多功能的光重定向膜的制作方法

专利名称：多功能的光重定向膜的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及用于将从光源发出的光朝着与膜平面垂直的方向重新定向
的光重定向膜。
背景技术：
光重定向膜可以用在多种应用中。举例来说，光重定向膜可以用作显示设备或照 明设备的一部分。显示设备和照明设备可以基于多种技术，具有完全不同的用途。然而，无 论技术基础或用途如何，光重定向膜都可以被用来改善从光源传输到输出端的光的效率。
在显示技术中，已引起人们注意的一项技术是液晶(LC)技术。LC显示器(LCD)包 括可被调制用来提供光阀功能的液晶材料。在许多LCD应用中，提高功效非常有用。与其 他优点相比，提高LCD(或其他类似显示器)的功效可以有助于改善显示器的图像质量。
提高LCD功效的一个方式是使用光重定向膜重复利用光。光重定向膜的光学构成 可能非常特殊、非常精细。光重定向膜可以包括多个光学元件。这些光学元件被加工成型 并被排列用来重新定向LCD内的光，使LCD具有更好的能量效率。 另外，为了提高所显示图像的亮度，光源数目或光源功率或者两者都在持续增加。 这导致光学显示器特别较大显示器内工作温度升高。这些相对高的工作温度会导致包括光 重定向膜在内的光学膜产生膨胀和变形。此外，较高的温度会导致光重定向膜刚度损失。而 光重定向膜的膨胀或刚度损失会改变膜的光学属性，而且会妨碍光学显示器内膜的性能。 最终，这会不利地影响到光学显示器的性能。 —种选择是由相对厚的材料整块地制作光学膜，努力提供具有所希望的光学属性
和机械属性这两者的薄膜。然而不幸的是，由相对较厚的适合材料层形成光学膜的光学特
征却不是所希望的。 一个缺点在于层的制作本身。如已知那样，将材料挤压成具有相对较
大的厚度会延缓挤出工艺，从而降低制作过程中的运转率，提高每件的成本。 当前光重定向膜和光照明膜以及其他类似膜的另一个缺点在于微结构尖端易受
机械损害影响。举例来说，用手指甲或硬的、较尖的棱进行轻微地刮擦可能会导致微结构的
尖端破裂或断裂。在正常处理光重定向膜期间，例如在制作膝上型计算机的液晶显示器时，
就会经历足以使现有技术的微结构尖端破裂的情形。 当微结构的尖峰破裂时，受到影响的尖峰的反射属性和折射属性降低，透射光被 朝基本上所有的前方位角散射。因而，当光重定向膜位于显示器内，并且沿直线观看显示器 时，光重定向膜内的刮擦与薄膜周围未受损害的区域相比不会同样亮。然而，当以接近或大 于"截止"角(显示器上的图像不再能被观看到的角度)的角度观看显示器时，这些刮擦比 薄膜上周围未受损害的区域看起来更亮。在这两种情形下，这些刮擦从装饰角度讲是非常 不适合的，而且具有即使很少、很小刮擦的光重定向膜对液晶显示器使用而言也是不能接 受的。 由于已知光学膜的这些缺点，因此有利的是采用能提供改进刮擦表现的某些材料 在薄膜的相对侧形成光学特征甚至光滑面。然而不幸的是，这些材料中的很多材料相对很
3昂贵。制作相对厚的光学膜以尝试满足尺寸和温度稳定性的需求却可能是成本过高的。因 而，具有高刮擦性能却能提供理想的光学和物理属性的某些光学材料因最终产品的成本问 题被排除到考虑之外。 美国专利US7， 309， 517 (Clinton等人)披露一种耐用光学膜，它包括具有微结构 化表面的聚合光学膜结构和多个表面改良的胶体纳米颗粒。虽然这种方法可以改善光学膜 的抗刮擦性，但是其所用的材料需要经过涂覆、然后经过电磁辐射或热能量硬化这样制作。 而且不幸的是，这种工艺相比于其他优选工艺像挤出辊压模制成型而言相对较慢。同时，用 这些膜制造上述薄膜固有地具有高成本。 因此，就需要一种能克服与上述已知膜相关联的至少一个缺点的、具有多项功能 和低成本制作方法的光重定向膜。

发明内容
本发明提供一种用于液晶显示器的多功能光重定向膜，包括至少一个热塑聚合 物光学基层，其顶面具有多个光学特征；邻近该热塑聚合物光学基层的至少一个可共挤塑 (co-extrudable)的热塑聚合物光学表面层，其中至少一个可共挤塑的表面具有至少1H的 铅笔硬度。 本发明提供一种用于液晶显示器的多功能光重定向膜，包括具有顶面和底面的 聚合物光学芯层；位于该芯层顶面上的顶部热塑聚合物光学基层；位于该芯层底面上的底 部热塑聚合物光学基层；位于顶部基层上、用于大体上准直可见光的光重定向层；其中，所 述芯层和所述基层包括具有玻璃化转变温度(L)高于约7(TC的材料。


