用于显示器的多功能厚膜反射偏振片的制作方法

专利名称：用于显示器的多功能厚膜反射偏振片的制作方法
技术领域：
本发明涉及诸如偏振片、漫射片、反射片等光学体，尤其是用 于可见光应用领域(如液晶显示(LCD)装置和其他电子显示装置) 中的那些，本发明还涉及这些光学体以及引入了这种光学体的显示装 置的制造和使用方法。
背景技术：
近年来在公众可获得的显示装置的数量和种类方面已经获得了 巨大的发展。计算机(无论是桌上型、膝上型还是笔记本型)、个人 数字助理(PDA)、移动电话和薄LCDTV只是其中少数几个例子。 尽管这些装置中的某一些能够利用普通的周围环境光来观看显示内 容，但大部分装置还具有背光以使得显示内容能够被看见。
很多这种背光属于"边缘照明方式"或"直接照明方式"范畴。这两 种类型的区别在于光源相对于背光输出面的布置方式不同，背光输出 面限定了显示装置的可视面积。在边缘照明背光中，光源沿背光结构 的外边界设置，并位于对应于输出面的范围或区域之外。该光源通常 将光发射至导光片中，其中导光片的长、宽尺寸与输出面的相似，并 且光从该导光片中取出以照明输出面。在直接照明背光中，光源阵列 被设置在输出面的正后方，且漫射片被置于光源之前以提供更均匀的 光输出。 一些直接照明背光还引入了安装在边缘的光源，从而使该背 光既能进行直接照明操作又能进行边缘照明操作。200680018109.1
说明书第2/26页
使用冷阴极荧光灯(CCFL)阵列作为直接照明背光光源是已知 的。为刚性片或板的形式、且被安装在距光源一定位置处的框架中的 漫射片也是已知的。板的机械刚性有助于使得漫射片在常规操作条件 下、在仅在漫射片外围使用边缘固定件的情况下，横跨输出面表面保 持于距光源名义上固定的位置处。漫射片还可用作稳定的基底，可将 附加的光控制膜置于其背面。这些附加的膜相对于刚性的漫射板而言 通常为薄且柔软的，在某些情况下附加的膜可包括附加的漫射薄膜、 棱镜增亮膜(如可得自3M公司的VikuitiTM品牌的增亮膜(BEF))和 反射偏振膜(如可得自3M公司VikuitiTM品牌的反射式偏光增亮膜 (DBEF))。
薄膜多层反射偏振片可通过挤出加工来制备，在挤出加工中， 大量交替的透光性聚合物材料通过模头、可任选地穿过一个或多个层 倍增器而被共挤出，然后被浇铸在浇铸轮或浇铸表面上，随后被拉伸 以便使相邻的层沿面内x方向形成折射率失配Anx，而沿正交的面内 y方向形成折射率匹配(Any=0)。参见(例如)美国专利5，486，949 (Schrenk等)、5,882,774 (Jonza等)、6,531,230 (Weber等)、 以及6,827,886 (Neavin等)。这种全聚合物型薄膜多层反射偏振片 不需要供成形或操作之用的单独的基底，而是通常以薄且柔软的膜或 片状形式出售。
一般来说，光学部件(诸如用于液晶显示器中的漫射板和偏振 片)的物理大小应与输出屏幕的大小基本匹配。随着对更大屏幕尺寸 的需求的增长，对具有更大物理大小的这些光学部件(包括反射偏振 片)的样品的需求也增加了。但是，由于大多数用于显示器中的反射 偏振片为依赖于由相邻层界面产生的光的相长干涉和相消干涉的薄 膜多层器件。这种相长干涉和相消干涉为单层厚度及其它几何因素的 强函数。通常需要特别小心地确保这些层被限制在狭窄的公差范围 内，以保证反射偏振片正常工作。随着这些偏振片物理大小的增加则 需要更加小心。增加薄膜反射偏振片的物理大小也会增加诸如起皱、 翘曲以及分层之类的潜在的力学上的问题。
发明概述
本专利申请尤其公开了可将以前由多个不同部件提供的多种机 械和/或光学功能结合起来的厚膜反射偏振片。这种反射偏振片可被 有益地用于液晶显示器等的构造中，其可使这些液晶显示器等与现有 的显示器和显示器部件相比具有设计更简单、构建更容易、且不易受 到某些诸如薄膜翘曲、皱折以及分层之类的失效形式影响的优点。
一种这样的反射偏振片被构造为刚性板且其包括由光学厚的聚 合物材料层构成的叠堆。这些层对偏振板的反射率具有实质性的贡献 作用。该偏振板还可起到漫射板的作用。优选的是，这些聚合物材料 中的至少一种材料是双折射的，从而使相邻层沿一个面内轴具有大的
折射率失配Anx，且沿一正交面内轴的折射率失配Any为零或相对于 Anx较小。沿y轴为零或较小的折射率失配限定了"通过"偏振态，而 沿x轴的折射率失配限定了"阻挡"偏振态。根据构建方法的不同，相 邻层沿面外z轴的折射率失配Anz可为零或相对于Anx其数量级较小 或其数量级与Anx相当。各交替聚合物层不仅为光学厚的，而且优选 具有足够的物理厚度以提供给光学体充足的机械刚性，从而预防当将 光学体边缘固定在显示器中时其在显示器可视区域内发生下垂、翘曲 或刍皮折。优选的是，各聚合物层的平均光学厚度为至少约(5/4)Xo，其 中^为设计波长，例如，选取550nm作为可见光谱的平均值或代表 值。在某些实施方案中其平均光学厚度为约(5/4)^至5Xq或10Xq，且 反射偏振片的总的物理厚度为约1至IO毫米，更优选为约1至5mm 或甚至2至4mm。
在一些情况下可通过将数十或数百个交替聚合物层共挤出以 形成厚膜多层挤出物，然后进行浇铸并使用单轴拉伸装置对其进行取
向，由此来制备光学体。在示例性实施方案中，拉伸装置进行无约束 的单轴拉伸，(例如)通过使用在挤出物连续料片上操作的抛物线形 拉幅机来实现。光学体也可以通过将多个单独的层部件层压在一起而 制得，其中这些层部件中的至少一部分为经拉伸的聚合物膜或片，单
层或多层的膜或片均可。
光学体还优选地包括漫射机构(diffusing means)，可将该漫射
机构设计成能够漫反射阻挡偏振态的光和/或漫透射通过偏振态的 光。
根据下面的详细描述，本发明的这些方面及其它方面将是显而 易见的。然而，在任何情况下以上发明概述不应当被解释为是对要求 保护的主题进行限制，该主题仅仅由所附的权利要求限定，并可在审 查过程中进行修改。
附图简要说明
整篇说明书都参照附图，在这些附图中，相似的附图标记表示 相似的部件，其中


图1为直接照明液晶显示(LCD)电视或类似显示装置的所选
部件的示意性剖视图2a-d为各种厚膜多层偏振板的示意性剖视图3为适合对厚的多层挤出物进行单轴拉伸以形成厚膜多层偏
振板或其部分的抛物线拉幅装置示意图。具体实施例方式
在图1中，我们看到直接照明液晶显示(LCD)装置IO所选部 件的示意性剖视图。装置10可以是电视机、计算机监视器、或可向 观看者12显示可编程图像的任何其他装置。在装置10中，图像由像 素化的液晶(LC)面板14提供。LC面板14包括夹在玻璃板之间的 可电子寻址的液晶阵列。尽管诸如吸收偏振片、保护层之类的其他光 学部件可位于LC面板和观看者之间，但LC面板14的侧面尺寸限定 了可观看的前表面或区域16。
装置IO还包括从后面照明LC面板以使前面的观看者可看到图 像的光源18。光源18可以是冷阴极荧光灯(CCFL)或其它任何能 够提供足量的白光以充分地照明显示器的合适光源或光源组合。例 如，光源也可以是白光发光二极管(LED)或彩色(例如，红/绿/蓝) LED阵列。光源被置于镜面反射或漫反射式背反射片20的前面，其 有助于将那些在没有该背反射片的情况下会被损失或损耗的光导向 LC面板14。
