亮白的光学薄膜的制作方法

专利名称：亮白的光学薄膜的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及光学薄膜和涂层，本发明尤其涉及用作漫反射体或漫射体的薄膜或涂层。
背景技术：
漫射体和漫反射体被用于需要有效利用光源的光的各种应用。这些应用是例如反射式显示器、投影屏幕、照明设备的反射体等。
尤其，漫反射体对于改善反射式显示器，尤其是液晶显示器(LCD)的性能很有用。改善的参数主要是亮度、最大亮度的观察角，以及眩光造成的低对比度。实现高效的象白纸的反射式显示器要求漫反射体具有宽的观察区域、低眩光、反射率与偏振无关、白纸般的外观以及高的亮度增益。
白度可以例如通过与“标准白色”比较来表征。通常BaSO4或spectralon用作标准白色。为了比较不同反射体的颜色，对其颜色坐标进行了测量，例如在CIE标准日光光源D65照射下的基于CIE 1931标准的颜色坐标，然后这些颜色坐标与BaSO4的对应颜色坐标进行比较。BaSO4的CIE坐标为(Y，x，y)＝(1.33，0.314，0.330)。
亮度增益(亮度增强)也可以通过与标准白色例如BaSO4或spectralon比较来表征。它可以定义为在相同照明和观察条件下来自所述反射体的反射率与来自一个标准白色的反射率的比值。例如，由CIE坐标，该增益可以定义为所述反射体的亮度Y与BaSO4的亮度Y0的比值Y/Y0。
常规的反射式LCD，例如，使用在眩光角处最亮的金属反射体。但是，为了避免由于从反射体以及从显示器表面的镜面反射(眩光角处的反射)导致的严重的图像退化，观察者应该在一个倾斜位置阅读显示器，使得从具有最大反射的眩光角处发生偏移。因此，对比度和亮度降低并且颜色饱和度降低。
为了补救这些问题，研制了全息反射体，通过偏转来自眩光角的显示器图像来提高亮度和对比度。同样的适用于具有不对称的机械加工的布局的某些漫射的定向反射体，例如磨光的或微斜的反射体。但是，现有的解决方案仍显示出局限性，例如，受限制的观察角、可见光谱范围内的亮度不足、与波长和观察角有关的有色外观、对于入射光偏振态的灵敏度、制造的复杂性、应用于大面积的难度、成本或反射体的非现场适用性。
作为背景信息，图1示意性地显示了具有周期Λ和高度h的一个单调制正弦立体衍射光栅。已知关于光栅法线成θi角入射在这样一个光栅结构上的波长λ的光，将垂直于凹槽方向，衍射成与表面法线成θm角的几束或几级(m)。衍射级(m＝0，±1，±2等)服从光栅方程mλf＝sinv(θi)-sinv(θm)，其中f＝1/Λ为凹槽频率或密度。对于一个特定波长λ，满足|mλ/Λ|＜2的衍射级m的所有值对应于物理可实现的衍射级。因此，仅有限数量的衍射级可以被传播，例如图1中所示，其中R0为零级(m＝0)或沿θi＝θ0的镜面反射，R1为沿θ1的一级衍射(m＝1)，R2为沿θ2的二级衍射(m＝2)。
光栅可以用于反射或透射，并且可以选择尺寸以在选定波长和/或衍射级(观察角)处具有高效率。单频率光栅的缺点包括窄观察区域以及反射率或透射率与波长有关的作用。这通常导致反射体具有与波长和观察角有关的有色外观，或者具有与入射光的偏振态有关的反射率。
原则上，使用特殊波纹或布局有可能避免大多数这些问题。例如，如果在单个层中存在几种频率或者更通常是几种凹槽尺寸，而非单个频率，就可以调整它们的值和分布，使得产生所需的特性(更高的增益、更宽的观察角、更白的外观、与偏振无关的反射率等)。对于凹槽频率以及角度θi和θ值的一个特定集合，多于一个波长满足光栅方程。可能有几个分立的波长，当乘以连续的整数m时，满足相长干涉的条件。类似地，对于波长以及观察角θi和θ值的一个特定集合，多于一个凹槽频率或凹槽周期满足光栅方程。连续的衍射级也可能沿相同的观察角重叠。由光栅方程，显然，对于满足方程的所有m，第一级(m＝1)入射的波长λ的光将与第二级(m＝2)衍射的波长λ/2的光等等重合。如果存在几种频率(尺寸)，而非单个频率，则通过改变凹槽频率可以获得相同的结果，即第一级(m＝1)来自凹槽频率2f衍射的的波长λ的光将与第二级(m＝2)来自凹槽频率f衍射的光等等重合，由此增大沿该特定角度的亮度增益。同样，几种频率的存在可以增加观察区域。例如，波长λ的光将在沿角度θ1来自凹槽频率f1以及沿角度θ2来自凹槽频率f2的第一级(m＝1)衍射。
