CN101052903A - 增亮膜以及制备和使用所述增亮膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包含底膜的增亮膜，其中计算得到的底膜的应力阻滞梯度小于或等于50纳米/英寸，其中底膜的第一表面具有纹理，且其中光改向结构安置在底膜的第一表面上。

Description

增亮膜以及制备和使用所述增亮膜的方法
                      发明背景
在平板显示器(例如背光计算机显示器)中，光学膜(也可称为片材、层、箔等)材料普遍用于例如引导、漫射或偏振光。例如在背光显示器中，增亮膜(brightness enhancement film)利用其表面上的棱形结构沿视轴(即垂直于显示器的轴)导光。这就增加了显示器用户所能看到的光的亮度，并使得系统在产生所需程度的同轴亮度时消耗更少的能量。这些膜还可广泛地用于如投影显示器、交通信号灯和照明标记的其他光学设计。
例如背光显示器通常使用多个膜，膜的排列方式使引导向观众的光获得所需的亮度和漫射。注意到随着使用的膜数量的增加，背光显示器的总厚度增加。但是，注意到消费者日益需要较薄的背光显示装置。此外，还希望消除在背光显示装置中可观察到的色带，以满足消费者的需求。
由于日益需要较薄的背光显示装置，本领域需要看不见色带的多功能的增亮膜。
                      发明概述
本文公开了增亮膜以及制备和使用所述增亮膜的方法。
增亮膜的一个实施方案包含底膜，其中计算得到的底膜的应力阻滞梯度(stress retardation gradient)小于或等于50纳米/英寸，其中底膜的第一表面具有纹理，且其中光改向结构安置在底膜的第一表面上。
增亮膜的另一个实施方案包含热塑性底膜，所述热塑性底膜包含大于或等于约80％重量的聚碳酸酯，其中重量百分比基于所述热塑性底膜的总重量计算，其中计算得到的底膜的应力阻滞梯度小于或等于15纳米/英寸，且其中光改向结构安置在底膜的第一表面上。
增亮膜的第三个实施方案包含热塑性底膜，所述热塑性底膜包含约93％重量-约99.6％重量的聚碳酸酯；和约0.4％重量-约7％重量的氟化的磺酸，其中重量百分比基于所述热塑性底膜的总重量计算，且其中计算得到的底膜的应力阻滞梯度小于或等于50纳米/英寸，且其中光改向结构安置在底膜的第一表面上。
制备增亮膜的方法的一个实施方案包括将光改向结构安置在底膜的第一表面上，其中计算得到的热塑性底膜的应力阻滞梯度小于或等于50纳米/英寸，其中所述热塑性底膜的第一表面具有纹理。
制备增亮膜的方法的另一个实施方案包括将光改向结构安置在底膜的表面上，其中计算得到的底膜的应力阻滞梯度小于或等于15纳米/英寸。
制备增亮膜的方法的第三个实施方案包括将光改向结构安置在热塑性底膜的表面上，所述热塑性底膜包含约93％重量-约99.6％重量的聚碳酸酯；和约0.4％重量-约7％重量的氟化的磺酸，其中重量百分比基于所述热塑性底膜的总重量计算，且其中计算得到的热塑性底膜的应力阻滞梯度小于或等于50纳米/英寸。
显示装置的一个实施方案包含光源；与光源光学和物理通讯的光导；和包含底膜的增亮膜，其中计算得到的底膜的应力阻滞梯度小于或等于50纳米/英寸，其中底膜的第一表面具有纹理，且其中光改向结构安置在底膜的第一表面上。
本领域技术人员从以下的详述、附图和附加的权利要求书可领会和理解上述和其他特征。
                      附图概述
现参考为示例性的实施方案的各图，其中类似的元件编号相同。
图1为包含增亮膜的背光显示装置的一个示例性的实施方案的透视图。
图2为具有棱形表面的增亮膜的一个示例性的实施方案的透视图。
图3为图2的增亮膜的横截面图。
图4为光漫射膜的一个示例性的实施方案的截面图和示意性说明，所述光漫射膜接受并将发射的光线漫射。
图5为两个增亮膜的一个示例性的实施方案的透视图。
图6为包含多层增亮膜和多层光漫射膜的背光显示装置的一个示例性的实施方案的透视图。
图7为制备增亮膜的底膜的挤出体系的示意图。
                      发明详述
本文公开了光学膜，更具体地讲，本文公开了能用于平板显示器(例如背光显示装置)的增亮膜。注意到增亮膜可为单层(例如单一或单片膜，其特征在于不存在涂层)或多层结构。本文使用的涉及反射的术语“全”反射是指来自表面的所有光的总反射。
还应注意到，本文中术语“第一”、“第二”等不说明任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一个区分开来，单数形式不是要限制数量，而是表示存在至少一个所述对象。此外，本文公开的所有的范围包括各端点可组合(例如范围“最高达约25％重量，希望约5％重量-约20％重量，更希望约10％重量-约15％重量”包括各端点和该范围内的所有的中间值，例如“约5％重量-约25％重量，约5％重量-约15％重量”等)。
参考各附图，下文讨论背光显示装置的几个实施方案。本领域的技术人员可容易地领会各实施方案的许多部件互相类似或相同。在图1中逐个介绍这些元件，但在各实施方案中不重复。而是相对于各图/实施方案讨论不同的结构。