图1还描绘了设置在光源18之前和LC面板H之后的厚膜反射 偏振板22。这里的"板"是指这样一种延伸体(extended body)，其 成分和尺寸(如厚度和宽度)可使得该拉伸体在预计应用中在其边缘 被夹持并受到重力和/或正常的操作力作用时，能基本保持其自身的 形状且基本抗下垂、弯曲、挠曲等等。实际上，图1中将反射偏振板 22描绘成其边缘被固定在包围着光学部件和可视前表面16的框架24 中。另外优选将光源18安装在相对于框架24基本固定的位置上，无 论光源18是直接还是间接地与该框架连接均是如此。
在这些附图中本文所公开的偏振板22及其他偏振板被示意性地 描绘成基本上为平的延伸光学体。但是读者将会理解到，这些板不必 都为平面的或平的，也可以将其模制或用其它方式将其形成为弯曲 的、成角度的非平面体或其他非平面体。这些板可以在一个平面内弯 曲(简单弯曲)或者在两个正交平面内弯曲(复合弯曲)，或者可具
有任何其它所需的非平面形状。
如图所示，反射偏振板22基本透射一种被称为通过态的偏振态 的光，并基本反射一种被称为阻挡态的正交偏振态的光。该图中示出 了被漫透射而形成半角为a的圆锥的通过态，以及被镜面反射的阻挡 态。但是透射和反射中的任意一者或两者均可为镜面的，或者任意一 者或两者均可为漫射的，这取决于下面将进一步讨论的设计细节。如 果二者均为漫射的，则一者可比另一者更为发散，即，反射光与透射 光的漫射半角可以是不同的。在直接照明显示系统中偏振板以漫射的 方式透射通过态偏振光可能是有益的，这样有助于隐藏与附近光源相 关联的亮点并使得前表面16上的显示内容在亮度上更为均匀。漫射 圆锥半角a可从最大强度Io方向(通常对应于镜面方向)与强度降 至一半(即Io/2)的方向二者之间的夹角测得。漫射也可以是不对称 的，例如，为椭圆状的，其中沿一个横轴的光较沿另一个(例如，正 交的)横轴的光更为发散。
使用将阻挡态的光反射而非吸收的偏振片的一个好处是当该 偏振片与另一反射片结合、优选地与一个或多个偏振转换元件结合而
形成光循环腔时，效率有可能提高。例如，如果背反射片20为漫反 射型，则其可将一种偏振态的入射光束混杂成两种偏振态的反射光
束，这两种偏振态中的其中一种对应于偏振板22的通过态。偏振转
换器的另一例子为延迟膜，如单一的四分之一波长膜或层。通过使用 这种偏振转换元件，至少部分由于处于阻挡偏振态而最初被偏振片反 射回的光能够最终借助于该偏振转换元件而被透射，从而使净亮度增
加。显示器IO还可包括位于反射偏振片与LC面板14之间的吸收偏 振片(未示出)，其中反射偏振板22的通过轴与该吸收偏振片的通 过轴对准。
在图2a中示意性地示出了具有第一和第二主表面30a、 30b的 部分厚膜反射偏振板30,其中以角度6入射在偏振板上的非偏振光 束32被反射为反射光束32a(阻挡偏振态)并被透射为透射光束32b (通过偏振态)。该图示出了以外层34a、 34b (统称为34)作为边 界的N层中间层组，总共为N+2层，其中该图将层厚描述为光学厚 度而非物理厚度，该图还包含笛卡尔x-y-z坐标系，其中各层平行于 x-y平面延伸，且z轴对应于偏振片的厚度轴。在一些情况中外层34 可在某些方面区别于与中间N层。例如，中间N层可主要由两种交 替共挤出的透光性聚合物材料A、 B构成，而两个外层均可由因为其 光学、机械或化学特性而被选择并且其不同于上述透光性聚合物材料
A、 B的透光性聚合物材料制成。参见(例如)美国专利6,368,699 (Gilbert等)。例如，外层34可通过含有硬涂层组合物而提供抗划 痕性、可通过基质材料中的紫外线吸收剂或抑制剂而提供紫外线防 护、可提供抗静电特性、可通过含有增滑剂而提供滑动性、可通过含 有漫射剂、着色剂、染料、颜料等等而提供外观修饰特性和/或可提 供抗翘曲性。外层34的厚度也可与中间N层有实质性的不同，其可 实质性地比中间N层薄或厚。或者，外层34的厚度可与中间N层是 相同的，在这种情况中外层34仅仅是由其它层所建立的模式的端部。 也可省略外层34中的一个或两个。尽管组成反射偏振板20的透光性 材料的种类数可多达反射片的构成层数(例如，N、 N+l或N+2)， 而使得没有任何两层具有相同的组成，然而通常更可行的是将两种、
三种或另 一 较小数目的透光性材料以诸如...ABAB...或 者...ABCABC...等等的交替方式排列。
光学厚膜多层反射片区别于其薄膜对应物之处在于，从所关注
的波长的角度来看，光学厚膜多层反射片各层的较厚厚度使人认为从 光学体中相邻界面反射出的第一光分量和第二光分量会基本上不相 干地合并在一起。 一个例子为"板堆"(pile-of-plates)偏振片。例如，当 所关注的波长为人可见光的波长时，这意味着对于照射到两相邻界面 并产生相应的反射和透射两种光分量的可见光线或光束而言，如果层 厚改变量较小，则观看最终的反射或透射光的观察者将不会注意到所 观察光的亮度或颜色(光谱分布)的变化。也可参见(例如)美国专 禾U 5,122,905 (Wheatley等)，其提及了 一种"各层应具有使得没有可 见的虹彩能够从光学体反射出的光学厚度"的光学厚的多层反射片。 专利文献'905 (Wheatley)将厚层描述为光学厚度至少为0.45微米的 那些。作为另一个例子，美国专利5，808，798 (Weber等)描述了由 材料A和B的交替层组成的"板堆"或"厚膜"膜堆，其中膜堆中层的 平均光学厚度为待反射光平均波长的至少5/4倍。
各层针对沿x轴、y轴和z轴偏振的光的折射率分别为nx、 ny 和n,。相邻层间沿这些轴的折射率差值(这些差值通常为零或非零) 分别为Anx、 Ariy和Anz。对于反射偏振片，当依照约定人为地将面 内折射率差值最大的方向指定为x轴时，则Any为零或者其数量级相 对于Anx较小。在那种情况下x轴对应于偏振片的阻挡轴而y轴对应 于通过轴。在聚合物构造体中通过这样的"A"层和"B"层来制备偏振 片通常是较为方便的，其中"A"层在拉伸过程中可形成应力致双折射, 而"B"层保持为各向同性。但这不是必需的，因为两种层均形成应力 致双折射也是可以的，只要相邻层间的一个面内折射率差值(Anx) 实质性地大于另一面内折射率差值(Any)即可。
在图2a中，所示各层的光学厚度稍大于设计波长^，例如，为 (5/4)、。或更大，且该厚度无论如何是本领域普通技术人员会认为 是光学厚的。至少部分层厚也可约为^或更小，且一些、大部分或 基本上全部层厚可大于(5/4) XQ，或者大于2Xo、 5^或10X()或更大，
而没有严格的上限。在一些情况中也可能需要将一个或多个厚膜膜堆 与一个或多个薄膜膜堆(比如四分之一波长干涉膜堆)相结合以制成 混杂的多层反射片。也可将厚膜多层反射偏振片描述为具有N个这 样一种单层的那些，其中各个单层的光学厚度、或其平均厚度至少为
(5/4)"，并且N足够大从而使得这些光学厚的层对偏振片的反射 率和/或透射率具有实质性的贡献作用。例如，数量N可足够大，从 而使得这些光学厚的层可产生设计波长XQ处的反射率的至少一半， 或者甚至产生该设计波长处的反射率的几乎全部。
所关注的光学厚度为约(5/4) ^至约5^或1(RQ，当在整个可 见光谱上发挥作用时，设计波长^可以取可见区域的近似中部(约 550纳米)，或者可以取可见区域的长波长端(约700 nm)。光学厚 度处于该范围内的厚膜层在本文中称作适中厚度。这种适中厚度的厚 膜多层反射片可通过具有一定程度非均匀的层光学厚度分布(这种非 均匀的层光学厚度分布在提交于2005年4月18日、标题为"Multilayer Reflector With Randomized Layer Thickness Profile"的共同受让的共 同待审美国专利申请No. 11/109,212中有所描述)而在特定方面获 益。例如，通过对层的光学厚度进行设计以制成梯度的或随机化的层 分布，从而可使得适中厚度的厚膜多层反射片在可见光区表现出平均 反射率的增加以及反射率波动的降低。
