TWI512338B - 光學漫射之低折射率元件 - Google Patents

光學漫射之低折射率元件 Download PDF

Info

Publication number
TWI512338B
TWI512338B TW100137966A TW100137966A TWI512338B TW I512338 B TWI512338 B TW I512338B TW 100137966 A TW100137966 A TW 100137966A TW 100137966 A TW100137966 A TW 100137966A TW I512338 B TWI512338 B TW I512338B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
refractive index
low refractive
index layer
haze
optical
Prior art date
Application number
TW100137966A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201232054A (en
Inventor
William Domenic Coggio
Michael Lewis Steiner
William Frank Edmonds
Robert Fredrick Kamrath
Lan Hong Liu
Encai Hao
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 3M Innovative Properties Co filed Critical 3M Innovative Properties Co
Publication of TW201232054A publication Critical patent/TW201232054A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI512338B publication Critical patent/TWI512338B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/0236—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place within the volume of the element
    • G02B5/0242—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place within the volume of the element by means of dispersed particles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/0236—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place within the volume of the element
    • G02B5/0247—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place within the volume of the element by means of voids or pores
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B2207/00—Coding scheme for general features or characteristics of optical elements and systems of subclass G02B, but not including elements and systems which would be classified in G02B6/00 and subgroups
    • G02B2207/107—Porous materials, e.g. for reducing the refractive index

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)

