CN102124384A - 粘弹性光导 - Google Patents

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Abstract

本文公开了具有光源和粘弹性光导的光学装置。由光源发出的光进入所述粘弹性光导,并通过全内反射在所述光导内传播。所述粘弹性光导可包括压敏粘合剂。所述光学装置可用于各种构造中,在这些构造中,所述光学装置将发出在所述粘弹性光导内传播的光。这些构造包括用于指示牌、标记、照明装置、显示装置、键盘组件以及车辆的尾灯组件。

Description

粘弹性光导
技术领域
本发明涉及光学制品和装置,特别是用来便于光线在电子装置内分布的光导。该光导由粘弹性材料制成。
背景技术
光导用来便于将光源发出的光分配到远大于光源的区域上。光导包含具有光传输性质的材料,并可具有不同形状,例如块形、楔形和假楔形。大多数光导被设计成在边缘表面接收光,并允许光在背表面和输出表面之间通过全内反射传播,然后射向与光进入的表面相对的边缘表面。利用以各种类型的图案设置在输出表面上的提取特征,可以从输出表面均匀地发射光。
发明内容
本文所公开的是具有光源和粘弹性光导的光学装置。由光源发出的光进入粘弹性光导,并通过全内反射在光导内传播。粘弹性光导可包括压敏粘合剂。该光学装置可用于各种构造中,在这些构造中,该光学装置将发出在粘弹性光导内传播的光。这些构造包括用于指示牌、标记、照明装置、显示装置、键盘组件和车辆的尾灯组件的那些。
本发明的这些方面和其他方面将在以下“具体实施方式”中描述。上述发明内容不应理解为是对要求保护的主题的限制,该主题仅受本文所示出的权利要求的限定。
附图说明
结合下列附图以及下文提供的具体实施方式,可以更全面地理解本发明的优点和特征。附图为各种制品的示意图,未必按比例绘制。
图1a和1b为说明几何光学原理的示意性的层剖视图。
图2示出了示例性光学装置的示意性剖视图。
图3a-b、4a-b、5a-5c和6a-b示出了示例性粘弹性光导的示意性剖视图。
图7-12示出了示例性粘弹性光导的示意性透视图。
图13示出了示例性粘弹性光导的示意性剖视图。
图14和15a-1示出了示例性光学制品的示意性剖视图。
图16和图17示出了示例性光学制品的示意性透视图。
图18a-b示出了示例性光学制品的示意性剖视图。
图19-25示出了包括示例性光学制品的示例性指示牌和标记的示意图。
图26a-c示出了包括示例性光学制品的示例性照明装置的示意性剖视图。
图27示出了包括示例性光学制品的显示装置。
图28示出了包括示例性光学制品的键盘组件。
图29示出了包括示例性光学制品的多层图形。
具体实施方式
本发明涉及提交于2008年7月10日的美国临时申请No.61/079639(64347US002,Sherman等人)、提交于2008年8月8日的美国临时申请No.61/087387(64691US002,Sherman等人)、提交于2008年11月14日的美国临时申请No.61/114865(64347US003,Sherman等人)和提交于2008年11月14日的美国临时申请No.61/114849(64691US003,Sherman等人)。
本文所公开的光学装置包括发射光的光源,并且光由粘弹性光导管理。该光学装置可提供一个或多个优点。例如,所述粘弹性光导为大致柔软和适形的,使得光源可轻松连接到该光导,从而使光可以进入该光导。在一些实施例中,该粘弹性光导包括在室温下通常发粘的PSA。接着可以将光源连接到该粘弹性光导,如将其粘接在该光导上。这可便于光学装置本身或其中使用光学装置的构造的组装。
通常在粘弹性光导的一个或多个所需位置或区域从该光导中提取光。在一些实施例中,可利用提取器从粘弹性光导中提取光。同样,由于粘弹性光导的柔软和适形特性,可以很容易将提取器连接到光导,从而使光可进入光导。如果粘弹性光导包括PSA,则可以将提取器直接粘接到光导,而不必用另外的材料将二者粘结在一起。
所述光学装置可用来在任何需要它的地方提供光。所述光学制品和光学装置可设计成用于内部和/或外部用途。它们可设计成适于家用、商用和/或工业用途。所述光学装置可用于和/或设置在构造中,使之可携带,即成为便携式光源。发光的条带、指示牌、标签、标贴、剪切块等是可使用该光学装置制备的便携式构造的实例。该光学装置也可用于和/或设置在更固定的构造中,例如电子显示装置中。
该光学装置也可用于提供“按需照明”,例如,可以仅在某些情况下(例如泊车时)开启光源。它可用于提供车辆的外部照明,例如用于尾灯,以代替非常占用空间的尾灯腔及其照明组件。
所述粘弹性光导可用来代替用于光显示装置的传统的光导。例如,该粘弹性光导可用于代替从一个或多个基本上线状或点状的光源分配光的实心或中空光导。可以将粘弹性光导组装到显示装置中,而不必用另外的材料将光导接合到显示装置上。
所述光学装置也可以适应性很强(甚至在使用者控制下),以致可用于不同的照明结构和构造中。例如,粘弹性光导可以按卷材或片材形式提供,从而可以切割成各种形状和尺寸。所述光源也可以与粘弹性光导互换,例如,在光源变得不可用或需要不同颜色的光的情况下。此外,如果用于指示牌构造中,图形可以互换,例如,在希望更新广告的情况下。
所述光学装置可提供许多其他优点。该光学装置可用来提供明亮、漫射、均匀和/或在集中于特定区域的光。该光学装置可提供薄、柔性(可用手弯曲)和/或轻量的优点,甚至可以适形于特定形状和尺寸。所述粘弹性光导可被铺砌成照明较大面积,如果光导可以粘合在一起则可更容易实现这一目的。由于具有粘弹性,该粘弹性光导还可以减小光学装置或其中使用该装置的构造所承受的应力。如果设置在基底上,粘弹性光导可被移除和/或随时间推移重新定位。所述光学装置还可具有成本上的一些优点,因为其可由市售光源和粘弹性材料制成。下文描述了其他优点。
本文所公开的光学装置包括粘弹性光导和光源。光从光源发出,进入粘弹性光导,并按照折射定律和全内反射原理传播、反射和/或折射。光在粘弹性光导内的行为可取决于多种因素,例如光导的表面结构、是否存在接触粘弹性光导的附加基底、和/或粘弹性光导以及接触粘弹性光导的任何附加基底的材料组成。此外,光在粘弹性光导内的行为可取决于进入光导的光的角分布。
为便于读者理解,给出折射和全内反射原理的简要描述。该简要描述构成理解光相对于本文所公开的光学装置的行为的基础。有关光的行为的详细描述,参见(例如)D.S.Falk等人所著“Seeing the Light”,John Wiley and Sons,Inc.,1986,pp.53-56(《看着光》,John Wiley and Sons,Inc.,1986年,53-56页)。
图1a和1b针对给定的一对层(第一层和第二层)说明折射定律。光(为简化起见,用一条或多条光线表示)在第一层内传播,并入射到两层之间的界面。光按照下列折射定律以透射角θt折射进入第二层:
sin θt=(n1/n2)(sin θi)
其中θi为入射角,n1和n2分别为第一层和第二层的折射率。
图1a示出了一对层100,其第一层110和第二层120的折射率分别为n1和n2,使得n1<n2。在第一层内传播的光以多个不同的入射角入射到界面130上,并以在透射角θt范围内的角度折射进入第二层。
图1b示出了一对层140,其第一层150和第二层160的折射率分别为n1和n2,使得n1>n2。在第一层内传播的光以入射角θi入射到界面170上,并按照折射定律以透射角θt折射进入第二层。只有入射角小于或等于临界角θc的光会进入第二层。入射到界面的其他光都会被反射。临界角θc被定义为:
sin θc=n2/n1
通常,当具有特定角分量或角分布的光以大于临界角θc的一个或多个角度入射到界面时,会发生全内反射。
图2示出了示例性光学装置200。光源220相对于粘弹性光导210设置,使得光源发出的光进入粘弹性光导210并通过全内反射在层内传播。光源发出的光由光线230表示,该光线穿过适于接收来自光源的光的输入表面213进入粘弹性光导210。粘弹性光导内的光由单条光线240表示,其通过全内反射传播。粘弹性光导的至少一部分具有光学上平滑的表面211和/或212。
如本文所用,光学上平滑的表面是指该表面足够光滑,以至于入射到该表面的光不会受到表面的不利影响,例如,该表面不含至少一个尺度大于入射光波长的缺陷。光学上平滑的表面允许进入粘弹性光导的至少一些光在该表面被反射,使得反射光会在层内按照全内反射原理继续传播。
通常,在粘弹性光导内传播的光会被反射或提取出光导。就光学上平滑的表面的入射光的反射而言,观测的反射角与计算的反射角的偏差在约10°以内。同样,就光学上平滑的表面的入射光的折射而言,观测的透射角与计算的透射角的偏差在约10°以内。除非有意从光导中提取,否则如果预定量(或在预定量的至少约10%以内)的光不离开粘弹性光导,则发生了全内反射。
通常,粘弹性光导的表面可以如图2所示那样非结构化,或者可根据其所需效果具有任何三维结构。通常,粘弹性光导的表面可包括至少一个特征,该特征沿表面的一部分延伸,并取向为从粘弹性光导中提取光。在一些实施例中,该至少一个特征包括多个特征,这些特征包括凸起、凹陷或它们的组合。示例性特征包括具有下列形状的凸起和/或凹陷:透镜状、棱柱、椭球体、圆锥形、抛物面形、棱锥形、正方形或矩形、或它们的组合。包括透镜的特征尤其可用于将光导向为优选的角分布。包括线状棱镜或细长棱镜的示例性特征也特别有用。其他示例性特征包括具有细长、不规则、变斜率透镜状或随机圆柱形状、或它们的组合的凸起和/或凹陷。可使用任何形状组合的混合体,例如,细长抛物面形、锥形棱柱、矩形底面棱柱和圆顶端棱柱形状。特征可包括形状的随机组合。
特征的尺寸可用其三个维度的整体形状来描述。在一些实施例中,各个特征可在一个维度上从约1至约100μm,例如从约5至约70μm。粘弹性光导可具有形状完全相同,但形状的尺寸可在至少一个维度上变化的特征。粘弹性光导也可具有不同形状的特征,并且这些特征的尺寸可以在任何给定维度上变化或不变。
特征的表面结构也可以变化。特征的表面结构通常是指特征的子结构。示例性表面结构包括光学上平滑的表面、不规则表面、图案化表面或它们的组合。对于具有多个特征的粘弹性光导,各个特征可具有相同的表面结构。对于具有多个特征的粘弹性光导,一些特征可具有相同的表面结构。对于具有多个特征的粘弹性光导,各个特征可具有不同的表面结构。特征的表面结构可以在该特征的一些部分上变化。
特征的光学上平滑的表面可以形成粘弹性光导的光学上平滑的表面的一部分。该特征和该粘弹性光导的光学上平滑的表面可以彼此连续或不连续。如果使用多个特征,则一些提取特征的表面可以是完全光学上平滑的,或者一些可以是部分光学上平滑的。光学上平滑的表面可接触相邻的光导或上面设置有粘弹性光导的基底。
对于给定的粘弹性光导,特征(如果使用)的数量为至少1个。也可以使用多个(即至少两个)特征。通常,可以包括任何数量的特征,例如,0、1、2、3、4或5个特征;大于1、大于10、大于20、大于30、大于40、大于50、大于100、大于200、大于500、大于1000或大于2000个特征;或从约1至约10、从约1至约20、从约1至约30、从约1至约40、从约1至约50、从约1至约100、从约1至约200、从约1至约500、从约1至约1000或从约1至约2000个特征。
特征可以随机排列和/或排列成一些类型的规则图案。特征之间的距离也可变化。特征可以是离散的,或者可以重叠。特征可以排列成彼此接近、彼此基本接触、彼此紧邻或这些方式的某种组合。特征之间的可用距离最多约10μm,或者从约0.05μm至约10μm。特征可以在角度方向上以及在横向上彼此错开。特征的面密度可以在长度和/或宽度上变化。
特征可以被布置成可获得所需光学效果。特征可被布置成可均匀地或按梯度从粘弹性光导提取光、隐藏离散光源或减少波纹。
特征可用来控制从粘弹性光导提取的光的光量和/或方向。这一般可通过改变特征的形状、尺寸、表面结构和/或取向来实现。如果使用多个特征,则可以改变这些特征的数量和/或排列方式以及这些特征彼此相对的取向。
通常,可以理论上确定改变每个特征的取向将如何影响可从粘弹性光导提取的光的光量和分布。这可以利用符合折射定律和全内反射原理的光线跟踪技术来进行。
特征的形状可以改变光的角分量,从而增加或减少从粘弹性光导提取的光量。当光通过全内反射在粘弹性光导内传播,并以小于、等于或大于粘弹性光导与空气和/或相邻基底的临界角的角度入射到特征表面上时,可能会出现这种情况。从粘弹性光导提取的光量可相应增加或减少。
特征的尺寸可以改变,以使得或多或少的光可从特征的表面上反射,从而增加或减少从粘弹性光导提取的光量。
特征的表面结构可用于控制从粘弹性光导提取的光的分布。具有特定角分布的光可入射到特征,并均匀和/或随机地从粘弹性光导中提取。也可以均匀地并以一定图案提取光,或者随机地并以一定图案提取光。
图3a示出了包括特征320的示例性粘弹性光导310的示意性剖视图。在该实例中,特征为表面311的凹口状凹陷。表面311和312为光学上平滑的表面。特征320的表面为光学上平滑的表面。光在粘弹性光导310内的示例性行为由光线330和331示出。光线330表示的光通过全内反射在粘弹性光导310内传播。光线331表示的光通过全内反射在粘弹性光导310内传播,并最终入射到特征320的表面上。结果,光线331的角分量改变,并且其表示的光可以小于临界角的角度入射到表面312,使得该光被从粘弹性光导310中提取。因此,如图3a所示,可以增加从粘弹性光导提取的光量。可从粘弹性光导中提取光的方向,可通过改变特征320的取向,使得光线331入射到特征的角度增加或减小但仍然小于或等于临界角来改变。
图3b示出了包括特征321和322的示例性粘弹性光导313的示意性剖视图。在该实例中,特征为凹口状特征,其中一个为表面314的凸起,另一个为凹陷。表面314和315为光学上平滑的表面。特征321和322的表面为光学上平滑的表面。光在粘弹性光导313内的示例性行为由光线332和333示出。光线332表示的光通过全内反射在粘弹性光导313内传播,并最终入射到特征322的表面上。结果,光线332的角分量改变,并且其表示的光可以小于临界角的角度入射到表面314,使得该光被从粘弹性光导313中提取。光线333表示的光通过全内反射在粘弹性光导313内传播,并最终入射到特征321的表面上。结果,光线333的角分量改变,并且其表示的光可以小于临界角的角度入射到表面314,使得该光被从粘弹性光导313中提取。因此,如图3b所示,可以增加从粘弹性光导提取的光量,并且通过改变特征的取向可以改变可从粘弹性光导中提取光的方向。
图4a示出了包括从表面411凸出的特征420的示例性粘弹性光导410的示意性剖视图。各个特征420都具有半球形的总体形状,并具有不规则表面以漫射光。表面411是光学上平滑的,其包括围绕各个特征的表面并且大致连续。因此,特征420的表面不是光学上平滑的表面411的部分。表面412是光学上平滑的。光在粘弹性光导410内的示例性行为由光线430-433示出。光线430表示的光通过全内反射在粘弹性光导410内传播。由光线431-433表示的具有不同角分量的光在粘弹性光导内传播并入射到特征420。由于以小于临界角的角度入射到特征420的表面上,光线431和432表示的光被从粘弹性光导410中提取。光线433具有不同于光线431和432的角分量,并且由于其入射角大于临界角,因此由光线433表示的光在特征420的表面处被反射。反射光再次入射到特征的表面上,但这次是以小于临界角的角度入射,因此被从粘弹性光导410中提取出来。
图4b示出了示例性粘弹性光导410的示意性剖视图。具有较宽角分布的光(未示出)在粘弹性光导410内传播,使得其以漫射方式被提取出光导,如光线434所示。
图5a-5c示出了可使用的示例性粘弹性光导的示意性剖视图。在图5a中,粘弹性光导500包括表面505,该表面不规则,使得光线515表示的光在从粘弹性光导中提取出后即被漫射。粘弹性光导500还包括相对表面510,该表面可以为光学上平滑的表面、非光学上平滑的表面或部分光学上平滑的表面。在图5b中,粘弹性光导520包括光学上平滑的表面525,该表面包括特征526的光学上平滑的表面。该特征包括离散的凸透镜状特征,使得光线540表示的光以预定方向从粘弹性光导取出。粘弹性光导520还包括相对表面530,该表面可以为光学上平滑的表面、非光学上平滑的表面或部分光学上平滑的表面。在图5c中,粘弹性光导550包括光学上平滑的表面555,该表面包括特征556的光学上平滑的表面。该特征包括离散的凹透镜状特征,使得光线570表示的光以预定方向从粘弹性光导中发射出去。粘弹性光导550还包括相对表面560,该表面可以为光学上平滑的表面、非光学上平滑的表面或部分光学上平滑的表面。
