具体实施方式

阴影是一种光学缺陷，当乘客佩戴偏光太阳镜的同时观看HMI显示器时会出现这种缺陷。它产生从灰色到白色的亮度变化，其效果是显示器呈现畸变和/或斑驳。这种失真是由双折射的局部变化引起的。而双折射是指给定透明基材在不同方向上的折射率差异，这是由应力和/或分子取向引起的。这种阴影通常由灰色着色的变化组成，但当光学双折射足够大时，甚至会导致显示器中的颜色偏移，从黄色开始，然后是橙色、红色、紫色，直到整个色谱。希望不发生颜色变化并且显示器保持均匀的颜色，例如黑色或灰色，但是白色也是可接受的。

基材的双折射表示为Δ，定义为任意两个相互垂直方向之间的折射率n的差。通常，这些方向将与例如纵向(MD)、横向(TD)和厚度方向(thick)相关。如果用下标a、b和c表示这些方向，则可以计算双折射的三个不同值。

Δ_ab＝n_a-n_b

(1) Δ_bc＝n_b-n_c

Δ_ac＝n_a-n_c

三者中仅有两个是独立的，而选择哪个最好使用取决于应用。双折射是通过折射率反映取向量的参数。反过来，折射率又是介质中光速的逆向测量，假定光波在该特定方向上偏振。n的值越高意味着速度越低，因此如果n_a＞n_b，这意味着沿a方向偏振的光波将比沿b方向偏振的光波传播得更慢。因此，给定足够的距离，沿着a的光波将进一步滞后于b，并且变得越来越出离相位。

图1示出了在典型的交叉偏振器配置中样品的双折射。光源1向偏振轴与垂直方向成+45度的第一偏振器10提供随机的非偏振光2。然后，所得到的偏振光3入射到厚度为L的样品20上，其主轴与垂直和水平方向对齐，并且分别具有折射率n_a和n_b。

为了简化，入射光波3可以矢量分解为沿垂直和水平轴并且垂直于传播方向的电场分量。在给定不同折射率的情况下，这些分量中的每一个然后将以不同速度在样品中传播。由于这种速度差，出射波前5和6将被相位分离距离8(图2)，该距离表示为光学延迟。延迟以纳米为单位表示，或者表示为介质中波长λ的分数。对于塑料，假定是白光光源，波长约为570nm。因此，“四分之一波”延迟是具有大约142nm(或570nm的四分之一)延迟的样品。

当两个分量5和6到达第二偏振器30时，波被有效地重新组合以产生观察者90所看到的输出波8。如果延迟为零，则波保持同相并且加回到其原始振幅和方向。由于该组合波现在与第二偏振器成90度取向，因此它将被完全阻挡，并且将存在没有光透射的黑色或零状态。这与在没有样品存在时透过两个交叉偏振器观察会观察到的黑色状态相同。

相反，如果两个分量离相位，则矢量相加将导致一部分波与第二偏振器对齐，从而使其透射。这种“光泄漏”将随着延迟水平而变化，并且将随着延迟增加将达到最大值，并且最终将在假定单色光的波长的整数倍处返回到接近零。如果延迟等于λ，则将其表示为一阶消光点。同样，在2λ、3λ等处发生额外消光，分别表示为二阶和三阶消光点。

对于白光或多色光，每种颜色对应不同的波长，并且假定该部分的延迟恒定，每种颜色都将经历不同程度的消光。例如，蓝色和紫色的波长比红色短得多，因此随着延迟水平的增加，它们将而经历更多的相对相移(例如，如果λ＝400nm，则100nm延迟偏移将等效于四分之一波长偏移，但是对于600nm波长将仅为λ/6偏移)。随着各种颜色的强度经历不同偏移，透射的光的颜色也会发生改变。在零延迟时，没有光线透射，颜色显示为黑色。随着延迟的增加，这种颜色从黑色变为深灰色，然后在大约100nm处变为白色。在大约100nm到300nm之间保持白色，在300nm开始向黄色偏移。从黄色变为橙色，然后变为红色，最后在570nm的一阶消光点变为紫色。在570nm以上，颜色循环基本上是重复的，尽管有一些稍微不同的颜色偏移。然而，就HMI外壳板而言，从阴影角度来看，超过570nm的延迟水平高得令人无法接受。

从约-100nm到+100nm的延迟变化通常呈现黑色到灰色的外观，阴影最小。同样，在100至300nm(或-100至-300)范围内的延迟变化提供了近乎均匀的白色外观，并显示出最小的阴影。在实施例中，两个范围都是本发明的延迟目标。在某些实施例中，前一范围是本文所述的超低延迟树脂的优选目标。应当注意的是，在任何给定的范围内，遍及整个饰板的延迟可变性越低越优选，但上述被认为是在仍保持合理的光学均匀性的情况下，在该波段内可能发生的可变性的近似最大水平。

从部件L的厚度可以容易地计算出任意两个方向(i，j)的延迟，如下所示：

(2) R_ij＝LΔ_ij

如双折射一样，根据选择的方向，存在多个延迟值。为了阴影的目的，有两个值特别重要，表示为Re和Rth。它们定义如下：

(3) Re＝R_MD-TD＝L(n_MD-n_TD)

(4)

这假定a、b和c方向相应地对应于部件的MD、TD和厚度。Re和Rth由于不同的原因对阴影很重要。Re表示垂直于表面传播的光波的延迟和相位滞后，如图1所示。注意Re不受n_thick的影响，因为垂直入射波仅在平面方向(MD/TD)上极化。

然而，对于离轴或倾斜观看，必须考虑到n_thick，因此需要Rth。这在图3中示出，其中平行于页65的光波以一定角度入射到样品上(矢量表示垂直于传播方向的电场分量的方向和大小)。在经过折射之后，该光分量的方向略微改变为66。假定样品具有各向异性的折射率椭球60，其中厚度方向62上的折射率小于平面方向61上的折射率。这是大多数具有面内取向的薄膜或模制部件的典型情况。

已知折射率在主轴之间随椭圆形状而变化。对于垂直入射，偏振方向将对应于水平/平面折射率61。但是随着角度增加，有效折射率对应于椭圆体上偏振矢量相交的点。所以随着倾斜角增加，有效折射率接近厚度值62。应注意，如下所述，如果厚度和平面折射率相同，则60将采用球体的形状而不是椭圆体的形状，因此有效折射率将不随倾斜角而改变。理想情况下，我们希望显示器外壳中的Rth和Re都很小，以最大程度地减少所有阴影。还优选Rth的值等于或接近Re，从而当视角改变时不会出现明显的阴影。

