CN106662743A - 360度保密膜 - Google Patents

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CN106662743A CN201580034087.7A CN201580034087A CN106662743A CN 106662743 A CN106662743 A CN 106662743A CN 201580034087 A CN201580034087 A CN 201580034087A CN 106662743 A CN106662743 A CN 106662743A
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杰里米·K·拉森
库尔特·J·霍尔沃森
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Abstract

本发明公开了光控膜，这些光控膜将从其中透射穿过的光限定在360°视锥内并且阻挡在此观察区之外的光。光控膜可提供所有方向(包括膜的上下左右)上的安全性，而与一维光控膜相比未减损光透射率。光控膜包括透光、渐缩柱的阵列和设置在柱之间的吸收区域。

Description

360度保密膜
技术领域
本公开涉及光控膜和结合该光控膜的显示器。
背景技术
光控膜(LCF)(也称为光准直膜)为被构造用于调节光的透射的光学膜(例如，保密膜)，以使他人所见之物通常变得模糊。LCF是已知的，并且通常包括具有多个平行凹槽的透光膜，其中凹槽由吸光材料形成。各种LCF在(例如)美国专利8,213,082(Gaidesd等人)、美国公布2008/0186558(Lee等人)、美国专利6,398,370(Chiu等人)等中有所描述。
LCF可贴近显示器表面、图像表面或其它被视表面设置。在观察者以垂直于薄膜表面的方向透过LCF观看图像的垂直入射角度上(即0度视角)，图像是可见的。随着视角的增大，透过光控膜的光量减少，直至达到截光视角，在该视角下基本上所有的光均被吸光材料阻挡，并且图像不再可见。这就通过阻挡其它人在典型视角范围以外进行观察而保护了观看者的隐私。
LCF可通过对聚碳酸酯基板上的可聚合树脂进行模压以及紫外线固化来制备。此类LCF可以商品名“3M Filters for Notebook Computers and LCD Monitors”从明尼苏达州圣保罗市的明尼苏达矿业与制造公司(Minnesota Mining and ManufacturingCompany)(“3M”)(St.Paul,Minn.)商购获得。
常规的带有平行凹槽的膜为一维光控膜或保密膜，即，它们仅对膜的左右方向(或上下方向)具有光控效果。单片常规膜因而不能满足用户确保所有(包括膜的上下左右)方向的安全性的需要。为了通过常规光控膜来实现各个方向上的光控效果，可将两个膜交叠在一起以使其格栅方向彼此交叉。然而，这不可避免地产生增加膜厚度并且降低光透射率的问题。
发明内容
简而言之，在一个方面，本公开提供了光控膜，这些光控膜仅在中心位于面法线(垂线)周围的视区内能够透射光或者允许观察者观察信息。光控膜通常可阻断此视区之外的信息或光，并且提供所有方向(包括膜的上下左右)上的安全性。本文所述的光控膜可以是360度保密膜，该360度保密膜将从其表面透射的光限定在中心位于面法线周围的360°视锥内。
在另一个方面，提供了一种光控膜。该光控膜包括第一主表面和与第一主表面相背的第二主表面。观察轴线大致垂直于第一主表面和第二主表面中的至少一者。包括透光材料的柱的阵列按列和行被布置成二维，并且沿各自的纵向轴线从第一主表面延伸至第二主表面。吸收区域设置在柱的阵列之间。吸收区域包括光学吸收材料，并且至少部分地从第一主表面延伸至第二主表面。所述柱中的至少一个柱具有沿着各自的纵向轴线的渐缩形状。柱的阵列和吸收区域被布置成将从第一主表面或第二主表面透射出的光限定在观察轴线周围的360°视锥之内。
在另一个方面，提供了一种具有光控膜的显示设备。该光控膜包括第一主表面和与第一主表面相背的第二主表面。观察轴线大致垂直于第一主表面和第二主表面中的至少一者。包括透光材料的柱的阵列按列和行被布置成二维，并且沿各自的纵向轴线从第一主表面延伸至第二主表面。吸收区域设置在柱的阵列之间。吸收区域包括光学吸收材料，并且至少部分地从第一主表面延伸至第二主表面。所述柱中的至少一个柱具有沿着各自的纵向轴线的渐缩形状。柱的阵列和吸收区域被布置成将从第一主表面或第二主表面透射出的光限定在观察轴线周围的360°视锥之内。
在本公开的示例性实施方案中获得各种意外的结果和优点。本公开的示例性实施方案的一个此优点在于本文所述的光控膜可提供360度私密性保护，同时与常规的一维光控膜(诸如例如，美国专利8,213,082(Gaides等人)中公开的膜)相比还表现出高的光透射率。
