專利名稱：帶有受張力作用的透明支持膜的光學(xué)元件和顯示器的制作方法
帶有受張力作用的透明支持膜的光學(xué)元件和顯示器 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2007年2月12日提交的第60/900895號(hào)美國臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益。發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及帶有受張力作用的透明支持膜的光學(xué)元件及其在光學(xué)顯示器 中的應(yīng)用，尤其涉及可用于LCD監(jiān)視器和LCD電視中的液晶顯示器(LCD)。發(fā)明背景液晶顯示器(LCD)是在諸如便攜式計(jì)算機(jī)、手持計(jì)算器、數(shù)字手表和電視 等裝置中使用的光學(xué)顯示器。 一些LCD包括位于顯示器側(cè)面的光源，配有光 導(dǎo)，其被配置成以將光源發(fā)出的光導(dǎo)向LCD面板背面。其他LCD，例如LCD 監(jiān)視器和LCD電視(LCD-TV)，用多個(gè)位于LCD面板后面的光源直接照明。 這種配置隨著較大顯示器的發(fā)展而與日倶增，因?yàn)橐_(dá)到顯示亮度的特定級(jí) 別，光功率需要按顯示尺寸的平方增長。然而，對(duì)于沿顯示器的側(cè)面定位的光 源，可獲得的實(shí)際狀態(tài)僅隨顯示尺寸線性增長。此外， 一些LCD應(yīng)用，如 LCD-TV，與其它應(yīng)用相比，需要顯示器足夠亮以從較遠(yuǎn)的距離可被觀看，且 LCD-TV的視角要求一般與LCD監(jiān)視器和手持裝置的不同。一些LCD監(jiān)視器和許多LCD-TV —般由多個(gè)冷陰極熒光燈(CCFL)從后面 照明。這些光源是線性的，且延伸跨越顯示的整個(gè)寬度，結(jié)果顯示的背面被一 系列的由較暗區(qū)域分隔的光帶照明。這種照明輪廓是所不希望的，從而在LCD 背面利用漫射板以平滑照明輪廓。一些LCD監(jiān)視器和許多LCD-TVs—般在燈的相對(duì)側(cè)上鄰近漫射板疊加光 學(xué)管理膜配置。這些光學(xué)管理膜一般包括準(zhǔn)直漫射板，棱柱形光引導(dǎo)膜 (directing film)和反射偏光膜。處理這些個(gè)體光學(xué)管理膜以制造LCD顯示器耗 費(fèi)很多的勞動(dòng)量，因?yàn)槊總€(gè)膜都要被典型地提供保護(hù)性蓋板，而這必須先除去蓋板然后再將每個(gè)光學(xué)管理膜單獨(dú)設(shè)置到LCD的背光單元中。并且，對(duì)每個(gè)膜的庫存和跟蹤計(jì)入LCD顯示器制造的總成本。而且，由于這些光學(xué)管理膜被單獨(dú)處理，在組裝過程中存在毀壞膜的較大危險(xiǎn)性。目前，LCD-TV漫射板典型地使用帶有多個(gè)分散相的聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)的聚合基體，其具有包括玻璃，聚苯乙烯珠和CaC03顆粒的多種分散 相。這些板又厚又重，而顯示器制造試圖減薄結(jié)構(gòu)因素和減少顯示器的重量。 在暴露于高濕和燈引起的高溫后漫射板通常會(huì)變形或彎曲，這導(dǎo)致顯示器中的 視覺缺陷。此外，漫射板需要專用的擠壓混合以使漫射顆粒在整個(gè)聚合基體中 分布均勻，這進(jìn)一步增加了成本。較早公開，美國專利申請(qǐng)No.2006/0082699描述了一種通過層壓自承基片 和光學(xué)漫射膜的分離層以降低漫射板成本的方法。盡管該解決方法新穎，但需 要用粘合劑將這些層壓制起來，由于增加了光吸收材料而導(dǎo)致降低系統(tǒng)效率。 并且，將層壓制起來的附加處理成本是于已無利。并且，該較早公開沒有解決 漫射板的厚形成因素和重量大的問題。該解決辦法也沒有銷對(duì)漫射板變形的問 題。另一個(gè)較早公開，美國專利申請(qǐng)No.2006/0171164描述了一種設(shè)置在LC 面板和照明源之間的光學(xué)膜結(jié)構(gòu)或元件。該光學(xué)元件使用了連接光學(xué)膜的膜固 定部分，光學(xué)膜進(jìn)一步連接到連接框架的膜張力控制組件。該公開描述了這種 光學(xué)元件在通過保持膜上的張力來避免光學(xué)膜扭曲方面具有顯著的進(jìn)步。但 是，這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)是一些要用于光學(xué)管理配置或疊加的光學(xué)膜在收縮、 熱膨脹或塑性變形方面會(huì)具有差的尺寸穩(wěn)定性。甚至在受張力作用時(shí)，尺寸穩(wěn) 定性差或低的薄膜可以稍微彎曲。并且，美國專利申請(qǐng)No.2006/0171164沒有 教導(dǎo)如何能夠通過用具有等效光學(xué)特性的漫射膜來代替厚板漫射器，以去除厚 板漫射器。希望用具有更薄形狀因素和重量更低的光學(xué)漫射膜代替漫射板。在保持高 級(jí)別的光均勻度的同時(shí)，這種漫射膜必須具有尺寸穩(wěn)定性以及高光學(xué)透射率。 而且，希望這種漫射膜具有附加的絕熱值以減小從光源到漫射器之上的LC層 的熱增益?？障痘?voiding)為實(shí)現(xiàn)漫射膜光學(xué)要求和絕緣要求的公知手段。漫射膜也可以為其自身或選擇地為典型地用于光管理配置中的其他光學(xué)膜提供結(jié)構(gòu)支持。因?yàn)橐恍┕鈱W(xué)膜受熱會(huì)顯著收縮或明顯膨脹或當(dāng)持續(xù)受張力 作用時(shí)在變形傾向方面擁有較差的長期尺寸穩(wěn)定性，可能希望將這些光學(xué)膜夾 置在兩透明層之間，其中一個(gè)能夠?yàn)槁淠?。