结构化光学膜的制作方法

结构化光学膜的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种光学膜，该光学膜包括第一结构化主表面和相背对的第二结构化主表面，该第一结构化主表面具有沿相同的第一方向延伸的多个线性棱柱，该相背对的第二结构化主表面具有多个密集堆积的小透镜。所述光学膜表现出高光学均匀度以及减小的闪耀。
【专利说明】结构化光学膜

【技术领域】
[0001] 本公开涉及结构化光学膜，并且具体地，涉及具有高光学均匀度的结构化光学膜。

【背景技术】
[0002] 显示系统诸如液晶显示（IXD)系统用于多种应用和市售装置中，例如计算机监视 器、个人数字助理（PDA)、移动电话、微型音乐播放器和薄LCD电视等。多数LCD包括液晶面 板和用于照亮液晶面板的扩展区域光源，通常称为背光源。背光源通常包括一个或多个灯 以及多个光控制膜，例如光导、镜膜、光重定向膜、延迟膜、光偏振膜和漫射膜。通常包括漫 射膜以隐藏光学缺陷并提高背光源发射的光的辉度均匀性。


【发明内容】

[0003] 本公开涉及结构化光学膜，并且具体地，涉及具有高光学均匀度和减小的闪耀等 的结构化光学膜。光学膜包括第一结构化主表面和相背对的第二结构化主表面，该第一结 构化主表面具有沿相同的第一方向延伸的多个线性棱柱，该相背对的第二结构化主表面具 有多个密集堆积的小透镜。第二结构化主表面具有在约3%至约25%范围内的光学雾度。 光学膜表现出高光学均匀度以及减小的闪耀。
[0004] 在许多实施例中，光学膜包括第一结构化主表面和相背对的第二结构化主表面， 该第一结构化主表面具有沿相同的第一方向延伸的多个线性棱柱，该相背对的第二结构化 主表面具有多个密集堆积的小透镜。每个小透镜具有最大侧向尺寸D、等效圆直径ECD和对 应于焦点的有限焦距f。多个密集堆积的小透镜具有平均最大侧向尺寸D tjs、平均等效圆 直径ECDto以及平均焦距fTO，ECD TO/f￥均在约0. 05至约0. 20的范围内，Dto小于约50 微米，并且不到约30%的第二结构化主表面具有大于约5度的倾斜度大小。
[0005] 在另外的实施例中，光学膜包括第一结构化主表面和相背对的第二结构化主表 面，该第一结构化主表面具有沿相同的第一方向延伸的多个线性棱柱，该相背对的第二结 构化主表面具有多个密集堆积的小透镜。每个小透镜具有等效圆直径ECD和对应于焦点的 有限焦距f。多个密集堆积的小透镜具有平均等效圆直径E⑶以及平均焦距EOT t 均/f^?在约〇. 〇5至约〇. 20的范围内，在多个密集堆积的小透镜中至少90 %的小透镜具有 小于约30微米的最近邻焦点距离，不到约30%的第二结构化主表面具有大于约5度的倾斜 度大小。
[0006] 在一些实施例中，光学膜包括第一结构化主表面和相背对的第二结构化主表面， 该第一结构化主表面具有沿相同的第一方向延伸的多个线性棱柱，该相背对的第二结构化 主表面具有多个密集堆积的小透镜。每个小透镜具有最大侧向尺寸D，多个密集堆积的小透 镜具有平均最大侧向尺寸D TiS，Dtjs小于约50微米，在多个密集堆积的小透镜中至少90% 的小透镜具有小于约30微米的最近邻焦点距离，不到约30%的第二结构化主表面具有大 于约5度的倾斜度大小。
[0007] 本发明的一个或多个实施例的细节在附图和以下【具体实施方式】中说明。通过具体 实施方式和附图以及权利要求书，本发明的其他特征、目标和优点将显而易见。

【专利附图】

【附图说明】
[0008] 结合附图，参考以下对本发明的多个实施例的详细说明可更全面地理解本发明， 其中：
[0009] 图1是结构化光学膜的示意性侧视图；
[0010] 图2是密集堆积的小透镜的示意性俯视图；
[0011] 图3是样本（实例A)的密集堆积的小透镜侧的显微照片；
[0012] 图4是样本（实例A)的最大侧向尺寸的累积分布图；
[0013] 图5是实例A的平均峰值高度的累积分布图；
[0014] 图6是实例A的最大峰值高度的累积分布图；
[0015] 图7是样本（实例A)的E⑶的累积分布图；
[0016] 图8是使用基本上平行光束来照亮的样本（实例A)的显微照片；
[0017] 图9是最近邻焦点（在图8中的最高强度点）距离的累积分布图；
[0018] 图10是显示系统的示意性侧视图；
[0019] 图11是顶部和底部结构化光学膜的示意性侧视图；和
[0020] 图12是代表性表面的倾斜度大小的累积分布。
[0021] 本文提供的示意图未必按比例绘制。图中所用的类似标号均指代类似的组件、步 骤等。然而，应当理解，使用标号来指代给定附图中的组件并非意图限制在另一附图中以相 同标号标记的组件。此外，使用不同的标号来指代组件并非意图表明不同标号的组件不能 相同或类似。

