專利名稱：用于可見光漫射的表面形成的復(fù)合聚合物透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有上和下表面的透明聚合物膜，在其至少一個(gè)表面上包含適于漫射單向光的多個(gè)復(fù)合透鏡。
前述類型的漫射體在應(yīng)用時(shí)通常將其粗糙表面暴露于空氣，提供漫射體材料與周圍介質(zhì)之間最大可能的折射率差，從而使入射光產(chǎn)生最大的角度發(fā)散效果。但是，該類型的某些現(xiàn)有技術(shù)光漫射體存在著一個(gè)主要的缺點(diǎn)需要與空氣接觸。粗糙表面必須與空氣接觸才能正常操作的這一需求可能會(huì)造成效率下降。如果漫射體的輸入和輸出表面均包埋在另一材料內(nèi)部，比如粘合劑，那么該漫射體的光散射能力就有可能下降到令人無法接受的程度。
在第二類漫射體，即整體漫射體的一個(gè)變體中，將具有第二種折射率的小顆?；蚯蝮w包埋在漫射體基材中。在整體漫射體的另一種變體中，漫射體材料的折射率沿漫射體本體產(chǎn)生變化，由此使得穿過該材料的光在不同點(diǎn)位發(fā)生折射或散射。整體漫射體也存在一些實(shí)際問題。如果需要的是高的角輸出分布，該漫射體一般就會(huì)比光學(xué)散射能力相同的表面漫射體更厚。但是如果將該整體漫射體制得很薄，該漫射體對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言所需的性能，即散射能力可能就會(huì)太低。
盡管存在著前述困難，仍然有一些應(yīng)用希望采用表面漫射體，而整體類型的漫射體在此并不適宜。比如，可以將表面漫射體施用到已有的膜或基質(zhì)上，從而不再需要單獨(dú)的膜。在LCD中的光控制情況下，通過除去界面(界面造成反射和光損失)可提高效率。
美國(guó)專利6,270,697(Meyers等人)利用了具有峰谷細(xì)部結(jié)構(gòu)的重復(fù)圖案將模糊膜片用來透射特定波段的紅外能量。雖然這的確可以漫射可見光，但是細(xì)部結(jié)構(gòu)的周期性特性卻不適合于背光LC裝置，因?yàn)榭梢酝高^顯示裝置看到該圖案。
美國(guó)專利6,266,476(Shie等人)公開了在聚合物片材表面上的微結(jié)構(gòu)以漫射光。該微結(jié)構(gòu)是通過在基質(zhì)表面上模壓Fresnel透鏡而形成的，目的是為了控制光線從光源的輸出方向以便將光輸出塑造成所需的分布、圖案或包線。雖然美國(guó)專利6,266,476所公開的材料可塑造和校直光線，但其因而不是有效的光漫射體，特別是對(duì)于液晶顯示裝置而言。
已知可以制造出在其表面上涂布了樹脂的透明聚合物膜，該樹脂有表面花紋。該類透明聚合物膜是通過熱塑性壓紋方法而制造的，其中利用了熔融樹脂比如聚乙烯來涂布原料(未涂布)透明聚合物膜。將其上帶有熔融樹脂的透明聚合物膜與具有表面圖案的驟冷輥接觸。將冷卻水泵送通過該輥以便從樹脂帶走熱量，使其凝固并且粘附到透明聚合物膜上。在該方法過程中，驟冷輥表面上的表面花紋被壓入涂有樹脂的透明聚合物膜中。因此，驟冷輥上的表面圖案對(duì)于經(jīng)涂布的透明聚合物膜上的樹脂所產(chǎn)生的表面很關(guān)鍵。
一種已知的制備驟冷輥的現(xiàn)有技術(shù)方法涉及采用機(jī)械雕刻法來形成主表面圖案。該雕刻法有許多不足之處，包括調(diào)節(jié)失準(zhǔn)會(huì)在表面上造成刀具劃痕(tool line)、成本高和加工周期長(zhǎng)。因此，所希望的是不采用機(jī)械雕刻法來制造驟冷輥。
美國(guó)專利6,285,001(Fleming等人)公開了曝光法，它利用激發(fā)物激光燒蝕基質(zhì)法來改善燒蝕基質(zhì)上重復(fù)性微結(jié)構(gòu)的均勻性或者在燒蝕基質(zhì)上產(chǎn)生三維微結(jié)構(gòu)。該方法很難用于制造出能夠加工復(fù)雜的無規(guī)三維結(jié)構(gòu)的主驟冷輥，而且其成本也令人難以接受。
在美國(guó)專利6,124,974(Burger)中，采用平版印刷法來制造基質(zhì)。對(duì)每個(gè)相繼的光掩膜均重復(fù)該平版印刷法，以制造出對(duì)應(yīng)于所需于透鏡的三維浮雕結(jié)構(gòu)。該方法的目的是形成主體以在塑料膜中產(chǎn)生三維細(xì)部結(jié)構(gòu)，它既耗時(shí)并且成本又高。
仍舊需要改進(jìn)圖象照射光源的光漫射，以在提供同時(shí)也漫射的單向光源的同時(shí)提供改進(jìn)的漫射光透射效果。
本發(fā)明在提供同時(shí)也漫射的單向光源的同時(shí)提供了改進(jìn)的光透射效果。
圖2所示是帶有光漫射體的液晶顯示裝置。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)澆鑄涂布的聚合物漫射體，該漫射體的彈性模量和抗劃傷性得到改進(jìn)，從而在液晶顯示裝置組裝操作過程中保持了更為堅(jiān)固的漫射體。從如下具體說明中可明顯地看到這些和其它優(yōu)點(diǎn)。
術(shù)語(yǔ)“LCD”指的是任何利用液晶來成像的背投顯示裝置。術(shù)語(yǔ)“漫射體”指的是任何能夠?qū)蜗蚬?有主方向的光)漫射成漫射光(光線方向無規(guī)的光)的材料。術(shù)語(yǔ)“光”指的是可見光。術(shù)語(yǔ)“漫射光透射”指的是500nm處按漫射方式透射的光占光源500nm處總光量的百分?jǐn)?shù)。術(shù)語(yǔ)“總光透射”指的是500nm處透射通過樣品的光占光源500nm處總光量的百分?jǐn)?shù)。這包括光的光譜透射和漫透射。術(shù)語(yǔ)“漫射光透射效率”指的是500nm處漫透射光百分率與500nm處總體透射光的百分率之比乘以系數(shù)100。術(shù)語(yǔ)“聚合物膜”指的是包含聚合物的膜。術(shù)語(yǔ)“聚合物”指的是均和共聚物。就透鏡尺寸和出現(xiàn)率而言，術(shù)語(yǔ)“平均”指的是整個(gè)膜表面積上的算術(shù)平均。
“透明”指的是膜在500nm處的總光透射為50％或更大。就膜上的子透鏡排布形式而言，“在任何方向上”指的是膜平面內(nèi)沿x和y方向上的任何方向。術(shù)語(yǔ)“圖案”指的是透鏡的任何預(yù)定排布形式，不管其是有規(guī)律的還是無規(guī)的。
更好地控制和操縱背光推動(dòng)液晶顯示器(LCD)。LCD屏幕和其它電子軟顯示介質(zhì)主要利用單向(高度方向性)熒光管來實(shí)現(xiàn)背光照明。利用漫射膜在整個(gè)顯示器區(qū)域內(nèi)均勻分布光線并且將光線由單向光轉(zhuǎn)變?yōu)槁涔狻Ｉ涑鲲@示器疊層的液晶部分的光線以窄光柱的形式離開，必須使其再散射。在顯示器該部分中使用漫射體是為了選擇性地水平發(fā)散光線以增強(qiáng)視角。
漫射是通過光線在以變化的折射率穿過材料時(shí)發(fā)生散射來實(shí)現(xiàn)的。這種散射產(chǎn)生了光能量的漫射介質(zhì)。光透射和漫射之間有著反比關(guān)系，必須針對(duì)每一用途找到這兩個(gè)參數(shù)的理想組合。
