專利名稱：有至少一層含顆粒層的光學膜的制作方法
發(fā)明的領域本發(fā)明涉及光學膜、包含該光學膜的裝置與所述光學膜的制造和使用方法。本發(fā)明也涉及有至少一層含顆粒層的光學膜、包含該光學膜的裝置與該光學膜的制造和使用方法。
發(fā)明的背景聚合物膜用于多種用途中。聚合物膜的一種具體用途是用于反射偏振器中，該偏振器反射給定波長范圍的一種偏振態(tài)的光，基本透過垂直偏振態(tài)的光。這樣的反射偏振器用于例如與液晶顯示器內(nèi)的背景光結合來提高顯示亮度。例如，一反射偏振器能放置于背景光與液晶顯示板之間。這種布置可使一種偏振態(tài)的光透過到顯示板，其他偏振態(tài)的光再循環(huán)通過背景光或者從位于背景光后面的反射表面上反射掉，給光一個去偏振的機會，并通過反射偏振器。
偏振器的一個例子是若干不同組分聚合物層的疊層物。該疊層物的一種結構包括第一組雙折射層和第二組具有各向同性折射指數(shù)的層。第二組層與第一組層交替放置，形成一系列對光進行反射的界面。反射偏振器的另一種類型是連續(xù)/分散相反射偏振器，它是在連續(xù)的第二材料內(nèi)分散著第一材料，所述第二材料對于一種偏振光的折射指數(shù)與第一材料的不同。其他類型的反射偏振器有線柵格偏振器和使用雙折射膽甾醇材料形成的偏振器。
發(fā)明的概述總的來說，本發(fā)明涉及光學膜、包含該光學膜的裝置與該光學膜的制造和使用方法。本發(fā)明也涉及有至少一層含顆粒層的光學膜、包含該光學膜的裝置與該光學膜的制造和使用方法。
本發(fā)明一個實施方式是一種包括反射偏振元件和表層的光學膜。該反射偏振元件基本反射第一偏振態(tài)的光，而基本透過第二偏振態(tài)的光。表層在反射偏振元件上，并處于與反射偏振元件同樣的光程內(nèi)，表層被制成和設置成是透光的，并且包含許多使表層的外表面糙化的顆粒。優(yōu)選的是，與采用表層內(nèi)沒有顆粒的同樣光學膜的光學裝置對比時，在一光學裝置中使用所述光學膜基本上不會降低光學裝置的增益。
表層可以用多種方法設置在反射偏振元件上，包括例如涂敷或以其他方式在形成反射偏振元件以后將表層沉積上去。另外，反射偏振元件和表層能一起形成(例如，共擠出)。表層內(nèi)基本所有的顆?；騼H僅一部分顆粒能從表層露出或凸出。在至少有些情形下，基本所有顆粒都是嵌埋在表層內(nèi)，仍能使表層的外表面糙化。
另一個實施方式是采用所述光學膜的光學裝置。該光學裝置也包括至少一個光源或顯示介質(zhì)(例如，液晶顯示介質(zhì))。在至少有些光學裝置中，反射偏振元件和表層設置在光源與顯示介質(zhì)之間，而在至少部分這樣的光學裝置中，表層位于反射偏振元件和顯示介質(zhì)之間。
另一個實施方式是上述光學膜的制造方法。反射偏振元件被制成基本反射第一偏振態(tài)的光，而基本透過第二偏振態(tài)的光。表層形成在反射偏振元件的第一主表面上。表層中具有使表層的外表面糙化的顆粒。
本發(fā)明的又一個實施方式是一種包括反射偏振元件和設置在該反射偏振元件上含顆粒的層的光學膜。反射偏振元件基本反射第一偏振態(tài)的光，而基本透過第二偏振態(tài)的光。含顆粒的層設置在與反射偏振元件同樣的光程內(nèi)，并制成和安置成透光的。含顆粒層中含有許多使光學膜的外表面糙化的顆粒。含顆粒層能夠是光學膜的表層，或者有一層覆蓋層能夠設置在含顆粒層上，含顆粒層使覆蓋層的外表面糙化。
本發(fā)明的上述概述并未打算描述本發(fā)明的各個實施方式。下面的附圖和詳細描述將具體地說明這些實施方式。
附圖的簡要說明結合附圖，讀了下述本發(fā)明各種實施方式的詳細說明，可以更全面地明白本發(fā)明，附圖中

圖1是本發(fā)明光學膜第1實施方式的剖面圖；圖2是本發(fā)明光學膜第2實施方式的剖面圖；圖3是本發(fā)明光學膜第3實施方式的剖面圖；圖4是本發(fā)明光學膜第4實施方式的剖面圖；圖5是本發(fā)明光學膜第5實施方式的剖面圖6是本發(fā)明光學膜第6實施方式的剖面圖；圖7是本發(fā)明光學膜第7實施方式的剖面圖；圖8是本發(fā)明背景光顯示的一個實施方式的剖面圖；圖9是采用不含顆粒的皮層的光學膜(暗線)和使用含顆粒皮層的光學膜(亮線)觀察到的光譜圖；圖10是本發(fā)明光學膜第8實施方式的剖面圖；圖11是圖10所示光學膜的俯視圖；圖12是有和沒有含顆粒涂層的多層反射偏振器亮度增益和視角的關系圖；圖13是有和沒有含顆粒涂層的連續(xù)/漫射相反射偏振器亮度增益和視角的關系圖；圖14是本發(fā)明光學膜第9實施方式的剖面圖。
雖然本發(fā)明能夠進行各種修改和修改成多種不同的形式，其具體細節(jié)由附圖所示的實施例所說明，而且進行了詳細描述，但是，應當明白，本發(fā)明不限于所述的這些具體實施方式
。相反，本發(fā)明覆蓋所有落入本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的改變、等價內(nèi)容和變化。
優(yōu)選實施方式的詳細描述可以認為，本發(fā)明適用于光學膜、包含光學膜的裝置以及光學膜的使用和制造方法。
本發(fā)明也涉及有至少一層含顆粒層的光學膜、包含光學膜的裝置以及光學膜的使用和制造方法。
但是本發(fā)明不局限于此，通過下面提供的實施例的討論，可以明白本發(fā)明的各個方面。
用于說明本發(fā)明時，“亮度增益”指在一個特定視角(相對于法向軸)下，在所要求的波長范圍，用含反射偏振器的光學膜時的背景光或顯示器的亮度(a)對于在該特定視角(相對于法向軸)下，在所要求的波長范圍，單獨即不用含反射偏振器的光學膜時的背景光或顯示器的亮度(關于正常的軸)(b)的比率(a∶b)。
“法向角增益”指在相對于光學膜平面(例如表面)90度視角下的亮度增益。
“增益”指法向角增益減1(相應于不使光偏振的膜)。
圖1說明了光學膜100，它包括一反射偏振元件102和至少一層含顆粒106的層104。含顆粒層(一層或多層)能設置在例如反射偏振元件的主表面上，在反射偏振元件內(nèi)，或在主表面上和反射偏振元件內(nèi)這兩個部位。每個含顆粒層能夠是例如，覆蓋到反射偏振元件上的層，或與反射偏振元件一起形成(例如共擠出)的層(例如，皮層或內(nèi)部的非光學層)。
反射偏振元件許多反射偏振元件都能應用于光學膜中。一般地，反射偏振元件透過一種偏振狀態(tài)的光而反射一個不同偏振狀態(tài)的光。用于實現(xiàn)這些功能的材料和結構可以不同。取決于光學膜的材料和結構，“偏振狀態(tài)”可以指例如，線性、圓形、橢圓形的偏振態(tài)。
合適的反射偏振元件的例子包括多層反射偏振器，連續(xù)/分散相反射偏振器，膽甾醇反射偏振器(它還可與四分之一波片結合)，和線柵格偏振器?？偟膩碚f，多層反射偏振器和膽甾醇反射偏振器是鏡面反射器，連續(xù)/分散相反射偏振器是漫反射器，盡管這些特征不是通用的(見例如多層漫反射偏振器，美國專利№5,867,316有描述)。這里列出的說明性的反射偏振元件還沒有包括令所有合適的反射偏振元件。任何優(yōu)先透過有一偏振態(tài)的光且優(yōu)先反射有另一偏振態(tài)的光的反射偏振器都能使用。
