JP7312607B2

JP7312607B2 - 保護層を有する多孔性低屈折率層を備える光学要素

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Publication number: JP7312607B2
Application number: JP2019095331A
Authority: JP
Inventors: ディー．コッギオウィリアム; シー．クマールラメシュ; エー．ウィートリィージョン; エル．ステイナーマイケル; エフ．エドモンズウィリアム; エイチ．リューラン; エンカイハオ; エフ．カムラスロバート; ジェイ．ストラディンガージョン
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
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Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2023-07-21
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Description

ナノメートルサイズの孔又は空隙構造を有する物品は、これらのナノ中空組成物によりもたらされる光学的特性、物理的特性、又は機械的特性に基づき、様々な用途で有用である場合がある。例えば、ナノ中空物品は、細孔又はボイドを少なくとも部分的に取り囲むポリマーの固体ネットワーク又はマトリックスを含む。細孔又は空隙は、空気などの気体で満たされていることが多い。ナノ中空物品中の細孔又は空隙の寸法は、一般に、約１ナノメートル～約１０００ナノメートルの範囲であることができる、平均有効径を有するものと記述可能である。ＴｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＵｎｉｏｎｏｆＰｕｒｅａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ（ＩＵＰＡＣ）は、２ｎｍ未満の空隙を有するミクロ細孔、２ｎｍ～５０ｎｍの空隙を有するメソ細孔、及び５０ｎｍを超える空隙を有するマクロ細孔の３つの寸法のナノ細孔材料のカテゴリーを定義した。異なるサイズカテゴリのそれぞれは、ナノ中空物品に固有の特性をもたらすことができる。

例えば、重合誘起相分離（ＰＩＰＳ）、熱誘起相分離（ＴＩＰＳ）、溶媒誘起相分離（ＳＩＰＳ）乳化重合、及び起泡剤／発泡剤添加の重合を含む、いくつかの技術を用いて、多孔性又はボイド含有物品が製造された。多くの場合、これらの方法で製造される多孔質又は中空物品は、構成体の形成に用いられる材料、例えば界面活性剤、油、又は化学残留物を除去するための洗浄工程を必要とする。洗浄工程は、形成される細孔又はボイドの寸法範囲及び均一性を制限し得る。こうした技術で使用することができる物質の種類もまた限定される。

本開示は、低屈折率層及びポリマー保護層を含む光学要素に関する。特に、本開示は、低屈折率層と、この光学要素の有効屈折率を１０％以上増加させることのないポリマー保護層と、を含む光学要素に関する。

１つの例示の実施形態では、光学物品は、光学要素と、この光学要素上に配設された、１．３以下の有効屈折率を有する低屈折率層と、この低屈折率層上に配設されたポリマー保護層と、を含む。この低屈折率層は、結合剤と、結合剤中に分散された複数の金属酸化物粒子と、複数の相互に接続された空隙とを含む。このポリマー保護層は、この光学物品の有効屈折率を１０％超増加させることはない。

別の例示の実施形態では、光学物品は、光学要素と、この光学要素上に配設された、１．３以下の有効屈折率を有する低屈折率層と、この低屈折率層上に配設されたポリマー保護層と、を含む。この低屈折率層は、結合剤と、結合剤中に分散された複数の金属酸化物粒子と、複数の相互に接続された空隙とを含む。このポリマー保護層は、少なくとも５０，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有するポリマーから形成される。

更なる例示の実施形態では、光学物品は、光学要素と、この光学要素上に配設された、１．３以下の有効屈折率を有する低屈折率層と、架橋されたポリマー保護層と、を含む。この低屈折率層は、結合剤と、結合剤中に分散された複数の金属酸化物粒子と、複数の相互に接続された空隙とを含む。

これらの機構及び利点、並びに様々な他の機構及び利点は、以下の「発明を実施するための形態」を読むことで明らかになるであろう。

以下の本開示の異なる実施形態の詳細な説明を添付図面と併せて考慮することで、本開示のより完全な理解が可能である。
例示の光学物品の概略側面図。

図面の縮尺は必ずしも正確ではない。図面で用いられる同様の番号は同様の構成要素を示すものとする。

以下の説明では、その一部を形成し、かつ例示用で示される添付の図面が参照される。本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく、他の実施形態が想到され、実施されうる点は理解されるはずである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。

他に指示がない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される特徴の大きさ、量、物理特性を表わす数字は全て、どの場合においても用語「約」によって修飾されるものとして理解されるべきである。それ故に、そうでないことが示されない限り、前述の明細書及び添付の特許請求の範囲で示される数値パラメータは、当業者が本明細書で開示される教示内容を用いて、目標対象とする所望の特性に応じて、変化し得る近似値である。

本明細書及び添付の「特許請求の範囲」において使用するところの単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、その内容によって明らかに示されない限りは複数の指示物を有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の「特許請求の範囲」において使用するところの「又は」なる用語は、その内容によって明らかに示されない限り、「及び／又は」を含む意味で一般的に用いられる。

これらに限定されるものではないが、「下側」、「上側」、「下」、「下方」、「上方」、及び「～の上」などの空間的に関連した語は、本明細書において用いられる場合、ある要素の別の要素に対する空間的関係を述べるうえで説明を容易にする目的で用いられる。このような空間的に関連した語には、図に示され、本明細書に述べられる特定の向き以外に、使用又は作動中の装置の異なる向きが含まれる。例えば、図に示されるセルが反転又は裏返されるならば、その前には他の要素の下方又は下として述べられた部分は、これらの他の要素の上となるであろう。

本明細書で使用されるとき、ある要素、部材若しくは層が、例えば別の要素、部材若しくは層と「一致する境界面」を形成する、これらの「上にある」、これらと「接続される」、「結合される」、若しくは「接触する」として述べられる場合、その要素、部材若しくは層は、例えば、特定の要素、部材若しくは層の直接上にあるか、これらと直接接続されるか、直接結合されるか、直接接触してよく、又は介在する要素、部材若しくは層が特定の要素、部材若しくは層の上にあるか、これらと接続されるか、結合されるか、若しくは接触しうる。例えば、ある要素、部材又は層が、別の要素の「直接上にある」、別の要素に「直接接続される」、「直接結合する」、又は「直接接触する」で始まる表現で表される場合、介在する要素、部材又は層は存在しない。

本開示は、低屈折率層及びポリマー保護層を含む光学要素に関する。特に、本開示は、低屈折率層と、この光学要素の有効屈折率を１０％以上増加させることのないポリマー保護層と、を含む光学要素に関する。このポリマー保護層は、老化時にこの光学要素又はこの低屈折率層の物理的性質を実質的に劣化させない安定な保護層である。このポリマー保護層は、このナノ多孔性低屈折率層の中に実質的に拡散しない。本開示は、ディスプレイ用途に有用であることができる、フィルム構成の集積光学系を記述する。本開示は、低屈折率層を有するフィルム構成体の凝集強度を改善する、保護層を記述する。本開示はそのように限定されるのではないが、以下に示す例の説明により本開示の様々な態様の認識が得られるであろう。

本開示の拡散体コーティング、物品又は構成体の一部の実施形態は、結合剤中に分散された複数の空隙を含む、１つ以上の低屈折率層を含む。この空隙は、屈折率ｎ_ｖ及び誘電率ε_ｖを有し、ここで、ｎ_ｖ ^２＝ε_ｖであり、このバインダーは屈折率ｎ_ｂ及び誘電率ε_ｂを有し、ここで、ｎ_ｂ ^２＝ε_ｂである。一般に、低屈折率層と低屈折率層に入射する光又は低屈折率層中を伝播する光などの光との相互作用は、例えば、フィルム又は層の厚さ、バインダーの屈折率、空隙又は細孔の屈折率、細孔の形状及び寸法、細孔の空間分布、並びに光の波長など多数のフィルム又は層の特性に依存する。一部の実施形態では，低屈折率層上に入射するか低屈折率層内を伝搬する光は、有効誘電率ε_ｅｆｆ及び有効屈折率ｎ_ｅｆｆを「目撃」又は「経験」する。式中、ｎ_ｅｆｆは空隙屈折率ｎ_ｖ、結合剤屈折率ｎ_ｂ、及び空隙多孔性又は容積分率「ｆ」の形で表現可能である。このような実施形態では、光が単一の又は孤立した空隙の形状及び特徴を分解することができない程、低屈折率層は充分に厚く、及び空隙は充分に小さい。このような実施形態では、少なくとも大多数の空隙、例えば空隙の少なくとも６０％、又は７０％、又は８０％、又は９０％の寸法は、約λ／５以下、又は約λ／６以下、又は約λ／８以下、又は約λ／１０以下、又は約λ／２０以下であり、ここにおいてλは光の波長である。一部の実施形態では、一部の空隙は、その主要な光学的効果が有効屈折率を低下させる程に充分に小さいことができ、一部の他の空隙は、有効屈折率を低減し、光を散乱させることができ、更に一部の他の空隙は、その主要な光学的効果が光を散乱させる程に充分に大きいことができる。