這些膜受熱會(huì)收縮很小，具有低 的熱膨脹系數(shù)，包括在張力作用下具有較好長期尺度穩(wěn)定性(低變形趨勢)的材 質(zhì)，如雙向拉伸的PET。這種結(jié)構(gòu)支持沒有顯著的收縮，熱膨脹或變形的需要， 這正是本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。因此，本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)元件，其包括具有至少一個(gè)內(nèi)部光學(xué) 膜和兩個(gè)顯示出相對(duì)較高尺寸穩(wěn)定性的外部透明膜的至少三個(gè)并置的膜的疊 層，其中受控張力沿至少一個(gè)方向施加到兩個(gè)外部膜但不施加到內(nèi)部膜。在優(yōu)選實(shí)施方式中，光學(xué)元件以很低的成本提供了以前板狀漫射器和光學(xué) 膜配置或疊層的光學(xué)平滑功能。該光學(xué)元件獨(dú)特之處在于，其提供了高水平的 光學(xué)功能，在特定熱和濕測試下甚至以低厚度就滿足表面平坦需要。典型地， 光學(xué)元件包括圍繞至少三個(gè)并置膜的周長的支撐框，該至少三個(gè)并置膜通過受 控張力施加到兩個(gè)外部膜而被支持。本發(fā)明的另一實(shí)施方式包括受支撐框和張 力作用膜束縛的其他光學(xué)管理膜。這些其他光學(xué)膜可以設(shè)置在兩個(gè)外部受張力作用膜之間，并由其支撐。 發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種光學(xué)元件，其包括具有至少一個(gè)內(nèi)部光學(xué)膜和兩個(gè)顯示 出較高尺寸穩(wěn)定性的外部透明膜的至少三個(gè)并置的膜的疊層，其中受控張力沿 至少一個(gè)方向施加到兩個(gè)外部膜但不施加到至少一個(gè)內(nèi)部膜。還包括一種光學(xué)元件，其包括至少三個(gè)并置的膜，其中，由于存在給膜施 加受控張力的機(jī)構(gòu)而維持所述外部膜至少一部分的尺寸穩(wěn)定，其中一個(gè)外部膜 是包含空隙(VOid)的漫射膜。進(jìn)一步包括一種光學(xué)元件，其包括帶有至少一個(gè) 內(nèi)部光學(xué)膜的至少三個(gè)并置的膜，其中，由于存在給膜施加受控張力的機(jī)構(gòu)而 維持所述外部膜至少一部分的尺寸穩(wěn)定，其中，在所述光學(xué)元件的設(shè)計(jì)溫度和 濕度范圍內(nèi)，各機(jī)構(gòu)所施加張力的最大改變量小于預(yù)期膜尺寸改變所需最大力的50%。還提供一種顯示器和均勻發(fā)光的方法。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是一種包括在兩個(gè)透明膜之間的聚合光學(xué)漫射膜的光學(xué)元件，兩個(gè)透明膜具有高尺寸穩(wěn)定 性并經(jīng)圍繞這些膜周長的支撐框由受控張力支持。張力施加到外部膜，例如通 過從圍繞這些膜周長的各位置處的孔或狹縫突出和順序連接到框的彈簧型機(jī) 構(gòu)。這些彈簧機(jī)構(gòu)甚至在環(huán)境測試情況下也基本保持該膜上的張力。該光學(xué)元件有利于取代如今在背光LCD顯示器中通常使用的漫射板的光學(xué)功能。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式是光學(xué)元件，其包括光學(xué)漫射膜和至少一個(gè)處于本發(fā)明內(nèi)部膜的其他光學(xué)管理膜。該光學(xué)元件有利于取代如今在背光LCD顯 示器中通常使用的漫射板及光管理膜的光學(xué)功能。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式銷對(duì)具有光源和LCD面板的液晶顯示(LCD)單 元，LCD面板包括上板，下板和設(shè)置在上、下板之間的液晶層。下板面對(duì)光源 并包括吸收偏光器。光學(xué)元件包括光學(xué)管理膜配置，所述光學(xué)管理膜配置包括 具有至少一個(gè)內(nèi)部光學(xué)膜和兩個(gè)顯示出相對(duì)高尺寸穩(wěn)定性的外部透明膜的至 少三個(gè)并置的膜的疊層，其中受控的張力至少沿一個(gè)方向施加到兩個(gè)外部透明 膜但不施加到內(nèi)部膜，該光學(xué)元件設(shè)置在光源和LCD面板之間，從而使光源 通過該光學(xué)管理膜配置照明LCD面板。光管理膜配置包括第一聚合光學(xué)漫射膜。所述光管理膜配置可選地包括其 他光學(xué)層。其他光學(xué)層可以包括涂布了珠子的準(zhǔn)直漫射膜、光引導(dǎo)膜和反射偏 光器。附圖簡述可以根據(jù)下面結(jié)合附圖的關(guān)于本發(fā)明各實(shí)施方式的詳細(xì)描述而更加充分 地理解本發(fā)明，其中

