CN114829991A - 光控膜及其制造方法 - Google Patents

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CN114829991A CN202080088869.XA CN202080088869A CN114829991A CN 114829991 A CN114829991 A CN 114829991A CN 202080088869 A CN202080088869 A CN 202080088869A CN 114829991 A CN114829991 A CN 114829991A
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凯文·W·戈特里克
雷蒙德·J·肯尼
凯莱布·T·纳尔逊
丹尼尔·J·施密特
赖利·J·希尔斯特罗姆
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Abstract

本公开提供了一种光控膜及其制造方法。所述方法包括提供微结构化膜。所述微结构化膜包括与沟道交错的多个透光区域。所述微结构化膜由每个透光区域的顶表面和一对侧表面及每个沟道的底表面限定。所述方法还包括用涂料涂布每个透光区域的所述一对侧表面和每个沟道的所述底表面。所述涂料包含分散在液体中的吸光粒子。所述方法还包括干燥所述涂料，使得所述吸光粒子选择性地沉积在每个透光区域的所述一对侧表面上。

Description

光控膜及其制造方法
技术领域
本发明涉及光控膜及其制造方法。
背景技术
光控膜(LCF)也称为“防窥膜”，是调节透光率的光学膜。多种LCF是已知的，并且通常包括透光膜，该透光膜具有多个平行百叶窗(louver)。百叶窗由吸光材料形成。
LCF可贴近显示器表面、图像表面或待观看的任何其他表面放置。在其中观看者以垂直于膜表面的方向通过LCF查看图像的法向入射角(即，0度视角)处，图像是可视的。随着视角的增大，透过LCF的光量减少，直至达到截光视角，在该截光视角下基本上所有的光均被吸光材料阻挡，并且图像不再可视。这可以通过阻挡在典型视角范围外的其他人观察来为观看者提供隐私。
由于光被吸光材料吸收，LCF可以具有低轴上透射。已有几项努力针对改善LCF的轴上透射。例如，可以增加LCF的高宽比以减小吸光材料的厚度。然而，常规微复制方法不可提供高高宽比的LCF。
发明内容
本发明涉及光控膜及其制造方法。本发明还涉及与光学应用一起使用的光控膜。
在本公开的一个实施方案中，提供了一种制造光控膜的方法。所述方法包括提供微结构化膜。所述微结构化膜包括与沟道交错的多个透光区域。微结构化膜由每个透光区域的顶表面和一对侧表面以及每个通道的底表面限定。所述方法还包括用涂料涂布每个透光区域的所述一对侧表面和每个沟道的所述底表面。所述涂料包含分散在液体中的吸光粒子。所述方法还包括干燥所述涂料，使得所述吸光粒子选择性地沉积在每个透光区域的所述一对侧表面上。
在一些实施方案中，所述涂料是水基涂料并且所述液体是水。
在一些实施方案中，每个透光区域的所述顶表面和每个沟道的所述底表面不含所述吸光粒子。
在一些实施方案中，所述吸光粒子具有至少20nm的平均粒度。
在一些实施方案中，所述吸光粒子具有至少1微米的平均粒度。
在一些实施方案中，所述涂料的干燥通过风干、红外线加热和烘箱干燥中的至少一种实现。
在一些实施方案中，所述涂料的干燥在至少50℃的温度下实现。
在一些实施方案中，所述方法还包括在所述微结构化膜的表面上执行表面处理。在一些实施方案中，所述表面处理包括氧等离子体处理、电晕处理和氟碳等离子体处理中的至少一种。
在一些实施方案中，所述微结构化膜无任何表面处理。
在一些实施方案中，所述方法还包括用与所述透光区域的材料类似的材料填充所述微结构化膜的沟道。
在一些实施方案中，所述涂料包含添加剂。
在一些实施方案中，所述添加剂包括粘结剂、表面活性剂和交联剂中的至少一种。
在一些实施方案中，所述粘结剂包括阴离子粘结剂、阳离子粘结剂和两性离子粘结剂中的至少一种。
在一些实施方案中，所述吸光粒子包括炭黑粒子。
在一些实施方案中，所述吸光粒子以基于所述涂料的总重量计至少1重量％的浓度存在。
在一些实施方案中，所述微结构化膜还包括基底层。所述透光区域从所述基底层延伸。
在一些实施方案中，所述微结构化膜包括可聚合树脂。
在另一个实施方案中，提供了一种制造光控膜的方法。所述方法包括提供微结构化膜。所述微结构化膜包括与沟道交错的多个透光区域。微结构化膜由每个透光区域的顶表面和一对侧表面以及每个通道的底表面限定。所述方法还包括执行第一表面处理，接着在每个透光区域的所述顶表面和每个沟道的所述底表面上选择性地执行第二表面处理。所述方法还包括用涂料涂布每个透光区域的所述一对侧表面和每个沟道的所述底表面。所述涂料包含分散在液体中的吸光粒子。所述方法还包括干燥所述涂料，使得所述吸光粒子选择性地沉积在每个透光区域的所述一对侧表面上。
