JP2014522501A - 接着剤を含む光学スタック - Google Patents

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Abstract

主に光学ゲインをもたらすよう設計される光学活性部分と、所望により、光透過性接着剤層によって第2の光学フィルムに接着される第1の表面上に配置される光学不活性接着部分とを備える、複数の構造体を含む第1の光学フィルムを含む光学スタックであって、構造体の一部が接着剤層に貫入して、接着剤層と第1の表面との間に隔離部を設けるようにする、光学スタックがここに記載される。一実施形態において、光学スタックは、特に経年変化後に高い剥離強度と高い白色度保持との組み合わせを示す。
接着剤層は、好ましくは、ポリアクリレート構成成分と重合性モノマーとの反応生成物の相互貫入ネットワークを含み、接着剤層は、25℃において100〜2000MPaの範囲の弾性率を有する。

Description

光学物品又は構成成分の接着において使用するのに好適な、様々な光学接着剤が述べられている。光学接着剤で接着した光学フィルムスタックも述べられている。業界では、改善された特性を有する光学スタックと接着方法の利点を見出している。
一実施形態において、特に経年変化後に、高い剥離強度と高い白色度保持との組み合わせを有する光学スタックが説明される。
光学スタックは、主に光学ゲインをもたらすよう設計される光学活性部分と、所望により、第1の表面上に配置される光学不活性接着部分とを備える、複数の構造体を含む、第1の光学フィルムを備える。第1の光学フィルムは、光透過性接着剤層によって第2の光学フィルムに接着され、構造体の一部が接着剤層に貫入して、接着剤層と第1の表面との間に隔離部を設けるようにする。光学スタックの剥離強度は、少なくとも50重量グラム/インチ(0.19N/cm)である。光学スタックは、65℃かつ相対湿度95%の状態に光学スタックを200時間置くとき、光学ゲインの減少が5%以下である。
経年変化後の光学ゲイン減少が少ないのは、経年変化後の接着剤層への構造体貫入の変化が少ない、又は変化がないことに起因すると推測される。この特徴は、構造体が主に光学ゲインをもたらすよう設計されているかどうかにかかわらず、様々な構造体の接着に有利である。
別の実施形態において、光学スタックは、光透過性接着剤層によって第2の光学フィルムに接着される、第1の表面上に配置される複数の構造体を含む、第1の光学フィルムを備え、構造体の一部が接着剤層に貫入して平均貫入率を規定し、接着剤層と第1の表面との間に隔離部を設けるようにする。光学スタックの剥離強度は、少なくとも50重量グラム/インチ(0.19N/cm)である。65℃かつ相対湿度95%の状態に光学スタックを200時間置くとき、貫入率の上昇は50%以下である。
白色度保持と、貫入率の変化がほとんど又は全くないことは、好ましくは、特定の硬化済み接着剤層によってもたらされる。
別の実施形態において、光学スタックは、光透過性接着剤層によって第2の光学フィルムに接着される、第1の表面上に配置される複数の構造体を含む、第1の光学フィルムを備え、構造体の一部が接着剤層に貫入して、接着剤層と第1の表面との間に隔離部を設けるようにし、接着剤層は、ポリアクリレートと重合性モノマーとの反応生成物の相互貫入ネットワークを含み、接着剤は、25℃において100〜2000MPaの範囲の弾性率を有する。
光学構造物、例えば接着剤で接着した光学フィルムのスタックの製造方法も記載される。一実施形態において、この方法は、
第1の表面上に突出構造体を提供する工程と、接着剤組成物の層を基材に適用する工程と、突出構造体が部分的に接着剤に貫入して、接着剤層と第1の表面との間に隔離部を形成するように、構造体を基材に接触させる工程と、接着剤組成物を硬化させる工程と、を含む。接着剤組成物は、好ましくは、ポリアクリレートと、官能基を有するモノマーとを含み、モノマーの分子量が官能基あたり100g/モルを超える。
光学アセンブリ、例えば光学スタックの中間構造物なども記載される。光学アセンブリは、第1の表面上に突出構造体を含み、このとき構造体の一部は、ポリアクリレートと、官能基を含むモノマーとを含む接着剤組成物を含み、モノマーの分子量が官能基あたり150g/モル未満である。
これらの各実施形態において、第1の光学フィルムの少なくとも一部又は構造体は、好ましくは、接着剤層に貫入する光学不活性接着部分を含む。そのような実施形態において、光学活性構造体又はその一部は、接着剤層に貫入しない。
これらの各実施形態において、接着剤は、本明細書に記載する様々な任意の特質、又はその組み合わせを特徴としてよい。一実施形態において、接着剤は、約35重量%〜約75重量%のポリアクリレートを含む。別の実施形態において、ポリアクリレートは、感圧性接着剤である。別の実施形態において、ポリアクリレートは、分枝状C4〜C12アルキル基、例えばイソオクチルを含むモノマー繰り返し単位を含む。一実施形態において、ポリアクリレートは、アクリル酸由来の繰り返し単位を含む。一実施形態において、重合性モノマーはエポキシ構成成分であり、接着剤組成物は更に、光活性化されたカチオン性反応開始剤を含む。別の実施形態において、重合性モノマー少なくとも3つの(メタ)アクリレート基を含み、接着剤組成物は更に、フリーラジカル光開始剤を含む。更に別の実施形態において、接着剤は(例えば、光透過性)充填材を含み、接着剤が約2%〜30%の範囲のヘイズを有するようにする。
本発明は、添付の図面に関連して以下の本発明の種々の実施形態の「発明を実施するための形態」を考慮したとき、より完全に理解し正しく認識され得る。
光配向フィルムの概略側面図。 光学層に部分的に貫入する一体型個別構造体の概略側面図。 光配向フィルムの概略立体図。 光配向フィルムの概略側面図。 光学スタックの概略側面図。 光配向フィルムの概略側面図。 光学スタックの概略側面図。 ディスプレイシステムの概略側面図。 別の光学スタックの概略側面図。 光学ゲインの測定に好適な光学システムの概略側面図。 別の光学スタックの概略側面図。
本発明は概して、突出部、例えば、光を方向付ける、及び/又は再利用するための複数の一体型個別構造体を有する、光配向フィルムの光学活性構造体を有する光学部品に関する。光配向フィルムは、表面、例えば光学フィルム又はガラスの主表面に、光学接着剤層を介して接着でき、このとき一体型個別構造体は、高い剥離強度を有する光学接着剤層に部分的に貫入する。光学的性質、例えば光学ゲイン又は実効光伝送の低下の原因となり得る、初期及び経年変化後の、構造体の光学接着剤に対する貫入率は、全く又はほとんど変化を呈しない。
構造体は、主に光学ゲインをもたらすように設計される光学活性部分を含む。複数の構造体を含む様々な光学フィルムが周知である。好ましい一種類の構造体は、プリズム微細構造体である。
幾つかの実施形態において、構造体全体(例えば、微細構造体化表面)は光学的に活性である。好ましい実施形態において、第1の光学フィルムの少なくとも一部又は構造体は、接着部分を含む。接着部分は、接着剤層に貫入する。好ましい実施形態において、構造体の光学活性部分は、接着剤層に貫入しない。
光学不活性接着部分を含む好ましい一種類の例示の光学フィルムは、国際公開第2011/130155号、同第2011/130144号、及び同第2011/130151号に記載されており、参照により本明細書に組み込まれる。
図1は、第1の構造化主表面110と、対向する第2の主表面120とを備える、光配向フィルム100の概略側面図である。第1の構造化主表面110は、複数の一体型個別構造体150を含む。各一体型個別構造体150は、上部、つまり接着部分170と、下部、つまり光配向部分160とを含む。本明細書で用いるとき、一体型構造体は、構造体の異なる部分又はセグメント間に、内部又は内側に物理的又は検出可能な界面がない一体型ユニットである構造体を指す。換言すれば、一体型構造体は、構造体の内部に、明確な界面、勾配界面、又は分配界面などのいかなる界面も含まない。幾つかの場合において、一体型構造体は同一の材料構成で作製されるが、これは、構造体内の異なる位置又は部分が、同一の材料構成、かつ同一の屈折率を有することを意味する。幾つかの場合において、一体型構造体は、不均一な材料構成又は屈折率分布を有してよい。例えば、幾つかの場合において、一体型構造体は、例えば、一体型構造体の厚さ方向に沿って勾配屈折率分布を有してよい。
例えば、各一体型個別構造体150は、上部170と、下部160とを含み、上部と下部との間に、物理的な又は検出可能な界面がない一体型ユニットを形成する。幾つかの場合において、上部170及び下部160は、同一の材料構成を有してよい。そのような場合、2つの部分間に界面が検出できた場合、構造体はやはり非一体型であると考えられる。一体型構造体は、典型的には単一工程で製造又は作製されるが、これは、一体型構造体の作製プロセスが、合理的には、複数の又は別個の工程に分離し得ないことを意味する。しかしながら、幾つかの場合において、一体型構造体を2つ以上の工程で製造又は作製してもよい。非一体型又は複合材料構造体は、典型的には、複数の工程で製造される。
一体型個別構造体150は、ある用途に所望され得る任意の形状、例えば任意の規則的又は不規則な形状を有してよい。例えば、幾つかの場合において、一体型個別構造体150は、例えば、四面体、プリズム若しくはピラミッドのような三次元の直線体、若しくはそのような体の一部分、又は例えば錘台などそのような体の組み合わせであってもよく、又はそれらを含んでもよい。幾つかの場合において、一体型個別構造体150は、例えば、球体、非球面、楕円体、回転楕円体、放物面、円錐、又は円筒のセグメントのような三次元の曲線体であってもよく、又はそれらを含んでもよい。幾つかの場合において、一体型個別構造体150の少なくとも一部は、プリズム状の形状を有する。
一体型構造体150は個別であるが、これは、各一体型構造体が個々に識別でき、基材130上に配置される他の類似する一体型構造体から離れていることを意味する。各一体型個別構造体150は、主に光を方向付けするよう設計される光配向部分160を備える。光配向部分160は、他の機能を果たすように設計されてもよいが、光配向部分の主な機能は、例えば、光を屈折又は反射、例えば全反射することによって光の向きを変えることである。
一般には、光配向部分160は、ある用途に所望され得る任意の形状、例えば任意の規則的又は不規則な形状を有してよい。例えば、幾つかの場合において、光配向部分160は、例えば、四面体、プリズム若しくはピラミッドのような三次元の直線体、若しくはそのような体の一部分、又は例えば錘台などそのような体の組み合わせであってもよく、又はそれらを含んでもよい。幾つかの場合において、光配向部分160は、例えば、球体、非球面、楕円体、回転楕円体、放物面、円錐、又は円筒のセグメントのような三次元の曲線体であってもよく、又はそれらを含んでもよい。幾つかの場合において、光配向部分160は、回転対称の弾丸型構造体を有してよい。
光配向部分160は、複数の第1の側部小面162を備える。例えば、代表的な光配向フィルム100では、光配向部分160Aは、第1の側部小面162Aと、対向する第1の側部小面162Bとを備える。一般には、光配向部分160は、2つ以上の側部小面を有してよい。
本明細書に開示される一体型個別構造体の光配向部分は、主に、例えば屈折又は反射によって光の方向を変えるよう設計される。
例えば、図2は、上部、つまり接着部分570と、下部、つまり光配向部分560とを備え、下部は第1の側部小面562A及び532Bを備え、主に光を方向付けるよう設計される、一体型個別構造体500の概略側面図である。例えば、光配向部分560は、光線540を光線542として方向付けるが、これは、側部小面562Bにおいて、光線540をまず全反射して光線541とし、次に、側部小面562Aにおいて、光線541を全反射して光線542とすることによるものである。別の例として、光配向部分560は、側部小面562Aにおいて、光線545を屈折することにより、光線546として光線545を方向付ける。
図1を再度参照すると、光配向フィルム100の一体型個別構造体150の各光配向部分160は、光配向部分の最大断面である基部を有し、これは光配向フィルムの平面に平行であり、光配向部分の側部小面によって画定される。例えば、光配向部分160は、光配向フィルムの平面105に平行な方向に、光配向部分の最大断面である基部164を有し、これは側部小面162C及び162Dによって画定される。代表的な光配向フィルム100は、xy平面内に、光配向フィルムの平面105を画定する。
代表的な光配向フィルム100において、基部164は、x方向に沿った最小寸法dを含む。一般には、光配向部分の基部の最小寸法は、ある用途に所望され得る任意の値又はサイズであってよい。例えば、幾つかの場合において、最小寸法dは、約500マイクロメートル未満、又は約400マイクロメートル未満、又は約350マイクロメートル未満、又は約300マイクロメートル未満、又は約250マイクロメートル未満、又は約200マイクロメートル未満、又は約150マイクロメートル未満、又は約100マイクロメートル未満、又は約90マイクロメートル未満、又は約80マイクロメートル未満、又は約70マイクロメートル未満、又は約60マイクロメートル未満、又は約50マイクロメートル未満、又は約40マイクロメートル未満、又は約30マイクロメートル未満、又は約20マイクロメートル未満であってよい。
一般には、光配向部分の基部は、ある用途に所望され得る任意の形状、例えば任意の規則的又は不規則な形状、及び任意のサイズの最小寸法を有してよい。
一般には、光配向部分の基部は線状であってよいが、これは、基部の線状方向に沿った基部の寸法、例えば平均寸法が、直交方向に沿った基部の寸法、例えば平均寸法よりも実質的に大きいことを意味する。例えば、そのような場合、線状方向に沿った基部の、平均寸法の直交方向に沿った基部の平均寸法に対する比は、少なくとも約10、又は少なくとも約50、又は少なくとも約100、又は少なくとも約500、又は少なくとも約1000である。幾つかの場合において、線状方向に沿った基部の、平均寸法の直交方向に沿った基部の平均寸法に対する比が、少なくとも約10,000であるようなとき、基部、及び光配向部分、及びその基部と関連する一体型個別構造体は、線状方向に沿った無限の、つまり制限のない範囲又は寸法、及び直交方向に沿った有限の、つまり制限のある範囲又は寸法を有すると考えることができる。幾つかの場合において、光配向部分の基部は、多角形などの直線形の形状であってよい。幾つかの場合において、この多角形は、矩形などの非正多角形、又は正三角形、正方形、正六角形、若しくは正八角形などの正多角形であってよい。幾つかの場合において、基部は、不等辺四辺形、台形、平行四辺形、菱形、又は三角形であってよい。幾つかの場合において、基部は、円形、楕円形、又は放物形などの曲線形の形状であってよい。
