CN1174266C - 光学膜 - Google Patents

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Abstract

一种光学膜，它包括反射偏振元件和含颗粒层。所述反射偏振元件基本上反射有第一偏振态的光，并且基本上透过有第二偏振态的光。含颗粒层位于反射偏振元件上，并处于与反射偏振元件同样的光程内。含颗粒层的结构和安置使得它能透过光，并含有许多使光学膜外表面粗糙的颗粒。优选的是，在光学装置中使用该光学膜的增益，与使用表层内没有许多颗粒的同样光学膜的光学装置的增益相比，并不显著降低。本发明也描述了使用所述光学膜的光学装置以及所述光学膜的使用和制造方法。

Description

光学膜
发明的领域
本发明涉及光学膜、包含该光学膜的装置与所述光学膜的制造和使用方法。本发明也涉及有至少一层含颗粒层的光学膜、包含该光学膜的装置与该光学膜的制造和使用方法。
发明的背景
聚合物膜用于多种用途中。聚合物膜的一种具体用途是用于反射偏振器中，该偏振器反射给定波长范围的一种偏振态的光，基本透过垂直偏振态的光。这样的反射偏振器用于例如与液晶显示器内的背景光结合来提高显示亮度。例如，一反射偏振器能放置于背景光与液晶显示板之间。这种布置可使一种偏振态的光透过到显示板，其他偏振态的光再循环通过背景光或者从位于背景光后面的反射表面上反射掉，给光一个去偏振的机会，并通过反射偏振器。
偏振器的一个例子是若干不同组分聚合物层的叠层物。该叠层物的一种结构包括第一组双折射层和第二组具有各向同性折射指数的层。第二组层与第一组层交替放置，形成一系列对光进行反射的界面。反射偏振器的另一种类型是连续/分散相反射偏振器，它是在连续的第二材料内分散着第一材料，所述第二材料对于一种偏振光的折射指数与第一材料的不同。其他类型的反射偏振器有线栅格偏振器和使用双折射胆甾醇材料形成的偏振器。
发明的概述
总的来说，本发明涉及光学膜、包含该光学膜的装置与该光学膜的制造和使用方法。本发明也涉及有至少一层含颗粒层的光学膜、包含该光学膜的装置与该光学膜的制造和使用方法。
本发明一个实施方式是一种包括反射偏振元件和表层的光学膜。该反射偏振元件基本反射第一偏振态的光，而基本透过第二偏振态的光。表层在反射偏振元件上，并处于与反射偏振元件同样的光程内，表层被制成和设置成是透光的，并且包含许多使表层的外表面糙化的颗粒。与采用表层内没有颗粒的同样光学膜的光学装置相比，在一光学装置中使用所述光学膜时，增益的减少不超过5％。
表层可以用多种方法设置在反射偏振元件上，包括例如涂敷或以其他方式在形成反射偏振元件以后将表层沉积上去。另外，反射偏振元件和表层能一起形成(例如，共挤出)。表层内基本所有的颗粒或仅仅一部分颗粒能从表层露出或凸出。在至少有些情形下，基本所有颗粒都是嵌埋在表层内，仍能使表层的外表面糙化。
另一个实施方式是采用所述光学膜的光学装置。该光学装置还包括至少一个光源或显示介质(例如，液晶显示介质)。在至少有些光学装置中，反射偏振元件和表层设置在光源与显示介质之间，而在至少部分这样的光学装置中，表层位于反射偏振元件和显示介质之间。
另一个实施方式是上述光学膜的制造方法。反射偏振元件被制成基本反射第一偏振态的光，而基本透过第二偏振态的光。表层形成在反射偏振元件的第一主表面上。表层中具有使表层的外表面糙化的颗粒。使用此光学膜的光学装置与使用表层内没有所述许多颗粒的同样光学膜的光学装置相比，增益的减少不超过5％。
本发明的又一个实施方式是一种包括反射偏振元件和设置在该反射偏振元件上含颗粒的层的光学膜。反射偏振元件基本反射第一偏振态的光，而基本透过第二偏振态的光。含颗粒的层设置在与反射偏振元件同样的光程内，并制成和安置成透光的。含颗粒层中含有许多使光学膜的外表面糙化的颗粒。含颗粒层能够是光学膜的表层，或者有一层覆盖层能够设置在含颗粒层上，含颗粒层使覆盖层的外表面糙化。使用此光学膜的光学装置与使用含颗粒层内没有许多颗粒的同样光学膜的光学装置相比，增益的减少不超过5％。
本发明的上述概述并未打算描述本发明的各个实施方式。下面的附图和详细描述将具体地说明这些实施方式。
附图的简要说明
结合附图，读了下述本发明各种实施方式的详细说明，可以更全面地明白本发明，附图中：
图1是本发明光学膜第1实施方式的剖面图；
图2是本发明光学膜第2实施方式的剖面图；
图3是本发明光学膜第3实施方式的剖面图；
图4是本发明光学膜第4实施方式的剖面图；
图5是本发明光学膜第5实施方式的剖面图；
图6是本发明光学膜第6实施方式的剖面图；
图7是本发明光学膜第7实施方式的剖面图；
图8是本发明背景光显示的一个实施方式的剖面图；
图9是采用不含颗粒的皮层的光学膜(暗线)和使用含颗粒皮层的光学膜(亮线)观察到的光谱图；
图10是本发明光学膜第8实施方式的剖面图；
图11是图10所示光学膜的俯视图；
图12是有和没有含颗粒涂层的多层反射偏振器亮度增益和视角的关系图；
图13是有和没有含颗粒涂层的连续/漫射相反射偏振器亮度增益和视角的关系图；
图14是本发明光学膜第9实施方式的剖面图。
虽然本发明能够进行各种修改和修改成多种不同的形式，其具体细节由附图所示的实施例所说明，而且进行了详细描述，但是，应当明白，本发明不限于所述的这些具体实施方式。相反，本发明覆盖所有落入本发明精神和范围内的改变、等价内容和变化。
优选实施方式的详细描述
可以认为，本发明适用于光学膜、包含光学膜的装置以及光学膜的使用和制造方法。
本发明也涉及有至少一层含颗粒层的光学膜、包含光学膜的装置以及光学膜的使用和制造方法。
但是本发明不局限于此，通过下面提供的实施例的讨论，可以明白本发明的各个方面。
用于说明本发明时，“亮度增益”指在一个特定视角(相对于法向轴)下，在所要求的波长范围，用含反射偏振器的光学膜时的背景光或显示器的亮度(a)对于在该特定视角(相对于法向轴)下，在所要求的波长范围，单独即不用含反射偏振器的光学膜时的背景光或显示器的亮度(关于正常的轴)(b)的比率(a∶b)。
“法向角增益”指在相对于光学膜平面(例如表面)90度视角下的亮度增益。
“增益”指法向角增益减1(相应于不使光偏振的膜)。
图1说明了光学膜100，它包括一反射偏振元件102和至少一层含颗粒106的层104。含颗粒层(一层或多层)能设置在例如反射偏振元件的主表面上，在反射偏振元件内，或在主表面上和反射偏振元件内这两个部位。每个含颗粒层能够是例如，覆盖到反射偏振元件上的层，或与反射偏振元件一起形成(例如共挤出)的层(例如，皮层或内部的非光学层)。
反射偏振元件
许多反射偏振元件都能应用于光学膜中。一般地，反射偏振元件透过一种偏振状态的光而反射一个不同偏振状态的光。用于实现这些功能的材料和结构可以不同。取决于光学膜的材料和结构，“偏振状态”可以指例如，线性、圆形、椭圆形的偏振态。
合适的反射偏振元件的例子包括多层反射偏振器，连续/分散相反射偏振器，胆甾醇反射偏振器(它还可与四分之一波片结合)，和线栅格偏振器。总的来说，多层反射偏振器和胆甾醇反射偏振器是镜面反射器，连续/分散相反射偏振器是漫反射器，尽管这些特征不是通用的(见例如多层漫反射偏振器，美国专利№5,867,316有描述)。这里列出的说明性的反射偏振元件还没有包括令所有合适的反射偏振元件。任何优先透过有一偏振态的光且优先反射有另一偏振态的光的反射偏振器都能使用。
