专利名称：有抗腐蚀性能的光导向结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于显示装置的光导向结构和方法，并且更具体地涉及把图像导引到不同于闪耀角的一个角度并且能够抗腐蚀的光导向结构。
光导向结构包括光导向薄膜和布置在光导向薄膜上的薄膜上的薄透射反射金属层。光导向薄膜包括由紫外固化有机材料制造的三维棱镜结构；该棱镜结构有两侧面，其中一侧面包括有一些倾斜表面的锯齿结构。透射反射金属涂层布置在有锯齿结构的棱镜结构的这一侧面上。
光导向结构进一步包括使腐蚀最小的抗腐蚀部分，当光导向结构暴露在盐性环境中时在金属涂层和棱镜结构之间会发生腐蚀。在本发明的一个实施例中，在光导向薄膜和金属涂层间放置了中间层。这个中间层可以是在光导向结构和薄金属涂层之间的薄金属涂层。该中间层金属可以从铬，镍，铁，铝，钛，银，金，锆，铂，和包含这些金属的合金，以及其它金属中选出其中一种或几种。较佳的中间层材料是厚度约为2到40埃的镍-铬合金和镍-铬-铁合金。
在另一个实施例中，在光导向结构的外部周边上形成聚合物周边涂层，从而密封了该结构的开口边缘和任意腐蚀引发剂的进入点。在较佳的方面，使用激光束产生聚合物周边涂层。激光束熔化了至少一部分光导向结构的最外部边缘，从而产生了密封该结构最外部边缘的流体材料。激光束可以同时把光导向结构切割成所需的形状和尺寸并且提形成缘密封。
为显示装置提供基底的棱镜结构由诸如环氧丙烯酸酯的紫外固化交联树脂形成。棱镜层的三维倾斜表面可以有相对水平位置约为1°到35°的倾斜角。锯齿结构的重复距离至少约为5微米，不超过约为200微米。
在棱镜结构表面上布置的透射反射材料涂层可以是银，铬，镍，铝，钛，铝钛合金，金，锆，铂，钯，铝铬合金，铑，或其组合物。透射反射金属涂层较佳是银的，厚度一般不超过400埃，并且有至少10％或更大的可见光透射率。
光导向结构包括了光导向薄膜，透射反射金属涂层和抗腐蚀部分，进一步可以包括在透射反射金属涂层上形成的无机保护层，其中无机保护层防止分子从大气进入金属涂层并且平衡反射和透射光的色彩。无机保护层可以包括钛，氧化锡铟，硫化锌，氧化锡，氧化铟，氧化钛，二氧化硅，一氧化硅或氟化镁。
另外，光导向结构可以包括聚合物阻挡层或聚合物保护层来防止分子转移到透射反射金属涂层。这一层可以从交联环氧树脂，交联或线性丙烯酸树脂，环氧丙烯酸酯盐，聚酯，聚乙烯，聚偏二氯乙烯，和乙二醇中选出。
压力灵敏粘合剂层可以进一步形成于偏振片和无机保护层之间。覆盖到无机保护层上的压力灵敏粘合剂层可以是丙烯酸酯/丙烯酸粘合剂层，粘合剂层是光学散射的。压力灵敏粘合剂层可以包括光学散射体微粒。
具有任意可选涂层或性能的本发明的光导向薄膜可以结合到显示装置中。
在一个具体实施例中，本发明描述了光导向结构，包括了有第一和第二表面的棱镜结构，第二表面包括有倾斜表面的锯齿结构；棱镜结构由无卤素的紫外聚合组合物制成；透射反射金属涂层紧邻锯齿结构；透射反射金属涂层有至少10％的可见光透射率；紧邻各个金属涂层和棱镜结构布置抗腐蚀部分，抗腐蚀部分把可见光的透射和反射之和减小到小于5％。在一些实施例中，把透射和反射之和减小到小于2％。
在一个实施例中，抗腐蚀部分是布置在棱镜结构和透射反射涂层间的中间层。在另一个实施例中，抗腐蚀部分是布置在结构周边的聚合物涂层。这个聚合物涂层可以在用激光器切割该结构时形成。
图1是光导向结构放大的横截面图；图2是图1中布置在其上有可选层的光导向结构。
图3是根据本发明第一个实施例的光导向结构的放大横截面图。
图4是图3中布置在其上有可选层的光导向结构。
图5是根据本发明第二个实施例的光导向结构的横截面图。
图6是图5中布置在其上有可选层的光导向结构。
图7是根据本发明第一个实施例的结合光导向结构的显示装置的横截面图。
当本发明修改成各种修改和替换形式时，通过附图实例示出了说明书的内容并且将详细讨论。不过，可以理解本发明并不仅限于本发明所描述的具体实施例。在另一方面，由权利要求限定了本发明精神和范围中的所有修改，等价技术方案和替换例。
图1中详细示出了倾斜镜面薄膜或光导向结构10的横截面图。光导向结构10有棱镜光导向薄膜或结构20和薄涂金属层30。在图2中，示出了在光导向结构上布置了各种可选层的结构。
棱镜光导向薄膜棱镜光导向薄膜20有第一表面21和相对的第二表面22。第二表面22有包括倾斜表面26和上升沿28的锯齿型棱镜结构24。
为了使光转向到最佳视角，倾斜表面26的倾斜角t相对一个实施例中的第一表面21(在本发明中可以认为是“水平”表面)为1°到35°。倾斜表面的倾斜角较适宜是约为3°到12°，倾斜角t更适宜是约为6-9°。根据上述典型观察情况，也根据具体LCD的质量确定这些优选的倾斜角。
在许多应用中，要求锯齿结构24的重复距离足够小，使得人眼在特定视距内不能看见锯齿结构。重复距离也可被定义为由锯齿结构的锯齿峰间的水平距离。但是，锯齿结构24需要足够大以便能够可靠地形成。结构越小，制造棱镜层的制造工艺越困难。
在典型观察距离约为40到60cm的手持式LCD中，一个实施例中的重复距离的范围从约为5微米或多到约为200微米或少些。更适宜的重复距离可以从30微米到约为80微米。最适宜的锯齿结构重复距离约为50微米。但是，当显示器较大并且需要从较远距离观察时，比如是广告牌或路边标记，重复距离就可以大一些。
