專利名稱：具有表面納米結(jié)節(jié)的光重新定向膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括大量納米尺寸的整體聚合物特征(feature)的光重新 定向聚合膜的形成。具體來說，涉及一種適合用來在LCD顯示器件內(nèi)對光 能進(jìn)行定向的具有寬而均勻的光輸出的光重新定向膜。
背景技術(shù)：
光重新定向膜是常規(guī)的透明光學(xué)薄膜或基片，其能夠使得通過所述膜 的光重新分布，使得離開所述膜的光的分布取向更垂直于膜的表面。通常， 光重新定向膜在膜的光出射面上具有規(guī)則的棱柱形凹槽、凸透鏡狀的凹槽、 或者錐體，這些結(jié)構(gòu)可以改變光線離開所述膜的時候膜/空氣界面的角度， 使得入射光分布中沿著垂直于凹槽的折射面的平面內(nèi)傳播的分量在更垂直 于膜表面的方向上重新分布。例如，這些光重新定向膜被用來改進(jìn)液晶顯 示器(LCD)、膝上型計(jì)算機(jī)、文字處理器、航空電子顯示器、手機(jī)、PDA等 的亮度，使得顯示器更亮。
此前的光重新定向膜在用于液晶顯示器或其它顯示器的時候，會存在 可見的莫爾波紋(Moire pattern)。所述光重新定向膜的表面元件會與用 于背光組件的其它光學(xué)膜、光導(dǎo)板背面上的印刷點(diǎn)圖案或者三維元件、或 者顯示器的液晶部分內(nèi)的像素圖案相互作用，產(chǎn)生莫爾波紋，這是一種人 們不希望出現(xiàn)的現(xiàn)象。本領(lǐng)域已知的用來減少莫爾波紋的方法必須對光重 新定向膜進(jìn)行沖切，使得凸透鏡狀陣列不垂直于片材的任意側(cè)面。這樣使 凸透鏡狀陣列與另一光重新定向膜或顯示器電子器件成一定角度。還可采 用的方法包括通過線性陣列元件的寬度使得線性陣列隨機(jī)化，周期性地改 變沿線性陣列的高度，在膜上的線性陣列的相反側(cè)上添加漫射層，或者使 得線性陣列的脊變圓。上述用來減少莫爾波紋的技術(shù)還會造成軸上亮度降 低，或者不起充分解決莫爾波紋問題的作用。莫爾波紋和軸上亮度往往會互相關(guān)聯(lián)，這表示具有高軸上增益的膜可能會在系統(tǒng)中具有高的莫爾波紋。 能夠在降低莫爾波紋的同時保持足夠的軸上增益將是有益的。
另外，與液晶顯示器結(jié)構(gòu)形式的數(shù)量相比，光重新定向膜的數(shù)量較少。 每種顯示器結(jié)構(gòu)形式都是選擇用來滿足所需的輸出。軸上增益、視角、莫 爾波紋的減少、以及總體光輸出的大小都是通過將不同結(jié)構(gòu)形式的不同的 膜結(jié)合起來而進(jìn)行調(diào)節(jié)的。用于所述系統(tǒng)的光重新定向膜受到限制，因?yàn)?僅存在若干不同的可用的光重新定向表面構(gòu)造(texture)。人們需要一種能 夠可定制得到所需的顯示器件輸出的光重新定向膜。
常規(guī)的光定向膜能夠在偏離法線40-90度的角度進(jìn)行照射的情況下， 提供高的軸上照射。這些高的軸上光定向膜可用于便攜式顯示器件，例如 便攜式計(jì)算機(jī)和游戲機(jī)，它們具有高的軸上亮度，降低了電池能耗，而且 提供了一定程度的觀看隱私。對于預(yù)期用于公共觀看的TV和監(jiān)視器應(yīng)用， 在寬視角范圍內(nèi)的高亮度便于對圖像和視頻進(jìn)行穩(wěn)定的觀看。需要一種能 夠在寬視角范圍提供高亮度的光定向膜。
美國專利第5，919，551號(Cobb, Jr.等)提出一種線性陣列膜，其具有變 化的間距峰和/或凹槽，以降低莫爾波紋干涉的可見性。所述間距變化可以 是成組的相鄰的峰和/或谷之間的間距變化，或者是相鄰的成對的峰和/或 谷之間的間距變化。盡管所述線性陣列元件的間距變化確實(shí)能夠減少莫爾 波紋，但是膜的線性元件仍然會與背光光導(dǎo)上的點(diǎn)圖案以及顯示器液晶部 分之內(nèi)的電子部分相互作用。
美國專利第6,354,709號揭示了一種具有線性陣列的膜，所述線性陣列 沿其脊線發(fā)生高度變化，而且所述脊線也會左右移動。盡管所述膜確實(shí)能 夠?qū)膺M(jìn)行重新定向，而且其沿脊線的高度變化能夠略微減小莫爾波紋， 但是人們需要一種膜，能夠在用于某個系統(tǒng)的時候，顯著減小莫爾波紋， 同時保持較高的軸上增益。
美國申請第2001/0053075號(Parker等)揭示了將各個光學(xué)元件用于對 光進(jìn)行重新定向，以便在LCD器件中產(chǎn)生高的軸上增益。
美國專利第6,721,102號(Bourdelais等)揭示了一種用復(fù)雜聚合物透鏡 形成的可見光漫射器。美國專利第6,721,102號中揭示的復(fù)雜透鏡是通過將微米尺寸的聚合物透鏡添加到低長寬比的聚合物基礎(chǔ)透鏡上而形成的。較
小的透鏡與較大的透鏡之比為2:1至30:1。美國專利第6,721,102號中揭示 的漫射器可用于漫射光源，特別是LCD背光源。
美國專利第6,583,936號(Kaminsky等)揭示了 一種用于光聚合物漫射透 鏡的微復(fù)制的有圖案的輥。所述有圖案的輥通過以下方式制造首先用多 種尺寸的顆粒對所述輥噴珠(bead blasting),然后進(jìn)行鍍鉻過程，這樣可 以形成微結(jié)節(jié)。所述輥的制造方法非常適于用來對入射光能進(jìn)行漫射的光 漫射透鏡。
美國專利申請第2005/00247554號(Epstein等)揭示了一些表面結(jié)構(gòu)， 其被包含聚合物珠粒的基質(zhì)聚合物涂覆，所述聚合物珠粒優(yōu)選直徑為2-5 微米，用來產(chǎn)生無規(guī)則的散射。
美國專利申請第2005/0047112號(Chen等)揭示了一種光導(dǎo)板，其表面 上形成有棱柱體。所述棱柱體的表面包含涂覆的無機(jī)納米顆粒層，所述無 機(jī)納米顆粒層由二氧化鈦、二氧化硅或氧化鋁組成，用來對透射光進(jìn)行散 射。
美國申請第2005/0140860號(01czak)揭示了一種光學(xué)膜，其具有第一 表面結(jié)構(gòu)，該第一表面結(jié)構(gòu)的功能用第二表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得第一表 面用來對入射到膜上的光進(jìn)行漫射，第二表面也起使入射光漫射的作用。
美國專利申請第2005/0174646號(Cowan等)揭示了一種反射型漫射器， 其將入射光透射或漫射到特定角度范圍內(nèi)。
本發(fā)明要解決的問題
需要提供一種光重新定向膜，其能夠在寬的視角范圍內(nèi)提供高亮度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種光重新定向光學(xué)器件，其包括具有光入射面和光出 射面的聚合膜，在所述光出射面上具有凸起宏觀結(jié)構(gòu)(macrostructure)， 該凸起宏觀結(jié)構(gòu)的長度、直徑或其它主要尺寸至少為25微米，所述宏觀結(jié) 構(gòu)表面的大部分被納米結(jié)節(jié)覆蓋，所述納米結(jié)節(jié)的平均當(dāng)量圓直徑小于1200納米。
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明提供了一種包括光重新定向膜的光學(xué)器件，其在寬的視角范圍 具有高亮度。
附圖簡述
結(jié)合附圖，通過以下詳述更好地理解本發(fā)明。需要強(qiáng)調(diào)，各種特征不
一定是按比例繪制的。


圖1是根據(jù)示例性實(shí)施方式的宏觀結(jié)構(gòu)的放大俯視圖。
圖2是根據(jù)示例性實(shí)施方式制造光學(xué)膜的設(shè)備的簡化示意圖。
圖3是根據(jù)示例性實(shí)施方式的宏觀結(jié)構(gòu)的放大俯視圖。
圖4是現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)膜以及根據(jù)示例性實(shí)施方式的光學(xué)膜的傾斜角
-亮度曲線圖。
圖5是根據(jù)示例性實(shí)施方式的宏觀結(jié)構(gòu)的放大俯視圖。
發(fā)明詳述
