專利名稱：多功能的光重定向膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及用于將從光源發(fā)出的光朝著與膜平面垂直的方向重新定向
的光重定向膜。
背景技術(shù)：
光重定向膜可以用在多種應(yīng)用中。舉例來說，光重定向膜可以用作顯示設(shè)備或照 明設(shè)備的一部分。顯示設(shè)備和照明設(shè)備可以基于多種技術(shù)，具有完全不同的用途。然而，無 論技術(shù)基礎(chǔ)或用途如何，光重定向膜都可以被用來改善從光源傳輸?shù)捷敵龆说墓獾男省?
在顯示技術(shù)中，已引起人們注意的一項技術(shù)是液晶(LC)技術(shù)。LC顯示器(LCD)包 括可被調(diào)制用來提供光閥功能的液晶材料。在許多LCD應(yīng)用中，提高功效非常有用。與其 他優(yōu)點相比，提高LCD(或其他類似顯示器)的功效可以有助于改善顯示器的圖像質(zhì)量。
提高LCD功效的一個方式是使用光重定向膜重復(fù)利用光。光重定向膜的光學(xué)構(gòu)成 可能非常特殊、非常精細(xì)。光重定向膜可以包括多個光學(xué)元件。這些光學(xué)元件被加工成型 并被排列用來重新定向LCD內(nèi)的光，使LCD具有更好的能量效率。 另外，為了提高所顯示圖像的亮度，光源數(shù)目或光源功率或者兩者都在持續(xù)增加。 這導(dǎo)致光學(xué)顯示器特別較大顯示器內(nèi)工作溫度升高。這些相對高的工作溫度會導(dǎo)致包括光 重定向膜在內(nèi)的光學(xué)膜產(chǎn)生膨脹和變形。此外，較高的溫度會導(dǎo)致光重定向膜剛度損失。而 光重定向膜的膨脹或剛度損失會改變膜的光學(xué)屬性，而且會妨礙光學(xué)顯示器內(nèi)膜的性能。 最終，這會不利地影響到光學(xué)顯示器的性能。 —種選擇是由相對厚的材料整塊地制作光學(xué)膜，努力提供具有所希望的光學(xué)屬性
和機械屬性這兩者的薄膜。然而不幸的是，由相對較厚的適合材料層形成光學(xué)膜的光學(xué)特
征卻不是所希望的。 一個缺點在于層的制作本身。如已知那樣，將材料擠壓成具有相對較
大的厚度會延緩擠出工藝，從而降低制作過程中的運轉(zhuǎn)率，提高每件的成本。 當(dāng)前光重定向膜和光照明膜以及其他類似膜的另一個缺點在于微結(jié)構(gòu)尖端易受
機械損害影響。舉例來說，用手指甲或硬的、較尖的棱進行輕微地刮擦可能會導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)的
尖端破裂或斷裂。在正常處理光重定向膜期間，例如在制作膝上型計算機的液晶顯示器時，
就會經(jīng)歷足以使現(xiàn)有技術(shù)的微結(jié)構(gòu)尖端破裂的情形。 當(dāng)微結(jié)構(gòu)的尖峰破裂時，受到影響的尖峰的反射屬性和折射屬性降低，透射光被 朝基本上所有的前方位角散射。因而，當(dāng)光重定向膜位于顯示器內(nèi)，并且沿直線觀看顯示器 時，光重定向膜內(nèi)的刮擦與薄膜周圍未受損害的區(qū)域相比不會同樣亮。然而，當(dāng)以接近或大 于"截止"角(顯示器上的圖像不再能被觀看到的角度)的角度觀看顯示器時，這些刮擦比 薄膜上周圍未受損害的區(qū)域看起來更亮。在這兩種情形下，這些刮擦從裝飾角度講是非常 不適合的，而且具有即使很少、很小刮擦的光重定向膜對液晶顯示器使用而言也是不能接 受的。 由于已知光學(xué)膜的這些缺點，因此有利的是采用能提供改進刮擦表現(xiàn)的某些材料 在薄膜的相對側(cè)形成光學(xué)特征甚至光滑面。然而不幸的是，這些材料中的很多材料相對很
3昂貴。制作相對厚的光學(xué)膜以嘗試滿足尺寸和溫度穩(wěn)定性的需求卻可能是成本過高的。因 而，具有高刮擦性能卻能提供理想的光學(xué)和物理屬性的某些光學(xué)材料因最終產(chǎn)品的成本問 題被排除到考慮之外。 美國專利US7， 309， 517 (Clinton等人)披露一種耐用光學(xué)膜，它包括具有微結(jié)構(gòu) 化表面的聚合光學(xué)膜結(jié)構(gòu)和多個表面改良的膠體納米顆粒。雖然這種方法可以改善光學(xué)膜 的抗刮擦性，但是其所用的材料需要經(jīng)過涂覆、然后經(jīng)過電磁輻射或熱能量硬化這樣制作。 而且不幸的是，這種工藝相比于其他優(yōu)選工藝像擠出輥壓模制成型而言相對較慢。同時，用 這些膜制造上述薄膜固有地具有高成本。 因此，就需要一種能克服與上述已知膜相關(guān)聯(lián)的至少一個缺點的、具有多項功能 和低成本制作方法的光重定向膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于液晶顯示器的多功能光重定向膜，包括至少一個熱塑聚合 物光學(xué)基層，其頂面具有多個光學(xué)特征；鄰近該熱塑聚合物光學(xué)基層的至少一個可共擠塑 (co-extrudable)的熱塑聚合物光學(xué)表面層，其中至少一個可共擠塑的表面具有至少1H的 鉛筆硬度。 本發(fā)明提供一種用于液晶顯示器的多功能光重定向膜，包括具有頂面和底面的 聚合物光學(xué)芯層；位于該芯層頂面上的頂部熱塑聚合物光學(xué)基層；位于該芯層底面上的底 部熱塑聚合物光學(xué)基層；位于頂部基層上、用于大體上準(zhǔn)直可見光的光重定向?qū)樱黄渲?，?述芯層和所述基層包括具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(L)高于約7(TC的材料。


