專利名稱：亮白的光學薄膜的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明一般涉及光學薄膜和涂層，本發(fā)明尤其涉及用作漫反射體或漫射體的薄膜或涂層。
背景技術(shù)：
漫射體和漫反射體被用于需要有效利用光源的光的各種應用。這些應用是例如反射式顯示器、投影屏幕、照明設備的反射體等。
尤其，漫反射體對于改善反射式顯示器，尤其是液晶顯示器(LCD)的性能很有用。改善的參數(shù)主要是亮度、最大亮度的觀察角，以及眩光造成的低對比度。實現(xiàn)高效的象白紙的反射式顯示器要求漫反射體具有寬的觀察區(qū)域、低眩光、反射率與偏振無關、白紙般的外觀以及高的亮度增益。
白度可以例如通過與“標準白色”比較來表征。通常BaSO4或spectralon用作標準白色。為了比較不同反射體的顏色，對其顏色坐標進行了測量，例如在CIE標準日光光源D65照射下的基于CIE 1931標準的顏色坐標，然后這些顏色坐標與BaSO4的對應顏色坐標進行比較。BaSO4的CIE坐標為(Y，x，y)＝(1.33，0.314，0.330)。
亮度增益(亮度增強)也可以通過與標準白色例如BaSO4或spectralon比較來表征。它可以定義為在相同照明和觀察條件下來自所述反射體的反射率與來自一個標準白色的反射率的比值。例如，由CIE坐標，該增益可以定義為所述反射體的亮度Y與BaSO4的亮度Y0的比值Y/Y0。
常規(guī)的反射式LCD，例如，使用在眩光角處最亮的金屬反射體。但是，為了避免由于從反射體以及從顯示器表面的鏡面反射(眩光角處的反射)導致的嚴重的圖像退化，觀察者應該在一個傾斜位置閱讀顯示器，使得從具有最大反射的眩光角處發(fā)生偏移。因此，對比度和亮度降低并且顏色飽和度降低。
為了補救這些問題，研制了全息反射體，通過偏轉(zhuǎn)來自眩光角的顯示器圖像來提高亮度和對比度。同樣的適用于具有不對稱的機械加工的布局的某些漫射的定向反射體，例如磨光的或微斜的反射體。但是，現(xiàn)有的解決方案仍顯示出局限性，例如，受限制的觀察角、可見光譜范圍內(nèi)的亮度不足、與波長和觀察角有關的有色外觀、對于入射光偏振態(tài)的靈敏度、制造的復雜性、應用于大面積的難度、成本或反射體的非現(xiàn)場適用性。
作為背景信息，圖1示意性地顯示了具有周期Λ和高度h的一個單調(diào)制正弦立體衍射光柵。已知關于光柵法線成θi角入射在這樣一個光柵結(jié)構(gòu)上的波長λ的光，將垂直于凹槽方向，衍射成與表面法線成θm角的幾束或幾級(m)。衍射級(m＝0，±1，±2等)服從光柵方程mλf＝sinv(θi)-sinv(θm)，其中f＝1/Λ為凹槽頻率或密度。對于一個特定波長λ，滿足|mλ/Λ|＜2的衍射級m的所有值對應于物理可實現(xiàn)的衍射級。因此，僅有限數(shù)量的衍射級可以被傳播，例如圖1中所示，其中R0為零級(m＝0)或沿θi＝θ0的鏡面反射，R1為沿θ1的一級衍射(m＝1)，R2為沿θ2的二級衍射(m＝2)。
光柵可以用于反射或透射，并且可以選擇尺寸以在選定波長和/或衍射級(觀察角)處具有高效率。單頻率光柵的缺點包括窄觀察區(qū)域以及反射率或透射率與波長有關的作用。這通常導致反射體具有與波長和觀察角有關的有色外觀，或者具有與入射光的偏振態(tài)有關的反射率。
原則上，使用特殊波紋或布局有可能避免大多數(shù)這些問題。例如，如果在單個層中存在幾種頻率或者更通常是幾種凹槽尺寸，而非單個頻率，就可以調(diào)整它們的值和分布，使得產(chǎn)生所需的特性(更高的增益、更寬的觀察角、更白的外觀、與偏振無關的反射率等)。對于凹槽頻率以及角度θi和θ值的一個特定集合，多于一個波長滿足光柵方程?？赡苡袔讉€分立的波長，當乘以連續(xù)的整數(shù)m時，滿足相長干涉的條件。類似地，對于波長以及觀察角θi和θ值的一個特定集合，多于一個凹槽頻率或凹槽周期滿足光柵方程。連續(xù)的衍射級也可能沿相同的觀察角重疊。由光柵方程，顯然，對于滿足方程的所有m，第一級(m＝1)入射的波長λ的光將與第二級(m＝2)衍射的波長λ/2的光等等重合。如果存在幾種頻率(尺寸)，而非單個頻率，則通過改變凹槽頻率可以獲得相同的結(jié)果，即第一級(m＝1)來自凹槽頻率2f衍射的的波長λ的光將與第二級(m＝2)來自凹槽頻率f衍射的光等等重合，由此增大沿該特定角度的亮度增益。同樣，幾種頻率的存在可以增加觀察區(qū)域。例如，波長λ的光將在沿角度θ1來自凹槽頻率f1以及沿角度θ2來自凹槽頻率f2的第一級(m＝1)衍射。