與目前的光重新定向膜相比，本發(fā)明具有許多優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明能夠在寬 的視角范圍提供高的軸上亮度。高亮度和寬視角的組合非常適于LCD電視 機(jī)和監(jiān)視器市場。高亮度便于有效地利用LCD背光能，寬視角確保在監(jiān)視 器和電視機(jī)應(yīng)用中常用的寬的視角范圍內(nèi)獲得均勻一致亮度的LCD圖像。 另外，與現(xiàn)有技術(shù)的光定向膜相比，所述膜提供了更緩和的角度截止 (angular cut-off)?，F(xiàn)有技術(shù)的光定向膜具有劇烈的角度截止，導(dǎo)致光照 在幾度內(nèi)顯著改變。盡管對于膝上型計(jì)算機(jī)之類的個人觀看器件來說，這 種劇烈的角度截止是可以接受的，甚至是優(yōu)選的，但是劇烈的角度截止會導(dǎo) 致在較大角度處觀看的LCD器件(例如電視機(jī)或公共觀看監(jiān)視器)圖像質(zhì)量 降低。
膜的各個光學(xué)元件設(shè)置在膜上，平衡了莫爾波紋的減少以及軸上增益 之間的調(diào)整，產(chǎn)生較高的軸上增益的同時顯著減少了莫爾波紋。當(dāng)兩個或更多個規(guī)則的線或點(diǎn)的組重疊的時候，會產(chǎn)生莫爾波紋圖。這會形成重復(fù) 的線或形狀的圖案，線尺寸和頻率取決于兩種圖案的相互作用。'在LCD顯
示器之類的顯示器件中，LCD器件的觀看者觀看到的莫爾波紋是不好的，因
為這些莫爾波紋會影響所顯示的信息或圖像的質(zhì)量。本發(fā)明的光重新定向 膜與現(xiàn)有技術(shù)的光重新定向膜相比減少了莫爾波紋，同時保持了軸上增益 量。各個元件和納米尺寸的結(jié)節(jié)的尺寸和形狀分布可以對于各種顯示器或 觀看應(yīng)用進(jìn)行定制。
另外，本發(fā)明的光重新定向膜可以針對光源以及光導(dǎo)板的光輸出進(jìn)行 定制，以便更有效地對光進(jìn)行重新定向。所述各個光學(xué)元件使得所述膜在 設(shè)計(jì)參數(shù)方面非常靈活，允許在整個膜表面上使用不同尺寸或取向的不同 的各個光學(xué)元件，以便最有效地對進(jìn)入所述膜的光進(jìn)行處理。例如，如果 已知對于光導(dǎo)板上所有的點(diǎn)，光輸出作為角度的函數(shù)，則可以設(shè)計(jì)使用具 有不同形狀、尺寸或取向的各個光學(xué)元件的光重新定向膜，以對離開所述 光導(dǎo)板的光進(jìn)行有效的處理。
當(dāng)兩個反射面(例如液晶顯示器內(nèi)的光重新定向膜或者其它光學(xué)膜)互 相足夠靠近，之間的距離開始接近光的波長的時候，會產(chǎn)生牛頓環(huán)。光子 在兩個表面之間反射，同時還會通過這些表面，產(chǎn)生干涉效應(yīng)。對于液晶 顯示器的觀看者來說，牛頓環(huán)是不希望有的。本發(fā)明的膜通過在光重新定 向膜之上，使得一定百分?jǐn)?shù)的各個元件延伸到其他的元件之上來減少牛頓 環(huán)。
本發(fā)明膜的多種尺寸的元件的有效間距大于僅具有一種尺寸的元件的 光重新定向膜。具有更大的有效間距意味著膜的軸上增益比具有相同尺寸 基底的重疊更多的膜高，或者生產(chǎn)公差可以變小，使得基底可以變成更大， 以具有與重疊更多的膜相同的軸上性能。使生產(chǎn)公差變小可以提高膜的生 產(chǎn)能力。
因?yàn)樗瞿な蔷酆衔锏囊惑w化結(jié)構(gòu)，所以巻曲傾向更小，不同折射率 的層之間的損失很少。當(dāng)膜由兩個層構(gòu)成的時候，因?yàn)檫@兩個層通常對不 同環(huán)境條件(例如熱和濕度)會產(chǎn)生不同的反應(yīng)(膨脹或收縮)，因此所述膜
有巻曲的傾向。對于LCD中的光重新定向膜不希望發(fā)生巻曲，因?yàn)槠鋾斐煽梢酝ㄟ^所述顯示器觀察到顯示器內(nèi)的膜的翹曲。另外，光學(xué)膜的翹曲 會改變?nèi)肷涔饽艿慕嵌?，造成光學(xué)效率損失。與由紫外固化的聚丙烯酸酯 構(gòu)成的其他的光重新定向膜相比，本發(fā)明使用的聚合物能夠耐受刻劃和磨 損，同時機(jī)械韌性更高。
通過向金屬宏觀結(jié)構(gòu)的表面添加薄而致密的鉻層，發(fā)現(xiàn)輥的機(jī)械耐久 性獲得改進(jìn)，從而延長了輥的使用壽命。另外，所述納米結(jié)節(jié)便于熔融的 聚合物有效地從輥脫離，從而能夠更高效地生產(chǎn)光學(xué)膜。
本發(fā)明的實(shí)施方式還可提供低摩擦系數(shù)表面、減小的介電常數(shù)、耐磨 性、提高的剛性、較低的散射、改進(jìn)的莫爾波紋、較高的光輸出和改進(jìn)的 色彩。通過以下詳述能夠更清楚了解這些優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)。
本文中使用以下術(shù)語，"透明"表示能夠使得輻射通過，而且不會造 成顯著的偏差或吸收。對于本發(fā)明，"透明的"材料定義為光譜透射率大 于90%的材料。術(shù)語"光"表示可見光。術(shù)語"聚合膜"表示包含聚合物 的膜。術(shù)語"聚合物"表示均聚物、嵌段共聚物、共聚物和聚合物混合物。
在光學(xué)膜中，各個光學(xué)元件表示具有良好限定的形狀的元件，該形狀 可以是光學(xué)膜內(nèi)的凸起或凹陷。相對于光學(xué)膜的長度和寬度來說，各個光 學(xué)元件是小的。術(shù)語"彎曲表面"用來表示在至少一個平面內(nèi)具有曲率的 膜上的三維元件。"楔形元件"用來表示包括一個或多個傾斜表面的元件， 這些表面可以是平坦表面和彎曲表面的組合。術(shù)語"光學(xué)膜"用來表示能 夠改變透射的入射光的性質(zhì)的聚合物薄膜。例如，重新定向光學(xué)膜的光增 益(輸出/輸入)大于1.0。"光增益"定義為在所需方向，通常垂直于膜平 面的輸出光強(qiáng)除以輸入光強(qiáng)。"軸上增益"定義為垂直于膜平面的輸出射 光強(qiáng)除以輸入光強(qiáng)。"重新定向"表示光學(xué)膜改變?nèi)肷涔饽艿姆较虻墓鈱W(xué) 性質(zhì)。
術(shù)語"納米結(jié)節(jié)"或"納米尺寸的結(jié)節(jié)"表示在垂直于光傳輸方向的
平面內(nèi)平均最大粗線(cord)長度不大于1200納米的凹陷和/或凸起的形成
物。納米結(jié)節(jié)被施加在光學(xué)表面的表面上，用來改變所述光學(xué)表面的光學(xué) 輸出特征，通常比其所施加的光學(xué)表面小若干個數(shù)量級。納米結(jié)節(jié)與光學(xué) 表面是整體的，很方便地具有所述光學(xué)表面的相同組成。所述納米結(jié)節(jié)可具有任意規(guī)則或不規(guī)則的形狀，用它們在垂直于光傳輸方向的平面內(nèi)的最 大粗線長度表征。所述納米結(jié)節(jié)可以覆蓋一部分或全部的光學(xué)表面。例如， 在10平方微米面積的光學(xué)表面上，根據(jù)尺寸、形狀和覆蓋率，可以存在
50-200個納米結(jié)節(jié)。通常，納米結(jié)節(jié)的深度或高度與粗線長度之比為 0.5-5.0。
為了實(shí)現(xiàn)在LCD電視之類的顯示器中具有高亮度和寬視角的光定向 膜，光學(xué)元件包括在光出射面上具有凸起的宏觀結(jié)構(gòu)的膜，所述宏觀結(jié)構(gòu) 的長度、直徑或其它主要尺寸至少為25微米，所述宏觀結(jié)構(gòu)表面的大部分 優(yōu)選被平均直徑小于1200納米的納米結(jié)節(jié)覆蓋。通過提供一個尺度至少大 于25微米的大的宏觀結(jié)構(gòu)，所述宏觀結(jié)構(gòu)會通過使相對于法線夾角很大的 入射光線反射，或使軸上光線或者與法線夾角小的光線透射，而使入射光 能準(zhǔn)直。已經(jīng)表明了與具有納米結(jié)節(jié)的相同的重新定向宏觀結(jié)構(gòu)相比，通 過用小的納米尺寸的結(jié)節(jié)基本上覆蓋所述重新定向宏觀結(jié)構(gòu)，可以使得入 射光能在更寬的角度重新定向。另外，與具有納米結(jié)節(jié)的相同的重新定向宏 觀結(jié)構(gòu)相比，角度亮度截止比較緩和，不大突然。另外，所述納米結(jié)節(jié)遮 掩了膜內(nèi)小的表面缺陷，與沒有納米結(jié)節(jié)的光重新定向宏觀結(jié)構(gòu)相比減小 了莫爾波紋，與沒有納米結(jié)節(jié)的光重新定向宏觀結(jié)構(gòu)相比更好地遮蓋了背 光圖案，避免其被觀察者察覺。
所述納米結(jié)節(jié)很小，與會散射光能的現(xiàn)有技術(shù)的漫射材料相比，所述 納米結(jié)節(jié)能夠有效地減少角度亮度曲線離軸的斜率。LCD顯示器中散射的光 能會顯著地降低液晶盒內(nèi)的對比度，從而降低圖像質(zhì)量。通過在所述宏觀 結(jié)構(gòu)的側(cè)面上提供納米尺寸的結(jié)節(jié)，所述納米結(jié)節(jié)更大程度地減小了角度 亮度曲線的斜率，同時不造成不希望有的散射。