圖1示意性說明使用了漫射板的典型背光液晶顯示器；圖2示意性說明一種光學(xué)元件，該光學(xué)元件包括支撐于兩個(gè)顯示出較高尺 寸穩(wěn)定性的外部透明膜之間的聚合光學(xué)漫射膜，其中根據(jù)本發(fā)明的原理受控的 張力經(jīng)張力調(diào)整帶施加到兩個(gè)外部透明膜而非內(nèi)部膜。這種光學(xué)元件能夠取代 圖1所示漫射板的功能；圖3示意性地說明一種光學(xué)元件，該光學(xué)元件包括插在兩個(gè)顯示出較高尺 寸穩(wěn)定性的外部透明膜之間的光學(xué)漫射膜，涂布了珠子的準(zhǔn)直漫射膜和光引導(dǎo)膜，其中受控的張力經(jīng)張力調(diào)整帶施加到兩個(gè)外部透明膜而非內(nèi)部膜，使得該 光學(xué)元件是包括用于LCD顯示器的整體光管理膜配置的單一部件。雖然本發(fā)明服從各種修改和改變形式，但其具體細(xì)節(jié)通過圖中的示例顯示 并將詳細(xì)描述。但是應(yīng)當(dāng)理解到，本發(fā)明不限于描述的特定實(shí)施方式。相反地， 本發(fā)明涵蓋由權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的全部修改，等價(jià)和改 變。發(fā)明詳述本發(fā)明可應(yīng)于液晶顯示器(LCD，或LC顯示器)，尤其可應(yīng)用于從后面直 接照明的LCD,例如用于LCD監(jiān)視器和LCD電視(LCD-TV)?，F(xiàn)今用于LCD-TV中的漫射板是基于形成為剛性片的聚合基體，例如聚甲 基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚碳酸酯(PC)或環(huán)烯烴()。該片包括漫射顆粒，如有機(jī) 顆粒，無機(jī)顆粒或空隙(氣泡)。這些板通常在暴露于用于照明顯示器的光源的 高溫后變形或彎曲。制造這些板和將其組裝入最終顯示裝置中的成本也比較 高。本發(fā)明銷對(duì)直接照明的LCD裝置，其具有位于LCD面板本身和光源間的 光管理膜配置。該光管理膜配置包括至少一個(gè)聚合光學(xué)漫射膜，其具有特定的 透射率和均勻化功能，并通過該膜中的孔或狹縫突出的張力作用機(jī)構(gòu)由受控張力支持并連接到圍繞該膜周圍的框架上。可選的其他光學(xué)膜可以由該框或受張 力作用的膜束縛，如涂布了珠子的準(zhǔn)直漫射膜，光引導(dǎo)膜和反射偏光器。設(shè)計(jì) 每個(gè)部件的透射率或濁度以提供一種直接照明LC顯示器，其亮度在整個(gè)顯示 器上相對(duì)均勻。本發(fā)明優(yōu)選的聚合光學(xué)漫射膜制造簡單，且在用于制造的材料和工藝方面 提供較高的靈活性。在本發(fā)明中，結(jié)構(gòu)和光學(xué)要求是分離的張力機(jī)構(gòu)提供結(jié) 構(gòu)特性，薄漫射膜提供光學(xué)特性。通過分離這些功能，可以顯示出使用薄漫射 片的成本優(yōu)勢，以降低總成本。通過漫射膜不包括基片，實(shí)現(xiàn)高級(jí)光學(xué)特性和 低制造成本。由于在設(shè)計(jì)溫度和濕度范圍內(nèi)受張力作用的膜保持高度均勻性， 這也防止了厚板的彎曲。此外，當(dāng)漫射器包含在膜中而不是基片中時(shí)，更易于 更精確地控制漫射特性。通過使用空隙化的漫射膜，可以在任意給定的漫射器厚度提供最佳光學(xué)特性以及較高的絕緣性。圖1所示為直接照明LC顯示器的示例性實(shí)施方式的放大示意圖。該顯示裝置100可以用于，例如LCD監(jiān)視器或LCD-TV。顯示裝置100是基于前面 板組件130的使用，前面板組件130包括LC面板140， LC面板140典型地包 括設(shè)置在兩個(gè)平板134之間的LC層136。板134通常由玻璃形成并可以包括 電極結(jié)構(gòu)和在其內(nèi)表面上用于控制LC層136中液晶的取向的取向?qū)印ＭǔＴO(shè) 置電極結(jié)構(gòu)以確定LC面板像素和其中液晶取向能夠獨(dú)立于鄰近區(qū)域被控制的 液晶層的區(qū)域。 一個(gè)或多個(gè)所述板134也可以包括彩色濾色器，用于賦予顯示 的圖像以色彩。上吸收偏光器138設(shè)置在LC層136之上，下吸收偏光器132設(shè)置在LC 層136之下。吸收偏光器138、 132和LC面板140相結(jié)合控制光從背光110 通過顯示器100到達(dá)觀看者的透射率。在一些LC顯示器中，吸收偏光器138、 132可以設(shè)置成其透射軸相互垂直。當(dāng)LC層136的像素未激活時(shí)，不會(huì)改變 其透射光的偏振。因此當(dāng)吸收偏光器138、 132相互垂直定位時(shí)，穿過下吸收 偏光器132的光被上吸收偏光器138吸收?？闪硪环矫?，但當(dāng)像素被激活時(shí)， 透射光的偏振被旋轉(zhuǎn)，使得至少透射穿過下吸收偏光器132的部分光也透射穿 過上吸收偏光器138。選擇激活LC層136的不同像素，例如通過控制器150， 結(jié)果光在特定的希望位置透射到顯示器外，從而形成觀看者觀看的圖像。控制 器可以包括，例如計(jì)算機(jī)或接受和顯示電視圖像的電視控制器。 一個(gè)或多個(gè)可 選層139可以設(shè)置在上吸收偏光器138之上，例如以對(duì)顯示表面提供機(jī)械和/ 或環(huán)境保護(hù)。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，層139可以包括在吸收偏光器138上 的硬罩?？梢岳斫獾揭恍╊愋偷腖C顯示器可以不同于上述的方式操作。例如，吸 收偏光器可以相互平行定位，LC面板可以在未激活狀態(tài)旋轉(zhuǎn)光的偏振。不管 如何，這種顯示器的基本結(jié)構(gòu)與上面所述的相似。背光110包括多個(gè)產(chǎn)生LC面板140照明光的光源114。用于LCD-TV或 LCD監(jiān)視器的光源114通常為橫跨顯示裝置100延伸的線性冷陰極熒光管。但 是也可以使用其他類型的光源，如白熾燈，弧光燈，發(fā)光二極管(LED)，平面 熒光板或外部熒光燈。所列光源不是意圖限制或窮舉的，而僅是示例性的。背光110也可以包括用于反射從光源114沿離開LC面板140的方向向下 傳播的光的反射器112。反射器112也可以用于如下面所述在顯示裝置110內(nèi) 循環(huán)光。反射器112可以是鏡面反射器，也可以是漫射反射器。鏡面反射器用 作反射器112的一個(gè)示例是明尼蘇達(dá)州圣保羅的3M公司(3M Company, St. Paul, Mi皿)出產(chǎn)的Vikuiti⑧增強(qiáng)型鏡面反射(ESR)膜。