討論及表征表面散射和反射的一種方法是雙向反射分布函數(shù)BRDF(見例如John C.Stover在SPIE第1165卷，來自光學元件的散射(1989)，第2-9頁)。BRDF，顯示出表面的照度差異與反射的亮度差異之間的關系，是一個多向方程，描述從一個表面反射和散射的光強同角度和偏振的關系。在某些情況下，BRDF本質(zhì)上與涉及空間頻率矢量f的功率譜密度函數(shù)PSD(f)成比例。因此，散射數(shù)據(jù)的判讀可以基于PSD(f)，它可以通過取表面輪廓h(x，y)的傅立葉變換的平方，從表面輪廓數(shù)據(jù)直接導出。PSD是BRDF表達式中最重要的因素之一，因為它是一個純表面量，并且包含有關造成散射的表面的信息(周期、形狀等)。表面頻率矢量的分量通過光柵方程與散射角有關 它可以看作是來自具有空間波長Λ＝1/f的光柵的第一衍射級的光柵方程的歸納。這里，散射角θ相對于表面法線測量(極角)，s相對于入射平面測量(方位角)，fx和fy分別為沿x和y軸的波紋頻率。
如果表面波紋是空間各向同性的，則PSD僅與表面空間頻率的大小有關，與其在表面平面的方向(即方位s)無關。另一方面，如果表面波紋包含周期成分，例如正弦凹槽，則散射光產(chǎn)生具有一系列分立的衍射尖峰的角度分布，這些尖峰的位置由光柵方程確定。如果凹槽長度減小，則沿凹槽方向銳度減弱且衍射峰擴展，并且更多的光散射到方位方向。同樣，如果凹槽方向垂直于入射平面(s＝0)，則沿如圖1所示的該平面發(fā)生衍射級。但是，如果凹槽方向在入射平面之外(s≠0)，則光將至少部分散射出平面。因此，除了該極面觀察區(qū)域之外，通過調(diào)整參數(shù)例如凹槽方向和尺寸分布的程度，也可以實現(xiàn)在方位觀察區(qū)域上的某些控制。這使得有可能制造具有適度方向性的漫射體和反射體。這種漫射體和漫反射體例如對于液晶顯示器是較好的，因為我們可以有效地使用沿該極面觀察區(qū)域的散射光的更多部分，而不會使方位觀察區(qū)域完全變窄。
如果有幾種散射機理，源自不同的起因或簡單地由于不同的散射布局或不同的凹槽方向，并且它們是(統(tǒng)計)無關的，則它們的BSDF相加。如果它們不是無關的，則可能有重要的干涉效應，與中間波長相關。
最近，描述了在聚合體薄膜的表面上產(chǎn)生波紋的一種新技術(shù)?，F(xiàn)在稱作單體波紋(MC)技術(shù)，并且在例如Rolic AG的PCT專利申請公布WO 01/29148中，在M.lbn-Elhaj & M.Schadt，自然410卷，796-799頁，2001年中，以及在M.lbn-Elhaj & M.Schadt，亞洲顯示器/IDW’01(第21屆國際顯示器研究會議論文集)，505-508頁中公開，所有這些在此一并作為參考。
MC技術(shù)基于可交聯(lián)材料與不可交聯(lián)材料的混合-例如液晶預聚物與單體液晶的混合的涂層，其中僅該預聚物是可交聯(lián)的。涂覆之后，通過交聯(lián)該可交聯(lián)成分，較好地通過暴露于紫外輻射，逐漸引起相位分離或分層。隨后非交聯(lián)成分的去除使得在交聯(lián)的固體聚合體薄膜中留下小孔。小孔的尺寸和形狀與MC材料設計和薄膜預備有關。除了布局上各向同性的小孔外，還可以形成各向異性的MC布局，例如在顯示各向異性的對準力的表面，例如液晶的定向?qū)由稀?br> 垂直MC斷面的小孔或凹槽周期和高度以及小孔或凹槽的分布和體積分數(shù)是可調(diào)的，通過調(diào)整制造參數(shù)，尤其是溶劑種類、混合比例、溶劑中的濃度、薄膜厚度、強度、持續(xù)時間、波長、入射角和光的偏振態(tài)，以及對準方向和對準強度來實現(xiàn)。圖2顯示30×30微米的接觸模式的原子力顯微(AFM)圖像，表示這種MC薄膜的典型布局。凹槽的平均周期和平均高度為Λa＝3.75微米，ha＝218納米，凹槽體積分數(shù)Φ近似為48％。圖3給出圖2所示MC薄膜的凹槽結(jié)構(gòu)沿白線所示跡線的AFM橫截面輪廓。
已經(jīng)描述原則上MC布局可以作為漫射體，以及在漫射體上面沉積薄金屬層作為漫反射體，并且這種漫射體或漫反射體可以顯示改善的亮度增強。但是，在漫射體和漫反射體具有良好亮度的情況下，通常難以在足夠?qū)挼挠^察區(qū)域同時達到可與標準白色相比的真正白色的外觀，并且該發(fā)現(xiàn)對于MC薄膜也是正確的。
需要漫射體和漫反射體在某個波長范圍顯示本質(zhì)上均勻和恒定的反射率。尤其，需要漫射體和漫反射體顯示明顯的亮度增強，同時白度接近標準白色例如BaSO4或spectralon。
本發(fā)明的發(fā)明者現(xiàn)在已經(jīng)成功地進一步研究MC技術(shù)，使得能夠創(chuàng)建具有特定增強性質(zhì)的MC布局。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種漫反射體或漫射體，由單體波紋的薄膜或涂層構(gòu)成，當采用CIE標準光源D65在一個選定方向(例如關于表面法線成30°)照明時，具有以下性質(zhì)在至少五度的所需觀察角范圍內(nèi)(例如從15°到20°的極角θ內(nèi))，所述漫反射體或漫射體與標準白色BaSO4在CIE色度坐標(x，y)上的差異不超過0.05，并且與標準白色BaSO4相比亮度增益不小于二。
