專利名稱：：結構化復合光學薄膜的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及光學薄膜，更具體地講，涉及具有結構化表面的用于控制例如液晶顯示器等顯示器中的光的光學薄膜。
背景技術：
：具有結構化折射表面的光學薄膜通常用于顯示器中以對來自光源的光向顯示面板的傳播進行控制。這種薄膜的一個示例性實例是通常用于增加顯示器的軸上光量的棱鏡增亮膜。當顯示系統尺寸增大時，薄膜的面積也會變大。這種表面結構化薄膜是薄的，通常為幾十或幾百微米厚，并因而幾乎不具有結構完整性，特別是在用于較大顯示系統時。例如，雖然一定厚度的薄膜應用在手機顯示器中剛性是足夠的，但是在不添加一些支撐裝置的情況下將同樣的薄膜用于諸如電視機監(jiān)視器或計算機監(jiān)視器等更大的顯示器中時，該薄膜則可能剛性不足。剛性更高的薄膜還會使大顯示系統的組裝工藝更省力以及潛在地更加自動化，從而降低顯示器的最終組裝成本?？梢詫⑦@種表面結構化薄膜制作得更厚，以便提供額外的剛度，或者可以將其層合至厚聚合物基底以提供用于大面積薄膜所需的支撐。然而，使用較厚的薄膜或較厚的基底增加了顯示單元的厚度，同時還導致重量和光學吸收率的增加。使用較厚的薄膜或基底還會增大絕熱性，從而降低將熱量傳遞出顯示器的能力。此外，人們對增加顯示器的亮度有持續(xù)的要求，這意味著顯示系統會產生更多的熱量。這導致與更高發(fā)熱量相關的例如薄膜翹曲等變形效應的增加。除此之外，將表面結構化薄膜層合至基底會增加裝置的成本，并且使得該裝置更厚更重。然而，所增加的成本不會使顯示器的光學性能顯著提高
發(fā)明內容本發(fā)明的一個實施例涉及光學薄膜，所述光學薄膜具有第一層，所述第一層包括嵌入在聚合物基質內的無機纖維。第一層具有結構化表面。大致垂直地穿過所述第一層傳播的光受小于30%的體霧度的影響。本發(fā)明的另一個實施例涉及顯示系統，所述顯示系統具有顯示面板、背光源和布置在所述顯示面板與所述背光源之間的增強型薄膜。增強型薄膜具有結構化表面并且由聚合物基質形成，在所述聚合物基質中嵌入有無機纖維。大致垂直地穿過增強型薄膜傳播的光受小于30%的體霧度影響。本發(fā)明的另一個實施例涉及包括第一層的光學薄膜。所述第一層包括嵌入在聚合物基質中的無機纖維，并且具有結構化表面。所述第一層為穿過所述第一層傳播的光提供至少10%的亮度增益。本發(fā)明的另一個實施例涉及制造光學薄膜的方法。所述方法包括提供具有結構化表面的模制工具和提供纖維增強層，所述纖維增強層包括嵌入到由聚合體和單體中的至少一者形成的基質中的無機纖維。所述纖維增強層用該模制工具來連續(xù)模制，以生產纖維增強的具有結構化表面的薄片。本發(fā)明的另一個實施例涉及光學薄膜，所述光學薄膜包括第一層，所述第一層具有嵌入在聚合物基質中的無機纖維。第一層具有結構化表面。在第一層的背向結構化表面的一側上大致垂直入射的光的單程透射率小于40%。本發(fā)明的上述
發(fā)明內容并非試圖描述本發(fā)明的每個示出的實施例或每種實施方式。下列附圖和具體實施方式更具體地舉例說明了這些實施例。結合下面參照附圖對如下本發(fā)明的各種實施例的詳細描述，可以更全面地理解本發(fā)明，其中圖1示意性地示出使用根據本發(fā)明原理的表面結構化薄膜的顯示系統；圖2示意性地示出根據本發(fā)明原理的纖維增強的表面結構化薄膜的示例性實施例；圖3示意性地示出制造系統的示例性實施例，該制造系統可以用于制造根據本發(fā)明原理的光學薄膜；圖4A-4F示意性地示出根據本發(fā)明原理的一體化增強的表面結構化光學薄膜的一個示例性實施例；圖5示意性地示出根據本發(fā)明原理的附接到第二層上的纖維增強的表面結構化薄膜的示例性實施例；圖6示意性地示出根據本發(fā)明原理的附接到第二層上的纖維增強的表面結構化薄膜的另一個示例性實施例；圖7示意性地示出根據本發(fā)明原理的附接到兩個其它層上的纖維增強的表面結構化薄膜的示例性實施例；圖8示意性地示出纖維增強的衍射層的局部剖視圖9示出作為水平角的函數的亮度的曲線圖，該圖涉及增強型表面結構化薄膜的多個實例；以及圖IO示出作為豎直角的函數的亮度的曲線圖，該圖涉及增強型表面結構化薄膜的多個實例。雖然本發(fā)明可以有多種修改形式和替代形式，但其具體內容已在附圖中以舉例的方式示出并且將作詳細描述。然而應當理解到，本發(fā)明并不受所描述的具體實施例的限制。相反，本發(fā)明的目的在于涵蓋由所附的權利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內的全部修改形式、等同形式和替代形式。具體實施例方式本發(fā)明適用于光學系統，尤其適用于使用一個或多個光學薄膜的光學顯示系統。隨著例如液晶顯示器(LCD)等光學顯示器變得更大更亮，對顯示器中的光學薄膜的要求變得更多。更大的顯示器需要剛性更大的薄膜，以防止翹曲、彎曲和松垂。然而，使薄膜的厚度隨其長度和寬度按比例增大會使薄膜變得更厚更重。因此，需要使光學薄膜的剛性更大，以使其能夠在不伴有厚度增加的情況下用于大顯示器中。提高光學薄膜的剛度的一種方法是在薄膜內包含增強纖維。用纖維進行增強的薄膜還可以稱作復合薄膜。在一些示例性實施例中，纖維的折射率與周圍的薄膜材料相匹配，以使得通過薄膜的光很少發(fā)生散射或不發(fā)生散射。在一些實施例中，尤其有益的是，當使用結構化表面來控制光的方向時，光在所述薄膜內很少發(fā)生散射或不發(fā)生散射。例如，當所述薄膜基本不產生散射時，棱鏡增亮膜更多地增加軸上亮度。盡管在許多應用中需要所述光學薄膜較薄，例如小于約0.2mm，但是對厚度沒有具體的限制。在一些實施例中，需要將復合材料和厚度較大的優(yōu)點結合起來，例如制造用于電視機液晶顯示器的厚板可以為0.2mm_2mm厚。對于這種應用，應該認為術語"光學薄膜"包括這些較厚的光學板或者光導裝置。更具體地講，本發(fā)明涉及具有結構化表面的多種有機/無機光學復合材料，其中這些結構化表面具有某些光學功能。結構化的復合材料具有與復合材料層成為"一體"的表面結構，如果需要，允許復合材料層和結構化表面同時形成。結構化表面的光學功能通常包括一些導光特性。結構化表面的有用導光特性的一些實例包括循環(huán)利用、準直或者導光、透鏡化、轉向、漫射、折射或者反射。結構化表面可以具有不同形式的實用不連續(xù)性，包括但不限于如下的結構彎曲的規(guī)則結構，例如透鏡；規(guī)則的直線結構，例如棱鏡(如3M公司(St.Paul,Minnesota)生產的VikuitiTM增亮薄膜)；轉向薄膜和無規(guī)則結構，例如糙面或漫射表面結構。在圖1中示出可以包括本發(fā)明的顯示系統100的示例性實施例的示意性分解視圖。這種顯示系統100可以用于(例如)液晶顯示器(LCD)監(jiān)視器或者液晶電視機。顯示系統100基于液晶面板102的使用，液晶面板102通常包括布置在面板基板(panelplate)106之間的液晶(LC)層104。面板基板106通常由玻璃制成，并且其內表面上可以包括用以控制液晶層104中的液晶取向的電極結構和取向層。電極結構通常布置成用于限定液晶面板的像素，所述像素是液晶層中的能夠獨立于鄰近區(qū)域對液晶取向進行控制的區(qū)域。一個或多個面板基板106還可包括用于在顯示的圖像上附加顏色的濾色片。上吸收型偏振器108設置在液晶層104的上方，并且下吸收型偏振器110設置在液晶層104的下方。在圖示的實施例中，上吸收型偏振器108、下吸收型偏振器110都位于液晶面板102之外。吸收型偏振器108、110和液晶面板102聯合控制來自背光源112的光通過顯示系統100到達觀察者的透射過程。背光源112包括多個光源116，該多個光源產生用來照明液晶面板102的光線。在液晶電視機或LCD監(jiān)視器中所用的光源116通常為在整個顯示系統100中延伸的線性冷陰極熒光管。然而，也可以使用其它類型的光源，例如白熾燈或弧光燈、發(fā)光二極管(LED)、平面熒光板或外部熒光燈。該光源的列表并非意圖進行限制或詳盡列舉，而僅是示例性的。背光源112還可包括反射器118，該反射器用于反射從光源116以背離液晶面板102的方向向下傳播的光。如下文所述，反射器118還可用于使光在顯示系統100內進行循環(huán)。反射器118可以是鏡面反射器，或者可以是漫反射器?？捎米鞣瓷淦?18的鏡面反射器的一個實例為可得自3M公司(St.Paul，Minnesota)的VikuitiTM增強鏡面反射(ESR)薄膜。