JP2018513253A - 変化する屈折率を有する粒子 - Google Patents
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Abstract
第1の領域と、第1の領域を取り囲む第2の領域と、を含む粒子であって、第2の領域は、第2の領域の厚さの全厚にわたって存在するコポリマーを含む、粒子が記載されている。第2の領域の体積は、粒子の体積の少なくとも75パーセントである。粒子の有する組成及び屈折率のそれぞれは、第2の領域の厚さ方向に変化する。
Description
媒体の光学的又は物理的特性に変化をもたらすために、媒体中に粒子が組み込まれる場合がある。
米国特許第8,865,797号(Matyjaszewski et al.)には、複合材の透明度を向上させる、複合材中に組み込むためのコア−シェル複合粒子が記載されている。コア−シェル複合粒子は、第1の屈折率を有するコア材料と、第2の屈折率を有するシェル材料と、を含み、コア−シェル粒子は、第1の屈折率及び第2の屈折率によって決定される実効屈折率を有する。実効屈折率は、想定される埋め込み媒体の屈折率と実質的に等しい。
米国特許第8,133,938号(Munro et al.)には、ポリマーマトリックス中に保持された粒子の規則正しい周期的な配列を含む放射線回折材料が記載されている。粒子はそれぞれ、シェルに取り囲まれたコアを有する。
「タマネギ状」の多層ポリ(メタクリル酸メチル(PMMA)/ポリスチレン(PS)複合粒子は、Okubo et al.,Colloid Polym.Sci.279,513〜518(2001)に記載されているような溶媒吸収/放出法によって調製することができる。
ポリスチレンコアと、ポリスチレン及びポリ(メタクリル酸トリフルオロエチル)が交互に繰り返す4つの層と、を有する粒子は、Gourevich et al.,Macromolecules 39,1449〜1454(2006)に記載されているような5段階連続重合を使用して製造することができる。
本明細書のいくつかの態様において、第1の領域と、第1の領域を取り囲む第2の領域と、を有する粒子が提供される。第2の領域の体積は、粒子の体積(volume)の少なくとも75パーセントであり、第2の領域は、第2の領域の厚さの全厚にわたって存在するコポリマーを含む。粒子の有する組成及び屈折率のそれぞれは、第2の領域の厚さ方向に変化する。
本明細書のいくつかの態様において、粒子の製造方法が提供される。本方法は、種を準備する工程と、モノマーを準備する工程と、種の表面に隣接してモノマーを反応させる工程と、成長している粒子の表面に隣接してモノマーを反応させることによって、種の直径の少なくとも2倍の外径を粒子が有するまで、粒子を成長させる工程と、を含む。モノマーは、成長している粒子に連続的に供給され、成長している粒子に供給されるモノマーの組成は、時間とともに変化する。
本明細書のいくつかの態様において、1層以上の規則的な粒子層を有する物品が提供される。粒子の少なくとも一部は、粒子の直径の少なくとも50パーセントにわたって変化する屈折率を有する。コリメートされたビームが物品を通過するとき、光出力分布は、中心突出領域(central lobe region)、環状領域及び中心突出領域と環状領域とを隔てる低強度領域を含む。
以下の説明では、本明細書の一部を形成し、例示を目的として示されている添付の図面を参照する。図面は、必ずしも一定の比率の縮尺ではない。本開示の範囲又は趣旨から逸脱することなく、他の実施形態が想定され、実施され得ることを理解されたい。したがって、以下の発明を実施するための形態は、限定的な意味で解釈されるべきではない。
接着剤又は他のポリマー材料の光学的特性を変化させるために、接着剤又は他のポリマー材料中に粒子を含めることが望ましい場合がある。粒子は、所望の光学的特性を実現するのに適した屈折率を有するように選択され得る。コアの周囲に薄いシェルを有する粒子は、シェルとコアが異なる屈折率を有する場合に時に使用される。しかしながら、本明細書によれば、粒子のかなりの部分(例えば、直径の少なくとも1/2又は体積の少なくとも75パーセント)にわたって変化する屈折率を有する粒子は、従来のコア−シェル粒子では得られない望ましい光学的特性を与えることできることが見出された。
層同士が互いに共有結合されていないポリマー多層を有する粒子は、以前に記載されている。しかしながら、別個の層を互いに接着する共有結合が存在しないため、粒子は強固でなく、そのため、例えばコーティングへのその適用可能性は限定されている。例えば、層が界面接着のみによって接着されているため、粒子は、コーティングの通常の処理中に損傷しやすい可能性がある。このことは、層間の大きな屈折率差が望ましいときに特に問題となる。これは、低屈折率層にはフルオロポリマーを使用することが望ましい場合があり、フルオロポリマー層は通常、隣接層に対して弱い界面接着を有するであろうためである。更に、異なる層は異なる膨潤特性を有し得るため、界面接着のみによって結合されている層を有する粒子は、溶液中に分散したときに膨潤によって生じる損傷を受けやすい可能性がある。本明細書によれば、粒子の直径のかなりの部分(例えば、少なくとも1/2)にわたって存在するコポリマーを有する粒子を形成することができることが見出された。粒子は、層から層にわたって存在するコポリマーによって互いに共有結合されている、交互に繰り返す層を有し得る。粒子の少なくともかなりの部分(例えば、体積の少なくとも75パーセント)にわたって連続的に変化する組成及び連続的に変化する屈折率を有する粒子を形成することができることもまた見出されている。そのような粒子は、望ましい光学的特性を有し、従来の層状粒子よりも強固である。
粒子は、フィルム若しくは規則的な層中に組み込まれてもよく、又は規則的な粒子層が提供されてもよい。フィルム又は規則的な層は、フィルム又は規則的な層を透過する光の散乱を制御し得る。本明細書の他の箇所に更に記述されているように、制御された散乱は、中心突出領域、環状領域及び中心突出領域と環状領域とを隔てる低強度領域を有する光出力分布をもたらし得る。そのような光出力分布は、例えばスパークル(sparkle)防止効果をもたらすのに有用であり得る。
図1は、第1の領域110と、第1の領域110を取り囲み封入する第2の領域120と、を有する粒子100の概略断面図である。粒子100は、外面128及び外半径Rを有し、Rは第2の領域120の外半径でもある。第1の領域110は外半径rを有する。粒子100は、種の表面に隣接してモノマーを重合させ、その後、成長している粒子の表面又はその近くでモノマーを連続的に反応させることによって粒子を成長させることによって、種から成長させることができる。これは、溶液中に分散した複数の種を含む反応器中で行うことができる。種粒子は、第1の領域110に相当し得、モノマーを反応させることによって形成される粒子の部分は、第2の領域120に相当し得る。いくつかの実施形態において、第1の領域110と第2の領域120との間に物理的境界が存在しないように、種の表面に隣接して最初に反応させるモノマーは、種の表面における組成と一致又は実質的に一致する組成を有し得る。この場合、第1の領域は、実質的に同一の組成及び屈折率を有する粒子の中心近くの領域ということができ、第2の領域120は、第1の領域110を取り囲む領域ということができる。いくつかの実施形態において、物理的境界が第1の領域110と第2の領域120とを隔てるように、種に隣接して反応させるモノマーは、種の組成とは異なる組成を有し得る。
粒子が第2の領域の厚さT方向に連続的に変化する組成及び連続的に変化する屈折率を有するように、モノマーの組成は、連続的に変化させてもよい。あるいは、モノマーの組成は、本明細書の他の箇所に更に記述されているように層を形成するために、不連続的に変化させてもよい。種に隣接して反応させるモノマーが種と同じ組成を有する実施形態において、粒子100の有する組成及び屈折率のそれぞれは、粒子100の中心から粒子100の外面まで連続的に変化し得る。組成が連続的に変化するにせよ不連続的に変化するにせよ、成長している粒子にモノマーを連続的に供給することによって、得られる粒子は、第2の領域120の厚さTの全厚にわたって存在するコポリマーを含むことができる。
適したモノマーとしては、スチレン、(メタ)アクリレート、ビニル化合物、アルケン、フッ素化化合物、米国特許第8,378,046号(Determan et.al.)に例示されているような高い屈折率を有するモノマー及び重合に適した任意のエチレン性不飽和モノマー化合物が挙げられる。