粘弹性光导可具有构造成彼此相关或彼此独立的相对表面。图6a示出了包括光学上平滑的表面605和610的粘弹性光导600的示意性剖视图,其中各个表面包括单独的凸透镜特征。每个表面的特征可彼此对齐或几乎对齐,或者对齐到至少约100μm内。图6b示出了包括光学上平滑的表面625和630的粘弹性光导620的示意性剖视图,其中每个表面包括单独的凹透镜特征。每个表面的特征可彼此对齐或几乎对齐,或者对齐到至少约100μm内。
示例性特征在下列专利中有所描述:US 6,379,016 B1(Boyd等人)、US 7,046,905 B1(Gardiner等人)、US 2003/0034445 A1(Boyd等人)、US 2007/0047254 A1(Gardiner等人)、US 2008/232135 A1(Kinder等人)和US Serial No.12/199862(63619US006,Sahlin等人)。
可在最低程度上通过特征的形状、尺寸、数量、排列方式等控制从粘弹性光导中提取的光的光量和方向。通常,粘弹性光导可被设计成使得在至少一个预定方向上从光导中提取光,例如从1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个预定方向;从1至约3个预定方向;从1至约5个预定方向;从1至约10个预定方向;或从1至约100个预定方向。在至少一个预定方向提取的光可以按图案提取。在至少一个预定方向提取的光可被均匀(以相同或几乎相同的强度)或非均匀地从粘弹性光导提取。光也可以在随机方向被从粘弹性光导提取和/或以不同的随机强度提取出光导。
图7-11示出了示例性粘弹性光导的透视图以及光以何种方式从中提取。图7-11所示的粘弹性光导一般表示为具有正方形至矩形形状的片材。如下文所述,可以想到许多其他三维形状。图7示出了示例性粘弹性光导700的透视图,其中光线705表示的光被以预定方向提取出光导。图8示出了示例性粘弹性光导800的透视图,其中光线805表示的光被以两个预定方向提取出光导。光线805表示的光也被按图案提取。图9示出了示例性粘弹性光导900的透视图,其中光线905表示的光被随机提取出光导。
图10示出了示例性粘弹性光导1000的透视图。图中用虚线和光导表面1010的阴影区域示出了预定形状1005。光线1015表示的光被从粘弹性光导1000提取,从而照亮预定形状。通常,预定形状可包括粘弹性光导的一个或多个离散区域。光可从粘弹性光导的一个或多个离散区域中取出,例如,从1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个离散区域、或从1至约5个离散区域、从1至约50个离散区域或从1至约500个离散区域。
图11示出了示例性粘弹性光导1100的透视图。图中用虚线和表面1110的阴影区域示出了预定形状1105。预定形状1105内的预定形状1115由虚线和淡阴影区域示出。光线1120表示的光被以不同强度提取出,使得从预定形状1115中提取的光以比从预定形状1105中提取的光更大的强度提取出。这样,预定形状1105被照亮,而预定形状1115以更大强度被照亮。
在至此介绍的实例中,光被表示为从大致垂直于输入表面的粘弹性光导的表面提取、从大致垂直于输入表面的粘弹性光导的相对表面提取、或者从光导的主表面提取。光也可以从粘弹性光导的其他表面提取。图12示出了如何从被成形为膜或片的示例性粘弹性光导中提取光。图12示出了包括相对主表面1205a和1205b(未示出)及边缘表面1225a、1225b和1225c(未示出)的示例性粘弹性光导1200的透视图。通常,可从表面1205a、1205b或1225a-c中的一个或它们的某个组合提取光。例如,可以仅从主表面1205a提取光,如光线1220a所示。又如,可以仅从边缘表面1225b提取光。进入粘弹性光导的光由光线1215表示。
图13示出了包括输入边缘1305和相对的边缘表面1310的示例性粘弹性光导1300的示意性剖视图,其中相对的边缘表面1310具有透镜状表面,用于将光导向一个或多个预定方向。光源(未示出)发出的由光线1315表示的光进入光导(在第一表面处),并且通过全内反射在光导内传播,直到从相对的边缘表面1310(相对的第二表面)提取出。光源发出的光也可在光导的第一表面进入粘弹性光导,并在第二表面取出,其中第一表面和第二表面相对于彼此成约45至约135°。
的角度在一些实施例中,粘弹性光导的表面被微结构化以形成释放沟槽。如本文所用,微结构化是指表面具有在至少一个维度上为微观(约1至约100μm)的一个或多个特征。这些沟槽可便于空气逸出,从而使粘弹性光导和基底之间几乎无气泡截留。具有释放沟槽的微结构化表面可与包括PSA的粘弹性光导一起使用。例如,PSA粘弹性光导可具有与可得自3MTM公司的ControltacTM产品相同或几乎相同的组成和/或表面结构。这样,使用者可以将粘弹性光导和基底设置在某个初始位置,并使二者彼此相对地滑动,从而获得所需的定位。微结构化表面的微结构可以随时间保持和/或变化。
具有释放沟槽的微结构化表面可包括各种形状,包括半球形、棱柱(例如,正四棱柱、直角棱柱、圆棱柱和其他类似多边形特征)、棱锥、椭圆形、凹槽(如V形槽)、沟槽等等。凹槽和沟槽可以延伸至或不延伸至预定区域的边缘。另一个示例性微结构化表面在US 2007/0292650 A1(Suzuki)中有所描述,在该专利中,微结构化的粘合剂层表面具有一个或多个凹槽,该凹槽仅存在于表面的内部区域,而不在层的侧面开放。俯视观看时,这些凹槽可具有直线、分枝直线、十字形、圆形、椭圆或多边形的形状,并且每种形状都可由多个不连续的凹槽构成。这些凹槽的宽度可从5至100微米,深度可从5至50微米。
粘弹性光导通常与至少一种介质接触。该介质可包括空气或基底,并且基底可为聚合物膜、金属、玻璃和/或织物。下文描述各种示例性构造的具体基底。为方便起见,下文描述了接触基底的粘弹性光导,但该基底可包括任何类型的介质(包括空气)。
可以如上文所述应用折射定律和全内反射原理,以在给定直接接触粘弹性光导的具体基底的情况下确定从光导提取的光量。例如,在给定接触粘弹性光导的具体基底的情况下,相对于进入光导的光的总量,由基底从光导提取的光量可小于约0.5%、小于约1%、小于约2%、小于约5%、小于约10%、小于约20%、小于约30%、小于约40%、小于约50%、小于约60%、小于约70%、小于约80%或小于约90%。又如,在给定接触粘弹性光导的具体基底的情况下,相对于进入光导的光的总量,由基底从光导提取的光量可大于约10%、大于约20%、大于约30%、大于约40%、大于约50%、大于约60%、大于约70%、大于约80%或大于约90%。再如,在给定接触粘弹性光导的具体基底的情况下,相对于进入光导的光的总量,从光导提取的光量可从约10至约50%、从约20至约50%、从约30至约50%、从约50至约70%、从约50至约80%或从约10至约90%。
可以如上文所述应用折射定律和全内反射原理,以在给定接触粘弹性光导的具体基底的情况下确定从光导提取的光的方向。例如,在给定接触粘弹性光导的具体基底的情况下,可以确定给定入射角下由基底从粘弹性光导提取的光的透射角。例如,由基底从粘弹性光导提取的光的透射角可从大于约5°至小于约95°、大于约5°至小于约60°或大于约5°至小于约30°。
粘弹性光导的折射率可大于基底的折射率。粘弹性光导的折射率可比基底的折射率大约0.002、约0.005、约0.01、约0.02、约0.03、约0.04、约0.05、约0.1、约0.2、约0.3、约0.4或约0.5。
粘弹性光导的折射率可小于基底的折射率。粘弹性光导的折射率可比基底的折射率小约0.002、约0.005、约0.01、约0.02、约0.03、约0.04、约0.05、约0.1、约0.2、约0.3、约0.4或约0.5。
粘弹性光导和基底的折射率可以相同或几乎相同,使得光可在很少或没有变化的情况下被提取到基底内。粘弹性光导和基底的折射率差值可从约0.001至小于约0.002。
粘弹性光导和基底的折射率差值可从约0.002至约0.5、从约0.005至约0.5、从约0.01至约0.5、从约0.02至约0.5、从约0.03至约0.5、从约0.04至约0.5、从约0.05至约0.5、从约0.1至约0.5、从约0.2至约0.5、从约0.3至约0.5或从约0.4至约0.5。
根据给定应用的需要,粘弹性光导可具有任何三维体积形状。如图7-11所示,粘弹性光导可具有正方形或矩形的层、片、膜等形式。粘弹性光导可被切割或划分成下文所述的形状。粘弹性光导也可为锥形,使其一端比相对端更厚;锥形有时称为楔形或假楔形,如上文引用的Boyd等人、Gardiner等人、Kinder等人和Sahlin等人的参考文献中所述。
粘弹性光导的厚度并无特别限制,只要其可发挥所需作用。可根据或结合光源选择粘弹性光导的厚度。例如,设计参数可限制甚至要求使用特定光源,并且可能需要最少量或一定范围的光量进入粘弹性光导。因此,粘弹性光导的厚度可被选择为使得来自给定光源的所需光量可以进入光导。在设计成特别薄的光学装置中,可能需要使用粘弹性光导的最大厚度。粘弹性光导的示例性厚度在从约0.4密耳至约1000密耳、从约1密耳至约300密耳、从约1密耳至约60密耳或从约0.5密耳至约30密耳的范围内。
从粘弹性光导提取的光的光量和方向在最低程度上可通过下列因素进行控制:特征的形状、尺寸、数量、排列方式等、粘弹性光导和任何可选基底的折射率、粘弹性光导的形状和尺寸、以及允许进入粘弹性光导的光的角分布。这些变量可选择成使得,相对于进入粘弹性光导的光的总量,从光导提取的光量小于约0.5%、小于约1%、小于约2%、小于约5%、小于约10%、小于约20%、小于约30%、小于约40%、小于约50%、小于约60%、小于约70%、小于约80%或小于约90%。这些变量可选择成使得,相对于进入粘弹性光导的光的总量,从光导提取的光量大于约10%、大于约20%、大于约30%、大于约40%、大于约50%、大于约60%、大于约70%、大于约80%或大于约90%。这些变量可选择成使得,相对于进入粘弹性光导的光的总量,从光导提取的光量为从约10至约50%、从约20至约50%、从约30至约50%、从约50至约70%、从约50至约80%或从约10至约90%。
粘弹性光导包含一种或多种粘弹性材料。通常,粘弹性材料在经历变形时表现出弹性和粘性行为。弹性特性是指瞬态荷载移除后材料恢复原形的能力。衡量材料弹性的一个度量称为张力设定值。该值为材料已被拉伸、随后允许在与拉伸时相同的条件下恢复(松开)之后剩余的伸长量的函数。如果材料的张力设定值为0%,则其在松开后恢复初始长度;如果张力设定值为100%,则材料在松开后的长度为初始长度的两倍。可使用ASTM D412方法测量张力设定值。可用粘弹性材料的张力设定值可大于约10%、大于约30%或大于约50%;或从约5至约70%、从约10至约70%、从约30至约70%或从约10至约60%。
牛顿液体的粘性材料的粘滞特性符合牛顿定律,该定律阐明应力随剪切梯度线性增加。移除剪切梯度后,液体不恢复形状。可用粘弹性材料的粘滞特性包括在材料不致发生分解的合理温度下的流动性。
粘弹性光导可具有促使与基底的至少一部分的充分接触或润湿以使粘弹性光导与基底光学耦合的性质。然后,可以从粘弹性光导中提取出光,并使其进入基底。粘弹性光导通常为软性、适形和柔性的。因此,粘弹性光导可具有实现充分接触所需的弹性模量(或储能模量G’)、使层不发生不利流动所需的粘性模量(或损耗模量G”),以及使层具有相对阻尼度所需的阻尼系数(G”/G’,tan D)。
可用粘弹性材料的储能模量G’可小于约300,000Pa(在10弧度/秒和约20至约22℃温度下测量)。可用粘弹性材料的储能模量G’可从约30至约300,000Pa(在10弧度/秒和约20至约22℃温度下测量)。可用粘弹性材料的储能模量G’可从约30至约150,000Pa(在10弧度/秒和约20至约22℃温度下测量)。可用粘弹性材料的储能模量G’可从约30至约30,000Pa(在10弧度/秒和约20至约22℃温度下测量)。可用粘弹性材料的储能模量G’可从约30至约150,000Pa(在10弧度/秒和约20至约22℃温度下测量),并且损耗角正切(tan d)可从约0.4至约3。材料的粘弹性可通过动态力学分析测量,根据例如ASTM D4065、D4440和D5279。
在一些实施例中,粘弹性光导包括以Dahlquist临界线描述的PSA层(如Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology,Second Ed.,D.Satas,ed.,Van Nostrand Reinhold,New York,1989(《压敏粘合技术手册(第二版)》,D.Satas编著,Van Nostrand Reinhold,New York,1989年)中所述)。
粘弹性光导可具有特定剥离力或至少表现出特定范围内的剥离力。例如,粘弹性光导的90°剥离力可从约50至约3000g/in、从约300至约3000g/in或从约500至约3000g/in。可使用得自IMASS的剥离测试仪来测量剥离力。
在一些实施例中,粘弹性光导包括在至少一部分可见光谱(约400至约700nm)范围内具有从约80至约100%、从约90至约100%、从约95至约100%、或从约98至约100%的高透光率的光学透明的光导。在一些实施例中,粘弹性光导的雾度值小于约5%、小于约3%或小于约1%。在一些实施例中,粘弹性光导的雾度值从约0.01至小于约5%、从约0.01至小于约3%、或从约0.01至小于约1%。可使用雾度计按ASTM D1003测定透射雾度值。
在一些实施例中,粘弹性光导包括具有高透光率和低雾度值的光学透明的光导。在至少一部分可见光谱(约400至约700nm)高透光率可从约90至约100%、从约95至约100%或从约99至约100%,雾度值可从约0.01至小于约5%、从约0.01至小于约3%或从约0.01至小于约1%。粘弹性光导的透光率也可从约50至约100%。
在一些实施例中,粘弹性光导为朦胧的,可将光、尤其是可见光漫射。朦胧的粘弹性光导的雾度值可大于约5%、大于约20%或大于约50%。朦胧的粘弹性光导的雾度值可从约5至约90%、从约5至约50%或从约20至约50%。
在一些实施例中,粘弹性光导可为半透明的,其可以反射并透射光。
粘弹性光导的折射率可在从约1.3至约2.6、1.4至约1.7或从约1.5至约1.7的范围内。粘弹性光导的所选具体折射率或折射率范围可取决于光学装置的总体设计,例如,是否存在接触光导的基底以及采用该装置的特定应用。
粘弹性光导通常包含至少一种聚合物。粘弹性光导可包括至少一种PSA。PSA可用于将粘附体粘附在一起,并且表现出如下性质:(1)持久有力的粘着性,(2)不超过手指压力的粘结性,(3)足够的粘附体保持力,以及(4)可从粘附体上干净剥除的足够的内聚强度。已经发现适于用作压敏粘合剂的材料为下述聚合物,其经过设计和配制可表现出必需的粘弹性,使得粘着性、剥离粘合力和剪切保持力之间实现所需的平衡。得到性质的适当平衡不是简单的方法。有关PSA的定量描述可见于上文引用的Dahlquist参考文献。
可用的PSA包括基于天然橡胶、合成橡胶、苯乙烯嵌段共聚物、(甲基)丙烯酸嵌段共聚物、聚乙烯醚、聚烯烃和聚(甲基)丙烯酸酯的那些。如本文所用,(甲基)丙烯酸类是指丙烯酸类和甲基丙烯酸类物质,同样也指(甲基)丙烯酸酯。
可用的PSA包括(甲基)丙烯酸酯、橡胶、热塑性弹性体、有机硅、氨基甲酸酯以及它们的组合。在一些实施例中,PSA基于(甲基)丙烯酸类PSA或至少一种聚(甲基)丙烯酸酯。本文中,(甲基)丙烯酸酯是指丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯基团。特别优选的聚(甲基)丙烯酸酯衍生自:(A)至少一种单烯键不饱和的(甲基)丙烯酸烷基酯单体;和(B)至少一种单烯键不饱和的可自由基共聚的增强单体。增强单体的均聚物玻璃化转变温度(Tg)高于(甲基)丙烯酸烷基酯单体的均聚物玻璃化转变温度,并且该单体是一种可提高所得共聚物的Tg和内聚强度的单体。本文中,“共聚物”是指包含两种或多种不同单体的聚合物,包括三元共聚物、四元共聚物等。
