TWI448739B - 具實質上非晶質奈米複合主相之漫反射偏光器 - Google Patents

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Description

具實質上非晶質奈米複合主相之漫反射偏光器
本發明係關於包含膜之漫反射偏光器(diffusely reflecting polarizer)，該膜係具有第一聚合物以及分散於該第一聚合物中之第二聚合物，該第一聚合物係實質上非晶質(amphorphous)奈米複合且近乎各向同性(isotropic)之材料。
反射偏光膜透射(transmit)一種偏光之光並反射其正交偏光之光。他們係有用於LCD中以增強光效率。業經揭露多種膜以達成該反射偏光膜之功能，其中，漫反射偏光器尤為引人注目，蓋因其可不需要LCD中之漫射器，從而降低該LCD之複雜性。美國專利第5,783,120號教示包含膜的漫反射偏光膜，該膜係含有具有第一連續相(本文中亦指代為主相，亦即，構成超過50重量%之該摻合物)及第二分散相(本文中亦指代為次相，亦即，構成低於50重量%之該摻合物)之不混溶摻合物，其中，該第一相係具有至少0.05之雙折射率(birefringence)。該膜典型係藉由拉伸而於一個或多個方向定向。選擇該分散相顆粒之尺寸及形狀、該分散相之體積分率、該膜之厚度、以及定向(orientation)之量，以於所得膜中獲得所欲程度之漫反射及所欲波長之電磁輻射的總透射。於其表1至表4中所顯示之124個實施例中，除了實施例編號6、8、10、42至49係使用聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate,PEN)作為次相以及使用間規聚苯乙烯(syndiotactic polystyrene,sPS)作為主相之外，大多數係包括PEN作為主相及雙折射相，並使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(實施例1)或sPS(其他實施例)作為次相。於全部此等124個實施例中，該主相係包含半晶質聚合物。
該案表1中之實施例6、8及10顯示其整體透射率及反射率(reflectivity)並不令人滿意。定義為FOM =T perp /(1-0.5*(R perp +R para ))之品質因數(figure of merit,FOM)低於1.27。表2中之實施例42至49沒有透射率及反射率數據，且根本未予以討論。
(美國專利第5,783,120號之表1)
填充有具有不同特徵之無機包含物(inclusion)之膜可提供獨特之光學透射及反射性質。然而，自填充有無機包含物之聚合物作成之光學膜遭受多種問題之困擾。典型地，該無機顆粒與該聚合物基質之間之黏合極差。因此，當橫跨該基質施加壓力或應變時，該膜之光學性質衰退，皆因該基質與該包含物之間的鍵結被抵銷且因該剛性無機包含物可能被破碎。此外，無機包含物之對準需要製程步驟及考慮因素，使得製造複雜化。
其他膜係由其內分散有光調製液晶液滴之清澈透光之連續聚合物基質組成。據報導，該材料之拉伸導致該液晶液滴自球形向橢圓形之畸變，且該橢圓之長軸係平行於該拉伸方向。
對於避免先前技術之限制之包含具有連續相及分散相膜的經改進之漫反射偏光器仍保留需求。該經改進之反射偏光器應具有相對便宜材料之主相，該主相為非晶質而不為晶質或半晶質，以最小化霧度，從而可方便且永久性地操縱沿著該材料之三維軸的兩相間折射率不匹配，以達成所欲程度之散射及鏡面反射及透射。該膜亦必須相對於壓力、應變、溫差、潮濕、以及電場及磁場為所欲地安定，其中，該膜係具有可忽略水準之暈彩。此等需求可藉由美國專利第7,583,440號(‘440專利)予以滿足。然而，僅有非常受限數目的材料可用於作成根據該‘440專利之漫反射偏光器。就此而言，該漫反射偏光器之光學效能可能由於用以調諧該光學性質(尤指折射率及雙折射率)之可能性受限而受到抵損。因此，對於包含具有主相及經分散之次相之膜的經改善之漫反射偏光器仍有需求，其中，該主相係具有可控制之折射率以避免習知之反射偏光器的限制。
