專利名稱：光開關微膜的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及制備樹脂膜的方法，更具體而言，涉及用在光學設備如平板顯示器和其它電子顯示器中的電子-機械轉換膜的改進制備方法。
授予Bauer的美國專利4113360描述了一種顯示裝置，包括充當光導或熒光材料的第一層板，和第一層板分開一定距離放置的第二層板，以及位于這兩層板之間的薄的可移動微膜。本申請書中使用的微膜，是指厚度小于500微米的薄柔性膜。該可移動微薄是柔性的，可以使其在局部接觸第一層板，并使得光能夠從第一層板傳到微膜上。如果構建微膜是用來漫射光，那么該可移動微膜充當光開關器，當它和第一層板接觸或分離時，分別在這些板上產(chǎn)生明區(qū)和暗區(qū)。微膜和第一層板的快速接觸和分離，可以用來形成灰區(qū)。
如授予Bauer的美國專利4113360所述，微膜的運動可以通過電學裝置進行控制。例如，微膜可以包含非常薄的錮錫氧化物層，允許電荷施加到該微膜上。類似的導電層可以放到板上。板和微膜之間的電偏置可以用來將微膜移向或者移開光導。可替代地，授予Stern的美國專利5771321描述了控制微膜移動的電子-機械裝置。
典型的，這些板是剛性的，厚度為毫米級，由諸如玻璃或塑料(如，Plexiglas或聚碳酸酯)的透明材料構成。另一方面，微膜必須是柔性的，厚度為微米級。微膜可以由樹脂材料，如授予Stern的美國專利5771321提到的聚碳酸酯或苯乙烯構成。
采用如上所述的光開關裝置制備信息顯示器面板的一個缺點是需要經(jīng)濟而簡單的方法來制造柔性微膜。授予Stern的美國專利5771321描述了將微膜片浸入含有小球的溶液以制備具有粗造表面的微膜的方法。當微膜片從溶液中移出后，小球由于表面張力的作用粘附在微膜片上。隨后加熱微膜片，使小球永久固定在微膜片上。形成的不規(guī)則表面就是光漫射表面。但是，授予Stern的美國專利5771321沒有描述如何制備前體薄片。而且，授予Stern的美國專利5771321沒有提供獨立控制微膜每一側的粗糙度的方法。另外，可能需要制備具有內(nèi)部光漫射裝置以及表面光漫射裝置的微膜。還需要制備雙折射低的微膜。關于這種用于光開關的微膜的制備，還沒有報導。
如上所述用于制備各種類型光學元件的樹脂微膜，通常需要具有好的光漫射能力、透明度、高均勻性和低雙折射。而且，根據(jù)最終應用的不同，可能需要不同厚度的微膜。
通常，樹脂微膜或者通過熔融擠壓方法制備，或者通過流延方法制備。熔融擠壓方法涉及加熱樹脂直至熔融(粘度大約在100000cp等級)，然后通過擠壓模將熔融的熱聚合物施加到高度拋光的金屬帶或輥上，讓膜冷卻，最后將膜從金屬支撐物上剝下來。但是，由于許多原因，通過熔融擠壓方法制備的膜通常并不適于光學應用。這些原固中的主要原因是熔融擠壓的膜呈現(xiàn)出高度的光學雙折射這個事實。對高度取代的乙酸纖維素而言，聚合物的熔融是另外一個問題。三乙酸纖維素熔融溫度非常高，是270-300℃，該溫度高于開始分解的溫度。如授予Machell的美國專利5219510所教導的，通過將乙酸纖維素和各種增塑劑混合，已經(jīng)在較低溫度下通過熔融擠壓制備出了薄膜。但是，在授予Machell的美國專利5219510中所述的聚合物并不是完全取代的三乙酸纖維素，而是用較少程度的烷基取代或者用丙酸基團代替乙酸基團。即便如此，如在授予Shigenmura的美國專利5753140所述，熔融擠壓的乙酸纖維素薄膜的平整性很差。考慮到這些原固，對制備許多樹脂薄膜包括三乙酸纖維素薄膜而言，熔融擠壓方法通常并不實用。相反，流延方法通常用于制備這些薄膜。
流延樹脂微膜的現(xiàn)有技術方法如圖8所示。如圖8所示，粘性聚合物濃液(dope)在泵206的作用下，從壓力罐204中通過進料管200輸送到擠壓進料斗202。濃液被流延到高度拋光的金屬輥208上，該金屬輥位于干燥箱212的第一干燥區(qū)210內(nèi)。使得流延的微膜214在轉動的輥208上部分干燥，然后從輥208上剝離。流延的微膜214隨后被傳送到最終干燥區(qū)216，去除剩下的溶劑。最終烘干的微膜218隨后在卷曲工段220上卷成卷?，F(xiàn)有技術流延成的微膜典型厚度為40-200微米。
通常，因為濕的微膜在剝離階段和干燥階段的脆性，薄于40微米的薄微膜非常難以采用流延方法制備。流延的微膜可能出現(xiàn)不希望的皺褶或皺紋。在流延方法的剝離和干燥階段或者微膜的后續(xù)處理中，較薄的微膜特別容易出現(xiàn)尺寸上的后生現(xiàn)象。另外，許多流延的微膜由于濕氣的影響，可能在一段時間后自然變得扭曲。對光學微膜而言，良好的尺寸穩(wěn)定性在貯藏以及后續(xù)組裝過程中都是必需的。熔融擠壓的微膜和流延的微膜有許多同樣的問題。另外，只有某些聚合物材料可以用來制備熔融擠壓的微膜，因為用以使聚合物液化的熱量可能使該聚合物降解。