讨论及表征表面散射和反射的一种方法是双向反射分布函数BRDF(见例如John C.Stover在SPIE第1165卷，来自光学元件的散射(1989)，第2-9页)。BRDF，显示出表面的照度差异与反射的亮度差异之间的关系，是一个多向方程，描述从一个表面反射和散射的光强同角度和偏振的关系。在某些情况下，BRDF本质上与涉及空间频率矢量f的功率谱密度函数PSD(f)成比例。因此，散射数据的判读可以基于PSD(f)，它可以通过取表面轮廓h(x，y)的傅立叶变换的平方，从表面轮廓数据直接导出。PSD是BRDF表达式中最重要的因素之一，因为它是一个纯表面量，并且包含有关造成散射的表面的信息(周期、形状等)。表面频率矢量的分量通过光栅方程与散射角有关 它可以看作是来自具有空间波长Λ＝1/f的光栅的第一衍射级的光栅方程的归纳。这里，散射角θ相对于表面法线测量(极角)，s相对于入射平面测量(方位角)，fx和fy分别为沿x和y轴的波纹频率。
如果表面波纹是空间各向同性的，则PSD仅与表面空间频率的大小有关，与其在表面平面的方向(即方位s)无关。另一方面，如果表面波纹包含周期成分，例如正弦凹槽，则散射光产生具有一系列分立的衍射尖峰的角度分布，这些尖峰的位置由光栅方程确定。如果凹槽长度减小，则沿凹槽方向锐度减弱且衍射峰扩展，并且更多的光散射到方位方向。同样，如果凹槽方向垂直于入射平面(s＝0)，则沿如图1所示的该平面发生衍射级。但是，如果凹槽方向在入射平面之外(s≠0)，则光将至少部分散射出平面。因此，除了该极面观察区域之外，通过调整参数例如凹槽方向和尺寸分布的程度，也可以实现在方位观察区域上的某些控制。这使得有可能制造具有适度方向性的漫射体和反射体。这种漫射体和漫反射体例如对于液晶显示器是较好的，因为我们可以有效地使用沿该极面观察区域的散射光的更多部分，而不会使方位观察区域完全变窄。
如果有几种散射机理，源自不同的起因或简单地由于不同的散射布局或不同的凹槽方向，并且它们是(统计)无关的，则它们的BSDF相加。如果它们不是无关的，则可能有重要的干涉效应，与中间波长相关。
最近，描述了在聚合体薄膜的表面上产生波纹的一种新技术。现在称作单体波纹(MC)技术，并且在例如Rolic AG的PCT专利申请公布WO 01/29148中，在M.lbn-Elhaj & M.Schadt，自然410卷，796-799页，2001年中，以及在M.lbn-Elhaj & M.Schadt，亚洲显示器/IDW’01(第21届国际显示器研究会议论文集)，505-508页中公开，所有这些在此一并作为参考。
MC技术基于可交联材料与不可交联材料的混合-例如液晶预聚物与单体液晶的混合的涂层，其中仅该预聚物是可交联的。涂覆之后，通过交联该可交联成分，较好地通过暴露于紫外辐射，逐渐引起相位分离或分层。随后非交联成分的去除使得在交联的固体聚合体薄膜中留下小孔。小孔的尺寸和形状与MC材料设计和薄膜预备有关。除了布局上各向同性的小孔外，还可以形成各向异性的MC布局，例如在显示各向异性的对准力的表面，例如液晶的定向层上。
垂直MC断面的小孔或凹槽周期和高度以及小孔或凹槽的分布和体积分数是可调的，通过调整制造参数，尤其是溶剂种类、混合比例、溶剂中的浓度、薄膜厚度、强度、持续时间、波长、入射角和光的偏振态，以及对准方向和对准强度来实现。图2显示30×30微米的接触模式的原子力显微(AFM)图像，表示这种MC薄膜的典型布局。凹槽的平均周期和平均高度为Λa＝3.75微米，ha＝218纳米，凹槽体积分数Φ近似为48％。图3给出图2所示MC薄膜的凹槽结构沿白线所示迹线的AFM横截面轮廓。
已经描述原则上MC布局可以作为漫射体，以及在漫射体上面沉积薄金属层作为漫反射体，并且这种漫射体或漫反射体可以显示改善的亮度增强。但是，在漫射体和漫反射体具有良好亮度的情况下，通常难以在足够宽的观察区域同时达到可与标准白色相比的真正白色的外观，并且该发现对于MC薄膜也是正确的。
需要漫射体和漫反射体在某个波长范围显示本质上均匀和恒定的反射率。尤其，需要漫射体和漫反射体显示明显的亮度增强，同时白度接近标准白色例如BaSO4或spectralon。
