专利名称：扩散型多层光学组件的制作方法
扩散型多层光学组件本申请是申请号为200680045535. 4、申请日为2006年12月6日、发明名称为“扩
散型多层光学组件”的专利申请的分案申请。
背景技术：
本发明涉及光学薄膜以及结合有该光学薄膜的光学显示器。具体地讲，本发明涉及这样一种多层光学组件，其包括附着在光扩散层上的反射偏光层，并且在扩散层和反射偏光层之间的中间区域限定有空隙。诸如液晶显示器(IXD)之类的光学显示器正变得日益普遍，其可用于例如移动电话、手持式计算机装置(例如个人数字助理(PDA)和电子游戏机)以及大型装置(例如膝上型计算机、IXD监视器和IXD电视屏)中。将光控制薄膜结合到光学显示装置中会使显示性能得到改善。不同类型的薄膜(包括棱镜结构化薄膜、反射偏光片和扩散膜)可用于改善诸如输出亮度、亮度均匀性、视角和整体系统效率等显示参数。上述工作特性的改善使得装置更容易使用，并且还可以延长电池寿命。结合在光学显示器中的光控制薄膜通常被依次堆叠在显示器框中的光源和光选通器件之间。可以将这些薄膜叠堆进行优化以获得特别期望的光学性能。然而从制造的角度来看，对若干个分开的薄膜片进行处理和装配会出现多种问题。这些问题包括需要额外的时间来从各个光学薄膜上移除保护衬垫，以及在移除衬垫时增加了损坏薄膜的机会。此外，将多个单独的薄片插入到显示器框中是耗时的，并且对单个薄膜进行堆叠进一步提供了损坏薄膜的机会。所有这些问题可能会导致总产量减少或收益降低，从而导致系统成本增加。
发明内容
在第一方面，本发明为包括附着在反射偏光层上的光扩散层的光学组件。光扩散层与反射偏光层之间的中间区域包括限定了光扩散层与反射偏光层之间的空隙的中间结构。在第二方面，本发明为包括光控制薄膜和具有非均匀主表面的光扩散层的光学组件。粘结层将光控制薄膜粘结到光扩散层上，使得非均匀主表面上相邻的形貌特征物之间的空隙限定了在光控制薄膜与光扩散层之间的气隙。在第三方面，本发明为包括光选通器件、光源和光学组件(位于背光组件与光选通器件之间)的光学显示组件。所述光学组件包括附着在光控制层上的光扩散层。位于光扩散层与光控制层之间的中间区域包括限定了光扩散层和光控制层之间的空隙的中间结构。以上概述并非旨在描述本发明的每一个公开的实施例或每一种实施方式。以下附图和具体实施方式
会更具体地对示例性实施例进行举例说明。
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图I为根据本发明的一个实施例的光学组件的示意性剖视图。图2为结合有图I所示光学组件的一种直接照明式显示装置的示意性剖视图。图3为根据本发明的另一个实施例的光学组件的示意性剖视图。图4为根据本发明的另一个实施例的光学组件的示意性剖视图。上面提及的附图列出了本发明的多个实施例。如在讨论中说明的那样，还考虑了其他的实施例。在所有情况下，本公开都以代表性而非限制性的方式示出本发明。应该理解，本领域的技术人员可以设计出许多落入本发明原理范围内和符合本发明原理的实质的其它修改形式和实施例。附图可能未按比例绘制。所有附图都使用相似的参考标号来表示相似的部件。
具体实施例方式图I为根据本发明的一个实施例的光学组件10的示意性剖视图。光学组件10包括光扩散层12、粘结层14、反射偏光层16和可选的聚合物层18。反射偏光层16借助于粘结层14附着在光扩散层12上。聚合物层18可选地附着在反射偏光层16的与粘结层14 相背对的表面上。通常，组件10被结合在显示系统的光源与光选通器件之间。光扩散层12用于漫射来自光源的光，这使得入射到光选通器件上的照明光的均匀性增强。结果，这会使得观看者所观看到的图像的亮度更为均匀。在图I所示的实施例中，光扩散层12为具有非均匀的或纹理化的表面的扩散板。在一个实施例中，光扩散层12的透射率值为约40%到90%、雾度值大于约90%并且半角大于约25°。根据 ASTM-D1003-00 “透明塑料的雾度和透射率的标准测试方法(Standard Test Methods for Haze and Transmittance for Transparent Plastics) ”来定义透射水平和雾度水平。根据对垂直入射的准直光束穿过光学制品时的亮度分布进行测定的测试方法来定义半角。在上述条件下，垂直于制品的表面观察到峰值亮度。“半角”为测定出半峰值亮度的位置相对于法线的角度。在另一个实施例中，透射率介于约50 %到75 %之间，雾度大于约90 %，并且半角大于约40°。