本發明係提供包含層之漫反射偏光器，該層係包含：第一聚合物，係實質上非晶質奈米複合材料且係具有低於約0.02之雙折射率之主相；以及第二聚合物，係於該第一聚合物主相中之經分散次相，該主相與次相之折射率之差沿著第一軸係大於約0.05，而沿著正交於該第一軸之第二軸係小於約0.05；其中，該主相係包含連續非晶質相以及分散於該連續非晶質相中之域內的至少一個額外相，該等域係具有於至少一個維度上小於光之波長的特徵維度，因而此等域並不貢獻穿行通過該第一聚合物之光的散射；其中，該第一聚合物及第二聚合物沿著電磁輻射之至少一種偏光狀態之至少一軸的漫反射率總計為至少約50%。
本發明進一步提供包含層之漫反射偏光器，該層係包含：第一聚合物，係實質上非晶質奈米複合材料且係具有低於0.02之雙折射率之主相；以及第二聚合物，係於該第一聚合物主相中之經分散次相，該主相與次相之折射率之差沿著第一軸係大於約0.05，而沿著正交於該第一軸之第二軸係小於約0.05；其中，該主相係包含連續非晶質相以及分散於該連續非晶質相中之域內的至少一個額外相，該等域係具有於至少一個維度上小於光之波長的特徵維度，因而此等域並不貢獻穿行通過該第一聚合物之光的散射；其中，該第一聚合物及第二聚合物沿著電磁輻射之一種偏光狀態之第一軸共同展現漫反射率R1d 、鏡面反射率R1s 、總反射率R1t 、漫透射率T1d 、鏡面透射率T1s 以及總透射率T1t ，且沿著電磁輻射之另一偏光狀態之第二軸展現漫反射率R2d 、鏡面反射率R2s 、總反射率R2t 、漫透射率T2d 、鏡面透射率T2s 以及總透射率T2t ，該第一軸與第二軸係正交，其中，R1d 係大於R1s ；以及T2t /(1-0.5(R1t +R2t ))>1.35。
 定義
術語“鏡面反射率”、“鏡面反射”或“鏡面反射度”Rs 係指代光線進入以該鏡面角為中心之頂角為16°之射出錐面(emergent cone)內的反射。術語“漫反射率”、“漫反射”或“漫反射度”Rd 係指代位於上揭定義之鏡面錐面之外的光線反射。術語“總反射率”、“總反射”或“總反射度”Rt 係指代來自一表面之全部光線的合併反射。因此，總反射係鏡面反射與漫反射之和。
與之類似，本文中所使用之術語“鏡面透射”及“鏡面透射率”Ts 係關於光線進入以該鏡面方向為中心之頂角為16°之射出錐面內的透射。本文中所使用之術語“漫透射”及“漫透射率”Td 係關於位於上揭定義之鏡面錐面之外的全部光線之透射。術語“總透射”或“總透射度”Tt 係指代透過光學體之全部光線的合併透射。因此，總透射係鏡面透射與漫透射之和。通常，每一漫反射偏光器之特徵在於，沿著電磁輻射之一種偏光狀態之第一軸的漫反射率R1d 、鏡面反射率R1s 、總反射率R1t 、漫透射率T1d 、鏡面透射率T1s 以及總透射率T1t ，以及沿著電磁輻射之另一偏光狀態之第二軸的漫反射率R2d 、鏡面反射率R2s 、總反射率R2t 、漫透射率T2d 、鏡面透射率T2s 以及總透射率T2t 。該第一軸與該第二軸係彼此垂直，且係個別垂直於該漫反射偏光器之厚度方向。在不失一般性下，該第一軸與第二軸係選擇為沿著該第一軸之總反射率係大於沿著該第二軸之總反射率(亦即，R1t >R2t )且沿著該第一軸之總透射率係小於沿著該第二軸之總透射率(亦即，T1t <T2t )。
如本文中所使用者，漫反射率、鏡面反射率、總反射率、漫透射率、鏡面透射率、總透射率係通常具有與美國專利第5,783,120中定義者相同之意義。
品質因數(FOM)
所有根據本發明作成之漫反射偏光器皆滿足：
R1d >R1s 　方程式(1)