重要的是注意，阴影和延迟仅在光学偏振器存在的情况下才会发生。实际上，只有当两个偏振器(如图1中的10和30)之间发生延迟偏移时才会出现阴影。偏振器对的作用是首先隔离某一偏振方向，然后允许波分量发生相对相移或延迟，然后矢量地重新组合偏振分量，使得发生相长干涉和相消干涉。没有这些偏振器，这种干涉就不会发生。正因如此，除非观看者佩戴偏光太阳镜，否则不会出现阴影。

虽然显示模块本身具有偏振器对，但(HMI)触摸面板不在这些偏振器之间，因此不会发生额外的光学干涉。然而，当佩戴太阳镜时，情况改变，因为现在触摸面板位于LCD模块的第二偏振器和偏光太阳镜之间。太阳镜本质上引入了第三偏振器，并因此引入了第二偏振器对，当试图减少阴影时，现在必须考虑这些偏振器之间的所有东西。下面提供HMI面板实例的描述用于进一步说明。

LCD结构的实例

基于LCD的HMI面板的典型结构如图4所示。所包括的元件仅是与系统光学相关的那些元件，其它层，例如用于电气开关和传感的那些层，未包括在附图中。还应注意，存在许多可包括在LCD模块中的其它设计元件和结构(例如，光漫射器、增亮膜、滤色器等)，但这些对于说明光学阴影或本发明并不关键，因此未示出。应注意，这些元件通常以许多可能形式中的一种存在于模块中，并且这些变化可以包括在本发明的实施例中。

LCD模块与图1中的设置非常相似，只是现在“样品”被替换为液晶模块50。如前所述，存在第一偏振器10和第二偏振器叠堆30以及某种背光源1以提供照明。第一偏振器具有相对于基准垂直方向的偏振轴线φ，第二偏振器通常相对于该方向旋转90度。通常，角度φ为45度，但这不是必需的。

偏振器通常还包括将主动偏振元件(13和33)夹在中间的保护或“补偿”薄膜。对于第一偏振器，它们表示为11和12，对于第二偏振器表示为31和32。层11和32通常由溶剂流延三醋酸纤维素薄膜或环烯烃制成。因为它们在偏振器对的“外部”，它们通常不影响延迟，因此它们的延迟通常不是关键的。相反，层12和31在偏振器之间，因此它们的延迟会影响视觉质量。对于传统的LCD应用，这些薄膜通常被设计为具有特定的规定Re和Rth，以便抵消液晶模块中的任何残余延迟。通过适当地设计这些补偿薄膜，显示器的视角和对比度显著增加。

前面关于图1讨论的延迟效应也适用于液晶显示器，区别在于液晶模块50是双折射动态变化的材料(与样品20的静态双折射相反)。市场上有不同类型的液晶盒，但是不管类型如何，液晶分子都响应于施加的电压而改变方向和排列。通过改变这种排列并因此改变双折射，可以使用先前描述的原理将通过的光的亮度从暗调制到亮，从而打开或关闭给定的像素。通过使该光通过滤色器，可以获得各种颜色。

在离开第二偏振器时，光将通过显示器外壳70。在大多数应用中，例如传统的LCD电视机，光将通过保护外壳并到达观察者。因为在外壳之后没有其它偏振器，所以其延迟对视觉质量没有影响。

然而，如果引入第3偏振器，例如观察者戴上偏光太阳镜，则这种情况会改变。这在图5中表示为80。这些偏光镜通常具有垂直对齐的偏振轴(φ＝0度)，因为这可以更好地减少眩光，因为来自道路和水面的大部分反射光是水平偏振的。在这种情况下，层12、31、32和70都可以影响延迟(除了液晶模块50之外)，因此可以对阴影产生影响。如果没有太阳镜，只有12和31对视觉质量有影响。

图6示出了本发明的另一方面，包括表示为71的附加光学补偿薄膜。如前所述，膜12和31通常是具有规定延迟Re和Rth的补偿薄膜，并设计为用于抵消来自液晶模块本身的一些无关延迟。通过消除模块50中多余的延迟，面板制造商可以显著地提高对比度和视角性能。

在汽车中，这些薄膜(12和31)也可能潜在地影响阴影，因此一种选择是甚至进一步修改这些薄膜的延迟，以减少佩戴偏光太阳镜的乘客所看到的阴影的感觉。然而，这种选择并不优选，因为在没有佩戴太阳镜的正常条件下，调整补偿薄膜12和31会损害视觉性能。相反，可以优选地向触摸面板本身增加附加的补偿层71，或者替代层32的位置或位于其顶部。薄膜比模制产品更容易达到规定的延迟水平，因此这提供了一种根据需要将延迟提高或降低的替代方式。在实施例中，薄膜(显示在触摸表面上)也可以用作具有耐刮擦、硬涂层等性能的保护层施加到表面。在实施例中，如果需要，这种薄膜也可以施加到面板的下侧(未示出)。施加可以通过直接粘合、模内标签/装饰等。

在实施例中，HMI触摸面板可以利用液体光学透明粘合剂(LOCA)或光学透明粘合剂(OCA)薄膜(或胶带)粘合到液晶显示部件/组件(例如，触摸面板可以粘合到位于液晶模块和触摸面板之间的偏振器层或偏振器层上的保护层)。这种粘合剂也可用于将保护外壳如透镜或硬涂层粘合到触摸面板上。在实施例中，根据制造商和LOCA或OCA的规格，用紫外光(UV)、热、水分或其组合来固化粘合剂。

在实施例中，LOCA或OCA可以改善显示器的光学性能，例如通过消除粘合层之间的空气间隙。在实施例中，这种光学结合可以通过减少反射光的量来提高对比度，从而提高可视性。来自触摸面板屏幕或保护盖帽层的反射以及粘合剂会降低LCD的可视性。反射可能由空气和一个或多个层之间的阻抗失配引起。反射可使白色更亮，但会稀释黑色和其它颜色，从而降低对比度。在某些实施例中，选择LOCA以匹配HMI触摸面板的折射率，以使损耗最小化。在实施例中，LCOA或OCA包含丙烯酸基和/或硅氧烷基化学物质。

