光学膜的制作方法

专利名称：光学膜的制作方法
光学膜相关专利申请本专利申请要求提交于2008年3月31日的美国临时专利申请No. 61/041112的优先权，该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。以下共同拥有且共同未决的美国专利申请以引用方式并入本文美国专利申 请 No. 61/040，910，名称为 “LOW LAYER COUNT REFLECTIVE POLARIZER WITH OPTIMIZED GAIN” (具有优化增益的低层数反射型偏振片)(代理人案卷号64121US002)；和美国专利 申请 No. 61/041092，名称为“ADHESIVE LAYER FOR Multilayer optical film”(用于多层 光学膜的粘合剂层)Jones等人(代理人案卷号64212US002)。
背景技术：
从历史上看，简单的背光源装置仅包括三种主要组件光源或灯、后反射器和前扩 散片。这样的系统在广告指示牌以及室内照明应用中仍然通用。近年来，在消费电子行业对结合了液晶显示器(LC显示器或IXD)的产品(例如电 脑监视器、电视、移动电话、数码相机、袖珍式数码音乐播放器以及其它手持装置)的高速 增长需求的促进下，已对背光源的这一基本设计进行了改进。LCD围绕LC面板而构建，并且 因为LC面板自身不会产生光线，所以IXD需要照明源-通常是透过LC面板达到观察者的 反射的环境光或常常是来自背光源的光。背光源技术方面的改进以例如增加亮度或减少能耗、增加均勻度以及减小厚度为 目标。这些改进中的一些可使用光控膜实现，例如光重新定向膜(如增益扩散片、转向薄 膜、棱镜增亮膜等)；以及允许更有效和高效地使用由背光源中的光源发出的光的反射偏 振膜。除了对改进的技术性能的需要外，背光源制造商还受到提供成本较低的产品的促使。发明概述在一个方面，本发明提供光学膜，光学膜包括反射型偏振片，其具有通光轴；和 拉伸聚合物膜。拉伸聚合物膜具有x轴，其在最大拉伸方向；ζ轴，其垂直于拉伸聚合物膜 平面；和y轴，其垂直于χ轴和ζ轴两者。拉伸聚合物膜被层合到反射型偏振片上，并且拉 伸聚合物膜在空气中的入射角在x-z平面内相对于ζ轴成至少约60度角处显示具有折射 率对称点。在另一方面，本发明提供光学膜，该光学膜包括反射型偏振片，其具有通光轴； 和拉伸聚合物膜。拉伸聚合物膜具有x轴，其在最大拉伸方向；ζ轴，其垂直于拉伸聚合物 膜平面；和y轴，其垂直于χ轴和ζ轴两者。拉伸聚合物膜被附接到反射型偏振片上，并且 拉伸聚合物膜在空气中的入射角相在X-Z平面内相对于Z轴成至少约60度角处显示具有 折射率对称点。此外，拉伸聚合物膜包含反射型偏振片中不存在的聚合物材料。在另一方面，本发明提供光学膜，光学膜包括反射型偏振片，其具有第一主表面 和第二主表面；和第一拉伸聚合物膜，其用第一粘合剂层层合到反射型偏振片的第一主表 面上。光学膜也包括第二拉伸聚合物膜，其用第二粘合剂层层合到反射型偏振片的第二主 表面上；和光学层，其邻近第二拉伸聚合物膜设置，使得第二拉伸聚合物膜在光学层与反射型偏振片之间。在此光学膜中，第一拉伸聚合物膜和第二拉伸聚合物膜中的每一个在空气 中的入射角成至少约90度处都显示具有折射率对称点。在另一方面，本发明提供显示系统，显示系统具有背光源；背光源包括照明装 置；反射型偏振片，其具有通光轴；和拉伸聚合物膜。拉伸聚合物膜具有x轴，其在最大拉 伸方向上；Z轴，其垂直于拉伸聚合物膜平面；y轴，其垂直于X轴和Z轴两者，并且拉伸聚合 物膜被设置为使得反射型偏振片位于照明装置和拉伸聚合物膜之间。拉伸聚合物膜在空气 中的入射角在X-Z平面内相对于Z轴成至少约60度角处显示具有折射率对称点。在另一方面，本发明提供显示系统，显示系统具有背光源，其中背光源包括偏振 照明装置，其其具有偏振轴；和拉伸聚合物膜。拉伸聚合物膜具有x轴，其在最大拉伸方向 上；Z轴，其垂直于拉伸聚合物膜平面；和y轴，其垂直于X轴和Z轴两者。拉伸聚合物膜被 被设置为接收来自偏振照明装置的偏振光，并且拉伸聚合物膜在空气中的入射角在X-Z平 面内相对于Z轴成至少约60度角处显示具有折射率对称点。