專利名稱：用模壓輥帶動柔順輥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明實施例涉及一種制造熱塑薄膜的方法，該薄膜在其一側上具有光學部件并在其另一側上具有光滑面。
背景技術：
具有圖案表面的薄膜有多種應用。例如，相紙可以包括具有不光滑或者光滑的涂層的薄膜。當被隨機觀察者觀察時，這種不光滑的涂層或者光滑的涂層可以在相紙上產生需要的效果。不光滑或者光滑的涂層要求相紙的制造工藝具有一定的容差(即一定水平的精密度)。隨著制造工藝的容差變得越來越高，制造工藝一般的變得更加復雜和昂貴。換言之，為了產生用于相紙的圖案薄膜所需要的容差可能顯著的低于為了制造用于液晶顯示器的光變向膜所需要的容差。
光變向膜可用于很多的應用方面。例如，光變向膜可以用作液晶顯示器(LCD)的一部分以增加該LCD的功率效率。LCD(或其他類似顯示器)的功率效率增加可能是明顯的。液晶顯示器經常被包含在由電池驅動的移動設備(例如手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機等)上。對于這些移動設備，需要最大化其電池的工作時間。盡管，電池技術在提高，但增加移動設備的電池壽命的一種途徑依然是在不降低品質的情況下減少設備的能量消耗。通過使液晶顯示器更加有效率，移動設備的電池壽命能夠得到延長，這對于使用者有很大的好處。
與相片上光滑或不光滑的涂層的光學原理相比，光變向膜的光學原理非常的特殊和詳細。因此，用于生產相紙上光滑或不光滑涂層的制造工藝的精密度可能不適合于制造光變向膜的目的。例如，用于制造其他圖案薄膜的制造工藝可能不足以復制光變向膜的光學部件或者不足以提供薄膜的均勻厚度，該均勻厚度是使光變向膜可使用所需要的。之前的制造工藝的不足之處是制造光變向膜的關鍵的考慮因素。

發(fā)明內容
本發(fā)明的實施例涉及一種包括剛性面和柔順面的裝置。所述剛性面包括光學部件模制圖案。所述柔順面和剛性面形成一輥隙并且該輥隙被設計成用來將注入到該輥隙的粘性材料成型為一固體膜。
其他的實施例涉及一種包括環(huán)帶的柔順壓力帶。該環(huán)帶包括至少一個彈性層和至少一個金屬層。帶的外表面具有少于50納米的平均粗糙度和70至100之間的肖氏(Shore)硬度類型A。平均粗糙度是在一段長度(典型為1-5mm)上測得的表面粗糙的峰至谷距離。
其他的實施例涉及一種形成圖案片的工藝。該工藝包括提供一熱塑聚合體的熔簾(melt curtain)，并把該熔簾放到模壓輥和柔順壓力帶之間的模壓輥隙中。該柔順壓力帶包括一環(huán)帶。該環(huán)帶包括至少一個彈性層。該帶的外表面具有少于50納米的平均粗糙度和70-100之間的肖氏硬度類型A。
其他的實施例涉及一種形成圖案片的工藝。該工藝包括提供一熱塑聚合體熔簾，并把該熔簾放到模壓輥和柔順壓力帶之間的模壓輥隙中。該柔順壓力帶包括一與熔簾接觸的接觸帶和一與金屬帶在所述熔簾對面接觸的緩沖帶。該緩沖帶具有70-100之間的肖氏硬度類型A。
根據本發(fā)明的實施例，所述制造工藝能夠生產出用于多種應用方面的光變向膜。例如，通過使用根據本發(fā)明的實施例的制造工藝，能夠生產出具有特定光學部件的精確復制件的光變向膜。該特定光學部件的這一復制件提供了能夠產生液晶顯示器效率實質增加的薄膜。因此，這一效率的增加能夠延長移動設備(例如手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機等)的電池壽命。實施例中的制造工藝容許生產出具有離散光學部件的薄膜，其具有均勻厚度。沒有離散光學部件和均勻厚度的光變向膜可能不能有效的增加顯示設備的效率。


