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CN1474201A - 含有纳米复合颗粒的光学元件 - Google Patents

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CN1474201A
CN1474201A CNA031275672A CN03127567A CN1474201A CN 1474201 A CN1474201 A CN 1474201A CN A031275672 A CNA031275672 A CN A031275672A CN 03127567 A CN03127567 A CN 03127567A CN 1474201 A CN1474201 A CN 1474201A
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Abstract

本发明涉及光学组件，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。

Description

含有纳米复合颗粒的光学元件
技术领域
本发明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，本发明涉及用于背面投影液晶显示器的背光漫射体。
背景技术
散射或漫射光的光学结构通常以两种方式发挥作用：(a)作为利用表面粗糙度在多个方向上折射或散射光的表面漫射体；或(b)作为具有平直表面和包埋的光漫射元件的本体漫射体(bulk diffuser)。
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 Nanocomposites：Melt 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Na-蒙脱土和Li-蒙脱土中。所观察到的插层的程度等于从溶液获得的程度(V.Mehrotra，E.P.Giannelis，SolidState Commun.，77，155，1991)。其它，最近的工作(US 5,804,613)解决了具有至少一个羰基官能团的单体有机化合物的吸附，它们选自羧酸类和它的盐，多羧酸和它的盐，醛，酮和它们的混合物。类似地，US 5,880,197讨论了含有胺或酰胺官能团或它们的混合官能团的插层单体的使用。在两专利和授权于同一集团的其它专利中，在插层载体如水中在非常稀的粘土浓度下进行插层。这在插层物被分散于聚合物中之前会导致需要费用大的干燥步骤。在WO 93/04118中公开的是以硅烷偶联剂或鎓阳离子如具有与基体聚合物相容的反应性基团的季铵化合物的吸附为基础的插层工艺。
在热塑性聚合物中插层和分散蒙脱石粘土时遇到很多困难。本发明提供克服这一问题的技术。还提供了蒙脱石粘土在其中有改进的分散的制品，能够引入到织网中。需要由本发明解决的问题
仍然需要图像照射光源的改进光漫射以提供改进的漫射光透射效率，同时提供会漫射镜面(specular)光源。
发明内容
本发明提供光学组件，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。本发明也提供背光成像介质，液晶显示器组件和设备。
本发明提供改进的光透射，并同时提供会漫射镜面光源。
本发明提供一种光学组件，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。
优选在本发明的光学组件中，其中的层状材料具有在10∶1和250∶1之间的长宽比。
优选在本发明的光学组件中，其中的层状材料以相当于粘结剂的1-10wt％之间的量存在。
优选在本发明的光学组件中，其中的层状材料以相当于粘结剂的1.5％-5wt％之间的量存在。
优选在本发明的光学组件中，其中光学组件的光透射率是至少85％。
优选在本发明的光学组件中，其中的光学组件漫射可见透射光能量，在一个具体实施方案中，光学组件的雾度大于80％，在另一个具体实施方案中，光学组件的雾度是在20-60％之间，在又一个具体实施方案中，光学组件的雾度是低于10％。
优选在本发明的光学组件中，其中的层状材料包括蒙脱石粘土。
优选在本发明的光学组件中，其中的层状材料包括层状双氢氧化物。
优选在本发明的光学组件中，其中的层状材料包括被插层到蒙脱石粘土中的烃氧基化醇，在一个具体实施方案中，该烃氧基化醇包括乙氧基化醇，优选该乙氧基化醇具有在12-106个碳之间的烃链长度，本发明进一步优选其中乙氧基化醇具有在26-50个碳之间的烃链长度。在一个具体实施方案中，插层到蒙脱石粘土中的乙氧基化醇被分散在聚烯烃聚合物中，不含插层蒙脱石的聚合物的至少一层在同时挤出过程中被整体地连接。在一个具体实施方案中，其中插层到蒙脱石粘土中的乙氧基化醇被分散到聚烯烃聚合物中。
优选在本发明的光学组件中，其中的层状材料是合成粘土。
优选在本发明的光学组件中，其中的层状材料是经过有机改性的。
优选在本发明的光学组件中，粘结剂包括至少一层的聚酯。
优选在本发明的光学组件中，其中的粘结剂包括至少一层的聚烯烃。
优选在本发明的光学组件中，在层状材料和粘结剂之间的折射指数的差异是大于0.08。
优选在本发明的光学组件中，该光学组件的弹性模量是大于500MPa。
优选在本发明的光学组件中，该光学组件的抗冲击性是大于0.6GPa。
优选在本发明的光学组件中，该层状颗粒以相当于粘结剂的0.1-1wt％之间的量存在。
优选在本发明的光学组件中，该光学组件包括两个或更多个层，在一个具体实施方案中，优选其中该微细层状颗粒存在于至少一个层中。
优选在本发明的光学组件中，该层状材料包括被插层到蒙脱石粘土中的嵌段共聚物。
优选在本发明的光学组件中，进一步包括将粘土插层的亲水性嵌段，优选的是，其中的亲水性嵌段包括至少一种物质，后者选自聚(烯化氧)，聚6，(2-乙基唑啉)，聚(亚乙基亚胺)，聚(乙烯基吡硌烷酮)，聚(乙烯醇)，聚丙烯酰胺，聚丙烯腈，多糖，和葡聚糖。在一个具体实施方案中，其中的亲水性嵌段包括聚(环氧乙烷)。在另一个具体实施方案中，其中的亲水性嵌段包括多糖。在又一个具体实施方案中，其中的亲水性嵌段包括聚乙烯基吡咯烷酮。