圖1是依照一個示例性實施例的多功能光重定向膜的橫截面圖； 圖2是用于制作依照一個示例型實施例的多功能光重定向膜的裝置的示意圖； 圖3是依照另一個示例性實施例的多功能光重定向膜的橫截面圖； 圖4是用于制作依照一個示例型實施例的光學(xué)膜的裝置的示意具體實施例方式
依照一個示例性實施例， 一種光學(xué)結(jié)構(gòu)包括具有多個光學(xué)特征的頂面，至少一個 熱塑聚合物光學(xué)基層，鄰接該熱塑聚合物光學(xué)基層的至少一個可共擠塑的熱塑聚合物光學(xué) 表面層，其中至少一個表面層包括具有至少1H的鉛筆硬度的聚合物。 依照另一個示例性實施例，一種光學(xué)結(jié)構(gòu)包括具有多個光學(xué)特征的頂面，聚合物 光學(xué)芯層，鄰接該芯層頂面的頂部熱塑聚合物光學(xué)基層，鄰接該芯層底面的底部熱塑聚合 物光學(xué)基層，鄰接該熱塑聚合物光學(xué)基層的至少一個可共擠塑的熱塑聚合物光學(xué)表面層， 其中至少一個表面層包括具有至少1H的鉛筆硬度的聚合物。 依照另一個示例性實施例， 一種光學(xué)顯示器包括光閥、光源和設(shè)在光源與光閥之 間的光路上的光重定向?qū)?。該光重定向?qū)影ň哂卸鄠€光學(xué)特征的頂面，熱塑聚合物光學(xué) 基層，鄰接該熱塑聚合物光學(xué)基層的至少一個可共擠塑的熱塑聚合物光學(xué)表面層，其中至 少一個表面層包括具有至少1H的鉛筆硬度的聚合物。
依照另一個示例性實施例， 一種光學(xué)顯示器包括光閥、光源和設(shè)在光源與光閥之 間的光路上的光重定向?qū)?。該光重定向?qū)影ň哂卸鄠€光學(xué)特征的頂面，聚合物光學(xué)芯層， 鄰接該芯層頂面的頂部熱塑聚合物光學(xué)基層，鄰接該芯層底面的底部熱塑聚合物光學(xué)基 層，鄰接該熱塑聚合物光學(xué)基層的至少一個可共擠塑的熱塑聚合物光學(xué)表面層，其中至少 一個表面層包括具有至少1H的鉛筆硬度的聚合物。 這些示例性實施例的光重定向膜重新分配穿過薄膜的光，使得從薄膜出射的光的 分布更加垂直于薄膜表面來定向。這些光重定向膜可以在薄膜的出光面上設(shè)置有規(guī)則棱鏡 槽、雙凸透鏡狀槽或棱錐，它們改變從薄膜出射的光線在薄膜/空氣界面處的角度，并促使 沿著垂直于槽的折射面的平面?zhèn)鞑サ娜肷涔夥植嫉姆至垦馗哟怪庇诒∧け砻娴姆较蛑?新分配。這些光重定向膜被用來例如改善液晶顯示器、膝上型計算機、文字處理器、航空電 子顯示器、蜂窩式電話、PDA以及其他類似器件的亮度，使得顯示器看起來更亮。本發(fā)明提 供一種可整體地與基層聚合物共同擠出的抗刮擦性聚合物層，其允許能滿足所有機械要求 和光學(xué)要求的薄膜以可行地較低成本制作。 注意，為清楚描述的目的，這些示例性實施例的光重定向膜經(jīng)常與液晶(LC)系統(tǒng) 在一起描述。然而要強調(diào)的是，這僅是這些示例性實施例的光重定向膜的一種說明性實施 方式。事實上，這些示例性實施例的光重定向膜可以用在其他的應(yīng)用例如光閥型顯示器和 照明應(yīng)用中，這里僅提及一些。正如對已獲知本發(fā)明優(yōu)點的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所顯而易 見那樣，這些光重定向膜可以用其他多種技術(shù)實現(xiàn)。 這里所用的術(shù)語"透明"指的是沒有顯著偏離或吸收地穿越輻射的能力。對本發(fā) 明而言，"透明"材料被定義為光譜透射率高于86%的材料。術(shù)語"光"指的是可見光。術(shù) 語"聚合膜"指的是包含聚合物的軟質(zhì)薄膜。術(shù)語"光學(xué)聚合物"指的是一般為透明的均聚 物、共聚物以及聚合物摻混物。術(shù)語"光學(xué)特征"指的是位于薄片材料表面之上或附近的、 用以散射、轉(zhuǎn)向、準(zhǔn)直、改變顏色或反射透射光或入射光的幾何物體。術(shù)語"光增益"、"軸向 增益"、或"增益"指的是用輸入光強度除輸出光強度的比率。增益被用作準(zhǔn)直薄膜效率的 一個測量值，可以被用來比較各種光準(zhǔn)直薄膜的性能。 在光學(xué)膜的范圍內(nèi)，單獨的光學(xué)元件指的指在光學(xué)膜里具有清楚的凸起或凹陷形 狀的元件。單獨的光學(xué)元件與光學(xué)膜的長度和寬度比起來很小。術(shù)語"曲面"被用來指示 薄膜上在至少一個面上具有曲率的三維特征。"楔形特征"被用來指示包括一個或多個傾斜 表面的元件，這些表面可以是平面和曲面的組合。 術(shù)語"光學(xué)膜"被用來指示改變透射的入射光的屬性的聚合物膜。例如，準(zhǔn)直光學(xué) 膜提供高于1. 0的光增益(輸出/輸入)。術(shù)語"偏振"指的是沿橫波的振動限制，使得振 動出現(xiàn)在單個平面上。術(shù)語"偏振器"指的是使入射可見光偏振的材料。