該單體波紋的薄膜或涂層的制造方法包括制成至少兩種材料的混合物，其中一種為可交聯(lián)的，另一種是不可交聯(lián)的，將該混合物施加到一個基底上，交聯(lián)該可交聯(lián)材料的至少大部分，并且去除該不可交聯(lián)材料的至少大部分。
較好地，CIE色度坐標(x，y)的差異不超過0.025，在更好的實施例中不超過0.01。
有利地，亮度增益不小于五，并且更好地不小于十。
較好地，CIE色度坐標(x，y)的差異和亮度增益在至少十度的所需觀察角范圍內(nèi)指定，更好地在至少二十度的所需觀察角范圍內(nèi)，并且最好地在至少三十度的所需觀察角范圍內(nèi)。
有用地，該單體波紋薄膜或涂層的結(jié)構(gòu)包括凹槽周期和/或凹槽高度的一個預選的分布。較好地，凹槽周期的分布主要在0.5和10微米之間。較好地，凹槽高度的分布主要在50和450納米之間。
有利地，在所需的觀察角范圍內(nèi)，該漫反射體或漫射體的反射率或透射率實質(zhì)上與偏振無關。
有用地，用于制造該單體波紋薄膜或涂層的可交聯(lián)材料可以通過交聯(lián)過程中的橫向各向異性對準力維持在定向狀態(tài)。
例如通過一個對準的基底表面或下面的定向?qū)?，尤其可以是一個光定向?qū)永缗嫉玖匣蚓€性聚合的光敏聚合物或者機械制造的定向?qū)永缒Σ恋木埘啺罚梢赃M行定向。另一個可能性是使用本身包含可光定向成分的一種混合物；這種定向方法的例子可以在例如RolicAG的PCT專利申請公布WO 99/64924中找到。
較好地，用于制造該單體波紋薄膜或涂層的可交聯(lián)材料包括桿狀(calamitic)形狀的分子。更好地，該可交聯(lián)材料為液晶，并且在這種情況下該不可交聯(lián)材料有利地也可以為液晶。
對于那些熟練的技術(shù)人員，合適材料的例子是眾所周知的。這些材料以及制造和使用該材料的方法的例子可以在例如歐洲專利申請公布EP-0331233、PCT專利申請公布WO-95/24454、WO-00/04110、WO-00/07975、WO-00/48985、WO-00/55110和WO-00/63154，以及美國專利US-5,567,349中找到。
本發(fā)明被認為可適用于顯示器例如反射式或半透反射式顯示器，尤其是液晶顯示器，還可適用于投影屏幕、照明設備的反射體、光通信等。
因此，本發(fā)明進一步延伸到一種光學顯示器裝置，較好地為液晶顯示器，包括如上所述的一個漫反射體或漫射體。
根據(jù)本發(fā)明的漫射體或反射體能夠使透射或反射的入射光重定向到所需的非反射觀察錐體，其形狀由凹槽布局確定。尺寸(凹槽周期和高度)、波紋的垂直斷面及其分布和體積分數(shù)可以通過MC過程調(diào)整。它可以用于控制透射和反射光的空間分布，以及實現(xiàn)所需的偏振態(tài)和白度。
根據(jù)本發(fā)明的漫射體和漫反射體的另一個優(yōu)點是它們可以在單層涂覆過程中制成。


本發(fā)明的以上概要并不試圖描述本發(fā)明的每個公開的實施例和每個實施?？紤]到以下本發(fā)明的各種實施例的描述，結(jié)合附圖，可以更完全地理解本發(fā)明。在這些附圖中圖1是單頻率正弦光柵的示意性圖解，顯示根據(jù)光柵方程的某些衍射級；圖2是一幅原子力顯微圖像(30×30微米)，顯示通過單體波紋技術(shù)制造的一種布局結(jié)構(gòu)薄膜的一個例子；圖3給出圖2所示凹槽結(jié)構(gòu)沿白線所示跡線的AFM橫截面輪廓；圖4a是根據(jù)本發(fā)明的漫反射體的一個例子(例子1)的凹槽頻率分布的曲線圖，表示為平均一維功率譜密度函數(shù)1D-PSD(f)；圖4b是當關于法線成-30°照明時例子1的反射率與觀察角的曲線圖；圖4c是當成-30°照明并且以從5°到25°的不同觀察角觀察時，例子1的反射率與波長關系的曲線圖；圖5a是根據(jù)本發(fā)明的漫反射體的另一個例子(例子2)的凹槽頻率分布的曲線圖；圖5b是當關于法線成-30°照明時例子2的反射率與觀察角的曲線圖；圖5c是當成-30°照明并且以從5°到25°的不同觀察角觀察時，例子2的反射率與波長關系的曲線圖；圖6a是根據(jù)本發(fā)明的漫反射體的又一個例子(例子3)的凹槽頻率分布的曲線圖；圖6b是當關于法線成-30°照明時例子3的反射率增益隨觀察角的變化的曲線圖；圖7a顯示根據(jù)本發(fā)明的漫反射體的另三個例子(例子4到6)的原子力顯微圖像(30×30微米)；圖7b是例子4到6的凹槽頻率分布的曲線圖；圖7c是當關于法線成-30°照明時例子4到6的反射率與觀察角的曲線圖；圖8a是根據(jù)本發(fā)明的漫反射體的另兩個例子(例子7和8)的凹槽頻率分布的曲線圖；圖8b是例子7和8的凹槽高度分布的曲線圖；以及圖8c是當關于法線成-30°照明時例子7和8的反射率與觀察角的曲線圖。
