可变折射率光提取层及其制备方法技术

本发明专利技术描述了可变折射率光提取层，所述可变折射率光提取层包含具有第一材料的第一区域和包括第二材料的第二区域，其中所述第一区域具有比所述第二区域低的有效折射率。光学膜和叠堆可在前光式或背光式显示装置和照明设备中使用所述可变折射率光提取层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】
技术介绍
光提取层可用于多种光学叠堆中，例如用于显示器、一般照明或其他照明应用中。 在这些应用中的许多中，光提取层可光学耦合到光导，其中光提取层进行操作以选择性地 提取与光导成特定范围角度的光。在传统光导中，提取层具有光散射特征以便将正在光导 内传输的光从光导中导向出来。这些光散射特征有时包括设置在光导表面上或蚀刻到光导 表面中的漫反射型印刷提取点或结构。遗憾的是，这些层中的许多为光学不透明的或者为 显著失真的，从而使得难以观察。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术描述了可变折射率光提取层。可变折射率光提取层具有包括 第一物质的第一区域和包括第二物质的第二区域，其中第一物质是纳米空隙聚合物材料并 且第二物质不是纳米空隙聚合物材料。第一区域具有比第二区域低的有效折射率，并且该 层的第一区域和第二区域被设置成使得当光学耦合到光导时，该层基于第一区域和第二区 域的几何构造选择性地从光导中提取光。 在另一个方面，本专利技术描述了形成可变折射率光提取层的方法。该方法包括将基 材上的第一物质选择性地图案化并且外覆第二物质以形成层，其中层的第一区域对应于选 择性地印刷第一物质的区域并且层的第二区域至少对应于选择性地印刷第一物质的区域 之间的区域。第一区域具有比第二区域低的有效折射率，第一区域是纳米空隙聚合物材料， 并且第二物质不是纳米空隙聚合物材料。层的第一区域和第二区域被设置成使得层基于第 一区域和第二区域的几何构造从基材选择性地提取导模光。【附图说明】 图la为可变折射率光提取层的正剖视图。 图lb为低折射率层的正剖视图。 图lc为另一个可变折射率光提取层的正剖视图。 图Id为示出可变折射率光提取层的光学功能的图。 图le为不出可变折射率光提取层的光学功能的另一个图。 图2为不出关于图la或图lc的可变折射率光提取的位置与有效折射率之间关系 的图。 图3为纳米空隙聚合物材料的示意性剖视图。 图4a为可变折射率光提取层的平面图，该图示出了第一区域和第二区域的示例 性几何构造。 图4b为示出图4a所示的可变折射率光提取层沿直线Wl的有效折射率分布的图。 图4c为示出图4a所示的可变折射率光提取层沿直线Wl的透射的图。 图4d为示出图4a所示的可变折射率光提取层沿直线&的清晰度的图。 图5a为可变折射率光提取层的平面图，该图示出了第一区域和第二区域的另一 个示例性几何构造。 图5b为可变折射率光提取层的平面图，该图示出了第一区域和第二区域的又一 个示例性几何构造。 图6为光学叠堆的分解正剖视图，该光学叠堆包括图la或图lc的可变折射率光 提取层。 图7为光学叠堆的另一个分解正剖视图，该光学叠堆包括图la或图lc的可变折 射率光提取层。 图8为另一个光学叠堆的分解正剖视图，该光学叠堆包括图la或图lc的可变折 射率光提取层。 图9a为具有多个微观结构的可变折射率光提取层的正剖视图。 图9b为包括可变折射率光提取层和反射性散射元件的光学叠堆的正剖视图。 图9c为包括可变折射率光提取层和反射性散射元件的另一个光学叠堆的分解正 剖视图。 图9d为包括可变折射率光提取层和反射性散射元件的另一个光学叠堆的正剖视 图。 图10为由可变折射率光提取层对导模光进行的选择性提取的图像。【具体实施方式】 本专利技术的实施例包括可变折射率光提取层，该层通常可包括第一区域和第二区 域。第一区域包括第一物质并且第二区域包括第二物质。第一物质和第二物质可能具有 不同特性；例如，第一物质可为纳米空隙聚合物材料，而第二物质可不是纳米空隙聚合物材 料。同样，第一区域可能具有与第二区域不同的特性；例如，第一区域的有效折射率可能低 于第二区域。由于具有较高折射率光学特性和较低折射率光学特性的区域在整个光学层上 可能有变化，因此光学层可称为可变折射率光学层。