背漫射體直接放置在光源的前面，它將單向光變成漫射光從而用來使整個(gè)顯示器內(nèi)的光線均勻。漫射膜由卷材上的多個(gè)子透鏡構(gòu)成，以此發(fā)散和漫射進(jìn)入的光線?，F(xiàn)有技術(shù)漫射LCD背光的方法包括層疊折射率不同的聚合物膜、具微孔的聚合物膜或者以無光樹脂或珠粒涂布該膜。前漫射體的作用是按方向選擇性方式發(fā)散射出液晶(LC)的光線。該光線被壓縮成密實(shí)光束而進(jìn)入LC中以獲得最大效率并且在發(fā)射時(shí)以窄光柱的形式射出。該漫射體采用了光學(xué)結(jié)構(gòu)來選擇性地發(fā)散光線。大多數(shù)公司都制造橢球面微透鏡，以沿著一個(gè)軸選擇性地展開光線。聚合物基體中橢球形的聚合物和通過化學(xué)或物理法所形成的表面微透鏡也能實(shí)現(xiàn)這種方向性效果。本發(fā)明的漫射膜可以采用常規(guī)的膜制造設(shè)施以高的產(chǎn)率進(jìn)行制造。
聚合物漫射膜在至少一側(cè)具有帶花紋的表面，呈現(xiàn)為多個(gè)無規(guī)微透鏡或子透鏡的形式。術(shù)語(yǔ)“子透鏡”指的是小的透鏡，但是為了便于本發(fā)明進(jìn)行說明，術(shù)語(yǔ)透鏡和子透鏡將不加以區(qū)分。子透鏡重疊而形成復(fù)合透鏡。“復(fù)合透鏡”指的是其表面上具有多個(gè)小透鏡的大透鏡?！按笸哥R”指的是在其頂部無規(guī)地形成了小透鏡的尺寸更大的子透鏡。“小透鏡”指的是大透鏡上形成的比大透鏡小的透鏡。由于多個(gè)各種不同尺寸和形狀的透鏡交互重疊地生成，形成了類似花椰菜的復(fù)合透鏡細(xì)部結(jié)構(gòu)。子透鏡和子透鏡所形成的復(fù)合透鏡可凹入透明聚合物膜或者凸出透明聚合物膜。術(shù)語(yǔ)“凹”指的是其弧形類似球表面，同時(shí)該球的外表面與膜表面最為接近。術(shù)語(yǔ)“凸”指的是其弧形類似球表面，同時(shí)該球的內(nèi)表面最接近膜表面。術(shù)語(yǔ)“上表面”指的是膜較為遠(yuǎn)離光源的表面。術(shù)語(yǔ)“下表面”指的是膜較為接近光源的表面。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案可以比做月球的多坑表面。撞擊月球的小行星形成了與另一隕石坑隔開的隕石坑、與另一隕石坑部分重疊的隕石坑、在另一隕石坑內(nèi)形成的隕石坑或者吞噬另一隕石坑的隕石坑。隨著更多隕石坑的產(chǎn)生，月球表面出現(xiàn)凹坑交錯(cuò)的復(fù)雜狀況，其復(fù)雜度就類似于透明聚合物膜中所形成的透鏡的復(fù)雜度。
每個(gè)子透鏡的表面是局部球形的區(qū)段，它起到微型透鏡的作用以改變穿過透鏡的能量的光程。每個(gè)子透鏡的形狀是“半球形的”，指的是每個(gè)子透鏡的表面是球的一部分，而不一定非得是半球形的。其弧形表面具有相對(duì)于與透明聚合物膜平行的第一軸(x)測(cè)定的曲率半徑和相對(duì)于與透明聚合物膜平行且與第一軸(x)垂直的第二軸(y)測(cè)定的曲率半徑。膜陣列中的透鏡在x和y方向上不一定具有相等的尺寸。透鏡的尺寸，比如x或y方向上的長(zhǎng)度，一般比膜的長(zhǎng)度或?qū)挾刃〉枚唷！案?徑比”指的是復(fù)合透鏡高度與復(fù)合透鏡直徑之比?！爸睆健敝傅氖菑?fù)合透鏡在x和y平面內(nèi)的最大尺寸。高/徑的比值是光發(fā)散量的主要成因之一，或者是每個(gè)復(fù)合透鏡所產(chǎn)生的漫射量的主要成因之一。高/徑比較小表示透鏡直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高度，于是形成了更平更寬的復(fù)合透鏡。較大的高/徑比值表示更高更表面化的復(fù)合透鏡。復(fù)合透鏡的尺寸、形狀、光軸偏置和焦距可以不同。
構(gòu)造物(它決定了聚合物膜和基質(zhì)的基本折射率)的曲率、深度、尺寸、間距和材料，以及子透鏡的位置決定了漫射的大小，而且這些參數(shù)可在按照本發(fā)明的制造過程中建立。
光穿過透鏡的發(fā)散度可以說成“不對(duì)稱的”，這指的是水平方向上的發(fā)散度與垂直方向上的發(fā)散度是不同的。發(fā)散度曲線是不對(duì)稱的，或者說最大光透射方向并不是沿著θ＝0°方向的，而是處于與表面非正交的方向。至少有三種途徑可供利用，以使光線從子透鏡漫射膜中不對(duì)稱地散射，即在相應(yīng)于垂直方向的一個(gè)方向上改變透鏡的尺寸、使透鏡的光軸偏離透鏡中心以及采用像散透鏡。
采用帶有其光軸偏離各自透鏡中心的透鏡的漫射膜的結(jié)果是，會(huì)使光以不對(duì)稱的方式經(jīng)膜散射。但是，希望所形成的透鏡表面要使得光軸在x和y方向上均偏離透鏡中心。
可以在基質(zhì)相反一側(cè)形成子透鏡結(jié)構(gòu)。支持體各側(cè)上的子透鏡結(jié)構(gòu)可以在子透鏡曲率、深度、尺寸、間距和位置方面有所不同。
優(yōu)選有上和下表面的透明聚合物膜在該透明聚合物膜的表面上包含多個(gè)凸或凹的復(fù)合透鏡。已發(fā)現(xiàn)弧形的凹和凸聚合物透鏡能夠提供非常有效的光漫射效果。而且，本發(fā)明的聚合物透鏡是透明的，可實(shí)現(xiàn)光的高度透射，使LC顯示器具有亮度，從而發(fā)出更多的光。
聚合物膜表面上的凹透鏡或復(fù)合透鏡優(yōu)選無規(guī)排布。透鏡的無規(guī)排布提高了本發(fā)明材料的漫射效率。而且，因?yàn)橥哥R避免了有序的凹或凸排布形式，避免了所不希望的光干涉圖案。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，凹或凸透鏡位于透明聚合物片材的雙側(cè)。通過將透鏡設(shè)置在透明片材的兩側(cè)，同處于一側(cè)的本發(fā)明透鏡相比，可觀察到更為有效的光漫射效果。而且，在透明片材的兩側(cè)設(shè)置透鏡增大了離LC顯示裝置亮度增強(qiáng)膜最遠(yuǎn)的透鏡的焦距。
在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案中，凸透鏡存在于透明聚合物膜的上表面和凸透鏡存在于下表面。將凸透鏡設(shè)置在聚合物膜的兩側(cè)可與其它相鄰膜產(chǎn)生間隔，提供了透鏡進(jìn)行有效漫射所需的必要空氣隙。
在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中，凸透鏡存在于透明聚合物膜的上表面而凹透鏡則存在于下表面。將凸透鏡設(shè)置在聚合物膜的上側(cè)可與其它相鄰膜產(chǎn)生間隔，提供了透鏡進(jìn)行有效漫射所需的必要空氣隙。將凹透鏡設(shè)置在聚合物膜的下側(cè)可產(chǎn)生與相鄰膜光學(xué)接觸并且仍舊有效漫射光線的表面。