適用的漫反射器的例子包括填充有諸如二氧化鈦、硫酸鋇、碳酸藥等漫反射顆粒的聚合物，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯、聚苯乙烯等。漫反射器的其它例子包括微孔材料和含纖絲材料，并在美國專利申請公開2003/0118805Al中進行討論。光控制層構造120設置在背光源112和液晶面板102之間。光控制層構造120中的光控制層會影響由背光源112發(fā)出的光，從而改善顯示系統100的操作性能。例如，光控制層構造120可以包括擴散層122。擴散層122用于擴散從光源接收的光，從而使得入射到液晶面板102上的照明光的均勻度提高。從而使得觀察者看到的圖像亮度更為均勻。光控制層構造120還可以包括反射型偏振器124。光源116通常會產生非偏振光，但下吸收型偏振器110只透射單一偏振狀態(tài)的光，因此光源116所產生的光中大約有一半不會透射至液晶層104。然而，可以使用反射型偏振器124來反射本來會被下吸收型偏振器吸收的光，這樣光就會通過在反射型偏振器124和反射器118之間的反射而被循環(huán)利用。在反射型偏振器124所反射的光線中至少有一些會被消偏振，并且這些光線隨后會以能夠透過反射型偏振器124和下吸收型偏振器110并進入液晶層104的偏振狀態(tài)返回到反射型偏振器124。以這樣的方式，可以用反射型偏振器124來增加光源116所發(fā)出的光中到達液晶層104的光的比例，從而使顯示系統ioo產生的圖像更亮?？梢允褂萌魏魏线m類型的反射型偏振器，例如，多層光學薄膜(MOF)反射型偏振器；漫反射型偏振膜(DRPF)，例如連續(xù)相/分散相偏振器或者膽甾型反射偏振器。M0F反射型偏振器、膽甾型反射型偏振器以及連續(xù)相/分散相反射型偏振器均依靠改變薄膜(通常為聚合物薄膜)內的折射率分布來選擇性反射一種偏振狀態(tài)的光，而透射正交偏振狀態(tài)的光。M0F反射型偏振器的一些例子在美國專利No.5，882，774中有所描述。市售的M0F反射型偏振器的例子包括具有擴散表面的VikuitiDBEF-D200和DBEF-D400多層反射型偏振器，這些偏振器均可得自3M公司(St.Paul,Minnesota)?？山Y合本發(fā)明使用的DRPF的例子包括在共同擁有的美國專利No.5，825，543中所描述的連續(xù)相/分散相反射型偏振器，以及在(例如)共同擁有的美國專利No.5，867，316中所描述的漫反射型多層偏振器。其它合適類型的DRPF在美國專利No.5，751，388中有所描述?？捎糜诒景l(fā)明的膽甾型偏振器的一些實例包括(例如)美國專利No.5，793，456和美國專利公開No.2002/0159019中所描述的那些膽甾型偏振器。膽甾型偏振器通常在輸出側設置有四分之一波長延遲層，以將透射通過膽甾型偏振器的光轉變?yōu)榫€性偏振光。光控制層構造120還可以包括棱鏡增亮層128。增亮層是包括如下表面結構的一種層該表面結構可以將離軸光的方向改變?yōu)楦拷@示器軸線的方向。這會增加穿過液晶層104的軸上傳播的光量，從而增加觀察者所看到的圖像的亮度。一個實例是棱鏡增亮層，其具有通過折射和反射的組合來改變照明光方向的多個棱柱元件。可用于該顯示系統的棱鏡增亮層的例子包括可得自3M公司(St.Paul,Minnesota)的VikuitiBEFII和BEFI工I系列棱鏡膜，該棱鏡膜系列包括BEFII90/24、BEFII90/50、BEF工IIM90/50和BEFIIIT。所述棱柱元件可以形成為在所述薄膜的整個寬度上延伸的脊，或者形成為較短的元件。在圖2中示意性示出了具有一體化纖維增強材料的表面結構化薄膜200的示例性實施例。該增強型薄膜200包括嵌入在聚合物基質204中的增強纖維202。在所述基質204的至少一個表面上設置有結構化表面206。在示出的示例性實施例中，結構化表面206是棱鏡增亮表面并具有將光的方向改變?yōu)檠刂拷@示器軸線的方向傳播的棱柱元件。無機纖維202可以由玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷材料形成，并且可以作為獨立的纖維、以一個或多個纖維束或者一個或多個織造層或非織造層布置在基質204內部。纖維202可以布置成規(guī)則或不規(guī)則的圖案。在美國專利申請No.11/125，580中詳細論述了增強聚合物層的幾個不同的實施例。在本發(fā)明的許多實施例中，由于復合材料的有機組分和無機組分之間的折射率相匹配，因而該復合材料層具有高透明度。結構化表面與復合材料層的一體化降低了在用于高溫條件時所述結構化表面發(fā)生翹曲或彎曲的可能性。此外，在一些現有的表面結構化薄膜構造中，給基膜涂底漆對確保將微復制型表面結構良好地粘合在基膜上是很關鍵的。相反，在本發(fā)明的具有一體化的結構化復合材料的某些實施例中，基膜和結構化表面可以用相同的樹脂體系來產生。這簡化了整個制造工藝，并且不需要獨立的底漆層和獨立的涂底漆步驟。作為另外一種選擇，基膜可以是用一種樹脂體系制成的復合材料，而所述結構化表面可以由具有所需特性(包含添加劑，納米級微粒，或者具有高折射率)的第二樹脂體系來制成。一體化的、表面結構化復合材料也提供了極好的策略來使結構化光學薄膜的剛度對厚度的比率最大化，以及將厚度、剛度和低翹曲的特性(這些特性對于某些光學應用較重要)結合起來。在保持剛度的同時降低薄膜厚度，對于手持計算機顯示器和筆記本計算機顯示器是尤其重要的，但是出于對重量和節(jié)省空間的考慮，這在所有顯示器應用中通常都是可取的?？梢赃x擇基質204和纖維202的折射率為相匹配或不匹配。在一些示例性實施例中，可能期望二者的折射率相匹配，以使得所得制品對光源發(fā)出的光幾乎或完全透明。在另一些示例性實施例中，可能期望二者的折射率故意地不匹配，以產生特定顏色的散射效應，或者使得入射在所述薄膜上的光發(fā)生漫透射或反射。通過選擇折射率接近于樹脂基質204折射率的合適的纖維202增強材料，或者通過形成折射率接近或等于纖維202折射率的樹脂基質，可以實現折射率的匹配。本文將形成聚合物基質204的材料在x、y和z方向的折射率用nix、my和r^表示。如果聚合物基質材料204為各向同性的，則x、y和z方向的折射率大致匹配。如果基質材料為雙折射的，則x、y和z方向的折射率中至少有一者與其它方向的折射率不匹配。纖維202的材料通常為各向同性的。因此，形成纖維202的材料的折射率給定為n2。然而，無機纖維202也可以是雙折射的。在一些實施例中，可能期望聚合物基質204為各向同性的，即nlx"nly"nlz&m。如果兩個折射率之間的差值小于0.05，優(yōu)選地小于0.02，更優(yōu)選地小于0.01，則認為這兩個折射率大致相同。因此，如果沒有一對折射率的差值大于0.05，優(yōu)選地折射率差值都小于0.02，則認為該材料是各向同性的。此外，在一些實施例中期望所述基質204和纖維202的折射率大致匹配。因此，基質204和纖維202的折射率差值，即n,和ri2的差值應較小，至少小于O.02，優(yōu)選地小于O.01，更優(yōu)選地小于0.002。在其它實施例中，可能期望聚合物基質204為雙折射的，在這種情況下，基質的至少一個折射率不同于纖維202的折射率。在纖維202為各向同性的實施例中，雙折射的基質204使得至少一個偏振狀態(tài)的光被增強層散射。散射量取決于幾個因素，包括對于被散射的偏振狀態(tài)而言的折射率差的大小、纖維202的尺寸以及纖維202在基質204內的密度。此外，光線可以發(fā)生前向散射(漫透射)、后向散射(漫反射)或這兩種情況的組合。美國專利申請No.11/125，580詳細論述了由纖維增強層200所產生的光散射。適合用于聚合物基質204的材料包括在所需的光波長范圍內透明的熱塑性聚合物和熱固性聚合物。在一些實施例中，可能尤其有用的是，該聚合物在水中不可溶，該聚合物可以是疏水性的或具有低的吸水傾向。此外，合適的聚合物材料可以是非結晶的或半結晶性的，并且可以包括均聚物、共聚物、或其共混物。