现参考图1，该图说明了通常设计的背光显示装置100的透视图。背光显示装置100包括产生光104的光源102。与光源102光学通讯的光导106通过光104的全内反射(TIR)在光导106内引导光104。在光导106中的与光导106的第一表面110物理和/或光学通讯的反射膜108反射从光导106出来的光104。安置以与光导106的第二表面114物理和/或光学通讯的增亮膜112接受来自光导106的光104。
更具体地讲，在该实施方案中，增亮膜112包含与光导106的第二表面114物理和/或光学通讯的平面116和与光漫射膜120物理和/或光学通讯的棱形表面118。还有，应当理解的是棱形表面118可具有峰角(peak angle)α、高度h、节距p和长度l(见图2和3)，使得增亮膜112的结构可为确定的、周期性的、随机的等。例如Olcazk在美国专利申请2003/0214728中对具有随机或伪随机(psuedo-randomized)参数的棱形表面的膜进行了描述。此外，注意到各棱柱侧壁(多面体的各面)可为直边、凹面、凸面等。棱柱的峰可为尖角、圆形、钝角等。更具体地讲，在一个实施方案中，棱柱包含具有尖角峰的直边各面，例如峰的曲率半径为节距(p)的约0.1％-约30％，特别是约1％-约5％。
增亮膜112接受光104，用于在基本垂直于增亮膜112的方向引导光104，用箭头示意性地表示在图1所示的z-方向引导光104。光漫射膜120接受来自增亮膜112的光104并漫射(例如散射)光(如图4所示)。光104从光漫射膜120前进至液晶显示器(LCD)122。
此外，注意到在各实施方案中，背光显示装置可包含互相光学通讯的多层增亮膜和多层光漫射膜。多层增亮膜和光漫射膜可以任何构型排列，以在LCD中获得所需的结果。如图5所示，例如多层增亮膜可以互相物理和/或光学通讯的方式排列。更具体地讲，参考图5，第一增亮膜212包含第一增亮膜平面216和第一增亮膜棱形表面218。第二增亮膜224包含第二增亮膜平面226和第二增亮膜棱形表面228。第一增亮膜212和第二增亮膜224可这样排列，使得棱形表面(分别为218和228)互为一定的角，例如90度。通常增亮膜和光漫射膜的排列和类型取决于使用的背光显示装置。但是，如以下所详述的，注意到当一层或多层增亮膜和/或光漫射膜可被单一多功能的增亮膜代替时，可预期各实施方案。
此外，如上概述，一层或多层增亮膜和一层或多层光漫射膜的排列、类型和量取决于所用于的背光显示装置。背光显示装置越来越常用于笔记本电脑。虽然在整个公开中是就笔记本电脑而言，但应理解的是，本领域技术人员无需过多的实验可容易将本文公开的增亮膜用于其他应用。
图6描述用于笔记本电脑的一个示例性的背光显示装置300。背光显示装置300包括产生光304的光源302。如在上述图1中所述，与光源302光学通讯的光导306通过光304的全内反射引导光304。与光导306的第一表面310物理和/或光学通讯的反射膜308反射从光导306出来的光304。下端光漫射膜320和上端光漫射膜330与安置在下端光漫射膜320和上端漫射膜330之间的第一增亮膜312和第二增亮膜324光学通讯。在一个实施方案中，光304从上端光漫射膜330前进至液晶显示器(LCD)322。
至于图6所示的实施方案，注意到下端光漫射膜320可主要用于增强光304的均匀性。上端光漫射膜330可主要用于减少各增亮膜(例如312和324)之间的眩光(glare)和光学耦合(Newton Rings)。此外，上端光漫射膜330还可用作增亮膜(312，324)的保护膜，从而减少破裂或破坏增亮膜的棱形表面的可能性。此外，注意到上端光漫射膜(例如330)(即最接近液晶显示器(例如322)的光漫射膜)的雾度值可小于或等于约85％，更特别是雾度值小于或等于约50％。然而，下端光漫射膜(例如320)(即最接近光导(例如306)的光漫射膜)通常雾度值大于或等于约90％，更特别是雾度值大于或等于约95％。
注意到预测的和计算的雾度百分率可通过以下方程式计算：
Figure A20058003795300101
其中总透射为积分透射；总漫透射为由ASTM D 1003定义的被膜散射的光透射。
光源(例如102，302)可包括适于背光液晶显示(LCD)装置的任何光源，包括高亮度和低亮度光源。高亮度光源可包括冷阴极荧光灯(CCFL)、荧光灯等。低亮度光源可包括发光二极管(LED)等。
优选光导(例如106，306)包含假定光的内吸收低的材料，包括丙烯酸类膜和理想的透明材料，包括丙烯酸类树脂(acryl)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、聚乙烯、硒(Se)、氯化银(AgCl)等。光导的形状可为适于所需的光透射的形状，例如棒、弯曲的表面、板、片材等。光导可为单层片材或多层片材。