モノマーは、連鎖重合によって反応させてもよく、成長している粒子が入っている反応器に開始剤及び/又は触媒を供給してもよい。粒子の調製に有用な重合開始剤は、熱に曝露すると、モノマー混合物の(共)重合を開始させるフリーラジカルを発生させる開始剤である。水溶性及び/又は油溶性のラジカル重合開始剤を使用することができる。いくつかの実施形態において、水溶性開始剤を使用することが望ましい場合がある。好適な水溶性開始剤としては、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム及びこれらの混合物、前述の過硫酸塩の反応生成物などの酸化還元開始剤並びにメタ重亜硫酸塩、ホルムアルデヒドスルホキシル酸塩、4,4’−アゾビス(4−シアノペンタン酸)及びその可溶性塩(例えば、ナトリウム、カリウム)の群から選択されるものなどの還元剤からなる群から選択されるものが挙げられるが、これらに限定されない。有用な油溶性開始剤の例としては、いずれもduPontから入手可能なVazo(登録商標)64(2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、Vazo(登録商標)52(2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルペンタンニトリル)などのジアゾ化合物、過酸化ベンゾイル及び過酸化ラウロイルなどの過酸化物並びにこれらの混合物からなる群から選択されるものが挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態において、架橋剤もまた含まれてもよい。多官能アクリレートなどのポリエチレン性不飽和化合物は、バルク又はエマルション重合プロセスにおける架橋剤として有用である。ポリエチレン性不飽和化合物の例として、ポリアクリル酸−官能モノマー、例えば、エチレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジメタクリレート、ビスフェノール−Aジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ペンタエリスリトールジ−、トリ−及びテトラアクリレート並びに1,12−ドデカンジオールジアクリレートなど;オレフィン(olefmic)−アクリル−官能モノマー、例えば、アリルメタクリレート、2−アリルオキシカルボニルアミドエチルメタクリレート及び2−アリルアミノエチル(メタ)アクリレートなど;アリル2−アクリルアミド−2,2−ジメチルアセテート;ジビニルベンゼン;ビニルオキシ基−置換官能モノマー、例えば、2−(エテニルオキシ)エチル(メタ)アクリレート、3−(エチニルオキシ)−1−プロパン、4−(エチニルオキシ)−1−ブテン及び4−(エテニルオキシ)ブチル−2−アクリルアミド−2,2−ジメチルアセテートなどが挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態において、第2の領域120の体積は、粒子100の体積の少なくとも60パーセント、少なくとも75パーセント、少なくとも85パーセント、又は少なくとも90パーセント、又は少なくとも95パーセント、又は少なくとも99パーセント、又は少なくとも99.9パーセントである。いくつかの実施形態において、第2の領域120の体積は、粒子100の体積の75パーセント又は85パーセントから99.999パーセントまで又は99.9999パーセントまでの範囲である。いくつかの実施形態において、第2の領域120の外半径Rは、第1の領域110の外半径rの少なくとも1.5倍、2倍、5倍、10倍又は30倍である。いくつかの実施形態において、第2の領域120の外径2×Rは、第1の領域110の外径2×rの少なくとも1.5倍、2倍、5倍、10倍又は30倍である。粒子100は、実質的に球形であってもよく、又は楕円体又は他の形状を有してもよい。粒子の半径又は直径は、粒子と同じ体積を有する球体と等しい半径又は直径を指し得る。いくつかの実施形態において、第2の領域120の外半径Rは、第1の領域110の外半径rの2〜10000倍の範囲である。いくつかの実施形態において、第1の領域110は、約1nm〜約400nmの範囲の直径(2×r)を有する。いくつかの実施形態において、粒子100は、約100nm〜約10マイクロメートルの範囲の外径(2×R)を有する。
図2は、動径座標の関数としての粒子の屈折率の略図である(例えば、球座標系(r、θ、φ)において、動径座標はr座標である。楕円体又は別の非球形粒子では、ある点の動径座標は、その点と粒子の中心又は重心との間の距離を指し得る。)。粒子の第1の領域の屈折率212は、実質的に一定であり、粒子の第2の領域の屈折率222は、第2の領域の厚さ方向に連続的に変化している。例示されている実施形態において、屈折率は第1の領域から第2の領域まで連続的ではない。
屈折率は、第1の位置においてゼロではない第1の割合で変化してもよく、第1の位置とは異なる第2の位置において第1の割合とは異なるゼロではない第2の割合で変化してもよい。例えば、第1の位置は、位置R1であってもよく、第2の位置は、位置R1よりも粒子の中心から更に遠い位置R2であってもよい。場合によっては、第2の位置は、粒子の中心近く又は第1の領域に最も近い第2の領域の部分にあってもよく、第2の位置は、粒子の外面近く又は粒子の外面に最も近い第2の領域の部分にあってもよい。場合によっては、第1及び第2の位置は、第2の領域の厚さの少なくとも80パーセント、又は少なくとも85パーセント、又は少なくとも90パーセント、半径方向に離れている。屈折率の変化の割合は、屈折率の動径座標による微分係数の大きさであると理解され得る。図2に例示されている実施形態などのいくつかの実施形態において、屈折率は、第1の位置よりも第2の位置においてより急速に変化する。
いくつかの実施形態において、屈折率の動径座標による微分係数の絶対値は、動径座標が増加するとともに、第2の領域の厚さ方向に単調に増加するか、又は動径座標が増加するとともに、第2の領域の厚さの少なくとも80パーセント、又は少なくとも90パーセント、又は実質的に全厚にわたって単調に増加する。いくつかの実施形態において、屈折率は、第2の領域の少なくともある部分にわたって放物線状に(増加又は減少のいずれであっても)変化し、いくつかの実施形態において、屈折率は、第2の領域の全厚又は実質的に全厚にわたって放物線状に(増加又は減少のいずれであっても)変化する。屈折率が放物線状に変化する実施形態では、屈折率の動径座標による微分係数の絶対値は、動径座標とともに直線的に単調に増加する。別の実施形態において、屈折率の動径座標による微分係数の絶対値は、直線的増加よりも緩慢に若しくは急速に増加し得、又は直線的増加と比較してより緩慢に増加する第2の領域の部分もあれば、より急速に増加する第2の領域の部分もあり得る。
動径座標の関数としての粒子の屈折率の略図である図3に、代替の実施形態を示す。第2の領域における屈折率322は単調に増加しており、一方、第1の領域における屈折率312は実質的に一定である。この場合、屈折率は、粒子の中心から粒子の外面まで、動径座標の連続関数である。粒子の組成もまた、粒子の中心から粒子の外面まで、動径座標の連続関数であってもよい。
図2〜3に例示されている実施形態において、屈折率は、第2の領域の厚さ方向に単調に増加している。別の実施形態において、屈折率は、第2の領域の厚さ方向に単調に減少し得る。更に別の実施形態において、屈折率は、第2の領域の厚さ方向に非単調に変化し得る。図4は、動径座標の関数としての粒子の屈折率の略図である。この場合、屈折率は、第2の領域の厚さ方向に非単調に変化する。より詳細には、この場合、屈折率は、第2の領域の厚さ方向に、実質的に正弦波形の変化を有する。
いくつかの実施形態において、第2の領域における最大屈折率と第2の領域における最小屈折率との差は、少なくとも0.05、又は少なくとも0.1、又は少なくとも0.15であり、0.05〜0.3の範囲であり得る。いくつかの実施形態において、屈折率は、第2の領域の厚さ方向に、少なくとも0.05、又は少なくとも0.1、又は少なくとも0.15の振幅で、実質的に正弦波形の変化を有する。図4に例示されている実施形態において、正弦波形の変化の振幅は約0.2である。別段の定めがない限り、屈折率(refractive index)又は屈折率(index of refraction)は、25℃での589nmの波長を有する光(ナトリウムD線)に対する屈折率を指す。
