帶有受張力作用的透明支持膜的光學元件和顯示器的製作方法

2023-06-16 01:16:56

專利名稱：帶有受張力作用的透明支持膜的光學元件和顯示器的製作方法
帶有受張力作用的透明支持膜的光學元件和顯示器 相關申請的交叉引用本申請要求2007年2月12日提交的第60/900895號美國臨時申請的權益。發明領域本發明涉及帶有受張力作用的透明支持膜的光學元件及其在光學顯示器 中的應用，尤其涉及可用於LCD監視器和LCD電視中的液晶顯示器(LCD)。發明背景液晶顯示器(LCD)是在諸如可攜式計算機、手持計算器、數字手錶和電視 等裝置中使用的光學顯示器。 一些LCD包括位於顯示器側面的光源，配有光 導，其被配置成以將光源發出的光導向LCD面板背面。其他LCD，例如LCD 監視器和LCD電視(LCD-TV)，用多個位於LCD面板後面的光源直接照明。 這種配置隨著較大顯示器的發展而與日倶增，因為要達到顯示亮度的特定級 別，光功率需要按顯示尺寸的平方增長。然而，對於沿顯示器的側面定位的光 源，可獲得的實際狀態僅隨顯示尺寸線性增長。此外， 一些LCD應用，如 LCD-TV，與其它應用相比，需要顯示器足夠亮以從較遠的距離可被觀看，且 LCD-TV的視角要求一般與LCD監視器和手持裝置的不同。一些LCD監視器和許多LCD-TV —般由多個冷陰極螢光燈(CCFL)從後面 照明。這些光源是線性的，且延伸跨越顯示的整個寬度，結果顯示的背面被一 系列的由較暗區域分隔的光帶照明。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監視器和許多LCD-TVs—般在燈的相對側上鄰近漫射板疊加光 學管理膜配置。這些光學管理膜一般包括準直漫射板，稜柱形光引導膜 (directing film)和反射偏光膜。處理這些個體光學管理膜以製造LCD顯示器耗 費很多的勞動量，因為每個膜都要被典型地提供保護性蓋板，而這必須先除去蓋板然後再將每個光學管理膜單獨設置到LCD的背光單元中。並且，對每個膜的庫存和跟蹤計入LCD顯示器製造的總成本。而且，由於這些光學管理膜被單獨處理，在組裝過程中存在毀壞膜的較大危險性。目前，LCD-TV漫射板典型地使用帶有多個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，而顯示器製造試圖減薄結構因素和減少顯示器的重量。 在暴露於高溼和燈引起的高溫後漫射板通常會變形或彎曲，這導致顯示器中的 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聚合基體中 分布均勻，這進一步增加了成本。較早公開，美國專利申請No.2006/0082699描述了一種通過層壓自承基片 和光學漫射膜的分離層以降低漫射板成本的方法。儘管該解決方法新穎，但需 要用粘合劑將這些層壓制起來，由於增加了光吸收材料而導致降低系統效率。 並且，將層壓制起來的附加處理成本是於已無利。並且，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漫射板變形的問 題。另一個較早公開，美國專利申請No.2006/0171164描述了一種設置在LC 面板和照明源之間的光學膜結構或元件。該光學元件使用了連接光學膜的膜固 定部分，光學膜進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 光學元件在通過保持膜上的張力來避免光學膜扭曲方面具有顯著的進步。但 是，這種方法的一個缺點是一些要用於光學管理配置或疊加的光學膜在收縮、 熱膨脹或塑性變形方面會具有差的尺寸穩定性。甚至在受張力作用時，尺寸穩 定性差或低的薄膜可以稍微彎曲。並且，美國專利申請No.2006/0171164沒有 教導如何能夠通過用具有等效光學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漫射膜代替漫射板。在保持高 級別的光均勻度的同時，這種漫射膜必須具有尺寸穩定性以及高光學透射率。 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。