專利名稱：高折射率涂覆光管理膜的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及高折射率光管理膜、采用這種膜的設備和形成這種膜的方法。
本申請是2002年12月4日提交、題為“偏振感光光學基底(POLARIZATION SENSITIVE OPTICAL SUBSTRATE)”的美國申請No.10/065,957的部分繼續(xù)申請，其全部內(nèi)容通過引用被結合于此。
背景技術：
已知，光管理膜(light management film)被使用在用于例如液晶顯示器(LCD)的光學設備應用中。在LCD中的光管理膜可以包括例如一個或多個1/4波片、增亮膜、延遲箔(retardation foil)、漫射膜、彩色濾光片、高通濾光片、帶通濾光片和低通濾光片。這些光管理膜一般由折射率通常小于1.7的有機材料形成。根據(jù)應用，光管理膜可以包括若干隆起特征。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明一方面，提供了一種光學結構，其包括一光源；折射率小于1.7、設置在光源上的一有機光管理膜；折射率大于1.7、鄰接有機光管理膜設置的一透明無機膜。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種光學設備，其包括包含光源的一背光裝置；包含設置在背光裝置上的液晶材料的一調(diào)制陣列；折射率小于1.7、設置在背光裝置上的一有機光管理膜；和折射率大于1.7、鄰接有機光管理膜設置的一透明無機膜。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種形成光學結構的方法，其包括設置折射率小于1.7的一有機光管理膜；在有機光管理膜上在真空下沉積折射率大于1.7的一透明無機膜；和在所述在真空下沉積的步驟之前或之后，將所述有機光管理膜設置到包括光源的光學結構中。


圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的光學結構的側視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的光學結構的側視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明又一優(yōu)選實施例的光學結構的側視圖。
圖4是高折射率無機膜的光學作用的示意圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的高折射率無機膜的光學作用的示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的起干涉濾光片作用的光學結構的側視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例起干涉濾光片作用的光學結構的側視圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明又一優(yōu)選實施例起干涉濾光片作用的光學結構的側視圖。
圖9是圖6所示光學結構的％反射率的曲線圖，該反射率是波長的函數(shù)。
圖10是圖7所示光學結構的％反射率的曲線圖，該反射率是波長的函數(shù)。
圖11是一曲線圖，示出了圖8所示光學結構的％反射率，該反射率是波長的函數(shù)。
圖12是根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的光學設備的側視圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明又一優(yōu)選實施例的光學設備的側視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。只要可能，在所有附圖中使用相同的附圖標記指示相同或相似的部件。