棱镜光导向薄膜20由紫外固化或紫外聚合树脂组合物固化的产品，紫外聚合树脂组合物较适宜是紫外聚合环氧丙烯酸酯。光导向薄膜20的第二表面22较适宜是无孔的，且为沉积金属薄涂层30提供光滑表面。光导向薄膜20较适宜能高度透射可见光，抗刮伤，并且有低的除气性(outgassing)。固化结构使锯齿结构在固化时和暴露在热和潮湿中时不会收缩。
形成光导向薄膜20的紫外聚合组合物通常无卤素；卤素会导致金属层的腐蚀，这样需要组合物不包括卤化材料。在一些组合物中，在组合物中可以存在微量的卤化材料，例如，作为表面活性剂或其它添加剂的成分，存在着诸如小于1％的微量。包括已卤化部分的任何材料的数量不能普遍到降低金属涂层30到光导向薄膜20上的粘合力的程度。事实上，在组合物中的卤素原子的实际程度要求小于约为总组合物的约0.2重量百分比，较适宜小于约为0.15重量百分比，更适宜小于约为0.1重量百分比。在一些实施例中，例如当卤素是溴时，在总组合物中的程度要求小于约为总组合物的0.1重量百分比，较适宜小于约为0.01重量百分比，最好不存在(也就是零重量百分比)。对本发明来说，紫外聚合组合物中有小于约为0.2重量百分比的卤素原子程度就可以认为没有卤素了。
用于制作光导向薄膜20的无卤素紫外聚合组合物包括乙烯基单体，例如是诸如甲基苯乙烯的烷基苯乙烯单体，和各种共聚单体和/或低聚物。在一个例子中，组合物包括各种双酚A环氧二丙烯酸酯，线型酚醛清漆环氧丙烯酸酯，和包括烷基苯乙烯(例如甲基苯乙烯)的乙烯基单体；这样的组合物称作“环氧丙烯酸酯”。可以添加引发剂使得自由辐射源引发组合物聚合到聚合结构。
在棱镜结构中使用的较适宜的紫外聚合环氧丙烯酸酯组合物包括下面成分，由重量百分比范围列出双酚A环氧二丙烯酸酯(55-80％)，环氧丙烯酸酯(1-10％)，甲基苯乙烯(5-25％)，光引发剂(0.25-5％) (诸如Lucirin TPO)和氟表面活性剂(0.1-0.3％)。另外，组合物可以包括第二光引发剂，诸如Irgacure184，重量百分比达到约为5％。虽然在这个较佳组合物中的氟表面活性剂是卤素，但是，它是微量的，相对惰性的，且当在棱镜层上形成金属涂层时它至少部分蒸发。由申请于1999年10月22日的美国专利09/425,270(Fong)详细描述了关于这些较适宜的紫外固化组合物，结合在这里用作参考合并。
光导向薄膜20的锯齿结构24可以由许多不同的已知工艺方法制造，诸如可以通过在基层和有锯齿结构的工具之间涂覆聚合组合物的方法，并且在紫外辐射下组合物聚合，然后从工具中分离薄片。另外一种已知的形成棱镜结构的方法，在本发明中要用的因为锯齿结构24的尺寸小，制造三维结构的工艺通常称作“微复制”。例如，可以参阅美国专刊5,183,597(Lu)中三维结构的微复制以获得更多的信息，结合在这里用作参考。
微复制棱镜结构的例子，也就是，有6-7°倾斜角和50微米重复距离的锯齿图案，厚度在5-7微米范围内的峰谷厚度。即参考图1，倾斜面26相对于第一平面21的角度约为6-7°，上升沿28有大约5-7微米的高度，相邻峰29之间的距离约为50微米。棱镜结构可以包括一个底部或在锯齿结构24的基的“接合部”(“land portion”)，那是在三角部下面的平坦层状元件。棱镜结构的接合部可以在0到3微米的范围内，并且依赖于用于形成棱镜结构的工艺过程。棱镜结构的接合部较佳的厚度约为0.5微米。
透射反射金属涂层在棱镜光导向薄膜20上形成金属涂层30，具体地说，在锯齿结构24上所形成。在本文中，词语“形成于”，“在……上形成”及类似的说法，是指在另一层顶上形成但是不必直接邻近于那一层。因此，金属涂层30不必直接邻近于棱镜结构。
金属涂层30在光导向薄膜20的锯齿结构24上形成并且较适宜是高反射和部分透射的；金属涂层30是透射反射涂层，意思是说，它除反射性外允许至少透射部分可见光。金属涂层可以由能够形成反射层的许多种材料组成，例如包括一个或几个的银，铬，镍，铝，钛，金，锆，铂，钯，铑或各种它们的合金。最好使用有低光吸收的银，因为相对其它材料银的反射率和透射率之和很高。
可以使用已知工艺的各种方法在棱镜基层上形成金属涂层，包括真空沉积或喷镀。适宜的真空沉积技术包括溅射，等离子体蒸发沉积和阴极弧光沉积。也可以使用诸如电镀或溶液(solution)镀之类的喷镀技术。透射反射金属涂层30可以有约为25埃到约为3000埃的厚度，一般是约为300埃到400埃的厚度。金属涂层较佳有相对均匀的厚度。
在较佳实施例中，金属涂层是提供至少约为10％的透射可见光的银层。一般，这样的金属涂层约为360-400埃厚。
在图2中，光导向结构10(包括光导向薄膜20和薄金属涂层30)结合到光显示装置100中。光显示装置100除了光导向结构外还可以包括各种层；光显示装置100包括聚合物保护层40，压力灵敏粘合剂层50，聚合基底60和偏振片70。在下面将详细讨论各个层。
防腐蚀部分根据本发明，光导向结构包括棱镜光导向薄膜20，薄金属涂层30和防腐蚀部分。这个防腐蚀部分可以用于光导向结构上或在它的内部以提高结构对周围环境大气中盐的耐腐蚀力。具有高盐分浓度传播的大气包括靠近广阔盐水的区域。另外，某些工业处理可以产生高的盐浓度。人类也是盐的来源；例如，眼泪和排汗包括了低的，但还是有害的盐浓度。
