CN112513686A - 高透射率光控膜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光控膜，该光控膜包括：光输入表面和与该光输入表面相背的光输出表面；交替的透射区域和吸收区域，该透射区域和该吸收区域设置在该光输入表面与该光输出表面之间，其中这些吸收区域包括具有第一浓度C1的吸光材料的芯，该芯夹置在具有第二浓度C2的吸光材料的包覆层之间，其中C2<C1，并且其中这些芯具有至少20的高宽比。

Description

高透射率光控膜
技术领域
本发明涉及光控膜以及制备这些光控膜的方法。
背景技术
传统上已通过刮削工艺、微复制或浇铸和固化工艺来制备基于天窗的光控膜，用于诸如私密滤光器和汽车显示器滤光器的应用。传统的基于天窗的光控膜的缺陷在于，由于天窗的高宽比，同轴透光率是有限的，该高宽比通常为约10:1至约15:1。
附图说明
图1a为具体体现的光控膜的剖视图。
图1b示出图1a的光控膜的极面截止视角。
图2为微结构化膜的透视图。
图3a至图3f为制备光控膜的具体体现的方法的剖面示意图。
图4为光控膜的透视图，该光控膜还包括与粘合剂层粘结的覆盖膜。
图5为包括具体体现的光控膜的背光显示器的透视示意图。
图6为各种光控膜的亮度对视角的曲线图。
发明内容
鉴于上述情况，我们认识到在本领域中需要具有较高高宽比的光控膜，该光控膜可允许更高的同轴透光率。我们还认识到，需要高高宽比天窗具有相对高的消光系数以有效地吸收超薄涂层中的光。高消光系数可与光控膜的透射区产生反射金属样界面。我们已发现，在高消光系数芯的每一侧上添加包覆层减小天窗反射率，从而减少高角度漏光和重影。
简而言之，在一个方面，我们已发现光控膜包括光输入表面和与光输入表面相背的光输出表面，以及设置在光输入表面与光输出表面之间的交替的透射区域和吸收区域，其中这些吸收区域包括具有第一浓度C1的吸光材料的芯，该芯夹置在具有第二浓度C2的吸光材料的包覆层之间，其中C2<C1，并且其中这些芯具有至少20的高宽比。
在另一个方面，我们已发现光控膜包括光输入表面和与光输入表面相背的光输出表面，以及设置在光输入表面与光输出表面之间的交替的透射区域和吸收区域，其中这些吸收区域包括具有第一消光系数k1的芯，该芯夹置在具有第二消光系数k2的包覆层之间，其中k2<k1，并且其中这些芯具有至少20的高宽比。
在另一个方面，我们已发现光控膜包括光输入表面和与光输入表面相背的光输出表面，以及设置在光输入表面与光输出表面之间的交替的透射区域和吸收区域，其中这些吸收区域包括夹置在包覆层之间的包括吸光粒子的芯，该包覆层包括吸光粒子和非吸光稀释剂，并且其中这些芯具有至少20的高宽比。
在另一个方面，我们已发现一种制备光控膜的方法，该方法包括：(a)提供微结构化膜，该微结构化膜包括与沟道交替的多个透光区域，其中该微结构化膜具有由透光区域的顶表面和侧壁以及沟道的底表面限定的表面；(b)将一个或多个吸光包覆材料层施加至表面，每个层具有一定的吸光粒子浓度；(c)在一个或多个吸光包覆材料层上施加具有第一吸光粒子浓度C1的吸光芯材料层；(d)在吸光芯材料层上施加附加的一个或多个吸光包覆材料层，每个附加的层具有一定的吸光粒子浓度；以及(e)从透光区域的顶表面和沟道的底表面移除一个或多个吸光包覆材料层的至少一部分、吸光芯材料层的至少一部分和附加的一个或多个吸光包覆材料层的至少一部分；其中一个或多个吸光包覆材料层中的每个吸光包覆材料层以及附加的一个或多个吸光包覆材料层中的每个吸光包覆材料层中的吸光材料浓度小于C1。
在另一个方面，我们已发现一种制备光控膜的方法，该方法包括：(a)提供微结构化膜，该微结构化膜包括与沟道交替的多个透光区域，其中该微结构化膜具有由透光区域的顶表面和侧壁以及沟道的底表面限定的表面；(b)将一个或多个吸光包覆材料层施加至表面，每个层具有一定的消光系数；(c)在一个或多个吸光包覆材料层上施加具有第一消光系数k1的吸光芯材料层；(d)在吸光芯材料层上施加附加的一个或多个吸光包覆材料层，每个附加的层具有一定的消光系数；以及(e)从透光区域的顶表面和沟道的底表面移除一个或多个吸光包覆材料层的至少一部分、吸光芯材料层的至少一部分和附加的一个或多个吸光包覆材料层的至少一部分；其中一个或多个吸光包覆材料层中的每个吸光包覆材料层以及附加的一个或多个吸光包覆材料层中的每个吸光包覆材料层中的消光系数小于k1。
具体实施方式
在一个实施方案中，描述了光控膜(“LCF”)。参考图1a(具体体现的LCF 100的剖视图)，LCF包括光输出表面120和相背的光输入表面110。光输出表面120通常平行于光输入表面110。LCF 100包括设置在光输出表面120与光输入表面110之间的交替的透射区域130和吸收区域140。吸收区域140包括芯141和包覆层142。
在一个实施方案中，如图1a所示，透射区域130通常与基体区域“L”成一体，这意味着在基体区域与透射区域130的基底部分131之间不存在界面。另选地，LCF可不含此类基体区域L，或者在基体区域L与透射区域130之间可存在界面。在该实施方案中，基体区域设置在交替的透射区域130和吸收区域140与光输入表面110之间。
另选地，在另一实施方案中，表面120可为光输入表面，并且表面110可为光输出表面。在该实施方案中，基体区域设置在交替的透射区域130和吸收区域140与光输出表面之间。
透射区域130可由宽度“WT”限定。除了基体区域“L”之外，透射区域130通常具有与吸收区域140标称相同的高度。在典型的实施方案中，吸收区域的高度HA为至少30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米或100微米。在一些实施方案中，该高度不大于200微米、190微米、180微米、170微米、160微米或150微米。在一些实施方案中，该高度不大于140微米、130微米、120微米、110微米或100微米。LCF通常包括具有标称相同的高度和宽度的多个透射区域。在一些实施方案中，透射区域具有高度“HT”、其最宽部分处的最大宽度“WT”和至少1.75的高宽比HT/WT。在一些实施方案中，HT/WT为至少2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5或5.0。在其它实施方案中，透射区域的高宽比为至少2、3、4、5、6、7、8、9或10。在其它实施方案中，透射区域的高宽比为至少15、20、25、30、35、40、45或50。
吸收区域140具有由底表面155与顶表面145之间的距离限定的高度“HA”，此类顶表面和底表面通常平行于光输出表面120和光输入表面110。吸收区域140具有最大宽度WA，并且沿着表面光输出表面120间隔开节距“PA”。
在基部(即，相邻于底表面155)处的吸收区域的宽度“WA”通常与相邻于顶表面145的吸收区域的宽度标称相同。然而，当吸收区域在基部处的宽度不同于与顶表面相邻的宽度时，该宽度由最大宽度限定。多个吸收区域的最大宽度可针对感兴趣的区域诸如测量透射率(例如，亮度)的区域进行平均。LCF通常包括具有标称相同的高度和宽度的多个吸收区域。在典型的实施方案中，吸收区域通常具有不大于10微米、9微米、8微米、7微米、6微米、5微米、4微米、3微米、2微米或1微米的宽度。在一些实施方案中，吸收区域通常具有不大于5微米、4微米、3微米、2微米或1微米的宽度。在一些实施方案中，吸收区域具有至少150纳米、160纳米、170纳米、180纳米、190纳米或200纳米的宽度。
吸收区域包括夹置在一个或多个包覆层之间的芯。芯具有宽度“WA芯”，并且包覆层具有宽度“WA包覆层”。在典型的实施方案中，芯通常具有不大于5微米、4微米、3微米、2微米或1微米的宽度。在一些实施方案中，芯通常具有不大于900纳米、800纳米、700纳米、600纳米、500纳米、400纳米、300纳米或200纳米的宽度。在一些实施方案中，芯具有至少50纳米、60纳米、70纳米、80纳米、90纳米或100纳米的宽度。在典型的实施方案中，每个包覆层通常具有不大于5微米、4微米、3微米、2微米或1微米的宽度。在一些实施方案中，每个包覆层通常具有不大于900纳米、800纳米、700纳米、600纳米、500纳米、400纳米、300纳米或200纳米的宽度。在一些实施方案中，每个包覆层具有至少50纳米、60纳米、70纳米、80纳米、90纳米或100纳米的宽度。
吸收区域可由高宽比限定，即，吸收区域的高度除以吸收区域的最大宽度(HA/WA)。在一些实施方案中，吸收区域的高宽比为至少1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。在有利的实施方案中，选择一个或多个吸收区域的高度和宽度，使得一个或多个吸收区域具有甚至更高的高宽比。在一些实施方案中，吸收区域的高宽比为至少15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或100。在其它实施方案中，吸收区域的高宽比为至少200、300、400或500。高宽比的范围可为高达10,000或更大。在一些实施方案中，高宽比不大于9,000；8,000；7,000；6,000；5,000；4,000；3000；2,000或1,000。
如图1b所示，LCF 100包括交替的透射区域130，以及包括芯141和包覆层142的吸收区域140，以及位于透射区域130与吸收区域140之间的界面150。界面150与垂直于光输出表面120的线160形成壁角度θ。