這里使用的術(shù)語"平面雙折射"和"雙折射"是膜平面內(nèi)平均折射率與厚度方向上 折射率的差。即，縱向和橫向折射率之和，除以二，再從該值減去厚度方向的折射率而得到 的平面雙折射的值。采用Encyclopedia of Polymer Science&Engineering(威力(Wiley)， 新澤西，1988，第261頁中闡述的程序，用Abbe-3L折射計測量折射指數(shù)。術(shù)語"低雙折射" 指的是光的偏振態(tài)產(chǎn)生很小變化的材料，只限于雙折射低于0. 01的光聚合薄片材料。
非晶態(tài)聚合物是在用差示掃描量熱(DSC)法產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)熱_克(thermo-gram)中 不顯示熔化轉(zhuǎn)變的聚合物。依照這種方法(對本領(lǐng)域技術(shù)人員是眾所周知的)，將聚合物
5的小樣品(5-20mg)密封在小鋁盤內(nèi)。然后將該盤放置在DSC裝置(例如Pekin Elmer 7 型熱分析系統(tǒng))內(nèi)，通過以10-20°C /min的速率從室溫升高到30(TC進行掃描，記錄下它的 熱響應(yīng)。清晰的吸熱峰表明的是熔化。缺少該吸熱峰表明測試聚合物就其功能而言是非晶 態(tài)。熱_克的階式變化代表著該聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。 現(xiàn)在參看附圖，圖1示出依照示例性實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的三個可替代橫截面圖 (a、 b和c)。該光學(xué)結(jié)構(gòu)或多功能光重定向膜包括可以在如前所述的照明和顯示應(yīng)用中使 用的光重定向膜。另外，該光學(xué)結(jié)構(gòu)可以為擴散的、轉(zhuǎn)向的或局部反射的。該光學(xué)結(jié)構(gòu)包括 基層120和位于基層之上的光學(xué)層IIO，或位于基層之下的光學(xué)層130，或者兩者。如果光 學(xué)層110被用在基層120之上，那么與層110整體形成的光學(xué)特征111位于光學(xué)結(jié)構(gòu)的頂 面。在沒有光學(xué)層110時，與基層120整體形成的光學(xué)特征121位于光學(xué)結(jié)構(gòu)的頂面。
基層120為光學(xué)結(jié)構(gòu)提供結(jié)構(gòu)剛性和熱穩(wěn)定性，并且當(dāng)光學(xué)結(jié)構(gòu)具有相對大尺寸 時，或當(dāng)光學(xué)結(jié)構(gòu)長時間受高工作溫度影響時，或者當(dāng)兩種情況都有時，有助于避免光學(xué)結(jié) 構(gòu)發(fā)生變形。相應(yīng)地，基層120由一種材料制成，并且具有有益于避免由于應(yīng)力和熱而產(chǎn)生 變形的厚度。另外，基層120—般是基本上透射的，并且基本沒有染色。
在一個示例性實施例中，基層120由玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)高于約7(TC的材料制 成。通過選擇具有相對高Tg的材料，當(dāng)暴露于顯示器和照明設(shè)備的工作溫度下時，光學(xué)結(jié) 構(gòu)基本上不會翹曲或收縮。結(jié)果，光學(xué)特征保持正確的定向，從而發(fā)揮設(shè)計的功能。
基層120還必須基本上不會由于其尺寸產(chǎn)生的應(yīng)力而引起扭曲。如前所述，隨著 顯示器在觀看面積上的持續(xù)增大，光重定向?qū)拥某叽缫搽S之增大。隨著尺寸的增大，施加在 光學(xué)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力也增加，從而光學(xué)結(jié)構(gòu)可能折曲或彎曲。這會改變光學(xué)結(jié)構(gòu)的光學(xué)屬性， 從而會有害地影響圖像的光學(xué)質(zhì)量或光源的性能。因此，基層要選擇具有一定厚度，且要選 擇由能向光學(xué)結(jié)構(gòu)的其他層提供剛性的材料制成。在一個示例性實施例中，基層120具有 約為150 ii m的厚度和約為2. 2Gpa的彈性模量。 除理想的機械和熱屬性之外，基層可以是相對無色和基本透明的，在一個示例性 實施例中，基層120具有高于約0. 86的透射率。而且，在一個示例性實施例中，基層120具 有用國際照明委員會(CIE)標(biāo)度測量的約-2. 0 約+2. 0的b*值。藍色著色劑如染料和 顏料可以用來沿藍-黃軸調(diào)節(jié)光學(xué)元件的顏色。消費者對具有稍微藍色調(diào)的光學(xué)元件從感 官上講要優(yōu)于黃色光學(xué)元件，因為如果在LCD顯示設(shè)備中采用的光學(xué)膜具有藍色調(diào)的話， 在LCD顯示的圖像內(nèi)"白色"將趨向于具有藍色調(diào)。 透明基層120對于在光透射模式下使用的光學(xué)結(jié)構(gòu)是很有用的。在另一個示例性 實施例中，有利的是基層120基本上為不透明的。在基層材料具有高重量百分比的白顏料 如Ti02或BaS(V基層材料包含氣泡、或基層材料包含或具有含有反射金屬如鋁或銀的層的 情形下，不透明的層能夠提供高反射率。