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実質的に非晶質のナノコンポジット連続相を有する拡散反射偏光子を製造する方法
説明

実質的に非晶質のナノコンポジット連続相を有する拡散反射偏光子を製造する方法

【課題】光学特性と安定性を改良した拡散反射偏光子の製造方法を提供する。
【解決手段】第1のポリマーは0.02未満の複屈折を有し、実質的に非晶質のナノコンポジット材料であってメジャー相14であり、第2のポリマーは分散マイナー相12であり、電磁放射線の1つの偏光状態のための第1の軸に沿って、拡散反射率R1d、正反射率R1s、全反射率R1t、拡散透過率T1d、正透過率T1s、および全透過率T1tを示し、前記第1の軸に直交する第2の軸に沿って、拡散反射率R2d、正反射率R2s、全反射率R2t、拡散透過率T2d、正透過率T2s、および全透過率T2tを示し、式:(1)R1dはR1sよりも大きい;かつ(2)T2t/(1−0.5(R1t+R2t))>1.35を満足するように選択される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、第1のポリマー、その中に分散した第2のポリマーを有する膜を含み、前記第1のポリマーが実質的に非晶質なナノコンポジットであってかつほぼ等方性の材料である拡散反射偏光子(diffusely reflecting polarizer)を製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
反射偏光膜は1つの偏光の光を伝達し、直交偏光の光を反射する。これはLCDにおいて光効率を増大させるのに有用である。反射偏光膜の機能を達成するために様々な膜が開示されてきており、その中でも拡散反射偏光子はLCDにディフューザーを必要としなくてよく、このためLCDの複雑さを低減するのでより魅力的である。米国特許第5,783,120号は、第1の連続相(本明細書においては、メジャー相(すなわち、ブレンドの50重量%超を構成する)とも称される)および第2の分散相(本明細書においてはマイナー相(すなわち、ブレンドの50重量%未満を構成する)とも称される)を有し、この第1の相が少なくとも0.05の複屈折を有する、非混和性ブレンドを含む膜を含む拡散反射偏光膜を教示する。この膜は、典型的には延伸によって、1以上の方向に配向される。分散相粒子のサイズおよび形状、分散相の体積分率、膜厚さおよび配向の量は、得られる膜における所望の波長の電磁放射線の、所望の程度の全透過率および拡散反射を達成するように選択される。表1〜表4に示される124例中で、例番号6、8、10、42−49を除くそのほとんどはメジャーおよび複屈折相としてポリエチレンナフタラート(PEN)を、およびマイナー相としてポリメタクリル酸メチル(PMMA)(例1)またはシンジオタクチックポリスチレン(sPS)(他の例)を含み、例番号6、8、10、42−49ではPENがマイナー相であり、sPSがメジャー相である。これら124例の全てにおいては、メジャー相は半結晶質ポリマーを含む。
【0003】
表1における例6、8および10は全透過率および反射率は満足できるものではなかったことを示した。FOM=Tperp/(1−0.5(Rperp+Rpara))として特定される性能指数(FOM)は1.27より小さかった。表2における例42−49はこの透過率および反射率データを有しておらず、かつ全く論じられていなかった。
【表1】

(米国特許第5,783,120号の表1)
【0004】
異なる性質を有する無機含有物で満たされた膜は、独特の光透過および反射特性を提供しうる。しかし、無機含有物で満たされたポリマーから製造された光学膜は様々な問題に悩まされる。典型的には、無機粒子とポリマーマトリックスとの間の接着が弱い。その結果、応力または歪みがマトリックスを横切って適用される場合には、このマトリックスと含有物との間の結合が破壊され、かつこの剛性の無機含有物が粉砕されうるので、この膜の光学特性は低下する。さらに、無機含有物の配置は、製造を複雑にするプロセス工程および考慮事項を必要とする。
【0005】
他の膜は、光調節液晶液滴が分散した透明光透過性連続ポリマーマトリックスからなる。この材料の延伸は伝えられるところによると、結果的に、球から、引き延ばしの方向と平行な楕円の長軸を有する楕円体形状への液晶液滴の歪みをもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許第5,783,120号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従来技術の制限を回避する、連続相および分散相を有する膜を含む改良された拡散反射偏光子についての必要性が存在している。この改良された反射偏光子は比較的安価な材料であってかつ曇りを小さくするために非晶質であり、結晶質もしくは半結晶質ではないメジャー相を有すべきであり、その結果、この材料の三次元軸に沿ったこの2つの相間の屈折率不適合は簡単にかつ恒久的に操作されて、所望の程度の拡散および鏡面反射および透過を達成することができる。この膜は応力、歪み、温度差、水分、電場および磁場に対して望ましく安定でもあり、かつその膜は有意でない水準の虹色を有する。よって、メジャー相および分散マイナー相を有する膜を含み、メジャー相が既知の反射偏光子の制限を回避するように制御可能な屈折率を有する改良された拡散反射偏光子についての必要性が存在している。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、カオス的(chaotic)ミキサーおよびシーティングダイを通して第1のおよび第2のポリマーを共押出して、所望のブレンド形態のキャストシートを生じさせる工程、並びに前記キャストシートを延伸して複合体膜を生じさせる工程を含む拡散反射偏光子を製造する方法であって;
