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TWI429955B - 漫反射性物件 - Google Patents

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TWI429955B
TWI429955B TW095117487A TW95117487A TWI429955B TW I429955 B TWI429955 B TW I429955B TW 095117487 A TW095117487 A TW 095117487A TW 95117487 A TW95117487 A TW 95117487A TW I429955 B TWI429955 B TW I429955B
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woven
sheet
diffuse
reflectance
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TW095117487A
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TW200706919A (en
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Adam Ben Starry
William John Gambogi Jr
Robert William Johnson
Edwin James Lightfoot
Hyunkook Shin
Robert D Smith-Gillespie
Torence John Trout Jr
Original Assignee
Du Pont
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Publication date
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Description

漫反射性物件
本發明係關於一種具有一含有高光散射效率之孔之非編織片漫反射器且具有可見光之高對光反射率的漫反射性物件。
在要求幾乎完全反射可見光且同時提供來自表面之光之平均分佈的多種應用中使用特殊光反射表面。儘管鏡射表面可提供近乎完美之可見光之反射率，但光能僅以等於入射角之角度射出此等表面。對於許多應用而言，重要的是自表面以一分佈反射可見光。此性能稱為漫反射率或郎伯(Lambertian)反射率。根據郎伯餘弦定律，光之郎伯反射是來自一材料之光在各個方向上均勻漫反射而並無對於觀看者而言之方向相依性。漫反射源於來自材料表面上之特徵之外部光散射與來自材料內部之特徵之內部光散射的組合。舉例而言，內部光散射可由位於材料內部之特徵(諸如，孔、顆粒或不同晶相)引起。當該等特徵之平均直徑稍小於入射光之波長的一半時，材料之每單位特徵體積(含有緊密間隔開之折射率不勻性)的光散射橫截面將最大化。當散射特徵之折射率與其中進行分散之相存在較大差異時，光散射之程度亦增大。
在許多應用中，可見光之漫反射率至關重要。用於電子設備中之依賴於補充光(例如，背光)或者環境光之直視顯示器(例如，儀器面板、攜帶型電腦顯示幕、液晶顯示器(LCD))要求漫反射背表面來最大化影像品質及強度。當背光直視顯示器處於電池供電設備中時反射率尤其至關重要，其中反射率改良直接涉及所要求之較小光源且因此較低功率需求。
攜帶型電腦LCD為一實質之需求市場，其要求來自極薄材料之可見光的高水平漫反射。對於某些市場而言，重要的是背光反射器相對薄，意即小於250 μm且通常小於150 μm，以便最小化完成之顯示器的厚度。
用於LCD背光件中之反射性材料對亮度、均勻性、色彩及背光單元之穩定性及最終之LCD模組具有顯著影響。對於直視LCD背光件而言，反射器之要求包括：在包括50℃至70℃之諧振腔溫度之使用條件下的高對光反射率(例如，>95%)及高穩定性、對來自冷陰極螢光燈(CCFL)光源之紫外線(UV)光的高穩定性、高濕度及溫度循環。在直視背光件中，反射器為背光單元之一體式部分且因此材料之物理性能亦重要。導光式背光之要求的不同在於操作溫度通常較低且歸因於光導中的UV吸收而對UV穩定性之要求較少。然而，對導光式背光反射器之額外要求包括需要與光導進行均勻接觸而並不損壞光導，且最小化反射器之厚度。
歸因於反射材料存在許多不同應用，因此存在具有一系列漫反射性性能之很多種市售產品並不奇怪。直至本發明為止，具有極佳漫反射率之最佳已知漫反射性材料為描述於美國專利第4,912,720號中之漫反射性材料且由Labsphere,Inc.,North Sutton,NH,USA以商標SPECTRALON出售。此材料包含具有約30%至50%之空隙體積之聚四氟乙烯的輕型封包粒子且燒結成相對硬之內聚塊以便保留此空隙體積。使用美國專利第4,912,720號所教示之技術，據稱使用此材料可例外地達成高漫射可見光反射率特性，在可見光波長上具有較佳於99%之對光反射率。儘管SPECTRALON材料具有該等優點，但其通常不可用於小於250 μm之極薄膜(諸如，膝上型LCD市場所需之極薄膜)中，且此外在此等厚度位準處，無法獲得充分反射效能。
由W.L.Gore & Associates,Inc.,DE,USA生產之GoreT M DRP是一種包含聚合節點之膨脹聚四氟乙烯(PTFE)的反射材料，該等聚合節點由界定一微孔結構之原纖維互連。此材料為高可撓性的且具有極佳漫反射性能。此材料之缺點為成本較高。此外，在許多光學顯示器應用所要之厚度(意即，小於250 μm)處，此材料在可見光譜之藍光範圍上具有降低之反射率(如美國專利第5,976,686號之比較性實例4中所示)。此種在藍光範圍上具有降低之反射率的反射器片要求顯示器製造商修改顯示器以便在觀看者之方向上之區域中透射較多光，其不當地損耗較多能量。
美國專利第5,976,686號揭示一種含有150 μm至250 μm之厚度之非編織聚乙烯織物之漫射光反射器的光管道。然而，據報導此種材料在380 nm至720 nm之波長範圍上具有取決於厚度而自77%變化至85%的平均反射率。此專利貶損如本申請案中顯而易見不利之非編織之隨機纖維構造及其厚度變化且在比較性實例中揭示此等反射器。
填充之微空隙聚(對苯二甲酸乙二酯)(PET)膜(在此領域中亦稱為"白色PET")是用於光學顯示器應用中的商業漫反射器。此等材料以不同之厚度出售，且反射率隨厚度變化。厚度約為190μm之白色PET膜發現可用於筆記型個人電腦(PC)LCD及桌上型PC LED中。此等膜通常在可見光波長中具有約95%之平均反射率。Toray Industries,Inc.of Chiba,Japan出售一種厚190μm之白色PET反射器(市售為"E60L")。然而，E60L遭受對UV輻射之不良抗性且要求一UV塗層，該UV塗層提高反射器之成本且引起可見光譜之藍光區域中之波長(意即，小於約400nm之波長)處的反射率降低。
需要經改良且並不昂貴之漫反射器以用於允許製造更多可買得起且能量有效之光學顯示器的可見光管理應用中。
先前技術並無關於含有具有可見光之高對光反射率之非編織漫反射器的漫反射性物件的記載。本發明藉由提供含有非編織漫反射器之漫反射性物件來解決此需要，其中該等非編織漫反射器具有可見光之高對光反射率及高漫射率以及改良之白度及改良之光學、UV及溫度穩定性。更具體言之，已研發一種用於光學顯示器背光件之新穎漫反射器來解決直視式及導光式光學顯示器背光件應用中的此等需要。
根據本發明，提供一種包含一定位於一界定一光學諧振 腔之結構內部之光漫反射器的漫反射性物件，其中漫反射器包含一含有複數個孔之非編織片，其中對於具有如藉由汞壓孔率測定法所量測之自0.01μm至1.0μm之平均孔直徑的孔而言，比孔體積至少約為34cm3 /m2 。