多层反射偏振器和连续/分散相反射偏振器都依赖于至少两2种不同材料(优选聚合物)折射指数的差异，从而选择性地反射一个偏振方向的光，而透过垂直偏振方向的光。合适的漫反射偏振器包括连续/分散相反射偏振器，美国专利№5,825,543有描述(参考结合于此)，和漫射地反射的多层偏振器，美国专利№5,867,316有描述，(参考结合于此)。另外的反射偏振元件在美国专利№5,751,388有描述，也参考结合于此。
胆甾醇反射偏振器例如在美国专利№5,793,456，美国专利№5,506,704和美国专利№5,691,789中都有描述，其所有内容都参考结合于此。一种胆甾醇反射偏振器是E·默克公司以商标TRANSMAXTM出售。线栅格偏振器例如在公开的PCT WO 94/11766中有描述，参考结合于此。说明性的多层反射偏振器在例如公开的PCT Nos WO95/17303、WO95/17691、WO95/17692、  WO95/17699、WO96/19347和WO99/36262中有描述，其所有内容参考结合于此。多层反射偏振器的一种商品是由3M公司(圣保罗，明尼苏达州)出售的Dual BrightnessEnhanced Film(DBEF)。本文中使用多层反射偏振器作为一个例子来说明本发明光学膜的结构以及该光学膜的制造和使用方法。所述结构，方法，和技术能够适合应用到其他类型的合适反射偏振元件中。
适用于光学膜120的一种合适多层反射偏振器能够这样制成：将单轴或双轴取向的双折射第一光学层122与第二光学层124交替地(例如隔层地)设置起来，如图2所示。在有些实施方式中，第二光学层124具有约等于取向层的一个面内指数的各向同性折射指数。另外，这两种光学层122，124都由双折射聚合物形成，并且其取向是使得一个面内方向上的折射指数近似相等。不论第二光学层是各向同性还是双折射的，在两个光学层122、124之间的界面都形成了光反射平面。在平行于所述两层的折射指数近似相等方向的平面内偏振的光基本上能透过。在平行于所述两层的折射指数有差异的方向的平面内偏振的光则至少部分被反射。增加层的数目或者增大第一和第二层122、124之间折射指数的差异，都能够提高反射率。
一般地，一个特定界面的最高反射率发生在这样的波长下，该波长对应于形成界面的光学层对122、124的组合光学厚度的两倍。光学厚度描述了在光学层对的下表面和上表面所反射的光线之间的光程差。对于以90°入射到光学膜平面的入射光(法向入射光)，所述两层的光学厚度是n1d1+n2d2、其中n1、n2分别是两层的折射指数，d1、d2分别是相应两层的厚度。仅使用每层的一个面外折射指数(例如，nz)，就能够使用这个方程为法向入射光调节光学层。在另外的角度，光程取决于经过层的距离(它比层的厚度大)以及在层的三个光轴的至少两个光轴上的折射指数。一般地，以相对于膜平面小于90度的角度入射到光学膜上的光透射会形成一个光谱，相对于法向入射光透射所观察到的谱带，其谱带向较短的波长移动(例如，蓝移)。
对于法向入射光，层122、124各自可以是四分之一波长厚，或者层122、124能有不同的光学厚度，只要光学厚度的和是波长的一半(或其倍数)。有许多层的膜能包括不同光学厚度的层，用来增大膜在一定波长范围内的反射率。例如，膜能包括各自地被调节(例如，对于法向入射光)的一对对层，以便获得具有特定波长的光的最佳反射。
除了第一和第二光学层122、124外，多层反射偏振器120还可以包括一个或一个更多的非光学层，例如，一个或多个皮层128或一个或多个内部非光学层130，如图2和3所示。类似于第一和第二光学层122，124，其他的成对光学层也能够用于多层反射偏振器中。本文所述的成对的第一和第二光学层的设计原理能够适用于任何其他的成对光学层。此外，要明白，虽然图2和3仅仅示出了一个叠层物126，但是多层反射偏振器能够由依次组合形成膜的多个叠层物制成。
此外，虽然图2和3仅仅示出4个光学层122、124，但是多层反射偏振器120能有很多个光学层。通常，多层反射偏振器有大约2～5000个光学层，一般大约25～2000个光学层，经常大约50～1500个光学层或大约75～1000个光学层。
第一和第二光学层
第一光学层优选是单轴或双轴取向的双折射聚合物层。
第二光学层能够是双折射的和单轴或双轴取向的聚合物层，或者第二光学层能够有在取向以后与第一光学层的至少一个折射指数不同的各向同性折射指数。
第一和第二光学层通常不大于1微米厚，一般不大于400nm厚，但是如果需要，也可以使用更厚些的层。这些光学层可以一样厚，也可以不一样厚。
多层反射偏振器的第一和第二光学层和还可能有的非光学层一般由聚合物例如聚酯形成。其他类型的反射偏振元件(例如，连续/分散相反射偏振器，胆甾醇偏振器和线栅格偏振器)则可用上述文献所述的材料材料形成。
多层反射偏振器使用的聚酯通常包括羧酸酯和二醇亚单元，由羧酸酯单体分子与二醇单体分子反应产生的。每个羧酸酯单体分子有两个或多个羧酸或酯官能团，每个二醇单体分子有两个或多个羟基官能团。羧酸酯单体分子可以全部相同，也可以有两种或多种不同类型的分子。这一点同样适用于二醇单体分子。“聚合物”这个词这里理解为包括聚合物或共聚物，也包括聚合物和共聚物这两者，它们可以例如通过共挤出或反应包括例如酯交换反应形成互溶的共混物。术语“聚合物”，“共聚物”，和“共聚酯”包括无规的和嵌段的共聚物。术语“聚酯”也包括由二醇单体分子与碳酸的酯的反应形成的聚碳酸酯。
聚合物层或膜的性质随具体选择的单体分子变化。在多层反射偏振器中有用的聚酯一个例子是萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，它能例如由萘二酸与乙二醇的反应制成。
用于形成聚酯层的羧酸酯亚单元的合适羧酸酯单体分子，包括例如，2，6-萘二酸和及其异构体、对苯二酸、间苯二酸、邻苯二酸、壬二酸、己二酸、癸二酸、降冰片稀二酸、二-环辛烷二酸、1，6-环己烷二酸及其异构体、叔丁基间苯二甲酸、苯偏三酸、间苯二甲酸磺酸钠、2，2’-二苯基二酸及其异构体、以及这些酸的低级烷基酯，例如甲酯或乙酯。“低级烷基”术语，在该文中，指C1-C10直链或支链的烷基。
用于形成聚酯层的二醇亚单元的合适二醇单体分子包括乙二醇、丙二醇、1，4-丁二醇及其异构体、1，6-己二醇、新戊二醇、聚乙二醇、二乙二醇、三环癸二醇、1，4-环己烷二甲醇、及其异构体、降冰片烷二醇、二环辛二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、1，4-苯二羟甲基及其异构体、双酚A、1，8-二羟基二苯基及其异构体、1，3-二(2-羟基乙氧基)苯。
非聚酯聚合物也可用于形成偏振器膜。例如，多醚酰亚胺能与聚酯例如PEN和PEN共聚物一同使用，形成多层反射偏振器。也可以使用其他聚酯/非聚酯组合物，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚乙烯(例如EngageTM8200，Dow化学药品公司，Midland，密执安州)。
第一光学层一般是可取向的聚合物膜，例如聚酯膜，它能通过例如沿需要的一个或多个方向向进行拉伸，制成双折射的。“双折射”意味着在垂直的x，y，和z方向的折射指数不全相等。对于膜或膜内的层，x，y，和z轴可方便地选择为x和y轴对应于膜或层的长度和宽度，z轴对应于层或膜的厚度。