优选在本发明的光学组件中，其中的嵌段共聚物进一步包括亲脂性嵌段。优选该亲脂性嵌段包括至少一种物质，后者选自聚己酸内酯，聚丙内酯，聚β-丁内酯，聚δ-戊内酯；聚ε-己内酰胺；聚乳酸；聚乙醇酸；聚羟基丁酸；聚赖氨酸的衍生物；和聚谷氨酸的衍生物，α，β-烯属不饱和单体的聚合物。在一个具体实施方案中，该亲脂性嵌段包括聚酯。在又一个具体实施方案中，其中的亲脂性嵌段包括聚己酸内酯。在另一个具体实施方案中，其中的亲脂性嵌段包括聚酰胺。在再一个具体实施方案中，其中的亲脂性嵌段包括聚苯乙烯。
优选在本发明的光学组件中，其中的微细颗粒材料具有0.01到5μm的横向尺寸和0.5到10nm的厚度。
优选在本发明的光学组件中，其中层状微细颗粒材料具有1到9nm的基面间距。
优选在本发明的光学组件中，其中微细层状材料具有0.01到5μm的横向尺寸和0.5到10nm的厚度。
优选在本发明的光学组件中，其中层状微细层材料具有1到9nm的基面间距。
本发明还提供了一种包括光学组件的背光成像介质，它包括层状微细颗粒材料在粘结剂中的分散体，该颗粒所具有的层厚、颗粒在粘结剂中的浓度和颗粒基面间距足以提供具有至少50％的光透射率的组件。
本发明还进一步提供了一种包括光学组件的液晶设备，它包括微细层状颗粒材料在粘结剂中的分散体，该颗粒所具有的层厚、颗粒在粘结剂中的浓度和颗粒基面间距足以提供位于光源和偏振膜片之间具有至少50％的光透射率的组件。
具体实施方式
本发明具有与现有技术领域中的在前实践相比的很多优点。本发明提供了通常用于背面投影显示设备如液晶显示器中的镜面光源的漫射。此外，本发明在提供对光源的漫射的同时还具有高的光透射率。光漫射体的高透射率对于液晶显示器是特别重要的，因为高的透射率值可让液晶显示器有更高亮度或保持相同的亮度，使得背光的功率消耗降低，因此延长了笔记本计算机所常用的电池供电的液晶设备的寿命。可用于本发明中的纳米复合聚合物层能够容易地加以改变以获得对于许多液晶设备的所需漫射和光透射要求，以使本发明的材料满足在液晶显示器市场中快速变化的产品要求。
本发明使得不需要在含有粗糙表面的现有技术的光漫射体和用于液晶显示器中的亮度增强膜之间的气隙。该气隙的消去使得该漫射体材料能被粘附于液晶显示器中的其它膜组件上，使得该设备在重量上更轻和在成本上更低。
本发明材料不含有现有技术的有空隙的聚合物膜所通常含有的无机颗粒，它引起背光源的所不希望有的散射并降低液晶显示器的透射效率。此外，该漫射体的弹性模量和抗划伤性与现有技术的浇铸涂敷的聚合物漫射体相比得到改进，使得在液晶设备的组装操作过程中具有更坚固耐用的漫射体。
本发明是一种制品，使用了层状材料如蒙脱石粘土，优选用具有亲水性组分和更优选附加的亲脂性组分的有机材料进行插层。上述的有机材料能够包括表面活性剂，乙氧基化醇和/或嵌段共聚物。插层的粘土产生几个折射指数变化，这会使可见光漫射。插层的粘土材料在本体聚合物层中的添加可改进聚合物片的机械强度，由此提高该片的抗划伤性和改进片的劲度，因此使得可以使用更薄、更低重量的材料。更薄、更低重量的材料会降低显示设备的重量和尺寸，可使设备造得更小和重量更轻。用于本发明中的插层粘土材料也会改进基础聚合物的热性质，使得本发明的材料在热的小汽车或在军用车辆如坦克中遇到的温度下是更加热稳定和光学稳定的。热和光学稳定性会增大使用该显示设备的环境范围。
此外，用于本发明中的层状材料或颗粒物的添加也会改进光学组件的油墨可印刷性，使得可以打印出油墨基光学图案，如在传输光学应用中有价值的反射点、文本或图形。该层状颗粒物用作油墨化学的键接位置，产生了高质量打印图象，它们具有突出的油墨保留性能。这些和其它优点将从下面的详细说明中看出。
“微细的”颗粒材料是指无机相，如蒙脱石粘土，其中颗粒的至少一种尺寸，典型地该层厚度，是在0.1-100nm范围内，按数值平均基础计。“ 基面”是指在X-射线晶体衍射分析中通常所定义的层状材料的(001)平面和“ 基面间距”是指在最近等同基面之间的层间距，按数值平均基计算，需要的是在0.5至10nm之间。
术语“液晶显示器”是指利用液晶形成图像的任何背面投影显示设备。术语“漫射体”是指能够将镜面光(有主要方向的光)漫射成漫射光(有无规光方向的光)的任何材料。术语“光”是指可见光。术语“漫射光透射效率”是指在500nm处％漫射透射光与在500nm处的％总透射光的比率乘以系数100。术语“聚合物膜”是指包括聚合物的膜。术语“聚合物”是指均聚物和共聚物。
“纳米复合材料”是指一种复合材料，其中至少一种组分包括无机相，如蒙脱石粘土，而至少一个尺寸是在0.1到100纳米范围内。“片(Plate)”是指一种颗粒，其中两维具有相同尺寸并显著大于第三维。在这里，颗粒的长度和宽度具有可比的尺寸，但是数量级大于颗粒的厚度。
“层状材料”是指呈现多个相邻的束缚层形式的无机材料如蒙脱石粘土。“小片状体”是指层状材料的各个层。“插层”是指一个或多个外来分子或外来分子的一部分在层状材料的小片状体之间的插入，通常由X射线衍射技术检测，如在美国专利No.5,891,611中所述(5栏10行-7栏23行)。
“插层剂”是指插入到上述层状材料的小片状体之间的上述外来分子。“剥落”或“层离”是指各个小片状体分离成无序结构，而没有任何堆叠次序。“插层的”是指至少部分地发生插层和/或层状剥离的层状材料。“有机粘土”是指由有机分子改性的粘土材料。
背光的更佳控制和管理推动着液晶显示器(LCD)的技术进步。LCD屏幕和其它电子软显示介质主要地用镜面(高度方向性)荧光管来背射光。漫射膜用于将光均匀地分布到整个显示面积上并改变从镜面到漫射体的光。离开显示堆叠体(stack)的液晶部分的光可作为窄的光束离开并必须再分散。用于显示器的这一部分中的漫射体有选择地将光沿着水平方向展开以获得增大的视角。
当光通过具有不同折射指数的材料时，漫射可通过光散射来实现。这一散射产生光能的漫射介质。在透光度和漫射之间有反比关系，对于各应用来说必须找到这两个参数的最优组合。
背漫射体直接放置在光源的前面并用于通过将镜面光改变为漫射光来整匀穿过显示器的光。该漫射膜是由简单的光学结构组成以使光在全部方向上变宽。用于漫射LCD背光的现有技术方法包括将具有不同折射指数的聚合物膜进行层叠，将图案压花到膜上，或用无光泽树脂或珠粒来涂敷该膜。正面漫射体的作用是有方向选择性地增宽来自液晶(LC)的光。该光被压缩成窄光束而进入到LC中获得最高效率，和当它离开时，它作为窄的光柱射出。该漫射体使用光学结构来有选择地扩展该光。大部分公司形成椭圆形的微透镜，以选择性地沿着一个轴方向上拉伸该光。在聚合物基质中的椭圆形聚合物和由化学或物理方式形成的表面微透镜可实现这一方向性。这一专利仅仅致力于光漫射应用以便均匀地分散光。