本发明的发明者现在已经成功地进一步研究MC技术，使得能够创建具有特定增强性质的MC布局。

发明内容
因此，本发明提供一种漫反射体或漫射体，由单体波纹的薄膜或涂层构成，当采用CIE标准光源D65在一个选定方向(例如关于表面法线成30°)照明时，具有以下性质在至少五度的所需观察角范围内(例如从15°到20°的极角θ内)，所述漫反射体或漫射体与标准白色BaSO4在CIE色度坐标(x，y)上的差异不超过0.05，并且与标准白色BaSO4相比亮度增益不小于二。
该单体波纹的薄膜或涂层的制造方法包括制成至少两种材料的混合物，其中一种为可交联的，另一种是不可交联的，将该混合物施加到一个基底上，交联该可交联材料的至少大部分，并且去除该不可交联材料的至少大部分。
较好地，CIE色度坐标(x，y)的差异不超过0.025，在更好的实施例中不超过0.01。
有利地，亮度增益不小于五，并且更好地不小于十。
较好地，CIE色度坐标(x，y)的差异和亮度增益在至少十度的所需观察角范围内指定，更好地在至少二十度的所需观察角范围内，并且最好地在至少三十度的所需观察角范围内。
有用地，该单体波纹薄膜或涂层的结构包括凹槽周期和/或凹槽高度的一个预选的分布。较好地，凹槽周期的分布主要在0.5和10微米之间。较好地，凹槽高度的分布主要在50和450纳米之间。
有利地，在所需的观察角范围内，该漫反射体或漫射体的反射率或透射率实质上与偏振无关。
有用地，用于制造该单体波纹薄膜或涂层的可交联材料可以通过交联过程中的横向各向异性对准力维持在定向状态。
例如通过一个对准的基底表面或下面的定向层，尤其可以是一个光定向层例如偶氮染料或线性聚合的光敏聚合物或者机械制造的定向层例如摩擦的聚酰亚胺，可以进行定向。另一个可能性是使用本身包含可光定向成分的一种混合物；这种定向方法的例子可以在例如RolicAG的PCT专利申请公布WO 99/64924中找到。
较好地，用于制造该单体波纹薄膜或涂层的可交联材料包括杆状(calamitic)形状的分子。更好地，该可交联材料为液晶，并且在这种情况下该不可交联材料有利地也可以为液晶。
对于那些熟练的技术人员，合适材料的例子是众所周知的。这些材料以及制造和使用该材料的方法的例子可以在例如欧洲专利申请公布EP-0331233、PCT专利申请公布WO-95/24454、WO-00/04110、WO-00/07975、WO-00/48985、WO-00/55110和WO-00/63154，以及美国专利US-5,567,349中找到。
本发明被认为可适用于显示器例如反射式或半透反射式显示器，尤其是液晶显示器，还可适用于投影屏幕、照明设备的反射体、光通信等。
因此，本发明进一步延伸到一种光学显示器装置，较好地为液晶显示器，包括如上所述的一个漫反射体或漫射体。
根据本发明的漫射体或反射体能够使透射或反射的入射光重定向到所需的非反射观察锥体，其形状由凹槽布局确定。尺寸(凹槽周期和高度)、波纹的垂直断面及其分布和体积分数可以通过MC过程调整。它可以用于控制透射和反射光的空间分布，以及实现所需的偏振态和白度。
根据本发明的漫射体和漫反射体的另一个优点是它们可以在单层涂覆过程中制成。


本发明的以上概要并不试图描述本发明的每个公开的实施例和每个实施。考虑到以下本发明的各种实施例的描述，结合附图，可以更完全地理解本发明。在这些附图中图1是单频率正弦光栅的示意性图解，显示根据光栅方程的某些衍射级；图2是一幅原子力显微图像(30×30微米)，显示通过单体波纹技术制造的一种布局结构薄膜的一个例子；图3给出图2所示凹槽结构沿白线所示迹线的AFM横截面轮廓；图4a是根据本发明的漫反射体的一个例子(例子1)的凹槽频率分布的曲线图，表示为平均一维功率谱密度函数1D-PSD(f)；图4b是当关于法线成-30°照明时例子1的反射率与观察角的曲线图；图4c是当成-30°照明并且以从5°到25°的不同观察角观察时，例子1的反射率与波长关系的曲线图；图5a是根据本发明的漫反射体的另一个例子(例子2)的凹槽频率分布的曲线图；图5b是当关于法线成-30°照明时例子2的反射率与观察角的曲线图；图5c是当成-30°照明并且以从5°到25°的不同观察角观察时，例子2的反射率与波长关系的曲线图；图6a是根据本发明的漫反射体的又一个例子(例子3)的凹槽频率分布的曲线图；图6b是当关于法线成-30°照明时例子3的反射率增益随观察角的变化的曲线图；图7a显示根据本发明的漫反射体的另三个例子(例子4到6)的原子力显微图像(30×30微米)；图7b是例子4到6的凹槽频率分布的曲线图；图7c是当关于法线成-30°照明时例子4到6的反射率与观察角的曲线图；图8a是根据本发明的漫反射体的另两个例子(例子7和8)的凹槽频率分布的曲线图；图8b是例子7和8的凹槽高度分布的曲线图；以及图8c是当关于法线成-30°照明时例子7和8的反射率与观察角的曲线图。