图1是依照一个示例性实施例的多功能光重定向膜的横截面图； 图2是用于制作依照一个示例型实施例的多功能光重定向膜的装置的示意图； 图3是依照另一个示例性实施例的多功能光重定向膜的横截面图； 图4是用于制作依照一个示例型实施例的光学膜的装置的示意具体实施例方式
依照一个示例性实施例， 一种光学结构包括具有多个光学特征的顶面，至少一个 热塑聚合物光学基层，邻接该热塑聚合物光学基层的至少一个可共挤塑的热塑聚合物光学 表面层，其中至少一个表面层包括具有至少1H的铅笔硬度的聚合物。 依照另一个示例性实施例，一种光学结构包括具有多个光学特征的顶面，聚合物 光学芯层，邻接该芯层顶面的顶部热塑聚合物光学基层，邻接该芯层底面的底部热塑聚合 物光学基层，邻接该热塑聚合物光学基层的至少一个可共挤塑的热塑聚合物光学表面层， 其中至少一个表面层包括具有至少1H的铅笔硬度的聚合物。 依照另一个示例性实施例， 一种光学显示器包括光阀、光源和设在光源与光阀之 间的光路上的光重定向层。该光重定向层包括具有多个光学特征的顶面，热塑聚合物光学 基层，邻接该热塑聚合物光学基层的至少一个可共挤塑的热塑聚合物光学表面层，其中至 少一个表面层包括具有至少1H的铅笔硬度的聚合物。
依照另一个示例性实施例， 一种光学显示器包括光阀、光源和设在光源与光阀之 间的光路上的光重定向层。该光重定向层包括具有多个光学特征的顶面，聚合物光学芯层， 邻接该芯层顶面的顶部热塑聚合物光学基层，邻接该芯层底面的底部热塑聚合物光学基 层，邻接该热塑聚合物光学基层的至少一个可共挤塑的热塑聚合物光学表面层，其中至少 一个表面层包括具有至少1H的铅笔硬度的聚合物。 这些示例性实施例的光重定向膜重新分配穿过薄膜的光，使得从薄膜出射的光的 分布更加垂直于薄膜表面来定向。这些光重定向膜可以在薄膜的出光面上设置有规则棱镜 槽、双凸透镜状槽或棱锥，它们改变从薄膜出射的光线在薄膜/空气界面处的角度，并促使 沿着垂直于槽的折射面的平面传播的入射光分布的分量沿更加垂直于薄膜表面的方向重 新分配。这些光重定向膜被用来例如改善液晶显示器、膝上型计算机、文字处理器、航空电 子显示器、蜂窝式电话、PDA以及其他类似器件的亮度，使得显示器看起来更亮。本发明提 供一种可整体地与基层聚合物共同挤出的抗刮擦性聚合物层，其允许能满足所有机械要求 和光学要求的薄膜以可行地较低成本制作。 注意，为清楚描述的目的，这些示例性实施例的光重定向膜经常与液晶(LC)系统 在一起描述。然而要强调的是，这仅是这些示例性实施例的光重定向膜的一种说明性实施 方式。事实上，这些示例性实施例的光重定向膜可以用在其他的应用例如光阀型显示器和 照明应用中，这里仅提及一些。正如对已获知本发明优点的本领域普通技术人员所显而易 见那样，这些光重定向膜可以用其他多种技术实现。 这里所用的术语"透明"指的是没有显著偏离或吸收地穿越辐射的能力。对本发 明而言，"透明"材料被定义为光谱透射率高于86%的材料。术语"光"指的是可见光。术 语"聚合膜"指的是包含聚合物的软质薄膜。术语"光学聚合物"指的是一般为透明的均聚 物、共聚物以及聚合物掺混物。术语"光学特征"指的是位于薄片材料表面之上或附近的、 用以散射、转向、准直、改变颜色或反射透射光或入射光的几何物体。术语"光增益"、"轴向 增益"、或"增益"指的是用输入光强度除输出光强度的比率。增益被用作准直薄膜效率的 一个测量值，可以被用来比较各种光准直薄膜的性能。 在光学膜的范围内，单独的光学元件指的指在光学膜里具有清楚的凸起或凹陷形 状的元件。单独的光学元件与光学膜的长度和宽度比起来很小。术语"曲面"被用来指示 薄膜上在至少一个面上具有曲率的三维特征。"楔形特征"被用来指示包括一个或多个倾斜 表面的元件，这些表面可以是平面和曲面的组合。 术语"光学膜"被用来指示改变透射的入射光的属性的聚合物膜。例如，准直光学 膜提供高于1. 0的光增益(输出/输入)。术语"偏振"指的是沿横波的振动限制，使得振 动出现在单个平面上。术语"偏振器"指的是使入射可见光偏振的材料。
