CN1486448A - 投影屏 - Google Patents
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Abstract
一种控制光线的屏幕,可提供背面投影屏、正面投影屏、或它们的部件。屏幕可以含有聚合混合物,包括第一聚合材料,和第二聚合材料,第二聚合材料沉积成第一聚合材料中的一组延长结构。每个延长结构都具有主轴,且所有主轴大体对准。第一聚合材料的折射率与第二聚合材料的折射率至少相差0.01。在一些情况中,选用压敏胶合材料作为第一聚合材料。延长结构的方向和折射率差异产生的结果是使聚合混合物非对称地散射光线。
Description
技术领域
本发明涉及在另外一种聚合材料中沉积了延长的弥散相聚合材料的投影屏。
背景介绍
针对多种应用,已经开发了光学薄膜和其它器件,包括用于装饰物以及增强或改变显示特性。特别是,也有这样的情况,期望各向异性地反射或相反地散射光线。例如,在许多显示器和投影屏应用中,期望具有宽大的水平视角,因为用户或观看者可以位于显示或投影屏的侧面。另一方面,垂直视角无需这么宽大,因为用户或观看者通常位于眼光水平或其附近来观察显示器或投影屏。因此,具有相对宽大的水平视角而相对较窄的垂直视角的各向异性显示器是非常理想的。
一种调节视角的方法包括采用表面结构,如微透镜屏,其中一个尺度透镜结构在塑料基底上模制而成。光线被柱面透镜结构聚焦到散射薄膜,以实现非对称散射。但是微透镜屏含有一系列用频率表示的有形凹槽。该频率与基于液晶的投影显示器象素频率相干涉,产生莫阿(Moire)条纹。因此,当象素频率比较高时,目前采用的微透镜屏限制了高清晰度显示。
发明概述
本发明主要与控制光线的屏幕有关,如背面投影屏或正面投影屏。本发明可用于屏幕本身或者这样的屏幕的部件。包括这样的屏幕或部件的光学***也在本发明的范围之内。本发明采用聚合混合物,用来各向异性地散射光线,或者相反地,控制光线。一种实施例是包括第一聚合材料和第二聚合材料的聚合混合物,其中第二聚合材料沉积成第一聚合材料中的一组延长结构。每个延长结构都具有主轴,所有主轴基本对准。第一聚合材料的折射率与第二聚合材料的折射率至少相差0.01。在一些情况中,选用压敏粘合材料作为第一聚合材料。延长结构的方向、和折射率的差异使聚合混合物非对称地散射光线。
而另一种实施例是制造如屏幕或显示器等光学元件的方法。用第一聚合材料和扩散到第一聚合材料中的第二聚合材料形成聚合混合物。第一聚合材料的折射率与第二聚合材料的折射率至少相差0.01。然后聚合混合物配置到基底上,使第二聚合材料在第一聚合材料中形成多个延长结构。每个延长结构都具有主轴,所有主轴基本对准。
以上关于本发明的概述目的不是为了描述本发明在这里公布的每一个实施例或每种装置。下面的附图和详细说明将更具体地举例说明这些实施例。
附图简述
结合本发明的几种实施例的详细说明和附图,可更为全面地理解本发明。其中:
图1是根据本发明的薄膜顶部截面视图;
图2是根据本发明图1中沉积在导光结构上的薄膜的侧视图;
图3是根据本发明在图1中根据全内反射传导或限制光线的薄膜或器件上的薄膜横截面示意图;
图4和图5是说明图1中薄膜的一部分的互成直角的两个横截面示意图,反映了聚合基体中的弥散相纤维对光线的散射;
图6是相对强度(y轴)和波长(x轴)(纳米)的关系曲线,分别对应:根据本发明的三种薄膜(上面三条曲线)、有胶合材料而无弥散相材料的薄膜(底线)、无胶合材料的薄膜(次底线);
图7是根据本发明的一种薄膜的消光比(y轴)和散射角(x轴)的关系曲线;
图8是根据本发明的一种薄膜实施例的增益(y轴)和水平视角(实线)及垂直视角(虚线)的曲线;
图9是根据本发明的另一种薄膜实施例的增益(y轴)和水平视角(实线)及垂直视角(虚线)的曲线;
图10是根据本发明的第三种薄膜实施例的增益(y轴)和水平视角(实线)及垂直视角(虚线)的曲线;
图11是根据本发明的一个方面,一种正面投影屏的光学***示意图;
图12是一种根据本发明的正面投影屏实施例截面图;
图13是另一种根据本发明的正面投影屏实施例截面图;
图14是根据本发明的另一方面,一种背面投影屏的背投***示意图;
图15是一种根据本发明的背面投影屏实施例截面图;
图16是另一种根据本发明的背面投影屏实施例截面图;
图17是又一种根据本发明的背面投影屏实施例截面图;
尽管本发明可具有各种变化和其它的形式,它的属性已经通过附图中的实例给出,并将给予详细说明。但应该理解的是,其目的不是将本发明限定于所说明的特定实施例。相反地,目的是为了涵盖本发明的精神和范围之内的所有变化、等效技术方案、和其它形式。
详细说明
本发明采用在另一种聚合材料中沉积延长弥散相聚合材料的聚合混合物,和至少包含该混合物作为其部件的光学元件,如屏幕或显示器。本发明还包括制造该光学元件或它的部件的方法。特别是,本发明较佳地采用在胶合材料中沉积延长的弥散相材料的粘胶混合物,和含该混合物的物品,及制造和利用该混合物的方法。尽管本发明并不局限于此,通过对下面实例的讨论可以理解本发明的各个方面。
除非特别声明,以下术语定义为:
“拉伸可去除性”指当拉伸或延长时(较合适的是,从衬底表面以30厘米/分钟的速度,并以不大于45度的角度),压敏胶从衬底表面分离,而对衬底表面没有明显地破坏(如撕裂),也没有在基底上留下明显的残余物,较佳地,通过肉眼就能观察到。
“基本连续”指对于在机械加工方向(machine direction)上至少0.5厘米长的胶合混合物采样而言,采样中的纤维至少有50%是连续的(即未断裂)。
“抗张强度”指最大断裂张力,根据引作参考包含在此的ASTM D 882-97进行测试。
本发明采用的聚合混合物包括至少两种聚合材料,其中一种聚合材料在另一种聚合材料中扩散成多个延长结构。这样的聚合混合物的一种特别有用的实例是胶合混合物,包括一种胶合材料和一种在胶合材料中沉积为延长结构的弥散相材料。胶合材料是可更换的、永久的或可换位的。这些弥散相材料的延长结构具有主轴,与结构的最长长度维度相对应。至少在域内,延长结构的主轴在聚合混合物中基本对准。胶合材料的折射率与弥散相材料的折射率至少相差0.01。在一些实施例中,聚合混合物是一种压敏胶混合物,其中的胶合材料是压敏胶合材料。此处就含有胶合材料的聚合混合物对本发明进行讨论,以阐述本发明和设计考虑;然而可以理解的是,本发明也适用于其它非胶合材料的聚合混合物,其中含有一种聚合材料,该聚合材料在另一种聚合材料中扩散成基本对准的延长结构。但是如果不借助另外一种粘胶,非胶合材料的聚合混合物不能层叠到另一衬底。
胶合材料和弥散相材料折射率的差异、以及延长结构的方向使聚合混合物具有有用的光学性质。特别是,延长结构的尺寸、形状和位置可以改变,以提供具有预期的光学性质的光学元件。例如,聚合混合物能够各向异性地散射光线。光线能够从聚合混合物中透射或被它反射。最大散射角的方向基本垂直于延长结构的主轴。最小散射角的方向基本平行于延长结构的主轴。例如,对于延长结构的主轴在垂直方向的聚合混合物,可在水平方向观察到最大散射角,而在垂直方向观察到最小散射角。这样,对于放在光源之上、采用该聚合混合物的薄膜,定向的延长结构引起散射角的增加,从而薄膜的水平视角得以显著提高,而垂直视角很少或没有增加。这种组态对于显示器和投影屏非常有用。
除光学性质外,如果期望的话,弥散相材料能够增强或改变胶合材料的机械性质。特别是,如果期望并选择如此的话,弥散相聚合材料可用来加强聚合混合物(如压敏胶混合物)。本发明的被加强聚合混合物具有得到改善的内聚强度,表现为相对于不含弥散相材料的相似混合物,该混合物具有较高的抗张强度。关于这些机械性质的补充说明,以及阐述这些性质的实例,请参见美国专利申请序号第__,名称为“具有纤维加强材料的压敏胶”,与此相同日期申请备案号『Docket No.』第55694USA1A.002,这里引作参考;和美国专利申请序号第__,名称为“拉伸可去除胶合物及其方法”,与此相同日期申请,DocketNo.55959USA8A.002,这里引作参考。
一般地,通过将胶合材料与弥散相材料混合、然后施加剪切力使弥散相材料延长,来形成弥散相材料的延长结构。在预期的方向上施加剪切力产生并定向弥散相材料的延长结构。施加剪切力的一种合适的方法包括将混合的粘胶和弥散相材料配置到衬底上,其中包括施加剪切力,例如通过已知的挤压和涂敷技术。一般地,但不是必须的,施加剪切力在高温中进行,然后将聚合混合物冷却到室温(或使用或存储温度)来固定延长结构的形状和尺寸。
图1给出了根据本发明的聚合混合物的层100的一种实施例顶视图。层100包括胶合材料的基本连续相102和弥散相材料的延长结构104。无论是作为透射光从后面入射或者作为反射光从上面入射,入射到聚合混合物的光线将优先以垂直于延长结构104主轴的方向被散射,如长箭头106所示。相反地,更少的光线以平行于延长结构主轴的方向散射,如短箭头108所示。
胶合材料
胶合材料可以是单独一种胶,或者两种或更多种胶的组合物。多种不同的胶可用作本发明的聚合混合物。一般地,但不是必须的,胶合材料形成基本连续的基体,在其中沉积弥散相材料的延长结构。一般而言,根据期望的光学和机械性质、以及两种(或多种)材料的相容性来选择胶合材料和弥散相材料。特别是,压敏胶能够形成有用的聚合混合物。而且,如上所述,不采用胶合材料也能形成聚合混合物。一般地,可以使用任何聚合物,只要能够选择出合适的、与之相容的弥散相材料,以提供预期的光学和机械性质。
作为一种实例,合适的压敏胶合材料包括基于天然橡胶、合成橡胶、苯乙烯嵌段共聚物、聚乙烯醚、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚烯烃、硅胶的压敏胶。合适的非压敏胶合材料包括任何折射率与弥散相材料的折射率至少相差0.03的热塑性聚合物。例如,合适的聚合物包括聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃(例如线性低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、聚丙烯)聚乙烯醇缩丁醛,聚碳酸酯、聚酯、聚醚、和聚酰胺。
例如,压敏胶可以是丙烯酸压敏胶。丙烯酸压敏胶包括烷基酯成分,如丙烯酸异辛酯、丙烯酸异壬烷、2-甲基-丁基丙烯基酯、2-乙基-己基丙烯基酯、和n-丁基丙烯基酯和任选的共聚单体组分如丙烯酸、甲基丙烯酸、醋酸乙烯酯,N-乙烯基吡咯烷铜、(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、乙烯酯、反丁烯二酸盐和苯乙烯大分子单体。作为一种实例,丙烯酸压敏胶可包括0~20重量百分比的丙烯酸或甲基丙烯酸和80~100重量百分比的丙烯酸异辛酯、2-乙基-己基丙烯基酯、或n-丁基丙烯基酯混合物。本发明的一种胶合材料包括2%~15%丙烯酸或甲基丙烯酸和85%~98%丙烯酸异辛酯、2-乙基-己基丙烯酸酯或n-丁基丙烯基酯。另一种胶合材料包括2%~10%丙烯酸,2%~10%苯乙烯大分子单体和85%~96%丙烯酸异辛酯。