FOM≡T2t /(1-0.5(R1t +R2t ))>1.35　方程式(2)。
方程式(1)指出，本發明之反射偏光器之漫反射係大於鏡面反射。注意，線柵偏光器(如自Moxtek,Inc.,Orem,Utah購得者)、多層干涉系偏光器如3M公司(St. Paul,Minn)製造之VikuitiTM 雙增亮膜(Dual Brightness Enhancement film)、或膽固醇型液晶系反射偏光器之鏡面反射大於漫反射。
方程式(2)定義用於漫反射偏光器之品質因數。該方程式指定，若一膜之品質因數FOM大於1.35，則將其定義為反射偏光器。對於偏光循環(recycling)，要緊者係總反射及總透射，因此，對於將不同之反射偏光器排名之目標，僅使用總反射及總透射計算該FOM。該品質因數係描述反射偏光器及吸收偏光器(如用於LCD中之背光偏光器)的總光通量，且實質上與方程式(1)相同，其係施加至使用漫反射器或其等效體有效完成光循環的LCD系統。注意，R係說明該循環反射膜之反射率，或與每次光循環相關之效率。於一理想例中，R係等於1，其係意指於光循環中無光損失。當R小於1時，於光循環路徑中存在一些光損失。亦注意到，可使用其他形式之品質因數，然而，該等反射偏光器之相對排名仍相同。對於將反射偏光器之效能定量並排名之目標，將於本申請案中使用FOM≡T2t /(1-0.5(R1t +R2t ))。因為具有較高消光比T2t /T1t 或R1t /R2t 之反射偏光器未必實施優於具有較低消光比者，故T2t /T1t 或R1t /R2t 可能並不適於描述一反射偏光器。對於理想的常規吸收偏光器，T2t =1，R1t =R2t =0，故FOM=1。對於理想的反射偏光器，T2t =1，R1t =1以及R2t =0，故FOM=2。美國專利第5,783,120號之實施例編號6、8、10中揭露之具有sPS作為主相的漫反射偏光器具有FOM <1.27，並不令人滿意。
藉由調諧該第一聚合物及第二聚合物之光學性質，根據本發明之漫反射偏光器可具有大於1.35，更佳大於1.5之FOM。儘管某些漫反射偏光器如美國專利第5,783,120中揭露者係具有大於1.35之FOM，他們係由具有大於0.05之雙折射率的主相及具有較低雙折射率的分散相構成。
非晶質及半晶質聚合物
於自低於其玻璃轉化溫度(Tg)至Tg+300℃之溫度範圍進行之示差掃描熱析法(DSC)測試過程中不產生結晶(放熱)峰或融化(吸熱)峰的聚合物被稱為非晶質聚合物。反之，若DSC測試中記錄到此等峰，則該聚合物材料係半晶質聚合物。該DSC測試係技術領域中具有通常知識者所習知者。
實質上非晶質奈米複合材料
整個本申請案中，實質上非晶質奈米複合材料係指代含有至少一如上揭定義者之連續非晶質相以及至少一個額外相之雙相或多相非晶質材料，該額外相係分散於該連續非晶質相中之小域內，該等域係具有於至少一個維度上小於光之波長的特徵維度，亦即奈米規格之域，因此，此等域並不貢獻穿行透過該材料之光的散射，但可用以調諧該材料之有效光學性質(折射率及雙折射率)。該奈米規格之分散材料可為非晶質或晶質，有機或無機。此等域亦可為球形或非球形。
於本發明中，半晶質聚合物並不非常適用於該漫反射膜之主相中，蓋因其在升高之溫度下拉伸過程中形成熱結晶之晶癖(propensity)，因此產生非所欲水準之霧度。這一課題於‘440專利中克服，其中，係提議於主相中使用非晶質聚合物。但，與‘440專利不同，本發明之主相係包含實質上非晶質奈米複合材料而非一種純非晶質材料。此途徑允許更佳地控制該漫反射膜中主相之光學性質，而無因散射造成之光透射的損失。
不可混溶及可相容之聚合物摻合物
當以熔融狀態混合在一起時熱力學不相容之聚合物係稱為不可混溶。此等聚合物將分離為具有粗糙形貌的區別相並創製非均質之摻合物，且每一相保留該聚合物組分之區別特徵並展現極差之相間黏合。另一方面，可相容之摻合物係展現精細之相形貌及包含該摻合物之該等聚合物域間的良好黏合。
