專利名稱：包含具有改善的抗裂性的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的增亮膜的制作方法
包含具有改善的抗裂性的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的增亮膜本申請(qǐng)是于2008年2月27日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?00880006192. X、名稱為“包含具
有改善的抗裂性的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的增亮膜”的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
_2] 相關(guān)專利串請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求以下專利的優(yōu)先權(quán) 提交于2007年2月27日的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)60/891812 ;提交于2007年4月19日的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)60/912751 ;提交于2007年2月27日的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)60/891840和提交于2007年5月14日的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào) 60/917827。
背景技術(shù)：
某些微復(fù)制型光學(xué)產(chǎn)品(例如在美國(guó)專利No. 5，175，030和5，183，597中所描述的)通常被稱為“增亮膜”。增亮膜在許多電子產(chǎn)品中用于增加諸如液晶顯示器(LCD)之類的背光平板顯示器的亮度，包括用于電致發(fā)光板、膝上型計(jì)算機(jī)、文字處理器、臺(tái)式監(jiān)視器、電視機(jī)、攝像機(jī)的那些，以及汽車和飛機(jī)的顯示器。增亮膜有利地顯示具有特定的光學(xué)和物理特性，包括與產(chǎn)生亮度增益(即“增益”)有關(guān)的增亮膜折射率。亮度的改善使得照明顯示器使用較少的能量就能使電子產(chǎn)品更有效地運(yùn)作，從而減少能量消耗、對(duì)元件的熱負(fù)荷更低，并延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。增亮膜由具有高折射率的固化或聚合單體制成。增亮膜由包含諸如氧化鋯、二氧化硅和二氧化鈦之類的無機(jī)顆粒的可聚合樹脂組合物制成，如在美國(guó)專利No. 6，844，950、美國(guó)專利公開No. 2005/0059766,2005/0151119,已公布的美國(guó)專利申請(qǐng)2006/0204676、2006/0204745、2006/0210726和美國(guó)專利申請(qǐng)2006/0204745 中所描述。

發(fā)明內(nèi)容
本文描述的是微結(jié)構(gòu)化膜(例如增亮膜)、包含有機(jī)組分和表面改性的納米顆粒的可聚合樹脂組合物，以及表面改性的納米顆粒。微結(jié)構(gòu)化膜具有聚合結(jié)構(gòu)，該聚合結(jié)構(gòu)包含可聚合樹脂組合物(如折射率為至少I. 58的可聚合樹脂組合物)的反應(yīng)產(chǎn)物。固化的納米復(fù)合物(如結(jié)構(gòu))可表現(xiàn)出改善的抗裂性。在一些實(shí)施例中，可聚合樹脂組合物包含至少10重量％的表面改性的無機(jī)納米顆粒并且表現(xiàn)出改善的柔性。在一些實(shí)施例中，以圓柱軸柄彎曲測(cè)試性能表示柔性(如小于6mm的失效軸柄尺寸或根據(jù)公式D=IOOO (T/0. 025-T)計(jì)算的失效軸柄尺寸)，其中T為諸如預(yù)成形基層的以毫米為單位的厚度。在其他實(shí)施例中，以拉伸和伸長(zhǎng)性能表示柔性(如至少25MPa的斷裂拉伸強(qiáng)度和至少I. 75%的斷裂伸長(zhǎng)率)。在一個(gè)實(shí)施例中，可聚合樹脂組合物的有機(jī)組分包含至少一種二(甲基)丙烯酸酯芳族單體。在另一個(gè)實(shí)施例中，表面改性的無機(jī)納米顆粒包含吸附的非反應(yīng)性揮發(fā)性酸。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，可聚合樹脂組合物包含40重量％至60重量％的表面改性的無機(jī)納米顆粒并且納米顆粒的折射率為至少I. 68。
