TW201346327A - 光控制薄膜及ｐ－偏振多層膜光學薄膜堆疊 - Google Patents

光控制薄膜及ｐ－偏振多層膜光學薄膜堆疊 Download PDF

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Abstract

本發明大體上係關於一種薄膜堆疊，其具有光控制薄膜(諸如隱私過濾器)及p-偏振色移薄膜。本發明亦係關於併有該薄膜堆疊之物件，諸如顯示器。

Description

光控制薄膜及P-偏振多層膜光學薄膜堆疊
本發明大體上係關於一種薄膜堆疊，其具有光控制薄膜(諸如隱私過濾器)及色移薄膜。本發明亦係關於併有該薄膜堆疊之顯示器。
光控制薄膜為光學薄膜，其經組態以調節透射光之方向性。一種類型之光控制薄膜包含光透射薄膜，該光透射薄膜具有複數個平行凹槽，其中該等凹槽係由吸光材料形成。該等薄膜亦已描述為光準直薄膜。視凹槽定向、間距及凹槽幾何形狀(例如側壁角度)而定，隱私過濾器可在關於影像平面成預定入射角處提供最大透射且沿既定極座標(例如在所謂的隱私過濾器之情況下為水平方向，或當該等光控制薄膜整合於汽車之儀錶盤顯示器中時為垂直方向)提供影像截止或遮蔽。
LCF可安置於顯示器表面、影像表面或其他待觀測表面鄰近處。通常，LCF經設計使得在正入射角(亦即，當觀測者在垂直於薄膜表面及影像平面之方向上經LCF觀察影像時為0度視角)處可觀測到影像。隨著視角增大，透射穿過LCF之光量減少直至達到截止視角，屆時實質上所有光均由吸光材料阻斷且不再可觀測到影像。當用作所謂的隱私過濾器(例如用於電腦監視器或膝上型電腦顯示器中之液晶顯示器)時，LCF之此特徵可藉由阻止處於典型視角範圍外之其他人員 的觀察來保護觀測者之隱私。
LCF可例如藉由在聚碳酸酯基板上模製並紫外線固化可聚合樹脂來製備。該等LCF可按商標名「3MTM Filters for Notebook Computers and LCD Monitors」自3M Company,St.Paul,MN購得。
習知隱私過濾器已描述為在視場外自透明變為黑色。
WO2010/090924描述薄膜堆疊(亦即混合型隱私過濾器)，其包含光控制(例如隱私)薄膜及色移薄膜。
儘管已描述包含光控制(例如隱私)薄膜及色移薄膜之薄膜堆疊(亦即混合型隱私過濾器)，但工業上將發現包含某些色移薄膜之堆疊的優點，該色移薄膜可在不犧牲軸上亮度(亦即透射率)之情況下提供特定(例如色彩)性質。
在一個實施例中，描述一種光學薄膜堆疊，其包含：光控制薄膜；及p-偏振色移薄膜。p-偏振色移薄膜包含至少第一材料及第二材料之交替層，該等交替層界定具有平行於該等層延伸之相互正交之x軸及y軸且具有與x軸及y軸正交之z軸的座標系，該等交替層沿x軸及y軸之折射率差異不超過0.015，此外該等交替層沿z軸之折射率差異為至少0.1。
在一些實施例中，光學薄膜堆疊在0度視角處為實質上透明或無色的，例如堆疊具有CIE座標a*及b*，且a*及b*各自不超過5。光學堆疊展現在可見光譜中黃色至紫色範圍內之離軸(例如60度視角)色彩。
在另一實施例中，描述一種顯示器裝置，其包含具有影像平面之發光顯示器表面；及如本文所述之光學薄膜堆疊，該光學薄膜堆疊經配置使得薄膜堆疊介於顯示器之影像與光輸出表面之間。
在另一實施例中，描述一種結構，其包含窗孔及如本文所述之光學薄膜堆疊。
在另一實施例中，描述一種多層p-偏振薄膜，其包含至少第一材料及第二材料之交替層，其中該第一材料包含羧酸酯次單元及二醇次單元，使得至少96莫耳%羧酸酯為萘二甲酸二甲酯且至少91莫耳%二醇次單元來源於己二醇、乙二醇或其混合物。
10‧‧‧光學重複單元
12‧‧‧光學層
14‧‧‧光學層
200‧‧‧薄膜堆疊
202‧‧‧光準直薄膜/LCF/元件
204‧‧‧多層「p-偏振器」色移薄膜/MOF/元件
205‧‧‧觀測表面/光輸出表面
206‧‧‧黏著層/元件
208‧‧‧環境光
210‧‧‧非透射性區域
212‧‧‧透射性區域
214‧‧‧基底基板/元件
D‧‧‧有效高度
FOV‧‧‧截止角
FOV'‧‧‧截止角
n1x‧‧‧折射率
n1y‧‧‧折射率
n1z‧‧‧折射率
n2x‧‧‧折射率
n2y‧‧‧折射率
n2z‧‧‧折射率
S‧‧‧中心至中心間隔
W‧‧‧最大透明微結構寬度
X‧‧‧軸
Y‧‧‧軸
Z‧‧‧軸
