CN1969222A - 光学膜及其制备方法 - Google Patents

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C·J·布里基
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Abstract

形成光学设备元件的方法，包括提供第一层和第二层。该方法还包括一起挤出第一层和第二层，其中第一层在挤出点的熔体粘度大于挤出点的第二层的熔体粘度。而且，该方法包括在第二层的表面上形成多个光学元件。

Description

光学膜及其制备方法
                    技术领域
所述实施方案一般涉及成像系统的元件，尤其涉及提高光阀成像设备中光效率的部件。
                    背景技术
光阀广泛用于各种显示技术中。例如，显示面板正在越来越多地用于许多应用中，比如电视、计算机显示器、销售显示点、个人数字助理和电子照相机，而这仅仅是一些应用。
许多光阀基于液晶(LC)技术。一些LC技术始于让光透过LC设备(面板)，而其它的则始于让光两次穿过面板(在面板的远端表面处被反射后)。
LC材料用于使液晶分子的轴发生选择性地旋转。正如公知的那样，通过在LC面板两端施加电压，可以控制LC分子的方向，并可以选择性地改变反射光的偏振状态。因而，通过使阵列中的晶体管发生选择性的开关状态变换，LC介质可用于用图像信息对光进行调制。所述调制可用于在某些图像元件(像素)处提供暗态光，而在其它像素处提供亮态光，其中光的状态由偏振状态控制。所以，通过LC面板和光学系统的选择性偏振变换在屏幕上形成图像，由此产生所述图像或者“图片”。
在许多LCD系统中，来自光源的光在入射到LC层之前，沿着特殊取向进行了选择性的偏振。LC层上可以选择性地施加电压，以使该材料的分子以特定方式发生取向。随后，入射到LC层上的光在通过LC层时，其偏振选择性地发生变化。处于一种线性偏振态的光通过偏振器(通常称作分析仪)透射，成为亮态光；而处于正交偏振态的光被分析仪反射或者吸收，成为暗态光。
尽管LCD设备在显示和微显示应用中变得越来越普遍，但是该公知设备、其部件、和制备方法都存在某些相关的缺陷。例如，在已知结构中，光透射到最终成像表面上的效率相当差，导致图像质量差。
所以，需要能克服已知设备的至少上述不足的方法和装置。
                    发明内容
根据示例性的实施方案，制备成像设备的元件的方法包括提供第一层和第二层；挤出第一层；在第一层的上表面上提供多个光学元件，在第一层的下表面上提供基本平滑的表面。第二层包括具有至少一个孔隙的顺应层。
根据另一个示例性实施方案，成像设备的部件包括具有上表面和基本平滑下表面的第一层，在所述上表面上设置有多个光学元件。该部件还包括设置在第一层的下表面上的第二层。第二层包括具有至少一个孔隙的顺应层。
                    附图说明
通过下列详述和附图的结合，可以最好地理解本发明。需要强调的是各个特征并不必按比例绘制。实际上，为了便于讨论，可以任意地增加或者减少相对尺寸。
图1是根据示例性实施方案的包含背光组件的LCD的剖面图。
图2是根据示例性实施方案的光变向元件的透视图。
图3是根据实施方案的光变向层的剖面图。
图4是根据示例性实施方案的光变向层的透视图。
图5是根据示例性实施方案用于形成准直层的装置的剖面示意图。
                    具体实施方式
在下列详述中，为了解释而不是限制，给出了示例性的实施方案，其公开了具体细节，用以透彻理解本发明。但是，对于在拥有本发明益处的领域中的普通技术人员而言，显然本发明可以以偏离本文所公开的具体细节的其它实施方案进行实施。而且，为了不影响对本发明的描述，可以省略对公知装置和方法的描述。在实施所述示例性实施方案时，所述方法和装置和方法明显都在发明人的考虑范围之内。相似的数字尽可能在全文中表示相似的特征。