軸上亮度和亮度角是目前的LCD電視機(jī)形式的對比度的重要決定因 素。盡管已經(jīng)顯示了增大軸上亮度可以改進(jìn)對比度，但是角度亮度截止很 劇烈。本發(fā)明提供高的軸上亮度與緩和的角度截止的獨(dú)特結(jié)合，提供了光 的大大改進(jìn)的角度分布，可以為LCD監(jiān)視器和電視機(jī)之類的公共顯示器提 供優(yōu)良的圖像質(zhì)量。
納米尺寸的結(jié)節(jié)的平均最大直徑優(yōu)選小于1200納米。因?yàn)榧{米結(jié)節(jié)可以是圓形的、橢圓形的或不規(guī)則形狀的，因此用粗線長度來測量納米結(jié)節(jié) 的尺寸。圓形納米結(jié)節(jié)的粗線長度是納米結(jié)節(jié)的直徑。橢圓形元件的粗線 長度是長軸。不規(guī)則形狀的納米結(jié)節(jié)的粗線長度是可以在納米結(jié)節(jié)上測得 的最大長度。對于本發(fā)明來說，納米結(jié)節(jié)的直徑還可表示納米結(jié)節(jié)的粗線 長度。平均粗線長度或直徑是納米尺寸的結(jié)節(jié)的最大粗線長度或直徑的算 術(shù)平均值。小于1200納米的平均粗線長度或直徑能夠提供高亮度和寬視角。 平均直徑大于2000納米的結(jié)節(jié)會減小準(zhǔn)直的量，導(dǎo)致總體軸上亮度發(fā)生不 希望有的減小，還會增大光的散射，這會降低所希望的對比度。
在另一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述納米尺寸的結(jié)節(jié)的平均直徑為
400-1200納米，最優(yōu)選為600-1000納米。小于400納米的平均尺寸小于可 見光的波長，因此與較大尺寸的結(jié)節(jié)相比漫射入射光能的效率較低，會提 供寬的視角。己經(jīng)發(fā)現(xiàn)600-1000納米的結(jié)節(jié)尺寸會為現(xiàn)有的LCD電視或 監(jiān)視器件的形式提供優(yōu)良的亮度和視角的綜合考慮。
所述納米結(jié)節(jié)的高-寬比優(yōu)選為0.5-5.0。所述納米結(jié)節(jié)的尺寸、形狀 和分布是從被納米結(jié)節(jié)覆蓋的宏觀結(jié)構(gòu)出射的光的分布的重要決定因素。 高寬比小于0.2的納米結(jié)節(jié)對于增大宏觀結(jié)構(gòu)的視角的影響往往很小。高 寬比大于6.0的納米結(jié)節(jié)難以用熔融聚合物澆鑄在有圖案的金屬輥上進(jìn)行 成形，因?yàn)樗鼍酆衔飼掣皆诰哂懈叩母邔挶忍卣鞯谋砻嫔?。另外，?要高的機(jī)械壓力來完全形成所述高的高寬比的特征，這顯著降低了模具的 壽命。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，相對于宏觀結(jié)構(gòu)，所述納米結(jié)節(jié)具有凹 陷的形狀。凹陷形狀.的納米結(jié)節(jié)是凹入宏觀結(jié)構(gòu)表面內(nèi)的凹陷。凹陷形狀 的納米結(jié)節(jié)是優(yōu)選的，因?yàn)樗黾{米結(jié)節(jié)的光學(xué)活性的表面位于宏觀結(jié)構(gòu) 的表面以下，保護(hù)其免受不希望發(fā)生的劃痕、磨損和加工的損壞。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施方式中，相對于宏觀結(jié)構(gòu)，所述納米結(jié)節(jié) 具有凸起的形狀。凸起形狀的納米結(jié)節(jié)是從宏觀結(jié)構(gòu)表面凸出的凸起。凸 起形狀的納米結(jié)節(jié)是優(yōu)選的，因?yàn)樗黾{米結(jié)節(jié)可以用來提供與相鄰的光 學(xué)膜的光遠(yuǎn)離(optical standoff),所述相鄰的膜可能與本發(fā)明的膜結(jié)合 使用。光遠(yuǎn)離可以用來減少兩個或更多個膜之間不希望出現(xiàn)的光偶合，這種偶合可能會減小總準(zhǔn)直量。另外，已顯示所述納米結(jié)節(jié)可以提供"滾珠 軸承型"表面，顯著降低本發(fā)明的膜和相鄰的膜之間的摩擦系數(shù)。已顯示 這種摩擦系數(shù)的降低減小了在膜制造和組件加工過程中造成的宏觀結(jié)構(gòu)損 壞的量。在本發(fā)明的另一個實(shí)施方式中，相對于所述宏觀結(jié)構(gòu)表面，納米 結(jié)節(jié)既為凸起形又為凹陷形。因?yàn)樵诤暧^結(jié)構(gòu)的表面上同時存在這兩種形 狀，可以在單獨(dú)的膜之內(nèi)實(shí)現(xiàn)突起的結(jié)節(jié)和凹陷的結(jié)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。
所述納米結(jié)節(jié)優(yōu)選覆蓋所述宏觀結(jié)構(gòu)的大部分。宏觀結(jié)構(gòu)的大部分定 義為大于宏觀結(jié)構(gòu)總表面積的65%。如果覆蓋率小于40%，則使用納米結(jié) 節(jié)很難達(dá)到所需的寬視角。所述納米結(jié)節(jié)可以均勻地施加在所述宏觀結(jié)構(gòu) 的表面上，或者可以按照一定的圖案分布，以進(jìn)一步使來自本發(fā)明的光學(xué) 膜的光輸出達(dá)到要求。對于一些應(yīng)用，還優(yōu)選在具有至少兩個表面的宏觀 結(jié)構(gòu)的單個表面上提供納米結(jié)節(jié)。通過僅在一個表面上提供納米結(jié)節(jié)，光
輸出可以是不對稱的，可以用于需要不對稱輸出的顯示器應(yīng)用，例如汽車 的顯示器和飛機(jī)場監(jiān)視器。
在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述宏觀結(jié)構(gòu)優(yōu)選是能夠使得入射光能
準(zhǔn)直的長度、直徑或其它主要尺寸至少為25微米的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個
實(shí)施方式中，所述宏觀結(jié)構(gòu)優(yōu)選包括棱柱。已經(jīng)顯示棱柱結(jié)構(gòu)是光的高效 準(zhǔn)直器，通常具有包含納米結(jié)節(jié)的兩個傾斜的表面。當(dāng)所述棱柱包括的角
度為88-92度的時候，通常使所述光準(zhǔn)直最大。在本發(fā)明另一個優(yōu)選的實(shí) 施方式中，所述宏觀結(jié)構(gòu)包括具有脊線的各個光學(xué)元件。已經(jīng)顯示與規(guī)則 的棱柱形結(jié)構(gòu)相比，各個光學(xué)元件能夠減小莫爾波紋并改進(jìn)亮度的均勻性。
所述宏觀結(jié)構(gòu)的深度優(yōu)選為10-50微米。彎曲的宏觀結(jié)構(gòu)的深度從彎 曲的宏觀結(jié)構(gòu)的脊測量到彎曲的宏觀結(jié)構(gòu)的底部。深度小于8微米會造成 重新定向膜具有低亮度。深度大于55微米則難以制造，所包含的特征大得 足以產(chǎn)生莫爾波紋。
在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述宏觀結(jié)構(gòu)的寬度優(yōu)選為20-IOO微米。 當(dāng)所述宏觀結(jié)構(gòu)的寬度大于130微米的時候，它們變得足夠大，觀察者可 以透過液晶顯示器觀察到它們，這會降低顯示器的質(zhì)量。當(dāng)宏觀結(jié)構(gòu)的寬 度小于12微米的時候，特征的脊線的寬度占據(jù)特征寬度的較大的部分。該脊線通常變平，就不具有宏觀結(jié)構(gòu)其余部分的相同光成形特征。這種脊線 寬度相對于宏觀結(jié)構(gòu)寬度比值的增大會降低所述光學(xué)膜的性能。更優(yōu)選的 是，所述彎曲的宏觀結(jié)構(gòu)的寬度為15-60微米。已經(jīng)顯示該寬度范圍能夠 提供良好的光成形特征，而且不會被觀察者透過顯示器觀察到。用于顯示 器設(shè)計(jì)的具體寬度部分地取決于液晶顯示器的像素間距。應(yīng)當(dāng)對元件寬度 進(jìn)行選擇，以幫助使莫爾波紋干涉最小。