多層反射偏振器和連續(xù)/分散相反射偏振器都依賴于至少兩2種不同材料(優(yōu)選聚合物)折射指數(shù)的差異，從而選擇性地反射一個偏振方向的光，而透過垂直偏振方向的光。合適的漫反射偏振器包括連續(xù)/分散相反射偏振器，美國專利№5,825,543有描述(參考結合于此)，和漫射地反射的多層偏振器，美國專利№5,867,316有描述，(參考結合于此)。另外的反射偏振元件在美國專利№5,751,388有描述，也參考結合于此。
膽甾醇反射偏振器例如在美國專利№ 5,793,456，美國專利№5,506,704和美國專利№5,691,789中都有描述，其所有內(nèi)容都參考結合于此。一種膽甾醇反射偏振器是E·默克公司以商標TRANSMAXTM出售。線柵格偏振器例如在公開的PCT WO 94/11766中有描述，參考結合于此。說明性的多層反射偏振器在例如公開的PCT Nos WO95/17303、WO95/17691、WO95/17692、WO95/17699、WO96/19347和WO99/36262中有描述，其所有內(nèi)容參考結合于此。多層反射偏振器的一種商品是由3M公司(圣保羅，明尼蘇達州)出售的Dual BrightnessEnhanced Film(DBEF)。本文中使用多層反射偏振器作為一個例子來說明本發(fā)明光學膜的結構以及該光學膜的制造和使用方法。所述結構，方法，和技術能夠適合應用到其他類型的合適反射偏振元件中。
適用于光學膜120的一種合適多層反射偏振器能夠這樣制成將單軸或雙軸取向的雙折射第一光學層122與第二光學層124交替地(例如隔層地)設置起來，如圖2所示。在有些實施方式中，第二光學層124具有約等于取向?qū)拥囊粋€面內(nèi)指數(shù)的各向同性折射指數(shù)。另外，這兩種光學層122，124都由雙折射聚合物形成，并且其取向是使得一個面內(nèi)方向上的折射指數(shù)近似相等。不論第二光學層是各向同性還是雙折射的，在兩個光學層122、124之間的界面都形成了光反射平面。在平行于所述兩層的折射指數(shù)近似相等方向的平面內(nèi)偏振的光基本上能透過。在平行于所述兩層的折射指數(shù)有差異的方向的平面內(nèi)偏振的光則至少部分被反射。增加層的數(shù)目或者增大第一和第二層122、124之間折射指數(shù)的差異，都能夠提高反射率。
一般地，一個特定界面的最高反射率發(fā)生在這樣的波長下，該波長對應于形成界面的光學層對122、124的組合光學厚度的兩倍。光學厚度描述了在光學層對的下表面和上表面所反射的光線之間的光程差。對于以90°入射到光學膜平面的入射光(法向入射光)，所述兩層的光學厚度是n1d1+n2d2、其中n1、n2分別是兩層的折射指數(shù)，d1、d2分別是相應兩層的厚度。僅使用每層的一個面外折射指數(shù)(例如，nz)，就能夠使用這個方程為法向入射光調(diào)節(jié)光學層。在另外的角度，光程取決于經(jīng)過層的距離(它比層的厚度大)以及在層的三個光軸的至少兩個光軸上的折射指數(shù)。一般地，以相對于膜平面小于90度的角度入射到光學膜上的光透射會形成一個光譜，相對于法向入射光透射所觀察到的譜帶，其譜帶向較短的波長移動(例如，藍移)。
對于法向入射光，層122、124各自可以是四分之一波長厚，或者層122、124能有不同的光學厚度，只要光學厚度的和是波長的一半(或其倍數(shù))。有許多層的膜能包括不同光學厚度的層，用來增大膜在一定波長范圍內(nèi)的反射率。例如，膜能包括各自地被調(diào)節(jié)(例如，對于法向入射光)的一對對層，以便獲得具有特定波長的光的最佳反射。
除了第一和第二光學層122、124外，多層反射偏振器120還可以包括一個或一個更多的非光學層，例如，一個或多個皮層128或一個或多個內(nèi)部非光學層130，如圖2和3所示。類似于第一和第二光學層122，124，其他的成對光學層也能夠用于多層反射偏振器中。本文所述的成對的第一和第二光學層的設計原理能夠適用于任何其他的成對光學層。此外，要明白，雖然圖2和3僅僅示出了一個疊層物126，但是多層反射偏振器能夠由依次組合形成膜的多個疊層物制成。
此外，雖然圖2和3僅僅示出4個光學層122、124，但是多層反射偏振器120能有很多個光學層。通常，多層反射偏振器有大約2～5000個光學層，一般大約25～2000個光學層，經(jīng)常大約50～1500個光學層或大約75～1000個光學層。
第一和第二光學層第一光學層優(yōu)選是單軸或雙軸取向的雙折射聚合物層。
第二光學層能夠是雙折射的和單軸或雙軸取向的聚合物層，或者第二光學層能夠有在取向以后與第一光學層的至少一個折射指數(shù)不同的各向同性折射指數(shù)。
第一和第二光學層通常不大于1微米厚，一般不大于400nm厚，但是如果需要，也可以使用更厚些的層。這些光學層可以一樣厚，也可以不一樣厚。
多層反射偏振器的第一和第二光學層和還可能有的非光學層一般由聚合物例如聚酯形成。其他類型的反射偏振元件(例如，連續(xù)/分散相反射偏振器，膽甾醇偏振器和線柵格偏振器)則可用上述文獻所述的材料材料形成。
多層反射偏振器使用的聚酯通常包括羧酸酯和二醇亞單元，由羧酸酯單體分子與二醇單體分子反應產(chǎn)生的。每個羧酸酯單體分子有兩個或多個羧酸或酯官能團，每個二醇單體分子有兩個或多個羥基官能團。羧酸酯單體分子可以全部相同，也可以有兩種或多種不同類型的分子。這一點同樣適用于二醇單體分子。“聚合物”這個詞這里理解為包括聚合物或共聚物，也包括聚合物和共聚物這兩者，它們可以例如通過共擠出或反應包括例如酯交換反應形成互溶的共混物。術語“聚合物”，“共聚物”，和“共聚酯”包括無規(guī)的和嵌段的共聚物。術語“聚酯”也包括由二醇單體分子與碳酸的酯的反應形成的聚碳酸酯。
聚合物層或膜的性質(zhì)隨具體選擇的單體分子變化。在多層反射偏振器中有用的聚酯一個例子是萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，它能例如由萘二酸與乙二醇的反應制成。
用于形成聚酯層的羧酸酯亞單元的合適羧酸酯單體分子，包括例如，2，6-萘二酸和及其異構體、對苯二酸、間苯二酸、鄰苯二酸、壬二酸、己二酸、癸二酸、降冰片稀二酸、二-環(huán)辛烷二酸、1，6-環(huán)己烷二酸及其異構體、叔丁基間苯二甲酸、苯偏三酸、間苯二甲酸磺酸鈉、2，2’-二苯基二酸及其異構體、以及這些酸的低級烷基酯，例如甲酯或乙酯?！暗图壨榛毙g語，在該文中，指C1-C10直鏈或支鏈的烷基。
用于形成聚酯層的二醇亞單元的合適二醇單體分子包括乙二醇、丙二醇、1，4-丁二醇及其異構體、1，6-己二醇、新戊二醇、聚乙二醇、二乙二醇、三環(huán)癸二醇、1，4-環(huán)己烷二甲醇、及其異構體、降冰片烷二醇、二環(huán)辛二醇、三羥甲基丙烷、季戊四醇、1，4-苯二羥甲基及其異構體、雙酚A、1，8-二羥基二苯基及其異構體、1，3-二(2-羥基乙氧基)苯。
非聚酯聚合物也可用于形成偏振器膜。例如，多醚酰亞胺能與聚酯例如PEN和PEN共聚物一同使用，形成多層反射偏振器。也可以使用其他聚酯/非聚酯組合物，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚乙烯(例如EngageTM8200，Dow化學藥品公司，Midland，密執(zhí)安州)。