圖1為本發明之一個實施例之薄膜堆疊的剖視圖；圖2為說明性多層薄膜；圖3為兩個包含光控制(例如隱私)薄膜及不同色移薄膜之薄膜堆疊之軸上(0度視角)光譜比較；及圖4為兩個包含光控制(例如隱私)薄膜及不同色移薄膜之薄膜堆疊之離軸(60度)視角光譜比較。
顯示器技術之進步已產生亮度較高、解析度較高且能效較高之顯示器。然而，當將LCF安置於顯示器前方時(例如用於保密目的或作為對比度增強薄膜)，顯示器之亮度及解析度可降低。需要如下隱私保護方案：其在與顯示器組合使用時，具有高光透射率及顯示器解析度而不損失隱私性。此外，亦需要向離軸觀測者提供電子裝置之顯示區域的非資訊性彩色且清晰之外觀而非迄今已知之「遮蔽」隱私視野。
本申請案係有關一種薄膜堆疊，其將光準直薄膜(「LCF」)與通常稱為「p-偏振器」色移多層薄膜之薄膜彼此鄰近地組合。
圖1中說明薄膜堆疊之一個實施例。薄膜堆疊200包含由黏著層206黏著在一起之LCF 202及多層「p-偏振器」色移薄膜204。圖2中之LCF部分地由透射性區域212及非透射性區域210構成，該等區域在薄膜之整個寬度上交替出現。此實施例中之透射性區域及非透射性區域構建於基底基板214上，基底基板214為LCF之另一組件。多層「p-偏 振器」色移薄膜204安置於LCF與觀測表面205之間。光穿過LCF之光輸入表面進入薄膜堆疊且穿過光輸出表面(亦即觀測表面)205(例如色移薄膜之光輸出表面)離開薄膜堆疊。在一些實施例中，光學堆疊可另外包含介於色移薄膜與光輸出表面之間的其他薄膜或層。
圖1有用地展示由薄膜堆疊引起之截止角(FOV)降低及由此引起之隱私性提高(與單獨LCF-FOV'相反)，此部分地因MOF 204處環境光208反射離開引起。
利用LCF(例如圖2中之元件202)及MOF(例如圖2中之元件204)之混合型隱私過濾器與單獨LCF或多層「p-偏振器」色移薄膜相比具有較佳界定之有效視角截止及隱私保護功能。同時，混合型隱私過濾器仍保持與獨立光控制薄膜相當的高透射水準(例如軸向透射)。
為簡便起見，本文中將論述某些薄膜或薄膜堆疊對「軸上」透射之影響。熟習此項技術者將易於認識到，可藉由設計LCF中遮光體(louver)之幾何形狀來選擇所需透射軸。儘管在許多實施例中，例如在隱私薄膜中，軸上透射與顯示器影像平面之表面垂直，但應易於瞭解，對於觀測者通常並不位於與顯示器影像平面垂直之應用，可能需要非法向觀測軸。
當用作顯示器頂部之隱私過濾器時，包括MOF及LCF之薄膜堆疊與單獨LCF相比軸上光透射無實質降低。
環境光自MOF之反射可在接近於或甚至等於LCF之截止角的角度處開始發生。LCF減少透射穿過薄膜堆疊之影像光之光阻斷性質及環境光自MOF之眩光反射發生的組合可用以提供由本文所述之薄膜堆疊製成之隱私過濾器之良好界定截止角。LCF阻斷顯示器光透射(通常藉由吸收)之能力與MOF產生強反射之能力的組合抑制離軸觀測者觀測顯示器內容。
當用作混合型隱私過濾器時，本文所述之薄膜堆疊可採用具有 顯著較高總體透射率之LCF，包括單獨無法有效地作為隱私過濾器之薄膜。舉例而言，所謂的對比度增強薄膜(其為具有較高總體影像光透射率且無法有效地阻斷離軸視角之LCF)可與p-偏振色移薄膜組合使用以製成極有效之混合型隱私過濾器。
習知隱私過濾器(缺乏色移薄膜)在視場外自透明變為黑色。包含色移薄膜之混合型隱私過濾器(諸如WO 2010/090924中所述)在視場外之角度處隨著環境光自色移薄膜反射而自透明變為紅色且接著變為金黃色。本發明描述包含p-偏振色移薄膜之混合型過濾器，其可經設計以在視場外之角度處隨著環境光自p-偏振色移薄膜反射而提供多種其他色彩變化。
多層光學薄膜(諸如偏振器及鏡面薄膜)為已知的。該等光學薄膜包含複數個不同光學層，該等光學層在薄膜之整個厚度上配置成光學重複單元。在簡單情況下，光學層(其數目為數十、數百或數千)在四分之一波長之堆疊中在第一光可透射材料與第二光可透射材料之間交替出現，使得光學重複單元基本上由兩個具有相等光學厚度之光學層組成。圖2展示右手笛卡爾x-y-z座標系(right-handed Cartesian x-y-z coordinate system)之情形中一此種光學重複單元10之透視圖，其中薄膜平行於x-y平面延伸，且z軸與薄膜垂直，對應於厚度軸。光學重複單元10包括相鄰光學層12、14。對於電場向量分別沿x軸、y軸及z軸振動之偏振光，個別層12之折射率表示為：n1x、n1y、n1z。
