DE60022218T2

DE60022218T2 - Optische körper aus einem doppelbrechenden polymer.

Info

Publication number: DE60022218T2
Application number: DE60022218T
Authority: DE
Inventors: J. Timothy HEBRINK; D. Peter CONDO; W. William MERRILL
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: JP4515682B2; EP1232058A1; DE60022218D1; KR20020035654A; US6574045B2; KR100694717B1; WO2001026891A1; US20020122252A1; JP2003511729A; EP1232058B1; US20020005986A1; US6449093B2; AU5465600A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft optische Mehrschichtenkörper, die mindestens zwei verschiedene Materialien enthalten, die eine Reflexionsgrenzfläche für mindestens eine Polarisation des Lichtes bilden. Die vorliegende Erfindung betrifft auch optische Filme (darunter optische Mehrschichtenfilme), die ein doppelbrechendes Polyethylennaphthalat-Copolymer enthalten. Außerdem stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des obigen optischen Mehrschichtenkörpers sowie einer Einheit, die den optischen Mehrschichtenkörper umfasst, bereit.
Polymerfilme werden in einer breiten Vielfalt von Anwendungen benutzt. Eine besondere Verwendung von Polymerfilmen ist die in Spiegeln und Polarisatoren, welche Licht einer bestimmten Polarisation und eines bestimmten Wellenlängenbereichs reflektieren. Solche Reflexionsfilme werden zum Beispiel in Verbindung mit Hintergrundbeleuchtungen in Flüssigkristalldisplays benutzt, um die Helligkeit zu erhöhen und die Blendung des Displays zu verringern. Ein polarisierender Film kann zwischen dem Benutzer und der Hintergrundbeleuchtung angeordnet werden, um das Licht in Richtung des Benutzers zu leiten und das Licht zu polarisieren; dadurch wird die Blendung verringert. Ein Spiegelfilm kann hinter der Hintergrundbeleuchtung angeordnet werden, um das Licht in Richtung des Benutzers zu reflektieren; dadurch wird die Helligkeit erhöht. Eine andere Verwendung polarisierender Filme ist die in Gegenständen wie Sonnenbrillen, um die Lichtintensität und die Blendung zu verringern.
Eine Klasse von Polymeren, die bei der Erzeugung von Polarisator- oder Spiegelfilmen nützlich ist, sind Polyester, zum Beispiel beschrieben in den US-Patentschriften 5,825,543 und 5,867,316 und den PCT-Veröffentlichungen WO 99/36262 und WO 97/32226, welche durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden. Ein Beispiel eines Polarisators auf Polyesterbasis ist ein Stapel aus Polyesterschichten unterschiedlicher Zusammensetzung. Eine Gestaltung dieses Schichtstapels ist z.B. eine erste Gruppe doppelbrechender Schichten und eine zweite Gruppe von Schichten mit einem isotropen Brechungsindex. Die zweite Gruppe von Schichten wechselt sich mit den doppelbrechenden Schichten ab, um eine Serie von Grenzflächen zur Reflexion von Licht zu bilden.
Die optischen Eigenschaften eines bestimmten Polyesters werden typischerweise, zumindest teilweise, bestimmt durch die Monomermaterialien, die bei der Herstellung des Polyesters verwendet werden. Ein Polyester kann durch Reaktion eines oder mehrerer unterschiedlicher Carboxylatmonomere (z.B. Verbindungen mit zwei oder mehreren funktionellen Carbonsäure- oder Estergruppen) mit einem oder mehreren Glykolmonomeren (z.B. Verbindungen mit zwei oder mehreren funktionellen Hydroxygruppen) hergestellt werden.
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung optische Körper und deren Herstellung, ebenso wie die Verwendung der optischen Körper in optischen Einheiten wie Polarisatoren und Spiegeln. Eine Ausführungsform ist ein optischer Mehrschichtenfilm, der doppelbrechende erste optische Schichten enthält und zweite optische Schichten, die sich mit den ersten optischen Schichten abwechseln. Jede erste optische Schicht wird unter Verwendung eines Polyethylennaphthalat-Copolymers gebildet, bei dem weniger als 70 mol.% der Carboxylat-Untereinheiten Naphthalat-Untereinheiten sind. Die zweiten optischen Schichten weisen eine geringere Doppelbrechung in der Ebene für Licht von 632,8 nm auf als die ersten optischen Schichten. Das Copolymer der ersten optischen Schichten kann ein statistisches oder ein Block-Copolymer sein. Die Erfindung betrifft auch Verfahren der Herstellung und Verwendung der optischen Filme und Einheiten, welche die optischen Filme enthalten.
Außerdem wird ein optischer Mehrschichtenfilm beschrieben, der doppelbrechende erste optische Schichten enthält und zweite optische Schichten, die sich mit den ersten optischen Schichten abwechseln. Jede erste optische Schicht wird unter Verwendung eines Polyethylennaphthalat-Copolymers gebildet, das eine Doppelbrechung in der Ebene von mindestens etwa 0,16 für Licht von 632,8 nm erzielen kann, nachdem das Polymer bei einer Temperatur, die nicht mehr als etwa 5 °C über der Glasübergangstemperatur des Copolymers, oder, wenn gewünscht, nicht über der Glasübergangstemperatur des Copolymers, liegt, orientiert wurde. Vorzugsweise kann das Polymer eine Doppelbrechung in der Ebene von mindestens 0,18 für Licht von 632,8 nm erzielen, insbesondere mindestens 0,19, nachdem das Polymer bei einer Temperatur, die nicht mehr als etwa 5 °C über der Glasübergangstemperatur des Copolymers, oder, wenn gewünscht, nicht über der Glasübergangstemperatur des Copolymers, liegt, orientiert wurde.
Ebenso beschrieben wird ein optischer Mehrschichtenfilm, der doppelbrechende erste optische Schichten enthält und zweite optische Schichten, die sich mit den ersten optischen Schichten abwechseln. Jede erste optische Schicht wird unter Verwendung eines Polyethylennaphthalat-Copolymers gebildet, das eine Kristallinität von nicht mehr als 20 % aufweist, bestimmt durch Differenzialthermoanalyse.
Eine weitere Ausführungsform ist ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Mehrschichtenfilms. Es wird ein Stapel optischer Schichten gebildet. Der Stapel optischer Schichten enthält erste optische Schichten, hergestellt unter Verwendung eines Polyethylennaphthalat-Copolymers, und zweite optische Schichten, die mit den ersten optischen Schichten optische Grenzflächen bilden. Die ersten optischen Schichten werden dann bei einer Temperatur orientiert, die nicht mehr als 5 °C über der Glasübergangstemperatur des Copolymers, und, wenn gewünscht, nicht über der Glasübergangstemperatur des Copolymers liegt, um den ersten optischen Schichten eine Doppelbrechung in der Ebene von mindestens etwa 0,16, vorzugsweise mindestens 0,18 und insbesondere mindestens 0,19 zu verschaffen.
Außerdem wird ein optischer Mehrschichtenfilm beschrieben, der doppelbrechende erste Schichten enthält und zweite optische Schichten, die sich mit den ersten optischen Schichten abwechseln. Jede erste optische Schicht wird unter Verwendung eines Polyethylennaphthalat-Copolymers gebildet, das einen optischen Wirkungsgrad von mindestens etwa 0,10 ergeben kann. Der optische Wirkungsgrad ist definiert als (n_z – n_y)²/(n_x – n_y)², wobei n_x, n_y und n_z die Brechungsindizes der optischen Schicht sind.
Die obige Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung soll nicht jede offenbarte Ausführungsform oder jede Verwirklichung der vorliegenden Erfindung beschreiben. Die Figuren und die detaillierte Beschreibung, welche folgen, veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen.
Die Erfindung lässt sich umfassender verstehen unter Einbeziehung der folgenden detaillierten Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, welche folgenden Inhalt haben:
1 ist eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Mehrschichtenfilms;
2 ist eine Querschnittsdarstellung einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Mehrschichtenfilms;
3 ist ein Schaubild der prozentualen Kristallinität von statistischen Copolymeren (Quadrate) und Blockcopolymeren (Rauten) des Polyethylennaphthalats, die Terephthalat enthalten;
4 ist ein Schaubild der Doppelbrechung für Polyethylennaphthalat-Copolymere, die unter Verwendung von Dimethylterephthalat (DMT) (Rauten – Orientierung bei 130 °C, „X"-Zeichen – Orientierung bei 135 °C) und Dimethylisophthalat (DMI) (Dreiecke – Orientierung bei 130 °C, Sterne – Orientierung bei 135 °C) und unterschiedlichem Naphthalatgehalt (mol.% NDC) gebildet wurden;
5 ist ein Schaubild der Doppelbrechung für statistische Copolymere (Kreise) und Blockcopolymere (Dreiecke) des Polyethylennaphthalats, die Terephthalat enthalten;
6 ist ein Schaubild optischer Parameter für statistische Copolymere (Kreise, durchgezogene Linie) und Blockcopolymere (Dreiecke, gepunktete Linie) des Polyethylennaphthalats, die Terephthalat enthalten; und
7 ist ein Schaubild, das Tranmissionspektren des Polyethylennaphthalats (fettgedruckte Linie) mit einem statistischen Polyethylennaphthalat-Copolymer vergleicht, das Terephthalat enthält und einen Naphthalatanteil (helle Linie) von 40 mol.% aufweist.
Während die Erfindung verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen zugänglich ist, sind bestimmte davon beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt worden und werden noch detailliert beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die einzelnen beschriebenen Ausführungsformen beschränkt werden soll. Im Gegenteil soll die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die unter die Idee und den Schutzbereich der Erfindung fallen.
Es ist anzunehmen, dass die vorliegende Erfindung auf optische Körper (wie optische Filme) und deren Herstellung anzuwenden ist, ebenso wie auf die Verwendung der optischen Körper in optischen Einheiten wie Polarisatoren und Spiegel. Die vorliegende Erfindung betrifft auch optische Körper (wie optische Filme, darunter optische Mehrschichtenfilme) mit doppelbrechenden Schichten aus Co-Polyethylennaphthalat (CoPEN) und Verfahren zur Herstellung und Verwendung dieser optischen Körper, ebenso wie Gegenstände, in welche die optischen Körper eingefügt sind. Obgleich die vorliegende Erfindung dadurch nicht eingeschränkt wird, wird man verschiedene Aspekte der Erfindung durch eine Erörterung der unten gegebenen Beispiele schätzen lernen.
Der Ausdruck „doppelbrechend" bedeutet, dass die Brechungsindizes in den orthogonalen Richtungen x, y und z nicht alle dieselben sind. Für die hierin beschriebenen Polymerschichten sind die Achsen derart gewählt, dass die x- und die y-Achse in der Schichtebene liegen und die z-Achse der Dicke oder Höhe der Schicht entspricht.
Der Ausdruck „Doppelbrechung in der Ebene" ist so zu verstehen, dass er den absolute Wert der Differenz zwischen den Brechungsindizes in der Ebene (n_x oder n_y) bedeutet.
Der Ausdruck „Polymer" ist so zu verstehen, dass er sowohl Polymere als auch Copolymere enthält, ebenso wie Polymere oder Copolymere, welche zum Beispiel durch Koextrusion oder Reaktion, einschließlich Umesterung, in ein mischbares Gemisch geformt werden können. Sowohl Block- als auch statistische Copolymere sind enthalten, solange nicht anders angezeigt.
Alle Werte der Doppelbrechung und des Brechungsindex sind für Licht von 632,8 nm angegeben, solange nicht anders angezeigt.
Mit einem Bezug auf einen „Naphthalat-Anteil von X mol.%" ist ein Polyester gemeint, in welchem nur X mol.% der Carboxylat-Untereinheiten des Polyesters Naphthalat-Untereinheiten sind.
Im Allgemeinen können optische Körper unter Verwendung mindestens zweier polymerer Materialien hergestellt werden, die eine Reflexionsgrenzfläche für mindestens eine Polarisation des Lichts bilden. Typischerweise ist mindestens eines dieser polymeren Materialien nach der Orientierung (z.B. Verstreckung) doppelbrechend. Ein geeigneter optischer Körper ist ein optischer Mehrschichtenfilm, der abwechselnde Schichten jedes der polymeren Materialien enthält, um mehrere Reflexionsgrenzflächen zu bilden.
Optische Mehrschichtenfilme
1 und 2 veranschaulichen optische Mehrschichtenfilme 10, welche zum Beispiel als optischer Polarisator oder Spiegel benutzt werden können. Die Filme 10 enthalten eine oder mehrere erste optische Schichten 12, eine oder mehrere zweite optische Schichten 14 und eine oder mehrere nicht-optische Schichten 18. Die nicht-optischen Schichten 18 können auf einer Oberfläche des optischen Films als Mantelschicht (1) angeordnet sein oder zwischen optischen Schichten angeordnet sein (2). Die ersten optischen Schichten 12 sind vorzugsweise doppelbrechende Polymerschichten, die uniaxial oder biaxial orientiert sind. In einigen Ausführungsformen sind die zweiten optischen Schichten 14 Polymerschichten, die doppelbrechend und uniaxial oder biaxial orientiert sind. In anderen Ausführungsformen sind die zweiten optischen Schichten 14 Polymerschichten mit einem isotropen Brechungsindex, der von mindestens einem der Brechungsindizes der ersten optischen Schichten 12 verschieden ist. In jedem Fall sind die zweiten optischen Schichten so gewählt, dass sie eine Doppelbrechung in der Ebene aufweisen, die für Licht von 632, 8 nm kleiner ist als die Doppelbrechung in der Ebene der ersten optischen Schichten. Dennoch wird die vorliegende Erfindung veranschaulicht unter Verwendung von Filmen 10 mit zweiten optischen Schichten 14, die einen isotropen Brechungsindex aufweisen, die hier beschriebenen Prinzipien und Beispiele können angewendet werden auf optische Mehrschichtenfilme mit zweiten optischen Schichten 14, die doppelbrechend sind.