聚合物材料的例子包括但不限于聚碳酸酯(PC);間同立構和全同立構聚苯乙烯(PS);Cl-C8烷基苯乙烯；含烷基、含芳族環(huán)和含脂族環(huán)的(甲基)丙烯酸酯，包括聚甲基丙烯酸甲酯(P麗A)和PMMA共聚物；乙氧基化和丙氧基化的(甲基)丙烯酸酯；多官能(甲基)丙烯酸酯；丙烯酸改性環(huán)氧樹脂；環(huán)氧樹脂；和其它的烯鍵式不飽和材料；環(huán)狀烯烴和環(huán)狀烯屬的共聚物；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS);苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN);環(huán)氧樹脂；聚乙烯基環(huán)己烷；P醒A/聚氟乙烯共混物；聚苯醚合金；苯乙烯系嵌段共聚物；聚酰亞胺；聚砜；聚氯乙烯；聚二甲基硅氧烷(PDMS);聚氨酯；飽和聚酯；聚乙烯，包括低雙折射聚乙烯；聚丙烯(PP);聚對苯二甲酸烷基酯，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET);聚萘二甲酸烷基酯，例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN);聚酰胺；離聚物；乙酸乙烯酯/聚乙烯共聚物；乙酸纖維素；醋酸丁酸纖維素；含氟聚合物；聚苯乙烯-聚乙烯共聚物；PET和PEN共聚物，包括多烯鍵的PET和PEN;以及聚碳酸酯/脂族PET共混物。術語(甲基)丙烯酸酯定義為相應的甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯化合物。可以使用光學各向同性形式的這些聚合物。在一些產品應用中，重要的是薄膜產品和部件具有含量水平較低的易散逸物質(低分子量的未反應或未轉化的分子、溶解的水分子或反應副產物)。易散逸物質可能是從產品或薄膜的最終使用環(huán)境中吸收得到的，例如水分子；可能從產品的最初加工時開始就存在于產品或薄膜之中；或者可能由于化學反應(例如，縮聚反應)而產生。由縮聚反應產生小分子的例子是在二胺和二元酸反應生成聚酰胺的過程中釋放出水。易散逸物質還可以包括低分子量的有機材料，例如單體、增塑劑等。相比構成功能性產品或薄膜的其余部分的大多數材料而言，易散逸物質通常分子量較低。產品使用條件可能(例如)在產品或薄膜一側產生差異較大的熱應力。在這種情況下，易散逸物質可能會穿過薄膜遷移，或從薄膜或產品的一個表面揮發(fā)，從而產生濃度梯度、總體的機械變形、表面改變和(有時)不期望的逸氣。逸氣會導致在產品、薄膜或基質內出現間隙或氣泡，或在與其它薄膜粘合時出現問題。易散逸物質還可能在產品應用中使其它組分溶劑化、受到腐蝕或對其它組分產生不良影響。在一些實施例中可能需要薄膜200的聚合物基質是雙折射的以上列舉的聚合物中的一部分在進行取向時可能會變成雙折射的。具體地講，PET、PEN及其共聚物以及液晶聚合物在取向時表現出相對較大的雙折射率值?？梢圆捎冒〝D出和拉伸在內的不同方法對聚合物進行取向。對于聚合物取向來說，拉伸是一種尤其有用的方法，這是因為這種方法允許進行較大程度的取向，并且該方法可以通過很多容易控制的外部參數(例如溫度和拉伸比)來控制。然而，重要的是應該注意到也可以使結構化表面復合材料是大致非雙折射的。在一些實施例中這可能是期望的，這是因為它增加了(例如)液晶顯示器(LCD)的光學薄膜疊堆內的結構化表面復合材料的空間布置的可能性。相反，一些傳統的表面結構化薄膜可能具有不期望的雙折射。在顯示器應用場合下的光學薄膜疊堆的設計中，本文所述的表面結構化復合材料的大致光學各向同性的特性可以提供靈活性?；|204可以包含有多種添加劑，以使薄膜200具有所需的特性。例如，添加劑可以包括下列物質中的一種或多種耐候劑、紫外線吸收劑、受阻胺光穩(wěn)定劑、抗氧化劑、分散劑、潤滑劑、抗靜電劑、顏料或染料、成核劑、阻燃劑和發(fā)泡劑。一些示例性實施例可以使用能防止隨時間而發(fā)黃和模糊化的聚合物基質材料。例如，一些材料(例如芳族聚氨酯)在長期暴露于紫外光時會變得不穩(wěn)定，并且會隨著時間推移而變色。如果長期保持同樣的顏色很重要，則需要避免采用這類材料?？梢栽诨|204中提供其它添加劑來改變聚合物的折射率或增加材料的強度。這種添加劑可以包括(例如)有機添加劑，如聚合物小珠或顆粒和聚合物納米顆粒。在一些實施例中，基質204由兩種或更多種不同的單體按特定比例形成，其中每種單體在聚合時都與不同的最終折射率相關。不同單體的比例決定了樹脂204的折射率。在其它實施例中，可以在基質204中添加無機添加劑以調節(jié)基質204的折射率，或增強材料的強度和/或剛度。例如，該無機材料可以為玻璃、陶瓷、玻璃-陶瓷或金屬氧化物?？墒褂孟挛尼槍o機纖維論述的任何合適類型的玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷。合適類型的金屬氧化物包括(例如)二氧化鈦、氧化鋁、氧化錫、氧化銻、氧化鋯、二氧化硅、其混合物或其混合氧化物。這種無機材料可以作為納米顆粒(例如)以粉碎狀、粉末狀、小珠狀、薄片狀或顆粒狀的形式提供，并分布在基質內。例如，可以使用基于氣相的或基于溶劑的工藝來合成納米顆粒。所述粒子的尺寸優(yōu)選地小于大約200nm，并且可以小于100nm，甚至小于50nm，以便減少光通過所述基質204發(fā)生的散射。所述添加劑可以使表面官能化，以優(yōu)化懸浮液的分散特性和/或流變特性和其它流體特性，或者與聚合物基質反應。其它類型的顆粒包括中空外殼，例如中空的玻璃外殼。任何合適類型的無機材料都可以用于纖維202。纖維202可以由對通過薄膜的光線大致透明的玻璃形成。合適的玻璃的例子包括通常用于玻璃纖維復合材料中的玻璃，例如E、C、A、S、R和D玻璃。也可以使用更優(yōu)質的玻璃纖維，包括(例如)熔融二氧化硅纖維和BK7玻璃纖維。合適的更優(yōu)質的玻璃可得自多個供應商，例如SchottNorthAmericaInc.(Elmsford，NewYork)。使用由這些更優(yōu)質的玻璃制成的纖維是有利的，這是因為它們更純凈，因而具有更一致的折射率和更少的摻雜物，從而可以減少散射并增加透射。而且，纖維的機械性能更趨于一致。更優(yōu)質的玻璃纖維更不容易吸收水分，因此薄膜在長期使用時變得更穩(wěn)定。此外，可能期望使用低堿玻璃，這是因為玻璃中的堿含量會增加對水分的吸收。如11/125，580所述，其它無機材料，例如陶瓷或玻璃-陶瓷，可以用于纖維增強材料。在需要拉伸或者需要某些其它形成工藝的聚合物中可能需要不連續(xù)的增強物，諸如顆?；蛘叨汤w維。例如，如在美國專利申請No.11/323，726中所描述的，填充有短切玻璃的擠出的熱塑性塑料可以用作纖維增強層。對于其它專利申請，可以使用連續(xù)的玻璃纖維增強材料(即織物、纖維束或非織物)，這是因為它們能夠大大降低熱膨脹系數(CTE)并大大增加模量。更適合使用飽和/浸漬和固化工藝而不使用基于擠出的工藝來摻入這些連續(xù)的增強物。在一些示例性實施例中，可能期望基質204和纖維202之間折射率不完全匹配，以使得至少一部分光被纖維202漫射。在這些實施例中，基質204和/或纖維202可以是雙折射的，或者基質和纖維可以均為各向同性的。根據纖維202的尺寸，漫射由散射產生或僅由折射產生。由纖維產生的漫射為非各向同性的光可以沿纖維軸線的橫交方向發(fā)生漫射，但不會沿著纖維的軸向發(fā)生漫射。因此，漫射的性質取決于基質內的纖維的取向。如果纖維(例如)平行于x軸布置，則光會沿著平行于y軸和z軸的方向發(fā)生漫射。此外，基質204可以填充有各向同性地散射光的漫射顆粒。漫射顆粒是折射率與基質不同的顆粒，該顆粒通常具有較高的折射率，并具有高達約10nm的直徑。這些也能夠為復合材料提供結構增強材料。漫射顆?？梢允?例如)金屬氧化物，例如上文所述作為納米顆粒用于調節(jié)基質折射率的金屬氧化物。其它合適類型的漫射顆粒包括聚合物顆粒，例如聚苯乙烯顆?；蚓酃柩踣w粒或它們的組合。漫射顆粒也可以是中空的玻璃球，例如由3M公司(St.Paul,Minnesota)制造的S60HS型玻璃泡。漫射顆?？梢詥为毷褂靡允构獍l(fā)生漫射，可以與折射率不匹配的纖維一起用來使光發(fā)生漫射，或可以與結構化表面結合使用以使光發(fā)生漫射并使光改變方向?；|204內的纖維202的一些示例性構造包括紗、在聚合物基質內沿一個方向布置的纖維束或紗、纖維織物、非織造材料、短纖維、短纖維墊(具有無規(guī)或規(guī)則的形式)、或這些形式的組合?？梢詫Χ汤w維墊或非織造材料實施拉伸、施加應力或取向以使纖維在非織造材料或短纖維墊內具有一定程度的對準度，而不是使纖維無規(guī)排布。此外，基質204可以包含多層纖維202:例如，基質204可以包括成多個束、織物等的多層纖維。