Description

光學漫射之低折射率元件
具有奈米尺寸孔隙或空隙之結構的物品基於由其具奈米孔之組成提供的光學、物理或機械性質而可適用於若干種應用。舉例而言，具奈米孔之物品包括至少部分包圍孔隙或空隙之聚合固體網狀物或基質。該等孔隙或空隙通常填充有諸如空氣之氣體。具奈米孔之物品中的孔隙或空隙之尺寸一般可描述為具有可在約1奈米至約1000奈米之範圍內的平均有效直徑。國際純化學與應用化學聯合會(International Union of Pure and Applied Chemistry，IUPAC)已定義三種尺寸類別之奈米多孔材料：空隙小於2 nm之微孔、空隙介於2 nm與50 nm之間的中孔，及空隙大於50 nm之大孔。不同尺寸類別各自可向具奈米孔之物品提供獨特性質。
已使用若干種技術來製造多孔或具有空隙之物品，包括例如聚合誘發性相分離(PIPS)、熱誘發性相分離(TIPS)、溶劑誘發性相分離(SIPS)、乳液聚合，及用發泡劑/起泡劑聚合。通常，由此等方法產生之多孔或具有空隙之物品需要洗滌步驟來移除諸如用於形成結構之界面活性劑、油類或化學殘餘物的材料。該洗滌步驟可限制所產生之孔隙或空隙的尺寸範圍及均一性。此等技術亦在可使用之材料類型方面受限制。
本發明係關於低折射率漫射層。詳言之，本發明係關於一種光學物品，其包括光學元件及安置於該光學物品上之低折射率層。該低折射率層之有效折射率小於1.3且濁度值為至少30%。
在一說明性實施例中，光學物品包括光學元件及安置於該光學元件上之低折射率層。該低折射率層之有效折射率為1.3或1.3以下且包括黏合劑、分散於該黏合劑中之複數個金屬氧化物粒子及複數個互連空隙。低折射率層之濁度值為至少30%。
在另一說明性實施例中，光學物品包括有效折射率為1.3或1.3以下之低濁度光學低折射率層及位於該低濁度光學低折射率層上之高濁度低折射率層。該高濁度低折射率層之有效折射率為1.3或1.3以下。該低濁度低折射率層包括黏合劑、分散於該黏合劑中之複數個金屬氧化物粒子及複數個互連空隙。該低濁度低折射率層之濁度值小於30%。高濁度低折射率層包括黏合劑、分散於該黏合劑中之複數個金屬氧化物粒子及複數個互連空隙。高濁度低折射率層之濁度值為至少30%。
此等及各種其他特點及優點將由閱讀以下詳細描述而顯而易見。
在結合附圖考慮本發明之各種實施例的以下詳細描述之情況下，本發明可得到更充分地理解。
該等圖不一定按比例繪製。圖中所用之類似數字係指類似組件。然而，應瞭解，在特定圖中使用數字指代組件不欲限制在另一圖中用相同數字標記之組件。
在以下描述中，參考形成本文之一部分且經由說明之方式展示若干特定實施例之隨附圖式組。應瞭解在不脫離本發明之範疇或精神的情況下，涵蓋且可進行其他實施例。因此，以下詳細描述不應在限制性意義上加以理解。
除非另有指示，否則說明書及申請專利範圍中所用之表示特點尺寸、量及物理性質的所有數字均應理解為在所有情況下由術語「約」修飾。因此，除非與此相反地指出，否則以上說明書及隨附申請專利範圍中所示之數值參數為可視熟習此項技術者利用本文所揭示之教示設法獲得的所要性質而變化之近似值。
除非本文另外明確指示，否則如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，單數形式「一」及「該」涵蓋具有複數個指示物之實施例。除非本文另外明確指示，否則如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，術語「或」一般係以包括「及/或」之意義使用。
為了便於描述，使用包括(但不限於)「下部」、「上部」、「下面」、「下方」、「上方」及「上面」(若本文中使用)之空間相關術語來描述一個元件與另一個元件之空間關係。該等空間相關術語涵蓋除圖中所描繪及本文所述之特定方位外在使用或操作時裝置之不同方位。舉例而言，若將圖中所描繪之單元翻過來或翻轉，則先前描述為位於其他元件下方或下面之部分隨後將位於彼等其他元件上方。
如本文中所使用，當元件、組件或層例如被描述為與另一元件、組件或層形成「重合界面」，或「位於另一元件、組件或層上」，「連接於」另一元件、組件或層，或「與另一元件、組件或層耦接」，或「與另一元件、組件或層接觸」時，其可直接位於特定元件、組件或層上，直接連接於特定元件、組件或層，直接與特定元件、組件或層耦接，直接與特定元件、組件或層接觸，或例如介入元件、組件或層可位於特定元件、組件或層上，連接於特定元件、組件或層，與特定元件、組件或層耦接，與特定元件、組件或層接觸。當元件、組件或層例如被稱為開始「直接位於」另一元件上、「直接連接於」另一元件、「直接與另一元件耦接」或「直接與另一元件接觸」時，不存在例如介入元件、組件或層。
本發明係關於低折射率漫射層。詳言之，本發明係關於一種光學物品，其包括光學元件及安置於該光學物品上之低折射率層。本發明描述呈膜形式之積體光學器件，其可適用於顯示器應用。詳言之，本發明描述一種低折射率層，其混濁且可充當漫射片。本發明減少顯示器應用中需要之個別光學元件或膜的數目。該低折射率層之有效折射率小於1.3且濁度值為至少30%。該光學物品提供光學漫射之低折射率構造。雖然本發明並不如此受限，但將經由論述以下所提供之實例來獲得對本發明之各種態樣的瞭解。
本發明之漫射塗層、物品或構造的一些實施例包括一或多個低折射率層，其包括分散於黏合劑中之複數個空隙。該等空隙具有折射率nv 及電容率εv ，其中nv 2 =εv ，且該黏合劑具有折射率nb 及電容率εb ，其中nb 2 =εb 。一般而言，低折射率層與光(諸如入射於低折射率層上或傳播於低折射率層中之光)之相互作用視多種膜或層特徵而定，例如膜或層厚度、黏合劑折射率、空隙或孔隙折射率、孔隙形狀及尺寸、孔隙之空間分佈及光之波長。在一些實施例中，入射於低折射率層上或傳播於低折射率層中之光「可見」或「經歷」有效電容率εeff 及有效折射率neff ，其中neff 可以空隙折射率nv 、黏合劑折射率nb 及空隙孔隙率或體積分率「f」表示。在該等實施例中，低折射率層足夠厚且空隙足夠小以使得光無法解析單一或分離空隙之形狀及特點。在該等實施例中，至少大部分空隙(諸如至少60%或70%或80%或90%之空隙)之尺寸不大於約λ/5、或不大於約λ/6、或不大於約λ/8、或不大於約λ/10、或不大於約λ/20，其中λ為光之波長。在一些實施例中，一些空隙可足夠小以使得其主要光學效應為降低有效折射率，而一些其他空隙可降低有效折射率並散射光，同時又一些其他空隙可足夠大以使得其主要光學效應為散射光。
在一些實施例中，入射於低折射率層上之光為可見光，此意謂光之波長係在電磁波譜之可見範圍內。在此等實施例中，可見光之波長係在約380 nm至約750 nm、或約400 nm至約700 nm、或約420 nm至約680 nm之範圍內。在此等實施例中，低折射率層具有有效折射率且若至少大部分空隙(諸如至少60%或70%或80%或90%之空隙)之尺寸不大於約70 nm、或不大於約60 nm、或不大於約50 nm、或不大於約40 nm、或不大於約30 nm、或不大於約20 nm、或不大於約10 nm，則包括複數個空隙。
在一些實施例中，低折射率層足夠厚以使得低折射率層具有有效折射率，其可以空隙及黏合劑之折射率及空隙或孔隙體積分率或孔隙率表示。在該等實施例中，低折射率層之厚度不小於約1微米、不小於約2微米、或在1至20微米之範圍內。
當所揭示低折射率層中之空隙足夠小且低折射率層足夠厚時，低折射率層具有可如下表示之有效電容率εeff ：
εeff =f εv +(1-f) εb 　(1)。
在此等實施例中，光學膜或低折射率層之有效折射率neff 可如下表示：
neff 2 =f nv 2 +(1-f) nb 2 　(2)。
在一些實施例中，諸如當孔隙與黏合劑之折射率之間的差異足夠小時，低折射率層之有效折射率可藉由以下陳述式來估計：
neff =f nv +(1-f) nb 　(3)。
在此等實施例中，低折射率層之有效折射率為空隙及黏合劑之折射率的體積加權平均值。在周圍條件下，空隙含有空氣，且因此空隙之折射率nv 為約1.00。舉例而言，具有約50%之空隙體積分率及折射率為約1.5之黏合劑的低折射率層之有效折射率為約1.25。
在一些實施例中，低折射率層之有效折射率不大於(或小於)約1.3、或小於約1.25、或小於約1.23、或小於約1.2、或小於約1.15。在一些實施例中，折射率介於約1.14與約1.30之間。在一些實施例中，低折射率層包括黏合劑、複數個粒子及複數個互連空隙或互連空隙網狀物。
複數個互連空隙或互連空隙網狀物可在許多方法中出現。在一種方法中，在黏合劑混合物中使用高度結構化、高表面積煙霧狀金屬氧化物(諸如煙霧狀二氧化矽)的固有孔隙率以形成組合黏合劑、粒子、空隙及視情況存在之交聯劑或其他輔助材料的複合結構。所需黏合劑與粒子比率視用於形成互連空隙結構之方法類型而定。
