具有结构化表面的单轴拉伸的聚合物薄膜的制备方法

专利名称：具有结构化表面的单轴拉伸的聚合物薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及具有结构化表面的单轴拉伸制品(例如聚合物薄膜)、以及用于生产这种制品的方法。该结构化表面具有至少一个其横截面符合要求的几何特征物。
背景技术：
具有结构化表面的光学制品以及用于提供这种制品的方法是已知的。参见(例如)美国专利6,096,247和6,808,658以及美国专利申请公开2002/0154406 A1。在这些参考文献中披露的结构化表面包括微棱柱(例如微立方体)和透镜。通常，通过(例如)压印、挤出或机械加工的方式在合适的聚合物的表面上产生这些结构。
具有结构化表面的双折射制品也是已知的。参见(例如)美国专利3,213,753、4,446,305、4,520,189、4,521,588、4,525,413、4,799,131、5,056,030、5,175,030和专利申请公开WO 2003/0058383 A1和WO2004/062904 A1。
生产拉伸薄膜的方法也是已知的。通常采用该方法来改善薄膜的力学性能和物理性能。这些方法包括双轴拉伸技术和单轴拉伸技术。参见(例如)专利文献PCT WO 00/29197、美国专利2,618,012、2,988,772、3,502,766、3,807,004、3,890,421、4,330,499、4,434,128、4,349,500、4,525,317和4,853,602。此外，还参见美国专利4,862,564、5,826,314、5,882,774、5,962,114和5,965,247。此外，还参见日本未审专利申请公开平5-11114、5-288931、5-288932、6-27321和6-34815。披露了薄膜拉伸方法的其它日本未审专利申请包括平5-241021、6-51116、6-51119和5-11113。此外，还参见WO 2002/096622A1。
发明概述本发明提供一种具有结构化表面的薄膜、由其制成的制品、以及用于生产它们的新方法。该结构化表面具有至少一个其横截面形状符合要求的几何特征物。本发明的制品的一个实施方案包括一种具有结构化表面的薄膜。本发明的一个方面包括一种制品，其具有单轴取向的状态、优选在其整个厚度上为真正单轴取向的状态。结构化表面可具有多个几何特征物。该几何特征物可为长形的。该特征物大体上与该制品的第一面内轴平行排列。本发明的制品包括其上具有结构化表面的基体(land)或本体部分。该制品可具有单一一层或多个单层。本发明的制品可在其相互背对的侧面上具有结构化表面。各层可包含不同的聚合物材料。该制品可具有正或负的双折射率。
本发明的制品的一个实施方案包括一种单轴取向的、表面结构化的聚合物薄膜，该聚合物薄膜具有(a)聚合物本体，其具有(i)第一表面和第二表面，以及(ii)第一面内轴、第二面内轴和第三轴，其中所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直，所述第三轴在所述聚合物薄膜的厚度方向上、并且分别与所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直；和(b)线型几何特征物，其沿着大体上与所述聚合物薄膜的所述第一面内轴平行的方向设置在所述聚合物本体的所述第一表面上；其中所述薄膜的形状保持参数(SRP)为至少0.1。
本发明的另一个实施方案包括单轴取向的薄膜，该薄膜具有(a)聚合物本体，其具有(i)第一表面和第二表面，以及(ii)第一面内轴、第二面内轴和第三轴，其中所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直，所述第三轴在所述聚合物薄膜的厚度方向上、并且分别与所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直；和(b)线型几何特征物，其沿着大体上与所述聚合物薄膜的所述第一面内轴平行的方向设置在所述聚合物本体的所述第一表面上；其中该聚合物薄膜在所述第一面内轴的方向上的拉伸比为至少1.5，并且其中在沿着所述第二面内轴的方向上的拉伸比和沿着所述第三轴的方向上的拉伸比这二者中的较大值与较小值之比为1.4或更小，并且其中该薄膜在所述本体和所述几何特征物的厚度的方向上始终具有大体上相同的单轴取向状态。
本发明的制品的又一个实施方案包括单轴取向的、表面结构化的聚合物薄膜，该聚合物薄膜具有(a)聚合物本体，其具有(i)第一表面和第二表面，以及(ii)第一面内轴、第二面内轴和第三轴，其中所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直，所述第三轴在所述聚合物薄膜的厚度方向上、并且分别与所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直；和(b)线型几何特征物，其沿着大体上与所述聚合物薄膜的所述第一面内轴平行的方向设置在所述聚合物本体的所述第一表面上；其中，(a)所述本体的厚度(Z′)与所述几何特征物的高度(P′)之比为至少大约2；或者(b)所述本体的厚度与所述特征物的高度之比(Z′∶P′)为至少大约1，并且所述特征物的高度与所述特征物的间距之比(P′∶FS′)为至少大约1；或者(c)所述本体的厚度与所述特征物的高度之比(Z′∶P′)为至少大约1，并且所述特征物的底宽与所述特征物的间距之比(BW′∶FS′)为至少大约1；或者(d)所述本体的厚度与所述特征物的底宽之比(Z′∶BW′)为至少大约3；或者(e)所述本体的厚度与所述特征物的底宽之比(Z′∶BW′)为至少大约1，并且所述特征物的高度与所述特征物的间距(P′∶FS′)为至少大约1；或者(f)所述本体的厚度与所述特征物的底宽之比(Z′∶BW′)为至少大约1，并且所述特征物的底宽与所述特征物的间距之比(BW′∶FS′)为至少大约1；或者(g)所述特征物的底宽与所述特征物的顶宽之比(BW′∶TW′)为至少大约2，并且所述特征物的底宽与所述特征物的间距之比(BW′∶FS′)为至少大约1。
在本发明的又一个实施方案中，本发明的制品大体上如上所述，其中本体的厚度与特征物的底宽之比为至少大约3。
本发明的制品的又一个实施方案包括单轴取向的、表面结构化的聚合物薄膜，该聚合物薄膜具有(a)聚合物本体，其具有(i)第一表面和第二表面，以及(ii)第一面内轴、第二面内轴和第三轴，其中所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直，所述第三轴在所述聚合物薄膜的厚度方向上、并且分别与所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直；和(b)线型几何特征物，其沿着大体上与所述聚合物薄膜的所述第一面内轴平行的方向设置在所述聚合物本体的所述第一表面上；其中，该取向的聚合物薄膜具有(i)沿着所述第一面内轴的第一折射率(n1)，(ii)沿着所述第二面内轴的第二折射率(n2)，和(iii)沿着所述第三轴的第三折射率(n3)，其中n1≠n2且n1≠n3，并且n2和n3相对于它们与n1的差值来说，基本上是彼此相等的。在本发明的这个实施方案的一个方面中，聚合物本体的厚度与几何特征物的高度之比为至少大约2。
本发明还提供一种单轴取向的、表面结构化的制品的卷，该制品具有(a)聚合物本体，其具有(i)第一表面和第二表面，以及(ii)第一面内轴、第二面内轴和第三轴，其中所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直，所述第三轴在所述聚合物薄膜的厚度方向上、并且分别与所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直；和(b)表面部分，其具有线型几何特征物，该线型几何特征物设置在所述聚合物本体的所述第一表面上，并且该线型几何特征物沿着大体上与所述聚合物薄膜的所述第一面内轴平行的方向被设置在所述本体上。
在本发明的另一个方面中，如上所述的制品卷具有沿着第一面内轴单轴取向的聚合物薄膜。在又一个方面中，如上所述的制品卷还具有位于所述制品卷的每一个绕圈之间的缓冲层。缓冲层有助于保护结构化表面，以免结构化表面在生产、储存和运输过程中受到损害以及/或者产生变形。
在本发明中，几何特征物可为棱柱状的或透镜状的几何特征物。几何特征物可沿着第一面内轴为连续的或间断的。其可为宏观特征物或微观特征物。其可具有如以下更充分讨论的各种横截面轮廓。几何特征物可在结构化表面上重复或不重复。也就是说，结构化表面可具有多个其横截面形状相同的几何特征物。或者，结构化表面可具有多个其横截面形状不同的几何特征物。在另一个实施方案中，结构化表面可具有由可数个特征物形成的预定图案，其中该可数个特征物可以按照周期性或非周期性的方式排列。
在本发明的又一个方面中，制品具有沿着第一面内轴的第一折射率(n1)、沿着第二面内轴的第二折射率(n2)和沿着第三轴的第三折射率(n3)。在本发明中，n1≠n2且n1≠n3。也就是说，n1可大于n2和n3，或者可小于n2和n3。优选n2和n3基本上彼此相等。本发明的薄膜的相对双折射率优选为0.3或更低。
本发明还可包括多相薄膜。在这个实施方案中，该薄膜可包含多组分相分离体系(multi-component phase separation system)、或者这样一种体系，在该体系中，一个组分溶解于另一个组分中而形成处于连续基质或双连续基质中的多孔结构或微细颗粒。
本发明还可以在微结构化表面或第二表面上引入一个附加层。也可以在这两种表面中的一者或二者上引入多个附加层。可以在拉伸之前或之后加入附加层。如果在拉伸之前加入附加层，则该附加层应该是能够被拉伸的。这种层的实例包括(但不限于)减反射层、折射率匹配层和保护层。
当采用附加层时，真正单轴拉伸的方式特别有用。在这种情况下，例如横向的应力累积达到最小化，使得各层之间的粘附作用因素成为不太重要的特征。
