光重新定向膜和包括光重新定向膜的顯示系統的製作方法
2023-06-01 00:14:56 1
專利名稱：光重新定向膜和包括光重新定向膜的顯示系統的製作方法
技術領域：
本發明整體涉及用於重新定向光的光學膜。本發明還適用於包括此類光學膜的光學系統，例如顯示系統。
背景技術：
顯示系統(例如，液晶顯示(IXD)系統)用於多種應用和市售裝置中，例如，計算機監視器、個人數字助理(PDA)、行動電話、微型音樂播放器和薄IXD電視等。多數IXD包括液晶面板和用於照亮液晶面板的擴展區域光源(通常稱為背光源)。背光源通常包括一個或多個燈以及多個光控膜，例如，光導、鏡膜、光重新定向膜、延遲膜、光偏振膜和漫射膜。通常包括漫射膜，以隱藏光學缺陷並提高背光源發射的光的亮度均勻性。
發明內容
—方面，本發明涉及一種具有結構化表面的光學膜。所述光學膜具有小於約10%的光學霧度以及小於約50%的光學清晰度。所述膜的結構化表面的至少85%具有小於約
7.5度的傾斜度大小(slope magnitude)。另一方面，本發明涉及一種具有結構化表面的光學膜。所述光學膜具有小於約
7.5%的光學霧度以及小於約60%的光學清晰度。所述膜的結構化表面的至少90%具有小於約7. 5度的傾斜度大小。所述膜還部分由平均粒度小於約O. 5微米的多個微粒組成。第三方面，本發明涉及一種具有結構化表面的光學膜。所述光學膜具有小於約5%的光學霧度以及小於約70%的光學清晰度。所述膜的結構化表面的至少85%具有小於約5度的傾斜度大小。所述膜還部分由平均粒度小於約O. 5微米的多個微粒組成。另一方面，本發明涉及一種具有結構化表面的光學膜。所述光學膜具有小於約3%的光學霧度以及小於約65%的光學清晰度。所述膜的結構化表面的至少90%具有小於約5度的傾斜度大小。又一方面，本發明涉及一種具有結構化表面的光學膜。所述光學膜具有小於約I. 5%的光學霧度以及小於約80%的光學清晰度。所述膜的結構化表面的至少80%具有小於約2. 5度的傾斜度大小。另一方面，本發明涉及一種具有結構化表面的光學膜。所述光學膜具有小於約1%的光學霧度以及小於約90%的光學清晰度。所述膜的結構化表面的至少90%具有小於約4度的傾斜度大小。另一方面，本發明涉及一種具有結構化表面的光學膜。所述光學膜具有小於約20%的光學霧度以及小於約40%的光學清晰度。所述膜的結構化表面的至少90%具有小於約10度的傾斜度大小。另一方面，本發明涉及一種具有第一結構化表面和第二結構化表面的光學膜。第一結構化表面具有多個稜柱結構，而且第二結構化表面與所述第一結構化表面相對並具有多個微結構。所述光學膜的有效透射率比具有類似構造但具有平滑的非結構化第二表面的膜的有效透射率小不到1%。在單獨的方面，本發明涉及一種光學膜疊堆，所述光學膜疊堆具有第一光學膜以及設置在所述第一光學膜上的第二光學膜，所述第二光學膜光學耦合到所述第一光學膜。所述第二光學膜具有結構化表面。與具有類似構造但第二光學膜具有平滑而非結構化表面的膜疊堆相比，所述膜疊堆的有效透射率小不到I %。另一方面，本發明涉及一種具有隨機分布在表面上的多個微結構的光學膜。所述光學膜的表面的50%具有介於約I度與5度之間的傾斜度。另一方面，本發明涉及一種具有結構化表面的光學膜。所述膜具有介於約75%與95%之間的光學清晰度以及介於約0%與1%之間的光學霧度。所述光學膜具有平均粒度小於O. 5微米的多個微粒。另一方面，本發明涉及一種具有結構化表面的光學膜。所述膜具有介於約35%與 70%之間的光學清晰度以及介於約1%與4%之間的光學霧度。另一方面，本發明涉及一種具有結構化表面的光學膜。所述膜具有介於約30%與55%之間的光學清晰度以及介於約4%與10%之間的光學霧度。所述光學膜具有平均粒度小於O. 5微米的多個微粒。另一方面，本發明涉及一種具有結構化表面的光學膜。所述膜具有介於約25%與45%之間的光學清晰度以及介於約10%與18%之間的光學霧度。所述光學膜具有平均粒度小於O. 5微米的多個微粒。另一方面，本發明涉及一種用於照亮顯示器的背光源。所述背光源具有光源、用於接收來自光源的光的第一光學膜，以及具有多個微結構的第二光學膜。所述第一光學膜設置在第二光學膜上並光學耦合到該第二光學膜。第二膜具有小於約85%的光學清晰度以及小於約3. 5%的光學霧度。另一方面，本發明涉及一種具有結構化表面的光學膜。所述表面的清晰度小於((-3X光學霧度)+80%)。所述清晰度可能大於20%。最後一方面，本發明涉及一種製備具有糙面精整層的膜的方法。所述方法包括提供被塗布基底，所述被塗布基底具有設置於所述基底上的可塗覆型材料，所述可塗覆型材料提供所述被塗布基底的第一主表面。所述方法還包括將所述可塗覆型材料的粘度從初始粘度變為第二粘度。所述被塗布基底穿過第一輥，以除去任何碎屑。所述被塗布基底的所述第一主表面接觸至少一個正面棍(face-side roller),以施加糙面精整層。任選地,所述可塗覆型材料進行硬化，從而得到所述膜。