適合的漫射反射器包括 聚合物，如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚碳酸酯(PC)，聚丙烯，聚苯乙烯 等，其中設(shè)置漫射反射顆粒，如二氧化鈦，硫酸鋇，碳酸鈣等。光管理層配置120定位在背光110和前面板組件130之間。光管理層影響 光從背光110傳播，從而改善顯示裝置100的運(yùn)行。例如，光管理層配置120 可以包括漫射板122。漫射板122用于漫射從光源接收的光，結(jié)果提高入射到 LC面板140上的照明光的均勻度。因此，這導(dǎo)致觀看者觀看圖像的亮度更加 均勻。光管理層配置120也可以包括準(zhǔn)直漫射膜124和反射偏光器128。典型地， 光源114產(chǎn)生非偏振光，而下吸收偏光器132僅透射單一偏振態(tài)，因而光源114 產(chǎn)生的大約一半光不能透射射到LC層136。但是反射偏光器128可以用于反 射未被吸收偏光器吸收的光，從而光可以在反射偏光器128和反射器112之間 反射循環(huán)。至少一些被反射偏光器128反射的光可以去偏，隨后以透射穿過反 射偏光器128和下吸收偏光器132到達(dá)LC層136的偏振態(tài)返回到反射偏光器 128。以此方式，反射偏光器128可以用于增加由光源114發(fā)射而到達(dá)LC層 136光的部分，從而使顯示裝置100產(chǎn)生的圖像更亮?？梢允褂萌我膺m合的反射偏光器，如多層光學(xué)膜(MOF)反射偏光器；漫射 反射偏光器膜(DRPE)，如連續(xù)/分散相偏光器，線柵反射偏光器或膽甾型反射 偏光器。光管理層配置120也可以包括光引導(dǎo)膜126。光引導(dǎo)膜包括將偏軸光改為 沿靠近顯示器軸的方向的表面結(jié)構(gòu)。這增大了在軸上傳播穿過LC層136的光 量，于是增大了觀看者觀看圖像的亮度。 一個(gè)示例是棱柱形光引導(dǎo)膜，其具有 多個(gè)通過折射和反射改變照明光方向的棱柱形脊。與常規(guī)LCD-TV中使用的漫射板和疊層光學(xué)膜不同，本發(fā)明使用了包括聚 合光學(xué)漫射膜的光管理層配置，該聚合光學(xué)漫射膜支撐在兩個(gè)顯示出較高尺寸穩(wěn)定性的外部透明膜之間，其中對(duì)所述兩個(gè)外部透明膜施加受控張力。典型地， 通過對(duì)膜上的孔或狹縫中所突出的彈簧型機(jī)械的利用來提供受控張力。提供受 控張力的可能手段是使用張力調(diào)整帶作為突出穿過膜中孔或狹縫的彈簧型機(jī) 構(gòu)。也可以使用其他張力作用手段。彈簧型機(jī)構(gòu)進(jìn)一步固定到圍繞外部透明膜周圍設(shè)置的框上。"彈簧型機(jī) 構(gòu)"在此定義為在運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)基本保持均勻張力的任何機(jī)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)范圍必須是 至少與在設(shè)計(jì)溫度和濕度范圍下膜尺寸的最大預(yù)期變化一樣大的距離?；颈?持在此定義為保持張力為至少初始力的至少50%。優(yōu)選力保持在初始力的至少75%。術(shù)語膜在此定義為厚度小于500um的材料片。圖2示意性說明了本發(fā)明的光學(xué)元件的一個(gè)示例性實(shí)施方式。光學(xué)元件 200包括位于兩個(gè)透明膜234和235之間的聚合光學(xué)漫射膜214。透明在此定 義為具有用ASTMD-1003-00測量的光透射率大于70%。典型的外部透明膜的 厚度范圍是50到400um之間。支撐框212圍繞該膜周長設(shè)置。周長在此定義 為沿膜全部窄邊劃出的虛線。典型地，對(duì)于LCD顯示器，有4個(gè)形成矩形周 長的直角邊。如后面圖所要說明的在聚合光學(xué)漫射膜之上，其他光學(xué)膜也可以 加入光管理膜配置中。圖2顯示一種方式，其中光學(xué)漫射膜214由外部透明膜 支持，外部透明膜本身由張力支持。張力調(diào)整帶218突出穿過外部透明膜中的 狹縫220和221。銷216突出穿過張力調(diào)整帶218中的孔或狹縫217。銷216 固定入框212中。許多這種張力調(diào)整帶圍繞外部透明膜的周長設(shè)置在多個(gè)位置 處?；蛘呖梢允褂脙蓚€(gè)張力調(diào)整帶218，每個(gè)分別突出于外部透明膜235和234 的狹縫220和221。這時(shí)，每個(gè)外部透明膜235和234被獨(dú)立施加張力。光學(xué)漫射膜214由受張力作用的外部透明膜支撐。受張力作用的外部透明 膜234和235是自承的。自承在此定義為，在膜自身重量加上要用于光管理配 置中的其他光學(xué)膜的附加重量下，保持膜的平坦均勻性。平坦均勻性在此定義 為具有平面偏離原始位置的量小于漫射膜最長側(cè)長度的1/180。透明在此定義為具有用ASTM D-1003-00測量的光透射率大于70%。受張 力作用的外部透明膜比較在收縮，熱膨脹系數(shù)和彎曲方面具有高度的尺寸穩(wěn)定 性。優(yōu)選從環(huán)境溫度(23C)加熱到85C時(shí)收縮性應(yīng)小于1.5%。用尺寸為寬約35mm，最小長約6英寸長的樣品執(zhí)行熱收縮性測量。每條帶被置于穿孔機(jī)中以獲得6英寸規(guī)格的長度。實(shí)際規(guī)格長度用以6英寸鎳鐵合金棒校準(zhǔn)的儀器測量來測量6英寸樣品。該長度用數(shù)字千分尺記錄到0.0001 英寸。 一旦確定初始長度，樣品被置于加熱爐中在預(yù)定溫度加熱需要的時(shí)間間 隔(此時(shí)，設(shè)定條件是85C， 24小時(shí))。