CN116569075A - 包括粘结至透镜基片的光学膜的光学透镜 - Google Patents

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约翰·D·李
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Abstract

本发明涉及一种光学透镜,该光学透镜包括:包含环烯烃共聚物的透镜基片;包含多个交替的第一聚合物层和第二聚合物层的光学膜;以及设置在透镜基片的主表面上并将光学膜粘结至透镜基片的主表面的粘结膜。该粘结膜使得将光学膜与透镜基片分离的平均剥离力大于约100g/in,同时光学膜的至少一个最外主表面保持小于约10nm的平均位移表面粗糙度Sa和小于约100μrad的倾斜度大小误差,和/或均小于约100μrad的较低空间频率倾斜度大小误差和较高空间频率倾斜度大小误差。

Description

包括粘结至透镜基片的光学膜的光学透镜
背景技术
光学透镜可用于多种应用。对于一些应用,期望在透镜基片的主表面上设置光学膜,诸如反射偏振膜。
发明内容
本发明整体涉及一种光学透镜,所述光学透镜包括用粘结膜粘结至透镜基片的光学膜。光学膜可以是包括多个交替的聚合物层的多层光学膜,并且透镜基片可以是环烯烃共聚物透镜基片。粘结膜可适于以期望的粘结强度将光学膜粘结至透镜基片,同时在光学膜中保持期望的低表面纹理或基本上没有表面纹理。
在本说明书的一些方面,提供了光学透镜。光学透镜包括具有相反的第一主表面和第二主表面的透镜基片,其中第一主表面和第二主表面中的至少一者是弯曲的。透镜基片包含环烯烃共聚物。该光学透镜包括光学膜,该光学膜包括总计数量为至少10个的多个交替的第一聚合物层和第二聚合物层。第一聚合物层和第二聚合物层中的每一者具有小于约500nm的平均厚度。光学透镜包括粘结膜,该粘结膜包括粘结层,该粘结层具有不同于环烯烃聚合物且不同于环烯烃共聚物的组成并且具有在1.45至1.6范围内的折射率。
在一些实施方案中,粘结膜设置在第一主表面上并将光学膜粘结至第一主表面,并且使得将光学膜与透镜基片分离的平均剥离力大于约100g/in,同时光学膜的至少一个最外主表面保持小于约10nm的平均位移表面粗糙度(mean displacement surfaceroughness)Sa和小于约100μrad的倾斜度值误差。
在一些实施方案中,粘结膜设置在第一主表面上并将光学膜粘结至第一主表面,并且使得将光学膜与透镜基片分离的平均剥离力大于约100g/in,同时光学膜的至少一个最外主表面保持较低空间频率倾斜度大小误差和较高空间频率倾斜度大小误差均小于约100μrad。较低空间频率倾斜度大小误差和较高空间频率倾斜度大小误差根据用各自较低空间频率带通傅立叶滤波器和较高空间频率带通傅立叶滤波器滤波的表面轮廓来确定。较高空间频率带通傅立叶滤波器具有W1和W2的带边波长,并且较低空间频率带通傅立叶滤波器具有W3和W4的带边波长,其中0.1mm≤W1<W2≤W3<W4≤10mm,W2≥2W1,并且W4≥2W3。
这些和其它方面将从以下详细描述中变得显而易见。但是,在任何情况下,本简要概述都不应解释为限制可要求保护的主题。
附图说明
图1至图2是根据一些实施方案的光学透镜的示意性剖视图。
图3是根据一些实施方案的光学膜的示意性剖视图。
图4示意性地示出了根据表面轮廓来确定各种表面表征。
图5示意性地示出了表面粗糙度和倾斜度误差。
图6A至6C是根据一些实施方案的带通傅立叶滤波器的示意图。
具体实施方式
在以下说明中参考附图,该附图形成本发明的一部分并且其中以举例说明的方式示出各种实施方案。附图未必按比例绘制。应当理解,在不脱离本说明书的范围或实质的情况下,可设想并进行其他实施方案。因此,以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。
在透镜基片上粘结有光学膜的光学透镜可用于广泛的应用中。例如,粘结至透镜基片的反射偏振膜可用于利用折叠光学设计的光学系统中,例如,如美国专利10,678,052(欧德其(Ouderkirk)等人)中大体描述的。在一些情况下,期望使用由环烯烃共聚物(COC)形成的透镜基片,这是由于例如此类材料的期望光学性质,诸如低双折射和/或低色散(折射率随波长的变化)和/或低雾度。例如,COC透镜基片可以通过将COC树脂插入注射成型到光学膜上而形成,或者光学膜可以经由光学透明粘合剂粘结至先前形成的透镜基片。然而,对于包括多个交替的聚合物层的多层光学膜而言,已经发现难以在同时不会不期望地增加光学膜的一个或两个最外主表面的表面纹理(例如,粗糙度或波纹度)的情况下实现光学膜与透镜基片的充分粘结。例如,在光学膜与透镜基片之间可以包括宽范围的粘合剂,但是许多此类粘合剂导致差的粘结和/或导致光学膜中不期望的表面纹理。