在实施例中，触摸面板与模内装饰(IMD)或模内标签(IML)一起模制，以提供标记和/或被动触觉特征。在实施例中，IMD或IML是将装饰和/或可UV固化的硬涂覆表面转移到塑料触摸面板的薄膜。IML薄膜具有抵靠着模具的涂层。注入熔融的热塑性塑料(例如纤维素酯热塑性塑料)，使得它接触面向模具内部的薄膜表面，并与热塑性塑料具有良好的粘附性。一旦模制部件从模具中脱落，IML薄膜上的涂层将经历UV固化步骤，该步骤使表面硬化，并可赋予耐刮擦性和耐化学性。可赋予(模制部件的)向外的表面的其它功能包括抗指纹(疏油性能)、防眩和/或抗反射属性。在实施例中，标记可以与HMI单元的控制功能相关。在实施例中，多色丝网印刷和胶版印刷图形可以用于产生标记或图形。在某些实施例中，使用第二表面图形，其中装饰印刷在透明衬底薄膜(例如，聚碳酸酯、丙烯酸或纤维素膜)的背侧，且在薄膜的油墨侧接触注射塑料(例如，在注塑成型期间)。这将装饰封装在薄膜层和注射塑料之间，使得装饰在使用过程中不会磨损。在实施例中，视觉系统可以用于确保准确的标签定位，并可验证标签正确性。在实施例中，印刷可以通过任何已知的方法进行，例如数字印刷(例如喷墨或静电复印)、喷涂、转印、柔版印刷、凹版印刷等。

在实施例中，使用IMD或IML构造的触摸面板模块的厚度比使用LOCA或OCA粘合的印刷层构造的类似触摸面板相对更薄。在实施例中，IMD技术可用于提供硬涂层和/或油墨转移标记。

HMI显示器生产

在一个实施例中，通过注塑成型或压缩注塑成型(CIM)来制备HMI触摸面板。这两种技术都已经用于制造光盘。第三种选择是使用热成型，特别是制造更大的面板。热成型需要将加热后的片材挤出并成型为模具。其优点在于可以制造较大尺寸的部件，但缺点是废品率高、应力水平可能较高以及难以模制凸耳和连接点。

任何生产技术的一个关键方面是使双折射最小化。双折射有两种主要类型，即取向双折射和“玻璃状”或应力相关双折射。前者是由模制后留在部件中的残余链取向引起的，而后者是由在部件冷却期间形成的热应力引起的。对于每种生产方法，两个部分都将独立地改变。

用于汽车应用的常规聚合物包括聚碳酸酯(PC)和PMMA。其中，PC相对于PMMA在双折射方面处于劣势，因为残余应力(或残余取向)的微小变化将引起双折射较大变化。这种灵敏度通常通过应力光学系数(SOC)来量化，SOC是单位应力变化时发生的双折射变化。

(5)Δ_ij＝SOC*(σ_i-σ_j)

其中σi是i方向上的应力。给定的材料有两个SOC值，一个用于在橡胶态下的玻璃化转变温度以上的应力(SOC_R)，另一个用于在玻璃态下的应力(SOC_G)。前者涉及取向双折射，后者是更传统的应力相关的双折射。对于PC，两个SOC值通常都比丙烯酸高得多，这使得低双折射模制更困难。相反，已经发现，根据本文实施例的纤维素酯可以进行改性以显著改变SOC值，甚至达到接近零的点。已经发现，这使得在模制期间比聚碳酸酯或丙烯酸树脂更精细地调节双折射。

在注塑成型期间，模具的几何形状和浇口相对于应力和双折射的影响非常重要。图7示出了具有搭接浇口102的简单的饰板模具101，以及进入模具105的聚合物的流动前沿。通过流道100进入的聚合物已经经历了定向和排列，并且在其进入模具时继续。

在这种小搭接浇口的情况下，发生类似于气球膨胀的径向渐进式流动。聚合物被径向和周向拉伸，这导致在径向和环向(108)上的主应力σr和σ_Θ。如上述(5)式所示，双折射随着相对应力差的增加而增加，并且靠近浇口的应力差趋于非常高。由于这种径向应力模式，取向和双折射曲线将具有类似的径向几何形状，其用于放大阴影，因为会有更多的角度依赖性。因此，在实施例中，优选地采用更宽的扇形或膜型浇口，其提供通过部件的更均匀的流动前沿。这在图8中示出，其中来自106的流动现在更均匀，并且分子取向在遍及整个部分上也更一致。这将减少阴影的角度依赖性，因为应力差108将更一致。在延迟开始非常低的实施例中，角度依赖性可能不是主要因素，并且浇口配置的选择不再是关键的。

压缩注塑成型是标准注塑成型的替代方案，因为模具在填充期间最初保持部分打开以减小流动应力，但接着闭合以产生最终部件。对于较薄的物品，如光盘，这可以比单独的传统注塑成型更多地减少双折射。

热成型是用于生产显示器外壳的另一替代方案，它允许比传统的注塑成型更大的面板。热成型提供了另外的优点，即可以容易地生产多层结构。例如，本发明的纤维素酯可以在PMMA的盖帽层之间共挤出，以产生硬涂层表面。然后，只要设定片材和模具温度适合于所涉及的材料，就可以将三层片材热成型为最终部件。

多层热成型提供了其它优点，即可以通过使用具有适当玻璃化转变温度的层来调整零件的上部使用温度。同样地，盖帽层可帮助用作保护层，以防止水分进入片材内部，并将挥发性化合物(例如增塑剂)保持在结构内部。这可以允许使用高度增塑的纤维素酯作为芯层，并使用较硬的盖帽层(例如PMMA、PC)以密封增塑剂并抵消较低的Tg。

本发明可以设想任何层的组合，因为关键的只是整体结构满足双折射要求，以及至少一层含有本发明的低羟基纤维素酯。因为保护盖帽层可以保持较薄，所以甚至可以使用更高双折射的层，因为可以将产生的总延迟保持在最小。

