專利名稱：擴散型多層光學組件的制作方法
擴散型多層光學組件本申請是申請號為200680045535. 4、申請日為2006年12月6日、發明名稱為“擴
散型多層光學組件”的專利申請的分案申請。
背景技術：
本發明涉及光學薄膜以及結合有該光學薄膜的光學顯示器。具體地講，本發明涉及這樣一種多層光學組件，其包括附著在光擴散層上的反射偏光層，并且在擴散層和反射偏光層之間的中間區域限定有空隙。諸如液晶顯示器(IXD)之類的光學顯示器正變得日益普遍，其可用于例如移動電話、手持式計算機裝置(例如個人數字助理(PDA)和電子游戲機)以及大型裝置(例如膝上型計算機、IXD監視器和IXD電視屏)中。將光控制薄膜結合到光學顯示裝置中會使顯示性能得到改善。不同類型的薄膜(包括棱鏡結構化薄膜、反射偏光片和擴散膜)可用于改善諸如輸出亮度、亮度均勻性、視角和整體系統效率等顯示參數。上述工作特性的改善使得裝置更容易使用，并且還可以延長電池壽命。結合在光學顯示器中的光控制薄膜通常被依次堆疊在顯示器框中的光源和光選通器件之間。可以將這些薄膜疊堆進行優化以獲得特別期望的光學性能。然而從制造的角度來看，對若干個分開的薄膜片進行處理和裝配會出現多種問題。這些問題包括需要額外的時間來從各個光學薄膜上移除保護襯墊，以及在移除襯墊時增加了損壞薄膜的機會。此外，將多個單獨的薄片插入到顯示器框中是耗時的，并且對單個薄膜進行堆疊進一步提供了損壞薄膜的機會。所有這些問題可能會導致總產量減少或收益降低，從而導致系統成本增加。

發明內容
在第一方面，本發明為包括附著在反射偏光層上的光擴散層的光學組件。光擴散層與反射偏光層之間的中間區域包括限定了光擴散層與反射偏光層之間的空隙的中間結構。在第二方面，本發明為包括光控制薄膜和具有非均勻主表面的光擴散層的光學組件。粘結層將光控制薄膜粘結到光擴散層上，使得非均勻主表面上相鄰的形貌特征物之間的空隙限定了在光控制薄膜與光擴散層之間的氣隙。在第三方面，本發明為包括光選通器件、光源和光學組件(位于背光組件與光選通器件之間)的光學顯示組件。所述光學組件包括附著在光控制層上的光擴散層。位于光擴散層與光控制層之間的中間區域包括限定了光擴散層和光控制層之間的空隙的中間結構。以上概述并非旨在描述本發明的每一個公開的實施例或每一種實施方式。以下附圖和具體實施方式
會更具體地對示例性實施例進行舉例說明。


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圖I為根據本發明的一個實施例的光學組件的示意性剖視圖。圖2為結合有圖I所示光學組件的一種直接照明式顯示裝置的示意性剖視圖。圖3為根據本發明的另一個實施例的光學組件的示意性剖視圖。圖4為根據本發明的另一個實施例的光學組件的示意性剖視圖。上面提及的附圖列出了本發明的多個實施例。如在討論中說明的那樣，還考慮了其他的實施例。在所有情況下，本公開都以代表性而非限制性的方式示出本發明。應該理解，本領域的技術人員可以設計出許多落入本發明原理范圍內和符合本發明原理的實質的其它修改形式和實施例。附圖可能未按比例繪制。所有附圖都使用相似的參考標號來表示相似的部件。
具體實施例方式圖I為根據本發明的一個實施例的光學組件10的示意性剖視圖。光學組件10包括光擴散層12、粘結層14、反射偏光層16和可選的聚合物層18。反射偏光層16借助于粘結層14附著在光擴散層12上。聚合物層18可選地附著在反射偏光層16的與粘結層14 相背對的表面上。通常，組件10被結合在顯示系統的光源與光選通器件之間。光擴散層12用于漫射來自光源的光，這使得入射到光選通器件上的照明光的均勻性增強。結果，這會使得觀看者所觀看到的圖像的亮度更為均勻。在圖I所示的實施例中，光擴散層12為具有非均勻的或紋理化的表面的擴散板。在一個實施例中，光擴散層12的透射率值為約40%到90%、霧度值大于約90%并且半角大于約25°。根據 ASTM-D1003-00 “透明塑料的霧度和透射率的標準測試方法(Standard Test Methods for Haze and Transmittance for Transparent Plastics) ”來定義透射水平和霧度水平。根據對垂直入射的準直光束穿過光學制品時的亮度分布進行測定的測試方法來定義半角。在上述條件下，垂直于制品的表面觀察到峰值亮度。“半角”為測定出半峰值亮度的位置相對于法線的角度。