简而言之，如同结合本文中的示例性实施方案进行描述的那样，光变向层具有第一层和第二层。第一层包括平滑的下表面，因而不会严重破坏由于光的漫射而发生的再循环。第一层还具有上表面，由该表面形成了多个光学元件。在第一层的下表面上，设置了第二层。第二层包含在制备后可以和第一层分离的顺应层。第二层使得可以以基本均匀的方式在光变向层的整个表面上制备光学元件，并使光学元件还具有一些有益的光学性质；随着本描述的继续，这个优点和其它优点将变得更加清楚。另外，第二层的材料有助于在第一层上形成平滑的下表面。
所示实施方案的光变向层通常是基本透明的光学膜或者衬底，它使通过所述膜的光重新分布，从而使从膜中射出的光的分布方向更垂直于所述膜的表面。通常，光变向膜在其出光表面上具有棱形槽、透镜形的槽或者锥体。这些槽或者锥体改变了光线射出膜时的膜/空气界面角，使得入射光分布在垂直于所述槽的折射表面的平面中传输的分量被重新分布，和进入膜的光相比，重新分布后的方向更加垂直于膜表面。所述光变向层可以例如和液晶显示一起用于笔记本电脑、文字处理器、航空电子显示器、便携式电话、和PDA等，以使图像更亮、对比度更高。最后，应该注意尽管示例性实施方案描述了光取向层的特征和制备，但是要强调的是它仅仅是示例性的。实际上，通过示例性方法和所述的材料，可以制备许多其它类型的光学元件。这些元件包括但不限于聚焦元件和漫射元件。
图1示出了根据示例性实施方案的成像设备100。该成像设备包括通过本文所述的示例性实施方案的方法制备的挤出型光变向聚合物层105。在本实施方案中，光源101将光耦合到光波导102上，其包括设置在至少一侧上的漫射型反射层103，如图所示。光源101通常是冷阴极荧光灯泡(CCFB)、超高压(UHP)气体灯、发光二极管(LED)阵列、或者有机LED阵列。应该注意的是，这仅仅是示例性的，可以采用其它适于在显示设备中提供光的光源。
来自光波导102的光透射到任选的漫射器104上，该漫射器用来使光发生漫射(由此提供在整个显示器(未示出)上的更均匀的亮度)、使有时印刷在光波导上或者嵌刻在光波导中的任何特征被隐藏，并减弱波纹干扰。如同进一步详述的那样，光通过光变向膜105之后，和进入膜的光相比，它以更窄的锥形形式出现。所示光变向层105的取向使得各个光学元件位于更靠近LC面板106的一侧上。
在光变向层105和LC面板106之间可以设置其它设备，比如另一个漫射器或者反射型偏振器(未示出)。而且，在LC显示器100的结构中，可以包括另一个偏振器(通常称作分析仪)。由于对于LC显示器领域的普通技术人员而言，显示器100的许多设备都是公知的，所以省略了许多细节，以便不影响对示例性实施方案的描述。
图2是光学元件201的透视图，根据示例性实施方案，该元件可以设置在光变向层(例如，层105)的上表面上。当然，这仅仅是光变向层的多个相似元件中的一个。在本示例性实施方案中，元件201是曲面楔形，具有弯曲表面202和平表面203。弯曲表面202可以具有在一个、两个或者三个轴上的曲率，用于使光沿着一个或者多个方向变向，如同本文中更充分描述的那样。这两个表面202和203在脊204处汇合。示例而言，脊204是元件201的表面202和203汇合之处形成的线形顶点。
应该注意的是，元件201的形状用于示例，可以采用除了弯曲楔形以外的其它形状的元件。有利情况是形状不同于图2所示的元件包括有用方位的顶点和边202、203，用以使光变向以及使在其它情况下会损失的光(这将结合一些示例性实施方案进行描述)发生再循环。当然，为了获得平台面积减少并基本均匀的结构，如本文所述提供表皮层将很有用。
图3是根据示例性实施方案的光-光变向部件300的剖面图。光变向部件300包括多个光学元件201。光学元件由形成在第二层302上的第一层301形成，这随着本描述的进行将变得更加清楚。第一层301的光学性质对部件300有利；第二层302为制备过程中提供了缓冲或者顺应性。这种缓冲有利于在减压下制备光学元件201的各个特征，从而使第一层301获得了基本平滑的下表面303。这些制备技术结合本文描述的示例性实施方案进行了描述。最后，应该注意，在成像设备中实现第一层301之前，可以去除第二层302。