对本公开的示例性实施方案的各个方面和优点进行了汇总。上文的发明内容并非旨在描述本公开的当前某些示例性实施方案的每个例示的实施方案或每种实施方式。下面的附图和具体实施方式更具体地举例说明使用本文所公开的原理的某些优选实施方案。
附图说明
结合附图来考虑本公开的各种实施方案的以下详细描述可更完全地理解本公开，其中：
图1示出了根据一个实施方案的光控膜的顶部分解透视图。
图2是图1的光控膜的透视示意图。
图3是根据一个实施方案的光控膜的透视图，示出了柱的阵列。
图4是图3的光控膜的顶视图。
图5是图3的光控膜的剖视图，示出了柱之间的吸收区域。
图6是根据另一实施方案的光控膜的剖视图。
图7是根据本公开中样品1的光控膜的顶部平面图。
图8是图7的光控膜的底部平面图。
图9A示出了根据本公开中样品1的光控膜的归一化光透射率。
图9B示出了一维光控膜的归一化光透射率。
图10A示出发光相对于针对图9A的光控膜的视角的曲线图。
图10B示出发光相对于针对图9B的一维光控膜的视角的曲线图。
在这些附图中，类似的附图标号表示类似的元件。虽然可不按比例绘制的以上附图阐述了本公开的各种实施方案，但还可想到其它实施方案，如在具体实施方式中所指出的。在所有情况下，本公开都通过示例性实施方案的表示而非通过表述限制来描述当前公开的发明。应当理解，本领域的技术人员可设计出许多其它修改形式和实施方案，这些修改形式和实施方案在本公开的范围和精神内。
具体实施方式
本公开提供了光控膜，这些光控膜仅在中心位于面法线(垂线)周围的视区内能够透射光或者允许观察者观察信息。光控膜通常可阻断此视区之外的信息或光，并且提供所有方向(包括膜的上下左右)上的安全性。本文所述的光控膜可以是360度保密膜，该360度保密膜将从其表面透射的光限定在中心位于面法线周围的360°视锥内。
术语诸如“透光的”、“光学透明的”或“透射光”意指光在为常规的一维光控制膜(诸如例如，美国专利8,213,082(Gaides等人)中公开的膜)的光透射部分接受的程度上以期望的波长被透射。在一些实施方案中，光透射部分可在可见光光谱中具有例如90％或更高、95％或更高、或98％或更高的透射率。
术语诸如“光学吸收的”、“光学不透明的”或“不透射光”意指光在为常规的一维光控制膜(诸如例如，美国专利8,213,082(Gaides等人)中公开的膜)的光吸收部分接受的程度上以期望的波长被吸收和/或漫射(或分散)。在一些实施方案中，光吸收部分可在可见光光谱中具有例如10％或更低、5％或更低、或2％或更低的透射率。
图1示出了根据本发明的一个方面的光控膜(LCF)100的顶部分解透视图。LCF 100包括微结构化层110，该微结构化层110具有第一主表面114和相背的第二主表面116。观察轴线115大致垂直于第一主表面114和第二主表面116中的至少一者。微结构化层110包括含有透光材料的柱122的阵列和设置在柱122之间的包括光学吸收材料的吸收区域124。柱122按列和行被布置成二维，并且沿着观察轴线115在第一主表面114和第二主表面116之间纵向延伸。柱122(或透射光的光学透明区)的透光材料允许期望波长下的光穿过其进行传播。吸收区域124(或不透射光的光学不透明区)的光学吸收材料阻止期望波长下的光穿过其进行传播。柱122可以通过光学隔开相邻柱122的吸收区域124而进行光学隔离。
在一些实施方案中，柱122的透光材料可在可见光光谱中具有例如90％或更高、95％或更高、或98％或更高的透射率。在一些实施方案中，吸收区域124的光学吸收材料可在可见光光谱中具有例如10％或更低、5％或更低、或2％或更低的透射率。
在图1中所示的实施方案中，每个柱122在大致垂直于观察轴线115的侧向平面中具有六边形的横截面形状。应当理解在一些实施方案中，柱122的阵列各自可包括可以是圆形、椭圆形或多边形的横截面。在一些实施方案中，所述柱122中的至少一个柱可具有不规则的横截面形状。在一些实施方案中，柱122的阵列可包括具有第一横截面形状的第一柱和具有不同于第一横截面形状的第二横截面形状的第二柱。在一些实施方案中，柱122的阵列的横截面形状可以是两种或更多种多边形的混合。
在一些实施方案中，柱122的六边形可以紧密堆积布局进行布置并且这些柱122之间的吸收区域124可形成蜂窝图案(参见，例如将在下文论述的图4、7和8)。柱122可被布置为使得吸收区域124的蜂窝图案可在各自的侧向平面中具有大致均一的壁厚。在一些实施方案中，柱122的阵列可非周期性地定位。柱122的阵列可随机地布置使得侧面图中形成的图案是非周期性的。
在一个具体实施方案中，柱122具有渐缩形状，其中柱122的横截面的尺寸可沿着从第一主表面114到第二主表面116的方向递减，如在别处所述。
LCF 100还包括光学透明的载体层130，该载体层130结合到微结构化层110的第二主表面116。在一些实施方案中，载体层130可以是柔性底基板层，该柔性底基板层包括透光聚合物材料，诸如例如聚碳酸酯膜。在一些实施方案中，LCF 100还可包括任选的覆盖膜，该覆盖膜在第一主表面114处覆盖微结构化层110。任选的覆盖膜可包括与载体层130相同或不同的材料，并且可使用粘结剂(诸如例如粘合剂)粘结到微结构化层110。应当理解在一些实施方案中，载体层130可设置在第一主表面114处并且任选的覆盖膜可设置在第二主表面116处。
