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Querverweis auf verwandte
Anmeldungen
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Diese
Anmeldung nimmt das Vorrecht der vorläufigen US-Anmeldung
Serien-Nr. 60/743124, eingereicht am 12. Januar 2006, in Anspruch.
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Hintergrund
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Verschiedene
Licht kollimierende Filme sind bekannt. Siehe beispielsweise die
US-Patentschriften Nrn. 4,621,898 ;
5,204,160 ; und
6,398,370 . Solche Licht kollimierenden
Filme schließen typischerweise einen lichtdurchlässigen
Film ein, der eine Vielzahl von parallelen Rillen aufweist, wobei
die Rillen ein Licht absorbierendes Material umfassen.
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Licht
kollimierende Filme können nahe an eine Displayoberfläche,
Bildoberfläche oder andere Oberfläche, die betrachtet
werden soll, platziert werden. Bei normalem Einfall (d. h. 0 Grad
Betrachtungswinkel), bei dem ein Betrachter durch den Licht kollimierenden
Film in einer Richtung, die senkrecht zur Filmoberfläche
ist, auf ein Bild schaut, ist das Bild sichtbar. Wenn der Betrachtungswinkel
zunimmt, nimmt die Menge an Licht, die durch den Licht kollimierenden
Film durchtritt, ab, bis ein maximaler Betrachtungswinkel erreicht
ist, bei dem im Wesentlichen alles Licht durch das Licht absorbierende
Material abgeblockt wird und das Bild nicht länger sichtbar
ist. Dies kann einem Betrachter eine Privatsphäre bereitstellen,
indem die Betrachtung durch andere abgeblockt wird, die sich außerhalb
eines typischen Bereichs von Betrachtungswinkeln befinden.
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Licht
kollimierende Filme, die durch Formen und Ultraviolett-Härten
eines polymerisierbaren Harzes auf einem Polycarbonatsubstrat hergestellt
werden, sind im Handel von 3M Company, St. Paul, MN, unter der Handelsbezeichnung „3MTM Filters for Notebook Computers and LCD
Monitors" erhältlich.
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Licht
kollimierende Filme werden auch von Elecom, Japan, vertrieben.
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Die
Industrie fände einen Vorteil in einem Licht kollimierenden
Film, der aus alternativen polymerisierbaren Harzzusammensetzungen
hergestellt ist, wie Zusammensetzungen, die verbessertes Leistungsvermögen
oder Vorteile bei der Verarbeitung bereitstellen.
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Mikrostrukturierte
Gegenstände, wie Licht kollimierende Filme, werden beschrieben.
Die Licht kollimierenden Filme umfassen einen gehärteten,
transparenten Film mit einer Vielzahl von Licht absorbierenden Elementen.
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In
einer Ausführungsform umfasst der (z. B. Licht kollimierende)
mikrostrukturierte Film das Reaktionsprodukt eines polymerisierbaren
Harzes, das mindestens eine erste und zweite polymerisierbare Komponente, ausgewählt
aus difunktionellen (Meth)acrylatmonomeren, difunktionellen (Meth)acrylatoligomeren
und Gemischen davon, umfasst.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist der gehärtete,
transparente Film das Reaktionsprodukt eines polymerisierbaren Harzes
mit vorzugsweise einer Viskosität von weniger als 50.000
cps bei 25°C und umfasst der gehärtete, transparente
Film Mikrostrukturen zwischen Licht absorbierenden Elementen, wobei
die Mikrostrukturen einen eingeschlossenen Wandwinkel von weniger
als 6 Grad aufweisen.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist der gehärtete,
transparente Film auf einem Polyesterfilm angeordnet, weisen die
Mikrostrukturen einen eingeschlossenen Wandwinkel von weniger als
6 Grad auf und weist der Licht kollimierende Film eine Steifheit
von mindestens 65 N/mm oder eine Dicke von weniger als 535 μm und
eine Steifheit von mindestens 50 N/mm auf.
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Jede
dieser Ausführungsformen kann ferner ein beliebiges oder
eine Kombination von verschiedenen anderen Merkmalen einschließen.
In einem Gesichtspunkt umfasst der gehärtete, transparente
Film Mikrostrukturen (z. B. zwischen Licht absorbierenden Elementen)
und weisen die Mikrostrukturen eine mittlere Höhe D, eine
mittlere Breite an ihrem breitesten Teil W auf und beträgt
D/W mindestens 1,75. Die Mikrostrukturen können einen eingeschlossenen
Wandwinkel von weniger als 6 Grad (z. B. weniger als 4 Grad) aufweisen.
Der Licht kollimierende Film weist vorzugsweise eine Durchlässigkeit
bei einem Einfallswinkel von 0° von mindestens 56% auf.
Das polymerisierbare Harz kann eine erste polymerisierbare Komponente
mit einer Viskosität von mindestens etwa 5000 cps bei 60°C
umfassen und eine zweite polymerisierbare Komponente weist eine Viskosität
von nicht mehr als etwa 75% oder nicht mehr als etwa 50% der Viskosität
der ersten polymerisierbaren Komponente auf. Die erste polymerisierbare
Komponente kann in einem Verhältnis vorliegen, das im Bereich
von 4:1 bis 1:4 im Hinblick auf die zweite polymerisierbare Komponente
liegt. Die Kombination aus den ersten und zweiten polymerisierbaren
Komponenten kann in einer Menge vorliegen, die im Bereich von etwa 50
Gew.-% bis etwa 90 Gew.-% der gesamten polymerisierbaren Harzzusammensetzung
liegt. Die erste polymerisierbare Komponente kann ein aliphatisches
Urethandiacrylatoligomer umfassen. Die erste und/oder zweite polymerisierbare
Komponente kann ein Bisphenol-A-ethoxyliertes Diacrylat umfassen.
Ein Homopolymer der zweiten polymerisierbaren Komponente weist vorzugsweise
einen Zugelastizitätsmodul, wie gemäß ASTM
D5026-01 gemessen, von weniger als 1 × 108 Pa bei 25°C auf und ein Homopolymer
der ersten polymerisierbaren Komponente weist vorzugsweise einen
um mindestens 5 × 107 Pa bei 25°C
größeren Modul als das Homopolymer der zweiten
polymerisierbaren Komponente auf.
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In
weiteren Ausführungsformen werden polymerisierbare Harzzusammensetzungen
beschrieben, umfassend mindestens etwa 20 Gew.-% von mindestens
einem aliphatischen Urethan(meth)acrylatoligomer; mindestens etwa
20 Gew.-% von mindestens einem Bisphenol-A-ethoxylierten Diacrylat;
und 2 Gew.-% bis 25 Gew.-% eines Vernetzungsmittels mit mindestens
drei (Meth)acrylatgruppen.
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Das
Vernetzungsmittel ist vorzugsweise bei Umgebungstemperatur eine
Flüssigkeit. Die Zusammensetzung kann ferner monofunktionelle(s)
(Meth)acrylat-Verdünnungsmittel umfassen. Das Verdünnungsmittel ist
auch vorzugsweise flüssig bei Zimmertemperatur. In einigen
Gesichtspunkten ist die polymerisierbare Zusammensetzung frei von
methacrylat-funktionellem Monomer. In einigen Ausführungsformen
weist ein Homopolymer der polymerisierbaren Urethanoligomer-Komponente
einen Zugelastizitätsmodul, wie gemäß ASTM D5026-01 gemessen,
von mindestens 1 × 108 Pa bei 25°C
auf. Das (Die) Urethanoligomer(e) kann (können) in einem
Verhältnis vorliegen, das im Bereich von 4:1 bis 1:4 im
Hinblick auf das (die) Bisphenol-A-ethoxylierte(n) Diacrylat(e)
liegt. Dieses Verhältnis kann im Bereich von 3:1 bis 1:2
liegen oder im Bereich von 1:1 bis 1:4 liegen. Das Urethanoligomer
in Kombination mit dem Bisphenol-A-ethoxylierten Diacrylat liegen
in einer Menge vor, die im Bereich von etwa 50 Gew.-% bis 75 Gew.-%
der gesamten polymerisierbaren Harzzusammensetzung liegt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften mikrostrukturierten
Gegenstands.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften, Licht kollimierenden
Films.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines weiteren beispielhaften, Licht
kollimierenden Films.
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4 ist
ein Diagramm von Viskosität gegen Temperatur für
polymerisierbare Harzzusammensetzungen.
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5 ist
ein Diagramm von Elastizitätsmodul gegen Temperatur der
Homopolymere aus den verschiedenen polymerisierbaren Komponenten.