在一些实施方案中，第一表面处理包括氧等离子体处理或电晕处理。
在一些实施方案中，第二表面处理包括氟碳等离子体处理。
在一些实施方案中，所述涂料是水基涂料并且所述液体是水。
附图说明
考虑到以下结合附图的详细描述，可更全面地理解本文公开的示例性实施方案。附图未必按比例绘制。图中使用的类似的数字是指类似的部件。当存在多个类似元件时，可将单个附图标号分配给每个多个类似元件，其中小写字母名称是指特定元件。当指总体元件或指元件中的非特定的一个或多个元件时，可消除小写字母名称。然而，应当理解，使用标号表示给定附图中的部件不旨在限制用相同标号标记的另一个附图中的部件。
图1A是具体体现的光控膜的剖视图；
图1B描绘图1A的光控膜的极面截光视角；
图2是微结构化膜的透视图；
图3A-图3E是制造光控膜的示例性方法的剖面示意图；
图4是根据本公开的一个实施方案的制造微结构化膜的方法的流程图；
图5是根据本公开的另一个实施方案的制造微结构化膜的方法的流程图；
图6A和图6B示出了在微结构化膜的表面上执行表面处理的方法；并且
图7描绘了对于光控膜的各种涂料组合物而言，透射率随视角变化的图。
具体实施方式
在以下描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中通过图示的方式示出了各种实施方案。应当理解，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，能够设想并作出其他实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。
在本公开的上下文中，术语“第一”和“第二”用作标识符。因此，此类术语不应理解为对本公开的限制。在本公开的实施方案的全文中，术语“第一”和“第二”在与特征部或元件结合使用时可互换。
如本文所用，当第一材料被称为“类似于”第二材料时，至少90重量％的第一材料和第二材料是同样的，并且第一材料和第二材料之间的任何变化占第一材料和第二材料各自的小于约10重量％。
本公开涉及光控膜及其制造。所述微结构化膜包括与沟道交错的多个透光区域。所述微结构化膜由每个透光区域的顶表面和一对侧表面及每个沟道的底表面限定。所述方法还包括用涂料涂布每个透光区域的所述一对侧表面和每个沟道的所述底表面。所述涂料包含分散在液体中的吸光粒子。在一些实施方案中，所述涂料是水基涂料并且所述液体是水。所述方法还包括干燥所述涂料，使得所述吸光粒子选择性地沉积在每个透光区域的所述一对侧表面上。所述光控膜具有各种适用性，诸如显示器、窗户等。
图1A示出了示例性光控膜(“LCF”)的透视图。在一个实施方案中，LCF 100具有高的高宽比。LCF包括光输入表面110和与光输入表面110相对的光输出表面120。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之间的交替的透光区域130(可互换地称为“透射区域130”)和吸光区域140(可互换地称为“吸收区域140”)。
如图1A所描绘，透射区域130通常与台面区域“L”成一体，这意味着在台面区域与透射区域130的基底部分131之间不存在界面。另选地，LCF可不含此类台面区域L，或者在台面区域L与透射区域130之间可存在界面。通常，台面区域L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，在一些方面中，表面120可为光输入表面，并且表面110可为光输出表面。在此类情况下，台面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。除了台面区域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。在这个方面中，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。在一些情况下，该高度HA不大于200微米、190微米、180微米、170微米、160微米或150微米。在一些情况下，该高度HA不大于140微米、130微米、120微米、110微米或100微米。LCF 100通常包括具有标称相同的高度和宽度的多个透射区域130。在一些情况下，透射区域130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。在另一方面中，透射区域130的高宽比为至少6、7、8、9、10。在另一方面中，透射区域130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145、155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140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 100的吸收区域140通常具有标称相同的高度和宽度。