沿突出的脊測得的宏觀結(jié)構(gòu)的長度為800-3000微米。隨著長尺寸的增 大，圖案變成一維的，可能會產(chǎn)生莫爾波紋。隨著圖案縮短，顯示屏增益 降低，因此不予考慮。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本文所述的彎曲宏觀結(jié)構(gòu)的長度范圍會 減少不希望有的莫爾波紋，同時提供高的軸上亮度。
在另一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，沿突出的脊測得的宏觀結(jié)構(gòu)的尺寸為 100-600微米。隨著宏觀結(jié)構(gòu)的長尺寸減小，形成莫爾波紋圖的趨勢也隨之 減小。已經(jīng)表明，本文所述宏觀結(jié)構(gòu)長度的范圍會顯著減少顯示器中出現(xiàn) 的不希望有的莫爾波紋圖，同時能夠提供軸上亮度。
本發(fā)明的宏觀結(jié)構(gòu)優(yōu)選是重疊的。通過使得彎曲的宏觀結(jié)構(gòu)重疊，觀 察到莫爾波紋的有益的減小。較佳的是，本發(fā)明的彎曲的宏觀結(jié)構(gòu)隨機(jī)設(shè)
置，且互相平行。這會造成脊大體上沿相同的方向排列。優(yōu)選脊線總體取 向使得膜在一個方向的準(zhǔn)直超過其它方向，從而當(dāng)用于液晶背光系統(tǒng)的時 候，產(chǎn)生更高的軸上增益。所述彎曲的宏觀結(jié)構(gòu)優(yōu)選按照一定的方式隨機(jī) 化，以消除液晶顯示器的像素間距的任何干擾。這種隨機(jī)化可包括光學(xué)元 件的尺寸、形狀、位置、深度、取向、角度或密度。由此可以無需使用漫 射層來消除莫爾波紋和類似的影響。
圖1是優(yōu)選的宏觀結(jié)構(gòu)的放大俯視圖。圖l包括大量單獨(dú)的宏觀結(jié)構(gòu)， 這些宏觀結(jié)構(gòu)包括90度的頂角和彎曲的面。各個元件互相重疊而且交叉， 與有序的宏觀結(jié)構(gòu)相比，可以減小莫爾波紋。已經(jīng)表明圖1中的宏觀結(jié)構(gòu) 是入射光能的有效的準(zhǔn)直器，可用來改進(jìn)LCD顯示器的軸上亮度。
至少一些宏觀結(jié)構(gòu)可以在膜的出射面上成組地排列，每個組內(nèi)的至少 一些光學(xué)元件具有不同的尺寸或形狀特征，為各個組共同地提供了沿膜變 化的平均尺寸或形狀特征，從而得到超出任意單獨(dú)的光學(xué)元件的機(jī)械加工公差的平均特征值，并可消除液晶顯示器的像素間距的莫爾波紋和干涉作 用。另外，至少一些所述宏觀結(jié)構(gòu)可以互相以不同的角度取向，用來使膜 沿兩個不同的軸對光進(jìn)行重新取向/重新定向的能力達(dá)到要求。對于膜的增 益性能來說重要的是，在對特征隨機(jī)化的時候，避免產(chǎn)生平坦的無刻面 (un-faceted)的表面區(qū)域。對于這些特征的偽隨機(jī)設(shè)置存在一些算法，以 免產(chǎn)生無刻面或平坦的區(qū)域。
在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述宏觀結(jié)構(gòu)優(yōu)選的橫截面在特征的最 高點(diǎn)表示了90度夾角。已經(jīng)顯示，對于光重新定向膜，90度的頂角能夠產(chǎn) 生最高的軸上亮度。所述90度角包括某個范圍，發(fā)現(xiàn)88-92度的角度能夠 產(chǎn)生類似的結(jié)果，可在軸上亮度損失極少至無損失的情況下使用。當(dāng)頂角 小于85度或大于95度的時候，光重新定向膜的軸上亮度會降低。因?yàn)閵A 角優(yōu)選為90度，寬度優(yōu)選為15-30微米，所述彎曲的楔形特征的最大特征 脊高度優(yōu)選為7-30微米。已經(jīng)表明所述楔形元件的該高度范圍能夠提供高 的軸上增益和莫爾波紋減小。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施方式中，所述頂寬優(yōu)選大于90度且小于130度。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大于90度且小于130度的頂寬能夠比88-92度的頂角提供更緩和 的截止。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大于90度的角度上的納米結(jié)節(jié)生長會得到更窄的 尺寸和形狀分布，同時光學(xué)膜的均勻性提高。
所述宏觀結(jié)構(gòu)的平均間距為10-55微米。所述平均間距是兩個相鄰的 特征的最高點(diǎn)之間的距離的平均值。所述平均間距不同于特征的寬度，因 為特征的尺寸會發(fā)生變化，它們會重疊、交叉、隨機(jī)設(shè)置在膜的表面上， 以減少莫爾波紋并確保膜上沒有無圖案的區(qū)域。優(yōu)選膜上具有小于0. 1%的 無圖案的區(qū)域，因?yàn)闊o圖案的區(qū)域的光學(xué)性能與楔形元件不同，會導(dǎo)致性 能降低。
較佳的是，本發(fā)明的膜的軸上增益為1.15-1.30。本發(fā)明的光重新定 向膜能夠使得高的軸上增益與減小的莫爾波紋以及寬的視角相平衡。已經(jīng) 表明，LCD制造商優(yōu)選軸上增益至少為1.10，以便顯著地增加顯示器的亮 度。軸上增益大于1.35，同時提供高軸上增益，將會具有非常有限的視角。 另外，宏觀結(jié)構(gòu)和納米結(jié)節(jié)提供的大于1. 30的軸上增益會造成LCD背光內(nèi)的高度再循環(huán)，導(dǎo)致因?yàn)長CD背光中的光再循環(huán)的輸出光的總體損失會因 為吸收、不希望有的反射、以及光從常規(guī)LCD背光單元的側(cè)面漏出而損失。
另外，光增益小于1. 10的光學(xué)膜可以使用本領(lǐng)域已知的光漫射器成功地獲 得。光增益大于1.35的光學(xué)膜可以使用本領(lǐng)域已知的光準(zhǔn)直膜獲得。本發(fā)
明是光漫射器和光準(zhǔn)直膜的合乎需要的性質(zhì)的組合，在更寬的視角范圍內(nèi) 提供高亮度。
所述納米結(jié)節(jié)優(yōu)選與宏觀結(jié)構(gòu)是整體的。整體的納米結(jié)節(jié)是優(yōu)選的， 因?yàn)樗鼈児馀己显诤暧^結(jié)構(gòu)之中，與不是整體的納米結(jié)節(jié)相比可以改進(jìn)光 學(xué)膜的效率。另外，已經(jīng)表明，與納米結(jié)節(jié)涂覆在宏觀結(jié)構(gòu)表面上的情況
相比，整體的納米結(jié)節(jié)具有很高的耐久性，能夠避免變形和錯位。
所述納米結(jié)節(jié)優(yōu)選包含聚合物。聚合物是優(yōu)選的，因?yàn)榕c無機(jī)材料相 比，聚合物的成本往往低廉，具有高透光率，可以熔融加工，具有納米尺 寸的物體所需的極佳的復(fù)制精確性。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述納 米結(jié)節(jié)包括烯烴重復(fù)單元。聚烯烴聚合物成本低且透光率高。另外，聚烯 烴聚合物可有效地熔融擠出，因此可用來以巻的形式制造納米結(jié)節(jié)。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施方式中，所述納米結(jié)節(jié)包括碳酸酯重復(fù)單元。 聚碳酸酯具有高的光學(xué)透射值，能夠供高透光率和漫射性之用。與具有低
透光率值的漫射材料相比，高的透光率可以提供更亮的LC器件。另外，聚 碳酸酯具有適用于LCD顯示器應(yīng)用的較高的Tg。在本發(fā)明的另一個實(shí)施方 式中，所述納米結(jié)節(jié)包括酯重復(fù)單元。聚酯成本低，而且具有良好的強(qiáng)度 和表面性質(zhì)。另外，聚酯聚合物在80-20(TC的溫度下尺寸穩(wěn)定，因此可以 耐受顯示器光源產(chǎn)生的熱量。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施方式中，所述納米結(jié)節(jié)包含三乙酰纖維素或環(huán) 烯烴聚合物。三乙酰纖維素和環(huán)烯烴同時具有高透光率和低的光雙折射， 使得本發(fā)明的漫射器能夠漫射光，同時保持光本身的偏振態(tài)。
