CN106461827B - 用于闪耀减少的光学叠堆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学叠堆，该光学叠堆包括在两个平面内维度上生成衍射的光栅结构。该光学叠堆可包括两个光栅，两个光栅可以是单向或双向的，或者可包括单个双向光栅。该光学叠堆包括被选择用于提供受控光漫射的颗粒。该光学叠堆适用于减少显示器中的闪耀。

Description

用于闪耀减少的光学叠堆
背景技术
具有防炫光涂层、其它不规则涂层、划痕或标记表面的高清显示器容易产生闪耀，这可能导致观看者的厌烦或分心。显示器中的闪耀可以被描述为一种粒状图案，在观看者相对于显示器的位置变化小的情况下，这种粒状图案却看起来四处移动或闪烁。需要减少高清显示器中的闪耀。
发明内容
在一些方面，本发明涉及一种光学叠堆，该光学叠堆包括具有折射率n1的第一层以及具有折射率n2、邻近第一层定位的第二层。第一层与第二层之间的接合部包括光栅，光栅具有峰到谷高度h，并且由n1-n2乘以h得到的绝对值介于约150nm与约350nm之间。光栅具有在约2微米至约50微米范围内的第一节距。第一层或第二层或者第一层和第二层两者包括具有尺寸、折射率和数密度的颗粒使得当以具有约532nm的波长的激光照射光学叠堆时，产生衍射图。衍射图包括具有强度I0的中心衍射峰、与中心衍射峰相距距离d定位的最近相邻衍射峰、以及强度分布。强度分布包括中心衍射峰与最近相邻衍射峰之间中点处的强度Imid、以及与中心衍射峰相距距离2d的点处的强度I2d。Imid大于I0的约0.01倍，并且I2d小于I0的约0.001倍。在一些情况下，光栅是单向光栅，并且在一些情况下，光栅是双向光栅。在一些情况下，Imid大于I0的约0.1倍。
在另一方面，本发明涉及一种包括光学叠堆的显示器。光学叠堆可为本发明中所述的任一光学叠堆。显示器包括像素，并且光学叠堆定位在像素附近，使得当照射并通过光学叠堆观察具有第一颜色的第一像素时，产生次图像，每个次图像具有自第一像素的横向位移。第一像素具有主相邻像素和次相邻像素，主相邻像素具有第一颜色，次相邻像素具有第一颜色。每个次图像的横向位移使得每个次图像与主相邻像素重叠或者与第一像素和主相邻像素之间的空间重叠，并且所述多个次图像与次相邻像素基本上不存在重叠。在一些情况下，像素被布置成沿显示方向重复的图案，并且光学叠堆具有包括光栅取向方向的取向，并且显示方向与光栅取向方向之间的角在约5度至约85度的范围内。
附图说明
图1为光学叠堆的剖视图；
图2为光学叠堆的示意性顶部透视图；
图3A为光学叠堆的剖视图；
图3B为图3A的光学叠堆的沿与图3A所示的横截面正交的横截面的剖视图；
图3C为图3A和图3B的光学叠堆的透视图；
图4为光学叠堆的剖视图；
图5A为具有防炫光层的光学叠堆的剖视图；
图5B为包含防炫光特征结构的光学叠堆的剖视图；
图5C为包含防炫光特征结构的光学叠堆的剖视图；
图5D为包含防炫光层的光学叠堆的剖视图；
图6A为具有包括双向结构的表面的第一层的透视图；
图6B为图6A的第一层的剖视图，该第一层具有填充在第一层的双向结构中的第二层；
图6C为光学叠堆的剖视图；
图7为包括颗粒的光学叠堆的剖视图；
图8为结合了光学叠堆的显示器的示意性剖视图；
图9为示出了照射光学叠堆的图示；
图10示出了通过照射光学叠堆生成的衍射图；
图11示出了通过照射光学叠堆生成的衍射图；
图12为多个像素的平面图；
图13为图12的所述多个像素的平面图，其中一个像素被照射并通过光学叠堆观察；并且
图14示出了通过照射光学叠堆生成的衍射图；并且
图15示出了通过照射光学叠堆生成的强度分布。
具体实施方式
显示器中的闪耀可能因来自像素的光与光在光学路径中(通常在显示器的表面上)的不均匀相互作用而导致。在观看者移动时，由于像素光与所述不均匀之间的相互作用，来自像素的光可能看起来四处移动或闪烁。这种不均匀可包括来自可能增设到显示器的膜或其它层的结构或表面纹理。例如，通常包括防炫光膜中的表面纹理以便减少来自表面的镜面反射，从而减少炫光。可生成闪耀的不均匀因素还包括指纹、划痕或显示表面上的其它残余。
使用单向周期性结构来生成衍射从而减少闪耀的方法是已知的，然而，以前认为，使用可能产生衍射的双向周期性结构会不利地降低显示器的感知分辨率。包括设计来最大程度减少衍射的双向周期性结构的闪耀减少方法也是已知的，然而，以前认为，此类结构应设计来产生不显著的衍射效果，使得显示器的感知分辨率将不受损害。根据本发明，已发现，可在不大幅降低感知分辨率并且较之于单向情况具有改善的闪耀减少的情况下在显示器中使用在两个平面内维度中生成衍射的结构。具体地讲，具有被选择用于提供受控衍射的两个或更多个单向光栅或至少一个双向光栅的光学叠堆以及具有包括被选择用于控制光的径向漫射(即，光在光学叠堆平面中的漫射，使得光在除仅通过单向结构获得的方向之外的方向上传播)的附加元件的单向结构的光学叠堆可结合到显示器中以显著减少闪耀并同时基本上保持感知的显示器分辨率。在任一种情况下，所述结构都可以被描述为在两个平面内维度中提供受控的衍射水平。
显示器通常划分为可寻址元素的网格，所述网格可再划分为单个颜色区域。如本文所用，“像素”指显示器的最小可寻址元素。在单个颜色元素可单独寻址的显示器中，单个颜色元素在本文中被称为“像素”，此类可单独寻址的单个颜色元素也被称为“子像素”。显示器可包括第一颜色、第二颜色和第三颜色的像素的周期性布置。在一些情况中，还可使用第四颜色。例如，可在显示器中使用红色、绿色和蓝色像素的阵列。作为另外一种选择，可使用黄色、洋红色和青色像素的阵列。第一颜色的像素通常布置成周期性图案，第一颜色的像素之间具有空间，在该空间中定位有具有其它颜色的像素。闪耀可被描述为缘自在观察者相对于显示器的位置改变时来自像素的光的亮度和颜色的视在变化。根据本发明，一种减少闪耀的方法是用受照像素的复制图像填充第一颜色的受照像素与其第一颜色的相邻像素之间的空间。在这种情况下，观察者将注意到像素的亮度、颜色或视在位置的较少变化，因为来自像素的光在更大区域上传播。相似地，可将其它颜色的像素的复制图像定位在类似像素之间的空间中。然而，通常需要保留显示器的分辨率，而在广大的区域上传播照像素的复制图像可能降低感知分辨率。因此，需要控制复制图像的位置，使得在将显示器的感知分辨率保持在适当水平的同时减少闪耀。
本发明提供了可结合到显示器中或上并且可在不显著损害感知分辨率的情况下减少闪耀的光学叠堆。光学叠堆包括双向光栅、多个单向光栅和/或具有附加结构的单向光栅，所述附加结构诸如被包括来提供受控光漫射的颗粒。此类附加结构也可与双向光栅包括在一起。在一些实施方案中，光学叠堆包括聚合物材料，并且在一些实施方案中，光学叠堆由聚合物和/或聚合物复合材料和/或光学透明粘合剂制成。在一些实施方案中，光学叠堆是柔性膜。在其它实施方案中，光学叠堆制作在玻璃或其它基底上。
图1示出了光学叠堆100的剖视图，该光学叠堆包括第一层110、第二层120、第三层130、第一光栅140和第二光栅150。第一层110具有与第二层120相反的第一外主表面180，并且第三层130具有与第二层120相反的第二外主表面190。第一光栅140具有峰到谷高度h1，并且第二光栅150具有峰到谷高度h2。在图1所示的实施方案中，第一外主表面180和第二外主表面190基本上是平坦的。
衍射光栅生成的衍射峰的强度分布取决于跨光栅的折射率对比度(即，直接位于光栅的一个侧面上的光学介质的折射率与直接位于光栅的另一个侧面上的光学介质的折射率之间的差值的绝对值)与光栅的峰到谷高度的乘积。如本文所用，除非另外指明，否则折射率和折射率对比度是指在25℃以及大气压力下使用532nm波长的光进行的折射率衡量。折射率对比度乘以峰到谷高度可被调节，使得减少闪耀的衍射峰以相对高的强度出现，而会降低有效分辨率的衍射峰则以低强度出现或者以根本不可测量的程度出现。折射率对比度与峰到谷高度的乘积的可用值的范围可取决于光栅的形状。光栅可具有任何周期性地重复的形状，例如正弦形状、方波形状，或者光栅可具有其它周期性地重复的规则或不规则形状。