圖1是根據本發(fā)明實施例的光變向膜系統(tǒng)的側視圖；圖2是根據本發(fā)明實施例的背后照明燈和光變向膜系統(tǒng)的一部分的放大不連續(xù)側視圖；圖3、圖4是根據本發(fā)明實施例的光變向膜系統(tǒng)的側視圖；圖5是根據本發(fā)明實施例的光變向膜上的光學部件的示意圖；圖6是根據本發(fā)明實施例具有柔順帶系統(tǒng)的擠壓輥模制系統(tǒng)的示意圖；圖7是根據本發(fā)明實施例具有調速凸起(timing protuberance)的帶系統(tǒng)的示意圖；圖8是根據本發(fā)明實施例的在外部金屬層上具有三維圖案的帶系統(tǒng)的示意圖；圖9是根據本發(fā)明實施例的具有柔順帶系統(tǒng)和往復式柔軟不起毛的織物清潔器的擠壓輥模制系統(tǒng)的示意圖；圖10是根據本發(fā)明實施例具有柔順帶系統(tǒng)和磨光輥的擠壓輥模制系統(tǒng)的示意圖；圖11是根據本發(fā)明實施例具有柔順帶系統(tǒng)和靜電釋放系統(tǒng)的擠壓輥模制系統(tǒng)的示意圖；圖13是根據本發(fā)明實施例的光變向膜的一部分的視圖，示出了平陸(land)和脊(ridge)。
具體實施例方式
例圖1和2示意的示出了根據本發(fā)明實施例的一種形式的光變向膜系統(tǒng)1。光變向膜系統(tǒng)1可包括光變向膜2，其將由背后照明燈(或其它光源)發(fā)射的更多光重新分配到朝向一個更加垂直于膜表面的方向。膜2可用于將來自幾乎所有用于照明的光源的光重新分配到期望的視角內。例如，膜2可用于一顯示器D(例如用于液晶顯示器、用于筆記本電腦、字處理器、航空電子顯示器、手機和PDA)以使得顯示器更加明亮。液晶顯示器可以是任何的類型，包括如圖1和2所示的透射液晶顯示器、如圖3所示的反射液晶顯示器、或如圖4所示的透反射液晶顯示器。
圖3所示的反射液晶顯示器D可包括一鄰近背側的后反射器40，其用于將進入顯示器的環(huán)境光反射出顯示器以增加顯示器的亮度。根據本發(fā)明實施例的光變向膜2可以被設置在鄰近該反射液晶顯示器頂部的位置，以便將環(huán)境光(或來自前光的光)改變?yōu)檠刂怪庇谠撃て矫娴姆较蜻M入顯示器，以便由后反射器在期望的視角內反射回來從而增加顯示器的亮度。光變向膜2可以貼到或層壓到液晶顯示器的頂部，或者可以固定在相對其頂部的適當位置。
圖4所示的透反射液晶顯示器D包括設置在顯示器和背后照明燈BL之間的透反射器T，用于將進入顯示器前面的環(huán)境光向回反射出顯示器以增加顯示器在明亮環(huán)境下的亮度，并且用于允許來自背后照明燈的光透射通過該透反射器并且射出顯示器從而在黑暗環(huán)境下照亮顯示器。在這一實施例中，光變向膜2可以被設置在鄰近顯示器頂部或設置在鄰近顯示器底部，或如圖4所示在兩個位置都設置，用于將環(huán)境光和/或來自背后照明燈的光再導向或重新分配到更垂直于所述膜的平面的方向，以使輸出分布的光線更容易穿過顯示器而增加顯示器的亮度。
光變向膜2可包括薄的透明膜或基片8，其在該膜的光射出面上具有精確定形的離散的各個光學部件5的圖案，用于折射入射光分布使得射出薄膜的光的分布處于一個更加垂直于薄膜表面的方向。圖5是光變向膜2的一示例說明。
各個光學部件5的每一個具有的寬度和長度可小于薄膜的寬度和長度幾倍，并且可通過壓入到或突出到薄膜出光面上來形成。這些各個光學部件5可包括至少一個斜坡面用于將入射光折射到垂直于出光面的方向。光學部件5可具有大于0.5的縱橫比。光學部件5可具有大于15微米的深度。例圖5示出了一種膜2上的各個光學部件5的圖案。這些光學部件可采取很多不同的形狀。美國專利申請公開號為US2001/0053075A1、名稱為“光變向膜及膜系統(tǒng)”的專利在此通過全文引用并入本申請中。這一申請說明了光學部件的多種變化。然而，本領域的普通技術人員可以對由本發(fā)明實施例所覆蓋的光變向系統(tǒng)之光學部件采取其他的變化。
