分透射的、反射的、抗反射的、偏振的、光学透明的或漫射的。示例性光学膜包括但不限于:可见的镜面膜、彩色镜面膜、日光反射膜、准直膜、紫外反射膜、增亮膜、反射偏振膜(诸如双增亮膜)、吸收性偏振膜、光学透明的膜、有色膜以及抗反射性膜。
一些光学膜具有多个层,诸如多个含聚合物材料(例如,含有或不含有染料的聚合物)的层,或多个含金属材料和聚合物材料的层。一些光学膜具有折射率不同的交替的聚合物材料层。其它光学膜具有交替的聚合物层和含金属层。示例性光学膜在下列专利中有所描述:美国专利号6,049,419(Wheatley等人);美国专利号5,223,465(Wheatley等人);美国专利号5,882,774(Jonza等人);美国专利号6,049,419(Wheatley等人);美国专利号RE 34,605(Schrenk等人);美国专利5,579,162(Bjornard等人);和美国专利5,360,659(Arends等人)。
在一些实施方案中,多层膜制品还包括第二光学膜,其中第二光学膜具有第一主表面和第二主表面,其中第二光学膜的第一主表面与光学透明粘合层的第二主表面的至少一部分接触。
与第一光学膜一样,第二光学膜可包括单层光学膜或多层光学膜。上述用于第一光学膜的膜也适用于第二光学膜。第一光学膜和第二光学膜可以是相同的或不同的。
本文还公开了光学装置。该光学装置包括可见光源、可见光检测器和处于可见光源与可见光检测器之间的路径中的多层膜制品。多层膜制品已在上文进行了描述,并且透射可见光并吸收IR光。在一些实施方案中,该多层膜制品包括具有第一主表面和第二主表面的第一光学膜层以及具有第一主表面和第二主表面的光学透明粘合层,其中光学透明粘合层的第一主表面设置在第一光学膜层的第二主表面的至少一部分上。如上所述,光学透明粘合层包括聚合物粘合剂基质和至少一种红外光吸收材料,该至少一种红外光吸收材料吸收在680纳米至1100纳米范围内的光。在一些实施方案中,至少一种红外光吸收材料在680纳米至1100纳米的最小透射率与在500纳米处的透射率的比率为0至0.5。在一些实施方案中,该比率小于0.4、小于0.3、小于0.2、小于0.1、或甚至小于0.05。
合适的光学透明粘合剂、IR光吸收材料和光学膜均已在上文详细描述。在一些实施方案中,多层膜制品还包括第二光学膜,其中第二光学膜具有第一主表面和第二主表面,其中第二光学膜的第一主表面与光学透明粘合层的第二主表面的至少一部分接触。
本公开的光学装置的示例是感测装置。感测装置的示例是指纹感测装置。通过参考附图,可更全面地理解本公开。在下面的实施例部分中讨论了图1至图7。图8示出了光学装置300的截面图。光学装置300被配置为感测手指10的存在。光学装置300包括多层构造,该多层构造包括发射显示器20、光重定向膜90、多层膜层50和可见光探测器40。发射显示器20被配置为在约420nm至约680nm的可见波长范围内发射可见图像21。可见光源30、31和32被配置为发射具有在可见波长范围内的第一波长64的光30a、31a和32a。可见光检测器40被配置为在所发射的光被手指10反射为30b、31b和32b之后检测所发射的光。光重定向膜90被设计成改变从手指10反射的发射光(30b,31b,32b)的方向。光重定向膜90包括至少一个光学透镜91。多层膜层50位于可见光源与可见光检测器之间的光路中,并且在图9中更详细地示出。
图9示出了上述装置300的多层膜制品50的截面图。多层膜制品50包括第一多层光学膜层60和光学透明粘合层80。第一多层光学膜层60包括总计至少10层的多个交替聚合物层61和62,每个聚合物层具有小于约400nm的平均厚度。多层膜层60被配置为使得对于入射到第一光学膜层上的入射光70并且对于至少一种偏振态(x轴),多个聚合物层针对小于约5度的第一入射角(θ)和大于约45度的第二入射角中的每一者反射具有在可见波长范围内的第一波长64的入射光的至少70%,并且针对第一入射角反射具有在从约680nm延伸至约1100nm的红外波长范围内的第二波长65的入射光的至少70%。多层膜层60针对第二入射光透射具有第二波长65的入射光的至少40%。多层制品60任选地还包括一个或多个表层63,每个表层具有大于约500nm的平均厚度。光学透明粘合层80包括聚合物粘合剂基质和至少一种红外光吸收材料,该至少一种红外光吸收材料吸收具有第二波长的光。
