JP2011170322A - 実質的に非晶質のナノコンポジットメジャー相を有する拡散反射偏光子 - Google Patents

Abstract

【課題】制御可能な屈折率を有するメジャー相および分散マイナー相を有する膜を含む改良された拡散反射偏光子を提供する。
【解決手段】実質的に非晶質のナノコンポジット物質であって、かつ約０．０２未満の複屈折を有するメジャー相である第１のポリマーと、第１のポリマーメジャー相中に分散されているマイナー相である第２のポリマーとを前記層が含み、メジャー相とマイナー相とでは、屈折率の差が第１の軸に沿って約０．０５より大きく、かつ前記第１の軸に対して直交する第２の軸に沿って約０．０５より小さく、メジャー相は連続非晶質相と、前記連続非晶質相内のドメインに分散されている少なくとも１つの追加の相とを含み、光の波長よりも小さい特徴的寸法を前記ドメインが有し、少なくとも１つの偏光状態のための少なくとも１つの軸に沿って一緒にされた前記第１および第２のポリマーの拡散反射率が少なくとも約５０％である拡散反射偏光子。
【選択図】図１

Description

本発明は、実質的に非晶質のナノコンポジットでありかつほぼ等方性の物質である第１のポリマー、その中に分散されている第２のポリマーを有する膜を含む拡散反射偏光子に関する。

反射偏光膜は１つの偏光の光を伝達し、直交偏光の光を反射する。これはＬＣＤにおいて光効率を増大させるのに有用である。反射偏光膜の機能を達成するために様々な膜が開示されてきており、その中でも拡散反射偏光子はＬＣＤにディフューザーを必要としない場合があり、このためＬＣＤの複雑さを低減するのでより魅力的である。米国特許第５，７８３，１２０号は、第１の連続相（本明細書においては、メジャー相（すなわち、ブレンドの５０重量％超を構成する）とも称される）および第２の分散相（本明細書においてはマイナー相（すなわち、ブレンドの５０重量％未満を構成する）とも称される）を有し、この第１の相が少なくとも０．０５の複屈折を有する非混和性ブレンドを含む膜を含む拡散反射偏光膜を教示する。この膜は、典型的には延伸によって、１以上の方向に配向される。分散相粒子のサイズおよび形状、分散相の体積分率、膜厚さおよび配向の量は、得られる膜における所望の波長の電磁放射線の、所望の程度の全透過率および拡散反射を達成するように選択される。表１〜表４に示される１２４例中で、例６、８、１０、４２−４９を除くそのほとんどはメジャーおよび複屈折相としてポリエチレンナフタラート（ＰＥＮ）を、およびマイナー相としてポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）（例１）またはシンジオタクチックポリスチレン（ｓＰＳ）（他の例）を含み、例６、８、１０、４２−４９ではＰＥＮがマイナー相であり、ｓＰＳがメジャー相である。これら１２４例の全てにおいては、メジャー相は半結晶性ポリマーを含む。

表１における例６、８および１０は全透過率および反射率は満足できるものではなかったことを示した。式：

として特定される性能指数（ＦＯＭ）は１．２７より小さかった。表２における例４２−４９はこの透過率および反射率データを有しておらず、かつ全く論じられていなかった。

異なる性質を有する無機含有物で満たされた膜は、独特の光透過率および反射特性を提供しうる。しかし、無機含有物で満たされたポリマーから製造された光学膜は様々な問題に悩まされる。典型的には、無機粒子とポリマーマトリックスとの間の接着が弱い。その結果、応力または歪みがマトリックスを横切って適用される場合には、このマトリックスと含有物との間の結合が破壊され、かつこの剛性の無機含有物が粉砕されうるので、この膜の光学特性は低下する。さらに、無機含有物の配置は、製造を複雑にするプロセス工程および考慮事項を必要とする。

他の膜は、その中に分散された光調節性液晶の液滴を有する、透明の光透過性連続ポリマーマトリックスからなる。この物質の延伸は伝えられるところによると、結果的に、球から、引き延ばしの方向と平行な楕円の長軸を有する楕円体形状への液晶液滴の歪みをもたらす。

先行技術の制限を回避する、連続相と分散相とを有する膜を含む改良された拡散反射偏光子についての必要性が存在している。改良された反射偏光子は、比較的安価な物質であり、かつ曇りを最小限にするために結晶性または半結晶性ではなく非晶質であるメジャー相を有するべきであり、その結果、この物質の三次元軸に沿ったこの２つの相の間の屈折率不適合が簡単にかつ永久に、所望の程度の拡散および正反射および透過を達成するように操作されることができる。この膜は、また、応力、歪み、温度差、水分、電場および磁場に関して望ましく安定でなければならず、この膜は有意でない水準の虹色を有する。これらの必要性は米国特許第７，５８３，４４０号（’４４０号特許）によってかなえられている。しかし、非常に限定された数の物質しか、この’４４０号特許に従って拡散反射偏光子を製造するのに利用できない。その結果、拡散反射偏光子の光学性能は、光学特性、特に屈折率および複屈折を調節するのに限定された可能性のせいで、妥協させられる場合がある。

米国特許第５，７８３，１２０号明細書 米国特許第７，５８３，４４０号明細書

よって、既知の反射偏光子の制限を回避するために、制御可能な屈折率を有するメジャー相および分散マイナー相を有する膜を含む改良された拡散反射偏光子についての必要性が存在している。

