专利名称：微结构屏幕和使用共挤出的制造方法
技术领域：
本发明整体涉及制造背投影屏幕的方法和由该方法制造得到的屏幕。更具体地，本发明涉及背投影屏幕，该屏幕结合完全内反射结构以散射通过屏幕的光。
背景技术：
背投影屏幕通常被设计用来将投射到屏幕背面的图像传递到观看区。投射系统的观看区可以较大(例如，背投电视)，或可以较小(例如，背投数据监控器)。可以用屏幕的各种特性来描述背投影屏幕的性能。用来描述屏幕性能的典型屏幕特性包括增益、可视角度、分辨率、对比度、不合乎要求的人为产物(例如颜色、斑点)的存在，等等。
通常希望背投影屏幕具有高分辨率、高对比度和大增益。也希望屏幕将光分散到大的观看区。不幸地的是，当屏幕的一个特性被提高时，屏幕的一个或多个其它特性通常会降低。例如，可以改变水平可视角度以容纳相对于屏幕的处于较宽位置范围的观察者。然而，提高水平可视角度也会导致将垂直可视角度提高到超出特定应用所需要的角度，因此整个屏幕的增益减少。结果，在屏幕特性和性能上做一定的折中，以产生一种整体性能符合特定的背投影显示应用的屏幕。
在美国专利NO.6,417,966中，Moshrefzadeh等人公开了一种具有反射表面的屏幕，反射表面将通过该反射表面的光反射到至少一个散射平面内。该屏幕因此允许图像光在背投影系统中不对称散射，并且允许光被有选择的导向观察者。Moshrefzadeh等人也教授了制造该屏幕的方法，包括使用模制和固化工艺、涂层技术、平面化方法和去除保护涂层材料等步骤的组合。
发明内容
本发明提供一种形成光学膜的方法，该方法包括以下步骤提供由第一种材料制成的第一膜，挤出第二种材料以形成熔融状态的第二膜；保持第二膜处于熔融状态；使第一膜接近熔融的第二膜；使熔融状态的第二膜形成图案以形成多个结构，所述结构在其间限定了多个凹腔；以及固化熔融状态的第二膜。
参考下面附图将进一步解释本发明，在几个视图中相同的结构将用相同的附图标记表示。
图1是微肋屏幕结构的侧视图。
图2示出权利要求1中的屏幕结构的一种制造方法。
图3是填充了光吸收材料的图1中的结构的侧视图。
图4是填充图1所示的结构以产生图3所示的结构的方法的一种实施例的示意图。
图5是填充图1所示的结构以产生图3所示的结构的第二种方法的一个步骤的侧视图。
图6A是使用图5的方法生产的屏幕的一个实施例的侧视图。
图6B是使用图5的方法生产的屏幕的第二个实施例的侧视图。
图7示出本发明涉及的屏幕的第二个实施例。
图8是本发明涉及的屏幕的第三个实施例的侧视图。
图9示出具有附加层的图3的结构。
图10是一个示意图，示出用于生产图9的结构的本发明的方法的一个实施例。
虽然上述附图示出了本发明的几个实施例，但是其它的实施例也是可想到的。本公开通过代表的方式而非限制的方式提出本发明的说明性实施例。本领域的技术人员能够作出在本发明原则的实质的范围内的多种修改和实施例。附图没有按照比例绘制。
此外，尽管通过标识“一”、“二”、“三”等来参考实施例，但应理解，这些描述只是为了参考方便而不表示优选顺序。这些标识仅仅是为了清楚地区分不同的实施例。
具体实施例方式
图1是微肋屏幕结构的侧视图。所示实施例的变型可以用于前投式和其它的屏幕应用，但是为本公开的目的，主要关于背投影屏幕应用对其进行描述。微肋结构20包括透光底部基材22和微结构的光散射肋(微肋)24。术语“微结构的”包括具有以微米(μm)或更小的单位测量的特性尺寸的特征物。通常，微结构的特征物的特性尺寸范围从小于0.01微米到大于100微米。特征物的特性尺寸的构成取决于特征物的类型。实例包括表面中的槽状特征物的宽度、表面上的杆状突起的高度、表面上的尖的突出部分或凹入部分的尖端处的曲率半径。因此，只要特征物的特性尺寸具有亚微米公差的尺寸，则即使肉眼可见的特征物也可以被说成是微结构的。