一部の実施形態では、低屈折率層に入射する光は可視光であり、その光の波長が電磁スペクトルの可視域にあることを意味する。これらの実施形態では、可視光は、約３８０ｎｍ～約７５０ｎｍ、又は約４００ｎｍ～約７００ｎｍ、又は約４２０ｎｍ～約６８０ｎｍの範囲の波長を有する。これらの実施形態では、空隙の少なくとも６０％、７０％、８０％、又は９０％など、この空隙の少なくとも大多数の空隙の寸法が、約７０ｎｍ以下、約６０ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約４０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下、又は約１０ｎｍ以下である場合には、この低屈折率層は、有効屈折率を有し、かつ複数の空隙を含んでいる。

一部の実施形態では、低屈折率層は、低屈折率層が、空隙及び結合剤の屈折率、並びに空隙又は孔の容積分率又は多孔率で表現され得る有効屈折率を有する程に充分に厚い。このような実施形態では、低屈折率層の厚さは、約１マイクロメートル以上、又は約２マイクロメートル以上、又は１～２０マイクロメートルの範囲である。

開示された低屈折率層中の空隙が充分に小さく、かつ低屈折率層が充分に厚い場合には、低屈折率層は、ε_ｅｆｆ
ε_ｅｆｆ＝ｆε_ｖ＋（１－ｆ）ε_ｂ（１）と表現可能な有効誘電率ε_ｅｆｆを有する。

これらの実施形態では、光学フィルム又は低屈折率層の有効屈折率ｎ_ｅｆｆは、
ｎ_ｅｆｆ ^２＝ｆｎ_ｖ ^２＋（１－ｆ）ｎ_ｂ ^２（２）と表現可能である。

細孔及び結合剤の屈折率の間の差が充分に小さい場合などの一部の実施形態では、低屈折率層の有効屈折率は次の式で近似され得る：
ｎ_ｅｆｆ＝ｆｎ_ｖ＋（１－ｆ）ｎ_ｂ（３）
これらの実施形態では、低屈折率層の有効屈折率は、空隙及び結合剤の屈折率の容積加重平均である。外周条件下で、この空隙は空気を含有し、したがってこの空隙に対する屈折率ｎ_ｖはほぼ１．００である。例えば、空隙の容積分率が約５０％である低屈折率層、及び屈折率が約１．５である結合剤は、約１．２５の有効屈折率を有する。

一部の実施形態では、低屈折率層の有効屈折率は、約１．３よりも大きくなく（即ち未満であり）、又は約１．２５未満、又は約１．２未満、又は約１．１５未満、又は約１．１未満である。一部の実施形態では、屈折率は約１．１４～約１．３０である。一部の実施形態では、低屈折率層は、結合剤、複数の粒子、及び複数の相互に接続された空隙又は相互に接続された空隙の網目構造を含む。他の実施形態では、低屈折率層は、結合剤、複数の粒子、及び複数の相互に接続された空隙又は相互に接続された空隙の網目構造を含む。

複数の相互に接続された空隙又は相互に接続された空隙の網目構造は、多数の方法で生じる可能性がある。１つの方法では、ヒュームドシリカ酸化物などの高構造化された高表面積のヒュームド金属酸化物の固有の多孔性を結合剤の混合物中で使用して、結合剤、粒子、空隙及び所望によって架橋剤又は他の補助材料を一体化した、複合構造物を形成する。粒子に対する所望の結合剤の比は、相互に接続された空隙化構造の形成に使用される方法の型式に依存する。

結合剤樹脂は多孔性ヒュームドシリカ構造物の形成の必須条件ではないが、典型的には形のポリマー樹脂又は結合剤を金属酸化物網目構造に組み込んで、最終構成体の加工性、コーティング品質、接着性及び耐久性を改善することが望ましい。有用な結合剤樹脂の例は、熱硬化性、熱可塑性、及びＵＶ硬化型ポリマーから誘導されるものである。例としては、ポリビニルアルコール、（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリエチレンビニルアセテートコポリマー（ＥＶＡ）、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ）ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリアクリレート、エポキシ、シリコーン及びフルオロポリマーが挙げられる。この結合剤は、水、エチルアセテート、アセトン、２－ブトン等の適切な溶剤に可溶とすることができるか、又は分散液又はエマルションとして使用可能である。この混合物中で有用な一部の市販の結合剤の例は、Ｋｕｒａｒａｙ－ＵＳＡ、ＷａｃｋｅｒＣｈｅｍｉｃａｌ、ＤｙｎｅｏｎＬＬＣ、及びＲｏｈｍａｎｄＨａａｓから入手可能なものである。この結合剤はポリマー系であることができるが、これは、ＵＶ、又は熱硬化型又は架橋型の系などの重合性モノマー系としても添加可能である。このような系の例は、ＵＶ重合性アクリレート、メタクリレート、多官能性アクリレート、ウレタン－アクリレート、及びこれらの混合物である。一部の典型的な例は、１，６ヘキサンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートである。このような系は、ＮｅｏＲｅｓ（Ｎｅｗａｒｋ，ＤＥ）、Ａｒｋｅｍａ（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）、又はＳａｒｔｏｍｅｒ（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）などの供給者から容易に入手可能である。電子線（Ｅ線）、ガンマ線及び紫外（ＵＶ）線などの化学線は、これらの系の重合を開始させるのに有用な方法であり、多数の実施形態はＵＶ活性な系を使用する。他の有用な結合剤系は、また、カチオン重合可能であり、このような系はビニルエーテル及びエポキシドとして入手可能である。

このポリマー結合剤は、また、ポリマー結合剤と化学的に結合して、架橋網目構造を形成することができる架橋剤と共に配合可能である。架橋の形成は多孔性構成体の形成又は低屈折率光学的性質の前提条件ではないが、それは、コーティングの凝集力、基材への接着性又は耐水性、又は耐熱性及び耐溶剤性の改善など他の機能性の理由でしばしば望ましい。架橋剤の具体的なタイプは使用される結合剤に依存する。ＰＶＡなどのポリマー結合剤に対する典型的な架橋剤は、ジイソシアネート、ＴＹＺＯＲ－ＬＡ（商標）（ＤｕＰｏｎｔ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）から入手可能）などのチタネート、ＰｏｌｙＣｕｐ１７２（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）から入手可能）などのポリ（エピクロロヒドリン）アミド付加物、ＣＸ１００（Ｎｅｏ－Ｒｅｓ（Ｎｅｗａｒｋ，ＤＥ）から入手可能）などの多官能性アジリジン及びホウ酸、ジエポキシド、ジ酸等である。

このポリマー結合剤は、粒子凝集物と共に分離相を形成してもよく、又は凝集物を一緒に結合して、金属酸化物とのイオン結合、双極子結合、ファンデアワールス力、水素結合及び物理的からみ合いなどの直接共有結合形成又は分子的相互作用により、金属酸化物粒子と接続する構造物を形成する方法で、粒子凝集物の間に相互分散してもよい。

代表的な粒子には、例えば、ヒュームドシリカ又はアルミナなどのヒュームド金属酸化物又は火成金属酸化物が挙げられる。一部の実施形態では、高度に分岐した又は構造化された粒子を使用してもよい。このような粒子は、結合剤マトリックス中の効率的な充填を妨げ、及び間入型空隙又は細孔を形成させる。高度に分岐した又は構造化された粒子を含む代表的な材料としては、Ｃａｂｏ－Ｓｉｌ（商標）ヒュームドシリカ又は例えば、商品名ＥＨ５、ＴＳ５２０で販売されているシリカ分散液、又はＣａｂｏ－Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＰＧ００１、ＰＧ００２、ＰＧ０２２、１０２０Ｋ、４０１２Ｋ、１０１５（ＣａｂｏｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）として入手可能なものなどの予備分散したヒュームドシリカ粒子が挙げられる。シリカは、アルミナよりも固有の低骨格屈折率を有するので好ましいが、ヒュームドアルニウム酸化物も低屈折率系の形成に有用な構造化された粒子である。アルミナ酸化物の例は、例えば，商品名Ｃａｒｂｏ－Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＰＧ００３又はＣａｂｏｔＳｐｅｃ－Ａｌ（商標）で販売されているものなど商品名Ｃａｂｏ－Ｓｐｅｒｓｅで入手可能である。一部の実施形態では、これらの代表的なヒュームド金属酸化物の凝集物は、約８ｎｍ～約２０ｎｍの範囲の複数の一次粒子を含み、及び約８０ｎｍ～３００ｎｍ超の範囲の大きさの広い分布の高度に分岐した構造物を形成する。一部の実施形態では、これらの凝集物は、コーティングの単位体積中にランダムに充填して、チャンネル、トンネル、及び細孔の複雑な二連続性網目構造を有するメソ多孔性構造物を形成し、これらが網目構造中に空気を捕捉し、このようにしてコーティングの密度及び屈折率を低下させる。他の有用な多孔性材料は、クレイ、硫酸バリウム、ケイ酸アルミニウム等の天然由来の無機材料から誘導される。

