專利名稱:光重新定向膜和使用此膜的顯示器的制作方法
技術領域:
本發(fā)明整體涉及用于重新定向光的光學膜。本發(fā)明還適用于組裝此類光學膜的光學系統(tǒng),例如顯示系統(tǒng)。
背景技術:
顯示系統(tǒng)(例如液晶顯示(LCD)系統(tǒng))用于多種應用和市售的裝置中,例如(如) 計算機監(jiān)視器、個人數(shù)字助理(PDA)、移動電話、微型音樂播放器和薄LCD電視。大多數(shù)LCD 包括液晶面板和用于照射液晶面板的擴展區(qū)域光源(通常稱為背光源)。背光源通常包括一個或多個燈以及多個光控制膜(例如(如)光導、反射鏡膜、光重新定向膜、延遲膜、光偏振膜和漫射膜)。通常包括漫射膜以隱藏光學缺陷和改善背光源發(fā)射的光的亮度均勻性。
發(fā)明內(nèi)容
一般來講,本發(fā)明涉及光重新定向膜。在一個實施例中,光重新定向膜包括第一主表面,所述第一主表面包括沿第一方向延伸的多個第一微結(jié)構(gòu)。光重新定向膜還包括第二主表面,所述第二主表面背對第一主表面并且包括多個第二微結(jié)構(gòu)。第二主表面具有不大于約3%的光學霧度和不大于約85%的光學清晰度。光重新定向膜具有不小于約1.75的平均有效透射率。在一些情況下,多個第一微結(jié)構(gòu)包括沿第一方向延伸的多個線性棱柱。在一些情況下,多個第一微結(jié)構(gòu)中的一個微結(jié)構(gòu)的最大高度不同于多個第一微結(jié)構(gòu)中的另一個微結(jié)構(gòu)的最大高度。在一些情況下,多個第一微結(jié)構(gòu)中的微結(jié)構(gòu)的高度沿第一方向而變化。多個第二微結(jié)構(gòu)可包括凸起和/或凹陷。在一些情況下,多個第二微結(jié)構(gòu)覆蓋第二主表面的至少約80%、或至少約85%、或至少約90%、或至少約95%。多個第二微結(jié)構(gòu)可形成規(guī)則或不規(guī)則的圖案。在一些情況下,第二主表面的不超過約7 %、或不超過約5 %、或不超過約3%的部分具有大于約3. 5度的傾斜度值。在一些情況下,第二主表面的不超過約 4%、或不超過約2%、或不超過約的部分具有大于約5度的傾斜度值。在一些情況下, 第二微結(jié)構(gòu)并非主要由光重新定向膜可包括的任何顆粒形成。在一些情況下,光重新定向膜不包括平均粒度大于約0. 5微米的顆粒。在一些情況下,多個第二微結(jié)構(gòu)中的微結(jié)構(gòu)具有半峰半寬(HWHM)不大于約6度的傾斜度分布。在一些情況下,光重新定向膜包括具有相對的第一和第二主表面的基底層、設置在基底層的第一主表面上并且包括光重新定向膜的第一主表面的第一層,以及設置在基底層的第二主表面上并且包括光重新定向?qū)拥牡诙鞅砻娴牟诿鎸印T谝恍┣闆r下,第一層具有不小于約1.6的折射率。在一些情況下,糙面層包括多個顆粒,所述多個顆粒的平均粒度小于多個第二微結(jié)構(gòu)的平均尺寸的1/5。在一些情況下,如果糙面層包括顆粒,則糙面層的平均厚度比顆粒的平均粒度大至少2微米。在一些情況下,如果糙面層包括顆粒,則糙面層的平均厚度是顆粒的平均粒度的至少2倍。在另一個實施例中,光重新定向膜包括第一主表面和第二主表面,所述第一主表面包括多個線性微結(jié)構(gòu),所述第二主表面背對第一主表面并且包括多個第二微結(jié)構(gòu)。第二主表面具有不大于約3 %的光學霧度和不大于約85 %的光學清晰度。所述光重新定向膜的平均有效透射率與具有相同構(gòu)造但包括平滑的第二主表面的光重新定向膜相比不低或與具有相同構(gòu)造但包括平滑的第二主表面的光重新定向膜相比低不超過約1.5%。在一些情況下,多個第二微結(jié)構(gòu)具有幾何對稱和不對稱的傾斜度分布。在一些情況下,多個第二微結(jié)構(gòu)包括幾何不對稱和對稱的傾斜度分布。在另一個實施例中,光學疊堆包括第一光重新定向膜,所述第一光重新定向膜包括第一主表面和背對所述第一主表面的第二主表面,其中第一主表面包括沿沿第一方向延伸的第一多個微結(jié)構(gòu),并且第二主表面包括第二多個微結(jié)構(gòu)。光學疊堆還包括第二光重新定向膜,所述第二光重新定向膜包括第三主表面和背對所述第三主表面的第四主表面,其中第三主表面面向第一光重新定向膜的第二主表面并且包括沿不同于第一方向的第二方向延伸的第三多個微結(jié)構(gòu),并且第四主表面包括第四多個微結(jié)構(gòu)。第二和第四主表面中的每一者均具有不大于約3%的光學霧度和不大于約85%的光學清晰度。在一些情況下,光學疊堆具有不小于約2. 5的平均有效透射率。在另一個實施例中,光學疊堆包括第一光重新定向膜,所述第一光重新定向膜包括第一主表面和背對所述第一主表面的第二主表面,其中第一主表面包括沿第一方向延伸的第一多個微結(jié)構(gòu)。光學疊堆還包括第二光重新定向膜,所述第二光重新定向膜包括第三主表面和背對所述第三主表面的第四主表面,其中第三主表面面向第一光重新定向膜的第二主表面并且包括沿不同于第一方向的第二方向延伸的第三多個微結(jié)構(gòu)。第二和第四主表面中的每一者均具有不大于約3 %的光學霧度和不大于約85 %的光學清晰度。所述光學疊堆的平均有效透射率與具有相同構(gòu)造但包括平滑的第二和第四主表面的光學疊堆相比不低或比具有相同構(gòu)造但包括平滑的第二和第四主表面的光學疊堆相比低不超過約1%。在一些情況下,所述光學疊堆的平均有效透射率與具有相同構(gòu)造但包括平滑的第二和第四主表面的光學疊堆相比不低。在另一個實施例中,光學膜包括具有幾何對稱和不對稱傾斜度分布的結(jié)構(gòu)化主表面。在一些情況下,光學膜具有不大于約3%的光學霧度和不大于約85%的光學清晰度。在另一個實施例中,光學膜包括具有幾何不對稱和對稱傾斜度分布的結(jié)構(gòu)化主表面。在一些情況下,光學膜具有不大于約3%的光學霧度和不大于約85%的光學清晰度。