在另一个方面中，本发明包括具有这样一种预定性质的微结构薄膜卷，该预定性质是参照由互相垂直的第一面内轴和第二面内轴以及分别与这两个面内轴垂直的、位于薄膜厚度方向上的第三轴构成的坐标系而限定的。例如，几何特征物可沿着薄膜卷的缠绕方向(即，沿着加工方向(MD))，或者它们可沿着与薄膜卷缠绕方向垂直的方向(即，沿着横向(TD))。或者，几何特征物可排列成与MD或TD方向成任何所需的角度。
本发明另外包括一种生产表面结构化的薄膜的方法。在一个方面中，本发明的方法包括以下步骤(a)提供聚合物薄膜，所述聚合物薄膜具有(i)第一表面和第二表面，其中所述第一表面具有所需的几何特征物，以及(ii)第一面内轴、第二面内轴和第三轴，其中所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直，所述第三轴在所述聚合物薄膜的厚度方向上、并且分别与所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直；以及随后(b)在大体上与所述聚合物薄膜的第一面内轴平行的方向上对所述聚合物薄膜进行拉伸；其中所述几何特征物在步骤(b)之前所具有的横截面形状在步骤(b)之后大体上得到保持。
在另一个方面中，本发明包括一种生产表面结构化的薄膜的方法，该方法包括以下步骤(a)提供聚合物薄膜，所述聚合物薄膜具有(i)第一结构化表面和第二表面，以及(ii)第一面内轴、第二面内轴和第三轴，其中所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直，所述第三轴在所述聚合物薄膜的厚度方向上、并且分别与所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直，其中所述第一结构化表面具有沿着大体上与所述第一面内轴平行的方向布置在其上面的几何特征物；以及随后(b)在大体上与所述聚合物薄膜的所述第一面内轴平行的方向上对所述聚合物薄膜进行单轴取向。
在又一个方面中，本发明包括一种生产表面结构化的薄膜的方法，该方法包括以下步骤
(a)提供工具，所述工具具有所需的结构化表面的负像；(b)使所述工具与树脂接触以产生所需的表面，所得到的所需的结构化表面具有几何特征物；c)可任选地使树脂固化以形成薄膜，所述薄膜具有(i)所需的结构化表面和与之相背的表面，以及(ii)第一面内轴、第二面内轴和第三轴，其中所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直，所述第三轴在所述聚合物薄膜的厚度方向上、并且分别与所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直；(d)从所述工具上取下所述薄膜；以及随后(e)在大体上与所述聚合物薄膜的所述第一面内轴平行的方向上对所述聚合物薄膜进行拉伸。
本发明的另一个实施方案包括一种生产所需的、具有微结构表面的薄膜的方法，其中该薄膜具有多个长形的几何微特征物。该方法包括以下步骤(a)提供工具，所述工具具有所需的微结构表面的负像；(b)向所述母模工具与第二表面之间形成的空隙中提供熔融的聚合物树脂；(c)在所述空隙中形成具有所需的微结构表面的聚合物薄膜，该薄膜具有(i)第一面内轴、第二面内轴和第三轴，其中所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直，所述第三轴在所述聚合物薄膜的厚度方向上、并且分别与所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直，以及(ii)位于大体上与所述第一面内轴平行的方向上的、具有长形微特征物的所需微结构表面；(d)从所述工具上取下步骤(c)中所述的聚合物薄膜；以及(e)在大体上与所述聚合物薄膜的所述第一面内轴平行的方向上对所述聚合物薄膜进行拉伸。
在本发明方法的一个实施方案中，制品在拉伸前具有第一取向状态，在拉伸后具有不同于该第一取向状态的第二取向状态。在另一个实施方案中，拉伸操作提供较小的、没有实质取向的物理横截面(即，较小的几何特征物)。
本发明的方法提供这样一种聚合物薄膜，其在拉伸后为双折射性的，并且具有沿着第一面内轴的第一折射率(n1)、沿着第二面内轴的第二折射率(n2)和沿着第三轴的第三折射率(n3)。
在本发明的另一个实施方案中，上述方法在薄膜的第二面内轴和第三轴这两个方向上产生大体相同比例的尺寸变化。在第二面内轴和第三轴方向上的这些成比例的尺寸变化在薄膜的拉伸过程或拉伸历程中自始至终是大体上相同的。
在本发明的另一个方面中，通过本发明的任一方法生产的薄膜在拉伸后被细纤化，以提供一根或多根具有结构化表面的单轴取向的纤维。该纤维可形成为单根纤维或者沿着其长度方向彼此连接的两根或多根纤维。
在本文中，以下术语和短语具有以下含义。
“横截面形状”及其明显的变体是指由第二面内轴和第三轴限定的几何特征物的外缘结构。几何特征物的横截面形状与物理尺寸以及存在于特征物中的缺陷或不规则物无关。
“拉伸比”及其明显的变体是指沿着拉伸方向分开的两个点在拉伸后的距离与相应这两点在拉伸之前的距离之比。
“几何特征”及其明显的变体是指存在于结构化表面上的预定的一种或多种形状。
“宏观”用作前缀是指其修饰的术语具有高度为至少1mm的横截面轮廓。
“微”或“微观”用作前缀是指其修饰的术语具有高度为1mm或更小的横截面轮廓。优选该横截面轮廓的高度为0.5mm或更小。更优选该横截面轮廓的高度为0.05mm或更小。
“单轴拉伸”及其明显的变体是指抓持住制品的相对的边缘并且仅在一个方向上对该制品进行物理拉伸的行为。本发明所述的单轴拉伸应该包括例如由于剪切作用(会在薄膜的多个部分中诱导瞬时的或相对极少量的双轴拉伸)而在薄膜的均匀拉伸过程中产生的些许非理想状态。
“结构表面”是指在其上面具有至少一个几何特征物的表面。
“结构化表面”是指通过任何会赋予表面所需的一个或多个几何特征物的技术形成的表面。
“真正单轴取向”及其明显的变体是指这样一种单轴取向状态，其中沿着第二面内轴的方向和沿着第三轴的方向测得的取向敏感性(orientation sensitive properties)基本上相等、并且它们与沿着第一面内轴的取向敏感性显著不同(参见下文)。
实际存在的物理体系通常不会具有沿着第二面内轴和第三轴为正好完全相同的性质。本文使用的术语“真正单轴取向”是指这样一种取向状态，其中沿着第二面内轴和第三轴这些轴测得的取向敏感性仅有较小量的不同。应该理解，可允许的波动量会随着预定应用的不同而变化。通常，这种薄膜的均匀性比单轴取向的精确程度更重要。这种情况在本领域中有时被称为“纤维对称”，这是因为在将又长又细的圆柱状纤维沿着其纤维轴进行拉伸时可产生这种情况。
“真正单轴拉伸”及其明显的变体是指以这样一种方式提供单轴拉伸(参见上文)的行为，该方式使得沿着第二面内轴和第三轴的拉伸比基本上彼此相同、但是它们与沿着第一面内轴的拉伸比显著不同。
“单轴取向”及其明显的变体是指制品所具有的这样一种取向状态，其中沿着第一面内轴(即，大体上与单轴拉伸方向平行的轴)测量的制品的取向敏感性不同于沿着第二面内轴和第三轴测量的取向敏感性。虽然可以测量多种性质来确定单轴取向的存在，但是除非另外指明，否则本文所关心的性质是折射率。所述的多种性质的其它示例性实例包括晶体取向和晶体形态、热膨胀和吸湿膨胀、低应力下表现为各向异性的力学顺应性、抗撕裂性、抗蠕变性、收缩、在不同波长处的折射率和吸收系数。
在叠层薄膜的情况中，除非另作说明，否则“单轴”或“真正单轴”应该适用于薄膜中的各个单层。
附图简要说明通过以下结合附图对本发明的多个实施方案所做的详细描述，可以更完全地理解本发明，其中


图1是可用于本发明中的前体薄膜的剖视图；图2是本发明的一个实施方案的薄膜的剖视图；图3A-3D是本发明薄膜的一些可供选择实施方案的剖视图；图4A-4D是可用于确定如何计算形状保持参数(SRP)的示意图；图5A-5W是可用于本发明中的一些可供选择的几何特征物的轮廓的示意性剖视图；图6是根据本发明的方法的示意图；图7是表面结构化的薄膜在拉伸过程前后的立体图，其中拉伸后的薄膜是单轴取向的；图8是用于对本发明的薄膜进行单轴拉伸的方法的示意图，该图还示出了表示加工方向(MD)、法线(即，厚度)方向(ND)、横向(TD)的坐标轴。
图9是本发明的制品的端视图，其具有横截面尺寸发生变化的结构化表面。
本发明可具有各种变化形式和替代形式。本发明的细节仅以举例的方式显示在附图中。但其目的并不是将本发明限定于所描述的具体的实施方案。相反，其目的在于涵盖落入本发明的精神实质和范围内的所有的变化形式、等同形式和可供选择的形式。
发明详述本发明的制品和薄膜通常具有本体部分和表面结构部分。图1表示具有第一取向状态的前体薄膜的端视图，而图2表示具有第二取向状态的本发明薄膜的一个实施方案的端视图，图3A-3D表示本发明的一些可供选择实施方案的端视图。
前体薄膜9具有初始厚度(Z)的本体或基体部分11，和具有一定高度(P)的表面部分13。表面部分13具有一系列平行的、在此表示为直角棱柱的几何特征物15。几何特征物15各自具有底宽(BW)和峰-峰间距(PS)。该前体薄膜的总厚度T等于P+Z之和。
具体参照图2，本发明的薄膜10具有一定厚度(Z′)的本体或基体部分12，和具有一定高度(P′)的表面部分14。表面部分14具有一系列平行的几何特征物16(包括棱柱)。几何特征物16各自具有底宽(BW′)和峰-峰间距(PS′)。本发明的薄膜的总厚度T′等于P′+Z′。
前体薄膜和本发明的薄膜的尺寸之间的关系是T′＜T；P′＜P；Z′＜Z；通常BW′＜BW；并且PS′＜PS。
本体或基体部分11、12包含制品中的位于底面1、17与表面部分15、16的最低点之间的那部分。在一些情况中，这一部分可在制品的整个宽度(W，W′)上具有恒定的尺寸。在其它情况下，该尺寸可能会由于存在着多个平台厚度(land thickness)不同的几何特征物而发生改变。参见图9。在图9中，基体厚度由Z″表示。
前体薄膜9和本发明的薄膜10各自具有第一面内轴18、第二面内轴20和在厚度方向上的第三轴22。第一面内轴与下文讨论的拉伸方向大体上平行。在图1和图2中，第一面内轴垂直于薄膜9和10的端部。这三个轴彼此互相垂直。