具体实施例方式
发明者发现MC技术允许根据本发明的漫射体和漫反射体的预备通过在相位分离过程中控制该预备参数从而具有适当的布局参数。例如，通过适当改变交联能，可以实现具有不同体积分数的凹槽以及不同凹槽周期和高度分布的MC布局。但是，具有类似凹槽周期分布但是不同凹槽高度分布和体积分数的适当的MC布局也是可实现的。
这种波纹涂层的例子是具有几种凹槽尺寸的重叠的波纹涂层，可以是空间有序或无序的。如果每个凹槽(i)的尺寸由频率(fi)和高度(hi)确定，则现有频率和高度的范围及其关系可以通过控制交联过程来调整。频率fi的每个凹槽(或凹槽集合)将根据光栅方程使光散射到一个确定好的角度。hi和fi的值及其分布可以被调整，使得在一个预定波长范围内，由于来自该布局的散射，观察区域明显增加。
除了根据光栅方程可以控制的观察区域之外，零级反射和散射光的相对量也可以通过调高宽比(定义为h/Λ)的范围和分布来控制。例如，通过调整高宽比，眩光可以彻底减少，并且更多的光可以重定向到非反射方向，导致在非反射角处有很强的亮度增强。
现在将要描述根据本发明的分别表示漫反射体或漫射体的一些例子。
对于所有例子，使用了可光致交联的以及不可交联的液晶单体。以下显示该化合物的化学结构。化合物A、B和C是可交联的二丙烯酸酯单体(预聚物)，化合物D，也称作5CAPO2，是不可交联的向列液晶单体。
化合物A 化合物B 化合物C 化合物D 该混合物的预备包含40wt％的化合物A、7.5wt％的化合物B、2.5wt％的化合物C、49wt％的化合物D、0.5wt％的光引发剂(CIBA的Irgacure(商标)369)以及0.5wt％的BHT(丁基羟基甲苯)作为抑制剂。
由以上混合物，在醋酸丁酯/乙醇混合物(19份/1份)中制成两种溶液22wt％的溶液(MC溶液1)和15wt％的溶液(MC溶液2)。使用超声波振动(BRANSON超声波公司的索尼法伊厄(商标)“W-250”数字式超声波降解器)通过适度搅拌5分钟使该溶液均匀，然后通过一个0.2微米的过滤器过滤。
为了预备该布局结构的薄膜，MC溶液1或MC溶液2被涂覆在一个定向层上。在例子中，使用由非接触线性光聚合(LPP)技术制成的定向层。确切地，光定向材料JP265在环戊酮中的2％溶液以3000rpm被薄薄地旋转涂覆到玻璃板上，该光定向材料可从Vantico购买到，是一种线性可光聚合的聚合体。该板在电炉上以180℃加温10分钟。合成层的厚度约为60纳米。然后使用200W高压水银灯发出的线偏振的紫外光在室温下照射该层30秒。该紫外光在板处的强度定为1mW/cm2。光的偏振方向处于垂直于该板的平面内。
在预备对应薄膜或涂层时使用的该混合物/溶液的特定成分以及特定参数导致一种表面布局结构，该结构显示预期的合适的凹槽构成，包括例如凹槽周期、凹槽高度、凹槽形状、凹槽方向等的可控变化。
例子1本例子表示根据本发明的一个漫反射体的第一样本。
为了制造该样本，上述MC溶液1以6000rpm被薄薄地旋转涂覆到以上述方式预备的LPP定向层上。然后该层在室温下在氮气下使用紫外强度0.7mW/cm2的水银灯发出的各向同性(非偏振)光照射1分钟，以使可交联的液晶单体交联。此后，使用乙醇清洗该层，以去除非交联的材料，并且在50℃退火5分钟，以去除残留溶液。使用接触模式的AFM，可以发现形成了凹槽(或沟道)，并在下面的定向层的方向延长。最后，约100纳米厚的薄银层被蒸发到该凹槽层上。AFM研究显示该蒸发的金属层完全覆盖该凹槽层，并且凹槽仍然存在。
