一種光學(xué)膜及其制備方法與流程
本發(fā)明一般地涉及一種光學(xué)膜及其制備方法，更具體地，本發(fā)明涉及這樣的光學(xué)膜及其制備方法，所述光學(xué)膜在對入射光進(jìn)行漫反射的同時透過失真可忽略的影像并且具有蔭罩功能。
所述光學(xué)膜可以廣泛地用作建筑物的窗膜，其中所述膜的“毛玻璃”外觀將為建筑物室內(nèi)提供一定的隱私性。所述膜在用作窗膜時還可以減小玻璃窗的鏡面反射。所述光學(xué)膜還可以用作影像組合器，允許觀看者同時觀察透過膜的影像和形成在膜上的影像。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種可以被用作隔墻的光學(xué)膜，用來對該隔墻兩側(cè)的物體提供有差別的視覺效果。
背景技術(shù)：
光學(xué)透明的薄膜具有廣泛的應(yīng)用，諸如用于建筑物的玻璃窗以及顯示器中的光學(xué)層。具體地說，玻璃窗的使用不僅是出于收集自然光的目的，而且還有美觀的原因。清晰的光學(xué)薄膜材料(諸如玻璃)也可以被用在建筑物的內(nèi)部作為分隔兩個房間的隔墻，以及被用在分隔外部和內(nèi)部的外墻玻璃窗中。對于諸如汽車或飛機(jī)的交通工具，透明的玻璃薄片可以被用作擋風(fēng)玻璃，其中對于交通工具的操作者來說具有該交通工具所在的環(huán)境的清晰視野是非常關(guān)鍵的。通常，入射到這樣的光學(xué)透明薄膜的光有一小部分被鏡面反射。也就是說，對于入射光的每一個方向，基本上存在一個對應(yīng)的反射光方向。
然而，經(jīng)常會需要透明薄膜反射的光可以不是鏡面反射。具體地說，希望光學(xué)透明薄膜在透過影像的失真為最低到忽略不計的同時，反射光可以是漫射的。對于建筑物材料方面的應(yīng)用，不管是用作外部玻璃窗，還是用作內(nèi)部隔墻，有時非常希望透明玻璃或光學(xué)膜在提供清晰視野的同時為使用者提供隱私性。例如，在警察局的審問期間，調(diào)查者希望從隔墻的一邊房間能清晰地觀察嫌疑犯，而在隔墻的另一邊房間里的嫌疑犯僅看見白墻。而對于住宅建筑物，希望的是在當(dāng)在正常照明條件下從外部觀看內(nèi)部時，細(xì)節(jié)會被屏蔽或模糊，同時建筑物內(nèi)的使用者擁有清晰的外部視野。對于交通工具的應(yīng)用，希望擋風(fēng)玻璃也可以被用作平視投影顯示屏幕，這樣關(guān)于道路狀況的關(guān)鍵信息、關(guān)于交通工具的信息以及任何命令或其他關(guān)鍵信息可在不削弱駕駛者的清晰視野的情況下顯示在擋風(fēng)玻璃上。
目前在建筑物材料方面的應(yīng)用，隱私性可以通過使用全遮光窗簾或者允許光大部分通過、但是使視野模糊的花邊或薄紗窗簾來提供。隱私性還可以通過使用現(xiàn)代技術(shù)來實現(xiàn)，所述現(xiàn)代技術(shù)諸如聚合物分散液晶調(diào)光膜、懸浮粒子裝置以及電致變色智能玻璃窗。然而，如今所有的現(xiàn)有材料和技術(shù)都具有以下問題，即，雖然提供了一定的隱私性，但是同時等效的阻擋或模糊了建筑物內(nèi)使用者的外部視野。此外，建筑物玻璃窗的鏡面反射光容易對外部的駕駛員造成危險。對于汽車和飛機(jī)中使用的平視顯示器(其中，利用交通工具的操作信息來擴(kuò)大外部環(huán)境視野是必須的)，實現(xiàn)方法一般包括使用非常窄波段的波長選擇性鍍膜來增強(qiáng)被選波長的反射。其中對于汽車，實現(xiàn)方法還包括使用全息漫射膜，以及最近發(fā)展起來的埋入式數(shù)值孔徑擴(kuò)展器，在埋入式數(shù)值孔徑擴(kuò)展器方法中，反射影像被擋風(fēng)玻璃中的嵌入的不可見的微透鏡陣列放大。然而，這些解決方案的實現(xiàn)是昂貴的。
因此，需要提供一種光學(xué)膜，該光學(xué)膜在對預(yù)先設(shè)定的反射光進(jìn)行漫反射的同時，可實現(xiàn)透射光的基本無偏轉(zhuǎn)，這樣用戶可以基本上無失真地觀察到光學(xué)膜的另一側(cè)的物體。
再有，需要提供這樣一種光學(xué)膜，該光學(xué)膜包括透明漫反射區(qū)和蔭罩區(qū)。由于結(jié)構(gòu)的不對稱，在外界環(huán)境發(fā)生變化，如夜幕降臨時，蔭罩區(qū)部分會顯示與之前不同的現(xiàn)象，所以，例如建筑物內(nèi)的使用者可以很容易地意識到環(huán)境已經(jīng)變化，從而提醒筑物內(nèi)的使用者在室外比較昏暗的時候需要比如傳統(tǒng)窗簾來達(dá)到保護(hù)室內(nèi)隱私的目的。
同時，本發(fā)明的光學(xué)膜的制備工藝大大簡化，可實現(xiàn)低成本地大批量生產(chǎn)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為滿足上述需求，本發(fā)明提出一種特殊設(shè)計的光學(xué)膜及其制備方法。
i.所述光學(xué)膜全部由透明漫反射區(qū)構(gòu)成