在一个实施例中，HMI显示器的部件厚度范围为约1mm至约10mm，或1mm至8mm，或1mm至5mm，或约2mm至约10mm，或2mm至8mm，或2mm至5mm，或大于2m至5mm，或2mm至4mm，或从2mm至3mm。厚度对双折射和延迟具有重要影响，因为如前所述，延迟等于双折射乘以厚度。因此，在所有条件相同的情况下，较厚的部分将具有较高的延迟。然而，已经发现较厚的部件可能具有降低的填充压力，并因此具有降低的取向双折射水平。因此，即使厚度更高，遍及整个部件上的平均双折射可能更低，因此有时总延迟会降低。从耐冲击和防撞性的观点来看，较厚的部件是优选的，但不要太厚，因为这会增加额外的重量。在实施例中，厚度为约2至3mm。

已经发现，聚合物熔体温度较高的模塑也可以通过降低粘度、减少总应力和取向形成来帮助减少双折射。在过度降解和/或飞边成为问题之前，对于大多数材料的模塑通常存在实际的上限。

也可以增加模具温度以减小应力，尽管这会使循环时间更长(由于更长的冷却循环)。模具温度对残余应力和由冷却产生的应力引起的双折射具有特别强的影响。为了有助于进一步减少这种情况，部件也可以在模塑后在接近玻璃化转变温度Tg的温度下退火。这可以使双折射的应力分量最小化，但通常不影响取向双折射。而且，这是不太理想的，因为它显著增加了循环时间和成本。

其它加工参数，如注入速率/压力，可以影响双折射的形成，并且可以绘制填充速率的曲线以优化双折射。已经发现，通过在较高的注射填充速率和/或模具填充压力下运行，特别是在填充结束时，可以减少双折射，特别是在浇口区域。同样，保持压力也应保持较高，但要足够低以防止闪蒸。如果填充速率太低，则认为在填充期间冷却效果太强，这会提高取向双折射，因为材料必须流过更粘的表层。

还观察到，通过在填充期间将绘制压力曲线，可以使双折射最小化，特别是在浇口区域。结果发现，与恒定的压力曲线相比，高的初始填充速率和封装压力，随后略微降低封装和保持压力，将降低浇口双折射。

降低聚合物的分子量可以降低粘度以及在模塑过程中产生的取向。然而，较低的分子量通常是与韧性和冲击强度权衡。

在实施例中，用于本发明的纤维素酯可以是具有足够含量的C₃-C₁₀酸的盐或酯部分、优选丙酸酯和/或丁酸酯部分的任何纤维素酯。可用于本发明的纤维素酯通常包含以下结构的重复单元：

其中R¹、R²和R³独立地选自氢或具有2-10个碳原子的直链烷酰基组成的组。对于纤维素酯，取代水平通常以取代度(DS)表示，其为每个脱水葡萄糖单元(AGU)中非OH取代基的平均数。通常，常规纤维素在每个AGU单元中含有三个可被取代的羟基；因此，DS可以具有介于0到3之间的值。然而，由于端基的贡献，低分子量纤维素混合酯可具有略高于3的总取代度。天然纤维素是一种大型多糖，即使在制浆和纯化之后聚合度也为250-5000，因此最大DS为3.0的假设近似正确。然而，随着聚合度的降低，如在低分子量纤维素混合酯中，多糖主链的端基变得相对更重要，从而导致DS可超过3.0。因为DS是统计平均值，1的值不能保证每个AGU具有单个取代基。在一些情况下，可能存在未取代的脱水葡萄糖单元，一些具有两个取代基，一些具有三个取代基，并且通常该值为非整数。总DS定义为每个脱水葡萄糖单元所有取代基的平均数。每个AGU的取代度也可以指特定的取代基，例如羟基、乙酰基、丁酰基或丙酰基。在实施例中，纤维素酯的聚合度低于天然纤维素的聚合度。在实施例中，n是在25至250、或25至200、或25至150、或25至100、或25至75范围内的整数。

在本发明的一个方面，提供了片材形式的人机界面(HMI)外壳，其具有约2mm至约5mm的厚度，包含总取代度(DS)为2.85至3的可熔融加工的纤维素酯。在实施例中，DS在2.9至2.97的范围内，并且更接近地表示“零双折射”行为。或者，DS可以用羟基DSOH的数目表示。在实施例中，纤维素酯具有0至0.15，或0.03至0.1范围内的DSOH。在实施例中，酰基优选由乙酰基、丙酰基和丁酰基组成。

通过使总DS在本文所讨论的范围内，已经发现垂直于主链的折射率近似等于平行于主链的折射率。因此，单体的双折射接近于零，SOC_R值也非常接近于零。因此，在模塑/成型过程中发生的任何取向对双折射和/或延迟的影响可以忽略不计。相反，当总DS低于约2.85时，已经发现存在足够的羟基，使得沿链轴相对于垂直方向的折射率明显更高，SOC_R不再可忽略。

在实施例中，纤维素酯组合物还可以含有至多20wt％的增塑剂，尽管汽车对挥发性有机化合物(VOCs)的限制表明理想情况下增塑剂水平应为零，或非常接近于零，除非纤维素酯用清漆或涂料密封。或者，如果使用多层热成型方法，纤维素酯可以夹在层之间，这有助于防止增塑剂迁移。在实施例中，可以使用挥发性较低的高分子量增塑剂。

同样，在实施例中，至多约20wt％的可混溶聚合物可以与纤维素酯共混。实例包括某些乙烯乙酸乙烯酯(EVAc)共聚物、某些脂族聚酯，例如聚(丁二酸丁二醇酯)和/或聚(丁二酸乙二醇酯)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、环氧树脂、聚乙烯吡咯烷酮等。

在实施例中，纤维素酯组合物还可以含有典型的添加剂，包括抗冲改性剂、加工助剂、稳定剂、UV保护剂、着色剂等。

由于适用性和可加工性要求，在实施例中，纤维素酯加上任何增塑剂/改性剂的Tg在105℃至160℃、105℃至150℃、110℃至160℃或120℃至150℃的范围内。在实施例中，Tg下限可由与汽车内部、特别是较热气候中可能发生的高温相关的要求确定。在这样的实施例中，显示器外壳在这些条件下不得翘曲、蠕变或以其它方式变形。在实施例中，可通过与熔体加工性限制相关的要求来确定较高的Tg温度要求。随着Tg增加，充分熔融和塑化树脂所需的加工温度也增加，更高的熔融温度可导致黄变和降解增加。应注意，在多层热成型HMI外壳的情况下，只要附加层提供必要的高温刚度以支撑面板，则Tg限制不受此限制。

