光控膜及其形成方法发明专利

专利名称：光控膜及其形成方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210735287.7

专利申请（专利权）人：3M创新有限公司
权利人地址：美国明尼苏达州

专利发明（设计）人：尼古拉斯·A·约翰逊,理查德·V·帕拉里诺,肯尼斯·A·爱泼斯坦,迈克尔·E·劳特斯

专利摘要：本发明公开一种光控膜及其形成方法。该光控膜包括限定第一主表面和第二主表面的基板，其中该第一主表面包括沿基本上垂直于该第一主表面的法向的第一方向跨越分布的多个格栅，并且其中该第二主表面包括沿该第一方向跨越分布的多个直的微结构。在一些示例中，该多个格栅中的每个格栅基本上与该多个微结构中的对应的微结构对准。

主权利要求：
1.一种光控膜，包括：
基板，所述基板限定了第一主表面和第二主表面，
其中所述第一主表面包括沿垂直于所述第一主表面的法向的第一方向跨越分布的多个格栅，所述多个格栅包括吸光材料，且每个格栅由透光材料隔开，其中所述第二主表面包括沿所述第一方向跨越分布的多个直的微结构，所述第二主表面面向光源设置且每个微结构具有第一侧和第二侧，其中所述多个格栅中的每个格栅与所述多个微结构中的对应的微结构配准，使得从所述第二主表面入射的光线将经历折射离开相应微结构的所述第一侧、经历反射离开相应微结构的所述第二侧并朝向所述第一主表面的所述法向转向，并且其中所述多个格栅中的每个格栅与所述多个微结构中的对应的微结构被配准成，使得沿每个微结构的所述第二侧的部分的点与对应的透光材料的区域的中心对准。
2.根据权利要求1所述的光控膜，其中所述多个格栅中的每个格栅沿被限定为平行于所述第一主表面的所述法向的轴线与所述多个微结构中的对应的微结构的谷部对准。
3.根据权利要求1所述的光控膜，其中所述多个格栅在相邻格栅之间限定10微米(μm)至200μm的宽度。
4.根据权利要求1所述的光控膜，其中所述多个微结构中的每个微结构限定10μm至200μm的微结构宽度。
5.根据权利要求1所述的光控膜，其中所述格栅宽度和所述微结构宽度相同。
6.根据权利要求1所述的光控膜，其中所述多个格栅限定大于零且小于15度的倾斜角。
7.根据权利要求1所述的光控膜，其中所述多个微结构包括所述透光材料。
8.一种形成光控膜的方法，包括：
在聚合物材料的第一主表面上形成多个狭槽；
在所述聚合物材料的第二主表面上形成多个直的微结构，所述第二主表面面向光源设置且每个微结构具有第一侧和第二侧；
固化所述聚合物材料；以及
用吸光材料回填所述狭槽以在所述第二主表面上形成多个格栅，其中，所述多个格栅中的每个格栅与所述多个微结构中的对应的微结构配准，使得从所述第二主表面入射的光线将经历折射离开相应微结构的所述第一侧、经历反射离开相应微结构的所述第二侧并朝向所述第一主表面的法向转向，以及其中，所述多个格栅中的每个格栅与所述多个微结构中的对应的微结构被配准成，使得沿每个微结构的所述第二侧的部分的点与多个格栅之间的对应的聚合物材料的区域的中心对准。
9.根据权利要求8所述的方法，其中形成多个狭槽的步骤包括：使所述聚合物材料经过第一辊，所述第一辊被构造为在所述聚合物材料的所述第一主表面中形成所述多个狭槽；
滚动第一压模以在所述光控膜的所述第一主表面上形成多个狭槽；
用吸光材料回填所述多个狭槽以形成所述多个格栅。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中形成多个直的微结构的步骤包括：使所述聚合物材料经过第二辊，所述第二辊被构造为在所述聚合物材料的所述第二主表面上形成所述多个微结构。
11.一种光控膜，包括：
格栅膜，所述格栅膜包括多个格栅，所述多个格栅包括吸光材料，每个格栅由透光材料隔开，所述格栅膜限定所述光控膜的第一主表面；
转向膜，所述转向膜包括多个直的微结构，所述多个直的微结构形成所述光控膜的第二主表面，所述第二主表面面向光源设置且每个微结构具有第一侧和第二侧，其中每个直的微结构与对应的格栅配准，使得从所述第二主表面入射的光线将经历折射离开相应微结构的所述第一侧、经历反射离开相应微结构的所述第二侧并朝向所述第一主表面的法向转向，并且其中每个直的微结构与对应的格栅配准使得沿每个微结构的所述第二侧的部分的点与对应的透光材料的区域的中心对准；和光学透射层，所述光学透射层位于所述格栅膜和所述转向膜之间。