不透明的基層可以被用于LCD顯示器的背面反射 器、擴散鏡或透反射元件。 在一個示例性實施例中，基層120是熱塑材料。在具體實施例中，基層120可以 是聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚脂(例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET))、三醋酸纖維素、聚丙烯、 PEN或P薩。 熱塑光學(xué)表面層110和130可以是在具有至少1H鉛筆硬度的光學(xué)應(yīng)用中可以使 用的任何可共擠的、非晶態(tài)的或半結(jié)晶熱塑材料?？晒矓D的熱塑材料在這里被定義為可以在與基層類似的處理溫度下被熔化擠出，并且將粘附在基層上的聚合物。鉛筆硬度在這里 被定義為用下面的ASTM標(biāo)準(zhǔn)3363所確定的硬度。光學(xué)層110和130相對較薄，具有類似 于大約25.0iim的厚度。在具體實施例中，光學(xué)層110和130可以由PC共聚物或PMMA制 成。例如含有金屬氧化物納米顆粒的聚合物可以被用于光學(xué)層110和130。這些材料可能 有點貴，因此避免將光重定向?qū)踊蝾愃平Y(jié)構(gòu)制作成像為獲得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性而具有合適厚度的 整塊結(jié)構(gòu)那樣。然而，因為該具有充分剛性的基層120、光學(xué)層110和130的多層結(jié)構(gòu)相對 較薄，所以這些相對昂貴的光學(xué)材料的優(yōu)點也可以用合理的成本來實現(xiàn)。
在具體實施例中，光學(xué)層包括多個光學(xué)特征111或121。這些光學(xué)特征及它們 的制作可以如布蕾克伊(Brickey)在2004年6月15日申請的、名稱為"Thermoplastic Opitcal Features with High Apex Sharpness，，的美國專利申請?zhí)朜o. 10/868， 083禾口威 爾森(Wilson)在2004年9月13日申請的、名稱為"RandomizedPatterns of Individual Optical Elements"的美國專利申請?zhí)朜o. 10/939,769中所描述那樣。該提及的美國專利 申請被明確引入這里作參考。要強調(diào)的是，這些光學(xué)特征還可以是除這些提及申請所描述 之外的其他特征。 圖2是用于制作像圖1 (a、 b和c)所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)的裝置的簡化示意圖。該裝置 包括擠出機200和201，它們向共擠塑模具202擠出聚合物原料的原料流200a、可選原料流 201a以及可選原料流201b。在圖2中，聚合物原料201a可以是與201b相同的原料，它們 都由相同的擠出機201供應(yīng)。可選的是，可以使用額外的擠出機供給原料201b，以使不同于 201a的原料能夠被使用。在具體實施例中，聚合物原料200a形成如圖1(a、b和c)中前述 的光學(xué)層120。聚合物原料201a形成圖l(b和c)中的光學(xué)層130。聚合物原料201b形成 圖l(a和c)中的光學(xué)層IIO。該裝置還包括在合成的光學(xué)結(jié)構(gòu)213中的、形成如圖l(a、b 和c)的111或121那樣的光學(xué)特征的構(gòu)圖輥205。 另外，該裝置還包括壓輥207和剝?nèi)≥?11，壓輥207提供壓力將擠出層203壓進 構(gòu)圖輥205，剝?nèi)≥?11幫助從構(gòu)圖輥205去除擠出層203。工作時，載體層209與擠出層 203 —起被按壓在壓輥207與構(gòu)圖輥205之間。光學(xué)結(jié)構(gòu)213在剝?nèi)≥?11之后被從載體 層209分離。 圖3示出依照示例性實施例的另一種光學(xué)結(jié)構(gòu)的三個可替代橫截面圖(a、b和c)。 該光學(xué)結(jié)構(gòu)包括可以在如前所述的照明和顯示應(yīng)用中使用的光重定向?qū)?。另外，該光學(xué)結(jié) 構(gòu)可以為擴散的、轉(zhuǎn)向的或局部反射的。該光學(xué)結(jié)構(gòu)包括芯層330，芯層330之上側(cè)和之下 側(cè)分別有基層320和340。該光學(xué)結(jié)構(gòu)還包括位于基層320之上的光學(xué)層310、位于基層 340之下的光學(xué)層350、或者基層320之上的光學(xué)層310和位于基層340之下的光學(xué)層350 兩者。如果光學(xué)層310被用在基層320之上，那么與層310整體形成的光學(xué)特征311就位 于光學(xué)結(jié)構(gòu)的頂面上。在沒有光學(xué)層310時，與基層320整體形成的光學(xué)特征321就位于 光學(xué)結(jié)構(gòu)的頂面上。基層320和340具有與前述圖1的基層120相同的特性。光學(xué)層310 和350分別具有與前述圖1的光學(xué)層110或130相同的特性。 芯層330如基層320和340那樣，向光學(xué)結(jié)構(gòu)提供額外的結(jié)構(gòu)剛性和熱穩(wěn)定性。