專利名稱：光學(xué)膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所述實(shí)施方案一般涉及成像系統(tǒng)的元件，尤其涉及提高光閥成像設(shè)備中光效率的部件。
背景技術(shù)：
光閥廣泛用于各種顯示技術(shù)中。例如，顯示面板正在越來越多地用于許多應(yīng)用中，比如電視、計(jì)算機(jī)顯示器、銷售顯示點(diǎn)、個(gè)人數(shù)字助理和電子照相機(jī)，而這僅僅是一些應(yīng)用。
許多光閥基于液晶(LC)技術(shù)。一些LC技術(shù)始于讓光透過LC設(shè)備(面板)，而其它的則始于讓光兩次穿過面板(在面板的遠(yuǎn)端表面處被反射后)。
LC材料用于使液晶分子的軸發(fā)生選擇性地旋轉(zhuǎn)。正如公知的那樣，通過在LC面板兩端施加電壓，可以控制LC分子的方向，并可以選擇性地改變反射光的偏振狀態(tài)。因而，通過使陣列中的晶體管發(fā)生選擇性的開關(guān)狀態(tài)變換，LC介質(zhì)可用于用圖像信息對(duì)光進(jìn)行調(diào)制。所述調(diào)制可用于在某些圖像元件(像素)處提供暗態(tài)光，而在其它像素處提供亮態(tài)光，其中光的狀態(tài)由偏振狀態(tài)控制。所以，通過LC面板和光學(xué)系統(tǒng)的選擇性偏振變換在屏幕上形成圖像，由此產(chǎn)生所述圖像或者“圖片”。
在許多LCD系統(tǒng)中，來自光源的光在入射到LC層之前，沿著特殊取向進(jìn)行了選擇性的偏振。LC層上可以選擇性地施加電壓，以使該材料的分子以特定方式發(fā)生取向。隨后，入射到LC層上的光在通過LC層時(shí)，其偏振選擇性地發(fā)生變化。處于一種線性偏振態(tài)的光通過偏振器(通常稱作分析儀)透射，成為亮態(tài)光；而處于正交偏振態(tài)的光被分析儀反射或者吸收，成為暗態(tài)光。
盡管LCD設(shè)備在顯示和微顯示應(yīng)用中變得越來越普遍，但是該公知設(shè)備、其部件、和制備方法都存在某些相關(guān)的缺陷。例如，在已知結(jié)構(gòu)中，光透射到最終成像表面上的效率相當(dāng)差，導(dǎo)致圖像質(zhì)量差。
所以，需要能克服已知設(shè)備的至少上述不足的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)示例性的實(shí)施方案，制備成像設(shè)備的元件的方法包括提供第一層和第二層；擠出第一層；在第一層的上表面上提供多個(gè)光學(xué)元件，在第一層的下表面上提供基本平滑的表面。第二層包括具有至少一個(gè)孔隙的順應(yīng)層。
根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施方案，成像設(shè)備的部件包括具有上表面和基本平滑下表面的第一層，在所述上表面上設(shè)置有多個(gè)光學(xué)元件。該部件還包括設(shè)置在第一層的下表面上的第二層。第二層包括具有至少一個(gè)孔隙的順應(yīng)層。


通過下列詳述和附圖的結(jié)合，可以最好地理解本發(fā)明。需要強(qiáng)調(diào)的是各個(gè)特征并不必按比例繪制。實(shí)際上，為了便于討論，可以任意地增加或者減少相對(duì)尺寸。
圖1是根據(jù)示例性實(shí)施方案的包含背光組件的LCD的剖面圖。
圖2是根據(jù)示例性實(shí)施方案的光變向元件的透視圖。
圖3是根據(jù)實(shí)施方案的光變向?qū)拥钠拭鎴D。
圖4是根據(jù)示例性實(shí)施方案的光變向?qū)拥耐敢晥D。
圖5是根據(jù)示例性實(shí)施方案用于形成準(zhǔn)直層的裝置的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
在下列詳述中，為了解釋而不是限制，給出了示例性的實(shí)施方案，其公開了具體細(xì)節(jié)，用以透徹理解本發(fā)明。但是，對(duì)于在擁有本發(fā)明益處的領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明可以以偏離本文所公開的具體細(xì)節(jié)的其它實(shí)施方案進(jìn)行實(shí)施。而且，為了不影響對(duì)本發(fā)明的描述，可以省略對(duì)公知裝置和方法的描述。在實(shí)施所述示例性實(shí)施方案時(shí)，所述方法和裝置和方法明顯都在發(fā)明人的考慮范圍之內(nèi)。相似的數(shù)字盡可能在全文中表示相似的特征。
簡而言之，如同結(jié)合本文中的示例性實(shí)施方案進(jìn)行描述的那樣，光變向?qū)泳哂械谝粚雍偷诙?。第一層包括平滑的下表面，因而不?huì)嚴(yán)重破壞由于光的漫射而發(fā)生的再循環(huán)。第一層還具有上表面，由該表面形成了多個(gè)光學(xué)元件。在第一層的下表面上，設(shè)置了第二層。第二層包含在制備后可以和第一層分離的順應(yīng)層。第二層使得可以以基本均勻的方式在光變向?qū)拥恼麄€(gè)表面上制備光學(xué)元件，并使光學(xué)元件還具有一些有益的光學(xué)性質(zhì)；隨著本描述的繼續(xù)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。另外，第二層的材料有助于在第一層上形成平滑的下表面。