具體實施例方式
發(fā)明者發(fā)現(xiàn)MC技術(shù)允許根據(jù)本發(fā)明的漫射體和漫反射體的預備通過在相位分離過程中控制該預備參數(shù)從而具有適當?shù)牟季謪?shù)。例如，通過適當改變交聯(lián)能，可以實現(xiàn)具有不同體積分數(shù)的凹槽以及不同凹槽周期和高度分布的MC布局。但是，具有類似凹槽周期分布但是不同凹槽高度分布和體積分數(shù)的適當?shù)腗C布局也是可實現(xiàn)的。
這種波紋涂層的例子是具有幾種凹槽尺寸的重疊的波紋涂層，可以是空間有序或無序的。如果每個凹槽(i)的尺寸由頻率(fi)和高度(hi)確定，則現(xiàn)有頻率和高度的范圍及其關系可以通過控制交聯(lián)過程來調(diào)整。頻率fi的每個凹槽(或凹槽集合)將根據(jù)光柵方程使光散射到一個確定好的角度。hi和fi的值及其分布可以被調(diào)整，使得在一個預定波長范圍內(nèi)，由于來自該布局的散射，觀察區(qū)域明顯增加。
除了根據(jù)光柵方程可以控制的觀察區(qū)域之外，零級反射和散射光的相對量也可以通過調(diào)高寬比(定義為h/Λ)的范圍和分布來控制。例如，通過調(diào)整高寬比，眩光可以徹底減少，并且更多的光可以重定向到非反射方向，導致在非反射角處有很強的亮度增強。
現(xiàn)在將要描述根據(jù)本發(fā)明的分別表示漫反射體或漫射體的一些例子。
對于所有例子，使用了可光致交聯(lián)的以及不可交聯(lián)的液晶單體。以下顯示該化合物的化學結(jié)構(gòu)?；衔顰、B和C是可交聯(lián)的二丙烯酸酯單體(預聚物)，化合物D，也稱作5CAPO2，是不可交聯(lián)的向列液晶單體。
化合物A 化合物B 化合物C 化合物D 該混合物的預備包含40wt％的化合物A、7.5wt％的化合物B、2.5wt％的化合物C、49wt％的化合物D、0.5wt％的光引發(fā)劑(CIBA的Irgacure(商標)369)以及0.5wt％的BHT(丁基羥基甲苯)作為抑制劑。
由以上混合物，在醋酸丁酯/乙醇混合物(19份/1份)中制成兩種溶液22wt％的溶液(MC溶液1)和15wt％的溶液(MC溶液2)。使用超聲波振動(BRANSON超聲波公司的索尼法伊厄(商標)“W-250”數(shù)字式超聲波降解器)通過適度攪拌5分鐘使該溶液均勻，然后通過一個0.2微米的過濾器過濾。
為了預備該布局結(jié)構(gòu)的薄膜，MC溶液1或MC溶液2被涂覆在一個定向?qū)由?。在例子中，使用由非接觸線性光聚合(LPP)技術(shù)制成的定向?qū)?。確切地，光定向材料JP265在環(huán)戊酮中的2％溶液以3000rpm被薄薄地旋轉(zhuǎn)涂覆到玻璃板上，該光定向材料可從Vantico購買到，是一種線性可光聚合的聚合體。該板在電爐上以180℃加溫10分鐘。合成層的厚度約為60納米。然后使用200W高壓水銀燈發(fā)出的線偏振的紫外光在室溫下照射該層30秒。該紫外光在板處的強度定為1mW/cm2。光的偏振方向處于垂直于該板的平面內(nèi)。
在預備對應薄膜或涂層時使用的該混合物/溶液的特定成分以及特定參數(shù)導致一種表面布局結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)顯示預期的合適的凹槽構(gòu)成，包括例如凹槽周期、凹槽高度、凹槽形狀、凹槽方向等的可控變化。
例子1本例子表示根據(jù)本發(fā)明的一個漫反射體的第一樣本。
為了制造該樣本，上述MC溶液1以6000rpm被薄薄地旋轉(zhuǎn)涂覆到以上述方式預備的LPP定向?qū)由?。然后該層在室溫下在氮氣下使用紫外強?.7mW/cm2的水銀燈發(fā)出的各向同性(非偏振)光照射1分鐘，以使可交聯(lián)的液晶單體交聯(lián)。此后，使用乙醇清洗該層，以去除非交聯(lián)的材料，并且在50℃退火5分鐘，以去除殘留溶液。使用接觸模式的AFM，可以發(fā)現(xiàn)形成了凹槽(或溝道)，并在下面的定向?qū)拥姆较蜓娱L。最后，約100納米厚的薄銀層被蒸發(fā)到該凹槽層上。AFM研究顯示該蒸發(fā)的金屬層完全覆蓋該凹槽層，并且凹槽仍然存在。
圖4a顯示該樣本的凹槽頻率分布-以平均一維功率譜密度函數(shù)PSD(f)的形式表示。PSD函數(shù)是表面輪廓的傅立葉變換的平方(見前言部分的解釋)。由圖可以看出，有多于一個的凹槽頻率，即多于一個的凹槽周期。事實上，凹槽頻率的整個分布的主要部分在大約0.1μm-1到大約0.66μm-1之間，即凹槽周期的分布從大約1.5μm到大約10μm。