芯 層的增加有助于當(dāng)光學(xué)結(jié)構(gòu)具有非常大尺寸時，或當(dāng)光學(xué)結(jié)構(gòu)過長時間受高工作溫度影響 時，或者當(dāng)兩種情況都有時避免光學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。相應(yīng)地，芯層330由一種材料制成，并 且具有有益于避免由于應(yīng)力和熱而產(chǎn)生變形的厚度。另外，芯層330 —般是基本上透射的，并且基本沒有染色。 在一個示例性實施例中，芯層330由玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)高于約7(TC的材料制 成。通過選擇具有相對高Tg的材料，當(dāng)暴露于顯示器和照明設(shè)備的工作溫度下時，光學(xué)結(jié) 構(gòu)基本上不會翹曲或收縮。結(jié)果，光學(xué)特征保持正確的定向，從而發(fā)揮設(shè)計的功能。
芯層330還必須基本上不會由于其尺寸產(chǎn)生的應(yīng)力而引起扭曲。如前所述，隨著 顯示器在觀看面積上的持續(xù)增大，光重定向?qū)拥某叽缫搽S之增大。隨著尺寸的增大，施加在 光學(xué)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力也增加，從而光學(xué)結(jié)構(gòu)可能折曲或彎曲。這會改變光學(xué)結(jié)構(gòu)的光學(xué)屬性， 從而會有害地影響圖像的光學(xué)質(zhì)量或光源的性能。因此，基層要選擇具有一定厚度，且由 能向光學(xué)結(jié)構(gòu)的其他層提供剛性的材料制成。在一個示例性實施例中，芯層330具有約為 115 ii m的厚度和約為5. OGpa的彈性模量。 除理想的機械和熱屬性之外，芯層可以是相對無色和基本透明的。在一個示例性 實施例中，芯層330具有高于約0. 86的透射率。而且，在一個示例性實施例中，芯層330具 有用國際照明委員會(CIE)標(biāo)度測量約-2.0 約+2.0的M值。藍色著色劑如染料和顏料 可以用來沿藍-黃軸調(diào)節(jié)光學(xué)元件的顏色。消費者對具有稍微藍色調(diào)的光學(xué)元件從感官上 講要優(yōu)于黃色光學(xué)元件，因為如果在LCD顯示設(shè)備中采用的光學(xué)膜具有藍色調(diào)的話，在LCD 顯示的圖像內(nèi)"白色"將趨向于具有藍色調(diào)。 透明芯層330對于在光透射模式下使用的光學(xué)結(jié)構(gòu)是很有用的。在其他示例性 實施例中，有利的是芯層330基本上為不透明的。在基層材料具有高重量百分比的白顏料 如Ti(^或BaS(V芯層包含氣泡、或基層材料包含或具有含有反射金屬如鋁或銀的層的情形 下，不透明的層能夠提供高反射率。不透明的芯層可以被用于LCD顯示器的背面反射器、擴 散鏡或透反射元件。 在一個示例性實施例中，芯層330是熱塑材料。在具體實施例中，芯層330可以是 聚脂，如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。典型地，這些材料是 雙軸取向的聚酯膜，以改進它們的物理屬性。 芯層330可以任選地包括面粘結(jié)層330a和330b。該任選的粘結(jié)層330a和330b 有用地分別粘附在芯層330上和基層320和340上，由此提供一個整體光學(xué)層。在一個示 例性實施例中，粘結(jié)層330a和330b設(shè)置在芯層330上，并且這些粘結(jié)層內(nèi)的聚合物鏈與芯 層330內(nèi)的聚合物鏈相互混合。類似地，粘結(jié)層330a和330b的聚合物鏈分別與基層320 和340的聚合物鏈相互混合。這種相互作用產(chǎn)生足夠的力將基層320和340經(jīng)由粘結(jié)層粘 附在芯層330上。 這些粘結(jié)層優(yōu)選地具有每35mm寬度至少400克的粘附于芯層330和基層320和 340的粘附力。芯層與粘結(jié)層之間或基層與粘結(jié)層之間的粘附強度在23t:和50% RH下采 用標(biāo)準(zhǔn)的180度剝離試驗在拉伸強度測試儀上測量得到。樣品寬度為35mm，剝離長度為 10cm。在LCD顯示器內(nèi)，當(dāng)溫度、溫度梯度和濕度在設(shè)備壽命期間典型地進行循環(huán)時，至少 400克/每35mm的粘附力是優(yōu)選地，這是因為已經(jīng)發(fā)現(xiàn)提供至少400克/每35mm粘附力 這樣的粘附強度能夠避免不希望的基層320和340的疊層從芯層330剝離。另外，當(dāng)芯層 330與基層320和340之間存在熱膨脹系數(shù)(CTE)差時，400克/每35mm這樣粘附強度的 粘附力足以避免基層320和340的疊層從芯層剝離。CTE差的量值會趨于增大不希望的層 間壓力，導(dǎo)致各層的疊層剝離。通過在各層之間提供足夠的粘附力，這些脫層力就被克服。