ヒュームドシリカ粒子は、また、表面処理剤により処理可能である。この金属酸化物粒子の表面処理は、例えば、このポリマー結合剤中の改善された分散、変成した表面の性質、増強された粒子・結合剤相互作用、及び／又は反応性をもたらすことができる。一部の実施形態では、この表面処理は、この粒子がこの結合剤中で良分散されるほど粒子を安定化して、実質的により均質な組成物を生じる。表面修飾無機粒子の組み込みを調整して、例えば、結合剤への粒子の共有結合を増強して、より高耐久性で、かつより均質のポリマー／粒子網目構造を得ることができる。

好ましいタイプの処理剤は、金属酸化物表面の化学的性質によりある程度は決定される。シリカに対してはシランが好ましく、ケイ酸質充填剤に対しては他のものが好ましい。シランの場合には、結合剤の中への組み込みの前にシランと粒子ジイソシアネート表面とを反応させることが好ましいことがある。表面修飾剤の必要量は、例えば、粒径、粒子タイプ、修飾剤の分子量、及び／又は修飾剤のタイプなどのいくつかの要素に依存する。このジイソシアネートシラン修飾剤は、粒子とジイソシアネート結合剤との間に共有結合を形成する反応性基、例えば、カルボキシ、ジイソシアネートアルコール、ジイソシアネートイソシアネート、ジイソシアネートアクリロキシ、ジイソシアネートエポキシ、ジイソシアネートチオール又はジイソシアネートアミンなどを有することができる。逆に、このシラン修飾剤は、非反応性基、例えば、アルキル、アルコキシ、フェニル、フェニルオキシ、ポリエーテル、又はこれらの混合物を有することができる。例えば、耐汚れ性又は静電気の散逸性を改善するために、このような非反応性基がコーティングの表面を修飾してもよい。表面修飾シリカ粒子の市販されている例には、例えば、Ｃａｂｏ－Ｓｉｌ（商標）ＴＳ７２０及びＴＳ５３０が挙げられる。官能性及び非官能性基の混合物を粒子の表面上で組み込んで、これらの所望の特徴の組み合わせを得ることがときには望ましいことがある。

本開示の組成物での使用に好適な表面処理剤の代表的な実施形態としては、例えば、Ｎ－（３－トリエトキシシリルプロピル）メトキシエトキシエトキシエチルカーバメート、Ｎ－（３－トリエトキシシリルプロピル）メトキシエトキシエトキシエチルカーバメート、３－（メタクリロイルオキシ）プロピルトリメトキシシラン、３－アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３－（メタクリロイルオキシ）プロピルトリエトキシシラン、３－（メタクリロイルオキシ）プロピルメチルジメトキシシラン、３－（アクリロイルオキシプロピル）メチルジメトキシシラン、３－（メタクリロイルオキシ）プロピルジメチルエトキシシラン、３－（メタクリロイルオキシ）プロピルジメチルエトキシシラン、ビニルジメチルエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ｎ－オクチルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ビニルメチルジアセトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリフェノキシシラン、ビニルトリ－ｔ－ブトキシシラン、ビニルトリス－イソブトキシシラン、ビニルトリイソプロペノキシシラン、ビニルトリス（２－メトキシエトキシ）シラン、スチリルエチルトリメトキシシラン、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、アクリル酸、メタクリル酸、オレイン酸、ステアリン酸、ドデカン酸、２－［２－（２－メトキシエトキシ）エトキシ］酢酸（ＭＥＥＡＡ）、β－カルボキシエチルアクリレート（ＢＣＥＡ）、２－（２－メトキシエトキシ）酢酸、メトキシフェニル酢酸、及びこれらの組み合わせが挙げられる。

粒子容積濃度（ＰＶＣ）及び臨界粒子容積濃度（ＣＰＶＣ）を使用して、コーティングの作製で使用される粒子結合剤系の多孔性を特性化することができる。用語ＰＶＣ及びＣＰＶＣは、塗料及び顔料の文献においてよく定義された用語であり、頻繁に参照される物品、及び例えば「ＰａｉｎｔＦｌｏｗａｎｄＰｉｇｍｅｎｔＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎ」（Ｐａｔｔｏｎ，Ｔ．Ｃ．，２^ｎｄＥｄｉｔｉｏｎ，Ｊ．ＷｉｌｅｙＩｎｔｅｒｓｃｅｉｎｃｅ，１９７８，Ｃｈａｐｔｅｒ５，ｐ．１２６）及び「ＭｏｄｅｌｉｎｇＣｌｕｓｔｅｒＶｏｉｄｓａｎｄＰｉｇｍｅｎｔＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｏＰｒｅｄｉｃｔＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄＣＰＶＣｉｎＣｏａｔｉｎｇｓ．Ｐａｒｔ１：ＤｒｙＣｏａｔｉｎｇＡｎａｌｙｓｉｓ」並びにＳｕｄｄｕｔｈ，Ｒ．Ｄ；「ＰｉｇｍｅｎｔａｎｄＲｅｓｉｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８」（３７（６）．ｐ．３７５）などの技術的なテキストで更に定義されている。

粒子の容積濃度がＣＰＶＣよりも大きい場合、コーティングの粒子及び間入型領域の間の全ての間隙を充填するのに充分な結合剤が存在しないので、このコーティングは多孔性である。次いで、このコーティングは、結合剤、粒子、及び空隙の混合物となる。このことが起こる容積濃度は、粒子の大きさ及び粒子構造濡れ及び／又は形状に関連する。ＣＰＶＣ以上の容積濃度を有する配合物は、空気により置換される、樹脂の容積欠陥を混合物中で有する。ＣＰＶＣ、ＰＶＣ及び多孔性の関係は：

ＣＰＶＣの議論で使用されるとき、用語「顔料」は粒子に等価であり、用語「樹脂」は結合剤に等価である。特定の結合剤・粒子系において、粒子の容積濃度がＣＰＶＣとして知られている臨界値を超える場合、この混合物は多孔性となる。このように、コーティングの粒子及び間入型領域の間の全ての間隙を充填するのに充分な結合剤が存在しないので、このコーティングは、本質的に結合剤、粒子、及び空隙の混合物となる。このことが起こる場合、容積濃度は、顔料粒子大きさ分布、濡れ及び粒子構造又は形状の少なくとも１つに関連する。所望の低屈折率の性質を提供する材料は、粒子・結合剤混合物から誘導される高構造化されたサブミクロン細孔を有し、そのＣＰＶＣ以上で配合される。一部の実施形態では、光学物品は、約６０％よりも大きくない（又は未満である）、又は約５０％未満、又は約４０％未満であるＣＰＶＣ値を有する。

上述のように、高度に分岐した又は構造化された粒子は、結合剤マトリックス中の効率的な充填を妨げ、間入型空隙又は細孔を形成させる。対照的に、所望のＣＰＶＣを割る材料組み合わせは、充分に多孔性でない。ＢＥＴ法（本明細書に述べられる）は、２００ｎｍ未満の直径、１００ｎｍ未満の直径、又は更には１０ｎｍ未満の直径の細孔を分析するために、ＣＰＶＣ、したがって低屈折率材料の多孔性の決定に役立つことがある。本明細書で使用されるとき、用語「ＢＥＴ法」は、Ｂｒａｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔｔ、及びＴｅｌｌｅｒの表面積分析（Ｓ．Ｂｒｕｎａｕｅｒ，Ｐ．Ｈ．ＥｍｍｅｔｔａｎｄＥ．Ｔｅｌｌｅｒ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１９３８，６０，３０９を参照のこと）を指す。ＢＥＴ法は、固体物質の細孔の大きさ、表面積、及びパーセント多孔性の定量に使用される、周知の科学的に認証された方法である。ＢＥＴ理論は、固体表面上での気体分子の物理的吸着に関するものであり、固体表面の表面積及び多孔性についての物理的情報を取得するための根拠としての役割をする。ＢＥＴデータは、多孔性構造を形成するための最低限の要件に合致する材料の特性化を支援することができる。