所示實(shí)施方案的光變向?qū)油ǔＪ腔就该鞯墓鈱W(xué)膜或者襯底，它使通過所述膜的光重新分布，從而使從膜中射出的光的分布方向更垂直于所述膜的表面。通常，光變向膜在其出光表面上具有棱形槽、透鏡形的槽或者錐體。這些槽或者錐體改變了光線射出膜時(shí)的膜/空氣界面角，使得入射光分布在垂直于所述槽的折射表面的平面中傳輸?shù)姆至勘恢匦路植迹瓦M(jìn)入膜的光相比，重新分布后的方向更加垂直于膜表面。所述光變向?qū)涌梢岳绾鸵壕э@示一起用于筆記本電腦、文字處理器、航空電子顯示器、便攜式電話、和PDA等，以使圖像更亮、對(duì)比度更高。最后，應(yīng)該注意盡管示例性實(shí)施方案描述了光取向?qū)拥奶卣骱椭苽?，但是要?qiáng)調(diào)的是它僅僅是示例性的。實(shí)際上，通過示例性方法和所述的材料，可以制備許多其它類型的光學(xué)元件。這些元件包括但不限于聚焦元件和漫射元件。
圖1示出了根據(jù)示例性實(shí)施方案的成像設(shè)備100。該成像設(shè)備包括通過本文所述的示例性實(shí)施方案的方法制備的擠出型光變向聚合物層105。在本實(shí)施方案中，光源101將光耦合到光波導(dǎo)102上，其包括設(shè)置在至少一側(cè)上的漫射型反射層103，如圖所示。光源101通常是冷陰極熒光燈泡(CCFB)、超高壓(UHP)氣體燈、發(fā)光二極管(LED)陣列、或者有機(jī)LED陣列。應(yīng)該注意的是，這僅僅是示例性的，可以采用其它適于在顯示設(shè)備中提供光的光源。
來自光波導(dǎo)102的光透射到任選的漫射器104上，該漫射器用來使光發(fā)生漫射(由此提供在整個(gè)顯示器(未示出)上的更均勻的亮度)、使有時(shí)印刷在光波導(dǎo)上或者嵌刻在光波導(dǎo)中的任何特征被隱藏，并減弱波紋干擾。如同進(jìn)一步詳述的那樣，光通過光變向膜105之后，和進(jìn)入膜的光相比，它以更窄的錐形形式出現(xiàn)。所示光變向?qū)?05的取向使得各個(gè)光學(xué)元件位于更靠近LC面板106的一側(cè)上。
在光變向?qū)?05和LC面板106之間可以設(shè)置其它設(shè)備，比如另一個(gè)漫射器或者反射型偏振器(未示出)。而且，在LC顯示器100的結(jié)構(gòu)中，可以包括另一個(gè)偏振器(通常稱作分析儀)。由于對(duì)于LC顯示器領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，顯示器100的許多設(shè)備都是公知的，所以省略了許多細(xì)節(jié)，以便不影響對(duì)示例性實(shí)施方案的描述。
圖2是光學(xué)元件201的透視圖，根據(jù)示例性實(shí)施方案，該元件可以設(shè)置在光變向?qū)?例如，層105)的上表面上。當(dāng)然，這僅僅是光變向?qū)拥亩鄠€(gè)相似元件中的一個(gè)。在本示例性實(shí)施方案中，元件201是曲面楔形，具有彎曲表面202和平表面203。彎曲表面202可以具有在一個(gè)、兩個(gè)或者三個(gè)軸上的曲率，用于使光沿著一個(gè)或者多個(gè)方向變向，如同本文中更充分描述的那樣。這兩個(gè)表面202和203在脊204處匯合。示例而言，脊204是元件201的表面202和203匯合之處形成的線形頂點(diǎn)。
應(yīng)該注意的是，元件201的形狀用于示例，可以采用除了彎曲楔形以外的其它形狀的元件。有利情況是形狀不同于圖2所示的元件包括有用方位的頂點(diǎn)和邊202、203，用以使光變向以及使在其它情況下會(huì)損失的光(這將結(jié)合一些示例性實(shí)施方案進(jìn)行描述)發(fā)生再循環(huán)。當(dāng)然，為了獲得平臺(tái)面積減少并基本均勻的結(jié)構(gòu)，如本文所述提供表皮層將很有用。
圖3是根據(jù)示例性實(shí)施方案的光-光變向部件300的剖面圖。光變向部件300包括多個(gè)光學(xué)元件201。光學(xué)元件由形成在第二層302上的第一層301形成，這隨著本描述的進(jìn)行將變得更加清楚。第一層301的光學(xué)性質(zhì)對(duì)部件300有利；第二層302為制備過程中提供了緩沖或者順應(yīng)性。這種緩沖有利于在減壓下制備光學(xué)元件201的各個(gè)特征，從而使第一層301獲得了基本平滑的下表面303。這些制備技術(shù)結(jié)合本文描述的示例性實(shí)施方案進(jìn)行了描述。最后，應(yīng)該注意，在成像設(shè)備中實(shí)現(xiàn)第一層301之前，可以去除第二層302。
有利情況下，表面202和203與周圍介質(zhì)成大約45°的界面。當(dāng)然，應(yīng)該注意的是這并不重要，界面可以是45°以外的角。而且，如果該元件特征的剖面表明在該特征的最高點(diǎn)(頂點(diǎn))處夾角為90°，則是有利的。應(yīng)該注意的是，對(duì)于頂點(diǎn)在最高點(diǎn)處具有寬度或者平臺(tái)304的可能情況而言，在各側(cè)凸起的相交處測(cè)量所述夾角。
