透射率更高的光控膜的制作方法

透射率更高的光控膜的制作方法
【专利摘要】本发明描述了光控膜，以及组装了所述光控膜的光校准组件和液晶显示器。所述光控膜包括交替的透射区域和吸收区域，其中各透射区域的折射率大于各吸收区域的折射率。所述吸收区域与垂直于所述光控膜的方向形成微小界面角。入射到所述吸收区域的入射光的一部分发生全内反射，并且透过所述光控膜。透过所述光控膜的光的轴向亮度增加，视角内的亮度更加均匀，并且截光角变得锐利。
【专利说明】透射率更高的光控膜
[0001] 本申请是申请日为2008年10月13日、发明名称为"透射率更高的光控膜"、申请 号为200880111371. X的发明专利申请的分案申请。

【技术领域】
[0002] 本发明整体涉及光控膜和采用该光控膜的显示器。具体地讲，本发明涉及具有改 善的透光性的光控膜。

【背景技术】
[0003] 光控膜（LCF)，也称为光准直膜，是被构造用于调节透光性的光学薄膜。多种LCF 是已知的，并且通常包括具有多个平行凹槽的透光膜，其中凹槽由吸光材料形成。
[0004] LCF可紧贴显示器表面、图像表面或其他待观看表面设置。在观察者以垂直于薄膜 表面的方向透过LCF观看图像的垂直入射角度上（即0度视角），图像是可见的。随着视角 的增大，透过LCF的光量减少，直至达到截光角，在该截光角下，基本上所有的光都被吸光 材料阻断，并且图像不再可见。这样可通过阻止在通常的视角范围之外的其他人观察来保 护观察者的隐私。
[0005] 通过在聚碳酸酯基底上对可聚合树脂进行模铸和紫外线辐射固化，可以制备LCF。 这类LCF可以商品名"用于笔记本电脑和IXD监视器的3M?滤光片"（3M? Filters for Notebook Computers and LCD Monitors)从3M公司（明尼苏达州圣保罗）商购获得。
[0006] 显示器技术的进步带来了消费者所希望的更亮的、分辨率更高的和更节能的显示 器。当出于安全性考虑或其他目的而将LCF设置在显示器前方时，显示器的亮度和分辨率 会降低。因此期望存在一种不会降低显示器亮度和分辨率的LCF。


【发明内容】

[0007] 一般来讲，本发明涉及光控膜。本发明还涉及准直照明组件和采用该准直照明组 件的显示器。
[0008] 在本发明的一个方面，光控膜包括位于光输入表面与光输出表面之间的交替的透 射区域和吸收区域。每个吸收区域包含选自颜料、染料或其组合的光吸收性材料；在一个方 面，该材料为炭黑颜料。每个透射区域的折射率大于每个吸收区域的折射率，使得折射率差 值不小于0. 005。在一个方面，折射率差值小于0. 1 ;在另一方面，该差值在0. 007和0. 06 之间。在透射区域与相邻吸收区域之间形成的第一界面限定了该第一界面与垂直于光输出 表面的方向之间的界面角，使得该界面角不大于3度。在一个方面，在吸收区域与第二相邻 透射区域之间形成的第二界面形成了第二界面角，该第二界面角被限定在第二界面与垂直 于光输出表面的方向之间，使得该第二界面角不大于3度。
[0009] 在一个方面，入射至光输入表面的光沿垂直于光输出表面的方向以最大亮度从光 输出表面出射，并且当在距垂直于光输出表面的方向小于10度的任何角度测量时，入射至 光输入表面的光以大于80%最大亮度的的亮度从光输出表面出射；在另一方面，当在距垂 直于光输出表面的方向小于20度的任何角度测量时，入射至光输入表面的光以大于80% 最大亮度的亮度从光输出表面出射。在一个方面，当在距垂直于光输出表面的方向小于10 度的任何角度测量时，入射至光输入表面的光以大于90%最大亮度的亮度从光输出表面出 射；在另一方面，当在距垂直于光输出表面的方向小于20度的任何角度测量时，入射至光 输入表面的光以大于90%最大亮度的亮度从光输出表面出射。
[0010] 在一个方面，光控膜包括极面截光角，并且入射至光输入表面的光沿垂直于光输 出表面的方向以最大亮度从光输出表面出射，并且当在任何大于极面截光角的角度上测量 时，入射至光输入表面的光以小于10%最大亮度的亮度从光输出表面出射；在另一方面， 当在任何大于极面截光角的角度上测量时，入射至光输入表面的光以小于5%最大亮度的 亮度从光输出表面出射。