本發明進一步包括一光學顯示器，其包含：(i)一結構，其界定一光學諧振腔；(ii)一光源，其定位於該光學諧振腔內部；(iii)一顯示面板，來自該光源之光通過該顯示面板；及(iv)一漫反射器，其定位於該光學諧振腔內部以用於將來自該光源之光反射向該顯示面板，其中該漫反射器包含一含有複數個孔之非編織片，其中對於具有如藉由汞壓孔率測定法所量測之自約0.01μm至約1.0μm之平均孔直徑的孔而言，比孔體積至少約為10cm3 /m2 。
本發明進一步包括一種用於改良要求光漫反射率之裝置中之光反射率的方法，該方法包含：(i)提供一具有複數個孔之非編織片，其中對於具有如藉由汞壓孔率測定法所量測之自約0.01μm至約1.0μm之平均孔直徑的孔而言，比孔體積至少約為34cm3 /m2 ；及(ii)將該非編織片定位於裝置內部以引起光能反射離開非編織片。
如本文所使用之術語"光"意謂光譜之自380nm至780nm波長可見光部分的電磁輻射。除非另有陳述，本文之光之"對光反射率"(RVIS )意謂如人類觀察者在380nm至780nm之可見光波長範圍內所見之反射率(意即，漫反射率及鏡面反射率)。使用"Billmeyer and Saltzman Principles of Color Technology"之第三版中所描述之CIE標準對光觀察物及發光物D65自總反射率光譜資料計算對光反射率(RV I S )。
本漫反射性物件或光學顯示器包含一位於一界定一光學諧振腔之結構內部的光漫反射器。本文中之"光學諧振腔"意指一經設計以接收來自一光源之光且調節並將此光導向一得益於照明之物體的封閉體。光學諧振腔包括將來自一光源之光整合、重定向及/或聚焦至一接收器上之結構且可使用空氣或高折射率元素作為諧振腔媒體。結構之幾何形狀並不受限。含有光學諧振腔之實例結構包括照明器具、複製機、投影顯示器光引擎、累計球均勻光源、符號燈箱、光管道及背光組件。在諸如液晶顯示器(LCD)之背光單元之某些實施例中，光學諧振腔可包括一光導或波導。在漫反射性物件為光學顯示器之一組件的情況下，光學諧振腔意指一經設計以含有一光源且將來自光源之光導向一顯示面板的封閉體。顯示面板包括靜態及動態(可定址)顯示器類型。
本發明之漫反射性物件或光學顯示器含有一定位於光學諧振腔內部之光源。本文中之"光源"意指可見光之發射體且可為一位於光學諧振腔內部之單一光源或位於光學諧振腔內部之多個光源。實例光源包括球形及管形燈類型之白熾、汞、金屬鹵化物、低壓鈉、高壓鈉、電弧、緊湊型螢光、安定器內藏式螢光、冷陰極螢光燈(CCFL)、發光二極體(LED)及能夠發射可見光之類似裝置。
本漫反射性物件或光學顯示器含有一顯示面板，來自光源之光通過此顯示面板。本文中之"顯示面板"意指調變來自光源之光之透射且在某些實施例中調變光以使可見光形式之影像傳送至觀看者的透射性設備。在界定光學諧振腔之結構為一將靜態影像傳送至觀看者之照明器具或符號燈箱系統的實施例中，實例顯示面板包括其上含有一靜態影像(例如，本文或圖像影像)或替代地並無影像(例如，螢光漫射體)之聚合物或玻璃面板。在界定光學諧振腔之結構為一將靜態及/或變化影像傳送至觀看者之液晶顯示器之背光單元的實施例中，實例顯示面板包括一影像回應於電訊號而變化之液晶。
本漫反射性物件或光學顯示器含有一定位於光學諧振腔內部以將光反射向一得益於照明之物體的漫反射器。漫反射器定位於光學諧振腔內部，以便將光學諧振腔內之並未導向物體的光反射回向物體。在一光學顯示器中，漫反射器定位於照明顯示面板之光學顯示器光源之後。根據本發明之漫反射器之光散射及漫反射特徵提供較全面之漫射照明(例如，較全面之漫射光源)，且因此提供一較平坦之光照或均勻照明之光學顯示器。
圖1至圖3展示利用根據本發明之漫反射性物件之光學顯示器之若干實施例的示意圖。圖1為利用根據本發明之漫反射器之側光液晶光學顯示器的橫截面圖。圖1中，光學顯示器1展示為具有一耦接至一含有一塑膠光導3之光學諧振腔的螢光光源2。一漫射體4、一可選增亮膜5(諸如美國專利第4,906,070號及第5,056,892號中所描述之膜且可購自Minnesota Mining and Manufacturing Co.(3M),Minneapolis,MN,USA)及一如PCT公開案WO97/32224中所描述之可選反射性偏振器膜6(亦可購自3M)置放於光導3之頂部且將自光導3發射之光予以重定向且反射性地偏振至一液晶顯示面板7及一觀看者。液晶顯示面板7置放於反射性偏振膜6之頂部且通常由包含於兩個偏振器9之間之液晶8構成。
光導3將光導向至顯示面板7且最終導向一觀看者。某些光係自光導之背表面反射的。本發明之漫反射器10置放於光導3之後且將光反射向液晶顯示面板7。其亦反射且隨機化自反射性偏振膜6及增亮膜5之層反射的光。漫反射器10為一高反射性、高漫射率表面，其增強光學諧振腔之光學效率。漫反射器10漫射地散射且反射光，使光去偏振，且在可見波長範圍內具有高反射率。
漫反射器10為光再循環系統之元件。漫反射器(i)反射自反射性偏振膜6及/或增亮膜5排斥之光，且(ii)向此光提供達到液晶顯示面板7及最終之觀看者的另一機會。此排斥及再循環可出現多次，從而增大光學顯示器之亮度(意即，導向觀看者之光的量)。
漫反射器之此增大之光學效率可用以反射處於增亮膜5與漫反射器10之間的入射光，從而藉由控制所發射之光之角度而增大顯示亮度。舉例而言，增亮膜5透射一特殊及窄角度範圍內之光、且反射另一特殊及較寬角度範圍內之光。反射光藉由漫反射器10散射至所有角度。位於增亮膜 5之透射角度內之光透射向觀看者。第二角度範圍內之光藉由增亮膜5反射，而用於漫反射器10之額外散射。
漫反射器10之增大之光學效率可用以反射處於反射性偏振膜6與漫反射器10之間的入射光，從而藉由控制透射過反射性偏振膜6之光的偏振狀態而增大顯示亮度。大多數顯示器具有一應用至液晶8之背後的吸收偏振器9。當非偏振光照明顯示器時，可用光之至少一半會被吸收。結果，顯示亮度降低且顯示器偏振器9發熱。上述兩種不利情況在使用反射性偏振器膜6的情況下可克服，因為反射性偏振器膜6透射一線性偏振狀態之光且反射另一線性偏振狀態之光。若反射性偏振器膜6之透射軸與吸收偏振器之透射軸相對準，則吸收偏振器僅微弱地吸收透射光。同樣，吸收偏振器完全沒有吸收處於反射偏振狀態之光。相反，將其反射向漫反射器10。漫反射器10使光去偏振，從而產生一偏振狀態，該偏振狀態在反射性偏振器膜透射及反射狀態中具有相同偏振分量。光之一半透射過反射性偏振器層6而朝向觀看者。漫反射器10再次散射處於反射偏振狀態或"非所要"狀態之光，從而仍提供用於額外偏振轉換的另一機會。
此外，根據本發明之漫反射器11可置放於諸如冷陰極螢光燈(CCFL)之光源2之後或圍繞其，從而增大至塑膠光導3的光耦合效率。漫反射器11可單獨使用或與一鏡面反射器組合使用以增大構造之總反射率。當使用此種鏡面反射器時，其定位於漫反射器11之後以使得保持漫反射器面向光 源2。
根據本發明之漫反射器之增大之光學效率可用以增大光學諧振腔之反射效率及/或用以混合光之離散波長以形成均勻色彩或白色光源。圖2為具有利用根據本發明之漫反射器之冷陰極螢光燈光源的背光液晶光學顯示器的橫截面圖。在圖2所示之光學顯示器1中，三個螢光燈12描繪為位於一光學諧振腔13中。所有燈可為白色或每一燈可為一選定色彩，諸如紅色、綠色及藍色。圖3為具有利用根據本發明之漫反射器之發光二極體光源的背光液晶光學顯示器之替代配置的橫截面圖。在圖3所示之光學顯示器1中，液晶光學顯示設備展示為具有作為向光學諧振腔13提供光之光源的兩個發光二極體(LED)14。該等二極體可為彩色或白色。在圖2與圖3中，光學諧振腔13內覆蓋有漫反射器15。漫反射器15既增大反射率亦充分混合離散光色彩以形成一具有良好之空間發光均勻性的白色光源以用於照明液晶顯示面板7。
本發明之漫反射性物件或光學顯示器含有一包含一非編織片之漫反射器。本文所使用之非編織片及非編織纖網意謂一包含個別纖維之結構，其中形成該等個別纖維且隨後以一隨機方式定位以形成一包含該等纖維但並無一可識別圖案且無需針織或編織的平坦材料。如本文所使用，術語纖維意欲包括可用以形成非編織片之所有不同類型之纖維性材料。其包括：用於粗梳法、濕法、氣流法及乾法成形之切段纖維；由熔融紡絲、溶液紡絲、熔噴法製成之連續 或不連續長絲；由閃式紡絲獲得之編織長絲膜原纖維；及由纖條體製程製備之纖條體。非編織片之實例包括包含一個以上非編織片之紡黏纖網、熔噴纖網、多方向多層粗梳纖網、氣流纖網、濕法纖網、水刺纖網及複合纖網。如本文所使用，術語非編織片並不包括由編織之木漿或織物製成之紙，且亦不包括膜。