雖然黏合劑樹脂並非形成多孔煙霧狀二氧化矽結構之必要條件，但通常需要結合某種類型之聚合樹脂或黏合劑與金屬氧化物網狀物以改良最終構造之加工、塗佈品質、黏著力及耐久性。適用黏合劑樹脂之實例為衍生自熱固性、熱塑性及UV可固化聚合物之黏合劑樹脂。實例包括聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚乙烯吡咯啶酮(PVP)、聚乙烯乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙酸丁酸纖維素(CAB)、聚胺基甲酸酯(PUR)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯酸酯、環氧化物、聚矽氧及氟聚合物。黏合劑可溶於適當溶劑中，諸如水、乙酸乙酯、丙酮、2-丁酮及其類似物，或其可以分散液或乳液形式使用。適用於混合物中之一些市售黏合劑的實例為購自Kuraray-USA,Wacker Chemical,Dyneon LLC及Rhom及Haas者。儘管黏合劑可為聚合系統，但其亦可以可聚合單體系統形式添加，諸如UV或熱可固化或可交聯系統。該等系統之實例將為UV可聚合丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、多官能基丙烯酸酯、胺基甲酸酯-丙烯酸酯及其混合物。一些典型實例將為1,6己二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、異戊四醇三丙烯酸酯。該等系統容易購自諸如Neo Res(Newark,DE)、Arkema(Philadelphia,PA)或Sartomer(Exton,PA)之供應商。諸如電子束(E束)、γ及UV輻射之光化輻射為適用於引發此等系統之聚合的方法，其中許多實施例使用UV活性系統。其他適用黏合劑系統亦可為陽離子聚合系統，該等系統可以乙烯基醚及環氧化物形式得到。
聚合黏合劑亦可用可與聚合黏合劑化學鍵結而形成交聯網狀物之交聯劑調配。儘管形成交聯並非形成多孔結構或低折射率光學性質之必要條件，但出於其他功能原因通常需要如此以改良塗層之內聚強度、與基板之黏著力或抗濕性、或耐熱性及耐溶劑性。交聯劑之特定類型視所用之黏合劑而定。用於聚合黏合劑(諸如PVA)之典型交聯劑將為二異氰酸酯、鈦酸酯(諸如TYZOR-LATM (購自DuPont,Wilmington,DE))、聚(表氯醇)醯胺加合物(諸如PolyCup 172(購自Hercules,Wilmington,DE))、多官能氮丙啶(諸如CX100(購自Neo-Res,Newark,DE))及硼酸、二環氧化物、二酸及其類似物。
聚合黏合劑可與粒子聚集體形成分相或可以將聚集體「結合」在一起成為經由直接共價鍵形成或分子間相互作用(諸如離子、偶極子、凡得瓦爾力(van Der Waals forces)、氫鍵及與金屬氧化物物理纏結)與金屬氧化物粒子連接之結構的方式而在粒子聚集體之間相互分散。
例示性粒子包括煙霧狀金屬氧化物或熱解金屬氧化物，例如煙霧狀二氧化矽或氧化鋁。在一些實施例中，可使用高度分支或結構化之粒子。該等粒子防止黏合劑基質中之有效填充並允許形成格隙空隙或孔隙。例示性材料包括高度分支或結構化粒子，包括Cabo-SilTM 煙霧狀二氧化矽或二氧化矽分散液，例如以商標TS 520出售之材料；或預分散之煙霧狀二氧化矽粒子，諸如以Cabo-SperseTM PG 001、PG 002、1020K、1015(購自Cabot Corporation)購得之材料。煙霧狀氧化鋁亦為適用於形成低折射率系統之結構化粒子，儘管二氧化矽可能較佳，因為與氧化鋁相比，其具有固有較低骨架折射率。氧化鋁之實例可以商品名稱Cabo-Sperse購得，例如以商標Carbo-SperseTM PG003或Cabot Spec-AlTM 出售之氧化鋁。在一些實施例中，此等例示性煙霧狀金屬氧化物之聚集體包括複數個範圍為約8 nm至約20 nm之初始粒子，且形成高度分支結構，其具有範圍為約80 nm至大於300 nm之廣泛尺寸分佈。在一些實施例中，此等聚集體隨機填充於單位體積之塗層中以形成具有通道、隧道及孔隙之複雜雙連續網狀物的中孔結構，該等通道、隧道及孔隙將空氣截留於該網狀物中並因此降低塗層之密度及折射率。其他適用多孔材料衍生自天然存在之無機材料，諸如黏土、硫酸鋇、鋁、矽酸鹽及其類似物。當金屬氧化物為二氧化矽時，低折射率層之有效折射率為1.23或1.23以下，且當金屬氧化物為氧化鋁時，其有效折射率為1.33或1.33以下。
煙霧狀二氧化矽粒子亦可用表面處理劑處理。金屬氧化物粒子之表面處理可提供(例如)在聚合黏合劑中之改良分散、改變的表面性質、增強的粒子-黏合劑相互作用及/或反應性。在一些實施例中，表面處理使粒子穩定以使得粒子良好地分散於黏合劑中，從而產生實質上更均質的組合物。可例如定製表面改質無機粒子之結合以增強粒子與黏合劑之共價鍵結，由此提供更耐久且更均質的聚合物/粒子網狀物。
較佳類型之處理劑部分地由金屬氧化物表面之化學性質來決定。矽烷對於二氧化矽及其他矽質填充劑為較佳的。在矽烷之情況下，較佳可使矽烷與粒子表面反應，隨後併入黏合劑中。表面改質劑之所需量視若干種因素而定，例如粒徑、粒子類型、改質劑分子量及/或改質劑類型。矽烷改質劑可具有在粒子與黏合劑之間形成共價鍵的反應性基團，例如羧基、醇、異氰酸酯、丙烯醯氧基、環氧基、巰基或胺。相反地，矽烷改質劑可具有非反應性基團，例如烷基、烷氧基、苯基、苯氧基、聚醚或其混合物。該等非反應性基團可使塗層表面改質以改良例如防汙性及抗汙性或改良靜電消散。表面改質二氧化矽粒子之市售實例包括例如Cabo-SilTM TS 720及TS 530。有時可能需要在粒子表面上結合官能基與非官能基之混合物以獲得此等所需特點之組合。
適合用於本發明組合物中之表面處理劑的代表性實施例包括例如胺基甲酸N-(3-三乙氧基矽烷基丙基)甲氧基乙氧基乙氧基乙酯、胺基甲酸N-(3-三乙氧基矽烷基丙基)甲氧基乙氧基乙氧基乙酯、3-(甲基丙烯醯氧基)丙基三甲氧基矽烷、3-丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-(甲基丙烯醯氧基)丙基三乙氧基矽烷、3-(甲基丙烯醯氧基)丙基甲基二甲氧基矽烷、3-(丙烯醯氧基丙基)甲基二甲氧基矽烷、3-(甲基丙烯醯氧基)丙基二甲基乙氧基矽烷、3-(甲基丙烯醯氧基)丙基二甲基乙氧基矽烷、乙烯基二甲基乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、正辛基三甲氧基矽烷、十二烷基三甲氧基矽烷、十八烷基三甲氧基矽烷、丙基三甲氧基矽烷、己基三甲氧基矽烷、乙烯基甲基二乙醯氧基矽烷、乙烯基甲基二乙氧基矽烷、乙烯基三乙醯氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三異丙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三苯氧基矽烷、乙烯基三第三丁氧基矽烷、乙烯基參異丁氧基矽烷、乙烯基三異丙烯氧基矽烷、乙烯基參(2-甲氧基乙氧基)矽烷、苯乙烯基乙基三甲氧基矽烷、巰基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、丙烯酸、甲基丙烯酸、油酸、硬脂酸、十二烷酸、2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙酸(MEEAA)、β-羧基乙基丙烯酸酯(BCEA)、2-(2-甲氧基乙氧基)乙酸、甲氧基苯基乙酸及其混合物。
粒子體積濃度(PVC)及臨界粒子體積濃度(CPVC)可用於表徵用於製備塗層之粒子黏合劑系統的孔隙率。術語PVC及CPVC為油漆及顏料文獻中明確定義之術語且在常常參考之文章及技術性書籍中進一步定義，例如Paint Flow and Pigment Dispersion ,Patton,T.C.,第2版，J. Wiley Interscience,1978,第5章，第126頁及Modeling Cluster Voids and Pigment Distribution to Predict Properties and CPVC in Coatings.第1部分：Dry Coating Analysis 及Sudduth,R.D;Pigment and Resin Technology, 2008,37(6).第375頁。
當粒子之體積濃度大於CPVC時，塗層為多孔的，因為無足夠的黏合劑來填充塗層之粒子與格隙區之間的所有間隙。塗層接著變成黏合劑、粒子及空隙之混合物。發生此情況之體積濃度與粒徑及粒子結構、濕潤及/或形狀有關。體積濃度高於CPVC之調配物在混合物中具有由空氣置換之樹脂體積虧損。CPVC、PVC及孔隙率之間的關係為：
孔隙率=1-。
提供所要低折射率性質之材料具有來源於高度結構化且調配成高於其CPVC之粒子-黏合劑混合物的次微米孔隙。在一些實施例中，光學物品之CPVC值不大於(或小於)約60%、或小於約50%、或小於約40%。
如上文所述，高度分支或結構化之粒子防止黏合劑基質中之有效填充且允許形成格隙空隙或孔隙。相比之下，下降至低於所要CPVC之材料組合將不為足夠多孔的。BET方法可有助於測定低折射率材料之CPVC及因此孔隙率，因為BET方法分析直徑小於200 nm、小於100 nm或甚至小於10 nm之孔隙。如本文中所使用，術語「BET方法」係指Braunauer、Emmett及Teller表面積分析(參見S. Brunauer,P. H. Emmett及E. Teller,J. Am. Chem. Soc. ,1938,60,309)。BET方法為用於測定固體物質之孔徑、表面積及孔隙率百分比的熟知且經科學證實之方法。BET理論係關於氣體分子以物理方式吸附於固體表面上且用作獲得關於固體表面之表面積及孔隙率之物理資訊的基本原理。BET資料可有助於表徵滿足形成多孔結構的最小要求之材料。
由PVC/CPVC關係描述之粒子的體積濃度亦與粒子之重量濃度有關。因此，有可能確定高於CPVC之粒子重量範圍。使用重量比或重量百分比係一種調配具有所需CPVC值之混合物的方法。對於本發明之光學構造，需要黏合劑與粒子之重量比為1:1至1:10。1:1之重量比相當於約50 wt%粒子，而1:8相當於約89 wt%粒子。例示性黏合劑與金屬氧化物粒子之比率小於1:2(小於33%黏合劑)、小於1:3、小於1:4、小於1:5、小於1:6、小於1:7、小於1:8、小於1:9及小於1:10(約8-10%黏合劑)。黏合劑之上限可由所要折射率決定。黏合劑之下限可由所要物理性質決定，例如加工或最終耐久性特徵。因此，黏合劑與粒子之比率將視所要終端用途及所要光學物品性質而變化。