第一层110具有折射率n1，第二层120具有折射率n2，并且第三层130具有折射率n3。在一些实施方案中，第一层和第三层由相同或类似的材料制成使得n1等于或大约等于n3。在其它实施方案中，n1可不同于n3。
对于本文所讨论的任一实施方案，任何光栅的折射率对比度与光栅的峰到谷高度的乘积都可大于约100nm，或大于约150nm，或大于约200nm，并且小于约400nm，或小于约350nm，或小于约300nm。例如，在一些实施方案中，|n1–n2|与h1的乘积介于约100nm与约400nm之间，或介于约150nm与约350nm之间，或介于约200nm与约300nm之间。在一些实施方案中，|n3–n2|与h2的乘积介于约100nm与约400nm之间，或介于约150nm与约350nm之间，或介于约200nm与约300nm之间。
图1的光学叠堆100可以各种方式制成。在一些实施方案中，第一层110和第三层130通过将表面结构机加工成材料层来制成。例如，可使用金刚石刀具将结构切割成各种非聚合物材料中任一种非聚合物材料的层来制作具有表面结构的层，所述非聚合物材料诸如玻璃或热塑性或交联聚合材料。合适的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、丙烯酸类诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、醋酸纤维素、以及聚烯烃诸如常用于各种光学装置中的双轴向取向的聚丙烯。合适的金刚石刀具在本领域中是已知的并且包括美国专利7,140,812(Bryan等人)中所描述的金刚石刀具。作为另外一种选择，金刚石刀具可用于将反转图案切割成微复制铜辊，该微复制铜辊可用于使用连铸和固化工艺利用可聚合的树脂在基底上制作图案。连铸和固化工艺在本领域中是已知的并且在以下专利中有所描述：美国专利4,374,077(Kerfeld)；4,576,850(Martens)；5,175,030(Lu等人)；5,271,968(Coyle等人)；5,558,740(Bernard等人)；以及5,995,690(Kotz等人)。
用于制作第一层110的其它合适的工艺包括激光烧蚀和压印。第三层130可使用任一种用于制作第一层110的技术来制作。在一些实施方案中，第二层120是用于将第一层110和第三层130粘合在一起的光学透明粘合剂。在一些实施方案中，第一层110和第三层130是相同或类似的部件，这些部件藉由第二层120粘合在一起使得光栅140具有第一方向并且光栅150具有不同于第一方向的第二方向。
在一些实施方案中，第二层120通过对材料进行机加工来制备，使得其在第一主表面上具有第一光栅140并且在第二主表面上具有第二光栅150。此类结构化层可使用别处所讨论的任一种材料和技术来制备。第一层110于是可以是施加到第一光栅140的光学透明粘合剂或者其它涂层，并且第三层130可以是施加到第二光栅150的光学透明粘合剂或者其它涂层。
在施加到第二层120上时可用作第一层110和/或用作第三层130的合适的光学透明粘合剂，或者可用于通过将第一层110粘合到第二层130来形成第二层120的合适的光学透明粘合剂，包括光学透明粘合剂817x、光学透明粘合剂817x、光学透明粘合剂826x、光学透明的液态粘合剂2321、CEF22xx、CEF28xx，所有这些都可购自3M公司(3M Company，明尼苏达州圣保罗)。其它合适的光学透明粘合剂包括可紫外线固化的丙烯酸酯、热熔性粘合剂以及溶剂浇铸型粘合剂。
在一些实施方案中，第一层110包括第一聚合物，第二层120包括可与第一聚合物相同或不同的第二聚合物，并且第三层130包括可与第一聚合物或第二聚合物相同或不同的第三聚合物。在一些实施方案中，第一层110包括第一聚合物或第一聚合物复合材料，第二层120包括光学透明粘合剂，并且第三层130包括可与第一聚合物或第一聚合物复合材料相同或不同的第二聚合物或第二聚合物复合材料。在一些实施方案中，第一层110包括第一光学透明粘合剂，第二层120包括第一聚合物或第一聚合物复合材料，并且第三层130包括可与第一光学透明粘合剂相同或不同的第二光学透明粘合剂。合适的聚合物复合材料包括具有无机纳米颗粒(诸如平均粒度在约5nm至约50nm范围内的氧化锆或二氧化钛纳米颗粒)的聚合物，诸如聚丙烯酸酯，这些无机纳米颗粒被包括来调节聚合物复合材料的折射率。在一些实施方案中，光学叠堆为柔性膜。在许多实施方案中，光学叠堆对于可见光谱中的光基本上是透明的。
图2示出了光学叠堆的示意性俯视图，该光学叠堆具有由元件212表示的在第一方向213上延伸的第一光栅以及由元件214表示的在第二方向215上延伸的第二光栅，第一方向213与第二方向215之间具有角226。由元件212表示的第一光栅具有第一节距232，并且由元件214表示的第二光栅具有第二节距234。在许多实施方案中，第二方向215不同于第一方向213。在一些实施方案中，角226大于约0度、或大于约5度、或大于约10度、或大于约20度，并且小于或等于90度。应当理解，大于90度的角相当于小于90度的余角。在一些实施方案中，第一方向213和第二方向215基本上正交。在一些实施方案中，第一节距232和第二节距234大约相等。在其它实施方案中，第一节距232和第二节距234不同。
光栅生成的衍射峰的位置取决于光栅的节距。出现在本发明的各种实施方案中的光栅的节距可以调节使得具有相对较高强度的衍射峰将位于衍射峰有效减少闪耀的区域处，而不是位于衍射峰将降低显示器有效图像分辨率的区域中。衍射峰的位置可取决于像素之间的间距以及当光学叠堆定位在显示器中时像素平面与光学叠堆之间的距离。对于本文所讨论的任一实施方案，任一光栅的节距可大于约1微米，或大于约2微米，或大于约4微米，或大于约6微米，并且可小于约60微米，或小于约50微米，或小于约40微米，或小于约30微米。例如，在一些实施方案中，第一节距232介于约2微米与约50微米之间或介于约4微米与约40微米之间。在一些实施方案中，第二节距234介于约2微米与约50微米之间或介于约4微米与约40微米之间。
第一方向213和第二方向215可基本上正交或可不正交。图3A、3B和3C中示出了第一方向213和第二方向215基本上正交的光学叠堆。光学叠堆300具有第一层310、第二层320、第三层330、第一光栅340和第二光栅350。第一光栅340具有与第二光栅350中的第二节距基本上相同的第一节距。第一光栅340沿第一方向延伸(进入图3B的平面)，并且第二光栅350沿与第一方向基本上正交的第二方向延伸(进入图3A的平面)。图3B沿图3A中所示的横截面，图3A沿图3B中所示的横截面。图3C是光学叠堆300的透视图。
图4示出了光学叠堆400的剖视图，该光学叠堆具有第一层410、第二层420、第三层430、第一光栅440和第二光栅450。第一层410包括与第二层420相反的第一外主表面480，第三层430包括与第二层420相反的第二外主表面490。第一外主表面480与光栅440中的峰基本上齐平。第一外主表面480可通过以下方式制成：使用别处所讨论的任一种方法形成第二层420，然后将涂层诸如光学透明粘合剂施加到第二层420使得涂层填充光栅结构并且形成表面基本上平坦的第一外主表面480。相似地，第二外主表面490与光栅450中的峰基本上齐平，这可通过以下方式实现：将涂层诸如光学透明粘合剂施加到与第一层相反的第二层420使得涂层填充光栅450并且形成表面基本上平坦的第二外主表面490。合适的涂层包括别处所讨论的那些。
光学叠堆400是图1所示的实施方案的替代方案，在图1所示的实施方案中，第一层110和第三层130分别延伸超过第一光栅140中的峰的高度以及超过第二光栅150中的峰的高度。在另一个实施方案中，第一层410可与第一光栅440中的峰基本上齐平，而第三层430可延伸超过第二光栅450中的峰的高度。