根據本發明之非編織片漫反射器較佳包含閃紡纖維。本文所使用之術語閃紡纖維意謂由以下一般製程生產之纖維，其亦揭示於美國專利第3,860,369號中。如此專利中所揭示，閃紡在一腔室(有時稱為紡絲室)中進行，該腔室具有一蒸氣移除埠及一開口(通過該開口移除製程中所生產之非編織片材料)。在升高之溫度及壓力下連續地或分批地製備聚合物溶液(或紡絲液體)且提供至紡絲室中。溶液之壓力大於為最低壓力的濁點壓力，在此濁點壓力下聚合物完全溶解於紡絲劑中以形成一均質單相混合物。單相聚合物溶液通過一減壓孔至一較低壓力(或減壓)腔室。在較低壓力腔室內，溶液分液為兩相液-液分散液(two-phase liquid-liquid dispersion)。分散液之一相為一紡絲劑富足相，其主要包含紡絲劑且分散液之另一相為一聚合物富足相，其含有大多數聚合物。此兩相液-液分散液被迫使通過一紡絲頭至一極低壓力(較佳大氣壓力)之區域中，其中紡絲劑極快速地蒸發(閃蒸)且自紡絲頭排出聚烯烴作為編織長絲。
本文所使用之術語編織長絲的或編織長絲意謂大量隨機長度之薄、絲帶狀、膜原纖維之三維整體網路且具有一小 於約4μm之平均原纖維厚度且小於約25μm之中間寬度。在編織長絲結構中，膜原纖維通常與結構之縱軸同廣衍地對準且在結構之整個長度、寬度及厚度之不同處以不規則間隔間歇地結合且分離以形成一連續三維網路。此種結構進一步詳細描述於美國專利第3,081,519號及美國專利第3,227,794號中。
編織長絲在一隧道中經延伸且經導向以衝擊一旋轉擋板。旋轉擋板具有一將編織長絲轉型為平坦纖網之形狀，其寬約5至15cm，且分離原纖維以展開該纖網。旋轉擋板進一步給予一來回振盪運動，其具有產生一寬之來回條帶的充分振幅。該纖網置於一定位於紡絲頭下方之移動線擱置帶上，且來回振盪運動經配置以通常與帶交叉以形成非編織片。
由於該纖網在其至移動帶之路徑上偏離擋板，故其進入位於固定之多針離子槍與接地旋轉目標板之間的電暈充電區。一多針離子槍被充電至一適當電壓源的DC電位。藉由一高速率紡絲劑蒸氣流載運經充電之纖網通過一由兩部分組成之漫射體，該兩部分為一前部分及一後部分。漫射體控制纖網之擴張且使其減速。漫射體之背部部分鑽有通風孔以確保移動纖網與漫射體背部部分之間之充分氣流，從而防止移動纖網黏著至漫射體背部部分。移動帶經接地以使充電纖網靜電附著至帶且固持於其上之適當位置處。
在移動帶上自多個編織長絲收集且藉由靜電力固持於彼處之重疊纖網條帶形成於具有一由帶速度控制之厚度之所 要寬度的非編織片中。隨後加固該片，其涉及將帶與加固輥之間之片壓縮至一具有充分強度以在腔室外部操縱之結構中。隨後在腔室外部將片收集於一收卷輥上。可使用此項技術中之已知方法(諸如，熱黏合)黏合該片。
熱黏合涉及習知製程，習知製程中將包含聚合物之加固非編織片加熱至一稍低於(通常低3℃至8℃之範圍)聚合物熔點之溫度且同時垂直於片之面施加力。在此種條件下，位於獨立纖維之表面上之接觸點處的聚合物將混合且形成一將纖維緊固於一起之黏合點(黏合物)。用於非編織物之熱黏合之已知方法包括拉幅機上之熱空氣黏合、在加熱壓板之間之加壓、藉由一重覆蓋層抵制熱輥時黏合、使用熱輥壓延且使用軋花輥點黏合。
根據本發明之非編織片漫反射器包括彼等包含紡黏纖維之非編織片漫反射器。本文所使用之術語紡黏纖維意謂纖維藉由擠壓熔合聚合物而熔紡為自一紡絲頭之複數個精細、通常為圓形毛細管之纖維，且經擠壓之纖維之直徑隨後藉由拉伸而快速減小且隨後淬滅該等纖維。亦可使用諸如橢圓形、三葉形、多葉形、平坦、中空等其他纖維橫截面形狀。紡黏纖維通常為大體上連續的且通常具有大於約5μm之平均直徑。紡黏非編織纖網藉由將紡黏纖維隨機地置於諸如篩網或帶之收集表面上而形成，且使用諸如熱黏合之此項技術中之已知方法黏合。
本發明之非編織片漫反射器包括彼等包含熔噴纖維之非編織片漫反射器。本文所使用之術語熔噴纖維意謂纖維藉由熔噴而熔紡且隨後變細，其中熔噴包含擠壓可進行熔融處理之聚合物通過複數個毛細管為熔融流至高速率氣體(例如，空氣)流中。高速率氣體流使熔融聚合物之流變細以減小其直徑且形成具有一約0.5 μm與約10 μm之間之直徑的熔噴纖維。熔噴纖維通常為不連續纖維但亦可為連續的。由高速率氣體流載運之熔噴纖維通常沉積於一收集表面上以形成隨機分散之纖維的熔噴纖網。當熔噴纖維沉積於收集表面上時其可為發黏的，其通常導致熔噴纖網中之熔噴纖維之間的黏合。使用諸如熱黏合之此項技術中之已知方法亦可黏合熔噴纖網。
根據本發明之非編織片漫反射器包括彼等包含基於切段之非編織物的非編織片漫反射器。基於切段之非編織物可由此項技術中之若干已知方法製備，包括纖維之粗梳法或紗扯法、氣流法或濕法且基於切段之非編織物可被針刺、水刺、熱黏合及化學黏合。切段纖維較佳具有一位於約0.5與約6.0之間之丹尼爾(denier)每纖維及約0.25英吋(0.6 cm)與約4英吋(10.1 cm)之間之纖維長度。
根據本發明之非編織片漫反射器包括彼等包含如美國專利第2,999,788號中所揭示之濕法纖條體的非編織片漫反射器。
可製成根據本發明之非編織片漫反射器之聚合物包括聚烯烴(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯及聚丁烯)、丙烯腈－丁二烯－苯乙烯(ABS)樹脂、聚苯乙烯、苯乙烯－丙烯腈、苯乙烯－丁二烯、苯乙烯－順丁烯二酸酐、聚乙烯塑膠(例如，聚氯乙烯(PVC))、丙烯、丙烯腈基樹脂、乙縮醛、全氟聚合物、氫氟聚合物、聚醯胺、聚醯胺－西亞胺、聚芳香醯胺、聚芳酯、聚碳酸脂、聚酯(例如，聚萘二甲酸乙二酯(PEN))、聚酮、聚苯醚、聚苯硫醚及聚碸。此等聚合物中聚烯烴較佳。
本文所使用之術語聚烯烴意謂由碳及氫組成之一系列極大飽和之開鏈聚合烴中的任一者。典型聚烯烴包括(但不限於)聚乙烯、聚丙烯及聚甲基戊烯。聚乙烯及聚丙烯較佳。本文所使用之術語聚乙烯不但包括乙烯之均聚物而且包括共聚物，其中循環單元之至少85%產自於乙烯。較佳聚乙烯為一線性高密度聚乙烯，其具有約130°至137℃之熔融範圍上限、一位於0.94至0.98 g/cm3 之範圍之密度及一位於0.1至100之間(較佳為0.1至4)之熔融指數(如ASTM D－1238－57T中之條件E所界定)。
本文所使用之術語聚丙烯不但包括丙烯之均聚物且亦包括共聚物，其中循環單元之至少85%產自於丙烯單元。
非編織片漫反射器之較佳實施例包含閃紡編織長絲膜原纖維之加固片，其中原纖維包含含有孔之聚合物。聚合物較佳包含聚烯烴(尤其為聚乙烯)。
本發明者發現非編織片之漫反射率由自纖維間隙所產生之孔之光散射與處自位於纖維內部之孔之光散射的組合引起。非編織片含有如本文界定為纖維內孔或纖維間孔之複數個孔。纖維內孔在整個纖維之內部隨機分佈且具有藉由汞壓孔率測定法所量測之約0.02 μm至約0.5 μm之範圍內的平均孔直徑。纖維間孔為在非編織片中之纖維之間隨機分佈的間隙且具有藉由汞壓孔率測定法所量測之約0.5 μm至約9 μm之範圍內的平均孔直徑。對於具有約至約0.4 μm(稍小於可見光之波長的一半)之平均孔直徑之孔而言，本非編織片之每單元孔體積之可見光散射橫截面得以最大化且因此漫反射率得以最大化。本發明者發現非編織片之光散射之約三分之一由具有約1 μm且更大之平均孔直徑的纖維間孔引起，且光散射之約三分之二由具有小於約1 μm之平均孔直徑的纖維內孔及纖維間孔引起。