結(jié)合附圖對本發(fā)明的各種實施例所做的以下詳細描述將有利于更完整地理解和體會本發(fā)明,其中圖1為光重新定向膜的示意性側(cè)視圖;圖2為用于測定有效透射率的光學系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖;圖3A為凹陷微結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視圖;圖;3B為凸起微結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視圖;圖4A為規(guī)則設置的微結(jié)構(gòu)的示意性俯視圖;圖4B為不規(guī)則設置的微結(jié)構(gòu)的示意性俯視圖;圖5為微結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視圖;圖6為相對表面分數(shù)“f”的計算光學霧度;圖7為相對表面分數(shù)“f”的計算光學清晰度;
圖8為光學膜的示意性側(cè)視圖;圖9為另一個光學膜的示意性側(cè)視圖;圖10為切削工具系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖;圖11A-11D為各種切削器的示意性側(cè)視圖;圖12-17為各種微結(jié)構(gòu)化表面的光學顯微圖;圖18-20為各種微結(jié)構(gòu)化表面在不同放大率下的SEM圖像;圖21為微結(jié)構(gòu)化表面的AFM表面輪廓;圖22A-22B為圖21中的微結(jié)構(gòu)化表面沿兩個相互正交方向的橫截面輪廓;圖23為圖21中的微結(jié)構(gòu)化表面沿兩個相互正交方向的傾斜度分布百分比;圖M為圖21中的微結(jié)構(gòu)化表面的高度分布百分比;圖25為圖21中的微結(jié)構(gòu)化表面的傾斜度值分布百分比;圖沈為圖21中的微結(jié)構(gòu)化表面的累積傾斜度分布百分比;圖27為各種微結(jié)構(gòu)化表面的累積傾斜度分布百分比;圖觀為光學疊堆的示意性側(cè)視圖;并且圖四為顯示系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖。在說明書中,多個附圖中使用的相同附圖標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)明整體涉及下述光重新定向膜,其能夠顯著增強顯示系統(tǒng)的亮度而同時隱藏和/或消除物理缺陷(例如刮痕)和不利的光學缺陷(例如波紋和彩色云紋)。本發(fā)明所公開的光重新定向膜包括用于改善亮度的線性微結(jié)構(gòu)陣列和用于改善顯示美觀性的糙面表面。糙面表面的光學霧度為足夠低的以便保持亮度,并且糙面表面的光學清晰度為足夠低的以便隱藏和/或消除缺陷。圖1為用于將入射光重新定向至所需方向的光重新定向膜100的示意性側(cè)視圖。 光重新定向膜100包括第一主表面110,所述第一主表面110包括沿y-方向延伸的多個微結(jié)構(gòu)150。光重新定向膜100還包括第二主表面120,所述第二主表面120背對第一主表面 110并且包括多個微結(jié)構(gòu)160。光重新定向膜100還包括基底層170,所述基底層170設置在相應的第一主表面和第二主表面Iio和120之間并且包括第一主表面172和背對所述第一主表面的第二主表面 174。光重新定向膜100還包括棱柱層130和糙面層140,所述棱柱層130設置在基底層的第一主表面172上并且包括光重新定向膜的第一主表面110,所述糙面層140設置在基底層的第二主表面174上并且包括光重新定向膜的第二主表面120。糙面層具有背對主表面 120的主表面142。示例性的光重新定向膜100包括三層130、170和140。一般來講,光重新定向膜可具有一個或多個層。例如,在一些情況下,光重新定向膜可具有包括相應的第一和第二主表面110和120的單個層。又如,在一些情況下,光重新定向膜可具有多個層。例如,在這種情況下,基底170可具有多個層。微結(jié)構(gòu)150主要被設計為沿所需方向(例如沿正ζ-方向)來重新定向入射到光重新定向膜的主表面120上的光。在示例性的光重新定向膜100中,微結(jié)構(gòu)150為棱柱線性結(jié)構(gòu)。一般來講,微結(jié)構(gòu)150可為任何類型的微結(jié)構(gòu),所述微結(jié)構(gòu)能夠通過(例如)折射入射光的一部分并且循環(huán)利用入射光的不同部分來重新定向光。例如,微結(jié)構(gòu)150的橫截面輪廓可為或可包括彎曲和/或分段的線性部分。例如,在一些情況下,微結(jié)構(gòu)150可為沿 y-方向延伸的線性圓柱透鏡。各個線性棱柱微結(jié)構(gòu)150均包括頂角152和從公共基準面(例如(如)主平面表面17 測定的高度154。在一些情況下,例如當希望減少光學耦合或浸透并且/或者改善光重新定向膜的耐久性時,棱柱微結(jié)構(gòu)150的高度可沿y_方向變化。例如,棱柱線性微結(jié)構(gòu)151的棱柱高度沿y_方向變化。在這種情況下,棱柱微結(jié)構(gòu)151具有沿y-方向變化的局部高度、最大高度巧5和平均高度。在一些情況下,棱柱線性微結(jié)構(gòu)(例如線性微結(jié)構(gòu)153) 沿y_方向具有恒定的高度。在這種情況下,微結(jié)構(gòu)具有等于最大高度和平均高度的恒定局部尚度。在一些情況下,例如當希望減少光學耦合或浸透時,線性微結(jié)構(gòu)中的一些為較短的并且線性微結(jié)構(gòu)中的一些為較高的。例如,線性微結(jié)構(gòu)153的高度156低于線性微結(jié)構(gòu) 157的高度158。頂角或二面角152可具有可在應用中需要的任何值。例如,在一些情況下,頂角 152可在約70度至約110度、或約80度至約100度、或約85度至約95度的范圍內(nèi)。在一些情況下,微結(jié)構(gòu)150具有可(例如)在約88或89度至約92或91度范圍內(nèi)(例如90度) 的相等頂角。棱柱層130可具有可在應用中需要的任何折射率。例如,在一些情況下,棱柱層的折射率在約1.4至約1.8、或者約1.5至約1.8、或者約1.5至約1.7的范圍內(nèi)。