图1进一步示出了一组坐标轴X、Y和Z以说明柱122是光学隔离的，由此使得光可基本上在柱122内纵向透射并且在主要沿Z轴或观察轴线115取向的方向上离开LCF 100。光可以基本上不在由X-Y轴形成的侧向平面内横向透射。
在一个具体实施方案中，视平面118被示为相对于Y-Z平面(由观察轴线115和大致平行于Y轴的线117限定)定位在方位角β处。视平面118包括大致平行于Z轴的观察轴线115并且大致垂直于X-Y平面延伸。视平面118还包括截光视线119，该截光视线119位于从观察轴线115测得的截光视角或截光透射角φ”处，使得对于大于截光视角φ”的任何角度而言，光可基本上不透射穿过LCF 100。截光视角φ”的大小可根据方位角和柱122的几何形状而有所变化，如在别处所述。在一些实施方案中，截光视角φ”可从约10度变化至约70度。在一些实施方案中，截光视角φ”可以是约45°或更小。在一些实施方案中，截光视角φ”可以是约30°或更小。在一些实施方案中，当方位角从0变化至360度时，截光视角φ”可根据X-Y平面中的柱122的横截面形状而有所变化。在一些实施方案中，当方位角从0度变化至360度时，截光视角φ”可在30°至45°之间变化。
图2示出了设置在光源290和观察者A、B、C或D之间的光控膜(LCF)100的透视示意图。从LCF 100透射出的光被限定在围绕观察轴线115并且通过截光视角φ限定的360°视锥215之内。观察者A、B、C、D位于围绕观察轴线115的不同位置处(诸如，围绕观察轴线115的360度圆的上下左右位置)。由此，LCF 100阻止来自光源290的位于截光视角φ或360°视锥215之外的光线到达观察者A、B、C和D。
图3是根据一个实施方案的光控膜300的透视图，示出了柱322的阵列。图4是光控膜300的顶部平面图。柱322的阵列可以是图1中包括透光材料的柱122的阵列。柱322的阵列由光学透明的载体层330支撑，该载体层330可以是例如图1的载体层130。柱322按列和行被布置成二维，在柱322之间设置有间隙325。间隙325可填充有光学吸收材料以形成吸收区域，诸如例如将进一步在下文论述的图5中所示的吸收区域340。在于柱322之间形成吸收区域之后，光控膜300具有第一主表面314和与第一主表面314相背的第二主表面316。柱322沿各自的纵向轴线AA’在第一主表面314和第二主表面316之间延伸。
观察轴线315大致垂直于第一主表面314和第二主表面316中的至少一者。柱322各自具有沿着各自的纵向轴线AA’的渐缩形状以形成倾斜的侧表面323。柱322在大致垂直于观察轴线315的侧向平面中的横截面的尺寸沿着从第二主表面316到第一主表面314的方向递减。每个柱322包括邻近第一主表面314的第一端部324和邻近第二主表面316的第二端部328。第二端部328由光学透明的载体层330支撑。
任选地，载体层330可包括粘结层，诸如例如包含粘结剂(例如粘合剂)的粘合剂层并且能够将LCF 300结合到可发挥多种功能中的至少一种的多种基板，如在别处所述。在一些实施方案中，粘结剂可设置在主表面和/或载体层330的边缘处。
在图3和4中所示的实施方案中，每个柱322在侧向平面中具有六边形的横截面形状。柱322的阵列以紧密堆积布局进行布置，在柱322之间具有间隙325(以及之后的图5中填充的吸收区域340)，从而形成如图4中所示的蜂窝图案。间隙325的间距在侧向平面中可以是大致均一的，并且这些间距的尺寸沿着从第一主表面314到第二主表面316的方向递减。
如图5中所示，间隙325可以填充有光学吸收材料以形成吸收区域340。吸收区域340可以是例如图1中包括光学吸收材料的吸收区域124。吸收区域340在大致垂直于观察轴线315的侧向平面中形成蜂窝图案。柱322的阵列可被布置为使得填充的吸收区域340可在各自的侧向平面中具有大致均一的壁厚。吸收区域340具有邻近第一主表面314的第一端表面344和邻近第二主表面316的第二端表面348。
柱322的阵列的紧密堆积布局可使透光面积与光吸收面积的比率最大化，从而增加了LCF 300的光透射率。在一些实施方案中，LCF 300可具有50％或更多的归一化光透射率。在一些实施方案中，LCF 300可具有63％或更多的归一化光透射率。在一些实施方案中，LCF 300可具有70％或更多的归一化光透射率。此外，相邻柱322的相对侧表面323限定了侧向均一的间距或间隙325，光学吸收材料可均一地填充到这些间距或间隙325中以形成吸收区域340。柱322之间的间隙325可提供流体通道，含光学吸收材料的可聚合组合物可通过这些流体通道流动以均一地分布光学吸收材料。