本发明的薄膜或制品所具有的至少一个几何特征物的横截面形状与其前体所具有的几何特征物的横截面形状基本上相似。在制造其中期望入射光被均匀再分布的光学装置时，这种形状上的保真性(fidelity)尤为重要。无论特征物的初始横截面形状包括平直的表面形状还是弯曲的表面形状，情况都是如此。制品和方法的形状保持性通过计算形状保持参数(SRP)来测定。
以如下方式测定指定特征物的SRP。获取具有特征物的薄膜在拉伸之前的横截面的图像。所取截面是由第二面内轴20和第三轴22限定的、并且与薄膜将被拉伸的方向垂直的平面。选择所存在的多个结构特征物中的一个代表性的实例，并称之为特征物。在图像上，在本体部分11和表面部分13的汇合处添加一条直线。这是特征物基线(FB)。然后计算特征物在其基线以上的面积。这是拉伸前的特征物的面积(UFA)。
然后获取薄膜在拉伸之后的横截面的图像。所取截面是由第二面内轴和第三轴限定的平面。如果薄膜经受了非连续或“间歇”方法的拉伸过程(例如在实验室的薄膜拉伸仪器上实施的拉伸过程)，则可以选择与在拉伸前观察薄膜样品时选择的特征物相同的特征物。如果薄膜经受了在连续的薄膜生产线上实施的拉伸过程，那么如薄膜生产领域技术人员所理解的那样，特征物应该选自拉伸后的薄膜料片上的、与在拉伸前的料片上选择的位置相似的适当位置处。再次建立特征物基线(FB)，然后计算拉伸后的薄膜特征物的面积。这是拉伸后的特征物的面积(SFA)。
然后计算比值UFA/SFA。这是图像比(Image Ratio)(IR)。然后将拉伸后的薄膜特征物的图像成比例地放大，从而使其具有与拉伸前的薄膜特征物的图像相同的面积。这是通过将图像以高度和宽度尺寸分别乘以IR的平方根这样一个系数进行放大的方式来实施的。然后将拉伸后的薄膜特征物的成比例放大的图像叠加在拉伸前的薄膜特征物的图像上，使得它们的特征物基线重合。然后将叠加的图像沿着它们的公共基线相对于彼此平移，直到找到它们的重叠面积最大的位置为止。这一操作以及所有上述的和随后所述的对数学和数值所进行的操作都可以简单地在电脑上用合适的写好的代码来实施，这对本领域技术人员来说是显而易见的。
在这种最佳叠加条件下由这两个叠加的图像所共有的面积是公共面积(CA)。然后计算比值CA/UFA。该比值是公共面积比(CAR)。对于产生理想的形状保持效果的拉伸而言，CAR为1。对于偏离理想的形状保持效果的任何情况而言，CAR均为小于1的正数。
对于任何具体的薄膜，CAR与1都会有一定量的偏差，其中所述的量至少取决于特征物的形状、拉伸比、以及拉伸操作接近于真正单轴取向拉伸的程度。此外，还可能涉及其它因素。为了量化偏离理想的形状保持效果的程度，有必要引出另一个参数，即形状保持参数(SRP)。SRP是按比例地表示具有结构化表面的薄膜落在连续区域上的位置的度量方法，其中所述连续区域是从位于一个极端的理想的形状保持效果到位于另一个极端的、用于表征典型的工业实践效果的选定参考点的区域。我们选择了有效地以连续方式操作的理想化薄膜拉幅机(横向取向机)的性能(针对相同的特征物形状和拉伸比)作为所述的参考点。假设位于薄膜的结构化表面上的特征物的主轴与横维方向(拉伸方向)平行。忽略边缘效应和所有其它的工艺非理想因素，如薄膜材料本身的非理想因素(诸如拉伸时的密度变化)。于是，对于这种理想的拉幅机情况，薄膜所受到的所有的横向拉伸均仅通过薄膜的厚度尺度上的、相同比例的收缩来适应。因为这种假想的拉幅机是理想的拉幅机，所以薄膜在加工方向或顺维方向上没有收缩。
对于经过理想拉伸的薄膜，图像比与拉伸比相同。如果图像比与拉伸比不同，则这是该体系中由于(例如)泊松比、密度变化(例如，由于在拉伸过程中结晶)、以及局部的拉伸比与标称的理想拉伸比之间的偏差所导致的非理想状态的表征。
以下参照图4A-4D进行描述。可以使用本领域技术人员已知的算法用计算机容易地进行上述计算。该计算从用实验方法得到的、已经用于计算CAR的、拉伸前的薄膜特征物的图像开始。在图4A中，所示特征物为直角三角形特征物。图4A中所示的直角三角形仅用于说明的目的，因为在此具体说明的方法通常适用于任何特征物形状，而无论其有无对称性，并且无论其是具有平直的(棱柱状的)表面还是弯曲的(透镜状的)表面。该方法通常还适用于“碟状”特征物、或者具有复杂形状的特征物，例如S形的特征物、钩形的特征物、或“蘑菇盖”形的特征物。
用计算机将图4A所示的图像以这样一个系数仅将其高度尺寸缩小从而转化为图4B所示的图像，所述系数是在所讨论的薄膜的制备过程中所采用的拉伸比。这样就模拟了处于“理想拉幅机”中的薄膜表面特征物在所讨论的特征物形状和拉伸比方面所发生的情况。然后通过将高度和宽度尺寸分别按比例地、以拉伸比的平方根这样一个系数放大，而将图4B所示的图像转化为图4C所示的图像。由此，图4C所示的图像具有与图4A所示的图像相同的面积。然后将图4A和图4C所示的图像叠加并且沿着它们的公共基线平移，直到找到重叠面积最大的位置为止。其示于图4D中。计算这个图的公共面积(由原始的特征物图像和经过计算机处理的特征物图像所共有的交叉阴影线区域的面积)，并且计算该面积与图4A所示图像的面积之比。该比值是理想拉幅机针对指定的特征物形状和拉伸比而得到的公共面积比(CARIT)。应该理解，必须针对每种薄膜样品独立地进行这种计算，这是因为CARIT是所采用的拉伸前的特征物形状以及拉伸比这二者的强函数。
最后，采用下式计算SRPSRP＝(CAR-CARIT)/(1-CARIT)对于理想的形状保持效果，SRP为1。对于在“理想”拉幅机上拉伸的假想薄膜的情况，CAR等于CARIT，SRP为零。因此，SRP是按比例地表示具有结构化表面的薄膜落在连续区域上的位置的度量方法，其中所述连续区域是从位于一个极端的理想的形状保持效果到位于另一个极端的用于表征典型的工业实践效果的选定参考点的区域。SRP非常接近于1.00的薄膜表明其具有很高的形状保持程度。SRP非常接近于0.00的薄膜表明针对所采用的特征物形状和拉伸比来说该薄膜具有低的形状保持程度。在本发明中，薄膜的SRP为至少0.1。
本领域技术人员应该理解，由于可能有许多非理想因素(如以上讨论的那样)，所以在标准薄膜拉幅机上生产的或通过其它方式生产的薄膜也有可能具有小于零的SRP值。“理想拉幅机”并非用来代表可产生的最差的可能的形状保持效果。而是可用来以通用的尺度比较不同薄膜的参考点。
在本发明的一个实施方案中，具有结构化表面的薄膜的SRP值为大约0.1到1.00。在本发明的另一个实施方案中，具有结构化表面的薄膜的SRP值为大约0.5到1.00。在本发明的另一个实施方案中，具有结构化表面的薄膜的SRP值为大约0.7到1.00。在本发明的另一个实施方案中，具有结构化表面的薄膜的SRP值为大约0.9到1.00。
在本发明的另一个方面中，薄膜具有单轴取向的特征。单轴取向可通过测定薄膜沿着第一面内轴的折射率(n1)、沿着第二面内轴的折射率(n2)、和沿着第三轴的折射率(n3)的差值来确定。本发明的单轴取向薄膜表现为n1≠n2且n1≠n3。本发明的薄膜优选为真正单轴取向的。也就是说，n2和n3基本上彼此相等并且它们与n1之差基本上相等。
在本发明的又一个实施方案中，薄膜的相对双折射率为0.3或更小。在另一个实施方案中，相对双折射率小于0.2，并且在又一个实施方案中，相对双折射率小于0.1。相对双折射率是根据下式计算得到的绝对值|n2-n3|/|n1-(n2+n3)/2|相对双折射率可以在可见光谱区或近红外光谱区中测量。对于任何指定的测量方法，都应该采用相同的波长。在上述两个光谱区中的任一个的任何部分中均为0.3的相对双折射率可满足这个测试的要求。
本发明的薄膜具有至少一个棱柱状的或透镜状的特征物，其可为长形的结构体。优选的是，结构体大体上平行于薄膜的第一面内轴。如图2所示，结构化表面具有一系列的棱柱16。然而，可采用其它的几何特征物及其组合。例如，图3A表示几何特征物不必有尖顶也不必在它们的底部处彼此接触。
图3B表示几何特征物可具有圆形的顶部和弯曲的面。图3C表示几何特征物的顶部可为平坦的。
图3D表示薄膜的两个相背的表面均可具有结构化的表面。
图5A-5W示出了可用于提供结构化表面的其它横截面形状。这些图进一步说明了几何特征物可具有凹陷(参见图5A-5I和5T)或凸起(参见图5J-5S和5U-5W)。在特征物具有凹陷的情况中，位于所述凹陷之间的升高区域可被认为是图3C中所示的凸起型特征物。
各种特征物实施方案可以以任何方式组合，以便得到所需的结果。例如水平表面可具有分开的、带有圆弧型顶部或平坦式顶部的特征物。此外，可以对任何这些特征物使用曲面。
如从附图中可以看出的那样，特征物可具有任何所需的几何形状。它们可以相对于薄膜的z轴对称或不对称。此外，结构化表面可具有单一一个特征物、排布成所需图案的多个相同的特征物、或者排布成所需图案的两种或多种特征物的组合。另外，特征物的尺寸(例如高度和/或宽度)在整个结构化表面上可以相同。或者，各个特征物的尺寸有所不同。
在图2中示出的微结构几何特征物包括直角棱柱或接近于直角的棱柱。在此所用的直立棱柱的顶角为约70°到约120°，优选为大约80°到100°，最优选为大约90°。另外，微结构特征物的表面为平面或接近于平面。
在另一个实施方案中，微结构几何特征物包括锯齿状棱柱。在此所用的锯齿状棱柱具有与基体或本体成大约90°角垂直或几乎垂直的侧面。参见图5J。在一个有用的实施方案中，锯齿状棱柱可具有相对于基体或本体成2°到15°的倾角。
本发明的范围还涵盖特征物沿着第一面内轴可为连续的或间断的实施方案。
本发明薄膜的各种实施方案包括如图2和图3A中示出的以下尺寸关系本发明的方法通常包括提供表面结构化的聚合物薄膜的步骤，其中所述的表面结构化的聚合物薄膜能够通过对该薄膜进行拉伸以及随后进行单轴拉伸而变长。可以在成膜的同时形成结构化表面，或者可以在成膜之后使第一表面形成结构化表面。参照图6和图7进一步说明该方法。