【具体实施方式】
[0022] 在以下【具体实施方式】中，参考了形成其一部分的附图，在这些附图中以例证的方 式显示了装置、系统和方法的多个具体实施例。应当理解，在不脱离本发明的范围或精神的 情况下，设想了其他实施例并可以进行修改。因此，以下的【具体实施方式】不具有限制性意 义。
[0023] 除非另外指明，否则本文所用的所有科技术语具有本领域中常用的含义。本文给 出的定义有利于理解本文中频繁使用的某些术语，且并不意味着限制本公开的范围。
[0024] 除非本文内容以其他方式明确指出，否则本说明书和所附权利要求书中使用的单 数形式"一个"和"所述"涵盖具有复数形式的实施例。
[0025] 如本说明书以及附加的权利要求中所使用，术语"或"一般以包括"和/或"的意 思使用，除非内容另外清楚声明。
[0026] 如本文所用，"具有"、"包括"（including)等以其开放性的含义使用，并且通常是 指"包括但不限于"。应当理解，术语"由...组成"和"基本上由...组成"包括在术语"包 含/包括"（comprising)等的范围内。
[0027] 本文提及的任何方向，例如"顶部"、"底部"、"左侧"、"右侧"、"上部"、"下部"、"上 方"、"下方"以及其他方向和取向，均为了清晰起见参照附图而在本文中有所描述，并非意 图限制实际器件或系统或者器件或系统的使用。本文所述的多个装置、制品或系统可在多 个方向和取向上使用。
[0028] 本公开描述结构化光学膜，并且具体地，描述具有高光学均匀度和减小的闪耀等 的结构化光学膜。光学膜包括第一结构化主表面和相背对的第二结构化主表面，该第一结 构化主表面具有沿相同的第一方向延伸的多个线性棱柱，该相背对的第二结构化主表面具 有多个密集堆积的小透镜。第二结构化主表面具有在约3%至约25%范围内的光学雾度。 当光学膜与在其下方的棱柱镜膜一起使用时，光学膜表现出高光学均匀度和减小的闪耀。 已发现，该雾度范围可创建，同时使用一定尺寸范围和形状内的小透镜的集合来最小化闪 耀。虽然本公开不受此限制，但是通过讨论下面提供的实例将认识到本发明的各个方面。
[0029] 本文所述的结构化光学膜可包括多个线性棱柱以及在结构化光学膜的相背对侧 上的哑光结构。哑光结构可以是可由例如微复制形成的多个密集堆积的小透镜。哑光结构 被构造成减少或最小化被称为"闪耀"的光学伪影。
[0030] 哑光表面（即，密集堆积的小透镜）的一个目的是大致改善LCD背光源系统的照 亮的空间和角均匀度。该哑光表面可有助于减少或消除包括例如叠纹的多种光学制品。其 还隐藏由从下部基底表面反射的棱柱色散所引起的颜色不均匀度。然而，已发现，某些哑光 表面可引入诸如闪耀的光学缺陷。"闪耀"是指表现为粒状纹理（纹理不均匀）的光学伪 影，该粒状纹理由表现为随机的图案的明亮度和暗亮度的小区域组成。明区域和暗区域的 位置可随着视角的改变而变化，使得纹理特别明显并且令观察者反感。
[0031] 闪耀出现是哑光结构和在其下面的另一种结构之间的光学交互作用的结果，在这 里称为对象。例如，该对象可以是IXD的一组规则像素，并且哑光结构可以是直接放置在其 上方以减少显示器炫光的膜。当哑光表面与LCD滤色器矩阵交互作用时，这种闪耀趋向于 多色。已发现如本文所述的哑光表面或密集堆积的小透镜的配置可减少或消除闪耀。
[0032] 图1是结构化光学膜100的示意性侧视图。所述结构化光学膜100包括用于改善 辉度的一系列线性微观结构150以及用于改善显不器装饰品的哑光表面160。哑光表面的 光学雾度不到25 %，或在3 %至25 %的范围内，或在5 %至20 %的范围内以保持辉度，并且 密集堆积的小透镜的尺寸/配置设定成减少或消除闪耀。
[0033] 结构化光学膜100包括第一主表面或结构化表面110,其包括沿y方向延伸的多个 微观结构或线性棱柱150。结构化光学膜100包括第二主表面或结构化表面120,其与第一 主表面或结构化表面110相背对并且包括多个微观结构或小透镜160。
[0034] 结构化光学膜100可包括基底层170,该基底层设置在相应的第一主表面110和 第二主表面120之间并且包括第一主表面172和相背对的第二主表面174。结构化光学膜 100可包括棱镜层130和哑光层140,该棱镜层设置在基底层的第一主表面172上并包括结 构化光学膜100的第一主表面110,该哑光层设置在基底层的第二主表面174上并包括结构 化光学膜100的第二主表面120。哑光层140具有与主表面120相背对的主表面142。