在另一个实施例中，透射率介于约55%到65%之间，雾度大于约90%，并且半角大于约50°。多个形貌特征物20形成光扩散层12的非均匀表面。形貌特征物20可以周期性或非周期性地间隔开，可以具有相似或不同的高度，并且可以具有弯曲或尖锐的轮廓，从而形成不光滑或有纹理的表面。在一个实施例中，非均匀表面的平均粗糙度(Ra) 在约O. 5到50 μ m范围内。光扩散层12的非均勻表面尤其可以通过填珠层共挤出、表面微复制、打毛或喷砂处理而形成。在一个实施例中，光扩散层12包括非均匀间隔的圆珠或圆柱式形貌特征物20。形貌特征物20沿非均匀表面的宽度在约5到200 μ m范围内，并且所述形貌特征物相对于非均匀表面的高度在约25到ΙΟΟμπι范围内。相邻的形貌特征物20之间的距离在约10到 200 μ m范围内。整个非均匀表面的平均粗糙度(Ra)为约5. O μ m。在另一个实施例中，所述形貌特征物20的宽度在约100到200 μ m范围内，所述形貌特征物的高度在约25到50 μ m范围内，并且相邻的形貌特征物之间的距离在约10到 200 μ m的范围内。在另一个实施例中，所述形貌特征物20的宽度在约50到100 μ m的范围内，所述形貌特征物的高度在约50到75 μ m的范围内，并且相邻形貌特征物之间的距离在约10到200 μ m的范围内。在另一个实施例中，所述形貌特征物20的宽度在约5到50 μ m 的范围内，所述形貌特征物的高度在约75到100 μ m的范围内，并且相邻形貌特征物之间的距离在约10到200 μ m的范围内。反射偏光层16用于增加由光学系统中的光源所发出的穿过光选通器件的光的比率，从而使显示系统生成的图象更亮。反射偏光层16借助于粘结层14附着在光扩散层12 上。在一个实施例中，将粘结层14层叠在反射偏光层16上,然后附着在光扩散层12的非均勻表面上。反射偏光层16附着在光扩散层12上,使得反射偏光层16与非均勻表面的形貌特征物20粘结。在一个实施例中，粘结层14的厚度小于形貌特征物20的高度。在另一个实施例中，粘结层14的厚度为形貌特征物20的高度的约5%到75%。当根据本发明、反射偏光层16借助于粘结层14附着在光扩散层12上时,在光扩散层12的非均勻表面上的相邻形貌特征物之间限定了气隙或空隙25。粘结层14、形貌特征物20和空隙25在光扩散层12与反射偏光层16之间形成中间区域。可选的聚合物层18可以提供多种功能，例如，改善的机械稳定性、抗刮擦性和光学功能。例如，聚合物层18可以是光引导层，从而通过将轴外光改向为更接近显示器的轴线的方向来改善光学性能。如果聚合物层18为光引导层，那么光学系统的光学性能尤其与光扩散层12的暴露于光扩散层12和反射偏光层16之间的气隙中的相对表面积有关。具体地讲，光学系统的同轴亮度、增益和对比度受到这些参数的影响。然而，提供完整的气隙需要在装配光学系统时分开装配光扩散层和反射偏光层。这是耗费时间的，并且对单独的层进行堆叠还提供了损坏各层的机会。组件10允许所有这些层同时被安装到光学系统中。由相邻的形貌特征物20限定的空隙25起到了在光扩散层12与反射偏光层16之间形成部分气隙的作用。如果粘结层 14的厚度小于形貌特征物20的高度，那么就能防止反射偏光层16与光扩散层12完全粘结 (即，避免了完全的光耦合)。空隙25允许组件10具有与在光扩散层12和反射偏光层16 之间形成完整气隙的组件基本类似的光学性能。该性能与光扩散层12的非均匀表面的暴露于由形貌特征物20的高度和形状限定的气隙中的表面积有关。此外，由于在光扩散层12与反射偏光层16之间限定有空隙25,因此,从环境耐久性的观点来看，组件10表现良好。具体地讲，组件10在加速老化过程之前和之后的表现基本相似，所述加速老化过程例如有热冲击(在-40°C和85°C之间迅速改变环境温度)、高温高湿(在湿度为95%、环境温度为65°C的条件下保持一段延长的时间)以及高温(在 85°C的环境温度下保持一段延长的时间)。此外，与未形成空隙25的结构相比，加速老化之后在所述光扩散层12与所述反射偏光层16之间的接合处基本不形成可见缺陷，例如凸泡或凹痕。光扩散层12可以包括一层或多层聚合物层。可用于所述一层或多层聚合物层的聚合物的实例包括聚(甲基)丙烯酸系、聚(甲基)丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚酯、 聚烯烃、聚苯乙烯、聚环烯烃、环氧聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、聚氯乙烯、聚硅氧烷或硅氧烷聚合物、或它们的共聚物或共混物。