專利名稱：具有低反射色抗反射涂層的柔性塑料基片及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有低反射色(low reflective color)抗反射涂層的柔性塑料基片及其方法；特別涉及具有兩層抗反射涂層的柔性硬涂層塑料卷材及其方法，該抗反射涂層具有低的傾角反射色。
迄今，在玻璃上提供兩層抗反射涂層。在塑料上也提供兩層抗反射涂層。例如，Santa Rosa的光學(xué)涂層實驗室(Optical Coating LaboratoryInc)(California，)生產(chǎn)的一種商標(biāo)為HEA 2000的產(chǎn)品，就是在硬涂層PET(即聚對苯二甲酸乙二醇酯)或類似塑料的基片上涂有寬頻譜多層抗反射涂層。涂層表面為有紋理的或平滑的。無涂層的表面上有一層由剝離襯墊所保護的壓敏膠粘劑。該產(chǎn)品采用了一種由四層在涂層表面上下對稱的二氧化硅和二氧化鈦所組成的抗反射涂層。
Allen的專利4,333,933披露了一種在聚酯上的雙層涂層(一層為膠粘劑層，一層為抗反射涂層)，在選定的波長下，使反射透光率從約6％降至約1％。而在其它波長下，在大部分可見光譜區(qū)，反射率大于1％和在1-3％之間。這樣的光學(xué)性能清晰地表示于Allen專利的圖7中。該圖7顯示Allen專利圖6中所述制品的光譜性能曲線，其中聚酯片兩面上涂布了170納米的氧化鋁，再于氧化鋁每一面上部涂布四分之一波長的MgF2。換言之，這樣的設(shè)計包括在約560納米半波長的氧化鋁，再加上四分之一波長的MgF2。Allen指出“目前用輥式涂布設(shè)備在柔性塑料基片上形成光學(xué)涂層的優(yōu)選方法，如

圖10中所述及前述其它的類型，表示于圖11中(第9欄59行)”。這樣的設(shè)計已經(jīng)在PET上進行了模擬，如申請人的圖5中曲線91(其一側(cè)涂敷PET)所示。盡管Allen專利討論的是一種三層系統(tǒng)(半波長的氧化鋁膠粘劑層，再加上一雙層的抗反射涂層)，但這種設(shè)計涉及到氧化鋁與另一種折射率約2.1的材料的混合物(第8欄47-50行)。這種設(shè)計有兩個難點。第一，由氧化鋁與折射率約為2.1的材料混合一起構(gòu)成折射率為1.89的混合物，一般在市場上是買不到的，而且還有蒸發(fā)過和中分離的可能。第二，在真空輥式涂布機中使用三種材料也是不實際的。Allen指出，“在大規(guī)模的輥式涂布機中應(yīng)用多層的不同材料沉積更為復(fù)雜的光學(xué)涂層時，由于各種材料均需單獨的冷卻滾筒，可能需要使用三種或三種以上的沉積源(第9欄54-48行)”。由于這在工業(yè)上不實際，所以，對于沉積雙層系統(tǒng)，亦即半波長的氧化鋁再加上四分之一波長的MgF2，Allen建議采用如第9欄59-68行和第10欄1-30行中所述的方法來形成光學(xué)涂層。
對于HEA 2000及Allen兩種設(shè)計，都需要有附加層，對于Allen的設(shè)計需要有用于三種不同材料的多種物源，而對于四層的HEA 2000設(shè)計，還要求輥式涂布機有另外的通路。這就需要有一種可應(yīng)用于柔性塑料基片的新式的和改良的反射涂層，從而以較低費用得到低的傾角反射色。