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Ausführliche Beschreibung
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Jetzt
werden Licht kollimierende Filme beschrieben, die einen (z. B. UV)
gehärteten, lichtdurchlässigen Film umfassen,
umfassend das Reaktionsprodukt einer polymerisierbaren Harzzusammensetzung.
Bevorzugte polymerisierbare Harzzusammensetzungen werden auch beschrieben.
Von solchen polymerisierbaren Harzzusammensetzungen wird vermutet,
dass sie von Nutzen bei der Herstellung von anderen lichtdurchlässigen
und/oder mikrostrukturierten Filmgegenständen sind.
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1 zeigt
einen beispielhaften mikrostrukturierten Filmgegenstand 100,
umfassend mindestens eine mikrostrukturierte Oberfläche 110.
Eine verkörperte, mikrostrukturierte Oberfläche,
die normalerweise für Licht kollimierende Filme eingesetzt
wird, schließt eine Vielzahl von Rillen 101a bis 101b ein.
Wie in 1 gezeigt, kann eine kontinuierliche Grundschicht 130 zwischen
der Basis der Rillen 120 und der gegenüberliegenden
(z. B. unstrukturierten, im Wesentlichen ebenen) Oberfläche 111 des
Films 100 vorliegen. In einer anderen Ausführungsform
können sich die Rillen ganz durch den Film hindurch erstrecken.
Der mikrostrukturierte Gegenstand schließt typischerweise
eine Basissubstratschicht 160 ein.
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2 zeigt
einen verkörperten, Licht kollimierenden Film 200,
bei dem die Rillen aus 1 Licht absorbierend gemacht
wurden, indem sie mit einem Licht absorbierenden Material 250 gefüllt
wurden. Das Licht absorbierende Material in der Gestalt des Einschnitts
der (z. B. Rille) Mikrostruktur wird hier als ein Licht absorbierendes
Element bezeichnet.
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3 zeigt
einen weiteren, verkörperten, Licht kollimierenden Film 300,
der ferner einen Deckfilm 370 einschließt, der
typischerweise derselbe Film ist wie die Basissubstratschicht 160,
die mit beispielsweise einem (z. B. UV-härtbaren Acrylat)
Klebstoff 310 an die mikrostrukturierte Oberfläche
gebunden ist.
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Wie
in den 2 oder 3 dargestellt, weisen die transparenten
Mikrostrukturen zwischen den Rillen einen eingeschlossenen Wandwinkel θ auf,
wie in 2 dargestellt, eine maximale Breite der transparenten
Mikrostruktur W; eine effektive Höhe D; einen Abstand Mitte-zu-Mitte
S; und einen maximalen Betrachtungsbereich ΦT.
Der Wandwinkel θ ist gleich dem Doppelten des Winkels,
der zwischen der Grenzfläche des transparenten Films mit
dem Licht absorbierenden Element fast entlang der Richtung der Abmessung „D"
und einer Ebene senkrecht zur mikrostrukturierten Oberfläche
gebildet wird. Der Betrachtungsbereich ΦT ist
etwa zweimal der maximale Betrachtungshalbwinkel. Der Betrachtungsbereich ΦT kann auch asymmetrisch sein, beispielsweise
wenn der Halbwinkel Φ1 nicht gleich
dem Halbwinkel Φ2 ist.
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Es
ist klar, dass die Durchlässigkeit sowohl ein Faktor des
polymerisierbaren Harzes des Licht kollimierenden Films als auch
des eingeschlossenen Wandwinkels ist. In einigen Ausführungsformen
beträgt die Durchlässigkeit bei einem Einfallswinkel
von 0° mindestens 56%. Die Durchlässigkeit bei
einem Einfallswinkel von 0° kann mindestens 70% (z. B.
71%, 72%, 73%, 74%, 75%) betragen. Die Durchlässigkeit
kann mit verschiedenen bekannten Techniken gemessen werden. Wie
hier verwendet, wurde die Durchlässigkeit entlang der Achse
mit einem Instrument gemessen, das im Handel von BYK Gardner unter
der Handelsbezeichnung „Haze-Guard Plus (Katalognr.
4725)" erhältlich ist.
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Licht
kollimierende Filme können hergestellt werden, die verhältnismäßig
große eingeschlossene Wandwinkel aufweisen. Größere
Wandwinkel können die maximale Breite der Licht absorbierenden
Regionen erhöhen, wodurch die prozentuale Durchlässigkeit
bei senkrechtem Einfall verringert wird.
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In
bevorzugten Ausführungsformen beträgt der eingeschlossene
Wandwinkel der Mikrostrukturen im Mittel weniger als 6° und
beträgt stärker bevorzugt im Mittel weniger als
5° (z. B. weniger als 4°, 3°, 2°,
1° oder 0°). Kleinere (d. h. steilere) Wandwinkel
sind geeignet, um Rillen mit einem verhältnismäßig
hohen Seitenverhältnis (D/W) bei einem kleineren Abstand
Mitte-zu-Mitte S herzustellen, wodurch ein schärferes Ende
der Bildsichtbarkeit bei geringeren Betrachtungswinkeln bereitgestellt
wird. In einigen Ausführungsformen weisen die (z. B. transparenten)
Mikrostrukturen eine mittlere Höhe D und eine mittlere
Breite an ihrem breitesten Teil W auf und D/W beträgt mindestens
1,75. In einigen Ausführungsformen liegt D/W bei 2,0, 2,5,
3,0 oder höher.
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Abhängig
von der angestrebten Endverwendung können Licht kollimierende
Filme mit einer Vielzahl von Betrachtungsendwinkeln hergestellt
werden. Im Allgemeinen liegt der Betrachtungsendwinkel im Bereich von
40° bis 90° oder noch höher. Die folgende
Tabelle 1 stellt beispielhafte Betrachtungsendwinkel als eine Funktion
des Seitenverhältnisses bereit. Tabelle
1
| Seitenverhältnis | Betrachtungswinkel
(°) |
| 1,50 | 120 |
| 1,75 | 100 |
| 2,0 | 90 |
| 3,0 | 60 |
| 4,0 | 48 |
| 5,0 | 40 |
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Für
Filme zur Wahrung der Privatsphäre bei Notebookcomputern
und Geldautomaten betragen die Betrachtungsendwinkel vorzugsweise
weniger als 60°. Jedoch können für Automobil-
und andere Verwendungen die Betrachtungsendwinkel im Bereich von
mehr als 100° bis 120° liegen.
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Licht
absorbierende Materialien, die zum Erzeugen von Licht absorbierenden
Bereichen in Licht kollimierenden Filmen der vorliegenden Erfindung
verwendbar sind, können jedes geeignete Material sein,
das derart funktioniert, dass es Licht mindestens in einem Teil
des sichtbaren Spektrums absorbiert oder abblockt. Vorzugsweise
kann das Licht absorbierende Material beschichtet oder anderweitig
in Rillen oder Kerben in einem lichtdurchlässigen Film
bereitgestellt werden, wodurch Licht absorbierende Bereiche in dem
lichtdurchlässigen Film erzeugt werden. Beispielhafte Licht
absorbierende Materialien schließen ein schwarzes oder
anderes Licht absorbierendes Farbmittel (wie Ruß oder ein
anderes Pigment oder Farbstoff oder Kombinationen davon) ein, die
in einem geeigneten Bindemittel dispergiert sind. Andere Licht absorbierende
Materialien können Teilchen oder andere streuende Elemente
einschließen, die derart funktionieren, dass sie Licht
daran hindern, durch die Licht absorbierenden Bereiche hindurchgelassen
zu werden.
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Das
Licht absorbierende Material kann im Wesentlichen dieselbe polymerisierbare
Harzzusammensetzung umfassen wie der Film mit der Ausnahme des Einschlusses
von Pigment oder Farbstoff. Die Menge an (z. B. Ruß) Farbmittel
beträgt typischerweise mindestens etwa 2 Gew.-% und nicht
mehr als etwa 10 Gew.-%. Eine beispielhafte Licht absorbierende
Zusammensetzung wird in Beispiel 3 aus
US-Patentschrift Nr. 6,398,370 beschrieben.