[0035] 示例性结构化光学膜100包括三层130、170和140。一般来讲，结构化光学膜100 可具有一个或多个层。例如，在一些情况下，结构化光学膜100可具有单层，其包括相应的 第一主表面110和第二主表面120。又如，在一些情况下，结构化光学膜100可具有多层。 例如，在这种情况下，基底170可具有多个层。
[0036] 微观结构150可设计成沿诸如正z方向的期望方向重定向所述入射到结构化光学 膜100的主表面120上的光。在示例性结构化光学膜100中，微观结构150是棱柱线性结 构。通常，微观结构150可为任何类型的微观结构，所述微观结构能够通过例如折射入射光 的一部分并且循环利用入射光的不同部分来重定向光。例如，微观结构150的横截面轮廓 可为或包括弯曲和/或分段的线性部分。例如，在一些情况下，微观结构150可为沿y方向 延伸的线性圆柱形透镜。
[0037] 每个线性棱柱微结构150均包括顶角152和从公共基准面例如主平面表面172测 得的高度154。在一些情况下，例如当希望减少光学稱合或光稱合（wet-out)和/或提高 光重定向膜的耐久性时，棱柱微观结构150的高度可沿y方向变化。例如，棱柱线性微观结 构151的棱柱高度沿y方向变化。在这种情况下，棱柱微观结构151具有沿y方向变化的 局部高度，以及具有最大高度155和平均高度。在一些情况下，棱柱线性微观结构诸如线性 微观结构153沿y方向具有恒定高度。在这种情况下，微观结构具有等于最大高度和平均 高度的恒定局部高度。
[0038] 在一些情况下，诸如当希望减少光学耦合或光耦合时，一些线性微观结构较短，并 且一些线性微观结构较高。例如，线性微观结构153的高度156小于线性微观结构157的 商度158。
[0039] 顶角或二面角152可具有应用中可能需要的任何值。例如，在一些情况下，顶角 152的范围可为约70度至约110度、或约80度至约100度、或约85度至约95度。在一些 情况下，微观结构150具有相等的顶角，所述顶角可在例如约88度或89度至约92度或91 度的范围内，诸如90度。
[0040] 棱镜层130可具有应用中可能需要的任何折射率。例如，在一些情况下，棱镜层的 折射率在约1. 4至约1. 8,或约1. 5至约1. 8,或者约1. 5至约1. 7的范围内。在一些情况 下，棱镜层的折射率不小于约1.5,或不小于约1.55,或不小于约1.6,或不小于约1.65,或 者不小于约1.7。
[0041] 在一些情况下，诸如当结构化光学膜100用于液晶显示器系统中时，结构化光学 膜100可增加或改善显示器的辉度。在这种情况下，光重定向膜具有大于1的有效透光率 或相对增益。如本文所用，有效透光率为其中存在就位膜的显示系统的亮度与其中不存在 就位膜的显示器的亮度的比率。
[0042] 有效透光率（ET)可使用中心位于光轴上的光学系统来测量，并且包括中空朗伯 光箱，其可通过发射表面或出射表面、线性光吸收型偏振器以及光检测器发射朗伯光。光箱 由经由光纤连接到光箱内部的稳定宽带光源照亮。试验样本放置在光箱和吸收型线性偏振 器之间的位置，该试验样本的ET将由光学系统测量。
[0043] 结构化光学膜100的ET可通过将结构化光学膜100放置在光箱和吸收型线性偏 振器之间的位置来进行测量，其中线性棱柱150面向光检测器，并且微观结构160面向光 箱。接下来，光谱加权轴向亮度I 1(沿光轴的亮度）通过线性吸收型偏振器由光检测器测 量。然后，去除结构化光学膜100,并且测量光谱加权轴向亮度I 2而无需结构化光学膜100。 ET为比率I1Zl215 ETO是当线性棱柱150沿平行于线性吸收型偏振器的偏振轴的方向延伸 时的有效透光率，并且ET90是当线性棱柱150沿垂直于线性吸收型偏振器的偏振轴的方向 延伸时的有效透光率。平均有效透光率（ETA)为ETO和ET90的平均值。
[0044] 本文所公开的有效透光率值是使用光检测器的SpectraScan? PR-650光谱色度计 (购自加利福尼亚州的查特斯沃斯市的Photo Research股份有限公司（Photo Research, Inc, Chatsworth，CA))进行测量的。光箱是具有约85%的总反射率的特氟隆立方体。
[0045] 在一些情况下，诸如当结构化光学膜100用于显示系统以增加辉度并且线性棱柱 具有至少约1.6的折射率时，光重定向膜的平均有效透光率（ETA)为至少约1.3,或至少 1. 5,或至少1. 7,或至少1. 9,或至少2. 1。
