專利名稱：具有包括空隙的光學(xué)膜的光導(dǎo)和用于顯示系統(tǒng)的背光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及背光源，所述背光源裝配顯示具有某些低折射率類特性的光學(xué)膜。本發(fā)明還可適用于裝配此類背光源的顯示系統(tǒng)，例如液晶顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
背光源在諸如液晶顯示器(LCD)之類的顯示器中用作擴(kuò)展區(qū)域照射源。背光源通常包括一個或多個燈、通過將光從燈擴(kuò)展到背光源的輸出表面上來產(chǎn)生擴(kuò)展區(qū)域光源的光導(dǎo)、以及一個或多個光控制層(例如棱柱光偏轉(zhuǎn)層、增亮層、反射型偏振器層、漫射器層、反射鏡層和延遲片層)。在光導(dǎo)中傳播的光通常被設(shè)置在光導(dǎo)的主表面(例如輸出表面)上的光提取特征提取。

發(fā)明內(nèi)容
一般來講，本發(fā)明涉及光導(dǎo)。在一個實施例中，光導(dǎo)包括通過全內(nèi)反射傳播光的光引導(dǎo)層和設(shè)置在光引導(dǎo)層上的第一光學(xué)膜。第一光學(xué)膜包括多個空隙、不小于約30%的光學(xué)霧度、和不小于約20%的孔隙率。光導(dǎo)中每兩個相鄰主表面的實質(zhì)部分彼此物理接觸。 在一些情況下，第一光學(xué)膜具有不小于約40%、或不小于約50%的光學(xué)霧度。在一些情況下，第一光學(xué)膜具有不大于約80%、或不大于約70%的光學(xué)霧度。在一些情況下，第一光學(xué)膜具有不大于約1. 3、或不大于約1. 2的有效折射率。在一些情況下，第一光學(xué)膜包括粘結(jié)齊U、多個顆粒和多個互連空隙，其中粘結(jié)劑與多個顆粒的重量比不小于約1 2。在一些情況下，光導(dǎo)中每兩個相鄰主表面的至少50%、或至少70%、或至少90%彼此物理接觸。


結(jié)合附圖對本發(fā)明的各種實施例所做的以下詳細(xì)描述將有利于更完整地理解和領(lǐng)會本發(fā)明，其中圖1為顯示系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖；圖2為楔形光引導(dǎo)層的示意性側(cè)視圖；圖3為背光源的示意性側(cè)視圖；圖4為背光源的示意性俯視圖，其中示出測定背光源的同軸亮度的位置；圖5為另一個背光源的示意性側(cè)視圖；圖6A-6F為不同背光源的測定亮度隨視角變化的灰度錐光圖像；圖7為另一個背光源的示意性側(cè)視圖；圖8為光導(dǎo)的示意性側(cè)視圖；圖9為另一個光導(dǎo)的示意性側(cè)視圖；圖10為顯示系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖；圖11為另一個光導(dǎo)的示意性側(cè)視圖；圖12A-12D為用于制造背光源的過程中的中間階段或步驟處的光學(xué)構(gòu)造的示意性側(cè)視圖；并且圖13為顯示系統(tǒng)的示意性俯視圖。在說明書中，多個附圖中使用的相同附圖標(biāo)號是指具有相同或類似特性和功能的相同或類似元件。
具體實施例方式本發(fā)明整體涉及背光源，所述背光源裝配顯示具有某些低折射率類光學(xué)特性的光學(xué)膜。一些本發(fā)明所公開的光學(xué)膜具有高光學(xué)霧度和/或高光學(xué)漫反射率，同時顯示某些低折射率類光學(xué)特性，例如(如)支持全內(nèi)反射(TIR)或增強內(nèi)反射(EIR)的能力。此類光學(xué)膜可從光導(dǎo)的主表面有利地提取光并且同時可至少部分地支持主表面處的IlR和/或 EIR0此外，光學(xué)膜的光學(xué)霧度可足夠高以有效地掩蓋或隱藏?zé)艋驘襞?、劃痕、缺陷、或者將需要掩蓋的任何其他視覺明顯的部件或特征。一些本發(fā)明所公開的光學(xué)膜包括分散在粘結(jié)劑中的多個互連空隙或空隙網(wǎng)。多個空隙或空隙網(wǎng)中的空隙通過中空隧道或中空隧道狀通道彼此連接?？障恫灰欢ㄍ耆珱]有物質(zhì)和/或顆粒。例如，在一些情況下，空隙可以包括一個或多個小纖維狀或線絲狀物體，所述物體包括(例如)粘結(jié)劑和/或納米顆粒。某些本發(fā)明所公開的光學(xué)膜包括許多的多個互連空隙或許多空隙網(wǎng)，其中每個所述多個互連空隙或網(wǎng)中的空隙都是互連的。在一些情況下，除了許多的多個互連空隙，本發(fā)明所公開的光學(xué)膜還包括多個封閉或不連接的空隙， 即空隙未通過隧道與其他空隙相連。一般來講，空隙可為表面空隙或內(nèi)部空隙。表面空隙位于光學(xué)膜的表面處。內(nèi)部空隙位于光學(xué)膜的內(nèi)部并且遠(yuǎn)離光學(xué)膜的外表面。由此，內(nèi)部空隙可為封閉空隙或者其可通過(例如)其他空隙連接至主表面。在一些情況下，光學(xué)膜包括表面空隙和內(nèi)部空隙。在一些情況下，光學(xué)膜僅包括內(nèi)部空隙。