第一光學層一般是可取向的聚合物膜，例如聚酯膜，它能通過例如沿需要的一個或多個方向向進行拉伸，制成雙折射的。“雙折射”意味著在垂直的x，y，和z方向的折射指數(shù)不全相等。對于膜或膜內(nèi)的層，x，y，和z軸可方便地選擇為x和y軸對應于膜或?qū)拥拈L度和寬度，z軸對應于層或膜的厚度。
第一光學層可是單軸取向的，例如，在一個的方向拉伸制成。垂直的第2方向能允許發(fā)生部分頸縮(例如，尺寸減少)，小于它的原來長度。在一個實施方式中，拉伸方向基本對應于x或y軸。然而，也能夠選擇另外的方向。雙折射的單軸取向?qū)右话阍谕高^或反射具有平行于取向方向(即拉伸方向)的偏振平面的入射光和具有平行于橫向(即，垂直于拉伸方向的方向)的偏振平面的光線時表現(xiàn)出差異。例如，當一片可取向聚酯膜沿著x軸被拉伸時，一般的結果是nx≠ny，其中nx和ny分別是在平行于“x”和“y”軸的平面內(nèi)偏振的光的折射指數(shù)。折射指數(shù)沿拉伸方向的變化度取決于，拉伸量、拉伸速率、拉伸期間膜的溫度、膜的厚度、各單層的厚度、膜的組成等因素。一般地，第一光學層122取向后在632.8nm的面內(nèi)雙折射指數(shù)(nx-ny的絕對值)為0.04或更大，優(yōu)選約0.1或更大，更優(yōu)選約0.2或更大。除非另有說明，所有的雙折射指數(shù)和折射指數(shù)的報導值都是指對于632.8nm光的。
第二光學層124能由許多聚合物制成。合適聚合物的例子包括由單體例如乙烯基萘，苯乙烯，馬來酸酐，丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯單體制成的乙烯基聚合物和共聚物。這種聚合物的例子包括聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯，例如聚(甲基丙烯酸酯)(PMMA)，和全同立構或間同立構聚苯乙烯。其他聚合物包括縮聚物，例如聚砜，聚酰胺，聚氨酯，聚酰胺酸，和聚酰亞胺。另外，第二光學層能由聚合物和共聚物例如聚酯和聚碳酸酯形成。下面用聚酯的共聚物示范說明第二光學層，然而，要知道，也可以使用上面描述的其他聚合物。下面所述關于共聚酯光性質(zhì)的同樣考慮，一般也適用于其他的聚合物和共聚物。
在有些實施方式中，第二光學層是可以單軸或雙軸取向的在其他的實施方式中，第二光學層在用于使第一光學層取向的加工條件下則不取向。這些第二光學層甚至當拉伸時或以其他方式取向時也基本保留了相對各向同性的折射指數(shù)。例如，第二光學層在632.8nm能有小于大約0.06或小于大約0.04的的雙折射指數(shù)。第二光學層合適材料的例子有PEN、PBN、PET、或PBT的共聚物。
非光學層非光學層能在多層反射偏振器中使用，例如為的是形成偏振器結構，或在加工期間或加工之后保護偏振器免受損害。非光學層包括皮層128，它形成多層反射偏振器的主表面(見圖2)和內(nèi)部的非光學層130，這種非光學層130位于光學層122和124的復合層之間(見圖3)。附加的涂層也可以認為是非光學層。非光學層一般不會影響光學膜在感興趣的波長區(qū)域(例如，可見的光)的偏振性質(zhì)。多層反射偏振器(和另外的反射偏振元件)非光學層的合適聚合物材料可與第一或第二光學層使用的那些一樣。
皮層和或可使用的非光學層可比第一和第二光學層厚、薄或同樣厚。皮層和非光學層通常是單個第一和第二光學層中的至少一個層的厚度的至少4倍，一般至少10倍，且可至少100倍。能夠改變這些非光學層的厚度，制成有特定厚度的多層反射偏振器。
一般地說要放置一個或多個非光學層，以便至少一部分透過第一和第二光學層、被第一和第二光學層偏振或反射的光也通過這些層(即，這些層放置在通過第一和第二光學層的光程內(nèi)或被第一和第二光學層反射的光程內(nèi))。
優(yōu)選選擇第一光學層、第二光學層和任選的非光學層的聚合物材料，使它們有類似的流變性質(zhì)(例如熔體粘度)以便它們共擠出時能夠不產(chǎn)生流動干擾。一般地說，第二光學層、皮層和或可使用的非光學層的玻璃化轉(zhuǎn)移溫度Tg低于，或不高于第一光學層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大約40℃以上的溫度。第二光學層、皮層和或可使用的非光學層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于第一光學層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
常規(guī)的光學膜常規(guī)光學膜可包括含有例如在上述文獻中所述的反射偏振元件的聚合物光學膜。發(fā)現(xiàn)這些聚合物光學膜會經(jīng)常潤濕或粘合到例如用光滑玻璃做的一液晶顯示器的相鄰表面上。由于兩個空氣-聚合物界面消除了，所以透射增加了，就會導致亮斑的形成。另外，聚合物光學膜能顯示牛頓環(huán)，它是由于兩個間隔很近的表面之間發(fā)生干涉而可以看見的有色環(huán)。形成亮斑和牛頓環(huán)這兩種現(xiàn)象都會影響聚合物光學膜的光學性能和放置有該光學膜的裝置的光學性能。
此外，光學膜上的小點缺陷也是消費者所關注的。這些缺點會妨礙美觀或妨礙檢查和修理。另外，裝置例如顯示器內(nèi)的其他非光滑膜和單元能印在光學膜上，使膜的表面不合格。而且，在溫度循環(huán)下，聚合物光學膜會翹曲(例如，所述膜發(fā)生彎曲，暫時或永久地呈現(xiàn)不平坦的形狀)。另外，光學膜用于顯示器(例如液晶顯示器)，當以基本上不同于法向(即光以90度的角度入射到光學膜的平面)的視角觀察時，光學膜表現(xiàn)出有色外觀，并且這些顏色會在顯示器上各處不同。這種顏色不均勻性至少部分是由于寬入射視角(例如，相對于光學膜平面為50度或較小)的非均勻透過光譜引起的。
對現(xiàn)有的光學膜進行了一些改進的嘗試，來解決這些問題的至少一部分。例如，對最外層(例如，皮層)進行壓花，降低潤濕和牛頓環(huán)的形成。然而，壓花處理又會形成更不均勻的表面外觀。至少在有些情況下使用者在高的入射角上能看到壓花織構。另外，在光學膜的制造過程中，壓花操作要求采用精密的壓花工具和附加的步驟。壓花也會影響層厚的均勻性，導致顏色上的不均勻。
含顆粒層發(fā)現(xiàn)在位于反射偏振元件起偏的光的光程中的含顆粒層內(nèi)加入顆粒，可以提供一些有益的光學或力學性能。這些優(yōu)點包括例如減少或消除潤濕和牛頓環(huán)并使顏色掩蓋或均勻化。
在多層反射偏振器的情形下，如圖2～7所示，含顆粒層132(一層或多層)能是例如，一層皮層128(圖2、3、和4)，兩層皮層128(圖5和7)，或設置在反射偏振元件主表面136上的涂層134(圖6)。部分或甚至全部顆粒都能從層上凸出。
圖2～7所示的例子能進行改變，以便與其他的反射偏振元件例如連續(xù)/分散相反射偏振器、膽甾醇反射偏振器和線柵格反射偏振器一同使用。含顆粒層(一層或多層)可以是反射偏振元件的單個皮層，在反射偏振元件內(nèi)的內(nèi)部非光學層，或者在反射偏振元件上的涂層。
圖10和11說明了本發(fā)明另一個實施方式，其中單層顆粒132位于反射偏振元件102上層104的表面105上，在反射偏振元件上提供一表層涂層。為了本發(fā)明的目的，“單層”是指厚度約為1個顆粒132厚度的層，它位于層104的表面105上或在表面附近。