本發(fā)明人已經(jīng)認識到鄰接折射率小于1.7、優(yōu)選小于1.5的有機光管理膜，施加無機高折射率材料，即折射率大于1.7、優(yōu)選大于2的材料，能夠提高用有機光管理膜所達到的光學效果。具有鄰接高折射率無機膜的有機光管理膜能夠控制朝向觀看者的光的方向性，或選擇不同于其它的某種偏振。通過進一步影響光的方向性，高折射率膜可以改善LCD觀看者的視角和LCD顯示器的對比度。因此，在低折射率光管理膜上的高折射率膜提高了涂覆的光管理膜的特定性能。特別是，高折射率膜可以用于LCD，以提高效率，或增強波長或偏振選擇性。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的光學結構的示意圖。光學結構10包括在基底12中的一光源14，在光源14上設置有有機光管理膜16。有機光管理膜16可以是例如1/4波片、增亮膜、延遲箔、漫射膜、彩色濾光片、高通濾光片、帶通濾光片或低通濾光片。如果有機光管理膜16是彩色濾光片，則它可以是有著單獨的紅、藍和綠像素大小的濾光片的彩色濾光片陣列。如果它是濾光片，則該濾光片例如可以用作色彩選擇透反射器、中性密度濾光片(neutral density filter)、IR截止濾光片或UV截止濾光片。
光學結構10還包括鄰接有機光管理膜16的高折射率(即，折射率大于1.7)透明無機膜18。有機光管理膜16和透明無機膜18也可以布置成許多交替的層，即，多層膜18與多層膜16交替。有機光管理膜16可以具有多個隆起特征20，例如，棱形特征。透明無機膜18可以共形地設置在具有多個隆起特征20的有機光管理膜16上。
在圖1所示的實施例中，有機光管理膜16包括兩個子層，基底層16A和上覆層16B?；讓?6A沒有隆起特征，上覆層16B具有隆起特征20。
圖2示出另一實施例，其中有機光管理膜16僅包括基底層16A，并且基底層16A包括多個隆起特征20。
圖3示出又一實施例，其中有機光管理膜16僅包括基底層16A。在該實施例中，基底層16A不包括隆起特征，但是，設置在基底層16A上的透明無機膜18包括多個隆起特征20。
圖1，圖2和圖3所示實施例的結構10還包括設置在基底12和有機光管理膜16之間的夾層15。夾層15例如可以是薄金屬層?；蛘撸瑠A層可以設置在有機光管理膜16和透明無機膜18之間。
圖4示出無機膜18對從光源10發(fā)射的光的作用。為了簡化示圖，在圖4中僅示出無機膜18和有機光管理膜16。在圖4的結構中，有機光管理膜16和無機膜18分別具有n1和n2的折射率，n1＜1.7而n2＞1.7。光線30以相對于有機光管理膜16的底面36的法線34的角度θ1，在有機光管理膜16中傳播。根據(jù)公知的光學原理，由于這些材料的折射率不同，光線30在有機光管理膜16和無機膜18的界面處折射，相對于無機膜18的表面38的法線形成角度θ2。
圖5示出在有機光管理膜16包括許多隆起特征20的情況下，無機膜18對從光源10發(fā)射的光的作用。除了隆起特征20之外，圖5具有與圖4相同的結構。在這個示例中，隆起特征20是具有棱形表面的棱形結構，無機膜18與有機光管理膜16共形。以與圖4中光線30相似的方式，圖5中的光線30以相對有機光管理膜16的底面36的法線34的角度θ1，在有機光管理膜16中傳播。同樣，根據(jù)公知的光學原理，由于這些材料的折射率不同，光線30在有機光管理膜16和無機膜18的界面處折射。在圖5中，光線30從無機膜18通過，到達折射率大約為1.0的空氣或真空。因為在圖5中有機光管理膜16的頂面39不平行于其底面36，并且因為無機膜18與有機光管理膜16共形，所以光線30沿垂直于有機光管理膜16的底面36的方向離開無機膜18。因此，以傾斜角進入有機光管理膜16的光線可以以垂直于有機光管理膜16的底面36的角度離開無機膜18。因此，圖5示出了使用高折射率無機膜18如何改變傾斜光線方向的示例。
如2002年12月4日提交的、題為“偏振感光光學基底”的美國申請No.10/065957所公開的，無機膜18不僅影響離開膜18的光的方向性，而且能選擇性地影響光的偏振，所述申請的整個內(nèi)容通過引用結合于此。
圖6-8示出本發(fā)明無機膜18和有機光管理膜16在光學結構中交替的實施例，其中光學結構起干涉濾光片的作用。本領域公知，干涉濾光片是通過在構成濾光片的膜的層界面(layer interface)處被反射的光的干涉，來部分地控制透射(以及反射)的光能量的光譜分量的濾光片。
為了簡化示圖，在圖6-8中僅示出無機膜18和有機光管理膜16，沒有示出圖1-3實施例的光源14和基底12。
圖6示出兩層無機膜18和兩層有機光管理膜16以交替形式布置的實施例。圖6的光學結構70布置成起到窄抗反射濾光片的作用。
圖9是一曲線圖，示出了垂直入射在圖6的光學結構70上的光的％反射率，該反射率是波長的函數(shù)。圖9示出的％反射率曲線具體針對無機膜18和有機光管理膜16的折射率分別是2.5和1.45的情況，其中在圖6中從頂層到底層的層厚分別是17.35nm、35.32nm、132.66nm和94.50nm。