在一个示例实施例中，线性肋或光散射肋24由光度基质材料制成，例如树脂如聚碳酸酯；尤其是，该基质树脂结合光散射粒子例如珠子，以使光散射肋24用作体散射器。为肋的几何形状选择足够高的高宽比，以在微肋结构20内产生全内反射(TIR)。选择树脂中的光散射粒子的加入来控制光学特性，例如屏幕的增益和可视角度。通常为散射肋24选择例如具有高折射率(IR)的树脂等材料。在本应用中，光散射肋24的折射率指基质材料的折射率。适合制造光散射肋24的材料包括聚合物，例如改性丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚烯烃、聚丙烯，和其它折射率最好等于或大于约1.50的光学聚合物。折射率为1.59的聚碳酸酯由于它的高玻璃化温度Tg、透明和机械特性而尤其有用。在图1所示的实施例中，光散射肋24被V型凹槽(凹腔)26分隔。虽然在示例实施例中，光散射结构24被以扩展到几乎整个底部基材(底部膜)22宽度的肋进行描述，但是可以设想在替代实施例中，光散射结构例如形成在底部基材22上以交错的或“棋盘”形图案布置的离散的尖端。在一个示例实施例中，每个结构24有底部23和多个壁25，随着壁25从底部23延伸，使结构24变窄。
图2示出可以形成权利要求1中的屏幕结构的方法。图2示出微复制共挤出工艺的一个实例，该工艺可以被用来生产由底部基材22上的光散射肋24组成的微肋结构20。术语“微复制”包括将微结构的特征物从母模或铸模传到制品上的工艺。例如通过微加工技术例如金刚石车削、激光烧蚀或光刻法使母模具有微结构。具有微结构的母模的一个表面或者多个表面可以用可硬化的材料覆盖，使得当材料硬化时，形成具有期望的微结构的特征物的复制阴模的制品。微复制可以使用轧辊、皮带和本领域已知的其它设备来完成。微复制可以使用包括但不限于挤出、压印、辐射固化和喷射模塑法等技术来完成。
在图2所示的示例实施例中，共挤出模28是高温、高压的模，用于同时挤出双层膜。在一个实施例中，模28有直径为大约44.4毫米(1.75英寸)到大约50.8毫米(2英寸)的挤出孔30。双层膜由制成底部基材22的材料32和制成光散射肋24的材料34组成。在一个实施例中，材料32和34被加热到约66摄氏度(150华氏度)，并同时从温度为约293摄氏度(560华氏度)的模28挤出。材料32和34在被从模28中挤出之前是彼此隔离的。挤出后，材料32和34互相接触，其中至少材料34还处于熔融状态。
图2所示的三轧辊挤出-压印(three-roll extrude emboss)技术使用了第一轧辊(压送辊)36，带图案的第二轧辊(模制辊)40和第三轧辊(托辊)44。在一个实施例中，辊36、40和44中的每一个的直径大约是0.43米(17英寸)。第一轧辊36和第三轧辊44可以根据所用材料的特性的需要而被加热或冷却，以辅助将材料从轧辊表面释放。材料32和34被同时从模28中挤出到图案模制辊40上。在所示实施例中，材料32被挤出到压送辊36附近，材料34被挤出到图案模制辊40附近。在一个实施例中，通过使得被外部热源加热的油通过在压送辊36的内部38，以使第一辊或压送辊36被加热到超过或大约52摄氏度(125华氏度)。在一个示例实施例中，压送辊36由例如硅树脂橡胶等材料制成。
模制辊40的外表面48被制出图案以在材料34上形成期望的结构，以形成光散射肋24。在一个示例实施例中，模制辊40由金属制成，例如铬、镍、钛或其合金。在一个实施例中，通过使得被外部热源加热的油通过模制辊40的内部42，以使模制辊40被加热到超过或大约204摄氏度(400华氏度)，尤其是在大约252摄氏度(485华氏度)和282摄氏度(540华氏度)之间。第三辊或托辊44通常被在托辊44的内部46通过的油或水来加热或冷却，以辅助将微肋结构24从模制辊40上释放下来。在一个实施例中，通过使得由外部热源加热的油通过托辊44的内部46，以使托辊44被加热到超过或大约66摄氏度(150华氏度)。在一个示例实施例中，托辊44具有光滑的外表面50且由金属(例如铬、镍、钛或其合金)制成。
在一个实施例中，用来制成底部结构22的材料32是透光材料例如透明聚合物，例如聚碳酸酯、聚酯、聚烯烃、聚丙烯、丙烯酸树脂或乙烯树脂。在一个实施例中，制成光散射肋24的材料34是具有高折射率的聚合物，例如改性的丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚丙烯、聚丙烯或其它的光学聚合物。材料34的折射率大于或等于大约1.50尤为适合。折射率为1.59的聚碳酸酯由于其高玻璃化温度、透明和机械特性而尤其有用。在一个实施例中，材料32和34是相容的，使得在它们二者之间的边界面上物理粘合以结合形成整体结构。在一个实施例中，这是通过为材料32和34使用相同的聚合物材料实现的，不同之处在于材料34在聚合物中结合了光散射粒子。在一个替代的实施例中，材料32和34可以有不同的组分，但是它们具有相似的加工特性且在它们的边界面上互相粘合。