较大壁角度θ降低了法向入射或换句话讲0度的视角处的透射率。优选较小壁角度，使得法向入射下的透射率可尽可能地大。在一些实施方案中，壁角度θ小于10度、9度、8度、7度、6度或5度。在一些实施方案中，壁角度不大于2.5度、2.0度、1.5度、1.0度、0.5度或0.1度。在一些实施方案中，壁角度为零或接近零。当壁角度为零时，吸收区域与光输出表面120之间的角度度为90度。根据壁角度，透射区域可具有矩形或梯形横截面。
当入射光从位于吸收区域与透射区域之间的界面发生全内反射(TIR)时，透射率(例如，可见光亮度)可得以增加。根据光线与界面的入射角以及透射区域和吸收区域的材料的折射率差值，可确定光线是否将发生TIR。
如图1b所示，吸收区域140之间的透射区域130具有由交替的透射区域130和吸收区域的几何形状限定的界面角θI。如图1a和图1b所示，界面角θI可由两条线的交点限定。第一线从由第一吸收区域的底表面和侧壁表面限定的第一点以及由最近的第二吸收区域的顶表面和侧壁表面限定的第二点延伸。第二线从由第一吸收区域的顶表面和侧壁表面限定的第一点以及由第二吸收区域的底表面和侧壁表面限定的第二点延伸。
极面截止视角θP等于极面截止半视角θ1和极面截止半视角θ2之和，两者中的每一者从光输入表面110的法线测量。在典型的实施方案中，极面截止视角θP是对称的，并且极面截止半视角θ1等于极面半视角θ2。另选地，极面截止视角θP可以是不对称的，并且极面截止半视角θ1不等于极面截止半视角θ2。
光亮度可根据实施例中所述的测试方法来测量。可在交替的透射区域和吸收区域(诸如图1a中所示)或还可包括覆盖膜的总光控膜(诸如图4中所示)上测量光亮度。相对透射率(例如，可见光亮度)被定义为在具有包括交替的透射区域和吸收区域以及任选的其它层的光控膜的读数与不具有光控膜的读数(即，基线)之间在指定视角或视角范围下的光亮度百分比。参考图6，视角可在-90度至+90度的范围内。0度的视角正交于光输入表面110；而-90度和+90度的视角平行于光输入表面110。
例如，参考图6，轴向基线光亮度为1940Cd/m2。实施例1具有1790Cd/m2的轴向光亮度。因此，相对透射率(例如，亮度)为1790Cd/m2/1940Cd/m2乘以100，这等于92.3％。除非另外指明，否则相对透射率是指如通过在实施例中更详细描述的测试方法测量的波长范围为400nm-700nm的可见光的相对透射率。
交替的透射区域和吸收区域或总LCF可在0度的视角处表现出增加的相对透射率(例如，亮度)。在一些实施方案中，相对透射率(例如，亮度)为至少75％、80％、85％或90％。相对透射率(例如，亮度)通常小于100％。在典型的实施方案中，LCF在其它视角处具有显著较低的透射率。例如，在一些实施方案中，在-30度、+30度或-30度和+30度的平均值的视角处的相对透射率(例如，亮度)小于50％、45％、40％、35％、30％或25％。在其它实施方案中，在30度、+30度或-30度和+30度的平均值的视角处的相对透射率(例如，亮度)小于25％、20％、15％、10％或5％。在一些实施方案中，在+/-35度、+/-40度、+/-45度、+/-50度、+/-55度、+/-60度、+/-65度、+/-70度、+/-75度或+/-80度的视角处的相对透射率(例如，亮度)小于25％、20％、15％、10％或5％，或者小于5％。在一些实施方案中，对于在+35度至+80度、-35度至-80度范围内或这些范围的平均值的视角的平均相对透射率(例如，亮度)小于10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％或2％。
在“偏轴”视角(例如，超出约30度)下具有显著较低透射率的LCF适合用作私密膜。此类膜允许显示器正前方(0度的视角)的观察者看到图像，但阻挡观察者在“偏轴”角度下看到此类图像。
吸收区域可通过涂覆微结构化膜的表面而形成。图2示出了具体体现的微结构化膜制品200，该微结构化膜制品可被涂覆以制备LCF。所示微结构化膜包括微结构化顶表面，该微结构化顶表面包括位于基底层260上的多个沟道201a-201d。如图2所示，连续基体层“L”可存在于沟道205的底部与基底层260的顶表面210之间。另选地，沟道201可一直延伸穿过微结构化膜制品200到达基底层260。在该实施方案(未示出)中，沟槽的底表面205可与基底层260的顶表面210重合。在典型的实施方案中，基底层260为预成形膜，该预成形膜包含与透射区域230不同的有机聚合物材料，如随后将描述的。
突起(例如，透射区域)230的高度和宽度由相邻的沟道(例如，201a和201b)限定。突起(例如，透射区域)230可由顶表面220、底表面231以及将顶表面接合到底表面的侧壁232和233限定。侧壁可彼此平行。更典型地，侧壁具有如前所述的壁角度。
在一些实施方案中，突起(例如，透射区域)230具有至少10微米的节距“PT”。节距为第一突起(例如，透射区域)的起点与第二突起(例如，透射区域)的起点之间的距离，如图2所示。节距可为至少15微米、20微米、25微米、30微米、35微米、40微米、45微米或50微米。节距通常不大于1mm。节距通常不大于900微米、800微米、700微米、600微米或500微米。在一些实施方案中，节距通常不大于550微米、500微米、450微米、400微米、350微米、300微米、250微米或200微米。在一些实施方案中，节距不大于175微米、150微米、100微米。在典型的实施方案中，突起是均匀间隔的，具有单一节距。另选地，突起可被间隔成使得相邻的突起之间的节距不相同。在该稍后的实施方案中，至少一些且通常大多数(总突起的至少50％、60％、70％、80％、90％或更大)具有刚刚描述的节距。
吸收区域的节距PA在与刚刚针对透光区域描述的相同的范围内。
突起(例如，透射区域)的节距和高度对于促进用吸光涂层涂覆突起(例如，透射区域)可能是重要的。当突起间隔太近时，可能难以均匀地涂覆侧壁。当突起间隔开太远时，吸光涂层可能无法有效地提供其预期功能，诸如在偏轴视角处私密。
吸收区域通过在微结构化膜的突起(例如，透射区域)的侧壁上提供两个或更多个吸光涂层来形成。吸光涂层的合并厚度等于吸收区域的宽度WA，如前所述。吸收区域可通过在侧壁(例如，232、233)上提供足够薄、适形的吸光涂层的任何方法形成。如本文所用，术语“适形”或“适形涂层”意指在整个HA的中间80％中厚度变化小于20％的涂层。
在一个实施方案中，吸收区域通过增材和减材方法的组合形成。
参考图3a至图3f，光控膜可通过提供包括由顶表面(例如，320)和侧壁(332,333)限定的多个突起(例如，透射区域)的微结构化膜300(诸如图2的微结构化膜)来制备。多个突起(例如，透射区域)330通过沟道301a和301b彼此隔开。突起(例如，透射区域)的侧壁与沟道的侧壁重合。沟道还包括与基底层360的顶表面平行或重合的底表面305。该方法还包括将吸光包覆涂层342a施加到微结构化膜的(例如，整个)表面，即，突起(例如，透射区域)的顶表面320和侧壁332、333以及隔开突起(例如，透射区域)的沟道的底表面305。在一些实施方案中，施加多于一个吸光包覆涂层。该方法还包括将吸光芯涂层341施加到包覆涂层的(例如，整个)表面。该方法还包括将另一个吸光包覆涂层342b施加到吸光芯涂层的(例如，整个)表面。该方法还包括从突起(例如，透射区域)的顶表面320和沟道的底表面305基本上移除涂层。如本文所用，术语“基本上移除涂层”承认一些残余物可能保留下来。在一些实施方案中，该方法还包括用有机聚合物材料345诸如与突起(例如，透射区域)(例如，相同的)可聚合树脂填充沟道，以及固化可聚合树脂。当沟道未用固化的可聚合树脂填充时，沟道通常用空气填充。
含微结构的制品(例如，图2中所示的微结构化膜制品200)可通过任何合适的方法制备。在一个实施方案中，含微结构的制品(例如，图2中所示的微结构化膜制品200)可通过以下方法来制备，该方法包括以下步骤：(a)制备可聚合组合物；(b)以刚刚足以填充母模的腔体的量，将可聚合组合物沉积到母模负微结构化模制表面(例如，工具)上；(c)通过在(例如，预成形膜)基底层与母模之间移动可聚合组合物液滴来填充腔体，该基底层和母模中的至少一者是柔性的；以及(d)固化组合物。沉积温度可在环境温度至约180℉(82℃)的范围内。母模可为金属(例如镍、镀铬或镀镍的铜或黄铜)材料、或可为在聚合条件下稳定的热塑性材料，并且具有允许从母模干净地移除聚合材料的表面能。当基底层为预成形膜时，膜的表面中的一个或多个可任选地涂底漆或以其它方式进行处理，以促进与透光区域的有机材料的粘附。
可聚合树脂可包含选自以下物质的第一可聚合组分和第二可聚合组分的组合：(甲基)丙烯酸酯单体、(甲基)丙烯酸酯低聚物以及它们的混合物。如本文所用，“单体”或“低聚物”是可转换成聚合物的任何物质。术语“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯化合物和甲基丙烯酸酯化合物两者。在一些情况下，可聚合组合物可包含(甲基)丙烯酸酯化聚氨酯低聚物、(甲基)丙烯酸酯化环氧低聚物、(甲基)丙烯酸酯化聚酯低聚物、(甲基)丙烯酸酯化酚醛低聚物、(甲基)丙烯酸酯化丙烯酸类低聚物以及它们的混合物。
可聚合树脂可以是可辐射固化的聚合物树脂，诸如可UV固化的树脂。在一些情况下，可用于本发明的LCF的可聚合树脂组合物可包括诸如美国专利8,012,567(Gaides等人)中所述的可聚合树脂组合物，前提是这些组合物满足本文所述的折射率和吸收特征。
基底层的化学组合物和厚度可取决于LCF的最终用途。在典型实施方案中，基底层的厚度可为至少约0.025毫米(mm)，并且可以是约0.05mm至约0.25mm。