對於一給定平均孔直徑範圍而言，本文中之"比孔體積"(本文亦稱為"SPV")定義為非編織片平均基本重量(以g/m2 為單位)乘以孔體積(以cm3 /g為單位)之數學乘積。SPV之單位為cm3 /m2 ，且為一表徵存在非編織片之每平方面積之一給定平均孔直徑範圍的孔體積的單位。平均基本重量藉由經修改以適用於非編織片尺寸之ASTM D3776之程序而量測。一給定平均孔直徑範圍之非編織片孔體積藉由已知之汞壓孔率測定方法而獲得，其如H.M.Rootare於1970年Plenum Press之Advanced Experimental Techniques in Powder Metallurgy之第225至252頁中的"A Review of Mercury Porosimetry"中所揭示。本文中之"VP1"定義為藉由汞壓孔率測定法所量測之具有自0.01 μm至1.0 μm之平均孔直徑的非編織片孔的體積。本文中之VP2"定義為藉由汞壓孔率測定法所量測之具有自0.02 μm至0.5 μm之平均孔直徑的非編織片孔的體積。本文中之SPV1定義為與VP1平均孔直徑範圍相關之比孔體積，且本文中之SPV2定義為與VP2平均孔直徑範圍相關之比孔體積。
本發明者發現測繪非編織片之可見光(意即，波長在380 nm至780 nm之範圍內之光)對光反射率(%)與比孔體積(SPV)出乎意料地產生非編織片之一平滑曲線。圖8為實例1至實例7之非編織片(閃紡高密度聚乙烯片)之平均RV I S (%)與SPV1及SPV2(cm3 /m2 )之曲線。對於非編織片而言，約10 cm3 /m2 之SPV1導致至少約為85%之可見光之對光反射率。約20 cm3 /m2 之SPV1導致至少約為90%之對光反射率。約30 cm3 /m2 之SPV1導致至少約為92%之對光反射率。約40 cm3 /m2 之SPV1導致至少約為94%之對光反射率。約50 cm3 /m2 之SPV1導致至少約為96%之對光反射率。
根據本發明之非編織片中之纖維內孔具有每單位孔體積之高散射橫截面，且因此是引起本反射器之高光散射的主要原因，從而是引起本反射器之高漫反射率的主要原因。圖8為實例1至實例7之非編織片(閃紡高密度聚乙烯片)之平均RV I S (%)與SPV1及SPV2(cm3 /m2 )之曲線。非編織片驚人地含有複數個纖維內孔，且對於非編織片而言，約7 cm3 /m2 之SPV2導致至少約為85%之可見光之對光反射率。約16 cm3 /m2 之SPV2導致至少約90%之對光反射率。約25 cm3 /m2 之SPV2導致至少約為92%之對光反射率。約30 cm3 /m2 之SPV2導致至少約為94%之對光反射率。約40 cm3 /m2 之SPV2導致至少約為96%之對光反射率。
根據本發明之漫反射性物件之漫反射器中所使用之非編織片含有複數個孔，其中SPV1至少約為34 cm3 /m2 ，從而對於非編織片而言導致至少約93%之可見光之適當反射率。此實施例中之SPV1較佳至少約為40 cm3 /m2 且更佳至少約為50 cm3 /m2 。此實施例中與纖維內孔相關之SPV2至少約為28 cm3 /m2 ，從而導致至少約為93%之對光反射率。SPV2較佳至少約為30 cm3 /m2 且更佳至少約為40 cm3 /m2 。
根據本發明之光學顯示器之漫反射器中所使用之非編織片含有複數個孔，其中SPV1至少約為10 cm3 /m2 ，從而對於非編織片而言導致至少約85%之可見光之適當反射率。此實施例中之SPV1較佳至少約為20 cm3 /m2 ，更佳至少約為30 cm3 /m2 ，甚至更佳至少約為40 cm3 /m2 ，且最佳至少約為50 cm3 /m2 。此實施例中與纖維內孔相關之SPV2至少約為7 cm3 /m2 ，從而導致至少約為85%之對光反射率。SPV2較佳至少約為16 cm3 /m2 ，更佳至少約為25 cm3 /m2 ，甚至更佳至少約為30 cm3 /m2 ，且最佳至少約為40 cm3 /m2 。
根據本發明之非編織片漫反射器之對光反射率經發現隨增大之熱黏合而降低。熱黏合不當地降低具有大體上促進漫反射率之每單位孔體積之高散射橫截面的非編織片纖維內孔的體積。熱黏合亦不當地降低亦促進漫反射率之非編織片纖維間孔之體積。因此，根據本發明之非編織片較佳不是熱黏合或其他方式之黏合。本發明之非編織片為加固的，且可在僅非編織纖網之加固並不充分的情況下含有組裝且使用漫反射性物件或光學顯示器期間保持非編織片之結構完整性所必需之片表面上之一最小程度的熱黏合或其他黏合。
根據本發明之較佳實施例之編織長絲膜原纖維聚烯烴非編織片具有纖維間孔及纖維內孔之最大體積，且因此具有高對光反射率，且在組裝且使用漫反射性物件或光學顯示器期間保持充分之結構完整性，若進行非編織片之黏合，則使得黏合之片具有約7.1 kg/m(0.4 lb/in)或更小，較佳約5.3 kg/m(0.3 lb/in)或更小，更佳約5.0 kg/m(0.28 lb/in)或更小，且最佳約1.8 kg/m(0.1 lb/in)或更小的分層值。分層為以藉由ASTM D 2724所界定之力/長度(例如，kg/m)為單位而記錄之量測且與某種類型之片中之黏合(例如，編織長絲膜原纖維所形成之非編織片的黏合)的程度相關。
如藉由S.Brunauer,P.H.Emmett及E.Teller在J.Am.Chem.Soc第60卷第309至319頁(1938)中之BET吸收方法所量測之表面積為另一可用於表徵根據本發明之漫反射器中所使用之高對光反射率非編織片的物理性能。本發明者發現非編織片之BET表面積(m2 /g)與片之基本重量(g/m2 )之數學乘積(本文中定義為"面積比率")與非編織片之可見光對光反射率關聯。根據本發明之非編織片通常具有至少約1.0 m2 /g之BET表面積，且具有如藉由BET吸收方法所量測之高達50 m2 /g或更大之表面積。根據本發明之非編織片通常具有至少約60之面積比率。根據本發明之較佳非黏合(意即，僅加固)編織長絲膜原纖維聚烯烴非編織片通常具有至少約600之面積比率。然而，在某些情況下，面積比率之BET表面積分量將導致與可見光波長範圍上之非編織片對光反射率的不良關聯性。當存在具有小於最佳可見光散射特徵尺寸(稍小於入射光之波長之一半)之平均孔直徑的顯著數目之纖維內孔時，會出現此種情況。本發明者發現比孔體積(SPV)與面積比率之曲線揭示SPV隨著面積比率之增大以對數方式增大。SPV1與面積比率之曲線導致一對應於公式SPV1＝23×(Ln(面積比率))－85(R2 ＝0.92)之曲線。SPV2與面積比率之曲線導致一對應於公式SPV2＝16×(Ln(面積比率))－58(R2 ＝0.90)之曲線。對光反射率(%)與SPV(cm3 /m2 )之曲線與對光反射率(%)與面積比率之曲線的比較揭示SPV是預測根據本發明之漫反射性物件中所使用之非編織片之反射率的較佳參數，因為與對光反射率(%)隨著面積比率變化相比較，對光反射率(%)隨著SPV變化更平滑且更可預測。
非編織片漫反射器對光之散射及漫反射係歸因於纖維間孔及纖維內孔之空氣－聚合物界面處之光的反射。反射隨著孔相之折射率(空氣的折射率為1.0)與纖維聚合物相之折射率之間之差異的增大而增大。通常當兩個相之間之折射率差異大於約0.1時，所觀察到之光散射增大。包含本發明之非編織片纖維之聚合物較佳具有較高折射率(例如，聚乙烯的折射率為1.51)且具有較低之可見光吸收。
根據本發明之非編織片漫反射器所展現出之漫反射率是其高光散射能力之結果。然而，非編織片之高對光反射率藉由高光散射能力與極低之可見光吸收之組合而達成。非編織片之高光吸收之一個主要負面影響為較高片基本重量所提供之反射率益處大大降低。因此，本非編織片具有極低之可見光吸收且較佳並不吸收可見光。為避免光吸收之負面效應，通常足以將彼等具有通常小於約10－ 4 μm－ 1 (特定言之，通常小於約10－ 5 μm－ 1 )之可見光吸收係數之材料選擇為非編織片材料。用於形成非編織片漫反射器之較佳聚合物具有約10－ 4 m2 /g或更小，較佳約10－ 5 m2 /g或更小，且更佳約為10－ 6 m2 /g或更小之吸收係數。
達到LCD背光件中之適當白點可涉及補償光源中之磷光體混合物以便調節與非均勻光譜反射率相關聯之背光單元諧振腔中的損失。包含編織長絲膜原纖維聚烯烴片之較佳實施例非編織片漫反射器在可見光波長上具有驚人之平坦反射率曲線。包含編織長絲膜原纖維聚烯烴之非編織片漫反射器的反射率曲線在380 nm至780 nm之範圍內的波長上變化小於約4%之反射率。因此，此等非編織片之反射色彩易於比先前技術之漫反射器更藍且歸因於其低於近似500 nm之較高反射率而更接近中性色彩平衡。此導致降低或免除對光源中之額外藍光磷光體之需要，其通常經添加以抵銷低於500 nm之商業反射器的較低反射率。因此，本非編織片漫反射器允許使用具有較低功率消耗及熱量產生以導致較長光源使用壽命之光源。