Die optischen Schichten 12, 14 und gegebenenfalls eine oder mehrere der nicht-optischen Schichten 18 wechseln sich typischerweise ab, um einen Schichtstapel 16 zu bilden. Typischerweise sind die optischen Schichten 12, 14 als alternierende Paare angeordnet, wie in 1 gezeigt, um eine Serie von Grenzflächen zwischen Schichten mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften zu bilden. Die optischen Schichten 12, 14 sind typischerweise nicht mehr als 1 μm dick und es kann sein, dass sie nicht mehr als 400 nm dick sind.
Obwohl 1 nur sechs optische Schichten 12, 14 zeigt, können optische Mehrschichtenfilme 10 eine große Zahl optischer Schichten enthalten. Beispiele geeigneter optischer Mehrschichtenfilme sind solche, die etwa 2 bis 5000 optische Schichten enthalten. Im Allgemeinen weisen optische Mehrschichtenfilme etwa 25 bis 2000 optische Schichten auf und typischerweise etwa 50 bis 1500 optische Schichten oder etwa 75 bis 1000 optische Schichten. Man wird zu schätzen wissen, dass der optische Mehrschichtenfilm 10, obwohl in 1 nur ein einzelner Stapel 16 dargestellt ist, aus mehreren Stapeln hergestellt werden kann, die aufeinander folgend kombiniert werden, um den Film 10 zu bilden.
Zusätzliche Gruppen optischer Schichten, ähnlich den ersten und zweiten optischen Schichten 12, 14, können in dem optischen Mehrschichtenfilm 10 ebenfalls verwendet werden. Die hier für die Gruppen erster und zweiter optischer Schichten offenbarten Gestaltungsprinzipien können auf alle zusätzlichen Gruppen optischer Schichten angewendet werden.
Die ersten optischen Schichten 12 sind orientierbare Filme, die zum Beispiel durch Verstrecken der ersten optischen Schichten 12 in eine gewünschte Richtung oder in gewünschte Richtungen doppelbrechend gemacht werden können. Die ersten optischen Schichten 12 können zum Beispiel durch Verstrecken der Schichten in eine einzelne Richtung uniaxial orientiert sein. Man kann eine zweite orthogonale Richtung sich auf einen Wert verengen lassen (z.B. eine Verringerung in der Länge, Breite oder Dicke), der geringer ist als seine ursprüngliche Länge. Die Richtung der Verstreckung kann im Wesentlichen jeder Achse in der Ebene (z.B. der x- oder der y-Achse) entsprechen, es können jedoch auch andere Richtungen gewählt werden. Ein doppelbrechender uniaxial orientierter Film zeigt typischerweise einen Unterschied zwischen der Transmission und/oder Reflexion einfallender Lichtstrahlen, die eine Polarisationsebene parallel zu der orientierten Richtung (z.B. Verstreckungsrichtung) aufweisen, und Lichtstrahlen, die eine Polarisationsebene parallel zu einer Querrichtung (z.B. eine Richtung orthogonal zur Verstreckungsrichtung) aufweisen. Wenn zum Beispiel ein orientierbarer Polyesterfilm entlang der x-Achse verstreckt wird, ist das typische Ergebnis, dass n_x ≠ n_y, wobei n_x und n_y die Brechungsindizes für Licht sind, das in einer Ebene parallel zur x- und zur y-Achse polarisiert ist. Das Maß an Veränderung im Brechungsindex entlang der Verstreckungsrichtung hängt ab von Faktoren wie zum Beispiel dem Ausmaß der Verstreckung, der Verstreckungsgeschwindigkeit, der Temperatur des Films während der Verstreckung, der Dicke des Films, der Variation in der Filmdicke und der Zusammensetzung des Films. Typischerweise weisen die ersten optischen Schichten 12 für Licht von 632,8 nm nach der Orientierung eine Doppelbrechung in der Ebene (der absolute Wert von n_x-n_y) von 0,1 oder mehr und im Allgemeinen etwa 0,16 oder mehr auf. Vorzugsweise beträgt die Doppelbrechung in der Ebene für Licht von 632,8 nm etwa 0,18 oder mehr, insbesondere etwa 0,19 oder mehr, noch besser etwa 0,20 oder mehr.
Ein Polarisator kann durch Kombinieren einer uniaxial orientierten ersten optischen Schicht 12 mit einer zweiten optischen Schicht 14 hergestellt werden, die einen isotropen Brechungsindex aufweist, der annähernd gleich einem der Indizes in der Ebene der orientierten Schicht ist. Alternativ werden beide optische Schichten 12, 14 aus doppelbrechenden Polymeren gebildet und werden in einem Mehrfachzugverfahren orientiert, so dass die Brechungsindizes in einer einzelnen Richtung in der Ebene etwa gleich sind. Die Grenzfläche zwischen den zwei optischen Schichten 12, 14 bildet in beiden Fällen eine Lichtreflexionsebene. Licht, das in einer Ebene parallel zu der Richtung polarisiert ist, in welcher die Brechungsindizes der beiden Schichten etwa gleich sind, wird im Wesentlichen durchgelassen. Licht, das in einer Ebene parallel zu der Richtung polarisiert ist, in welcher die beiden Schichten unterschiedliche Indizes aufweisen, wird zumindest teilweise reflektiert. Der Reflexionsgrad kann vergrößert werden durch Vergrößern der Anzahl an Schichten oder durch Vergrößern des Unterschiedes in den Brechungsindizes zwischen den ersten und zweiten optischen Schichten 12, 14.
Für Polarisatoren, die zweite optische Schichten mit isotropen Brechungsindizes oder einer niedrigen Doppelbrechung in der Ebene (z.B. nicht größer als etwa 0,07) aufweisen, sind die Brechungsindizes in der Ebene (n_x und n_y) der zweiten optischen Schichten etwa gleich einem Index in der Ebene (z.B. n_y) der ersten optischen Schichten. Die Doppelbrechung in der Ebene der ersten optischen Schichten ist daher ein Indikator für den Reflexionsgrad des optischen Mehrschichtenfilms. Typischerweise wird herausgefunden, dass der Reflexionsgrad des optischen Mehrschichtenfilms umso besser ist, je höher die Doppelbrechung in der Ebene ist . Wenn die Brechungsindizes außerhalb der Ebene (n_z) der ersten und zweiten optischen Schichten gleich oder nahezu gleich sind (z.B. eine Differenz von nicht mehr als 0,1 und vorzugsweise nicht mehr als 0,05), weist der optische Mehrschichtenfilm auch weniger Schrägeinfallsfarbe auf. Schrägeinfallsfarbe entsteht aus einem nicht einheitlichen Lichtdurchlass bei anderen als normalen Winkeln zu der Ebene des optischen Mehrschichtenfilms.
Typischerweise tritt der höchste Reflexionsgrad für eine bestimmte Grenzfläche bei einer Wellenlänge auf, die dem Zweifachen der kombinierten optischen Dicke des Paars optischer Schichten 12, 14 entspricht, welche die Grenzfläche bilden. Die optische Dicke beschreibt die Differenz in der Weglänge zwischen Lichtstrahlen, die von den unteren und den oberen Flächen des Paars optischer Schichten reflektiert werden. Für Licht, das in 90 Grad zu der Ebene des optischen Films einfällt (normal einfallendes Licht), beträgt die optische Dicke der zwei Schichten n₁d₁ + n₂d₂, wobei n₁, n₂ die z-Achsen-Brechungsindizes der beiden Schichten und d₁, d₂ die Dicken der entsprechenden Schichten sind. Diese Gleichung kann benutzt werden, um die optischen Schichten für normal einfallendes Licht unter Verwendung nur eines einzigen Brechungsindex außerhalb der Ebene (z.B. n₂) für jede Schicht einzustellen. Bei anderen Winkeln hängt die optische Distanz von der zurückgelegten Distanz durch die Schichten (die größer ist als die Dicke der Schichten) und von den Brechungsindizes für mindestens zwei der drei optischen Achsen der Schicht ab. Die Schichten 12, 14 können jede eine Viertel-Wellenlänge dick sein, oder die Schichten 12, 14 können unterschiedliche optische Dicken aufweisen, solange die Summe der optischen Dicken die Hälfte einer Wellenlänge beträgt (oder ein Vielfaches davon). Ein Film mit mehr als zwei optischen Schichten kann optische Schichten mit verschiedenen optischen Dicken enthalten, um den Reflexionsgrad des Films zu über einen Wellenlängenbereich vergrößern. Zum Beispiel kann ein Film Paare oder Gruppen von Schichten enthalten, die individuell eingestellt sind, um eine optimale Reflexion normal einfallenden Lichtes zu erreichen, das bestimmte Wellenlängen aufweist.
In anderen Ausführungsformen können die ersten optischen Schichten 12 durch Verstrecken in zwei verschiedene Richtungen biaxial orientiert sein. Das Verstrecken optischer Schichten 12 in die zwei Richtungen kann zu einer netzsymmetrischen oder asymmetrischen Verstreckung in die zwei gewählten orthogonalen Achsen führen. Ein Beispiel für die Bildung eines Spiegels ist die Kombination einer biaxial orientierten Schicht 22 mit einer zweiten optischen Schicht 24, die Brechungsindizes aufweist, die sich von beiden Indizes in der Ebene der biaxial orientierten Schicht unterscheiden. Der Spiegel funktioniert durch Reflektieren von Licht jeder Polarisierung wegen der Nichtübereinstimmung der Brechungsindizes der beiden optischen Schichten 12, 14. Spiegel können auch hergestellt werden unter Verwendung einer Kombination uniaxial orientierter Schichten mit Brechungsindizes in der Ebene, welche sich deutlich unterscheiden. Es gibt andere Verfahren und Kombinationen von Schichten, die dafür bekannt sind, sowohl Spiegel als auch Polarisatoren zu erzeugen, und welche verwendet werden können. Beispiele sind jene oben erörterten speziellen Kombinationen.
Die optischen Schichten 12, 14 und die nicht-optischen Schichten 18 des optischen Mehrschichtenfilms 10 sind typischerweise aus Polymeren wie z.B. Polyester zusammengesetzt. Nicht-Polyester-Polymere sind auch nützlich bei der Herstellung von Polarisator- oder Spiegelfilmen. Polyester enthalten Carboxylat- und Glykol-Untereinheiten und können zum Beispiel durch (a) Reaktion von Carboxylat-Monomermolekülen mit Glykol-Monomermolekülen oder (b) Umesterung erzeugt werden. Jedes Carboxylat-Monomermolekül besitzt zwei oder mehrere funktionelle Carbonsäure- oder Estergruppen, und jedes Glykol-Monomermolekül besitzt zwei oder mehrere funktionelle Hydroxygruppen. Polyester können gebildet werden unter Verwendung einer einzigen Art von Carboxylat-Monomermolekül oder unter Verwendung zweier oder mehrerer verschiedener Arten von Carboxylat-Monomermolekülen. Dasselbe gilt für die Glykol-Monomermoleküle. Ebenso vom Ausdruck „Polyester" umfasst sind Polycarbonate, welche aus der Reaktion von Glykol-Monomermolekülen mit Carbonsäureestern gewonnen werden.
Die Eigenschaften einer Polymerschicht oder eines Polymerfilms variieren mit der bestimmten Wahl von Monomermolekülen. Geeignete Carboxylat-Monomermoleküle zur Bildung der Carboxylat-Untereinheiten einer Polyesterschicht sind zum Beispiel 2,6-Naphthalindicarbonsäure und Isomere davon; Terephthalsäure; Isophthalsäure; Phthalsäure; Azelainsäure; Adipinsäure; Sebacinsäure; Norbornendicarbonsäure; Bicyclooctandicarbonsäure; 1,6-Cyclohexandicarbonsäure und Isomere davon; t-Butylisophthalsäure; Trimellitsäure; natriumsulfonierte Isophthalsäure; 2,2'-Biphenyldicarbonsäure und Isomere davon; und niedere Alkylester dieser Säuren. Der Ausdruck „niedere Alkyl" bezieht sich in diesem Zusammenhang auf lineare oder verzweigte C1-C10-Alkylgruppen.
Geeignete Glykol-Monomermoleküle zur Bildung der Glykol-Untereinheiten einer Polyesterschicht sind z.B. Ethylenglykol; Propylenglykol; 1,4-Butandiol und Isomere davon; 1,6-Hexandiol; Neopentylglykol; Polyethylenglykol; Diethylenglykol; Tricyclodecandiol; 1,4-Cyclohexandimethanol und Isomere davon; Norbornandiol; Bicyclo-octandiol; Trimethylolpropan; Pentaerythrit; 1,4-Benzoldimethanol und Isomere davon; Bisphenol A; 1,8-Dihydroxybiphenyl und Isomere davon und 1,3-Bis(2-hydroxyethoxy)benzol.
Erste Optische Schichten
Die ersten optischen Schichten 12 sind orientierbare Filme eines Polyethylennaphthalat-Copolymers (CoPEN), die zum Beispiel durch Verstrecken der ersten optischen Schichten 12 in eine gewünschte Richtung oder in gewünschte Richtungen doppelbrechend gemacht werden können. Typischerweise sind doppelbrechende optische Schichten unter Verwendung von Materialien mit einer relativ hohen Kristallinität hergestellt worden. Diese kristallinen Materialien können durch Orientierung (z.B. Verstrecken des Films bei einer Temperatur , die wesentlich über der Glasübergangstemperatur der ersten optischen Schichten liegt) doppelbrechend gemacht werden. Polyethylennaphthalat (PEN) weist eine relativ hohe Kistallinität auf (etwa 50 %) und eine relativ große Doppelbrechung nach Orientierung (z.B. einer Doppelbrechung in der Ebene von etwa 0,22 bis 0,24).