12.根据权利要求11所述的光控膜，其中所述透光材料、所述光学透射层和所述转向膜全部由相同的聚合物材料形成。
13.根据权利要求12所述的光控膜，其中所述透光材料、所述光学透射层和所述转向膜全部形成为单个无缝膜。 说明书 : 光控膜及其形成方法[0001] 本申请是2018年1月3日提交、发明名称为“显示组件的光控膜”、申请号为PCT/IB2019/051262(国内申请号：2019800132995)的发明专利申请的分案申请。技术领域[0002] 本公开涉及光控膜和包括该光控膜的显示组件。此类膜和显示组件可用于(例如)汽车显示器中。背景技术[0003] 光学显示器广泛用于膝上型计算机、手持式计算器、数字手表、汽车触摸屏显示器等等。熟悉的液晶显示器(LCD)是此类光学显示器的常见示例。在LCD显示器中，液晶的部分使其光学状态通过电场的施加而改变。这一过程生成显示信息的“像素”所需的对比度。在一些示例中，LCD显示器可包括各种光控膜的组合以用于修改显示组件的光属性(例如，包括亮度或输出分布)。发明内容[0004] 本公开的一些示例包括光控膜，该光控膜包括限定第一主表面和第二主表面的基板，其中该第一主表面包括沿基本上垂直于该第一主表面的法向的第一方向跨越分布的多个格栅，并且其中该第二主表面包括沿该第一方向跨越分布的多个直的微结构。[0005] 本公开的一些示例包括显示组件，该显示组件包括限定光输出表面的背光源和邻近该光输出表面设置的光控膜，该光控膜包括：限定第一主表面和第二主表面的基板，其中该第一主表面包括沿基本上垂直于该第一主表面的法向的第一方向跨越分布的多个格栅，其中该第二主表面包括沿该第一方向跨越分布的多个直的微结构，其中来自该背光源的光离开该光输出表面并且进入该光控膜的该第二主表面并且通过该第一主表面离开。[0006] 本公开的一些示例描述一种用于形成光控膜的技术，这些技术包括：在聚合物材料的第一表面上形成多个狭槽；在该聚合物材料的第二主表面上形成多个直的微结构；固化该聚合物材料；以及用吸光材料回填这些狭槽以在该第二主表面上形成多个格栅。[0007] 附图和以下描述中阐述了本公开的一个或多个示例的细节。根据说明书和附图以及权利要求书，本公开的其它特征、目标和优点将显而易见。附图说明[0008] 图1是示例性显示组件的示意性侧面立视截面图，该示例性显示组件包括光源以及置于与所述光源相邻的位置上光控膜(LCF)，所述光控膜具有处于该膜的相反两侧上的格栅和微结构。[0009] 图2是图1的LCF的放大视图，其用于示出LCF的若干特征。[0010] 图3是示例性显示组件的光输出分布的示例性曲线图。[0011] 图4A和图4B示出可结合到图1的LCF中的格栅形状的示例。[0012] 图5示出将连续浇铸和固化工艺技术用于形成LCF的示例性技术，该LCF在单个光学膜的相反两侧上具有格栅和微结构。[0013] 图6是可用于实现图5中描述的技术的示例性设备。[0014] 图7A至图7C示出图6所示的聚合物材料的示例性截面。[0015] 图8是示例性显示组件的示意性侧面立视截面图，该示例性显示组件包括光源、图1的LCF、和漫射膜。[0016] 图9是图8的漫射膜的放大视图，其用于示出膜的若干特征。具体实施方式[0017] 在一些示例中，本公开描述了光控膜(LCF)和包括所述光控膜的显示组件。所描述的LCF可在该膜的相反侧上包括多个直的微结构和格栅。微结构和格栅可相互配准，使得每个格栅与对应的微结构对准。此类LCF可用于控制显示组件(诸如汽车显示单元或私有观察屏)的期望平面内的光输出分布的角度。所述LCF可用于调节指定视平面内的光输出分布或使该光输出分布变窄以防止或以其它方式限制显示图像投射到不期望的方向中。例如，就汽车显示单元而言，所描述的LCF可用于限制显示单元在竖直平面内的光输出分布，以防止光朝向反射表面(诸如汽车挡风玻璃)进行杂散投射。[0018] 在一些示例中，本文所描述的LCF和显示组件可用于形成具有增强的亮度特征和经调节的光输出分布的显示单元。例如，通过使所描述的LCF膜的每个格栅与对应的微结构配准，所述膜与单独地使用微结构转向膜或格栅膜或使用处于另外的非配准式对准下的膜组合的显示组件相比可在期望有角输出分布内更有效地输送光通过所述LCF。[0019] 图1是示例性显示组件100的示意性侧面立视截面图，该示例性显示组件100包括光源110和定位成邻近光源110的LCF120。