圖7示出有著如圖所示布置的單層無機膜18和單層有機光管理膜16的實施例。圖7的光學結構80布置成起到寬抗反射濾光片的作用。
圖10是一曲線圖，示出了垂直入射在圖7的光學結構80上的光的％反射率，該反射率是波長的函數(shù)。圖10示出的％反射率曲線具體針對無機膜18和有機光管理膜16的折射率分別是2.05和1.38的情況，其中圖7中的無機膜18和有機光管理膜16的層厚分別是134.15nm和99.64nm。
圖8示出多層無機膜18和多層有機光管理膜16以交替方式布置的實施例。圖8的光學結構90布置成起到寬帶反射濾光片(band reflection filter)的作用。
圖11是一曲線圖，示出了垂直入射在圖8的光學結構90上的光的％反射率，該反射率是波長的函數(shù)。圖11示出的％反射率曲線具體針對無機膜18和有機光管理膜16的折射率分別是2.35和1.45的情況，其中在圖8中從頂層到底層的層厚分別在大約20nm到大約225nm之間。對于圖11的曲線，無機膜18和有機光管理膜16一起的總數(shù)是59。當然，實踐中層的總數(shù)將根據(jù)應用來改變。
圖12是根據(jù)本發(fā)明實施例的光學設備40的示意圖。光學設備40包括包含液晶材料的調(diào)制陣列42。調(diào)制陣列選擇性地允許光通過陣列的像素，這是本領域所公知的。光學設備40例如可以是液晶顯示器(LCD)。光學設備40可以包括以上就圖1描述的光學結構的元件。
光學設備40包括基底12，其可以是例如包括光源14的背光裝置。設置在調(diào)制陣列42和基底12之間，或者在調(diào)制陣列42與基底12相反的一側的是一層或多層有機光管理膜16(折射率小于1.7)以及對應鄰接的透明無機膜18(折射率大于1.7)。有機光管理膜16例如可以是一層或多層1/4波片、增亮膜、延遲箔、漫射膜、彩色濾光片、高通濾光片、帶通濾光片和低通濾光片。如果有機光管理膜16是彩色濾光片，則它可以是具有單獨的紅、藍和綠像素大小的濾光片的彩色濾光片陣列。如果是濾光片，則該濾光片可以用作色彩選擇透反射器。
有機光管理膜16和透明無機膜18也可以交替地設置成多個層。
有機光管理膜16可以有多個隆起特征20，例如，棱形特征。透明無機膜18可以共形地設置在它們相應的具有多個隆起特征20的有機光管理膜16上。
有機光管理膜16可以如圖1所示的實施例中一樣包括基底層和上覆層，或如圖2和3所示的實施例中一樣僅僅包括基底層。有機光管理膜16和透明無機膜18也可以如圖6-8所示的實施例中一樣交替地布置。
在上述實施例中的透明無機膜18可以由無機材料形成，這些材料例如為諸如氧化鈦、氧化鋅的金屬氧化物、或諸如氮化硅的氮化物、或諸如氮氧化硅的氮氧化物形成。透明無機膜18也可以由陶瓷成分形成，例如，碳氮化硼。薄的透明金屬膜也可以用于透明無機膜18。透明無機膜18還可以由透明導電的氧化物涂層形成，例如，氧化銦錫、氧化銦、氧化錫或氧化鎘錫。
用于有機光管理膜16的材料取決于應用，例如，可以是諸如聚碳酸酯的有機聚合物。
形成透明無機膜的方法透明無機膜18優(yōu)選通過在封閉的沉積室中在真空下進行沉積而形成。因為膜18無機的，所有在封閉沉積腔中在真空下有各種可供使用的沉積方法。適于沉積透明無機膜18的技術包括物理蒸發(fā)沉積技術。這些物理氣相沉積技術例如包括電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)和濺射。適于沉積透明無機膜18的技術還包括化學氣相沉積技術。這些化學氣相沉積技術例如包括化學蒸發(fā)沉積、等離子輔助化學氣相沉積、膨脹熱等離子沉積(expanding thermal plasmadeposition)和常壓等離子體化學氣相沉積。
有機光管理膜18上或在無機透明膜18上的隆起特征20可以通過傳統(tǒng)的光刻技術形成，所述光刻技術例如是沉積光致抗蝕劑，通過光掩模進行曝光，對光致抗蝕劑顯影以使之圖案化，接下來通過圖案化的光致抗蝕劑進行刻蝕。
透明無機膜18可以以共形的方式沉積在有機光管理膜16中已有的隆起特征20上面。但是，對于具體應用，可能優(yōu)選相對基底12成直角或傾斜角的方向性沉積。
在于真空下沉積透明無機膜18的步驟之前或之后，有機光管理膜16可以被設置在包括光源的光學結構中，例如設置到一背光裝置上。