第一光学层可是单轴取向的，例如，在一个的方向拉伸制成。垂直的第2方向能允许发生部分颈缩(例如，尺寸减少)，小于它的原来长度。在一个实施方式中，拉伸方向基本对应于x或y轴。然而，也能够选择另外的方向。双折射的单轴取向层一般在透过或反射具有平行于取向方向(即拉伸方向)的偏振平面的入射光和具有平行于横向(即，垂直于拉伸方向的方向)的偏振平面的光线时表现出差异。例如，当一片可取向聚酯膜沿着x轴被拉伸时，一般的结果是nx≠ny，其中nx和ny分别是在平行于“x”和“y”轴的平面内偏振的光的折射指数。折射指数沿拉伸方向的变化度取决于，拉伸量、拉伸速率、拉伸期间膜的温度、膜的厚度、各单层的厚度、膜的组成等因素。一般地，第一光学层122取向后在632.8nm的面内双折射指数(nx-ny的绝对值)为0.04或更大，优选约0.1或更大，更优选约0.2或更大。除非另有说明，所有的双折射指数和折射指数的报导值都是指对于632.8nm光的。
第二光学层124能由许多聚合物制成。合适聚合物的例子包括由单体例如乙烯基萘，苯乙烯，马来酸酐，丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体制成的乙烯基聚合物和共聚物。这种聚合物的例子包括聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯，例如聚(甲基丙烯酸酯)(PMMA)，和全同立构或间同立构聚苯乙烯。其他聚合物包括缩聚物，例如聚砜，聚酰胺，聚氨酯，聚酰胺酸，和聚酰亚胺。另外，第二光学层能由聚合物和共聚物例如聚酯和聚碳酸酯形成。下面用聚酯的共聚物示范说明第二光学层，然而，要知道，也可以使用上面描述的其他聚合物。下面所述关于共聚酯光性质的同样考虑，一般也适用于其他的聚合物和共聚物。
在有些实施方式中，第二光学层是可以单轴或双轴取向的在其他的实施方式中，第二光学层在用于使第一光学层取向的加工条件下则不取向。这些第二光学层甚至当拉伸时或以其他方式取向时也基本保留了相对各向同性的折射指数。例如，第二光学层在632.8nm能有小于大约0.06或小于大约0.04的的双折射指数。第二光学层合适材料的例子有PEN、PBN、PET、或PBT的共聚物。
非光学层
非光学层能在多层反射偏振器中使用，例如为的是形成偏振器结构，或在加工期间或加工之后保护偏振器免受损害。非光学层包括皮层128，它形成多层反射偏振器的主表面(见图2)和内部的非光学层130，这种非光学层130位于光学层122和124的复合层之间(见图3)。附加的涂层也可以认为是非光学层。非光学层一般不会影响光学膜在感兴趣的波长区域(例如，可见的光)的偏振性质。多层反射偏振器(和另外的反射偏振元件)非光学层的合适聚合物材料可与第一或第二光学层使用的那些一样。
皮层和或可使用的非光学层可比第一和第二光学层厚、薄或同样厚。皮层和非光学层通常是单个第一和第二光学层中的至少一个层的厚度的至少4倍，一般至少10倍，且可至少100倍。能够改变这些非光学层的厚度，制成有特定厚度的多层反射偏振器。
一般地说要放置一个或多个非光学层，以便至少一部分透过第一和第二光学层、被第一和第二光学层偏振或反射的光也通过这些层(即，这些层放置在通过第一和第二光学层的光程内或被第一和第二光学层反射的光程内)。
优选选择第一光学层、第二光学层和任选的非光学层的聚合物材料，使它们有类似的流变性质(例如熔体粘度)以便它们共挤出时能够不产生流动干扰。一般地说，第二光学层、皮层和或可使用的非光学层的玻璃化转移温度Tg低于，或不高于第一光学层玻璃化转变温度大约40℃以上的温度。第二光学层、皮层和或可使用的非光学层的玻璃化转变温度低于第一光学层的玻璃化转变温度。
常规的光学膜
常规光学膜可包括含有例如在上述文献中所述的反射偏振元件的聚合物光学膜。发现这些聚合物光学膜会经常润湿或粘合到例如用光滑玻璃做的一液晶显示器的相邻表面上。由于两个空气-聚合物界面消除了，所以透射增加了，就会导致亮斑的形成。另外，聚合物光学膜能显示牛顿环，它是由于两个间隔很近的表面之间发生干涉而可以看见的有色环。形成亮斑和牛顿环这两种现象都会影响聚合物光学膜的光学性能和放置有该光学膜的装置的光学性能。
此外，光学膜上的小点缺陷也是消费者所关注的。这些缺点会妨碍美观或妨碍检查和修理。另外，装置例如显示器内的其他非光滑膜和单元能印在光学膜上，使膜的表面不合格。而且，在温度循环下，聚合物光学膜会翘曲(例如，所述膜发生弯曲，暂时或永久地呈现不平坦的形状)。另外，光学膜用于显示器(例如液晶显示器)，当以基本上不同于法向(即光以90度的角度入射到光学膜的平面)的视角观察时，光学膜表现出有色外观，并且这些颜色会在显示器上各处不同。这种颜色不均匀性至少部分是由于宽入射视角(例如，相对于光学膜平面为50度或较小)的非均匀透过光谱引起的。
对现有的光学膜进行了一些改进的尝试，来解决这些问题的至少一部分。例如，对最外层(例如，皮层)进行压花，降低润湿和牛顿环的形成。然而，压花处理又会形成更不均匀的表面外观。至少在有些情况下使用者在高的入射角上能看到压花织构。另外，在光学膜的制造过程中，压花操作要求采用精密的压花工具和附加的步骤。压花也会影响层厚的均匀性，导致颜色上的不均匀。
含颗粒层
发现在位于反射偏振元件起偏的光的光程中的含颗粒层内加入颗粒，可以提供一些有益的光学或力学性能。这些优点包括例如减少或消除润湿和牛顿环并使颜色掩盖或均匀化。
在多层反射偏振器的情形下，如图2～7所示，含颗粒层132(一层或多层)能是例如，一层皮层128(图2、3、和4)，两层皮层128(图5和7)，或设置在反射偏振元件主表面136上的涂层134(图6)。部分或甚至全部颗粒都能从层上凸出。
图2～7所示的例子能进行改变，以便与其他的反射偏振元件例如连续/分散相反射偏振器、胆甾醇反射偏振器和线栅格反射偏振器一同使用。含颗粒层(一层或多层)可以是反射偏振元件的单个皮层，在反射偏振元件内的内部非光学层，或者在反射偏振元件上的涂层。
图10和11说明了本发明另一个实施方式，其中单层颗粒132位于反射偏振元件102上层104的表面105上，在反射偏振元件上提供一表层涂层。为了本发明的目的，“单层”是指厚度约为1个颗粒132厚度的层，它位于层104的表面105上或在表面附近。
在有些情形下，部分颗粒132嵌埋在层104内，而其余颗粒132从层104凸出，或者部分露出到层104外面。在另外的情形下，基本所有颗粒132都能完全包埋在或嵌埋在层104内，仍然能提供粗糙表面。
在一反射偏振元件102上的表层内的颗粒132能够根据它们占据层104表面的百分数进行表征。为了实现反射偏振元件所要求的减小显示颜色的性能，并降低润湿，可以要求颗粒132占据层104露出表面的至少约10％。还可以要求颗粒132占据层104露出表面的至少约20％。
增大颗粒132占据层104露出表面积的百分数，可以提供例如背景光或包含层104内有颗粒132的反射偏振元件102的光学显示器的亮度增益的附加优点。但是，要增大亮度增益，包括颗粒132的表面最好背着光源，而且颗粒132优选占据层104露出表面积的至少一大部分(即，大于50％)，更优选约60％或更多，再优选约70％或更多，甚至更优选约90％或更多。
如实施例所述，在一反射偏振元件上的表层内的单层颗粒或颗粒的其他分布能够增大法向和偏离法向较宽视角范围内例如在有些情形下，至少约±30度内的亮度增益。另外，单层和其他漫射元件的分布也能够减少或消除多层光学膜反射偏振器偏离轴的可见颜色不均匀性。优选地，与没有颗粒的同样光学膜相比，使用含颗粒层的光学膜的增益基本上不降低。对于感兴趣的波长(例如，632.8nm)或波长范围，增益的减少优选不大于5％，更优选不大于3％，甚至再优选不大于2％。