反射膜(例如108，308)可为反射光的任何可用的形状，例如平面形状，例如板、片材、涂层等，其中所述反射膜包含反射材料。例如合适的反射材料包括铝、银、氧化钛等，以及包含至少一种上述物质的组合。在其他实施方案中，反射膜可包含热塑性材料，例如Spectralon(得自Labsphere，Inc.)，氧化钛着色的Lexan(得自General Electric Co.)等。
一层或多层增亮膜(例如112，212，224，312和324)包含沿着视轴(即垂直于显示器)引导光的一个或多个光改向结构，例如棱形(棱锥状)立方角(cube corner)、球、边缘等)，增强显示器用户所能看到的光的亮度，使得体系在产生所需程度的轴向亮度时使用更少的能量。通常增亮膜包含底膜，所述底膜可包含安置在其上的任选的可固化的涂层。采用以下方法产生光改向结构，例如将可固化的涂层涂覆于底膜，随后在可固化的涂层中流延所需的光改向结构；将所需的光改向结构直接热压花在底膜上等。虽然底膜材料可根据应用而变化，但合适的材料包括在Coyle等公开的美国专利申请2003/0108710中所讨论的那些底膜材料。更具体地讲，增亮膜的底膜材料可包括金属、纸、丙烯酸类、聚碳酸酯、酚醛树脂、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、聚(醚砜)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氨酯、聚酯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯等以及包含至少一种上述物质的共混物、共聚物、反应产物及组合。
在一个实施方案中，由热塑性聚碳酸酯树脂例如Lexan树脂(得自General Electric Company，Schenectady，N.Y)形成增亮膜的底膜。根据最终的应用，可用于制备底膜的热塑性聚碳酸酯树脂包括但不局限于芳族聚碳酸酯、芳族聚碳酸酯的共聚物例如聚酯碳酸酯共聚物、其共混物及其与其他聚合物的共混物。在另一个实施方案中，热塑性聚碳酸酯树脂为芳族均聚碳酸酯树脂，例如Ariga等在美国专利4,351,920中所述的聚碳酸酯树脂。这些聚碳酸酯树脂可得自芳族二羟基化合物与酰氯的反应。其他聚碳酸酯树脂可得自芳族二羟基化合物与碳酸酯前体例如碳酸二芳基酯的反应。一种示例性的芳族二羟基化合物为2，2-双(4-羟苯基)丙烷(即双酚-A)。聚酯碳酸酯共聚物得自二羟基苯酚、碳酸酯前体与二羧酸(例如对苯二甲酸或间苯二甲酸或对苯二甲酸和间苯二甲酸的混合物)的反应。任选一定量的二元醇还可用作反应物。
在其他实施方案中，可任选向增亮膜的底膜中加入抗静电材料，抗静电材料的量足以使得所述膜具有抗静电性。例如可向包含聚碳酸酯的底膜中加入包含磺酸的抗静电材料。在一个实施方案中，所述抗静电材料为Henricus等在美国专利6,194,497中描述的抗静电材料。更具体地讲，所述磺酸可为氟化的磺酸，包含含有有机磺酸根阴离子和有机阳离子的碳氟化合物。这些有机磺酸根阴离子的实例包括但不局限于全氟甲磺酸根、全氟丁磺酸根、全氟己磺酸根、全氟庚磺酸根和全氟辛磺酸根。所述阳离子的实例包括但不局限于脂族阳离子，例如四甲基、四乙基、四丁基、三乙基甲基、三丁基甲基、三丁基乙基、三辛基甲基、三甲基丁基、三甲基辛基、三甲基十二烷基、三甲基十八烷基、三乙基辛基；和芳族阳离子，例如四苯基、三苯基甲基、三苯基苄基和三丁基苄基。更具体地讲，所述氟化的磺酸可通过至少一种这些有机磺酸根阴离子和阳离子中的任一种的任意组合得到。
此外，还更具体地讲，本文使用的磺酸可为具有以下通式的氟化的磺酸：
{CF3(CF2)n(SO3)}θ{P(R1)(R2)(R3)(R4)}Ф
其中F为氟；n为1-12的整数；S为硫；R1、R2和R3可各自为1-8个碳原子的脂族烃基或6-12个碳原子的芳族烃基，R4为1-18个碳原子的烃基。含有通式所示的氟化的磺酸作为其主要组分的抗静电组合物可通过多种不同的方式使用，以利用其抗静电性、相容性及耐热性为聚碳酸酯提供抗静电性。碳氟化合物磺酸盐为低熔点的半固体材料，因此，可作为熔融液体进行处理。在某些实施方案中，碳氟化合物磺酸盐在室温(即约15℃-约25℃)下为固体晶状材料，易称量、处理和加入到聚碳酸酯中。
虽然可在加工的任何时候向聚碳酸酯中加入抗静电材料，但希望在聚合物制备的时候向聚碳酸酯中加入抗静电材料。例如聚碳酸酯和抗静电材料可例如通过挤出等加工。
如上概述，增亮膜的底膜可包含聚碳酸酯和抗静电材料。例如底膜包含大于或等于约80％重量的聚碳酸酯，更特别是大于或等于约90％重量的聚碳酸酯，其中重量百分比基于底膜的总重量计算。例如在一个实施方案中，底膜包含约93％重量-约99.6％重量的聚碳酸酯；和约0.4％重量-约7％重量的抗静电材料，更特别是约0.4％重量-约2％重量的抗静电材料。
虽然注意到增亮膜的底膜厚度可根据所需的应用变化，但底膜的厚度可足以用于平板显示器，例如用于笔记本电脑。例如底膜的厚度可为约25微米-约1,000微米，特别是约175微米-约750微米。