压敏胶可以是自身粘性的,或者加入增粘剂以形成压敏胶。合适的增粘剂包括,例如,松香树脂、芳烃树脂、脂肪族烃树脂、和萜烯树脂。
弥散相材料
弥散相材料可以是单独一种化合物,或者两种或多种化合物的组合物。当采用多种化合物时,化合物彼此可以互溶或不互溶。当采用不互溶的弥散相化合物时,聚合混合物中一般呈现一种以上的弥散相。
可以采用多种弥散相材料。弥散相材料一般是聚合材料。至少在一些实施例中,弥散相材料为弹性体,且可以是半晶体状聚合材料。半晶体状聚合材料可同时具有无定形区域和晶状区域。合适的半晶体状聚合物实例包括聚已酸内酯(PCL)、等规聚丁烯(PB)、聚偏二氟乙烯、超低密度聚乙烯(ULDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、二茂金属络合物聚烯烃类如聚(乙烯-丁烯、己烯或辛烯共聚物)、和其它乙烯共聚物如乙烯-丁烯-己烯三元共聚物。例如其它合适的聚合物包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、丙烯酸树脂、聚碳酸脂、聚亚氨酯、和聚乙烯醇缩丁醛。
在处理或使用温度,弥散相材料一般与胶合材料相容,且不溶于或者仅仅微溶于胶合材料中。如果期望的话,弥散相材料和胶合材料在结合过程中的不混溶与互容性使弥散相材料在胶合材料中形成基本均匀的扩散。
一般选择胶和弥散相材料、以及每种材料的量和处理条件来获得预期的弥散相形态。能够形成弥散相材料延长结构的多种不同的形状。这些形状包括,例如,纤维状、细丝状、棒状、椭圆体状、薄片状、和带状。而且这些形状可具有直线形、Z字形、正弦形、或其它组态。另外,延长结构的横截面形状可以是例如圆形、椭圆形、矩形、方形、三角形、或不规则形状。
影响弥散相材料的形态的多种因素包括,例如,弥散相材料和胶合材料间的剪切粘度比、两种材料间的界面张力、剪切速率、和拉伸比。
施加剪切力的处理温度下的剪切粘度将影响弥散相材料所形成结构的尺寸和形状。弥散相材料和胶合材料的剪切粘度之比一般在0.1~10的范围内。当在施加剪切力的温度下弥散相材料和胶合材料的剪切粘度之比接近1(如约0.5~2)时,弥散相材料能够形成细丝或纤维。对于较小的剪切粘度比(如0.5或更小),弥散相材料一般能够形成薄片状或带状。对较大的剪切粘度比(如2或更大),能够形成短棒状或椭圆体;尽管在非常大的剪切粘度比情况下,弥散相一般很少或没有延长(如弥散相将保持类似球体)。可以用例如毛细管流变仪来测量剪切粘度,比如用位于马里兰州Canton的Instron公司的Instron毛细管流变仪。
界面张力也是弥散相形态的一个因素。小的界面张力一般较为合适。如果界面张力太大,或者熔化强度太小,弥散相材料的细丝或纤维会在剪切流或冷却处理中断裂。但是,如果界面张力太小,胶合材料内的弥散相材料小滴在剪切流中就难于和其它弥散相材料小滴相聚结。这将限制获得长纤维或细丝的能力。
剪切速率和拉伸比也将影响弥散相材料的形态。一般地,较高的剪切速率将导致较长的延长结构。但是,如果剪切速率太高,在剪切过程中延长结构就会断裂。延长结构断裂的剪切速率取决于结构的厚度和上述的其它参数。另外,较大的拉伸比一般将产生较长的延长结构。
弥散相材料的熔点一般比聚合混合物的使用温度高。类似的,弥散相材料的熔点也高于聚合混合物或该聚合混合物制造的任何物品的存储温度。较佳地,弥散相材料的熔点至少为70℃。可以用例如差示扫描量热法(“DSC”)测量熔点。
在一些实施例中,弥散相材料是基本连续的纤维。在一种实施例中,纤维平均至少长0.5厘米,且平均长约2~5厘米或更长。
如果期望漫反射光的散射,弥散相延长结构的横截面尺寸(如直径)一般不大于将要散射的光线波长的几倍较为合适。否则镜面反射光的散射将占上风。但是,如果弥散相的直径太小(如约为将要散射的光波长的1/30),那么几乎不会发生散射。一般地,对于波长相当于或小于延长结构的横截面尺寸的光线(如横截面尺寸的一半或更小),将有足够的光线发生散射。在一些实施例中,弥散相材料的纤维的横截面尺寸约为0.05~5微米,较佳地约为0.1~3微米。这样的纤维对可见光(约380~750纳米)的高效散射是特别有用的。
在进行混合时,和在施加剪切力之前,弥散相材料可以是例如基本为球形的微粒,其平均尺寸不大于20微米,且一般不大于10微米。也可以以其它形式提供弥散相材料,以供混合。
弥散相材料通常约占聚合混合物质量的2%~70%。一般地,弥散相材料约占聚合混合物质量的5%~50%。在许多情况中,更多的弥散相材料含量将引起更多的光线散射。对最高含量(除非聚合混合物非常薄),散射光线一般要经过多次散射过程。较高的含量一般将提高聚合混合物中进行多次散射的光线的百分比,也将提高光线光子的平均散射次数。
下文将要说明,根据所预期的聚合混合物的性质,聚合混合物中也可包含其它材料。胶合材料通常约占聚合混合物重量的30%~98%。一般地,胶合材料约占聚合混合物质量的50%~95%。
其它材料
如果期望的话,也可加入其它材料,来改变聚合混合物的光学或物理性质。这些材料包括,例如,油类、增塑剂、抗氧化剂、抗臭氧剂、紫外(UV)稳定剂、氢化丁烯橡胶、颜料、染料、和固化剂。例如,可将颜料或染料加入到聚合混合物中,来改变混合物的颜色。在一些实施例中,颜料或染料为混合物着色。在另一些实施例中,颜料或染料用来减轻或消除混合物中的颜色。这些颜色是由胶和弥散相材料折射率的波长依赖性引起的。
另外,如果期望的话,聚合混合物中也可包括附加的漫射或镜面散射材料。该散射材料的折射率至少不同于胶合材料的折射率。该附加散射材料在胶合材料中基本不具有确定的方向。例如,散射材料为大体球形,或者在胶合材料中随机取向。
混合
首先将弥散相材料和胶合材料相混合,然后向混合物施加延长剪切力。完成弥散相材料和胶合材料的混合可以采用引起弥散相材料在胶合材料中扩散、较佳地是精确扩散的任何方法。例如熔融混合、溶解混合、或能够使弥散相材料和胶合材料充分混合的任何其它合适的物理方法。
熔融混合的方法包括扩散混合、分布混合、或扩散混合与分布混合的组合。熔融混合的间歇式或连续方法都可以采用。间歇式方法的实例包括BRABENDER(用位于新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender公司的BRABENDER REAP CENTER),或者BANBURY内混或碾压(用FARREL COMPANY的设备)。如果需要的话,在间歇式混合之后,对产生的弥散立即进行淬火,并存储在熔点以下,以备后面的处理。
连续式混合方法的例子包括单螺旋挤压、双螺旋挤压、回旋挤压、往复式螺旋挤压、和带针圆筒螺旋挤压。连续方法可包括分布元件,如腔迁移混合器(如英国Shrewsbury的RAPRA Technology有限公司的CTM),和针混合元件,静电混合元件,以及弥散元件(如MADDOCK混合元件或SAXTON混合元件),例如在Chris Rauwendaal编著的《聚合物处理中的混合》中“单螺旋挤压机中的混合”(Marcel Dekker Inc.:New York(1991),pp.129,176-177,和185-186)。
聚合混合物形成方法的实例
聚合混合物受延伸剪切力的作用,产生弥散相材料的延长结构。延长结构可采用连续形成方法形成,包括热熔涂敷,如用延伸剪切力牵拉或挤压混合物(如牵拉模、薄膜模、或旋转棒模),并且紧接着将牵拉的胶合混合物与衬底相连接,例如单独的衬底或运动的传送带上的衬底。一种相关的连续形成方法包括从薄膜模中混合挤压聚合混合物和一种衬垫材料,并冷却得到的分层产物。其它连续形成方法包括将聚合混合物直接连接到高速运动的传送带上或其它合适的制备好的衬底上。采用这种方法,用具有弹性边缘的模子,如旋转棒模,就能够将聚合混合物涂镀到运动的传送带上。
在用这些连续方法中的任何一种形成之后,通过将聚合混合物的温度降到弥散相材料的熔点以下,使弥散相材料的延长结构凝固。可以通过例如用直接方法(如激冷轧辊或水槽)或者间接方法(如空气或气体冲击)来降低温度。然后混合物冷却到室温。
光学性质
胶合材料和弥散相材料的折射率之间的差异、以及弥散相材料延长结构的取向,使得聚合化合物具有与胶合材料本身不同的光学性质。特别是,弥散相材料延长结构的对准产生了在垂直于延长体主轴的方向上的优先散射。例如,对弥散相材料的确定方向纤维,在垂直于其取向的平面上将呈现散射光带,且其强度随着相对于镜面反射方向角度的增加而减小。
有许多因素影响聚合混合物的光学性质,它们包括,例如,胶和弥散相组份所用的材料、胶和弥散相材料的折射率、延长结构取向的程度、延长结构的尺寸和形状、聚合混合物的厚度、弥散相材料和胶合材料的相对量(即含量)、延长结构在聚合混合物中的分布均匀性、每一种材料的相对位置与量、以及其它材料的存在(如其它散射材料、染料、或颜料)。
一般地,弥散相材料的至少一种折射率与胶合材料的至少一种折射率至少相差0.01。总的光散射取决于弥散相材料和胶合材料的折射率之差,以及光路中延长结构的数量(含量和薄膜厚度)。总散射通常正比于两种材料折射率之差的平方,线性地正比于散射区域的数量。胶合材料和弥散相材料折射率之差一般至少为0.01、0.03、0.05、或更大。在许多情况中,总散射效率可用下式模拟:
总散射效率∝Δn2×t×w%
其中Δn是胶合材料和弥散相材料的折射率之差,t是聚合混合物的厚度,w%是弥散相材料的重量百分比。因此,通过选择折射率之差、厚度、弥散相材料的重量百分比,就能够选择散射光相对于透射光或反射光的百分比。对一些实施例,弥散相材料的重量百分比在5%~50%的范围内,一般在10%~40%之间。聚合混合物的厚度影响光散射效率,也影响胶的机械强度。其厚度的范围可在例如5微米至250微米范围内,在一些实施例中,是在50微米至125微米范围内。
在一些实施例中,胶合材料或弥散相材料是(或两者都是)双折射材料(即在至少两个正交的方向上的材料折射率至少相差0.01)。例如,在平面层上形成的双折射材料,它在面内方向的折射率(选为x和y方向)是不同的(即nx≠ny)。采用这样的双折射材料可产生偏振相关的光学性质。例如,当至少采用一种双折射材料时,在入射到聚合混合物上的光线的两个正交偏振态上,粘胶和弥散相材料之间光折射率的差异是不同的。较大的折射率差异通常导致一种偏振态的光的较大角度散射和较多散射。在至少一些情况中,两种偏振态散射功率之比是两种材料对这两种偏振态的折射率之差的平方。在一种实施例中,采用一种双折射材料,使得对一种偏振光,胶和弥散相材料的折射率基本匹配(即二者的差异小于0.01),这样这种偏振态的光就基本从聚合混合物中透射。对另一种偏振光,粘胶和弥散相材料的折射率之差至少为0.01,就引起那种偏振光的散射。
