TWI491653B - 含可剝除邊界層之光學體 - Google Patents

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Description

含可剝除邊界層之光學體
本發明係關於光學體及加工光學體之方法。
包括聚合單層光學膜、聚合多層光學膜及包括分散相與連續相之聚合光學膜的光學膜已廣泛地用於各種目的。聚合光學膜之例示性應用包括顯示器裝置，諸如置放於行動電話、個人資料助理、電腦、電視及其他裝置中之液晶顯示器(LCD)。熟知的聚合光學膜包括反射偏光片膜，諸如皆可自3M公司購得之VikuitiT M 反射式偏光增亮膜(DBEF)及VikuitiT M 漫反射偏光片膜(DRPF)。其他熟知的聚合光學膜包括反射片，諸如亦可自3M公司購得之VikuitiT M 增強型鏡面反射片(ESR)。
用作偏光片或鏡面之聚合多層光學膜通常包括一或多個第一光學層及一或多個第二光學層。除第一與第二光學層之外，一些傳統的多層膜包括一或多個非光學層，諸如一或多個位於光學層封包上方或其間的保護性邊界層。非光學層通常整合於聚合多層光學膜中，以使得由第一及第二光學層透射、偏光或反射的光的至少一部分亦行進穿過此等非光學層。此等非光學層可保護光學層免受損壞，幫助共擠壓加工及/或增強該等光學膜的加工後機械性質。因此，在該等傳統的光學膜中，非光學層在有關波長範圍內大體上不影響光學膜的反射性質通常係重要的。
在一態樣中，本發明係針對於光學體，其包括第一光學膜、第二光學膜及一或多個安置於該第一與第二光學膜之間之可剝除邊界層。可剝除邊界層之每一主表面係安置成鄰近於一光學膜或另一可剝除邊界層。該第一與第二光學膜之至少一者可包括一反射偏光片。
在另一態樣中，本發明係針對於加工光學體之方法，其包括提供一光學體，該光學體包含第一光學膜、第二光學膜及至少一安置於該第一與第二光學膜之間之可剝除邊界層。將該光學體傳送於一伸展區中，且在光學體之相對邊緣於加工方向上沿大致上發散的路徑傳送時伸展該光學體以增加該光學體的橫向尺寸。在此例示性實施例中，在伸展期間大致上發散的路徑經組態及配置以提供接近下列關係的加工方向拉伸比(MDDR)、法線方向拉伸比(NDDR)及橫向拉伸比(TDDR)：MDDR＝NDDR＝(TDDR)－ 1 / 2 。
在另一態樣中，本發明係關於加工光學體之方法，其包括提供一光學體，該光學體包括第一光學膜、第二光學膜及至少一安置於該第一與第二光學膜之間之可剝除邊界層。在固持光學體之相對邊緣部分時將該光學體沿加工方向傳送於一伸展機內且藉由沿發散非線性路徑移動該等相對邊緣部分來以超過4倍的拉伸比在伸展機內伸展該光學體。在此例示性實施例中，在伸展期間，在達成2.5的TDDR之後於伸展的最終部分處，單軸特徵程度U的最小值至少為0.7且在伸展結束時U小於1，其中U被定義為U＝(1/MDDR－1)/(TDDR1 / 2 －1)，其中MDDR為加工方向拉伸比且TDDR為如發散路徑之間量測的橫向拉伸比。
在又一態樣中，本發明係針對於加工光學體的方法，其包括提供一光學體，該光學體包括第一光學膜、第二光學膜及至少一安置於該第一與第二光學膜之間之可剝除邊界層。在固持光學體之相對邊緣部分時將該光學體沿加工方向傳送於伸展機內且藉由沿發散非線性路徑移動相對邊緣部分來伸展該光學體。在此例示性實施例中，在伸展光學體期間，薄膜沿加工方向的速度以大約為λ1 / 2 的因數減小，其中λ為橫向拉伸比。
如上文所總結，本發明提供一包括一或多個可剝除邊界層之光學體及製造該等光學體之方法。根據本發明之原理，每一可剝除邊界層連接至至少一光學膜。在一些例示性實施例中，一或多個可剝除邊界層可製造得粗糙及用於(例如)藉由共擠壓或定向該或該等光學膜與粗糙的可剝除邊界層或其他適合方法來將表面紋理賦予一或多個光學膜中。該或該等粗糙的可剝除邊界層可以與2004年10月29日申請之標題為"Optical Bodies and Methods for Making Optical Bodies"的Hebrink等人共同擁有的美國申請案第10/977,211號中所描述的粗糙可剝除表層大體上相同的方式構造及使用，該申請案之揭示內容以與本發明引用程度一致的方式併入本文中。
在本發明的典型實施例中，可剝除邊界層連接至一或多個光學膜，以使其在初始加工期間(諸如伸展期間)或在一些例示性實施例中亦在隨後的儲存、處理、封裝、運輸及/或轉化期間其能夠保持黏著至該或該等光學膜，但當需要時其可由使用者剝除或移除。舉例而言，在伸展光學體後不久或者在將組分光學膜之一或多個安裝於顯示器裝置中之前不久，可剝除邊界層可被移除且光學膜可被分離。較佳地，在無需施加過多力、不損壞光學膜或不使光學膜被來自可剝除邊界層之粒子的實質殘餘物污染的情況下，將該或該等可剝除邊界層與該或該等光學膜分離。在其他例示性實施例中，可在至少一可剝除邊界層仍完整的情況下將本發明之光學體安裝於顯示器裝置內。此特徵對其中可使用本發明之光學體的形式提供額外的可撓性。
現參看圖1、圖2及圖3，其以簡化的示意圖形式展示本發明的例示性實施例。圖1為展示光學體10的部分示意性橫截面圖，該光學體10包括第一光學膜20、第二光學膜30及至少一安置於該第一與第二光學膜之間之可剝除邊界層18。該可剝除邊界層之第一表面可鄰近光學膜20安置且該可剝除邊界層之第二表面可鄰近光學膜30安置。在其他例示性實施例中，可剝除邊界層可鄰近一個光學膜安置且由一額外層與另一光學膜分離，該額外層可為一或多個額外的可剝除層或該額外層可附著至鄰近的光學膜。當需要時，可將兩個可剝除邊界層提供於光學膜20與30之間，例如來提供可剝除邊界層至鄰近光學膜20或30之不同量的黏著力。光學體10可視情況進一步包括一或多個安置於光學膜20與30之外表面處且僅鄰近一個光學膜安置的額外可剝除邊界層18、及一或多個外表層16。
可有利地用於圖1所示之構造的材料的一個實例如下：(1)第一光學層12，其由55 mol%之諸如萘二甲酸酯(naphthalene dicarboxylate)的二酸、45 mol%之諸如對苯二甲酸二甲酯的二酸、4 mol%之己二醇的二醇溶液及96 mol%之乙二醇製成；(2)第二光學層14，其由聚萘乙烯製成；(3)可剝除邊界層18，其由聚丙烯製成；及(3)外表層16，其由75 mol%之諸如萘二甲酸酯的二酸、25 mol%之諸如對苯二甲酸二甲酯的二酸、4 mol%之乙二醇的二醇溶液及96 mol%之乙二醇製成。
包括兩個以上光學膜之例示性光學體亦可進一步包括額外可剝除邊界層(未圖示)，該等額外可剝除邊界層安置於第一及第二光學膜20及30與該等額外光學膜之間或安置於額外光學膜(未圖示)之間。舉例而言，光學體10可進一步包括緊接於第二光學膜安置之第三光學膜及安置於第二光學膜與第三光學膜之間之第二可剝除邊界層。其他例示性實施例可包括三個以上光學膜，例如6個、10個或10個以上光學膜。用於根據本發明構造之光學體的光學膜的數目將取決於所用的設備及材料以及其他的相關因素。此外，當適於特定應用時，光學體10可包括任何其他的額外層。舉例而言，光學膜20及30中的一者或兩者可進一步包括一或多個安置於光學膜與可剝除邊界層之間且形成光學膜之一部分的下表層。
在一些例示性實施例中，光學膜20及30中的一者或兩者可為或可包括聚合多層光學膜，諸如多層反射偏光片。舉例而言，一或兩個光學膜可包括一或多個第一光學層12及一或多個第二光學層14。第一光學層12可為單軸或雙軸定向的雙折射聚合物層。第二光學層14亦可為雙折射且單軸或雙軸定向的聚合物層。在其他例示性實施例中，第二光學層14在定向之後具有不同於第一光學層12之折射率之至少一者的各向同性折射率。光學膜20及30中之一者或兩者可為或可包括包括分散相及連續相之聚合光學膜，諸如漫反射偏光片。在又一例示性實施例中，光學膜20及30中之一者或多者可為單層光學膜。