光配向部分160は、基部164又は平面105に垂直な方向に、基部164と接着部分170との間の最大寸法又は最大距離である、最大高さhを有する。
幾つかの場合において、光配向部分の各第1の側部小面は、光配向フィルムの平面と、約30度〜約60度の範囲の角度を成す。例えば、光配向フィルム100では、側部小面162Cは、光配向フィルムの平面105と角度αを成し、側部小面162Dは、光配向フィルムの平面105と角度αを成し、α及びαはそれぞれ、約30度〜約60度の範囲である。幾つかの場合において、光配向部分の各第1の側部小面は、光配向フィルムの平面と、約35度〜約55度、又は約40度〜約50度、又は約41度〜約49度、又は約42度〜約48度、又は約43度〜約47度、又は約44度〜約46度の範囲の角度を成す。幾つかの場合において、光配向部分の各第1の側部小面は、光配向フィルムの平面と、約45度の角度を成す。例えば、幾つかの場合において、角度α及びαはそれぞれ、約45度であってよい。
図1に示されるように、好ましい実施形態では、一体型個別構造体150は、光配向フィルムを表面に接着するよう主に設計される接着部分170を備えてよい。幾つかの場合において、接着部分170は、他の機能を果たしてもよい、又は果たすように設計されてもよいが、光配向部分の主な機能は、光配向フィルムを、隣接する表面に、例えば接着剤層を介して接着することである。図2を参照すると、接着部分570は、光配向部分560と比べて光学的に不活性であるか、光学活性が実質的に低くてよい。接着部分170は、光配向部分160上に配置される。また接着部分170は、側部小面162上、かつ小面間に配置される。例えば、接着部分170Aは、側部小面162C及び162D上、かつ側部小面162Cと162Dとの間に配置される。
一般には、接着部分170は、ある用途に所望され得る任意の形状、例えば任意の規則的又は不規則な形状を有してよい。例えば、幾つかの場合において、接着部分170は、例えば、四面体、プリズム若しくはピラミッドのような三次元の直線体、若しくはそのような体の一部分、又は例えば錘台などそのような体の組み合わせであってもよく、又はそれらを含んでもよい。幾つかの場合において、接着部分170は、例えば、球体、非球面、楕円体、回転楕円体、放物面、円錐、又は円筒のセグメントのような三次元の曲線体であってもよく、又はそれらを含んでもよい。
接着部分170は、複数の側部小面172を備える。例えば、代表的な光配向フィルム100では、接着部分170Aは、側部小面172Aと、対向する側部小面172Bとを備える。一般には、接着部分170は2つ以上の側部小面を有してよい。
本明細書に開示される一体型個別構造体の接着部分は、主に、光配向部分を隣接する表面に接着するよう設計される。
本明細書に開示される一体型個別構造体の接着部分は、主に、光配向部分を隣接する表面に接着するよう設計される。例えば、図2を参照すると、一体型個別構造体500は、側部小面572A及び572Bを備え、光配向部分560を隣接する表面595に、光学接着剤層580を介して接着する又は付着させる接着部分570を含む。接着部分570の主な機能は、一体型個別構造体500又は光配向部分560を表面595に接着することである。一部の場合、又は用途では、接着部分570は光を方向付けすることもできる。例えば、接着部分570は、光線550を光線551として方向付けできるが、このような光配向機能は、接着部分の主な機能ではない。むしろ、光配向機能は接着部分の二次的機能である。
本明細書に開示される一体型個別構造体の接着部分及び光配向部分は、多数の又は複数の側部小面を有する。一般には、本明細書に開示される側部小面は、ある用途に所望され得る任意の形状、例えば任意の規則的又は不規則な形状を有してよい。例えば、幾つかの場合において、側部小面は、平面部であってもよく、又はそれを備えてよい。
光配向フィルム100の一体型個別構造体150の各接着部分170は、接着部分の最大断面である基部を有し、これは光配向フィルムの平面に平行であり、接着部分の側部小面によって画定される。基部174は、側部小面172によって画定される。例えば、接着部分170は、接着部分の最大断面である基部174を有し、これは光配向フィルムの平面105に平行であり、接着部分の側部小面172A及び172Bによって画定される。
代表的な光配向フィルム100において、接着部分の基部174は、x方向に沿った最小寸法dを含む。一般には、接着部分の基部は、ある用途に所望され得る任意の形状、例えば任意の規則的又は不規則な形状、及び任意のサイズの最小寸法を有してよい。一般には、接着部分の基部は線状であってよいが、これは、基部の線状方向に沿った基部の寸法、例えば平均寸法が、直交方向に沿った基部の寸法、例えば平均寸法よりも、実質的に大きいことを意味する。例えば、そのような場合、線状方向に沿った基部の平均寸法の、直交方向に沿った基部の平均寸法に対する比は、少なくとも約10、又は少なくとも約50、又は少なくとも約100、又は少なくとも約500、又は少なくとも約1000である。幾つかの場合において、線状方向に沿った基部の平均寸法の、直交方向に沿った基部の平均寸法に対する比が、少なくとも約10,000であるようなとき、基部、接着部分、及びその基部と関連する一体型個別構造体は、線状方向に沿った無限の、つまり制限のない範囲又は寸法、及び直交方向に沿った有限の、つまり制限のある範囲又は寸法を有すると考えることができる。幾つかの場合において、接着部分の基部は、多角形などの直線形の形状であってよい。幾つかの場合において、この多角形は、矩形などの非正多角形、又は正三角形、正方形、正六角形、若しくは正八角形などの正多角形であってよい。幾つかの場合において、基部は、不等辺四辺形、台形、平行四辺形、菱形、又は三角形であってよい。幾つかの場合において、基部は、円形、楕円形、又は放物形などの曲線形の形状であってよい。
図1を再度参照すると、接着部分170は、基部174又は光配向フィルムの平面105に垂直な方向に、基部174と接着部分の上面との間の最大寸法又は最大距離である、最大高さhを有する。一般には、本明細書に開示される接着部分の高さは、1つ以上の方向に沿って様々であってよい。一般には、開示される線状一体型個別構造体の高さは、一体型個別構造体の長さに沿って一定であっても、様々であってもよい。幾つかの場合において、接着部分の各側部小面は、光配向フィルムの平面と、約60度超の角度を成す。幾つかの場合において、接着部分の各側部小面は、光配向フィルムの平面と、約65度超、又は約70度超、又は約75度超、又は約80度超、又は約85度超の角度を成す。
幾つかの場合において、本明細書に開示される光配向フィルム中の各一体型個別構造体は複数の側部小面を備え、光配向フィルムの平面と、約35度〜約55度、又は約40度〜約50度、又は約41度〜約49度、又は約42度〜約48度、又は約43度〜約47度、又は約44度〜約46度の範囲の角度を成す側部小面が、一体型個別構造体の光配向部分を形成又は画定し、光配向フィルムの平面と、約60度超、又は約65度超、又は約70度超、又は約75度超、又は約80度超、又は約85度超の角度を成す側部小面が、一体型個別構造体の接着部分を形成又は画定する。
幾つかの場合において、一体型個別構造体の接着部分の基部の最小寸法は、一体型個別構造体の光配向部分の基部の最小寸法よりも実質的に小さい。例えば、図1を参照すると、幾つかの場合において、最小寸法dは、最小寸法dよりも実質的に小さい。例えば、そのような場合、最小寸法dは、最小寸法dの約20%未満、又は約18%未満、又は約16%未満、又は約14%未満、又は約12%未満、又は約10%未満、又は約9%未満、又は約8%未満、又は約7%未満、又は約6%未満、又は約5%未満、又は約4%未満、又は約3%未満、又は約2%未満、又は約1%未満である。
幾つかの場合において、接着部分170は、1超のアスペクト比を有する。例えば、幾つかの場合において、接着部分170の最大高さhとの、接着部分の第2の最小寸法dに対する比は、1超である。例えば、そのような場合、比h/dは、少なくとも約1.2、又は少なくとも約1.4、又は少なくとも約1.5、又は少なくとも約1.6、又は少なくとも約1.8、又は少なくとも約2、又は少なくとも約2.5、又は少なくとも約3、又は少なくとも約3.5、又は少なくとも約4、又は少なくとも約4.5、又は少なくとも約5、又は少なくとも約5.5、又は少なくとも約6、又は少なくとも約6.5、又は少なくとも約7、又は少なくとも約8、又は少なくとも約9、又は少なくとも約10、又は少なくとも約15、又は少なくとも約20である。
別の実施形態において、第1の光学フィルムは、接着部分を欠く複数の構造体を含む。このような実施形態では、実質的に構造体全体が光学的に活性であってよい。
例えば、図3は、基材2120上に配置され、y方向に沿って直線状に延在する、複数の線状プリズム状構造体2110を備える光配向フィルム2100の概略立体図である。
接着部分を欠く複数の構造体を含む第1の光学フィルムの別の例において、図4は、複数の線状プリズム状構造体(例えば、4320、4330、4340)を備える光配向フィルム4300の別の概略立体図である。プリズム状構造体が同一の高さを有さないという点で、図4は図3と異なる。むしろ、プリズム部分は、隣接するプリズムよりも大きい高さを有する。図4にあるように、この実施形態において、プリズム状構造体の先端部は同一平面上にない。
一体型個別構造体(例えば、150、500、4320)は、ある用途に所望され得る任意の屈折率を有し得る。例えば、幾つかの場合において、一体型個別構造体の屈折率は、約1.4〜約1.8、又は約1.5〜約1.8、又は約1.5〜約1.7の範囲である。幾つかの場合において、一体型個別構造体の屈折率は、約1.5以上、約1.55以上、約1.6以上、約1.65以上、約1.7以上である。
一般には、光配向部分は、多数の側部小面を有してよい。幾つかの場合において、線状一体型個別構造体の場合などでは、各光配向部分は、2つの対向する側部小面を備えてよい。
図1を再度参照すると、光配向部分160の対向する側部小面162は、2つの対向する側部小面間の角度である、夾角θを画定する。幾つかの場合において、夾角θは、約60度〜約120度、又は約65度〜約115度、又は約70度〜約110度、又は約75度〜約105度、又は約80度〜約100度、又は約85度〜約95度の範囲である。幾つかの場合において、夾角θは、約88度、又は約89度、又は約90度、又は約91度、又は約92度である。
光配向部分160Aの側部小面162Aは、光配向フィルム100又は光配向フィルムの平面105に垂直である法線180と、角度θを成す。幾つかの場合において、光配向部分の側部小面と、光配向フィルムの法線との間の角度θは、約30度〜約60度、又は約35度〜約55度、又は約40度〜約50度、又は約42度〜約48度、又は約43度〜約47度、又は約44度〜約46度の範囲である。
今説明した様々な角度は、図3〜4のような、接着部分を欠く一体型構造体を含む光配向フィルムにも適用できる。
接着部分170の対向する側部小面172は、2つの対向する側部小面間の角度である夾角θを画定する。幾つかの場合において、接着部分の2つの対向する側部小面間の夾角θは、約40度未満、又は約35度未満、又は約30度未満、又は約25度未満、又は約20度未満、又は約15度未満、又は約12度未満、又は約10度未満、又は約9度未満、又は約8度未満、又は約7度未満、又は約6度未満、又は約5度未満、又は約4度未満、又は約3度未満、又は約2度未満、又は約1度未満である。幾つかの場合において、接着部分170の対向する側部小面172は互いに平行である。そのような場合、2つの対向する側部小面間の夾角は、ゼロである。
接着部分170の側部小面172は、光配向フィルム100又は光配向フィルムの平面105に垂直である法線181と、角度θを成す。幾つかの場合において、接着部分170の側部小面172と、光配向フィルム100の法線181との間の角度θは、約0度〜約40度、又は約0度〜約35度、又は約0度〜約30度、又は約0度〜約25度、又は約0度〜約20度、又は約0度〜約15度、又は約0度〜約10度、又は約0度〜約5度の範囲である。
幾つかの場合において、一体型個別構造体150の光配向部分の側部小面は、光配向フィルム100の法線、例えば法線180と角度θを成し、同一の一体型個別構造体の接着部分の側部小面は、光配向フィルム100の法線、例えば法線180と角度θを成す。幾つかの場合において、θはθより小さい。幾つかの場合において、θは、θよりも、少なくとも約5度、又は約10度、又は約15度、又は約20度、又は約25度、又は約30度、又は約35度、又は約40度小さい。
幾つかの場合において、光配向フィルムの光配向部分は、実質的に同じ最大高さを有してよい。例えば、光配向部分160は、実質的に同じ最大高さhを有してよい。幾つかの場合において、少なくとも2つの光配向部分が、同じでない最大高さを有してよい。
幾つかの場合において、開示される光配向部分の最大高さは、約500マイクロメートル未満、又は約400マイクロメートル未満、又は約300マイクロメートル未満、又は約200マイクロメートル未満、又は約100マイクロメートル未満、又は約90マイクロメートル未満、又は約80マイクロメートル未満、又は約70マイクロメートル未満、又は約60マイクロメートル未満、又は約50マイクロメートル未満、又は約40マイクロメートル未満、又は約30マイクロメートル未満、又は約20マイクロメートル未満、又は約10マイクロメートル未満である。
図1を再度参照すると、各接着部分170は、接着部分の複数の側部小面172を連結する上面190を含む。幾つかの場合において、上面190は、実質的に平面であってよい。一般には、接着部分の上面は、ある用途に所望され得る任意の形状、例えば任意の規則的又は不規則な形状、及び輪郭を有してよい。例えば、幾つかの場合において、接着部分の上面は実質的に区分平面である。
幾つかの場合において、この面が平面であるようなとき、光配向フィルムの平面と、約60度、又は約65度、又は約70度、又は約75度、又は約80度、又は約85度を超える角度を成す光配向フィルムの接着部分の小面は、接着部分の側部小面を形成し、光配向フィルムの平面と、約60度、又は約55度、又は約50度、又は約45度、又は約40度、又は約35度、又は約30度、又は約25度、又は約20度、又は約15度、又は約10度未満の角度を成す接着部分の小面は、接着部分の上面を形成する。
一般には、光配向フィルム中の一体型個別構造体は、ランド部分を有しても、有さなくてもよい。幾つかの場合において、光配向フィルム中の複数の一体型個別構造体のうち、少なくとも一部の一体型個別構造体は、光配向フィルムの垂直方向に対称な断面形状を有し、ここで対称な一体型個別構造体とは、一体型個別構造体の光配向部分及び接着部分が、対称形状を有することを意味する。例えば、一体型個別構造体は、一体型個別構造体の結合部分及び光配向部分が対称形状を有する場合、一体型個別構造体の他の部分、例えばランド部分が非対称形状を有する場合であっても、対称形状を有すると見なされる。幾つかの場合において、光配向フィルム中の複数の一体型個別構造体のうち、少なくとも一部の一体型個別構造体は、光配向フィルムの垂直方向に非対称な断面形状を有する。