一種可表現(xiàn)出這樣的柔性的優(yōu)選的可聚合樹脂(如增亮膜的聚合結(jié)構(gòu))組合物包含以下物質(zhì)含有一種或多種烯鍵式不飽和單體或低聚物的有機(jī)組分；以及至少10重量％的無機(jī)納米顆粒，該無機(jī)納米顆粒用以下物質(zhì)進(jìn)行表面改性包含至少一種具有非反應(yīng)性相容性基團(tuán)的一元羧酸的第一表面處理劑，和包含至少一種具有與有機(jī)組分反應(yīng)的共聚基團(tuán)的非揮發(fā)性一元羧酸的第二表面處理劑；其中納米顆粒的第二表面處理劑的化學(xué)計(jì)算量大于第一表面處理劑的化學(xué)計(jì)算
量。
另一種可顯示出這樣的柔性的優(yōu)選的可聚合樹脂組合物包含含有一種或多種總量為至少10重量％的單官能聯(lián)苯單體的有機(jī)組分和至少10重量％的無機(jī)納米顆粒，該無機(jī)納米顆粒用以下物質(zhì)進(jìn)行表面改性包含至少一種具有水溶性鏈端的一元羧酸的第一表面處理劑，和包含至少一種通過脂族酸酐和丙烯酸羥基烷基酯的反應(yīng)而制備的丙烯酸酯官能化表面改性劑的第二表面處理劑。在另一個(gè)實(shí)施例中，描述了表面改性的無機(jī)納米顆粒。納米顆粒包含第一表面處理劑和第二表面處理劑，第一表面處理劑包含至少一種具有非反應(yīng)性相容性基團(tuán)的一元羧酸，第二表面處理劑包含至少一種具有可與有機(jī)組分反應(yīng)的共聚基團(tuán)的非揮發(fā)性一元羧酸。納米顆粒的第二表面處理劑的化學(xué)計(jì)算量大于第一表面處理劑的化學(xué)計(jì)算量。
具體實(shí)施例方式通常，增亮膜能增強(qiáng)發(fā)光裝置的軸向亮度(本文稱為“亮度”)。增亮膜可以是透光的微結(jié)構(gòu)化膜。微結(jié)構(gòu)化的形貌特征可以是膜表面上的多個(gè)棱柱，使得該膜可用于通過反射和折射來改變光的方向。棱柱的高度通常在約I微米至約75微米的范圍內(nèi)。當(dāng)用于光學(xué)顯示器(例如，存在于膝上型計(jì)算機(jī)、手表等中的光學(xué)顯示器)時(shí)，微結(jié)構(gòu)化光學(xué)薄膜可通過如下方式來增強(qiáng)光學(xué)顯示器的亮度將從顯示器逸出的光限制在與其法向軸成所需角度的一對(duì)平面內(nèi)透過該光學(xué)顯示器。因此，從顯示器射出的在該容許范圍外的光被反射回顯示器中，這些光中的一部分可以被“循環(huán)利用”，并且以使得光能逸出顯示器的角度返回到微結(jié)構(gòu)化膜。這種循環(huán)利用是有用的，因?yàn)槠淠軌驕p少使顯示器具有所需亮度級(jí)別所需的能量消耗。如美國(guó)專利No. 5，183，597 (Lu)和美國(guó)專利No. 5，175，030 (Lu等人)中所述，具有微結(jié)構(gòu)的制品(如增亮膜)的制備方法包括以下步驟(a)制備可聚合組合物；(b)使可聚合組合物以僅足以填充母板腔體的量沉積在母板的微結(jié)構(gòu)化模鑄表面的相對(duì)表面上；(C)通過使可聚合組合物小珠在預(yù)成形的基底和母板(兩者中的至少一個(gè)是柔性的)之間移動(dòng)來填充腔體；和(d)固化該組合物。該母板可以是金屬，例如鎳、鍍鎳銅或鍍鎳黃銅，或者可以是在聚合條件下穩(wěn)定的，并且優(yōu)選具有使得聚合材料能從母板上干凈地移除的表面能的熱塑性材料。可任選將基膜的一個(gè)或多個(gè)表面上底或處理以提高光學(xué)層對(duì)基底的附著力。本文描述的是用于制備諸如增亮膜之類的光學(xué)(如膜)制品或其他微結(jié)構(gòu)化制品的可聚合樹脂組合物。光學(xué)薄膜具有包含可聚合樹脂的反應(yīng)產(chǎn)物的聚合結(jié)構(gòu)，該可聚合樹脂包含分散于有機(jī)組分中的表面改性的無機(jī)納米顆粒。如本文所用，“可聚合組合物”是指包括有機(jī)組分和表面改性的無機(jī)納米顆粒在內(nèi)的總組合物?！