图2提供用于示出LCF120的若干特征的LCF120的放大视图。如图1和图2所示，LCF120限定基本上平滑(例如，非结构化)的第一主表面122，该第一主表面122包括多个每者被透光材料130的区域隔开的格栅128(例如，吸光区域)。与第一主表面122相反的是第二主表面124，该第二主表面124包括多个直的微结构126(例如，棱镜)，其中每个微结构126具有被构造为折射和反射来自光源110的光并且使光朝向第一主表面122重定向的第一侧132和第二侧134。每个格栅128与对应的微结构126配准，使得格栅128和微结构126基本上对准并且沿基本上相同的方向(例如x轴线的方向)跨越分布，并且以基本上相同(例如，相同或几乎相同)的重复频率出现。如下文进一步所描述，格栅128可被配准成使得微结构126和格栅128的放置被优化以允许被微结构126重定向到期望视角内的光穿过透射材料130的区域。[0020] 在一些示例中，在显示组件100中包括LCF120可提供用于控制y‑z平面内的光输出分布(例如准直角)的高效机构。例如，在显示组件100的操作期间，光源110将生成光线102，光线102通过微结构126的第一侧132进入LCF120。当光线102穿过微结构126时，光线102将经历折射离开相应微结构126的第一侧132并经历反射离开相应微结构126的第二侧134。净结果致使光线102在y‑z平面内朝向第一主表面122的法向104(例如，z轴线)转向。如本文所述，所谓表面的“法向”指垂直于该表面的主平面，表面光滑度中不考虑所有局部变化。在一些示例中，法向104可表示显示组件100的显示轴线。[0021] 然后光线102透射通过透射材料130的区域，之后在第一主表面122处离开LCF120。在一些示例中，离开第一主表面122的光可被准直到由y‑z准直角(σ)表征的光输出分布136内。光输出分布136表示离开LCF120的第一主表面122的光的总和。在一些示例中，光输出分布136可限定在y‑z平面内观察到的第一组特征视角。在一些示例中，LCF120可用于形成介于在y‑z平面内相对于法向104测量的约‑10度和约+20之间的光输出分布，其对应于约30度的y‑z准直角(σ)。[0022] 在一些示例中，从光源110发射并且进入LCF120的光线102最初可被准直到由分布角 表征的光分布锥108内，并且指向相应微结构126的第一侧132。透射通过微结构126的光可基本上保持准直，使得光穿过透光材料130并且在光输出分布136内不受格栅128影响地离开LCF120。然而，由于无意的反射、折射或色散、效率低下的光源或者不正确的对准等原因，源自光源110的光线102中的至少一些可被部分地去准直，从而形成杂散光线，这些杂散光线以偏斜或其它较不期望的视角(例如，在期望光输出分布136之外的角度)穿过微结构126和LCF120。[0023] 在包括(例如)汽车显示单元或私有观察屏的某些应用中，此类杂散光线可致使图像以较不期望的视角进行投射。例如，在显示组件100表示汽车显示单元的示例中，y‑z平面可表示汽车内的竖直平面。如果显示单元在竖直平面内(例如，图1的y‑z平面内)生成杂散光线，那么这些杂散光线中的一些可变得因反射离开挡风玻璃并且被朝向车辆的乘员重定向。在低光行车条件下，此类无意的反射可能变成对乘员的干扰。[0024] 通过包括格栅128并且使每个格栅与相应的微结构126配准，格栅128可提供一种阻碍此类杂散光线通过第一主表面122离开的机制。例如，格栅128可被表征为吸光材料的区域或板条(例如，非透射区域)，这些吸光材料的区域或板条借助于透射材料130的区域与相邻格栅128隔开以形成交替的透射材料区域和吸收材料区域。由于格栅128的形状、取向和相邻格栅128之间的距离的原因，只有在指定y‑z透射角(α)内通过透射材料130透射的光将穿过LCF120，其中所有其它光(例如，在y‑z平面内以y‑z准直角(σ)之外的角度行进通过LCF120的杂散光线)被格栅128吸收。[0025] 在一些示例中，通过使格栅128与微结构126配准，基本上全部的由第二侧134反射且保持在光输出分布136的角度(σ)内的光(例如，光的至少约85％)可透射通过LCF120，而不会被格栅128无意地吸收。