在所述光學(xué)膜中，上下表面基本上彼此保形、厚度變化可以有較大容差(例如，相比于平均厚度在±50％的范圍內(nèi))的光學(xué)材料薄層被夾在具有基本上相同的折射率的兩個光學(xué)材料層之間，被夾著的光學(xué)材料的折射率不同于覆蓋層材料和基層材料的折射率，并且被夾著的層不是平坦的。通過這樣的光學(xué)膜結(jié)構(gòu)的入射光在離開光學(xué)膜時不管入射角度如何都可以是基本上不改變原傳播方向，并且只要夾層的厚度足夠薄，出射光線的橫向位移是可忽略的。因此在光學(xué)膜一側(cè)的物體對于在膜的相對側(cè)的觀看者可以是完全清晰的。另一方面，因為夾層是非平坦的，換句話說，夾層與覆蓋層和基層的界面是例如波狀結(jié)構(gòu)化的(但是，是基本上保形的)，所以，取決于光入射在界面上的位置，由于界面的折射率不匹配而導(dǎo)致的反射光可以是不同方向。也就是說，反射光是擴(kuò)散的。
以下通過例示并結(jié)合系統(tǒng)、工具和方法，對本發(fā)明的實施方案及其目的進(jìn)行描述和說明。這些例示僅是示例性的和說明性的、而非限制性的。在不同實施方案中，上述一個或更多個市場需求已經(jīng)通過本發(fā)明得到滿足，而另一些實施方案則針對其他改進(jìn)。
本發(fā)明的主要目的是提供一種透明的光學(xué)膜，該光學(xué)膜在漫反射光或者模糊反射物體的同時是透明的且透過影像的失真是可忽略的。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種透明的光學(xué)膜，該光學(xué)膜在反射光在一個方向范圍上分布及圍繞預(yù)定反射方向的同時是透明的且透過影像的失真是可忽略的。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種可以生產(chǎn)這樣的透明漫反射光學(xué)薄膜的示例性制造工藝。
本發(fā)明的另一個主要目的是提供一種基于塑料薄膜的透明漫反射光學(xué)膜，該膜是容易大規(guī)模生產(chǎn)的。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種可以容易地附著到清晰基板的透明漫反射光學(xué)膜。
本發(fā)明的另一個目的是提供用于交通工具的擋風(fēng)玻璃結(jié)構(gòu)，該擋風(fēng)玻璃結(jié)構(gòu)允許操作者和使用者在擋風(fēng)玻璃上能夠顯示投影實像，同時可以通過擋風(fēng)玻璃觀看的周圍環(huán)境。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種玻璃窗或玻璃隔墻，該玻璃窗或玻璃隔墻可以允許建筑物內(nèi)使用者具有外部或者隔墻另一側(cè)的基本無失真的視野，同時在相對側(cè)的觀看者僅能看見模糊的或朦朧的墻壁或表面。
本發(fā)明的一個方面提供一種光學(xué)膜，所述光學(xué)膜包括：基層，所述基層具有平坦的基層下表面和與所述基層下表面相對的基層上表面，所述基層上表面是不平坦的結(jié)構(gòu)化表面，并且所述基層具有第一折射率n1，夾層，所述夾層具有夾層下表面和與所述夾層下表面相對的夾層上表面，所述夾層下表面設(shè)置在所述基層上表面上，所述夾層具有第二折射率n2，并且所述夾層基本上保形于所述基層上表面的所述不平坦的結(jié)構(gòu)化表面，以及覆蓋層，所述覆蓋層具有覆蓋層下表面和與所述覆蓋層下表面相對的覆蓋層上表面，所述覆蓋層下表面設(shè)置在所述夾層上表面上，所述覆蓋層上表面是與所述基層下表面基本上平行的平坦的表面，并且所述覆蓋層具有第三折射率n3，其中，所述第一折射率n1與第三折射率n3基本上相同，所述第二折射率n2實質(zhì)上大于所述第一折射率n1和所述第三折射率n3，并且所述夾層的厚度d的變化與平均厚度
在優(yōu)選實施方案中，所述夾層的厚度d的變化與平均厚度
在優(yōu)選實施方案中，所述不平坦的結(jié)構(gòu)化表面可以是波狀結(jié)構(gòu)化表面。
在優(yōu)選實施方案中，所述夾層的相鄰波峰或相鄰波谷之間的特征長度l1可以不大于2mm。在進(jìn)一步優(yōu)選實施方案中，所述夾層的相鄰波峰或相鄰波谷之間的特征長度l1可以不大于0.5mm。在更進(jìn)一步優(yōu)選實施方案中，所述夾層的相鄰波峰或相鄰波谷之間的特征長度l1可以不大于0.1mm。
在優(yōu)選實施方案中，所述夾層的所述厚度d的變化曲線的相鄰波峰或相鄰波谷之間的特征長度l2可以不大于2mm。在進(jìn)一步優(yōu)選實施方案中，所述夾層的所述厚度d的變化曲線的相鄰波峰或相鄰波谷之間的特征長度l2可以不大于0.5mm。在更進(jìn)一步優(yōu)選實施方案中，所述夾層的所述厚度d的變化曲線的相鄰波峰或相鄰波谷之間的特征長度l2可以不大于0.1mm。
在優(yōu)選實施方案中，所述夾層的波峰和波谷之間的高度差可以不大于200μm。在進(jìn)一步優(yōu)選實施方案中，所述夾層的波峰和波谷之間的高度差可以不大于100μm。在更進(jìn)一步優(yōu)選實施方案中，所述夾層的波峰和波谷之間的高度差可以不大于50μm。
在優(yōu)選實施方案中，所述夾層的所述平均厚度
