专利名称：钝端棱柱膜及其制备方法
钝端棱柱膜及其制备方法
背景技术：
亮度增强膜可以用于多种应用，例如，室内照明、光导向装置、和液晶显示器 (LCD)(如在计算机监控器中找到的那些)。当用于LCD时，一种或多种亮度增强膜用来 增加导向观察者的光量。这使得可将较低亮度、从而也就更便宜的灯管用于LCD。背光 照在液晶显示器面板上以便在整个LCD显示器面板平面上如愿提供均一强度的光分布。 背面光系统典型地引入光导管来将光能从光源耦合到LCD面板上。可将漫射元件的阵 列沿光导管的一个表面放置来使入射光线向输出平面散射。输出平面将光线导向并通过 LCD面板。背光可以使用具有棱柱或晶体结构的光调制光学基底以便沿观察轴(通常垂 直于显示器)引导光，并且以便将照明遍布于观察者空间。亮度增强光学基底和漫射膜 组合增强了使用者观看到的光的亮度，并减小产生目标照明水平所需的显示器功率。这 种亮度增加通常称作“增益”，其是使用亮度增强膜的照度与不使用亮度增强膜的照度 的比例，两者都是同轴测量，即，在与朝向观察者的膜的平面垂直的方向。还已知的是，放置两片光引导膜使其彼此邻近，使它们的棱柱近似彼此垂直， 从而进一步增加导向大概垂直于显示器的轴的光的量。尽管这种构造有效地增加了射出 显示器的同轴光的量，但是得到的结构在一定条件下可以显示出越过显示器表面区域的 不均勻的光透射。这种不均勻的光透射典型地通过显示器表面上视觉明显的亮点、斑 纹、或线来表现；由接触或非常密切接触的邻近的光引导膜的相邻片材表面之间的光学 耦合引起的条件，也称为“浸湿”。浸湿的发生是由一个片材的棱柱与另一个片材的光 滑表面之间的光学耦合所引起的。光学耦合防止沿这些峰发生内全反射。结果是使背光 具有了斑点和变化的外观。在显示器表面区域上透射光强度的这种视觉明显的变化是不 期望的。这种浸湿还发生于以下情况，当任何其它膜(如漫射膜，具有基本上光滑平坦 的底表面)置于棱柱膜顶部的时候。此外，对于供近景使用的显示器(如计算机显示器)中的亮度增强膜来说，美观 需求是非常高的。这是因为，当非常近地研究这样的显示器或使用这样的显示器一段较 长的时间时，即使很小的缺陷可能是可见的和令人烦恼的。消除这样的缺陷在检查时间 和废弃材料方面都可能是非常昂贵的。用于LCD的第二种类型的膜是漫射膜。如名字所暗示的，漫射膜将指向观看者 的光散射以便于减少干涉图，如莫尔图。这样的漫射体将掩盖很多缺陷，使这些缺陷对 于使用者来说是不可见的。这将显著改进制造产率，而仅会少量增加制造部件的成本。 这种方法的缺点是漫射体将使光散射从而减少同轴增益。因此，漫射体将增加产率，但 却以损害一些性能为代价。所述膜的另一个问题是峰脆弱并易遭受刮痕。结果，膜漏光，形成可见缺陷。因此，对于已减少可视缺陷的光学膜系统具有持续的需求。
发明内容
本申请披露了膜、背光显示器、及其制备和使用的方法。
在一种实施方式中，膜可以包括透明的基底，其包括多个棱柱结构，其中所述 棱柱结构具有末端长度为250nm 2,OOOnm的钝端。在一种实施方式中，形成膜的主片的方法可以包括离子束蚀刻菱形末端来形成 末端长度为250nm 2,OOOnm的钝端，并使用菱形末端将棱柱的负片形成为主片。以上描述的和其它的特征通过下面的附图和详述来示例。
现在参照附图，其是示例性的实施方式，其中相同的元件使用相同的附图标记。图1是具有钝端的示例性棱柱结构的横断面图示。图2是示例性棱柱膜的横断面图示。图3是具有可变的棱柱间隔的示例性棱柱膜的横断面图示。图4是具有调制的棱柱路径的膜的实施方式的透视图。图5是调制的棱柱路径(在w方向沿1方向进行调制)的截面的俯视图。图6是光束旋转和漫射的透视图，用以阐明弓形漫射。图7是背光显示器系统的一种实施方式的预期图。图8是背光显示器系统的实施方式的横断面图。图9和11是峰高h (j)的示例性轮廓。图10和12分别是对图11和13的轮廓进行调制的整个基底的高度变化的柱状图。图13(a)_(d)阐明了在w方向从轮廓取得的示例性的调制的表面高度图，其中每 个轮廓是1.7mm长，样品距离为1微米。图13(e)-(h)分别以绘图方式阐明了在图13(a)-(d)中阐明的表面的示例性的自