在圖2所示的具體實施例中，纖維202布置成兩層。下面參照圖3描述制造增強型表面結構化薄膜的一種示例性方法。一般來講，該方法包括將基質樹脂直接施加到預制的表面結構化層上。制造裝置300包括纖維增強材料302的巻，使該材料通過含有基質樹脂306的浸漬槽304。采用任何合適的方法(例如，將纖維增強材料302通過一系列輥308)，使樹脂306滲入纖維增強材料302中。如有必要，一旦將浸漬的增強層310從浸漬槽304中取出，可施加附加樹脂312?？梢允褂?例如)涂布機314在增強層310上施加附加樹脂312。涂布機314可以是任何合適類型的涂布機，例如，刮刀涂布機、逗號式涂布機(圖示)、刮棒涂布機、模具涂布機、噴涂機、簾式涂布機、高壓噴射涂布機等。在其它考慮因素中，樹脂在施加條件下的粘度決定一種或多種合適的涂覆方法。涂覆方法和樹脂粘度還會影響在用基質樹脂浸漬增強層的步驟期間從增強層內消除氣泡的速度和程度。如果希望薄膜成品具有較低的散射性，那么重要的是要在這一階段確保樹脂完全填充纖維之間的空間因為留在樹脂內的間隙和氣泡都會成為散射中心?？梢圆捎貌煌椒?以單獨或組合的方式)來減少氣泡的產生。例如，可以通過使薄膜機械振動來促進樹脂306散布在整個增強層310內?？梢酝ㄟ^(例如)超聲波源施加機械振動。此外，可以對薄膜施加用于從樹脂306中抽取氣泡的真空。這可以在涂覆的同時或之后在(例如)可選的排氣單元316內進行。然后可以將浸漬的增強層310壓在模制輥318上。將增強層310保持在模制輥318的結構化表面320上，從而在樹脂中產生壓痕。于是該樹脂可以在與模制輥318接觸的同時凝固。凝固包括固化、冷卻、交聯和使聚合物基質達到固態(tài)的任何其它處理。在圖示的實施例中，使用輻射源322對樹脂進行照射。在其它實施例中，可以向樹脂306施加不同形式的能量，包括但不限于熱能和壓力、電子束輻射等，以使樹脂306固化。在其它實施例中，可通過冷卻、聚合化或通過交聯使樹脂306凝固。冷卻是特別適合于使用熱固性聚合物的技術。例如，模制輥318可以用于冷卻樹脂。在一些實施例中，凝固的薄膜324足夠柔軟，以至于可以被收集并儲存在收巻輥326上。在其它實施例中，凝固的薄膜324可能剛性太高而不能巻起，在這種情況下，以其它的方式儲存薄膜，例如可以將薄膜324切割成薄片以進行儲存。在增強型薄膜上可以采用不同類型的表面結構。圖2示出了具有增亮表面206的增強型薄膜200，該表面引導離軸光207沿與軸線208更為平行的方向傳播。軸線208垂直于薄膜200?？梢哉J為光線207是主光線。在一些實施例中，光線207以與所述軸線208成大于3(T的角入射在薄膜200上，并以與所述軸線成小于25。的角從所述薄膜200中射出。在一些實施例中，透射通過薄膜200之后的主光線207的方向與進入薄膜200之前的主光線207的方向偏離5°以上，換句話講，薄膜200使光線207偏離的角度大于5°，在一些實施例中大于10°，并且在一些實施例中大于20°。增亮表面不局限于僅包括具有平坦側面的棱柱。在其它示例性實施例中，棱柱的側面可以是彎曲的，或者棱柱可以不在薄膜的整個寬度上延伸。在圖4A中示意性示出表面結構化增強型薄膜400的一個實施例。所述薄膜400是增強型轉向薄膜，用于改變從用于背光源的光導裝置404透過的光線402的方向。然后，來自轉向薄膜的光在入射到顯示器面板(未示出)之前，可以穿過一個或多個附加的光控制薄膜。所述的結構化表面406包括具有入射面410和反射面412的多個凸起408。光線402穿過入射面410進入該凸起，并且在反射面412處發(fā)生全內反射。反射面412可以是平坦的(如圖所示)或者可以是具有小平面的或者是彎曲的，或者可以采取一些其它的形狀。在圖4B中示意性示出了表面結構化增強型薄膜420的另一個實施例。結構化表面422包括回射光線426的多個角隅棱鏡反射器424。在圖4C中示意性示出了表面結構化增強型薄膜430的另一個實施例。在該實施例中，結構化表面432包括一個或多個透鏡434。透鏡434可以具有正光焦度或者負光焦度。圖4D示意性示出了另一種表面結構化增強型薄膜440。薄膜440具有菲涅耳透鏡形式的結構化表面442。圖4E示意性示出了另一種表面結構化增強型薄膜450。薄膜450包括衍射結構化表面452。衍射結構化表面452可以形成為衍射光學元件，該元件為穿過薄膜450的光線454提供任何需要的衍射功能。例如，衍射表面可以用于使光線聚焦或使光線散焦，以在一個或多個特定方向上引導光線，從而將光線分成不同顏色的組分，或者用作成形的擴散片。在一些示例性實施例中，表面結構化增強型薄膜可以包括位于相對表面上的兩個結構化表面。在圖4F中示意性示出了這種雙表面結構化薄膜460的示例性實施例。薄膜460具有第一結構化表面462和第二結構化表面464。可以在兩個表面462、464上組合提供多個不同類型的結構，包括增亮結構、透鏡結構、漫射結構、衍射結構，轉向結構和回射結構。在示出的實施例中，使上結構化表面462結構化而具有增亮結構，而使下結構化表面464結構化而具有可以是柱面鏡表面的透鏡化表面。在雙表面結構化薄膜的每一側上的結構可以是線性的、同心的、無規(guī)的或者一些其它類型的圖案。在每一側上的圖案不必相同。在一些實施例中，一個結構化表面可以與另一個結構化表面對準。例如，如果位于一側上的重復的增亮棱鏡結構的節(jié)距是P，那么位于另一側上的透鏡的節(jié)距可以相同，并且固定成使得來自一個透鏡的光被導向一個增亮表面。在圖4F中示出了這種構造。然而，兩個表面上的結構不必對準?？梢酝ㄟ^同時在兩個模制輥之間擠壓薄膜，或者通過用第一模制工具模制一側然后用第二模制工具模制第二側來制造雙表面結構化薄膜。在一些示例性實施例中，纖維增強的結構化表面層可以附接至其它層上。圖5示意性示出了附接到第二光學層506上的表面結構化增強層502。在該實施例中，第二光學層506附接到與結構化表面504相對的側面508上。第二光學層506可以是任何適合類型的層，例如偏振器層、轉向層等等。偏振器層可以是任何類型的偏振器層，包括反射型偏振器和吸收型偏振器?？梢允褂?如壓敏粘合劑或層合粘合劑等粘合劑將第二光學層506附接到結構化表面層502上。在其它實施例中，第二光學層可以附接在結構化表面上。在圖6中示意性示出了一個示例性實施例，其中增強型增亮層602附接在第二層606上。結構化表面604的一部分嵌在薄的粘合劑層608內，粘合劑層608設置在第二層606的朝向增強層602的表面上。美國專利No.6，846，089更詳細地論述了結構化表面與另一個光學薄膜的附接。一般來講，粘合劑層608與表面結構的高度相比相對較薄。將所述結構化表面604壓入粘合劑層608中至這樣的深度，該深度使得能留出結構化表面608的較大部分與空氣接觸。這保持空氣和增強層602之間的相對較大的折射率差值，由此保留結構化表面604的折射效果。應當理解到，還可以將其它類型的表面結構化薄膜的結構化表面附接到增強層上。還可以包括其它光控制層以用于除增亮之外的其它目的。這些用途包括光的空間混合或混色、光源遮蔽和均勻度改善?？捎糜谶@些目的的薄膜包括擴散膜、擴散板、部分反射層、混色光導裝置或薄膜、以及擴散系統(其中已擴散光的具有峰值亮度的光線以不平行于輸入光的具有峰值亮度的光線的方向傳播)。可以將增強型表面結構層附接到多于一個的其它層上。例如，可以將光學層附接到結構化表面層的結構化表面和另一表面這兩者上。在另一個實施例中，可以將多于一個的其它層附接到增強型結構化表面層的表面中的一者上。在圖7中示意性示出一個具體的實例，其中第二光學層704附接到增強型結構化表面層702的非結構化(例如平坦的)側面上。第三光學層附接到第二光學層上。所述第二光學層704和第三光學層706可以是任何所需類型的光學層，包括偏振器層等。另外，第二光學層704和第三光學層706中的任一者可以是增強層。在下面討論的一個實例中，第二光學層704是反射型偏振器層，而第三光學層706是平坦的增強層。實例本發(fā)明所選的實施例描述如下。這些實例不是用來限定，而只是為了說明本發(fā)明的一些方面。復合薄膜的所有如下實例將HexcelReinforcements公司(Anderson,SouthCarolina)所生產的織造玻璃纖維用作無機纖維增強材料。從經銷商處獲得Hexcel106(H-106)纖維時纖維上施加有涂飾劑以用作所述纖維和樹脂基質之間的偶聯劑。在所述實例中，所用的全部H-106玻璃布都具有CS767硅烷涂飾劑。