如圖2所示，該薄膜2的入光面7可具有光學涂層25(例如防反射涂層、反射偏振器、延遲涂層或偏振器)。在實施例中，取決于所需的視覺外觀，還可提供不光滑或擴散紋理到該入光面7上。不光滑的涂層可以產生柔和的圖像，其沒有如此的明亮。本發(fā)明的實施例中，各個光學部件5的平面和曲面的組合可以設置成將射到其上的一些光線導向不同的方向以產生更柔和的圖像，而不需要額外的擴散器或不光滑涂層位于薄膜的入光面上。所述光變向膜的各個光學部件5也可以一種交錯、鎖合和/或交叉的結構互相重疊，產生具有足夠的表面面積覆蓋率的光學結構。
背后照明燈BL可基本上為平的或彎曲的。該背后照明燈BL可以是單層或多層并且具有不同的厚度和形狀。該背后照明燈BL可以是柔軟的或剛性的，并可由多種成分構成。進一步，背后照明燈BL可以是中空的、充滿液體或空氣的、或者是實心的，并可具有洞或脊。
光源26可以是任何適當?shù)念愋?例如弧光燈、其也可上色或濾光或刷色的白熾燈、透鏡終球(lens end bulb)、線形燈、鹵素燈、發(fā)光二極管LED、LED的芯片、氖燈、冷陰極熒光燈、遠程傳輸光纖光燈管、激光器或激光二極管、或任何其他合適的光源)。另外，該光源26可以是多色LED或多色輻射源的組合，以提供一種所需的顏色或白光輸出分布。例如，多個有色燈例如不同顏色(如，紅、蘭、綠)的LED或具有多色芯片的單LED通過改變每個單色光的強度可以用來產生白光或任何其他顏色的光輸出分布。
如例圖1、2所示，后反射器40可連接或定位在該背后照明燈BL的一側，以便通過將從該側所發(fā)射的光反射回去通過背后照明燈而通過相對側射出，來提高該背后照明燈的光輸出效率。另外，如例圖1和2示意性所示，可以在該背光照明燈的一側或兩側上提供光學變形圖案50，用以改變光線的路徑使得超過內部臨界角并且一部分的光從該背后照明燈的一側或兩側射出。
具有紋理表面的熱塑膜的應用領域從包裝延至光學薄膜。紋理可以在由一個壓力輥和一個圖案輥構成的澆注輥隙中產生。取決于被轉移到該熱塑膜上的圖案，難于獲得在沿薄膜的寬度上復制品的均勻性。對于薄膜也難于取得復制品的均勻性和難以具有光滑的背面。
鑒于它們的覆蓋物能夠變形以適應熔簾的任何厚度非均勻性，可使用橡膠壓力輥提供沿澆注輥隙的相對均勻壓力。這些厚度的非均勻性可能是由于邊緣向內彎曲(neck-in)或由于其他從該擠壓模的非均勻流動的原因所致的厚邊緣的存在。然而，橡膠覆蓋物可能不具有足夠低粗糙度的表面來產生一個光滑(例如平滑的)的背面。
圖6是根據本發(fā)明實施例具有柔順帶系統(tǒng)的擠壓輥模制系統(tǒng)的示意圖。擠壓模161維持和/或轉變該材料(例如聚合物、聚碳酸脂等)為粘態(tài)。該粘性材料163(例如熔化的聚合物)被注入到圖案輥165和帶167之間的輥隙。該粘性材料可以是熱塑聚合物。該粘性材料可具有10Pa.S至100Pa.S之間的粘度。該粘性材料的保壓時間(dwell time)(當其轉化成固體時)可以是20和40毫秒。輥隙壓力可以是1.4×108達因/厘米和2.6×108達因/厘米之間。該材料可具有小于200℃的玻璃化轉變溫度。進入輥隙時該材料需要足夠粘度，以最小化平陸面積(下面將進一步描述)。然而，當該材料離開輥隙時，其需要是固體狀態(tài)。在實施例中，在輥隙之前的瞬間點和帶離開輥隙的瞬間點之間的熱梯度至少是148℃。帶167通過皮帶輪169得到加強。皮帶輪171也用于保持帶167上的適當張力。