在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中，凹透鏡存在于透明聚合物膜的上表面和凹透鏡存在于下表面。將凹透鏡設(shè)置在聚合物膜的兩側(cè)可產(chǎn)生能與任一側(cè)上的相鄰膜光學(xué)接觸并且仍舊有效漫射光的表面。
在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中，凹透鏡存在于透明聚合物膜的上表面而凸透鏡存在于下表面。將凹透鏡設(shè)置在聚合物膜的上側(cè)可產(chǎn)生能與相鄰膜光學(xué)接觸并且仍舊有效漫射光的表面。將凸透鏡設(shè)置在聚合物膜的下側(cè)可與其它相鄰膜產(chǎn)生間隔，提供了透鏡進(jìn)行有效漫射所需的必要空氣隙。
凹或凸透鏡在任何方向上的平均出現(xiàn)率優(yōu)選4～250個(gè)復(fù)合透鏡/mm。如果膜的平均值為285個(gè)復(fù)合透鏡/mm，所產(chǎn)生的透鏡寬度接近光波長(zhǎng)。透鏡會(huì)給穿過透鏡的光賦予色彩并且改變顯示器的色溫。如果低于4個(gè)透鏡/mm，所產(chǎn)生的透鏡就太過大，因此漫射光就不太有效了。最優(yōu)選任何方向上的平均出現(xiàn)率為22～66個(gè)復(fù)合透鏡/mm的凹或凸透鏡。已表明平均出現(xiàn)率為22～6個(gè)復(fù)合透鏡可提供有效的光漫射效果并且可以利用對(duì)著無規(guī)圖案化的輥澆鑄涂布聚合物有效地制造。
優(yōu)選的透明聚合物膜其凹或凸透鏡在x和y方向上的平均寬度為3～60μm。如果透鏡的尺寸低于1μm，透鏡會(huì)在所經(jīng)過的光線中產(chǎn)生色位移，因?yàn)橥哥R尺寸與光波長(zhǎng)處于同一數(shù)量級(jí)。如果透鏡在x或y方向上的平均寬度大于68μm，那么透鏡就會(huì)因?yàn)樘蠖鵁o法有效漫射光。更優(yōu)選的是，凹或凸透鏡在x和y方向上的平均寬度界于15～40μm。該尺寸的透鏡已發(fā)現(xiàn)會(huì)獲得最為有效的漫射效果。
在包含小透鏡的凹或凸復(fù)合透鏡中，小透鏡直徑優(yōu)選平均低于大透鏡直徑的80％。如果小透鏡的直徑超過大透鏡的80％，那么漫射效率就會(huì)因?yàn)橥哥R復(fù)雜度下降而降低。
在包含小透鏡的凹或凸復(fù)合透鏡中，小透鏡在x和y方向上的寬度優(yōu)選界于2～20μm。如果小透鏡的尺寸低于1μm，透鏡就會(huì)在所經(jīng)過的光線中產(chǎn)生色位移，因?yàn)橥哥R尺寸與光線波長(zhǎng)處于同一數(shù)量級(jí)。如果小透鏡的尺寸大于25μm，漫射效率就會(huì)因?yàn)橥哥R復(fù)雜度的下降而降低。最優(yōu)選的是x和y方向上寬度為3～8μm的小透鏡。該范圍已發(fā)現(xiàn)可獲得最為有效的漫射效果。
凹或凸復(fù)合透鏡優(yōu)選包含烯烴重復(fù)單元。聚烯烴成本低廉并且光透射高。而且，聚烯烴聚合物可有效地熔體擠出并因此可用以制造卷片形式的光漫射體。
在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中，凹或凸復(fù)合透鏡包含碳酸酯重復(fù)單元。聚碳酸酯的光透射值很高，可實(shí)現(xiàn)高的光透射和漫射。高的光透射可提供比光透射值低的漫射材料更為明亮的LC裝置。
在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中，凹或凸復(fù)合透鏡包含酯重復(fù)單元。聚酯的成本低廉并且具有良好的強(qiáng)度和表面性能。而且，聚酯聚合物在溫度80～200℃下尺寸穩(wěn)定并且因此可以承受顯示器光源所產(chǎn)生的熱。
透明聚合物膜優(yōu)選其聚合物膜包含酯重復(fù)單元。聚酯的成本低廉并且具有良好的強(qiáng)度和表面性能。而且，聚酯聚合物膜片在密閉式顯示裝置所遇到的現(xiàn)行溫度范圍內(nèi)尺寸穩(wěn)定。聚酯聚合物容易破裂，能夠通過沖切漫射體片材而將其插入顯示裝置中。
在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中，透明聚合物膜的聚合物膜包含碳酸酯重復(fù)單元。聚碳酸酯同聚烯烴聚合物相比具有高的光學(xué)透射值并且因此可以改進(jìn)顯示裝置的亮度。
在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中，透明聚合物膜的聚合物膜包含烯烴重復(fù)單元。聚烯烴的成本低廉并且具有良好的強(qiáng)度和表面性能。
在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中，透明聚合物膜的聚合物膜包含三乙?；w維素。三乙酰基纖維素具有高的光學(xué)透射和低的光學(xué)雙折射，使本發(fā)明漫射體既能漫射光又能降低不希望的光學(xué)圖案。
本發(fā)明漫射體材料的漫射光透射優(yōu)選大于50％。漫射體光透射低于45％將無法使足夠量的光通過漫射體，因此會(huì)使漫射體失效。子透鏡膜更為優(yōu)選的漫射光透射大于80～95％。80％的漫透射可以使LC裝置能夠改善電池壽命并且提高屏幕亮度。透明聚合物膜最為優(yōu)選的漫透射大于92％。92％的漫透射可實(shí)現(xiàn)背光光源的漫射并且最大限度地增大LC的亮度，顯著地改善室外用LC裝置的圖象質(zhì)量，LC屏幕在室外應(yīng)用時(shí)必須與自然陽(yáng)光相競(jìng)爭(zhēng)。
凹或凸透鏡優(yōu)選是半球形的，指的是每個(gè)子透鏡的表面是球體的一部分，而不一定非得是半球形的。這在x y平面內(nèi)提供了優(yōu)異的均勻漫射效果。半球形狀的透鏡均勻地散射入射光，這是背光顯示器應(yīng)用所期盼的，因?yàn)樵搼?yīng)用中顯示器區(qū)域需要得到均勻的照明。
在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中，凹或凸透鏡是非球形的，指的是透鏡在x和y方向上的寬度是不同的。這可在x y平面內(nèi)選擇性地散射光。比如，特定的x y縱橫比可能會(huì)產(chǎn)生橢圓狀散射圖案。這可用于LC顯示器的前面，使光在水平方向上比在垂直方向上發(fā)散得更強(qiáng)以擴(kuò)大視角。
凹或凸透鏡優(yōu)選其高/徑比為0.03～1.0。高/徑比低于0.01(非常寬且薄的透鏡)限制了漫射性能，因?yàn)橥哥R的曲率不足以有效地發(fā)散光線。高/徑比大于2.5時(shí)所獲得的透鏡，其透鏡側(cè)與基質(zhì)間夾角會(huì)很大。這會(huì)造成內(nèi)反射，限制了透鏡的漫射能力。凹或凸透鏡最優(yōu)選的高/徑比為0.25～0.48。已經(jīng)證明，在該范圍內(nèi)可產(chǎn)生最為有效的漫射效果。