本發(fā)明的納米結(jié)節(jié)優(yōu)選隨機(jī)分布在宏觀結(jié)構(gòu)的表面上，各個納米結(jié)節(jié) 的直徑重疊至少5%。優(yōu)選納米結(jié)節(jié)隨機(jī)地設(shè)置在宏觀結(jié)構(gòu)的表面上，因?yàn)?納米結(jié)節(jié)的隨機(jī)圖案會降低莫爾波紋，同時不大容易產(chǎn)生可見的圖案，而 如果納米結(jié)節(jié)為有序的話，則可能出現(xiàn)這些可見的圖案。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，人的肉眼可以檢測到亞微米圖案中的尺寸或分布變化。通過對納米結(jié)節(jié)的設(shè)置 進(jìn)行隨機(jī)化，尺寸以及分布圖案的控制對于提高生產(chǎn)率和減少可見缺陷來 說變得不大重要了。因?yàn)榧{米結(jié)節(jié)的設(shè)置是隨機(jī)的，所以一些重疊的可能 性很高。納米結(jié)節(jié)的直徑優(yōu)選重疊至少5%。另外，為了減小宏觀結(jié)構(gòu)未被 納米結(jié)節(jié)覆蓋的表面積的量，需要一定程度的重疊，特別是當(dāng)納米結(jié)節(jié)為圓 形或橢圓形的時候。
圖3是包括納米尺寸結(jié)節(jié)的90度頂角宏觀結(jié)構(gòu)的放大俯視圖，所述納
米尺寸的結(jié)節(jié)用來拓寬亮度1/2角(與具有平滑側(cè)壁的宏觀結(jié)構(gòu)相比)。圖3 中的凸起的納米結(jié)節(jié)大致上分布在宏觀結(jié)構(gòu)的95%的表面上，極少有納米 結(jié)節(jié)重疊和交叉。在圖3中，納米結(jié)節(jié)與宏觀結(jié)構(gòu)是整體的，由相同的材 料制成。因?yàn)樗黾{米結(jié)節(jié)是整體的，它們具有極佳的粘附性，降低了納 米結(jié)節(jié)與所述宏觀結(jié)構(gòu)分離的可能性。另外，因?yàn)樗黾{米結(jié)節(jié)與所述宏 觀結(jié)構(gòu)是整體的，透射的光能光耦合到納米結(jié)節(jié)中，消除了可能會降低光 學(xué)膜效率的不希望有的散射或反射。圖3中的納米結(jié)節(jié)是凸起的結(jié)節(jié)，其 形狀往往大致為橢圓形。圖3中的納米結(jié)節(jié)300的Ra為925納米，圖3中 的納米結(jié)節(jié)測得的平均直徑為1.08微米。圖3中的納米結(jié)節(jié)近似以正態(tài)分 布分布在所述宏觀結(jié)構(gòu)的表面上，標(biāo)準(zhǔn)偏差為38納米。
在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述納米結(jié)節(jié)優(yōu)選覆蓋超過95%的宏觀 結(jié)構(gòu)表面積。己經(jīng)發(fā)現(xiàn)表面積覆蓋率的量是光學(xué)膜的出射光分布的一個重 要決定因素。通過提供大于95%的覆蓋率，可以針對特定納米結(jié)節(jié)尺寸、 形狀和宏觀結(jié)構(gòu)幾何形狀，對視角優(yōu)化。在本發(fā)明的另一個實(shí)施方式中， 所述納米結(jié)節(jié)優(yōu)選覆蓋65-85%的宏觀結(jié)構(gòu)表面。與不具有任何納米結(jié)節(jié) 的宏觀結(jié)構(gòu)或者納米結(jié)節(jié)覆蓋超過95%的表面積的宏觀結(jié)構(gòu)相比，通過提 供65-85%的覆蓋率，所述光學(xué)膜可以同時具有重新定向和高視角特征。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施方式中，與所述光出射面相反的表面包括納米 結(jié)節(jié)。與光出射面相反的表面上的納米結(jié)節(jié)提供了另外的光漫射，同時不 會顯著降低所述宏觀結(jié)構(gòu)使小角度入射光再循環(huán)的能力。與光出射面相反 的面上的納米結(jié)節(jié)還能減少光學(xué)膜內(nèi)的可視缺陷，當(dāng)本發(fā)明的光學(xué)膜與其 他的表面接觸的時候提供光遠(yuǎn)離。最后，與光出射面相反的面上的納米結(jié)v節(jié)的存在提供極佳的光學(xué)膜輸運(yùn)表面，減小制造過程中的劃痕和磨損。
所述光學(xué)膜優(yōu)選在光出射面上包含帶有凸起宏觀結(jié)構(gòu)的膜，所述宏觀 結(jié)構(gòu)的長度、直徑或其它主要尺寸至少為25微米，所述宏觀結(jié)構(gòu)的表面的 Ra值不大于1200納米。平均粗糙度，或Ra，表示納米結(jié)節(jié)之間的峰至谷 的平均高度，通過輪廓曲線儀測量，結(jié)果以納米表示。通過提供Ra小于1200
的宏觀結(jié)構(gòu)，所述光學(xué)膜同時提供高亮度和寬視角。平均直徑大于1500納 米的宏觀結(jié)構(gòu)減少了準(zhǔn)直的量，導(dǎo)致膜的總體亮度發(fā)生不希望出現(xiàn)的減少。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施方式中，所述表面宏觀結(jié)構(gòu)的Ra值為600-1000 納米。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)表面平均糙度為600-1000納米的宏觀結(jié)構(gòu)能夠同時提供適 用于LCD電視應(yīng)用的準(zhǔn)直和寬視角。
所述宏觀結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和分布對于決定從宏觀結(jié)構(gòu)出射的光的分 布來說是很重要的。優(yōu)選高寬比為0. 5-6. 0的宏觀結(jié)構(gòu)。高寬比小于O. 2 的宏觀結(jié)構(gòu)對于增大軸上增益的影響很小。高寬比大于6.0的納米結(jié)節(jié)難 以使用熔融聚合物澆鑄在有圖案的金屬輥上進(jìn)行成形，因?yàn)樗鼍酆衔锿?往會粘附在具有高的高寬比特征的表面上。另外，需要高的壓力來完全形 成所述高的高寬比的特征，這顯著降低了模具的壽命。
在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述宏觀結(jié)構(gòu)具有重復(fù)圖案。因?yàn)榕c隨 機(jī)宏觀結(jié)構(gòu)相比，重復(fù)圖案具有較高的堆積密度，因此重復(fù)圖案通常提供 少量的不希望有的無圖案的區(qū)域。在本發(fā)明的另一個實(shí)施方式中，所述宏 觀結(jié)構(gòu)優(yōu)選具有隨機(jī)圖案。盡管因?yàn)榕c重復(fù)圖案相比，隨機(jī)圖案具有較低 的堆積密度，所述隨機(jī)圖案確實(shí)通常會形成一些無圖案的光學(xué)膜，但是與重 復(fù)圖案相比，隨機(jī)圖案通常確實(shí)能夠產(chǎn)生較低程度的莫爾波紋。還已表明 隨機(jī)圖案能夠掩藏或者遮蔽小的膜缺陷，以免其被觀察者的眼睛看到。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施方式中，所述宏觀結(jié)構(gòu)的長度、直徑或其它尺 寸至少為100微米。尺寸大于IOO微米的微觀結(jié)構(gòu)提供了需要提供大于1.0 的軸上增益的入射光所需的準(zhǔn)直。另外，不具有大于100微米的尺寸的微 觀結(jié)構(gòu)更難制造，因?yàn)檫@樣的尺寸可能會在光學(xué)膜上造成不希望有的無圖 案的區(qū)域。
光準(zhǔn)直宏觀結(jié)構(gòu)通常會阻礙處于離軸角的入射光透射，允許處于軸上或接近軸上的光透射。通常，準(zhǔn)直宏觀結(jié)構(gòu)的角度-亮度曲線顯示在o度或 其附近有最大亮度，然后在接近90度的角度出現(xiàn)亮度的減小。亮度減小 的斜率是宏觀結(jié)構(gòu)幾何形狀的函數(shù)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過在宏觀結(jié)構(gòu)的表面上提 供一定的粗糙度，斜率的變化能夠發(fā)生顯著的改變，以便在更寬的角度范 圍內(nèi)提供增大的亮度。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，優(yōu)選的是光學(xué)膜包括在 光出射面上帶有凸起或凹陷的宏觀結(jié)構(gòu)的膜，所述宏觀結(jié)構(gòu)的長度、直徑 或其它尺寸至少為25微米，所述宏觀結(jié)構(gòu)的表面的RJ直足夠低，能夠使