空隙化(voiding)為實現漫射膜光學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於光管理配置中的其他光學膜提供結構支持。因為一些光學膜受熱會顯著收縮或明顯膨脹或當持續受張力 作用時在變形傾向方面擁有較差的長期尺寸穩定性，可能希望將這些光學膜夾 置在兩透明層之間，其中一個能夠為漫射膜。這些膜受熱會收縮很小，具有低 的熱膨脹係數，包括在張力作用下具有較好長期尺度穩定性(低變形趨勢)的材 質，如雙向拉伸的PET。這種結構支持沒有顯著的收縮，熱膨脹或變形的需要， 這正是本發明的實質。因此，本發明的目的是提供一種光學元件，其包括具有至少一個內部光學 膜和兩個顯示出相對較高尺寸穩定性的外部透明膜的至少三個並置的膜的疊 層，其中受控張力沿至少一個方向施加到兩個外部膜但不施加到內部膜。在優選實施方式中，光學元件以很低的成本提供了以前板狀漫射器和光學 膜配置或疊層的光學平滑功能。該光學元件獨特之處在於，其提供了高水平的 光學功能，在特定熱和溼測試下甚至以低厚度就滿足表面平坦需要。典型地， 光學元件包括圍繞至少三個並置膜的周長的支撐框，該至少三個並置膜通過受 控張力施加到兩個外部膜而被支持。本發明的另一實施方式包括受支撐框和張 力作用膜束縛的其他光學管理膜。這些其他光學膜可以設置在兩個外部受張力作用膜之間，並由其支撐。 發明概述本發明提供了一種光學元件，其包括具有至少一個內部光學膜和兩個顯示 出較高尺寸穩定性的外部透明膜的至少三個並置的膜的疊層，其中受控張力沿 至少一個方向施加到兩個外部膜但不施加到至少一個內部膜。還包括一種光學元件，其包括至少三個並置的膜，其中，由於存在給膜施 加受控張力的機構而維持所述外部膜至少一部分的尺寸穩定，其中一個外部膜 是包含空隙(VOid)的漫射膜。進一步包括一種光學元件，其包括帶有至少一個 內部光學膜的至少三個並置的膜，其中，由於存在給膜施加受控張力的機構而 維持所述外部膜至少一部分的尺寸穩定，其中，在所述光學元件的設計溫度和 溼度範圍內，各機構所施加張力的最大改變量小於預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光的方法。本發明的一個實施方式是一種包括在兩個透明膜之間的聚合光學漫射膜的光學元件，兩個透明膜具有高尺寸穩定 性並經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 構。這些彈簧機構甚至在環境測試情況下也基本保持該膜上的張力。該光學元件有利於取代如今在背光LCD顯示器中通常使用的漫射板的光學功能。本發明的另一個實施方式是光學元件，其包括光學漫射膜和至少一個處於本發明內部膜的其他光學管理膜。該光學元件有利於取代如今在背光LCD顯 示器中通常使用的漫射板及光管理膜的光學功能。本發明的另一個實施方式銷對具有光源和LCD面板的液晶顯示(LCD)單 元，LCD面板包括上板，下板和設置在上、下板之間的液晶層。下板面對光源 並包括吸收偏光器。光學元件包括光學管理膜配置，所述光學管理膜配置包括 具有至少一個內部光學膜和兩個顯示出相對高尺寸穩定性的外部透明膜的至 少三個並置的膜的疊層，其中受控的張力至少沿一個方向施加到兩個外部透明 膜但不施加到內部膜，該光學元件設置在光源和LCD面板之間，從而使光源 通過該光學管理膜配置照明LCD面板。光管理膜配置包括第一聚合光學漫射膜。所述光管理膜配置可選地包括其 他光學層。其他光學層可以包括塗布了珠子的準直漫射膜、光引導膜和反射偏 光器。附圖簡述可以根據下面結合附圖的關於本發明各實施方式的詳細描述而更加充分 地理解本發明，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元件，該光學元件包括支撐於兩個顯示出較高尺 寸穩定性的外部透明膜之間的聚合光學漫射膜，其中根據本發明的原理受控的 張力經張力調整帶施加到兩個外部透明膜而非內部膜。這種光學元件能夠取代 圖1所示漫射板的功能；圖3示意性地說明一種光學元件，該光學元件包括插在兩個顯示出較高尺 寸穩定性的外部透明膜之間的光學漫射膜，塗布了珠子的準直漫射膜和光引導膜，其中受控的張力經張力調整帶施加到兩個外部透明膜而非內部膜，使得該 光學元件是包括用於LCD顯示器的整體光管理膜配置的單一部件。雖然本發明服從各種修改和改變形式，但其具體細節通過圖中的示例顯示 並將詳細描述。