前記複合体膜は第1のポリマーおよび第2のポリマーを含み;前記第1のポリマーは0.02未満の複屈折を有し、実質的に非晶質のナノコンポジット材料であって、かつメジャー相であり;前記第2のポリマーは分散マイナー相であり;一緒になった前記第1のポリマーおよび第2のポリマーは、電磁放射線の1つの偏光状態のための第1の軸に沿って、拡散反射率R1d、正反射率R1s、全反射率R1t、拡散透過率T1d、正透過率T1s、および全透過率T1tを示し、電磁放射線の別の偏光状態のための第2の軸に沿って、拡散反射率R2d、正反射率R2s、全反射率R2t、拡散透過率T2d、正透過率T2s、および全透過率T2tを示し;前記第1の軸および第2の軸は直交しており;当該方法についての組成、カオス的混合、延伸温度、延伸倍率、並びに前記第1のおよび第2のポリマーのTgおよび屈折率のパラメーターが式:
(1) R1dはR1sよりも大きい;かつ
(2) T2t/(1−0.5(R1t+R2t))>1.35
を満足するように選択される;
拡散反射偏光子を製造する方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】図1は、本発明に従って製造された拡散反射偏光子を図示する概略透視図であって、この図においては、偏光子はコア層を有し、このコア層は、高度に複屈折である分散マイナー相と、ほぼまたは完全に光学的等方性であるメジャー相とを含み、このコア層は2つの外側(保護)層の間に配置されている。
【図2】図2は第1のポリマーナノコンポジットメジャー相と、その中に分散した第2のポリマーマイナー相とを含み、ナノコンポジットメジャー相が連続非晶質相とその中に分散したナノスケールドメインとを含む、拡散反射偏光子層の概略断面図である。
【図3】図3は、2つの保護層が除去されている、図1に示された拡散反射偏光子を図示する概略透視図である。
【図4】図4は、メジャー相材料でも分散マイナー相材料でもない材料から形成された2つの保護層を有する拡散反射偏光子を図示する概略透視図である。
【図5】図5は、連続フローカオス的ミキサーによって造られるプレートレット状ブレンド形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
定義:
用語「正反射率」Rとは、正反射角を中心とした周りの16度の頂角を有して現れる錐体への光線の反射率をいう。用語「拡散反射率」Rとは上記特定された正反射錐体の外側にある光線の反射率をいう。用語「全反射率」Rとは、表面からの全ての光の反射率を合わせたものをいう。よって、全反射は正反射および拡散反射の合計である。
【0011】
同様に、用語「正透過率(specular transmittance)」Tは、本明細書においては、正(specular)方向を中心とした周りの16度の頂角を有して現れる錐体への光線の透過率に関して使用される。用語「拡散透過率」Tは、本明細書においては、上記特定された正(specular)錐体の外側にある全ての光線の透過率に関して使用される。用語「全透過率」Tとは、光学体を通る全ての光の透過率をあわせたものをいう。よって、全透過は正透過および拡散透過の合計である。一般に、それぞれの拡散反射偏光子は、電磁放射線の1つの偏光状態についての第1の軸に沿った拡散反射率R1d、正反射率R1s、全反射率R1t、拡散透過率T1d、正透過率T1sおよび全透過率T1t、並びに電磁放射線の別の1つの偏光状態についての第2の軸に沿った拡散反射率R2d、正反射率R2s、全反射率R2t、拡散透過率T2d、正透過率T2sおよび全透過率T2tによって特徴づけられる。第1の軸および第2の軸は互いに直交しており、かつそれぞれは拡散反射偏光子の厚み方向に対して垂直である。一般性を失うことなしに、第1の軸に沿った全反射率が第2の軸に沿ったものよりも大きくなる(すなわち、R1t>R2t)ように、および第1の軸に沿った全透過率が第2の軸に沿ったものよりも小さくなる(すなわち、T1t<T2t)ように、第1の軸および第2の軸は選択される。
【0012】
拡散反射率、正反射率、全反射率、拡散透過率、正透過率、全透過率は、本明細書において使用される場合、一般的に、米国特許第5,783,120号において定義されるのと同じ意味を有する。
【0013】
性能指数(Figure of Merit;FOM)
本発明に従って製造された拡散反射偏光子は全て、
1d>R1s 式(I)
FOM≡T2t/(1−0.5(R1t+R2t))>1.35 式(2)