以類似方式，個別層14之折射率表示為：n2x、n2y、n2z。
在大多數多層光學薄膜偏振器中，材料及處理條件經調整以在相鄰光學層之間產生沿一個平面內軸之折射率失配及沿正交平面內軸之折射率實質匹配。若將沿特定軸之n2-n1量值表示為△n，則此等條 件可表示為：
具有此等性質之薄膜反射一種偏振之正入射光且透射正交偏振之正入射光。
美國專利5,882,774(Jonza等人)及US.7,094,461(Ruff等人)描述另一種類型之多層薄膜，稱為「p-偏振器」。在此構造中，兩種材料之平面內折射率相等，但z軸折射率不同。與偏振態或波長無關，p-偏振薄膜對正入射光無任何實質反射。然而，對於斜入射(亦即離軸)光，p-偏振薄膜亦以隨角度(亦即視角)增大而單調地增加之方式反射p-偏振光。p-偏振薄膜亦不反射任何實質量之s-偏振光(再次忽略由薄膜之暴露外表面引起之任何反射)。
為達成此等光學性質，各光學重複單元內光學層(任意稱為A及B或1及2)中之至少一者為雙折射性的，使得沿平面內軸之相鄰層之折射率存在實質匹配且沿厚度軸之折射率存在實質失配。若將沿特定軸之n2-n1量值表示為△n，則此組條件可表示為：
所得薄膜稱為「離軸偏振器」或「p-偏振器」。一般參見美國專利5,882,774(Jonza等人)，「Optical Film」。在上文所示之關係中，△nx及△ny為0意謂差異足夠小從而對於任一偏振均產生可忽略之軸上(θ=0)反射量，例如小於約20%或15%。此將取決於薄膜中所採用之光學重複單元的總數，其中光學層或光學重複單元之數目愈多，則一般需要平面內折射率差異之絕對值愈小以保持低反射率；以及光學重複單元之厚度分佈(或「層密度」-每個光學厚度範圍內之層數)。對於光學 層總數為數百但小於一千之薄膜，折射率差異至多約0.02通常為可接受的，但差異為0.01或小於0.01較佳。△nz為「大數值」意謂足夠大從而對於p-偏振光產生所需實質量之離軸反射率，反射率較佳為至少50%且更理想為至少80%。
尤其關注在40度至80度範圍內之離軸(亦即斜)視角處產生人類可見光譜區域(約400nm至700nm)內之色彩的p-偏振薄膜。
在正入射情況下，既定光學重複單元之反射率在波長λ等於光學重複單元之光學厚度兩倍時展現最大值。對於正入射光，光學重複單元之光學厚度視為恆定的，且等於光學重複單元之構成光學層之光學厚度的總和。在可含有數十個、數百個或數千個個別光學層之多層光學薄膜內，光學重複單元之光學厚度可經選擇均為相等的，使得隨著入射角增大而在所需光譜部分中呈現單一、相對較窄之反射帶。或者，可使用光學重複單元之多個封包，其中各封包具有均勻光學厚度之光學重複單元，但該光學厚度對於不同封包而言不同，使得所需光譜部分中呈現不同的窄反射帶。或者或另外，可採用厚度梯度以在光譜部分中產生加寬之反射帶。多個反射帶可隔開足夠之程度以界定所需波長帶之間的高透射光譜區域(透射帶)。
舉例而言，下表1展現可藉由使用即將呈現之實例中所述之相同樹脂組合，改變(例如155個)層之平均厚度而在60度視角處獲得之多種色彩。
如自上表顯見，可在特定離軸角處獲得特定色彩。
在其他實施例中，可由色移薄膜之組合或色移薄膜內「堆疊」之組合(其中第一堆疊之平均層厚度與第二堆疊不同)獲得特定色彩。舉例而言，具有反射藍色之平均厚度之堆疊可與具有反射黃色之平均厚度之堆疊組合以產生綠色色彩。
一般而言，離軸色彩在可見光譜內在紫色(約400nm)至黃色(約600nm +/-約25nm)之範圍內。在一些實施例中，混合型隱私過濾器在0度處為透明的且在60度處為紅色。在其他實施例中，混合型隱私過濾器在0度處為透明的且在60度處為橙色。在其他實施例中，混合型隱私過濾器在0度處為透明的且在60度處為黃色或黃綠色。在另一實施例中，混合型隱私過濾器在0度處為透明的且在40度或60度處為綠色。在另一實施例中，混合型隱私過濾器在0度處為透明的且在60度或80度處為藍色。在另一實施例中，混合型隱私過濾器在0度處為透明的且在80度處為紫色。