吸收区域140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。吸收区域140通常具有不大于900纳米、800纳米、700纳米、600纳米或500纳米的宽度并且具有至少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140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)。通常，吸收区域的高宽比为至少1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。在一些方面中，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140具有甚至更高的高宽比。在一些情况下，吸收区域的高宽比为至少25、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或100。在另一情况下，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。在一些情况下，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和吸收区域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。通常，壁角度θ小于10度、35度、9度、8度、7度、6度或5度。更具体地，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。在例示的实施方案中，壁角度θ为零或接近零。当壁角度θ为零时，吸收区域140与光输出表面120之间的角度为90度。根据壁角度θ，透射区域130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140、130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130、140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140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140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140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140的顶表面和侧壁表面限定的第一点以及由第二吸收区域140的底表面和侧壁表面限定的第二点延伸。
在一些情况下，极面截光视角θP等于极面截光半视角θ1和极面截光半视角θ2之和，两者中的每一者从光输入表面110的法线测量。在一些情况下，极面截光视角θP是对称的，并且极面截光半视角θ1等于极面半视角θ2。另选地，极面截光视角θP可以是不对称的，并且极面截光半视角θ1不等于极面截光半视角θ2。
本文所述的光控膜100可具有任何期望的极面截光视角θP。在一个方面，极面截光视角θP的范围为40°至90°或甚至更高。极面截光视角θP可由各种参数，即光控膜100的HA、WA、WT、PA和材料的折射率确定。
图2例示了根据本公开的实施方案的微结构化膜200。微结构化膜200经涂布以制造LCF。如图2所示，微结构化膜200包括微结构化表面，所述微结构化表面包括在基底层260上的多个沟道201a-201d(统称为“沟道201”)。微结构化表面设置在基底层260的顶表面210上。此外，连续台面层L1可存在于沟道201的底表面205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200。在另一方面(未示出)中，沟槽或沟道201的底表面205可与基底层260的顶表面210重合。微结构化膜200还包括从连续台面层L1延伸的多个透光区域230。在一些情况下，基底层260为预成形膜，该预成形膜包含与透光区域230不同的有机聚合物材料，如随后将描述的。
在例示的实施方案中，透光区域230是突起的。透光区域230的高度和宽度由相邻的沟道(例如，201a和201b)限定。透光区域230可由顶表面220、底表面231以及将顶表面220接合到底表面231的一对侧表面232和233限定。微结构化膜200具有由每个透光区域230的顶表面220和所述一对侧表面232、233以及每个沟道201的底表面205限定的表面。
在一些情况下，侧表面232、233可以彼此平行。另选地，侧表面232、233中的每一者具有渐缩轮廓。此外，侧表面232、233中的每一者的渐缩轮廓朝向微结构化膜200的顶表面220渐缩。另选地，侧表面232、233可具有直轮廓。此外，所述多个透光区域230中的每一个透光区域的横截面均包括正方形形状、矩形形状、弯曲形状、梯形形状和多边形形状中的至少一种。在例示的实施方案中，透光区域230具有矩形形状。透光区域230可彼此等距间隔开。
