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专利名称：防止光学耦合的光学膜的制作方法
技术领域：
本发明整体涉及包括低折射率光学膜的光学构造和显示系统，所述低折射率光学膜用于防止由空气间隙分隔开的两层或两个组件之间的光学损耗或不利光学耦合。
背景技术：
液晶显示系统通常包括多个层，例如一个或多个漫射器层、用于偏转光的一个或多个棱柱层、以及一个或多个反射型和/或吸收型偏振器层。这些膜中的至少一些彼此由空气间隙分隔开。当两个此类膜彼此进行直接接触时，光可在两个膜之间的接触位置处进行光学耦合。光学耦合常常在显示器中导致不利的明显可见的亮点或条纹。

发明内容
一般来讲，本发明涉及光学构造和显示系统。在一个实施例中，光学构造包括彼此面对且由空气间隙分隔开的第一和第二主表面。第一和第二表面易于在空气间隙中的第一位置处彼此直接接触。光学构造包括设置在第一位置处的光学膜。光学膜防止第一和第二主表面在第一位置处彼此接触。光学膜具有不大于约1. 3的有效折射率。在一些情况下， 光学膜包括粘结剂、多个颗�：投喔龌チ障�。在一些情况下，光学膜具有不大于约1. 2、或不大于约1. 1的有效折射率。在另一个实施例中，光学组件包括第一光学层和光学构造，所述光学构造包括第二光学层和设置在第一和第二光学层之间的光学膜。光学膜具有不大于约1. 3的有效折射率。光学构造中每两个相邻主表面的相当大一部分彼此直接接触。光学组件还包括设置在第一光学层和光学构造之间的空气间隙。当第一光学层与光学膜进行直接接触时，第一和第二光学层之间不发生光学耦合。在一些情况下，第一和第二光学层中的至少一者为棱柱光偏转层或反射型偏振器层。在一些情况下，光学膜包括粘结剂、多个颗粒和多个互连空隙。在一些情况下，光学膜具有不大于约1. 2、或不大于约1. 1的有效折射率。在一些情况下，光学膜具有不大于约的光学雾度。在一些情况下，光学构造中每两个相邻主表面的至少50 %、或至少70 %、或至少90 %彼此直接接触。在一些情况下，光学膜涂布在第二光学层上。在一些情况下，光学膜具有不小于约1微米的最小厚度。在另一个实施例中，显示系统包括光源、从光源接收光的液晶面板、设置在液晶面板和光源之间的第一主表面、设置在第一主表面和光源之间的第二主表面、分隔第一和第二主表面的空气间隙、以及设置在第一和第二主表面之间的光学膜。光学膜防止两个主表面彼此直接接触。光学膜包括粘结剂、多个颗�：投喔龌チ障�。在一些情况下，第一和第二主表面中的至少一者为棱柱光偏转层或反射型偏振器层的主表面。在一些情况下，光学膜不小于约1微米的厚度。在另一个实施例中，光源包括光导、沿光导的端面设置的一个或多个灯、以及设置在光导的至少一部分上的光学膜。当光导与物体进行直接接触时，光学膜防止光学损耗。光学膜具有不小于约1微米的厚度和不大于约1. 3的有效折射率。在一些情况下，光学膜具有不大于约1. 2的有效折射率。在一些情况下，光学膜包括多个颗�：头稚⒂诘谝唤橹手械亩喔隹障�。光学膜的有效折射率小于第一介质的折射率。


结合附图对本发明的各种实施例所做的以下详细描述将有利于更完整地理解和领会本发明，其中图1为光学构造的示意性侧视图；图2为光学组件的示意性侧视图；图3为显示系统的示意性侧视图；图4为图案化光学膜的示意性侧视图；并且图5为光源的示意性俯视图。在说明书中，多个附图中使用的相同附图标号是指具有相同或类似特性和功能的相同或类似元件。