每個(gè)大透鏡所擁有的小透鏡的數(shù)目?jī)?yōu)選2～60個(gè)。如果大透鏡有一個(gè)或沒有小透鏡，其復(fù)雜度會(huì)降低，因此其漫射就不那么有效了。如果大透鏡在其上含有多于70個(gè)小透鏡，某些小透鏡的寬度就會(huì)接近光的波長(zhǎng)，從而為所透射的光賦予色彩。最優(yōu)選的是每個(gè)大透鏡有5～18個(gè)小透鏡。該范圍已表明可產(chǎn)生最為有效的漫射效果。
透明聚合物膜的厚度優(yōu)選低于250μm或者更優(yōu)選12.5～50μm。LC裝置的當(dāng)今設(shè)計(jì)潮流朝著更輕和更薄裝置的方向發(fā)展。通過將光漫射體的厚度降低到低于250μm，LC裝置可以制造得更輕和更薄。而且，通過降低光漫射體的厚度，可以通過降低光透射而改進(jìn)LC裝置的亮度。更優(yōu)選的光漫射體厚度是12.5～50μm，這會(huì)進(jìn)一步使得光漫射體能夠方便地與LC裝置中的其它光學(xué)材料比如亮度增強(qiáng)膜結(jié)合。而且，通過降低光漫射體的厚度，減少了漫射體的材料用量。
因?yàn)楸景l(fā)明的熱塑性光漫射體典型地與其它光學(xué)卷材組合使用，優(yōu)選彈性模量大于500MPa的光漫射體。彈性模量大于500MPa使得光漫射體能夠用壓敏粘合劑層合從而與其它光學(xué)卷材結(jié)合。而且，因?yàn)楣饴潴w在機(jī)械性能上很堅(jiān)韌，所以同現(xiàn)有技術(shù)的易損的且很難組裝的澆鑄漫射膜相比，該光漫射體更能承受得住組裝過程中的嚴(yán)酷條件。


圖1表示的是適用于液晶顯示裝置的透明基材上所形成的復(fù)合透鏡的橫截面。光漫射膜12包含透明聚合物基底20，在該聚合物基底之上，大凸透鏡22存在于透明聚合物基底26的表面上。小透鏡24存在于大透鏡22的表面上。本發(fā)明在大透鏡22的表面上包含多個(gè)小透鏡24，因此形成復(fù)合透鏡。本發(fā)明的光透射膜含有許多來自大透鏡22和小透鏡24的漫射表面。
圖2表示的是帶有光漫射體的液晶顯示裝置。開啟可見光源18并且將光導(dǎo)入光導(dǎo)管2中。利用燈光反射器4將光能導(dǎo)入以聚丙烯箱子表示的光導(dǎo)管2中。反射帶6、反射帶10和反射膜8用來防止光能以所不希望的方向射出光導(dǎo)管2。透明聚合物膜形式的光漫射膜12用來漫射以垂直光漫射體的方向射出光導(dǎo)管的光能。利用亮度增強(qiáng)膜14來將光能聚焦入偏振片16中。光漫射膜12與亮度增強(qiáng)膜14接觸。
透明聚合物膜在其表面上包含多個(gè)凹和/或凸復(fù)合透鏡，它所用的聚合物片材一般是尺寸穩(wěn)定、光學(xué)透明的并且含有光滑表面。優(yōu)選雙軸向取向的聚合物片材，因?yàn)樗鼈兒鼙〔⑶彝瑵茶T涂布的聚合物片材相比其彈性模量更高。雙軸向取向片材很容易通過片材共擠出然后雙軸向取向而進(jìn)行制造，其中片材可以合有多個(gè)層。這類雙軸向取向片材比如參見美國(guó)專利4,764,425。
適宜類別的用于透明聚合物膜的熱塑性聚合物包括聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、纖維素酯、聚苯乙烯、聚乙烯基樹脂、聚磺酰胺、聚醚、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚苯硫、聚四氟乙烯、聚縮醛、聚磺酸酯、聚酯離聚物和聚烯烴離聚物?？梢圆捎眠@些聚合物的共聚物和/或混合物。
優(yōu)選聚烯烴，尤其是聚丙烯、聚乙烯、聚甲基戊烯和其混合物。聚烯烴共聚物，包括丙烯和乙烯與比如己烯、丁烯和辛烯的共聚物也是優(yōu)選的。最優(yōu)選聚丙烯，因?yàn)樗鼈兂杀竞艿筒⑶揖哂辛己玫膹?qiáng)度和表面性能。
本發(fā)明透明聚合物膜的優(yōu)選聚酯包括從4-20個(gè)碳原子的芳香族、脂肪族或脂環(huán)族二羧酸與2-24個(gè)碳原子的脂肪族或脂環(huán)族二醇制造的那些。適宜的二羧酸的實(shí)例包括對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸、鄰苯二甲酸、萘二甲酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、富馬酸、馬來酸、衣康酸、1，4-環(huán)己烷二甲酸、鈉磺基間苯二甲酸和其混合物。適宜的二醇的實(shí)例包括乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、1，4-環(huán)己烷二甲醇、二甘醇、其它聚乙二醇和其混合物。這類聚酯在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的并且可以通過已知的技術(shù)進(jìn)行制造，比如參見美國(guó)專利2,465,319和美國(guó)專利2,901,466。優(yōu)選的連續(xù)基體聚酯是其重復(fù)單元來自對(duì)苯二甲酸或萘二甲酸和至少一種選自乙二醇、1，4-丁二醇和1，4-環(huán)己烷二甲醇的二醇的那些。特別優(yōu)選聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)，它可以用少量的其它單體來改性。其它適宜的聚酯包括通過引入適宜量的共酸組分比如茋二甲酸而形成的液晶共聚酯。這類液晶共聚酯的實(shí)例參見美國(guó)專利4,420,607、4,459,402和4,468,510。
對(duì)透明聚合物膜有用的聚酰胺包括尼龍6、尼龍66和其混合物。聚酰胺的共聚物也是適宜的連續(xù)相聚合物。有用的聚碳酸酯的實(shí)例是雙酚A聚碳酸酯。適宜用作復(fù)合片材的連續(xù)相聚合物的纖維素酯包括纖維素硝酸酯、纖維素三乙酸酯、纖維素二乙酸酯、纖維素乙酸丙酸酯、纖維素乙酸丁酸酯、以及其混合物或共聚物。有用的聚乙烯基樹脂包括聚氯乙烯、聚(乙烯醇縮乙醛)和其混合物。乙烯基樹脂的共聚物也可以采用。
本發(fā)明的復(fù)合透鏡優(yōu)選包含聚合物。之所以優(yōu)選聚合物是因?yàn)樗鼈兺F(xiàn)有技術(shù)的玻璃透鏡相比一般成本較低、具有優(yōu)異的光學(xué)性能并且可采用已知方法比如熔體擠出、真空成型和注射模塑法而有效率地成型為透鏡。復(fù)合透鏡成型所優(yōu)選的聚合物包括聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、纖維素酯、聚苯乙烯、聚乙烯基樹脂、聚磺酰胺、聚醚、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚苯硫、聚四氟乙烯、聚縮醛、聚磺酸酯、聚酯離聚物和聚烯烴離聚物?？梢圆捎酶倪M(jìn)機(jī)械或光學(xué)性能的這些聚合物的共聚物和/或混合物。透明復(fù)合透鏡優(yōu)選的聚酰胺包括尼龍6、尼龍66和其混合物。聚酰胺的共聚物也是適宜的連續(xù)相聚合物。有用的聚碳酸酯的實(shí)例是雙酚A聚碳酸酯。適宜用作復(fù)合透鏡的連續(xù)相聚合物的纖維素酯包括纖維素硝酸酯、纖維素三乙酸酯、纖維素二乙酸酯、纖維素乙酸丙酸酯、纖維素乙酸丁酸酯以及其混合物或共聚物。優(yōu)選的聚乙烯基樹脂包括聚氯乙烯、聚(乙烯醇縮乙醛)和其混合物。乙烯基樹脂的共聚物也可以采用。本發(fā)明復(fù)合透鏡所優(yōu)選的聚酯包括從4-20個(gè)碳原子的芳香族、脂肪族或脂環(huán)族二羧酸與2-24個(gè)碳原子的脂肪族或脂環(huán)族二醇制造的那些。適宜的二羧酸的實(shí)例包括對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸、鄰苯二甲酸、萘二甲酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、富馬酸、馬來酸、衣康酸、1，4-環(huán)己烷二甲酸、鈉磺基間苯二甲酸和其混合物。適宜的二醇的實(shí)例包括乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、1，4-環(huán)己烷二甲醇、二甘醇、其它聚乙二醇和其混合物。