所公开的反射偏振片能够在几乎整个可见光谱中大量反射一种 偏振态的光。例如，本公开的反射片对约400至700nm的阻挡偏振 态的法向入射光的平均反射率理想地为至少约30%、 40%或甚至 45%。这可通过控制各透光层折射率之间的关系以获得足够高的层间 折射率差值、并确保膜堆中这些层的数量N足够多而达到。但是， 也优选地控制折射率间的关系以确保沿正交方向具有足够小的折射 率差值，从而使得可见光谱中的通过态的光基本被透射，而非基本被 反射。
在设计厚膜多层反射偏振片的过程中，可通过首先规定最终反 射偏振片所需的总厚度以及偏振片所需的反射率或透射率来确定或 计算各层层厚，条件是特定透光性聚合物材料具有可预知的折射率特性。如果偏振板通过(例如) 一种包括对单层或多层浇铸聚合物料片 进行单轴拉伸的工艺而制得，则设计者将会由拉伸工艺的细节以及聚
合物材料特性的知识得知在这些工艺条件下可预计得到怎样的层与 层之间的折射率差值。根据这些折射率信息，(例如)可估计用以提 供所需阻挡态反射率的层数N。然后，如果偏振片的目标总物理厚度 为D，例如D为1到10 mm或甚至为1到4mm，以获得相对高的机 械刚度但同时使板的剖面相对较薄，则可估算各层的标称物理厚度为 D/N。
可将厚膜反射偏振板30设计为使其能够针对反射和/或透射光 表现出受控量的散射或漫射。该附加功能有助于减少或消除显示系统 中其它位置对漫射元件的需求。与薄膜反射偏振片相比，向厚膜反射 偏振片中加入漫射机构的好处在于其可提供更长的通过偏振片的光 路，从而使得该漫射机构一一无论其包含颗粒、表面粗糙特征物和/ 或其他已经公开的结构一一的分布密度与其它情形中所要求的分布 密度相比可得到降低。另一个好处在于漫射机构对各层的光学厚度或 均匀性干扰的程度，由于薄膜多层反射片对层厚的敏感性相对较高， 因此与薄膜多层反射片相比，这些干扰对厚膜多层反射片的反射特性 造成的负面影响较小。
现在转向图2b，我们看到具有第一和第二主表面40a、 40b的厚 膜多层反射偏振片40。该偏振片具有由(例如)以交替AB方式布 置的N个透光性厚层构成的中间层组，该中间层组以可任选的外层 44a、 44b (统称为44)作为边界。偏振片40的其他特征与图2a的 偏振片30类似。但是，偏振片40的各层表面基本上为粗糙的，以增 强光的散射。图中，基本所有的各层表面，包括与空气接触的两个最 外表面40a、 40b以及聚合物/聚合物界面处的其余所有(内部)表面 都显示为粗糙的。对于通过聚合物多层共挤出而制成的反射偏振片而 言，可通过对共挤出工艺进行控制以产生流动不稳定性，从而产生非 光滑的层界面，由此获得内部表面的粗糙化。可通过微压花法或通过 将熔融的多层挤出物在微纹理化的浇铸轮或浇铸表面上淬火而使一 个或两个外表面粗糙化。如果在构造厚膜多层偏振片的过程中使用层
压工序，则可通过将待层压的各个片或层(其中各个片或层自身可基 本仅由一层构成或可包含经共挤出且经取向的层堆构成的多层)的任 一或所有外表面粗糙化，并随后将各个片或层进行层压从而达到内部 表面的粗糙化。其他技术还包括向一个或多个层中引入某些可引起界 面粗糙化的材料。合适的材料包括无机颗粒或纤维、不混溶的聚合物 分散体、液晶、相分离液体以及聚合物颗粒。合适的聚合物颗粒包括 交联微球体以及热固性或热塑性聚合物纤维。也可仅使某些表面粗糙
化，例如，仅粗糙化内部表面、或仅粗糙化所选内部表面。这可通过 在共挤出中使用不同的聚合物流以制成不同的层而达到。例如，可制 成ABA'B层堆，其中B为一种聚合物，A为第二聚合物，且A'为含 有某种材料或具有不同流变性或这两种情况兼具的第二聚合物，从而 使得取向后BA'B之间的界面被粗糙化。可使厚膜膜堆中的表面沿厚 度或z轴对称或不对称地表面粗糙化。若使其不对称粗糙化，例如， 使靠近外层44a的内部表面较靠近外层44b的内部表面得到更大程度 的表面粗糙化，则薄膜的反射和透射特性会根据入射光入射到反射偏 振片的哪一侧而变化。
回顾之前所提到的对于通过态偏振光而言相邻层的折射率差异 很小或没有折射率差异，而对于阻挡态偏振光而言层间折射率差值最 大或较大，由此，与阻挡态偏振光相比，任何粗糙化的内部表面对通 过态偏振光没有影响或至少影响大大降低。因此，与通过态透射光相 比，使用内部表面粗糙化作为漫射手段可使阻挡态反射光的散射量大 大增加，且半角a的值增大。这不同于由于外表面粗糙化而引起的散 射，由于聚合物/空气折射率差值对阻挡态和通过态而言均较大，因 此这种由于外表面粗糙化而引起的散射对这两种偏振态的影响更为 平均。与某些基于颗粒的漫射片相比表面粗糙化还可更好地控制散射 角范围，且表面粗糙化更易于椭圆漫射片(elliptical diffuser)的形 成。也可形成具有光滑特征(如正弦结构或凸起)的粗糙表面、或具 有带尖锐边缘的结构(包括棱柱)的粗糙表面。这种结构的大小可为 约0.5微米至约1000微米，且其可具有规则的或随机的间距。合适 的特征高度取决于特征基面宽度，但其一般为基面尺寸的约10%至约100%。
在图2c中，我们看到与偏振片30类似的另一厚膜多层反射偏 振片50。偏振片50具有第一和第二主表面50a、 50b以及由(例如) 以交替AB方式布置的N个透光性厚层构成的中间层组，其中该中 间层组以可任选的外层54a、 54b (统称为54)作为边界。与偏振片 40—样，偏振片50包括可使光散射的漫射机构。但在偏振片50中， 漫射机构包括遍布于至少某些交替的内部层A、 B中的颗粒56a。图 中，这些颗粒仅仅遍布于A层中。优选的是，颗粒56a由透光性材 料构成，但颗粒56a的折射率与之嵌入其中的材料的折射率至少沿一 个面内方向(x方向、y方向)是不同的。通过恰当地选择材料和工 艺条件，可产生各种不同的漫射特性。
例如，如果颗粒56a嵌入其中的A层的折射率为各向同性的 (nx=ny=nz)，且如果颗粒56a也是各向同性的但其折射率区别于A 层中的连续相材料，那么这种经改变的A层将名义上同等地散射阻 挡态和通过态的光。
或者，A层还可以是各向同性的但颗粒56a可以是双折射的。 在这样一种情况中，颗粒56a的双折射率可以与双折射B层的双折 射率相同或相似，从而使得颗粒56a和A层中的连续相材料二者的 折射率差值沿x轴出现最大值，而沿y轴出现最小值或为零。在这种 情况中漫射颗粒56a可在最小程度上散射被透射的通过态的光，而显 著地散射被反射的阻挡态的光。在另一种情况中，颗粒56a的双折射 可相对于双折射B层正交地设置，从而使得颗粒56a与A层中的连 续相材料二者的折射率差值沿y轴出现最大值，而沿x轴出现最小值
或为零。在这种情况中这些颗粒可大量散射被透射的通过态的偏振 光，而对阻挡态的反射光的散射作用很小或无散射作用。
在另一个可供选择的方式中，A层可为双折射的而颗粒56a可 为各向同性的。
在为高通过偏振轴透射而设计的偏振片中，颗粒与基质聚合物 间的折射率差值优选小于约0.1。可将容许或优选具有较低的通过偏 振透射的偏振片设计成具有较大的折射率差值。颗粒与基质间沿阻挡
