光学薄膜 |
|||||||
申请号 | CN201380019379.4 | 申请日 | 2013-02-08 | 公开(公告)号 | CN104245884A | 公开(公告)日 | 2014-12-24 |
申请人 | 克莱索普提克斯株式会社; | 发明人 | A·拉扎雷夫; | ||||
摘要 | 本 发明 总体涉及光学延迟 薄膜 。本发明可用作 液晶 显示(LCD)装置中的光学元件,特别是用作反射型和透射型两种类型的LCD的 相移 组件,以及用在应用光学延迟薄膜的其他科学技术领域例如建筑业、 汽车 产业、装饰行业。本发明提供了一种光学薄膜,其包括具有前后表面的 基板 和至少一层位于基板前表面上的固体光学延迟层。固体光学延迟层包含基于结构通式I的2,2’-二磺基-4,4’-联苯胺对苯二甲酰胺-间苯二甲酰胺共聚物或其盐的有机刚性棒状大分子。固体光学延迟层为对可见 光谱 范围内的电磁 辐射 基本透明的负C型或Ac型板。 | ||||||
权利要求 | 1.一种光学薄膜,其包括 |
||||||
说明书全文 | 光学薄膜[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请涉及2009年12月1日提交的题目为“Organic Polymer Compound,Optical Film and Method”的第12/628,398号美国专利申请,其全部公开内容在此通过引证的方式纳入本说明书。 技术领域[0004] 发明背景 [0005] 液晶显示(LCD)技术在过去的几年里取得了显著的进步。基于LCD板的移动电话、笔记本电脑、监视器、电视机甚至是公共显示器都出现在市场上。LCD市场预计在不久的将来会继续保持增长并为研究者和制造商设定了新任务。关键的增长点有产品质量的改善和成本的降低。 [0007] 如今,LCD技术仍然存在一些缺点,这些缺点影响液晶显示器的质量,并且甚至使竞争性技术例如等离子显示板(PDP)可行。缺点之一是在倾斜视角下对比度减小。在常规的LCD中,视角性能强烈取决于偏振器的性能。常规的LCD包括两个90°交叉的二向色性偏振器。然而,在倾斜视角下它们的轴投影之间的角度偏离90°,并且偏振器变成不交叉。漏光随着离轴倾斜角的增加而增加。这导致了沿着交叉偏振器的二等分线的宽视角的对比度较低。此外,由于置于交叉偏振器之间的液晶元件,漏光现象更严重。 [0011] 除了无定形聚合物薄膜的拉伸,其他的聚合物排列技术是本领域已知的。热致液晶聚合物(LCP)能提供以各种类型的双折射为特征的高度各向异性薄膜。这种薄膜的制造包括在基板上涂覆聚合物熔体或溶液,并且对于后者,涂覆步骤之后进行溶剂蒸发。也涉及其他排列行为,例如施加电场,或者使用取向膜或者在拉伸基板上涂覆。涂层的后处理设置在使施用的聚合物呈现液晶相的温度下,并且涂层的后处理的时间足以使聚合物分子取向。单轴和双轴光学薄膜的制备的实例可见于本领域中的各种专利文件和科学出版物。 [0012] 在Li等人的Polymer,第38卷,编号38,第3223-3227页(1997)的文章中,作者注意到一些聚合物具有光学各向异性,其极其不依赖于薄膜的厚度。他们描述了刚性链聚合物在基板上的特定分子顺序。如图1(现有技术)所示,分子的指向优先在基板的平面内并且在平面内不具有优先的方向。然而,所记载的方法具有技术性缺点。将溶液施于热的基板上,并将样品在150℃高温的真空中干燥。 [0013] 合成聚电解质在水溶液中的剪切诱导中间相结构记载于T.Funaki等人的Langmuir,第20卷,第6518-6520(2004)页中。根据本领域中已知的步骤通过界面缩聚反应制备聚(2,2-二磺酰基联苯胺对苯二甲酰胺)(PBDT)。利用偏光显微镜,作者在浓度范围为2.8-5.0重量%的水溶液中观察到溶致型向列相。广角X射线衍射研究表明在向列状态中,PBDT分子的链间距离d为0.30-0.34nm,所述链间距离为与浓度(2.8-5.0重量%)无关的常量。PBDT的d值比普通的向列型聚合物(0.41-0.45nm)的d值小,这表明,尽管有磺酸根阴离子的静电排斥作用,但在向列状态中的PBDT棒在向列状态中具有强烈的链间相互作用以形成束状结构。 [0014] 许多刚性棒状水溶性聚合物记载于N.Sarkar和D.Kershner的Journal of Applied Polymer Science,第62卷,第393-408页(1996)中。作者建议在不同的应用例如提高石油回收中使用这些聚合物。对于这些应用,具有在很低的浓度下具有高粘度的水溶性的剪切稳定的聚合物是至关重要的。众所周知,刚性棒状聚合物在低分子量的情况下与常规使用的柔性链聚合物例如水解聚丙烯酰胺相比具有高粘度。新的磺化的水溶性芳族聚酰胺、聚脲以及聚酰亚胺通过磺化的芳族二胺与芳族二酐、二酰氯或光气的界面聚合或溶液聚合反应而制备。这些聚合物中的一些具有足够高的分子量(根据GPC数据<200000)、极高的特性粘度(~65dL/g),并且在盐溶液中显示出转换成螺旋线圈。 [0015] 本发明提供用于液晶显示或其他应用的光学薄膜的上述缺点的解决方案,并且公开了一种光学薄膜,具体而言,一种基于水溶性刚性芯的聚合物和共聚物的单轴负C型板和双轴Ac型板延迟层。 发明内容[0016] 本发明提供一种光学薄膜,其包括具有前后表面的基板,和至少一层位于基板前表面上的固体光学延迟层。固体光学延迟层包含基于结构通式I的2,2’-二磺基-4,4’-联苯胺对苯二甲酰胺-间苯二甲酰胺共聚物或其盐和抗衡离子的有机刚性棒状大分子[0017] [0018] 其中p和q是刚性共聚物大分子中的有机单元的数目,其在5至1000的范围内,—侧基SO3 提供了有机刚性棒状共聚物大分子或其盐在水性溶剂中的溶解性。至少一种抗衡+ + + + + 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 3+ 3+ 3+ 3+ 3+ 3+ 离子选自H、Na、K、Li、Cs、Ba 、Ca 、Mg 、Sr 、Pb 、Zn 、La 、Ce 、Y 、Yb 、Al 、Gd 、 4+ + Zr 和NH4-kQk,其中Q独立地选自直链或支化的(C1-C20)烷基、(C2-C20)烯基、(C2-C20)炔基,和(C6-C20)芳基烷基,并且k为0、1、2、3或4。固体光学延迟层为对可见光谱范围内的电磁辐射基本透明的负C型或Ac型板。 附图说明 [0019] 图1示意性地说明了刚性链聚合物分子在基板上的排列(现有技术)。 [0020] 图2示出了由2,2’-二磺基-4,4’-联苯胺对苯二甲酰胺-间苯二甲酰胺共聚物铯盐在玻璃基板上制备的有机延迟层的主折射率光谱;对苯二甲酰胺/间苯二甲酰胺在共聚物中的摩尔比为50:50。 [0021] 图3示出了由2,2’-二磺基-4,4’-联苯胺对苯二甲酰胺-间苯二甲酰胺共聚物铯盐在玻璃基板上制备的有机延迟层的主折射率光谱;对苯二甲酰胺/间苯二甲酰胺的摩尔比为92:8。 [0023] 图5示出了公开的包含防反射层的光学薄膜的截面图。 [0024] 图6示出了公开的包含反射层的光学薄膜的截面图。 [0025] 图7示出了公开的包含漫反射层或镜面反射层作为基板的光学薄膜的截面图。 [0026] 发明内容 [0028] 在本发明的说明书和权利要求书中所用的各种术语的定义列出如下。 [0029] 术语“可见光谱范围”是指具有下限约等于400nm且上限约等于700nm的光谱范围。 [0030] 术语“延迟层”是指由三个主折射率(nx,ny和nz)表征的光学各向异性层,其中主折射率nx和ny的两个主方向属于对应于延迟层的一个平面的xy-面,且折射率(nz)的一个主方向对应于延迟层的法线。 [0031] 术语“负C型的光学各向异性延迟层”是指折射率nx、ny和nz在可见光谱范围符合以下条件的光学层:nz [0032] 术语“Ac型的光学各向异性延迟层”是指折射率nx、ny和nz在可见光谱范围符合以下条件的光学层:nz [0033] 术语“NZ因子”是指双轴性程度的数量测度,其可以由以下公式计算: [0034] [0035] 术语“厚度延迟Rth”是指延迟层、基板或板的延迟,其由以下公式定义:Rth=[nz-(nx+ny)/2]*d,其中d是延迟层、基板或板的厚度。 [0036] 术语“面内延迟Ro”是指延迟层、基板或板的延迟,其由以下公式定义:Ro=(nx-ny)*d,其中d是延迟层、基板或板的厚度。 [0037] 对所有类型的各向异性层而言,以上所述的定义不随坐标系(实验坐标系)围绕着垂直z轴的旋转而变。 [0038] 本发明提供如上文所公开的光学薄膜。在本发明的一个实施方案中,公开的光学薄膜进一步还包括包含选自碱金属氢氧化物和碱金属盐的无机化合物。在光学薄膜的一个实施方案中,所述固体延迟层为单轴延迟层,其具有对应于基板平面内的两个互相垂直的方向的两个折射率(nx和ny)和在基板平面的法线方向上的一个折射率(nz),并且其中折射率满足以下条件::nz [0039] 在本发明的另一个实施方案中,公开的光学薄膜还包括至少一个附加层——在基板和固体光学延迟层之间形成夹层。在光学薄膜的一个实施方案中,面向固体光学延迟层的夹层的表面为亲水性的。在光学薄膜的另一个实施方案中,面向固体光学延迟层的夹层的表面具有浮凸。在光学薄膜的另一个实施方案中,面向固体光学延迟层的夹层的表面具有纹理。 [0040] 在光学薄膜的另一个实施方案中,夹层是在基板和固体光学延迟层之间的平面层。 [0041] 在光学薄膜的一个实施方案中,基板的后表面进一步由防反射涂层或防闪涂层覆盖。 [0042] 在本发明的一个实施方案中,公开的光学薄膜还包含在固体光学延迟层上形成的其他粘合剂透明层。 [0043] 在本发明的另一个实施方案中,公开的光学薄膜还包含在粘合剂层上形成的保护层。 [0044] 在光学薄膜的一个实施方案中,基板为镜面反射板或漫反射板。在光学薄膜的另一个实施方案中,基板为半透明镜面反射板或半透明漫反射板。在光学薄膜的另一个实施方案中,基板为反射式偏振片。在光学薄膜的另一个实施方案中,基板透射率在可见光范围内不低于90%。在光学薄膜的另一个实施方案中,聚合物基板材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(OPP)、聚乙烯(PE)、聚酰亚胺(PI),以及聚酯。 [0045] 在光学薄膜的一个实施方案中,固体光学延迟层的厚度延迟Rth在-210nm至-320nm范围内,并且基板的特征在于面内延迟Ro在30nm至45nm范围内且厚度延迟Rth在-120nm至-230nm范围内。 [0046] 为了使本发明更易于理解,参考以下实施例,以下实施例旨在对本发明进行阐释,但不旨在限制其范围。实施例 [0047] 实施例1 [0048] 该实施例描述了2,2’-二磺基-4,4’-联苯胺对苯二甲酰胺-间苯二甲酰胺共聚物铯盐的合成。 [0049] [0050] 相同地合成方法可以用于制备不同摩尔比的共聚物。 [0051] 4.098g(0.012mol)的4,4’-二氨基联苯基-2,2’-二磺酸与4.02g(0.024mol)的氢氧化铯一水合物在水(150ml)中于1L烧杯中混合,并且搅拌直至固体全部溶解。将3.91g(0.012mol)的碳酸钠加入该溶液中,且并在室温下搅拌直至溶解。然后加入甲苯(25ml)。在以7000rpm搅拌所获得的溶液中,加入2.41g(0.012mol)的对苯二甲酰氯(TPC)和2.41g(0.012mol)的间苯二甲酰氯(IPC)在甲苯(25ml)中的溶液。所得的混合物在大约3分钟内变稠。停止搅拌,加入150ml的乙醇,则变稠的混合物用搅拌机搅碎以形成适于过滤的浆体。过滤共聚物并用150ml份量的90%的乙醇水溶液洗涤两次。将得到的聚合物在75℃下干燥。该材料用图3中的吸收光谱表征。共聚物样品的重均分子量通过用HewlettPackard(HP)1050色谱系统进行的样品的凝胶渗透色谱(GPC)分析而确定。用二极管阵列检测器(在305nm下DAD HP 1050)检测洗脱液。GPC测量用两根色谱柱TSKgel G5000PWXL和G6000PWXL系列(TOSOH Bioscience,日本)进行。色谱柱用恒温器控制在 40℃。流速为0.6mL/min。聚(对苯乙烯磺酸钠)作为GPC标准物。Varian GPC软件Cirrus 3.2用于计算标准曲线、重均分子量(Mw)、数均分子量(Mn)和多分散度(D=Mw/Mn)。 [0052] 实施例2 [0053] 该实施例描述了用实施例1所述制备的2,2’-二磺基-4,4’-联苯胺对苯二甲酰胺-间苯二甲酰胺共聚物(对苯二甲酰胺/间苯二甲酰胺的摩尔比为50:50)制备负C型的固体光学延迟层。 [0054] 2g的聚(2,2’-二磺基-4,4’-联苯胺对苯二甲酰胺-间苯二甲酰胺共聚物)铯盐溶于100g去离子水中(电导率~5μSm/cm)。将此悬浮液用磁力搅拌器混合。在溶解后,此溶液用具有45μm孔径的亲水性过滤器过滤,并蒸发至固体浓度约为6%的粘稠的各向同性溶液。 [0055] 将Fisher牌的显微镜载玻片通过如下方法准备以用于涂覆:浸泡在10%的NaOH溶液中30分钟、用去离子水清洗、并用压缩机在空气气流中干燥。在22℃的温度和55%的相对湿度下,将得到的LLC溶液用 络网不锈钢棒#14施加到玻璃板表面,所述钢棒移动的线速度约为10mm/s。将光学薄膜在压缩空气的气流中干燥。在室温下进行干燥且干燥大约几分钟。为了确定固体光学延迟层的光学特性,透射和反射光谱在400至700nm范围内的波长下使用Cary 500扫描分光光度计测量。延迟层的光学透射和反射使用与涂层方向平行和垂直(分别为T平行和T垂直)的线性偏振光束测定。获得的数据用于计算面内折射率(nx和ny)。不同入射角的光学延迟光谱在400至700nm范围内的波长下使用Axometrics Axoscan Mueller Matrix分光偏振器测量,并且面外折射率(nz)使用这些数 3 据和用DectakST电动机械表面光度计测量的物理厚度测量值进行计算。折射率的光谱相关性示于图2中。获得的固体光学延迟层的特征在于其厚度约等于800nm且主折射率满足以下条件:nz [0056] 实施例3 [0057] 该实施例描述了用实施例1所述制备的2,2’-二磺基-4,4’-联苯胺对苯二甲酰胺-间苯二甲酰胺共聚物(对苯二甲酰胺/间苯二甲酰胺的摩尔比为92:8)制备Ac板型的固体光学延迟层。 [0058] 如实例1所述制备的2g的聚(2,2’-二磺基-4,4’-联苯胺对苯二甲酰胺-间苯二甲酰胺共聚物)铯盐溶于100g的去离子水中(电导率~5μSm/cm),并将所得悬浮液用磁力搅拌器混合。在溶解后,此溶液用具有45μm孔径的亲水性过滤器过滤,并蒸发以形成固体浓度约为6%的粘稠双折射溶液。 [0059] 用涂覆用的Mayer棒#8如实施例2所述制备涂层并对其进行光学表征。折射率光谱相关性示于图3中。获得的固体光学延迟层的特征在于其厚度约等于350nm且主折射率满足以下条件:nz [0060] 实施例4 [0061] 该实施例描述了如图4所示的在基板1上形成的光学薄膜。该薄膜包括延迟层2、粘合剂层3和保护层4。基板1由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(例如,Toray QT34/QT10/QT40,或Hostaphan 4607,或Dupon Teijin Film MT582)组成。基板厚度为30至120μm;折射率为n=1.5(Toray QT10)、1.7(Hostaphan 4607)、1.51(Dupon Teijin Film MT582)。 层2是实施例2中描述的负C型的固体光学延迟层。聚合物层4保护光学层在光学薄膜的运输过程中免受损害。该光学薄膜是半成品,其可以作为阻滞剂用于不同应用,例如用于液晶显示器。一经除去保护层4,该薄膜借助于粘合剂层3施用至LCD玻璃上。 [0062] 实施例5 [0063] 实施例4中所述的光学薄膜可包含如图5所示的在基板上形成的额外的一层防反射层5。例如,由二氧化硅SiO2制成的防反射层5减少了由前表面反射的光部分的30%。在基板上还可形成额外的一层反射层6(图6)。该反射层可以例如通过沉积铝薄膜获得。 然后该薄膜可用于例如反射式LCD中。 [0064] 实施例6 [0065] 该实施例描述了一种光学薄膜,其中层2施用于作为基板的漫反射板或镜面反射板6(图7)。反射层6可被平面层7覆盖。作为平面层,可使用聚氨酯或丙烯酸或任何其他平面层。 [0066] 虽然,已具体公开了本发明的某些优选实施方案,但应理解本发明并不限于此,许多变化对于本领域技术人员来说是显而易见的,并在随后的权利要求书的条款内对本发明做出尽可能广泛的解释。 |