在一些情況下,棱柱層的折射率不小于約1. 5、或不小于約1. 55、或不小于約1. 6、或不小于約1. 65、 或不小于約1. 7。在一些情況下,例如當光重新定向膜100用于液晶顯示系統(tǒng)中時,光重新定向膜 100可增加或改善顯示器的亮度。在這種情況下,光重新定向膜具有大于1的有效透射率或相對增益。如本文所用,有效透射率為其中存在就位膜的顯示系統(tǒng)的亮度與其中不存在就位膜的顯示器的亮度的比率??衫霉鈱W系統(tǒng)200來測定有效透射率(ET),所述光學系統(tǒng)200的示意性側(cè)視圖示于圖2中。光學系統(tǒng)200以光軸250為中心并且包括中空朗伯光箱、線性光吸收型偏振器220和光檢測器230,所述中空朗伯光箱通過發(fā)射或離開表面212發(fā)射朗伯光215。利用通過光纖270連接至光箱的內(nèi)部觀0的穩(wěn)定寬帶光源260來照射光箱210。將有待通過光學系統(tǒng)測定ET的測試樣品設置在位于光箱和吸收型線性偏振器之間的位置240處。可通過將光重新定向膜設置在位置MO中來測定光重新定向膜100的ET,其中線性棱柱150面向光檢測器并且微結(jié)構(gòu)160面向光箱。然后,通過光檢測器來測定透過線性吸收型偏振器的光譜加權軸亮度I1 (沿光軸250的亮度)。然后,移除光重新定向膜并且在不存在光重新定向膜設置于位置240處的情況下來測定光譜加權亮度12。ET為比率I1A215 ETO為當線性棱柱150沿平行于線性吸收型偏振器220的偏振軸的方向延伸時的有效透射率,并且ET90為當線性棱柱150沿垂直于線性吸收型偏振器的偏振軸的方向延伸時的有效透射率。平均有效透射率(ETA)為ETO和ET90的平均值。
10
本文所公開的有效透射率值是利用用于光檢測器230的SpeCtraSCanTMPR-650光譜色度計(得自I^hoto Research公司(Chatsworth,CA))來測定的。光箱210為具有約 85%的總反射率的特氟隆立方體。在一些情況下,例如當光重新定向膜100用于顯示系統(tǒng)中以增加亮度并且線性棱柱具有大于約1. 6的折射率時,光重新定向膜的平均有效透射率(ETA)不小于約1. 5、或不小于約1. 55、或不小于約1. 6、或不小于約1. 65、或不小于約1. 7、或不小于約1. 75、或不小于約1. 8、或不小于約1. 85。糙面層140中的微結(jié)構(gòu)160主要被設計用于隱藏不利的物理缺陷(例如(如)刮痕)和/或光學缺陷(例如(如)得自顯示器或照射系統(tǒng)中的燈的不利亮點或“熱”點), 其中所述微結(jié)構(gòu)160對光重新定向膜重新定向光和增加亮度的能力不具有或具有極少不利影響。在這種情況下,第二主表面120具有不大于約5%、或不大于約4. 5%、或不大于約4%、或不大于約3. 5%、或不大于約3%、或不大于約2. 5%、或不大于約2%、或不大于約1.5%、或不大于約的光學霧度;以及不大于約85%、或不大于約80%、或不大于約 75%、或不大于約70%、或不大于約65%、或不大于約60%的光學清晰度。如本文所用,光學霧度被定義為偏離法向大于4度的透射光與總透射光的比率。本文所公開的霧度值是使用Haze-Gard Plus霧度計(得自BKardiner (Silver SpringS,Md.)),按照ASTM D1003中所述的工序測定的。如本文所用,光學清晰度是指比率 (T1-T2V(VT2),其中T1為偏離法向1. 6至2度的透射光,T2為與法向為0至0. 7度的透射光。本文所公開的清晰度值是使用得自BI-Gardiner的Haze-Gard Plus霧度計測得的。微結(jié)構(gòu)160可為在應用中理想的任何類型的微結(jié)構(gòu)。在一些情況下,微結(jié)構(gòu)160 可為凹陷。例如,圖3A為類似于糙面層140并且包括凹陷微結(jié)構(gòu)320的糙面層310的示意性側(cè)視圖。在一些情況下,微結(jié)構(gòu)160可為凸起。例如,圖:3B為類似于糙面層140并且包括凸起微結(jié)構(gòu)340的糙面層330的示意性側(cè)視圖。在一些情況下,微結(jié)構(gòu)160形成規(guī)則圖案。例如,圖4A為類似于微結(jié)構(gòu)160并且在主表面415中形成規(guī)則圖案的微結(jié)構(gòu)410的示意性俯視圖。在一些情況下,微結(jié)構(gòu)160 形成不規(guī)則圖案。例如,圖4B為類似于微結(jié)構(gòu)160并且形成不規(guī)則圖案的微結(jié)構(gòu)420的示意性俯視圖。在一些情況下,微結(jié)構(gòu)160形成似乎為隨機的偽隨機圖案。一般來講,微結(jié)構(gòu)160可具有任何高度和任何高度分布。在一些情況下,微結(jié)構(gòu) 160的平均高度(即,平均最大高度減去平均最小高度)不大于約5微米、或不大于約4微米、或不大于約3微米、或不大于約2微米、或不大于約1微米、或不大于約0. 9微米、或不大于約0. 8微米、或不大于約0. 7微米。圖5為糙面層140的一部分的示意性側(cè)視圖。具體地講,圖5示出了位于主表面 120中并且面向主表面142的微結(jié)構(gòu)160。微結(jié)構(gòu)160在其整個表面上具有傾斜度分布。例如,微結(jié)構(gòu)在位置510處具有傾斜度Θ,其中θ為在位置510處垂直于微結(jié)構(gòu)表面的法線 520 (α =90度)與在相同位置處相切于微結(jié)構(gòu)表面的切線530之間的角度。傾斜度θ也為切線530和糙面層的主表面142之間的角度。利用類似于市售光線跟蹤程序(例如(如)TracePro (得自Lambda Research公司(Littleton,·)))的程序來計算糙面層140的光學霧度和清晰度。在實施計算中,假定各個微結(jié)構(gòu)均具有半峰半寬(HWHM)等于σ的高斯傾斜度分布。另外還假定糙面層具有等于1.5的折射率。計算結(jié)果示于圖6和7中。圖6為針對九種不同的ο值而言相對表面分數(shù)“f”的計算光學霧度,其中f為主表面120中由微結(jié)構(gòu)160覆蓋的面積百分比。