图5A示出了光学叠堆500，其包括未涂布的光学叠堆505、第一主表面581、外主表面582、粘结剂583、嵌入颗粒585、防炫光层587和防炫光特征结构588。第一主表面581涂覆有防炫光层587以形成包括防炫光特征结构588的外主表面582。未涂布的光学叠堆505表示本发明的任何未涂布的光学叠堆。例如，未涂布的光学叠堆505可对应于图1的光学叠堆100，在这种情况下，第一主表面581对应于第一层110的第一外主表面180。防炫光层587包括粘结剂583和嵌入颗粒585。防炫光层587可为包含能够为外主表面582形成不规则表面结构的小珠或其它颗粒的任何涂层。合适的嵌入颗粒585包括玻璃珠、聚合物珠、二氧化硅颗粒、或平均直径在约0.1微米至约10的微米范围内或在约0.3微米至约2微米的范围内的二氧化硅颗粒的附聚物。粘结剂583可选自任何光学透明粘合剂或其它透明材料诸如透明聚合物。用于粘结剂583的合适材料包括光学透明粘合剂以及别处所讨论的其它涂层。用于防炫光层587的其它合适的材料包括固化的无机聚合物基体中的附聚二氧化硅颗粒，所述固化的无机聚合物基体例如在美国专利7,291,386(Richter等人)中有所描述。
作为另外一种选择或除此之外，一些实施方案在光学叠堆的其中一个最外层中包括嵌入颗粒。嵌入颗粒可包括在本发明的任一光学叠堆的任一最外层中。在图5B所示的具体实施方案中，光学叠堆501包括第一层510、第二层520、第三层530、第一光栅540和第二光栅550。嵌入颗粒585包括在第一层510中以便形成包括防炫光特征结构588的外主表面582。第一层510中也可使用适合用作粘结剂583和嵌入颗粒585的任何材料。
图5C示出了另一个实施方案，其中通过对外主表面582进行微复制、粗化或纹理化来将防炫光特征结构588提供在光学叠堆502中。光学叠堆502可表示本发明的任何光学叠堆。例如，可通过对第一外主表面180进行结构化处理以形成外主表面582来从光学叠堆100获得光学叠堆502。用于对表面进行结构化处理以形成防炫光特征结构的方法在本领域中是已知的，并且在例如美国专利5,820,957(Schroeder等人)中有所描述。在一些实施方案中，可利用例如切削车床车削工艺通过微复制直接在本发明的任何光学叠堆的任何外主表面中获得防炫光特征结构588，所述切削车床车削工艺如在美国专利申请公布2012/0064296(Walker等人)中有所描述。
提供防炫光功能的另一种方法是将防炫光层增设到本公开的任何光学叠堆。这在图5D中示出，其中第二光学叠堆502包括第一光学叠堆506、第一主表面561以及靠近第一光学叠堆506的防炫光层597。第一光学叠堆506表示本发明的尚不包括防炫光层597的任一光学叠堆。例如，第一光学叠堆506可对应于图1的光学叠堆100，在这种情况下，第一主表面561对应于第一层110的第一外主表面180。在这种情况下，防炫光层597邻近第一层110。在图5D中，防炫光层597邻近第一光学叠堆506的第一外主表面561。在另选实施方案中，一个或多个附加层将第一光学叠堆506与防炫光层597隔开。适合用作防炫光层597的层包括可购自3M公司(3M Company，明尼苏达州圣保罗)的Natural View Anti-Glare膜并且包括以下美国专利中所描述的防炫光膜：美国专利5,820,957(Schroeder等人)以及美国专利申请公布2012/0064296(Walker等人)。
单向光栅使用的替代方案是使用单个双向光栅。另一个替代方案是在单个光学叠堆中使用两个双向光栅或者一个双向光栅和一个单向光栅。此类光学叠堆可使用与用于构造具有两个单向光栅的光学叠堆相同的技术和材料来构造。
双向光栅可具有在两个方向上重复的任何形状。例如，光栅可具有正弦形状、方波形状，或者光栅可具有其它周期性地重复的规则或不规则形状。在一些实施方案中，双向光栅具有以下形式的形状
z(x,y)＝f(x)+g(y) (公式1)
其中f(x)和g(y)分别是x和y的函数，其中x和y是在样品平面中的坐标，并且z(x,y)是光栅相对于与光学叠堆平面平行的平面的竖直位移。在一些实施方案中，坐标x和坐标y基本上正交。在其它实施方案中，x和y可为斜交坐标。公式1的形式的结构可以使用具有函数f(x)所描述的形状的刀具来制作，其中在刀具沿y方向移动时，刀具移入和移出被加工的表面，并且刀具进出被加工表面的运动由函数g(y)来描述。在一些实施方案中，f(x)是具有第一峰到谷高度的第一周期函数，并且g(y)是具有第二峰到谷高度的第二周期函数。在一些实施方案中，第一峰到谷高度不同于第二峰到谷高度。这可形成在一些情况下可能有用的不对称衍射图。在一些实施方案中，光栅的折射率对比度与第一峰到谷高度与第二峰到谷高度之间的差值的绝对值的乘积大于10nm，或大于20nm，并且小于100nm。在第一峰到谷高度不同于第二峰到谷高度的实施方案中，光栅的峰到谷高度总体是指第一峰到谷高度和第二峰到谷高度中的较大者。
在一些实施方案中，具有以下形式的形状的双向光栅
z(r)＝1/2h sin(k1·r)sin(k2·r) (公式2)
被使用，其中r是光学叠堆平面中的二维位置矢量，k1和k2是光学叠堆平面中的非共线二维矢量，·表示标量积，并且h是光栅的峰到谷高度。在一些实施方案中，k1和k2基本上正交。在一些实施方案中，k1与k2之间的角大于约0度、或大于约5度、或大于约10度，并且小于或等于90度。由于两个正弦值的乘积可以写成两个其它正弦的和，因此公式2是公式1的特殊情况，于是，使用刀具来制作公式1所描述的结构的方法可用于制作公式2所描述的结构。
图6A示出了第一层625、第一方向627、第二方向628、第一节距637和第二节距638。第一结构化表面678是双向的并且在第一方向627上具有第一节距637且在第二方向628上具有第二节距638。可使用针对制作单向光栅所讨论的任何工艺来将第一结构化表面678制作在第一层625上。例如，可通过对透明层625的外表面进行机加工来制作第一结构化表面678。
图6B示出了光学叠堆600，其包括图6A的第一侧625以及填充第一结构化表面678的第二层645。第一层625与第二层645之间的接合部包括第一光栅680。第二层645包括第一外主表面681。适合用作第一层625或第二层645的材料包括别处所讨论的用作光学叠堆中的层的任何材料。在一些实施方案中，第二层645是光学透明粘合剂，其施加到第一层625从而形成与第一光栅680中的峰基本上齐平的平坦化层。在其它实施方案中，第二层645延伸超过第一光栅680中的峰的高度，如图6B所示，其中第二层645包括与第一层625相反的第一外主表面681。在一些实施方案中，第一外主表面681是基本上平坦的表面。光学叠堆600还包括第一透明层625的第二外主表面691。在一些实施方案中，第二外主表面691是基本上平坦的表面。
第一光栅680包括与结构化表面678的第一节距637相等的第一节距，以及与结构化表面678的第二节距638相等的第二节距。在一些实施方案中，第一节距在约2微米至约50微米的范围内或在约4微米至约40微米的范围内。在一些实施方案中，第二节距在约2微米至约50微米的范围内或在约4微米至约40微米的范围内。
第一层625具有折射率n1，并且第二层645具有折射率n2。第一光栅680具有峰到谷高度h1。第一光栅680的折射率对比度与峰到谷高度h1的乘积可在针对图1的光栅所描述的范围内。例如，在一些实施方案中，|n1–n2|与h1的乘积介于约100nm与约400nm之间，或介于约150nm与约350nm之间，或介于约200nm与约300nm之间。
图6C示出了另一个实施方案，其示出光学叠堆601，该光学叠堆具有增设到图6B所示的光学叠堆的第三层627。光学叠堆601包括第二光栅682和第一外主表面686。第三层627与第一层625相反且邻近第二层645设置。第二层与第三层之间的接合部包括第二光栅682。第二光栅682可与第一光栅680相同或不同。第二光栅682可以是双向的，或者它也可以是单向的。适合用在第三层627中的材料包括别处所讨论的用作光学叠堆中的层的任何材料。第三层627具有折射率n3，并且第二光栅682具有峰到谷高度h2。第二光栅682的折射率对比度与峰到谷高度h2的乘积可在针对图1的光栅所描述的范围内。在一些实施方案中，第二透明层627包括至少一个节距，所述至少一个节距在约2微米至约50微米的范围内或在约4微米至约40微米的范围内。