因此，使格栅128与微结构126配准的净结果可既将期望的光保留在光输出分布136内，又通过LCF120有效地传送处于光输出分布136内的期望的光，同时基本上消除(例如，消除或几乎消除)光输出分布136的角度(σ)之外的杂散光以免其离开第一主表面122。在一些示例中，LCF120可允许源自光源110的光的至少85％通过第一主表面122离开，其中该光的至少90％包含在光输出分布136内。在一些示例中，与仅包括格栅膜的系统相比，LCF120可表现出提高的亮度，因为更多的光被重定向到光输出分布136内并且可被观看者获得。[0026] 在一些示例中，格栅128可与微结构126配准以增加由第二侧134反射、穿过透射材料130的光的量，该光在光输出分布136的角度(σ)内离开LCF120。最终对准可取决于若干因素，包括(例如)光输出分布136的角度(σ)、格栅128的大小和形状、反射离开第二侧134的光的主反射轴线等。在一些非限制性示例中，每个格栅128可沿法向104的轴线与对应的微结构126的谷部135对准。附加地或另选地，格栅128和微结构126可被配准成使得沿每个微结构126的反射侧(例如，第二侧134)的部分137的点可与对应的透射材料130的区域的中心对准。例如，如图2所示，示出了代表性光线102a，该代表性光线102a进入相应的微结构126并且反射离开第二侧134的部分137并且朝向第一主表面122重定向。由于显示组件100的构造的原因，进入相应微结构126的光的绝大部分将反射离开第二侧134的上半部(例如，从相应微结构的峰133到相应微结构的峰133和谷部135之间的中间位置)。因此，部分137可表示第二侧134的反射性上半部。部分137上的任何点(例如，部分137的中部)可与对应的透射材料130的区域的中心127对准。[0027] 在一些示例中，与具有格栅128和微结构126，但缺乏所描述的配准的可比的膜相比，如上所述使格栅128与微结构126配准可提高透射通过LCF120的光的量。例如，由于未能使格栅128和微结构126相互配准，期望的光输出分布136内的光的一部分可能不期望地被格栅128吸收，从而导致透射通过LCF的光减少。在一些示例中，使格栅128与微结构126配准可将由格栅128吸收的光的量从约35％的吸收率(例如，未配准)降低至约11％的吸收率(例如，已配准)。[0028] 与单独地使用的格栅膜或转向膜相比，LCF120还可提供改善的边缘截止(例如，减少在偏轴线视角内透射的光)。例如，图3是包括一个或多个LCF膜的显示组件的光输出分布的示例性曲线图，其示出根据视角(例如，在图1的y‑z平面内)的光输出的强度(例如，最大光亮度的％)。曲线300表示具有多个格栅(例如，类似于格栅128)，但不存在经配准的微结构的LCF膜(例如，仅格栅LCF)的光输出分布。曲线302表示具有多个微结构(例如，类似于微结构126)，但不存在经配准的格栅的LCF膜的光输出分布。曲线304表示类似于使多个微结构126与多个格栅128配准的LCF120的LCF的光输出分布。[0029] 如曲线300和302(仅格栅膜和仅微结构膜)所示，虽然大部分被准直到了光输出分布角度(σ)内，但仍包括以偏斜角穿过相应膜的一定程度的杂散光(例如，所述曲线在区域306中表现出一定光亮度)。如曲线304所示，单独地与格栅膜或微结构膜相比，格栅128和配准的微结构126两者的存在可提供对区域306内(例如，在y‑z准直角(σ)之外)的光的更有效的吸收，从而阻碍此类光离开LCF120的第一主表面122并且仅允许输出分布角度(σ)内的光透射穿过第一主表面122。在一些示例中，所得的输出分布角度(σ)可对应于显示组件100的y‑z平面内的一组特征视角。在一些示例中，y‑z特征视角可小于相对于第一主表面122的法向104测量的约±70度，例如小于约±35度、小于约±20度或小于约±10度。在一些示例中，特征视角可被表征为如下视角：其中在该角度处观察到的来自显示组件100的光亮度为至少高于最大光亮度值的5％。[0030] 在一些示例中，本文所描述的特征视角可通过围绕系统的法向(例如，法向104)或显示轴线的半视角来表征。例如，如果LCF120限定包括相对于主表面122的法向104的±70度在内的一组y‑z特征视角(例如，在y‑z平面中从‑70度跨到+70度的视角，其中0度表示法向104)，那么所述y‑z特征视角同样可被表征为具有70度的半视角。在一些示例中，组件100的y‑z特征视角可限定至少10度且小于70度的半视角。