偏振轴的折射率差值可小于沿透射偏振轴的折射率差值。这对减少由 散射引起的吸收是有利的。或者，沿阻挡偏振轴的折射率差值可大于 沿通过轴的折射率差值，以提高偏振片的偏振效率。可通过混合两种 不混溶的聚合物而形成散射颗粒，或通过混合在熔化态下可混溶、但 当被硬化或取向时会发生相分离的聚合物而形成散射颗粒。颗粒可为 不连续相、连续相、也可与该颗粒嵌入其中的其它聚合物为共连续的。 由光散射测定的有效颗粒大小在与膜取向方向平行或垂直的至少一 个轴上应为约0.1微米至IO微米。颗粒形状可为球形的、椭球形的、 腓骨状的、不规则的或其组合。不对称颗粒还可具有较优的取向方向。 散射成分可占至少一种聚合物层的约0.01重量％至约50重量％。在 图2d中，可看到另一种厚膜多层反射偏振片60，其同样类似于偏振 片30。偏振片60具有第一和第二主表面60a、 60b以及由(例如) 以交替AB方式布置的N个透光性厚层构成的中间层组，该中间层 组以可任选的外层64a、 64b (统称为64)作为边界。与偏振片50 类似的是，偏振片60包括可使光散射的漫射机构。同样与偏振片50 类似的是，该漫射机构包括与颗粒56a相似的颗粒66a。但在偏振片 60中，漫射颗粒66a分布在至少一个外层中。同样根据颗粒66a是 否为双折射的或其双折射程度、以及层64a、 64b中的连续相材料是 否为双折射的或其双折射程度，可对上面所述的组合进行选择，在这 些组合中被反射的阻挡态偏振光主要被散射，或者被透射的通过态偏 振光主要被散射，或者两种偏振态基本同等地被散射。
在一些实施方案中，部分或所有颗粒56a或66a可被合适大小、 形状及分布的空隙或气泡所代替。这种气泡可通过各种已知方法引 入。在一种技术中，小的籽晶颗粒(seed particles)被分散在所关注 的层中，然后将这些层取向以在籽晶颗粒所处位置形成空隙。
讨论
能否获得各种折射率间的所需关系(以及由此带来的多层反射 片件的光学特性)会受到用于制备多层器件的工艺条件的影响。在可 通过拉伸而被取向的有机聚合物的情况中，通常可通过将各聚合物共
挤出以形成多层膜，并随后在选定温度下通过拉伸对薄膜进行取向， 随后可任选地在选定温度下进行热定形而制备该器件。或者，挤出和 取向步骤可同时进行。在偏振片的情况中，通常基本沿一个方向拉伸 (单轴取向，约束性拉伸或非约束性拉伸)薄膜，而在反射镜的情况 中，通常基本沿两个方向拉伸(双轴取向)薄膜。参见(例如)美国
专利5,882,774 (Jonza等)、美国专利6,827,886 (Neavin等)以及 美国专利6,949,212 (Merrill等)。在任一情况中，拉伸均可在(例 如)与长度取向仪及宽度取向仪(拉幅机)相结合的连续生产线上完 成，或可使用间歇式单轴或双轴拉伸机以单独的逐片的方式进行。
在本文所公开的实施方案中使用于专利文献'774 (Jonza等)中 所讨论的z轴折射率关系可能当然是有益的。这样可对组成层的折射 率进行选择，通过令相邻层的折射率沿厚度方向基本匹配从而使所形 成的界面上的布鲁斯特角(以该角度入射的p偏振光的反射率为零) 很大或不存在。因此可制成这样一种多层反射镜和偏振片结构，这种 多层反射镜和偏振片结构对p偏振光的反射率可随入射光偏离法向 的角度增大而缓慢降低、或与入射光偏离法向的角度无关、或随入射 光偏离法向的角度增大而增加。因此，能获得在宽的带宽上具有高反 射率(在反射镜的情况中，高反射率是对任何入射方向的s偏振光和 p偏振光而言的，在偏振片的情况中，高反射率是对选定方向而言的) 的多层膜。例如，相邻层沿厚度或z轴的折射率差值Anz可为零或基 本为零，或者相对于面内折射率差Anx来说较小，如小于Anx的0.5、 0.25、 0.1或0.05倍。此外，无论Anz大或小，可以使Ariz相对于面 内折射率差值Anx具有相反的偏光性。
对于其中厚膜多层反射片为由聚合物层构成的取向膜堆或者包
含由聚合物层构成的取向膜堆的实施方案而言，可选择预拉伸温度、 拉伸温度、拉伸速率、拉伸比、热定形温度、热定形时间、热定形松 弛以及横向拉伸松弛，以制成具有合适折射率关系的多层器件。这些 变量是相互关联的；因此，(例如)若与相对较低的拉伸温度相结合 则可使用相对较低的拉伸速度。如何选择这些变量的恰当组合以获得 理想的多层器件对于本领域的技术人员是显而易见的。
在本公开的厚膜多层反射片的制造中将两个或多个膜片层压在 一起可能是有利，比如其可提高反射率或可将两个偏振片形成一个反 射片。在一些情况中，反射片中所使用的厚层的层数N及平均层厚
以及层中材料的特性可使最终的反射片为坚硬或刚性的，从而令其难 以仅用单独的拉伸操作就制成。这是因为前体或起始的多层产品(其
在拉伸后即生产出最终的厚膜多层反射片)由于在拉伸中会变薄因而 必须具有比最终反射片更厚的总厚度。在这种情况中，可能有利的是
(例如)在连续的辊式工艺挤出单层或多层聚合物料片并进行拉伸， 随后利用多辊连续地进行层压加工或采用多个单独的片以间歇方式 进行层压加工。 一些粘合手段，如位于料片或膜片间的粘合剂层或粘 结层有助于层压加工。这样，便可利用常规的长度取向仪和/或拉幅 机来制造单层或多层聚合物料片，然后将其结合到自身不能在这种装 置上进行取向的物理厚度较厚的产品(如坚硬的板)上。
如上面所提到的，多层构造的单轴取向可以约束性或非约束性 的方式进行。对于物理厚度较厚的膜而言，非约束性拉伸可能是有利 的，这是因为此时前体或起始多层产品不需要如使用约束性拉伸时所 需的那样厚。这是因为对于给定的拉伸比，沿与拉伸方向垂直的方向 上的松弛可将所发生的变薄量降至最低。可使用如长度取向仪沿纵向 拉伸多层结构，或使用拉幅机沿横向(宽度)方向拉伸多层结构。多 层结构沿这两个正交方向的取向可同时进行、逐次进行或者既同时也 逐次地进行。
图3示出了一种拉伸装置以及拉伸方法的实施方案，该实施方
案将光学体的一个区域由初始形状124拉伸至最终的、完成形状126。 可将该光学体通过任何所需方法供给拉伸装置，其中光学体可以是本 文中所描述的厚膜、薄膜或混杂的多层反射片、或其前体(包括单层 膜)中的任何一种。在示意性实施方案中，可通过完全非约束性的、 基本非约束性的或近似于非约束性的单轴方式对光学体进行拉伸。一
般而言，在区域130中将光学体140提供给一个或多个夹持部件，该 夹持部件被配置并布置为夹住光学体的相对边缘，并沿限定了预定路 径的相对轨道164传送光学体。夹持部件(图中未示出)通常在光学
体的边缘或边缘附近夹住光学体。被夹持部件夹住的那部分光学体在 拉伸后通常不适于使用，因此，通常对夹持部件的位置进行选择，以 在膜上提供足以进行拉伸的夹持作用，同时控制由该过程产生的废料
量。可通过例如辊162来沿轨道引导诸如夹子等夹持部件，该辊转动
沿轨道的链条，其中夹持部件连接到链条上。辊连接到驱动机构上， 该机构用于在膜被传输通过拉伸装置时控制膜的速度和方向。辊也可 用于转动和控制带式夹持部件的速度。
在一些实施方案中，可对光学体进行面内拉伸(即，边界轨线 与轨道共平面)，但也可使用非共平面拉伸轨线。理想的非约束性单
轴取向或拉伸可通过将相对轨道164配置成一对为镜面对称的、共平 面的抛物线轨线而达到，其中该抛物线轨线是从面内MD中心线向 外发散的。