在另一方面，本发明提供显示系统，显示系统具有背光源，其中背光源包括照明装 置和拉伸聚合物膜。当在空气中以小于约50度的入射角入射到拉伸聚合物膜上时，拉伸聚 合物膜沿着所有光学路径显示至少3000nm的延迟。在另一方面，本发明提供制备光学膜的方法，该方法包括形成拉伸聚合物膜。形成 拉伸聚合物膜包括形成聚对苯二甲酸乙二醇酯幅材；在纵向以第一量拉伸幅材，拉伸量 为未拉伸的纵向维度的约1. 05至1. 3倍)；以及在横向上以第二量拉伸幅材，拉伸量为未 拉伸的横向维度的约3至7倍。形成拉伸聚合物膜还包括热定形幅材；在横向放松幅材； 以及在横向无限制并且在纵向承受最小张力的情况下在烘箱中放松幅材。本发明的这些方面以及其它方面从以下具体实施方式
中将显而易见。然而，在任 何情况下都不应当将上述发明内容理解为是对要求保护的主题的限制，该主题仅受所附权 利要求书的限定，并且在审查期间可以进行修改。


参照附图描述本发明，其中图1为显示系统的一个实施例的示意性剖视图。图2为双折射光学膜的示意图。图3为计算的透过薄膜叠堆的透射光强度的锥光图，薄膜叠堆包括平行吸收型 偏振片；和双轴拉伸PET膜，其设置在偏振片之间。图4为计算的透过薄膜叠堆的透射光强度的锥光图，薄膜叠堆包括平行吸收型 偏振片；和大致单轴取向的PET膜，其设置在偏振片之间。图5为多个聚合物膜的延迟量与入射角的关系图。图6为双轴取向的PET在20度方位角处三个入射角的透射光强度与波长的关系 图。图7为双轴取向的PET在5度方位角处三个入射角的透射光强度与波长的关系 图。 图8为大致单轴取向的PET在20度方位角处三个入射角的透射光强度与波长的 关系图。
图9为薄膜叠堆的一个实施例的示意性剖视图。图10示出了大致单轴取向的膜和偏振片的方位角对齐。图11为多功能膜的一个实施例的示意性剖视图。图12为在拉幅方向和纵向的聚合物膜的储能模量与温度的关系图。图13a为实例1薄膜的截面高度与对角位置的关系图。图13b为实例2薄膜的截面高度与对角位置的关系图。
具体实施例方式本发明涉及经济型、高性能的光学膜，以及采用此类膜的背光源和显示器。液晶显示器围绕LC面板而构建，其中具有相关电极矩阵的液晶被插在一对吸收 型偏振片之间。在LC面板中，液晶的部分由通过电极矩阵施加的电场改变其光学状态。根 据其状态，液晶的给定部分(与显示器的像素或亚像素相对应)会或多或少地使从其透射 的偏振光旋转。穿过入射偏振片、液晶和出射偏振片前进的光根据光遇到的液晶部分的光 学状态衰减到不同的程度。LC显示器利用这种行为来提供在不同区域具有不同外观的可以 电子方式控制的显示器。IXD的背光源向显示器的LC面板提供光线，其只由透过面板的入射偏振片的具有 “通光”偏振态的光形成图像。具有“消光”偏振态的入射到LC面板上的光通常被入射偏振 片吸收并耗费。因此，所关注的是使来自背光源的达到面板的通光偏振光的光量最大化，并 使达到面板的消光偏振光的光量最小化。使通光偏振光最大化并且使消光偏振光最小化的一种技术是在背光源和LC面板 之间设置反射型偏振片(RP)，以将通光偏振光透射到LC面板并且将消光偏振光反射回到 背光源中。反射的消光偏振光然后可被转换成通过偏振态的光，并在第二次或后续相遇时 透射穿过RP。因此，反射型偏振片允许循环利用可能以其它方式被耗费的消光偏振光的至 少部分。 背光源也经常利用除反射型偏振片之外的光学膜来执行多种功能。本文将进一步 讨论的定向循环利用膜(DRF)可用来管理由背光源发射的光的角分布。本文也将进一步讨 论的扩散片可以用于多种用途，包括改善均勻度、掩蔽缺陷以及防止产生云纹图外观。其它 膜可起到非光学功能的作用，例如提供机械支承，但以它们与背光源中的光相互作用为限， 通常理想的是此类膜不会对背光源的输出产生有害影响。此外，通常理想的是，具有一种用 途的光学膜无意以其它方式导致背光源的性能降低。考虑上述构造，其中反射型偏振片把通光偏振光传输到LC面板。背光源设计人员 可能希望将其它光学膜设置在RP和LC面板之间。在这种情况下，通常理想的是，使从RP 前进到LC面板的光的偏振态不被其它居间的光学膜改变。使居间光学膜的偏振效应最小 化或使其减小的一种途径是由双折射率低的(理想的是，为各向同性的)膜形成膜。