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Um
Reflexionen an der Grenzfläche zwischen lichtdurchlässigem
Film und Licht absorbierendem Material zu verringern, kann es wünschenswert
sein, den Brechungsindex des lichtdurchlässigen Filmmaterials an
den Brechungsindex des Licht absorbierenden Materials über
das gesamte oder einen Teil des sichtbaren Spektrums anzugleichen
oder nahezu anzugleichen. Demgemäß liegt der Unterschied
im Brechungsindex des gehärteten, transparenten Films im
Vergleich zu den (z. B. gehärteten) Licht absorbierenden
Elementen typischerweise im Bereich von 0 bis 0,002. Das Verringern
solcher Reflexionen verringert in der Regel die Erzeugung von Geisterbildern.
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Auch
wenn der Einschluss einer Vielzahl von parallelen, Licht absorbierenden
Rillen am gebräuchlichsten ist, kann der Licht kollimierende
Film in einer anderen Ausführungsform eine Vielzahl von
Licht absorbierenden Säulen einschließen, wie
in
2b von
US-Patentschrift Nr. 6,398,370 gezeigt.
Außerdem kann der Licht kollimierende Film, der hier beschrieben
wird, mit einem zweiten Licht kollimierenden Film kombiniert werden,
wie auch in
US-Patentschrift
Nr. 6,398,370 beschrieben.
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Der
Licht kollimierende Film kann andere Beschichtungen umfassen, die
typischerweise auf der freiliegenden Oberfläche bereitgestellt
werden. Verschiedene Deckschichten, Blendschutzbeschichtungen, Antireflexionsbeschichtungen,
antistatische und verschmutzungshemmende Beschichtungen sind auf
dem Fachgebiet bekannt. Siehe beispielsweise die
US-Veröffentlichungen Nrn. 2006/0251885 ;
2005/0249957 , PCT-Veröffentlichungen
Nrn.
WO2006/102383 ,
WO2006/025992 ,
WO2006/025956 und die
anhängige US-Anmeldung Serien-Nr. 11/427665, eingereicht
am 29. Juni 2006.
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Das
polymerisierbare Harz umfasst vorzugsweise eine Kombination aus
einer ersten und zweiten polymerisierbaren Komponente, ausgewählt
aus difunktionellen (Meth)acrylatmonomeren, difunktionellen (Meth)acrylatoligomeren
und Gemischen davon. Wie hier verwendet, ist „Monomer"
oder „Oligomer" jede Substanz, die zu einem Polymer umgewandelt
werden kann. Der Begriff „(Meth)acrylat" bezieht sich auf
sowohl Methacrylatals auch Acrylatverbindungen.
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Die
polymerisierbare Zusammensetzung kann ein (meth)acryliertes Urethanoligomer,
(meth)acryliertes Epoxidoligomer, (meth)acryliertes Polyesteroligomer,
ein (meth)acryliertes phenolisches Oligomer, ein (meth)acryliertes
acrylisches Oligomer und Gemische davon umfassen.
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In
einer Ausführungsform werden die Komponenten des polymerisierbaren
Harzes so ausgewählt, dass das polymerisierbare Harz eine
niedrige Viskosität aufweist. Das Bereitstellen von polymerisierbarem Harz
mit niedriger Viskosität ist geeignet, um die Produktionsgeschwindigkeiten
zu erhöhen. Wie hier verwendet, wurde die Viskosität
mit einer rheometrischen Technik gemäß dem Testverfahren
gemessen, das in den Beispielen beschrieben wird. Die Viskosität
der polymerisierbaren Harzzusammensetzung beträgt typischerweise
weniger als 50.000 cps bei 25°C. Vorzugsweise beträgt
die Viskosität weniger als 25.000 cps bei 25°C und
stärker bevorzugt weniger als 15.000 cps bei 25°C
(z. B. weniger als 12.000 cps, weniger als 11.000 cps oder weniger
als 10.000 cps bei 25°C). Die polymerisierbare Harzzusammensetzung
weist eine noch niedrigere Viskosität bei erhöhten
Temperaturen auf. Beispielsweise kann das polymerisierbare Harz
eine Viskosität von weniger als 5000 cps, 4000 cps, 3000
cps, 2000 cps und sogar weniger als 1000 cps bei 60°C aufweisen. Typischerweise
beträgt die Viskosität mindestens 100 cps bei
60°C.
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In
einer Ausführungsform ist der mikrostrukturierte (z. B.
Licht kollimierende) Film das Reaktionsprodukt eines polymerisierbaren
Harzes, umfassend mindestens zwei unterschiedliche (z. B. difunktionelle)
polymerisierbare Komponenten. Die Komponenten sind vorzugsweise
(Meth)acrylatmonomere, (Meth)acrylatoligomere oder Gemische aus
mindestens einem Monomer und mindestens einem Oligomer. Die erste
Komponente und zweiten Komponenten liegen typischerweise jeweils
in der polymerisierbaren Zusammensetzung in einer Menge von mindestens
etwa 20 Gew.-% vor (z. B. 30 Gew.-%, 35 Gew.-%, 40 Gew.-%, 45 Gew.-%
und 50 Gew.-% und jede Menge zwischen diesen aufgeführten
Werten). Die Menge an einer beliebigen dieser Komponenten übersteigt
im Allgemeinen nicht etwa 70 Gew.-%.
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Typischerweise
liegt das Verhältnis der ersten polymerisierbaren Komponente
zu der zweiten polymerisierbaren Komponente im Bereich von 4:1 bis
1:4. In einigen Ausführungsformen kann das Verhältnis
im Bereich von 3:1 bis 1:3 liegen oder kann im Bereich von 2:1 bis
1:2 liegen. Ferner liegt die Kombination aus diesen zwei Komponenten
typischerweise im Bereich von etwa 50 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%
der gesamten polymerisierbaren Harzzusammensetzung.
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Die
erste polymerisierbare Komponente weist typischerweise eine Viskosität
von mindestens etwa 5000 cps bei 60°C auf. Die zweite polymerisierbare
Komponente weist typischerweise eine geringere Viskosität
als die erste polymerisierbare Komponente auf. Beispielsweise kann
die zweite polymerisierbare Komponente eine Viskosität
von nicht mehr als 25%, 30%, 35%, 40%, 45% oder nicht mehr als 50%
der ersten polymerisierbaren Komponente aufweisen.
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Die
polymerisierbare Zusammensetzung mit niedriger Viskosität
ist vorzugsweise im Wesentlichen lösungsmittelfrei. „Im
Wesentlichen lösungsmittelfrei" bezieht sich auf die polymerisierbare
Zusammensetzung mit weniger als 1 Gew.-% und 0,5 Gew.-% an (z. B.
organischem) Lösungsmittel. Die Konzentration an Lösungsmittel
kann mit bekannten Verfahren, wie Gaschromatographie, bestimmt werden.
Lösungsmittelkonzentrationen von weniger als 0,5 Gew.-%
werden bevorzugt.
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Die
Arten und Mengen an polymerisierbarem Monomer und Oligomeren werden
vorzugsweise auch so ausgewählt, um bestimmte Kriterien
für den Elastizitätsmodul zu erhalten. In einer
Ausführungsform wird ein difunktionelles (Meth)acrylatmonomer
oder -oligomer eingesetzt, wobei das Homopolymer aus dem Monomer
oder Oligomer einen Zugelastizitätsmodul von weniger als
1 × 108 Pa bei 80°F (26,7°C),
wie gemäß ASTM D5026-01 gemessen,
aufweist. Dieses Monomer oder Oligomer wird mit einem unterschiedlichen
difunktionellen (Meth)acrylatmonomer oder -oligomer mit einem Zugelastizitätsmodul
von mindestens 1 × 108 Pa bei 80°F oder
mehr kombiniert. Der Unterschied im Elastizitätsmodul beträgt
typischerweise mindestens 5 × 107 Pa
bei 80°F. In einigen Ausführungsformen kann die
Komponente mit hohem Elastizitätsmodul einen Elastizitätsmodul
von mindestens 2 × 108 Pa, 4 × 108 Pa, 6 × 108 Pa,
8 × 108 Pa oder mindestens 1 × 109 Pa bei 80°F aufweisen. Die Komponente
mit hohem Modul weist typischerweise einen Zugelastizitätsmodul
von nicht mehr als 8 × 109 Pa bei
80°F auf.
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Polymerisierbare
Zusammensetzungen mit einem zu hohen Elastizitätsmodul
lösen sich in der Regel nicht vom Werkzeug während
der Herstellung; wohingegen Zusammensetzungen mit einem zu niedrigen
Elastizitätsmodul in der Regel beim Ablösen vom
Formwerkzeug kohäsiv versagen.