如前所述，分子量也很重要，因为它影响强度和双折射。在实施例中，数均分子量(聚苯乙烯当量)理想情况下应在约40000克/摩尔至80000克/摩尔之间以保持足够的韧性。高分子量材料具有较好的韧性，但流动取向和双折射倾向于增加。幸运的是，使用根据本文实施例的低羟基树脂，已经发现该材料对流动取向相对不敏感，因此可以使用更高的分子量。唯一的限制是可加工性，因为非常高的分子量更具粘性，因此更难以注射到复杂的模具中。

或者，可以根据落球粘度(FBV)间接定义分子量，如美国材料实验协会(ASTM)D817和D1343中所述。在实施例中，本发明的纤维素制品可具有5至30秒范围内的FBV。低于该范围，材料往往太脆，而高于该范围，粘度太高。

在实施例中，用于本发明的优选纤维素酯包括纤维素乙酸丙酸酯、纤维素丙酸酯(或纤维素三丙酸酯，CTP)、和纤维素乙酸丁酸酯。在实施例中，由于Tg的限制，乙酰基DS(Ac)的取代度应低于约2.1，更优选低于约1.7。已经发现，乙酰基水平高往往会使Tg过高，从而限制加工性能。相反，如纤维素三乙酸酯(CTA)和纤维素乙酸酯(CA)的材料不是优选的，因为它们难以熔融加工，例如，在不存在大量增塑剂的情况下(尽管它们可以用作保护或补偿层)。

在某些实施例中，本发明的人机界面外壳具有非常低的光学延迟，其中可视区域内的光学面板的所有部分具有在-100nm到100nm范围内的面内光学延迟Re，以及也在-100nm到100nm范围内的厚度延迟Rth。这种低延迟面板不需要任何附加的补偿薄膜。

在另一个实施例中，在可视区域内的光学面板的所有部分具有在-80nm至80nm范围内的面内光学延迟Re，以及在-100nm至100nm范围内的厚度延迟Rth。

在另一个实施例中，在可视区域内的光学面板的所有部分具有在-50nm至50nm范围内的面内光学延迟Re，以及在-100nm至100nm范围内的厚度延迟Rth。

在某些实施例中，本发明的人机界面外壳还包括一个或多个补偿层，并且具有在以下范围内的总光学延迟

(i)-100至100nm，

(ii)100至300nm，或

(iii)-100至-300nm。

在其它实施例中，本发明的人机界面外壳还包含一个或多个补偿层，其具有在-80至80nm、100nm至260nm或-100nm至-260nm范围内的总光学延迟。

在另一个实施例中，本发明的人机界面外壳还包括一个或多个补偿层，其具有在(i)-50至50nm或(ii)150至250nm或(iii)-250至-150nm范围内的总光学延迟。

如本文所述，可使用塑料领域中公知的传统稳定剂、催化剂、抗冲击改性剂、阻燃剂、增强剂等，只要此类添加剂的类型和/或数量不会导致外壳具有不可接受的光学或强度性能。考虑使用的添加剂的实例包括可从巴斯夫(BASF)获得的和抗氧化剂，以及可从巴斯夫获得的和光稳定剂。

如本文所述，增塑剂的使用也是一种选择，尽管部件通常必须满足与挥发性有机化合物相关的某些限制，因此增塑纤维素酯优选通过使用盖帽层(例如多层共挤出和热成型)、通过共注射或使用清漆或密封层来密封。

在实施例中，除了具有Tg(如本文所述)之外，显示面板还必须满足某些冲击要求。在实施例中，由纤维素酯组合物制成的厚度为1mm至10mm，或1mm至8mm，或1mm至5mm，或2mm至10mm，或2mm至8mm，或2mm至5mm的外壳板在室温和-30℃下均能经受1.05kg的钢球从20英寸(50.8cm)高度的冲击而不破裂。该高度表示5.2焦耳的冲击能量。由于可用面板几何形状多种多样，面板由直径4英寸(10.2cm)的管支撑，在面板或饰板的中心处受到冲击。

为了使HMI显示面板没有阴影，重要的是所有“光学活性层”的总延迟落在以下两个范围之一内：

第一个是从-100nm到100nm，或-80nm到80nm，因为这构成了在Michel-Levy图上的“灰色”区域，用于使用均匀白光光源通过交叉偏振器进行光传输。在该延迟范围内的显示将始终呈黑色或灰色，因此阴影是最小的。

第二种是100nm至300nm或-100nm至-300nm，或100nm至260nm或-100nm至-260nm，因为这构成了光透射的“白色”部分。尽管面板将呈现均匀的白色而不是灰色，但这里的阴影也将是最小的。

以这两个区域之一为目标的原因是，在给定的延迟变化下，颜色变化非常小。相反，对于大于260nm或大于300nm(或小于-260nm或小于-300nm)范围的延迟，随着延迟增加，有效颜色通过非灰度值(最初为黄色)快速改变。因此，即使延迟的微小变化也将产生明显的颜色偏移。还应注意，如果面板的一部分处于灰色区域，而另一部分处于“白色”区域，则会出现不可接受的明显阴影。整个观看区域(或者在一个实施例中，整个面板)应当处于一个或另一个区域中，但不能在两个中。同样，所列的这些范围被认为是可接受的最小值，但在0nm或约180nm(或-180nm)左右的甚至更低的变化范围是优选的。

就上述可接受的范围而言，大致跨越200nm或160nm的延迟，期望的是，该部件(至少在HMI外壳的可视区域上)的最大和最小延迟之间的差小于或等于约200nm或160nm。在实施例中，部件在整个可视区域上可以具有的并且仍然可接受的延迟的最大变化为160nm。然而，如果部件的平均延迟不在目标范围内，则可以通过向外壳板添加光学活性补偿层来使其偏移。

例如，平均延迟为100nm(最大值为150nm，最小值为50nm)的部件如果单独使用，将具有不可接受的阴影，因为部分延迟在灰色区域，部分在白色区域。然而，由于延迟范围(最大-最小)仅为100nm，因此可使用-100nm光学活性补偿层使平均值向下偏移。这将平均值移动到0nm，最小值移动到-50nm，最大值移动到50nm。现在所有的点都在-80到+80nm的灰色区域之内，因此阴影最小化。或者，平均值可以向上移动，使得整个范围都落入白色区域。