例如， 聚碳酸酯(PC)(双折射率趋于低值)被认为是在RP和LC面板之间的光学膜的一种合格的 选择。另一方面，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(其通常显示具有较高的各向异性)常被认 为不适合在RP和LC面板之间使用，因为由PET中的双折射率导致的延迟率(或延迟)可 能会不可取地改变朝向LC面板前进的光的偏振态。背光源制造商通常会在设计背光源时考虑这些效应和其它因素。制造商可以避免在RP和LC面板之间设置任何膜，并且可以(相反地)选择将定向循环利用膜设置在RP与 LC面板相对的侧上。制造商可以选择将定向循环利用膜设置在RP和LC面板之间，并使用 PC作为用于DRF的材料以使偏振效应最小化，但成本比使用PET要高。相似地，可能需要将 反射型偏振片层合到另一膜上，从而得到机械支承，并且可将PC用于此种机械基底以避免 降低光学性能。PET可以提供较好的或合格的机械性能并且可以在此种应用中降低成本，但 光学性能限制了其用途。通常，背光源制造商需要由这样的材料制成的光学膜，该材料导致 性能适用于成本可能最低的预期应用。在本发明中，我们介绍了拉伸聚合物膜(例如拉伸PET)在背光源中的用途，以及 用于制备此类膜的方法。本发明的膜为许多背光源应用提供合适的性能，并可以为背光源 制造商带来成本更低的选择。具体地讲，对于设置在偏振片(例如LC面板的反射型偏振片 和入射偏振片)之间的聚合物膜，我们发现膜以及用于膜的优选的取向使由膜的双折射率 引起的不可取的偏振效应最小化。如本文所述，本发明的光学膜和背光源可用于显示系统。图1为显示系统100的 一个实施例的示意性剖视图。显示系统100包括LC面板110和设置成向LC面板110提供 光线的背光源120。在一些实施例中，背光源120包括照明装置130。在照明装置130和LC 面板110之间的背光源120中可以包括多个光学元件，例如光控膜，这将在本文中进一步讨 论。如图1所示，LC面板110包括液晶层112、入射板114和出射板116。入射板114 和出射板116中的一者或两者包括玻璃或聚合物基底、电极矩阵、定向层、偏振片(包括二 向色性偏振片)、补偿膜、保护层和其它层。也可以将滤色片矩阵与入射板114和出射板116 中的任一者或两者包括在内，以用于将颜色附加在由LC面板110显示的图像上。在LC面板110中，液晶层112的部分由通过电极矩阵施加的电场改变其光学状 态。根据其状态，液晶层112的给定部分(与显示系统100的像素或亚像素相对应)会使 从其透过的偏振光旋转较大或较小的量级。穿过入射板114的入射偏振片、液晶层112和 出射板116的出射偏振片前进的光根据偏振片的取向以及光遇到的液晶层部分的光学状 态衰减到不同的程度。显示系统100利用这种行为来提供在不同区域具有不同外观的可以 电子方式控制的显示器。照明装置130包括一个或多个光源132。光源132可以是线性冷阴极荧光灯 (CCFL)。然而，可以使用其它类型的光源132，例如其它种类的荧光灯、白炽灯、发光二极管、 有机发光二极管或已经发现是合适的任何其它光源。照明装置130可以包括后反射器134。后反射器134可以是镜面反射器、漫反射 器或镜面反射器与漫反射器的组合。镜面反射器的一个实例为可得自3M公司的Vikuiti Enhanced Specular Reflector(ESR) (Vikuiti 增强型镜面反射器)膜。合适的漫反射器 的实例包括填充有漫反射粒子的聚合物。漫反射器的其它实例包括微孔材料和含纤丝材 料，如在(如)美国专利No. 6，497，946 (Kretman等人)中所讨论。此处未列出的其它类型 的反射器也可以用于后反射器134。可以将显示系统100描述为“直接照明式”，使光源132设置在LC面板110的正后 方。在其它实施例中，显示器可包括侧光式照明装置(未示出)，例如具有相关光源的光导。 通常，任何合适的照明装置都可以用于本发明的显示器中。