[0011] 在本发明的一个方面，准直照明组件包括光控膜和光源，该光源将光射向光控膜 的光输入表面。光控膜包括光输入表面以及透射区域和吸收区域。透射区域的折射率为 N1，吸收区域的折射率为N2,其中N1-N2不小于0. 005。透射区域与相邻吸收区域之间的第 一界面与垂直于输入表面的方向呈小于3度的角。在一个方面，在透射区域和第二吸收区 域之间形成了第二界面，并且该第二界面与垂直于输入表面的方向呈不大于3度的角。在 一个方面，准直照明组件还可包括棱镜膜、反射型偏振器或棱镜膜与反射型偏振器的组合。 棱镜膜和反射型偏振器可设置在光源与光控膜之间。反射型偏振器可层合至光控膜。棱镜 膜可设置在光源与反射型偏振器之间。
[0012] 在本发明的一个方面，液晶显不器包括光控膜、将光射向光控膜的光输入表面的 光源，以及接收来自光控膜光输出表面的光的液晶显不模块。光控膜包括交替的透射区 域和吸收区域，这些区域横向设置在由光输入表面和光输出表面限定的平面内。光输入表 面与光输出表面相背对地设置。每个吸收区域的折射率比每个透射区域的折射率小至少 0. 005。透射区域与第一相邻吸收区域之间的第一界面限定了从垂直于平面的方向上测得 的界面角G1，其中G 1不大于3度。在一个方面，在透射区域与第二吸收区域之间形成的 第二界面形成了第二界面角，该第二界面角被限定在第二界面与垂直于光输出表面的方向 之间，使得该第二界面角不大于3度。
[0013] 在一个方面，液晶显示器还可包括棱镜膜、反射型偏振器或棱镜膜与反射型偏振 器的组合。棱镜膜和反射型偏振器可设置在光源与光控膜之间。反射型偏振器可层合至光 控膜。棱镜膜可设置在光源与反射型偏振器之间。
[0014] 本专利申请的这些方面和其他方面通过下文的具体描述将显而易见。然而，在任 何情况下，以上概述都不应理解为是对权利要求书中所要求保护主题的限制，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。

【专利附图】

【附图说明】
[0015] 在整个说明书中都对附图进行了引用，其中类似的附图标记代表类似的元件，并 且其中：
[0016] 图1为LCF的剖视图。
[0017] 图2为微结构化膜制品的透视图。
[0018] 图3为LCF的透视图。
[0019] 图4为LCF的透视图。
[0020] 图5为LCF的示意性剖视图。
[0021] 图6为背光型显示器的示意性透视图。
[0022] 图7为LCF的亮度图线。
[0023] 图8为另一个LCF的亮度图线。
[0024] 图9为另一个LCF的亮度图线。
[0025] 上述附图未必按比例绘制。图中所用类似标记表示类似元件。然而应当理解，用 来表示给定图中某个元件的编号并非意图限定另一幅图中标以相同编号的元件。

【具体实施方式】
[0026] 本专利申请涉及LCF，该LCF在保持明确限定的截光角的同时其透射光具有增加 的亮度和均匀度。进入LCF的光的一部分在LCF内发生全内反射（TIR)，增加了透过该膜的 光量。在一个方面，将LCF设置在光源与背光型显示器的像平面之间，以提高显示器的亮度 和均匀度，而不会降低分辨率。使壁夹角以及交替的吸收区域与透射区域之间的折射率差 值保持较小以实现这些性质。
[0027] LCF通常被制造用于确保吸收区域尽可能多地吸收入射光。强吸收区域使可能从 这些区域"漏出"的光量最小化，并由此控制LCF的方向性和隐私功能。通常也使从这些吸 收区域反射的入射光最小化，以减少这些反射可能引起的伪像或"鬼"像。可将LCF设置在 观察者和显示器的像平面之间，以限制图像的视角。像平面可包括在（例如）液晶显示器 (IXD)、图形显示器和标记显示器中。在一些情况下，LCF可用于投影显示器中；在投影显示 器中，像平面中的信息被投射至接收表面。
[0028] 在一个方面，调节吸收区域和透射区域的相对折射率。这种调节可减少由LCF内 的反射引起的鬼像。当透射区域的折射率小于吸收区域的折射率时，入射到这两区域之间 的界面上的光被折射进吸收区域并被吸收。这两个区域的折射率可大致"匹配"，以使得吸 收区域的折射率略微高于（如果不等于）透射区域的折射率，并且大致消除了反射。遗憾 的是，被吸收的那部分光减少了透过LCF的总光量，并且希望在不改变预期视角的情况下 利用这被吸收的光的一部分。