本発明は、層を含む拡散反射偏光子であって；実質的に非晶質のナノコンポジット物質であって、かつ約０．０２未満の複屈折を有するメジャー相である第１のポリマーと、第１のポリマーメジャー相中に分散されているマイナー相である第２のポリマーとを前記層が含み；メジャー相とマイナー相とでは、屈折率の差が第１の軸に沿って約０．０５より大きく、かつ前記第１の軸に対して直交する第２の軸に沿って約０．０５より小さく；メジャー相は連続非晶質相と、前記連続非晶質相内のドメインに分散されている少なくとも１つの追加の相とを含み；これらのドメインが第１のポリマーを通過する光の散乱に寄与しないように、光の波長よりも小さい、少なくとも１つの寸法における、特徴的寸法を前記ドメインが有し；電磁放射線の少なくとも１つの偏光状態のための少なくとも１つの軸に沿って一緒にされた前記第１および第２のポリマーの拡散反射率が少なくとも約５０％である；拡散反射偏光子を提供する。
本発明は、層を含む拡散反射偏光子であって；実質的に非晶質のナノコンポジット物質であって、かつ約０．０２未満の複屈折を有するメジャー相である第１のポリマーと、第１のポリマーメジャー相中に分散されているマイナー相である第２のポリマーとを前記層が含み；メジャー相とマイナー相とでは、屈折率の差が第１の軸に沿って約０．０５より大きく、かつ前記第１の軸に対して直交する第２の軸に沿って約０．０５より小さく；メジャー相は連続非晶質相と、前記連続非晶質相内のドメインに分散されている少なくとも１つの追加の相とを含み；これらのドメインが第１のポリマーを通過する光の散乱に寄与しないように、少なくとも１つの寸法において、光の波長よりも小さい特徴的寸法を前記ドメインが有し；電磁放射線の１つの偏光状態のための第１の軸に沿って一緒にされた前記第１のポリマーおよび第２のポリマーが、拡散反射率Ｒ_１ｄ、正反射率Ｒ_１ｓ、全反射率Ｒ_１ｔ、拡散透過率Ｔ_１ｄ、正透過率Ｔ_１ｓ、および全透過率Ｔ_１ｔを示し、電磁放射線の別の偏光状態のための第２の軸に沿って、拡散反射率Ｒ_２ｄ、正反射率Ｒ_２ｓ、全反射率Ｒ_２ｔ、拡散透過率Ｔ_２ｄ、正透過率Ｔ_２ｓ、および全透過率Ｔ_２ｔを示し；前記第１の軸および第２の軸は直交しており；Ｒ_１ｄはＲ_１ｓより大きく；並びに

である；拡散反射偏光子をさらに提供する。

図１は、本発明に従って製造された拡散反射偏光子を図示する概略透視図であって、この図においては、偏光子はコア層を有し、このコア層は、高度に複屈折である分散されているマイナー相と、ほぼまたは完全に光学的等方性であるメジャー相とを含み、コア層は２つの外側（保護）層の間に配置されている。 図２は、第１のポリマーナノコンポジットメジャー相およびその中に分散された第２のポリマーマイナー相を含む拡散反射偏光子層の概略断面図であって、ナノコンポジットメジャー相は、その中に分散された、連続非晶質相およびナノスケールドメインを含む。 図３は、２つの保護層が除去されている、図１に示された拡散反射偏光子を図示する概略透視図である。 図４は、メジャー相物質でも分散マイナー相物質でもない物質から形成された２つの保護層を有する拡散反射偏光子を図示する概略透視図である。

定義：
用語「正反射率」Ｒ_ｓとは、正反射角を中心とした周りの１６度の頂角を有して現れる錐体への光線の反射率をいう。用語「拡散反射率」Ｒ_ｄとは上記特定された正反射錐体の外側にある光線の反射率をいう。用語「全反射率」Ｒ_ｔとは、表面からの全ての光の反射率を合わせたものをいう。よって、全反射率は正反射率および拡散反射率の合計である。

同様に、用語「正透過率（ｓｐｅｃｕｌａｒ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）」Ｔ_ｓは、本明細書においては、正（ｓｐｅｃｕｌａｒ）方向を中心とした周りの１６度の頂角を有して現れる錐体への光線の透過率に関して使用される。用語「拡散透過率」Ｔ_ｄは、本明細書においては、上記特定された正（ｓｐｅｃｕｌａｒ）錐体の外側にある全ての光線の透過率に関して使用される。用語「全透過率」Ｔ_ｔとは、光学体を通る全ての光の透過率をあわせたものをいう。よって、全透過率は正透過率および拡散透過率の合計である。一般に、それぞれの拡散反射偏光子は、電磁放射線の１つの偏光状態についての第１の軸に沿った拡散反射率Ｒ_１ｄ、正反射率Ｒ_１ｓ、全反射率Ｒ_１ｔ、拡散透過率Ｔ_１ｄ、正透過率Ｔ_１ｓおよび全透過率Ｔ_１ｔ、並びに電磁放射線の別の１つの偏光状態についての第２の軸に沿った拡散反射率Ｒ_２ｄ、正反射率Ｒ_２ｓ、全反射率Ｒ_２ｔ、拡散透過率Ｔ_２ｄ、正透過率Ｔ_２ｓおよび全透過率Ｔ_２ｔによって特徴づけられる。第１の軸および第２の軸は互いに直交しており、かつそれぞれは拡散反射偏光子の厚み方向に対して直交している。一般性を失うことなしに、第１の軸に沿った全反射率が第２の軸に沿ったものよりも大きくなる（すなわち、Ｒ_１ｔ＞Ｒ_２ｔ）ように、および第１の軸に沿った全透過率が第２の軸に沿ったものよりも小さくなる（すなわち、Ｔ_１ｔ＜Ｔ_２ｔ）ように、第１の軸および第２の軸は選択される。