其实例包括丙烯酸系共聚物；聚甲基丙烯酸甲酯；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物；苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚乙烯基环己烷；聚甲基丙烯酸甲酯/聚氟乙烯共混物；聚乙烯；聚丙烯；PET ；PEN ;聚苯醚共混物；苯乙烯系嵌段共聚物；聚碳酸酯/PET共混物；醋酸乙烯酯/聚乙烯共聚物；醋酸纤维素；含氟聚合物；聚苯乙烯-聚乙烯共聚物，或它们的共聚物或共混物。在一个实施例中，聚合物层包括ACRYLITE (得自Cyro Industries, Rockaway, New Jersey)品牌的丙烯酸系薄片。在另一个实施例中，聚合物层包括聚甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯的共聚物。光扩散层12可以包含无机材料，例如浮法玻璃、高质IXD玻璃和/或硼硅酸盐。 此外，光扩散层12可以包含可用于使光扩散的有机颗粒、无机颗粒、或混合的有机/无机颗粒、或它们的组合。这些颗粒可以为实心的、多孔的或中空的，并且它们可以为小珠、壳、 球体或成串的形式。这些颗粒可以为透明的。可用颗粒的实例包括聚苯乙烯小珠、聚甲基丙烯酸甲酯小珠、聚硅氧烷小珠或它们的组合。其他实例包括二氧化钛(TiO2)、碳酸钙 (CaCO3)、硫酸钡(BaSO4)、硫酸镁(MgSO4)、玻璃珠及它们的组合。光扩散层12还可以包含空隙或气泡，这些空隙或气泡可以用诸如空气或二氧化碳等气体填充，或不用气体填充。此外，可以通过诸如打毛等表面处理使光扩散层12产生漫散。此外，光扩散层12可以包含附着在扩散层上的基本不产生扩散的刚性基底的组合。光扩散层的实例在美国专利No. 6，723，772.W02003/064526和WO 2004/111692中有所描述，它们的公开内容以引用方式并入本文。可以使光扩散层12经历多种对其表面或者任何部分进行的改性处理，从而使它们更有利于进行诸如涂敷、染色、喷镀金属或层叠等后续处理。所述的改性可以通过以下方式来实现用诸如聚偏二氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂和氮丙啶等底漆进行处理， 或者采用诸如电晕、火焰、等离子体、闪光灯、溅射蚀刻、电子束处理等物理打底处理，或者使表面层非晶体化(例如用加热的接触辊)以除去结晶性。可以定制光扩散层12的特性，以便根据应用提供特定的光学性能特征和物理性能特征。例如，可以将光扩散层12设计成表现出特定的透光性和雾度值。可以通过选择聚合物材料来调节光扩散层12的物理特性。可以改变各层的厚度以及颗粒的具体选择方式 (例如颗粒的大小、形状和用量)，以便调节光学特性。可以向组件10的任意一层中添加其他组分。其实例包括紫外线吸收剂，例如苯并三唑、苯并三嗪、二苯甲酮或它们的组合。也可以添加光稳定剂，例如受阻胺光稳定剂，并且还可以添加热稳定剂、荧光增白剂、抗静电材料和荧光粉。关于在组件10的各层中可添加的组分的进一步描述参见美国专利No. 6，723，772和No. 6，613，619，这些专利以引用方式并入本文。可以使用任何适当类型的反射偏光片16，例如多层光学薄膜(MOF)反射偏光片、 漫反射偏光片薄膜(DRPF)(例如连续相/分散相偏光片)、线栅反射偏光片或胆留型反射偏光片。MOF以及连续相/分散相反射偏光片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，从而选择性地反射一种偏振状态的光而透射正交偏振状态的光。 MOF反射偏光片的一些实例在共同拥有的美国专利No. 5，882，774中有所描述，该专利以引用方式并入本文。市售可得的MOF反射偏光片的实例包括具有漫散表面的VikuitiTM DBEF-D200 和 DBEF-D440 多层反射偏光片，可得自 3M Company, St. Paul, Minnesota。 可用于本发明的DRPF的实例包括如共同拥有的美国专利No. 5，825，543 (以引用方式并入本文)中所描述的连续相/分散相反射偏光片，以及如共同拥有的美国专利 No. 5，867，316 (也以引用方式并入本文)中所描述的漫反射多层偏光片。其他适当类型的DRPF在美国专利No. 5，751，388中有所描述。