反射光之漫射率對於建立LCD背光件之亮度均勻性很重要。諸如冷陰極螢光燈(CCFL)之線光源及諸如紅、綠及藍光發光二極體(RGB LED)之點光源本身並不是漫射光源。由於高漫射率反射器之較寬散射角度導致較佳亮度均勻性，故其在直視背光件中為所要的。較高漫射率對於CCFL較寬間隔開之背光件及需解決背光件中之非均勻色彩之背光件(諸如，具有RGB LED光源之背光件)更為至關重要。進一步，許多商業背光反射器具有一降低之藍光反射率，其迫使背光件製造商在CCFL設計中考慮用以改良藍光發射之方法，包括螢光添加劑，較高藍光發射(LED)及增大之藍光磷光體。此等方法具有一包括反射率穩定性(螢光添加劑)及降低之使用壽命(增大藍光LED及增大之藍光CCFL磷光體)之相關聯缺點。
包含編織長絲膜原纖維聚烯烴之較佳實施例非編織片漫反射器具有高漫反射率。通常，此對應於一在峰值亮度之70%處之至少約40度的平均估計角頻寬(ABW)。此說明於實例17及圖10中，其展示本反射器之漫反射率高於可自商業背光反射器得到之漫反射率。本非編織片漫反射器所展現出之較寬漫射錐形導致較寬散射角且因此改良光學顯示器之均勻性。藉由使用用以在整個背光元件之高角度處更有效地散射光之較寬漫射錐形，較高漫反射率允許較薄背光件設計。本漫反射器之此特性允許使用較多透射性漫射體板，從而導致較高度地利用來自光源之光。
非編織片漫反射器可進一步包含分散於形成非編織片纖維之聚合物相中的微粒填充物。利用微粒填充物將具有一大於聚合物之折射率且因此非編織片之光散射將隨著孔相之折射率(空氣的折射率為1.0)與纖維聚合物相之折射率之間之差異的增大而增大。利用微粒填充物具有一高折射率、高光散射橫截面及低可見光吸收。微粒填充物增強光散射且藉此對於一給定片厚度而言使用微粒填充物可提供較高對光反射率。微粒填充物可為任何形狀且具有一自約0.01 μm至約1 μm(較佳自約0.2 μm至約0.4 μm)之平均直徑。含有微粒填充物之非編織聚合物片包含以重量計至少約50%之聚合物，且微粒填充物包含以聚合物之重量計自約0.05重量%至約50重量%(較佳0.05重量%至約15重量%)。實例微粒填充物包括矽酸鹽、鹼金屬碳酸鹽、鹼土金屬碳酸鹽、鹼金屬鈦酸鹽、鹼土金屬鈦酸鹽、鹼金屬硫酸鹽、鹼土金屬硫酸鹽、鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、過渡金屬氧化物、金屬氧化物、鹼金屬氫氧化物及鹼土金屬氫氧化物。特殊實例包括二氧化鈦、碳酸鈣、黏土、雲母、滑石、水滑石、氫氧化鎂、矽石、矽酸鹽、空心矽球、矽灰石、長石、高嶺土、碳酸鎂、碳酸鋇、硫酸鎂、硫酸鋇、硫酸鈣、氫氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、鋁土、石棉粉、玻璃粉及沸石。使用諸如美國專利第6,010,970號及PCT申請案第WO 2005/98,119號中所揭示之彼等已知方法來製造含有微粒填充物之本非編織片。
非編織片漫反射器可進一步包含紫外線(UV)穩定劑，其為一物質塗層，或更較佳分散於非編織片纖維之整個聚合物相中以防止UV光之光劣化。UV穩定劑藉由吸收UV輻射而工作且防止在纖維聚合物主鏈中形成自由基，該等自由基會導致不當之鏈斷裂及聚合物光學性能之劣化。UV穩定劑之有益濃度為以聚合物之重量計自約0.01重量%至約5.0重量%。可使用已知在塑膠中加以利用之習知UV穩定劑，例如來自二苯甲酮、受阻三級胺、苯幷三唑及羥苯基三嗪之群的彼等物質。所利用之商業UV穩定劑包括Ciba Specialty Chemicals,Tarrytown,NY,USA所出售之CHIMASSORB及TINUVIN族穩定劑。
根據本發明之漫反射器可包含單層非編織片或多層非編織片，諸如兩個或兩個以上非編織片之積層板。此實施例尤其可用於獲得具有高對光反射率(例如，可見光波長範圍上之約98%之對光反射率)之漫反射器。多層非編織片實施例亦可用於平均化單一編織片歸因於片纖維之不均勻片厚度或方向性的不均勻性。非編織片積層板可藉由將兩個或兩個以上片面對面地定位且在施壓情況下輕微地熱黏合該等片而製備，諸如藉由在一或多對軋輥之間輥壓該等片。非編織片之積層板較佳藉由使用諸如壓敏黏接劑之黏接劑將兩個或兩個以上片黏接在一起而製備。所使用之黏接劑為彼等在正常操縱及使用(例如，組裝且使用液晶顯示器)期間保持積層板之充分結構完整性的黏接劑。黏接劑較佳具有類似於非編織片之熱膨脹性能，以使溫度變化不會導致差異膨脹所引起之積層板的分離。所使用之黏接劑包括濕固化聚胺基甲酸酯、溶合聚胺基甲酸酯黏接劑及水媒丙烯酸樹脂。已知之較佳壓敏黏接劑為當施加輕微壓力時便瞬時地黏接至非編織片且保持永久發黏的黏彈性材料。含有諸如增黏劑之添加劑之壓敏黏接劑尤其有用，其有助於黏接諸如聚烯烴之低表面能材料。所使用之黏接劑之具體實例包括Chemical Company,Bridgewater,NJ,USA所製造之NACOR水媒丙烯酸壓敏黏接劑，其具有極佳光學清晰度且易於藉由諸如柔性凸版印刷及凹板印刷式塗佈之已知塗佈方法塗覆至非編織片上。
黏接劑趨於隨著老化而不當地變黃。一種緩和黏接劑變黃之方法為將黏接劑塗覆至一較薄層上。然而，以此方式可導致積層板黏合之強度降低。黏接劑可以不連續或圖案化(例如，方格)塗層塗覆至非編織片上以使得塗佈非編織片表面積之一相對較小部分。以此方式允許減少黏接劑之總量且同時保持所塗覆之黏接劑之厚度較高以使得高積層板黏合之強度高。緩和黏接劑變黃之第二種方法為配製黏接劑以使其含有習知紫外線(UV)篩檢添加劑及/或諸如本文先前所揭示之UV穩定劑。
因此，含有包含非編織片積層板之漫反射器的漫反射性物件及光學顯示器包括於本發明中。積層板包括在非編織片界面處具有黏接劑之兩個非編織片，積層板具有一小於約400 μm之總厚度及可見光波長範圍上之至少約96%的對光反射率。積層板包括在每一非編織片界面處具有黏接劑之三個非編織片，積層板具有一小於約600 μm之總厚度及可見光波長範圍上之至少約97%的對光反射率。積層板包括在每一非編織片界面處具有黏接劑之四個非編織片，積層板具有一小於約900 μm之總厚度及可見光波長範圍上之至少約98%的對光反射率。
包含單一非編織片之非編織片漫反射器具有一厚度約為20 μm至約1,000 μm(通常小於約250 μm，且較佳為自約70 μm至約150 μm)之非編織片。具有一約250 μm且更大之厚度之非編織片仍展現出有用且改良之性能，諸如可撓性、低成本及高對光反射率，該等有用且改良之性能使得非編織片適用於替代要求可見光之漫反射之應用中的競爭材料。在非編織片積層板中，積層板厚度且因此漫反射器可為1,000 μm或更大。即使此厚度在空間及漫反射器厚度為高級要求之某些小型光學顯示器(例如，蜂巢式電話、手持式設備及較薄設備為較佳之類似物)之應用中並非較佳，但此等漫反射器在較少關注漫反射器厚度之情況下的光學顯示器(例如，較大平板LCD電視機及監視器、照明器具、複製機、投影顯示光引擎、累計球均勻光源及類似物)之應用中具有明確之使用。
根據本發明之非編織片漫反射器可包含具有習知漫反射器片之非編織片之單一或多個層(諸如兩個或兩個以上之積層板)。習知漫反射器片包括白紙及填充膜及/或空隙膜，諸如Toray Industries,lnc.,Chuo－ku,Tokyo,Japan所出售之LumirrorE60L聚酯膜。習知漫反射器片進一步包括諸如美國專利第5,982,548號中所揭示之空隙聚合物膜。可藉由習知技術且使用前述黏接劑製造積層板。