在一个实施例中，压送辊36和模制辊40紧密接触，以将材料32和34，尤其是材料34，高压挤压在模制辊40上。这对于例如聚碳酸酯这样的有高玻璃化温度Tg的材料来说尤为重要，这种材料几乎一被挤出模28就立即凝固。托辊44不需要紧密接触模制辊40；托辊(例如，牵引辊)44的用途只是将形成的微肋结构20从模制辊40上分离。在一个实施例中，辊36、40和44中的每一个辊都以每分钟约3.6米(12英尺)的速度旋转，相邻的辊沿相反的方向旋转。
在一个实施例中，排气辊52辅助从模制辊40上释放微肋结构20。排气辊52是多孔的圆筒，它在微肋结构20从模制辊40上恰好要分离之前向微肋结构20上喷出冷却气体。在一个实施例中，气体以压强为约620千帕(90psi)和室温供给。材料32和34凝固成微肋结构20。在一个实施例中，张紧辊组件54被用来在微肋结构20行进中向微肋结构20提供适当的张紧力。切割器56被用来将微肋结构20按所期望的宽度切割。缠绕辊58将微肋结构20缠绕起来以备储存或以后取回。
例如其它的模制-压印和挤出-压印的方法也可以使用。得到的微肋结构20能够被应用到如图5、6A和6B描述的方法中。在另一个实施例中，可以用单层挤出来将用于形成光散射肋24的材料34挤出到前面制成的基材22上。在这个实施例中，输入供给基材22，使得熔融状态的材料34被挤出到基材22上。这两种材料被压送辊36压在一起，使得材料34被模制辊40塑成图形。基材22和材料34在冷却阶段保持紧密接触。
参考图5，也能用共挤出来挤出双层防护层86和光吸收粘合剂85(以下简称粘合剂)。适合构成光吸收粘合剂85的光学材料例如包括参考图5、6A和6B讨论的那些材料。
图3是填充有光吸收材料62的图1中所示结构的侧视图。嵌入微结构膜60包括光吸收材料(填充材料)62。光吸收材料62通常结合黑色颜料或染料以吸收周围的光并提高最终屏幕结构中的对比度。材料62的折射率低，从而在光吸收材料62和构成光散射肋24的材料之间存在较大的折射率差。至少大约0.06的折射率差是所期望的。这样的折射率差导致有效的内反射和高屏幕性能。在一个示例实施例中，微肋结构20填充有黑色的高熔体流动的聚甲基丙烯酸甲酯光吸收材料62。这种结构在光吸收材料62和光散射肋24之间产生可取的为约0.08到0.09的高折射率差。光散射肋24和光吸收材料62之间的分界面形成内反射表面64。在一个示例实施例中，嵌入微结构膜60的前表面66是在肋上表面68上具有小接触区的光滑的或稍稍粗糙的表面。全内反射表面64使光散射通过前表面66的光学透射区域68。前表面66最好有粗糙的表面涂层，以辅助散射其中传播的光。
图4是用于填充图1所示的微肋结构20以产生图3所示的结构60的方法的一种实施例的示意图。平面化工艺70将光吸收材料62涂在微肋结构20上以形成嵌入微结构膜60。平面化工艺70使用树脂涂覆站74、精密压送辊76、光滑的、粗糙的或微结构的圆筒78、紫外线灯80、精密压送辊82和嵌入微结构膜复绕装置84。
微肋结构20首先从基材展开站72展开。微肋结构20继续行进到树脂涂覆站74，在这里它被涂上光吸收材料62。该复合结构被精密压送辊76压在圆筒78上。圆筒78可以是光滑的、粗糙的或微结构的，以在图3所示的产生的嵌入微结构膜60的前表面66上形成需要的纹理。光吸收材料62被模制到微肋结构20上之后，膜继续被紫外线灯80固化。完全嵌入微结构膜60自精密压送辊82出来，以被缠绕在嵌入微结构膜复绕装置84上。
图5是用于填充图1所示的微肋结构20以产生图3所示的结构60的第二种方法的一个步骤的侧视图。在本发明方法的一个实施例中，微肋结构20通过上面参考图2讨论的共挤出工艺制成，以将具有V型凹槽26的光散射肋24传递到底部基材22上。图5中示出的替代填充工艺取消了图4所示的平面化工艺70，并且另外将防护层层压到微肋结构20上。这是通过引入一种既用于光吸收功能又用于粘合功能的光吸收粘合剂85来取得的。关于光吸收粘合剂85所使用的术语“粘合”不必是通常意义的粘合，而是只需要对光散射肋24有粘合能力，如果使用防护层86也要对防护层86有粘合能力。通过在一种材料中结合光吸收功能和粘合功能，节省了材料和制造步骤。光吸收粘合剂85布置在防护层86的后表面88上。其上布置有光吸收粘合剂85的防护层86与微肋结构20聚集在一起。例如，如箭头90所示，防护层86和微肋结构20被层压在一起。