圖3及圖4為一種具體化p-偏振色移薄膜(亦即CS-1)相較非p-偏振色移薄膜之比較性色移薄膜(亦即比較實例A)之光譜比較。此兩個圖說明可由p-偏振薄膜提供之色彩設計自由度。參考圖3，亦即0度視角處之光譜比較，p-偏振色移薄膜(亦即CS-1)在整個可見及近可見光譜(400nm至900nm)內展現約90%透射率(亦即約10%反射率)。然而，比較實例A在近可見光波長中展現透射率急劇下降，亦即反射率在約650nm譜帶邊緣處開始急劇增加。參考圖4，亦即60度視角處之光譜比較，p-偏振色移薄膜(亦即CS-1)在約500nm處展現約35%至40%透射率(亦即約60%至65%反射率)。亦可視平均層厚度來調節精確色 彩。可視層數來調節該彩色峰之特定反射，亦即層愈多，則色彩將看來愈強烈。在該視角處，反射率高於30%為值得注意的。50%至70%之反射率可表徵為「良好」或「中等」色彩強度。可用本發明所揭示之樹脂材料在層數為約300至1000之情況下達成70%至100%反射率。相比之下，比較實例A產生強色彩反射強度(亦即71%至100%反射率)。
p-偏振色移薄膜中之典型層數在約100個至約300個層之範圍內。然而，可藉由改變層數來調節由p-偏振薄膜所產生之色彩強度。舉例而言，若需要「一般」或「精細」之色彩強度(亦即30%至49%反射率)，諸如用於建築效果，則可減少層數。相反地，若需要強色彩強度，則可增加層數。因此，在一些實施例中，最小層數可為50或60或70或80或90。此外，在其他實施例中，最大層數可為1000或800或600或500或400。
典型層厚度分佈可為均勻的(亦即相同層厚度)或具有梯度(亦即自厚至薄連續變化)。
反射峰可由第一級、第二級、第三級、第四級、第五級、第六級或第七級反射產生。可使用較高級反射峰在較大角度處引入可見光範圍內之多種色彩及/或較窄峰寬。
p-偏振薄膜以及包含該p-偏振薄膜之混合型隱私薄膜較佳具有軸上(亦即在0度視角處)實質上透明或無色之外觀。當CIE色彩座標a*及b*各自不超過5時，薄膜可視為實質上透明的。在一些實施例中，a*2+b*2之平方根不超過5。
可添加吸收劑(例如顏料及/或染料)將軸上外觀自透明變為特定色彩。亦可藉由包含吸收劑來實現離軸。在一些實施例中，p-偏振色移薄膜不含吸收劑。
多種光可透射材料可用於構成p-偏振多層薄膜之光學重複單元的 光學層中，諸如先前引用之美國專利5,882,774(Jonza等人)及US.7,094,461(Ruff等人)中所述；該等專利以引用的方式併入本文中。材料一般為熱塑性聚合物且可自多層模具中共擠出且隨後在依序或同時進行之拉伸操作中澆鑄及定向。若在供料頭與模具之間使用一或多個層倍增器，則出於保護及易處理目的，可添加光學厚表層，該等層可成為成品薄膜內光學層封包之間的保護性邊界層。
在一種已發現為有利之方法中，一種光可透射聚合材料(任意地稱為A)在整個製造過程中保持較大各向同性，且另一種材料(任意地稱為B)在製造過程中之拉伸程序期間變為雙折射性的。拉伸係沿x軸與y軸進行，使得雙折射性材料之平面內折射率不再彼此大致相等且不等於各向同性材料之折射率。雙折射性材料之平面外折射率(亦即z折射率)則與各向同性材料之折射率實質上不同。通常對拉伸層進行熱合(heat seat)以消除各向同性材料之任何殘餘雙折射率。在此方法之尤其較佳型式中，在定向前，在澆鑄薄膜中材料A具有相對高(各向同性)之折射率且材料B具有稍低之各向同性折射率。在定向期間，B材料之折射率沿兩個正交拉伸方向增加以與A材料之折射率匹配，且B材料之z軸折射率降低以增大其與A材料之折射率之間的差距。同時，藉由選擇適當材料及小心控制拉伸條件(諸如薄膜溫度、拉伸速率及拉伸比)，A材料之折射率可在定向期間保持恆定及各向同性。材料A具有高折射率以與經定向之材料B之平面內折射率匹配，且當在引起材料B中之雙折射率所必需之條件下定向時具有足夠低的玻璃轉移溫度Tg以保持各向同性。在拉伸期間，薄膜較佳保持於比各向同性材料之玻璃轉移溫度高至少約20℃之溫度下。
在一個實施例中，多層p-偏振薄膜包含第一(各向同性)聚合材料，其包含萘二甲酸二甲酯(NDC)次單元，來源於己二醇(HD)、乙二醇(EG)或其混合物之二醇次單元。第二聚合材料為雙折射性材料，諸 如聚酯或共聚酯。一些較佳第一(各向同性)聚酯及共聚酯材料之單體之重量百分比描述於下表2中：
在一些實施例中，至少96莫耳%、97莫耳%、98莫耳%、99莫耳%或100莫耳%羧酸酯次單元為萘二甲酸二甲酯。在一些實施例中，至少91莫耳%、92莫耳%、93莫耳%、94莫耳%、95莫耳%、96莫耳%、97莫耳%、98莫耳%、99莫耳%或100莫耳%二醇次單元來源於己二醇、乙二醇或其混合物。在一些實施例中，至少10莫耳%、20莫耳%、30莫耳%、40莫耳%、50莫耳%、60莫耳%或70莫耳%二醇次單元來源於乙二醇。在一些實施例中，至少30莫耳%、40莫耳%、50莫耳%、60莫耳%、70莫耳%、80莫耳%或90莫耳%二醇次單元來源於己二醇。