这里使用的术语"平面双折射"和"双折射"是膜平面内平均折射率与厚度方向上 折射率的差。即，纵向和横向折射率之和，除以二，再从该值减去厚度方向的折射率而得到 的平面双折射的值。采用Encyclopedia of Polymer Science&Engineering(威力(Wiley)， 新泽西，1988，第261页中阐述的程序，用Abbe-3L折射计测量折射指数。术语"低双折射" 指的是光的偏振态产生很小变化的材料，只限于双折射低于0. 01的光聚合薄片材料。
非晶态聚合物是在用差示扫描量热(DSC)法产生的标准热_克(thermo-gram)中 不显示熔化转变的聚合物。依照这种方法(对本领域技术人员是众所周知的)，将聚合物
5的小样品(5-20mg)密封在小铝盘内。然后将该盘放置在DSC装置(例如Pekin Elmer 7 型热分析系统)内，通过以10-20°C /min的速率从室温升高到30(TC进行扫描，记录下它的 热响应。清晰的吸热峰表明的是熔化。缺少该吸热峰表明测试聚合物就其功能而言是非晶 态。热_克的阶式变化代表着该聚合物的玻璃化转变温度。 现在参看附图，图1示出依照示例性实施例的光学结构的三个可替代横截面图 (a、 b和c)。该光学结构或多功能光重定向膜包括可以在如前所述的照明和显示应用中使 用的光重定向膜。另外，该光学结构可以为扩散的、转向的或局部反射的。该光学结构包括 基层120和位于基层之上的光学层IIO，或位于基层之下的光学层130，或者两者。如果光 学层110被用在基层120之上，那么与层110整体形成的光学特征111位于光学结构的顶 面。在没有光学层110时，与基层120整体形成的光学特征121位于光学结构的顶面。
基层120为光学结构提供结构刚性和热稳定性，并且当光学结构具有相对大尺寸 时，或当光学结构长时间受高工作温度影响时，或者当两种情况都有时，有助于避免光学结 构发生变形。相应地，基层120由一种材料制成，并且具有有益于避免由于应力和热而产生 变形的厚度。另外，基层120—般是基本上透射的，并且基本没有染色。
在一个示例性实施例中，基层120由玻璃化转变温度(Tg)高于约7(TC的材料制 成。通过选择具有相对高Tg的材料，当暴露于显示器和照明设备的工作温度下时，光学结 构基本上不会翘曲或收縮。结果，光学特征保持正确的定向，从而发挥设计的功能。
基层120还必须基本上不会由于其尺寸产生的应力而引起扭曲。如前所述，随着 显示器在观看面积上的持续增大，光重定向层的尺寸也随之增大。随着尺寸的增大，施加在 光学结构上的应力也增加，从而光学结构可能折曲或弯曲。这会改变光学结构的光学属性， 从而会有害地影响图像的光学质量或光源的性能。因此，基层要选择具有一定厚度，且要选 择由能向光学结构的其他层提供刚性的材料制成。在一个示例性实施例中，基层120具有 约为150 ii m的厚度和约为2. 2Gpa的弹性模量。 除理想的机械和热属性之外，基层可以是相对无色和基本透明的，在一个示例性 实施例中，基层120具有高于约0. 86的透射率。而且，在一个示例性实施例中，基层120具 有用国际照明委员会(CIE)标度测量的约-2. 0 约+2. 0的b*值。蓝色着色剂如染料和 颜料可以用来沿蓝-黄轴调节光学元件的颜色。消费者对具有稍微蓝色调的光学元件从感 官上讲要优于黄色光学元件，因为如果在LCD显示设备中采用的光学膜具有蓝色调的话， 在LCD显示的图像内"白色"将趋向于具有蓝色调。 透明基层120对于在光透射模式下使用的光学结构是很有用的。在另一个示例性 实施例中，有利的是基层120基本上为不透明的。在基层材料具有高重量百分比的白颜料 如Ti02或BaS(V基层材料包含气泡、或基层材料包含或具有含有反射金属如铝或银的层的 情形下，不透明的层能够提供高反射率。不透明的基层可以被用于LCD显示器的背面反射 器、扩散镜或透反射元件。 在一个示例性实施例中，基层120是热塑材料。在具体实施例中，基层120可以 是聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚脂(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))、三醋酸纤维素、聚丙烯、 PEN或P薩。 