圖2展示根據本發明之另一例示性實施例構造的光學體40的部分示意性橫截面圖。光學體40包括第一光學膜50、第二光學膜60及安置於該第一與第二光學膜50與60之間的可剝除邊界層48。在此例示性實施例中，可剝除邊界層48為包括連續相47及分散相49之粗糙的可剝除邊界層。分散相49可藉由在加工的適當階段於連續相47中摻合粒子或混合在連續相47中不混溶的一或多種材料來形成，其接著較佳進行相分離且在可剝除邊界層材料與光學膜之間之介面上形成粗糙表面。對於一些應用而言，可需要使邊界層形成有一或多個具有連續相及分散相之層，其中兩相之間之介面將足夠弱以當薄膜被定向或另外進行加工時產生空隙。此等空隙可有助於產生邊界層與鄰近光學膜之間的粗糙介面。該等空隙之平均尺寸及縱橫比可藉由謹慎操縱加工參數及伸展比或藉由選擇使用配伍劑來控制。
在圖2中以概括及簡化的圖式展示連續相47及分散相49，但實際上，兩相在外觀上可更不均一或更不規則。舉例而言，圖2中之示意性代表圖將被理解為涵蓋其中可剝除邊界層包括第一聚合物及與第一聚合物不混溶但不形成清晰分散區域的第二聚合物的實施例。在一些例示性實施例中，可剝除邊界層48可含有分散相或/及連續相的多個子相。可剝除邊界層48可用於使包括下陷50a之表面紋理賦予鄰近可剝除邊界層48安置之光學膜50的表面，及使包括下陷60a之表面紋理賦予鄰近可剝除邊界層48安置之光學膜60的表面。因此，表面紋理可於光學膜與可剝除邊界層之共擠壓、層壓及/或隨後伸展期間賦予。當適於特定應用時，光學體40可進一步包括任何數目之參看圖1所示或所描述的薄膜或層，及任何其他的額外層。
圖3展示根據本發明之又一例示性實施例構造的光學體70的部分示意性橫截面圖。光學體70包括第一光學膜80、第二光學膜90、包括連續相77及分散相79之可剝除邊界層78及平滑的可剝除邊界層75，該平滑的可剝除邊界層75可與粗糙的可剝除邊界層78整體形成及移除。或者，平滑的可剝除邊界層75可與粗糙邊界層78獨立地形成及/或移除。在一些例示性實施例中，平滑邊界層75可包括與連續相77相同之材料中的至少一者。
可剝除邊界層48可用於使包括下陷50a之表面紋理賦予鄰近可剝除邊界層48安置之光學膜50的表面，及使包括下陷60a之表面紋理賦予鄰近可剝除邊界層48安置之光學膜60的表面。因此，表面紋理可於光學膜與可剝除邊界層之共擠壓、層壓及/或隨後伸展期間賦予。當需要時，可將兩個粗糙的可剝除層提供於光學膜80與90之間，(例如)其中不同量的分散相賦予不同光學膜不同量的粗糙度。此外，當適於特定應用時，光學體70可包括任何數目的如參看圖1及圖2所示或所描述的薄膜或層及任何其他的額外層。
包括於根據本發明構造之光學體內的可剝除邊界層可具有可移除地附著至第一光學膜的第一主表面及可移除地附著至第二光學膜的第二主表面。然而，根據本發明構造之一些例示性光學體可包括至少一具有可移除地附著至第一光學膜的第一主表面及經由在邊界層與第二光學膜之間提供可接受黏合的材料選擇而水久附著至第二光學膜的第二主表面的邊界層，以使得可剝除邊界層可自第一光學膜移除而不能自第二光學膜移除。在一些實施例中，光學膜中之一者可用作添加用以滿足加工要求(共擠壓加工或薄膜處理及/或轉化)的表層，其可在加工的一些點移除及丟棄。
在另一實施例中，邊界層可黏著至第一與第二光學且在剝除後，其可分裂以在該第一與第二光學膜上產生包含邊界層材料的額外層。獲得此等效果的一種方法係具有如上文所解釋為包含兩種或兩種以上材料之多層材料的邊界層。在該等例示性實施例之一些中，此材料選擇將包括對鄰近光學膜具有更強或更弱黏著力的材料。此等材料之選擇將受鄰近光學膜的材料組成控制。
可使圖1、圖2及圖3所描繪的光學膜與光學層構造有不同於所說明之厚度的相對厚度。
現在更詳細解釋本發明的額外態樣。
光學膜
各種光學膜適用於本發明的實施例。適用於本發明之一些實施例的光學膜可包括介電多層光學膜(不管是否包含所有雙折射光學層、一些雙折射光學層或所有各向同性光學層)，諸如DBEF與ESR，及連續/分散相光學膜，諸如DRPF，其特徵可為偏光片或鏡面。適用於本發明之實施例的光學膜可為或可包括微空隙漫反射薄膜，諸如填充有BaSO4 的PET；或者"白光"漫反射薄膜，諸如填充有TiO2 的PET。或者，光學膜可為合適之光學透明各向同性材料或雙折射材料(例如聚碳酸酯)的單層，且其可包括或可不包括體漫射體(volume diffuser)。一般熟習此項技術者將易於瞭解本文所述的結構、方法及技術可適於且應用於其他類型的合適光學膜。本文中明確提及的光學膜僅為說明性實例且並非意謂適用於本發明之例示性實施例的光學膜的詳細清單。
更特定言之，適用於本發明之實施例的例示性光學膜包括多層反射薄膜，諸如彼等在例如美國專利第5,882,774號與第6,352,761號及PCT申請案第WO95/17303號、第WO95/17691號、第WO95/17692號、第WO95/17699號、第WO96/19347號及第WO99/36262號中描述者，該等專利及專利申請案皆以引用的方式併入本文中。多層反射偏光片光學膜與連續/分散相反射偏光片光學膜皆依賴至少兩種不同材料(通常為聚合物)之折射率差來選擇性地反射至少一偏光方向的光。合適的漫反射偏光片包括在例如美國專利第5,825,543號(其以引用的方式併入本文中)中所描述的連續/分散相光學膜，以及在例如美國專利第5,867,316號(其以引用的方式併入本文中)中所描述的漫反射光學膜。適用於本發明之一些實施例之包括分散相與連續相的其他材料及光學膜亦描述於與本文同一日期申請之共同擁有的標題為"Diffuse Reflective Polarizing Films With Orientable Polymer Blends"，3M檔案號碼60758US002的申請案中，該申請案之揭示內容以與本發明引用程度一致的方式併入本文中。
在一些實施例中，光學膜之一或多個為具有非常大或不存在之布魯斯特角(Brewster angle)(p－偏振光之反射率變為零所處的角度)的聚合物層的多層堆疊。如一般熟習此項技術者所知，多層光學膜可製造為p－偏振光之反射率隨著入射角緩慢降低、獨立於入射角、或者隨著入射角偏離法線而增加的多層鏡面或偏光片。多層反射光學膜在本文中用作說明光學膜結構及製造與使用本發明之光學膜之方法的一實例。如上文所述，本文所述的結構、方法及技術可適於及應用於其他類型的合適光學膜。
舉例而言，合適的多層光學膜可藉由交替(例如交錯)單軸或雙軸定向之雙折射的第一光學層與第二光學層而製成。在一些實施例中，第二光學層具有約等於定向層之平面內折射率之一的各向同性折射率。兩個不同光學層之間之介面形成光反射平面。在平行於其中兩層之折射率約相等之方向的平面內偏振的光將大體上被透射。在平行於其中兩層具有不同折射率之方向的平面內偏振的光將至少部分被反射。可藉由增加層的數目或藉由增加第一層與第二層之間之折射率差來增加反射率。
具有多個層的薄膜可包括具有不同光學厚度的層以增加薄膜在一波長範圍內的反射率。舉例而言，薄膜可包括數對經個別調諧的(例如對於垂直入射光)層來達成具有特定波長之光的最佳反射。通常，適用於本發明之某些實施例的多層光學膜具有約2至5000個光學層，通常約25至2000個光學層，且常常約50至1500個光學層或約75至1000個光學層。一些例示性實施例包括約825個光學層或更少，約600個光學層或更少，約275個層或更少，或甚至約100個光學層或更少。光學層的數目取決於應用。應進一步理解儘管僅可描述單一多層堆疊，但自多個堆疊或隨後組合形成薄膜之不同類型的光學膜來製造多層光學膜。
可藉由組合單軸定向之第一光學層與具有與定向層之平面內折射率之一大約相等的各向同性折射率的第二光學層來製造反射偏光片。或者，兩個光學層由雙折射聚合物形成且在一拉伸過程中定向以使得單一平面內方向之折射率大約相等。兩個光學層之間之介面形成一光反射平面用於光的一偏光。在平行於其中兩層之折射率大約相等之方向的平面內偏光的光將大體上被透射。在平行於其中兩層具有不同折射率之方向的平面內偏光的光將至少部分被反射。