颗粒优选是实质上不吸收反射偏振元件透过的光，也不使其去偏振。透过光学膜的光量优选基本不减少。更优选地，具有优先被反射偏振元件透过的偏振态的光量基本上不减少，例如使用第二偏振器所测定的。
糙化的表面能阻止或减少光学膜润湿其他相邻基材或膜上的光学膜，因为糙化表面的质地能阻止或减少光学膜粘合到相邻光滑表面的能力。糙化的表面能也阻止或减少牛顿环(例如，由于两个间隔很近的光滑表面干涉形成的有色的环)的严重程度。糙化的表面的质地也会降低在光学膜和邻近的光滑表面之间的间距的均匀性。
糙化的表面还可以减少或免除对衬里(用于使用之前保护膜)的需要。因为小划痕不再看得见。而且，糙化的表面常常能隐蔽存在的实质上不影响光学膜工作而在光滑的表面上可见的缺陷(例如，凝胶，模具沉积物，凹陷，模具线，划痕)。由于膜与光滑基材例如LC模块内的玻璃之间的摩擦系数较低，糙化的表面也会改进膜的耐磨性，而且能减少温度变化引起膜翘曲的可能性。在有些情况下，糙化的表面能抵抗或掩蔽由邻近的膜、基材和其他物体的表面特征引起的印痕。
与经过压花的膜相比，光学膜的粗糙表面也能改善膜的厚度控制。这一点能导致膜上面更好的颜色均匀性。对膜进行糙化能显著降低膜的表面摩擦系数。有含颗粒表层的光学膜的摩擦系数(例如按ASTM D1894测定)能够是没有含颗粒表层的光学膜的摩擦系数的50％或更少，25％或更少，甚至10％或更少。使用含颗粒层能使平均表面粗糙度增大至3倍或更多，10倍或更多，甚至25倍或更多。平均的表面粗糙度能使用例如，Wyko干涉仪(Wyko公司，Tuscon亚利桑那，Roughness/步测试者模型RS 104048)测量。
为了使光学膜的表层(一层或多层)糙化，可以选择其折射指数与表层的其他材料一样或不同的颗粒。要选择这样的颗粒，它在光学膜正常的使用期间能够保持形状，从而保持要糙化的优点。颗粒能加到反射偏振层的一个或两个皮层内，或者含颗粒的涂层可覆盖到反射偏振层的一个或两个表面上。表层(一层或多层)的表面质地受颗粒的形状和粒度分布，取向条件，用来形成表层(一层或多层)的聚合物和挤出或涂覆条件的影响。
含颗粒层内的颗粒也能够起漫射元件(例如，漫射元件)的作用，如图2所示。这些含颗粒层能位于一反射偏振元件的一个表面上或其内部，而且能与反射偏振元件一同形成，或者覆盖反射偏振元件而，并还有附加层(一层或多层)。
当使用颗粒的漫射/漫射性质时，颗粒能位于含颗粒层内，从层的表面凸出，或者处于这两种状态。含颗粒的膜的漫射/漫射性能可起源于体积漫射、表面漫射、或这两者的结合。当使用它们的漫射性能且位于皮层内时，颗粒优选提供在光学膜的仅一个主表面上的皮层内。光学膜的两个主表面上的层内有颗粒，膜就可以透过具有会以其他方式被反射的偏振态的光，如美国普通转让的专利申请描述09/199602所述，其名称为“选择性透射的多层反射器”，其内容参考结合于此。
由于一定波长范围内的光通过反射偏振器的透射是不均匀的(非均匀透射光谱)，颜色能够形成于装有反射偏振器的光学装置内。另外，一反射偏振器的透射光谱能在空间上变化，所以即使在一样的视角下也会在显示器上观察到不同的颜色。视角改变时透射光谱会改变。净的效果就产生会随视角和屏幕位置而变化的颜色的复杂图案。
如果需要，含颗粒层内的颗粒可使通过反射偏振元件的光发生漫射，形成颜色非均匀较小和整体颜色较淡(例如，隐蔽颜色的膜)的光学膜。在光至少部分地优选完全地通过反射偏振元件之后，该光发生了漫射，以特定角度看膜的观察者不仅可看到以单一角度通过反射偏振元件的未经漫射的光，而且，由于漫射，也可看到以其他角度通过反射偏振元件的光。看到的光谱是在一角度范围上平均的，比不发生漫射的情况的光谱要平滑些(形成较少颜色)。这样，观察者看见的光谱是以不同角度通过反射偏振元件的光谱的组合。这样就隐藏了在观察者角度上可以看到的特定透射光谱的颜色。
颗粒和含颗粒的层的折射指数之差能影响一些因素，例如光学膜的法向角增益(在背景光显示条件下使用光学膜获得的增大的亮度值的度量)和由漫射获得的颜色平均的量。通常，法向角增益随颗粒与含颗粒的层的折射指数之差增大而减小。与此不同，颜色平均的量则随颗粒和含颗粒层的折射指数之差增大而增大，因为较大的折射指数之差导致较大的散射。这样就能够至少以颗粒与含颗粒的层的材料的折射指数之差为基础，选择颗粒和含颗粒的层的材料，获得所要求的综合性能。，颗粒和含颗粒的层之间的折射指数之差通常为例如0～0.12范围内。
为了获得漫射(例如散射)的效果，颗粒的折射指数可以不同于含颗粒层的其他物质的折射指数(体积漫射)。另外，颗粒的折射指数也能够与含颗粒层的其他物质的折射指数相当，在此情况下，仅是粗糙表面提供所要求的漫射(表面漫射)。含颗粒层(一层或多层)的体积漫射(例如散射)性能取决于许多因素包括，例如颗粒折射指数、含颗粒层的其他部分的折射指数、颗粒的形状和取向和层内的颗粒密度。
含颗粒层(一层或多层)的表面漫射性能取决于许多因素包括，例如颗粒的形状和粒度分布、取向条件，用来形成表面层(一层或多层)的聚合物(一种或多种)、挤出或涂覆条件。膜的漫射性能是体积漫射、表面漫射，或者体积和表面漫射两者的结果。
在有些情形下，可能需要颗粒132的折射指数基本与层104的相似，使得通过制品的漫射光主要是表面漫射而非体积漫射。例如，颗粒132和层104之间的折射指数差可是大约0.2或更小，优选约0.1或更小，更优选约0.05或更小。当表面漫射是所需特征时，颗粒132对于感兴趣的波长的光最好是光学透明的。
当亮度提高膜，例如购自明尼苏达州圣保罗的3M公司的BEF膜，用于液晶显示器时，当视角增大时，光的强度通常在一个窄的角度范围急剧下降。颗粒能使在该角度范围的强度陡降变得平滑，使它成为较平缓的转变。另外，当非光滑膜例如BEF膜与反射偏振器膜紧密接触时，它们会在反射偏振器膜上印上一个不好的图案。而颗粒能减少或消除印在偏振器膜上的可以看见的表面图案。
光学膜也能与吸收偏振器或与吸收偏振器层一同使用，例如，在WO95/17691，WO 99/36813，和WO 99/36814中有描述，其全部内容参考结合于此。在这个实施方式中，含颗粒层能如上所述隐蔽颜色。
常规的反射/吸收偏振器的暗状态颜色泄漏的严重程度能使用常规的二向色性偏振器观察到，该二向色性偏振器取向至能吸收优先被反射/吸收偏振器透过的偏振光。加上含颗粒层一般能降低这种该颜色泄漏。
颗粒的合适材料包括例如无机氧化物和聚合物，它们基本不能混溶，而且在含颗粒层加工过程中不会引起层的材料内发生有害的反应(降解)，在加工温度下不会热降解，不会显著在感兴趣的波长或波长范围内的光。合适材料的例子包括二氧化硅、硅铝酸钠、氧化铝、液晶聚合物(例如，从田纳西州Kingsport的伊斯门化学药品产品公司购买的Vectra TM液晶聚合物，)、无定形聚苯乙烯、玻璃、苯乙烯丙烯腈共聚物、滑石、交联的聚苯乙烯颗粒或聚苯乙烯共聚物、氧化铝与二氧化硅的合物质(例如，3M公司的ZeeospheresTM，圣保罗，明尼苏达州)、或这些材料的组合。
颗粒的平均粒度通常在例如0.1～20微米的范围内。一般地，颗粒的平均粒度在0.3～10微米的范围内。在至少有些情形下，优选使用小颗粒，因为这样就可以在单位体积内加入较多的颗粒，经常形成更粗糙或者更均匀粗糙的表面或者更多的光漫射中心。
尽管能够使用任何形状的颗粒，但是球形的颗粒在有些情况下是优选的，尤其是因为这能有利于提高隐蔽颜色的效果和增益。对于表面漫射，球形颗粒与其他形状相比，每颗颗粒会产生大量的表面凸起效应，而非球形颗粒在膜平面内的排列是使其最短主轴在膜的厚度方向。