を満足する。
【0014】
式(1)は、本発明の反射偏光子は、反射においては、正反射性よりも拡散反射性であることを示す。ワイヤグリッド偏光子(例えば、ユタ州、オレムのMoxtek,Inc.,から入手可能なもの)、複数層干渉ベースの偏光子、例えば、ミネソタ州、セントポールの3Mによって製造される、ビキュイティ(Vikuiti商標)二重輝度上昇フィルム、またはコレステリック液晶ベースの反射偏光子は、拡散性よりも鏡面性(specular)であることに留意されるべきである。
【0015】
式(2)は拡散反射偏光子についての性能指数を定義する。この式は、その性能指数FOMが1.35より大きい場合に、ある膜が拡散偏光子として定義されることを示す。偏光リサイクリングのために、重要なのは全反射率および全透過率であり、よって、様々な反射偏光子をランク付けする目的のためにFOMを計算するために、全反射率および全透過率だけが使用される。この性能指数は反射偏光子およびLCDにおいて使用される背面偏光子のような吸収偏光子の全光スループットを説明し、そして、拡散リフレクタまたはその等価物を用いて光リサイクリングがもたらされるLCDシステムに適用する、式(1)
【数1】

と本質的に同じである。Rはリサイクリング反射膜の反射率、または各光リサイクリングに関連する効率を説明することに留意されたい。理想の場合には、Rは1に等しく、このことは、光リサイクリングにおいて光の損失がないことを意味する。Rが1未満の場合には、光リサイクリング径路において幾分かの光の損失がある。他の形態の性能指数が使用されうるが、反射偏光子の相対的なランキングは同じままであることにも留意されたい。反射偏光子の性能を定量化しランク付けする目的のために、FOM≡T2t/(1−0.5(R1t+R2t))が本出願において使用されうる。減光比(extinction ratio)T2t/T1tまたはR1t/R2tは反射偏光子を説明するのに適切であるとは限らない、というのは、より高いT2t/T1tまたはR1t/R2tを有する反射偏光子は、より低い減光比を有するものよりも良好に必ずしも機能するとは限らないからである。理想的な従来の吸収偏光子については、T2t=1、R1t=R2t=0、よってFOM=1である。理想的な反射偏光子については、T2t=1、R1t=1、およびR2t=0、よってFOM=2である。メジャー相としてsPSを有する米国特許第5,783,120号の例番号6、8、10に開示されるような拡散反射偏光子はFOM<1.27を有していたが、これは満足できるものではなかった。
【0016】
第1のおよび第2のポリマーの光学特性を調節することにより、本発明に従う拡散反射偏光子は1.35より大きい、より好ましくは1.5より大きいFOM値を有することができた。米国特許第5,783,120号に開示される様ないくつかの拡散反射偏光子は1.35より大きいFOMを有していたが、それらは0.05より大きい複屈折のメジャー相とより小さな複屈折の分散相とから構成されていた。
【0017】
非晶質および半結晶質ポリマー
そのガラス転移温度(T)未満からT+300℃までの範囲の温度にわたる示差走査熱量測定(DSC)試験中に結晶化(発熱)または溶融(吸熱)ピークを生じさせないポリマーは非晶質であると称される。逆に、DSC試験中にこのようなピークが記録される場合には、そのポリマー材料は半結晶質である。このDSC試験は当業者に周知である。
【0018】
実質的に非晶質のナノコンポジット材料
本出願全体にわたって、実質的に非晶質のナノコンポジット材料とは、少なくとも連続非晶質相(上で定義された)と少なくとも1つの追加の相とを含む二相もしくは多相非晶質材料をいい、この追加の相は連続非晶質相内の小さなドメインに分散されており、これらドメインがこの材料を通る光の散乱に寄与せず、その材料の効果的な光学的特性(屈折率および複屈折)を調節するために使用されうるように、このドメインは少なくとも1つの寸法が光の波長よりも小さい特徴的な寸法を有し、すなわち、ナノスケールドメインである。このナノスケール分散した材料は非晶質もしくは結晶質で、有機もしくは無機でありうる。これらドメインは球状もしくは非球状形態でもありうる。
【0019】
本発明においては、半結晶質ポリマーは、高温での延伸の際に熱的に結晶化し、それにより望ましくない水準の曇りを生じさせるその特性のせいで、拡散反射膜のメジャー相における使用のために充分に好適ではない。この問題は、メジャー相における非晶質ポリマーの使用が提案された「440」特許において克服された。しかし、「440」特許とは異なり、本発明におけるメジャー相は、純粋な非晶質の材料ではなく実質的に非晶質のナノコンポジット材料を含む。このアプローチは、散乱による光透過率の喪失なしに、拡散反射膜におけるメジャー相の光学特性のより良好な制御を可能にする。
【0020】
非混和性で適合性のポリマーブレンド
溶融状態で一緒に混合されるときに熱力学的に非適合性であるポリマーは非混和性であると称される。このようなポリマーは粗い形態を有する区別できる相に分離し、不均一なブレンドを作り出し、それぞれの相はポリマー成分の区別できる特徴を維持し、相間での劣った接着性を示す。一方、適合性のブレンドは、微細な相形態およびこのブレンドを構成するポリマー間の良好な接着性を示す。