应当注意，200nm范围基本上是保持在灰色或白色波段内所需的最小值。在实施例中，在可视区域内纤维素酯部件的最大和最小延迟Re的差将小于或等于约160nm，或优选小于或等于100nm。跨越该部件遇到的延迟值的范围越窄，阴影越低。

为了在偏离角度观看时使畸变最小化，重要的是面内Re和厚度延迟Rth都保持较低。理想地，如果Re和Rth都保持接近零，则显示器从所有视角看都将显示相同。随着Re增加，存在更多的光学畸变，并且这将取决于薄膜平面内折射率相对于厚度方向上的折射率如何变化。同样，对于较高的Re值，更难定义将完全消除离轴畸变的精确Rth目标。

“光学活性层”构成显示器33的第二偏振器和偏光太阳镜80之间的所有层。因此，第二偏振器的外保护层32、HMI显示器70和施加到显示器71(或替代地施加在32和70之间)的任何保护/补偿层可以被认为是光学活性层。面内延迟的总和应基本上在上述两个范围之一内。可以接受的是，如果浇口周围或边缘上的区域被隐藏(例如，HMI外壳的可视区域之外)和/或作为安装的一部分被移除，则这些区域可能在可接受范围之外。

在实施例中，显示面板的厚度为2至5mm、或2至4mm、或2至3mm，并且将在室温和-30℃下经受使用1.05kg的钢球从20英寸(50.8cm)的高度掉落的冲击而不破裂。在实施例中，HMI显示器外壳比典型的模制光盘大，并且在几何形状上是不对称的，这两者使得更难以满足低双折射要求(如本文所述)。

在实施例中，HMI外壳面板通过注塑成型、压缩注塑成型或热成形来生产，并且可以可选地进行退火以进一步减少双折射。在实施例中，外壳是注塑成型的，并且浇口为外壳在模具入口侧的宽度的至少50％或更大，或至少60％，或至少70％，或至少80％，以便降低延迟的角度依赖性。

在一方面中，提供了一种用于制作人机界面外壳的方法，其包括以下步骤：

(a)提供配置成用于注塑成型的模具，该模具包含位于模具一端的浇口，该浇口具有被配置成将熔融热塑性聚合物引入该模具的开口，且在该模具的浇口端的模具宽度为至少150mm，其中该浇口开口具有模具宽度的至少50％的宽度；以及

(b)在至少热塑性聚合物Tg(℃)+60℃的料筒温度下注塑成型该外壳。

在实施例中，浇口开口的宽度至少为模具宽度的60％。在实施例中，料筒温度至少是热塑性聚合物Tg(℃)+80℃。

光学活性层可以通过各种方法制备，包括溶剂流延、挤出、拉伸等。在实施例中，补偿层可以由一种或多种纤维素酯制成。在另一个实施例中，例如在普通四分之一波片薄膜的情况下，补偿层可以由定向聚碳酸酯制成。也可以加入附加层以改善耐刮擦性、眩光等。例如，可将这些“硬涂层”层施加到补偿薄膜上，然后使用模内标签技术、直接粘合、涂覆或本领域已知的其它方法将其粘合到显示面板上。在实施例中，硬涂层选自有机硅基硬涂层、(聚)硅氧烷基硬涂层、氨基甲酸乙酯基硬涂层或丙烯酸基硬涂层。

还发现，当暴露于热和湿度时，由具有低羟基含量或较高DS(总)的纤维素酯制成的模制制品(如本文所述)比具有更高羟基含量或更低DS的纤维素酯更好地保持光学透明度(即，具有更少的雾度增加)。因此，在另一方面，提供了具有改进的耐水分引起雾度的模制制品。在实施例中，这种模制制品由总取代度(DS)在2.85至3范围内的纤维素酯制成。在实施例中，DS在2.9至2.97的范围内。在实施例中，高热和/或湿度暴露是指典型消费品(例如可放入洗碗机中或驻留在汽车内部的产品)所经历的较高温度和湿度环境条件。在实施例中，温度范围可以是27℃至100℃，或38℃至95℃，或38℃至78℃，在实施例中，湿度可以在80％至100％，或90％至100％的相对湿度(RH)范围内。

具有低羟基含量的纤维素酯组合物(如本文所述)可用于提供具有高光学透明度要求并在使用制品时将暴露于高热和/或湿度的模制制品。例如，放入洗碗机的制品，或另外经受热和湿度的制品(例如，某些车辆部件)可受益于使用具有低羟基含量的纤维素酯组合物(如本文所述)。因此，在一个方面，本发明针对具有低羟基含量的纤维素酯(如本文所述)用于需要高光学质量的模制制品的用途，该模制制品在使用期间可能暴露于高热和/或湿度。在一个方面，本发明针对具有低羟基含量的纤维素酯(如本文所述)用于模制制品的用途，与由具有较高羟基含量的纤维素酯制备的类似制品相比，该模制制品在使用期间暴露于高热和/或湿度时具有降低的雾度增加。

本发明可以通过其特定实施例的以下实例进一步说明，但是应当理解，除非另有具体说明，这些实施例仅是为了举例说明的目的而包括在内，并不旨在限制本发明的范围。

实验部分

使用以下实验方法表征本发明的模制制品。

熔体流动速率或熔体流动指数(MFI)按照ASTM D-1238在300℃和1.2kg负荷下测量。

平面(Re)中的光学双折射通过两种方法之一来表征。第一种是通过使用Strainoptics^TMPS-100SF偏振计。在“平面偏振”模式下进行测试，其中用旋转分析仪方法或用Strainoptics^TMLWC-100楔形补偿器量化优化。在遍及部件上的多个点进行测量，并还记录最大和最小点。

当需要Re和Rth值时，用Woolam^TM椭偏仪进行测试。椭偏仪在不同倾角进行一系列测量，然后将延迟结果外推至完全90度倾斜，以确定Rth。

冲击强度在室温和-30℃下测定。用1.05kg钢球从4英寸(10cm)和20英寸(50.8cm)的高度落下进行冲击。面板由直径4英寸(10.2cm)的管支撑。该高度代表5.2焦耳的最大冲击能量，并且样品必须经受得住冲击而没有裂纹或破裂以通过测试。

