[发明专利]纳米层状光导板

说明书

技术领域

本发明涉及一种包含多个至少两种交替层(alternating layers)的纳米层状(nano-layered)聚合物光导板，且更特别地，涉及一种包含多个至少两种不同材料的交替层的共挤出的纳米层状聚合物光导板。

背景技术

液晶显示器(LCD)在成本和性能上不断地改善，成为了优选用于许多计算机、仪器以及娱乐应用的显示技术。典型的LCD移动电话、笔记本以及监视器包括光导板，以接受来自光源的光并且在LCD上或多或少均匀地对光进行再分配。传统的光导板典型地具有0.4毫米(mm)至2mm之间的厚度。光导板应当足够的厚，以与光源有效地耦合并将更多的光朝着观察者重新定向并投射，光源典型地如冷阴极荧光灯管(CCFL)或多个发光二极管(LED)。还有，一般地使用常规注射成型工艺来制造厚度小于约0.8mm且宽度或长度大于约60mm的光导板较为困难和昂贵。另一方面，通常期望的是使光导板“瘦”下来(slim down)从而减少LCD的整体厚度和重量，特别是随着LED在尺寸上越来越小。因而，为了获得最佳的光使用效率、较低的制造成本、厚度以及亮度，需要在这些相互矛盾的需求中求得平衡。传统的光导板较厚且笨重，通常具有超过LCD面板自身的厚度。另一个缺点是在选择用于生产传统光导板的材料上缺乏灵活性。生产用于LCD背光或通用照明应用的光导板所使用的两种非常普遍的聚合物材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(PC)。当使用PMMA或其他基于丙烯酸的材料来制造光导板时，如果光导板过薄则易碎且容易被损坏。若使用聚碳酸酯来制造光导板，则光导板具有优秀的机械性能但容易被刮坏或被相邻的薄膜污损(marred)。人们也提出有用于制造LCD光导板的其他材料，但由于较高的成本或某些性能缺陷，鲜少使用这些材料。

在大多数应用中，必须在光导板的一侧上图案化(“单面光导板”)从而获得充足的光提取和重新导向能力。然而，一些情况下，例如在转向薄膜(tuming film)系统中，需要在光导板的两侧上微图案化(“双面光导板”)。在LCD的背光单元中使用转向薄膜可以减少为获得充足高亮度水平所需的光处理(management)薄膜的数量。但不幸的是，当光导板相对较薄时(＜0.8mm)，难以获得两侧图案的良好的复制性，这成为了接受转向薄膜这一选择的主要障碍。事实上，制造薄的双面光导板所选择的方法对于控制成本、生产率和质量是非常重要的，这使得转向薄膜技术在经济上更有吸引力。

目前，制造单面-或双面-LGP的方法可选的是注射成型工艺及其一些变型做法。在该工艺中，熔化的热聚合物被高速地注入并挤压入具有微加工表面的模具空腔，在填充模具和冷却阶段，该微加工表面上的图案被转印至固化的模制板的表面上。当板的厚度较大(≥0.8mm)且其横向尺寸(宽度和/或长度)较小(≤300mm)时，注射成型工艺非常的有效。然而，对于两个主表面上都有微图案的较薄的板(＜0.8mm)，注射成型工艺需要较高程度的注射压力，通常会导致了复制性较低、且模制板中存在较高的残余应力和双折射，从而尺寸稳定性较差且生产率较低。

用于制造单面光导板的另一种方法是使用喷墨法、丝网印刷法或其他类型的印刷方法在平坦的挤出浇铸片材的一侧上印刷离散的圆点的微图案。这种工艺的缺点在于挤出浇铸步骤需要额外耗费成本的印刷步骤，而且离散的微提取器的形状和尺寸是预先设定的，无法进行良好的控制。当图案频繁变化时这种方法是有用的，但当双面都需要被印刷且产量较大时，这种方法的吸引力就会显著降低。

制造简化轮廓的光导板的优点被照明领域的技术人员广泛赏识。鉴于用于照明的较薄且挠性的导光结构的固有优点，人们提出了多个解决方案。例如，Rinko提交的专利号为7,565,054、名称为“超薄照明元件(Ultra Thin Lighting Element)”的美国专利描述了一种挠性照明器，其形成为波导且使用了用于提取光的离散的衍射结构图案。在所有这些情况中，光导板都是单质的，包括一种材料和单个导光层。