図5は、第1の領域510と、複数の相互に同心の層を有する第2の領域520と、を有する粒子500の断面図である。第1の領域510は、外面511を有する種粒子に相当し得る。第2の領域520は、外面521並びに相互に同心の第1、第2及び第3の層522、524及び526を有する。粒子500は、種から粒子を成長させ、成長している粒子にモノマーを連続的に供給するがモノマーの組成は不連続的に変化させ、3つの別個の層522、524及び526を生じることによって、調製することができる。成長している粒子にモノマーを連続的に供給することによって、第1の層のモノマーは隣接する層中で形成されたポリマーと反応して、種の外面511から粒子の外面521までわたって存在するコポリマーを形成する。例えば、第1の層522は、成長している粒子に第1のモノマーのタイプのモノマーを供給することによって成長させてもよい。モノマーは層中で成長している鎖と反応して、層を成長させる。モノマーの組成は急に変えてもよく、第2のタイプのモノマーを供給してもよい。モノマーは連続的に供給されるため、第2のタイプのモノマーは、第1の層522において開始した成長鎖と反応して、第2の層524を形成する。モノマーの組成を再び急に変えてもよく、第3のタイプのモノマーを供給して、第1の層522において開始したポリマー鎖を成長させ続け、第2の層524を過ぎても連続させて第3の層526を形成させてもよい。第2のタイプのモノマーは、第1及び第3のタイプのモノマーとは異なり得る。第1及び第3のタイプのモノマーは、同じであってもよく、又は異なっていてもよい。層のそれぞれにおいて使用されるモノマーは別個のものであってもよく、又は同じ群のモノマーの異なるブレンドが、異なる層において使用されてもよい。このように製造された粒子は、隣接する層の間に共有結合を有し、界面接着によってのみ結合されている隣接層を有する粒子よりも強固である。
粒子500は、第2の領域520の厚さ方向に不連続的に変化する屈折率及び組成を有する。場合によっては、屈折率が1つの層から隣接する層まで連続的に変化する様々な層の間に、移行領域を設けることが望ましい場合がある。これにより、粒子の望ましい光学的特性を保持しながら、屈折率の不連続性による光学的影響を和らげることができる。これは、図6及び7に示されている。
図6は、第1の領域610と、複数の相互に同心の層を含む第2の領域620と、を有する粒子600の断面図である。第1の領域610は、外面611を有する種粒子に相当し得る。第2の領域620は、外面621;並びに第1、第2及び第3の層622、624及び626;並びに第1及び第2の移行領域623及び625を有する。粒子600は、1つの層から次の層に移行する際にモノマーの組成を急に変化させる代わりに、組成を連続的に変化させて第1及び第2の移行領域623及び625を形成させることを除いて、粒子500に関して記述したように製造することができる。組成及び屈折率は、各移行領域の厚さ方向に連続的に変化し得る。移行領域を含むことによって、組成及び屈折率は、種の外面611から粒子600の外面621まで、連続的に変化し得る。いくつかの実施形態において、組成及び屈折率が粒子の中心から粒子の外面621まで連続的に変化するように、第1の領域610と第1の層622との間に更なる移行領域が含まれる。
各移行領域は、30nmを超える又は50nmを超える厚さを有し得る。各移行領域は、移行領域に隣接する層の最小厚さの1/2又は1/3又は1/5未満の厚さを有し得る。例えば、第1の移行領域623は、第1の層622及び第2の層624のうちのより薄い方の厚さの1/2又は1/3又は1/5未満の厚さを有し得る。
図7は、外半径Rを有する粒子に関する動径座標の関数としての屈折率を示す。粒子は、1.55の屈折率を有し、粒子の中心からRの約10分の1の半径までにわたる、種に相当し得る第1の領域を有する。粒子は、屈折率が1.45と1.55で交互に繰り返す5つの層を含む。移行領域は、各層の間、及び第1の領域と第1の層との間に含まれる。粒子の屈折率及び組成は、粒子の中心から粒子の外面まで連続的に変化する。代替の実施形態において、粒子が不連続的に変化する屈折率を有するように、移行領域は含まれない。
屈折率は層ごとに交互に変わってもよく、又は何らかの他の屈折率分布が使用されてもよい。層は、同じ若しくは異なる厚さ、同じ若しくは異なる体積をそれぞれ有してもよく、又は層の厚さ若しくは体積の何らかの他の変化を使用してもよい。いくつかの実施形態において、層の厚さは交互に厚くなったり薄くなったりする。
層状粒子の層の数は特に限定されないが、任意の好適な範囲で変化し得る。いくつかの実施形態において、粒子は、第1の領域と、少なくとも2層、又は少なくとも3層、又は少なくとも5層、又は少なくとも10層、又は少なくとも15層、又は少なくとも20層を含み、かつ300層未満、250層未満、200層未満、150層未満又は100層未満を含む第2の領域と、を含む。
いくつかの実施形態において、マトリックス(例えば、樹脂又は接着剤)と、複数の本明細書の粒子と、を含む組成物が提供される。マトリックスは、実質的に透明(例えば、マトリックスの層又は組成物の層が、400〜700nmの波長範囲の光の少なくとも80パーセント、又は少なくとも90パーセントを透過させる)であってもよく、粒子の外面における第2の屈折率とほぼ同じであり得る第1の屈折率を有してもよい。例えば、第1の屈折率と第2の屈折率との差の絶対値は、0.05未満、又は0.3未満、又は0.02未満又は0.01未満であり得る。いくつかの実施形態において、粒子をマトリックス中に組み込むことによって粒子の外面における粒子の屈折率が変化しないように、マトリックス材料は粒子から実質的に排除されている。これは、例えば、粒子をポリマー感圧性接着剤などのポリマー層中に分散させる場合に行われ得る。いくつかの実施形態において、粒子の外側部分にマトリックス材料が存在することによって粒子の外面における粒子の屈折率が変わるように、マトリックスの材料は粒子の外側部分に部分的に浸透する。そのような実施形態において、粒子の外側部分とマトリックスとの屈折率差は小さく、実質的にゼロであり得る。マトリックスが実質的に硬化(例えば、熱硬化又は紫外線(UV)硬化などの放射線硬化)されていてもよいモノマーを含む場合、マトリックス材料は粒子に部分的に浸透してもよい。モノマーは、粒子に浸透し、その後マトリックスが硬化されるときにその位置で硬化されてもよい。
好適な実質的に透明なマトリックス材料としては、ポリマー、コポリマー及び/又は光学的に透明な接着剤が挙げられる。好適なポリマー又はコポリマーとしては、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリオレフィン、ポリエポキシド、ポリエーテル及びこれらのコポリマーが挙げられる。マトリックスとして使用することができる好適な接着剤としては、感圧性接着剤(PSA)及びホットメルト接着剤が挙げられる。マトリックス材料は、UV硬化性アクリレートなどの硬化性液体であってもよい。
本明細書の粒子は、ある特定の用途において有用であり得る様々な光学的特性を提供できることが見出されている。例えば、いくつかの実施形態において、この粒子を含有する組成物は、フィルム又は接着剤層又は複数の層を含むフィルムの1つ以上の層を形成させるために使用される。そのようなフィルム又は層は、ディスプレイ用途において使用され得る散乱制御層を提供するために使用されてもよい。例えば、本明細書に記載の粒子を含む散乱制御層は、ディスプレイに含まれる場合に好ましくないスパークルを低減する、スパークル防止層として使用されてもよい。ディスプレイのスパークルは、ディスプレイに対して見る人の位置がわずかに変わるとともに動き回る又はちらつくようにみえる粒状パターンと説明することができる。ディスプレイのスパークルは、典型的にはディスプレイ表面において、不均一な光の光路と相互に影響する画素からの光によって引き起こされ得る。画素光と前記不均一性の相互影響のために、画素からの光は、見る人が動くときに動き回る又はちらつくように見え得る。そのような不均一性は、ディスプレイに増設され得るフィルム又は他の層に由来する構造又は表面性状を含み得る。例えば、防眩フィルムの表面性状は、表面からの鏡面反射を低減させ、それによりグレアを低減させるために含まれることが多い。スパークルを生じる可能性がある不均一性はまた、ディスプレイ表面の指紋、擦り傷又は他の残留物も含む。いくつかの実施形態において、散乱制御層又はスパークル防止フィルム中に含まれる粒子は、制御された回折、屈折又はそれらの組み合わせをもたらすように選択され、ディスプレイ中に組み込まれたとき、知覚されるディスプレイ解像度を実質的に維持しながらスパークルを大幅に低減させることができる。
いくつかの実施形態において、本明細書の粒子を含む層は、例えばナノ粒子又はナノワイヤーなどの他の機能を有する他の粒子を含み得る。いくつかの実施形態において、ハードコート層は、層の硬度を高めるために無機ナノ粒子とともに、アクリレートバインダー又はマトリックス中に本明細書の粒子を含有し得る。いくつかの実施形態において、本明細書の粒子は、押し出されて光学フィルム又は光学フィルム中の1つ以上の層を形成する材料中に含まれ得る。いくつかの実施形態において、本明細書の粒子は、射出成型部品を形成するために使用される樹脂中に粒子を含むことによって、射出成型部品中に含まれ得る。