相关函数。图14(a)-(d)以绘图方式阐明了在w方向从轮廓取得的图13(a)-(d)的调制棱柱 表面的f(x)的功率谱密度函数，其中每个轮廓是1.7mm长，样品距离为1微米。发明详述如上所解释，在光学膜中即使很小的缺陷也可以是可见的和令人烦恼的。膜中 的均勻周期可以由肉眼识别，而由此认为其自身已经有问题。需要对于在抵抗刮伤时保 持照度的膜。已经出乎意料地发现，通过钝化棱柱的末端，和/或很小量地使凹处圆 滑，以照度的最小限度的减少在抗刮性中达到了实质的改进。期望地，钝端尺寸接近于 可见光和红外光的波长。换言之，非常小的钝端，例如，100纳米 1,300纳米，导致大 幅的下降
OOCf(x') = J7(X —X’)/(X)由等式 1其中χ’是在坐标χ中的位移。自相关函数Cf(x’)是对称的，X’等于0并且 与f(x)的功率谱密度存在傅立叶变换关系。自相关在表面测量学中用来对不同类型的表面分类。自相关函数总是在X’ = 0时具有cf(x’)的最大值。随机表面，如漫射体，具有的特征是，当χ’增至大于0，cf(x')将迅速衰减。对于纯周期表面，cf(x’ )将在对应于其结构的标称周期的间隔震 荡至其最大值(见图12(a)-(h)，其中(a)与(e)相关，(b)与(f)相关等)。这发生于 从负无穷大至正无穷大的积分；周期表面的有限轮廓在(^(\’ )中将具有类似的震荡，该 震荡线性地逐渐变细，在等于样品长度的长度处变为0。量化表面随机性的方法是使用f(x)的自相关长度。自相关长度(L。)是离在 cf(x')第一次减小至阈值以下的X’的距离。阈值是在X’ =0时^ )的分数，典 型地^(0.37)。通常而言，相关长度越短，表面就越随机。对于外形包括纯白噪音的表 面，cf(x，)减弱为δ函数并且L。= 0。与具有更小相关长度的表面相比，越大的相关长度意味着该表面随机性越小。 于 David J.Whitehouse, Handbook of Surface Metrology, IOP Publishing Ltd. (1994), p.49-58中提供自相关函数的更详细的讨论。图13中的实例显示了膜实例的1.7毫米X 1.7毫米(mm)的模型的自相关函数 分析，该膜实例对于每个实例从左到右具有逐渐增加的随机横向调制。各实例是在1微 米X 1微米的栅格中采样，自相关函数对从w方向取得的1.7毫米长轮廓(高度h与W的 关系)进行评价。该分析使用安装有MATLAB “R12”版本的MATLAB分析软件标准 函数xcorrm来进行。使用“coeff”选项来提供零延迟(初始值)的标准化输出。注意到，自相关函数在等于实例的平均间距的间隔震荡(全部具有37 μ m的平 均间距)。对于图13(e)(图13(h)具有最小的横向调制)，作为位置函数，震荡的包络 接近线性地逐渐减少。所有的其它实例，作为位置函数，其包络更迅速地降至更低的值 (对于图13(h)愈加如此)。这种下降归因于由逐渐增加的随机横向调制引起的增加的随 机性。在一些实施方式中，1.7mm样品的光学基底的三维表面的自相关函数值在小于 或等于0.5毫米(mm)的相关长度降至小于或等于其初始值的1/e (1/2.7183)。再在其它 实施方式中，该自相关函数的值在小于或等于0.1mm中降至其初始值的Ι/e。该1.7mm 样品扫描可以从使用该技术的膜或其它光学基底的任何位置的侧面轮廓取得。相关长度与莫尔假象(moii^artifacts)的减少有关。如所注意到的，更小的相关 长度表示比更大相关长度更为随机的表面，并且这种更小的相关长度也涉及更大的漫射 和莫尔假象的减少。如通过低相关长度所表明，由于基底(图13(b)_(d))的三维表面是 高度无规的，该基底可以有效地减少莫尔假象。如上所述，均勻的视觉横向调制足以掩饰由基本上周期性的高度调制模式引起 的不期望的视觉外观。高度变化可以具有很长的周期该周期的波长是几倍于在具体基 底的1方向上棱柱的最大长度。这可以物理地表明为是切割工具围绕用作膜的主片的鼓的 高度的长波长变化。为了说明的目的，基底的1最大长度等于围绕控制鼓(drum)的外直 径(尽管这在其它情况下可以改变)的一个圆周的路径。在这种情况下，每个棱柱等于 围绕鼓的环，并且可以由鼓旋转数确定，沿1的距离等于在旋转鼓轴中的位置(t，单位为 弧度)。