利用方向性涂層，可以涂覆特征的特定部分，而不是涂覆整個特征20。圖13示出了一光學結構50，其中隆起特征20是棱形特征，并且特征中只有表面垂直于材料沉積方向的部分涂覆了第一透明無機膜18A。在這種情況下，有機光管理膜16僅僅對于那些被第一透明無機膜18A覆蓋的部分會收到第一透明無機膜18A的影響。
有機光管理膜16可以如圖1的實施例中一樣包括基底層和上覆層，或者如圖2所示的實施例中一樣僅包括基底層。
可選地，那些沒有被第一透明無機膜18A覆蓋的有機光管理膜16的部分可以覆蓋以第二透明無機膜18B。第一透明無機膜18A和第二透明無機膜18B一起構成透明無機膜18。第二透明無機膜18B可以由與第一透明無機膜18A相同或不同的材料形成。優(yōu)選第二透明無機膜18B由不同于第一透明無機膜18A、具有不同折射率的材料形成。因此，通過光學結構50的光線在通過第一透明無機膜18A時遇到不同于第二透明無機膜18B的折射率。
在第一透明無機膜18A之后，通過方向性沉積可以形成第二無機膜18B。在這種情況下，在第一透明無機膜18A形成之后，基底的取向相對于沉積材料的方向被改變，從而一不同的表面垂直于沉積材料的方向，以形成第二透明無機膜18B。
在上述實施例中有機光管理膜16和透明無機膜18的厚度取決于應用，但是，一般在10nm和10,000nm之間。上述實施例中的光學結構厚度也取決于應用，但是，一般在100nm和5cm之間。
盡管已經(jīng)參照其具體實施例詳細描述了本發(fā)明，本領域的技術人員應該理解，不脫離本發(fā)明的精神和范圍，可以作出各種變化和變型。因此，本發(fā)明的寬度和范圍不應該限制于上述任何一個典型實施例，應該僅根據(jù)所附權利要求和其等同物來限定。
權利要求
1.一種光學結構，其包括一光源(14)；折射率小于1.7、設置在光源(14)上的一有機光管理膜(16)；和折射率大于1.7、鄰接所述有機光管理膜(16)設置的一透明無機膜(18)。
2.如權利要求1所述的光學結構，其中所述透明無機膜(18)設置在所述有機光管理膜(16)上。
3.如權利要求1所述的光學結構，其中所述透明無機膜(18)包括一第一透明無機膜(18A)和一第二透明無機膜(18B)，所述第一透明無機膜設置在所述有機光管理膜的一第一部分上，所述第二透明無機膜設置在不同于所述第一部分的有機光管理膜的一第二部分上。
4.如權利要求1所述的光學結構，其中還包括設置在所述光源(14)和所述有機光管理膜(16)之間或所述有機光管理膜(16)和所述透明無機膜(18)之間的一夾層(15)。
5.如權利要求2所述的光學結構，其中所述有機光管理膜(16)包括多個隆起特征(20)。
6.如權利要求1所述的光學結構，其中所述有機光管理膜(16)是1/4波片、增亮膜、延遲箔、漫射膜、彩色濾光片、低通濾光片、帶通濾光片、高通濾光片、色彩選擇透反射器、中性密度濾光片、IR截止濾光片和UV截止濾光片以及它們的組合中的一個。
7.一種光學設備，其包括包括一光源的一背光裝置(12)；包括設置在所述背光裝置(12)上的液晶材料的一調(diào)制陣列(42)；折射率小于1.7、設置在所述背光裝置(12)上的一有機光管理膜(16)；和折射率大于1.7、鄰接所述有機光管理膜(16)設置的一透明無機膜(18)。
8.如權利要求7所述的光學設備，其中所述有機光管理膜(18)設置在所述背光裝置(12)和所述調(diào)制陣列(42)之間。
9.如權利要求7所述的光學設備，其中所述透明無機膜(18)設置在所述有機光管理膜(16)上。
10.一種形成光學結構的方法，其包括設置折射率小于1.7的一有機光管理膜(16)；在所述有機光管理膜(16)上在真空下沉積折射率大于1.7的一透明無機膜(18)；在所述在真空下沉積的步驟之前或之后，將所述有機光管理膜(16)設置在包括一光源(14)的一光學結構中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光學結構。該光學結構包括一光源(14)。該光學結構還包括折射率小于1.7、設置在光源上的一有機光管理膜(16)，和折射率大于1.7、鄰接有機光管理膜(16)設置的一透明無機膜(18)。本發(fā)明還提供了包括一有機光管理膜(16)和一透明無機膜(18)的光學設備。本發(fā)明還提供了形成所述光學結構的方法。該方法包括在真空下沉積透明無機膜(18)。
文檔編號G02B5/28GK1720468SQ200380105118
公開日2006年1月11日 申請日期2003年11月20日 優(yōu)先權日2002年12月4日
發(fā)明者布雷特·奇澤姆, 尤金·奧爾克扎克, 馬克·謝普肯斯, 丹尼斯·科伊爾 申請人:通用電氣公司