一般來說，本發(fā)明的目的在于，提供一種有或無硬涂層的柔性塑料基片，以及一種特別適于在工業(yè)規(guī)模的輥式涂布機上進行經(jīng)濟生產(chǎn)的方法。該塑料基片具有僅用兩種材料的抗反射涂層，該抗反射涂層能極大地改進抗反射性能并具有低反射色。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種具有上述特征的產(chǎn)品及方法，其中僅需兩層形成抗反射涂層。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種具有上述特征的產(chǎn)品及方法，其中用一次通過或兩次通過輥式涂布機械的方法就能夠生產(chǎn)所述的產(chǎn)品。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種耐用特性極佳的具有前述特征的產(chǎn)品。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種具有前述特征的產(chǎn)品，其中在塑料基片上涂布硬涂料層以賦予抗反射涂層意外好的耐用性。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種在可見光波長區(qū)反射率非常低的具有前述特征的產(chǎn)品。
結(jié)合附圖，從下列說明(包括優(yōu)選實施方案)中，可以清楚地看出本發(fā)明的另一些目的及特征。
圖1表示具有低反射色抗反射涂層的柔性塑料基片形式的包括本發(fā)明制品的截面圖。
圖2表示圖1所示的使用有機硬涂層制品的另一實施方案。
圖3表示與圖2類似的制品的截面圖，不同的是塑料基片兩側(cè)面均有抗反射涂層。
圖4說明用于制造在圖1、2及3中所示制品或產(chǎn)品的輥式涂布機的側(cè)面流程圖。
圖5表示與按本發(fā)明制備的制品相比較，現(xiàn)有技術(shù)制品光學(xué)性能的曲線。
圖6表示本發(fā)明制品與現(xiàn)有技術(shù)制品傾角光學(xué)性能的曲線。
圖7表示按照本發(fā)明制備的產(chǎn)品的實際光學(xué)性能的曲線。
圖8表示按照本發(fā)明制備的產(chǎn)品的實際光學(xué)性能的另一曲線。
圖9表示按照本發(fā)明制備的產(chǎn)品的光學(xué)性能另一曲線。
一般來說，按照本發(fā)明制備的制品是由具有第一及第二表面的柔性塑料基片組成。在此兩表面的一面上涂布由半波長的折射率為n≥2的高折射率氧化物層和四分之一波長的氟化鎂層所組成的雙層抗反射涂層，以使抗反射涂層具有低反射色。為使之經(jīng)久耐用，可先在其表面上涂布一層硬涂層，后再沉積抗反射涂層。
更特別的是，光學(xué)制品21包括厚度適宜的，如為1-10密爾(mil)，優(yōu)選3-5密爾的柔性塑料基片22。塑料基片的折射率可以在1.65～1.71范圍，而且在可見光區(qū)400～700納米范圍內(nèi)塑料基片應(yīng)當(dāng)是透明的?；?2具有一般基本平行的第一表面23及第二表面24。塑料基片22一般是由聚合物構(gòu)成，如折射率約1.67的聚對苯二甲酸乙二醇酯。也可以利用其它性能理想的材料，如折射率1.55的PEN，即聚萘二甲酸乙二醇酯。但是，利用這種折射率較低的基片時，其光學(xué)性能會有所下降。作為這種基片的塑料應(yīng)當(dāng)是柔性的、透明的及韌性較好的。