但是應當理解到，本發明不限於描述的特定實施方式。相反地， 本發明涵蓋由權利要求書限定的本發明的精神和範圍內的全部修改，等價和改 變。發明詳述本發明可應於液晶顯示器(LCD，或LC顯示器)，尤其可應用於從後面直 接照明的LCD,例如用於LCD監視器和LCD電視(LCD-TV)。現今用於LCD-TV中的漫射板是基於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)或環烯烴。該片包括漫射顆粒，如有機 顆粒，無機顆粒或空隙(氣泡)。這些板通常在暴露於用於照明顯示器的光源的 高溫後變形或彎曲。製造這些板和將其組裝入最終顯示裝置中的成本也比較 高。本發明銷對直接照明的LCD裝置，其具有位於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聚合光學漫射膜，其具有特定的 透射率和均勻化功能，並通過該膜中的孔或狹縫突出的張力作用機構由受控張力支持並連接到圍繞該膜周圍的框架上。可選的其他光學膜可以由該框或受張 力作用的膜束縛，如塗布了珠子的準直漫射膜，光引導膜和反射偏光器。設計 每個部件的透射率或濁度以提供一種直接照明LC顯示器，其亮度在整個顯示 器上相對均勻。本發明優選的聚合光學漫射膜製造簡單，且在用於製造的材料和工藝方面 提供較高的靈活性。在本發明中，結構和光學要求是分離的張力機構提供結 構特性，薄漫射膜提供光學特性。通過分離這些功能，可以顯示出使用薄漫射 片的成本優勢，以降低總成本。通過漫射膜不包括基片，實現高級光學特性和 低製造成本。由於在設計溫度和溼度範圍內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，當漫射器包含在膜中而不是基片中時，更易於 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顯示器的示例性實施方式的放大示意圖。該顯示裝置100可以用於，例如LCD監視器或LCD-TV。顯示裝置100是基於前面 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 括設置在兩個平板134之間的LC層136。板134通常由玻璃形成並可以包括 電極結構和在其內表面上用於控制LC層136中液晶的取向的取向層。通常設 置電極結構以確定LC面板像素和其中液晶取向能夠獨立於鄰近區域被控制的 液晶層的區域。 一個或多個所述板134也可以包括彩色濾色器，用於賦予顯示 的圖像以色彩。上吸收偏光器138設置在LC層136之上，下吸收偏光器132設置在LC 層136之下。吸收偏光器138、 132和LC面板140相結合控制光從背光110 通過顯示器100到達觀看者的透射率。在一些LC顯示器中，吸收偏光器138、 132可以設置成其透射軸相互垂直。當LC層136的像素未激活時，不會改變 其透射光的偏振。因此當吸收偏光器138、 132相互垂直定位時，穿過下吸收 偏光器132的光被上吸收偏光器138吸收。可另一方面，但當像素被激活時， 透射光的偏振被旋轉，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，例如計算機或接受和顯示電視圖像的電視控制器。 一個或多個可 選層139可以設置在上吸收偏光器138之上，例如以對顯示表面提供機械和/ 或環境保護。在一個示例性實施方式中，層139可以包括在吸收偏光器138上 的硬罩。可以理解到一些類型的LC顯示器可以不同於上述的方式操作。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旋轉光的偏振。不管 如何，這種顯示器的基本結構與上面所述的相似。背光110包括多個產生LC面板140照明光的光源114。用於LCD-TV或 LCD監視器的光源114通常為橫跨顯示裝置100延伸的線性冷陰極螢光管。但 是也可以使用其他類型的光源，如白熾燈，弧光燈，發光二極體(LED)，平面 螢光板或外部螢光燈。所列光源不是意圖限制或窮舉的，而僅是示例性的。背光110也可以包括用於反射從光源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也可以用於如下面所述在顯示裝置110內 循環光。