在增亮膜的底膜上包含可固化的涂层的各实施方案中，可固化的涂层包含可固化的组合物，通常包含可聚合的化合物。本文使用的可聚合的化合物为包含能进行自由基、阳离子、阴离子、热、和/或光化学聚合反应的一个或多个官能团的单体或低聚物。合适的官能团的实例有丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基、环氧化物等。
例如可固化的组合物可包括单体和二聚丙烯酸酯，例如甲基丙烯酸环戊酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸甲基环己酯、甲基丙烯酸三甲基环己酯、甲基丙烯酸降冰片烷基酯、甲基丙烯酸降冰片烷基甲酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸十二烷基酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、己二醇丙烯酸酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯、丙烯酸2-羟乙酯、丙烯酸2-羟丙酯、丙烯酸二乙二醇酯、己二醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-苯氧基乙酯、甲基丙烯酸2-羟乙酯、甲基丙烯酸2-羟丙酯、二乙二醇甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、丙二醇二甲基丙烯酸酯、丙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸烯丙酯、丙烯酸烯丙酯、丁二醇二丙烯酸酯、丁二醇二甲基丙烯酸酯、1，6己二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、三甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、己二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四甲基丙烯酸酯和包含至少一种上述丙烯酸酯的组合。
此外，可固化的组合物可包含聚合反应引发剂，以促进可固化的组分的聚合反应。合适的聚合反应引发剂包括当暴露于紫外辐射时促进各组分聚合反应的光引发剂。合适的光引发剂包括但不局限于苯甲酮和其他苯乙酮、苯偶酰、苯甲醛和邻-氯苯甲醛、占吨酮、噻吨酮、2-氯噻吨酮、9，10-菲醌(phenanthrenenquinone)、9，10-蒽醌、甲基苯偶姻醚、乙基苯偶姻醚、异丙基苯偶姻醚、1-羟基环己基苯基酮、α，α-二乙氧基苯乙酮、α，α-二甲氧基苯乙酮、1-苯基-1，2-丙二醇-2-邻-苯甲酰基肟、2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦和α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮以及包含至少一种上述物质的组合。在一个实施方案中，聚合反应引发剂的用量为约0.1％重量-约10％重量，更特别为约1％重量-约8％重量，其中重量百分比基于所述可固化的组合物的总重量计算。
在一个实施方案中，可固化的组合物包含多官能的(甲基)丙烯酸酯、取代或未取代的芳基醚(甲基)丙烯酸酯单体、溴化的芳族(甲基)丙烯酸酯单体和聚合反应引发剂。可固化的涂层的折光指数大于或等于约1.50，更特别为大于或等于约1.61。向可固化的组合物中加入金属氧化物纳米颗粒可增加可固化的涂层的折光指数。合适的金属氧化物的实例包括但不局限于氧化钛、氧化锌、氧化锡铟、氧化铟、氧化锡、氧化锡镉和包含至少一种上述氧化物的组合。此外，合适的金属氧化物纳米颗粒及其制备方法还例如见述于Olson等的美国专利6,261,700和Arpac等的美国专利6,291,070。例如金属氧化物纳米颗粒可通过以下方法制备，所述方法包括使用酸性醇溶液水解金属醇化物，其中所述酸性醇溶液包括烷基醇、水和形成包含金属氧化物纳米颗粒的第一溶胶的酸；使用有机硅烷处理第一溶胶(即胶态溶液)，形成包含经处理的金属氧化物纳米颗粒的第二溶胶；使用有机碱(有机碱与酸的摩尔比率为约0.1∶1-约0.9∶1)处理第二溶胶，形成包含经处理的金属氧化物纳米颗粒的第三溶胶。金属醇化物的金属可例如为钛、锌、铟、锡、镉和包含至少一种上述金属的组合。金属醇化物的醇化物可例如为直链或支链的C1-C12醇化物。
可固化的涂层的厚度可为约10微米-约100微米，特别是约35微米-约100微米，更特别是约60微米-约80微米。
如以下详述的，发现当在平板显示器中使用增亮膜时，可得到不包含色带和/或阴影(当所有视角观看打开背光的显示装置时)的平板显示器，其中增亮膜的底膜包含低应力阻滞变化的底膜。注意到术语“阻滞(retardation)”为本领域易理解的术语。低应力阻滞变化的底膜在数学上可定义为应力阻滞图(即应力阻滞与膜内位置的关系)上的应力阻滞梯度低的膜，其中应力阻滞梯度小于或等于50纳米/英寸(nm/in)，更特别为小于或等于30nm/in，还更特别为小于或等于15nm/in。例如可根据ASTM D4093，使用SCA1500体系(得自Strainoptic Technologies(现为Strainoptic，Inc.))测定应力阻滞。换言之，应力阻滞梯度为应力阻滞图的第一衍生物。