可任选的是，上述装置包括预处理区域132，该预处理区域通常 被烘箱154或其它装置或结构包围，由此来加热光学体以备拉伸。预 处理区域可包括预热区142、均热区144或同时包括两者。在主拉伸 区域134中对光学体进行拉伸。通常，在主拉伸区域134中，对光学 体进行加热，或将其保持在高于光学体中的聚合物的玻璃化转变温度 的热环境中。在主拉伸区域134中，夹持部件沿着大致发散的轨道将 光学体拉伸所需的量。可使用多种结构和材料来形成上述装置的主拉
伸区域中和其它区域中的轨道。在主拉伸区域之外，轨道通常为基本 线性的。相对的线性轨道可平行或者可以被设置为会聚的或发散的。 在主拉伸区域中，轨道一般为发散的。在拉伸装置的所有区域中，可 使用一系列可任选地连接在一起的直线段或曲线段形成轨道。作为选 择，或在特殊区域或区域组中，轨道可形成为单一一个连续的结构。 在至少一些实施方案中，主拉伸区域中的轨道与前面区域中的轨道相 连，但可与其分离。如图所示，随后的后处理区域或移除区域中的轨 道通常与主拉伸区域中的轨道分离。在一些实施方案中，可以对轨道 段中的一个或多个(优选全部)的位置进行调整(可绕轴线枢转)， 以便可按需调整轨道的整体形状。也可在上述区域中的每个区域中使 用连续轨道。通常去除光学体在整个主拉伸区域中由夹持部件夹持的 部分。
为了在基本上整个拉伸过程中都能保持基本上单轴拉伸(如图
所示)，在横向拉伸结束时，优选在切口点158处将快速发散的边缘 部分156从拉伸后的光学体148上切除。可在158处进行切割，并可 丢弃毛边或不能用的部分156。可以连续地从连续夹持机构中释放膜 边缘。然而，应优选地从不连续的夹持机构如拉幅夹中释放，以便同 时释放处于任意给定夹子下的所有材料。不连续释放机构可引起更大 的应力扰动，所述扰动可被上游拉伸料片感受到。为了有助于独立的 取走装置的操作，可在该装置中使用连续的膜边缘分离机构，例如， 从受热的拉伸后的膜的中心部分"热"切膜边缘。切口位置可位于足 够靠近"夹持线"的位置，如取走系统的夹持部件最先有效接触到的 独立取走点，以最小化或减少此点上游的压力扰动。如果在被取走系 统夹持前切割膜，则会导致取走操作不稳定，例如，膜沿横向"快速 回縮"。因此，在夹持线处或其下游切割膜。切割是一个断裂过程， 因此通常会在空间位置上存在微小但自然的变化。因此，在夹持线的 稍微下游处进行切割可能是有利的，以防止在夹持线的上游发生切割 时出现任何暂时的变化。如果从夹持线的基本下游的位置切割膜，则 取走系统与边界轨线之间的膜将继续被沿着横向拉伸。由于光学膜仅 有此部分在经受拉伸，因此会相对于边界轨线以增大的拉伸比拉伸， 并进一步造成可传播至上游的应力扰动，例如，将不期望的纵向张力 传播至上游。
切口优选为可移动的且可重新定位，以便其可随着取走位置的 变化而改变，以适应可变的最后横向拉伸比或调整取走系统的位置。 这类切口系统的优势在于只需移动取走切口点158 (优选沿纵向移
动)就可在维持拉伸分布的同时调节拉伸比。可使用多种切口技术， 包括加热刀片、热金属丝、激光、强红外线(IR)辐射的聚焦光束或 受热空气的聚焦射流。
该装置可任选地包含后处理区域136。例如，可将光学体在区域 148中定形(如热定形)，并在区域150中淬火。可使用取走系统从 主拉伸区域134中将光学体移走。在示意性实施方案中，该取走系统 与轨道是独立的(即，与轨道分开或不直接与其相连)，其中轨道将 位于其上的膜传送通过主拉伸区域。取走系统可使用任何膜传送结
构，如具有夹持部件(例如，成组相对的带子或拉幅夹)的轨道240、 241。
在一些实施方案中，可使用轨道240、241来完成横向收縮控制， 这两个轨道彼此成一定角度。例如，可将取走系统的轨道定位成沿着 缓慢会聚的路径(形成不超过约5。的角度)穿过后处理区域的至少 一部分，以允许膜在冷却条件下横向收縮。在其它实施方案中，两个 相对轨道可以通常不超过约3°的角度发散，尽管在一些实施方案中 可使用更大的角度。这可用于增加主拉伸区域中的膜的纵向张力，以 便例如降低特性不均匀性，如整个膜上折射率主轴的变化。
在一些实施方案中，在将膜传送通过主拉伸区域中的轨道164 的时候，可使取走系统的中心线与该膜的中心线成一定夹角。成一定 角度的取走系统、主拉伸区域或两者可用于提供这样一种膜，其中膜 的主轴或特性轴(如折射率轴或撕裂轴)相对于膜成一定角度。在一 些实施方案中，取走系统相对于主拉伸区域的角度可手动调节，或使 用计算机控制的驱动器或其它控制机构进行机械调节，或使用手动调 节和机械调节这两种方法。
该工艺还可包括位于区域138中的移除部分。可任选的是，可 使用辊165使拉伸后的膜152向前移动，但如果需要则这一部件可省 略。可进行再次切割160，并可抛弃无用部分161。离开取走系统的 膜通常被巻在辊上，以待后用。或者，膜在被取走后就可直接成为最 终制品。该装置和方法的进一步细节可在美国专利No. 6,939,499 (Merrill等)、6，916，440 (Jackson等)、6,949,212 (Merrill等) 以及6,936,209 (Jackson等)中找到。
通过所列出的上述设计考虑因素，本领域普通技术人员将容易 地认识到当在选定条件下进行加工以得到所需的层厚分布及折射率 关系的时候，可使用多种材料来形成本公开的厚膜多层反射片。
对于包含共挤出聚合物的实施方案，可利用具有多个交错的侧 槽管道或导管(分别为各自的狭缝口模供料)的进料管板将两股熔融
聚合物流分成交替的AB模式。参见(例如)美国专利6,827,886 (Neavin等)。如果需要，可将具有两个流道的梯度板(其中一个 流道将第一聚合物供入一半导管中，另一流道将其它聚合物供入剩余 的导管中)与进料管板相连。(例如)可通过分别对进料管板中的各 导管进行配置(如，调节其直径、长度和/或局部温度)而获得所需 的层厚分布(如随机化层分布)。通过这样的导管配置，可按照需要 将较多量或较少量的特定聚合物供入任一特定导管(其对应于完成的 多层反射片中的任何特定的层)中，从而使该层变得较厚或较薄。
可通过各种方法来获得所需的折射率关系，其中包括在薄膜形 成(例如，在有机聚合物的情况下)、挤出(例如，在液晶材料的情 况下)或涂敷的过程之中或之后进行拉伸。在一些情况中需要两种材 料具有相似的流变特性(例如，熔融黏度)以使得它们能够被共挤出。
恰当的材料组合可包括以结晶性材料或半结晶性材料、优选为聚合物 作为第一透光性材料。而第二透光性材料可以是结晶性、半结晶性、 或无定形的。第二材料的双折射性可以与第一材料的双折射性相反或 相同。或者，第二材料可不具有双折射性。实际上在一些反射镜结构 中，第一材料和第二材料两者都可不具有双折射性。
在这样一种情况下，其中所用的第一材料为光学双折射的且所 用的第二材料为光学各向同性的，则对层厚分布进行调节使得含有第 一材料的层的物理厚度薄于含有第二材料的层可能是有利的。例如， 第一材料层的平均厚度可小于第二材料层的平均厚度，或小于第二材 料层的平均厚度的一半。这种结构可具有有利的抗翘曲特性，这是因 为这种厚膜多层反射片总厚度的绝大部分是由各向同性材料构成的， 而各向同性材料与双折射材料相比更容易具有各向同性的热膨胀性。
可通过多种方法来测试或评估诸如反射偏振膜或偏振板之类的 光学体的翘曲或抗翘曲特性。一种简单的方法是仅将光学体投入预计 的应用或置于预定装置中，并在使用一段时间后检测其外观。可调整 温度、湿度和紫外线辐射照射及其他环境因素或使之循环以加速这一 过程。
现在将要描述一种对预计用于常规膝上型电脑液晶显示器中的