優(yōu)選向聚酯面層中添加附加物以改變成像元件的色彩。本發(fā)明中可添加的附加物是光學(xué)增白劑。光學(xué)增白劑是基本無色的熒光有機(jī)化合物，它吸收紫外光并以可見藍(lán)光的形式發(fā)射。實(shí)例包括但不限于4，4′-二氨基茋-2，2′-二磺酸衍生物、香豆素衍生物比如4-甲基-7-二乙基氨基香豆素、1，4-雙(鄰氰基苯乙烯基)苯和2-氨基-4-甲基苯酚。通過有效利用光學(xué)增白劑可獲得超乎意料的所需特性。因?yàn)橥干滹@示材料的紫外光源處于圖象的相反一側(cè)，紫外光強(qiáng)度就不會(huì)因成像層所常見的紫外濾光片而降低。其結(jié)果是只需較少的光學(xué)增白劑就可獲得所需的背景色。
漫射體片材可以在澆鑄熱塑性子透鏡之前或之后以任何數(shù)目的涂層進(jìn)行涂布或處理，這些涂層可用以改進(jìn)包括可印刷性的片材性能、提供蒸汽屏蔽層、使其可熱封或者改善粘接力。其實(shí)例可以是針對(duì)可印刷性的丙烯酸涂層、針對(duì)熱封性能的涂布聚偏氯乙烯。其它實(shí)例包括火焰、等離子體或電暈放電處理，以改善可印刷性或粘接力。
本發(fā)明的漫射體片材可以與選自光學(xué)補(bǔ)償膜、偏振膜和基質(zhì)構(gòu)造、液晶層的一種或多種層組合使用。本發(fā)明的漫射膜優(yōu)選按漫射膜/偏振膜/光學(xué)補(bǔ)償膜的次序組合使用。如果在液晶顯示裝置中組合使周前述膜，膜彼此之間比如可以通過粘性粘合劑進(jìn)行粘接以最大限度降低反射損失等。粘性粘合劑優(yōu)選折射率接近取向膜的那些，以抑制光的界面反射損失。
子透鏡漫射體膜也可以與其它光漫射體一起使用，比如整體漫射體、柱鏡層、珠粒層、表面漫射體、全息漫射體、微結(jié)構(gòu)漫射體、其它透鏡陣列或者其各種組合。子透鏡漫射體膜可散射或漫射光線，由此消除了任何因引入有序的周期性透鏡陣列而可能產(chǎn)生的衍射圖案。子透鏡漫射體膜可以位于任何漫射體或透鏡陣列之前或之后。
本發(fā)明的漫射片材可以與由透明聚合物制造的膜或片材組合使用。這類聚合物的實(shí)例是聚酯比如聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯、丙烯酸類聚合物比如聚甲基丙烯酸甲酯，以及聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯酸酯和三乙酰基纖維素。整體漫射體可以固定到玻璃片材上實(shí)現(xiàn)承載。
本發(fā)明的透明聚合物膜在另一方面也可以包括一種或多種光學(xué)涂層，以穿過一種或多種子透鏡通路來改善光學(xué)透射。一般希望以增透(AR)涂層來涂布漫射體，以提高漫射體的效率。
本發(fā)明的漫射體片材可以引入比如添加劑或潤(rùn)滑劑，比如二氧化硅，以在不損害光學(xué)特性的范圍內(nèi)改進(jìn)膜的表面平滑性，從而改變光散射性能，包括入射角。這類添加劑的實(shí)例是有機(jī)溶劑，比如二甲苯、醇或酮、細(xì)丙烯酸樹脂顆粒、硅氧烷樹脂或Δ金屬氧化物或填料。
本發(fā)明的子透鏡漫射體膜一般有光學(xué)各向異性。卷材和澆鑄熱塑性樹脂一般都是顯示出光學(xué)各向異性的光學(xué)各向異性材料，其光軸在牽伸方向上。光學(xué)各向異性表示為膜厚度d與雙折射Δn之積，雙折射是膜平面內(nèi)慢光軸方向上折射率與快光軸方向上折射率之差，即，Δn*d(阻滯作用)。取向方向與本發(fā)明膜中的牽伸軸一致。對(duì)于具有正的特性雙折射的熱塑性聚合物而言，牽伸軸是慢光軸的方向，而對(duì)于具有負(fù)的特性雙折射的熱塑性聚合物而言，它就是快光軸的方向。對(duì)Δn*d值的必需水平?jīng)]有固定要求，因?yàn)樵撍饺Q于膜的用途。
在本發(fā)明的制造方法中，將優(yōu)選的透鏡聚合物經(jīng)縫模進(jìn)行熔體擠出。一般優(yōu)選采用T型模或衣架?？谛汀Ｔ摲椒ㄉ婕敖?jīng)縫模擠出聚合物或聚合物共混物，然后在帶有優(yōu)選的透鏡幾何結(jié)構(gòu)的冷卻的澆鑄轉(zhuǎn)鼓上快速驟冷該擠出的網(wǎng)材，從而使該透明片材的透鏡聚合物組分驟冷至低于其玻璃化凝固溫度之下并且保持漫射透鏡的形狀。
開發(fā)出了制造漫射膜組合件的方法。優(yōu)選的方法包括提供帶有許多復(fù)合透鏡的正性主驟冷輥的步驟。通過向驟冷輥表面澆鑄熔融聚合物材料而由主驟冷輥復(fù)制出漫射膜并且將帶有子透鏡結(jié)構(gòu)的聚合物材料轉(zhuǎn)移到透明聚合物膜上。
驟冷輥的制造方法包括這些步驟向輥表面上電鍍一層銅，然后以珠粒比如玻璃或二氧化硅磨蝕性噴砂銅層表面，以形成具半球形細(xì)部結(jié)構(gòu)的表面花紋。將所得到的噴砂表面電鍍上光亮的鎳或鍍鉻，其深度要使得表面花紋的細(xì)部結(jié)構(gòu)凹入輥或凸出輥。因?yàn)轶E冷輥表面的脫模特性，樹脂將不會(huì)粘附在輥表面上。
珠粒噴砂操作采用自動(dòng)化操縱壓力系統(tǒng)進(jìn)行，其中精確控制噴嘴加料速率、噴嘴與輥表面的距離、噴砂操作過程中的輥轉(zhuǎn)速和顆粒速度，以獲得所需的子透鏡結(jié)構(gòu)。
驟冷輥單位面積上細(xì)部結(jié)構(gòu)的數(shù)目由珠粒尺寸和圖案深度決定。更大的珠粒直徑和更深的圖案將在給定區(qū)域內(nèi)獲得較少數(shù)目的細(xì)部結(jié)構(gòu)。因此，細(xì)部結(jié)構(gòu)的數(shù)目在本質(zhì)上決定于珠粒尺寸和圖案深度。