結合附圖對本發明的各種實施例所做的以下詳細說明將有利於更完整地理解和體會本發明，其中圖I為光重新定向膜的示意性側視圖。圖2為用於測量有效透射率的光學系統的示意性側視圖。圖3為根據本發明的用於生成膜的系統的圖示。圖4為根據本發明的用於生成膜的系統的一部分的近距離視圖。圖5為根據本發明的用於生成膜的系統的一部分的近距離視圖。
圖6為另一個光重新定向膜的示意性側視圖。圖7為另一個光重新定向膜的示意性側視圖。圖8為多個微結構化膜的霧度值和清晰度值的圖。圖9為多個微結構化膜的霧度值和清晰度值的圖的近距離視圖。
圖10為微結構的示意性側視圖。圖11為根據本發明的膜表面的X傾斜度分布的坐標圖。圖12為根據本發明的膜表面的y傾斜度分布的坐標圖。圖13為根據本發明的膜表面的梯度大小分布的坐標圖。圖14為根據本發明膜的表面的互補累積分布的坐標圖。圖15為光重新定向膜的一部分的示意性側視圖。圖16a到圖16d為根據本發明的膜表面的x和y輪廓的原子力顯微圖像和對應坐標圖。圖17a到圖17d為根據本發明的膜表面的x和y輪廓的相移幹涉儀圖像和對應坐標圖。圖18為根據本發明的膜表面的膜的表面特徵圖的圖像。圖19為根據本發明的膜的二維傅立葉光譜。圖20為通過傅立葉光譜獲得的譜線輪廓圖。圖21為通過傅立葉光譜的譜線輪廓的歸一化總和。圖22為傅立葉光譜的尖峰輪廓。圖23為具有搜索線(search line)的傅立葉光譜的尖峰輪廓。圖24a和圖24b為傅立葉光譜的尖峰輪廓，示出了用於RR1計算的比率區域。圖25為根據本發明的膜的霧度百分比與傅立葉RR1值的坐標圖。圖26為根據本發明的膜的SEM圖像。圖27為根據本發明的膜的二維傅立葉光譜。圖28為根據本發明的膜的傅立葉光譜的尖峰輪廓。
具體實施例方式本發明整體涉及光學膜，該光學膜能夠基本上提高顯示系統的亮度，同時遮蔽和/或消除物理缺陷(例如刮痕)和不良的光學效應(例如波紋和顏色不均)。本發明所公開的光學膜消除或降低顯示器對一個或多個常規膜(例如一個或多個漫射膜)的需要。本發明所公開的光學膜包括用於提高亮度的多個隨機分布的微結構，以及用於改善顯示器妝容的糙面表面。糙面表面會遮蔽、消除、和/或降低物理缺陷、波紋、顏色不均的可見度，並且基本上消除或減少與結構化表面物理接觸的膜的刮痕。結構化表面的光學霧度在基本上保持亮度的範圍內，並且結構化表面的光學清晰度在基本上遮蔽和/或消除缺陷的範圍內。本發明涉及具有位於表面上的多個隨機取向的結構的膜。所考慮的結構具有極小的傾斜度，而且所述膜的製造可較低。所提出的膜可能具有大量的光學霧度和清晰度值。可以針對具體的霧度和清晰度值來確定這些值，從而根據需要提高光學系統的性能。圖I為光重新定向膜100的示意性側視圖，該光重新定向膜用於將入射光重新定向至所需方向。光重新定向膜100包括第一結構化表面110，所述第一結構化表面包括沿y方向延伸的多個微結構150。光重新定向膜100還包括第二結構化表面120,所述第二主表面與第一結構化表面110相對並且包括多個微結構160。光重新定向膜100還包括基底層170，所述基底層170設置在相應的第一結構化表面110和第二結構化表面120之間，並且包括第一主表面172和相對的第二主表面174。光重新定向膜100還包括稜柱層130，該稜柱層設置在基底層的第一主表面172上並且包括光重新定向膜的第一主表面110 ;以及具有主表面142的結構化層140，該結構化層設置在基底層的第二主表面174上並且包括光重新定向膜的結構化表面120。示例性光重新定向膜100包括三個層130、170和140。通常，光重新定向膜可具有一個或多個層。例如，在一些情況下，光重新定向膜可具有包括相應的第一主表面110和第二主表面120的單個層。又如，在一些情況下，光重新定向膜可具有多個層。例如，在這種情況下，基底170可具有多個層。也可以理解，膜的各層可理解為分開的膜。因此，結構100可以理解為膜疊堆。