TWI463191B - 光控制薄膜 - Google Patents

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TWI463191B
TWI463191B TW097149844A TW97149844A TWI463191B TW I463191 B TWI463191 B TW I463191B TW 097149844 A TW097149844 A TW 097149844A TW 97149844 A TW97149844 A TW 97149844A TW I463191 B TWI463191 B TW I463191B
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Michael E Lauters
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Description

光控制薄膜
本發明大體而言係關於光控制薄膜及併有該光控制薄膜之顯示器。特定言之，本發明係關於具有改良之光傳輸的光控制薄膜。
亦稱作光準直薄膜之光控制薄膜(LCF)為經組態以調節光傳輸的光學薄膜。各種LCF為已知的，且通常包括具有複數個平行凹槽之透光薄膜，其中該等凹槽由吸光材料形成。
可接近顯示器表面、影像表面，或待觀視之其它表面來置放LCF。在正入射角處(亦即，0度視角)(在此處觀視者在垂直於薄膜表面之方向上透過LCF觀看影像)，該影像是看得見的。隨著視角增大，透過LCF之光的量減少直至達到觀視截止角，在該觀視截止角處大體上所有光都被吸光材料阻擋且影像不再是看得見的。此可藉由阻擋在視角之典型範圍之外的其它觀視者之觀察而為觀視者提供隱私。
可藉由在聚碳酸酯基材上對可聚合樹脂進行模製及紫外光固化來製備LCF。該等LCF可自3M公司(St. Paul,MN)購得，商標名稱為"3MTM Filters for Notebook Computers and LCD Monitors(用於筆記型電腦及LCD監視器之3MTM 濾光片)"。
顯示器技術之進步已導致消費者需要的較亮、較高解析度及較具能量效率的顯示器。在為了安全或其他目的而將LCF置於顯示器前面時，會降低顯示器之亮度及解析度。將需要具有不降低顯示器之亮度及解析度的LCF。
在一態樣中，本發明係關於包含光輸入表面及與該光輸入表面相反之光輸出表面的光控制薄膜。該等光控制薄膜進一步包含安置於光輸入表面與光輸出表面之間的交替之透射區域及吸收區域。每一透射區域具有折射率N1，且每一吸收區域具有折射率N2，其中N2-N1不小於-0.005。該等光控制薄膜之連續吸收區域的平均間距為0.070mm或小於0.070mm。入射至光輸入表面之光在垂直於光輸出表面之方向上以65或大於65的最大相對亮度比(RBR)離開光輸出表面，且以45°或小於45°之有效極視角(EPVA)離開光輸出表面。在一些實施例中，吸收區域在其最窄端處可具有12μm或小於12μm之寬度。在一些實施例中，吸收區域在其最窄端處可具有10μm或小於10μm之寬度。在一些實施例中，吸收區域在其最窄端處可具有8μm或小於8μm之寬度。
說明書通篇參考隨附圖式，其中相似參考數字表示相似元件。
本申請案係針對LCF，其具有增大之亮度及透射光之均一性同時維持明確界定之觀視截止角。特定言之，本申請案提供LCF，其具有以下屬性中之一或多者的組合：較小的吸收區域間距、吸收區域之頂面與底面之較小的縱橫比、用以降低或消除全內反射(TIR)之經選擇吸收及透射區域的折射率選擇、波紋出現時之較低的(或甚至經消除 的)偏角、較高的軸上亮度，及吸收區域對透射區域之較小的縱橫比。
降低或消除波紋出現時之偏角可對LCF使用者或安裝者非常重要。舉例而言，LCF通常意欲以0°或90°之偏角工作。亦即，遮板定向通常意欲為水平的(因此提供垂直隱私)或垂直的(因此提供水平隱私)。對於LCF，通常需要某一非零或非垂直偏角以便最小化或消除波紋(可藉由(例如)LCD中之像素間距與LCF之遮板間距之間的干涉而造成該波紋)。例如，可藉由將水平或垂直的LCF薄片轉換至一薄片而消除波紋之出現，該薄片具有藉由以相對於遮板之角度切割該薄片的偏角(亦即，其中遮板既不平行於又不垂直於零件的邊緣)。若不解決，則波紋可造成降低的影像品質。試圖消除波紋可導致藉由切割LCF零件以適應偏角而轉換LCF零件之過程中的大量浪費。