在表面23和24中的一面涂布一層抗反射涂層26，如圖1所示是涂布在表面23上的。按照本發(fā)明抗反射涂層26是由在設(shè)計波長550納米下半波的氧化鋯及在同樣設(shè)計波長下四分之一波長的氟化鎂所組成。正如此后所述，氧化鋯及氟化鎂可在輥式涂布機的真空室內(nèi)進行沉積。氧化鋯是一種高折射率的材料，折射率在2.0或以上，能使塑料基片與氧化鋯的折射率差在0.29至0.75之間。另一方面，可以使用在1995年5月9日提交的共同未決專利申請書No08/438,198中所述高折射率的混合氧化物涂層材料。它的折射率在2.0或2.0以上。氟化鎂是一種低折射率的材料，應(yīng)當(dāng)屬于一種折射率在1.38或1.38以下的材料，能使高折射率材料與低折射率材料的折射率差在0.59至0.92之間，優(yōu)選為約0.62。
壓敏膠粘劑27是涂布在塑料基片22的表面24上的，并還有一層粘結(jié)其上的可為塑料或紙片狀的剝離襯墊28。
按照本發(fā)明，抗反射涂層26可以稱為是一種柔軟涂層，以提供一種能用于生產(chǎn)一次性使用或短期使用的產(chǎn)品的制品，諸如外科及牙科面罩等產(chǎn)品的材料。
若需要抗反射涂層使用期更長時，可以利用如圖2所示的結(jié)構(gòu)，其中提供類似于塑料基片22的塑料基片31，而且要有第一表面32和第二表面33。在表面32上涂布硬涂層36，而且是諸如丙烯酸酯聚合物型的有機硬涂層。此硬涂層涂布厚度要適當(dāng)，如1-25微米，優(yōu)選地是厚度約1-5微米。但是，應(yīng)當(dāng)理解，如果需要，可以使用其它的材料，如紫外光固化的環(huán)氧樹脂(UV-cured epoxy)。已找到的一種特別令人滿意的材料是由Tekra(16700 West Lincoln Avenue，St.Albins，Vermont.)公司生產(chǎn)的產(chǎn)品MARNOT XL。硬涂層在真空室外進行涂敷，并可采用適當(dāng)?shù)姆椒?，諸如濕化學(xué)法中的照相凹板式涂布機，進行涂敷。此硬涂層材料可在室溫下進行涂布，并允許在真空室外進行干燥。在它干燥之后，再用與圖1所示涂布抗反射涂層26的同樣方法，將抗反射涂層37沉積于有機硬涂層32上。這樣的涂層具有在設(shè)計波長下半波的氧化鋯及四分之一波長的氟化鎂的結(jié)構(gòu)。
在塑料基片31上涂敷抗反射涂層37，其性能比現(xiàn)有技術(shù)曾強調(diào)的玻璃基片上的抗反射涂層得到明顯改善，因為塑料基片折射率為1.65-1.71，而玻璃的折射率約1.45。如下文所述，在抗反射涂層37之下涂布有機硬涂層32，會極大改進使用期限。
采用與如圖1所述的涂布壓敏膠粘劑27與剝離層28相同的方法，將壓敏膠粘劑41涂布于表面33上，再覆蓋剝離層42。
另外一種包括本發(fā)明的制品示于圖3截面圖中，其中塑料基片51屬于前述類型具有第一表面52和第二表面53。將有機硬涂層54涂布于表面52上，接著再涂布如前述類型的雙層抗反射涂層56。再于表面53上涂敷與有機硬涂層54相同的有機硬涂層57，并在其上涂敷與抗反射涂層56類似的一層雙層抗反射涂層58。因此，由圖3的實施方案可以看出，在塑料基片兩側(cè)表面上涂布有硬涂層，硬涂層還覆蓋有抗反射涂層。
圖1、2及3所示制品的結(jié)構(gòu)本身較為簡單，特別有助于在傳統(tǒng)的輥式涂布機上低成本地進行生產(chǎn)。這種傳統(tǒng)涂布機械71的示意于圖4中。對于這種輥式涂布機，在塑料基片送到涂布機上之前，可以在塑料基片22、31及51的一側(cè)表面上涂布一層如前所述類型的硬涂層，還可在其另一側(cè)面涂布一層帶剝離襯墊的壓敏膠粘劑層?？梢栽谕坎紮C真空室外對這樣一種有涂層的塑料基片進行加工，可以使有涂層的塑料基片從解繞筒72上放卷，如圖3所示，并于繞卷筒73上進行繞卷，形成卷材76。