在另一個實施例中，透射率介于約50 %到75 %之間，霧度大于約90 %，并且半角大于約40°。在另一個實施例中，透射率介于約55%到65%之間，霧度大于約90%，并且半角大于約50°。多個形貌特征物20形成光擴散層12的非均勻表面。形貌特征物20可以周期性或非周期性地間隔開，可以具有相似或不同的高度，并且可以具有彎曲或尖銳的輪廓，從而形成不光滑或有紋理的表面。在一個實施例中，非均勻表面的平均粗糙度(Ra) 在約O. 5到50 μ m范圍內。光擴散層12的非均勻表面尤其可以通過填珠層共擠出、表面微復制、打毛或噴砂處理而形成。在一個實施例中，光擴散層12包括非均勻間隔的圓珠或圓柱式形貌特征物20。形貌特征物20沿非均勻表面的寬度在約5到200 μ m范圍內，并且所述形貌特征物相對于非均勻表面的高度在約25到ΙΟΟμπι范圍內。相鄰的形貌特征物20之間的距離在約10到 200 μ m范圍內。整個非均勻表面的平均粗糙度(Ra)為約5. O μ m。在另一個實施例中，所述形貌特征物20的寬度在約100到200 μ m范圍內，所述形貌特征物的高度在約25到50 μ m范圍內，并且相鄰的形貌特征物之間的距離在約10到 200 μ m的范圍內。在另一個實施例中，所述形貌特征物20的寬度在約50到100 μ m的范圍內，所述形貌特征物的高度在約50到75 μ m的范圍內，并且相鄰形貌特征物之間的距離在約10到200 μ m的范圍內。在另一個實施例中，所述形貌特征物20的寬度在約5到50 μ m 的范圍內，所述形貌特征物的高度在約75到100 μ m的范圍內，并且相鄰形貌特征物之間的距離在約10到200 μ m的范圍內。反射偏光層16用于增加由光學系統中的光源所發出的穿過光選通器件的光的比率，從而使顯示系統生成的圖象更亮。反射偏光層16借助于粘結層14附著在光擴散層12 上。在一個實施例中，將粘結層14層疊在反射偏光層16上,然后附著在光擴散層12的非均勻表面上。反射偏光層16附著在光擴散層12上,使得反射偏光層16與非均勻表面的形貌特征物20粘結。在一個實施例中，粘結層14的厚度小于形貌特征物20的高度。在另一個實施例中，粘結層14的厚度為形貌特征物20的高度的約5%到75%。當根據本發明、反射偏光層16借助于粘結層14附著在光擴散層12上時,在光擴散層12的非均勻表面上的相鄰形貌特征物之間限定了氣隙或空隙25。粘結層14、形貌特征物20和空隙25在光擴散層12與反射偏光層16之間形成中間區域。可選的聚合物層18可以提供多種功能，例如，改善的機械穩定性、抗刮擦性和光學功能。例如，聚合物層18可以是光引導層，從而通過將軸外光改向為更接近顯示器的軸線的方向來改善光學性能。如果聚合物層18為光引導層，那么光學系統的光學性能尤其與光擴散層12的暴露于光擴散層12和反射偏光層16之間的氣隙中的相對表面積有關。具體地講，光學系統的同軸亮度、增益和對比度受到這些參數的影響。然而，提供完整的氣隙需要在裝配光學系統時分開裝配光擴散層和反射偏光層。這是耗費時間的，并且對單獨的層進行堆疊還提供了損壞各層的機會。組件10允許所有這些層同時被安裝到光學系統中。由相鄰的形貌特征物20限定的空隙25起到了在光擴散層12與反射偏光層16之間形成部分氣隙的作用。如果粘結層 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層16與光擴散層12完全粘結 (即，避免了完全的光耦合)。空隙25允許組件10具有與在光擴散層12和反射偏光層16 之間形成完整氣隙的組件基本類似的光學性能。該性能與光擴散層12的非均勻表面的暴露于由形貌特征物20的高度和形狀限定的氣隙中的表面積有關。此外，由于在光擴散層12與反射偏光層16之間限定有空隙25,因此,從環境耐久性的觀點來看，組件10表現良好。具體地講，組件10在加速老化過程之前和之后的表現基本相似，所述加速老化過程例如有熱沖擊(在-40°C和85°C之間迅速改變環境溫度)、高溫高濕(在濕度為95%、環境溫度為65°C的條件下保持一段延長的時間)以及高溫(在 85°C的環境溫度下保持一段延長的時間)。此外，與未形成空隙25的結構相比，加速老化之后在所述光擴散層12與所述反射偏光層16之間的接合處基本不形成可見缺陷，例如凸泡或凹痕。光擴散層12可以包括一層或多層聚合物層。