图1的显示系统100包括在照明装置130和LC面板110之间的背光源120中的 示例性光学元件。背光源120可以包括(例如)扩散片140。扩散片140可以是任何合适 的漫射膜或漫射板。例如，扩散片140可包括任何合适的漫射材料。在一些实施例中，扩散 片140可以包含聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合物基质，其具有包括玻璃、聚苯乙烯小珠 和CaCO3粒子的多种分散相。示例性扩散片可包括可得自3M公司(M.Paul，Minnesota) 的 3635-30、3635-70 和 3635-100 型 3M Scotchcal Diffuser Film(3M Scotchcal 漫 射膜)。背光源120也可以包括(例如)定向循环利用膜(DRF) 150，其也称为增亮层或增 亮膜。DRF 150包括将偏轴光以更靠近显示器法向轴的方向重新导向的表面结构。这增加 透过LC面板110同轴传播的光量，从而增加观看者看到的图像的亮度和对比度。在图1中 所示的示例性DRF 150包括基底部分152和结构化表面层154，此处示为棱镜层。基底部分 152和结构化表面层IM可以由不同的材料形成，或它们可以由相同的材料构成，并且它们 可以一体地或作为单个膜的不同部分形成。DRF的一个实例为棱镜增亮层，其具有多个通过折射和反射而重新定位照明光的 棱柱脊。可以在显示系统100中使用的棱镜增亮层的实例包括Vikuiti BEF II和BEF III 系列棱镜膜(可得自 3M 公司)，包括 BEF II 90/24,BEF II 90/50,BEF IIIM 90/50 和 BEF IIIT0其它DRF可以被称为增益扩散片，并在膜或层的一个或两个主表面上包括排列 成规则或不规则矩阵阵列的结构，例如小珠、圆顶、棱锥或其它结构。增益扩散片的一 个实例为可得自Keiwa Corp.的Opalus BS-702。其它增益扩散片在美国专利和专利 公布 No. 2006/0103777 (Ko 等人)、No. 7，320，538 (Ko 等人)、No. 7，220，026 (Ko 等人)、 No. 7, 416, 309 (Ko 等人)、No. 2006/0250707 (Whitney 等人)和 No. 2007/0024994 (Whitney 等人)中有所公开。增益扩散片可以是微复制的结构化表面层，或它们可以(例如)通过 将小珠嵌入设置在基底层表面上或邻近基底层表面的粘结剂中而形成。小珠可以由本领 域的普通技术人员已知的任何合适的透明材料制成，例如有机材料(如聚合物)或无机材 料。小珠的平均直径通常在(例如)5μπι到50μπι的范围内，但也可使用其它尺寸的小 珠。可以使用半径为大约以下这些示例性值或其之间的任何值的小珠2、4、5、8、10、12. 5、 15,17. 5、20、25、37. 5、45、50、60、70和80微米。通常，小珠在其中分散的粘结剂为基本上 透明的。在大多数示例性实施例中，粘结剂材料为聚合物材料。根据预期用途，粘结剂可 以是电离辐射固化性(如UV固化性)聚合物材料、热塑性聚合物材料或粘合剂材料。一 种示例性UV固化性粘结剂可以包括氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物，如可得自Cognis公司的 Photomer 6010。小珠、粘结剂、折射表面层等等的进一步描述可以见于(如)美国专利公 布 No. 2008/0049419 (Ma 等人)。在一些实施例中，显示系统100可以包括多个相同类型或不同类型的定向循环利用膜。显示系统100也可包括光重新定向膜，例如转向薄膜(未示出)，其基本上不“循 环利用”光但仍起到增加沿着所需轴朝观看者传播光量的作用。显示系统100也可以包括反射型偏振片160。可以使用任何合适类型的反射型偏 振片，如多层光学膜(MOF)反射型偏振片；漫反射型偏振膜，例如连续/分散相偏振片；线栅反射型偏振片；或胆留型反射型偏振片。MOF反射型偏振片和连续相反射型偏振片两者均依赖于至少两种材料(通常为聚 合物材料)之间的折射率差值来选择性地反射一种偏振态的光，而透射处于正交偏振态的 光。