具体实施例方式本发明整体涉及包括低折射率光学膜的光学构造和显示系统，所述低折射率光学膜用于防止由空气间隙分隔开但易于彼此直接接触的两层之间的光学耦合。本发明还涉及包括低折射率光学膜的光学组件，所述低折射率光学膜用于防止可导致光学损耗的直接接触。由于一些本发明所公开的光学膜包括多个空隙，因此其支持全内反射(TIR)或增强内反射(EIR)。当在光学透明无孔介质中传播的光入射到具有高孔隙度的层上时，入射光在倾斜角度处的反射率比在垂直入射角度处的反射率高得多。就无雾度或低雾度多孔膜而言，在大于临界角的倾斜角度处的反射率接近约100%。在此类情况下，入射光发生全内反射(TIR)。就高雾度多孔膜而言，尽管光不会发生TIR，但类似入射角度范围内的倾斜角度反射率可以接近100%。高雾度膜的这种增强反射率类似于TIR，被称为增强内反射(EIR)。如本文所用，所谓多孔(或有空隙的)光学膜增强内反射(EIR)，是指与无空隙的膜或层叠膜相比，有空隙的膜或层叠膜的多孔和无孔层边界处的反射率较大。一些本发明所公开的光学膜包括分散于粘结剂中的多个足够小空隙并且具有显著降低的有效折射率。本发明所公开的光学膜中的空隙具有折射率^和电容率εν，其中 ην2= ε ν，粘结剂具有折射率nb和电容率￡b，其中nb2= ε b。通常，光学膜与光的相互作用 (如光入射到光学膜上或在其中传播)取决于多种膜特性，例如膜厚度、粘结剂折射率、空隙或孔的折射率、孔的形状和大小、孔的空间分布和光的波长。在一些情况下，入射到光学膜上或在其中传播的光“识别”或“感受”有效折射率，所述有效折射率可以空隙折射率nv、 粘结剂折射率nb、以及空隙孔隙度或体积分数“f”来表示。在此类情况下，光学膜足够厚并且空隙足够�。允沟霉馕薹ǚ直娴ジ隹障痘蚋衾肟障兜男巫春吞卣�。在此类情况下，至少大部分空隙(如至少60%或70%或80%或90%的空隙)的尺寸不大于约λ/5，或不大于约λ/6，或不大于约λ/8，或不大于约λ/10，或不大于约λ/20，其中λ为光的波长。在一些情况下，入射到本发明所公开的光学膜上的光是可见光，即光的波长在电磁光谱的可见区内。在此类情况下，可见光的波长在约380nm至约750nm，或约400nm至约 700nm，或约420nm至约680nm范围内。在此类情况下，如果空隙中的至少大部分(例如空隙中的至少60%或70%或80%或90% )的尺寸不大于约70nm、或不大于约60nm、或不大于约50nm、或不大于约40nm、或不大于约30nm、或不大于约20nm、或不大于约10nm，则该光学膜具有有效折射率并包括多个空隙。在一些情况下，本发明所公开的光学膜要足够厚，从而使光学膜可以合理地具有可以用空隙和粘结剂的折射率以及空隙或孔体积分数或孔隙度表示的有效折射率。在此类情况下，光学膜的厚度不小于约lOOnm、或不小于约200nm、或不小于约500nm、或不小于约 700nm、或不小于约1，OOOnm。当本发明所公开的光学膜中的空隙足够�。⑶夜庋ぷ愎缓袷保庋ぞ哂锌梢杂孟率奖硎镜挠行У缛萋�、ff:eeff = f ev+(l"f) eb ⑴在此类情况下，光学膜的有效折射率nrff可以表示为neff2 = fnv2+(l-f)nb2 (2)在一些情况下，例如当孔与粘结剂的折射率差值足够小时，光学膜的有效折射率可以大致表示为neff = fnv+(l-f)nb (3)在此类情况下，光学膜的有效折射率为空隙和粘结剂的折射率的体积加权平均数。例如，空隙体积分数为约50%、粘结剂折射率为约1. 5的光学膜具有约1. 25的有效折射率。图1为光学构造100的示意性侧视图，所述光学构造100包括与相邻的第二主表面120通过空气间隙130分隔开的第一主表面110。主表面110和120易于在空气间隙中彼此直接接触。例如，两个主表面可因与第一主表面110相关的层的尺寸、重量、或卷曲而彼此直接接触。具体地讲，两个主表面易于在空气间隙中的一个或多个位置(例如间隙内的位置“X”)处彼此直接接触。光学构造100包括设置在空气间隙130中第二主表面120 上的位置“X”处的光学膜140。在一些情况下，光学膜可设置在第一主表面110上的位置“X”处。在一些情况下，一个光学膜可设置在第一主表面110上的位置“X”处并且另一个光学膜可设置在第二主表面120上的相同位置“X”处。光学膜140防止第一和第二主表面在第一位置“X”处彼此直接接触。