含颗粒层中的颗粒数量一般地取决于这样的因素，例如所要求的光学膜性能，在含颗粒层中使用的聚合物的类型和组成、颗粒的类型和组成、和颗粒与含颗粒层的其他材料(例如聚合物(一种或多种))的折射指数之差。含颗粒层内的颗粒含量例如至少为0.01体积％，以用来制备含颗粒层的物料的总体积为基准。颗粒含量少些不会对膜的性质有多大影响。对于有机颗粒，尤其是聚合物颗粒，颗粒含量一般不大于约25体积％。对于无机颗粒，含量一般约为0.01-10体积％，常常为0.05～5体积％，以用来制备含颗粒层的物料的总体积为基准。
能够使用许多方法将颗粒加入含颗粒层(一层或多层)。例如，颗粒能够在挤出机内与含颗粒层的聚合物混合。接着可将含颗粒层(一层或多层)与光学层共挤出形成光学膜。颗粒能以其他方法与含颗粒层的聚合物混合，所述方法包括，例如，在挤出以前在混合器或其他装置内混合颗粒和聚合物。
在另一方法中，颗粒也能加到用来形成含颗粒层的聚合物的单体中。例如，在聚酯用作含颗粒层的情形下，颗粒可以加入含有用来形成聚酯的羧酸酯和二醇单体的反应混合物中。颗粒应该不会通过例如催化降解反应、链终止或与单体反应而影响聚合过程或速率。例如ZeeospheresTM这种颗粒合适于加入用来形成聚酯含颗粒层的单体中。如果颗粒与用来制备聚酯的单体混合，它不宜包含酸性基团或磷。
在有些情形下，使用上述任一种方法，用颗粒和聚合物制备母料。该母料然后可以以选定的比例，加入到在挤出机或混合器内的更多聚合物中，制备具有所要求颗粒含量的膜。
在一反射偏振器上提供包含颗粒的表层的另一种方法中，能够将表层前体沉积到预先形成的反射偏振元件上。表层前体能够是适于在反射偏振元件上形成涂层的任何材料，包括单体、低聚物和聚合物材料。例如，表层前体能够是上述用于第一和第二光学层和非光学层的任何聚合物或这些聚合物的前体，也可以是硫代聚氨酯、硫代聚酯、含氟丙烯酸酯和丙烯酸酯之类的材料。
颗粒能够以预混合浆料、溶液或含表层前体的分散液形式提供。另一可供的办法是将颗粒与表层前体分开提供。例如，将前体首先涂敷在反射偏振元件上，颗粒就能够沉积在该前体上，例如，通过降落、喷射、瀑布式撒落或以其他方式进行沉积，以便在表层内或表层上得到所要求的颗粒单层或颗粒的其他分布形式。然后前体就能够被固化，干燥或以其他方式进行加工，形成所要求的表层，该表层以所要求的方式保留住颗粒。表层前体和颗粒的相对比例能够根据许多因素而变化，包括例如所要求的形成的粗糙表层的形态和前体的性质。
在至少有些实施方式中，在用来制造取向的多层反射偏振膜的展幅过程中，有制膜的总聚合物的一部分(例如30％)是固定在展幅机夹具内是，它不会完全取向。该未取向的材料作为“展幅机的边缘轮廓”修整掉。所述“展幅机的边缘轮廓”可以含有聚合物材料的颗粒。这些颗粒能够是例如来自于展幅机夹具内的玷污和/或后展幅加工而形成的。
将颗粒加入光学膜的皮层或其他含颗粒非光学层，能够掩蔽使用再循环“展幅机的边缘轮廓”或其他再循环材料时会引入的颗粒。粗糙表面和颗粒的光漫射能够隐蔽由展幅机的边缘轮廓玷污或后展幅加工引入的颗粒的外观。在这些皮层内加入颗粒能够更好地循环利用“展幅机的边缘轮廓”和废弃膜碎片，这就能够极大地节约成本，并更有效地利用材料。
或可使用的覆盖层
在至少有些情形下，挤出带有含颗粒皮层的膜时，会在挤出机模具出口上积聚含颗粒的物料。所述物料有时会从模具出口上脱落，在膜内形成缺陷。已经发现，在光学膜100的含颗粒皮层104上形成覆盖层105(或多层)，就能够减少或消除在模具上的积聚和随之产生的缺陷，如图14所示。一般地，这样选择覆盖层的厚度和材料，使得当取向(例如拉伸)时，由于含颗粒层内颗粒的存在，覆盖层具有粗糙表面。取向之前，覆盖层可以有或没有糙化的表面。
覆盖层能够与在图1、2、3、5、6和7所示或上述任何含颗粒的皮层结合。含颗粒皮层和覆盖层能够一起作为“表层”提供上述任何优点或性能。合适的材料包括所述用于形成皮层(一层或多层)的聚合物材料，包括例如聚酯(例如聚萘二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯的共聚酯)。在有些实施方式中，使用第一光学层、第二光学层或皮层中至少一种相同的聚合物来形成覆盖层。
使用覆盖层能够降低光学膜(相对于没有覆盖层的同样膜)的的表面粗糙度(例如Rq)，但是该表面粗糙度一般仍然比没有含颗粒皮层形成的相似光学膜的表面粗糙度大。
其他层和涂层
不同功能的层或涂层也可以加到本发明的膜和光学装置上，用来改变或改进它们的物理或化学性质，尤其是膜或装置表面上的性质。如果使用含颗粒层糙来化光学膜的表面，那么含颗粒层上一般不再提供其他的层和涂层，除非所述层或涂层也是粗糙的。合适的其他层或涂层可以是例如低粘性背衬材料、导电层、抗静电涂层或膜、阻挡层、阻燃剂、UV稳定剂、耐磨材料、光学涂层，以及旨在改进膜或装置的机械整体性或强度的基材。其他层或涂层在例如WO 97/01440，WO99/36262，和WO 99/36248中有描述，其内容参考结合于此。
显示器实施例
光学膜能够用于许多种显示系统和其他用途中，包括透射(例如背景光)、反射、和透射反射(transflective)显示。例如，图8说明了本发明一个示意性背景光显示系统200的剖面图，包括显示介质202、背景光204、偏振器208、和一个或可采用的反射器206。观察者位于与背景光204相反的显示装置202的一侧。
显示介质202通过透过从背景光204射出的光而将信息或图象显示给观察者。
显示介质202的一个例子是液晶显示器(LCD)，它仅透过一种偏振态的光。因为LCD显示介质是偏振敏感的，最好的是，背景光204供应的是能透过显示装置202的偏振态的光。
供应用于观察显示系统200的光的背景光204包括光源216和光导向器218。虽然图8所示的光导向器218通常具有矩形剖面，但是背景光能够使用任何合适形状的光导向器。例如，光导向器218能够是楔形的，槽形的，假楔形导向器，等等。主要的考虑是光导向器218能够接收从光源216发出的光并射出。结果，光218就能够通过后反射器(例如，可用的反射器206)，引出机构和其他部件来完成需要的功能。
反射偏振器208是光学膜，它包括一层反射偏振元件210和至少一层含颗粒214的层212。反射偏振器208作为背景光的一部分提供，其作用是基本透过从光导向器218射出的一种偏振态的光，并基本反射从光导向器218射出的其他偏振态的光。反射偏振元件208能够是例如多层反射偏振器、连续/分散相反射偏振器、胆甾醇反射偏振器、或线栅格反射偏振器。虽然所示的含颗粒层212位于反射偏振元件上，但是含颗粒层(一层或多层)能够设置例如在反射偏振元件上或内部，如上所述。
在一个实施方式中，利用了含颗粒层212的漫射(例如散射)性质。在这个实施方式中，含颗粒层优选是反射偏振元件210与接受背景光204的光的表面相背的。表面上的皮层或涂层。
实施例
用于形成这些实施例的聚合物的材料购自下列供应商：购自Amoco的萘二酸二甲酯和对苯二甲酸(Decatur，亚拉巴马)，购自Hoechst Celanese(达拉斯，得克萨斯)的对苯二甲酸二甲酯，购自Union Carbide(查尔斯顿，西弗吉尼亚)的乙二醇，购自BASF(Charlotte，北卡罗来纳)的1，6-己二醇。