图6是根据本发明的方法的示意图。在该方法中，提供工具24(其具有薄膜的所需结构化表面的负像)，并且通过主动辊26A和26B来推动工具24经过模头28中的口模(图中未示出)。模头28包含熔融装置组件(melt train)的出口，所述的熔融装置组件在此包括挤出机30，其具有用于接受颗粒、粉末等形式的干态聚合物树脂的进料斗32。熔融树脂离开模头28来到工具24上。在模头28和工具24之间形成空隙33。熔融树脂接触工具24并且硬化，从而形成聚合物薄膜34。然后在剥离辊36处将薄膜34的前端边缘从工具24上剥离下来并且送往单轴拉伸装置38。然后可在位置40处将拉伸后的薄膜卷绕成连续的卷。
应该指出的是，可以在薄膜34在装置38中经受拉伸之前，将薄膜34卷绕成薄膜卷、或者切成片并且叠层。还应该指出的是，薄膜34可以在拉伸之后被切成片而不是卷绕成连续的卷。
可任选的是，可以在对薄膜34进行单轴拉伸之前先对其进行预处理(图中未示出)。另外，可以在对薄膜34进行拉伸后再对其进行后处理(图中未示出)。
有多种技术可用于赋予薄膜结构化的表面。这些技术包括间歇技术和连续技术。它们可包括以下步骤提供工具，所述工具具有一个为所需的结构化表面的负像的表面；使聚合物薄膜的至少一个表面接触该工具，其中接触操作的时间和条件使得聚合物薄膜足以产生所需的结构化表面的正像；以及从该工具上取下所得到的具有结构化表面的聚合物薄膜。
虽然模头28和工具24被描述为彼此相对地垂直布置，但是也可采用水平布置或其它布置方式。无论采用哪种具体的布置方式，模头28都会在空隙33处将熔融树脂提供给工具24。
模头28以使得它可以朝着工具24移动的方式安装。这样就允许将空隙33调节为所需的间距。如本领域技术人员所理解的那样，空隙33的尺寸随着熔融树脂的组成、所需的本体厚度、熔融树脂的粘度、熔融树脂的粘弹性响应、以及用熔融树脂大体上完全填满该工具所需压力的不同而变化。
熔融树脂的粘度为使得其优选地(可任选地在施加真空、压力、温度、超声波振动、或机械方式的条件下)大体上填满工具24中的空腔。当树脂大体上填满工具24中的空腔时，所得薄膜的结构化表面被称为是复制而成的。
上述工具的负像表面可以被布置成用于在横跨薄膜的宽度方向上(即，在横向方向(TD)上)或沿着薄膜的长度方向上(即，沿着加工方向(MD)的方向上)产生特征物。精确地沿着TD或MD方向排列是不必要的。因此，该工具可以与所述精确地沿着TD或MD方向排列的方向成轻微的偏角。通常，这种偏角不超过约20°。
在上述树脂是热塑性树脂的情况中，其通常以固体形式供应到进料斗32中。为挤出机30提供足够的能量以将固体树脂转化为熔融物料。通常，采用使上述工具通过被加热的主动辊26A的方式将该工具加热。可以采用(例如)使循环热油通过主动辊26A的方式或者采用感应加热的方式来加热该主动辊。工具24的温度通常为低于树脂软化点20℃到树脂的分解温度。
在可聚合树脂(包括部分聚合的树脂)的情况中，可以将该树脂直接倒入或泵送到为模头28供料的分配器中。如果该树脂是活性树脂，则本发明的方法可包括一个或多个使该树脂固化的附加步骤。例如，可通过将该树脂在适当的辐射能量源下暴露一段时间而使其固化，其中该时间为足以使该树脂硬化并且使得可将其从工具24上取下的这样一段时间，所述的辐射能量源例如为诸如紫外光、红外辐射、电子束辐射、可见光之类的光化辐射。
可以采用各种方法将熔融的薄膜冷却以便使该薄膜硬化，从而用于进一步加工。这些方法包括将水喷到挤出的树脂上、使上述工具的非结构化表面与冷却辊接触、或者使空气直接冲击到薄膜上。
前述讨论集中于同时形成薄膜与结构化表面的技术。可用于本发明的另一种技术包括使工具接触预成形的薄膜的第一表面。然后对薄膜/工具的组合施加压力、加热、或施加压力并加热，直到薄膜中产生所需的结构化表面。随后，将薄膜冷却并且从该工具上取下。
在又一种技术中，可以对预成形的薄膜进行加工(例如金刚石车削)，以在其上面产生所需的结构化表面。
当使用工具产生结构化表面时，可使用脱模剂以有利于从工具上取下表面结构化的薄膜。脱模剂可为以薄层的方式施加于工具表面或薄膜表面的物质。或者，脱模剂可包括被掺入聚合物中的添加剂。
有多种材料可用作脱模剂。一类有用的材料包括诸如油类、蜡和有机硅之类的有机材料以及聚合物隔离涂料(例如由聚四氟乙烯制成的那些)。特别有用的另一类脱模剂包括含氟苯并三唑类。已经发现的是，这些材料不仅与金属和非金属表面化学键合，而且它们还为这些表面提供(例如)隔离特性和/或耐腐蚀特性。这些化合物的特征在于它们具有可以与金属或非金属表面(例如上述工具)键合的头部基团，以及在极性和/或官能性方面与待隔离的物质适当地不同的尾部。这些化合物形成单层或实质上单层的、耐久的自组装膜。含氟苯并三唑类包括由下式表示的那些
其中Rf为CnF2n+1-(CH2)m-，其中n为1到22的整数，m为0、或1到6的整数；X为-CO2-、-SO3-、-CONH-、-O-、-S-、共价键、-SO2NR-、或-NR-，其中R为H或C1到C5亚烷基；Y为-CH2-，其中z为0或1；R1为H、低级烷基或Rf-X-Yz-，条件是当X为-S-或-O-时，m为0，并且z为0，n≥7，而当X为共价键时，m或z至少为1。优选的是，n+m等于8到20的整数。
一类可用作脱模剂的、特别有用的含氟苯并三唑组合物包括一种或多种由下式表示的化合物 其中Rf为CnF2n+1-(CH2)m-，其中n为1到22，m为0、或1到6的整数；X为-CO2-、-SO3-、-S-、-O-、-CONH-、共价键、-SO2NR-、或-NR-，其中R为H或C1到C5亚烷基，并且q为0或1；Y为C1-C4亚烷基，并且z为0或1；R1为H、低级烷基或Rf-X-Yz-。含氟苯并三唑类在(例如)美国专利No.6,376,065中有所描述。
本发明的方法可任选地包括在拉伸之前进行的预处理步骤，例如提供烘箱或其它装置。预处理步骤可包括预热区和均热区。此外，还可使拉伸比由最大值降低一些，以控制收缩情况。这在本领域中称为“预缩”(toe in)。
本发明的方法还可以包括后处理步骤。例如，可首先将薄膜热定形并且随后淬火。
单轴拉伸可以在常规的拉幅机或在纵向取向机中进行。关于薄膜加工技术的综述性讨论可参见由Toshitaka Kanai和Gregory Campbell编著的书籍“Film Processing”(第1、2、3和6章，1999年)。还可参见由Orville J.Sweeting编著的书籍“The Science and Technologyof Polymer Films”(第1卷，第365-391和471-429页，1968年)。也可在各种间歇装置(例如在张力试验机的夹片之间)中实现单轴拉伸。
单轴拉伸方法包括(但不限于)在以不同速度旋转的辊之间进行的常规的“纵向取向”、在拉幅机中进行的常规的横维拉伸、在具有抛物线轨道的拉幅机中进行的拉伸(如专利文献WO2002/096622 A1中所披露)、以及在张力试验机的夹片之间进行的拉伸。
对于理想的弹性材料，如果在三个互相垂直的方向上进行的拉伸所采用的拉伸比中有两个拉伸比相等，则产生单轴取向。对于在拉伸时密度不发生显著改变的材料而言，这两个基本上相等的拉伸比分别与第三垂直方向上的拉伸比的倒数的平方根基本相等。
在常规拉幅机中拉伸后的薄膜虽然是单轴取向的，但并不是真正单轴取向的(即使是经历了单轴拉伸时也是如此)，这是因为薄膜不是沿着移动穿过拉幅机的方向的轴自由收缩，而是在厚度方向上自由收缩。在具有抛物线轨道的拉幅机(如专利文献WO2002/096622 A1中披露的那些)中拉伸后的薄膜既是单轴拉伸的又是真正单轴取向的，这是因为抛物线轨道允许薄膜沿着移动穿过拉幅机的方向的轴产生适当量的收缩。不同于抛物线轨道拉伸方法的其它方法也可以提供真正的单轴取向，本发明的原理不受所采用的方法的限制。
真正单轴取向也不限于在整个拉伸历程中自始至终都在单轴条件下拉伸薄膜的那些方法。优选的是，在拉伸步骤的各个部分中，偏离单轴拉伸的程度都被保持在一定的限度内。另一方面，其中在拉伸过程早期产生的与单轴性的偏差在随后的拉伸过程中得到补偿、并且在所得到的薄膜中产生真正单轴性的方法也被包括在本发明范围内。
在此，拉幅机拉伸设备上的、夹住薄膜边缘的夹持装置所通过的轨道(从而也是薄膜移动通过拉幅机时其边缘行经的轨迹)被称为边界轨道。提供三维的并且实质上非平面的边界轨道也落入本发明的范围内。可以使用面外边界轨道(即，没有位于单一一个欧几里得平面内的边界轨道)对薄膜进行面外拉伸。
在具有抛物线轨道的拉幅机工艺中，优选对薄膜进行面内拉伸(但是对于真正的单轴性而言并非必须如此)。优选沿着TD(主要拉伸方向)拉伸的直线在拉伸后仍然保持为大体上笔直。在常规的薄膜拉幅机工艺中通常并非如此，经过上述方式拉伸的直线产生大体上弯曲或“弓”形的部分。
边界轨道可以是对称的(但并非必须如此)，从而通过中心面形成镜像。该中心面是这样一个平面，其包含位于薄膜初始移动方向上的矢量以及位于边界轨道初始处的中心点，并且包含与供入拉伸装置中的未拉伸薄膜的表面垂直的矢量。
与其它薄膜拉伸方法一样，将工艺条件选择为使得薄膜在拉伸过程中自始至终都保持受到均匀的三维拉伸(spatial drawing)将会有利于抛物线轨道拉伸操作。在以下条件下可使许多聚合物体系获得良好的薄膜三维均匀性，所述条件为小心地控制未拉伸的薄膜或料片在横向和纵向上的厚度分布、并且在拉伸过程中始终小心地控制料片横向上的温度分布。许多聚合物体系对于不均匀的因素特别敏感，如果其厚度和温度不够均匀，就会受到非均匀方式的拉伸。例如，聚丙烯在单轴拉伸时易于产生“线型拉伸”(line stretch)。某些聚酯，特别是聚萘二甲酸乙二醇酯，也是非常敏感的。
无论采用哪种拉伸技术，当期望保持几何特征物的形状时，拉伸操作都应该以大体上与第一面内轴平行的方式进行。已经发现的是，拉伸方向与第一面内轴越平行，所达到的形状保持效果就越好。当拉伸方向与正好平行于第一面内轴的方向偏离不超过20°时，可以达到良好的形状保持效果。如果拉伸方向与正好平行于第一面内轴的方向偏离不超过10°，则会达到更好的形状保持效果。如果拉伸方向与所述平行的方向偏离不超过5°，则会达到甚至更好的形状保持效果。