在一些实施方案中，第一层625包括第一聚合物或第一聚合物复合材料，并且第二层645包括光学透明粘合剂。在一些实施方案中，第三层627包括在光学叠堆中，并且在一些实施方案中，第三层627包括可与第一聚合物或第一聚合物复合材料相同或不同的第二聚合物或第二聚合物复合材料。在一些实施方案中，第一层625包括第一聚合物，第二层645包括可与第一聚合物相同或不同的第二聚合物，并且第三层627包括可与第一聚合物和第二聚合物相同或不同的第三聚合物。在一些实施方案中，第一层625包括第一光学透明粘合剂，第二层645包括聚合物或聚合物复合材料，并且第三层627包括可与第一光学透明粘合剂相同或不同的第二光学透明粘合剂。在一些实施方案中，光学叠堆600或光学叠堆601为柔性膜。
在一些实施方案中，光学叠堆600或光学叠堆601可包括防炫光层。在光学叠堆600中，防炫光层可靠近第二层645或靠近第一层625设置，或者在光学叠堆601中，防炫光层可靠近第三层627或靠近第一层625设置。在一些实施方案中，光学叠堆600的第一外主表面681、或第二外主表面691可包括防炫光特征结构，所述防炫光特征结构可包括嵌入颗粒。可将先前结合图5A至图5D讨论的任何防炫光特征结构施加到图6B和图6C所示的实施方案。例如，参见图6B，第一外主表面681或第二外主表面691可涂覆有防炫光层，诸如包含颗粒的粘结剂；或者颗粒可包括在第二层645或第一层625中以便在第一外主表面681或第二外主表面691中形成防炫光特征结构；或者可对第一外主表面681或第二外主表面691进行微复制、粗化或纹理化以形成防炫光特征结构。相似地，对于图6C中的光学叠堆601，第一外主表面686或第二外主表面691可涂覆有防炫光层，诸如包含颗粒的粘结剂；或者颗粒可包括在第三层627或第一层625中以便在第一外主表面686或第二外主表面691中形成防炫光特征结构；或者可对第一外主表面686或第二外主表面691进行微复制、粗化或纹理化以形成防炫光特征结构。
可通过别处所讨论的任何工艺来获得单向或双向光栅。获得单向或双向光栅的替代技术是使用结构化转印带，该结构化转印带如2012年12月21日提交的美国专利申请13/723716(Wolk等人)中所描述。在该技术中，将结构化模板层设置在载体上。然后，对所得的结构涂覆未固化的回填层，使得未固化的回填层完全接触结构化模板层。然后可对回填料进行干燥、热交联或光交联以形成稳定的中间膜。然后将结构倒置并层合至受体基底，在一些情况下，该受体基底涂覆有粘合增进层。然后可去除结构化模板层，留下附接至受体基底的结构化回填层。在一些实施方案中，在进行光固化之前，回填料在室温下具有粘性，在这种情况下，就不需要粘合增进层。例如，在没有粘合增进层的情况下，可将聚乙烯倍半硅氧烷用作回填层。
然后可对结构化回填层填充光学透明粘合剂或其它涂层以形成本发明的光学叠堆。例如，可使用该技术制作图6B的光学叠堆600，其中第一层625由回填材料形成并且第二层645由光学透明粘合剂或其它涂层提供。作为另外一种选择，可使用结构化叠层转印膜法来将结构施加到受体基底的两面，然后可以用光学透明粘合剂或其它涂层填充基底两面上的结构以形成本发明的光学叠堆。例如，可以使用该技术制作图6C的光学叠堆601，其中两面都具有回填层的受体基底形成第二层645，并且光学透明粘合剂或其它涂层形成第一层625和第三层627。
在转印带法中，模板层将结构赋予给回填层。结构化模板层可通过压印、复制工艺、挤出、浇铸、或表面结构化、或别处所讨论的其它结构化方法来形成。
通常，回填层由可聚合组合物制成，所述可聚合组合物包含使用光化辐射固化的单体，所述光化辐射例如为可见光、紫外线辐射、电子束辐射、加热以及它们的组合。可以利用多种聚合技术中的任何一种，诸如阴离子聚合、阳离子聚合、自由基聚合、缩合聚合或其它聚合，并且可以利用光引发、光化学引发或热引发催化这些反应。由于增强型硅氧烷聚合物的高化学稳定性以及对玻璃的出色粘合力，因此可将增强型硅氧烷聚合物用于回填层。在这种情况下，不需要使用粘合增进层来粘合到玻璃基底。可用于回填的材料包括聚硅氧烷树脂、聚硅氮烷、聚酰亚胺、桥型或梯型倍半硅氧烷、有机硅和有机硅杂化材料、乙烯基倍半硅氧烷；溶胶凝胶材料；纳米颗粒复合材料以及许多其它材料。
上述不同的各种材料可通过将纳米颗粒或金属氧化物前体掺入聚合物树脂中而合成有更高的折射率。Silecs SC850(新加坡Silecs国际有限公司(Silecs InternationalPte.Ltd.,Singapore))改性倍半硅氧烷(n≈1.85)和布鲁尔科技(Brewer Science)高折射率聚酰亚胺OptiNDEX D1材料(n≈1.8)是这种类别中的实施例。其它材料包括甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和双三乙氧基甲硅烷基乙烷(BTSE)的共聚物(Ro et.al,Adv.Mater.2007,19,705–710(Ro等人，《先进材料》，2007年，第19卷，第705-710页))。这种合成形成具有倍半硅氧烷的非常小的桥联环状网的可溶性聚合物。该柔性结构导致涂层的堆积密度和机械强度增加。可调整这些共聚物的比率以得到非常低的热膨胀系数、低孔隙率和高模量。
获得光栅的另一种技术是使用如PCT公开WO 2014/014595(Wolk等人)中所述的结构化叠层转印膜。在该技术中，制备了一种叠层转印膜，该叠层转印膜包括具有可剥离表面的衬片(承载基底)和位于可剥离表面上的牺牲层。使用任意热塑复制技术(例如，热压印)来对膜进行结构化处理以在牺牲层上形成结构化层。然后对结构化牺牲层涂覆回填层，并且在许多情况下，用回填层使结构化牺牲层基本上平坦化。将膜层合到受体基底并去除衬片。可将可选的粘合增进层施加到回填层或受体基底。然后可将结构化牺牲层完全烘除或以其它方式去除，使结构化表面基本上完好地留在回填层上。
然后可对结构化回填层填充光学透明粘合剂或其它涂层以形成本发明的光学叠堆，如别处所述。作为另外一种选择，可使用结构化叠层转印膜法来将结构施加到受体基底的两面，然后用光学透明粘合剂或其它涂层填充这些层的两面上的结构以形成本发明的光学叠堆，如别处所述。
结合结构化转印带法中的回填层讨论的材料也可用作结构化叠层转印膜法中的回填材料。可用于牺牲层的材料包括聚乙烯醇(PVA)、乙基纤维素、甲基纤维素、聚降冰片烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(乙烯丁醛)、聚(碳酸环己烯酯)、聚碳酸(环己烯丙烯酯)、聚(碳酸亚乙酯)、聚(碳酸丙烯酯)和其它脂族聚碳酸酯、以及R.E.Mistler,E.R.Twiname，Tape Casting:Theory and Practice(流延法：理论和实践)，美国陶瓷学会，2000的第二章的2.4小节“粘结剂”中描述的其它材料。存在用于这些材料的许多商业资源。这些材料通常容易通过溶解或者经由热解或燃烧的热分解而去除。
可用于制作本发明的光学叠堆的另选的结构化叠层转印膜技术是将叠层转印膜与2013年2月27日提交的美国专利申请13/778276(Free等人)的嵌入结构技术一起使用。在该技术中，制备了一种叠层转印膜，该叠层转印膜包括具有可剥离表面的衬片(承载基底)以及位于可剥离表面上的牺牲模板层。牺牲模板层包括牺牲材料和无机纳米材料。使用任意热塑复制技术(例如，热压印)来对叠层转印膜进行结构化处理以在牺牲模板层上形成结构化层。然后对结构化牺牲模板层涂覆回填层，并且在许多情况下，用回填层使结构化牺牲模板层基本上平坦化。将膜层合到受体基底并去除衬片。可将可选的粘合增进层施加到回填层或受体基底。然后将牺牲模板层的牺牲材料烘除，在回填层的结构化表面上留下纳米材料的致密层。