第1の光学フィルムを、光透過性接着剤層によって基材(例えば、第2の光学フィルム)に接着し、光学スタックを形成する。
図5は、光配向フィルム2010上に配置される光学フィルム2090を含み、光配向フィルム2010が本明細書に開示される任意の光配向フィルムであってよい、光学スタック2000の概略側面図である。光配向フィルム2010は、第1の構造化主表面2020と、対向する第2の主表面2025とを含む。第1の構造化主表面2020は、基材2005上に配置される複数の一体型個別構造体2030を含む。少なくとも一部の一体型個別構造体はそれぞれ、主に光を方向付けするための光配向部分2040と、主に光配向フィルムを光学フィルム2090に接着するための接着部分2050とを備える。代表的な光学スタック2000の場合などの幾つかの場合において、光配向フィルム2010少なくとも一部の接着部分2050の少なくとも一部分が、光学フィルム2090に貫入し、光配向フィルム2010の少なくとも一部の光配向部分2040の少なくとも一部分は、光学フィルム2090に貫入しない。そのような場合、光学スタック2000は、光配向フィルム2010と光学フィルム2090との間に複数の未充填空隙2015を含み、ここで未充填空隙は、空気及び/又はガスを含んでよい。幾つかの場合において、複数の未充填空隙2015のうち少なくとも一部はそれぞれ、光学フィルム2090、及び2つ以上の隣接する一体型個別構造体2030の部分によって画定される領域(一体型個別構造体2030は光学フィルムに貫入せず、この領域を直接取り巻く)を実質的に占める。例えば、そのような場合、未充填空隙は、光学フィルム2090、及び光学フィルムに貫入しない2つ以上の隣接する一体型個別構造体2030の部分によって画定される領域の少なくとも50%、又は少なくとも60%、又は少なくとも70%、又は少なくとも80%、又は少なくとも90%を占める。例えば、線状一体型個別構造体2030の場合、未充填空隙2015は、光学フィルム2090の上面、線状一体型個別構造体2030Aの、光学フィルムに貫入していない右側部分2021、線状一体型個別構造体2030Bの、光学フィルムに貫入していない左側部分2022によって画定される領域を実質的に占める。
光学フィルム2090は、光学接着剤層2060上に配置される光学層2070を含む。光配向フィルム2010の接着部分2050の、光学フィルムに貫入する一部は、光学接着剤層に貫入する。光学接着剤層2060は、大気環境又は光配向部分2040の周囲環境を実質的に維持しながら、光配向フィルム2010を光学層2070又は光学層2070の主表面2071に付着又は接着する。幾つかの場合において、接着部分2050が高いアスペクト比を有し、光学フィルム2090と光配向フィルム2010との間に強い接着をもたらすことができる。
光学接着剤層に貫入する接着部分2050は、平均最大高さh2,avgを有するが、これは、光学接着剤層に貫入した個々の接着部分の最大高さhの平均である。幾つかの場合において、h2,avgは、光学接着剤層2060の平均厚さhよりも大きい。例えば、そのような場合、h2,avgは、hよりも少なくとも0.2マイクロメートル、又は少なくとも0.3マイクロメートル、又は少なくとも0.4マイクロメートル、又は少なくとも0.5マイクロメートル、又は少なくとも0.7マイクロメートル、又は少なくとも1マイクロメートル、又は少なくとも1.2マイクロメートル、又は少なくとも1.5マイクロメートル、又は少なくとも1.7マイクロメートル、又は少なくとも2マイクロメートル大きい。
個々の接着部分の平均高さが光学接着剤層の平均厚さhよりも大きいとき、接着部分の高さによって、構造体の光学活性部分と接着剤層との間に物理的隔離部が生じ得る。この隔離部又は空気界面は維持されるか又は実質的に不変であるが、ただし、スタックの通常使用間に接着剤組成物が流動しないか、又は「クリープ変形」しないことを条件とする。このような使用は、高温における、所望により高湿と組み合わせる経年変化試験の利用によってシミュレーションできる。
あるいは、個々の接着部分の平均高さが光学接着剤層の平均厚さhより小さいとき、貫入深さ、及びスタックの通常使用間にかかる貫入率を維持することによって、構造体の光学活性部分と接着剤層との間に隔離部を設ける。
一実施形態において、光学接着剤層は、約3〜6マイクロメートルである平均厚さhを有し、接着部分は、約4マイクロメートルである平均最大高さh2,avgを有する。
一般には、光学フィルム基材2070などの基材(例えば、130、2005、2120、4310)は、任意の光学層を含み、ある用途に所望され得る任意の機能をもたらしてよい。例えば、幾つかの場合において、基材は、主に他の層の支持体を提供してよい。別の例として、開示される基材は、例えば、反射偏光子若しくは吸収偏光子を備えて偏光する、光学拡散体を備えて光を拡散する、光配向フィルムを備えて光を方向付ける、又は向きを変えることができる。
例えば、幾つかの場合において、光学層2070は吸収偏光子であってもよく、又はそれを備えてよい。別の例として、幾つかの場合において、光学フィルム2090又は光学層2070は、反射偏光子を備えてよい。幾つかの場合において、反射偏光子は、層の少なくとも幾つかが複屈折性である多層光学フィルムを備えてよい。幾つかの場合において、反射偏光子は、交互層の少なくとも1つが複屈折材料を備える交互層を備えてよい。幾つかの場合において、反射偏光子は、ワイヤグリッド反射偏光子又はコレステリック反射偏光子を備えてよい。幾つかの場合において、反射偏光子は、ファイバー偏光子であってもよく、又はそれを備えてよい。そのような場合、反射偏光子は、結合剤内に埋め込まれるファイバーの1つ以上の層を形成する複数のほぼ平行なファイバーを含み、結合剤及びファイバーの少なくとも一方は、複屈折材料を含む。実質的に平行なファイバーは、透過軸及び反射軸を画定する。ファイバー偏光子は、透過軸に平行に偏光された入射光を実質的に透過し、反射軸に平行に偏光された入射光を実質的に反射する。ファイバー偏光子の例は、例えば、その全体が参照により本明細書に組み込まれている米国特許第7,599,592号及び同第7,526,164号に記載されている。
別の例として、光学層2070は、例えば、光学フィルム2090の支持体を提供するための基材であってもよく、又はそれを備えてよい。例えば、基材2070は、ガラス、並びに/又はポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、及びアクリルなどのポリマー製の光透過性基材を備えてよい。幾つかの場合において、基材は複数の層を有し得る。幾つかの場合において、光学層2070は、液晶パネルのガラス層であってよい。
接着剤層の好ましい厚さは、基材20170の組成によって変わり得る。例えば、基材がポリカーボネートなどの表面薄層を含むとき、接着剤層の厚さは、接着部分の平均高さを超える、好ましくは2〜4マイクロメートルである。
好ましい実施形態において、光学層2070は、図3〜4のように複数の線状プリズム状構造体を備える(例えば第2の)光配向フィルム2100であってもよく、又はそれを備えてよい。そのような場合、光配向フィルム2010の一体型個別構造体2030は、線状プリズム状構造体2110の線状方向に垂直の方向に延びる線状構造体であってもよい。光学層2070が、複数の線状プリズム状構造体を備える第2の光配向フィルムであり得る、又はそれを含み得る実施形態では、プリズム状(primatic)構造体は、通常、表面2072、すなわち、光学層2070の接着剤層2060に対して反対側の表面上に存在する。プリズムは、典型的には、第1の光学フィルムのプリズム状構造体にほぼ直交して位置する。プリズムの他の相対位置が望ましい場合もある。
好ましい実施形態において、接着部分2050は、初期及び経年変化後の両方において、白色度などの光学的性質の損失が全く又はほとんどない状態で、光配向フィルム2010を光学フィルム2090又は表面2071にしっかりと固定できる。特に、接着部分は、光配向フィルムと光学フィルムとの間の接着力を高めるため、十分に高いアスペクト比を有して、外面を十分にもたらす。接着部分は、光配向フィルム及び/又は光学スタックの実効透過率の低下が全く又はほとんどないように、光配向部分の幅に対して十分に狭くもある。本明細書で用いるとき、実効透過率(ET)又は光学ゲインは、例えば、光学システム中の所定の場所にフィルムを有するディスプレイシステムなどの光学システムの輝度の、所定の場所にフィルムを持たない光学システム輝度に対する比である。図5では、接着部分2050、例えば(例えばプリズム)構造体の先端部から延びる柱状体を含む、それぞれの個別(例えばプリズム)構造体を示しているが、他の実施形態において、光配向フィルム中の一部の個別構造体が接着部分と光配向部分とを有することができ、他の一部の個別構造体が接着部分を有さず、光配向部分のみを有してもよい。例えば、図6は、基材3310上に配置される第1の複数の一体型個別構造体3320と、第2の複数の個別構造体3330とを備える、光配向フィルム3300の概略側面図である。一体型個別構造体3320は、主に光配向フィルムを表面に接着するよう設計される接着部分3340と、主に光を方向付けするよう設計される光配向部分3350とを備え、夾角3355を有する。個別構造体3330は、接着部分を備えず、プリズム状であり、かつ先端部角度3365を有する光配向部分3360のみを備える。幾つかの場合において、先端部角度3365及び夾角3355は、実質的に同等であってよく、例えば約90度であってよい。一般には、一体型個別構造体は、本明細書に開示される任意の一体型個別構造体であってよく、個別構造体3330は、光の方向付けが可能な任意の個別構造体であってよい。幾つかの場合において、一体型個別構造体3320及び個別構造体3330は、例えばy方向などの同一方向に沿って延在する線状構造体であってよい。代表的な光配向フィルム3300では、個別構造体の行は、一体型個別構造体3320と個別構造体3330とが交互に並ぶ。一般には、一体型個別構造体3320及び個別構造体3330はそれぞれ、ある用途に所望され得る任意の模様又は配列を形成してよい。例えば、個別構造体3320及び3330は、規則的、例えば周期的な模様、又は不規則的、例えばランダムな模様を形成してよい。
図7は、光学接着剤層3420を介して表面3410に積層される光配向フィルム3300を備える光学スタック3400の概略側面図である。一体型個別構造体3320の接着部分3340は、光学接着剤層3420に少なくとも部分的に貫入し、光配向フィルム3300と表面3410との間をしっかりと固定する。代表的な光学スタック3400では、個別構造体3330は光学接着剤層に貫入しないが、幾つかの場合において、少なくとも一部の個別構造体3330の一部が、光学接着剤層に貫入してよい。光配向フィルム3300は、十分な数の接着部分3340を備え、光配向フィルム3300と表面3410との間に十分な接着力を与える。同時に、接着部分3340の数又は密度は、光学スタック3400の光学ゲイン又は実効透過率の低下が全く又はほとんどないように、十分に低い。
一部のみが接着部分を備える個別(例えばプリズム)構造体は、一般に、初期及び経年変化後に最大白色度とともに最大剥離力を得るのに好ましい。
接着部分2050は、光学フィルムに十分に貫入させることにより、光配向フィルム2010と光学フィルム2090との間に十分な接着力をもたらすように主として設計される。2枚のフィルム間に十分な接着力をもたらす一方で、接着部分は、光配向フィルム2010又は光学スタック2000の実効透過率への影響が全く又はほとんどないように、十分に狭い。例えば、幾つかの場合において、接着部分2050又は一体型個別構造体2030が、光学接着剤層2060又は光学フィルム2090に貫入していないこと以外は光学スタック2000と類似する光学スタックは、同じ実効透過率、又は光学スタック2000の実効透過率よりわずかに大きいだけの実効透過率を有する。幾つかの場合において、経年変化前の光学スタック2000の実効透過率は、接着剤及び接着部分を欠く同じ光学スタックと比較して、低くないか、又は約20%、若しくは約15%、若しくは約10%、若しくは約9%、若しくは約8%、若しくは約7%、若しくは約6%、若しくは約5%、若しくは約4%、若しくは約3%、若しくは約2%、若しくは約1%以下だけ低い。
しかしながら、他の実施形態において、個別(例えばプリズム)構造体は、(例えばプリズム)構造体の先端部から延びる柱状体などの接着部分2050を欠く。例えば、光路変更フィルムは、前述の図3及び4で示すように、光学活性構造体のみを含んでよい。このような光学スタック構造物は、典型的には、接着剤で覆われていることで光学的に不活性となる光学活性構造体の一部(先端部)によって、ゲインがより低いものの、経年変化後の白色度保持度が高いこと、又は接着剤層の構造体貫入率が変化しないか、若しくは少ないことと相まって剥離強度が改善されていることから、かかる構造物は依然として改善されている。
一般には、光学接着剤層2060を含む光路変更フィルム2010を、それが接着される基材、例えば光学フィルム2090から分離する剥離強度は、光学スタック2000が、接着部分2050を光学フィルム2090から層間剥離又は分離せずに単一のフィルム又はユニットとして取り扱うことができるように、しっかりした接着をもたらすほど十分に高い。幾つかの場合において、光路変更フィルム2010及び光学接着剤層2060の初期剥離強度(すなわち、高温及び高湿条件において経年変化させていない)は、少なくとも30g/インチ(0.11N/cm)である。
接着剤組成物(例えば、接着剤層2060)は、剥離強度によって測定するとき、光学スタックが改善された接着力を有するように選択される。初期剥離力は、少なくとも50グラム/インチ(0.19N/cm)、又は約75グラム/インチ(0.29N/cm)、又は約100グラム/インチ(0.39N/cm)、幾つかの実施形態では、少なくとも約150グラム/インチ(0.58N/cm)、又は約175グラム/インチ(0.68N/cm)、又は約200グラム/インチ(0.77N/cm)である。幾つかの実施形態において、剥離強度は、600グラム/インチ(2.31N/cm)、700グラム/インチ(2.70N/cm)、又は800グラム/インチ(3.09N/cm)以下である。剥離強度が1000グラム/インチ(3.86N/cm)に近づくと、通常は、光学フィルム又は接着された基材が破断する結果となる。