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Verschiedene
Arten und Mengen an polymerisierbaren Monomeren und Oligomeren können
eingesetzt werden, um Zusammensetzungen bereitzustellen, die ein
beliebiges oder eine Kombination der beschriebenen Kriterien für
Durchlässigkeit, Viskosität und Elastizitätsmodul
erfüllen.
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In
einer Ausführungsform wird eine polymerisierbare Harzzusammensetzung
beschrieben, umfassend mindestens etwa 20 Gew.-% (z. B. aliphatische(s))
Urethan(meth)acrylatoligomer(e); und mindestens etwa 20 Gew.-% Bisphenol-A-ethoxylierte(s)
Diacrylatmonomer(e).
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Das
(Die) Urethan(meth)acrylatoligomer(e) kann (können) in
der polymerisierbaren Zusammensetzung in einer Menge von mindestens
etwa 20 Gew.-% vorliegen (z. B. 25 Gew.-%, 30 Gew.-%, 35 Gew.-%,
40 Gew.-%, 45 Gew.-% und 50 Gew.-% und jede Menge dazwischen). Typischerweise übersteigt
die Menge an Urethan(meth)acrylatoligomer etwa 70 Gew.-% nicht.
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Gleichermaßen
kann (können) das (die) Bisphenol-A-ethoxylierte(n) Diacrylatmonomer(e)
in der polymerisierbaren Zusammensetzung in einer Menge von mindestens
etwa 20 Gew.-% vorliegen (z. B. 25, Gew.-%, 30 Gew.-%, 35 Gew.-%,
40 Gew.-%, 45 Gew.-% und 50 Gew.-% und jede Menge dazwischen). Typischerweise übersteigt
die Menge an Monomer aus Bisphenol-A-ethoxylierte(m/n) Diacrylatmonomer(en)
etwa 70 Gew.-% nicht.
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Typischerweise
liegt das Verhältnis von Urethan(meth)acrylatoligomer(en)
zu Bisphenol-A-ethoxylierte(m/n) Diacrylatmonomer(en) im Bereich
von 4:1 bis 1:4. In einigen Ausführungsformen beträgt
dieses Verhältnis 3:1 bis 1:2 oder 1 bis 1,4.
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Ein
beispielhaftes (z. B. aliphatisches) Urethandiacrylat ist im Handel
von Cognis unter den Handelsbezeichnungen „Photomer 6010"
erhältlich (von dem berichtet wird, dass es eine Viskosität
von 5.900 mPa·s bei 60°C, Dehnung von 45% und
eine Tg of –7°C aufweist). Andere Urethandiacrylate
mit einer niedrigen Viskosität, die auch geeignet sein
können, schließen beispielsweise „Photomer
6217" und „Photomer 6230" (von beiden wird berichtet, dass
sie eine Viskosität von 3.500 mPa·s bei 60°C,
eine Dehnung von 27% bzw. 69% und eine Tg von 35°C bzw.
2°C aufweisen); „Photomer 6891" (von dem berichtet
wird, dass es eine Viskosität von 8.000 mPa·s
bei 60°C, Dehnung von 60% und eine Tg von 28°C
aufweist); und „Photomer 6893-20R" (von dem berichtet wird,
dass es eine Viskosität von 2.500 mPa·s bei 60°C,
eine Dehnung von 42% und eine Tg von 41°C aufweist) ein.
Es wird vermutet, dass die Verwendung eines Urethan(meth)acrylats
mit einer höheren Tg (d. h. oberhalb der von Photomer 6010)
mit einem zweiten polymerisierbaren Monomer mit einem Homopolymer
mit einer niedrigeren Tg als 60°C (d. h. die Tg von SR602)
gemischt werden kann. Andere Urethandiacrylate sind im Handel sowohl
von Sartomer als auch von UCB erhältlich.
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Ein
beispielhaftes Bisphenol-A-ethoxyliertes Diacrylatmonomer ist im
Handel von Sartomer unter den Handelsbezeichnungen „SR602"
erhältlich (von dem berichtet wird, dass es eine Viskosität
von 610 cps bei 20°C und eine Tg of 2°C aufweist).
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In
einer anderen Ausführungsform wird eine polymerisierbare
Harzzusammensetzung beschrieben, umfassend mindestens etwa 40 Gew.-%
Bisphenol-A-ethoxylierte(s) Diacrylatmonomer(e). Ein erstes Bisphenol-A-ethoxyliertes
Diacrylatmonomer, wie SR 602, wird mit einem zweiten Bisphenol-A-ethoxylierten
Diacrylatmonomer kombiniert, wie das im Handel von Sartomer unter
den Handelsbezeichnungen „SR601" erhältliche (von
dem berichtet wird, dass es eine Viskosität von 1080 cps
bei 20°C und eine Tg von 60°C aufweist). Ein Homopolymer
aus dem ersten Bisphenol-A-ethoxylierten Diacrylatmonomer weist
eine andere Tg auf als das Homopolymer aus dem zweiten Bisphenol-A-ethoxylierten
Diacrylatmonomer. Das erste Bisphenol-A-ethoxylierte Diacrylatmonomer
weist eine Tg unterhalb von 25°C auf (z. B. weniger als
20°C, 15°C, 10°C oder sogar 0°C),
während das zweite Bisphenol-A-ethoxylierte Diacrylatmonomer
eine Tg oberhalb von 25°C aufweist (z. B. 30°C,
35°C, 40°C, 45°C, 50°C oder
sogar 55°C). Der Unterschied in der Tg der Homopolymere aus
dem ersten und zweiten Bisphenol-A-ethoxylierten Diacrylatmonomer
beträgt typischerweise mindestens 20°C, 30°C,
40°C oder sogar 50°C.
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Die
ersten und zweiten Bisphenol-A-ethoxylierten Diacrylatmonomere liegen
jeweils typischerweise in der polymerisierbaren Zusammensetzung
in einer Menge von mindestens etwa 20 Gew.-% (z. B. 25 Gew.-%, 30
Gew.-%, 35 Gew.-%, 40 Gew.-%, 45 Gew.-% und 50 Gew.-% und jede Menge
dazwischen) vor, mit der Maßgabe, dass die Gesamtmenge
an Bisphenol-A-ethoxyliertem Diacrylatmonomer typischerweise nicht
etwa 90 Gew.-% übersteigt.
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Das
Verhältnis vom ersten zum zweiten Bisphenol-A-ethoxylierten
Diacrylatmonomer kann im Bereich von 3:1 bis 1:3 liegen. In einigen
Ausführungsformen beträgt dieses Verhältnis
etwa 2 zu 1.
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Andere
difunktionelle (Meth)acrylatmonomere, die in der polymerisierbaren
Zusammensetzung eingesetzt werden können, schließen
beispielsweise Triethylenglykoldi(meth)acrylat, Ethylenglykoldi(meth)acrylat, Tetraethylenglykoldi(meth)acrylat,
Polyethylenglykoldi(meth)acrylat; 1,3-Butylenglykoldi(meth)acrylat;
1,4-Butandioldi(meth)acrylat; Diethylenglykoldi(meth)acrylat; und
1,6-Hexandioldi(meth)acrylat ein.
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Das
polymerisierbare Harz umfasst gegebenenfalls, doch vorzugsweise
ferner mindestens ein Vernetzungsmittel mit drei oder mehr (Meth)acrylatgruppen.
Wenn ein Vernetzungsmittel vorhanden ist, liegt es vorzugsweise
in der polymerisierbaren Zusammensetzung in einer Menge von mindestens
etwa 2 Gew.-% vor. Typischerweise beträgt die Menge an
Vernetzungsmittel nicht mehr als etwa 25 Gew.-%. Das Vernetzungsmittel
kann in jeder Menge vorliegen, die im Bereich von etwa 5 Gew.-%
bis etwa 15 Gew.-% liegt.
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Geeignete
Vernetzungsmittel schließen beispielsweise Pentaerythrittri(meth)acrylat,
Pentaerythrittetra(meth)acrylat, Trimethylolpropantri(meth)acrylat,
Dipentaerythritpenta(meth)acrylat, Dipentaerythrithexa(meth)acrylat,
Trimethylolpropanethoxylattri(meth)acrylat, Glyceryltri(meth)acrylat,
Pentaerythritpropoxylattri(meth)acrylat und Di-trimethylolpropantetra(meth)acrylat
ein. Ein beliebiges oder jede Kombination von Vernetzungsmitteln
kann eingesetzt werden. Da Methacrylatgruppen in der Regel weniger
reaktiv als Acrylatgruppen sind, ist das (sind die) Vernetzungsmittel
vorzugsweise frei von Methacrylatfunktionalität.