延长结构的取向程度也影响光学性质。一般地,延长结构取向的程度越高,就有越多的光线在垂直于延长结构主轴的方向上优先散射。作为取向等级的实例,一种聚合混合物所具有的延长结构,在其长度上,至少50%、75%、或甚至90%的延长结构的主轴是基本对准的(如,对准在20°之内,较佳地在10°之内)。
延长结构的尺寸和形状也将影响光学性质。例如,当延长结构的横截面尺寸(直径)不大于入射到聚合混合物上的光波长的几倍左右时,将产生漫反射。随着延长结构横截面尺寸的增大,镜面反射的量一般随之增加。另外,在材料相同和截面尺寸相同的情况下,较长的延长结构相对于较短的延长结构通常在优先方向上能够获得更多的散射光。因此,长纤维将引起更多的光线产生垂直于纤维长度方向的漫散射。较短的材料棒通常引起垂直方向上较少的优先散射。
延长结构的三维形状和尺寸影响散射光线在空间方向上的分布。对球形微粒,散射光绕光轴对称分布,其中光轴定义为入射光线的轴。如果微粒是非球形,散射光通常关于光轴非对称分布。一般地,在微粒的横截面越弯曲处,散射光在该平面内的分布就越宽广。对于横截面为椭圆形的微粒,光线绕长轴较绕短轴的分布要更多。对称度取决于微粒的纵横比(横截面偏离圆形的程度)。对于纤维,光线在垂直于纤维取向的方向上优先散射。在平行于纤维取向的方向上,聚合混合物起光学平行板的作用,因此几乎没有光散射。薄膜类似于单轴光漫射体。为达到最好的效果,纤维的纵横比至少为50、100、或甚至1000、或更多比较合适。对于具有较小纵横比的延长微粒,其横截面更有可能是椭圆形。在这种情况下,一些光将被散射到平行于纤维取向的方向。这些纤维起椭圆漫射体的作用。将含有大纵横比纤维的聚合混合物与含有球形微粒的弱对称漫射元件相结合,也可制造出椭圆漫射体。
图4和图5说明了大纵横比纤维的光学性质。当延长结构形成纤维或细丝时,相对于它们的横截面尺寸这些结构能够做得非常长。可以用无限长的柱体阵列来模拟这些纤维的光学性质。参看图4,给出了嵌入胶合材料402的该阵列中一根纤维404经过主轴的截面图。垂直入射到胶合材料402的表面406上的光线401在纤维404上由于非垂直入射而发生折射,如图4中的A点所示。折射角一般取决于光线401在纤维404的入射点到纤维404中心的距离x。光线从纤维404中出射时(点B)、以及光线从胶合材料402的表面408出射(点C)时将再次发生折射。这些折射角取决于前面各次的折射。结果是不同的光线以不同的量被折射,从而入射光产生散射效果。参看图5,给出了纤维404沿主轴的纵视图,由于光线是垂直入射到胶合材料402和纤维404的表面,所以垂直入射的光线401在纵面上不发生折射。因此就产生了高度各向异性的散射效果。这种非对称散射的结果是,本发明的材料在背面投影屏中将非常有用,例如其中为了让更多的观察者看到而期望在水平方向具有较高级别的散射,为了保存光线不使其射向没有观看者的方向而期望在垂直方向具有较低级别的散射。
聚合混合物层越厚通常将导致给定弥散相材料含量和延长结构类型下越多的光散射。对一些胶带应用,合适的衬底上聚合混合物的厚度可在25~750微米的范围内。弥散相材料的含量越高通常会增加散射。
而且,延长结构在聚合混合物中分布的均匀性将影响散射的均匀性。一般地,弥散相材料在胶合材料中均匀扩散。但是如果期望的话,可以采用已知的技术使弥散相材料非均匀分布,以实现非均匀光散射。
附加的非定向(如球形或随机取向)的散射材料的存在也将影响聚合混合物的光学性质。可以用非定向散射材料调节光线在优先方向和非优先方向上散射的比例。另外着色材料如染料或颜料的存在能够改变聚合混合物的颜色,如上所述,增加或减小其颜色。
聚合混合物通常为透明的、半透明的、或轻微到中度模糊。其外观将取决于胶和弥散相材料,以及混合物中弥散相材料的量和延长结构的形态。
当偏振光入射到聚合混合物时,弥散相由于散射能够产生一些消偏。一般地,延长结构的横截面尺寸越小,消偏程度也就越小。因此,就有可能设计在散射线偏振光时保持高消光比的散射薄膜。
物理性质
聚合混合物的物理性质是,至少部分地是,取决于所选择的胶和弥散相组份的材料,以及聚合混合物中弥散相材料的结构。在一些实施例中,用ASTM D882-97测量,聚合混合物的抗屈强度不小于大约0.1MPa。抗屈强度可以是0.2MPa或更大。另外,用ASTM D 882-97测量时,聚合混合物的抗拉强度至少约为抗屈强度的150%。
对一些实施例,用ASTM D 882-97测量时,聚合混合物的断裂延长率至少约为50%,且可大于200%,或者甚至300%或更高。在一些实施例中,断裂延长率为800%或以上。
另外,在一些压敏胶混合物的实施例中,以15°至35°间的角度从聚丙烯衬底板上去掉聚合混合物所需要的力约不大于20N/dm。这样小的去除力使得压敏胶混合物能够很容易地去除。在某些实施例中,以这样的角度从衬底上去除压敏胶混合物所需的力低到大约7N/dm。
在一些实施例中,用ASTM D 882-97测量,聚合混合物的抗拉强度至少约比胶合材料自身的抗拉强度大两倍。在某些实施例中,弥散相材料增加了胶合材料在机械加工方向上的剥离力。例如,粘连到特定衬底(如玻璃)上的聚合混合物的180°剥离粘连力比不含弥散相材料时胶合材料自身的180°剥离粘连力增加了30%或更多。
另外,聚合混合物具有拉伸可去除的性质。在一些实施例中,如果期望的话,本发明的聚合混合物能具有这些性质,同时具有基本未减小的黏附性质。
对那些具有好的抗屈和抗拉强度的实施例,较佳的弥散相材料具有不超过20MPa左右的抗屈强度。相对于抗屈强度,弥散相材料的抗拉强度较佳地约为抗屈强度的150%。这些值都用ASTM D 882-97测量。
聚合混合物的应用
聚合混合物可用于多种用途。例如,聚合混合物可用于薄片式产品(如装饰的、反射的、和图形产品)、标记胶料、磁带背面、和其它聚合或非聚合衬底,用来形成例如显示用的装饰带和光学薄膜。聚合混合物也可用于光线提取,如标志、广告和发光。光线提取应用的实例包括将聚合混合物,通常与衬底背面一起,分布在发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、发光薄膜、或荧光薄膜上。就显示器而言,沉积在透明衬底上的聚合混合物可用作显示薄膜,例如在一个方向(例如垂直)上具有窄的视角而在另一个方向(例如水平)上具有宽的视角的投影显示。
根据预期的应用,衬底可以是任何合适类型的材料。例如,衬底包括聚丙烯(如二轴定向聚丙稀(BOPP))、聚乙烯、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯)、其它聚合的和塑料衬底,或释放衬垫(如渗硅衬垫)。在一些实施例中,特别是当含有聚合混合物的物品设计成可去除时,衬底是可拉伸的,这样含有粘胶混合物和衬底的物品就是拉伸可去除的。衬底通常,但不是必须的,是透明的和半透明的,特别是当光线在被弥散相材料散射之前或之后要从衬底中透射时。如果期望的话,也可使用着色的衬底。与聚合混合物相对的衬底表面或者聚合混合物自身的表面可以被雕纹、微构造、或者被改变以产生预期的结构,这也能改变物品的光学性质。例如,变化了的表面能够增加光线的漫散射。
作为实例,根据本发明的一种聚合混合物用来形成磁带或其它胶膜。为了形成磁带,聚合混合物被涂敷到合适的衬底的至少一部分上。如果需要的话,在聚合混合物与衬底相对的一侧涂覆一种释放衬垫(低粘背材)。在双涂敷的磁带形成时,例如通过混合挤压或层叠,将聚合混合物涂敷到衬底两侧的至少一部分上。另外,聚合混合物可涂敷到至少一种释放衬垫上,来形成转移带或薄膜。
聚合混合物的另一种应用是辅助耦合来自光线限制介质的光线,如图2和图3所示。光线限制介质200和300可以是例如一种薄膜(如发光或荧光薄膜)、一种器件(如LED或OLED)、或一种光纤、面板、或其它导光结构。由于全内反射,光线能够被限制在这些光线限制介质中。当光线限制介质中的光线310(图3)在光线限制介质和另一种介质如空气的界面312(图3)上被反射时,就会发生这种情况。
在一些情况中,期望发生全内反射,尤其是对沿光导传播的光线,比如光纤或光学面板。光纤或光学面板可具有任何形状或几何尺寸,并可用任何合适的材料制成,包括玻璃和塑料。有选择地将光线从光纤或光学面板的某部分中或者整个光导中提取出是令人满意的。例如,光导的形状可以是文字、符号、或图象,于是希望沿着导光介质长度的部分提取出光线,来产生发亮的字母、文字、词、其它文本、符号或符号集、图象、或其它任何形状。提取出的光线可用来形成标识或广告,或用来发光。另外提取出的光线能够被着色,例如用彩色光源或通过在聚合混合物中加入染料或颜料。
一种折射率高于周围介质的光导,如光纤或光学面板,能够基于全内反射高效率的传输光线。限制在光导内部的光线具有离散的模式。模式的数量取决于光导与周围介质的折射率之差,以及光导的厚度或直径。模式越多,光线就能够以越大的锥角在光导中传输。每种模式在光导中具有不同的空间位置。较高阶的模式通常在光导的边界处具有较大的入射角。通过采用大的折射率差异和大的光导,能够实现更高效的光耦合与传输。对于最大效率的光提取,限制在光导内部的光线较佳地是高阶模式,这种情况下较多的光线分布在光导的边界附近。这可以通过有目的地将更多的光线耦合到光导的高阶模式来实现,或者通过弯曲光导将光线重新分布到高阶模式来实现。
在一些情况中,全内反射也会带来问题。例如,由于全内反射,使大量的光限制到LED、OLED、发光薄膜、荧光薄膜、或其它发光薄膜或器件中。光线从器件或薄膜的边缘就损失掉了。
用聚合混合物制造的薄膜,和可选的合适的衬底,用来从这些器件和薄膜中提取光线。含有聚合混合物的薄膜202和302位于器件或薄膜的将要提取光线的地方。一般地,选择聚合混合物的折射率接近于器件或薄膜的折射率。一般地,聚合混合物的胶合材料的折射率和器件或薄膜的折射率之差不大于0.15,可以是0.1或0.05或更小。由于折射率非常接近,光线314(图3)能够被耦合进聚合混合物。通常,胶合材料和器件或薄膜的折射率越是接近,越多的光线就能够被提取。
从器件或薄膜中进入聚合混合物的光线与弥散相材料316(图3)相互作用,使光线发生散射,且至少一部分光被散射出薄膜。另外,由于弥散相材料的延长结构的对准(如图2中的箭头216和图3中弥散相材料的取向所示),光线208和308在优先方向被各向异性地提取,如上所讨论。如图2和图3所示,聚合混合物可沉积到整个表面上,例如绕着光纤的全部区域,或者只是沉积到表面的一定区域。聚合混合物的位置和弥散相材料延长结构的取向通常将决定光线在哪里并有多少被提取。在一些实施例中,在聚合混合物沉积处,从薄膜或器件中出射的光线是没有聚合混合物时出射光线的至少两倍、三倍、甚至四倍。