可用于本发明的线栅式偏光片的一些实例包括美国专利No. 6，122，103中所描述的那些。线栅式偏光片尤其可购自Moxtek Inc. , Orem, Utah。可用于本发明的胆甾型偏光片的一些实例包括在例如美国专利No. 5，793，456以及美国专利申请公开No. 2002/0159019中所描述的那些。胆留型偏光片通常在输出面上带有四分之一波长延迟层，这样使得透射过胆留型偏光片的光被转换为线性偏振光。在一个实施例中，粘结层14包含粘合剂材料，例如压敏粘合剂。压敏粘合剂是指显示出强的粘着性并且在仅施加轻微压力(例如指压)之后对多种基底粘附良好的粘弹性材料。压敏粘合剂的一种可接受的定量描述由Dahlquist标准给出，该标准指出储能模量 (G’ )小于约4. OX IO5帕斯卡(在室温下测定)的材料具有压敏粘合特性。压敏粘合剂聚合物可以包括一种或多种丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体的共聚物， 这些单体统称为(甲基)丙烯酸酯单体或增强单体，它们具有以下化学式
权利要求
1.一种光学组件，包括光扩散层；反射偏光层，其附着在所述光扩散层上；和中间区域，其在所述光扩散层和所述反射偏光层之间，所述中间区域包括限定所述光扩散层与所述反射偏光层之间的空隙的中间结构，并且其中所述中间结构包括位于所述反射偏光层上的非均匀表面，所述表面是由多个延伸到所述中间区域中的形貌特征物形成的，其中相邻的形貌特征物限定所述的空隙；其中所述反射偏光层上的所述非均匀表面具有约O. 5到10 μ m的平均粗糙度。
2.根据权利要求I所述的光学显示组件，其中所述中间区域包括中间层，所述中间层包括限定所述空隙的结构物。
3.根据权利要求I所述的光学组件，其中所述反射偏光层是用粘合剂材料附着在所述光扩散层上的。
4.根据权利要求3所述的光学组件，其中所述粘合剂材料选自压敏粘合剂、热活化粘合剂、热熔粘合剂和辐射固化型粘合剂。
5.根据权利要求I所述的光学组件，其中所述反射偏光层是通过粘结方法附着在所述光扩散层上的，所述粘结方法选自周边粘结、溶剂粘结、超声波焊接和激光焊接。
6.根据权利要求I所述的光学组件，其中所述反射偏光层包括多个交替的聚合物层。
7.根据权利要求6所述的光学组件，其中所述反射偏光层包括反射式偏光增亮薄膜 (DBEF)。
8.根据权利要求6所述的光学组件，其中所述反射偏光层包括漫反射偏光薄膜 (DRPF)。
9.根据权利要求I所述的光学组件，还包括光引导层，其与所述中间区域相背对地设置在所述反射偏光层上。
10.一种光学显不组件,包括光选通器件；光源；和光学元件，其被设置在所述光源与所述光选通器件之间，所述光学元件包括光扩散层；反射偏光层，其附着在所述光扩散层上；和中间区域，其在所述光扩散层与所述光控制层之间，所述中间区域包括限定所述光扩散层与所述反射偏光层之间的空隙的中间结构，并且其中所述中间结构包括位于所述反射偏光层上的非均匀表面，所述表面是由多个延伸到所述中间区域中的形貌特征物形成的， 其中相邻的形貌特征物限定所述的空隙；其中所述反射偏光层上的所述非均匀表面具有约O. 5到10 μ m的平均粗糙度。
11.根据权利要求10所述的光学显示组件，其中所述光选通器件为液晶显示(LCD)面板。
12.根据权利要求10所述的光学显示组件，其中所述反射偏光层是用粘合剂材料附着在所述光扩散层上的。
13.根据权利要求10所述的光学显示组件，其中所述中间区域包括中间层，所述中间层包括限定所述空隙的结构。
全文摘要
本发明涉及扩散型多层光学组件。该光学组件包括光扩散层、附着在光扩散层上的反射偏光层、位于光扩散层和反射偏光层之间的中间区域，所述中间区域包括限定光扩散层与反射偏光层之间的空隙的中间结构，并且所述中间结构包括位于所述反射偏光层上的非均匀表面，所述表面是由多个延伸到所述中间区域中的形貌特征物形成的，其中相邻的形貌特征物限定所述的空隙，并且所述反射偏光层上的所述非均匀表面具有约0.5到10μm的平均粗糙度。该组件结构使得多个光学层作为单一一个组件被结合到光学系统中。这减少了装配包括这些层的光学系统所需的时间，并且减少了在装配各层以及将这些层结合到光学系统的过程中损坏各层的可能性。
文档编号G02B5/30GK102590907SQ201210080929
公开日2012年7月18日 申请日期2006年12月6日 优先权日2005年12月8日
发明者斯蒂芬·J·埃茨科恩, 瑞安·T·法比克, 马克·D·格尔森 申请人:3M创新有限公司