由于一些本發(fā)明所公開的光學(xué)膜包括多個空隙，因此其支持全內(nèi)反射(TIR)或增強內(nèi)反射(EIR)。當(dāng)在光學(xué)透明無孔介質(zhì)中傳播的光入射到具有高孔隙度的層上時，入射光在傾斜角度處的反射率比在垂直入射角度處的反射率高得多。就無霧度或低霧度多孔膜而言，在大于臨界角的傾斜角度處的反射率接近約100%。在此類情況下，入射光發(fā)生全內(nèi)反射(TIR)。就高霧度多孔膜而言，盡管光不會發(fā)生TIR，但類似入射角度范圍內(nèi)的傾斜角度反射率可以接近100%。高霧度膜的這種增強反射率類似于TIR，被稱為增強內(nèi)反射(EIR)。 如本文所用，所謂多孔(或有空隙的)光學(xué)膜增強內(nèi)反射(EIR)，是指與無空隙的膜或?qū)盈B薄膜相比，有空隙的膜或?qū)盈B薄膜的多孔和無孔層邊界處的反射率較大。本發(fā)明所公開的光學(xué)膜中的空隙具有折射率 和電容率ε ν，其中ην2 = ε ν，粘結(jié)劑具有折射率nb和電容率￡b，其中nb2= ebo通常，光學(xué)膜與光的相互作用(如光入射到光學(xué)膜上或在其中傳播)取決于多種膜特性，例如膜厚度、粘結(jié)劑折射率、空隙或孔的折射率、孔的形狀和大小、孔的空間分布和光的波長。在一些情況下，入射到該光學(xué)膜上或在其中傳播的光可“識別”或“發(fā)現(xiàn)”有效介電常數(shù)ε rff和有效折射率nrff，其中Iirff可以按照空隙折射率nv、粘結(jié)劑折射率nb、以及空隙孔隙度或體積比“f ”來表示。在此類情況下，光學(xué)膜足夠厚并且空隙足夠小，以使得光無法分辨單個空隙或隔離空隙的形狀和特征。在此類情況下，至少大部分空隙(如至少60%或70%或80%或90%的空隙)的尺寸不大于約 λ/5，或不大于約λ/6，或不大于約λ/8，或不大于約λ/10，或不大于約λ/20，其中λ為光的波長。在一些情況下，入射到本發(fā)明所公開的光學(xué)膜上的光是可見光，即光的波長在電磁光譜的可見區(qū)內(nèi)。在此類情況下，可見光的波長在約380nm至約750nm，或約400nm至約 700nm，或約420nm至約680nm范圍內(nèi)。在此類情況下，如果空隙中的至少大部分(例如空隙中的至少60%或70%或80%或90% )的尺寸不大于約70nm、或不大于約60nm、或不大于約50nm、或不大于約40nm、或不大于約30nm、或不大于約20nm、或不大于約10nm，則該光學(xué)膜具有有效折射率并包括多個空隙。在一些情況下，本發(fā)明所公開的光學(xué)膜要足夠厚，從而使光學(xué)膜可以合理地具有可以用空隙和粘結(jié)劑的折射率以及空隙或孔體積分?jǐn)?shù)或孔隙度表示的有效折射率。在此類情況下，該光學(xué)膜的厚度不小于約lOOnm、或不小于約200nm、或不小于約500nm、或不小于約700nm、或不小于約1，OOOnm0當(dāng)本發(fā)明所公開的光學(xué)膜中的空隙足夠小，并且光學(xué)膜足夠厚時，光學(xué)膜具有可以用下式表示的有效電容率、ff:eeff = f ev+(l"f) eb ⑴在此類情況下，光學(xué)膜的有效折射率nrff可以表示為neff2 = fnv2+(l-f)nb2 (2)在一些情況下，例如當(dāng)孔與粘結(jié)劑的折射率差值足夠小時，光學(xué)膜的有效折射率可以大致表示為neff = fnv+(l-f)nb(3)在此類情況下，光學(xué)膜的有效折射率為空隙和粘結(jié)劑的折射率的體積加權(quán)平均數(shù)。例如，空隙體積分?jǐn)?shù)為約50%、粘結(jié)劑折射率為約1. 5的光學(xué)膜具有約1. 25的有效折射率。
圖1為顯示系統(tǒng)3600的示意性側(cè)視圖，所述顯示系統(tǒng)3600包括設(shè)置在光源或背光源3680上的液晶面板3670。背光源包括設(shè)置在高度反射型背反射器3605上的光導(dǎo) 3690、容納在側(cè)反射器36M內(nèi)且發(fā)射光3622的光源3620、容納在側(cè)反射器3634內(nèi)且發(fā)射光3632的光源3630、以及將光導(dǎo)3690層合至反射型偏振器層430的光學(xué)粘合劑層3650。光導(dǎo)3690包括設(shè)置在光引導(dǎo)層3610上的光學(xué)膜3640。光引導(dǎo)層主要通過IlR來引導(dǎo)其從沿光導(dǎo)長度的相應(yīng)端面3611和3612接收的光3622和3632。光學(xué)膜3640顯示具有足夠低折射率的特性以促進(jìn)光引導(dǎo)層3610內(nèi)的TIR。同時，光學(xué)膜3640至少在接近與光引導(dǎo)層的界面處為足夠光散射的，以便在界面處通過至少部分抑制全內(nèi)反射來從光引導(dǎo)層提取光。光導(dǎo)3690中每兩個相鄰層的相鄰主表面的實質(zhì)部分彼此物理接觸。例如，光導(dǎo) 3690中兩個相應(yīng)相鄰層3640和3610的相鄰主表面3642和3614的實質(zhì)部分彼此物理接觸。 例如，兩個相鄰主表面的至少50 %，或至少60 %，或至少70 %，或至少80 %，或至少90 %，或至少95%彼此物理接觸。在一些情況下，在光引導(dǎo)層3610的主表面3614上涂布光學(xué)膜。一般來講，光導(dǎo)3690中每兩個相鄰層的相鄰主表面(彼此面對或彼此相鄰的主表面)的實質(zhì)部分彼此物理接觸。例如，在一些情況下，可在光引導(dǎo)層3610和光學(xué)膜3640之間設(shè)置一個或多個附加層，例如圖1中未明確示出的粘合劑層。在此類情況下，光導(dǎo)3690 中每兩個相鄰層的相鄰主表面的實質(zhì)部分彼此物理接觸。在此類情況下，光導(dǎo)中每兩個相鄰層的相鄰主表面的至少50%、或至少60%、或至少70%、或至少80%、或至少90%、或至少95%彼此物理接觸。光學(xué)膜3640可為包括多個空隙、具有足夠霧度、并且可支持或保持光導(dǎo)層3610的主表面處的TIR或EIR的任何光學(xué)膜。例如，光學(xué)膜可以是標(biāo)題為“OPTICAL FILM”(光學(xué)膜)的代理人檔案號為65062US002的美國臨時專利申請?zhí)?1/169466中所述的任何光學(xué)膜，該臨時專利申請的公開內(nèi)容全文以引用方式并入本文。