当光线沿光导的方向行进时,延长结构相对于行进方向的取向影响散射的多少。当延长结构的主轴垂直于光的行进方向时,能够获得最多的散射。而且,由于入射到含聚合混合物的薄膜上的光线相对于薄膜表面的法线有一定夹角,散射光相对于薄膜表面的法线就不是对称分布的。相反地,散射光一般向耦合端之外的一端分布。通常,光源的光线由一端耦合进光导中。这一端称为“耦合端”。对于全反射,入射到边界的光线必须具有大于临界角的入射角。当有胶膜涂到波导上时,入射到薄膜的光线就具有大的入射角(离开表面的法线也一样)。散射光绕入射光轴集中。因此,散射光就不是绕表面的法线集中分布,而是集中在入射光轴的方向,该方向向波导的另一端(与耦合端相对)倾斜。通过在另一端放一块反射镜,使一部分光线反射回来,散射光的分布就变得绕表面法线方向更为对称。
在一些实施例中,器件或薄膜包括电极,或其它用反射材料制成的元件,如金属(例如银或铝)。聚合混合物在该器件或薄膜上的位置也能减小或散射掉至少一部分由反射材料引起的镜面反射。
在一些实施例中,形成的磁带、薄膜、或其它物品具有延长结构取向不同的区域。这样的薄膜的形成可以通过例如在衬底上沿不同的方向配置聚合混合物,或粘合处理好的具有预期方向的延长结构的聚合混合物(如用转移磁带转移聚合混合物)。不同的区域可以含有相同或不同的弥散相材料、弥散相材料含量、厚度、度数或取向、和延长结构的形状和尺寸。这样的实施例可用作装饰目的,来形成图象、标识、字母、或词、和其它应用。
而且,两种或两种以上的薄膜可用来控制或增强光线散射。例如,将两种或两种以上的薄膜涂敷到具有不同延长结构对准方向的表面上,以将光线散射到不同的优先或预定方向上。
通常为薄膜形式的聚合混合物可用于多种其它光学器件。这些器件的实例包括其它光学薄膜、微透镜散射体、对称或体漫射体、镜面、彩色薄膜或滤光器、和分束器。
通常为薄膜形式的聚合混合物可用于正面或背面投影屏,比如那些正面或背面投影监视器、电视、和其它设备中。薄膜通常置于屏幕上,并用来调节水平或垂直视角或者同时调节二者。该薄膜也可用于(如层叠到)吸收起偏器,来减少环境背景光,并提高背面投影屏的对比度。这种组态也可用于背面照明或正面照明的液晶显示器。该薄膜可用于(如层叠到)正面投影屏的镜面。
作为进一步的实例,对一些发光应用,例如为了安全或维护的目的,期望用到少量的光源。在这种情况中,一个光源发出的光被耦合进一根大芯径光纤,并传送到多个地方。除了需要照明的部位,需要沿光纤有高效传输。上面说明的薄膜可用于这种目的。只有在涂敷了薄膜的地方,光线能够从光纤中耦合出来。在光纤没有涂敷胶膜的地方,光线能够被高效的传输。
本发明的材料的光学性质特别适合于在光学***中控制光线。该材料可用作光学***中的器件的一部分,或者用作独立元件。含有根据本发明的材料的光学***包括发射器件,比如电致发光(EL)器件、有机电致发光器件(OLED)、无机发光二极管(LED)、磷光体背面照明、磷光体直观式显示器比如阴极射线管(CRT)和等离子体显示板(PDP)、场发射显示器(FED)、等等。该***可以是投影显示器、背面照明显示器、或者直观式显示器。该***能够发射白光、单色光、多色光、或全色光(如RGB,或红、绿、蓝);它也可以是扇形显示器(如低分辨率)或图像(如高分辨率)显示器。
此处说明的物品也可用于液晶显示器。例如,该物品作为液晶显示器中的散射元件是非常有用的。
现在参看图11,给出了光学***500,它应用本发明的材料作为至少它的一种部件。光学***500包括正面投影屏502和光源504。
上面所述的材料可用作正面投影屏502自身,也可用作正面投影屏的部件。图12说明了正面投影屏的一种实施例,其中本发明的材料形成了漫射体510。图12所示的屏幕还包括可选项起偏器514和反射器512。例如,起偏器514可包括直线起偏器。起偏器514可用作多种目的。例如,起偏器可用来减小屏幕反射的环境光线。
图13给出了正面投影屏的另一种实施例。根据本发明的材料形成漫射体520。该屏幕还包括反射器522,用来反射光源504发射的光线。
现在参看图14,给出了另一种光学***600,它应用本发明的材料作为至少它的部件。光学***600包括带有照明源602的背面投影屏***、可选项菲涅耳结构604、和背面投影屏606。光学***600可包括许多不同类型的产品,例如,但不局限于,电视、视频墙、大屏幕电视、和数据监视器。根据本发明的材料可用于构成屏幕606本身,或者可形成它的部件。
照明源602向屏幕606投射影像。屏幕606具有接收来自照明源602的光线的背面,和正面或观察面。在使用中,观看者从屏幕606的正面观看,看到光学***600产生的影像。
光学***600可包括可选项的菲涅耳透镜604和/或微透镜或板,其说明或构造请参见美国专利号第3,712,707;3,872,032;4.379,617;4,418,986;4,468,092;4,469,402;4,509,823;4,548,469;4,576,850;4,730,897;4,773,731;5,066,099;5,183,597;5,296,922;和5,513,036(全部内容这里引作参考)。制作微透镜或菲涅耳结构的方法请参见欧洲专利申请号第542 548和816 910(这里引作参考)。
图15给出了根据本发明的屏幕606A的一种实施例。根据本发明的材料用来形成屏幕606A的漫射体614。屏幕606A还可包括微透镜结构612和起偏器616。起偏器616可用作多种目的。例如,起偏器616可用来降低屏幕反射的环境光线,以提高屏幕预期的对比特性。起偏器616还可用作光学***的清除起偏器。作为另一种实例,起偏器616可以是直线起偏器,根据美国专利号第6,613,402中的方法形成(全部内容这里引作参考)。
图16给出了根据本发明的屏幕606B的另一种实施例。在本实施例中,本发明的材料可用来形成漫射体624。屏幕606B还包括微透镜元件622。
图17给出了根据本发明的屏幕606C的另一种实施例。在本实施例中,本发明的材料可用来形成漫射体632。屏幕606C还包括起偏器634,例如线性起偏器。
实例
用下面的实例对本发明作进一步的说明,这些实例的目的不是限制本发明的范围。这些实例仅仅是为了说明性的目的,而不是限制附后的权利要求说明书的范围。除非特别声明,实例中的所有份数、百分比、比例等以及其余参数都是按照重量。实例中说明的胶的所有紫外固化过程都发生在胶朝向紫外光的一侧。在下面的实例中压敏胶缩写为“PSA”。
缩写表
缩写 | 说明 |
AA | 丙烯酸 |
ATTANE 4204 | 由10%的辛烯得到的超低密度线性聚乙烯-辛烯共聚物,为位于美国密歇根州Midland的Dow Chemical公司的产品,其折射率约为1.52 |
CV-60 | 位于美国俄亥俄州Akron的Goodyear Chemical公司出产的Mooney控制粘度天然橡胶 |
ENGAGE 8200 | 由24%的辛烯得到的乙烯-辛烯共聚物,美国特拉华州Wilmington的DuPont Dow Elastomers LLC有售 |
ENGAGE 8490 | 由14%的辛烯得到的乙烯-辛烯共聚物,美国特拉华州Wilmington的DuPont Dow Elastomers LLC有售 |
ESCOREZ 2393 | 位于美国德克萨斯州休斯顿的ExxonMobil Chemical公司出产的脂肪族/芳香族混合增粘剂树脂 |
HDPE | 高密度聚乙烯,平均分子量为125,000,密度0.95g/cm3。位于美国纽约州Ontario的Scientific Polymer Products公司有售 |
IOA | 丙烯酸异辛酯 |
KRATON D1107 | 位于美国德克萨斯州休斯顿的Shell Chemicals有限公司出产的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物 |
LDPE | 低密度聚乙烯,密度为0.918g/cm3。位于美国威斯康星州Milwaukee的Aldrich Chemicals公司有售 |
MAA | 甲基丙烯酸 |
PB | 等规聚丁烯,重量平均分子量为185,000,位于美国威斯康星州Milwaukee的Aldrich Chemicals公司有售。折射率约为1.50 |
PCL | 聚碳酸酯,重量平均分子量为80,000,位于美国威斯康星州Milwaukee的Aldrich Chemicals公司有售 |
PEBH | 二茂金属络合物催化的聚(乙烯-1-丁烯-1己烯)共聚物,熔融指数为3.5,位于美国威斯康星州Milwaukee的Aldrich Chemicals公司有售。其折射率约为1.51 |
PET | 聚对苯二甲酸乙二醇酯的一种以胺化聚丁二烯为底物的聚酯(aminated-polybutadiene primed polyester)薄膜,厚度为38微米 |
PMMA | 聚甲基丙烯酸甲酯,重量平均分子量为350,000,位于美国威斯康星州Milwaukee的Aldrich Chemicals公司有售。其折射率约为1.43 |
PP substrate | 聚丙烯衬底,位于美国明尼苏达州Burnsville的AeromatPlastics公司有售 |
PS | 聚苯乙烯,重量平均分子量为280,000,位于美国威斯康星州Milwaukee的Aldrich Chemicals公司有售。其折射率约为1.59 |
PSA-1 | IOA/AA共聚物PSA,由比例约为90/10的IOA/AA单体产生,其制备是通过将21.6克的IOA、2.4克的AA、0.28克的四溴化碳链转移剂、和36克的乙酸乙酯在玻璃容器中混合。向该混合物中加入0.072克的VAZO 64,用氮气使容器惰化,然后将容器密封。密封的瓶子在55℃水槽中翻滚24小时。得到的聚合物涂敷在硅化聚酯释放衬垫上,并在65℃烘箱中烘干15分钟,以复原干燥的聚合物 |
PSA-2 | 压敏胶,含有50份的KRATON D 1107和50份的WINGTACKPLUS |
PSA-3 | Karaton PSA HL-2552X,位于美国明尼苏达州St.Paul的HB Fuller有售 |
PSA-4 | IOA/MAA共聚物PSA,由比例约为96/4的IOA/MAA单体产 |
生,其制备过程参见美国专利号第4,952,650(Young等人)实例5所述,使用前需干燥。其折射率约为1.47。 | |
PSA-5 | IOA/AA共聚物PSA,由比例约为90/10的IOA/AA单体产生,参见美国专利号第5,804,610(Hamer等人)实例1,除了在将PSA加入挤压机之前需去掉袋 |
PSA-6 | IOA/AA共聚物PSA,接枝得到的聚苯乙烯大分子单体,用比例约为92/4/4的IOA/AA/聚苯乙烯大分子单体,制备过程参见美国专利号第4,554,324(Husman等人)实例74,除了大分子单体是聚苯乙烯及特性粘度为0.65dl/g(27℃时在乙酸乙酯中测量)。其折射率约为1.48 |