下表3描述表2之聚酯及共聚酯材料之熱性質(亦即玻璃轉移溫度(Tg)及熔融溫度(Tm))及折射率性質。
下表4描述包含表2之聚酯或共聚酯材料之層的量測折射率。
亦可添加其他層及塗層以改良薄膜之光學、機械或化學性質。
本說明書中所用之LCF可由多種製程產生。一種有用製程為削片，其進一步說明於Olsen之美國專利申請案Re.27,617中。另一種有用製程為微複寫。微複寫之一個特定實例包括以下步驟：(a)製備可聚合組合物；(b)使可聚合組合物以僅足以填充主體之空腔的量沈積於主體負性微結構化模製表面上；(c)藉由使可聚合組合物之珠粒在預成型基底(或基板層)與主體(其中至少一者為可撓性的)之間移動來填充空腔；及(d)固化組合物。沈積溫度可在環境溫度至約180℉(82℃)之範圍內。主體可為金屬性的，諸如鎳、鍍鉻或鍍鎳銅或黃銅，或可為在聚合條件下穩定之熱塑性材料，且具有允許自主體清除聚合材料之表面能。可視情況底塗或以其他方式處理基底薄膜(或基板層)之一或多個表面以促進光學層與基底之黏著。
應瞭解，透射率為光準直薄膜之可聚合樹脂以及側壁夾角之因子。在一些實施例中，在0°入射角處之透射率為至少50%。在0°入射角處之透射率可為至少50%、55%、60%、65%、70%、75%或80%。可使用各種已知技術量測透射率。如本文所用之軸上透射率係使用可按商標名「Haze-Guard Plus(目錄號4725)」自BYK Gardner購得之儀 器量測。
如圖1中所描繪，凹槽之間的透明微結構具有如圖2中所描繪之側壁夾角θ；最大透明微結構寬度W；有效高度D；及中心至中心間隔。側壁角θ等於幾乎沿著「D」尺寸方向之具有吸光元件之透明薄膜界面與垂直於微結構化表面之平面之間形成之角度的兩倍。觀測範圍ΦT約為最大觀測半角之兩倍。舉例而言，當半角Φ1不等於半角Φ2時，觀測範圍ΦT亦可為不對稱的。
可製成具有相對大之側壁夾角之光準直薄膜。較大側壁角可增加吸光區域之最大寬度，藉此降低在正入射時之透射百分比。
在較佳實施例中，微結構之側壁夾角平均小於6°且更佳平均小於5°(例如小於4°、3°、2°、1°或0°)。
在較小中心至中心間隔S下，較小(亦即較尖銳)側壁角可用於產生具有相對高縱橫比(H/W)之凹槽，藉此提供較小視角處之較分明的影像可視性截止。在一些實施例中，透明微結構具有平均高度H及在其最寬部分處之平均寬度W，且H/W為至少2.0，較佳為2.5且更佳為3.0或大於3.0。
視預期最終用途而定，可製備具有多種截止視角之光準直薄膜。一般而言，截止視角在40°至90°範圍內或甚至更大。下表1提供隨縱橫比而變之例示性截止視角。
對於電腦隱私薄膜以及掌上型裝置，截止視角較佳為60°或小於60°。
在一些實施例中，間距不超過0.040mm、0.039mm、0.038mm、0.037mm、0.036mm或小於0.036mm。較小側壁夾角及較小間距可在較小高度下產生較高效能。在一些實施例中，高度不超過0.10mm或0.090mm或0.080mm或0.070mm。具有該較小高度之光準直薄膜進一步描述於WO2010/148082中；其以引用的方式併入本文中。高度愈小使得薄膜總厚度愈小。較薄之薄膜傾向於具有較佳觸感。
在非透射性區域具有吸收性之實施例中，可能需要使透射穿過薄膜堆疊之來自顯示器之入射光的反射最小化。該等反射可由已知的LCF之非透射性區域及透射性區域之折射率匹配而最小化。在一些實施例中，選擇吸收性區域之折射率n2使得其與透射性區域之折射率n1滿足以下關係：|n2-n1|0.005。然而，在某些情況下，可能需要內反射。因此，在一些實施例中，可能需要吸收性區域之折射率n2與透射性區域之折射率n1之間滿足以下關係：n2-n1小於-0.005。
本文所述之LCF包括複數個非透射性區域。在一些實施例中，非透射性區域可為複數個通道，如在說明書中別處所示。在一些情況下，LCF可包括複數個管狀物，諸如美國專利第6,398,370號(Chiu等人)之圖2b中所示。在一些情況下，本文所述之LCF可與第二LCF組合，亦如美國專利第6,398,370號中所述。在其他實施例中，非透射性區域為可為薄膜增添角度依賴性光透射或光阻斷能力之管狀物、柱狀物、角錐體、圓錐體及其他結構。