Copolymere des PEN weisen typischerweise eine geringere Kristallinität als PEN auf. 3 ist ein Schaubild der Kristallinität für statistische Copolymere und Blockcopolymere des PEN, die Terephthalat-Untereinheiten enthalten. Die Kristallinität wurde unter Anwendung der Differenzialthermoanalyse (DSC) gemessen. Ein Verfahren zur Bestimmung der Kristallinität ist z.B. das Messen der Schmelzwärmen unter Verwendung eines DSC gemäß ASTM E 793-95. Die prozentuale Kristallinität (%C) wird dann durch die folgende Gleichung errechnet: %C = (HProbe·(1 + R))/(H1 + R·H2)wobei H_Probe die Schmelzwärme der Probe ist, H₁ die Schmelzwärme für vollständig kristallisiertes PET (Polyethylenterephthalat)[etwa 126 J/g] ist, H₂ die Schmelzwärme für vollständig kristallisiertes PEN (Polyethylennaphthalat)[etwa 103 J/g] ist, und R das Verhältnis von Naphthalat-Untereinheiten zu Terephthalat-Untereinheiten ist.
Die statistischen Copolymere, die in 3 dargestellt sind, wurden durch Reaktion geeigneter Naphthalat-, Terephthalat- und Ethylenglykol-Monomermaterialien in den erforderlichen Anteilen hergestellt. Die Blockcopolymere, die in 3 dargestellt sind, wurden durch Extrusionsvermengung und Umesterung von PEN (oder CoPEN) und PET (Polyethylenterephthalat) (oder CoPET) in den gewünschten Anteilen hergestellt. Das Ausmaß der Umesterung kann von einer Vielfalt an Faktoren abhängen, wie z.B. Verarbeitungstemperatur, Verarbeitungszeit, Verweilzeit in einem Extruder oder anderen Verarbeitungsgeräten und von der Zusammensetzung der Ausgangsmaterialien (z.B. die Zusammensetzung von PEN, CoPEN, PET oder CoPET, die als Ausgangsmaterial verwendet werden).
3 zeigt, dass sich die Kristallinität von PEN-Copolymeren mit steigender Substitution der Naphthalat-Untereinheiten durch Terephthalat-Untereinheiten verringert, bis etwa 40 mol.% des Naphthalats verbleibt. Außerdem erscheint ein großer Rückgang der Kristallinität (von wesentlich über 30 % bis weniger als 10 %) für statistische Copolymere mit Naphthalatanteilen zwischen etwa 60 und 75 mol.%. Der Rückgang der Kristallinität der statistischen Copolymere des PEN entspricht einem beobachteten Rückgang der Doppelbrechung dieser Polymere über den Bereich von 85 bis 100 mol.% Naphthalatanteil, wie in 4 veranschaulicht. Wegen dieses Trends zurückgehender Doppelbrechung mit zurückgehendem Naphthalatanteil, und insbesondere wegen der großen Verringerung der Kristallinität zwischen 60 und 75 mol.% Naphthalatanteil, wurde angenommen, dass statistische Copolymere mit einem Naphthalatanteil von weniger als etwa 70 mol.% (z.B. CoPENs mit niedrigem Naphthalatanteil) für die Verwendung in den ersten optischen Schichten weniger geeignet wären.
Außerdem dachte man in Beziehung auf die Blockcopolymere des PEN, dass die Zugabe von PET die Gesamt-Doppelbrechung wesentlich verringern würde. PET weist für Licht von 632,8 nm lediglich eine Doppelbrechung von 1,11 auf.
Überraschenderweise wurde herausgefunden, dass, trotz der Bildung von weniger kristallinen Polymeren und/oder der Verwendung von PET als Ausgangsmaterial, für CoPENs mit einem Naphthalatanteil von weniger als 70 mol.% eine Doppelbrechung in der Ebene von etwa 0,18 oder 0,19 oder höher erhalten werden konnte. Es wurde herausgefunden, dass Block-CoPENs trotz der Verwendung von PET als Ausgangsmaterial immer noch eine ausreichende Doppelbrechung und Kristallinität behielten. Außerdem war der Rückgang der Doppelbrechung mit zurückgehendem Naphthalatanteil für statistische CoPENs mit einem Naphthalatanteil zwischen etwa 20 und 70 mol.% geringer als erwartet. 5 ist ein Schaubild der Doppelbrechung für eine Vielfalt von Terephthalat enthaltenden statistischen (Kreise) und Block (Dreiecke)-CoPENs, die bei Temperaturen und Zugverhältnissen verstreckt worden sind, welche die beste gemessene Doppelbrechung ergeben.
Früher wurde die Orientierung optischer Mehrschichtenfilme typischerweise durch Verstrecken der Polymerfilme bei einer Temperatur erreicht, die mindestens etwa 10 bis 20 °C größer war als die Glasübergangstemperatur des Polymers der ersten optischen Schichten. Niedrigere Temperaturen, einschließlich jener auf oder unterhalb der Glasübergangstemperatur, wurden nicht angewendet, weil die Verstreckung zur Bildung von Fehlstellen in dem Film (z.B. Rissbildung im Film) führte, zumindest teilweise aufgrund übermäßiger Kaltverfestigung des Films und Kristallisation des Polymers. Dies verhinderte eine weitere Verstreckung des Films. Das Ausmaß der Verstreckung war daher begrenzt durch die Orientierungstemperatur und die Kristallinität des Materials. In einigen Fällen rissen oder brachen die Filme sogar unter Niedrigtemperaturverstreckung. Bei diesen Temperaturen verringerte die Verstreckung die Transparenz des Polymerfilms, was zu lichtdurchlässigen oder weißen Bereichen führte.
Im Gegensatz dazu wird für statistische CoPENs mit einem Naphthalatanteil von weniger als 70 mol.% angenommen, dass die amorphen Bereiche dieser Polymerfilme während der Verstreckung bei Temperaturen, die nicht mehr als 5 °C über, oder, wenn gewünscht, auf oder unterhalb der Glasübergangstemperatur des Polymers liegen, orientiert werden. Höhere Temperaturen führen typischerweise zu weniger Orientierung und geringerer Doppelbrechung amorpher Bereiche der Polymere. Weil die Kristallinität des statistischen Copolymers mit geringem Naphthalatanteil relativ gering ist (im Allgemeinen nicht mehr als etwa 25 Gew.% und typischerweise etwa 20 Gew.% oder weniger), scheint es eine geringe Kristallisation oder Kaltverfestigung des Films während der Verstreckung zu geben. Dies ermöglicht, dass der Film bei einer geringeren Temperatur und auf ein größeres Zugverhältnis verstreckt wird als ein CoPEN-Film mit einem Naphthalatanteil von 70 mol.% oder mehr, wie in der folgenden Tabelle für etwa 12 bis 25 nm dicke CoPEN-Filme veranschaulicht ist. TABELLE 1 Eigenschaften orientierter CoPEN-Filme

a – Die Molprozent Naphthalat wurden durch NMR gemessen
b – Die Umesterungs-Prozentsätze wurden aus den gemessenen NMR-Daten errechnet
c – Die Zugtemperatur ist die Lufttemperatur in einem Spanrahmen. Der Film wurde durch Strahlung erwärmt, daher ist die Filmtemperatur von der Zugtemperatur verschieden.
d – Die Kristallinitäts-Prozentsätze wurden aus den DSC-Messungen der Schmelzwärmen errechnet

Andere Eigenschaften des optischen Mehrschichtenfilms können durch die Verwendung von CoPENs mit niedrigem Naphthalatanteil in den ersten optischen Schichten auch verbessert werden. Tabelle 1 liefert Messungen von Δx (definiert als |n_x – n_y|) und Δz (definiert als |n_x – n_y|) für die CoPEN-Filme. Δx entspricht der Doppelbrechung in der Ebene des CoPEN-Films. Δz ist ein Maß der Differenz der z-Achsen-Brechungsindizes zwischen ersten und zweiten optischen Schichten, unter der Annahme, dass die zweite optische Schicht isotrop oder nahezu isotrop ist und die y-Achsen-Indizes der ersten und zweiten optischen Schichten abgeglichen oder nahezu abgeglichen sind. Dieses Maß ist nützlich bei der Herstellung von Polarisatoren mit verringerter Schrägeinfallsfarbe. Das Abgleichen der z-Achsen-Brechungsindizes der ersten und zweiten optischen Schichten ermöglicht einen einheitlicheren Durchlass von Licht durch den optischen Mehrschichtenfilm, welches in Winkeln kleiner als 90 Grad, bezogen auf die Filmebene, einfällt.
6 veranschaulicht den optischen Wirkungsgrad der statistischen (Kreise) und Block(Dreiecke)-CoPEN-Filme der Tabelle 1, die Terephthalat enthalten. Der optische Wirkungsgrad wird dargestellt durch (Δz)²/(Δx)², was einer Abschätzung des relativen Ausmaßes an Schrägeinfallsfarbe für ein gegebenes Maß an Doppelbrechung (z.B. Reflexionsstärke) entspricht.
Dieses Schaubild zeigt, dass sowohl die statistischen als auch die Block-CoPENs mit einem Naphthalatanteil von weniger als 70 mol.% im Verhältnis zu ihrer Doppelbrechung wesentlich weniger Schrägeinfallsfarbe aufzuweisen scheinen als CoPENs mit höherem Naphthalatanteil. Vorzugsweise beträgt der optische Wirkungsgrad (Δz)²/(Δx)² nicht mehr als etwa 0,20, insbesondere nicht mehr als 0,10 und am besten nicht mehr als 0,08.
Außerdem stimmt der z-Achsen-Brechungsindex der CoPENs mit niedrigem Naphthalatanteil, die Terephthalat enthalten, besser mit dem z-Achsen-Brechungsindex geeigneter Materialien der zweiten optischen Schichten überein wie zum Beispiel PETG (ein amorphes Copolymer des Polyethylenterephthalats von Eastman Chemical Co., Kingsport, TN) oder eines Copolymers des Polyethylenterephthalats (CoPET), welches als Carboxylat-Untereinheiten 70 mol.% Terephthalat und 30 mol.% Cyclohexanat enthält und als Glykol-Untereinheiten 99,5 mol.% Ethylenglykol und 0,5 mol.% Trimethylolpropan. Als Beispiel einer in letzter Zeit benutzten Kombination weist PEN einen z-Achsen-Brechungsindex von etwa 1,51 auf. Eine zweite optische Schicht, die mit PEN benutzt wird, ist ein CoPEN, das Isophthalat enthält, mit einem Naphthalatanteil von 70 mol.%, welches eines z-Achsen-Brechungsindex von etwa 1, 625 aufweist . Dies ist eine Differenz von etwa 0, 11. Diese Kombination wird gewählt, um für den Lichtdurchlass für eine Übereinstimmung der y-Achsen-Indizes zu sorgen.
Im Gegensatz dazu weist ein CoPEN, das Terephthalat enthält, mit einem Naphthalatgehalt von 40 mol.% einen z-Achsen-Brechungsindex von etwa 1,53 auf. PETG weist einen z-Achsen-Brechungsindex von 1,57 auf, und das oben beschriebene CoPET, das Cyclohexanat enthält, weist einen z-Achsen-Brechungsindex von etwa 1,55 auf. Dies ist eine Differenz von etwa 0,04 bzw. 0,02. Andere Materialien mit anderen z-Achsen-Brechungsindizes könnten mit geeigneten CoPENs mit niedrigem Naphthalatanteil zusammengebracht werden. Vorzugsweise beträgt der z-Achsen-Brechungsindex zwischen den ersten und zweiten optischen Schichten nicht mehr als 0,07 und insbesondere nicht mehr als 0,05.
Ein anderer möglicher Vorteil ist es, dass zumindest einige CoPENs mit einem niedrigen Naphthalatanteil zufriedenstellender gegen UV-Zersetzung stabilisiert werden als PEN oder CoPENs mit einem höheren Naphthalatanteil. 7 veranschaulicht die Transmissionsspektren für PEN (fettgedruckte Linie) und CoPEN (helle Linie), das Terephthalat enthält, mit einem Naphthalatanteil von 40 mol.%. Diese Spektren zeigen, dass die Absorptionsbande des CoPEN zu niedrigeren Wellenlängen hin verschoben ist als die Absorptionsbande des PEN. Dies zeigt an, dass das CoPEN von Licht, einschließlich UV-Licht, im Bereich von etwa 380 nm bis 400 nm, weniger zersetzt wird. Die Absorptionsbanden von CoPENs mit einem noch geringeren Naphthalatanteil werden zu niedrigeren Wellenlängen hin verschoben. Diese Verschiebung der Absorptionsbanden zu niedrigeren Wellenlängen hin ermöglicht die Verwendung von UVA (Ultraviolett absorbierenden) Schutzschichten, die sich nicht so weit in den sichtbaren Bereich erstrecken müssen, wodurch die gelbe Erscheinung (aufgrund der Absorption blauen Lichtes) dieser Schutzschichten verringert wird.
Die ersten optischen Schichten der optischen Mehrschichtenfilme der vorliegenden Erfindung enthalten im Allgemeinen ein Polyethylennaphthalat(PEN)-Copolymer. Geeignete PEN-Copolymere zur Verwendung in den ersten optischen Schichten sind typischerweise orientierbar, um für eine Doppelbrechung in der Ebene von mindestens etwa 0,19 und vorzugsweise etwa 0,20 zu sorgen. Geeignete Copolymere mit niedrigem Naphthalatanteil sind z.B. jene, die einen Naphthalatanteil von weniger als 70 Gew.% aufweisen, typischerweise einen Naphthalat zwischen 20 und 70 mol.%. Vorzugsweise weisen diese Copolymere einen Naphthalatanteil von etwa 25 bis 65 mol.% auf und insbesondere einen Naphthalatanteil von etwa 30 bis 60 mol.%. Geeignete Copolymere sind auch Copolymere des PEN, die eine Kristallinität von nicht mehr als 20 aufweisen, ermittelt unter Anwendung von DSC-Messungen. Geeignete Copolymere sind auch Copolymere, die bei einer Temperatur orientiert werden können, die nicht mehr als 5 °C über der Glasübergangstemperatur liegt, oder, wenn gewünscht, bei einer Temperatur, die nicht über der Glasübergangstemperatur liegt, um für eine geeignete Doppelbrechung in der Ebene zu sorgen. Glasübergangstemperaturen können gemäß ASTM D 3418-97 gemessen werden. Glasübergangstemperaturen können von dem relativen Feuchtigkeitsgehalt abhängig sein. Vorzugsweise wird die Glasübergangstemperatur für eine Probe bei einem relativen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 0 % ermittelt.