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的一個示例是明尼蘇達州聖保羅的3M公司(3M Company, St. Paul, Mi皿)出產的Vikuiti⑧增強型鏡面反射(ESR)膜。適合的漫射反射器包括 聚合物，如聚對苯二甲酸乙二醇酯(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的運行。例如，光管理層配置120 可以包括漫射板122。漫射板122用於漫射從光源接收的光，結果提高入射到 LC面板140上的照明光的均勻度。因此，這導致觀看者觀看圖像的亮度更加 均勻。光管理層配置120也可以包括準直漫射膜124和反射偏光器128。典型地， 光源114產生非偏振光，而下吸收偏光器132僅透射單一偏振態，因而光源114 產生的大約一半光不能透射射到LC層136。但是反射偏光器128可以用於反 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。至少一些被反射偏光器128反射的光可以去偏，隨後以透射穿過反 射偏光器128和下吸收偏光器132到達LC層136的偏振態返回到反射偏光器 128。以此方式，反射偏光器128可以用於增加由光源114發射而到達LC層 136光的部分，從而使顯示裝置100產生的圖像更亮。可以使用任意適合的反射偏光器，如多層光學膜(MOF)反射偏光器；漫射 反射偏光器膜(DRPE)，如連續/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也可以包括光引導膜126。光引導膜包括將偏軸光改為 沿靠近顯示器軸的方向的表面結構。這增大了在軸上傳播穿過LC層136的光 量，於是增大了觀看者觀看圖像的亮度。 一個示例是稜柱形光引導膜，其具有 多個通過折射和反射改變照明光方向的稜柱形脊。與常規LCD-TV中使用的漫射板和疊層光學膜不同，本發明使用了包括聚 合光學漫射膜的光管理層配置，該聚合光學漫射膜支撐在兩個顯示出較高尺寸穩定性的外部透明膜之間，其中對所述兩個外部透明膜施加受控張力。典型地， 通過對膜上的孔或狹縫中所突出的彈簧型機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整帶作為突出穿過膜中孔或狹縫的彈簧型機 構。也可以使用其他張力作用手段。彈簧型機構進一步固定到圍繞外部透明膜周圍設置的框上。"彈簧型機 構"在此定義為在運動範圍內基本保持均勻張力的任何機構。運動範圍必須是 至少與在設計溫度和溼度範圍下膜尺寸的最大預期變化一樣大的距離。基本保 持在此定義為保持張力為至少初始力的至少50%。優選力保持在初始力的至少75%。術語膜在此定義為厚度小於500um的材料片。圖2示意性說明了本發明的光學元件的一個示例性實施方式。光學元件 200包括位於兩個透明膜234和235之間的聚合光學漫射膜214。透明在此定 義為具有用ASTMD-1003-00測量的光透射率大於70%。典型的外部透明膜的 厚度範圍是50到400um之間。支撐框212圍繞該膜周長設置。周長在此定義 為沿膜全部窄邊劃出的虛線。典型地，對於LCD顯示器，有4個形成矩形周 長的直角邊。如後面圖所要說明的在聚合光學漫射膜之上，其他光學膜也可以 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。許多這種張力調整帶圍繞外部透明膜的周長設置在多個位置 處。或者可以使用兩個張力調整帶218，每個分別突出於外部透明膜235和234 的狹縫220和221。這時，每個外部透明膜235和234被獨立施加張力。光學漫射膜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於光管理配 置中的其他光學膜的附加重量下，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於漫射膜最長側長度的1/180。透明在此定義為具有用ASTM D-1003-00測量的光透射率大於70%。受張 力作用的外部透明膜比較在收縮，熱膨脹係數和彎曲方面具有高度的尺寸穩定 性。