图4a显示该样本的凹槽频率分布-以平均一维功率谱密度函数PSD(f)的形式表示。PSD函数是表面轮廓的傅立叶变换的平方(见前言部分的解释)。由图可以看出，有多于一个的凹槽频率，即多于一个的凹槽周期。事实上，凹槽频率的整个分布的主要部分在大约0.1μm-1到大约0.66μm-1之间，即凹槽周期的分布从大约1.5μm到大约10μm。
图4b显示对应的散射性质，即当使用波长550纳米的P偏振(平行于凹槽方向)和S偏振(垂直于凹槽方向)光关于法线成-30°照明时，该样本的反射率与观察角有关。可以看到，大部分光线不是镜面反射(30°)，而是散射到不同的方向，导致宽的散射轮廓，相当大份额的光线散射到0°和60°之间的观察角。为了比较，还显示了来自标准白色BaSO4的反射率。此外，由该P偏振和S偏振的测量，显然，在相对大的观察区域内反射率实质上与偏振无关。
图4c的曲线图显示当使用非偏振光成-30°照明并以不同观察角观察时，来自样本的反射率与波长的关系。这些结果证明在相对大的观察区域内反射率实质上与波长无关，即具有白色的外观。更确切地，使用一个D65光源，由这些曲线决定的CIE坐标(Y，x，y)在-5°时为(2.41，0.308，0.321)，在0°时为(3.6，0.32，0.329)，在5°时为(5.64，0.332，0.344)，在10°时为(9.94，0.326，0.35)，在15°时为(13.4，0.296，0.328)，在25°时为(11.13，0.316，0.323)，而标准白色BaSO4的CIE坐标为(1.33，0.314，0.330)。
如果定义与标准白色的偏差为(Δx，Δy)，其中Δx＝x-x0，Δy＝y-y0，则给定数据的比较证明该偏差很小，即(Δx，Δy)在-5°时为(-0.006，-0.009)，在0°时为(0.006，-0.001)，在5°时为(0.018，0.014)，在10°时为(0.012，0.020)，在15°时为(-0.018，-0.002)，在25°时为(0.002，-0.007)。
此外，由图4b和4c，同样显然，亮度比标准白色显著增强。作为亮度增益的量度，可以取亮度比Y/Y0，并且各比较结果显示Y/Y0的增强在-5°时为1.81，在0°时为2.71，在5°时为4.24，在10°时为7.47，在15°时为10.08，在25°时为8.27。
因此，例子1的漫反射体具有接近标准白色BaSO4的白色外观，并且同时在一个宽的观察角区域保持高亮度。
例子2例子2的预备类似于例子1，除了现在MC溶液1以2000rpm被旋转涂覆。图5a显示合成的凹槽频率分布。其主要部分在大约0.1μm-1到大约1.3μm-1之间，即凹槽周期主要处于从大约0.8μm到大约10μm的范围内。图5b显示当关于法线成-30°照射时对应的散射性质，并且可以看到大部分光线近似均匀地散射到10°和60°之间的观察角。此外，由该P偏振和S偏振的测量，显然，反射率与偏振几乎完全无关。P偏振和S偏振光与非偏振光在整个观察区域内的反射率的差异小于4％。图5c的曲线图显示当使用非偏振光成-30°照明并以不同观察角观察时，来自样本的反射率与波长的关系。同样在此情况下，反射率本质上与波长无关，即具有白色的外观。使用一个D65光源，由这些曲线决定的CIE坐标(Y，x，y)在-5°时为(2.6，0.303，0.322)，在0°时为(3.6，0.304，0.324)，在5°时为(5.3，0.307，0.327)，在10°时为(7.7，0.316，0.331)，在15°时为(12.0，0.339，0.35)，在25°时为(21.3，0.313，0.324)。
与标准白色的偏差的对应值(Δx，Δy)在-5°时为(-0.011，-0.008)，在0°时为(-0.010，-0.006)，在5°时为(-0.007，-0.003)，在10°时为(0.002，0.001)，在15°时为(0.025，0.020)，在25°时为(-0.001，-0.006)，并且亮度增益Y/Y0在-5°时为1.95，在0°时为2.71，在5°时为3.98，在10°时为5.79，在15°时为9.02，在25°时为16.02。
因此，例子2的漫反射体同样具有白色的外观，并且同时在一个宽的观察角区域保持高亮度。