本发明提供了均匀地散射入射光的膜。这样的光学组件是优选的：它包括层状微细颗粒材料在粘结剂中的分散体，该颗粒所具有的层厚、在粘结剂中的浓度和基面间距足以提供优选具有至少50％的光透射率的组件。在粘结剂中的颗粒层状材料已经显示提供优异的可见光漫射。层状材料产生几个折射指数变化，它漫射所透过的可见光能量。与依赖于聚合物片上的表面粗糙度来产生LCD设备的光漫射的现有技术漫射体材料相比，在粘结剂中的层状材料是优选的和已经显示是光的非常高效的漫射体。在层状材料和粘合剂之间存在折射指数差异。在优选的实施方案中折射指数的差异是至少0.01，更优选0.1和最优选0.2。这一折射指数差异提供了优良的漫射和高的光透射率，使得LCD图像更亮和/或光的能量需要量降低，因此延长了电池组的寿命。
层状材料的浓度和它们的基面间距控制了光漫射的量。本发明具有能够增大光漫射的量而没有透射率的重大变化的出乎意外的性能。现有技术可见光漫射体片通常显示出光透射率的下降，增大了光漫射的量。
用于本发明中的微细颗粒或层厚度具有在0.1至100nm之间的尺寸，典型是0.5-10nm。平均基面分离需要地是在0.5-10nm之间，优选在1-9nm之间，和典型地在2-5nm之间。
本发明的光学组件优选具有颗粒层状材料，它的长宽比是在10∶1和1000∶1之间。层状材料的长宽比，定义为在颗粒的横向尺寸(即，长度或宽度)和厚度之间的比率，是光漫射量的一个重要因素。低于8∶1的长宽比不会提供足够的光漫射。大于1000∶1的长宽比难以加工。
层状材料优选以相当于粘结剂的1-10wt％之间的量存在。以相当于粘结剂的低于0.9wt％的量存在的层状材料已经显示提供非常低的光漫射量。以超过11％的量存在的层状材料已经显示提供很少的光漫射增加，而为粘结剂添加了所不希望有的颜色，使透射光着色。以相当于粘结剂的2-5wt％的量存在的层状材料是最优选的，因为可见光漫射高，而同时避免了所不希望有的着色和附加材料的附加费用。此外，以2-5％的量存在的层状材料已经显示为镜面的背光组件如在液晶显示器中见到的那些组件提供优良的光漫射。
在本发明的另一个优选实施方案中，该层状材料以相当于粘结剂的0.1-1wt％之间的量存在。通过提供在0.1和1wt％之间的层状材料，具有高的光透射率(大于90％)和低雾度(低于10％)的光学元件可使光学元件用作具有防眩性能的外界光漫射体。防眩光学元件可降低由环境光如太阳光产生的眩目，引起透射像的质量下降。
在本发明的另一个优选实施方案中，该光学组件包括两个或更多个层。通过向光学元件中提供附加层，对于光学元件的改进如抗静电性能和光过滤性能能够在该附加层中实现。通过提供多层光学元件，用于本发明中的层状材料被增加到特定位置以控制漫射光的焦距。已经显示，通过将可用于本发明中的层状材料添加到光学组件中的不同层中，作为视角的函数的光强度能够改变，由此可使本发明的材料专门设计来优化光学系统。例如，可用于本发明中的层状材料的2wt％添加量能够加入到125微米光学元件的最外层中。如果含有层状材料的最外层向着光源取向，与最外层远离光源取向的情况相比，则作为角度的函数的漫射光强度将比正常的小。该光学元件优选能够具有几个层，它含有不同wt％添加量的可用于本发明中的层状材料，以便在光传播方向上产生光漫射梯度。
本发明的光学元件的优选的光透射率是至少85％。高的光透射率为背光显示提供改进的亮度，而同时漫射背光源。至少85％的光透射率使得背光源被漫射和使LC设备的亮度最大化，显著改进LC设备的图像质量以供户外使用，其中LC屏幕必须与自然太阳光竞争。
本发明的光学组件的优选雾度大于80％。大于80％的雾度提供了镜面光源如在液晶显示器中见到的那些光源的优异光漫射。在本发明的另一优选实施方案中，光学组件的雾度是在20-60％之间。具有在20和60％之间的雾度的光漫射体提供高的光透射和低的光漫射，对于减少当两个规则组的线重叠时所引起的所不需要的莫尔条纹是优异的。在LCD中，当两片的棱镜膜重叠来准直刚好在偏振片之前的光时，产生了莫尔图案。在本发明的再一个实施方案中，本发明的光学组件的雾度是低于10％。低于10％的雾值是可见光的外部漫射体所需要的，这是目前在许多便携式显示设备的外部见到的防护光漫射体片所要求的。光漫射体的要求是低的雾度值以消除图像的任何所不需要的像素化(pixilization)并保护精细光学膜避免指印和划痕。
适于本发明的层状材料能够包括任何无机相，需要地包括有较高的长宽比的片形的层状材料。然而，根据本发明，具有高的长宽比的其它形状也是理想的。适合于本发明的层状材料包括页硅酸盐类，例如，蒙脱土，特别是钠蒙脱土，镁蒙脱土，和/或钙蒙脱土，囊脱石，贝得石，富铬绿脱石，锂蒙脱石，皂石，锌蒙脱石，sobockite，硅镁石，svinfordite，蛭石，magadiite，kenyaite，滑石，云母，高岭石，和它们的混合物。其它有用的层状材料包括依利石(illite)，混合层状伊利石/蒙脱石矿物，如伊利石(ledikite)，以及依利石与以上命名的粘土矿物的掺合物。其它有用的层状材料，尤其对于阴离子基质聚合物有用的，是层状双氢氧化物或水滑石，如Mg6Al3.4(OH)18.8(CO3)1.7H2O，它们在中间层空间中具有正电性的层和可交换的阴离子。在层上有很少或没有电荷的其它层状材料是有用的，只要它们用可以膨胀它们的层间距的溶胀剂来插层。此类材料包括氯化物如FeCl3，FeOCl，硫族化物如TiS2，MoS2和MoS3，氰化物如Ni(CN)2和氧化物如H2Si2O5，V6O13，HTiNbO5，Cr0.5V0.5S2，V2O5，Ag掺杂的V2O5，W0.2V2.8O7，Cr3O8，MoO3(OH)2，VOPO4-2H2O，CaPO4CH3-H2O，MnHAsO4-H2O，和Ag6Mo10O33。优选的层状材料是可溶胀的，这样其它试剂，通常有机离子或分子，能够将层状材料插层和/或片状剥离，导致无机相的需要的分散。这些可溶胀的层状材料包括2∶1型的页硅酸盐类，如在粘土文献中所定义(参阅，例如，“An introduction to clay colloidchemistry”，H.van Olphen，John Wiley & Sons Publishers)。具有50-300毫克当量/每100克的离子交换能力的典型页硅酸盐是优选的。本发明的优选的层状材料包括蒙脱石粘土如蒙脱土，囊脱石，贝得石，富铬绿脱石，锂蒙脱石，皂石，锌蒙脱石，sobockite，硅镁石，svinfordite，叙永石，magadiite，kenyaite和蛭石以及层状双氢氧化物或水滑石。最优选的蒙脱石粘土包括蒙脱土，锂蒙脱石和水滑石，因为这些材料在市场上有供应。