Geeignete Comonomere zur Verwendung in den CoPENs der ersten optischen Schicht sind zum Beispiel Terephthalat, Isophthalat, Biphenylbibenzoat und Cyclohexanat. Obwohl die Verwendung von Polyethylennaphthalat-Copolymeren mit niedrigem Naphthalatanteil als doppelbrechende erste optische Schichten oben beschrieben ist, können auch andere Polymere mit ähnlichen Eigenschaften (z.B. Orientierbarkeit bei Temperaturen, die geringfügig über oder auf oder unter der Glasübergangstemperatur liegen, oder geringe Kristallinität) verwendet werden.
Zweite optische Schichten
Die zweiten optischen Schichten 14 können mit einer Vielfalt von optischen Eigenschaften hergestellt werden, zumindest teilweise abhängig von der gewünschten Operation des Films 10. In einer Ausführungsform sind die zweiten optischen Schichten 14 aus einem Polymermaterial hergestellt, das sich nicht nennenswert optisch orientiert, wenn es unter Bedingungen verstreckt wird, die verwendet werden, um die ersten optischen Schichten 12 zu orientieren. Solche Schichten sind insbesondere nützlich bei der Bildung reflektierender polarisierender Filme, weil sie die Bildung eines Schichtstapels 16 zum Beispiel durch Koextrusion ermöglichen, welcher dann verstreckt werden kann, um die ersten optischen Schichten 12 zu orientieren, während die zweiten optischen Schichten 14 relativ isotrop bleiben (z.B. eine Doppelbrechung in der Ebene von 0,05 oder weniger). Typischerweise ist der Brechungsindex der zweiten optischen Schichten 14 etwa gleich einem der Indizes in der Ebene der orientierten ersten optischen Schichten 12, um den Durchlass von Licht mit einer Polarisierung in einer Ebene parallel zu der Richtung der abgestimmten Indizes zu ermöglichen. Vorzugsweise unterscheiden sich in dieser Ausführungsform die beiden annähernd gleichen Brechungsindizes für Licht von 632,8 nm um etwa 0,05 oder weniger, insbesondere um 0,02 oder weniger. In einer Ausführungsform ist der Brechungsindex der zweiten optischen Schichten 14 annähernd gleich dem Brechungsindex der ersten optischen Schichten 12 vor der Verstreckung.
In anderen Ausführungsformen sind die zweiten optischen Schichten 14 orientierbar. In einigen Fällen weisen die zweiten optischen Schichten 14 einen Brechungsindex in der Ebene auf, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der entsprechende Brechungsindex der ersten optischen Schichten 12 nach der Orientierung der beiden Gruppen von Schichten 12, 14, während der andere Brechungsindex in der Ebene sich wesentlich von dem der ersten optischen Schichten 12 unterscheidet. In anderen Fällen, insbesondere für Anwendungen in Spiegeln, unterscheiden sich beide Brechungsindizes in der Ebene der optischen Schichten 12, 14 nach der Orientierung wesentlich.
Die zweiten optischen Schichten 14 können unter Verwendung einer Vielfalt von Polymeren hergestellt werden. Beispiele geeigneter Polymere sind Vinylpolymere und Copolymere, die aus Monomeren wie Vinylnaphthalinen, Styrol, Maleinsäureanhydrid, Acrylaten und Methacrylaten hergestellt sind. Beispiele solcher Polymere sind Polyacrylate, Polymethacrylate wie Polymethylmethacrylat (PMMA) und isotaktisches oder syndiotaktisches Polystyrol. Andere Polymere sind z.B. Kondensationspolymere wie Polysulfone, Polyamide, Polyurethane, Polycarbamoylcarbonsäuren und Polyimide. Außerdem können die zweiten optischen Schichten 14 aus Polymeren wie Polyestern und Polycarbonaten gebildet werden. Die zweiten optischen Schichten 14 werden unten Beispielhaft durch Copolymere von Polyestern dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass die anderen oben beschriebenen Polymere ebenfalls verwendet werden können. Dieselben Erwägungen bezüglich der optischen Eigenschaften für die Copolyester, wie unten beschrieben, sind auch typischerweise auf die anderen Polymere und Copolymere anwendbar.
Beispiele geeigneter Materialien für die zweiten optischen Schichten 14 sind Copolymere von PEN, PBN (Polybutylennaphthalat), PET (Polyethylenterephthalat) und PBT (Polybutylenterephthalat). Beispiele geeigneter Polyester mit geringer Doppelbrechung sind zum Beispiel in den PCT-Veröffentlichungen WO 99/36262 und WO 99/36812 beschrieben, welche durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden. Unter den geeigneten Polymeren befinden sich amorphe Copolymere, insbesondere jene, die sich unter den Bedingungen, die angewendet werden, um die ersten optischen Schichten zu orientieren, nicht wesentlich orientieren oder doppelbrechend werden. Kommerzielle Beispiele geeigneter Polyester mit geringer Doppelbrechung nach Orientierung der ersten optischen Schichten sind z.B. modifizierte CoPETs wie PETG und PCTG von Eastman Chemical Co., Kingsport, TN.
Polyester mit geringer Doppelbrechung können durch die Zugabe von Comonomermaterialien synthetisiert werden. Beispiele geeigneter Comonomermaterialien, die die Doppelbrechung verringern, zur Verwendung als Diol-Untereinheiten leiten sich ab von aliphatischen Diolen wie zum Beispiel 1,6-Hexandiol, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Cyclohexandimethanol, 1,4-Butandiol und Neopentylglykol. Beispiele geeigneter Comonomermaterialien, die die Doppelbrechung verringern, zur Verwendung als Carboxylat-Untereinheiten leiten sich ab von aliphatischen Disäuren wie zum Beispiel Cyclohexandicarbonsäuren und aromatischen Disäuren wie zum Beispiel t-Butylisophthalsäure, Phthalsäure und niedere Alkylester davon.
Nicht-Optische Schichten
Unter Bezugnahme wiederum auf 1 und 2 können eine oder mehrere der nicht-optischen Schichten 18 als Mantelschicht oder Mantelschichten über mindestens eine Fläche des Stapels 16 gebildet werden, wie in 1 veranschaulicht, um zum Beispiel die optischen Schichten 12, 14 vor körperlicher Beschädigung während der Verarbeitung und/oder danach zu schützen. Zusätzlich oder alternativ können eine oder mehrere der nicht-optischen Schichten 18 innerhalb des Schichtstapels 16 gebildet werden, wie in 2 veranschaulicht, um zum Beispiel dem Stapel eine größere mechanische Festigkeit zu verleihen oder den Stapel während der Verarbeitung zu schützen.
Die nicht-optischen Schichten 18 beteiligen sich Idealerweise nicht merklich an der Bestimmung der optischen Eigenschaften des optischen Mehrschichtenfilms 10, zumindest über den interessierenden Wellenlängenbereich. Die nicht optischen Schichten 18 sind typischerweise nicht doppelbrechend oder orientierbar, in einigen Fällen kann es jedoch sein, dass dies nicht stimmt. Typischerweise, wenn die nicht-optischen Schichten 18 als Mantelschichten verwendet werden, wird es zumindest etwas Oberflächenreflexion geben. Wenn der optische Mehrschichtenfilm 10 ein Polarisator sein soll, weisen die nicht-optischen Schichten vorzugsweise einen Brechungsindex auf, der relativ niedrig ist. Dies verringert das Ausmaß an Oberflächenreflexion. Wenn der optische Mehrschichtenfilm 10 ein Spiegel sein soll, weisen die nicht-optischen Schichten 18 vorzugsweise einen Brechungsindex auf, welcher hoch ist, um die Lichtreflexion zu vergrößern.
Wenn die nicht-optischen Schichten 18 sich innerhalb des Schichtstapels 16 befinden, wird es typischerweise zumindest etwas Polarisation oder Reflexion von Licht durch die nicht-optischen Schichten 18 in Verbindung mit den optischen Schichten 12, 14 geben, die an die nicht-optischen Schichten 18 angrenzen. Zumindest in einigen Fällen jedoch können die nicht-optischen Schichten 18 so ausgewählt werden, dass sie eine Dicke aufweisen, die bestimmt, dass Licht, welches von den nicht-optischen Schichten 18 innerhalb des Stapels 16 reflektiert wird, eine Wellenlänge außerhalb des interessierenden Bereichs aufweist, zum Beispiel im Infrarotbereich für Polarisatoren für sichtbares Licht oder Spiegel. Die Dicke der nicht-optischen Schichten 18 kann mindestens das Doppelte, typischerweise mindestens das Vierfache und in vielen Fällen mindestens das Zehnfache der Dicke einer der einzelnen optischen Schichte 12, 14 betragen. Die Dicke der nicht-optischen Schichten 18 kann variiert werden, um einen optischen Mehrschichtenfilm 10 mit einer bestimmten Dicke herzustellen. Typischerweise sind eine oder mehrere der nicht-optischen Schichten 18 so angeordnet, dass zumindest ein Teil des Lichtes, das von den optischen Schichten 12, 14 durchgelassen, polarisiert und/oder reflektiert werden soll, auch durch die nicht-optischen Schichten hindurchgeht (d.h., die nicht-optischen Schichten sind in der Durchgangsstrecke des Lichtes angeordnet, welches durch die optischen Schichten 12, 14 hindurchgeht oder reflektiert wird).
Die nicht-optischen Schichten 18 sind aus Polymeren wie Polyester gebildet, darunter jedes oben beschriebene Polymer zur Verwendung in den ersten und zweiten optischen Schichten. In einigen Ausführungsformen ist das Material, das für die nicht-optischen Schichten 18 gewählt wird, ähnlich oder gleich dem Material, das für die zweiten optischen Schichten 14 gewählt wird. Die Verwendung von CoPEN, CoPET oder anderen Copolymermaterialien für Mantelschichten verringert die Splitterneigung (d.h. das Wegbrechen eines Films aufgrund dehnungsinduzierter Kristallinität und Ausrichtung einer Mehrzahl der Polymermoleküle in der Orientierungsrichtung) des optischen Mehrschichtenfilms. Das CoPEN der nicht-optischen Schichten orientiert sich typischerweise sehr wenig, wenn es unter den Bedingungen verstreckt wird, die angewendet werden, um die ersten optischen Schichten 12 zu orientieren, und daher liegt nur wenig dehnungsinduzierte Kristallinität vor.
Andere Schichten und Beschichtungen
Verschiedene funktionelle Schichten oder Beschichtungen können den Filmen und optischen Einheiten der vorliegenden Erfindung hinzugefügt werden, um ihre physikalischen oder chemischen Eigenschaften zu verändern oder zu verbessern, insbesondere entlang der Oberfläche des Films oder der Einheit. Solche Schichten oder Beschichtungen können zum Beispiel Gleitmittel, Rückseitenmaterialien für geringe Haftung, leitende Schichten, Antistatikbeschichtungen oder -filme, Sperrschichten, Flammschutzmittel, W-Stabilisatoren, abriebfeste Materialien, optische Beschichtungen und/oder Substrate sein, die so gestaltet sind, dass sie die mechanische Integrität oder Festigkeit des Films oder der Einheit verbessern. Zweifarbige polarisierende Filme können ebenfalls auf die optischen Mehrschichtenfilme aufgebracht oder mit diesen koextrudiert werden, wie zum Beispiel in WO 95/17691, WO 99/36813 und WO 99/36814 beschrieben, welche alle durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden.
Mantelschichten oder -beschichtungen können ebenfalls hinzugefügt werden, um dem resultierenden Film oder der Einheit gewünschte Sperreigenschaften zu verleihen. Es können daher zum Beispiel Sperrfilme oder -beschichtungen als Mantelschichten oder als Komponente in Mantelschichten hinzugefügt werden, um die Durchlasseigenschaften des Films oder der Einheit für Flüssigkeiten wie Wasser oder organische Lösungsmittel oder für Gase wie Sauerstoff oder Kohlendioxid zu verändern. Daher können die Einheiten und Filme zum Beispiel mit Filmen oder Beschichtungen versehen werden, die den Durchlass von Wasserdampf, organischen Lösungsmitteln, O₂ oder CO₂ durch den Film hemmen. Sperrbeschichtungen können insbesondere in Umgebungen mit hohem Feuchtigkeitsgehalt wünschenswert sein, wo Komponenten des Films oder der Einheit aufgrund von Flüssigkeitsdurchdringung Verformungen unterliegen.
