CN1503917A - 具有控制散射/透射特征的光学膜 - Google Patents

具有控制散射/透射特征的光学膜 Download PDF

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Abstract

一种光学膜，其是一种由一光散射膜和一反射偏光镜组成的层叠产品，所述光散射膜能够散射和透射光，由相互间具有不同折射率的至少两相或更多相构成，通过所述反射偏光镜，光被选择性地P/S转化。在光散射膜中折射率较大的至少一相具有在膜的厚度方向上延伸的柱形结构，在膜的正常方向上膜的透射比不低于4％。该光学膜在用于液晶显示器等时，具有优异的可视性，光损失很小，可得到明亮的图像，并且表现出聚光的特点。

Description

具有控制散射/透射特征的光学膜
技术领域
本发明涉及一种具有控制光散射特征和选择性P/S转化特征的光学膜。
背景技术
在反射或透反(transflection)型液晶显示器中，通常入射光通过液晶层透射，由反射膜反射，再通过液晶层透射，然后显示器图像进入观察者的肉眼。此时，通过在对液晶层的表面一侧上和/或液晶层与反射膜之间设置光散射膜用于散射光线，可在宽视角下识别图像。作为散射光线的方法，代表性的方法是，通过分散并包含透明的细颗粒于塑料膜或粘合剂中，另一种方法是通过使塑料表面粗糙化而散射光的方法。
为改善透射或透反的透射状态中的亮度，广泛采用反射偏光镜，用于将通过P/S转变而得到的P波或S波转化成S波或P波，所述P/S转变是由液晶的双折射性造成的，所述转化过程选择性地采用了多次反射，从而防止了光损失。
然而，当这种将光进行选择性P/S转化的反射偏光镜具体用于透反型或反射型液晶显示器时，存在显示器亮度变暗以及可视性变差的问题。为改善如上问题，有人设想采用光散射膜。但是，当采用分散并包含透明细颗粒的常规散射膜时，不仅在透射时亮度会降低，而且由于在各个方向均会有散射，在反射时的亮度改善也不足。
本发明试图解决现有技术中存在的这些问题。也就是说，本发明的目的是提供一种光学膜，当其例如用于液晶显示器时，光损失较小，且具有光收集性能，从而与现有技术中的相应产品相比，获得亮度和可视性更优异的图像。
发明内容
用于实现上述目的的本发明的光学膜是具有下述特征的光学膜：
(1)一种光学膜，其是一种由一光散射膜和一反射偏光镜组成的层叠产品，所述光散射膜能够散射和透射光，由相互间具有不同折射率的至少两相或更多相构成，通过所述反射偏光镜，光被选择性地P/S转化。
(2)根据上述(1)的光学膜，其中，在光散射膜中折射率较大的相中至少之一具有在膜的厚度方向上延伸的柱形结构，在膜的正常方向上膜的透射比不低于4％。
(3)根据上述(1)或(2)的光学膜，其中，在光散射膜的厚度方向上延伸的柱形结构的复轴线相互平行，其轴线的方向在膜的正常方向中取向。
(4)根据上述(1)或(2)的光学膜，其中，在光散射膜的厚度方向上延伸的柱形结构的复轴线相互平行，其轴线的方向相对于膜的正常方向倾斜。
(5)根据上述(1)-(4)中任一项的光学膜，其中，在具有不同折射率的光散射膜的至少两相或多相间的折射率的差值为0.005-0.1。
(6)根据上述(1)-(5)中任一项的光学膜，其中，所述光散射膜是由具有辐射敏感性的聚合物制成的。
(7)根据上述(1)-(6)中任一项的光学膜，其中，所述反射偏光镜是层状类型的。
(8)根据上述(1-6)中任一项的光学膜，其中，所述反射偏光镜是利用胆甾醇液晶的选择性反射特性的膜。
附图说明
图1为显示分散有细颗粒的光扩散膜(光散射膜)的透射比特性的关系图。
图2为显示用于本发明的光散射膜的透射比特性的关系图。
图3为本发明的反射偏光镜的作用原理与光学膜的作用原理的举例性示意图。
图4为显示用于本发明一实例的反射偏光镜中亮度的可视角依赖性的关系图。
图5为显示光在本发明的光学膜的反射进程的示意图。
图6为显示在一个本发明光学膜实例中液晶显示器的反射中有效散射区域的关系图。
图7为本发明的光学膜的构造举例与光学膜亮度测量方法的例举关系图。
具体实施方式
以下详细描述本发明。首先，参考图1解释在常规光散射膜中的光散射现象，然后，参考图2解释采用本发明的光学膜的光散射膜。