可以选择透光底部基材22的厚度以满足每种特殊应用的需求。例如，可以选择厚度为大约0.127毫米(5密尔)到大约0.254毫米(10密尔)的薄的底部膜以使制造容易；作为另外一种选择，可以选择厚度为大约0.508毫米(20密尔)到大约1.016毫米(40密尔)的厚的膜以提供额外的产品刚度。适合的材料包括例如聚碳酸酯、聚酯、丙烯酸树脂和乙烯基膜。在一个示例实施例中，底部基材22的背表面91有粗糙的涂层以减少返回成像系统内的镜面反射。
防护层86也能够被改变以提供不同功能。防护层86的厚度范围可从薄(小于大约0.508微米(20密尔))到半刚性(大约0.508微米(20密尔)到大约1.016微米(40密尔))到刚性(大于大约1.016微米(40密尔))。通过选择底部基材22和防护层86的厚度生产出不同的产品，这些选择影响总材料成本、光学功能性和工艺的容易程度。在一个示例实施例中，光散射肋24由加入了光散射粒子的聚碳酸酯制成。在一个示例实施例中，防护层86是透明的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
在一个示例实施例中，光吸收粘合剂85是可光化聚合的、低折射率的材料，该材料粘到光散射肋24和防护层86上。在一个示例实施例中，光散射肋24和光吸收粘合剂85的折射率的差足以在二者之间的分界面上产生全反射而不是透射。在一个示例实施例中，光散射肋24的微肋材料的折射率从简单的丙烯酸酯材料的1.49到例如芳香族聚碳酸酯材料的1.58或更高。因此，光吸收粘合剂85的折射率要求取决于光散射肋24材料的光学特性(例如折射率)。对于高折射率的微肋材料，例如聚碳酸酯，商业上可得到的光层压粘合剂可能是足够的。实例的光吸收粘合剂85的折射率低于大约1.50。尤其适合的光吸收粘合剂85的折射率低于大约1.45。在一些实施例中，光吸收粘合剂85是如下一种或多种成分的着色混合物聚氨酯丙烯酸酯低聚物；被取代的丙烯酸酯、二丙烯酸酯和三丙烯酸酯单体；氟化丙烯酸酯；丙烯酸全氟烷基亚磺酰胺基烷酯；丙烯酸硅树脂、丙烯酸改性聚硅氧烷聚脲和UV或可见光活化的光敏引发剂。
如果光吸收粘合剂85的粘性太低，那么它将在凹槽填充工艺中流动。这会浪费材料，产生不均匀的厚度，并污染工艺设备。如果粘性过高，则填充凹槽26变成慢的、困难的工艺，并且产生气泡(光疵)的可能性大大的提高。虽然光层压能够用粘性低至大约150厘泊的流体完成，但是很多工艺能从在聚合前的至少大约400厘泊的粘性中受益。虽然在聚合前可使用高至大约5000厘泊的粘性，但是在聚合前不高于大约1500厘泊的粘性尤其适合合理的工艺速度和无气泡涂覆。
基材和涂层之间的粘着力的标准度量是分开它们所需要的力的大小，即剥离力。在层与层之间的分界面上具有极好的界面附着力的系统的剥离力将非常高。虽然聚碳酸酯的光散射肋24和光吸收粘合剂85之间的剥离力至少为大约35.7千克/米(2磅/英寸)可能是足够的，但是至少大约为71.4千克/米(4磅/英寸)的剥离力更好。应该在高温高湿的环境测试条件下保持大的剥离力。可以通过例如用电晕放电或等离子体、或涂底漆处理改良基材表面取得足够的粘着力；但最好是，粘合剂85粘到光散射肋24上和(如果使用了防护层)防护层86上，不用改良表面。
光吸收粘合剂86的一种合适的实施方式是这样构成的把下列树脂组分加热到约70摄氏度(158华氏度)以使粘度充分降低到可以搅拌的程度，该树脂组分为16.0g的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物、19.0g的丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯、5.5g的二丙烯酸己二酯、5.0g的丙烯酸四氢糠酯、44.5g的丙烯酸N-甲基-全氟丁基亚磺酰胺基乙酯、10.0g的丙烯酰氧基乙氧基全氟丁烷(acryloyloxyethoxyperfluorobutane)和1.0g的苯基二(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦光引发剂。