在以下实例中报道的纤维素酯的取代度是使用在600MHz下操作的JEOL600型核磁共振(NMR)光谱仪通过核磁共振氢谱测定的。样品管尺寸为5mm，样品温度为80℃，使用二甲基亚砜-d6和几滴氘化三氟乙酸作为溶剂。脉冲延迟为5秒，且对于每个实验获得64次扫描。

除非另有说明，否则玻璃化转变温度Tg是使用来自热分析仪器(Thermal AnalystInstruments)的TA DSC 2920仪器，根据ASTM D3418使用差示扫描量热仪(DSC)以20℃/分钟的升温速率对非塑化样品测定的。Tg值取自第二次加热循环测量，以确保清楚地表示过渡及除去任何残留水。熔点也根据ASTM D3418使用DSC测量。落球粘度使用ASTM方法D1343-91在ASTM A溶剂中测量。

根据ASTM D1003第8节过程B，使用Hunterlab Ultrascan VIS双光束分光光度计在102mm×102mm×2mm注塑成型饰板上测量雾度百分比和透光率。

通过热重分析仪(TGA)方法测量饰板的水分含量，如下所示：从2mm厚的注塑成型饰板的边缘切下约2mg的样品，并装载至TA Instruments Q5000SA蒸汽吸附分析仪中。将样品在60℃和0％相对湿度下干燥240分钟(4小时)。干燥步骤完成后，将样品在30℃和90％相对湿度下平衡300分钟(5小时)。在该时间范围内以及在300分钟结束时测量(水的)增重百分比。最终的增重百分比为所报道的吸湿率值。对比实例1～30-饰板模制及加工条件的影 响

矩形饰板在Toyo Plastar TM-200G2模制机上注塑成型，该模制机具有50mm螺杆和397cc的注射容量。使用各种加工条件和树脂进行设计实验。制备了尺寸为10.2cm×15.2cm、厚度为2.5mm的矩形饰板。沿着饰板的整个10.2cm短侧用膜型浇口填充模具。

模制了三种聚碳酸酯树脂，包括Makrolon^TM2458(19MVR或20MFR)、Makrolon^TM2207(35MVR或38MFR)和Tarflon^TMLC1500(65MVR或70MFR)。Makrolon树脂由拜耳(Bayer)(科思创(Covestro))提供，Tarlon树脂由出光兴产(Idemitsu Kosan)公司提供。除聚碳酸酯样品之外，还测试PMMA聚合物Acrylite^TMH12(赢创工业(Evonik Industries))作为对照，以及具有2.68的总DS的商用乙酸丙酸纤维素(CAP)Eastman Treva GC6021(伊士曼化学公司)。

PMMA和CAP样品的模具温度固定在82℃，聚碳酸酯样品的模具温度固定在88℃。使料筒温度和注射速度全部变化以确定最佳条件。然后在距浇口1cm处、饰板的中心处和距饰板的非浇口端1cm处测量延迟值(Re)。在整个部件上也记录了最大值和最小值，但不包括浇口附近的2cm区域。已知在浇口区域附近的延迟水平将更高，但是假设这种高延迟可以并入到更大的浇口区域，该区域在面板的最终组装时将被移除和/或隐藏。模制条件和测试结果列于表1中。

对表1的回顾表明，对于聚碳酸酯样品，只有样品CE18落入所需的目标延迟范围(-100至100nm)内和/或延迟变化小于更优选的100nm范围。这是使用65MVR样品在更热的料筒温度和快速注射速率下运行而产生的。如前所述，为了使该部分可接受，必须将浇口区域排除在面板的观看区域之外，但其可以在没有附加补偿层的情况下潜在地使用。

样品CE14在200nm更宽的范围内，但对于HMI应用，平均值需要通过补偿薄膜移动。性能将不如CE18好，但是对于一些应用仍然是可接受的。样品CE17具有中等性能，其延迟范围落在160nm的中等范围内。如果浇口区域被排除在可视区域之外，则该部分在没有补偿层的情况下是可接受的，并且将落在CE14和CE18的阴影性能之间。

对于其它PC样品，加工条件不会产生足够低的延迟变化，并且会产生不可接受的阴影。同样，较低MVR的样品甚至不接近所需的延迟目标。

丙烯酸样品(CE19至CE24)具有低的延迟曲线，但由于其低冲击强度(冲击数据未显示)而不可用。如果冲击强度是可接受的，则可以在没有补偿层的情况下使用这些，尽管CE19和CE21需要将浇口区域从可视区域排除。

CAP样品(CE25至CE30)具有比本发明的纤维素更高的延迟。如本文所述，这些CAP样品的DS低于根据本发明的纤维素。只有CE26和CE30具有可接受的低延迟变化。如果浇口区域的一小部分被排除在可视区域之外，则CE26可用于没有补偿器的“白色”区域。CE30将需要补偿薄膜将平均延迟向下移动到灰色区域，或向上移动到白色区域。CE30的浇口区域也需要排除在可视区域之外。

对比实例40～48SOC数据

测定一系列材料的玻璃态SOC值(SOCg)和橡胶态SOC值(SOCr)。通过在Instron拉伸试验台上加载拉伸杆，并在测量延迟变化的同时逐渐对部件施加应力来估计SOCg。应力保持在屈服点以下的线性状态。然后通过部件厚度将延迟值转化为双折射，并绘制双折射与应力的关系图。该图的斜率为SOCg值。

SOCr值通过使用Brueckner实验室薄膜拉伸器以不同的拉伸比拉伸薄膜样品来测定。初始膜样品为100mm×100mm，厚度通常为200至250μm。样品在高于Tg约10℃的温度下标称地拉伸至不同的拉伸比。拉伸后，测量延迟值，并将其与拉伸结束时薄膜中的应力进行比较(由薄膜拉伸器中内置的测力计测定)。然后可根据不同拉伸比下的双折射对各给定拉伸比下薄膜中的应力差的曲线图来估计SOCr。

实际SOC值列于表2中。应注意，PC和PMMA值是从文献(Winberger-Friedl，R(1991)通过光学技术测定注塑无定形聚合物中的取向、应力和密度分布，(Orientation,stressand density distributions in injection-moulded amorphous polymers determinedby optical techniques)，埃因霍温：埃因霍温理工大学，DOI：10.6100/IR364279)中获得的。CTA的值根据纤维素(Cellulose)(2015)22：3003-3012中的数据进行估计。