在一些示例中，组件100的y‑z特征视角可限定至少20度且小于35度的半视角。[0031] 在一些示例中，格栅128的大小、形状和间距可用于设定光输出分布角度(σ)的跨度。图4A和图4B示出可结合到LCF120中以调整透射角(α)的一个或多个参数并且因此调整光输出分布角度(σ)的格栅形状的另外的示例。例如，图4A示出LCF膜400，LCF膜400包括具有成角壁406的格栅402，使得格栅具有由透射材料404的区域隔开的梯形横截面形状。在一些示例中，壁406可以从第一主表面408向内相对于第一主表面408的法向成可高达大约5度的角。格栅壁406的所述角越大，所得的透射角(α)的跨度越窄。例如，如图4A所示，格栅402限定处于倒置取向(例如，其中梯形的底沿+z轴线方向朝上)内的梯形截面。与包括处于相反/直立取向(例如，其中梯形的底沿‑z轴线方向朝下)内的格栅402的LCF相比，这种构型可增加透射角(α)的跨度。在一些示例中，透射角(α)可以是约20度至约70度。[0032] 图4B示出LCF膜410，该LCF膜410包括由透射材料414的区域隔开的具有不对称成角壁416a和416b的倾斜格栅412。在一些示例中，所得的格栅412的构造可用于使透射角(α)倾斜，使得所得的角度不再大约以第一主表面418的法向为中心。在一些此类示例中，倾斜的格栅412可用于使所得到的视角发生可高达大约15度并且在一些示例中可高达大约5度的偏移(例如，建立倾斜角)。例如，离开LCF410的光的所得输出分布角度(σ)可以是(例如)60度，但格栅128可倾斜5度，以产生相对于第一主表面418的法向测量的‑25度至35度(例如，具有5度倾斜角的60度扩展度)的一组特征视角。[0033] 在一些示例中，相邻格栅128之间的距离(例如，沿y轴线方向测量的透射区域130的宽度)可以约为毫米或微米尺度，例如介于10微米(μm)和200微米(μm)之间或介于10μm和100μm之间。在一些示例中，相邻格栅128之间的距离可以是约20μm至约60μm。在一些示例中，格栅128可限定约35微米至约50微米(例如，沿y轴线方向测量的)的宽度和约50微米至约120微米(例如，沿z轴线方向测量的)的高度。[0034] 返回图1，在一些示例中，由光源110生成的通过LCF120的第一主表面122离开的光的效率度可部分地取决于分布锥108的准直角 分布锥108的跨度可取决于光源110的类型、背光组件的类型、任何附带准直/注入光学器件(例如，被构造为将光从光源110递送至LCF120的光导)的存在等中的一者或多者。在一些示例中，光导可允许跨光源110的输出表面112的相对均匀的功率密度和输出分布。[0035] 在一些示例中，分布锥108可表示楔形体。例如，当光源110包括一组平行光源时，相应光源的光分布锥可有效地合并以产生具有大致恒定的角度范围的扩展光分布(例如，好像光分布锥108的截面被投射进入/离开图1的页面)。在一些示例中，所述扩展光分布可具有跨光源110的输出表面112的相对均匀的功率密度和输出分布。在一些示例中，还可在光源110包括线状光源(例如，CCFL管)的情况下形成扩展光分布。出于说明性目的，来自光源110的光可由光线102表示，光线102可入射在LCF120的第二主表面124上。[0036] 光源110可以是任何合适的光源或光源的组合。在一些示例中，光源110可包括一个或多个发光二极管(LED)。在一些示例中，光源110可被构造为发射基本上白色的光，或者具有不同的部件，这些不同的部件各自发射可共同地重新产生白光的具有不同波长的光。“白色的”光可指能够被观察者感知为白色的光并且可根据显示组件100的应用来调整或校准的任何合适的期望颜色点。在一些示例中，光源110可包括冷阴极荧光灯(CCFL)或白炽光源。可选择光源和任何对应的注入、准直或其它光学器件以提供任何合适的波长或波长、偏振、点扩散分布和准直度的组合。[0037] 在一些示例中，光源110可表示包括一个或多个光源和光导的背光组件。例如，光源110可包括邻近第二主表面124设置的光导，该第二主表面124被构造为接收来自一个或多个光源的光。所述光导可以是具有特定几何形状和光学特征的固体透明光学部件，该固体透明光学部件允许光导通过全内反射来输送光，以提供对沿长度和/或宽度的光提取的控制，使得光在准直角 内跨越LCF120均匀分布。