在其它系統中，可能期望在不將涂飾劑或偶聯劑施加到玻璃纖維上的本色狀態(tài)下使用玻璃增強材料。采用物鏡為20x/0.50的透射單偏振光顯微鏡(TSP)和物鏡為20x/0.50的透射Zernike相差顯微鏡(PCZ)測量表I所列纖維樣品的折射率(RI)。測量折射率所用的纖維樣品是通過用刀片將纖維切割成多個部分而制備的。將纖維放入玻璃載片上的多種折射率油內，并蓋上蓋玻片。采用ZeissAxioplan(CarlZeiss,Germany)對樣品進行分析。用MiltonRoy公司(Rochester,NewYork)制造的ABBE-3L折射計對折射率油進行校準，并對數值進行相應調整。采用結合相差顯微鏡的貝克線法(BeckeLineMethod)確定樣品的折射率。每個樣品n。值(在波長為589nm，即鈉D線時的折射率)的標稱RI結果的精度為士O.002。表I提供了實例1-4所用的各種樹脂的概要信息。表I.樹脂組分<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>Darocur1173和Darocur4265是光引發(fā)劑，而THFA(丙烯酸四氫糠基酯)是單官能丙烯酸酯單體。表I中其余的組分是可交聯的樹脂。Ebecryl600為雙酚A環(huán)氧二丙烯酸酯低聚物。實例1-一體的增亮復合材料層在該實例中用作聚合物樹脂的原材料是組分重量％Cl69.3C229.7C31.0纖維增強材料是帶有CS767涂飾劑的HexcelStyle106織造纖維織物。所述纖維的折射率是1.551±0.002。在該實例和下述所有實例中使用的固化的復合樹脂混合物的折射率(Ebecryl600/TMPTA/Darocur1173的比例是69.3/29.7/1.0)是1.5517。因此，聚合物基質和纖維之間的折射率差值是大約O.0007。一體的復合材料的制備始于將12〃x24〃(30cmx60cm)的PET薄片粘貼在12〃x20〃xVT(30.5cmx50.8cmx0.6cm)的鋁薄片前緣。將用于制造棱鏡增亮結構的模制工具放置在PET的上面，而將玻璃纖維布的薄片放置在所述模制工具的上方。設計模制工具以制造類似用于VikuitiBEF-III薄膜的波狀棱鏡增亮表面，該棱鏡增亮表面具有50pm的棱鏡節(jié)距和90°的頂角。用另一張12〃x24〃(30cmx60cm)PET薄片覆蓋玻璃纖維布，并將玻璃纖維布前緣粘貼到鋁板的前緣。將鋁板的前緣置于手動層合機內。將上PET片和玻璃纖維布向后剝離，以便可以觸及模制工具。在最靠近層合輥的邊緣附近，將樹脂小珠(8mL-10mL)施加到該模制工具上。以穩(wěn)定的速率將夾層構造送入層合機以迫使樹脂滲入玻璃纖維布，并涂覆整個纖維。將仍然附接在鋁板上的層合物布置在真空烘箱內并加熱到6(TC和65°C之間的溫度。抽空烘箱至其具有比大氣壓低27英寸(68.6cm)汞柱的壓力，并且對層合物實施四分鐘脫氣。向烘箱內通入氮氣以解除真空狀態(tài)。使層合物再一次通過層合機。通過使層合物以30fpm(15cm/s)的速率通過在600W/in(236W/cm)下工作的FusionD紫外線燈的下方而使樹脂固化。通過向后剝離自由邊緣直到整個薄片從模制工具上脫離來將復合材料從所述模制工具上移除。還從所述復合材料上移除未上底漆的PET背襯，留下"單層"的一體化棱鏡復合薄膜。實例2-在反射型偏振器上的一體化增亮復合薄膜在與3MVikuitiDBEF-P2相似的涂底漆的多層反射型偏振器(RP)的表面上形成與實例1中所描述的材料相類似的一體化增亮復合材料。將具有平坦側面的第二復合材料層布置在偏振器層的另一側上以用于機械支撐。在該實例中，使用層壓粘合劑將偏振器層結合到復合材料層上。因此，最終的結構從上到下具有下列層具有棱鏡表面的透明復合材料/層壓粘合劑/RP/層壓粘合劑/透明復合材料。該結構與圖7中所描述的結構相似。層壓樹脂按照如下組分形成組分_重量％C524.7C69.9C71,0底漆用于提高丙烯酸樹脂與RP層的兩個側面的粘合力。底漆是97%(w/w)的己二醇二丙烯酸酯和3X的(w/w)二苯甲酮的混合物。對于為薄膜薄片涂底漆，將三滴溶液施加在薄膜的需要一側上，并且通過用紙巾擦拭來進行涂覆?？梢酝ㄟ^用干凈的紙巾擦拭來移除多余的底漆溶液。采用在600W/in(236W/cm)下工作的Fusion"D"UV燈以30fpm(15cm/s)的線速度、在大氣氣氛中固化該涂層。隨后，通過在RP和復合材料間涂覆并固化層合粘合劑，而將涂底漆的RP薄片附接到預先制好的透明復合材料上。結構化表面復合材料的制備工序與實例1中的工序相同。另外，所述平坦的透明復合材料以下述方式形成。將12〃x24〃(30cmx60cm)的PET薄片粘貼在12〃x20〃x%〃(30.5cmx50.8cmx0.6cm)的鋁薄片前緣。在PET上方放置一片Hexcel106玻璃纖維布。用另外一片12〃x24〃(30cmx60cm)的PET薄片覆蓋該玻璃纖維布，而且將玻璃纖維布的前緣粘貼到所述鋁板的前緣。將鋁板的前緣布置于手動層合機內。將上PET片和玻璃纖維布向后剝離，以便可以觸及下PET片。在最靠近層合輥的邊緣附近將樹脂小珠(6mL-8mL)施加到下PET片上。以穩(wěn)定的速率將夾層構造送入層合機，使樹脂滲入玻璃纖維布。將仍然附接在鋁板上的層合物布置在真空烘箱內并加熱至6(TC和65°C之間的溫度。抽空烘箱至比大氣壓力低27英寸(68.6cm)汞柱的壓力，并且對層合物脫氣四分鐘。向烘箱內通入氮氣以解除真空狀態(tài)。使層合物再次通過層合機。通過使層合物以30fPm(15cm/s)的速度通過在600W/in(236W/cm)下工作的Fusion"D"或Fusion"H"UV燈下方而使樹脂固化。將透明的復合材料附接至涂底漆的RP層的操作始于將12〃x24〃(30cmx60cm)的PET薄片粘貼在12〃x20〃x%〃(30.5cmx50.8cmx0.6cm)的鋁薄片的前緣。在PET上放置涂底漆的RP薄片。小心地將下PET片從預先制備的透明復合材料層上剝離。在RP層上方以復合材料一側向下的方式設置預先制備的透明復合材料層。將復合材料的上PET層粘貼在鋁板的前緣。將鋁板的前緣置于手動層合機內。將上復合材料/PET片向后剝離，以便可以觸及RP薄片。在RP的最靠近層合輥的邊緣上施加層合粘合劑樹脂小珠(約5mL)。以穩(wěn)定的速率將夾層構造送入層合機內，使用層合樹脂涂覆RP和預先制備的復合材料層。將仍然附接在鋁板上的層合物以30fpm(15cm/s)的速率通過在600W/in(236W/cm)下工作的Fusion"D"UV燈的下方而對該層合物進行固化。采用與將RP附接在平坦透明復合材料上的工藝類似的工藝，將一體化的增亮復合薄膜附接在RP/透明復合材料上。實例3-具有衍射表面的一體化復合材料在聚酰亞胺模制工具上形成具有衍射微結構化表面的透明玻璃纖維復合材料。因而，該制品包括具有衍射結構化表面的單一復合材料層。除了模制工具使所述復合材料層上具有衍射結構之外，用與上述實例1相同的方式制備樣品。而且，在第一次使用之前，在模制工具上施加脫模涂層以助于從模制工具上移除固化的復合材料。衍射圖案是具有1平方毫米、17個區(qū)域和16個級別的正方形區(qū)域板，設計為在632nm下工作并具有l(wèi)cm的焦距。在圖8中示意性示出光聚合的"正像"的局部剖視圖。該圖示出了17個區(qū)域中的3個，即中心區(qū)域802和兩個側部區(qū)域804。每個區(qū)域的最大高度h達到632nm。該衍射結構起到正透鏡的作用。實例4-具有小透鏡表面的一體化復合材料透明玻璃纖維復合材料形成有具有小透鏡微結構化表面。除了模制工具設計為用來制備小透鏡陣列之外，實例4的樣品制備工序與實例1的工序相同。所述工序包括在小透鏡微結構化表面工具上涂覆和固化玻璃纖維的步驟。而且，在第一次使用之前，在模制工具上施加脫模層以助于從工具上移除固化的復合材料。小透鏡結構包括正透鏡陣列，陣列的橫向長為75微米，垂度為30微米。利用可得自PhotoResearch公司(Chatsworth，CA)的具有MS-75透鏡的SpectraScanPR-650光譜色度計(SpectraScanPR-650SpectraColorimeter)來測量類似BEF的復合材料實例(實例1和2)的相對增益性能。將這些值與用作比較例的現有產品進行比較。比較例包括可從3M公司(St.Paul,Minnesota)商購獲得的VikuitiThin-BEF-II、BEF-111-10-T、BEF-RP和DBEF-DTV。