在一些情況下，光學(xué)膜包括多個互連空隙和分散在折射率為nb的粘結(jié)劑中的多個顆粒。在一些情況下，光學(xué)膜的折射率neff不大于約1. 35、或不大于約1. 3、或不大于約 1. 2、或不大于約1. 15、或不大于約1. 1、或不大于約1. 05。在一些情況下，neff比光引導(dǎo)層的折射率ng低不小于約0. 1、或不小于約0. 2、或不小于約0. 3、或不小于約0. 4。在一些情況下，粘結(jié)劑與多個顆粒的重量比不小于約1 2、或不小于約1 1、或不小于約1.5 1、 或不小于約2 1、或不小于約2. 5 1、或不小于約3 1、或不小于約3. 5 1、或不小于約4 1。在一些情況下，光學(xué)膜3640的孔隙率不小于約20%、或不小于約30%、或不小于約40%、或不小于約50%、或不小于約60%、或不小于約70%、或不小于約80%。光學(xué)膜3640具有足夠的光學(xué)霧度以便從光引導(dǎo)層3610提取光并同時支持IlR或 EIR0例如，在此類情況下，光學(xué)膜的光學(xué)霧度不小于約20%、或不小于約30%、或不小于約 40 %、或不小于約50 %、或不小于約60 %、或不小于約70 %、或不小于約80 %、或不小于約 90%?！銇碇v，光學(xué)膜3640的所需光學(xué)霧度取決于若干參數(shù)，包括光導(dǎo)的縱橫比(比率L/H，其中L和H分別為光引導(dǎo)層3610的長度和厚度)、有關(guān)光提取效率和均勻度的需求、光學(xué)膜的光學(xué)反射率、以及光引導(dǎo)層是否在(例如)其底表面3609上包括額外的光提取特征(例如模制表面特征或印刷點)。在一些情況下，光學(xué)膜的光學(xué)霧度在約30%至約 70%的范圍內(nèi)。在此類情況下，大于約70%的光學(xué)霧度可導(dǎo)致不均一的光提取，并且小于約 30%的光學(xué)霧度不會提供足夠的缺陷或燈的掩蓋性或隱藏性。在示例性的顯示系統(tǒng)3600中，光引導(dǎo)層3610在整個層上具有均一的厚度。在一些情況下，光引導(dǎo)層可在整個層上具有不均一的厚度。例如，圖2為楔形光引導(dǎo)層3710的示意性側(cè)視圖，其中厚度隨距燈3620的距離的增加而降低。返回圖1，光導(dǎo)3690包括光發(fā)射表面3695，所述光發(fā)射表面3695為光學(xué)膜3640 的頂主表面的實質(zhì)部分。例如，光發(fā)射表面3695包括光學(xué)膜的頂主表面的至少約50%、或至少約60%、或至少約70%、或至少約80%、或至少約90%。在一些情況下，光發(fā)射表面在整個光發(fā)射表面上發(fā)射的光的均勻度不小于約50%、或不小于約60%、或不小于約70%、 或不小于約80%，其中均勻度定義為最小發(fā)射光強度與最大發(fā)射光強度的比率乘以100。反射型偏振器層430基本上反射具有第一偏振態(tài)的光，并基本上透射具有第二偏振態(tài)的光，其中兩種偏振態(tài)是互相正交的。例如，反射型偏振器430對于基本上被反射型偏振器反射的可見光的平均反射率為至少約50%、或至少約60%、或至少約70%、或至少約 80%、或至少約90%、或至少約95%。又如，反射型偏振器430對于基本上被反射型偏振器透射的可見光的平均透射比為至少約50%、或至少約60%、或至少約70%、或至少約80%、 或至少約90%、或至少約95%、或至少約97%、或至少約98%、或至少約99%。在一些情況下，反射型偏振器430基本上反射具有第一線性偏振態(tài)的光(例如，沿著χ方向)并且基本上透射具有第二線性偏振態(tài)的光(例如，沿著ζ方向)。反射型偏振器層430可以使用任何合適類型的反射型偏振器，例如，多層光學(xué)膜 (MOF)反射型偏振器；具有連續(xù)相和分散相的漫反射偏振膜(DRPF)，如得自3M公司(St. Paul, Minnesota)的Vikuiti 漫反射偏振器膜(“DRPF”)；描述于(例如)美國專利 No. 6，719，426中的線柵反射型偏振器；或膽留型反射型偏振器。例如，在一些情況下，反射型偏振器層430可以是或包括由交替的不同聚合物材料層形成的MOF反射型偏振器，其中一組交替的層由雙折射材料形成，其中不同材料的折射率與以一種線性偏振態(tài)偏振的光相匹配，與正交的線性偏振態(tài)的光不匹配。在此類情況下，匹配偏振態(tài)的入射光基本上透射穿過反射型偏振器層430，不匹配偏振態(tài)的入射光基本上被反射型偏振器層430反射。在一些情況下，MOF反射型偏振器層430可包括無機(jī)介質(zhì)層的疊堆。又如，反射型偏振器層430可以是或包括在傳播狀態(tài)中具有中間同軸平均折射率的局部反射層。例如，局部反射層對于在第一平面(如xy平面)偏振的可見光可以具有至少約90%的同軸平均反射率，對于在垂直于第一平面的第二平面(如xz平面)偏振的可見光具有在約25%至約90%范圍內(nèi)的同軸平均反射率。此類局部反射層描述于(例如)美國專利公布No. 2008/064133中，該專利的公開內(nèi)容全文以引用方式并入本文。在一些情況下，反射型偏振器層430可以是或包括圓反射型偏振器，其中以一種方向圓偏振的光(可以是順時針或逆時針方向(也稱為右旋或左旋圓偏振)優(yōu)先透射，以相反方向偏振的光優(yōu)先反射。其中一類圓偏振器包括膽留型液晶偏振器。在一些情況下，層430可為非偏振局部反射器。例如，層430可包括局部反射金屬和/或介質(zhì)層。在一些情況下，層430可具有結(jié)構(gòu)化表面。