製造本文中所描述之LCF以確保吸收區域吸收儘可能多的入射光。此包括使用吸收媒體(例如，碳黑)，其具有之粒度足夠小以塞滿吸收區域以便允許足夠的吸收以最小化漏光。高度吸收區域最小化漏過此等區域之光的量，且因此控制LCF之方向性及隱私功能。
自本文中所描述之LCF吸收區域反射之入射光亦經最小化以減少可由該等反射產生之偽影像或"雙重"影像。藉由確保吸收區域相對透射區域之折射率經選擇以便最小化反射(特定言之，最小化或消除TIR)而完成此操作。舉例而言，在一些實施例中，吸收區域之折射率N2經選擇以使得相對於透射區域之折射率N1，滿足以下關係：N2-N1-0.005。
LCF可置於觀視者與顯示器之影像平面之間以限制影像 之視角。影像平面可包括在(例如)液晶顯示器(LCD)、圖形顯示器及標誌顯示器中。
如所提及，吸收及透射區域之相對折射率可經選擇以用於本文所描述之LCF。此選擇可導致減少由LCF內之反射所產生之雙重影像。在透射區域之折射率小於吸收區域之折射率的情況下，入射至透射區域與吸收區域之間的界面的光的一些被折射至吸收區域中且被吸收(費涅關係依據入射角及折射率差異來判定有多少被吸收及被反射，其中最高的反射量在所謂掠入角處或在其附近出現)。兩個區域之折射率可基本上"相匹配"以使得吸收區域折射率略微高於(若不等於)透射區域折射率，且基本上消除反射。
雖然併有LCF之顯示器的亮度可在入射光經受源自吸收區域與透射區域之間的界面的TIR時增大，但此可導致如上文所描述之雙重影像。可自相對於界面之入射角及用於透射區域及吸收區域中之材料的折射率的差異而判定光線是否將經受TIR。在吸收區域之折射率不大於透射區域之折射率的情況下，例如，透射區域之折射率比吸光區域之折射率高約0.005以上，TIR可發生。
圖1展示LCF 100之剖面圖，該LCF 100包括光輸出表面120及與該光輸出表面120相反之光輸入表面110。雖然本文中為了參考目的而描述為光輸入表面及光輸出表面，但將認識到，在使用中，本文中所描述之LCF可具有面向觀視者或顯示源之光輸出表面，且光輸入表面可面向顯示源或觀視者。LCF 100包括交替之透射區域130、吸收區域140，及透射區域130與吸收區域140之間的界面150。透射區域130具有底面寬度"W"，以間距"P"彼此分開安置，且 包括吸收區域140與光輸出表面120之間的台肩(land)區域"L"。吸收區域140具有底面145、頂面155、高度"H"，且以間距"P"彼此分開。界面150與光輸出表面120之法線160形成界面角θI 。如本文中所描述，表面之"法線"意謂垂直於表面之主平面，而不考慮表面光滑度之任何區域變化。LCF 100包括由交替之透射區域130及吸收區域140之幾何形狀所界定之內觀視截止角ΦI 。在LCF中，每一透射及吸收區域之間的第一界面形成自垂直於光輸出表面的方向所量測的第一界面角θI 。其中第一界面角θI 為6°或小於6°，較佳地為4°或小於4°。在LCF中，每一透射及吸收區域之間的第二界面形成自垂直於光輸出表面的方向所量測的第二界面角θI 。其中第二界面角θI 為6°或小於6°，較佳地為4°或小於4°。較佳地，第二界面角等於第二界面角。
圖2展示包含至少一微結構化表面210之微結構化薄膜物品200，該微結構化薄膜物品200可用以製造LCF。在一實施例中，微結構化表面210可包括複數個凹槽201a-201d。如圖2中所展示，連續台肩層230可出現在凹槽220之底面與微結構化薄膜物品200之相反表面211之間。凹槽220可交替地一直延伸穿過微結構化薄膜物品200(未展示)。微結構化薄膜物品200亦可包括基底基材層260，該基底基材層260可與微結構化薄膜物品200一體地形成，或獨立添加至微結構化薄膜物品200(無論藉由擠壓、鑄造及固化，還是某一其他方法)。
圖3展示LCF 300，其中已藉由以吸光材料350填充圖2之凹槽201a-201d而致使該等凹槽為吸光的。呈微結構化薄膜200之凹槽201a-201d之形狀的吸光材料350其後被稱作吸收區域140(如圖3以及下列諸圖中所展示)。