在一些实施方案中，透光区域230在基底层260上微复制。示例性的微复制工艺描述于美国专利号8,503,122B2(Liu等人)中。典型的微复制工艺包括以足以填充母模腔体的量，将可聚合组合物沉积至母模的负像微结构化模制表面上。然后通过在预形成的基部与母模之间移动可聚合组合物的珠粒来填充腔体。然后将组合物固化。可通过各种方法(诸如挤出、浇铸和固化、涂布或某个其他方法)在基底层260上形成透光区域230。
在一些情况下，突起(例如，透光区域230)具有至少10微米的节距PT。节距PT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PT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PT通常不大于1mm。节距PT通常不大于900微米、800微米、700微米、600微米或500微米。在一些情况下，节距PT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PT不大于175微米、150微米、100微米。在一些情况下，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。
在一些情况下，透光区域230由可聚合树脂制成。在一些情况下，可聚合树脂可以是光学透明的，其在约300纳米(nm)至约800nm的波长范围内具有相当高的透射。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”是可转变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。更具体地，经由对自定义工具进行丙烯酸树脂的UV交联使用浇铸和固化工艺。工具用“方波”设计制成，这意味着节距大约等于沟道的宽度。
含微结构的制品(例如，如图2中所示的微结构化膜200)可通过任何合适的方法制备。在一个方面中，含微结构的制品(例如，图2中所示的微结构化膜200)可通过一种方法来制备，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腔体的量，将所述可聚合组合物沉积到母模的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(诸如镍、镀铬或镀镍的铜或黄铜)材料，或者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他方式进行处理，以促进与透光区域的有机材料的粘附。
可聚合组合物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。
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260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。
图3A-图3E例示了制造光控膜的方法。图3A描绘微结构化膜500。微结构化膜500包括透光区域501。沟道502限定在相邻的透光区域501之间。每个透光区域501具有顶表面503和一对侧表面504。每个沟道502具有底表面505。每个沟道502的底表面505与微结构化膜500的基底层506重合。
图3B描绘了沟道502的侧表面504的涂料。每个沟道502涂布有包含分散在液体中的吸光粒子507的涂料。在一些实施方案中，所述涂料是水基涂料，所述液体是水。具体地，吸光粒子507设置于水中。
在一些情况下，水基涂料包含添加剂。添加剂可以是粘结剂、表面活性剂、交联剂或它们的组合。在一些情况下，粘结剂可以是阴离子粘结剂、阳离子粘结剂或两性离子粘结剂。粘结剂的合适示例包括聚氨酯、聚(乙烯醇)、聚酯、聚酯-三聚氰胺、磺化聚酯、含氟聚合物、聚丙烯酸酯、苯乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-丙烯酸-丙烯酸烷基酯共聚物、苯乙烯-马来酸共聚物、苯乙烯-马来酸-丙烯酸烷基酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸-丙烯酸烷基酯共聚物、苯乙烯-马来酸半酯共聚物、乙烯基萘-丙烯酸共聚物、乙烯基萘-马来酸共聚物及其盐。
各种表面活性剂可以与吸光粒子507组合使用。合适的非离子表面活性剂或两性表面活性剂包括为以下物质的表面活性剂：氟化烷基聚氧乙烯乙醇；氟化烷基烷氧基化物；氟化烷基酯；烷基聚环氧乙烷；烷基苯基聚环氧乙烷；乙炔聚环氧乙烷；聚环氧乙烷嵌段共聚物；胺、酰胺、酯(诸如脂肪酸酯)和聚环氧乙烷的二酯；山梨糖醇酐脂肪酸酯；甘油脂肪酸酯；氟化烷基两性混合物；聚醚硅氧烷共聚物；有机改性的聚硅氧烷；二甲基-聚硅氧烷共混物。合适的离子表面活性剂包括选自以下的阴离子表面活性剂：全氟烷基磺酸铵；全氟烷基磺酸锂；全氟烷基磺酸钾；脂肪酸盐；烷基硫酸酯盐；烷基芳基磺酸盐；二烷基磺基琥珀酸盐；烷基磷酸酯盐和聚氧乙烯烷基硫酸酯盐。合适的阳离子表面活性剂包括氟化烷基季铵盐碘化物。