PSA-7 | 与23%的ESCOREZ 2393增粘剂混合的PSA-6 |
PSA-8 | IOA/AA共聚物PSA,由比例约为95.5/4.5的IOA/AA单体聚合而成,对其过程的说明请参见美国专利号RE24,906(Ulrich),实例5,并在使用前需干燥 |
PSA-9 | 天然橡胶PSA,用CV-60制备,对其过程的说明参见美国专利号6,063,838(Patnode等人),实例43-44 |
REGALREZ 1126 | 氢化增粘剂树脂,美国特拉华州Wilmington的Hercules公司有售 |
WINGTACK PLUS | 一种C5增粘剂树脂,位于美国俄亥俄州Akron的GoodyearTire & Rubber公司有售 |
测试方法
抗拉测试
根据ASTM测试方法D 882-97“塑料薄板抗拉性质的标准测试方法”进行抗拉测试,采用INSTRON材料测试仪(马萨诸塞州Canton的Instron公司有售),十字头速度为30厘米/分钟(12英寸/分钟)。用这种测试,可获得“抗屈强度”、“抗拉强度”、和“断裂拉伸百分比”等参数的值。
180°剥离粘连
这种剥离粘连测试类似于ASTM D 3330-90中所描述的方法,在测试中,用玻璃、高密度聚乙烯或聚丙烯衬底代替该方法中所说的不锈钢衬底。在每种特定实例中都注明了所采用的衬底。
已经在恒温(21℃)和恒湿(50%相对湿度)中平衡24小时的涂胶带粘连到衬底板上。衬底板可以是溶剂冲洗玻璃『solvent-washed glass』、聚丙烯(PP)、或者高密度聚乙烯(HDPE),用2kg重的轧辊从带上一次经过。粘合组件可以在室温中停留1分钟。然后用IMASS滑动/剥离测试仪(Model 3M90,俄亥俄Strongsville的Instrumentors公司有售),以30厘米/分钟(12英寸/分钟)的十字头速度,测试组件机械加工方向的180°剥离粘连。
拉伸释放测试方法
通过用2kg重的轧辊从带上经过一次,已经在恒温(21℃)和恒湿(50%相对湿度)中平衡24小时的涂胶带粘连到聚丙烯(PP)衬底板上。粘合组件可以在室温中停留1分钟。然后以介于15~35°的角度“手动地”或“机械地”牵拉,用IMASS滑动/剥离测试仪(Model 3M90,俄亥俄Strongsville的Instrumentors公司有售),以30厘米/分钟(12英寸/分钟)的十字头速度,对组件进行拉伸释放测试。对于手动样品,如果样品在剥离之前发生断裂(即样品无拉伸释放),则手动样品的测试数据报告为“断裂”,或者如果样品表现出拉伸释放性质时报告为“是”。对于机械测试样品,如果样品发生断裂(即样品无拉伸释放)则数据报告为“断裂”,如果样品确实表现出拉伸释放性质,则报告以牛顿/分米为单位的最大拉伸释放力。
试样粘性(Probe Tack)测试
试样粘性测试按照ASTM D 2979-95中所述的方法进行,用一种TA-XY2结构测试仪(英国Surrey的Stable Microsystems有售)。
溶剂萃取测试
为确定粘胶混合物的弥散相材料的连续性,压敏胶基体被溶解,留下弥散相材料。从薄膜上沿机械加工方向切下一条粘胶混合物薄膜(约长7.5厘米、宽2.5厘米)。通过将薄膜缠绕在敞口框架的边上,使薄膜悬挂在敞口框架上。框架和胶带浸入一种溶剂中,这种溶剂能够溶解压敏胶,而不溶解弥散相材料。24小时之后检查该样品,以确定压敏胶是否完全溶解,及弥散相材料是否保持在框架上。如果纤维不是连续至少5到8厘米,框架上就不会留下任何东西。如果纤维留在框架上,则样品鉴定为“通过”;而如果没有纤维留在框架上,则鉴定为“失败”。
弥散相材料的抗拉性质
通过将每种弥散相材料热压成型为102微米厚,就制备好了弥散相材料薄膜。该薄膜用上述的抗拉测试方法进行测试。结果见表1。
另外,将材料区别为弹性的(变形后能够恢复)或者可塑的(永久形变)。
表 1
聚合物 | 抗屈强度(MPa) | 抗拉强度(MPa) | 断裂拉伸百分比(%) | 可塑的或弹性的 |
PEBH | 5.09 | 31.72 | 730 | 弹性的 |
PCL | 7.45 | 16.41 | 620 | 弹性的 |
ATTANE4202 | 8.27 | 27.58 | >800 | 弹性的 |
HDPE | 20.55 | 14.34 | 370 | 可塑的 |
PMMA | 25.51 | 25.51 | <10 | 可塑的 |
比较实例C1
制备压敏胶PSA-1的一种样品,并在150℃,用配有牵拉模子(draw die)的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将样品热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为75rpm,且拉伸比为4。得到厚度为127微米的PSA薄膜。用上述的抗拉测试方法确定PSA薄膜的抗拉性质。结果见表2。PSA薄膜的一部分层叠到PET背衬上制成PSA磁带。得到的磁带从一个FusionH-bulb灯(马里兰州Gaithersburg的Fusion total ultraviolet Systems公司有售)下经过,以15米/分钟的十字头速度,总的紫外剂量为300毫焦/平方厘米。测试磁带从玻璃上的180°剥离粘连,结果见表3。
比较实例C2
在140℃至150℃的温度,将90份PSA-1、10份ENGAGE 8200、和0.2份苯酮用BRABENDER混合器(新泽西州South Ha ckensack的C.W.BrabenderInstruments有售)混合物8至10分钟,制备成混合物。在150℃,用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将制备好的混合物热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为75rpm,且拉伸比为4。得到厚度为127微米的PSA薄膜。用上述的抗拉测试方法来确定薄膜的抗拉性质。结果见表2。PSA薄膜的一部分层叠到PET背衬上制成PSA磁带。得到的磁带从一个Fusion H-bulb灯(马里兰州Gaithersburg的Fusion totalultraviolet Systems公司有售)下经过,以15米/分钟的十字头速度,总的紫外剂量为300毫焦/平方厘米。测试磁带从玻璃上的180°剥离粘连,结果见表3。
比较实例C3
在140℃至150℃的温度,将90份PSA-1、10份LDPE、和0.2份苯酮在BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.BrabenderInstruments有售)中混合物8至10分钟,制备成混合物。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将制备好的混合物热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为75rpm,且拉伸比为4。得到厚度为127微米的PSA薄膜。用上述的抗拉测试方法来确定薄膜的抗拉性质。结果见表2。PSA薄膜的一部分层叠到PET背衬上制成PSA磁带。得到的磁带从一个Fusion H-bulb灯(马里兰州Gaithersburg的Fusion totalultraviolet Systems公司有售)下经过,以15米/分钟的十字头速度,总的紫外剂量为300毫焦/平方厘米。测试磁带从玻璃上的180°剥离粘连,结果见表3。
实例1
在140℃至150℃的温度,将90份PSA-1、10份ENGAGE 8490、和0.2份苯酮在BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.BrabenderInstruments有售)中混合物8至10分钟,制备成混合物。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将制备好的混合物热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为75rpm,且拉伸比为4。得到厚度为127微米的PSA薄膜。用上述的抗拉测试方法来确定薄膜的抗拉性质。结果见表2。PSA薄膜的一部分层叠到PET背衬上制成PSA磁带。得到的磁带从一个Fusion H-bulb灯下经过,以15米/分钟的十字头速度,总的紫外剂量为300毫焦/平方厘米。测试磁带对玻璃的180°剥离粘连,结果见表3。
实例2
在140℃至150℃的温度,将90份PSA-1、10份ATTANE 4202、和0.2份苯酮在BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.BrabenderInstruments有售)中混合物8至10分钟,制备成混合物。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将制备好的混合物热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为75rpm,且拉伸比为4。得到厚度为127微米的PSA薄膜。用上述的抗拉测试方法来确定薄膜的抗拉性质。结果见表2。PSA薄膜的一部分层叠到PET背衬上制成PSA磁带。得到的磁带从一个Fusion H-bulb灯(马里兰州Gaithersburg的Fusion totalultraviolet Systems公司有售)下经过,以15米/分钟的十字头速度,总的紫外剂量为300毫焦/平方厘米。测试磁带对玻璃的180°剥离粘连,结果见表3。
表 2
实例 | 抗屈强度(兆帕) | 抗拉强度(兆帕) | 断裂拉伸百分比(%) |
C1 | 0.04 | 0.06 | >800 |
C2 | 0.18 | 0.65 | >800 |
C3 | 1.19 | 1.59 | 320 |
1 | 0.33 | 1.70 | 760 |
2 | 0.54 | 2.05 | 700 |
表 3
实例 | 180°剥离粘连(N/dm) |
C1 | 57.8 |
C2 | 52.1 |
C3 | 61.9 |
1 | 95.0 |
2 | 88.4 |
比较实例C4
在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将PSA-1样品热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为75rpm,且拉伸比为4。得到的薄膜厚度为127微米,且被层叠到PET背衬上制成PSA磁带。得到的磁带从一个Fusion H-bulb灯(马里兰州Gaithersburg的Fusion total ultraviolet Systems公司有售)下经过,以15米/分钟的十字头速度,总的紫外剂量为300毫焦/平方厘米。测试磁带对玻璃在机械加工方向和交叉丝网方向上的180°剥离粘连,结果见表4。