拡散反射率、正反射率、全反射率、拡散透過率、正透過率、全透過率は、本明細書において使用される場合、一般的に、米国特許第５，７８３，１２０において定義されるのと同じ意味を有する。

性能指数（Ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ Ｍｅｒｉｔ；ＦＯＭ）
本発明に従って製造された拡散反射偏光子は全て、

を満足する。

式（１）は、本発明の反射偏光子は、反射においては、正反射よりも拡散反射であることを示す。ワイヤグリッド偏光子（例えば、ユタ州、オレムのＭｏｘｔｅｋ，Ｉｎｃ．，から入手可能なもの）、複数層干渉ベースの偏光子、例えば、ミネソタ州、セントポールの３Ｍによって製造される、ビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ^商標）二重輝度上昇フィルム、またはコレステリック液晶ベースの反射偏光子は、拡散性よりも鏡面性であることに留意されるべきである。

式（２）は拡散反射偏光子についての性能指数を定義する。この式は、その性能指数ＦＯＭが１．３５より大きい場合には、膜が反射偏光子として定義されることを示す。偏光リサイクリングのために、重要なのは全反射率および全透過率であり、よって、様々な反射偏光子をランク付けする目的のためにＦＯＭを計算するために、全反射率および全透過率だけが使用される。この性能指数は反射偏光子およびＬＣＤにおいて使用される背面偏光子のような吸収偏光子の全光スループットを説明し、そして、拡散リフレクタまたはその等価物を用いて光リサイクリングがもたらされるＬＣＤシステムに適用する式（１）

と本質的に同じである。

Ｒはリサイクリング反射膜の反射率、または各光リサイクリングに関連する効率を説明することに留意されたい。理想の場合には、Ｒは１に等しく、このことは、光リサイクリングにおいて光の損失がないことを意味する。Ｒが１未満の場合には、光リサイクリング径路において幾分かの光の損失がある。他の形態の性能指数が使用されうるが、反射偏光子の相対的なランキングは同じままであることにも留意されたい。反射偏光子の性能を定量化しランキング付けする目的のために、ＦＯＭ≡Ｔ_２ｔ／（１−０．５（Ｒ_１ｔ＋Ｒ_２ｔ））が本出願において使用されうる。減光比（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ）Ｔ_２ｔ／Ｔ_１ｔまたはＲ_１ｔ／Ｒ_２ｔは反射偏光子を説明するのに適切であるとは限らない、というのは、より高いＴ_２ｔ／Ｔ_１ｔまたはＲ_１ｔ／Ｒ_２ｔを有する反射偏光子は、より低い減光比を有するものよりも良好に必ずしも機能するとは言えないからである。理想的な従来の吸収偏光子については、Ｔ_２ｔ＝１、Ｒ_１ｔ＝Ｒ_２ｔ＝０、よってＦＯＭ＝１である。理想的な反射偏光子については、Ｔ_２ｔ＝１、Ｒ_１ｔ＝１、およびＲ_２ｔ＝０、よってＦＯＭ＝２である。メジャー相としてｓＰＳを有する米国特許第５，７８３，１２０号の例６、８、１０に開示されるような拡散反射偏光子はＦＯＭ＜１．２７を有していたが、これは満足できるものではなかった。

第１および第２のポリマーの光学特性を調節することにより、本発明に従った拡散反射偏光子は１．３５を超える、より好ましくは１．５を超えるＦＯＭ値を有することができた。米国特許第５，７８３，１２０号に開示されるいくつかの拡散反射偏光子は１．３５を超えるＦＯＭを有するが、それらは０．０５を超える複屈折を有するメジャー相と、より低い複屈折の分散相とから構成されていた。

非晶質および半結晶性ポリマー
そのガラス転移温度（Ｔ_ｇ）未満からＴ_ｇ＋３００℃までの範囲の温度にわたる示差走査熱量測定（ＤＳＣ）試験中に結晶化（発熱）または溶融（吸熱）ピークを生じさせないポリマーは非晶質であると称される。逆に、ＤＳＣ試験中にこのようなピークが記録される場合には、そのポリマー物質は半結晶性である。このＤＳＣ試験は当業者に周知である。

実質的に非晶質のナノコンポジット物質
本明細書を通じて、実質的に非晶質のナノコンポジット物質とは、少なくとも先に定義された連続非晶質相と、少なくとも１つの追加の相とを含む二相または複数相非晶質物質をいい、この追加の相は連続非晶質相内で小さなドメインに分散されており、このドメインは、光の波長よりも小さな（すなわち、ナノスケールドメイン）、少なくとも１つの寸法における、特徴的寸法を有し、その結果、これらのドメインはこの物質を通過する光の散乱に寄与しないが、この物質の有効光学特性（屈折率および複屈折）を調節するために使用されうる。このナノスケール分散物質は非晶質または結晶性であることができ、有機または無機であることができる。これらのドメインは球状または非球状の形態であることもできる。