虽然不希望束缚于理论，但当用于不产生色带的显示装置时，用于产生增亮膜的合适的低应力阻滞变化的底膜包括但不局限于包含含有带纹理的表面例如消光(matte)表面的第一表面(即当用于平板显示器时，面向LCD的增亮膜的表面，更具体地讲，面向装置用户的增亮膜的表面)的底膜。此外，在一个实施方案中，底膜包含第二表面(即面向光导的表面，更具体地讲，远离装置用户的表面)，可包括抛光的表面或带纹理的表面(例如消光表面，丝绒(velvet)表面等)。注意到当带纹理的第二表面用于笔记本电脑时，使用的膜的总厚度可有利地减少至少光漫射膜的厚度。更具体地讲，总厚度可减少大于或等于约50微米，更特别是大于或等于约100微米。
例如合适的底膜包括但不局限于包含第一表面和第二表面的底膜，第一表面包括抛光表面、消光表面等，第二表面包括抛光表面、消光表面、丝绒表面等，其中光改向结构安置在底膜的第一表面上，其中所得到的底膜为低应力阻滞变化的底膜，应力阻滞梯度小于或等于如上所述的50纳米/英寸(nm/in)。
术语“抛光”、“消光”和“丝绒”均为本领域技术人员易理解的术语。例如抛光表面的表面粗糙度(Ra)可小于0.3微米；消光(例如精细消光、中等消光、粗(course)消光等)表面的表面粗糙度(Ra)可为0.3微米-2.2微米；丝绒表面的表面粗糙度(Ra)可大于2.2微米。注意到术语表面粗糙度(Ra)为本领域技术人员易理解的术语。通常Ra度量膜的平均粗糙度。可如下确定，积分表面高度和平均高度之间差值的绝对值，除以一维表面的测定长度或两维表面的测定面积。更具体地讲，可使用Serfcorder SE4000K(得自Kosaka Laboratory Ltd.)测定表面粗糙度，其中根据ASME B46.1-1995测定表面粗糙度。
此外，注意到本文公开的增亮膜的各实施方案的亮度性能与包含抛光/抛光表面的增亮膜相同。例如在其他均相同(例如相同的底膜材料、棱形结构等)的前提下，与包含抛光/抛光表面的底膜相比，包含消光/抛光表面的增亮膜的相对亮度为约99.5％-约100.5％。虽然可制备雾度值为约20％-约80％且透射率大于或等于85％的底膜，但与抛光/抛光膜相比，雾度值小于或等于约50％且透射率大于或等于约89％的那些底膜特别用于得到所需的亮度。
在其他实施方案中，增亮膜的底膜的雾度值足以消除背光显示装置中的至少一层光漫射膜(例如下端光漫射膜(例如320))。换言之，增亮膜可为多功能的增亮膜，同时用作传统的增亮膜(例如沿着视轴(即垂直于显示器的轴)引导光)和用作光漫射膜。本领域技术人员易理解本文在光漫射膜以及用于显示装置(例如背光显示装置)的任何其他膜中所用的术语“上端”和“下端”。术语“上端”通常指最接近LCD的膜的一侧或膜本身(即最接近和/或面向观众的一侧或膜本身)。相反，术语“下端”通常指最远离LCD的膜的一侧或膜本身(即最远离和/或背向观众的一侧或膜本身)。
在制备增亮膜的一个实施方案中，所述方法包括将一种或多种热塑性树脂(例如聚碳酸酯树脂)加至挤出机，形成底膜；在行进通过挤出机的同时，将所述热塑性树脂在大于或等于热塑性树脂的玻璃化转变温度(Tg)的温度下熔融；将所得到的熔融的树脂通过冲模挤出至两个压延辊之间的辊隙或缝隙；随后将所得到的膜冷却至低于其玻璃化转变温度。所得到的膜可卷起并储存用于随后的加工(例如涂布和流延、压花等)。或者底膜可直接进料至涂布和流延装置、压花装置等。
在一个实施方案中，用于制备增亮膜的底膜的熔融的热塑性树脂通过两个压延辊，使得所得到的底膜为低应力阻滞变化的底膜，应力阻滞梯度如上所述小于或等于50纳米/英寸(nm/in)。虽然不希望束缚于理论，但当使用的至少一个压延辊包含硬度适于制备低应力阻滞变化的底膜的材料时，可得到低应力变化的底膜。例如一个或多个辊可包含弹性材料(例如EPDM(ethylene propylene diaminemonomer)基的橡胶)。注意到在各实施方案中，所述辊可完全由弹性材料制备。或者弹性材料可安置在辊的外表面，即与底膜物理相连的辊的表面。
如上所述(例如表面为消光表面)，例如在制备底膜时，可使用带纹理的橡胶压延辊使底膜的第一表面具有纹理。在各实施方案中，第二表面可具有抛光的表面或带纹理的表面。如整个本公开所讨论的，可通过设计选择第二表面的表面粗糙度。包含抛光的第二表面和消光第一表面的实施方案可有利地制备没有色带且亮度与抛光/抛光膜的亮度相同的增亮膜。此外，包含带纹理的第二表面和消光第一表面的实施方案可有利地制备能同时用作传统的增亮膜(例如沿着视轴(即垂直于显示器的轴)引导光)和用作光漫射膜的多功能的增亮膜。
在各其他实施方案中，一种压延辊可包含含有抛光的表面或带纹理表面(例如丝绒表面)的铬或铬板辊。此外通常注意到辊的大小、辊的材料、辊的数量、缠绕辊的膜等可随着使用的体系而变。此外，注意到控制加工条件(例如压延辊的温度、线速度、辊隙压力等)，使所得到的增亮膜的底膜得到所需的雾度值和亮度。