Mantelschichten oder -beschichtungen können auch hinzugefügt werden, um dem resultierenden Gegenstand Abriebfestigkeit zu verleihen oder diese zu verbessern. Es kann daher einem optischen Film zum Beispiel eine Mantelschicht hinzugefügt werden, die zum Beispiel Partikel von Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Legierungen oder amorphen Polymeren, die in eine Polymermatrix eingebettet sind, enthält, um dem Film Abriebfestigkeit zu verleihen, vorausgesetzt natürlich, dass solch eine Schicht nicht übermäßig die optischen Eigenschaften kompromittiert, die für die Anwendung benötigt werden, auf welche der Film gerichtet ist. Partikel in einer Mantelschicht oder Beschichtung können auch verwendet werden, um ein Wet-Out oder Newton'sche Ringe zu verhindern oder zu verringern, wenn der optische Mehrschichtenfilm neben einem anderen Film oder einer Oberfläche angeordnet wird, und diese Partikel können auch als Streukörper fungieren, wie beschrieben in WO 2001/22129, durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
Mantelschichten oder -beschichtungen können auch hinzugefügt werden, um dem resultierenden Gegenstand Durchstoß- und/oder Reißfestigkeit zu verleihen oder diese zu verbessern. Faktoren, die beim Auswählen eines Materials für eine reißfeste Schicht in Erwägung gezogen werden müssen, sind z.B. die prozentuale Bruchdehnung, Elastizitätsmodul, Reißfestigkeit, Haftung an inneren Schichten, prozentuale Durchlässigkeit und Absorption in einer interessierenden elektromagnetischen Bandbreite, optische Klarheit oder Trübung, Brechungsindizes als Funktion von Frequenz, Oberflächenstruktur und Rauheit, thermische Schmelzenstabilität, Molekulargewichtsverteilung, Rheologie und Koextrudierbarkeit der Schmelze, Mischbarkeit und Rate der wechselseitigen Diffusion zwischen Materialien in den Mantel- und optischen Schichten, viskoelastische Reaktion, Relaxation und Kristallisationsverhalten unter Zugbedingungen, thermische Stabilität bei Anwendungstemperaturen, Witterungsbeständigkeit, Fähigkeit, an Beschichtungen zu haften und Durchlässigkeit für verschiedene Gase und Lösungsmittel. Durchstoß- oder reißfeste Mantelschichten können während des Herstellungsverfahrens aufgebracht werden oder später auf den optischen Mehrschichtenfilm aufgebracht oder laminiert werden. Das Haften dieser Schichten auf dem Film während des Herstellungsverfahrens wie durch ein Koextrusionsverfahren bietet den Vorteil, dass der Film während des Herstellungsverfahrens geschützt ist. In einigen Ausführungsformen werden eine oder mehrere durchstoß- oder reißfeste Schichten innerhalb des Films bereitgestellt, entweder allein oder in Kombination mit einer durchstoß- oder reißfesten Mantelschicht.
Man kann den optischen Mehrschichtenfilmen gute Gleiteigenschaften verschaffen, indem man sie mit reibungsarmen Beschichtungen oder Gleitmitteln behandelt wie Polymerkügelchen, die auf die Oberfläche aufgebracht werden. Alternativ kann die Morphologie der Oberflächen dieser Materialien verändert werden, wie durch Beeinflussung der Extrusionsbedingungen, um dem Film eine rutschige Oberfläche zu verleihen; Verfahren, durch welche die Oberflächenmorphologie derart modifiziert werden kann, sind beschrieben in US-Patentschrift 5,759,467 und in WO 2001/22129, die durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden.
In einigen Anwendungen, wie dort, wo die optischen Mehrschichtenfilme als Komponente in Klebebändern verwendet werden sollen, kann es wünschenswert sein, die Filme mit haftungsarmen Rückseitenbeschichtungen (LAB) oder -filmen zu behandeln wie zum Beispiel solchen, die auf Urethan-, Silikon- oder Fluorkohlenwasserstoffchemie basieren. Filme, die auf diese Art behandelt werden, können gegenüber drucksensitiven Klebstoffen (PSAs) geeignete Ablöseeigenschaften aufweisen, wodurch ihnen ermöglicht wird, mit Klebstoff behandelt zu werden und in Rollen aufgewickelt zu werden. Klebebänder, die auf diese Weise hergestellt werden, können für dekorative Zwecke verwendet werden oder in jeder Anwendung, bei der eine diffus reflektierende oder durchlässige Oberfläche des Bandes wünschenswert ist.
Die optischen Mehrschichtenfilme können auch mit einer oder mehreren leitenden Schichten versehen werden. Solche leitenden Schichten können zum Beispiel Metalle (wie Silber, Gold, Kupfer, Aluminium, Chrom, Nickel, Zinn und Titan), Metalllegierungen (wie Silberlegierungen, rostfreier Stahl und Inconel) und Halbleiter-Metalloxide (wie dotierte und undotierte Zinnoxide, Zinkoxid und Indiumzinnoxid (ITO)) sein.
Die optischen Mehrschichtenfilme können auch mit Antistatik-Beschichtungen oder -filmen versehen werden. Solche Beschichtungen oder Filme sind zum Beispiel V₂O₅ und Salze von Sulfonsäurepolymeren, Kohlenstoff oder andere leitende Metallschichten.
Die optischen Mehrschichtenfilme können auch mit Flammschutzmitteln behandelt werden, insbesondere, wenn sie in Umgebungen wie z.B. in Flugzeugen benutzt werden, die strengen Brandschutzbestimmungen unterliegen. Geeignete Flammschutzmittel sind zum Beispiel Aluminiumtrihydrat, Antimontrioxid, Antimonpentoxid und feuerhemmende Organophosphatverbindungen.
Die optischen Mehrschichtenfilme können auch mit abriebfesten oder harten Beschichtungen versehen werden, welche auch als Mantelschicht angewendet werden können. Dies sind zum Beispiel Acryl-Hartbeschichtungen wie Acryloid A-11 und Paraloid K-120N, erhältlich von Rohm & Haas, Philidelphia, PA; Urethanacrylate wie jene, die in der US-Patentschrift 4,249,011 beschrieben sind, und jene, die von der Sartomer Corp., Westchester, PA, erhältlich sind; und Urethan-Hartbeschichtungen, die aus der Reaktion eines aliphatischen Polyisocyanats (z.B. Desmodur N-3300, erhältlich von Miles, Inc., Pittsburgh, PA) mit einem Polyester (z.B. Tone Polyol 0305, erhältlich von Union Carbide, Houston, TX) erhalten werden.
Die optischen Mehrschichtenfilme können an starre oder halbstarre Substrate wie zum Beispiel Glas; Metall; Acryl; Polyester und andere Polymerträger laminiert werden, um eine strukturelle Festigkeit, Witterungsbeständigkeit oder einfachere Handhabung bereitzustellen. Zum Beispiel können die optischen Mehrschichtenfilme an einen dünnen Acryl- oder Metallträger laminiert werden, so dass er gestanzt oder auf andere Weise geformt und in einer gewünschten Form belassen werden kann. Für einige Anwendungen, wie wenn der Film auf andere zerbrechliche Träger aufgebacht wird, kann eine zusätzliche Schicht wie zum Beispiel ein PET-Film oder ein durchstoß-/reißfester Film verwendet werden.
Die optischen Mehrschichtenfilme können auch mit Splitterschutzfilmen und -beschichtungen versehen werden. Filme und Beschichtungen, die für diesen Zweck geeignet sind, sind zum Beispiel in den Veröffentlichungen EP-0 592 284 und EP-0 591 055 beschrieben, welche durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden, kommerziell erhältlich von 3M, St.Paul, MN.
Verschiedene optische Schichten, Materialien und Einheiten können auch für bestimmte Anwendungen auf die Filme und Einheiten der vorliegenden Erfindung angewendet oder in Verbindung mit diesen verwendet werden. Diese umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, magnetische oder magnetooptische Beschichtungen oder Filme; Flüssigkristallfelder wie jene, die in Anzeigefeldern und „Privacy Windows" benutzt werden; fotografische Emulsionen; Gewebe; prismenförmige Filme wie lineare Fresnellinsen; helligkeitsverstärkende Filme; holographische Filme oder Bilder; prägbare Filme; Antisabotagefilme oder -beschichtungen; IR-durchlässige Filme für Anwendungen bei geringem Strahlungsvermögen; Trennfilme oder trennungsbeschichtetes Papier; und Polarisatoren oder Spiegel.
Viele zusätzliche Schichten auf einer oder beiden Hauptoberflächen des optischen Mehrschichtenfilms sind ins Auge zu fassen, und sie können jede Kombination der vorangehend erwähnten Beschichtungen oder Filme sein. Wenn zum Beispiel ein Klebstoff auf den optischen Mehrschichtenfilm aufgebracht wird, kann der Klebstoff ein weißes Pigment wie Titandioxid enthalten, um das Gesamt-Reflexionsvermögen zu erhöhen, oder er kann optisch transparent sein, um zuzulassen, dass sich das Reflexionsvermögen des Substrates zu dem Reflexionsvermögen des optischen Mehrschichtenfilms addiert.
Die optischen Mehrschichtenfilme können auch eine oder mehrere Antireflexionsschichten oder -beschichtungen enthalten wie zum Beispiel herkömmliche vakuumbeschichtete optische Nichtleiter-Metalloxidfilme oder -Metall/Metalloxidfilme, Siliziumdioxid-Sol-Gel-Beschichtungen und beschichtete oder koextrudierte Antireflexionsschichten wie jene, die sich von Fluorpolymeren mit niedrigem Index ableiten wie Dyneon THV, einem extrudierbaren Fluorpolymer, erhältlich von Dyneon LLC (Oakdale, MN). Solche Schichten oder Beschichtungen, welche polarisierungsempfindlich sein können oder nicht, dienen dazu, die Durchlässigkeit zu erhöhen und die Blendung durch Reflexion zu verringern, und man kann sie den optischen Mehrschichtenfilmen durch eine geeignete Oberflächenbehandlung wie Beschichten oder Sprühätzen zukommen lassen.
Die optischen Mehrschichtenfilme können mit einem Film oder einer Beschichtung versehen werden, welche Antischleiereigenschaften verleiht. In einigen Fällen dient eine Antireflexionsschicht wie oben beschrieben dem doppelten Zweck, dem Film oder der Einheit sowohl Antireflexions- als auch Antischleiereigenschaften zu verleihen. Verschiedene Antischleiermittel sind auf dem Fachgebiet bekannt. Typischerweise jedoch enthalten diese Materialien Substanzen wie Fettsäureester, welche der Filmoberfläche hydrophobe Eigenschaften verleihen und welche die Bildung eines kontinuierlichen, weniger trüben, Wasserfilms fördern.
Beschichtungen, welche für Oberflächen die Neigung verringern, zu „verschleiern" sind von einigen Erfindern beschrieben worden. Zum Beispiel offenbart die US-Patentschrift 3,212,909 an Leigh die Verwendung von Ammoniumseife wie Alkylammoniumcarboxylate in Beimischung einer oberflächenaktiven Substanz, welche ein sulfaniertes oder sulfoniertes Fett-Material ist, um eine Antischleierzusammensetzung zu erzeugen. US-Patentschrift 3,075,228 an Elias offenbart die Verwendung von Salzen eines sulfatierten Alkylaryloxypolyalkoxyalkohols, ebenso wie Alkylbenzolsulfonaten, um einen Antischleiergegenstand zu erzeugen, der nützlich beim Reinigen ist und verschiedenen Oberflächen Antischleiereigenschaften verleiht. US-Patentschrift 3,819,522 an Zmoda offenbart die Verwendung von oberflächenaktiven Kombinationen, die Derivate des Decindiols enthalten, ebenso wie oberflächenaktive Gemische, welche ethoxylierte Alkylsulfate enthalten, in einer oberflächenaktiven Antischleier-Fensterreinigungsmischung. Die japanische Patentschrift Kokai Nr. Hei 6[1994]41,335 offenbart eine trübungs- und tropfhindernde Zusammensetzung, die kolloides Aluminiumoxid, kolloides Siliciumdioxid und eine anionische oberflächenaktive Substanz enthält. US-Patentschrift 4,478,909 (Taniguchi u.a.) offenbart einen Film einer gehärteten Antischleierbeschichtung, welcher Polyvinylalkohol enthält, ein fein getrenntes Siliciumdioxid und eine organische Siliciumverbindung, wobei offenbar das Gewichtsverhältnis Kohlenstoff/Silicium für die berichteten Antischleiereigenschaften des Films wichtig ist. Verschiedene oberflächenaktive Substanzen, einschließlich Fluor enthaltender oberflächenaktiver Substanzen, können verwendet werden, um die Glätte der Oberfläche der Beschichtung zu verbessern. Andere Antischleierbeschichtungen, die oberflächenaktive Substanzen beinhalten, sind in den US-Patentschriften 2,803,552; 3,022,178 und 3,897,356 beschrieben. Die veröffentlichte PCT-Anmeldung WO 96/18691 (Scholtz u.a.) offenbart ein Verfahren, durch welches Beschichtungen sowohl Antischleier- als auch Antireflexionseigenschaften verleihen können.
Die optischen Mehrschichtenfilme können durch die Verwendung W-stabilisierter Filme oder Beschichtungen vor W-Strahlung geschützt werden. Geeignete W-stabilisierte Filme und Beschichtungen sind z.B. jene, welche Benzotriazole oder Lichtstabilisatoren aus gehinderten Aminen (HALS) wie Tinuvin^TM 292, 326 und 327 beinhalten, die alle von der Ciba Geigy Corp., Hawthorne, NY, kommerziell erhältlich sind. Andere geignete UV-stabilisierte Filme und Beschichtungen sind z.B. jene, welche Benzophenone oder Diphenylacrylate enthalten, kommerziell erhältlich von der BASF Corp., Parsippany, NJ. Solche Filme oder Beschichtungen können insbesondere wünschenswert sein, wenn die optischen Mehrschichtenfilme in Außenanwendungen oder Beleuchtungskörpern benutzt werden, wo die Quelle eine bedeutsame Menge an Licht im UV-Bereich des Spektrums emittiert.
Die optischen Mehrschichtenfilme können zum Beispiel mit Tinten, Farbstoffen oder Pigmenten behandelt werden, um ihr Aussehen zu verändern oder sie für bestimmte Anwendungen individuell zu gestalten. Daher können die Filme zum Beispiel mit Tinten oder anderen gedruckten Zeichen behandelt werden wie jene, die benutzt werden, um die Produktkennung, Werbung, Warnungen, Verzierungen oder andere Informationen anzuzeigen. Verschiedene Techniken können angewendet werden, um auf dem Film zu drucken, wie zum Beispiel Siebdruck, Buchdruck, Offsetdruck, Flexodruck, Punktdruck, Laserdruck und so fort, und verschiedene Arten von Tinte können benutzt werden, darunter Ein- und Zweikomponententinten, oxidativ trocknende und UV-trocknende Tinten, gelöste Tinten, dispergierte Tinten und 100%-Tintensysteme. Farbstoffe oder Pigmente können entweder vor oder nach der Bildung von Schichten, die ein Polymer verwenden, in das Polymer gemischt werden.