優選從環境溫度(23C)加熱到85C時收縮性應小於1.5%。用尺寸為寬約35mm，最小長約6英寸長的樣品執行熱收縮性測量。每條帶被置於穿孔機中以獲得6英寸規格的長度。實際規格長度用以6英寸鎳鐵合金棒校準的儀器測量來測量6英寸樣品。該長度用數字千分尺記錄到0.0001 英寸。 一旦確定初始長度，樣品被置於加熱爐中在預定溫度加熱需要的時間間 隔(此時，設定條件是85C， 24小時)。然後從加熱爐中去除樣品，並至於設定 為23C和50y。相對溼度的控制環境中，最少約2小時，但通常為24小時。用 確定初始長度的相同設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，與收縮性相關的負號(-)表示變化的方向受張力作用的透明膜的熱膨脹係數(23X:時)優選但根據ASTM方法D-696 測量時小於4.0E-5um/um/°C。張力彎曲的柔量優選小於6X10—1Q Pa—]，當23。C在恆定張力負載下20分 鍾後測量時。張力彎曲柔量在的應力下測量，從而膜表現為應變與施加的張力 線性成比例。張力應變被定義為長度的淨變化除以測量開始時的初始長度。張 力彎曲柔量定義為張力應變除以施加的應力。膜樣品在不同拉伸裝置中測量， 拉伸裝置能夠保持如小於50MPa的恆定負載，和能測量測量膜樣本的長度到 達1微米的準確度。具有高尺寸穩定性的膜在此定義為符合如上所述的收縮性，熱膨脹係數和 彎曲的最小優選值(分別為1.5%， 4.0E-5um/um/°C和6X 1(T1QPa")。具有低高尺寸穩定性的膜在此定義為不符合如上所述的收縮性，熱膨脹系 數和彎曲的最小優選值(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的示例性實施方式包括由半結晶聚合物組 成的膜。半結晶聚合基體優選為可以充分透過可見光的和擁有在溫度加熱到 85C時測試後收縮性小於1.0%的尺寸穩定性。理想地，半結晶聚合物膜的張力 彎曲柔量小於5X10—1Q Pa—1。這些聚合物典型地也滿足所述的熱漫射係數的標 準。滿足全部標準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由於其價格低於PEN而尤其優選。漫射膜214和一個或多個其他光管理層可以包括在位於背光和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 提供穩定結構。該受張力作用的膜不象常規漫射板系統那樣易於彎曲。聚合光學漫射膜214的示例性實施放方式包括包含空隙和空隙引發顆粒 (voidinitiatingparticles)的半結晶聚合物基體。半結晶聚合物基體優選為可以充 分透過可見光，能易於伸展空隙化，和擁有在溫度加熱到85'C時測試後收縮性 小於1.0%的尺寸穩定性。滿足全部標準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由於其價格低於 PEN而尤其優選。當光學漫射膜包括聚合物作為如上所述的時，光學漫射膜本 身可以時一個受張力作用的外部(雖然是部分透明)透明膜。雖然尺寸穩定膜對於光學漫射膜214是理想的，但是本發明能夠使用廣範 圍的聚合物膜，由於該膜典型地不保持自張力作用下，因而彎曲也不成為問題。當使用當使用拉伸空隙化的光學漫射膜214時，空隙引發顆粒是不與基體 聚合物兼容的任何類型的顆粒。這些顆粒可以是有機的或無機的。無機顆粒可 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 其他無機化合物。典型的有機空隙引發顆粒是與基體聚合物不融和的聚合物。 優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幹 混，並一起擠壓形成鑄膜。無機顆粒需要預混或熔融化合，這增加了處理成本。 優選的有機空隙引發顆粒是聚烯烴。最優選的是聚丙烯。應加入空隙引發顆粒從而產生足夠的漫射性以作為漫射器，但不會不透明 到LCD顯示器的光學照明顯著降低。優選空隙引發顆粒的載量為整個膜的 3-25wt%。最優選的載量為10-20wt%。聚合光學漫射器214優選通過幹混基體聚合物和不融和聚合物添加劑的工 藝來製造。