然后摇动该组分直到得到透明的溶液。再将溶液着色以用于光吸收。一种合适的颜料是炭黑；在一种示例实施方式中，以约为50ppm(百万分之)到约为20,000ppm的浓度使用该颜料；在一种示例实施方式中，以大于约1000ppm到小于约9000ppm的浓度使用该颜料。约为3000ppm的浓度(炭黑材料与树脂材料的质量比)是特别合适的。在一种实施方式中，用常规方法(例如刮涂法)把该配制品布置到防护层66上。然后例如按图5所示，把带有涂层的防护层压到微肋结构20上，以部分或者完全填满凹槽26。如果有任何过量的粘合剂85，就用橡胶辊在结构体上滚动以将其除去。结构体以约为6.1m(20英尺)/分钟的速度在11.81W/mm(300瓦特/英寸)的FusionSystems D灯下通过几次。在替代方法中，可以将配制品直接涂覆到微肋结构20上，然后将防护层86与微肋结构20(结构20上已布置了粘合剂85)粘合。之后，除去过量粘合剂85和对该结构进行固化的步骤与上述相同。
图6A是用图5所示方法而制成的屏幕的一种实施方式的侧视图。图5所示的步骤可以产生图6A所示的被完全填满的结构93。在一种示例实施方式中，光吸收粘合剂85具有低折射率，从而在光散射肋24中产生高效TIR。配制光吸收粘合剂85使光散射肋24和防护层86有效地粘结。光吸收粘合剂85可具有低收缩性以产生美观可接受的层压结果。此外，特别合适的是用紫外光固化光吸收粘合剂85，以便于操作并且快速固化。
在一种实施方式中，如图2的共挤出过程所示，使用高折射率的散射树脂、从工具模具复制光散射肋24。在本专利申请中，所有的比例都是用质量来计算的，除非另外指明。一种合适的树脂为约79％(质量比，以下同)的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物、约19％的2-丙烯酸苯氧基乙酯以及约2％的2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮光引发剂光引发剂。另一种合适的树脂为约69％的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物、约29％的丙烯酸2-(1-萘氧基)-乙酯以及约2％的2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮光引发剂光引发剂。
然后，将有色(一般为黑色)光吸收粘合剂85施加到第二基材(例如防护层86)上。一种合适的光吸收粘合剂85由一种树脂制成，该树脂具有约30％的“Formulation A”(“Formulation A”具有约38.5％的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物、约26.9％的丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯、约28.8％的丙烯酸异冰片酯、约5.8％二丙烯酸己二酯以及约1％的α，α-二乙氧基苯乙酮(DEAP)光引发剂)、约10％的脂肪族氨基甲酸酯二丙烯酸酯、约30％的丙烯酸三氟乙酯以及约30％的丙烯酸N-甲基-全氟丁基亚磺酰胺基乙酯。另一种合适的光吸收粘合剂85由一种树脂制成，该树脂具有约50％的上述“FormulationA”和约50％的丙烯酸N-甲基-全氟丁基亚磺酰胺基乙酯。在一种示例实施方式中，光吸收粘合剂85含有颜料，例如炭黑。在一种示例实施方式中，以约50ppm到约20,000ppm的浓度使用该颜料；在一种示例实施方式中，以大于约1,000ppm到小于约9,000ppm的浓度使用该颜料。约3,000ppm(炭黑材料与粘合剂材料的质量比)的浓度是特别合适的。
在图5所示的层叠方法中，可以把光吸收粘合剂85足量施加到第二基材(例如防护层86)上，允许略微过量以确保完全填满。在层叠时，过量的粘合剂从完全被填充的结构93中挤出来。然后在与上述微复制步骤相似的条件下使完全被填充的结构93暴露于辐射中。该暴露操作可以(例如)导致材料部分或完全聚合。在至少部分聚合之后，光吸收粘合剂85是其组分的共聚物。