在優(yōu)選實施方案中，所述夾層可以是兩層或更多層彼此基本上保形的子層構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)。并且，所述夾層還可以是兩種或更多種材料的彼此基本上保形的子層構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)。
在優(yōu)選實施方案中，所述基層可以為復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)可以包括基本上厚度均勻的襯底，以及粘附在所述襯底上的并且上表面為所述波狀結(jié)構(gòu)化表面的表層。所述襯底的材料可以是透明玻璃，或者可變形的柔性塑料膜材料如pet材料。所述表層可以是通過光或者熱聚合的、固化的光學(xué)透明膠材料層。
在優(yōu)選實施方案中，所述基層可以由pet襯底與聚合后的光學(xué)透明膠表層材料構(gòu)成，所述覆蓋層可以由聚合后的光學(xué)透明膠材料構(gòu)成，并且所述夾層可以由tio2材料構(gòu)成。在可替換的實施方案中，所述基層可以由pet襯底與聚合后的光學(xué)透明膠表層材料構(gòu)成，所述覆蓋層可以由聚合后的光學(xué)透明膠材料與pet膜材料構(gòu)成，并且所述夾層可以夾在上下兩層聚合后的光學(xué)透明膠材料層之間并且由tio2材料構(gòu)成。
在優(yōu)選實施方案中，所述第三折射率n3大約為1.51，所述夾層材料為tio2，并且所述夾層的平均厚度
ii.光學(xué)膜包括透明漫反射區(qū)和蔭罩區(qū)
本發(fā)明的一個方面提供一種光學(xué)膜，所述光學(xué)膜包括：基層，所述基層具有平坦的基層下表面和與所述基層下表面相對的基層上表面，所述基層上表面由透明漫反射區(qū)和蔭罩區(qū)構(gòu)成，其中所述透明漫反射區(qū)是不平坦的結(jié)構(gòu)化表面，并且所述基層具有第一折射率n1，夾層，所述夾層設(shè)置在所述透明漫反射區(qū)上，并且所述夾層具有夾層下表面和與所述夾層下表面相對的夾層上表面，所述夾層具有第二折射率n2，并且所述夾層基本上保形于所述透明漫反射區(qū)的所述不平坦的結(jié)構(gòu)化表面，以及覆蓋層，所述覆蓋層具有覆蓋層下表面和與所述覆蓋層下表面相對的覆蓋層上表面，所述覆蓋層下表面設(shè)置在所述夾層上表面和所述蔭罩區(qū)兩者上，所述覆蓋層上表面是與所述基層下表面基本上平行的平坦的表面，并且所述覆蓋層具有第三折射率n3，其中，所述第一折射率n1與第三折射率n3基本上相同，所述第二折射率n2實質(zhì)上大于所述第一折射率n1和所述第三折射率n3。
在優(yōu)選實施方案中，所述基層的所述透明漫反射區(qū)以及所述蔭罩區(qū)兩者是連續(xù)的、不平坦的結(jié)構(gòu)化表面。
在優(yōu)選實施方案中，所述夾層的厚度d的變化與平均厚度
在優(yōu)選實施方案中，所述不平坦的結(jié)構(gòu)化表面是波狀結(jié)構(gòu)化表面。
在優(yōu)選實施方案中，所述透明漫反射區(qū)和所述蔭罩區(qū)至少部分地將所述光學(xué)膜配置成窗格圖案。在又一個優(yōu)選實施方案中，所述透明漫反射區(qū)和所述蔭罩區(qū)至少部分地將所述光學(xué)膜配置成百葉窗圖案。在又一個優(yōu)選實施方案中，所述蔭罩區(qū)只占所述光學(xué)膜面積的一小部分，并且所述蔭罩區(qū)呈現(xiàn)為一個標(biāo)志。
本發(fā)明的另一個方面提供一種制備光學(xué)膜的方法，所述方法包括：形成基層，所述基層形成平坦的基層下表面和與所述基層下表面相對的基層上表面，將所述基層上表面劃分為透明漫反射區(qū)和蔭罩區(qū)，其中在所述透明漫反射區(qū)形成不平坦的結(jié)構(gòu)化表面，并且所述基層具有第一折射率n1，在所述基層的所述透明漫反射區(qū)上形成夾層，其中夾層下表面設(shè)置在所述透明漫反射區(qū)上，夾層上表面與所述夾層下表面相對，其中，所述夾層具有第二折射率n2，并且所述夾層基本上保形于所述透明漫反射區(qū)的所述不平坦的結(jié)構(gòu)化表面，以及形成覆蓋層，其中覆蓋層下表面設(shè)置在所述夾層上表面和所述蔭罩區(qū)兩者上，覆蓋層上表面是與所述基層下表面基本上平行的平坦的表面，并且所述覆蓋層具有第三折射率n3，其中，所述第一折射率n1與第三折射率n3基本上相同，所述第二折射率n2實質(zhì)上大于所述第一折射率n1和所述第三折射率n3。
在優(yōu)選實施方案中，所述形成基層的步驟包括：在所述基層的所述透明漫反射區(qū)以及所述蔭罩區(qū)兩者上形成連續(xù)的、不平坦的結(jié)構(gòu)化表面。
在優(yōu)選實施方案中，所述夾層的厚度d的變化與平均厚度
在優(yōu)選實施方案中，所述不平坦的結(jié)構(gòu)化表面是波狀結(jié)構(gòu)化表面。
在優(yōu)選實施方案中，所述形成夾層的步驟還包括在所述蔭罩區(qū)上設(shè)置掩模的操作，以遮擋所述基層的所述蔭罩區(qū)。在又一個優(yōu)選實施方案中，所述形成覆蓋層的步驟還包括從所述蔭罩區(qū)上去除所述掩模的操作，以暴露所述基層的所述蔭罩區(qū)。