主相、次相、連續相、離散相及分散相
主相及次相係混合物中熱力學區別相，且該等相係具有不同之重量分率。主相係具有超過50%之重量分率，同時次相係具有少於50%之重量分率。與之類似，混合物中之連續相係具有超過50%之體積分率的熱力學區別相，而混合物中之離散相係具有少於50%之體積分率的熱力學區別相。分散相係次相或具有少於50%之體積分率之相。
雙折射率，弱雙折射率，以及近乎光學各向同性
量(nx-ny)係指代為面雙折射率(in plane birefringence)，Δnin ，其中，nx與ny係於x方向與y方向之折射率；x係取為該x-y平面中最大折射率之方向，而y方向係取為垂直於x方向；該x-y平面係平行於該層之表面平面；以及d係該層於z方向之厚度。Δnin 之值典型係於λ=550奈米(nm)之波長給出。
量[nz-(nx+ny)/2]係指代為面外雙折射率(out-of-plane birefringence)，Δnth ，其中，nz係於該z方向之折射率。若nz>(nx+ny)/2，Δnth 為正(正雙折射率)；而若nz<(nx+ny)/2，Δnth 為負(負雙折射率)。Δnth 之值典型係於λ=550 nm給出。
如本文所使用者，“近乎光學各向同性”或“弱雙折射率”係意指於拉伸之後，該材料係具有低於0.02之雙折射率。
本發明係涉及包含形成主相之第一聚合物以及形成次相之第二聚合物的漫反射偏光器，且該第一聚合物係實質上非晶質奈米複合材料，該主相係近乎各向同性，以及作出此漫反射偏光器之方法係於下文中且藉由參考圖式揭露之。本發明之漫反射偏光器係有效地用於顯示器裝置如LCD中，以增強光效率。
現在請參照第1圖及第2圖，本發明之漫反射偏光器30係包含膜10，膜10包含具有作為主相之第一聚合物相14以及作為分散於該第一聚合物主相中之第二聚合物相12之不可混溶摻合物，且該第一聚合物係實質上非晶質奈米複合材料並具有低於約0.02之雙折射率。該第一聚合物主相14係進一步包含非晶質連續相15及額外相的奈米複合物，且該額外相係分散於該連續相15中之奈米規格域16內。該等分散域16係具有於至少一個維度上小於光之波長的特徵維度，因而此等域並不貢獻穿行透過該第一聚合物主相14之光的散射。然而，他們能調諧該第一聚合物主相14之有效折射率。第2圖中，此等域並未按照規格繪製。典型但非排他性地，該第二聚合物係半晶質，該經分散之次相12的折射率沿著第一軸與該主相14的折射率相差超過約0.05，而沿著與該第一軸正交之第二軸相差低於約0.05；其中，沿著電磁輻射之至少一種偏光狀態的至少一軸，該第一相與該第二相之漫反射率總計係至少約50%。通常，該奈米規格域16之尺寸於至少一個維度上係比該次相12小至少10倍。
該漫反射偏光器30可視需要包含額外之層(舉例而言，保護層或“皮”層20A及20B係於第1圖中例示性說明)，此等額外之層可用以促進該多相複合膜之拉伸，或用以提升該反射偏光器之一種或多種物理、化學或熱性質，或用以對芯層提供物理保護。
基於膜10中之總材料計，該主相之濃度係至少51重量%，同時該經分散之次相的濃度係低於50重量%。較佳地，該主相係至少60重量%而該經分散之次相係低於40重量%。
該第一聚合物主相除了包含該經分散之奈米規格域之外，亦可包含單一聚合物或兩種或多種可混溶聚合物。作為該經分散之次相之第二聚合物相亦可包含單一聚合物或兩種或多種可混溶聚合物。典型地，該兩相係個別僅包含單一聚合物。然而，為了優化或修飾多種性質(如熔融黏度、Tg、物理性質、熱性質、折射率等)，可於兩相中任一者中有效地使用兩種或多種可混溶聚合物的摻合物。