圖4展示LCF 400，其進一步包括可為與基底基材層260之材料相同或不同之材料的可選覆蓋薄膜470。光學覆蓋薄膜470或基底基材層260之材料可包括(例如)可購得之聚碳酸酯薄膜。特定聚碳酸酯材料可經選擇以便提供亞光飾面或光亮飾面(glossy finish)。光學覆蓋薄膜470及基底基材層260可任一者或兩者為亞光的或光亮的。四種組合中之任一者涵蓋於本文中。可選覆蓋薄膜470可藉由黏接劑410而結合至微結構化表面。黏接劑410可為任何透光黏接劑，諸如UV-可固化丙烯酸酯黏接劑、轉移黏接劑，或其類似物。LCF 400亦包括光輸入表面110及與該光輸入表面110相反之光輸出表面120，兩者一起界定主平面。此外，應理解，為了描述本文中所呈現之實施例的目的，LCF 400經定位以使得接近吸收區域140之底面145而安置光輸入表面110，然而，亦可接近頂面155，與底面145相反而安置光輸入表面110。換言之，LCF 400可經定位以使得底面145離將光注入至光輸入表面110中之光源(未展示)較近，或其亦可經定位以使得頂面155離光源(未展示)較近。
如圖3及圖4中所展示(及圖1中更特定標註)，吸收區域140之間的透射區域130具有側壁夾角θT 、透射區域底面寬度"W"、有效高度"H"、間距"P"(每一者展示於圖3中)，及極觀視截止角ΦP (展示於圖4中)。對於對稱吸收區域，側壁夾角θT 為圖1中所展示之界面角θI 的兩倍。在一情形中，對於每一界面150，界面角θI 可不同，且對於非對稱吸收區域，側壁夾角θT 等於吸收區域140之每一側上之界面角θI 的和。可藉由將斯奈而定律(Snell's law)應用於界定內觀視截止角ΦI 的光線，使用可選覆蓋薄膜470、黏接劑410、透射區域130、基底基材層260，及LCF 400浸入於之材料(通常為空氣)之折射率而判定極觀視截止角ΦP 。極觀視截止角ΦP 等於極觀視截止半角Φ1 及極觀視截止半角Φ2 之和，其每一者係自光輸入表面110之法線量測得。在一些情形中，極觀視截止角ΦP 可為對稱的，且極觀視截止半角Φ1 等於極觀視截止半角Φ2 。在一些情形中，極觀視截止角ΦP 可為非對稱的，且極觀視截止半角Φ1 不等於極觀視截止半角Φ2 。為了此揭示案之目的，圖4中所展示及沿著所展示方向自光輸入表面110之法線所量測之角度"Φ"在本文中被稱作"極視角"。極視角Φ範圍可為自0°(亦即，垂直於光輸入表面110)至90°(亦即，平行於光輸入表面110)。
在一些實施例中，吸收區域140之頂面155長度與底面145長度之比為0.65或小於0.65，例如，0.60或小於0.60，或甚至0.56或小於0.56。
透射區域130之材料屬性、側壁夾角θT 、間距"P"及透射區域底面寬度"W"可影響穿過LCF 400的光傳輸。LCF可具有相對大的側壁夾角，諸如大於10度或10度以上。較大側壁角增加吸光區域之寬度，藉此降低在正入射時之透射。較小的側壁角係較佳的，諸如小於10度，以使得正入射之光的透射可儘可能得大。
在一些實施例中，本文中所描述之LCF具有不大於6°之側壁夾角。在其他實施例中，側壁夾角不大於5°，諸如達到5°、4°、3°、2°、1°或0.1°。如本文中所描述，側壁夾角可係關於對稱及非對稱吸收區域之界面角。因而，在一態樣中，界面角可為3°，或不大於3°，例如，不大於2.5°、2°、1°或0.1°。較小的側壁角可以較小間距"P"形成具有相對高的縱橫比(H/W)的凹槽，且可在較低視角處提供較明顯的影像截止。在一些情形中，透射區域具有平均高度"H"及其最寬部分處之平均寬度"W"，且H/W為至少1.75。在一些情形中，H/W為至少2.0、2.5、3.0或更大。
可使得本文中所描述之LCF具有任何所要的極觀視截止角。在一態樣中，極觀視截止角在40°至90°範圍內或甚至更大。可如其他處所論述藉由LCF材料之參數"θI "、"H"、"W"、"P"及折射率而判定極觀視截止角ΦP 。
在一些情形中，界定"有效極視角"亦可為有用的，其包括以大於極觀視截止角之角度透射穿過LCF之光。舉例而言，以略微大於內觀視截止角ΦI 之角度照射吸收區域的光可"滲過"吸收區域之最薄的部分(亦即，部分地透射穿過如圖1中所展示之梯形所表示之吸光區域的頂部及底部)。另外，垂直於LCF之平面而行進之光可在有效極視角外散射及偏離。如本文中所使用之有效極視角經定義為相對亮度比降低至5%或小於5%之角度。相對亮度比為如經由LCF所量測之漫射光源的亮度與如在無LCF的情況下所量測之同一漫射光源的亮度的比(經表達為百分比)。在以下實例中進一步描述相對亮度比量測之詳情。