该上述的颗粒能够是天然的或合成的，如蒙脱石(smectite)粘土。这一区别能够影响所结合的杂质的粒度和/或量。典型地，合成粘土具有较小的横向尺寸，和具有较小的长宽比。然而，与天然粘土相比，合成粘土是较纯的和具有窄的粒度分布，和不需要更进一步提纯或分离。对于本发明，颗粒应该具有在0.01μm和5μm之间，优选在0.05μm和2μm之间，更优选在0.1μm和1μm之间的横向尺寸。颗粒物的厚度或垂直尺寸能够在0.5nm和10nm之间，和优选在1nm和5nm之间变化。该长宽比，它是颗粒的最大和最小尺寸的比率，对于本发明应该是在10∶1和1000∶1之间。有关颗粒的尺寸和形状的上述限制可以确保在纳米复合材料的一些性能上的足够改进，而不会损害其它性能。例如，大的横向尺寸可以导致长宽比的增加，机械和阻隔性能的改进的理想标准。然而，非常大的颗粒能够因为有害的光散射而引起光学缺陷，并且磨损加工、运输和精整设备以及其它组件。
颗粒在本发明的光学组件中的浓度能够根据需要来变化；然而，它优选是粘结剂的＜10wt％。显著较高量的粘土能够通过赋予它以脆性而损害光学组件的物理性能，而且难于加工。另一方面，太低浓度的粘土无法实现所希望的光学效果。优选的是，粘土浓度被保持在1和10％之间，更优选是在1.5和5％之间，以获得最佳效果。
该颗粒材料，通常需要由一种或多种插层剂的处理，以提供所需要的层间溶胀和/或与基质聚合物的相容性。所获得的层间距对于在本发明的实施中的已插层的层状材料的性能是关键的。这里使用的“层间距”是指在层的表面之间的距离，当它们在任何层离(或层剥离)发生之前组合到插层材料中时。优选的粘土材料通常包括中间层或可交换的阳离子如Na+，Ca+2，K+，和Mg+2。在这些状态下，这些材料在主体聚合物熔体中不发生层离，与混合无关系，因为它们的层间距通常是非常小的(通常等于或低于约0.4nm)，因此层间的内聚能是比较强烈的。而且，该金属阳离子没有协助在层和聚合物熔体之间的相容性。
在本发明中，颗粒优选被溶胀剂或插层剂所插层，以增大层间距到所需的值。通常，层间距应该是至少0.5nm，优选至少2nm，根据X射线衍射法所测定。该粘土与溶胀剂或插层剂重量比可以在0.1∶99.9和99.9∶01之间变化，但优选在1∶99和90∶10之间和更优选在20∶80和80∶20之间。
该溶胀剂或插层剂能够是有机材料，优选包括亲水性的组分，和更优选也包括亲脂性组分。可以相信该亲水性组分参与了插层而亲脂性组分参与了蒙脱石(smectite)粘土的相容化。上述的有机材料能够包括表面活性剂，嵌段共聚物和/或乙氧基化醇。在大多数优选的实施方案中，上述的有机材料是嵌段共聚物或乙氧基化醇，类似于在案卷(dockets)82,859；82,857；和82,056中公开的那些。
可用于本发明中的优选的嵌段共聚物是两亲性的和具有亲水性和亲脂性组分。此外，可用于本发明中的嵌段共聚物能够属于双嵌段或“A-B”型，其中A表示亲水性的组分和B表示亲脂性的组分或三嵌段或“A-B-A”型。例如，该嵌段共聚物可以包括三个嵌段和该基质可以包括共聚物或与共聚物的至少一个嵌段相容的聚合物的共混物。同时，当该基质是聚合物的共混物时，在共混物中的各聚合物与共聚物的单独嵌段相容。在本发明中可用于亲水性组分的一种目前优选类型的聚合物组分是聚(烯化氧)如聚(环氧乙烷)。这里使用的术语聚(烯化氧)包括从烯化氧衍生的聚合物，如包括环氧乙烷和环氧丙烷的混合物的聚(环氧乙烷)。最优选的是聚(环氧乙烷)，归因于它在本发明中的有效性，其通过氢键和离子相互作用插层粘土晶格的公知能力，以及它的热加工性能和润滑性。这里使用的术语聚(烯化氧)包括从烯化氧衍生的聚合物，如包括环氧乙烷和环氧丙烷的混合物的聚(环氧乙烷)。最优选的是聚(环氧乙烷)，主要归因于它在本发明中的有效性，它在一定范围的分子量和化学参数内可从市场上商购，从而在嵌段共聚物的合成中获得宽的选择余地。
聚(环氧乙烷)在本领域中为大家所熟知并描述在例如美国专利3,312,753的第4栏中。有用的(烯化氧)嵌段含有一系列互联的亚乙基氧基单元和能够由下式表示：
                    [CH2-CH2-O]n其中一个单元的氧基连接于该系列的相邻亚乙基氧基单元的相邻氧亚乙基基团的亚乙基基团上。
其它有用的亲水性组分包括聚6，(2-乙基噁唑啉)，聚(亚乙基亚胺)，聚(乙烯基吡硌烷酮)，聚(乙烯醇)，聚丙烯酰胺，聚丙烯腈，多糖和葡聚糖。
可用于本发明中的聚合物的嵌段的亲脂性组分也能够选自许多通常的组分。该亲脂性组分体现特征在于它在用于本发明中的粘结剂聚合物中是至少部分溶混的，和/或与粘结剂聚合物相互作用，例如，通过酯基转移作用。对于聚酯粘结剂而言，该亲脂性嵌段包括聚酯。举例性质的亲脂性组分能够从例如下面单体衍生而来：己内酯；丙内酯；β-丁内酯；δ-戊内酯；ε-己内酰胺；乳酸；乙醇酸；羟丁酸；赖氨酸的衍生物；和谷氨酸的衍生物。
其它有用的亲脂性组分能够从α，β-烯属不饱和单体，如烯烃，苯乙烯类和丙烯酸酯类衍生。聚合物形式包括聚己酸内酯，聚丙内酯，聚β-丁内酯，聚δ-戊内酯；聚ε-己内酰胺；聚乳酸；聚乙醇酸；聚羟基丁酸；聚赖氨酸的衍生物；和聚谷氨酸的衍生物，聚烯烃类，聚苯乙烯，聚丙烯酸酯类，以及α，β-烯属不饱和单体如烯烃、苯乙烯和丙烯酸酯类的聚合物。优选的组分包括聚酯，聚己酸内酯，聚酰胺，和聚苯乙烯，归因于它们在本发明中的有效性和与宽范围的工程热塑性塑料的相容性。
亲水性组分和亲脂性组分的分子量不是关键的。亲水性组分的分子量的有用范围是在300和50,000之间和优选在1,000和25,000之间。亲脂性组分的分子量是在1,000和100,000之间和优选在2,000和50,000之间。对于聚酯的基质聚合物，优选的基质相容性嵌段包括50-500个己内酯的单体重复单元。对于聚乙烯的基质聚合物，另一种优选的基质相容性嵌段包括25-100个乙烯的单体重复单元。优选的分子量范围经过选择以确保在各种条件下的合成和加工的容易性。
乙氧基化醇是从非常长的链的、线性的合成醇类衍生的一类非离子型表面活性剂。这些醇是作为低分子量乙烯均聚物的官能化衍生物来生产。这些在与环氧乙烷或环氧丙烷反应时得到已知为烃氧基化(oxylated)醇类的缩合产物。烃部分的平均链长度能够在12和106个碳之间，但不局限于这。它优选是在26-50个碳范围中。