對於具有各向同性折射率或低平面內雙折射率(例如在632.8 nm下不多於約0.07)之第二光學層的偏光片而言，第二光學層之平面內折射率(nx 與ny )大約等於第一光學層之一個平面內折射率(例如ny )。因此，第一光學層之平面內雙折射率為多層光學膜之反射率的指示符(indicator)。通常，吾人發現平面內雙折射率愈高，則多層光學膜之反射率愈佳。通常，第一光學層在定向之後具有在632.8 nm下約為0.04或更大，在632.8 nm下約為0.1或更大，在632.8 nm下約為0.15或更大，較佳地在632.8 nm下約為0.2或更大，且更佳地在632.8 nm下約為0.3或更大的平面內雙折射率(nx －ny )。若第一與第二光學層之平面外折射率(nz )相等或近似相等，則多層光學膜亦具有更佳的斜角反射率。相同或類似的設計考慮適用於包括分散及連續聚合相的漫反射偏光片。
可使用至少一種單軸雙折射材料來製造鏡面，其中兩個折射率(通常沿x與y軸，或nx 與ny )大約相等，且不同於第三折射率(通常沿z軸，或nz )。x與y軸被定義為平面內軸，因為其表示在多層薄膜內給定層的平面，且個別折射率nx 與ny 被稱作平面內折射率。產生單軸雙折射系統的一種方法為雙軸定向(沿兩軸伸展)多層聚合薄膜。若鄰接層具有由應力引發的不同雙折射率，則多層薄膜的雙軸定向導致平行於兩軸之平面的鄰接層的折射率不同，導致兩個偏光平面的光反射。
在第一光學層為單軸或雙軸定向之雙折射聚合物層之處，第一光學層之聚合物通常經選擇以能夠在伸展時形成較大的雙折射率。視應用而定，雙折射率可形成於薄膜平面內的兩個正交方向之間，一或多個平面內方向與垂直於薄膜平面之方向之間，或其之組合。第一聚合物應在伸展之後保持雙折射率，以便使所要的光學特性賦予成品薄膜。第二光學層可為雙折射且單軸或雙軸定向的聚合物層，或第二光學層在定向之後可具有不同於第一光學層之折射率之至少一者的各向同性折射率。在後者之狀況下，第二層之聚合物在伸展時應形成較小的雙折射率或不形成雙折射率或形成反指向雙折射率(正－負或負－正)，使得其薄膜平面折射率盡可能地與成品薄膜內第一光學層之聚合物的薄膜平面折射率不同。
適於製造供本發明之例示性實施例使用之光學膜的材料包括聚合物，諸如聚酯、共聚酯及改質共聚酯。在本文中，術語"聚合物"將被理解為包括均聚物與共聚物，以及可藉由(例如)共擠壓或反應(包括例如轉酯化反應)形成於可混溶摻合物中的聚合物或共聚物。術語"聚合物"與"共聚物"包括無規共聚物與嵌段共聚物。
適用於本發明之光學膜的例示性聚合物包括聚萘二甲酸乙二酯(PEN)。常常選擇PEN用於第一光學層。適用於第一光學層之其他聚合物包括例如聚2,6－萘二甲酸丁二酯(PBN)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)及其共聚物。適用於光學膜及尤其適用於第一光學層之其他材料描述於例如美國專利第5,882,774號、第6,352,761號及第6,498,683號以及美國專利申請案第09/229724號、第09/232332號、第09/399531號及第09/444756號中,該等專利及專利申請案以引用的方式併入本文中。適用於第一光學層之例示性coPEN為具有衍生自90 mol%之萘二甲酸二甲酯及10 mol%之對苯二甲酸二甲酯的羧酸酯子單元與衍生自100 mol%之乙二醇子單元的乙二醇子單元且固有黏度(IV)為0.48 dL/g的coPEN。另一有用聚合物為具有0.74 dL/g之固有黏度的PET，其可自Eastman Chemical Company(Kingsport,TN)購得。
適用於第二光學層之一或多種聚合物應經選擇以使得在成品薄膜中，至少一個方向上的折射率顯著不同於第一光學層在相同方向上的折射率。此外，應理解第二聚合物之選擇不僅取決於所討論的光學膜的預期應用，其亦取決於對第一聚合物所做出的選擇以及加工條件。
第二光學層可由具有與第一光學層之玻璃轉移溫度相容之玻璃轉移溫度且具有類似於第一聚合物之各向同性折射率之折射率的多種聚合物製成。除上文所提及之coPEN聚合物之外，適用於光學膜且尤其適用於第二光學層之其他聚合物之實例亦包括由諸如乙烯萘、苯乙烯、順丁烯二酸酐、丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯之單體製成的乙烯系聚合物與共聚物。該等聚合物之實例包括聚丙烯酸酯；聚甲基丙烯酸酯，諸如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)；及等規或間規聚苯乙烯。其他聚合物包括縮聚物，諸如聚碸、聚醯胺、聚胺基甲酸酯、聚醯胺酸及聚醯亞胺。此外，第二光學層可由諸如聚酯及聚碳酸酯之聚合物及共聚物形成。
其他尤其適用於第二光學層之例示性合適聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(諸如彼等可以商標名稱CP71及CP80自Ineos Acrylics,Inc.,Wilmington,DE購得者)或聚甲基丙烯酸乙酯(PEMA)(其具有低於PMMA之玻璃轉移溫度)的均聚物。額外的第二聚合物包括PMMA之共聚物(coPMMA)，諸如由75 wt%之甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體及25 wt%之丙烯酸乙酯(EA)製得的coPMMA(可以商標名稱Perspex CP63自Ineos Acrylics,Inc.購得)，或由MMA共聚單體單元與甲基丙烯酸正丁酯(nBMA)共聚單體單元形成的coPMMA，或PMMA與聚(偏氟乙烯)(PVDF)的摻合物(諸如可以商標名稱Solef 1008自Solvay Polymers,Inc.Houston,TX購得者)。
尤其適用於第二光學層之其他合適聚合物包括聚烯烴共聚物，諸如可以商標名稱Engage 8200自Dow－Dupont Elastomers購得之聚(乙烯－共－辛烯)(PE－PO)，可以商標名稱Z9470自Fina Oil and Chemical Co.,Dallas,TX購得之聚(丙烯－共－乙烯)(PPPE)，及非規聚丙烯(aPP)與等規聚丙烯(iPP)之共聚物。光學膜亦可包括(例如在第二光學層中)官能化聚烯烴，諸如線性低密度聚乙烯－g－順丁烯二酸酐(LLDPE－g－MA)，諸如可以商標名稱Bynel 4105自E.I.duPont de Nemours & Co.,Inc.,Wilmington,DE購得者。
在偏光片狀況下，材料的例示性組合包括PEN/co－PEN、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)/co－PEN、PEN/sPS、PEN/Eastar及PET/Eastar，其中"co－PEN"係指基於萘二甲酸之共聚物或摻合物(如上文所述)且Eastar為可自Eastman Chemical Co.購得之聚對苯二甲酸環己烷乙二酯。在鏡面狀況下，材料的例示性組合包括PET/coPMMA、PEN/PMMA或PEN/coPMMA、PET/ECDEL、PEN/ECDEL、PEN/sPS、PEN/THV、PEN/co－PET及PET/sPS，其中"co－PET"係指基於對苯二甲酸之共聚物或摻合物(如上文所述)，ECDEL為可自Eastman Chemical Co.購得之熱塑性聚酯，且THV為可自3M購得之氟聚合物。PMMA係指聚甲基丙烯酸甲酯且PETG係指採用第二乙二醇(通常為環己烷二甲醇)之PET的共聚物。sPS係指間規聚苯乙烯。非聚酯聚合物可用於產生偏光膜。舉例而言，聚醚醯亞胺可與聚酯(諸如PEN與coPEN)一起使用，以產生多層反射鏡面。可使用其他的聚酯/非聚酯組合，諸如聚對苯二甲酸乙二酯及聚乙烯(例如彼等可以商標名稱Engage 8200自Dow Chemical Corp.,Midland,MI購得者)。