構成該主相之一種或多種聚合物係實質上非晶質奈米複合、透射及弱雙折射。構成該經分散之次相的一種或多種聚合物係透射且高度雙折射，以及典型但非排他性地為半晶質。藉由選擇具有非常低壓力-光學係數之聚合物、藉由將降低壓力-光學係數之奈米規格材料分散於該基質中及/或藉由在遠高於包含該主相之聚合物的玻璃轉化溫度的溫度(Ts )(Ts >Tg,1 +30℃，其中，Tg,1 係該主相之玻璃轉化溫度)下拉伸該膜，可達成該第一聚合物中的低雙折射率值，因而隨著該材料於拉伸之後固化，係允許分子定向足夠鬆弛，以將面雙折射率之水準降低至低於0.02，較佳低於0.01，更佳低於0.005。用於該實質上非晶質奈米複合主相之聚合物的實例係包括藉由使用多孔氧化矽支撐之金屬非均質催化劑實質上完全氫化陰離子聚合之乙烯系芳香族一共軛二烯嵌段共聚物所生產的環狀嵌段共聚物(CBC)。
於氫化之前，該乙烯系芳香族/共軛二烯嵌段共聚物可具有任何已知之結構，包括區別嵌段(distinct block)、遞變嵌段(tapered block)及星形嵌段(radial block)。包括交替之乙烯系芳香族(vinyl aromatic)嵌段與共軛二烯嵌段之區別嵌段結構獲得較佳結果，尤其當此等嵌段結構獲得三嵌段共聚物或五嵌段共聚物時，每一例係具有乙烯系芳香族末端嵌段。五嵌段共聚物構築特佳之嵌段共聚物。該等乙烯系芳香族嵌段可具有如所欲者之相同或不同分子量。類似地，該等共軛二烯嵌段亦可具有相同或不同之分子量。
典型之乙烯系芳香族單體係包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯之所有異構物(尤指對乙烯基甲苯)、乙基苯乙烯之所有異構物、丙基苯乙烯、丁基苯乙烯、乙烯基聯苯、乙烯基萘、乙烯基蒽等，或其混合物。該嵌段共聚物之每一個乙烯系芳香族嵌段中，可含有一種或超過一種之經聚合的乙烯系芳香族單體。該乙烯系芳香族嵌段較佳係包含苯乙烯，更佳係本質上由苯乙烯組成，再佳係由苯乙烯組成。
該共軛二烯嵌段可包含具有兩個共軛雙鍵之任何單體。共軛二烯單體之例示性但非限制性實例係包括，丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-戊二烯、異戊二烯、或其混合物。由於具有該乙烯系芳香族嵌段，該等嵌段共聚物可含有一種(舉例而言，丁二烯或異戊二烯)或超過一種(舉例而言，丁二烯及異戊二烯兩者)。於氫化之前，該等嵌段共聚物中之較佳之共軛二烯聚合物嵌段係包含聚丁二烯嵌段、聚異戊二烯嵌段、或經混合之聚丁二烯/聚異戊二烯嵌段。雖然嵌段共聚物於氫化之前可包括一種聚丁二烯嵌段及一種聚異戊二烯嵌段，較佳結果係由在氫化之前具有全為聚丁二烯嵌段或全為聚異戊二烯嵌段之共軛二烯嵌段的嵌段共聚物達成。單一種二烯單體莖的偏好性係主要源於製造之簡單性。於兩例中，可控制併入該聚合物骨架之二烯的微結構，以達成實質或完全非晶質之CBC聚合物。
其中每一乙烯系芳香族嵌段係包含苯乙烯(S)且每一共軛二烯嵌段係包含丁二烯(B)或異戊二烯(I)的例示性較佳乙烯系芳香族/共軛二烯嵌段共聚物係包括SBS與SIS三嵌段共聚物，以及SBSBS與SISIS五嵌段共聚物。儘管該嵌段共聚物可為三嵌段共聚物，或更佳為五嵌段共聚物，該嵌段共聚物可為多嵌段，該多嵌段係具有一種或多種額外之乙烯系芳香族聚合物嵌段，一種或多種額外之共軛二烯聚合物嵌段、或一種或多種額外之乙烯系芳香族聚合物嵌段與一種或多種額外之共軛二烯聚合物嵌段兩者，或星形嵌段共聚物(舉例而言，通過偶合產生者)。若必要，可使用兩種嵌段共聚物之摻合物(舉例而言，兩種三嵌段共聚物、兩種五嵌段共聚物、或一種三嵌段共聚物與一種五嵌段共聚物)。也可於單一嵌段內使用兩種不同之二烯單體，這將提供諸如SIBS所示之結構。此等代表性結構係例示性說明，但非限制，可能適用於作為本發明之具體實施態樣中的該第一聚合物之嵌段共聚物。