根据本发明的一些实施方案,可将粘结膜设置在光学膜与透镜基片之间以提供期望的高剥离力(例如,大于约100g/in)和期望的低表面纹理(例如,小于约10nm的平均位移表面粗糙度Sa和/或小于约100μrad的倾斜度大小误差)和期望的光学性质(例如,粘结膜可包括与光学膜相邻的粘结层,该粘结层的折射率在透镜基片的折射率的约0.1以内)。已经发现,用于粘结层的合适材料包括包含乙烯和乙酸乙烯酯基团的共聚物、包含苯乙烯和丁二烯基团的共聚物、以及光学透明粘合剂,该光学透明粘合剂包含具有含至少4个碳的直链烷基链的(甲基)丙烯酸酯基团并且具有不超过25℃的玻璃化转变温度。术语“(甲基)丙烯酸酯”用来指丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯化合物两者。例如,已发现溶剂沉积的聚合物层导致低表面纹理。已发现具有低玻璃化转变温度(例如,不超过25℃或不超过0℃)的粘结层提供对光学膜的高粘附性。在一些实施方案中,粘结层为或包括(例如,溶剂沉积的)乙烯乙酸乙烯酯、(例如,溶剂沉积的)丁苯橡胶、或(甲基)丙烯酸酯(包含具有包含至少4个碳的直链烷基链的丙烯酸酯基团),其中所述粘结层具有不超过25℃的玻璃化转变温度。
图1和图2分别是根据一些实施方案的光学透镜100和100'的示意性剖视图。光学透镜100(相应地100')包括具有相反的第一主表面和第二主表面111和112(相应地111'和112')的透镜基片110(相应地110')、光学膜120、和设置在第一主表面111(相应地111')上并将光学膜120粘结至第一主表面111(相应地111')的粘结膜130。粘结膜包括粘结层。在图1所示的实施方案中,粘结膜130是粘结层。在图2所示的实施方案中,除了粘结层132之外,粘结膜130'还包括载体层或基片131。在其它实施方案中,粘结膜包括在载体或基片层的相反侧上的粘结层。透镜基片110(相应地110')通常由环烯烃共聚物(COC)形成。在一些实施方案中,载体层或基片131是烯烃基片,其适于在将透镜注模到粘结膜上时粘结至透镜基片。在一些此类实施方案中,选择粘结层以粘结至烯烃基片和光学膜的最外层两者。粘结膜通常直接接触COC透镜基片和光学膜两者的主表面。
透镜基片110、110'可具有任何合适的几何形状。例如,透镜基片可以是双凸透镜、平凸透镜、正弯月透镜、负弯月透镜、平凹透镜或双凹透镜基片。透镜基片可以是一体的或单片主体。在复合透镜的情况下,透镜基片可以是指面向光学膜的透镜元件,使得粘结膜将光学膜直接粘结至透镜元件,透镜元件可以是一体的或单片主体。
在一些实施方案中,粘结膜103'包括烯烃基片131,其中粘结层132设置在烯烃基片131上并且基本上与烯烃基片131共延,并且其中粘结层132面向光学膜120。基片131可为例如环烯烃聚合物(COP)基片。如果每个层的至少约60%与每个其他层的至少约60%共延,则可将这些层描述为彼此基本上共延。在一些实施方案中,针对被描述为基本上共延的层,每个层的至少约70%、或至少约80%或至少约90%与每个其他层的至少约70%、或至少约80%或至少约90%共延。粘结膜可以是单一的粘结层或可以包括粘结层和至少一个其它层。粘结膜可以是自支撑膜(例如,包括载体和设置在载体上的粘结层)或者可以是非自支撑膜(例如,作为光学膜上的涂层形成的粘结层,例如可以是非自支撑膜)。
在一些实施方案中,粘结层具有不同于环烯烃聚合物且不同于环烯烃共聚物的组成。换句话说,在一些实施方案中,粘结层既不是环烯烃聚合物也不是环烯烃共聚物。在一些实施方案中,粘结层具有接近透镜基片的折射率的折射率。例如,透镜基片可以具有约1.53的折射率,而粘结层可以具有例如1.45至1.6的范围内的折射率。折射率可在约589nm(钠D-线)的波长下测定,并且可根据例如ASTM D542-14测试标准测定。