在抛物线拉伸步骤中，还可以将该拉伸步骤的各个部分中的偏离单轴拉伸的程度都保持在一定的限度内。另外，在以下情况中也可以保持满足上述这些条件，所述情况为虽然在拉伸的初始部分使薄膜的一部分发生面外变形，但是在拉伸的最后部分又使薄膜返回到面内。
在整个拉伸历程中始终保持真正单轴地横向拉伸的情况中，加工方向上的瞬时拉伸比(MDDR)近似等于横向拉伸比(TDDR)(经过密度变化校正)的倒数的平方根。如上文所讨论的那样，可以使用面外边界轨道(即，没有位于单一一个欧几里得平面内的边界轨道)对薄膜进行面外拉伸。有无数种(然而是特定的)满足本发明这一实施方案的关系要求的边界轨道，使得使用面外边界轨道仍然可以保持实质上单轴拉伸的历程。
在拉伸之后，如果需要，可以将薄膜热定形并且淬火。
现在参照图7，拉伸前的表面结构化的薄膜34具有分别用来表示薄膜的厚度、宽度和长度的尺寸T、W和L。在将薄膜34以λ倍拉伸之后，拉伸后的薄膜35具有分别用来表示薄膜拉伸后的厚度、拉伸后的宽度和拉伸后的长度的尺寸T′、W′和L′。该拉伸过程为拉伸后的薄膜35赋予单轴特征。
沿着第一面内轴、第二面内轴和第三轴的拉伸比之间的关系是纤维对称程度的表征，因此也是拉伸后的薄膜的单轴取向程度的表征。在本发明中，薄膜沿着第一面内轴的最小拉伸比为至少1.1。沿着第一面内轴的拉伸比优选为至少1.5。在本发明的另一个实施方案中，该拉伸比为至少1.7。更优选为至少3。该拉伸比为更高也是有用的。例如，该拉伸比为3到10或更高也可用于本发明中。
在本发明中，沿着第二面内轴和第三轴的拉伸比通常基本上相同。所述基本上相同的最方便的表达方式是所述这些拉伸比之间的相对比值。如果两个拉伸比不相等，则该相对比是较大的、沿着这些轴中的某一个轴的拉伸比与较小的、沿着另一个轴的拉伸比的比值。相对比优选为小于1.4。当两个拉伸比相等时，相对比是1。
在沿着第一面内方向的拉伸比为λ的真正单轴拉伸的情况中，当该操作在第二面内轴和薄膜厚度方向上(沿着第三轴)产生基本上相同比例的尺寸变化时，薄膜的厚度和宽度以相同比例的尺寸变化而减小。在这种情况下，这一结果可以近似表示为KT/λ0.5和KW/λ0.5，其中K表示归因于拉伸过程中的密度变化的比例系数。在理想的情况中，K为1。当拉伸过程中密度降低时，K大于1。当拉伸过程中密度增加时，K小于1。
在本发明中，可将最终厚度T′与薄膜的初始厚度T的比值定义为NDSR拉伸比(NDSR)。可将薄膜的一部分在拉伸后的长度除以该部分的初始长度定义为MDSR。仅为了说明的目的而参见图8中所示的Y′/Y。可将薄膜的一部分在拉伸后的宽度除以该部分的初始宽度定义为TDSR。仅为了说明的目的而参见图8中所示的的X′/X。
第一面内方向可以与MD重合(例如在纵向取向的情况中)，或者第一面内方向可以与TD重合(例如在抛物线拉幅机的情况中)。在另一个实例中，将一张张的片材而不是连续的料片以所谓的间歇拉伸工艺的方式供入拉幅机中。这种方法在美国专利6,609,795中有所描述。在这种情况中，第一面内方向或轴与TD重合。
本发明通常适用于多种多样的、其中要求具有单轴特征的、表面结构化的薄膜、材料和方法。我们认为本发明的方法特别适合于生产具有微结构化表面的聚合物薄膜，其中薄膜所用材料的粘弹性特性被用来控制在加工过程中、在对薄膜进行拉伸时在所述材料中诱导产生的分子取向的量(如果有的话)。所产生的改善效果包括以下这些效果中的一种或多种得到改善的光学性能、得到增强的尺寸稳定性、更好的加工性能等。
通常，用于本发明中的聚合物可为结晶、半结晶、液晶或无定形的聚合物或共聚物。应该理解，在聚合物领域中普遍认为聚合物通常不是完全结晶的，因此在本发明中，结晶或半结晶的聚合物是指非无定形的那些聚合物，并且包括任何通常称为结晶性、部分结晶性、半结晶性材料等的那些材料。液晶聚合物(有时也称为刚性棒状聚合物)在本领域中被理解为其具有不同于三维晶序的某种长程有序的形式。
本发明预期可以使用可熔融加工成薄膜形式或者可固化成薄膜形式的任何聚合物。这些聚合物可包括(但不限于)以下种类的均聚物、共聚物、以及可以被进一步加工为聚合物的低聚物，所述种类为聚酯类(如，聚对苯二甲酸亚烷基二醇酯(如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、以及聚对苯二甲酸-1，4-环己烷二亚甲基二醇酯)、聚联苯甲酸亚乙基酯、聚萘二甲酸亚烷基二醇酯(如，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及其异构体(如，2，6-、1，4-、1，5-、2，7-和2，3-PEN)和聚萘二甲酸丁二醇酯(PBN)及其异构体)、以及液晶聚酯)；聚芳酯类；聚碳酸酯类(如，双酚A聚碳酸酯)；聚酰胺类(如，聚酰胺6、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺46、聚酰胺66、聚酰胺69、聚酰胺610、和聚酰胺612、芳族聚酰胺和聚邻苯二甲酰胺)；聚醚-酰胺类；聚酰胺-酰亚胺类；聚酰亚胺类(如，热塑性聚酰亚胺和聚丙烯酸酰亚胺)；聚醚-酰亚胺类；聚烯烃或聚亚烷基聚合物类(如，聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯和聚(4-甲基)戊烯)；离聚物类，例如SurlynTM(可得自位于美国特拉华州Wilmington市的E.I.du Pont de Nemours &Co.)；聚乙酸乙烯酯；聚乙烯醇和乙烯-乙烯醇共聚物；聚甲基丙烯酸酯类(如，聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸丙酯、聚甲基丙烯酸乙酯和聚甲基丙烯酸甲酯)；聚丙烯酸酯类(如，聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯和聚丙烯酸丁酯)；聚丙烯腈；含氟聚合物类(如，全氟烷氧基树脂、聚四氟乙烯、聚三氟乙烯、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚乙烯-co-三氟乙烯、聚(乙烯-alt-三氟氯乙烯)、和THVTM(由3M出品))；氯化聚合物类(如，聚偏二氯乙烯和聚氯乙烯)；聚芳醚酮类(如，聚醚醚酮(“PEEK”))；脂肪族聚酮类(如，乙烯或丙烯与二氧化碳形成的共聚物以及乙烯和丙烯与二氧化碳形成的三元共聚物)；任何立构规整性的聚苯乙烯类(如，无规立构的聚苯乙烯、全同立构的聚苯乙烯和间规立构的聚苯乙烯)和任何立构规整性的被环-或链-取代的聚苯乙烯类(如，间规立构的聚-α-甲基苯乙烯、和间规立构的聚二氯苯乙烯)；这些苯乙烯类材料的任何的共聚物和共混物(如，苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)；乙烯基萘；聚醚类(如，聚苯醚、聚(二甲基苯醚)、聚环氧乙烷和聚甲醛)；纤维素类(如，乙基纤维素、醋酸纤维素、丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素和硝酸纤维素)；含硫聚合物(如，聚苯硫醚、聚砜、聚芳基砜和聚醚砜)；有机硅树脂类；环氧树脂类；弹性体类(如，聚丁二烯、聚异戊二烯和氯丁橡胶)和聚氨酯类。也可使用两种或多种聚合物或共聚物的共混物或掺混物。
在一些实施方案中，可使用半结晶热塑性塑料。半结晶热塑性塑料的一个实例是半结晶聚酯。半结晶聚酯的实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯。已经发现，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯在内的聚合物有许多本发明中所需的性质。
用于聚酯的合适的单体和共聚单体可为二醇类或者二羧酸或二羧酸酯类。二羧酸类共聚单体包括(但不限于)对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、所有同分异构的萘二甲酸(2，6-，1，2-，1，3-，1，4-，1，5-，1，6-，1，7-，1，8-，2，3-，2，4-，2，5-，2，8-萘二甲酸)、联苯甲酸(例如4，4’-联苯二甲酸及其异构体)、反式-4，4’-1，2-二苯乙烯二甲酸及其异构体、4，4’-二苯醚二甲酸及其异构体、二羧基4，4’-二苯砜及其异构体、二羧基4，4’-二苯甲酮及其异构体、卤代的芳香族二羧酸(例如2-氯对苯二甲酸和2，5-二氯对苯二甲酸)、其它取代的芳香族二羧酸(例如叔丁基间苯二甲酸和磺化间苯二甲酸钠)、环烷烃二甲酸(例如1，4-环己烷二甲酸及其异构体和2，6-十氢萘二甲酸及其异构体)、双环或多环的二羧酸(例如各种同分异构的降莰烷二甲酸和降冰片烯二甲酸、金刚烷二甲酸和双环辛烷二甲酸)、烷烃二甲酸(例如癸二酸、己二酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、壬二酸和十四烷双酸)、任何稠环芳香族烃(例如茚、蒽、菲、苯并萘、芴等)的同分异构的二羧酸。可使用其它的脂肪族、芳香族、环烷烃或环烯烃的二羧酸。或者，这些二羧酸单体的任何的酯(例如对苯二甲酸二甲酯)可用于代替二羧酸本身或与其组合使用。
合适的二醇共聚单体包括(但不限于)直链或支链的烷二醇或二元醇(例如乙二醇、丙二醇(例如1，3-丙二醇)、丁二醇(例如1，4-丁二醇)戊二醇(例如新戊二醇)、己二醇、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇和更高级的二醇)、醚二醇(例如二甘醇、三甘醇和聚乙二醇)、链-酯二醇(chain-ester diol) (如，丙酸3-羟基-2，2-二甲基丙基-3-羟基-2，2-二甲基丙基-3-羟基-2，2-二甲酯)、环烷烃二醇(例如1，4-环己烷二甲醇及其异构体和1，4-环己二醇及其异构体)、双环或多环的二醇(例如各种同分异构的三环癸烷二甲醇、降莰烷二甲醇、降冰片烯二甲醇和双环辛烷二甲醇)、芳香族二醇(例如1，4-苯二甲醇及其异构体、1，4-苯二酚及其异构体、双酚(例如双酚A)、2，2’-二羟基联苯及其异构体、4，4’-二羟甲基联苯及其异构体、以及1，3-双(2-羟基乙氧基)苯及其异构体)、以及这些二醇的低级烷基醚或二醚(例如二醇的双甲醚或双乙醚(dimethyl or diethyl diol))。可使用其它的脂肪族、芳香族、环烷基和环烯基的二醇。