“纳米材料的致密层”是指由于包含聚合物或其它有机组分和无机纳米材料的层发生热解或燃烧从而引起纳米材料体积分数增加的层。纳米材料的致密层可包含纳米材料、部分熔融的纳米材料、化学烧结的纳米材料、由烧结过程产生的类似熔融玻璃的材料、或玻璃料。它还可包含残留的用作烧结剂或粘结剂的非颗粒状有机或无机材料。
牺牲材料和别处所述的回填材料可藉由嵌入结构技术与叠层转印膜一起使用。合适的无机纳米材料可包括无机纳米颗粒，诸如金属氧化物的纳米颗粒。纳米颗粒可具有大约5nm至75nm的粒度。氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、锑氧化物、氧化铝、氧化锡和/或混合金属氧化纳米颗粒可以10wt％至70wt％的量存在于叠层转印膜中。
在本发明的光学叠堆的一些实施方案中，可将提供受控光漫射的多个颗粒或小珠添加到一个或多个所述层。当通过光学叠堆观察时，此类小珠可使像素图像在比像素尺寸大的区域中传播，这可有助于减少闪耀。在一些情况下，颗粒添加到图1至图5C中所示实施方案的第一层、第二层和/或第三层。在一些情况下，颗粒添加到图6B中所示实施方案的第一层625和/或第二层645。在一些情况下，颗粒添加到图6C中所示实施方案的第一层625和/或第二层645和/或第三层627。图7示出了光学叠堆700，其包括第一层725、第二层745、结合到第一层725中的第一颗粒753、结合到第二层745中的第二颗粒754、以及光栅780。第一颗粒753可具有不同于第二颗粒754的粒度分布或折射率或数密度。光栅780可以是单向的或双向的。
除减少闪耀之外，结合多个颗粒或小珠还可减少可能出现的彩虹色。当显示器中包括具有光栅的光学叠堆时，有时可以观察到因来自光学叠堆的环境光反射的频率相依性导致的彩虹色。防炫光层可显著减少此类彩虹色，但在未结合有防炫光层的情况下，彩虹色可能是显示器中的令人厌烦的存在。将颗粒结合到光学叠堆中就允许减少或基本上消除彩虹色。颗粒可结合到本文所述光学叠堆的任何层中。颗粒可结合到紧邻光栅的层中，或者颗粒可结合到靠近光栅层设置的独立的附加层中。独立的附加层可为具有基本上未结构化的表面的膜。
已发现，约0.5微米至约30微米范围内的粒度(即，平均直径)可有效地实现所需程度的像素图像传播。在一些实施方案中，颗粒的平均直径大于约0.5微米，或大于约1微米，或大于约2微米，并且颗粒的平均直径小于约30微米，或小于约20微米，或小于约10微米。
在一些实施方案中，显示器包括别处所述的光学叠堆，颗粒位于光学叠堆的一个或多个所述层中，其中显示器包括多个像素，并且光学叠堆靠近所述多个像素定位使得光栅与包含所述多个像素的平面相距距离Z。所述多个像素在第一方向上具有节距P。所述多个像素可以是基本上单分散的并且具有在Z的约0.7倍至约2.5倍除以P的范围内的以微米计的平均直径D。已发现，粒度在该范围内的颗粒可有效地实现所需程度的像素图像传播。
颗粒与所述颗粒所处的介质之间的折射率差值的绝对值在本文中表示为|Δn|。已发现，约0.001至约0.1范围内的|Δn|可有效地实现所需程度的像素图像传播。在一些实施方案中，|Δn|大于约0.001，或大于约0.003，并且小于0.1，或小于0.05，或小于0.01。在一些实施方案中，|Δn|在0.003至0.007的范围内。例如，CEF22光学透明粘合剂(可购自3M公司(3M Company，明尼苏达州圣保罗))中的PMMA小珠在532nm时提供约0.005(并且在405nm时提供约0.004，在632nm时提供约0.003)的|Δn|。
颗粒可为粒度和折射率在所需范围内的任何颗粒。颗粒可具有球形、椭圆形、不规则或其它形状。可使用玻璃珠或聚合物珠。
在一些实施方案中，颗粒是基本上单分散的。基本上单分散的颗粒可具有一定粒径分布，使得90％或更多、或95％或更多的颗粒具有平均粒径的5％以内或10％以内的直径。基本上单分散的颗粒可具有一定粒径分布，该粒径分布的变异系数(标准偏差除以平均值再乘以100％)小于约10％，小于约5％，或小于约4％。合适的基本上单分散的颗粒包括来自挪威斯科德斯莫科尔塞特(Skedsmokorset,Norway)的单分散性PMMA微球或者来自中国南京(Nanjing China)EPRUI纳米粒子与微球有限公司(EPRUI Nanoparticles&Microspheres Co.Ltd)的单分散性PMMA微球，这些微球具有低于约3.5％的变异系数。
已发现，使用数密度介于约104mm-3与约108mm-3之间的颗粒，可有效地实现所需程度的像素图像传播。通常，在使用大粒度时，可使用较低的数密度，并且在使用较小粒度时，可使用较大的数密度。在一些实施方案中，数密度大于104mm-3或105mm-3，并且小于108mm-3或107mm-3。
本发明的任何实施方案的光学叠堆都可，例如通过使用光学透明粘合剂将光学叠堆粘合到显示器的外表面，结合到显示器中。这在图8中示出，该图示意性地示出了显示器800，该显示器包括光学叠堆801、光学透明粘合剂832以及具有外表面837的显示单元836。可为本发明的任一光学叠堆的光学叠堆801通过光学透明粘合剂832附接到显示单元836。在一些实施方案中，光学叠堆801的外层形成有光学透明粘合剂，并且不需要独立的光学透明粘合剂层，诸如光学透明粘合剂832。在另选的实施方案中，光学叠堆可定位在显示面板与显示器的外玻璃层之间。显示器800具有沿显示器长度或宽度的显示方向d1。光学叠堆801具有包括至少一个光栅取向方向的取向。例如，参见图2，第一方向213，其为元件212所表示的第一光栅延伸的方向，定义光栅取向方向。相似地，参见图6，第一方向627，其为结构化表面678以第一节距637重复的方向，定义光栅取向方向。显示方向与光栅取向方向之间的角可为任意值。然而，将光学叠堆定位成使得这个角大于0度且小于90度可对减少波纹有用。在一些实施方案中，显示方向与光栅取向方向之间的角在约5度至约85度，或约10度至约80度，或约20度至约70度的范围内。
本文所述的光学叠堆能够在通过光学叠堆观察光源时产生衍射。图9示出了一种用于测量光学叠堆901产生的衍射的技术。光源920产生光束925，该光束被导向穿过光学叠堆901从而产生投射到屏幕940上的衍射光935。光学叠堆901的取向可被选择成使得当将光学叠堆901用在显示器中时将面朝光源的外主表面面朝光源920。在一些实施方案中，光学叠堆产生如图10所示的衍射图1020。衍射图1020包括中心衍射峰1035、包含衍射光的大部分能量的9个衍射峰的组1036、以及较高阶衍射峰1037和1038。
光束925具有入射功率PI。在一些情况下，光束925是具有约532nm的波长的激光束。产生具有该波长的光的激光器包括绿光激光笔中常用的二极管泵浦固体倍频(DPSSFD)激光器。在其它情况下，光源925是显示器中的像素。像素可为绿色像素并且可产生波长在约520nm至570nm范围内的光。每个所述衍射峰具有光功率含量和衍射阶次。9个衍射峰的组1036中的衍射峰的每个功率含量的总和在本文表示为P9。在一些实施方案中，P9为至少约0.6PI，或至少约0.7PI，或至少约0.8PI，或至少约0.9PI，或甚至至少约0.95PI。在一些实施方案中，9个衍射峰的组1020中的衍射峰的每个功率含量大于约0.06P9，或大于约0.07P9，或大于约0.08P9，或大于约0.09P9，或大于约0.1P9，并且小于约0.18P9，或小于约0.17P9，或小于约0.16P9，或小于约0.15P9，或小于约0.14P9，或小于约0.13P9，或小于约0.12P9。在一些实施方案中，所述9个衍射峰的组中每个所述衍射峰的功率含量基本上等于P9的九分之一。
在一些实施方案中，9个衍射峰的组中的每个峰的衍射阶次低于9个衍射峰的组外的每个衍射峰的衍射阶次。对于具有一个双向光栅或两个单向光栅的实施方案，衍射阶次可由整数对(q1,q2)来表示。如果q1 2+q2 2小于p1 2+p2 2，则衍射阶次(q1,q2)低于低于衍射阶次(p1,p2)。在图10所示的实施方案中，中心衍射峰1035具有(0,0)的衍射阶次，而9个衍射峰的组1036中的其余8个衍射峰具有(±1,0)、(0,±1)或(±1,±1)的衍射阶次。图10中还示出了具有较高衍射阶次的衍射峰1037和具有依然较高衍射阶次的衍射峰1038。衍射峰1037和衍射峰1038相比9个衍射峰的组1036中的衍射峰具有较低的功率含量。