圖7 為相對f的計算光學清晰度。在一些情況下,例如當微結(jié)構(gòu)160在未降低或極少降低亮度的情況下能有效隱藏物理和/或光學缺陷時,多個微結(jié)構(gòu)160覆蓋第二主表面120的至少約70 %、或至少約75 %、或至少約80 %、或至少約85 %、或至少約90 %、或至少約95 %。在一些情況下,例如當微結(jié)構(gòu)具有高斯或正態(tài)傾斜度分布時,該分布的HWHMo不大于約4. 5 度、或不大于約4度、或不大于約3. 5度、或不大于約3度、或不大于約2. 5度、或不大于約 2度。在上文所公開的示例性計算中,假定微結(jié)構(gòu)160具有HWHM等于ο的高斯傾斜度分布。一般來講,微結(jié)構(gòu)可具有在應用中需要的任何分布。例如,在一些情況下,例如當微結(jié)構(gòu)為球形部分時,微結(jié)構(gòu)可具有介于兩個臨界角之間的均勻分布。其他示例性的傾斜度分布包括洛倫茲分布、拋物線分布,以及不同分布(例如高斯分布)的組合。例如,在一些情況下,微結(jié)構(gòu)可具有結(jié)合或合并第二高斯分布的第一高斯分布,其中第一高斯分布具有較小的HWHM Q1,第二高斯分布具有較大的HWHM σ 2。在一些情況下,微結(jié)構(gòu)可具有不對稱的傾斜度分布。在一些情況下,微結(jié)構(gòu)可具有對稱的分布。圖8為光學膜800的示意性側(cè)視圖,所述光學膜800包括設置在類似于基底170 的基底850上的糙面層860。糙面層860包括附接至基底850的第一主表面810、背對第一主表面的第二主表面820,和分散于粘結(jié)劑840中的多個顆粒830。第二主表面820包括多個微結(jié)構(gòu)870。微結(jié)構(gòu)870的相當大一部分(例如至少約50%、或至少約60%、或至少約 70%、或至少約80%、或至少約90% )設置在顆粒830上并且主要因顆粒830而形成。換句話講,顆粒830為微結(jié)構(gòu)870形成的主要原因。在這種情況下,顆粒830具有大于約0. 25 微米、或大于約0. 5微米、或大于約0. 75微米、或大于約1微米、或大于約1. 25微米、或大于約1. 5微米、或大于約1. 75微米、或大于約2微米的平均粒度。在一些情況下,糙面層140可類似于糙面層860并且可包括多個顆粒,所述多個顆粒為第二主表面120中形成微結(jié)構(gòu)160的主要原因。顆粒830可為可在應用中需要的任何類型的顆粒。例如,顆粒830可由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、或可在應用中需要的任何其他材料構(gòu)成。一般來講,顆粒 830的折射率不同于粘結(jié)劑840的折射率,但在一些情況下,它們可具有相同的折射率。例如,顆粒830的折射率可為約1. 35、或約1. 48、或約1. 49、或約1. 50,并且粘結(jié)劑840的折射率可為約1. 48、或約1. 49、或約1. 50。在一些情況下,糙面層140不包括顆粒。在一些情況下,糙面層140包括顆粒,但顆粒并非為微結(jié)構(gòu)160形成的主要原因。例如,圖9為光學膜900的示意性側(cè)視圖,所述光學膜900包括設置在類似于基底170的基底950上的類似于糙面層140的糙面層960。糙面層960包括附接至基底950的第一主表面910、背對第一主表面的第二主表面920,和分散于粘結(jié)劑940中的多個顆粒930。第二主表面970包括多個微結(jié)構(gòu)970。盡管糙面層960 包括顆粒930,但顆粒并非為微結(jié)構(gòu)970形成的主要原因。例如,在一些情況下,顆粒遠小于微結(jié)構(gòu)的平均尺寸。在這種情況下,可通過(例如)微復制結(jié)構(gòu)化模具來形成微結(jié)構(gòu)。在這種情況下,顆粒930的平均粒度小于約0. 5微米、或小于約0. 4微米、或小于約0. 3微米、 或小于約0.2微米、或小于約0.1微米。在這種情況下,微結(jié)構(gòu)970的相當大一部分(例如至少約50%、或至少約60%、或至少約70%、或至少約80%、或至少約90% )未設置在平均粒度大于約0. 5微米、或大于約0. 75微米、或大于約1微米、或大于約1. 25微米、或大于約 1. 5微米、或大于約1. 75微米、或大于約2微米的顆粒上。在一些情況下,微結(jié)構(gòu)930的平均尺寸是顆粒930的平均粒度的至少約2倍、或至少約3倍、或至少約4倍、或至少約5倍、 或至少約6倍、或至少約7倍、或至少約8倍、或至少約9倍、或至少約10倍。在一些情況下,如果糙面層960包括顆粒930,則糙面層960的平均厚度“t”比顆粒的平均粒度大至少約0. 5微米、或至少約1微米、或至少約1. 5微米、或至少約2微米、或至少約2. 5微米、或至少約3微米。在一些情況下,如果糙面層包括多個顆粒,則糙面層的平均厚度是顆粒的平均厚度的至少約2倍、或至少約3倍、或至少約4倍、或至少約5倍、或至少約6倍、或至少約7倍、或至少約8倍、或至少約9倍、或至少約10倍。重新參考圖1,在一些情況下,光重新定向膜100在層的至少一些(例如棱柱層 130、基底層170或糙面層140)中具有小顆粒以用于增加層的折射率。例如,光重新定向膜 100中的一個或多個層可包括論述于例如美國專利No. 7,074,463 (Jones等人)和美國專利公開號2006/02107 中的無機納米粒子,例如二氧化硅或氧化鋯納米粒子。在一些情況下,光重新定向膜100不包括平均粒度大于約2微米、或約1. 5微米、或約1微米、或約0. 75 微米、或約0. 5微米、或約0. 25微米、或約0. 2微米、或約0. 15微米、或約0. 1微米的任何顆粒。可使用可在應用中需要的任何制備方法來制備微結(jié)構(gòu)160。例如,可使用得自模具的微復制來制備微結(jié)構(gòu),其中所述模具可利用任何可用的制備方法(例如通過使用雕刻或金剛石車削)進行制備。示例性的金剛石車削系統(tǒng)和方法可包括并且利用描述于(例如) PCT已公布的專利申請?zhí)朩O 00/48037以及美國專利No. 