“增益测试仪”被用来测试这些实施例中的若干膜。“增益测试仪”能够使用点光度计和合适的背景光制成，一个偏振器放置在两者之间，以便仅背景光的一个偏振部分可被光度计测量。合适的点光度计有Minolta LS-100和LS-110(Minolta有限公司，Ramsey，新泽西州)。测得的增益绝对值取决于使用的背景光和样品对于背景光的取向以及样品的大小。增益定义为有反射偏振器在光程内时测试仪的法向轴亮度，被光程内没有反射偏振器的法向轴亮度归一化后的一值。在实施例中使用的背景光从Landmark得到，偏振器是一个高对比显示偏振器，它的取向是使偏振器通过轴对准背景光的长轴对齐。样品插入到测试仪内，务使样品的通过轴与高对比偏振器的通过轴对齐。样品尺寸要足够大，能覆盖整个背景光。
将膜的含颗粒表层的那一面贴着在单色绿色(约540nm)的漫射背景光光源顶部上的一片干净面光滑的玻璃放置，来测量牛顿环。用手将膜抚平到玻璃上以后，就可看到牛顿环(如果存在)为一些亮条纹和暗条纹。结果的判断等级为1(看不见牛顿环)-4(看见很明显的牛顿环)。
测量了润湿测量方法与牛顿环相似。不同的是使用白色光源。当反射偏振器结合到玻璃上后，存在亮斑，就说有润湿现象。测量结果的等级为1(没有观察到润湿)-4(看见很明显的润湿)。
使用Wyko干涉仪(Wyko公司，Tuscon Arizona，Roughness/Step Tester型号RS 104048)在放大100倍条件下，测量平均粗糙度Rq。
根据ASTM № D1894测量了聚对苯二甲酸乙二醇酯膜的摩擦系数。
不均匀性是一种描述了使用偏振器膜形成卷时质量的光学膜对于衡量。成卷性差就说明膜上有缺陷，例如膜上有横向翘曲、疙瘩和皱褶。总的来说，如果卷内相邻膜表面之间的摩擦系数足够低，就几乎没有或很少有这些成卷缺陷。
对比例1和2和实施例1-23
用由(聚萘二甲酸乙二醇酯)共聚物形成的第一光学层制成了多层反射偏振器膜，所述共聚物含有由90摩尔％萘二酸二甲酯和10摩尔％对苯二甲酸二甲酯形成的羧酸酯亚单元以及由100摩尔％乙二醇亚单元形成的二醇亚单元，特性粘度为0.48dL/g。折射指数约为1.633。
由(聚萘二甲酸乙二醇酯)共聚物形成了第二光学层，所述共聚物含有由55摩尔％萘二酸二甲酯和45摩尔％对苯二甲酸二甲酯形成的羧酸酯亚单元以及由95摩尔％乙二醇和5mol％己二醇形成的二醇亚单元，特性粘度为0.53dL/g。折射指数约为1.610。
使用与第二光学层相同的聚酯形成皮层。除了对比例和实施例12，一层皮层包含作为颗粒的无定形态聚苯乙烯(Styron 663，Dow化学药品公司，Midland，密执安州，折射指数：1.59)、W-210 Zeeospheres(明尼苏达州，St.Paul的3M公司，折射指数：1.53，平均粒度：2.5微米，比5微米大的颗粒已去除)，二氧化硅(AerosilTM，0×50，Dugussa公司，Dublin，俄亥俄州，折射指数1.48，平均粒度0.3微米)，或这些材料以表1所示的用量进行组合。在光学测试期间，该包含颗粒的单皮层在光学膜的上表面上的取向要使得背景光的光通过含颗粒光学层以前通过光学膜的其余部分。对比例1和2皮层内不包含颗粒。实施例12第一和第二光学层叠层物的两面上的两皮层内都包含颗粒。
               表1对比例1和2和实施例1-23的组成和结果
    实施例     聚苯乙烯(wt.％)     Zeeo-spheres(wt.％)     增益   牛顿环   润湿   摩擦系数   Rg(nm)     不均匀性
    对比例1     -     -     1.538     4     4 ＞5   15     -
    1     20.00     -     1.524     1     1   0.4   428     -
    2     10.00     -     1.530     1     1   0.4   219     -
    3     5.00     -     1.534     1     1   0.7   157     -
    4     2.50     -     1.536     1     1   1.15   88     -
    5     1.25     -     1.536   -   54     -
    6     -     0.15     1.541     3     1   0.35   47     -
    7     -     0.30     1.540     2     1   0.33   71     -
    8     -     0.60     1.538     2     1   0.3   97     -
    9     -     1.20     1.531     2     1   -   132     -
    10     -     3.00     1.511     1     1   0.35   232     -
    11     2.50     0.30     1.540     1     1   0.3   106     -
    12     5a     -     1.526     -     -   0.7   211     -
    对比例2     -     -     1.554     4     3   -   -     差
    13     2.50     -     1.548     2     1   -   -     好
    14     3.75     -     1.551     2     1   -   -     好
    15     5.00     -     1.551     1     1   -   -     好
    16     5.00     0.15     1.546     1     1   -   -     优秀
    17     3.75     0.15     1.550     1     1   -   -     优秀
    18     2.50     0.15     1.552     2     1   -   -     优秀
    19     3.75     -     1.545     2     1   0.15   -     好
    20     3.75     -     1.551     1     1   0.30   -     优秀
    21 -     1.00  1.551     3     1 - - 优秀
    22 -     2.00  1.552     2     1 - - 优秀
    23 -     3.00  1.542     1     1 - - 优秀
a以该百分率提供两皮层内的颗粒。
上述coPEN采用一个进料/多层化系统共挤出，形成一个多层膜，有893个交替的第一和第二光学层，这些交替的第一和第二光学层的每表面上有一皮层。单个第一和第二光学层的厚度约为50-120nm，两个皮层的厚度约为12微米。挤出的膜在充有154℃的热空气的展幅机中加热约20秒，然后，以6∶1拉伸比进行单轴拉伸取向，制成厚约125微米的反射偏振器。
表1显示了这些实施例的法向角增益、牛顿环、润湿、摩擦系数和不均匀性。可见消除浸湿一般需要少量颗粒，但是消除牛顿环需要较多颗粒。其他测试，包括厚度测量和中间层分层现象看来不受皮层(一层或多层)内颗粒存在的影响。与对比例的光学膜相比，有含颗粒皮层的光学膜的增益并无显著减小。