図8は、スパークル防止フィルムとして又はスパークル防止フィルム中の層として使用するのに好適であり得る散乱制御層であり得る層801の断面図である。層801は、本明細書に記載の粒子のいずれかに相当し得る複数の粒子800を含む。コリメートされたビーム840を、図8に概略的に示す。コリメートされたビーム840が層801を通過するとき、光の出力分布842が生じる。いくつかの実施形態において、コリメートされたビーム840が層801を(又は層801を含むスパークル防止フィルムを)通過するとき、コリメートされたビームの約30パーセント超が、大気中で測定して2〜10度で散乱し、コリメートされたビームの30パーセント未満が、大気中で測定して10度超で散乱する。いくつかの実施形態において、コリメートされたビーム840が層801を(又は層801を含むスパークル防止フィルムを)通過するとき、光出力分布は、中心突出領域、環状領域及び中心突出領域と環状領域とを隔てる低強度領域を含む。層801は、制御された回折、屈折又は回折と屈折の組み合わせをもたらすといってもよい。
コリメートされたビーム840が層801を(又は層801を含むスパークル防止フィルムを)通過するときに生じ得る光出力分布を、散乱角の関数としての出力分布のプロットを示す図9に概略的に示す。出力分布は、第1の最大強度I1を有する中心突出領域972を含み、第2の最大強度I2を有する環状領域974を含む。図9において、環状領域974の断面は、プロットの両側に2つのピークとして現れている。中心突出領域972と環状領域974との間の領域976は、I1の1/2未満かつI2の1/2未満の強度を有し得る。いくつかの実施形態において、中心突出領域972と環状領域974との間の領域976の少なくともいくらかの部分は、I1の10分の1未満かつI2の10分の1未満の強度を有し得る。いくつかの実施形態において、I2をI1で割ったものは、約0.05〜約1.0の範囲である。環状領域974における最大強度I2の位置と中心突出領域972における最大強度I1の位置の間の散乱角の差は、1度超、又は2度超、又は3度超であり得、かつ30度未満、又は25度未満、又は20度未満であり得る。中心突出領域972における最大強度I1の位置は、1度未満の大きさを有する散乱角にあってもよく、又は実質的にゼロの散乱角にあってもよい。
いくつかの実施形態において、多層フィルムの少なくとも1つの層が本明細書による粒子を含む組成物である、多層フィルムが提供される。例えば、層801に相当し得る層1001を含む、3つの層を有する多層フィルム1002を示す図10に、例を示す。多層フィルムは、例えばハードコート層であってもよい層1052と、例えば接着剤層であってもよい層1054と、を更に含む。ハードコート層は、硬化したときに、材料が外層となり得る用途において適切な鉛筆硬度又は耐摩耗性を提供するのに十分な硬度を有する樹脂から形成され得る。例えば、硬化したハードコート樹脂は、HBを超える又はHを超える鉛筆硬度を提供し得る。好適なハードコート樹脂としては、無機ナノ粒子を含み得るアクリル系樹脂が挙げられる。光学的に透明な接着剤層であってもよい好適な接着剤層としては、感圧性接着剤(PSA)及びホットメルト接着剤が挙げられる。層1054において使用され得る、かつ/又は層1001中のマトリックスとして使用され得る有用な接着剤としては、全て3M Company(St.Paul,MN)から入手可能な、弾性ポリウレタン又はシリコーン接着剤並びに粘弾性の光学的に透明な接着剤CEF22、817x及び818xが挙げられる。他の有用な接着剤としては、スチレンブロックコポリマー、(メタ)アクリルブロックコポリマー、ポリビニルエーテル、ポリオレフィン及びポリ(メタ)アクリレートベースのPSAが挙げられる。多層フィルム1002は、ディスプレイの外面に接着され得るスパークル防止フィルムとして使用されてもよい。
図11は、ディスプレイ1150上に配置されたフィルム又は層1103を概略的に示す。フィルム又は層1103は、例えば層801又は多層フィルム1002に相当し得る。フィルム又は層1103は、例えば散乱制御層又はスパークル防止フィルムであってもよい。
本明細書のいくつかの態様において、本明細書に記載の粒子の1層以上の規則的な層が提供される。層の総数は、例えば1〜3の範囲であってもよい。数層だけ(例えば、1、2又は3層)を使用することにより、個々の粒子の光学的効果を保持することができる。図12は、3層の規則的な層に配列された粒子1200を含む1層以上の規則的な層1204を示す。1層以上の規則的な層1204は、例えば、基材上への溶液堆積によって調製することができる。コリメートされたビーム1240を図12に概略的に示す。コリメートされたビーム1240が1層以上の規則的な層1204を通過するとき、光の出力分布1242が生じる。いくつかの実施形態において、コリメートされたビーム1240が粒子の1層以上の規則的な層1204を通過するとき、コリメートされたビームの約30パーセント超が、大気中で測定して2〜10度で散乱し、コリメートされたビームの30パーセント未満が、大気中で測定して10度超で散乱する。いくつかの実施形態において、コリメートされたビーム1240が1層以上の層1204を通過するとき、光出力分布は、図9に概略的に示すように、中心突出領域、環状領域及び中心突出領域と環状領域とを隔てる低強度領域を含む。いくつかの実施形態において、中心突出領域と環状領域の間の領域は、突出領域の第1の最大強度I1の2分の1未満かつ環状領域の第2の最大強度I2の2分の1未満の強度を有し得る。いくつかの実施形態において、中心突出領域と環状領域の間の領域の少なくともいくらかの部分は、I1の10分の1未満かつI2の10分の1未満の強度を有し得る。いくつかの実施形態において、第2の最大強度を第1の最大強度で割ったものは、約0.05〜約1.0の範囲である。いくつかの実施形態において、環状領域における最大強度I2の位置と中心突出領域における最大強度I1の位置の間の散乱角の差は、1度超、又は2度超、又は3度超であり得、かつ30度未満、又は25度未満、又は20度未満であり得る。1層以上の規則的な層1204は、制御された回折、屈折又は回折と屈折の組み合わせをもたらすといってもよい。
図13は、反応器1360を使用して本明細書による粒子を製造する方法を概略的に示す。反応器1360に、溶液中にあってもよい1つ以上の種粒子1362を初めに投入する。モノマーを、第1のモノマー流1364及び第2のモノマー流1366を通して種に供給する。第1のモノマー流1364及び第2のモノマー流1366の一方又は両方は、モノマーに加えて開始剤を含んでもよい。第1のモノマー流1364及び第2のモノマー流1366は、異なる組成のモノマーを含有する。第1のモノマー流1364は、第2のモノマー流1366中のモノマーとは異なるモノマーを含有してもよく、又は第1のモノマー流1364及び第2のモノマー流1366は、同じ又は重複する1組若しくは複数組のモノマーの異なるブレンドを含有してもよい。第1のモノマー流1364及び第2のモノマー流1366の全体の流量は一定であってもよく、又は、粒子が成長している間、連続的に又は不連続的に変化してもよい。粒子の第2の領域の端から端まで及ぶコポリマーが形成されるように、成長している粒子にモノマーを連続的に供給することが望ましい。したがって、第1及び第2のモノマー流の流入が終了した後に粒子は反応器1360中の残留モノマーと反応し続けることがあるとはいえ、第1のモノマー流1364及び第2のモノマー流1366の全体の流量は、粒子の成長が実質的に完了するまでゼロより大きくしておくことが望ましい。反応が完了した後の種の径及び粒子の径は、本明細書の他の箇所に記載されているいずれかの範囲内であり得る。例えば、最終的な粒径は、種の直径の少なくとも2倍、又は少なくとも5倍、又は少なくとも10倍であり得る。
第1及び第2のモノマー流の流量をそれぞれ連続的に変化させて、種の外側にある成長した粒子領域中でそれぞれ連続的に変化する、半径方向に変化する組成及び半径方向に変化する屈折率を有する単層を提供してもよく、又は第1及び第2のモノマー流の流量を不連続的に変化させて、複数の層を提供してもよい。層間に移行領域を有する粒子は、本明細書の他の箇所に記載されているように、モノマー流量を適切に選択することによって形成させることができる。
いくつかの実施形態において、成長している粒子に供給されるモノマーは第1のタイプの分子及び第2のタイプの分子を含み、第1のタイプのモノマー数と第2のタイプの分子数の比は、時間とともに変化する。例えば、第1のモノマー流1364は第1のタイプの分子を含み得、第2のモノマー流1366は第2のタイプの分子を含み得、第1のモノマー流1364及び第2のモノマー流1366の相対流量は時間とともに変化し得る。いくつかの実施形態において、成長している粒子に供給されるモノマーは、初回には第1のタイプの分子を含み、2回目には第1のタイプとは異なる第2のタイプの分子を含む。いくつかの実施形態において、成長している粒子に供給されるモノマーは、初回には第1のタイプの分子から本質的になり、2回目には第2のタイプの分子から本質的になる。
