TW202039654A - 具有結構化表面之聚合膜 - Google Patents

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布萊特 強納森 席特
道恩 維多利亞 暮瑞斯
強納森 泰勒 寇兒
維維安 維恩 瓊斯
歐文 邁可 安德森
高登 Ａ 昆力
約書亞 約伯 羅加
艾琳 愛麗斯 麥克道威爾
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美商3M新設資產公司
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Abstract

所描述者係一種聚合膜，其包括具有複數個相交延伸結構的一主表面。針對該複數個延伸結構中之至少大多數之該等結構：各結構沿著該結構之一長度延伸，沿著橫向於該長度且大致上沿著該第一主表面之一方向具有一平均寬度，且沿著大致上垂直於該第一主表面之一方向具有一平均高度；且該結構之該平均寬度可在1至200微米之一範圍內，該結構之該平均高度可在1至200微米之一範圍內，且該長度可係該平均寬度的至少3倍。該等延伸結構可經隨機或偽隨機定向，並可藉由微複製一紙材之一表面而形成。

Description

具有結構化表面之聚合膜
電子顯示器可經組態以數位方式記錄觸控筆(stylus)與顯示器的接觸位置，使得使用者可使用觸控筆書寫在顯示器上。
在本說明書之一些態樣中，提供一種聚合膜，其包括經微複製之一第一主表面。該第一主表面包括複數個經隨機或偽隨機定向之相交延伸結構。針對該複數個延伸結構中之至少大多數之該等結構：各結構沿著該結構之一長度延伸，沿著橫向於該長度且大致上沿著該第一主表面之一方向具有一平均寬度，且沿著大致上垂直於該第一主表面之一方向具有一平均高度；且該結構之該平均寬度係在1至200微米之一範圍內，該結構之該平均高度係在1至200微米之一範圍內，且該長度係該平均寬度的至少3倍。
在本說明書之一些態樣中，提供一種聚合膜，其包括一一體式層，該一體式層具有結構化之一第一主表面，該第一主表面包括從該聚合膜向外突出之複數個經隨機或偽隨機定向之相交延伸結構。針對該複數個延伸結構中之至少大多數之該等結構：各結構沿著該結構之一長度延伸，沿著橫向於該長度且大致上沿著該第一主表面 之一方向具有一平均寬度，且沿著大致上垂直於該第一主表面之一方向具有一平均高度；且該結構之該平均寬度係在1至200微米之一範圍內，該結構之該平均高度係在1至200微米之一範圍內，且該長度係該平均寬度的至少3倍。
在本說明書之一些態樣中，提供一種聚合膜，其具有經微複製之一第一主表面。該第一主表面包括複數個經隨機或偽隨機定向之相交延伸結構。針對該複數個延伸結構中之至少大多數之該等結構：各結構沿著該結構之一長度延伸，且具有正交於該長度之一最大橫向尺寸，該長度係該最大橫向尺寸的至少3倍。
在本說明書之一些態樣中，提供一種製作一聚合膜之方法。該方法包括：藉由以一印模材料塗佈一模板層來形成一第一模具，至少部分地固化該印模材料，從該至少部分固化之印模材料移除該模板層，以提供具有一結構化表面之該第一模具；及對該第一模具之該結構化表面或對由該第一模具形成之一第二模具之一結構化表面澆鑄並固化一樹脂。該模板層係一紙材或一帆布。
在本說明書之一些態樣中，提供一種顯示器，其包括經設置在該顯示器之一輸出表面上之一聚合膜。該聚合膜具有一第一主表面，該第一主表面包括複數個相交的經隨機或偽隨機定向之延伸結構。針對該複數個相交延伸結構中之至少大多數之該等結構：各結構沿著該結構之一長度延伸，且具有正交於該長度之一最大橫向尺寸，該長度係該最大橫向尺寸的至少3倍。該複數個延伸結構覆蓋一總面 積第一主要表面的至少10%、或至少20%、或至少30%、或至少40%、或至少50%。
在本說明書之一些態樣中，提供一種顯示器，其包括經設置在該顯示器之一輸出表面上之一聚合膜。該顯示器係經組態以可使用一觸控筆電子書寫。該聚合膜具有藉由微複製一紙材或一帆布之一表面而形成之一第一主表面，且經組態以透過該觸控筆提供一觸覺回應。該第一主表面包括複數個相交延伸結構。針對該複數個相交延伸結構中之至少大多數之該等結構：各結構沿著該結構之一長度延伸，且具有正交於該長度之一最大橫向尺寸，該長度係該最大橫向尺寸的至少3倍。該複數個延伸結構覆蓋一總面積第一主要表面的至少10%、或至少20%、或至少30%、或至少40%、或至少50%。
100:聚合膜
110:第一主表面
112:延伸結構/結構
112a:結構
112b:結構
113a:局部定向
113b:局部定向
115:交點
116:交點
200a:聚合膜
200b:聚合膜
200c:聚合膜
210a:第一主表面
210b:第一主表面
210c:第一主表面
211a:第二主表面
211b:第二主表面
211c:第二主表面
212a:結構
212b:結構
212c:結構
300:一體式層
301:聚合膜
301b:聚合膜
302:膜堆疊
305:聚合基材
310:第一主表面
312:延伸結構
320:黏著劑層
349:離型襯墊
350:顯示器
355:顯示面板
357:輸出表面
359:書寫物品
420:黏著劑
422:第一層
424:第二層
425:結構化界面/結構化
500:層
500f:一體式層
501:聚合膜
501f:聚合膜
510:主表面
510f:主表面
512:延伸結構/結構
512f:延伸結構
540:模板層/層
541:纖維