粘結(jié)層330a和330b的選擇取決于芯層330以及基層320和340所選的材料。在 一個示例性實施例中，粘結(jié)層330a和330b是與芯層330以及基層320和340不同熱塑種 類的熱塑材料。 作為舉例，粘結(jié)層可以是丙烯酸、聚氨脂、聚醚酰亞胺(PEI)或聚乙烯醇(PVA)。更 優(yōu)選地，當(dāng)芯層包括取向PET，基層包括聚碳酸酯時，粘結(jié)層是聚乙酸乙烯酯-乙烯共聚物 或單體比率為15/79/6的聚丙烯腈-偏二氯乙烯_丙烯酸共聚物。 在另一個優(yōu)選實施例中，粘結(jié)層包括導(dǎo)電聚合物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)， 一些導(dǎo)電聚合物也可 以用作粘結(jié)層。通過提供一個可以增強芯層330與基層320和340之間的粘附力的層，導(dǎo) 電材料可以降低由復(fù)合結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不希望的靜電，并且可以減小顯示設(shè)備如LCD監(jiān)視器內(nèi) 不希望的電場。本發(fā)明的導(dǎo)電材料優(yōu)選地由包括聚噻吩/聚陰離子組合物的涂料組分涂覆 而成，該聚噻吩/聚陰離子合成物含有具有共軛聚合物主鏈成分的導(dǎo)電聚噻吩和聚合物聚 陰離子成分。依照本發(fā)明所用的優(yōu)選聚噻吩成分包含用至少一個烷氧基例如&-(:12烷氧基 或a-0(CH^H20)nCH3基(其中n為1 4)取代的噻吩核，或者噻吩核是在兩個氧原子上用 亞烴基封閉的環(huán)，所述亞烴基包括呈取代形式的亞烴基。依照本發(fā)明所用的優(yōu)選聚噻吩可 以由對應(yīng)于下述通式(I)的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，其中每個^和I^單獨代表氫或C卜4烷基，或一 起代表任意取代的(V4亞烴基，優(yōu)選為乙烯基，任意烷基取代的亞甲基，任意C卜12烷基或苯 基取代的1，2乙烯基，1，3丙烯基或1，2-亞環(huán)己基。 在聚合物聚陰離子化合物存在的情況下，導(dǎo)電聚噻吩的制備可以例如通過在 0° IOO(TC的溫度下，優(yōu)選地在含有任意特定量有機溶劑的水介質(zhì)中，用通常用于氧化聚 合吡咯的氧化劑，和/或在多酸存在的情況下用氧或空氣，氧化聚合依照下述通式(II)的 3，4-二烷氧基噻吩或3，4-亞烴基二氧噻吩來進行，其中W和I^用通式(I)定義。聚噻 吩通過氧化聚合獲得正電荷，所述正電荷的位置和數(shù)目肯定是不確定的，因此在聚噻吩聚 合物的重復(fù)單元的通式中沒有提及它們。當(dāng)使用空氣或氧作為氧化劑時，將它們引入到含 有噻吩、多元酸以及任意催化數(shù)量的金屬鹽的溶液內(nèi)，直到聚合完成。適合用于氧化聚合吡 咯的氧化劑描述在例如J. Am. Soc. 85， 454 (1963)中。優(yōu)選廉價和容易處理的氧化劑，像鐵 (III)鹽如FeCl3、 Fe(C104)3和含有有機殘余物如H202、 K2Cr207的有機酸和無機酸鐵(III) 鹽，過硫酸堿鹽或過硫酸銨鹽，過硼酸堿鹽，高猛酸鉀以及銅鹽如四氟硼酸銅鹽。從理論 上講，氧化聚合需要2. 25等量的氧化劑/每摩爾噻吩(參看J. Poly. Sci. PartA， Polymer Chemistry,第26巻，第1287頁(1988))。 對聚合而言，對應(yīng)于上述通式(II)的噻吩、多元酸以及氧化劑可以溶解或乳化在 有機溶劑或優(yōu)選為水中，然后在設(shè)計的聚合溫度下攪拌所得的溶液或乳狀液，直至聚合反 應(yīng)完成。在本發(fā)明使用的聚噻吩/聚陰離子成分中，聚噻吩聚合物成分與聚合聚陰離子成 分的重量比可以相差很遠(yuǎn)地變化，例如優(yōu)選從約50/50變化為15/85。采用這樣的技術(shù)，得 到了穩(wěn)定的水性聚噻吩/聚陰離子散布，固體含量為0. 5 55重量％，優(yōu)選地為1 10重 量％。聚合時間可以在幾分鐘到30小時之間，這取決于每批的尺寸、聚合溫度和氧化劑種 類。在聚合過程中和/或在聚合之后，可以通過添加分散劑例如陰離子表面活性劑如磺酸 十二烷基酯、聚醚磺酸烷基芳酯來提高得到的聚噻吩/聚陰離子成分的穩(wěn)定性。在散布中 聚合物顆粒的尺寸通常在從5nm 1 ii m的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在從40 400nm的范圍內(nèi)。
在合成這些導(dǎo)電聚合物中使用的聚陰離子為聚合羥酸如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸
9CN 101776822 A
說明書