在此類實施例中，稜柱結構化層130可以理解為第一光學膜。類似 地，結構化層140可以理解為設置在第一光學膜上並且光學耦合到該第一光學膜的第二光學膜。微結構150主要被設計成沿所需方向(例如沿正ζ方向)來重新定向入射到光重新定向膜的主表面120上的光。在示例性光重新定向膜100中，微結構150為稜柱線性結構。通常，微結構150可為任何類型的微結構，所述微結構能夠通過(例如)折射入射光的一部分並且循環利用入射光的不同部分來重新定向光。例如，微結構150的橫截面輪廓可為或包括彎曲和/或分段的線性部分。例如，在一些情況下，微結構150可為沿y方向延伸的線性圓柱形透鏡。每個線性稜柱微結構150均包括頂角152和從公共基準面(例如主平面表面172等)測得的高度154。在一些情況下，例如，當希望減少光學耦合或光耦合(wet-out)和/或提高光重新定向膜的耐久性時，稜柱微結構150的高度可沿y方向變化。例如，稜柱線性微結構151的稜柱高度沿y方向變化。在這種情況下，稜柱微結構151具有沿y方向變化的局部高度、最大高度155以及平均高度。在一些情況下，稜柱線性微結構(例如線性微結構153)沿y方向具有恆定高度。在這種情況下，微結構具有等於最大高度和平均高度的恆定局部高度。在一些情況下，例如，當希望減少光學耦合或光耦合時，線性微結構中的一些線性微結構較短，並且線性微結構中的一些線性微結構較高。例如，線性微結構153的高度156小於線性微結構157的高度158。或者，糙面層140的表面上的微結構160也可以在高度上有所變化，以減少光學耦合或光耦合。頂角或二面角152可具有應用中可能需要的任何值。例如，在一些情況下，頂角152可在約70度至約110度，或約80度至約100度，或者約85度至約95度的範圍內。在一些情況下，微結構150的相等頂角可(例如)在約88或89度至約92或91度範圍內，或者可為約90度。稜柱層130可具有應用中可能需要的任何折射率。例如，在一些情況下，稜柱層的折射率在約I. 4至約I. 8，或約I. 5至約I. 8，或者約I. 5至約I. 7的範圍內。在一些情況下，稜柱層的折射率不小於約I. 5，或不小於約I. 55，或不小於約I. 6，或不小於約I. 65，或者不小於約I. 7。
在一些情況下，例如，當光重新定向膜100用於液晶顯示系統時，光重新定向膜100可增加或提高顯示器的亮度。在這種情況下，光重新定向膜具有大於I的有效透射率(ET)或相對增益。如本文所用，「有效透射率」為顯示系統中存在處於適當位置的膜的顯示系統亮度與不存在處於適當位置的膜的顯示器亮度的比率。可使用光學系統200來測量有效透射率，圖2中示出了該光學系統的示意性側視圖。光學系統200以光軸250為中心，並且包括通過發射或出射表面212發射朗伯光215的中空朗伯光箱210，線性光吸收型偏振器220以及光檢測器230。光箱210由通過光纖270連接至光箱內部280的穩定寬帶光源260照亮。即將由光學系統測量的ET測試樣本放置在光箱與吸收型線性偏振器之間的位置240處。 可通過以下方式來測量光重新定向膜100的ET :將光重新定向膜放置在位置240處，其中線性稜柱150面向光檢測器且微結構160面向光箱。然後，通過光檢測器來測量透過線性吸收型偏振器的光譜加權軸向亮度I1 (沿光軸250的亮度)。然後，移除光重新定向膜，並且在不存在置於位置240處的光重新定向膜的情況下測定光譜加權亮度12。ET為比率I1A215 ETO為當線性稜柱150沿平行於線性吸收型偏振器220的偏振軸的方向延伸時的有效透射率，並且ET90為當線性稜柱150沿垂直於線性吸收型偏振器的偏振軸的方向延伸時的有效透射率。平均有效透射率(ETA)為ETO和ET90的平均值。本文所公開的測量的有效透射率值是利用用於光檢測器230的SpectraScan PR-650光譜色度計(可得自美國中部查茲沃斯的光研究公司(PhotoResearch, Inc, Chatsworth))測得的。光箱210是總反射率為約85%的特氟隆立方體。在一些情況下，例如，當將光重新定向膜100用於顯示系統以增加亮度並且線性稜柱具有大於約I. 6的折射率時，光重新定向膜的平均有效透射率(ETA)不小於約I. 5，或不小於約I. 55，或不小於約I. 6，或不小於約I. 65，或不小於約I. 7，或不小於約I. 75，或不小於約1.8。