在图10所示的实施方案中，衍射图形成正方形衍射峰阵列。当光学叠堆的双向光栅在第一方向上的节距基本上等于在与第一方向正交的第二方向上的节距时，将通常出现这种情况。在光栅在第一方向上具有第一节距并且在不与第一方向正交的第二方向上具有第二节距的实施方案中，衍射图可沿如图11所示的轴线伸长，图11示出了具有最低的9个衍射阶次的9个衍射峰的组1136。
可通过修改光栅的折射率对比度与光栅的峰到谷高度的乘积来调节衍射峰间的强度分布。通过选择适当的材料和光栅几何结构，光栅可被优化成针对给定波长的光为九个最低阶衍射峰产生大约相等的强度。在许多实施方案中，选择绿光波长，诸如532nm，来进行这种优化，因为绿光靠近可见光谱的中心并且眼睛对绿光具有高的明视响应。
在一些实施方案中，第一单向光栅的折射率对比度与第一光栅的峰到谷高度的乘积可被选择成，当用具有第一波长的光照射时，为仅由第一光栅产生的最低的三个衍射阶次提供大约相等的强度，并且第二单向光栅的折射率对比度与第二光栅的峰到谷高度的乘积可被选择成，当用具有第二波长的光照射时，为仅由第二光栅产生的最低的三个衍射阶次提供大约相等的强度。在第二波长约等于第一波长的实施方案中，包含第一光栅和第二光栅两者的光学叠堆产生一种衍射图，在该衍射图中，当用具有第一或第二波长的光照射时，具有最低衍射阶次的九个衍射峰具有大约相等的强度。在一些实施方案中，第一波长在红光的波长范围内(例如，475nm)，并且第二波长在蓝光的波长范围内(例如，650nm)。当用波长在绿光波长范围内(例如，532nm)的光照射时，产生具有不对称强度分布的衍射图，该不对称强度分布在三个衍射峰的第一组中具有较高强度并且在三个衍射峰的第一组的两侧的每个三衍射峰组中具有较低强度。此类不对称强度分布在一些情况下有用。在一些实施方案中，第一光栅的折射率对比度与峰到谷高度的乘积与第二光栅的折射率对比度与峰到谷高度的乘积之间的差值的绝对值大于10nm，或大于20nm，并且小于100nm。
图12示出了多个像素，具有第一颜色的第一像素1240由具有第一颜色的主相邻像素1250围绕，第一像素1240与主相邻像素1250之间具有空间1255。可存在位于空间1255中的具有除第一颜色之外的颜色的像素。尽管示出为位于正方形网格上的正方形像素，但可以使用其它几何形状。例如，一些显示器使用大致矩形的像素。像素之间的间距也可不同于图12中所示的那样，并且可取决于显示器中所用的像素布置。如本文所用，具有第一颜色的第一像素1240的“主相邻像素”是指除第一像素1240之外的具有第一颜色、位于凸区域1270内或与凸区域1270相交的像素，这些像素可被定义为点组，该点组的属性是，点组中的每个点可由从第一像素1240的中心到该点的线到达，使得该线不跨越任何边界线，其中边界线被如下定义：边界线1274是这样的线：当第一像素1240和边界线1274与相邻像素1251的在线1272上距离第一像素1240最远的点1276相交时，其垂直于从第一像素1240的中心延伸穿过具有相同颜色的相邻像素1251的中心的线1272。(为清楚起见，点1276在图12中被示出为稍微远离相邻像素1251。)针对具有与第一像素1240相同颜色的每个相邻像素，都定义有边界线。对于周期性像素阵列，仅最近的相邻像素的边界线有助于定义凸区域1270。主相邻像素包括最近的相邻像素以及不是最近相邻像素的附加像素。例如，图12中的像素1252是第一像素1240的主相邻像素，但不是最近的像素，因为像素1251更近。如本文所用，“次相邻像素”是指具有与第一像素相同颜色的位于凸区域1270之外的像素。图12中示出了次相邻像素1260。
图13示出了多个像素，第一像素被照射并通过根据本发明的光学叠堆来观察。图13中示出了第一像素的主相邻像素1350和第一像素的次相邻像素1360。受照的第一像素产生主图像1342和多个次图像1352，每个次图像具有相对于主图像1342的横向(例如，在图13的平面中)位移1393。主图像的特征在于最低的衍射阶次，并且是距离受照的第一像素具有最小位移的图像。次图像被定义成除主图像之外的、功率含量为主图像功率含量的至少0.2倍的那些图像。也可产生三次图像1362，三次图像被定义为功率含量低于主图像功率含量的0.2倍的图像。
为了减少闪耀，优选的是，将次图像定位在像素之间的空间中。为了避免降低显示器的分辨率，优选的是，次图像1352的横向位移1393使得次图像定位在凹区域1370内。在一些实施方案中，次图像1352的横向位移1393使得每个次图像与所述多个主相邻像素1350重叠或者与第一像素与所述多个主相邻像素1350之间的空间重叠，并且所述多个次图像1352与次相邻像素1360之间基本上不存在重叠。可接受的是，模糊的三次图像1362与次相邻像素1360重叠，因为三次图像1362的功率含量足够低，不会显著降低显示器的感知分辨率。
在将小珠包括在光学叠堆的一个或多个层中的实施方案中，小珠在提供受控光漫射上的有效性可通过产生如图9所示的衍射图来测试。图14中示出了针对单向光栅情况的所得衍射图的一部分的概略图。图14中示出了三个最高强度衍射峰，包括中心衍射峰1410和最近的相邻峰1420。还示出了位于中心衍射峰1410中心且半径为2d的圆1430，其中d是中心衍射峰1410与其最近相邻峰1420之间的间距。圆1430包括与中心衍射峰相距距离2d的点1440。由于光学叠堆中存在小珠，因此围绕每个衍射峰形成有朦胧的受照区域1450。该效果的特征可在于跨衍射图的强度分布。强度分布包括中心衍射峰1410处的强度I0、中心衍射峰1410与最近相邻衍射峰1420之间中点处的强度Imid、以及与中心衍射峰相距距离2d的至少一个点1440处的强度I2d。
期望的是，Imid足够高，使得当在显示器中使用光学叠堆时，有效像素尺寸增大，以使得闪耀被减少，而同时I2d足够低，使得来自第一像素的光不显著散射到与次相邻像素对应的区域，以使得显示器的感知分辨率不受到显著损害。已发现，即使小的强度Imid，也能提供有用的闪耀减少。在一些实施方案中，颗粒的粒度、折射率和数密度(即，每单位体积的颗粒数)被选择成使得Imid大于I0的约0.001倍，或大于I0的约0.01倍，或大于I0的约0.1倍，并且I2d小于I0的约0.001倍，或小于I0的约0.0001倍。在一些实施方案中，I2d小于Imid的约0.1倍，或小于Imid的约0.01倍。
实施例
实施例1
根据下面的过程制备光学膜A。使用金刚石车削法制作刀具，该金刚石车削法使用了例如以下专利申请中所述的快速刀具伺服(FTS)：PCT公开的申请WO 00/48037(Campbell等人)，以及美国专利7,350,442(Ehnes等人)和7,328,638(Gardiner等人)。将刀具用在例如美国专利5,175,030(Lu等人)和5,183,597(Lu)中所述的浇铸-固化工艺中，以在5密耳(0.13mm)厚的PET膜的底漆面上制作正弦结构。使用具有1.56的折射率的丙烯酸酯树脂形成正弦结构。正弦结构具有2.6微米的峰到谷高度以及16微米的节距(峰到峰或谷到谷距离)。
如针对光学膜A所述的那样制作光学膜B，不同的是，正弦结构的节距为8微米。
使用SMS 1000闪耀测量系统(来自德国卡尔斯鲁厄的Display-Messtechnik&Systeme公司(Display-Messtechnik&Systeme.Karlsruhe,Germany))测量闪耀。针对以下每种装置，将膜切割成适当的屏幕尺寸：谷歌Nexus 7 2013型号(带323PPI)、亚马逊7英寸Kindle Fire HD(带216PPI)以及微软Surface RT(带148PPI)。首先在屏幕上未放置附加膜的情况下进行闪耀测量，然后仅用Natural View Screen Protector(一种可购自3M公司(3M Company，明尼苏达州圣保罗)的防炫光膜)进行闪耀测量。这些对照物的结果在表1中显示，并分别标记为“无膜”和“NV”。