可用于所述一層或多層聚合物層的聚合物的實例包括聚(甲基)丙烯酸系、聚(甲基)丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚酯、 聚烯烴、聚苯乙烯、聚環烯烴、環氧聚合物、聚酰胺、聚酰亞胺、聚砜、聚氯乙烯、聚硅氧烷或硅氧烷聚合物、或它們的共聚物或共混物。其實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、聚乙烯基環己烷；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；醋酸纖維素；含氟聚合物；聚苯乙烯-聚乙烯共聚物，或它們的共聚物或共混物。在一個實施例中，聚合物層包括ACRYLITE (得自Cyro Industries, Rockaway, New Jersey)品牌的丙烯酸系薄片。在另一個實施例中，聚合物層包括聚甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯的共聚物。光擴散層12可以包含無機材料，例如浮法玻璃、高質IXD玻璃和/或硼硅酸鹽。 此外，光擴散層12可以包含可用于使光擴散的有機顆粒、無機顆粒、或混合的有機/無機顆粒、或它們的組合。這些顆粒可以為實心的、多孔的或中空的，并且它們可以為小珠、殼、 球體或成串的形式。這些顆粒可以為透明的。可用顆粒的實例包括聚苯乙烯小珠、聚甲基丙烯酸甲酯小珠、聚硅氧烷小珠或它們的組合。其他實例包括二氧化鈦(TiO2)、碳酸鈣 (CaCO3)、硫酸鋇(BaSO4)、硫酸鎂(MgSO4)、玻璃珠及它們的組合。光擴散層12還可以包含空隙或氣泡，這些空隙或氣泡可以用諸如空氣或二氧化碳等氣體填充，或不用氣體填充。此外，可以通過諸如打毛等表面處理使光擴散層12產生漫散。此外，光擴散層12可以包含附著在擴散層上的基本不產生擴散的剛性基底的組合。光擴散層的實例在美國專利No. 6，723，772.W02003/064526和WO 2004/111692中有所描述，它們的公開內容以引用方式并入本文。可以使光擴散層12經歷多種對其表面或者任何部分進行的改性處理，從而使它們更有利于進行諸如涂敷、染色、噴鍍金屬或層疊等后續處理。所述的改性可以通過以下方式來實現用諸如聚偏二氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、環氧樹脂和氮丙啶等底漆進行處理， 或者采用諸如電暈、火焰、等離子體、閃光燈、濺射蝕刻、電子束處理等物理打底處理，或者使表面層非晶體化(例如用加熱的接觸輥)以除去結晶性。可以定制光擴散層12的特性，以便根據應用提供特定的光學性能特征和物理性能特征。例如，可以將光擴散層12設計成表現出特定的透光性和霧度值。可以通過選擇聚合物材料來調節光擴散層12的物理特性。可以改變各層的厚度以及顆粒的具體選擇方式 (例如顆粒的大小、形狀和用量)，以便調節光學特性。可以向組件10的任意一層中添加其他組分。其實例包括紫外線吸收劑，例如苯并三唑、苯并三嗪、二苯甲酮或它們的組合。也可以添加光穩定劑，例如受阻胺光穩定劑，并且還可以添加熱穩定劑、熒光增白劑、抗靜電材料和熒光粉。關于在組件10的各層中可添加的組分的進一步描述參見美國專利No. 6，723，772和No. 6，613，619，這些專利以引用方式并入本文。可以使用任何適當類型的反射偏光片16，例如多層光學薄膜(MOF)反射偏光片、 漫反射偏光片薄膜(DRPF)(例如連續相/分散相偏光片)、線柵反射偏光片或膽留型反射偏光片。MOF以及連續相/分散相反射偏光片均依賴于至少兩種材料(通常為聚合物材料)之間的折射率差值，從而選擇性地反射一種偏振狀態的光而透射正交偏振狀態的光。 MOF反射偏光片的一些實例在共同擁有的美國專利No. 5，882，774中有所描述，該專利以引用方式并入本文。市售可得的MOF反射偏光片的實例包括具有漫散表面的VikuitiTM DBEF-D200 和 DBEF-D440 多層反射偏光片，可得自 3M Company, St. Paul, Minnesota。 可用于本發明的DRPF的實例包括如共同擁有的美國專利No. 5，825，543 (以引用方式并入本文)中所描述的連續相/分散相反射偏光片，以及如共同擁有的美國專利 No. 5，867，316 (也以引用方式并入本文)中所描述的漫反射多層偏光片。其他適當類型的DRPF在美國專利No. 5，751，388中有所描述。可用于本發明的線柵式偏光片的一些實例包括美國專利No. 6，122，103中所描述的那些。