有利情况下，表面202和203与周围介质成大约45°的界面。当然，应该注意的是这并不重要，界面可以是45°以外的角。而且，如果该元件特征的剖面表明在该特征的最高点(顶点)处夹角为90°，则是有利的。应该注意的是，对于顶点在最高点处具有宽度或者平台304的可能情况而言，在各侧凸起的相交处测量所述夹角。
在示例性实施方案中，有利的峰角为90°，这是因为它为光变向膜带来了最大的轴向亮度。应该注意的是，大约88°-92°的角获得了相似的结果，轴向亮度几乎没有或者没有损失，可以使用。另外，当顶点角度小于大约85°或者大于大约95°时，光变向膜的轴向亮度下降。
如上所暗示的那样，元件201的结构的一个好处在于能够显著改变相对中心轴或者观察轴(垂直于膜平面)具有较大角度的光的方向；和使相对于所述轴具有较小角度的光再循环。所以，以较小角度入射到表面202的光305在侧202处向着观察轴折射，从而以更接近垂直膜的方向入射到LC面板106上。但是，以较大角度入射到表面202上的光306被反射，并最终朝着光波导103返回。最后，部分光306再次入射到元件101或者其漫射性反射器103上，随后可以以漫射光的形式发生再循环，从而提高效率并因此提高成像设备100的性能。
正如可以很容易理解的那样，对于元件201而言，光305远离观察轴以至于对LC显示器的轴向观察无益。也就是说，光305如果不如图所示被反射，那么将远离LC面板106或者成像显示器的其它元件的接收范围。这种光损失对光源101到成像表面(未示出)的光效率产生负面影响。最终，这对图像质量产生负面影响，尤其在靠近轴向观察时。
除了元件201的侧202和203的几何关系的有利特性以外，顶点宽度或者平台304也会影响从光源101传输到LC面板106的效率，从而影响成像系统提供的图像质量。为此，顶点的宽度304理想情况下是零：即为通过两侧202和203的汇合形成的点。在此情况下，在所谈到的入射范围内的入射光发生折射，会聚到和膜成更加基本垂直的方向，而无论在元件201上的精确入射点如何。
但是，已知方法在制备上存在着限制，该限制通常阻碍形成真正的点。相反，可能形成平的或者圆形的平台304。这种平台对入射在其上的光基本没有光学影响。例如，由于在平台304处没有折射，所以光307被损失。因此，有利的做法是尽可能使宽度304最小。略微不同的说法就是，有利的做法是使顶点对元件201表面积的贡献降到最小。顶点对表面积的贡献部分越大，元件201在光变向上的效果越小。
而且，使包括多个元件的整个层301上的宽度304大小的均匀性保持在一定偏差之下是很有用的。由于人眼在检测大于大约0.75微米的偏差方面有异常的能力，所以这种均匀性对于图像质量而言是有利的。根据示例性实施方案，宽度或者平台304在包括多个元件的整个层上的大小为大约0.25微米-大约0.75微米，偏差为大约±0.5微米。应该注意的是，所给出的尺寸仅仅是示例性的。例如，宽度304可以是大约0.20微米，如果不更小的话。而且，宽度304可以大约0.75微米；但是，当宽度达到3.0微米时，元件201基本上丧失了变向性质的有效性。最后，尺寸、角度取向和公差受到示例性实施方案的制备方法的影响，这随着本描述的进行将变得更加清楚。
示例的层302包括顺应层310和平滑层309。层310基本上是顺应性，这至少部分源于孔隙308的存在，它对于施加到层302上的力产生了流体状的反应。
在示例性实施方案中，顺应层的弹性模量大约为2500MPa，有利于在较低的均匀成形压力下形成具有高质量特征的光学元件201。平滑层309的刚性大于顺应层310，为层301的下表面303提供了平滑性。本发明将对这些孔隙308、层310的顺应性以及采用平滑层309来实现理想的平滑表面303的详细内容进行更充分的描述。
图4是根据示例性实施方案的光变向部件300的部分的透视图。光变向部件300包括多个元件201，所述元件已经结合图2和3的示例性实施方案进行了描述。应该注意的是，元件201的取向可以是规则的或者无序的。在上述Brickey等的文献中可以找到这些和其它细节。