在一些實施例中，LCF經設計具有非透射性區域，該等非透射性區域為吸收性區域。在該實施例中，非透射性區域包含吸光材料，其吸收或阻斷至少一部分可見光譜中之光。可將吸光材料塗佈或以其他方式提供於光透射薄膜中之凹槽或缺口中以形成吸光區域。吸光材料 可包括黑色著色劑，諸如碳黑。碳黑可為粒度小於10微米(例如1微米或小於1微米)之微粒狀碳黑。在一些實施例中，碳黑之平均粒度可小於1微米。在其他實施例中，吸收性材料(例如碳黑、另一種顏料或染料或其組合)可分散於適合之黏合劑中。吸光材料亦包括可起作用以阻斷光透射穿過吸光區域之粒子或其他散射成分。
在其他實施例中，可能需要產生色彩並非黑色之非透射性區域。舉例而言，可藉由使用白色顏料(諸如二氧化鈦)在LCF中產生白色遮光體。
LCF之透明微結構通常包含可聚合樹脂之反應產物。可聚合樹脂可包含選自(甲基)丙烯酸酯單體、(甲基)丙烯酸酯寡聚物及其混合物之第一可聚合組分與第二可聚合組分之組合。如本文所用之「單體」或「寡聚物」為可轉化為聚合物之任何物質。術語「(甲基)丙烯酸酯」係指丙烯酸酯與甲基丙烯酸酯化合物。
LCF亦可部分地由基底基板層(圖1中之元件214)構成。尤其有用之基底材料包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、丙烯酸類(PMMA)、玻璃或其他光透射(例如薄膜)材料。
混合型隱私過濾器包含彼此鄰近之p-偏振色移薄膜及光控制薄膜。如本文所用之彼此「鄰近」意謂薄膜彼此接觸，或若其為分開的，則散佈於其間之材料不賦予薄膜堆疊光學功能性或損害薄膜堆疊之光學功能性。
在一些實施例中，可藉由使用黏著劑(例如圖2中之元件206)將LCF與p-偏振色移薄膜黏著在一起。因此，黏著層可位於色移薄膜與光控制薄膜之間。黏著劑可為部分不透明或光學透明的，但較佳將為光學透明(或通透)的，從而不阻礙光透射穿過薄膜堆疊。可藉由許多適合方法(諸如輻射)使黏著劑固化。一種尤其適合之方法為藉由紫外線輻射固化。
適用於本發明之黏著劑亦可為壓敏性黏著劑。尤其有用之黏著劑可包括轉移黏著劑，或藉由層壓施加之黏著劑。有用之層壓製程描述於共同擁有之PCT公開案WO2009/085581中。
本文所述之薄膜堆疊尤其適用作顯示器裝置中稱為混合型隱私過濾器之組件。混合型隱私過濾器可與顯示器表面結合使用，其中光在光控制薄膜之輸入側進入混合型隱私過濾器且自混合型隱私過濾器之相反側離開。在一些實施例中，光自色移薄膜離開。在其他實施例中，光可經安置於p-偏振色移薄膜上方之(例如保護性)薄膜或薄膜層離開。
具有顯示器之各種(例如背光式)發光電子裝置均可與本發明結合使用，包括膝上型電腦監視器、外部電腦監視器、桌上型電腦監視器、行動電話顯示器、電視、智慧型手機、控制台或任何其他類似電漿、LCD、LED等類型之顯示器。該等顯示器裝置一般包含具有影像平面及本文所述之光學薄膜堆疊之發光顯示器，該光學薄膜堆疊經配置使得薄膜堆疊介於顯示器之影像平面與光輸出表面之間。
預期本文所述之光學堆疊適用於其他物件，諸如遮陽玻璃、文件封面等。
在其他實施例中，本文所述之薄膜堆疊可適用作玻璃覆蓋物。舉例而言，可將薄膜堆疊層壓於窗孔上或窗孔內。窗孔可選自玻璃面板、窗、門、牆壁及天窗單元。此等窗孔可位於建築外部或位於內部。窗孔亦可為車窗、飛機客艙舷窗或其類似物。將此等薄膜堆疊併入窗孔中之優點包括降低IR透射率(其可提高節能)、阻斷環境光、保護隱私及裝飾效果。
本發明不應視為限於本文所述之特定實例，而應理解為涵蓋如隨附申請專利範圍中清楚陳述之本發明之所有態樣。可適用於本發明之各種修改、等效製程以及許多結構將在熟習本發明相關技術者在回 顧本說明書之後顯而易知。可藉由參考由以下測試結果及實例所示之實施例來更好地理解前述描述。
實例
除非另有說明，否則實例中之所有份數、百分比、比率等均以重量計。除非有不同規定，否則所使用之溶劑及其他試劑均獲自Sigma-Aldrich Chemical Company(Milwaukee,WI)。
製備用於各向同性層之共聚酯
用以下原料饋料在分批反應器中合成共聚酯：3664g萘二甲酸二甲酯、886g己二醇、1583g乙二醇、0.4g乙酸鋅、1.25g乙酸鈷及3g鈦酸四丁酯。在0.20MPa壓力下，將此混合物加熱至254℃，同時移除甲醇。接著將1.61g磷醯基乙酸三乙酯饋入反應器中，且使壓力逐漸降低至133Pa同時加熱至285℃。