其他目的和優(yōu)點根據(jù)以下對本發(fā)明的描述將是顯著的。
附圖說明
示例性實施方案在附圖的參考圖中被圖示說明。意圖是本文中所公開的實施方案和附圖被認(rèn)為是說明性的，而非限制性的。
圖1是透明漫反射光學(xué)膜的核心結(jié)構(gòu)及其操作原理的示意性說明圖。
圖2是可以被應(yīng)用于玻璃襯底的透明漫反射光學(xué)膜的示意性說明圖。
圖3是在其中漫反射光以預(yù)定角度為中心反射方向的透明漫反射光學(xué)膜的示意性說明圖。
圖4是生成作為透明漫反射光學(xué)膜的一部分的基層的工藝的示意性說明圖。
圖5是生成作為透明漫反射光學(xué)膜的一部分的基層的替代工藝的示意性說明圖。
圖6是從具有期望的表面結(jié)構(gòu)的基層開始生成透明漫反射光學(xué)膜的工藝的示意性說明圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明一種實施方案的光學(xué)膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是夾層厚度變化曲線的示意圖。
圖9示出包括透明漫反射區(qū)和蔭罩區(qū)的光學(xué)膜。
圖10是根據(jù)本發(fā)明實施方案的包括透明漫反射區(qū)和蔭罩區(qū)的光學(xué)膜的俯視示意圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明實施方案的包括透明漫反射區(qū)和蔭罩區(qū)的光學(xué)膜的俯視示意圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明實施方案的包括透明漫反射區(qū)和蔭罩區(qū)的光學(xué)膜的截面示意圖。
圖13是圖12中的光學(xué)膜的俯視示意圖。
圖14是透明漫反射光學(xué)膜在玻璃窗或隔墻應(yīng)用中如何為光學(xué)膜的相對側(cè)的使用者提供不對稱視覺效果的示意性說明圖。
圖15是透明漫反射光學(xué)膜在汽車中的投影顯示系統(tǒng)中如何被使用的示意性說明圖。
具體實施方式
在以下的描述中，為了達(dá)到解釋說明的目的以對本發(fā)明有一個全面的認(rèn)識，闡述了大量的具體細(xì)節(jié)，然而，很明顯地，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，無需這些具體細(xì)節(jié)也可以實現(xiàn)本發(fā)明。在其他示例中，公知的結(jié)構(gòu)和裝置在方框圖表中示出。在這方面，所舉的說明性的示例實施方案僅為了說明，并不對本發(fā)明造成限制。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受上述具體實施方案所限，僅以所附的權(quán)利要求書的范圍為準(zhǔn)。
如本文中所使用的，“一個”(“a”或者“an”)意指一個或更多個。
如本文中所使用的，“μm”意指微米，長度為一米的1/1000000。
如本文中所使用的，“nm”意指納米，長度為一米的1/1000000000。
如本文中所使用的，“光學(xué)膜”和“光學(xué)層”意指大體上透射大部分入射到膜上的光線的光學(xué)材料薄片。
如本文中所使用的，“光”意指可見或紅外范圍內(nèi)的電磁輻射。
如本文中所使用的，“薄片”、“薄片材料”與“膜”可以交互使用并且指的是同一類很薄的物體，特別是很薄的光學(xué)材料。
i.所述光學(xué)膜全部由透明漫反射區(qū)構(gòu)成
本文中所公開的實施方案涉及一種由多層光學(xué)材料組成的光學(xué)膜，其中透射通過該膜的光基本上在與其入射到該膜上的方向基本相同的方向上傳播，并且具有可忽略的橫向位移；同時，取決于特定光線入射到光學(xué)膜表面上的位置，相對于膜法線的相同入射方向的反射光可以呈現(xiàn)不同方向。具體地說，在本文中所公開的一個優(yōu)選實施方案中，多層光學(xué)膜由光學(xué)上透明的基層、夾層和覆蓋層組成?；鶎泳哂幸粋€平坦的下表面，而基層的相對上表面是結(jié)構(gòu)化的，也即具有優(yōu)選地在100微米范圍內(nèi)的特征表面粗糙度的不平坦表面，并且是可以具有預(yù)定形狀和圖案的結(jié)構(gòu)化表面。多層膜的優(yōu)選實施方案的夾層具有不同于基層的折射率，并且被沉積在基層的結(jié)構(gòu)化側(cè)、順應(yīng)基層的不平坦表面結(jié)構(gòu)并且具有大體上小于一微米的厚度。覆蓋層是具有基本上與基層的折射率相同的折射率的光學(xué)材料，并且被沉積在夾層上，順應(yīng)表面結(jié)構(gòu)，并且其遠(yuǎn)離夾層的表面基本上是光學(xué)光滑的。這樣的光學(xué)膜使得位于膜的相對側(cè)的物體能夠被清晰顯示，同時漫反射來自觀看者一側(cè)的光。這樣的膜可以被用作附著到交通工具的擋風(fēng)玻璃上的投影屏幕，所述擋風(fēng)玻璃使得交通工具操作者能夠具有清晰的環(huán)境視野、同時可觀察到投影到擋風(fēng)玻璃上的影像。這樣的膜也可以被用作玻璃窗的隱私屏幕，其中建筑物內(nèi)的使用者將具有外部的清晰視野，而在建筑物外面的人在通常更明亮的外部狀況下最多只能看到建筑物內(nèi)部物體的模糊圖像。
如圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，本文中所公開的光學(xué)膜100的基本結(jié)構(gòu)包括三層光學(xué)材料：基層110、夾層120和覆蓋層130?；鶎?10的遠(yuǎn)離夾層120的下表面111基本上是平坦的表面，而與下表面111相對的上表面112是具有峰和谷的波狀結(jié)構(gòu)化表面。在優(yōu)選實施方案中，波狀輪廓可以采取隨機(jī)形狀，并且可以不存在特定圖案，并且波狀輪廓是二維的。也就是說，基層110在任何方向上的截面表面斷層可以具有圖1中所示的結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選實施方案中，峰或谷之間的特征長度是以毫米或更小為單位的，優(yōu)選地為2mm或更小，并且相鄰峰與谷之間的高度差在微米范圍內(nèi)，優(yōu)選地100微米或更小?；鶎?10可以是任何光學(xué)材料，包括玻璃、透明光學(xué)聚合物膜(諸如聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酯、聚對苯二甲酸乙二酯(pet)膜)。
在優(yōu)選實施方案中，夾層120是基層的波狀表面上方的光學(xué)材料的薄的覆層，該覆層順應(yīng)波狀表面結(jié)構(gòu)。夾層120的折射率不同于基層110的折射率。夾層120可以是任何光學(xué)材料，包括二氧化鈦、二氧化硅、氧化鋁或金屬(諸如銀和鋁)。夾層120的厚度可以小于一微米，優(yōu)選地，小于0.5微米。夾層120也可以是順序地沉積的兩種或更多種光學(xué)材料的多層結(jié)構(gòu)。
在優(yōu)選實施方案中，覆蓋層130被置于夾層120的頂部，并且其與夾層接觸的下表面具有與基層110配合的波狀輪廓，該波狀輪廓是通過夾層120轉(zhuǎn)化而來的。覆蓋層130的上表面基本上是平坦的。覆蓋層130的折射率基本上與基層110的折射率相同。在優(yōu)選實施方案中，基層110和覆蓋層130的材料組成可以是相同的，以確?；鶎?10和覆蓋層130的光學(xué)性質(zhì)緊密匹配。
當(dāng)光入射在本文中所公開的光學(xué)膜100上時，菲涅耳定律決定了透射光將在與入射光基本上相同的方向上行進(jìn)。光學(xué)膜100一側(cè)的物體因此將被在該光學(xué)膜的另一側(cè)的觀察者沒有模糊地清晰地看見。在本文中所公開的優(yōu)選實施方案中，由于光線的橫向位移足夠小而導(dǎo)致透射通過光學(xué)膜的影像的失真是可忽略的。
如圖1中所示，根據(jù)菲涅耳定律，由于基層110和夾層120以及夾層120和覆蓋層130之間的界面而導(dǎo)致的反射光呈現(xiàn)一系列的方向，因此反射光是漫射的，并且取決于厚度和用于夾層120的材料，漫反射光可以表現(xiàn)出不同的顏色。本文中所公開的光學(xué)膜100可以被用作玻璃窗的涂層或者附著到玻璃窗上，從而使玻璃窗對于外部觀看者可以表現(xiàn)為磨砂玻璃窗，但同時可以在白天為建筑物內(nèi)使用者提供清晰的外部視野。光學(xué)膜100還可以被用作從投影顯示器形成與虛像完全不同的實像的屏幕。
根據(jù)本發(fā)明，所述基層110具有平坦的基層下表面111和與所述基層下表面111相對的基層上表面112，所述基層上表面112是不平坦的結(jié)構(gòu)化表面，并且所述基層110具有第一折射率n1。所述夾層120具有夾層下表面121和與所述夾層下表面121相對的夾層上表面122，所述夾層下表面121設(shè)置在所述基層上表面112上，所述夾層120具有第二折射率n2，并且所述夾層120基本上保形于所述基層上表面112的所述不平坦的結(jié)構(gòu)化表面。所述覆蓋層130具有覆蓋層下表面131和與所述覆蓋層下表面131相對的覆蓋層上表面132，所述覆蓋層下表面131設(shè)置在所述夾層上表面122上，所述覆蓋層上表面132是與所述基層下表面111基本上平行的平坦的表面，并且所述覆蓋層具有第三折射率n3。
根據(jù)本發(fā)明，所述第一折射率n1與第三折射率n3基本上相同，例如差別小于2％或5％。并且，所述第二折射率n2實質(zhì)上大于所述第一折射率n1和所述第三折射率n3，例如差別大于30％或60％。
在如圖2中所示的一個優(yōu)選實施方案中，除了如圖1中所示的基層110、夾層120和覆蓋層130的基本結(jié)構(gòu)之外，光學(xué)膜100可以進(jìn)一步包括基本上透明的、附著到光學(xué)膜100的一側(cè)的粘合層150。粘合層150提供將光學(xué)膜100附著到襯底(諸如玻璃窗的玻璃、隔墻、或交通工具的擋風(fēng)玻璃)的簡便方式。光學(xué)膜100可以進(jìn)一步包括可以減小來自基層110或覆蓋層130的表面/空氣界面的第一表面反射的消反射層140。消反射層140可以在制造光學(xué)膜的基本結(jié)構(gòu)期間作為外覆層沉積上去，或者可以在制造光學(xué)膜基本結(jié)構(gòu)之后將商業(yè)抗反射膜附著上去。