已经发现,合适的粘结层包括含有乙烯和乙酸乙烯酯基团的共聚物、含有苯乙烯和丁二烯基团的共聚物、或某些光学透明粘合剂,诸如包括(甲基)丙烯酸酯或基于(甲基)丙烯酸酯的那些,诸如聚合物,该聚合物包含具有含至少4个碳、或至少6个碳、或至少8个碳的直链烷基链的(甲基)丙烯酸酯基团,并且优选地具有不超过25℃的玻璃化转变温度。在一些实施方案中,按聚合物的(甲基)丙烯酸酯基团的数目计至少20%或至少50%中的每个(甲基)丙烯酸酯基团包含含4个碳、或至少6个碳、或至少8个碳的直链烷基链。合适的(甲基)丙烯酸酯包括聚(甲基丙烯酸正丁酯)聚合物,诸如ELVACITE 2044或4325(购自田纳西州科尔多瓦的璐彩特国际集团(Lucite International,Cordova,TN))或丙烯酸酯粘合剂,其以CEF19Contrast Enhancement Film购自美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St.Paul,MN)。在一些实施方案中,粘结层为或包括含有长链(甲基)丙烯酸酯的光学透明粘合剂。如本文所用,长链(甲基)丙烯酸酯是如下聚合物,该聚合物包含具有含至少8个碳的直链烷基链的(甲基)丙烯酸酯基团。在一些实施方案中,按聚合物的(甲基)丙烯酸酯基团的数目计至少20%或至少50%中的每个(甲基)丙烯酸酯基团包含含至少8个碳、或至少10个碳、或至少12个碳、或至少14个碳的直链烷基链。长链(甲基)丙烯酸酯在以下中有所描述:例如美国专利申请公布2018/0094173(Everaerts))。包含乙烯和乙酸乙烯酯基团的合适共聚物包括例如乙烯乙酸乙烯酯(EVA或VAE)ELVAX 40W(购自密歇根州米德兰的陶氏化学公司(Dow Chemical Company,Midland,MI))、ATEVA 3325和4030(购自德克萨斯州欧文的塞拉尼斯公司(Celanese,Irving,TX))、DUR-0-SET E352(购自德克萨斯州欧文的塞拉尼斯公司(Celanese,Irving,TX))和FLEXBOND 150(购自德克萨斯州欧文的塞拉尼斯公司(Celanese,Irving,TX))。例如,乙烯乙酸乙烯酯中的乙酸乙烯酯含量可以在10至80、或20至50、或30至45摩尔%的范围内。合适的包含苯乙烯和丁二烯基团的共聚物包括例如丁苯橡胶BUTOFAN NS 222(购自德国路德维希港的巴斯夫公司(BASF,Ludwigshafen,Germany))。
在一些实施方案中,粘结层为或包括溶剂沉积的聚合物。已发现溶剂沉积的聚合物提供具有低表面粗糙度和低倾斜度大小误差的薄层。溶剂沉积层通过涂布聚合物和溶剂的混合物(例如溶液或乳液)然后除去溶剂而形成。溶剂可以是用于聚合物的溶剂,或者聚合物可以不溶于溶剂(例如,可以使用聚合物的水性乳液)。合适的溶剂包括水、甲苯、甲基乙基酮(MEK)、醇和二醇醚(例如购自陶氏化学公司(Dow Chemical Company)的DOWANOLPM)或它们的组合。
在一些实施方案中,粘结层包括基本上非极性的聚合物。在一些实施方案中,粘结层包括具有基本上脂族主链(例如,脂族或包含不超过约10摩尔%的芳族基团)的聚合物。在一些实施方案中,基本上脂族主链包含小于约10摩尔%,或小于约5摩尔%,或小于约1摩尔%的芳族基团。
在一些实施方案中,粘结层具有小于约30微米、或小于约25微米、或小于约20微米、或小于约15微米、或小于约10微米的平均厚度t1。在一些此类实施方案中,或在其它实施方案中,粘结层具有至少约2微米,或至少约3微米,或至少约5微米的平均厚度。例如,在一些实施方案中,平均厚度t1在约2微米至约25微米,或约3微米至约20微米的范围内。典型地,如果粘结层的厚度太大,当将光学膜粘结至透镜基片时,光学膜的表面纹理变得太大,而如果粘结层的厚度太小,则粘结太弱。在一些情况下,优选的厚度范围可取决于粘结层的材料。
在一些实施方案中,粘结层具有小于不大于25℃,或不大于10℃或不大于0℃,或不大于-10℃,或不大于-15℃,或不大于-20℃的玻璃化转变温度(Tg)。在一些此类实施方案中或在其它实施方案中,玻璃化转变温度为至少-60℃或至少-50℃或至少-45℃。例如,在一些实施方案中,玻璃化转变温度在-60℃至25℃或至0℃的范围内,或在-45℃至0℃的范围内。玻璃化转变温度可通过正如本领域中已知的差示扫描量热法(DSC)测定。例如,玻璃化转变温度可以根据ASTM E1356-08(2014)测试标准测定为起始温度。已经发现,更低(例如,不大于25℃或不大于0℃)玻璃化转变温度可导致改善的粘结与低表面纹理。
在一些实施方案中,将光学膜与透镜基片分离的平均剥离力F(参见例如图2)大于约100g/in、或大于约300g/in、或大于约500g/in、或大于约700g/in、或大于约900g/in、或大于约1000g/in。在一些实施方案中,光学膜包括多个交替的第一聚合物层和第二聚合物层,并且将光学膜与透镜基片分离的平均剥离力F大于多个交替的第一聚合物层和第二聚合物层的平均层间分层力Fd(参见例如图3)。平均剥离力F(每单位宽度的力)可以使用90度剥离测试,使用6英寸每分钟的剥离速度并且在5秒上取平均来测定。透镜基片可以保持固定,并且光学膜沿着固定的笛卡尔方向剥离,所述笛卡尔方向在透镜的主表面的中心或顶点处限定90度剥离角。可以使用与平均剥离力F相同的剥离测试来确定光学膜的平均层间分层力Fd,不同之处在于在测试分层时,在剥离测试之前通过用剃刀刀片以一定角度切割来刻划光学膜。合适的分层测试方法在例如美国专利10,288,789(Johnson等人)中有所描述。