任意の好適な数のモノマー流を反応器に供給することができる。図13に示す実施形態において、2つのモノマー流のみが供給される。別の実施形態において、2つを超えるモノマー流が供給され得る。例えば、3つ又は4つ以上のモノマー流が提供されてもよい。2つを超えるモノマー流を使用することにより、粒子中でより複雑にモノマーを分布させることが可能となる。例えば、ABCABCという形の層(A、B及びCは3つの別個のモノマーを有する層を表す)を有する粒子を形成させることができる。
種の表面に隣接してモノマーを反応させ、粒子を成長させることによって、変化する屈折率を有する粒子を調製した。接着剤と粒子の混合物をフィルム上にコーティングすることによって、スパークル防止フィルムを調製した。
試験方法:
粒径
粒径分析器(N4MD Sub−micron Particle Analyzer)を使用して、粒子の径を測定した。投入材料は、製造業者の使用説明書の指示通り、5.00E+04〜1.00E+06カウント/秒の強度範囲まで希釈した。
粒径
粒径分析器(N4MD Sub−micron Particle Analyzer)を使用して、粒子の径を測定した。投入材料は、製造業者の使用説明書の指示通り、5.00E+04〜1.00E+06カウント/秒の強度範囲まで希釈した。
実施例:
種粒子1調製
可変速撹拌機、窒素パージ管、冷却器及び記録調節計を取り付けた2000mLフラスコ中で、種粒子を成長させた。1lpm(リットル毎分)の窒素でパージしながら、表1の材料をフラスコに入れた。
種粒子1調製
可変速撹拌機、窒素パージ管、冷却器及び記録調節計を取り付けた2000mLフラスコ中で、種粒子を成長させた。1lpm(リットル毎分)の窒素でパージしながら、表1の材料をフラスコに入れた。
窒素パージを1時間続けながら、フラスコを250rpmで撹拌し、50℃まで加熱し、その後、開始剤投入量である0.55gの過硫酸カリウム、0.22gのメタ重亜硫酸ナトリウム及び0.91gの硫酸鉄(II)七水和物(0.2%水溶液)をフラスコに加えた。反応温度の上昇により重合開始が示され、窒素パージを0.5lpmまで減らした。反応開始から70℃のピーク温度までの時間は、31分であった。この時点で、温度を80℃まで上昇させ、2時間維持して重合を完了させた。得られた材料をチーズクロスで濾過した。
種粒子1を、前述の試験方法を使用して測定した。
種粒子1 径−平均径105nm、95%限界99.8〜110nm、標準偏差(S.D.)31nm。
瓶を回転式恒温水槽に入れ、そこで35rpmで回転させ、24時間70℃に加熱した。得られた材料をチーズクロスで濾過した。
種粒子2を、前述の試験方法を使用して測定した。
種粒子2 径−平均径269nm、95%限界249〜290nm、S.D.82nm。
参照粒子1 ステップ1
可変速撹拌機、窒素パージ管、冷却器及び記録調節計を取り付けた2000mLフラスコ中で、粒子を成長させた。開始剤投入量として10gのVA−061(1%水溶液)とともに、投入量として80gの種粒子1をフラスコに加え、その間ずっと1lpmの窒素でパージした。フラスコを120rpmで撹拌し、80℃まで加熱し、この温度で窒素パージを0.5lpmまで減らし、2つの供給原料をフラスコ中に送液した。2つのシリンジポンプを使用して2つの供給原料を供給した。供給原料1には水性の投入原料を入れ、供給原料2には有機の投入原料を入れた。表3の材料を、4oz(118ml)細口ガラスジャー(各供給原料につき1つのジャー)に加え、ジャーにセプタムをはめ込み、3lpmの窒素で10分間パージした。
可変速撹拌機、窒素パージ管、冷却器及び記録調節計を取り付けた2000mLフラスコ中で、粒子を成長させた。開始剤投入量として10gのVA−061(1%水溶液)とともに、投入量として80gの種粒子1をフラスコに加え、その間ずっと1lpmの窒素でパージした。フラスコを120rpmで撹拌し、80℃まで加熱し、この温度で窒素パージを0.5lpmまで減らし、2つの供給原料をフラスコ中に送液した。2つのシリンジポンプを使用して2つの供給原料を供給した。供給原料1には水性の投入原料を入れ、供給原料2には有機の投入原料を入れた。表3の材料を、4oz(118ml)細口ガラスジャー(各供給原料につき1つのジャー)に加え、ジャーにセプタムをはめ込み、3lpmの窒素で10分間パージした。
供給原料が止まったら、温度を80℃に30分間維持して重合を完了させた。得られた材料をチーズクロスで濾過した。
前述の試験方法を使用して測定を行った。
参照粒子1ステップ1 径−平均径133nm、95%限界126〜140nm、S.D.狭い。
参照粒子1ステップ2
ステップ1の材料をフラスコに入れたままにし、1lpmの窒素でパージした。前述の同じ手順及び設備を使用した。下記の表5の材料を、8oz(237ml)細口ガラスジャー(各供給原料につき1つのジャー)に加え、ジャーにセプタムをはめ込み、3lpmの窒素で10分間パージした。
ステップ1の材料をフラスコに入れたままにし、1lpmの窒素でパージした。前述の同じ手順及び設備を使用した。下記の表5の材料を、8oz(237ml)細口ガラスジャー(各供給原料につき1つのジャー)に加え、ジャーにセプタムをはめ込み、3lpmの窒素で10分間パージした。
供給原料が止まったら、温度を80℃に30分間維持して重合を完了させた。得られた材料をチーズクロスで濾過した。
前述の試験方法を使用して測定を行った。
参照粒子1ステップ2 径−平均径185nm、95%限界173〜197nm、S.D.55nm。
参照粒子1ステップ3
開始剤投入量として25gのVA−061(1%水溶液)とともに、ステップ2の材料(200g)をフラスコに入れたままにし、その間ずっと1lpmの窒素でパージした。前述の同じ手順及び設備を使用した。表7の材料を、4oz(118ml)細口ガラスジャー(各供給原料につき1つのジャー)に加え、ジャーにセプタムをはめ込み、3lpmの窒素で10分間パージした。
開始剤投入量として25gのVA−061(1%水溶液)とともに、ステップ2の材料(200g)をフラスコに入れたままにし、その間ずっと1lpmの窒素でパージした。前述の同じ手順及び設備を使用した。表7の材料を、4oz(118ml)細口ガラスジャー(各供給原料につき1つのジャー)に加え、ジャーにセプタムをはめ込み、3lpmの窒素で10分間パージした。
供給原料が止まったら、温度を80℃に30分間維持して重合を完了させた。得られた材料をチーズクロスで濾過した。
前述の試験方法を使用して測定を行った。
参照粒子1ステップ3 径−平均径200nm、95%限界187〜213nm、S.D.47nm。
参照粒子1ステップ4
開始剤投入量として25gのVA−061(1%水溶液)とともに、ステップ3の材料の一部(200g)をフラスコに入れたままにし、その間ずっと1lpmの窒素でパージした。前述の同じ手順及び設備を使用した。表9の材料を、4oz(118ml)細口ガラスジャー(各供給原料につき1つのジャー)に加え、ジャーにセプタムをはめ込み、3lpmの窒素で10分間パージした。
開始剤投入量として25gのVA−061(1%水溶液)とともに、ステップ3の材料の一部(200g)をフラスコに入れたままにし、その間ずっと1lpmの窒素でパージした。前述の同じ手順及び設備を使用した。表9の材料を、4oz(118ml)細口ガラスジャー(各供給原料につき1つのジャー)に加え、ジャーにセプタムをはめ込み、3lpmの窒素で10分間パージした。
供給原料が止まったら、温度を80℃に30分間維持して重合を完了させた。得られた材料をチーズクロスで濾過した。
前述の試験方法を使用して測定を行った。
参照粒子1ステップ4 径−平均径224nm、95%限界208〜239nm、S.D.狭い。
参照粒子1ステップ5
開始剤投入量として25gのVA−061(1%水溶液)とともに、ステップ4の材料の一部(200g)をフラスコに入れたままにし、その間ずっと1lpmの窒素でパージした。前述の同じ手順及び設備を使用した。表11の材料を、4oz(118ml)細口ガラスジャー(各供給原料につき1つのジャー)に加え、ジャーにセプタムをはめ込み、3lpmの窒素で10分間パージした。
開始剤投入量として25gのVA−061(1%水溶液)とともに、ステップ4の材料の一部(200g)をフラスコに入れたままにし、その間ずっと1lpmの窒素でパージした。前述の同じ手順及び設備を使用した。表11の材料を、4oz(118ml)細口ガラスジャー(各供給原料につき1つのジャー)に加え、ジャーにセプタムをはめ込み、3lpmの窒素で10分間パージした。
供給原料が止まったら、温度を80℃に30分間維持して重合を完了させた。得られた材料をチーズクロスで濾過した。
前述の試験方法を使用して測定を行った。
参照粒子1ステップ5 径−平均径244nm、95%限界226〜262nm、S.D.狭い。
参照粒子1ステップ6
開始剤投入量として25gのVA−061(1%水溶液)とともに、ステップ5の材料の一部(200g)をフラスコに入れたままにし、その間ずっと1lpmの窒素でパージした。前述の同じ手順及び設備を使用した。下記の表13の材料を、4oz(118ml)細口ガラスジャー(各供給原料につき1つのジャー)に加え、ジャーにセプタムをはめ込み、3lpmの窒素で10分間パージした。