在如圖3中所示的替代實施方案中，除了如圖1中所示的在光學(xué)膜100的平面中居中的表面波狀輪廓之外，基層110中的波狀結(jié)構(gòu)和由其決定的夾層120的結(jié)構(gòu)可以具有相對于光學(xué)膜100的平面的總體傾斜角度α。在這種情況下，通過光學(xué)膜100的透射光可以仍保持與入射光的方向相同的方向，然而，反射光的方向可以如圖3中所示圍繞由傾斜角α確定的中心方向分布。
圖4圖示制造具有預(yù)定波狀表面結(jié)構(gòu)的基層110的基本工藝。首先使用具有任何隨機(jī)形狀或者某些圖案的預(yù)定表面微結(jié)構(gòu)的模板116，沉積一層光學(xué)材料(諸如光學(xué)透明的聚合物樹脂)。光學(xué)透明樹脂將順應(yīng)模板的微結(jié)構(gòu)，并且其遠(yuǎn)離模板的表面可以是平面的。之后，被沉積的膜可以經(jīng)由光引發(fā)工藝、熱固化工藝、或者這兩種固化工藝的組合而被固化。在光學(xué)膜固化之后，該膜從模板上被剝離以獲得具有預(yù)定微表面結(jié)構(gòu)的基層110。
若干種光學(xué)材料可以被用作光學(xué)透明樹脂。具體地說，光學(xué)樹脂可以是基于丙烯酸的聚合物。光學(xué)樹脂也可以是基于尿烷的或者基于聚二甲基硅氧烷的聚合物。光學(xué)樹脂可以通過使用任意一種濕式涂覆工藝沉積在模板116上，包括旋轉(zhuǎn)涂覆、膠印、凹面涂覆以及狹縫模具涂覆技術(shù)。
另外一種辦法是，具有一個表面波狀輪廓的基層110可以通過對其原來平坦的上表面112進(jìn)行處理來獲得。所述處理技術(shù)可以包括蠻力機(jī)械磨損，諸如使用任何砂紙或磨料物體對表面進(jìn)行機(jī)械拋光。優(yōu)選地，如圖5中所示，生成基層110的后處理技術(shù)包括用具有預(yù)定表面微結(jié)構(gòu)的輥對膜進(jìn)行壓滾。這樣的工藝可以包括使光學(xué)膜軟化的加熱工藝，并且如圖5中所示，基層110可以包括襯底160和表層170。
圖6圖示從具有預(yù)定表面微結(jié)構(gòu)的基層110制作本文中所公開的透明漫反射光學(xué)膜100的一種示例性工藝。如圖6中所示，基層110經(jīng)過沉積工藝，其中夾層120包含諸如tio2的光學(xué)材料。涂覆可以在真空環(huán)境中通過使用諸如濺射鍍膜技術(shù)或物理氣相沉積技術(shù)來執(zhí)行。涂覆也可以在真空室外部通過使用諸如原基層沉積技術(shù)的工藝來執(zhí)行。在一個示例性涂覆工藝中，55nm厚的tio2的層被涂覆在表面粗糙化的玻璃上方以增強(qiáng)來自該表面的光的漫反射。在夾層120沉積之后，通過使用濕式涂覆工藝沉積光學(xué)透明樹脂形成覆蓋層130。光學(xué)樹脂可以是折射率與基層110匹配的材料，也可以是基本上與用于制作基層110的材料相同的材料。涂覆工藝可以使用任何濕式涂覆技術(shù)，包括旋轉(zhuǎn)涂覆、meyer棒涂覆、凹面涂覆、膠印或狹縫涂覆技術(shù)。被涂覆的覆蓋層130然后被適當(dāng)?shù)毓袒垣@得透明的漫反射光學(xué)膜100。
圖7是根據(jù)本發(fā)明一種實施方案的光學(xué)膜100的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，本文所述的厚度d為夾層120法線方向的厚度。如圖7所示，光學(xué)膜100的夾層120是波狀結(jié)構(gòu)化表面。其中，所述夾層120的相鄰波峰或相鄰波谷之間的距離，即特征長度l1，不大于2mm。優(yōu)選地，所述夾層120的相鄰波峰或相鄰波谷之間的特征長度l1不大于0.5mm。更優(yōu)選地，所述夾層的相鄰波峰或相鄰波谷之間的特征長度l1不大于0.1mm。
圖8是與圖7對應(yīng)的夾層120厚度變化曲線的示意圖。如圖8所示，所述夾層120的所述厚度d的變化曲線的相鄰波峰或相鄰波谷之間的距離，即特征長度l2，不大于2mm。優(yōu)選地，所述夾層的所述厚度d的變化曲線的相鄰波峰或相鄰波谷之間的特征長度l2不大于0.5mm。更優(yōu)選地，所述夾層的所述厚度d的變化曲線的相鄰波峰或相鄰波谷之間的特征長度l2不大于0.1mm。
其中，所述夾層120的所述平均厚度
根據(jù)本發(fā)明，所述夾層120的厚度d的變化與平均厚度
根據(jù)一個實施方案，所述基層110由pet襯底160與聚合后的光學(xué)透明膠表層170構(gòu)成，所述覆蓋層130由聚合后的光學(xué)透明膠材料與pet膜材料構(gòu)成，并且所述夾層120夾在上下兩層聚合后的光學(xué)透明膠材料層之間并且由tio2材料構(gòu)成。其中，所述第一折射率n1和所述第三折射率n3均大約為1.51，所述第二折射率n2為2.55-2.76，其與n1或n3的反差越大越好，并且所述夾層120的平均厚度