混合可以是通過混合精細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現，例如通過將其翻滾而充分混合在一起。然後得到的混 合物供給膜成形擠壓機。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，被繼續再次擠壓成空隙化的聚合光學漫射器。於是能夠 將例如邊角餘料的零碎膜再次供給通過該工藝。或者，通過就在擠壓之前融和 基體聚合物和不融的聚合物添加劑的熔融流來實現混合。如果聚合物添加劑被添加入製造基體聚合物的聚合容器中，發現在拉伸時不顯示出空隙化和相應的 漫射性。認為這可能是由於在熱處理過程中在添加劑和基體聚合物之間產生一 些化學或物理形式的鍵合。空隙化聚合光學漫射膜的擠壓、淬火和拉伸可以通過任何本領域公知的制 造取向膜的工藝實現，例如通過平膜工藝或氣泡或管工藝。平膜工藝優選用於 製造根據本發明的空隙化聚合光學漫射器，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。然後 通過沿相互垂直的方向，膜的基在高於基體聚合物的玻璃橡膠轉變溫度之上的 溫度拉伸而被雙軸取向。通常，膜沿第一方向拉伸，然後沿第二方向拉伸，盡 管如果需要膜可以同時在兩個方向拉伸。在典型的工藝中，膜首先沿擠壓方向 在一組旋轉輥上或兩對壓送輥間拉伸，然後通過拉幅機沿與其垂直的方向拉伸。膜可以在拉伸的每個方向拉伸到其初始尺寸的2.5到5.0倍。 一旦拉伸，圍繞空隙引發顆粒開始形成空隙。空隙引發顆粒的濃度越高，產生空隙體積的程度越高。最終拉伸的膜厚優選在25.0到250.0um的厚度範圍內。最優選的厚 度範圍使50.0到150.0um之間。這明顯比光學透射自承基片薄，且其總厚度可 以保持在現在使用的板狀漫射器的範圍內。在拉伸膜和形成空隙化聚合光學漫射膜後，通過加熱到足以結晶基體聚合 物同時保持空隙化聚合光學漫射器不沿兩個拉伸方向收縮的溫度來加熱。該工 藝使得膜滿足在溫度達85。C時測試小於1.0%的收縮性要求。隨加熱設定溫度 提高空隙化趨於破裂，破裂的程度隨溫度提高而增大。因此，鏡面光透射率隨 加熱設定溫度的提高而增大。雖然達到約230。C的加熱設定溫度可以使用而不 破壞空隙，但是150°C和200°C之間的溫度通常導致較大的空隙化程度和更有 效的漫射性，也導致加熱測試後的低收縮性。聚合光學漫射膜214也可以包括增白劑。典型地，增白劑添加的程度遠低 於空隙引發劑因而不會導致空隙化但可以增白，以達到一定程度的膜漫射性。 增白劑典型地為是無機化合物，最優選的是Ti02。這些光學增白劑可以在樹 脂混合工藝中添加入膜，和可以合適比率經母料小球添加。合適的比例是將母 料小球的濃度與其餘的基體樹脂和空隙引發樹脂一起降低到優選在0.25和 5.0wt。/。之間的濃度。聚合光學漫射膜214也可以包括將UV光轉化為可見光的螢光增白劑。這 種螢光增白劑必須選自熱穩定的和能經受住用於製造空隙化聚合光學漫射膜的擠壓溫度的增白劑。優選的螢光增白劑包括苯並嗎唑基(benzoxazolyll)-芪化 合物。最優選的光學增量劑包括2，2，-(1，2-亞乙基二-4,1-亞苯基)二苯並嗯唑。 這些螢光增白劑在樹脂混合工藝中添加入膜中，和可以合適比率經母料小球添 加。合適的比例是將母料小球的濃度與其餘的基體樹脂和空隙引發樹脂一起降 低到優選在0.01和0.1wt。/。之間的濃度。在最優選的實施中，添加螢光增白劑 以獲得0.02和0.05wt。/。之間的濃度。聚合光學漫射膜214也可以包括抗靜電塗層以防止塵土吸附。可以使用任 何公知的抗靜電塗層。聚合光學漫射膜214也可以製造成多層或複合膜。這樣做的好處是能夠使 用很薄的膜且仍滿足光學的和熱穩定性或收縮性要求。薄膜需要高載量的空隙 引發劑，因而高空隙化以獲得板漫射器的光學漫射特性。在這種高程度的空隙 化，膜在高溫時的尺寸很不穩定。通過用非空隙層鄰設於空隙層的一側或兩側 來製造膜，可以改善高溫時尺寸穩定性。這種多層膜可用與之前描述的相同的 方式製備，除了第二擠壓機用於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入共擠壓模具組件。然後以一層純 聚合物在空隙化層的一側或兩側上製備出多層鑄膜。然後用如前所述淬火和拉 伸該鑄膜。