SOCg的值均是可比较的，除了PMMA略为负值且PC值高得多。另一方面，SOCr值的变化范围要大得多。例如，已知PMMA随取向温度显着变化，因此为所列范围。对于纤维素酯，可以观察到SOCr值是总DS的强函数。当DS接近3时，SOCr值降低，并与纤维素三乙酸酯的情况一样，实际上穿过零并变为负值。因此，对于低双折射模塑，期望具有SOCr接近于零的组合物。这表明DS(tot)为约2.85或约2.9或更高的(对于测试的纤维素)益处。

实施例70至75-由CAP模制的饰板

在本实例中，各种CAP在Toyo M90注塑机上模制。该饰板标称为10cm×10cm，厚度为2mm。螺杆速度固定为50RPM，模具中的冷却时间从18到30秒变化，对每个样品进行优化(尽管后来确定模具冷却时间对延迟的影响最小)。注射压力标称设定为1200psi，注射速度在机器上设定的0％至100％速度之间变化。通常，较快的速率给出最佳的光学性能。

CAP的组成、性能、成型条件、延迟数据如表3所示。CE70和71涉及较低的DS CAP，延迟值倾向于较高，无论加工条件如何调整。通过正交偏振器观察时，该饰板呈白色和/或灰色。实例72至74为根据本发明实施例的高DS CAP树脂，且延迟显著降低。还确定，通过绘制注射压力并相对于注射压力减小封装和保持压力，可将浇口区域中的延迟减小到接近零(如73和74中)。应注意，即使用偏振计测量的浇口内的延迟接近零，浇口周围的材料仍存在紫色色调。如后面的实例所示，这是由于延迟的分散是波长的函数。据信，应该可以通过进一步的调整来消除这种紫色色调，或者可以将其排除在显示器的观察区域之外。

实施例75具有中等DS，因此其光学性能为边界。延迟在大部分饰板上偏移得更高，且不可能消除浇口区域中的延迟。

实施例100至101-由CAP制成的HMI面板

在该实例中，在200吨注塑机上模制2mm厚的HMI面板。面板在浇口端为160mm宽，在远端扩展至200mm。面板的长度为150mm，其中部件略微弯曲以模拟典型的HMI触摸外壳。使用大约为部件宽度的65％的扇形浇口。模具温度设定为85℃，料筒温度为215℃。

对于所有的运行，螺杆速度标称为110RPM，注射速率为7.5cm/s，接近模制机在出现飞边之前提供的最大速度。观察到，注射速率越快，观察到双折射越低，因此具有较高夹持压力的机器应提供甚至更好的性能。其它变量对延迟的影响较小。

模制了两种CAP材料，第一种与实例46相同，FBV为16。第二种DS(Pr)为2.04，总DS为2.94，FBV为25，当通过正交偏振器观察时，两种材料都产生了接近均匀黑色的饰板。唯一的例外是在浇口区域附近的紫色色调。当用偏振计和白光光源测量时，两者的延迟范围都是0nm至最大约35nm。当从不同角度观察时，饰板的颜色没有明显的变化。

实例100的饰板也使用椭偏仪测量，数据绘制在图9中，Re和Rth都是波长的函数。应注意，除了在浇口和在非常短的波长(即蓝色/紫色区)处之外，Re值一律是低的。这种分散效果似乎是紫色的原因。除了极长的波长(几乎是红外区域)之外，所有的Rth值都是低的且低于100nm(或高于-100nm)，这就是观察角度变化时颜色没有明显变化的原因。

尽管没有制成表格，但当我们测量其它聚合物如PC的Rth值时，具有非常高的值(通常超过1000nm或更高)并不罕见。已经发现，当材料具有高SOC值时，很难控制Rth，因此生产具有良好视角一致性的部件可能变得非常困难。

实例200至203热成型部件

为了说明热成型作为生产HMI面板的方法，由几种树脂中的每一种挤出片材，然后使用Hydradtrim实验室热成型机将其热成型至托盘模具。片材标称为0.6mm厚，并在50mm单螺杆挤出机上挤出生产。托盘模具是用于冷冻食品的餐盘，尺寸为16cm×12cm，具有4cm的拉拔深度。首先在287℃的烘箱中预热片材13至20秒，然后在冷却之前用真空辅助将其拉入模具中。模具保持在环境条件下。

对比实例200使用与CE44相同的CAP，并FBV为20。在成形之后，当在交叉偏振器之间观察时，托盘底部具有白色和黑色的变化，延迟(Re)的范围为约0至125nm。

实例201使用与实例47相同的CAP树脂制备，其FBV约为5。在该部件的底部延迟始终为0nm或非常接近0nm，在交叉偏振器之间的外观均匀地为黑色。

实例202与201相同，除了在配制过程中加入6％的Admex 770聚合增塑剂。它产生了比201稍多的延迟，最大延迟为约20nm，但在交叉偏振器之间观察时，其外观仍然几乎为纯黑色。

实例203是与实例48类似的三丙酸纤维素树脂(CTP)，但还含有15％的TEG-EH增塑剂。所形成的部件具有约0至40nm的延迟范围。该部件为相当均匀的黑色/灰色，几乎没有阴影。

实施例300-由湿度引起的雾度

在本实例中，将两种不同的CAP材料模塑成10cm×10cm×2mm厚的饰板。CAP1材料是使用1999Toyo Si-110注塑机和GP螺杆在以下条件下模制的：

料筒温度：485°F

模具温度：185°F

注射/封装/保持压力：800/700/500psi

注射/封装/保持时间：10/4/8秒

螺杆位置：2英寸

螺杆速度：150rpm

冷却时间：8秒

背压：100psi

CAP 2材料是使用Toyo M90注塑机在以下条件模制的：

料筒温度：485°F

模具温度：220°F

注射压力：1500psi

冷却时间：18秒钟

将饰板置于ESPECBTX-475型环境室中，并暴露在90℃和95％RH的条件下72小时。测量暴露前后每个饰板的雾度百分比。还测量了每种材料的吸湿率。CAP性能以及雾度和吸湿率数据列于表4中。

对表4的回顾表明，具有较高DS(或较低羟基含量)的CAP材料在在暴露于高温和高湿度条件后吸湿率的差异小于8％，但其雾度(或雾度增加)明显较小。

表1.饰板注塑成型数据

表2.SOC数据

表3.CAP饰板数据

表4.CAP雾度测试数据