人们发现在大气中有些盐浓度，光导向结构易于在光导向薄膜20和透射反射金属涂层30间腐蚀。任何腐蚀一般在光导向结构的外围开始。小量的腐蚀会导致金属涂层30在边缘处有暗点。如果在棱镜薄膜20和薄金属涂层30间有大量腐蚀，可以使透射反射金属涂层从棱镜结构中分离。在一些实施例中，会发生总的分离，使金属涂层在它的新氧化态中基本干净(也就是，几乎没有或没有暗点)。即使没有总分离，暗点或分离会导致不可接受的结果。
人们相信可能导致分离的腐蚀是由氧化物和薄金属涂层反应的结果。盐离子的存在增加了离子的迁移率和电导率。对这个反应有责任的氧化物可以是在光导向薄膜20和薄金属涂层30间被俘获的氧或是在这些层外围被俘获的氧，或者这些氧化物也可以存在于光导向薄膜20中。尤其是，如果所有的紫外固化化合物没有完全反应时就可能发生这一结果。例如，环氧丙烯酸酯材料可以有一些未反应的环氧化物。
人们相信为了在反射金属薄膜/棱镜薄膜交界面发生腐蚀，光导向结构必需暴露在盐，水和氧化剂三者的组合中。如果这些成分中的一个不存在，就不会发生腐蚀。本发明的目的在于从介界面的中间环境中移去至少一种这些成分；一般，除去的是盐或水或两个都除去。
人们发现由紫外聚合组合物制成的光导向薄膜20，光导向结构10，具体说是环氧丙烯酸酯组合物，当所有三种成分都不存在时，对这个氧化还原作用特别地不敏感。这样，本发明提供了防腐蚀部分，防止把光导向结构暴露在至少这三种成分之一，一般是盐。人们希望任何防腐蚀部分对可见光是基本透明的。那就是，由于防腐蚀部分，光透射和反射损耗之和与没有防腐蚀部分的光导向结构时作比较，较适宜不多于2％，更适宜不多于1.5％，甚至更适宜不多于1％。在一些实施例中，光透射损耗不大于约0.5％。不过，在一些实施例中，透射和反射之和上升到5％时也是可以接受的。
在图3所示的本发明的第一个实施例中，在光导向薄膜和金属涂层间的交界面上布置了诸如中间层的防腐蚀部分。这个中间层25是在涂覆薄金属涂层以前布置到光导向棱镜结构上的薄涂层，较佳是薄金属涂层。在如图5所示的第二个实施例中，在光导向结构的外部边缘15上提供了诸如外围涂层35的防腐蚀部分，从而封闭了开放边缘。
参考图3中的中间层25，中间层25布置在光导向结构中的棱镜光导向薄膜20和薄金属涂层30。中间层25可以是具有对光导向层20和薄金属涂层30足够附着力的任意材料。用于中间层25的材料包括了例如聚合物的有机材料和金属。
如果中间层25是金属中间层，该金属较适宜由包括铬，镍，铁，铝，钛，银，金，铪，锆，钽，铌，钨，铂，钒，钼，锡，钯，铑或包括这些材料的各种合金和其它材料中选出一种几种。所选中间层材料通常是防腐蚀的，不受大气中存在的盐离子影响。
中间层材料的一个较佳实施例是钛。其它较适宜的中间层材料是镍和铬(诸如由VA，C.P.Martinsville薄膜公司提供的商用材料“LumalloyTM”)和镍-铬-铁合金(诸如也由C.P.薄膜公司提供的“Inconel 600”)。也可以使用其它的镍和铬的合金。
可以由汽相沉积在光导向薄膜20上形成金属中间层，包括了等离子体沉积和阴极弧光沉积，溅射，喷镀等技术。
提供基本上对可见光透明的中间层是有益的；那就是，当和在中间层内的光导向结构比较时，由于中间层光透射和反射损耗之和较适宜不大于2％，更适宜不大于1.5％，甚至更适宜不大于1％。在一些实施例中，光透射损耗不大于约为0.5％。不过，在一些实施例中，诸如4％或5％的大一些的损耗也是可以接受的。
为了提供可接受的透射和反射程度的中间层35，中间层的厚度较佳约为5到50埃。但是，这个厚度依赖于所用的中间层材料。例如，钛的中间层较佳有约为20到40埃的厚度；“Lumalloy”的中间层较佳有约为10到40埃的厚度；而“Inconel”的中间层较佳有约为10到40埃的厚度。
在图4中，光导向结构11(它包括了光导向薄膜20，中间层25和透射反射金属涂层30)结合到光显示装置111中。光显示装置111除了光导向结构11外，还包括各种层；光显示装置111包括聚合物保护层40，压力灵敏粘合剂层50，聚合基层60和偏振片70。在下面将详细讨论各层。
参考图5，示出了防腐蚀部分的第二个实施例。光导向结构12的防腐蚀部分是沉积在结构外围15上的外围涂层35。防止腐蚀的一种理论是阻止水溶盐离子向金属涂层/棱镜光导向薄膜交界面移动；这可以通过在各层暴露的边缘周围施加屏障完成。
侧边缘封闭较佳是围绕着光导向棱镜结构边缘的聚合材料涂层。这个涂层较适宜在该结构转变为它的所需尺寸和形状同时或在其后马上涂覆这个涂层。
外部涂层35可以是任意的聚合材料，诸如热塑性材料或热固性材料。材料可以紫外聚合，湿固化，热固化等等。可以用于外部涂层35的材料包括环氧树脂和硅树脂。当涂覆到外围层15上时，材料可以是液体或固体(例如粉末)。
可以通过各种已知的方法把聚合材料涂覆到外围15上，例如，喷射涂膜，转移涂膜，滚动涂膜，用刷子手工涂膜，粉末涂膜和其它这类方法。
在较佳的方法中，使用诸如CO2激光器之类的激光束进行聚合物外围涂膜。激光束熔化至少部分光导向结构的最外部边缘，和出现在结构内的任何随选的层，从而产生可密封该结构最外部的流体材料。激光束可用于同时把光导向结构切割成所需尺寸并且提供边缘密封。任意类型的激光器可以用于这个实施例，典型的激光器包括50瓦的CO2激光器和1000瓦的CO2激光器。