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Verschiedene
Vernetzungsmittel sind im Handel erhältlich. Beispielsweise
sind Pentaerythrit triacrylat (PETA) bzw. Dipentaerythritpentaacrylat
im Handel von Sartomer Company, Exton, PA, unter den Handelsbezeichnungen „SR444"
bzw. „SR399LV" erhältlich. PETA ist auch von Osaka
Organic Chemical Industry, Ltd., Osaka, Japan, unter der Handelsbezeichnung „Viscoat
#300"; von Toagosei Co. Ltd., Tokyo, Japan, unter der Handelsbezeichnung „Aronix
M-305"; und von Eternal Chemical Co., Ltd., Kaohsiung, Taiwan, unter
der Handelsbezeichnung „Etermer 235" erhältlich.
Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA) und Ditrimethylolpropantetraacrylat
(di-TMPTA) sind im Handel von Sartomer Company unter den Handelsbezeichnungen „SR351"
und „SR355" erhältlich. TMPTA ist auch von Toagosei
Co. Ltd. unter der Handelsbezeichnung „Aronix M-309" erhältlich.
Ferner sind ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat bzw. ethoxyliertes
Pentaerythrittriacrylat im Handel von Sartomer unter den Handelsbezeichnungen „SR454"
bzw. „SR494" erhältlich.
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Die
polymerisierbare Zusammensetzung kann gegebenenfalls ein (z. B.
monofunktionelles) reaktives Verdünnungsmittel einschließen,
beispielsweise mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von
nicht mehr als 450 g/mol. Wenn es vorhanden ist, kann die Menge
an reaktivem Verdünnungsmittel im Bereich von 1 Gew.-%
bis etwa 10 Gew.-% liegen. Geeignete reaktive Verdünnungsmittel
schließen beispielsweise Allyl(meth)acrylat, Tetrahydrofurfuryl(meth)acrylat,
Isodecyl(meth)acrylat, 2-(2-Ethoxyethoxy)ethyl(meth)acrylat, Stearyl(meth)acrylat,
Lauryl(meth)acrylat, 2-Phenoxyethyl(meth)acrylat, Glycidyl(meth)acrylat,
Isobornyl(meth)acrylat, Isooctyl(meth)acrylat, Tridecyl(meth)acrylat,
Caprolacton(meth)acrylat, propoxyliertes Allyl(meth)acrylat, Methoxypolyethylenglykolmonomethacrylat,
ethoxyliertes Hydroxymethyl(meth)acrylat, Polypropylenglykolmonomethacrylat,
alkoxyliertes Tertahydrofurfuryl(meth)acrylat und ethoxyliertes
Nonylphenol(meth)acrylat ein.
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Durch
Strahlung (z. B. UV) härtbare Zusammensetzungen schließen
im Allgemeinen mindestens einen Photoinitiator ein. Der Photoinitiator
oder die Kombination aus Photoinitiatoren kann in einer Konzentration von
etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent verwendet werden. Stärker
bevorzugt wird der Photoinitiator oder die Kombination davon in
einer Konzentration von etwa 0,2 bis etwa 3 Gew.-% verwendet. Im
Allgemeinen ist der (sind die) Photoinitiator(en) mindestens teilweise
löslich (z. B. bei der Verarbeitungstemperatur des Harzes)
und im Wesentlichen farblos, nachdem sie polymerisiert wurden. Der
Photoinitiator kann (z. B. gelb) gefärbt sein, vorausgesetzt
dass der Photoinitiator nach dem Belichten mit der UV-Lichtquelle
im Wesentlichen farblos wird.
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Geeignete
Photoinitiatoren schließen Monoacylphosphinoxid und Bisacylphosphinoxid
ein. Im Handel erhältliche Mono- oder Bisacylphosphinoxid-Photoinitiatoren
schließen 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphinoxid, im
Handel von BASF (Charlotte, NC) unter der Handelsbezeichnung „Lucirin
TPO" erhältlich; Ethyl-2,4,6-trimethylbenzoylphenylphosphinat,
auch im Handel von BASF unter der Handelsbezeichnung „Lucirin
TPO-L" erhältlich; und Bis-(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphinoxid,
im Handel von Ciba Specialty Chemicals unter der Handelsbezeichnung „Irgacure
819" erhältlich, ein. Andere geeignete Photoinitiatoren schließen
sowohl 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-on, im Handel von Ciba
Specialty Chemicals unter der Handelsbezeichnung „Darocur
1173" erhältlich, als auch andere Photoinitiatoren ein,
die im Handel von Ciba Specialty Chemicals unter den Handelsbezeichnungen „Darocur
4265", „Irgacure 651", „Irgacure 1800", „Irgacure
369", „Irgacure 1700", und „Irgacure 907" erhältlich
sind.
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Radikalfänger
oder Antioxidanzien können typischerweise mit etwa 0,01
bis 0,5 Gewichtsprozent verwendet werden. Veranschaulichende Beispiele
für geeignete Antioxidanzien schließen gehinderte
phenolische Harze ein, wie diejenigen, die unter den Handelsbezeichnungen „Irganox
1010", „Irganox 1076", „Irganox 1035" und „Irgafos
168" von Ciba-Geigy Corp. erhältlich sind.
-
Wie
in Lu und Lu et al. beschrieben, kann ein Gegenstand, der eine Mikrostruktur
trägt, (z. B. ein Helligkeit verstärkender Film)
mit einem Verfahren hergestellt werden, das die Schritte (a) Herstellen
einer polymerisierbaren Zusammensetzung (d. h. der polymerisierbaren
Zusammensetzung der Erfindung); (b) Abscheiden der polymerisierbaren
Zusammensetzung auf die mikrostrukturierte negative Formoberfläche
eines Masters in einer Menge, die gerade ausreicht, um die Hohlräume
des Masters zu füllen; (c) Füllen der Hohlräume, indem
eine Wulst aus der polymerisierbaren Zusammensetzung zwischen einer
vorgeformten Basis und dem Master, wovon mindestens eines flexibel
ist, bewegt wird; und (d) Härten der Zusammensetzung einschließt. Die
Abscheidungstemperatur kann im Bereich von Umgebungstemperatur (d.
h. 25°C) bis 180°F (82°C) liegen. Der
Master kann metallisch, wie Nickel, Nickel-plattiertes Kupfer oder
Messing, sein oder kann ein thermoplastisches Material sein, das
unter den Polymerisationsbedingungen stabil ist und das vorzugsweise
eine Oberflächenenergie aufweist, die saubere Entfernung
des polymerisierten Materials vom Master ermöglicht. Eine oder
mehrere der Oberflächen des Basisfilms können
gegebenenfalls grundiert oder anderweitig behandelt sein, um die
Haftung der optischen Schicht an der Basis zu fördern.
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Die
spezielle chemische Zusammensetzung und Dicke des Basismaterials
für jedes optische Produkt können von den Anforderungen
des speziellen optischen Produkts, das aufgebaut wird, abhängen.
Das heißt unter anderem Abwägen der Bedürfnisse
für Festigkeit, Klarheit, Temperaturbeständigkeit,
Oberflächenenergie, Haftvermögen an der optischen
Schicht. Die Dicke der Basisschicht beträgt typischerweise
mindestens etwa 0,025 Millimeter (mm) und noch typischer mindestens
etwa 0,125 mm. Ferner weist die Basisschicht im Allgemeinen eine
Dicke von nicht mehr als etwa 0,5 mm auf.
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Verwendbare
Basismaterialien schließen beispielsweise Styrol-Acrylnitril,
Celluloseacetatbutyrat, Celluloseacetatpropionat, Cellulosetriacetat,
Polyethersulfon, Polymethylmethacrylat, Polyurethan, Polyester,
Polycarbonat, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyethylennaphthalat,
Copolymere oder Mischungen auf der Basis von Naphthalindicarbonsäuren,
Material auf Polyolefinbasis, wie gegossene oder orientierte Filme
von Polyethylen, Polypropylen und Polycyclo-olefinen, Polyimide
und Glas ein. Gegebenenfalls kann das Basismaterial Gemische oder
Kombinationen dieser Materialien enthalten. In einer Ausführungsform
kann die Basis mehrschichtig sein oder kann eine dispergierte Komponente
enthalten, die in einer kontinuierlichen Phase suspendiert oder
dispergiert ist.