[0029] 本发明的一个方面为设置在显示器像平面的与观察者相对的侧面上（即设置在 用于照射显示器的光源与显示器的像平面之间）的LCF。由于LCF在光到达显示器的像平 面之前将光与视角相准直，因此如此设置的LCF最大程度地减少了鬼像的形成。在本发明 的一个方面，入射到LCF吸收区域与透射区域之间界面的光的一部分从该界面反射并传播 至显示器，增加了显示器在预期视角内的亮度（或"增益"）。一般不期望光透射到预期视 角之外。反射界面（例如反射金属）可使光透射至预期视角之外，并且通常不采用这种界 面。
[0030] 当入射光在吸收区域与透射区域之间的界面发生TIR时，可以增加显示器的亮 度。根据光线在该界面上的入射角以及透射区域和吸收区域所用材料的折射率差值，可以 确定光线是否会发生TIR。在本发明的一个方面，吸收区域的折射率不大于透射区域的折射 率。在一些情况下，透射区域的折射率比吸光区域的折射率大至少约0.005。在一些情况 下，折射率差值小于〇. 1。在一些情况下，折射率差值在〇. 007和0. 06之间。如本文所用， 两个数字"之间"的范围旨在包括这个范围的端值。例如，"在0. 007和0. 06之间"意味着 包括端值〇. 007和0. 06,以及这两个端值之间的所有数值。
[0031] 在一个方面，可将LCF设置在光源和显示器的像平面（例如，IXD面板）之间，以 提高显示器如车用显示器或航空电子显示器的性能。为了清晰易读，需要显示器在日照条 件下具有高的亮度；然而，来自显示器的光可能会在表面（例如，前挡风屏）上产生不希望 的反光。在环境光较弱的情况下，不希望的反光将变得更加明显。在一个方面，由于光保持 在受控的视角内，因而显示器的亮度会增加，并且不希望的反光会减少。
[0032] 图1示出了 LCF100的剖视图，该LCF包括光输出表面120和与光输出表面120相 背对的光输入表面110。LCF100包括交替的透射区域130、吸收区域140,以及透射区域130 与吸收区域140之间的界面150。透射区域130具有底宽"W"并且彼此以间距"P"隔开设 置，还包括吸收区域140与光输出表面120之间的底面区域"L"。吸收区域140具有底部 145,高度为"H"，并且彼此以间距"P"隔开设置。界面150与光输出表面120的法线160形 成界面角Q 1。如本文所述，表面的"法线"意指垂直于该表面。LCF100包括由交替的透射 区域130和吸收区域140的几何形状限定的内部截光角O 115
[0033] 图2示出了可用于制造LCF的微结构化膜制品200,其包括至少一个微结构化表面 210。在一种情况下，微结构化表面210可以包括多个凹槽201a-201d。如图2所示，凹槽 220的底部与微结构化膜制品200的相对表面211之间可存在连续基体层230。在一种情 况下，凹槽220可一直延伸穿过微结构化膜制品200。在一种情况下，微结构化膜制品200 可包括底部基底层260,该底部基底层可与微结构化膜制品200整体地形成，或者被独立地 添加至该微结构化膜制品。
[0034] 图3示出了 LCF300,其中图2中的凹槽201a-201d通过用吸光材料350填充而具 有吸光性。形状为微结构的凹陷部（例如凹槽）的吸光材料350在本文中称为吸收区域 140。
[0035] 图4示出了 LCF400,该LCF还包括可与底部基底层260相同或不同的可选的包覆 膜470。可采用粘合剂410将可选的包覆膜470粘合至微结构化表面。粘合剂410可为任 何光学透明的粘合剂，例如可UV固化的丙烯酸酯粘合剂、转移粘合剂等等。LCF400还包括 光输入表面110和与光输入表面110相背对的光输出表面120,以限定平面。应当理解，为 了便于描述本发明，LCF 400被放置为使得光输入表面110靠近吸收区域140的底部145设 置，不过，光输入表面110也可设置为与底部145相背对。换句话讲，LCF 400可被放置为 使得底部145更靠近将光注入光输入表面110的光源（未示出），或者LCF还可被布置为使 得底部145更靠近接收来自光输出表面120的光的显示平面（未示出）。