根據本發明之非編織片漫反射器可進一步包含用以在組裝且使用漫反射性物件期間保持漫反射器之形狀的背板支撐材料。此種背板支撐材料定位於漫反射器之遠離光源的面上。所使用之背板支撐材料包括聚酯膜(例如，Mylar)、芳香聚醯胺纖維(例如，KEVLAR)(兩者皆可購自E.I.du Pont de Nemours & Co.,Wilmington,DE,USA)以及紙、織物或編織物、非編織片、泡沫聚合物、聚合膜、金屬箔或片及金屬化膜。背板支撐材料可經選擇以增大漫反射器(例如，金屬箔或片及金屬化膜)之總反射率。背板支撐材料與非編織片可藉由習知技術且使用前述黏接劑層壓至彼此。此外，為了製造複雜形狀之漫反射器，可將本發明之漫反射器黏合至一硬質支撐材料且隨後形成為一諸如抛物線或橢圓形圓頂之形狀之複合體。
包含根據本發明之漫反射器之非編織片可藉由電暈及/或電漿處理而加以表面粗糙化，以便協助黏接非編織片至其他材料。舉例而言，此種處理有助於黏接劑層壓且導致非編織片較佳黏接至其他非編織片、背板支撐材料及鏡面反射器。
根據本發明之非編織片漫反射器進一步可包含一定位於非編織片之遠離光源之面上的鏡面反射性層。如此定位之鏡面反射器增大漫反射器之對光反射率。在一個實施例中，非編織片之面可加以金屬化。代表性金屬包括鋁、錫、鎳、鐵、鉻、銅、銀或其合金，且較佳為鋁。可藉由已知真空金屬化技術沉積金屬，其中金屬藉由在真空下加熱而蒸發，且隨後在非編織片之一個面上沉積一約為75埃(angstrom)至約300埃的厚度。若待金屬化之非編織片之面經輕微熱黏合以足以提供一其上待塗佈金屬之較光滑表面，則此種金屬化層之黏接得以改良。閃紡聚烯烴片之真空金屬化為已知的，例如在美國專利第4,999,222號中。在此實施例中，一薄鏡面反射層在大體上並不改變非編織片之總厚度的情況下添加至非編織片漫反射器之一個面。在另一實施例中，鏡面反射性層包含一金屬化聚合物片，例如，塗鋁MYLAR，其可層壓至一非編織片，且金屬化聚合物片之金屬化面面向非編織片之面。在另一實施例中，鏡面反射性層包含一可層壓至非編織片之一面的金屬箔(例如，鋁箔)，從而導致漫反射器變硬。鋁之熱膨脹係數低於非編織物之熱膨脹係數，且為一種極佳熱導體。兩個因素導致溫度變化最小化且因此降低本漫反射器屈曲於具有包含管狀光之組之光源的LCD中所遇到之不均勻加熱的趨勢。此實施例之漫反射器可藉由使用前述黏接劑將一金屬箔層壓至一非編織片而形成。在漫反射器含有一金屬化面或層壓至一金屬化聚合物片或金屬箔的此等實施例中，非編織片之剩餘(無金屬)面面向光源地定位於光學諧振腔中。
發光二極體(LED)為可用於諸如蜂巢式電話及手持式設備之小型液晶顯示器(LCD)設備之有用光源。LED提供小型尺寸及較低能量消耗之優點，但其具有相對低之亮度。當非編織片漫反射器用作一與前述增亮膜及反射性偏振器膜組合使用之背面反射器時，使用LED照明之設計的光學效率增大。LED可替代螢光燈而作為用於諸如蜂巢式電話、手持式設備、醫遼監視器及汽車顯示器之小型LCD的較佳背光源。使用LED之優點在於其價格低，尺寸小及能量消耗低。LED之缺點是亮度相對低。當非編織片漫反射器用作一與已知鏡面反射性膜層一起使用之背反射器時，LED顯示器之亮度可增大。
本發明進一步包括一種改良要求光之漫反射率之設備中之光反射率的方法，其包含：(i)提供具有複數個孔之非編織片，其中對於具有如藉由汞壓孔率測定法所量測之自約0.01 μm至約1.0 μm之平均孔直徑的孔而言，比孔體積至少約為34 cm3 /m2 ；及(ii)將非編織片定位於設備內以使光能量反射出非編織片。
實例測試方法 基本重量
基本重量藉由ASTM D3776方法而量測，為樣本尺寸而修改，且以g/m2 為單位記錄。
汞壓孔率測定法
非編織片孔尺寸分佈資料藉由已知之汞壓孔率測定方法而獲得，其如H.M.Rootare於1970年Plenum Press之Advanced Experimental Techniques in Powder Metallurgy之第225至252頁中的"A Review of Mercury Porosimetry"中所揭示。本文中之"VP1"定義為藉由汞壓孔率測定法所量測之具有自0.01 μm至1.0 μm之平均孔直徑的非編織片孔的體積。本文中之VP2"定義為藉由汞壓孔率測定法所量測之具有自0.02 μm至0.5 μm之平均孔直徑的非編織片孔的體積。
比孔體積
上文中之比孔體積(以cm3 /m2 為單位，本文亦稱為"SPV")定義為對於一給定平均孔直徑範圍之孔而言之非編織片基本重量(以g/m2 為單位)與片孔體積(以cm3 /g為單位)之數學乘積。上文中之SPV1定義為與VP1平均孔直徑相關之比孔體積，且上文中之SPV2定義為與VP2平均孔直徑相關之比孔體積。
厚度
非編織片之厚度量測使用一具有附著至Ono Sokki ST－022陶瓷基底量規架之0.95 cm(3/8英吋)量測探針的Ono Sokki EG－225厚度量規來進行，兩者皆可購自Ono Sokki,Addison,IL,USA。
分層
用於黏合之非編織片之分層值藉由ASTM D2724方法而獲得且以kg/m為單位記錄。
反射率光譜
單一非編織片及多非編織片結構之總反射率光譜藉由ASTM E1164－02(Standard Practice for Obtaining Spectrophotometric Data for object－Color Evaluation,用於獲得物體色彩評估之分光光度資料的標準實踐)之方法而獲得。將一片置放於一具有150 mm累計球附加裝置之Lambda 650 UV/VIS/NIR光譜儀中，兩者皆可購自PerkinElmer,Wellesley,MA,USA。輸出為每一波長處之百分數反射率且所量測之光譜範圍為380 nm至780 nm(以5 nm為間隔)。反射率標準為一自LabSphere,North Sutton,NH,USA購買之經校正的SPECTRALON標準。使用光電倍增器偵測。三色激勵值藉由ASTM E308－01方法且使用CIE 10° 1964標準觀察物及發光物D65而計算。對光反射率RV I S 使用"Billmeyer and Saltzman Principles of Color Technology"之第三版中所描述之CIE標準對光觀察物及發光物D65來計算。
實例1至7、實例18及比較實例1：單一非編織片
實例1至7、實例18及比較實例1非編織片為閃紡高密度聚乙烯(HDPE)之單一片，該等單一片包含HDPE之複數個編織長絲膜原纖維。閃紡HDPE片藉由美國專利第3,081,519號、第3,227,794號及第3,860,369號中所揭示之通用製程而產生。
可將產生閃紡HDPE片之通用製程歸納為三個步驟。步驟一為紡絲。具有CFC－11(一氟三氯甲烷)或C－5烴之高密度聚乙烯(HDPE)之溶液經受兩次減壓；第一次減壓導致兩相液體溶液且第二次減壓至大氣壓導致非聚合物組份之閃蒸，從而留存一固體HDPE之互連纖網。一系列纖網被收集於造紙機上且纏繞至輥中。
步驟2為熱區域黏合。將經輥壓之纖網展開且將每一纖網表面加熱至一稍低於(通常低3℃至8℃之範圍)聚合物熔點之溫度且同時垂直於片之表面施加力以便導致一穩定片表面。此在大直徑蒸汽加熱鼓室上進行。為防止片過度收縮，一覆蓋層固持該片與鼓室表面相抵以有效限制該片。每一片表面在離開蒸汽加熱鼓室之後藉由直接與一冷卻鼓室接觸而冷卻。在熱黏合之後，可並不電暈處理該片之任一邊、可電暈處理該片之一邊或兩邊且可並不施加抗靜電劑至任一邊、可施加抗靜電劑至一邊或兩邊。隨後再次將產品纏繞至輥上。
步驟3為切割步驟。將產品切割為所要寬度且纏繞至所要長度之輥上。
用於產生實例1至7、實例18及比較實例1片之製程之間的主要區別為：i)基本重量，其僅由紡絲線速度判定；ii)黏合程度，其藉由產品重量、黏合器速度及黏合鼓室溫度判定；iii)是否使用抗靜電劑電暈處理及/或塗覆該片。
表1記錄可用於本漫反射器之七個單一閃紡HDPE片之片平均厚度(μm)、厚度標準偏差(μm)、片基本重量(g/m2 )(不論片是否經熱區域黏合)、平均RV I S (%)，片分層值(kg/m)、VP1(cm3 /g)、VP2(cm3 /g)、SPV1(cm3 /m2 )及SPV2(cm3 /m2 )。表2記錄用於一比較單一瞬紡HDPE片之類似資料。