柱322与其间的吸收区域340隔开。相关领域的技术人员应当理解，相邻柱322之间的间距是通过计算中心之间的距离并且考虑像素尺寸和显示器中的间距来确定的。改变柱322之间的间距可以使得具有高密度、中等密度或较低密度的柱的阵列形成。柱322可间隔开任何合适的距离。通过测量两个相邻柱的中心点之间的距离来确定间距。柱322可大致间隔开10微米和500微米之间的间距。在一些实施方案中，柱322可间隔开约20微米至约400微米。在一些实施方案中，柱322可间隔开约30微米至约300微米。在一些实施方案中，柱322可间隔开约50微米至约200微米。
图5是沿图4的侧向轴线BB’的光控膜300的剖视图。柱322各自具有渐缩形状，其中在其侧表面323和观察轴线315之间形成了拔模角α。拔模角α可影响穿过LCF 300的光透射率。例如，相对较大的拔模角(诸如大于10度)可增加吸收区域340的宽度，从而降低垂直入射角度下的透射率。在一些实施方案中，拔模角α可以是约5°或更小。在一些实施方案中，拔模角α可以是约3°或更小。在一些实施方案中，拔模角α可以是0.5°至3°。
柱322具有深度“D”，该深度“D”为各柱322的第一端部324至第二端部328之间的纵向距离。第一端部324和第二端部328分别具有第一端部宽度“W1”和第二端部宽度“W2”。第一端部宽度“W1”和第二端部宽度“W2”为柱322在各自侧向平面中的横截面的代表性侧向尺寸。吸收区域340的蜂窝图案在邻近第一主表面314的第一端表面344处具有第一壁厚“T1”并且在邻近第二主表面316的第二端表面348处具有第二壁厚“T2”。第一壁厚“T1”和第二壁厚“T2”为吸收区域340在各自侧向平面中的横截面的代表性侧向尺寸。在图3-5中所示的实施方案中，柱322各自具有渐缩形状，使得W2大于W1并且T1大于T2。
柱322的纵横比可限定为沿纵向轴线AA’的平均纵向尺寸和沿侧向轴线BB’的平均侧向尺寸之间的比率。如图5的实施方案中所示，柱322具有可通过D/((W1+W2)/2)限定的纵横比。应当理解在一些实施方案中，柱322可具有除六边形之外的多边形或其它规则或不规则形状的横截面形状，并且纵横比可以类似方式进行限定。柱322的纵横比可通常决定由该纵横比控制的方向上的有效视角。在一些实施方案中，纵横比D/((W1+W2)/2)可以是2或更多，并且对应的有效视角可以是60度或更小。在一些实施方案中，纵横比D/((W1+W2)/2)可以是8或更小，并且对应的有效视角可以是10度或更多。在一些实施方案中，纵横比D/((W1+W2)/2)可以在2和8之间，并且对应的有效视角可以在60度和10度之间。在一些实施方案中，适当的纵横比D/((W1+W2)/2)可以确定为使得有效视角为约45度或更小。在一些实施方案中，适当的纵横比D/((W1+W2)/2)可以确定为使得有效视角为约30度或更小。
柱322和吸收区域340之间的侧向尺寸的比率可以通过其各自横截面中的平均侧向尺寸之间的比率进行限定。如图4或5的实施方案中所示，柱322具有六边形的横截面形状并且吸收区域340形成蜂窝图案，其中侧向尺寸的比率可通过(W1+W2)/(T1+T2)进行限定。在一些实施方案中，比率(W1+W2)/(T1+T2)可以在2和30之间。穿过LCF 300的光透射率可通过增加柱322和吸收区域340之间的侧向尺寸的比率而被增大。在一些实施方案中，比率(W1+W2)/(T1+T2)可以不小于5。在一些实施方案中，比率(W1+W2)/(T1+T2)可以不小于10。在一些实施方案中，比率(W1+W2)/(T1+T2)可以不小于20。
柱322和吸收区域340之间的侧面积的比率可以通过各自横截面中的侧面积之间的比率进行限定。穿过LCF 300的光透射率可通过增加柱322和吸收区域340之间的侧面积的比率而被增大。在一些实施方案中，柱322和吸收区域340的面积比可以在邻近第一主表面314的横截面处为3:2或更多，并且在邻近第二主表面316的横截面处为4:1或更多。在一些实施方案中，柱322和吸收区域340的平均侧面积比可以是2:1或更多、5:2或更多、或5:1或更多。
在一些实施方案中，柱322可具有10微米至1毫米的深度“D”。邻近第一主表面314的横截面六边形可具有1至200微米的第一宽度“W1”。邻近第二主表面316的横截面六边形可具有2至250微米的第二宽度“W2”。吸收区域340的蜂窝图案可具有邻近第一主表面314的0.2至40微米的壁厚“T1”。吸收区域340的蜂窝图案可具有邻近第二主表面316的约0至20微米的壁厚“T2”。
在一些实施方案中，柱322可具有15至1000微米的深度“D”。邻近第一主表面314的横截面六边形可具有10至100微米的第一宽度“W1”。邻近第二主表面316的横截面六边形可具有20至120微米的第二宽度“W2”。吸收区域340的蜂窝图案可具有邻近第一主表面314的2至40微米的壁厚“T1”。吸收区域340的蜂窝图案可具有邻近第二主表面316的约0至20微米的壁厚“T2”。
柱322的阵列包括光学透明材料，诸如例如透明的聚合物材料。在一些实施方案中，透明的聚合物材料包括聚氨酯、丙烯酸酯以及聚碳酸酯中的至少一种。