包括於根據本發明構造之光學體內的光學膜通常較薄，但在其他例示性實施例中，其可如所要的一樣厚。合適薄膜可具有各種厚度，但其通常包括厚度小於15 mil(約380微米)、通常小於10 mil(約250微米)、更通常小於7 mil(約180微米)、有時小於5 mil、小於1.5 mil、或甚至小於1 mil(例如0.7 mil)的薄膜。在加工期間，可藉由擠壓塗佈或共擠壓將尺寸穩定的層包括於光學膜中。本發明之光學膜亦可包括可選的其他光學或非光學層，諸如在光學層之封包之間的一或多個不可剝除保護性邊界層。非光學層可為任何適於特定應用的適當材料且可為或可包括光學膜之其餘部分中所使用的材料的至少一種。
在一些例示性實施例中，中間層或下表層可與光學膜整體形成或形成於其外表面的一或多個上。一或多個下表層通常藉由與光學膜共擠壓而形成，例如整體形成及黏合第一與第二光學層。該或該等下表層可包括與連續相及分散相不可混溶的摻合物，其亦可幫助產生表面粗糙度及混濁度。下表層的分散相可為聚合材料或無機材料，且在需要大體上透明之光學膜之處，具有與連續相大約相同或相似的折射率。在該等透明光學膜的一些例示性實施例中，構成分散相及連續相之材料的折射率彼此的差不多於約0.02。具有折射率匹配摻合物之下表層的實例為包含SAN的連續相及包含PETG的分散相(可以商標名Eastar 6763自Eastman Chemical購得之共聚酯)。具有折射率不匹配摻合物之下表層之實例為Xylex 7200的連續相及聚苯乙烯的分散相。
可剝除邊界層
藉由選擇該或該等可剝除邊界層中所包含的材料，可剝除邊界層與鄰近光學膜之間的介面黏著力可受到控制，以使得可剝除邊界層能夠保持黏著至光學膜特定應用所需要的時間，但亦可在使用之前於無需施加過多的力或在適當實施例中不將來自邊界層之粒子的實質殘餘物留在鄰近光學膜上的情況下而自光學膜乾淨地剝除或移除。
在本發明之一些例示性實施例中，具有連接至光學膜之可剝除邊界層的光學體內所包含的材料大體上為透明(transparent or clear)，以使得光學體之缺陷可使用標準檢查設備來檢查。該等例示性透明光學體通常具有可剝除邊界層，其中組成材料具有大約相同或足夠相似的折射率。在該等透明光學體之一些例示性實施例中，構成可剝除邊界層之材料的折射率彼此之間的差不多於約0.02。
構造在本發明之例示性光學體中黏著至光學膜之鄰近表面的邊界層，以使得可剝除邊界層至光學膜之黏著力的特徵為可剝除邊界層與鄰近光學膜之間的剝離力為大約2 g/in或更大。根據本發明構造的其他例示性光學體的特徵可為剝離力為大約4、5、10或15 g/in或更大。在一些例示性實施例中，光學體的特徵可為剝離力高達約100 g/in或甚至約120 g/in。在其他例示性實施例中，光學體的特徵可為剝離力為約50、35、30或25 g/in或更小。在一些例示性實施中，黏著力範圍可為2 g/in至120 g/in、4 g/in至50 g/in、5 g/in至35 g/in、10 g/in至25 g/in或15 g/in至25 g/in。在其他例示性實施例中，黏著力可在其他合適範圍內。取決於所用材料，超過120 g/in的剝離力對於一些應用是可容忍的。
在特徵為可剝除邊界層與鄰近光學膜之間之較高剝離力值的一些例示性實施例中，可採取各種步驟來幫助可剝除邊界層自一或多個光學膜移除。舉例而言，本發明之光學體可經受熱定型，在移除期間維持於特定溫度下，經受張力，或/及允許老化，其可允許其中所含有的任何潤滑劑到達薄膜或層表面。
可用於表徵本發明之例示性實施例之剝離力可如下量測。詳言之，本測試方法提供用於量測自光學膜(例如，多層薄膜、聚碳酸酯等等)移除可剝除邊界層所需的剝離力的程序。自其中可剝除邊界層附著至光學膜之光學體上剪切測試帶。該等條帶通常寬度為大約1"，且長度超過大約6"。該等條帶可經預處理用於環境老化特徵(例如，熱、濕熱、冷、熱衝擊)。
通常在測試之前，樣品應靜止約24小時以上。接著(例如)使用雙面膠帶(諸如可自3M購得之ScotchT M 雙面膠帶)將1"條帶應用至硬質板，且將該板/測試帶總成固定在剝離測試器壓板上的適當位置。接著將可剝除邊界層之前緣與光學膜分離及夾鉗至連接至剝離測試器測力器的固定架。接著將固持板/測試帶總成之壓板以大約90英吋/分鐘之恆定速度自測力器帶走，以大約180度角自基板光學膜有效地剝離可剝除邊界層。當壓板自夾鉗移開時，將可剝除邊界層自薄膜剝離所需的力由測力器感測且由微處理器記錄。接著將5秒鐘的穩定狀態行進中剝離所需的力平均(較佳忽略起始剝離的最初衝擊)及記錄。
已發現此等及相關目標可藉由謹慎選擇製造可剝除邊界層之材料及確保其與用於製造光學膜之材料的至少一些(尤其是光學膜之外表面的材料或在適當例示性實施例中為下表層之材料)相容性而達成。根據本發明之一實施例，可剝除邊界層可包括足夠量的低結晶性材料或非晶材料，以保持附著至光學膜歷時所要時段。在一些例示性實施例中，具有不同黏著力之兩種或兩種以上不同材料可用於可剝除邊界層以達成所要量的黏著力。
適用於可剝除邊界層之材料包括例如氟聚合物，諸如聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯－四氟乙烯氟聚合物(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、PMMA(或coPMMA)與PVDF之共聚物，或可自3M(St.Paul,MN)購得之THV或PFA材料的任一種。諸如Dynamar(可自3M購得)或Glycolube(可自Fair Lawn NJ的Lonza Corporation購得)之加工助劑可促進可剝除邊界層之釋放特徵。
適用於可剝除邊界層之材料通常包括聚烯烴，諸如聚丙烯及改質聚丙烯。可使用脂族聚烯烴。一種合適的聚丙烯群包括高密度聚丙烯，其展示對聚酯及丙烯酸系材料之特別低的黏著力，且其通常用於製造多層光學膜。聚乙烯及其共聚物亦可為適用的，包括丙烯與乙烯的共聚物。其他例示性材料包括聚甲基戊烯；環烯烴共聚物，諸如可自Ticona Engineering Polymers(Florence,KY)購得之Topas；烯烴與順丁烯二酸酐、丙烯酸或甲基丙烯酸縮水甘油酯的共聚物；或者可自DuPont Corporation(Wilmington,DE)購得之Hytrel(熱塑性聚酯彈性體)或Bynel(改質乙烯醋酸乙烯酯)材料之任一種。
可適用於本發明之一些實施例之間規及非規乙烯基芳族聚合物包括聚(苯乙烯)、聚(烷基苯乙烯)、聚(鹵化苯乙烯)、聚(烷基苯乙烯)、聚(苯甲酸乙烯酯)及其氫化聚合物及混合物，或含有此等結構單元之共聚物。聚(烷基苯乙烯)之實例包括：聚(甲基苯乙烯)、聚(乙基苯乙烯)、聚(丙基苯乙烯)、聚(丁基苯乙烯)、聚(苯基苯乙烯)、聚(乙烯萘)、聚(乙烯苯乙烯)，且可提及聚(乙烯合萘)(poly(acenaphthalene))。對於聚(鹵化苯乙烯)而言，實例包括：聚(氯苯乙烯)、聚(溴苯乙烯)及聚(氟苯乙烯)。聚(烷氧基苯乙烯)之實例包括：聚(甲氧基苯乙烯)及聚(乙氧基苯乙烯)。在此等實例中，尤佳的苯乙烯群聚合物為：聚苯乙烯、聚(對甲基苯乙烯)、聚(間甲基苯乙烯)、聚(對第三丁基苯乙烯)、聚(對氯苯乙烯)、聚(間氯苯乙烯)、聚(對氟苯乙烯)，且可提及苯乙烯與對甲基苯乙烯之共聚物。此外，對於間規乙烯芳族共聚物之共聚單體而言，除上文所解釋之苯乙烯群聚合物之單體外，可提及烯單體，諸如乙烯、丙烯、丁烯、己烯或辛烯；二烯單體，諸如丁二烯、異戊二烯；極性乙烯單體，諸如環二烯單體、甲基丙烯酸甲酯、順丁烯二酸酐或丙烯腈。
脂族共聚酯及脂族聚醯胺亦可為可剝除邊界層的適用材料。對於聚酯聚合物及共聚物而言，二酸可選自對苯二甲酸；間苯二甲酸；苯二甲酸；所有異構萘二甲酸(2,6－、1,2－、1,3－、1,4－、1,5－、1,6－、1,7－、1,8－、2,3－、2,4－、2,5－、2,7－及2,8－)；聯苯甲酸，諸如4,4'－聯苯二甲酸及其異構體、反－4,4'－芪二甲酸及其異構體、4,4'－二苯醚二甲酸及其異構體、4,4'－二苯碸二甲酸及其異構體、4,4'－二苯甲酮二甲酸及其異構體；鹵代芳族二甲酸，諸如2－氯對苯二甲酸及2,5－二氯對苯二甲酸；其他經取代之芳族二甲酸，諸如第三丁基間苯二甲酸及磺化間苯二甲酸鈉；環烷二甲酸，諸如1,4－環己烷二甲酸及其異構體及2,6－十氫化萘二甲酸及其異構體；雙環或多環二羧酸(諸如各種異構降莰烷及降冰片烯二羧酸、金剛烷二甲酸及雙環辛烷二甲酸)；烷二甲酸(諸如癸二酸、己二酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、壬二酸及十二烷二酸)；及稠環芳烴(諸如茚、蒽、菲、苯嵌萘、茀及其類似物)之異構二羧酸的任一種。或者，可使用此等單體的烷基酯，諸如對苯二甲酸二甲酯。