ＰＶＣ／ＣＰＶＣの関係により記述される粒子の容積濃度は、粒子の重量濃度にも関連する。それゆえ、ＣＰＶＣ以上である粒子の重量範囲を確立することが可能である。重量比又は重量パーセントの使用は、所望のＣＰＶＣ値の混合物を配合するための１つの方法である。本開示の光学的構成体用には、１：１～１：８の結合剤：粒子の重量比が望ましい。１：１の重量比は約５０ｗｔ％粒子と等価であり、１：８は約８９ｗｔ％粒子と等価である。代表的な結合剤と金属酸化物粒子の比は、１：２未満（３３％未満の結合剤）、１：３未満、１：４未満、１：５未満、１：６未満、１：７未満、１：８未満、１：９未満、及び１：１０未満（約８～１０％の結合剤）である。結合剤の上限は所望の屈折率により決められることもある。結合剤の下限は、所望の物理的性質、例えば、加工性又は最終的な耐久性により決められることもある。このように、結合剤：粒子比は、所望の最終使用及び所望の光学物品の性質に依存して変わる。

一般に、低屈折率層は、用途において所望であってもよい任意の多孔性、細孔大きさ分布、又は空隙容積分率を有することができる。一部の実施形態では、低屈折率層中の複数の空隙の容積分率は、約２０％以上、又は約３０％以上、又は約４０％以上、又は約５０％以上、又は約６０％以上、又は約７０％以上、又は約８０％以上である。

一部の実施形態では、低屈折率層が、高い光学ヘーズ及び／又は拡散反射を有しても、低屈折率層の一部は、一部の低屈折率の性質を表すことができる。例えば、このような実施形態では、低屈折率層の一部は、結合剤の屈折率ｎ_ｂよりも小さい屈折率に相当する角度での光学利得を支持することができる。

一部の実施形態では、粒子の一部が反応性基を有し、他の粒子は反応性基を有さない。例えば、一部の実施形態では、約１０％の粒子が反応性基を有し、約９０％の粒子が反応性基を有さず、又は約１５％の粒子が反応性基を有し、約８５％の粒子が反応性基を有さず、又は約２０％の粒子が反応性基を有し、約８０％の粒子が反応性基を有さず、又は約２５％の粒子が反応性基を有し、約７５％の粒子が反応性基を有さず、又は約３０％の粒子が反応性基を有し、約６０％の粒子が反応性基を有さず、又は約３５％の粒子が反応性基を有し、約６５％の粒子が反応性基を有さず、又は約４０％の粒子が反応性基を有し、約６０％の粒子が反応性基を有さず、又は約４５％の粒子が反応性基を有し、約５５％の粒子が反応性基を有さず、又は約５０％の粒子が反応性基を有し、約５０％の粒子が反応性基を有さない。一部の実施形態では、一部の粒子は、同一粒子上の反応性基及び非反応性基の両方によって官能基化されてもよい。

粒子の集合は、大きさ、反応性基及び非反応性基を有する粒子、及び異なるタイプの粒子、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、シリコーン等などのポリマー粒子を含む有機粒子、又は例えば、シリカ及び酸化ジルコニウムなどのガラス若しくはセラミックスなどの無機粒子の混合物を含んでもよい。

一部の実施形態では、低屈折率層又材料は、約３０％超である（ＢＥＴ法により測定して約５０ｍ^２／ｇの表面積に対応する）ＢＥＴ多孔性、約５０％超である（ＢＥＴ法により測定して約６５～７０ｍ^２／ｇの表面積に対応する）多孔性、約６０％超である（ＢＥＴ法により測定して約８０～９０ｍ^２／ｇの表面積に対応する）多孔性、及び最も好ましくは約６５％～約８０％の間の（ＢＥＴ法により測定して約１００ｍ^２／ｇの若干高い表面積に対応する）多孔性を有する。一部の実施形態では、低屈折率層中の複数の相互に接続された空隙の容積分率は、約２０％以上（すなわち約２０％超である）、又は約３０％超、又は約４０％超、又は約５０％超、又は約６０％超、又は約７０％超、又は約９０％超である。一般に、表面積が大きい程、パーセント多孔性は大きく、したがって屈折率は低いということを示すことができるが、これらのパラメータの間の関係は複雑である。本開示で示す値は単なる手引きの目的のためであり、これらの性質の間の限定的な相関を例示するようには意図されていない。ＢＥＴ表面積及びパーセント多孔性値は、低屈折率及びコーティングの凝集力などの他の臨界的な性能をバランスさせる必要性により決められる。

本開示の光学構成体は任意の所望の光学ヘーズを有することができる。一部の実施形態では、低屈折率層は、少なくとも約２０％（又は約２０％超である）、又は約３０％超、又は約４０％超、又は約５０％超、又は約６０％超、又は約７０％超、又は約８０％超、又は約９０％超、又は約９５％超である光学ヘーズを有する。一部の実施形態では、低屈折率層は低光学ヘーズを有する。例えば、一部の実施形態では、低屈折率層の光学ヘーズは、約２０％未満、約１０％未満、約５％未満、約３％未満、約２％未満、約１．５％未満、又は約１％未満である。

一部の実施形態では、光学構成体の各２つの隣接層の隣接する主表面の一部は、互いに物理的に接触している。例えば、光学構成体の各隣接層の隣接する主表面の一部は、互いに物理的に接触している。例えば、２つの隣り合う主表面の少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも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％、又は少なくとも９５％は、互いに物理的に接触する。

一部の実施形態では、光学構成体中の２つの各隣接層の隣接する主表面（互いに面するか、あるいは互いに隣接する主表面）の一部は、互いに物理的に接触する。例えば、一部の実施形態では、図中にははっきりと示していないが、低屈折率層と光学要素との間に配設された１つ以上の追加の層が存在してもよい。このような実施形態では、光学構成体中の各２つの隣接層の隣接する主表面の実質的な部分は、互いに物理的に接触する。このような実施形態では、光学構成体中の各２つの隣接層の隣接する主表面の少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも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％、又は少なくとも９５％は、互いに物理的に接触する。

本発明の実施形態の作製に有用な、当業界で公知の多数のコーティング技術が存在する。より汎用の技術は、ナイフバー、スロットダイ、スライド、カーテン、ロール、及びグラビアコーティング技術などの周知のロール・ツー・ロールの自動化法であるが、これらに限定されない。インクジェット、スクリーン、オフセット印刷、ディップ及びスプレーコーティング技術などの非連続的な方法を用いて、これらの溶液を被覆することも可能である。低屈折率の性質の取得には厳密なコーティング技術は重要でないが、一部の技術によって、多層を基材上に同時に被覆することが可能となり、これはコーティング法の経済性を改善することができる。所望する最終用途がどの技術が好ましいかを決める。

図１は例示の光学物品１０の概略側面図である。光学物品１０は、光学要素２０と、この光学要素２０上に配設された、１．３以下の有効屈折率を有する低屈折率層３０と、この低屈折率層３０上に配設されたポリマー保護層４０と、を含む。低屈折率層３０は、上述されており、かつ結合剤、結合剤中に分散された複数の金属酸化物粒子、及び複数の相互に接続された空隙を含む。ポリマー保護層４０は、低屈折率層３０上に配設されている。ポリマー保護層４０は、光学要素１０の有効屈折率を１０％超増加させることはない。

ポリマー保護層４０及び低屈折率層３０は、任意の有用な厚さを有することができる。一部の実施形態では、ポリマー保護層４０は、１～２０マイクロメートル又は１～１５マイクロメートルの範囲の厚さを有し、低屈折率層３０は、１～３０マイクロメートル又は１～２０マイクロメートルの範囲の厚さを有する。多数の実施形態では、低屈折率層３０が１０～１２マイクロメートルよりも厚い場合、保護層厚さは類似またはそれよりも大きい厚さであることができる。

光学物品１０は任意の有用なヘーズ値を有することができる。多数の実施形態では、光学物品１０は、２０％以上、５０％以上、７０％以上、７５％以上、又は９０％以上のヘーズ値を有する。一部の実施形態では、第２の低屈折率層（図示せず）は、所望により、光学要素２０若しくはポリマー保護層４０上に、又は低屈折率層３０とポリマー保護層４０との間に配設されている。第２の低屈折率層は、１．３以下の有効屈折率を有することができ、低屈折率層３０に類似であることができる。

光学要素２０は任意の有用な光学要素を有することができる。多数の実施形態では、光学要素２０は、偏光フィルム、拡散フィルム、反射型フィルム、位相差フィルム、ライトガイド又は液晶ディスプレイパネルである。一部の実施形態では、光学要素２０は可視光に透明な又は透過性の基材である。一部の実施形態では、光学要素２０は吸収型偏光板又は反射型偏光板であることができる。反射型偏光板としては、例えば、ファイバー、多層、コレステリック、及びワイヤグリッド反射型偏光板が挙げられる。多層反射型偏光板には、３ＭＣｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から市販されている、輝度増強フィルム（ＢＥＦ）及びデュアル輝度増強フィルム（ＤＢＥＦ）が挙げられる。一部の実施形態では，光学要素２０は、光再帰性フィルムであり、回折性及び／又は屈折性であることができる。一部の実施形態では、光学要素２０は、グラフィックフィルム、三酢酸セルロース、又は光学用接着剤であることができる。