此項技術中亦使用術語"功能極視角"，其亦包括以大於極觀視截止角之角度透射穿過LCF之光。功能極視角經定義為具有LCF之顯示器的亮度降低至具有LCF之顯示器的軸向亮度的小百分比(例如，10%、5%或甚至更少)的角度。然而，該視角定義可視顯示器而定。
LCF中之吸光區域的吸光材料可為用於吸收或阻擋至少在一部分可見光譜中之光的任何合適材料。在一些實施例中，吸光材料可經塗佈或以其他方式提供在透光薄膜中之凹槽或缺口中以形成吸光區域。在其他實施例中，吸光材料可包括黑著色劑，諸如碳黑。碳黑可為微粒碳黑，其具有小於10微米之粒度，例如1微米或更小。在一些實施例中，碳黑可具有小於1微米之平均粒度。在另外實施例中，吸收材料(例如，碳黑、另一顏料或染料，或其組合)可分散於合適黏合劑中。吸光材料亦包括可用以阻擋光透過吸光區域之顆粒或其它散射元件。
可藉由在至少一部分光譜(例如，人可視光譜)上使得透光材料之相對折射率與吸光材料之折射率失配來控制透光區域/吸光區域界面處之反射。在一些情形中，經固化之透射區域的折射率(N1)比經固化之吸光區域的折射率(N2)大，差值小於約0.005。在該等情形中，折射率差值(N2-N1)不小於-0.005，或(N2-N1)大於或等於-0.005。
本文中所描述之LCF包括複數個吸光區域。在一些實施例中，吸光區域可為複數個通道，如本發明中其他處所展示。在一些情形中，LCF可包括諸如美國專利第6,398,370號(Chiu等人)之圖2b中所展示之複數個圓柱體(column)。在一些情形中，本文中所描述之LCF可與亦如美國專利第6,398,370號中所描述之第二LCF組合。在其他實施例中，吸光區域為可將角度相依之透光或阻光能力添加至薄膜的圓柱體、桿(post)、角錐體(pyramid)、圓錐體(cone)及其他結構。
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，及其混合物的第一及第二可聚合組份的組合。如本文中所使用，"單體"或"寡聚物"為可轉換成聚合物的任一物質。術語"(甲基)丙烯酸酯"指代丙烯酸酯化合物及甲基丙烯酸酯化合物。在一些情形中，可聚合組合物可包含(甲基)丙烯酸酯化胺基甲酸酯寡聚物、(甲基)丙烯酸酯化環氧寡聚物、(甲基)丙烯酸酯化聚酯寡聚物、(甲基)丙烯酸酯化酚系寡聚物、(甲基)丙烯酸酯化丙烯酸系寡聚物，及其混合物。可聚合樹脂可為輻射可固化聚合樹脂，諸如UV可固化樹脂。在一些情形中，對本發明之LCF有用之可聚合樹脂組合物可包括可聚合樹脂組合物，諸如美國公開案第2007/0160811號(Gaides等人)中描述之組合物，包括之程度為彼等組合物滿足本文中所描述之指數及吸收特性。
具有微結構之物品(例如，圖2中所展示之微結構化薄膜物品200)可藉由包括以下步驟之方法來製備：(a)製備可聚合組合物；(b)將可聚合組合物以僅足以填充母版之空腔之量沈積於母版負微結構化模製表面上；(c)藉由在預成型基底與母版之間移動可聚合組合物之珠粒來填充空腔，預成型基底與母版中之至少一者為可撓性的；及(d)固化該組合物。沈積溫度可在周圍溫度至約180℉(82℃)範圍內。母版可為(諸如)鎳、鍍鉻或鍍鎳銅或黃銅之金屬的，或可為在聚合條件下穩定且具有一允許自該母版徹底移除聚合材料之表面能的熱塑性材料。基底薄膜之一或多個表面視情況可經底塗或另外經處理以促進光學層黏附至基底上。
本文中所描述之可聚合樹脂組合物適合用於製造包括(例如)亮度增強薄膜及其類似物之其他透光及/或微結構化物品。本文中所用之術語"微結構"如美國專利第4,576,850號(Martens)中所界定及解釋。微結構通常為(諸如)物品之表面上之突出物及缺口的不連續體，該等不連續體在剖面上自穿過該微結構繪製之平均中心線偏離，以使得由該中心線上方之表面剖面包圍的面積總和等於該線之下方的面積的總和，該線基本上平行於物品之標稱表面(承載微結構)。在該表面之代表特徵長度(例如，1cm至30cm)上，偏差之高度通常將為約+/-0.005至+/-750微米，如由光學或電子顯微鏡所量測。平均中心線可為平的、凹的、凸的、非球面的，或其組合。在偏差為(例如)自+/-0.005、+/-0.1或+/-0.05微米之低級別偏差，且偏差是不常見的或具有最小發生頻率，亦即，表面沒有任何顯著不連續體的情況下，可認為該等物品具有基本上"平坦"或"平滑"表面。其它物品具有(例如)自+/-0.1至+/-750微米之高級別的偏差，且可歸因於包含複數個相同或不同且以隨機或有序之方式間隔開或連續的實用不連續體之微結構。