更に、光学スタックの剥離強度は、経年変化後、先ほど記載した基準内に含まれる。幾つかの実施形態では、経年変化に伴って剥離強度が低下し得るが、初期剥離強度がより高いことによって、そのような低下が起こる場合でも、光学スタックは改善された剥離強度を有する。
幾つかの場合において、開示される一体型個別構造体の光配向部分は、例えば、観察者によって見られる画像の白色度を増加又は高めるように、光を再利用するように設計される。例えば、図8は、画像を形成し、かつその画像を観察者1990に対して表示できる画像形成パネル1950を備え、照明システム1905から光を受光するよう配置されるディスプレイシステム1900の概略側面図である。照明システム1905は、導光板1920を含む光源1915上に配置される光学スタック2000と、導光板に入射し、全反射によって導光板内を伝搬し、画像形成パネル方向に光1940として導光板から出射する、光1936を放射するランプ1930と、背部反射体に入射する光の方向を画像形成パネルに向かって変更する背部反射体1910とを含む。光配向部分2040は、導光板1920から出射する光の方向を画像形成パネル1950に向かって変更するか、又は導光板から出射する光を再利用のために反射するように、主として設計される。例えば、光配向部分2040は、導光板1920を出射する光1941の方向を、画像形成パネル又は観察者に向けて光1942として変更する。別の例として、光配向部分2040は、導光板を出射する光1943を受光し、再利用のため、受光した光を光1944として全反射する。
一般には、画像形成パネル1950は、画像を形成し、その画像を観察者1990に表示できる任意の種類のパネルであってよい。幾つかの場合において、画像形成パネル1950は、液晶パネルであってもよく、又はそれを含んでもよい。そのような場合、液晶画像形成パネル1950は、2枚のパネル板、例えばガラス板の間に配置された液晶の層と、液晶層の上に配置された上部光吸収偏光子層と、液晶層の下に配置された下部吸収偏光子とを含んでよい。上部及び下部光吸収偏光子と液晶層とが相まって、観察者1990への光の透過を制御する。ある場合には、画像形成パネル1950は、複数の画像形成タイルを備えるモノリシック画像形成パネル又はタイル状画像形成パネルであってよい。幾つかの場合において、光源1915は、複数の光源タイルを備えるモノリシック光源又はタイル状光源であってよい。幾つかの場合において、ディスプレイシステム1900は、モノリシック画像形成パネル1950と、タイル状光源1915とを備える。タイル状光源1915は、別々に制御される複数のタイル状導光板1920を備えてよく、ここで各導光板は、表示画像の異なる領域を照射できる。
幾つかの場合において、ディスプレイシステム1900又は照明システム1905は、光学スタック2000と導光板1920との間に配置される1つ以上の任意層1935を備えてよい。代表的な任意層1935として、光拡散層及び偏光遅延層が挙げられる。
一般には、開示される光配向フィルムは、複数の一体型個別構造体を備える第1の構造化主表面と、第1の構造化主表面に対向する第2の主表面とを含む。幾つかの場合において、開示される光配向フィルムは、主に、光配向フィルムの第2の主表面側から光を受光するように設計される。例えば、図8の光配向フィルム2010は、主に、第2の主表面2025から光を受光し、第1の構造化主表面2020から光を放射又は透過させるように設計される。
あるいは、開示される一体型個別構造体の光配向部分は、光の再利用ではなく、方向を変更するように設計される。一般には、開示される光配向フィルムは、複数の一体型個別構造体を備える第1の構造化主表面と、第1の構造化主表面に対向する第2の主表面とを含む。幾つかの場合において、開示される光配向フィルムは、主に、光配向フィルムの第1の構造化主表面側から光を受光するように設計される。
幾つかの場合において、第2の主表面(例えば図1の120)は複数の構造体を備え、例えば、光を拡散し、ダスト粒子若しくは傷などの欠陥を隠すかマスキングし、及び/又はモアレなどの望ましくない光学効果が現われるのを低減するのに役立つ。
図9は、第1の基材3010上に配置される複数の一体型個別構造体3030を備える光配向フィルム3020と、光配向フィルムに面する主表面3018、及び光配向フィルムから外方向に向く、対向する主表面3019を有する第2の基材3015と、光配向フィルム3020と第2の基材3015との間に配置され、光配向フィルムを第2の基材の表面3018に接着又は粘着させる光学接着剤層3025とを含む、光学スタック3000の概略側面図である。
各一体型個別構造体3030の部分3040は、光学接着剤層3025に貫入し、一体型個別構造体の貫入部分3040と称することができる。各一体型個別構造体3030の部分3045は、光学接着剤層3025に貫入せず、一体型個別構造体の非貫入部分3045と称することができる。貫入した一体型個別構造体はそれぞれ、光学スタックに垂直(z方向)に最も長い貫入距離である貫入深さ3050を画定する。例えば、一体型個別構造体3030Aは貫入深さPDを有し、一体型個別構造体3030Bは貫入深さPDを有する。また、各一体型個別構造体は、一体型個別構造体の貫入部分3040と非貫入部分3045との間の境界面3056において、貫入基部3054も画定する。貫入基部3054は、幾つかの場合において、x軸に沿った貫入基部の幅であり得る最小貫入基部寸法3058を有する。例えば、一体型個別構造体3030Aは最小貫入基部寸法MDを有し、一体型個別構造体3030Bは最小貫入基部寸法MDを有する。複数の一体型個別構造体3030は、平均貫入深さ及び平均最小貫入基部寸法を有する。例えば、一体型個別構造体3030A及び3030Bは、平均貫入深さPDavg((PD+PD)/2に等しい)及び平均最小貫入基部寸法MDavg((MD+MD)/2に等しい)を有する。平均貫入深さの平均最小貫入基部寸法に対する比は、光配向フィルム3020と表面3018との間に十分な接着力をもたらすように、十分に大きい。幾つかの場合において、平均貫入深さの平均最小貫入基部寸法に対する比(すなわち、初期及び経年変化後)は、少なくとも約1.2、又は少なくとも約1.4、又は少なくとも約1.5、又は少なくとも約1.6、又は少なくとも約1.8、又は少なくとも約2、又は少なくとも約2.5、又は少なくとも約3、又は少なくとも約3.5、又は少なくとも約4、又は少なくとも約4.5、又は少なくとも約5、又は少なくとも約5.5、又は少なくとも約6、又は少なくとも約6.5、又は少なくとも約7、又は少なくとも約8、又は少なくとも約9、又は少なくとも約10、又は少なくとも約15、又は少なくとも約20である。
各一体型個別構造体3030は、最小基部寸法3032を有する基部3031を含み、ここで基部3031は、光配向部分3070の基部でもある。例えば、一体型個別構造体3030Aの基部は最小基部寸法BMDを有し、一体型個別構造体3030Bの基部は最小基部寸法BMDを有する。複数の一体型個別構造体3030は、平均最小基部寸法を有する。例えば、一体型個別構造体3030A及び3030Bは、平均最小基部寸法BMDavgを有し、これは(BMD+BMD)/2に等しい。平均最小貫入基部寸法MDavgは、光学スタック3000の実効透過率の低下が全く又はほとんどないように、平均最小基部寸法BMDavgよりも十分に小さい。例えば、幾つかの場合において、平均最小貫入基部寸法は、平均最小基部寸法の約20%、又は約15%、又は約10%、又は約9%、又は約8%、又は約7%、又は約6%、又は約5%、又は約4%、又は約3%、又は約2%、又は約1%未満である。
光学スタック3000は、光学接着剤層3025と光配向フィルム3020との間に複数の空隙3060を含む。幾つかの場合において、空隙は個別であるが、これは、各空隙が個々に識別でき、かつ他の空隙から離れていることを意味する。幾つかの場合において、個別空隙は、上部が光学接着剤層3025、底部が光配向フィルム3020、一側面が一体型個別構造体の非貫入部分、及び反対側が隣の又は隣接する一体型個別構造体の非貫入部分によって、画定される。空隙は、典型的には空気で満たされ、それによって光学活性構造体(例えば3030)と空気界面を形成する。
貫入部分3040又は一体型個別構造体3030の光学接着剤層3025への貫入により、光学スタック3000の実効透過率の低下が全く又はほとんどないという結果がもたらされる。例えば、そのような場合、光学スタック3000の初期平均実効透過率(すなわち、高温及び高湿条件において経年変化させていない)は、一体型個別構造体が光学接着剤層3025に貫入していないこと以外は同一の構成を有する光学スタックと比較して、10%、又は約9%、又は約8%、又は約7%、又は約6%、又は約5%、又は約4%、又は約3%、又は約2%、又は約1%以下減少する。
各一体型個別構造体3030は、主に光を方向付けするよう設計される光配向部分3070と、主に光配向フィルム3020を表面3018又は第2の基材3015に接着させるよう設計される接着部分3080とを備える。幾つかの場合において、各一体型個別構造体の接着部分の少なくとも一部分は光学接着剤層3025に貫入し、各一体型個別構造体の光配向部分の少なくとも一部分は光学接着剤層に貫入しない。白色度を高めるため効果的に光を方向付けるのが望まれる場合など幾つかの場合において、接着部分3080の少なくとも一部分のみが光学接着剤層3025に貫入し、光配向部分3070の一部は光学接着剤層3025に全く又はほとんど貫入しない。
第1の複数の一体型個別構造体の各一体型個別構造体3030の部分は、光学層3025に貫入する。第1の複数の一体型個別構造体の各一体型個別構造体3030の部分は、光学層3025に貫入しない。第1の複数の一体型個別構造体の各一体型個別構造体(例えば、一体型個別構造体3030A)は、貫入深さ(例えば、PD)、及び一体型個別構造体の貫入部分と非貫入部分との間の境界面(例えば、境界面3056)において、貫入基部(例えば、貫入基部3054)を画定する。貫入基部は、最小貫入基部寸法(例えば、MD)を有する。第1の複数の一体型個別構造体3030は、平均貫入深さ及び平均最小貫入基部寸法を有する。平均貫入深さの平均最小貫入基部寸法に対する比は少なくとも1.5であり、光配向フィルム3020と光学層3025との間の剥離強度は、約50グラム/インチ(0.19N/cm)を超える。
第1の複数の一体型個別構造体中の全ての構造体は、一体型である。更に、各構造体の一部分のみが光学層3025に貫入することで、平均貫入深さ及び平均最小貫入基部寸法が得られる。加えて、平均貫入深さの平均最小貫入基部寸法に対する比は、少なくとも約1.2、又は少なくとも約1.4、又は少なくとも約1.5、又は少なくとも約1.6、又は少なくとも約1.8、又は少なくとも約2、又は少なくとも約2.5、又は少なくとも約3、又は少なくとも約3.5、又は少なくとも約4、又は少なくとも約4.5、又は少なくとも約5、又は少なくとも約5.5、又は少なくとも約6、又は少なくとも約6.5、又は少なくとも約7、又は少なくとも約8、又は少なくとも約9、又は少なくとも約10、又は少なくとも約15、又は少なくとも約20である。
幾つかの場合において、光配向フィルム3020は第2の複数の一体型個別構造体を備えてよく、ここで第2の複数の一体型個別構造体の少なくとも1つの一体型個別構造体は、光学層3025に貫入しない。例えば、第2の複数の構造体の一部の一体型個別構造体は、光学層3025に貫入しないように、構造体3030より十分に短くてよい。例えば、図7を参照すると、第1の複数の一体型個別構造体は構造体3320を備え、第2の複数の一体型個別構造体は、構造体3320より短いことから光学層3420に貫入しない構造体3330を備えてよい。幾つかの場合において、光配向フィルム3020は、複合材料であって一体型ではない第2の複数の構造体を備えてよい。
有効透過率(ET)は、図10に概略側面図で示すような光学システム3700を使用して測定することができる。光学システム3700は、光軸3750の中心に配置され、放射面又は出射面3712を通ってランバート光3715を放射する中空のランバート光箱3710と、光3715を偏光する線状光吸収偏光子3720と、光検出器3730とを含む。光箱3710は、光ファイバー3770によって光箱の内部3780と接続された、安定化された広帯域光源3760によって光照射される。そのETが光学システムの測定対象である試験サンプル3705は、光箱と吸収線状偏光子との間の位置3740に配置される。
試験サンプル3705は、本明細書に開示される任意の光配向フィルム又は光学スタックであってよい。例えば、試験サンプル3705は、y方向に沿って延在する複数の線状一体型個別構造体150を有する光配向フィルム100であってよい。光配向フィルム100のETは、位置3740に、一体型個別構造体150を光検出器に向け、第2の主表面120を光箱に向けた状態で光路変更フィルムを置くことにより、測定できる。次に、スペクトル重み付けされた軸方向輝度I(光軸3750に沿った輝度)を、線状吸収偏光子を通じて、光検出器によって測定する。次に、光配向フィルム100を取り外し、光配向フィルムが位置3740に配置されていない状態で、スペクトル重み付けされた輝度Iを測定する。ETは、比I/Iである。ET0は、線状一体型個別構造体150が線状吸収偏光子3720の偏光軸と平行の方向に沿って延在する場合の実効透過率であり、ET90は、線状一体型個別構造体150が線状吸収偏光子の偏光軸に対して垂直の方向に沿って延在する場合の実効透過率である。平均実効透過率(ETA)は、ET0とET90との平均である。幾つかの実施形態において、本明細書に記載する光学フィルム中間体又は光学フィルムスタックの平均実効透過率(ETA)は、少なくとも1.2、1.4、又は1.6である。光学スタックが第1及び第2の光学フィルムを含むとき、各々は、主に光学ゲインをもたらすために設計される光学活微細構造体を含み、光学フィルムスタックの平均実効透過率(ETA)は、少なくとも2.10、又は2.15、又は2.20、又は2.25、又は2.35であり得る。
特に、接着剤組成物は、経年変化後の貫入率及び平均実効透過率(すなわちゲイン)が、実質的に変更しないように選択される。経年変化条件は多種多様であってよい。特に定めのない限り、本明細書で用いるとき、「経年変化」は、65℃かつ相対湿度95%に維持された試験用チャンバ内で、少なくとも200時間、幾つかの実施形態において少なくとも500時間の間実施される、加速環境下経年変化を指す。
好ましい実施形態において、平均実効透過率(すなわちゲイン)は、65℃かつ相対湿度95%の状態に光学スタックを200時間置くとき、5%以下の光学ゲインの減少を示す。幾つかの実施形態において、光学ゲインの減少は、4%、3.5%、3%、2.5%、2%、又は1.5%以下である。