一般而言，低折射率層可具有在應用中可能需要之任何孔隙率、孔徑分佈或空隙體積分率。在一些實施例中，低折射率層中複數個空隙之體積分率不小於約20%、或不小於約30%、或不小於約40%、或不小於約50%、或不小於約60%、或不小於約70%、或不小於約80%。
在一些實施例中，低折射率層之部分可表現一些低折射率性質，即使低折射率層具有高光學濁度及/或漫反射率。舉例而言，在該等實施例中，低折射率層之部分可支援在對應於小於黏合劑之折射率nb 之折射率的角度下的光學增益。
在一些實施例中，一些粒子具有反應性基團而其他粒子不具有反應性基團。舉例而言，在一些實施例中，約10%之粒子具有反應性基團且約90%之粒子不具有反應性基團，或約15%之粒子具有反應性基團且約85%之粒子不具有反應性基團，或約20%之粒子具有反應性基團且約80%之粒子不具有反應性基團，或約25%之粒子具有反應性基團且約75%之粒子不具有反應性基團，或約30%之粒子具有反應性基團且約60%之粒子不具有反應性基團，或約35%之粒子具有反應性基團且約65%之粒子不具有反應性基團，或約40%之粒子具有反應性基團且約60%之粒子不具有反應性基團，或約45%之粒子具有反應性基團且約55%之粒子不具有反應性基團，或約50%之粒子具有反應性基團且約50%之粒子不具有反應性基團。在一些實施例中，一些粒子可經官能化使得在同一粒子上同時具有反應性基團與非反應性基團。
粒子集合可包括各種尺寸、反應性及非反應性粒子以及不同類型之粒子的混合，例如有機粒子，包括聚合粒子，諸如丙烯酸系物、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚矽氧及其類似物；或無機粒子，諸如玻璃或陶瓷，包括例如二氧化矽及氧化鋯及其類似物。
在一些實施例中，低折射率層或材料之BET孔隙率大於約30%(其對應於如藉由BET方法所測定的約50 m2 /g之表面積)、孔隙率大於約50%(其對應於如藉由BET方法所測定的約65-70 m2 /g之表面積)、大於約60%(其對應於如藉由BET方法所測定的約80-90 m2 /g之表面積)且最佳介於約65%與約80%之間(其對應於如藉由BET方法所測定的值大於約100 m2 /g之略微較高表面積)。在一些實施例中，低折射率層中複數個互連空隙之體積分率不小於(或大於)約20%、或大於約30%、或大於約40%、或大於約50%、或大於約60%、或大於約70%、或大於約90%。一般，顯示較高表面積指示較高孔隙率百分比及因此較低折射率；然而，此等參數之間的關係為複雜的。本文所示之值僅用於指導目的且不欲例示此等性質之間的限制性相關。BET表面積及孔隙率百分比值將由平衡低折射率與其他關鍵性效能性質(諸如塗層之內聚強度)之需要來決定。
本發明之光學構造可具有任何所要光學濁度。在一些實施例中，低折射率層之光學濁度不小於(或大於)約20%、或大於約30%、或大於約40%、或大於約50%、或大於約60%、或大於約70%、或大於約80%、或大於約90%、或大於約95%。在一些實施例中，低折射率層具有低光學濁度。低折射率層低光學濁度層可為本文所述之光學構造的額外層。舉例而言，在一些實施例中，低濁度、低折射率層之光學濁度小於約20%、小於約7%、小於約5%、小於約3%、小於約2%、小於約1.5%或小於約1%。
本發明之光學構造可具有任何所要光學透明度。在一些實施例中，低折射率層之光學透明度小於約25%、或小於約20%、或小於約15%、或小於約10%。
在一些實施例中，光學構造中的每兩個相鄰層之相鄰主要表面的部分彼此實體接觸。舉例而言，光學構造中的各別相鄰層之相鄰主要表面的部分彼此實體接觸。舉例而言，兩個相鄰主要表面之至少30%、或至少40%、或至少50%、或至少60%、或至少70%、或至少80%、或至少90%、或至少95%彼此實體接觸。
在一些實施例中，光學構造中的每兩個相鄰層之相鄰主要表面(彼此面對或彼此相鄰之主要表面)的部分彼此實體接觸。舉例而言，在一些實施例中，可能存在一或多個安置於低折射率層與光學元件之間的額外層，其在圖中未明確展示。在該等實施例中，光學構造中的每兩個相鄰層之相鄰主要表面的相當大部分彼此實體接觸。在該等實施例中，光學構造中的每兩個相鄰層之相鄰主要表面的至少30%、或至少40%、或至少50%、或至少60%、或至少70%、或至少80%、或至少90%、或至少95%彼此實體接觸。
此項技術中已知存在適用於製作本文所述之實施例的多種塗佈技術。更常見技術為(但不限於)熟知卷軸式自動方法，諸如刮棒塗佈、槽模式塗佈、滑桿塗佈、簾式塗佈、滾塗及凹版塗佈技術。亦有可能使用不連續方法塗佈此等溶液，諸如噴墨印刷、網版印刷、平版印刷、浸漬塗佈及噴塗技術。雖然確切的塗佈技術對於獲得低折射率性質並不至關重要，但一些技術使得能夠同時將多個層塗佈於基板上，此舉可改良塗佈方法之經濟性。所要最終應用將決定何種技術較佳。
圖1 為說明性光學物品10 之示意圖側面正視圖。光學物品10 包括光學元件20 及安置於光學元件20 之表面22 上的低折射率層30 。低折射率層30 如上文所述且有效折射率為1.3或1.3以下。低折射率層30 包括黏合劑、分散於該黏合劑中之複數個金屬氧化物粒子及複數個互連空隙，低折射率層之濁度值為至少30%。此光學物品10 提供一組獨特光學性質，亦即如上文所述之低折射率及高濁度。
在一些實施例中，光學物品10 包括低折射率層30 (例如有效折射率為1.3或1.3以下或1.23或1.23以下)，其濁度值為至少50%或至少90%且透明度值小於20%。低折射率層30 可具有任何適用厚度。在許多實施例中，低折射率層30 之厚度在1至20微米之範圍內。
圖2 為另一說明性光學物品50 之示意圖側面正視圖，其中低折射率層30、40 堆疊於光學元件20 上。圖3 為另一說明性光學物品60 之示意圖側面正視圖，其中光學元件20 分隔低折射率層30、40 。光學物品50、60 包括有效折射率為1.3或1.3以下之低濁度光學低折射率層40 及位於低濁度光學低折射率層40 上之高濁度低折射率層30 。在一些實施例中，低濁度光學低折射率層40 類似於高濁度低折射率層30 且濁度值為30%或30%以上。高濁度低折射率層30 之有效折射率為1.3或1.3以下。低濁度低折射率層40 包括黏合劑、分散於該黏合劑中之複數個金屬氧化物粒子及複數個互連空隙。低濁度低折射率層40 之濁度值小於30%。高濁度低折射率層30 包括黏合劑、分散於該黏合劑中之複數個金屬氧化物粒子及複數個互連空隙。高濁度低折射率層30 之濁度值為至少30%。
在一些實施例中，光學物品50、60 之濁度值為至少50%或至少90%且透明度值小於20%。高濁度低折射率層30 及低濁度光學低折射率層40 之有效折射率各為1.3或1.3以下或1.23或1.23以下。高濁度低折射率層30 及低濁度光學低折射率層40 可具有任何適用厚度。在許多實施例中，高濁度低折射率層30 及/或低濁度光學低折射率層40 之厚度在1至20微米之範圍內。
在一些實施例中，高濁度低折射率層30 之濁度值可為90%或90%以上且低濁度光學低折射率層40 之濁度值可為10%或10%以下。
光學元件20 可為任何適用光學元件。在許多實施例中，光學元件20 為偏光膜、漫射膜、部分反射膜、延遲器、光導或液晶顯示器面板。在一些實施例中，光學元件20 為可見光透明或透射基板。光學元件20被 說明為相鄰於高濁度低折射率層30 ，然而在一些實施例中，光學元件20 使高濁度低折射率層30 與低濁度光學低折射率層40 分隔或光學元件20 相鄰於低濁度低折射率層40 。
在一些實施例中，光學元件20 可為吸收偏光器或反射偏光器。反射偏光器包括例如纖維、多層、膽固醇及線柵反射偏光器。多層反射偏光器包括亮度增強膜(BEF)及雙亮度增強膜(DBEF)，皆購自3M Company,St. Paul,MN。在一些實施例中，光學元件20 可為光重新定向膜且為繞射及/或折射的。在一些實施例中，光學元件20 可為圖形膜、三乙酸纖維素或光學黏著劑。
實例 使用手動展佈之實例：
塗佈溶液CE-1A、CE-1B及CE-1C之製備。 使用聚乙烯醇(PVA)與煙霧狀二氧化矽Cab-O-SperseTM PG022(購自Cabot Corp.,Billerica MA)之混合物製備比較實例塗佈溶液CE-1A、CE-1B及CE-1C。Cab-O-SperseTM PG022為以Cab-O-SilTM ,M5二氧化矽為主之酸穩定且經表面改質的二氧化矽分散液。PVA樹脂，PovalTM PVA 235為可得到之88%水解聚乙烯醇(購自Kuraray-USA,Houston TX)。在典型程序中，將100 g Cab-O-SperseTM PG 022分散液(20 wt%固體)添加至裝備有氣動實驗室混合器及加熱套之400 ml塑膠燒杯中。輕輕地攪拌二氧化矽分散液且升溫至45-50℃。當該分散液在此溫度範圍內平衡時，將14 g預升溫之5 wt%硼酸水溶液(購自Aldrich Chemical Company,Milwaukee WI)(對應於0.7 g硼酸或每公克二氧化矽0.035 g硼酸)添加至二氧化矽分散液中且混合約30分鐘。此時間後，將2 g低發泡界面活性劑(10 wt% TergitolTM Min-Foam 1X水溶液)添加至二氧化矽-硼酸混合物中，隨後添加3.36 g聚乙烯醇(PVA)。TergitolTM 為購自Dow Chemicals(Midland,MI)之非離子性界面活性劑。PVA以46.3 g之7.2 wt%水溶液形式添加。添加PVA後，混合物變得極具黏性且再添加87 g去離子(DI)水以降低黏度並確保充分混合。在溫和條件下再攪拌混合物20分鐘。接著將塗佈溶液轉移至1 L單頸圓底燒瓶中且在40℃及600 mmHg真空下置於旋轉蒸發器系統上(可作為RotovapTM 購自Buchi GmbH Flawil Switzerland.)以使混合物脫氣。使混合物脫氣後，檢查固體且測得混合物含有10.2%固體。最終混合物包含以乾重計1份PVA樹脂比6份二氧化矽(1:6 PVA-Si比率，14.3重量% PVA)。使用塗佈混合物作為CE-1A 。以類似方式製備比較實例塗佈溶液CE-1B 及CE-1C ，除了將樹脂與二氧化矽之比率分別調整至1:4(20 wt% PVA)及1:3(25 wt% PVA)。