单烯键不饱和的(甲基)丙烯酸烷基酯单体A有助于增强共聚物的柔韧性和粘着性。优选地,单体A的均聚物Tg不高于约0℃。优选地,(甲基)丙烯酸酯的烷基具有平均约4至约20个碳原子,并且更优选的是,平均约4至约14个碳原子。烷基可任选在链中含有氧原子,从而形成例如醚或烷氧基醚。单体A的实例包括但不限于,丙烯酸-2-甲基丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸-4-甲基-2-戊酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸仲丁酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸正癸酯、丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸异癸酯以及丙烯酸异壬酯。也可使用丙烯酸苄酯。其他的实例包括但不限于,聚乙氧基化的或聚丙氧基化的甲氧基(甲基)丙烯酸酯,例如CARBOWAX的丙烯酸酯(可购自Union Carbide)和NK酯AM90G(可购自日本的Shin Nakamura化学公司)。可以用作单体A的优选的单烯键不饱和的(甲基)丙烯酸酯包括丙烯酸异辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯以及丙烯酸正丁酯。归为单体A的多种单体的组合可以用于制备共聚物。
作为单烯键不饱和的可自由基共聚的增强单体的单体B可增加共聚物的Tg和内聚强度。优选地,单体B的均聚物Tg为至少约10℃(例如,从约10至约50℃)。更优选地,单体B是增强(甲基)丙烯酸类单体,包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺或(甲基)丙烯酸酯。单体B的实例包括(但不限于)丙烯酰胺类,例如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-乙基-N-氨基乙基丙烯酰胺、N-乙基-N-羟乙基丙烯酰胺、N,N-二羟乙基丙烯酰胺、叔丁基丙烯酰胺、N,N-二甲基氨基乙基丙烯酰胺以及N-辛基丙烯酰胺。单体B的其他实例包括衣康酸、巴豆酸、马来酸、富马酸、丙烯酸-2,2-(二乙氧基)乙酯、丙烯酸-2-羟乙基酯或甲基丙烯酸-2-羟乙基酯、丙烯酸-3-羟丙基酯或甲基丙烯酸-3-羟丙基酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸-2-(苯氧基)乙酯或甲基丙烯酸-2-(苯氧基)乙酯、丙烯酸联苯基酯、丙烯酸叔丁基苯酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸二甲基金刚烷基酯、丙烯酸-2-萘基酯、丙烯酸苯基酯、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮以及N-乙烯基己内酰胺。可以用作单体B的优选增强丙烯酸类单体包括丙烯酸和丙烯酰胺。归为单体B的多种增强单烯键不饱和的单体的组合可以用于制备共聚物。
在一些实施例中,(甲基)丙烯酸酯共聚物被配制成具有小于约0℃、更优选地小于约-10℃的所得Tg。这类(甲基)丙烯酸酯共聚物优选地包含约60至约98重量%的至少一种单体A和约2至约重量40%的至少一种单体B,均按(甲基)丙烯酸酯共聚物的总重量计。优选地,所述(甲基)丙烯酸酯共聚物具有约85至约98重量%的至少一种单体A和约2至约重量15%的至少一种单体B,均按(甲基)丙烯酸酯共聚物的总重量计。
可用的橡胶基PSA通常为两类:天然橡胶基或合成橡胶基。可用的天然橡胶基PSA通常包含人造橡胶,例如,从约20至约75重量%的一种或多种增粘树脂、从约25至约80重量%的天然橡胶以及通常从约0.5至约2.0重量%的一种或多种抗氧化剂,均按人造橡胶的总重量计。天然橡胶的等级范围是从淡白绉级到更深的有棱纹的烟胶片,包括例如CV-60(一种粘度受控的橡胶级)和SMR-5(一种有棱纹的烟胶片橡胶级)。与天然橡胶一起使用的增粘树脂通常包括(但不限于)木松香及其氢化衍生物;多种软化点的萜烯树脂,以及石油基树脂,例如得自Exxon的ESCOREZ 1300系列的C5脂族烯烃衍生的树脂。
抗氧化剂可与天然橡胶一起使用,以延迟对橡胶的氧化侵蚀,氧化侵蚀可导致粘合剂的内聚强度降低。可用的抗氧化剂包括(但不限于)胺类,例如N,N′-二-β-萘基-1,4一苯二胺,以商品名“AGERITE树脂D”(AGERITE Resin D)购自R.T.Vanderbilt;酚类,例如2,5-二(叔戊基)对苯二酚,以商品名“SANTOVAR A”购自Monsanto化学公司;四[亚甲基-3-(3′,5′-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸酯]甲烷,以商品名“IRGANOX 1010”购自Ciba-Geigy公司;2,2′-亚甲基二(4-甲基-6-叔丁基苯酚),被称为Antioxidant 2246;以及二硫代氨基甲酸盐,例如二硫代二丁基氨基甲酸锌。固化剂可用于使PSA至少部分地硫化(交联)。
可用的合成橡胶基PSA包括通常为橡胶状弹性体的粘合剂,其为自粘性的或者为非粘性的并且需要增粘剂。自粘性合成橡胶PSA包括(例如)丁基橡胶(异丁烯和小于3%的异戊二烯的共聚物)、聚异丁烯(一种异戊二烯均聚物)、聚丁二烯或苯乙烯/丁二烯橡胶。丁基橡胶PSA通常包含抗氧化剂,例如二丁基二硫代氨基甲酸锌。聚异丁烯PSA通常不含抗氧化剂。合成橡胶PSA通常需要增粘剂,并且一般也比通常具有非常高的分子量的天然橡胶PSA更容易熔融加工。它们包含聚丁二烯或苯乙烯/丁二烯橡胶、从10份至200份增粘剂和通常从0.5至2.0份/100份橡胶的抗氧化剂,例如IRGANOX 1010。合成橡胶的实例是AMERIPOL 101 1A,一种得自BFGoodrich的苯乙烯/丁二烯橡胶。
可与合成橡胶PSA一起使用的增粘剂包括松香的衍生物,例如:得自Hercules公司的稳定松香酯FORAL 85;得自Tenneco的SNOWTACK系列脂松香;得自Sylvachem的AQUATAC系列妥尔油松香;合成烃类树脂,例如得自Hercules公司的多萜烯PICCOLYTE A系列;C5脂族烯烃衍生树脂ESCOREZ 1300系列;以及C9芳族/脂族烯烃衍生树脂ESCOREZ 2000系列。可添加固化剂,以使PSA至少部分地硫化(交联)。
可用的热塑性弹性体PSA包括苯乙烯嵌段共聚物PSA和树脂,所述苯乙烯嵌段共聚物PSA通常包括A-B或A-B-A型弹性体,其中A表示热塑性聚苯乙烯嵌段,B表示聚异戊二烯、聚丁二烯或聚(乙烯/丁烯)的橡胶态嵌段。可用于嵌段共聚物PSA的多种嵌段共聚物的实例包括:线形、放射形、星形和锥形苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物,例如可得自Shell化学公司的KRATON D1107P以及可得自EniChem Elastomers Americas公司的EUROPRENE SOL TE 9110;线形苯乙烯-(乙烯-丁烯)嵌段共聚物,例如可得自Shell化学公司的KRATON G1657;线形苯乙烯-(乙烯-丙烯)嵌段共聚物,例如可得自Shell化学公司的KRATON G1750X;以及线形、放射形和星形苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物,例如可得自Shell化学公司的KRATOND1118X以及可得自EniChem Elastomers Americas公司的EUROPRENE SOL TE 6205。聚苯乙烯嵌段往往会形成导致嵌段共聚物PSA具有两相结构的、形状为类球体、圆柱体或板状的畴。
如果热塑性弹性体PSA本身不具有足够的粘性,与橡胶相相关的树脂可与热塑性弹性体PSA一起使用。橡胶相相关树脂的实例包括:脂族烯烃衍生的树脂,例如可从Goodyear得到的ESCOREZ 1300系列和WINGTACK系列;松香酯,例如都可从Hercules公司得到的FORAL系列和STAYB ELITE Ester 10;氢化烃,例如可从Exxon得到的ESCOREZ 5000系列;多萜烯,例如PICCOLYTE A系列;以及从石油或松脂源衍生的萜烯酚醛树脂,例如可从Hercules公司得到的PICCOFYN A100。
如果热塑性弹性体PSA不具有足够刚性,与热塑性相相关的树脂可与热塑性弹性体PSA一起使用。热塑性相相关树脂包括聚芳族化合物,例如可从Hercules公司得到的PICCO 6000系列芳烃树脂;苯并呋喃-茚树脂,例如可从Neville得到的CUMAR系列;以及其他从煤焦油或石油衍生的并具有高于约85℃的软化点的高溶解度参数树脂,例如可从Amoco得到的AMOCO 18系列的α-甲基苯乙烯树脂、可从Hercules公司得到的PICCOVAR 130烷基芳族聚茚树脂以及可从Hercules得到的PICCOTEX系列的α-甲基苯乙烯/乙烯基甲苯树脂。
可用的有机硅PSA包括聚二有机硅氧烷和聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺。可用的有机硅PSA包括含有机硅的树脂,其通过具有硅键合的氢和脂肪族不饱和基团的一种或多种组分之间的硅氢化反应而形成。硅键合的氢组分的实例包括高分子量聚二甲基硅氧烷或聚二甲基二苯基硅氧烷,以及在聚合物链末端包含残余的硅醇官能团(SiOH)的那些。脂肪族不饱和基团组分的实例,包括用两个或更多个(甲基)丙烯酸酯基团官能化的硅氧烷或包含聚二有机硅氧烷软链段和脲封端的硬链段的嵌段共聚物。硅氢化反应可使用铂催化剂进行。
可用的有机硅PSA可包括聚合物或树胶和可选的增粘树脂。
增粘树脂一般为由三甲基硅氧基(OSiMe3)封端并且还含有一些残余的硅醇官能团的三维硅酸酯结构。增粘树脂的实例包括得自General ElectricCo.,Silicone Resins Division(Waterford,NY)的SR 545以及得自Shin-Etsu Silicones of America公司(Torrance,CA)的MQD-32-2。
典型有机硅PSA的制造在US 2,736,721(Dexter)中有所描述。有机硅脲嵌段共聚物PSA的制造在US 5,214,119(Leir等人)中有所描述。
可用的有机硅PSA也可包含聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺和可选的增粘剂,如US 7,361,474(Sherman等人)中所述。例如,聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺可包含式I表示的至少两个重复单元:
Figure BPA00001311114400201
其中:各个R1独立地为烷基、卤代烷基、芳烷基、烯基、芳基,或被烷基、烷氧基或卤素取代的芳基,其中至少50%的所述R1基团为甲基;每个Y独立地为亚烷基、亚芳烷基、或它们的组合;G为式R3HN-G-NHR3的二胺减去两个-NHR3基团所得的二价残基;R3为氢或烷基,或者R3与G以及它们共同连接的氮合在一起形成杂环基团;n独立地为40至1500的整数;p为1至10的整数;星号(*)表示重复单元附着到共聚物中另一个基团的位点。该共聚物可具有第一重复单元(其中p等于1)和第二重复单元(其中p为至少2)。G可包括亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、亚芳烷基、聚二有机硅氧烷或它们的组合。整数n可为40至500的整数。这些聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺可与增粘剂联合使用。可用的增粘剂包括有机硅增粘树脂,如US 7,090,922 B2(Zhou等人)中所述。这类含有机硅的PSA中的一些可以被热活化。
PSA可被交联,只要交联键不影响粘弹性光导的所需性质。通常,PSA可被交联,只要交联键不影响粘弹性光导的粘性特性。交联可可用来构建PSA的分子量和强度。交联度可以根据光导预期的应用来选择。交联剂可用于形成化学交联键、物理交联键或它们的组合。化学交联键包括共价键和离子键。共价交联键可以通过如下方式来形成:在聚合过程中掺入多官能单体,然后利用如紫外辐射、热、电离辐射、水分或其组合进行固化。
物理交联键包括非共价键,并且通常热可逆。物理交联键的实例包括高Tg(即,Tg高于室温,优选地高于70℃)聚合物链段(例如,热塑性弹性体嵌段共聚物中所包括的)。这种链段聚集而形成物理交联键,该交联键在加热时消失。如果将物理交联的PSA用作(例如)热塑性弹性体,则通常在低于甚至显著低于粘合剂流动温度的温度下进行压印。硬链段包括U.S.4,554,324(Husman等人)中的苯乙烯大分子单体和/或酸/碱相互作用(即涉及同一聚合物内或在聚合物之间或在聚合物和添加剂之间的官能团的那些相互作用),诸如WO 99/42536(Stark等人)中所述的聚合物的离子交联。
合适的交联剂也在U.S.4,737,559(Kellen)、5,506,279(Babu等人)和6,083,856(Joseph等人)中有所公开。交联剂可以是光交联剂,其在暴露于紫外线辐射(例如,波长从约250nm至约400nm的辐射)时使得共聚物交联。交联剂以有效量使用,其中有效量表示足以导致PSA交联以提供足够的内聚强度而产生期望的最终粘附性能的量。优选地,交联剂的用量为按单体的总重量计约0.1至约10重量份。
在一些实施例中,粘弹性光导包括由(甲基)丙烯酸酯嵌段共聚物形成的PSA,如U.S.7,255,920 B2(Everaerts等人)中所述。通常,这些(甲基)丙烯酸酯嵌段共聚物包含:至少两个A嵌段聚合物单元,其为包含甲基丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸芳烷基酯、甲基丙烯酸芳基酯或它们的组合的第一单体组合物的反应产物,其中各个A嵌段的Tg为至少50℃,并且甲基丙烯酸酯嵌段共聚物包含从20至50重量%的A嵌段;以及至少一个B嵌段聚合物单元,其为包含(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸杂烷基酯、乙烯基酯或它们的组合的第二单体组合物的反应产物,其中B嵌段的Tg不大于20℃,并且(甲基)丙烯酸酯嵌段共聚物包含从50至80重量%的B嵌段;其中A嵌段聚合物单元以在B嵌段聚合物单元的基质中具有小于约150nm的平均粒度的纳米畴存在。
在一些实施例中,粘弹性光导包括透明的丙烯酸类PSA,例如,可用作为得自3M公司的VHBTM丙烯酸胶带4910F(VHBTM Acrylic Tape 4910F)以及3MTM光学透明层合粘合剂(3MTM Optically Clear Laminating Adhesives)(8140和8180系列)之类的转移胶带的那些。
在一些实施例中,粘弹性光导包含由含有取代或未取代芳族部分的至少一种单体形成的PSA,如U.S.6,663,978 B1(Olson等人)中所述:
Figure BPA00001311114400221
其中Ar为选自Bry和R6 z的取代基取代或未取代的芳族基团,其中y表示附接到芳族基团的溴取代基的数目,并且为从0至3的整数;R6为具有2至12个碳原子的直链或支链烷基;z表示附接到芳环的R6取代基的数目,并且为0或1,假设y和z均不为零;X为O或S;n为0至3;R4为未取代的具有2至12个碳原子的直链或支链烷基连接基;R5为H或CH3
在一些实施例中,粘弹性光导包含如美国专利No.11/875194(63656US002,Determan等人)中所述的共聚物,其包含(a)具有侧联苯基的单体单元和(b)(甲基)丙烯酸烷基酯单体单元。
在一些实施例中,粘弹性光导包含如美国临时申请Serial No.60/983735(63760US002,Determan等人)中所述的共聚物,其包含(a)具有侧咔唑基的单体单元和(b)(甲基)丙烯酸烷基酯单体单元。
在一些实施例中,粘弹性光导包含如美国临时申请Serial No.60/986298(63108US002,Schaffer等人)中所述的粘合剂,其包含分散在粘合剂基质内形成路易斯酸碱对的嵌段共聚物。该嵌段共聚物包含AB嵌段共聚物,并且A嵌段实现相分离,以在B嵌段/粘合剂基质内形成微区。例如,粘合剂基质可包含(甲基)丙烯酸烷基酯和具有侧酸官能团的(甲基)丙烯酸酯的共聚物,该嵌段共聚物可包含苯乙烯-丙烯酸酯共聚物。微区可以足够大以向前散射入射光,但是不会大到使它们反向散射入射光。通常这些微区比大于见光的波长(约400至约700nm)。在一些实施例中,微区尺寸为从约1.0至约10μm。