在图6中，光导向结构12(它包括光导向薄膜20，薄金属涂层30和外围涂层35)结合到光显示装置112中。光显示装置112除了光导向结构12外包括不同的层；光显示装置112包括聚合物保护层40，压力灵敏粘合剂层50和聚合基层60。下面将详细讨论这些层。
可选层光导向薄膜包括可选层，诸如压力灵敏粘合层50，聚合物保护层40，无机保护层(没有示出)，聚合基层60和偏振层70。例如参见图2，实施例的4和6结合到几个这些可选层中。诸如无机保护层之类的附加层，可以存在于光导向结构中。另外，诸如释放(realease)衬垫，硅树脂层之类的附加层可以在装配或结合到显示装置之后用来保护聚合基层60。
在许多情况下，光导向薄膜将被制造并且接着销售给提供偏振层70的装配商并且结合该结构到装置中。这样，光导向结构将随同在压力灵敏粘合层50上的释放衬垫被选购。
在本发明的一个实施例中，光导向薄膜包括聚合物阻挡层或聚合物保护层40。聚合物保护层禁止分子转移到金属涂层30上。聚合物保护层可以或不可以结合无机保护层使用，下面将要讨论。聚合物保护层或聚合物层40从交联环氧树脂，交联或线性丙烯酸脂，环氧丙烯酸酯，诸如Vitel聚乙烯，聚偏二氯乙烯，和聚乙烯醇之类的聚合物中选出。交联丙烯酸脂可以使用由Rohm and Haas公司，(100Independence Mall West，Philadelphia，PA 19106-2399)生产的商业标记为“B48N”的产品。
如果聚合保护层结合无机保护层一起使用，那么聚合保护层40通常沉积到无机保护层上面。在光导向薄膜中使用聚合保护层而没有无机保护层的地方，则一般是把聚合物保护层直接沉积到金属涂层上，正如图2，4和6中的结构所示。
聚合物保护层可以使用已知工艺的各种方法形成。例如聚合物保护层较佳为溶液涂膜，在这种情况下，聚合保护层40的厚度可以从约为0.01微米到约为50微米。聚合物保护层可以一致地沉积到金属涂层或无机保护层上或可以与下面的锯齿结构形成平面(planarize)或部分形成平面。
当聚合物保护层40有使平面化功能时，层的一侧有符合棱镜结构倾斜表面的倾斜表面，和基本上是平面的层40的第二侧。聚合物保护层40可以包括多于一层。例如，如果聚合物保护层与下面的棱镜结构形成平面，它可以包括多于一层。同样，根据所使用的材料，多于一层的层可以如愿地用于保证聚合物保护层能够进行正常的屏障。
一种可以形成聚合保护层40的方法是气相沉积易挥发单体或低聚物前体，接着固化该前体。沉积可以在普通大气压或在真空下完成。可以使用热，紫外，或电子束辐射，或等离子体或电晕(corona)暴露完成固化。题名为“RetroreflectiveArticles Having Polymer Multilayer Reflective Coatings”的未授权的美国专利申请09/259,100和题名为“Method of Coating Microstructured Substrateswith Polymeric Layers(s)，Allowing Preservation of Surface Feature Profile”的未授权的美国专利申请09/259,487描述了这样一种合适的沉积方法和一些具体材料的例子，两者都在引入作为参考。使用在上述两个参考的共同未授权的专利申请中描述的方法，典型的聚合物保护层的厚度约为1nm到约为2微米。在一些实施例中，这个方法较佳可以是聚合物保护层的溶液涂膜，因为在溶液涂膜中使用的溶剂可以损害金属涂层或显示装置的其它层。也可以使用工艺上已知的诸如等离子体聚合或等离子体增强化学汽相沉积法等等离子体处理沉积聚合物保护层。
聚合物保护层40的一种较佳材料是溶液涂膜的厚度约为为10微米的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。PMMA可以包括诸如紫外阻断剂(blocker)和锈蚀抑制剂的添加剂。PMMA的一种较佳添加剂(GDA)是一种银的防腐蚀剂。在美国专利4,307,150和4,645,714中描述的可以供聚合物保护层使用的这种和其它的添加剂。在专利在此引入用作参考。换句话说，聚合物保护层可以是包括上述作为棱镜结构较佳材料的紫外交联环氧丙烯酸酯。
压力灵敏粘合剂50较佳是光学散射层。在本发明的一个实施例中，压力灵敏粘合剂层50包括丙烯酸粘合剂。粘合剂可以包括光学散射颗粒，它们分散在整个粘合剂层中来提高粘合剂层的散射特性。
压敏粘合剂50的类型可以是比例为90/10和97/3之间的丙烯酸丁酯/丙烯酸，比例为90/10和97/3之间的丙烯酸异辛酯/丙烯酸，或比例约为66.3/0.67/13.4/19.3的丙烯酸异辛酯/丙烯酸/丙烯酸异冰片酯/Regalrez6108。所述粘合剂可以与下述物质中的一种或多种组合使用双酰胺交联剂、过氧化苯甲酰引发剂、氮丙啶交联剂、氯化交联剂例如XL-330、Irgacure 651交联剂、或其他标准的丙烯酸类粘合剂交联剂。此外，所述粘合剂还可以含有下述添加剂中的一种或多种苯并三唑、5-氨基苯并三唑、5-丁基苯并三唑、苯并三唑5-羧酸、十八烷基硫醇或硫醇硅烷。可以用于本发明的压敏粘合剂的一个例子在PCT WO99/21913(Kaytor等人)中有描述，其内容结合于此用作参考。根据所要求的具体散射程度，通过改进悬浮于粘合剂内的散射粒子的浓度就可以调节压敏粘合剂层的散射质量。