一部の実施形態では，ポリマー保護層４０は、少なくとも５０，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有するポリマーから形成される。一部の実施形態では、ポリマー保護層４０は、少なくとも１００，０００ｇ／ｍｏｌ、又は少なくとも２５０，０００ｇ／ｍｏｌ、又は少なくとも５００，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有するポリマーから形成される。

一部の実施形態では、ポリマー保護層４０は架橋ポリマーから形成される。ポリマー保護層を、触媒又は非触媒の自己反応性官能基、例えば、エポキシ、アジリジン、イソシアネート、Ｎ－メタノールアミン基、アザラクトン又はチタネートエステルなどの任意の数の化学反応により架橋することができる。架橋は、エステル、アミド、縮合反応、アルコール脱水、ディールス・アルダー及び酸・塩基反応により行うことができ、又はＵＶ又は熱重合により触媒されることが可能である。架橋反応は、保護層内のみで行うことができるか、又は多孔性低屈折率層との界面でも行うことができる。後者は、ナノ多孔性層と保護層との間の界面凝集強度を増大することができる界面反応の例である。

一部の実施形態では、ポリマー保護層４０は、トリメタノールプロパントリアクリレート（ＳＲ３５１）又はジペンタエリスリトールテトラアクリレート（ＳＲ４９９，Ｓａｒｔｏｍｅｒ（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）から入手可能）などの多官能性モノマーから形成される。

一部の実施形態では、ポリマー保護層４０は水性エマルションから形成される。例えば、指定商品名Ｖｉｎａｐａｓｓ（商標）１９２、Ｖｉｎａｐａｓｓ（商標）４００、Ｖｉｎａｐａｓｓ（商標）４２０（ＷａｃｋｅｒＣｈｅｍｉｅ，Ｂｕｒｇｈａｕｓｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｎｙ）で入手可能なエチレンビニルアセテート分散液、ＮｅｏＣｒｙｌＸＫ－９８、Ａ６１４及びＮｅｏＰａｃＲ９６９９、ＮｅｏＲｅｓ（ＤＳＭ（Ｎｅｗａｒｋ，ＤＥ）で入手可能な）などのウレタンアクリレート分散液又はＲｈｏｐｌｅｘＨＡ－１２及びＲｈｏｐｌｅｘＴＲ４０７（ＲｏｈｍＨａａｓ，Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）などの商品名Ｒｈｏｐｌｅｘで入手可能なアクリレート分散液などである。ＲｈｏｐｌｅｘＨＡ－１２は自己架橋型の非イオン安定化水性アクリルエマルションである。一部の実施形態では、ポリマー保護層４０は、６０℃以上のＴ_ｇを有する熱可塑性ポリマーから形成される。

一部の実施形態では、ポリマー保護層４０は感圧接着剤である。例えば、積層用ＰＳＡとして３ＭＣｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から商品名ＯＣＡ８１７１又は８１７２で入手可能なものなどである。これらの実施形態の多くで、この感圧接着剤層は、粘着剤を含まないか、又は低分子量材料であることの多い粘着剤を含まない。

一部の実施形態では、ポリマー保護層４０は、低屈折率を維持するのみならず、油、水及び指紋耐性コーティングとしても機能することができる有機修飾シリコーンである。加えて、これらの有機修飾シリコーンは、保護コーティングにエラストマー的な性質を付与して、被覆低屈折率フィルムの乾燥又は取扱い時のクラック発生を緩和する。有機修飾シリコーンは、（メタ）アクリレート修飾シリコーン、シリコーン修飾（メタ）アクリレート、シリコーン－ポリウレア、シリコーン－ポリウレタン－ポリウレア及びシリコーンポリアミド、又はシリコーンポリオキサミドを包含する。これらの材料は、水又は水／２－プロパノール分散液から塗布可能である。これらの材料の例は、３ＭＣｏｍｐａｎｙに譲渡された米国特許第５，０３２，４６０号、同第５，２０２，１９０号、同第５，１５４，９６２号で見出される。

一部の実施形態では、ポリマー保護層４０は、ポリマー保護層４０中に分散されている複数のヘーズ生成粒子を含む。ヘーズ生成粒子は、例えば、ポリスチレン粒子などの任意の有用な粒子であることができる。ヘーズ生成粒子は、０．５～５マイクロメートルなどの任意の有用な直径を有することができるか、又は例えば１マイクロメートル以上の平均の横方向寸法を有する。ＳｏｋｅｎＫＳＲ３Ａ及びＳＸ３５０Ｈなどの典型的なヘーズ生成粒子は、ＳｏｋｅｎＣｈｅｍｉｃａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ（Ｓａｙａｍａ－Ｓｈｉ，Ｓａｉｔａｍａ－Ｋｅｎ，Ｊａｐａｎ）から入手可能である。

全ての保護コーティングを下記に述べるように作製した。本発明の保護オーバーコートをＰＥＴ基材Ｓ１上に被覆した。低ヘーズの低屈折率コーティング溶液をＰＥＴフィルム上に被覆することにより、基材Ｓ１を作製した。この溶液を、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）及びヒュームドシリカ酸化物Ｃａｂ－Ｏ－Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＰＧ０２２の混合物から作製した。ＰＶＡ樹脂のＰｏｖａｌ（商標）ＰＶＡ２３５は、入手可能な８８％加水分解ポリビニルアルコール（Ｋｕｒａｒａｙ－ＵＳＡ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）から入手可能）である。典型的な手順では、５０００ｇのＣａｂ－Ｏ－Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＰＧ０２２分散液（２０ｗｔ％固体）を空気駆動式実験室ミキサー及び加熱マントルを備えた２０Ｌプラスチック容器に添加した。シリカ分散液をしずかに撹拌し、４５～５０℃まで温めた。分散液がこの温度範囲で平衡となったならば、予め温められた９０ｇの５ｗｔ％ホウ酸水溶液（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）から入手可能、３５ｇのホウ酸又は０．０３５ｇのホウ酸／ｇシリカに相当）をシリカ分散液に添加し、約３０分間混合した。この時間の後、１００ｇの低起泡性界面活性剤（水中の１０ｗｔ％Ｔｅｒｇｉｔｏｌ（商標）Ｍｉｎ－Ｆｏａｍ１Ｘ、ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）から入手可能）をシリカ・ホウ酸混合物に添加し、続いて１６８ｇのポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を添加した。ＰＶＡを２３１５ｇの７．２ｗｔ％水溶液として添加した。ＰＶＡの添加時、この混合物は極めて粘稠となり、追加の４３５０ｇの脱イオン（ＤＩ）水を添加して、粘度を低下させ、適切な混合を確保した。この混合物を温和な条件下で更に２０分間撹拌した。この時間の後、コーティング溶液を空気駆動型攪拌器及び真空系を備えた３０Ｌ圧力ポット容器に移し、ほぼ６００～７００ｍｍＨｇ（８０．０～９３．３ｋＰａ）で３０～４５分間脱ガスした。この混合物を脱ガスした後、固体をチェックし、混合物が１０．２％の固体を含有することを認めた。最終の混合物は、乾燥重量基準で１部ＰＶＡ樹脂：６部シリカ（１：６ＰＶＡ－Ｓｉ比、１４．３重量％ＰＶＡ）からなるものであった。

コーティング方法：自動ロール式ナイフコーティング法を用いて、上述の低屈折率コーティング溶液を５０マイクロメートル（２ｍｉｌ）のＤｕｐｏｎｔ－Ｔｅｉｊｉｎ６８９プライマー処理したＰＥＴフィルム上に被覆して、低屈折率被覆ＰＥＴ基材Ｓ１を作製した。このナイフは４１．９ｃｍ（１６．５ｉｎ）幅であり、コーティング溶液をペリスタポンプによりコーティングリザーバに供給した。コーティング溶液を脱ガスし、ＭｅｉｓｎｅｒＦｉｌｔｒａｔｉｏｎＰｒｏｄｕｃｔｓ（Ｃａｍａｒｉｌｌｏ，ＣＡ）から入手可能な親水性濾過媒体の付いた公称２０マイクロメートルのフィルターを通した。溶液ゲル化を防止するために、ナイフ及びバックアップロールも３８～４２℃（１００．４～１０７．６°Ｆ）まで加熱しながら、コーティング溶液を温かいうちに溶液バンクに送達した。ナイフコーティング間隙は１０１．２マイクロメートル（４ｍｉｌ）からの範囲であった。ライン速度は４．５７ｍ／分（１５ｆｐｍ）であった。フィルムを、第１の域を４６．１℃（１１５°Ｆ）に設定し、第２の域を７９．４℃（１７５°Ｆ）に設定した二域対流オーブン中で乾燥した。乾燥したコーティングは、デジタルマイクロメーターで測定して、ほぼ７～８マイクロメートルの厚さであった。屈折率は１．１６４と測定され、フィルムはそれぞれ９２％、４％及び１００％の透過率－ヘーズ－透明性（Ｔ－Ｈ－Ｃ）値を有するものであった。