例子3对于该例子，MC溶液1以2100rpm被薄薄地旋转涂覆到LPP定向层上，该定向层由如上所述的该线性可光聚合的聚合体材料JP265制成。然后该层在室温下在氮气下使用水银灯发出的紫外强度为0.7mW/cm2的各向同性(非偏振)光照射30秒，以使可交联的液晶单体交联。然后，使用乙醇清洗该层，以去除非交联的材料，并且随后在50℃退火大约5分钟，以去除残留溶液。最后，约100纳米厚的薄银层被蒸发到该层上。蒸发之后，AFM研究显示在下面的定向层的方向延长的凹槽在交联的液晶单体层中构成，并且该层被蒸发的银层完全覆盖。最终样本的总厚度为380纳米。
样本的平均凹槽周期Λa为4.3微米，平均凹槽高度ha为153纳米。图6a中给出了样本的平均一维功率谱密度函数，即凹槽频率分布。它由垂直于纵向凹槽方向的一幅AFM图像的平均一维傅立叶变换的平方计算得到，并且显示在0.25μm-1附近(对应大约4μm的凹槽周期)具有一个主峰的凹槽频率分布。
使用配备有一个积分球的Perkin-Elmer Lambda 900分光计研究该光学性质即绝对角度反射率。图6b显示当使用波长550纳米的绿光关于法线成-30°角照明时，相对于标准白色BaSO4的反射率或亮度的增益随观察角的变化。在10°和50°的观察角处亮度增益仍大于4，并且在25°和35°之间的区域增加到大于20。
该例子3的样本决定的CIE坐标(Y，x，y)在-5°时为(1.9，0.302，0.320)，在0°时为(2.7，0.304，0.321)，在5°时为(3.9，0.309，0.325)，在10°时为(6.5，0.322，0.337)，在15°时为(12.3，0.328，0.349)，在20°时为(18.6，0.301，0.330)，在25°时为(27.7，0.337，0.344)，与标准白色的偏差(Δx，Δy)在-5°时为(-0.012，-0.010)，在0°时为(-0.010，-0.009)，在5°时为(-0.005，-0.005)，在10°时为(0.008，0.007)，在15°时为(0.014，0.019)，在20°时为(-0.013，0.000)，在25°时为(0.023，0.014)，并且亮度增益Y/Y0的值在-5°时为1.43，在0°时为2.03，在5°时为2.93，在10°时为4.89，在15°时为9.25，在20°时为13.98，在25°时为20.83。
例子4至6如例子4至6，预备了根据本发明的漫反射体的三个样本，它们具有类似的凹槽体积分数但不同的凹槽周期和高度分布。
为了预备，使用了上述MC溶液2。该溶液如例子1中所述那样被薄薄地旋转涂覆到一个定向层上，但是使用了不同的旋转涂覆速度。例子4使用2000rpm，例子5使用1700rpm，例子6使用1200rpm。然后使用0.7mW/cm2的紫外辐射照射60秒使合成的层交联，并且随后使用乙醇清洗该层并使用如例子1所述的相同步骤退火。最后，约100纳米的银层被蒸发到该层上。该三个样本分别具有300、320和350纳米的总厚度。
在图7a中，表示了该三个样本的30×30微米的AFM图像。例子4在左侧，例子5在中间，例子6在右侧。AFM研究显示这些样本具有几乎相同的凹槽体积分数，约为50％。但是，平均凹槽周期Λa和平均凹槽高度ha不同。例子4的平均凹槽周期为1.53微米，例子5为1.9微米，例子6为2.32微米。例子4的平均凹槽高度为104纳米，例子5为123纳米，例子6为147纳米。
图7b显示这些样本的一维功率谱密度函数，即凹槽频率分布，图7c表示使用波长550纳米的光关于法线成-30°角照明的这些样本的反射率与测量的观察角的关系。图7c中的箭头表示对应散射(非反射)光最大值的散射角。根据光栅方程，这些角度与对应图7b中一维功率谱密度函数的最大值的平均或优势频率是一致的。
以下可以给出这些样本决定的CIE坐标(Y，x，y)、与标准白色的偏差(Δx，Δy)以及亮度增益Y/Y0的值。
例子4(Y，x，y)在-5°时为(5.7，0.334，0.351)，在0°时为(8.5，0.315，0.343)，在5°时为(10.5，0.287，0.319)；(Δx，Δy)在-5°时为(0.020，0.021)，在0°时为(0.001，0.013)，在5°时为(-0.027，-0.011)；Y/Y0在-5°时为4.29，在0°时为6.39，在5°时为7.89。