在一些情況下，與具有類似構造但具有平滑的非結構化表面而非微結構化第二表面的光學膜或光學疊堆相比，上述光學膜或光學疊堆的平均有效透射率小不超過約2%或小約1%或小約O. 5%。如本文所用，「類似構造」實際上是除了所提到的例外情況(例如，此處，平滑的非結構化第二表面而非微結構化第二表面)以外，在所有方面都相同的構造。在一些情況下，與具有相同構造但具有平滑的非結構化第二表面而非微結構化第二表面的光學膜或光學疊堆相比，上述光學膜或光學疊堆的平均有效透射率更大。在一些實施例中，微結構化表面的平均有效透射率比具有平滑第二表面的類似疊堆大至少O. 5%或至少I. 0%或至少I. 5%ο如本文所用，光學霧度被定義為偏離法向大於2.5度的透射光與總透射光的比率。本文所公開的霧度值是使用Haze-Gard Plus霧度計(可得自馬裡蘭州銀泉的畢克_加特納(BYK-Gardiner, Silver Springs, Md.))按照ASTMD1003中所述的工序測得的。如本文所用，光學清晰度是指比率(T1-T2V(TJT2),其中T1為偏離法向1.6至2度的透射光，T2為離開法向O至O. 7度的透射光。本文所公開的清晰度值是使用得自畢克-加特納(BYK-Gardiner)的 Haze-Gard Plus 霧度計測得的。光學結構化表面上的微結構160主要用於隱藏不良的物理缺陷(例如刮痕等)和/或光學缺陷(例如，源於顯示器或照明系統中的燈的不良亮點或「熱」點等)，但所述微結構對光重新定向膜重新定向光和提高亮度的能力不產生或產生極小的不利影響。在一些情況下，包括微結構160的結構化表面的光學霧度小於約20%，或小於約10%，或小於約7. 5%，或小於約5%，或小於約3. 5%，或小於約3%，或小於約2%，或小於約I. 5%，或小於約1%。在一些情況下，所述表面具有介於約O與1%之間的光學霧度,或介於約4%與10%之間的光學霧度，或介於約10%與18%之間的光學霧度。在一些情況下，包括微結構160的結構化表面的光學清晰度小於約90%，或小於約80%，或小於約75%，或小於約70%，或小於約65%，或小於約60%，或小於約55%，或小於約50%,或小於約45%,或小於約40%。在一些情況下,所述表面的光學清晰度介於約75%與95%之間，或介於約35%與70%之間，或介於約30%與55%之間，或介於約25%與45%之間。在一些情況下，結構化表面的光學清晰度小於函數(-3X光學霧度)+80%。所述結構的光學清晰度也可以小於函數(-3X光學霧度)+80%，但大於20%。大量所公開的光學表面的光學霧度值的和光學清晰度值應理解成能夠作為彼此顯示的給定膜的性質，即，應理解成能夠獨立控制。例如，給定的結構化表面可以具有小於90%的光學清晰度以及小於10%的光學霧度，或者小於90%的光學清晰度以及小於5%的光 學霧度。此外，給定的結構化表面可以具有小於5%的光學霧度以及小於70%的光學清晰度。參考圖15可以更好地理解微結構的高度。通常，微結構160可具有任何高度和任何高度分布。高度本身可以定義為沿著正交於材料底部142的平面190，從區域中的表面局部最低處185到微結構陣列的相鄰尖峰(局部最高處)195a或195b的距離(例如，192a、192b)。高度並不是從非局部最低處的局部低處(例如，187)開始測量的。在給定表面上的尖峰的多個高度192的情況下，可以確定平均高度(其中平均高度等於所有尖峰的總高度除以尖峰的數量，例如，(192a+192b)/2)。在一些情況下，微結構160的平均高度不大於約
10μ m,或不大於約7. 5 μ m,或不大於約5 μ m,或不大於約2. 5 μ m。如上所述，本發明描述的糙面膜也可以理解為具有隨機布置在膜表面上的微結構。對於減少產生由周期性結構引起的波紋幹涉圖案而言，這種隨機較為重要。一種測量表面隨機性的有用方法是生成表面值的傅立葉光譜。參考圖18到圖24可以理解用於測量傅立葉光譜並得出隨機性測量的方法。圖18示出了根據本發明的膜的表面特徵圖。表面特徵數據(即，高度值)可導入精密的計算和操縱程序，例如Matlab。據此可計算傅立葉光譜，並可以生成二維光譜，例如，如圖19所示。圖27的光譜實際上是從下文所示的實例中得到的。隨後，可在一系列方向上確定通過二維光譜的線輪廓，如圖20所示。由於光譜具有對稱性，因此只必須對一半的光譜進行研究。根據輪廓的長度而且有可能根據fx和fy方向上不相等的頻率步長(frequencystep)來對每個線輪廓中的總信號進行計算、歸一化，如圖21所示。