在图2-4的示例性实施方案中，元件201为曲面楔形元件，无序放置，互相平行。这使得脊204通常沿着同一方向排列。所以，有利做法是使脊的排列通常使得该层使光沿着基本一个方向发生变向(例如，图像平面的轴)，由此在示例性实施方案的液晶背光结构中获得更高的轴向增益。或者，表面202、203具有一定的曲率。所述曲率可以位于部件300的平面内、垂直于部件300的平面、或者两者兼具。因此，元件201具有膜平面中的曲率使得该元件可以沿着不止一个方向改变光的方向，这可能是有用的。
如同可以很容易理解的那样，脊204的曲率是平滑的弧形曲线，比如圆或者椭圆的一部分。曲率半径例如是圆的一段。曲率半径决定了在每个方向上被改变方向的光量以及膜的叠栅亮度和轴向亮度的大小。另外，光变向部件300上的楔形元件201具有相对于像素或者其它重复元件的尺寸、节距或者角取向发生变化的节距或者角取向，从而通过LCD面板没有观察到叠栅干涉条纹图形。
在示例性实施方案中，光学元件201互相无序取向，从而减少或者显著消除了由于液晶显示的像素间距导致的任何干涉。这种“无序性”可以包括光学元件的尺寸、形状、位置、深度、角度或者密度。这样可以无需漫射层就消除了叠栅效应和相似效应。另外，所述单个光学元件的至少一些可以按组设置在膜的整个出射表面上，其中每一组的至少一些光学元件具有不同的尺寸或者形状性质，从而整体上为每一组中的各元件形成在整个膜上变化的平均尺寸或者形状特征，以便获得在任何单个光学元件的加工公差范围以外的平均特征值以及消除液晶显示的像素间距造成的叠栅和干涉效应。另外，至少一些单个光学元件可以互相以不同的角度取向，从而为该膜实现使光沿着两个不同轴发生重新取向/重新取向的能力的定制。对膜的增益性质而言，在实现特征无序化时，重要的是避免出现乎整的、没有小刻面的表面面积。
图5是用于根据示例性实施方案形成光变向层的制备装置500的剖面示意图。该装置和方法可以用于制备图2-4的示例性实施方案的光变向层和光学元件，并具有上述有利特征。
装置500包括通过其挤出第一材料502的挤出机。经由辊504提供第二材料503。第一材料502(也称作熔体)和第二材料503(也称作载体卷幅)被引入到第一辊505和第二辊506之间。第一材料502具有和第一辊505相接触的上表面，而第二材料503具有和第二辊506相接触的下表面，这随着本描述的继续将变得更加清楚。如本文所述，辊在材料502和503上施加压力。
根据示例性实施方案，当第一材料502被挤压通过辊505，506时，形成了光学层，其中所述光学层的至少一个表面上设置了多个光学元件。例如，结合图5描述的示例性实施方案的方法可以用来制备光变向部件300，其中第一材料502形成层301，第二材料503形成层302，层302例如由层309和310构成。
第一辊505和第一材料502接触，形成带有图案的表面(图5中未示出)，所述表面形成了示例性实施方案的多个元件201的图案。第二辊506和第二材料503接触，其包含顺应层(例如顺应层310)。辊对顺应层的压力作用将压力从顺应层均匀施加到第一材料上，从而获得了具有所需结构的、图案均匀的元件。而且，由于第二材料503的顺应性，和已知方法相比所述图案在减压下形成。因此，和已知方法相比，在较低的制备压力下获得了图案的均匀性和质量。最后，第二材料503也可以包含平滑层(例如，层309)，该层有利地为所形成的层的下表面(例如，表面303)提供了平滑度。如前所述，这种平滑度在该层的许多光学应用中是有用的。
在通过辊505、506之后，形成层507。层507包括示例性实施方案的部件300的特征，可用作光变向层。应该指出的是，在层507用到成像设备中之前，可以从其上去除第二材料503。
第一材料502例如是从制备前景和光学性质两方面看都有各种理想性质的材料。例如，第一层301基本透明；提供UV稳定性；具有显示应用所可以接受的硬度；具有较高的机械模量；可以是挤出的单层或者多层。