图10示出了多层制品60的透射率%的图,其中多层制品不包括具有红外吸收材料的光学透明粘合层80。该图表明,对于入射角为60°的入射光,多层制品允许透射波长65的红外光。本文公开的制品的光学透明粘合层80被设计成吸收未被多层制品60反射的这种红外光。
实施例
这些实施例仅为了进行示意性的说明,并非意在限制所附权利要求书的范围。除非另外指明,否则实施例以及说明书的余下部分中的所有份数、百分数、比率等均按重量计。除非另外指明,否则所用溶剂和其它试剂均从Sigma-Aldrich Chemical公司;Milwaukee,Wisconsin获得。
缩写表
测试方法
透射率%
使用Lambda 900分光光度计在400纳米至1200纳米的波长范围内测试样品的透射率%。
染色聚合物溶液的制备
溶液1:
将0.0106克DYE-4(IR 788)加入到2.14克甲苯中,超声处理1小时,然后与1.32克15%CAB的甲基乙基酮溶液混合。CAB聚合物溶液部分地分离并且必须经超声处理以用甲苯-染料共混物再溶解CAB。
溶液2:
将0.0128克DYE-3(IR 765)加入到1.736克1-甲氧基-2-丙醇中,超声处理1小时,然后与1.70克15%CAB的甲基乙基酮溶液混合。
溶液3:
将0.0105克DYE-1(WDR-3)加入到2.01克甲基乙基酮中,超声处理1小时,然后与1.35克15%CAB的甲基乙基酮溶液混合。
溶液4:
将0.0101克DYE-2(DBT BF4)加入到2.00克甲基乙基酮中,超声处理1小时,然后与1.36克15%CAB的甲基乙基酮溶液混合。
含染料涂层实施例1至4(DCC1至DCC4)
实施例DCC1至DCC4如下制备:用#26绕线Meyer棒分别将溶液1至4中的每一种溶液涂覆在PET膜上,并在160℉(71℃)下干燥每个涂层2分钟。测量透射率%并且在图1中示出。
(甲基)丙烯酸酯粘合剂-1的制备
制备质量比为65/18/14/3的2-EHA/EHMA/HEA/Acm的混合物,并用乙酸乙酯稀释以提供50质量%的单体浓度。然后以基于单体组分为0.15质量%的比率添加引发剂,并且将混合物装入玻璃瓶中,在该玻璃瓶中氮气吹扫10分钟。随后,将瓶密封,同时保持在惰性气氛下并放置在55℃的恒温浴中6小时。反应温度然后升高至75℃,再保持4小时。获得了透明的粘稠溶液。所获得的丙烯酸共聚物的重均分子量为563,000道尔顿,如通过凝胶渗透色谱法对照聚苯乙烯标准测量。
含染料粘合剂实施例1至6(DCAE-1至DCAE-6)的制备和测试粘合剂实施例-1
(DCAE-1)
基于干共聚物质量分别以0.05质量%、0.6质量%和2质量%的比率,向(甲基)丙烯酸酯粘合剂-1的溶液中加入硅烷、聚异氰酸酯和DYE-1。将所制备的溶液涂覆衬垫-1上,并于70℃下在烘箱中干燥达20分钟。在干燥之后PSA的厚度为25微米。随后,将该PSA表面与衬垫-2层合。测量透射率%,如图2所示。
粘合剂实施例-2(DCAE-2)
基于干共聚物质量分别以0.05质量%、0.6质量%、2质量%和2质量%的比率,向(甲基)丙烯酸酯粘合剂-1的溶液中加入硅烷、聚异氰酸酯、DYE-1和DYE-5。将所制备的溶液涂覆衬垫-1上,并于70℃下在烘箱中干燥达20分钟。在干燥之后PSA的厚度为25微米。随后,将该PSA表面与衬垫-2层合。测量透射率%,如图3所示。
粘合剂实施例-3(DCAE-3)
基于干共聚物质量分别以0.05质量%、0.6质量%、2质量%、2质量%和0.2质量%的比率,向(甲基)丙烯酸酯粘合剂-1的溶液中加入硅烷、聚异氰酸酯、DYE-1、DYE-5和DYE-3。将所制备的溶液涂覆衬垫-1上,并于70℃下在烘箱中干燥达20分钟。在干燥之后PSA的厚度为25微米。随后,将该PSA表面与衬垫-2层合。测量透射率%,如图4所示。
粘合剂实施例-4(DCAE-4)
基于干共聚物质量分别以0.05质量%、0.6质量%、2质量%和1.5质量%的比率,向(甲基)丙烯酸酯粘合剂-1的溶液中加入硅烷、聚异氰酸酯、DYE-1和DYE-6。将所制备的溶液涂覆衬垫-1上,并于70℃下在烘箱中干燥达20分钟。在干燥之后PSA的厚度为25微米。随后,将该PSA表面与衬垫-2层合。测量透射率%,如图5所示。
粘合剂实施例-5(DCAE-5)