在有些情形下，部分顆粒132嵌埋在層104內(nèi)，而其余顆粒132從層104凸出，或者部分露出到層104外面。在另外的情形下，基本所有顆粒132都能完全包埋在或嵌埋在層104內(nèi)，仍然能提供粗糙表面。
在一反射偏振元件102上的表層內(nèi)的顆粒132能夠根據(jù)它們占據(jù)層104表面的百分數(shù)進行表征。為了實現(xiàn)反射偏振元件所要求的減小顯示顏色的性能，并降低潤濕，可以要求顆粒132占據(jù)層104露出表面的至少約10％。還可以要求顆粒132占據(jù)層104露出表面的至少約20％。
增大顆粒132占據(jù)層104露出表面積的百分數(shù)，可以提供例如背景光或包含層104內(nèi)有顆粒132的反射偏振元件102的光學顯示器的亮度增益的附加優(yōu)點。但是，要增大亮度增益，包括顆粒132的表面最好背著光源，而且顆粒132優(yōu)選占據(jù)層104露出表面積的至少一大部分(即，大于50％)，更優(yōu)選約60％或更多，再優(yōu)選約70％或更多，甚至更優(yōu)選約90％或更多。
如實施例所述，在一反射偏振元件上的表層內(nèi)的單層顆?；蝾w粒的其他分布能夠增大法向和偏離法向較寬視角范圍內(nèi)例如在有些情形下，至少約±30度內(nèi)的亮度增益。另外，單層和其他漫射元件的分布也能夠減少或消除多層光學膜反射偏振器偏離軸的可見顏色不均勻性。優(yōu)選地，與沒有顆粒的同樣光學膜相比，使用含顆粒層的光學膜的增益基本上不降低。對于感興趣的波長(例如，632.8nm)或波長范圍，增益的減少優(yōu)選不大于5％，更優(yōu)選不大于3％，甚至再優(yōu)選不大于2％。
顆粒優(yōu)選是實質(zhì)上不吸收反射偏振元件透過的光，也不使其去偏振。透過光學膜的光量優(yōu)選基本不減少。更優(yōu)選地，具有優(yōu)先被反射偏振元件透過的偏振態(tài)的光量基本上不減少，例如使用第二偏振器所測定的。
糙化的表面能阻止或減少光學膜潤濕其他相鄰基材或膜上的光學膜，因為糙化表面的質(zhì)地能阻止或減少光學膜粘合到相鄰光滑表面的能力。糙化的表面能也阻止或減少牛頓環(huán)(例如，由于兩個間隔很近的光滑表面干涉形成的有色的環(huán))的嚴重程度。糙化的表面的質(zhì)地也會降低在光學膜和鄰近的光滑表面之間的間距的均勻性。
糙化的表面還可以減少或免除對襯里(用于使用之前保護膜)的需要。因為小劃痕不再看得見。而且，糙化的表面常常能隱蔽存在的實質(zhì)上不影響光學膜工作而在光滑的表面上可見的缺陷(例如，凝膠，模具沉積物，凹陷，模具線，劃痕)。由于膜與光滑基材例如LC模塊內(nèi)的玻璃之間的摩擦系數(shù)較低，糙化的表面也會改進膜的耐磨性，而且能減少溫度變化引起膜翹曲的可能性。在有些情況下，糙化的表面能抵抗或掩蔽由鄰近的膜、基材和其他物體的表面特征引起的印痕。
與經(jīng)過壓花的膜相比，光學膜的粗糙表面也能改善膜的厚度控制。這一點能導致膜上面更好的顏色均勻性。對膜進行糙化能顯著降低膜的表面摩擦系數(shù)。有含顆粒表層的光學膜的摩擦系數(shù)(例如按ASTM D1894測定)能夠是沒有含顆粒表層的光學膜的摩擦系數(shù)的50％或更少，25％或更少，甚至10％或更少。使用含顆粒層能使平均表面粗糙度增大至3倍或更多，10倍或更多，甚至25倍或更多。平均的表面粗糙度能使用例如，Wyko干涉儀(Wyko公司，Tuscon亞利桑那，Roughness/步測試者模型RS 104048)測量。
為了使光學膜的表層(一層或多層)糙化，可以選擇其折射指數(shù)與表層的其他材料一樣或不同的顆粒。要選擇這樣的顆粒，它在光學膜正常的使用期間能夠保持形狀，從而保持要糙化的優(yōu)點。顆粒能加到反射偏振層的一個或兩個皮層內(nèi)，或者含顆粒的涂層可覆蓋到反射偏振層的一個或兩個表面上。表層(一層或多層)的表面質(zhì)地受顆粒的形狀和粒度分布，取向條件，用來形成表層(一層或多層)的聚合物和擠出或涂覆條件的影響。
含顆粒層內(nèi)的顆粒也能夠起漫射元件(例如，漫射元件)的作用，如圖2所示。這些含顆粒層能位于一反射偏振元件的一個表面上或其內(nèi)部，而且能與反射偏振元件一同形成，或者覆蓋反射偏振元件而，并還有附加層(一層或多層)。
當使用顆粒的漫射/漫射性質(zhì)時，顆粒能位于含顆粒層內(nèi)，從層的表面凸出，或者處于這兩種狀態(tài)。含顆粒的膜的漫射/漫射性能可起源于體積漫射、表面漫射、或這兩者的結合。當使用它們的漫射性能且位于皮層內(nèi)時，顆粒優(yōu)選提供在光學膜的僅一個主表面上的皮層內(nèi)。光學膜的兩個主表面上的層內(nèi)有顆粒，膜就可以透過具有會以其他方式被反射的偏振態(tài)的光，如美國普通轉(zhuǎn)讓的專利申請描述09/199602所述，其名稱為“選擇性透射的多層反射器”，其內(nèi)容參考結合于此。
由于一定波長范圍內(nèi)的光通過反射偏振器的透射是不均勻的(非均勻透射光譜)，顏色能夠形成于裝有反射偏振器的光學裝置內(nèi)。另外，一反射偏振器的透射光譜能在空間上變化，所以即使在一樣的視角下也會在顯示器上觀察到不同的顏色。視角改變時透射光譜會改變。凈的效果就產(chǎn)生會隨視角和屏幕位置而變化的顏色的復雜圖案。
如果需要，含顆粒層內(nèi)的顆?？墒雇ㄟ^反射偏振元件的光發(fā)生漫射，形成顏色非均勻較小和整體顏色較淡(例如，隱蔽顏色的膜)的光學膜。在光至少部分地優(yōu)選完全地通過反射偏振元件之后，該光發(fā)生了漫射，以特定角度看膜的觀察者不僅可看到以單一角度通過反射偏振元件的未經(jīng)漫射的光，而且，由于漫射，也可看到以其他角度通過反射偏振元件的光?？吹降墓庾V是在一角度范圍上平均的，比不發(fā)生漫射的情況的光譜要平滑些(形成較少顏色)。這樣，觀察者看見的光譜是以不同角度通過反射偏振元件的光譜的組合。這樣就隱藏了在觀察者角度上可以看到的特定透射光譜的顏色。
顆粒和含顆粒的層的折射指數(shù)之差能影響一些因素，例如光學膜的法向角增益(在背景光顯示條件下使用光學膜獲得的增大的亮度值的度量)和由漫射獲得的顏色平均的量。通常，法向角增益隨顆粒與含顆粒的層的折射指數(shù)之差增大而減小。與此不同，顏色平均的量則隨顆粒和含顆粒層的折射指數(shù)之差增大而增大，因為較大的折射指數(shù)之差導致較大的散射。這樣就能夠至少以顆粒與含顆粒的層的材料的折射指數(shù)之差為基礎，選擇顆粒和含顆粒的層的材料，獲得所要求的綜合性能。顆粒和含顆粒的層之間的折射指數(shù)之差通常為例如0～0.12范圍內(nèi)。
為了獲得漫射(例如散射)的效果，顆粒的折射指數(shù)可以不同于含顆粒層的其他物質(zhì)的折射指數(shù)(體積漫射)。另外，顆粒的折射指數(shù)也能夠與含顆粒層的其他物質(zhì)的折射指數(shù)相當，在此情況下，僅是粗糙表面提供所要求的漫射(表面漫射)。含顆粒層(一層或多層)的體積漫射(例如散射)性能取決于許多因素包括，例如顆粒折射指數(shù)、含顆粒層的其他部分的折射指數(shù)、顆粒的形狀和取向和層內(nèi)的顆粒密度。