在一些实施方案中，柱322的阵列可通过模压并固化可聚合树脂来制备。可聚合树脂可包含选自以下物质的第一可聚合组分和第二可聚合组分的组合：例如(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，“单体”或“低聚物”是可转化为聚合物的任何物质。术语“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯化合物两者。在一些情况下，可聚合组合物可包含(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。可聚合树脂可以为辐射固化性聚合物树脂，诸如紫外光(UV)固化性树脂。在一些情况下，可用于本说明的LCF的可聚合树脂组合物可包括(例如)美国专利公布2007/0160811(Gaides等人)中所述的可聚合树脂组合物。
吸收区域340包括可以是用来吸收或阻挡可见光谱至少一部分的光的任何合适材料的光学吸收材料。在一些实施方案中，光学吸收材料可以涂布在或以其它方式提供在柱322之间的间隙325中，以形成吸收区域340。在一些实施方案中，光学吸光材料可包括黑色着色剂，诸如炭黑。炭黑可以是具有小于10微米(例如1微米或更小)的粒度的粒状炭黑。在一些实施方案中，炭黑可具有小于1微米的平均粒度。在一些实施方案中，吸收材料(例如，炭黑、另一种颜料或染料，或它们的组合)可嵌入至可通过例如辐射或加热而固化的树脂内，以形成辐射固化树脂或热固化树脂。在另一实施方案中，吸收材料可分散在合适的粘结剂中。在一些实施方案中，吸收区域340可包括例如0.1重量％至3重量％的黑色着色剂诸如炭黑。光学吸光材料还可包括能够用来阻挡光透射穿过吸收区域340的粒子或其它散射元件。
图6示出根据另一实施方案的LCF 400的剖视图。类似于图5的LCF 300，LCF 400包括微结构化层410，该微结构化层410包括含有透光材料的柱422的阵列和吸收区域440，该吸收区域440设置在柱422之间以形成微结构化层410。柱422各自在第一端部424和第二端部428之间纵向延伸。柱422经由底面区域426连接在第二端部428处。底面区域426包括可以是与柱422相同或不同的材料的透光材料。
任选地，LCF 400可包括粘结层，诸如例如粘合剂层427。在一些实施方案中，可通过将粘结剂(例如粘合剂)涂布到柱422的第二端部428上来将粘合剂层427结合到LCF 400中。在一些实施方案中，可经由本领域已知的层合工艺，通过将粘合剂层427从载体转移到微结构化层410，来将粘合剂层427转移到LCF 400上。粘合剂层427可基本上允许光(例如，紫外和/或可见波长的光)的透射。
任选的粘合剂层427可将LCF 400结合到基板450。在一些实施方案中，基板450可为用于承载微结构化层410的柔性载体(例如，纸张、被涂布的纸张、聚合物膜、金属膜)或在加工步骤过程中形成微结构化层410的材料。在一些实施方案中，基板450可为刚性或柔性材料(例如，建筑玻璃、载玻片、塑料膜、被涂布的纸张等等)并且可以起到保护层的作用，以保持与制品有关的功能性(例如，结构、形状、尺寸、化学完整性、光学性质、和/或粘合性)。在一些实施方案中，基板450可为成像***的组件(例如，液晶显示器、相机、透镜、光纤束)或者其他信息携带装置。在一些实施方案中，基板450可为显示器(例如，液晶显示器、有机发光二极管显示器、等离子体显示器、电泳显示器、印刷图像等等)、或者窗口(例如，建筑玻璃)。在一些实施方案中，粘合剂层427可设置在柱422的第一端部424处以将LCF 400结合到另一基板。
基板450可为能够用于各种目的的柔性组件。柔性基板的非限制性示例包括聚合物膜、金属膜、或纸张。在一些实施方案中，基板450为涂布有粘合剂层427的载体(例如，隔离衬片)，以便将粘合剂层427转移至微结构化层410。优选地，在这些和其它实施方案中，基板450可涂布有隔离化学品，诸如硅树脂、含氟硅树脂、蜡、或其它表面能低的材料，以便于从基板450释放粘合剂层427。柔性基板可用于加工、承载和/或保护LCF 400免遭损失或污染。
基板450可为导致LCF不可挠曲或保持结构记忆性的刚性结构组件(例如，显示器表面、建筑玻璃、相机、光纤面板、显微镜载片、反射镜)。通过将LCF结合到刚性基板，制品可保持可光学拾取(optically interrogatable)的形状。将LCF结合到刚性基板的步骤通过如下方式进行：使LCF直接接触基板或者通过用粘结剂涂布LCF和/或刚性基板，然后使LCF/粘结剂接触基板或者使基板/粘结剂接触LCF。结合步骤的结果将为导致LCF附接至刚性基板。
可用于本公开的方法的粘附步骤中的粘结剂可为下述任何物质，这些物质能够在不存在基板或LCF的不利劣化的情况下固定LCF与基板的附接。如本领域技术人员应当理解的那样，当制品涂布有粘结剂时，LCF的后表面将被涂布；也就是说，涂布有粘结剂的表面是LCF不包含形成的特征(诸如腔体)的表面。合适的粘结剂包括(但不限于)液体环氧树脂；胶或粘合剂。优选使用压敏粘合剂。