合適之二醇共聚單體包括(但不限於)直鏈或支鏈烷二醇(alkane diol)或烷二醇(alkane glycol)(諸如乙二醇、諸如丙二醇(trimethylene glycol)之丙二醇(propanediol)、諸如丁二醇(tetramethylene glycol)之丁二醇(butanediol)、諸如新戊二醇之戊二醇、己二醇、2,2,4－三甲基－1,3－戊二醇或更高級的二醇)；醚二醇(諸如二乙二醇、三乙二醇及聚乙二醇)；鏈酯二醇，諸如3羥基－2,2－二甲基丙基－3－羥基－2,2－二甲基丙酸酯；環烷二醇，諸如1,4－環己烷二甲醇及其異構體與1,4－環己二醇及其異構體；雙環或多環二醇(諸如各種同分異構三環癸烷二甲醇、降莰烷二甲醇、降冰片烯二甲醇及雙環辛烷二甲醇)；芳族二醇(諸如1,4－苯二甲醇及其異構體，1,4－苯二醇及其異構體、諸如雙酚A之雙酚,2,2'－二羥基聯苯及其異構體、4,4'－二羥基甲基聯苯及其異構體、及1,3－雙(2－羥基乙氧基)苯及其異構體)；及此等二醇之低碳烷基醚或二醚，諸如二甲基二醇或二乙基二醇。
在其中至少一邊界層經設計為永久黏著至至少一鄰近光學膜之例示性實施例中，組成材料必須具備對彼鄰近光學膜之足夠黏著力。此等材料將關於其對光學膜且視情況對邊界層(在多層邊界層之狀況下)之另一組份的黏著力來進行選擇。一些可適用的材料為彼等上文所列出者及已經改質以黏著至光學膜之相同種類的聚合物。
在一些例示性實施例中，可剝除邊界層可包括低熔點與低結晶性的聚丙烯及其共聚物、低熔點與低結晶性的聚乙烯及其共聚物、低熔點與低結晶性的聚酯及其共聚物、或其任何合適組合。該等低熔點與低結晶性的聚丙烯及其共聚物由丙烯均聚物及丙烯與乙烯或具有4至10個碳原子之α烯烴材料的共聚物組成。術語"共聚物"不僅包括共聚物，而且亦包括三聚物及四種或四種以上組份之聚合物的聚合物。合適之低熔點與低結晶性聚丙烯及其共聚物包括(例如)間規聚丙烯(諸如來自Total Petrochemicals,Inc.的Finaplas 1571)，其為在間規聚丙烯主鏈中具有極低乙烯含量的無規共聚物，及丙烯的無規共聚物(諸如來自Atofina，現為Total Petrochemicals,Inc.的PP8650或PP6671)。所描述的丙烯與乙烯的共聚物亦可與聚丙烯的均聚物共擠壓摻合以(若需要)提供較高熔點的可剝除邊界層。
其他合適的低熔點與低結晶性聚乙烯及聚乙烯共聚物包括例如直鏈低密度聚乙烯及乙烯－乙烯醇共聚物。合適之聚丙烯包括例如丙烯與乙烯之無規共聚物(例如，來自Total Petrochemicals,Inc.的PP8650)或乙烯辛烯共聚物(例如來自Dow Chemical Company的Affinity PT 1451)。在本發明的一些實施例中，連續相包括非晶聚烯烴，諸如非晶聚丙烯、非晶聚乙烯、非晶聚酯，或其之任何合適組合或與其他材料之合適組合。在一些實施例中，可剝除邊界層的材料可包括晶核生成劑(諸如苯甲酸鈉)來控制結晶率。另外，可添加抗靜電材料、防黏材料、諸如顏料與染料之著色劑、極化染料、移動性潤滑劑、穩定劑及其他加工助劑。另外或或者，粗糙可剝除表層可包括任何其他適當材料。在一些例示性實施例中，移動性抗靜電劑可用於可剝除邊界層以降低其對光學膜的黏著力。
粗糙可剝除邊界層
在包括至少一粗糙可剝除邊界層之本發明的例示性實施例中，該或該等邊界層可包括任何上文所述的材料或其任何組合。舉例而言，連續相或第一與第二不可混溶聚合物中之一者可包括任何參考上文所述之可剝除邊界層所提及之材料。
粗糙可剝除邊界層之表面粗糙度可藉由將例如聚合材料、無機材料或二者之不同材料混合或摻合入分散相來調節。此外，分散相與連續相之比率可經調節以控制表面粗糙度與黏著力且其將取決於所用的特定材料。因此，在包括粗糙可剝除邊界層之例示性實施例中，一種、兩種或兩種以上聚合物可用作連續相，而可為或可不為聚合材料之一種、兩種或兩種以上材料提供具有合適表面粗糙度之分散相來給予表面紋理。連續相之該或該等聚合物可經選擇以提供至光學膜材料之所要黏著力。具有相對高結晶性之材料，諸如高密度聚乙烯(HDPE)或聚己內酯可摻合入粗糙可剝除邊界層中以將粗糙紋理給予鄰近粗糙可剝除邊界層之光學膜的表面及影響黏著力。舉例而言，HDPE可摻合入低結晶性間規聚丙烯(sPP)中以改良表面粗糙度，以及摻合入低結晶性聚(乙烯辛烯)(PE－PO)中以改良黏著力。
在分散相能夠結晶之情況下，可藉由使此相在適當的擠壓加工溫度、混合程度及淬火下結晶以及藉由添加成核劑而增加該或該等可剝除表層之粗糙度，該等成核劑諸如芳族二羧酸鹽(苯甲酸鈉)；二亞苄基山梨糖醇(DBS)，諸如來自Milliken & COmpany的Millad 3988；及山梨糖醇縮醛，諸如Ciba Specialty Chemicals的Irgaclear clarifier及Mitsui Toatsu Chemicals的NC－4 clarifier。其他成核劑包括有機磷酸鹽及其他無機材料，諸如來自Asahi－Denka及Hyperform HPN－68的ADKstab NA－11及NA－21，一種來自Milliken & Company的降冰片烯羧酸鹽。在一些例示性實施例中，分散相包括粒子，諸如彼等包括無機材料者，其將自粗糙可剝除邊界層的表面突出且當擠壓、定向、層壓或伸展光學體時將表面結構給予光學膜。
粗糙可剝除邊界層之分散相可包括粒子或其他足夠大(例如至少0.1微米平均直徑)以用於將表面紋理給予光學膜之鄰近層的外表面的粗糙特徵。分散相的突起的至少一主要部分通常應大於其照明所用光之波長但仍足夠小以致不能用肉眼分辨。該等粒子可包括無機材料粒子，諸如矽石粒子、滑石粒子、苯甲酸鈉、碳酸鈣、其之組合或任何其他合適粒子。或者，分散相可由聚合材料形成，該等聚合材料在適當條件下在連續相中(或變得)大體不可混溶。
分散相可由一或多種諸如無機材料、聚合物或二者之材料形成，該或該等材料不同於連續相之至少一種聚合物且在其中不可混溶，其中分散聚合物相通常具有比連續相之該或該等聚合物更高的結晶度。較佳地，分散相與該或該等連續相聚合物僅可機械混溶或不可混溶。該或該等分散相材料與該或該等連續相材料可在適當的加工條件下相分離且在連續基質且尤其是在光學膜與粗糙可剝除表層之間的介面上形成獨特的相包體。
尤其適用於分散相之例示性聚合物包括苯乙烯丙烯腈；改質聚乙烯；聚碳酸酯及共聚酯摻合物；ε－己內酯聚合物，諸如可自Dow Chemical Company購得的TONET M P－787；丙烯與乙烯的無規共聚物；其他聚丙烯共聚物；聚(乙烯辛烯)共聚物；抗靜電聚合物；高密度聚乙烯；中密度聚乙烯；直鏈低密度聚乙烯及聚甲基丙烯酸甲酯。分散相可包括任何其他適當材料，諸如任何合適結晶聚合物且其可包括與用於光學膜之材料的一或多種相同的材料。
在一些例示性實施例中，該或該等可剝除邊界層可包括至少3種材料用於控制可剝除層黏著力及提供更高表面特徵密度的目的。在一些例示性實施例中，多於2個分散子相可導致不同大小的粗糙特徵或突起，或混合突起，諸如"在突起上突起"組態，意即在較大的凹面特徵(下陷)之間給予較小的凹面特徵(下陷)，且在一些例示性實施例中，較小的凹面特徵(下陷)在較大的凹面特徵內(下陷)。該等構造可有益於在光學膜上形成更模糊的表面。