含顆粒層(一層或多層)的表面漫射性能取決于許多因素包括，例如顆粒的形狀和粒度分布、取向條件，用來形成表面層(一層或多層)的聚合物(一種或多種)、擠出或涂覆條件。膜的漫射性能是體積漫射、表面漫射，或者體積和表面漫射兩者的結果。
在有些情形下，可能需要顆粒132的折射指數(shù)基本與層104的相似，使得通過制品的漫射光主要是表面漫射而非體積漫射。例如，顆粒132和層104之間的折射指數(shù)差可是大約0.2或更小，優(yōu)選約0.1或更小，更優(yōu)選約0.05或更小。當表面漫射是所需特征時，顆粒132對于感興趣的波長的光最好是光學透明的。
當亮度提高膜，例如購自明尼蘇達州圣保羅的3M公司的BEF膜，用于液晶顯示器時，當視角增大時，光的強度通常在一個窄的角度范圍急劇下降。顆粒能使在該角度范圍的強度陡降變得平滑，使它成為較平緩的轉(zhuǎn)變。另外，當非光滑膜例如BEF膜與反射偏振器膜緊密接觸時，它們會在反射偏振器膜上印上一個不好的圖案。而顆粒能減少或消除印在偏振器膜上的可以看見的表面圖案。
光學膜也能與吸收偏振器或與吸收偏振器層一同使用，例如，在WO95/17691，WO 99/36813，和WO 99/36814中有描述，其全部內(nèi)容參考結合于此。在這個實施方式中，含顆粒層能如上所述隱蔽顏色。
常規(guī)的反射/吸收偏振器的暗狀態(tài)顏色泄漏的嚴重程度能使用常規(guī)的二向色性偏振器觀察到，該二向色性偏振器取向至能吸收優(yōu)先被反射/吸收偏振器透過的偏振光。加上含顆粒層一般能降低這種該顏色泄漏。
顆粒的合適材料包括例如無機氧化物和聚合物，它們基本不能混溶，而且在含顆粒層加工過程中不會引起層的材料內(nèi)發(fā)生有害的反應(降解)，在加工溫度下不會熱降解，不會顯著在感興趣的波長或波長范圍內(nèi)的光。合適材料的例子包括二氧化硅、硅鋁酸鈉、氧化鋁、液晶聚合物(例如，從田納西州Kingsport的伊斯門化學藥品產(chǎn)品公司購買的Vectra TM液晶聚合物，)、無定形聚苯乙烯、玻璃、苯乙烯丙烯腈共聚物、滑石、交聯(lián)的聚苯乙烯顆?；蚓郾揭蚁┕簿畚铩⒀趸X與二氧化硅的合物質(zhì)(例如，3M公司的ZeeospheresTM，圣保羅，明尼蘇達州)、或這些材料的組合。
顆粒的平均粒度通常在例如0.1～20微米的范圍內(nèi)。一般地，顆粒的平均粒度在0.3～10微米的范圍內(nèi)。在至少有些情形下，優(yōu)選使用小顆粒，因為這樣就可以在單位體積內(nèi)加入較多的顆粒，經(jīng)常形成更粗糙或者更均勻粗糙的表面或者更多的光漫射中心。
盡管能夠使用任何形狀的顆粒，但是球形的顆粒在有些情況下是優(yōu)選的，尤其是因為這能有利于提高隱蔽顏色的效果和增益。對于表面漫射，球形顆粒與其他形狀相比，每顆顆粒會產(chǎn)生大量的表面凸起效應，而非球形顆粒在膜平面內(nèi)的排列是使其最短主軸在膜的厚度方向。
含顆粒層中的顆粒數(shù)量一般地取決于這樣的因素，例如所要求的光學膜性能，在含顆粒層中使用的聚合物的類型和組成、顆粒的類型和組成、和顆粒與含顆粒層的其他材料(例如聚合物(一種或多種))的折射指數(shù)之差。含顆粒層內(nèi)的顆粒含量例如至少為0.01體積％，以用來制備含顆粒層的物料的總體積為基準。顆粒含量少些不會對膜的性質(zhì)有多大影響。對于有機顆粒，尤其是聚合物顆粒，顆粒含量一般不大于約25體積％。對于無機顆粒，含量一般約為0.01-10體積％，常常為0.05～5體積％，以用來制備含顆粒層的物料的總體積為基準。
能夠使用許多方法將顆粒加入含顆粒層(一層或多層)。例如，顆粒能夠在擠出機內(nèi)與含顆粒層的聚合物混合。接著可將含顆粒層(一層或多層)與光學層共擠出形成光學膜。顆粒能以其他方法與含顆粒層的聚合物混合，所述方法包括，例如，在擠出以前在混合器或其他裝置內(nèi)混合顆粒和聚合物。
在另一方法中，顆粒也能加到用來形成含顆粒層的聚合物的單體中。例如，在聚酯用作含顆粒層的情形下，顆?？梢约尤牒杏脕硇纬删埘サ聂人狨ズ投紗误w的反應混合物中。顆粒應該不會通過例如催化降解反應、鏈終止或與單體反應而影響聚合過程或速率。例如ZeeospheresTM這種顆粒合適于加入用來形成聚酯含顆粒層的單體中。如果顆粒與用來制備聚酯的單體混合，它不宜包含酸性基團或磷。
在有些情形下，使用上述任一種方法，用顆粒和聚合物制備母料。該母料然后可以以選定的比例，加入到在擠出機或混合器內(nèi)的更多聚合物中，制備具有所要求顆粒含量的膜。
在一反射偏振器上提供包含顆粒的表層的另一種方法中，能夠?qū)⒈韺忧绑w沉積到預先形成的反射偏振元件上。表層前體能夠是適于在反射偏振元件上形成涂層的任何材料，包括單體、低聚物和聚合物材料。例如，表層前體能夠是上述用于第一和第二光學層和非光學層的任何聚合物或這些聚合物的前體，也可以是硫代聚氨酯、硫代聚酯、含氟丙烯酸酯和丙烯酸酯之類的材料。
顆粒能夠以預混合漿料、溶液或含表層前體的分散液形式提供。另一可供的辦法是將顆粒與表層前體分開提供。例如，將前體首先涂敷在反射偏振元件上，顆粒就能夠沉積在該前體上，例如，通過降落、噴射、瀑布式撒落或以其他方式進行沉積，以便在表層內(nèi)或表層上得到所要求的顆粒單層或顆粒的其他分布形式。然后前體就能夠被固化，干燥或以其他方式進行加工，形成所要求的表層，該表層以所要求的方式保留住顆粒。表層前體和顆粒的相對比例能夠根據(jù)許多因素而變化，包括例如所要求的形成的粗糙表層的形態(tài)和前體的性質(zhì)。
在至少有些實施方式中，在用來制造取向的多層反射偏振膜的展幅過程中，有制膜的總聚合物的一部分(例如30％)是固定在展幅機夾具內(nèi)是，它不會完全取向。該未取向的材料作為“展幅機的邊緣輪廓”修整掉。所述“展幅機的邊緣輪廓”可以含有聚合物材料的顆粒。這些顆粒能夠是例如來自于展幅機夾具內(nèi)的玷污和/或后展幅加工而形成的。
將顆粒加入光學膜的皮層或其他含顆粒非光學層，能夠掩蔽使用再循環(huán)“展幅機的邊緣輪廓”或其他再循環(huán)材料時會引入的顆粒。粗糙表面和顆粒的光漫射能夠隱蔽由展幅機的邊緣輪廓玷污或后展幅加工引入的顆粒的外觀。在這些皮層內(nèi)加入顆粒能夠更好地循環(huán)利用“展幅機的邊緣輪廓”和廢棄膜碎片，這就能夠極大地節(jié)約成本，并更有效地利用材料。
或可使用的覆蓋層在至少有些情形下，擠出帶有含顆粒皮層的膜時，會在擠出機模具出口上積聚含顆粒的物料。所述物料有時會從模具出口上脫落，在膜內(nèi)形成缺陷。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在光學膜100的含顆粒皮層104上形成覆蓋層105(或多層)，就能夠減少或消除在模具上的積聚和隨之產(chǎn)生的缺陷，如圖14所示。一般地，這樣選擇覆蓋層的厚度和材料，使得當取向(例如拉伸)時，由于含顆粒層內(nèi)顆粒的存在，覆蓋層具有粗糙表面。取向之前，覆蓋層可以有或沒有糙化的表面。
覆蓋層能夠與在圖1、2、3、5、6和7所示或上述任何含顆粒的皮層結合。含顆粒皮層和覆蓋層能夠一起作為“表層”提供上述任何優(yōu)點或性能。合適的材料包括所述用于形成皮層(一層或多層)的聚合物材料，包括例如聚酯(例如聚萘二甲酸乙二醇酯和聚對苯二甲酸乙二醇酯的共聚酯)。在有些實施方式中，使用第一光學層、第二光學層或皮層中至少一種相同的聚合物來形成覆蓋層。