参考图7说明一种示例性的挤出体系的示意图，概括地指定为400。熔融的热塑性树脂402由狭缝冲模404挤出。随后将熔融的热塑性树脂通过由压延辊408和410形成的辊隙或缝隙406，冷却，随后通过引出辊412。已冷却的膜可卷绕(储存)以待随后的加工，或者已冷却的膜可加至一种装置，在已冷却的膜(底膜)上形成光改向结构，形成增亮膜(例如涂布和流延装置、压花装置等)。
已经形成增亮膜的底膜后，制备增亮膜的方法还包括在底膜的第一表面(即包含消光表面的表面)上产生一种或多种光改向结构。如上概述，如下产生光改向结构(例如棱形结构)，将可固化的涂层涂覆于底膜的第一表面，随后当固化时，通过将所述结构热压花在底膜上等，将所述结构流铸在可固化的涂层中。例如将可固化的涂层安置在底膜上，随后当涂层与铸模(cast)物理相连时，固化涂层(例如将涂层暴露于紫外(UV)辐射)，其中所述铸模包含所需的表面结构的负图像，可形成棱形结构。
在基材的表面上涂覆可固化的组合物的方法例如见述于Lu等的美国专利5,175,030、Lu的美国专利5,183,597、Coyle等的美国专利5,271,968、Crouch的美国专利5,468,542、Williams等的美国专利5,626,800和Fong等的美国专利6,280,063以及Coyle等的美国专利申请公开2003/0108710 A1。例如将涂层与增亮膜的第一表面物理相连的合适的方法包括但不局限于喷涂、刷涂、电镀、浸涂、流涂、辊涂、凹版印刷和丝网印刷。此外，注意到涂层可以连续的涂层或相应于铸件上的图案的小块形式涂覆。
在其他实施方案中，可通过热压花底膜形成光改向结构，其中所述方法包括将底膜加热至足以软化底膜的温度，随后将所需结构压花在底膜中。注意到辊压花、冲压等可用于在底膜中压花光改向结构(例如一个或多个棱柱)。更具体地讲，压花工具包含所需表面的负图像。
为了保护和在制备增亮膜和掺入装置之间方便处理，增亮膜可另外/任选包含一层或多层掩蔽层。例如增亮膜可包含安置在膜的第一表面(例如在压花的实施方案)、底膜的第二表面和/或可固化的涂层(例如在涂覆的实施方案中)上的掩蔽层。合适的掩蔽层包括聚乙烯、聚丙烯、聚酯和包含至少一种上述物质的组合的单层或共挤出层，其中通过压敏粘合剂、静态(static)等控制与增亮膜的粘合。
至于背光显示装置的光漫射膜(例如120)，所述光漫射膜可为带纹理的光漫射膜和/或本体光漫射膜(例如光漫射可埋入膜中，以赋予所述膜光漫射性能)。通常光漫射膜包含热塑性基材，例如聚酯、聚碳酸酯或包含上述物质的组合。如上所述，光漫射膜的雾度值可根据应用而变化。例如注意到上端光漫射膜(例如330)的雾度值可小于或等于约85％，更特别是雾度值小于或等于约50％。然而，下端光漫射膜(例如320)的雾度值通常大于或等于约90％，更特别是雾度值大于或等于约95％。
如上概述，本文公开的增亮膜可用于各种背光显示装置，例如笔记本电脑。在各实施方案中，增亮膜可为如上所述的多功能的增亮膜。例如再次参考图1，增亮膜112可与光导106物理相连。更具体地讲，增亮膜112可与光导106的第二表面114(即与光导106的第一表面110相对的表面)物理相连。换言之，下端光漫射膜不与增亮膜112和光导106物理相连。
                   实施例
                 比较实施例1
于270℃下，将聚碳酸酯树脂挤出成厚度为约175微米的底膜。在保持为127℃的两个抛光的铬压延辊之间挤出膜。在50英寸(127厘米)宽的膜上，底膜的应力阻滞梯度大于50纳米/英寸阻滞。注意到在获得可得到应力阻滞梯度的应力图时，横穿膜的长度每0.25英寸(0.64厘米)测定应力阻滞。
随后使用包含约60％重量的溴化的环氧丙烯酸酯和约40％重量的苯基硫醇乙基丙烯酸酯(phenylthiolethylacrylate)和痕量的光引发剂(即双(酰基)氧化膦，商品名IRGACURE 819，得自Ciba Geigy，Inc.)的涂料涂覆底膜，其中重量百分比基于涂料的总重量计算。通过凹版印刷辊将涂料组合物涂覆于下端掩蔽底膜，厚度约30微米。将涂料涂覆于膜后，当与包含具有如上所述的所需表面结构的负图像的表面的铸模相连时，通过固化涂层形成棱形结构。随后将膜掩蔽，随后转化为适于在液晶显示器的背光模块中处理和组配的形式。当该已涂覆的膜组配在背光显示装置中并用正交偏振膜覆盖时，观察到色带。
                     实施例2
于270℃下，将聚碳酸酯树脂挤出成厚度为约175微米的底膜。在保持为127℃的抛光的铬压延辊和用43℃的水冷却的钢压延辊之间挤出膜，该钢压延辊涂有0.5英寸(约1.3cm)厚、硬度为70度(ShoreA)的硅橡胶。底膜的应力阻滞梯度小于20纳米/英寸阻滞，在19英尺/分钟(ft/min)(约5.8米/分钟(m/min))线速度下雾度为40％。注意到在获得可得到应力阻滞梯度的应力图时，横穿膜的长度每0.25英寸(0.64厘米)测定应力阻滞。