可使用某些提取器设计来以期望的角度发射高度准直的光。[0038] 微结构126可以是直的微结构(例如，棱镜)，使得微结构126以基本上相同(例如，相同或几乎相同)的横截面形状沿一定方向延伸(例如，如图1的截面视图所示，并且沿x轴线的方向延伸)。在一些示例中，微结构126可具有高于与第二主表面124相邻的材料(例如，空气)的折射率，从而致使光线102受到折射而未被微结构136的第一侧132大量反射，之后除在第一侧132的界面处发生的菲涅尔反射之外，光线102被朝向第二侧第二侧134折射。在一些示例中，可通过在第二主表面124上(例如，在微结构126的第一侧132和第二侧134上)提供防反射涂层或处理来减少这些菲涅尔反射。在一些示例中，防反射可由防反射结构化表面(诸如蛾眼结构等等)提供。[0039] 微结构126的第一侧132和第二侧134可以呈任何合适的形状或角度。在一些示例中，侧面132和134中的一者或多者可具有非平面(例如，弯曲)的表面。[0040] 微结构126可以具有任何适当的大小。在一些示例中，微结构126可以呈毫米或微米尺度，例如介于10μm和200μm之间，或介于10μm和100μm之间。对于LCF120的第二主表面124的全部或部分而言，微结构126的间距或大小可增大、减小、既增大又减小或者保持恒定。在一些示例中，微结构126可全部基本上相同(例如，相同或几乎相同)或可包括不同形状或大小的微结构的组合。微结构126之间(例如，峰至峰)的间隔可与格栅128之间(例如，中心至中心)的间隔基本上相同(例如，相同或几乎相同)，使得每个格栅配准至对应的微结构。[0041] 微结构126和格栅128可使用任何合适的技术和材料形成。在一些示例中，如下文进一步描述的，格栅128和微结构126可使用诸如挤压、浇铸和固化等等的技术形成。例如，可以在聚合物膜内创建透射材料130的区域，使得透射材料130的每个区域被狭槽隔开，由此形成格栅128。然后可用吸光材料回填狭槽以产生格栅128。吸光材料可以是用来吸收或阻挡至少一部分可见光谱的光的任何合适的材料。在一些示例中，吸光材料可包括黑色着色剂，例如，炭黑。炭黑可以是具有小于10微米(例如1微米或更小)的颗粒尺寸的粒状炭黑。在一些实施方案中，炭黑可具有小于1微米的平均颗粒尺寸。在一些示例中，可将形成格栅128的吸收材料(例如，炭黑、其它颜料或染料或者它们的组合)分散在适当的粘结剂中。吸光材料还可以包括可用于阻碍光通过吸光区域透射的颗粒或其它散射元件。[0042] 在一些示例中，格栅128可被设计成吸收尽可能多的入射光。高吸收区域使透过格栅128“渗漏”的光的量最小化，并且因此有助于减少以非期望的视角透射的光。在一些示例中，还可能期望使从格栅128反射的光降至最低，以减少可由此类反射引起的虚假或“鬼影”图像。在一些示例中，通过使透光材料130的折射率和吸光材料(格栅128)的折射率在光谱的至少一部分(例如，人可见光谱)上匹配，或者使透光材料130的折射率低于吸光材料(格栅128)的折射率，可控制格栅128和透射材料130的区域之间的界面处的不想要的反射。当透光材料130的折射率小于吸收区域的折射率时，入射到它们之间的界面的光将被折射进吸收区域中并被吸收。在一些示例中，两个区域(例如，格栅128和透光材料130)的折射率可被“匹配”，使得格栅折射率略高于(如果不等于的话)透光材料130，并且反射基本上被消除。遗憾的是，被吸收的那部分光减少了通过LCF120透射的总光量，并且可能希望在不改变光输出分布136的角度的情况下重定向此吸收光的部分。[0043] 在一些示例中，当入射光中的一些从透光材料130和格栅128之间的界面发生全内反射(TIR)时，显示器的亮度可增加。根据光线在该界面上的入射角以及透射区域和吸收区域所用材料的折射率差值，可以确定光线是否会发生TIR。在一些示例中，格栅128的折射率不大于透光材料130的折射率。在一些情况下，透光材料130的折射率可比格栅128的折射率大至少约0.005。在一些情况下，所述折射率之间的差值小于0.1。在一些情况下，所述折射率之间的差值介于约0.007和约0.06之间。如本文所用，25处于某一范围内的两个数值“之间”旨在包括这个范围的端值。[0044] 透射材料130的区域以及微结构126可包括任何合适的光学透射材料。在一些示例中，透射材料130和微结构126可包括可聚合树脂。