本發(fā)明的復(fù)合透鏡也可以通過圍繞圖案進(jìn)行真空成型、注射模塑透鏡以及在聚合物卷材中壓出透鏡的方法制造。雖然這些制造方法的確可以生產(chǎn)出能夠有效漫射光線的可接受的透鏡，但是向帶圖案輥上熔體澆鑄涂布聚合物，然后將其轉(zhuǎn)移到透明聚合物卷材上的方法可以使本發(fā)明的透鏡能夠進(jìn)入輥中成型，從而降低漫射透鏡的制造成本。而且，與壓紋和真空成型法相比，已發(fā)現(xiàn)澆鑄涂布聚合物的方法更能有效地復(fù)制所需的復(fù)合透鏡幾何結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明可以與任何液晶顯示裝置一起使用，以下描述這類裝置的典型結(jié)構(gòu)。液晶(LC)廣泛用于電子顯示。在這些顯示系統(tǒng)中，LC層處于偏振體層和檢偏振體層之間，還有導(dǎo)向體，該導(dǎo)向體指示出方位角通過該層相對(duì)于法向軸的扭轉(zhuǎn)情況。檢偏振體的取向要確保其吸收軸與偏振體的吸收軸垂直。經(jīng)過偏振體偏振化的入射光穿過液晶單元，它受到液晶中分子取向的影響，此影響可通過沿液晶單元施加電壓而改變。利用該原理，可以控制來自外部光源的光線的透射情況，包括環(huán)境光線。實(shí)現(xiàn)這一控制所需的能量一般遠(yuǎn)比其它顯示類型比如陰極射線管中所用的發(fā)光材料所需要的低。因此，LC技術(shù)可用于許多應(yīng)用領(lǐng)域，包括但不限于電子表、計(jì)算器、手提電腦、電子游戲機(jī)，對(duì)于這些應(yīng)用而言，重量輕、低能耗和操作壽命長(zhǎng)是重要的特性。
有源矩陣液晶顯示器(LCD)采用了薄的膜晶體管(TFT)作為驅(qū)動(dòng)每個(gè)液晶像素的切換裝置。這些LCD可以顯示更高清晰度的圖像而不會(huì)出現(xiàn)干擾，因?yàn)槊總€(gè)液晶像素可以選擇性地驅(qū)動(dòng)。光學(xué)模式干涉(OMI)顯示器是液晶顯示器，該類顯示器“通常是白色的”，就是說光透射以關(guān)閉態(tài)通過該顯示器層。利用了扭轉(zhuǎn)向列型液晶的LCD其操作模式大致可分為雙折射模式和光學(xué)旋轉(zhuǎn)模式?！澳ぱa(bǔ)償超扭轉(zhuǎn)向列型”(FSTN)LCD通常是黑色的，就是說，在沒有施加電壓時(shí)光透射以關(guān)閉態(tài)被阻滯。OMI顯示器據(jù)報(bào)道響應(yīng)時(shí)間更快并且操作溫度范圍更寬。
來自白熾燈或太陽(yáng)的普通光線是無規(guī)偏振的，就是說，它包括按所有可能方向取向的光波。偏振體是二色性材料，其作用是通過從入射光光束中選擇性地除去兩個(gè)垂直平面偏振分量之一而將無規(guī)偏振(“非偏振”)光束轉(zhuǎn)化成偏振光束。線性偏振體是液晶顯示器(LCD)裝置的關(guān)鍵部件。
有幾種類型的高二色性比的偏振體，它們擁有LCD裝置應(yīng)用所需的足夠的光學(xué)性能。這些偏振體由透射一個(gè)偏振分量而吸收另一個(gè)與此垂直的分量(該效應(yīng)被稱為二色性)的材料的薄片制造而成。最常用的塑料片偏振體由薄的、單軸拉伸的聚乙烯醇(PVA)膜構(gòu)成，該膜以或多或少平行的方式使PVA聚合物鏈排布成行。然后以被PVA吸收并且經(jīng)PVA單軸取向的碘分子或者有色的二色性染料的結(jié)合物(參見比如EP0182632A2，Sumitomo Chemical Company，Limited)摻雜該排布成行的PVA，從而制造出中性灰色調(diào)的高度各向異性基體。為了機(jī)械支撐脆弱的PVA膜，然后在其雙側(cè)層合上三乙酰基纖維素(TAC)剛性層，或者類似的支持體。
對(duì)比度、色彩再現(xiàn)和穩(wěn)定的灰譜強(qiáng)度是利用液晶技術(shù)的電子顯示器的重要質(zhì)量屬性。限制液晶顯示器對(duì)比度的主要因素是光線在通過處于暗或“黑”像素狀態(tài)的液晶元件或單元時(shí)其“漏跑”的傾向。而且，漏光現(xiàn)象以及最終液晶顯示器對(duì)比度也取決于顯示器屏幕的視角。理想的對(duì)比度一般只在以垂直顯示器入射為中心的狹窄視角范圍內(nèi)才能觀察得到，并且隨著視角的增大而迅速下降。在彩色顯示器中，漏光問題不僅會(huì)使對(duì)比度變次，還會(huì)造成色彩或色調(diào)遷移，色彩再現(xiàn)也隨之變壞。除了黑態(tài)漏光之外，典型的扭轉(zhuǎn)向列型液晶顯示器中狹窄的視角問題會(huì)因作為視角函數(shù)的亮度-電壓曲線的位移而加重，因?yàn)橐壕Р牧嫌泄鈱W(xué)各向異性。
當(dāng)本發(fā)明的透明聚合物膜在背光系統(tǒng)中用作光散射膜時(shí)，該膜可以使亮度均勻。背光照明的LCD顯示器屏幕，比如手提電腦所用的顯示器屏幕，它具有位置很靠近LCD屏幕的較局部光源(除了熒光)或者較局部光源的陣列，從而可能會(huì)察覺到相應(yīng)于這些光源的單個(gè)“亮斑”。漫射體膜的作用是在整個(gè)顯示器內(nèi)使照度均勻。液晶顯示裝置包括組合了選自比如有源矩陣驅(qū)動(dòng)和簡(jiǎn)單矩陣驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方法與選自扭轉(zhuǎn)向列型、超扭轉(zhuǎn)向列型、鐵電液晶和反鐵電液晶模式的液晶模式的顯示裝置，但是本發(fā)明并不限于前述組合。在液晶顯示裝置中，本發(fā)明的取向膜必須位于背光之前。本發(fā)明的子透鏡漫射體膜可以在整個(gè)顯示器內(nèi)使液晶顯示裝置的亮度均勻，因?yàn)樵撃ぞ哂袃?yōu)異的光散射性能，使光膨脹而在所有方向上獲得優(yōu)異的可視度。雖然即使是單獨(dú)使用這類子透鏡漫射體膜也可以達(dá)到前述效果，但是多個(gè)膜可以組合使用。均勻化子透鏡漫射體膜可以放置在LCD材料之前以透射模式透過光線并且使其更為均勻。本發(fā)明的一個(gè)明顯用途是用作光源除結(jié)構(gòu)裝置。在許多應(yīng)用中，希望從光源本身的輸出中消除燈絲結(jié)構(gòu)，這在某些應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生問題，因?yàn)檠刂鴺悠贩植嫉墓饩€會(huì)有所不同，并且這也是所不希望的。還有，更換光源之后光源燈絲或弧光取向情況的改變可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤和使人誤解的讀數(shù)。將本發(fā)明的均勻化子透鏡漫射體膜放置在光源和檢測(cè)器之間，可以從光源輸出中消除任何燈絲結(jié)構(gòu)的痕跡，由此產(chǎn)生不因光源而異的均勻輸出。
通過提供照射方向隨意可調(diào)的令人滿意的均勻光線，子透鏡漫射體膜可用來控制舞臺(tái)照明。在舞臺(tái)和電視演出中，必須采用各種各樣的舞臺(tái)燈光以達(dá)到合適照明所需的所有不同效果。這就要求使用許多不同的麻煩且昂貴的燈具。將本發(fā)明的膜放在燈具之上，無論在任何需要它的地方都能獲得靈活性幾乎無窮無盡的散射光了。因此，幾乎任何物體，無論是運(yùn)動(dòng)的還是靜止的，以及任何形狀，都可以被恰如其分地照明。
通過向本發(fā)明的子透鏡漫射體膜上施用由金屬膜等構(gòu)成的反射層而形成的反射膜可以比如用作交通標(biāo)志的反光元件。其使用形式可以是應(yīng)用于汽車、自行車、人身等。