粘弹性光导可包括可拉伸剥离的PSA。可拉伸剥离的PSA是指在零度角或接近零度角拉伸时可从基底剥离的PSA。在一些实施例中,粘弹性光导或粘弹性光导中使用的可拉伸剥离PSA的剪切储能模量小于约10MPa(在1弧度/秒和-17℃的条件下测量)、或从约0.03至约10MPa(在1弧度/秒和-17℃的条件下测量)。可以在需要拆卸、加工或回收利用时使用可拉伸剥离的PSA。
在一些实施例中,可拉伸剥离的PSA可包括如U.S.6,569,521 B1(Sheridan等人)或美国临时申请No.61/020423(63934US002,Sherman等人)和61/036501(64151US002,Determan等人)中所述的有机硅基PSA。这些有机硅基PSA包括MQ增粘树脂和有机硅聚合物的组合物。例如,可拉伸剥离的PSA可包含MQ增粘树脂和选自如下的弹性体有机硅聚合物:基于脲的有机硅共聚物、基于草酰胺的有机硅共聚物、基于酰胺的有机硅共聚物、基于氨基甲酸酯的有机硅共聚物以及它们的混合物。
粘弹性光导可包含气凝胶。气凝胶为衍生自凝胶的低密度固态材料,其中凝胶的液体组分已由空气取代。二氧化硅、氧化铝和碳气凝胶为可使用的示例性气凝胶。
粘弹性光导可任选地包含一种或多种添加剂,例如填充剂、粒子、增塑剂、链转移剂、引发剂、抗氧化剂、稳定剂、阻燃剂、粘度改性剂、发泡剂、抗静电剂、着色剂(例如,染料和颜料、荧光染料和颜料、磷光染料和颜料)、纤维增强剂以及织造物和无纺布。
可通过加入诸如纳米粒子(直径小于约1μm)、微球(直径1μm或以上)之类粒子或纤维将粘弹性光导制造成模糊和/或漫射的。示例性纳米粒子包括TiO2。也可以通过将气泡加入粘弹性光导而使其具有朦胧和漫射特性。气泡的直径可从约0.01至约1μm。可通过添加(例如)发泡剂来引入气泡。可加入粘弹性光导的其他添加剂的实例包括玻璃珠、反射粒子和导电粒子。在一些实施例中,粘弹性光导可包括如美国临时申请No.61/097685(64740US002,Sherman等人)中所述的PSA基质和粒子,包括光学透明的PSA和折射率小于PSA的硅树脂粒子。在一些实施例中,粒子、气泡、空气等的存在可增加光的散射和均匀度。
在一些实施例中,粘弹性光导提供了如图10和11所示的图像。如上所述,可通过将光导表面结构化来构成图像。例如,图10的表面1010可被结构化来构成图像。可通过将粒子之类材料加入或嵌入粘弹性光导来构成图像。也可以通过在光导表面(如表面1010)上形成图像来获得图像。包括图像的光导表面可以不止一个。可通过打印或标记(例如,通过喷墨打印、激光打印、静电打印等)在粘弹性光导的表面上形成图像。图像可以为单色(例如黑白)或彩色。用于形成图像的材料可以反射特定波长范围(例如可见光)内的全部或一些光。用于形成图像的材料可充当滤色器,以允许特定波长范围(例如可见光)内的光透射。示例性材料包括着色剂,例如颜料和染料。
在一些实施例中,粘弹性光导通过光导内的孔洞来构成图像。可(例如)在光导上钻孔来制备这些洞。
通常,粘弹性光导适于接纳光源发出的至少一些光。在一些实施例中,由于可以将光源压入粘弹性光导而发生光学耦合,可能不需要专门设计的输入表面。在一些实施例中,光源可以粘附到粘弹性光导,例如光导包括PSA时。在一些实施例中,光源可被嵌入粘弹性光导。
在一些实施例中,粘弹性光导包括适于接纳来自光源的光的输入表面。输入表面可具有取决于光学耦合装置和/或具体光源的各种形貌。输入表面可具有适当的曲率。包括输入表面的输入边缘可具有特定腔体(例如凹型半球状腔体),以接纳光源的凸透镜。作为另外一种选择,输入表面可具有折射结构(例如棱镜或透镜),以将来自光源的光光学耦合到粘弹性光导内。
在一些实施例中,设置在光源和输入边缘之间的提取器制品可用来便于光学耦合光源发出的至少一些光。可用的提取器制品可具有用于从光源提取光的适当的曲率。可使用耦合材料来匹配粘弹性光导和光源的某个元件的折射率。可使用可交联材料将粘弹性光导附接到光源的某部分上,然后利用热和/或光固化,以形成交联材料。
耦合材料可包含有机硅凝胶。有机硅凝胶可被交联。有机硅凝胶可与有机硅油混合。有机硅凝胶可包含一种或多种有机硅材料,例如二甲基硅油、二苯基硅油或苯基甲基硅油。有机硅凝胶可包含交联的苯基甲基硅油部分。有机硅凝胶可包含交联的苯基甲基硅油部分和苯基甲基硅油。有机硅凝胶可包含交联的苯基甲基硅油部分和苯基甲基硅油(重量比从0.2∶1至5∶1)。有机硅凝胶可包含交联的苯基甲基硅油。有机硅凝胶的示例性用途在U.S.7,315,418(DiZio等人)中有所描述。
光源可以光学耦合到粘弹性光导,使得光源发出的至少一些光可进入光导。例如,光源可以光学耦合到粘弹性光导,使得大于1%、大于10%、大于20%、大于30%、大于40%、大于50%、大于90%或约100%的光源发出的光进入粘弹性光导。又如,光源可以光学耦合到粘弹性光导,使得从约1至约10%、从约1至约20%、从约1至约30%、从约1至约40%、从约1至约50%、从约1至约100%、从约1至约100%、从约50至约100%或从约1至约100%的光源发出的光进入粘弹性光导。光源可发出具有随机或特定角分布的光。
光源可包括任何合适的光源。示例性光源包括线光源(例如冷阴极荧光灯)和点光源(例如发光二极管(LED))。示例性光源还包括有机发光器件(OLED)、白炽灯、荧光灯、卤素灯、紫外线灯、红外光源、近红外光源、激光或化学光源。通常,光源发出的光可为可见光或不可见光。可使用至少一个光源。例如,可使用1至约10,000个光源。光源可包括设置在粘弹性光导边缘或附近的一排LED。光源可包括布置在电路上的LED,使得LED发出的光在整个所需区域连续或均匀地照亮粘弹性光导。光源可包括发出不同颜色光的LED,使得颜色可以在粘弹性光导内混合。这样,可以将图形设计成在使用过程中的不同时间显现不同图形。
可用任何合适的装置为光源供电。可使用电池、直流电源、交流转直流电源、交流电源或光伏电池为光源供电。
根据具体应用,粘弹性光导可用于各种多层构造中。下文描述了一些这样的实施例。通常,粘弹性光导可设置在基底上或两基底之间。上文所述粘弹性光导的任何一个表面都可以为光导和基底之间形成的界面。例如,图14示出了示例性光学制品1400的示意性剖视图,该制品包括设置在粘弹性光导1401上的第一基底1402,光导和第一基底之间形成的第一界面1403可以为有关光导的上述任何一个表面。示例性光学制品1400还包括设置在粘弹性光导1401上的与第一基底1402相对的第二基底1405,光导和第二基底之间形成的第二界面1406可以为有关光导的上述任何一个表面。上述有关粘弹性光导的任何表面可以组合而用于第一界面1403和第二界面1406。
示例性光学制品1400还包括与第一界面1403相对的第一外表面1404和与第二界面1406相对的第二外表面1407。上述有关粘弹性光导的任何一个表面分别可以为第一外表面1404和/或第二外表面1407。通常,上述有关粘弹性光导的任何表面可以组合而用于第一界面1403、第二界面1406、第一外表面1404和第二外表面1407。
图15a示出了示例性光学制品1500的示意性剖视图,该制品包括设置在粘弹性光导1501上的第一基底1502(反之亦然)。上述有关粘弹性光导的任何一个表面可以为第一界面1503和/或第一外表面1504。粘弹性光导的表面1505可具有上述有关粘弹性光导的任何类型的表面。
在一些实施例中,粘弹性光导1501的第一界面1503、第一外表面1504和表面1505为非结构化的,如图15a所示。第一基底1502的折射率可比粘弹性光导1501的小,使得第一基底充当用于光在光导内传播的光容纳基底。如果第一基底为光容纳基底,则第一界面可为光学上平滑的,使得在粘弹性光导1501内传播的光通过全内反射传播。对于接触粘弹性光导的光容纳基底,相对于进入光导的光的总量,由基底从光导提取的光量可小于约0.5%、小于约1%、小于约2%、小于约5%或小于约10%。通常,表面1505的至少一部分是光学上平滑的,使得在粘弹性光导1501内传播的光通过全内反射传播。
在一些实施例中,第一基底1502的折射率可比粘弹性光导1501的大,使得第一基底可充当光提取基底。对于接触粘弹性光导的光提取基底,相对于进入光导的光的总量,由基底从光导提取的光量可大于约10%、大于约20%、大于约30%、大于约40%、大于约50%、大于约60%、大于约70%、大于约80%或大于约90%。在一些实施例中,第一基底1502的折射率可与粘弹性光导1501的相同或几乎相同。在任一实施例中,第一界面1503的至少一部分和表面1505的至少一部分是光学上平滑的,使得在粘弹性光导1501内传播的光通过全内反射传播。
在一些实施例中,粘弹性光导的一个表面是结构化的,或者第一外表面是结构化的;其他两个表面是非结构化的。图15b示出了示例性光学制品1510的示意性剖视图,该制品包括设置在粘弹性光导1511上的第一基底1512(反之亦然)。在该实例中,第一界面1513被不规则地结构化,使得第一基底能够从粘弹性光导提取光。第一基底1512的折射率可大于、小于或几乎等于粘弹性光导1511的折射率。第一基底可充当光提取基底。对于接触粘弹性光导的光提取基底,相对于进入光导的光的总量,由基底从光导提取的光量可大于约10%、大于约20%、大于约30%、大于约40%、大于约50%、大于约60%、大于约70%、大于约80%或大于约90%。第一界面1513的至少一部分和表面1515的至少一部分是光学上平滑的,使得在粘弹性光导内传播的光可通过全内反射传播。
在一些实施例中,粘弹性光导的一个表面是非结构化的,或者第一外表面是非结构化的;其他两个表面是结构化的。例如,第一界面和第一外表面可以是结构化的,粘弹性层的另一个表面是非结构化的。第一界面和第一外层可以是结构化的,使得各自的特征被相关地构造为在约100μm内。第一界面和第一外层可以是结构化的,使得各自的特征被独立地构造为不在约100μm内。
图15c示出了示例性光学制品1520的示意性剖视图,该制品包括设置在粘弹性光导1521上的第一基底1522(反之亦然)。在该实例中,第一界面1523被结构化为具有棱柱特征,使得第一基底能够从粘弹性光导提取光。第一外表面1524被结构化为具有透镜状特征,使得可以从第一基底在第一基底的一些区域内加入。透镜状特征和棱柱特征被相关地构造,使得各对特征(透镜和棱柱)的重复周期或间距P大约相等或至少在约100μm内。对于各对特征,透镜状特征的曲率可以使得其焦点与棱柱特征的顶点重合。第一基底1522的折射率可大于或小于粘弹性光导1521的折射率。透镜状特征和棱柱特征的可用构造在U.S.2005/0052750 A1(King等人)和U.S.2005/0276071(Sasagawa等人)中有所描述。第一界面1523的至少一部分和表面1525的一部分是光学上平滑的,使得在粘弹性光导内传播的光可通过全内反射传播。
第一基底可充当光提取和光发射基底。对于接触粘弹性光导的光提取和光发射基底,相对于进入光导的光的总量,由基底从光导提取的光量可大于约10%、大于约20%、大于约30%、大于约40%、大于约50%、大于约60%、大于约70%、大于约80%或大于约90%。
对于接触粘弹性光导的光提取和光发射基底,相对于进入第一基底的光的总量,由第一基底发出的光量可小于约0.5%、小于约1%、小于约2%、小于约5%、小于约10%、小于约20%、小于约30%、小于约40%、小于约50%、小于约60%、小于约70%、小于约80%或小于约90%;相对于进入基底的光的总量,由第一基底发出的光量可大于约10%、大于约20%、大于约30%、大于约40%、大于约50%、大于约60%、大于约70%、大于约80%或大于约90%;或者相对于进入基底的光的总量,由第一基底发出的光量可从约10至约50%、从约20至约50%、从约30至约50%、从约50至约70%、从约50至约80%或从约10至约90%。第一界面1523的至少一部分和表面1525的至少一部分是光学上平滑的,使得在粘弹性光导1521内传播的光可通过全内反射传播。
图15d示出了示例性光学制品1530的示意性剖视图,该制品也包括设置在粘弹性光导1521上的第一基底1522。在该实施例中,形成第一基底1522的表面1532的棱柱结构的顶端接触粘弹性光导1521,使得二者在光学上耦合。棱柱特征和光导之间形成对应的小腔1531。表面1532可包括以上针对界面和外表面所述的任何表面。粘弹性光导1521的折射率可比小腔1531内的小腔材料的大,但比第一基底1522的小。在这种情况下,第一基底和粘弹性光导之间的折射率差值可从约0.002至约1;并且粘弹性光导1521和小腔1531内的小腔材料之间的折射率差值可从约0.002至约1。
小腔可包含空气。小腔可包含柔软的适形材料,例如上述的任何粘弹性材料。小腔可包含PSA。小腔可包含有机硅PSA。第一基底可包括King等人和Sasagawa等人的参考文献中描述的膜。
在一些实施例中,第一基底包括不止一个基底。图15e示出了光学制品1540的示意性剖视图,该制品包括设置在粘弹性光导1521上的第一基底1541。附加的第一基底1522设置在背对第一基底1541的粘弹性光导上。附加基底不与粘弹性光导直接光学耦合,但其可以间接光学耦合,即通过从第一基底提取光而耦合。第一基底1541的折射率可大于粘弹性光导1521的折射率,并且附加的第一基底1522的折射率可以大于、小于或约等于光导的折射率。第一基底和粘弹性光导之间的折射率差值可从约0.002至约1;附加的第一基底和光导之间的折射率差值可从约0.002至约1。
可以理论上确定各个特征的取向变化(或缺少该特征)会如何影响第一基底可从粘弹性光导提取的光的光量和分布。此外,可以理论上确定各个特征的取向变化(或缺少该特征)可如何影响可从第一基底发出的光的光量和分布。在上述两种情况下,可以使用上文所述的符合折射定律和全内反射原理的光线跟踪技术。
第一基底可包括如上所述的光发射层。可(至少)通过形成第一外表面的特征的形状、尺寸、数量、排列方式等控制从第一基底发出的光的光量和方向。通常,第一基底可被设计成使得光可以如上文针对粘弹性光导所述从基底发射出去。例如,可以在至少一个预定方向上从第一基底在第一基底的一些区域内加入,例如,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个预定方向;从1至约3个预定方向;从1至约5个预定方向;从1至约10个预定方向;或从1至约100个预定方向。在至少一个预定方向发出的光可以按图案发射出去。在至少一个预定方向发出的光可以均匀(以相同或几乎相同的强度)或非均匀地从第一基底发射出去。也可以在随机方向上从第一基底在第一基底的一些区域内加入和/或以各种随机强度从基底在第一基底的一些区域内加入。
光可以按如图7-11针对粘弹性光导所示的相同的方式从第一基底发射出去。例如,图16示出了示例性光学制品1600的透视图,其包括设置在粘弹性光导1601上的第一基底1602。由光线1603表示的光在预定方向从第一基底发射出去。也可以在不止一个预定方向上、随机地、以一个或多个形状、在离散区域内、以不同强度等在第一基底的一些区域内加入。
可以从第一基底的任何表面在第一基底的一些区域内加入。图17说明光如何从包括第一基底和粘弹性光导的示例性光学制品发射出去,其中基底和光导均以膜或片的形状示出。图17示出了示例性光学制品1700的透视图,该制品包括设置在粘弹性光导1701上的第一基底。第一基底包括主表面1702和边缘表面1703a-d(1703c和1703d未示出)。光可以从表面1702和1703a-d中任何一个或某个组合中发射出去。例如,光可以如光线1704所示仅从主表面1702中发射出去。又如,光可以仅从边缘表面1703b发射出去。
示例性光学制品1700还包括粘弹性光导1701的主表面,该主表面背对第一基底的主表面1702。示例性光学制品1700还包括边缘表面1705a-c(1703c未示出)。光可以从第一基底和/或粘弹性光导的主表面和边缘表面中任何一个或某个组合中发射出去。进入粘弹性光导的光由光线1706表示。
在一些实施例中,第一基底的表面由空气释放沟槽微结构化,如上文针对粘弹性光导所述。
根据给定应用的需要,第一基底可具有任何三维体积形状。第一基底的尺寸可与粘弹性光导的相同,或者可以比粘弹性光导更大、更小、更厚、更薄等。第一基底可具有如图16和17所示的正方形或矩形的层、片、膜等形式。