543:印模材料
545:第一模具
546:結構化表面
547:樹脂
548:基材
548f:基材
600:層
601:聚合膜
610:結構化主表面
612:結構
645:第二模具
647:樹脂
648:基材
663:模具樹脂
665:第二模具
666:結構化表面
Dmax:最大值
Dmin:最小值
L:長度
H:平均高度
HL:厚度
H1:高度
H2:高度
W:平均寬度
θ:角度
θa:角度
θb:角度
圖1係聚合膜之結構化主表面的示意俯視圖；
圖2A係具有結構化主表面之聚合膜的示意截面圖，該結構化主表面包括從聚合膜向外突出的延伸結構；
圖2B係具有結構化主表面之聚合膜的示意截面圖，該結構化主表面包括凹入聚合膜中的延伸結構；
圖2C係具有結構化主表面之聚合膜的示意截面圖，該結構化主表面包括從聚合膜向外突出的延伸結構及凹入聚合膜中的延伸結構；
圖3A係顯示器的示意截面圖；
圖3B係聚合膜的示意截面圖；
圖4係包括結構化界面之黏著劑的示意截面圖；
圖5A係模板層的示意截面圖；
圖5B係以印模材料塗佈之圖5A之模板層的示意截面圖；
圖5C係模具的示意截面圖。
圖5D係繪示由基材支撐且經設置在圖5C之模具之結構化表面上之樹脂的示意截面圖；
圖5E係聚合膜的示意截面圖，該聚合膜具有使用圖5C之模具形成的結構化表面；
圖5F係具有結構化表面之聚合膜的示意截面圖；
圖6A係經設置在圖5C之模具之結構化表面上之模具樹脂的示意截面圖。
圖6B係使用圖5C之模具形成之模具的示意截面圖；
圖6C係繪示由基材支撐且經設置在圖6B之模具之結構化表面上之樹脂的示意截面圖；
圖6D係聚合膜的示意截面圖，該聚合膜具有使用圖6B之模具形成的結構化表面；
圖7A至圖7C係延伸結構之定向的分布示意圖解；
圖8係聚合膜之結構化表面的影像；及
圖9係另一聚合膜之結構化表面的影像。
以下說明係參照所附圖式進行，該等圖式構成本文一部分且在其中係以圖解說明方式展示各種實施例。圖式非必然按比例繪製。要理解的是，其他實施例係經設想並可加以實現而不偏離本說明的範疇或精神。因此，以下之詳細敘述並非作為限定之用。
手寫係複雜的認知程序，依賴複雜的感知-感覺運動組合。例如，手寫常利用許多協調技巧或活動，諸如視覺感知技巧、視覺動作技巧、肌肉記憶、手眼協調、兩側協調、精細動作技巧、手中操縱、身體姿勢、及字母形成。在書寫的研究中，很少處理實體上有形的書寫裝置(筆在紙材上、數位觸控筆及平板電腦、鍵盤及滑鼠)的角色，但「體現認知(embodied cognition)」理論提出，感知及動作行為係密切連結且相互相依。然而，用於目前可用的可電子書寫之數位顯示器的書寫表面(例如，可以觸控筆書寫，該觸控筆與顯示器的接觸位置係由顯示器以數位方式記錄)並未具有準確重現來自在紙材上書寫之觸覺回應的表面紋理。本說明書之一些實施例的一目標在於提供一種膜，該膜可放置在顯示器的前側上以提供紙材般的觸覺書寫使用者體驗、耐久表面、及最小非所要的光學效應。
用以提供經改善之觸覺回應的傳統方法包括修改防眩光膜的結構化表面，以例如提供改變的觸覺回應。然而，習知的防眩光膜之表面形貌與典型紙材的表面形貌非常不同，且已發現難以從修改此類膜提供合適的觸覺回應。根據本說明書之一些實施例，包括可經隨機或偽隨機定向之複數個相交延伸結構之聚合膜。已發現此類聚合 膜可提供所欲的紙材般觸覺回應，同時具有足夠低的霧度及足夠高的透明度，使得該膜適於放置在顯示器的可觀看表面上。
在一些實施例中，結構化表面可藉由下列方式來形成：微複製紙材表面，例如，或另一合適的書寫表面(例如帆布)以提供用以形成結構的微複製工具。在一些實施例中，延伸結構的圖案可經設計(例如，在電腦上)，以例如模仿紙材表面或紙材表面的負像，且圖案係形成至接著用以製作結構化表面之微複製工具上。該工具可使用任何可用的製造方法製造，諸如藉由複製紙材表面或藉由使用雕刻或鑽石切削。例示性鑽石切削系統及方法可包括並利用快刀伺服(fast tool servo,FTS)，例如美國專利第7,350,442號(Ehnes等人)、第7,328,638號(Gardiner等人)、及第6,322,236號(Campbell等人)中所述。在一些實施例中，結構化表面係以澆鑄及固化程序形成。例如，結構可係藉由澆鑄及固化與工具表面接觸之可聚合樹脂(例如，紫外光(UV)可固化)組成物而從工具使用微複製來製造，諸如美國專利第5,175,030號(Lu等人)、美國專利第5,183,597號(Lu)、及美國專利申請公開案第2012/0064296號(Walker,JR.等人)中所述。圖8至圖9提供藉由微複製紙材表面而形成之聚合膜之結構化表面的說明性影像。
結構化主表面上之經隨機定向之延伸結構係指大致上沿著主表面延伸之結構，其中沿著該等結構延伸之主表面的方向係經實質上均勻隨機定向。經實質上均勻隨機定向包括例如下列定向：均勻隨機分布者、或標稱上均勻隨機分布者、或沿著一或多個方向具有某 種程度的偏向但並未偏向達將排除沿著沿主表面之任何方向的定向之此一程度的隨機分布者。例如，紙材中的纖維一般係隨機定向，而主要在一方向上延伸之稜鏡膜中的稜鏡則非隨機定向，即使關於主導方向之定向方向存在某種程度的雜訊或隨機性亦然。紙材中之纖維的定向可係均勻隨機分布，或者可隨機分布，其沿著機器方向(在紙材製造程序中沿著紙材捲筒長度的方向)、或沿著橫向於機器方向的方向、或沿著大約介於機器方向與橫向方向之間的中途處之方向具有偏向。本文進一步於別處描述定向之隨機分布。