可用的基底层材料包括例如苯乙烯-丙烯腈、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、三乙酸纤维素、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、基于萘二甲酸的共聚物或共混物、基于聚烯烃的材料(诸如聚乙烯、聚丙烯和聚环烯烃的浇注或取向膜)、聚酰亚胺和玻璃。任选地，基底层可包含这些材料的混合物或组合。在一个实施方案中，基底层可以是多层的，或者可包含悬浮或分散在连续相中的分散组分。
基底层材料的示例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚碳酸酯(PC)。可用的PET膜的示例包括光学等级的聚对苯二甲酸乙二醇酯，其以商品名“Melinex 618”购自特拉华州威尔明顿的杜邦膜公司(DuPont Films,Wilmington,Del.)。光学等级的聚碳酸酯膜的示例包括购自华盛顿州西雅图的GE Polymershapes公司(GE Polymershapes,SeattleWash.)的LEXAN.RTM.聚碳酸酯膜8010和购自佐治亚州阿法乐特的帝人化成株式会社(Teijin Kasei,Alpharetta Ga)获得的Panlite 1151。
一些基底层可以是旋光性的，并且可充当偏振材料。使透过膜的光的偏振可以(例如)通过在选择性吸收透过光的膜材料中包含二向色性偏振片来实现。光偏振也可以通过包括无机材料(诸如定向的云母晶片)或者通过分散在连续膜内的不连续相(诸如分散在连续膜内的成滴状的光调制液晶)来实现。作为替代方案，可由不同材料的超薄层制备膜。例如，可通过采用诸如拉伸膜、施加电场或磁场以及涂覆技术的方法使膜内的偏振材料沿偏振方向定向。
偏振膜的示例包括以下专利中描述的那些：美国专利5,825,543(Ouderkirk等人)；美国专利5,783,120(Ouderkirk等人)；美国专利5,882,774(Jonza等人)；美国专利5,612,820(Shrenk等人)和5,486,949(Shrenk等人)。结合棱镜增亮膜使用这些偏振膜已经在例如美国专利6,111,696(Allen等人)和美国专利5,828,488(Ouderkirk等人)中有所描述。可商购获得的膜为多层反射偏振膜，诸如购自3M公司(3M Company)的3MTM双倍增亮膜“DBEF”。
在一些实施方案中，基底层是赋予色移效应的多层膜，诸如US8,503,122中所述。合适的色移膜在Weber等人的美国专利6,531,230中有所描述；该专利以引用方式并入本文。
其它合适的色移膜包括通过旋涂、刮涂、浸涂、蒸镀、溅射、化学气相沉积(CVD)等生成的多层膜。示例性膜包含有机材料和无机材料两者。此类膜在例如美国专利7,140,741；7,486,019；和7,018,713中有所描述。另选地，含微结构的制品(例如，图2中所示的微结构化膜制品200)可通过熔融挤出(即，将流体树脂组合物浇注到母模负微结构化模制表面(例如，工具)上并允许组合物硬化)来制备。在该实施方案中，突起(例如，透光区域)在连续层中互连到基底层260。单个突起(例如，透光区域)以及它们之间的连接部通常包含相同的热塑性材料。基体层的厚度(即，除由复制的微结构产生的部分之外的厚度)通常介于0.001英寸和0.100英寸之间，并且优选地介于0.003英寸和0.010英寸之间。
适用于熔融挤出的树脂组合物为尺寸上稳定、耐用、耐候且可容易形成为期望配置的透明材料。合适的材料的示例包括丙烯酸类，其折射率为约1.5，诸如由罗门哈斯公司(Rohm and Haas Company)制造的Plexiglas牌树脂；折射率为约1.59的聚碳酸酯；反应性材料，诸如热固性丙烯酸酯和环氧丙烯酸酯；基于聚乙烯的离聚物，诸如以商品名SURLYN由杜邦公司(E.I.Dupont de Nemours and Co.,Inc.)销售的那些；乙烯丙烯酸共聚物；聚酯；聚氨酯；以及乙酸丁酸纤维素。聚碳酸酯由于其韧性和相对较高的折射率而特别合适。
在另一实施方案中，母模负微结构化模制表面(例如，工具)可用作压印工具，诸如美国专利4,601,861(Pricone)中所述。
吸收区域通常通过涂覆微结构化膜的表面来形成。可使用各种涂覆方法，包括例如逐层(LbL)涂覆、气相沉积、溅射、反应溅射和原子层沉积(ALD)。
可用于形成吸光区域的芯和一个或多个包覆层的吸光材料可为用来吸收或阻挡可见光谱的至少一部分的光的任何合适的材料。优选地，吸光材料可被涂覆或以其它方式提供于透光区域的侧壁上，以在LCF中形成吸光区域。示例性吸光材料包括黑色或其它吸光着色剂(诸如炭黑、或者另一颜料或染料、或者它们的组合)。其它吸光材料可包括可用来阻挡光透射穿过吸光区域的粒子或其它散射元件。芯层和包覆层中的吸光材料可以相同或不同。
当吸光材料(例如，涂层)包括粒子时，粒子的中值粒度D50等于或小于吸光材料(例如，涂层)的厚度或者换句话讲基本上小于吸收区域的宽度WA。
中值粒度通常小于1微米。在一些实施方案中，中值粒度不大于900nm、800nm、700nm、600nm或500nm。在一些实施方案中，中值粒度不大于450nm、400nm、350nm、300nm、250nm、200nm或100nm。在一些实施方案中，中值粒度不大于90nm、85nm、80nm、75nm、70nm、65nm、60nm、55nm或50nm。在一些实施方案中，中值粒度不大于30nm、25nm、20nm或15nm。中值粒度通常为至少1纳米、2纳米、3纳米、4纳米或5纳米。例如，吸收区域的纳米粒子的粒度可使用透射电子显微镜或扫描电镜来测量。
“初级粒度”是指单个(非聚集、非团聚)粒子的中值直径。“团聚”是指初级粒子之间的弱缔合，该初级粒子可由电荷或极性固持在一起并可被分解成较小的实体。如本文相对于粒子所用的“聚集体”是指强力粘结或熔融的粒子，其中所得外表面积可以显著小于各个组分的计算的表面积之和。将聚集体固持在一起的力是很强的力，例如共价键，或由烧结或复杂的物理缠结产生的力。尽管团聚的纳米粒子可诸如通过施加表面处理来分解成较小的实体诸如离散的初级粒子；但向聚集体施加表面处理只是得到经表面处理的聚集体。在一些实施方案中，大多数纳米粒子(即，至少50％)作为离散的未团聚纳米粒子存在。例如，(例如，涂覆溶液的)至少70％、80％或90％的纳米粒子作为离散的未团聚纳米粒子存在。
芯中的吸光纳米粒子的浓度通常为总吸光芯区域的至少10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％或50重量％。在一些实施方案中，芯中的吸光纳米粒子的浓度为总吸光芯区域的至少55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量或95重量％。在一些实施方案中，芯中的吸光纳米粒子的浓度为100重量％。在一些实施方案中，芯中的吸光纳米粒子的浓度为总吸光区域的30重量％-100重量％或75重量％-90重量％。
一个或多个包覆层中的吸光纳米粒子的浓度小于芯中的吸光纳米粒子的浓度。一个或多个包覆层中的吸光纳米粒子的浓度通常为总包覆层的至少0.5重量％、1重量％、5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％或45重量％。在一些实施方案中，一个或多个包覆层中的吸光纳米粒子的浓度不大于总包覆层的至少20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、70重量％或75重量％。在一些实施方案中，吸光纳米粒子的浓度为总包覆层的0.5重量％-50重量％或25重量％-45重量％。在一些实施方案中，吸光纳米粒子的浓度比芯中吸光纳米粒子的浓度小至少30％。
在一些实施方案中，包覆层还包括非吸光稀释剂。如本文所用，术语“非吸光”意指稀释剂基本上不吸收可见光(例如，400nm-700nm波长)或者是透明的(即，在整个可见光谱上具有接近零的消光系数，例如小于0.01或小于0.001)。在一些实施方案中，非吸光稀释剂包含无机材料，诸如纳米二氧化硅粒子。在一些实施方案中，非吸光稀释剂是有机材料。合适的有机材料包括丙烯酸乳液、聚氨酯分散体、磺基聚酯和其它类型的水性胶乳。粒子必须具有足够的表面电荷(阴离子或阳离子)以通过基于静电的逐层组装沉积。优选的粒径(即中值粒径，d50)小于500nm，更优选小于250nm。示例性阴离子丙烯酸乳液为购自马萨诸塞州威明顿的DSM涂料树脂公司(DSM Coating Resins(Wilmington,Massachusetts))的
Figure BDA0002924390910000121
A-639。示例性阴离子聚氨酯分散体为购自宾夕法尼亚州匹兹堡的科思创公司(Covestro(Pittsburgh,Pennsylvania))的
Figure BDA0002924390910000131
DLC-F。示例性磺基聚酯为购自田纳西州金斯波特的伊士曼化工公司(Eastman Chemical(Kingsport,Tennessee))Eastek1100。稀释剂可与炭黑混合并共沉积；或者，稀释剂可制备为单独的涂覆溶液，并以与炭黑分开的层沉积。
吸光纳米粒子的浓度可通过本领域中已知的方法诸如热重量分析来确定。
芯的消光系数通常为0.1至0.5。在一些实施方案中，芯的消光系数为0.2至0.4。