由于第一区域和第二区域被设置成使 得当光学耦合到光导时，该层基于第一区域和第二区域的几何构造从光导中选择性地提取 光，因此可变折射率光学层可称为可变折射率光提取层。 可变折射率光提取层可用于在另外的超临界角度下提取在相邻层中传播的导模 光，而同时针对入射在提取层上的亚临界光散射很少光乃至不散射任何光。可变折射率光 提取层可通过从相邻层中提取光来照明制品或其他显示元件。在一些实施例中，可变折射 率光提取层不具有显著或功能性散射光的特征，从而对相对侧上的图像和对象提供很少失 真。可变光提取层可为透明的，即在具有和没有照明的情况下均显示出很小至无的雾度和 高清晰度。这允许在分辨率或对比度没有显著降低、并且没有由不同区域散射或衍射的光 生成的可见光学伪影的情况下观察反射性显示器上的图像或图形。 在一些实施例中，可变折射率光提取层可光学耦合到一个或多个光导。在其他示 例性实施例中，可变折射率光提取层还可光学耦合到反射性散射元件，例如膜或反射性显 示器。在反射性显示器实施例中，本专利技术实施例的优点在于透过可变折射率光提取层观看 的观察者将能够观察显示器（或图像）的像素，而没有显著的雾度或失真。除了光学有益 效果之外，还可通过经得起高速和低成本制造的相对简单涂布和印刷技术制备本专利技术的可 变折射率光提取层。 图la为可变折射率光提取层的正剖视图。可变折射率光提取层100包括具有第一 材料132的第一区域130a和130b以及具有第二材料142的第二区域140a、140b和140c。 位于第一区域130a和130b内的第一材料132可为任何合适的材料并且可由任何 合适的方法形成。在一些实施例中，第一材料132可包括低折射率材料。示例性低折射率 材料可包括纳米多孔材料，包括例如在本【具体实施方式】中其他地方以及在以下美国专利申 请中所述的纳米空隙聚合物材料，该专利申请的序列号为61/446740,名称为"前光式反射 性显示装置以及对反射性显示器前照明的方法"（Front-Lit Reflective Display Device and Method of Front-Lighting Reflective Display)，并且提交于 2011 年 2月 25 日。 在其他实施例中，低折射率材料可为热解法二氧化硅基低折射率涂层，例如在以下美国专 利申请中描述的那些，该专利申请的序列号为61/617, 842,名称为"用于低折射率材料的保 护性涂层"（Protective Coating for Low Index Material)，并且提交于 2012年3 月 30 日。针对第一区域选择材料可考虑任何数目的合适因素，例如重量、耐久性、对于处理的需 求（例如，材料是否需要固化步骤）、孔隙度、折射率或透明性（包括光学雾度、清晰度和透 射率）。在其中低折射率层为纳米空隙的并且图案化低折射率区域被设计为较小的一些实 施例中，图案化低折射率区域可能小至500nm、小至1 ym、小至10 ym或小至50 ym。 第二区域140a、140b和140c内的第二材料142可为任何合适的材料。在一些实 施例中，第二材料142不是纳米空隙聚合物材料。第二区域140a、140b和140c可具有与第 一区域130a和130b不同的特性；例如，第二区域140a、140b和140c可具有高于第一区域 130a和130b的折射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变折射率光提取层，包括层，所述层具有包含第一物质的第一区域和包含第二物质的第二区域；其中所述第一物质是纳米空隙聚合物材料；其中所述第二物质不是纳米空隙聚合物材料；其中所述第一区域具有比所述第二区域低的有效折射率；并且其中所述层的所述第一区域和所述第二区域被设置成使得当光学耦合到光导时，所述层基于所述第一区域和所述第二区域的几何构造从所述光导选择性地提取光。

【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：D·斯科特·汤普森，肖恩·C·多兹，米哈伊尔·L·佩库洛夫斯基，凯文·R·谢弗，马修·S·斯泰，史蒂文·D·所罗门松，约翰·A·惠特利，杨朝晖，约瑟夫·W·V·伍迪，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US