基底材料之化學組合物及厚度可視正建構之產品的要求而定。亦即，權衡對強度、透明度、阻光性、耐溫性、表面能、對光學層之黏著性之需要。在一些情形中，基底層之厚度可為至少約0.025毫米(mm)且可為約0.1mm至約0.5mm。
有用之基底材料包括：(例如)苯乙烯-丙烯腈、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、三乙酸纖維素、聚醚碸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚胺基甲酸酯、聚酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚萘二甲酸乙二酯、以萘二甲酸為主之共聚物或摻合物、以聚烯烴為主之材料(諸如聚乙烯、聚丙烯，及聚環烯烴之鑄製或定向薄膜)、聚醯亞胺，及玻璃。基底材料視情況可含有此等材料之混合物或組合。在一情形中，基底可為多層或可含有一懸浮於或分散於連續相中之分散組份。
在一態樣中，基底材料之實例包括聚對苯二甲酸乙二(醇)酯(PET)及聚碳酸酯(PC)。有用之PET薄膜之實例包括相片級聚對苯二甲酸乙二(醇)酯，其可自DuPont Films(Wilmington,Delaware)購得，商標名稱為"Melinex 618"。光學級聚碳酸酯薄膜之實例包括可自GE Polymershapes(Seattle,WA)購得之LEXAN聚碳酸酯薄膜8010及可自Teijin Kasei(Alpharetta,GA)購得之Panlite 1151。
一些基底材料可為光活性的且可充當偏光材料。多種基底(在本文中亦稱作薄膜或基材)在光學產品技術中已知適用作偏光材料。可(例如)藉由將二向色偏振器包含於選擇性吸收通過光之薄膜材料中來完成對通過薄膜之光的偏振。光偏振亦可藉由包括無機材料(諸如對準雲母片)或藉由分散於連續薄膜內之非連續相(諸如分散於連續薄膜內之光調變性液晶滴)來達成。作為一替代，薄膜可由不同材料之微細層來製備。可(例如)藉由使用諸如拉伸膜、施加電場或磁場及塗佈技術之方法來將薄膜內之偏光材料對準成偏光取向。
偏光薄膜之實例包括美國專利第5,825,543號(Ouderkirk等人)；美國專利第5,783,120號(Ouderkirk等人)；美國專利第5,882,774號(Jonza等人)；美國專利第5,612,820號(Shrenk等人)及美國專利第5,486,949號(Shrenk等人)中所描述之彼等偏光薄膜。結合稜鏡亮度增強薄膜之此等偏光器薄膜的用途已描述(例如)於美國專利第6,111,696號(Allen等人)及美國專利第5,828,488號(Ouderkirk等人)中。可購得之薄膜為多層反射偏光器薄膜，諸如可自3M公司購得之VikuitiTM 雙亮度增強薄膜"DBEF"。
本文中所羅列之基底材料並非排他性的，且如將由熟習此項技術者瞭解，其它偏光及非偏光薄膜亦可用作本發明之光學產品的基底。此等基底材料可與任一數目的其它薄膜(包括例如偏光薄膜)組合以形成多層結構。特定基底之厚度亦可視光學產品之所要屬性而定。
圖5展示根據本發明之一例示性態樣之背光顯示器500的透視圖。背光顯示器500包括LCF 530，該LCF 530界定離開LCF 530之輸出表面590之光的極觀視截止角ΦP 。極觀視截止角ΦP 包括自光輸出表面590之法線580所量測之極觀視截止半角Φ1 及極觀視截止半角Φ2 ，如其他處所描述。LCF 530包括如其他處所描述之透射區域540及吸收區域550。背光顯示器500包括光源510，該光源510經組態以發射光穿過可選稜鏡薄膜560；接著穿過影像平面520(諸如LCD面板)；及最終穿過LCF 530，且至觀視者595上。背光顯示器500可進一步包括可選覆蓋層570，該可選覆蓋層可提供(例如)抗眩光塗層、抗反射塗層、抗汙損性塗層或其某一組合。亮度為最大值時之視角可視極觀視截止角是否關於法線580為對稱的還是非對稱的而定，如其他處所描述。在一態樣中，背光顯示器500之亮度沿著法線580可為最大的(被稱作"軸向亮度")，且隨著視角增大而減小。對於非對稱極觀視截止角，最大亮度可能與法線580不一致。