也可使用三官能或多官能的共聚单体，其可起到为聚酯分子赋予分支结构的作用。它们可为羧酸、酯、含羟基化合物或醚类型的物质。其实例包括(但不限于)偏苯三酸及其酯、三羟甲基丙烷和季戊四醇。
其它适合作为共聚单体的单体为具有混合官能团的单体，包括羟基羧酸类，例如对羟基苯甲酸和6-羟基-2-萘甲酸、以及它们的异构体；以及具有混合官能团的三官能或多官能的共聚单体，例如5-羟基间苯二甲酸等。
合适的聚酯共聚物包括PEN的共聚物(如，2，6-、1，4-、1，5-、2，7-和/或2，3-萘二甲酸或其酯与以下物质形成的共聚物(a)对苯二甲酸或其酯；(b)间苯二甲酸或其酯；(c)邻苯二甲酸或其酯；(d)烷基二醇；(e)环烷烃二醇(如，环己烷二甲醇)；(f)烷基二甲酸；和/或(g)环烷烃二甲酸(如，环己烷二甲酸))、以及聚对苯二甲酸亚烷基二醇酯的共聚物(对苯二甲酸或其酯与以下物质形成的共聚物(a)萘二甲酸或其酯；(b)间苯二甲酸或其酯；(c)邻苯二甲酸或其酯；(d)烷基二醇；(e)环烷烃二醇(如，环己烷二甲醇)；(f)烷基二甲酸；和/或(g)环烷烃二甲酸(如，环己烷二甲酸))。所述的共聚聚酯也可为颗粒料的共混物，其中至少一个组分是基于某一种聚酯的聚合物，其它的一个或多个组分是其它聚酯或聚碳酸酯(为均聚物或共聚物)。
本发明的薄膜还可包含分散相，其包括处于连续的聚合物基体或双连续相基体中的聚合物颗粒。在本发明的选择性实施方案中，分散相可存在于多层薄膜的一个或多个层中。聚合物颗粒的用量对于本发明来说不是决定性的，可以对其进行选择，以便实现最终制品所要达到的目的。可影响聚合物颗粒的用量和类型的因素包括颗粒的纵横比、颗粒在基体中的空间排列、颗粒的体积分数、表面结构化的薄膜的厚度、等等。通常，聚合物颗粒选自与上述相同的聚合物。
根据本发明制备的薄膜可用于多种产品，包括轮胎帘子线、过滤介质、磁带背衬、擦拭用品(例如皮肤擦拭用品)、微流体薄膜、模糊滤镜、偏振器、反射偏振器、二向色性偏振器、对齐的反射/二向色性偏振器、吸收偏振器、延迟器(包括z轴延迟器)、衍射光栅、偏振分束器和偏振衍射光栅。所述薄膜可具有其自身的特定元件，或者可以将它们用作另一种物件(例如轮胎、过滤器、胶带、分束器(如，用于前投和背投系统的分束器))中的零件，或者用作显示器或微显示器中使用的增亮膜。
在上述说明中，元件的位置有时以术语“第一”、“第二”、“第三”、“顶”和“底”的方式进行描述。使用这些术语仅仅是为了简化对本发明各种元件(例如在附图中示出的那些)所做的说明。不应将它们理解为对本发明的元件可用的方位产生任何限制。
因此，不应将本发明看作是受限于上述的具体实例，而是应该理解为涵盖权利要求书中清楚阐述的本发明的所有方面。可适用于本发明的各种变化形式、等同形式、以及多种结构对于本发明所属领域的技术人员来说，在阅览本发明的说明书之后都是显而易见的。权利要求书涵盖这些变化形式和手段。
实施例实施例1将特性粘度(I.V.)为0.74的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(可得自位于美国田纳西州Kingsport市的Eastman Chemical公司)用于本实施例。
将PET颗粒干燥以除去残余水分、并且在氮气吹扫的条件下，将其装载到挤出机料斗的挤出部分中。在挤出机以及与之相连的熔融装置组件内一直到模头为232℃到282℃的升温分布、而模头被设置为282℃的条件下将PET挤出。在沿着熔融装置组件设置的多个监控位置中的最后监控位置处连续监控熔融装置组件的压力并且取平均值，然后使模头紧密地靠近将在其上形成聚合物薄膜的工具(该工具同时使薄膜的与之相对的第一表面结构化)。
所述工具为结构化的带状物，其具有用于在流延薄膜上形成结构化表面的负像。该结构化表面具有一系列重复而连续的三棱柱。该三棱柱的三角形截面形成锯齿状图案。各个棱柱的位于基面上的顶点由与之靠近的、相邻的结构体所共用。所述棱柱沿着流延或加工方向(MD)排列。该工具的结构化表面涂有由下式表示的、如美国专利6,376,065中所披露的含氟苯并三唑 其中Rf为C8F17，R为-(CH2)2-。将该工具安装在温度受控的转筒(rotating can)上，所述转筒可以使工具表面沿着流延方向(MD)连续运动。经测量，工具表面温度的平均值为92℃。
使模头口模(用于使熔融聚合物离开熔融装置组件)与旋转的带状工具紧密靠近，从而在所述工具和模头之间形成最终的狭缝。随着模头与该工具相距越来越近，沿着熔融装置组件设置的多个监控位置中的最后监控位置处的压力会升高。这一最终压力与之前记录的压力这二者之差被称为狭缝压降。本实施例中的狭缝压降为7.37×106Pa(1070psi)，从而提供了足够的压力以便推动熔融聚合物进入由工具负像结构形成的结构化腔中。由此形成的、并且被结构化的薄膜借助于工具的转动而从狭缝中被传送出来，用附加空气对其进行冷却淬火，从工具上将其剥离下来并且卷绕成卷。流延薄膜的总厚度(包括结构体的高度)(T)为大约510微米。
经流延和卷绕而得到的聚合物薄膜精密地复制了上述工具所具有的结构。使用显微镜观察横截面，结果在薄膜表面上识别出这样一种棱柱状结构其顶角为约85°，其截面三角形的一个侧边相对于薄膜基体的水平线倾斜成20°、而与该侧边相对的那个侧边相对于垂直线倾斜成15°。所测的剖面表现出期望得到的、具有平直边缘和微圆形顶部的、接近于直角三角形的形状。经测量，复制在聚合物薄膜表面上的棱柱具有44微米的底宽(BW)和19微米的高度(P)。峰-峰间距(PS)近似地与底宽(BW)相等。所用工具也会存在缺陷，其可能会与标称尺寸之间有小的偏差。
将结构化的流延薄膜切成纵横比为10∶7(沿着凹槽的尺寸∶垂直于凹槽的尺寸)的片，将其预热到约100℃(在气室中测得)，使用间歇拉幅机工艺、以接近真正单轴的方式、沿着棱柱的连续长度方向拉伸到6.4倍(标称拉伸比)并且立即松弛使得拉伸比达到6.3。也就是将单独的片状薄膜供入到常规的连续操作的薄膜拉幅机中。在拉伸温度下完成从6.4倍到6.3倍的松弛操作，以控制最终薄膜的收缩情况。所得薄膜的结构化表面仍然保持棱柱形状，并且该棱柱形状具有相当平直的横截面边缘(即，相当平坦的面)和近似相似的形状。通过用显微镜对横截面进行测量，结果拉伸后的底宽(BW′)为16.5微米，拉伸后的峰高(P′)为5.0微米。经测量，薄膜的最终厚度(包括结构体的高度)(T′)为180微米。使用Metricon棱镜耦合器(可得自位于美国新泽西州Piscataway市的Metricon公司)在632.8nm的波长下、在拉伸后的薄膜的背面上测量折射率。经测量，沿着第一面内方向(沿着棱柱的方向)、第二面内方向(横跨棱柱的方向)和厚度方向上的折射率分别为1.672、1.549和1.547。因此，该拉伸材料的横截面内的相对双折射率为0.016。
实施例2将特性粘度(I.V.)为0.74的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(可得自位于美国田纳西州Kingsport市的Eastman Chemical公司)用于本实施例。
将PET颗粒干燥以除去残余水分、并且在氮气吹扫的条件下，将其装载到挤出式料斗中。在挤出机以及与之相连的熔融装置组件内为大约282℃的恒温分布、而模头也被设置为282℃的条件下将PET挤出。在沿着熔融装置组件设置的多个监控位置中的最后监控位置处连续监控熔融装置组件的压力并且取平均值，然后使模头紧密地靠近将在其上形成聚合物薄膜的工具(该工具同时使薄膜的与之相对的第一表面结构化)。
所述工具为结构化的带状物，其具有所需的、用于在流延薄膜上形成结构化表面的负像。该结构化表面具有一系列重复而连续的等腰直角三棱柱，其底宽(BW)为50微米，高度(P)接近25微米。各个棱柱的位于基面上的顶点由与之靠近的、相邻的结构体所共用。所述棱柱沿着流延方向(MD)排列。该工具的结构化表面涂有由下式表示的含氟苯并三唑 其中Rf为C4F9，R为-(CH2)6-。将该工具安装在温度受控的转筒上，所述转筒可以使工具表面沿着流延方向(MD)连续运动。经测量，工具表面温度的平均值为98℃。
使模头口模(用于使熔融聚合物离开熔融装置组件)与旋转的带状工具紧密靠近，从而在所述工具和模头之间形成最终的狭缝。随着模头与该工具相距越来越近，沿着熔融装置组件设置的多个监控位置中的最后监控位置处的压力会升高。这一最终压力与之前记录的压力这二者之差被称为狭缝压降。本实施例中的狭缝压降为7.92×106Pa(1150psi)，从而提供了足够的压力以便推动熔融聚合物进入由工具负像结构形成的结构化腔中。由此形成的、并且被结构化的薄膜借助于工具的转动而从狭缝中被传送出来，用附加空气对其进行冷却淬火，从工具上将其剥离下来并且卷绕成卷。流延薄膜的总厚度(包括结构体的高度)(T)为大约600微米。
经流延和卷绕而得到的聚合物薄膜精密地复制了上述工具所具有的结构。使用接触式轮廓测量法(如，具有锥角为60°、半径为2微米的触头的KLA-Tencor P-10)进行测量。结果在薄膜表面上识别出一种清晰的、棱角分明的棱柱状结构。所测的剖面表现出期望得到的、具有平直边缘和微圆形顶部的、接近于直角三角形的形状。经测量，复制在聚合物薄膜表面上的棱柱具有50微米的底宽(BW)和23.4微米的高度(P)。峰-峰间距(PS)近似地与底宽(BW)相等。由于该触头探针所具有的形状和尺寸，所以轮廓测量法的分辨率的极限为大约1微米，因此实际的峰顶可能会高得多。此外，所用工具也会存在缺陷，其可能会与标称尺寸之间有小的偏差。由轮廓法测得的横截面面积与理论计算得到的横截面面积这二者的比值得到填充度计算值(acalculated fill)，该计算值为99％。
可以以类似于实施例1的方式对本实施例中的结构化薄膜进行拉伸。
实施例3在反应容器中制得特性粘度(I.V.)为0.56的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