图6B是用图5所示方法而制成的屏幕的另一种实施方式的侧视图。当在图5所示的步骤中使用厚度较薄或量较少的光吸收粘合剂85时，制成部分被填充的结构95。在部分被填充的结构95中，V形凹槽26中留有空气间隙97。空气间隙97的益处是使肋凹槽26被低折射率的空气填充，并在凹槽26和光散射肋24之间形成较大的折射率差，从而进一步增强“TIR效率(TIR efficiency)”。因为空气的折射率为1.0，所以空气间隙97和光散射肋24之间的折射率差通常大于约0.5。因为空气间隙97形成散射肋界面的主要部分，所以光吸收粘合剂85不必具有与结构93中肋完全被填充的情况一样低的折射率。例如，这允许选择粘合剂85以使其它重要性能(例如低收缩性和高剥离强度粘合力)达到最佳。因为光吸收粘合剂85和光散射肋24之间的粘合剂接触面积较小，所以部分被填充的结构95中的光吸收粘合剂85可以具有高于完全被填充的结构93中的粘合性。
在完全被填充的结构93和部分被填充的结构95中，根据所需要的对比度增大量和周围光线吸收量来选择光吸收粘合剂85中所用的光吸收材料的含量。在一种示例实施方式中，光吸收材料为黑色颜料，例如炭黑。在完全被填充的结构93中，由于光吸收粘合剂85的层厚较大，所以黑色颜料的浓度可以较低，但仍产生可接受的总固定吸收率或光密度值。在一种实施方式中，在完全被填充的结构93中，颜料(例如炭黑)的合适加入浓度为约50ppm到约20,000ppm。在一种示例实施方式中，该浓度大于约1000ppm而小于约9000ppm。约为3000ppm(炭黑材料与粘合剂材料的质量比)的浓度是特别合适的。但是，在部分被填充的结构95中，涂层厚度较薄，因此，黑色颜料的浓度必须较大，以产生相同的光密度。后一种情况中的每单位涂层厚度的周围光线吸收量比前一种情况中的大。在一种实施方式中，在部分被填充的结构95中，颜料(例如炭黑)的合适加入浓度为约50ppm到约20,000ppm。在一种示例实施方式中，按照炭黑材料与粘合剂材料的质量比计算，该浓度大于约5,000ppm而小于约10,000ppm。
在完全被填充的结构93和部分被填充的结构95中面临的问题是在层叠期间从光散射肋24的前表面66除去过量的粘合剂85。如果在层叠期间不从光散射肋24的前表面66除去所有过量的光吸收粘合剂85，则在TIP透射期间，部分成像光线被吸收而消失。在部分被填充的结构95中具有更多颜色更浓的着色粘合剂85，相同层厚的残留黑色会使更多成像光线消失。
图7示出本发明屏幕的第二实施方式。在一种实施方式中，保护层92由多功能材料构成，以用作低折射率组分和硬质涂层。在该方法中，保持了“TIR效率”，但是保护层92的材料由于其固有的硬度而具有耐刮擦性能，所以与防护层层叠这种可能的需求就不再需要了。这种在一种材料中结合多种功能进一步减少了材料用量和成本。用作保护层92的合适的材料包括含有颜料(例如炭黑)的硬质涂覆材料。在一种实施方式中，以约50ppm到约20,000ppm的浓度使用该颜料。在一种示例实施方式中，该浓度大于约1,000ppm到小于约9,000ppm。约为3,000ppm(炭黑材料与硬质涂覆材料的质量比)的浓度是特别合适的。
Bilkadi的美国专利No.5,104,929中描述了一种合适的硬质涂覆材料。Bilkadi教导了这样的可光固化耐磨涂料，该涂料包括胶质二氧化硅颗粒，该颗粒分散在被质子基团取代的烯属不饱和脂肪族单体及/或脂环族单体中。具体地说，可固化成耐磨耐候性涂料的涂料组合物包括胶质二氧化硅颗粒的非水分散体，该颗粒的直径小于约100纳米，该颗粒分散在被质子基团取代的丙烯酸或甲基丙烯酸的酯或氨化物中。
Bilkadi的美国专利No.5,633,049中描述了另一种合适的硬质涂覆材料。Bilkadi教导了这样的耐酸耐磨涂料，该涂料由不含二氧化硅的保护涂料前体组合物制成，该组合物包括多官能基丙烯酸烯属不饱和酯、多官能基甲基丙烯酸烯属不饱和酯或其组合以及丙烯酰胺。
其它硬质涂覆材料包括(例如)由功能性硅烷单体衍生得到的室温固化硅树脂、由可水解的硅烷衍生得到的涂料、由丙烯酰氧基功能性硅烷和多官能基丙烯酸酯单体的组合物衍生得到的聚合物、聚合物(例如具有胶质二氧化硅的丙烯酸树脂)以及在单体、低聚物或树脂上官能化的聚合丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。
图8是本发明屏幕的第三种实施方式的侧视图。嵌入微结构膜60具有硬质涂层94，以免该膜受到刮擦或其它损害。硬质涂层94可以通过(例如)喷涂法、浸涂法或辊涂法来实施。该方法不需要单独的防护层86。