ゲインの減少は、経年変化に伴う貫入率(PD)の変化に、少なくとも一部関連する。貫入率がわずか1.8マイクロメートル変化すると、光学ゲインが約8%減少する結果となり得ることが判明している。本明細書に記載する具現化された微細構造体では、かかる変化とは、貫入率の62%増加であってよい。幾つかの実施形態において、経年変化による貫入率の変化は全くない。他の実施形態において、貫入率の変化は、5%、又は10%、更に50%以下であってよい。幾つかの実施形態において、貫入率の変化は、45%、40%、35%、30%、又は25%以下である。
ゲインの減少は、経年変化によって接着剤が変形(例えばクリープ)し、それによって光学活性部分の大部分を覆うことに起因する場合もある。
接着剤は、光学接着剤と見なしてよいが、これは、未硬化及び硬化状態の一方又は両方において、光学的に透過性、例えば光学的に透明であることを意味する。光学的透明性によって、この接着剤が光学素子の加工に使用可能になる。加速経年変化試験で示させるように、接着剤はまた、通常使用条件下において有用な期間、光学的透明性、例えば透過率を維持することもできる。
本発明による好ましい未硬化接着剤は、少なくとも約90%の視感透過率を示し得る。ASTM−D1003−95に従って測定するとき、硬化による硬化済み接着剤の光学的透明性は、同範囲内にあってよい。
充填材を含まない接着剤は典型的に、約2%未満のヘイズ及び約1%未満の不透明度を有する。しかしながら、充填材を加えて、ヘイズを少なくとも2%、又は5%、又は10%まで上昇させてよい。ほとんどの用途において、一般にヘイズは30%未満である。
本明細書に記載する様々な物品(例えば、光学スタック及びその中間体光学アセンブリ)は、硬化済み接着剤組成物を含む接着剤層を含む。相互貫入ポリマーネットワーク(IPN)を含む硬化済み接着剤層は、本明細書に記載する特性の組み合わせを得るための、好ましい組成物として見出されている。
好ましい接着剤組成物は、ポリアクリレートと、重合性モノマーとを含み、硬化されると、接着剤が相互貫入ポリマーネットワークを形成する。
少なくとも2種類の相互貫入ポリマーネットワーク、構成成分間で反応しないもの、及び異なる構成成分間で反応して化学結合を形成するもの(相互反応IPN)がある、具体的には、IPNの一形態として、ポリアクリレートポリマー、及び、機械的に絡み合ったネットワークにポリマー鎖を交絡させる重合モノマー(例えば、エポキシ又は多(メタクリレート))が挙げられる。IPNの機械的絡み合いにより、接着剤に強度と一体性が付加され、相分離及び透明性の損失を防ぐことができる。本発明によるIPNの第2の形態として、エポキシ構成成分がポリアクリレート構成成分に直接的又は間接的に化学結合する、相互反応相互貫入ポリマーネットワークが挙げられる。ここで、重合性モノマーは、直接的又は間接的にポリアクリレートと反応できる反応性官能基を含む。例として、エポキシ基は、ポリアクリレート構成成分のヒドロキシ又は酸性官能基と直接的に反応する。あるいは、ポリアクリレート及びエポキシ構成成分は、二若しくは多官能性ポリマー、架橋剤、マクロマー、又はオリゴマーなどの中間体化学成分に化学結合できる。中間体化学成分は、エポキシ構成成分をポリアクリレートに化学的に連結し、IPNを生成する。
構成成分として利用されるポリアクリレートは、一般に(メタ)アクリレートモノマーを重合することにより調製されるポリマー構成成分である。本明細書では、アクリレートモノマーとメタクリレートモノマーは、まとめて「(メタ)アクリレート」モノマーと称される。所望により、任意の1つ以上の種々その他有用なモノマーを含む、1つ以上のこのような(メタ)アクリレートモノマーから調製されるポリマーは、まとめて「ポリアクリレート」と称される。ポリマーは、所望により、他の非(メタ)アクリレート、例えばビニル不飽和モノマーと組み合わせたホモポリマー又はコポリマーであってよい。このため、ポリアクリレート構成成分と共重合する官能基を有するモノマーと混合する前に、ポリアクリレートは重合される。
本発明に有用なポリアクリレートポリマーの特定例として、米国特許第5,252,694号、第5段、35〜68行に記載されるような、フリーラジカル重合性アクリレートモノマー又はオリゴマーから調製されるものが挙げられる。本発明は、任意の種々の異なる(メタ)アクリレートモノマー及びポリアクリレートを用いて実施できるが、好ましい実施形態では、ポリアクリレートは1つ以上の反応性官能基を含み、この官能基は反応して、ポリアクリレートを直接的又は間接的にエポキシ構成成分に連結できる、すなわち、ポリアクリレートをエポキシ構成成分に連結して相互貫入ポリマーネットワークを生成する。これら反応性官能基は、任意の周知の反応性基、例えばヒドロキシ(−−OH)基又は酸性(例えば、カルボキシル、−−COOH)反応性基であってよい。このような基を、例えば、アクリル酸モノマーなどのポリアクリレートの調製に適したモノマーに含めることにより、ポリアクリレートに含めてよい。あるいは、このポリアクリレートとエポキシとの間の相互反応は、二又は多官能性モノマー、例えば、エポキシアクリレートをポリアクリレートと反応できるグラフト基と共に用いることによって達成できる。有用なモノマー例としては特に、ただし非限定的に、以下の種類が挙げられる。
(i)1〜14個(好ましくは4〜14個)の炭素原子を含有するアルキルアルコール(好ましくは非第三級アルコール)のアクリル酸エステル(例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、イソノニルアクリレート、イソボルニル(isobomyl)アクリレート、フェノキシエチルアクリレート、デシルアクリレート、及びドデシルアクリレートを含む)、
(ii)1〜14個(好ましくは4〜14個)の炭素原子を含有するアルキルアルコール(好ましくは非第三級アルコール)のメタクリル酸エステル(例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、及びt−ブチルメタクリレートを含む)、
(iii)ポリヒドロキシアルキルアルコール、例えば、1,2−エタンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、様々なブチルジオール類、様々なヘキサンジオール類、グリセロールの(メタ)アクリル酸モノエステル、生じたエステルは、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートと称される。
ポリアクリレート構成成分のモノマー繰り返し単位は、一般に、ポリアクリレート構成成分が感圧性接着剤であるように選択される。
感圧性接着剤(PSA)組成物は、(1)積極的かつ永久的粘着、(2)指圧以下の圧力での接着、(3)被着体を放さない十分な能力、及び(4)十分な粘着力を含む特性を有することが、当業者には周知である。PSAとして良好に機能することが見出されている材料としては、必須の粘弾性特性を示し、粘着、剥離接着、及び剪断保持力の所望のバランスをもたらすように設計及び処方されたポリマーが挙げられる。
ポリアクリレートのPSA特性は、典型的には、C4〜C12アルキル基を含む十分なモノマー繰り返し単位を含めることによってもたらされる。そのようなアルキル基は、典型的には分枝状である。幾つかの実施形態において、ポリアクリレートはイソオクチル繰り返し単位を含む。他の実施形態において、ポリアクリレートはブチル及び/又はヘキシル繰り返し単位を含む。更に他の実施形態において、ポリアクリレートは、C4〜C12アルキル基、例えばヘキシル及びブチルの組み合わせを含む。C4〜C12アルキルモノマー繰り返し単位の量(重量パーセント)は、ポリアクリレート中に存在するC4〜C12アルキル基の鎖長に応じて変わり得る。イソオクチルの場合、その濃度は、典型的には少なくともポリアクリレートの50〜60重量%である。しかしながら、C4〜C12アルキル基がオクチルより長い鎖長を有するとき、その濃度を低下させることができる。更に、C4〜C12アルキル基がオクチルより短い鎖長を有するとき、その濃度を上昇させることができる。したがって、C4〜C12アルキル繰り返し単位の濃度は、ポリアクリレートの約40〜約70重量%の範囲であってよい。
共重合性モノマーを更に含む総接着剤組成物又は硬化済み接着剤層に関して、C4〜C12アルキル繰り返し単位、例えばイソオクチルの濃度は典型的に、約15〜50重量%の範囲である。
またポリアクリレートは、典型的には、アクリル酸由来の繰り返し単位も含む。アクリル酸由来の繰り返し単位の濃度は典型的に、0〜15重量%の範囲である。一実施形態において、エポキシモノマーのオキシラン部分は、ポリアクリレートのアクリル酸部分と共重合して、相互反応相互貫入ポリマーネットワークを形成する。
十分なポリアクリレートを含めることによって、未硬化接着剤は、典型的には十分に感圧性である。これにより、例えば基材と基材に接着される材料との間に、未硬化接着剤をうまくかつ正確に適用し、配置できる。その後、硬化性接着剤を硬化させ、材料間に構造接着をもたらすことができる。
接着剤組成物又は硬化済み接着剤層は、典型的には、少なくとも35又は40重量%のポリアクリレートを含む。更に、ポリアクリレートの濃度は、一般に、70重量%又は75重量%以下である。
接着剤組成物は、少なくとも1つの重合性モノマーを含む。幾つかの実施形態において、単一のモノマーが利用される。他の実施形態において、モノマーの混合物が使用される。モノマー又はモノマー混合物は、典型的には、周囲温度(例えば25℃)で液体であるが、一方ポリアクリレート構成成分は周囲温度で固体である。モノマーは、ポリアクリレートがモノマー中に溶解するように選択される。重合性モノマーのこの1つの機能は、ポリアクリレートの反応性希釈剤として作用することである。理論に制限されるものではないが、硬化(一時的)に先だってポリアクリレートを希釈することで、ポリアクリレートの弾性率が低下し、一体型構造体を接着剤層に部分的に貫入しやすくさせる。
未硬化接着剤(又は硬化済み接着剤の重合モノマー)中の重合性モノマーの濃度は、典型的には少なくとも20重量%又は25重量%である。
更に、重合性モノマーの濃度は、典型的には60重量%又は65重量%以下である。
重合性モノマーは、官能基(例えば、エポキシ又は(メタ)アクリレート基)を含む。重合性モノマーの分子量は、典型的には、官能基あたり150g/モル未満、好ましくは官能基あたり145g/モル、又は140g/モル未満である。重合性モノマーが(メタ)アクリレートモノマーであるときなどの幾つかの実施形態において、官能基数で除した重合性モノマーの分子量は、少なくとも95g/モル、又は約100g/モルである。重合性モノマーがエポキシモノマーであるときなどの他の実施形態において、官能基数で除した重合性モノマーの分子量は、少なくとも110g/モル、115g/モル、又は120g/モルである。官能基あたりの重合性モノマーの分子量は、典型的には少なくとも90g/モルである。
幾つかの好ましい実施形態において、重合性モノマーは、ポリアクリレート構成成分と共重合する官能基を含む。
幾つかの実施形態において、接着剤組成物は、ポリアクリレートと、エポキシ構成成分とを含む。この実施形態において、接着剤組成物は、典型的には、エポキシ構成成分を硬化させるためのカチオン性反応開始剤を含む。
本発明による使用に好適なエポキシ材料は、化学及び接着剤及び構造接着剤の技術分野における当業者によっても認められるであろう。このようなエポキシ材料として、カチオン重合性モノマーが挙げられ、様々なものが化学及び接着剤の技術分野において周知である。有用なエポキシ構成成分の一般例として、エポキシモノマー及びマクロマー、並びに多官能性エポキシ架橋剤が挙げられる。幾つかの実施形態において、エポキシモノマー又はマクロマーは脂肪族であり、環式脂肪族基を含んでよい。他の実施形態において、エポキシモノマー又はマクロマーは芳香族基を含む。ビスフェノールF及び特にビスフェノールAエポキシは、複数の供給元から市販されている。
一実施形態において、接着剤の重合性モノマーは、Cytec Industries(Woodland Park NJ)から商品名「Uvacure 1500」で市販されるような脂環式エポキシモノマーである。
別の実施形態において、接着剤の重合性モノマーは、Dow Chemicalから商品名「D.E.R.736」で市販されるようなグリコールエポキシモノマーである。
他の実施形態において、接着剤組成物は、ポリアクリレート(例えば、PSAポリマー)と、多(メタ)アクリレート重合性モノマーとを含む。この実施形態において、接着剤組成物は、典型的には、多(メタ)アクリレートを硬化させるためのフリーラジカル反応開始剤を含む。
多(メタ)アクリレートは、少なくとも2つの重合性(メタ)アクリレート基を含み、ジ−、トリ−などの官能性(メタ)アクリレート化合物が挙げられる。しかしながら、少なくとも3つの(メタ)アクリレート基を有する(メタ)アクリレートモノマー(一般に架橋剤と呼ばれる)が、前述のように、官能性(例えば、(メタ)アクリレート)基あたり150g/モル未満の好ましい分子量を得るのに好ましい。好ましい架橋剤の例として、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンエトキシレートトリ(メタ)アクリレート、グリセリルトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールプロポキシレートトリ(メタ)アクリレート、及びジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレートが挙げられる。架橋剤の任意の1つ又は組み合わせを用いてもよい。
少なくとも1つの反応開始剤を接着剤中に含め、接着剤を硬化させる。反応開始剤(例えば、光開始剤)の典型量は、調製される総接着剤組成物の約0.1〜約5重量部、約0.5〜約3重量部の範囲内であってよい。
有用なカチオン性光開始剤として、オニウム塩及び特定の有機金属錯体などの例を含む、硬化エポキシに有用な種々の周知の任意の材料が挙げられる。代表的な有機金属錯体の説明、並びに多くのエポキシ及びアクリレートとの使用については、例えば、米国特許第5,252,694号、同第5,897,727号、及び同第6,180,200号に見出すことができ、その開示全体が参考として本明細書に組み込まれる。
代表的なオニウム塩は、構造体AXを有するとして説明されており、ここで、Aは、例えば、ジアゾニウム、ヨードニウム、及びスルホニウムカチオンから選択され、好ましくはジフェニルヨードニウム、トリフェニルスルホニウム、及びフェニルチオフェニルジフェニルスルホニウムから選択される有機カチオンであってよく、Xは、オニウム塩の対イオンである、Xが有機スルホネート、又はハロゲン化金属若しくは半金属のものを含むアニオンである。