經偽隨機定向之延伸結構係看起來像隨機定向，但至少部分地衍生自確定性程序的結構。例如，經隨機定向之延伸結構可用以製作工具，該工具局部地重現經隨機定向之延伸結構(或經隨機定向之延伸結構的負像)，但其週期性地重複局部隨機圖案。此類經偽隨機定向之延伸結構的定向可描述為局部無序，但具有長程有序的程度。作為經偽隨機定向之延伸結構的另一實例，結構可由電腦演算法產生，以模仿經隨機定向之延伸結構。在此情況中，由於結構的圖案得自確定性演算法，可將該等結構描述為經偽隨機定向。此類由電腦產生的圖案亦可重複局部無序圖案，使得存在長程有序的程度。
圖1係聚合膜100之結構化第一主表面110的示意俯視圖。第一主表面110包括複數個經隨機或偽隨機定向之相交延伸結構112。此類結構可藉由微複製形成，如本文進一步於別處所述。結構112的面密度可不同於圖1所示意繪示者。在一些實施例中，複數個延伸結構112覆蓋總面積第一主表面110的至少10%、或20%、或 30%、或40%、或50%。各結構沿著結構的長度L延伸，沿著橫向於長度且大致上沿著第一主表面(例如，沿著x-y平面)的方向具有平均寬度W，且沿著大致上垂直於第一主表面的方向(例如z方向)具有平均高度H(參見圖2A至圖2B)。高度及/或寬度可在結構的長度內變化。平均寬度及平均高度分別係指結構長度內的寬度及高度之平均。
當結構在結構的交點處彼此接觸或穿透時，可說延伸結構相交或互穿。在一些情況中，結構在相交位置處合併在一起。例如，在交點115處相交的結構於交點115處合併在一起。在一些情況中，交點處之結構具有不同高度，使得其在俯視平面圖中呈現一個結構通過另一個結構上方。例如，在俯視平面圖中，結構112a看起來是在交點116處通過結構112b上方。然而，結構112a的下部部分可在交點116處與112b的下部部分合併。
結構112可從聚合膜向外突出或可凹入聚合膜中。圖2A係穿過聚合膜200a之截面的示意圖解，該聚合膜具有結構化第一主表面210a，該第一主表面包括從聚合膜200a向外突出之延伸(在圖2A的示意圖解中進入頁面)結構212a。結構212a可係更密集或更不密集地配置、及/或可係更不規則或更規則地配置、及/或可具有不同於圖2A所示意繪示的大小及/或形狀。結構212a具有平均高度H，其係結構212a從第一主表面210a不包括結構212a的部分之平均高度突出之高度的平均。
圖2B係穿過聚合膜200b之截面的示意圖解，該聚合膜具有結構化第一主表面210b，該第一主表面包括凹入聚合膜200b中之延伸(在圖2B的示意圖解中進入頁面)結構212b。結構212b可係更密集或更不密集地配置、及/或可係更不規則或更規則地配置、及/或可具有不同於圖2B所示意繪示的大小及/或形狀。結構212b具有平均高度H，其係結構212b從第一主表面210b不包括結構212b的部分之平均高度凹入之高度的平均。
圖2C係穿過聚合膜200c之截面的示意圖解，該聚合膜具有結構化第一主表面210c，該第一主表面包括延伸(在圖2C的示意圖解中進入頁面)結構212c，該等結構的一些者從聚合膜200c向外突出，且該等結構的一些者凹入聚合膜200c中。指示突出結構的高度H1及凹入結構的高度H2。在一些實施例中，突出結構之平均高度及凹入結構之平均高度係相等或約相等(例如，在±10%內或在±5%內相等)。結構之各者內的平均(針對突出及凹入結構均視為正)係平均高度H，其可在本文所述之範圍的任一者內。
聚合膜200a、200b、及200c亦分別具有相對於第一主表面的第二主表面211a、211b、及211c。第二主表面211a、211b、或211c可係結構化或未結構化。在一些實施例中，第二主表面211a、211b、或211c係光學平滑的。在一些實施例中，可係一體式層的聚合膜200a、200b、或200c具有分別大於複數個延伸結構212a、212b、或212c之最大高度的厚度HL。結構212a或212b之最大高度 可係分別繪示於圖2A或圖2B的高度H，且結構212c之最大高度可係例如圖2C所繪示之高度H1及H2之任一者。
在一些實施例中，第一主表面210a或210b或210c係經微複製之表面，其係藉由從具有工具結構之工具微複製而形成之結構化表面或等效於藉由從具有工具結構之工具微複製而形成之表面，該等工具結構具有用於創建所欲的結構化表面幾何的合適幾何。經微複製之結構具有小於1mm且大於1nm之至少一尺寸(例如，寬度)。微結構具有小於1mm且大於100nm之至少兩個正交尺寸(例如，寬度及高度)。在一些實施例中，第一主表面210a或210b係藉由微複製紙材表面而形成，如本文進一步於別處所述。微複製大致上係指(例如在澆鑄及固化程序中)從工具複製(拷貝或拷貝倒像)微結構。