刚性基板可由多种材料中的任何一种形成，并且将根据刚性基板的所需性质进行选择，这些刚性基板的所需性质包括(但不限于)上述结构性质和其它结构性质，诸如平坦度、强度、刚度、厚度、低的热膨胀系数，光学性质和化学性质，诸如微结构化层相容性。例如，可选择具有以下光学性质的刚性结构，这些光学性质包括(但不限于)透明的、选择性透明的、具有选定的折射率、吸收性、选择性吸收性、不透明的或反射性的。此外，可使用金属或金属涂布的刚性结构。刚性基板的组成包括：金属，诸如铝、铁、钢、各种合金等等；陶瓷；复合材料，诸如玻璃纤维；硅或其它半导体材料；玻璃；刚性塑料或聚合物；等等。
本文所述的LCF可通过包括以下步骤的方法制备：例如，(i)制备可聚合组合物；(ii)将可聚合组合物沉积到母模(阴模)的微结构化模压表面上，该微结构化模压表面具有为柱(例如，图1的122、图3的322或图6的422)的阵列的复制阴模的例如六边形凹坑；(iii)使组合物固化以产生柱的阵列；以及(iv)用含吸收材料的树脂填充柱之间的间隙以形成吸收区域(例如，图1的124、图5的340、或图6的440)。
实施例
样品1：使用多光子光刻工艺来构建包括六边形柱的阵列的母模工具，这些六边形柱各自具有2至3度的拔模程度、300微米的纵向深度和75微米的侧向宽度/边。相邻柱之间的间隔或间隙在一端部处为15微米并且在另一端部处为30微米。一种示例性多光子光刻工艺在美国专利8,605,256(DeVoe等人)中有所描述。另选地，母模工具可通过深硅刻蚀工艺制得。一种示例性深硅刻蚀工艺在美国专利5,501,893(Laermer等人)中有所描述。然后通过使用VT-330两部分硅氧烷(可从弗里曼制造和供应公司(Freeman Manufacturing&Supply Co.)商购获得)自母模工具浇铸成型来制备具有六边形凹坑的母模(阴模)的微结构化模具。用WC-780两部分水性透明的聚氨酯树脂(可从BJB企业商购获得)浇铸硅氧烷凹坑并且在60psi的压力和60℃下将其固化以产生原始母模的聚氨酯复制品。
然后用含吸收材料的树脂填充水性透明的聚氨酯六边形柱之间的间隙。含吸收材料的树脂混合物含有67重量％的Photomer 6210(可从荷兰瓦尔威克的IGM树脂公司(IGMResins(Waalwijk,The Netherlands))商购获得的脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯)、20重量％的9B385(可从宾夕法尼亚州多伊尔斯敦的怡彩公司(Penn Color(Doylestown Pa.))商购获得的炭黑UV固化性糊剂)，以及10重量％的SR285(可从宾西法尼亚州埃克斯顿的沙多玛公司(Sartomer(Exton,PA))商购获得的丙烯酸四氢糠基酯(tetrahyrofurfurylacrylate))。该含吸收材料的树脂还含有各1％的Irgaucre 369、Irgacure 819和Darocur1173，它们中的每个均为可从北卡罗来纳州夏洛特的巴斯夫公司(BASF(Charlette,NC))商购获得的光引发剂。从透明柱的表面擦除多余的含吸收材料的树脂。用UV辐射固化含炭黑树脂(1道，25英尺/分钟，用在236W/cm下运行的一个Fusion D灯泡对一侧进行照射)。使用含有以下项的辐射固化性粘合剂混合物将175微米厚的光泽/光泽聚碳酸酯膜层合到填充的柱结构上：70重量％的SR339(可从宾西法尼亚州埃克斯顿的沙多玛公司购得的苯氧乙基丙烯酸酯)、10重量％的Vitel 3350B(可从威斯康辛州沃瓦托萨的波士胶公司(Bostik(Wauwatosa,WI))商购获得)、10重量％的E20071(可从宾西法尼亚州埃克斯顿的沙多玛公司商购获得)、10重量％的丙烯酸异冰片酯(可从宾西法尼亚州埃克斯顿的沙多玛公司商购获得)、1重量％的Irgacure TPO(可从北卡罗来纳州夏洛特的巴斯夫公司商购获得)、1重量％的Tinuvin 928(可从北卡罗来纳州夏洛特的巴斯夫公司商购获得)以及0.25重量％的Tinuvin 123(可从北卡罗来纳州夏洛特的巴斯夫公司商购获得)。用UV辐射固化粘合剂混合物(1道，25英尺/分钟，用在236W/cm下运行的一个Fusion D灯泡对一侧进行照射)。
形成的光控膜包括六边形柱的阵列和设置在柱之间的吸收区域。形成的光控膜具有类似于图1-6中所示的LCF 100、300或400的构造。图7和8示出了形成的光控膜的顶部平面视图和底部平面视图。
利用Autronic Conostage3锥光镜(德国卡尔斯鲁厄的奥拖力克梅尔彻公司(Autronic-Melchers GmnH(Karlsruhe,Germany)))来测定若干LCF的随视角而变化的光透射率。将LCF放置在锥光镜的镜台中的漫透射光源的顶部上。测定具有LCF的光源的明亮度(cd/m2或“尼特”，即，亮度)分布。使用Autronic Conostage3锥光镜(可从德国卡尔斯鲁厄的奥拖力克梅尔彻公司商购获得)测定具有LCF和具有透明玻璃的显微镜载片(2957F，可从Swiss Glass商购获得)的漫射光源的明亮度(亮度)分布。LCF的光学性能通过将漫反射光源上的LCF的明亮度除以漫反射光源上的透明玻璃载片的明亮度来进行归一化。