液晶面板3670包括(圖1中未明確示出)設(shè)置在兩個面板之間的液晶層，設(shè)置在液晶層上方的上吸光偏振器層，和設(shè)置在液晶層下方的下吸收型偏振器。上下吸光偏振器和液晶層一起控制光從反射型偏振器層430透過液晶面板3670到面向顯示系統(tǒng)的觀察者的透射。背反射器3605可為可在應(yīng)用中需要和/或?qū)嵱玫娜魏晤愋偷姆瓷淦?。例如，背反射器可為鏡面反射器、半鏡面或半漫射反射器、或者漫射反射器，例如公開于2008年5月19 日提交的、要求2007年5月20日提交的臨時美國專利申請?zhí)?0/939085的優(yōu)先權(quán)的國際專利申請?zhí)朠CT/US2008/064115中的那些，上述兩個專利申請全文以引用方式并入本文。例如，反射器可為鍍鋁膜或多層聚合物反射膜，例如增強型鏡面反射器(ESR)膜(得自3M公司(M.Paul，MN))。又如，背反射器3605可為具有白色外觀的漫反射器。背反射器3605靠近光引導(dǎo)層3610的底主表面3609。背反射器3605反射從表面 3609離開光引導(dǎo)層回向光導(dǎo)3690的光。在一些情況下，背反射器為局部反射和局部透射的。在一些情況下，背反射器可為結(jié)構(gòu)化的，例如，具有結(jié)構(gòu)化表面。光學(xué)粘合劑層3650可為可在應(yīng)用中需要和/或可用的任何光學(xué)粘合劑。光學(xué)粘合劑層3650具有足夠的光學(xué)品質(zhì)和光穩(wěn)定性，以使得(例如)粘合劑層不會隨時間推移或暴露于天氣時變黃以致降低粘合劑和光學(xué)膜的光學(xué)特性。在一些情況下，光學(xué)粘合劑層 3650可為基本上透明的光學(xué)粘合劑，這意味著該粘合劑層具有高鏡面透射比和低漫射透射比。例如，在此類情況下，光學(xué)粘合劑層3650的鏡面透射比為至少約70%、或至少約80%、 或至少約90%、或至少約95%。在一些情況下，光學(xué)粘合劑層3650可為基本上漫射的光學(xué)粘合劑，這意味著該粘合劑層具有高漫射透射比和低鏡面透射比。例如，在此類情況下，光學(xué)粘合劑層3650的漫射透射比為至少約60%、或至少約70%、或至少約80%。在一些情況下，光學(xué)粘合劑層3650可為基本上保留偏振的漫射粘合劑。示例性的光學(xué)粘合劑包括壓敏粘合劑(PSA)、熱敏粘合劑、溶劑揮發(fā)性粘合劑、以及紫外線固化性粘合劑(例如可得自Norland Products公司的紫外線固化性光學(xué)粘合劑)。示例性PSA包括基于天然橡膠、合成橡膠、苯乙烯嵌段共聚物、(甲基)丙烯酸酯嵌段共聚物、聚乙烯醚、聚烯烴和聚(甲基)丙烯酸酯的那些。如本文所用，(甲基)丙烯酸酯 (或丙烯酸酯)是指丙烯酸酯類和甲基丙烯酸酯類物質(zhì)。其他示例性PSA包括(甲基)丙烯酸酯、橡膠、熱塑性彈性體、有機(jī)硅、氨基甲酸酯以及它們的組合。在一些情況下，PSA基于(甲基)丙烯酸酯PSA或至少一種聚(甲基)丙烯酸酯。示例性有機(jī)硅PSA包含聚合物或樹膠和可選的增粘樹脂。其他示例性有機(jī)硅PSA包含聚二有機(jī)硅氧烷-聚乙二酰胺和任選的增粘劑。在示例性的光導(dǎo)3690中，光學(xué)膜3640基本上延伸在整個光發(fā)射表面3695上。在一些情況下，光學(xué)膜可僅覆蓋光發(fā)射表面的一部分。例如，圖11為光導(dǎo)1100的示意性側(cè)視圖，所述光導(dǎo)1100包括僅設(shè)置在光引導(dǎo)層3610的主表面3614的一部分上的光學(xué)膜1110。 在示例性的光導(dǎo)1100中，光提取特征1120設(shè)置在主表面3614的另一部分上。光學(xué)膜1110 可類似于光學(xué)膜3640。圖1中的示例性光導(dǎo)3690不包括除光學(xué)膜3640之外的光提取裝置。在一些情況下，光導(dǎo)可具有多個光提取裝置。例如，圖8為光導(dǎo)800的示意性側(cè)視圖，所述光導(dǎo)800包括光引導(dǎo)層3610、設(shè)置在光引導(dǎo)層的頂主表面3614上的光學(xué)膜3640以及設(shè)置在光引導(dǎo)層的底主表面3609上的光提取裝置810。光提取裝置810包括多個分立的光提取特征815。 光學(xué)膜3640為光導(dǎo)800中的第一光提取裝置，并且光提取結(jié)構(gòu)815為光導(dǎo)中的第二光提取裝置。一般來講，第二光提取裝置810可為可在應(yīng)用中需要的任何提取裝置。例如，光提取裝置810可為粗糙的底主表面3609。又如，光提取特征815可為印刷點或諸如小透鏡之類的提取特征，其中在一些情況下提取特征可與光引導(dǎo)層3610形成一體。又如，光提取裝置 810可為類似于光學(xué)膜3640的光學(xué)膜。例如，圖9為光導(dǎo)900的示意性側(cè)視圖，所述光導(dǎo) 900包括設(shè)置在底主表面3609上并且位于光引導(dǎo)層3610和背反射器3605之間的第二光學(xué)膜 910。在示例性的光導(dǎo)900中，通過(例如)在背反射器上涂布光學(xué)膜或者將背反射器層合至光學(xué)膜來將背反射器3605附接至光學(xué)膜910。光導(dǎo)900通過頂主表面3614和底主表面3609發(fā)射光。通過表面3609向下反射的光被背反射器3605沿向上的方向向回反射。圖10為顯示系統(tǒng)1000的示意性側(cè)視圖，所述顯示系統(tǒng)1000包括設(shè)置在第一液晶面板1030和第二液晶面板1040之間的光導(dǎo)1050。光導(dǎo)1050發(fā)射用于照射液晶面板104 的光1010和用于照射液晶面板1030的光1020。重新參考圖1，示例性的背光源3680包括通過光學(xué)粘合劑層3650層合至光學(xué)膜 3650的反射型偏振器層。