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或聚馬來酸，和聚磺酸如聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸的陰離子，聚磺酸是本發(fā)明優(yōu)選地。這 些聚羥酸和聚磺酸也可以是乙烯基羧酸和乙烯基磺酸與其他聚合單體如丙烯酸酯和苯乙 烯的共聚物。與散布的聚噻吩聚合物聯(lián)合使用的陰離子(酸性)聚合物優(yōu)選具有相對于所 述聚合物成分、至少2重量％的陰離子團含量，以確保充分穩(wěn)定的散布。提供聚陰離子的多 元酸的分子量優(yōu)選為1， 000 2， 000， 000，特別優(yōu)選為2， 000 500， 000。多元酸或它們的 堿金屬鹽是可以共同獲得的，例如聚苯乙烯磺酸和聚丙烯酸，或者它們可以基于已知的方 式制造。代替形成這些導(dǎo)電聚合物和聚陰離子所需要的自由酸，也可以使用多元酸的堿金 屬鹽和適當(dāng)數(shù)量的一元酸的混合物。 優(yōu)選在本發(fā)明中使用的導(dǎo)電聚噻吩/聚陰離子聚合物成分包括3，4_ 二烷氧基取 代聚噻吩/聚(苯乙烯磺酸鹽)，最優(yōu)選的導(dǎo)電聚噻吩/聚陰離子聚合物成分為聚(3，4_亞 乙基二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸鹽)，這可以從拜爾公司(BayerCoporation)作為Baytron P.商業(yè)上獲得。其他優(yōu)選的導(dǎo)電聚合物包括聚(吡咯苯乙烯磺酸鹽)和聚(3，4-亞乙基二 氧基吡咯苯乙烯磺酸鹽)。 為了進一步增強粘結(jié)層330a和330b對芯層330的粘附力，芯層330接觸粘結(jié)層 330a和330b的表面可以被粗糙加工成在其內(nèi)以隨機圖案或規(guī)則圖案地具有擦痕或槽。粗 糙化表面容許芯層330與粘結(jié)層330a和330b之間有附加的接觸面積，由此與光學(xué)光滑的 芯層330相比能增大粘附力。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有平均粗糙度在0. 8 4. 0微米的粗糙化表面 能夠增強粘結(jié)層330a和330b粘附在芯層330上。在表面粗糙度大于5. 0微米時，粘結(jié)層 開始變得很難完全填充在粗糙特征內(nèi)，從而產(chǎn)生小的氣泡。當(dāng)然，重要的是槽或擦痕應(yīng)相當(dāng) 小，使像衍射和折射這類光學(xué)效應(yīng)被完全避免。在一個示例性實施例中，在將粘結(jié)層330a 和330b設(shè)在芯層330上之前，可以使用等離子體刷洗、噴砂或刻蝕芯層的表面。如此處描 述的，這種粗糙化處理可以在擠出和特征形成工序期間實施。替代地，這種粗糙化處理也可 以在擠出特征形成工序之前實施，在進一步處理來形成光學(xué)特征之前對芯層330進行粗糙 化處理。 在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，任何一層310、320、330、340或350都優(yōu)選包括 起霧劑(hazing agent)來擴散光。通過提供一個元件來擴散光，該光學(xué)結(jié)構(gòu)既可以用作光 準(zhǔn)直器又可以用作擴散器，從而將兩種功能組合在單個部件內(nèi)。另外，具有介于10 40之 間低起霧值(haze value)的層可以將小的缺陷隱藏在光學(xué)元件中，從而顯著地降低了顯示 器消費者覺察到缺陷的可能。此外，因為隨著觀看角度變寬或從正常觀看位置看角度增大， 這種擴散層可以產(chǎn)生較小的準(zhǔn)直膜光增益下降。 用于光擴散的優(yōu)選元件是大塊的層中的，像光散射顆粒如1102、納米尺寸粘土、玻 璃珠、氣泡、不混溶聚合物、硅氧烷以及交聯(lián)聚合物珠。使用的具體顆粒優(yōu)選地具有與含有 該擴散顆粒的層中使用的基質(zhì)聚合物不超過0.05的折射率差。較大的折射率差會導(dǎo)致過 多的反向散射，從而致使準(zhǔn)直膜光增益的過量減小。典型的，這些顆粒的尺寸優(yōu)選在0.5 15 ii m之間。較小的顆粒不能有效地散射可見光，而較大的顆粒會導(dǎo)致擠出過程中過濾系統(tǒng) 發(fā)生堵塞。 圖4是用于制作像圖3(a、 b和c)所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)的裝置的簡化示意圖。該裝置 包括擠出機400和401，它們向共擠塑模具402擠出聚合物原料的原料流400a和可選原料 流401a。在具體實施例中，聚合物原料400a形成如圖3(a、 b和c)中前述的基層320和340。聚合物原料401a形成圖3(a和c)中的可選光學(xué)層310和圖3 (b和c)中的可選光學(xué) 層350。該裝置還包括在合成的光學(xué)結(jié)構(gòu)413中的、形成如圖3的層340或350的光滑底面 或圖3(a、b和c)的311或321那樣的光學(xué)特征的帶花紋或不帶花紋的輥405。另外，該裝 置還包括壓輥407和剝?nèi)≥?11，壓輥407提供壓力將擠出層403壓進帶花紋的輥405，剝 取輥411幫助從構(gòu)圖輥405去除擠出層403。 工作時，在第一穿越過程步驟中，芯層409與擠出層403 —起被按壓在壓輥407與 不帶花紋的輥405之間。光學(xué)結(jié)構(gòu)413包括如圖3(a、 b和c)所示具有下面基層340和可 選光學(xué)層350的芯層。光學(xué)結(jié)構(gòu)413然后被巻起在輥上。在第二穿越過程步驟中，第一穿 越光學(xué)結(jié)構(gòu)413變成圖4的層409，并與第二穿越擠出層403 —起被擠壓在壓輥407與帶花 紋的輥405之間。 第二穿越光學(xué)結(jié)構(gòu)413包括如圖3(a、 b和c)所示具有上基層320和可選光學(xué)層 310的第一穿越光學(xué)結(jié)構(gòu)。 