Das Aussehen des optischen Mehrschichtenfilms 10 kann auch durch Kolorieren des Films verändert werden, wie durch Laminieren eines gefärbten Films an den optischen Mehrschichtenfilm, Aufbringen einer pigmentierten Beschichtung auf die Oberfläche des Films oder Einbringen eines Pigments in eines oder mehrere der Materialien, die verwendet werden, um den Film herzustellen. Sowohl sichtbare Farbstoffe und Pigmente als auch solche nahe dem IR-Bereich können verwendet werden und enthalten zum Beispiel optische Aufheller und Farbstoffe, die im UV-Bereich absorbieren und im sichtbaren Bereich des Farbspektrums fluoreszieren.
Andere Schichten, die hinzugefügt werden können, um das Aussehen des optischen Mehrschichtenfilms zu verändern, sind zum Beispiel eintrübende (schwarze) Schichten, streuende Schichten, holographische Bilder oder holographische Streukörper und Metallschichten. Jede von diesen kann direkt auf eine oder zwei Oberflächen des Films aufgebracht werden oder kann eine Komponente eines zweiten Films oder einer Folienkonstruktion sein, die an den Film laminiert ist. Alternativ können einige Komponenten wie Trübungs- oder Streumittel oder gefärbte Pigmente in einer Klebeschicht enthalten sein, die verwendet wird, um den Film an eine andere Oberfläche zu laminieren.
Der optische Mehrschichtenfilm kann auch mit einer Metallbeschichtung versehen werden. Zum Beispiel kann eine metallische Schicht direkt auf den optischen Film aufgebracht werden, zum Beispiel durch Pyrolyse, Pulverbeschichtung, Aufdampfung, Kathodenzerstäubung, Ionenplattieren und ähnliches. Metallfolien oder starre Metallplatten können ebenfalls auf den optischen Film laminiert werden. Getrennte Polymerfilme oder Glas- oder Kunststofffolien können zuerst metallisiert und dann an den optischen Mehrschichtenfilm laminiert werden.
Herstellung
Es wird nun eine kurze Beschreibung eines Verfahrens zur Bildung optischer Mehrschichtenfilme gegeben. Eine vollständigere Beschreibung der Verfahrensbedingungen und Erwägungen findet man in den PCT-Veröffentlichungen WO 99/36248, WO 99/06203 und WO 99/36812, welche alle durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden.
Ein anfänglicher Schritt bei der Herstellung der optischen Mehrschichtenkörper ist die Erzeugung der Polymere, die bei der Bildung der ersten und zweiten optischen Schichten, ebenso wie der nicht-optischen Schichten, verwendet werden sollen (sofern die Polymere nicht kommerziell erhältlich sind). Typischerweise werden diese Polymere durch Extrusion gebildet, auch wenn andere Verfahren der Polymerbildung angewendet werden können. Die Extrusionsbedingungen werden so gewählt, dass die Zuführströme des Polymerharzes in einer kontinuierlichen und stabilen weise ausreichend zugeführt, geschmolzen, vermischt und gepumpt werden. Die abschließenden Schmelzstromtemperaturen werden so gewählt, dass sie innerhalb eines Bereichs liegen, der das Erstarren, die Kristallisation oder übermäßig hohe Druckabfälle am unteren Ende des Bereichs verringert, und der die Zersetzung am oberen Ende des Bereichs verringert. Die gesamte Schmelzstromverarbeitung von mehr als einem Polymer, bis zum Filmgießen auf einer Kühlwalze und einschließlich dieses wird häufig als Koextrusion bezeichnet.
Vorzugsweise sind die Polymere der ersten optischen Schichten, der zweiten optischen Schichten und der nicht-optischen Schichten so gewählt, dass sie ähnliche rheologische Eigenschaften (z.B. Schmelzviskositäten) aufweisen, derart, dass sie koextrudiert werden können. Typischerweise weisen die zweiten optischen Schichten und die nicht-optischen Schichten eine Glasübergangstemperatur T_g auf, die entweder unterhalb oder nicht mehr als etwa 40 °C über der Glasübergangstemperatur der ersten optischen Schichten liegt. Vorzugsweise liegt die Glasübergangstemperatur der zweiten optischen Schichten und der nicht-optischen Schichten unter der Glasübergangstemperatur der ersten optischen Schichten.
Nach der Extrusion wird jeder Schmelzfluss zu einer Zahnradpumpe befördert, die verwendet wird, um eine kontinuierliche und einheitliche Geschwindigkeit des Polymerflusses zu einzustellen. Eine statische Mischeinheit kann verwendet werden, um den Polymerschmelzstrom mit einer einheitlichen Schmelzstromtemperatur von der Zahnradpumpe in einen Mehrschichten-Zuführblock zu befördern. Der gesamte Schmelzstrom wird typischerweise so einheitlich wie möglich erwärmt, um sowohl den einheitlichen Fluss des Schmelzstroms zu verbessern, als auch die Zersetzung während der Schmelzverarbeitung zu verringern.
Mehrschichten-Zuführblöcke trennen jeden der zwei oder mehreren Polymerschmelzströme in viele Schichten, sorgen dafür, dass diese Schichten sich abwechseln, und kombinieren die vielen Schichten in einen einzelnen Mehrschichtenstrom. Die Schichten aus allen gegebenen Schmelzströmen werden erzeugt durch aufeinanderfolgendes Ableiten eines Teils des Stromes von einem Hauptflusskanal in Seitenkanalröhren, welche zu Schichtschlitzen im Verteilerstück des Zuführblocks führen. Der Schichtenfluss kann durch Auswahlen gesteuert werden, die hinsichtlich des Maschinenparks, ebenso wie der Form und den physikalischen Dimensionen der einzelnen Seitenkanalröhren und Schichtschlitzen getroffen werden.
Die Seitenkanalröhren und Schichtschlitze der zwei oder mehreren Schmelzströme wechseln sich häufig ab, um alternierende Schichten zu bilden. Das Verteilerstück des Zuführblocks auf der stromabwärts gewandten Seite ist typischerweise so geformt, dass die Schichten des kombinierten Mehrschichtenstapels komprimiert und in Querrichtung einheitlich ausgebreitet werden. Dicke nicht-optische Schichten, bekannt als schützende Grenzschichten (PBLs), können nahe den Wänden des Verteilerstücks zugeführt werden, unter Verwendung der Schmelzströme des optischen Mehrschichtenstapels oder durch einen eigenen Schmelzstrom. Wie oben beschrieben, können diese nicht-optischen Schichten benutzt werden, um die dünneren optischen Schichten vor den Effekten der Wandspannung und möglichen sich ergebenden Fluss-Instabilitäten zu schützen.
Der Mehrschichtenstapel, der das Verteilerstück des Zuführblocks verlässt, tritt in eine letzte Formeinheit wie eine Düse ein. Alternativ kann der Strom aufgespalten werden, vorzugsweise normal zu den Schichten in dem Stapel, um zwei oder mehrere Mehrschichtenströme zu bilden, die durch Stapelung wieder kombiniert werden können. Der Strom kann auch in einem anderen Winkel als normal zu den Schichten aufgeteilt werden. Ein Flusskanalisierungssystem, welches die Ströme aufteilt und stapelt, wird als Multiplikator bezeichnet. Die Breite der aufgeteilten Ströme (also die Summe der Dicken der einzelnen Schichten) kann gleich oder ungleich sein. Das Multiplikatorverhältnis ist definiert als Verhältnis der breiteren zu den schmaleren Strombreiten. Ungleiche Strombreiten (also Multiplikatorverhältnisse größer als das Einselement) können bei der Erzeugung von Schichtdickengradienten nützlich sein. Im Fall ungleicher Strombreiten kann der Multiplikator in Querrichtung zur Dicke und den Flussrichtungen den schmaleren Strom ausbreiten und/oder den breiteren Strom komprimieren, um sicherzustellen, dass die Schichtbreiten nach dem Stapeln übereinstimmen.
Vor der Multiplikation können dem Mehrschichtenstapel zusätzliche nicht-optische Schichten hinzugefügt werden. Diese nicht-optischen Schichten können als PBLs innerhalb des Multiplikators fungieren. Nach der Multiplikation und der Stapelbildung können einige dieser Schichten interne Grenzschichten zwischen optischen Schichten bilden, während andere Mantelschichten bilden.
Nach der Multiplikation wird das Gewebe zu einer letzten Formeinheit geleitet. Das Gewebe wird dann auf eine Kühlwalze gegossen, manchmal auch als Gießrad oder Gießtrommel bezeichnet. Dieses Gießen wird oft unterstützt durch elektrostatisches Anheften, von welchem die Einzelheiten auf dem Fachgebiet der Herstellung von Polymerfilmen wohlbekannt sind. Das Gewebe kann auf eine einheitliche Dicke über das Gewebe gegossen werden, oder es kann unter Verwendung der Steuerungen der Düsenspalte eine gewollte Profilierung der Gewebedicke ausgelöst werden.
Das Mehrschichtengewebe wird dann gezogen, um den fertigen optischen Mehrschichtenfilm zu erzeugen. In einem beispielhaften Verfahren zur Herstellung eines optischen Mehrschichtenpolarisators wird ein einziger Zugschritt angewendet. Dieses Verfahren kann in einem Spannrahmen oder einem Längenorientierer durchgeführt werden. Typische Spannrahmen ziehen in einer Querrichtung (TD) zur Gewebebahn, auch wenn bestimmte Spannrahmen mit Mechanismen ausgerüstet sind, den Film von der Dimension her in die Gewebebahn oder in Maschinenrichtung (MD) zu ziehen oder zu entspannen (schrumpfen). In diesem beispielhaften Verfahren daher ein Film in eine Richtung in der Ebene gezogen. Die zweite Dimension in der Ebene wird entweder konstant gehalten wie in einem herkömmlichen Spannrahmen, oder man ermöglicht ihr, sich auf eine kleinere Breite als in einem Längenorientierer zu verengen. Solch ein Verengen kann beträchtlich sein und kann sich mit dem Zugverhältnis erhöhen.
In einem beispielhaften Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtenspiegels wird ein Zugverfahren in zwei Schritten angewendet, um das doppelbrechende Material in beide Richtungen in der Ebene zu orientieren. Die Zugverfahren können jede Kombination der beschriebenen einschrittigen Verfahren sein, die ein Ziehen in zwei Richtungen in der Ebene ermöglichen. Außerdem kann ein Spannrahmen benutzt werden, der ein Ziehen entlang der Maschinenrichtung ermöglicht, z.B. ein biaxialer Spannrahmen, welcher nacheinander oder gleichzeitig in zwei Richtungen ziehen kann. In diesem letzteren Fall kann ein einzelnes biaxialer Zugverfahren angewendet werden.
In noch einem anderen Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtenpolarisators wird ein mehrfaches Zugverfahren angewendet, welches das unterschiedliche Verhalten der verschiedenen Materialien auf die einzelnen Zugschritte ausnutzt, um zu bewirken, dass die verschiedenen Schichten verschiedener Materialien innerhalb eines einzelnen koextrudierten Mehrschichtenfilms im Verhältnis zueinander verschiedene Grade und Arten der Orientierung besitzen. Spiegel können auf diese Weise auch gebildet werden.
Die Grenzviskosität der Polyester, die in diesen Schichten und Filmen verwendet werden, bezieht sich auf das Molekulargewicht (in Abwesenheit verzweigender Monomere) des Polymers. Typischerweise weisen die Polyester eine Grenzviskosität von etwa 0,4 dL/g oder mehr auf. Vorzugsweise liegt die Grenzviskosität zwischen etwa 0,4 dL/g und 0,7 dL/g. Die Grenzviskosität wurde zu Zwecken dieser Offenbarung in einem Lösungsmittel aus 60/40 Gew.% Phenol/o-Dichlorbenzol bei 30 °C gemessen, sofern nicht anders angegeben.
Die folgenden Beispiele zeigen die Herstellung und Verwendungen der erfindungsgemäßen optischen Mehrschichtenfilme. Es versteht sich, dass diese Beispiele lediglich illustrativ sind und in keiner Weise als begrenzend für den Schutzbereich der Erfindung auszulegen sind
BEISPIELE
Monomere, Katalysatoren und Stabilisatoren, die bei der Erzeugung der Polymere für diese Beispiele verwendet werden, sind von den folgenden Lieferanten kommerziell erhältlich: Dimethylnaphthalindicarboxylat von Amoco (Decatur, Alabama), Dimethylterephthalat von Hoechst Celanese (Dallas, TX), Ethylenglykol von Union Carbide (Charleston, WV), 1,6-Hexandiol von BASF (Charlotte, NC), Antimontriacetat von Elf Atochem (Philadelphia, PA), Kobaltacetat von Hall Chemical (Wickliffe, OH) Zinkacetat von G.T.Baker (Philipsberg, NJ), Trimethylolpropan von Hoechst-Celanese (Bishop, TX), trans-Dimethylcyclohexandicarboxylat von Eastman Chemical (Kingsport, TN) und Triethylphosphonoacetat von Albright & Wilson (Glen Allen, VA).
In jedem der unten beschriebenen Beispiele wird ein 836-Schichten-Film gebildet. Die Konstruktion 836 optischer Schichten enthält vier optische Mehrschichtenstapel mit abgestuften Schichtdicken, erhalten durch die doppelte Multiplikation einer 209-Schichten-Konstruktion aus einem Mehrschichten-Zuführblock. Die optischen Schichten machen etwa 50 Prozent der Dicke der Konstruktion aus. Jeder der Stapel ist durch eine von drei inneren nicht-optischen schützenden Grenzschichten getrennt, von denen jede etwa 2 % der Gesamtdicke ausmacht. Schließlich besitzt jede Seite des Films eine äußere nicht-optische Mantelschicht, von denen jede etwa 11 % der Dicke ausmacht.