然后從加熱爐中去除樣品，并至于設(shè)定 為23C和50y。相對(duì)濕度的控制環(huán)境中，最少約2小時(shí)，但通常為24小時(shí)。用 確定初始長度的相同設(shè)備再次測量最終的樣品長度。用下面的等式以百分比記 錄收縮線性變化百分比」,；，)，初值注意，與收縮性相關(guān)的負(fù)號(hào)(-)表示變化的方向受張力作用的透明膜的熱膨脹系數(shù)(23X:時(shí))優(yōu)選但根據(jù)ASTM方法D-696 測量時(shí)小于4.0E-5um/um/°C。張力彎曲的柔量優(yōu)選小于6X10—1Q Pa—]，當(dāng)23。C在恒定張力負(fù)載下20分 鐘后測量時(shí)。張力彎曲柔量在的應(yīng)力下測量，從而膜表現(xiàn)為應(yīng)變與施加的張力 線性成比例。張力應(yīng)變被定義為長度的凈變化除以測量開始時(shí)的初始長度。張 力彎曲柔量定義為張力應(yīng)變除以施加的應(yīng)力。膜樣品在不同拉伸裝置中測量， 拉伸裝置能夠保持如小于50MPa的恒定負(fù)載，和能測量測量膜樣本的長度到 達(dá)1微米的準(zhǔn)確度。具有高尺寸穩(wěn)定性的膜在此定義為符合如上所述的收縮性，熱膨脹系數(shù)和 彎曲的最小優(yōu)選值(分別為1.5%， 4.0E-5um/um/°C和6X 1(T1QPa")。具有低高尺寸穩(wěn)定性的膜在此定義為不符合如上所述的收縮性，熱膨脹系 數(shù)和彎曲的最小優(yōu)選值(分別為1.5%， 4.0E-5um/um/。C和6X10"。Pa")。受張力作用的透明膜234和235的示例性實(shí)施方式包括由半結(jié)晶聚合物組 成的膜。半結(jié)晶聚合基體優(yōu)選為可以充分透過可見光的和擁有在溫度加熱到 85C時(shí)測試后收縮性小于1.0%的尺寸穩(wěn)定性。理想地，半結(jié)晶聚合物膜的張力 彎曲柔量小于5X10—1Q Pa—1。這些聚合物典型地也滿足所述的熱漫射系數(shù)的標(biāo) 準(zhǔn)。滿足全部標(biāo)準(zhǔn)的適合的聚合物是聚酯及其共聚物。理想的，這些聚合物是 聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)(PET);聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)聚酯及其任何共聚 物。PET由于其價(jià)格低于PEN而尤其優(yōu)選。漫射膜214和一個(gè)或多個(gè)其他光管理層可以包括在位于背光和LCD面板之間的光管理配置中。受張力作用的外部透明膜234和235為支持光管理配置 提供穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。該受張力作用的膜不象常規(guī)漫射板系統(tǒng)那樣易于彎曲。聚合光學(xué)漫射膜214的示例性實(shí)施放方式包括包含空隙和空隙引發(fā)顆粒 (voidinitiatingparticles)的半結(jié)晶聚合物基體。半結(jié)晶聚合物基體優(yōu)選為可以充 分透過可見光，能易于伸展空隙化，和擁有在溫度加熱到85'C時(shí)測試后收縮性 小于1.0%的尺寸穩(wěn)定性。滿足全部標(biāo)準(zhǔn)的適合的聚合物是聚酯及其共聚物。 理想的，這些聚合物是聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)(PFT);聚萘二甲酸乙二醇酯 (poly(ethylene naphthalate))(PEN)聚酯及其任何共聚物。PET由于其價(jià)格低于 PEN而尤其優(yōu)選。當(dāng)光學(xué)漫射膜包括聚合物作為如上所述的時(shí)，光學(xué)漫射膜本 身可以時(shí)一個(gè)受張力作用的外部(雖然是部分透明)透明膜。雖然尺寸穩(wěn)定膜對(duì)于光學(xué)漫射膜214是理想的，但是本發(fā)明能夠使用廣范 圍的聚合物膜，由于該膜典型地不保持自張力作用下，因而彎曲也不成為問題。當(dāng)使用當(dāng)使用拉伸空隙化的光學(xué)漫射膜214時(shí)，空隙引發(fā)顆粒是不與基體 聚合物兼容的任何類型的顆粒。這些顆?？梢允怯袡C(jī)的或無機(jī)的。無機(jī)顆?？?以包括碳酸鈣，硫酸鋇，二氧化鈦之一，或是可以融化混合入聚合物中的任何 其他無機(jī)化合物。典型的有機(jī)空隙引發(fā)顆粒是與基體聚合物不融和的聚合物。 優(yōu)選為這些不融和聚合物的樹脂小球，可以與基體聚合物的樹脂小球簡單干 混，并一起擠壓形成鑄膜。無機(jī)顆粒需要預(yù)混或熔融化合，這增加了處理成本。 優(yōu)選的有機(jī)空隙引發(fā)顆粒是聚烯烴。最優(yōu)選的是聚丙烯。應(yīng)加入空隙引發(fā)顆粒從而產(chǎn)生足夠的漫射性以作為漫射器，但不會(huì)不透明 到LCD顯示器的光學(xué)照明顯著降低。優(yōu)選空隙引發(fā)顆粒的載量為整個(gè)膜的 3-25wt%。最優(yōu)選的載量為10-20wt%。聚合光學(xué)漫射器214優(yōu)選通過干混基體聚合物和不融和聚合物添加劑的工 藝來制造?；旌峡梢允峭ㄟ^混合精細(xì)劃分的例如粉末化或顆粒化的基體聚合物 和聚合物添加劑來實(shí)現(xiàn)，例如通過將其翻滾而充分混合在一起。然后得到的混 合物供給膜成形擠壓機(jī)。被擠壓的混合的基體聚合物和不融和聚合物添加劑， 例如還原成顆粒形狀，被繼續(xù)再次擠壓成空隙化的聚合光學(xué)漫射器。于是能夠 將例如邊角余料的零碎膜再次供給通過該工藝?；蛘撸ㄟ^就在擠壓之前融和 基體聚合物和不融的聚合物添加劑的熔融流來實(shí)現(xiàn)混合。