在一些情况下，吸光粒子507可以与交联剂组合提供。交联剂的选择将取决于吸光粒子的表面官能度，并且因此可以选自通常已知用于此类应用的材料。以下是可以使用的材料的示例：氮杂环丙烷、碳二亚胺、异氰酸酯、三聚氰胺、表氯醇、聚阳离子、聚阴离子。
可用于形成吸光粒子507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，吸光材料可被涂布或以其他方式提供于透光区域501的侧表面504上，以在LCF中形成吸光区域。示例性吸光材料包括黑色或其他吸光着色剂(诸如炭黑、或者另一颜料或染料、或者它们的组合)。其他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他散射元件。
各种可商购获得的颜料可用作吸光粒子507的材料。例如，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CAB-O-
Figure BDA0003702933700000111
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)。在一些情况下，吸光(例如，颜料)粒子507通常经表面处理以赋予可离子化官能度。用于吸光粒子507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CAB-O-
Figure BDA0003702933700000112
颜料包括磺酸根官能度。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CABO-O-
Figure BDA0003702933700000113
颜料包括羧酸根官能度。
在一些情况下，可利用多种吸光材料(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。
在一些实施方案中，吸光粒子507的中值粒度通常小于1微米。在一些情况下，中值粒度不大于900nm、800nm、700nm、600nm或500nm。在一些情况下，中值粒度不大于450nm、400nm、350nm、300nm、250nm、200nm或100nm。在一些情况下，中值粒度不大于90nm、85nm、80nm、75nm、70nm、65nm、60nm、55nm或50nm。在一些情况下，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。在一些实施方案中，吸光粒子507可以是纳米粒子。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。在一些实施方案中，吸光粒子507具有至少20nm的平均粒度。在一些实施方案中，吸光粒子507具有小于1微米的平均粒度。
在一些实施方案中，吸光粒子507以基于水基涂料的总重量计至少1重量％的浓度存在。在一些其他实施方案中，吸光粒子507的浓度为水基涂料总重量的至少2重量％、3重量％、4重量％、6重量％、8重量％、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％。在一些其他实施方案中，吸光粒子507的浓度小于水基涂料总重量的50重量％、40重量％、30重量％、20重量％、10重量％或5重量％。水基涂料中的吸光粒子507的浓度可以通过本领域已知的任何方法诸如热重量分析来测定。
在一些方面，涂布方法可以包括例如旋涂、棒涂、丝网印刷、喷墨印刷、狭缝式涂料、溢流涂料等。另选地，微结构化膜500的每个沟道502可以填充有水基涂布溶液。
此外，如图3C所示，水基涂料还包括干燥步骤，所述干燥步骤引起每个透光区域501的侧表面504的选择性涂布。透光区域501的顶表面503和沟道502的底表面505无吸光粒子。通常，干燥步骤可以通过本领域已知的任何常规干燥技术来实现。更具体地，所述干燥可以通过风干、红外线干燥和烘箱干燥中的至少一种来实现。在一些情况下，所述干燥步骤可以在室温下实现。在一些情况下，所述干燥在至少40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃或更高的温度下实现。另选地，可以通过使用红外加热器来实现所述干燥。在一些情况下，在干燥水基涂料的步骤期间，可以基本上平行于微结构化膜500的沟道502提供气流509，使得气流不会干扰液体。由于干燥，可以在侧表面504上形成吸光粒子507的涂层。该涂层可沿侧表面504向下进行。