图3是根据一些实施方案的光学膜120的示意性剖视图。光学膜120包括总计数量为至少10个的多个交替的第一聚合物层121和第二聚合物层122。交替的第一聚合物层121和第二聚合物层122的数量可基本上大于图3中示意性示出的数量。例如,所述多个交替的第一聚合物层121和第二聚合物层122的总数可为至少50、或至少100或至少150。在一些实施方案中,所述多个交替的第一聚合物层121和第二聚合物层122的总数可不超过1000,或不超过800。第一聚合物层121和第二聚合物层122中的每一者具有小于约500nm、或小于约400nm、或小于约300nm的平均厚度(例如,平均厚度t0)。光学膜120包括第一最外层124和第二最外层126,它们中的每一者可具有大于约500nm、或大于约1微米、或大于约2微米的平均厚度。
可以选择交替的第一聚合物层121和第二聚合物层122以提供期望的反射和透射光谱。如本领域中所已知,包括交替聚合物层的光学膜可用于通过适当选择层厚度和折射率差值来在期望的波长范围内提供期望的反射和透射。多层光学膜和制造多层光学膜的方法描述于例如美国专利号5,882,774(Jonza等人);6,179,948(Merrill等人);6783349(Neavin等人);6,967,778(Wheatley等人);和9,162,406(Neavin等人)中。
在一些实施方案中,光学膜120为反射偏振器,其基本上透射(例如,在450nm至650nm的波长范围内的至少约60%、或至少约70%、或至少约80%的平均透射率)具有第一偏振态302的基本上垂直入射(例如,在法线的20度、或10度、或5度内)光301,并且基本上反射(例如,在450nm至650nm的波长范围内的至少约60%、或至少约70%、或至少约80%的平均反射率)具有与第一偏振态302正交的第二偏振态303的基本上垂直入射光301。在图3中示意性地示出了透射光304和反射光305。合适的反射偏振器包括,例如,3M高级偏振膜(APF),购自美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)。其它合适的光学膜包括以下中描述的那些:例如国际专利申请WO 2020/012416(Le等人)和美国专利申请公布WO 2020/0183065(Haag等人)。
在一些实施方案中,光学膜具有面向透镜基片110、110'的第一最外主表面127和背离透镜基片110、110'的相反的第二最外主表面129。在一些实施方案中,第一最外主表面127具有比第二最外主表面129更低的平均位移表面粗糙度。例如,根据一些实施方案,图3中示意性地示出了第一最外主表面127和第二最外主表面129的平均位移表面粗糙度Sa1和Sa2。例如,在一些实施方案中,Sa1<Sa2,或Sa1<0.9Sa2,或Sa1<0.8Sa2。在其它实施方案中,第一最外主表面127具有比第二最外主表面129更高的平均位移表面粗糙度。光学膜120可通过以下方式形成:将交替的聚合物层与最外的保护性边界层和/或表皮层一起共挤出,将共挤出的层浇注在浇注轮上,然后拉伸浇铸料片。光学膜的面向浇注轮的最外主表面可具有比相反的最外主表面更高的表面粗糙度。光学膜120可被取向为使得较粗糙的最外主表面背离透镜基片。在其它实施方案中,第一最外主表面127具有比第二最外主表面129更高的平均位移表面粗糙度。
在一些实施方案中,光学膜120包括面向粘结层130、132的第一最外层124。光学膜120还可以包括与第一最外层124相反的第二最外层126。在一些实施方案中,第一最外层124以及在一些情况下第二最外层126包含聚碳酸酯。在一些实施方案中,第一最外层124以及在一些情况下第二最外层126包含聚碳酸酯和共聚酯的共混物。