本發(fā)明的子透鏡漫射體膜也可以用于執(zhí)法場(chǎng)所和保安系統(tǒng)，以使激光二極管(LD)或發(fā)光二極管(LED)的輸出在整個(gè)保安區(qū)域內(nèi)均勻，從而提供了比紅外(IR)檢測(cè)器更高的對(duì)比度。本發(fā)明的膜也可以用來從使用LED或LD源的裝置比如支票讀取機(jī)或皮膚處理裝置上提取構(gòu)造。這能提高精確度。
固定在外科醫(yī)生帽上的光導(dǎo)纖維燈組合件如果有一個(gè)光導(dǎo)纖維元件在手術(shù)過程中發(fā)生故障，就會(huì)在外科手術(shù)部位上映照出惱人的光強(qiáng)度變化。放在纖維束末端的本發(fā)明子透鏡漫射體膜使來自剩余纖維的光線均勻并且從照在病人身上的光線中消除了故障纖維的任何痕跡。標(biāo)準(zhǔn)毛玻璃漫射體在該應(yīng)用中就不那么有效了，因?yàn)轱@著的反向散射會(huì)造成通過量損失。
通過消除光源燈絲或弧光結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的子透鏡漫射體膜也可以用于均勻地照亮顯微鏡下面的樣品，產(chǎn)生均勻照明的視場(chǎng)。該膜也可以用于使通過纖維傳播的各種模式均勻，比如來自螺旋模式纖維的光輸出。
本發(fā)明的子透鏡漫射體膜在建筑上也有很大用處，比如為工程或住所提供適當(dāng)?shù)墓饩€。在典型的工業(yè)應(yīng)用中，可使用廉價(jià)的透明聚合物漫射體膜，以有助于在室內(nèi)漫射光線。本發(fā)明的勻光體可代替這些常規(guī)漫射體之一，能夠提供更為均一的光輸出，從而使光線均勻地漫射至室內(nèi)的每個(gè)角落而不會(huì)留下亮斑。
本發(fā)明的子透鏡漫射體膜也可以用來漫射照射藝術(shù)品的光線。透明聚合物膜漫射體提供了大小和方向合適的恰當(dāng)光環(huán)，從而以最適合需要的方式顯現(xiàn)該藝術(shù)品。
而且，本發(fā)明的子透鏡漫射體膜可以廣泛用作光學(xué)設(shè)備比如顯示裝置的部件。除了液晶顯示裝置背光系統(tǒng)的前述光散射板之外，它比如可以在反射式液晶顯示裝置中用作與反射膜比如金屬膜層合的光反射板或者在將金屬膜朝向裝置后側(cè)(與觀察者相反的一側(cè))放置時(shí)使膜導(dǎo)向前側(cè)(觀察者一側(cè))的前散射膜。通過與被稱為ITO膜的由氧化銦構(gòu)成的透明導(dǎo)電層進(jìn)行層合，本發(fā)明的子透鏡漫射體膜可以用作電極。如果使用該材料來形成反射屏幕，比如正投屏幕，那么就在透明聚合物膜漫射體上施用光反射層。
透明聚合物漫射體膜的另一個(gè)用途是背投屏幕，該應(yīng)用一般希望在很大的區(qū)域內(nèi)將圖象從光源投影到屏幕上。電視機(jī)的視角在垂直方向上一般小于水平方向上。漫射體的作用就是發(fā)散光線以增大視角。
漫射膜樣品采用配備了累計(jì)球的Hitachi U4001 UV/Vis/NIR分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)試。將樣品放置在光束口處，使帶復(fù)合透鏡的正面朝著累計(jì)球，以此來測(cè)定總透射光譜。將校準(zhǔn)過的99％漫反射標(biāo)準(zhǔn)樣(可檢測(cè)到NIST)放置在標(biāo)準(zhǔn)樣品口處。按照類似方式測(cè)試漫透射光譜，但拿掉那塊99％標(biāo)片。將樣品放置在樣品口處，使涂布一側(cè)朝著累計(jì)球，以此來測(cè)試漫反射光譜。為了排除樣品的背襯反射，樣品后面不放任何物體。所獲得的全部光譜均處于350-800nm之間。因?yàn)槁瓷浣Y(jié)果要相對(duì)于99％標(biāo)片進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此這些值不是絕對(duì)的，還必須利用99％標(biāo)片的校準(zhǔn)報(bào)告進(jìn)行校正。
總透射光百分率指的是按所有角度透射通過樣品的光的百分率。漫透射定義為除了與入射光角呈2.5°度角的光以外，通過樣品的光的百分率。漫射光透射是按漫透射方式通過樣品的光的百分率。漫反射定義為樣品所反射的光的百分率。實(shí)施例中所用的百分率是在500nm處測(cè)定的。這些值的總和可能達(dá)不到100％，這是因?yàn)槭軠y(cè)樣品中的樣品吸收或些許波動(dòng)所致。
本發(fā)明的實(shí)施方案不僅能夠提供改進(jìn)的光漫射和透射效果，而且還能夠提供減少厚度的漫射膜片和降低光散射傾向的漫射膜。
按照包括以下步驟的方法制造了兩個(gè)帶圖案的驟冷輥(復(fù)合透鏡和單透鏡幾何結(jié)構(gòu))在輥表面上電鍍一層銅，然后以玻璃珠磨蝕性噴砂銅層表面以形成具半球形細(xì)部結(jié)構(gòu)的表面花紋。在所得到的噴砂表面電鍍上光亮的鎳，其深度要使得表面花紋的細(xì)部結(jié)構(gòu)凹入輥或凸出輥。珠粒噴砂操作采用自動(dòng)化操縱壓力系統(tǒng)進(jìn)行，其中精確控制噴嘴加料速率、噴嘴與輥表面的距離、噴砂操作過程中的輥轉(zhuǎn)速以及顆粒的速度，以獲得所需的復(fù)合透鏡結(jié)構(gòu)。單位面積驟冷輥中細(xì)部結(jié)構(gòu)的數(shù)目取決于珠粒大小以及圖案深度。較大的珠粒直徑和較深的圖案會(huì)在給定面積內(nèi)得到較少數(shù)目的細(xì)部結(jié)構(gòu)。
從空白鋼輥開始，然后在447MPa壓力下以14號(hào)鋼砂進(jìn)行噴鋼砂處理，以此制造出帶復(fù)合透鏡圖案的輥。然后為輥鍍鉻。輥表面上所得到的復(fù)合透鏡是凸形的。從空白銅輥開始，然后在310MPa壓力下以14號(hào)球形鋼砂進(jìn)行噴鋼砂處理，以此制造出帶單透鏡圖案的輥(對(duì)照)。輥表面上所得到的單透鏡是凹形的。
利用這兩個(gè)帶圖案的驟冷輥衣架型縫模中將主要包含96.5％LDPE(Eastman Chemical grade D4002P)、3％氧化鋅和0.5％硬脂酸鈣的聚烯烴聚合物擠出涂布到光透射百分率為97.2％的100μm透明取向聚酯卷材上，從而制造出光漫射片材。聚烯烴澆鑄涂層的涂布量為25.88g/m2。
含有復(fù)合透鏡的本發(fā)明材料帶有無規(guī)分布的透鏡，它所包含的大透鏡的平均直徑為27.1μm，而大透鏡表面上小透鏡的平均直徑為6.7μm。小大透鏡的平均比值為17.2～1。對(duì)照漫射片材所包含的無規(guī)分布的單透鏡的平均直徑為25.4μm。澆鑄涂布漫射片材的結(jié)構(gòu)如下，成型聚烯烴透鏡透明聚酯基測(cè)定含有按前述(本發(fā)明和對(duì)照)成型的聚合物透鏡的兩個(gè)漫射片材以及在涂布在聚酯卷材上的丙烯酸粘合劑層中含有8μm聚合物珠粒的現(xiàn)有技術(shù)聚合物光漫射體的光透射百分率、漫射光透射百分率、單向光透射百分率和漫反射百分率。