本発明においては、高温での延伸中の熱結晶化に対するポリマーの特性およびこれにより望ましくない水準の曇りを生じさせるので、半結晶性ポリマーは、拡散反射膜のメジャー相において使用するのに充分に適していない。この問題は’４４０号特許において克服されており、そこではメジャー相における非晶質ポリマーの使用が提案された。しかし、’４４０号特許とは異なって、本発明におけるメジャー相は、純粋な非晶質のものではなく実質的に非晶質のナノコンポジット物質を含む。このアプローチは、散乱による光透過率の損失なしに、拡散反射膜におけるメジャー相の光学特性のより良好な制御を可能にする。

非混和性で適合性のポリマーブレンド
溶融状態で一緒に混合されるときに熱力学的に非適合性であるポリマーは非混和性であると称される。このようなポリマーは粗い形態を有する区別できる相に分離し、不均一なブレンドを作り出し、それぞれの相はポリマー成分の区別できる特徴を保持し、相間での劣った接着性を示す。一方、適合性のブレンドは、微細な相形態およびこのブレンドを含むポリマードメイン間の良好な接着性を示す。

メジャー相、マイナー相、連続相、不連続相および分散相
メジャー相およびマイナー相は、混合物中で熱力学的に区別できる相であり、これらの相は異なる重量分率を有する。メジャー相は５０％を超える重量分率を有するが、マイナー相は５０％未満の重量分率を有する。同様に、混合物中の連続相は、５０％を超える体積分率を有する熱力学的に区別できる相であるが、混合物中の不連続相は、５０％未満の体積分率を有する熱力学的に区別できる相である。分散相はマイナー相または５０％未満の体積分率を有する相である。

複屈折、弱い複屈折、およびほぼ光学等方性
量（ｎｘ−ｎｙ）は面内複屈折「Δｎ_ｉｎ」と称され、ここでｎｘおよびｎｙは方向ｘおよびｙにおける屈折率であり；ｘはｘ−ｙ面における最大屈折率の方向として採用され、ｙ方向はそれに対して垂直にとられ；このｘ−ｙ面はこの層の表面に対して平行であり；ｄはｚ方向でのこの層の厚みである。Δｎ_ｉｎの値は典型的には、波長λ＝５５０ｎｍで与えられる。

量［ｎｚ−（ｎｘ＋ｎｙ）／２］は面外複屈折「Δｎ_ｔｈ」と称され、ここでｎｚはｚ方向における屈折率である。ｎｚ＞（ｎｘ＋ｎｙ）／２の場合には、Δｎ_ｔｈは正（正の複屈折）であり、ｎｚ＜（ｎｘ＋ｎｙ）／２の場合には、Δｎ_ｔｈは負（負の複屈折）である。Δｎ_ｔｈの値は典型的には、λ＝５５０ｎｍで与えられる。
本明細書において使用される場合、「ほぼ光学等方性」または「弱い複屈折」とは延伸後、その物質が０．０２未満の複屈折を有することを意味する。

本発明はメジャー相を形成する実質的に非晶質のナノコンポジット物質である第１のポリマーと、マイナー相を形成する第２のポリマーとを含み、メジャー相がほぼ等方性である拡散反射偏光子に関し、並びに、このような拡散反射偏光子を製造する方法が本明細書で以下に、および図面を参照することにより記載される。本発明の拡散反射偏光子はＬＣＤのようなディスプレイ装置に効果的に使用され、光効率を増大させる。

ここで、図１および２を参照すると、本発明の拡散反射偏光子３０は膜１０を含み、この膜はメジャー相である第１のポリマー相１４と第１のポリマーメジャー相内に分散されている第２のポリマー相１２とを有する非混和性ブレンドを含み、前記第１ポリマーは実質的に非晶質のナノコンポジット物質であって、約０．０２未満の複屈折を有する。第１のポリマーメジャー相１４は、非晶質連続相１５および追加の相をさらに含むナノコンポジットであり、この追加の相は連続相１５内でナノスケールドメイン１６に分散されている。分散されたドメイン１６は、少なくとも１つの寸法において、光の波長よりも小さい特徴的寸法を有し、その結果、これらのドメインは第１のポリマーメジャー相１４を通過する光の散乱に寄与しない。しかし、それらは第１のポリマーメジャー相１４の有効屈折率を調節することができる。これらのドメインは図２においては、原寸に比例して描かれていない。第２のポリマーは、典型的には、排他的ではないが、半結晶性であり、前記分散されているマイナー相１２については、このマイナー相と前記メジャー相１４との屈折率の差が、第１の軸に沿って約０．０５より大きく、当該第１の軸に対して直交する第２の軸に沿って約０．０５より小さく；電磁放射線の少なくとも１つの偏光状態について少なくとも１つの軸に沿って一緒にされた前記第１の相および第２の相の拡散反射率は少なくとも約５０％である。一般に、ナノスケールドメイン１６のサイズは、少なくとも１つの寸法において、マイナー相１２よりも少なくとも１０倍小さい。