Thin-BEF-II具有頂角為90°并且在2密耳(5(^m)的PET基底上高度為24pm的棱柱圖案。這個圖案被稱為90/24圖案。BEF-III-10-T具有頂角為90°并且在10密耳的PET基底上高度為50pm的棱柱圖案。BEF-RP在反射偏振基底DBEF-Q上具有90/24棱柱圖案。DBEF-DTV在層合至具有模糊PC背襯的DBEF-Q上的10密耳聚碳酸酯(PC)基底上具有棱柱，該棱柱具有半徑為7pm的圓形頂部。所有這些薄膜的固化棱柱樹脂的折射率是約1.58，PET的平均折射率是約1.66而PC的平均折射率是約1.58?，F在描述用于對本發(fā)明光學薄膜的光學性能進行定量的一般的相對增益測量方法。盡管為了完整性而給出了具體細節(jié)，但是應該容易理解到，使用下述方法的修改形式可以得到相似的結果。采用可得自PhotoResearch公司(Chats雷th，CA)的配備有MS-75透鏡的SpectraScanPR-650光譜色度計測量薄膜的光學性能。將薄膜置于漫透射的中空燈箱的上方。燈箱的漫透射和漫反射可以描述為朗伯曲線。燈箱是六面中空立方體，尺寸為大約12.5cmx12.5cmx11.5cm(長x寬x高)，由厚約6mm的PTFE擴散板制成。選擇燈箱的一面作為樣品表面。中空燈箱在樣品表面上測得的漫反射率為約0.83，(例如在400nm-700nm波長范圍內采用下述燈箱反射測量方法測得的平均值為約83。％)。在增益測量過程中，通過位于燈箱底部(與樣品表面相對，光線從內部照向樣品表面)的約1cm的圓孔從燈箱內部照亮燈箱。使用附接至用于引導光的光纖束上的穩(wěn)定的寬帶白熾光源提供該照明(具有直徑約1cm的光纖束延伸部的FostecDCR-II，來自Schott-FostecLLC(Marlborough,MA禾QAuburn,NY))。在樣品箱和照相機之間布置標準的線性吸收型偏振器(例如MellesGriot03FPG007)。以約34cm的距離將照相機聚焦在燈箱的樣品表面上，并將吸收型偏振器置于距離照相機透鏡約2.5cm處。在將偏振器置于適當位置上并且不布置樣品薄膜的情況下，被照亮的燈箱的亮度為〉150cd/m2。當將樣品薄膜與燈箱樣品表面平行布置(樣品薄膜與燈箱基本接觸)時，入射光與燈箱樣品表面垂直，用PR-650測量樣品亮度。將樣品亮度與以相同方式所測得的單獨燈箱的亮度進行比較，可以計算出相對增益。整個測量過程是在黑暗的封閉室內進行的，以消除雜散光源的影響。當對含有反射型偏振器的薄膜組件進行相對增益的測量時，將反射型偏振器的透光軸與測量系統的吸收型偏振器的透光軸對齊。使用均由Labsphere公司(Sutton，NH)提供的直徑為15.25cm(6英寸)的涂覆有Spectralon的積分球、穩(wěn)定寬帶鹵素光源和光源的電源測量燈箱的漫反射率。積分球有三個開口，一個開口用于輸入光(直徑為2.5cm)，一個開口成90度地沿第二軸線并用作檢測器口(直徑為2.5cm)，而第三個開口成90度地沿第三軸線(即與前兩個軸線正交的軸線)并用作樣品口(直徑為5cm)。PR-650光譜色度計(同上)聚焦在相距約38cm的檢測器口上。采用由Labsphere公司提供的漫反射率為約99%的、校準的反射率標準片(SRT-99-050)計算積分球的反射效率。該標準片由Labsphere公司進行校準，并且源于NIST標準(SRS-99-020-REFL-51)。以如下公式計算積分球的反射效率積分球亮度比二1/(1-R積分球XR歸片)在該情況下，積分球亮度比為當用標準樣品遮住樣品口時在檢測器口處測得的亮度除以當不用樣品遮住樣品口時在檢測器口處所測得的亮度所得的比值。當該亮度比和校準的標準片的反射率(R紛M)都已知時，則可計算出積分球的反射效率(R。然后再將該值用于類似的等式中，以測量樣品(在該情況下為PTFE燈箱)的反射率積分球亮度比=1/(1-R積分球XR樣品)這里所測得的積分球亮度比為在樣品位于樣品口時于檢測器處測得的亮度除以沒有樣品時測得的亮度所得到的比值。由于從上文得知R，因此可以直接計算出R#。。這些反射率是以4nm的波長間隔計算出的，所報告的值是在400醒-700nm波長范圍內的平均值。通過PR-650同時記錄樣品/燈箱組件的CIE(1931)色度坐標。這些色度坐標給出了對樣品之間的色差的定量測量。通過將樣品亮度與以同樣方式從單獨燈箱測得的亮度進行比較來計算相對增益，也就是說，相對增益等于用布置薄膜時測得的亮度除以不布置薄膜時測得的亮度所得的比值，即增益g通過以下表達式給出g=Lt/L0，其中U是在將薄膜布置在適當位置上時測得的亮度，而L,是在不布置薄膜時測得的亮度。測量過程是在黑暗的封閉室內進行的，以消除雜散光源的影響。當對包含反射型偏振器的薄膜組件進行相對增益的測量時，將反射型偏振器的透光軸與測量系統的吸收型偏振器的透光軸對齊。在對測量系統的吸收型偏振器布置在適當位置上并且在燈箱上不布置樣品的情況下，從單獨燈箱測得的"空"亮度是約275坎/平方米。增益測量本身的波動相當低(約1%)。然而，樣品的波動有幾個可能的來源，包括比較例中變化的霧度水平和棱柱幾何形狀，以及在本發(fā)明樣品的一些區(qū)域中可能存在的氣泡。當評價實例2時應該考慮的附加因素是將實例2的棱柱垂直于實例2的RP層的透光軸。當單獨使用實例2時，這是優(yōu)選的取向，但是在一些薄膜組件中這可能不是優(yōu)選的(取決于該組件)。比較例BEF-RP和DBEF-DTV具有相反的棱柱取向，這不是因為這在光學上是優(yōu)選的，而是因為對于制造效率而言它是優(yōu)選的。亮度增益在本發(fā)明的在一些實施例中大于10%，在另一些實施例中大于50%，而在另一些實施例中大于iooq%。表II示出由實例1-4、比較例和不布置任何薄膜的單獨燈箱得到的結果。一般來講，復合材料實例的相對增益與相應的比較例相比是相當的，而且主要顏色沒有明顯的改變。值得注意的是，在(例如)實例1、Thin-BEF-II-T和BEF-III-10-T之間的增益存在很小的差值。這表明實例1的結構化復合材料具有很低的光學吸收率和散射性，這對于循環(huán)型光學薄膜應用(例如這些應用)來說非常關鍵。還應該注意到，因為實例1中的樹脂設計為與玻璃纖維增強材料的(較低)折射率相匹配，因此雖然事實是實例1的棱鏡折射率低于比較例的棱鏡折射率，但是實例1與Thin-BEF-II-T和BEF-111-10-T也具有相當的增益。表II.實例1-4和對比物產品的厚度、相對增益和色度。<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table><formula>formulaseeoriginaldocumentpage29</formula>如下文所述，通過將樣品薄膜布置在被照亮的燈箱上來測量結構化復合材料實例的角輸出。利用由Autronic-MelchersGmbH公司(Karlsruhe,Germany)制造的Autronic錐光鏡來測量亮度對角輸出。在圖9和10中示出對每一個復合薄膜的測量結果。圖9示出了與單獨燈箱進行比較的4個實例的作為水平角的函數的亮度。曲線901與實例1對應，曲線902與實例2對應，曲線903與實例3對應，曲線904與實例4對應，而曲線905與單獨燈箱對應。圖10示出了與單獨燈箱進行比較的4個實例的作為豎直角的函數的亮度。曲線1001與實例1對應，曲線1002與實例2對應，曲線1003與實例3對應，曲線1004實例4對應，而曲線1005與單獨燈箱對應。單獨燈箱的輸出與朗伯曲線接近。導光薄膜改變了輸出強度與角度的關系，例如將光強的主要部分重新導向0度輸出，或者垂直于箱面。這種軸上亮度的增加被稱為增益。其它的測量，例如分析初始準直光的角輸出，將進一步描述(例如)衍射表面的性能。衍射結構化表面和小透鏡結構化表面的一般性能在本領域中是熟知的，因而這里所描述的復合材料實例應該滿足此性能。通常用于描述光學薄膜的性能的測量參數是單程透射率。這種類型的透射率測量不考慮薄膜在光循環(huán)腔中的作用。在該測量中照射在檢測器上的光僅僅穿過薄膜一次。此外，輸入光通常以基本垂直于薄膜平面的角度射入，而所有透射光無論其透射角度如何都被收集到積分球中。許多普通的裝置可測量這種單程透射率，包括最常見的市售霧度計和UV-Vis光譜、許多有效的增亮膜和重新導光膜不具有高的單程透射率。具體地講，當增亮結構背向光源的方向時，多數增亮膜具有低的單程透射率。