光学体的翘曲进行评估的示意性方法，描述该方法并无作限定之意。 首先使用两片平的强力玻璃，并用异丙醇对其进行清洗。玻璃的合适 尺寸可为(例如)9.5x12.5英寸(24.1x31.8 cm)。然后将一片合适 尺寸的光学体，如9x12英寸(22.9x30.5 cm)，沿其两条短边和一 条长边粘附于其中一片玻璃上，从而使光学体的剩余一条长边未被固 定。为了粘附光学体，首先将非重叠的Double Stick Tape胶带(得 自位于美国明尼苏达州St. Paul市的3M公司)粘附于玻璃片上，使 得胶带距玻璃的三个边缘均为约半英寸(1.3 cm)，从而形成一个"U" 形，这个U形将被光学体的三条边完全覆盖。将光学体置于胶带上， 使得光学体在整个胶带上是张紧的，且被具有一定厚度(约0.1 mm) 的胶带托于玻璃表面之上。如果光学体是挠性的，则用4.5磅(2kg) 的辊依次沿各方向将光学体向下辊压到胶带上，避免施加额外力的 力。
然后，将三个不重叠的并具有与胶带相同长度、宽度和厚度的 垫片置于光学体上，并将其与胶带对齐。垫片可为(例如)0.1 mm 厚、半英寸(1.3 cm)宽的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)条。这样， 垫片和胶带被置于光学体的相反的两侧。接下来，将另一片玻璃置于 垫片上面并将其与底部玻璃片对齐。这样便形成了玻璃-胶带-光学体 -垫片-玻璃这种夹层结构，其中光学体的三条边被固定而其中心处则 基本自由悬浮。将该结构用4个长尾夹夹在一起，其中长尾夹为通常 用来将成叠的纸夹在一起的那种(Binder Clip,得自位于美国新泽西 州Edison市的Officemate International公司)。这种夹子应具有合适 的尺寸以将压力施加于胶带的中央(距玻璃边缘约0.75英寸或1.9 cm 处)，并且在该结构的每条短边上各设置两个夹子，各夹子距光学体 的底部和顶部约0.75英寸(1.9 cm)。
然后可将所形成的结构置于合适的热冲击室中，如置于 SV4-2-2-15型Environmental Test Chamber (得自位于美国密歇根州 Grand Rapids市的Envirotronics公司)中，并令其经受温度循环(例 如循环96次)，其中每次循环由85摄氏度下一个小时以及随后的-35 摄氏度下一个小时构成。同样的，最高和最低温度可根据预计的应用而定。然后可将此夹层结构从该室内取出，并检查光学体的起皱情况。 在一些情况卞，如果光学体表面形成了许多深的皱纹，则该翘曲程度 可被认为是不可接受的，而如果没有形成或仅形成很少浅的皱纹，则 可被认为是可以接受的，这取决于具体的最终应用的要求。
对于偏振反射片而言，有利的是，在最后的偏振片中第一和第 二透光性材料沿一个面内方向的折射率相差很大，而沿其面内正交方 向的折射率差值则达到最小。如果在各向同性时第一聚合物具有大的 折射率，且其为正双折射的(即，沿拉伸方向折射率增加)，则通常 这样选择第二聚合物，使其在加工后沿与拉伸方向正交的面内方向具 有匹配的折射率，并且沿拉伸方向的折射率尽可能低。相反地，如果 在各向同性时第一聚合物的折射率较小，且其为负双折射的，则通常 这样选择第二聚合物，使其在加工后沿与拉伸方向正交的面内方向具 有匹配的折射率，并且沿拉伸方向的折射率尽可能高。或者，可选择 为正双折射的且在各向同性时具有中等或较低折射率的第一聚合物， 或为负双折射的且在各向同性时具有中等或较高折射率的第一聚合 物。在这些情况下，通常可这样选择第二聚合物，使其加工后的折射 率与第一聚合物的折射率沿拉伸方向或沿与拉伸方向正交的平面方 向匹配。此外，可这样选择第二聚合物，使得沿剩余的面内方向的折 射率差值最大，不管这是否是通过沿该方向上的极低或极高的折射率 而最佳实现的。
吸收是另一考虑因素。对于大部分应用而言，无论第一还是第 二透光性材料在所讨论的反射片的感兴趣带宽内均没有任何吸收带 是有利的。这样，该带宽内的所有入射光要么被反射要么被透射。不 过，对于某些应用而言，第一和第二聚合物中的一者或两者全部或部 分地吸收特定波长可能是有用的。
尽管可选择许多聚合物作为第一聚合物，但某些聚酯具有尤其
大的双折射能力。在这些聚酯中，聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯(PEN) 可被选作本公开反射片的第一聚合物。其具有非常大的正应力光学系 数、在拉伸后能有效地保持双折射性并在可见光范围内吸收很小或没 有吸收。并且其在各向同性状态下具有大的折射率。当偏振入射光的
偏振平面平行于拉伸方向时，其对于波长为550 nm的偏振入射光的 折射率可由约1.64增加至高达约1.9。其双折射率可通过增大其分子 取向程度而增加，而分子取向程度又可通过在其他拉伸条件保持不变 的情况下将拉伸增至更大的拉伸比而增大。
其它半结晶性聚萘二甲酸酯也适合用作第一聚合物。聚2,6-萘 二甲酸丁二酯(PBN)是一个例子。这些聚合物可以是均聚物或共聚 物，条件是共聚单体的使用基本上不会削弱应力光学系数或拉伸后双 折射率的保持。实际上，该限制设定了共聚单体含量的上限，其具体
值随所选用的共聚单体的变化而改变。不过，对这些特性做一些折衷 是可以接受的，只要共聚单体的引入可改善其它的一些特性。这些特 性包括但不限于改善的层间粘合力、更低的熔点(从而使得挤出温度 更低)、与膜中其他聚合物具有更好的流变匹配性以及由玻璃化转变 温度的变化而产生的拉伸加工范围的有利改变。
用于PEN、 PBN等中的合适的共聚单体可为二醇类或者二羧酸 或二羧酸酯类。二羧酸类共聚单体包括(但不限于)对苯二甲酸、间苯 二甲酸、邻苯二甲酸、所有同分异构的萘二甲酸(2,6-, 1,2-， 1,3-， 1,4-, 1,5-, 1,6-, 1,7-, 1，8-, 2，3-, 2,4-, 2,5-, 2，7-, 2,8-萘二甲酸)、联苯甲酸(例 如4,4，-联苯二甲酸及其异构体)、反式-4，4'-l,2-二苯乙烯二甲酸及 其异构体、4,4'-二苯醚二甲酸及其异构体、二羧基4,4'-二苯砜及其 异构体、二羧基4，4'-二苯甲酮及其异构体、卤代的芳香族二羧酸(例 如2-氯对苯二甲酸和2，5-二氯对苯二甲酸)、其它取代的芳香族二羧 酸(例如叔丁基间苯二甲酸和磺化间苯二甲酸钠)、环垸烃二甲酸(例 如1,4-环己烷二甲酸及其异构体和2，6-十氢萘二甲酸及其异构体)、 双环或多环的二羧酸(例如各种同分异构的降莰烷二甲酸和降冰片烯 二甲酸、金刚垸二甲酸和双环辛烷二甲酸)、垸烃二甲酸(例如癸二酸、 己二酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、壬二酸和十四烷双酸)、
任何稠环芳香族烃(例如茚、蒽、菲、苯并萘、芴等)的同分异构的二 羧酸。或者可使用这些单体的垸醇酯，如对苯二甲酸二甲酯。
合适的二醇共聚单体包括(但不限于)直链或支链的垸二醇或二元 醇(例如乙二醇、丙二醇(例如1，3-丙二醇)、丁二醇(例如1,4-丁二醇)
戊二醇(例如新戊二醇)、己二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇和更高 级的二醇)、醚二醇(例如二甘醇、三甘醇和聚乙二醇)、链-酯二醇 (chain-ester diol)(如，丙酸3-羟基-2,2-二甲基丙基-3-羟基-2,2-二 甲酯)、环烷烃二醇(例如1,4-环己烷二甲醇及其异构体和1,4-环己 二醇及其异构体)、双环或多环的二醇(例如各种同分异构的三环癸 烷二甲醇、降莰烷二甲醇、降冰片烯二甲醇和双环辛烷二甲醇)、芳