本发明的几个实施方式包括聚合物基材60。该聚合物基材的材料可以选自PET、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯、纤维素二乙酸酯和纤维素三乙酸酯，而且它可以是双折射或非双折射的。聚合物基材的厚度优选约为25-1000微米。
本发明的光导向薄膜和光导向结构可以组合到各种显示装置中。图7示出了本发明中包括透镜或触摸屏114的显示器110的一个具体实施例的横截面图。透镜或触摸屏114可以从显示器的用户接收输入信号，或给显示器贡献特定的光学品质。显示器还包括了光调制层120，它包括顶部偏振片122，液晶层124，和底部偏振片126。光导向薄膜128附着在底部偏振片126上。光导向薄膜128可以是任意的上述光导向薄膜的各种实施例。本发明的光导向薄膜也可以结合到只包括一个偏振片的显示装置中，虽然它通常用于由两个偏振片把液晶层夹在中间的装置中。光导向薄膜128用于把图象导入所需的视角，所需视角基本上和显示器110的闪耀角不同。光导向薄膜128的结构在上面已详细描述。光导向薄膜128也可以称为光束导引薄膜或倾斜镜面薄膜。
在图7所示的显示装置中，示出了环境光源130，它提供输入环境光132。在该图中，来自于光源130的光线132以相对法线的角度α入射到显示装置上。法线是垂直于显示表面的方向。一部分输入光在显示装置110的顶部表面作为闪耀光134被反射。闪耀光134从法线起有一闪耀角6，闪耀图象在视角范围内可视，但在闪耀角b有亮度峰值。根据反射定理，a角等于b角。入射光的另一个部分将通过光调制层120并且被光导向薄膜128反射，作为显示信息或图像由图像光线138表示。光导向薄膜128被设计成引导图象光线138使得光线从显示器110以相对法线的基本上不同于闪耀角b的一个角度出现。该显示图像也将在一个视角范围内可见，并且以“最佳视角”为中心在较窄的视角范围内有亮度峰值。在图7中，峰值图像角度或最佳视角接近显示器法线，并且由图像光线138表示。作为结果，在位置144的显示装置110的观察者可以不受闪耀图像的干扰而清楚地观察到显示图像。由申请于1999年10月22日的美国专利09/425,765揭示了显示装置的另外的例子，在此引入作为参考。
本发明将由下面的例子另外描述和示出。这些例子只为说明本发明而不限制它们细节的范围。所有份额，百分比，比率等等除了特别说明外由重量表示。
实施例棱镜的光导向由紫外光可固化环氧-丙烯酸酯组合物制成如下将加热至60℃数小时的77份双酚A-环氧二丙烯酸酯(购自SartomerCompany，商品名为“CN-104”)缓慢地与20份70％的间-和30％对-甲基苯乙烯(也称为乙烯基甲苯，购自Monomer-Polymer & Dajac)的混合物共混。将在65℃加热1-2小时的3份用三丙二醇二丙烯酸酯(购自UCB ChemicalsCorp.，商品名为“Ebecryl 3603”)稀释为20％的酚醛环氧三丙烯酸酯混入保持在60℃的环氧二丙烯酸酯/环氧三丙烯酸酯混合物。加入1.5份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰)氧化膦光引发剂(购自BASF，商品名为“LucirinTMTPO”)，3.0份1-羟基环己基苯基酮光引发剂(购自Ciba Chemicals，商品名“Irgacure 184”)和0.3份非离子氟化烷基酯(购自3M公司，商品名为“FC-430”)，在此期间，一直使混合物保持在60℃。混合完成后，温度下降至55℃，将混合物缓慢搅拌15-30分钟，形成可施涂的组合物。
通过在PET薄膜和有微复制棱镜结构的金属圆筒标准模具(master tool)间放置该组合物来制备薄膜。棱镜结构如图1所示，倾斜角6度，棱镜间距50μm(微米)。通过模具(die)把组合物涂覆到PET薄膜上，使PET上的涂覆厚度为5-7μm。将标准模具加热到60℃(140°F)然后压到已涂覆的PET上，使得组合物填充到模具的空隙中。PET/组合物/模具结构以约为9.1米/分钟(30ft/min)的速度通过600瓦/cm的紫外灯，并且紫外辐射通过PET照进组合物。标准模具从复制了棱镜结构的PET中分离。然后棱镜薄膜通过紫外固化灯照射并且通过退火炉除去任意残留的单体。
透射反射银层(约为400埃厚)通过溅射汽相沉积到棱镜锯齿结构上。通过溶液涂膜把PMMA聚合物保护层(约为10微米厚)涂覆到银层上，然后在PMMA上涂覆光散射丙烯酸丁酯/丙烯酸粘合剂(约为25微米厚)。生成的结构在550nm的可见光透射率约为10％，在空气中由Perkin-Elmer Lambda 900分光光度计测量。
对于下面描述的盐溶测试，每个棱镜光导向结构使用丙烯酸丁酯/丙烯酸粘合剂压层到无反射层的(bare)钠钙玻璃上。