[0036] 如图3和图4所示，吸收区域140之间的透射区域130具有壁夹角0 T、透射区域 底宽"W"、有效高度"H"、间距"P"和极面截光角％。对于对称的吸收区域，壁夹角0 T是图 1所示的界面角G1的两倍。在一种情况下，对于非对称的吸收区域，界面角G1对于各界面 150可以是不同的，而且壁夹角e T等于吸收区域140各侧面上的界面角S1之和。可通过 对限定内部截光角O1的光线应用斯涅耳定律，利用任选包覆膜470、粘合剂410、透射区域 130、底部基底层260和LCF400所浸入的材料（通常为空气）的折射率，来确定极面截光角 〇 P。极面截光角Op等于极面截光半视角O1与极面截光半视角O2之和，这两个半角均相 对于光输入表面110的法线测得。在一些情况下，极面截光角O p可以是对称的，而且极面 截光半视角O1等于极面截光半视角O2。在一些情况下，极面截光角Op可以是非对称的， 而且极面截光半视角〇:不等于极面截光半视角O2。出于本公开的目的，图4中示出的从 光输入表面110的法向沿所示方向测量的角度"〇"，在本文中称为"极面视角"。极面视角 ①的范围可为0° (即垂直于光输入表面110)至90° (即平行于光输入表面110)。
[0037] 透射区域130的材料性质、壁夹角0T、间距"P"和透射区域的底宽"W"可影响 LCF400的透光率。LCF可具有相对较大的壁夹角，例如，大于10度或更大的壁夹角。较大的 壁角使吸光区域的宽度增大，从而减少垂直入射角度下的透射。较小的壁角是优选的（例 如小于10度），从而使得垂直入射角度下的光透射尽可能的大。
[0038] 在一个方面，本发明可涉及壁夹角可不大于6°的LCF。在一个方面，壁夹角可不 大于5°，例如小于5°、4°、3°、2°、1°或0. 1°。如本文所述，壁夹角与对称和非对称吸 收区域的界面角有关。同样，在一个方面，界面角可为3°或不大于3°，例如不大于2.5°、 2°、1°或0.1°。较小的壁角可以形成在较小间距"P"下具有相对较高的纵横比（H/W)的 凹槽，并且可以在较低的视角下提供更清晰的图像截光效果。在一些情况下，透射区域具有 平均高度"H"、其最宽部分处的平均宽度"W"，并且H/W为至少1. 75。在一些情况下，H/W为 至少2. 0、2. 5、3. 0或更大。
[0039] LCF可被制造成具有任何所需的极面截光角。在一个方面，极面截光角的范围为 40°至90°或甚至更高。如其他地方所述，极面截光角O p可由参数 以及LCF材料的折射率来确定。在一些情况下，定义"功能性极面视角"可以是有用的，该 视角包括以大于极面截光角的角度透过LCF的光。例如，以略大于内部截光角O1的角度 入射吸收区域的光可以"渗透至"吸收区域的最薄部分（即部分透过图1中示为梯形的吸 光区域的顶部和底部）。可将功能性极面视角定义为亮度降低至轴向亮度的较小比例（例 如，10%、5%或甚至更少）时的角度。
[0040] 图5示出了根据本发明的一个方面的LCF500。由于入射至吸收区域140的光中 的一些可通过TIR反射，因此LCF500的透光率大于现有技术制成的LCF的透光率。LCF500 包括透射区域130和吸收区域140,其中透射区域包含折射率为Nl的材料，吸收区域包含折 射率为N2且不大于Nl的材料。界面的临界角0。（未示出）为0c = arcsin(N2/Nl)。以 大于Q。的角度入射到界面150上的光线在界面150处发生TIR。以小于0。的角度入射 到界面150上的光线被吸收区域140吸收。
[0041] 图5示出了三条穿过光输入表面110进入透射区域130的光线，即ABC、DEF和GH。 光线ABC以内部截光角O 1范围内的角度进入透射区域130,以大于0。的入射角Si入射 至吸收区域140,并且发生TIR从光输出表面120射出。光线DEF以相似的方式，以内部截 光角O 1范围之外的角度进入透射区域130,以大于0。的入射角0 i入射至吸收区域140， 并且发生TIR从光输出表面120射出。光线GH以内部截光角O1范围之外的角度进入透 射区域130,以小于0。的入射角0 i入射至吸收区域140,并被吸收区域140吸收。壁夹角 0 T、透射区域折射率Nl和吸收区域折射率N2均为可调的参数，以便控制光输出表面120的 透光性。对这些参数进行选择，可使原本会被吸收区域140吸收的光中的一部分从界面150 反射，并以预期的内部截光角〇:范围内的角度穿过输出表面。