如本文所用，两个主表面之间的“直接接触”是指两个主表面在接触点处之间的距离小于大约光的波长。例如，如果两个主表面之间的距离小于约0.7 微米、或小于约0. 6微米、或小于约0. 5微米、或小于约0. 4微米、或小于约0. 3微米，则两个主表面彼此直接接触。对于小于光的约一个波长的间距而言，光在两个主表面中的一者处发生全内反射(TIR)，从而可消除两个表面上的光学耦合。在一些情况下，可将光学膜140涂布或层合至主表面120。在一些情况下，光学膜 140具有足够低的折射率以使其可支持或保持第二主表面120处的TIR。例如，在此类情况下，光学膜的折射率不大于约1. 35、或不大于约1. 3、或不大于约1. 25、或不大于约1. 2、或不大于约1. 15、或不大于约1. 1。光学膜140可为具有足够低的折射率的任何光学膜，例如标题为“OPTICAL FILM”(光学膜)的代理人档案号为65062US002的共同未决的美国临时专利申请号 61/169466中所述的那些，该临时专利申请和本专利申请同一日提交，其公开内容全文以引用方式并入本文。在一些情况下，光学膜140包括粘结剂、多个颗�：投喔龌チ障�。膜孔隙度或光学膜中的多个互连空隙的体积分数不小于约20%、或不小于约30%、或不小于约40%、或不小于约50%、或不小于约60%、或不小于约70%、或不小于约80%。粘结剂与多个互连空隙的重量比不小于约1 1、或不小于约1.5 1、或不小于约2 1、或不小于约2. 5 1、 或不小于约3 1、或不小于约3. 5 1、或不小于约4 1。在一些情况下，光学膜具有显著低的光学雾度。例如，在此类情况下，光学膜的光学雾度不大于约10%、或不大于约7%、 或不大于约5%、或不大于约3%、或不大于约2%、或不大于约1. 5%、或不大于约1%。在一些情况下，光学膜中的颗�？晌笾虑蛐蔚�。在一些情况下，颗�？晌赋さ�。在一些情况下，光学膜140为多孔的并且具有高的光学雾度，同时其可保持或支持第二主表面120处的TIR。例如，在此类情况下，光学膜140的光学雾度不小于约30%、 或不小于约40%、或不小于约70%、或不小于约80%、或不小于约90%、或不小于约95%。图2为光学组件200的示意性侧视图，所述光学组件200包括液晶面板260、第一光学层210、以及与第一光学层通过空气间隙240分隔开的光学构造250。光学构造250包括第二光学层220和设置在第二光学层上的光学膜230。空气间隙240将光学膜与第一光学层分隔开。当第一光学层210与光学膜230进行直接接触时，第一光学层210和第二光学层 220之间不发生或发生极少光学耦合。光学构造250中每两个相邻层的相邻主表面的相当大一部分彼此直接接触。例如，光学构造250中各个相邻层230和220的相邻主表面235和225的相当大一部分彼此直接接触。例如，两个相邻主表面的至少50 %，或至少60 %，或至少70 %，或至少80 %，或至少90%，或至少95%彼此直接接触。在一些情况下，光学膜230涂布在第二光学层220 的表面225上。通常，光学构造250中每两个相邻层的相邻主表面(彼此面对或彼此相邻的主表面)的相当大一部分彼此直接接触。例如，在一些情况下，可在光学膜230和第二光学层220之间设置一个或多个附加层，但图2中未明确示出。在此类情况下，光学构造250中每两个相邻层的相邻主表面的相当大一部分彼此直接接触。在此类情况下，光学构造中每两个相邻层的相邻主表面的至少50 %，或至少60 %，或至少70 %，或至少80 %，或至少90 %， 或至少95%彼此直接接触。在一些情况下，光学膜230具有显著降低的有效折射率。例如，在此类情况下，光学膜的折射率不大于约1. 3、或不大于约1. 25、或不大于约1. 2、或不大于约1. 15、或不大于约 1. 1。光学膜230可具有可在应用中需要的任何光学雾度。