将PEN颗粒干燥以除去残余水分、并且在氮气吹扫的条件下，将其装载到挤出式料斗中。在挤出机以及与之相连的熔融装置组件内为288℃的恒温分布、模头也被设置为288℃的条件下将PEN挤出。在沿着熔融装置组件设置的多个监控位置中的最后监控位置处连续监控熔融装置组件的压力并且取平均值，然后使模头紧密地靠近将在其上形成聚合物薄膜的工具(该工具同时使薄膜的与之相对的第一表面结构化)。
所述工具为结构化的带状物，其具有所需的、用于在流延薄膜上形成结构化表面的负像。该结构化表面具有一系列重复而连续的等腰直角三棱柱，其底宽(BW)为50微米，高度(P)接近25微米。各个棱柱的位于基面上的顶点由与之靠近的、相邻的结构体所共用。所述棱柱沿着流延方向(MD)排列。该工具的结构化表面涂有由下式表示的含氟苯并三唑
其中Rf为C8F17，R为-(CH2)2-。将该工具安装在温度受控的转筒上，所述转筒可以使工具表面沿着流延方向(MD)连续运动。经测量，工具表面温度的平均值为144℃。
使模头口模(用于使熔融聚合物离开熔融装置组件)与旋转的带状工具紧密靠近，从而在所述工具和模头之间形成最终的狭缝。随着模头与该工具相距越来越近，沿着熔融装置组件设置的多个监控位置中的最后监控位置处的压力会升高。这一最终压力与之前记录的压力这二者之差被称为狭缝压降。本实施例中的狭缝压降为5.51×106Pa(800psi)，从而提供了足够的压力以便推动熔融聚合物进入由工具负像结构形成的结构化腔中。由此形成的、并且被结构化的薄膜借助于工具的转动而从狭缝中被传送出来，用附加空气对其进行冷却淬火，从工具上将其剥离下来并且卷绕成卷。流延薄膜的总厚度(包括结构体的高度)(T)为大约600微米。
经流延和卷绕而得到的聚合物薄膜精密地复制了上述工具所具有的结构。使用接触式轮廓测量法(如，具有锥角为60°、半径为2微米的触头的KLA-Tencor P-10)进行测量。结果在薄膜表面上识别出一种清晰的、棱角分明的棱柱状结构。所测的剖面表现出期望得到的、具有平直边缘和微圆形顶部的、接近于直角三角形的形状。经测量，复制在聚合物薄膜表面上的棱柱具有50微米的底宽(BW)和23.3微米的高度(P)。峰-峰间距(PS)近似地与底宽(BW)相等。由于该触头探针所具有的形状和尺寸，所以轮廓测量法的分辨率的极限为大约1微米，因此实际的峰顶可能会高得多。此外，所用工具也会存在缺陷，其可能会与标称尺寸之间有小的偏差。为了更好地表征真实的填充程度，如，表征用工具进行复制操作的精确度，把用于轮廓测量的横截面拟合成三角形。采用由所测轮廓得到的数据，将边缘拟合为沿着横截面侧边的、从底部开始测量时高度在5到15微米之间的直线。经计算，理论峰高为24.6微米。由轮廓法测得的横截面面积与理论计算得到的横截面面积这二者的比值得到填充度计算值，该计算值为98.0％。
使用间歇拉幅机工艺，将结构化流延薄膜以接近真正单轴的方式沿着棱柱的连续长度方向进行拉伸。将薄膜预热到165℃的标称温度(在气室中测得)，并且在该温度下在25秒内对其进行匀速拉伸使得最终拉伸比为大约6倍(边缘间距)。所得薄膜的结构化表面仍然保持棱柱形状，并且该棱柱形状具有相当平直的横截面边缘(即，相当平坦的面)和近似相似的形状。
表1示出在与流延薄膜的中心相距不同距离的位置处的拉伸效果。

实施例4在反应容器中制得特性粘度(I.V.)为0.56的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
将PEN颗粒干燥以除去残余水分、并且在氮气吹扫的条件下，将其装载到挤出式料斗中。在挤出机以及与之相连的熔融装置组件内为288℃的恒温分布、模头也被设置为288℃的条件下将PEN挤出。在沿着熔融装置组件设置的多个监控位置中的最后监控位置处连续监控熔融装置组件的压力并且取平均值，然后使模头紧密地靠近将在其上形成聚合物薄膜的工具(该工具同时使薄膜的与之相对的第一表面结构化)。
所述工具为结构化的带状物，其具有所需的、用于在流延薄膜上形成结构化表面的负像。该结构化表面具有一系列重复而连续的等腰直角三棱柱，其底宽(BW)为50微米，高度(P)接近25微米。各个棱柱的位于基面上的顶点由与之靠近的、相邻的结构体所共用。所述棱柱沿着流延方向(MD)排列。该工具的结构化表面涂有由下式表示的、如美国专利6,376,065中所披露的含氟苯并三唑 其中Rf为C8F17，R为-(CH2)2-。将该工具安装在温度受控的转筒上，所述转筒可以使工具表面沿着流延方向(MD)连续运动。经测量，工具表面温度的平均值为153℃。
使模头口模(用于使熔融聚合物离开熔融装置组件)与旋转的带状工具紧密靠近，从而在所述工具和模头之间形成最终的狭缝。随着模头与该工具相距越来越近，沿着熔融装置组件设置的多个监控位置中的最后监控位置处的压力会升高。这一最终压力与之前记录的压力这二者之差被称为狭缝压降。本实施例中的狭缝压降为4.13×106Pa(600psi)，从而提供了足够的压力以便推动熔融聚合物进入由工具负像结构形成的结构化腔中。由此形成的、并且被结构化的薄膜借助于工具的转动而从狭缝中被传送出来，用附加空气对其进行冷却淬火，从工具上将其剥离下来并且卷绕成卷。流延薄膜的总厚度(包括结构体的高度)(T)为大约600微米。
经流延和卷绕而得到的聚合物薄膜精密地复制了上述工具所具有的结构。使用接触式轮廓测量法(如，具有锥角为60°、半径为2微米的触头的KLA-Tencor P-10)进行测量。结果在薄膜表面上识别出一种清晰的、棱角分明的棱柱状结构。所测的剖面表现出期望得到的、具有平直边缘和微圆形顶部的、接近于直角三角形的形状。经测量，复制在聚合物薄膜表面上的棱柱具有数十微米的底宽(BW)和23.5微米的高度(P)。峰-峰间距(PS)近似地与底宽(BW)相等。由于该触头探针所具有的形状和尺寸，所以轮廓测量法的分辨率的极限为大约1微米，因此实际的峰顶可能会高得多。此外，所用工具也会存在缺陷，其可能会与标称尺寸之间有小的偏差。为了更好地表征真实的填充程度，如，表征用工具进行复制操作的精确度，把用于轮廓测量的横截面拟合成三角形。采用由所测轮廓得到的数据，将边缘拟合为沿着横截面侧边的、从底部开始测量时高度在5到15微米之间的直线。经计算，理论峰高为24.6微米，内顶角(included apex angle)为91.1°。由轮廓法测得的横截面面积与理论计算得到的横截面面积这二者的比值得到填充度计算值，该计算值为98.0％。
使用间歇拉幅机工艺，将结构化流延薄膜以接近真正单轴的方式沿着棱柱的连续长度方向进行拉伸。将薄膜预热到158℃的标称温度，从而在该温度下在90秒内对其进行匀速拉伸使得最终拉伸比为大约6倍(边缘间距)。所得薄膜的结构化表面仍然保持棱柱形状，并且该棱柱形状具有相当平直的横截面边缘(即，相当平坦的面)和近似相似的形状。
采用与流延薄膜所用方法相同的接触式轮廓测量法来检测拉伸后的薄膜。通过用显微镜对横截面进行测量，结果拉伸后的底宽(BW′)为22微米，拉伸后的峰高(P′)为8.5微米。经计算，薄膜的最终厚度(包括结构体的高度)(T′)为220微米。使用Metricon棱镜耦合器(可得自位于美国新泽西州Piscataway市的Metricon公司)在632.8nm的波长下、在拉伸后的薄膜的背面上测量折射率。经测量，沿着第一面内方向(沿着棱柱的方向)、第二面内方向(横跨棱柱的方向)和厚度方向上的折射率分别为1.790、1.577和1.554。因此，该拉伸材料的横截面内的相对双折射率为0.10。
采用轮廓测量法所得到的数据，由表观横截面面积的比值得到拉伸比测估值为6.4(没有对拉伸和取向时的密度变化进行校正)。采用该拉伸比值6.4和轮廓测定法所得到的数据，计算出形状保持参数为0.94。
实施例5在反应容器中制得这样一种共聚物，经过对该共聚物中的羧酸酯(对苯二甲酸酯和萘二甲酸酯)部分(亚单元)的比例进行测定，结果该共聚物包含40摩尔％聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)结构单元(character)和60摩尔％聚萘二甲酸乙二醇酯结构单元的共聚物(所谓的40/60coPEN)。其特性粘度(I.V.)为大约0.5。
将40/60coPEN树脂干燥以除去残余水分、并且在氮气吹扫的条件下，将其装载到挤出式料斗中。在挤出机以及与之相连的熔融装置组件内为285-277℃的降温分布、而模头被设置为288℃的条件下将所述的40/60coPEN挤出。在沿着熔融装置组件设置的多个监控位置中的最后监控位置处连续监控熔融装置组件的压力并且取平均值，然后使模头紧密地靠近将在其上形成聚合物薄膜的工具(该工具同时使薄膜的与之相对的第一表面结构化)。
所述工具为结构化的带状物，其具有所需的、用于在流延薄膜上形成结构化表面的负像。该结构化表面具有一系列重复而连续的等腰直角三棱柱，其底宽(BW)为50微米，高度(P)接近25微米。各个棱柱的位于基面上的顶点由与之靠近的、相邻的结构体所共用。所述棱柱沿着流延方向(MD)排列。该工具的结构化表面涂有由下式表示的、如美国专利6,376,065中所披露的含氟苯并三唑
其中Rf为C4F9，R为-(CH2)6-。将该工具安装在温度受控的转筒上，所述转筒可以使工具表面沿着流延方向(MD)连续运动。经测量，工具表面温度的平均值为102℃。
使模头口模(用于使熔融聚合物离开熔融装置组件)与旋转的带状工具紧密靠近，从而在所述工具和模头之间形成最终的狭缝。随着模头与该工具相距越来越近，沿着熔融装置组件设置的多个监控位置中的最后监控位置处的压力会升高。这一最终压力与之前记录的压力这二者之差被称为狭缝压降。本实施例中的狭缝压降为4.23×106Pa(614psi)，从而提供了足够的压力以便推动熔融聚合物进入由工具负像结构形成的结构化腔中。由此形成的、并且被结构化的薄膜借助于工具的转动而从狭缝中被传送出来，用附加空气对其进行冷却淬火，从工具上将其剥离下来并且卷绕成卷。流延薄膜的总厚度(包括结构体的高度)(T)为大约560微米。