圖4b顯示對應的散射性質(zhì)，即當使用波長550納米的P偏振(平行于凹槽方向)和S偏振(垂直于凹槽方向)光關于法線成-30°照明時，該樣本的反射率與觀察角有關?？梢钥吹剑蟛糠止饩€不是鏡面反射(30°)，而是散射到不同的方向，導致寬的散射輪廓，相當大份額的光線散射到0°和60°之間的觀察角。為了比較，還顯示了來自標準白色BaSO4的反射率。此外，由該P偏振和S偏振的測量，顯然，在相對大的觀察區(qū)域內(nèi)反射率實質(zhì)上與偏振無關。
圖4c的曲線圖顯示當使用非偏振光成-30°照明并以不同觀察角觀察時，來自樣本的反射率與波長的關系。這些結(jié)果證明在相對大的觀察區(qū)域內(nèi)反射率實質(zhì)上與波長無關，即具有白色的外觀。更確切地，使用一個D65光源，由這些曲線決定的CIE坐標(Y，x，y)在-5°時為(2.41，0.308，0.321)，在0°時為(3.6，0.32，0.329)，在5°時為(5.64，0.332，0.344)，在10°時為(9.94，0.326，0.35)，在15°時為(13.4，0.296，0.328)，在25°時為(11.13，0.316，0.323)，而標準白色BaSO4的CIE坐標為(1.33，0.314，0.330)。
如果定義與標準白色的偏差為(Δx，Δy)，其中Δx＝x-x0，Δy＝y(tǒng)-y0，則給定數(shù)據(jù)的比較證明該偏差很小，即(Δx，Δy)在-5°時為(-0.006，-0.009)，在0°時為(0.006，-0.001)，在5°時為(0.018，0.014)，在10°時為(0.012，0.020)，在15°時為(-0.018，-0.002)，在25°時為(0.002，-0.007)。
此外，由圖4b和4c，同樣顯然，亮度比標準白色顯著增強。作為亮度增益的量度，可以取亮度比Y/Y0，并且各比較結(jié)果顯示Y/Y0的增強在-5°時為1.81，在0°時為2.71，在5°時為4.24，在10°時為7.47，在15°時為10.08，在25°時為8.27。
因此，例子1的漫反射體具有接近標準白色BaSO4的白色外觀，并且同時在一個寬的觀察角區(qū)域保持高亮度。
例子2例子2的預備類似于例子1，除了現(xiàn)在MC溶液1以2000rpm被旋轉(zhuǎn)涂覆。圖5a顯示合成的凹槽頻率分布。其主要部分在大約0.1μm-1到大約1.3μm-1之間，即凹槽周期主要處于從大約0.8μm到大約10μm的范圍內(nèi)。圖5b顯示當關于法線成-30°照射時對應的散射性質(zhì)，并且可以看到大部分光線近似均勻地散射到10°和60°之間的觀察角。此外，由該P偏振和S偏振的測量，顯然，反射率與偏振幾乎完全無關。P偏振和S偏振光與非偏振光在整個觀察區(qū)域內(nèi)的反射率的差異小于4％。圖5c的曲線圖顯示當使用非偏振光成-30°照明并以不同觀察角觀察時，來自樣本的反射率與波長的關系。同樣在此情況下，反射率本質(zhì)上與波長無關，即具有白色的外觀。使用一個D65光源，由這些曲線決定的CIE坐標(Y，x，y)在-5°時為(2.6，0.303，0.322)，在0°時為(3.6，0.304，0.324)，在5°時為(5.3，0.307，0.327)，在10°時為(7.7，0.316，0.331)，在15°時為(12.0，0.339，0.35)，在25°時為(21.3，0.313，0.324)。
與標準白色的偏差的對應值(Δx，Δy)在-5°時為(-0.011，-0.008)，在0°時為(-0.010，-0.006)，在5°時為(-0.007，-0.003)，在10°時為(0.002，0.001)，在15°時為(0.025，0.020)，在25°時為(-0.001，-0.006)，并且亮度增益Y/Y0在-5°時為1.95，在0°時為2.71，在5°時為3.98，在10°時為5.79，在15°時為9.02，在25°時為16.02。
因此，例子2的漫反射體同樣具有白色的外觀，并且同時在一個寬的觀察角區(qū)域保持高亮度。
例子3對于該例子，MC溶液1以2100rpm被薄薄地旋轉(zhuǎn)涂覆到LPP定向?qū)由希摱ㄏ驅(qū)佑扇缟纤龅脑摼€性可光聚合的聚合體材料JP265制成。然后該層在室溫下在氮氣下使用水銀燈發(fā)出的紫外強度為0.7mW/cm2的各向同性(非偏振)光照射30秒，以使可交聯(lián)的液晶單體交聯(lián)。然后，使用乙醇清洗該層，以去除非交聯(lián)的材料，并且隨后在50℃退火大約5分鐘，以去除殘留溶液。最后，約100納米厚的薄銀層被蒸發(fā)到該層上。蒸發(fā)之后，AFM研究顯示在下面的定向?qū)拥姆较蜓娱L的凹槽在交聯(lián)的液晶單體層中構(gòu)成，并且該層被蒸發(fā)的銀層完全覆蓋。最終樣本的總厚度為380納米。