实例3
在140℃至150℃的温度,将90份PSA-1和10份ATTANE 4202在BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)中混合物8至10分钟,制备成混合物。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为75rpm,且拉伸比为4。得到的薄膜厚度为127微米,且被层叠到PET背衬上制成PSA磁带。得到的磁带从一个Fusion H-bulb灯(马里兰州Gaithersburg的Fusion total ultraviolet Systems公司有售)下经过,以15米/分钟的十字头速度,总的紫外剂量为300毫焦/平方厘米。测试磁带对玻璃在机械加工方向和交叉丝网方向上的180°剥离粘连,结果见表4。
表 4
实例 | 机械加工方向的180°剥离粘连(N/dm) | 交叉丝网方向的180°剥离粘连(N/dm) |
C4 | 81.4 | 65.9 |
3 | 128.9 | 141.3 |
比较实例C5
在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将PSA-1样品热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为50rpm,且拉伸比为8。得到的薄膜厚度为51微米,且被层叠到PET背衬上制成PSA磁带。得到的磁带从一个Fusion H-bulb灯(马里兰州Gaithersburg的Fusion total ultraviolet Systems公司有售)下经过,以15米/分钟的十字头速度,总的紫外剂量为300毫焦/平方厘米。测试磁带对玻璃在机械加工方向和交叉丝网方向上的180°剥离粘连,结果见表5。
比较实例C6
在140℃至150℃的温度,将90份PSA-1和10份LDPE在BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)中混合物8至10分钟,制备成混合物。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为50rpm,且拉伸比为8。得到的薄膜厚度为51微米,且被层叠到PET背衬上制成PSA磁带。测试磁带对玻璃在机械加工方向和交叉丝网方向上的180°剥离粘连,结果见表5。
实例4
在140℃至150℃的温度,将90份PSA-1和10份ATTANE 4202在BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)中混合物8至10分钟,制备成混合物。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为50rpm,且拉伸比为8。得到的薄膜厚度为51微米,且被层叠到PET背衬上制成PSA磁带。得到的磁带从一个Fusion H-bulb灯(马里兰州Gaithersburg的Fusion total ultraviolet Systems公司有售)下经过,以15米/分钟的十字头速度,总的紫外剂量为300毫焦/平方厘米。测试磁带对玻璃在机械加工方向和交叉丝网方向上的180°剥离粘连,结果见表5。
表 5
实例 | 机械加工方向的180°剥离粘连(N/dm) | 交叉丝网方向的180°剥离粘连(N/dm) |
C5 | 54.9 | 51.4 |
C6 | 36.7 | 63.0 |
3 | 96.9 | 88.4 |
比较实例C7
在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将PSA-2样品热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为75rpm,且拉伸比为4。得到的薄膜厚度为127微米,且被层叠到PET背衬上制成PSA磁带。测试磁带在各种衬底上的180°剥离粘连,结果见表6。
实例5
在140℃至150℃的温度,将90份PSA-2和10份ATTANE 4202在BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)中混合物8至10分钟,制备成混合物。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为75rpm,且拉伸比为4。得到的薄膜厚度为127微米,且被层叠到PET背衬上制成PSA磁带。测试磁带在各种衬底上的180°剥离粘连,结果见表6。
表 6
实例 | 对玻璃的180°剥离粘连(N/dm) | 对HDPE的180°剥离粘连(N/dm) | 对PP的180°剥离粘连(N/dm) |
C7 | 181 | 79 | 156 |
5 | 238 | 91 | 231 |
比较实例C8
使用PSA-3的一种样品,并在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将PSA-3样品热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为75rpm,且拉伸比为4。得到的PSA薄膜厚度为127微米,且被层叠到PET背衬上制成PSA磁带。测试磁带在各种衬底上的180°剥离粘连,结果见表7。
实例6
在140℃至150℃的温度,90份PSA-3和10份ATTANE 4202在BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)用8至10分钟制备。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为75rpm,且拉伸比为4。得到的薄膜厚度为127微米,且被层叠到PET背衬上制成磁带。测试磁带在各种衬底上的180°剥离粘连,结果见表7。
表 7
实例 | 对玻璃的180°剥离粘连(N/dm) | 对HDPE的180°剥离粘连(N/dm) | 对PP的180°剥离粘连(N/dm) |
C8 | 53 | 25 | 33 |
6 | 100 | 23 | 42 |
比较实例C9
在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将PSA-4样品热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为50rpm,且拉伸比为8。用上述的抗拉测试方法确定PSA薄膜的抗拉性质,结果见表8。
比较实例C10
在140℃至150℃的温度,将85份PSA-4和15份PS在BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)中混合物8至10分钟,制备成混合物。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为50rpm,且拉伸比为8。用上述的抗拉测试方法确定薄膜的抗拉性质,结果见表8。
比较实例C11
在140℃至150℃的温度,将85份PSA-4和15份HDPE在BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)中混合物8至10分钟,制备成混合物。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为50rpm,且拉伸比为8。用上述的抗拉测试方法确定PSA薄膜的抗拉性质,结果见表8。
实例7
在140℃至150℃的温度,将85份PSA-4和15份ATTANE 4202在BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)中混合8至10分钟,制备成混合物。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为50rpm,且拉伸比为8。用上述的抗拉测试方法确定PSA薄膜的抗拉性质,结果见表8。
实例8
在140℃至150℃的温度,将85份PSA-4和15份PEBH在BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)中混合8至10分钟,制备成混合物。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为50rpm,且拉伸比为8。用上述的抗拉测试方法确定薄膜的抗拉性质,结果见表8。
表 8
实例 | 抗屈强度(兆帕) | 抗拉强度(兆帕) | 断裂拉伸百分比(%) |
C9 | 0.03 | 0.14 | >800 |
C10 | 1.79 | 1.79 | <50 |
C11 | 1.72 | 2.07 | 180 |
7 | 1.21 | 3.38 | >800 |
8 | 0.47 | 2.83 | 630 |
实例9-13
实例9-13所用的混合物用PSA-5同表9所列的各种量级的ATTANE 4202制备,在140℃至150℃的温度,用BRABENDER混合器(新泽西州SouthHackensack的C.W.Brabender Instruments有售)混合8至10分钟。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间。挤压机的转速为75rpm,且拉伸比为4。用上述的抗拉测试方法确定薄膜的抗拉性质,结果见表9。
表 9
实例 | ATTANE 4202量级(重量%) | 抗屈强度(兆帕) | 抗拉强度(兆帕) | 断裂拉伸百分比(%) |
9 | 5 | 0.21 | 0.90 | 610 |
10 | 10 | 0.52 | 1.79 | 670 |
11 | 15 | 0.95 | 3.59 | 610 |
12 | 30 | 2.21 | 7.31 | 650 |
13 | 40 | 3.45 | 13.51 | 580 |
实例14-16和比较实例C12-C14
实例14-16和比较实例C12-C14所用的混合物用PSA-4和表10中所列的一种聚合物的15重量%制备,在140℃至150℃的温度,用BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)混合8至10分钟。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间,以得到51微米的厚度。挤压机的转速为50rpm,且拉伸比为8。用上述的拉伸释放测试方法确定薄膜的拉伸释放性质,结果见表10。
表 10
实例 | 所加聚合物(15重量%) | 手动拉伸释放 |