对于下面描述的热和湿度测试，每个光导向结构使用丙烯酸丁酯/丙烯酸粘合剂压层到商用碘类型吸引偏振片上(使用Sanritz公司提供的商用标记为“LLC2-5518”或类似物的商品)。然后无反射层的钠钙玻璃压层到偏振片上。测试的样品结构包括位于无反射层的钠钙玻璃和棱镜光导向结构间的偏振片，用PET层作为它的最外层。盐溶测试对于盐溶测试，把薄膜/玻璃结构浸入加热的，重量比为20％的水溶氯化钠溶液中。测量每个测试的盐溶液温度。对样品约为每2分钟目视估计一次，观察是否在棱镜光导向薄膜和透射反射银层交界面上发生了盐致退化。对整夜的测试只在测试阶段结束时估计交界面。热和湿度测试对热和湿度测试，薄膜/偏振片/玻璃结构放置到有升高的温度和相对湿度的湿度箱中。测量每个测试的温度和湿度。除非提及，并不对环境加入预先准备好的氯化钠或其它盐。
可以观察到薄膜基层上的银层退化在两个阶段中发生。第一阶段是在压层结构薄膜的边缘开始出现暗点或黑点。第二阶段是这种情况从远离边缘向薄膜中传播的阶段；这种情况称作“分层”。比较实例A比较实例A是上述的棱镜光导向薄膜，它有在550nm约为10％的光透射率的汽相沉积的银层，PMMA层和粘合剂层。如上所述，样品压层到无反射层的钠钙玻璃上和偏振片上；制备好的样品使用盐溶测试和热和湿度测试来测试腐蚀。盐溶测试比较样品A在75℃的盐溶中浸3分钟，从在棱镜光导向薄膜/银交界面边缘传播的分层说明不合格。
第二个样品在50℃的盐溶中暴露一个晚上，约为14小时后，从在棱镜光导向薄膜/银交界面边缘传播的分层说明不合格。热和湿度测试第三个样品在70℃/95％的相对湿度环境中暴露了小于240小时，从棱镜光导向薄膜/银交界面边缘传播的黑点的出现说明不合格。
用10％的氯化钠水溶液的5微升等于试样的一个边缘活化的相似样品，在小于240小时暴露在65℃/95％相对湿度环境中，通过从棱镜光导向薄膜/银交界面边缘传播的腐蚀黑点的出现。
例子1-8示出通过在棱镜光导向薄膜和透射反射银层间使用中间抗氧化层来增加抵挡盐腐蚀。例1除了在棱镜光导向薄膜和银层间汽相沉积了5埃厚度的“lumalloy”合金，如比较实例A所述的光导向透射反射显示薄膜。如上所述，样品压层到偏振片和钠钙玻璃上并且测试。
盐浴测试样品1在75℃的盐浴中30分钟后保持完好没有变化。
相似样品在50℃的盐浴中暴露了一个晚上，约为14小时之后，从棱镜光导向薄膜/银交界面边缘传播的分层说明不合格。热和湿度测试相似样品在70℃/95％的相对湿度环境中暴露了小于240小时，从棱镜光导向薄膜/银交界面边缘传播的黑点的出现，说明不合格。例2除了在棱镜光导向薄膜和银层间沉积了10埃的“Lumalloy”合金，例2是如上述例1方法制备的。
盐浴测试样品2在75℃的盐浴中30分钟后保持完好没有变化。
相似样品在50℃的盐浴中暴露了一个晚上，约为14小时之后，保持完好没有变化。热和湿度测试相似样品在70℃/95％的相对湿度环境中暴露了240小时后，保持完好没有变化。
相似样品在65℃/95％的相对湿度环境中暴露了663小时后，也保持完好没有出现变化。
用10％的氯化钠水溶液的5微升等分试样边缘在65℃/95％活化的相似样品，并在暴露前干燥，在小于663小时暴露在65℃/95％相对湿度环境中，通过从棱镜光导向薄膜/银交界面边缘传播的分层说明不合格。例3除了例3在棱镜光导向薄膜和银层间沉积了20埃的“Lumalloy”合金，例3是如上述例1方法制备的。
盐浴测试样品3在75℃的盐浴中30分钟后保持完好没有变化。
相似样品在50℃的盐溶液中暴露了一个晚上，约为14小时之后，保持完好没有变化。热和湿度测试相似样品在70℃/95％的相对湿度环境中暴露了240小时后，保持完好没有变化。
相似样品在65℃/95％的相对湿度环境中暴露了663小时后，也保持完好没有变化。例4除了例4在棱镜光导向薄膜和银层间沉积了40埃的“Lumalloy”合金，例4是如上述例1方法制备的。
盐浴测试样品4在75℃的盐浴中30分钟后保持完好没有变化。
相似样品在50℃的盐溶液中浸了一个晚上，约为14小时之后，保持完好没有变化。热和湿度测试相似样品在70℃/95％的相对湿度环境中暴露了240小时后，保持完好没有变化。
相似样品在65℃/95％的相对湿度环境中暴露了663小时后，也保持完好没有变化。
用10％的氯化钠水溶液的5微升等分试样边缘活化的相似样品，并在暴露前干燥，在663小时的暴露在65℃/95％相对湿度环境中保持完好没有变化。例5除了例5在棱镜光导向薄膜和银层间沉积了10埃的“Inconel 600”合金，例5是如上述例1方法制备的。盐浴测试样品5在75℃的盐浴中30分钟后保持完好没有变化。
相似样品在50℃的盐浴中暴露了一个晚上，约为14小时之后，保持完好没有变化。例6除了例6在棱镜光导向薄膜和银层间沉积了30埃的“Inconel 600”合金，例6是如上述例1方法制备的。盐浴测试样品6在75℃的盐浴中30分钟后保持完好没有变化。
相似样品在50℃的盐溶液中暴露了一个晚上，约为14小时之后，保持完好没有变化。热和温度测试相似样品在65℃/95％的相对湿度环境中暴露了330小时后，保持完好没有变化。例7除了例7在棱镜光导向薄膜和银层间沉积了10埃的钛涂层，例7如上述例1方法制备的。盐浴测试样品7在75℃的盐浴中浸30分钟后保持完好没有变化。
相似样品在50℃的盐浴中暴露了一个晚上，约为14小时之后，从棱镜光导向薄膜/银交界面边缘传播的分层说明不合格。热和湿度测试相似样品在70℃/95％的相对湿度环境中暴露了少于240小时后，从棱镜光导向薄膜/银交界面边缘传播的腐蚀的出现，说明了不合格。例8