例子5(Y，x，y)在-5°时为(4.8，0.326，0.333)，在0°时为(7.6，0.330，0.345)，在5°时为(11.2，0.318，0.344)，在10°时为(14.3，0.295，0.327)，在55°时为(5.5，0.296，0.329)，在60°时为(3.9，0.312，0.345)，在65°时为(2.5，0.326，0.354)；(Δx，Δy)在-5°时为(0.012，0.003)，在0°时为(0.016，0.015)，在5°时为(0.004，0.014)，在10°时为(-0.019，-0.003)，在55°时为(-0.018，-0.001)，在60°时为(-0.002，0.015)，在65°时为(0.012，0.024)；Y/Y0在-5°时为3.61，在0°时为5.71，在5°时为8.42，在10°时为10.75，在55°时为4.14，在60°时为2.93，在65°时为1.88。
例子6(Y，x，y)在-5°时为(4.4，0.309，0.321)，在0°时为(6.5，0.328，0.332)，在5°时为(9.9，0.322，0.347)，在10°时为(15.0，0.325，0.351)，在15°时为(17.9，0.300，0.333)；(Δx，Δy)在-5°时为(-0.005，-0.009)，在0°时为(0.014，0.002)，在5°时为(0.008，0.017)，在10°时为(0.011，0.021)，在15°时为(-0.014，0.003)；Y/Y0在-5°时为3.31，在0°时为4.89，在5°时为7.44，在10°时为11.28，在15°时为13.46。
例子7和8以下两个样本，例子7和例子8表示根据本发明的漫反射体，它们具有类似的凹槽周期分布但不同的凹槽高度分布。
这些样本是根据例子3中所述的方法制成的，除了旋转涂覆速度为3000rpm并且例子7中用于交联的照射时间为120秒，例子8中为60秒。
图8a显示这两个样本的一维功率谱密度函数，即凹槽频率分布。两样本的分布的形状非常类似，这意味着关于其凹槽周期分布，它们具有类似的布局。但是，关于凹槽的高度，两样本不同，这可以从图8b所示的其凹槽高度分布看到。
图8c表示合成的散射性质。它显示当使用波长550纳米的光关于法线成-30°角照明时，使用一个Perkin Elmer分光计测量的反射率随观察角的变化。为了比较，图中还包含标准白色BaSO4的反射率值以及通过将薄银层蒸发到一个光滑玻璃基底上制成的常规金属反射体的反射率值。
与金属反射体及其强反射(眩光)峰，例子7的眩光减弱大约80％，例子8的眩光减弱超过90％。这显示通过调整高宽比(凹槽高度与周期的比值)，眩光可以被很大程度地减弱，更多的光可以定向到非反射方向。
例子7的CIE坐标(Y，x，y)、与标准白色的偏差(Δx，Δy)以及亮度增益Y/Y0的值为(Y，x，y)在25°时为(20.1，0.290，0.321)，在30°时为(21.6，0.288，0.319)；(Δx，Δy)在25°时为(-0.024，-0.009)，在30°时为(-0.026，-0.011)；Y/Y0在25°时为15.11，在30°时为16.24；对于例子8(Y，x，y)在-5°时为(5.1，0.325，0.337)，在0°时为(6.6，0.340，0.347)，在20°时为(11.3，0.299，0.338)，在50°时为(10.8，0.284，0.322)；(Δx，Δy)在-5°时为(0.011，0.007)，在0°时为(0.026，0.017)，在20°时为(-0.015，0.008)，在50°时为(-0.030，-0.008)；Y/Y0在-5°时为3.83，在0°时为4.96，在20°时为8.50，在50°时为8.12。
应当理解到本发明不限于所述的特定实施例。正相反，本发明将覆盖属于本发明的精神和范围内的所有变型、等价物和备选方案。本发明可以应用的各种变型、等价过程以及众多结构对于那些熟练的技术人员是很显然的。本发明旨在向其述评目前的说明书。
权利要求
1.一种漫反射体或漫射体由单体波纹的薄膜或涂层构成，当采用CIE标准光源D65在一个选定方向照明时，具有以下性质在至少五度的所需观察角范围内，所述漫反射体或漫射体与标准白色BaSO4在CIE色度坐标(x，y)上的差异不超过0.05，并且与标准白色BaSO4相比亮度增益不小于二。