使用覆蓋層能夠降低光學膜(相對于沒有覆蓋層的同樣膜)的的表面粗糙度(例如Rq)，但是該表面粗糙度一般仍然比沒有含顆粒皮層形成的相似光學膜的表面粗糙度大。
其他層和涂層不同功能的層或涂層也可以加到本發(fā)明的膜和光學裝置上，用來改變或改進它們的物理或化學性質(zhì)，尤其是膜或裝置表面上的性質(zhì)。如果使用含顆粒層糙來化光學膜的表面，那么含顆粒層上一般不再提供其他的層和涂層，除非所述層或涂層也是粗糙的。合適的其他層或涂層可以是例如低粘性背襯材料、導電層、抗靜電涂層或膜、阻擋層、阻燃劑、UV穩(wěn)定劑、耐磨材料、光學涂層，以及旨在改進膜或裝置的機械整體性或強度的基材。其他層或涂層在例如WO 97/01440，WO99/36262，和WO 99/36248中有描述，其內(nèi)容參考結合于此。
顯示器實施例光學膜能夠用于許多種顯示系統(tǒng)和其他用途中，包括透射(例如背景光)、反射、和透射反射(transflective)顯示。例如，圖8說明了本發(fā)明一個示意性背景光顯示系統(tǒng)200的剖面圖，包括顯示介質(zhì)202、背景光204、偏振器208、和一個或可采用的反射器206。觀察者位于與背景光204相反的顯示裝置202的一側。
顯示介質(zhì)202通過透過從背景光204射出的光而將信息或圖象顯示給觀察者。
顯示介質(zhì)202的一個例子是液晶顯示器(LCD)，它僅透過一種偏振態(tài)的光。因為LCD顯示介質(zhì)是偏振敏感的，最好的是，背景光204供應的是能透過顯示裝置202的偏振態(tài)的光。
供應用于觀察顯示系統(tǒng)200的光的背景光204包括光源216和光導向器218。雖然圖8所示的光導向器218通常具有矩形剖面，但是背景光能夠使用任何合適形狀的光導向器。例如，光導向器218能夠是楔形的，槽形的，假楔形導向器，等等。主要的考慮是光導向器218能夠接收從光源216發(fā)出的光并射出。結果，光218就能夠通過后反射器(例如，可用的反射器206)，引出機構和其他部件來完成需要的功能。
反射偏振器208是光學膜，它包括一層反射偏振元件210和至少一層含顆粒214的層212。反射偏振器208作為背景光的一部分提供，其作用是基本透過從光導向器218射出的一種偏振態(tài)的光，并基本反射從光導向器218射出的其他偏振態(tài)的光。反射偏振元件208能夠是例如多層反射偏振器、連續(xù)/分散相反射偏振器、膽甾醇反射偏振器、或線柵格反射偏振器。雖然所示的含顆粒層212位于反射偏振元件上，但是含顆粒層(一層或多層)能夠設置例如在反射偏振元件上或內(nèi)部，如上所述。
在一個實施方式中，利用了含顆粒層212的漫射(例如散射)性質(zhì)。在這個實施方式中，含顆粒層優(yōu)選是反射偏振元件210與接受背景光204的光的表面相背的。表面上的皮層或涂層。
實施例用于形成這些實施例的聚合物的材料購自下列供應商購自Amoco的萘二酸二甲酯和對苯二甲酸(Decatur，亞拉巴馬)，購自Hoechst Celanese(達拉斯，得克薩斯)的對苯二甲酸二甲酯，購自Union Carbide(查爾斯頓，西弗吉尼亞)的乙二醇，購自BASF(Charlotte，北卡羅來納)的1，6-己二醇。
“增益測試儀”被用來測試這些實施例中的若干膜?！霸鲆鏈y試儀”能夠使用點光度計和合適的背景光制成，一個偏振器放置在兩者之間，以便僅背景光的一個偏振部分可被光度計測量。合適的點光度計有Minolta LS-100和LS-110(Minolta有限公司，Ramsey，新澤西州)。測得的增益絕對值取決于使用的背景光和樣品對于背景光的取向以及樣品的大小。增益定義為有反射偏振器在光程內(nèi)時測試儀的法向軸亮度，被光程內(nèi)沒有反射偏振器的法向軸亮度歸一化后的一值。在實施例中使用的背景光從Landmark得到，偏振器是一個高對比顯示偏振器，它的取向是使偏振器通過軸對準背景光的長軸對齊。樣品插入到測試儀內(nèi)，務使樣品的通過軸與高對比偏振器的通過軸對齊。樣品尺寸要足夠大，能覆蓋整個背景光。
將膜的含顆粒表層的那一面貼著在單色綠色(約540nm)的漫射背景光光源頂部上的一片干凈面光滑的玻璃放置，來測量牛頓環(huán)。用手將膜撫平到玻璃上以后，就可看到牛頓環(huán)(如果存在)為一些亮條紋和暗條紋。結果的判斷等級為1(看不見牛頓環(huán))-4(看見很明顯的牛頓環(huán))。
測量了潤濕測量方法與牛頓環(huán)相似。不同的是使用白色光源。當反射偏振器結合到玻璃上后，存在亮斑，就說有潤濕現(xiàn)象。測量結果的等級為1(沒有觀察到潤濕)-4(看見很明顯的潤濕)。
使用Wyko干涉儀(Wyko公司，Tuscon Arizona，Roughness/Step Tester型號RS 104048)在放大100倍條件下，測量平均粗糙度Rq。
根據(jù)ASTM № D1894測量了聚對苯二甲酸乙二醇酯膜的摩擦系數(shù)。
不均勻性是一種描述了使用偏振器膜形成卷時質(zhì)量的光學膜對于衡量。成卷性差就說明膜上有缺陷，例如膜上有橫向翹曲、疙瘩和皺褶?？偟膩碚f，如果卷內(nèi)相鄰膜表面之間的摩擦系數(shù)足夠低，就幾乎沒有或很少有這些成卷缺陷。
對比例1和2和實施例1-23用由(聚萘二甲酸乙二醇酯)共聚物形成的第一光學層制成了多層反射偏振器膜，所述共聚物含有由90摩爾％萘二酸二甲酯和10摩爾％對苯二甲酸二甲酯形成的羧酸酯亞單元以及由100摩爾％乙二醇亞單元形成的二醇亞單元，特性粘度為0.48dL/g。折射指數(shù)約為1.633。
由(聚萘二甲酸乙二醇酯)共聚物形成了第二光學層，所述共聚物含有由55摩爾％萘二酸二甲酯和45摩爾％對苯二甲酸二甲酯形成的羧酸酯亞單元以及由95摩爾％乙二醇和5mol％己二醇形成的二醇亞單元，特性粘度為0.53dL/g。折射指數(shù)約為1.610。
使用與第二光學層相同的聚酯形成皮層。除了對比例和實施例12，一層皮層包含作為顆粒的無定形態(tài)聚苯乙烯(Styron 663，Dow化學藥品公司，Midland，密執(zhí)安州，折射指數(shù)1.59)、W-210 Zeeospheres(明尼蘇達州，St.Paul的3M公司，折射指數(shù)1.53，平均粒度2.5微米，比5微米大的顆粒已去除)，二氧化硅(AerosilTM，Ox50，Dugussa公司，Dublin，俄亥俄州，折射指數(shù)1.48，平均粒度0.3微米)，或這些材料以表1所示的用量進行組合。在光學測試期間，該包含顆粒的單皮層在光學膜的上表面上的取向要使得背景光的光通過含顆粒光學層以前通過光學膜的其余部分。對比例1和2皮層內(nèi)不包含顆粒。實施例12第一和第二光學層疊層物的兩面上的兩皮層內(nèi)都包含顆粒。
表1對比例1和2和實施例1-23的組成和結果
a以該百分率提供兩皮層內(nèi)的顆粒。
上述coPEN采用一個進料/多層化系統(tǒng)共擠出，形成一個多層膜，有893個交替的第一和第二光學層，這些交替的第一和第二光學層的每表面上有一皮層。單個第一和第二光學層的厚度約為50-120nm，兩個皮層的厚度約為12微米。擠出的膜在充有154℃的熱空氣的展幅機中加熱約20秒，然后，以6∶1拉伸比進行單軸拉伸取向，制成厚約125微米的反射偏振器。