這是因為增亮膜設計為通過如下方法在循環(huán)利用型背光源中有效地產生增亮效果即通過將離軸光重新導向法線方向并同時通過回射而循環(huán)利用在單程透射率中測量的軸上光。凈效應是顯示器系統中有效的增亮效果。因此，當與其它特性描述測量(例如相對增益測量)相結合時，單程透射率可以用于評價棱鏡增亮膜的光循環(huán)效率。因此，當與其它測量一起進行解釋時，期望增亮膜顯示出具有低的單程透射率值，這是因為低單程透射值意味著具有高的回射效率。對某些增亮膜來說高單程透射率是不可取的，這是因為高單程透射率意味著不規(guī)則性和光散射，從而導致己完成的顯示器系統的增亮效率較低。在一些實施例中，期望單程透射率小于40%，而在其它實施例中期望單程透射率小于10%。使用PerkinElmerLambda900UV-Vis光譜儀測量本發(fā)明的示例性光學薄膜的單程透射率(％"(采用在450nm-650nm內得到的近似平均值)。增亮結構布置在薄膜的背向光源的一側。在下表III中示出結果。表III.在450nm-650nm波長范圍內得到的平均單程透射率<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table>可以看出，復合增亮膜表現出非常低的單程透射率，意味著在顯示器系統中具有高效的增亮效果。使用具有光譜掃描源的Axometrics偏光計來測量實例1的延遲量。將該延遲量與先前的一些比較例以及另外的比較例(PC-BEF，在約250pm厚的聚碳酸酯基底上的BEF-III90/50圖案形式的半徑為7pm的棱鏡)進行比較。在下表IV中示出結果。為了用該儀器精確測量該棱柱結構，可以采用兩種技術。第一種技術采用折射率匹配的流體來"浸濕"該棱柱結構，使得光穿過該薄膜到達檢測器。第二種技術是將兩個棱鏡薄膜以疊堆的形式布置成使棱鏡彼此相對，并通過將水布置在薄膜之間而將兩個棱鏡薄膜進行光耦合。發(fā)現這兩種技術之間具有可接受的再現性。在該測量中可以預期所測得的值有量級為大約20%_30%的波動(下面的"空"測量中指示了一些低延遲量水平的波動)。發(fā)現所述復合材料樣品具有低延遲量和低雙折射率。延遲量(以納米為單位)在這里定義為dx(|n。-nB|)，其中d是樣品的厚度，而值(ln。-n一)等于雙折射率或樣品的尋常光軸和非尋常光軸之間的折射率差值的大小。發(fā)現與此處制造的那些復合材料層對應的復合材料層具有低于2nm(在600nm的波長)的延遲量值，該值對應低于0.0001的雙折射率值。表IV.所測得的實例1和比較例中的延遲量值。<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>對于某些表面結構化薄膜，特別是增亮膜，常常期望限制在所述薄膜內部發(fā)生的體散射。體散射定義為發(fā)生在光學體內部的光散射(與發(fā)生在光學體表面的光散射相對)?？梢酝ㄟ^用折射率匹配油來浸濕結構化表面并用標準霧度計測量霧度來測量結構化表面材料的體散射。霧度可以通過許多市售的霧度計來測量，并且可以根據ASTMD1003來定義。限制體散射通常使得結構化表面可以最有效地改變光的方向、增亮等。對于本發(fā)明的一些實施例，優(yōu)選的是體散射較低。具體地講，在一些實施例中霧度可以小于30%,在另一些實施例中霧度可以小于10%,而且在另一些實施例中霧度可以小于1%。通過用鑒定過的折射率匹配的油來浸濕結構化表面并在玻璃板上浸濕薄膜，來測量實例1和某些其它薄膜樣品中的體散射，所述折射率匹配油由Cargille公司(RF系列，目錄號18005)制造。然后將浸濕的薄膜和玻璃板置于BYKGardnerHaze-GardPlus(目錄號為4725)的光路中，并且記錄霧度。在這種情況下，霧度定義為如下分數散射到8°的錐角之外的透射光除以透射光總量。光線垂直入射到薄膜上。在下表V中示出體霧度(即由于在聚合物基質本體內傳播而產生的霧度，而不是由于在薄膜表面上產生的任何散射而產生的霧度)的實測值。用折射率為1.55的油來浸濕實例1的薄膜。用折射率為1.58的油來浸濕所有其它的棱鏡樣品。表V.體霧度測量<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table>力學測試利用薄膜張力幾何特性用TAInstrumentsQ800系列的動態(tài)力學分析儀(DMA)來測量薄膜樣品的玻璃化轉變溫度。在-4(TC至20(TC范圍內以2°C/min在動態(tài)應變模式下進行溫度掃描實驗。將儲能模量和損耗角正切角(功耗因子)記錄為溫度的函數。損耗角正切曲線的峰值用于確定薄膜的玻璃化轉變溫度Tg。在與實例1的復合材料層非常相似的復合材料層上測量Tg，并且得到的值為71°C。在相同樹脂(無增強材料)的對應樣品上測量的L為9CTC。波動是由測量因素產生的。對于此處所描述的所有實例，用于復合材料層的樹脂材料具有大致相同的Tg。在一些實施例中，可能需要Tg的值小于120°C。利用薄膜張力幾何特性使用型號為Q800DMA的TA儀器，利用動態(tài)力學分析(DMA)法測量儲能模量和剛度(在受力情況下)。與DMA測量相關的術語可以根據ASTMD-4065和ASTMD-4092進行定義。所報告的值是在室溫(24°C)下測得的。表VI匯總了測得的剛度結果。測量是在24°C-28r的溫度范圍內進行的。該表顯示出使用復合材料可以獲得儲能模量的顯著增加。因為儲能模量提供了不依賴厚度測量薄膜特性的方法，因此儲能模量是較為重要的。由于測量方法和復合材料樣品的實驗室級樣板這兩種原因，預期會使這些數據出現一些波動。可以認為數值較大的抗拉模量和剛度還與潛在的彎曲剛度相對應，這取決于最終制品的構造和幾何形狀適當地布置高模量層會使制品具有較高的彎曲剛度。較高的剛度使得易于操作顯示器、使顯示器更薄更輕，以及提高顯示器的均勻性(通過減少顯示器的光學部件的翹曲或彎曲)。最終制品的實際性能將取決于纖維的布置方式和制品的最終幾何形狀。例如，常常需要構造"平衡的"制品，例如，設有單一中心復合材料層或設有兩個對稱地相對的復合材料層，從而使得所述材料在固化或加熱時在給定的方向上將不會具有彎曲或巻曲的趨勢。這里所測量的復合材料樣品在構造上是大致平衡的。表VI列出了樣品編號以及樣品的簡要描述。表中還列出測量件相對于偏振器的透光軸或消光軸或者相對于在機器上測量的網狀結構(web)的方向的取向。方向"機器"與順著網狀結構的方向相應，而方向"橫向"與橫過網狀結構的方向相應。此表還列出了平均儲能模量、平均剛度和厚度T。使用由0noSokki公司(Yokohama,Japan)制造的EG-233數字式線性測量計測量該厚度。表VI.所測量的一些代表性樣品的儲能模量和剛度值。<table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>在PerkinElmerTMA7上采用標準熱力學分析法測量熱膨脹系數(CTE)。與標準TMA測量有關的術語可以根據ASTME-473和ASTME-11359-1中來定義。在3(TC到ll(TC范圍內以10°C/min在膨脹模式下進行溫度掃描試驗。在表VII中匯總CTE的測量值。與對比性的商業(yè)樣品相比，復合材料樣品一般具有類似或更低的CTE。對于一些商業(yè)的偏振器樣品，當沿著偏振器的透光軸和消光軸測量時CTE性能差別很大(由偏振器的工藝和分子取向所致)。在這些情況下，即使沿其它軸線CTE相對不受影響，特別重要和有用的是降低沿偏振器的高CTE軸線的CTE(例如，可能需要降低平均CTE和/或沿著平衡透光狀態(tài)的CTE和遮光狀態(tài)的CTE的方向移動)。在復合材料樣品中顯示出了這些有用的效果。在一些顯示器應用中，這些較低的CTE會有助于降低翹曲和提高光學均勻性。表VII.所測量的一些有代表性樣品的熱膨脹系數(CTE)值。<table>tableseeoriginaldocumentpage34</column></row><table>當以某些特定的空間頻率和角關系來與其它周期性圖案相結合時，空間周期性圖案有時會產生不需要的莫爾效應(MoiW)效果。因此，在一些情況下，可能期望調整增強纖維的間隔、布置方式或者角度偏差來使這樣的莫爾圖案最小化，所述莫爾圖案是在多層復合材料層之間、復合材料層和(相同或相鄰的薄膜的)任何結構化薄膜表面之間、或者復合材料層和任何顯示系統元件(例如像素、光導點圖案或者LED光源)之間產生。另外，在增強纖維的折射率幾乎完全匹配并且復合材料層幾乎完全光滑的情況下，不會出現明顯的莫爾圖案。