ii.光學(xué)膜包括透明漫反射區(qū)和蔭罩區(qū)
圖9示出包括透明漫反射區(qū)180和蔭罩區(qū)190的光學(xué)膜100。其中，所述光學(xué)膜100包括：基層110，所述基層110具有平坦的基層下表面111和與所述基層下表面相對的基層上表面112(112a)，所述基層上表面112(112a)由透明漫反射區(qū)180和蔭罩區(qū)190構(gòu)成，其中所述透明漫反射區(qū)180具有不平坦的結(jié)構(gòu)化表面，并且所述基層110具有第一折射率n1，夾層120，所述夾層120設(shè)置在所述透明漫反射區(qū)180上，并且所述夾層120具有夾層下表面121和與所述夾層下表面相對的夾層上表面122，所述夾層120具有第二折射率n2，并且所述夾層120基本上保形于所述透明漫反射區(qū)180的所述不平坦的結(jié)構(gòu)化表面112，以及覆蓋層130，所述覆蓋層130具有覆蓋層下表面131和與所述覆蓋層下表面相對的覆蓋層上表面132，所述覆蓋層下表面131設(shè)置在所述夾層上表面122和所述蔭罩區(qū)190(112a)兩者上，所述覆蓋層上表面132是與所述基層下表面111基本上平行的平坦的表面，并且所述覆蓋層130具有第三折射率n3，其中，所述第一折射率n1與第三折射率n3基本上相同，所述第二折射率n2實質(zhì)上大于所述第一折射率n1和所述第三折射率n3。
在優(yōu)選實施方案中，所述基層的所述透明漫反射區(qū)以及所述蔭罩區(qū)兩者是連續(xù)的、不平坦的結(jié)構(gòu)化表面，也即，基層上表面112，112a是連續(xù)的、不平坦的結(jié)構(gòu)化表面。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，基層蔭罩區(qū)190的上表面112a可以和基層透明漫反射區(qū)180的上表面112一致或不一致，連續(xù)或不連續(xù)?；鶎邮a罩區(qū)190的上表面112a可以例如是平面或者其他規(guī)則或不規(guī)則的光滑或紋理表面。
在優(yōu)選實施方案中，所述夾層120的厚度d的變化與平均厚度
在優(yōu)選實施方案中，所述不平坦的結(jié)構(gòu)化表面112(112a)是連續(xù)的波狀結(jié)構(gòu)化表面。
在優(yōu)選實施方案中，所述蔭罩區(qū)190可以被配置為只占所述光學(xué)膜100面積的一小部分，并且所述蔭罩區(qū)呈現(xiàn)為一個標(biāo)志(見圖10)。在又一個優(yōu)選實施方案中，所述透明漫反射區(qū)180和所述蔭罩區(qū)190至少部分地將所述光學(xué)膜100配置成百葉窗圖案(見圖11)。
在又一個優(yōu)選實施方案中，所述透明漫反射區(qū)180和所述蔭罩區(qū)190至少部分地將所述光學(xué)膜100配置成格式化的光學(xué)膜(見圖12和圖13)。這種格式化透明光學(xué)膜的優(yōu)點在于，當(dāng)這種膜被用于建筑玻璃窗上，并且當(dāng)夜幕降臨時，它可以提醒建筑物內(nèi)的使用者，夜幕降臨時基于本發(fā)明的光學(xué)膜自身的隱私效果將消失。雖然，圖13展示的是格子結(jié)構(gòu)，但是很明顯這種結(jié)構(gòu)是可以做成任意的結(jié)構(gòu)的，比如條形、三角形，甚至是某種特制的、比如某種小動物或者某種警示圖案的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個方面提供一種制備光學(xué)膜的方法，所述方法包括：
形成基層，所述基層形成平坦的基層下表面和與所述基層下表面相對的基層上表面，將所述基層上表面劃分為透明漫反射區(qū)和蔭罩區(qū)，其中在所述透明漫反射區(qū)形成不平坦的結(jié)構(gòu)化表面，并且所述基層具有第一折射率n1，
在所述基層的所述透明漫反射區(qū)上形成夾層，其中夾層下表面設(shè)置在所述透明漫反射區(qū)上，夾層上表面與所述夾層下表面相對，其中，所述夾層具有第二折射率n2，并且所述夾層基本上保形于所述透明漫反射區(qū)的所述不平坦的結(jié)構(gòu)化表面，以及
形成覆蓋層，其中覆蓋層下表面設(shè)置在所述夾層上表面和所述蔭罩區(qū)兩者上，覆蓋層上表面是與所述基層下表面基本上平行的平坦的表面，并且所述覆蓋層具有第三折射率n3，其中，所述第一折射率n1與第三折射率n3基本上相同，所述第二折射率n2實質(zhì)上大于所述第一折射率n1和所述第三折射率n3。
在優(yōu)選實施方案中，所述形成基層的步驟包括：在所述基層的所述透明漫反射區(qū)以及所述蔭罩區(qū)兩者上形成連續(xù)的、不平坦的結(jié)構(gòu)化表面。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，基層蔭罩區(qū)的上表面可以和基層透明漫反射區(qū)的上表面一致或不一致，連續(xù)或不連續(xù)。基層蔭罩區(qū)的上表面可以例如是平面或者其他規(guī)則或不規(guī)則的光滑或紋理表面。