一般來講，背光源3680可包括一個或多個光控制膜(例如反射型偏振器)、光偏轉(zhuǎn)膜(例如增亮膜(例如，得自3M公司(Saint Paul MN)的BEF))、轉(zhuǎn)向膜 (例如，反向BEF)、光學(xué)漫射器、或者可在應(yīng)用中需要的任何其他光控制膜。例如，在一些情況下，反射型偏振器430可替換為棱柱增亮膜、包括多個線性圓柱透鏡的光控制膜、或者包括多個設(shè)置在表面上的顆粒(例如球形顆粒)的光控制膜。在圖1的示例性光導(dǎo)3690中，光引導(dǎo)層3610從兩個端面或側(cè)面3611和3612接收光。一般來講，光引導(dǎo)層可從任何數(shù)量的端面或側(cè)面(例如從一個、兩個、三個、或者四個端面或側(cè)面)接收光。在一些情況下，可將光引導(dǎo)層中不接收光的一個或多個端面制成反射性的以避免光學(xué)損耗。例如，可將可具有白色外觀的光學(xué)漫射膜附接至端面，使得所述端面向回朝發(fā)射表面反射原本將會離開引導(dǎo)層的光從而用于提取。在一些情況下，光引導(dǎo)層3610的一個或多個光接收端面可包括用于傳播從燈進(jìn)入光引導(dǎo)層的光的表面特征，例如模制表面結(jié)構(gòu)。例如，端面3612包括用于將光3632傳播到光引導(dǎo)層內(nèi)的表面特征3671。光引導(dǎo)層3610可由可在應(yīng)用中需要的任何光學(xué)材料(例如(如)可在應(yīng)用中需要的任何玻璃或任何聚合物)制成。例如，光引導(dǎo)層3610可由聚碳酸酯、丙烯酸類、或環(huán)烯烴聚合物(COP)(例如，得自 Zeon chemicalsL. 0. (Louisville, KY))制成。背光源3680可具有可在應(yīng)用中需要的任何形狀或形式。例如，背光源可具有方形形狀、或矩形形狀、或環(huán)形形狀。又如，光引導(dǎo)層的端面可為平直或彎曲的。又如，背光源 3680可為平坦的或彎曲的。燈3620和3630可為可在應(yīng)用中需要的任何類型的燈。例如，燈可為擴(kuò)展漫射源 (例如冷陰極熒光燈(CCFL))、較小面積的固態(tài)光源(例如發(fā)光二極管(LED))、或激光器。背光源或光源3680可用于任何所需的應(yīng)用中。示例性的應(yīng)用包括標(biāo)牌、顯示器 (例如液晶顯示器)、泛光燈、和汽車牌照。
背光源3680可使用可在應(yīng)用中需要的任何制備方法進(jìn)行制備。例如，在低損耗基底1205上涂布光學(xué)膜1210，如圖12A示意性所示。光學(xué)膜1210可為本發(fā)明所公開的任何光學(xué)膜。例如，光學(xué)膜1210可類似于光學(xué)膜3640。然后，將圖12A中的構(gòu)造切削成所需尺寸和形狀并且拋光端面中的一個或多個，如圖12B示意性所示。端面1220和1225已被拋光。然后，如圖12C示意性所示，將反射膜1230附接(例如層合)至端面1225。然后，如圖12D示意性所示，沿基底的端面1220設(shè)置燈1240并且將背反射器1250設(shè)置在基底1205 的背主表面1260附近。在圖12D所示的構(gòu)造中，基底1202為引導(dǎo)層并且光學(xué)膜1210提供 IlR和光提取裝置。示例性的顯示系統(tǒng)3600包括單個顯示系統(tǒng)。一般來講，顯示系統(tǒng)可包括一個或多個顯示器。例如，圖13為顯示系統(tǒng)1300的示意性俯視圖，所述顯示系統(tǒng)1300顯示圖像并且包括多個分立顯示器1310。可單獨控制各個分立顯示器1310。例如，可單獨控制各個分立顯示器的輸出光強度，這意味著可改變一個分立顯示器的輸出強度而不改變其他分立顯示器的輸出強度。分立顯示器中的至少一個包括或為顯示系統(tǒng)3600。在一些情況下，至少一個分立顯示器1310包括本文所公開的背光源，例如背光源3680。在一些情況下，各個分立顯示器1310顯示由顯示系統(tǒng)1300顯示的圖像的不同部分。本發(fā)明所公開的膜、層、構(gòu)造和系統(tǒng)的某些優(yōu)點還通過以下實例進(jìn)行說明。本實例中列出的特定材料、量和尺寸以及其他條件和細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為不當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明。實例A 制備涂布溶液“A”。首先獲得“906”組合物(得自3M Company, St. Paul, Minnesota)。906組合物包含18. 4重量％的用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(丙烯酸酯硅烷)表面改性的20nm 二氧化硅顆粒(Nalco2327)、25. 5重量％的季戊四醇三/四丙烯酸酯(PETA)、4.0重量％的N，N-二甲基丙烯酰胺(DMA)、1.2重量％ Wlrgacure 184、1.0 重量％的TinuVin292、46. 9重量％的異丙醇溶劑和3. 0重量％的水。906組合物的固含量為約50重量％。然后，使用溶劑1-甲氧基2-丙醇將906組合物稀釋為含35重量％的固體而得到涂布溶液A。實例B 制備涂布溶液“B”。首先，在快速攪拌下，在裝有冷凝器和溫度計的2升三頸燒瓶中，將360g Nalco 2327膠態(tài)二氧化硅顆粒(40重量％的固體，平均粒徑為約20納米)(得自 Nalco Chemical Company, Naperville IL)和 300g 溶劑 1-甲氧基 _2_ 丙醇一起混合。 然后，添加 22. 15g Silquest A-174 硅燒(得自 GE Advanced Materials,Wilton CT)。