图1为在聚合物膜或粘合剂中分散不同折射率的透明细颗粒而形成的光散射膜或层的光透射特性的关系图。如图1所示，在其中分散有细颗粒的常规光散射膜或层的光散射特性表明，在宽角度范围内有广泛的散射，而散射光显示在所有角度下分布变化适中。
图2显示了本发明中采用的光散射膜的透射特性。由于膜的作用，垂直进入膜(入射角为0度)的光显示出一种特定的透射特性，随着入射角变大，散射性能增强，可在所需的角度观察到最大散射。然后，随着角度变得更大，透射再度加强，散射性能降低。例如，以与膜表面呈45度至60度光入射很难散射而会透射。这是一种极其特殊的光学性质，利用该性质，可实现能够充分吸取反射偏光镜特性的光学膜。
用于本发明的光散射膜是一种由至少两种或多种相互间折射率不同的相组成的膜。优选折射率较大的至少一相构成在膜的厚度方向上延伸的柱形结构。对柱形结构的轴线方向无特别限制。但是，该方向越是不平坦，则光的散射越宽，散射的光分布在所有角度下适中地变化。因此，柱形结构的轴线更优选地应相互平行。进而，这种特定的光学特性可通过调节柱形结构的轴线与膜的正常方向间的角度得到调节。也就是说，液晶显示器与指示器的相对角度的差别取决于应用，但是，光学特性可根据这种差异角度而进行适当的调节。考虑到在采用液晶显示器的常规设备中液晶显示器与观看者的相对角度，柱形结构的轴线与膜的正常角度的夹角优选为0度至45度。优选光散射膜的正常方向中的透射比(图2中可视角度为0角度时的透射比)为4％或更大。
用于本发明中的光学膜的光散射膜可由任何一种常规方法生产，但优选通过在塑料膜上涂敷辐射敏感性预聚物或单体材料，干燥，用所需的掩模对辐射敏感性材料进行选择性辐射形成具有高折射率的柱形结构。本文中，在辐射时，柱形结构的轴线与膜的正常方向的夹角可通过从特定角度对辐射敏感性材料进行辐射而进行调节。辐射后，如果需要的话，通过加热或其它方法将预聚物单体材料进行聚合。用于辐射敏感性材料辐射中的光掩模可由生产光掩模的常规方法生产。光掩模生产方法包括采用光刻法。进而，可不经光掩模直接采用激光束、X射线或电子束对辐射敏感性材料进行扫描和曝光，以在辐射敏感性材料中形成高折射率区域。用于本发明中的光散射膜的形成方法也可通过直接由激光束或采用其它方法照射塑料膜，用比塑料膜具有更高折射率的材料填充孔穴。
对通过经辐射法经辐射而形成高折射率区域的辐射敏感性材料并不特别限制。例如，可以采用商购的产品，来自Du Pont Co.的OMNIDEX(注册商标)HRF 150和HRF 600。如果辐射敏感性材料是显示出双折射性的材料，则可能会观察到着色或其它现象，这是不希望发生的，但如果双折射现象是在允许范围之内，则可以允许出现双折射现象。优选自身用于形成光散射膜的材料作为具有高透光率的材料。
通常优选将光散射膜中具有不同折射率的相具有的折射率差值设置成其折射率差值为0.005-0.1。当折射率差值小于0.005时，很难获得足够的散射特性。更优选地，折射率的差值为0.01-0.1。折射率可在高折射率区域和另一相的界面处突然变化，但逐渐变化时获得更为优选的散射特性。
另一方面，如图3所示，反射偏光镜2仅透射入射光的P波，并反射S波，进而，透射由背光单元等的反射面反射的光的P波并反射S波。当重复该活动时，S波被转化成P波，这样可以利用迄今为止没有得到利用的S波，从而通过使用反射偏光镜而使亮度显著增加。反射偏光镜2可为层叠状型和胆甾醇液晶型，它们的作用相同。
为在蜂窝电话，PDA等的液晶显示器中使用反射偏光镜2，需要保证反射时的亮度。当在透射亮度升得太高时，反射亮度会降低。本发明的主要目的是提供一种在蜂窝电话，PDA等的液晶显示器中在透射和反射两个阶段均实现明亮和可视的优异图像的光学膜。因此，更具体地解释本发明光学膜的光学特性。在这种解释中，在透射和反射两个阶段的光学特性参考图4进行描述，并显示出每种膜的光学特性。
图4是通过反射偏光镜2送出来自背光的光亮度分布。通常，通过用于背光单元的BEF(集光片)，可收集来自背光的光线，并进入反射偏光镜。如图3所示，入射光的亮度因P/S转化进一步增强了，并进入光散射膜1。如图4所示，来自光散射膜1的透射光显示了观察角度依赖性，并且，当透射光透射更接近正常线时，透射比在宽角度范围时变得更小，而且，透射变得最小至大约为正常线±20度，即散射达到最大值。
在透射的情况下，由于入射光如上所述在约±20度收集，光在减少散射作用的同时在膜的正常线方向上发射。