在一些实施方案中,粘结膜130、130'使得将光学膜120与透镜基片110、110'分离的平均剥离力F大于约100g/in,同时光学膜120的至少一个最外主表面(例如,最外主表面127或129)保持在所需相应范围内的至少两个表面表征。所述至少两个表面特征可包括平均位移表面粗糙度Sa,其例如可小于约10nm。所述至少两个表面表征可包括至少一个倾斜度大小误差,其可小于例如约100μrad。倾斜度大小误差可表示为<|θ|>以表示倾斜度误差的绝对值的平均值。所述至少两个表面表征可以包括较低空间频率倾斜度大小误差和较高空间频率倾斜度大小误差<|θ|>L和<|θ|>H,其均可小于例如约100μrad。可以在至少两个不同的长度尺度上确定至少两个表面表征。图4示意性地示出从表面轮廓(例如,最外主表面127或129的表面位移轮廓)开始并且应用不同的傅立叶滤波器(傅立叶滤波器1、2等)以达到不同的表面表征(表面表征1、2等)。例如,表面表征1和2可以是Sa和<|θ|>或<|θ|>L和<|θ|>H。例如,在一些实施方案中,测定表面表征1至3,其可以是Sa、<|θ|>L和<|θ|>H。图5示意性地示出了具有平均位移表面粗糙度Sa和倾斜度误差θ的经滤波的表面轮廓328,其可以被描述为表面相对于期望表面的局部倾斜度。θ的平均(未加权平均)大小是倾斜度大小误差。
根据经滤波以去除水平、球形、圆柱形项的表面轮廓来确定倾斜度大小误差。如本文所用,根据经进一步滤波以去除表面粗糙度长度尺度(例如,小于约0.3mm,或小于约0.1mm)和长长度尺度误差(例如,长度尺度上的形状误差大于约10mm,或大于约5mm,或大于约2mm,或大于约1mm)的表面轮廓来确定倾斜度大小误差。倾斜度大小误差也可以被称为中空间频率倾斜度误差、或中波长倾斜度误差、或波度。例如,可根据用具有带边波长W1和W2(其中0.1mm≤W1≤0.3mm且W1≤W2≤10mm)的通带傅立叶滤波器滤波的表面轮廓来确定倾斜度大小误差。在一些实施方案中,2W1≤W2或3W1≤W2。在一些实施方案中,W2≤5mm,或W2≤2mm,或W2≤1mm。例如,在一些实施方案中,3W1≤W2≤1mm。在一些实施方案中,W1为约0.1mm且W2为约0.3mm,或W1为约0.3mm且W2为约1mm,或W1为约0.1mm且W2为约1mm。在一些实施方案中,根据用具有例如约0.1mm和约0.3mm、或约0.3mm和约1mm、或约0.1mm和约1mm的带边波长的通带傅立叶滤波器滤波的表面轮廓来确定倾斜度大小误差。例如,针对这些频率范围中的任何一者或多者所确定的倾斜度大小误差可以小于100μrad,或小于约80μrad,或小于约60μrad,或小于约55μrad,或小于约50μrad。例如,倾斜度大小误差可以在5μrad至100μrad或10μrad至60μrad的范围内。
在一些实施方案中,针对至少两个不同空间频率范围定义倾斜度大小误差。例如,较低空间频率倾斜度大小误差和较高空间频率倾斜度大小误差可以根据用相应的较低空间频率带通傅立叶滤波器和较高空间频率带通傅立叶滤波器滤波的表面轮廓来确定,其中较高空间频率带通傅立叶滤波器具有W1和W2的带边波长,而较低空间频率通带傅立叶滤波器具有W3和W4的带边波长,并且其中0.1mm≤W1<W2≤W3<W4≤10mm,W2≥2W1,且W4≥2W3。例如,在一些实施方案中,W1为约0.1mm,W2和W3各自为约0.3mm,且W4为约1mm。例如,较低空间频率倾斜度大小误差和较高空间频率倾斜度大小误差可以均小于约100μrad,或者可以在本文别处描述的倾斜度大小误差的任何范围内。在一些实施方案中,较低空间频率倾斜度大小误差小于较高空间频率倾斜度大小误差。在一些实施方案中,较高空间频率倾斜度大小误差小于较低空间频率倾斜度大小误差。例如,在一些实施方案中,较高和较低空间频率倾斜度大小误差中的至少一者小于约60μrad,或小于约55μrad,或小于约50μrad,或小于约45μrad。
平均位移表面粗糙度Sa根据经滤波以去除水平、球形、圆柱形项的表面轮廓来确定。如本文所用,平均位移表面粗糙度Sa根据经进一步滤波以去除中空间频率倾斜度误差的长度尺度和较长长度尺度的表面轮廓来确定。例如,可以根据用具有带边波长W1和W2的通带傅立叶滤波器滤波的表面轮廓来确定倾斜度大小误差,其中0.1mm≤W1≤0.3mm且W1≤W2≤10mm,而表面粗糙度可以根据用具有Wa和Wb的带边波长的通带傅立叶滤波器滤波的表面轮廓来确定,其中Wa<Wb≤W1,或1.5Wa<Wb≤W1,或2Wa<Wb≤W1。在一些实施方案中,Wb为约0.1mm、或约0.2mm、或约0.3mm。在一些此类实施方案中,或在其它实施方案中,Wa为约0.06mm、或约0.05mm、或约0.04mm。例如,在一些实施方案中,平均位移表面粗糙度Sa根据用具有约0.06mm和约0.1mm的带边波长的通带傅立叶滤波器滤波的表面轮廓来确定。当确定较低空间频率倾斜度大小误差和较高空间频率倾斜度大小误差时,平均位移表面粗糙度Sa可以根据经滤波以去除较低空间频率倾斜度大小误差和较高空间频率倾斜度大小误差两者的长度尺度的表面轮廓来确定。在一些实施方案中,平均位移表面粗糙度Sa小于约10nm,或小于约8nm,或小于约6nm,或小于约5nm。平均位移表面粗糙度Sa可以在例如约1nm至约10nm或至约8nm的范围内。