具体是，有ZeeospheresTM的样品形成均匀的各向同性外观。聚苯乙烯样品在横向约1mm长度上和拉伸方向约50微米处有一个粒状物。
对比例3和4和实施例24-26
以上述实施例所述相同的方式制成多层反射偏振器膜，不同的是第一光学层用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)制成，用于实施例24-26的偏振器内的颗粒数量和类型以及皮层的厚度如表2所示变化。
             表2  对比例3和4和实施例24-26的组成和结果
实施例对比例3   颗粒-     颗粒的体积％0.0     偏振器总厚度(μm)12.5     皮层厚度(μm)125     法向角增1.580     p-偏振通过态的标准偏差400-650nm8.4％
24  Zeeosphe     2.5     12.5     125     1.578     6.2％
对比例4  -     0.0     25     125     1.555     8.3％
25  Zeeosphe     5.0     25     125     1.569     4.3％
26  PS/EMb     10.0     25     125     1.570     3.2％
b聚苯乙烯和乙酸乙酯共聚物的固态球形颗粒(折射指数1.53，平均直径2.5微米)
实施例24、25和26在LC显示器内呈现了显著的颜色隐蔽。400-650nm的p偏振通过态的标准偏差，采用以60°角对准光学膜表面的光源测定，所述光学膜由含颗粒皮层形成(例如实施例24-26)。使用装有积分球的Lambda 19分光光度计(Perkin Elmer Corp.，Norwalk，康涅狄格)观察透过膜的光。该实验的设计与背景光显示器在光学上类似，例如如图8所示，观察者以相对于光学膜平面60°的角度观察。
图9中有对比例4的光学膜的光谱(暗线)和实施例26的光学膜的光谱(亮线)。实施例26光学膜的光谱在400-650nm波长范围均匀得多。
实施例27
用硫代聚氨酯基体内包含sfi称直径为4微米的聚苯乙烯球的表面层覆盖与对比例1和2的多层反射偏振器膜类似的多层反射偏振器膜。将聚苯乙烯球预混合形成含69重量％水、20％根据美国专利5,756,633和5,929,160制成的硫代聚氨酯树脂、1％Triton X-100(Union Carbide Chem.and Plastics Co.，Danbury，康涅狄格)和10％聚苯乙烯球的表层前体。聚苯乙烯球和硫代聚氨酯树脂的折射指数各在1.51～1.56的范围内。
将该前体手工铺展在反射偏振膜上。水蒸发后就形成了表面糙化的表层，留下聚苯乙烯球部分嵌在树脂基体内。
观察表明，球呈单层分布在表层表面上，露出的球占表层表面不到100％。
参见图12，该图表示的是与没有此表层的同样的多层反射偏振膜相比，在亮度增益方面的光学性能。这些结果是使用上述的增益测试仪得到的。
线A和B表示分别在0度和90度使用第二偏振器时没有含颗粒表层的多层反射偏振膜在各视角范围的亮度增益。线C和D表示分别在0度和90度使用第二偏振器时有含颗粒表层的多层反射偏振膜在各视角范围的亮度增益。如图所示，对于自法向至约±30°的视角范围，表层增大了亮度增益，包括在法向角上增益增大2-3小数点。
实施例28
实施例27的表层形成在连续/漫射相反射偏振元件上。一片三层膜用共挤出法形成并进行了拉伸取向。外面的两层包含52重量％PEN共聚物(有70摩尔％萘酸酯和30摩尔％苯酸酯亚单元以及100mol％由乙二醇形成的二醇亚单元)、45重量％间同立构聚苯乙烯共聚物(QuestraTM MA405，Dow化学药品公司，Midland，密执安州)、3重量％苯乙烯马来酸酐共聚物(DylarkTM 332，Nova化学药品公司，Monacha，宾夕法尼亚州)。中央层是共聚酯，有80mol％对苯酸酯和20摩尔％间苯酸酯亚单元以及100摩尔％由乙二醇形成的二醇亚单元。各层的厚度是近似相等。
使用进料机和锻模将此三层共挤出到冷却的铸轮上以形成片材。使用一纵向取向机将铸片沿纵向拉伸取向至拉伸比约为1.25∶1，使用展幅机将片在横向上拉伸取向至拉伸比为1∶4.9。所提取向膜的厚度大约170mm。
观察表明，球呈单层分布在表层表面上，露出的球占表层表面不到100％。
参见图13，该图表示的是与没有此表层的同样的多层反射偏振膜相比，在亮度增益方面的光学性能。这些结果是使用上述的增益测试仪得到的。
线A和B表示分别在0度和90度使用第二偏振器的没有含颗粒表层的连续/漫射相反射偏振器膜在各视角范围的亮度增益。线C和D表示分别在0度和90度使用第二偏振器时有含颗粒表层的连续/漫射相反射偏振膜在各视角范围的亮度增益。如图所示，使用光学膜保持了法向入射亮度增益，并说明光学膜能怎样较好地控制向显示器的光输出。
对比例5和实施例29和30
用由特性粘度为0.48dL/g的聚萘二甲酸乙二醇酯形成的第一光学层制成多层反射偏振器膜。并用(聚萘二甲酸乙二醇酯)共聚物形成第二光学层，该共聚物含有从55mol％萘二酸二甲酯和45摩尔％对苯二甲酸二甲酯形成的羧酸酯亚单元以及从95mol％乙二醇和5摩尔％己二醇形成的二醇亚单元，特性粘度为0.53dL/g。第一和第二光学层的厚度各为约50-120nm。
在膜与铸轮接触的面上使用(聚萘二甲酸乙二醇酯)共聚物形成第一皮层，所述共聚物含有从75mol％萘二酸二甲酯和25摩尔％对苯二甲酸二甲酯形成的羧酸酯亚单元以及从95mol％乙二醇和5摩尔％己二醇形成的二醇亚单元，特性粘度为0.53dL/g。使用同样的聚酯作为第二光学层形成在膜的背面上。除了对比例5，第二皮层包含作为颗粒的W-210 Zeeospheres(3M公司，圣保罗，明尼苏达州，折射指数：1.53，平均的颗粒大小：2.5微米，大于5微米的颗粒已去除)。皮层厚约12微米。
对于实施例30，在含颗粒的第二皮层上形成覆盖膜，该覆盖膜用与第一皮层相同的材料制成。涂层膜在拉伸向前厚约6.8微米。
实施例   皮层内的颗粒 拉伸取向前覆盖层厚度(mm)   取向膜的粗糙度(Rq)
对比例5   无     无     17
29   5重量％ZeeospheresTM     无     516
30   5重量％ZeeospheresTM     6.8     317
使用进料机和锻模将各层共挤出到冷铸轮上形成有892层交替的第一和第二光学层的多层膜，交替的第一和第二光学层叠层物的两个表面上都有一皮层。对于实施例29和30，在膜的接触铸轮面上的皮层含有ZeeospheresTM。在实施例30中，在含颗粒皮层上形成一层覆盖层。在充以154℃的热空气的展幅机内加热约20秒后，以约6∶1拉伸比将铸片拉伸取向，取向膜的厚度约为125mm。
实施例29和30没有观察到牛顿环和润湿。厚度测量和中间层分层现象不受一个皮层内有颗粒存在的影响，也不受含颗粒皮层上有覆盖层存在的影响。对于同样的拉伸取向条件，含颗粒层上有皮层的光学膜的增益基本不减少。例如，对比例#5的增益是1.548，而实施例30的增益是1.541。
不应当认为本发明受限于上述具体实施例，应当明白，本发明覆盖所附权利要求书中所述的本发明所有方面。本行业内的普通技术人员阅读了本说明书后会明白各种改变、等效的方法和许多种可应用于本发明的结构。