在示例性实施方案中，第一材料502是具有高的光学透射率(即，高度透明)并耐用的聚碳酸酯材料。市售聚碳酸酯有针对不同应用的等级，一些经配制后具有耐高温性、极好的尺寸稳定性、增加的环境稳定性和较低的熔体粘度。
热塑塑料由于价格不高而且容易加工，所以可以使用。UV固化的材料有时受限于较低的环境稳定性，需要涂覆在预制的衬底上。除了制备复杂以外，UV涂层容易翘曲和出现其它有害问题。
用于第二材料503的示例性聚合物包括聚酯(比如PET和PEN)、取向PET或PEN、取向聚烯烃比如聚乙烯和聚丙烯、流延烯烃比如聚丙烯和聚乙烯、聚苯乙烯、乙酸酯、聚碳酸酯和乙烯树脂。
出于许多原因，对于挤出工艺而言，采用取向材料比如取向PET作为材料503是有利的。也即，材料503是顺应性的，因此有助于有利地施加均匀的压力。而且，第二材料503可以包括超级平滑的层。举例而言，第二材料503包括顺应层310和平滑层309。平滑层309有利于形成基本平滑的表面303，其表面平滑度(粗糙度平均值或者Ra)为大约200nm左右。值得一提的是，粗糙度平均值可以是大约40nm-大约15nm。而且，材料503具有较高的转变温度，这使其可以在较高温度应用中使用。举例而言，材料503的至少和顺应层310相应的部分的玻璃转变温度(Tg)为大约120℃-300℃。
在示例性实施方案中，包含平滑层309的第二材料503被拉过辊505和506，获得高度平滑的表面303。为了实现该所需的结果，平滑层309比顺应层310的顺应性大，比第一层301的平滑表面所需的表面粗糙度(Ra)更小。而且，根据示例性实施方案，采用取向的、表面粗糙度小于200nm的、至少部分晶体的聚合物来在第一层301的下表面303上提供平滑表面。
应该注意的是，通常可以采用具有晶界取向比如取向聚酯、具有所需顺应性、平滑度和耐热性的材料作为材料503。这些材料中的一部分已经具体提到了，但就此而言可以采用其它的材料，所述其它材料是本领域普通技术人员在汲取了本公开的内容后可以预见的。
如上所述，第二材料503形成层302的第二层，选择第二材料503是由于其在辊压工艺中的顺应性。为此，当第一材料502挤压通过辊505和506时，有利的做法是在其表面上提供均匀的压力。如果没有施加均匀压力，则可能出现压力波动，可能对层507的整体结构产生不良影响。例如，可能导致元件201和其特征出现不理想的图案，以及导致层301的下表面303的平滑度下降。而且，在许多公知方法中，为了形成元件201的特征图案，常常施加过量的压力，这影响了用于制备这些层的装置的寿命，也造成了图案的波动。
相反，材料503提供的缓冲或顺应性使得从辊505和506向材料502提供基本均匀的压力分布。也即，材料503内有孔隙，这随着本描述的继续将变得更加清楚。孔隙在某种程度上可以充当弹性件，从而为材料503提供流体状的反应性质，使得当在材料503上垂直施力时，力在材料503上、在材料503和材料502之间的界面上、在第一材料502和辊505之间的界面上分布更加均匀。前者减少了压力波动，提供了表面303的平滑度；后者实现了在形成特征方面的改进，包括但不限于可接受的平台或者顶点的宽度304。根据示例性实施方案，和已知方法相比，明显降低了压力。也即，辊505和506之间的夹持压力有利地为1.4×108达因·cm-2.6×108达因·cm。
而且，除了由材料503提供的在减压方面的改进之外，材料503有利地承受挤压工艺的更高温度。为此，举例而言，可用作第二材料503的材料的玻璃转变温度较高，大约为120℃或以上。
第二材料503可以是具有孔隙的层310并可以包括气孔孔隙的聚合物层。聚合物孔隙层是有利的，这是因为它们具有均匀的压缩性、极好的恢复性和低的成本。(“孔隙”在本文中是指没有加入固体和液体物质，虽然“孔隙”可能含有气态物质)。举例而言，形成孔隙的颗粒保留在最终的第二层310中，其直径为大约0.1微米-大约10微米，形状为圆形，可以是有机或者无机的，以制备出具有所需形状和尺寸的孔隙。孔隙308的大小(如图3所示)也取决于加工方向(沿着膜的移动方向)和横切方向(沿着膜的宽度方向)的取向度(膜在挤出后的拉伸量)。理想情况下，孔隙形状假定由两个相对的、边缘接触的凹形盘来限定。换而言之，孔隙308往往具有棱镜型或者基本双面凸的形状。孔隙的取向使得两个主要尺寸和片的加工方向和横切方向对齐。Z向轴是次要尺寸，大致是孔隙颗粒的横截直径。孔隙通常往往是闭合的单元，因此从具有孔隙的核心的一侧到另一侧基本没有开口途径供气体或者液体穿过。