香族二醇(例如1,4-苯二甲醇及其异构体、1,4-苯二酚及其异构体、双 酚(例如双酚A)、 2,2'-二羟基联苯及其异构体、4,4'-二羟甲基联苯及 其异构体、以及1，3-双(2-羟基乙氧基)苯及其异构体)、以及这些二醇 的低级烷基醚或二醚(例如二醇的双甲醚或双乙醚(dimethyl or diethyl diol))。
也可使用三官能或多官能的共聚单体，其可起到为聚酯分子赋予 分支结构的作用。它们可为羧酸、酯、羟基化合物或醚类型的物质。 其实例包括(但不限于)偏苯三酸及其酯、三羟甲基丙垸和季戊四醇。
同样适用的共聚单体还有混合官能性的单体，包括羟基羧酸(如 对羟基苯甲酸和6-羟基-2-萘甲酸以及它们的异构体)以及混合官能 性的三官能或多官能共聚单体，如5-羟基间苯二酸等。
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是另一种呈现出显著的正应力光 学系数、在其被拉伸后可有效保持双折射并在可见区域内吸收很少或 无吸收的材料。因此，这种材料以及使用上面所列出的共聚单体的高 PET含量的共聚物也可用作某些应用中的第一聚合物。
当选择聚萘二甲酸酯(如PEN或PBN)作为第一聚合物时，可 采用数种方法来选择第二聚合物。多于某些应用而言一种方法是选择 萘二甲酸共聚聚酯(coPEN)，该萘二甲酸共聚聚酯被配制成使其在 拉伸时所产生的双折射显著较小或不产生双折射。这可通过对共聚单 体以及其在共聚物中的浓度加以选择，以消除或大大降低coPEN的 可结晶性而达到。 一种常用的配方使用约20摩尔％至约80摩尔％的 萘二甲酸二甲酯和约20摩尔％至约80摩尔％的对苯二甲酸二甲酯或 间苯二甲酸二甲酯作为二羧酸或二羧酸酯组分，并使用乙二醇作为二 元醇组分。当然可使用相应的二羧酸代替其酯。对配制coPEN第二
聚合物时可使用的共聚单体的种类数并无限制。适用于coPEN第二 聚合物的共聚单体包括但不限于上面所列出的合适的PEN共聚单体 的所有共聚单体，包括酸、酯、羟基化合物、醚、三官能或多官能以 及混合官能类的共聚单体。
玻璃化转变温度与PEN相容且折射率与PEN各向同性折射率相 似的聚碳酸酯也可用作第二聚合物。可将聚酯、共聚聚酯、聚碳酸酯 和共聚碳酸酯一起加入挤出机中并使之发生酯交换反应以生成新的 合适的共聚型第二聚合物。
第二聚合物不必是共聚聚酯或共聚碳酸酯。可使用由诸如乙烯
基萘、苯乙烯、乙烯、马来酐、丙烯酸酯、醋酸酯和甲基丙烯酸酯的 单体制成的乙烯基聚合物和共聚物。除聚酯和聚碳酸酯外也可使用縮 聚物。其例子包括聚砜、聚酰胺、聚氨酯、聚酰胺酸和聚酰亚胺。 可使用萘基团和卤素(如氯、溴和碘)以将第二聚合物的折射率提高 到所需程度。在需要降低折射率时丙烯酸酯基团和氟尤其有用。
从前面的讨论应理解第二聚合物的选择不仅取决于所讨论的
多层光学膜的预计应用，还取决于所选择的第一聚合物以及拉伸过程
中所采用的加工条件。合适的第二聚合物材料包括但不限于聚萘二
甲酸乙二醇酯(PEN)及其异构体(如2,6-、 1,4-、 1,5-、2,7-和2，3-PEN)， 聚对苯二甲酸烷二醇酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁 二醇酯和聚对苯二甲酸1，4-环己二甲酯)、其它聚酯、聚碳酸酯、聚 芳酯、聚酰胺(如尼龙6、尼龙ll、尼龙12、尼龙4/6、尼龙6/6、 尼龙6/9、尼龙6/10、尼龙6/12、和尼龙6/T)、聚酰亚胺(包括热 塑性聚酰亚胺和聚丙烯酰亚胺)、聚酰胺-酰亚胺、聚醚-酰胺、聚醚 酰亚胺、聚芳醚(如聚苯醚和环上取代的聚亚苯醚)、聚芳醚酮(如 聚醚醚酮("PEEK"))、脂族聚酮(如乙烯或丙烯与二氧化碳形成 的共聚物以及乙烯和丙烯与二氧化碳形成的三元共聚物)、聚苯硫醚、 聚砜(包括聚醚砜和聚芳砜)、无规聚苯乙烯、间同立构聚苯乙烯 ("sPS")及其衍生物(如间同立构聚a-甲基苯乙烯和间同立构的聚 二氯苯乙烯)、这些聚苯乙烯的共混物(其相互之间或与其与其它聚 合物(如聚苯亚醚)形成的共混物)、这些聚苯乙烯的共聚物(如苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三 元共聚物)、聚丙烯酸酯(如聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯和聚丙烯 酸丁酯)、聚甲基丙烯酸酯(如聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙 酯、聚甲基丙烯酸丙酯和聚甲基丙烯酸异丁酯)、纤维素衍生物(如 乙基纤维素、醋酸纤维素、丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素和硝酸纤维 素)、聚亚烷基聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、'聚异丁烯和聚 (4-甲基)戊烯)、氟化聚合物和共聚物(如聚四氟乙烯、聚三氟乙烯、 聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、氟化乙烯-丙烯共聚物、全氟垸氧基树脂、 聚三氟氯乙烯、乙烯-三氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物)、 氯化聚合物(如聚偏氯乙烯和聚氯乙烯)、聚丙烯腈、聚乙酸乙烯酯、 聚醚(如聚甲醛和聚环氧乙烷)、离聚物树脂、弹性体(如聚丁二烯、 聚异戊二烯和氯丁橡胶)、硅氧垸树脂、环氧树脂和聚氨酯。
同样适用的还有共聚物，例如上述的PEN共聚物以及任何其它 可由上面所列出的用于PEN的合适的聚酯共聚单体配制成的、不含 萘基的共聚聚酯。在某些应用中，尤其当PET被用作第一聚合物时， 基于PET和上面所列出(coPET)的共聚单体的共聚聚酯尤其适合。 另外，第一聚合物或第二聚合物均可由两种或多种上述聚合物或共聚 物的相混溶或不相混溶的共混物(例如sPS与无规聚苯乙烯的共混 物，或者PEN与sPS的共混物)组成。所述coPEN和coPET可直接 合成，或者可将其配制成粒料共混物，其中至少一种组分为基于萘二 甲酸或对苯二甲酸的聚合物，且其它组分为聚碳酸酯或其它聚酯，如 PET、 PEN、 coPET或co-PEN。
对于某些应用而言用于第二聚合物的另一组材料是间同立构乙 烯基芳族聚合物，如间同立构聚苯乙烯。适用于本发明的间同立构乙 烯基芳族聚合物包括聚苯乙烯、聚垸基苯乙烯、聚芳基苯乙烯、聚卤 代苯乙烯、聚烷氧基苯乙烯、聚苯甲酸乙烯基酯、聚乙烯基萘、聚乙 烯基苯乙烯和聚苊，以及含有这些结构单元的氢化聚合物和混合物或
共聚物。聚烷基苯乙烯的例子包括下列聚合物的异构体聚甲基苯乙 烯、聚乙基苯乙烯、聚丙基苯乙烯和聚丁基苯乙烯。聚芳基苯乙烯的 例子包括聚苯基苯乙烯的异构体。聚卤代苯乙烯的例子包括下列聚合
物的异构体聚氯苯乙烯、聚溴苯乙烯和聚氟苯乙烯。聚垸氧基苯乙 烯的例子包括下列聚合物的异构体聚甲氧基苯乙烯和聚乙氧基苯乙 烯。在这些例子中，特别优选的苯乙烯类聚合物有聚苯乙烯、聚对 甲基苯乙烯、聚间甲基苯乙烯、聚对叔丁基苯乙烯、聚对氯苯乙烯、 聚间氯苯乙烯、聚对氟苯乙烯以及苯乙烯与对甲基苯乙烯的共聚物。