坝袡C(jī)組分”是指組合物中除了表面改性的無機(jī)納米顆粒之外的所有組分。由于表面處理劑通常被吸附或連接到無機(jī)納米顆粒的表面，故認(rèn)為表面處理劑不是有機(jī)組分的一部分。表面改性的無機(jī)納米顆粒的重量百分比高于單獨(dú)的無機(jī)納米顆粒的濃度。表面改性的納米顆粒的重量百分比通常比無機(jī)納米顆粒的重量百分比高約20%。例如，包含40重量％的無機(jī)納米顆粒的組合物包含約56重量％的表面改性的無機(jī)納米顆粒。該聚合結(jié)構(gòu)可以是由基層和光學(xué)層構(gòu)成的光學(xué)元件或光學(xué)產(chǎn)品?；鶎雍凸鈱W(xué)層可以由相同的聚合物材料或者不同的聚合物材料形成。本文描述的是包含聚合(如棱柱)結(jié)構(gòu)的增亮膜。該聚合結(jié)構(gòu)包含可聚合樹脂組合物的反應(yīng)產(chǎn)物，該可聚合樹脂組合物具有(即，可聚合)有機(jī)組分和至少10重量％的表面改性的無機(jī)納米顆粒。
膜的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)特性是薄膜材料的物理特性。如ASTM D882-02中所述，塑性薄片的拉伸特性為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法?？蓪⒊Ｒ?guī)薄膜材料切成(如狗骨形)樣本用于測(cè)試。某些(甲基)丙烯酸酯單體(如脂族聚氨酯二丙烯酸酯和脂族聚氨酯三丙烯酸酯)的UV固化均聚物的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)特性由此類材料的供應(yīng)商提供。雖然其他類型單體(如各種單官能(甲基)丙烯酸酯單體和(甲基)丙烯酸酯交聯(lián)劑)的均聚產(chǎn)物通常不會(huì)形成適合進(jìn)行拉伸測(cè)試的薄膜材料，但是可測(cè)定由包含此類材料的可聚合混合物形成的薄膜的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。申請(qǐng)人:已發(fā)現(xiàn)，可聚合樹脂組合物的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)特性與增亮膜的抗裂性相關(guān)。申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)，通過選擇具有一定拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)特性的可聚合樹脂組合物可改善增亮膜的抗裂性。通過采用拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率測(cè)試，可迅速且便利地篩選多種可聚合樹脂組合物，而不需將該可聚合樹脂真正制成增亮膜。根據(jù)ASTM D 882-02，采用實(shí)例中示出的指定的測(cè)試樣本制備方法和測(cè)試參數(shù)來測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度和伸長(zhǎng)率。由于僅需要少量測(cè)試樣本用于測(cè)試，因此通過在有機(jī)硅模具中固化可聚合樹脂組合物來制備單個(gè)測(cè)試樣本十分方便。有機(jī)硅模具還用于將難以處理的材料(例如壓敏粘合劑)模制成測(cè)試樣本。適用于制備本文所述增亮膜的聚合結(jié)構(gòu)的可聚合樹脂組合物的斷裂拉伸強(qiáng)度為至少25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa或50MPa。斷裂拉伸強(qiáng)度通常不超過約200MPa。在一些實(shí)施例中，拉伸強(qiáng)度為至少55MPa或60MPa?？删酆蠘渲M合物的斷裂伸長(zhǎng)率還可以為至少I. 75%或2%。在一些實(shí)施例中，伸長(zhǎng)率為至少2. 5%、3%、3. 5%、4%、4. 5%、5%、5. 5%、6. 0%、6. 5%、7. 0%、7. 5%或8%。伸長(zhǎng)率通常小于20%并且在一些實(shí)施例中不大于15%。過“軟”的可聚合樹脂組合物可表現(xiàn)出所述的伸長(zhǎng)特性，然而拉伸值顯著低于上述目標(biāo)值。