C12 | PMMA | 断裂 |
C13 | PS | 断裂 |
C14 | HDPE | 断裂 |
14 | ATTANE 4202 | 是 |
15 | PEBH | 是 |
16 | PB | 是 |
实例17-22和比较实例C15
实例17-22和比较实例C15所用的混合物用PSA-4和表11中所列量级的ATTANE 4202制备,在140℃至150℃的温度,用BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)混合8至10分钟。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间,以得到51微米的厚度。挤压机的转速为50rpm,且拉伸比为8。用上述的拉伸释放测试方法确定薄膜的拉伸释放性质,结果见表11。
表 11
实例 | ATTANE 4202量级(重量%) | 拉伸释放力(N/dm) |
C15 | 0 | N/A(断裂) |
17 | 5 | 7.4 |
18 | 10 | 10.7 |
19 | 15 | 13.1 |
20 | 20 | 14.1 |
21 | 30 | 19.6 |
22 | 40 | 22.1 |
实例23-25和比较实例C16
实例23-25和比较实例C16所用的混合物用PSA-6和表12中所列量级的ATTANE 4202制备,在140℃至150℃的温度,用BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)混合8至10分钟。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间,以得到51微米的厚度。挤压机的转速为50rpm,且拉伸比为8。用上述的拉伸释放测试方法确定薄膜的拉伸释放性质,结果见表12。
表 12
实例 | ATTANE 4202量级(重量%) | 拉伸释放力(N/dm) |
C16 | 0 | 断裂 |
23 | 5 | 9.0 |
24 | 10 | 10.3 |
25 | 20 | 14.3 |
实例26-27和比较实例C17
实例26-27和比较实例C17所用的混合物用PSA-7和表13中所列量级的ATTANE 4202制备,在140℃至150℃的温度,用BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)混合8至10分钟。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间,以得到127微米的厚度。挤压机的转速为75rpm,且拉伸比为4。用上述的拉伸释放测试方法确定薄膜的拉伸释放性质,结果见表13。
表 13
实例 | ATTANE 4202量级(重量%) | 拉伸释放力(N/dm) |
C17 | 0 | 断裂 |
26 | 10 | 9.0 |
27 | 20 | 19.8 |
实例28-30和比较实例C18
实例28-30和比较实例C18所用的混合物用PSA-6和表14中所列量级的ATTANE 4202制备,在140℃至150℃的温度,用BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)混合8至10分钟。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间,以得到51微米的厚度。挤压机的转速为50rpm,且拉伸比为8。用上述的试样粘性测试方法确定薄膜的试样粘性性质,结果见表14。
表 14
实例 | ATTANE 4202量级(重量%) | 51微米厚样品的试样粘性(克) |
C18 | 0 | 261 |
28 | 5 | 262 |
29 | 10 | 229 |
30 | 20 | 279 |
实例31-32和比较实例C19
实例31-32和比较实例C19所用的混合物用PSA-7和表15中所列量级的ATTANE 4202制备,在140℃至150℃的温度,用BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)混合8至10分钟。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间,以得到51或127微米的厚度。用上述的试样粘性测试方法确定薄膜的试样粘性性质,结果见表15。
表 15
实例 | ATTANE 4202量级(重量%) | 127微米厚样品的试样粘性(克) | 51微米厚样品的试样粘性(克) |
C19 | 0 | 442 | 376 |
31 | 10 | 340 | 328 |
32 | 20 | 384 | 316 |
实例33-37和比较实例C20
实例33-37和比较实例C20所用的混合物用PSA-4和表16中所列量级的ATTANE 4202制备,在140℃至150℃的温度,用BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)混合8至10分钟。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间,以得到51或127微米的厚度。用上述的试样粘性测试方法确定薄膜的试样粘性性质,结果见表16。
表 16
实例 | ATTANE 4202量级(重量%) | 127微米厚样品的试样粘性(克) | 51微米厚样品的试样粘性(克) |
C20 | 0 | 249 | 160 |
33 | 5 | 261 | 197 |
34 | 10 | 276 | 119 |
35 | 15 | 157 | 156 |
36 | 20 | 113 | 103 |
37 | 30 | 87 | 73 |
比较实例C21-C22
PSA-8和ELVAX 240的混合物按照表17中所列ELVAX 240的量级制备,并按照美国专利号第6,063,838(Patnode等人)中实例1-17的说明将该混合物热喷涂。用上述的抗拉测试方法确定薄膜的抗拉性质,结果见表17。
表 17
实例 | ELVAX 240量级(重量%) | 抗屈强度(兆帕) | 抗拉强度(兆帕) | 断裂拉伸百分比(%) |
C21 | 10 | 1.01 | 1.10 | 408 |
C22 | 15 | 1.43 | 1.52 | 460 |
比较实例C23-C24
PSA-8和ELVAX 210的混合物按照表18中所列ELVAX 210的量级制备,并按照美国专利号第6,063,838(Patnode等人)中实例1-17的说明将该混合物热喷涂。用上述的抗拉测试方法确定薄膜的抗拉性质,结果见表18。
表 18
实例 | ELVAX 210量级(重量%) | 抗屈强度(兆帕) | 抗拉强度(兆帕) | 断裂拉伸百分比(%) |
C23 | 10 | 1.38 | 1.42 | 470 |
C24 | 15 | 1.45 | 1.52 | 460 |
比较实例C25-C26
PSA-9和ELVAX 240的混合物按照表19中所列ELVAX 240的量级制备,并按照美国专利号第6,063,838(Patnode等人)中实例43-44的说明将该混合物热喷涂。用上述的抗拉测试方法确定薄膜的抗拉性质,结果见表19。
表 19
实例 | ELVAX 240量级(重量%) | 抗屈强度(兆帕) | 抗拉强度(兆帕) | 断裂拉伸百分比(%) |
C25 | 10 | 0.33 | 0.37 | 270 |
C26 | 15 | 0.32 | 0.36 | 120 |
比较实例C27-C28
PSA-9和ELVAX 210的混合物按照表20中所列ELVAX 210的量级制备,并按照美国专利号第6,063,838(Patnode等人)中实例43-44的说明将该混合物热喷涂。用上述的抗拉测试方法确定薄膜的抗拉性质,结果见表20。
表 20
实例 | ELVAX 210量级(重量%) | 抗屈强度(兆帕) | 抗拉强度(兆帕) | 断裂拉伸百分比(%) |
C27 | 10 | 0.07 | 0.08 | 160 |
C28 | 15 | 0.14 | 0.16 | 220 |
比较实例C29-C30
PSA-8和ELVAX 450的混合物按照表21中所列ELVAX 450的量级制备,开按照美国专利号第6,063,838(Patnode等人)中实例1-17的说明将该混合物热喷涂。用上述的抗拉测试方法确定薄膜的抗拉性质,结果见表21。
表 21
实例 | ELVAX 450量级(重量%) | 抗屈强度(兆帕) | 抗拉强度(兆帕) | 断裂拉伸百分比(%) |
C29 | 10 | 1.65 | 1.72 | 260 |
C30 | 15 | 2.55 | 2.69 | 270 |
比较实例C31-C32
PSA-8和ELVAX 660的混合物按照表22中所列ELVAX 660的量级制备,并按照美国专利号第6,063,838(Patnode等人)中实例1-17的说明将该混合物热喷涂。用上述的抗拉测试方法确定薄膜的抗拉性质,结果见表22。
表 22
实例 | ELVAX 660量级(重量%) | 抗屈强度(兆帕) | 抗拉强度(兆帕) | 断裂拉伸百分比(%) |
C31 | 10 | 2.41 | 2.48 | 220 |
C32 | 15 | 2.14 | 2.21 | 240 |
实例38-41
实例38-41所用的混合物用PSA-5和表23中所列量级的ATTANE 4202制备,在140℃至150℃的温度,用BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)混合8至10分钟。在150℃用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间。用上述的溶剂萃取测试方法确定薄膜的溶剂萃取性质,结果见表23。
表 23
实例 | ATTANE 4202量级(重量%) | 溶剂萃取测试结果 |
38 | 10 | 通过 |
39 | 15 | 通过 |
40 | 30 | 通过 |
41 | 40 | 通过 |
实例42
除了挤压机的转速为100rpm,其拉伸比为4,实例10的薄膜按照实例中的方法形成。用乙酸乙酯冲掉PSA材料,并用扫描电子显微镜(SEM)测量弥散相纤维的直径。纤维的直径精确到0.2至0.3微米。可以通过改变拉伸比来控制纤维的直径,以获得60纳米至3微米范围内的值。
实例43
除了得到的厚度为127微米、挤压机的转速为100rpm、和拉伸比为4,实例20的薄膜按照实例中的方法形成。弥散相材料延长结构的直径约为0.5微米。薄膜涂敷到玻璃上,使纤维在垂直方向对准。宽带白光源发射的准直光束在薄膜处被引导。在散射玻璃窗口可观察到薄膜散射的光线。玻璃窗口上的散射光斑用手持的数码相机捕获。对影像进行分析,并确定光线的水平散射远远大于(至少10倍)垂直散射。