合适的MOF反射型偏振片在(如)共同拥有的美国专利No.5，882，774(Jonza等人) 以及名称为“LOW LAYER COUNT REFLECTIVE POLARIZER WITH OPTIMIZED GAIN”(具有优化 增益的低层数反射型偏振片)(代理人案卷号64121US0(^)的美国专利申请No. 61/040，910 中有所描述。市售的MOF反射型偏振片的实例包括具有漫射表面的Vikuiti DBEF-D280 和DBEF-D400多层反射型偏振片，两者均可得自3M公司。可结合本发明使用的漫反射型偏振膜的实例包括连续/分散相反射型偏振片， 如在共同拥有的美国专利No. 5，825，543 (Ouderkirk等人)中所述；和漫反射多层偏振片， 如在共同拥有的美国专利No. 5，867，316 (Carlson等人)中所述。其它合适类型的漫反射 型偏振膜在美国专利No. 5，751，388 (Larson)中有所描述。可结合本发明使用的线栅偏振片的一些实例包括(如)在美国专利 No. 6，122，103 (Perkins等人)中所述的那些。线栅偏振片可得自(如)Moxtek Inc. (Orem, Utah)。可结合本发明使用的胆甾型偏振片的一些实例包括(如)在美国专利 No. 5，793，456 (Broer等人)以及美国专利No. 6，917，399 (Pokorny等人)中所述的那些。 胆甾型偏振片通常在输出侧上连同四分之一波长延迟层提供，从而使透过胆留型偏振片传 输的光被转换为线性偏振光。反射型偏振片160在显示系统100中可以是自立式的，或它可以附接到其它结构 上。在一些实施例中，反射型偏振片160可以被附接到LC面板110的入射板114上。在其 它实施例中，反射型偏振片160可以被附接到扩散片140上。显示系统100可以包括光学膜170。光学膜170可以(例如)为如本文所讨论的 定向循环利用膜，如棱镜增亮膜或增益扩散片。它可以起到机械功能的作用，例如作为保护 片。在一些实施例中，光学膜170可包括如本文进一步所述的拉伸聚合物膜。光学膜170 可以是一体化的，或它可以包括多层。通常，它可以是为了任何所需用途而包括在显示系统 100中的任何合适的光学膜。光学膜170可以是自立式的，或它可以被附接在系统100中 的其它光学膜或光学层的一侧或两侧上。当反射型偏振片160存在于系统100中时，光学 膜170可以被层合或以其它方式附接到反射型偏振片上，以增强或提高反射型偏振片的机 械性能。单独的反射型偏振片160可能(例如)缺乏在显示系统100中使用的足够的部件 和/或尺寸稳定性，或它可能具有相对脆弱的性质，这使得在制备、运输和/或组装中难以 处理。在这种情况下，光学膜170可以具有机械性能，使得当将其附接到反射型偏振片160 上时，该组合在机械方面足够稳固以显著改善反射型偏振片的可用性。当将光学膜170设置在(例如)反射型偏振片160与结合到LC面板110的入射 板114中的入射偏振片之间时，我们可以将其称为偏振片间光学膜(IPOF)。通常，可以将反 射型偏振片160和入射偏振片视为显示系统100的LC层112的调制而“调整”或制备来自 背光源的光。一旦反射型偏振片160从背光源120在前的光学元件朝向LC面板传递光线， 以任何非预期的方式改变光的偏振态通常都是不可取的。作为IPOF的光学膜170可能影 响或可能不影响从反射型偏振片160继续前进到入射偏振片的光的偏振态，达到影响显示系统100外观的程度，这在很大程度上取决于其双折射率性质。除了来自图1的位于反射型偏振片160和LC面板110之间的光学膜170的实例 外，还可以想到将光学膜设置在偏振片之间的其它场景，并且本文就IPOF的讨论也通常适 用于那些情形。也可以将位于产生偏振光的偏振照明装置与后续偏振片之间的光学膜视为 IP0F，而本发明的光学膜可为这样的构造提供有益效果。偏振照明装置在(例如)PCT专利 公开 WO 2006/126128 (Boonekamp 等人)和 WO 2004/003631 (Benoit 等人)中可能有所描 述。此外，如果我们考虑在反射型偏振片160与后反射器134(包括两者)之间的为构成所 述偏振照明装置的所有图示元件，那么可将图1视为示出了偏振照明装置和偏振片(结合 在入射板114中的入射偏振片)之间的光学膜170。