高度变化的目的是使光学耦合最小化。这是通过建立高度变化所实现的，该高 度变化应使大多数的棱柱不经历光学耦合。对于在w方向上所测量(0.5毫米 1.7毫米 是适宜的测量宽度_具有小于2 μ m的末端半径的金刚石触针轮廓曲线仪可以是检验高度变化的工具)的基底的任何轮廓，这可以通过保持大多数的棱柱峰低于最高棱柱峰高度 至少0.5微米来实现。已经发现，即使在翘曲基底存在的情况下，这个距离基本上避免与 较低的棱柱接触。净效应是，接触棱柱的密度充分地减小了，并且光学耦合效应也不太 显著了。下面是调制高度的波形的实例，h⑴。这里t通过鼓直径d与1相关，使得对于 围绕鼓周围的每个第j个环(标称地通过间距P使彼此分开)来说，1等于t倍的d。注 意到，由于每个环对应单独的棱柱，第j个环等于第j个棱柱。对于许多邻近的环的每一 个，使每个峰在t = 0的高度通过环数j来确定，由此使得h是j的函数或仅h(j)。高度 调制可以是沿1连续的或环之间是不连续的、或两者的组合。定义周期=15.5; β =4， 因此
权利要求
1.一种膜，包括包括多个棱柱结构的透明基底，其中所述棱柱结构具有钝端，该钝端的末端长度为 250nm 2,000nm。
2.权利要求1中所述的膜，还具有抗磨性，其与具有尖锐棱柱末端的与之相当的膜的 抗磨性相比，并使用等式I，具有大于或等于50%的增加。
3.权利要求1-2中任一项所述的膜，还具有与具有尖锐棱柱末端的与之相当的膜的照 度相比，小于或等于5%的照度减少。
4.一种膜，包括包括多个棱柱结构的透明基底，其中所述棱柱结构具有钝端，该钝端的末端长度为 250nm 2,OOOnm ；其中所述膜的抗磨性，与具有尖锐棱柱末端的与之相当的膜相比，并使用等式I，具 有大于或等于50%的增加；和其中所述膜的照度，与具有尖锐棱柱末端的与之相当的膜的照度相比，减少小于或等于5%。
5.权利要求1-4中任一项所述的膜，其中所述末端长度为500nm l,300nm。
6.权利要求5中所述的膜，其中所述末端长度为500nm l,000nm。
7.权利要求6中所述的膜，其中所述末端长度为500nm 800nm。
8.权利要求1-7中任一项所述的膜，其中所述棱柱的虚拟顶角(Θ)为70° 120°。
9.权利要求8中所述的膜，其中所述的照度减少小于或等于2%。
10.权利要求1-9中任一项所述的膜，其中产生可见刮痕所需的载荷增加大于或等于 20%,使用肉眼确定。
11.权利要求1-10中任一项所述的膜，其中各棱柱结构具有横向调制，所述横向调制 在w方向的振幅是所述棱柱的平均间距的士2% 士20%。
12.权利要求1-11中任一项所述的膜，其中所述棱柱结构具有圆半径为IOOnm 1,OOOnm的凹处。
13.一种背光显示器，其包括光源和权利要求1-12中任一项所述的膜。
14.一种方法，其用于形成膜的主片，所述方法包括离子束蚀刻菱形末端来形成末端长度为250nm 2,OOOnm的钝端；和 使用菱形末端将棱柱结构的负片形成为主片。
15.权利要求14中所述的主片，其中各棱柱结构具有横向调制，所述横向调制在w方 向的振幅是所述棱柱的平均间距的士2% 士20%。
16.—种方法，其用于使棱柱结构形成透明基底的表面，所述方法包括使权利要求 14-15中任一项所述的主片与透明基底接触来形成具有棱柱结构的光引导膜，所述棱柱结 构具有钝端，该钝端的末端长度为250nm 2,000nm。
全文摘要
在一种实施方式中，膜可以包括透明基底，该透明基底包括多个棱柱结构，其中所述棱柱结构具有钝端，该钝端的末端长度为250nm～2,000nm。所述膜可以用于各种应用，如背光显示器。在一种实施方式中，形成膜主片的方法可以包括离子束蚀刻菱形末端来形成末端长度为250nm～2,000nm的钝端；和使用菱形末端将棱柱结构的负片形成主片。
文档编号G02B5/04GK102016701SQ200980114864
公开日2011年4月13日 申请日期2009年2月25日 优先权日2008年2月26日
发明者丹尼斯·J·科耶尔, 尤金·G·奥尔克扎克, 尼丁·加格, 斯科特·M·米勒, 维基·H·沃特金斯 申请人:沙伯基础创新塑料知识产权有限公司