7,350,442和No. 7,328,638中的快速刀具伺服機構(gòu)(FST),上述專利的公開內(nèi)容以全文引用的方式并入本文。圖10為切削工具系統(tǒng)1000的示意性側(cè)視圖,所述切削工具系統(tǒng)1000可用于切削可被微復制以產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)160和糙面層140的模具。切削工具系統(tǒng)1000采用螺紋切削車床車削工藝,并包括可通過驅(qū)動器1030圍繞中心軸1020旋轉(zhuǎn)和/或沿中心軸1020移動的輥1010,以及用于切削輥材料的切削器1040。切削器安裝在伺服機構(gòu)1050上,并且可通過驅(qū)動器1060沿χ-方向移動到輥內(nèi)和/或沿輥移動。通常,切削器1040垂直于輥和中心軸 1020安裝,并且在輥圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)的同時被驅(qū)動到輥1010的可雕刻材料內(nèi)。然后平行于中心軸驅(qū)動切削器以產(chǎn)生螺紋切削??赏瑫r以高頻率和低位移來致動切削器1040以在輥中產(chǎn)生復制時得到微結(jié)構(gòu)160的特征。伺服機構(gòu)1050為快速刀具伺服機構(gòu)(FTS),并且包括快速調(diào)節(jié)切削器1040位置的固態(tài)壓電(PZT)裝置(也稱為PZT疊堆)。FTS 1050允許切削器1040在χ-、y-和/或 ζ-方向上,或在偏軸方向上的高精度和高速移動。伺服機構(gòu)1050可為能夠相對靜止位置產(chǎn)生受控移動的任何高品質(zhì)位移伺服機構(gòu)。在一些情況下,伺服機構(gòu)1050可牢靠地且可重復地提供分辨率為約0. 1微米或更好的0至約20微米范圍內(nèi)的位移。驅(qū)動器1060可沿平行于中心軸1020的x_方向移動切削器1040。在一些情況下, 驅(qū)動器1060的位移分辨率優(yōu)于約0. 1微米、或優(yōu)于約0. 01微米。驅(qū)動器1030產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)移動與驅(qū)動器1060產(chǎn)生的平移移動同步進行,以便精確地控制微結(jié)構(gòu)160的所得形狀。輥1010的可雕刻材料可為能夠通過切削器1040進行雕刻的任何材料。示例性的輥材料包括金屬(如銅)、各種聚合物和各種玻璃材料。切削器1040可為任何類型的切削器,并且可具有可在應用中需要的任何形狀。例如,圖IlA為切削器1110的示意性側(cè)視圖,所述切削器1110具有半徑為“R”的弧形切削刀頭1115。在一些情況下,切削刀頭1115的半徑R為至少約100微米、或至少約150微米、或至少約200微米、或至少約300微米、或至少約400微米、或至少約500微米、或至少約1000 微米、或至少約1500微米、或至少約2000微米、或至少約2500微米、或至少約3000微米。又如,圖IlB為切削器1120的示意性側(cè)視圖,所述切削器1120具有頂角β的V 形切削刀頭1125。在一些情況下,切削刀頭1125的頂角β為至少約100度、或至少約110 度、或至少約120度、或至少約130度、或至少約140度、或至少約150度、或至少約160度、 或至少約170度。作為其他實例,圖IlC為具有分段線性切削刀頭1135的切削器1130的示意性側(cè)視圖,并且圖IlD為具有彎曲切削刀頭1145的切削器1140的示意性側(cè)視圖。重新參考圖10,當切削輥材料時,輥1010沿中心軸1020的旋轉(zhuǎn)以及切削器1040 沿χ-方向的移動限定圍繞輥的沿中心軸具有間距P1的螺紋路徑。當切削器沿垂直于輥表面的方向移動以切削輥材料時,由切削器切削的材料的寬度隨切削器移入和移出或者切入和切出而變化。參見(例如)圖11Α,切削器的最大穿透深度對應于切削器切削的最大寬度Ρ2。在一些情況下,例如當光重新定向膜100中的微結(jié)構(gòu)160幾何對稱且足以能夠在不降低或極少降低亮度的情況下隱藏或遮蔽物理和/或光學缺陷時,比率IViP1在約1. 5至約 6、或約2至約5、或約2. 5至約4的范圍內(nèi)。利用類似于切削工具系統(tǒng)1000的切削工具系統(tǒng)來制備圖案化輥并且隨后微復制圖案化模具以制備類似于糙面層140的糙面層,由此來制備具有類似于微結(jié)構(gòu)160的微結(jié)構(gòu)的若干樣品。圖12為利用類似于切削器1110的切削器制備的樣品的俯視光學顯微圖,其中切削刀頭1115的半徑為約480微米。樣品為幾何對稱的并且具有對稱的傾斜度分布,其中幾何對稱是指沿一個方向(例如χ-方向)的平均微結(jié)構(gòu)尺寸基本上與沿正交方向(例如y-方向)的平均微結(jié)構(gòu)尺寸相同。具體地講,樣品沿χ-方向具有約1.18度的平均傾斜度值并且沿y_方向具有約1. 22度的平均傾斜度值。圖13為利用類似于切削器1110的切削器制備的樣品的俯視光學顯微圖,其中切削刀頭1115的半徑為約480微米。樣品為幾何對稱的并且具有不對稱的傾斜度分布。具體地講,樣品沿χ-方向具有約0. 72度的平均傾斜度值并且沿y_方向具有約1. 11度的平均傾斜度值。圖14為利用類似于切削器1110的切削器制備的樣品的俯視光學顯微圖,其中切削刀頭1115的半徑為約3300微米。樣品為幾何不對稱的并且具有不對稱的傾斜度分布。具體地講,樣品沿χ-方向具有約0. 07度的平均傾斜度值并且沿y_方向具有約1. 48度的平均傾斜度值。圖15為利用類似于切削器 1110的切削器制備的樣品的俯視光學顯微圖,其中切削刀頭1115的半徑為約3300微米。 樣品為幾何不對稱的并且具有不對稱的傾斜度分布。具體地講,樣品沿χ-方向具有約0. 18 度的平均傾斜度值并且沿y_方向具有約0. 85度的平均傾斜度值。圖16為利用類似于切削器1120的切削器制備的樣品的俯視光學顯微圖,其中切削刀頭1125的頂角為約176度。 