得軸上光增益減少至少25% (與沒有所述表面粗糙度的相同的宏觀結(jié)構(gòu)布 置相比)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)軸上增益降低至少25%會導(dǎo)致所希望的離軸角上的亮度
增大(與平滑的宏觀結(jié)構(gòu)相比)，結(jié)果得到具有改進(jìn)的亮度性質(zhì)的光學(xué)膜。
圖2是制造光學(xué)膜的設(shè)備的簡化示意圖，例如可用來制'造圖3所示的 光學(xué)膜。所述設(shè)備包括擠出機(jī)201，該擠出機(jī)201擠出材料203。所述設(shè)備 還包括有圖案的輥205，所述輥205包括具有納米結(jié)節(jié)的宏觀結(jié)構(gòu)，用來在 光學(xué)層213中形成光學(xué)特征。另外，所述設(shè)備包括壓力輥207，用來提供壓 力，將材料203壓入有圖案的輥205中，還包括剝離輥211，用來幫助將材 料203從有圖案的輥205上取下。
在操作中，在壓力輥207和有圖案的輥205之間對基底層209與擠出 的材料203 —起進(jìn)行施加壓力。在一個示例性的實(shí)施方式中，所述基底層 209是取向的聚合物片。另外，所述材料203形成了光學(xué)層213,所述光學(xué) 層213在通過所述有圖案的輥205和壓力輥207之間后包括光學(xué)特征?；?者，可以在擠出機(jī)201將粘合層與所述材料203共擠出。共擠出提供了兩 個或更多個層的益處?？梢詫矓D出的粘合層進(jìn)行選擇，以便為基底層209 和光學(xué)層213提供最佳的粘合性，產(chǎn)生比單層更高的粘合性。因此，所述 共擠出的粘合層和光學(xué)層在所述壓力輥207和有圖案的輥205之間與基底 層一起受到壓力。在通過了所述壓力輥207和有圖案的輥205之間后，使 得層213通過輥211。在具體實(shí)施方式
中，層213是下面圖3中詳細(xì)描述的 實(shí)施方式的光學(xué)結(jié)構(gòu)。
在另一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述材料203包含聚合物的共擠出層， 其包括皮層，所述皮層與有納米結(jié)節(jié)圖案的輥205接觸，皮層的熔體指數(shù)比所述共擠出的結(jié)構(gòu)中其余的層高50%。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)高流動性的皮層有助于 聚合物的復(fù)制精確性。皮層以外的層具有低得多的熔體指數(shù)，得到的機(jī)械 性能上更硬的光學(xué)膜，能夠更好地適于耐受顯示器件的嚴(yán)格要求。
所述有納米結(jié)節(jié)圖案的輥優(yōu)選包括金屬輥，其包括被納米結(jié)節(jié)覆蓋的 基底宏觀結(jié)構(gòu)。所述宏觀結(jié)構(gòu)可以機(jī)械加工形成或者隨機(jī)設(shè)置在所述輥的 表面上。已知的技術(shù)，例如金剛石車削、噴珠、壓印、微刻壓或電氣機(jī)械 雕刻已經(jīng)被表明能夠形成可以接受的宏觀結(jié)構(gòu)。較佳的是，通過在氟化物 浴中進(jìn)行精密的電化學(xué)沉積，將納米結(jié)節(jié)均勻地施加于金屬輥中機(jī)械加工 的表面宏觀結(jié)構(gòu)上，以確保所述基底金屬和表面之間存在有效的持續(xù)的連 接。電解法施加薄而致密的鉻層，得到比不使用電的情況下施涂的(即無電 鍍鎳等)鍍層或涂層更佳的結(jié)合。0. 25微米的最小沉積厚度能夠防止發(fā)生氫 聚集，這種情況經(jīng)常會困擾化學(xué)電鍍。薄而致密的結(jié)節(jié)狀鉻是堅(jiān)硬的鉻， 其非常薄，尚不會累積足以引起裂紋的應(yīng)力，因此具有良好的耐腐蝕性。 在所述金屬宏觀結(jié)構(gòu)的表面上均勻地沉積致密的高鉻非磁性合金。另外， 已表明與未添加所述薄而致密的結(jié)節(jié)狀鉻的金屬宏觀結(jié)構(gòu)相比，所述薄而 致密的結(jié)節(jié)狀鉻能夠提高潤滑性，防止磨損，提高耐磨損性，具有較低的摩 擦系數(shù)，提供極佳的防粘模(antiseizure)特性，具有較低的耐腐蝕性。
這種宏觀結(jié)構(gòu)的薄而致密的鉻鍍層施加的厚度可以為0. 25-4. 0微米。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對宏觀結(jié)構(gòu)施加的所述薄而致密的鉻層更厚，會增大所述納米 結(jié)節(jié)點(diǎn)的直徑，降低所述光學(xué)膜的軸上亮度。所述薄而致密的鉻沉積優(yōu)選 在低的溫度下進(jìn)行，通常低于6(TC，可用于所有的鐵類金屬和非鐵金屬， 同時不會造成變形。通過小心地固定部件和控制鍍浴，可以精確地控制厚 度公差。另外，結(jié)節(jié)狀的薄而致密的鉻鍍層不會在角或尖銳的邊緣顯示出 不希望有的累積。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所述納米結(jié)節(jié)按照所述基底金屬的宏觀結(jié)構(gòu)的 輪廓，具有精確的沉積厚度，因此會使宏觀結(jié)構(gòu)形成非常均勻的結(jié)節(jié)。
在本發(fā)明一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述薄而致密的納米結(jié)節(jié)以圖案的
形式施加在所述宏觀結(jié)構(gòu)的表面上。所述納米結(jié)節(jié)的圖案形式沉積可通過 以下方式完成對輥的多個部分或各個宏觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行掩蔽，使得在所述輥 的一部分表面上或者各個宏觀結(jié)構(gòu)的所需區(qū)域上都不存在納米結(jié)節(jié)。圖案形式施加的納米結(jié)節(jié)還優(yōu)選可按照一定的梯度，施加在對應(yīng)于LCD顯示器 的邊緣或中心區(qū)域的宏觀結(jié)構(gòu)上或更大的面積上。
在用薄而致密的結(jié)節(jié)狀鉻的工藝施加的情況下，涂層的硬度值為70-80 洛氏硬度C。通過提供70-80洛氏硬度C的硬度，可以用更軟、更易機(jī)械加 工的基底金屬(包括硬化鋼，例如測得62洛氏硬度)形成所述宏觀結(jié)構(gòu)。除 此之外，鉻的天然潤滑性，而且具有用來減少磨損和摩擦的出色的涂層， 可以防止磨損和粘模，可以改進(jìn)在有圖案的輥上澆鑄的聚合物的脫模性。
所述納米結(jié)節(jié)還可通過本領(lǐng)域已知的方法(例如噴珠、噴砂、微研磨或 微壓痕)施加于所述宏觀結(jié)構(gòu)的表面上。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，優(yōu)選的是光學(xué)器件包括光出射 面上具有凸起或凹陷的宏觀結(jié)構(gòu)的膜，所述宏觀結(jié)構(gòu)的長度、直徑、或其
它主要尺寸至少為25微米，所述宏觀結(jié)構(gòu)表面的大部分被平均直徑小于 1200納米的納米結(jié)節(jié)覆蓋。所述器件優(yōu)選包括使用光控制膜改變?nèi)肷涔獾?方向、從而提高顯示器的質(zhì)量或性質(zhì)的顯示器件。優(yōu)選的器件包括但不限 于LCD、 OLED、投影顯示器、等離子顯示器和PLED。
本發(fā)明可以與任意的液晶顯示器件結(jié)合使用，該器件的常規(guī)結(jié)構(gòu)如下 文所述。液晶(LC)被廣泛地用于電子顯示器。在這些顯示器系統(tǒng)中，LC層 位于在偏振器層和分析器層之間，具有導(dǎo)向器，該導(dǎo)向器通過所述層，相 對于法線軸表現(xiàn)出方位角扭曲。所述分析器的取向使得其吸收軸垂直于偏 振器的軸。被偏振器偏振的入射光通過液晶盒，受到液晶中的分子取向影 響，所述液晶的分子取向可通過施加在所述液晶盒上的電壓來改變。通過 使用此種原理，可以對來自外部光源的光(包括環(huán)境光)的透射進(jìn)行控制。 達(dá)到這種控制所需的能量通常遠(yuǎn)小于其它顯示器種類(例如陰極射線管)中 使用的發(fā)光材料所需的能量。因此，人們將LC技術(shù)用于許多的應(yīng)用，包括 但不限于數(shù)字式手表，計(jì)算器，便攜式計(jì)算機(jī)，電子游戲機(jī)，對于這些應(yīng)用， 重量輕、能耗低和使用壽命長是很重要的特征。
有源矩陣液晶顯示器(LCD)使用薄膜晶體管(TFT)作為開關(guān)器件，用于