通常，在显示器中已避免在偏振片之间使用高度双折射材料。在这些应用的大部 分中，这些双折射膜可以使光去偏振、引入过量的人工着色痕迹、或产生这两种情况。对此 最通用的例外是强扩散片也用于双折射膜构造以隐藏产生的色彩的情况，以及用于具有小 的、严格控制的延迟值并且旨在改变透射光偏振态的补偿膜的情况。除了产生不良色彩效 果外，双折射膜还会导致循环利用背光源的亮度增益较低。对于聚合物光学膜，双折射率通常主要由聚合物材料的内在性质和制备膜的方式 所致。聚合物膜在制备期间通常被拉伸，并且膜的取向(以及因此其包含的分子)可以强 烈地影响膜的双折射率。在制备中，膜可被拉伸或被单轴或双轴取向。一般来讲，与单轴拉伸的膜、或以稍欠平衡的双轴方式拉伸的膜相比，在两个方向 的拉伸幅度被平衡的双轴拉伸膜趋于在膜平面内的轴之间显示具有较少的双折射率。图2 为光学膜的示意图，示出了在各向异性的膜中折射率的取向。是沿着膜的正交的χ 面内轴和y面内轴的折射率，而~是在面外ζ方向(正交于χ方向和y方向)的折射率。 在本发明中，我们将在很多情况下使用坐标系，其中χ方向是膜的最大拉伸方向。当PET膜设置在交叉的偏振片或平行的偏振片之间并且以大于约40度的入射角 观察时，我们观察到通常折射率为大约nx = 1. 68、ny = 1. 64和~ = 1. 49的双轴取向的PET 膜产生色彩丰富的外观。即使最小心地将PET膜的光学轴与偏振片的轴对齐时，仍然可观 察到此色彩。此外，据发现，当小心地将PET膜的轴与偏振片的轴对齐时，拉伸更平衡(即 nx ^ ny)的PET膜在小于30度的入射角下甚至会更富有色彩。鉴于例如这些原因，一般假 设不应当在反射型偏振片和另一个偏振片之间使用高度双折射的膜层，除非它是具有与产 生反射偏振功能的反射型偏振片自身内的聚合物膜的微层几乎相同的性质和轴对齐的极 薄层。参见(如)美国专利No. 5，882，774 (Jonza等人)。一般来讲，当在通过一对偏振片和双折射IPOF后观察光时，可看到彩色条纹。通 过此光学元件组合的特定光线所经历的延迟量将取决于光线采取的穿过IPOF的路径。延 迟量将光线的不同光谱分量的偏振状态改变不同的程度，从而根据波长导致穿过第二偏振 片的透射发生改变。在Michel-Levy着色表中描述了在特定物理情况下此普遍现象的示意 图。色散也与这些波长依赖性效应相关。nz值可小于nx和ny或大于nx和ny(其中nx和ny分别为最大面内折射率和最小 面内折射率)的双轴双折射聚合物膜在空气中具有膜的延迟量为零的两个入射角(沿着χ 轴的入射平面内的士 θ sa)。对于所有其它的远离这些点的θ方向和φ方向(其中φ表示来 自点的方位角位移，即相对于ζ轴的旋转)，延迟量增加。对于许多膜而言，可使用广角镜(锥光镜)、或在合适的角度用肉眼观察通过两个偏振片和双折射IPOF的漫射光源，来观察 这两个零点和有色延迟条纹的同心圆。一种至若干种波长的低延迟值和中等延迟值可产生 非常浓的色彩，而由于透射光取决于波长的快速振荡，高延迟值(> 5λ)产生柔和的颜 色。可以借助于锥光图理解这种效应，例如图3的锥光图。图3为计算的透过薄膜叠堆 的透射光强度的图线，此薄膜叠堆包括平行的吸收型偏振片和偏振片之间的双轴拉伸PET 膜，其中此模式化膜的厚度为125微米并且折射率为nx = 1. 675、ny = 1. 641、nz = 1. 4906。 偏振片的通光轴与χ轴对齐，而χ轴为PET的慢(高折射率)轴。图线的轴为仰角(ea，环 状同心圆)和方位角(φ，在圆的周围)；在该锥光图中，图上的每一个点代表视角。就此波 长为600nm的入射光而计算的图而言，延迟量为零的入射角(其在本文中有时被称为“折射 率对称点”)位于约9sa= 士41度的沿着χ轴的中央左侧和右侧的点处。此图中清晰可见 的是光的高透射和低透射交替的同心圆，它们围绕这些对称点保持居中。延迟值随与这些 对称点的距离而增加。例如，相邻环(亮到亮或暗到暗)代表延迟中的一个波长差。图3的图线为针对600nm的单色光而计算的。在其它波长处，亮环和暗环图案的 半径将随波长而按比例变化。对于连续范围内的波长(例如白光)，透射将反映在此范围 内的所有波长的组合透射；由于不同光谱分量在不同的位置处具有其透射的最大值和最小 值，结果将产生有色图案。