[0046] 图2是密集堆积的小透镜160的示意性俯视图，其中密集堆积意味着主表面174 的至少90 %，或至少92 %，或至少94 %，或至少96 %，或至少98 %，或至少99 %被小透镜覆 盖。密集堆积的小透镜160被构造成减少或最小化闪耀，而对重定向光并提高辉度的光重 定向膜的能力没有不利的影响或具有非常小的不利影响。例如，与例如密集堆积的小透镜 160与除所述第二主表面未被结构化外具有相同构造的光学膜相比，结构化光学膜100的 平均有效透光率不小于或小于不超过约10%，或8%，或6%，或5%，或4%，或3%。
[0047] 减少或最小化闪耀而对重定向光并提高辉度的光重定向膜的能力没有不利影响 或具有非常小的不利影响的密集堆积的小透镜160的配置可用许多方式描述，包括最大侧 向尺寸D、平均最大侧向尺寸D tjs、有限焦距f、平均焦距f D/f、DTiS/f 、等效圆直径 E⑶、平均等效圆直径E⑶EOT /fTiS、峰值高度、最近邻焦点距离、以及倾斜度大小。
[0048] 第二主表面120具有在3%至25%，或5%至20%范围内的光学雾度。如本文所 用，光学雾度被定义为偏离法向大于4度的透射光与总透射光的比率。本文所公开的雾度 值是使用Haze-Gard Plus雾度计（可购自马里兰州银泉的毕克-加特纳（BYK-Gardiner， Silver Springs，Md.))按照ASTM D1003中所述的工序测得的。如本文所用，光学透明度是 指比率（T1-T2) Λ?\+Τ2)，其中T1为偏离法向1. 6至2度的透射光，T2为离开法向0至0. 7度 的透射光。本文所公开的透明度值是使用得自毕克-加特纳（BYK-Gardiner)的Haze-Gard Plus雾度计测得的。
[0049] 密集堆积的小透镜160是凸状。在许多实施例中，密集堆积的小透镜160是延伸 远离基底170的凸状突起。在一些情况下，密集堆积的小透镜160形成规则图案。在一些 情况下，密集堆积的小透镜160形成如图2所示的不规则图案。在一些情况下，密集堆积的 小透镜160形成表现为随机的伪随机图案。
[0050] 密集堆积的小透镜160可具有，小于约50微米，或小于约45微米，或小于约40微 米，或小于约35微米，或小于约30微米，或小于约25微米，或小于约20微米的平均侧向尺 寸D tjs。在许多实施例中，至少80%的密集堆积的小透镜160具有小于约50微米的最大 侧向尺寸D，或至少80 %的密集堆积的小透镜具有小于约45微米的最大侧向尺寸D，或至少 80%的密集堆积的小透镜具有小于约40微米的最大侧向尺寸D，或至少40%的密集堆积的 小透镜具有小于约32微米的最大侧向尺寸D，或至少20%的密集堆积的小透镜160具有小 于约24微米的最大侧向尺寸D。
[0051] 密集堆积的小透镜160可具有对应于平均焦点距离的平均焦距f，其小于约250微 米，或小于约225微米，或小于约200微米。
[0052] 密集堆积的小透镜160可具有等效圆直径E⑶。在许多实施例中，至少80%的密 集堆积的小透镜具有小于约27微米的等效圆直径E⑶，或至少40%的密集堆积的小透镜具 有小于约20微米的等效圆直径E⑶，或至少20%的密集堆积的小透镜具有小于约14微米 的等效圆直径E⑶。
[0053] 密集堆积的小透镜160可具有在约0. 05至约0. 20,或约0. 05至约0. 19,或约0. 06 至约0. 19,或约0. 06至约0. 18,或约0. 07至约0. 18范围内的ECD^ra/f平均。
[0054] 密集堆积的小透镜160可具有小于约1. 5微米，或小于约1. 2微米，或小于约0. 7 微米的峰值高度。
[0055] 密集堆积的小透镜160具有最近邻焦点距离。在许多实施例中，至少90%的密集 堆积的小透镜具有小于约30微米的最近邻焦点距离，或至少90%的密集堆积的小透镜具 有小于约25微米的最近邻焦点距离，或至少40%的密集堆积的小透镜具有小于约18微米 的最近邻焦点距离，或至少20%的密集堆积的小透镜具有小于约15微米的最近邻焦点距 离。
[0056] 密集堆积的小透镜160或第二主表面120沿第一方向以第一视角Ah散射光，并且 沿与第一方向正交的第二方向以基本上等同于A h的第二视角Av散射光。在许多实施例中， Av和Ah之间的差值小于10度或小于5度。在其他实施例中，密集堆积的小透镜160或第 二主表面120沿第一方向以第一视角A h散射光，并且沿与第一方向正交的第二方向以显著 不同于Ah的第二视角Av散射光。在这些实施例中，A v和Ah之间的差值大于15度或大于20 或大于25度。
[0057] 密集堆积的小透镜160或第二结构化表面160可被描述为具有倾斜度大小。使用 施加到大约200微米乘200微米的样本的原子力显微镜（AFM)确定倾斜度大小。沿相应 X-和y-方向的倾斜度St和St是利用下述两个表达式计算的：