開始剤投入量として25gのVA−061(1%水溶液)とともに、ステップ5の材料の一部(200g)をフラスコに入れたままにし、その間ずっと1lpmの窒素でパージした。前述の同じ手順及び設備を使用した。下記の表13の材料を、4oz(118ml)細口ガラスジャー(各供給原料につき1つのジャー)に加え、ジャーにセプタムをはめ込み、3lpmの窒素で10分間パージした。
供給原料が止まったら、温度を80℃に30分間維持して重合を完了させた。得られた材料をチーズクロスで濾過した。
前述の試験方法を使用して測定を行った。
参照粒子1ステップ6 径−平均径269nm、95%限界249〜290nm、S.D.狭い。
参照粒子1ステップ7
開始剤投入量として25gのVA−061(1%水溶液)とともに、ステップ6の材料の一部(200g)をフラスコに入れたままにし、その間ずっと1lpmの窒素でパージした。前述の同じ手順及び設備を使用した。表15の材料を、4oz(118ml)細口ガラスジャー(各供給原料につき1つのジャー)に加え、ジャーにセプタムをはめ込み、3lpmの窒素で10分間パージした。
開始剤投入量として25gのVA−061(1%水溶液)とともに、ステップ6の材料の一部(200g)をフラスコに入れたままにし、その間ずっと1lpmの窒素でパージした。前述の同じ手順及び設備を使用した。表15の材料を、4oz(118ml)細口ガラスジャー(各供給原料につき1つのジャー)に加え、ジャーにセプタムをはめ込み、3lpmの窒素で10分間パージした。
供給原料が止まったら、温度を80℃に30分間維持して重合を完了させた。得られた材料をチーズクロスで濾過した。
前述の試験方法を使用して測定を行った。
参照粒子1ステップ7 径−平均径292nm、95%限界268〜315nm、S.D.狭い。
実施例粒子1
ステップ間で反応を停止させないことを除いて、参照粒子1に関して記述したように粒子を成長させる。代わりに、前のステップの原材料供給を停止したら直ちに、各ステップの原材料供給を開始する。得られる粒子は、参照粒子1に関して記述された径及び層構造を有するが、反応が停止されないため、種から粒子の外面までわたって存在するコポリマーが形成される。
ステップ間で反応を停止させないことを除いて、参照粒子1に関して記述したように粒子を成長させる。代わりに、前のステップの原材料供給を停止したら直ちに、各ステップの原材料供給を開始する。得られる粒子は、参照粒子1に関して記述された径及び層構造を有するが、反応が停止されないため、種から粒子の外面までわたって存在するコポリマーが形成される。
実施例粒子2
可変速撹拌機、窒素パージ管、冷却器及び記録調節計を取り付けた2000mLフラスコ中で、粒子を成長させた。開始剤投入量として0.5gの過硫酸カリウムとともに、投入量として500gの種粒子2をフラスコに加え、その間ずっと1lpmの窒素でパージした。フラスコを170rpmで撹拌し、70℃まで加熱し、この温度で窒素パージを0.5lpmまで減らし、3つの供給原料をフラスコ中に送液した。3つのシリンジポンプを使用して3つの供給原料を供給した。供給原料1には水性の投入原料を入れ、供給原料2にはスチレン投入原料を入れ、供給原料3にはメタクリル酸メチル投入原料を入れた。表17の材料を、細口ガラスジャー(各供給原料につき1つのジャー;供給原料1は16oz(473ml)ジャー、供給原料2及び3は4oz(118ml)ジャー)に加え、ジャーにセプタムをはめ込み、3lpmの窒素で10分間パージした。
可変速撹拌機、窒素パージ管、冷却器及び記録調節計を取り付けた2000mLフラスコ中で、粒子を成長させた。開始剤投入量として0.5gの過硫酸カリウムとともに、投入量として500gの種粒子2をフラスコに加え、その間ずっと1lpmの窒素でパージした。フラスコを170rpmで撹拌し、70℃まで加熱し、この温度で窒素パージを0.5lpmまで減らし、3つの供給原料をフラスコ中に送液した。3つのシリンジポンプを使用して3つの供給原料を供給した。供給原料1には水性の投入原料を入れ、供給原料2にはスチレン投入原料を入れ、供給原料3にはメタクリル酸メチル投入原料を入れた。表17の材料を、細口ガラスジャー(各供給原料につき1つのジャー;供給原料1は16oz(473ml)ジャー、供給原料2及び3は4oz(118ml)ジャー)に加え、ジャーにセプタムをはめ込み、3lpmの窒素で10分間パージした。
ジャーから投入原料をシリンジで吸引し、シリンジポンプにセットし、フラスコに接続した。使用した送液プログラムを下記の表18に記載する。供給原料1の流量は一定のままであったが、供給原料2及び供給原料3では供給時間にわたって直線的に変化したことに留意されたい。
供給原料が止まったら、温度を40℃に1時間維持して重合を完了させた。得られた材料をチーズクロスで濾過した。
前述の試験方法を使用して測定を行った。
実施例粒子2 径−平均径436nm、95%限界393〜478nm、S.D.狭い。
粒径データをまとめたものを表19に示す。体積は、前述に記載されている直径を使用して、球の体積を求める公式(体積=4π/3×半径3)を使用して算出した。第2の領域の体積パーセントは、100パーセント×(総体積−種体積)/総体積として決定した。
スパークル防止フィルム
以下の材料を一緒に混合し、ローラー上に1時間置いた:
90.8wt%のエマルションPSA、
9.2wt%の参照粒子1ステップ7で製造した粒子。
以下の材料を一緒に混合し、ローラー上に1時間置いた:
90.8wt%のエマルションPSA、
9.2wt%の参照粒子1ステップ7で製造した粒子。
次にこの混合物を、防眩フィルム基材上にコーティングした。コーティングは、防眩コーティングされた側とは反対側に行った。ギャップを5ミル(127マイクロメートル)に設定した卓上ナイフコータを使用して、基材上に溶液をコーティングした。ナイフコータから引き出した後、110℃のオーブン中に10分間置いた。フィルムを適当な大きさに切断し、7”KINDLE FIRE HDXに積層した。スパークルは、SMS 1000 Sparkle Measurement Systemを使用して測定した。
参照粒子1の代わりに実施例粒子1を使用したこと以外は同じように製造されたフィルムでは、同様の光学的特性が予想される。
比較フィルム
接着剤でコーティングされた防眩フィルムを、スパークルに関する比較フィルムとして使用した。90.8wt%のエマルションPSAをフィルム上にコーティングし、前述の通り乾燥させた。接着剤は、添加された粒子を有さないものであった。フィルムを適当な大きさに切断し、7”KINDLE FIRE HDXに積層した。スパークルは、SMS 1000 Sparkle Measurement Systemを使用して測定した。
接着剤でコーティングされた防眩フィルムを、スパークルに関する比較フィルムとして使用した。90.8wt%のエマルションPSAをフィルム上にコーティングし、前述の通り乾燥させた。接着剤は、添加された粒子を有さないものであった。フィルムを適当な大きさに切断し、7”KINDLE FIRE HDXに積層した。スパークルは、SMS 1000 Sparkle Measurement Systemを使用して測定した。
比較フィルムは、スパークル測定値が12.4であり、スパークル防止フィルムは、スパークル測定値が8.7であった。
散乱制御層
マトリックス中に分散した粒子の光学的特性は、Lumerical時間領域有限差分法(finite-difference time-domain)(FDTD)シミュレーションソフトウェア(バージョン8.6.0、Lumerical Solutions(Vancouver,B.C.,カナダ)から入手可能)を使用して算出した。屈折率が変化する粒子を有する散乱制御層を、FDTDシミュレーションを使用してシミュレートした。粒子は、屈折率が1.55である種(第1の領域)と、種に隣接する側の屈折率が1.685であり、表面での屈折率が1.47である外側領域(第2の領域)と、を有するとしてモデル化した。種直径は0.3マイクロメートルであり、粒子は6マイクロメートルの外径(3マイクロメートルの半径)を有していた。粒子を、屈折率が1.47であるマトリックス中に分散させた。粒子は低い粒子密度を有し、そのため、単一粒子によって決定される散乱プロファイルが散乱制御層を表すであろうと想定した。シミュレーションソフトウェアによって遠方界電界の2乗(|E|2)を決定したが、これは透過光の強度に比例する。直線的屈折率勾配に関して、及び放物線状屈折率プロファイルに関して、散乱プロファイル(散乱角の関数としての光出力分布(|E|2又は強度))を決定した。直線的及び放物線状屈折率プロファイルに関してそれぞれ得られたプロファイルを、図14及び15に示す。各プロットは、中心突出領域、環状領域及び中心突出領域と環状領域とを隔てる低強度領域を有する光出力分布を示す。放物線状屈折率プロファイルを有する粒子を使用することにより、一部の用途において望ましい場合がある、より強い環状領域が生じた。