参考图3D，说明了选择性涂布的微结构化膜500。更具体地，在每个透光区域501的侧表面504上形成涂层508。涂层508可以通过干燥水基涂料来形成，导致吸光粒子507沉积在侧表面504上，如图3C所示。透光区域501的侧表面504上的涂层508的厚度为至少0.1μm。此外，每个透光区域501的顶表面503和每个沟道502的底表面505无吸光粒子507的任何涂层。
如图3E中所描绘，微结构化膜500包括所述多个透光区域501和由涂层508形成的吸光区域。每个沟道502(图3D中示出)填充有与透光区域501的材料类似的材料。具体地，每个沟道502用与透光区域501的材料类似的材料回填以形成透光区域510。在一些情况下，该材料包括有机聚合物材料，诸如可固化的可聚合树脂。每个透光区域510设置在由涂层508形成的两个吸光区域之间。因此微结构化膜500可以包括交替的透光区域501、510和由涂层508形成的吸光区域。因此，如图3E所示，微结构化膜500是光控膜。
参考图4，用于制造光控膜的方法300。将参考图3A-图3E描述方法300。
在步骤302处，该方法包括提供微结构化膜500。微结构化膜500包括与所述多个沟道502交替的所述多个透光区域501。透光区域501中的每一个透光区域包括顶表面503和从顶表面503延伸的所述一对侧表面504。每个沟道502包括底表面505。微结构化膜500的表面由顶表面503、侧表面504和底表面505限定。
在一些情况下，所述方法还包括在微结构化膜500的表面上执行表面处理。更优选地，所述表面处理包括氧等离子体处理、电晕处理和氟碳等离子体处理中的至少一种。在一些其他情况下，微结构化膜500无任何表面等离子体处理。
在步骤304处，方法300还包括用涂料涂布每个透光区域501的侧表面504和每个沟道502的底表面505。在一些实施方案中，该涂料是水基涂料。水基涂料包含分散在水中的吸光粒子507。
在一些情况下，该涂料还包含添加剂。在一些情况下，该添加剂包括粘结剂、表面活性剂和交联剂中的至少一种。在一些情况下，该吸光粒子以基于所述涂料的总重量计至少1重量％的浓度存在。
在步骤306处，方法300还包括干燥涂料，使得吸光粒子507选择性地沉积在每个透光区域501的所述一对侧表面504上。
在一些情况下，所述涂料的干燥包括风干、红外线加热和烘箱干燥中的至少一种。在一些情况下，所述干燥在至少50℃的温度下实现。
参考图5，用于制造光控膜的方法700。将参考图3A-图3E描述方法700。
在步骤702处，方法700牵涉提供微结构化膜500。微结构化膜500包括与所述多个沟道502交替的所述多个透光区域501。透光区域501中的每一个透光区域包括顶表面503和从顶表面503延伸的所述一对侧表面504。每个沟道502包括底表面505。微结构化膜500的表面由顶表面503、侧表面504和底表面505限定。
在步骤704处，方法700包括在微结构化膜500的表面上执行第一表面处理。在一些实施方案中，第一表面处理包括等离子体处理方法。在一些实施方案中，第一表面处理包括氧等离子体处理或电晕处理中的至少一种。
在步骤706处，方法700包括在每个透光区域501的顶表面503和每个沟道501的底表面505上选择性地执行第二表面处理。在一些实施方案中，第二表面等离子体处理包括氟碳等离子体处理。
在步骤708处，方法700还包括用包括吸光粒子507的水基涂料涂布经表面处理的微结构化膜500。
在一些情况下，吸光粒子507以基于水基涂料的总重量计至少1重量％的浓度存在。
在一些方面，水基涂料可包括添加剂。在一些情况下，该添加剂包括粘结剂、表面活性剂和交联剂中的至少一种。在一些情况下，粘结剂可包括阴离子粘结剂、阳离子粘结剂和两性离子粘结剂中的至少一种。
在步骤710处，方法700包括干燥水基涂料，使得吸光粒子507选择性地沉积在每个透光区域501的所述一对侧表面504上。
在一些情况下，水基涂料在至少50℃的温度下实现。在一些情况下，干燥水基涂料包括风干、红外线加热和烘箱干燥中的至少一种。
参考图6A和图6B，说明了在微结构化膜800的表面上执行表面处理的方法。参考图6A，该方法包括制造包括多个透光区域802的微结构化膜800。沟道803限定在相邻的透光区域802之间。每个透光区域802具有顶表面806和一对侧表面801。每个沟道803具有底表面807。微结构化膜800经受表面处理。微结构化膜800的表面由每个透光区域802的顶表面806和侧表面801及每个沟道803的底表面807限定。微结构化膜800的表面通过第一表面处理进行处理。在一些实施方案中，微结构化膜800用氧等离子体处理。由于氧等离子体处理，微结构化膜800的表面变得更加亲水并且用高能量表面804表示。在一些其他实施方案中，第一表面处理可以是电晕处理。
参考图6B，微结构化膜800用第二表面处理选择性处理。在一些实施方案中，微结构化膜800用氟碳(FC)等离子体处理选择性处理。在每个透光区域802的顶表面806和每个沟道803的底表面807上选择性地施加FC等离子体处理。由于FC等离子体处理，沟道的顶表面806和底表面807变得更加疏水并且用低能量表面805表示。由于选择性处理，侧表面801继续具有高能量表面804。