根据一些示例性实施方案，形成孔隙的材料可以选自各种材料，应该的含量是大约5重量％-大约50重量％，基于核心基质聚合物的重量。例如，形成孔隙的材料包括聚合物材料。当采用聚合物材料时，可以是能够和形成核心基质的聚合物熔融混合的聚合物，并且能够在悬浮体冷却下来时形成分散的球形颗粒。这种材料的例子包括分散在聚丙烯中的尼龙、分散在聚丙烯中的聚对苯二甲酸丁二醇酯、或者分散在聚对苯二甲酸乙二醇酯中的聚丙烯。如果聚合物经过预成形并且掺混到基质聚合物中，则重要性质是颗粒尺寸和形状。球可以采用，它们可以是中空的或者实心的。这些球可以由交联聚合物制备，所述交联聚合物选自具有通式Ar-C(R)＝CH2的烯基芳族化合物，其中Ar表示芳烃基团或者苯系列的芳卤代烃基团，R是氢或者甲基基团；丙烯酸酯型单体，包括式CH2＝C(R’)-C(O)(OR)的单体，其中R选自氢和含有大约1-12个碳原子的烷基，R’选自氢和甲基；氯乙烯和二氯乙烯的、丙烯腈和氯乙烯、溴乙烯、式CH2＝CH(O)COR的乙烯基酯的共聚物，其中R是具有2-18个碳原子的烷基；丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、柠康酸、马来酸、富马酸、油酸、乙烯基苯甲酸；合成的聚酯树脂，由对苯二甲酸和二烷基对苯二甲酸或者其成酯衍生物与HO(CH2)nOH(其中n是2-10的整数)系列的乙二醇反应制备，在该聚合物分子中具有反应性的烯烃键，上述聚酯包括在其中共聚的、多达20重量％的、具有反应性烯烃不饱和建的第二酸或其酯及其混合物，以及选自二乙烯基苯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、富马酸二烯丙酯、邻苯二甲酸二烯丙酯和其混合物的交联剂。
用于制备成孔隙的交联聚合物的典型单体的例子包括苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酰胺、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙烯基吡啶、乙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、乙烯基苯甲基氯、1，1-二氯乙烯、丙烯酸、二乙烯基苯、丙烯酰胺甲基丙烷磺酸、乙烯基甲苯等。举例而言，交联聚合物是聚苯乙烯或者聚(甲基丙烯酸甲酯)；或者聚苯乙烯，交联剂是二乙烯基苯。
本领域公知的方法制备的是特征在于颗粒尺寸分布宽的非均匀尺寸的颗粒。所得的珠子可以通过将整个初始尺寸分布范围的珠子进行筛分来分类。其它方法比如悬浮聚合、受限聚结，会直接制备出尺寸非常均匀的颗粒。
为了便于形成孔隙，在成孔隙材料上可以涂覆试剂。合适的试剂或者润滑剂包括胶态二氧化硅、胶态氧化铝和金属氧化物，比如氧化锡和氧化铝。优选试剂是胶态氧化硅和氧化铝，或者氧化硅。涂有试剂的交联聚合物可以通过本领域公知的程序制备。例如，优选其中在悬浮液中加入试剂的常规悬浮聚合方法。就试剂而言，优选胶态二氧化硅。
成孔隙颗粒也可以是无机球，包括实心或者中空玻璃球、金属或者陶瓷珠子或者无机颗粒比如粘土、滑石、硫酸钡和碳酸钙。重要之处在于该材料不能与核心基质聚合物发生化学反应，从而避免出现下列问题之一或多种：(a)改变基质聚合物的结晶动力学，使其难以发生取向，(b)破坏核心基质聚合物，(c)破坏成孔隙颗粒，(d)将成孔隙颗粒粘到基质聚合物上，或者(e)生成不需要的反应产物，比如毒性或者颜色明显的部分。