所以，需要改進的方法來制備用作光開關元件的微膜。
該需要通過本發(fā)明的一個方面得到了滿足，即提供一種制備光漫射微膜的方法，包括提供載體基材；在載體基材上涂覆涂料流體；干燥載體基材上的涂料流體以在載體基材上形成可剝離的光漫射微膜；將光漫射微膜從載體基材上分離。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，光學薄膜制品包括載體基材；和在該載體基材上形成的可剝離的光漫射微膜。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面為制備具有紋飾表面的微膜的方法，包括提供載體基材；采用形成氣泡的涂料流體在載體基材上涂覆在下層(subbing layer)；干燥在下層使該在下層上出現(xiàn)微孔隙；在該在下層上涂覆成膜的涂料流體；干燥在下層上的成膜的涂料流體，形成可剝離的具有紋飾的微膜，其紋飾表面由在下層上的微孔隙限定；將微膜從在下層和載體基材上分離。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面為制備具有紋飾表面的微膜的方法，包括提供載體基材；采用相分離涂料流體在載體基材上涂覆在下層；干燥在下層使在下層中形成紋飾的表面；將成膜的涂料流體涂覆到在下層上；干燥在下層上的成膜的涂料流體，形成具有紋飾表面的可剝離微膜，其紋飾表面由在下層上的紋飾表面限定；將微膜從在下層和載體基材上分離。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面為微膜制品，包括載體基材；具有紋飾表面的在下層；于在下層上形成的具有紋飾表面的可剝離微膜，其紋飾表面由在下層的紋飾表面確定。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面為制備具有紋飾表面的微膜的方法，包括提供載體基材；于在下層上涂覆成膜的涂料流體，該成膜涂料流體含有固體粒子；干燥在下層上的成膜涂料流體，形成具有紋飾表面的可剝離微膜，其紋飾表面由固體粒子限定；將微膜從載體基材上分離。


圖1是在本發(fā)明的方法的實施中可以使用的涂覆和干燥裝置的示例性示意圖。
圖2是圖1的涂覆和干燥裝置的示例示意圖，包括將從基材上分離的光漫射薄膜單獨卷撓的工段。
圖3是在本發(fā)明的方法的實施中可以使用的多槽涂覆裝置的示例性示意圖。
圖4是單層光漫射微膜的剖面示意圖，該微膜部分從載體基材上剝離，是通過本發(fā)明的方法形成的。
圖5是單層光漫射微膜的剖面示意圖，該微膜部分從載體基材上剝離，是通過本發(fā)明的方法形成的，其中載體基材具有在其上形成的在下層。
圖6是多層光漫射微膜的剖面示意圖，該微膜部分從載體基材上剝離，是通過本發(fā)明的方法形成的。
圖7多層光漫射微膜的剖面示意圖，該微膜部分從載體基材上剝離，是通過本發(fā)明的方法形成的，其中載體基材具有在其上形成的在下層。
圖8是現(xiàn)有技術中用來流延樹脂微膜的流延設備的示意圖。
根據(jù)本發(fā)明制備了微膜，方法是采用涂覆方法在移動的載體基材上施加含有聚合物樹脂的低粘度流體。樹脂溶液也可以包含分散的光漫射粒子，如金屬氧化物。在優(yōu)選實施方案中，光漫射粒子是平均粒徑約0.3微米的二氧化鈦。樹脂微膜可以涂覆到具有紋飾表面的載體基材上。
載體基材的表面紋飾，可以通過在載體基材上施加在下層進行控制。在下層的紋飾通過于在下層中有意產(chǎn)生微孔隙進行控制。這些微孔隙的形成是通過快速加熱濕的在下層從而于在下層中誘發(fā)氣泡形核。當干燥和冷卻后，氣泡破滅形成系列的均一微孔隙，深度為0-100納米，寬度為50-2000納米。通過改變干燥溫度、共溶劑的使用、表面活性劑的濃度和在下層的整體厚度，可以控制微孔隙的深度和直徑。例如，當涂覆含有0.04％的表面活性劑(例如，可以購買到的名為Triton X-100TM的聚氧乙烯化辛基酚)的完全水解的聚乙烯醇，其中溶劑系統(tǒng)為92重量％∶8重量％的水∶乙醇時，形成干燥厚度為2微米的具有微孔隙的在下層。干燥區(qū)66和干燥區(qū)68-82采用的溫度分別是25℃和100℃。
微孔隙大約是20納米深，300納米寬。沒有使用乙醇或表面活性劑制備的在下層沒有生成微孔隙。作為代替，可以通過涂覆含有粒子的在下層來形成紋飾的基材，該粒子在干燥后的在下層上突出。作為代替，紋飾的表面可以通過施加含有不相容樹脂的在下層流體來產(chǎn)生。在濕在下層的干燥過程中，不相容聚合物發(fā)生相分離，于在下層表面上形成小的微孔隙和凸起。例如，等比例的聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯可以溶解在甲基乙基酮里，并涂覆到聚乙烯支撐物上形成兩微米厚的層。干燥后，在下層被微觀紋飾，帶有其50納米深、1000納米寬等級的凸起和孔隙。作為替代，沒有在下層的基材可以提供非常光滑的表面，平均粗糙度小于1納米。