場合によっては、拡散反射偏光子３０は追加の層（保護層または「スキン」層２０Ａおよび２０Ｂが、例えば、図１において例示されている）を含むことができ、これら追加の層は、複数相コンポジット膜の延伸を容易にするために、または反射偏光子の１以上の物理的、化学的もしくは熱的特性を向上させるために、またはコア層の物理的保護のために使用されうる。

メジャー相の濃度は、膜１０中の全物質の少なくとも５１重量％であるが、一方、分散されているマイナー相の濃度は５０重量％未満である。好ましくは、メジャー相は少なくとも６０重量％であり、分散されているマイナー相は４０重量％未満である。

第１のポリマーメジャー相は、分散されたナノスケールドメインの他に、単一種のポリマーまたは２種以上の混和性のポリマーを含むことができる。分散されているマイナー相である第２のポリマー相は単一種のポリマーまたは２種以上の混和性のポリマーを含むこともできる。典型的には、この２相のそれぞれは単一種のポリマーのみを含む。しかし、溶融粘度、Ｔ_ｇ、物理的特性、熱的特性、屈折率などの様々な特性を最適化しまたは変更するために、２種以上の混和性ポリマーのブレンドがいずれかの相において効果的に使用されることができる。

メジャー相を含む１種以上のポリマーは実質的に非晶質のナノコンポジットで、透過性で、かつ弱い複屈折である。分散されているマイナー相を構成する１種以上のポリマーは透過性であり、かつ高度に複屈折であり、典型的には、排他的ではないが、半結晶性である。第１のポリマーにおける低い複屈折値は、非常に低い応力−光学係数を有するポリマーを選択することにより、マトリックスの応力−光学係数を低くするナノスケール物質を分散させることにより、および／またはメジャー相を構成するポリマーのガラス転移温度を充分上回る温度（Ｔ_ｓ）、Ｔ_ｓ＞Ｔ_ｇ，１＋３０℃（Ｔ_ｇ，１はメジャー相のガラス転移温度である）で膜を延伸することにより達成され、その結果、延伸後この物質が固化する場合に、面内複屈折の水準を０．０２未満、好ましくは０．０１未満、より好ましくは０．００５未満まで低下させるのに充分に、分子配向が緩和させられる。実質的に非晶質のナノコンポジットメジャー相において使用するためのポリマーの例には、多孔質シリカ担持金属不均一触媒を使用してアニオン重合されたビニル芳香族共役ジエンブロックコポリマーを実質的に完全に水素化することによって製造される環式ブロックコポリマー（ＣＢＣ）が挙げられる。

ビニル芳香族／共役ジエンブロックコポリマーは、水素化の前に、公知の何らかの構造、例えば、区別できるブロック、テーパードブロックおよびラジアルブロックなどを有することができる。交互のビニル芳香族ブロックと共役ジエンブロックとを含む区別できるブロック構造は、特にこのようなブロック構造がトリブロックコポリマーまたはペンタブロックコポリマーを生じさせ、それぞれの場合にビニル芳香族末端ブロックを有する場合には、好ましい結果を生じさせる。ペンタブロックコポリマーは特に好ましいブロックコポリマーを構成する。ビニル芳香族ブロックは、所望のように、同じまたは異なる分子量を有することができる。同様に、共役ジエンブロックは同じまたは異なる分子量を有することができる。

典型的なビニル芳香族モノマーには、スチレン、アルファ−メチルスチレン、ビニルトルエンの全ての異性体（特にパラビニルトルエン）、エチルスチレンの全ての異性体、プロピルスチレン、ブチルスチレン、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン、ビニルアントラセンなど、またはこれらの混合物が挙げられる。ブロックコポリマーは、各ビニル芳香族ブロック中に１種以上の重合されたビニル芳香族モノマーを含むことができる。ビニル芳香族ブロックは好ましくはスチレンを含み、より好ましくは、本質的にスチレンからなり、さらにより好ましくはスチレンからなる。

共役ジエンブロックは２つの共役二重結合を有するモノマーを含むことができる。例示であって、非限定的である、共役ジエンモノマーの例には、ブタジエン、２−メチル−１，３−ブタジエン、２−メチル−１，３−ペンタジエン、イソプレンまたはこれらの混合物が挙げられる。ビニル芳香族ブロックに関しては、ブロックコポリマーは１種（例えば、ブタジエンもしくはイソプレン）または１種より多く（例えば、ブタジエンとイソプレンとの両方）を含むことができる。ブロックコポリマー中の好ましい共役ジエンポリマーブロックは、水素化の前に、ポリブタジエンブロック、ポリイソプレンブロックまたは混合ポリブタジエン／ポリイソプレンブロックを含むことができる。ブロックコポリマーは、水素化の前に、１つのポリブタジエンブロックおよび１つのポリイソプレンブロックを含むことができるが、好ましい結果は、ポリブタジエン単独の複数ブロックまたはポリイソプレン単独の複数ブロックである複数の共役ジエンブロックを水素化の前に有するブロックコポリマーの使用により起こる。単独のジエンモノマーを好むことは主として製造を単純化することに端を発する。両方の場合において、ポリマー骨格へのジエン組み込みマイクロ構造は制御されて、実質的にまたは完全に非晶質であるＣＢＣポリマーを達成することができる。