除了由聚合物珠子形成孔隙的聚合物片以外，可以通过在基础树脂内结合固体颗粒或者不相容的聚合物然后沿着至少一个方向形成取向来制备缓冲层310。结合不相容的聚合物或者固体无机颗粒已经证明可以在顺应层310中提供孔隙。缓冲层也可以通过化学或者物理发泡剂形成。典型材料包括选自下列的一种或者多种：偶氮二酰胺、沸石或者分子筛、气体比如氮气、二氧化碳、或者在大气压下转变成气体的液体。可以通过用气体比如氮气、二氧化碳或者其它气体使所述聚合物饱和以获得大约为0.05×109个/cm3-5×109个/cm3的气泡密度，来制备微孔聚合物。
理想情况是气泡和固相聚合物的密度达到平衡。气泡密度过大将改变聚合物片的机械性质。受冲击的所述性质比如拉伸屈服、模量、压缩性、机械应力开裂和其它性质。聚合物退火由于加热而对机械性质和收缩率产生了一些有利的影响。形成有微孔的片或者层在和其它固体层或者填实层共同挤出时的优点在于提高了结构的不透明度、锐度和缓冲性。
微孔泡沫层可以和其它纯的或者填有颜料、染色材料和光学增亮材料的固体层共同挤出，以获得最终的光学性质。优选实施方案包括固体聚合物比如聚烯烃的上表面。所述层的厚度也可以改变以获得所需的光学性质。在该层正下方是微孔泡沫层。所述层可以包括任何合适的聚合物，比如聚烯烃和其共聚物、聚酯、聚苯乙烯、和其它已经被气体超饱和因而当其加热到最优温度时将在该聚合物层中形成微孔泡沫的聚合物。该结构可以直接共挤压在载体衬底上，或者可以作为单独的聚合物片成形、取向和退火，然后采用粘合剂层压到载体上。所述结构能够获得良好的机械性质、优异的光学性质以及优异的缓冲和压缩性质。
在示例性实施方案中，采用化学发泡剂形成孔隙层310。发泡剂是在挤出条件下在聚合物基质中形成不溶性气体的任何材料。两种优选的发泡剂是偶氮二酰胺和碳酸氢钠。偶氮二酰胺放热生成氮气和二氧化碳。微孔泡沫结构通过化学发泡剂的分解制备。由于挤出机的压力高，气体溶解到熔融聚合物中。重要的是在从模头中挤出的时刻对泡沫成核实现最优化。压力下降导致气体超饱和。一旦聚合物快速激冷，则随着其粘度的增加，泡沫凝固到聚合物中。
所述示例性技术对于挤出机中的加工条件以及聚合物的流变学性质很敏感。最优选的方法是使化学发泡剂与聚合物结合其它层共同挤出，从而为最上面的聚合物层提供改进的机械性质、聚合物脱模性质和耐热性。为了改善发泡工艺以及挤出过程中其它聚合物层的相容性，可能还需要加入加工助剂。可能需要材料比如抗氧化剂、爽滑剂、填料、紫外屏蔽剂和其它材料。
在示例性实施方案中，第二层302包括具有至少一个孔隙层的聚酯聚合物。由于聚酯聚合物提供了优异的机械性质比如机械模量、耐温性和抗划性，所以和聚烯烃聚合物片相比，优选聚酯聚合物。另外，已经发现取向的聚酯聚合物可以进行热固化，从而减少熔融的热塑塑料在流延过程中出现不需要的收缩。
正如前面所间接提到的那样，第二层基本上能防止由于工艺之间发生相互作用而导致出现热塑性流延聚合物的厚度差，这是有利的。聚合物流延工艺之间的相互作用比如辊挠曲、模头间隙尺寸波动(diegap profile)、聚合物熔体流差、熔体帘流整个范围的熔体帘流温度差。顺应性载体卷幅提供了可以对不需要的工艺相互作用进行调整的弹簧状表面，从而提供平滑的流延聚合物表面。
定量而言，通过将顺应性材料置于23℃、50％相对湿度(RH)下，在其表面施加1.2MPa的载荷持续60秒，从而测量压缩载荷恢复性。采用面积为0.50cm2的圆形探头施加所述1.2MPa载荷。采用激光测微器测量顺应性材料的厚度，而且是在从顺应性材料表面去除所述1.2MPa载荷后立刻测量。恢复百分比是去除载荷后顺应性材料的厚度除以载荷施加前顺应性材料的厚度，测量条件为23℃和50％RH。
通过上述测量表明，示例性顺应性载体片的特征包括载荷为1.2MPa时厚度损失25％，载荷施加60秒后的片恢复性为95％。
为了和示例性实施方案保持一致，顺应性载体层310的拉伸模量为大约1500MPa或者更大。
最后，应该指出的是有用的载体片的表面能小于42达因/cm2，在一些实施方案中甚至小于38达因/cm2。这样使得在挤出工艺后顺应层可以从第一层上分开。表面能通过接触角测量，其对于确定挤出的聚合物和载体片之间的粘合强度而言，是很重要的因素。

Claims (41)

1.制备成像设备的方法，所述方法包括：