随后使用包含约60％重量的溴化的环氧丙烯酸酯和约40％重量的苯基硫醇乙基丙烯酸酯和痕量的光引发剂(即双(酰基)氧化膦，商品名IRGACURE 819，得自Ciba Geigy，Inc.)的涂料涂覆底膜，其中重量百分比基于涂料的总重量计算。通过凹版印刷辊将涂料组合物涂覆于下端掩蔽底膜，厚度约30微米。将涂料涂覆于膜后，当与包含具有如上所述的所需的表面结构的负图像的表面的铸模相连时，通过固化涂层形成棱形结构。随后将膜掩蔽，随后转化为适于在液晶显示器的背光模块中处理和组配的形式。在背光显示装置中用包含消光/抛光底膜的增亮膜代替由抛光/抛光底膜制备的增亮膜后，得到基本相同的亮度。更具体地讲，使用Eldim EZ Contrast 160D仪器测定(使用从背光显示装置移除的液晶板)零度视角(即轴向)的亮度，发现亮度值为使用商品增亮膜(即BEF II膜，得自3M，Inc)得到的亮度的约102％-约104％。当该已涂覆的膜组配在背光显示装置中并用正交偏振膜覆盖时，未观察到色带。
                       实施例3
于263℃下，将聚碳酸酯树脂和占共混物总重量的约1.1％的抗静电剂全氟丁基磺酸四丁基(“FC-1”)挤出成厚度为约125微米的底膜。在保持为135℃的抛光的铬压延辊和用40℃的水冷却的钢压延辊之间挤出膜，该钢压延辊涂有0.5英寸(约1.3cm)厚、硬度为70度(Shore A)的硅橡胶。底膜的应力阻滞梯度小于15纳米/英寸，在16英尺/分钟(ft/min)(约4.9米/分钟(m/min))线速度下雾度为40％。如实施例1所述，采用相同的方式并使用相同的涂料进行涂覆。但是，在该实施例中，所得到的膜的表面静电衰减(surface static decay)下降3-4个数量级。将膜掩蔽，随后转化为适于在液晶显示器的背光模块中处理和组配的形式。在背光显示装置中用包含消光/抛光底膜的增亮膜代替由抛光/抛光底膜制备的增亮膜后，得到基本相同的亮度。当该已涂覆的膜组配在背光显示装置中并用偏振膜覆盖时，未观察到色带。
                     实施例4
于263℃下，将聚碳酸酯树脂和占共混物总重量的约1.1％的抗静电剂全氟丁基磺酸四丁基(“FC-1”)挤出成厚度为约125微米的底膜。在保持为135℃的抛光的丝绒钢压延辊和用40℃的水冷却的钢压延辊之间挤出膜，该钢压延辊涂有0.5英寸(约1.3cm)厚、硬度为70度(Shore A)的硅橡胶。底膜的应力阻滞梯度小于15纳米/英寸，在12英尺/分钟(ft/min)(约3.7米/分钟(m/min))线速度下雾度为45％。底膜的第一表面上为消光表面，第二表面具有丝绒纹理。随后使用包含约60％重量的溴化的环氧丙烯酸酯和约40％重量的苯基硫醇乙基丙烯酸酯和痕量的光引发剂(例如与上述实施例1中相同)的涂料涂覆底膜的第一表面，其中重量百分比基于涂料的总重量计算。将涂料涂覆于膜后，当与包含具有如上所述的所需表面结构的负图像的表面的铸模相连时，通过固化涂层形成棱形结构。随后将膜掩蔽，随后转化为适于在液晶显示器的背光模块中处理和组配的形式。
注意到在背光模块中，在目前的加工和处理条件下产生的大多数缺陷(刮痕、点缺陷、波纹等)在抛光/抛光底膜中可见，在该带纹理的底膜中看不到这些缺陷。此外，使用Eldim EZ Contrast 160D仪器测定(使用从背光显示装置移除的液晶板)零度视角(即轴向)的亮度，发现亮度值为使用商品增亮膜(即BEF II膜，得自3M，Inc)得到的亮度的约92％。当使用上述增亮膜代替下端漫射器时，看不见来自光导的栅格线。此外，注意到当第二表面包含消光表面时，也得到类似的结果。
当用于平板显示装置(例如背光显示装置)时，本文公开的增亮膜的各实施方案有利地不产生色带，并与抛光/抛光膜的性能相同。例如注意到在比较实施例1中观察到色带，但在实施例2-4中未观察到色带。此外，与包含抛光/抛光表面的底膜相比，注意到本文公开的其中增亮膜包含含有消光/抛光表面的底膜的实施方案的相对亮度可为约99.5％-约100.5％。换言之，本文公开的增亮膜的亮度性能与抛光/抛光膜基本相同，但具有不产生色带的优势。
本文公开了其中在背光显示装置中可消除至少一层光漫射膜或增亮膜的其他实施方案。换言之，增亮膜可为同时用作传统的增亮膜(例如沿着视轴(即垂直于显示器的轴)引导光)和用作光漫射膜的多功能的增亮膜。此外，可预期其中多层增亮膜和多层光漫射膜可用一层或多层多功能的膜代替的实施方案，从而有利地降低背光显示装置的总厚度。
此外，注意到本文公开的实施方案包含抗静电剂。如上所述，与不包含抗静电剂的实施方案相比，静电衰减可降低3-4个数量级。
此外，在各实施方案中，增亮膜的底膜包含聚碳酸酯，例如底膜包含大于或等于约80％重量的聚碳酸酯，更特别是大于或等于约90％重量的聚碳酸酯，其中重量百分比基于底膜的总重量计算。与包含聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的商品增亮膜相比，本文公开的包含聚碳酸酯的增亮膜具有优异的长期稳定性。例如在热循环测试中，聚碳酸酯底膜可比PET底膜性能突出，即与PET膜相比，聚碳酸酯膜具有更好的平整保持性。通常在热循环测试中，将底膜放置在85℃至-35℃之间循环的室中(空气中的最小湿含量例如相对湿度小于或等于60％)，温度在各极端保持1小时，随后以2℃/分钟的速率变为另一个极端。通常进行100次这种循环，随后比较底膜。