自一連續片之不同區域切下多個(意即，至少十二個)34 mm×34 mm方形閃紡HDPE片樣本。每一片樣本之厚度藉由前述方法量測且藉由平均化若干片樣本而判定每一非編織片之平均厚度。每一片樣本之基本重量藉由前述方法判定且藉由平均化若干片樣本而判定每一非編織片之平均基本重量。表1中所記錄之片經熱區域黏合或並未經熱區域黏合。藉由前述方法而獲得每一片樣本之總反射率光譜且計算RV I S 值。平均化該等片樣本光譜以判定每一片之平均反射率光譜及平均RV I S 。每一閃紡HDPE片之分層值藉由前述方法量測。每一片之VP1及VP2藉由前述汞壓孔率測定方法判定。比孔體積SPV1及SPV2如先前所述計算。
表1記錄結果。
圖4為實例1至7之閃紡HDPE片及比較實例1(C1)之閃紡HDPE片之總反射率光譜(反射率(%)與波長(nm))的曲線圖。圖7為藉由對實例2、4及比較實例1(C1)之閃紡HDPE片執行汞壓孔率測定法而獲得之差異孔體積(δv(cm3 /g))與平均孔直徑(μm)的曲線圖。圖8為實例1至7閃紡HDPE片之平均RV I S (%)與SPV1及SPV2(cm3 /m2 )的曲線圖。
實例8至9：多層非編織片
表3記錄包含本漫反射器之實例多層閃紡HDPE片之基本重量(g/m2 )及平均RV I S 。此等實例遵循實例1至7及實例18中所描述之程序及使用材料(除非另有陳述)。
自一連續實例4片之不同區域切下34 mm×34 mm方形閃紡HDPE片樣本。該等片樣本經組合為八個包含兩個面對面定位之非編織片樣本的二層構造，及八個包含三個面對面定位之非編織片樣本的三層構造。為了量測反射率，並未使用黏接劑層壓此等多層構造，但使用一維持該等片處於緊密物理接觸中之彈簧加壓樣本固持器來固持此等多層構造。
表3記錄結果。
實例10－以塗鋁MYLAR 膜為背板之單一非編織片
此處記錄一包含一以塗鋁膜為背板之單層閃紡HDPE片之實例漫反射器的平均厚度(μm)、厚度標準偏差(μm)及平均RV I S (%)。此實例遵循實例1至7及實例18中所描述之程序及使用材料(除非另有陳述)。
將一50 μm厚之塗鋁MYLAR片用作一位於實例4閃紡HDPE片之單層之後的鏡面反射器。藉由VA Martinsville之Courtalds Performance Films將一重(高光學密度/低電阻)之經蒸發之鋁塗層塗覆至MYLAR 200D聚酯膜(由DuPont Teijin Films,Hopewell,VA,USA製造)之一個面上。自塗鋁MYLAR膜切下一34 mm×34 mm樣本且針對此樣本量測總反射率光譜(呈現於圖5中)。
自實例4片之不同區域切下15個34 mm×34 mm方形閃紡HDPE片樣本。將單一閃紡HDPE片樣本與單一塗鋁MYLAR片面對面地定位以使得MYLAR片之金屬化面接觸閃紡HDPE片之一個面，且閃紡HDPE片之剩餘聚乙烯面在反射率量測期間面向光源。為了量測反射率，並未使用黏接劑層壓該多層構造，但使用一維持該等片處於緊密物理接觸中之彈簧加壓樣本固持器來固持此多層構造。藉由前述方法獲得閃紡HDPE片及塗鋁MYLAR構造之每一者的總反射率光譜且計算RV I S 值。平均化該等光譜以判定一平均反射率光譜及一95.7%之平均RV I s 。藉由前述方法在多個點處量測每一閃紡HDPE片及塗鋁MYLAR構造之厚度且平均化所有量測。閃紡HDPE片及塗鋁MYLAR構造之平均厚度為270 μm且厚度標準偏差為19 μm。
圖5為實例10之閃紡HDPE片及塗鋁MYLAR構造及實例10構造中所使用之塗鋁MYLAR片之總反射率光譜(反射率(%)與波長(nm))的曲線圖。
實例11至14：多層非編織片積層板
此處記錄包含多層閃紡HDPE片積層板之實例漫反射器之平均厚度(μm)、厚度標準偏差(μm)及平均RV I S (%)。此等實例遵循實例1至7及實例18中所描述之程序及使用材料(除非另有陳述)。
多層閃紡HDPE片積層板由在每一閃紡HDPE片界面處具有Nacor38－033A水基壓敏黏接劑(可購自National Starch of Bridgewater,NJ,USA)之兩層、三層或四層實例3及實例4片製成。每一積層板近似為30.5厘米(12英吋)之方形。使用一可購自Paul N.Gardner Company,Pompano Beach,FL,USA之#14線纏繞桿來塗覆黏接劑。對於所有積層板而言，黏接劑塗覆至一個閃紡HDPE片之面且允許在層壓該片之前乾燥。
對於兩層及三層積層板而言，自一較大積層板切下十四個近似34 mm×34 mm之方形積層板樣本。獲得每一樣本之總反射率光譜且計算RV I S 。隨後平均化該等光譜以判定兩層及三層積層板之平均反射率光譜及平均RV I S 。對於四層積層板而言，自一較大積層板切下六個近似34 mm×34 mm之方形積層板樣本。獲得每一樣本之總反射率光譜且計算RV I S 。隨後平均化該等光譜以判定四層積層板之平均反射率光譜及平均RV I S 。
表5記錄結果。
圖6為實例11至14之閃紡HDPE片積層板之總反射率光譜(反射率(%)與波長(nm))的曲線圖。
實例15－具有多層非編織片反射器之直視背光件
在實例15及16中，使用根據本發明之多層非編織片漫反射器來製備液晶光學顯示背光件且與含有可購得之漫反射器之相同背光件進行比較。非編織片漫反射器之使用展示出增大之亮度，其可轉化為以原先顯示亮度之較長顯示器電池使用壽命。
表6記錄含有實例11及13中所述之單一閃紡HDPE片積層板漫反射器或單一商業反射器MCPET與E6SV中之任一者之商業背光單元的平均亮度(cd/m2 )、亮度標準偏差(cd/m2 ，本文稱為"sd")及均勻性(%，定義為sd/平均亮度)。
拆散一來自Sharp Electronics Corporation,NJ,USA之型號為LC－13AV1U的33cm(13")LCD電視機，以獲得其背光單元，該背光單元包含一個反射器片、兩個白色射出成形端件、四個U形冷陰極螢光燈及一個漫射體板。背光單元之前表面量測為220 mm×290 mm。在測試根據本發明之非編織反射器期間，將一黑色吸收膜定位於現存反射器之底部部分上且完全覆蓋該底部部分以防止促進來自現存反射器之彼區域中的光反射。藉由前述製程製造尺寸適合於背光單元諧振腔之整個底面的實例11(兩層)及實例13(四層)多層積層板。隨後將單一多層積層板反射器定位於黑色吸收膜頂部的背光單元中。背光諧振腔之側壁並不修改。使用Photo Research,Inc.,Chatsworth,CA,USA之PR－650 SpectraScan比色計量測含有單一多層積層板之背光件的效能。使用比色計在背光單元之前表面上的九個點(以背光單元之較低左側角為原點所量測之水平尺寸內70、140及210 mm與垂直方向上67、108及166 mm之間距)處量測亮度(cd/m2 )。量測平均亮度及均勻性且與定位於如描述之背光單元中之個別商業反射器樣本上所進行之類似量測進行比較。所檢測之商業反射器為"MCPET"(Furukawa Electric Co.,Ltd.,Chiyoda－ku,Tokyo,Japan所製造之超精細泡沫玻璃光反射板)及"E6SV"(Toray Industries,Inc.of Chiba,Japan所出售之厚255 μm的白色PET反射器)。圖9展示含有每一個別反射器之背光單元的亮度與量測位置。
表6歸納含有實例11、實例13之單一非編織反射器MCPET或E6SV之背光單元的平均亮度及均勻性(sd/svg)。
實例16－具有多層非編織片反射器之直視背光件
表7記錄含有實例11、12及13中所描述之單一閃紡HDPE片積層板漫反射器或單一商業反射器之商業背光單元的平均亮度(cd/m2 )、亮度標準偏差(cd/m2 ，本文稱為"sd")及均勻性(%，定義為sd/平均亮度)。