热塑光学表面层110和130可以是在具有至少1H铅笔硬度的光学应用中可以使 用的任何可共挤的、非晶态的或半结晶热塑材料。可共挤的热塑材料在这里被定义为可以在与基层类似的处理温度下被熔化挤出，并且将粘附在基层上的聚合物。铅笔硬度在这里 被定义为用下面的ASTM标准3363所确定的硬度。光学层110和130相对较薄，具有类似 于大约25.0iim的厚度。在具体实施例中，光学层110和130可以由PC共聚物或PMMA制 成。例如含有金属氧化物纳米颗粒的聚合物可以被用于光学层110和130。这些材料可能 有点贵，因此避免将光重定向层或类似结构制作成像为获得结构稳定性而具有合适厚度的 整块结构那样。然而，因为该具有充分刚性的基层120、光学层110和130的多层结构相对 较薄，所以这些相对昂贵的光学材料的优点也可以用合理的成本来实现。
在具体实施例中，光学层包括多个光学特征111或121。这些光学特征及它们 的制作可以如布蕾克伊(Brickey)在2004年6月15日申请的、名称为"Thermoplastic Opitcal Features with High Apex Sharpness，，的美国专利申请号No. 10/868， 083禾口威 尔森(Wilson)在2004年9月13日申请的、名称为"RandomizedPatterns of Individual Optical Elements"的美国专利申请号No. 10/939,769中所描述那样。该提及的美国专利 申请被明确引入这里作参考。要强调的是，这些光学特征还可以是除这些提及申请所描述 之外的其他特征。 图2是用于制作像图1 (a、 b和c)所述的光学结构的装置的简化示意图。该装置 包括挤出机200和201，它们向共挤塑模具202挤出聚合物原料的原料流200a、可选原料流 201a以及可选原料流201b。在图2中，聚合物原料201a可以是与201b相同的原料，它们 都由相同的挤出机201供应。可选的是，可以使用额外的挤出机供给原料201b，以使不同于 201a的原料能够被使用。在具体实施例中，聚合物原料200a形成如图1(a、b和c)中前述 的光学层120。聚合物原料201a形成图l(b和c)中的光学层130。聚合物原料201b形成 图l(a和c)中的光学层IIO。该装置还包括在合成的光学结构213中的、形成如图l(a、b 和c)的111或121那样的光学特征的构图辊205。 另外，该装置还包括压辊207和剥取辊211，压辊207提供压力将挤出层203压进 构图辊205，剥取辊211帮助从构图辊205去除挤出层203。工作时，载体层209与挤出层 203 —起被按压在压辊207与构图辊205之间。光学结构213在剥取辊211之后被从载体 层209分离。 图3示出依照示例性实施例的另一种光学结构的三个可替代横截面图(a、b和c)。 该光学结构包括可以在如前所述的照明和显示应用中使用的光重定向层。另外，该光学结 构可以为扩散的、转向的或局部反射的。该光学结构包括芯层330，芯层330之上侧和之下 侧分别有基层320和340。该光学结构还包括位于基层320之上的光学层310、位于基层 340之下的光学层350、或者基层320之上的光学层310和位于基层340之下的光学层350 两者。如果光学层310被用在基层320之上，那么与层310整体形成的光学特征311就位 于光学结构的顶面上。在没有光学层310时，与基层320整体形成的光学特征321就位于 光学结构的顶面上。基层320和340具有与前述图1的基层120相同的特性。光学层310 和350分别具有与前述图1的光学层110或130相同的特性。 芯层330如基层320和340那样，向光学结构提供额外的结构刚性和热稳定性。芯 层的增加有助于当光学结构具有非常大尺寸时，或当光学结构过长时间受高工作温度影响 时，或者当两种情况都有时避免光学结构发生变形。相应地，芯层330由一种材料制成，并 且具有有益于避免由于应力和热而产生变形的厚度。另外，芯层330 —般是基本上透射的，并且基本没有染色。 在一个示例性实施例中，芯层330由玻璃化转变温度(Tg)高于约7(TC的材料制 成。通过选择具有相对高Tg的材料，当暴露于显示器和照明设备的工作温度下时，光学结 构基本上不会翘曲或收縮。结果，光学特征保持正确的定向，从而发挥设计的功能。