在有些情況下，光開關微膜可能難以從紋飾的在下層上剝離。在這些情況下，可以將在下層和光開關微膜一起剝離下來，形成紋飾的光開關微膜。剝離后，在下層可以從光開關微膜上洗掉。例如，乙酸纖維素光開關微膜可以在PET支撐物上施加的紋飾的聚乙烯醇在下層上形成。隨后，將乙酸纖維素微膜和聚乙烯醇在下層從PET基材上剝離，浸入水中，從而洗掉聚乙烯醇在下層。由于乙酸纖維素不溶于水，所以僅有最終的光開關微膜保存下來，其背部是紋飾的在下層的鏡像。
以上討論涉及對光開關微膜的表面紋飾進行控制的方法，該微膜和載體基材或載體基材的在下層相接觸。為了控制光開關微膜的對面或與空氣相接觸側的紋飾，該微膜是采用多層復合結構制備的。通常，含有分散的二氧化鈦的單層微膜形成凸凹不平的光開關微膜。凸起的高度典型是200納米。為了制備突出或凸起較低的微膜，可以同時在載體基材上施加最上層不含二氧化鈦的多層復合物。
在這種情況下，最上層只含有溶劑和樹脂。通過改變最上層的濕厚度，可以控制微膜干燥后表面的紋飾。作為替代，對紋飾進行控制的方法可以是采用只含有溶劑和樹脂的第二涂層涂覆光開關微膜和載體基材，從而形成更光滑的最終微膜。微膜的光潔程度可以通過降低第二涂層的厚度進行控制。
直到涂覆的光開關微膜基本上干燥后(殘余溶劑＜10重量％)，才將其從載體基材上分離。實際上，樹脂微膜和載體基材的復合結構可以卷成卷保存到需要的時候。此時，載體基材對光開關微膜進行支撐，并保護它免受在干燥過程中輸送時的剪切力。而且，由于樹脂微膜最終從載體基材上剝離時處于干的固體狀態(tài)，所以在微膜內(nèi)不會出現(xiàn)由于剝離產(chǎn)生的聚合物的剪切或取向。因此，通過本發(fā)明制備的微膜無定形程度高，面內(nèi)雙折射非常低。
利用本發(fā)明的方法，可以制備厚度約1-500微米的聚合物微膜。小于40微米的極薄樹脂微膜可以以現(xiàn)有技術方法不可能達到的線速度制備。采用載體基材有利于極薄微膜的制備，該基材支撐濕微膜通過干燥步驟，消除了現(xiàn)有技術所述的流延方法所需的要在最終干燥步驟前從金屬帶或輥上剝離微膜。而且，微膜在從載體基材上分離之前，基本上是干的(如果沒有完全干)。
在所有情況下，干燥后的樹脂微膜中殘余溶劑含量小于10重量％。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，殘余溶劑量小于5％，最優(yōu)選為小于1％。因此，本發(fā)明使得現(xiàn)有流延方法不可能制備的非常精細的薄微膜很容易制成。另外，厚于40微米的微膜也可以采用本發(fā)明的方法制備。為了制備較厚的微膜，可以在串聯(lián)操作或者離線過程中，在微膜-基材復合結構上施加另外的涂層，而不會損害光學質量。按照這種方式，本發(fā)明的方法克服了制備較厚微膜時去除溶劑的限制，因為在施加后一層濕微膜之前，先前施加的微膜已經(jīng)干燥。因此，本發(fā)明允許最終微膜的厚度比流延方法可行的范圍更大。
樹脂微膜的制備步驟包括，在涂覆的進料斗的滑動表面形成單層或多層復合物，該多層復合物包含低粘度的底層、一個或多個中間層和任選的含有表面活性劑的頂層，使多層復合物流下所述涂覆的進料斗的滑動表面并流出進料斗的出料口，將多層復合物施加到移動著的基材上。尤其是，采用多層涂層允許施加多個含有獨特組成的液體層。
可以在特定層中加入涂料助劑和添加劑，以改善微膜的性能或提高加工耐受度。例如，多層施加使得表面活性劑可以位于所需的頂部鋪開層，而不是整個濕的微膜里。在另外的例子里，最下層的聚合物濃度可以調(diào)整以實現(xiàn)低粘度，并便于將多層復合物高速施加到載體基材上。所以，本發(fā)明提供了某些光學元件或其它類似元件所需的多層復合微膜的便利制備方法。采用本發(fā)明的方法，通過使用載體基材使皺褶和皺紋降到最少。通過提供樹脂微膜用的剛性背襯，載體基材使光學微膜的尺寸扭曲降到最低。這對于加工和處理小于約40微米的極薄微膜而言，尤其便利。
而且，利用本發(fā)明的方法消除了已知流延方法會生成的擦痕和磨損后生現(xiàn)象。因為在所有干燥操作中載體基材位于樹脂微膜和具有潛在磨損性的傳輸輥之間。固此，本發(fā)明的方法不需要流延操作所需的共溶劑、潤滑劑或保護層壓層來最小化磨損后生現(xiàn)象。另外，載體基材的約束特性，也消除了樹脂微膜由于濕度變化而出現(xiàn)隨著時間變扭曲或皺褶的傾向。因此，本發(fā)明的方法確保了聚合物光學微膜在制備和貯存以及制備光學元件所需的最終處理步驟中的尺寸穩(wěn)定性。