特に有用なオニウム塩として、アリールジアゾニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、及びトリアリールスルホニウム塩が挙げられるが、これらに限定されない。オニウム塩の更なる例は、米国特許第5,086,086号、第4段、29〜61行に記載されており、その開示全体が参考として本明細書に組み込まれる。
ポリアクリレートをグラフト剤及び/若しくはエポキシ−アクリレートと組み合わせて重合するのに有用なフリーラジカル光開始剤、又は多官能性アクリレート架橋剤として、ベンゾインメチルエーテル若しくはベンゾインイソプロピルエーテルなどのベンゾインエーテル、アニソインメチルエーテルなどの置換ベンゾインエーテル、2,2−ジエトキシアセトフェノン及び2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノンなどの置換アセトフェノン、2−メチル−2−ヒドロキシプロピオフェノンなどの置換α−ケトール、2−ナフタレン−スルホニルクロライドなどの芳香族スルホニルクロライド、並びに1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2(O−エトキシカルボニル)−オキシムなどの光活性オキシムが挙げられる。幾つかの実施形態において、フリーラジカル光開始剤は、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド及びビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキシドなどのホスフィンオキシドである。
光増感剤を、硬化性接着剤組成物中に用いてよい。光増感剤を用いて、光開始剤の波長感度を変えてよい。光増感剤の代表例として、アントラセン、ベンゾフェノン、ペリレン、フェノチアジン、キサントン、チオキサントン、アセトフェノン、フルオレノン、アントラキノン、9−メチルアントラセン、2−エチル−9,10−ジメトキシアントラセン、9,10−ジエトキシアントラセン、カンファキノン、及び1,3−ジフェニルイソベンゾフランが挙げられる。
硬化性接着剤に含めることができるその他材料として、モノ−及びポリオール、粘着付与剤、補強剤、並びにその他変性剤が挙げられ、その一部は、フリーラジカル若しくはカチオン重合性モノマー、オリゴマー、若しくはポリマーと共重合でき、又は単独で重合できる。存在するとき、このような光学材料は、典型的には、5重量%又は10重量%以下で利用される。好ましい実施形態において、周囲温度で液体の粘着付与剤及び可塑剤を含めると弾性率が低下、及び/又は経年変化時のクリープが増加し得ることから、接着剤はそれらを含まない。
硬化済み接着剤組成物は、動的機械分析(実施例にて更に説明する)を用いて特性を評価できる。
25℃における弾性率(E’)は、少なくとも一部は、経年変化による白色度及び/又は貫入率の保持に関連して推測される。弾性率は、典型的には少なくとも100MPaである。幾つかの実施形態において、弾性率は、少なくとも200MPa、又は300MPa、又は400MPa、又は500MPaである。弾性率は、典型的には2000MPa以下である。
25℃及びひずみ速度3%/分における平均強靭性は、典型的には少なくとも1MJ/mである。幾つかの実施形態において、平均強靭性は、少なくとも2、又は3、又は4、又は5MJ/mである。平均強靭性は、典型的には15MJ/m以下である。
硬化済み接着剤組成物の伸びは、少なくとも一部は、剥離強度に関連して推測される。幾つかの実施形態において、25℃及びひずみ速度3%/分における平均破断点伸びは、少なくとも15%又は20%であり、幾つかの実施形態において、少なくとも25%、50%、又は少なくとも約100%である。平均破断点伸びは、典型的には300%以下である。
薄い接着剤層を得るために、接着剤コーティング組成物は、典型的には、溶媒(すなわち、反応性希釈剤ではない)を85%〜97%の範囲の量で含む。代表的な、好ましくは有機溶媒として、アセトン、メチル−エチル−ケトン、エチルアセテート、ヘプタン、トルエン、シクロペンタノン、メチルセロソルブアセテート、塩化メチレン、ニトロメタン、ギ酸メチル、γ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネート、及び1,2−ジメトキシエタン(グリム)が挙げられる。典型的なプロセスでは、乾燥によって溶媒が除去され、薄い接着剤が得られる。
硬化性接着剤組成物は、(メタ)アクリレート材料、ポリアクリレート材料、エポキシ、光開始剤、及び任意の補助剤を混合し、所望により反応させる従来の方法によって調製できる。例えば、米国特許第5,252,694号、同第5,897,727号、及び同第6,180,200号を参照されたい。一般に、上で記載されるようなポリアクリレート材料は、記載のエポキシ材料、及び有用な量の本明細書に記載するような架橋剤、反応開始剤などを含む硬化性接着剤組成物のその他構成成分と、直接混合できる。
光学構造物の一製造方法では、本方法は、接着剤組成物の層を基材に適用する工程と、突出構造体が部分的に接着剤に貫入して、接着剤層と第1の表面との間に隔離部を形成するように、構造体を基材に接触させる工程と、接着剤を硬化させる工程とを含む。
幾つかの実施形態において、接着剤は、第2の光学フィルムの(例えば、非構造化)表面に適用される。あるいは、接着剤をまず剥離ライナーに適用し、それを次に、突出構造体が接着剤層に部分的に貫入するようにその構造体に接触させて、(中間体)光学アセンブリを得てよい。その後、剥離ライナーを剥がし、例えば、別の(例えば、光学フィルム)基材又は表面に接着できる、光学接着剤層2060の主表面(例えば、図5の2061)を露出させてよい。光学接着剤層を剥離ライナーから剥がすための剥離力は、一般に約50重量g/インチ(0.19N/cm)未満である。
光学スタックを組み立てたら、典型的には光硬化によって接着剤を硬化させる。200〜800nmの領域の光をもたらす放射源は、本発明による接着剤の硬化に有効である。好ましい領域は、250〜700nmである。好適な放射源として、水銀蒸気放電ランプ、炭素アーク、石英ハロゲンランプ、タングステンランプ、キセノンランプ、蛍光ランプ、レーザー、太陽光などが挙げられる。重合をもたらすのに必要な露光量は、特定のフリーラジカル及びカチオン重合性モノマーの種類及び濃度、露光される材料の厚さ、基材の種類、放射源の強度、並びに放射に伴う熱量などの因子に依存し得る。
硬化性接着剤組成物は、限定されないが、グラビアコーティング、カーテンコーティング、スロットコーティング、スピンコーティング、スクリーンコーティング、トランスファーコーティング、ブラシ又はローラーコーティングなどの任意の従来の適用法によって適用してよい。硬化に先だって、典型的に液体状でコーティングされた接着剤層の厚さは、用いた材料の性質及び所望の特定の特性にある程度依存するが、これらの特性及びこの特性と厚さとの関連性は、当該技術分野において周知である。未硬化の硬化性接着剤層の代表的な厚さは、約0.05〜約20マイクロメートルの範囲内であってよい。
本明細書に開示される光配向フィルム及び光学スタックは、白色度の増加、個別の構成成分又は層の数の削減、及び全厚の低減が所望され得る任意の用途で使用できる。代表的な用途として、テレビ、コンピューターのモニター、投影機、携帯式ビデオプレイヤーなどの携帯式(potable)ディスプレイ、及び携帯電話などの手持ち式デバイスが挙げられる。他の代表的な用途として、大画面テレビなどの大型ディスプレイ、及び携帯電話のディスプレイなどの小型ディスプレイが挙げられる。他の代表的な用途として、画像若しくは情報を表示するディスプレイ、又は汎用照明光学システムが挙げられる。
開示される光配向フィルム、光学スタック、及び光学システムの利点の一部を、以下の実施例によって更に説明する。この実施例で列挙される特定の材料、量及び寸法、並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に制限するものと解釈されるべきではない。
これらの実施例は、単にあくまで例示を目的としたものであり、添付した請求項の範囲を限定することを意味するものではない。特に記載のない限り、実施例及びこれ以降の明細書中の部、百分率、比率などは全て、重量基準である。
以下の材料の一覧は、実施例全体を通して参照される。
Figure 2014522501
実施例に用いた光学フィルム:
フィルムAは、米国特許出願公開第2009/0041553号に記載のプロセスに従って作製したマスターツールを用いて、米国特許第5175030号、及び同第5183597号に記載のプロセスに従って製造したプリズムフィルムである。このフィルムのプリズムは、ウェブ横断方向に並ぶ。ポリエステル基材の平面側をプライミングし、接着力を促進する。
フィルムBは、米国特許第5175030号、及び同第5183597号に記載のプロセスに従って製造したプリズムフィルムである。具体的には、フィルムBは、国際公開第2011/130155号に記載されるプリズムフィルムの種類の一例である。フィルムBの代表的な概略側面図を図1に示す。一体型個別構造体150をy方向に沿って延在させ、基材130上に配置した。基材130は、厚さ約29マイクロメートル及び屈折率約1.65のPETで作製した。硬化済み構造体110の屈折率は、約1.56であった。各一体型個別構造体に、主に光配向フィルムを表面に接着するように設計される接着部分170を備え、主に光を方向付け、再利用するように設計される光配向部分160上に配置した。
各接着部分170は、xy平面(光配向フィルムの平面)と、約80〜85度である角度を成した2つの対向する側部小面172を備えた。各接着部分は、最小基部寸法dが約1.5(±0.5)マイクロメートルで、最大高さhが約4(±0.5)マイクロメートルの基部174を有した。各光配向部分160は、xy平面(光配向フィルムの平面)と、約45度の角度αを成した2つの対向する側部小面162を備えた。各光配向部分は、約24マイクロメートルの最小基部寸法dと、約12マイクロメートルの最大高さhを有した。光配向フィルム100の平均実効透過率ETAは、約1.56であった。
フィルムCは、米国特許第5,175,030号、及び同第5,183,597号に記載のプロセスに従って製造したプリズムフィルムである。具体的には、フィルムCは、国際公開第2011/130155号に記載されるプリズムフィルムの種類の一例である。フィルムCの代表的な概略側面図を図11に示す。光配向フィルム4400は、光配向フィルム3300と類似しており、第1の複数の線状対称な一体型個別構造体4420と、第2の複数の線状対称な個別構造体4460とを備えた。構造体4420及び4460をy方向に沿って延在させ、基材4410上に配置した。基材4410は、厚さ約29マイクロメートル及び屈折率約1.65のPETで作製した。硬化済み構造体4420及び4460の屈折率は、約1.56であった。各一体型個別構造体に、主に光配向フィルムを表面に接着するように設計される接着部分4430を備え、主に光を方向付け、再利用するように設計される光配向部分4440上に配置した。個別構造体4460は任意の接着部分を備えず、主に光を方向付け、再利用するように設計された。一体型個別構造体4420を個別構造体4460と交互に配置した。
各接着部分4430は、xy平面(光配向フィルムの平面)と約80〜85度の角度ωを成した2つの対向する側部小面4432を備えた。各接着部分は、最小基部寸法t2が約1.5(±0.5)マイクロメートルで、最大高さt1が約4(±0.5)マイクロメートルの基部4434を有した。各接着部分は、最小上面寸法t3が約0.2(±0.2)マイクロメートルの湾曲した又は丸形の上面も備えた。各光配向部分4420は、xy平面(光配向フィルムの平面)と約45度の角度ω2を成した2つの対向する側部小面4442を備えた。各光配向部分は、最小基部寸法t5が約24マイクロメートルで、最大高さt4が約12マイクロメートルの基部4444を有した。一体型個別構造体4420の接着部分4430の先端部と、個別構造体4460の先端部との間のz軸オフセット高さの差は、2.6マイクロメートルであった。光配向フィルム4400の平均実効透過率ETAは、約1.63であった。
フィルムDは、米国特許第5,175,030号、及び同第5,183,597号に記載のプロセスに従って製造したプリズムフィルムである。具体的には、フィルムEは、国際公開第2011/130144号に記載されるプリズムフィルムの種類の一例である。フィルムDの代表的な概略側面図を図11に示す。光配向フィルム4400は、光配向フィルム3300と類似しており、第1の複数の線状対称な一体型個別構造体4420と、第2の複数の線状対称な個別構造体4460とを備えた。構造体4420及び4460をy方向に沿って延在させ、基材4410上に配置した。基材4410は、厚さ約29マイクロメートル及び屈折率約1.65のPETで作製した。硬化済み構造体4420及び4460の屈折率は、約1.56であった。各一体型個別構造体に、主に光配向フィルムを表面に接着するように設計される接着部分4430を備え、主に光を方向付け、再利用するように設計される光配向部分4440上に配置した。個別構造体4460は任意の接着部分を備えず、主に光を方向付け、再利用するように設計された。一体型個別構造体4420を個別構造体4460と交互に配置した。
各接着部分4430は、xy平面(光配向フィルムの平面)と約80〜85度の角度ωを成した2つの対向する側部小面4432を備えた。各接着部分は、最小基部寸法t2が約1.5(±0.5)マイクロメートルで、最大高さt1が約4(±0.5)マイクロメートルの基部4434を有した。各接着部分は、最小上面寸法t3が約0.2(±0.2)マイクロメートルの湾曲した又は丸形の上面も備えた。各光配向部分4420は、xy平面(光配向フィルムの平面)と約45度の角度ω2を成した2つの対向する側部小面4422を備えた。各光配向部分は、最小基部寸法t5が約24マイクロメートルで、最大高さt4が約12マイクロメートルの基部4444を有した。一体型個別構造体4420の接着部分4430の先端部と、個別構造体4460の先端部との間のz軸オフセット高さの差は、7マイクロメートルであった。光配向フィルム4400の平均実効透過率ETAは、約1.66であった。
光学スタックの作製方法:
光学スタックの作製におけるコーティング及び積層プロセス:
幅8インチ(20.32cm)のスロット型ダイと25フィート/分(7.62m/分)のウェブ速度を用いて、フィルムAの平面側に溶液をコーティングした。溶液は、歯車駆動ポンプを用いて、特定の流速で送り出した。温度150°F(65.6℃)かつ露点25°F(−4℃)に維持した対流式オーブン(オーブン長は30フィート(9.14m)であった)内で、コーティングされたフィルムを乾燥させた。
接着剤コーティングされたフィルムAを積層台に運び、フィルムBの構造化面に積層した。ラミネーターは、ゴムロール(68のショアーAデュロメータ)と対応するスチールロールが挟む構成とし、ニップ圧を約1.3ポンド/インチ(2.3N/cm)に維持した。