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Beispiele
für bevorzugte Basismaterialien schließen Polyethylenterephthalat
(PET) und Polycarbonat ein. Beispiele für verwendbare PET-Filme
schließen Polyethylenterephthalat von optischer Güte
ein, das von DuPont Films, Wilmington, Delaware, unter der Handelsbezeichnung „Melinex
618" erhältlich ist.
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PET
kann im Vergleich zu Polycarbonat ein bevorzugtes Basismaterial
sein. Beispielsweise zeigt, wenn ein (z. B. 175 μm) PET-Filmmaterial
mit einer Steifheit von 5,5 N/mm an Stelle eines (z. B. 179 μm)
Polycarbonatfilms von im Wesentlichen derselben Dicke mit einer
Steifheit von 3,4 N/mm eingesetzt wird, der resultierende, Licht
kollimierende Film erhöhte Steifheit. Die erhöhte
Steifheit kann es dem Film ermöglichen, besser zu funktionieren,
wenn er bei Displays mit größerem Format (z. B.
Desktopmonitore und Displays größerer Notebooks)
bei entsprechender Dicke verwendet wird. In einigen Ausführungsformen
beträgt die Steifheit des (z. B. Licht kollimierenden)
mikrostrukturierten Filmgegenstands, wie gemäß dem
Testverfahren gemessen, das in den Beispielen beschrieben wird,
mindestens 65 N/mm (z. B. 66 N/mm, 67 N/mm, 68 N/mm, 69 N/mm, 70
N/mm), mindestens 75 N/mm, mindestens 80 N/mm, mindestens 85 N/mm
oder mindestens 90 N/mm. In einer anderen Ausführungsform
kann entsprechende Steifheit bei verringerter Dicke erreicht werden. Die
Dicke des Produkts ist bei bestimmten Designanwendungen wichtig,
wo begrenzter Raum für das Anbringen des Licht kollimierenden
Films (z. B. in der Einfassung eines Notebookdisplays) verfügbar
ist. Demgemäß weist in einigen Ausführungsformen
der (z. B. Licht kollimierende) mikrostrukturierte Film eine Dicke
von 535 μm auf, doch beträgt die Steifheit mindestens
50 N/mm (z. B. jeder ganzzahlige Wert von 50 N/mm bis 90 N/mm).
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Von
den polymerisierbaren Harzzusammensetzungen, die hier beschrieben
werden, wird vermutet, dass sie zur Verwendung bei der Herstellung
von anderen lichtdurchlässigen und/oder mikrostrukturierten
Gegenständen, einschließlich beispielsweise Helligkeit
verstärkende Filme und Formen zur Verwendung bei der Herstellung
von Zellen eines (z. B. Plasma-) Displays, geeignet sind. Der Begriff „Mikrostruktur"
wird hier verwendet, wie er in
US-Pat.
Nr. 4,576,850 definiert und erläutert wird. Mikrostrukturen
sind im Allgemeinen Unterbrechungen, wie Vorsprünge und
Kerben in der Oberfläche eines Gegenstands, die im Profil
von einer gemittelten Mittellinie abweichen, die so durch die Mikrostruktur
gezogen wird, dass die Summe der Flächen, die vom Oberflächenprofil
oberhalb der Mittellinie umschlossen wird, gleich der Summe der
Flächen unterhalb der Linie ist, wobei die Linie im Wesentlichen
parallel zu der nominellen Oberfläche (welche die Mikrostruktur
trägt) des Gegenstands ist. Die Höhen der Abweichungen
betragen typischerweise etwa +/– 0,005 bis +/– 750 μm, wie
mit einem optischen oder Elektronenmikroskop gemessen, über
eine repräsentative charakteristische Länge der
Oberfläche, z. B. 1 bis 30 cm. Die gemittelte Linie kann
plan, konkav, konvex, asphärisch oder einer Kombination
davon sein. Gegenstände, wo die Abweichungen von geringer
Größenordnung sind, z. B. von +/– 0,005
+/– 0,1 oder vorzugsweise +/– 0,05 μm,
und die Abweichungen von spärlichem oder minimalem Auftreten
sind, d. h. die Oberfläche ist frei von jeglichen merklichen
Unterbrechungen, können so betrachtet werden, dass sie
eine im Wesentlichen „flache" oder „glatte" Oberfläche
aufweisen. Andere Gegenstände weisen Abweichungen von hoher
Größenordnung, z. B. von +/– 0,1 bis
+/– 750 μm, und der Mikrostruktur zuzuschreibend auf,
umfassend eine Vielzahl von zweckmäßigen Unterbrechungen,
welche gleich oder unterschiedlich und räumlich getrennt
oder anstoßend in zufälliger oder geordneter Weise
sind.
-
Einige
Basismaterialien können optisch aktiv sein und können
als polarisierende Materialien fungieren. Von einer Anzahl von Basen,
die hier auch als Filme oder Substrate bezeichnet werden, ist auf
dem Fachgebiet der optischen Produkte bekannt, dass sie als polarisierende
Materialien verwendbar sind. Die Polarisation von Licht durch einen
Film kann beispielsweise durch den Einschluss von dichroitischen
Polarisatoren in einem Filmmaterial erreicht werden, das selektiv
durchtretendes Licht absorbiert. Die Lichtpolarisation kann auch
erreicht werden, indem anorganische Materialien, wie ausgerichtete
Glimmerchips, eingeschlossen werden, oder durch eine diskontinuierliche
Phase, die innerhalb eines kontinuierlichen Films dispergiert ist,
wie Tröpfchen von Licht modulierenden Flüssigkristallen,
die innerhalb eines kontinuierlichen Films dispergiert sind. Als eine
Alternative kann ein Film aus mikrofeinen Schichten von unterschiedlichen
Materialien hergestellt werden. Die polarisierenden Materialien
innerhalb des Films können zu einer polarisierenden Ausrichtung
ausgerichtet werden, beispielsweise indem Verfahren, wie Strecken
des Films, Anlegen von elektrischen oder magnetischen Feldern und
Beschichtungstechniken, eingesetzt werden.
-
Beispiele
für polarisierende Filme schließen diejenigen
ein, die in den
US-Pat. Nrn.
5,825,543 und
5,783,120 beschrieben
werden. Die Verwendung dieser Polarisatorfilme in Kombination mit
einem Helligkeitsverstärkungsfilm wurde in
US-Pat. Nr. 6,111,696 beschrieben.
-
Ein
zweites Beispiel für einen polarisierenden Film, der als
eine Basis verwendet werden kann, sind diejenigen Filme, die in
US-Pat. Nr. 5,882,774 beschrieben
werden. Filme, die im Handel erhältlich sind, sind die
mehrschichtigen Filme, die von 3M unter der Handelsbezeichnung DBEF
(Dual Brightness Enhancement Film) vertrieben werden. Die Verwendung
von solchem mehrschichtigem polarisierendem optischem Film in einem
Helligkeitsverstärkungsfilm wurde in
US-Pat. Nr. 5,828,488 beschrieben.
-
Diese
Liste von Basismaterialien ist nicht ausschließend, und
wie für Fachleute klar ist, können andere polarisierende
und nicht polarisierende Filme auch als die Basis für die
optischen Produkte der Erfindung verwendbar sein. Diese Basismaterialien
können mit jeder Anzahl von anderen Filmen kombiniert werden,
einschließlich beispielsweise polarisierende Filme, wodurch
mehrschichtige Strukturen erzeugt werden. Zusätzliche Basismaterialien
schließen diejenigen Filme ein, die in den
US-Pat. Nrn. 5,612,820 und
5,486,949 beschrieben werden.
Die Dicke einer speziellen Basis kann auch von den vorstehend beschriebenen
Anforderungen des optischen Produkts abhängen.
-
Die
vorliegende Erfindung sollte nicht als auf die hier beschriebenen,
speziellen Beispiele begrenzt angesehen werden, sondern sollte stattdessen
so verstanden werden, dass sie alle Gesichtspunkte der Erfindung
abdeckt, wie sie offen in den beigefügten Ansprüchen
dargelegt sind. Verschiedene Modifikationen, äquivalente
Verfahren ebenso wie zahlreiche Strukturen, auf die die vorliegende
Erfindung anwendbar sein kann, werden dem Fachmann leicht offenbar,
auf den die vorliegende Erfindung unter Hinblick auf die vorliegende Beschreibung
abzielt.