【0021】
メジャー、マイナー、連続、離散、および分散相
メジャーおよびマイナー相は混合物中で熱力学的に別個の相であって、これらの相は異なる重量分率を有する。メジャー相は50%を超える重量分率を有し、一方でマイナー相は50%未満の重量分率を有する。同様に、混合物中で連続相は50%を超える体積分率を有する熱力学的に別個の相であって、混合物中の離散相は50%未満の体積分率を有する熱力学的に別個の相である。分散相はマイナー相もしくは50%未満の体積分率を有する相である。
【0022】
複屈折、弱い複屈折、およびほぼ光学等方性
量(nx−ny)は面内複屈折「Δnin」と称され、ここでnxおよびnyは方向xおよびyにおける屈折率であり;xはx−y面における最大屈折率の方向として採用され、y方向はそれに対して垂直にとられ;このx−y面はこの層の表面に対して平行であり;dはz方向でのこの層の厚みである。Δninの値は典型的には、波長λ=550nmで与えられる。
【0023】
量[nz−(nx+ny)/2]は面外複屈折「Δnth」と称され、ここでnzはz方向における屈折率である。nz>(nx+ny)/2の場合には、Δnthは正(正の複屈折)であり、nz<(nx+ny)/2の場合には、Δnthは負(負の複屈折)である。Δnthの値は典型的には、λ=550nmで与えられる。
【0024】
本明細書において使用される場合、「ほぼ光学等方性」または「弱い複屈折」とは延伸後、その材料が0.02未満の複屈折を有することを意味する。
【0025】
本発明は、ほぼ等方性であるメジャー相を形成している実質的に非晶質のナノコンポジット材料である第1のポリマーと、マイナー相を形成している第2のポリマーとを含む拡散反射偏光子に関し、並びにこの拡散反射偏光子を製造する方法が本明細書において以下におよび図面を参照して記載される。本発明の拡散反射偏光子はLCDのようなディスプレイ装置に効果的に使用され、光効率を増大させる。
【0026】
ここで、図1および2を参照すると、本発明の拡散反射偏光子30は膜10を含み、この膜は、メジャー相である第1のポリマー相14と、当該第1のポリマーメジャー相内に分散した第2のポリマー相12とを有する非混和性ブレンドを含み;前記第1のポリマーは実質的に非晶質のナノコンポジット材料であって、かつ約0.02未満の複屈折を有する。前記第1のポリマーメジャー相14は非晶質連続相15と、この連続相15内でナノスケールドメイン16に分散させられた追加の相とをさらに含むナノコンポジットである。この分散したドメイン16はこれらドメインが第1のポリマーメジャー相14を通過する光の散乱に寄与しないように、少なくとも1つの寸法が光の波長よりも小さい特徴的な寸法を有する。しかし、それらは第1のポリマーメジャー相14の有効屈折率を調節することができる。図2においては、これらドメインはスケール通りに描かれていない。第2のポリマーは典型的には、排他的ではないが、半結晶質であり、当該分散したマイナー相12と前記メジャー相14との屈折率の違いが、第1の軸に沿って約0.05より大きく、および前記第1の軸に対して直交する第2の軸に沿って約0.05より小さく;一緒になった前記第1の相および第2の相の、電磁放射線の少なくとも1つの偏光状態について少なくとも1つの軸に沿った拡散反射率は、少なくとも約50%である。一般に、ナノスケールドメイン16のサイズは少なくとも1つの寸法においてマイナー相12よりも少なくとも10倍小さい。
【0027】
場合によっては、拡散反射偏光子30は追加の層(保護層または「表面」層20Aおよび20Bが、例えば、図1において例示されている)を含むことができ、これら追加の層は、複数相複合体膜の延伸を容易にするために、または反射偏光子の1以上の物理的、化学的もしくは熱的特性を向上させるために、またはコア層の物理的保護を提供するために使用されうる。
【0028】
メジャー相の濃度は、膜10中の全材料の少なくとも51重量%であるが、一方、分散マイナー相の濃度は膜10中の全材料の50重量%未満である。好ましくは、メジャー相は少なくとも60重量%であり、分散マイナー相は40重量%未満である。
【0029】
第1のポリマーメジャー相は、分散したナノスケールドメインに加えて、単一種のポリマーまたは2種以上の混和性ポリマーを含むことができる。分散マイナー相である第2のポリマー相は単一種のポリマーまたは2種以上の混和性ポリマーを含むこともできる。典型的には、この2相のそれぞれは単一種のポリマーのみを含む。しかし、溶融粘度、T、物理的特性、熱的特性、屈折率などの様々な特性を最適化しまたは変更するために、2種以上の混和性ポリマーのブレンドがどちらの相においても効果的に使用されることができる。
【0030】