驅(qū)動各個液晶像素。
這些LCD可以顯示出更高清晰度的圖像，同時不會造成串?dāng)_，因?yàn)楦鱾€液晶像素可以被選擇性地驅(qū)動。光模干擾(OMI)顯示器是一種"通常白色" 的液晶顯示器，也就是說，光以關(guān)閉態(tài)透射通過顯示器層。使用扭曲向列液 晶的LCD的操作模式大致可分為雙折射模式和光旋轉(zhuǎn)模式。"膜補(bǔ)償?shù)某?br> 扭曲向列"(FSTN)LCD通常是黑色的，也就是說，當(dāng)不施加電壓的時候，在 關(guān)閉態(tài)的情況下，光透射受到抑制。據(jù)報道，OMI顯示器具有更快的響應(yīng) 時間和更寬的操作溫度范圍。
白熾燈或太陽產(chǎn)生的普通光線是隨機(jī)偏振的，也就是說，其包括在所 有可能的方向取向的光波。偏振器是其作用是通過選擇性除去來自入射光 束的兩種垂直的平面偏振分量中的一種，將隨機(jī)偏振的("未偏振")的光 束轉(zhuǎn)化為偏振光束的二色性材料。線性偏振器是液晶顯示器(LCD)裝置的關(guān) 鍵部件。
有幾類的高二色性比的偏振器能夠處理足以用于LCD器件的光學(xué)性 能。這些偏振器由材料的一些薄片制成，這些材料能夠透射一種偏振的分 量，同時吸收另外的相互正交的分量(該作用被稱為二色性)。最常用的塑 料片偏振器由單軸拉伸的聚乙烯醇(PVA)薄膜組成，其中PVA聚合物鏈或多 或少以平行的形式排列對齊。然后所述排列對齊的PVA用碘分子或者有色 的二色性染料(例如參見EPO 182 632 A2，住友化學(xué)有限公司)的組合摻雜, 這些摻雜物可以吸附于PVA，并通過PVA變成單軸取向形式，以制得帶有 中灰色的高各向異性基質(zhì)。然后為了機(jī)械支承所述脆性PVA膜，在兩側(cè)層 疊堅(jiān)硬的三乙酰纖維素(TAC)層或類似的支承層。
對比度、色彩重現(xiàn)性和穩(wěn)定的灰度強(qiáng)度是使用液晶技術(shù)的電子顯示器 的重要質(zhì)量特性。限制液晶顯示器的對比度的主要因素是光"漏過"處于 暗或"黑色"像素狀態(tài)的液晶元件或液晶盒的傾向。另外，液晶顯示器的 漏光(也即對比度)還取決于對顯示器屏幕的觀察角度。通常最佳的對比度 僅能在顯示器入射法線周圍很窄的視角內(nèi)觀察到，隨著視角增大，對比度 會迅速降低。在彩色顯示器中，漏光問題不僅會降低對比度，而且會因?yàn)?色彩重現(xiàn)性降低而帶來顏色或色調(diào)變化。除了黑態(tài)漏光以外，因?yàn)橐壕Р?料的光學(xué)各向異性，常規(guī)的扭曲向列液晶顯示器中視角窄的問題通過在亮 度-電壓曲線中作為視角的函數(shù)的移位而進(jìn)一步惡化。當(dāng)在背光系統(tǒng)中，將本發(fā)明的光學(xué)膜用作光散射膜的時候，所述膜使 得亮度平均化。背光LCD顯示器的屏幕，例如用于便攜式計(jì)算機(jī)的屏幕,
可能具有相對局部化的光源(例如熒光燈)，或者與所述LCD屏幕相對靠近
設(shè)置的相對局部化的光源的陣列，因此可以檢測到與光源對應(yīng)的各個"熱點(diǎn) "。所述漫射膜用來使得顯示器上的光照平均化。所述液晶顯示器件包括
具有以下特性的顯示器件其具有選自例如有源矩陣驅(qū)動和簡單矩陣驅(qū)動 的驅(qū)動方法，以及選自扭曲向列液晶、超扭曲向列液晶、鐵電液晶和反鐵 電液晶的液晶模式的組合，但是，本發(fā)明不限于以上組合。在液晶顯示器 件中，需要本發(fā)明的取向膜設(shè)置在背光的前面。本發(fā)明的光學(xué)膜能夠在液 晶顯示器件上使得亮度均勻，這是因?yàn)樗瞿ぞ哂袠O佳的光散射性，能夠 使得光散開，在所有的方向上提供極佳的可見性。盡管即使使用單層這樣 的膜也可達(dá)到上述效果，但是可以結(jié)合使用多層的膜。在透射模式中，可
以將所述均一化膜設(shè)置在LCD材料前面，以分配光并使其更加均勻。
本發(fā)明的重要用途是作為光源消除(destrcturing)器件。在許多應(yīng)用 中，希望從光源本身的輸出中消除掉燈絲的結(jié)構(gòu)，在某些應(yīng)用中，這種燈 絲的結(jié)構(gòu)可能會造成問題，因?yàn)樵跇悠分蟹植嫉墓饪赡軙兓虼耸侨?們所不希望的。另外，在替換了光源之后，光源燈絲或弧取向的變化可能 產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致令人誤解的讀出結(jié)果。通過將本發(fā)明的均一化膜設(shè)置在光 源和檢測器之間，可以從光源的輸出中消除任意痕量的燈絲結(jié)構(gòu)，從而由 不同的光源得到相同的均 一 化的輸出。
通過提供所需方向的令人愉悅的均一化的光，可以用所述光學(xué)膜來控 制舞臺照明。在舞臺上和電視機(jī)生產(chǎn)中，必須使用許多種舞臺燈光得到合 適的照明所需的所有不同的效果。這需要使用許多不同的燈，這是非常不 方便而昂貴的。設(shè)置在燈上的本發(fā)明的膜幾乎可以提供不受限制的靈活性 在需要時使光分散。因此，可以正確地照射幾乎任何對象，不論是否移動， 何種形狀均可。
可通過將金屬膜等構(gòu)成的反射層施加在本發(fā)明光學(xué)膜的光出射面上， 形成反射層，可以用作例如交通信號燈的回射部件?？梢砸砸环N狀態(tài)應(yīng)用 于汽車、自行車、個人等來使用。本發(fā)明的光學(xué)膜還可用于執(zhí)法和安全系統(tǒng)領(lǐng)域，使得在整個安全區(qū)域
內(nèi)，激光二極管(LD)或發(fā)光二極管(LED)的輸出均一化，以提供相對于紅 外(IR)檢測器更高的對比度。本發(fā)明的膜還可用來從使用LED或LD源的器 件除去結(jié)構(gòu)，例如用于銀行驗(yàn)鈔機(jī)或皮膚治療器。這產(chǎn)生更高的準(zhǔn)確率。
如果在手術(shù)過程中， 一根光纖元件斷裂，安裝在外科醫(yī)生的帽子上的 光纖光組件，可能會造成在手術(shù)區(qū)上投射的光分散強(qiáng)度變化。將本發(fā)明的 光學(xué)膜置于光纖束的末端，使來自剩余的光纖的光均一化，并從投射在患 者上的光中消除了任何痕量的斷裂的光纖。標(biāo)準(zhǔn)的磨砂玻璃漫射器不能有 效地用于該種用途，因?yàn)轱@著的背向散射會造成通過光量損失。
本發(fā)明的光學(xué)膜還可以通過消除光源的燈絲或弧，得到均勻照明的視 場，從而對顯微鏡下的樣品進(jìn)行均勻的照明。本發(fā)明的膜還可以用來對通 過光纖傳輸?shù)母鞣N模式進(jìn)行均一化，例如可以對通過螺旋模式光纖的光輸 出進(jìn)行均一化。
本發(fā)明的光學(xué)膜還具有重要的建筑用途，例如為工作和居住空間提供 合適的光照。在常規(guī)的商業(yè)應(yīng)用中，使用廉價的透明聚合物漫射膜幫助漫 射光分散在房間內(nèi)。本發(fā)明的一種均化器代替了這些常規(guī)的漫射器之一， 提供了更均勻的光輸出，因此光在房間內(nèi)以所有的角度均勻地分散，沒有 熱點(diǎn)。
本發(fā)明的光學(xué)膜還可用來使光漫射對藝術(shù)品進(jìn)行照明。所述透明的聚 合膜漫射器提供了合適尺寸和取向的孔，用于以最合乎需要的方式對藝術(shù) 品進(jìn)行照明。
另外，本發(fā)明的光學(xué)膜可以廣泛地用作光學(xué)設(shè)備(例如顯示器件)的一 部分。例如，除了上述液晶顯示器件的背光系統(tǒng)的光散射板之外，在反射 型液晶顯示器件中，其可用作與反射膜如金屬膜層疊的光反射板，或者在 將金屬膜設(shè)置在器件的背面(與觀察者相反的面)的情況下，作為前散射膜， 將膜朝向前面(觀看者一面)?？梢酝ㄟ^層疊由氧化銦組成的透明導(dǎo)電層(表 示為IT0膜)，將本發(fā)明的光學(xué)膜用作電極。如果所述材料用來形成反射 屏幕，例如前投射屏幕，則將光反射層施加在所述透明的聚合物漫射器上。
所述光學(xué)膜的另一種應(yīng)用是后投射屏幕，這通常需要用光源將圖像投射在很大面積的屏幕上。電視在垂直方向上的視角通常小于在水平方向上 的視角。所述光學(xué)膜的作用是使光散開，以增大視角。
本發(fā)明的實(shí)施方式可以提供不僅改進(jìn)光漫射和準(zhǔn)直，而且還能減小厚 度的光學(xué)膜，該膜具有減少的光吸收的傾向，表現(xiàn)出緩和的角度截止，或者 在LCD顯示器系統(tǒng)中顯示減少的莫爾波紋或牛頓環(huán)。