樣品為幾何對稱的并且具有對稱的傾斜度分布。具體地講,樣品沿χ-方向具有約2. 00度的平均傾斜度值并且沿y_方向具有約1. 92度的平均傾斜度值。圖17為利用類似于切削器1120的切削器制備的樣品的俯視光學顯微圖,其中切削刀頭1125的頂角為約175度。樣品為幾何不對稱的并且具有對稱的傾斜度分布。具體地講,樣品沿χ-方向具有約2. 50度的平均傾斜度值并且沿I-方向具有約2. 54度的平均傾斜度值。圖18A-18C為樣品在三個不同放大率下的俯視掃描電子顯微圖(SEM)。樣品是利用類似于切削器1120的切削器制備的,其中切削刀頭1125的頂角為約176度。樣品為幾何對稱的。利用共焦顯微鏡法測定微結(jié)構(gòu)的平均高度為約2. 67微米。圖19A-19C為樣品在三個不同放大率下的俯視SEM。樣品是利用類似于切削器1110的切削器制備的,其中切削刀頭1115的半徑為約480微米。樣品為幾何對稱的。利用共焦顯微鏡法測定微結(jié)構(gòu)的平均高度為約2. 56微米。圖20A-20C為樣品在三個不同放大率下的俯視SEM。樣品是利用類似于切削器1110的切削器制備的,其中切削刀頭1115的半徑為約3300微米。樣品為幾何不對稱的。利用共焦顯微鏡法測定微結(jié)構(gòu)的平均高度為約1.46微米。將利用上述方法制備的多個樣品的表面使用原子力顯微鏡術(AFM)在約200微米X約200微米的區(qū)域上進行表征。圖21為一個此類樣品(標記為樣品A)的示例性AFM 表面輪廓。樣品具有約94. 9%的光學透射率、約1. 73%的光學霧度和約79. 5%的光學清晰度。圖22A和22B分別為樣品A沿χ-和y-方向的示例性橫截面輪廓。圖23為樣品A沿 χ-和y_方向的傾斜度分布百分比。沿相應χ-和y_方向的傾斜度Sx和Sy是利用下述兩個表達式計算的
權利要求
1.一種光重新定向膜,所述光重新定向膜包括第一主表面,其包括沿第一方向延伸的多個第一微結(jié)構(gòu);和背對所述第一主表面的第二主表面,其包括多個第二微結(jié)構(gòu),所述第二主表面具有不大于約3%的光學霧度和不大于約85%的光學清晰度,其中所述光重新定向膜具有不小于約1. 75的平均有效透射率。
2.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第一微結(jié)構(gòu)包括沿所述第一方向延伸的多個線性棱柱。
3.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第一微結(jié)構(gòu)中的微結(jié)構(gòu)的最大高度不同于所述多個第一微結(jié)構(gòu)中的另一個微結(jié)構(gòu)的最大高度。
4.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第一微結(jié)構(gòu)中的微結(jié)構(gòu)的高度沿所述第一方向變化。
5.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)包括多個凸起。
6.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)包括多個凹陷。
7.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)覆蓋所述第二主表面的至少約80%。
8.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)覆蓋所述第二主表面的至少約85%。
9.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)覆蓋所述第二主表面的至少約90%。
10.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)覆蓋所述第二主表面的至少約95%。
11.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)形成規(guī)則圖案。
12.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)形成不規(guī)則圖案。
13.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述第二主表面的不超過約7%的部分具有大于約3. 5度的傾斜度值。
14.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述第二主表面的不超過約5%的部分具有大于約3. 5度的傾斜度值。
15.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述第二主表面的不超過約3%的部分具有大于約3. 5度的傾斜度值。
16.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述第二主表面的不超過約4%的部分具有大于約5度的傾斜度值。
17.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述第二主表面的不超過約2%的部分具有大于約5度的傾斜度值。
18.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述第二主表面的不超過約的部分具有大于約5度的傾斜度值。
19.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述第二主表面具有不大于約2.5%的光學霧度。
20.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述第二主表面具有不大于約2%的光學霧度。
21.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述第二主表面具有不大于約1.5%的光學霧度。
22.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述第二主表面具有不大于約1%的光學霧度。