各ビニル芳香族ブロックがスチレン（Ｓ）を含みかつ各共役ジエンブロックがブタジエン（Ｂ）またはイソプレン（Ｉ）を含む典型的に好ましいビニル芳香族／共役ジエンブロックコポリマーには、ＳＢＳおよびＳＩＳトリブロックコポリマー並びにＳＢＳＢＳおよびＳＩＳＩＳペンタブロックコポリマーが挙げられる。ブロックコポリマーはトリブロックコポリマーまたは、より好ましくは、ペンタブロックコポリマーであることができるが、ブロックコポリマーは１以上の追加のビニル芳香族ポリマーブロック、１以上の追加の共役ジエンポリマーブロックまたは１以上の追加のビニル芳香族ポリマーブロックおよび１以上の追加の共役ジエンポリマーブロック、またはスターブロックコポリマー（例えば、カップリングを介して生じさせられる）を有するマルチブロックであることができる。所望の場合には、２種のブロックコポリマーのブレンド（例えば、２種のトリブロックコポリマー、２種のペンタブロックコポリマーまたは１種のトリブロックコポリマーと１種のペンタブロックコポリマー）を使用することができる。２種の異なるジエンモノマーを単一ブロック内に使用することもでき、これは、例えば、ＳＩＢＳとして示されうる構造を提供する。これら典型的な構造は、これに限定されないが、本発明の実施形態における第１のポリマーとして使用するのに好適であり得るブロックコポリマーを示す。

「実質的に完全に水素化」とは、水素化前にビニル芳香族ブロックに存在する二重結合の少なくとも９５パーセントが水素化されまたは飽和され、および水素化前にジエンブロックに存在する二重結合の少なくとも９７パーセントが水素化されまたは飽和されることを意味する。ブロックの相対的な長さを変えることにより、全分子量、ブロック構造（例えば、ジブロック、トリブロック、ペンタブロック、マルチアームドラジアルブロック（ｍｕｌｔｉ−ａｒｍｅｄ ｒａｄｉａｌ ｂｌｏｃｋ）など）およびプロセス条件、様々な種類のナノ構造形態が、このブロックコポリマーから得られることができ、それにより、メジャー相の光学特性を変えることができる。特定の非限定的な例には、ラメラ形態、両連続らせん（ｂｉｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｙｒｏｉｄ）形態、円柱形態および球形態などが挙げられる。ブロックコポリマーのこの形態およびマイクロ相分離挙動は周知であり、例えば、「Ｔｈｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ ｂｙ Ｉａｎ Ｈａｍｌｅｙ， Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，（オックスフォードユニバーシティープレス、イアンハムレイによるブロックコポリマーの物理学）１９９８」に見いだされうる。特に好ましいＣＢＣポリマーは、水素化前に５５〜８０重量％のスチレンの量および２０〜４５重量％の共役ジエンの量を有するものである。

充分に分散された無機ナノスケール粒子とブレンドされた非晶質の高度に透過性のポリマーは、実質的に非晶質のナノコンポジット物質の別の例である。

メジャー相中のＣＢＣポリマーは１つのブロックを有する非ブロックポリマーまたはコポリマーとブレンドされうる。典型的な非ブロックポリマーおよびコポリマーには、これに限定されないが、水素化ビニル芳香族ホモポリマーまたはランダムコポリマー、環式オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、環式オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、アクリルポリマー、アクリルコポリマーまたはこれらの混合物が挙げられる。非ブロックコポリマーまたはコポリマーは、ＣＢＣ物質とブレンドされる場合に、ブロックコポリマーの１つの相と混和性であり、その相の中に隔離される。

ＣＯＣおよびＣＯＰは、本発明のメジャー相のための混和性ブレンド成分として特に興味深い。これらの環式オレフィン物質は著しくガラス様の有機物質である。ＣＯＣ物質は可視領域で９１％の視感透過率を有する。その高い透過率および高いアッベ数（５８）に加えて、ＣＯＣ樹脂は非常に低い曇りおよび黄色度を有し、散乱または吸収による最小限の光損失を確実にする。低い光学異方性を有する非晶質ポリマーの場合、それらは本質的に低い複屈折および非常に低い応力光学係数（ＰＭＭＡのと同じくらいまたはそれよりも低い）も有し、その結果それらは荷重下で低い複屈折を保持する。いくつかの等級のＣＯＣ樹脂は１７０℃（３３８°Ｆ）の高さの熱たわみ温度で利用可能であり、それらを非常に高い温度への短期間曝露に耐性にする。ＣＯＣ樹脂は優れた水分制御を提供する。それは、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）のおよそ２倍の水分バリア、および低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）の５倍の水分バリアを有する。ＣＯＣ樹脂は環境に優しく、かつ簡単な廃棄を可能にする。燃焼の際に、それは毒性ガスを形成せず、水と二酸化炭素とを形成するだけである。

マイナー相における複屈折の高い値は、相対的に高い応力光学係数を有する物質を利用することにより、およびＴ_ｇ，２＜Ｔ_ｓ＜Ｔ_ｇ，２＋３０℃（ここで、Ｔ_ｇ，２は分散されているマイナー相のＴ_ｇである）となる温度Ｔ_ｓで膜を延伸することにより達成される。マイナー相において使用するのに好適なポリマーの例には、これに限定されないが、ポリエステル、ポリアミド、およびポリエステル−アミド、並びに他の種類の半結晶性ポリマーが挙げられる。具体的な非限定的な例には、ポリ（エチレンテレフタラート）（ＰＥＴ）、ポリ（エチレンナフタラート）（ＰＥＮ）およびシクロヘキシルジメチレン部分を含むポリエステルが挙げられる。