例如，在一些情况下，光学膜 230的光学雾度可不大于约2 %、或不大于约1.5%、或不大于约1 %。又如，在一些情况下， 光学膜230的光学雾度可不小于约30%、或不小于约40%、或不小于约50%、或不小于约 60%、或不小于约70%、或不小于约80%、或不小于约90%、或不小于约95%。一般来讲，第一和第二光学层210和220可为可在光学组件200中需要的任何光学层。例如，在一些情况下，第一和第二光学层中的至少一者可为棱柱光偏转层、增亮膜、或反射型偏振器层。光学膜230可为本文所公开的任何光学膜。例如，光学膜230可类似于光学膜140。在一些情况下，例如当光学膜230防止第一和第二光学层之间的任何光学耦合时，光学膜的厚度不小于约1微米、或不小于约1. 2微米、或不小于约1. 4微米、或不小于约 1. 6微米、或不小于约1. 8微米、或不小于约2微米。图3为显示系统2200的示意性侧视图，所述显示系统2200包括发射光2212的光源2210、接收所发射光的光学构造2270、设置在光学构造上并且具有面向光学构造的平坦底部主表面2255的光学层2250、以及设置在光学层上的液晶面板2260。空气间隙2240设置在光学层2250和光学构造2270之间并且分隔光学层2250和光学构造2270。光学构造2270包括具有结构化主表面2225的结构化层2220和涂布在结构化主表面上的光学膜2230。结构化主表面2225包括多个各自具有峰2224的结构2222。结构2222被设计为全内反射结构化层2220从光源接收的某些光线。例如，入射到结构化主表面2225上峰附近的光线2214通过结构2222进行全内反射。若不存在光学膜2230，则当平坦主表面2255直接接触光学构造时，光线2214的至少一部分可透射至或光学耦合至光学层2250，从而导致结构化层2220的峰附近的光学透射增加。这种局部增加的透射通常称为光学耦合或浸透并且可导致观察者2295在液晶面板2260的整个显示表面区域上观察到光强度的明显可见和不利变化。若不存在光学膜2230，则光学耦合或浸透通常发生在结构化主表面2225的峰直接接触相邻光学层2250的位置处。光学膜2230为足够厚的，以便防止结构化主表面2225与平坦表面2255进行直接接触。例如，光学膜2230在结构化主表面的峰(层2250和2220易于彼此直接接触的位置)处的厚度、不小于约0. 7 微米、或不小于约1微米、或不小于约1. 1微米、或不小于约1. 2微米、或不小于约1. 3微米、 或不小于约1. 4微米、或不小于约1. 5微米、或不小于约1. 7微米、或不小于约2微米。在一些情况下，光学膜2230的光学雾度不大于约5%、或不大于约4%、或不大于约3%、或不大于约2%、或不大于约1%。光学膜2230可为本文所公开的任何光学膜。例如，光学膜2230可类似于光学膜 140 或 230。
在一些情况下，光学膜2230包括多个颗�：头稚⒂诘谝唤橹手械亩喔隹障�。颗�：涂障段愎恍〉囊员悴行д凵渎蔍^ff小于第一介质的折射率nb的有效介质，其中有效介质包括空隙、颗粒、和第一介质。光学膜的有效折射率nrff为足够低的，以使得光线 2214在结构化主表面2225处发生TIR。例如，在此类情况下，nrff不大于约1. 3、或不大于约1. 25、或不大于约1. 2、或不大于约1. 15、或不大于约1. 1。结构化层2220可为可在应用中需要的任何结构化层。例如，在一些情况下，结构化层可为增亮膜。又如，在一些情况下，结构化层可为转向膜。在示例性的光学系统2200中，光学膜2230设置在层2220上。在一些情况下，光学膜2230可设置在(例如)光学层2250的表面2255上。显示系统2200包括设置在液晶面板2260和光源2210之间的第一主表面2255、设置在第一主表面2255和光源2210之间的第二主表面2225、分隔第一和第二主表面的空气间隙2240、以及设置在第一和第二主表面之间以用于防止两个主表面彼此直接接触的光学膜2230。