盡管已經(jīng)具體參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施方式詳細(xì)描述了本發(fā)明，但 是應(yīng)當(dāng)理解可以在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)進(jìn)行改變和改進(jìn)。
實(shí)施例
在本實(shí)施例中，將納米結(jié)節(jié)施加在具有90度頂角的光重新定向宏觀結(jié) 構(gòu)的表面上，以形成具有寬角度光分布、同時使光散射最小的光學(xué)膜。將 具有施加在所述表面上的納米結(jié)節(jié)的重新定向宏觀結(jié)構(gòu)的光輸出與現(xiàn)有技
術(shù)的LCD級光漫射器和LCD級光重新定向膜相比較。
對鍍有高溫鎳的金屬輥電氣機(jī)械雕刻出具有90度頂角的各個宏觀結(jié) 構(gòu)。所述各個元件的最大深度為35微米，寬度為40微米，長度為1200微 米。對所述電氣機(jī)械雕刻的鍍鎳的金屬輥鍍覆薄而致密的鉻，在電氣機(jī)械 雕刻的宏觀結(jié)構(gòu)的表面上形成納米結(jié)節(jié)。圖5是在各個元件的表面上具有 納米結(jié)節(jié)的各個光學(xué)元件的俯視圖。圖5中的納米結(jié)節(jié)的Ra為823納米， 圖5中的納米結(jié)節(jié)測得的平均直徑為942納米。所述納米結(jié)節(jié)對數(shù)正態(tài)分 布在表面上，納米結(jié)節(jié)的中值為802納米。如預(yù)期，圖5的谷區(qū)域的納米 結(jié)節(jié)密度大于宏觀結(jié)構(gòu)的更平坦的區(qū)域，因?yàn)榧{米結(jié)節(jié)傾向于朝向銳峰生 長。應(yīng)當(dāng)理解通過減少所述宏觀結(jié)構(gòu)的銳峰，可以達(dá)到在宏觀結(jié)構(gòu)的表面 上更均勻地設(shè)置納米結(jié)節(jié)的目的。
圖4是兩種現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)膜(400和404)與實(shí)施例的光學(xué)膜402的傾 斜角-亮度曲線的對比。在ELD頂上進(jìn)行亮度的測量。在使用包括12個CCFL 燈泡的背光背后照明的50厘米對角線LCD電視機(jī)上測量對比膜和特征膜。 將LCD級體漫射器放在所述CCFL燈泡上，用于所述ELDIM測量。曲線406 是用于該測量的體漫射器的輸出值。曲線400表示用來改進(jìn)常規(guī)的LCD顯 示器的軸上亮度的標(biāo)準(zhǔn)亮度提高膜測得的數(shù)值。盡管曲線400確實(shí)具有高 的軸上亮度，但是離軸(零度傾斜角)曲線斜率高，這可能會造成在離軸角度處，LCD顯示器件的亮度損失，降低離軸色飽和度。曲線404表示用來對 來自電視機(jī)背光的光進(jìn)行漫射的標(biāo)準(zhǔn)TV漫射器測得的數(shù)值。盡管漫射器 404確實(shí)能夠通過散射入射光能而漫射背光源，但是漫射器404不具有足夠 高的軸上亮亮度，這是因?yàn)槌Ｒ?guī)的LCD光漫射器會對透射光進(jìn)行散射。
曲線402表示圖5所示的被納米結(jié)節(jié)覆蓋的宏觀結(jié)構(gòu)測得的數(shù)值。與 亮度膜400相比，所述寬角準(zhǔn)直膜402同時具有高的軸上增益和小的離軸 斜率，允許本發(fā)明的材料對照射光源進(jìn)行漫射，提供高的軸上亮度增益，同 時在更寬的傾斜角范圍內(nèi)提供相對恒定的照明。曲線402表示入射光的準(zhǔn) 直光束的特征，使得在所需的角度寬度之內(nèi)，散射光的強(qiáng)度-傾斜角曲線基 本平坦。
部件列表2宏觀結(jié)構(gòu)
201擠出機(jī)
203擠出的材料
205有圖案的輥
207壓力輥
209基底層
211剝離輥
213光學(xué)層
300納米結(jié)節(jié)
400現(xiàn)有技術(shù)膜的曲線
402本發(fā)明的膜
404現(xiàn)有技術(shù)的膜
406未改進(jìn)的光輸出
500納米結(jié)節(jié)
權(quán)利要求
1. 一種光重新定向光學(xué)器件，其包括具有光入射面和光出射面的聚合膜，在所述光出射面上具有凸起宏觀結(jié)構(gòu)，該凸起宏觀結(jié)構(gòu)的長度、直徑或其它主要尺寸至少為25微米，所述宏觀結(jié)構(gòu)表面的大部分被納米結(jié)節(jié)覆蓋，所述納米結(jié)節(jié)在垂直于光傳輸方向的平面內(nèi)的平均最大粗線長度小于1200納米。
2. 如權(quán)利要求l所述的器件，其特征在于，所述納米結(jié)節(jié)的平均直徑 X寸為400-1200納米。
3. 如權(quán)利要求l所述的器件，其特征在于，所述納米結(jié)節(jié)的平均直徑 尺寸為600-1000納米。
4. 如權(quán)利要求l所述的器件，其特征在于，所述納米結(jié)節(jié)是凹陷的。
5. 如權(quán)利要求l所述的器件，其特征在于，所述納米結(jié)節(jié)是凸起的。
6. 如權(quán)利要求l所述的器件，其特征在于，所述宏觀結(jié)構(gòu)包括棱柱。
7. 如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述納米結(jié)節(jié)包含聚合物。
8. 如權(quán)利要求l所述的器件，其特征在于，所述納米結(jié)節(jié)與所述宏觀 結(jié)構(gòu)是整體化的。
9. 如權(quán)利要求l所述的器件，其特征在于，所述宏觀結(jié)構(gòu)包括單獨(dú)的 光學(xué)元件。
10. 如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述宏觀結(jié)構(gòu)的高寬比 為0.5-5.0。
11. 如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述光學(xué)膜的光增益為 1.15-1.30。
12. 如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述納米結(jié)節(jié)與所述宏 觀結(jié)構(gòu)是整體化的，覆蓋了 40-60%的所述宏觀結(jié)構(gòu)的表面積。
13. 如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述納米結(jié)節(jié)隨機(jī)分布 在所述宏觀結(jié)構(gòu)的表面上，所述納米結(jié)節(jié)的直徑重疊至少5%。
14. 如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述納米結(jié)節(jié)覆蓋了超 過95。^的所述宏觀結(jié)構(gòu)表面。
15. 如權(quán)利要求l所述的器件，其特征在于，所述納米結(jié)節(jié)覆蓋了 65-85 %的所述宏觀結(jié)構(gòu)表面。
16. —種光學(xué)膜，其包括在光出射面上帶有凸起或凹陷的宏觀結(jié)構(gòu)的 膜，所述宏觀結(jié)構(gòu)的長度、直徑或其它主要尺寸至少為25微米，與沒有所 述表面粗糙度的相同的宏觀結(jié)構(gòu)布置相比，所述宏觀結(jié)構(gòu)的表面的Ra值低 到足以使得軸上光增益減少至少25%。
17. —種制造金屬模板的方法，所述金屬模板包括具有宏觀結(jié)構(gòu)幾何形狀的表面，所述方法包括以下步驟在金屬模板的表面上進(jìn)行電氣機(jī)械雕刻，對所述金屬模板的表面進(jìn)行鍍覆，在所述宏觀結(jié)構(gòu)的表面上形成金 屬納米結(jié)節(jié)鍍層。
全文摘要
一種光重新定向光學(xué)器件，其包括具有光入射面和光出射面的聚合膜，在所述光出射面上具有凸起宏觀結(jié)構(gòu)，該凸起宏觀結(jié)構(gòu)的長度、直徑或其它主要尺寸至少為25微米，所述宏觀結(jié)構(gòu)表面的大部分被納米結(jié)節(jié)覆蓋，所述納米結(jié)節(jié)在垂直于光傳輸方向的平面內(nèi)的平均最大粗線長度小于1200納米。
文檔編號G02B6/00GK101438191SQ200780015932
公開日2009年5月20日 申請日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
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