保護オーバーコートの作製方法：下記に述べる小さい実験室規模の手塗りコーティング方法を用いて、保護層をＳ１の上に被覆した。ＥｌｃｏｍｅｔｅｒＩｎｃ（ＲｏｃｈｅｓｔｅｒＨｉｌｌｓ，ＭＩ）から入手可能な、１４×１１ｉｎ．（３５．６ｃｍ×２７．９ｃｍ）の水平な真空テーブルモデル４９００を使用することにより、基材Ｓ１を平坦に保持した。ＲＤＳｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ（Ｗｅｂｓｔｅｒ，ＮＹ）から入手可能な巻線コーティングロッド（マイヤーロッド）又はＥｌｃｏｍｅｔｅｒＩｎｃ（ＲｏｃｈｅｓｔｅｒＨｉｌｌｓ，ＭＩ）から入手可能なナイフバーを使用して、コーティング溶液をＰＥＴ上で均等に拡げた。典型的な手順では、白色紙の標準シート（８．５×１１ｉｎ（２１．６×２７．９ｃｍ））を真空テーブルと光学フィルムとの間に置いて、真空テーブルに関連するコーティング欠陥を防止した。脱ガスした溶液を使用して、空気泡及び表面クラックなどの光学欠陥を回避して、全てのコーティングを作製した。コーティング溶液の５～８ｍＬの試料を、フィルムの頂部近くに置き、及び４５又は３０マイヤーロッドを用いて、コーティングを作製し、それぞれ１１４又は７６．２μｍ（４．５又は３．０ｍｉｌ）の公称湿潤時厚さのコーティングを得た。ナイフバーコーターを使用する場合には、５０．８～１０１．６μｍ（２～４ｍｉｌ）のナイフバー間隙によってそれぞれ２５．４～５０．８μｍ（１～２ｍｉｌ）の公称湿潤時厚さのコーティングを得た。湿ったコーティングを室温で約２～３分間風乾し、次いで平らなガラス板に注意深く移し、及び５０℃で強制空気オーブン中に入れて、完全に乾燥した。コーティングを適切な大きさのアルミニウムパンにより被覆して、オーブン中の空気の動きによるフィルム上の乾燥パターンを低減した。

屈折率測定：ＭｅｔｒｉｃｏｎＣｏｒｐ（Ｐｅｎｎｉｎｇｔｏｎ，ＮＪ）から入手可能なＭｅｔｒｉｃｏｎ２０１０Ｍプリズムカップラーを用いるプリズム結合法の使用により屈折率（ＲＩ）値を求めた。ＲＩ（ｎ）を６３３ｎｍで求めた。ＴＭ偏光状態の屈折率を被覆フィルムのＰＥＴ面から測定することにより、高ヘーズコーティングの屈折率の最善の精密決定を行った。この方法で、プリズム及びコーティングのＰＥＴ面を結合し、ＲＩ測定をｎ＝１．５５～１．０５の間で走査した。この方法は、結果として２つの臨界角の遷移の検出を生じる；一方はｎ＝～１．４９５でＰＥＴ－プリズム界面と付随するものであり、もう一方はＰＥＴ－低屈折率コーティング界面と付随するものである。Ｍｅｔｒｉｃｏｎ生データを解析して、この第２の臨界角の変曲点の上下の領域の２００点の平滑化解析プログラムを使用することにより、この第２の遷移の臨界角を求めた。２つの直線領域を平滑化されたデータから求めた。これらの２つの線の交点は、曲線の変曲点、したがって低屈折率コーティングのＲＩに対応するものであった。

水ホールドアウト試験：これらの試験では、被覆フィルムの小（ほぼ１０ｃｍ^２（４ｉｎ^２））切片を、平坦な表面上に置き、約０．５～１ｍＬの脱イオン（ＤＩ）水を保護被覆表面上に置いた。この水滴の挙動は、保護オーバーコートの完全性の定性的評価をもたらした。保護層が水に対してバリアを提供するならば、水滴は数珠つなぎとなるか、又は表面を濡らすが、多孔性低屈折率層に浸透しない。多孔性低屈折率層が保護されていないか、又はオーバーコート表面が親水性であれば、この水は表面に浸透する。「不合格」の等級付けは、１分以内に、水が表面の中に吸収されるということを示す。「合格」の等級付けは、この水が１分後に表面に浸透しないということを示す。「合格＋」の等級付けは、この水が５分後でも表面に浸透しないということを示す。

熱老化試験：保護オーバーコートの熱安定性を熱老化試験により評価した。これらの試験では、被覆フィルムの小（ほぼ１０ｃｍ^２（４ｉｎ^２））切片を、標準の実験室オーブン中でアルミニウムパンの上に表中に示した温度及び時間で置いた。フィルムの屈折率値を前述のように求め、実験の表中に示した。

被覆物品光学系：ＢＹＫ－ＧａｒｄｎｅｒＨａｚｅＧａｒｄＰｌｕｓ（ＢＹＫ－ＧａｒｄｎｅｒＵＳＡ（Ｃｏｌｕｍｂｉａ，ＭＤ）から入手可能）を用いて、透過率、ヘーズ及び透明性値を求めた。報告値は、被覆フィルムの異なる領域から得られる少なくとも３測定値の平均を表す。透明性値計算は、Ｔ１が１．６～２度の間の法線方向からはずれた透過光であり、及びＴ２が法線方向から０～及び０．７度の間にある透過光である、比（Ｔ２－Ｔ１）／（Ｔ１＋Ｔ２）を使用する。

被覆物品光学系：ＢＹＫ－ＧａｒｄｎｅｒＨａｚｅＧａｒｄＰｌｕｓ（ＢＹＫ－ＧａｒｄｎｅｒＵＳＡ（Ｃｏｌｕｍｂｉａ，ＭＤ）から入手可能）を用いて、透過率、ヘーズ及び透明性値を求めた。報告値は、被覆フィルムの異なる領域から得られる少なくとも３測定値の平均を表す。透明性値計算は、Ｔ_１が法線方向から１．６～２度の間のはずれた透過光であり、及びＴ_２が法線方向から０～及び０．７度の間にある透過光である、比（Ｔ_２－Ｔ_１）／（Ｔ_１＋Ｔ_２）を使用する。

保護オーバーコート溶液の作製に使用される材料：（ＣＥ－１及びＥＸ－１）エチレンビニルアセテート（Ｖｉｎｎａｐａｓ（商標）４００及びＶｉｎｎａｐａｓ（商標）１９２）をＷａｃｋｅｒＣｈｅｍｉｅＧｍｂＨ）（Ｂｕｒｇｈａｕｓｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から入手した。Ｖｉｎｎａｐａｓ（商標）４００はＥＶＡの非架橋型グレードと説明され、Ｖｉｎｎａｐａｓ（商標）１９２はＥＶＡの自己架橋型グレードと説明される。両方の材料は水中の５１％固形分の分散液として提供される。

コーティング溶液ＣＥ－１の作製：１００ｇのＶｉｎｎａｐａｓ（商標）４００を８００ｍＬプラスチックビーカーの中に秤りこんだ。２００ｇのＤＩ水及び０．５ｇのＴｅｒｇｉｔｏｌ（商標）Ｍｉｎ－Ｆｏａｍ１Ｘ（ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）から入手可能）の１０％溶液を、ＥＶＡ分散液に添加した。空気駆動型実験室ミキサーを用いて成分を低剪断で約５分間充分に混合した。この混合物を５００ｍＬ一口丸底フラスコに移し、４０℃及び６００ｍｍＨｇ（８０．０ｋＰａ）真空でロータリーエバポレーター系（ＢｕｃｈｉＧｍｂＨ（Ｆｌａｗｉｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）からＲｏｔｏｖａｐｔｍとして入手可能）でこの混合物を脱ガスした。このコーティング溶液はほぼ１７％固形分を含有することが判明し、これを使用して、保護オーバーコート層ＣＥ－１を作製した。ナイフバ－を用いて溶液ＣＥ－１を５０．８マイクロメートル（２ｍｉｌ）間隙で被覆した。