不斷地移除縮合反應副產物乙二醇直至產生固有黏度為0.555dL/g之聚合物，如在86℃下於60/40重量%之苯酚/鄰二氯苯中所量測。此材料(熱塑性聚合物)之玻璃轉移溫度Tg為79℃(如藉由DSC使用ASTM D3418以20℃/分鐘之掃描速率所量測)且相對濕度為約50%。藉由對樣品進行兩次DSC熱掃描且記錄第二次熱掃描之Tg來作為一個因子移除聚合物之熱史。
按商標名「3MTM Filters for Notebook Computers and LCD Monitors」自3M Company,St.Paul,MN獲得高級光控制薄膜(ALCF)，其為藉由微複寫產生之遮光體薄膜。此薄膜用作在約200至500勒克司(lux)環境光中安裝於LCD顯示面板上之隱私過濾器。隱私保護功能結果以及比較實例C-2之結果概述於下表中。
大體上如美國專利第7,094,461號中所述來製造p-偏振色移薄膜(CS-1)。使用155層供料頭以PHEN(50/50)樹脂及PET製造多層鏡面薄膜。澆鑄薄膜，接著進行拉伸。進行多個輪次，產生多層核心厚度在 0.25mm至1mm(10mil至40mil)範圍內之澆鑄薄膜。接著在約90℃至110℃下將澆鑄薄膜雙軸拉伸至3×3至5×5範圍內之各種拉伸比。接著在230℃下熱定形拉伸薄膜10至50秒以熔融消除PHEN層中之任何殘餘雙折射性物質。
選擇由上述製程製造之155層薄膜之一，其在約60度處離軸觀測時呈現綠色。薄膜之平均層厚度為約90nm。當使用此薄膜作為在約200至500勒克司環境光中安裝於LCD顯示面板上之隱私過濾器時，自軸上方向觀測時，薄膜基本上為透明的，且在約40至60度處離軸反射時呈現綠色。
實例1
使用3MTM光學透明黏著劑8171(可自3M Company,St.Paul,MN獲得)將CS-1用手層壓至ALCF遮光體薄膜上。視覺測試所得層合體作為在約200至500勒克司環境光中於LCD螢幕上之隱私過濾器的效果。
當安裝於LCD顯示面板上時，自軸上方向觀測時，基於此複合結構之隱私過濾器為透明(亦即無色)的，而不存在色彩失真。當在約40度處離軸觀測反射時，此複合隱私過濾器呈現鮮豔綠色，其在約60度角處觀測時變為藍色。隱私保護功能結果概述於下表中。如表中所示，與基於遮光體之隱私過濾器相比，基於複合結構之過濾器極有效地阻斷在35度或大於35度處之視野。尤其對於視角截止及隱私保護功能，實例1之混合型隱私過濾器在40度角處達到完全隱私保護(顯示器資訊可視度0%)，而單獨ALCF直至約65度方達成相同程度之完全隱私保護。此實例證實包含ALCF遮光體薄膜及p-偏振色移薄膜之混合型隱私過濾器與單獨ALCF隱私過濾器相比具有增強之隱私保護功能。
視覺隱私保護程度檢查
O：可視度良好，無隱私保護(大於法線角之峰值影像對比度之50%)
△：可視度有些受阻，一些隱私保護(小於法線角之峰值影像對比度之20%)
■：可視度嚴重受阻，有效隱私保護(小於法線角之峰值影像對比度之5%)
X：完全不可視，完全隱私保護
實例2
由上述製程製造另一種p-偏振色移薄膜(CS-2)。此薄膜具有155個層且平均層厚度為約85nm，其在約60度處離軸觀測時呈現藍色。
使用3MTM光學透明黏著劑8171(可自3M Company,St.Paul,MN獲得)將CS-2用手層壓至ALCF遮光體薄膜上。視覺測試所得層合體作為在約200至500勒克司環境光中於LCD螢幕上之隱私過濾器的效果。
當安裝於LCD顯示面板上時，自軸上方向觀測時，基於此複合結構之隱私過濾器為透明(亦即無色)的，而不存在色彩失真。當在約40至60度處離軸觀測時，此複合隱私過濾器產生鮮豔藍色至紫色反射。隱私保護功能結果概述於下表中。如表中所示，基於複合結構之過濾器較有效地阻斷55度至60度之視野。
視覺隱私保護程度檢查
O：可視度良好，無隱私保護(大於法線角之峰值影像對比度之50%)
△：可視度有些受阻，一些隱私保護(小於法線角之峰值影像對比度之20%)
■：可視度嚴重受阻，有效隱私保護(小於法線角之峰值影像對比度之5%)
X：完全不可視，完全隱私保護
比較實例A
比較實例A為可按商標名「3M Gold Privacy Filter」自3M購得之 混合型隱私薄膜，其包含以黏著方式層壓至色移薄膜上之隱私過濾器。以下為比較實例A與如上文所述之實例1及2之隨視角而變的色彩比較。