樣本的平均凹槽周期Λa為4.3微米，平均凹槽高度ha為153納米。圖6a中給出了樣本的平均一維功率譜密度函數(shù)，即凹槽頻率分布。它由垂直于縱向凹槽方向的一幅AFM圖像的平均一維傅立葉變換的平方計算得到，并且顯示在0.25μm-1附近(對應大約4μm的凹槽周期)具有一個主峰的凹槽頻率分布。
使用配備有一個積分球的Perkin-Elmer Lambda 900分光計研究該光學性質(zhì)即絕對角度反射率。圖6b顯示當使用波長550納米的綠光關于法線成-30°角照明時，相對于標準白色BaSO4的反射率或亮度的增益隨觀察角的變化。在10°和50°的觀察角處亮度增益仍大于4，并且在25°和35°之間的區(qū)域增加到大于20。
該例子3的樣本決定的CIE坐標(Y，x，y)在-5°時為(1.9，0.302，0.320)，在0°時為(2.7，0.304，0.321)，在5°時為(3.9，0.309，0.325)，在10°時為(6.5，0.322，0.337)，在15°時為(12.3，0.328，0.349)，在20°時為(18.6，0.301，0.330)，在25°時為(27.7，0.337，0.344)，與標準白色的偏差(Δx，Δy)在-5°時為(-0.012，-0.010)，在0°時為(-0.010，-0.009)，在5°時為(-0.005，-0.005)，在10°時為(0.008，0.007)，在15°時為(0.014，0.019)，在20°時為(-0.013，0.000)，在25°時為(0.023，0.014)，并且亮度增益Y/Y0的值在-5°時為1.43，在0°時為2.03，在5°時為2.93，在10°時為4.89，在15°時為9.25，在20°時為13.98，在25°時為20.83。
例子4至6如例子4至6，預備了根據(jù)本發(fā)明的漫反射體的三個樣本，它們具有類似的凹槽體積分數(shù)但不同的凹槽周期和高度分布。
為了預備，使用了上述MC溶液2。該溶液如例子1中所述那樣被薄薄地旋轉(zhuǎn)涂覆到一個定向?qū)由?，但是使用了不同的旋轉(zhuǎn)涂覆速度。例子4使用2000rpm，例子5使用1700rpm，例子6使用1200rpm。然后使用0.7mW/cm2的紫外輻射照射60秒使合成的層交聯(lián)，并且隨后使用乙醇清洗該層并使用如例子1所述的相同步驟退火。最后，約100納米的銀層被蒸發(fā)到該層上。該三個樣本分別具有300、320和350納米的總厚度。
在圖7a中，表示了該三個樣本的30×30微米的AFM圖像。例子4在左側(cè)，例子5在中間，例子6在右側(cè)。AFM研究顯示這些樣本具有幾乎相同的凹槽體積分數(shù)，約為50％。但是，平均凹槽周期Λa和平均凹槽高度ha不同。例子4的平均凹槽周期為1.53微米，例子5為1.9微米，例子6為2.32微米。例子4的平均凹槽高度為104納米，例子5為123納米，例子6為147納米。
圖7b顯示這些樣本的一維功率譜密度函數(shù)，即凹槽頻率分布，圖7c表示使用波長550納米的光關于法線成-30°角照明的這些樣本的反射率與測量的觀察角的關系。圖7c中的箭頭表示對應散射(非反射)光最大值的散射角。根據(jù)光柵方程，這些角度與對應圖7b中一維功率譜密度函數(shù)的最大值的平均或優(yōu)勢頻率是一致的。
以下可以給出這些樣本決定的CIE坐標(Y，x，y)、與標準白色的偏差(Δx，Δy)以及亮度增益Y/Y0的值。
例子4(Y，x，y)在-5°時為(5.7，0.334，0.351)，在0°時為(8.5，0.315，0.343)，在5°時為(10.5，0.287，0.319)；(Δx，Δy)在-5°時為(0.020，0.021)，在0°時為(0.001，0.013)，在5°時為(-0.027，-0.011)；Y/Y0在-5°時為4.29，在0°時為6.39，在5°時為7.89。
例子5(Y，x，y)在-5°時為(4.8，0.326，0.333)，在0°時為(7.6，0.330，0.345)，在5°時為(11.2，0.318，0.344)，在10°時為(14.3，0.295，0.327)，在55°時為(5.5，0.296，0.329)，在60°時為(3.9，0.312，0.345)，在65°時為(2.5，0.326，0.354)；(Δx，Δy)在-5°時為(0.012，0.003)，在0°時為(0.016，0.015)，在5°時為(0.004，0.014)，在10°時為(-0.019，-0.003)，在55°時為(-0.018，-0.001)，在60°時為(-0.002，0.015)，在65°時為(0.012，0.024)；Y/Y0在-5°時為3.61，在0°時為5.71，在5°時為8.42，在10°時為10.75，在55°時為4.14，在60°時為2.93，在65°時為1.88。