针对样品1的光控膜测得的光学性能数据在图9A和图10中示出。作为对照，也测定了类似于US 8,213,082(Gaides等人)中所述的膜的一维光控膜。一维光控膜具有在固化树脂中的一系列均匀间隔开的沟槽。每个沟槽具有标称上的梯形横截面。固化树脂沟槽宽约24微米(在其最窄处)，深约74微米，并且以约32微米的间距间隔。包括的壁角为约3.6°。与样品1中的透光材料和吸收材料相比，一维光控膜的透光材料和吸收材料具有类似的光透射率。针对一维光控膜测得的光学性能数据在图9B和图10B中示出。
图10A示出了在四个指定方位角(例如，0°、45°、90°和135°)处的归一化明亮度相对于视角或极角的四条曲线。图10B示出了在0度方位角处相对于视角或极角的归一化明亮度。
在本公开中，图9A和10A的光控膜提供了360°视锥并且阻挡了在此视锥之外的光。此外，图9A和10A的光控膜具有可与图9B和10B中所示的一维光控膜的归一化光透射率相比的归一化光透射率。即，本公开的光控膜可提供所有方向(包括例如膜的上下左右)上的安全性，而与一维光控膜相比未减损光透射率。由本公开中的LCF表现出的高的光透射率可主要归因于LCF的构造，包括例如紧密堆积布局、柱的高纵横比、柱和吸收区域之间的高侧面积比等。
示例性实施方案列表
实施方案1是：一种光控膜，该光控膜包括：
第一主表面和与第一主表面相背的第二主表面；
观察轴线，该观察轴线大致垂直于第一主表面和第二主表面中的至少一者；
包括透光材料的柱的阵列，这些柱的阵列按列和行被布置成二维，并且沿各自的纵向轴线从第一主表面延伸至第二主表面；以及
设置在柱的阵列之间的吸收区域，这些吸收区域包括光学吸收材料，并且至少部分地从第一主表面延伸至第二主表面，
其中所述柱中的至少一个柱具有沿着各自的纵向轴线的渐缩形状，并且
其中柱的阵列和吸收区域被布置成将从第一主表面或第二主表面透射出的光限定在观察轴线周围的360°视锥之内。
实施方案2是：根据实施方案1所述的光控膜，该光控膜还包括光学透明的载体层，该光学透明的载体层邻近第一主表面和第二主表面中的至少一者设置，以支撑柱的阵列的相应端部。
实施方案3是：根据实施方案1所述的光控膜，该光控膜还包括被构造用于将光控膜结合到基板的粘合剂层。
实施方案4是：根据前述任一项实施方案所述的光控膜，该光控膜还包括在第一主表面或第二主表面处、被构造成连接柱的阵列的相应端部的底面区域，这些底面区域包括透光材料。
实施方案5是：根据前述任一项实施方案所述的光控膜，其中柱的阵列包括透明的聚合物材料。
实施方案6是：根据实施方案5所述的光控膜，其中透明的聚合物材料包括聚氨酯、丙烯酸酯以及聚碳酸酯中的至少一种。
实施方案7是：根据前述任一项实施方案所述的光控膜，其中光学吸收材料包括颜料和染料中的至少一种。
实施方案8是：根据前述任一项实施方案所述的光控膜，其中吸收区域还包括辐射固化树脂或热固化树脂。
实施方案9是：根据前述任一项实施方案所述的光控膜，其中所述柱中的至少一个柱具有多边形的横截面形状。
实施方案10是：根据实施方案9所述的光控膜，其中柱各自具有六边形的横截面形状，六边形以紧密堆积布局进行布置，并且这些柱之间的吸收区域形成蜂窝图案。
实施方案11是：根据实施方案10所述的光控膜，其中柱具有沿观察轴线的深度D，邻近第一主表面的六边形具有边宽度W1，邻近第二主表面的六边形具有边宽度W2，吸收区域的蜂窝图案具有邻近第一主表面的壁厚T1，并且吸收区域的蜂窝图案具有邻近第二主表面的壁厚T2，比率D/((W1+W2)/2)在2和8之间，并且比率(W1+W2)/(T1+T2)在2和30之间。
实施方案12是：根据实施方案11所述的光控膜，其中柱具有15至1000微米的深度D，邻近第一主表面的六边形具有10至100微米的边宽度W1，邻近第二主表面的六边形具有20至120微米的边宽度W2，吸收区域的蜂窝图案具有2至40微米的邻近第一主表面的壁厚T1，并且吸收区域的蜂窝图案具有约0至20微米的邻近第二主表面的壁厚T2。
实施方案13是：根据前述任一项实施方案所述的光控膜，其中柱的阵列和吸收区域邻近第一主表面的面积比为3:2或更多，并且柱的阵列和吸收区域邻近第二主表面的面积比为4:1或更多。
实施方案14是：根据前述任一项实施方案所述的光控膜，其中所述柱中的至少一个柱具有不规则的横截面形状。
实施方案15是：根据前述任一项实施方案所述的光控膜，其中柱的阵列包括具有两种或更多种横截面形状的柱。
实施方案16是：根据前述任一项实施方案所述的光控膜，其中柱的阵列非周期性地定位。
实施方案17是：根据前述任一项实施方案所述的光控膜，其中所述柱中的至少一个柱的渐缩形状具有约5°或更小，并且优选约3°或更小的拔模角。
实施方案18是：根据实施方案17所述的光控膜，其中拔模角在0.5°和3°之间，并且优选在1°和3°之间。