最大譜線輪廓2110選自此歸一化總和。然後，繪出傅立葉光譜的譜線輪廓(沿最大信號的方向)。對光譜進行中值濾波，以除去峰值對以下步驟的影響。圖22中示出傅立葉光譜。還示出了中值濾波後的光譜。此時，用戶在光譜中尖峰左邊的最小值處或附近選擇一點，便可找到局部最小值。根據此局部最小值2340，如圖23所示，從局部最小值2340直至光譜的下方畫出一系列測試線段以便視覺化，而且針對每個線段上的每個點，計算光譜與測試線段之間的距離，並且針對最靠近的50%的點計算距離的總和。根據搜索線的長度對這些值進行歸一化。所得曲線中的最小值對應於最靠近光譜的測試線。此線被視作與光譜相切。在圖24a和圖24b中，將此切線應用到坐標圖。沿著此切線執行搜索，以找到最靠近光譜的部分。此位置是切線部分2420。尖峰左邊的局部最小值和切線位置界定尖峰的界限，並且它們之間的線界定基線。尖峰與切線之間的區域(圖24a中的陰影區域2410)與切線下方區域(圖24b中的陰影區域2430)的比率用於規定表面特徵的周期性強度。以線性(並非Iogltl)單位來計算這些區域。出於本發明的目的，尖峰與切線之間的區域與切線下方區域的比率可以稱為RR1。圖25示出了根據本發明的糙面膜的多個不同RR1值的圖。在此坐標圖中，示出了RR1值與給定膜的霧度值。在一些實施例中，RR1值小於2。在一些實施例中，RR1值小於I。在一些實施例中，RR1甚至可以小於O. 5。這些值中的每個值可以理解為對應於非常隨機的布置(或非周期性陣列)。RR1值越小，微結構的陣列就越沒有周期性。此坐標圖可用於顯示具有本文所公開的給定霧度值的至少一些膜的周期性(或缺少周期性)。例如，對於霧度值小於約20%，或小於約10%，或小於約7. 5%，或小於約5%，或小於約3%，或小於約I. 5%的本發明的給定膜，所述膜的RR1值可以小於2或小於I。在許多實施例中，可能有用的是包括基底層170。所述基底不僅可以用於結構目的，而且可以用於產生微結構化表面以及使微結構化表面成形的工藝。微結構化表面可以根據第2009/0029054號共同擁有的美國專利申請中所述的方法生成，所述專利申請以全文引用的方式併入本文中。因此，基底170可以是適於用作基底的多種材料中的任何材料，包括撓性材料，例如編織材料、針織材料、膜(例如，聚合物薄膜)、非編織物、金屬薄片、金屬箔、玻璃等。在最終膜產品旨在用於光學顯示器等光學應用的一些實施例中，將部分基於預期用途所需的學和機械性質來選擇基底材料。合適的光透射光學膜包括(但不限於)多層光學增亮膜(例如，反射型或吸收型)、偏振膜、漫射膜和補償膜。機械性質可包括柔韌性、尺寸穩定性和抗衝擊性。在一些實施例中，可能需要光學清晰材料(例如，透明材料)。合適的光學清晰材料的實例包括光學清晰的聚酯膜、三醋酸酯(TAC)膜、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯、醋酸纖維素、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚烯烴，諸如雙軸取向聚丙烯(BOPP)以及同時雙軸取向聚丙烯(S-B0PP)。基底170可以包括以下物質或由以下物質構成聚醯胺、聚醯亞胺、酚醛樹脂、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、環氧樹脂
坐坐·寸寸ο如上所述，微結構化表面可以根據第2009/0029054號共同擁有的美國專利申請所述的方法生成。這樣，結構化表面可以通過以基底上的初始塗層開始的方法而形成。所述塗層的粘度從第一粘度變為第二粘度。粘度變化可以理解為從更似液體且能夠進行塗布的第一粘度轉變為更堅固且因而能夠至少暫時保持一定結構的第二粘度。在粘度變化之後，塗層會與正面輥接觸，從而將微結構化塗飾劑施加在該塗層上。隨後任選地使所述塗層硬化。因此，所用的基底可以是能夠硬化的基底。參考圖3可更好地理解此方法。根據此實施例，微結構化表面隨後將具有某些所需的材料性質。根據此結構製成的微結構化糙面膜可以被描述為由棍產生的糙面光學結構。圖3中示意性示出用於對膜進行結構化的設備，即設備300。如圖所示，在至少一個實施例中，通過塗層塗布器312將塗層塗到基底310。通常最初可以為液態的塗層的粘度在增稠站314處進行調節。