第一基底的厚度并无特别限制,只要其可发挥所需作用即可。第一基底的厚度可经过选择,使其可以根据需要提取和在第一基底的一些区域内加入。在设计成特别薄的特定光学装置中,可能需要使用第一基底的最大厚度。第一基底的示例性厚度在从约0.4密耳至约1000密耳、从约1密耳至约300密耳、从约1密耳至约60密耳或从约0.5密耳至约30密耳的范围内。
在一些实施例中,第一基底为粘弹性的,并且包含上文针对粘弹性光导所述的任何一种或多种粘弹性材料。粘弹性第一基底可能需要具有适当的抗张强度值、粘滞特性和可促进与粘弹性光导的至少一部分充分光学耦合的性质。粘弹性第一基底通常软质、适形且柔韧。粘弹性第一基底可具有如上文针对粘弹性光导所述的弹性模量、粘性模量和阻尼系数。在一些实施例中,第一基底包括如上文针对粘弹性光导所述的PSA层。第一基底可具有特定剥离力或至少表现出在如上文针对粘弹性光导所述的特定范围内的剥离力。
在一些实施例中,第一基底包括在至少一部分可见光谱范围内具有从约80至约100%、从约90至约100%、从约95至约100%或从约98至约100%的高透光率的光学透明基底。在一些实施例中,第一基底的雾度值小于约5%、小于约3%或小于约1%。在一些实施例中,第一基底的雾度值从约0.01至小于约5%、从约0.01至小于约3%或从约0.01至小于约1%。
在一些实施例中,第一基底包括具有高透光率和低雾度值的光学透明基底。高透光率可为在至少一部分可见光谱范围内从约90至约100%、从约95至约100%或从约98至约100%,雾度值可从约0.01至小于约5%、从约0.01至小于约3%或约0.01至小于约1%。在一些实施例中,第一基底为朦胧的,并可漫射光,特别是可见光。朦胧的第一基底的雾度值可大于约5%、大于约20%或大于约50%。朦胧的第一基底的雾度值可从约5至约90%、从约5至约50%或从约20至约50%。
在一些实施例中,第一基底具有低透光率,例如,从约0.1至约70%、从约0.1至约50%或从约0.1至约20%。
在一些实施例中,第一基底可为半透明的,其可以反射和透射光。
第一基底的折射率可在从约1.3至约2.6、1.4至约1.7或从约1.5至约1.7的范围内。第一基底的所选具体折射率或折射率范围可取决于光学制品或装置的总体设计,例如,是否存在接触第一基底的任何附加基底,以及光学制品或装置的具体应用。
在一些实施例中,第一基底包含如上文针对粘弹性光导所述的一种或多种粘弹性材料。在一些实施例中,第一基底包括如上文针对粘弹性光导所述的PSA。在一些实施例中,第一基底和粘弹性光导包含粘弹性材料。在一些实施例中,第一基底和粘弹性光导包含PSA。
在一些实施例中,粘弹性光导包含透明丙烯酸类PSA,第一基底包含有机硅PSA。有机硅PSA可包括如上文所述的可拉伸剥离的PSA。透明丙烯酸类PSA的折射率可大于有机硅PSA的折射率,例如,折射率差值可从约0.04至约0.09。示例性透明丙烯酸类PSA为可作为转移胶带的得自3M公司的VHBTM丙烯酸类胶带4910F(VHBTM Acrylic Tape)和3MTM光学透明层合粘合剂(3MTM Optically Clear Laminating Adhesives)(8140和8180系列)。有机硅PSA包括上述任何类型,例如包含聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺的有机硅PSA。
在一些实施例中,第一基底包括粘合剂,该粘合剂可用于将粘弹性光导粘附到诸如车辆仪表板或涂漆墙壁的制品上。可用的粘合剂包括光学透明粘合剂、光学漫射粘合剂、辐射固化粘合剂、热固化粘合剂、热熔粘合剂、冷封粘合剂、热活化粘合剂、室温固化粘合剂和具有至少约6MPa的粘合强度的结构粘合剂,等等。结构粘合剂可按品名3MTM SCOTCH-WELDTM粘合剂(3MTM SCOTCH-WELDTM Adhesives)获得。
在一些实施例中,第一基底不是粘弹性的。
在一些实施例中,第一基底包含聚合物。在一些实施例中,第一基底包括聚合物膜。可用的聚合物膜包括醋酸纤维素、聚(甲基)丙烯酸酯(丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯)、聚醚砜、聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、间规立构聚苯乙烯、环烯烃共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、基于萘二羧酸的共聚物或共混物、或它们的某种组合。在一些实施例中,第一基底包含折射率大于粘弹性光导的折射率的聚(甲基)丙烯酸酯。
第一基底可为将在粘弹性光导内传播的入射光反射的反射器。在一些实施例中,反射器包括镜面反射器,其中在粘弹性光导内传播的光按照反射定律在镜面反射器的表面上反射。反射定律阐明,对于入射到表面上并被该表面反射的光,反射角θr等于或几乎等于入射角θt,其中这两个角度均相对于表面所在的平面定义。对于镜面反射器,光的反射角与入射角的差值在约16°以内。镜面反射器在某些入射角范围内可以是全镜面或几乎全镜面的反射器。另外,镜面反射器可以在特定电磁光谱区域(例如可见光区)内具有从约85至约100%、从约90至约100%或从约95至约100%的反射率。
合适的镜面反射器包括反射镜,例如平面反射镜,其包括涂覆在玻璃上的反射材料(通常为金属)膜。合适的反射器包括多层光学膜的反射镜。可用的多层光学膜包括具有从约10至约10,000个第一和第二聚合物层构成的交替层的膜,其中聚合物层包含聚酯。示例性多层光学膜还在下列专利中有所描述:U.S.5,825,543、5,828,488(Ouderkirk等人)、5,867,316、5,882,774、6,179,948 B1(Merrill等人)、6,352,761 B1、6,368,699 B1、6,927,900 B2、6,827,886(Neavin等人)、6,972,813 B1(Toyooka)、6,991,695、2006/0084780 A1(Hebrink等人)、2006/0216524A1、2006/0226561 A1(Merrill等人)、2007/0047080 A1(Stover等人)、WO 95/17303、WO 95/17691、WO 95/17692、WO 95/17699、WO 96/19347、WO 97/01440、WO 99/36248和WO 99/36262。
示例性镜面反射器包括可得自3MTM公司的那些,例如,诸如高反射可视镜膜(High Reflective Visible Mirror Film)和高透射镜膜(High Transmission Mirror Film)的3MTM高强度级反射产品(3MTM High Intensity Grade Reflective Products)以及诸如VikuitiTM增强镜面反射器(VikuitiTM Enhanced Specular Reflector)的VikuitiTM膜。
在一些实施例中,反射器包括漫反射器,其中在粘弹性光导内传播的光在漫反射器的表面处被反射和散射。对于漫反射器,给定入射角的光以多个反射角反射,其中至少一些反射角大于入射角约16°。漫反射器在入射角的一些范围内可以全反射或几乎全反射。另外,漫反射器可以在特定电磁光谱区域(例如可见光区)内具有从约85至约100%、从约90至约100%或从约95至约100%的反射率。
漫反射器可包括相对于被反射光的波长不规则的表面。光可以在该表面上反射。漫反射器可包括设置在基底上的由有机、无机或有机/无机混合粒子构成的层。所述粒子的直径可从大于约0.01至约100μm、从大于约0.05至约100μm或从大于约0.05至约50μm。粒子可为聚合物粒子、玻璃珠、无机粒子、金属氧化物粒子或有机/无机混合粒子。粒子可为实心、多孔或中空的。粒子可包括具有聚合物壳的微球,其中聚合物壳内部具有发泡剂(例如异丁烯或异戊烷);例如,微球可以商品名EXPANCEL微球得自Expancel公司。粒子可分散在聚合物材料或粘结剂中。粘结剂包括一种或多种聚合物,并可以为(例如)上述任何粘弹性材料和粘合剂材料(冷封粘合剂等)。粘结剂可包括PSA。粘结剂和粒子可涂覆到基底上,使得粘结剂厚度大于、小于或约等于粒子直径。基底可包括聚合物、金属、镜面反射器等。
例如,漫反射器可包括填充到聚对苯二甲酸乙二醇酯膜内的硫酸钡粒子层。提供反射表面的其他构造在US 7,481,563(David等人)中有所描述。
在一些实施例中,粘结剂为透光性的,使得入射到该层上的至少一些光进入该层并被漫射。该漫射光在入射到作为反射器的基底上之后被反射。漫射材料可包含如上所述分散在粘结剂中的粒子。粒子和粘结剂的折射率可以不同。例如,粒子和粘结剂的折射率可以相差从约0.002至约1或从约0.01至约0.5。这类漫反射器可在特定电磁光谱区域(例如可见光区)内具有约从85至约100%、从约90至约100%或从约95至约100%的反射率。示例性光漫射材料在US 6,288,172 B1(Goetz等人)中有所描述。例如,粒子可包括平均直径约18μm的中空玻璃球(可得自Potters Industries公司的SPHERICEL Grade 60P18),粘结剂可包括PSA(例如有机硅PSA)。
在一些实施例中,第一基底包括多层光学膜。作为反射镜的多层光学膜在上文中有所描述。也可以使用其他类型的多层光学膜。例如,多层光学膜可以为反射膜、偏振膜、反射偏振膜、漫射混合反射式偏振膜、漫射膜、增亮膜、转向膜、镜膜或它们的组合。示例性多层光学膜包括可得自3MTM公司的3MTM VikuitiTM膜。示例性多层光学膜在上文对于作为反射镜的多层光学膜引用的参考文献中有所描述。
在一些实施例中,第一基底包括聚合物膜、金属、玻璃、陶瓷、纸张、织物或它们的组合。在一些实施例中,第一基底包括金属,例如铝。在一些实施例中,第一基底包括玻璃,这些玻璃通常包括硬质、易碎、无定形固体,例如碱石灰玻璃、硼硅酸盐玻璃、丙烯酸类玻璃、糖玻璃等等。在一些实施例中,第一基底包括陶瓷,该陶瓷包含一定量的晶体结构,并且由(例如)无机非金属材料制成。在一些实施例中,第一基底包括纸张,例如,由纤维素纸浆制成的纸张。在一些实施例中,第一基底包括织物,例如,皮革、织造物、无纺布。
在一些实施例中,第一基底包括隔离衬片。隔离衬片通常具有用于接触粘合剂层的低粘附力表面。隔离衬片可包括纸张(例如牛皮纸)或聚合物膜(例如,聚氯乙烯、聚酯、聚烯烃、醋酸纤维素、乙烯-醋酸乙烯、聚氨酯等等)。隔离衬片可涂覆有隔离剂层,例如含有机硅的材料或含碳氟化合物的材料。隔离衬片可包括纸张或涂覆有聚乙烯的聚合物膜,其上涂覆有含有机硅的材料。示例性隔离衬片包括可以商品名“T-30”和“T-10”购自CP Films公司的衬片,其在聚对苯二甲酸乙二醇酯膜上具有有机硅防粘涂层。
示例性隔离衬片包括结构化的隔离衬片。示例性隔离衬片包括那些被称为微结构化隔离衬片的任何类型。微结构化隔离衬片用来赋予粘合剂层表面上的微结构。微结构化表面可有助于粘合剂层和相邻层之间的空气逸出。通常,理想的是微结构随着时间推移而消失以防止干扰光学性质。微结构通常是在至少两维上是微观的(即,在局部和/或剖视图上是微观的)三维结构。本文所用的术语“微观的”是指不借助显微镜则难以由人眼分辨的尺度。
微结构可呈现各种形状。代表性的实例包括半球、棱柱(例如正方形棱柱、长方形棱柱、圆柱形棱柱以及其他类似的多边形部件)、锥体、椭圆、凹槽(例如V形凹槽)、槽等。在一些情况下,包括这样的形貌特征可能是理想的,该形貌特征在制品层合到基底上时促进接合界面处的空气逸出。就这一点而言,可延伸到制品边缘的V形凹槽和沟槽尤为有用。根据制品预期的具体应用来选择表征微结构的具体尺寸和图案。可用的微结构的另一个实例在US 2007/0292650 A1(Suzuki)中有所描述,在该专利中,微结构化的粘合剂层表面具有一个或多个凹槽,该凹槽仅存在于表面的内部区域中,而不在层的侧面开放。俯视观看时,这些凹槽可具有直线、分枝的直线、十字形、圆形、椭圆或多边形的形状,并且各种形状都可由多个不连续的凹槽构成。这些凹槽的宽度可从5至100微米,深度可从5至50微米。
在一些实施例中,包括粘弹性光导和第一基底的光学制品可提供图像。可制备粘弹性光导和第一基底的各种不同的构造,以提供图像。如上文所述,可以通过将第一基底的表面结构化来构成图像。例如,图16的第一基底1602可被结构化来构成图像。
通过在第一基底的一些区域内加入或嵌入不同材料(例如粒子),可以产生图像,其中所述区域被布置而形成图像。图15f示出了可用于提供图像的示例性光学制品1550的示意性剖视图。示例性光学制品1550包括设置在粘弹性光导1551上的第一基底1552。第一基底包含用来形成区域1553和1554的两种不同的材料,这两个区域被布置而形成图像。在粘弹性光导内传播的光在入射到第一基底和光导之间的界面上时表现出不同的行为,具体取决于界面是在光导与区域1553之间形成,还是与区域1554之间形成。例如,入射到与区域1553形成的界面上的光可被反射,而入射到与区域1554形成的界面上的光可被提取。又如,入射到与区域1553形成的界面上的光可被反射,而入射到与区域1554形成的界面上的光被有选择地提取特定波长范围内的光。
图15g示出了可用于提供图像的示例性光学制品1560的示意性剖视图。示例性光学制品1560包括设置在粘弹性光导1561上的第一基底1562。第一基底包括由悬浮在块体材料1564内的成像材料1563的一些区域形成的图像。在粘弹性光导内传播的光可被块体材料1564提取。区域1563可反射或透射特定波长范围内的光,这取决于具体的成像材料。诸如颜料和染料的着色剂可被用作成像材料。
可通过将成像材料沉积到第一基底的表面上来产生图像,其中材料被布置而形成图像。图15h示出了可用于提供图像的示例性光学制品1570的示意性剖视图。示例性光学制品1570包括设置在粘弹性光导1571上的第一基底1572。将材料1573沉积到该第一基底上,以使得通过光在该第一基底内的反射和/或特定波长范围内的光的透射而形成图像。
可通过将成像材料沉积到第一基底与粘弹性光导之间来产生图像,其中材料被布置而形成图像。示例性光学制品1580包括设置在粘弹性光导1581上的第一基底1582。成像材料1583被设置在光导和第一基底之间,使得通过在粘弹性光导1581内反射光和/或将光提取到第一基底1582内而形成图像,其中被提取的光可在特定波长范围内。
对于图15f-i所示的任何一个光学制品,成像材料可通过打印或标记来沉积,例如,通过喷墨打印、激光打印、静电打印等来沉积。图像可以为单色(例如黑白)图像或彩色图像。图像可包括遍布(例如)均匀着色层的一种或多种颜色。可使用提供一般或自定义表面的图像。例如,可以将图像设计成使光学制品看起来像塑料、金属或木纹;织物、皮革、无纺布等。图像也可以包括白点,白点可设置在表面或界面上。白点可以布置成如针对常规实心光导的提取特征所述的那样,例如,如Kinder等人的文献中描述的那样。可用的成像材料包括反射特定波长范围内所有或一些光的那些。可用的成像材料包括透射特定波长范围内所有或一些光的那些。示例性成像材料包括着色剂,例如颜料和染料。成像材料也可包括光子晶体。
第一基底1552、1562、1572和1582中的任何一个可包括聚合物膜。任何一个聚合物膜可为半透明的。这些第一基底中的任何一个可以为粘合剂,其中可用的粘合剂包括光学透明粘合剂、光学漫射粘合剂、辐射固化粘合剂、热熔粘合剂、冷封粘合剂、热活化粘合剂和具有至少约6MPa的粘合强度的结构粘合剂等等。
图15f-i所示任何一种光学制品可包括透明丙烯酸类PSA作为粘弹性光导。图15f-i所示任何一种光学制品可包括透明丙烯酸类PSA作为粘弹性光导以及聚合物膜作为第一基底。图15f-i所示任何一种光学制品可包括透明丙烯酸类PSA作为粘弹性光导以及半透明聚合物膜作为第一基底。图15f-i所示任何一种光学制品可包括透明丙烯酸类PSA作为粘弹性光导以及粘合剂层作为第一基底。
图15f-i所示任何一种光学制品可包括设置在粘弹性光导上的背对第一基底的第二基底。第二基底可包括反射器。例如,图15f-i所示任何一种光学制品可包括透明丙烯酸类PSA作为粘弹性光导、半透明聚合物膜作为第一基底以及包括反射器的第二基底。可以使用上述任何漫反射器和镜面反射器。