在本发明中，在背光单元中并不特别需要BEF，也并不总是需要收集光。在此情形下，在中心处的光强烈区域是靠近光散射膜正常方向的区域(相对高透射比的区域)，且如上所述光实际上以不具有散射作用的方式透射，与正常线约±20度的光线散射、并扩散于外周中。通常，与分散透明细颗粒的普通膜或分散透明细颗粒于粘合剂中的光散射膜相比，用于本发明中的光散射膜散射角度较小(当以正态分布下散射光的半宽度值定义时，本发明的光散射膜的半宽度为10度至30度)，散射光聚焦于与膜的正常方向接近的方向上。因此，本发明的光学膜在透射中实现了理想的显示状态，在正常方向上亮度高，并在适当地抑制了闪耀的发生。
以下解释本发明的光学膜在反射中的作用。图6为显示在一个本发明光学膜实例中光学散射膜给出的可视角度的最大散射范围。在可视角度+20至-20度下，10度至15度的范围是对散射贡献最大的角度。那就是说，倾斜光学膜表面的正常方向20度的光线散射最强，其对反射中的亮度有贡献。光源通常考虑位于偏离正侧面约20度的方向，并考虑最好设置最大散射度为与光散射膜的正常方向为±20度。因而，本发明的光学膜的最大散射角被认为是最接近理想值。
图5为当光在正常方向约20度进入时光传播示意图。如上所述，本发明的光散射膜1会最有效地散射约20度的入射光，然后通过聚焦收集在正面方向上的光。
如下所述，本发明的光学膜具有如下性质：有效地透射光，透射时清楚地显示图像而不会降低亮度，并能够有效地收集外周的光线，特别是来自膜正常方向中，也就是说，以反射时候的观看者角度的方向，收集正面光源中的光线，因此，本发明的光学膜最适于用于蜂窝电话、PDA等的透反型液晶显示器中的光学膜。
实施例
通过优选的实施方案具体地说明本发明，但应当指出，本发明不单独受这些实施方案的限制。
实施例1
反射偏光镜2采用来自3M Co.的DBEF，丙烯酸粘合剂3涂敷于该DBEF上，厚度为25μm。在其上粘附来自Microsharp Co.的MFI 50A 1000作为光散射膜1，层压具有图7所示结构的光学膜。
将该膜置于背光单元4中，通过光检测器5测定亮度。在图7中，在膜正常方向上测量亮度是用光检测器5测量在膜的正常方向中输出光6的量。
比较例
在背光单元4中放置来自Sumitomo Chemical Industry Co.的SK 80代替实施例1的光学膜，其是光散射粘合剂，是将折射率不同的透明的细颗粒分散于常规丙烯酸粘合剂中得到的，通过光检测器5测量亮度。
对实施例1和比较例的亮度进行比较，在实施例1中的光学膜的亮度要比在比较例中的光学膜的亮度高30-50％。
实施例2
以与实施例1相同的方式对光学膜进行层压，只是将来自Nitto Denko Co.的PCF400用作反射偏光镜2，膜设置于背光单元4中，以与实施例1相同的方式测量亮度。
在实施例2中的光学膜的亮度要比在比较例中的光学膜的亮度高30-50％。
实施例3
以与实施例1相同的方式对光学膜进行层压，只是将来自Merck Co.的Transmax用作反射偏光镜2，膜设置于背光单元4中，以与实施例1相同的方式测量亮度。
在实施例3中的光学膜的亮度要比在比较例中的光学膜的亮度高30-50％。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种光学膜，其是一种由一光散射膜和一反射偏光镜组成的层叠产品，所述光散射膜能够散射和透射光，由相互间具有不同折射率的至少两相或更多相构成，通过所述反射偏光镜，光被选择性地P/S转化，其中，在光散射膜中折射率较大的相中至少之一具有在膜的厚度方向上延伸的柱形结构，在膜的正常方向上膜的透射比不低于4％。
2.(删除)
3.根据权利要求1的光学膜，其中，在光散射膜的厚度方向上延伸的柱形结构的轴线相互平行，其轴线的方向在膜的正常方向中取向。
4.根据权利要求1的光学膜，其中，在光散射膜的厚度方向上延伸的柱形结构的轴线相互平行，其轴线的方向相对于膜的正常方向倾斜。
5.根据权利要求1，3-4中任一项的光学膜，其中，在具有不同折射率的光散射膜的至少两相或多相间的折射率的差值为0.005-0.1。
6.根据权利要求1，3-5中任一项的光学膜，其中，所述光散射膜是由具有辐射敏感性的聚合物制成的。
7.根据权利要求1，3-6中任一项的光学膜，其中，所述反射偏光镜是层状类型的。
8.根据权利要求1，3-6中任一项的光学膜，其中，所述反射偏光镜是利用胆甾醇液晶的选择性反射特性的膜。