在一些實施例中，針對該複數個經隨機或偽隨機定向之相交延伸結構中的至少大多數(例如，大於50%、或至少60%、或至少70%、或至少80%、或至少90%、或全部、或實質上全部)之該等結構：各結構沿著該結構之長度L延伸，沿著橫向於長度且大致上沿著第一主表面的方向具有平均寬度W，且沿著大致上垂直於第一主表面的方向具有平均高度H；且結構之平均寬度W係在1至200微米的範圍內，結構之平均高度H在1至200微米的範圍內，且長度L係平均寬度的至少3倍。在一些此類實施例中或在其他實施例中，長度L係平均高度的至少3倍。在一些實施例中，結構具有正交於長度的最大橫向尺寸，且長度L係最大橫向尺寸的至少3倍(或至少5倍、或 至少7倍、或至少10倍、或至少15倍、或至少20倍)。在一些實施例中，寬度係恆定或實質上恆定，且最大橫向尺寸係等於或實質上等於平均寬度W。在一些實施例中，平均寬度W係在最大橫向尺寸的20%內或10%內。在一些實施例中，平均寬度W係在3至100微米或5至50微米的範圍內。在一些此類實施例中或在其他實施例中，平均高度H係在3至100微米或5至50微米的範圍內。平均寬度W除以平均高度H可在任何合適的範圍內，例如在0.02至100的範圍內或在0.2至10的範圍內。然而，一般較佳的係平均寬度W除以平均高度H在0.5至8、或0.7至6、或0.8至4、或1至4、或1.5至4、或1至3的範圍內。在一些實施例中，長度L係平均寬度W的至少3倍、或至少5倍、或至少7倍、或至少10倍、或至少15倍、或至少20倍。在一些此類實施例中或在其他實施例中，長度L係平均高度H的至少3倍、或至少5倍、或至少7倍、或至少10倍、或至少15倍、或至少20倍。在一些實施例中，至少大多數之結構中之各結構係凹入聚合膜中(參見例如圖2B)。在一些實施例中，至少大多數之結構中之各結構係無纖維(例如，該等結構由微複製而非由包括形成結構之纖維形成)。
在一些實施例中，至少大多數(例如上述之具有L、W、及H的相同大多數)之結構在橫向截面中具有實質上半球形的形狀，如圖2A至圖2C示意繪示者。實質上半球形的形狀係從基底(例如，第一主表面不包括延伸結構之相鄰部分)延伸至該形狀高度的彎曲形狀，其中該形狀具有不變化正負號的曲率，且高度係該形狀寬度 的大約一半(例如，寬度的0.3至0.7倍或寬度的0.4至0.6倍之高度)。在一些實施例中，例如，彎曲形狀具有變化(最大值減最小值除以最大值乘以100百分比)不大於50%、或不大於40%、或不大於30%、或不大於20%的曲率半徑。在一些實施例中，至少大多數之結構中之各結構從聚合膜向外突出(參見例如圖2A)。在一些實施例中，至少大多數之結構中之各結構凹入聚合膜中(參見例如圖2B)。在一些實施例中，至少大多數之結構中之第一複數個結構從聚合膜向外突出，且至少大多數之結構中之第二複數個結構凹入聚合膜(參見例如圖2C)。
本說明書之聚合膜可經組態用於在顯示器應用中使用。在一些實施例中，聚合膜具有不大於50%、或不大於40%、或不大於30%的光學霧度。在一些實施例中，聚合膜具有至少70%、或至少80%、或至少85%之正規入射可見光的平均透射率。光學霧度及透射率可根據ASTM D1003-13測試標準來判定，該標準的標題係「Standard Test Method for Haze and Luminous Transmittance of Transparent Plastics」。
圖3A係顯示器350的示意截面圖，該顯示器包括顯示面板355及經設置在顯示器350之輸出表面357上的聚合膜301。顯示器350的輸出表面可被理解為透過其透射由顯示器產生之成像光輸出的表面。此表面可在所繪示之實施例中被視為顯示面板355之頂部主表面。聚合膜301具有第一主表面310，該第一主表面包括延伸結構312，該等延伸結構可如所繪示般從聚合膜301向外突出或可凹入 聚合膜301中。第一主表面310背對輸出表面357。在所繪示的實施例中，聚合膜301包括一體式層300，該一體式層包括經設置於聚合基材305上之第一主表面310，該聚合基材可係例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜或另一聚合膜基材。在所繪示的實施例中，聚合膜301係透過黏著劑或黏著劑層320黏附至輸出表面357，該黏著劑或黏著劑層可係光學清透黏著劑(例如，具有小於10%或小於5%之光學霧度及大於80%或大於85%之法向入射可見光的平均透射率)。
聚合膜301可替代地視為包括黏著劑層320。圖3B係膜堆疊302的示意截面圖，該膜堆疊包括經設置於離型襯墊349上之聚合膜301b。聚合膜301b包括聚合膜301及與第一主表面310相對之黏著劑層320。黏著劑層320可釋離地附接至離型襯墊349。聚合膜301b可從離型襯墊349移除，並直接黏附作顯示器350之輸出表面357。
在一些實施例中，顯示器350係可書寫顯示器。在一些實施例中，可書寫顯示器係經組態以感測書寫物品359與聚合膜301之第一主表面310的接觸(例如，經由介電回應的變化以電子方式)。書寫物品359可係例如觸控筆或手指。在一些實施例中，顯示器350係經組態以可使用觸控筆電子書寫，且第一主表面係經組態以透過觸控筆(例如對使用觸控筆書寫的使用者的手)提供觸覺回應。在一些實施例中，聚合膜301或本說明書之聚合膜中的任一者或本說明書之一體式層中的任一者可具有低介電常數，使得其實質上不干擾顯示器測量由書寫物品359之存在而引發之介電回應。在一些實施例 中，聚合膜具有小於7、或小於6、或小於5、或小於4、或小於3之介電常數。介電常數可例如根據ASTM D150-18「Standard Test Methods for AC Loss Characteristics and Permittivity(Dielectric Constant)of Solid Electrical Insulation」測試標準判定。應理解介電常數係以500kHz之頻率及23℃之溫度判定，除非另有指定。在一些實施例中，聚合膜包括經設置在基材上的一體式層。在此類實施例中，聚合膜之介電常數可理解為兩層(一體式層及基材)之介電常數的體積加權平均。在一些實施例中，一體式層及基材兩者在500kHz具有小於7、或小於6、或小於5、或小於4、或小於3之介電常數。例如，用於在聚合物膜中使用的可用聚合材料包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚丙烯、聚乙烯、及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