實現這種粘度變化(從第一粘度變成第二粘度)的方式可以為，從樹脂溶液中除去揮發性溶劑，冷卻100%的固體樹脂，使樹脂部分交聯，加熱粘度極高的樹脂，組合這些技術中的兩個或多個技術，或採用其他方法。在粘度變化之後，得到塗層316。這通常可以通過將基底和塗層滾動穿過轉化站318而實現，所述轉化站一般是輥或輥隙。圖4示出了此輥隙的近距離視圖。該輥隙具有供膜316滾動穿過的正面輥340和支撐輥350。被塗布基底的第一主表面與正面輥接觸。通過輥隙拉去塗層的一部分，從而使剩餘部分形成微結構化表面。圖案化塗層320在可能未達到固態時離開轉化站。因此，如圖3所示，它被送過固化站330。固化可以採用任何數量的合適方法來執行，包括UV固化、熱固化、電子束固化、環氧樹脂固化、另外的溶劑去除或其他方法。固化站步驟產生了具有鎖在位置322的圖案的膜。在某些實施例中，可以將誘導輥隙(decoy nip)添加到圖3所示的方法中。圖5示出了這樣的構造。在此實施例中，膜510首先穿過誘導輥隙520，然後進入轉化站輥隙530。在大汙垢微粒到達轉化站輥隙的情況下可能需要這種構造。在這種情況下，添加誘導輥隙可以先除去並收集汙垢，然後再進行結構化和轉化。表面的結構同樣鎖在固化站540處的位置中。如上所述，誘導輥隙用於收集和除去液態塗層中造成缺陷的碎屑和微粒，例如汙 垢。裝置用於在清潔度低的環境中提高結構化過程的魯棒性(robustness)。與轉換站輥隙相比，誘導輥隙對微粒具有相同或更高的親和力。誘導輥隙從液體塗層除去碎屑(否則這些碎屑將被捕集在轉化站輥隙上)，從而不會不利地影響所製備的最終結構化塗層。從誘導輥隙到轉化站輥隙的距離可根據製造環境的清潔度而改變。適用於本發明的可塗覆型材料可以包括多種成膜材料中的任何材料。在一些實施例中，可塗覆型材料為由溶劑中的一種或多種聚合物和/或低聚物構成的聚合物材料。在一些實施例中，可塗覆型材料為一種或多種溶劑中的一種或多種單體、低聚物和/或聚合物的混合物。在其他實施例中，可塗覆型材料包括一種或多種溶劑中的上述低聚物、單體和/或聚合物，以及一定體積的微粒或納米粒子。在某些實施例中，可塗覆型材料可包括光引發劑、交聯劑、抗靜電化合物，以及其他活性材料。納米粒子可進行表面改性，這是指以下事實，即納米粒子具有改性表面，從而(例如)納米粒子提供穩定的分散體。「穩定的分散體」指這樣的分散體其中膠態納米粒子在處於例如室溫(約20至22°C)等環境條件以及大氣壓力但無極端電磁力的情況下，靜置一段時間(例如，約24小時)後不會發生團聚。經表面改性的膠態納米粒子可任選地存在於用作本文中的可塗覆型組合物的聚合物塗料中，其中納米粒子的量能有效地提高成品或光學元件的耐久性。本文中所述的經表面改性的膠態納米粒子可具有多種所需的屬性，包括例如納米粒子與可塗覆型組合物的相容性，以使得納米粒子在可塗覆型組合物內形成穩定的分散體；納米粒子與可塗覆型組合物的反應性，從而使得所述複合物更耐用；以及低影響或未固化組合物的粘度。可使用表面改性的組合來控制組合物的未固化和固化性質。經表面改性的納米粒子可改善可塗覆型組合物的光學和物理性質，例如，提高樹脂的機械強度，在提高可塗覆型組合物中固體體積載量的同時使粘度變化最小化，以及在提高可塗覆型組合物中固體體積載量的同時保持光學清晰度。在一些實施例中，納米粒子為經表面改性的納米粒子。合適的經表面改性的膠態納米粒子可包括氧化物微粒。對於給定的材料，納米粒子可以在已知的粒度分布上具有一系列粒度。在一些實施例中，平均粒度可以在約Inm至約IOOnm範圍內。粒度和粒度分布可以採用已知的方式確定，包括(例如)用透射電子顯微鏡(TEM)進行確定。合適的納米粒子可包括多種材料中的任何材料，例如選自氧化鋁、氧化錫、氧化銻、二氧化矽、氧化鋯、二氧化鈦以及上述兩者或更多者的組合的金屬氧化物。經表面改性的膠態納米粒子可基本上完全凝聚。在一些實施例中，二氧化矽納米粒子的粒度可為約5nm至約75nm。在一些實施例中，二氧化娃納米粒子的粒度可為約IOnm至約30nm。二氧化娃納米粒子可以約IOphr至約IOOphr的量存在於可塗覆型組合物中。在一些實施例中，二氧化矽納米粒子可以約25phr至約80phr的量存在於可塗覆型組合物中，而在其他實施例中，二氧化矽納米粒子可以約30phr至約70phr的量存在於可塗覆型組合物中。適用於本發明的可塗覆型組合物的二氧化矽納米粒子可以產品名NALCO膠態二氧化矽從伊利諾州納波維爾的納爾科化學公司(Nalco Chemical Co. (Naperville, 111.))