23.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述第二主表面具有不大于約80%的光學清晰度。
24.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述第二主表面具有不大于約75%的光學清晰度。
25.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述第二主表面具有不大于約70%的光學清晰度。
26.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述光重新定向膜的平均有效透射率不小于約1. 80。
27.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述光重新定向膜的平均有效透射率不小于約1. 85。
28.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)的相當大一部分未設置在平均粒度大于約0. 5微米的顆粒上。
29.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,所述光重新定向膜不包括平均粒度大于約 0.5微米的顆粒。
30.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,所述光重新定向膜包括平均粒度不大于約 0.2微米的多個顆粒。
31.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,所述光重新定向膜包括平均粒度不大于約 0.1微米的多個顆粒。
32.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)的平均高度不大于約3微米。
33.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)的平均高度不大于約2微米。
34.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)的平均高度不大于約1微米。
35.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)中的微結(jié)構(gòu)具有半峰半寬(HWHM)不大于約6度的傾斜度分布。
36.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)中的微結(jié)構(gòu)具有半峰半寬(HWHM)不大于約5度的傾斜度分布。
37.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)中的微結(jié)構(gòu)具有半峰半寬(HWHM)不大于約4度的傾斜度分布。
38.根據(jù)權利要求1所述的光重新定向膜,所述光重新定向膜包括 基底層,其具有彼此背對的第一主表面和第二主表面;第一層,其設置在所述基底層的所述第一主表面上并且包括所述光重新定向膜的所述第一主表面;和糙面層,其設置在所述基底層的所述第二主表面上并且包括所述光重新定向?qū)拥乃龅诙鞅砻妗?br>
39.根據(jù)權利要求38所述的光重新定向膜,其中所述第一層具有不小于約1.5的折射率。
40.根據(jù)權利要求38所述的光重新定向膜,其中所述第一層具有不小于約1.55的折射率。
41.根據(jù)權利要求38所述的光重新定向膜,其中所述第一層具有不小于約1.6的折射率。
42.根據(jù)權利要求38所述的光重新定向膜,其中所述第一層具有不小于約1.65的折射率。
43.根據(jù)權利要求38所述的光重新定向膜,其中所述第一層具有不小于約1.7的折射率。
44.根據(jù)權利要求38所述的光重新定向膜,其中所述第一層具有在約1.5至約1. 8范圍內(nèi)的折射率。
45.根據(jù)權利要求38所述的光重新定向膜,其中所述糙面層具有不小于約1.4的折射率。
46.根據(jù)權利要求38所述的光重新定向膜,其中所述糙面層具有不小于約1.5的折射率。
47.根據(jù)權利要求38所述的光重新定向膜,其中所述糙面層具有在約1.4至約1. 6范圍內(nèi)的折射率。
48.根據(jù)權利要求38所述的光重新定向膜,其中所述糙面層包括多個顆粒,所述多個顆粒的平均粒度小于所述多個第二微結(jié)構(gòu)的平均尺寸的1/5。
49.根據(jù)權利要求48所述的光重新定向膜,其中所述多個顆粒的平均粒度小于所述多個第二微結(jié)構(gòu)的平均尺寸的1/10。
50.根據(jù)權利要求38所述的光重新定向膜,其中如果所述糙面層包括顆粒,則所述糙面層的平均厚度比所述顆粒的平均粒度大至少2微米。
51.根據(jù)權利要求38所述的光重新定向膜,其中如果所述糙面層包括顆粒,則所述糙面層的平均厚度是所述顆粒的平均粒度的至少2倍。
52.根據(jù)權利要求38所述的光重新定向膜,其中所述第二主表面在整個所述第二主表面上具有傾斜度分布,所述傾斜度分布的半峰半寬(HWHM)不大于約4度。
53.根據(jù)權利要求52所述的光重新定向膜,其中所述半峰半寬不大于約3.5度。
54.根據(jù)權利要求52所述的光重新定向膜,其中所述半峰半寬不大于約3度。
55.根據(jù)權利要求52所述的光重新定向膜,其中所述半峰半寬不大于約2.5度。
56.根據(jù)權利要求52所述的光重新定向膜,其中所述半峰半寬不大于約2度。
57.一種背光源,所述背光源包括 光源;根據(jù)權利要求1所述的第一光重新定向膜,其接收來自所述光源的光;和根據(jù)權利要求1所述的第二光重新定向膜,其設置在所述第一光重新定向膜上,其中所述第一光重新定向膜的所述第一方向不同于所述第二光重新定向膜的所述第一方向。
58.根據(jù)權利要求57所述的背光源,其中所述第一光重新定向膜和所述第二光重新定向膜中的每一者的所述第二主表面面向所述光源,并且所述第一光重新定向膜和所述第二光重新定向膜中的每一者的所述第一主表面背向所述光源。