塗佈溶液1A、1B及1C之製備。塗佈溶液1A 由PVA-235與煙霧狀二氧化矽分散液Cab-O-SperseTM PG002(亦購自Cabot Corp.)之混合物製備。此為未經表面改質且鹼穩定的MH-5二氧化矽分散液。在典型方法中，將138.8 g 7.2 wt% PVA 235溶液裝入800 ml塑膠燒杯中(以乾重計10.0 g PVA 235)，隨後添加2.0 g 10 wt% Tergitol Min-Foam 1X及1 ml濃NH4 OH溶液。用攪拌棒充分混合此等組分。完全混合此等組分後，添加300 g 20 wt% Cab-O-Spersetm PG002水溶液，隨後添加260 g DI水。充分混合組分且轉移至1 L單頸圓底燒瓶中並在40℃及600 mm Hg真空下置於Rotovap上以使混合物脫氣。將最終固體調整至10% wt。最終混合物由以乾重計1份PVA樹脂比6份二氧化矽(1:6 PVA-Si比率，14.3重量% PVA)構成。以類似方式製備塗佈溶液1B及1C，除了將樹脂與二氧化矽之比率分別調整至1:4(20 wt%PVA)及1:3(25 wt% PVA)。將重量%固體同樣調整至約10%。
塗佈溶液2A、2B及2C之製備。 以類似於塗佈溶液1A、1B及1C之方式製備塗佈溶液2A、2B及2C，除了所用之分散液為Cab-O-SperseTM 1015A(亦購自Cabot Corp.)。
塗佈溶液3A、3B及3C之製備。 以類似於塗佈溶液2A、2B及2C之方式製備塗佈溶液3A、3B及3C，除了分散液為Cab O-SperseTM 1020K(亦購自Cabot Corp.)。此為與1015A相同的粒子聚集體，除了分散液呈鹼性且經鉀穩定。最終目標塗層固體在所有情況下均為10 wt%。
塗佈溶液4A及4B之製備。首先 ，如下製備含50% A174及50%異辛基三甲氧基矽烷之經表面改質的二氧化矽粒子。向裝備有攪拌棒、攪拌板、冷凝器、加熱套及溫度控制器之1000 ml三頸燒瓶中裝入400公克Cab-O-Sperse PG002(Cabot Corporation,Boston,MA)20 wt%固體煙霧狀二氧化矽分散液。在混合下向此分散液中添加50公克異丙醇。接著，在混合下添加6.15公克3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷A174(可以原料#A17714購自Alfa Aesar,Ward Hill,MA)、5.80公克異辛基三甲氧基矽烷(可以原料#SII6458.0購自Gelest,Inc.,Morrisville,PA)及50公克異丙醇之預混物。用總和50公克之異丙醇等分試樣沖洗預混物燒杯。將沖洗液添加至批料中。所得混合物為混濁、半透明分散液。將批料加熱至50℃且保持約三十分鐘。在50℃下三十分鐘後，混合物為均質、不透明白色分散液。此時，將250公克異丙醇添加至批料中。將批料加熱至回流(約80℃)且在混合下保持。約三十分鐘後，批料變得極具黏性。再添加200公克異丙醇。批料變得黏性較小。在回流下使批料保持總共六小時。在回流下六小時後，在混合下使批料冷卻至室溫。此時，批料為稠的灰白色漿料，在反應燒瓶壁上有一些乾固體。藉由交替真空蒸餾並添加1200公克1-甲氧基-2-丙醇而將所得反應混合物之溶劑交換為1-甲氧基-2-丙醇。藉由真空蒸餾進一步濃縮批料。最終混合物為含15.4 wt%固體之高黏度、半透明分散液。
使用上述經表面改質之PG 002二氧化矽及UV可固化丙烯酸胺基甲酸酯寡聚物CN 9013(購自Sartomer USA,Exton,PA)，以1-6的樹脂與二氧化矽之重量比製備塗佈溶液4A。在具有適當尺寸之混合容器中，將50 g經改質之PG 002(15.4%固體，7.7 g固體)與1.28 g CN 9013混合。添加0.18 g光引發劑Irgacure 184(購自Ciba Specialty Chemicals,Terrytown NY)且再用12.5 g 2-丁酮稀釋最終混合物，得到含14.4%固體之最終塗佈溶液。以類似方式製備塗佈溶液4B，但樹脂與二氧化矽之比率為1:3。
塗佈溶液5之製備。 首先，如下製備以A-174經改質之Cab-O-SperseTM 1020K為主的經表面改質之煙霧狀二氧化矽粒子。向裝備有攪拌棒、攪拌板、冷凝器、加熱套及熱電偶/溫度控制器之3000 ml三頸燒瓶中裝入1000 g Cab-O-Sperse 1020K(煙霧狀二氧化矽之20 wt%固體分散液，購自Cabot Corp.)。在攪拌下向此分散液中添加1400 g 1-甲氧基-2-丙醇。接著，將30.75 g 97% 3-(甲基丙烯醯氧基丙基)三甲氧基矽烷(A-174，購自Alfa Aesar,Ward Hill,MA)添加至100 g聚合物燒杯中。在攪拌下將3-(甲基丙烯醯氧基丙基)三甲氧基矽烷添加至批料中。用總和100公克之1-甲氧基-2-丙醇等分試樣沖洗含有3-(甲基丙烯醯氧基丙基)三甲氧基矽烷之燒杯。將沖洗液添加至批料中。此時，批料為不透明白色黏性分散液。將批料加熱至80℃且保持約16小時。所得混合物為黏性、不透明白色漿料。將批料冷卻至室溫。藉由交替真空蒸餾及添加900 g 1-甲氧基-2-丙醇而自批料移除水。藉由真空蒸餾濃縮批料，得到含31.1 wt%固體之極具黏度、不透明分散液。
藉由以下步驟製備塗佈溶液5：首先在超音波處理下將3.0 g CN9893(購自Sartomer,Exton,PA)溶解於7 g乙酸乙酯中，接著將如上文所製備之38.6 g A-174經改質之Cab-O-SperseTM 1020K與0.23 g Irgacure 184混合在一起，形成以重量計樹脂與二氧化矽之比率為1:4的均質塗佈溶液。
塗佈溶液6A、6B及6C之製備 以類似於塗佈溶液3A、3B及3C之方式製備，除了分散液為Cab-O-SperseTM 煙霧狀Al2 O3 。製備PVA-Al比率為1-6之塗佈溶液6A且製備PVA-Al分別為1-4及1-8之塗佈溶液6B及6C。最終目標塗層固體在所有情況下均為10 wt%。
表1總結用於上述塗佈溶液之塗料組分。
用於手動展佈之塗佈方法：
塗佈方法： 使用50微米(2密耳)689已上底漆之PET膜(購自Dupont-Teijin Films USA,Chester VA)製備所有塗層。具有良好光學品質之小實驗室規模手動展佈塗層係藉由將低折射率塗佈溶液塗佈於已上底漆之聚酯膜上來製備。藉由使用水平14×11吋(35.6 cm×27.9 cm)真空台型號4900(購自Elcometer Inc.,Rochester Hills,MI)使該膜保持平坦。使用購自RD Specialties(Webster NY)之繞線圓塗桿(邁耶桿(Meyer rod))或藉由使用購自Elcometer Inc(Rochester Hills,MI)之刮棒將塗佈溶液均勻地展佈於PET上。在典型程序中，將一張標準白紙(8.5×11吋)置於真空台與光學膜之間以防止與真空台相關聯之塗佈缺陷。使用脫氣溶液來製備所有塗層以避免諸如氣泡及表面裂痕之光學缺陷。將5-8 ml塗佈溶液樣品置於膜頂部附近且使用分別提供標稱濕厚度為114-76.2 μm(4.5或3.0密耳)之塗層的45號或30號邁耶桿製備塗層。當使用刮棒塗佈機時，50.8-101.6 μm(2至4密耳)刮棒間隙分別提供標稱濕厚度為25.4及50.8 μm(1至2密耳)之塗層。使濕塗層在室溫下風乾約2-3分鐘且接著小心地轉移至平坦玻璃板上並置於50℃強制空氣烘箱中至完全乾燥。用具有適當尺寸之鋁盤覆蓋塗層以減少由烘箱中的空氣移動引起之膜上的乾燥圖案。
將方法修改用於基於樣品4A、4B及5之經塗佈物品。塗佈後，在室溫下簡單地乾燥樣品4A及4B樣品，隨後在100℃下完全乾燥2分鐘。接著使用用乾燥N2 沖洗的500 W Fusion Systems Light Hammer UV室以20 fpm之線速度使塗層固化。使塗層暴露於H燈高強度輻射。
分別使用26號繞線桿(獲自RD Specialties,Webster,NY)將以上所製備之塗佈溶液5塗佈於以商標「Melinex 617」獲自DuPont之已上底漆之2微米PET膜上。在85℃烘箱中乾燥所得膜2分鐘，接著使用裝備有H燈之Fusion UV-Systems Inc. Light-Hammer 6 UV(Gaithersburg,Maryland)加工機，在氮氣氛圍下，在100%燈功率下，以30呎/分鐘之線速度操作而固化。
表2展示手動展佈膜之量測性質。此等性質包括BET表面積、粒子體積濃度(PVC)、孔隙率、折射率(RI)、透射率(T)、濁度(H)及透明度(C)。如下使用布厄特(Brunauer-Emmett-Teller，BET)方法測定表面積值。藉由使用先前所述之旋轉蒸發設備乾燥約120 g相應塗佈溶液來製備樣品。在約120-150 rpm下將樣品加熱至45-55℃以確保組分保持充分混合。基本上所有水(>90%)均由此過程移除且直至塗佈混合物之稠度變得接近power樣(power-like)。此時，自旋轉蒸發器上移除樣品且轉移至覆蓋有箔片之200 ml乾培養皿中，在75-90℃下再完全乾燥至少24小時。使用標準實驗室研缽及研棒進一步使完全乾燥之混合物變成粉末以形成自由流動粉末。接著使乾燥混合物經受BET分析。