例子6(Y，x，y)在-5°時為(4.4，0.309，0.321)，在0°時為(6.5，0.328，0.332)，在5°時為(9.9，0.322，0.347)，在10°時為(15.0，0.325，0.351)，在15°時為(17.9，0.300，0.333)；(Δx，Δy)在-5°時為(-0.005，-0.009)，在0°時為(0.014，0.002)，在5°時為(0.008，0.017)，在10°時為(0.011，0.021)，在15°時為(-0.014，0.003)；Y/Y0在-5°時為3.31，在0°時為4.89，在5°時為7.44，在10°時為11.28，在15°時為13.46。
例子7和8以下兩個樣本，例子7和例子8表示根據(jù)本發(fā)明的漫反射體，它們具有類似的凹槽周期分布但不同的凹槽高度分布。
這些樣本是根據(jù)例子3中所述的方法制成的，除了旋轉(zhuǎn)涂覆速度為3000rpm并且例子7中用于交聯(lián)的照射時間為120秒，例子8中為60秒。
圖8a顯示這兩個樣本的一維功率譜密度函數(shù)，即凹槽頻率分布。兩樣本的分布的形狀非常類似，這意味著關于其凹槽周期分布，它們具有類似的布局。但是，關于凹槽的高度，兩樣本不同，這可以從圖8b所示的其凹槽高度分布看到。
圖8c表示合成的散射性質(zhì)。它顯示當使用波長550納米的光關于法線成-30°角照明時，使用一個Perkin Elmer分光計測量的反射率隨觀察角的變化。為了比較，圖中還包含標準白色BaSO4的反射率值以及通過將薄銀層蒸發(fā)到一個光滑玻璃基底上制成的常規(guī)金屬反射體的反射率值。
與金屬反射體及其強反射(眩光)峰，例子7的眩光減弱大約80％，例子8的眩光減弱超過90％。這顯示通過調(diào)整高寬比(凹槽高度與周期的比值)，眩光可以被很大程度地減弱，更多的光可以定向到非反射方向。
例子7的CIE坐標(Y，x，y)、與標準白色的偏差(Δx，Δy)以及亮度增益Y/Y0的值為(Y，x，y)在25°時為(20.1，0.290，0.321)，在30°時為(21.6，0.288，0.319)；(Δx，Δy)在25°時為(-0.024，-0.009)，在30°時為(-0.026，-0.011)；Y/Y0在25°時為15.11，在30°時為16.24；對于例子8(Y，x，y)在-5°時為(5.1，0.325，0.337)，在0°時為(6.6，0.340，0.347)，在20°時為(11.3，0.299，0.338)，在50°時為(10.8，0.284，0.322)；(Δx，Δy)在-5°時為(0.011，0.007)，在0°時為(0.026，0.017)，在20°時為(-0.015，0.008)，在50°時為(-0.030，-0.008)；Y/Y0在-5°時為3.83，在0°時為4.96，在20°時為8.50，在50°時為8.12。
應當理解到本發(fā)明不限于所述的特定實施例。正相反，本發(fā)明將覆蓋屬于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有變型、等價物和備選方案。本發(fā)明可以應用的各種變型、等價過程以及眾多結(jié)構(gòu)對于那些熟練的技術(shù)人員是很顯然的。本發(fā)明旨在向其述評目前的說明書。
權(quán)利要求
1.一種漫反射體或漫射體由單體波紋的薄膜或涂層構(gòu)成，當采用CIE標準光源D65在一個選定方向照明時，具有以下性質(zhì)在至少五度的所需觀察角范圍內(nèi)，所述漫反射體或漫射體與標準白色BaSO4在CIE色度坐標(x，y)上的差異不超過0.05，并且與標準白色BaSO4相比亮度增益不小于二。
2.權(quán)利要求1的漫反射體或漫射體，其中至少五度的所需觀察角范圍包括從至少15°到20°的極角θ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的漫反射體或漫射體，其中使用CIE標準光源D65照明的該選定方向關于表面法線成20°和40°之間，較好地為30°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的漫反射體或漫射體，其中亮度增益不小于五，并且更好地不小于十。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的漫反射體或漫射體，其中CIE色度坐標(x，y)的差異不超過0.025，在更好的實施例中不超過0.01。