在显示器背光源的背景下，该有色图案可能令人高度反感。有色 图案的特性在靠近对称点处更加显著。对于离对称点更远的观察角，组成性光谱分量的透 射强度图案会随观察角的微小改变而快速变化，并会导致更柔和的颜色图案。从双折射率特性在一定范围内的膜的这种图线的研究中，连同对偏振片之间的实 际膜的观察，有两个标准显著用于显示器背光源中使用的低着色IPOF的设计。一个标准是 两个对称点在显示器的视角或视锥内通常不可见。本文提供了描述取决于膜折射率的对称 点位置的公式。注意，对称点的位置与膜厚度无关。第二标准是膜的延迟量应当足够高，以 在显示器的视角或视锥内赋予合格的颜色。第二标准可以通过使用厚的、高度双折射的膜 而实现，因为延迟量会随膜厚度而增加。较厚的膜也可以提供其它优点，如改善的机械性 能。我们注意到，第一标准(即对称点在显示器的视锥内通常不可见)是在视锥内用 于实现高延迟量的必要条件但不是充分条件。因为双折射率沿着对称点方向为零，因此无 论膜的厚度如何，延迟量沿着这些方向将始终为零。然而，双折射率和延迟量随视角背离对 称点而增加，后者的值也与膜厚度成比例。对称点对应于通过双折射膜沿着经历双折射率为零的方向传播的光线。这可以结 合图2来认识，该图示意性地表示各向异性的膜。通常，穿过此膜传播的任意光线经历的折 射率为nx、ny和nz。然而，由于电场正交于光线的传播方向振荡，因此在正交于光线传播方 向的平面内的折射率就特别重要。将注意力限制到以入射角9f(下标“f”表示膜，“a”代 表在空气中的角度)在x-z平面内在膜内传播的光线，可解出由进入两个正交的s偏振分 量和P偏振分量的光线所经历的相关折射率ny和n0f。n0f是由x-z平面内光线的电磁波 的P偏振分量经历的折射率，并结合了 nx和nz的综合影响。它可由公式1计算得出
权利要求
1.一种光学膜，包括反射型偏振片，所述反射型偏振片具有通光轴；和拉伸聚合物膜，所述拉伸聚合物膜具有x轴，其在最大拉伸方向上；ζ轴，其垂直于所 述拉伸聚合物膜的平面；和y轴，其垂直于所述χ轴和所述ζ轴两者，所述拉伸聚合物膜被 层合到所述反射型偏振片上；其中在χ-ζ平面内相对于所述ζ轴，所述拉伸聚合物膜在空气中的入射角为至少约60 度处显示具有折射率对称点。
2.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述拉伸聚合物膜为整体的拉伸聚合物膜。
3.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述拉伸聚合物膜包含聚对苯二甲酸乙二醇
4.根据权利要求1所述的光学膜，其中在所述拉伸聚合物膜的所述y轴与所述反射型 偏振片的所述通光轴之间的角度为小于约10度。
5.根据权利要求1所述的光学膜，还包括光学层，所述光学层靠近所述拉伸聚合物膜 设置，使得所述拉伸聚合物膜位于所述光学层和所述反射型偏振片之间。
6.根据权利要求5所述的光学膜，其中所述光学层为漫射的。
7.根据权利要求5所述的光学膜，其中所述光学层包括多个折射元件。
8.根据权利要求7所述的光学膜，其中所述多个折射元件包括珠子。
9.根据权利要求7所述的光学膜，其中所述多个折射元件包括细长棱镜。
10.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述拉伸聚合物膜和所述反射型偏振片用粘 合剂层合。
11.一种光学膜，包括反射型偏振片，所述反射型偏振片具有通光轴；和拉伸聚合物膜，所述拉伸聚合物膜具有x轴，其在最大拉伸方向上；2轴，其垂直于所 述拉伸聚合物膜的平面；和y轴，其垂直于所述X轴和所述Z轴两者，所述拉伸聚合物膜被 附接到所述反射型偏振片上；其中在χ-ζ平面内相对于所述ζ轴，所述拉伸聚合物膜在空气中的入射角为至少约60 度处显示具有折射率对称点，并且所述拉伸聚合物膜包含所述反射型偏振片中不存在的聚 合物材料。