Ein „Ausbeutentester" wurde verwendet, um einige der Filme in den Beispielen zu untersuchen. Der „Ausbeutentester" kann unter Verwendung eines Spotmeters und eines geeigneten Gegenlichtes mit einem zwischen den beiden angeordneten Polarisator hergestellt werden, so dass nur eine Polarisation des Lichtes von dem Gegenlicht von dem Photometer gemessen wird. Geeignete Spotmeter sind z.B. das Minolta LS-100 und LS-110 (Minolta Co., Ltd., Ramsey, NJ). Der absolute Wert einer gemessenen Ausbeute hängt zumindest teilweise von dem verwendeten Gegenlicht ab und von der Orientierung der Probe auf dem Gegenlicht, ebenso wie von der Größe der Probe. Das Gegenlicht, das in den Beispielen benutzt wurde, wurde von Landmark erworben, und der Polarisator war ein stark kontrastierender Display-Polarisator, der so ausgerichtet war, dass die Durchgangsachse des Polarisators mit der langen Achse des Gegenlichtes in eine Linie gebracht wurde. Die Probe wurde in den Tester eingefügt, so dass die Durchgangsachse der Probe mit der Durchgangsachse des stark kontrastierenden Polarisators in eine Linie gebracht wurde. Die Probe wurde groß genug hergestellt, um das gesamte Gegenlicht zu bedecken.
Die Transmissionsmessungen wurden unter Verwendung eines Spektrometers durchgeführt, das einen Oriel-127i-Spektrographen und ein Oriel-Instaspec-II-Fotodiodenfeld (Oriel Instruments, Stratford, CT) und einen Kugelbeleuchter und eine Wolframhalogen-Lichtquelle enthielt. Die Transmissionsmessungen wurden nach einem Verfahren durchgeführt, das Ergebnisse liefert, die im Wesentlichen ASTM E275-93 ähnlich sind.
Beispiel 1
Polarisierender Film mit CoPEN(40/60)/CoPET-Schichten.
Ein reflektierender Mehrschichten-Polarisatorfilm wurde mit ersten optischen Schichten aufgebaut, die erzeugt wurden aus einem Co-Polyethylennaphthalat mit Carboxylat-Untereinheiten, die aus 40 mol.% Dimethyl naphthalindicarboxylat und 60 mol.% Dimethylterephthalat gewonnen wurden, und Glykol-Untereinheiten, die aus 100 mol.% Ethylenglykol gewonnen wurden, und zweiten optischen Schichten, die erzeugt wurden aus einem Co-Polyethylenterephthalat mit Carboxylat-Untereinheiten, die aus 70 mol.% Terephthalatdicarboxylat und 30 mol.% trans-Dimethylcyclohexandicarboxylat gewonnen wurden, und Glykol-Untereinheiten, die aus 99,5 mol.% Ethylenglykol und 0,5 mol.% Trimethylolpropan gewonnen wurden.
Das Co-Polyethylennaphthalat, das benutzt wurde, um die ersten optischen Schichten zu bilden, wurde in einem Chargenreaktor mit dem folgenden Rohmaterial-Ansatz synthetisiert: 67,7 pbw (Gewichtsanteile) Dimethylnaphthalindicarboxylat, 80,5 pbw Dimethylterephthalat, 75 pbw Ethylenglykol, 0,027 pbw Zinkacetat, 0.027 pbw Kobaltacetat und 0,048 pbw Antimontriacetat. Unter einem Druck von 2 atm wurde dieses Gemisch auf 254 °C erhitzt und dabei das Methanol entfernt. Nachdem 36 pbw des Methanols entfernt waren, wurden 51 pbw Triethylphosphonoacetat in den Reaktor gegeben, und dann wurde der Druck allmählich auf 1 Torr verringert, während man auf 290 °C erhitzte. Das Nebenprodukt der Kondensationsreaktion, Ethylenglykol, wurde kontinuierlich entfernt, bis ein Polymer mit einer Grenzviskosität von 0,55 dL/g, gemessen in Phenol/o-Dichlorbenzol (60/40 Gew.%), erzeugt war.
Das Co-Polyethylenterephthalat, das benutzt wurde, um die zweiten optischen Schichten zu bilden, wurde in einem Chargenreaktor mit dem folgenden Rohmaterial-Ansatz synthetisiert: 102 pbw Dimethylterephthalat, 44 pbw trans-Dimethylcyclohexandicarboxylat, 99 pbw Ethylenglykol, 0,363 pbw Trimethylolpropan, 0,036 pbw Zinkacetat, 0,036 pbw Kobaltacetat und 0,065 pbw Antimontriacetat. Unter einem Druck von 2 atm wurde dieses Gemisch auf 254 °C erhitzt und dabei das Methanol entfernt. Nachdem 48 pbw des Methanols entfernt waren, wurden 0,070 pbw Triethylphosphonoacetat in den Reaktor gegeben, und dann wurde der Druck allmählich auf 1 Torr verringert, während man auf 290 °C erhitzte. Das Nebenprodukt der Kondensationsreaktion, Ethylenglykol, wurde kontinuierlich entfernt, bis ein Polymer mit einer Grenzviskosität von 0,70 dL/g, gemessen in Phenol/o-Dichlorbenzol (60/40 Gew.%), erzeugt war.
Die oben beschriebenen Copolymere wurden dann durch ein Mehrschichten-Schmelzenverteilerstück koextrudiert, um einen Mehrschichtenfilm mit 836 abwechselnden ersten und zweiten optischen Schichten zu erzeugen. Dieser spezielle reflektierende Mehrschichtenfilm enthielt auch innere und äußere Schutzschichten, die aus demselben Co(polyethylenterephthalat) wie die zweiten optischen Schichten hergestellt waren. Der gegossene Film wurde in einem Ofen erwärmt, der mit Heißluft beschickt wurde, die auf 93 °C eingestellt war, und dann mit einem 6:1-Zug uniaxial orientiert, um einen Reflexionspolarisator einer Dicke von etwa 125 μm zu erzeugen. Die Glasübergangstemperatur des CoPEN der ersten optischen Schichten beträgt etwa 95 °C.
Der reflektierende Mehrschichten-Polarisatorfilm wurde innerhalb eines Flüssigkristall-Computerdisplays angeordnet. Die Helligkeit des Displays erhöhte sich um 55 %, was einer Leuchtdichtenverstärkung von 1,55 entspricht. Der reflektierende Mehrschichten-Polarisatorfilm ließ für normal einfallendes Licht 81 des Lichts mit der Durchlasspolarisation und 3,9 % des Lichts mit der anderen (Nicht-Durchlass-)Polarisation durch. Für schrägeinfallendes Licht (im 60-Grad-Winkel von normalem) ließ der reflektierende Mehrschichten-Polarisatorfilm 81 % der Durchlasspolarisation durch.
Beispiel 2
Polarisierender Film mit CoPEN(40/60)/CoPET-Schichten.
Ein reflektierender Mehrschichten-Polarisatorfilm wurde wie in Beispiel 1 aufgebaut, außer dass der reflektierende Mehrschichten-Polarisator bei einer Temperatur von 88 °C uniaxial orientiert wurde. Die Glasübergangstemperatur des CoPEN der ersten optischen Schichten betrug etwa 95 °C.
Der reflektierende Mehrschichten-Polarisatorfilm wurde innerhalb eines Flüssigkristall-Computerdisplays angeordnet. Die Helligkeit des Displays erhöhte sich um 54 %, was einer Leuchtdichtenverstärkung von 1,54 entspricht. Der reflektierende Mehrschichten-Polarisatorfilm ließ für normal einfallendes Licht 88 des Lichts mit der Durchlasspolarisation und 1,9 % des Lichts mit der anderen (Nicht-Durchlass-)Polarisation durch. Für schrägeinfallendes Licht (im 60-Grad-Winkel von normalem) ließ der reflektierende Mehrschichten-Polarisatorfilm 85 % der Durchlasspolarisation durch.
Beispiel 3
Polarisierender Film mit CoPEN(40/60)/CoPET-Schichten.
Ein reflektierender Mehrschichten-Polarisatorfilm wurde wie in Beispiel 1 aufgebaut, außer dass der reflektierende Mehrschichten-Polarisator bei einer Temperatur von 82 °C uniaxial orientiert wurde. Die Glasübergangstemperatur des CoPEN der ersten optischen Schichten betrug etwa 95 °C.
Der reflektierende Mehrschichten-Polarisatorfilm wurde innerhalb eines Flüssigkristall-Computerdisplays angeordnet. Die Helligkeit des Displays erhöhte sich um 54 %, was einer Leuchtdichtenverstärkung von 1,54 entspricht. Der reflektierende Mehrschichten-Polarisatorfilm ließ für normal einfallendes Licht 87 des Lichts mit der Durchlasspolarisation und 2,5 % des Lichts mit der anderen (Nicht-Durchlass-)Polarisation durch. Für schrägeinfallendes Licht (im 60-Grad-Winkel von normalem) ließ der reflektierende Mehrschichten- Polarisatorfilm 87 % der Durchlasspolarisation durch.
Beispiel 4
Polarisierender Film mit Block-CoPEN(40/60)/CoPET-Schichten.
Ein reflektierender Mehrschichten-Polarisatorfilm wurde mit ersten optischen Schichten aufgebaut, die erzeugt wurden aus einem Co-Polyethylennaphthalat mit Carboxylat-Untereinheiten, die aus 40 mol.% Dimethylnaphthalindicarboxylat und 60 mol.% Dimethylterephthalat gewonnen wurden, und Glykol-Untereinheiten, die aus 100 mol.% Ethylenglykol gewonnen wurden, und zweiten optischen Schichten, die erzeugt wurden aus einem Co-Polyethylenterephthalat mit Carboxylat-Untereinheiten, die aus 85 mol.% Terephthalatdicarboxylat und 15 mol.% trans-Dimethylcyclohexandicarboxylat gewonnen wurden, und Glykol-Untereinheiten, die aus 99,5 mol.% Ethylenglykol und 0,5 mol.% Trimethylolpropan gewonnen wurden.
Das Co-Polyethylennaphthalat, das benutzt wurde, um die ersten optischen Schichten zu bilden, wurde erzeugt aus einer Mischung aus 55 Gew.% Polyethylennaphthalat (PET) und 45 Gew.% CoPEN mit Carboxylat-Untereinheiten, die aus 92 mol.% Dimethylnaphthalindicarboxylat und 8 mol.% Dimethylterephthalat gewonnen wurden, und Glykol-Untereinheiten, die aus 100 mol.% Ethylenglykol gewonnen wurden.
Das PET, das in der Mischung verwendet wurde, um die ersten optischen Schichten zu bilden, wurde in einem Chargenreaktor mit dem folgenden Rohmaterialansatz synthetisiert: 138 pbw Dimethylterephthalat, 93 pbw Ethylenglykol, 0,027 pbw Zinkacetat, 0,027 pbw Kobaltacetat und 0,048 pbw Antimontriacetat. Unter einem Druck von 2 atm wurde dieses Gemisch auf 254 °C erhitzt und dabei das Methanol entfernt. Nachdem 45 pbw des Methanols entfernt waren, wurden 0,052 pbw Triethylphosphonoacetat in den Reaktor gegeben, und dann wurde der Druck allmählich auf 1 Torr verringert, während man auf 290 °C erhitzte. Das Nebenprodukt der Kondensationsreaktion, Ethylenglykol, wurde kontinuierlich entfernt, bis ein Polymer mit einer Grenzviskosität von 0,60 dL/g, gemessen in Phenol/o-Dichlorbenzol (60/40 Gew.%), erzeugt war.
Das CoPEN, das in der Mischung verwendet wurde, um die ersten optischen Schichten zu bilden, wurde in einem Chargenreaktor mit dem folgenden Rohmaterialansatz synthetisiert: 126 pbw Dimethylnaphthalindicarboxylat, 11 pbw Dimethylterephthalat, 75 pbw Ethylenglykol, 0,027 pbw Zinkacetat, 0,027 pbw Kobaltacetat und 0,048 pbw Antimontriacetat. Unter einem Druck von 2 atm wurde dieses Gemisch auf 254 °C erhitzt und dabei das Methanol entfernt. Nachdem 36 pbw des Methanols entfernt waren, wurden 0,049 pbw Triethylphosphonoacetat in den Reaktor gegeben, und dann wurde der Druck allmählich auf 1 Torr verringert, während man auf 290 °C erhitzte. Das Nebenprodukt der Kondensationsreaktion, Ethylenglykol, wurde kontinuierlich entfernt, bis ein Polymer mit einer Grenzviskosität von 0,50 dL/g, gemessen in Phenol/o-Dichlorbenzol (60/40 Gew.%), erzeugt war.
Das Co-Polyethylenterephthalat, das verwendet wurde, um die zweiten optischen Schichten zu bilden, wurde in einem Chargenreaktor mit dem folgenden Rohmaterialansatz synthetisiert: 125 pbw Dimethylterephthalat, 22 pbw trans-Dimethylcyclohexandicarboxylat, 94 pbw Ethylenglykol, 0,363 Trimethylolpropan, 0,036 pbw Zinkacetat, 0,036 pbw Kobaltacetat und 0,065 pbw Antimontriacetat. Unter einem Druck von 2 atm wurde dieses Gemisch auf 254 °C erhitzt und dabei das Methanol entfernt. Nachdem 48 pbw des Methanols entfernt waren, wurden 0,070 pbw Triethylphosphonoacetat in den Reaktor gegeben, und dann wurde der Druck allmählich auf 1 Torr verringert, während man auf 290 °C erhitzte. Das Nebenprodukt der Kondensationsreaktion, Ethylenglykol, wurde kontinuierlich entfernt, bis ein Polymer mit einer Grenzviskosität von 0,70 dL/g, gemessen in Phenol/o-Dichlorbenzol (60/40 Gew.%), erzeugt war.