在Micromeritics Accupyc 1340氦氣比重瓶(購自Micromeritics Instrument Corp.,Norcross,GA)中，使用10cc杯子量測測定BET資料所需之密度值。使用10-5 -1.0及回到0.05之分壓的75點分析獲得表面積、孔隙體積及孔隙直徑。在購自Giangarlo Scientific Inc.,Pittsburgh,PA之Quantachrome Autosorb-1分析器上，使用6 mm桿狀大燈樣品單元產生結果。在80℃下在氮氣淨化下乾燥該等樣品至少2小時。使用非線性密度場理論方法(NLDFT方法)，直接由儀器獲得表面積及孔隙率。使用骨架密度值計算出二氧化矽及聚乙烯醇之粒子體積濃度(PVC)分別為2.2 g/ml及1.26 g/ml。
藉由使用稜鏡耦合方法，使用購自Metricon Corp(Pennington,NJ)之Metricon 2010M稜鏡耦合器來測定折射率(RI)值。在633 nm下測定RI(n)。較高濁度塗層之折射率的精確測定最好藉由量測在TM偏振態下穿過塗佈膜之PET面之折射率來測定。在此方法中，將稜鏡與塗層之PET面耦合且在n=1.55至1.05之間掃描RI量測。此方法導致偵測到兩種臨界角轉變；一種與n=~1.495之PET-稜鏡界面相關聯且另一種與PET-低折射率塗層界面相關聯。藉由使用高於及低於此第二臨界角之拐點的區域之200點平滑分析程式分析Metricon原始資料來測定此第二種轉變之臨界角。自平滑資料測定兩個線性區域且此兩條線之交叉點對應於曲線之拐點及因此對應於低折射率塗層之RI。
使用BYK-Gardner Haze Gard Plus(購自BYK-Gardner USA,Columbia,MD)測定透射率、濁度及透明度值。所報導之值表示取自塗佈膜的不同區域之至少3次量測的平均值。透明度值計算使用比率(T2-T1)/(T1+T2)，其中T1為偏離法線方向1.6至2度之透射光，且T2為距法線方向0至0.7度之間的透射光。
(a)不對二氧化矽單體混合物進行BET量測。(b)以2.6密耳之濕塗層重量進行塗佈(26號邁耶桿)
表2中之資料展示可藉由使用不同材料組合及調配物比率形成具有各種濁度及透明度值之低折射率塗層來獲得各種低折射率塗層。
手動展佈膜之光學增益表徵： 藉由量測有效透射(ET)來測定此等塗層之光學增益。此方法提供多少光被導向檢視者之指示且因此指示可看到的影像之亮度。表3中之資料展示當經塗佈物品黏著於偏光器時，塗層3A、3B及3C之增益大於140%。設計具有100%增益之未經塗佈對照物。
表3中之資料展示高濁度低折射率塗層由於塗層(單層)之低折射率性質而展現高正規化有效透射(ET)及增益。
使用自動塗佈之實例：
用於自動塗佈之塗佈方法： 使用輥襯刀塗佈(knife over roll coating)產生使用自動方法製備之塗層。該刮刀為41.9 cm(16.5吋)且經由蠕動泵將塗佈溶液供應至塗料儲集器。使所有塗佈溶液脫氣且通過串聯20微米Alphatm 聚丙烯微纖維囊式過濾器(購自Meisner Filtration Products Camarillo,CA)。對於以硼酸/PG022塗佈溶液為主之塗佈溶液CE-1，將刮刀、支承輥及塗佈溶液均加熱至38-42℃(100.4至107.6℉)以防止溶液膠凝。可令人滿意地在室溫22℃(72℉)下塗佈以1020K、PG002及1025A為主之塗佈溶液。刮刀塗佈間隙在50至125微米之範圍內，此視所要塗層厚度而定。將所有塗層以4.57 m/min(15 fpm)塗覆於50微米已上底漆之PET膜(DuPont-Teijin 689膜)上。在雙區對流烘箱中乾燥膜，其中第一區設定為46.1℃(115℉)且第二區設定為79.4℃(175℉)。
用於光學膜構造實例A及B之塗層的製備： 製備基本上與組合物3B(表2，3B，1-4 PVA-Si，w/1020k煙霧狀Si)相同之低折射率塗佈溶液以用於較大規模自動機器塗佈方法。使用刮刀塗機在PET膜上製備此等較寬塗層。在狹槽饋料刮刀設計上藉由連續計量系統傳遞塗佈溶液。在室溫下經由30微米Meisner過濾系統過濾塗佈溶液。45.7 cm(18吋)之塗層寬度使用133微米(5.25密耳)棒間隙。以4.57 m/min(15 fpm)之速率塗佈10 wt%溶液，產生16 μm(0.63密耳)之乾塗層厚度。RI經測定為1.184且透射率、濁度及透明度值經測定分別為50%、100%及16%。
用於比較光學膜構造實例C及D之塗層的製備。 以類似於實例A及B之方式製備此等比較實例。使用低折射率層CE-1作為PET上之初始低濁度、低折射率塗層且此塗佈膜變成基板，在其上塗佈非低折射率漫射體以製備雙層構造CE-2。使用與對於實例A及B所述者相同的塗佈設備製備CE-2中所用之低濁度、低折射率層。使用89微米(3.5密耳)棒間隙將10 wt%塗佈溶液CE-1A以45.7 cm(18吋)之塗層寬度塗佈於已上底漆之PET上。在37-42℃之溫度下將10 wt%溶液饋送至刮棒且以4.57 m/min(15 fpm)之速率塗佈。此等條件產生13微米(0.51密耳)之乾塗層厚度。RI經測定為1.171且透射率、濁度及透明度值經測定分別為93%、3%及100%。接著用下文所述之漫射層塗飾剛剛所述之塗層。
漫射層塗佈溶液由乙烯乙酸伸乙酯共聚物分散液之混合物(可以VinnapasTM 192購自Wacker Chemie,GmbH,Burghausen,Germany)製備。將EVA分散液與可以KSR 3A購自Soken Chemical and Engineering Co. Ltd. Sayama-Shi,Saitama-Ken,Japan之3 μm交聯聚苯乙烯珠粒混合。將組分以60 wt% EVA-192與40 wt% KSR-3A之重量比混合。在典型混合程序中，將750 g DI水及250 g IPA裝入裝備有氣動高剪切力雙級油漆混合器之具有適當尺寸之混合容器中。使用設定為低速之攪拌器，裝入340 g Soken KSR 3A珠粒並攪拌直至獲得均質、低黏度分散液。添加31 g 10 wt% TergitolTM Min Foam 1X界面活性劑水溶液(購自Dow Chemical,Midland,MI)，隨後添加1000 g VinnapasTM 192(51%固體)。在此添加期間，混合物變得更有黏性且增加攪拌速率以維持一致攪拌速率並確保充分混合。用775 g DI水及255 g異丙醇進一步稀釋混合物。此產生含25%固體之3400 g最終漫射塗佈混合物。
使用與對於實例A及B所述者相同的塗佈設備塗佈此混合物。然而，在此情況下，刮棒間隙設定為25.4微米(1密耳)。膜之低折射率面的RI為1.171。膜之漫射面的RI資料展示在1.47-1.49附近之極寬轉變。測得透射率、濁度及透明度值分別為92%、98%及4%。
使用Schott-Fostec-DCR光源(購自Schott-Fostec LLC,Auburn NY)自漫射面照明參考光學構造，及使用Autronic Conoscope Conostage 3(購自Autronic-Melchers GmbH,Karlsruhe,Germany)自線性偏光面收集資料來量測光學構造之軸向照度(cd/m2 )、積分強度(lm/m2 )及半亮度角度(度)。
光學膜構造實例A：
藉由將線性吸收偏光器置於3B之基板面上來製備對照堆疊。樣品並不光學耦合。量測光學性質且總結於表4中。
光學膜構造實例B：
藉由經由光學透明黏著劑(可以OCA 8171購自3M Company,St. Paul,MN)將3B之基板面層合於反射偏光器(可以DBEF-Q購自3M Company,St. Paul,MN)來製備光學構造。接著，將反射偏光器之另一面層合於線性吸收偏光器(可以SR5618購自San Ritz Corporation,Tokyo,Japan)。表徵層合堆疊之光學特徵且總結於表4中。
光學膜構造實例C：
藉由將線性吸收偏光器置於CE-2之基板面上來製備對照堆疊。樣品並不光學耦合。量測光學性質且總結於表4中。
光學膜構造實例D：
藉由經由光學透明黏著劑(可以OCA 8171購自3M Company,St. Paul,MN)將CE-2之基板面層合於反射偏光器(可以DBEF-Q購自3M Company,St. Paul,MN)來製備光學構造。接著，將反射偏光器之另一面層合於線性吸收偏光器(可以SR5618購自San Ritz Corporation,Tokyo,Japan)。表徵層合堆疊之光學特徵且總結於表4中。
表4中之資料展示與多層構造相比，單層、高濁度低折射率塗層可展現類似軸向照度及積分強度。
因此，揭示光學漫射之低折射率元件的實施例。上述實施及其他實施係在以下申請專利範圍之範疇內。熟習此項技術者應瞭解可以除所揭示者外之實施例來實踐本發明。所揭示之實施例係出於說明之目的而呈現且無限制，且本發明僅由以下申請專利範圍限制。
10．．．光學物品
20．．．光學元件
22．．．表面
30．．．低折射率層/高濁度低折射率層
40．．．低折射率層/低濁度光學低折射率層/低濁度低折射率層
50．．．光學物品
60．．．光學物品
圖1 為說明性光學物品之示意圖側面正視圖；
圖2 為另一說明性光學物品之示意圖側面正視圖；及
圖3 為另一說明性光學物品之示意圖側面正視圖。