Claims (40)

1.一种光学膜，它包括：
反射偏振元件，该元件反射第一偏振态的光线，并且透射第二偏振态的光线，
位于反射偏振元件上的表层，它处于与反射偏振元件同样的光程内，该表层的结构和安置使得它能透射光线，表层含有许多使表层外表面粗糙的颗粒，
使用所述光学膜的光学装置与使用表层内没有许多颗粒的同样光学膜的光学装置相比，增益的减少不超过5％。
2.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于至少有一些颗粒部分嵌入表层，并且部分地从表层凸出。
3.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于全部所述许多颗粒在表层的外表面上单层排列。
4.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于全部所述许多颗粒都嵌入表层内。
5.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于所述颗粒与表层的其余物质的折射指数之差不大于0.2。
6.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于所述颗粒大致是球形的。
7.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于所述的反射偏振元件和表层形成为共挤出膜。
8.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于所述表层含括覆盖在反射偏振元件上的膜。
9.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于所述的反射偏振元件含有第一和第二材料，第一和第二材料中的至少一种是双折射的，第一和第二材料对于第一偏振态光线的折射指数之差大得足以反射第一偏振态的光线，而第一和第二材料对于第二偏振态光线的折射指数之差小得足以透射第二偏振态的光线。
10.如权利要求9所述的光学膜，其特征在于所述反射偏振元件含括多层光学膜，该光学膜内许多双折射第一光学层与许多第二光学层交替排列。
11.如权利要求9所述的光学膜，其特征在于所述第一材料位于第二材料内。
12.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于所述反射偏振元件包括双折射胆甾醇材料。
13.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于所述许多颗粒包括至少一种选自无定形聚合物、氧化铝、二氧化硅、氧化铝和二氧化硅的复合物质、玻璃、滑石及它们的混合物的材料。
14.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于当所述光学膜放置到邻近的另一表面时，与表层内没有颗粒的同样光学膜相比，其形成牛顿环的趋势减小。
15.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于所述多层光学膜放置到邻近的另一表面时，与表层内没有颗粒的同样多层光学膜相比，发生润湿的趋势减小。
16.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于使用所述光学膜的光学装置的增益与使用表层内没有所述许多颗粒的同样光学膜的光学装置的增益相比，降低不超过3％。
17.如权利要求16所述的光学膜，其特征在于所述光学膜能够使可见光透过反射偏振元件，并接着透过表层，透过后在400-650nm范围上的光线强度比没有许多颗粒的同样光学膜的情况显著地更为均匀。
18.一种光学装置，它包括：
一个光源和权利要求1所述的光学膜。
19.如权利要求18所述的光学装置，其特征在于所述表层位于反射偏振元件从光源接受光的表面的背面上。
20.如权利要求18所述的光学装置，其特征在于所述表层包括反射偏振元件的顶层。
21.如权利要求18所述的光学装置，其特征在于所述表层包括反射偏振元件表面上的涂层。
22.如权利要求18所述的光学装置，其特征在于至少有一部分所述许多颗粒从表层上凸出。
23.如权利要求18所述的光学装置，其特征在于所述反射偏振元件和表层透过可见光，透过后在400-650nm的范围上的光线强度比表层没有许多颗粒的同样反射偏振元件的情况显著地更为均匀。
24.如权利要求18所述的光学装置，其特征在于所述光源包括背景光。
25.如权利要求18所述的光学装置，它还包括显示介质。
26.如权利要求25所述的光学装置，其特征在于所述显示介质包括液晶显示介质。
27.如权利要求25所述的光学装置，其特征在于所述反射偏振元件和表层位于光源和显示介质之间。
28.如权利要求27所述的光学装置，其特征在于所述表层位于反射偏振元件和显示介质之间。
29.一种制造光学膜的方法，它包括：
形成反射第一偏振态光线并且透过第二偏振态光线的反射偏振元件；
在反射偏振元件的第一主表面上形成表层，所述表层包含许多使表层外表面粗糙的颗粒，
使用此光学膜的光学装置与使用表层内没有所述许多颗粒的同样光学膜的光学装置相比，增益的减少不超过5％。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于所述形成反射偏振元件和形成表层包括共挤出反射偏振元件和表层。
31.如权利要求29所述的方法，它还包括将至少一个没有颗粒的表层设置在反射偏振元件的第二主表面上。
32.如权利要求29所述的方法，其特征在于所述的形成表层包括：
将许多颗粒与用来形成表层聚合物的单体混合，
在许多颗粒存在下，令单体聚合，形成表层聚合物，
使用至少一部分表层聚合物和许多颗粒形成表层。
33.如权利要求29所述的方法，其特征在于所述的形成表层包括：
将含有许多颗粒的表层聚合物置于反射偏振元件上。
34.如权利要求29所述的方法，其特征在于所述的形成表层包括：
将表层聚合物置于在反射偏振元件上，
将许多颗粒置于位于反射偏振元件上的表层聚合物中。
35.一种光学膜，它包括：
反射偏振元件，该元件反射第一偏振态的光线，并且透过第二偏振态的光线，
位于反射偏振元件上的含颗粒层，它处于与反射偏振元件同样的光程内，含颗粒层的结构和安置使得它能透过光线，含颗粒层中含有许多使光学膜外表面粗糙的颗粒，
使用此光学膜的光学装置与使用含颗粒层内没有许多颗粒的同样光学膜的光学装置相比，增益的减少不超过5％。
36.如权利要求35所述的光学膜，它还包括位于含颗粒层上的覆盖层，其中含颗粒层内的许多颗粒使覆盖层的外表面糙化。
37.如权利要求35所述的光学膜，其特征在于所述反射偏振元件含有第一和第二材料，第一和第二材料中的至少一种是双折射的，第一和第二材料对于第一偏振态光线的折射指数之差大得足以反射第一偏振态的光线，第一和第二材料对于第二偏振态光线的折射指数之差小得足以透过第二偏振态的光线。
38.如权利要求37所述的光学膜，其特征在于所述反射偏振元件包括多层光学膜，该光学膜内有许多双折射的第一光学层与许多第二光学层交替排列。
39.如权利要求37所述的光学膜，其特征在于所述第一材料在第二材料内。
40.如权利要求35所述的光学膜，其特征在于所述反射偏振元件包括双折射胆甾醇材料。
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