实施方案19是：根据前述任一项实施方案所述的光控膜，其中360°视锥具有相对于观察轴线的约45°或更小的截光透射角。
实施方案20是：根据实施方案19所述的光控膜，其中截光透射角为30°或更小。
实施方案21是：根据前述任一项实施方案所述的光控膜，其中在360°视锥之内，归一化光透射率为约50％或更多。
实施方案22是：根据实施方案21所述的光控膜，其中归一化光透射率为约63％或更多。
实施方案23是：根据实施方案22所述的光控膜，其中归一化光透射率为约70％或更多。
实施方案24是：一种显示设备，该显示设备包括根据前述任一项实施方案所述的光控膜。
虽然以某些示例性实施方案详细描述了说明书，但应当理解，本领域的技术人员在理解上述内容后，可容易地想到这些实施方案的改变、变型和等同物。因此，应当理解，本公开不应不当地受限于以上给出的示例性实施方案。特别是，如本文所用，用端值表示的数值范围旨在包括该范围内所包含的所有数值(如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。此外，本文所用的所有数字都被认为是被术语“约”修饰。
此外，已对各个示例性实施方案进行了描述。这些以及其它实施方案均在如下权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种光控膜，所述光控膜包括：
第一主表面和与所述第一主表面相背的第二主表面；
观察轴线，所述观察轴线大致垂直于所述第一主表面和所述第二主表面中的至少一者；
包括透光材料的柱的阵列，所述柱的阵列按列和行被布置成二维，并且沿各自的纵向轴线从所述第一主表面延伸至所述第二主表面；以及
设置在所述柱的阵列之间的吸收区域，所述吸收区域包括光学吸收材料，并且至少部分地从所述第一主表面延伸至所述第二主表面，
其中所述柱中的至少一个柱具有沿着各自的纵向轴线的渐缩形状，并且
其中所述柱的阵列和所述吸收区域被布置成将从所述第一主表面或所述第二主表面透射出的光限定在所述观察轴线周围的360°视锥之内。
2.根据权利要求1所述的光控膜，所述光控膜还包括光学透明的载体层，所述光学透明的载体层邻近所述第一主表面和所述第二主表面中的至少一者设置，以支撑所述柱的阵列的相应端部。
3.根据权利要求1或2所述的光控膜，所述光控膜还包括被构造用于将所述光控膜结合到基板的粘合剂层。
4.根据前述权利要求中任一项所述的光控膜，所述光控膜还包括在所述第一主表面或所述第二主表面处、被构造成连接所述柱的阵列的相应端部的底面区域，所述底面区域包括所述透光材料。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述柱的阵列包括透明的聚合物材料，任选地所述透明的聚合物材料包括聚氨酯、丙烯酸酯以及聚碳酸酯中的至少一种。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述光学吸收材料包括颜料和染料中的至少一种。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述吸收区域还包括辐射固化树脂或热固化树脂。
8.根据前述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述柱中的至少一个柱具有多边形的横截面形状，任选地，所述柱各自具有六边形的横截面形状，所述六边形以紧密堆积布局进行布置，并且所述柱之间的所述吸收区域形成蜂窝图案。
9.根据权利要求8所述的光控膜，其中所述柱具有沿所述观察轴线的深度D，邻近所述第一主表面的所述六边形具有边宽度W1，邻近所述第二主表面的所述六边形具有边宽度W2，所述吸收区域的所述蜂窝图案具有邻近所述第一主表面的壁厚T1，并且所述吸收区域的所述蜂窝图案具有邻近所述第二主表面的壁厚T2，比率D/((W1+W2)/2)在2和8之间，并且比率(W1+W2)/(T1+T2)在2和30之间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述柱的阵列和所述吸收区域邻近所述第一主表面的面积比为3:2或更多，并且所述柱的阵列和所述吸收区域邻近所述第二主表面的面积比为4:1或更多。
11.根据前述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述柱中的所述至少一个柱的所述渐缩形状具有约5°或更小的拔模角。
12.根据前述权利要求中任一项所述的光控膜，其中所述360°视锥具有相对于所述观察轴线的约45°或更小的截光透射角。
13.根据前述权利要求中任一项所述的光控膜，其中在所述360°视锥之内，归一化光透射率为约50％或更多。
14.根据权利要求13所述的光控膜，其中所述归一化光透射率为约63％或更多。
15.一种显示设备，所述显示设备包括前述权利要求中任一项所述的光控膜。
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