例如,平均位移表面粗糙度Sa和倾斜度大小误差可以被确定为透镜的通光孔径中和/或膜的中心附近的区域上的平均值。该区域可以是近似椭圆形或圆形或矩形或正方形区域,其尺寸(例如,大直径和小直径或宽度和长度)至少是通过傅立叶滤波器的最小频率的倒数。在一些实施方案中,使用具有约4mm宽度的近似正方形区域。
图6A是根据一些实施方案的示出滤波器的大小对空间频率的带通傅立叶滤波器250的示意图。带通傅立叶滤波器250具有带边频率F1和F2以及对应的带边波长W1'(与对应的带边频率为1/F1相关)和W2'(与对应的带边频率为1/F2相关),其可对应于如本文中别处所述的波长W1和W2,或W3和W4,或Wa和Wb。另选地,傅立叶滤波器可以被绘制为波长的函数(空间频率的倒数)。图6B是根据一些实施方案的带通傅立叶滤波器251和252的示意图,其示出了滤波器的大小对波长。例如,带通傅立叶滤波器251具有带边波长Wa和Wb,并且可以用于限定表面粗糙度Sa。例如,带通傅立叶滤波器252具有带边波长Wc和Wd(其可另选地表示为W1和W2)且可用于限定倾斜度大小误差。在图示实施方案中,Wc=Wb。在其它实施方案中,Wc>Wb。图6C是根据一些实施方案的带通傅立叶滤波器251以及带通傅立叶滤波器253和254的示意图,其示出了滤波器的大小对波长。例如,带通傅立叶滤波器253具有带边波长W1和W2,并且可以用于限定较高空间频率(较低波长)倾斜度大小误差。在图示实施方案中,W1=Wb。在其它实施方案中,W1>Wb。例如,带通傅立叶滤波器254具有带边波长W3和W4,并且可以用于限定较低空间频率(较高波长)倾斜度大小误差。在图示实施方案中,W3=W2。在其它实施方案中,W3>W2。
在一些实施方案中,光学透镜100(相应地100')包括具有第一主表面111和相反的第二主表面112(相应地111'和112')的透镜基片110(相应地110'),其中第一主表面和第二主表面中的至少一者是弯曲的,并且其中透镜基片110(相应地110')为或包括环烯烃共聚物;光学膜120,其包括总数至少为10个的多个交替的第一聚合物层121和第二聚合物层122,其中第一聚合物层121和第二聚合物层122中每一者具有小于约500nm的平均厚度(例如,平均厚度t0);和粘结膜130(相应地130'),其包括粘结层130(相应地132),所述粘结层具有不同于环烯烃聚合物和不同于环烯烃共聚物的组成并且具有1.45至1.6范围内的折射率。
在一些实施方案中,粘结膜130(相应地130')设置在第一主表面111(相应地111')上并将光学膜粘结至第一主表面111(相应地111'),并且使得将光学膜120与透镜基片110(相应地110')分离的平均剥离力F大于约100g/in,同时光学膜120的至少一个最外主表面(例如,最外主表面127或最外主表面129,或最外主表面127和129两者)保持小于约10nm的平均位移表面粗糙度Sa(例如,对应于图5中所示的Sa或图4中所示的表面表征1)和小于约100μrad的倾斜度大小误差(例如,对应于图5中所示的角度θ大小的平均值或图4中所示的表面表征2)。在一些实施方案中,根据用具有带边波长W1和W2(例如,对应于图6B中描绘的波长Wc和Wd,或图6C中描绘的波长W1和W2,或图6C中描绘的波长W3和W4)的带通傅立叶滤波器滤波的表面轮廓来确定倾斜度大小误差,其中0.1mm≤W1≤0.3mm,且2W1≤W2≤10mm,或其中W1和W2在本文别处所述的任何范围内。
在一些实施方案中,粘结膜130(相应地130')设置在第一主表面111(相应地111')上并将光学膜粘结至第一主表面111(相应地111'),并且使得将光学膜120与透镜基片110(相应地,110')分离的平均剥离力F大于约100g/in,同时光学膜120的至少一个最外侧主表面(例如,最外主表面127或129)保持均小于约100μrad的较低空间频率倾斜度大小误差和较高空间频率倾斜度大小误差(例如,对应于图4中所示的表面表征1和2)。根据利用相应的较低空间频率带通傅立叶滤波器和较高空间频率带通傅立叶滤波器(例如,对应于图4中描绘的傅立叶滤波器1和2或图6C中描绘的傅立叶滤波器254和253)滤波的表面轮廓来确定较低空间频率倾斜度大小误差和较高空间频率倾斜度大小误差,其中较低空间频率带通傅立叶滤波器具有W1和W2的带边波长,并且其中较高空间频率带通傅立叶滤波器具有W3和W4的带边波长(例如,参见图6C)。在一些实施方案中,0.1mm≤W1<W2≤W3<W4≤10mm,W2≥2W1,且W4≥2W3;或W1、W2、W3和W4可在本文别处所述的任何范围内。