乙氧基化醇分子的亲水性和亲脂性部分的相对效率可通过改变起始醇，改变环氧乙烷的量，或通过使用环氧丙烷来控制。该环氧乙烷或环氧丙烷含量能够在1-99wt％，优选10-90wt％范围。因此该表面活性剂化学能够在宽范围内专门设计，以用于各种各样的应用中。典型地，它们已经用作在油漆，涂料和油墨中的颜料的分散助剂。它们已经用作塑料的脱模剂组分，非离子乳化剂，纺织加工和整理的乳化剂/润滑剂。本发明发现烃氧基化(oxylated)醇，特别是乙氧基化醇，可以被用于蒙脱石(smectite)粘土的插层。这些插层的粘土容易地被分散在商购的聚烯烃聚合物中并且由乙氧基化醇产生的插层的程度在分散之后没有降低。
用于本发明中的蒙脱石(smectite)粘土和插层剂(优选嵌段共聚物和/或乙氧基化醇)能够相互作用，以便利用现有技术的制造纳米复合材料的任何合适方式来插层。例如，该粘土能够分散在合适的单体或低聚物中，随后进行聚合。另外地，该粘土能够与嵌段共聚物，低聚物或它们的混合物在一定温度下，优选与它们的熔点相当或更高的温度下进行熔融共混，然后剪切。在另一个方法中，该粘土和该嵌段共聚物能够在溶剂相中相结合以实现插层，随后通过干燥而除去溶剂。在上述方法中，涉及到熔融共混的一种方法是优选的，以便于加工。
在本发明的优选实施方案中该粘土，与任何任选的附加物一起，与本发明可用的插层剂一起在合适的双螺杆配混机中进行熔融共混，以确保适当的混合。用于下面详细描述的实验中的双螺杆配混机的例子是Leistritz Micro 27。双螺杆挤出机是根据积木式结构原理来建造。因此，添加剂的混合，树脂的停留时间，以及添加剂的添加点能够通过改变螺杆设计，机筒设计和工艺参数来容易地改变。该Leistritz机器就是此类多用途的机器。类似的机器也能够由其它双螺杆配混机制造商象Werner and Pfleiderrer和Berstorff来提供，它们以顺转或反转模式来操作。该Leistritz Micro 27配混机也能够在顺转或反转模式下操作。
Leistritz配混机的螺杆具有27mm直径，它们具有40倍直径的功能长度。这一配混机的机筒段的最大数目是10。这一配混机的最大螺杆旋转速度是500rpm。这一双螺杆配混机被提供了主进料器(经由它进给树脂)，而添加剂可以使用主进料器中的一个或使用两侧柱塞式注压机来进料。如果侧边柱塞式注压机用于进给添加剂，则螺杆设计需要适当地构型设计。粘土在嵌段共聚物中添加的优选模式是通过使用侧边柱塞式注压机来实现，以通过适当的粘性混合来确保粘土的插层和通过聚合物基质来确保填料的分散以及控制添加剂的热历史。按照这一模式，插层剂通过使用主树脂进给器来进料，接着通过下游侧柱塞式注压机来添加粘土。另外地，该粘土和插层剂能够在相同位置通过使用主进料器来进料。
在本发明的再一实施方案中，该粘土，插层剂和粘结剂聚合物与任何任选的附加物一起，在合适的双螺杆配混机中进行熔融共混。粘土和插层剂在基质聚合物中添加的优选模式的一种是使用侧边柱塞式注压机来确保通过适当的粘性混合来实现粘土的插层；利用下游侧柱塞式注压机首先添加插层剂，接着添加粘土，或反之亦然。添加的模式将由插层剂的特性决定。另外地，该粘土和插层剂进行预先混合和经由单个侧边柱塞式注压机来进料。这一方法是特别合适的，如果仅仅有一个侧边柱塞式注压机进口可供使用的话，并且还对螺杆设计有限制。也优选的是这样一些方法，其中该粘土和插层剂在与粘结剂树脂相同的位置上通过使用主进料器来进料。
在本发明的另一个优选实施方案中，该粘土，与任何任选的附加物一起，通过使用任何合适的混合设备如单螺杆配混机，掺混机，混合器，刮勺，压机，挤出机，或模塑机，与本发明可用的插层剂进行熔融共混。
在包括合适的粘结剂聚合物和可用于本发明的已插层的粘土两者的制品的形成中，本领域中已知的任何方法，包括以上提及的那些方法，都能够使用。
本发明的最终产品，包括该粘土，插层剂和粘结剂聚合物与任何任选的附加物一起，能够由任何合适的方法来形成，例如，挤出，有或者没有单轴或双轴取向的共挤出，同时或连续的拉伸，吹塑，注塑，层压，溶剂浇铸，涂敷，拉伸，纺丝，或压延。
由于本发明的光学组件典型地与其它光学网片材料相结合使用，具有大于500MPa的弹性模量的光漫射体是优选的。大于500MPa的弹性模量可使光漫射体与压敏粘合剂一起层压，以便与其它光学网片材料相结合。此外，因为该光漫射体是在机械意义上的韧性，该光漫射体更能够承受装配工艺的严酷条件，与显得精细和难于组装的现有技术领域的浇铸型漫射膜相比。具有大于0.6GPa的抗冲击性的光漫射体是优选的。大于0.6GPa达到抗冲击性使得光漫射体能够耐划痕和机械变形，这些划痕和机械变形能够引起光的所不希望有的不均匀的漫射，导致在LC设备中的“热”斑。
光学组件的厚度优选是低于250微米或更优选在12.5和50微米之间。LC设备的现代设计趋势是向着更轻和更薄的设备来努力。通过将光漫射体的厚度降低到低于250微米，该LC设备被制得更轻和更薄。此外，通过降低光漫射体的厚度，该LC设备的亮度可通过降低光透射率来改进。光漫射体的更优选的厚度是在12.5和50微米之间，这进一步允许光漫射体方便地与LC设备中的其它光学材料如亮度增强膜相结合。此外，通过降低光漫射体的厚度，漫射体的材料含量减少。在本发明的另一优选实施方案中，光学组件的厚度度是在0.5-5微米之间。这一厚度允许本发明可用的在粘结剂中的层状颗粒物被涂敷在辅助网片材料或附加的光学组件如盖板或亮度增强膜上以减少因为有序的棱镜图案所引起的莫里埃(morie)图案。
跨越该漫射体的光学组件的该厚度均匀性优选是低于0.10微米。厚度均匀性被定义为在最大漫射体厚度和最小漫射体厚度之间的漫射体厚度差异。通过将本发明的光漫射体取向，漫射体的厚度均匀性低于0.10微米，使得与浇铸涂层的漫射体相比，跨越LC设备有更均匀漫射。随着LC市场朝着更大尺寸(40厘米对角或更大)发展，该光漫射的均匀性变成了重要的图像质量参数。通过提供在跨越该漫射网片具有低于0.10微米的厚度均匀性的光学元件，保持了图像的质量。
对于本发明的光学组件，复合双轴取向聚合物片是优选的，并通过芯和表层的共挤压，随后双轴取向来制造。对于双轴取向的层，双轴取向片的合适类型的热塑性聚合物和优选的复合片的芯基质聚合物包括聚烯烃。合适的聚烯烃包括聚丙烯，聚乙烯，聚甲基戊烯，聚苯乙烯，聚丁烯和它们的混合物。聚烯烃共聚物，包括丙烯和乙烯如己烯，丁烯，和辛烯的共聚物，也是有用的。本发明的光学组件优选提供了一个或多个无空隙的表层。该复合片是用与芯基质相同的聚合物材料制备了表层，或它被制备了具有与芯基质不同的聚合物组成的表层。为了相容性，使用辅助层来促进该表层与芯的粘结。任何合适的聚酯片可以用于这一部件，只要它是取向的。该取向为多层结构提供附加的强度，当显示器组装时提供了增强的装卸性能。