[0042] 随着吸收区域与透射区域之间折射率差值的增大，临界角e。会减小，并且入射至 界面上的光中的更多部分会从该界面反射。这样LCF就具有较高的亮度（或增益），但会导 致不希望出现的情况，即，光以大于预期截光角的角度从LCF的输出表面透射。在一些情况 下，理想的是对相对折射率的差值进行限制，以控制这些不希望的反射。在一个方面，本发 明涉及这样的LCF :其包含具有小折射率差值（例如，在0. 005和0. 1之间）和小界面壁角 (例如不大于3°或在0? 1°和3°之间）的材料。
[0043] 在一些情况下，用于LCF中吸光区域的吸光材料可以是用于吸收或阻挡可见光谱 至少一部分的光的任何合适材料。在一些情况下，吸光材料可涂覆于，或以其他方式设置于 透光膜中的凹槽或凹陷内，以形成吸光区域。在一些情况下，吸光材料可包括黑色着色剂， 例如炭黑。在一个实施例中，炭黑可为粒度小于10微米（例如，1微米或更小）的颗粒状炭 黑。在一个实施例中，炭黑的平均粒度可小于1微米。在一些情况下，可将炭黑、另一种颜 料或染料或它们的组合分散在合适的粘结剂中。在一些情况下，吸光材料可包括可用于阻 挡光透过吸光区域的颗粒或其他散射元件。
[0044] 在一个方面，吸光区域可包含与透光材料大体相同的可聚合树脂组合物。在该实 施例中，吸光区域材料的折射率可以不大于透光区域材料的折射率。在一些情况下，着色剂 (例如炭黑）的量为总吸光区域材料组合物的至少约1重量％并且不大于约10重量％。在 一些情况下，可将以重量计为约2%至约5%的炭黑与吸收区域树脂材料相混合，以充分地 吸收入射光。炭黑的折射率高于1. 5,因此在一些情况下，可将低折射率树脂与炭黑相混合， 以保持所需的吸收区域与透射区域之间的折射率差值。
[0045] 可通过使透光材料的相对折射率与吸光材料的折射率在光谱的至少一部分（例 如人可见光谱）上失配，来控制透光区域/吸光区域界面上的反射。在一些情况下，固化透 射区域的折射率（NI)比固化吸光区域的折射率（N2)大至少约0.005。在一些情况下，折射 率差值（N1-N2)不小于0.005,或（N1-N2)大于或等于0.005。在一些情况下，折射率差值 (N1-N2)可小于0? 1，并且可在0.007和0.06之间。
[0046] 在一个方面，LCF包括多个吸光区域。在一些实施例中，吸光区域可以为本说明中 其他地方所示的多个沟槽。在一些情况下，LCF可包括例如美国专利No. 6, 398, 370 (Chiu 等人）中图2b所示的多根圆柱。在一些情况下，本文所述的LCF可与同样在美国专利 No. 6, 398, 370中所述的第二LCF进行组合。在其他实施例中，吸光区域为能够为膜增添角 度相关的透光能力或阻光能力的圆柱、立柱、棱锥、圆锥体和其他结构。
[0047] 可聚合树脂可包含第一可聚合组分和第二可聚合组分的组合，所述第一可聚合组 分和第二可聚合组分选自（甲基）丙烯酸酯单体、（甲基）丙烯酸酯低聚物，以及它们的混 合物。如本文所用，"单体"或"低聚物"为能够转变成聚合物的任何物质。术语"（甲基） 丙烯酸酯"是指丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯化合物两者。在一些情况下，可聚合组合物可包含 (甲基）丙烯酸酯化聚氨酯低聚物、（甲基）丙烯酸酯化环氧低聚物、（甲基）丙烯酸酯化聚 酯低聚物、（甲基）丙烯酸酯化酚醛低聚物、（甲基）丙烯酸酯化丙烯酸低聚物，以及它们的 混合物。可聚合树脂可为辐射固化性聚合物树脂，例如UV固化树脂。在一些情况下，可用于 本发明LCF的可聚合树脂组合物可包括（例如）美国专利公开No. 2007/0160811 (Gaides等 人）中所述的可聚合树脂组合物，前提是这些组合物满足本文所述的折射率和吸收特性。