此外，在一些实施方案中，该方法包括用水基涂料涂布透光区域802。该方法还包括水基涂料的干燥。在一些情况下，干燥水基涂料包括风干、红外线加热和烘箱干燥中的至少一种。在一些情况下，水基涂料在至少50℃的温度下实现。
通过下面的实施例进一步说明了本公开，但这些实施例中列举的特定材料及其量以及其他条件和细节不应解释为是对本公开的不当限定。
实施例
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。以下是在整个实施例中使用的材料列表，以及它们的简短描述和来源。
在浇铸和固化微复制过程中使用的树脂A的组分列于下表1中。树脂A可用于制作微结构化膜100、200、500。
表1提供了如下给出的树脂A的原材料。
Figure BDA0003702933700000151
Figure BDA0003702933700000161
实施例1
“方波”微结构化膜的制备
该实施例可用于制造微结构化膜100、200、500。
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2中的材料来制备树脂A。
表2：用于制备微结构化膜的树脂A的组成
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
用上述树脂A和工具进行“浇铸和固化”微复制过程。通过在0.007英寸(0.178mm)聚碳酸酯(PC)膜上模制和紫外(UV)光固化如表1所述的树脂A混合物来制备微结构化膜。
线条件是：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。使用峰值波长为385nm的Fusion D灯进行固化，并在100％功率下操作。对这些结构化膜，用其外表面中切有精细沟道的圆柱形金属辊作为模具。首先将树脂混合物涂布至PC衬底膜上，然后牢牢地紧压在金属辊上，以便完全填充模具。在聚合反应后，从模具移除结构化膜。
所得微结构化膜包括由沟道(例如，图2所示的沟道201)隔开的多个突起(例如，透光区域230)。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。
实施例2
制造有或无表面处理的光控膜的方法
提供了与微结构化膜100、200、500类似的微结构化膜。
表3：树脂B组成
材料 重量份
双酚A二丙烯酸酯 75
稀释剂 25
微结构化膜具有由树脂B制成的3:1结构(宽30μm，深90μm)。上表3中提供了树脂B的组成。通过将单体以上面在表3中指定的比率共混来制备树脂B。稀释剂包括一种或多种(甲基)丙烯酸酯稀释剂。
涂料溶液为大约1％Cabojet-200炭黑、0.06％Tomadol 25-9表面活性剂和0.04％Neocryl A639水中的丙烯酸分散体。用喷枪将该溶液施加到微结构化膜，直到在膜上观察到光泽(指示沟道充满)。然后将样品在80℃的间歇式烘箱(batch oven)中干燥。在0度和大约35度下，通过Hazegard Plus透明度计得到轴上和离轴％透射(％T)数据。表4提供了经等离子体处理的微结构化膜和无等离子体处理的微结构化膜的透射百分比。
表4：经等离子体处理的微结构化膜和无等离子体处理的微结构化膜的透射率(％ T)
微结构化膜的类型 35度％T 0度％T
FC/O<sub>2</sub>等离子体Verde膜 1.4 88.0
Verde膜，未处理 0.8 86.1
实施例3：
带水基涂料的光控膜的透射率。
微结构化膜(例如，微结构化膜100、200、500和800)经水基涂料溶液涂布。表5中列出了水基涂料溶液的各种组成。
表5：水基涂料组合物
样品 CX-100 CABOJET炭黑 Neocryl A639 Tomadol 25-9
1 0.000％ 1.60％^ 0.00％ 0.20％
2 0.000％ 1.60％^ 0.048％ 0.20％
3 0.320％ 1.60％* 0.20％ 0.20％
注意：该组合物中使用的CABOJET炭黑：^表示Cabojet 200；*表示Cabojet 300。
参考图7，提供了对于表5中各种涂料组合物而言，透射率(％)随视角变化的图。如图7所示，样品1在法向入射下具有最高透射率，接着是样品3和样品2。
除非另有说明，否则在说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字应理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容来寻求获得的期望特性而变化。