【权利要求】
1. 一种光学膜，所述光学膜包括： 第一结构化主表面，其包括沿相同的第一方向延伸的多个线性棱柱；和 相背对的第二结构化主表面，其包括多个密集堆积的小透镜，每个小透镜具有最大侧 向尺寸D、等效圆直径E⑶和对应于焦点的有限焦距f，所述多个密集堆积的小透镜具有平 均最大侧向尺寸1)￥15、平均等效圆直径^：0 ￥15和平均焦距€￥154^￥15/^￥15在约0.05至约 0. 20的范围内，D+肖小于约50微米，不到约30%的所述第二结构化主表面具有大于约5度 的倾斜度大小。
2. -种光学膜，所述光学膜包括： 第一结构化主表面，其包括沿相同的第一方向延伸的多个线性棱柱；和 相背对的第二结构化主表面，其包括多个密集堆积的小透镜，每个小透镜具有等效圆 直径ECD和对应于焦点的有限焦距f，所述多个密集堆积的小透镜具有平均等效圆直径ECD ￥均和平均焦距f+肖，EOT在约0. 05至约0. 20的范围内，在所述多个密集堆积的小 透镜中至少90%的所述小透镜具有小于约30微米的最近邻焦点距离，不到约30%的所述 第二结构化主表面具有大于约5度的倾斜度大小。
3. -种光学膜，所述光学膜包括： 第一结构化主表面，其包括沿相同的第一方向延伸的多个线性棱柱；和 相背对的第二结构化主表面，其包括多个密集堆积的小透镜，每个小透镜具有最大侧 向尺寸D，所述多个密集堆积的小透镜具有平均最大侧向尺寸DT±S，DT±S小于约50微米，在 所述多个密集堆积的小透镜中至少90%的所述小透镜具有小于约30微米的最近邻焦点距 离，不到约30%的所述第二结构化主表面具有大于约5度的倾斜度大小。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的光学膜，其中至少90%的第二结构化主表面被 所述小透镜覆盖。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的光学膜，其中不到约20%的所述第二结构化主 表面具有大于约5度的倾斜度大小。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的光学膜，其中在所述多个小透镜中至少80%的 所述小透镜具有小于约27微米的等效圆直径ECD。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的光学膜，其中在所述多个小透镜中至少90%的 所述小透镜具有小于约25微米的最近邻焦点距离。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的光学膜，其中所述第二结构化主表面具有在约 3 %至约25 %范围内的光学雾度。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的光学膜，其中与除所述第二主表面未被结构化外 具有相同构造的光学膜相比，所述光学膜的平均有效透光率不小于或小于不超过约10%。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的光学膜，所述光学膜具有至少1. 3的平均有效 透光率。
【文档编号】F21V8/00GK104379993SQ201380014634
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年3月7日 优先权日:2012年3月20日
【发明者】加里·T·博伊德 申请人:3M创新有限公司