商購獲得。合適的二氧化娃產品包括NALCO產品1040、1042、1050、1060、2327和2329。合適的熱解法二氧化矽產品包括(例如)可得自德國哈瑙的德固賽公司(DeGussa AG)的以商品名AER0SIL系列0X_50、-130、-150和-200出售的產品，以及可得自伊利諾州塔斯科拉的卡博特公司(Cabot Corp. (Tuscola, 111.))·的 CAB-O-SPERSE 2095、CAB_0_SPERSE A105 和 CAB-O-SIL MS。對納米微粒進行表面處理可在可塗覆型組合物(例如聚合物樹脂)中提供穩定的分散體。優選地，表面處理使納米粒子穩定，以使得這些微粒很好地分散在可塗覆型組合物中並得到基本上均質的組合物。此外，納米粒子可在其表面的至少一部分上用表面處理劑進行改性，以使得穩定的微粒可在固化過程中與可塗覆型組合物發生共聚或反應。許多糙面膜包括足夠大的微粒，以使得微粒作為形成微結構的主要原因。圖6示出了這樣的膜。在此類實施例中，光學膜800具有機械耦合到微結構化層860的基底或第一膜850。在此實施例中，微粒830分散在粘結劑840中。可以注意到，微粒830的粒度在比例上非常接近微結構870的實際寬度或高度。本發明提供具有微粒的結構化表面160。然而，相對於塗層的厚度，本發明的微粒較小，因此不作為形成微結構的主要原因。糙面塗層的光學性質(例如，霧度、清晰度和透射率)部分由微粒的粒度相對於塗層厚度，以及這些微粒的密度和分布進行控制。圖7示出了根據本發明設計的膜的實例。此處，光學膜或膜疊堆900具有機械地耦合到微結構化層960的基底層或第一膜950。微粒930分散在粘結劑940中。很明顯，所有點(尤其是微結構970的尖峰)處的層厚度遠大於微粒930的厚度。更具體地講，光學膜中微粒的粒度小於0. 5微米，或者在一些實施例中，小於0. 2微米，或小於0. I微米。在一些實施例中，結構化表面將具有介於約I. 50與I. 70之間的折射率。在其他實施例中，結構化表面可以具有從低達約I. 17到高達約I. 8的折射率。參考圖8和圖9，可以更好地理解霧度和清晰度性能。圖8提供根據本發明產生的多個膜的完整霧度和清晰度光譜。該圖是通過與十三個其他的結構化膜相比較而示出的，以便示出優於其他結構化膜的性能優點。膜I是3M珠塗布的糙面膜。膜2是PET上具有圖案化白墨的膜。膜3是KeiwalOO-BMUIS膜。膜4是珠塗布的糙面膜。膜5是微粒珠塗布的糙面膜。膜6是Kimoto 100TL4膜。膜7是通過對膜表面進行火焰壓花而生成的糙面膜。膜8是使用電沉積生成的微複製型糙面膜。膜9是通過應用和除去擠出型可剝離表層而具有紋理的膜。膜10是微複製型糙面膜。膜11是具有位於凹版塗層中的分散珠的糙面膜。膜12是微複製型經加工的糙面膜。膜13是Dai Nippon DNP M268Y膜。可以通過參考圖8和圖9而清楚地注意到，根據本發明的大量膜顯示出非常低的霧度值和高的清晰度值。為了最好地理解這種性能，可以參考圖9。此圖提供0%到20%按比例的霧度百分比，以及0%到100%的清晰度範圍。圖9清楚地顯示了本發明達到而其他膜未達到的性能水平。 例如，一方面可以將所述膜理解為具有小於50%的光學清晰度值以及小於10%的光學霧度值。另一方面，可以將本發明的膜理解為具有小於約7. 5%的光學霧度以及小於約60%的光學清晰度。一種或兩種其他膜(例如3M微粒糙面)可能處於此性能範圍內。然而，任何這樣的膜是可區分的，因為當前的膜是通過結構化表面顯示此性能的，所述結構化表面的粒度小於約O. 5微米或小於約O. 2微米。另一方面，可以將本發明的膜理解為具有小於約5%的光學霧度以及小於約70%的光學清晰度，其中膜的結構化表面同樣由粒度小於約O. 5微米或小於約O. 2微米的微粒組成。又一實施例中，如圖8所示並且在圖9中更清楚地示出，本發明的膜具有小於約3%的光學霧度以及小於約65%或75%的光學清晰度。另一方面，可以將所述膜理解為具有小於約I. 5%的光學霧度以及小於約80%的光學清晰度。再一方面，可以將所述膜理解為具有小於約1%的光學霧度以及小於約90%的光學清晰度。另外，可以將所述膜理解為具有小於約20%的光學霧度以及小於約40%的光學清晰度。用另一種方式，可以將本發明的膜理解為具有介於約75%與95%之間的光學清晰度以及介於約0%與1%之間的光學霧度，其中所述膜由平均粒度小於約O. 