图15j-l还示出了可用于提供图像的构造。图15j示出了示例性光学制品1585的示意性剖视图,该制品包括设置在粘弹性光导1586和附加基底1588之间的第一基底1587。附加基底1588的表面1589被结构化以形成图像。图15k示出了示例性光学制品1590的示意性剖视图,该制品包括设置在粘弹性光导1591和附加基底1593之间的第一基底1592。附加基底1593包括覆盖层,该覆盖层包括悬浮在块体材料1594b内的成像材料1594a的区域。图15l示出了示例性光学制品1595的示意性剖视图,该制品包括设置在粘弹性光导1596和附加基底1598之间的第一基底1597。材料1599沉积在第一基底1597和附加基底1598之间,以通过反射第一基底内的光和/或透射特定波长范围内的光而形成图像。
附加基底1588、1593和1598中的任何一个可包括聚合物膜。任何一个聚合物膜可为半透明的。第一基底1587、1592和1597中的任何一个可为粘弹性的。第一基底中的任何一个可包括PSA。第一基底中的任何一个可包括有机硅PSA。第一基底可包括粘合剂,其中可用的粘合剂包括光学透明粘合剂、光学漫射粘合剂、辐射固化粘合剂、热熔粘合剂、冷封粘合剂、热活化粘合剂和具有至少约6MPa的粘合强度的结构粘合剂等等。
图15j-l所示的任何一种光学制品可包括聚合物膜作为附加层以及粘合剂作为第一基底。图15j-l所示的任何一种光学制品可包括半透明聚合物膜作为附加层以及粘合剂作为第一基底。例如,图15j-l所示的任何一种光学制品可包括透明丙烯酸类PSA作为粘弹性光导、有机硅PSA作为第一基底以及聚合物成像膜作为附加层。又如,图15j-l所示的任何一种光学制品可包括透明丙烯酸类PSA作为粘弹性光导、有机硅PSA作为第一基底和半透明聚合物成像膜作为附加层。
图15f-i所示的任何一种光学制品可包括设置在粘弹性光导上的背对第一基底的第二基底。第二基底可包括反射器。例如,图15f-i所示的任何一种光学制品可包括透明丙烯酸类PSA作为粘弹性光导、有机硅PSA作为第一基底、半透明聚合物膜作为附加基底以及包括反射器的第二基底。可以使用上述任何漫反射器和镜面反射器。
下文描述包括设置在两基底之间的粘弹性光导的多层构造。图14示出了示例性光学制品1400的示意性剖视图,该制品包括设置在第一基底1402和第二基底1405之间的粘弹性层1401。第一基底1402与粘弹性层形成第一界面1403,第一外表面1404被设置为与该界面相对。第二基底1405形成第二界面1406,第二外表面1407被设置成与该界面相对。
该多层构造可根据第一基底、第二基底和粘弹性光导的结构、折射率和材料组成以多种方式管理光。通常,可以理论上确定光学制品1400的参数变化会如何影响制品对光的管理方式。这可以利用符合折射定律和全内反射原理的光线跟踪技术来进行。
第一基底和第二基底可包括相同的基底,使得这些基底的相同表面以相同方式相对于粘弹性光导设置。第一基底和第二基底可包括相同的基底,使得这些基底的相同表面以不同方式相对于粘弹性光导设置。第一基底和第二基底可包括不同的基底。
第一基底和第二基底可为上述第一基底的任何组合。第一基底和第二基底可为光容纳基底、光提取基底和光发射基底的一些组合。第一基底和第二基底中的每一个均可为光容纳基底、光提取基底和光发射基底的某个组合。第一基底可为光容纳基底,第二基底可为光提取基底。第一基底可为光容纳基底,第二基底可为光提取和光发射层。第一基底和第二基底可以如上文针对双层构造的第一基底所述那样提取和/或发射光。
可变化的参数包括第一界面和第二界面的结构以及第一外表面和第二外表面的结构。通常,第一界面的至少一部分和第二界面的至少一部分是光学上平滑的,使得在粘弹性光导内传播的光可通过全内反射传播。在一些实施例中,第一界面和第二界面以及第一外表面和第二外表面为非结构化的,如图14所示。在一些实施例中,第一界面和第二界面以及第一外表面和第二外表面中的任何一个为如上文针对粘弹性光导和第一基底所述那样结构化的。在一些实施例中,第一界面和第二界面以及第一外表面和第二外表面中的任何两个为如上文针对粘弹性光导和第一基底所述那样结构化的。例如,第一界面和第二界面可用棱柱特征结构化,以分别从第一基底和第二基底提取光。在一些实施例中,第一界面和第二界面以及第一外表面和第二外表面中的任何三个为如上文针对粘弹性光导和第一基底所述那样结构化的。在一些实施例中,第一界面和第二界面以及第一外表面和第二外表面中的全部四个为如上文针对粘弹性光导和第一基底所述那样结构化的。
通常,光学制品1400可包括如上文针对粘弹性光导和第一基底所述那样的任何结构化界面和结构化表面,即,第一界面和第二界面以及第一外表面和第二外表面可包括如上文针对粘弹性光导和第一基底所述那样的任何结构化界面和表面。图18a和18b示出了三层光学制品的结构化表面的示例性组合。图18a示出了示例性光学制品1800的示意性剖视图,该制品包括设置在第一基底1802和第二基底1805之间的粘弹性光导1801。第一界面1803包括如上所述的棱柱特征以从粘弹性光导提取光。第一外表面1804和第二外表面1807包括非结构化表面,第二界面1806包括非结构化界面。图18b示出了示例性光学制品1810的示意性剖视图,该制品包括设置在第一基底1812和第二基底1815之间的粘弹性光导1811。第一界面1813和第二界面1816包括非结构化表面,第一表面1814和第二表面1817包括如上所述的透镜状表面以分别从第一基底和第二基底在第一基底的一些区域内加入。
在一些实施例中,第一界面和第二界面可被结构化,以使得第一基底和第二基底可在两侧提取光。在一些实施例中,第一界面和第二界面可被结构化,以使得第一基底和第二基底可在两侧提取光,并且第一外表面和第二外表面可被结构化,以使得可从第一基底和第二基底发射光。
同样可以变化的参数包括第一基底、第二基底和粘弹性光导的折射率。第一基底和第二基底的折射率可比粘弹性光导的小。第一基底和第二基底的折射率可比粘弹性光导的小,并且第一基底和第二基底的折射率相同或几乎相同。第一基底和第二基底的折射率可比粘弹性光导的小,并且第一基底和第二基底的折射率可以不同。第一基底和第二基底的折射率可比粘弹性光导的小,并且第一基底的折射率可以大于第二基底的折射率。
第一基底和第二基底的折射率可比粘弹性光导的大。第一基底和第二基底的折射率可比粘弹性光导的大,并且第一基底和第二基底的折射率相同或几乎相同。第一基底和第二基底的折射率可比粘弹性光导的大,并且第一基底和第二基底的折射率可以不同。第一基底和第二基底的折射率可比粘弹性光导的大,并且第一基底的折射率可以大于第二基底的折射率。
第一基底的折射率可比粘弹性光导的小,并且第二基底的折射率比光导的大。
粘弹性光导和第一基底的折射率差值可从约0.002至约0.5、从约0.005至约0.5、从约0.01至约0.5、从约0.02至约0.5、从约0.03至约0.5、从约0.04至约0.5、从约0.05至约0.5、从约0.1至约0.5、从约0.2至约0.5、从约0.3至约0.5或从约0.4至约0.5。粘弹性光导和第二基底的折射率差值可从约0.002至约0.5、从约0.005至约0.5、从约0.01至约0.5、从约0.02至约0.5、从约0.03至约0.5、从约0.04至约0.5、从约0.05至约0.5、从约0.1至约0.5、从约0.2至约0.5、从约0.3至约0.5或从约0.4至约0.5。
同样可以变化的参数包括第一基底、第二基底和粘弹性光导的组合物。第一基底、第二基底和粘弹性光导可包含相同的组合物。第一基底和第二基底的组合物可不同于粘弹性光导的组合物。第一基底和第二基底的组合物可以相同,并且不同于粘弹性光导的组合物。第一基底和粘弹性层可包含相同的组合物,并且不同于第一基底的组合物。第一基底、第二基底和粘弹性光导可包含不同的组合物。
第一基底和第二基底可分别包括第一粘弹性层和第二粘弹性层。第一基底可包括粘弹性层,而第二基底不包括该层。第一基底和第二基底可均不包括粘弹性层。
第一基底和第二基底可分别包括第一PSA和第二PSA。第一基底可包括PSA,而第二基底不包括PSA。第一基底和第二基底可不包括PSA。
第一基底和第二基底可分别包括第一反射器和第二反射器。第一基底可包括反射器,而第二基底不包括反射器。第一基底和第二基底可不包括反射器。
第一基底和第二基底可分别包括第一多层光学膜和第二多层光学膜。第一基底可包括多层,而第二基底不包括多层。第一基底和第二基底可不包括多层光学膜。
第一基底和第二基底可包括相同或不同的光学透明基底。各种基底具有高透光率和低雾度值。在至少一部分可见光谱(约400至约700nm)高透光率可从约90至约100%、从约95至约100%或从约99至约100%,而雾度值可从约0.01至小于约5%、从约0.01至小于约3%或从约0.01至小于约1%。
在一些实施例中,第一基底包括粘弹性基底,第二基底包括光发射基底。光发射基底可包括折射率比粘弹性光导大的聚合物膜。光发射基底可包括结构化表面作为第二外表面,使得可从光发射基底发射光。
在一些实施例中,第一基底包括粘弹性层并且为光发射层,而第二基底不包括粘弹性层。
在一些实施例中,第一基底和第二基底包括隔离衬片。第一基底可包括隔离衬片,而第二基底不包括隔离衬片。第一基底和第二基底可不包括隔离衬片。
第一基底可包括粘弹性层,而第二基底可包括非PSA的粘合剂层(可为上述的热熔粘合剂、冷封粘合剂等)。第一基底可包括PSA,而第二基底可包括非PSA的粘合剂层(可为上述的热熔粘合剂、冷封粘合剂等)。在任一种情况下,附加基底可背对粘弹性光导设置在第一基底上。附加基底可如上所述提供图像。附加基底可为半透明的。
第一基底和第二基底可包括有机硅PSA,并且粘弹性层可包括(甲基)丙烯酸类PSA。第一基底和第二基底的折射率可比粘弹性光导小。有机硅PSA可为可拉伸剥离的。该光学制品可设置在第一玻璃和第二玻璃之间,第一玻璃和第二玻璃可为相同或不同的玻璃。第一玻璃背对粘弹性光导设置在第一基底上,第二玻璃背对粘弹性光导设置在第二基底上。
第一基底可包括有机硅PSA,粘弹性光导可包括(甲基)丙烯酸类PSA。第一基底的折射率可比粘弹性光导小。有机硅PSA可为可拉伸剥离的。第二基底可包括漫反射器,该漫反射器包括粒子和聚合物的层。粒子可包括玻璃微球,并且聚合物可包括粘合剂;或者粒子可包括玻璃微球,并且聚合物可包括(甲基)丙烯酸类PSA。附加基底可背对粘弹性光导设置在第一基底上。附加基底可以如上所述提供图像。附加基底可为聚合物膜,例如半透明聚合物膜。反射器可背对粘弹性光导设置在漫反射器上。
第一基底可包括其折射率比粘弹性光导大的聚合物膜,第二基底可包括反射器。聚合物膜可以如上所述提供图像。聚合物膜可为半透明的。附加基底可背对粘弹性光导设置在第一基底上。附加基底可包括聚合物膜。
第一基底可包括折射率比粘弹性光导大的聚合物膜,第二基底的折射率可比光导的小。聚合物膜可以如上所述提供图像。聚合物膜可为半透明的。第二基底可包括粘弹性基底。第二基底可包括PSA。
第一基底可包括有机硅PSA,第二基底可包括反射器,并且粘弹性层可包括(甲基)丙烯酸类PSA。
第一基底可包括(甲基)丙烯酸类光提取和光发射基底,例如,如King等人和Sasagawa等人的参考文献中所述,并且第一基底设置在粘弹性光导上,使得棱柱结构的顶端接触光导,从而使二者光学耦合。第二基底包括反射器。粘弹性光导包括(甲基)丙烯酸类PSA。第一基底的任何区域可填充上述的小腔材料。例如,小腔材料可包括其折射率比第一基底和粘弹性光导小的有机硅PSA。
第一基底可包括其折射率比粘弹性光导小的有机硅PSA。附加基底可背对粘弹性光导设置在有机硅PSA上;附加基底包括(甲基)丙烯酸类光提取和光发射基底,例如,如King等人和Sasagawa等人的参考文献中所描述的。在这种情况下,棱柱结构的顶端不接触光导。第二基底包括反射器。粘弹性光导包括(甲基)丙烯酸类PSA。
第一基底和第二基底可包括(甲基)丙烯酸类光提取和光发射基底,例如,如King等人和Sasagawa等人的参考文献中所述,并且基底设置在粘弹性光导上,使得棱柱结构的顶端接触光导,从而使两基底光学耦合到光导。粘弹性光导包括(甲基)丙烯酸类PSA。基底与粘弹性光导之间的任何间隙可填充其折射率比(甲基)丙烯酸类基底和粘弹性光导小的有机硅PSA。
第一基底和第二基底可包括有机硅PSA。第一附加基底可背对粘弹性光导设置在第一基底上,第二附加基底可背对粘弹性光导设置在第二基底上。第一附加基底和第二附加基底可包括(甲基)丙烯酸类膜,例如,如King等人和Sasagawa等人的参考文献中所描述的。粘弹性光导包括(甲基)丙烯酸类PSA。
第一基底和第二基底可分别包括第一玻璃和第二玻璃,二者可以是相同或不同的玻璃。
在一些实施例中,第一基底包括粘弹性层,第二基底包括反射器。第一基底可包括PSA,第二基底可包括镜面反射器。在任一种情况下,第一基底可具有比粘弹性光导大或小的折射率。
在一些实施例中,第一基底包括非粘弹性层的透光性基底,第二基底包括反射器。第一基底可包括聚合物膜。
通常,上述光学制品可具有可互换的基底。例如,第一基底可包括可与不同的成像层交换的成像层。又如,设置在第一基底上的附加层可与不同的附加层交换。
通常,粘合剂层可设置在本文所述的任何光学制品的表面上。合适的粘合剂包括PSA、光学透明PSA、光学漫射PSA(例如上述光学漫射PSA)、辐射固化粘合剂、热熔粘合剂、冷封粘合剂、热活化粘合剂、具有至少约6MPa的粘合强度的结构粘合剂,等等。
通常,可以在任何基底(例如第一基底、第二基底和/或任何附加基底)的表面上设置隔离衬片。合适的隔离衬片如上文所述。
在一些实施例中,如上所述粘弹性光导可包括两层,其中一层包括粒子。在一些实施例中,粘弹性光导可包括三层:第一粘弹性光导、设置在第一粘弹性光导上的第二粘弹性光导、背对第一粘弹性光导设置在第二粘弹性光导上的聚合物膜以及背对第二粘弹性光导设置在第一粘弹性光导上的第三粘弹性光导。聚合物膜可被设计成发射光。
粘弹性光导可包含相同的聚合物,或者可以包含不同的聚合物。粘弹性光导的折射率差值可从约0.002至约0.5、从约0.005至约0.5、从约0.01至约0.5、从约0.02至约0.5、从约0.03至约0.5、从约0.04至约0.5、从约0.05至约0.5、从约0.1至约0.5、从约0.2至约0.5、从约0.3至约0.5或从约0.4至约0.5。
可使用常用于制备粘弹性制品的任何方法或工艺来制备粘弹性光导。典型工艺包括诸如连续浇铸和固化、挤出、微复制以及压印方法之类的连续工艺。在材料需要固化(如交联)的工艺中,可以使用各种类型的辐射。对于需要固化的材料,可以使用各种类型的化学方法,包括不要求辐射的那些。如果粘弹性光导由可固化材料制成,则可以在接触光源之前、之后或接触过程中将该材料固化。如果粘弹性光导由固化材料制成,则可以在接触第一和/或第二基底之前、之后或接触过程中将该材料固化。如果第一或第二基底由可固化材料制成,则可以在接触粘弹性光导之前、之后或接触过程中将该材料固化。如果粘弹性光导、第一基底和第二基底中的一者或多者由固化材料制成,则可在其光学耦合到光导之前、之后或过程中使用光源来固化该材料。
也可采用常规模制工艺。模具可通过对模具材料进行微加工和抛光来制作,以形成所需特征、结构化表面等。模具材料包括聚合物、玻璃和金属材料。模具可能需要适合制备粘弹性光导的光学上平滑的表面。如果由可固化材料制成,只需要让材料在空气或其他气氛中固化,使得材料自行变平,粘弹性光导即可形成光学上平滑的表面。可利用激光烧蚀对粘弹性光导的表面和模具进行结构化。
可通过多种方式制备包括粘弹性光导和基底的光学制品。在一些实施例中,光导和基底可单独制备,利用手指压力、手压辊、压花机或层合机接触和压制在一起。
在一些实施例中,可以将基底材料涂覆到粘弹性光导上,以在光导上形成基底。然后对基底材料进行处理,以形成基底。例如,可以将基底材料以层的形式挤出到粘弹性光导上,然后冷却以使基底材料硬化,从而形成基底。作为另外一种选择,基底材料可通过加热和/或施加辐射而固化并处理以形成基底。基底材料可包含溶剂,并且通过去除溶剂而形成基底。
在一些实施例中,可以将粘弹性材料涂覆到基底上,从而在基底上形成粘弹性光导。接着可以处理粘弹性材料,以形成粘弹性光导。例如,可以将粘弹性材料以层的形式挤出到基底上,然后冷却以使粘弹性材料硬化,从而形成光导。作为另外一种选择,粘弹性材料可通过加热和/或施加辐射而固化并处理,以形成光导。粘弹性材料可包含溶剂,并且通过去除溶剂而形成光导。
如果基底材料或粘弹性材料可固化,则可制备分别具有部分固化基底或光导的光学制品。如果基底材料或粘弹性材料可固化,则可使用化学固化材料,以使材料交联。如果基底材料或粘弹性材料可固化,则可以在接触另一材料或光源之前、之后和/或接触过程中将材料固化。