將混合物攪拌10分鐘。然后，再添加400g 1-甲氧基-2-丙醇。用加熱套將混合物在85°C下加熱6小時。讓所得的溶液冷卻至室溫。然后，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60°C水浴中除去大部分水和1-甲氧基-2-丙醇溶劑(約700g)。所得的溶液為分散在1-甲氧基-2-丙醇中的44重量％的A-174改性的20nm 二氧化硅透明溶液。然后，將70. 1克此溶液、20. 5克SR 444(得自 Sartomer Company,Exton PA)、1. 375 克光弓|發(fā)劑 Irgacure 184(得自 Ciba Specialty Chemicals Company, High Point NC)、和80. 4克異丙醇通過攪拌混合在一起，以形成均勻涂布溶液B。實例C 制備涂布溶液“C”。首先，在配備有冷凝器和溫度計的2升三頸燒瓶內(nèi)，在迅速攪拌下將309克Nalco 2327(40重量％的固體)和300克1-甲氧基-2-丙醇混合在一起。 接著，加入9. 5克Silquest A-174和19. 0克SiquestA-1230，并攪拌所得混合物10分鐘。 使用加熱套在80°C下對混合物加熱1小時。然后，另外加入400克1-甲氧基-2-丙醇。使混合物在80°C下保持16小時。讓所得的溶液冷卻至室溫。接著，在60°C水浴下使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器除去大部分水和1-甲氧基-2-丙醇溶劑(約700克)。所得溶液為48. 7重量％的 A174/A1230改性的20nm 二氧化硅在1_甲氧基_2_丙醇中形成的透明分散體。然后，通過攪拌將63. 4克該溶液、20. 5克SR 444、1. 32克光引發(fā)劑Irgacure 184、以及87. 1克異丙醇混合在一起，以形成均勻的涂布溶液C。實例D 制備涂布溶液“D”。在配備有冷凝器和溫度計的1升燒瓶內(nèi)，在迅速攪拌下將 300克Nalco 23 二氧化硅顆粒(40重量％的固體)(平均粒度為75nm ；可得自Nalco Chemical公司(Naperville IL))和300克1_甲氧基_2_丙醇混合在一起。接著，加入7. 96 克Silquest A-174。攪拌所得混合物10分鐘。然后，另外加入400克1_甲氧基_2_丙醇。 使用加熱套在85°C下對所得混合物加熱6小時。讓所得的溶液冷卻至室溫。接著，在60°C 水浴下使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器除去大部分水和1-甲氧基-2-丙醇溶劑(約630克)。所得溶液為 34.6重量％的4-174改性的7511111二氧化硅在1-甲氧基_2_丙醇中的分散體。然后，通過攪拌將135. 5克該溶液、31. 2克SR444U. 96克光引發(fā)劑Irgacure 184、以及93. 3克異丙醇混合在一起，以形成均勻的涂布溶液D。實例E 建立涂布工序“E”。首先，用注射器以3CC/min的速率將涂布溶液泵入10.2cnK4 英寸)寬的狹槽式涂布模具。狹槽式涂布模具均勻地將10. 2cm寬的涂層分布到以5英尺 /分鐘(152Cm/min)移動的基底上。然后，讓涂布的基底穿過包括石英窗口以允許紫外線輻射通過的UV-LED固化室使涂層聚合。UV-LED排燈包括由160個UV-LED(8個順維X20個橫維(約覆蓋 10. 2cmX20. 4cm 的區(qū)域)組成的矩形陣列。LED(得自 Cree，Inc.，Durham NC)在 385nm 標(biāo)稱波長、45V和8A條件下運行，產(chǎn)生0. 212焦耳/平方厘米的UV-A劑量。UV-LED陣列由 TENMA 72-6910 (42V/10A)電源(得自 iTenma, Springboro 0H)供電并風(fēng)冷。將 UV-LED 設(shè)置在固化室的石英窗口上方，與基底相距大約2. Mem。向UV-LED固化室以46. 7升/分鐘 (100立方英尺/小時)的流速提供氮氣流，使固化室中的氧氣濃度達(dá)到約150ppm。經(jīng)UV-LED聚合之后，通過以5英尺/分鐘的幅材速度將被涂布基底輸送到 660C (150° F)干燥烘箱中并保持2分鐘，從而除去固化涂層中的溶劑。然后，用裝有H型燈泡的 Fusion System I300P 型設(shè)備(得自 Fusion UV Systems, Gaithersburg MD)對干燥的涂層進(jìn)行后固化。向UV Fusion室中提供氮氣流，使室中的氧氣濃度達(dá)到約50ppm。實例F 建立涂布工序“F”。首先，用注射器以2. 7cc/min的速率將涂布溶液泵入20. 3cm(8 英寸)寬的狹槽式涂布模具。狹槽式涂布模具均勻地將20. 3cm寬的涂層分布到以5英尺 /分鐘(152Cm/min)的速率移動的基底上。然后，讓涂布的基底穿過包括石英窗口以允許紫外線輻射通過的UV-LED固化室使涂層聚合。UV-LED排燈包括由352個UV-LED(16個順維X22個橫維(約覆蓋20. 3cmX20. 3cm的區(qū)域)組成的矩形陣列。將UV-LED設(shè)置在兩個水冷式散熱器上。LED (得自Cree，Inc.，Durham NC)在395nm標(biāo)稱波長、45V和IOA條件下運行，產(chǎn)生0. 108焦耳 /平方厘米的UV-A劑量。UV-LED陣列由TENMA 72-6910 (42V/10A)電源(得自iTenma, Springboro 0H)供電并風(fēng)冷。將UV-LED設(shè)置在固化室的石英窗口上方，與基底相距大約 2. Mem。向UV-LED固化室以46. 