如全文所描述，本文中所描述之LCF提供觀視截止角，該等觀視截止角可在垂直於吸收區域之方向的方向上提供隱私功能性。此在隱私應用中可為有益的，並且(例如)在電漿顯示面板之對比增強中及汽車應用之抗反射屬性中可為有用的。特定言之，許多汽車儀錶面板提供發光顯示器，例如，液晶顯示器(LCD)。然而，來自該等顯示器之光反射離開前擋風玻璃，從而轉移或阻礙駕駛員或乘客的觀視。本文中所描述之一些LCF可藉由截止垂直導向之光而減輕該種前擋風玻璃反射。
在某一情形中，允許在平行於吸收區域之方向的方向上觀察到較多的光係有益的。舉例而言，在以上所描述之汽車應用中，為駕駛員及乘客讀取顯示面板提供最大亮度同時限制自前擋風玻璃反射之光的量可係有益的。在本發明之一些實施例中，本文中所描述之LCF允許較多光在遮板方向(遮板方向意謂該方向平行於吸收區域之方向，不管在安裝過程中此表示垂直方向還是水平方向)上透射穿過LCF。此可表達為在平行於遮板(吸收區域)之方向上，在離法線±20°之範圍內所量測之最小RBR值(在下文中被稱作MB20)。在本文中所描述之LCF的一些實施例中，LCF之MB20為60或大於60，例如，62或大於62，甚至64或大於64。
本發明不應被視為限於本文中所描述之特定實例，而應理解為涵蓋如附加申請專利範圍中完全闡述之本發明之所有態樣。在回顧本說明書後，本發明可適用之各種修改、等效方法以及許多結構對於熟習本發明所針對之技術者將顯而易見。可藉由考慮經由後續之模型化結果及實例所展示之實施例而較好地理解以上描述。
實例 固化樹脂之折射率判定
本文中所描述之透射材料樹脂係經獨立混合且使用精確實驗室泄降塗佈機(由ChemInstruments製造)在0.008吋(0.20mm)PC薄膜與未經底塗之0.005吋PET薄膜之間塗佈成近似50μm之厚度。使用UV輻射(一遍、每分鐘25呎、以兩個Fusion D燈泡進行單側曝光)來固化所得積層，且移除PET覆蓋板。使用Metricon型號2010稜鏡耦合器系統(Metricon Model 2010 Prism Coupler System)(Metricon Corp,Pennington NJ)以633nm波長來量測光聚合樹脂之折射率。歸因於吸收材料樹脂中之碳黑的存在，此方法不能用於彼等混合物。
以512nm波長根據個別組份中之每一者之公開的折射率值判定每一經計算之樹脂的折射率。使用線性混合規則。歸因於碳黑之添加的折射率增大對於每次添加至每一混合物1重量%碳黑為0.009。
微結構化薄膜之製備
藉由在0.007吋(0.178mm)聚碳酸酯(PC)薄膜上對含有94重量%的Photomer 6010(可自Cincinnati OH,Cognis購得之脂肪族胺基甲酸酯二丙烯酸酯)、5重量%的SR-285(可自Exton PA,Sartomer購得之丙烯酸四氫糠酯)及1重量%的Darocur 1173(可自Tarrytown NY,Ciba Specialty Chemicals 購得之光引發劑)的樹脂混合物進行模製及紫外光(UV)固化而製造微結構化薄膜，以提供具有折射率1.498的固化樹脂。對於此等結構化薄膜，將圓柱形金屬卷筒(在其外表面切割有精細之通道)用作模具。首先將樹脂混合物塗佈至PC基材薄膜上，且接著將其牢固壓抵住金屬卷筒以便完全填充模具。在聚合後，將結構化薄膜自模具上移除。固化樹脂中之所得結構為一系列均勻間隔之通道，每一通道具有一標稱梯形剖面。固化樹脂通道為約48微米寬(於其最窄處)、約148微米深，及以約64微米間距隔開。側壁夾角θT 為約3.6°。圖2為該微結構化薄膜之代表。
光準直薄膜之製備
藉由以含吸收材料的樹脂填充微結構化薄膜之透明通道之間的間隙來製造光準直薄膜。含吸收材料之樹脂混合物含有67重量%的Photomer 6210(可自Cognis購得之脂肪族胺基甲酸酯二丙烯酸酯)、20重量%的9B385(可自Doylestown PA,Penn Color購得之碳黑UV可固化糊狀物)及10重量%的SR285。含吸收材料之樹脂亦含有各為1%的Irgaucre 369、Irgacure 819及Darocur 1173，其每一者為可自Ciba Specialty Chemicals(Tarrytown NY)購得之光引發劑。將過量的含有碳黑之樹脂自透明通道之表面上擦除。樹脂混合物具有經計算之折射率1.514。接著使用UV輻射來固化已填充碳黑之通道，從而導致類似於圖3中所展示之薄膜的光準直薄膜。使用透光UV-可固化丙烯酸酯黏接劑而將每一光準直薄膜層壓成0.007吋(0.178mm)PC覆蓋板薄膜。圖4為該光準直薄膜之代表。