マトリックス中に分散した粒子の光学的特性は、Lumerical時間領域有限差分法(finite-difference time-domain)(FDTD)シミュレーションソフトウェア(バージョン8.6.0、Lumerical Solutions(Vancouver,B.C.,カナダ)から入手可能)を使用して算出した。屈折率が変化する粒子を有する散乱制御層を、FDTDシミュレーションを使用してシミュレートした。粒子は、屈折率が1.55である種(第1の領域)と、種に隣接する側の屈折率が1.685であり、表面での屈折率が1.47である外側領域(第2の領域)と、を有するとしてモデル化した。種直径は0.3マイクロメートルであり、粒子は6マイクロメートルの外径(3マイクロメートルの半径)を有していた。粒子を、屈折率が1.47であるマトリックス中に分散させた。粒子は低い粒子密度を有し、そのため、単一粒子によって決定される散乱プロファイルが散乱制御層を表すであろうと想定した。シミュレーションソフトウェアによって遠方界電界の2乗(|E|2)を決定したが、これは透過光の強度に比例する。直線的屈折率勾配に関して、及び放物線状屈折率プロファイルに関して、散乱プロファイル(散乱角の関数としての光出力分布(|E|2又は強度))を決定した。直線的及び放物線状屈折率プロファイルに関してそれぞれ得られたプロファイルを、図14及び15に示す。各プロットは、中心突出領域、環状領域及び中心突出領域と環状領域とを隔てる低強度領域を有する光出力分布を示す。放物線状屈折率プロファイルを有する粒子を使用することにより、一部の用途において望ましい場合がある、より強い環状領域が生じた。
2マイクロメートルの直径(1マイクロメートルの半径)を有する粒子に関してシミュレーションを繰り返した。結果を図16に示す。各光出力分布は、中心突出領域、環状領域、及び中心突出領域と環状領域とを隔てる低強度領域を有する。やはり放物線状屈折率プロファイルを有する粒子を使用することにより、直線的屈折率プロファイルの粒子を使用するより強い環状領域が生じたが、これは、一部の用途において望ましい場合がある。
以下は、本明細書の例示的な実施形態のリストである。
実施形態1は、第1の領域と、第1の領域を取り囲む第2の領域と、を有する粒子であって、第2の領域の体積は、粒子の体積の少なくとも75パーセントであり、第2の領域は、第2の領域の厚さの全厚にわたって存在するコポリマーを含み、粒子の有する組成及び屈折率のそれぞれは、第2の領域の厚さ方向に変化する、粒子である。
実施形態2は、第2の領域の体積が、粒子の体積の少なくとも85パーセントである、実施形態1に記載の粒子である。
実施形態3は、第2の領域の体積が、粒子の体積の少なくとも95パーセントである、実施形態1に記載の粒子である。
実施形態4は、第2の領域の体積が、粒子の体積の少なくとも99パーセントである、実施形態1に記載の粒子である。
実施形態5は、第2の領域の体積が、粒子の体積の少なくとも99.9パーセントである、実施形態1に記載の粒子である。
実施形態6は、第2の領域における最大屈折率と第2の領域における最小屈折率との差が、少なくとも0.05である、実施形態1に記載の粒子である。
実施形態7は、第2の領域における最大屈折率と第2の領域における最小屈折率との差が、少なくとも0.1である、実施形態1に記載の粒子である。
実施形態8は、屈折率が、第2の領域の厚さ方向に単調に変化する、実施形態1に記載の粒子である。
実施形態9は、屈折率が、第2の領域の厚さ方向に非単調に変化する、実施形態1に記載の粒子である。
実施形態10は、屈折率が、第2の領域の厚さ方向に、実質的に正弦波形の変化を有する、実施形態9に記載の粒子である。
実施形態11は、実質的に正弦波形の変化が、少なくとも0.05の振幅を有する、実施形態10に記載の粒子である。
実施形態12は、第1の領域が、約1nm〜約400nmの範囲の直径を有する、実施形態1に記載の粒子である。
実施形態13は、粒子が、約100nm〜約10マイクロメートルの範囲の外径を有する、実施形態1に記載の粒子である。
実施形態14は、組成及び屈折率のそれぞれが、第2の領域の厚さ方向に連続的に変化する、実施形態1に記載の粒子である。
実施形態15は、屈折率が、粒子の中心から粒子の外面まで連続的に変化する、実施形態14に記載の粒子である。
実施形態16は、屈折率が、第2の領域中の第1の位置においてゼロでない第1の割合で変化し、第2の領域中の第2の位置において第1の割合とは異なるゼロでない第2の割合で変化し、第2の位置が、第1の位置よりも粒子の中心から更に遠い、実施形態14に記載の粒子である。
実施形態17は、第2の割合の絶対値が、第1の割合の絶対値よりも大きい、実施形態16に記載の粒子である。
実施形態18は、第1及び第2の位置が、第2の領域の厚さの少なくとも80パーセント、半径方向に離れている、実施形態17に記載の粒子である。
実施形態19は、屈折率の動径座標による微分係数の絶対値が、動径座標が増加するとともに、第2の領域の厚さの少なくとも80パーセントにわたって単調に増加する、実施形態14に記載の粒子である。
実施形態20は、屈折率の動径座標による微分係数の絶対値が、動径座標が増加するとともに、第2の領域の厚さ方向に単調に増加する、実施形態14に記載の粒子である。
実施形態21は、第2の領域が、
複数の相互に同心の層を含み、各層が実質的に一定の屈折率を有し、
隣接する層同士が異なる屈折率を有する、実施形態1に記載の粒子である。
複数の相互に同心の層を含み、各層が実質的に一定の屈折率を有し、
隣接する層同士が異なる屈折率を有する、実施形態1に記載の粒子である。
実施形態22は、隣接する層間の屈折率の差が、少なくとも0.05である、実施形態21に記載の粒子である。
実施形態23は、隣接する層間の屈折率の差が、少なくとも0.1である、実施形態21に記載の粒子である。
実施形態24は、各層が、交互に繰り返す屈折率を有する、実施形態21に記載の粒子である。
実施形態25は、隣接する層同士が異なる厚さを有する、実施形態21に記載の粒子である。
実施形態26は、各層が、交互に変わる厚さを有する、実施形態21に記載の粒子である。
実施形態27は、各層が、約30nm〜約500nmの範囲の厚さを有する、実施形態21に記載の粒子である。
実施形態28は、隣接する層間の移行領域を更に含み、
移行領域のそれぞれが、連続的に変化する屈折率及び直接隣接する層の最小厚さの約1/3未満の厚さを有する、実施形態21に記載の粒子である。
移行領域のそれぞれが、連続的に変化する屈折率及び直接隣接する層の最小厚さの約1/3未満の厚さを有する、実施形態21に記載の粒子である。
実施形態29は、移行領域のそれぞれの厚さが、直接隣接する層の最小厚さの約1/5未満である、実施形態28に記載の粒子である。
実施形態30は、少なくとも3層の相互に同心の層を含む、実施形態21に記載の粒子である。
実施形態31は、少なくとも5層の相互に同心の層を含む、実施形態21に記載の粒子である。
実施形態32は、3層〜300層の相互に同心の層を含む、実施形態21に記載の粒子である。
実施形態33は、5層〜300層の相互に同心の層を含む、実施形態21に記載の粒子である。
実施形態34は、粒子が実質的に球形である、実施形態1に記載の粒子である。
実施形態35は、第1の屈折率を有する実質的に透明なマトリックスと、マトリックス中に分散した、実施形態1〜34のいずれか1つに記載の複数の粒子と、を含む組成物であって、粒子のそれぞれは、粒子の外面において第2の屈折率を有し、第1の屈折率と第2の屈折率の間の差の絶対値は0.05未満である、組成物である。
実施形態36は、第1の屈折率と第2の屈折率の間の差の絶対値が、0.02未満である、実施形態35に記載の組成物である。
実施形態37は、マトリックスの材料が、粒子の外側部分に部分的に浸透する、実施形態35に記載の組成物である。
実施形態38は、マトリックスが、粒子から実質的に排除されている、実施形態35に記載の組成物である。
実施形態39は、組成物が接着剤である、実施形態35に記載の組成物である。
実施形態40は、実施形態35に記載の組成物を含む散乱制御層である。
実施形態41は、コリメートされたビームが散乱制御層を通過するとき、光出力分布が、中心突出領域、環状領域及び中心突出領域と環状領域とを隔てる低強度領域を含む、実施形態40に記載の散乱制御層である。
実施形態42は、散乱制御層を通過するコリメートされたビームの約30パーセント超が、大気中で測定して2〜10度で散乱し、コリメートされたビームの30パーセント未満が、大気中で測定して10度超で散乱する、実施形態40に記載の散乱制御層である。
実施形態43は、実施形態40に記載の散乱制御層を有するスパークル防止フィルムである。
実施形態44は、スパークル防止フィルムを通過するコリメートされたビームの約30パーセント超が、大気中で測定して2〜10度で散乱し、コリメートされたビームの30パーセント未満が、大気中で測定して10度超で散乱する、実施形態43に記載のスパークル防止フィルムである。