提供第一层和第二层；
挤出第一层；和
在第一层的上表面上形成多个光学元件，在第一层的下表面上形成基本平滑的表面，其中第二层包括其中具有至少一个孔隙的顺应层。
2.权利要求1的方法，其中所述孔隙含有气体。
3.权利要求2的方法，其中所述第二层包括聚酯。
4.权利要求1的方法，其中所述多个光学元件的每一个具有第一侧和第二侧，每一侧都相对于周围介质成大约45°的取向。
5.权利要求1的方法，其中在挤出后去除第二层。
6.权利要求1的方法，进一步包括第三层，所述第三层位于第一层和第二层之间，基本平滑，而且基本没有孔隙。
7.权利要求6的方法，其中第三层粘附到第二层上。
8.权利要求1的方法，其中第二层包括取向聚酯层。
9.权利要求1的方法，其中第二层包括至少部分晶态材料。
10.权利要求1的方法，其中所述挤出进一步包括提供第一辊和第二辊，挤出第一层，以及提供通过所述辊的至少第二层，其中第一层和第一辊接触，第二层和第二辊接触。
11.权利要求10的方法，其中第一辊包括多个光学元件的三维图案。
12.权利要求1的方法，其中所述多个光学元件的每一个具有平均宽度为大约0.25微米-大约0.75微米的顶点。
13.权利要求12的方法，其中在整个第一层上顶点宽度的标准偏差为大约±0.5微米。
14.权利要求1的方法，其中所述多个光学元件的每一个基本为楔形。
15.权利要求14的方法，其中所述第一层是光变向层。
16.权利要求1的方法，其中所述成像设备是液晶显示设备。
17.权利要求1的方法，其中第二层的表面的表面能小于大约42.0达因/cm2。
18.权利要求17的方法，其中所述表面的表面能小于大约38.0达因/cm2。
19.权利要求1的方法，其中第二层的表面含有大分子量硅氧烷或者蜡。
20.权利要求1的方法，其中第二层在大约1.2MPa的载荷下的厚度损失为大约25％。
21.权利要求1的方法，其中在大约180℃施加大约1.2MPa的载荷大约60秒后，第二层的恢复性为大约95％。
22.权利要求1的方法，其中第二层的厚度为大约50微米-200微米。
23.权利要求1的方法，其中下表面的平均粗糙度为大约200nm或以下。
24.权利要求23的方法，其中下表面的平均粗糙度为大约40nm-大约15nm。
25.权利要求1的方法，其中第二层的玻璃转变温度(Tg)为大约120℃-300℃。
26.权利要求1的方法，其中第二层的弹性模量为至少大约1500MPa。
27.成像设备的部件，包括：
第一层，包括其上设置有多个光学元件的上表面和基本平滑的下表面；和
位于第一层下表面上的第二层，其中第二层包含其中具有至少一个孔隙的顺应层。
28.权利要求27的部件，其中多个光学元件是光变向元件。
29.权利要求28的部件，其中多个光学元件在液晶显示设备中的增益为至少1.3。
30.权利要求27的部件，其中每个所述光学元件的第一侧和第二侧每个都与周围介质成大约45°取向。
31.权利要求27的部件，其中每个所述光学元件的第一侧和第二侧之间的夹角为大约90°。
32.权利要求27的部件，其中所述光学元件的平均顶点的宽度为大约0.25微米-大约0.75微米。
33.权利要求32所述的具有光学元件的部件，其中在该光学部件的整个层上的顶点宽度的标准偏差为大约±0.5微米。
34.权利要求27的部件，其中所述多个光学元件的每个基本为楔形的。
35.权利要求34的部件，其中每个光学元件的至少一侧具有曲率。
36.权利要求27的部件，其中第一层包括热塑性材料。
37.权利要求27的部件，其中下表面的平均平滑度为大约200nm或以下。
38.权利要求37的部件，其中下表面的平均平滑度为大约40nm-大约15nm。
39.权利要求27的部件，所述部件进一步包括位于第二层和第一层之间的平滑层。
40.权利要求27的部件，其中第二层的玻璃转变温度(Tg)为大约120℃-300℃。
41.权利要求27的部件，其中第二层的弹性模量为至少大约1500MPa。
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