在示例性實(shí)施方案中，有利的峰角為90°，這是因?yàn)樗鼮楣庾兿蚰砹俗畲蟮妮S向亮度。應(yīng)該注意的是，大約88°-92°的角獲得了相似的結(jié)果，軸向亮度幾乎沒有或者沒有損失，可以使用。另外，當(dāng)頂點(diǎn)角度小于大約85°或者大于大約95°時(shí)，光變向膜的軸向亮度下降。
如上所暗示的那樣，元件201的結(jié)構(gòu)的一個(gè)好處在于能夠顯著改變相對(duì)中心軸或者觀察軸(垂直于膜平面)具有較大角度的光的方向；和使相對(duì)于所述軸具有較小角度的光再循環(huán)。所以，以較小角度入射到表面202的光305在側(cè)202處向著觀察軸折射，從而以更接近垂直膜的方向入射到LC面板106上。但是，以較大角度入射到表面202上的光306被反射，并最終朝著光波導(dǎo)103返回。最后，部分光306再次入射到元件101或者其漫射性反射器103上，隨后可以以漫射光的形式發(fā)生再循環(huán)，從而提高效率并因此提高成像設(shè)備100的性能。
正如可以很容易理解的那樣，對(duì)于元件201而言，光305遠(yuǎn)離觀察軸以至于對(duì)LC顯示器的軸向觀察無益。也就是說，光305如果不如圖所示被反射，那么將遠(yuǎn)離LC面板106或者成像顯示器的其它元件的接收范圍。這種光損失對(duì)光源101到成像表面(未示出)的光效率產(chǎn)生負(fù)面影響。最終，這對(duì)圖像質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，尤其在靠近軸向觀察時(shí)。
除了元件201的側(cè)202和203的幾何關(guān)系的有利特性以外，頂點(diǎn)寬度或者平臺(tái)304也會(huì)影響從光源101傳輸?shù)絃C面板106的效率，從而影響成像系統(tǒng)提供的圖像質(zhì)量。為此，頂點(diǎn)的寬度304理想情況下是零即為通過兩側(cè)202和203的匯合形成的點(diǎn)。在此情況下，在所談到的入射范圍內(nèi)的入射光發(fā)生折射，會(huì)聚到和膜成更加基本垂直的方向，而無論在元件201上的精確入射點(diǎn)如何。
但是，已知方法在制備上存在著限制，該限制通常阻礙形成真正的點(diǎn)。相反，可能形成平的或者圓形的平臺(tái)304。這種平臺(tái)對(duì)入射在其上的光基本沒有光學(xué)影響。例如，由于在平臺(tái)304處沒有折射，所以光307被損失。因此，有利的做法是盡可能使寬度304最小。略微不同的說法就是，有利的做法是使頂點(diǎn)對(duì)元件201表面積的貢獻(xiàn)降到最小。頂點(diǎn)對(duì)表面積的貢獻(xiàn)部分越大，元件201在光變向上的效果越小。
而且，使包括多個(gè)元件的整個(gè)層301上的寬度304大小的均勻性保持在一定偏差之下是很有用的。由于人眼在檢測(cè)大于大約0.75微米的偏差方面有異常的能力，所以這種均勻性對(duì)于圖像質(zhì)量而言是有利的。根據(jù)示例性實(shí)施方案，寬度或者平臺(tái)304在包括多個(gè)元件的整個(gè)層上的大小為大約0.25微米-大約0.75微米，偏差為大約±0.5微米。應(yīng)該注意的是，所給出的尺寸僅僅是示例性的。例如，寬度304可以是大約0.20微米，如果不更小的話。而且，寬度304可以大約0.75微米；但是，當(dāng)寬度達(dá)到3.0微米時(shí)，元件201基本上喪失了變向性質(zhì)的有效性。最后，尺寸、角度取向和公差受到示例性實(shí)施方案的制備方法的影響，這隨著本描述的進(jìn)行將變得更加清楚。
示例的層302包括順應(yīng)層310和平滑層309。層310基本上是順應(yīng)性，這至少部分源于孔隙308的存在，它對(duì)于施加到層302上的力產(chǎn)生了流體狀的反應(yīng)。
在示例性實(shí)施方案中，順應(yīng)層的彈性模量大約為2500MPa，有利于在較低的均勻成形壓力下形成具有高質(zhì)量特征的光學(xué)元件201。平滑層309的剛性大于順應(yīng)層310，為層301的下表面303提供了平滑性。本發(fā)明將對(duì)這些孔隙308、層310的順應(yīng)性以及采用平滑層309來實(shí)現(xiàn)理想的平滑表面303的詳細(xì)內(nèi)容進(jìn)行更充分的描述。
圖4是根據(jù)示例性實(shí)施方案的光變向部件300的部分的透視圖。光變向部件300包括多個(gè)元件201，所述元件已經(jīng)結(jié)合圖2和3的示例性實(shí)施方案進(jìn)行了描述。應(yīng)該注意的是，元件201的取向可以是規(guī)則的或者無序的。在上述Brickey等的文獻(xiàn)中可以找到這些和其它細(xì)節(jié)。
在圖2-4的示例性實(shí)施方案中，元件201為曲面楔形元件，無序放置，互相平行。這使得脊204通常沿著同一方向排列。所以，有利做法是使脊的排列通常使得該層使光沿著基本一個(gè)方向發(fā)生變向(例如，圖像平面的軸)，由此在示例性實(shí)施方案的液晶背光結(jié)構(gòu)中獲得更高的軸向增益?；蛘?，表面202、203具有一定的曲率。所述曲率可以位于部件300的平面內(nèi)、垂直于部件300的平面、或者兩者兼具。因此，元件201具有膜平面中的曲率使得該元件可以沿著不止一個(gè)方向改變光的方向，這可能是有用的。
