含有纳米复合颗粒的光学元件制造技术

本发明专利技术涉及光学组件，它包括在层状微细颗粒材料粘结剂中的分散体，该层状材料所具有的层厚、颗粒在粘结剂中的浓度和基面间距足以提供具有至少５０％的光透射率的组件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚合物光漫射体，它含有层状小颗粒材料在粘结剂中的分散体。在优选的形式中，本专利技术涉及用于背面投影液晶显示器的背光漫射体。前一类型的漫射体通常利用了它的暴露在空气中的粗糙表面，在漫射体的材料和包围介质之间获得了折射指数的最大可能差异，和因此获得入射光的最大角分散。然而，这一类型的一些现有技术的光漫射体存在两个主要缺点高度的反向散射和需要空气接触。反向散射引起较大部分的光反射回到起始光源，当光适当地穿过漫射体时，降低了光学系统的效率。第二缺点，粗糙表面必须与空气接触以便适当地工作的要求，也会导致较低的效率。如果漫射体的输入和输出表面都包埋在另一种材料，如粘合剂内部，则漫射体的光分散能力降低至所不希望的水平。在第二类型漫射体的一个变型中，该本体漫射体-即第二种折射指数的小颗粒或球-被包埋在该漫射体的原材料(primary material)中。在本体漫射体的另一个变型中，该漫射体材料跨越漫射体主体的折射指数会发生变化，因此引起光穿过该材料而在不同的点折射或散射。本体漫射体也存在一些实际问题。如果寻求高角度输出分布，该漫射体通常比具有相同的光学散射能力的表面漫射体更厚。然而，如果本体漫射体造得较薄，对于大多数应用的所希望的性质，漫射体的散射能力可能太低。尽管有前面的困难，仍然有很多应用，其中需要包埋的漫射体，而第一类型的漫射体则是不适合的。例如，漫射体层能够被包埋在液晶显示器系统的输出偏振器层和外部硬涂层之间以保护该漫射体防止它受损害。另外，具有薄造型的漫射体，它在包埋在其它材料中时保持宽的光散射能力并具有低的光学反向散射，因此比普通漫射体具有更高的光学效率，将是非常需要的。美国专利No.6,093,521描述了照相元件，它包括在该元件的外层上的至少一种光敏卤化银层和在该构件的底部上的至少一种光敏卤化银层，聚合物片，其包括有空隙的聚酯聚合物的至少一层和包括无空隙的聚酯聚合物的至少一层，其中该成像元件具有在38和42％之间的透光百分率。尽管在美国6,093,521中描述的有空隙的层会漫射背面照射光(它用于照亮静态图象的现有技术的光箱中使用)，在38％和42％之间的透光百分率将不能使足够的光到达液晶显示器的观察者眼睛。典型地，对于液晶显示器，背光漫射体必须能够传输至少65％和优选至少80％的入射在漫射体上的光。在美国专利No.6,030,756(Bourdelais等人)中，照相元件包括透明聚合物片，至少一层的双轴取向聚烯烃片和至少一个图象层，其中聚合物片具有在20和100毫牛顿之间的劲度，双轴取向聚烯烃片具有在35％和90％之间的光谱透射，并且该双轴取向聚烯烃片具有低于65％的光反射密度。尽管在美国6,030,756中的照相元件会将正面卤化银与背面卤化银图像分开，但是有空隙的聚烯烃层将漫射太多的光而产生黑暗的液晶显示图象。此外，白色颜料在该片中的添加会引起背面光的不可接受的散射。在US 4,912,333中，X-射线增感屏利用微孔聚合物层来产生反射性微透镜以获得在图像速度和清晰度上的改进。尽管公开在US4,912,333中的材料可以传输X射线能量，该材料具有极低可见光能量传输，这对于LC设备是不可接受的。在US 6,177,153中，公开了含有孔以扩展液晶设备中光的视角的取向聚合物膜。在US6,177,153中的孔是在二次取向过程中由应力破裂溶剂浇铸聚合物所产生。这些材料的长宽比(aspect ratio)，尽管定型了入射光，扩展了视角，但不会提供光的均匀漫射和因此将引起液晶形成图像的不均匀的亮度。此外，所公开的产生空隙的方法会导致空隙尺寸和空隙分布，使得无法实现光漫射和光透射的优化。在该专利的实施例1中，所报导的90％透射率包括在400和1500nm之间的波长，综合了可见和不可见的波长，但是在500nm下的透射率是低于入射光的30％。