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的漫反射體或漫射體，其中CIE色度坐標(x，y)的差異和亮度增益在至少十度的所需觀察角范圍內(nèi)規(guī)定，更好地在至少二十度的所需觀察角范圍內(nèi)，并且最好地在至少三十度的所需觀察角范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的漫反射體或漫射體，其中該單體波紋薄膜或涂層的結(jié)構(gòu)包括凹槽周期(Λ)和/或凹槽高度(h)的一個預選的分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的漫反射體或漫射體，其中凹槽周期(Λ)的分布主要在0.5和10微米之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的漫反射體或漫射體，其中凹槽周期(Λ)的分布主要在1.5和5微米之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9之一的漫反射體或漫射體，其中凹槽高度(h)的分布主要在50和450納米之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至9之一的漫反射體或漫射體，其中凹槽高度(h)的分布主要在100和300納米之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11之一的漫反射體或漫射體，其中凹槽體積分數(shù)(Φ)在30％和70％之間，較好地在50％左右。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12之一的漫反射體或漫射體，其中垂直于縱向凹槽方向的表面輪廓的平均一維傅立葉變換的平方構(gòu)成凹槽頻率分布，有效值的主要部分從大約0.1μm-1到大約2μm-1。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至12之一的漫反射體或漫射體，其中垂直于縱向凹槽方向的表面輪廓的平均一維傅立葉變換的平方構(gòu)成凹槽頻率分布，有效值的主要部分從大約0.1μm-1到大約1.3μm-1。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的漫反射體或漫射體，其中該凹槽頻率分布包括的最大值在大約0.1μm-1到大約2μm-1之間，尤其在大約0.1μm-1到大約1.3μm-1之間，更加尤其在大約0.1μm-1到大約1μm-1之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15之一的漫反射體或漫射體，其中在所需觀察角范圍內(nèi)，該漫反射體或漫射體的反射率或透射率實質(zhì)上與偏振無關。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16之一的漫反射體或漫射體，其中用于制造該單體波紋薄膜或涂層的可交聯(lián)材料可以通過交聯(lián)過程中的橫向各向異性對準力維持在定向狀態(tài)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17之一的漫反射體或漫射體，其中該定向歸因于一個對準的基底表面或一個下面的定向?qū)印?br> 19.根據(jù)權(quán)利要求18的漫反射體或漫射體，其中該定向?qū)訛楣舛ㄏ驅(qū)印?br> 20.根據(jù)權(quán)利要求1至19之一的漫反射體或漫射體，其中一個反射層，較好地是一個銀層，被施加到該單體波紋的薄膜或涂層上。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20之一的漫反射體或漫射體，其中用于制造該單體波紋薄膜或涂層的可交聯(lián)材料包括桿狀或calamitic形狀的分子，較好地，該可交聯(lián)材料為液晶。
22.一種預備根據(jù)前述權(quán)利要求之一的漫反射體或漫射體的單體波紋薄膜或涂層的方法，包括步驟-制成至少兩種材料的混合物，其中一種為可交聯(lián)的，另一種是不可交聯(lián)的，-將該混合物施加到一個基底上，-交聯(lián)該可交聯(lián)材料的至少大部分，以及-去除該不可交聯(lián)材料的至少大部分。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中該混合物本身包含一種可光定向的成分。
24.一種光學顯示器裝置，包括根據(jù)前述權(quán)利要求1至21之一的一種漫反射體或漫射體。
全文摘要
本發(fā)明涉及光學薄膜及涂層，并且尤其涉及用作漫反射體或漫射體的薄膜或涂層，由單體波紋的薄膜或涂層構(gòu)成，當采用CIE標準光源D65在一個選定方向照明時，具有以下性質(zhì)在至少五度的所需觀察角范圍內(nèi)，所述漫反射體或漫射體與標準白色BaSO
文檔編號G02F1/1335GK1653362SQ03811205
公開日2005年8月10日 申請日期2003年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
發(fā)明者穆罕默德·伊本－哈吉, 馬丁·沙特 申請人:羅利克有限公司