在一些情況中，具有結構化表面的膜(諸如防眩光膜)在將膜放置於像素化顯示器上時引起閃光，因為隨著觀看者移動，來自像素的光可看起來像是四處移動或閃爍，此係歸因於像素光與結構化表面的交互作用。在一些實施例中，本說明書之聚合膜係以黏著劑(例如光學清透黏著劑)黏附至顯示器，該黏著劑包括經調適以減少由聚合膜引起之閃光的結構化界面。圖4係黏著劑420的示意圖解，該黏著劑包括介於第一層422與第二層424之間的結構化界面425。第一層422及第二層424可經選擇以具有不同折射率(在指定波長532nm下或在633nm)，且結構化界面425可係週期性(例如，在一個面內方向或在兩個正交的面內方向上)，使得當光通過黏著劑 420時，結構化425產生繞射圖案。在一些實施例中，黏著劑係光學堆疊，該光學堆疊包括三或更多個層及二或更多個經調適以減少閃光之結構化界面。可選擇結構化界面之折射率及幾何以提供繞射圖案，該繞射圖案在相鄰像素之間提供光且此可減少閃光。使用結構化界面以減少閃光係在例如美國專利申請公開案第US 2017/0131559號(Sitter等人)、第US 2017/0115498號(Sitter等人)、及第US 2016/0016338號(Radcliffe等人)中描述。
在一些實施例中，一種製作聚合膜之方法包括：藉由以印模材料塗佈紙材或其他合適的模板層(例如，帆布或其他合適作為繪圖或書寫表面的表面)來形成第一模具，至少部分地固化印模材料，從至少部分固化之印模材料移除紙材或其他模板層，以提供具有結構化表面的第一模具；及對該第一模具之該結構化表面或對由該第一模具形成之一第二模具之一結構化表面澆鑄並固化一樹脂。圖5A至圖5F及圖6A至圖6D示意地繪示用於製作結構化表面之程序步驟。
圖5A係模板層540的示意性截面圖，該模板層可係紙材，示意地繪示提供表面結構至層540之纖維(或其他結構)541。應理解，層540可係紙材，其具有實質上不同於圖5A所示意繪示之纖維大小及/或形狀及/或分布(例如，隨機性程度)，及/或可具有圖5A之示意圖解中未顯示之額外的纖維結構。在一些實施例中，模板層540係紙材，其可係任何合適類型的紙材，諸如一或多個黏合紙、道林紙(wood-free paper)、無樹紙(tree-free paper)、未塗料紙、木漿基 紙(wood pulp-based paper)、棉漿基紙(cotton pulp-based paper)、高級繪圖紙(Bristol paper)、仿牛皮高級繪圖紙、絲紙、紋理化紙、標準辦公室印表機用紙、或具有介於50與350g/m2之間的面密度的紙材。在一些實施例中，層540係帆布，諸如塗刷帆布(例如，亞麻帆布或棉帆布(cotton duck canvas))。如本文中所使用，帆布係具有適於用作塗刷或書寫表面的表面之織造織物。在一些實施例中，如所屬技術領域中已知的，帆布織造織物可部分填以黏土，以例如改善帆布表面的可塗刷性或可書寫性。圖5B係施加至模板層540之印模材料543的示意圖解。圖5C係具有結構化表面546之第一模具545的示意圖解，該結構化表面係藉由在其係至少部分已固化之後從印模材料543移除層540而形成。在一些實施例中，印模材料543係在移除模板層540之前部分固化，且接著第一模具545係在已移除層540之後完全固化。在一些實施例中，印模材料543係在移除層540之前實質上完全固化。第一模具545具有結構化表面546。圖5D係顯示已對第一模具545之結構化表面546澆鑄之樹脂547的示意圖解。樹脂547係由基材548支撐。固化樹脂547並從第一模具545移除樹脂及基材得出聚合膜501，該聚合膜包括經設置於基材548上的層500，如圖5E所示意繪示者。層500可係一體式層，並可具有結構化主表面510，該結構化主表面包括複數個經隨機或偽隨機定向之相交延伸結構512。在一些實施例中，至少大多數(例如，大於50%、或至少60%、或至少70%、或至少80%、或至少90%、或全部、或實質上全 部)之結構512中之各結構從聚合膜501向外突出。在所繪示的實施例中，所繪示的結構512之各者從聚合膜501向外突出。
在一些實施例中，模板層540係具有纖維之規則配置的帆布或其他合適的書寫表面。在此類實施例中，所得之聚合膜可看起來如圖5F所示意繪示者，其中聚合膜501f在基材548f上包括一體式層500f，且一體式層500f具有主表面510f，該主表面具有延伸結構512f的規則配置。例如，延伸結構512f可沿著x軸及y軸以諸如週期性圖案之規則圖案設置。在一些情況中，例如，較佳的係延伸結構經隨機或偽隨機定向，以便提供觸覺回應，該觸覺回應更接近地類似於在普通紙材上書寫的觸覺回應。