5微米的微粒組成。另外，所述膜可以具有介於約35%與70%之間的光學清晰度以及介於約1%與4%之間的光學霧度。所述膜可以具有介於約30%與55%之間的光學清晰度以及介於約4%與10%之間的光學霧度，其中所述膜由平均粒度小於約O. 5微米的微粒組成。在另一個實施例中，所述膜同樣由平均粒度小於約O. 5微米的微粒組成，其中所述膜的光學清晰度值介於約25%與45%之間並且光學霧度值介於約10%與18%之間。又一方面，在將結構化表面描述為第二膜並且將基底描述為第一膜的情況下，第二膜具有小於約85%的光學清晰度以及小於約3. 5%的光學霧度。圖10為糙面層140的一部分的示意性側視圖。具體地講，圖10示出了結構化表面120中的微結構160。微結構160具有在整個微結構表面上的傾斜度分布。例如，微結構在位置510處具有傾斜度Θ，其中Θ為垂直於位置510處的微結構表面(α =90度)的法線520和與相同位置處的微結構表面相切的切線530之間的角度。傾斜度Θ也為切線530和糙面層的主表面142之間的角度。為了最好地理解微結構的傾斜度，首先沿著X方向得到結構化表面120的傾斜度，然後沿著I方向得到該傾斜度，從而得到公式I :義-傾斜度=冊(:Y、V)，以及
VX公式 2 傾斜度=(^^ )
ay其中H(x，y) =表面的高度輪廓。
平均X傾斜度和y傾斜度通過以每個像素為中心的6微米間隔來進行評估。在不同的實施例中，只要使用恆定的間隔，便可以選擇更小的微米間隔，例如2微米、或3微米。根據X傾斜度和I傾斜度數據，有可能確定梯度大小。這可以理解成公式3 :梯度人小=(WliZ) T
權利要求
1.一種光學膜，其包括結構化表面，所述結構化表面具有 小於約10%的光學霧度； 小於約50%的光學清晰度；以及 其中至少85%的所述結構化表面具有小於約7. 5度的傾斜度大小。
2.根據權利要求I所述的光學膜，其中所述結構化表面上的結構分布成使得所述光學膜具有小於2的RR1值。
3.一種光學膜，其包括結構化表面，所述結構化表面具有 小於約7. 5%的光學霧度； 小於約60%的光學清晰度； 其中至少90%的所述結構化表面具有小於約7. 5度的傾斜度大小；以及 其中所述光學膜包括平均粒度小於約O. 5微米的多個微粒。
4.根據權利要求3所述的光學膜,其中所述結構化表面上的結構分布成使得所述光學膜具有小於2的RR1值。
5.一種光學膜，其包括結構化表面，所述結構化表面具有 小於約3%的光學霧度； 小於約65%的光學清晰度；以及 其中至少90%的所述結構化表面具有小於約5度的傾斜度大小。
6.根據權利要求5所述的光學膜,其中所述結構化表面上的結構分布成使得所述光學膜具有小於2的RR1值。
7.一種光學膜，其包括 第一結構化表面，其包括多個稜柱結構；以及 第二結構化表面，其與所述第一結構化表面相反並且包括多個微結構， 其中所述光學膜的有效透射率比具有類似構造但具有平滑的非結構化第二表面的膜的有效透射率小不到1%。
8.根據權利要求7的所述光學疊堆，其中與具有類似構造但第二光學膜具有平滑而非結構化表面的膜相比，所述光學膜的所述有效透射率更大。
9.一種光學膜，其包括 隨機分布在所述光學膜的表面上的多個微結構，其中隨機分布的是小於2的傅立葉RRi值； 其中所述光學膜的所述表面的50%具有介於約I度與5度之間的傾斜度。
10.一種製備具有糙面精整層的膜的方法，所述方法包括 提供被塗布基底，所述被塗布基底包括設置在基底上的可塗覆型材料，所述可塗覆型材料提供所述被塗布基底的第一主表面； 將所述可塗覆型材料的粘度從初始粘度變為第二粘度； 使所述被塗布基底穿過第一輥，以除去任何碎屑； 使所述被塗布基底的所述第一主表面與至少一個正面輥接觸，以施加糙面精整層；以及 任選地使所述可塗覆型材料硬化，從而得到所述膜。
全文摘要
本發明描述了一種用於重新定向光的光學膜，並且描述了包括此類光學膜的光學系統，例如顯示系統。
文檔編號G02B5/02GK102906604SQ201180025462
公開日2013年1月30日 申請日期2011年5月17日 優先權日2010年5月28日
發明者羅伯特·A·亞佩爾, 約瑟夫·T·阿倫森, 馬修·R·C·阿特金森, 加裡·T·博伊德, 斯拉·延度比, 米切爾·A·F·詹森, 斯科特·R·卡伊特, 史蒂文·H·貢, 呂菲, 特裡·D·彭, 羅伯特·B·塞科爾, 史蒂文·D·所羅門松 申請人:3M創新有限公司