多種光學(xué)層、材料以及器件也可以應(yīng)用在或與本發(fā)明的膜和器件結(jié)合起來用作特 定用途。它們包括但不限于磁或磁光涂層或膜；液晶面板，例如用在顯示面板和私人視窗中 的那些液晶面板溜影乳膠；織物；棱鏡膜，例如線性菲涅耳透鏡；增亮膜；全息膜或圖像； 壓印膜；抗損害膜或涂層；低發(fā)射應(yīng)用的IR透明膜；釋放膜或釋放涂覆紙；以及偏振器或 反射鏡。 本發(fā)明可以與具有如下所述典型布置的液晶顯示器結(jié)合使用。液晶(LC)被廣泛 用于電子顯示器。在這些顯示系統(tǒng)中，LC層處于偏振器層與分析器層之間，并且具有能通 過該LC層、顯示出相對于垂直軸的方位角扭曲的導(dǎo)向器。該分析器被取向得使它的吸收 軸垂直于偏振器的吸收軸。被偏振器偏振的入射光穿過液晶盒，并受液晶中的分子取向影 響，這種分子取向可以通過在液晶盒上施加電壓來改變。通過運用這種原理，可以控制從外 部光源發(fā)出的包括環(huán)境光在內(nèi)的光的透射。實現(xiàn)這種控制所需的能量一般比在其他顯示類 型例如陰極射線管中使用的發(fā)光材料所需的能量要少得多。因此，LC技術(shù)被用在許多應(yīng)用 中，包括但不限于數(shù)字鐘、計算器、便攜式計算機、電子游戲，因為對它們而言，輕重量、低能 耗以及長工作壽命都是重要的特征。 有源矩陣液晶顯示器(LCD)采用薄膜晶體管(TFT)作為驅(qū)動每個液晶像素的開關(guān) 器件。由于各個液晶像素可以有選擇地驅(qū)動，因此這些LCD可以顯示更高分辨率的圖像而 沒有串?dāng)_。光模式干涉(OMI)顯示器是液晶顯示器，它們是"常白的"，即，光在關(guān)狀態(tài)下透 射穿過液晶層。采用扭曲向列液晶的LCD的操作模式粗分為雙折射模式和旋光模式。"膜 補償超扭曲向列"(FSTN)LCD是常黑的，即，當(dāng)沒有施加任何電壓時，光透射在關(guān)狀態(tài)下是禁 止的。OMI顯示器據(jù)報道具有更快的響應(yīng)時間和更寬的工作溫度范圍。
另外，本發(fā)明的材料可以用在諸如OLED和背投系統(tǒng)這些其他的顯示器件中。此 外，本發(fā)明的材料可以用于例如但不限于改善商業(yè)和住宅照明系統(tǒng)的輸出、折反射系統(tǒng)、太 陽能電池、汽車照明、交通照明以及圖版工藝應(yīng)用。
權(quán)利要求
一種用于液晶顯示器的多功能光重定向膜，包括至少一個熱塑聚合物光學(xué)基層，其頂面具有多個光學(xué)特征；鄰近該熱塑聚合物光學(xué)基層的至少一個可共擠塑的熱塑聚合物光學(xué)表面層，其中所述至少一個可共擠塑的表面具有至少1H的鉛筆硬度。
2. 如權(quán)利要求1所述的多功能光重定向膜，其中所述多個光學(xué)結(jié)構(gòu)是用于基本上準(zhǔn)直 可見光的光重定向?qū)印?br> 3. 如權(quán)利要求1所述的多功能光重定向膜，其中所述基層具有高于70°C的玻璃化轉(zhuǎn)變 溫度(Tg)。
4. 如權(quán)利要求1所述的多功能光重定向膜，其中所述至少一個可共擠塑的表面層包括 聚碳酸酯共聚物，所述至少一個基層包括聚碳酸酯。
5. —種用于液晶顯示器的多功能光重定向膜，包括 具有頂面和底面的聚合物光學(xué)芯層； 位于所述芯層頂面上的頂部熱塑聚合物光學(xué)基層； 位于所述芯層底面上的底部熱塑聚合物光學(xué)基層； 位于所述頂部基層上、用于基本上準(zhǔn)直可見光的光重定向?qū)樱?其中，所述芯層和所述基層包括具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)高于約7(TC的材料。
6. 如權(quán)利要求5所述的多功能光重定向膜，其中所述芯層具有約115ym的厚度和約 5. 0GPa的彈性模量。
7. 如權(quán)利要求5所述的多功能光重定向膜，還包括位于所述底部基層上、具有至少1H 的鉛筆硬度的至少一個表面層。
8. 如權(quán)利要求5所述的多功能光重定向膜，其中所述至少一個表面層包括聚碳酸酯共 聚物，所述頂部基層和所述底部基層選自包括下列材料的組聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、三 醋酸纖維素、聚丙烯、PEN或PMMA ;所述芯層包括雙軸取向聚脂。
9. 如權(quán)利要求8所述的多功能光重定向膜，其中所述各層中的一個或多個包含起霧劑。
10. 如權(quán)利要求5所述的多功能光重定向膜，還包括在所述芯層與所述底部和頂部基 層之間的粘結(jié)層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于液晶顯示器的多功能光重定向膜，包括至少一個熱塑聚合物光學(xué)基層，其頂面具有多個光學(xué)特征。該膜還提供鄰近該熱塑聚合物光學(xué)基層的至少一個可共擠塑的熱塑聚合物光學(xué)表面層，其中至少一個可共擠塑的表面具有至少1H的鉛筆硬度。
文檔編號G02F1/13357GK101776822SQ200910211669
公開日2010年7月14日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者H·雷, M·R·蘭德瑞, T·M·蘭尼 申請人:Skc哈斯顯示器薄膜有限公司