在一些實施例中，第二模具係由第一模具545形成，且第二模具係用以製作圖6A至圖6D所示意繪示之結構化聚合膜。圖6A係經設置在第一模具545之結構化表面546上之模具樹脂663的示意圖解。模具樹脂663可對結構化表面546澆鑄及固化，以提供圖6B所示意繪示之具有結構化表面666的第二模具665。圖6C係顯示已對第二模具665之結構化表面666澆鑄之樹脂647的示意圖解。樹脂647係由基材648支撐。固化樹脂647並從第二模具645移除樹脂及基材得出聚合膜601，該聚合膜包括經設置於基材648上的層600，如圖6D所示意繪示者。層600可係一體式層，並可具有結構化主表面610，該結構化主表面包括複數個經隨機或偽隨機定向之相交延伸結構612。在一些實施例中，至少大多數(例如，大於50%、或至少60%、或至少70%、或至少80%、或至少90%、或全部、或實質上全 部)之結構612中之各結構係凹入聚合膜601中。在所繪示的實施例中，所繪示的結構612之各者係凹入聚合膜601中。
用於印模材料、模具樹脂、及形成聚合膜的結構化表面之樹脂的合適材料包括熱可固化樹脂或輻射可固化樹脂(諸如UV可固化樹脂)。合適的UV可固化樹脂包括丙烯酸酯。用於印模材料之合適材料包括聚醚或乙烯基聚矽氧烷，諸如可購自3M Company,St.Paul,MN之VPS印模材料。印模材料可係膏或油灰，其可施加至紙材，使得紙材的纖維結構經壓印在膏或油灰中，該膏或油灰在與紙材接觸的同時硬化，接著將紙材從硬化的印模材料移除。
在一些實施例中，模板層540係包括經隨機定向之纖維(例如，漿纖維)的紙材，使得所得結構係複數個經隨機或偽隨機定向之相交延伸結構。在其他實施例中，模板層540可具有有序的纖維定向(例如，模板層540可係帆布或具有經紋理化以模仿帆布之表面的紙材(例如，帆布紙材))，使得所得結構係以規則圖案設置之複數個相交延伸結構。
延伸結構之定向的隨機性可鑑於相對於固定方向之纖維角度θ的分布來特徵化。例如，在圖1中，繪示具有相對於y軸呈角度θa之局部定向113a的結構，並繪示具有相對於y軸呈角度θb之局部定向113b的另一結構。局部定向113a及113b係指中心線在各別位置處沿著結構長度至由第一主表面110所界定之平面(圖1中之x-y平面)上的投射。定向的分布可係藉由在足夠大的區域(例如，在各方向上之平均寬度的至少10倍或100倍、或每單位面積之結構平均數 目的倒數之至少10倍或100倍)中測量結構的角度θ以及判定區域中之θ的分布來判定。例如，分布可係藉由將θ的測量值格化成10級分格來判定，例如其中θ係針對區域中的各結構之各區段測量，例如其中區段具有約等於結構之平均寬度的長度。圖7A至圖7C示意地繪示經隨機定向之結構的可行分布。該等分布係自-π/2至π/2弧度(-90至90度)，因為θ之角度處的定向可視為等效於θ-π之角度處的定向。角度θb係正的，且θa係負的。在圖7A中，分布係均勻隨機分布。在圖7B中，分布係偏向隨機分布(biased random distribution)，其具有沿著固定方向的偏向(θ接近零)。例如，在製造用作用於結構之模板的紙材時，此固定方向可對應於機器方向、或橫向方向、或機器方向與橫向方向之間的方向。在圖7C中，分布係偏向隨機分布，其具有沿著一方向的較強偏向(例如，θ接近負45度)及沿著另一方向的較弱偏向(例如，θ接近正45度)。例如，兩偏向方向可對應於機器方向及橫向方向。
在一些實施例中，結構之定向分布具有最大值Dmax及最小值Dmin。在一些實施例中，結構之定向實質上係均勻隨機地分布，使得Dmin不小於0.2 Dmax。在一些實施例中，Dmax
Figure 108146151-A0202-12-0019-27
Dmin
Figure 108146151-A0202-12-0019-28
0.3 Dmax。在一些實施例中，Dmin
Figure 108146151-A0202-12-0019-29
0.4 Dmax、或Dmin
Figure 108146151-A0202-12-0019-30
0.4 Dmax、或Dmin
Figure 108146151-A0202-12-0019-31
0.6 Dmax。
在其他實施例中，複數個相交延伸結構係以規則圖案設置。在一些實施例中，例如，定向分布可包括對應於帆布的兩個編織方向(經紗及緯紗)的兩個尖銳峰。在此情況中或在其他實施例中， Dmax可係Dmin的至少10倍或至少100倍。在一些實施例中，沿著兩波方向之間的約中途處之方向沒有纖維，使得Dmin係零。
下列係說明性實施例列表。
一第一實施例係一種聚合膜，其包含經微複製之一第一主表面，該第一主表面包含複數個經隨機或偽隨機定向之相交延伸結構，其中針對該複數個延伸結構中之至少大多數之該等結構：各結構沿著該結構之一長度延伸，沿著橫向於該長度且大致上沿著該第一主表面之一方向具有一平均寬度，且沿著大致上垂直於該第一主表面之一方向具有一平均高度；及該結構之該平均寬度係在1至200微米之一範圍內，該結構之該平均高度係在1至200微米之一範圍內，且該長度係該平均寬度的至少3倍。
一第二實施例係如第一實施例之聚合膜，其中該平均寬度除以該平均高度係在0.02至100、或0.2至10、或0.5至8、或0.7至6、或0.8至4、或1至4、或1.5至4的一範圍內。
一第三實施例係如第一或第二實施例之聚合膜，其中該長度係該平均寬度的至少5倍、或至少7倍、或至少10倍、或至少15倍、或至少20倍。
一第四實施例係如第一至第三實施例中任一者之聚合膜，其中該長度係該平均高度的至少3倍、或至少5倍、或至少7倍、或至少10倍、或至少15倍、或至少20倍。
一第五實施例係如第一至第四實施例中任一者之聚合膜，其中該複數個延伸結構覆蓋該第一主表面之一總面積的至少10%、或20%、或30%、或40%、或50%。
一第六實施例係如第一至第五實施例中任一者之聚合膜，其中至少該大多數之該等結構中之各結構係無纖維。