除了例8在棱镜光导向薄膜和银层间沉积了40埃的钛涂层，例8是如上述例1方法制备的。盐浴测试样品8在75℃的盐浴中浸30分钟后保持完好没有变化。
相似样品在50℃的盐浴中浸了一个晚上，约为14小时之后，保持完好没有变化。热和湿度测试相似样品在70℃/95％的相对湿度环境中暴露了少于240小时后，从棱镜光导向薄膜/银交界面边缘传播的腐蚀的出现，说明不合格。
用10％的氯化钠水溶液的5微升等分试样边缘活化的相似样品，在小于240小时的暴露在65℃/95％相对湿度环境中。从棱镜光导向薄膜/银交界面边缘传播的腐蚀的出现说明不合格。比较实例B比较实例B以与比较实例A相同的方法制备。比较实例B的样品通过机械剪切机把尺寸改变到(1”×1”)，诸如通过适于大规模生产的剪断机切割器。在切割中，释放衬垫存在于丙烯酸丁酯/丙烯酸粘合剂。在切割后，样品被压层到钠钙玻璃和偏振片上。
盐浴测试比较样品B在75℃的盐浴中浸3分钟，从棱镜光导向薄膜/银交界面边缘传播的分层，说明不合格。
相似样品在50℃的盐浴中暴露了一个晚上，约为14小时之后，在环氧丙烯酸酯/银交界面传播的分层，说明不合格。热和湿度测试相似样品在70℃/95％的相对湿度环境中暴露了小于240小时，从棱镜光导向薄膜/银分界面边缘传播的腐蚀黑点的出现说明不合格。
用10％的氯化钠水溶液的5微升等分试样边缘活化的相似样品，在小于240小时的暴露在65℃/95％相对湿度环境中，从环氧丙烯酸酯/银交界面做过记号的边缘传播分层说明不合格。
实例9-11示出了通过使用由激光切割薄膜诱导的边缘密封来增加对盐腐蚀的抗力。例9除了例9由1000瓦的CO2激光器切割定尺寸，例9如比较实例B的方法制备。激光器用100％的负载循环工作在500W，频率10kHz，切割速度为1.6米/秒。在激光器的切割过程中，放置样品使激光在银层前通过粘合剂。盐浴测试样品9在75℃的盐浴中17分钟后保持完好没有变化。
相似样品在50℃的盐浴中暴露了一个晚上，约为14小时后，保持完好没有变化。热和湿度测试相似样品在65℃/95％的相对湿度环境中暴露了331小时后，保持完好没有变化。
用10％的氯化钠水溶液的5微升等分试样在一个边缘活化的相似样品，在活化区保持完好没有变化，但是暴露在65℃/95％相对湿度环境中不到331小时，从通过棱镜光导向薄膜/银交界面边缘传播分离形成的腐蚀黑点的出现却遭到了失败。例10除了例10的切割使激光在粘合剂前通过银层，例10用类似于例9的方法制备。盐浴测试样品10在75℃的盐浴中17分钟后保持完好没有变化。
相似样品在50℃的盐浴中暴露了一个晚上，约为14小时后，保持完好没有变化。热和湿度测试相似样品在65℃/95％的相对湿度环境中暴露了331小时后，保持完好没有变化。
用10％的氯化钠水溶液的5微升等分试样在一个边缘活化的相似样品，在65℃/95％相对湿度环境中暴露了不到331小时，通过棱镜光导向薄膜/银交界面从边缘传播的分层形成的一个腐蚀黑点的出现遭到了失败。例11除了选择切割参数使不切割粘合剂上的释放衬垫，例11用类似于例10的方法制备。盐浴测试样品11在75℃的盐浴中17分钟后保持完好没有变化。
相似样品在50℃的盐浴中暴露了一个晚上，约为14小时后，通过在棱镜光导向薄膜/银交界面从边缘传播的分层说明了不合格。热和湿度测试相似样品在70℃/95％的相对湿度环境中暴露了240小时后，保持完好没有变化。
用10％的氯化钠水溶液的5微升等分试样在一个边缘活化的相似样品，在65℃/95％相对湿度环境中暴露了不到331小时，通过棱镜光导向薄膜/银交界面从边缘传播的分层说明了不合格。
本发明不应仅限于上述具体的实例，但是应该理解本发明覆盖了所附的由权利要求限定的本发明的所有方面。普通技术人员在参阅了本发明说明书后可以清楚本发明可以实施的各种修改，等价技术方案以及几种结构。权利要求覆盖了这样的修改和装置。
权利要求
1.光导向结构，其特征在于，包括(a)棱镜结构，它有第一和第二表面，第二表面包括有倾斜表面的锯齿结构；棱镜结构由无卤素的紫外可聚合合成物制成；(b)紧邻锯齿结构的透射反射金属涂层，透射反射金属涂层有至少10％的可见光透射率；以及(c)紧邻各个透射反射金属涂层和棱镜结构的防腐蚀部分，防腐蚀部分使可见光的透射和反射之和减小到小于5％。
2.如权利要求1所述的光导向结构，其特征在于，其中抗腐蚀部分使可见光的透射和反射之和减小到小于2％。
3.如权利要求1所述的光导向结构，其特征在于，其中紫外聚合组合物包括交联环氧丙烯酸酯。
4.如权利要求3所述的光导向结构，其特征在于，其中紫外光可聚合组合物包含双酚A环氧二丙烯酸酯，占紫外光可固化树脂材料总重量的55-80％；甲基苯乙烯，占紫外光可固化树脂材料总重量的5-25％；丙烯酸酯化的环氧，占紫外固化树脂材料中的总重量百分比为1-10％；光引发剂，占紫外固化树脂材料中的总重量百分比为0.25-5％；以及含氟表面活性剂，占紫外固化树脂材料中的总重量百分比为0.1-0.3％。
5.如权利要求1所述的光导向结构，其特征在于，其中透射反射金属涂层包括选自银，铬，镍，铝，钛，金，锆，铂，钯，铑和其合金这一组中的一种金属。
6.如权利要求5所述的光导向结构，其特征在于，其中透射反射金属涂层包括银。
7.如权利要求5所述的光导向结构，其特征在于，其中透射反射金属涂层的厚度约为300埃到约为400埃。