如果聚合物添加劑被添加入制造基體聚合物的聚合容器中，發(fā)現(xiàn)在拉伸時(shí)不顯示出空隙化和相應(yīng)的 漫射性。認(rèn)為這可能是由于在熱處理過程中在添加劑和基體聚合物之間產(chǎn)生一 些化學(xué)或物理形式的鍵合?？障痘酆瞎鈱W(xué)漫射膜的擠壓、淬火和拉伸可以通過任何本領(lǐng)域公知的制 造取向膜的工藝實(shí)現(xiàn)，例如通過平膜工藝或氣泡或管工藝。平膜工藝優(yōu)選用于 制造根據(jù)本發(fā)明的空隙化聚合光學(xué)漫射器，使擠壓混合物通過狹縫模具，在冷 卻鑄造筒上迅速淬火擠壓的膜，使得膜的基體聚合物組分淬火成非晶態(tài)。然后 通過沿相互垂直的方向，膜的基在高于基體聚合物的玻璃橡膠轉(zhuǎn)變溫度之上的 溫度拉伸而被雙軸取向。通常，膜沿第一方向拉伸，然后沿第二方向拉伸，盡 管如果需要膜可以同時(shí)在兩個(gè)方向拉伸。在典型的工藝中，膜首先沿?cái)D壓方向 在一組旋轉(zhuǎn)輥上或兩對(duì)壓送輥間拉伸，然后通過拉幅機(jī)沿與其垂直的方向拉伸。膜可以在拉伸的每個(gè)方向拉伸到其初始尺寸的2.5到5.0倍。 一旦拉伸，圍繞空隙引發(fā)顆粒開始形成空隙?？障兑l(fā)顆粒的濃度越高，產(chǎn)生空隙體積的程度越高。最終拉伸的膜厚優(yōu)選在25.0到250.0um的厚度范圍內(nèi)。最優(yōu)選的厚 度范圍使50.0到150.0um之間。這明顯比光學(xué)透射自承基片薄，且其總厚度可 以保持在現(xiàn)在使用的板狀漫射器的范圍內(nèi)。在拉伸膜和形成空隙化聚合光學(xué)漫射膜后，通過加熱到足以結(jié)晶基體聚合 物同時(shí)保持空隙化聚合光學(xué)漫射器不沿兩個(gè)拉伸方向收縮的溫度來加熱。該工 藝使得膜滿足在溫度達(dá)85。C時(shí)測試小于1.0%的收縮性要求。隨加熱設(shè)定溫度 提高空隙化趨于破裂，破裂的程度隨溫度提高而增大。因此，鏡面光透射率隨 加熱設(shè)定溫度的提高而增大。雖然達(dá)到約230。C的加熱設(shè)定溫度可以使用而不 破壞空隙，但是150°C和200°C之間的溫度通常導(dǎo)致較大的空隙化程度和更有 效的漫射性，也導(dǎo)致加熱測試后的低收縮性。聚合光學(xué)漫射膜214也可以包括增白劑。典型地，增白劑添加的程度遠(yuǎn)低 于空隙引發(fā)劑因而不會(huì)導(dǎo)致空隙化但可以增白，以達(dá)到一定程度的膜漫射性。 增白劑典型地為是無機(jī)化合物，最優(yōu)選的是Ti02。這些光學(xué)增白劑可以在樹 脂混合工藝中添加入膜，和可以合適比率經(jīng)母料小球添加。合適的比例是將母 料小球的濃度與其余的基體樹脂和空隙引發(fā)樹脂一起降低到優(yōu)選在0.25和 5.0wt。/。之間的濃度。聚合光學(xué)漫射膜214也可以包括將UV光轉(zhuǎn)化為可見光的熒光增白劑。這 種熒光增白劑必須選自熱穩(wěn)定的和能經(jīng)受住用于制造空隙化聚合光學(xué)漫射膜的擠壓溫度的增白劑。優(yōu)選的熒光增白劑包括苯并嗎唑基(benzoxazolyll)-芪化 合物。最優(yōu)選的光學(xué)增量劑包括2，2，-(1，2-亞乙基二-4,1-亞苯基)二苯并嗯唑。 這些熒光增白劑在樹脂混合工藝中添加入膜中，和可以合適比率經(jīng)母料小球添 加。合適的比例是將母料小球的濃度與其余的基體樹脂和空隙引發(fā)樹脂一起降 低到優(yōu)選在0.01和0.1wt。/。之間的濃度。在最優(yōu)選的實(shí)施中，添加熒光增白劑 以獲得0.02和0.05wt。/。之間的濃度。聚合光學(xué)漫射膜214也可以包括抗靜電涂層以防止塵土吸附?？梢允褂萌?何公知的抗靜電涂層。聚合光學(xué)漫射膜214也可以制造成多層或復(fù)合膜。這樣做的好處是能夠使 用很薄的膜且仍滿足光學(xué)的和熱穩(wěn)定性或收縮性要求。薄膜需要高載量的空隙 引發(fā)劑，因而高空隙化以獲得板漫射器的光學(xué)漫射特性。在這種高程度的空隙 化，膜在高溫時(shí)的尺寸很不穩(wěn)定。通過用非空隙層鄰設(shè)于空隙層的一側(cè)或兩側(cè) 來制造膜，可以改善高溫時(shí)尺寸穩(wěn)定性。這種多層膜可用與之前描述的相同的 方式制備，除了第二擠壓機(jī)用于熔化和吸取純基體聚合物。如前所述，該線聚 合物的擠壓流與空隙化層加壓流一起傳輸進(jìn)入共擠壓模具組件。然后以一層純 聚合物在空隙化層的一側(cè)或兩側(cè)上制備出多層鑄膜。然后用如前所述淬火和拉 伸該鑄膜。光學(xué)漫射膜214可以設(shè)置成防止紫外(UV)光，例如通過包括UV吸收材料 或在一層中的抗UV光影響的材料。適合的UV吸收化合物可以購買獲得，包 括例如特拉華州威明頓塞特科技公司(Cytec Technology Corporation ， Wilmington, Dd.)的Cyasorb UV-1164和紐約州特瑞鎮(zhèn)希拔專業(yè)化學(xué)品公司 (Ciba Specialty Chemicals, Tarrytown， N.Y.)的Tinuvin 1577。光學(xué)漫射膜214可以包括其他材料以減小UV光的不良作用。這種材料的 一個(gè)示例是受阻胺光穩(wěn)定成分(HALS)。通常，最有用的HALS是四甲基哌啶 的派生物，和還可以考慮的是聚合叔胺。合適的HALS成分可以購買獲得，例 如以商品名"Tinuvin"獲自紐約州特瑞鎮(zhèn)希拔專業(yè)化學(xué)品公司。 一種有用的 HALS組分是Tinuvin 622。圖2所示的光學(xué)元件200可用于代替常規(guī)LCD顯示器的漫射板。 圖3示意性說明本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例。光學(xué)元件300是光管理膜 配置，其包括聚合光學(xué)漫射膜314和圍繞膜周圍設(shè)置的支撐框312。