一第七實施例係如第一至第六實施例中任一者之聚合膜，其中至少該大多數之該等結構中之各結構在一橫截面中具有一實質上半球形的形狀。
一第八實施例係一種聚合膜，其包含一一體式層，該一體式層具有結構化之一第一主表面，該第一主表面包含從該聚合膜向外突出之複數個經隨機或偽隨機定向之相交延伸結構，其中針對該複數個延伸結構中之至少大多數之該等結構：各結構沿著該結構之一長度延伸，沿著橫向於該長度且大致上沿著該第一主表面之一方向具有一平均寬度，且沿著大致上垂直於該第一主表面之一方向具有一平均高度；及該結構之該平均寬度係在1至200微米之一範圍內，該結構之該平均高度係在1至200微米之一範圍內，且該長度係該平均寬度的至少3倍。
一第九實施例係一種聚合膜，其包含經微複製之一第一主表面，該第一主表面包含複數個經隨機或偽隨機定向之相交延伸結構，其中針對該複數個延伸結構中之至少大多數之該等結構：各結構 沿著該結構之一長度延伸，且具有正交於該長度之一最大橫向尺寸，該長度係該最大橫向尺寸的至少3倍。
一第十實施例係如第九實施例之聚合膜，其中針對該複數個延伸結構中之至少該大多數之該等結構：各結構沿著橫向於該結構之該長度且大致上沿著該第一主表面之一方向具有一平均寬度，且沿著大致上垂直於該第一主表面之一方向具有一平均高度，該平均寬度及該平均高度各自在1至200微米之一範圍內。
一第十一實施例係如第一至第十實施例中任一者之聚合膜，其中該第一主表面係藉由微複製一紙材之一表面而形成。
一第十二實施例係一種顯示器，其包含設置於該顯示器之一輸出表面上之如第一至第十一實施例中任一者之聚合膜，該聚合膜之該第一主表面背對該顯示器之該輸出表面。
一第十三實施例係一種製作一聚合膜之方法，該方法包含：藉由以一印模材料塗佈一模板層來形成一第一模具，至少部分地固化該印模材料，從該至少部分固化之印模材料移除該模板層，以提供具有一結構化表面之該第一模具；及對該第一模具之該結構化表面或對由該第一模具形成之一第二模具之一結構化表面澆鑄並固化一樹脂，其中該模板層係一紙材或一帆布。
一第十四實施例係一種顯示器，其包含經設置在該顯示器之一輸出表面上之一聚合膜，該聚合膜具有一第一主表面，該第一主表面包含複數個相交的經隨機或偽隨機定向之延伸結構，其中針對 該複數個相交延伸結構中之至少大多數之該等結構：各結構沿著該結構之一長度延伸，且具有正交於該長度之一最大橫向尺寸，該長度係該最大橫向尺寸的至少3倍，其中該複數個延伸結構覆蓋一總面積第一主表面的至少10%、或20%、或30%、或40%、或50%。
一第十五實施例係一種顯示器，其包含經設置在該顯示器之一輸出表面上之一聚合膜，該顯示器經組態以可使用一觸控筆電子書寫，該聚合膜具有一第一主表面，該第一主表面係藉由微複製一紙材或一帆布的一表面而形成並經組態以透過該觸控筆提供一觸覺回應，該第一主表面包含複數個相交延伸結構，其中針對該複數個相交延伸結構中之至少大多數之該等結構：各結構沿著該結構之一長度延伸，且具有正交於該長度之一最大橫向尺寸，該長度係該最大橫向尺寸的至少3倍，其中該複數個延伸結構覆蓋一總面積第一主表面的至少10%、或20%、或30%、或40%、或50%。
實例
材料
Figure 108146151-A0202-12-0023-1
Figure 108146151-A0202-12-0024-2
實例1
藉由使用模製程序微複製紙材表面來製備膜。將紙材P1用膠帶向下黏貼至標準浮法玻璃之平坦件。MM1印模材料係以大約3至5mm厚施配在P1之頂部上方。一旦P1被完全覆蓋，允許MM1材料在室溫固化1小時。在1小時之後，藉由從MM1剝離來移除P1。此時，MM1具有紙材結構之負形。接著將MM1材料用膠帶向下黏貼至一片標準浮法玻璃。將樹脂R1散佈在MM1的頂部上方，完全覆蓋該結構。樹脂R1具有大約25微米的厚度。接著將經塗底漆之PET膜置於未固化樹脂的頂部上方，其中經塗底漆側與未固化的R1接觸。UV光源(使用385nm波長LED之Clearstone Technologies的CF2000，可購自Clearstone Technologies Inc.,Hopkins,MN)係打開並固持在樣本的頂部上方，並以100%強度固化達1分鐘。在固化時間結束之後，MM1係自所得膜移除。圖9提供膜之所得結構化表面的影像。
膜之介電常數係根據ASTM D150-18在500kHz使用Novocontrol α型號介電譜儀(由來自德國的Novocontrol Company製造)測量，並判定為2.83。
使用Keyence VHX-600(Osaka,Japan)之複製膜中的若干纖維之長度、寬度、及高度。在下表中提供結果。
Figure 108146151-A0202-12-0025-3
執行使用者研究以針對他們感覺有多接近紙材方面評等四個樣本。將樣本哀悼至Microsoft Surface Pro(Microsoft Corp.Redmond,WA)的前表面。將二密耳之黏著劑(8146-2，可購自3M Company,St.Paul MN)哀悼至樣本背部。將樣本層壓至顯示器的前表面。測試下列樣本：
樣本1：紙材(P1)
樣本2：實例1中所製造之微複製膜
樣本3：防眩光膜(3M防眩光螢幕保護件，用於APPLE IPHONE 5/5S/5C/SE NVAG828762，可購自3M Company,St.Paul MN)
樣本4：無樣本，Microsoft surface Pro之裸螢幕