另外，可使用共聚单体制备间同立构乙烯基芳族共聚物。除了 对间同立构乙烯基芳族聚合物进行限定而在上面列出的均聚物单体
外，合适的共聚单体还包括烯烃单体(如乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、 己烯、辛烯或癸烯)、二烯单体(如丁二烯和异戊二烯)以及极性乙
烯基单体(如环二烯单体、甲基丙烯酸甲酯、马来酐或丙烯腈)。
当采用主要为单轴拉伸的工艺制备偏振片时，用于光学层的合
适的聚合物组合包括PEN/coPEN、 PET/coPET、 PEN/sPS、 PET/sPS、 PEN/EastarTM以及PET/Eastar ，其中，"coPEN"指基于萘二甲酸的共 聚物或共混物(如上所述)，且EastarTM为可购自Eastman Chemical 公司的聚酯或共聚聚酯(认为其包含环己烷二甲醇单元以及对苯二甲 酯单元)。在通过控制双轴拉伸加工的加工条件来制备偏振片时，用 于各层的聚合物的合适组合包括PEN/coPEN、 PEN/PET、 PEN/PBT、 PEN/PETG以及PEN/PETcoPBT，其中"PBT"指聚对苯二甲酸丁 二醇 酯，"PETG"指采用第二种二元醇(通常为环己垸二甲醇)的PET共 聚物，且"PETcoPBT"指对苯二酸或其酯与乙二醇和1，4-丁二醇形成 的混合物的共聚聚酯。
对于某些反射片而言，第一和第二透光性材料沿厚度或z方向 的折射率匹配有时是优选的，因为其提供了相对于入射角的恒定反射 率(即，不存在布鲁斯特角)。例如，在特定波长下，双轴取向PEN 的面内折射率可为1.76，而膜的法向平面的折射率可降至1.49。当将 PMMA用作第二聚合物时，在相同波长下其沿三个方向的折射率均 可为1.495。另一个例子是PET/EcdeFM系统，其中PET的类似折射 率可为1.66禾卩1.51，而EcdeFM的各向同性折射率可为1.52。 Ecdel 为可购自Eastman Chemical公司的热塑性聚酯或共聚聚酯(认为其 包含环己烷二甲酸酯单元、聚四亚甲基醚二醇单元以及环己烷二甲醇
单元)。相关特性为一种材料的法向面的折射率更接近另一种材料的 面内折射率而非其自己的面内折射率。
在其它实施方案中，需要有意地令法向面的折射率失配。 一些 例子包括光学膜堆中含有两个或三个或多个聚合物层的那些，其中法 向面的折射率有意失配与沿某一面内方向的折射率失配的符号相反。 在一些情况中，需要使多层反射片由多于两种不同的聚合物或其它透 光性材料构成。第三种或第三种之后的聚合物可被有效地用作多层膜 堆中的位于第一聚合物和第二聚合物间的增黏层、作为膜堆中的附加 组分用于光学目的、作为保护边界层、作为表层、作为功能涂层或者 用于其它任何用途。因此，对第三种或第三种之后的聚合物(如果有
的话)的组成没有限定。一些合适的多成分结构在美国专利6，207，260 (Wheatley等)中有所描述。
除非另有说明，否则在本说明书和所附的权利要求书中用于表 示特征尺寸、含量和物理性能的所有的数字都应理解为以词语"约" 来修饰。因此，除非做出相反说明，否则在上述说明书和所附的权利 要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可以随着采用本发明教导 的本领域技术人员试图获得的理想性质的不同而加以改变。
在不脱离本发明范围和精神的情况下，本发明的各种修改和变 形对于本领域技术人员均是显而易见的，并应该理解到本发明并不限 于本文所列出的示例性实施方案。本文所参考的所有美国专利、专利 申请以及其他专利和非专利文献在不与以上公开内容相矛盾的程度 内，以引用的方式被并入本文。
权利要求
1.一种多层反射偏振板，该多层反射偏振板适合用于液晶显示装置中，并且基本反射可见光谱范围内的至少第一偏振态的法向入射光，所述多层反射偏振板具有由透光性聚合物层构成的叠堆，所述叠堆包含交替的至少第一聚合物材料和第二聚合物材料，其中所述第一材料和所述第二材料沿至少面内x轴具有不同的折射率，所述聚合物层的平均光学厚度为至少约(5/4)λ0，其中λ0为所关注的可见光波长，所述聚合物层对所述多层反射偏振板的折射率具有实质性的贡献作用。
2. 根据权利要求1所述的偏振板，其中所述聚合物层叠堆是通过非约束性单轴拉伸工艺而被取向的。
3. 根据权利要求1所述的偏振板，其还具有用于散射光的漫射 机构，所述漫射机构被设置于至少一部分所述聚合物层之中或被设置 于至少一部分所述聚合物层上。
4. 根据权利要求3所述的偏振板，其中所述漫射机构包括至 少一个不光滑的表面。
5. 根据权利要求4所述的偏振板，其中所述的至少一个不光 滑的表面被设置于相邻聚合物层之间的一个或多个界面处。
6. 根据权利要求3所述的偏振板，其中所述漫射机构包括设 置于至少一个所述聚合物层中的颗粒。
7. 根据权利要求3所述的偏振板，其中所述漫射机构对通过 态偏振光的散射多于对阻挡态偏振光的散射。
8. 根据权利要求3所述的偏振板，其中所述漫射机构对阻挡态偏振光的散射多于对通过态偏振光的散射。
9. 一种液晶显示装置，该液晶显示装置包括液晶面板；用于照明所述液晶面板的一个或多个光源；以及 多层反射偏振板，该多层反射偏振板被设置在所述液晶面板之 间，且可基本反射可见光谱范围内的至少第一偏振态的法向入射光， 所述多层反射偏振板含有由光学厚的透光性聚合物层构成的叠堆，其 中所述透光性聚合物层对所述多层反射偏振板的折射率具有实质性 的贡献作用，并且其包含交替的至少第一聚合物材料和第二聚合物材 料，其中所述第一材料和所述第二材料沿至少面内x轴具有不同的折 射率。
10. 根据权利要求9所述的装置，其中所述聚合物层的平均光 学厚度为至少约(5/4)X。，其中^是所关注的可见光波长。
11. 根据权利要求9所述的装置，其中所述聚合物层叠堆是通 过非约束性单轴拉伸工艺而被取向的。
12. 根据权利要求9所述的装置，其还包括用于散射光的漫射 机构，所述漫射机构被设置于至少一部分所述聚合物层之中或被设置 于至少一部分所述聚合物层上。
13. 根据权利要求12所述的装置，其中所述漫射机构包括至 少一个不光滑的表面。
14. 根据权利要求13所述的偏振板，其中所述的至少一个不 光滑的表面被设置于相邻聚合物层之间的一个或多个界面处。
15. 根据权利要求12所述的装置，其中所述漫射机构包括设置于至少一个所述聚合物层中的颗粒。
16. 根据权利要求12所述的装置，其中所述漫射机构对通过 态偏振光的散射多于对阻挡态偏振光的散射。
17. 根据权利要求12所述的装置，其中所述漫射机构对阻挡 态偏振光的散射多于对通过态偏振光的散射。
全文摘要
本发明公开了多层反射偏振片，该偏振片利用厚膜多层膜堆并且该偏振片适用于液晶显示装置。该公开的偏振片可为机械刚性的且适合作为显示器内其它光控制膜的底板或基底。该偏振片还可包括漫射机构，以散射通过态的透射光或散射阻挡态的反射光，或者既散射通过态的透射光又散射阻挡态的反射光。
文档编号G02F1/1335GK101180566SQ200680018109
公开日2008年5月14日 申请日期2006年4月12日 优先权日2005年4月18日
发明者安德鲁·J·欧德科克, 蒂莫西·J·内维特 申请人:3M创新有限公司