如果基底材料或粘弹性材料可使用光固化,则可通过从光源注入光将光源光学耦合到材料并固化。
可使用基底使粘弹性光导的表面结构化,例如,粘弹性光导可能不会自行结构化,而是在接触基底的结构化表面时被结构化。也可以粘弹性光导具有结构化表面,以使基底表面变形并形成界面。
可以按任意多种方式提供本文所公开的光学制品和光学装置。所述光学制品和光学装置可作为平放的片材或带材提供,或者可以卷起来形成卷材。所述光学制品和光学装置可以包装成单件,或者可以多件、成套地包装等。所述光学制品和光源可以按组装形式(即作为光学装置)提供。所述光学制品和光源可作为套件提供,其中这两件彼此分开并由使用者在某个时间组装。所述光学制品和光源也可单独提供,使得使用者可以根据需要将其组配。所述光学制品和光学装置可以临时或永久性组装以发光。
可根据具体用途更改本文所公开的光学制品。例如,可通过任何合适的方式(例如,使用剪刀或模切方法)切割或分割所述光学制品。特别有效的模切方法在美国临时专利申请Serial No.61/046813(64033US002,Sherman等人)中有所描述。所述光学制品和装置可被切割或分割成不同形状,例如字母;数字;诸如正方形、矩形、三角形、星形之类的几何形状等等。
所述光学制品和光学装置可用于标牌,例如平面美术应用的标牌。所述光学制品和光学装置可用于窗户、墙壁、壁纸、壁挂、照片、招贴、告示、柱子、门、地垫、车辆的表面或内部,或使用标牌的任何地方。标牌可为单面型或双面型,如图15c和18b分别示出。图19示出了示例性光学制品或光学装置1900的示意图,该光学制品或光学装置接触具有曲面1901的制品。
所述光学制品和装置可以在任何需要光的地方用作安全用途。例如,所述光学制品和装置可用于照亮梯子的一个或多个阶梯、楼梯的台阶、过道(例如飞机和电影院内)、走道、出口、扶手、工作区识别指示牌和标记。图20示出了示例性光学制品或光学装置2000的示意图,该光学制品或光学装置接触楼梯的台阶2001。
所述光学制品和光学装置可用在各种物品内,例如阅读灯;聚会和节日装饰品,例如,帽子、装饰物、串灯、气球、礼品袋、贺卡、包装纸;写字桌和计算机附件,例如,桌垫、鼠标垫、记事本座、书写工具;体育用品,例如鱼饵;手工用品,例如编织针;个人用品,例如牙刷;家庭和办公用品,例如,钟面、灯开关的插座板、吊钩、工具。图21示出了示例性切割制品的示意图,该制品采用了所述光学制品或光学装置(未示出)。
所述光学制品和光学装置可作为装饰和/或安全用途用于服装和服饰品上。例如,所述光学制品和光学装置可用于骑车者的外套上,或用在矿工的衣服或头盔上。又如,所述光学制品和光学装置可用在皮带或手表带的表面或内部,或者用在手表面的表面或内部。图22示出了用在手表带2201内部或表面的示例性光学制品或光学装置2200的示意图。
所述光学制品和光学装置可用于需要或期望有光的任何地方。所述光学制品和光学装置可设置在搁架的顶部表面上,使得分别来自光学制品或装置的光向上发射出去。同样,所述光学制品和光学装置可设置在搁架的底面上,使得分别来自光学制品或装置的光向下发射出去。所述光学制品和光学装置也可设置在具有透光部分的搁架上或内部。可以将所述光学制品和装置布置成使光从透光部分发射出去。图23示出了示例性冰箱搁板的示意图,其中采用了所述光学制品或光学装置(未示出),以使得光向上和/或向下发射出去。
所述光学制品和装置可用作闪光灯。例如,所述光学制品和光学装置可设置在电池盖板外部或内部或手持电子装置的其他部分。所述光学制品和光学装置可以(也可以不)硬接线到电子装置的电池,但也可具有自己的电源。电子装置的电池盖可以(或可以不)从包括显示器的装置的剩余部分拆除。
所述光学制品和光学装置可用于交通工具,例如,汽车、船舶、公共汽车、卡车、有轨车、拖车、飞机和航空航天器。所述光学制品和装置可用在车辆的几乎任何表面上,包括外表面、内表面或任何中间表面。例如,所述光学制品和装置可用于在车辆外部和/或内部照亮门把手。所述光学制品和装置可用于照亮行李舱,例如,可以设置在行李舱盖下侧或行李舱内部。所述光学制品和装置可用在保险杠、扰流器、地板、窗户上,用在尾灯、迎宾踏板灯、地面照明灯、危急信号灯、中央高位制动灯、或侧灯和示廓灯上或用作这些灯。所述光学制品和装置可用于照亮发动机室内部,例如,可以设置在发动机罩下侧、发动机室内部或发动机部件上。
所述光学制品和装置也可用在车门的外面板和内面板之间的车门边缘表面上。这些光学制品和装置可用于为使用者、制造商等提供各种信息。光学制品和装置可用于照亮车辆的仪表板,其中照亮区域通常被显示。所述光学制品和装置可用在其他内部物件上,例如杯架、中控台、把手、座椅、车门、仪表板、头枕、方向盘、车轮、便携灯、罗盘等等。所述光学制品和装置可在车后或过道区域用作阅读灯,或为车内提供环境照明。图24示出了示例性汽车和示例性光学制品或光学装置2400。该光学制品或装置设置在乘客门的边缘表面2401上。
所述光学制品和光学装置可用于制造物件或作为物件的替换件。例如,可将所述光学制品和光学装置出售给汽车制造商或汽车维修车间,以用于组装或修理汽车的某些特定零部件。图25示出了具有尾灯2500的示例性汽车。光学制品或光学装置(未示出)设置在通常为红色、黄色或透明塑料的尾灯外层后面。尾灯可包括具有灯泡或LED作为光源的腔体。光学制品或装置可用于该腔体内,以作为光源的替代品。作为另外一种选择,尾灯可以不包括腔体,或至少可以包括比目前的汽车内使用的小得多的腔体。光学制品或光学装置可以设置在尾灯外层后面或内部,以减小尾灯的总体尺寸。
所述光学制品和光学装置可用于交通安全,例如,用作交通标志、街道指示牌、高速公路隔离带和护栏、收费站、道路标记以及工作区识别指示牌和标记。所述光学制品和装置可用于装饰牌照板,以提供车辆登记等信息。所述光学制品和装置也可用于在牌照板附近提供照明,以从侧面、顶部等方向照亮牌照板。
所述光学制品和光学装置可与包括中空光循环腔的照明装置(有时称为背光源组件)一起使用。背光源组件可用于标牌或一般照明。示例性背光源组件在WO 2006/125174(Hoffman等人)和US 2008/0074901(David等人)中有所公开。本文所公开的光学制品和光学装置可用于代替这些参考文献中所述的光源。
图26a示出了示例性背光源组件2600的示意性剖视图。该背光源组件包括壳体2605,该壳体具有多个内表面2606a-c和两个基本上平行于该横截面所在平面的相对的侧面2607a和2607b(未示出)。这些内表面2606a-c与侧面2607a和2607b中的至少一个具有反射性。背光源组件2600还包括光发射膜2610。壳体2605和光发射膜2610形成封闭的背光源。光发射膜2610可包含将光从封闭背光源内部透射至外部照明装置2600的任何材料。光发射膜2610可包括可为漫射的和/或半透明的聚合物膜。光发射膜也可如上所述提供图像。例如,壳体2605可包含金属和/或聚合物。反射性内表面可包括上述任何反射器和反射表面。
背光源组件2600包括至少一个本文所公开的光学制品。该光学制品可设置在内表面2606a-c、2607a-b和光发射膜2610的内表面2611中的至少一个上。图26a示出了设置在内表面2606a上的光学制品2615。该光学制品可包括设置在聚合物基底上的粘弹性光导。如果粘弹性光导为压敏粘合剂,则可以直接粘合到内表面2606a上。一个或多个光源被设置成使得这一个或多个光源发出的光可进入光学制品2615的粘弹性光导。例如,可沿光学制品的邻近内表面2606b的边缘设置光源。
图26b示出了示例性背光源组件2620的示意性剖视图。封闭背光源按上文对照图26a所述的方式形成,不同的是光学制品2625a和2625b设置在相对的内表面2606b和2606c上。
图26c示出了示例性背光源组件2630的示意性剖视图。封闭背光源按上文对照图26a所述的方式形成,不同的是光学制品2635设置在光发射膜2610的内表面2611上。光学制品2635可包括粘弹性光导,并且光可从光导的任一表面发射出去,即进入组件的腔体或进入光发射膜。
对于图26a-c所示实施例,包括粘弹性光导的光学制品可从一个或多个表面发射光。例如,该光学制品可从一个或两个表面发射光。
可以在光发射膜2610的任一侧设置额外的膜、层等。例如,可在表面2611上设置包括多层光学膜的四分之三反射镜。多层光学膜在上文引用的参考文献中有所描述。回射(Retrore)
所述光学制品和光学装置可用于诸如手机、个人数字助理、MP3播放器、数字相框、监视器、膝上型计算机、投影仪(如小型投影仪)、全球定位显示器、电视机等之类的显示装置上或内部。所述光学制品可用来代替为显示装置的显示面板提供背光源的传统的光导。例如,该粘弹性光导可用于代替从一个或多个基本的线光源或点光源分配光的实心或中空光导。显示装置可进行组装,而无需用粘合剂将显示部件粘合到粘弹性光导上。示例性显示装置包括具有LCD和等离子显示面板的那些。示例性显示装置在US 2008/232135 A1(Kinder等人)和US 6,111,696(Allen等人)中有所描述。
图27示出了示例性显示装置2700的示意性剖视图。光学装置2701包括光源2702和粘弹性光导2703。该显示装置还包括设置在LCD面板2715和粘弹性光导2703之间的偏振器2710。示例性偏振器和LCD面板在Allen等人的参考文献中有所描述。
所述光学制品和装置可用于照亮包括上述显示装置在内的各种电子装置内的按钮和键盘。在这种情况下,所述光学制品和装置用来代替传统的光导,如下列专利中所述:U.S.7,498,535(Hoyle)、U.S.2007/0279391 A1(Marttila等人)、U.S.2008/0053800 A1(Hoyle)和U.S.Serial No.12/199862(63619US006,Sahlin等人)。
图28示出了示例性键盘组件2800的示意性剖视图。光学装置2801包括光源2802和粘弹性光导2803。光学组件2800也包括多个键,其中各键2804a包括对应的凸起2804b。图中还示出弹片2805和导电膜(popple)2806。当使用者如箭头2810所示方向按下键2804a时,凸起2804b接触粘弹性光导2803,光导随后接触弹片2805。弹片2805被按下到导电膜2806上,使得导电膜的至少一部分被按成里侧朝外。然后导电膜接触周围的电触点(未示出),使得从光导发射光以照亮对应的键。
在一些实施例中,粘弹性光导2803的顶部表面2807除了周围空气之外基本上不接触任何东西。在一些实施例中,顶部表面2807上设置有基底。该基底可包括本文所述的任何基底。基底可设计成当基底表面的周围空气被取代时从粘弹性光导2803提取光。该基底可包括其折射率比粘弹性光导2803小的聚合物膜。该基底可包括其折射率比粘弹性光导2803小的粘弹性层。该基底可包括其折射率比粘弹性光导2803小的压敏粘合剂层。
图29示出了示例性标牌的示意性剖视图。粘弹性光导2901设置在作为镜膜的多层光学膜2902上。提取器层2903背对镜膜设置在粘弹性光导2901上。提取器层包括能够从粘弹性层提取光的聚合物膜。例如,提取器层的折射率可比粘弹性层大。白点构成的图案(未示出)可为提取器层2903的一部分,以使得光从该层均匀发射出去。漫射层2904设置在提取器层2903上,图形膜2905设置在漫射层顶部。提取器层和漫射层之间可以设置有气隙,但图29中未示出。
本文所公开的光学制品和光学装置可以用到安全膜或层合物中。这些安全层合物用于保护文件或包装,以确保下面的物件不会改变。安全层合物可用于制作驾驶证、护照、防篡改密封等等。示例性安全膜构造在US 5,510,171(Faykish)、US 6,288,842(Florczak等人)、和US SerialNo.12/257223(64812US002,Endle等人)中有所描述。
所述光学制品和光学装置可用于照明牌照板的构造中。可用的光学制品包括下列专利中所述的前照式和后照式光学制品:U.S.2007/0006493(Eberwein)、U.S.2007/0031641 A1(Frisch等人)、U.S.20070209244(Prollius等人)、WO 2008/076612 A1(Eberwein)、WO 2008/121475 A1(Frisch)、WO 2008/016978(Wollner等人)和WO 2007/92152 A2(Eberwein)。
本文所述的光学制品和装置可用于在显示器、按钮、键盘等等中产生三维(3D)图像。例如,可以制备3D汽车显示器和安全层合物。所述光学制品和装置可与合成图像浮在片材上方和/或下方的微透镜片材一起使用。例如,所述光学制品和装置可与下列专利中所述的微透镜片材一起使用:US 7,336,422 B2(Dunn等人)、U.S.2008/0130126 A1(Brooks等人)、U.S.2007/0081254 A1(Endle等人)、U.S.2007/0279391 A1(Martilla等人)、提交于2008年7月8日的美国专利申请Serial No.61/078971(64316US002,Gates等人)、US 6,288,842(Florczak等人)、和US Serial No.12/257223(64812US002,Endle等人)。
所述光学制品和装置可包括电路。例如,第一基底可包括电路。第一基底也可包括反射器,该反射器包括电路。第一基底也可包括反射镜,该反射镜包括电路。光源可与电路电连通。光源可包括多个光源组成的阵列。粘弹性光导可成形于电路上,使得光源通过整个层的面积将光注入粘弹性光导。
US 2008/0062688(Aeling等人)
所述光学制品和装置可用于感测/检测装置,其中传感器被设置为接收粘弹性光导发出的光。本文还公开了感测/检测装置,其中光源由传感器/检测器取代。传感器/检测器可为光电检测器、硅光电二极管、IR检测器、太阳能电池或光电装置,或它们的某种组合。
所述光学制品和装置可用到治疗装置中。例如,本文所公开的光学制品和装置可用于适形贴片,以对组织进行光疗。示例性适形贴片在U.S.6,096,066(Chen等人)中有所描述。其他治疗装置在U.S.2005/0070976A1(Samuel等人)、Electronics World,October 2007(《电子世界》,2007年10月)和LEDs Magazine,November 2006(《LED杂志》,2006年11月)中有所描述。
术语“接触”和“设置在...上”通常用于描述两物件彼此相邻,以使得整个物件可发挥所需功能。这可能意味着,只要整个物件可发挥所需功能,相邻物件之间可以存在额外的材料。
实例
这些实例仅仅是说明性的,并且不旨在限制所附的权利要求的范围。除非另外指明,否则实例和说明书其余部分中的所有份数、百分比、比率等均按重量计。除非另外指明,否则所用溶剂和其他试剂均得自Sigma-Aldrich化学公司(Milwaukee,Wisconsin)。
缩写表
Figure BPA00001311114400521
实例A
实例1
将14.86份PDMS二胺-1放入含有0.05份多胺-1、39.00份甲苯和21.00份2-丙醇的玻璃反应器,制备了具有弹性体的有机硅脲PSA。向此溶液中加入0.23份H12MDI。在室温下搅拌混合物2小时,使其变得粘稠。向此混合物中加入25.00份MQ树脂-1。所得的有机硅脲PSA含有摩尔比1/1/2的PDMS二胺-1/多胺-1/H12MDI,并与50重量%的MQ树脂-1配制。
该有机硅脲PS A涂覆到PET隔离衬片(得自Loparex LLC的LOPAREX 5100)上,形成干燥厚度约25μm的PSA层。该有机硅脲PSA层的折射率为约1.40。
使用包括设置在衬片(0.13mm)上的透明丙烯酸类PSA(标称厚度1mm)的胶带(得自3M公司的VHBTM丙烯酸类胶带4910F(VHBTM Acrylic Tape 4910F))制备了层合物。使用Abbe折射计测得该丙烯酸类PSA层的折射率为1.473。使用手压辊将该有机硅脲PSA层层合到丙烯酸类PSA层上。移除胶带衬片,并且第二有机硅脲PSA层被层合到丙烯酸类PSA层的新露出侧。移除有机硅脲PSA层上的PET隔离衬片。使用设置在有机硅脲PSA层之间的单层胶带和最多15层胶带制备层合物。
将LED光源压制到4×4英寸层合物样品的丙烯酸类PSA层的边缘内,使得LED大致垂直于层合物的宽度且平行于其长度。开启LED。光通过丙烯酸类PSA层传播,沿着与LED接触PSA层的边缘相对的边缘拿住纸,从而观察到光线离开PSA层。在任何其他方向未见有光离开层合物。