在本發(fā)明方法的實施中，載體基材優(yōu)選是諸如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)的網(wǎng)狀物(Web)。PET載體基材可以用粗糙的在下層進行預處理，該在下層充當涂覆的光開關微膜的物理模板。粗糙在下層的紋飾可以通過于在下層中小氣泡成核獲得。例如，可以采用放電裝置改變樹脂微膜和PET基材之間的粘結。尤其是，在下層或放電處理可以改善微膜和基材之間的粘結，但仍允許微膜后來從基材上剝離。
雖然本發(fā)明在此處討論時特別參考了滑珠式涂覆操作，但本領域的技術人員會理解，本發(fā)明可以利用其它涂覆操作來實施。例如，具有低平面內(nèi)光程差的無支撐物微膜應該可以通過單層或多層槽模涂覆操作和單層或多層幕涂操作進行制備。而且，本領域的技術人員會認識到，本發(fā)明可以方便的使用作為備選的載體基材來實施。例如，剝離面內(nèi)雙折射低的微膜也可以在其它樹脂支撐物[例如，聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、乙酸纖維素、PET]、紙支撐物、樹脂層壓層紙支撐物和金屬支撐物(如鋁)上完成。
本發(fā)明的實際應用包括制備用作光學微膜的聚合物微膜。尤其是，根據(jù)本發(fā)明的方法制備的樹脂微膜可以用作使用光開關微膜的電子顯示器生產(chǎn)中的光學元件。光學樹脂的例子包括此處描述的這些，即，三乙酸纖維素、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯醇縮丁醛。其它潛在的光學樹脂可以包括含氟聚合物(聚偏氟乙烯、聚氟乙烯和聚氯三氟乙烯)、其它纖維素(二乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維、乙酸丙酸纖維、乙基纖維素)、聚烯烴(環(huán)烯烴聚合物)、聚苯乙烯、芳族聚酯(多芳基化合物和聚對苯二甲酸乙二酯)、砜(聚砜、聚醚砜、聚芳砜)和聚碳酸酯共聚物，以及其它的。
現(xiàn)在轉到圖1，給出了適于實施本發(fā)明方法的示例性并且已知的涂覆和干燥系統(tǒng)10的示意圖。涂覆和干燥系統(tǒng)10典型用于在移動基材12上施加非常薄的微膜，隨后在干燥器14上去除溶劑。單個涂覆裝置16表明系統(tǒng)10只有一個涂層施加點和一個干燥器14，但是在制備復合物薄微膜中已知，采用2個或三個(甚至多達6個)另外的涂層施加點以及相應的干燥區(qū)。順序施加和干燥步驟在本領域中稱作串聯(lián)涂覆操作。
涂覆和干燥裝置10包括解繞工段18，用以繞著支撐輥20進料移動的基材12，其中涂覆裝置16在支撐輥20處施加涂層。涂覆的網(wǎng)狀物22隨后向前通過干燥器14。在本發(fā)明方法的實踐中，包含位于基材12上的樹脂微膜的最終的干微膜24在卷繞工段26卷成卷。
如圖所示，在移動的網(wǎng)狀物12上示例性地施加了四層涂層。每一層的涂料液體分別裝在涂料供應管28、30、32和34里。涂料液體分別通過泵36、38、40、42從涂料供應管輸送到涂覆裝置16的導管44、46、48和50里。另外，涂覆和干燥系統(tǒng)10還可以包括放電裝置，如電暈或輝光放電裝置52，或者極性電荷輔助裝置54，用以在施加涂層之前對基材12進行修改。
涂覆方法和流延方法的不同之處在于每種技術所需的工藝步驟。這些工藝步驟又影響許多有形的參數(shù)，如每種方法獨特的流體粘度、轉換助劑、基材和硬件。通常，涂覆方法涉及將稀釋的低粘度液體施加到薄的柔性基材上、在干燥箱里蒸發(fā)溶劑以及將干燥后的微膜/基材復合物卷成卷。相反，流延方法涉及將高濃度粘性濃液施加到高度拋光的金屬輥或帶子上，部分干燥金屬基材上的濕微膜，從基材上剝離部分干燥的微膜，在干燥箱中去除部分干燥微膜里的其它溶劑，以及將干的微膜卷成卷。就粘度而言，涂覆方法要求很低的粘度，小于5000cp。在本發(fā)明的實踐中，涂料液體的粘度通常小于2000cp，更通常小于1500cp。而且，在本發(fā)明的方法中，最底層的粘度優(yōu)選小于200cp，對高速涂覆應用而言最優(yōu)選小于100cp。相反，流延方法要求高濃度的濃液，實際操作速度下的粘度為10000-100000cp等級。就轉換助劑而言，涂覆方法通常涉及采用表面活性劑作為轉換助劑，以控制涂覆后生現(xiàn)象如斑點、排斥性、桔皮皺紋和縮邊出現(xiàn)后的流動。相反，流延方法不需要表面活性劑。相反，在流延方法中轉換助劑只用來輔助剝離和輸送操作。例如，在流延光學微膜時，有時采用低級醇作為轉換助劑，以使通過干燥箱傳輸時的摩擦后生現(xiàn)象降到最小。就基材而言，涂覆方法通常采用薄的(10-250微米)柔性支撐物。相反，流延方法采用厚的(1-100毫米)、連續(xù)的、高度拋光的金屬輥或剛性帶。由于存在這些工藝步驟上的差異，涂覆中使用的硬件和流延中使用的顯著不同，這一點可以通過分別對比圖1和圖8所示的示意圖來了解。