拆散一來自Sharp Electronics Corporation,NJ,USA之型號LC－20C7－S的50.8 cm(20")LCD電視機，以獲得其背光單元，該背光單元包含一個反射器片、兩個白色射出成形端件、五個U形冷陰極螢光燈及一個漫射體板、漫射體片及漫射體反射性偏振器(可購自3M,MN,USA之VikuitiT M DBEF－D膜)。背光單元之前表面量測為330 mm×440 mm。切割非編織反射器且形成為與現存反射器相同之尺寸及形狀，且在無需進一步修改的情況下藉由直接在背光單元進行取代而將其效能與現存反射器相比較。藉由前述製程製造尺寸適合於背光單元之整個面之實例11(兩層)、12(三層)及實例13(四層)積層板。背光諧振腔之白色射出成形端件並不修改。使用Photo Research,Inc.,Chatsworth,CA,USA之PR－650 SpectraScan比色計量測背光件的效能。在背光單元之前表面上的九個點(以背光單元之較低左側角為原點所量測之水平尺寸內76、220及365 mm與垂直方向上58、164及271 mm之間距)處量測亮度。量測平均亮度及均勻性且與僅含有如在來自製造商之LCD電視機中所獲得之現存反射器的背光單元進行比較。現存反射器為一白色填充聚酯膜且在量測實例11至13積層板反射器之前(量測#1，圖10上之"M1")及之後(量測#2，圖10上之"M2")量測含有此膜之背光件之效能。圖10中展示含有每一個別反射器之背光單元的亮度與量測位置。
表7歸納含有實例11、12或實例13或現存反射器之單一非編織反射器之背光單元的平均亮度及均勻性(sd/svg)。
實例17－自多層非編織片反射器之漫反射率
表8記錄實例11、12及13中所描述之單一閃紡HDPE片積層板漫反射器以及商業反射器E60L、E6SV(兩者皆為Toray Industries,Inc.of Chiba,Japan所出售之白色PET反射器)及MCPET(Furukawa Electric Co.,Ltd.,Chiyoda－ku,Tokyo,Japan所製造之超精細泡沫玻璃光反射板)之峰值亮度的70%處的角頻寬(ABW)。
使用一與反射器平面之法線成30度固定角照明樣本的準直光量測入射至單一閃紡HDPE片積層板漫反射器及商業反射器上之光的反射率。使用Photo Research,Inc.,Chatsworth,CA,USA之PR－650 SpectraScan比色計量測反射率。自此量測量化反射器之漫反射率。藉由前述製程製造尺寸為50 mm×50 mm之實例11(兩層)、實例12(三層)及實例13(四層)積層板。亦可製造相同尺寸之E60L、E6SV及MCPET樣本。此等樣本安裝於一平臺上，且在與照明角之相對側上之反射器平面之法線所成之30度鏡面反射率角的－30度至＋30度之角度範圍上量測亮度。表8中展示此等反射器之效能，其中判定所有反射器之峰值亮度之70%處的角頻寬(ABW)，且圖11繪製正常化亮度與反射角之相依性(反射器之漫射錐形之量測)。
1．．．光學顯示器
2．．．螢光光源
3．．．塑膠光導
4．．．漫射體
5．．．增亮膜
6．．．反射性偏振器膜
7．．．液晶顯示面板
8．．．液晶
9．．．偏振器
10．．．漫反射器
12．．．螢光燈
13．．．光學諧振腔
14．．．發光二極體(LED)
15．．．漫反射器
圖1為利用根據本發明之漫反射器之側光液晶光學顯示器的橫截面圖。
圖2為具有利用根據本發明之漫反射器之冷陰極螢光燈光源之背光液晶光學顯示器的橫截面圖。
圖3為具有利用根據本發明之漫反射器之發光二極體光源之背光液晶光學顯示器的橫截面圖。
圖4為根據本發明之漫反射器中所利用之非編織片之反射率(%)與波長(nm)的曲線圖。
圖5為根據本發明之漫反射器中所利用之非編織片及塗鋁Mylar構造之反射率(%)與波長(nm)的曲線圖。
圖6為根據本發明之漫反射器中所利用之非編織片積層板之反射率(%)與波長(nm)的曲線圖。
圖7為自根據本發明之漫反射器中所利用之非編織片之汞壓孔率測定法所獲得之差異孔積體(δv(cm3 /g))與平均孔直徑(μm)的曲線圖。
圖8為實例非編織片之平均RV I S (%)與SPV1及SPV2(cm3 /m2 )的曲線圖。
圖9為含有根據本發明之漫反射器之背光單元之亮度(cd/m2 )與量測位置的曲線圖。
圖10為含有根據本發明之漫反射器之背光單元之亮度(cd/m2 )與量測位置的曲線圖。
圖11為根據本發明之漫反射器之正常化亮度與相對於30°(度)鏡面之角度的曲線圖。
1．．．光學顯示器
2．．．螢光光源
3．．．塑膠光導
4．．．漫射體
5．．．增亮膜
6．．．反射性偏振器膜
7．．．顯示面板
8．．．液晶
9．．．偏振器
10．．．漫反射器

Claims (17)

  1. 一種包含一定位於一界定一光學諧振腔之結構內部之光漫反射器的漫反射性物件，其中該漫反射器包含一積層板，且該積層板包含兩層非編織片及黏接劑；該非編織片係由個別纖維以一隨機方式定位形成的平坦材料，含有複數個孔，其中對於具有一如藉由汞壓孔率測定法所量測之自0.01μm至1.0μm之平均孔直徑的孔而言，比孔體積至少約為34cm3 /m2 ；該漫反射器之平均厚度小於約400μm，且在380nm至780nm之波長範圍上該漫反射器之對光反射率至少約為96%。
  2. 如請求項1之物件，其進一步包含：(i)一光源，其定位於該光學諧振腔內部；及(ii)一顯示面板，來自該光源之光通過該顯示面板，其中該漫反射器定位於該光學諧振腔內部以用於將來自該光源之光反射向該顯示面板。
  3. 如請求項1之物件，其中對於具有一如藉由汞壓孔率測定法所量測之自0.02μm至0.5μm之平均孔直徑的孔而言，該比孔體積至少約為28cm3 /m2 。
  4. 如請求項1之物件，其中該非編織片包含複數個編織長絲膜原纖維，其中該等原纖維包含含有孔之聚合物。
  5. 如請求項4之物件，其中該聚合物具有一約10-4 m2 /g或更小之吸收係數。
  6. 如請求項1之物件，其中在380nm至780nm之波長範圍上該非編織片之反射率變化不大於約4%之反射率。
  7. 如請求項1之物件，其中該積層板包含四層非編織片及黏 接劑，該漫反射器之平均厚度小於約900μm，且在380nm至780nm之波長範圍上該漫反射器之對光反射率至少約為98%。
  8. 如請求項2之物件，其中該顯示面板為一液晶。
  9. 一種光學顯示器，其包含：(i)一結構，其界定一光學諧振腔；(ii)一光源，其定位於該光學諧振腔內部；(iii)一顯示面板，來自該光源之光通過該顯示面板；及(iv)一漫反射器，其定位於該光學諧振腔內部以用於將來自該光源之光反射向該顯示面板，其中該漫反射器包含一積層板，該積層板包含兩層非編織片及黏接劑；該非編織片係由個別纖維以一隨機方式定位形成的平坦材料，含有複數個孔，其中對於具有一如藉由汞壓孔率測定法所量測之自約0.01μm至約1.0μm之平均孔直徑的孔而言，比孔體積至少約為10cm3 /m2 ；該漫反射器之平均厚度小於約400μm，且在380nm至780nm之波長範圍上該漫反射器之對光反射率至少約為96%。
  10. 如請求項9之光學顯示器，其中對於具有一如藉由汞壓孔率測定法所量測之自約0.02μm至約0.5μm之平均孔直徑的孔而言，該比孔體積至少約為7cm3 /m2 。
  11. 如請求項9之光學顯示器，其中該非編織片包含複數個編織長絲膜原纖維，其中該等原纖維包含含有孔之聚合物。
  12. 如請求項11之光學顯示器，其中該聚合物具有一約10-4 m2 /g或更小之吸收係數。
  13. 如請求項9之光學顯示器，其中在380nm至780nm之波長範圍上該非編織片之反射率變化不大於約4%之反射率。
  14. 如請求項9之光學顯示器，其中該積層板包含四層非編織片及黏接劑，該漫反射器之平均厚度小於約900μm，且在380nm至780nm之波長範圍上該漫反射器之對光反射率至少約為98%。
  15. 如請求項9之光學顯示器，其中該顯示面板為一液晶。
  16. 如請求項9之光學顯示器，其中該漫反射器覆蓋該光學諧振腔之至少一部分且部分地圍繞著該光源捲繞以便直接導向來自該光源之光通過該顯示面板。
  17. 如請求項9之光學顯示器，其中該光學諧振腔包括一定位於該光學諧振腔內部以用於將來自該光源之光導向該顯示面板的光導。
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