该值对于用于图像显示如液晶显示器的任何漫射膜是不可接受的。对于成像产品具有更薄和更硬的基板(base)的需要已经被充分认可。除提供成本优点之外，更薄的支持体能够实现许多其它标准。例如，在动画和相关娱乐业中，更薄的照相基片允许同样尺寸的卷轴有更长的总长度。然而，减少基片的厚度通常导致劲度的下降，这对卷曲、运输和耐久性而言具有有害影响。对于电子显示材料，如液晶显示器，优选的是该组件是重量轻的和具有柔性。最近，使用蒙脱石(smectite)粘土制备的纳米复合材料已经因为它们的独特物理性能而在工业领域如汽车工业和包装工业中受到显著的关注。这些性能包括改进的热变形特性，阻隔性能，和机械性能。相关的现有技术已在美国专利4,739,007；4,810,734；4,894,411；5,102,948；5,164,440；5,164,460；5,248,720，5,854,326，6,034,163中进行说明。然而，这些纳米复合材料作为具有特定光学性质的更薄和更硬的显示组件的使用还没有被认识到。为了使用蒙脱石粘土获得更硬的聚合物支持体，该粘土需要在聚合物基质中插层或片状剥离。人们已经付出相当的努力以开发将蒙脱石粘土插层和然后与热塑性聚合物基质相容化的方法。这是因为该粘土晶格是自然亲水性的，和它必须经过化学改性变得亲有机性，为的是让它引入聚合物基质中。为了获得需要的聚合物性能增强，迄今开发的大部分插层技术是间歇法，费时，导致增加整个产品成本。现有两个主要的通常使用的插层方法-合适单体的插层，接着从溶液进行聚合(已知为原地聚合，参见A.Okada等人，Polym Prep.第28卷，447，1987)或单体/聚合物插层。聚乙烯醇(PVA)，聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和聚氧化乙烯(PEO)已经比较成功地将该粘土小薄片插层。正如由Levy等人在“Interlayer adsorption of polyvinylpyrrolidoneon montmorillornte”，Journal of Colloid and Interface Science，50卷(3)，442，1975中所述，通过连续用无水乙醇洗涤，然后尝试让它与具有不同量的水的1％PVP/乙醇/水溶液接触以吸收PVP，来试图在单离子蒙脱土小片状体之间吸收PVP。在与PVP/乙醇/水溶液接触后，只有钠-蒙脱土膨胀超过20埃基面间距。Greenland的著作，“Adsorption of polyvinyl alcohol by montmorrilonite”，Journal of Colloid Science，第18卷，647-664页(1963)公开了PVA在蒙脱土上的吸收将取决于PVA在溶液中的浓度。人们已经发现，吸附作用仅仅在大约1wt％的聚合物的聚合物浓度下是有效的。对于工业化还没有其它效果，因为它受到稀插层材料的干燥的限制。在RichardVaia等人的近作，“New Polymer Electrolyte NanocompositesMelt intercalation of polyethyleneoxide in mica typesilicates”，Adv.Materials，7(2)，154-156，1995中，通过加热至80℃保持2-6小时以实现17.7埃的d-间距来将PEO插层到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学组件，它包括层状微细颗粒材料在粘结剂中的分散体，该层状材料所具有的层厚、颗粒在粘结剂中的浓度和基面间距足以提供具有至少５０％的光透射率的组件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：PT艾尔瓦德，D马朱姆达，AM米勒，N敦图拉，RO詹姆斯，RP布尔德莱斯，CJ卡明斯基，
申请(专利权)人：伊斯曼柯达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]