光學漫射膜214可以設置成防止紫外(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 括例如德拉瓦州威明頓塞特科技公司(Cytec Technology Corporation ， Wilmington, Dd.)的Cyasorb UV-1164和紐約州特瑞鎮希拔專業化學品公司 (Ciba Specialty Chemicals, Tarrytown， N.Y.)的Tinuvin 1577。光學漫射膜214可以包括其他材料以減小UV光的不良作用。這種材料的 一個示例是受阻胺光穩定成分(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"獲自紐約州特瑞鎮希拔專業化學品公司。 一種有用的 HALS組分是Tinuvin 622。圖2所示的光學元件200可用於代替常規LCD顯示器的漫射板。 圖3示意性說明本發明的另一個示例性實施例。光學元件300是光管理膜 配置，其包括聚合光學漫射膜314和圍繞膜周圍設置的支撐框312。所述框312 可以是與膜一起提供給LCD製造商的分離機構，或是常規LCD背光現有的框 架。在聚合光學漫射膜之上，其他光學膜也可以加入光管理模配置中。可以鄰 近聚合光學漫射膜314設置塗布了珠子的準直漫射膜333。相對於聚合漫射膜 314，可在鄰近塗布了珠子的準直漫射膜333設置光引導膜336。圖3顯示光學 漫射膜314，塗布了珠子的準直漫射膜333和光引導膜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。張力調整帶可以包括任何彈性材料(也就是說，當去掉變形力時基本恢復 到其初始形狀的材料)。優選的材料是彈性體。優選的彈性體是那些當用於在 85C設計溫度下的LCD時在其使用壽命中保持特性。這種彈性體包括交聯的 聚亞安酯，矽橡膠，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-三氟代乙烯無規共聚物，偏二氟乙烯-氯-六氟代乙烯無規共聚物， 高強度布納N橡膠等等。這些彈性橡膠可以用無機纖維加強，如滑石，玻璃纖 維，其他公知的彈性體的增強添加劑。在這些彈性體中使用穩定劑和環境保護 劑是公知的，如抗氧化劑和UV穩定劑，並中進一步改善LCD整個壽命的性 能。銷316突出穿過在張力作用代的每個端部中的孔317。銷316固定在位於 膜的周圍的框312。至少4個這樣的張力調整帶和銷，如318和316分別圍繞 膜的周圍設置。所述光學膜314， 333和336被垂直於其表面的且將其夾於其 中的兩個受張力作用的外部透明膜所束縛。其他光學膜如果也設置在兩個受張 力作用的外部透明膜之間，也會被垂直於其表面的所述外部透明膜所束縛。圖 3光學元件300可以用於代替常規LCD顯示的漫射板和可選光學膜。在任一實施方式中，其中一個以上光學膜由受張力作用的外部透明膜受束 縛(如圖3所示)，典型的沒有光學膜是相互粘合的。兩個相互粘合的光學膜也 許是有利的，但是從製造成本的角度看典型的是一個或多個光學膜不相互粘合。雖然本發明服從各種修改和改變形式，其具體細節通過圖中的示例顯示並將詳細描述。但是應當理解到，本發明不限於描述的特定實施方式。相反地， 本發明涵蓋由權利要求書限定的本發明的精神和範圍內的全部修改，等價和改 變。本說明書參考的專利和其他申請的全部內容在此結合作為參考。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 準直漫射膜126 光引導膜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 光學元件 212 支撐框214 聚合光學漫射板216 銷217 狹縫或孔218 張力調整帶(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 光學元件312 支撐框314 聚合光學漫射膜316 銷317 張力調整帶中的孔318 張力調整帶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 光引導膜
權利要求