一个或多个包覆层的消光系数小于芯的消光系数。一个或多个包覆层的消光系数为0.005至0.15。在一些实施方案中，一个或多个包覆层的消光系数为0.01至0.1。在一些实施方案中，一个或多个包覆层的消光系数小于芯的消光系数的至少50％。薄膜涂层的消光系数k可例如通过椭圆光度法或UV/Vis光谱法来确定。k被定义为αλ/(4π)，其中α为吸收系数并且λ为波长。对于透明基板上的薄膜涂层，可使用UV/Vis光谱法来将吸收率(A)测量为1–T–R，其中T为透射率，并且R为反射率。必须针对基板的A对测量的A进行适当校正，以获得薄膜本身的A。然后通过公式α＝-ln[(100-A)/100]/h将A转换为α，其中h为薄膜涂层的厚度；当R相对较小且A相对较大时，该α的公式为所用的近似值。厚度可例如通过触针轮廓术或横截面扫描电子显微术来测量。
在一个实施方案中，该方法包括将逐层吸光涂层(即，芯和包覆涂层)施加到微结构化膜的表面，即，突起的顶表面和侧壁以及沟道的底表面。
在一些实施方案中，设置在微结构化膜的表面上的多个层包括由通常称之为“逐层自组装工艺”而沉积的至少两个层。该工艺通常用于静电地组装带相反电荷的高分子电解质的膜或涂层，但其它功能诸如氢键供体/受体、金属离子/配体以及共价键部分可以是膜组装的驱动力。“高分子电解质”意指带有能够发生静电相互作用的多个离子基团的聚合物或化合物。“强高分子电解质”在宽泛的pH范围内具有持久的电荷(例如，聚合物包含季铵基团或磺酸基团)。“弱高分子电解质”具有pH依赖水平的电荷(例如，聚合物包含伯、仲或叔胺，或者羧酸)。通常，该沉积工艺涉及将具有表面电荷的基板暴露于一系列液体溶液或浴。这可以通过将基板浸入液体浴(也称作浸涂)、喷涂、旋涂、辊涂、喷墨印刷等来实现。暴露于具有与基板相反电荷的第一聚离子(例如，高分子电解质浴)液体溶液，结果是基板表面附近的带电物质快速吸附、建立浓度梯度，以及将更多高分子电解质从本体溶液吸到表面。发生进一步吸附，直到有足够的层已发展到掩蔽下面的电荷并且使基板表面的净电荷反向。为了实现质量传递和发生吸附，该暴露时间通常为分钟级。然后，将基板从第一聚离子(例如浴)液体溶液中移除，接着将其暴露于一系列水冲洗浴，以移除任何物理缠结的或松散结合的聚合电解质。在这些冲洗(例如，浴)液体溶液之后，接着使基板暴露于第二聚离子(例如，高分子电解质或无机氧化物纳米粒子浴)液体溶液，其具有与第一聚离子(例如，浴)液体溶液相反的电荷。由于基板的表面电荷与第二(例如，浴)液体溶液的电荷相反，因此再次发生吸附。继续暴露于第二聚离子(例如，浴)液体溶液则引起基板的表面电荷的逆转。可执行后续的冲洗以完成循环。这一系列步骤被称为构建一个层对，在本文中也称为沉积的“双层”，并且可根据需要进行重复以进一步将另外的层对添加至基板。
合适的方法的一些示例包括在Krogman等人的US 8,234,998；Hammond-Cunningham等人的US2011/0064936；和Nogueira等人的US 8,313,798中描述的那些。逐层浸涂可使用StratoSequence VI(佛罗里达州塔拉哈西的nanoStrata公司(nanoStrataInc.,Tallahassee,FL))浸涂机器人进行。
在一个实施方案中，通过逐层自组装沉积的多个双层是包含含有吸光材料(例如，颜料)的有机聚合物聚离子(例如，阳离子)和抗衡离子(例如，阴离子)的高分子电解质叠堆。阳离子层的至少一部分、阴离子层的至少一部分或它们的组合的至少一部分包含离子地粘结到高分子电解质的吸光材料(例如，颜料)。应当理解，最终制品中的各个双层可能无法通过本领域中的常见方法诸如扫描电子显微术(SEM)或透射电子显微术(TEM)彼此区分。
选择双层的厚度和双层的数目以实现期望的吸光。在一些实施方案中，使用最小总厚度的自组装层和/或最少数目的逐层沉积步骤选择双层的厚度、双层的数目以实现期望的(例如，吸收)光学特性。每个双层的厚度通常在约5nm至350nm的范围内。双层的数目通常为至少5个、6个、7个、8个、9个或10个。在一些实施方案中，每个叠堆的双层的数目为不大于150个或100个。叠堆的厚度等于吸收区域的宽度WA，如前所述。
吸光化合物分散在高分子电解质层的至少一部分内。可利用各种高分子电解质，包括无机化合物诸如二氧化硅或硅酸盐，以及各种膦酰基羧酸及其盐(其中的一些描述于WO2015/095317中；该专利以引用方式并入本文)。
高分子电解质有机聚合物可为优选的，因为与无机材料相比，此类材料可通过反应离子蚀刻更容易地除去。
合适的聚阳离子有机聚合物包括但不限于直链和支链聚(乙烯亚胺)(PEI)、聚(烯丙胺盐酸盐)、聚乙烯胺、脱乙酰壳多糖、聚苯胺、聚酰胺胺、聚(乙烯基苄基三甲基胺)、聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDAC)、聚(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)、聚(甲基丙烯酰氨基)丙基-三甲基氯化铵、以及它们的组合，包括它们的共聚物。
合适的聚阴离子有机聚合物包括但不限于聚(乙烯基硫酸盐)、聚(乙烯基磺酸盐)、聚(丙烯酸)(PAA)、聚(甲基丙烯酸)、聚(苯乙烯磺酸盐)、硫酸葡聚糖、肝素、透明质酸、角叉菜胶、羧甲基纤维素、藻朊酸盐、基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物诸如
Figure BDA0002924390910000151
聚(乙烯基磷酸)、聚(乙烯基膦酸)、以及它们的组合，包括它们的共聚物。
高分子电解质聚合物的分子量可在约1,000克/摩尔至约1,000,000克/摩尔的范围内变化。在一些实施方案中，(例如，聚(丙烯酸))带负电阴离子层的分子量(Mw)在50,000克/摩尔至150,000克/摩尔的范围内。在一些实施方案中，(例如，聚二烯丙基二甲基氯化铵)带正电阳离子层的分子量(Mw)在50,000克/摩尔至300,000克/摩尔的范围内。在一些实施方案中，(例如，聚(乙烯亚胺))带正电阳离子层的分子量(Mw)在10,000克/摩尔至50,000克/摩尔的范围内。聚离子(例如，聚阴离子或聚阳离子)中的至少一种包含吸光材料。
为了作为胶态分散体在水中稳定并赋予聚离子基团，吸光(例如，颜料)粒子通常还包括离子表面处理。在一些实施方案中，表面处理化合物为阴离子型的，诸如就磺酸盐或羧酸盐而言。吸光(例如，颜料)粒子还用作交替的高分子电解质层的离子粘结基团。
合适的颜料可以胶态稳定的水分散体从制造商诸如卡博特(Cabot)、科莱恩(Clariant)、杜邦(DuPont)、大日本(Dainippon)和德固赛(DeGussa)商购获得。尤其合适的颜料包括以商品名
Figure BDA0002924390910000161
购自卡博特公司(Cabot Corporation)的那些，例如250C(青色)、260M(品红色)、270Y(黄色)或352K(黑色)。吸光(例如，颜料)粒子通常经表面处理以赋予可离子化官能度。用于吸光(例如，颜料)粒子的合适的可离子化官能度的示例包括磺酸根官能度、羧酸根官能度以及磷酸根或双膦酸根官能度。在一些实施方案中，具有可离子化官能度的经表面处理的吸光(例如，颜料)粒子可商购获得。例如，可以商品名250C(青色)、260M(品红色)、270Y(黄色)和200(黑色)从卡博特公司(Cabot Corporation)商购获得的
Figure BDA0002924390910000162
颜料包括磺酸根官能度。又如，可以商品名352K(黑色)和300(黑色)从卡博特公司(Cabot Corporation)商购获得的CAB-
Figure BDA0002924390910000163
颜料包括羧酸根官能度。
当吸光(例如，颜料)粒子未被预处理时，吸光(例如，颜料)粒子可被表面处理以赋予如本领域已知的可离子化官能度。
可使用多种吸光材料(例如，颜料)来实现最终产品中的特定色度或色调或颜色。当使用多种吸光材料(例如，颜料)时，选择材料以确保它们彼此之间以及与光学产品部件之间的相容性和性能两者。
在有利的实施方案中，制备高分子电解质并将其作为水溶液施加到微结构化表面。术语“水性”意指涂层的液体包含至少85重量％的水。其可包含更高量的水，诸如例如至少90重量％、95重量％、或甚至至少99重量％的水或更多。水性液体介质可包含水和一种或多种水溶性有机助溶剂的混合物，它们的量使得水性液体介质形成单相。水溶性有机助溶剂的示例包括甲醇、乙醇、异丙醇、2-甲氧基乙醇、3-甲氧基丙醇、1-甲氧基-2-丙醇、四氢呋喃、以及酮或酯溶剂。有机助溶剂的量通常不超过涂料组合物的总液体的15重量％。用于逐层自组装的水性高分子电解质组合物通常包含至少0.01重量％、0.05重量％或0.1重量％，并且通常不大于5重量％、4重量％、3重量％、2重量％或1重量％的高分子电解质。
在一些实施方案中，水溶液还包含“掩蔽剂”，即通过增加离子强度和减少粒子间静电排斥而促进均匀且可再现的沉积的添加剂。合适的掩蔽剂包括任何低分子量盐，诸如卤化物盐、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、氟磷酸盐等。卤化物盐的示例包括氯化物盐诸如LiCl、NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、NH4Cl等，溴化物盐诸如LiBr、NaBr、KBr、CaBr2、MgBr2等，碘化物盐诸如LiI、NaI、KI、CaI2、MgI2等，以及氟化物盐诸如NaF、KF等。硫酸盐的示例包括Li2SO4、Na2SO4、K2SO4、(NH4)2SO4、MgSO4、CoSO4、CuSO4、ZnSO4、SrSO4、Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3。有机盐诸如(CH3)3CCl、(C2H5)3CCl等也是合适的掩蔽剂。