实施例
除非另有说明,否则以下实施例中报告的所有份数、百分比和比率是基于重量的。
材料
通过插入注塑成型在光学膜上形成透镜基片。在注塑之前,将粘结层施加到光学膜,然后将其放置到模具中。光学膜为聚合物多层光学膜反射偏振器,如国际专利申请WO2020/012416(勒(Le)等人)的实施例1中所述。粘结层或者直接施加到光学膜,或者首先施加到剥离衬垫,然后转移到光学膜。在这些特定样品中由注塑成型形成的透镜基片具有面向光学膜的平坦主表面和与之相对的弯曲主表面。使用以下模塑条件:
/>
使用包装带测试样品的粘附性以判断“合格”或“不合格”。测试各种合格的样品的平均剥离强度。以6英寸/分钟的速率使用90度剥离测试,并且剥离力在5秒上取平均。如下所述测定和表征似乎具有低表面纹理的样品的表面轮廓。
/>
使用各种溶剂沉积的粘结层,通过如上所述的插入成型制备包括光学膜的光学透镜。对于ELVACITE样品,溶剂是异丙醇(IPA)。对于EVA样品,溶剂是甲苯或甲苯和甲基乙基酮(MEK)的共混物,其范围从100%甲苯到甲苯和MEK的50/50混合物。对于乳液,溶剂是水。如上所述测量平均剥离力。检查粘结的光学膜的最外主表面的表面纹理。如果观察到显著的表面纹理,则将该表面纹理表征为“差”,否则将该表面纹理表征为“合格”。结果报告于下表中:如下表中所示,在将透镜基片注塑成型到光学膜上之前,按辐射剂量(以Mrad计)辐照一些粘结层。
/>
如上所述制备包括经由粘结膜粘结至透镜基片的光学膜的光学透镜。通过将如下表中所示制备的粘结层涂覆到环烯烃聚合物(COP)基片上来制备粘结膜。然后将粘结膜层合到光学膜样品,使粘结层面向光学膜。在室温(RT)或在150°F下进行层合。在与光学膜相对的烯烃基片上形成透镜基片的情况下进行插入成型。如上所述测量平均剥离力。结果报告于下表中:
/>
使用下表中所示的各种溶剂沉积的粘结层如上所述制备光学透镜,所述光学透镜包括用包括粘结层和烯烃基片的粘结膜粘结至透镜基片的光学膜。在室温下将粘结膜层合到光学膜。使用白光干涉仪(购自马萨诸塞州比勒利卡的布鲁克集团公司(BrukerCorporation,Billerica,MA)),在宽度为约4mm的大致正方形区域上测量背离透镜基片的最外表面的表面轮廓。根据表面轮廓来确定平均位移表面粗糙度Sa和倾斜度大小误差。在确定平均位移表面粗糙度Sa时,使用通带边缘波长为0.06mm和1mm的傅立叶滤波器对表面轮廓进行滤波。在确定倾斜度大小误差时,使用具有如下表所示的通带边缘波长的各种傅立叶滤波器对表面轮廓进行滤波。
用BUTOFAN NS 222制备且厚度为16微米或更小的其它样品导致差的粘附性。
使用下表中所示的各种溶剂沉积的粘结层如上所述制备光学透镜,所述光学透镜包括用包括粘结层和COP基片的粘结膜粘结至透镜基片的光学膜。在150℉下,将粘结膜层合到光学膜。如上所述测定平均位移表面粗糙度Sa和倾斜度大小误差。结果报告于下表中:
诸如“约”的术语将在本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中理解。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“约”应用于表达特征大小、数量和物理特性的量的使用不清楚,则“约”将被理解为是指在指定值的10%以内。给定为约指定值的量可精确地为指定值。例如,如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对其不清楚,则具有约1的值的量是指该量具有介于0.9和1.1之间的值,并且该值可为1。
上述所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文据此以引用方式并入本文。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下,应以前述说明中的信息为准。
除非另外指出,否则针对附图中元件的描述应被理解为同样适用于其它附图中的对应元件。虽然本文已经例示并描述了具体实施方案,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或组合。因此,本公开旨在仅受权利要求及其等同形式的限制。

Claims (15)

1.一种光学透镜,所述光学透镜包括:
透镜基片,所述透镜基片具有相反的第一主表面和第二主表面,所述第一主表面和所述第二主表面中的至少一者是弯曲的,所述透镜基片包含环烯烃共聚物;