-
Tabelle 2 – Handelsbezeichnung
(Lieferant, Standort) – Generische Chemikalienbeschreibung
-
- SR 351 (Sartomer, Extom PA) – Trimethylolpropantriacrylat
(TMPTA)
- SR 602 (Sartomer, Extom PA) – Bisphenol-A-diacrylat
mit etwa vier Mol an Ethoxylierung
- SR 601 (Sartomer, Extom PA) – Bisphenol-A-diacrylat
mit etwa zehn Mol an Ethoxylierung
- SR 339 (Sartomer, Extom PA) – 2-Phenoxyethylacrylat
- SR 238 (Sartomer, Extom PA) – 1,6-Hexandioldiacrylat
- 1-12-Dodecandioldiacrylat (DDDDA) kann von UBE Industries, Japan,
erhalten werden CN 120 (Sartomer, Extom PA) – difunktionelles
Epoxidacrylat auf Basis von Bisphenol-A
- Photomer 6010 (Cognis) – aliphatisches Urethandiacrylat
- Photomer 6210 (Cognis) – aliphatisches Urethandiacrylat
-
Tabelle 3 – Polymerisierbare
Harzzusammensetzungen
| ProbenbeSchreibung | 1.
Komponente | 2.
Komponente | 3.
Komponente | 4.
Komponente | 5.
Komponente |
| Beispiel
1 | 10%
SR351 | 57%
SR602 | 28%
SR601 | 5%
SR339 | nichts |
| Beispiel
2 | 5%
SR351 | 80%
DDDDA | 10%
CN120 | 5%
SR339 | nichts |
| Beispiel
3 | 75%
Photomer 6210 | 25%
SR238 | 1%
Daracur 1173 Photoinitiator | nichts | nichts |
| Beispiel
4 | 45%
Photomer 6010 | 36,7%
SR602 | 7,1%
SR238 | 7,1%
SR351 | 4,1%
SR339 |
-
Die
Harzformulierungen Nr. 1, 2 und 4 hatten 0,4% TPO-Photoinitiator
zugegeben.
-
Vergleichsbeispiel
A („Vergl A") – ist das polymerisierbare Harz,
das eingesetzt wird, um den mikrostrukturierten lichtdurchlässigen
Film eines Licht kollimierenden Films herzustellen, der im Handel
von 3M Company, St. Paul, MN, unter der Handelsbezeichnung „3MTM Filters for Notebook Computers and LCD
Monitors" erhältlich ist.
-
Vergleichsbeispiel
B („Vergl B") – ein Licht kollimierender Film,
der von Elecom, Japan, vertrieben wird.
-
Viskosität von polymerisierbarem
Harz
-
4 stellt
die Viskosität der nicht gehärteten polymerisierbaren
Harzzusammensetzungen aus Tabelle 3 und Vergl A dar, wie mit einem
Rheometer bestimmt, das im Handel von TA instruments unter der Handelsbezeichnung „Advanced
Rheometer 2000" erhältlich ist. Eine konstante Scherbeanspruchung
von 1 Pa über einen Temperaturbereich von 25 bis 98°C
wurde in einer Couette-Aufspannvorrichtung auf jede Probe angewendet.
Die generierten Daten waren Viskosität (cps) als eine Funktion
der Temperatur (°C).
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Herstellung der nicht strukturierten
Filme
-
Dünne,
nicht strukturierte Filme wurden aus den Homopolymeren der verschiedenen
polymerisierbaren (Meth)acrylatmonomere und -oligomere, die in 5 beschrieben
sind, in Kombination mit 0,4 Gew.-% Photoinitiator „Lucirin
TPO” oder „Lucirin TPO-L” hergestellt.
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Dünne „von
Hand ausgebreitete" Beschichtungen jedes Monomers wurden unter Verwendung
eines Präzisionslaborbeschichters für Probelackierungen
angefertigt. Die Eingüsse von Hand wurden zwischen zwei Stücke
von nicht grundiertem PET-Film gemacht. Ungefähr 8 bis
10 mil dicke Filme wurden unter Verwendung eines Präzisionslaborbeschichters
für Probelackierungen (hergestellt von ChemInstruments)
angefertigt. Das nicht gehärtete Harz wurde dann mit UV-Strahlung
(2 Durchlaufe, 25 Fuß pro Minute, einseitige Belichtung
mit einer Fusion-D-Birne) belichtet, um das polymerisierbare Harz
zu härten.
-
Elastizitätsmodul
des Homopolvmers
-
Der
Elastizitätsmodul von jeder der Homopolymerfilmproben wurde
unter Verwendung eines dynamischen Zugverformungstests gemäß ASTM
D 5026-01 gemessen. 5 stellt
das Ansprechverhalten von Elastizitätsmodul gegen Temperatur
der Homopolymere von verschiedenen polymerisierbaren Bestandteilen, die
in den Beispielen eingesetzt werden, dar.
-
Herstellung der mikrostrukturierten
Filme
-
Strukturierte
Filme wurden hergestellt, indem jede der transparenten, photopolymerisierbaren
Zusammensetzungen aus Tabelle 3 entweder auf chemisch grundierten
PET-Substratfilm der Stärke 0,005" oder 0,007"-Polycarbonatfilmsubstrat
geformt und mit ultraviolettem (UV) Licht gehärtet wurde.
Für diese strukturierten Filme diente eine zylindrisch
geformte Metallwalze mit fein detaillierten Kanälen, die
in ihre äußere Oberfläche geschnitten
waren, als die Form. Das harzige Gemisch wurde zuerst entweder auf
PET- oder PC-Substratfilm aufgebracht und dann fest gegen die Metallwalze
gepresst, damit die Form vollständig gefüllt wurde.
Nach der Polymerisation wurde der strukturierte Film von der Form
getrennt. Die resultierende Struktur in dem gehärteten
Harz war eine Reihe von Kanälen in gleichmäßigen
Abständen, die jeweils einen nominell rechteckigen Querschnitt
aufwiesen. Die Kanäle aus gehärtetem Harz waren
etwa 48 μm breit, etwa 146 μm tief und im Abstand
von etwa 70 μm angeordnet. 1 ist für
einen solchen strukturierten Film repräsentativ.
-
Beispiel 1
-
Veranschaulicht
eine polymerisierbare Harzzusammensetzung mit einer niedrigeren
Viskosität als Vergl A. Beispiel 1 umfasst ein Gemisch
eines ersten Diacrylats (SR601), das ein Homopolymer mit einem größeren
Elastizitätsmodul als Vergl A aufweist, in Kombination
mit einem zweiten Diacrylat (SR602), das ein Homopolymer mit einem
geringeren Elastizitätsmodul als Vergl A aufweist. Das
gehärtete Harz aus Beispiel 1 konnte nach dem Härten
von der Form gelöst werden.
-
Beispiel 2
-
Veranschaulicht
eine polymerisierbare Harzzusammensetzung auch mit einer niedrigeren
Viskosität als Vergl A. Beispiel 2 umfasst DDDDA und CN
120, die jeweils ein Homopolymer mit einem größeren
Elastizitätsmodul als Vergl A aufweisen. Das gehärtete
Harz aus Beispiel 2 konnte nach dem Härten nicht von der Form
gelöst werden. Von der Unfähigkeit des gehärteten
Harzes, sich von der Form zu lösen, wird angenommen, dass
sie dem erhöhten Elastizitätsmodul zuzuschreiben
ist.
-
Beispiel 3
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Veranschaulicht
eine polymerisierbare Harzzusammensetzung auch mit einer niedrigeren
Viskosität als Vergl A. Beispiel 3 umfasst 75% Photomer
6210, das ein Homopolymer mit einem geringeren Elastizitätsmodul
als Vergl A aufweist. Das gehärtete Harz versagte beim
Lösen von der Form kohäsiv. Von diesem Mangel
an kohäsiver Festigkeit wird angenommen, dass er dem verringerten
Elastizitätsmodul zuzuschreiben ist.
-
Beispiel 4
-
Veranschaulicht
eine polymerisierbare Harzzusammensetzung mit einer niedrigeren
Viskosität als Vergl A. Beispiel 4 umfasst ein Gemisch
aus einem ersten Diacrylat (Photomer 6010), dasselbe Homopolymer, das
in Vergl A eingesetzt wird. Beispiel 4 schließt ferner
ein zweites Diacrylat (SR602) ein, das ein Homopolymer mit einem
geringeren Elastizitätsmodul als Vergl A aufweist. Das
gehärtete Harz aus Beispiel 4 löste sich nach
dem Härten von der Form.