在實施例中，圖案輥165包括圖案用于復制從輥隙輸出的光學薄膜上的特定光學部件。在實施例中，圖案輥165為硬質并且該圖案輥165上的圖案是精確的。皮帶輪169與圖案輥165相比相對的柔順。然而，盡管帶167當施加壓力到輥隙上時是柔順的，其仍具有足夠的硬度以便在從輥隙輸出的固體膜之一側上生成平面。在實施例中，皮帶輪169具有90肖氏A和50肖氏D硬度計之間的硬度。在轉變成固態(tài)(或準固態(tài))之后，從輥隙得出的膜可以騎在帶167上一段時間。在實施例中，帶167完全由金屬制造并且皮帶輪169由彈性材料制造。可選擇的，本領域的普通技術人員將理解帶167和皮帶輪169可使用其他材料，使得帶的柔順部分產生具有均勻厚度和一側有適當?shù)墓饣矫娴哪ぃ瑫r膜的另一側具有來自圖案輥165的適當復制的圖案。
帶167可以是連續(xù)的金屬帶，其被設計成在出自輥隙的膜的一側上產生光滑表層。在實施例中，帶167的外表面具有小于50納米的平均粗糙度。在其他的實施例中，帶167具有15到30納米之間的平均粗糙度。帶167可具有70-100之間的肖氏硬度類型A。在一些實施例中，帶167全部由金屬制造，而在其他的實施例中，帶167由金屬和彈性材料的組合制造。帶167具有0.75-10米之間的周長，并可具有在0.5米至2米之間的寬度。在實施例中，彈性材料可以在帶的外部。彈性材料可包括1％-10％重量比的聚合物，該聚合物具有從22到35達因/每平方厘米的表面能量。
在本發(fā)明的實施例中，在進入輥隙之前，可以為帶167提供熱量。通過加熱該帶可有助于減少形成在光變向膜上光學部件的平陸面積(下面進一步描述)。進一步的，當膜離開輥隙，因為帶167被加熱，該光變向膜可臨時的仍與帶接觸。這便于對制造工藝進行控制。本領域普通技術人員將能理解提供到167的熱能可通過許多不同的方法實現(xiàn)。例如，熱量可以通過傳導或感應提供到所述帶。在實施例中，該帶僅僅與輥隙處的材料接觸。在實施例中，該帶被提供脫膜劑，其使得輸出的膜在離開輥隙后容易從帶分離。在實施例中，帶167在輥隙處比圖案輥169具有更高的溫度。
在實施例中，如圖7所示，帶系統(tǒng)141在帶143上可包括調速凸起145。該調速凸起145可協(xié)助制造機械校準輥隙處輥在帶143中的運動。本領域普通技術人員將能理解該調速凸起145可以設置在帶143的內部或外部。
在圖8所示的實施例中，帶151可包括三維圖案153。該三維圖案可以是用于該輸出的光學薄膜的光擴散層。在應用中，例如用于顯示器的光變向膜中，光擴散層可用于增加LCD的視角。增加光學觀看層在許多產品，例如LCD電視中，是需要的特征。
例圖9與例圖6相似。然而，在例圖12中一往復式柔軟不起毛的織物清潔器181被放置在平面帶167上。該清潔器可提供用于在該帶進入輥隙之前清潔該帶的裝置。在如圖10所示的實施例中，包括一磨光輥191。該磨光輥191與帶167之間形成一輥隙。磨光輥191可幫助帶167的磨光，使得在從圖案輥165和帶167之間的輥隙輸出的薄膜上形成相當光滑的表面。
如圖11的實施例中所示，接近帶167設置一靜電釋放系統(tǒng)。該靜電釋放系統(tǒng)201在該帶進入輥隙之前去除該帶的電荷。靜電釋放將增加從該系統(tǒng)輸出的薄膜的品質，其可以具有所需的效果。