包括聚酯的光学组件也是优选的，因为取向聚酯具有优良的强度，抗冲击性和耐化学性。用于本发明中的聚酯应该具有在50℃-150℃之间，优选在60℃-100℃之间的玻璃化转变温度，应该是可取向的，并具有至少0.50，优选0.6到0.9的特性粘度。合适的聚酯包括从具有4-20个碳原子的芳族，脂肪族，或环脂族二羧酸和具有2-24个碳原子的脂肪族或脂环族二醇生产。合适的二羧酸的例子包括对苯二甲酸，间苯二甲酸，邻苯二甲酸，萘二甲酸，琥珀酸，戊二酸，己二酸，壬二酸，癸二酸，富马酸，马来酸，衣康酸，1，4-环己烷二羧酸，磺酸钠基间苯二甲酸，和它们的混合物。合适二醇的例子包括乙二醇，丙二醇，丁二醇，戊二醇，己二醇，1，4-环己烷-二甲醇，二甘醇，其它聚乙二醇和它们的混合物。此类聚酯是在本领域中为大家所熟知的并可通过公知的技术，例如在美国专利No2,465,319和2,901,466中描述的那些技术来生产。优选的连续基质聚合物是这样一些聚合物，它具有从对苯二甲酸或萘二甲酸和选自乙二醇、1，4-丁二醇和1，4-环己烷二甲醇中的至少一种二醇形成的重复单元。聚(对苯二甲酸乙二酯)，它可通过少量的其它单体来改性，是特别优选的。聚丙烯也是有用的。其它合适的聚酯包括通过包含合适量的辅助酸组分如均二苯乙烯二羧酸所形成的液晶共聚酯。此类液晶共聚酯的例子是公开在美国专利No 4,420,607；4,459,402；和4,468,510中的那些。
聚酯漫射体片的共挤出，淬火，取向，和热定形可通过在生产取向聚酯片的现有技术领域中已知的任何工艺，如通过平片材工艺或吹泡或管膜工艺来进行。该平片材工艺包括将该共混物挤出穿过缝模和在冷却铸塑转鼓上快速地骤冷所挤出的网片，以使得片的芯基质聚合物组分和表层组分被骤冷到它们的玻璃固化温度之下。骤冷的片然后通过在高于玻璃化转变温度、低于基质聚合物的熔化温度的温度下，沿着互相垂直方向拉伸，进行双轴取向。该片可以在一个方向上和然后在第二方向上拉伸或在两方向上同时拉伸。在片已经拉伸之后，通过加热至足以使聚合物结晶或退火的温度，同时在一定程度上限制在两拉伸方向上该片的回缩，来将该片热定形。
以上提到的任选的附加物能够包括成核剂，填料，增塑剂，耐冲击性改进剂，链增长剂，着色剂，润滑剂，抗静电剂，颜料如二氧化钛，氧化锌，滑石，和碳酸钙，分散剂如脂肪酰胺，(例如，硬脂酰胺)，金属脂肪酸盐，例如，硬脂酸锌，和硬脂酸镁，着色剂或染料如群青或钴紫，抗氧化剂，荧光增白剂，紫外线吸收剂，阻燃剂，增韧剂，和交联剂。这些任选的附加物和它们的相应量能够根据需要来选择。
用于将光学组件的聚酯表层改变颜色的优选的附加物包括能够耐受大于320℃的挤出温度的着色颜料。这允许聚酯的高温共挤出，而没有着色剂的任何降解。
能够添加的本发明的另一个优选的附加物是荧光增白剂。荧光增白剂大体上是无色的，荧光的有机化合物，它吸收紫外光和将它作为可见蓝光来发射。例子包括但不限于4，4’-二胺基茋-2，2’-二磺酸的衍生物，香豆素衍生物如4-甲基-7-二乙基氨基香豆素，1-4-双(邻-氰基苯乙烯基)安息油和2-氨基-4-甲酚。荧光增白剂的这一高效使用有出乎意外的需要的特征。因为透射显示材料的紫外光源处于图像的相对侧上，紫外光强度不会被成像层所常用的紫外线滤光镜所减少。结果是，为了达到所希望的背景颜色而需要较少的荧光增白剂。
本发明的取向热塑性漫射体片可与选自光学补偿膜，偏振膜和基材构成，液晶层组合使用。本发明的取向膜优选通过取向膜/偏振膜/光学补偿膜的按顺序组合来使用。对于将上述膜与液晶显示器组合使用的情况，膜优选彼此通过例如粘性粘合剂来粘结，以最大程度减少反射损失。该粘性粘合剂优选是折射指数接近取向膜的那些，以便抑制光的界面反射损失。
本发明的取向热塑性漫射片与由透明聚合物制成的膜或片组合使用。此类聚合物的例子是聚酯，如聚碳酸酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯，丙烯酸类聚合物如聚甲基丙烯酸甲酯，和聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚醚砜，聚砜，聚芳酯和三乙酰基纤维素。
本发明的取向热塑性漫射体片可以与例如添加剂或润滑剂如硅石相结合以改进膜的可拉伸性和表面滑溜度，在不损害光学特性而改变对于入射角的光散射特性的范围内。此类添加剂的例子是有机溶剂如二甲苯，醇或酮，丙烯酸树脂，硅酮树脂或金属氧化物或填料的微粒。
本发明的光学组件通常具有光学各向异性。热塑性聚合物的双轴拉伸膜一般是光学各向异性材料，它显示出了在拉伸方向上具有光轴的光学各向异性。该光学各向异性由膜厚度d和双折射率Δn的乘积来表达，双折射率Δn是在膜的平面上在慢光轴方向上的折射指数和在快光轴方向上的折射指数之间的差值，即Δn*d(迟滞)。取向方向与本发明的膜中的拉伸轴一致。该拉伸轴是对于具有正的特性双折射的热塑性聚合物而言的慢光轴的方向和是具有负的双折射的热塑性聚合物的快光轴的方向。对于Δn.*d的值的所需水平没有明确的要求，因为该水平取决于膜的应用，然而，它优选是50纳米或更多。
本发明可以与任何液晶显示器相结合使用，它们的典型排列在下文中进行描述。液晶(LC)广泛用于电子显示。在这些显示系统中，LC层位于偏振层和分析器层之间和具有引导器(director)，后者显示了通过该层的角向(azimuthal)扭曲，相对于法线轴。该分析器经过取向，使得它的吸收轴垂直于偏振器的轴。被偏振器偏振极化的入射光穿过液晶元件，受到在液晶中的分子取向的影响，它能够通过在元件两端上施加电压来改变。通过使用这一原理，光从外光源的透射，包括环境光在内，能够加以控制。实现这一控制所需要的能量一般低于在其它显示类型如阴极射线管中使用的发光材料所需要的能量。因此，LC技术用于许多应用中，其中包括但不限于：数字钟，计算器，便携式计算机，电子游戏机，其中轻重量，低电耗和长的使用寿命是重要的特征。
有源矩阵液晶显示器(LCD)使用薄膜晶体管(TFT)作为驱动各液晶像素的转换装置。这些LCD能够无交扰地显示较高明晰度的图像，这是由于各液晶像素能够有选择地驱动。光模干涉(OMI)显示是液晶显示器，它们是“正常白色”，即光传输穿过断路状态的显示层。使用扭转向列液晶的LCD的操作模式粗略地分成双折射模式和光学旋转模式。“膜-补偿超扭转向列”(FSTN)LCD通常是黑色的，当在不施加电压时光透射在断路状态下受到抑制。OMI显示器据报道具有更快的响应时间和宽的操作温度范围。