合适的掩蔽剂浓度可随盐的离子强度而变化。在一些实施方案中，水溶液包含浓度在0.01M至0.1M范围内的(例如，NaCl)掩蔽剂。吸收区域可包含痕量的掩蔽剂。
在将吸光涂层施加到微结构化膜的(例如，整个)表面并干燥之后，然后将吸光涂层从透射(例如，突起)区域的顶部部分移除，并且也从透射(例如，突起)区域之间的基体区域移除。应当理解，即使保留吸光涂层中的一些，LCF也可具有改善的轴向透射率(例如，亮度)。
可使用任何合适的方法来从突起(例如，吸光区域)的顶表面和沟道的底表面选择性地除去吸光材料。
在一个实施方案中，吸光材料通过反应离子蚀刻来除去。反应离子蚀刻(RIE)是利用离子轰击来除去材料的定向蚀刻工艺。RIE系统用于通过蚀刻正交于离子轰击的方向的表面来除去有机或无机材料。反应离子蚀刻与各向同性等离子体蚀刻之间最显著的差异是蚀刻方向。反应离子蚀刻的特征在于竖直蚀刻速率与侧向蚀刻速率的比率大于1。用于反应离子蚀刻的系统围绕耐用真空室构建。在开始蚀刻工艺之前，将室抽空至低于1托、100毫托、20毫托、10毫托或1毫托的基础压力。电极固持待处理的材料并与真空室电隔离。电极可为圆柱形状的可旋转电极。反电极也设置在室内，并且可由真空反应器壁构成。包含蚀刻剂的气体通过控制阀进入室。通过真空泵连续抽空室气体来维持工艺压力。所用气体的类型取决于蚀刻工艺。四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、八氟丙烷(C3F8)、三氟甲烷(CHF3)、三氯化硼(BCl3)、溴化氢(HBr)、氯、氩和氧通常用于蚀刻。将RF功率施加到电极以生成等离子体。样品可通过等离子体在电极上输送达受控时间段，以实现指定的蚀刻深度。反应离子蚀刻是本领域已知的并且进一步描述于US 8,460,568中；该专利以引用方式并入本文。
在一些实施方案中，反应离子蚀刻的步骤导致吸收区域在沟道的底表面311附近更窄(小于平均宽度)。除去吸光材料可导致沟道的深度(例如，轻微)增加。
在从沟道的底表面移除吸光涂层之后，沟道可用有机聚合物材料填充。在一些实施方案中，有机聚合物材料为可聚合树脂组合物，并且该方法还包括(例如，辐射)固化可聚合树脂。通常，用于制造微结构化膜的相同的可聚合树脂用于填充沟道。另选地，使用不同的有机聚合物材料(例如，可聚合树脂组合物)。当使用不同的有机聚合物材料(例如，可聚合树脂组合物)时，通常将组合物选择成与透光区域折射率匹配。所谓“折射率匹配”意指填充材料与透射区域之间的折射率差值通常小于0.1或0.005。另选地，沟道可用折射率差值大于0.1的不同的有机聚合物材料(例如，可聚合树脂组合物)填充。在另一实施方案中，沟道不用有机聚合物材料(例如，聚合树脂)填充。在该实施方案中，沟道通常包括折射率为1.0的空气。
当沟道用固化可聚合树脂填充时，光控膜可任选地包括用粘合剂410粘结到微结构化膜的覆盖膜470，如图4所示。当沟道用空气填充时，通常包括粘合剂膜和覆盖膜。
在另一实施方案中，层410可为表涂层而不是粘合剂。在该实施方案中，覆盖膜470可不存在。
图4示出了LCF 400，该LCF还包括可与基底层260相同或不同的任选的覆盖膜470。任选的覆盖膜470可用粘合剂410粘结到微结构化表面。粘合剂410可为任何光学透明的粘合剂，诸如可UV固化的丙烯酸酯粘合剂、转移粘合剂等。
LCF还可包括通常设置在暴露表面上的其它涂层。多种硬质涂层、抗眩涂层、抗反射涂层、防静电涂层和防污涂层均是本领域已知的。参见例如美国专利7,267,850；美国专利7,173,778、PCT公布WO2006/102383、WO2006/025992、WO2006/025956、和美国专利7,575,847。
图5示出了根据一个实施方案的背光显示器500的透视示意图。背光显示器500包括如前所述的包括透射区域540和吸收区域550的LCF 530。如前所述，此类LCF具有离开LCF530的输出表面590的光的极面截止视角θP。背光显示器500包括光源510，该光源被配置为使光透射穿过LCF 530、透射穿过图像平面520(诸如LCD面板)并到达观察者595。亮度最大时的视角可取决于如前所述的极面截止视角。
背光显示器500还可包括任选的增亮膜560和反射偏振膜570以进一步改善显示器的亮度和均匀度。增亮膜可以为棱镜膜，诸如购自3M公司的3MTM增亮膜(3MTM BrightnessEnhancement Film，简称“BEF”)或增亮薄膜(Thin Brightness Enhancement Film，简称“TBEF”)。反射偏振膜570可为多层光学膜，诸如购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St.Paul,MN)的3MTM双倍增亮膜“DBEF”。增亮膜560和反射偏振膜570(如果包括的话)可如图5所示定位。
在其它实施方案中，如前所述，包括透射区域和吸收区域的光控膜可粘结到发射(例如，有机发光二极管或OLED)显示器。
在一些实施方案中，本文所述的LCF(即，第一LCF)可与第二LCF组合。在一些实施方案中，第二LCF可为诸如在以下专利中描述的LCF(例如，私密膜)：US 6,398,370；US 8,013,567；US 8,213,082；以及US 9,335,449。在其它实施方案中，第二LCF为如本文所述的LCF(例如，其中吸光区域具有至少30的高宽比)。第一LCF和第二LCF可以各种取向堆叠。
在一个实施方案中，第一光控膜和第二光控膜被定位成使得第一LCF的吸收区域与第二LCF的吸收区域平行并且通常重合。在另一实施方案中，第一光控膜和第二光控膜被定位成使得第一LCF的吸收区域与第二LCF的吸收区域正交。第一光控膜和第二光控膜还可被定位成使得吸收区域在0度的视角处在彼此平行到正交的范围内。
在一些实施方案中，第一LCF和第二LCF的组合具有至少60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％的在0度的视角处的相对透射率(例如，亮度)。在一些实施方案中，在+30度、-30度或+30度和-30度的平均值的视角处的相对透射率(例如，亮度)小于25％、20％、15％、10％或5％。在一些实施方案中，对于在+35度至+80度、-35度至-85度范围内或这些范围的平均值的视角的平均相对透射率(例如，亮度)小于10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％或1％。
在一些实施方案中，LCF的这种组合具有至少60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％的在0度的视角处的相对透射率(例如，亮度)。在一些实施方案中，在+30度、-30度或+30度和-30度的平均值的视角处的相对透射率(例如，亮度)小于25％、20％、15％、10％或5％。
当沟道用空气填充时，在较高视角处的相对透射率(例如，亮度)可较低，并且因此膜可表现出改善的私密性。
本文所述的光控膜尤其可用作显示设备的部件，作为所谓的混合式私密滤光器。混合式私密滤光器可以结合显示器表面使用，其中光在光控膜的输入侧上进入混合式私密滤光器并在色移膜处出射混合式私密滤光器或膜叠堆。具有显示器的大量电子设备可结合本发明使用，包括膝上型监视器、外部计算机监视器、移动电话显示器、电视机、智能电话、汽车中心信息显示器、汽车驱动器信息显示器、汽车侧镜显示器(也称为电子镜)、控制台，或者任何其它类似的基于LCD、OLED、微型LED或迷你LED的显示器。将混合式私密滤光器施加到显示器的附加的有益效果是对比度增强。
还可以想到其它类型的背光显示器成像设备，包括非电子显示器，诸如太阳镜、文档封面、汽车和航空应用中的控制台开关、飞行器驾驶舱控件、直升机驾驶舱控件、窗以及任何数目的其它设备。
在其它实施方案中，本文所述的光控膜叠堆可用作玻璃的覆层。例如，膜叠堆可以层合到门窗设施之上或之内。门窗设施可以选自玻璃板、窗、门、壁和天窗装置。门窗设施可以位于建筑物的外部或内部上。这些设施也可以是汽车窗、火车窗、飞机乘客窗等。将这些膜叠堆组装到门窗设施中的优点包括IR透射减少(这可以导致节能增加)、阻挡环境光、私密性和装饰效果。
本说明书不应被认为限于本文所述的具体示例，而是应当理解为本说明书涵盖在所附权利要求中清楚地给出的说明书的所有方面。在审阅本说明书后，可对本说明书适用的各种修改、等同过程以及众多结构对本说明书所涉及领域技术人员将显而易见。以上描述可通过以下得到更好的理解：
实施例
以下实施例进一步说明了本发明的目的和优点，但这些实施例中列举的具体材料及其量以及其它条件和细节不应被解释为是对本发明的不当限制。
除非另外指明，否则实施例以及本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，否则所有化学品均获自或购自化学品供应商诸如密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Co.,St.Louis,Missouri)。
用于实施例的材料的简要描述和来源呈现于(3)个单独的表中。用于浇铸和固化微复制工艺(制备例1)中的树脂A实施例1-2中的折射率匹配的回填材料的组分列于表1中。用于逐层(LBL)涂覆的原材料列于表2中。用于反应离子蚀刻(RIE)的原材料列于表3中。
Figure BDA0002924390910000211
Figure BDA0002924390910000221
表1：用于树脂A的原材料
Figure BDA0002924390910000222