[0048] 具有微结构的制品（例如图2中所示的微结构化膜制品200)可通过包括以下步 骤的方法来制备：(a)制备可聚合组合物；(b)将可聚合组合物以刚好足以填充母板空腔的 量沉积至母板（阴模）的微结构化成型表面；(c)通过在预成形的底部与母板之间（它们中 的至少一个为挠性的）移动可聚合组合物的珠子来填充空腔；以及（d)固化该组合物。沉 积温度的范围是环境温度至约180° F(82°C )。母板可为金属（例如镍、镀铬或镀镍铜或黄 铜），或者可为在聚合条件下稳定的热塑性材料，并且母板具有的表面能使得能将聚合的材 料从母板上干净地移除。可任选对基膜表面中的一者或多者涂底漆或以其他方式处理，以 提1?光学层对底部的粘附力。
[0049] 本文所述的可聚合树脂组合物适用于制造其他透光和/或微结构化制品，包括 (例如）增亮膜等等。本文所用的术语"微结构"是如美国专利No. 4, 576, 850 (Martens)中所 定义和解释的。微结构一般是不连续体，例如制品表面上的凸起和凹陷，它们在轮廓上偏离 穿过微结构所绘的平均中线，使得中线上方表面轮廓所包围的面积总和等于线下方的面积 总和，该线基本上平行于制品的标称表面（用于支承微结构）。在该表面的代表性特征长度 (例如，l-30cm)上，采用光学或电子显微镜测得的偏离高度通常为约+/-0. 005至+/-750 微米。平均中线可为平的、凹的、凸的、非球面的或它们的组合。偏离的程度较低（例如从 +/-0. 005至+/-0. 1，或+/-0. 05微米）、并且偏离出现的次数较少或次数最少（即表面没有 任何明显的不连续体）的制品可被认为具有基本"平"或"平滑"的表面。其他制品具有高 的偏差，例如从+/_〇. 1至+/-750微米，并且归因于微结构包括多个实用性不连续体，这些 不连续体是相同或不同的，以无序或有序方式间隔或邻接。
[0050] 基底材料的化学组成和厚度可取决于将要构造的产品的要求。即，对强度、透明 度、光学延迟量、耐温性、表面能、对光学层粘附性需求进行权衡。在一些情况下，基底层的 厚度可为至少约〇. 025毫米（mm)，并且可为约0. Imm至约0. 5mm。
[0051] 可用的基底材料包括（例如）苯乙烯_丙烯腈、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维 素、三乙酸纤维素、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙 烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、基于萘二甲酸的共聚物或共混物、基于聚烯烃的材料例如聚乙 烯、聚丙烯以及聚环烯烃的流延薄膜或定向薄膜、聚酰亚胺和玻璃。可任选地，所述基材可 以包含这些材料的混合物或组合。在一种情况下，基底可以是多层的或者可以包含悬浮或 分散在连续相中的分散组分。
[0052] 在一个方面，基底材料的实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)和聚碳酸 酯（PC)。可用的PET膜的实例包括可以商品名"Melinex 618"得自DuPont Films of Wilmington, Delaware的光学级别聚对苯二甲酸乙二醇酯。光学级别聚碳酸酯膜的实 例包括得自GE Polymershapes, Seattle WA的LEXAN?聚碳酸酯膜8〇1〇和得自Te：Uin Kasei, Alpharetta GA 的 Panlite 1151。
[0053] -些基材可以是旋光的，并且能作为偏振材料。己知在光学产品领域中许多基材 (在本文中也称作薄膜或基底）可以用作偏振材料。例如，通过在薄膜材料中引入二向色性 偏振成分（dichroic polarizer)来选择性地吸收通过的光，从而可以使通过薄膜的光发生 偏振。也可以通过引入无机材料（例如取向的云母晶片）或者通过在连续薄膜中分散不连 续相（例如分散在连续薄膜中的光调制液晶的微滴）来实现光偏振。作为一种选择，可以 由不同材料的超精细层制备薄膜。例如，通过使用例如拉伸薄膜、施加电场或磁场和涂敷技 术等之类的方法，可以将所述薄膜中的偏振材料调到偏振方向。