“實質上完全經氫化”係意指，於氫化之前存在於乙烯系芳香族嵌段中之雙鍵有至少95%被氫化或飽和，且於氫化之前存在於二烯嵌段中之雙鍵有至少97%被氫化或飽和。藉由改變該等嵌段之相對長度、總分子量、嵌段構型(如，二嵌段、三嵌段、五嵌段、多臂星形嵌段等)及製程條件，可自此嵌段共聚物獲得多種類型之奈米結構形貌，並從而修飾該主相之光學性質。具體之非限制性實例係包括，層狀形貌、雙連續螺旋二十四面體形貌、圓筒形貌、球形形貌等。嵌段共聚物之形貌及微相分離行為係習知者，並可於諸如牛津大學出版社(Oxford University Press)於1998年印行之由Ian Hamley所著之《嵌段共聚物物理(The Physics of Block Copolymers)》中找到。特佳之CBC聚合物係彼等於氫化之前具有55至80 wt%之量的苯乙烯及20至45 wt%的共軛二烯者。
摻合有經良好分散之無機奈米規格顆粒之非晶質高度透射聚合物係實質上非晶質奈米複合材料之另一實例。
該主相中之CBC聚合物可摻合非嵌段聚合物或共聚物及一個嵌段。例示性非嵌段聚合物及共聚物係包括，但不限於，氫化乙烯系芳香族均聚物或無規共聚物、環狀烯烴聚合物(COPs)、環狀烯烴共聚物(COCs)、丙烯酸系聚合物、丙烯酸系共聚物或其混合物。當與CBC材料摻合時，該非嵌段聚合物或共聚物係與該嵌段共聚物之一相可混溶，並隨後引入該相中。
COCs與COPs尤其有趣在其作為用於本發明之主相的可混溶摻合組分。此等環狀烯烴材料係顯著玻璃狀有機材料。COC材料於可見區域係具有91%之光透射率。COC樹脂除了具有高透射率及高阿貝數(Abbnumber)(58)之外，他們具有非常低之霧度及黃度，保證藉由散射或吸收造成之最小光損失。具有低光學各向異性之非晶質聚合物，他們亦具有固有之低雙折射率及非常低(與PMMA一樣低甚或低於PMMA)之壓力-光學係數，因而他們於負載下保留低雙折射率。COC樹脂之等級係可用者，其熱撓曲溫度高達170℃(338℉)使得他們能耐受短時間曝露於極高溫度。COC樹脂係提供優異之濕度控制。其具有大約兩倍於高密度聚乙烯(HDPE)的濕度屏障以及五倍於低密聚乙烯(LDPE)的濕度屏障。COC樹脂係環境友好且可輕易丟棄。燃燒時，其不形成毒性氣體，而僅形成水及二氧化碳。
該次相中之高雙折射率值係藉由使用具有相對高壓力-光學係數之材料以及藉由將該膜於Ts 溫度拉伸而達成(Tg,2 <Ts <Tg,2 +30℃，其中，Tg,2 係該分散次相之Tg )。適用於該次相中之聚合物的實例係包括，但不限於，聚酯、聚醯胺及聚酯-醯胺及其他類別之半晶質聚合物。具體非限制性實例係包括聚(對苯二甲酸乙二酯)(PET)、聚(萘二甲酸乙二酯)(PEN)、以及含有環己基二亞甲基部份之聚酯。
於本發明之一具體實施態樣中，該次分散相係包含可相容之聚酯摻合物以及實質抑制轉酯反應的手段。該聚酯摻合物可包含一種或多種聚酯或至少一種聚酯及聚碳酸酯。轉酯抑制劑係聚合物加工工業中習知者，且通常係包括含磷化合物。用於本發明之適當之轉酯抑制劑係包括，但不限於，有機亞磷酸酯如亞磷酸三苯酯、二亞磷酸雙(2,4-二-第三丁基苯基)季戊四醇酯、亞磷酸二正十八酯、亞磷酸參(2,4-二-第三丁基苯基)酯、亞磷酸參(單壬基苯基)酯、亞磷酸三甲酯、亞磷酸三乙酯等。
本發明之漫反射偏光器可與一種或多種其他光學膜組合使用，該光等學膜典型係用於顯示器裝置如LCD中，包括諸如提供抗反射、環境光壓制、照明增強、光準直、光導向、光擴散、光擴展、視角增強、偏光等功能的膜。
本發明之漫反射偏光器係藉由多步驟製程製備。首先，於所欲之組成將包含該第一主相及該第二分散相之所有組分乾摻合於一起。該摻合可包含採用雙螺杆擠出機或靜態混合器的額外熔融摻合步驟。將該混合物饋入擠出機中，隨後透過成片模具或多歧模具澆鑄於輥柱及壓延機上。為了誘發該膜之經分散之次相的所欲雙折射率水準，經澆鑄之片必須進行拉伸步驟。用以定向該組成物之該拉伸可恰於片擠出之後於生產線中完成，或於生產線外之分離步驟中予以實施。於任一例中，係首先將該片加熱至溫度Ts (Tg,2 <Ts <Tg,2 +30℃)，隨後沿著機器方向或沿著橫越機器之方向單向拉伸或沿著上揭兩個方向拉伸，以製備經分散之次相中所欲水準的面雙折射率。因此，該拉伸溫度必須符合下述條件：