如上文所描述製備具有以下幾何屬性的實例薄膜1及比較實例薄膜A:
相對亮度比量測
使用Eldim 80錐光鏡(法國，Eldim Corp.)來量測薄膜之相對亮度比(RBR)。將LCF置放於擴散透射性中空燈光箱之頂部。量測具有LCF之燈光箱的光亮度(cd/m2 )(亮度)分布，且將此值與在沒有LCF的情況下所獲得之值的比在本文中報告為RBR。
燈光箱之擴散透射可描述為朗伯(Lambertian)。燈光箱為由約6mm厚之聚四氟乙烯(PTFE)擴散板製成之尺寸為約12.5cm×12.5cm×11.5cm(L×W×H)的六面中空立方體。選擇該箱之一面作為樣品表面。中空燈光箱具有在樣本表面處量測的約0.83之擴散反射率(例如，約83%，在400-700nm波長範圍內平均化)。在RBR測試期間，將該箱經由箱底部(與樣品表面相對，光自內部引導至樣品表面)之約1cm圓孔自內部照明。使用附接至用於引導光之光學纖維束之穩定寬頻白熾光源提供照明(獲自Schott-Fostec LLC,Marlborough MA及Auburn,NY的具有1cm直徑延長纖維束之Fostec DCR-II)。
將Eldim 80錐光鏡(法國，Eldim Corp.)用以量測漫射光源在具有及沒有LCF之兩種情況下的光亮度(亮度)分布。來自此等量測之結果展示於表2處。軸向亮度(AB)為垂直於LCF之表面所量測之亮度。結果以圖形展示於圖6中。在圖6中，GC指代漫透射中空燈光箱；GC+ALCF高T%光澤指代使光亮側面朝向偵測器(且因而朝向觀視者)定向之實例薄膜1；GC+ALCF高T%亞光指代使亞光側面朝向偵測器定向之實例薄膜1；GC+ALCF光澤指代使光亮側面朝向偵測器之比較實例薄膜A；且GC+ALCF亞光指代使亞光側面朝向偵測器之比較實例薄膜A。AB在下文亦經報告為如藉由面向偵測器之LCF的每一光亮側面(因此模擬面向觀視者的光亮側面)及藉由面向偵測器之LCF的亞光側面而量測的RBR。在LCF構造中，其結果展示於表2中，基底基材層260(參看圖4)為光亮側面，且覆蓋薄膜470為亞光側面。垂直於遮板方向(垂直於吸收區域)所量測之角度的RBR值展示於圖7中。在平行於遮板之方向上所量測之角度的RBR值展示於圖8中。在下文中亦報告有效極視角(EPVA)，其被定義為RBR為5%或小於5%時之角度。對於大於EPVA之絕對角度值，RBR亦為5%或小於5%。如可自下表中看出，實例薄膜1提供較高的軸上RBR，而同時提供大體上等效的EPVA。
表2中亦包括自圖8中所展示之資料所導出之如上文所描述的MB20。以類似於EPVA資料之方式而採取該等資料，不同在於沿著相對於EPVA量測之垂直軸線採取資料。
亦量測波紋出現時的偏角。在具有各種像素間距之若干不同顯示器上使用LCF，藉由對波紋圖案之定性人類觀察而進行此量測。將LCF置於顯示器上且自0°偏角旋轉至波紋效應不再可見之偏角。隨著LCF自0°偏角旋轉至波紋消失之偏角，波紋干涉之嚴重性變化，但超出此角度，則觀察不到波紋。結果在下文展示於表3中。
除非另外指示，否則說明書及申請專利範圍中所使用之表達特徵大小、量及實體屬性之所有數字應理解為由術語"約"修飾。因此，除非有相反指示，否則前述說明書及隨附申請專利範圍中所闡述之數字參數為可視由熟習此項技術者利用本文中所揭示之教示來設法獲得之所要屬性而變化的近似值。
儘管已在本文中說明及描述了特定實施例，但一般熟習此項技術者將瞭解，在不脫離本揭示案之範疇的情況下可用多種替代及/或等效實施來代替所展示及描述之特定實施例。本申請案意欲涵蓋本文中所論述之特定實施例之任何調適或變化。因此，意欲僅由申請專利範圍及其等效物來限制本揭示案。
100．．．光控制薄膜(LCF)
110．．．光輸入表面
120．．．光輸出表面
130．．．透射區域
140．．．吸收區域
145．．．底面
150．．．界面
155．．．頂面