在一些情况下，光学膜2230包括粘结剂、多个颗�：投喔龌チ障�。在一些情况下，主表面2255和2225中的至少一者为棱柱光偏转层、增亮膜、或反射型偏振器层的主表面。在示例性的显示系统2200中，光学膜2230基本上覆盖整个结构化主表面2225。 在一些情况下，光学膜仅覆盖结构化主表面的部分。例如，图4为仅覆盖结构化层2220的峰中的一些的图案化光学膜510的示意性侧视图。光学膜510可类似于本文所公开的任何光学膜。在一些情况下，设置在两个主表面之间的空气间隙中的光学膜仅需要分隔两个主表面中易于彼此直接接触的那些部分。图5为光源2300的示意性俯视图，所述光源2300包括光导2310、沿光导的左端面2312设置的多个灯2320、覆盖光导的底端面2313的一部分的第一光学膜2330、覆盖光导的顶端面2314的一部分的第二光学膜2331、和覆盖光导的右端面2311以及顶端面和底端面的部分的光学膜2332。灯2320发射光2322，所述光2322从光导的端面2312进入光导2310并且在光导内通过全内反射(TIR)传播。当光源在应用中工作期间，光导2310可与外部物体(例如 (如)可正容纳和/或支承光导的框架2340)进行直接接触。接触可因(例如)TIR的至少部分受抑而导致光学损耗。光学膜2330-2332覆盖光导2310的至少部分并且防止光导与物体(例如框架2340)进行直接接触时的光学损耗。光学膜为足够厚的，以便通过防止或基本上防止光导和任何外部物体之间的光学耦合来防止光学损耗。同时，光学膜为足够厚的并且具有足够低的折射率，以便促进或保持光线(例如光线2324)在光导中的TIR。示例性的光源2300包括三个覆盖光导的部分的光学膜。一般来讲，光源2300可具有一个或多个覆盖光导的部分或全部的光学膜。例如，光源可具有覆盖光导的顶端面、底端面、和右端面的光学膜。在一些情况下，可利用足够厚的光学膜来涂布整个光导。低折射率层2330-2332可为本文所公开的任何光学膜或低折射率层。在一些情况下，光学膜包括多个颗粒和分散于第一介质中的多个空隙。颗�：涂障段愎恍〉囊员悴行д凵渎蕁eff小于第一介质的折射率nb的有效介质，其中有效介质包括空隙、颗粒、和第一介质。光学膜的有效折射率neff为足够低的，以使得光线2324发生TIR。例如，在此类情况下，nrff不大于约1. 3、或不大于约1. 25、或不大于约1. 2、或不大于约1. 15、或不大于约1. 1。在一些情况下，光源2300中的光学膜包括多个颗粒和分散于粘结剂中的多个空隙。光学膜的有效折射率小于粘结剂的折射率。如本文所用，术语例如“竖直”、“水平”、“上面”、“下面”、“左”、“右”、“上”及“下”、
“顺时针”及“逆时针”以及其他类似的术语是指如附图中所示的相对位置。通常，物理实施例可具有不同的取向，在这种情况下，所述术语意在指修改到装置的实际取向的相对位置。 例如，即使图1中的光学构造100与该图中的取向相比发生翻转，也仍将光学膜140视为位于主表面120的“顶部”上。以上引用的所有的专利、专利申请以及其他出版物均以如同全文复制的方式并入本文以供参考。尽管上面详细描述了本发明的具体实例以有利于说明本发明的各个方面， 但是应该理解的是，并不意图将本发明限于这些实例的具体描述。相反，本发明的目的在于涵盖所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。
权利要求
1.一种光学构造，包括彼此面对并且由空气间隙分隔开的第一和第二主表面，所述第一和第二表面易于在所述空气间隙中的第一位置处彼此直接接触，所述光学构造包括光学膜，所述光学膜设置在所述第一位置处以防止所述第一和第二主表面在所述第一位置处彼此接触，所述光学膜具有不大于约1. 3的有效折射率。
2.根据权利要求1所述的光学构造，其中所述光学膜包括多个空隙。
3.根据权利要求1所述的光学构造，其中所述光学膜包括粘结剂、多个颗�：投喔龌チ障�。