メジャー相を構成する1種以上のポリマーは実質的に非晶質のナノコンポジットで、透過性で、かつ弱い複屈折である。分散マイナー相を構成する1種以上のポリマーは透過性でかつ高度に複屈折であるが、典型的には、排他的ではないが、半結晶質である。第1のポリマーにおける低い複屈折値は、非常に低い応力−光学係数を有するポリマーを選択することにより、マトリックスの応力−光学係数を低下させるナノスケール材料を分散させることにより、および/またはメジャー相を構成するポリマーのガラス転移温度を充分上回る温度(T)、T>Tg,1+30℃(Tg,1はメジャー相のガラス転移温度である)で膜を延伸することにより達成され、その結果、延伸後この材料が固化する場合に、面内複屈折の水準を0.02未満、好ましくは0.01未満、より好ましくは0.005未満まで低下させるのに充分に、分子配向が緩和させられうる。実質的に非晶質のナノコンポジットメジャー相において使用するためのポリマーの例には、アニオン重合されたビニル芳香族−共役ジエンブロックコポリマーを、多孔質シリカ担持金属不均質触媒を用いて、実質的に完全に水素化することにより製造される環式ブロックコポリマー(CBC)が挙げられる。
【0031】
ビニル芳香族/共役ジエンブロックコポリマーは、水素化の前に、公知の何らかの構造、例えば、区別できるブロック、テーパードブロックおよびラジアルブロックなどを有することができる。交互のビニル芳香族ブロックと共役ジエンブロックとを含む区別できるブロック構造は、特にこのようなブロック構造がトリブロックコポリマーまたはペンタブロックコポリマーを生じさせ、それぞれの場合にビニル芳香族末端ブロックを有する場合には、好ましい結果を生じさせる。ペンタブロックコポリマーは特に好ましいブロックコポリマーを構成する。ビニル芳香族ブロックは、所望のように、同じまたは異なる分子量を有することができる。同様に、共役ジエンブロックは同じまたは異なる分子量を有することができる。
【0032】
典型的なビニル芳香族モノマーには、スチレン、アルファ−メチルスチレン、ビニルトルエンの全ての異性体(特にパラビニルトルエン)、エチルスチレンの全ての異性体、プロピルスチレン、ブチルスチレン、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン、ビニルアントラセンなど、またはこれらの混合物が挙げられる。ブロックコポリマーは、各ビニル芳香族ブロック中に1種以上の重合されたビニル芳香族モノマーを含むことができる。ビニル芳香族ブロックは好ましくはスチレンを含み、より好ましくは、本質的にスチレンからなり、さらにより好ましくはスチレンからなる。
【0033】
共役ジエンブロックは2つの共役二重結合を有するモノマーを含むことができる。例示であって、非限定的である、共役ジエンモノマーの例には、ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ペンタジエン、イソプレンまたはこれらの混合物が挙げられる。ビニル芳香族ブロックに関しては、ブロックコポリマーは1種(例えば、ブタジエンもしくはイソプレン)または1種より多く(例えば、ブタジエンとイソプレンとの両方)を含むことができる。ブロックコポリマー中の好ましい共役ジエンポリマーブロックは、水素化の前に、ポリブタジエンブロック、ポリイソプレンブロックまたは混合ポリブタジエン/ポリイソプレンブロックを含むことができる。ブロックコポリマーは、水素化の前に、1つのポリブタジエンブロックおよび1つのポリイソプレンブロックを含むことができるが、好ましい結果は、ポリブタジエン単独の複数ブロックまたはポリイソプレン単独の複数ブロックである複数の共役ジエンブロックを水素化の前に有するブロックコポリマーの使用により得られる。単独のジエンモノマーを好むことは主として製造を単純化することに端を発する。両方の場合において、ポリマー骨格へのジエン組み込みマイクロ構造は制御されて、実質的にまたは完全に非晶質であるCBCポリマーを達成することができる。
【0034】
各ビニル芳香族ブロックがスチレン(S)を含みかつ各共役ジエンブロックがブタジエン(B)またはイソプレン(I)を含む典型的に好ましいビニル芳香族/共役ジエンブロックコポリマーには、SBSおよびSISトリブロックコポリマー並びにSBSBSおよびSISISペンタブロックコポリマーが挙げられる。ブロックコポリマーはトリブロックコポリマーまたは、より好ましくは、ペンタブロックコポリマーであることができるが、ブロックコポリマーは1以上の追加のビニル芳香族ポリマーブロック、1以上の追加の共役ジエンポリマーブロックまたは1以上の追加のビニル芳香族ポリマーブロックと1以上の追加の共役ジエンポリマーブロックとの両方、またはスターブロックコポリマー(例えば、カップリングを介して生じさせられる)を有するマルチブロックであることができる。所望の場合には、2種のブロックコポリマーのブレンド(例えば、2種のトリブロックコポリマー、2種のペンタブロックコポリマーまたは1種のトリブロックコポリマーと1種のペンタブロックコポリマー)を使用することができる。2種の異なるジエンモノマーを単一ブロック内に使用することもでき、これは、例えば、SIBSとして示されうる構造を提供する。これら典型的な構造は、これに限定されないが、本発明の実施形態における第1のポリマーとして使用するのに好適であり得るブロックコポリマーを示す。
【0035】