塑料基片或卷材76，在從解卷筒退卷時，可將其送進第一和第二真空室77和78內(nèi)，或者送進一個單真空室內(nèi)，其內(nèi)最好在第一真空室77內(nèi)放置第一轉(zhuǎn)筒81和在第二真空室78內(nèi)放置第二轉(zhuǎn)筒82，并按圖4所示使卷材或膜76通過滾筒81及82之下和通過空轉(zhuǎn)輥83及84之上。在真空室77及78內(nèi)提供適當(dāng)?shù)奈镌?6和87。因而，例如物源86可以是一種電子束蒸發(fā)源用以蒸發(fā)氧化鋯，物源87可以是一種電阻蒸發(fā)源用以蒸發(fā)氟化鎂。另一方面，電子束蒸發(fā)源也可以用于蒸發(fā)氟化鎂。因此，按照本發(fā)明，可以看出，由氧化鋯及氟化鎂組成的雙層抗反射涂料可以在輥式涂布機中采用基片76一次通過輥式涂布機的方法進行涂敷，而不必隔斷真空。按照本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解，如果需要，可以用一次通過輥式涂布機的方法將抗反射涂料直接涂敷于基片上，如圖1所示，而后如果需要，可以于輥式涂布機71的真空室外再涂敷壓敏粘結(jié)劑和剝離層。
如果需要在基片的兩面都涂敷上抗反射涂層，可以在基片的兩側(cè)面都涂敷有機硬涂層，而后在卷材第一次通過輥式涂布機時可以將抗反射涂料涂敷于這一層有機硬涂層之上，而后在使之第二次通過輥式涂布機時再將抗反射涂層涂敷于另一層硬涂層之上。
圖5-11說明按照本發(fā)明制備的光學(xué)制品所能達到的頗不尋常的性能。圖5所示的曲線91、92及93，表明三種不同產(chǎn)品的光學(xué)性能，曲線表示在350-850納米范圍內(nèi)，特別是主要關(guān)注的400-700納米范圍內(nèi)的理論光學(xué)性能。曲線91代表按照前述Allen專利4,333,983制備的產(chǎn)品。曲線92代表鑒別為Optical Coating Laboratory Inc.生產(chǎn)的HEA 2000TM的一種四層型的產(chǎn)品。曲線93代表按照本發(fā)明制備的產(chǎn)品。曲線91代表的是一種用PET基片制備的產(chǎn)品，具有厚度為170納米的氧化鋁膠層，和再加上一種半波的折射率為1.89的混合物的介電材料層以及在設(shè)計波長550納米下四分之一波長的氟化鎂層。HEA2000TM的制品有一層PET基片，再加上沉積于其一側(cè)表面上的硬涂層，其上沉積有在設(shè)計波長550納米八分之一波長的二氧化鈦、八分之一波長的二氧化硅、半波的二氧化鈦以及四分之一波長的二氧化硅。
以理論曲線93表示的本發(fā)明產(chǎn)品利用了PET作為基片，并有2微米的硬涂層沉積于其表面之上，再加上二者均在設(shè)計波長550納米下半波的氧化鋯和四分之一波長的氟化鎂。由圖5可以看出，包括本發(fā)明的制品的曲線93的鏡反射性能明顯地優(yōu)于曲線91及92所代表的其它兩種制品所能得到的性能，因為它在整個譜帶區(qū)內(nèi)提供反射率基本上降低至1％以下的非常寬的譜帶。另一方面，曲線91基本上為V型，在550納米以上其反射率非常迅速地上升。曲線92也是在620納米之后相當(dāng)迅速地上升。另一方面，對于本發(fā)明的制品，曲線91在約420納米至超過700納米的區(qū)域基本上在1％以下。
因此，從本發(fā)明可以看出，申請人僅僅應(yīng)用了在一次通過輥式涂布機時能從兩種物源中汽化出來的兩種材料就達到了非常明顯的效果，而現(xiàn)有技術(shù)的Allen制品和HEA2000TM產(chǎn)品，由于需要使用的材料較多和涂層較多，需要在真空室內(nèi)進行處理的步驟也就更多，因而基本上都太復(fù)雜，得到的抗反射性能也較差。