实例2a
按照实例1所述方式制备了层合物,不同的是有机硅脲PSA层之一被替换为多层聚合物镜膜(得自3M公司的VikuitiTM ESR)。LED光源压制到4×4英寸层合物样品的丙烯酸类PSA层的边缘内,使得LED大致垂直于层合物的宽度且平行于其长度。开启LED。光通过丙烯酸类PSA层传播,沿着与LED接触PSA层的边缘相对的边缘拿住纸,从而观察到光线离开PSA层。在任何其他方向未见有光离开层合物。
实例2b
获得了具有微结构化特征的丙烯酸类提取膜。该膜在US 2005/0052750 A1(King等人)中有详细描述。丙烯酸类提取膜的一个主表面包括锯齿状或锥形棱柱特征。该膜的相对主表面包括圆柱形透镜。该丙烯酸类提取膜的折射率为从约1.52至约1.56。
按照实例1所述方式制备了层合物,不同的是有机硅脲PSA层之一被替换为多层聚合物镜膜(得自3M公司的VikuitiTM ESR)。丙烯酸类提取膜压入有机硅脲PSA层内,使得锥形棱柱特征接触丙烯酸类PSA层。开启LED。来自丙烯酸类PSA层的光立即照亮该丙烯酸类提取膜。
用手指压力将另外的多层聚合物镜膜附接到该层合物的切割边缘。
实例B
比较例
使用了转移胶带(得自3M公司的3MTM光学透明层合粘合剂8187(3MTM Optically Clear Laminating Adhesive 8187)),该胶带包括设置在2个PET衬片(厚度均为50μm)之间的光学透明丙烯酸类PSA(厚175μm)。光学透明丙烯酸类PSA层的折射率为1.47。使用两层8187PSA(总厚度350μm)将两个载玻片彼此层合而制备了层合物。该载玻片为得自Esco Products公司的75×38×1mm的No.2956载玻片。
PSA被露出少量延伸部分,形成约1/8″×1/4″的发粘突出部。经过一段时间后,尝试分离载玻片,并在分离后移除载玻片上的粘合剂。载玻片不可通过剪切或剥离力移除。将突出部以约0°角慢慢拉至玻璃表面并拉伸,以使两片玻璃分离。PSA层断裂,并且无法用提交于2008年3月14日的共同转让的美国临时专利申请Serial No.61/036683(Johnson等人)中描述的系统和方法从玻璃上移除。整个PSA层仍然残留在两片玻璃上。
实例3
有机硅脲PSA层用手压辊层合到8187PSA层上。移除胶带衬片,并且第二有机硅脲PSA层被层合到8187PSA层的新露出侧。移除有机硅脲PSA层上的PET隔离衬片。用三层PSA彼此层合上述两个载玻片,制备了层合物。
LED光源压入层合物的8187PSA层的边缘内,使得LED大致垂直于层合物的宽度且平行于其长度。开启LED。光通过8187PSA层传播,沿着与LED接触PSA层的边缘相对的边缘拿住纸,观察到光线离开PSA层。在任何其他方向未见有光离开层合物。
PSA被露出少量延伸部分,形成约1/8″×1/4″的发粘突出部。经过一段时间后,尝试分离载玻片,并在分离后移除载玻片上的粘合剂。载玻片不可通过剪切或剥离力移除。突出部以约0°角被慢慢拉至玻璃表面并拉伸,以使两片玻璃分离。使用Johnson等人的文献中描述的系统和方法从玻璃上移除了该PSA层。
实例4
使用了转移胶带(得自3M公司的3MTM光学透明层合粘合剂8142(3MTM Optically Clear Laminating Adhesive 8142)),该胶带包括设置在2个PET衬片(厚度均为50μm)之间的光学透明丙烯酸类PSA(厚50μm)。该丙烯酸类8142PSA层的折射率为1.47。两层8187PSA被层合到一起(总厚度350μm)。
有机硅脲PSA层用手压辊层合到8142PSA层上。移除胶带衬片,并且第二有机硅脲PSA层被层合到8142PSA层的新露出侧。移除了有机硅脲PSA层上的PET隔离衬片。用三层PSA彼此层合上述两个载玻片,制备了层合物。
LED光源被压入层合物的8142PSA层的边缘内,使得LED大致垂直于层合物的宽度且平行于其长度。开启LED。光通过8142PSA层传播,沿着与LED接触PSA层的边缘相对的边缘拿住纸,从而观察到光线离开PSA层。在任何其他方向未见有光离开层合物。
PSA被露出少量延伸部分,形成约1/8″×1/4″的发粘突出部。经过一段时间后,尝试分离载玻片,并在分离后移除载玻片上的粘合剂。载玻片不可通过剪切或剥离力移除。突出部以约0°角被慢慢拉至玻璃表面并拉伸,以使两片玻璃分离。使用Johnson等人的文献中描述的系统和方法从玻璃上移除了该PSA层。
实例5
使用了转移胶带(得自3M公司的3MTM光学透明层合粘合剂8141(3MTM Optically Clear Laminating Adhesive 8141)),该胶带包括设置在2个PET衬片(厚度均为50μm)之间的光学透明丙烯酸类PSA(厚25μm)。该丙烯酸类8142PSA层的折射率为1.47。
有机硅脲PSA层用手压辊层合到8141PSA层上。移除胶带衬片,并且第二有机硅脲PSA层被层合到8141PSA层的新露出侧。移除了有机硅脲PSA层上的PET隔离衬片。用三层PSA彼此层合上述两个载玻片,制备了层合物。
LED光源被压入层合物的8141PSA层的边缘内,使得LED大致垂直于层合物的宽度且平行于其长度。开启LED。光通过8141PSA层传播,沿着与LED接触PSA层的边缘相对的边缘拿住纸,从而观察到光线离开PSA层。在任何其他方向未见有光离开层合物。
PSA被露出少量延伸部分,形成约1/8″×1/4″的发粘突出部。经过一段时间后,尝试分离载玻片,并在分离后移除载玻片上的粘合剂。载玻片不可通过剪切或剥离力移除。突出部被以约0°角度慢慢拉至玻璃表面,并被拉伸以使两片玻璃脱粘。使用Johnson等人的文献中描述的系统和方法从玻璃上移除了该PSA层。
实例C
实例6
用包括透明丙烯酸类PSA的3片胶带(得自3M公司的VHBTM丙烯酸类胶带4910F(VHBTM Acrylic Tape 4910F))制备了3层层合物,其中透明丙烯酸类PSA的标称厚度为1mm,折射率为1.473(用Abbe折射计测得)。使用手压辊制备3层层合物。然后,此3层层合物被层合到得自3MTM公司的3MTM Diamond GradeTM反射片(3MTM Diamond GradeTM Reflective Sheeting)(4″×8″面积)的表面(观察者一侧),使该反射片前面被照射。侧发射LED从一端压入芯PSA内,光轻易地通过整个8英寸的3层层合物,并能够清楚看到光离开该层合物。光还沿着片材的白色六边形密封图案且垂直于光源被提取。
实例7
用包括透明丙烯酸类PSA的3片胶带(得自3M公司的VHBTM丙烯酸类胶带4910F(VHBTM Acrylic Tape 4910F))制备了3层层合物,其中透明丙烯酸类PSA的标称厚度为1mm,折射率为1.473(用Abbe折射计测得)。使用手压辊制备3层层合物。在重量比93/7的丙烯酸异辛酯/丙烯酰胺溶剂型粘合剂内填充平均直径约18微米的2pph和10pph中空玻璃球(得自Potters Industries公司的SPHERICEL Grade 60P18),将已填充的每个PSA涂覆至干燥厚度0.5密耳(13微米)。填充有2pph中空玻璃球的PSA手压片材(handspread)被切割成3英寸宽的条带。按照实例2所述将这些条带层合到聚合物镜膜上,使其形成正方形。填充有10pph中空玻璃球的PSA手压片材被层合而填充该正方形。
3mm厚的VHB样品被层合到具有中空玻璃球的粘合剂基质顶部。实例1所述的有机硅脲PSA层被手工层合到VHB粘合剂的顶部。半透明的图形膜设置在有机硅PSA层的顶部。侧发射LED的光被从所述正方形相对的两侧注入光导(VHB层),光穿过有机硅脲PSA层被提取,并进入半透明图形膜。
实例8
使用带凹口的折刮刀式涂布机,将含有重量比85/14/1的丙烯酸异辛酯/丙烯酸异冰片酯/丙烯酸的粘合剂、0.08重量%的二丙烯酸1,6-己二醇酯和0.20重量%的IRGACURE 651(Ciba Specialty)涂覆到如实例2所述的聚合物镜膜上。在一侧涂覆润湿厚度50密耳(1250μm)的粘合剂,另一侧涂覆润湿厚度40密耳(1000μm)的粘合剂,以形成轻微的楔形。粘合剂涂层被涂以有机硅隔离衬片(CP Films T10 2.0密耳聚酯隔离衬片),并使用低强度UV灯固化15分钟。用Abbe折射计测得该粘合剂的折射率为1.474。半透明的图形膜然后被层合到背对聚合物镜膜(8″×10″区域)的该聚合剂上。侧发射LED电路被压入固化的PSA层内,光轻易地通过PSA的整个10英寸长度,并能够清楚看到光离开该层合物。光也被垂直于光源取出,并进入半透明图形。
实例D
实例9
获得了被设计成在手机键盘内提取光的柔性丙烯酸类光导(厚0.5mm)。光导材料在US 2007/0191506 A1(Rajan)中作了描述,其包含甲基丙烯酸酯官能化的丙烯酸酯低聚物和聚二甲基丙烯酸亚烷基二醇酯。如实例1所述的有机硅脲PSA层被手工层合到该柔性丙烯酸类光导材料的顶部表面和底面。简单的侧发射LED的光被注入光导,并沿提取图案穿过有机硅PSA包层而提取光。光在包层和光导之间被导向,并且不在除预期提取点之外的任何点通过包层漏出。
实例E
实例10
用90/10的丙烯酸异辛酯/丙烯酸、0.3重量%的二丙烯酸己二醇酯和0.2重量%的IRGACURE 651光引发剂(Ciba Specialty)配制的粘合剂组合物被涂覆到镜膜上,其中该镜膜具有2个用双面胶附接的相隔9英寸的侧发光发光二极管(LED)带。使用带凹口的折刮刀式涂布机涂覆该粘合剂组合物,并用有机硅隔离衬片(CP Films T10 2.0密耳聚酯隔离衬片)覆盖该组合物。使用低强度UV灯将该粘合剂组合物固化15分钟。涂覆润湿厚度70密耳的粘合剂组合物,以完全包封LED带。(用Abbe折射计测得)该粘合剂的折射率为1.474。在连接点处移除LED带的粘合剂,以使得LED可以通电。将具有印刷在5密耳透明PET上的点状提取器图案的提取器层层合到具有嵌入式LED带的光导(9″×9″区域)上。白色PET膜的漫射层然后被设置在提取器层的顶部,最后,乙烯图形膜被设置在其顶部(图像被印刷在乙烯膜上)。封装的侧发光LED通电,光轻易地通过整个9英寸PSA长度,并且能够清楚地看见光经由提取图案通过乙烯图形膜而离开。

Claims (44)

1.一种包括光源和粘弹性光导的光学装置,其中所述光源发出的光进入所述粘弹性光导,并且通过全内反射在所述光导内传播。
2.根据权利要求1所述的光学装置,其中所述粘弹性光导的至少一个表面包括被取向以提取出在所述粘弹性光导内传播的光的多个特征。
3.根据权利要求1所述的光学装置,其中从所述粘弹性光导提取出的光占在该光导内传播的光的至少约80%。
4.根据权利要求1所述的光学装置,其中从所述粘弹性光导的主表面提取出在该光导内传播的光。
5.根据权利要求1所述的光学装置,其中从所述粘弹性光导的边缘表面提取出在该光导内传播的所述光。
6.根据权利要求1所述的光学装置,其中所述粘弹性光导包括压敏粘合剂。
7.根据权利要求1所述的光学装置,其中所述粘弹性光导的透光率为从约90%至约100%,雾度值为从约0.01%至小于约5%。
8.一种包括光源和光学制品的光学装置,所述光学制品包括设置在基底上的粘弹性光导,其中所述光源发出的光进入所述粘弹性光导,并且通过全内反射在所述光导内传播。
9.根据权利要求8所述的光学装置,其中形成于所述粘弹性光导之间的界面包括被取向以提取出在所述粘弹性光导内传播的光的多个特征。
10.根据权利要求8所述的光学装置,其中从所述粘弹性光导提取出来并进入所述基底内的光占在该光导内传播的光的至少约80%。
11.根据权利要求8所述的光学装置,其中在所述粘弹性光导内传播的所述光的至少一些从所述基底发射出去。
12.根据权利要求8所述的光学装置,其中所述基底的至少一个表面包括被取向以将从所述粘弹性光导提取的光发射出去的多个特征。
13.根据权利要求8所述的光学装置,其中在所述粘弹性光导内传播的所述光的至少一些从所述基底均匀发射出去。
14.根据权利要求8所述的光学装置,其中在所述粘弹性光导内传播的所述光的至少一些以一个或多个预定方向从所述基底发射出去。
15.根据权利要求8所述的光学装置,其中在所述粘弹性光导内传播的所述光的至少一些从所述基底随机发射出去。
16.根据权利要求8所述的光学装置,其中在所述粘弹性光导内传播的所述光的至少一些以预定形状从所述基底发射出去。
17.根据权利要求8所述的光学装置,其中在所述粘弹性光导内传播的所述光的至少一些以不同强度从所述基底发射出去。
18.根据权利要求8所述的光学装置,其中相对于进入所述粘弹性光导的光量,有大于约50%的光从所述基底发射出去。
19.根据权利要求8所述的光学装置,其中:
所述粘弹性光导包括(甲基)丙烯酸类压敏粘合剂,所述(甲基)丙烯酸类压敏粘合剂包含:
第一单体,其包括单烯键不饱和的(甲基)丙烯酸烷基酯单体,以及
第二单体,其中所述第二单体的均聚物的Tg为至少约10℃。
20.根据权利要求8所述的光学装置,其中所述基底包括有机硅压敏粘合剂。
21.根据权利要求8所述的光学装置,其中所述基底包括可拉伸剥离的压敏粘合剂。
22.根据权利要求8所述的光学装置,其中所述基底包括聚合物膜、金属、玻璃、陶瓷、纸张、织物或它们的组合。
23.根据权利要求8所述的光学装置,其中所述基底包括加有图像的聚合物膜。
24.根据权利要求8所述的光学装置,其中所述光学制品的透光率为从约90%至约100%,雾度值为从约0.01%至小于约5%。
25.根据权利要求8所述的光学装置,其中所述基底包括反射器。
26.根据权利要求8所述的光学装置,其中所述基底包括隔离衬片。
27.根据权利要求8所述的光学装置,其中所述光学制品提供图像。
28.根据权利要求8所述的光学装置,其中所述第一基底包括从所述粘弹性层提取光的区域和不从所述粘弹性层提取光的区域。
29.一种包括光源和光学制品的光学装置,所述光学制品包括设置在第一基底和第二基底之间的粘弹性光导,其中所述光源发出的光进入所述粘弹性光导并且通过全内反射在所述光导内传播。
30.根据权利要求29所述的光学装置,包括形成于所述粘弹性光导和所述第一基底之间的第一界面以及形成于所述粘弹性光导和所述第二基底之间的第二界面,其中所述第一界面和第二界面各包括被取向以提取出在所述粘弹性光导内传播的光的多个特征。
31.根据权利要求29所述的光学装置,其中从所述粘弹性光导提取出来并进入所述第一基底和第二基底内的光占在该光导内传播的光的至少约80%。
32.根据权利要求29所述的光学装置,其中在所述粘弹性光导内传播的所述光的至少一些从所述第一基底和第二基底发射出去。
33.根据权利要求29所述的光学装置,其中相对于进入所述粘弹性光导的光量,有大于约50%的光从所述第一基底和第二基底发射出去。
34.根据权利要求29所述的光学装置,其中:
所述粘弹性光导包括(甲基)丙烯酸类压敏粘合剂,所述(甲基)丙烯酸类压敏粘合剂包含:
第一单体,其包括单烯键不饱和的(甲基)丙烯酸烷基酯单体,以及
第二单体,其中所述第二单体的均聚物的Tg为至少约10℃。
35.根据权利要求29所述的光学装置,其中所述第一基底和第二基底包括有机硅压敏粘合剂。
36.根据权利要求29所述的光学装置,其中所述第一基底和第二基底各包括聚合物膜、金属、玻璃、陶瓷、纸张、织物或它们的组合中的任何一者或多者。
37.根据权利要求29所述的光学装置,其中所述第一基底包括加有图像的聚合物膜,并且所述第二基底包括反射器。
38.根据权利要求29所述的光学装置,其中所述第一基底包括加有图像的聚合物膜,所述第二基底包括反射器,并且所述光学制品还包括设置在所述粘弹性光导之间的附加层,所述附加层包括设置在透光性粘结剂内的一层粒子,所述粒子包括玻璃或聚合物。
39.根据权利要求29所述的光学装置,其中所述光学制品的透光率为从约90%至约100%,雾度值为从约0.01%至小于约5%。
40.一种指示牌或标记,其包括根据权利要求1所述的光学制品。
41.一种显示装置,其包括显示面板和根据权利要求1所述的光学制品。
42.一种键盘组件,其包括一个或多个键,并且包括根据权利要求1所述的光学制品。
43.一种适用于车辆的尾灯组件,所述尾灯组件包括壳体、透明盖和根据权利要求1所述的光学装置。
44.一种照明装置,其包括壳体、光发射层和根据权利要求1所述的光学装置。
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