用於該等例示性實施例的材料可自如下所述的不同製造商購得：PEN(來自3M公司的48 IV PEN)、SAN(來自Dow Chemical的Tyril 880)、sPP(可自Atofina，現為Total Petrochemicals,Inc.購得的1571)、MDPE(可自Chevron－Philips購得的Marflex TR130)、Admer(可自Mitsui Petrochemicals,Inc.購得的SE810)、Xylex(可自GE Plastics Inc.購得的Xylex 7200)、無規丙烯乙烯共聚物(可自Atofina，現為Total Petrochemicals,Inc.購得的PP8650)、Pelestat 300(可自Tomen America購得的Pelestat 300)、Pelestat 6321(可自Tomen America購得的Pelestat 6321)、聚已內酯(Tone 787)、PMMA(可自Atofina，現為Total Petrochemicals,Inc.Chemical購得的VO44)、聚苯乙烯(可自Dow Chemical Company購得的Styron 685)。
材料相容性與方法
本發明之光學體可藉由(例如)使用供料塊(feedblock)方法之共擠壓製得。例示性製造方法描述於例如美國專利第09/229,724號、第08/402,041號、第09/006,288號及美國專利申請公開案第2001/0013668號、美國專利第6,352,761號中，該等專利以引用的方式併入本文中。較佳地，光學體之材料及在某些例示性實施例中第一光學層之材料、第二光學層之材料、可選非光學層之材料及可剝除邊界層之材料可經選擇具有類似的流變性質(例如熔融黏度)，以使得其可共擠壓而無流率不穩定性。剪切力在共擠壓期間的影響可藉由在形成本發明之光學體時共擠壓一或多個外表層來減小。該或該等外表層之材料可經選擇以使得此等層可在任何加工步驟之前或之後自光學體移除。
離開供料塊歧管之光學體接著可進入一成形單元，諸如模具。或者，在進入成形單元之前，該聚合流可分裂形成接著可藉由堆疊重組的兩個或兩個以上流。此過程通常被稱作倍增作用。例示性倍增器描述於例如美國專利第5,094,788號與第5,094,793號中，該等專利以引用的方式併入本文中。在共擠壓光學層或光學膜期間或者在共擠壓光學層或光學膜之後，例如在倍增作用之前，可將可剝除邊界層添加至本發明的光學體。在一些例示性實施例中，不同的可剝除邊界層可在生產過程的不同階段處添加。在光學體自成形單元排出之後，其可被澆鑄於冷卻捲筒、澆鑄輪或澆鑄鼓上。
隨後，可拉伸或伸展光學體以生產成品。取決於包括於光學體內的光學膜的類型，拉伸或伸展可在一個、兩個或兩個以上步驟中完成。在包括於本發明的光學體中的光學膜的一或多個為反射偏光片的情況下，可在橫向方向(TD)上單軸或大體上單軸拉伸光學體，同時允許在加工方向(MD)以及法線方向(ND)上鬆弛。可用於拉伸本發明之該等例示性實施例之合適方法與裝置描述於美國申請公開案第2002/0190406號、第2002/0180107號、第2004/0099992號及第2004/0099993號中，該等申請公開案之揭示內容以引用的方式併入本文中。
以單軸或大體上單軸的方式拉伸光學體
本發明之方法可包括伸展光學體，其可參考對應於加工方向(MD)、橫向方向(TD)及法線方向(ND)之三個相互正交的軸進行描述。此等軸對應於圖4中所說明之光學體200的寬度(W)、長度(L)及厚度(T)。伸展過程將光學體之區域200自初始組態240伸展至最終組態260。加工方向為薄膜行進穿過伸展裝置(例如圖5所說明的裝置)的總方向。橫向方向(TD)為薄膜平面內的第二個軸且正交於加工方向(MD)。法線方向(ND)正交於MD與TD且大體上對應於聚合物薄膜的厚度尺寸。
圖5說明本發明的伸展裝置與方法的一個實施例。可藉由任何合意的方法將光學體提供至拉伸裝置。舉例而言，光學體可以捲筒或其他形式生產且接著被提供至伸展裝置。作為另一實例，伸展裝置可經組態以自擠壓機(若例如光學體藉由擠壓產生且在擠壓之後準備好進行伸展)或塗佈機(若例如光學體藉由塗佈產生或在接收一或多個經塗佈層之後準備好進行伸展)或層壓機(若例如光學體藉由層壓產生或者在接收一或多個經層壓層之後準備好進行伸展)接收光學體。
一般而言，在區域130中將光學體140呈現至一或多個夾緊部件，該或該等夾緊部件經組態與配置以固持光學體之相對邊緣及沿界定預定路徑之相對軌道164傳送光學體。夾緊部件(未圖示)通常在光學體的邊緣或靠近光學體的邊緣固持光學體。由於由夾緊部件固持的光學體部分在拉伸之後常常不適於使用，因此夾緊部件的位置通常經選擇以在薄膜上提供足夠的夾緊以允許伸展同時控制由該過程所產生的廢料的量。
可藉由(例如)捲筒162沿軌道旋轉鏈條來引導諸如夾子之夾緊部件，其中夾緊部件耦合至鏈條。捲筒連接至驅動器機構，該驅動器機構在傳送薄膜穿過伸展裝置時控制薄膜的速度與方向。捲筒亦可用於旋轉及控制帶式夾緊部件的速度。
進一步返回至圖5，該裝置視情況可包括預處理區132，該預處理區132通常藉由烘箱154或其他加熱光學體以準備進行伸展之裝置或配置來封閉。該預處理區可包括預熱區142、均熱區144或二者。
可在主伸展區134中拉伸光學膜。一般而言，在主伸展區134內，加熱光學體或將光學體維持在高於光學體之一或多種聚合物的玻璃轉移溫度之加熱環境中。在主伸展區134內，夾緊部件遵循大致發散的軌道將伸展光學體所要量。在主伸展區與裝置之其他區域中的軌道可使用多種結構與材料來形成。在主伸展區之外，軌道通常為大體線性的。相對線性軌道可為平行的或可經配置為會聚的或發散的。在主伸展區內，軌道為大致發散的。
在伸展裝置的所有區域內，軌道可使用視情況可耦合在一起的一系列線性或曲線區段來形成。作為一替代或在特定區域或多組區域中，軌道可形成為單一連續構造。在至少一些實施例中，主伸展區中的軌道耦合至先前區域的軌道，但亦可與其分離。在隨後的後處理或移除區域中的軌道1140、1141通常與主伸展區內的軌道分離，如圖5所說明。在一些實施例中，軌道區段的一或多個的位置且較佳地所有軌道區段的位置可調節(例如，可繞軸樞轉)以使(若需要)軌道的整個形狀可調節。亦可使用連續軌道穿過每一該等區域。
一般而言，藉由夾緊部件固持穿過主伸展區的光學體部分被移除。為在大體上整個拉伸歷程中維持大體上單軸拉伸(如圖5所示)，在橫向伸展結束時，快速發散的邊緣部分156較佳在切割點158自經伸展的光學體148切斷。可在158處進行切割且溢邊或者不可用部分156可丟棄。
可連續自一連續夾緊機構釋放邊緣；然而，應較佳進行自諸如拉幅夾子之離散夾緊機構的釋放以便立刻釋放在任何給定夾子下的所有材料。此離散釋放機構可造成由拉伸腹板(drawing web)上游感測到的應力的較大干擾。為了幫助分離引出裝置(takeaway device)之作用，較佳在該裝置中使用連續邊緣分離機構，例如邊緣自熱拉伸薄膜的中央部分的"熱"切割。
切割位置較佳地位於足夠靠近"夾緊線"處(例如，由引出系統的夾緊部件首先有效接觸的分離引出點)，以最小化或減小該點上游的應力干擾。若在由引出系統夾緊薄膜之前切割薄膜，則(例如)由於薄膜沿TD"迅速回復"，可導致不穩定引出。因此，薄膜較佳地在夾緊線處或者夾緊線下游切割。切割為一破裂過程且同樣地在空間位置上通常有較小但自然的變化。因此，可較佳在夾緊線的稍下游切割以防止切割中在夾緊線的上游出現任何暫時變化(temporal variation)。若薄膜大體上自夾緊線的下游切割，則在引出與邊界軌跡之間的薄膜將繼續沿TD伸展。由於現僅薄膜的此部分被拉伸，所以其現以相對於邊界軌跡增大的拉伸比拉伸，形成可向上游傳播的進一步應力干擾，例如，向上游傳播的不合需要的加工方向張力級別。
該切割較佳可移動且可再定位以使得其可隨著適應可變的最終橫向拉伸比或調節引出系統位置所需的引出位置的改變而變化。此類型切割系統的一優勢在於可簡單地藉由(較佳沿MD)移動引出切割點158來調節拉伸比同時維持拉伸概況。可使用多種切割技術，包括熱剃刀、熱金屬絲、雷射器、強IR輻射的聚焦束或熱空氣的聚焦噴射。