12.一种光学膜，包括反射型偏振片，所述反射型偏振片具有第一主表面和第二主表面；第一拉伸聚合物膜，所述第一拉伸聚合物膜用第一粘合剂层层合到所述反射型偏振片 的所述第一主表面上；第二拉伸聚合物膜，所述第二拉伸聚合物膜用第二粘合剂层层合到所述反射型偏振片 的所述第二主表面上；和光学层，所述光学层靠近所述第二拉伸聚合物膜设置，使得所述第二拉伸聚合物膜位 于所述光学层和所述反射型偏振片之间；其中所述第一拉伸聚合物膜和所述第二拉伸聚合物膜中的每一个在空气中的入射角 为至少约90度处都显示具有折射率对称点。
13.—种包括背光源的显示系统，所述背光源包括照明装置；反射型偏振片，所述反射型偏振片具有通光轴；和拉伸聚合物膜，所述拉伸聚合物膜具有x轴，其在最大拉伸方向上；ζ轴，其垂直于所 述拉伸聚合物膜的平面；和y轴，其垂直于所述χ轴和所述ζ轴两者，所述拉伸聚合物膜被 设置为使得所述反射型偏振片位于所述照明装置和所述拉伸聚合物膜之间；其中在X-Z平面内相对于所述Z轴，所述拉伸聚合物膜在空气中的入射角为至少约60 度处显示具有折射率对称点。
14.根据权利要求13所述的显示系统，还包括二向色性偏振片，其中所述拉伸聚合物 膜被设置在所述反射型偏振片和所述二向色性偏振片之间。
15.根据权利要求13所述的显示系统，其中在所述拉伸聚合物膜的所述y轴和所述反 射型偏振片的所述通光轴之间的角度为小于约10度。
16.根据权利要求13所述的显示系统，还包括液晶面板，所述液晶面板被设置为使得 所述拉伸聚合物膜位于所述照明装置和所述液晶面板之间。
17.—种包括背光源的显示系统，所述背光源包括 偏振照明装置，所述偏振照明装置具有偏振轴；和拉伸聚合物膜，所述拉伸聚合物膜具有x轴，其在最大拉伸方向上；ζ轴，其垂直于所 述拉伸聚合物膜的平面；和y轴，其垂直于所述χ轴和所述ζ轴两者，所述拉伸聚合物膜被 设置为接收来自所述偏振照明装置的偏振光；其中在χ-ζ平面内相对于所述ζ轴，所述拉伸聚合物膜在空气中的入射角为至少约60 度处显示具有折射率对称点。
18.根据权利要求17所述的显示系统，其中在所述拉伸聚合物膜的所述y轴和所述偏 振照明装置的所述偏振轴之间的角度为小于约10度。
19.一种包括背光源的显示系统，所述背光源包括 照明装置；和拉伸聚合物膜；其中所述拉伸聚合物膜沿着在空气中以小于约50度的入射角入射到所述拉伸聚合物 膜上的所有光学路径显示至少3000nm的延迟。
20.一种制备光学膜的方法，包括形成拉伸聚合物膜，其中形成所述拉伸聚合物膜包括形成聚对苯二甲酸乙二醇酯的幅材；在长度方向上以约1. 05至1. 3倍于未拉伸长度尺寸的第一量度拉伸所述幅材； 在横向上以约3至7倍于未拉伸横向尺寸的第二量度拉伸所述幅材； 热定形所述幅材； 在所述横向上放松所述幅材；以及在所述横向上无限制而在所述长度方向上承受最小张力的情况下，在烘箱中放松所述 幅材。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所得的拉伸聚合物膜在空气中的入射角为至少 约90度处显示具有折射率对称点。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所得的拉伸聚合物膜沿着在空气中以小于约50度的入射角入射到所述拉伸聚合物膜上的所有光学路径显示至少3000nm的延迟。
23.根据权利要求20所述的方法，还包括在所述拉伸聚合物膜上设置光学层。
24.根据权利要求20所述的方法，还包括将所述拉伸聚合物膜附接到反射型偏振片上。
全文摘要
本发明公开了一种光学膜，所述光学膜包括反射型偏振片和拉伸聚合物膜。所述拉伸聚合物膜被层合到所述反射型偏振片上，并且所述拉伸聚合物膜在平行于最大拉伸方向的入射平面内在空气中的入射角为至少约60度处显示具有折射率对称点。
文档编号G02F1/13357GK102066994SQ200980114664
公开日2011年5月18日 申请日期2009年3月30日 优先权日2008年3月31日
发明者卡斯滕·弗兰克, 台会文, 埃伦·R·博斯尔, 多诺万·C·小卡格, 尚德恩·D·哈特, 布伦特·A·赫丁, 托马斯·J·卢德曼, 杰弗里·A·彼得森, 梅格翰·A·努尼, 理查德·J·波科尔尼, 琼·M·斯特罗贝尔, 约翰·F·范德洛弗斯科三世, 约翰·P·贝茨尔德, 迈克尔·F·韦伯, 钱之华, 马克·B·奥尼尔, 黄超平 申请人:3M创新有限公司