4.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述光学膜具有不大于约1.2的有效折射率。
5.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述光学膜具有不大于约1.1的有效折射率。
6.一种光学组件，包括 第一光学层；光学构造，包括 第二光学层；和光学膜，设置在所述第一和第二光学层之间并且具有不大于约1. 3的有效折射率，其中所述光学构造中每两个相邻主表面的相当大一部分彼此直接接触；以及空气间隙，设置在所述第一光学层和所述光学构造之间，使得当所述第一光学层与所述光学膜进行直接接触时，所述第一和第二光学层之间不发生光学耦合。
7.根据权利要求6所述的光学组件，其中所述第一和第二光学层中的至少一者为棱柱光偏转层或反射型偏振器层。
8.根据权利要求6所述的光学组件，其中所述光学膜包括粘结剂、多个颗粒和多个互连空隙。
9.根据权利要求6所述的光学组件，其中所述光学膜具有不大于约1.2的有效折射率。
10.根据权利要求6所述的光学组件，其中所述光学膜具有不大于约1.1的有效折射率。
11.根据权利要求6所述的光学组件，其中所述光学膜具有不大于约2%的光学雾度。
12.根据权利要求6所述的光学组件，其中所述光学膜具有不大于约的光学雾度。
13.根据权利要求6所述的光学组件，其中所述光学构造中每两个相邻主表面的至少 50%彼此直接接触。
14.根据权利要求6所述的光学组件，其中所述光学构造中每两个相邻主表面的至少 70%彼此直接接触。
15.根据权利要求6所述的光学组件，其中所述光学构造中每两个相邻主表面的至少 90%彼此直接接触。
16.根据权利要求6所述的光学组件，其中所述光学膜涂布在所述第二光学层上。
17.根据权利要求6所述的光学组件，其中所述光学膜具有不小于约1微米的最小厚度。
18.根据权利要求6所述的光学组件，还包括设置在所述第一光学层上的液晶面板。
19.一种显示系统，包括 光源；液晶面板，接收来自所述光源的光；第一主表面，设置在所述液晶面板和所述光源之间； 第二主表面，设置在所述第一主表面和所述光源之间； 空气间隙，分隔所述第一和第二主表面；以及光学膜，设置在所述第一和第二主表面之间以用于防止所述两个主表面彼此直接接触，所述光学膜包括粘结剂、多个颗�：投喔龌チ障丁�
20.根据权利要求19所述的显示系统，其中所述第一和第二主表面中的至少一者为棱柱光偏转层或反射型偏振器层的主表面。
21.根据权利要求19所述的显示系统，其中所述光学膜具有不小于约1微米的厚度。
22.—种光源，包括 光导；一个或多个灯，沿所述光导的端面设置；以及光学膜，设置在所述光导的至少一部分上以用于防止所述光导与物体进行直接接触时的光学损耗，所述光学膜具有不小于约1微米的厚度和不大于约1. 3的有效折射率。
23.根据权利要求22所述的光源，其中所述光学膜具有不大于约1.2的有效折射率。
24.根据权利要求22所述的光源，其中所述光学膜包括多个颗粒和分散于第一介质中的多个空隙，所述光学膜的有效折射率小于所述第一介质的折射率。
全文摘要
本发明公开了光学构造。本发明所公开的光学构造包括彼此面对且由空气间隙(130)分隔开的第一和第二主表面(110，120)。所述第一和第二表面易于在空气间隙中的第一位置(x)处彼此直接接触。所述光学构造还包括光学膜(140)，所述光学膜设置在第一位置处以防止第一和第二主表面在第一位置处彼此接触。所述光学膜具有不大于约1.3的有效折射率。
文档编号G01N21/55GK102460125SQ201080026614
公开日2012年5月16日 申请日期2010年4月14日 优先权日2009年4月15日
发明者亚当·D·哈格, 吕菲, 威廉·布雷克·科尔布, 约翰·A·惠特利, 郝恩才 申请人:3M创新有限公司