Die oben beschriebenen Copolymere wurden dann durch ein Mehrschichten-Schmelzenverteilerstück koextrudiert, um einen Mehrschichtenfilm mit 836 abwechselnden ersten und zweiten optischen Schichten zu erzeugen. Dieser spezielle reflektierende Mehrschichtenfilm enthielt auch innere und äußere Schutzschichten, die aus demselben Co(polyethylenterephthalat) wie die zweiten optischen Schichten hergestellt waren. Der gegossene Film wurde in einem Ofen erwärmt, der mit Heißluft beschickt wurde, die auf 99 °C eingestellt war, und dann mit einem 6:1-Zug uniaxial orientiert, um einen Reflexionspolarisator einer Dicke von etwa 125 um zu erzeugen. Die Glasübergangstemperatur des CoPEN der ersten optischen Schichten beträgt etwa 95 °C.
Der reflektierende Mehrschichten-Polarisatorfilm wurde innerhalb eines Flüssigkristall-Computerdisplays angeordnet. Die Helligkeit des Displays erhöhte sich um 51 %, was einer Leuchtdichtenverstärkung von 1,51 entspricht. Der reflektierende Mehrschichten-Polarisatorfilm ließ für normal einfallendes Licht 89 des Lichts mit der Durchlasspolarisation und 8,5 % des Lichts mit der anderen (Nicht-Durchlass-)Polarisation durch. Für schrägeinfallendes Licht (im 60-Grad-Winkel von normalem) ließ der reflektierende Mehrschichten-Polarisatorfilm 86 % der Durchlasspolarisation durch.
Beispiel 5
Polarisierender Film mit Block-CoPEN(40/60)/CoPET-Schichten.
Ein reflektierender Mehrschichten-Polarisatorfilm wurde wie in Beispiel 4 aufgebaut, außer dass der reflektierende Mehrschichten-Polarisator bei einer Temperatur von 93 °C uniaxial orientiert wurde. Die Glasübergangstemperatur des CoPEN der ersten optischen Schichten betrug etwa 95 °C.
Der reflektierende Mehrschichten-Polarisatorfilm wurde innerhalb eines Flüssigkristall-Computerdisplays angeordnet. Die Helligkeit des Displays erhöhte sich um 55 %, was einer Leuchtdichtenverstärkung von 1,55 entspricht. Der reflektierende Mehrschichten-Polarisatorfilm ließ für normal einfallendes Licht 89 % des Lichts mit der Durchlasspolarisation und 4,8 % des Lichts mit der anderen (Nicht-Durchlass-)Polarisation durch. Für schrägeinfallendes Licht (im 60-Grad-Winkel von normalem) ließ der reflektierende Mehrschichten-Polarisatorfilm 87 % der Durchlasspolarisation durch.
Beispiel 6
Polarisierender Film mit CoPEN(50/50)/PETG-Schichten.
Ein reflektierender Mehrschichten-Polarisatorfilm kann mit ersten optischen Schichten aufgebaut werden, die erzeugt werden aus einem Co-Polyethylennaphthalat mit Carboxylat-Untereinheiten, die aus 50 mol.% Dimethylnaphthalindicarboxylat und 50 mol.% Dimethylterephthalat gewonnen werden, und Glykol-Untereinheiten, die aus 100 mol.% Ethylenglykol gewonnen werden, und zweiten optischen Schichten, die erzeugt werden aus einem Co-Polyethylenterephthalat (CoPET) mit Carboxylat-Untereinheiten, die aus 100 mol.% Terephthalatdicarboxylat gewonnen werden, und Glykol-Untereinheiten, die aus Ethylenglykol und Cyclohexandimethanol gewonnen werden. Dieses CoPET ist als PETG erhältlich von Eastman Chemical Co., Kingsport, TN.
Das Co-Polyethylennaphthalat, das verwendet wird, um die ersten optischen Schichten zu bilden, kann in einem Chargenreaktor mit dem folgenden Rohmaterialansatz synthetisiert werden: 83 pbw Dimethylnaphthalindicarboxylat, 66 pbw Dimethylterephthalat, 87 pbw Ethylenglykol, 0,027 pbw Zinkacetat, 0,027 pbw Kobaltacetat und 0,048 pbw Antimontriacetat. Unter einem Druck von 2 atm wird dieses Gemisch auf 254 °C erhitzt und dabei das Methanol entfernt. Nachdem 43 pbw des Methanols entfernt sind, werden 0,051 pbw Triethylphosphonoacetat in den Reaktor gegeben, und dann wird der Druck allmählich auf 1 Torr verringert, während man auf 290 °C erhitzt. Das Nebenprodukt der Kondensationsreaktion, Ethylenglykol, wird kontinuierlich entfernt, bis ein Polymer mit einer Grenzviskosität von 0,55 dL/g, gemessen in Phenol/o-Dichlorbenzol (60/40 Gew.%), erzeugt ist.
Die oben beschriebenen Copolymere werden dann durch ein Mehrschichten-Schmelzenverteilerstück koextrudiert, um einen Mehrschichtenfilm mit 836 abwechselnden ersten und zweiten optischen Schichten zu erzeugen. Dieser reflektierende Mehrschichtenfilm kann auch innere und äußere Schutzschichten enthalten, die aus demselben Co(polyethylenterephthalat) wie die zweiten optischen Schichten hergestellt sind. Der gegossene Film wird in einem Ofen erwärmt, der mit Heißluft beschickt wird, die auf etwa 110 °C eingestellt ist, und dann mit einem 6:1-Zug uniaxial orientiert, um einen Reflexionspolarisator einer Dicke von etwa 125 μm zu erzeugen.
Beispiel 7
Polarisierender Film mit CoPEN(60/40)/PETG-Schichten.
Ein reflektierender Mehrschichten-Polarisatorfilm kann mit ersten optischen Schichten aufgebaut werden, die erzeugt werden aus einem Co-Polyethylennaphthalat mit Carboxylat-Untereinheiten, die aus 60 mol.% Dimethylnaphthalindicarboxylat und 40 mol.% Dimethylterephthalat gewonnen werden, und Glykol-Untereinheiten, die aus 100 mol.% Ethylenglykol gewonnen werden, und zweiten optischen Schichten, die erzeugt werden aus einem Co-Polyethylenterephthalat (CoPET) mit Carboxylat-Untereinheiten, die aus 100 mol.% Terephthalatdicarboxylat gewonnen werden, und Glykol-Untereinheiten, die aus Ethylenglykol und Cyclohexandimethanol gewonnen werden. Dieses CoPET ist als PETG erhältlich von Eastman Chemical Co., Kingsport, TN.
Das Co-Polyethylennaphthalat, das verwendet wird, um die ersten optischen Schichten zu bilden, kann in einem Chargenreaktor mit dem folgenden Rohmaterialansatz synthetisiert werden: 98 pbw Dimethylnaphthalindicarboxylat, 52 pbw Dimethylterephthalat, 87 pbw Ethylenglykol, 0,027 pbw Zinkacetat, 0,027 pbw Kobaltacetat und 0,048 pbw Antimontriacetat. Unter einem Druck von 2 atm wird dieses Gemisch auf 254 °C erhitzt und dabei das Methanol entfernt. Nachdem 41 pbw des Methanols entfernt sind, werden 0,051 pbw Triethylphosphonoacetat in den Reaktor gegeben, und dann wird der Druck allmählich auf 1 Torr verringert, während man auf 290 °C erhitzt. Das Nebenprodukt der Kondensationsreaktion, Ethylenglykol, wird kontinuierlich entfernt, bis ein Polymer mit einer Grenzviskosität von 0,53 dL/g, gemessen in Phenol/o-Dichlorbenzol (60/40 Gew.%), erzeugt ist.
Die oben beschriebenen Copolymere werden dann durch ein Mehrschichten-Schmelzenverteilerstück koextrudiert, um einen Mehrschichtenfilm mit 836 abwechselnden ersten und zweiten optischen Schichten zu erzeugen. Dieser reflektierende Mehrschichtenfilm kann auch innere und äußere Schutzschichten enthalten, die aus demselben Co(polyethylenterephthalat) wie die zweiten optischen Schichten hergestellt sind. Der gegossene Film wird in einem Ofen erwärmt, der mit Heißluft beschickt wird, die auf etwa 115 °C eingestellt ist, und dann mit einem 6:1-Zug uniaxial orientiert, um einen Reflexionspolarisator einer Dicke von etwa 125 μm zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung sollte nicht als auf die einzelnen oben beschriebenen Beispiele beschränkt angesehen werden, sondern sollte stattdessen so verstanden werden, dass sie alle Erscheinungsformen der Erfindung abdeckt, wie sie in den angefügten Ansprüchen genau dargelegt sind. Verschiedene Modifikationen, äquivalente Verfahren, ebenso wie zahlreiche Strukturen, auf welche die vorliegende Erfindung anwendbar sein kann, sind für den Fachmann auf dem Fachgebiet, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, nach Durchsicht der vorliegenden Beschreibung offensichtlich.

Claims

Optischer Mehrschichtenkörper, umfassend: mehrere doppelbrechende erste optische Schichten, wobei jede erste optische Schicht ein Polyethylennaphthalat-Copolymer umfasst, wobei weniger als 70 mol.% der Carboxylat-Untereinheiten des Copolymers Naphthalat-Untereinheiten sind; und mehrere zweite optische Schichten, die sich mit den ersten optischen Schichten abwechseln, wobei die zweiten optischen Schichten für Licht von 632,8 nm eine niedrigere Doppelbrechung in der Ebene als die ersten optischen Schichten aufweisen.
Optischer Mehrschichtenkörper nach Anspruch 1, wobei jede erste optische Schicht für Licht von 632,8 nm eine Doppelbrechung in der Ebene von mindestens 0,19 aufweist.
Optischer Mehrschichtenkörper nach Anspruch 1, wobei das Polyethylennaphthalat-Copolymer ein statistisches Copolymer ist.
Optischer Mehrschichtenkörper nach Anspruch 1, wobei das Polyethylennaphthalat-Copolymer ein Block-Copolymer ist.
Optischer Mehrschichtenkörper nach Anspruch 1, wobei jede der ersten optischen Schichten ein Polyethylennaphthalat-Copolymer umfasst, bei dem etwa 25 bis 65 mol.% der Carboxylat-Untereinheiten des Copolymers Naphthalat-Untereinheiten sind.
Optischer Mehrschichtenkörper nach Anspruch 1, wobei die zweiten optischen Schichten für Licht von 632,8 nm eine Doppelbrechung in der Ebene von nicht mehr als etwa 0,04 aufweisen.
Optischer Mehrschichtenkörper nach Anspruch 1, wobei jede der zweiten optischen Schichten ein Polyethylenterephthalat-Copolymer umfasst.
Optischer Mehrschichtenkörper nach Anspruch 7, wobei das Polyethylenterephthalat-Copolymer Terephthalat-Untereinheiten, Ethylenglykol-Untereinheiten und Comonomer-Untereinheiten enthält, die von mindestens einer Verbindung abgeleitet sind, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus aliphatischen Disäuren und aliphatischen Diolen.
Optischer Mehrschichtenkörper nach Anspruch 1, wobei das Polyethylennaphthalat-Copolymer wesentlich mehr Licht im Bereich von 380 bis 400 nm durchlässt als Polyethylennaphthalat.
Optischer Mehrschichtenkörper nach Anspruch 1, wobei das Polyethylennaphthalat-Copolymer bei einer Temperatur, die nicht höher als die Glasübergangstemperatur des Copolymers ist, orientierbar ist, um für Licht von 632,8 nm eine Doppelbrechung in der Ebene von mindestens 0,19 zu erzeugen.
Optischer Mehrschichtenkörper nach Anspruch 1, wobei jede erste optische Schicht für Licht von 632,8 nm eine Doppelbrechung in der Ebene von mindestens etwa 0,16 aufweist.
Optischer Mehrschichtenkörper nach Anspruch 1, wobei das Polyethylennaphthalat-Copolymer eine Kristallinität von nicht mehr als etwa 20 %, bestimmt unter Anwendung von Differenzialthermoanalyse, aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Mehrschichtenkörpers, umfassend die Schritte: Bilden eines Stapels polymerer optischer Schichten, wobei der Stapel der optischen Schichten umfasst: mehrere erste optische Schichten, wobei jede erste optische Schicht ein Polyethylennaphthalat-Copolymer umfasst, wobei weniger als 70 mol.% der Carboxylat-Untereinheiten des Copolymers Naphthalat-Untereinheiten sind; und mehrere zweite optische Schichten, die mehrere optische Grenzflächen mit den ersten optischen Schichten bilden; und Orientieren der ersten optischen Schichten bei einer Temperatur, die etwa die Glasübergangstemperatur des Polymers der ersten optischen Schichten oder niedriger ist, um den ersten optischen Schichten eine Doppelbrechung in der Ebene von mindestens etwa 0,16 zu geben.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Bildens eines Stapels optischer Schichten das Bilden der mehreren ersten optischen Schichten unter Verwendung eines Polyethylennaphthalat-Copolymers, bei dem etwa 25 bis 65 mol.% der Carboxylat-Untereinheiten Naphthalat-Untereinheiten sind, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Bildens eines Stapels optischer Schichten das Bilden der mehreren ersten optischen Schichten unter Verwendung eines Polymers umfasst, das eine Kristallinität von nicht mehr als etwa 20 %, bestimmt unter Anwendung von Differenzialthermoanalyse, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Bilden eines Stapels polymerer optischer Schichten das Bilden der mehreren ersten optischen Schichten mit einem Polyethylennaphthalat-Copolymer, bei dem mindestens etwa 20 mol.% der Carboxylat-Untereinheiten Naphthalat-Untereinheiten sind, umfasst.
Optischer Mehrschichtenkörper nach Anspruch 1, wobei jede erste optische Schicht einen optischen Wirkungsgrad von nicht mehr als etwa 0,10 aufweist.
Eine Vorrichtung, die den optischen Mehrschichtenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und 17 umfasst.