Claims (19)

  1. 一種光學物品，其包含：一光學元件；一安置於該光學元件上之低折射率層，該低折射率層之有效折射率為1.3或1.3以下，該低折射率層包含：黏合劑；分散於該黏合劑中之複數個金屬氧化物粒子；及複數個互連空隙，該低折射率層之濁度值為至少30%，其中該低折射率層之厚度係1至20微米。
  2. 如請求項1之光學物品，其中該濁度值為至少50%。
  3. 如請求項1之光學物品，其中該濁度值為至少90%。
  4. 如請求項1至3中任一項之光學物品，其中該光學元件為偏光器。
  5. 如請求項1至3中任一項之光學物品，其中該光學元件為可見光透射基板。
  6. 如請求項1至3中任一項之光學物品，其中該複數個金屬氧化物粒子包含煙霧狀二氧化矽。
  7. 如請求項1至3中任一項之光學物品，其中該低折射率層之有效折射率當該複數個金屬氧化物粒子包含二氧化矽時為1.23或1.23以下，且當該複數個金屬氧化物粒子包含氧化鋁時為1.33或1.33以下。
  8. 如請求項1至3中任一項之光學物品，其中該黏合劑與該複數個金屬氧化物粒子之重量比為1：2至1：10。
  9. 如請求項1至3中任一項之光學物品，其中該低折射率層之透明度小於20%。
  10. 如請求項1至3中任一項之光學物品，其中該光學元件為偏光膜、漫射膜、部分反射膜、延遲器、光導或液晶顯示器面板。
  11. 一種光學物品，其包含：一低濁度光學低折射率層，其有效折射率為1.3或1.3以下，該低濁度低折射率層包含：點合劑；分散於該黏合劑中之複數個金屬氧化物粒子；及複數個互連空隙，該低濁度低折射率層之濁度值係小於30%；一位於該低濁度光學低折射率層上之高濁度低折射率層，該高濁度低折射率層之有效折射率為1.3或1.3以下，該高濁度低折射率層包含：黏合劑；分散於該黏合劑中之複數個金屬氧化物粒子；及複數個互連空隙，該高濁度低折射率層之濁度值為至少30%，其中該低濁度低折射率層及該高濁度低折射率層之一或兩者具有1至20微米之厚度。
  12. 如請求項11之光學物品，其中該光學物品之濁度值為至少50%。
  13. 如請求項11之光學物品，其中該光學物品之濁度值為至少90%。
  14. 如請求項11至13中任一項之光學物品，其進一步包含一相鄰於該低濁度低折射率層或高濁度低折射率層安置之偏光器元件。
  15. 如請求項11至13中任一項之光學物品，其中形成該低濁度低折射率層或高濁度低折射率層之該複數個金屬氧化 物粒子包含煙霧狀二氧化矽。
  16. 如請求項11至13中任一項之光學物品，其中該低濁度低折射率層或高濁度低折射率層之有效折射率為1.23或1.23以下。
  17. 如請求項11至13中任一項之光學物品，其中對於該低濁度低折射率層與該高濁度低折射率層兩者，該黏合劑與該複數個金屬氧化物粒子之重量比皆為1：2至1：10。
  18. 如請求項11至13中任一項之光學物品，其中該低濁度低折射率層之濁度值為10%或10%以下且該高濁度低折射率層之濁度值為90%或90%以上。
  19. 如請求項11至13中任一項之光學物品，其中該光學物品之透明度係小於20%。
TW100137966A 2010-10-20 2011-10-19 光學漫射之低折射率元件 TWI512338B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US39499110P 2010-10-20 2010-10-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201232054A TW201232054A (en) 2012-08-01
TWI512338B true TWI512338B (zh) 2015-12-11