下面轉到圖2，給出了在圖1中所示的同一示例性涂覆和干燥系統(tǒng)10的示意圖，其中有作為替代的卷繞操作。相應的，圖中采用了相同附圖標號，直到卷繞操作。在本發(fā)明方法的實施中，含有在其上施加了樹脂涂層的基材(可以是樹脂微膜、紙張、樹脂涂覆的紙張或金屬)的干微膜24被置于相對輥56和58之間。樹脂微膜60從基材12上剝離后，光學微膜送到卷繞工段62，基材12送到卷繞工段64。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，聚對苯二甲酸乙二酯(PET)用作基材12。基材12可以采用在下層預處理，以促進涂覆的微膜60與基材12的粘結。
用來將涂料液體施加到移動基材12上的涂覆裝置16可以是諸如滑珠式進料斗的多層施加器。就像授予Russell的美國專利2761791所教導的那樣，或者是在授予Hughes的美國專利3508947中所教導的滑珠式進料斗。作為替代地，涂覆裝置16可以是單層施加器，如開槽模進料斗或噴射式進料斗。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，施加裝置16是多層滑珠式進料斗。
如上所述，涂覆和干燥系統(tǒng)10包括干燥器14，典型是干燥箱，用以去除涂覆的微膜中的溶劑。在本發(fā)明方法的實踐中使用的示例性干燥器14包括第一干燥區(qū)66，后面是8個另外的能獨立控制溫度和氣流的干燥區(qū)68-82。雖然圖示的干燥器14含有9個獨立的干燥區(qū)，但已知也有包含較少分段的干燥箱可以用來實施本發(fā)明的方法。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，干燥器14有至少兩個獨立的干燥區(qū)或干燥段。
優(yōu)選的，每個干燥區(qū)68-82獨立地控制溫度和氣流。在每一干燥區(qū)，溫度可以調(diào)整到5℃-150℃。為了使?jié)裎⒛ぴ诟稍飼r發(fā)生表皮硬化或脫皮而產(chǎn)生的缺陷降到最少，在干燥器14的初區(qū)需要最優(yōu)化的干燥速率。當干燥初區(qū)的溫度不合適時，產(chǎn)生許多后生現(xiàn)象。例如，當干燥區(qū)66、68和70的溫度設置成25℃時，將現(xiàn)察到聚碳酸酯微膜的霧化或者發(fā)白現(xiàn)象。當涂料流體中采用高蒸汽壓溶劑(二氯甲烷和丙酮)時，發(fā)白缺陷尤其是個問題。過高的溫度也會導致樹脂微膜出現(xiàn)其它后生現(xiàn)象，比如表皮硬化、網(wǎng)狀花紋和微孔。在本發(fā)明的一個實施方案中，第一干燥區(qū)66的工作溫度為至少約25℃，但低于95℃，而且涂覆的網(wǎng)狀物22的濕涂層不會受到空氣的直接沖擊。在本發(fā)明方法的另一實施方案中，干燥區(qū)68和70的工作溫度也為至少約25℃，但低于95℃。干燥區(qū)66、68的實際干燥溫度可以由本領域的技術人員根據(jù)經(jīng)驗在這個范圍內(nèi)進行優(yōu)化。
現(xiàn)在參考圖3，詳細給出了示例性涂覆裝置16的示意圖。用側上方橫截圖示意的涂覆裝置16包括前區(qū)92、第二區(qū)94、第三區(qū)96、第四區(qū)98和后板100。存在進入第二區(qū)94的進料口102，用以通過泵106向第一計量狹縫104提供涂料液體，形成最底層108。存在進入第三區(qū)96的進料口110，用以通過泵114向第二計量狹縫112提供涂料液體，形成層116。存在進入第四區(qū)98的進料口118，用以通過泵122向計量狹縫120提供涂料液體，形成層124。存在進入后板100的進料口126，用以通過泵130向計量狹縫128提供涂料液體，形成層132。
每個狹縫104、112、120、128都含有橫向分布的空腔。前區(qū)92包括傾斜的滑動面134和涂覆刃136。在第二區(qū)94的頂部有第二傾斜滑動面138。在第三區(qū)96的頂部有第三傾斜滑動面140。在第四區(qū)98的頂部有第四傾斜滑動面142。后板100延伸到傾斜滑動面142之上，形成腹地面(back land surface)144。緊靠著本涂覆裝置或進料斗16的是涂覆背襯輥20，網(wǎng)狀物12繞著它傳輸。涂層108、116、124、132形成多層復合物，該復合物在刃136和基材12之間形成涂料珠146。典型的，涂料進料斗16可以從非涂覆位置向著涂覆背襯輥20方向移到涂覆位置。雖然圖示的涂覆裝置16有四個限流槽，但已知也有具有多個計量狹縫(多達9個或者更多)的涂覆模可以用來實施本發(fā)明的方法。