芯层330还必须基本上不会由于其尺寸产生的应力而引起扭曲。如前所述，随着 显示器在观看面积上的持续增大，光重定向层的尺寸也随之增大。随着尺寸的增大，施加在 光学结构上的应力也增加，从而光学结构可能折曲或弯曲。这会改变光学结构的光学属性， 从而会有害地影响图像的光学质量或光源的性能。因此，基层要选择具有一定厚度，且由 能向光学结构的其他层提供刚性的材料制成。在一个示例性实施例中，芯层330具有约为 115 ii m的厚度和约为5. OGpa的弹性模量。 除理想的机械和热属性之外，芯层可以是相对无色和基本透明的。在一个示例性 实施例中，芯层330具有高于约0. 86的透射率。而且，在一个示例性实施例中，芯层330具 有用国际照明委员会(CIE)标度测量约-2.0 约+2.0的M值。蓝色着色剂如染料和颜料 可以用来沿蓝-黄轴调节光学元件的颜色。消费者对具有稍微蓝色调的光学元件从感官上 讲要优于黄色光学元件，因为如果在LCD显示设备中采用的光学膜具有蓝色调的话，在LCD 显示的图像内"白色"将趋向于具有蓝色调。 透明芯层330对于在光透射模式下使用的光学结构是很有用的。在其他示例性 实施例中，有利的是芯层330基本上为不透明的。在基层材料具有高重量百分比的白颜料 如Ti(^或BaS(V芯层包含气泡、或基层材料包含或具有含有反射金属如铝或银的层的情形 下，不透明的层能够提供高反射率。不透明的芯层可以被用于LCD显示器的背面反射器、扩 散镜或透反射元件。 在一个示例性实施例中，芯层330是热塑材料。在具体实施例中，芯层330可以是 聚脂，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。典型地，这些材料是 双轴取向的聚酯膜，以改进它们的物理属性。 芯层330可以任选地包括面粘结层330a和330b。该任选的粘结层330a和330b 有用地分别粘附在芯层330上和基层320和340上，由此提供一个整体光学层。在一个示 例性实施例中，粘结层330a和330b设置在芯层330上，并且这些粘结层内的聚合物链与芯 层330内的聚合物链相互混合。类似地，粘结层330a和330b的聚合物链分别与基层320 和340的聚合物链相互混合。这种相互作用产生足够的力将基层320和340经由粘结层粘 附在芯层330上。 这些粘结层优选地具有每35mm宽度至少400克的粘附于芯层330和基层320和 340的粘附力。芯层与粘结层之间或基层与粘结层之间的粘附强度在23t:和50% RH下采 用标准的180度剥离试验在拉伸强度测试仪上测量得到。样品宽度为35mm，剥离长度为 10cm。在LCD显示器内，当温度、温度梯度和湿度在设备寿命期间典型地进行循环时，至少 400克/每35mm的粘附力是优选地，这是因为已经发现提供至少400克/每35mm粘附力 这样的粘附强度能够避免不希望的基层320和340的叠层从芯层330剥离。另外，当芯层 330与基层320和340之间存在热膨胀系数(CTE)差时，400克/每35mm这样粘附强度的 粘附力足以避免基层320和340的叠层从芯层剥离。CTE差的量值会趋于增大不希望的层 间压力，导致各层的叠层剥离。通过在各层之间提供足够的粘附力，这些脱层力就被克服。
粘结层330a和330b的选择取决于芯层330以及基层320和340所选的材料。在 一个示例性实施例中，粘结层330a和330b是与芯层330以及基层320和340不同热塑种 类的热塑材料。 作为举例，粘结层可以是丙烯酸、聚氨脂、聚醚酰亚胺(PEI)或聚乙烯醇(PVA)。更 优选地，当芯层包括取向PET，基层包括聚碳酸酯时，粘结层是聚乙酸乙烯酯-乙烯共聚物 或单体比率为15/79/6的聚丙烯腈-偏二氯乙烯_丙烯酸共聚物。 在另一个优选实施例中，粘结层包括导电聚合物。已经发现， 一些导电聚合物也可 以用作粘结层。