圖6表示本發(fā)明的制品與HEA2000TM產(chǎn)品相比的傾角鏡反射的理論光學(xué)性能。曲線101及102、103、104及106表示分別在60°、45°、30°、15°及0°時的反射率；而曲線111、112、113、114及116表示HEA200TM產(chǎn)品分別在傾角60°、45°、30°、15°及0°時的反射率。由這些曲線可以看出，對于本發(fā)明的產(chǎn)品傾角反射色的理論曲線比HEA200TM產(chǎn)品的好很多。HEA200TM產(chǎn)品的傾角反射色看起來為淺品紅色，而本發(fā)明產(chǎn)品，由于對較高波長，如700納米或700納米以上的反射極大地減少，所以其顏色較淺。
圖7表明按照本發(fā)明制備的產(chǎn)品的實際光學(xué)性能，其中基片是由PET所構(gòu)成的，其上涂布有無光澤的硬涂層，再涂敷以抗反射涂層。曲線121表明的是總的鏡反射率和擴散反射率，亦即總反射率，其表明在可見光區(qū)約425-675納米范圍內(nèi)反射率約在1％以下。在進行所示測定時，基片背面被涂黑，以減小任何背面的反射。
圖8中的曲線126表示，采用PET基片，并在基片兩面均按本發(fā)明涂敷抗反射涂層而在兩面均無硬涂層時，所得的光學(xué)性能。此外，還可看出，在400-700納米區(qū)內(nèi)有極好的抗反射性能，其鏡反射率在所關(guān)注的整個區(qū)域內(nèi)小于半個百分點，而且一般約為0.3％。還可確定的是，按照本發(fā)明在塑料基片上得到的抗反射涂層具有較寬的頻帶，與HEA200TM產(chǎn)品相比，它對傾角反射色也不太敏感。
圖9中表示了兩條曲線131及132，其中131代表PET基片本身的光學(xué)性能，曲線132代表按照本發(fā)明在PET基片的透明硬涂層上沉積抗反射涂層制得的制品。從這些曲線可以看出，反射率從400納米以下延續(xù)至約675納米，并且雙層抗反射涂層將總的反射率由約6％下降至0.75％的實際的總反射率。對于有涂層及無涂層的兩種PET基片，其背面均涂上了黑色，以使背面反射減至最小。
除了前述的低反射性及極佳的色特征之外，還發(fā)現(xiàn)在抗反射涂層之下提供硬涂層時，該制品的耐用性極好。例如，它可經(jīng)受住000號鋼絲棉材料20次摩擦，在耐濕試驗之后可經(jīng)受同樣鋼絲棉材料10-20次摩擦。它還可以承受2000次以上粗濾布的摩擦。這至少是與現(xiàn)有技術(shù)制品所能得到的一樣好，例如，與按照Allen專利的或HEA 2000TM的制品一樣好。
由前所述內(nèi)容可以看出，利用本發(fā)明的產(chǎn)品制備的光學(xué)制品或產(chǎn)品可以有許多用途。例如，如前所述的，如果該產(chǎn)品屬于僅用一次或僅用幾次的，則此產(chǎn)品可以有一層抗反射涂層而在抗反射涂層之下無硬涂層。若需要延長使用期，可以在沉積抗反射涂層之前在基片表面上使用硬涂層，很容易地這一目的。此產(chǎn)品的頻帶寬，總可見光反射率低，對傾角反射色較不敏感。
權(quán)利要求
1.一種包括一折射率在1.55-1.71、具有第一及第二表面的柔性塑料基片和一層由所述第一表面承載的抗反射涂層的光學(xué)制品，所述抗反射涂層是由高折射率材料和低折射率材料所組成，其中高折射率材料折射率在2.0及2.0以上，以使基片與高折射率材料的折射率之差在0.29-0.75之間；并且其中的低折射率材料的折射率在1.38或1.38以下，以使高折射率材料與低折射率材料的折射率之差在約0.59-0.92之間。