虽然参考几个实施方案描述了本发明，但本领域技术人员应理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下可进行各种变化，各元素可用其等价物代替。此外，在不偏离本发明的基本范围的情况下可进行各种变化，以适应具体的情况或材料。因此，本发明不局限于作为实施本发明的最佳方式所公开的具体的实施方案，而是受限于本发明包括在附加的权利要求书的范围内的所有的实施方案。

Claims (24)

1.一种增亮膜，所述增亮膜包含：
底膜，其中计算得到的底膜的应力阻滞梯度小于或等于50纳米/英寸，其中底膜的第一表面具有纹理，且其中光改向结构安置在底膜的第一表面上。
2.权利要求1的增亮膜，其中计算得到的应力阻滞梯度小于或等于30纳米/英寸。
3.权利要求2的增亮膜，其中计算得到的应力阻滞梯度小于或等于15纳米/英寸。
4.权利要求1的增亮膜，其中所述第一表面的表面粗糙度(Ra)为0.3微米-2.2微米。
5.权利要求1的增亮膜，其中第二表面为表面粗糙度(Ra)小于0.3微米的抛光的表面。
6.权利要求1的增亮膜，其中第二表面为表面粗糙度(Ra)大于0.3微米的带纹理的表面。
7.权利要求1的增亮膜，其中根据ASTM D 1003测定，所述底膜的雾度值为约20％-约80％，透射大于或等于约85％。
8.权利要求1的增亮膜，其中根据ASTM D 1003测定，所述底膜的雾度值小于或等于约50％，透射大于或等于约89％。
9.权利要求1的增亮膜，所述增亮膜还包含安置在所述底膜的第一表面上的可固化的涂层，其中所述可固化的涂层的折光指数大于或等于约1.5。
10.权利要求9的增亮膜，其中所述可固化的涂层包含含有选自丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基和环氧化物的官能团的可聚合的化合物。
11.权利要求9的增亮膜，其中所述可固化的涂层还包含金属氧化物纳米颗粒。
12.权利要求1的增亮膜，其中所述底膜包含聚碳酸酯和磺酸。
13.权利要求12的增亮膜，其中所述磺酸为氟化的磺酸。
14.权利要求1的增亮膜，其中所述光改向结构为无规棱形结构，且其中所述无规棱形结构包含各自包含曲率半径为棱形结构节距的约0.1％-约30％的峰的多个棱柱。
15.一种增亮膜，所述增亮膜包含：
热塑性底膜，所述热塑性底膜包含大于或等于约80％重量的聚碳酸酯，其中重量百分比基于所述热塑性底膜的总重量计算，其中计算得到的热塑性底膜的应力阻滞梯度小于或等于15纳米/英寸，且其中光改向结构安置在所述热塑性底膜的第一表面上。
16.一种增亮膜，所述增亮膜包含：
热塑性底膜，所述热塑性底膜包含约93％重量-约99.6％重量的聚碳酸酯；和约0.4％重量-约7％重量的氟化的磺酸，其中重量百分比基于所述热塑性底膜的总重量计算，且其中计算得到的底膜的应力阻滞梯度小于或等于50纳米/英寸，且其中光改向结构安置在所述底膜的第一表面上。
17.权利要求16的增亮膜，其中所述底膜的第一表面具有纹理。
18.权利要求17的增亮膜，其中第二表面具有纹理。
19.一种制备增亮膜的方法，所述方法包括：：
将光改向结构安置在底膜的第一表面上，其中计算得到的热塑性底膜的应力阻滞梯度小于或等于50纳米/英寸，其中所述热塑性底膜的第一表面具有纹理。
20.权利要求19的方法，所述方法还包括通过以下方法形成底膜：
在大于或等于所述热塑性树脂的玻璃化转变温度的温度下熔融热塑性树脂；
在第一压延辊和第二压延辊之间的缝隙中挤出热塑性树脂，其中所述第一压延辊包含带纹理的表面和弹性材料；和
将所述热塑性树脂冷却至低于所述热塑性树脂的玻璃化转变温度的温度，制备热塑性底膜。
21.权利要求19的方法，所述方法还包括使用可固化的涂料涂覆所述底膜的第一表面。
22.一种制备增亮膜的方法，所述方法包括：
将光改向结构安置在底膜的表面上，其中计算得到的底膜的应力阻滞梯度小于或等于15纳米/英寸。
23.一种制备增亮膜的方法，所述方法包括：
将光改向结构安置在热塑性底膜的表面上，所述热塑性底膜包含约93％重量-约99.6％重量的聚碳酸酯；和约0.4％重量-约7％重量的氟化的磺酸，其中重量百分比基于所述热塑性底膜的总重量计算，且其中计算得到的热塑性底膜的应力阻滞梯度小于或等于50纳米/英寸。
24.一种显示装置，所述装置包含：
光源；
与所述光源光学和物理通讯的光导；和
包含底膜的增亮膜，其中计算得到的底膜的应力阻滞梯度小于或等于50纳米/英寸，其中所述底膜的第一表面具有纹理，且其中光改向结构安置在所述底膜的第一表面上。
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