Claims (8)

1.一种光学膜，其是一种由一光散射膜和一反射偏光镜组成的层叠产品，所述光散射膜能够散射和透射光，由相互间具有不同折射率的至少两相或更多相构成，通过所述反射偏光镜，光被选择性地P/S转化。
2.根据权利要求1的光学膜，其中，在光散射膜中折射率较大的相中至少之一具有在膜的厚度方向上延伸的柱形结构，在膜的正常方向上膜的透射比不低于4％。
3.根据权利要求1或2的光学膜，其中，在光散射膜的厚度方向上延伸的柱形结构的轴线相互平行，其轴线的方向在膜的正常方向中取向。
4.根据权利要求1或2的光学膜，其中，在光散射膜的厚度方向上延伸的柱形结构的轴线相互平行，其轴线的方向相对于膜的正常方向倾斜。
5.根据权利要求1-4中任一项的光学膜，其中，在具有不同折射率的光散射膜的至少两相或多相间的折射率的差值为0.005-0.1。
6.根据权利要求1-5中任一项的光学膜，其中，所述光散射膜是由具有辐射敏感性的聚合物制成的。
7.根据权利要求1-6中任一项的光学膜，其中，所述反射偏光镜是层状类型的。
8.根据权利要求1-6中任一项的光学膜，其中，所述反射偏光镜是利用胆甾醇液晶的选择性反射特性的膜。
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