如同可以很容易理解的那樣，脊204的曲率是平滑的弧形曲線，比如圓或者橢圓的一部分。曲率半徑例如是圓的一段。曲率半徑?jīng)Q定了在每個(gè)方向上被改變方向的光量以及膜的疊柵亮度和軸向亮度的大小。另外，光變向部件300上的楔形元件201具有相對(duì)于像素或者其它重復(fù)元件的尺寸、節(jié)距或者角取向發(fā)生變化的節(jié)距或者角取向，從而通過LCD面板沒有觀察到疊柵干涉條紋圖形。
在示例性實(shí)施方案中，光學(xué)元件201互相無序取向，從而減少或者顯著消除了由于液晶顯示的像素間距導(dǎo)致的任何干涉。這種“無序性”可以包括光學(xué)元件的尺寸、形狀、位置、深度、角度或者密度。這樣可以無需漫射層就消除了疊柵效應(yīng)和相似效應(yīng)。另外，所述單個(gè)光學(xué)元件的至少一些可以按組設(shè)置在膜的整個(gè)出射表面上，其中每一組的至少一些光學(xué)元件具有不同的尺寸或者形狀性質(zhì)，從而整體上為每一組中的各元件形成在整個(gè)膜上變化的平均尺寸或者形狀特征，以便獲得在任何單個(gè)光學(xué)元件的加工公差范圍以外的平均特征值以及消除液晶顯示的像素間距造成的疊柵和干涉效應(yīng)。另外，至少一些單個(gè)光學(xué)元件可以互相以不同的角度取向，從而為該膜實(shí)現(xiàn)使光沿著兩個(gè)不同軸發(fā)生重新取向/重新取向的能力的定制。對(duì)膜的增益性質(zhì)而言，在實(shí)現(xiàn)特征無序化時(shí)，重要的是避免出現(xiàn)乎整的、沒有小刻面的表面面積。
圖5是用于根據(jù)示例性實(shí)施方案形成光變向?qū)拥闹苽溲b置500的剖面示意圖。該裝置和方法可以用于制備圖2-4的示例性實(shí)施方案的光變向?qū)雍凸鈱W(xué)元件，并具有上述有利特征。
裝置500包括通過其擠出第一材料502的擠出機(jī)。經(jīng)由輥504提供第二材料503。第一材料502(也稱作熔體)和第二材料503(也稱作載體卷幅)被引入到第一輥505和第二輥506之間。第一材料502具有和第一輥505相接觸的上表面，而第二材料503具有和第二輥506相接觸的下表面，這隨著本描述的繼續(xù)將變得更加清楚。如本文所述，輥在材料502和503上施加壓力。
根據(jù)示例性實(shí)施方案，當(dāng)?shù)谝徊牧?02被擠壓通過輥505，506時(shí)，形成了光學(xué)層，其中所述光學(xué)層的至少一個(gè)表面上設(shè)置了多個(gè)光學(xué)元件。例如，結(jié)合圖5描述的示例性實(shí)施方案的方法可以用來制備光變向部件300，其中第一材料502形成層301，第二材料503形成層302，層302例如由層309和310構(gòu)成。
第一輥505和第一材料502接觸，形成帶有圖案的表面(圖5中未示出)，所述表面形成了示例性實(shí)施方案的多個(gè)元件201的圖案。第二輥506和第二材料503接觸，其包含順應(yīng)層(例如順應(yīng)層310)。輥對(duì)順應(yīng)層的壓力作用將壓力從順應(yīng)層均勻施加到第一材料上，從而獲得了具有所需結(jié)構(gòu)的、圖案均勻的元件。而且，由于第二材料503的順應(yīng)性，和已知方法相比所述圖案在減壓下形成。因此，和已知方法相比，在較低的制備壓力下獲得了圖案的均勻性和質(zhì)量。最后，第二材料503也可以包含平滑層(例如，層309)，該層有利地為所形成的層的下表面(例如，表面303)提供了平滑度。如前所述，這種平滑度在該層的許多光學(xué)應(yīng)用中是有用的。
在通過輥505、506之后，形成層507。層507包括示例性實(shí)施方案的部件300的特征，可用作光變向?qū)?。?yīng)該指出的是，在層507用到成像設(shè)備中之前，可以從其上去除第二材料503。
第一材料502例如是從制備前景和光學(xué)性質(zhì)兩方面看都有各種理想性質(zhì)的材料。例如，第一層301基本透明；提供UV穩(wěn)定性；具有顯示應(yīng)用所可以接受的硬度；具有較高的機(jī)械模量；可以是擠出的單層或者多層。
在示例性實(shí)施方案中，第一材料502是具有高的光學(xué)透射率(即，高度透明)并耐用的聚碳酸酯材料。市售聚碳酸酯有針對(duì)不同應(yīng)用的等級(jí)，一些經(jīng)配制后具有耐高溫性、極好的尺寸穩(wěn)定性、增加的環(huán)境穩(wěn)定性和較低的熔體粘度。
熱塑塑料由于價(jià)格不高而且容易加工，所以可以使用。UV固化的材料有時(shí)受限于較低的環(huán)境穩(wěn)定性，需要涂覆在預(yù)制的襯底上。除了制備復(fù)雜以外，UV涂層容易翹曲和出現(xiàn)其它有害問題。
用于第二材料503的示例性聚合物包括聚酯(比如PET和PEN)、取向PET或PEN、取向聚烯烴比如聚乙烯和聚丙烯、流延烯烴比如聚丙烯和聚乙烯、聚苯乙烯、乙酸酯、聚碳酸酯和乙烯樹脂。