8.如权利要求1所述的光导向结构，其特征在于，其中抗腐蚀部分是布置在棱镜结构和透射反射金属涂层间的中间层。
9.如权利要求8所述的光导向结构，其特征在于，其中中间层包括选自铬，镍，铁，铝，钛，银，金，铪，锆，钽，铌，钨，铂，钒，钼，锡，钯，铑和其合金这一组中的一种金属。
10.如权利要求9所述的光导向结构，其特征在于，其中中间层包括镍—铬合金。
11.如权利要求10所述的光导向结构，其特征在于，其中中间层包括镍—铬—铁合金。
12.如权利要求1所述的光导向结构，其特征在于，具有外周边，抗腐蚀部分包括在透射反射金属层和棱镜结构的所述外外周边上的聚合物涂层。
13.如权利要求12所述的光导向结构，其特征在于，其中聚合物涂层由激光熔化聚合物材料形成。
14.如权利要求1所述的光导向结构，其特征在于，进一步包括(a)在无机保护层上形成的压力灵敏粘合剂层；和(b)在压力灵敏粘合剂层上布置的偏振片。
15.如权利要求14所述的光导向结构，其特征在于，其中压力灵敏粘合剂层包括丙烯酸粘合剂层，所述粘合剂层是光学散射的，并且其中所述粘合剂层防止对金属涂层的损坏。
16.如权利要求15所述的光导向结构，其特征在于，其中压力灵敏粘合剂层包括光学散射微粒。
17.如权利要求1所述的光导向结构，其特征在于，进一步包括(a)聚合物保护层；(b)在聚合物保护层上形成的压力灵敏粘合层；以及(c)在压力灵敏粘合剂层上布置的偏振片。
18.如权利要求17所述的光导向结构，其特征在于，其中聚合物保护层选自聚酯，可溶聚酯，交联环氧树脂，丙烯酸类树脂，环氧丙烯酸酯，聚乙烯，聚1，1-二氯乙烯，聚乙烯醇和聚甲基丙烯酸甲酯。
19.如权利要求17所述的光导向结构，其特征在于，其中聚合物保护层的厚度约为从1纳米到25微米。
20.如权利要求17所述的光导向结构，其特征在于，其中聚合物保护层包括符合棱镜结构倾斜表面的倾斜表面的一侧和基本上是平面的第二侧。
21.如权利要求17所述的光导向结构，其特征在于，其中聚合物保护层包括聚甲基丙烯酸甲酯。
22.如权利要求1所述的光导向结构，其特征在于，还包含布置在第一表面的聚合物基层，所述聚合物基层包含选自PET，聚醚砜，聚碳酸酯，纤维素二乙酸酯，纤维素三乙酸酯。
23.如权利要求22所述的光导向结构，其特征在于，聚合基层的厚度大于等于25微米并且小于等于约为1000微米。
24.如权利要求1所述的光导向结构，其特征在于，其中棱镜层包括倾斜角约为从6°到约为9°的倾斜表面。
25.如权利要求1所述的光导向结构，其特征在于，其中锯齿结构的重复距离从约为30微米到约为80微米。
26.一种显示装置，其特征在于，包括(a)一种光调制层；(b)一个偏振片；(c)一种光导向薄膜，包括(i)聚合物基层；(ii)棱镜结构，有第一和第二表面，第二表面包括有倾斜表面的锯齿结构；棱镜结构由无卤素紫外可聚合组合物形成；(iii)透射反射银涂层，涂覆到有锯齿结构的棱镜结构一侧，银涂层透射至少10％的可见光；(iv)布置在锯齿结构和银层间的金属中间层，所述中间层使可见光的透射和反射之和减小到小于5％。(v)在银层上形成聚甲基丙烯酸甲酯聚合物保护层；并且(vi)在聚合物保护层上形成的散射粘合剂层粘贴到偏振片。
27.一种制造透射反射器的方法，其特征在于，包括以下步骤(a)通过下面步骤提供棱镜光导向薄膜(i)提供在其中有多个空腔的工具；(ii)用包括无卤素紫外可聚合组合物的组合物填充所述空腔；(iii)用紫外光源引发紫外固化材料的聚合；(iv)聚合该组合物产生一个结构；(v)从该工具中移去结构，该结构有第一表面和第二表面，第二表面在其上有多个锯齿结构；(b)在第二表面上涂覆中间层，中间涂层包括一种金属；和(c)在所述中间层上涂覆透射反射银涂层，所述涂层对可见光至少有10％的透射率。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，其中使用包含紫外固化材料的组合物填充空腔的步骤，包括用一种包括约为55-80重量百分比的双酚A环氧二丙烯酸酯；重量百分比为5-25％的甲基苯乙烯；重量百分比为1-10％的环氧丙烯酸酯；重量百分比为0.25-5％的光引发剂；和重量百分比为0.1-0.3％的氟表面活性剂的组合物填充空腔。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，其中在第二表面上涂覆中间层的步骤包括涂覆包括镍铬合金的中间层。
全文摘要
本发明涉及用于显示装置的光导向结构。光导向结构包括有棱镜结构的光导向薄膜，棱镜结构有两侧，其中一侧包括有倾斜表面的锯齿结构，和在有锯齿结构的棱镜基层的一侧上的金属涂层。在光导向结构上生成了抗腐蚀部分以使在盐性大气中的腐蚀效应降到最小。在本发明的第一个实施例中，光导向结构包括位于光导向薄膜和金属涂层间的中间层。在本发明的第二个实施例中，在光导向结构中生成了周边聚合物涂层。这个周边涂层可以由激光器形成。
文档编号G02F1/1333GK1452728SQ00819409
公开日2003年10月29日 申请日期2000年7月28日 优先权日2000年4月3日
发明者T·J·加德勒, R·F·格里菲斯, L·L·林斯, L·A·麦耶, J·A·史蒂文森 申请人:3M创新有限公司