積層体をUV硬化台へ運んだ。積層されたスタックを化学放射に曝し、放射源は、接着剤がフィルムBを通して硬化されるように配置した。硬化台は、Fusion F600(Fusion UV Systems(Gaithersburg MD))と、温度制御した鋼製支持ロールとで構成した。Fusion UV源を、Dバルブと、アルミニウム製反射体とで構成した。UV出力を、UV PowerPuck(EIT Inc.(Sterling NY))を用いて決定した。測定されたUV線量は、1.749J/cm(UV−A)、0.497J/cm(UV−B)、0.066J/cm(UV−C)、及び0.925J/cm(UV−V)であった。UV支持ロールを、70°F(21.1℃)の温度に維持した。
ヘイズ/透明性光学対照の作製:
ヘイズ/透明性光学対照作製におけるコーティングプロセス:
幅8インチ(20.32cm)のスロット型ダイと25フィート/分(7.62m/分)のウェブ速度を用いて、2ミル(0.051mm)のPETフィルムのプライミングした側に溶液をコーティングした。溶液は、歯車駆動ポンプを用いて、特定の流速で送り出した。温度150°F(65.6℃)かつ露点25°F(−4℃)に維持した対流式オーブン(オーブン長は30フィート(9.14m)であった)内で、コーティングされたフィルムを乾燥させた。
乾燥した接着剤コーティングをUV硬化台へ運んだ。接着剤コーティングを化学放射に曝し、UV硬化台を窒素でパージして、酸素濃度を200ppm未満に維持した。硬化台は、Fusion F600(Fusion UV Systems(Gaithersburg MD))と、冷却板とで構成した。Fusion UV源を、Hバルブと、アルミニウム製反射体とで構成した。UV出力を、UV PowerPuck(EIT Inc.(Sterling NY))を用いて決定した。25フィート/分(0.13m/s)における測定されたUV線量は、0.45J/cm(UV−A)、0.4J/cm(UV−B)、0.05J/cm(UV−C)、及び0.3J/cm(UV−V)であった。
光学スタックの試験及び経年変化:
光学ゲインの測定:
各フィルム又はフィルム積層体を、拡散透過性の中空の光箱の上部に置いた。光箱の拡散透過及び拡散反射は、おおよそランベルト型であった。光箱は、約0.6mmの厚さの拡散PTFE板から作製された、12.5cm×12.5cm×11.5cmの寸法の六面中空矩形立体であった。箱の1つの面をサンプル表面として指定した。中空光箱は、サンプル表面で測定し、400〜700nmの波長範囲全体にわたり平均したとき、約0.83%の拡散反射率を有した。ゲイン試験中、箱の、サンプル表面の反対側の表面にある直径約1cmの円孔を介して、サンプル表面に向けて方向付けた光で内部から箱を照射した。この照明は、光を方向付けるために用いられる光ファイバーバンドルに取り付けられている安定化広帯域白熱光源(Schott North America(Southbridge MA)から、直径1cmのファイバーバンドル延長部付きFostec DCR−IIIとして入手可能)によって提供された。線状吸収偏光子(CVI Melles Griot(Albuquerque NM)からMelles Griot 03 FPG 007として入手可能)を、ロータリーステージ(Aerotech,(Pittsburgh,PA)からART310−UA−G54−BMS−9DU−HCとして入手可能)上に取り付け、サンプルとカメラとの間に置いた。カメラの焦点を、0.28mの距離にある光箱のサンプル表面に合わせ、吸収偏光子をカメラレンズから約1.3cmに配置した。偏光子を適所に置き、サンプルフィルムなしで測定した、照射された光箱の輝度は、150cd/m超であった。サンプル輝度は、Vis−NIR光ファイバーケーブル(StellarNet Inc(Tampa,FL)からF1000−Vis−NIRとして入手可能)を介してコリメートレンズに接続したEPP2000分光計(StellarNet Inc(Tampa,FL)から入手可能)で測定し、サンプルフィルムをサンプル表面に置くとき、箱のサンプル表面に対して法線入射の位置に分光計を方向付けた。コリメートレンズは、鏡筒(Thorlabs(Newton,NJ)からSM1L30として入手可能)及び平凸レンズ(Thorlabs(Newton,NJ)からLA1131として入手可能)からなり、この構成を組み立てて、検出器において5mmの焦点スポットサイズを得た。光学ゲインは、サンプルフィルムを適所に置いたときの輝度の、サンプルが存在しないときの光箱の輝度に対する比として測定した。全てのフィルムについて、サンプルの向きに対して0、45、及び90度の偏光子角度で光学ゲインを測定した。0及び90度で測定した平均光学ゲイン値を報告する。
光学スタックの剥離強度の測定:
剥離力を、IMASS SP−2000テスタ(IMASS Inc.(Accord MA)から入手可能)を用いて測定した。幅1インチ(2.54cm)、長さ約10インチ(25.4cm)のテストストリップを、下側プリズムフィルムのプリズムの向きに平行に切断した。積層体ストリップを、幅1インチ(2.54cm)のScotch両面テープ(3M Company(St.Paul MN)からScotch 665として入手可能)を用いて、テスタの台に接着した。テスタを、180度剥離力を測定するように設定した。下側プリズムフィルムの平面側がテスタの台に接着し、上部フィルムが天秤に接着するようにサンプルを向けた。ロードセルの能力は、10重量ポンド(44.5N)とした。12インチ/分(30.5cm/分)の速度の剥離力を測定した。初期遅延2秒後にデータを収集した。次に、20秒間の試験時間にわたって測定値を平均した。各ストリップサンプルについて、最低2回連続の20秒間測定値を収集した。3枚のストリップについて、それぞれ2回測定した計6回の測定値のデータを平均した。
ヘイズ及び透明性の測定:
本明細書に開示されるヘイズ値及び透明性は、ASTM D1003に述べられる方法に従って、Haze−Gard Plusヘイズ計(BYK−Gardiner(Silver Springs,Md.))を使用して測定した。本明細書で使用するとき、光学的ヘイズは、垂直方向から4度を超えて偏向している透過光の全透過光との比として定義される。光学的透明性は、Tが法線方向から0〜0.7度外れた透過光であり、Tが法線方向から1.6〜2度の間にある透過光であるときの、(T−T)/(T+T)と定義される。全ての場合において、コーティング面を光源に向けた状態で、光学フィルムを測定した。
光学スタックの環境経年変化:
典型的なディスプレイ用途において、光学フィルムは、環境条件及び熱履歴にかかわらず、性能を維持できなければならない。その結果として、積層化した光学スタックは、光学フィルムのばらばらで未積層のスタックが示す性能に合致するか、又はその性能を上回らなくてはならない。光学スタックの環境性能を試験するには、8.5インチ×9インチ(21.6cm×22.9cm)にサンプルを切断し、環境試験室(Envirotronics(Grand Rapids MI))に置いた。この部屋を65℃かつ95% RHに維持したが、この部屋は、ISO A2LAに従って定期的に較正し、認証を受けている。下側プリズムフィルムのプリズム方向が垂直に向くように、サンプルシートを室内に吊るした。サンプルは、典型的には、200時間及び500時間、経年変化させた。未変化及び経年変化させた光学スタックの特徴について、上で定めた試験手順に従って決定した。
硬化済み接着剤フィルムの作製及び試験:
バルク接着剤サンプルの調製:
エチルアセテート中、固体30%の接着剤処方を、シリコーン剥離ライナーFlexvue T50(Solutia(St.Louis MS))の処理面に、ノッチ付きバーコーターを用いてコーティングした。ノッチ付きバーとフィルムとの間隙は、6ミル(0.15mm)に設定した。コーティングされた接着剤フィルムを、強制対流式オーブン内にて、150°F(65.6℃)で5分間乾燥させた。乾燥した接着剤フィルムを周囲温度にて薄い鋼板にテープで留め、続いて、Fusion UV Belt処理装置を用いて25フィート/分(0.13m/s)で硬化させた。ベルト処理装置には、Dバルブと二色性反射体とで構成するF600を備え付けた。UV出力を、UV PowerPuck(EIT Inc.(Sterling NY))を用いて決定した。測定されたUV線量は、1.287J/cm(UV−A)、0.348J/cm(UV−B)、0.041J/cm(UV−C)、及び0.625J/cm(UV−V)であった。ベルト処理装置の硬化ユニットを窒素でパージして、酸素濃度を200ppm未満に維持した。硬化済みフィルムの公称厚さは30マイクロメートルであった。照射後、サンプルを周囲温度で少なくとも24時間保管した後に、いずれかのバルクの特性評価を行った。
バルク接着剤サンプルの特性評価:
硬化済み接着剤フィルムサンプルをシリコーン剥離ライナーから剥がし、Q800 DMA(TA Instruments(New Castle DE))を用いて特性評価を実施した。典型的なサンプル寸法は、幅5.9mm×厚さ30マイクロメートルとした。DMAは、フィルム/ファイバー特性クランプで構成した。
接着剤サンプルのバルク弾性率及びTの特徴を、2℃/分の速度で温度走査(−20℃〜85℃)を行うことによって評価した。サンプルを、振動数1Hz、ひずみ振幅0.1%で振動させた。報告したデータは、上記のように調製した3枚のサンプルの特性の平均値を表す。次の特性、すなわち、25℃で測定したバルク貯蔵弾性率(E’)、及び損失弾性率(E”)におけるピークによって定義されるガラス転移温度(T)を報告する。
バルクサンプルの引張靭性の特徴も評価した。各接着剤処方について、Q800 DMAを用いて応力対ひずみ曲線を作成した。サンプルを、ひずみ速度3%/分及び温度25℃において試験した。データとして、最低5枚の試験サンプルを平均した。材料の強靭性に加え、破断点伸び(ε)を報告する。材料の強靭性は、応力−ひずみ曲線を0から破断点ひずみ(ε)まで積算することにより決定した。
比較:
コーティング溶液の調製:
320.2gのポリアクリレートPSA A、39.0gのSR306、19.3gのCN964、653.2gのエチルアセテート、189.3gのメタノール、264.6gのトルエン、6.0gのLucirin TPO、及び5.2gのLuviskol Plusを混合することにより、コーティング溶液を調製した。このコーティング溶液は、乾燥すると、化学放射に曝すことにより硬化され、相互貫入ネットワーク(IPN)を形成できる溶媒系接着剤である。乾燥した接着剤の組成を以下にまとめる。
Figure 2014522501
比較接着剤組成物を用いる光学スタックの作製:
コーティング溶液を、前述のように、流速80g/分で送り出した。乾燥した接着剤コーティングの公称厚さは、4.5マイクロメートルであった。
接着剤コーティングされたフィルムAを、前述通り変更せずにフィルムBの構造化面に積層した。
比較光学スタックの初期及び経年変化後の光学及び機械的特性を表1にまとめる。
対照:
コーティング溶液の調製:
375.5gのポリアクリレートPSA A、46.5gのSR306、632.1gのエチルアセテート、183.71gのメタノール、257.22gのトルエン、6.02gのLucirin TPOを混合することにより、コーティング溶液を調製した。このコーティング溶液は、乾燥すると、化学放射に曝すことにより硬化され、相互貫入ネットワーク(IPN)を形成できる溶媒系接着剤である。反応性希釈剤、SR306は、1分子あたり2箇所の不飽和アクリレート部分を有する。これは、単位官能基あたりの公称分子量150に相当する。乾燥した接着剤の組成を以下にまとめる。
Figure 2014522501
対照接着剤組成物を用いる光学スタックの作製:
コーティング溶液を、前述のように、流速75g/分で送り出した。乾燥した接着剤コーティングの公称厚さは、4.5マイクロメートルであった。
接着剤コーティングされたフィルムAを、前述通りで以下の変更を加えて、フィルムBの構造化面に積層した。ラミネーターを封入して窒素パージし、フィルムBの構造化面とフィルムAの接着剤コーティングされた平面側との間に捕捉された大気を不活化した。ニップにおける酸素濃度は、Series 3000 Trace Oxygen Analyzer(Alpha Omega Instruments(Cumberland RI))を用いてモニタリングした。窒素を供給し、残留酸素濃度を250ppm未満に維持した。酸素は、フリーラジカル反応の既知の阻害物質であり、接着剤の厚さ全体の均一な硬化を達成するために、濃度の低下が好ましい。
対照の初期及び経年変化後の光学及び機械的特性を表1にまとめる。
低クリープを示すフリーラジカル硬化済み接着剤
コーティング溶液の調製:
376.4gのポリアクリレートPSA A、47.46gのSR351、632.4gのエチルアセテート、184.64gのメタノール、256.26gのトルエン、6.02gのLucirin TPOを混合することにより、コーティング溶液を調製した。このコーティング溶液は、乾燥すると、化学放射に曝すことにより硬化され、相互貫入ネットワーク(IPN)を形成できる溶媒系接着剤である。反応性希釈剤、SR351は、1分子あたり3箇所の不飽和アクリレート部分を有する。これは、単位官能基あたりの公称分子量99に相当する。乾燥した接着剤の組成を以下にまとめる。
Figure 2014522501
接着剤組成物1を用いる光学スタックの作製:
コーティング溶液を、前述のように、流速84g/分で送り出した。乾燥した接着剤コーティングの公称厚さは、5マイクロメートルであった。
接着剤コーティングされたフィルムAを、前述通りで以下の変更を加えて、フィルムBの構造化面に積層した。ラミネーターを封入して窒素パージし、フィルムBの構造化面とフィルムAの接着剤コーティングされた平面側との間に捕捉された大気を不活化した。ニップにおける酸素濃度は、Series 3000 Trace Oxygen Analyzer(Alpha Omega Instruments(Cumberland RI))を用いてモニタリングした。窒素を供給し、残留酸素濃度を250ppm未満に維持した。酸素は、フリーラジカル反応の既知の阻害物質であり、接着剤の厚さ全体の均一な硬化を達成するために、濃度の低下が好ましい。
初期及び経年変化後の光学及び機械的特性を表1にまとめる。
低クリープを示すカチオン硬化済み接着剤
コーティング溶液の調製:
375.6gのポリアクリレートPSA A、50.07gのUvacure 1500、633.0gのエチルアセテート、184.05gのメタノール、256.3gのトルエン、2.248gのUvacure 1600、及び0.190gのAdditol ITXを混合することにより、コーティング溶液を調製した。このコーティング溶液は、乾燥すると、化学放射に曝すことにより硬化され、相互貫入ネットワーク(IPN)を形成できる溶媒系接着剤である。反応性希釈剤、Uvacure 1500は、1分子あたり2箇所のオキシラン部分を有する。これは、単位官能基あたりの公称分子量125に相当する。乾燥した接着剤の組成を以下にまとめる。
Figure 2014522501
接着剤組成物2を用いる光学スタックの作製:
コーティング溶液を、前述のように、流速84g/分で送り出した。乾燥した接着剤コーティングの公称厚さは、5マイクロメートルであった。
接着剤コーティングされたフィルムAを、前述通り変更せずにフィルムBの構造化面に積層した。
初期及び経年変化後の光学及び機械的特性を表1にまとめる。
積層化光学スタックの初期光学ゲイン及び剥離力は、前述の試験方法に従って測定した。光学スタックを、上記手順に従って、65℃かつ95% RHで500時間経年変化させた。経年変化した光学スタックの光学ゲイン及び剥離力を測定した。
表1には、比較接着剤、対照接着剤、及び接着剤組成物1〜2を用いて調製した光学スタックの、初期及び経年変化後の性能をまとめる。
Figure 2014522501
追加の接着剤処方を幾つか調製し、特性評価したが、これらの処方は以下にまとめる。
Figure 2014522501
硬化済み対照接着剤及び接着剤組成物1〜4のバルク特性を、動的機械的分光法を用いて評価した。サンプルを、上記のように調製し、試験した。測定された接着剤特性は以下の通りである。
Figure 2014522501
追加の光学スタックを作製し、低クリープを示すカチオン硬化済み接着剤の実施例に記載した手順に従って試験した。これらの追加光学スタックを、接着剤組成物5及び6を用いて作製した。これら実施例について、公称乾燥接着剤厚さは、4.5マイクロメートルであった。積層化光学スタックの初期光学ゲイン及び剥離力を測定し、次の表にまとめる。積層化光学スタックを、65℃かつ95% RHで500時間経年変化させた。経年変化後の積層化光学スタックの光学ゲインについても測定し、まとめる。
Figure 2014522501
接着剤組成物5及び比較接着剤組成物を用いて調製した光学スタックの接着部分の貫入距離PDを、初期及び65℃かつ95% RHで200時間経年変化後に測定した。かみそり刃、かみそり刃を保持する付属品、及び小型アーバープレスを用いて、積層化光学スタックの断面を切り出すことにより、サンプルを調製した。断面を導電材料の薄層でスパッタコーティングし、走査型電子顕微鏡を用いて、8,000xの倍率で撮像した。測定されたPDの変化を以下にまとめる。
Figure 2014522501
追加の光学スタックを作製し、低クリープを示すカチオン硬化済み接着剤の実施例に記載した手順に従って試験した。高分子球形ビーズを接着剤処方に加え、ヘイズを発生させ透明性を低下させた。これら拡散光学接着剤は、光学的アーチファクト、例えば反射モアレを解消し、美欠点を隠すために周知である。以下の表には、拡散積層化光学スタックの作製に用いた、乾燥した接着剤の組成と公称接着剤厚さをまとめる。
Figure 2014522501
接着剤組成物7〜11を用いて調製した拡散積層化光学スタックの初期光学ゲイン及び剥離力を測定し、以下にまとめる。積層化光学スタックを、65℃かつ95% RHで500時間経年変化させた。経年変化後の積層化光学スタックの光学ゲインについても測定し、以下にまとめる。
Figure 2014522501
光学フィルムC及びDを用いて作製した実施例
接着部分を有するプリズム状構造体の間にプリズム状構造体を挟むことは、軸方向の白色度を改良するための1つの方法を示す。この場合、挟まれたプリズム状構造体は接着剤層に貫入ことが望ましい。積層体の光学白色度を維持するため、接着部分の先端部と挟まれたプリズム状構造体の先端部との間のピーク間オフセット高さは、プリズム状構造体が接着剤に貫入しないように設計され得る。フィルムCは、オフセット高さが、プリズム状構造体の接着剤への貫入を防ぐのに十分に大きくない場合を示し、その結果光学ゲインが低下する。フィルムDは、オフセット高さが、プリズム状構造体の接着剤への貫入を防ぐのに十分に大きい場合を示し、光学ゲインは維持される。好ましいオフセットは積層プロセス条件に応じ、これらの実施例は好ましい範囲を制限することを意図しない。
コーティング溶液の調製:
679.42gのポリアクリレートPSA B、94.26gのUvacure 1500、959.50gのエチルアセテート、277.20gのメタノール、388.28gのトルエン、3.61gのUvacure 1600、及び0.307gのAdditol ITXを混合することにより、コーティング溶液を調製した。このコーティング溶液は、乾燥すると、化学放射に曝すことにより硬化され、相互貫入ネットワーク(IPN)を形成できる溶媒系接着剤である。反応性希釈剤、Uvacure 1500は、1分子あたり2箇所のオキシラン部分を有する。これは、単位官能基あたりの公称分子量125に相当する。
187.35gのエチルアセテートに、20.67gのMX300高分子ビーズを分散することにより、スラリーを調製した。スラリーをコーティング処方に添加して、拡散接着剤コーティング処方を調製した。乾燥した接着剤の組成を以下にまとめる。
Figure 2014522501
接着剤組成物12及びフィルムCを用いる光学スタックの作製:
コーティング溶液を、前述のように、流速59g/分で送り出した。乾燥した接着剤コーティングの公称厚さは、3.5マイクロメートルであった。
接着剤コーティングされたフィルムAを、前述通り変更せずにフィルムCの構造化面に積層した。
作製及びヘイズ/透明性の試験
前述したプロセスに従って、接着剤組成物12をPETにコーティングした。溶液を、流速59g/分で送り出した。乾燥した接着剤コーティングの公称厚さは、3.5マイクロメートルであった。
硬化済み拡散接着剤についてヘイズ及び透明性を測定し、測定されたヘイズは22.5であり、測定された透明性は63であった。
接着剤組成物12及びフィルムDを用いる光学スタックの作製:
コーティング溶液を、前述のように、流速67g/分で送り出した。乾燥した接着剤コーティングの公称厚さは、4マイクロメートルであった。
接着剤コーティングされたフィルムAを、前述通り変更せずにフィルムDの構造化面に積層した。
作製及び光学ヘイズ/透明性の試験
前述に従って、接着剤組成物12をPETにコーティングした。溶液を、流速67g/分で送り出した。乾燥した接着剤コーティングの公称厚さは、4.0マイクロメートルであった。
硬化済み拡散接着剤についてヘイズ及び透明性を測定し、測定されたヘイズは18.9であり、測定された透明性は64であった。
接着剤組成物12及びフィルムC又はDを用いて作製した光学スタックの初期光学及び機械的特性を、以下にまとめる。積層化光学スタックの初期光学ゲイン及び剥離力は、前述の試験方法に従って測定した。
Figure 2014522501
フィルムC及びDと共に光学スタックの調製に用いた接着剤組成物12は、接着剤組成物8に極めて類似しているため、経年変化後の光学ゲインは、組成物8で作製した光学スタックについてまとめた結果と非常に類似するであろう。
接着剤組成物9及び11はそれぞれ、4及び3と類似しており、このため同様のバルク材料特性を有すると推測される。
初期高剥離力を示す実施例
別のエポキシドモノマーを用いて硬化済み接着剤の材料特性を改善し、それによって光学スタックの初期剥離力を高めることができる。1つの代表的なモノマーは、D.E.R.736であり、Dow Chemicalから市販されるグリコールエポキシド材料である。乾燥した接着剤の組成を以下にまとめる。
Figure 2014522501
接着剤組成物13及びフィルムBを用いる光学スタックの作製:
固体10%のコーティング溶液を、前述のように、流速59g/分で送り出した。乾燥した接着剤コーティングの公称厚さは、3.5マイクロメートルであった。
接着剤コーティングされたフィルムAを、前述通り変更せずにフィルムBの構造化面に積層した。
作製及びヘイズ/透明性の試験
前述したプロセスに従って、接着剤組成物13をPETにコーティングした。溶液を、流速59g/分で送り出した。乾燥した接着剤コーティングの公称厚さは、3.5マイクロメートルであった。
硬化済み拡散接着剤についてヘイズ及び透明性を測定し、測定されたヘイズは24であり、測定された透明性は61であった。
接着剤組成物13及びフィルムBを用いて作製した光学スタックの初期光学及び機械的特性を、以下にまとめる。積層化光学スタックの初期光学ゲイン及び剥離力は、前述の試験方法に従って測定した。
Figure 2014522501

Claims (26)

  1. 主に光学ゲインをもたらすよう設計される光学活性部分と、所望により、光透過性接着剤層によって第2の光学フィルムに接着される第1の表面上に配置される光学不活性接着部分とを備える、複数の構造体を含む、第1の光学フィルムを備える光学スタックであって、前記構造体の一部が前記接着剤層に貫入して、前記接着剤層と前記第1の表面との間に隔離部を設けるようにし、前記光学スタックの剥離強度が少なくとも50重量グラム/インチ(0.19N/cm)であり、65℃かつ相対湿度95%の状態に前記光学スタックを200時間置くとき、前記光学スタックの光学ゲインの減少が5%以下である、光学スタック。
  2. 光透過性接着剤層によって第2の光学フィルムに接着される、第1の表面上に配置される複数の構造体を含む、第1の光学フィルムを備える光学スタックであって、前記構造体の一部が前記接着剤層に貫入して平均貫入率を規定し、前記接着剤層と前記第1の表面との間に隔離部を設けるようにし、前記光学スタックの剥離強度が少なくとも50g/インチ(0.19N/cm)であり、65℃かつ相対湿度95%の状態に前記光学スタックを200時間置くとき、平均貫入率の上昇が50%以下である、光学スタック。
  3. 光透過性接着剤層によって第2の光学フィルムに接着される、第1の表面上に配置される複数の構造体を含む、第1の光学フィルムを備える光学スタックであって、前記構造体の一部が前記接着剤層に貫入して、前記接着剤層と前記第1の表面との間に隔離部を設けるようにし、前記接着剤層が、ポリアクリレート構成成分と重合性モノマーとの反応生成物の相互貫入ネットワークを含み、前記接着剤層が、25℃において100〜2000MPaの範囲の弾性率を有する、光学スタック。
  4. 前記構造体が、主に光学ゲインをもたらすように設計される光学活性部分を含む、請求項2又は3に記載の光学スタック。
  5. 前記第1の光学フィルムの少なくとも一部又は構造体が、前記接着剤層に貫入する接着部分を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学スタック。
  6. 前記構造体の光学活性部分が、前記接着剤層に貫入しない、請求項5に記載の光学スタック。
  7. 前記構造体が、プリズム微細構造体を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の光学スタック。
  8. 前記プリズムの少なくとも一部が、前記プリズムの先端部から延在し、光学不活性接着部分として機能する柱状体を含む、請求項7に記載の光学スタック。
  9. 前記光学スタックが、少なくとも2.1の光学ゲインを有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の光学スタック。
  10. 前記接着剤層と前記第1の表面との間の前記隔離部が、空気界面をもたらす、請求項1〜9のいずれか一項に記載の光学スタック。
  11. 前記接着剤層が、硬化済み接着剤組成物を含む、請求項1〜10のいずれか一項及びその従属項に記載の光学スタック。
  12. 前記硬化済み接着剤層が、相互貫入ポリマーネットワーク(IPN)を含む、請求項11に記載の光学スタック。
  13. 光学構造物の製造方法であって、
    第1の光透過性表面上に突出構造体を提供する工程と、
    接着剤組成物の層を基材に適用する工程であって、前記接着剤組成物が、ポリアクリレートと、官能基、及び官能基あたり150g/モル未満の分子量を有する重合性モノマーとを含む、工程と、
    前記突出構造体が部分的に前記接着剤層に貫入して、前記接着剤層と前記第1の表面との間に隔離部を形成するように、前記構造体を前記基材に接触させる工程と、
    前記接着剤組成物を硬化させ、それによって相互貫入ポリマーネットワークを形成する工程と、を含む、方法。
  14. 前記基材が、光学フィルム又は剥離ライナーである、請求項1に記載の方法。
  15. 第1の表面上に突出構造体を含む光学アセンブリであって、前記構造体の一部が、ポリアクリレートと重合性モノマーとの反応生成物の相互貫入ネットワークを含む接着剤層を含み、前記接着剤層が、25℃において100〜2000MPaの範囲の弾性率を有する、光学アセンブリ。
  16. 前記接着剤が、約35重量%〜約75重量%のポリアクリレートを含む、請求項1〜15に記載の光学フィルム、方法、又は光学アセンブリ。
  17. 前記ポリアクリレートが、感圧性接着剤である、請求項1〜16に記載の光学フィルム、方法、又は光学アセンブリ。
  18. 前記ポリアクリレートが、分枝状C4〜C12アルキル基を含むモノマー繰り返し単位を含む、請求項17に記載の光学フィルム、方法、又は光学アセンブリ。
  19. 前記ポリアクリレートが、イソオクチル繰り返し単位を含む、請求項18に記載の光学フィルム、方法、又は光学アセンブリ。
  20. 前記ポリアクリレートが、アクリル酸由来の繰り返し単位を含む、請求項18に記載の光学フィルム、方法、又は光学アセンブリ。
  21. 前記重合性モノマーが、エポキシ構成成分であり、前記接着剤組成物が、光活性化されたカチオン性反応開始剤を更に含む、請求項1〜20に記載の光学フィルム、方法、又は光学アセンブリ。
  22. 前記硬化済み接着剤が、相互反応相互貫入ポリマーネットワークである、請求項19に記載の光学フィルム、方法、又は光学アセンブリ。
  23. 前記重合性モノマーが、少なくとも3つの(メタ)アクリレート基を含み、前記接着剤組成物が、フリーラジカル光開始剤を更に含む、請求項1〜20に記載の光学フィルム、方法、又は光学アセンブリ。
  24. 前記接着剤が、光透過性充填材を更に含む、請求項1〜23に記載の光学フィルム、方法、又は光学素子。
  25. 前記充填材が、ポリメチルメタクリレート球形ビーズを含む、請求項24に記載の光学フィルム、方法、又は光学素子。
  26. 前記接着剤が、約2%〜30%の範囲のヘイズを有する、請求項24又は25に記載の光学フィルム、方法、又は光学素子。
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