表1顯示了這些實施例的法向角增益、牛頓環(huán)、潤濕、摩擦系數(shù)和不均勻性?？梢娤褚话阈枰倭款w粒，但是消除牛頓環(huán)需要較多顆粒。其他測試，包括厚度測量和中間層分層現(xiàn)象看來不受皮層(一層或多層)內(nèi)顆粒存在的影響。與對比例的光學膜相比，有含顆粒皮層的光學膜的增益并無顯著減小。
具體是，有ZeeospheresTM的樣品形成均勻的各向同性外觀。聚苯乙烯樣品在橫向約1mm長度上和拉伸方向約50微米處有一個粒狀物。
對比例3和4和實施例24-26以上述實施例所述相同的方式制成多層反射偏振器膜，不同的是第一光學層用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)制成，用于實施例24-26的偏振器內(nèi)的顆粒數(shù)量和類型以及皮層的厚度如表2所示變化。
表2 對比例3和4和實施例24-26的組成和結果
b聚苯乙烯和乙酸乙酯共聚物的固態(tài)球形顆粒(折射指數(shù)1.53，平均直徑2.5微米)實施例24、25和26在LC顯示器內(nèi)呈現(xiàn)了顯著的顏色隱蔽。400-650nm的p偏振通過態(tài)的標準偏差，采用以60°角對準光學膜表面的光源測定，所述光學膜由含顆粒皮層形成(例如實施例24-26)。使用裝有積分球的Lambda19分光光度計(Perkin Elmer Corp.，Norwalk，康涅狄格)觀察透過膜的光。該實驗的設計與背景光顯示器在光學上類似，例如如圖8所示，觀察者以相對于光學膜平面60°的角度觀察。
圖9中有對比例4的光學膜的光譜(暗線)和實施例26的光學膜的光譜(亮線)。實施例26光學膜的光譜在400-650nm波長范圍均勻得多。
實施例27用硫代聚氨酯基體內(nèi)包含sfi稱直徑為4微米的聚苯乙烯球的表面層覆蓋與對比例1和2的多層反射偏振器膜類似的多層反射偏振器膜。將聚苯乙烯球預混合形成含69重量％水、20％根據(jù)美國專利5,756,633和5,929,160制成的硫代聚氨酯樹脂、1％Triton X-100(Union Carbide Chem.and Plastics Co.，Danbury，康涅狄格)和10％聚苯乙烯球的表層前體。聚苯乙烯球和硫代聚氨酯樹脂的折射指數(shù)各在1.51～1.56的范圍內(nèi)。
將該前體手工鋪展在反射偏振膜上。水蒸發(fā)后就形成了表面糙化的表層，留下聚苯乙烯球部分嵌在樹脂基體內(nèi)。
觀察表明，球呈單層分布在表層表面上，露出的球占表層表面不到100％。
參見圖12，該圖表示的是與沒有此表層的同樣的多層反射偏振膜相比，在亮度增益方面的光學性能。這些結果是使用上述的增益測試儀得到的。
線A和B表示分別在0度和90度使用第二偏振器時沒有含顆粒表層的多層反射偏振膜在各視角范圍的亮度增益。線C和D表示分別在0度和90度使用第二偏振器時有含顆粒表層的多層反射偏振膜在各視角范圍的亮度增益。如圖所示，對于自法向至約±30°的視角范圍，表層增大了亮度增益，包括在法向角上增益增大2-3小數(shù)點。
實施例28實施例27的表層形成在連續(xù)/漫射相反射偏振元件上。一片三層膜用共擠出法形成并進行了拉伸取向。外面的兩層包含52重量％PEN共聚物(有70摩爾％萘酸酯和30摩爾％苯酸酯亞單元以及100mol％由乙二醇形成的二醇亞單元)、45重量％間同立構聚苯乙烯共聚物(QuestraTMMA405，Dow化學藥品公司，Midland，密執(zhí)安州)、3重量％苯乙烯馬來酸酐共聚物(DylarkTM332，Nova化學藥品公司，Monacha，賓夕法尼亞州)。中央層是共聚酯，有80mol％對苯酸酯和20摩爾％間苯酸酯亞單元以及100摩爾％由乙二醇形成的二醇亞單元。各層的厚度是近似相等。
使用進料機和鍛模將此三層共擠出到冷卻的鑄輪上以形成片材。使用一縱向取向機將鑄片沿縱向拉伸取向至拉伸比約為1.25∶1，使用展幅機將片在橫向上拉伸取向至拉伸比為1∶4.9。所提取向膜的厚度大約170mm。
觀察表明，球呈單層分布在表層表面上，露出的球占表層表面不到100％。
參見圖13，該圖表示的是與沒有此表層的同樣的多層反射偏振膜相比，在亮度增益方面的光學性能。這些結果是使用上述的增益測試儀得到的。
線A和B表示分別在0度和90度使用第二偏振器的沒有含顆粒表層的連續(xù)/漫射相反射偏振器膜在各視角范圍的亮度增益。線C和D表示分別在0度和90度使用第二偏振器時有含顆粒表層的連續(xù)/漫射相反射偏振膜在各視角范圍的亮度增益。如圖所示，使用光學膜保持了法向入射亮度增益，并說明光學膜能怎樣較好地控制向顯示器的光輸出。
對比例5和實施例29和30用由特性粘度為0.48dL/g的聚萘二甲酸乙二醇酯形成的第一光學層制成多層反射偏振器膜。并用(聚萘二甲酸乙二醇酯)共聚物形成第二光學層，該共聚物含有從55mol％萘二酸二甲酯和45摩爾％對苯二甲酸二甲酯形成的羧酸酯亞單元以及從95mol％乙二醇和5摩爾％己二醇形成的二醇亞單元，特性粘度為0.53dL/g。第一和第二光學層的厚度各為約50-120nm。
在膜與鑄輪接觸的面上使用(聚萘二甲酸乙二醇酯)共聚物形成第一皮層，所述共聚物含有從75mol％萘二酸二甲酯和25摩爾％對苯二甲酸二甲酯形成的羧酸酯亞單元以及從95mol％乙二醇和5摩爾％己二醇形成的二醇亞單元，特性粘度為0.53dL/g。使用同樣的聚酯作為第二光學層形成在膜的背面上。除了對比例5，第二皮層包含作為顆粒的W-210 Zeeospheres(3M公司，圣保羅，明尼蘇達州，折射指數(shù)1.53，平均的顆粒大小2.5微米，大于5微米的顆粒已去除)。皮層厚約12微米。
對于實施例30，在含顆粒的第二皮層上形成覆蓋膜，該覆蓋膜用與第一皮層相同的材料制成。涂層膜在拉伸向前厚約6.8微米。
使用進料機和鍛模將各層共擠出到冷鑄輪上形成有892層交替的第一和第二光學層的多層膜，交替的第一和第二光學層疊層物的兩個表面上都有一皮層。對于實施例29和30，在膜的接觸鑄輪面上的皮層含有ZeeospheresTM。在實施例30中，在含顆粒皮層上形成一層覆蓋層。在充以154℃的熱空氣的展幅機內(nèi)加熱約20秒后，以約6∶1拉伸比將鑄片拉伸取向，取向膜的厚度約為125mm。
實施例29和30沒有觀察到牛頓環(huán)和潤濕。厚度測量和中間層分層現(xiàn)象不受一個皮層內(nèi)有顆粒存在的影響，也不受含顆粒皮層上有覆蓋層存在的影響。對于同樣的拉伸取向條件，含顆粒層上有皮層的光學膜的增益基本不減少。例如，對比例#5的增益是1.548，而實施例30的增益是1.541。
不應當認為本發(fā)明受限于上述具體實施例，應當明白，本發(fā)明覆蓋所附權利要求書中所述的本發(fā)明所有方面。本行業(yè)內(nèi)的普通技術人員閱讀了本說明書后會明白各種改變、等效的方法和許多種可應用于本發(fā)明的結構。
權利要求
1.一種光學膜，它包括反射偏振元件，該元件基本反射第一偏振態(tài)的光線，并且基本透射第二偏振態(tài)的光線，位于反射偏振元件上的表層，它處于與反射偏振元件同樣的光程內(nèi)，該表層的結構和安置使得它能透射光線，表層含有許多使表層外表面粗糙的顆粒，使用所述光學膜的光學裝置的增益，與使用表層內(nèi)沒有許多顆粒的同樣光學膜的光學裝置的增益相比，并不顯著降低。