涂料流體主要包含溶在適當溶劑中的聚合物樹脂。光漫射粒子也可以分散在涂層液體里。合適的樹脂包括任何可用來形成透明微膜的聚合物材料。當前用來形成光微膜的實用樹脂的例子包括聚乙烯醇、聚丁烯醇縮丁醛、丙烯酸，和聚苯乙烯、纖維素、聚碳酸酯、和多芳基化合物、聚烯烴、氟塑料(例如，聚氟乙烯和聚偏氟乙烯)、砜。在本發(fā)明的方法中，對可以用來形成光開關微膜的聚合物類型或聚合物的混合物沒有特殊限制。
就用于上面提到的樹脂材料的溶劑而言，合適的溶劑包括，例如，氯化的溶劑(二氯甲烷和1，2-二氯乙烷)、醇(甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、雙丙酮醇、酚和環(huán)己醇)、酮(丙酮、丁酮、甲基異丁基酮和環(huán)己酮)、酯(乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸異丙酯、乙酸異丁酯和乙酸正丁酯)、芳香族化合物(甲苯和二甲苯)和醚(四氫呋喃、1，3-二氧戊環(huán)、1，2-二氧戊環(huán)、1，3-二噁烷，1，4-二噁烷和1，5-二噁烷)。水也可以用作溶劑。涂料溶液也可以用上述溶劑的混合物進行制備。
涂料液體還可以包含用作轉換助劑的添加劑。轉換助劑包括增塑劑和表面活性劑，這些添加劑通常特別用于某類型的聚合物微膜。例如，適用于聚碳酸酯、聚醚砜和三乙酸纖維素微膜的增塑劑包括鄰苯二甲酸酯(鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二環(huán)己酯、鄰苯二甲酸二辛酯和鄰苯二甲酸丁辛酯)、己二酸酯(己二酸二辛酯)和磷酸酯(磷酸三甲笨酯和磷酸三苯酯)。另一方面，對水溶性聚乙烯醇而言，合適的增塑劑包括諸如甘油和乙二醇的多元醇以及諸如乙醇胺的醇胺。
此處增塑劑可以用作轉換操作中的涂料助劑，使得涂層進料斗處的微膜過早固化現(xiàn)象降到最小，并改善濕微膜的干燥性能。在本發(fā)明的方法中，增塑劑可以用來將干燥操作中樹脂微膜的起泡、翹曲和脫層降到最低。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，為了減少最終樹脂微膜中的缺陷，涂料流體中可以加入增塑劑的總濃度相對聚合物濃度可以高達50重量％。
涂料流體也可以包括表面活性劑作為涂料助劑，從而控制和涂覆后流動相關的后生現(xiàn)象。涂覆后流動的現(xiàn)象導致的后生現(xiàn)象包括斑點、桔皮(Bernard孔)和縮邊。對溶在有機溶劑中的聚合物樹脂而言，用來控制涂覆后流動的后生現(xiàn)象的表面活性劑包括硅氧烷和含氟化合物。商用硅氧烷型表面活性劑的例子包括1.)聚二甲基硅氧烷，如Dow Corning的DC200 Fluid，2.)聚(二甲基、甲基苯基)硅氧烷，如Dow Corning的DC510 Fluid，3.)多烷基取代的聚二甲基硅氧烷，如Dow Corning的DC190和DC1248，以及Union Carbide的L7000 Silwet系列(L7000、L7001、L7004和L7230)，和4.)多烷基取代的聚(二甲基，甲基苯基)硅氧烷，如General Electric的SF1023。商用含氟化合物表面活性劑的例子包括1.)氟化烷基酯，如3M公司的Fluorad系列(FC430和FC431)，2.)氟化聚氧乙烯醚，如Du Pont的Zonyl系列(FSN、FSN100、FSO、FSO100)，3.)丙烯酸酯聚全氟烷基丙烯酸乙基酯，如NOF公司的F系列(F270和F600)，以及4.)全氟烷基衍生物，如Asahi Glass公司的Surflon系列(S383、S393和S8405)。
對溶在含水溶劑中的聚合物樹脂而言，合適的表面活性劑包括那些在無數(shù)出版物中描述的適于含水涂料的表面活性劑(參見例如SurfactantStatic and Dynamic surface tension by YM Tricotin Liquid Film Coating，等99-136頁，SE Kistler和PM Schweitzer編輯，Chapman and Hall)。表面活性劑可以包括非離子型、陰離子型、陽離子型和兩性型。實用表面活性劑的例子包括聚氧乙烯醚，如聚氧乙烯(8)異辛基苯基醚，聚氧乙烯(10)異辛基苯基醚，和聚氧乙烯(40)異辛基苯基醚，和氟化聚氧乙烯醚，如Du Pont的商用Zonyl系列。