「実質的に完全に水素化」とは、水素化前にビニル芳香族ブロックに存在する二重結合の少なくとも95パーセントが水素化されまたは飽和され、および水素化前にジエンブロックに存在する二重結合の少なくとも97パーセントが水素化されまたは飽和されることを意味する。ブロックの相対的な長さ、全分子量、ブロック構造(例えば、ジブロック、トリブロック、ペンタブロック、マルチアームドラジアルブロック(multi−armed radial block)など)およびプロセス条件を変えることにより、様々な種類のナノ構造形態が、このブロックコポリマーから得られることができ、それにより、メジャー相の光学特性を変えることができる。特定の非限定的な例には、ラメラ形態、両連続らせん(bicontinuous gyroid)形態、円柱形態および球形態などが挙げられる。ブロックコポリマーのこの形態およびマイクロ相分離挙動は周知であり、例えば、「The Physics of Block Copolymers by Ian Hamley, Oxford University Press,(オックスフォードユニバーシティープレス、イアンハムレイによるブロックコポリマーの物理学)1998」に見いだされうる。特に好ましいCBCポリマーは、水素化前に55〜80重量%のスチレンの量および20〜45重量%の共役ジエンの量を有するものである。
【0036】
充分に分散された無機ナノスケール粒子とブレンドされた非晶質の高度に透過性のポリマーは、実質的に非晶質のナノコンポジット材料の別の例である。
【0037】
メジャー相中のCBCポリマーは1つのブロックを有する非ブロックポリマーまたはコポリマーとブレンドされうる。典型的な非ブロックポリマーおよびコポリマーには、これに限定されないが、水素化ビニル芳香族ホモポリマーまたはランダムコポリマー、環式オレフィンポリマー(COP)、環式オレフィンコポリマー(COC)、アクリルポリマー、アクリルコポリマーまたはこれらの混合物が挙げられる。非ブロックコポリマーまたはコポリマーは、CBC材料とブレンドされる場合に、ブロックコポリマーの1つの相と混和性であり、その相の中に隔離される。
【0038】
COCおよびCOPは、本発明のメジャー相のための混和性ブレンド成分として特に興味深い。これらの環式オレフィン材料は著しくガラス状の有機材料である。COC材料は可視領域で91%の視感透過率を有する。その高い透過率および高いアッベ数(58)に加えて、COC樹脂は非常に低い曇りおよび黄色度を有し、散乱または吸収による最小限の光損失を確実にする。低い光学異方性を有する非晶質ポリマーの場合、それらは本質的に低い複屈折および非常に低い応力光学係数(PMMAのと同じくらいまたはそれよりも低い)も有し、その結果それらは荷重下で低い複屈折を保持する。いくつかの等級のCOC樹脂は170℃(338°F)の高さの熱たわみ温度で利用可能であり、それらを非常に高い温度への短期間曝露に耐性にする。COC樹脂は優れた水分制御を提供する。それは、高密度ポリエチレン(HDPE)のおよそ2倍の水分バリア、および低密度ポリエチレン(LDPE)の5倍の水分バリアを有する。COC樹脂は環境に優しく、かつ簡単な廃棄を可能にする。燃焼の際に、それは毒性ガスを形成せず、水と二酸化炭素とを形成するだけである。
【0039】
マイナー相における複屈折の高い値は、相対的に高い応力光学係数を有する材料を利用することにより、およびTg,2<T<Tg,2+30℃(ここで、Tg,2は分散マイナー相のTである)となる温度Tで膜を延伸することにより達成される。マイナー相において使用するのに好適なポリマーの例には、これに限定されないが、ポリエステル、ポリアミド、およびポリエステル−アミド、並びに他の種類の半結晶質ポリマーが挙げられる。具体的な非限定的な例には、ポリ(エチレンテレフタラート)(PET)、ポリ(エチレンナフタラート)(PEN)およびシクロヘキシルジメチレン部分を含むポリエステルが挙げられる。マイナー相における高い複屈折に加えて、透過率および反射率の全体的な水準は、分散相のドメイン形態によって非常に影響される。概して、図5に示されるようなプレートレット状形態はブレンドの方向性反射率(directional reflectance)を増大させるが、他の形態も有利であり得る。よって、この形態を制御することは本発明の拡散反射偏光子の性能を向上させるのに非常に望ましい。
【0040】
本発明のある実施形態においては、マイナー分散相は、適合性ポリエステルブレンドおよびエステル交換反応を実質的に阻害する手段を含む。このポリエステルブレンドは1種以上のポリエステルまたは少なくとも1種のポリエステルおよびポリカルボナートを含むことができる。エステル交換阻害剤はポリマー加工産業界において周知であり、一般的にリン化合物を含む。本発明において使用するのに好適なエステル交換阻害剤には、有機亜リン酸エステル、例えば、亜リン酸トリフェニル、ビス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスフィット、ジ−n−オクタデシルホスフィット、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスフィット、トリス(モノノニルフェニル)ホスフィット、亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチルなどが挙げられる。