漫射膜樣品采用配備了累計(jì)球的Hitachi U4001 UV/Vis/NIR分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)試。將樣品放置在光束口處，使帶復(fù)合透鏡的正面朝著累計(jì)球，以此來測(cè)定總透射光譜。將校準(zhǔn)過的99％漫反射標(biāo)準(zhǔn)樣(可檢測(cè)到NIST)放置在標(biāo)準(zhǔn)樣品口處。按照類似方式測(cè)試漫透射光譜，但拿掉那塊99％標(biāo)片。將樣品放置在樣品口處，使涂布一側(cè)朝著累計(jì)球，以此來測(cè)試漫反射光譜。為了排除樣品的背襯反射，樣品后面不放任何物體。所獲得的全部光譜均處于350-800nm之間。因?yàn)槁瓷浣Y(jié)果要相對(duì)于99％標(biāo)片進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此這些值不是絕對(duì)的，還必須利用99％標(biāo)片的校準(zhǔn)報(bào)告進(jìn)行校正。
總透射光百分率指的是按所有角度透射通過樣品的光的百分率。漫透射定義為除了與入射光角呈2.5°度角的光以外，通過樣品的光的百分率。漫射光透射是按漫透射方式通過樣品的光的百分率。漫反射定義為樣品所反射的光的百分率。實(shí)施例中所用的百分率是在500nm處測(cè)定的。這些值的總和可能達(dá)不到100％，這是因?yàn)槭軠y(cè)樣品中的樣品吸收或些許波動(dòng)所致。
下表1給出的是本發(fā)明、對(duì)照以及現(xiàn)有技術(shù)材料的測(cè)試值。
表1

前述數(shù)據(jù)清楚地表明，透明聚合物表面上所形成的復(fù)合聚合物透鏡提供了優(yōu)異的光漫射效果和透射百分率，可使液晶顯示裝置更為明亮。本發(fā)明材料的漫射光透射為85.2％，顯著優(yōu)于單透鏡(59.0％)和現(xiàn)有技術(shù)材料(65.7％)。同單透鏡(一個(gè)弧形表面)和現(xiàn)有技術(shù)材料(一個(gè)弧形表面)相比，本發(fā)明的復(fù)合透鏡針對(duì)透射光漫射提供了多得多的弧形表面區(qū)域。漫射光透射對(duì)于LC裝置的質(zhì)量而言是一個(gè)重要因素，因?yàn)槁淦谋仨氀诒蜭C裝置所常見的光導(dǎo)管圖案。本發(fā)明的總光透射為91.7％，比起單透鏡(59.0)和現(xiàn)有技術(shù)材料有了顯著的改進(jìn)。通過提供降低內(nèi)散射和對(duì)光源的回歸反射的透鏡，本發(fā)明材料能使91.7％的光能通過漫射體，從而獲得更為明亮的液晶顯示器。
綜合考慮表1的全部測(cè)試值，發(fā)現(xiàn)樣品1兼具高的總透射和高的漫射光透射。由此得到的膜會(huì)掩蔽掉光導(dǎo)管的圖案，同時(shí)會(huì)使大部分光能夠通過膜，從而使更明亮的LC顯示器成為可能。樣品2的透射值很高，可獲得明亮的LC顯示器，但是其漫透射值很低，以至于透過顯示器可以看到光導(dǎo)管圖案。對(duì)于樣品3，絕大部分射出膜的光都是漫射光，從而掩蔽了光導(dǎo)管的圖案。雖然射出的光幾乎完全都是漫射光，但是其總透射測(cè)量值很低，光線被遮擋而得到暗得令人無法接受的顯示器。通過樣品3的光線也浪費(fèi)在大的反射百分率上。
而且，因?yàn)楸景l(fā)明材料是構(gòu)筑在取向聚酯基上的，所以該材料同澆鑄漫射體片材相比其彈性模量很高。本實(shí)施例的取向聚合物基底使光漫射體變得很薄，并且因此而節(jié)省成本和重量輕，因?yàn)楸緦?shí)施例材料的材料用量比現(xiàn)有技術(shù)要低。
雖然本實(shí)施例主要涉及熱塑性光漫射材料在LC裝置上的用途，本發(fā)明的材料在其它漫射應(yīng)用領(lǐng)域比如背光顯示器、含漫射層的成像元件、單向家居照明用漫射體和私用屏(privacy screen)、圖象捕捉漫射透鏡和溫室光漫射中也適用。
本發(fā)明的實(shí)施方案包括以下，其中；凸復(fù)合透鏡存在于透明聚合物膜的上表面和凸復(fù)合透鏡存在于透明聚合物膜的下表面；復(fù)合透鏡存在于透明聚合物膜的上表面而凹復(fù)合透鏡存在于透明聚合物膜的下表面；凹復(fù)合透鏡存在于透明聚合物膜的上表面和凹復(fù)合透鏡存在于透明聚合物膜的下表面；凹復(fù)合透鏡存在于透明聚合物膜的上表面而凸復(fù)合透鏡存在于透明聚合物膜的下表面；
復(fù)合透鏡在任何方向上的平均出現(xiàn)率為22～66個(gè)復(fù)合透鏡/mm；復(fù)合透鏡在x和y方向上的平均寬度為15-40μm；復(fù)合透鏡包含多個(gè)小透鏡，其中小透鏡在x和y方向上的平均寬度為2～20μm，甚至為3～8μm；透明膜和/或復(fù)合透鏡由包含一個(gè)或多個(gè)烯烴重復(fù)單元、碳酸酯重復(fù)單元或酯重復(fù)單元的材料構(gòu)成；透明膜由包含三乙酰基纖維素的材料構(gòu)成；膜的漫射光透射大于92％；復(fù)合透鏡是半球形或非球形的；復(fù)合透鏡的高/徑比為0.03～1.0或0.25～0.48；每個(gè)大透鏡的小透鏡數(shù)目平均為2～60個(gè)或者甚至為5～18個(gè)；透明聚合物膜的厚度為12.5～50μm；膜由至少兩個(gè)整體層構(gòu)成，第一層包含復(fù)合透鏡而第二層用作第一層的基質(zhì)；膜可用于包含光源和透明聚合物膜的背光照明裝置中，該透明聚合物膜在其表面上包含多個(gè)復(fù)合透鏡并且其漫射光透射至少為65％。
本申請(qǐng)書中所引用的專利和其它出版物均就其全部?jī)?nèi)容在此參考引入。
權(quán)利要求
1.有上和下表面的透明聚合物膜，在其至少一個(gè)表面上包含多個(gè)復(fù)合透鏡。
2.權(quán)利要求1的透明聚合物膜，其中復(fù)合透鏡無規(guī)分布在表面上。
3.權(quán)利要求1或2的透明聚合物膜，其中復(fù)合透鏡存在于透明聚合物膜的上和下表面。
4.權(quán)利要求1-3的透明聚合物膜，其中復(fù)合透鏡在任何方向上的平均出現(xiàn)率為5～250個(gè)復(fù)合透鏡/mm。
5. 權(quán)利要求1-4的透明聚合物膜，其中復(fù)合透鏡在膜平面內(nèi)在x和y方向上的平均寬度為3-60μm。
6.權(quán)利要求1-5的透明聚合物膜，其中復(fù)合透鏡包含小透鏡，其中較小透鏡的直徑平均比與其關(guān)聯(lián)的大透鏡的直徑小80％。
7.權(quán)利要求1-6的透明聚合物膜，其中漫射光透射大于50％。
8.權(quán)利要求7的透明聚合物膜，其中漫射光透射為80～95％。
9.權(quán)利要求1-8的透明聚合物膜，其厚度小于250μm。
10.權(quán)利要求1-9的透明聚合物膜，其中透明聚合物膜的彈性模量大于500MPa。
全文摘要
公開了有上和下表面的透明聚合物膜，在其至少一個(gè)表面上包含多個(gè)復(fù)合透鏡。這種膜可用于漫射光線，比如在LC顯示裝置中所必需有的性能。
文檔編號(hào)G02B5/02GK1444057SQ0312019
公開日2003年9月24日 申請(qǐng)日期2003年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月11日
發(fā)明者R·P·布爾德萊斯, C·J·卡明斯基 申請(qǐng)人:伊斯曼柯達(dá)公司