應當理解到，可以以與將現有光學薄膜組合成組件的方式幾乎相同的方式有利地將上述復合材料光學制品組合成組件。組件的一個實例是"crossed-BEF"，其中兩個BEF薄膜彼此相鄰布置成使得它們的棱柱槽基本垂直，同時一個薄膜的棱柱表面臨近另一個薄膜的非棱柱表面。因此，有益的是將復合薄膜與各種其它光學薄膜組合來實現有益的光學效果。這里所列出的薄膜實例還可以與諸如在美國專利申請No.11/323，726中所描述的那些薄膜實例組合。這些薄膜組件的一些實例包括但不限于1.與復合BEF-RP(如實例2)交叉的復合BEF(實例1)。2.與復合BEF-RP(如實例2)交叉的未增強的BEF。3.與復合BEF(實例1)交叉的復合BEF(實例1)。4.與復合BEF(實例1)交叉的未增強的BEF。5.與復合BEF(實例1)交叉并且與反射型偏振器(或者是未增強的反射型偏振器，或者是如美國專利申請No.11/323，726所述的反射型偏振器)組合的復合BEF(實例l)。6.與復合BEF(實例1)交叉并且與反射型偏振器(或者是未增強的反射型偏振器，或者是如美國專利申請No.11/323，726所述的反射型偏振器)組合的未增強的BEF。7.與反射型偏振器(或者是未增強的反射型偏振器，或者是如美國專利申請US.11/323，726所述的反射型偏振器)組合的BEF(實例使用與上述相對相對增益測量相同的方法來測量這些薄膜組合/組件中的幾個。在下表VIII中示出結果。一般來講，復合材料實例的相對增益與對應的比較例相當，并且僅可見較小的顏色改變。值得注意的是，在交叉的實例1薄膜和交叉的Thin-BEF-II-T薄膜之間的增益存在十分小的差值。這表明，實例1的復合材料基底具有非常低的光學吸收率和散射性，這對于光學薄膜應用來說是關鍵的，例如在光線在反射腔內循環(huán)以便盡可能多地以所需要的可見狀態(tài)提取光線的這些應用中是關鍵的。同樣值得注意的是，因為實例1的樹脂設計為與玻璃纖維增強材料的(較低)折射率相匹配，因此盡管事實上實例1的棱鏡折射率低于比較例的折射率，實例1也具有相似的增益。此外，在總體增益僅有很小改變的情況下，實例1的低雙折射率允許其布置在反射型偏振器(在該情況下為BEF-RP)的上方或者下方，而在BEF-RP的上方布置Thin-BEF使增益降低很多。表VIII.示例性薄膜組件的特性<table>tableseeoriginaldocumentpage35</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage36</column></row><table>不應該認為本發(fā)明受限于上述實施例，而應理解為本發(fā)明涵蓋如所附權利要求書中明確說明的本發(fā)明的所有方面。在閱讀本發(fā)明的說明書之后，適用于本發(fā)明的各種更改形式、等同的工藝以及多種結構，對本發(fā)明領域的技術人員來講將是顯而易見的。本發(fā)明的權利要求書旨在涵蓋這些修改形式和裝置。權利要求1.一種光學薄膜，包括第一層，其包括嵌入到聚合物基質中的無機纖維，所述第一層具有第一結構化表面，其中大致垂直地穿過所述第一層傳播的光受到小于30％的體霧度影響。5.根據權利要求1所述的光學薄膜，個棱脊。6.根據權利要求1所述的光學薄膜，個回射元件。7.根據權利要求1所述的光學薄膜，個或多個透鏡。8.根據權利要求7所述的光學薄膜，少一個菲涅耳透鏡。9.根據權利要求1所述的光學薄膜，射表面。10.根據權利要求1所述的光學薄膜，光表面。11.根據權利要求1所述的光學薄膜，第一層的第二側上。12.根據權利要求11所述的光學薄膜:其中所述第一結構化表面包括多其中所述第一結構化表面包括多其中所述第一結構化表面包括一其中所述一個或多個透鏡包括至其中所述第一結構化表面包括衍其中所述第一結構化表面包括集其中第二結構化表面布置在所述其中所述第一結構化表面的圖案與所述第二結構化表面的圖案對準。13.根據權利要求1所述的光學薄膜，還包括附接至所述第一層上的第二層。14.根據權利要求13所述的光學薄膜，其中所述第二層包括反射層、透射層、擴散層和具有第二結構化表面的層中的一者。15.根據權利要求13所述的光學薄膜，其中所述第二層包括偏振器層。16.根據權利要求15所述的光學薄膜，振器層。17.根據權利要求15所述的光學薄膜，振器層。18.根據權利要求13所述的光學薄膜，結構化表面上。19.根據權利要求13所述的光學薄膜，第一結構化表面的表面上。20.根據權利要求13所述的光學薄膜，第二層中的一者上的第三層。21.根據權利要求20所述的光學薄膜，層上，并且所述第三層包括嵌入到聚合物基質內的無機纖維。22.根據權利要求1所述的光學薄膜，其中所述聚合物基質包括熱固性沐Pt切o23.根據權利要求1所述的光學薄膜，其中所述聚合物基質包括熱塑性聚合物。24.如根據權利要求1所述的光學薄膜，其中所述聚合物基質包括Tg值小于12(TC的聚合物。25.根據權利要求1所述的光學薄膜，其中對于被導向為與所述光學薄膜的背向所述結構化表面的表面大致垂直的光來說，穿過所述光學薄膜的單程透射率小于40%。26.根據權利要求25所述的光學薄膜，其中所述單程透射率小于10其中所述偏振器層包括反射型偏其中所述偏振器層包括吸收型偏其中所述第二層附接在所述第一其中所述第二層附接在背向所述還包括附接在所述第一層和所述其中所述第三層附接到所述第二27.根據權利要求1所述的光學薄膜，其中所述光學薄膜提供至少10%的亮度增益。28.根據權利要求1所述的光學薄膜，其中當被導向所述光學薄膜的、主光線與薄膜法線成大于3(T的角的光從所述光學薄膜中透射時，所述主光線以與所述薄膜法線成小于25°的角傳播。29.根據權利要求1所述的光學薄膜，其中當光入射到所述光學薄膜上時，所述光具有當入射到所述光學薄膜上時沿第一方向傳播的主光線，當所述光從所述光學薄膜中透射出來時，所述主光線沿著與所述第一方向至少偏離5°的第二方向傳播。30.—種顯示系統，包括顯示面板；背光源；以及增強型薄膜，其具有第一結構化表面，所述增強型薄膜設置在所述顯示面板和所述背光源之間，所述增強型薄膜包括嵌入到聚合物基質中的無機纖維，其中大致垂直地穿過所述增強型薄膜傳播的光受到小于30%的體霧度影響。31.根據權利要求30所述的顯示系統，其中所述顯示面板包括具有設置在兩個吸收型偏振器之間的液晶的液晶顯示面板。32.根據權利要求30所述的顯示系統，還包括設置在所述顯示面板和所述背光源之間的擴散層和反射型偏振器層中的至少一者。33.根據權利要求30所述的顯示系統，其中所述背光源包括一個或多個光源。34.根據權利要求33所述的顯示系統，其中所述光源包括發(fā)光二極管。35.根據權利要求33所述的顯示系統，其中所述光源包括熒光燈。36.根據權利要求30所述的顯示系統，還包括控制單元，耦合所述控制單元以控制由所述顯示面板形成的圖像。37.—種制造光學薄膜的方法，包括提供具有結構化表面的模制工具；提供包括無機纖維的纖維增強層，所述無機纖維嵌入到由聚合物和單體中的至少一者形成的基質內；以及連續(xù)地在模制工具上模制所述纖維增強層，以制造纖維增強的結構化表面薄片。38.根據權利要求37所述的方法，還包括在所述基質與所述模制工具接觸時硬化所述基質。39.根據權利要求37所述的方法，還包括使所述基質的折射率和所述無機纖維的折射率相匹配，以便使大致垂直地穿過所述光學薄膜傳播的光受到小于30%的體霧度影響。40.根據權利要求37所述的方法，其中所述結構化表面薄片具有結構化表面，所述結構化表面向穿過所述光學薄膜傳播的光提供至少10%的亮度增益。41.根據權利要求37所述的方法，還包括在第二模制工具上模制所述纖維增強層的第二側。全文摘要具有結構化表面的光學薄膜特別地用于控制光在顯示器內的傳播。隨著顯示器變大，為了保持剛度，增強所述薄膜變得更加重要。本發(fā)明的光學薄膜具有包括嵌入在聚合物基質內的無機纖維的第一層。所述第一層具有結構化表面，以對從第一層穿過的光提供光學功能。所述薄膜可以具有多種有益的光學特性，例如，大致垂直地穿過所述第一層傳播的光可以受到不大于某一水平的霧度的影響，或者入射到所述薄膜上的光可以受到最小的亮度增益的影響。描述了制造所述薄膜的多種方法。文檔編號G02F1/1335GK101410730SQ200780010704公開日2009年4月15日申請日期2007年3月22日優(yōu)先權日2006年3月31日發(fā)明者克里斯廷·L·通霍斯特,奧勒斯特爾·小本森,安德魯·J·歐德科克,尚德恩·D·哈特,帕特里克·R·弗萊明申請人:3M創(chuàng)新有限公司