160．．．法線
200．．．微結構化薄膜物品/微結構化薄膜
201a．．．凹槽
201b．．．凹槽
201c．．．凹槽
201d．．．凹槽
210．．．微結構化表面
211．．．微結構化薄膜物品之相反表面
220．．．凹槽
230．．．台肩層
260．．．基底基材層
300．．．LCF
350．．．吸光材料
400．．．LCF
410．．．黏接劑
470．．．覆蓋薄膜
500．．．背光顯示器
510．．．光源
520．．．影像平面
530．．．LCF
540．．．透射區域
550．．．吸收區域
560．．．稜鏡薄膜
570．．．覆蓋層
580．．．法線
590．．．光輸出表面/輸出表面
595．．．觀視者
H．．．高度/有效高度
L．．．台肩區域
P．．．間距
W．．．透射區域底面寬度
θI ．．．界面角
θT ．．．側壁夾角
Φ．．．極視角
Φ1 ．．．極觀視截止半角
Φ2 ．．．極觀視截止半角
ΦI ．．．內觀視截止角
ΦP ．．．極觀視截止角
圖1為LCF之剖面圖；
圖2為微結構化薄膜物品之透視圖；
圖3為LCF之透視圖。
圖4為LCF之透視圖。
圖5為背光顯示器之透視簡圖。
圖6為各種LCF薄膜之亮度及定向的曲線圖。
圖7為各種LCF之RBR對水平視角的曲線圖。
圖8為各種LCF之RBR對垂直視角的曲線圖。
圖式未必按比例繪製。圖中所使用之相同數字指代相同組件。然而，將理解，在給定圖中使用數字來指代組件並不意欲限制另一圖中以同一數字標註之組件。
(無元件符號說明)

Claims (18)

  1. 一種光控制薄膜，其包含：一光輸入表面及一與該光輸入表面相反之光輸出表面；安置於該光輸入表面及該光輸出表面之間的交替之透射區域及吸收區域，每一透射區域具有一折射率N1，且每一吸收區域具有一折射率N2，其中N2-N1不小於-0.005；其中連續之吸收區域的平均間距為0.070mm或小於0.070mm；及其中入射至該光輸入表面之光在一垂直於該光輸出表面之方向上以65或大於65的一最大相對亮度比(RBR)離開該光輸出表面，且以45°或小於45°之一有效極視角(EPVA)離開該光輸出表面。
  2. 如請求項1之光控制薄膜，其中該有效極視角(EPVA)為40°或小於40°。
  3. 如請求項1之光控制薄膜，其中該有效極視角(EPVA)為35°或小於35°。
  4. 如請求項1之光控制薄膜，其中折射率N2等於折射率N1。
  5. 如請求項1之光控制薄膜，其中折射率N2-折射率N1係在-0.005與0.02之間。
  6. 如請求項1之光控制薄膜，其中每一吸收區域包含一選自一顏料、一染料，或其一組合之吸光材料。
  7. 如請求項6之光控制薄膜，其中該吸光材料為一碳黑顏料。
  8. 如請求項1之光控制薄膜，其中該等透射區域及該等吸收區域中之每一者包含輻射固化的(甲基)丙烯酸酯聚合物。
  9. 如請求項1之光控制薄膜，其中每一透射及吸收區域之間的第一界面形成一自一垂直於該薄膜之平面的方向所量測的第一界面角θI 。其中第一界面角θI 為6°或小於6°。
  10. 如請求項9之光控制薄膜，其中第一界面角θI 為4°或小於4°。
  11. 如請求項9之光控制薄膜，其中每一透射及吸收區域之間的第二界面形成一自一垂直於該薄膜之該平面的方向所量測的第二界面角θI 。其中該第二界面角θI 為6°或小於6°。
  12. 如請求項11之光控制薄膜，其中第二界面角θI 為4°或小於4°。
  13. 如請求項11之光控制薄膜，其中第一界面角θI 等於第二界面角θI 。
  14. 如請求項1之光控制薄膜，其在其最窄端處具有一為12μm或小於12μm之吸收區域寬度。
  15. 如請求項1之光控制薄膜，其在其最窄端處具有一為10μm或小於10μm之吸收區域寬度。
  16. 如請求項1之光控制薄膜，其在其最窄端處具有一為8μm或小於8μm之吸收區域寬度。
  17. 如請求項1之光控制薄膜，其連續之吸收區域的平均間距為0.065mm或小於0.065mm。
  18. 如請求項1之光控制薄膜，其具有一為60或大於60之在平行於遮板(吸收區域)之方向上，在離法線±20°之範圍內所量測之最小相對亮度比值(RBR)(MB20)。
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