對所用表面活性劑的類型沒有特殊限制。可用的表面活性劑通常是非離子型。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，當微膜制備時采用了有機溶劑時，硅氧烷或氟化型的非離子化合物加到最上層里。就表面活性劑的分布而言，表面活性劑在多層涂層的最上層時最有效。在最上層里，表面活性劑的濃度優(yōu)選是0.001-1.000量量％，最優(yōu)選是0.010-0.500重量％。另外，在第二上層可以用稍少量的表面活性劑，使表面活性劑從最上層向外擴散降到最小。第二上層的表面活性劑濃度優(yōu)選是0.000-0.200重量％，最優(yōu)選是0.000-0.100重量％。由于表面活性劑只需要在最上層，所以最終干燥后的微膜里殘余的表面活性劑總量很小。
下面轉到圖4-7，給出的橫截面圖顯示了用本發(fā)明的方法制備的各種薄膜構造。在圖4中，顯示的是單層光開關微膜150部分從載體基材152上剝離。光學微膜150既可以通過在載體基材152上施加單液體層形成，又可以通過施加多層復合物形成，該多層復合物的組成在備層之間基本上相同。作為替代，在圖5中，載體基材154可以采用在下層156預處理過，該在下層改變了單層光微膜158和基材154之間的粘結力。圖6給出了包含四個組成不同的層的多層微膜160，其包括最靠近載體支撐物170的最下層162、兩個中間層164和166，以及最上層168。
圖6也描述了整個多層復合物160可以從載體基材170上剝離。圖7描述了正從載體基材182上剝離的多層復合物微膜172，包含最接近載體基材182的最底層174、兩個中間層176、178，以及最上層180。載體基材182已經(jīng)采用在下層184處理過，以改變復合物微膜172和基材182之間的粘結力。
在下層156和184可以由許多聚合物材料構成，如聚乙烯醇縮醛、聚碳酸酯、聚氨酯、纖維素、丙烯酸樹脂、明膠和聚(丙烯腈-共-偏二氯乙烯-共-丙烯酸)。在下層所用材料的選擇可以由本領域技術人員根據(jù)經(jīng)驗進行優(yōu)化。
本發(fā)明的方法還可以包括在已經(jīng)制備的樹脂微膜和載體基材復合物上進行涂覆的步驟。例如，圖1和圖2所示的涂覆和干燥系統(tǒng)10可以用來在已有的光學微膜/基材復合物上施加第二層多層微膜。如果在施加后續(xù)涂層之前將薄膜/基材復合物卷成卷，那么該步驟稱作多通道涂覆操作。如果涂覆和干燥操作是在具有多個涂覆工段和干燥箱的機器上順序進行，那么該步驟稱作串連涂覆操作。按照這種方式，厚的微膜可以在高線速度下制備，而不會出現(xiàn)和從很厚的濕微膜中去除大量溶劑相關的問題。而且，多通道或串聯(lián)涂覆的實踐還具有將其它后生現(xiàn)象如重度條痕、重度斑點和微膜整體不均勻降到最少的優(yōu)點。
串聯(lián)涂覆或多通道涂覆在應用時要求在第一通道微膜和載體基材之間有某種最小程度的粘結。有些情況下，發(fā)現(xiàn)在多通道操作中，當施加了第二或第三濕涂層后，粘結力弱的膜/基材復合物出現(xiàn)水泡。為了避免水泡缺陷，在第一通道樹脂微膜和載體基材之間的粘結力必須大于0.3N/m。這種等級的粘結力可以通過各種網(wǎng)狀物處理，包括各種在下層和各種放電處理來獲得。但是，在施加的微膜和基材之間不需要過度的粘結力，因為在后續(xù)剝離操作中可能破壞該微膜。具體地說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)粘結力大于250N/m的微膜/基材復合物的剝離性很差。從這種粘結過分好的復合物上剝離的微膜呈現(xiàn)出由于撕扯和/或由于微膜內(nèi)的內(nèi)聚力被破壞而產(chǎn)生的缺陷。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，樹脂微膜和載體基材之間的粘結力小于250N/m。最優(yōu)選的，樹脂微膜和載體基材之間的粘結力為0.5-25N/m。
本發(fā)明的方法適于將樹脂涂層施加到各種基材，如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚苯乙烯、三乙酸纖維素和其它聚合物微膜上。聚合物基材可以是未拉伸的、單向拉伸的或雙向拉伸的微膜或片。另外的基材可以包括紙張、紙張的層壓層和聚合物微膜、玻璃、布料、鋁和其它金屬支撐物。在有些情況下，基材可以采用在下層或放電裝置進行預處理?；倪€可以利用包含各種粘合劑和附加物的功能層進行預處理。對基材的厚度沒有特殊要求。對本處制備的光學樹脂微膜而言，基材是PET材料，厚度為100或175微米。本發(fā)明的方法可以采用厚度為5-500微米的基材進行實踐。
采用下列測試來確定微膜的性能。
厚度。最終剝離下來的微膜的厚度采用Ono Sokki公司的ModelEG-225量規(guī)測試，單位是微米。