在一些示例中，可聚合树脂可包含可选自以下选项的第一可聚合组分和第二可聚合组分的组合：(甲基)丙烯酸酯单体、(甲基)丙烯酸酯低聚物以及它们的混合物。如本文所用的，“单体”或“低聚物”是可转变成聚合物的任何物质。术语“(甲基)丙烯酸酯”既指丙烯酸酯化合物又指甲基丙烯酸酯化合物。在一些示例中，所述可聚合成分可包含(甲基)丙烯酸酯化聚氨酯低聚物、(甲基)丙烯酸酯化环氧低聚物、(甲基)丙烯酸酯化聚酯低聚物、(甲基)丙烯酸酯化酚醛低聚物、(甲基)丙烯酸酯化丙烯酸低聚物以及它们的混合物。可聚合树脂可以是可辐射固化的聚合物树脂，例如，可UV固化的树脂。在一些示例中，透射材料130和微结构126可由聚合物材料形成，诸如聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)以及它们的共聚物和共混物。在一些示例中，LCF120的透射区域可以是光学透明的或具有低雾度和高清晰度以避免不期望地散射的入射光。在一些示例中，LCF120可具有足够高的折射率(例如，至少约1.45)，以确保在足够广的角度范围下发生全内反射。其它适当的材料包括丙烯酸类、聚苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸酯、聚丙烯、聚氯乙烯等。在一些示例中，可选择LCF120的材料、尺寸或两者以便产生柔性膜。[0045] LCF120的微结构126和格栅128可通过任何合适的工艺形成。例如，可使用微复制工艺将格栅128和微结构126形成为独立的膜。可使光学材料的膜通过合适的切割工具，该合适的切割工具在该工具上具有期望的微结构126或格栅128的负片，并且将柔顺但可固化或可硬化的光学材料压靠在所述工具表面上。随后，该材料可被硬化或固化(例如，通过暴露在光(例如，紫外光)下)，从而留下对应的微结构126或压印在相应膜上的用于形成格栅128的狭槽。[0046] 在其它示例中，可使用连续浇铸和固化工艺将微结构126或格栅128形成到同一膜的相反两侧上。例如，图5示出用于在单个光学膜的相反两侧上形成格栅和微结构的示例性连续浇铸和固化工艺技术。图6以及图7A至图7C示出了用于辅助图5的所描述技术的示例性设备600，其中图7A、图7B和图7C分别示出了LCF(例如，聚合物材料602)在点A‑A、B‑B和C‑C处跨y‑z平面的截面，这些点A‑A、B‑B和C‑C表示处于LCF的加工过程中的各个点。[0047] 图5的技术包括：使聚合物材料602经过第一辊610，该第一辊被构造为在聚合物材料602的第一主表面中形成多个狭槽614(502)；使聚合物材料602经过第二辊612，该第二辊被构造为在聚合物材料602的与第一主表面相反的第二主表面上形成多个微结构616(504)；固化聚合物材料602(506)；并且用吸光材料回填狭槽614以形成多个格栅(例如，图1的格栅128)(508)。[0048] 如上文所述，聚合物材料602可以是可用来构造所得LCF(例如，LCF120)的微结构和透射区域的任何合适的材料。合适的材料可包括(例如)聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)以及它们的共聚物和共混物。[0049] 辊610和辊612可使用任何合适的技术形成，以在相应的辊表面上形成负狭槽图案和负微结构图案。在一些示例中，辊610和辊612可通过(例如)将所述阵列结构螺纹切削到圆柱形坯料或辊的表面内而形成。在一些示例中，可以使聚合物材料602同时通过辊610和辊612(受到夹辊滚压)或者可以使聚合物材料602通过密切靠近的辊610和辊612(例如，在同一滚动期间顺次通过)，以确保微结构616与对应的狭槽614配准。[0050] 一旦狭槽614和微结构616形成在聚合物材料602的相反表面上，聚合物膜材料就可被固化，并且狭槽可用吸光材料回填以形成如上所述的LCF。[0051] 还可能存在用于形成LCF120的其它工艺，包括(例如)用经电镀的、激光切割或蚀刻的工具进行浇铸和固化，使用光刻法(例如，结合浇铸和固化工艺的工具的双光子原模制作)，乃至直接机加工或增材三维打印工艺。[0052] 在一些示例中，显示组件100可包括一个或多个另外的膜或光学层，包括例如LCD显示组件(未示出)。在一些示例中，显示组件100可包括被构造为控制x‑z平面内的光输出分布的另外的光学膜。