1. 一種光學元件，其包括具有至少一個內部光學膜和兩個顯示出高尺寸穩定性的外部透明膜的至少三個並置的膜的疊層，其中受控的張力沿至少一個方向施加到兩個外部膜但不施加到至少一個內部膜。
2. 如權利要求1所述的光學元件，其特徵在於，至少一個內部膜具有低尺寸穩定性。
3. 如權利要求1所述的光學元件，其包括光學漫射膜。
4. 如權利要求3所述的光學元件，其特徵在於，所述光學漫射膜包含空隙。
5. 如權利要求1所述的光學元件，其特徵在於，所述張力通過位於圍繞兩 個外部透明膜周圍多個位置的機構施加。
6. 如權利要求5所述的光學元件，其特徵在於，所述張力沿垂直於最接近 施加位置的膜邊緣的方向施加。
7. 如權利要求1所述的光學元件，其特徵在於，所述張力調整機構包括突 出穿過兩個外部透明膜中孔或狹縫的伸長結構，並具有至少一個垂直於張力方 向的表面。
8. 如權利要求1所述的光學元件，其特徵在於，在所述光學元件的設計溫 度和溼度範圍內，就預期的膜尺寸改變，可基本維持各機構施加的張力。
9. 如權利要求8所述的光學元件，其特徵在於，在所述光學元件的設計溫 度和溼度範圍內，就預期的膜尺寸改變，各機構所施加張力的最大改變量小於 所需最大力的50%。
10. 如權利要求8所述的光學元件，其特徵在於，在所述光學元件的設計 溫度和溼度範圍內，就預期的膜尺寸改變，所施加張力的最大改變量小於所需 最大力的259b。
11. 如權利要求1所述的光學元件，其特徵在於，所述機構是彈簧機構。
12. 如權利要求1所述的光學元件，其特徵在於，所述機構包括圍繞三個 並置膜周圍的支撐框。
13. 如權利要求12所述的光學元件，其特徵在於，至少一個彈簧型機構將 兩個外部透明膜連接到所述框。
14. 如權利要求1所述的光學元件，其包括光學漫射膜和光引導膜。
15. 如權利要求14所述的光學元件，還包括塗布了珠子的準直漫射器。
16. 如權利要求15所述的光學元件，還包括反射型偏光膜。
17. —種顯示器，其包括光源和光學元件，所述光學元件包括具有至少一 個內部光學膜和兩個顯示出高尺寸穩定性的外部透明膜的至少三個並置的膜 的疊層，其中受控的張力沿至少一個方向施加到兩外部膜但不施加到至少一個 內部膜。
18. 如權利要求17所示的顯示器，其特徵在於，所述光學元件包括光學漫 射膜。
19. 一種控制光學膜的平面均勻性的方法，所述方法包括將光學膜設置在 兩個外部透明膜之間並對所述外部透明膜的至少一部分施加受控的張力。
20. —種光學元件，其包括兩個外部透明膜，其中，由於存在給膜施加受 控張力的機構而維持所述外部透明膜至少一部分的尺寸，其中，在所述光學元 件的設計溫度和溼度範圍內，各機構所施加張力的最大改變量小於預期膜尺寸 改變所需最大力的50%。
21. 如權利要求1所述的光學元件，其特徵在於，所述張力調整機構包括 突出穿過外部透明膜中的孔或狹縫的張力調整帶。
22. 如權利要求1所述的光學元件，其特徵在於，通過作為背光單元一部 分的框架施加張力。
23. 如權利要求1所述的光學元件，其特徵在於，至少l個內部光學膜在 兩個外部透明膜的束縛下垂直於膜表面，由於存在施加受控張力的機構而維持 所述外部透明膜的尺寸穩定。
24. 如權利要求21所述的光學元件，其特徵在於，所述帶包括彈性材料。
25. 如權利要求24所述的光學元件，其特徵在於，所述帶包括彈性體。
26. 如權利要求25所述的光學元件，其特徵在於，所述彈性體包括聚氨酯、 矽橡膠、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-三氟代乙烯無規共聚物、偏二氟乙烯-氯-六氟代乙烯無規共聚物和高強度布 納N橡膠。
27. 如權利要求26所述的光學元件，其特徵在於，所述彈性體進一步包括穩定劑或環境保護劑。
28.如權利要求1所述的光學元件，其特徵在於，所述外部透明膜的厚度在50到400um之間。
全文摘要
一種光學元件，其包括具有至少一個內部光學膜和兩個顯示出高尺寸穩定性的外部透明膜的至少三個並置的膜的疊層，其中受控的張力沿至少一個方向施加到兩個外部膜但不施加到至少一個內部膜。
文檔編號B32B33/00GK101251612SQ20081008819
公開日2008年8月27日 申請日期2008年2月13日 優先權日2007年2月12日
發明者C·C·安德森, M·R·蘭德瑞, T·M·蘭尼 申請人:羅門哈斯丹麥金融有限公司