2.按照權(quán)利要求1所述的制品，其中所述高折射率材料是氧化鋯，和其中所述低折射率材料為氟化鎂。
3.按照權(quán)利要求2所述的制品，其中所述氧化鋯在設(shè)計波長550納米具有半波長的光學(xué)厚度，和氟化鎂在設(shè)計波長550納米具有四分之一波長的光學(xué)厚度。
4.按照權(quán)利要求1所述制品，還包括一沉積在基片表面上并插在抗反射涂層與基片表面之間的有機硬涂層。
5.按照權(quán)利要求4所述制品，其中所述硬涂層厚度在1-25微米范圍。
6.按照權(quán)利要求5所述制品，其中硬涂層厚度約為2微米。
7.按照權(quán)利要求1所述制品，其中基片是選自PET及聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)的一種材料。
8.按照權(quán)利要求1所述制品還包括承載于基片上的壓敏膠粘劑以及固定于壓敏膠粘劑上的剝離層。
9.按照權(quán)利要求1所述的制品，還包括在基片第二表面上構(gòu)成的有機硬涂層以及位于第二表面有機硬涂層上的抗反射涂層。
10.按照權(quán)利要求1所述制品，其中由抗反射涂層提供的反射率在400-700納米區(qū)內(nèi)平均約有半個百分點。
11.按照權(quán)利要求1所述制品，其中所述的抗反射涂層在高傾角時構(gòu)成低反射色。
12.按照權(quán)利要求4所述制品，其中所述的抗反射涂層可以承受000號鋼絲棉20次摩擦。
13.一種采用輥式涂布機在真空室中由具有第一及第二表面的柔性塑料基片卷材形成光學(xué)制品的方法，包括在真空室外在卷材的第一表面上形成有機硬涂層；將具有硬涂層的卷材引入真空室內(nèi)；在真空室內(nèi)將一種折射率在2.0或2.0以上的材料沉積在此硬涂層上，其厚度為在設(shè)計波長的半波長，此后再于真空室內(nèi)將一種折射率1.38或1.38以下的材料沉積到折射率為2.0及2.0以上的材料上，其厚度為在設(shè)計波長的四分之一波長，和從輥式涂布機上取下卷材。
14.按照權(quán)利要求13所述方法，其中的高折射率材料是通過用電子束蒸發(fā)來沉積氧化鋯的方法而涂敷的，而其中折射率1.38或1.38以下的材料是通過用電子束蒸發(fā)來沉積氟化鎂的方法而涂敷的。
15.按照權(quán)利要求13所述方法，還包括如下步驟在真空室外將壓敏膠粘劑涂敷在卷材的表面上和將剝離層涂敷在壓敏膠粘劑上。
全文摘要
一種包括折射率為1.55—1.71、具有第一表面(23)和第二表面(24)以及由第一表面(23)的柔性塑料基片(22)和由所述的第一表面承載的抗反射涂層(26)的光學(xué)制品(21)?？狗瓷渫繉?26)是由高折射率材料及低折射率材料組成,其中高折射率材料的折射率為2.0或2.0以上,以便使基片與高折射率材料的折射率差為0.29—0.75。低折射率材料是由折射率為1.38或1.38以下的材料所構(gòu)成,以便使高折射率材料與低折射率材料的折射率差大約于0.59～0.92范圍。
文檔編號C23C14/08GK1183746SQ96193729
公開日1998年6月3日 申請日期1996年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月9日
發(fā)明者羅杰·W·菲利普斯, 夏洛特·R·萊加爾利 申請人:弗萊克斯產(chǎn)品公司