例如，图8是另一个示例性显示组件800的示意性侧面立视截面图，该显示组件800包括光源110、LCF120和漫射膜810，该漫射膜810被构造为控制y‑z平面(例如，基本上垂直于LCF120控制的y‑z平面的平面)内来自LCF120的光输出分布。图9提供漫射膜810的放大视图，其用于示出膜的若干特征。[0053] 在一些示例中，漫射膜810可限定第一基本上平滑的表面812(例如，非结构化)和与该第一基本上平滑的表面812相反的第二结构化主表面814。[0054] 在一些示例中，漫射膜810的取向可以被设定为使得第二结构化主表面814被设定成接收来自LCF120的第一主表面122的光，其中所述光通过第一基本上平滑的表面812离开漫射膜810。在一些示例中，这种取向可有助于减少漫射膜810中的光的回射。[0055] 另选地，第一基本上平滑的表面812的取向可以被设定为接收来自LCF120的第一主表面122的光，使得离开漫射膜810的光通过第二结构化主表面814离开。在一些示例中，第一基本上平滑的表面812可光学耦合到第一主表面122(例如，粘合到第一主表面122，使得光从LCF120透射至漫射膜810而不会发生显著的反射或折射)。在一些此类示例中，将LCF120光学耦合到扩散膜810可有助于减少从扩散膜810的第一基本上平滑的表面812发生的不想要的反射。[0056] 结构化表面814可包括多个透镜状微结构816，这些透镜状微结构816各自具有被构造为在x‑z平面内漫射(例如，扩散)通过所述膜传输并且离开结构化表面814的光的弯曲面。在一些示例中，透镜状微结构816中的每一个可沿基本上垂直(例如，垂直或几乎垂直)于微结构126和格栅128的方向直线延伸。[0057] 可使用任何合适的弯曲面来形成具有期望的x‑z输出分布(例如，角度(β))的透镜状微结构816。在一些示例中，透镜状微结构816的合适的截面形状(例如，如图9的截面视图所示)可包括(例如)抛物线形、半圆形、反射折射形等等。[0058] 在一些示例(诸如汽车显示单元)中，漫射膜810可用于在水平平面(与LCF120的竖直平面不同)内漫射光，使得显示图像被投射至车辆的不同乘员。离开显示表面802的x‑z平面内的扩展度可由分布角(β)(例如，图8)内的一组x‑z特征视角表征。在一些示例中，分布角(β)可大于y‑z准直分布角(σ)，使得显示组件800在x‑z平面中提供相对较宽的一组的x‑z特征视角并且在y‑z平面中提供相对较窄的一组的y‑z特征视角。在一些此类示例中，x‑z平面可表示水平平面，并且y‑z平面可表示如观察者观察的竖直平面。[0059] 漫射膜810可以呈任何合适的厚度并且可由任何合适的材料制成。在一些示例中，漫射膜810可由聚合物材料形成，诸如聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)以及它们的共聚物和共混物。其它适当的材料包括丙烯酸类、聚苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸酯、聚丙烯、聚氯乙烯等。在一些示例中，漫射膜810可由与LCF120的透射区域基本上相同的聚合物材料形成。[0060] 在一些示例中，由于漫射膜810的原因而在x‑z平面内得到的光输出分布可产生一组x‑z特征视角，其限定介于相对于显示表面802的法向(其可基本上与LCF120的法向104对准)测量的约30度(例如，等于约60度，或‑30度至+30度的视角)和约60度(例如，等于约120度或‑60度至+60度的视角)之间的半视角。[0061] 在一些示例中，源自光源110并且通过漫射膜810离开的光的至少80％将处于由分布角(β)限定的一组x‑z特征视角内。[0062] 除非另外指明，否则针对附图中元件的描述应被理解为同样应用于其它附图中的对应元件。本发明不应被视为限于上述具体示例和实施方案，因为详细描述此类实施方案是为了便于说明本发明的各个方面。相反，本发明应被理解为涵盖本发明的所有方面，包括落在由所附权利要求书及其等同物所限定的本发明的范围内的各种修改、等同工艺和替代装置。

专利地区：美国

专利申请日期：2018-01-03

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN114967217B