本発明のある実施形態においては、マイナー分散相は適合性ポリエステルブレンドおよびエステル交換反応を実質的に阻害する手段を含む。このポリエステルブレンドは１種以上のポリエステルまたは少なくとも１種のポリエステルおよびポリカーボナートを含むことができる。エステル交換阻害剤はポリマー加工産業界において周知であり、一般的にリン含有化合物を含む。本発明において使用するのに好適なエステル交換阻害剤には、これに限定されないが、有機亜リン酸エステル、例えば、亜リン酸トリフェニル、ビス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ペンタエリスリトールジホスフィット、ジ−ｎ−オクタデシルホスフィット、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスフィット、トリス（モノノニルフェニル）ホスフィット、亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチルなどが挙げられる。

本発明の拡散反射偏光子は、ＬＣＤのようなディスプレイ装置において典型的に使用される１種以上の他の光学膜、例えば、反射防止、周囲光抑制、照明増大、光コリメーション、光方向変換、光拡散、光スプレッディング、視認角増大、偏光などの機能を提供する膜、との組み合わせで使用されうる。

本発明の拡散反射偏光子は複数工程プロセスによって生じさせられる。最初に、第１のメジャー相および第２の分散相を含む全ての成分が所望の組成で一緒にドライブレンドされる。このブレンディングは、二軸押出機または静的ミキサーを使用する追加の溶融ブレンド工程を含むことができる。この混合物は押出機に供給され、次いで、シート形成ダイまたはマルチマニホルドダイを通してロールスタックおよびカレンダー上にキャストされる。膜の分散マイナー相において所望の複屈折レベルを誘起させるために、このキャストシートは延伸工程を受けなければならない。この組成物を配向させるために、この延伸はシート押出の直後にインラインで行われうるか、または別の工程でオフラインで行われうる。いずれの場合においても、シートは最初に、Ｔ_ｇ，２＜Ｔ_ｓ＜Ｔ_ｇ，２＋３０℃である：Ｔ_ｓの温度に加熱され、次いで、機械方向に沿ってもしくは機械横断方向に沿って一軸延伸されるか、またはその双方で、分散されているマイナー相における所望の水準の面内複屈折を生じさせる。

よって、この延伸温度は次の条件を満たさなければならない：

ここで、Ｔ_ｇ，１は実質的に非晶質のナノコンポジットメジャー相のＴ_ｇであり、Ｔ_ｇ，２はマイナー相を構成する第２のポリマーのＴ_ｇである。

メジャー相が高い応力光学係数を有する場合には、ひいては、メジャー相において低い複屈折を達成するために（すなわち、メジャー相の複屈折は延伸および固化後に０．０２未満でなければならない）、Ｔ_ｓ−Ｔ_ｇ，１＞３０℃、すなわち、延伸温度は、メジャー相のガラス転移温度よりも相対的に高くなければならない。

典型的な伸長または延伸比は３倍〜７倍の範囲であるが、より広範囲の延伸比が考慮されうる。延伸は当業者に周知の多くの方法を用いて行われうる。いくつかの場合においては、延伸された膜の端は延伸工程中に拘束されうるが、拘束されない延伸が好ましい。米国特許第５，７８３，１２０号の試みと比較して、本発明は、先行技術に特定される制限なしに、より低コストおよびよりすぐれた光学性能の可能性を有する広範囲の選択肢および物質を提供する。

延伸後、本発明の反射偏光子の全厚みは２５〜１０００ミクロンで変化すると予想される。典型的には、約１００〜５００ミクロンの全厚みは、所望の程度の偏光リサイクリングおよび寸法安定性を達成するのに充分である。

前述のように、本発明のある実施形態においては、反射偏光子３０は、膜１０のそれぞれの面上に保護層２０Ａおよび２０Ｂを伴って製造される（図１を参照）。この保護層は膜１０と共に共押出されかつ共延伸されて、分散されているマイナー相の組成と類似するおよび場合によっては同じ物質を含むことができる。延伸されたシートは最終的に冷却されてロールに丸められる。保護層２０Ａおよび２０Ｂは膜１０に永続的に取り付けられたままであることができ、または反射偏光子がＬＣディスプレイに組み込まれる前の何らかの時点で剥ぎ取られても良い。この保護層の剥ぎ取りは図３に示されており、この保護層は弱い接着力によって膜１０に保持されることを必要とする。接着のこのレベルは好適な表面活性化剤、ポリマー界面活性剤、可塑剤および様々な他の追加物の添加によって制御されうる。あるいは、保護層と膜１０との間の接着は、図４に示されるような結合層（ｔｉｅ ｌａｙｅｒ）の追加によって向上されることができ、図４においては、層２２Ａおよび２２Ｂは、膜１０と対応する保護層２１Ａおよび２１Ｂとの間に配置された結合層を表す。結合層において使用するのに好適な物質は、保護層２１Ａおよび２１Ｂ並びに膜１０に使用される連続ポリマー相に対して幾分かの適合性または親和性を有するべきである。メジャー相がＣＢＣポリマーを含み保護層がポリエステルを含むある実施形態においては、好適な結合層物質には、エチレン−酢酸ビニルポリマーおよびエチレン−アクリラートポリマーが挙げられる。