出于許多原因，對(duì)于擠出工藝而言，采用取向材料比如取向PET作為材料503是有利的。也即，材料503是順應(yīng)性的，因此有助于有利地施加均勻的壓力。而且，第二材料503可以包括超級(jí)平滑的層。舉例而言，第二材料503包括順應(yīng)層310和平滑層309。平滑層309有利于形成基本平滑的表面303，其表面平滑度(粗糙度平均值或者Ra)為大約200nm左右。值得一提的是，粗糙度平均值可以是大約40nm-大約15nm。而且，材料503具有較高的轉(zhuǎn)變溫度，這使其可以在較高溫度應(yīng)用中使用。舉例而言，材料503的至少和順應(yīng)層310相應(yīng)的部分的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為大約120℃-300℃。
在示例性實(shí)施方案中，包含平滑層309的第二材料503被拉過輥505和506，獲得高度平滑的表面303。為了實(shí)現(xiàn)該所需的結(jié)果，平滑層309比順應(yīng)層310的順應(yīng)性大，比第一層301的平滑表面所需的表面粗糙度(Ra)更小。而且，根據(jù)示例性實(shí)施方案，采用取向的、表面粗糙度小于200nm的、至少部分晶體的聚合物來在第一層301的下表面303上提供平滑表面。
應(yīng)該注意的是，通常可以采用具有晶界取向比如取向聚酯、具有所需順應(yīng)性、平滑度和耐熱性的材料作為材料503。這些材料中的一部分已經(jīng)具體提到了，但就此而言可以采用其它的材料，所述其它材料是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在汲取了本公開的內(nèi)容后可以預(yù)見的。
如上所述，第二材料503形成層302的第二層，選擇第二材料503是由于其在輥壓工藝中的順應(yīng)性。為此，當(dāng)?shù)谝徊牧?02擠壓通過輥505和506時(shí)，有利的做法是在其表面上提供均勻的壓力。如果沒有施加均勻壓力，則可能出現(xiàn)壓力波動(dòng)，可能對(duì)層507的整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響。例如，可能導(dǎo)致元件201和其特征出現(xiàn)不理想的圖案，以及導(dǎo)致層301的下表面303的平滑度下降。而且，在許多公知方法中，為了形成元件201的特征圖案，常常施加過量的壓力，這影響了用于制備這些層的裝置的壽命，也造成了圖案的波動(dòng)。
相反，材料503提供的緩沖或順應(yīng)性使得從輥505和506向材料502提供基本均勻的壓力分布。也即，材料503內(nèi)有孔隙，這隨著本描述的繼續(xù)將變得更加清楚?？紫对谀撤N程度上可以充當(dāng)彈性件，從而為材料503提供流體狀的反應(yīng)性質(zhì)，使得當(dāng)在材料503上垂直施力時(shí)，力在材料503上、在材料503和材料502之間的界面上、在第一材料502和輥505之間的界面上分布更加均勻。前者減少了壓力波動(dòng)，提供了表面303的平滑度；后者實(shí)現(xiàn)了在形成特征方面的改進(jìn)，包括但不限于可接受的平臺(tái)或者頂點(diǎn)的寬度304。根據(jù)示例性實(shí)施方案，和已知方法相比，明顯降低了壓力。也即，輥505和506之間的夾持壓力有利地為1.4×108達(dá)因·cm-2.6×108達(dá)因·cm。
而且，除了由材料503提供的在減壓方面的改進(jìn)之外，材料503有利地承受擠壓工藝的更高溫度。為此，舉例而言，可用作第二材料503的材料的玻璃轉(zhuǎn)變溫度較高，大約為120℃或以上。
第二材料503可以是具有孔隙的層310并可以包括氣孔孔隙的聚合物層。聚合物孔隙層是有利的，這是因?yàn)樗鼈兙哂芯鶆虻膲嚎s性、極好的恢復(fù)性和低的成本。(“孔隙”在本文中是指沒有加入固體和液體物質(zhì)，雖然“孔隙”可能含有氣態(tài)物質(zhì))。舉例而言，形成孔隙的顆粒保留在最終的第二層310中，其直徑為大約0.1微米-大約10微米，形狀為圓形，可以是有機(jī)或者無機(jī)的，以制備出具有所需形狀和尺寸的孔隙?？紫?08的大小(如圖3所示)也取決于加工方向(沿著膜的移動(dòng)方向)和橫切方向(沿著膜的寬度方向)的取向度(膜在擠出后的拉伸量)。理想情況下，孔隙形狀假定由兩個(gè)相對(duì)的、邊緣接觸的凹形盤來限定。換而言之，孔隙308往往具有棱鏡型或者基本雙面凸的形狀。孔隙的取向使得兩個(gè)主要尺寸和片的加工方向和橫切方向?qū)R。Z向軸是次要尺寸，大致是孔隙顆粒的橫截直徑。孔隙通常往往是閉合的單元，因此從具有孔隙的核心的一側(cè)到另一側(cè)基本沒有開口途徑供氣體或者液體穿過。