图9示出具有附加层的图3所示结构防护层96包含的嵌入的微结构膜60具有背面98和位于前表面66上的粘合剂100，粘合剂100用于粘结透光防护层86。防护层86是保护层，可以是例如由透明材料(例如丙烯酸树脂、聚碳酸酯或玻璃)构成的膜或片。防护层86发挥保护部件的作用，使得嵌入的微结构膜60不会因接触而损坏。防护层86是可任选的组件，但是大多数应用都受益于这种保护。例如通过涂料、表面纹理或其它方式可以将防护层86制成防刺眼的(粗糙的)、防反射的、抗静电的、抗刮擦的或抗污的。在一种实施方式中，防护层86是3mm厚的丙烯酸树脂板(购自Cyro Industries公司)，该板具有不刺眼的、粗糙的外表面。
可以选择底部基材22的厚度以满足每种具体用途的需要。例如，可以选择厚度约为0.127mm(5密耳)到约为0.254mm(10密耳)的薄型底膜以便于生产；或者，可以选择厚度约为0.508mm(20密耳)到约为1.016mm(40密耳)的厚膜以提供附加的产品刚性。合适的材料包括(例如)聚碳酸酯膜、聚酯膜、丙烯酸树脂膜、聚烯烃膜、聚丙烯膜和乙烯基膜。在一种示例实施方式中，嵌入的微结构膜60的背面98具有粗糙的涂层，以减少返回到成像系统中的镜面反射。
可以改变防护层86以提供不同的功能性。防护层86的厚度可以由薄型(小于约0.508mm(20密耳))到半刚性的(约0.508mm(20密耳)到约1.016mm(40密耳))到刚性(大于1.016mm(40密耳))。可以选择基部基材22和防护层86的厚度以制成各种各样的产品，而这些选择会影响材料的总成本、光学功能性、整体结构的刚性和加工的难易程度。在一个示例实施例中，光散射肋24由加入有光散射颗粒的聚碳酸酯形成。
图10是用于制造图9所示结构的方法的一种实施方式的示意图。在一种实施方式中，在单个装配线中，层叠步骤102直接跟在平面化步骤或填充工序之后。层叠步骤102使用粘合剂释放装置104、层压压送组件106和层压压送组件108。层压压送组件106或108中的任意一个可以是从动轮或单独的驱动轮或其它可以用来推动部件通过步骤102的驱动机构。置于粘合剂释放装置104上的粘合剂材料通常是夹在两个衬底层之间的压敏粘合剂层100。当粘合剂材料从粘合剂释放装置104释放出来时，顶衬110与其分开并卷绕到顶衬复绕装置112上。剩下的粘合剂材料114与由膜解开装置84解开的嵌入的微结构膜60相接触。嵌入微结构膜60和粘合剂材料114通过层压压送组件106，在此将其压到一起。
此后，除去粘合剂复合物114的底衬116并将其卷绕到底衬复绕装置118上。在横向移动喂料输送带或其它合适的机构上引入防护层86并将其布置到外露的粘合剂100上。然后使结构通过层压压送组件108，防护层86在此被压到嵌入微结构膜60上，并且由粘合剂100粘合到微结构膜27上。可以在不连续的防护层86之间切断嵌入微结构膜60，以形成单独的防护层96。
虽然通过参考示例实施例描述了本发明，但本领域的技术人员应该认识到，在不偏离本发明的实质和范围的情况下，可以对本发明的形式和具体内容进行修改。例如，虽然本发明示出了光散射结构和光吸收结构的具体形状，但是可以设想该结构可以形成含有附加的或不同的平面或角、附加的边缘和曲面的各种形状。还要指出的是位于特定基材上的光散射结构不必全部都是相同的(例如)高度或形状。与此相似，位于特定基材上的光吸收结构不必全部都是相同的(例如)高度或形状。此外，可以按多种方式组合在此所述的材料组分和工艺；通过例子仅具体描述了部分几个可能的方式，但是所有可能的方式都包含在本发明的范围中。
权利要求
1.一种形成光学膜(20)的方法，包括提供由第一种材料(32)制成的第一膜(22)，挤出第二种材料(34)以形成熔融状态的第二膜；保持所述第二膜处于熔融状态；使所述第一膜(22)接近所述熔融的第二膜；使所述熔融状态的第二膜形成图案以形成多个结构(24)，所述结构(24)在其间限定多个凹腔(26)；以及固化所述熔融状态的第二膜。
2.如权利要求1所述的方法，还包括用光学材料(62)至少部分地填充所述多个凹腔(26)。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述的光学材料(62)是吸收光的。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述的第一种材料(32)和第二种材料(34)具有相同的聚合物组分。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述的光学材料(62)包括黑色颜料。