１０ 膜
１２ 第２のポリマー相
１４ 第１のポリマー相
１５ 非晶質連続相
１６ ナノスケールドメイン
２０Ａ、２０Ｂ、２１Ａ、２１Ｂ 保護層
２２Ａ、２２Ｂ 結合層
３０ 拡散反射偏光子

Claims (11)

1. 層を含む拡散反射偏光子であって；
   実質的に非晶質のナノコンポジット物質であって、かつ約０．０２未満の複屈折を有するメジャー相である第１のポリマーと、第１のポリマーメジャー相中に分散されているマイナー相である第２のポリマーとを前記層が含み；メジャー相とマイナー相とでは、屈折率の差が第１の軸に沿って約０．０５より大きく、かつ前記第１の軸に対して直交する第２の軸に沿って約０．０５より小さく；
   メジャー相は連続非晶質相と、前記連続非晶質相内のドメインに分散されている少なくとも１つの追加の相とを含み；これらのドメインが第１のポリマーを通過する光の散乱に寄与しないように、光の波長よりも小さい、少なくとも１つの寸法における、特徴的寸法を前記ドメインが有し；
   電磁放射線の少なくとも１つの偏光状態のための少なくとも１つの軸に沿って一緒にされた前記第１および第２のポリマーの拡散反射率が少なくとも約５０％である；
   拡散反射偏光子。
2. 第１のポリマーが環式ブロックコポリマーである、請求項１に記載の拡散反射偏光子。
3. 環式ブロックコポリマーが、実質的に完全に水素化された、アニオン重合されたビニル芳香族共役ジエンブロックコポリマーからなる、請求項２に記載の拡散反射偏光子。
4. ビニル芳香族ブロックコポリマーが、スチレン、アルファ−メチルスチレン、ビニルトルエンの全ての異性体（特にパラビニルトルエン）、エチルスチレンの全ての異性体、プロピルスチレン、ブチルスチレン、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン、ビニルアントラセンなど、またはこれらの混合物を含む、請求項３に記載の拡散反射偏光子。
5. 共役ジエンブロックコポリマーがブタジエン、２−メチル−１，３−ブタジエン、２−メチル−１，３−ペンタジエン、イソプレンまたはこれらの混合物を含む、請求項３に記載の拡散反射偏光子。
6. 第１のポリマー内に分散されている追加の相がナノスケール粒子を含む、請求項１に記載の拡散反射偏光子。
7. 第１のポリマーが、環式ブロックコポリマーと別の非ブロックポリマーとの適合性ブレンドを含み、前記別の非ブロックポリマーが水素化ビニル芳香族ホモポリマーもしくはランダムコポリマー、環式オレフィンポリマー、環式オレフィンコポリマー、アクリルポリマー、アクリルコポリマーまたはこれらの混合物を含む、請求項１に記載の拡散反射偏光子。
8. 第２のポリマーがＰＥＴ、ＰＥＮまたは他のポリエステルを含む、請求項１に記載の拡散反射偏光子。
9. 第２のポリマーが、２種以上のポリマーの混和性ポリエステルブレンドおよびエステル交換阻害剤を含む、請求項１に記載の拡散反射偏光子。
10. 第１および第２のポリマーを含む層の各面上に保護層をさらに含む、請求項１に記載の拡散反射偏光子。
11. 層を含む拡散反射偏光子であって；
    実質的に非晶質のナノコンポジット物質であって、かつ約０．０２未満の複屈折を有するメジャー相である第１のポリマーと、第１のポリマーメジャー相中に分散されているマイナー相である第２のポリマーとを前記層が含み；メジャー相とマイナー相とでは、屈折率の差が第１の軸に沿って約０．０５より大きく、かつ前記第１の軸に対して直交する第２の軸に沿って約０．０５より小さく；
    メジャー相は連続非晶質相と、前記連続非晶質相内のドメインに分散されている少なくとも１つの追加の相とを含み；これらのドメインが第１のポリマーを通過する光の散乱に寄与しないように、少なくとも１つの寸法において、光の波長よりも小さい特徴的寸法を前記ドメインが有し；
    電磁放射線の１つの偏光状態のための第１の軸に沿って一緒にされた前記第１のポリマーおよび第２のポリマーが、拡散反射率Ｒ_１ｄ、正反射率Ｒ_１ｓ、全反射率Ｒ_１ｔ、拡散透過率Ｔ_１ｄ、正透過率Ｔ_１ｓ、および全透過率Ｔ_１ｔを示し、電磁放射線の別の偏光状態のための第２の軸に沿って、拡散反射率Ｒ_２ｄ、正反射率Ｒ_２ｓ、全反射率Ｒ_２ｔ、拡散透過率Ｔ_２ｄ、正透過率Ｔ_２ｓ、および全透過率Ｔ_２ｔを示し；前記第１の軸および第２の軸は直交しており；Ｒ_１ｄはＲ_１ｓより大きく；並びに
    

    

    である；
    拡散反射偏光子。

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