2.权利要求1的漫反射体或漫射体，其中至少五度的所需观察角范围包括从至少15°到20°的极角θ。
3.根据权利要求1或2的漫反射体或漫射体，其中使用CIE标准光源D65照明的该选定方向关于表面法线成20°和40°之间，较好地为30°。
4.根据权利要求1至3之一的漫反射体或漫射体，其中亮度增益不小于五，并且更好地不小于十。
5.根据权利要求1至4之一的漫反射体或漫射体，其中CIE色度坐标(x，y)的差异不超过0.025，在更好的实施例中不超过0.01。
6.根据权利要求1至5之一的漫反射体或漫射体，其中CIE色度坐标(x，y)的差异和亮度增益在至少十度的所需观察角范围内规定，更好地在至少二十度的所需观察角范围内，并且最好地在至少三十度的所需观察角范围内。
7.根据权利要求1至6之一的漫反射体或漫射体，其中该单体波纹薄膜或涂层的结构包括凹槽周期(Λ)和/或凹槽高度(h)的一个预选的分布。
8.根据权利要求7的漫反射体或漫射体，其中凹槽周期(Λ)的分布主要在0.5和10微米之间。
9.根据权利要求7的漫反射体或漫射体，其中凹槽周期(Λ)的分布主要在1.5和5微米之间。
10.根据权利要求7至9之一的漫反射体或漫射体，其中凹槽高度(h)的分布主要在50和450纳米之间。
11.根据权利要求7至9之一的漫反射体或漫射体，其中凹槽高度(h)的分布主要在100和300纳米之间。
12.根据权利要求7至11之一的漫反射体或漫射体，其中凹槽体积分数(Φ)在30％和70％之间，较好地在50％左右。
13.根据权利要求1至12之一的漫反射体或漫射体，其中垂直于纵向凹槽方向的表面轮廓的平均一维傅立叶变换的平方构成凹槽频率分布，有效值的主要部分从大约0.1μm-1到大约2μm-1。
14.根据权利要求1至12之一的漫反射体或漫射体，其中垂直于纵向凹槽方向的表面轮廓的平均一维傅立叶变换的平方构成凹槽频率分布，有效值的主要部分从大约0.1μm-1到大约1.3μm-1。
15.根据权利要求13或14的漫反射体或漫射体，其中该凹槽频率分布包括的最大值在大约0.1μm-1到大约2μm-1之间，尤其在大约0.1μm-1到大约1.3μm-1之间，更加尤其在大约0.1μm-1到大约1μm-1之间。
16.根据权利要求1至15之一的漫反射体或漫射体，其中在所需观察角范围内，该漫反射体或漫射体的反射率或透射率实质上与偏振无关。
17.根据权利要求1至16之一的漫反射体或漫射体，其中用于制造该单体波纹薄膜或涂层的可交联材料可以通过交联过程中的横向各向异性对准力维持在定向状态。
18.根据权利要求1至17之一的漫反射体或漫射体，其中该定向归因于一个对准的基底表面或一个下面的定向层。
19.根据权利要求18的漫反射体或漫射体，其中该定向层为光定向层。
20.根据权利要求1至19之一的漫反射体或漫射体，其中一个反射层，较好地是一个银层，被施加到该单体波纹的薄膜或涂层上。
21.根据权利要求1至20之一的漫反射体或漫射体，其中用于制造该单体波纹薄膜或涂层的可交联材料包括杆状或calamitic形状的分子，较好地，该可交联材料为液晶。
22.一种预备根据前述权利要求之一的漫反射体或漫射体的单体波纹薄膜或涂层的方法，包括步骤-制成至少两种材料的混合物，其中一种为可交联的，另一种是不可交联的，-将该混合物施加到一个基底上，-交联该可交联材料的至少大部分，以及-去除该不可交联材料的至少大部分。
23.根据权利要求22的方法，其中该混合物本身包含一种可光定向的成分。
24.一种光学显示器装置，包括根据前述权利要求1至21之一的一种漫反射体或漫射体。
全文摘要
本发明涉及光学薄膜及涂层，并且尤其涉及用作漫反射体或漫射体的薄膜或涂层，由单体波纹的薄膜或涂层构成，当采用CIE标准光源D65在一个选定方向照明时，具有以下性质在至少五度的所需观察角范围内，所述漫反射体或漫射体与标准白色BaSO
文档编号G02F1/1335GK1653362SQ03811205
公开日2005年8月10日 申请日期2003年5月13日 优先权日2002年5月17日
发明者穆罕默德·伊本－哈吉, 马丁·沙特 申请人:罗利克有限公司