光程差。剝離的微膜的面內(nèi)光程差(Re)采用Woollam M-2000V分光橢圓計測定，測量波長為370-1000納米，單位是納米(nm)。表1中的面內(nèi)光程差是根據(jù)590納米處的測量值計算得出的。面內(nèi)光程差由下面公式定義Re＝|nx-ny|×d其中Re是590納米處的面內(nèi)光程差，nx是剝離的微膜在慢軸方向的折射系數(shù)，ny是剝離的微膜在快軸方向的折射系數(shù)，d是剝離的微膜的厚度，單位是納米(nm)。因此，Re是剝離的微膜面內(nèi)的慢軸方向和快軸方向的雙折射差的絕對值乘上微膜的厚度。
透光率和混濁度。總透光率(Trans)和混濁度采用BYK-Gardner公司的Haze-Gard Plus(Model HB-4725)測量?？偼腹饴适窃诜e分球上吸收的所有透過微膜的光能。透光混濁度是在積分球上吸收的所有大于2.5°漫射的光能。
表面粗造度。平均表面粗造度(Ra)采用Digital Instruments的TappingModeTM原子力顯微鏡Model D300的掃描探針顯微鏡測定，單位是納米(nm)。
粘結力。涂覆的試樣的粘結強度采用180°剝離測試改進方法進行測試，測試設備為Instron 1122拉伸測試機，載荷為500克，單位是牛頓/米(N/m)。首先，準備0.0254米(1英寸)寬的涂覆的試樣條。
利用一片3M Magic Tape在涂層一端形成脫層。然后將另一片3M MagicTape附在涂層的脫層部位，作為測試的夾緊點。伸出的3M Magic Tape的長度足以超過支撐物，從而使Instron夾具不會干擾測試。隨后將試樣安裝到Instron 1122拉伸測試機上，其中基材固定在上夾具上，涂層3M Magic/tape組件固定在底夾具上。記錄下在180°角、速度為2英寸/分(50.8毫米/分)時將涂層從基材上剝離所需的平均力(單位為牛頓)。利用這個力值，用下列公式計算粘結強度，單位是N/mSA＝Fp(1-cosθ)/w其中SA是粘結強度，F(xiàn)p是剝離力，θ是剝離角(180°)，和w是試樣寬度(0.0254m)。
殘余溶劑。定量估算干的微膜中剩下的殘余溶劑的方法是，首先從載體基材剝離微膜，稱量剝離的微膜的重量，將微膜在150℃的干燥箱中保溫16小時，最后稱量保溫后的微膜。殘余溶劑用重量差除以保溫前的重量的百分比進行表示。
如前所述，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明非常適于獲得所有上面提到的結果和目標以及其它的顯而易見的優(yōu)點和本裝置固有的優(yōu)點。
權利要求
1.制備光漫射微膜的方法，包括a)提供載體基材；b)將涂料流體涂覆到載體基材上；c)干燥載體基材上的涂料流體，以在載體基材上形成可剝離的光漫射微膜；以及d)將光漫射微膜從載體基材上分離。
2.權利要求1的方法，進一步包括將光漫射微膜保存在載體基材上并在使用前從載體基材上分離。
3.權利要求1的方法，其中對載體基材進行紋飾，以便為微膜提供紋飾表面。
4.光學薄膜制品，包括a)載體基材；和b)在載體基材上形成的可剝離的光漫射微膜。
5.制備具有紋飾表面的微膜的方法，包括a)提供載體基材；b)利用形成氣泡的涂料流體在載體基材上涂覆在下層；d)干燥在下層，以于在下層中產(chǎn)生微孔隙；e)于在下層上涂覆成膜涂料流體；f)干燥在下層上的成膜涂料流體，以形成可剝離的微膜，該微膜具有由在下層上的微孔隙限定的紋飾的表面；和g)將微膜從在下層和載體基材上分離。
6.權利要求5的方法，進一步包括；將微膜保存在載體基材上并在使用前從載體基材上分離。
7.制備具有紋飾表面的微膜的方法，包括a)提供載體基材；b)利用相分離涂料流體在載體基材上涂覆在下層；c)干燥在下層，以于在下層里形成紋飾的表面；d)于在下層上涂覆成膜涂料流體；e)干燥在下層上的成膜涂料流體，以形成可剝離的微膜，該微膜具有由在下層的紋飾表面限定的紋飾的表面；和f)將微膜從在下層和載體基材上分離。
8.權利要求7的方法，進一步包括將微膜保存在載體基材上并在使用前從載體基材上分離。
9.微膜制品，包括a)載體基材；b)具有紋飾表面的在下層；和c)于在下層上形成的可剝離的微膜，該微膜具有由在下層的紋飾表面限定的紋飾的表面。
10.制備具有紋飾表面的微膜的方法，包括a)提供載體基材；b)于在下層上涂覆成膜涂料流體，該成膜涂料流體包含固態(tài)粒子；c)干燥在下層上的成膜涂料流體，以形成可剝離的微膜，該微膜具有由固態(tài)粒子限定的紋飾的表面；和d)將微膜從載體基材上分離。
全文摘要
制備光漫射微膜的方法，包括提供載體基材；在載體基材上涂覆涂料流體；干燥載體基材上的涂料流體，以在載體基材上形成可剝離的光漫射微膜；以及將光漫射微膜從載體基材上分離。
文檔編號C08J5/18GK1711306SQ200380103191
公開日2005年12月21日 申請日期2003年10月29日 優(yōu)先權日2002年11月13日
發(fā)明者S·M·貝梅爾 申請人:伊斯曼柯達公司