表2：用于逐层(LBL)涂覆的原材料
Figure BDA0002924390910000223
表3：用于反应离子蚀刻的原材料
制备例1(PE1)：“方波”微结构化膜的制备
使用金刚石(29.0μm刀头宽度，3°夹角，87μm深)来切割具有多个平行线性沟槽的工具。沟槽以62.6微米的节距间隔开。通过混合下表4中的材料来制备树脂A。
材料 重量份
Photomer 6010 60
SR602 20
SR601 4.0
TMPTA 8.0
PEA(Etermer 2010) 8.0
Darocur 1173 0.35
TPO 0.10
I1035 0.20
表4：用于制备微结构化膜的树脂A的组合物
用树脂A和工具进行常见工业“浇铸和固化”微复制工艺，如US8,096,667所述。这些样品的微复制条件设定如下：树脂温度150℉、模具温度150℉、涂布机IR 120℉边缘/130℉中心、工具温度100℉和线速度70fpm，峰值波长为385nm的Fusion D灯(购自马里兰州盖瑟斯堡的融合UV系统公司(Fusion UV Systems,Gaithersburg,MD.))用于固化并在100％功率下操作。所得微结构化膜包括由沟道隔开的多个突起(例如，透光区域)，如图1所示。
该工艺产生形成工具微结构的拓扑反转的微结构化膜，使得微结构化膜的突起是工具的沟槽的负像复制。突起具有1.5度的壁角度，从而导致突起呈轻微锥形(在光输入表面处较宽而在光输出表面处较窄)。微结构化膜的沟道是工具在沟槽之间的未切割部分的负像复制。
微结构化膜上的逐层(LbL)自组装涂层的制备方法
逐层自组装涂层使用购自加利福尼亚州森尼维耳的Svaya纳米科技公司(SvayaNanotechnologies,Inc.(Sunnyvale,CA))的装置制备，并按照US 8,234,998(Krogman等人)以及Krogman等人的“Automated Process for Improved Uniformity andVersatility of Layer-by-Layer Deposition”(用于改善逐层沉积的均匀度和灵活性的自动化工艺，《Langmuir》杂志，2007年，第23卷，第3137-3141页)中所述的系统。装置包括装载有涂覆溶液的压力容器。安装带有平坦喷雾式样的喷雾嘴(购自伊利诺伊州惠顿的喷雾系统公司(Spraying Systems,Inc.,Wheaton,Illinois))，以在由电磁阀控制的指定时间喷涂涂覆溶液和冲洗水。用氮气将容纳涂覆溶液的压力容器(威斯康辛州沃基肖的合金制品公司(Alloy Products Corp.,Waukesha,WI))加压至30psi，同时用空气将容纳去离子(DI)水的压力容器加压至30psi。涂覆溶液喷嘴的流速各自为10加仑/小时，而DI水冲洗喷嘴的流速为40加仑/小时。将待涂覆的基板用环氧树脂(Scotch-Weld环氧树脂粘合剂，DP100Clear，明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))在边缘周围粘附到玻璃板(12"×12"×1/8"厚)(明尼苏达州明尼阿波利斯的布林西北玻璃公司(BrinNorthwestern Glass Co.,Minneapolis,MN))，该玻璃板安装在竖直平移工作台上并且用真空吸盘固持就位。在典型涂覆序列中，在工作台以76mm/s竖直向下移动的同时将聚阳离子(例如，PDAC)溶液喷涂到基板上。接着，在12秒的保压时间之后，在工作台以102mm/s竖直向上移动的同时将DI水喷涂到基板上。然后用气刀以3mm/s的速度对基板进行干燥。接着，在工作台以76mm/s竖直向下移动的同时将聚阴离子(例如，颜料纳米粒子)溶液喷涂到基板上。允许过去12s的另一保压时间段。在工作台以102mm/s竖直向上移动的同时将DI水喷涂到基板上。最后，用气刀以3mm/s的速度对基板进行干燥。重复上述序列以沉积表示为(聚阳离子/聚阴离子)n的多个“双层”，其中n为双层的数目。
反应离子蚀刻微结构化膜的制备方法
在功能上等效于US 8,460,568中描述的系统的平行板电容耦接等离子体反应器中执行反应离子蚀刻(RIE)。室具有表面积为18.3ft2的中心圆柱形通电电极。在将微结构化膜放置在通电电极上之后，将反应室泵吸降压至小于1.3Pa(2mTorr)的基础压力。C3F8(八氟丙烷)和O2(氧)气的混合物以指定的流速流入室中。处理使用反应离子蚀刻方法通过以13.56MHz的频率和9000瓦的外加功率将RF功率耦接到反应器中来进行。通过将微结构化膜以受控的速率移动通过反应区来控制处理时间。在处理后，停止RF功率和气体供应并且使腔室返回至大气压。关于材料、用于施加圆柱形RIE的工艺以及关于所用反应器的另外细节的附加的信息可见于US8460568 B2中。
微结构化膜的回填沟道的制备方法
通过使用手压辊向顶部PET膜施加压力来将树脂吸移到微结构化膜表面与放置在顶部的一片未涂底漆的2密耳厚的PET膜之间，用PE1中使用的树脂A回填沟道，并且然后用德国哈瑙的贺利氏公司(Heraeus(Hanau,Germany))带式输送机UV处理器(型号DRS(6))和500瓦特功率下的“H”灯泡来UV固化。具体地，将样品以50ft/min的输送速度发送通过UV固化站三次。接着，用手将顶部PET膜从微结构化膜上剥离。
测试方法：来自漫射光源的光亮度分布
将膜样品放置在朗伯光源上。当吸光区域为锥形时，膜被定位成使得吸光区域的最宽部分更靠近光源。使用Eldim L80锥光镜(法国埃鲁维尔圣克莱尔的艾尔迪姆公司(Eldim S.A.,HEROUVILLE SAINT CLAIR,France))来以半球方式同时在所有极角和方位角下检测光输出。在检测之后，在与天窗的方向正交的方向(表示为0°取向角)上读取透射(例如，亮度)读数的横截面，除非另外指明。相对透射率被定义为在具有膜的读数与不具有膜的读数之间在特定视角处的亮度比。
朗伯光源由来自具有图6所示基线光亮度分布的光箱的漫透射组成。光箱为六面中空棱镜，尺寸测量为大约12.5cm×12.5cm×11.5cm(L×W×H)，由厚度为约6mm的聚四氟乙烯(PTFE)漫射板制成。箱的一面被选作为样品表面。中空光箱的样品表面处的漫反射率测量为约0.83(例如在400nm-700nm波长范围内平均为约83％)。在测试期间，通过位于箱的底部(与样品表面相背)中的约1cm的圆形孔从光箱内照亮箱(光线从内部照向样品表面)。使用稳定的宽带白炽灯光源提供照明，该光源附接到用于引导光的光纤束(带有1cm直径光纤束延长部的Fostec DCR-II，来自马萨诸塞州马尔堡和纽约州奥本的肖特-福斯特公司(Schott-Fostec LLC,Marlborough Mass.and Auburn,N.Y.))。
测试方法：来自准直光源的光亮度分布
将膜样品放置在准直光源上。当吸光区域为锥形时，膜被定位成使得吸光区域的最宽部分更靠近光源。使用Eldim L80锥光镜(法国埃鲁维尔圣克莱尔的艾尔迪姆公司(Eldim S.A.,HEROUVILLE SAINT CLAIR,France))来以半球方式同时在所有极角和方位角下检测光输出。在检测之后，在与天窗的方向正交的方向(表示为0°取向角)上读取亮度(例如，以cd/m2为单位的亮度)读数的横截面，除非另外指明。对于单个样品，将用光路中的天窗膜以0至50度的光源角度进行测量。然后通过将测量值除以来自第一次测量的0度输入的测量亮度峰值来归一化来自这些测量中的每一个的横截面。
准直光源由白色LED(具有荧光粉的蓝色LED)和准直光学器件(透镜)组成，该准直光学器件被放置成一定距离，使得LED位于透镜的焦点处。半最大值全宽度(FWHM)小于2度。具有透镜的光源安装在摆臂上，从而允许入射角以1度分辨率从0度旋转到80度。将待测天窗膜放置在光源上方的平台上，在准直光源围绕其枢转的点处具有小孔。
测试方法：光学消光系数
薄膜涂层的光学消光系数k通常通过椭圆光度法或UV/VIS光谱法来确定。消光系数k被定义为αλ/(4π)，其中α为吸收系数并且λ为波长。对于透明基板上的薄膜涂层，可使用UV/VIS光谱法来将吸收率(A)测量为1–T–R，其中T为透射率，并且R为反射率。必须针对基板的A对测量的A进行适当校正，以获得薄膜本身的A。然后通过公式α＝-ln[(100-A)/100]/h将A转换为α，其中h为薄膜涂层的厚度；当R相对较小且A相对较大时，该α的公式为所用的近似值。厚度可例如通过触针轮廓术或横截面扫描电子显微术来测量。
制备例2(PE2)：涂覆溶液的制备
通过用去离子(DI)水将PDAC从20重量％稀释至0.32重量％的浓度来制备PDAC涂覆溶液。通过用DI水将COJ352K从15重量％稀释至1.0重量％的浓度来制备COJ352K涂覆溶液。通过将SiO2(从40重量％)与COJ352K(从15重量％)一起加入DI水中至1.0重量％SiO2和0.29重量％COJ352K的浓度来制备SiO2:COJ352K(3.4:1)涂覆溶液。通过将SiO2(从40重量％)与COJ352K(从15重量％)一起加入DI水中至1.0重量％SiO2和0.25重量％COJ352K的浓度来制备SiO2:COJ352K(4:1)涂覆溶液。通过将SiO2(从40重量％)与COJ352K(从15重量％)一起加入DI水中至1.0重量％SiO2和0.20重量％COJ352K的浓度来制备SiO2:COJ352K(5:1)涂覆溶液。通过将SiO2(从40重量％)与COJ352K(从15重量％)一起加入DI水中至1.0重量％SiO2和0.08重量％COJ352K的浓度来制备SiO2:COJ352K(12.4:1)涂覆溶液。通过将SiO2(从40重量％)与COJ352K(从15重量％)一起加入DI水中至1.0重量％SiO2和0.05重量％COJ352K的浓度来制备SiO2:COJ352K(20:1)涂覆溶液。将NaCl添加至所有涂覆浮液至0.05M的浓度。