一片这样的薄膜涂敷到玻璃上,并放到加热台上。宽带白光源发射的准直光束入射到该薄膜上。用数码相机监视散射光斑。加热台的温度由室温变化至150℃。加热台以每分钟10℃的速率由25℃加热到100℃;在100℃停留2分钟;然后以每分钟2℃的速度加热到150℃,并在每增加10℃后暂停2分钟。随着温度的升高进行观察,发现散射光斑变得不对称起来。证明加热导致纤维断裂并变成球形微粒。
实例44
以PSA-4作为胶合材料、以ATTANE 4202作为弥散相材料形成四种薄膜。薄膜A含40重量%的弥散相材料,厚度约为125微米。挤压机的转速为100rpm,拉伸比为4。薄膜B含20重量%的弥散相材料,厚度约为125微米。挤压机的转速为100rpm,拉伸比为4。薄膜C含20重量%的弥散相材料,厚度为250微米。挤压机的转速为100rpm,拉伸比为2。薄膜D不含弥散相材料。挤压机的转速为100rpm,拉伸比为4。
每种薄膜的混合过程是:在150℃至160℃,用BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.Brabender Instruments有售)将胶合材料和弥散相材料混合10至15分钟。在150℃,以100rpm的转速,拉伸比为2,用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间(明尼苏达州St.Paul的3M公司的50微米硅聚酯衬垫和纸衬垫。
将每一种薄膜沉积到发光薄膜的一部分,以从发光薄膜中提取光线。发光薄膜含有荧光染料,该染料吸收蓝光而发射绿光。因为发光薄膜根据内反射限制光线,所以薄膜的边缘发射亮的光线。用钨光源(Model 576,Stahl研究实验室)将发光薄膜照明。中心波长为450纳米、带宽20纳米的带通滤波器用来滤掉入射到发光薄膜上的除蓝光(约450纳米)外的所有光线。一个显微镜(Leitz透射显微镜)通过4X/0.06(NA)的物镜收集绿色荧光。在显微镜顶部放置一个分光计(Leitz MPV-Sp),用来记录荧光。每一种薄膜提取多少光线是确定的,发光薄膜单独(指定为“无薄膜”)能被提取的光线也是确定的。结果在图6给出。曲线由上至下依次代表薄膜C、薄膜B、薄膜A、无薄膜、和薄膜D。
实例45
以PSA-4作为胶合材料、以ATTANE 4202作为弥散相材料形成一种薄膜。该薄膜含有20质量%的弥散相材料,厚度约为250微米。在150℃至160℃,用BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.BrabenderInstruments有售)将胶合材料和弥散相材料混合10至15分钟来制备该薄膜。在150℃,以100rpm的转速,拉伸比为2,用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间(明尼苏达州St.Paul的3M公司的50微米硅聚酯衬垫和纸衬垫)。
起偏器(Model No.03FPG003,加州Irvine的Melles Griot)放置在光纤光源(带有光纤束的Fostec DDL,纽约州Auburn)之后。然后线偏振光入射到薄膜上。光纤光源、起偏器、和薄膜基座放在旋转台上。薄膜散射的光线经过检偏器(Model No.03FPG003,加州Irvine的Melles Griot),检偏器放在光电探测器(Minolta亮度计LS-100)之前,二者间有一定的距离,使得只有小锥角的光线(<2°)能够被探测器检测到。测量起偏器和检偏器处于平行和垂直位置时的光强之比作为每个角度的消光比。通过旋转该旋转台能够观察相对于探测器和检偏器的不同散射角。这些测量的结果在图7中给出。散射角为50°时,消光比依然大于100。这表明对于每个大散射角,散射光的消偏相对比较小。
实例46
以PSA-4作为胶合材料、以ATTANE 4202作为弥散相材料形成一种薄膜。该薄膜含20重量%的弥散相材料,厚度约为250微米。在150℃至160℃,用BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.BrabenderInstruments有售)将胶合材料和弥散相材料混合10至15分钟来制备该薄膜。在150℃,以100rpm的转速,拉伸比为2,用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间(明尼苏达州St.Paul的3M公司的50微米硅聚酯衬垫和纸衬垫)。
按照美国专利号第6,163,402中的说明来确定增益曲线,该专利这里引作参考。测量了水平方向(垂直于弥散相材料延长结构的取向)与垂直方向(平行于弥散相材料延长结构的取向)的增益曲线。增益反映的是用朗伯漫射体归一化的准直入射光的亮度,是视角的函数。水平和垂直方向的结果在图8中给出。薄膜的峰值增益为24.2,水平视角(测量峰值增益的半值)为12度,垂直视角为3度。薄膜对400~700纳米的平均透过率为86.5%。
实例47
以PSA-4作为胶合材料、以ATTANE 4202作为弥散相材料形成一种薄膜。该薄膜含20重量%的弥散相材料,厚度约为500微米。在150℃至160℃,用BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.BrabenderInstruments有售)将胶合材料和弥散相材料混合10至15分钟来制备该薄膜。在150℃,以100rpm的转速,拉伸比为1,用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间(明尼苏达州St.Paul的3M公司的50微米硅聚酯衬垫和纸衬垫)。
按照美国专利号第6,163,402中的说明来确定增益曲线,该专利这里引作参考。测量了水平方向(垂直于弥散相材料延长结构的取向)与垂直方向(平行于弥散相材料延长结构的取向)的增益曲线。增益反映的是用朗伯漫射体归一化的准直入射光的亮度,是视角的函数。水平和垂直方向的结果在图9中给出。薄膜的峰值增益为7.9,水平视角(测量峰值增益的半值)为26度,垂直视角为5度。薄膜对400~700纳米的平均透过率为73.3%。
实例48
以PSA-4作为胶合材料、以ATTANE 4202作为弥散相材料形成一种薄膜。该薄膜含20重量%的弥散相材料,厚度约为500微米。在150℃至160℃,用BRABENDER混合器(新泽西州South Hackensack的C.W.BrabenderInstruments有售)将胶合材料和弥散相材料混合10至15分钟来制备该薄膜。在150℃,以100rpm的转速,拉伸比为1,用配有牵拉模子的HAAKE单螺旋挤压机(新泽西州Paramus的Haake公司有售)将得到的混合物热喷涂到两释放衬垫之间(明尼苏达州St.Paul的3M公司的50微米硅聚酯衬垫和纸衬垫)。将该薄膜层叠到可见光反射镜,该反射镜是多层的光学薄膜,如美国专利号第5,882,774中所述,此处引作参考。在可见光范围内,该反射镜的平均反射率大于99%。
按照美国专利号第6,163,402中的说明来确定增益曲线,该专利这里引作参考。测量了水平方向(垂直于弥散相材料延长结构的取向)与垂直方向(平行于弥散相材料延长结构的取向)的增益曲线。增益反映的是用朗伯漫射体归一化的准直入射光的亮度,是视角的函数。水平和垂直方向的结果在图10中给出。薄膜对400~700纳米的平均反射率为88.2%。
不应认为本发明是限于上述的特定实例,相反地,应该理解它涵盖后面的权利要求说明书中确切规定的所有方面。通过阅读本说明书对本发明所针对本领域技术人员,各种变化、等效过程、以及适用本发明的许多结构将是显而易见的。
Claims (20)
1.一种控制光线的屏幕,其特征在于包括:
衬底;和
沉积在衬底上的聚合混合物,它包括:胶合材料,和在胶合材料中沉积为一组延长结构的弥散相材料,每个延长结构都具有主轴,其中延长结构的主轴基本对准,且弥散相材料的折射率与胶合材料的折射率至少相差0.01。
2.如权利要求1所述的屏幕,其特征在于包括背面投影屏。
3.如权利要求1所述的屏幕,其特征在于包括正面投影屏。
4.如权利要求1所述的屏幕,其特征在于,所述的屏幕控制光线,以产生第一方向上的第一视角和第二方向上的第二视角,第一方向垂直于第二方向,其中粘胶混合物提供第一视角比第二视角宽大的显示特性。
5.如权利要求2所述的屏幕,其特征在于还包括微透镜结构。
6.如权利要求5所述的屏幕,其特征在于还包括起偏器。
7.如权利要求1所述的屏幕,其特征在于还包括菲涅耳透镜。
8.如权利要求1所述的屏幕,其特征在于还包括起偏器。
9.如权利要求3所述的屏幕,其特征在于还包括反射元件。
10.如权利要求9所述的屏幕,其特征在于还包括起偏器。
11.一种制造具有优先光线散射方向的光学元件如屏幕或显示器的方法,其特征在于,该方法包括:
形成一种聚合混合物,该混合物包括第一聚合材料和扩散到第一聚合材料中的第二聚合材料,其中第一聚合材料的折射率和第二聚合材料的折射率至少相差0.01;和
将聚合混合物配置到一种衬底上,其中配置使第二聚合物材料在第一聚合物材料中形成一组延长结构,每个延长结构都具有主轴,且延长结构的主轴大体对准。
12.如权利要求11所述的方法,其特征在于,聚合混合物的配置包括在一定的温度下将聚合混合物配置到衬底上,其中第二聚合材料的剪切粘度在第一聚合材料的剪切粘度的0.5至2倍的范围内。
13.一种光学***,其特征在于包括:
照明源,以提供光线;
屏幕,具有接收来自照明源的光线的入射面和观看面,该屏幕包括:
第一聚合材料和在第一聚合材料中沉积为一组延长结构的弥散相材料,每个延长结构都具有主轴,延长结构的主轴基本对准,且弥散相材料的折射率与第一聚合材料的折射率至少相差0.01,其中选择延长结构的尺寸、形状、和位置,以非对称地散射来自照明光源的光线。
14.如权利要求13所述的光学***,其特征在于,屏幕包括背面投影屏。
15.如权利要求13所述的光学***,其特征在于,屏幕控制光线,在第一方向产生第一视角,在第二方向产生第二视角,第一方向垂直于第二方向,且其中第一混合物提供第一视角大于第二视角的显示特性。
16.如权利要求13所述的光学***,其特征在于还包括微透镜结构。
17.如权利要求13所述的光学***,其特征在于还包括起偏器。
18.如权利要求13所述的光学***,其特征在于,屏幕还包括菲涅耳透镜。
19.如权利要求13所述的光学***,其特征在于还包括反射元件。
20.如权利要求13所述的光学***,其特征在于,照明源提供一种偏振态的偏振光线。
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