通过提供一个可以增强芯层330与基层320和340之间的粘附力的层，导 电材料可以降低由复合结构产生的不希望的静电，并且可以减小显示设备如LCD监视器内 不希望的电场。本发明的导电材料优选地由包括聚噻吩/聚阴离子组合物的涂料组分涂覆 而成，该聚噻吩/聚阴离子合成物含有具有共轭聚合物主链成分的导电聚噻吩和聚合物聚 阴离子成分。依照本发明所用的优选聚噻吩成分包含用至少一个烷氧基例如&-(:12烷氧基 或a-0(CH^H20)nCH3基(其中n为1 4)取代的噻吩核，或者噻吩核是在两个氧原子上用 亚烃基封闭的环，所述亚烃基包括呈取代形式的亚烃基。依照本发明所用的优选聚噻吩可 以由对应于下述通式(I)的结构单元构成，其中每个^和I^单独代表氢或C卜4烷基，或一 起代表任意取代的(V4亚烃基，优选为乙烯基，任意烷基取代的亚甲基，任意C卜12烷基或苯 基取代的1，2乙烯基，1，3丙烯基或1，2-亚环己基。 在聚合物聚阴离子化合物存在的情况下，导电聚噻吩的制备可以例如通过在 0° IOO(TC的温度下，优选地在含有任意特定量有机溶剂的水介质中，用通常用于氧化聚 合吡咯的氧化剂，和/或在多酸存在的情况下用氧或空气，氧化聚合依照下述通式(II)的 3，4-二烷氧基噻吩或3，4-亚烃基二氧噻吩来进行，其中W和I^用通式(I)定义。聚噻 吩通过氧化聚合获得正电荷，所述正电荷的位置和数目肯定是不确定的，因此在聚噻吩聚 合物的重复单元的通式中没有提及它们。当使用空气或氧作为氧化剂时，将它们引入到含 有噻吩、多元酸以及任意催化数量的金属盐的溶液内，直到聚合完成。适合用于氧化聚合吡 咯的氧化剂描述在例如J. Am. Soc. 85， 454 (1963)中。优选廉价和容易处理的氧化剂，像铁 (III)盐如FeCl3、 Fe(C104)3和含有有机残余物如H202、 K2Cr207的有机酸和无机酸铁(III) 盐，过硫酸碱盐或过硫酸铵盐，过硼酸碱盐，高猛酸钾以及铜盐如四氟硼酸铜盐。从理论 上讲，氧化聚合需要2. 25等量的氧化剂/每摩尔噻吩(参看J. Poly. Sci. PartA， Polymer Chemistry,第26巻，第1287页(1988))。 对聚合而言，对应于上述通式(II)的噻吩、多元酸以及氧化剂可以溶解或乳化在 有机溶剂或优选为水中，然后在设计的聚合温度下搅拌所得的溶液或乳状液，直至聚合反 应完成。在本发明使用的聚噻吩/聚阴离子成分中，聚噻吩聚合物成分与聚合聚阴离子成 分的重量比可以相差很远地变化，例如优选从约50/50变化为15/85。采用这样的技术，得 到了稳定的水性聚噻吩/聚阴离子散布，固体含量为0. 5 55重量％，优选地为1 10重 量％。聚合时间可以在几分钟到30小时之间，这取决于每批的尺寸、聚合温度和氧化剂种 类。在聚合过程中和/或在聚合之后，可以通过添加分散剂例如阴离子表面活性剂如磺酸 十二烷基酯、聚醚磺酸烷基芳酯来提高得到的聚噻吩/聚阴离子成分的稳定性。在散布中 聚合物颗粒的尺寸通常在从5nm 1 ii m的范围内，优选地在从40 400nm的范围内。
在合成这些导电聚合物中使用的聚阴离子为聚合羟酸如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸
9CN 101776822 A
说明书
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或聚马来酸，和聚磺酸如聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸的阴离子，聚磺酸是本发明优选地。这 些聚羟酸和聚磺酸也可以是乙烯基羧酸和乙烯基磺酸与其他聚合单体如丙烯酸酯和苯乙 烯的共聚物。与散布的聚噻吩聚合物联合使用的阴离子(酸性)聚合物优选具有相对于所 述聚合物成分、至少2重量％的阴离子团含量，以确保充分稳定的散布。提供聚阴离子的多 元酸的分子量优选为1， 000 2， 000， 000，特别优选为2， 000 500， 000。多元酸或它们的 碱金属盐是可以共同获得的，例如聚苯乙烯磺酸和聚丙烯酸，或者它们可以基于已知的方 式制造。代替形成这些导电聚合物和聚阴离子所需要的自由酸，也可以使用多元酸的碱金 属盐和适当数量的一元酸的混合物。 