Tg,1 <Ts
Tg,2 <Ts <Tg,2 +30℃
其中，Tg,1 係該實質上非晶質奈米複合主相之玻璃轉化溫度，而Tg,2 係構成次相之該第二聚合物的玻璃轉化溫度。
若該主相具有高壓力-光學係數，則Ts -Tg,1 >30℃，亦即，為了達成該主相中之低雙折射率(換而言之，該主相之雙折射率於拉伸及固化之後必須低於0.02)，拉伸溫度必須相對高於該主相之玻璃轉化溫度。
儘管可考慮更寬範圍之拉伸比，典型之延伸或拉伸比係3X至7X。可使用技術領域中具有通常知識者所習知之多種方法完成拉伸。於某些例中，於拉伸步驟過程中經拉伸之膜的邊緣可能受到限制，儘管非受限之拉伸係較佳者。與美國專利第5,783,120號之方法相比，本發明在具有更低成本以及不具有先前技藝中定義之限制的傑出光學效能之可能性下提供寬範圍之選項與材料。
拉伸之後，本發明之反射偏光器的總厚度係預期於自25微米至1000微米變動。典型地，自約100微米至500微米之總厚度係足以達成所欲程度之偏光循環及二維安定性。
如先前述及者，於本發明之一具體實施態樣中，該反射偏光器30係製備為於膜10之各側具有保護層20A及20B，參見第1圖。該等保護層典型係與該膜10共擠出及共拉伸，且可包含與該經分散之次相之組成物相似且可能相同之材料。該經拉伸之片最終冷卻並纏繞於輥上。該等保護層20A及20B可永久保留為黏附於該膜10上或於該反射偏光器組裝入LC顯示器之前某個時間自該膜上剝離。該等保護層之剝離係於第3圖中例示說明，且需要他們係藉由對膜10之弱黏合固持。可藉由加入適當之表面活性劑、聚合性界面活性劑、增塑劑及多種其他添加劑來控制此黏合水準。或者，該等保護層與該膜10之間的黏合可藉由加入如第4圖中顯示之連結層予以增強，其中，層22A及22B係表示置於膜10與相應保護層21A及21B之間的連結層。用於該連結層之適當材料應對於該膜10及該等保護層21A及21B中所採用之連續聚合物相具有某些相容性或親和性。對於其中該主相係包含CBC聚合物且該等保護層係包含聚酯的一具體實施態樣中，適當之連結層材料係包括乙烯-乙酸乙烯酯聚合物及乙烯-丙烯酸酯聚合物。
10‧‧‧膜
12‧‧‧第二聚合物相
14‧‧‧第一聚合物相
15‧‧‧非晶質連續相
16‧‧‧奈米規格域/分散域
20A、20B、21A、21B‧‧‧保護層
22A、22B‧‧‧層
30‧‧‧反射偏光器
第1圖係例示性說明根據本發明作成之漫反射偏光器的透視示意圖，其中，該偏光器係具有芯層，該芯層含高度雙折射率之經分散次相以及近乎或完全光學各向同性之主相，且該芯層係置於兩層外(保護)層之間；第2圖係包含該第一聚合物奈米複合主相及分散於該主相中之第二聚合物次相之漫反射偏光器層的橫截面示意 圖，該奈米複合主相係含有連續非晶質相及分散於該連續非晶質相中的奈米規格域；第3圖係例示性說明第1圖中顯示之漫反射偏光器移除掉該兩層保護層後的透視示意圖；以及第4圖係例示性說明兩層保護層係由既非該主相材料亦非該經分散之次相材料所形成之漫反射偏光器的透視示意圖。
10．．．膜
12．．．第二聚合物相
14．．．第一聚合物相
15．．．非晶質連續相
16．．．奈米規格域/分散域

Claims (10)