[0054] 偏振膜的实例包括美国专利No. 5, 825, 543 (Ouderkirk等人）； No. 5, 783, 120 (Ouderkirk 等人）；No. 5, 882, 774 (Jonza 等人）；No. 5, 612, 820 (Shrenk 等 人）和No. 5, 486, 949 (Shrenk等人）中描述的那些。结合棱镜增亮膜使用这些偏振膜已经 在（例如）美国专利No. 6, 111，696 (Allen等人）和No. 5, 828, 4洲(Ouderkirk等人）中 有所描述。可商购获得的膜为多层反射偏振膜，例如得自3M公司的Vikuiti?双倍增亮膜 (Vikuiti? Dual Brightness Enhancement Film，简称 "DBEF，'）。
[0055] 本文列举的基材并不全面，如本领域技术人员所了解的那样，其他偏振膜和非偏 振膜也可用作本发明光学产品的基底。这些基材可以与任意数量的其他薄膜（包括（例 如）偏振膜）组合以形成多层结构。具体基底的厚度也可取决于光学产品的所需性质。
[0056] 图6示出了根据本发明的一个实例性方面的背光型显示器600的透视示意图。背 光型显示器600包括LCF630,以限定从LCF630的输出表面690出射的光的极面截光角〇 P。 如其他地方所述，极面截光角Op包括从光输出表面690的法线680测得的极面截光半视角 O 1和极面截光半视角O2。如其他地方所述，LCF630包括透射区域640和吸收区域650。 背光型显示器600包括光源610,其被构造用于使光透过LCF630、透过像平面620 (例如IXD 面板）并到达观察者695。如其他地方所述，亮度为最大值时的视角可以取决于极面截光角 关于法线680是对称的还是不对称的。在一个方面，背光型显示器600的亮度沿着法线680 可以是最大的（称为"轴向亮度"），并且随着视角的增大而降低。对于不对称的极面截光 角，最大亮度可以不与法线680 -致。背光型显示器600还可包括可选的增亮膜660和反 射偏振膜670以进一步提高显示器的亮度和均匀度。增亮膜可以为棱镜膜，例如得自3M公 司的 Vikuiti? 增亮膜（Vikuiti? Brightness Enhancement Film，简称 "BEF"）或增亮薄 膜（Thin Brightness Enhancement Film,简称"TBEF"）。反射偏振膜670可以为多层光学 膜，例如得自 3M 公司的 Vikuiti? 双倍增亮膜（Vikuiti? Dual Brightness Enhancement Film，简称"DBEF")。增亮膜660和反射偏振膜670 (如果包括）可以如图6所示那样设置。
[0057] 本发明不应被认为仅限于本文所述的具体建模和实例；相反，应该理解为涵盖如 所附权利要求书中明确提出的本发明的所有方面。在理解了本发明之后，适用于本发明的 各种修改形式、等同方法以及许多结构将是本发明所涉及领域的技术人员显而易见的。根 据随后的建模结果和实例来考虑实施例能够更好地理解上述说明。
[0058] LCF的光线追踪律樽
[0059] 采用光学光线追踪程序对LCF的性能进行建模。光学光线追踪程序提供了与公共 商用光线追踪软件（例如 TracePro? (得自 Lambda Research Corp.，Littleton MA)和 Li ghtT(.)C)ls@ (得自 Optical Research Associates, Pasadena CA))相当的结果。