6.如权利要求2所述的方法，还包括将防护层(86)层压到多个结构(24)和光学材料(62)上。
7.如权利要求2所述的方法，还包括在多个结构(24)附近和光学材料(62)附近布置硬质涂层(94)。
8.如权利要求1所述的方法，其中，每一个结构(24)包括肋(24)。
9.如权利要求1所述的方法，其中，第一种材料(32)包括透光材料，第二种材料(34)包括透光材料和多个光散射粒子。
10.如权利要求1所述的方法，其中提供第一膜(22)的步骤包括在压送辊(36)附近挤出第一种材料(32)；挤出第二种材料(34)的步骤包括在模制辊(40)附近挤出第二种材料(34)；挤出第一种材料(32)的步骤与挤出第二种材料(34)的步骤同时进行；以及使第二膜形成图案以形成多个结构(24)的步骤包括将第二种材料(34)压到模制辊(40)上，以将模制辊(40)上的图案传递到第二种材料(34)上。
11.如权利要求10所述的方法，其中，模制辊(40)由选自下述群组的金属制成，所述群组包括铬、镍、钛或其合金。
12.如权利要求10所述的方法，其中，压送辊(36)沿第一方向旋转，而模制辊沿与第一方向相反的第二方向旋转。
13.如权利要求12所述的方法，还包括通过将光学膜(20)缠绕在托辊(44)上而将光学膜(20)从模制辊(40)上移去，其中托辊(44)沿第一方向旋转。
14.如权利要求13所述的方法，还包括加热托辊(44)。
15.如权利要求14所述的方法，还包括使加热的油通过托辊(44)的内部(46)。
16.如权利要求14所述的方法，还包括将模制辊(40)加热到超过或大约66摄氏度。
17.如权利要求13所述的方法，还包括冷却托辊(44)。
18.如权利要求17所述的方法，还包括使水通过托辊(44)的内部(46)。
19.如权利要求13所述的方法，托辊(44)由选自于下述群组的金属制成，所述群组包括铬、镍、钛或其合金。
20.如权利要求13所述的方法，还包括在将光学膜(20)从模制辊(40)上移去之前，通过向光学膜(20)供给空气来冷却光学膜(20)。
21.如权利要求20所述的方法，冷却光学膜(20)的步骤包括供给压强为约620千帕的空气。
22.如权利要求10所述的方法，还包括加热压送辊(36)。
23.如权利要求22所述的方法，还包括将压送辊(36)加热到超过或大约52摄氏度。
24.如权利要求22所述的方法，还包括使加热的油通过压送辊(36)的内部(38)。
25.如权利要求10所述的方法，还包括冷却压送辊(36)。
26.如权利要求10所述的方法，还包括加热模制辊(40)。
27.如权利要求26所述的方法，还包括将模制辊加热到超过或大约204摄氏度。
28.如权利要求27所述的方法，还包括将模制辊加热到超过或大约252摄氏度。
29.如权利要求27所述的方法，还包括将模制辊加热到低于或大约282摄氏度。
30.如权利要求26所述的方法，还包括使加热的油通过模制辊(40)的内部(42)。
31.如权利要求10所述的方法，压送辊(36)由硅树脂橡胶制成。
32.如权利要求1所述的方法，提供第一膜(22)和挤出第二种材料(34)的步骤包括加热用于同时挤出第一种材料(32)和第二种材料(34)的模(28)。
33.如权利要求32所述的方法，模(28)被加热到大约293摄氏度。
全文摘要
本发明涉及一种形成光学膜(20)的方法，该方法包括以下步骤提供由第一种材料(32)制成的第一膜(22)，挤出第二种材料(34)以形成熔融状态的第二膜；保持第二膜处于熔融状态；使第一膜(22)接近熔融的第二膜；在熔融状态的第二膜上形成图案以形成多个结构(24)，结构(24)在其间限定多个凹腔(26)；以及固化熔融状态的第二膜。
文档编号B29D11/00GK1894625SQ200480036996
公开日2007年1月10日 申请日期2004年11月22日 优先权日2003年12月11日
发明者凯瑟琳·M·斯珀吉翁, 彼得·F·卡伦, 帕特里克·A·托马斯, 查利·T·索博特卡, 兰斯·S·布里奇斯, 罗伯特·S·莫什雷弗扎德 申请人:3M创新有限公司