虽然已经结合特定实施方案描述了本发明，但本领域的普通技术人员将会知道，在不脱离本公开范围的情况下，可用多种另选的和/或等同形式的具体实施来代替所示出和所描述的具体实施方案。本申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施方案的任何改型或变型。因此，本公开旨在仅受权利要求及其等同形式的限制。

Claims (24)

1.一种制造光控膜的方法，所述方法包括：
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每个透光区域的顶表面和一对侧表面以及每个沟道的底表面限定的表面；
用涂料涂布每个透光区域的所述一对侧表面和每个沟道的所述底表面，所述涂料包含分散在液体中的吸光粒子；以及
干燥所述涂料，使得所述吸光粒子选择性地沉积在每个透光区域的所述一对侧表面上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂料是水基涂料并且所述液体是水。
3.根据权利要求1所述的方法，其中每个透光区域的所述顶表面和每个沟道的所述底表面不含所述吸光粒子。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述吸光粒子具有至少20nm的平均粒度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述吸光粒子具有小于1微米的平均粒度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂料的干燥包括风干、红外线加热和烘箱干燥中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂料的干燥在至少50℃的温度下实现。
8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括在所述微结构化膜的表面上执行表面处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述表面处理包括氧等离子体处理、电晕处理和氟碳等离子体处理中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述微结构化膜无任何表面处理。
11.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括用与所述透光区域的材料类似的材料填充所述沟道。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂料还包含添加剂。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述添加剂包括粘结剂、表面活性剂和交联剂中的至少一种。
14.根据权利要求13所述的方法，所述粘结剂包括阴离子粘结剂、阳离子粘结剂和两性离子粘结剂中的至少一种。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述吸光粒子包括炭黑粒子。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述吸光粒子以基于所述涂料的总重量计至少1重量％的浓度存在。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述微结构化膜还包括基底层，所述透光区域从所述基底层延伸。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述微结构化膜包含可聚合树脂。
19.一种制造光控膜的方法，所述方法包括：
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每个透光区域的顶表面和一对侧表面以及每个沟道的底表面限定的表面；
在所述微结构化膜的表面上执行第一表面处理；
在每个透光区域的所述顶表面和每个沟道的所述底表面上选择性地执行第二表面处理；
用涂料涂布每个透光区域的所述一对侧表面和每个沟道的所述底表面，所述涂料包含分散在液体中的吸光粒子；以及
干燥所述涂料，使得所述吸光粒子选择性地沉积在每个透光区域的所述一对侧表面上。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一表面处理包括氧等离子体处理或电晕处理。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述第二表面处理包括氟碳等离子体处理。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述吸光粒子具有至少20nm的平均粒度。
23.根据权利要求19所述的方法，其中所述涂料的干燥包括风干、红外线加热和烘箱干燥中的至少一种。
24.根据权利要求19所述的方法，其中所述涂料是水基涂料并且所述液体是水。
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