接下来，对光学膜A的样品包覆涂覆折射率为1.47的光学透明粘合剂，然后将样品施加至三个装置中每一者的屏幕，光栅取向方向相对于显示器的水平方向成30度的角。正弦结构的峰到谷高度与光学透明粘合剂与用于形成正弦结构的丙烯酸酯之间的折射率差值的绝对值的乘积为约234nm。将膜施加至装置，使得粘合剂位于屏幕与正弦结构之间。将Natural View Screen Protector膜作为最外表面施加在PET上。再次测量闪耀，并在表1中将闪耀记录为NV-W。
如针对光学膜A所述的那样将光学膜B的样品施加至三个装置，并将Natural ViewScreen Protector膜施加在光学膜B上。如针对光学膜A所述的那样测量闪耀，并在表1中将闪耀记录为NV-N。
如上所述地将光学膜B的另一个样品施加到7英寸Kindle Fire HD屏幕。然而，在这种情况下，光学透明粘合剂包含35wt％的CA10 Spheromers(直径为10微米且折射率为约1.50的单粒度颗粒，可购自挪威斯科德斯莫科尔塞特的Microbeads公司(Microbeads AS,Skedsmokorset,Norway))。再次将Natural View Screen Protector膜施加在光学膜B上。如上所述地测量闪耀，并在表1中将闪耀记录为NV-N-B。
接下来，用不含小珠的上述光学透明粘合剂组装由两张光学膜A组成的光学叠堆。膜被取向成使得，藉由附接至相邻层的PET的一个层的光学透明粘合剂，两张膜的正弦图案彼此垂直。用上述的相同不含小珠的粘合剂将膜附接至7英寸Kindle Fire HD，使得膜的最靠近屏幕的正弦结构相对于显示器的水平轴线成30度的角。再次将Natural View ScreenProtector膜施加在上PET表面。如上所述地测量闪耀，并在表1中将闪耀记录为2D-W。
将带有不含小珠的粘合剂的由两张光学膜B组成的类似叠堆施加至谷歌Nexus屏幕和微软RT屏幕。再次将Natural View Screen Protector膜施加在上PET表面。如上所述地测量闪耀，并在表1中将闪耀记录为2D-N。
表1
样品 Kindle Fire HD 谷歌Nexus 微软RT
无膜 3.5 1.9 2.9
NV 7.9 9.4 7.1
NV-W 4.1 4.7 4.4
NV-N 2.7 2.8 3.3
NV-N-B 2.6
2D-W 2.4
2D-N 2.0 2.8
实施例2
将光学膜B的样品涂覆实施例1中所述的不含小珠的光学透明粘合剂以为散射测量提供测试件，标注为样品“N”。将光学膜B的独立样品涂覆含小珠的实施例1中所述的光学透明粘合剂以为散射测量提供测试件，标注为样品“N-B”。利用采用工作波长为532nm的偏振激光器的散射仪并且利用1cm的光束直径测量散射状况。使用共线光束，在未放置样品的情况下，对强度进行归一化。共线光束(其特征在于器械的标记)在低增益和高增益下都进行测量。样品N和N-B都在中等增益下进行测量。在正弦图案水平延伸的情况下对样品取向。图15示出了取决于散射角的散射强度，散射角以度计，0度为正前向散射。曲线1545示出了样品N(无小珠)的强度分布，曲线1535示出了包含小珠的样品N-B的强度分布。尽管未示出，但预期曲线对于负散射角以对称的方式延伸。
实施例3
利用微软RT装置，使用微软Paint软件来照射屏幕上的单个绿色像素。如实施例1那样制备由两张光学膜B组成的光学叠堆。如实施例1所述那样将光学叠堆附接到装置的屏幕，但不施加Natural View Screen Protector膜。利用带奥林巴斯U-TV 0.5XC-3相机的奥林巴斯MX50显微镜和Stream Start软件(所有这些均可购自纽约麦尔维尔的奥林巴斯美国公司(Olympus America Inc.,Melville NY))来捕捉图像，将放置有和未放置光学叠堆情况下的屏幕图像进行比较。在裸屏幕情况下，仅观察到单个受照像素图像。在将光学叠堆施加到屏幕的受照像素上时，观察到九个像素图像。像素图像布置在相对于下面的像素布置旋转大约45度的大致正方形的网格上。像素图像与次相邻像素之间不存在重叠。
实施例4
以如下方式测量来自实施例3的像素图像的强度。将相机图像导入到Matlab的图像处理工具箱(可购自马萨诸塞州纳蒂克的MathWorks公司(MathWorks,Natick MA))。利用该工具箱，跨九个像素图像中每一者的中心定义水平线，并确定沿这些线的绿光强度值。通过对沿跨图像的线的强度进行积分计算并除以图像宽度，来计算每像素图像平均强度值。由于像素图像全部都具有相似的尺寸，因此，这个量被取成与像素图像的功率含量成比例。然后计算所有九个像素图像的每像素图像平均强度的总和I9。总和I9预期与每个像素图像的功率含量的总和P9成比例。还计算每个像素图像的每图像平均强度与I9的比率。在表2中报告九个像素图像的每像素图像平均强度和所述比率。(5号像素图像处于中心，1号和9号像素图像分别处于中心图像的上方和下方，3号和7号像素图像分别处于中心图像的右侧和左侧，4号像素图像处于中心图像的左上方，6号像素图像处于中心图像的右下方，2号像素图像处于中心图像的右上方，8号像素图像处于中心图像的左下方。)
尽管表2中的数据通过照射显示器中的单个绿色像素收集，但如果使用绿光激光器来照射光学叠堆，也将预期到类似的结果。具体地讲，可预期的是，如果使用绿光激光器来产生衍射图，则表格中报告的比率将对应于衍射峰的功率含量与每个衍射峰的功率含量的总和P9的比率。
表2
以下为本发明的实施例性实施方案的列表。
实施方案1为一种光学叠堆，其包括第一层以及邻近第一层的第二层，其中第一层与第二层之间的接合部包括第一光栅，第一层具有折射率n1，第二层具有折射率n2，第一光栅具有峰到谷高度h，|n1-n2|与h的乘积介于约150nm和约350nm之间，第一光栅具有在约2微米至约50微米范围内的第一节距，并且第一层或第二层或者第一层和第二层两者包括具有尺寸、折射率和数密度的多个颗粒使得当以具有约532nm的波长的激光照射光学叠堆时，产生衍射图，该衍射图包括：
具有强度I0的中心衍射峰；
与中心衍射峰相距距离d定位的最近相邻衍射峰；以及
强度分布，所述强度分布包括：
中心衍射峰与最近相邻衍射峰之间中点处的强度Imid；
与中心衍射峰相距距离2d的点处的强度I2d，
Imid大于I0的约0.01倍，并且I2d小于I0的约0.001倍。
实施方案2为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第一光栅为单向光栅。
实施方案3为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第一光栅为双向光栅。
实施方案4为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中Imid大于I0的约0.1倍。
实施方案5为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第一层包括光学透明粘合剂。
实施方案6为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第一层包括聚合物或聚合物复合材料。
实施方案7为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第二层包括光学透明粘合剂。
实施方案8为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第二层包括聚合物或聚合物复合材料。
实施方案9为根据实施方案1所述的光学叠堆，还包括第三层，该第三层与第一层相反且邻近第二层。
实施方案10为根据实施方案9所述的光学叠堆，其中第三层包括聚合物或聚合物复合材料或光学透明粘合剂。