所述框312 可以是與膜一起提供給LCD制造商的分離機(jī)構(gòu)，或是常規(guī)LCD背光現(xiàn)有的框 架。在聚合光學(xué)漫射膜之上，其他光學(xué)膜也可以加入光管理模配置中?？梢脏?近聚合光學(xué)漫射膜314設(shè)置涂布了珠子的準(zhǔn)直漫射膜333。相對(duì)于聚合漫射膜 314，可在鄰近涂布了珠子的準(zhǔn)直漫射膜333設(shè)置光引導(dǎo)膜336。圖3顯示光學(xué) 漫射膜314，涂布了珠子的準(zhǔn)直漫射膜333和光引導(dǎo)膜336如何由受張力作用 的外部透明膜334和335所支撐。以此方式，外部透明膜334和335本身都由 張力支撐。張力調(diào)整帶318分別突出穿過外部透明膜335和334的狹縫320和 321。張力調(diào)整帶可以包括任何彈性材料(也就是說，當(dāng)去掉變形力時(shí)基本恢復(fù) 到其初始形狀的材料)。優(yōu)選的材料是彈性體。優(yōu)選的彈性體是那些當(dāng)用于在 85C設(shè)計(jì)溫度下的LCD時(shí)在其使用壽命中保持特性。這種彈性體包括交聯(lián)的 聚亞安酯，硅橡膠，氯丁橡膠，乙烯-丙烯共聚物，乙烯-丙烯三元共聚物，偏 二氟乙烯-氯-三氟代乙烯無規(guī)共聚物，偏二氟乙烯-氯-六氟代乙烯無規(guī)共聚物， 高強(qiáng)度布納N橡膠等等。這些彈性橡膠可以用無機(jī)纖維加強(qiáng)，如滑石，玻璃纖 維，其他公知的彈性體的增強(qiáng)添加劑。在這些彈性體中使用穩(wěn)定劑和環(huán)境保護(hù) 劑是公知的，如抗氧化劑和UV穩(wěn)定劑，并中進(jìn)一步改善LCD整個(gè)壽命的性 能。銷316突出穿過在張力作用代的每個(gè)端部中的孔317。銷316固定在位于 膜的周圍的框312。至少4個(gè)這樣的張力調(diào)整帶和銷，如318和316分別圍繞 膜的周圍設(shè)置。所述光學(xué)膜314， 333和336被垂直于其表面的且將其夾于其 中的兩個(gè)受張力作用的外部透明膜所束縛。其他光學(xué)膜如果也設(shè)置在兩個(gè)受張 力作用的外部透明膜之間，也會(huì)被垂直于其表面的所述外部透明膜所束縛。圖 3光學(xué)元件300可以用于代替常規(guī)LCD顯示的漫射板和可選光學(xué)膜。在任一實(shí)施方式中，其中一個(gè)以上光學(xué)膜由受張力作用的外部透明膜受束 縛(如圖3所示)，典型的沒有光學(xué)膜是相互粘合的。兩個(gè)相互粘合的光學(xué)膜也 許是有利的，但是從制造成本的角度看典型的是一個(gè)或多個(gè)光學(xué)膜不相互粘合。雖然本發(fā)明服從各種修改和改變形式，其具體細(xì)節(jié)通過圖中的示例顯示并將詳細(xì)描述。但是應(yīng)當(dāng)理解到，本發(fā)明不限于描述的特定實(shí)施方式。相反地， 本發(fā)明涵蓋由權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的全部修改，等價(jià)和改 變。本說明書參考的專利和其他申請(qǐng)的全部內(nèi)容在此結(jié)合作為參考。部件列表100 直接照明LC顯示裝置110 背光112 反射器114 光源120 光管理層122 漫射板124 準(zhǔn)直漫射膜126 光引導(dǎo)膜128 反射偏光器130 前LC面板組件132 下吸收偏光器134 平板136 LC層138 上吸收偏光器139 可選層140 LC面板 150 控制器 200 光學(xué)元件 212 支撐框214 聚合光學(xué)漫射板216 銷217 狹縫或孔218 張力調(diào)整帶(彈簧)220 狹縫221 狹縫234 受張力作用的透明膜235 受張力作用的透明膜 300 光學(xué)元件312 支撐框314 聚合光學(xué)漫射膜316 銷317 張力調(diào)整帶中的孔318 張力調(diào)整帶320 在外部透明膜中的狹縫或孔321 在外部透明膜中的狹縫或孔333 準(zhǔn)直漫射膜334 受張力作用的透明膜335 受張力作用的透明膜336 光引導(dǎo)膜
權(quán)利要求
1. 一種光學(xué)元件，其包括具有至少一個(gè)內(nèi)部光學(xué)膜和兩個(gè)顯示出高尺寸穩(wěn)定性的外部透明膜的至少三個(gè)并置的膜的疊層，其中受控的張力沿至少一個(gè)方向施加到兩個(gè)外部膜但不施加到至少一個(gè)內(nèi)部膜。
2. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，至少一個(gè)內(nèi)部膜具有低尺寸穩(wěn)定性。
3. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其包括光學(xué)漫射膜。
4. 如權(quán)利要求3所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述光學(xué)漫射膜包含空隙。
5. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述張力通過位于圍繞兩 個(gè)外部透明膜周圍多個(gè)位置的機(jī)構(gòu)施加。
6. 如權(quán)利要求5所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述張力沿垂直于最接近 施加位置的膜邊緣的方向施加。
7. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述張力調(diào)整機(jī)構(gòu)包括突 出穿過兩個(gè)外部透明膜中孔或狹縫的伸長結(jié)構(gòu)，并具有至少一個(gè)垂直于張力方 向的表面。
8. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，在所述光學(xué)元件的設(shè)計(jì)溫 度和濕度范圍內(nèi)，就預(yù)期的膜尺寸改變，可基本維持各機(jī)構(gòu)施加的張力。
9. 如權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件，其特征在于，在所述光學(xué)元件的設(shè)計(jì)溫 度和濕度范圍內(nèi)，就預(yù)期的膜尺寸改變，各機(jī)構(gòu)所施加張力的最大改變量小于 所需最大力的50%。
10. 如權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件，其特征在于，在所述光學(xué)元件的設(shè)計(jì) 溫度和濕度范圍內(nèi)，就預(yù)期的膜尺寸改變，所施加張力的最大改變量小于所需 最大力的259b。
11. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述機(jī)構(gòu)是彈簧機(jī)構(gòu)。
12. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述機(jī)構(gòu)包括圍繞三個(gè) 并置膜周圍的支撐框。
13. 如權(quán)利要求12所述的光學(xué)元件，其特征在于，至少一個(gè)彈簧型機(jī)構(gòu)將 兩個(gè)外部透明膜連接到所述框。
14. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其包括光學(xué)漫射膜和光引導(dǎo)膜。
15. 如權(quán)利要求14所述的光學(xué)元件，還包括涂布了珠子的準(zhǔn)直漫射器。
16. 如權(quán)利要求15所述的光學(xué)元件，還包括反射型偏光膜。
17. —種顯示器，其包括光源和光學(xué)元件，所述光學(xué)元件包括具有至少一 個(gè)內(nèi)部光學(xué)膜和兩個(gè)顯示出高尺寸穩(wěn)定性的外部透明膜的至少三個(gè)并置的膜 的疊層，其中受控的張力沿至少一個(gè)方向施加到兩外部膜但不施加到至少一個(gè) 內(nèi)部膜。
18. 如權(quán)利要求17所示的顯示器，其特征在于，所述光學(xué)元件包括光學(xué)漫 射膜。
19. 一種控制光學(xué)膜的平面均勻性的方法，所述方法包括將光學(xué)膜設(shè)置在 兩個(gè)外部透明膜之間并對(duì)所述外部透明膜的至少一部分施加受控的張力。
20. —種光學(xué)元件，其包括兩個(gè)外部透明膜，其中，由于存在給膜施加受 控張力的機(jī)構(gòu)而維持所述外部透明膜至少一部分的尺寸，其中，在所述光學(xué)元 件的設(shè)計(jì)溫度和濕度范圍內(nèi)，各機(jī)構(gòu)所施加張力的最大改變量小于預(yù)期膜尺寸 改變所需最大力的50%。
21. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述張力調(diào)整機(jī)構(gòu)包括 突出穿過外部透明膜中的孔或狹縫的張力調(diào)整帶。
22. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，通過作為背光單元一部 分的框架施加張力。
23. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，至少l個(gè)內(nèi)部光學(xué)膜在 兩個(gè)外部透明膜的束縛下垂直于膜表面，由于存在施加受控張力的機(jī)構(gòu)而維持 所述外部透明膜的尺寸穩(wěn)定。
24. 如權(quán)利要求21所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述帶包括彈性材料。
25. 如權(quán)利要求24所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述帶包括彈性體。
26. 如權(quán)利要求25所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述彈性體包括聚氨酯、 硅橡膠、氯丁橡膠、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯三元共聚物、偏二氟乙烯-氯-三氟代乙烯無規(guī)共聚物、偏二氟乙烯-氯-六氟代乙烯無規(guī)共聚物和高強(qiáng)度布 納N橡膠。
27. 如權(quán)利要求26所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述彈性體進(jìn)一步包括穩(wěn)定劑或環(huán)境保護(hù)劑。
28.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述外部透明膜的厚度在50到400um之間。
全文摘要
一種光學(xué)元件，其包括具有至少一個(gè)內(nèi)部光學(xué)膜和兩個(gè)顯示出高尺寸穩(wěn)定性的外部透明膜的至少三個(gè)并置的膜的疊層，其中受控的張力沿至少一個(gè)方向施加到兩個(gè)外部膜但不施加到至少一個(gè)內(nèi)部膜。
文檔編號(hào)B32B33/00GK101251612SQ20081008819
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日
發(fā)明者C·C·安德森, M·R·蘭德瑞, T·M·蘭尼 申請(qǐng)人:羅門哈斯丹麥金融有限公司