来自白炽灯泡或来自太阳的普通光是无规地极化的，即，它包括在全部可能方向上取向的波。偏振器是一种二色性材料，其用于将光的无规极化(“未极化”)光束转变成极化光束，通过从入射光束中选择性除去两个垂直面-极化分量中的一个。线性偏光镜是液晶显示器(LCD)设备的关键组件。
现有几种类型的高二色性比偏振器，它具有足够的光学性能以用于LCD设备中。这些偏振器由材料的薄片制成，它传输一个偏振分量和吸收另一相互正交分量(这一效果已知为二色性)。最常用的塑料片偏振器是由薄的、单轴拉伸的聚乙烯醇(PVA)膜组成，它以或多或少的平行方式排列PVA聚合物链。该排列的PVA然后用碘分子或着色的二色性染料的结合物来掺杂(参见，例如，EP 0 182 632 A2，Sumitomo ChemicalCompany，Limited)，它吸收和由PVA单轴取向而产生了具有中性灰色颜色的高度各向异性基质。为了以机械地方式支持脆的PVA膜，它然后在两面上层压了三乙酰基纤维素(TAC)的刚性层，或类似的支持体。
对比度，彩色复制，和稳定的灰度标强度是使用液晶技术的电子显示器的重要的质量属性。限制液晶显示器的对比度的主要因素是光通过液晶元件或池“漏光”的倾向，它们处于黑暗或“黑色“像素状态。此外，液晶显示器的漏光和因此对比度也取决于显示屏观察的角度。典型地，该最佳对比度仅仅在以显示器的法向入射为中心的窄观察角度内可以观察到，并且当观察角度增大时将快速地减少。在彩色显示器中，该漏光问题不仅降低对比度，而且引起颜色或色调偏移，还有彩色复制的相关退化。除黑色状态漏光之外，在典型的扭转向列液晶显示器中的窄视角问题通过作为视角的函数的在亮度-电压曲线中的偏移而加剧，归因于液晶材料的光学各向异性。
当膜用作背光系统中的光散射膜时，本发明的光学元件膜能够均匀化该照度。背光LCD显示屏，如用于便携式计算机中，可具有相对固定的光源(例如荧光灯)或比较靠近LCD屏幕所设置的一排相对固定的光源，这样对应于光源的各“热点”可以检测到。该光学元件用于将整个显示器的照度整理均匀。液晶显示器包括具有驱动方法(选自例如有源矩阵驱动和简单的矩阵驱动)和液晶模式(选自例如扭转向列型，超扭转向列型，铁电液晶和反铁电液晶模式)的组合的显示设备，然而，本发明不受上述组合的限制。在液晶显示器中，本发明的取向膜对于放置在背光的前面是必要的。本发明的光学元件能够整理均匀了跨越该显示器的液晶显示器的光亮度，这是因为膜具有优良的光散射特性，以便将光膨胀而在所有方向上得到优异能见度。虽然上述效果甚至通过此类取向膜的单次使用来实现均匀，很多数量的膜可以结合使用。该均化光学元件能够以透射模式放置在LCD材料的前面，以便分配该光和使之更加均匀。本发明可用作光源变性(destru1cturing)设备。在许多应用中，希望从光源本身的输出端中除去细丝(filament)的结构，这些结构会在某些应用中成为问题，因为跨越该样品所分配的光将发生变化和因此是不需要的。在光源被取代之后光源细丝(filament)或弧光(arc)的取向的变化也能够产生错误的和似是而非的读数。放置在光源和检测器之间的本发明的均化光学元件能够从光源的输出额中消去任何痕量的细丝结构，因此引起从光源到光源的，等同的均化输出额。
该光学元件通过提供令人满意的均化光(如果需要，可以检测)来控制各阶段的光亮度。在舞台和电视制作中，各种各样的舞台灯光必须用来达到为适当的照明所需要的全部不同的效果。这要求使用许多不同的灯，这是麻烦的和花费大的。当需要时，放置在灯上的本发明的膜能够得到几乎无限制的柔性分散光。结果，几乎任意对象，移动的或不是，并且具有任何形状，能够正确地被照亮。
通过在本发明的取向膜上施加由例如金属薄膜组成的反射层所形成的反射膜，例如，能够用作交通标志的向后反射构件。它能够以施加于汽车，自行车，或人上的状态使用。
本发明的光学元件也可用于法律实施和安全防范系统的区域中，以便在整个确保区域之上将来自激光二极管(LD)或发光二极管(LED)的输出进行均化，为红外(IR)检测器提供更高的对比度。本发明的膜也用于从使用LED或LD源的设备(如在银行笔记读出器或表皮处理设备)中除去结构。这导致更大的精确性。
如果光学纤维元件的一个在外科手术过程中发生断裂的话，安装在外科医生头盔上的光学纤维灯组装体能够扰乱在外科现场的强度变化。放置在纤维束末端上的本发明的光学元件会使来自剩余纤维的光发生均化并消除来自落在病人身上的光的任何痕量的断裂纤维。标准磨砂玻璃漫射体在这一应用中不是有效的，归因于显著的反向散射引起光通量的损失。
本发明的光学元件也能够通过将光源的细丝或弧光加以变性(destructuring)来均匀地照亮在显微镜下方的样品，得到均匀地照亮的视野。膜也能够用于将通过纤维传播的各种模式，例如来自螺旋模式纤维的光输出，加以均化。
本发明的光学元件也具有重要的建筑用途，如为工作和生活空间提供合适的光。在典型的工业应用中，廉价的光学元件用于将光漫射在房间中。取代这些普通的漫射体的本发明的均化器提供了更均匀的光输出，因此光线在所有角度被均匀地漫射到房间的各个地方而且没有热点。
本发明的光学元件也可用于漫射照亮艺术作品的光线。该光学元件提供合适的有适当尺寸的和被引导的孔以便按照最需要的方式来描绘该艺术作品。
此外，本发明的取向膜能够广泛地用作光学设备如显示设备的部件。例如，它能够用作与反射膜如在反射式液晶显示器中的金属膜层压在一起的光反射板或，对于将金属薄膜设置到该设备的后侧(与观察者相反)上的情况，与液晶显示器的背光系统的上述光散射板一起，引导膜到正面侧(观察者那一侧)的正面散射膜。本发明的光学元件通过层压由ITO膜表示的氧化铟组成的透明导电层来用作电极。如果该材料用于形成反射式屏幕，例如正面投影幕，则光反射性层施加于该光学元件聚合物表面上。
实施例
在这一系列的实施例中，市场上可买到的聚酯聚合物与NaCloisite一起熔融挤出。在下面的实施例中，相对于聚酯的粘土wt％添加量，相对于聚酯的相容剂wt％添加量以及厚度被加以改变，以生产一系列的LC漫射体片。下面的实施例表明，含有微细层状颗粒在粘结剂中的分散体的聚酯聚合物漫射体片会提供优异的光漫射和高光透射，两者是可见光漫射片所需要的。
下列材料用于制造本发明的实施例
微细的层状颗粒物：