実施形態45は、コリメートされたビームがスパークル防止フィルムを通過するとき、光出力分布が、中心突出領域、環状領域及び中心突出領域と環状領域とを隔てる低強度領域を含む、実施形態43に記載のスパークル防止フィルムである。
実施形態46は、実施形態40〜42のいずれか1つに記載の散乱制御層、又は実施形態43〜45のいずれか1つに記載のスパークル防止フィルムを備えるディスプレイである。
実施形態47は、実施形態35〜39のいずれか1つに記載の組成物を含む層を備えるディスプレイである。
実施形態48は、1つ以上の層を有するフィルムであって、層の少なくとも一部が、実施形態35〜39のいずれか1つに記載の組成物を含む、フィルムである。
実施形態49は、実施形態1〜39のいずれか1つに記載の粒子の、1層以上の規則的な層である。
実施形態50は、規則的な層の総数が1〜3の範囲である、実施形態49に記載の1層以上の規則的な層である。
実施形態51は、粒子の製造方法であって、
種を準備する工程と、
モノマーを準備する工程と、
種の表面に隣接するモノマーを反応させる工程と、
成長している粒子の表面に隣接するモノマーを反応させることによって、種の直径の少なくとも2倍の外径を粒子が有するまで、粒子を成長させる工程と、を含み、
モノマーが、成長している粒子に連続的に供給され、成長している粒子に供給されるモノマーの組成が、時間とともに変化する、方法である。
種を準備する工程と、
モノマーを準備する工程と、
種の表面に隣接するモノマーを反応させる工程と、
成長している粒子の表面に隣接するモノマーを反応させることによって、種の直径の少なくとも2倍の外径を粒子が有するまで、粒子を成長させる工程と、を含み、
モノマーが、成長している粒子に連続的に供給され、成長している粒子に供給されるモノマーの組成が、時間とともに変化する、方法である。
実施形態52は、単層が形成され、単層が、種の表面から粒子の外面までそれぞれ連続的に変化する組成及び屈折率を有する、実施形態51に記載の方法である。
実施形態53は、単層が、半径方向に変化する組成及び半径方向に変化する屈折率を有するコポリマーを含む、実施形態52に記載の方法である。
実施形態54は、コポリマーが種から粒子の外面までわたって存在する、実施形態53に記載の方法である。
実施形態55は、種に直接隣接する単層の組成が、種の組成と実質的に同じであり、組成及び屈折率のそれぞれが、粒子の中心から粒子の外面まで連続的に変化する、実施形態52に記載の方法である。
実施形態56は、モノマーが第1のタイプの分子及び第2のタイプの分子を含み、第1のタイプの分子数と第2のタイプの分子数の比が時間とともに変化する、実施形態51に記載の方法である。
実施形態57は、モノマーが、初回には第1のタイプの分子を含み、2回目には第1のタイプとは異なる第2のタイプの分子を含む、実施形態51に記載の方法である。
実施形態58は、モノマーが、初回には第1のタイプの分子から本質的になり、2回目には第2のタイプの分子から本質的になる、実施形態57に記載の方法である。
実施形態59は、複数の層が形成され、各層が、隣接する層とは異なる組成を有する、実施形態51に記載の方法である。
実施形態60は、隣接する層同士が、少なくとも0.05の異なる屈折率を有する、実施形態59に記載の方法である。
実施形態61は、隣接する層同士が移行領域によって隔てられており、屈折率が各移行領域中で連続的に変化する、実施形態59に記載の方法である。
実施形態62は、粒子が、種から粒子の外面までわたって存在するコポリマーを含む、実施形態59に記載の方法である。
実施形態63は、粒子の外径が種の直径の少なくとも10倍になるまで、成長させる工程が続く、実施形態51に記載の方法である。
実施形態64は、1層以上の規則的な粒子層を備える物品であって、粒子の少なくとも一部が、粒子の直径の少なくとも50パーセントにわたって変化する屈折率を有し、コリメートされたビームが粒子を通過するとき、光出力分布が、中心突出領域、環状領域及び中心突出領域と環状領域とを隔てる低強度領域を含む、物品である。
実施形態65は、1層以上の規則的な粒子層における層の総数が、1〜3の範囲である、実施形態64に記載の物品である。
実施形態66は、中心突出領域が第1の最大強度を有し、環状領域が第2の最大強度を有し、低強度領域が、第1の最大強度の1/2未満かつ第2の最大強度の1/2未満の強度を有する、実施形態64に記載の物品である。
実施形態67は、第2の最大強度を第1の最大強度で割ったものが、約0.05〜約1.0の範囲である、実施形態66に記載の物品である。
実施形態68は、粒子の少なくとも一部が、粒子の直径の少なくとも50パーセントにわたって存在するコポリマーを含み、コポリマーの組成が、粒子の直径の少なくとも50パーセントにわたって変化する、実施形態64に記載の物品である。
具体的な実施形態を本明細書において例示し記述したが、図示及び記述されている具体的な実施形態は、本開示の範囲を逸脱することなく様々な代替及び/又は等価の実施で置き換えることができることが、当業者には理解されるであろう。本出願は、本明細書において論じられている具体的な実施形態のいかなる適合例又は変形例も包含することが意図される。したがって、本開示は、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されるものとする。
Claims (15)
- 第1の領域と、前記第1の領域を取り囲む第2の領域と、を有する粒子であって、前記第2の領域の体積は、前記粒子の体積の少なくとも75パーセントであり、前記第2の領域は、前記第2の領域の厚さの全厚にわたって存在するコポリマーを含み、前記粒子の有する組成及び屈折率のそれぞれは、前記第2の領域の厚さ方向に変化する、粒子。
- 前記第2の領域における最大屈折率と前記第2の領域における最小屈折率との差は、少なくとも0.05である、請求項1に記載の粒子。
- 前記組成及び前記屈折率のそれぞれは、前記第2の領域の前記厚さ方向に連続的に変化する、請求項1に記載の粒子。
- 前記屈折率の動径座標による微分係数の絶対値は、動径座標が増加するとともに、前記第2の領域の前記厚さの少なくとも80パーセントにわたって単調に増加する、請求項3に記載の粒子。
- 前記第2の領域は複数の相互に同心の層を含み、各層は実質的に一定の屈折率を有し、隣接する層同士は異なる屈折率を有する、請求項1に記載の粒子。
- 隣接する層間の移行領域を更に含み、前記移行領域のそれぞれは、連続的に変化する屈折率及び前記直接隣接する層の最小厚さの約1/3未満の厚さを有する、請求項5に記載の粒子。
- 第1の屈折率を有する実質的に透明なマトリックスと、
前記マトリックス中に分散した、請求項1〜34のいずれか一項に記載の複数の粒子と、を含む組成物であって、
前記粒子のそれぞれは、前記粒子の外面において第2の屈折率を有し、前記第1の屈折率と第2の屈折率の間の差の絶対値は0.05未満である、組成物。 - 前記マトリックスの材料は、前記粒子の外側部分に部分的に浸透する、請求項7に記載の組成物。
- 前記マトリックスは、前記粒子から実質的に排除されている、請求項7に記載の組成物。
- 請求項7に記載の組成物を含む散乱制御層であって、コリメートされたビームが前記散乱制御層を通過するとき、光出力分布は、中心突出領域、環状領域及び前記中心突出領域と前記環状領域とを隔てる低強度領域を含む、散乱制御層。
- 請求項10に記載の散乱制御層を備えるスパークル防止フィルム。
- 粒子の製造方法であって、
種を準備する工程と、
モノマーを準備する工程と、
前記種の表面に隣接する前記モノマーを反応させる工程と、
成長している前記粒子の表面に隣接する前記モノマーを反応させることによって、前記種の直径の少なくとも2倍の外径を前記粒子が有するまで、前記粒子を成長させる工程と、を含み、
前記モノマーは、前記成長している粒子に連続的に供給され、前記成長している粒子に供給される前記モノマーの組成は、時間とともに変化する、方法。 - 単層が形成され、前記単層の有する組成及び屈折率のそれぞれは、前記種の表面から前記粒子の外面まで連続的に変化する、請求項12に記載の方法。
- 1層以上の規則的な粒子層を備える物品であって、前記粒子の少なくとも一部は、前記粒子の直径の少なくとも50パーセントにわたって変化する屈折率を有し、コリメートされたビームが前記物品を通過するとき、光出力分布は、中心突出領域、環状領域及び前記中心突出領域と前記環状領域とを隔てる低強度領域を含む、物品。
- 前記粒子の少なくとも一部は、前記粒子の直径の少なくとも50パーセントにわたって存在するコポリマーを含み、前記コポリマーの組成は、前記粒子の前記直径の少なくとも50パーセントにわたって変化する、請求項14に記載の物品。
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