优选在本发明中使用的导电聚噻吩/聚阴离子聚合物成分包括3，4_ 二烷氧基取 代聚噻吩/聚(苯乙烯磺酸盐)，最优选的导电聚噻吩/聚阴离子聚合物成分为聚(3，4_亚 乙基二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸盐)，这可以从拜尔公司(BayerCoporation)作为Baytron P.商业上获得。其他优选的导电聚合物包括聚(吡咯苯乙烯磺酸盐)和聚(3，4-亚乙基二 氧基吡咯苯乙烯磺酸盐)。 为了进一步增强粘结层330a和330b对芯层330的粘附力，芯层330接触粘结层 330a和330b的表面可以被粗糙加工成在其内以随机图案或规则图案地具有擦痕或槽。粗 糙化表面容许芯层330与粘结层330a和330b之间有附加的接触面积，由此与光学光滑的 芯层330相比能增大粘附力。已经发现，具有平均粗糙度在0. 8 4. 0微米的粗糙化表面 能够增强粘结层330a和330b粘附在芯层330上。在表面粗糙度大于5. 0微米时，粘结层 开始变得很难完全填充在粗糙特征内，从而产生小的气泡。当然，重要的是槽或擦痕应相当 小，使像衍射和折射这类光学效应被完全避免。在一个示例性实施例中，在将粘结层330a 和330b设在芯层330上之前，可以使用等离子体刷洗、喷砂或刻蚀芯层的表面。如此处描 述的，这种粗糙化处理可以在挤出和特征形成工序期间实施。替代地，这种粗糙化处理也可 以在挤出特征形成工序之前实施，在进一步处理来形成光学特征之前对芯层330进行粗糙 化处理。 在本发明的另一个优选实施例中，任何一层310、320、330、340或350都优选包括 起雾剂(hazing agent)来扩散光。通过提供一个元件来扩散光，该光学结构既可以用作光 准直器又可以用作扩散器，从而将两种功能组合在单个部件内。另外，具有介于10 40之 间低起雾值(haze value)的层可以将小的缺陷隐藏在光学元件中，从而显著地降低了显示 器消费者觉察到缺陷的可能。此外，因为随着观看角度变宽或从正常观看位置看角度增大， 这种扩散层可以产生较小的准直膜光增益下降。 用于光扩散的优选元件是大块的层中的，像光散射颗粒如1102、纳米尺寸粘土、玻 璃珠、气泡、不混溶聚合物、硅氧烷以及交联聚合物珠。使用的具体颗粒优选地具有与含有 该扩散颗粒的层中使用的基质聚合物不超过0.05的折射率差。较大的折射率差会导致过 多的反向散射，从而致使准直膜光增益的过量减小。典型的，这些颗粒的尺寸优选在0.5 15 ii m之间。较小的颗粒不能有效地散射可见光，而较大的颗粒会导致挤出过程中过滤系统 发生堵塞。 图4是用于制作像图3(a、 b和c)所述的光学结构的装置的简化示意图。该装置 包括挤出机400和401，它们向共挤塑模具402挤出聚合物原料的原料流400a和可选原料 流401a。在具体实施例中，聚合物原料400a形成如图3(a、 b和c)中前述的基层320和340。聚合物原料401a形成图3(a和c)中的可选光学层310和图3 (b和c)中的可选光学 层350。该装置还包括在合成的光学结构413中的、形成如图3的层340或350的光滑底面 或图3(a、b和c)的311或321那样的光学特征的带花纹或不带花纹的辊405。另外，该装 置还包括压辊407和剥取辊411，压辊407提供压力将挤出层403压进带花纹的辊405，剥 取辊411帮助从构图辊405去除挤出层403。 工作时，在第一穿越过程步骤中，芯层409与挤出层403 —起被按压在压辊407与 不带花纹的辊405之间。光学结构413包括如图3(a、 b和c)所示具有下面基层340和可 选光学层350的芯层。光学结构413然后被巻起在辊上。在第二穿越过程步骤中，第一穿 越光学结构413变成图4的层409，并与第二穿越挤出层403 —起被挤压在压辊407与带花 纹的辊405之间。 第二穿越光学结构413包括如图3(a、 b和c)所示具有上基层320和可选光学层 310的第一穿越光学结构。 多种光学层、材料以及器件也可以应用在或与本发明的膜和器件结合起来用作特 定用途。它们包括但不限于磁或磁光涂层或膜；液晶面板，例如用在显示面板和私人视窗中 的那些液晶面板溜影乳胶；织物；棱镜膜，例如线性菲涅耳透镜；增亮膜；全息膜或图像； 压印膜；抗损害膜或涂层；低发射应用的IR透明膜；释放膜或释放涂覆纸；以及偏振器或 反射镜。 