線柵式偏光片尤其可購自Moxtek Inc. , Orem, Utah。可用于本發明的膽甾型偏光片的一些實例包括在例如美國專利No. 5，793，456以及美國專利申請公開No. 2002/0159019中所描述的那些。膽留型偏光片通常在輸出面上帶有四分之一波長延遲層，這樣使得透射過膽留型偏光片的光被轉換為線性偏振光。在一個實施例中，粘結層14包含粘合劑材料，例如壓敏粘合劑。壓敏粘合劑是指顯示出強的粘著性并且在僅施加輕微壓力(例如指壓)之后對多種基底粘附良好的粘彈性材料。壓敏粘合劑的一種可接受的定量描述由Dahlquist標準給出，該標準指出儲能模量 (G’ )小于約4. OX IO5帕斯卡(在室溫下測定)的材料具有壓敏粘合特性。壓敏粘合劑聚合物可以包括一種或多種丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體的共聚物， 這些單體統稱為(甲基)丙烯酸酯單體或增強單體，它們具有以下化學式
權利要求
1.一種光學組件，包括光擴散層；反射偏光層，其附著在所述光擴散層上；和中間區域，其在所述光擴散層和所述反射偏光層之間，所述中間區域包括限定所述光擴散層與所述反射偏光層之間的空隙的中間結構，并且其中所述中間結構包括位于所述反射偏光層上的非均勻表面，所述表面是由多個延伸到所述中間區域中的形貌特征物形成的，其中相鄰的形貌特征物限定所述的空隙；其中所述反射偏光層上的所述非均勻表面具有約O. 5到10 μ m的平均粗糙度。
2.根據權利要求I所述的光學顯示組件，其中所述中間區域包括中間層，所述中間層包括限定所述空隙的結構物。
3.根據權利要求I所述的光學組件，其中所述反射偏光層是用粘合劑材料附著在所述光擴散層上的。
4.根據權利要求3所述的光學組件，其中所述粘合劑材料選自壓敏粘合劑、熱活化粘合劑、熱熔粘合劑和輻射固化型粘合劑。
5.根據權利要求I所述的光學組件，其中所述反射偏光層是通過粘結方法附著在所述光擴散層上的，所述粘結方法選自周邊粘結、溶劑粘結、超聲波焊接和激光焊接。
6.根據權利要求I所述的光學組件，其中所述反射偏光層包括多個交替的聚合物層。
7.根據權利要求6所述的光學組件，其中所述反射偏光層包括反射式偏光增亮薄膜 (DBEF)。
8.根據權利要求6所述的光學組件，其中所述反射偏光層包括漫反射偏光薄膜 (DRPF)。
9.根據權利要求I所述的光學組件，還包括光引導層，其與所述中間區域相背對地設置在所述反射偏光層上。
10.一種光學顯不組件,包括光選通器件；光源；和光學元件，其被設置在所述光源與所述光選通器件之間，所述光學元件包括光擴散層；反射偏光層，其附著在所述光擴散層上；和中間區域，其在所述光擴散層與所述光控制層之間，所述中間區域包括限定所述光擴散層與所述反射偏光層之間的空隙的中間結構，并且其中所述中間結構包括位于所述反射偏光層上的非均勻表面，所述表面是由多個延伸到所述中間區域中的形貌特征物形成的， 其中相鄰的形貌特征物限定所述的空隙；其中所述反射偏光層上的所述非均勻表面具有約O. 5到10 μ m的平均粗糙度。
11.根據權利要求10所述的光學顯示組件，其中所述光選通器件為液晶顯示(LCD)面板。
12.根據權利要求10所述的光學顯示組件，其中所述反射偏光層是用粘合劑材料附著在所述光擴散層上的。
13.根據權利要求10所述的光學顯示組件，其中所述中間區域包括中間層，所述中間層包括限定所述空隙的結構。
全文摘要
本發明涉及擴散型多層光學組件。該光學組件包括光擴散層、附著在光擴散層上的反射偏光層、位于光擴散層和反射偏光層之間的中間區域，所述中間區域包括限定光擴散層與反射偏光層之間的空隙的中間結構，并且所述中間結構包括位于所述反射偏光層上的非均勻表面，所述表面是由多個延伸到所述中間區域中的形貌特征物形成的，其中相鄰的形貌特征物限定所述的空隙，并且所述反射偏光層上的所述非均勻表面具有約0.5到10μm的平均粗糙度。該組件結構使得多個光學層作為單一一個組件被結合到光學系統中。這減少了裝配包括這些層的光學系統所需的時間，并且減少了在裝配各層以及將這些層結合到光學系統的過程中損壞各層的可能性。
文檔編號G02B5/30GK102590907SQ201210080929
公開日2012年7月18日 申請日期2006年12月6日 優先權日2005年12月8日
發明者斯蒂芬·J·埃茨科恩, 瑞安·T·法比克, 馬克·D·格爾森 申請人:3M創新有限公司