【0041】
本発明の拡散反射偏光子は、LCDのようなディスプレイ装置において典型的に使用される1種以上の他の光学膜、例えば、反射防止、周囲光抑制、照明増大、光コリメーション、光方向変換、光拡散、光スプレッディング、視認角増大、偏光などの機能を提供する膜、との組み合わせで使用されうる。
【0042】
本発明の拡散反射偏光子は複数工程プロセスによって製造される。最初に、第1のメジャー相ポリマーおよび第2の分散相ポリマーが2以上の押出機によって、連続フローカオス的混合エレメントおよびシーティングダイに別々に供給され、このカオス的混合エレメントは所望のブレンド形態のキャストシートを造り出すように操作される。このカオス的混合方法は、様々な充分に制御されたブレンド形態の多成分ブレンドを生じさせる方法として当該技術分野において知られている。ブレンド適用にほとんど焦点を当てているZumbrunen(ザンバルネン)らによる検討(例えば、Y.H.LiuおよびD.A.Zumbrunen、J.Mat.Sci.,34、1921(1999)、O.KwonおよびD.A.Zumbrunen、Polm.Eng.Sci.,43,1443(2003);米国特許第6,770,340号および第6,902,805号も参照)は、カオス的ミキサーの操作パラメータを調節することにより多相ポリマーシステムにおいて造り出されうる様々な形態を記載し、それにより二相ポリマーシステムの形態はブレンド成分の熱力学によるだけでなく、カオス的混合プロセスの動力学によっても制御される。
【0043】
本発明の拡散反射偏光子の場合において、(図5において示されるような)プレートレット状形態が特に望ましく、かつこの形態はこのカオス的ミキサーの操作パラメータおよびポリマー成分のレオロジーを制御することにより造り出されうるが、このカオス的混合プロセスによって造り出される他のブレンド形態も有利であり得る。拡散反射偏光子の光学性能を向上させることに加えて、カオス的混合方法は材料選択の自由度も広げ、広範囲のレオロジーおよび表面特性を有する材料のペアの使用を可能にする。
【0044】
膜の分散マイナー相における所望の複屈折を誘導するために、所望のブレンド形態を有するキャストシートは延伸工程をさらに受けなければならない。組成物を配向させるための延伸はシート押出の直後にインラインで行われうるか、または別の工程でオフラインで行われうる。いずれの場合でも、シートは最初に、Tg,2<T<Tg,2+30℃であるような温度Tに加熱され、そして次いで、機械方向に沿ってもしくは機械横断方向に沿って一軸的に、またはその双方で延伸されて、分散マイナー相における所望の水準の面内複屈折を生じさせる。よって、この延伸温度は次の条件を満たさなければならない:
g,1<T
g,2<T<Tg,2+30℃
ここで、Tg,1は実質的に非晶質のナノコンポジットメジャー相のガラス転移温度であり、およびTg,2はマイナー相を構成する第2のポリマーのガラス転移温度である。
【0045】
メジャー相が高い応力光学係数を有する場合には、メジャー相において低い複屈折を達成するために(すなわち、メジャー相の複屈折は延伸および固化後に0.02未満でなければならない)、T−Tg,1>30℃、すなわち、延伸温度はメジャー相のガラス転移温度よりも相対的に高くなければならない。
【0046】
典型的な伸長または延伸倍率は3倍〜7倍の範囲であるが、より広範囲の延伸倍率が考慮されうる。延伸は当業者に周知の多くの方法を用いて行われうる。いくつかの場合においては、延伸された膜の端は延伸工程中に拘束されうるが、拘束されない延伸が好ましい。米国特許第5,783,120号の試みと比較して、本発明は、先行技術に特定される制限なしに、より低コストおよびよりすぐれた光学性能の可能性を有する広範囲の選択肢および材料を提供する。
【0047】
延伸後、本発明の反射偏光子の全厚みは、約25〜1000ミクロンで変わることが期待される。典型的には、所望の程度の偏光リサイクリングおよび寸法安定性を達成するように、全厚みは約100〜500ミクロンの厚みである。
【0048】
前述のように、本発明のある実施形態においては、反射偏光子30は、膜10のそれぞれの面上に保護層20Aおよび20Bを伴って製造される(図1を参照)。この保護層は膜10と共に共押出されかつ共延伸されて、分散マイナー相の組成と類似するおよび場合によっては同じ材料を含むことができる。延伸されたシートは最終的に冷却されてロールに巻き取られる。保護層20Aおよび20Bは膜10に永続的に取り付けられたままであることができ、または反射偏光子がLCディスプレイに組み込まれる前の何らかの時点で剥ぎ取られても良い。この保護層の剥ぎ取りは図3に示されており、この保護層は膜10に対する弱い接着力によって保持されることを必要とする。接着のこのレベルは好適な界面活性剤、ポリマー界面活性剤、可塑剤および様々な他の追加物の添加によって制御されうる。あるいは、保護層と膜10との間の接着は、図4に示されるような結合層(tie layer)の追加によって増強されることができ、図4においては、層22Aおよび22Bは、膜10と対応する保護層21Aおよび21Bとの間に配置された結合層を表す。結合層において使用するのに好適な材料は、保護層21Aおよび21B並びに膜10に使用される連続ポリマー相に対して幾分かの適合性または親和性を有するべきである。メジャー相がCBCポリマーを含み保護層がポリエステルを含むある実施形態においては、好適な結合層材料には、エチレン−酢酸ビニルポリマーおよびエチレン−アクリラートポリマーが挙げられる。