实施例描述
比较例1(CE-1)：天窗膜(非包覆天窗)
将PE1中制备的微结构化膜片切割成9"×10"的尺寸，并使用BD-20AC实验室电晕处理机(伊利诺伊州芝加哥的Electro-Technic产品公司(Electro-Technic Products,Chicago,IL))用手对其进行电晕处理，以防止水性涂覆溶液成珠和去湿。如PE2中所述制备PDAC和CAB-O-JET 352K涂覆溶液。使用前述LbL自组装涂层的制备方法，用(PDAC/COJ352K)20(即，20个双层)涂覆电晕处理的膜。在用剃刀刀片对涂层划痕之后，通过DektakXT触针轮廓曲线仪测量的沉积到玻璃板上的等效涂层的厚度为273nm。然后使涂覆的膜经受反应离子蚀刻(RIE)，其中O2和C3F8气体分别以125SCCM和375SCCM流动，其中施加的功率为9000W，持续时间为450s。接下来，使用前述回填沟道的制备方法回填沟道。测量来自漫射光源的光亮度分布，并且数据显示在表5中。还测量了准直光源在0度、10度、20度、25度、30度、35度和40度入射角处的准直光源的光亮度分布；数据显示在表6-9中。
为了参考和测量消光系数k，使用“微结构化膜上的逐层自组装涂层的制备方法”用(PDAC/COJ352K)20涂覆12"×12"×1/8"浮法玻璃的板，不同的是仅使用玻璃板作为基板。如使用前述基于UV-VIS的光学消光系数测试方法所确定的，涂层在550nm下具有0.31的消光系数(k)。
实施例1：天窗膜(低k包覆的天窗-三层结构)
将PE1中制备的微结构化膜片切割成9"×10"的尺寸，并使用BD-20AC实验室电晕处理机(伊利诺伊州芝加哥的Electro-Technic产品公司(Electro-Technic Products,Chicago,IL))用手对其进行电晕处理，以防止水性涂覆溶液成珠和去湿。如PE2中所述制备PDAC、COJ352K和SiO2:COJ352K(4:1)涂覆溶液。使用用于制备LbL自组装涂层的制备方法，用(PDAC/(SiO2:COJ352K(4:1)))7(PDAC/COJ352K)11(PDAC/(SiO2:COJ352K(4:1)))7涂覆电晕处理的膜。沉积的双层的总数为25。芯层具有11个双层，并且包覆层各自具有7个双层。在用剃刀刀片对涂层划痕之后，通过Dektak XT触针轮廓曲线仪测量的沉积到玻璃板上的等效涂层的厚度为413nm。然后使涂覆的膜经受反应离子蚀刻(RIE)，其中O2和C3F8气体分别以125SCCM和375SCCM流动，其中施加的功率为9000W，持续时间为500s。该步骤之后是反应离子蚀刻(RIE)的第二工艺，其中O2和C3F8气体分别以375SCCM和125SCCM流动，其中施加的功率为9000W，持续时间为50s。接下来，使用前述方法回填沟道。测量来自漫射光源的光亮度分布，并且数据包括在表5中。还测量了准直光源在0度、10度、20度、25度、30度、35度和40度入射角处的准直光源的光亮度分布；数据显示在表6-9中。
为了参考和测量消光系数k，使用“微结构化膜上的逐层自组装涂层的制备方法”用(PDAC/SiO2:COJ352K(5:1))20涂覆12"×12"×1/8"浮法玻璃的板，不同的是仅使用玻璃板作为基板。在用剃刀刀片对涂层划痕之后，通过Dektak XT触针轮廓曲线仪测量的涂层的厚度为388nm。该涂层在550nm下分别具有1.47和0.155的折射率(n)和消光系数(k)，如用内布拉斯加州林肯的(J.A.Woollam(Lincoln,Nebraska))RC2光谱椭偏仪所确定的。在300nm-1000nm波长下以55、65和75度的入射角获取椭圆光度法数据；玻璃板基板被建模为柯西(Cauchy)层，并且吸光涂层被建模为具有表面粗糙度层的克雷美斯-柯尼克(Kramers-Kronig)一致B样条层。
实施例2：天窗膜(低k包覆的天窗-五层结构)
将PE1中制备的微结构化膜片切割成9"×10"的尺寸，并使用BD-20AC实验室电晕处理机(伊利诺伊州芝加哥的Electro-Technic产品公司(Electro-Technic Products,Chicago,IL))用手对其进行电晕处理，以防止水性涂覆溶液成珠和去湿。如PE2中所述制备PDAC、COJ352K、SiO2:COJ352K(3.4:1)和SiO2:COJ352K(12.4:1)涂覆溶液。使用前述LbL自组装涂层的制备方法，用(PDAC/(SiO2:COJ352K(12.4:1)))4(PDAC/(SiO2:COJ352K(3.4:1)))4(PDAC/COJ352K)7(PDAC/(SiO2:COJ352K(3.4:1)))4(PDAC/(SiO2:COJ352K(12.4:1)))4涂覆电晕处理的膜。沉积的双层的总数为23。芯层具有7个双层，最内包覆层(最靠近芯)各自具有4个双层，并且最外包覆层各自具有4个双层。在用剃刀刀片对涂层划痕之后，通过DektakXT触针轮廓曲线仪测量的沉积到玻璃板上的等效涂层的厚度为422nm。然后使涂覆的膜经受反应离子蚀刻(RIE)，其中O2和C3F8气体分别以125SCCM和375SCCM流动，其中施加的功率为9000W，持续时间为250s。该步骤之后是反应离子蚀刻(RIE)的第二工艺，其中O2和C3F8气体分别以375SCCM和125SCCM流动，其中施加的功率为9000W，持续时间为100s。接下来，使用前述方法回填沟道。测量来自漫射光源的光亮度分布，并且数据包括在表5中。
为了参考和测量消光系数k，使用“微结构化膜上的逐层自组装涂层的制备方法”用(PDAC/SiO2:COJ352K(20:1))20涂覆12"×12"×1/8"浮法玻璃的板，不同的是仅使用玻璃板作为基板。在用剃刀刀片对涂层划痕之后，通过Dektak XT触针轮廓曲线仪测量的涂层的厚度为462nm。该涂层在550nm下分别具有1.36和0.072的折射率(n)和消光系数(k)，如用内布拉斯加州林肯的(J.A.Woollam(Lincoln,Nebraska))RC2光谱椭偏仪所确定的。在300nm-1000nm波长下以55、65和75度的入射角获取椭圆光度法数据；玻璃板基板被建模为柯西(Cauchy)层，并且吸光涂层被建模为具有表面粗糙度层的克雷美斯-柯尼克(Kramers-Kronig)一致B样条层。
测试结果
Figure BDA0002924390910000291
表5：不同视角的透射率(％)。
Figure BDA0002924390910000292
表6：归一化为0°峰值的最大峰值％T
Figure BDA0002924390910000293
Figure BDA0002924390910000301
表7：归一化为0°峰值的最大峰值％R
Figure BDA0002924390910000302
表8：％T曲线下的积分，其中单位为％T乘以度范围
Figure BDA0002924390910000303
表9：％T曲线下的积分，其中单位为％R乘以度范围
在表6-9中报告的测量结果得自锥光测量，如准直光源的光亮度分布测试方法中所述。我们从表7和9中的结果观察到，实施例1的最大峰值％R和％R曲线下的积分值均低于比较例1。
本文所引述的专利公开的全部公开内容以引用方式全文并入本文，如同每种专利公开单独并入本文。在不脱离本发明的范围和实质的前提下，本发明的各种变型和更改对本领域的技术人员而言将显而易见。应当理解，本发明并非意图不当地限制于本文所示出的示例性实施方案和实施例，并且上述实施例和实施方案仅以举例的方式提出，而且本发明的范围旨在仅受下面本文所示出的权利要求书的限制。

Claims (70)

1.一种光控膜，包括：
光输入表面和与所述光输入表面相背的光输出表面；
交替的透射区域和吸收区域，所述透射区域和所述吸收区域设置在所述光输入表面与所述光输出表面之间，其中所述吸收区域包括具有第一浓度C1的吸光材料的芯，所述芯夹置在具有第二浓度C2的吸光材料的包覆层之间，其中C2<C1，并且其中所述芯具有至少20的高宽比。
2.根据权利要求1所述的光控膜，其中所述吸光材料包括吸光粒子。
3.根据权利要求1或2所述的光控膜，其中所述吸光材料包括有机吸光材料。
4.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述吸光材料包括炭黑粒子。
5.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述吸光材料包括中值粒度小于约500纳米的吸光粒子。
6.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述芯包括30重量％至100重量％的吸光材料，并且所述包覆层包括0.5重量％至50重量％的吸光材料。
7.根据权利要求6所述的光控膜，其中所述芯包括75重量％至90重量％的吸光材料。
8.根据权利要求6或7所述的光控膜，其中所述包覆层包括25重量％至45重量％的吸光材料。
9.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述包覆层包括吸光粒子、非吸光稀释剂和有机聚合物材料。
10.根据权利要求9所述的光控膜，其中所述非吸光稀释剂包括二氧化硅粒子。
11.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述透射区域具有小于5度的壁角度。