2.如權利要求1所述的光學膜，其特征在于至少有一些顆粒部分嵌入表層，并且部分地從表層凸出。
3.如權利要求1所述的光學膜，其特征在于基本全部所述許多顆粒在表層的外表面上單層排列。
4.如權利要求1所述的光學膜，其特征在于基本全部所述許多顆粒都嵌入表層內(nèi)。
5.如權利要求1所述的光學膜，其特征在于所述顆粒與表層的其余物質(zhì)的折射指數(shù)之差不大于約0.2。
6.如權利要求1所述的光學膜，其特征在于所述顆粒大致是球形的。
7.如權利要求1所述的光學膜，其特征在于所述的反射偏振元件和表層形成為共擠出膜。
8.如權利要求1所述的光學膜，其特征在于所述表層含括覆蓋在反射偏振元件上的膜。
9.如權利要求1所述的光學膜，其特征在于所述的反射偏振元件含有第一和第二材料，第一和第二材料中的至少一種是雙折射的，第一和第二材料對于第一偏振態(tài)光線的折射指數(shù)之差大得足以基本反射第一偏振態(tài)的光線，而第一和第二材料對于第二偏振態(tài)光線的折射指數(shù)之差小得足以基本透射第二偏振態(tài)的光線。
10.如權利要求9所述的光學膜，其特征在于所述反射偏振元件含括多層光學膜，該光學膜內(nèi)許多雙折射第一光學層與許多第二光學層交替排列。
11.如權利要求9所述的光學膜，其特征在于所述第一材料位于第二材料內(nèi)。
12.如權利要求1所述的光學膜，其特征在于所述反射偏振元件包括雙折射膽甾醇材料。
13.如權利要求1所述的光學膜，其特征在于所述許多顆粒包括至少一種選自無定形聚合物、氧化鋁、二氧化硅、氧化鋁和二氧化硅的復合物質(zhì)、玻璃、滑石及它們的混合物的材料。
14.如權利要求1所述的光學膜，其特征在于當所述光學膜放置到鄰近的另一表面時，與表層內(nèi)沒有顆粒的同樣光學膜相比，其形成牛頓環(huán)的趨勢減小。
15.如權利要求1所述的光學膜，其特征在于所述多層光學膜放置到鄰近的另一表面時，與表層內(nèi)沒有顆粒的同樣多層光學膜相比，發(fā)生潤濕的趨勢減小。
16.如權利要求1所述的光學膜，其特征在于使用所述光學膜的光學裝置的增益與使用表層內(nèi)沒有所述許多顆粒的同樣光學膜的光學裝置的增益相比，降低不超過3％。
17.如權利要求16所述的光學膜，其特征在于所述光學膜能夠使可見光透過反射偏振元件，并接著透過表層，透過后在400-650nm范圍上的光線強度比沒有許多顆粒的同樣光學膜的情況顯著地更為均勻。
18.一種光學裝置，它包括一個光源和權利要求1所述的光學膜。
19.如權利要求18所述的光學裝置，其特征在于所述表層位于反射偏振元件從光源接受光的表面的背面上。
20.如權利要求18所述的光學裝置，其特征在于所述表層包括反射偏振元件的頂層。
21.如權利要求18所述的光學裝置，其特征在于所述表層包括反射偏振元件表面上的涂層。
22.如權利要求18所述的光學裝置，其特征在于至少有一部分所述許多顆粒從表層上凸出。
23.如權利要求18所述的光學裝置，其特征在于所述反射偏振元件和表層透過可見光，透過后在400-650nm的范圍上的光線強度比表層沒有許多顆粒的同樣反射偏振元件的情況顯著地更為均勻。
24.如權利要求18所述的光學裝置，其特征在于所述光源包括背景光。
25.如權利要求18所述的光學裝置，它還包括顯示介質(zhì)。
26.如權利要求25所述的光學裝置，其特征在于所述顯示介質(zhì)包括液晶顯示介質(zhì)。
27.如權利要求25所述的光學裝置，其特征在于所述反射偏振元件和表層位于光源和顯示介質(zhì)之間。
28.如權利要求27所述的光學裝置，其特征在于所述表層位于反射偏振元件和顯示介質(zhì)之間。
29.一種制造光學膜的方法，它包括形成基本反射第一偏振態(tài)光線并且基本透過第二偏振態(tài)光線的反射偏振元件；在反射偏振元件的第一主表面上形成表層，所述表層包含許多使表層外表面粗糙的顆粒，使用此光學膜的光學裝置的增益與使用表層內(nèi)沒有所述許多顆粒的同樣光學膜的光學裝置的增益相比，并不顯著降低。
30.如權利要求29所述的方法，其特征在于所述形成反射偏振元件和形成表層包括共擠出反射偏振元件和表層。
31.如權利要求29所述的方法，它還包括將至少一個沒有顆粒的表層設置在反射偏振元件的第二主表面上。
32.如權利要求29所述的方法，其特征在于所述的形成表層包括將許多顆粒與用來形成表層聚合物的單體混合，在許多顆粒存在下，令單體聚合，形成表層聚合物，使用至少一部分表層聚合物和許多顆粒形成表層。
33.如權利要求29所述的方法，其特征在于所述的形成表層包括將含有許多顆粒的表層聚合物置于反射偏振元件上。
34.如權利要求29所述的方法，其特征在于所述的形成表層包括將表層聚合物置于在反射偏振元件上，將許多顆粒置于位于反射偏振元件上的表層聚合物中。
35.一種光學膜，它包括反射偏振元件，該元件基本反射第一偏振態(tài)的光線，并且基本透過第二偏振態(tài)的光線，位于反射偏振元件上的含顆粒層，它處于與反射偏振元件同樣的光程內(nèi)，含顆粒層的結構和安置使得它能透過光線，含顆粒層中含有許多使光學膜外表面粗糙的顆粒，使用此光學膜的光學裝置的增益與使用含顆粒層內(nèi)沒有許多顆粒的同樣光學膜的光學裝置的增益相比，并不顯著降低。
36.如權利要求35所述的光學膜，它還包括位于含顆粒層上的覆蓋層，其中含顆粒層內(nèi)的許多顆粒使覆蓋層的外表面糙化。
37.如權利要求35所述的光學膜，其特征在于所述反射偏振元件含有第一和第二材料，第一和第二材料中的至少一種是雙折射的，第一和第二材料對于第一偏振態(tài)光線的折射指數(shù)之差大得足以基本反射第一偏振態(tài)的光線，第一和第二材料對于第二偏振態(tài)光線的折射指數(shù)之差小得足以基本透過第二偏振態(tài)的光線。
38.如權利要求37所述的光學膜，其特征在于所述反射偏振元件包括多層光學膜，該光學膜內(nèi)有許多雙折射的第一光學層與許多第二光學層交替排列。
39.如權利要求37所述的光學膜，其特征在于所述第一材料在第二材料內(nèi)。
40.如權利要求35所述的光學膜，其特征在于所述反射偏振元件包括雙折射膽甾醇材料。
全文摘要
一種光學膜,它包括反射偏振元件和含顆粒層。所述反射偏振元件基本上反射有第一偏振態(tài)的光,并且基本上透過有第二偏振態(tài)的光。含顆粒層位于反射偏振元件上,并處于與反射偏振元件同樣的光程內(nèi)。含顆粒層的結構和安置使得它能透過光,并含有許多使光學膜外表面粗糙的顆粒。優(yōu)選的是,在光學裝置中使用該光學膜的增益,與使用表層內(nèi)沒有許多顆粒的同樣光學膜的光學裝置的增益相比,并不顯著降低。本發(fā)明也描述了使用所述光學膜的光學裝置以及所述光學膜的使用和制造方法。
文檔編號G02B27/28GK1375066SQ00813089
公開日2002年10月16日 申請日期2000年8月22日 優(yōu)先權日1999年9月20日
發(fā)明者T·J·內(nèi)維特, C·A·斯托弗, W·L·考什, G·M·考曼, R·W·霍恩, T·J·赫布林克, J·A·奧爾森, M·B·奧尼爾, E·M·克羅斯, S·L·肯特 申請人:3M創(chuàng)新有限公司