含纳米颗粒的光学元件制造技术

本发明专利技术公开一种光学元件，它包含表面上有表面特征的基体，该表面特征的Ｒａ为３～２００μｍ，含颗粒尺寸小于１００ｎｍ的细颗粒的分散体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光管理薄膜。在一个优选形式中，本专利技术涉及一种适用于背光显示器应用的含细颗粒分散体的光管理薄膜。
技术介绍
光学材料和光学制品对控制光的流动和强度非常有用。有用光学产品的实例包括光学透镜如菲涅耳透镜、光学纤维、光管、包括全内反射膜在内的光学膜、反光板，和微观复制产品如增亮膜(BEF)和安全产品。增亮膜在当今许多电子产品中，对提高背光平板显示器如液晶显示器(LCD)、电致发光板、膝上计算机显示器、文字处理器、台式监控器、电视、录象机和汽车、航空电子显示器等的亮度非常有用。具体地就增亮膜而论，组成表面特征的材料的折射率与增亮膜产生的亮度增益有关。增益是增亮膜使显示器增亮程度的量度，是光学材料的一个性质，也是增亮膜几何形状的性质。对于增亮膜，最好具有高增益，因为提高的增益能有效地提高背光显示器的亮度。亮度提高意味着电子产品可以用较低的功率点亮显示器而效率更高。功耗的减小又会减少热量的产生，因此意味着部件寿命延长。所以，鉴于这些优点，一直需要寻找在光学特征中具有更高折射率的光学产品。光学产品可以用高折射率材料，包括单体如高折射率(甲基)丙烯酸酯单体、卤代单体和本领域内已知的折射率如此高的其它单体制造。美国公开申请2002/0123589(Olson等)公开了一种用于光学薄膜的高折射率可聚合组合物。虽然该材料的确把高折射率传递给了光学元件，但是，UV固化在该材料所能生产的表面特征的尺寸和性质上受到限制。UV固化在该材料所能生产的特征的深度或高度上受到限制，这样就限制了它在某些光学应用中的用途。而且，UV固化不能用其它工艺如热塑性浇注和压花所能用的聚合物从而聚合物的性能(如模量、耐刮性)的范围。聚合物可用于折射率比某些光学应用所要求折射率低的光学薄膜中，如果通过部分原子的取代，如用溴或硫取代聚合物中的氢或氧进行改性。这类取代聚合物一般都具有提高的折射率，但也常带上不应有的颜色且缺乏热和光化学稳定性。因此，这类取代聚合物不可能是某些光学应用的最佳选择。提高聚合物折射率的另一种方法是将纳米颗粒与聚合物进行组合。聚合物/纳米颗粒共混物的折射率部分地依赖于加进聚合物基体的纳米颗粒的折射率。聚合物/纳米颗粒共混物的理论折射率是纳米颗粒和聚合物折射率的体积加权平均值。因此，最好用折射率高的金属氧化物颗粒来制备共混物。但是，在水中形成的金属氧化物颗粒难以转移进有机液体而不发生颗粒团聚和伴随的水的转移。US专利6,329,058(Arney等)公开了纳米尺度金属氧化物颗粒在聚合物基体中形成透明共混物及其制造方法。尽管该专利宣称金属氧化物/聚合物共混物中的聚合物是任何可固化的材料，但实施例和专利教导使用UV可固化的聚合物而非热塑性材料。UV可固化体系中的纳米颗粒/聚合物共混物的制造不同于热塑性体系。该专利中教导的分散剂很可能在热塑性挤出所用的温度下会降解，从而造成纳米颗粒的团聚和分散剂的分解。而且，专利中教导的纳米颗粒要在溶剂体系中生产，然后分散进UV化学并交联成共混物。热塑性挤出要求干聚合物，因此纳米颗粒必须经干燥然后再分散进熔融聚合物，与专利058教导的工艺非常不同。虽然该专利公开了表面结构中的金属氧化物/聚合物共混物，但优选的1/10～10mm范围比本专利技术带有表面特征的光学薄膜的理想范围大了一个数量级。本专利技术要解决的问题目前仍需要改进的光管理薄膜以便为背光显示器提供效率更高的光整形特性。专利技术概述本专利技术提供一种光学元件，它包含基体，在该基体的表面上具有表面特征，表面特征的Ra为3～200μm，含颗粒尺寸小于100nm的细颗粒的分散体。本专利技术的优点本专利技术提供更有效地整形光的改进的光管理介质，从而提供更亮的背光显示器。