12.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述透射区域和所述吸收区域具有在40微米至400微米范围内的高度。
13.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述芯具有不大于5微米的平均宽度。
14.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述包覆层具有不大于1微米的平均宽度。
15.根据权利要求14所述的光控膜，其中所述包覆层具有100nm至500nm的平均宽度。
16.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述吸收区域具有至少50的高宽比。
17.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述透射区域具有至少2的高宽比。
18.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述吸收区域具有10微米至400微米的平均节距。
19.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述光控膜在0度的视角处具有至少75％的相对透射率。
20.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述光控膜在35度至80度的视角下具有不大于5％的平均相对透射率。
21.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述包覆层为所述芯上的适形涂层。
22.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，还包括设置在所述包覆层上的第二包覆层。
23.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述芯具有至少30的高宽比。
24.根据上述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述吸收区域包括高分子电解质。
25.一种光控膜，包括：
光输入表面和与所述光输入表面相背的光输出表面；
交替的透射区域和吸收区域，所述透射区域和所述吸收区域设置在所述光输入表面与所述光输出表面之间，其中所述吸收区域包括具有第一消光系数k1的芯，所述芯夹置在具有第二消光系数k2的包覆层之间，其中k2<k1，并且其中所述芯具有至少20的高宽比。
26.根据权利要求25所述的光控膜，其中所述芯和所述包覆层包括吸光材料，所述吸光材料包括吸光粒子。
27.根据权利要求25或26所述的光控膜，其中所述芯和所述包覆层包括有机吸光材料。
28.根据权利要求25-27中任一项所述的光控膜，其中所述芯和所述包覆层包括炭黑粒子。
29.根据权利要求25-28中任一项所述的光控膜，其中所述芯和所述包覆层包括中值粒度小于约500纳米的吸光粒子。
30.根据权利要求25-29中任一项所述的光控膜，其中k1为0.2-0.4并且k2为0.005-0.15，
31.根据权利要求25-30中任一项所述的光控膜，其中所述包覆层包括吸光粒子、非吸光稀释剂和有机聚合物材料。
32.根据权利要求31所述的光控膜，其中所述非吸光稀释剂包括二氧化硅粒子。
33.根据权利要求25-32中任一项所述的光控膜，其中所述透射区域具有小于5度的壁角度。
34.根据权利要求25-33中任一项所述的光控膜，其中所述透射区域和所述吸收区域具有在40微米至400微米范围内的高度。
35.根据权利要求25-34中任一项所述的光控膜，其中所述芯具有不大于5微米的平均宽度。
36.根据权利要求25-35中任一项所述的光控膜，其中所述包覆层具有不大于1微米的平均宽度。
37.根据权利要求36所述的光控膜，其中所述包覆层具有100nm至500nm的平均宽度。
38.根据权利要求25-37中任一项所述的光控膜，其中所述吸收区域具有至少50的高宽比。
39.根据权利要求25-38中任一项所述的光控膜，其中所述透射区域具有至少2的高宽比。
40.根据权利要求25-39中任一项所述的光控膜，其中所述吸收区域具有10微米至400微米的平均节距。
41.根据权利要求25-40中任一项所述的光控膜，其中所述光控膜在0度的视角处具有至少75％的相对透射率。
42.根据权利要求25-41中任一项所述的光控膜，其中所述光控膜在35度至8度的视角下具有不大于5％的平均相对透射率。
43.根据权利要求25-42中任一项所述的光控膜，其中所述包覆层为所述芯上的适形涂层。
44.根据权利要求25-43中任一项所述的光控膜，还包括设置在所述包覆层上的第二包覆层。
45.根据权利要求25-44中任一项所述的光控膜，其中所述芯具有至少30的高宽比。
46.根据权利要求25-45中任一项所述的光控膜，其中所述吸收区域包括高分子电解质。
47.一种光控膜，包括：
光输入表面和与所述光输入表面相背的光输出表面；
交替的透射区域和吸收区域，所述透射区域和所述吸收区域设置在所述光输入表面与所述光输出表面之间，其中所述吸收区域包括夹置在包覆层之间的包括吸光粒子的芯，所述包覆层包括吸光粒子和非吸光稀释剂，并且其中这些芯具有至少20的高宽比。
48.根据权利要求47所述的光控膜，其中所述芯和所述包覆层包括有机吸光粒子。
49.根据权利要求47或48所述的光控膜，其中所述芯和所述包覆层包括炭黑粒子。
50.根据权利要求47-49中任一项所述的光控膜，其中所述芯和所述包覆层包括中值粒度小于约500纳米的吸光粒子。
51.根据权利要求47-50中任一项所述的光控膜，其中所述包覆层包括吸光粒子、非吸光稀释剂和有机聚合物材料。
52.根据权利要求51所述的光控膜，其中所述非吸光稀释剂包括二氧化硅粒子。
53.根据权利要求47-52中任一项所述的光控膜，其中所述透射区域具有小于5度的壁角度。
54.根据权利要求47-53中任一项所述的光控膜，其中所述透射区域和吸收区域具有在40微米至400微米范围内的高度。
55.根据权利要求47-54中任一项所述的光控膜，其中所述芯具有不大于5微米的平均宽度。
56.根据权利要求47-55中任一项所述的光控膜，其中所述包覆层具有不大于1微米的平均宽度。
57.根据权利要求56所述的光控膜，其中所述包覆层具有100nm至500nm的平均宽度。
58.根据权利要求47-57中任一项所述的光控膜，其中所述吸收区域具有至少50的高宽比。
59.根据权利要求47-58中任一项所述的光控膜，其中所述透射区域具有至少2的高宽比。
60.根据权利要求47-59中任一项所述的光控膜，其中所述吸收区域具有10微米至200微米的平均节距。
61.根据权利要求47-60中任一项所述的光控膜，其中所述光控膜在0度的视角处具有至少75％的相对透射率。
62.根据权利要求47-61中任一项所述的光控膜，其中所述光控膜在35度至80度的视角下具有不大于5％的平均相对透射率。
63.根据权利要求47-62中任一项所述的光控膜，其中所述包覆层为所述芯上的适形涂层。
64.根据权利要求47-63中任一项所述的光控膜，还包括设置在所述包覆层上的第二包覆层。
65.根据权利要求47-64中任一项所述的光控膜，其中所述芯具有至少30的高宽比。
66.根据权利要求47-65中任一项所述的光控膜，其中所述吸收区域包括高分子电解质。
67.一种制备光控膜的方法，包括：
提供微结构化膜，所述微结构化膜包括与沟道交替的多个透光区域，其中所述微结构化膜具有由所述透光区域的顶表面和侧壁以及所述沟道的底表面限定的表面；
将一个或多个吸光包覆材料层施加至所述表面，每个层具有吸光粒子浓度；
在所述一个或多个吸光包覆材料层上施加具有第一吸光粒子浓度C1的吸光芯材料层；
在所述吸光芯材料层上施加附加的一个或多个吸光包覆材料层，每个附加的层具有吸光粒子浓度；以及
从所述透光区域的所述顶表面和所述沟道的所述底表面移除所述一个或多个吸光包覆材料层的至少一部分、所述吸光芯材料层的至少一部分和所述附加的一个或多个吸光包覆材料层的至少一部分；
其中所述一个或多个吸光包覆材料层中的每个吸光包覆材料层以及所述附加的一个或多个吸光包覆材料层中的每个吸光包覆材料层中的吸光材料浓度小于C1。
68.一种制备光控膜的方法，包括：
提供微结构化膜，所述微结构化膜包括与沟道交替的多个透光区域，其中所述微结构化膜具有由所述透光区域的顶表面和侧壁以及所述沟道的底表面限定的表面；
将一个或多个吸光包覆材料层施加至所述表面，每个层具有消光系数；
在所述一个或多个吸光包覆材料层上施加具有第一消光系数k1的吸光芯材料层；
在所述吸光芯材料层上施加附加的一个或多个吸光包覆材料层，每个附加的层具有消光系数；以及
从所述透光区域的所述顶表面和所述沟道的所述底表面移除所述一个或多个吸光包覆材料层的至少一部分、所述吸光芯材料层的至少一部分和所述附加的一个或多个吸光包覆材料层的至少一部分；
其中所述一个或多个吸光包覆材料层中的每个吸光包覆材料层以及所述附加的一个或多个吸光包覆材料层中的每个吸光包覆材料层中的消光系数小于k1。
69.根据权利要求67或68所述的方法，其中施加所述一个或多个吸光包覆材料层、施加所述吸光芯材料层以及施加所述一个或多个附加的吸光包覆材料层包括逐层组装。
70.根据权利要求67-69中任一项所述的方法，还包括用有机聚合物材料填充所述沟道。
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