光学膜,所述光学膜包括总计数量为至少10个的多个交替的第一聚合物层和第二聚合物层,所述第一聚合物层和所述第二聚合物层中的每一者具有小于约500nm的平均厚度;和
粘结膜,所述粘结膜包括粘结层,所述粘结层具有不同于环烯烃聚合物且不同于环烯烃共聚物的组成并且具有在1.45至1.6范围内的折射率,所述粘结膜设置在所述第一主表面上并且将所述光学膜粘结至所述第一主表面,并且使得将所述光学膜与所述透镜基片分离的平均剥离力大于约100g/in,同时所述光学膜的至少一个最外主表面保持小于约10nm的平均位移表面粗糙度Sa和小于约100μrad的倾斜度大小误差。
2.根据权利要求1所述的光学透镜,其中,根据用具有W1和W2的带边波长的带通傅立叶滤波器滤波的表面轮廓来确定所述倾斜度大小误差,0.1mm≤W1≤0.3mm,2W1≤W2≤10mm。
3.根据权利要求1所述的光学透镜,其中,根据用具有约0.1mm和约0.3mm的带边波长的带通傅立叶滤波器滤波的表面轮廓来确定所述倾斜度大小误差。
4.根据权利要求1所述的光学透镜,其中,根据用具有约0.3mm和约1mm的带边波长的带通傅立叶滤波器滤波的表面轮廓来确定所述倾斜度大小误差。
5.根据权利要求1所述的光学透镜,其中,根据用具有约0.1mm和约1mm的带边波长的带通傅立叶滤波器滤波的表面轮廓来确定所述倾斜度大小误差。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学透镜,其中,所述倾斜度大小误差小于约60μrad,并且所述平均位移表面粗糙度Sa小于约6nm。
7.一种光学透镜,所述光学透镜包括:
透镜基片,所述透镜基片具有相反的第一主表面和第二主表面,所述第一主表面和所述第二主表面中的至少一者是弯曲的,所述透镜基片包含环烯烃共聚物;
光学膜,所述光学膜包括总计数量为至少10个的多个交替的第一聚合物层和第二聚合物层,所述第一聚合物层和所述第二聚合物层中的每一者具有小于约500nm的平均厚度;和
粘结膜,所述粘结膜包括粘结层,所述粘结层具有不同于环烯烃聚合物和不同于环烯烃共聚物的组成并且具有在1.45至1.6范围内的折射率,所述粘结膜设置在所述第一主表面上并且将所述光学膜粘结至所述第一主表面,并且使得将所述光学膜与所述透镜基片分离的平均剥离力大于约100g/in,同时所述光学膜的至少一个最外主表面保持均小于约100μrad的较低空间频率倾斜度大小误差和较高空间频率倾斜度大小误差,所述较低空间频率倾斜度大小误差和所述较高空间频率倾斜度大小误差根据用相应的较低空间频率带通傅立叶滤波器和较高空间频率带通傅立叶滤波器滤波的表面轮廓来确定,所述较高空间频率带通傅立叶滤波器具有W1和W2的带边波长,所述较低空间频率带通傅立叶滤波器具有W3和W4的带边波长,0.1mm≤W1<W2≤W3<W4≤10mm,W2≥2W1,W4≥2W3。
8.根据权利要求7所述的光学透镜,其中W1为约0.1mm,W2和W3各自为约0.3mm,并且W4为约1mm。
9.根据权利要求7或8所述的光学透镜,其中所述光学膜的至少一个最外主表面具有小于约10nm的平均位移表面粗糙度Sa。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的光学透镜,其中所述较低空间频率倾斜度大小误差和所述较高空间频率倾斜度大小误差中的至少一者小于约60μrad。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的光学透镜,其中所述光学膜包括面向所述粘结层的第一最外层,所述第一最外层包含聚碳酸酯。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的光学透镜,其中所述粘结膜包括烯烃基片、设置在所述烯烃基片上并且与所述烯烃基片基本上共延的粘结层,所述粘结层面向所述光学膜。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的光学透镜,其中所述粘结层包括溶剂沉积的聚合物。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的光学透镜,其中所述粘结层具有不大于25℃的玻璃化转变温度。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的光学透镜,其中所述粘结层包含乙烯乙酸乙烯酯、丁苯橡胶、或包含具有含至少4个碳的直链烷基链的丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯。
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