59.一種光重新定向膜,所述光重新定向膜包括第一主表面,其包括多個線性微結(jié)構(gòu);和背對所述第一主表面的第二主表面,其包括多個第二微結(jié)構(gòu),所述第二主表面具有不大于約3%的光學霧度和不大于約85%的光學清晰度,其中所述光重新定向膜的平均有效透射率與具有相同構(gòu)造但包括平滑的第二主表面的光重新定向膜相比不低或比具有相同構(gòu)造但包括平滑的第二主表面的光重新定向膜低不超過約1. 5%。
60.根據(jù)權利要求59所述的光重新定向膜,所述光重新定向膜的平均有效透射率比具有相同構(gòu)造但包括平滑的第二主表面的光重新定向膜低不超過約1%。
61.根據(jù)權利要求59所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)包括幾何對稱和不對稱的傾斜度分布。
62.根據(jù)權利要求59所述的光重新定向膜,其中所述多個第二微結(jié)構(gòu)包括幾何不對稱和對稱的傾斜度分布。
63.一種光學疊堆,所述光學疊堆包括第一光重新定向膜,其包括第一主表面和背對所述第一主表面的第二主表面,所述第一主表面包括沿第一方向延伸的第一多個微結(jié)構(gòu),所述第二主表面包括第二多個微結(jié)構(gòu); 禾口第二光重新定向膜,其包括第三主表面和背對所述第三主表面的第四主表面,所述第三主表面面向所述第一光重新定向膜的所述第二主表面并且包括沿不同于所述第一方向的第二方向延伸的第三多個微結(jié)構(gòu),所述第四主表面包括第四多個微結(jié)構(gòu),其中所述第二主表面和所述第四主表面中的每一者均具有不大于約3%的光學霧度和不大于約85%的光學清晰度。
64.根據(jù)權利要求63所述的光學疊堆,其中所述第二主表面和所述第四主表面中的每一者均具有不大于約2. 5%的光學霧度。
65.根據(jù)權利要求63所述的光學疊堆,其中所述第二主表面和所述第四主表面中的每一者均具有不大于約2%的光學霧度。
66.根據(jù)權利要求63所述的光學疊堆,其中所述第二主表面和所述第四主表面中的每一者均具有不大于約1. 5%的光學霧度。
67.根據(jù)權利要求63所述的光學疊堆,其中所述第二主表面和所述第四主表面中的每一者均具有不大于約的光學霧度。
68.根據(jù)權利要求63所述的光學疊堆,其中所述第二主表面和所述第四主表面中的每一者均具有不大于約80%的光學清晰度。
69.根據(jù)權利要求63所述的光學疊堆,其中所述第二主表面和所述第四主表面中的每一者均具有不大于約75%的光學清晰度。
70.根據(jù)權利要求63所述的光學疊堆,其中所述第二主表面和所述第四主表面中的每一者均具有不大于約70%的光學清晰度。
71.根據(jù)權利要求63所述的光學疊堆,所述光學疊堆具有不小于約2.5的平均有效透射率。
72.根據(jù)權利要求63所述的光學疊堆,所述光學疊堆具有不小于約2.6的平均有效透射率。
73.根據(jù)權利要求63所述的光學疊堆,所述光學疊堆具有不小于約2.7的平均有效透射率。
74.一種光學疊堆,所述光學疊堆包括第一光重新定向膜,其包括第一主表面和背對所述第一主表面的第二主表面,所述第一主表面包括沿第一方向延伸的第一多個微結(jié)構(gòu);和第二光重新定向膜,其包括第三主表面和背對所述第三主表面的第四主表面,所述第三主表面面向所述第一光重新定向膜的所述第二主表面并且包括沿不同于所述第一方向的第二方向延伸的第三多個微結(jié)構(gòu),其中所述第二主表面和所述第四主表面中的每一者均具有不大于約3%的光學霧度和不大于約85%的光學清晰度,并且其中所述光學疊堆的平均有效透射率與具有相同構(gòu)造但包括平滑的第二主表面和第四主表面的光學疊堆相比不低或比具有相同構(gòu)造但包括平滑的第二主表面和第四主表面的光學疊堆低不超過約1%。
75.根據(jù)權利要求74所述的光學疊堆,所述光學疊堆的平均有效透射率比具有相同構(gòu)造但包括平滑的第二主表面和第四主表面的光學疊堆低不超過約0. 5%。
76.根據(jù)權利要求74所述的光學疊堆,所述光學疊堆的平均有效透射率比具有相同構(gòu)造但包括平滑的第二主表面和第四主表面的光學疊堆低不超過約0. 25%。
77.根據(jù)權利要求74所述的光學疊堆,所述光學疊堆的平均有效透射率與具有相同構(gòu)造但包括平滑的第二主表面和第四主表面的光學疊堆相比不低。
78.一種光學膜,所述光學膜包括結(jié)構(gòu)化主表面,所述結(jié)構(gòu)化主表面包括幾何對稱和不對稱的傾斜度分布。
79.根據(jù)權利要求78所述的光學膜,所述光學膜具有不大于約3%的光學霧度和不大于約85%的光學清晰度。
80.一種光學膜,所述光學膜包括結(jié)構(gòu)化主表面,所述結(jié)構(gòu)化主表面包括幾何不對稱和對稱的傾斜度分布。
81.根據(jù)權利要求80所述的光學膜,所述光學膜具有不大于約3%的光學霧度和不大于約85%的光學清晰度。
全文摘要
本發(fā)明提供了光重新定向膜(100),所述光重新定向膜包括第一主表面(110)和第二主表面(120),所述第一主表面(110)包括沿第一方向延伸的第一微結(jié)構(gòu)(150),所述第二主表面(120)可形成糙面層的一部分,所述第二主表面背對所述第一主表面并且包括第二微結(jié)構(gòu)(160)。所述第二主表面具有不大于約3%的光學霧度和不大于約85%的光學清晰度。所述光重新定向膜具有不小于約1.75的平均有效透射率。所述光重新定向膜(100)可包括顆粒。所述第二微結(jié)構(gòu)可具有傾斜度分布。
文檔編號G02B6/00GK102460231SQ201080031047
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權日2009年6月2日
發(fā)明者加里·T·博伊德, 史蒂文·D·所羅門松, 史蒂文·H·貢, 史蒂文·J·麥克曼, 呂菲, 斯拉·延度比, 斯科特·R·卡伊特, 特里·D·彭, 米切爾·A·F·約翰遜, 約瑟夫·A·齊加爾, 約瑟夫·T·阿倫森, 羅伯特·A·亞佩爾 申請人:3M創(chuàng)新有限公司