经流延和卷绕而得到的聚合物薄膜精密地复制了上述工具所具有的结构。使用接触式轮廓测量法(如，具有锥角为60°、半径为2微米的触头的KLA-Tencor P-10)进行测量。结果在薄膜表面上识别出一种清晰的、棱角分明的棱柱状结构。所测的剖面表现出期望得到的、具有平直边缘和微圆形顶部的、接近于直角三角形的形状。经测量，复制在聚合物薄膜表面上的棱柱具有49.9微米的底宽(BW)和23.5微米的高度(P)。峰-峰间距(PS)近似地与底宽(BW)相等。由于该触头探针所具有的形状和尺寸，所以轮廓测量法的分辨率的极限为大约1微米，因此实际的峰顶可能会高得多。此外，所用工具也会存在缺陷，其可能会与标称尺寸之间有小的偏差。为了更好地表征真实的填充程度，如，表征用工具进行复制操作的精确度，把用于轮廓测量的横截面拟合成三角形。采用由所测轮廓得到的数据，将边缘拟合为沿着横截面侧边的、从底部开始测量时高度在5到15微米之间的直线。经计算，理论峰高为24.6微米，内顶角为91.1°。由轮廓法测得的横截面面积与理论计算得到的横截面面积这二者的比值得到填充度计算值，该计算值为98.0％。
将结构化流延薄膜以接近真正单轴的方式沿着棱柱的连续长度方向进行拉伸。采用实验室拉伸机来实施该操作。将薄膜预热到103℃并持续60秒，并且在该温度下在20秒内对其进行匀速拉伸使得最终拉伸比为大约6倍(边缘间距)。所得薄膜的结构化表面仍然保持棱柱形状，并且该棱柱形状具有相当平直的横截面边缘(即，相当平坦的面)和近似相似的形状。使用Metricon棱镜耦合器(可得自位于美国新泽西州Piscataway市的Metricon公司)在632.8nm的波长下、在拉伸后的薄膜的背面上测量折射率。经测量，沿着第一面内方向(沿着棱柱的方向)、第二面内方向(横跨棱柱的方向)和厚度方向上的折射率分别为1.758、1.553和1.551。因此，该拉伸材料的横截面内的相对双折射率为0.0097。
实施例6根据美国专利申请公开2004/0227994 A1中的实施例1-4所述的过程通过流延操作制成多层光学薄膜，并且除去保护用聚丙烯表层。所用的低折射率聚合物为co-PET。
将多层光学薄膜切成片并且在60℃的烘箱中干燥至少2小时。将台板加热到115℃。将所得薄膜按照以下顺序堆叠成多层结构纸板、镀铬的黄铜板(约3mm厚)、隔离衬、镍质微结构化工具、多层光学薄膜、隔离衬、镀铬的黄铜板(约3mm厚)和纸板。将所得的构造置于台板之间并且闭合。在1.38×105Pa(20psi)的压力下维持60秒。
镍质微结构化工具的结构化表面具有一系列重复而连续的三棱柱，其顶角为90°、底宽(BW)为10微米、高度(P)为约5微米。各个棱柱的位于基面上的顶点由与之靠近的、相邻的结构体所共用。
将压印后的片状薄膜切成纵横比为10∶7(沿着凹槽的尺寸∶横跨凹槽的尺寸)的片。使用间歇拉幅机工艺，将结构化的多层光学薄膜以接近真正单轴的方式沿着棱柱的连续长度方向进行拉伸。将薄膜预热到接近100℃，在约20秒内将其拉伸到拉伸比为大约6倍，然后在其仍然处于拉幅机中的时候、在拉伸温度下使其拉伸程度降低大约10％，以控制薄膜的收缩情况。经测量，薄膜的最终厚度(包括结构体的高度)(T′)为150微米。使用Metricon棱镜耦合器(可得自位于美国新泽西州Piscataway市的Metricon公司)在632.8nm的波长下、在拉伸后的薄膜的背面上测量折射率。经测量，沿着第一面内方向(沿着棱柱的方向)、第二面内方向(横跨棱柱的方向)和厚度方向上的折射率分别为1.699、1.537和1.534。因此，该拉伸材料的横截面内的相对双折射率为0.018。
实施例7以如下方式构造一种取向的、微复制的结构体，所述方式为通过在125℃下压缩模塑4分钟，将节距为125微米的、90°棱柱状的凹槽压印到0.010英寸厚的流延PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)薄膜中。把经过工具结构化的薄膜在冰水中淬火。在取出薄膜并且干燥之后，在128℃下将薄膜沿着其凹槽的长轴拉伸5倍。这会产生5％的横向收缩，并使得最终节距为大约62微米。经测量，沿着取向轴的折射率为1.84，而在横向上的折射率为1.53。使用Metricon棱镜耦合器在632.8nm的波长下、在所得薄膜的平坦的背面上测量折射率。
随后用各向同性的、折射率为1.593的UV固化型丙烯酸酯树脂将一块取向的微结构化薄膜粘附于玻璃载玻片上，使得该薄膜的结构化表面面对载玻片。采用使该载玻片多次通过UV室的方式使丙烯酸酯树脂固化，其中每一侧通过3次，以确保树脂充分固化。
使氦-氖激光束穿过这块安装于载玻片上的取向的结构化薄膜。通过使HeNe激光穿过Glan-Thompson偏振器而将其完全转化为均匀的线性偏振光。穿过上述结构的普通光线(o-光线)仅表现出较低的分裂程度，其中发现零阶发散的半角为大约2°。然后将半波片以紧挨在Glan-Thompson偏振器之后的方式插入，以便使激光束旋转90°而成为垂直偏振光(e-光线)。这时，零阶光束表现出大约为8°的发散半角(或者其发散角为o-光线的发散角的4倍)。
权利要求
1.一种表面结构化的聚合物薄膜的制备方法，该方法包括下列步骤(a)提供一种聚合物薄膜，其具有(i)第一结构化的表面和第二表面，以及(ii)第一面内轴、第二面内轴和第三轴，其中所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直，所述第三轴在所述聚合物薄膜的厚度方向上、并且分别与所述第一面内轴和所述第二面内轴互相垂直，其中在所述第一结构化的表面上具有至少一个几何特征物；以及(b)沿与所述聚合物薄膜的所述第一面内轴基本平行的方向，拉伸所述的表面结构化的聚合物薄膜；其中在所述步骤(b)之前的所述几何特征物的横截面形状在所述的步骤(b)之后基本得以保持。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述的聚合物薄膜在所述的步骤(b)之前基本是未被拉伸的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述的聚合物薄膜在所述的步骤(b)之前基本是未取向的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述的步骤(b)中对所述的聚合物薄膜进行拉伸，拉伸比为至少1.1。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述的步骤(b)中对所述的聚合物薄膜进行拉伸，拉伸比为至少1.5，并且其中沿着所述第二面内轴方向上的拉伸比和沿着所述第三轴方向上的拉伸比这二者中的较大值与较小值之比为1.4或更小。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在所述的步骤(b)中对所述的聚合物薄膜进行单轴拉伸。
7.根据权利要求6所述的方法，其中只在所述的步骤(b)中对所述薄膜进行拉伸。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述的聚合物薄膜在所述的步骤(b)后为双折射性的。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述的聚合物薄膜的相对双折射率为0.3或更低。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述的聚合物薄膜衍生自从以下聚合物中选择的聚合物无定形的聚合物、半结晶的聚合物、结晶聚合物和液晶聚合物。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述的聚合物薄膜衍生自以下聚合物热塑性聚合物、热固性聚合物、辐射固化性聚合物以及它们的组合。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述的表面结构化的聚合物薄膜包含多个层。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述的几何特征物是长形的并且该几何特征物沿基本平行于所述第一面内轴的方向位于所述的第一结构化表面上。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述的聚合物薄膜在所述的步骤(b)之后是具有所述结构化表面的连续的卷。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述的步骤(a)还包括将所述的聚合物薄膜挤出或共挤出并同时在该聚合物薄膜上形成所述的结构化表面的过程。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述的结构化表面包含多个几何特征物。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述的几何特征物沿所述的第一面内轴方向是连续的。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述的几何特征物沿所述的第一面内轴方向是不连续的。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述的结构化表面包含至少一个微特征物。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述的聚合物薄膜在拉伸前具有第一取向状态，在拉伸后具有不同于该第一取向状态的第二取向状态。
全文摘要
本申请描述一种制备单轴拉伸的膜的方法，其中所述膜具有包含几何特征物的结构化表面。本发明的方法提供这样一种膜，其特征物的横截面形状在拉伸后与拉伸前该特征物的横截面形状基本一致。
文档编号B29C55/04GK101087833SQ200580044276
公开日2007年12月12日 申请日期2005年12月20日 优先权日2004年12月23日
发明者安德鲁·J·欧德科克, 罗尔夫·W·比尔纳特, 威廉·W·梅里尔, 奥勒斯特尔·小·本森, 大卫·A·科维茨 申请人:3M创新有限公司