-
Beispiel 5
-
Ein
mit Ruß beladenes, photopolymerisierbares gemischtes Acrylatharz
(im Wesentlichen dasselbe, wie in Beispiel 3 aus
US-Patentschrift Nr. 6,398,370 beschrieben)
wurde dann in die Luftspalten zwischen den transparenten Kanälen
des strukturierten Films as Beispiel 4 gefüllt. Überschüssiges
rußhaltiges Harz wurde von den nach außen zeigenden
Oberflächen der transparenten Kanäle abgewischt.
Die mit Ruß gefüllten Kanäle wurden dann
unter Verwendung von UV-Strahlung gehärtet, was zu einem
Licht kollimierenden Film ähnlich demjenigen, der in
2 gezeigt
wird, führte.
-
Beispiel 6
-
Der
eben beschriebene, Licht kollimierende Film wurde dann auf ein grundiertes
PET-Deckblatt der Stärke 0,005" laminiert, wobei ein UV-härtbares,
gemischtes Acrylatharzsystem verwendet wurde. Ein BYK Gardner Haze-Guard
Plus wurde verwendet, um die Durchlässigkeit entlang der
Achse zu messen. Ein Mittelwert aus 5 Messungen ist angegeben.
-
Die
Durchlässigkeit entlang der Achse von Beispiel 6 betrug
64,9%.
-
Die
Durchlässigkeit entlang der Achse von Vergl B betrug 53,3%.
Die Durchlässigkeit entlang der Achse eines Privatsphärenfilters,
der im Handel von 3M unter der Handelsbezeichnung „3MTM Filters for Notebook Computers and LCD
Monitors" erhältlich ist, betrug 64,5%.
-
Eingeschlossener Wandwinkel
-
Draufsicht-Reflexionshellfeldbilder
(RBF) wurden unter Verwendung eines Zeiss Axioplan, das mit einer
Leica DC 300 und Image J Software ausgerüstet war, aufgenommen,
die den Gitterabstand der Rückseite unter Verwendung eines
20 ×/0,50-Objektivs und einer Kalibrierung von 3,724 Pixel/μm
zeigten. 40 μm dünne Querschnitte wurden unter
Verwendung eines Diamantmessers auf einer LKB Historange geschnitten.
Die Querschnittbilder waren Aufnahmen unter Verwendung eines 40 ×/0,75-Objektivs
und einer Kalibrierung von 7,638 Pixel/μm.
-
Der
Mittelwert aus 10 Messungen des eingeschlossenen Wandwinkels θ von
Vergl B betrug 6,90 bei einer Standardabweichung von 0,63.
-
Der
Mittelwert aus 10 Messungen des eingeschlossenen Wandwinkels θ von
Beispiel 6 betrug 1,90 bei einer Standardabweichung von 0,05. Der
eingeschlossene Wandwinkel θ von „3MTM Filters
for Notebook Computers and LCD Monitors" ist im Wesentlichen derselbe
wie Beispiel 6, da dasselbe Werkzeug verwendet wurde.
-
Beispiel 7
-
Ein
strukturierter Film wurde hergestellt, indem ein photopolymerisierbares
Harz gegen einen chemisch grundierten PET-Substratfilm der Stärke
0,005" geformt und mit UV-Licht gehärtet wurde. Die Zusammensetzung
des Harzsystems ist dieselbe, wie diejenige, die in Beispiel 4 verwendet
wurde, ausgenommen die Zugabe von 0,2 Gew.-% Antioxidans Irganox
1035 (Ciba Chemicals) zum Harz. Farbmessungen an den strukturierten
Filmen der Beispiele 4 und 7 werden, wie folgt, vor und nach der
beschleunigten Bewitterung der Filme aufgeführt. Farbänderung der mikrostrukturierten
Filme (1000 Std. bei 105°C)
| | Anfangs – vor
der Bewitterung | | Nach
1000 Std. bei 105°C | | Farbänderung | |
| | x-Farbe | y-Farbe | x-Farbe | y-Farbe | x-Farbe | y-Farbe |
| Beispiel
4 | 0,3148 | 0,3322 | 0,3203 | 0,3396 | 0,0055 | 0,0074 |
| Beispiel
7 | 0,3148 | 0,3322 | 0,3155 | 0,3332 | 0,0007 | 0,001 |
-
Der
Elastizitätsmodul und die Härte der gehärteten
Zusammensetzungen der Beispiele 1 bis 4 können gemäß dem
folgenden Testverfahren getestet werden.
-
Steifheit
-
Die
Steifheitsmessungen wurden unter Verwendung eines Instron Advanced
Materials Testing System, das auf eine ähnliche Weise wie ASTM
D790-03 modifiziert worden war, durchgeführt.
Das modifizierte System schloss einen PC-betriebenen Lastbefestigungsrahmen
mit einer 50-N-Kraftmessdose und einer 3-Punktbiege-Spannvorrichtung
ein. Die vorliegende 3-Punktbiegeversuch-Spannvorrichtung wies Durchmesser
des unteren bzw. oberen Messflächenträgers von
4 mm bzw. 10 mm auf. Die Proben wurden auf bekannte Breiten von
25,00 +/– 0,25 mm zugeschnitten. Die Probendicke wurde
an drei unterschiedlichen Stellen auf den nächsten Mikrometer
genau gemessen. Jede Probe wurde dreimal bei einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von
5,0 mm/min getestet. Ein Mittelwert wurde bestimmt.
-
Die
Steifheit von zwei unterschiedlichen Proben wurde gemessen, wie
eben beschrieben. Die erste Probe war ein mikrostrukturierter, Licht
kollimierender Film, der im Handel von 3M Company, St. Paul, MN,
unter der Handelsbezeichnung „3MTM Filters
for Notebook Computers and LCD Monitors" erhältlich ist,
welcher ein 179 μm Polycarbonatfilmbasismaterial und einen
UV-gehärteten Klebstoff mit einer Dicke von etwa 1 mil einschließt.
-
Der
zweite, mikrostrukturierte, Licht kollimierende Film wurde aus einem
polymerisierbaren Harz hergestellt, das in der Zusammensetzung ähnlich
war und denselben Modul aufwies, wie dasjenige, das in Beispiel
4 beschrieben wurde, einem 175 μm PET-Filmbasismaterial
(„Melinex 618"), das mit dem UV-gehärteten Klebstoff,
der in Beispiel 25 von
US-Veröffentlichung
Nr. 2006/0029784 beschrieben wurde, mit einer Dicke von etwa
1 mil beschichtet war.
-
Vom
Harz des im Handel erhältlichen, Licht kollimierenden Films „Vergleichsbeispiel
A" wurde gefunden, dass es nicht ausreichend an PET-Basismaterialien
haftet.
-
Die
Probe auf PET-Basis wies eine Dicke von 529 μm und eine
mittlere Steifheit von 87,3 N/mm auf. Die Probe auf PC-Basis weist
eine Dicke von 540 μm und eine mittlere Steifheit von 57,5
N/mm auf.
-
Zusammenfassung
-
Sowohl
Licht kollimierende Filme als auch andere mikrostrukturierte Filmgegenstände
werden beschrieben, die einen (z. B. UV) gehärteten, lichtdurchlässigen
Film, umfassend das Reaktionsprodukt einer polymerisierbaren Harzzusammensetzung,
umfassen. Polymerisierbare Harzzusammensetzungen werden auch beschrieben,
die aliphatische(s) Urethan(meth)acrylatoligomer(e), Bisphenol-A-ethoxylierte(s)
Diacrylat(e) und ein Vernetzungsmittel mit mindestens drei (Meth)acrylatgruppen
umfassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4621898 [0002]
- - US 5204160 [0002]
- - US 6398370 [0002, 0030, 0032, 0032, 0085]
- - US 2006/0251885 [0033]
- - US 2005/0249957 [0033]
- - WO 2006/102383 [0033]
- - WO 2006/025992 [0033]
- - WO 2006/025956 [0033]
- - US 4576850 [0066]
- - US 5825543 [0068]
- - US 5783112 [0068]
- - US 6111696 [0068]
- - US 5882774 [0069]
- - US 5828488 [0069]
- - US 5612820 [0070]
- - US 5486949 [0070]
- - US 2006/0029784 [0096]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - ASTM D5026-01 [0011]
- - ASTM D5026-01 [0013]
- - „Haze-Guard Plus (Katalognr. 4725)" [0024]
- - ASTM D5026-01 [0041]
- - Osaka Organic Chemical Industry, Ltd., Osaka, Japan, unter
der Handelsbezeichnung „Viscoat #300"; von Toagosei Co.
Ltd., Tokyo, Japan [0056]
- - ASTM D 5026-01 [0079]
- - ASTM D790-03 [0094]