例ＥＸ－１：使用した分散液がＶｉｎｎａｐａｓ（商標）１９２であったことを除いて、ＣＥ－１と本質的に同一の方法でＥＸ－１を作製した。

コーティング溶液ＣＥ－２の作製：ＣＥ－２を、３３ｇのＳｏｋｅｎＫＳＲ３Ａ架橋ポリスチレンビーズが混合物に添加されたことを除いて、ＣＥ－１と本質的に同一の方法で作製した。（ＫＳＲ３ＡはＳｏｋｅｎＣｈｅｍｉｃａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．（Ｓａｙａｍａ－Ｓｈｉ，Ｓａｉｔａｍａ－ＫｅｎＪａｐａｎ）から入手した。）このビーズの添加は、混合物の固形分及び粘度を増大させた。それゆえ、追加の１５０ｇのＤＩ水を混合物に添加した。ビーズが良好に分散されるまで、この混合物を更に撹拌した。最終の混合物をＣＥ－１について述べたように脱ガスした。最終の混合物はほぼ１８％固形分であった。ＣＥ－２は乾燥固形分基準で４０％ｗｔのＫＳＲ３Ａビーズ及び６０ｗｔ％Ｖｉｎｎａｐａｓ（商標）４００を含有していた。

例ＥＸ－２：使用した分散液がＶｉｎｎａｐａｓ（商標）１９２であったことを除いて、ＣＥ－２と本質的に同一の方法でＥＸ－２を作製した。

コーティング溶液ＣＥ－１及び２並びにＥＸ１及び２を、上述のように１０１．２マイクロメートル（４ｍｉｌ）のナイフバ－間隙で基材Ｓ１上にオーバーコートして、５０．８マイクロメートル（２ｍｉｌ）の近似的湿潤コーティング厚さを得た。屈折率に及ぼす熱老化の影響を表＃１に示す。

表１中のデータは、自己架橋型ＥＶＡ１９２から誘導される保護層に対する加熱後の屈折率変化が、非架橋型ＥＶＡ４００に対する屈折率変化よりも少ないということを示す。

コーティング溶液ＣＥ－３及びＥＸ－３～５をＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈＣｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）から入手されるポリメチルメタクリレート樹脂から作製した。ＰＭＭＡを２－ブタノン中に室温で溶解することにより、ＰＭＭＡコーティング溶液を１０％固形分で作製した。この混合物を標準の実験室振動ミキサー上で１６時間ゆっくりと振盪して、ポリマーの完全な溶解を確保した。ポリマーが完全に溶解したならば、コーティング溶液を室温で少なくとも１時間静置して、いかなる溶解空気を全部溶液から逸散させる。試料ＣＥ－３を１５，０００ｇ／ｍｏｌＰＭＭＡを使用して作製した；ＥＸ３を１００，０００ｇ／ｍｏｌＰＭＭＡから作製した；ＥＸ－４を３２０，０００ｇ／ｍｏｌＰＭＭＡから作製した；ＥＸ－５を９９０，０００ｇ／ｍｏｌＰＭＭＡから作製した。コーティング層のＲＩに及ぼす影響を表＃２に示す。

表２中のデータは、低分子量ＰＭＭＡが、高分子量保護オーバーコートと比較して細孔に浸透することができるということを示す。

ＣＥ－２に使用される作製法と類似の方法で、４０ｗｔ％ＳｏｋｅｎＫＳＲ３Ａポリスチレン拡散体ビーズを添加して、保護用拡散体溶液ＥＸ－６及びＥＸ－７それぞれを作製することにより、ＥＸ－３（１００，０００ｇ／ｍｏｌＰＭＭＡ）及びＥＸ－５（９９０，０００ｇ／ｍｏｌＰＭＭＡ）に使用されるコーティング溶液を修飾した。これらの例では、使用される溶剤はＭＥＫであり、水の代わりにＣＥ－２に使用した。これらの組成物は、低屈折率多孔性層の光学的な性質を改変するだけでなく、その保護をもたらす、保護用拡散体層を形成する。これらの拡散性保護オーバーコートの光学データを表＃３に示す。

保護オーバーコートとして有利に使用可能な材料の別のカテゴリーは、有機修飾シリコーンである。この有機修飾シリコーンは、（メタ）アクリレート修飾シリコーン、シリコーン修飾（メタ）アクリレート、シリコーン－ポリウレア、シリコーン－ポリウレタン－ポリウレア及びシリコーンポリアミド又はシリコーンポリオキサミドを含む。次の（メタ）アクリレート修飾シリコーン試料を使用して、本発明で有用な保護オーバーコートを作製した。

ＥＸ－８シリコーンアクリレート保護オーバーコート溶液の作製：こはく色のクオート瓶に５０ｇのメチルアクリレート（ＭＡ）、２０ｇのメチルメタクリレート（ＭＭＡ）、５ｇのメタクリル酸（ＭＡＡ）、２５ｇのＳｈｉｎ－Ｅｔｓｕから入手可能なメルカプト官能性シリコーン（ＫＦ－２００１）、０．２５ｇのアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）開始剤及び１５０ｇのメチルエチルケトン（ＭＥＫ）溶剤を装填した。この溶液を入れた密封した瓶を定温浴中５５℃で４８時間ころがした。５７０ｇのＤＩＨ２Ｏ及び３．７ｇの水酸化アンモニウムを添加することにより、得られた３９．５％固形分のポリマー溶液を水に反転した。この混合物をテーブルトップ振盪機上に約３０分間放置して、均質な分散液を得た。得られた分散液を約４５℃で真空ストリッピングにかけて、ＭＥＫを除去した。最終の若干ミルクのように見える分散液をＨ２Ｏ中約１５％固形分で得た。

６５ｇの溶剤ブレンドを用いて、３５ｇのこの溶液（５．２５ｇの固形分ポリマーを含有する）を１００ｇまで希釈することにより、コーティング溶液ＥＸ－８をこのポリマー溶液から作製した。このブレンドは、７７ｗｔ％の２－プロパノール（ＩＰＡ）及び１３ｗｔ％のＤＩ水からなるものであった。これにより、５０／５０ＩＰＡ－水溶剤ブレンド中の５％固形分の最終のコーティング溶液ＥＸ－８を得た。１０１．６マイクロメートル（４ｍｉｌ）のバー間隙のナイフバ－を使用して、基材Ｓ１をＥＸ８溶液により被覆し、前述のように乾燥した。

ＥＸ－９シリコーンアクリレート保護オーバーコート溶液の作製：このポリマーのＴｇを増大させるためにこのポリマーの組成物がＭＡを犠牲にして増大させた量のＭＭＡを有することを除いて、このポリマー溶液をＥＸ－８に類似の方法で作製した。こはく色のクオート瓶に１８．２ｇのメチルアクリレート（ＭＡ）、４５．４ｇのメチルメタクリレート（ＭＭＡ）、９．１ｇのメタクリル酸（ＭＡＡ）、２７．３ｇのＳｈｉｎ－Ｅｔｓｕから入手可能なメルカプト官能性シリコーン（ＫＦ－２００１）、０．２５ｇのアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）開始剤及び１５０ｇのメチルエチルケトン（ＭＥＫ）溶剤を装填した。この溶液を入れた密封した瓶を、定温浴中５５℃で４８時間ころがした。９００ｇのＤＩＨ２Ｏ及び６．５ｇの水酸化アンモニウムを添加することにより、得られた３９．２％固形分のポリマー溶液を水に反転した。この混合物をテーブルトップ振盪機上に約３０分間放置して、均質な分散液を得た。得られた分散液を約４５℃で真空ストリッピングにかけて、ＭＥＫを除去した。最終の若干ミルクのように見える分散液をＨ２Ｏ中約１０％固形分で得た。５０ｇの溶剤ブレンドを用いて、５０ｇのこの溶液（５ｇの固形分ポリマーを含有する）を１００ｇまで希釈することにより、コーティング溶液ＥＸ－９をこのポリマー溶液から作製した。このブレンドは、７７ｗｔ％の２－プロパノール（ＩＰＡ）及び１３ｗｔ％のＤＩ水からなるものであった。これにより、３８／６２ＩＰＡ－水溶剤ブレンド中の５％固形分の最終のコーティング溶液ＥＸ－９を得た。１０１．６マイクロメートル（４ｍｉｌ）のバー間隙のナイフバ－を使用して、基材Ｓ１をＥＸ－９溶液により被覆し、前述のように乾燥した。

表＃４中のデータは、このシリコーンアクリレートが細孔に浸透せず、屈折率を増大させる保護オーバーコートを形成することができること、及びこのオーバーコートが水ホールドアウト試験により測定して、改善された耐水性を有することを示す。

Ｅｘ１０～１２：ウレタン及びウレタンアクリレート分散液から作製される保護オーバーコートを、ＮｅｏＣｒｙｌＸＲ－９８（ＥＸ－１０）、ＮｅｏＣｒｙｌ６１４（ＥＸ－１１）、ＮｅｏＰａｃＲ－９６９９（ＥＸ－１２）から作製した。この樹脂は、ＤＭＳ－ＮｅｏＲｅｓ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＭＡ）から～３７％水性分散液として入手可能である。この混合物を水により２２％ｗｔ固形分まで希釈した。この溶液を、＃１２巻線型ロッド（ＲＤＳｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ（Ｗｅｂｓｔｅｒ，ＮＹ）から入手）を用いてＳ１上に被覆して、コーティング溶液のほぼ１．２ｍｉｌ（０．０３０５ｍｍ）の湿潤層を形成した。次いで、このコーティングをオーブン中６５℃で２分間乾燥した。このフィルムの屈折率を測定した。結果を表＃５に要約する。ＲＩは屈折率を指し、Ｔ－Ｈ－Ｃはそれぞれ透過率、ヘーズ及び透明性を指す。