钠Cloisite粘土，它是天然蒙脱土，由Southern Clay Products提供。该颗粒具有1-5nm的微细尺寸或厚度数值平均值以及在1-5nm范围内的平均基面间距。
聚酯粘结剂：
两种类型的聚酯树脂的共混物用作供微细层状颗粒物的分散用的粘结剂，它以平均1-3wt％的量存在于粘结剂中：
(i)PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)7352
(ii)PETG(聚对苯二甲酸乙二醇酯-乙醇酸酯)完全无定形的聚酯，两者由Eastman Chemicals提供。
插层剂：
所使用的插层剂是已知用于插层粘土的下面两种共聚物中的任何一种：
(i)PEO-b-PCL，嵌段共聚物聚(环氧乙烷-b-己内酯)，PEO∶PCL分子量比率为5000∶20000。
(ii)Pebax 1074，嵌段共聚物聚(醚-b-酰胺)，以前由Elf Atochem提供。
样品制备和试验：
聚酯、粘土和插层剂按照不同的比率，在具有40倍直径的功能长度的27mm直径双螺杆Leistritz配混机中进行配混。这一配混是在400rpm下和在260℃下进行。配混之后的材料进一步与更多聚酯共混，在～270℃下挤出成铸塑片。铸塑的片随后被双轴拉伸了3.3×3.3以形成本发明的实施例。
漫射膜样品是用装有积分球的Hitachi U4001 UV/Vis/NIR分光光度计来测量的。通过将样品放置在光束出口向着积分球来测量总透射光谱。将已校准的99％漫射性地反射标准物(NIST-可追踪的)放置在正规样品口上。按类似方式测量该漫射透光谱，但99％瓦片(tile)被除去。通过将样品放置在样品口，让涂层侧边向着积分球，来测量漫反射谱。为了的样品背光中排除反射，在样品之后不放置任何东西。全部的谱是在350和800nm之间获得。因为漫反射率结果是相对于99％瓦片来引用，该值不是绝对的，但需要由99％瓦片的校正报告来校正。
百分总透射光是指在所有角度透过样品的光的百分比。漫射透光率被定义为穿过样品的光的百分比，从入射光角度中排除2度角度。该漫射光传输效率是通过漫射透射穿过样品的光的百分比。漫反射率被定义为由样品反射的光的百分比。在实施例中引用的百分比是在500纳米下测量的。这些值不必累加到100％，归因于样品的吸收性或在所测量的样品中的轻微的变化。样品被测量％光透射和雾度，结果列于下表1中。
表1
 样品                    组成 厚度  百分透射率  雾度
 粘结剂％  粘土％  相容剂wt％ 微米
 K02-6-2  97.14  2  0.86(PEO-b-PCL) 40  84  69
 K02-6-4  97.14  2  0.86(PEO-b-PCL) 20  87  58
 K02-6-5  97.14  2  0.86(PEO-b-PCL) 13  88  48
 K02-6-6  97.71  1.6  0.69(PEO-b-PCL) 25  87  53
 K02-6-7  98.57  1  0.43(PEO-b-PCL) 21  90  41
 K02-6-9a  97.14  2  0.86(Pebax) 21  86  63
 K02-6-9b  97.14  2  0.86(Pebax) 38  85  68
 K02-6-13a  96.57  2.4  1.03(PEO-b-PCL) 38  87  68
 K02-6-13b  96.57  2.4  1.03(PEO-b-PCL) 38  81  79
 K02-6-14a  96.19  2.67  1.14(PEO-b-PCL) 28  85  70
 K02-6-14b  96.19  2.67  1.14(PEO-b-PCL) 39  82  77
 K02-6-15  95.71  3  1.29 25  82  75
 K02-6-16  96.19  2.67  1.14(PEO-b-PCL) 21  82  73
如以上数据清楚地显示，微细层状材料(钠Cloisite粘土)在聚合物粘合剂(聚酯)中的少量添加可提供可见光能量的优良的光漫射。NaCloisite粘土的小重量添加使得在雾度上有较大提高，而没有显著地改变％透射率。这允许雾度的单独控制，没有在％透射率上的显著变化，可使光学系统设计者通过增大或减少雾度来优化显示系统的输出而没有在亮度上的损失。此外，41的雾度值(样品K02-6-7)可用作LCD光学叠置体中的顶部漫射体，其中需要高的透射率和低的雾度来干扰由按顺序的亮度增加膜产生的任何莫里埃图案。此外，79的雾度值(样品K02-6-13b)可用作LCD光学叠置体中的底部漫射体，其中需要高的透射率和高的雾度来漫射来自LCD光导管的任何镜面光。通过提供大于50％的雾度而同时维持高的透射率，显示设备的亮度能够改进。高亮度的显示设备具有显著的商业价值的原因在于高亮度的图像使得电池电源的消耗减少和更好地让显示设备用于需要户外阳光的条件。
另外，在聚酯片的本体中出现的光漫射使得本发明的材料可以与其它光学组件实现光学接触，因为本发明材料不需要气隙，而该气隙是使用表面粗糙度产生光漫射的其它现有技术光漫射材料所需要的。本发明材料是薄的(低于40微米)，使得本发明材料可用于其中重量和空间显得很重要的显示应用中，如蜂窝电话机和手表。
尽管这一实施例主要集中到热塑性材料在LC设备中的使用，但是本发明的材料可用于其它漫射应用中，如背光显示，含有漫散层的成像元件，镜面式家庭照明用的漫射体，背光符号和秘密屏幕。
在本说明书中引用的该专利和其它出版物的全部内容被引入本文供参考。

Claims (8)

1.一种光学组件，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。
2.权利要求1的光学组件，其中的层状材料具有在10∶1和250∶1之间的长宽比。
3.权利要求1的光学组件，其中的层状材料以相当于粘结剂的1-10wt％之间的量存在。
4.权利要求1的光学组件，其中的光透射率是至少85％。
5.权利要求1的光学组件，其中的层状材料包括蒙脱石粘土。
6.权利要求1的光学组件，其中的层状材料包括层状双氢氧化物。
7.权利要求1的光学组件，其中的层状材料包括被插层到蒙脱石粘土中的烃氧基化醇。
8.权利要求1的光学组件，其中的微细层状材料具有0.01到5μm的横向尺寸和0.5到10nm的厚度。
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