[0060] 将BEF和LCF的光学性质输入程序，并且按照如下所示输入物理维度和结构。根 据以37°入射至填充了碳黑的光可聚合混合丙烯酸酯树脂的光的实际衰减，校准了黑色树 脂的吸收系数（大致与表3中混合物3代表的"高折射率黑色树脂"相同）。模型对应于与 图6类似的装置，其中光源610为朗伯光源，增亮膜660为Vikuiti?增亮膜BEF-II设计， 未使用反射偏振膜670,并且LCF630如图4中的LCF400那样构造（即，具有0. Imm厚的聚 碳酸酯覆盖膜470、0. Imm厚的聚碳酸酯底部基底膜260和0. 025mm厚的粘合剂410)。 [0061] 追踪了视角〇下从像平面620至朗伯光源610的平行光线，并记录了发光度（亮 度）。在0°至90°的视角上反复进行此步骤，以生成各图线。程序根据初始光穿过材料和 界面时的反射和吸收来考虑衰减，直至光到达光源表面。衰减提供了用于乘以表面亮度的 因子，并生成了初始光线的观察方向上的亮度。生成了图线，该些图线示出了在垂直于膜表 面并沿着凹槽方向（水平面）的平面中的视角与强度的关系，W及在垂直于膜表面并垂直 于凹槽方向（垂直面）的平面中的视角与强度的关系。图7-9示出的图线包括来自该两个 观察方向的数据。水平面的亮度轮廓被标记为"沿着凹槽"。
[0062] 表1:连巧I1-3通巧的樽巧输入参敬
[0063]

【权利要求】
1. 一种光控膜，包括： 光输入表面和与所述光输入表面相背对的光输出表面； 交替的透射区域和吸收区域，所述交替的透射区域和吸收区域设置在所述光输入表面 和所述光输出表面之间，各透射区域的折射率为N1，并且各吸收区域的折射率为N2,其中， N1-N2 不小于 0? 005 ; 透射区域和相邻吸收区域之间的第一界面；以及 界面角9 1，所述界面角9 1由所述第一界面和垂直于所述光输出表面的方向限定，其 中，0 1介于0.1度和2. 5度之间， 其中，入射至所述光输入表面的光沿垂直于所述光输出表面的方向以最大亮度从所述 光输出表面出射，并且当在距垂直于所述光输出表面的方向小于20度的任何角度测量时， 入射至所述光输入表面的光以大于所述最大亮度的80%的亮度从所述光输出表面出射。
2. 根据权利要求1所述的光控膜，其中，入射至所述光输入表面的光沿垂直于所述光 输出表面的方向以最大亮度从所述光输出表面出射，并且当在距垂直于所述光输出表面 的方向小于20度的任何角度测量时，入射至所述光输入表面的光以大于所述最大亮度的 90 %的亮度从所述光输出表面出射。
3. 根据权利要求1所述的光控膜，还包括极面截光角，并且其中，入射至所述光输入表 面的光沿垂直于所述光输出表面的方向以最大亮度从所述光输出表面出射，并且当在任何 大于所述极面截光角的角度上测量时，入射至所述光输入表面的光以小于所述最大亮度的 10 %的亮度从所述光输出表面出射。
4. 根据权利要求1所述的光控膜，其中，N1-N2小于0. 1。
5. 根据权利要求1所述的光控膜，其中，所述透射区域和所述吸收区域中的每一者均 包含辐射固化的（甲基）丙烯酸酯聚合物。
6. -种准直照明组件，包括： 光控膜，所述光控膜包括： 光输入表面； 透射区域和吸收区域，所述透射区域的折射率为N1，所述吸收区域的折射率为N2,其 中，N1-N2不小于0. 005， 其中，所述透射区域和所述吸收区域之间的第一界面与垂直于所述光输入表面的方向 形成介于〇. 1度和2. 5度之间的角度； 光源，所述光源将光射向所述光输入表面；以及 棱镜膜，所述棱镜膜设置在所述光源和所述光控膜之间。
7. 根据权利要求6所述的准直照明组件，还包括设置在所述光源和所述光控膜之间的 反射型偏振器。
8. -种液晶显不器，包括： 光控膜，所述光控膜包括： 交替的透射区域和吸收区域，所述交替的透射区域和吸收区域横向地设置于由光输入 表面和与所述光输入表面相背对的光输出表面限定的平面内，各吸收区域的折射率比各透 射区域的折射率小至少0. 005 ; 透射区域与第一相邻吸收区域之间的第一界面，所述第一界面限定从垂直于所述光控 膜的所述平面的方向测量的界面角9 1，其中，9 1介于0.1度和2. 5度之间； 光源，所述光源将光射向所述光输入表面；以及 液晶显示模块，所述液晶显示模块接收来自所述光输出表面的光。
【文档编号】G02B5/30GK104375224SQ201410709596
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2008年10月13日 优先权日:2007年10月16日
【发明者】加里·E·盖德斯, 肯尼斯·A·爱泼斯坦 申请人:3M创新有限公司