7升/分鐘(100立方英尺/小時)的流速提供氮氣流，使固化室中的氧氣濃度達(dá)到約150ppm。經(jīng)UV-LED聚合之后，通過以5英尺/分鐘的幅材速度將涂層輸送到工作溫度為 660C (150° F)的干燥烘箱中并保持2分鐘，從而除去固化涂層中的溶劑。然后，用裝有H 型燈泡的 Fusion System I300P 型設(shè)備(得自 Fusion UV Systems, Gaithersburg MD)對干燥的涂層進(jìn)行后固化。向UV Fusion室中提供氮氣流，使室中的氧氣濃度達(dá)到約50ppm。實例1 制備背光源3800，其示意性側(cè)視圖示于圖3中。背光源3800包括背反射器3810、 光導(dǎo)3820、燈3830和3840、以及利用光學(xué)粘合劑層3850層合至背光源的反射型偏振器層 3860。反射型偏振器層3860具有沿ζ軸的透光軸。反射型偏振器層對于沿ζ軸(透光軸)偏振的入射光的平均同軸(沿y方向)反射率為約68%，并且反射型偏振器層對于沿 χ軸(阻光軸)偏振的入射光的平均同軸(沿y方向)反射率為約99.2%。按國際專利公開號WO 2008/144656(代理人案卷號63274W0004，提交于2008年5月19日)中所述來制備反射型偏振器層，該國際專利公開的公開內(nèi)容全文以引用方式并入本文。反射型偏振器層包括雙折射90/10coPEN材料和Eastman Neostar Elastomer FN007(得自Eastman Chemical, Kingsport TN)的274個交替微層。274個交替微層設(shè)置成1/4波長層對的序列，其中層的厚度梯度被設(shè)計用于在從大約400nm至1050nm的整個帶寬上對于一個偏振軸廣泛且均一地提供強反射諧振，并且在從大約400nm至900nm的整個帶寬上對于正交軸廣泛且均一地提供較弱反射諧振。將兩個5微米厚的PET-G表層設(shè)置在相干交替微層疊堆的外表面上。包括交替微層、保護(hù)性邊界層和表層的反射型偏振器層的總厚度為大約40微米。在633nm下測得，90/10coPEN的137個交替微層的折射率為nxl = 1. 805、nyl = 1. 620、且 nzl = 1. 515 ；并且 FN007 的 137 個微層的折射率為 nx2 = ny2 = nz2 = 1. 506。光學(xué)粘合劑層3850為得自3M的光學(xué)透明的粘合劑OCA 1873。光導(dǎo)3820為一體化實體光導(dǎo)。光導(dǎo)為約6mm厚(y方向)、472mm寬(ζ方向)、和306mm長(χ方向)。背反射器3810為得自3Μ的ESR膜。實體光導(dǎo)和背反射器之間存在小空氣間隙。 燈3830和3840中的每一個均包括設(shè)置在實體光導(dǎo)的相應(yīng)端面附近且沿實體光導(dǎo)的寬度規(guī)則排布的78個LED。禾Ij 用 Autronic Conoscope Conostage 3(得自 Autronic-Melchers GmbH (Karlsruhe, Germany))來測定亮度分布，所述亮度分布隨視角、軸向亮度(單位為尼特)、半亮度角(xy平面內(nèi))、和光導(dǎo)3800的消光比而變化。在進(jìn)行測定之前，將線性吸收型偏振器(圖3中未明確示出)設(shè)置在反射型偏振器層的頂部上，且線性吸收型偏振器的透光軸平行于反射型偏振器的透光軸。消光比為I1A2,其中I1為當(dāng)兩個透光軸平行時測定的軸向亮度，并且I2為當(dāng)兩個透光軸交叉時測定的軸向亮度。
通過記錄背光源在13個不同位置(如圖4所示)的同軸亮度來測定背光源3800 的亮度均勻度。具體地講，圖4為背光源3800的示意性俯視圖，其中13個測定點3910為測定背光源的同軸亮度的位置。表面3870為反射型偏振器層3860的頂表面。S^S、&/S、 &/S、S4/S、和&/S分別為0. 1,0. 3,0. 5,0. 7、和0. 9，其中S為光導(dǎo)長度G72mm)。均勻度定義為J1AJ2X 100，其中J1為13個亮度測定值中的最小值并且J2為13個亮度測定值中的最大值。測定結(jié)果概述于表I中。圖6A為背光源3800的測定亮度隨視角變化的灰度錐光圖像。出于參考目的，提供交疊圖像的網(wǎng)格以便示出范圍為0至360度的方位角Φ和范圍為從中心處的0度到周邊處的超過80度的極角θ，其中針對每20度的θ增量提供同心圓。實例1-6中的光學(xué)性能特性
權(quán)利要求
1.一種光導(dǎo)，包括光引導(dǎo)層，用于通過全內(nèi)反射來傳播光；和第一光學(xué)膜，其設(shè)置在所述光引導(dǎo)層上，并且具有 多個空隙；不小于約30%的光學(xué)霧度；和不小于約20%的孔隙率，其中所述光導(dǎo)中每兩個相鄰主表面的實質(zhì)部分彼此物理接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)，其中所述第一光學(xué)膜具有不小于約40%的光學(xué)霧度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)，其中所述第一光學(xué)膜具有不小于約50%的光學(xué)霧度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)，其中所述第一光學(xué)膜具有不大于約80%的光學(xué)霧度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)，其中所述第一光學(xué)膜具有不大于約70%的光學(xué)霧度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)，其中所述第一光學(xué)膜