反之，過“硬”的可聚合樹脂組合物可表現(xiàn)出拉伸強(qiáng)度特性，然而因伸長(zhǎng)特性較差而易于斷裂。既表現(xiàn)出拉伸強(qiáng)度又表現(xiàn)出伸長(zhǎng)率標(biāo)準(zhǔn)的可聚合樹脂組合物可提供薄膜硬度和柔性的協(xié)同平衡?？删酆蠘渲M合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)通常為至少35°C、40°C或45°C。添加表面改性的納米顆?？商岣呖删酆蠘渲M合物的Tg。因此，有機(jī)組分可具有低于可聚合樹脂組合物(即含納米顆粒的可聚合樹脂組合物)的Tg?？删酆蠘渲M合物在約20°C下的動(dòng)態(tài)拉伸模量通常為至少1X109。通過使用具有上述拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)特性的可聚合樹脂組合物，所得增亮膜表現(xiàn)出改善的抗裂性，這根據(jù)圓柱軸柄彎曲測(cè)試ISO 1519:2002(E)測(cè)定。失效軸柄尺寸(即導(dǎo)致增亮膜的聚合結(jié)構(gòu)斷裂的軸柄尺寸)小于6mm、5_或4_。在一些實(shí)施例中,軸柄尺寸為3_或2mm時(shí)未產(chǎn)生斷裂。雖然增亮膜的老化會(huì)導(dǎo)致軸柄失效尺寸某種程度上的增加，但是具有由本文所述可聚合樹脂組合物制備的棱柱的優(yōu)選的老化增亮膜在軸柄為6mm時(shí)不會(huì)失效。當(dāng)采用此前引用的Lu和Lu等人所述的方法制備微結(jié)構(gòu)化膜(如增亮微結(jié)構(gòu)化膜)時(shí)，微結(jié)構(gòu)設(shè)置在預(yù)成形的基底上。
在圓柱軸柄彎曲測(cè)試ISO 1519:2002(E)彎曲測(cè)試中，棱柱表面處的張力(S卩
B)取決于彎曲半徑和與中和軸的距離，該距離取決于薄膜厚度和包含該薄膜的層的幾何形狀。通常，彎曲測(cè)試過程中薄膜表面處的張力可使用如下公式估算e _ = (T/2)/[(T/2) + (D/2)]其中T為預(yù)成形的基膜的總厚度，D為彎曲測(cè)試軸柄直徑。下表示出了由各種預(yù)成形基底厚度和各種彎曲測(cè)試軸柄直徑所計(jì)算的張力。
權(quán)利要求
1.一種具有聚合結(jié)構(gòu)的增亮膜，所述聚合結(jié)構(gòu)包含可聚合樹脂組合物的反應(yīng)產(chǎn)物，所述可聚合樹脂組合物包含 有機(jī)組分，其含有一種或多種烯鍵式不飽和單體或低聚物；以及至少10重量％的無機(jī)納米顆粒，所述無機(jī)納米顆粒用以下表面處理劑進(jìn)行表面改性第一表面處理劑，其包含至少一種具有非反應(yīng)性相容性基團(tuán)的一元羧酸，和第二表面處理劑，其包含至少一種具有與所述有機(jī)組分反應(yīng)的可共聚基團(tuán)的非揮發(fā)性一元羧酸； 其中所述納米顆粒的所述第二表面處理劑的化學(xué)計(jì)算量大于所述第一表面處理劑的化學(xué)計(jì)算量。
2.一種具有聚合結(jié)構(gòu)的增亮膜，所述聚合結(jié)構(gòu)包含可聚合樹脂組合物的反應(yīng)產(chǎn)物，所述可聚合樹脂組合物包含含有總量為至少10重量％的一種或多種單官能聯(lián)苯單體的有機(jī)組分和至少10重量％的無機(jī)納米顆粒，所述無機(jī)納米顆粒用以下表面處理劑進(jìn)行表面改性 第一表面處理劑，其包含至少一種具有水溶性鏈端的一元羧酸， 和 第二表面處理劑，其包含至少一種通過脂族酸酐和丙烯酸羥基烷基酯的反應(yīng)而制備的丙烯酸酯官能化表面改性劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的增亮膜，其中所述增亮膜的失效軸柄尺寸小于6mm o