基于干共聚物质量分别以0.05质量%、0.6质量%、2质量%和1.5质量%的比率,向(甲基)丙烯酸酯粘合剂-1的溶液中加入硅烷、聚异氰酸酯、DYE-1和DYE-7。将所制备的溶液涂覆衬垫-1上,并于70℃下在烘箱中干燥达20分钟。在干燥之后PSA的厚度为25微米。随后,将该PSA表面与衬垫-2层合。测量透射率%,如图6所示。
粘合剂实施例-6(DCAE-6)
基于干共聚物质量分别以0.05质量%、0.6质量%、2质量%和1.5质量%的比率,向(甲基)丙烯酸酯粘合剂-1的溶液中加入硅烷、聚异氰酸酯和DYE-8。将所制备的溶液涂覆衬垫-1上,并于70℃下在烘箱中干燥达20分钟。在干燥之后PSA的厚度为25微米。随后,将该PSA表面与衬垫-2层合。测量透射率%,如图7所示。
Claims (7)
1.一种光学装置(300),所述光学装置被配置为感测手指(10)的存在,所述光学装置包括:
发射显示器(20),所述发射显示器被配置为在从约420nm延伸至约680nm的可见波长范围内发射可见图像(21);
可见光源(30,31,32),所述可见光源被配置为发射具有在所述可见波长范围内的第一波长(64)的光(30a,31a,32a);
可见光检测器(40),所述可见光检测器被配置为在所发射的光被所述手指反射(30b,31b,32b)之后检测所发射的光;和
多层膜制品(50),所述多层膜制品处于所述可见光源与所述可见光检测器之间的路径中,其中所述多层膜制品包括:
第一光学膜层(60),所述第一光学膜层包括总计至少10层的多个聚合物层(61,62),每个所述聚合物层具有小于约400nm的平均厚度,使得对于入射到所述第一光学膜层上的入射光(70)并且对于至少一种偏振态(x轴),所述多个聚合物层:
针对小于约5度的第一入射角(θ)和大于约45度的第二入射角中的每一者反射具有所述第一波长的所述入射光的至少70%;
针对所述第一入射角反射具有在从约680nm延伸至约1100nm的红外波长范围内的第二波长(65)的所述入射光的至少70%;并且
针对所述第二入射光透射具有所述第二波长的所述入射光的至少40%;和
光学透明粘合层(80),
所述光学透明粘合层设置在所述第一光学膜层的至少一部分上,并且其中所述光学透明粘合层包括:
聚合物粘合剂基质;和
至少一种红外光吸收材料,所述至少一种红外光吸收材料吸收具有所述第二波长的光。
2.根据权利要求1所述的光学装置,其中所述至少一种红外光吸收材料在680纳米至1100纳米的最小透射率与在500纳米处的透射率的比率为0至0.5。
3.一种多层膜制品,所述多层膜制品包括:
第一光学膜层,所述第一光学膜层具有第一主表面和第二主表面;和
光学透明粘合层,所述光学透明粘合层具有第一主表面和第二主表面,其中所述光学透明粘合层的所述第一主表面设置在所述第一光学膜层的所述第二主表面的至少一部分上,并且其中所述光学透明粘合层包括:
聚合物粘合剂基质;和
至少一种红外光吸收材料,所述至少一种红外光吸收材料吸收在680纳米至1100纳米范围内的光。
4.根据权利要求3所述的多层膜制品,其中所述至少一种红外光吸收材料在680纳米至1100纳米的最小透射率与在500纳米处的透射率的比率为0至0.5。
5.根据权利要求3所述的多层膜制品,其中所述第一光学膜包括单层光学膜或多层光学膜。
6.根据权利要求3所述的多层膜制品,所述多层膜制品还包括第二光学膜,其中所述第二光学膜具有第一主表面和第二主表面,其中所述第二光学膜的所述第一主表面与所述光学透明粘合层的所述第二主表面的至少一部分接触。
7.一种多层膜制品,所述多层膜制品包括:
第一光学膜层,所述第一光学膜层具有第一主表面和第二主表面;和
光学透明粘合层,所述光学透明粘合层具有第一主表面和第二主表面,其中所述光学透明粘合层的所述第一主表面设置在所述第一光学膜层的所述第二主表面的至少一部分上,并且其中所述光学透明粘合层包括:
聚合物粘合剂基质;和
至少一种红外光吸收材料,所述至少一种红外光吸收材料包含二亚胺鎓染料、蒽醌染料、胺鎓染料、花青染料、部花青鎓染料、克酮酸鎓染料、芳酸鎓染料、萘嵌苯染料、甘菊环鎓染料、聚次甲基染料、萘醌染料、吡啶鎓染料、酞菁染料、萘酞菁染料、萘并内酰胺染料、偶氮染料、靛蓝染料、芘酮染料、三萘嵌二苯染料、二噁嗪染料、喹吖啶酮染料、异吲哚酮染料、喹啉酞酮染料、吡咯染料或硫靛染料。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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