  1. 一種包含層之漫反射偏光器，該層係包含：第一聚合物，係實質上非晶質奈米複合材料且係具有低於約0.02之雙折射率之主相；以及第二聚合物，係於該第一聚合物主相中之經分散次相，該主相與次相之折射率之差沿著第一軸係大於約0.05，而沿著正交於該第一軸之第二軸係小於約0.05；其中，該主相係包含連續非晶質相以及分散於該連續非晶質相中之域內的至少一個額外相，該域係具有於至少一個維度上小於光之波長的特徵維度，而使得該域並不貢獻穿行通過該第一聚合物之光的散射；其中，該第一聚合物及第二聚合物沿著電磁輻射之至少一種偏光狀態之至少一軸的漫反射率總計為至少約50%，其中，該第一聚合物係環狀嵌段共聚物。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之漫反射偏光器，其中，該環狀嵌段共聚物係由實質上完全氫化之陰離子聚合之乙烯系芳香族-共軛二烯嵌段共聚物作成。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之漫反射偏光器，其中，該乙烯系芳香族嵌段共聚物係包含苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯之所有異構物(尤指對乙烯基甲苯)、乙基苯乙烯之所有異構物、丙基苯乙烯、丁基苯乙烯、乙烯基聯苯、乙烯基萘、乙烯基蒽等，或其混合物。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之漫反射偏光器，其中，該共軛二烯嵌段共聚物係包括丁二烯、2-甲基-1,3-丁二 烯、2-甲基-1,3-戊二烯、異戊二烯、或其混合物。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之漫反射偏光器，其中，該分散於該第一聚合物中之額外相係包含奈米規格之顆粒。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之漫反射偏光器，其中，該第一聚合物係包含環狀嵌段共聚物與另一種非嵌段聚合物之可相容摻合物，該非嵌段聚合物包括氫化乙烯系芳香族均聚物或無規共聚物、環狀烯烴聚合物、環狀烯烴共聚物、丙烯酸系聚合物、丙烯酸系共聚物或其混合物。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之漫反射偏光器，其中，第二聚合物係包含PET、PEN或其他聚酯。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之漫反射偏光器，其中，該第二聚合物係包含兩種或多種聚合物之可混溶聚酯摻合物及轉酯抑制劑。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之漫反射偏光器，係進一步包含位於含有該第一聚合物及第二聚合物之層的各側上的保護層。
  10. 一種包含層之漫反射偏光器，該層係包含：第一聚合物，係實質上非晶質奈米複合材料且係具有低於0.02之雙折射率之主相；以及第二聚合物，係於該第一聚合物主相中之經分散次相，該主相與次相之折射率之差沿著第一軸係大於約0.05，而沿著正交於該第一軸之第二軸係小於約0.05，其中，該第一聚合 物係環狀嵌段共聚物；其中，該主相係包含連續非晶質相以及分散於該連續非晶質相中之域內的至少一個額外相，該域係具有於至少一個維度上小於光之波長的特徵維度，因而該域並不貢獻穿行通過該第一聚合物之光的散射；其中，該第一聚合物及第二聚合物沿著電磁輻射之一種偏光狀態之第一軸共同展現漫反射率R1d 、鏡面反射率R1s 、總反射率R1t 、漫透射率T1d 、鏡面透射率T1s 以及總透射率T1t ，且沿著電磁輻射之另一偏光狀態之第二軸展現漫反射率R2d 、鏡面反射率R2s 、總反射率R2t 、漫透射率T2d 、鏡面透射率T2s 以及總透射率T2t ，該第一軸與第二軸係正交，其中，R1d 係大於R1s ；以及T2t /(1-0.5(R1t +R2t ))>1.35。
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