本发明可以与具有如下所述典型布置的液晶显示器结合使用。液晶(LC)被广泛 用于电子显示器。在这些显示系统中，LC层处于偏振器层与分析器层之间，并且具有能通 过该LC层、显示出相对于垂直轴的方位角扭曲的导向器。该分析器被取向得使它的吸收 轴垂直于偏振器的吸收轴。被偏振器偏振的入射光穿过液晶盒，并受液晶中的分子取向影 响，这种分子取向可以通过在液晶盒上施加电压来改变。通过运用这种原理，可以控制从外 部光源发出的包括环境光在内的光的透射。实现这种控制所需的能量一般比在其他显示类 型例如阴极射线管中使用的发光材料所需的能量要少得多。因此，LC技术被用在许多应用 中，包括但不限于数字钟、计算器、便携式计算机、电子游戏，因为对它们而言，轻重量、低能 耗以及长工作寿命都是重要的特征。 有源矩阵液晶显示器(LCD)采用薄膜晶体管(TFT)作为驱动每个液晶像素的开关 器件。由于各个液晶像素可以有选择地驱动，因此这些LCD可以显示更高分辨率的图像而 没有串扰。光模式干涉(OMI)显示器是液晶显示器，它们是"常白的"，即，光在关状态下透 射穿过液晶层。采用扭曲向列液晶的LCD的操作模式粗分为双折射模式和旋光模式。"膜 补偿超扭曲向列"(FSTN)LCD是常黑的，即，当没有施加任何电压时，光透射在关状态下是禁 止的。OMI显示器据报道具有更快的响应时间和更宽的工作温度范围。
另外，本发明的材料可以用在诸如OLED和背投系统这些其他的显示器件中。此 外，本发明的材料可以用于例如但不限于改善商业和住宅照明系统的输出、折反射系统、太 阳能电池、汽车照明、交通照明以及图版工艺应用。
权利要求
一种用于液晶显示器的多功能光重定向膜，包括至少一个热塑聚合物光学基层，其顶面具有多个光学特征；邻近该热塑聚合物光学基层的至少一个可共挤塑的热塑聚合物光学表面层，其中所述至少一个可共挤塑的表面具有至少1H的铅笔硬度。
2. 如权利要求1所述的多功能光重定向膜，其中所述多个光学结构是用于基本上准直 可见光的光重定向层。
3. 如权利要求1所述的多功能光重定向膜，其中所述基层具有高于70°C的玻璃化转变 温度(Tg)。
4. 如权利要求1所述的多功能光重定向膜，其中所述至少一个可共挤塑的表面层包括 聚碳酸酯共聚物，所述至少一个基层包括聚碳酸酯。
5. —种用于液晶显示器的多功能光重定向膜，包括 具有顶面和底面的聚合物光学芯层； 位于所述芯层顶面上的顶部热塑聚合物光学基层； 位于所述芯层底面上的底部热塑聚合物光学基层； 位于所述顶部基层上、用于基本上准直可见光的光重定向层； 其中，所述芯层和所述基层包括具有玻璃化转变温度(Tg)高于约7(TC的材料。
6. 如权利要求5所述的多功能光重定向膜，其中所述芯层具有约115ym的厚度和约 5. 0GPa的弹性模量。
7. 如权利要求5所述的多功能光重定向膜，还包括位于所述底部基层上、具有至少1H 的铅笔硬度的至少一个表面层。
8. 如权利要求5所述的多功能光重定向膜，其中所述至少一个表面层包括聚碳酸酯共 聚物，所述顶部基层和所述底部基层选自包括下列材料的组聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、三 醋酸纤维素、聚丙烯、PEN或PMMA ;所述芯层包括双轴取向聚脂。
9. 如权利要求8所述的多功能光重定向膜，其中所述各层中的一个或多个包含起雾剂。
10. 如权利要求5所述的多功能光重定向膜，还包括在所述芯层与所述底部和顶部基 层之间的粘结层。
全文摘要
本发明提供一种用于液晶显示器的多功能光重定向膜，包括至少一个热塑聚合物光学基层，其顶面具有多个光学特征。该膜还提供邻近该热塑聚合物光学基层的至少一个可共挤塑的热塑聚合物光学表面层，其中至少一个可共挤塑的表面具有至少1H的铅笔硬度。
文档编号G02F1/13357GK101776822SQ200910211669
公开日2010年7月14日 申请日期2009年9月18日 优先权日2008年9月19日
发明者H·雷, M·R·兰德瑞, T·M·兰尼 申请人:Skc哈斯显示器薄膜有限公司