在圖12所示的實施例中，在皮帶輪169和圖案輥165之間的輥隙處，金屬帶211可結合彈性帶213使用。彈性帶213和金屬帶211的組合對于在輥隙的柔順側產生適當?shù)娜犴樁群凸饣榷允抢硐氲摹?br> 圖13是根據本發(fā)明實施例的光變向膜的一部分的視圖，示出了平陸和脊。每一光學部件219包括平陸215和脊217。脊217和形成它們的面提供了光學能量并可用于改變光的方向。相反的，該平陸215不施加光學能量給系統(tǒng)并且不對光改變方向。因此，需要主要改變光的方向的光管理膜，不具有平陸215并只具有脊217。然而，由于制造容差，使用不產生平陸的制造工藝和材料可能是不實際的(例如太貴)。因此，對于光變向膜，平陸215和脊217的比率需要好于預定的水平。
在一些實施例中，平陸215在寬度上少于5微米。在一些實施例中，平陸215在寬度上少于3微米。在一些實施例中，平陸215在寬度上少于1微米。在一些實施例中，固體膜的平陸的總表面少于該光變向膜的表面面積的大概20％，而固體膜上脊的總表面面積大于固體膜的表面面積的80％。在一些實施例中，固體膜的平陸的總表面面積少于大概6％的固體膜的表面面積，而固體膜的脊的總表面面積大于大概93％的固體膜表面面積。在一些實施例中，固體膜的平陸的總表面面積少于大概3％的固體膜表面面積，而固體膜上脊的總表面面積大于大概96％的固體膜表面面積。本領域普通技術人員能夠理解脊的表面面積是平行于固體膜的光學活性區(qū)域的量。
本領域普通技術人員能夠理解，為了減少光變向膜的平陸區(qū)域，需要仔細的選擇材料和制造工藝。進一步，在減少平陸215的區(qū)域的同時，在該膜的相對側上仍然保持光滑面221。此外，必須考慮保持該膜的均勻厚度。
帶系統(tǒng)的帶的金屬層應足夠的薄以提供足夠的柔韌性來適應任何非均勻厚度的熔簾。優(yōu)選的，金屬層具有50-2000微米之間的厚度。低于35微米，金屬層變得脆弱，導致生產上更短的壽命。當該金屬層為2500微米或更厚時，它變得缺少柔韌性并且保持在整個輥隙平均壓力變得困難。用于金屬層的優(yōu)選材料包括不銹鋼、鎳、高磷鎳、鉻、合金或其他任何合適的金屬。該筒優(yōu)選為無縫的，以防止薄膜背面的任何缺陷被復制該薄膜之上。
帶的彈性層可包括一種聚合物材料。該彈性層可提供柔順面，盡管沿熔簾寬度有厚度變化，但其能使輥隙壓力相對均勻。該彈性層應該在3毫米和20毫米之間，以在不犧牲其熱轉移特性的情況下提供的適當?shù)膹椥?。覆蓋面可以由硅橡膠、氯丁橡膠、EPDM、氟橡膠、海帕倫(氯磺化聚乙烯合成橡膠)(Hypalon)、聚氨基甲酸酯或任何具有適當硬度和強度的材料。然而，本技術領域的普通技術人員能采取其他的材料。
帶系統(tǒng)可具有能經受高溫和擠壓澆注輥縫內所現(xiàn)的高輥縫壓力的耐久性。該筒能夠被磨光至光學涂層并對被擠壓材料具有適當?shù)尼尫盘匦?。該筒可防止與高溫下擠壓塑料相關的殘留物發(fā)生堵塞，并且當在表面上沉積了不可接受之多的殘留物時容易清潔。優(yōu)選的是，在生產過程中，具有用于清潔這個輥的表面的裝置。
部件列表1 光變向薄膜系統(tǒng)2 光變向薄膜5 光學部件6 出光面7 入光面25 光學涂層
26 光源30 光擴散層40 后反射器141 具有調速凸起的帶系統(tǒng)143 帶145 調速凸起151 具有三維圖案的帶153 三維圖案161 擠壓模163 熔化聚合物165 圖案輥167 帶169 皮帶輪171 皮帶輪181 往復式柔軟不起毛的織物清潔器191 磨光輥201 靜電釋放系統(tǒng)211 金屬帶213 彈性材料帶215 平陸217 脊219 光學部件BL 背后照明燈D 顯示器R 光線
權利要求