根據(jù)一些示例性實(shí)施方案，形成孔隙的材料可以選自各種材料，應(yīng)該的含量是大約5重量％-大約50重量％，基于核心基質(zhì)聚合物的重量。例如，形成孔隙的材料包括聚合物材料。當(dāng)采用聚合物材料時(shí)，可以是能夠和形成核心基質(zhì)的聚合物熔融混合的聚合物，并且能夠在懸浮體冷卻下來時(shí)形成分散的球形顆粒。這種材料的例子包括分散在聚丙烯中的尼龍、分散在聚丙烯中的聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、或者分散在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯中的聚丙烯。如果聚合物經(jīng)過預(yù)成形并且摻混到基質(zhì)聚合物中，則重要性質(zhì)是顆粒尺寸和形狀。球可以采用，它們可以是中空的或者實(shí)心的。這些球可以由交聯(lián)聚合物制備，所述交聯(lián)聚合物選自具有通式Ar-C(R)＝CH2的烯基芳族化合物，其中Ar表示芳烴基團(tuán)或者苯系列的芳鹵代烴基團(tuán)，R是氫或者甲基基團(tuán)；丙烯酸酯型單體，包括式CH2＝C(R’)-C(O)(OR)的單體，其中R選自氫和含有大約1-12個(gè)碳原子的烷基，R’選自氫和甲基；氯乙烯和二氯乙烯的、丙烯腈和氯乙烯、溴乙烯、式CH2＝CH(O)COR的乙烯基酯的共聚物，其中R是具有2-18個(gè)碳原子的烷基；丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、檸康酸、馬來酸、富馬酸、油酸、乙烯基苯甲酸；合成的聚酯樹脂，由對(duì)苯二甲酸和二烷基對(duì)苯二甲酸或者其成酯衍生物與HO(CH2)nOH(其中n是2-10的整數(shù))系列的乙二醇反應(yīng)制備，在該聚合物分子中具有反應(yīng)性的烯烴鍵，上述聚酯包括在其中共聚的、多達(dá)20重量％的、具有反應(yīng)性烯烴不飽和建的第二酸或其酯及其混合物，以及選自二乙烯基苯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、富馬酸二烯丙酯、鄰苯二甲酸二烯丙酯和其混合物的交聯(lián)劑。
用于制備成孔隙的交聯(lián)聚合物的典型單體的例子包括苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酰胺、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙烯基吡啶、乙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、乙烯基苯甲基氯、1，1-二氯乙烯、丙烯酸、二乙烯基苯、丙烯酰胺甲基丙烷磺酸、乙烯基甲苯等。舉例而言，交聯(lián)聚合物是聚苯乙烯或者聚(甲基丙烯酸甲酯)；或者聚苯乙烯，交聯(lián)劑是二乙烯基苯。
本領(lǐng)域公知的方法制備的是特征在于顆粒尺寸分布寬的非均勻尺寸的顆粒。所得的珠子可以通過將整個(gè)初始尺寸分布范圍的珠子進(jìn)行篩分來分類。其它方法比如懸浮聚合、受限聚結(jié)，會(huì)直接制備出尺寸非常均勻的顆粒。
為了便于形成孔隙，在成孔隙材料上可以涂覆試劑。合適的試劑或者潤滑劑包括膠態(tài)二氧化硅、膠態(tài)氧化鋁和金屬氧化物，比如氧化錫和氧化鋁。優(yōu)選試劑是膠態(tài)氧化硅和氧化鋁，或者氧化硅。涂有試劑的交聯(lián)聚合物可以通過本領(lǐng)域公知的程序制備。例如，優(yōu)選其中在懸浮液中加入試劑的常規(guī)懸浮聚合方法。就試劑而言，優(yōu)選膠態(tài)二氧化硅。
成孔隙顆粒也可以是無機(jī)球，包括實(shí)心或者中空玻璃球、金屬或者陶瓷珠子或者無機(jī)顆粒比如粘土、滑石、硫酸鋇和碳酸鈣。重要之處在于該材料不能與核心基質(zhì)聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而避免出現(xiàn)下列問題之一或多種(a)改變基質(zhì)聚合物的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，使其難以發(fā)生取向，(b)破壞核心基質(zhì)聚合物，(c)破壞成孔隙顆粒，(d)將成孔隙顆粒粘到基質(zhì)聚合物上，或者(e)生成不需要的反應(yīng)產(chǎn)物，比如毒性或者顏色明顯的部分。
除了由聚合物珠子形成孔隙的聚合物片以外，可以通過在基礎(chǔ)樹脂內(nèi)結(jié)合固體顆?；蛘卟幌嗳莸木酆衔锶缓笱刂辽僖粋€(gè)方向形成取向來制備緩沖層310。結(jié)合不相容的聚合物或者固體無機(jī)顆粒已經(jīng)證明可以在順應(yīng)層310中提供孔隙。緩沖層也可以通過化學(xué)或者物理發(fā)泡劑形成。典型材料包括選自下列的一種或者多種偶氮二酰胺、沸石或者分子篩、氣體比如氮?dú)?、二氧化碳、或者在大氣壓下轉(zhuǎn)變成氣體的液體?？梢酝ㄟ^用氣體比如氮?dú)?、二氧化碳或者其它氣體使所述聚合物飽和以獲得大約為0.05×109個(gè)/cm3-5×109個(gè)/cm3的氣泡密度，來制備微孔聚合物。
理想情況是氣泡和固相聚合物的密度達(dá)到平衡。氣泡密度過大將改變聚合物片的機(jī)械性質(zhì)。受沖擊的所述性質(zhì)比如拉伸屈服、模量、壓縮性、機(jī)械應(yīng)力開裂和其它性質(zhì)。聚合物退火由于加熱而對(duì)機(jī)械性質(zhì)和收縮率產(chǎn)生了一些有利的影響。形成有微孔的片或者層在和其它固體層或者填實(shí)層共同擠出時(shí)的優(yōu)點(diǎn)在于提高了結(jié)構(gòu)的不透明度、銳度和緩沖性。