強 -O(71%至100%反射率)
良好 -△(50%至70%反射率)
一般 -■(30%至49%反射率)
儘管反射率可隨層數而變化，但以上所呈現之反射率代表具有100至300個層之多層薄膜。隨著層數增加，反射率增加。比較實例A與CS-1+ALCF之光譜比較描繪於圖3至圖4中。
200‧‧‧薄膜堆疊
202‧‧‧光準直薄膜/LCF/元件
204‧‧‧多層「p-偏振器」色移薄膜/MOF/元件
205‧‧‧觀測表面/光輸出表面
206‧‧‧黏著層/元件
208‧‧‧環境光
210‧‧‧非透射性區域
212‧‧‧透射性區域
214‧‧‧基底基板/元件
D‧‧‧有效高度
FOV‧‧‧截止角
FOV'‧‧‧截止角
S‧‧‧中心至中心間隔
W‧‧‧最大透明微結構寬度

Claims (22)

  1. 一種光學薄膜堆疊，其包含：光控制薄膜；及p-偏振色移薄膜。
  2. 如請求項1之光學薄膜堆疊，其中該p-偏振薄膜不具有在0度視角處反射率大於15%之反射帶。
  3. 如請求項1至2中任一項之光學薄膜堆疊，其中該p-偏振色移薄膜包含至少第一材料及第二材料之交替層，該等交替層界定具有平行於該等層延伸之相互正交之x軸及y軸且具有與該x軸及該y軸正交之z軸的座標系，該等交替層沿該x軸及該y軸之折射率差異不超過0.015，此外該等交替層沿該z軸之折射率差異為至少0.1。
  4. 如請求項3之光學薄膜堆疊，其中該等交替層沿該x軸及該y軸之折射率差異不超過0.01。
  5. 如請求項3之光學薄膜堆疊，其中該第一材料之折射率為實質上各向同性且該第二材料為雙折射性。
  6. 如請求項3之光學薄膜堆疊，其中該第二材料沿該z軸之折射率小於該第二材料沿該x軸及該y軸之折射率。
  7. 如請求項3之光學薄膜堆疊，其中該第一材料之各向同性折射率為至少1.61。
  8. 如請求項1至2中任一項之光學薄膜堆疊，其中該p-偏振色移薄膜具有至少100個層。
  9. 如請求項8之光學薄膜堆疊，其中該等層之平均厚度在約80nm至120nm之範圍內。
  10. 如請求項1至2中任一項之光學薄膜堆疊，其中在0度視角處，該 堆疊具有CIE座標a*及b*，且a*及b*各自不超過5。
  11. 如請求項1至2中任一項之光學薄膜堆疊，其中該光學薄膜堆疊展現在可見光譜中之離軸色彩。
  12. 如請求項11之光學薄膜堆疊，其中在60度視角處，該光學薄膜堆疊展現黃色至紫色範圍內之色彩。
  13. 如請求項1至2中任一項之光學薄膜堆疊，其中該光控制薄膜包含複數個吸光性非透射性區域。
  14. 如請求項1至2中任一項之光學薄膜堆疊，其中該p-偏振色移薄膜與單獨之該光控制薄膜相比增加離軸視角處之不可視性。
  15. 一種顯示器裝置，其包含：發光顯示器，其具有影像平面；及如請求項1至14中任一項之光學薄膜堆疊，其經配置使得該薄膜堆疊介於該顯示器之該影像平面與光輸出表面之間。
  16. 如請求項15之顯示器裝置，其中該顯示器係選自電視、電腦監視器、膝上型電腦顯示器、桌上型顯示器、行動電話及控制台。
  17. 一種結構，其包含窗孔及如請求項1至14中任一項之光學薄膜堆疊。
  18. 如請求項17之結構，其中該窗孔係選自玻璃面板、窗、門、牆壁及天窗單元。
  19. 一種多層薄膜，其中該薄膜為p-偏振薄膜，該p-偏振薄膜包含至少第一材料及第二材料之交替層，該第一材料包含羧酸酯次單元及二醇次單元，其中至少96莫耳%之該羧酸酯為萘二甲酸二甲酯且至少91莫耳%之二醇次單元來源於己二醇、乙二醇或其混合物；其中在形成該薄膜後，該第一材料為各向同性且該第二材料為雙折射性。
  20. 如請求項19之多層薄膜，其中該第二材料為聚酯或共聚酯材料。
  21. 如請求項19至20中任一項之多層薄膜，其中至少97莫耳%、98莫耳%、99莫耳%或100莫耳%之該等羧酸酯次單元為萘二甲酸二甲酯。
  22. 如請求項19至20中任一項之多層薄膜，其中至少92莫耳%、93莫耳%、94莫耳%、95莫耳%、96莫耳%、97莫耳%、98莫耳%、99莫耳%或100莫耳%之該等二醇次單元係來源於己二醇、乙二醇或其混合物。
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