表＃５中のデータは、この自己架橋型ウレタンアクリレートが細孔に浸透せず、屈折率を増大させる保護オーバーコートを形成することができること、及びこのオーバーコートが水ホールドアウト試験により測定して、改善された耐水性を有することを示す。

このように、保護された低屈折率光学要素の実施形態が開示される。上記の実施及び他の実施は以下の請求項の範囲内である。本開示を、開示されたもの以外の実施形態によって実施することが可能な点は当業者には認識されるであろう。開示された実施形態は、説明を目的として提示されるものであって、限定を目的として提示されるものではなく、本開示は以下の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
本発明は以下の態様を含む。
［１］
光学物品であって、
光学要素と、
前記光学要素上に配設された、１．３以下の有効屈折率を有する低屈折率層であって、該低屈折率層は、結合剤と、該結合剤中に分散された複数の金属酸化物粒子と、複数の相互に接続された空隙とを含む、低屈折率層と、
前記低屈折率層上に配設されたポリマー保護層と、を含み、前記ポリマー保護層が前記光学物品の有効屈折率を１０％超増加させることのない、光学物品。
［２］
前記ポリマー保護層が、有機修飾シリコーン又は熱可塑性シリコーンアクリレートコポリマーから形成される、［１］に記載の光学物品。
［３］
前記ポリマー保護層が、少なくとも５０，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有するポリマーから形成される、［１］又は［２］に記載の光学物品。
［４］
前記ポリマー保護層が架橋ポリマーを含む、［１］～［３］に記載の光学物品。
［５］
前記ポリマー保護層が水性エマルションから形成される、［４］に記載の光学物品。
［６］
前記ポリマー保護層が６０℃以上のＴ _ｇを有する熱可塑性ポリマーを含む、［１］～［３］に記載の光学物品。
［７］
前記ポリマー保護層が感圧接着剤である、［１］～［６］に記載の光学物品。
［８］
前記ポリマー保護層が、前記保護層中に分散された複数のヘーズ生成粒子を含む、［１］～［７］に記載の光学物品。
［９］
前記ヘーズ生成粒子が１マイクロメートル以上の平均の横方向寸法を有する、［８］に記載の光学物品。
［１０］
前記金属酸化物粒子がヒュームドシリカを含む、［１］～［９］に記載の光学物品。
［１１］
前記低屈折率層が１～２０マイクロメートルの範囲の厚さを有し、前記ポリマー保護層が１～１５マイクロメートルの範囲の厚さを有する、［１］～［１０］に記載の光学物品。
［１２］
前記結合剤と前記複数の金属酸化物粒子の重量比が１：２以下である、［１］～［１１］に記載の光学物品。
［１３］
前記光学物品が少なくとも７５％のヘーズ値を有する、［１］～［１２］に記載の光学物品。
［１４］
前記光学物品が１０％未満のヘーズ値を有する、［１］～［１２］に記載の光学物品。
［１５］
前記光学要素が、偏光フィルム、拡散型フィルム、反射型フィルム、位相差フィルム、ライトガイド又は液晶ディスプレイパネルである、［１］～［１４］に記載の光学物品。
［１６］
前記光学要素若しくはポリマー保護層上又は前記低屈折率層と前記ポリマー保護層との間に配設された第２の低屈折率層を更に含む、［１］～［１５］に記載の光学物品。
［１７］
光学物品であって、
光学要素と、
前記光学要素上に配設された、１．３以下の有効屈折率を有する低屈折率層であって、該低屈折率層は、結合剤と、該結合剤中に分散された複数の金属酸化物粒子と、複数の相互に接続された空隙とを含む、低屈折率層と、
前記低屈折率層上に配設されたポリマー保護層であって、少なくとも５０，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有するポリマーから形成された、ポリマー保護層と、を含む、光学物品。
［１８］
前記ポリマー保護層が架橋ポリマーを含む、［１７］に記載の光学物品。
［１９］
前記ポリマー保護層が、少なくとも１００，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有するポリマーを含む、［１７］又は［１８］に記載の光学物品。
［２０］
前記ポリマー保護層が、少なくとも２５０，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有するポリマーを含む、［１７］～［１９］に記載の光学物品。
［２１］
前記ポリマー保護層が、少なくとも５００，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有するポリマーを含む、［１７］～［２０］に記載の光学物品。
［２２］
前記ポリマー保護層が、前記保護層中に分散された複数のヘーズ生成粒子を含む、［１７］～［２１］に記載の光学物品。
［２３］
前記ヘーズ生成粒子が１マイクロメートル以上の平均の横方向寸法を有する、［２２］に記載の光学物品。
［２４］
前記低屈折率層が１～２０マイクロメートルの範囲の厚さを有し、前記ポリマー保護層が１～１５マイクロメートルの範囲の厚さを有する、［１７］～［２３］に記載の光学物品。
［２５］
前記結合剤と前記複数の金属酸化物粒子の重量比が１：１以下である、［１７］～［２４］に記載の光学物品。
［２６］
前記光学物品が少なくとも７５％のヘーズ値を有する、［１７］～［２５］に記載の光学物品。
［２７］
前記光学要素が、偏光フィルム、拡散型フィルム、反射型フィルム、位相差フィルム、ライトガイド又は液晶ディスプレイパネルである、［１７］～［２６］に記載の光学物品。
［２８］
光学物品であって、
光学要素と、
前記光学要素上に配設された、１．３以下の有効屈折率を有する低屈折率層であって、該低屈折率層は、結合剤と、該結合剤中に分散された複数の金属酸化物粒子と、複数の相互に接続された空隙とを含む、低屈折率層と、
前記低屈折率層上に配設されたポリマー保護層であって、架橋ポリマーを含む、ポリマー保護層と、を含む、光学物品。
［２９］
前記低屈折率層が１～２０マイクロメートルの範囲の厚さを有し、前記ポリマー保護層が１～１５マイクロメートルの範囲の厚さを有する、［２８］に記載の光学物品。
［３０］
前記結合剤と前記複数の金属酸化物粒子の重量比が１：２以下である、［２８］又は［２９］に記載の光学物品。
［３１］
前記光学物品が少なくとも７５％のヘーズ値を有する、［２８］～［３０］に記載の光学物品。
［３２］
前記光学要素が、偏光フィルム、拡散型フィルム、反射型フィルム、位相差フィルム、ライトガイド又は液晶ディスプレイパネルである、［２８］～［３１］に記載の光学物品。
［３３］
前記ポリマー保護層が水性エマルションから形成される、［２８］～［３２］に記載の光学物品。
［３４］
前記ポリマー保護層が前記光学物品の有効屈折率を１０％超増加させることのない、［２８］～［３３］に記載の光学物品。

Claims

光学物品であって、
光学要素と、
前記光学要素上に配設された、１．３未満の有効屈折率を有する低屈折率層であって、該低屈折率層は、結合剤と、該結合剤中に分散された複数のヒュームドシリカ及び／又はヒュームドアルミナの粒子と、複数の相互に接続された空隙とを含む、低屈折率層と、
前記低屈折率層上に配設されたポリマー保護層であって、少なくとも５０，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有する有機修飾シリコーン又は熱可塑性シリコーンアクリレートコポリマーから形成された、ポリマー保護層と、を含み、
前記空隙の容積分率が５０％より大きく、
前記低屈折率層が１～３０マイクロメートルの範囲の厚さを有する、光学物品。
前記ポリマー保護層が架橋ポリマーを含む、請求項１に記載の光学物品。
前記ポリマー保護層が、（メタ）アクリレート修飾シリコーン、シリコーン修飾（メタ）アクリレート、シリコーン－ポリウレア、シリコーン－ポリウレタン－ポリウレア及びシリコーンポリアミド、及びシリコーンポリオキサミドからなる群より選択される有機修飾シリコーンを含むポリマー、又は、熱可塑性シリコーンアクリレートコポリマーから形成される、請求項１または２に記載の光学物品。
前記ポリマー保護層が、少なくとも１００，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有するポリマーを含む、請求項１から３のいずれかに記載の光学物品。
前記低屈折率層が１～２０マイクロメートルの範囲の厚さを有し、前記ポリマー保護層が１～１５マイクロメートルの範囲の厚さを有する、請求項１～４のいずれかに記載の光学物品。