微孔泡沫層可以和其它純的或者填有顏料、染色材料和光學(xué)增亮材料的固體層共同擠出，以獲得最終的光學(xué)性質(zhì)。優(yōu)選實(shí)施方案包括固體聚合物比如聚烯烴的上表面。所述層的厚度也可以改變以獲得所需的光學(xué)性質(zhì)。在該層正下方是微孔泡沫層。所述層可以包括任何合適的聚合物，比如聚烯烴和其共聚物、聚酯、聚苯乙烯、和其它已經(jīng)被氣體超飽和因而當(dāng)其加熱到最優(yōu)溫度時(shí)將在該聚合物層中形成微孔泡沫的聚合物。該結(jié)構(gòu)可以直接共擠壓在載體襯底上，或者可以作為單獨(dú)的聚合物片成形、取向和退火，然后采用粘合劑層壓到載體上。所述結(jié)構(gòu)能夠獲得良好的機(jī)械性質(zhì)、優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)以及優(yōu)異的緩沖和壓縮性質(zhì)。
在示例性實(shí)施方案中，采用化學(xué)發(fā)泡劑形成孔隙層310。發(fā)泡劑是在擠出條件下在聚合物基質(zhì)中形成不溶性氣體的任何材料。兩種優(yōu)選的發(fā)泡劑是偶氮二酰胺和碳酸氫鈉。偶氮二酰胺放熱生成氮?dú)夂投趸?。微孔泡沫結(jié)構(gòu)通過化學(xué)發(fā)泡劑的分解制備。由于擠出機(jī)的壓力高，氣體溶解到熔融聚合物中。重要的是在從模頭中擠出的時(shí)刻對(duì)泡沫成核實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。壓力下降導(dǎo)致氣體超飽和。一旦聚合物快速激冷，則隨著其粘度的增加，泡沫凝固到聚合物中。
所述示例性技術(shù)對(duì)于擠出機(jī)中的加工條件以及聚合物的流變學(xué)性質(zhì)很敏感。最優(yōu)選的方法是使化學(xué)發(fā)泡劑與聚合物結(jié)合其它層共同擠出，從而為最上面的聚合物層提供改進(jìn)的機(jī)械性質(zhì)、聚合物脫模性質(zhì)和耐熱性。為了改善發(fā)泡工藝以及擠出過程中其它聚合物層的相容性，可能還需要加入加工助劑?？赡苄枰牧媳热缈寡趸瘎⑺瑒⑻盍?、紫外屏蔽劑和其它材料。
在示例性實(shí)施方案中，第二層302包括具有至少一個(gè)孔隙層的聚酯聚合物。由于聚酯聚合物提供了優(yōu)異的機(jī)械性質(zhì)比如機(jī)械模量、耐溫性和抗劃性，所以和聚烯烴聚合物片相比，優(yōu)選聚酯聚合物。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)取向的聚酯聚合物可以進(jìn)行熱固化，從而減少熔融的熱塑塑料在流延過程中出現(xiàn)不需要的收縮。
正如前面所間接提到的那樣，第二層基本上能防止由于工藝之間發(fā)生相互作用而導(dǎo)致出現(xiàn)熱塑性流延聚合物的厚度差，這是有利的。聚合物流延工藝之間的相互作用比如輥撓曲、模頭間隙尺寸波動(dòng)(diegap profile)、聚合物熔體流差、熔體簾流整個(gè)范圍的熔體簾流溫度差。順應(yīng)性載體卷幅提供了可以對(duì)不需要的工藝相互作用進(jìn)行調(diào)整的彈簧狀表面，從而提供平滑的流延聚合物表面。
定量而言，通過將順應(yīng)性材料置于23℃、50％相對(duì)濕度(RH)下，在其表面施加1.2MPa的載荷持續(xù)60秒，從而測(cè)量壓縮載荷恢復(fù)性。采用面積為0.50cm2的圓形探頭施加所述1.2MPa載荷。采用激光測(cè)微器測(cè)量順應(yīng)性材料的厚度，而且是在從順應(yīng)性材料表面去除所述1.2MPa載荷后立刻測(cè)量。恢復(fù)百分比是去除載荷后順應(yīng)性材料的厚度除以載荷施加前順應(yīng)性材料的厚度，測(cè)量條件為23℃和50％RH。
通過上述測(cè)量表明，示例性順應(yīng)性載體片的特征包括載荷為1.2MPa時(shí)厚度損失25％，載荷施加60秒后的片恢復(fù)性為95％。
為了和示例性實(shí)施方案保持一致，順應(yīng)性載體層310的拉伸模量為大約1500MPa或者更大。
最后，應(yīng)該指出的是有用的載體片的表面能小于42達(dá)因/cm2，在一些實(shí)施方案中甚至小于38達(dá)因/cm2。這樣使得在擠出工藝后順應(yīng)層可以從第一層上分開。表面能通過接觸角測(cè)量，其對(duì)于確定擠出的聚合物和載體片之間的粘合強(qiáng)度而言，是很重要的因素。
權(quán)利要求
1.制備成像設(shè)備的方法，所述方法包括提供第一層和第二層；擠出第一層；和在第一層的上表面上形成多個(gè)光學(xué)元件，在第一層的下表面上形成基本平滑的表面，其中第二層包括其中具有至少一個(gè)孔隙的順應(yīng)層。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述孔隙含有氣體。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述第二層包括聚酯。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述多個(gè)光學(xué)元件的每一個(gè)具有第一側(cè)和第二側(cè)，每一側(cè)都相對(duì)于周圍介質(zhì)成大約45°的取向。
5.權(quán)利要求1的方法，其中在擠出后去除第二層。
6.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括第三層，所述第三層位于第一層和第二層之間，基本平滑，而且基本沒有孔隙。