实施方案11为根据实施方案9所述的光学叠堆，其中第二层与第三层之间的接合部包括第二光栅。
实施方案12为根据实施方案11所述的光学叠堆，其中第一光栅为基本上沿第一方向延伸的第一单向光栅，并且第二光栅为基本上沿不同于第一方向的第二方向延伸的第二单向光栅。
实施方案13为根据实施方案12所述的光学叠堆，其中第一方向和第二方向基本上正交。
实施方案14为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中所述多个颗粒具有在约0.5微米至约30微米范围内的平均直径。
实施方案15为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中所述多个颗粒中的颗粒与所述颗粒所处的介质之间的折射率差值的绝对值在约0.001至约0.1的范围内。
实施方案16为根据实施方案1所述的光学叠堆，还包括邻近第一层且与第二层相反的防炫光层。
实施方案17为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第一层还包括与第二层相反的外主表面，外主表面包括防炫光特征结构。
实施方案18为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中光学叠堆为柔性膜。
实施方案19为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中所述多个颗粒是基本上单分散的。
实施方案20为一种包括根据实施方案1至19中任一项所述的光学叠堆的显示器，其中显示器包括多个像素，并且光学叠堆紧邻所述多个像素定位使得当照射并通过光学叠堆观察所述多个像素的具有第一颜色的第一像素时，产生多个次图像，每个次图像具有自第一像素的横向位移，第一像素包括具有第一颜色的多个主相邻像素以及具有第一颜色的多个次相邻像素，每个次图像的横向位移使得每个次图像与所述多个主相邻像素重叠或者与第一像素和所述多个主相邻像素之间的空间重叠，并且所述多个次图像与次相邻像素基本上不存在重叠。
实施方案21为根据实施方案20所述的光学叠堆，其中所述多个像素被布置成沿显示方向重复的图案，光学叠堆具有包括光栅取向方向的取向，并且显示方向与光栅取向方向之间的角在约5度至约85度的范围内。
实施方案22为一种包括根据实施方案1至18中任一项所述的光学叠堆的显示器，其中显示器包括多个像素，并且光学叠堆紧邻所述多个像素定位使得光栅与包含所述多个像素的平面相距距离Z，所述多个像素具有第一节距P，所述多个颗粒是基本上单分散的并且具有直径D，D在Z的约0.7至约2.5倍除以P的范围内以微米计。
除非另外指明，否则图中元件的描述应被理解为同样应用到其它图中的对应元件。不应当将本发明视为限于上述的特定实施方案，因为详细描述此类实施方案是为了有助于说明本发明的各个方面。相反，本发明应被理解为涵盖本发明的所有方面，包括落在所附权利要求书及其等同物所定义的本发明的范围内的各种修改、等同工艺和替代装置。

Claims (20)

1.一种光学叠堆，包括第一层以及邻近所述第一层的第二层，其中所述第一层与所述第二层之间的接合部包括第一光栅，所述第一层具有折射率n1，所述第二层具有折射率n2，所述第一光栅具有峰到谷高度h，|n1-n2|与h的乘积介于150nm和350nm之间，所述第一光栅具有在2微米至50微米范围内的第一节距，并且所述第一层或所述第二层或者所述第一层和所述第二层两者包括具有尺寸、折射率和数密度的多个颗粒使得当以具有532nm的波长的激光照射所述光学叠堆时，产生衍射图，所述衍射图包括：
具有强度I0的中心衍射峰；
与所述中心衍射峰相距距离d定位的最近相邻衍射峰；和
强度分布，所述强度分布包括：
所述中心衍射峰与所述最近相邻衍射峰之间中点处的强度Imid；
与所述中心衍射峰相距距离2d的点处的强度I2d，
Imid大于I0的0.01倍，并且I2d小于I0的0.001倍。
2.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中所述第一光栅为单向光栅。
3.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中所述第一光栅为双向光栅。
4.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中Imid大于I0的0.1倍。
5.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中所述第一层包括光学透明粘合剂。
6.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中所述第一层包括聚合物或聚合物复合材料。
7.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中所述第二层包括光学透明粘合剂。
8.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中所述第二层包括聚合物或聚合物复合材料。
9.根据权利要求1所述的光学叠堆，还包括第三层，所述第三层与所述第一层相反且邻近所述第二层。
10.根据权利要求9所述的光学叠堆，其中所述第三层包括聚合物或聚合物复合材料或光学透明粘合剂。
11.根据权利要求9所述的光学叠堆，其中所述第二层与所述第三层之间的接合部包括第二光栅。
12.根据权利要求11所述的光学叠堆，其中所述第一光栅为沿第一方向延伸的第一单向光栅，并且所述第二光栅为沿不同于所述第一方向的第二方向延伸的第二单向光栅。
13.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中所述多个颗粒具有在0.5微米至30微米范围内的平均直径。
14.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中所述多个颗粒中的颗粒与所述颗粒所处的介质之间的折射率差值的绝对值在0.001至0.1的范围内。
15.根据权利要求1所述的光学叠堆，还包括邻近所述第一层且与所述第二层相反的防炫光层。
16.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中所述第一层还包括与所述第二层相反的外主表面，所述外主表面包括防炫光特征结构。
17.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中所述多个颗粒是单分散的。
18.一种包括根据权利要求1至17中任一项所述的光学叠堆的显示器，其中所述显示器包括多个像素，并且所述光学叠堆紧邻所述多个像素定位，使得当照射并通过所述光学叠堆观察所述多个像素的具有第一颜色的第一像素时，产生多个次图像，每个次图像具有自所述第一像素的横向位移，所述第一像素包括具有所述第一颜色的多个主相邻像素以及具有所述第一颜色的多个次相邻像素，每个次图像的横向位移使得每个次图像与所述多个主相邻像素重叠或者与所述第一像素和所述多个主相邻像素之间的空间重叠，并且所述多个次图像与所述次相邻像素不存在重叠。
19.一种包括根据权利要求1至10、13至17中任一项所述的光学叠堆的显示器，其中所述显示器包括多个像素，并且所述光学叠堆紧邻所述多个像素定位使得所述第一光栅与包含所述多个像素的平面相距距离Z，所述多个像素具有第一节距P，所述多个颗粒是单分散的并且具有直径D，D在Z的0.7倍至2.5倍除以P的范围内以微米计。
20.一种包括根据权利要求11或12所述的光学叠堆的显示器，其中所述显示器包括多个像素，并且所述光学叠堆紧邻所述多个像素定位使得所述第一光栅或所述第二光栅与包含所述多个像素的平面相距距离Z，所述多个像素具有第一节距P，所述多个颗粒是单分散的并且具有直径D，D在Z的0.7倍至2.5倍除以P的范围内以微米计。
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