【符号の説明】
【0049】
10 膜
12 マイナー相
14 メジャー相
15 非晶質連続相
16 ナノスケールドメイン
20A、20B、21A、21B 保護層
22A、22B 結合層
30 拡散反射偏光子

【特許請求の範囲】
【請求項1】
カオス的ミキサーおよびシーティングダイを通して第1のおよび第2のポリマーを共押出して、所望のブレンド形態のキャストシートを生じさせる工程、並びに前記キャストシートを延伸して複合体膜を生じさせる工程を含む拡散反射偏光子を製造する方法であって;
前記複合体膜は第1のポリマーおよび第2のポリマーを含み;前記第1のポリマーは0.02未満の複屈折を有し、実質的に非晶質のナノコンポジット材料であって、かつメジャー相であり;前記第2のポリマーは分散マイナー相であり;一緒になった前記第1のポリマーおよび第2のポリマーは、電磁放射線の1つの偏光状態のための第1の軸に沿って、拡散反射率R1d、正反射率R1s、全反射率R1t、拡散透過率T1d、正透過率T1s、および全透過率T1tを示し、電磁放射線の別の偏光状態のための第2の軸に沿って、拡散反射率R2d、正反射率R2s、全反射率R2t、拡散透過率T2d、正透過率T2s、および全透過率T2tを示し;前記第1の軸および第2の軸は直交しており;当該方法についての組成、カオス的混合、延伸温度、延伸倍率、並びに前記第1のおよび第2のポリマーのTgおよび屈折率のパラメーターが式:
(1) R1dはR1sよりも大きい;かつ
(2) T2t/(1−0.5(R1t+R2t))>1.35
を満足するように選択される;
拡散反射偏光子を製造する方法。
【請求項2】
プレートレット状ブレンド形態を生じさせるようにカオス的混合パラメータが選択される、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
延伸温度Tが条件:
(1)Tg,1<T
(2)Tg,2<T<Tg,2+30℃
(ここで、Tg,1は実質的に非晶質のナノコンポジットである第1のポリマーのガラス転移温度であり、およびTg,2は第2のポリマーのガラス転移温度である)
を満足する、請求項1に記載の方法。
【請求項4】
膜が25〜1000ミクロンの最終厚さに、一軸的にもしくは二軸的に延伸される、請求項1に記載の方法。
【請求項5】
第1のポリマーが環式ブロックコポリマーである請求項1に記載の方法。
【請求項6】
環式ブロックコポリマーがアニオン重合されたビニル芳香族−共役ジエンブロックコポリマーを実質的に完全に水素化することにより製造される請求項5に記載の方法。
【請求項7】
ビニル芳香族−共役ジエンブロックコポリマーがスチレン、アルファ−メチルスチレン、ビニルトルエンの全ての異性体(特にパラビニルトルエン)、エチルスチレンの全ての異性体、プロピルスチレン、ブチルスチレン、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン、ビニルアントラセンなど、もしくはこれらの混合物、ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ペンタジエン、イソプレンまたはこれらの混合物を含む、請求項6に記載の方法。
【請求項8】
第1ポリマー内に分散した追加の相がナノスケール粒子を含む請求項1に記載の方法。
【請求項9】
第1のポリマーが環式ブロックコポリマーと、水素化ビニル芳香族ホモポリマーもしくはランダムコポリマー、環式オレフィンポリマー、環式オレフィンコポリマー、アクリル系ポリマー、アクリル系コポリマーまたはこれらの混合物をはじめとする別の非ブロックポリマーとの混和性ブレンドを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項10】
第2のポリマーがポリエステル、PETもしくはPEN、または2種以上のポリマーの混和性ポリエステルブレンドおよびエステル交換阻害剤を含む請求項1に記載の方法。
【請求項11】
保護相が共押出によって反射偏光子膜の両面上に配置される請求項1に記載の方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−137760(P2012−137760A)
【公開日】平成24年7月19日(2012.7.19)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2011−280778(P2011−280778)
【出願日】平成23年12月22日(2011.12.22)
【出願人】(508330870)エスケーシー・ハース・ディスプレイ・フィルムズ・カンパニー,リミテッド (31)
【出願人】(502141050)ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー (1,383)
【Fターム(参考)】