4.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的增亮膜，其中所述可聚合樹脂組合物的折射率為至少I. 61。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的增亮膜，其中所述可聚合樹脂組合物的折射率為至少I. 645。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的增亮膜，其中所述有機(jī)組分包含至少一種具有(甲基)丙烯酸酯基的聯(lián)苯單體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的增亮膜，其中所述有機(jī)組分包含至少一種雙官能芳族(甲基)丙烯酸酯單體，所述雙官能芳族(甲基)丙烯酸酯單體的量的范圍是所述有機(jī)組分的5重量％至80重量％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的增亮膜，其中所述可聚合樹脂包含小于5重量％的具有至少三個(gè)烯鍵式不飽和基團(tuán)的交聯(lián)劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的增亮膜，其中所述可聚合樹脂組合物不含硅烷表面處理劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的增亮膜，其中所述第一表面處理劑具有以下通式 CH3-
x-X2- (CH2) n-C00H 其中X2選自由-O-、-S-、-C(0)0-和-C(O)NH組成的組；n的范圍是約1-3 ；x的范圍是約1-10 ;并且y的范圍是約1-4。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的增亮膜，其中所述第一表面處理劑選自由以下物質(zhì)組成的組2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙酸、2-(2-甲氧基乙氧基)乙酸、琥珀酸單[2-(2-甲氧基乙氧基)乙基]酯、馬來酸單[2-(2-甲氧基乙氧基)乙基]酯、和戊二酸單[2-(2-甲氧基乙氧基)乙基]酯、琥珀酸單2-[2-(2_甲氧基乙氧基)乙氧基]乙基酯以及它們的混合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的增亮膜，其中所述第二表面處理劑選自由以下物質(zhì)組成的組琥珀酸單(2-丙烯酰氧基-乙基)酯、馬來酸單(2-丙烯酰氧基-乙基)酯、和戊二酸單(2-丙烯酰氧基-乙基)酯、馬來酸單(4-丙烯酰氧基-丁基)酯、琥珀酸單(4-丙烯酰氧基-丁基)酯、戊二酸單(4-丙烯酰氧基-丁基)酯。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的增亮膜，其中所述無機(jī)納米顆粒的量為40重量％至60重量％。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的增亮膜，其中所述無機(jī)納米顆粒的反射率為至少 I. 68。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的增亮膜，其中所述無機(jī)納米顆粒由氧化鋯組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含具有改善的抗裂性的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的增亮膜。本發(fā)明描述了諸如增亮膜之類的微結(jié)構(gòu)化膜、包含有機(jī)組分和表面改性的納米顆粒的可聚合樹脂組合物以及表面改性的納米顆粒。所述微結(jié)構(gòu)化膜具有聚合結(jié)構(gòu)，所述聚合結(jié)構(gòu)包含所述可聚合樹脂組合物(如，折射率為至少1.58的可聚合樹脂組合物)的反應(yīng)產(chǎn)物。固化的納米復(fù)合物(如結(jié)構(gòu))可表現(xiàn)出改善的抗裂性。在一些實(shí)施例中，以圓柱軸柄彎曲測(cè)試性能表示柔性(如小于6mm的失效軸柄尺寸或根據(jù)公式D=1000(T/0.025-T)計(jì)算的失效軸柄尺寸)，其中T為(例如)預(yù)成形基層的以厘米為單位的厚度。在其他實(shí)施例中，以拉伸和伸長(zhǎng)性能表示柔性(如至少25MPa的斷裂拉伸強(qiáng)度和至少1.75%的斷裂伸長(zhǎng)率)。
文檔編號(hào)C08F222/14GK102746448SQ20121021169
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月27日
發(fā)明者克林頓·L·瓊斯, 內(nèi)森·K·奈史密斯, 布蘭特·U·科爾布, 戴維·B·奧爾森, 特溫·L·麥肯齊 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司