7.權(quán)利要求6的方法，其中第三層粘附到第二層上。
8.權(quán)利要求1的方法，其中第二層包括取向聚酯層。
9.權(quán)利要求1的方法，其中第二層包括至少部分晶態(tài)材料。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所述擠出進(jìn)一步包括提供第一輥和第二輥，擠出第一層，以及提供通過所述輥的至少第二層，其中第一層和第一輥接觸，第二層和第二輥接觸。
11.權(quán)利要求10的方法，其中第一輥包括多個(gè)光學(xué)元件的三維圖案。
12.權(quán)利要求1的方法，其中所述多個(gè)光學(xué)元件的每一個(gè)具有平均寬度為大約0.25微米-大約0.75微米的頂點(diǎn)。
13.權(quán)利要求12的方法，其中在整個(gè)第一層上頂點(diǎn)寬度的標(biāo)準(zhǔn)偏差為大約±0.5微米。
14.權(quán)利要求1的方法，其中所述多個(gè)光學(xué)元件的每一個(gè)基本為楔形。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所述第一層是光變向?qū)印?br> 16.權(quán)利要求1的方法，其中所述成像設(shè)備是液晶顯示設(shè)備。
17.權(quán)利要求1的方法，其中第二層的表面的表面能小于大約42.0達(dá)因/cm2。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所述表面的表面能小于大約38.0達(dá)因/cm2。
19.權(quán)利要求1的方法，其中第二層的表面含有大分子量硅氧烷或者蠟。
20.權(quán)利要求1的方法，其中第二層在大約1.2MPa的載荷下的厚度損失為大約25％。
21.權(quán)利要求1的方法，其中在大約180℃施加大約1.2MPa的載荷大約60秒后，第二層的恢復(fù)性為大約95％。
22.權(quán)利要求1的方法，其中第二層的厚度為大約50微米-200微米。
23.權(quán)利要求1的方法，其中下表面的平均粗糙度為大約200nm或以下。
24.權(quán)利要求23的方法，其中下表面的平均粗糙度為大約40nm-大約15nm。
25.權(quán)利要求1的方法，其中第二層的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為大約120℃-300℃。
26.權(quán)利要求1的方法，其中第二層的彈性模量為至少大約1500MPa。
27.成像設(shè)備的部件，包括第一層，包括其上設(shè)置有多個(gè)光學(xué)元件的上表面和基本平滑的下表面；和位于第一層下表面上的第二層，其中第二層包含其中具有至少一個(gè)孔隙的順應(yīng)層。
28.權(quán)利要求27的部件，其中多個(gè)光學(xué)元件是光變向元件。
29.權(quán)利要求28的部件，其中多個(gè)光學(xué)元件在液晶顯示設(shè)備中的增益為至少1.3。
30.權(quán)利要求27的部件，其中每個(gè)所述光學(xué)元件的第一側(cè)和第二側(cè)每個(gè)都與周圍介質(zhì)成大約45°取向。
31.權(quán)利要求27的部件，其中每個(gè)所述光學(xué)元件的第一側(cè)和第二側(cè)之間的夾角為大約90°。
32.權(quán)利要求27的部件，其中所述光學(xué)元件的平均頂點(diǎn)的寬度為大約0.25微米-大約0.75微米。
33.權(quán)利要求32所述的具有光學(xué)元件的部件，其中在該光學(xué)部件的整個(gè)層上的頂點(diǎn)寬度的標(biāo)準(zhǔn)偏差為大約±0.5微米。
34.權(quán)利要求27的部件，其中所述多個(gè)光學(xué)元件的每個(gè)基本為楔形的。
35.權(quán)利要求34的部件，其中每個(gè)光學(xué)元件的至少一側(cè)具有曲率。
36.權(quán)利要求27的部件，其中第一層包括熱塑性材料。
37.權(quán)利要求27的部件，其中下表面的平均平滑度為大約200nm或以下。
38.權(quán)利要求37的部件，其中下表面的平均平滑度為大約40nm-大約15nm。
39.權(quán)利要求27的部件，所述部件進(jìn)一步包括位于第二層和第一層之間的平滑層。
40.權(quán)利要求27的部件，其中第二層的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為大約120℃-300℃。
41.權(quán)利要求27的部件，其中第二層的彈性模量為至少大約1500MPa。
全文摘要
形成光學(xué)設(shè)備元件的方法，包括提供第一層和第二層。該方法還包括一起擠出第一層和第二層，其中第一層在擠出點(diǎn)的熔體粘度大于擠出點(diǎn)的第二層的熔體粘度。而且，該方法包括在第二層的表面上形成多個(gè)光學(xué)元件。
文檔編號(hào)B29D11/00GK1969222SQ200580019522
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月15日
發(fā)明者R·P·布爾德萊斯, C·J·布里基, J·E·本森 申請(qǐng)人:伊斯曼柯達(dá)公司