圖5所示的裝置視情況可包括後處理區136。舉例而言，可在區域148中設定光學體且在區域150中淬火光學體。一引出系統可用於自主伸展區134移除光學體。在所說明的實施例中，此引出系統獨立於軌道(意即與軌道分離或不直接連接至軌道)，在該等軌道上穿過主伸展區傳送薄膜。引出系統可使用任何薄膜傳送結構，諸如帶有例如相對的帶組或拉幅夾子組之夾緊部件的軌道1140、1141。
在一些實施例中，TD收縮控制可使用相對於彼此成角度的軌道1140、1141而完成。舉例而言，引出系統的軌道可經定位以遵循一緩慢會聚的路徑(形成不大於約5°的角)穿過後處理區的至少一部分以允許薄膜隨著冷卻TD收縮。在其他實施例中，兩個相對軌道在通常為不大於約3°的角度下可為發散的，雖然在一些實施例中可使用更寬的角度。此可適用於增加薄膜在主伸展區的MD張力以(例如)減小性質不勻一性，諸如薄膜間折射率的主軸變化。
在一些例示性實施例中，在薄膜傳送穿過主伸展區的軌道164時，引出系統的中心線相對於薄膜的中心線成角度。成角度的引出系統、主伸展區或二者可適用於提供薄膜，其中該薄膜性質的該或該等主軸，諸如折射率軸或撕裂軸(tear axis)，相對於薄膜成角度。在一些實施例中，引出系統與相對於主伸展區所成的角度可進行手動調節或使用電腦控制驅動器或其他控制機構或二者進行機械調節。
圖5的例示性過程亦可包括區域138內的移除部分。視情況捲筒165可用於使經伸展的薄膜152前移，但若需要，此組件可省略。可進行另一切割160且可丟棄未使用部分161。離開引出系統的薄膜通常卷於捲筒上以備稍後使用。或者，在引出之後可發生直接轉化。
由相對軌道界定的路徑影響薄膜在MD、TD及ND方向的伸展。伸展(或拉伸)轉換可描述為一組拉伸比：加工方向拉伸比(MDDR)、橫向方向拉伸比(TDDR)及法線方向拉伸比(NDDR)。當相對於薄膜測定時，特定拉伸比通常被定義為薄膜在所要方向(例如，TD、MD或ND)的當前大小(例如長度、寬度或厚度)與薄膜在相同方向的初始大小(例如長度、寬度或厚度)之比。在伸展過程中的任何給定點，TDDR對應於邊界軌跡的當前分離距離L與該等邊界軌跡在伸展開始時的初始分離距離L0 之比。換言之，TDDR＝L/L0＝λ。TDDR的一些適用值包括約1.5至約7或更高。TDDR的例示性適用值包括約2、4、5及6。TDDR的其他例示性適用值在以下範圍中：約4至約20、約4至約12、約4至約20、約4至約8及約12至約20。
如美國申請公開案第2002/0190406號、第2002/0180107號、第2004/0099992號及第2004/0099993號所解釋，假定材料的密度不變，則大體單軸拉伸條件及在橫向方向尺寸的增加，導致TDDR、MDDR及NDDR分別接近λ、(λ)－ 1 / 2 、及(λ)－ 1 / 2 。一完美單軸定向的薄膜為一種其中在整個拉伸中MDDR＝(NDDR)－ 1 / 2 ＝(TDDR)－ 1 / 2 的薄膜。
單軸特徵程度(extent of uniaxial character)的一有用量測值U可定義為： 對於完美單軸拉伸，U在整個拉伸中為1。當U小於1時，拉伸條件被認為"亞單軸(subuniaxial)"。當U大於1時，拉伸條件被認為"超單軸(super－uniaxial)"。大於一的U狀態表示過於鬆弛(over－relaxing)的各種級別。此等過於鬆弛的狀態產生自邊界邊緣的MD壓縮。對於密度變化可修改U以根據下式得到Uf ：
在一些例示性實施例中，薄膜在平面內(意即邊界軌跡與軌道共面)拉伸，諸如圖5所示，但非共平面伸展軌跡亦在本發明之範疇之內。藉由平面內邊界軌跡，完美單軸定向的結果為一對遠離平面內MD中心線發散的鏡面對稱平面內抛物線軌跡。
可在整個拉伸歷程中維持單軸拉伸，只要中心點的速度在沿中心跡線的每一點自初始速度減小，減小的倍數剛好為相對邊界軌跡上的相應相對點之間量測的瞬時TDDR的倒數的平方根。
各種因素可影響達成單軸定向的能力，包括(例如)聚合薄膜的非均一厚度、聚合薄膜在伸展期間的非均一加熱及(例如)來自裝置之下腹板區域的額外張力(例如加工方向張力)的施加。然而，在許多情況下，無需達成完美的單軸定向。在本發明的一些例示性實施例中，任何大於0的U值皆為適用的。實情為，可定義在整個拉伸中或拉伸的一特定部分期間所維持的最小或臨限U值或平均U值。舉例而言，在一些例示性實施例中，可接受的最小/臨限或平均U值按照需要或如特定應用所需可為0.2、0.5、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9或0.95。當選定一具體U值時，上述方程式提供MDDR與TDDR之間的具體關係，當結合其他相關考慮時，其指定一更寬種類的邊界軌跡，該邊界軌跡亦包括U接近一的抛物線軌跡。在拉伸的至少一最終部分展示U值低於一的軌跡在本文中稱作亞抛物線軌跡。
上文所述的軌跡種類為說明性且不應理解為限制性。許多軌跡種類被認為在本發明之範疇內。主伸展區可含有兩個或兩個以上具有不同伸展條件的不同區域。舉例而言，可自第一類軌跡選擇一軌跡用於初始伸展區且可自相同的第一類軌跡或自不同類的軌跡選擇另一軌跡用於隨後伸展區的每一者。
儘管本發明包涵包含最小U值大於0的所有邊界軌跡，但本發明的典型實施例包括包含約0.2、約0.5、較佳約0.7、更佳約0.75、仍更佳約0.8且甚佳約0.85之最小U值的所有大體上單軸的邊界軌跡。最小U限制可應用於由較佳為約2.5、仍更佳為約2.0且更佳為約1.5的臨界TDDR所界定的拉伸的最終一部分。在一些實施例中，臨界TDDR可為4、5或更大。超過臨界TDDR，某些材料，例如包含可定向與雙折射聚酯之整體或多層薄膜可例如由於諸如應變引發結晶之結構的形成而開始失去其彈性或迅速回復的能力。
作為可接受的大體上單軸應用的一個實例，當TD為主單軸拉伸方向時，MD與ND折射率之差強烈衝擊反射偏光片的斜角特徵。在一些應用中，MD與ND之折射率差為0.08是可接受的。在其他應用中，0.04的差為可接受的。在更為嚴格的應用中，較佳為0.02或更小的差。舉例而言，在許多狀況下，對於單軸橫向拉伸的薄膜而言，單軸特徵範圍為0.85在633 nm下足以向含有聚萘二甲酸乙二酯(PEN)或PEN之共聚物的聚酯系統中提供MD與ND方向之間為0.02或更小的折射率差。對於一些聚酯系統(諸如聚對苯二甲酸乙二酯(PET))而言，由於未大體單軸拉伸的薄膜內的較低的固有折射率差，0.80或甚至0.75之較低U值為可接受的。
對於亞單軸拉伸而言，真正單軸特徵的最終範圍可由以下方程式用於評估y(MD)與z(ND)方向之間折射率匹配的程度：△ny z ＝△ny z (U＝0)×(1－U)
其中，△ny z 為對於值U的MD方向(意即y方向)與ND方向(意即z方向)之折射率之間的差且除MDDR在整個拉伸中保持為一之外，△ny z (U＝0)為同樣拉伸的薄膜內的折射率差。已發現此關係對於多種光學膜中所使用的聚酯系統(包括PEN、PET及PEN或PET的共聚物)是合理預測的。在此等聚酯系統中，△ny z (U＝0)通常為差△nx y (U＝0)的一半或更大，△nx y (U＝0)為兩個平面內方向MD(y軸)與TD(x軸)之間的折射率差。△nx y (U＝0)的典型值的範圍在633 nm下高達約0.26。△ny z (U＝0)的典型值的範圍在633 nm下高達約0.15。舉例而言，90/10 coPEN，意即包含約90%類似PEN的重複單元與10%類似PET的重複單元的共聚酯，在633 nm下於高延伸下具有大約為0.14的典型值。根據本發明之方法製造含有此90/10 coPEN的薄膜，如由在633 nm以對應△ny z 值0.02、0.01及0.003的實際薄膜拉伸比量測，此90/10 coPEN的U值為0.75、0.88及0.97。