专利技术详述本专利技术具有许多超过本领域先有实践的优点。由于纳米颗粒昂贵，因此在表面特征中而不是在光学元件整体中包含纳米颗粒/聚合物共混物，就节约了资金，同时又赋予了同样的光学结果。热塑性塑料作为纳米颗粒/聚合物共混物的一部分能使光学元件具有诸多物理与光学性质，且容易制备。例如，聚乙烯可作为一种透明的低玻璃化转变温度树脂用来成形光学特征，它们柔软，因而不会刮伤其它薄膜。热塑性塑料比UV固化聚合物有更宽范围的物理与光学性质，这使它们能用于许多应用中。纳米颗粒能改变聚合物共混物的折射率，从而使光学元件具有更多的功效。纳米颗粒/热塑性聚合物共混物也具有更高的力学特性，如更高的模量、耐刮性和硬度。纳米颗粒也影响熔点和玻璃化转变温度，这能提高聚合物熔体加工条件。近来的研究已发现，当纳米颗粒掺入基体中而颗粒与基体之间没有良好界面时会使不同的性质，即不同的力学性质在Tg等下降。纳米颗粒也能提高光学元件的可印刷性。光管理薄膜强度和刚度的提高对于通过印刷系统和处理都是重要的。少量加入时，加进热塑性树脂的纳米颗粒对透射或光整形特性的影响不明显，因为颗粒小于光的波长，因此不散射光。从下文的详述中，上述优点与其它优点将更加明显。术语“表面特征(surface feature)”是指当光通过它或从它反射出来时决定光向的任何结构。例如，使光准直的棱镜结构或使光无序发射的漫射器都包含光整形元件。光的定向或偏转可以是微观或宏观量级的。“平均粗糙度”或Ra是指光整形元件的峰至谷的平均量度。“小于100nm的颗粒尺寸”是指至少有一维尺寸小于100nm的任何颗粒。满足该描述的颗粒称为“纳米颗粒”。这意味着直径为1-10nm而长度为100nm～50μm的碳纳米管都可看成是“纳米颗粒”，因为它们至少有一维尺寸小于100nm。术语“LCD”是指用液晶形成图象的任何背投显示器。术语“漫射器”是指能把镜面反射光(有一个主方向的光)弥散成漫射光(具有无序光向的光)的任何材料。术语“光漫射元件”是指能将镜面反射光(有一个主方向的光)弥散为漫射光(具有无序光向的光)的任何元件。术语“光”是指可见光。术语“总透光率”是指透过样品的波长为500nm的光与光源发出的500nm光的总量之比。它同时包括光的光谱透射和漫射透射。术语“浊度”是指漫射透过的500nm光与500nm总透射光之比乘以一个因子100。“透明”是指薄膜对500nm光的总透光率达80％或更高。术语“光整形效率”是指整形或定向光与入射到光整形元件表面的光量的百分比。术语“聚合物薄膜”是指包含聚合物的薄膜。术语“聚合物”是指均聚物或共聚物。术语“平均”，对于透镜尺寸和频率，是指对整个薄膜表面积的代数平均。术语“花样”是指任何预定的排列，不论有规或无规。术语“基本圆形”是指长轴不超过短轴2倍的几何形状。光学梯度是光学性质如透射率、反射率和浊度随离开起点的距离的变化。在本专利技术的一个实施方案中，漫射膜在至少一面有织构表面，其形式是许多无规微透镜或小透镜。术语“小透镜”是指小的透镜，但为本讨论的目的，可把术语透镜与小透镜看作同义词。小透镜重叠起来形成复合透镜。“复合透镜”是指主透镜表面上有多个次透镜。“主透镜”是指较大的小透镜，次透镜无序地形成在其上面。“次透镜”是指在主透镜上形成的比主透镜更小的透镜。术语“凹”是指象球面那样弯曲且球的外表面靠薄膜表面最近。术语“凸”是指象球面那样弯曲，且球的内表面靠薄膜表面最近。光通过透镜的发散可表达为“不对称”，它表示在水平方向上的发散不同于垂直方向上的发散。发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学元件，包含其表面上具有热塑性表面特征的基体，表面特征的Ｒａ为３～２００μｍ，含颗粒尺寸小于１００ｎｍ的细颗粒的分散体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：CJ卡明斯基，RP布尔德莱斯，GC小欧文，
申请(专利权)人：伊斯曼柯达公司，
类型：发明
国别省市：US[]