1.一種形成圖案片的方法，包括提供熱塑聚合物的熔簾；將所述熔簾放入模壓輥和柔順壓力輥之間的模壓輥隙中，其中該壓力輥具有覆蓋其表面的光滑帶且給所述的帶提供熱量。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述熱塑聚合物具有小于200℃的玻璃化轉變溫度。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述熱塑聚合物在進入所述輥隙時具有小于100Pa.S的粘度。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述熱塑聚合物在進入所述模壓輥和所述柔順壓力輥之間前具有10Pa.S至100Pa.S的粘度。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述帶進入輥隙之前的瞬間點和所述帶離開所述輥隙的瞬間點之間的熱梯度至少為148℃。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述熱塑聚合物在所述輥隙中的保壓時間是20至40毫秒。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述熱塑聚合物在其離開所述輥隙時是固態(tài)。
8.如權利要求1所述的方法，其中輥隙壓力在1.4×108達因/厘米和2.6×108達因/厘米之間。
9.如權利要求1所述的方法，其中所述柔順壓力輥具有在90肖氏A和50肖氏D硬度計之間的硬度。
10.如權利要求1所述的方法，其中所述帶包括由合金鋼或不銹鋼構成的材料。
11.如權利要求1所述的方法，其中所述帶具有少于50納米的平均粗糙度。
12.如權利要求1所述的方法，其中所述帶具有在15納米和30納米之間的平均粗糙度。
13.如權利要求1所述的方法，包括使用往復式柔軟不起毛的織物清潔器清潔所述帶。
14.如權利要求1所述的方法，其中熱量通過對流傳導提供。
15.如權利要求1所述的方法，其中熱量通過感應提供。
16.如權利要求1所述的方法，其中熱量通過輻射提供。
17.如權利要求1所述的方法，其中熱量通過傳導提供。
18.如權利要求1所述的方法，其中所述熱塑聚合物包括聚碳酸脂。
19.如權利要求1所述的方法，其中所述帶和所述熱塑物僅在輥隙處接觸。
20.如權利要求1所述的方法，其中給所述帶提供脫模劑。
21.如權利要求1所述的方法，其中所述帶在進入輥隙之前提供有靜電電荷。
22.如權利要求1所述的方法，其中給所述模壓輥提供具有至少一個彎曲面和至少一個平面的縫隙。
23.如權利要求1所述的方法，其中給所述模壓輥提供具有大于0.4的縱橫比(高對寬)的縫隙。
24.如權利要求1所述的方法，其中給所述模壓輥提供具有大于10微米深度的縫隙。
25.如權利要求24所述的方法，其中給所述模壓輥提供具有在15微米和30微米之間的深度的縫隙。
26.如權利要求1所述的方法，其中所述金屬帶在進入所述輥縫之前的瞬間點處于一個比所述壓力輥更高的溫度。
27.如權利要求26所述的方法，其中所述金屬帶的溫度比所述壓力輥的溫度高出30至110℃。
28.如權利要求1所述的方法，其中所述金屬帶具有在0.5毫米和4毫米之間的厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一制造固體膜的設備和方法。粘性材料(163)被輸入到一圖案輥(165)和帶(167)之間的輥隙中。通過一柔順輥(169)使圖案輥(165)和帶(167)之間的輥隙容易。因而，可以生產出具有多個離散光學部件和一個光滑背面的薄膜。
文檔編號B29C43/22GK1968803SQ200580019776
公開日2007年5月23日 申請日期2005年6月9日 優(yōu)先權日2004年6月15日
發(fā)明者R·P·布爾德萊斯, C·J·布里基, J·E·本森 申請人:伊斯曼柯達公司