當U在拉伸時期結束時為亞單軸時，可利用多種其他邊界軌跡。詳言之，適用邊界軌跡包括共面軌跡，其中在達成2.5之TDDR之後，伸展最終部分的TDDR至少為5，U至少為0.7，且在伸展結束時U小於1。其他適用的軌跡包括共面與不共面軌跡，其中在達成2.5之TDDR之後，伸展最終部分的TDDR至少為7，U至少為0.7，且在伸展結束時U小於1。適用軌跡亦包括共面與不共面軌跡，其中在達成2.5之TDDR之後，伸展最終部分的TDDR至少為6.5，U至少為0.8，且在伸展結束時U小於1。適用軌跡包括共面與不共面軌跡，其中在達成2.5之TDDR之後，伸展最終部分的TDDR至少為6，U至少為0.9，且在伸展結束時U小於1。適用軌跡亦包括共面與不共面軌跡，其中在達成2.5之TDDR之後，伸展最終部分的TDDR至少為7且U至少為0.85。
一般而言，可使用各種方法來形成及加工本發明之光學體，該等方法可包括擠壓摻合、共擠壓、薄膜澆鑄與淬火、層壓與定向，諸如單軸與雙軸(平衡或不平衡)伸展。如上文所述，光學體可採取各種組態，且因此該等方法取決於該最終光學體的組態及所要性質而改變。
因此，本發明提供包括可剝除邊界層之光學體及製造該等光學體之方法，該等方法能夠顯著提高生產能力及降低勞動成本，因為可同時伸展至少兩倍多的產品。其亦可減小轉換成本，因為每一轉化件(converted piece)將產生該薄膜產品的至少兩個部分。在運輸與處理期間可保持所得光學體完整直至用戶準備使用該等薄膜。此允許該光學膜之一或多個表面受鄰近邊界層保護。
儘管已參考本文中具體描述的例示性實施例來描述了本發明，但熟習此項技術者應瞭解在不偏離本發明之精神與範疇的情況下可做出許多形式與細節的修改。
10．．．光學體
12．．．第一光學層
14．．．第二光學層
16．．．外表層
18．．．可剝除邊界層
20．．．第一光學膜
30．．．第二光學膜
40．．．光學體
47．．．連續相
48．．．可剝除邊界層
49．．．分散相
50．．．第一光學膜
50a．．．下陷
60．．．第二光學膜
60a．．．下陷
70．．．光學體
75．．．平滑的可剝除邊界層
77．．．連續相
78．．．可剝除邊界層
79．．．分散相
80．．．第一光學膜
90．．．第二光學膜
130．．．區域
132．．．預處理區
134．．．主伸展區
136．．．後處理區
138．．．區域
140．．．光學體
142．．．預熱區
144．．．均熱區
148．．．光學體
150．．．區域
152．．．薄膜
154．．．烘箱
156．．．邊緣部分
158．．．切割點
160．．．切割
161．．．未使用部分
162．．．捲筒
164．．．軌道
165．．．捲筒
200．．．光學體
240．．．初始組態
260．．．最終組態
1140．．．軌道
1141．．．軌道
圖1為根據本發明之一例示性實施例構造的光學體的示意性部分橫截面圖；圖2為根據本發明之另一例示性實施例構造的光學體的示意性部分橫截面圖；圖3為根據本發明之又一例示性實施例構造的光學體的示意性部分橫截面圖；圖4說明單軸伸展一光學體；及圖5為可用於加工根據本發明之光學體的裝置的示意性俯視圖。
10．．．光學體
12．．．第一光學層
14．．．第二光學層
16．．．外表層
18．．．可剝除邊界層
20．．．第一光學膜
30．．．第二光學膜

Claims (28)

  1. 一種光學體，其包含第一光學膜、第二光學膜及一或多個安置於該第一與第二光學膜之間以使得一可剝除邊界層之每一主表面皆鄰近於一光學膜或另一可剝除邊界層安置的可剝除邊界層，其中該第一與第二光學膜之至少一者包含一反射偏光片。
  2. 如請求項1之光學體，其中該反射偏光片為包含分散聚合相及連續聚合相的漫反射偏光片。
  3. 如請求項2之光學體，其中該反射偏光片具有不大於1 mil的厚度。
  4. 如請求項2之光學體，其中該分散相或連續相之至少一者具有至少為0.1的平面內雙折射率。
  5. 如請求項1之光學體，其進一步包含第三光學膜及至少一安置於該第三光學膜與該第二光學膜之間之額外的可剝除邊界層。
  6. 如請求項1之光學體，其中該反射偏光片為包含複數個第一與第二光學層的多層反射偏光片。
  7. 如請求項6之光學體，其中該反射偏光片具有不多於275個光學層。
  8. 如請求項6之光學體，其中該第一與第二光學層之至少一者具有至少為0.1的平面內雙折射率。
  9. 如請求項1之光學體，其中一可剝除邊界層包含以下各物質之至少一者：氟聚合物、聚丙烯、改質聚丙烯、脂族聚烯烴、聚乙烯、聚乙烯共聚物、聚甲基戊烯、環烯烴共聚物、間規聚合物、非規乙烯基芳族聚合物、聚苯乙烯、及苯乙烯之共聚物。
  10. 如請求項1之光學體，其進一步包含至少一外表層。
  11. 一種加工一光學體之方法，其包含：提供一光學體，該光學體包含第一光學膜、第二光學膜及至少一安置於該第一與第二光學膜之間之可剝除邊界層；將該光學體傳送於一伸展區中；當在一加工方向沿大致發散的路徑傳送該光學體之相對邊緣時，伸展該光學體以增加該光學體之橫向尺寸，其中在該伸展期間該等大致發散的路徑經組態及配置以提供接近下列關係的加工方向拉伸比(MDDR)、法線方向拉伸比(NDDR)及橫向方向拉伸比(TDDR)：MDDR＝NDDR＝(TDDR)－ 1 / 2 。
  12. 如請求項11之方法，其中該等發散路徑大體上為抛物線。
  13. 如請求項11之方法，其中該等發散路徑為大體上抛物線路徑之線性近似路徑。
  14. 如請求項11之方法，其中該等發散路徑共面。
  15. 如請求項11之方法，其中在該經伸展的光學體中，該第一與第二光學膜之至少一者包含一反射偏光片。
  16. 如請求項11之方法，其中伸展該薄膜包含將該光學體伸展至超過四倍的拉伸比。
  17. 如請求項11之方法，其中該伸展步驟包含沿大體上關於該光學體之一中心軸對稱的發散路徑移動該等相對邊緣部分。
  18. 如請求項11之方法，其進一步包含以一連續方式自一卷薄膜提供該光學體至伸展機。
  19. 如請求項11之方法，其進一步包含共擠壓該光學體，該共擠壓與伸展成一直線。
  20. 如請求項19之方法，其中共擠壓該光學體包含倍增作用且在倍增作用之前添加該至少一邊界層。
  21. 如請求項11之方法，其中該經伸展之薄膜包含至少一種材料，其中在對應於該加工方向之一長度方向上的折射率與一厚度方向上的折射率大體上相同但與一寬度方向上的折射率顯著不同。
  22. 如請求項11之方法，其中單軸特徵程度(extent of uniaxial character)U的最小值至少為0.7，其中U被定義為：U＝(1/MDDR－1)/(TDDR1 / 2 －1)。
  23. 一種加工一光學體之方法，該方法包含：提供一光學體，該光學體包含第一光學膜、第二光學膜及至少一安置於該第一與第二光學膜之間之可剝除邊界層；當固持該光學體之相對邊緣部分時，在一伸展機內沿一加工方向傳送該光學體；及藉由沿發散非線性路徑移動該等相對邊緣部分將該光學體在該伸展機內伸展至超過四倍的拉伸比，其中在該伸展期間，如在該等發散路徑之間量測，在達成2.5之TDDR之後，該伸展之最終部分的單軸特徵程度U的最小值至少為0.7且在該伸展結束時U小於1，其中U被定義為：U＝(1/MDDR－1)/(TDDR1 / 2 －1)其中MDDR為加工方向拉伸比且TDDR為橫向方向拉伸比。
  24. 如請求項23之方法，其中該單軸特徵程度的最小值至少為0.8。
  25. 如請求項23之方法，其中在達成2.0之TDDR之後，該伸展之最終部分的單軸特徵程度U至少為0.8。
  26. 如請求項23之方法，其中該第一與第二光學膜之至少一者包含一具有複數個不同聚合組成之交替層的多層薄膜。
  27. 一種加工一光學體之方法，該方法包含：提供一光學體，該光學體包含第一光學膜、第二光學膜及至少一安置於該第一與第二光學膜之間之可剝除邊界層；當固持該光學體之相對邊緣部分時，在伸展機內沿一加工方向傳送該光學體；及藉由沿發散非線性路徑移動該等相對邊緣部分在該伸展機內伸展該光學體，其中在該光學體之伸展期間，該薄膜沿該加工方向的速度減小約λ1 / 2 倍，其中λ為橫向拉伸比。
  28. 如請求項27之方法，其中該第一與第二光學膜之至少一者包含一具有複數個不同聚合組成之交替層的多層薄膜。
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