隨機選定13個人以其等之手指感覺全部四個樣本。要求其等對樣本進行如下之評等：
1.感覺像紙材
2.具有紋理，但感覺不像紙材
3.感覺不像紙材
參與者未使用清潔或洗手或任何準備。在一天的隨機時間內隨機要求其等停下手邊工作及感覺樣本。結果係顯示於下表中。
Figure 108146151-A0202-12-0026-4
於上文中引用的文獻、專利、及專利申請案特此以一致的方式全文以引用方式併入本文中。若併入的文獻與本申請書之間存在不一致性或衝突之部分，應以前述說明中之資訊為準。
除非另外指示，否則對圖式中元件之描述應理解成同樣適用於其他圖式中相對應的元件。雖在本文中是以具體實施例進行說明及描述，但所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解可以各種替代及/或均等實施方案來替換所示及所描述的具體實施例，而不偏離本揭露的範疇。本申請案意欲涵括本文所討論之特定具體實施例的任何調適形式或變化形式。因此，本揭露意圖僅受限於申請專利範圍及其均等者。
100:聚合膜
110:第一主表面
112:延伸結構/結構
112a:結構
112b:結構
113a:局部定向
113b:局部定向
115:交點
116:交點
L:長度
W:平均寬度
θa:角度
θb:角度

Claims (15)

  1. 一種聚合膜，其包含經微複製之一第一主表面，該第一主表面包含複數個經隨機或偽隨機定向之相交延伸結構，其中針對該複數個延伸結構中之至少大多數之該等結構：
    各結構沿著該結構之一長度延伸，沿著橫向於該長度且大致上沿著該第一主表面之一方向具有一平均寬度，且沿著大致上垂直於該第一主表面之一方向具有一平均高度；且
    該結構之該平均寬度係在1至200微米之一範圍內，該結構之該平均高度係在1至200微米之一範圍內，且該長度係該平均寬度的至少3倍。
  2. 如請求項1之聚合膜，其中該平均寬度除以該平均高度係在0.2至10之一範圍內。
  3. 如請求項1之聚合膜，其中該長度係該平均寬度的至少7倍。
  4. 如請求項1之聚合膜，其中該長度係該平均高度的至少7倍。
  5. 如請求項1之聚合膜，其中該複數個延伸結構覆蓋該第一主表面之一總面積的至少20%。
  6. 如請求項1之聚合膜，其中至少該大多數之該等結構中之各結構係無纖維。
  7. 如請求項1之聚合膜，其中至少該大多數之該等結構中之各結構在一橫截面中具有一實質上半球形的形狀。
  8. 一種聚合膜，其包含一一體式層，該一體式層具有結構化之一第一主表面，該第一主表面包含從該聚合膜向外突出之複數個經隨機或偽隨機定向之相交延伸結構，其中針對該複數個延伸結構中之至少大多數之該等結構：
    各結構沿著該結構之一長度延伸，沿著橫向於該長度且大致上沿 著該第一主表面之一方向具有一平均寬度，且沿著大致上垂直於該第一主表面之一方向具有一平均高度；且
    該結構之該平均寬度係在1至200微米之一範圍內，該結構之該平均高度係在1至200微米之一範圍內，且該長度係該平均寬度的至少3倍。
  9. 一種聚合膜，其包含經微複製之一第一主表面，該第一主表面包含複數個經隨機或偽隨機定向之相交延伸結構，其中針對該複數個延伸結構中之至少大多數之該等結構：各結構沿著該結構之一長度延伸，且具有正交於該長度之一最大橫向尺寸，該長度係該最大橫向尺寸的至少3倍。
  10. 如請求項9之聚合膜，其中針對該複數個延伸結構中之至少該大多數之該等結構：各結構沿著橫向於該結構之該長度且大致上沿著該第一主表面之一方向具有一平均寬度，且沿著大致上垂直於該第一主表面之一方向具有一平均高度，該平均寬度及該平均高度各自在1至200微米之一範圍內。
  11. 如請求項1至10中任一項之聚合膜，其中該第一主表面係藉由微複製一紙材之一表面而形成。
  12. 一種顯示器，其包含設置於該顯示器之一輸出表面上之如請求項1至10中任一項之聚合膜，該聚合膜之該第一主表面背對該顯示器之該輸出表面。
  13. 一種製作一聚合膜之方法，該方法包含：
    藉由以一印模材料塗佈一模板層來形成一第一模具，至少部分地固化該印模材料，從該至少部分固化之印模材料移除該模板層，以提供具有一結構化表面之該第一模具；及
    對該第一模具之該結構化表面或對由該第一模具形成之一第二模具之一結構化表面澆鑄並固化一樹脂，其中該模板層係一紙材或一 帆布。
  14. 一種顯示器，其包含經設置在該顯示器之一輸出表面上之一聚合膜，該聚合膜具有一第一主表面，該第一主表面包含複數個相交的經隨機或偽隨機定向之延伸結構，其中針對該複數個相交延伸結構中之至少大多數之該等結構：各結構沿著該結構之一長度延伸，且具有正交於該長度之一最大橫向尺寸，該長度係該最大橫向尺寸的至少3倍，其中該複數個延伸結構覆蓋一總面積第一主表面的至少20%。
  15. 一種顯示器，其包含經設置在該顯示器之一輸出表面上之一聚合膜，該顯示器經組態以可使用一觸控筆電子書寫，該聚合膜具有一第一主表面，該第一主表面係藉由微複製一紙材或一帆布的一表面而形成並經組態以透過該觸控筆提供一觸覺回應，該第一主表面包含複數個相交延伸結構，其中針對該複數個相交延伸結構中之至少大多數之該等結構：各結構沿著該結構之一長度延伸，且具有正交於該長度之一最大橫向尺寸，該長度係該最大橫向尺寸的至少3倍，其中該複數個延伸結構覆蓋一總面積第一主表面的至少20%。
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