具有不小于約40%的孔隙率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)，其中所述第一光學(xué)膜具有不小于約60%的孔隙率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)，其中所述第一光學(xué)膜具有不大于約1.3的有效折射率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)，其中所述第一光學(xué)膜具有不大于約1.2的有效折射率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)，其中所述第一光學(xué)膜包括粘結(jié)劑、多個顆粒和多個互連空隙，其中所述粘結(jié)劑與所述多個顆粒的重量比不小于約1 2。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)，其中所述光導(dǎo)中每兩個相鄰主表面的至少50%彼此物理接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)，其中所述光導(dǎo)中每兩個相鄰主表面的至少70%彼此物理接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)，其中所述光導(dǎo)中每兩個相鄰主表面的至少90%彼此物理接觸。
14.一種背光源，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光發(fā)射表面的光導(dǎo)；和光源，沿所述光導(dǎo)的端面設(shè)置，其中所述光導(dǎo)的光發(fā)射表面發(fā)射的光在整個所述光發(fā)射表面上的均勻度不小于約50%。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的背光源，還包括背反射器，所述背反射器靠近所述光引導(dǎo)層的主表面以用于反射離開所述光導(dǎo)的光。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的背光源，其中所述背反射器為鏡面反射器。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的背光源，其中所述背反射器為漫反射器。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的背光源，其中所述背反射器為半鏡面反射器。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的背光源，其中所述背反射器為局部反射和局部透射的。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的背光源，其中所述背反射器為結(jié)構(gòu)化的。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的背光源，還包括設(shè)置在所述光導(dǎo)上的反射型偏振器層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的背光源，其中所述反射型偏
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的背光源，其中所述反射型偏振器層對于在第一平面偏振的可見光具有第一平均反射率，并且對于在與所述第一平面正交的第二平面偏振的可見光具有第二平均反射率，所述第一平均反射率大于所述第二平均反射率。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的背光源，其中所述第一平均反射率為至少約90%，并且所述第二平均反射率在約25%至約90%的范圍內(nèi)。
25.—種顯示系統(tǒng)，包括 根據(jù)權(quán)利要求14所述的背光源；和設(shè)置在所述背光源上的液晶面板。
26.—種顯示系統(tǒng)，其顯示圖像并且包括多個分立顯示器，各個分立顯示器的輸出光強度可單獨控制，所述多個分立顯示器中的至少一個分立顯示器包括根據(jù)權(quán)利要求14所述的背光源。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的顯示系統(tǒng)，其中各個分立顯示器顯示所述顯示圖像的不同部分。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)，還包括與所述第一光學(xué)膜相對地設(shè)置在所述光引導(dǎo)層上的第二光學(xué)膜，所述第二光學(xué)膜包括多個空隙。
全文摘要
本發(fā)明公開了光導(dǎo)(3690)。所述光導(dǎo)包括通過全內(nèi)反射傳播光的光引導(dǎo)層(3610)和設(shè)置在所述光引導(dǎo)層上的光學(xué)膜(3640)。所述光學(xué)膜包括多個空隙、不小于約30％的光學(xué)霧度、和不小于約20％的孔隙率。所述光導(dǎo)中每兩個相鄰主表面(3614，3642)的實質(zhì)部分彼此物理接觸。所述光導(dǎo)可用作顯示系統(tǒng)中的背光源。
文檔編號G02B6/00GK102460244SQ201080026460
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者劉濤, 威廉·D·科焦, 威廉·布雷克·科爾布, 布萊恩·W·奧斯特雷, 斯科特·M·塔皮奧, 王慶兵, 約翰·A·惠特利, 邁克爾·L·斯坦納, 邁克爾·本頓·弗里, 郝恩才 申請人:3M創(chuàng)新有限公司