在優(yōu)選實施方案中，所述形成夾層的步驟還包括在所述蔭罩區(qū)上設(shè)置掩模的操作，以遮擋所述基層的所述蔭罩區(qū)。
在又一個優(yōu)選實施方案中，所述形成覆蓋層的步驟還包括從所述蔭罩區(qū)上去除所述掩模的操作，以暴露所述基層的所述蔭罩區(qū)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，前面關(guān)于所述光學(xué)膜全部由透明漫反射區(qū)構(gòu)成的情形所討論的所有技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)形狀、大小、定義、材料、參數(shù)和其他細(xì)節(jié)，均可以適用于關(guān)于光學(xué)膜包括透明漫反射區(qū)和蔭罩區(qū)情形時的透明漫反射區(qū)以及光學(xué)膜的結(jié)構(gòu)和制備。
另外，根據(jù)本發(fā)明，蔭罩掩?？梢允菃蝹€的，也可以是多個的。蔭罩掩?？梢允侨魏未笮?、形狀、圖案和花紋，可以位于蔭罩區(qū)上表面上的任意位置。蔭罩掩模的材料可以是金屬合金或金屬，例如鐵、鋁等等。通過蒸鍍、濺射鍍膜等技術(shù)形成起漫反射作用的中間夾層后，將蔭罩掩模移除。然后，通過例如濕涂技術(shù)并固化，形成整個光學(xué)膜的覆蓋層。
iii.應(yīng)用場景實例
圖14圖示本文中所公開的透明漫反射光學(xué)膜100的一個示例性使用。光學(xué)膜100附著到分離兩個房間的通透玻璃上。在一個房間里，警方人員或公安官員正在審問嫌疑犯，并且該房間使用比正在觀察的官員所在的另一個房間更明亮地光線照射。正在觀察的官員能夠清楚看見嫌疑犯和審問過程，而嫌疑犯卻不能覺察到正在觀察的官員的存在。當(dāng)這樣的玻璃被用作安裝在建筑物中的玻璃窗的一部分時，建筑物內(nèi)使用者可以具有清晰的的無障礙的外部視野，而建筑物外面的觀看者僅可以看見散射的窗戶，并且最多僅看見建筑物內(nèi)部的物體的模糊影像。
圖15圖示透明漫反射光學(xué)膜在擴(kuò)增交通工具顯示器中的另一個示例性使用。光學(xué)膜100附著到交通工具的擋風(fēng)玻璃上，并且投影儀將圖像投影在光學(xué)膜上。光學(xué)膜100的透明性質(zhì)允許交通工具操作者具有包括道路狀況的無障礙的周圍環(huán)境視野。同時，光學(xué)膜100的漫反射性質(zhì)使得投影儀能夠在擋風(fēng)玻璃上形成影像而顯示信息，從而交通工具操作者將能夠看見關(guān)于交通工具的狀況的關(guān)鍵信息、gps信息、或可在顯示器上被擴(kuò)展的任何關(guān)鍵信息。
雖然本公開主要以三層(基層，夾層和覆蓋層)或二層(基層和覆蓋層)核心結(jié)構(gòu)來描述本發(fā)明的實施方案的光學(xué)膜的透明漫反射區(qū)和蔭罩區(qū)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，不排除在光學(xué)膜的任何一側(cè)還可以有其他層，例如，結(jié)合層、粘接層、加強(qiáng)層、消反射層、吸收層、增透層等等，并且，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些層可以被理解為是基層或覆蓋層的一部分。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，不排除在光學(xué)膜的所述三層(基層，夾層和覆蓋層)或二層(基層和覆蓋層)的任何兩層之間還可以有其他層，例如，結(jié)合層、粘接層、加強(qiáng)層、消反射層、吸收層、增透層等等，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些層可以被理解為是夾層、基層或覆蓋層的一部分。
再有，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，基層和覆蓋層可以是相同材料構(gòu)成，并且可以是一體的。也就是說，本發(fā)明不排除蔭罩區(qū)是單層的并且由一種材料構(gòu)成。
前面對所公開的實施方案的描述被提供來使得本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠做出或使用本發(fā)明。對這些實施方案的各種修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是容易明白的，并且在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本文中所定義的一般原理可以適用于其他實施方案。因此，本發(fā)明并非意圖限于本文中所示的實施方案，而是要被給予與本文中所公開的原理和新穎特征一致的最廣泛的范圍。因此意圖是所附權(quán)利要求及其以后引入的權(quán)利要求被解釋為包括在它們的真實精神和范圍內(nèi)的所有這樣的變化、修改、置換、添加和子組合。
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