Family

ID=44898196

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100137966A TWI512338B (zh) 2010-10-20 2011-10-19 光學漫射之低折射率元件

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9588262B2 (zh)
EP (1) EP2630526A1 (zh)
JP (2) JP6247534B2 (zh)
KR (1) KR101851420B1 (zh)
CN (1) CN103299220B (zh)
SG (1) SG189429A1 (zh)
TW (1) TWI512338B (zh)
WO (1) WO2012054320A1 (zh)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6629708B2 (ja) 2010-10-20 2020-01-15 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 相互接続された空隙を有する低屈折率拡散体要素
TWI534458B (zh) 2010-10-20 2016-05-21 ３Ｍ新設資產公司 經保護之低折射率光學元件
WO2012121858A1 (en) 2011-03-09 2012-09-13 3M Innovative Properties Company Antireflective film comprising large particle size fumed silica
US8944662B2 (en) 2012-08-13 2015-02-03 3M Innovative Properties Company Diffractive luminaires
US8834004B2 (en) 2012-08-13 2014-09-16 3M Innovative Properties Company Lighting devices with patterned printing of diffractive extraction features
TW201435830A (zh) 2012-12-11 2014-09-16 3M Innovative Properties Co 不顯眼之光學標籤及其方法
US9261641B2 (en) 2013-03-25 2016-02-16 3M Innovative Properties Company Dual-sided film with compound prisms
US9784902B2 (en) 2013-03-25 2017-10-10 3M Innovative Properties Company Dual-sided film with split light spreading structures
CN105492933B (zh) 2013-09-05 2017-08-01 3M创新有限公司 具有小透镜和棱镜簇的双面光学膜
FR3030061B1 (fr) * 2014-12-16 2021-02-12 Sedi Ati Fibres Optiques Materiau diffusant
JP6728651B2 (ja) * 2015-11-27 2020-07-22 コニカミノルタ株式会社 光学フィルム及びその製造方法、偏光板及び液晶表示装置
CN108604024B (zh) 2016-02-10 2022-08-19 3M创新有限公司 一体式光学膜组件
WO2017177060A1 (en) * 2016-04-06 2017-10-12 GE Lighting Solutions, LLC Light diffusion coating for envelopes for lamps
KR102562045B1 (ko) * 2016-08-31 2023-08-01 엘지디스플레이 주식회사 확산 시트 및 이를 갖는 디스플레이 장치
KR102562289B1 (ko) * 2018-08-28 2023-08-02 삼성디스플레이 주식회사 광원 부재 및 이를 포함하는 표시 장치
KR102595085B1 (ko) * 2018-10-16 2023-10-27 삼성디스플레이 주식회사 라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치
US11635622B1 (en) * 2018-12-07 2023-04-25 Meta Platforms Technologies, Llc Nanovided spacer materials and corresponding systems and methods
EP4004439A1 (en) 2019-07-26 2022-06-01 3M Innovative Properties Company Porous fluid sensor
CN112759873B (zh) * 2020-12-31 2022-09-16 东莞市基烁实业有限公司 一种高雾度高透光pmma光扩散母粒及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6210858B1 (en) * 1997-04-04 2001-04-03 Fuji Photo Film Co., Ltd. Anti-reflection film and display device using the same
US20040066556A1 (en) * 2002-10-07 2004-04-08 Eastman Kodak Company Voided polymer film containing layered particulates
US20050106333A1 (en) * 2003-11-18 2005-05-19 Lehmann Maria J. Anti-reflective optical film for display devices

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1275208C (en) * 1985-01-25 1990-10-16 Roger W. Lange Silica coating
EP0524626B1 (en) 1991-07-26 1996-12-11 Asahi Glass Company Ltd. Recording sheet for an ink jet printer
JP4215288B2 (ja) 1996-10-31 2009-01-28 共同印刷株式会社 高ヘイズコーティングおよびその形成方法
US5919555A (en) 1996-11-06 1999-07-06 Fuji Photo Film Co., Ltd. Anti-reflection film and display device having the same
JP3967822B2 (ja) * 1997-04-04 2007-08-29 富士フイルム株式会社 反射防止膜およびそれを用いた画像表示装置
JP3946357B2 (ja) * 1997-09-18 2007-07-18 富士フイルム株式会社 反射防止膜およびそれを用いた画像表示装置
US6096469A (en) 1999-05-18 2000-08-01 3M Innovative Properties Company Ink receptor media suitable for inkjet printing
EP1167313B1 (en) * 1999-12-13 2015-09-23 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Low-reflection glass article
JP4527272B2 (ja) 1999-12-13 2010-08-18 日本板硝子株式会社 低反射ガラス物品
JP2003119052A (ja) * 2001-10-12 2003-04-23 Matsushita Electric Works Ltd 光透過シート、これを用いた発光装置、及び、光透過シートの製造方法
EP2226365B1 (en) * 2001-10-25 2016-08-10 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Panel light emitting body
CN1754108A (zh) * 2003-02-06 2006-03-29 Sdc技术－亚洲株式会社 制造已经受低反射处理的制品的方法,形成低反射层的溶液和经受低反射处理的制品
JP2005077860A (ja) 2003-09-01 2005-03-24 Fuji Photo Film Co Ltd 反射防止フィルム、偏光板、及びそれを用いた画像表示装置
JP2006161014A (ja) * 2004-03-22 2006-06-22 Jsr Corp 積層体の製造方法
JP4443318B2 (ja) * 2004-06-16 2010-03-31 Ｈｏｙａ株式会社 反射防止膜及び反射防止膜を有する光学素子
GB0415211D0 (en) 2004-07-07 2004-08-11 Eastman Kodak Co Ink-jet receiver having improved crack resistance
JP4539322B2 (ja) 2004-12-20 2010-09-08 セイコーエプソン株式会社 画像形成装置および該装置における位相調整方法
JP4678635B2 (ja) 2005-02-10 2011-04-27 東レフィルム加工株式会社 光学フィルム
JP4752019B2 (ja) * 2006-05-18 2011-08-17 国立大学法人 名古屋工業大学 反射防止コーティング材、防眩コーティング材、反射防止膜、反射防止フィルム及び防眩フィルム
WO2008011919A1 (de) 2006-07-28 2008-01-31 Ilford Imaging Switzerland Gmbh Flexible materialien fuer optische anwendungen
JP5288731B2 (ja) * 2006-09-29 2013-09-11 富士フイルム株式会社 重合性含フッ素化合物、それを用いた反射防止膜、反射防止フィルムおよび画像表示装置
JP5097575B2 (ja) * 2008-02-26 2012-12-12 富士フイルム株式会社 光学フィルム、偏光板、及び画像表示装置
JP2010102072A (ja) 2008-10-23 2010-05-06 Sumitomo Chemical Co Ltd 防眩フィルム、防眩性偏光板および画像表示装置
TWI605276B (zh) * 2009-04-15 2017-11-11 ３Ｍ新設資產公司 光學結構及包含該光學結構之顯示系統
US10539722B2 (en) * 2009-04-15 2020-01-21 3M Innovative Properties Company Optical film
EP2558522B1 (en) 2010-04-14 2018-08-01 3M Innovative Properties Company Patterned gradient polymer film
JP6629708B2 (ja) * 2010-10-20 2020-01-15 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 相互接続された空隙を有する低屈折率拡散体要素
CN103168259B (zh) * 2010-10-20 2015-11-25 3M创新有限公司 包含纳米空隙聚合物层的宽带半镜面反射镜膜
TWI534458B (zh) * 2010-10-20 2016-05-21 ３Ｍ新設資產公司 經保護之低折射率光學元件

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6210858B1 (en) * 1997-04-04 2001-04-03 Fuji Photo Film Co., Ltd. Anti-reflection film and display device using the same
US20040066556A1 (en) * 2002-10-07 2004-04-08 Eastman Kodak Company Voided polymer film containing layered particulates
US20050106333A1 (en) * 2003-11-18 2005-05-19 Lehmann Maria J. Anti-reflective optical film for display devices

Also Published As

Publication number Publication date
CN103299220A (zh) 2013-09-11
SG189429A1 (en) 2013-05-31
EP2630526A1 (en) 2013-08-28
TW201232054A (en) 2012-08-01
JP6247534B2 (ja) 2017-12-13
JP2013540290A (ja) 2013-10-31
US20130222911A1 (en) 2013-08-29
CN103299220B (zh) 2016-05-18
US9588262B2 (en) 2017-03-07
KR101851420B1 (ko) 2018-04-23
KR20130126917A (ko) 2013-11-21
WO2012054320A1 (en) 2012-04-26
JP2018010306A (ja) 2018-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI512338B (zh) 光學漫射之低折射率元件
TWI534459B (zh) 低折射率漫射器元件
TWI534458B (zh) 經保護之低折射率光學元件
JP6416078B2 (ja) 低屈折率材料のための保護コーティング
WO2022064782A1 (ja) 光学積層体

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees