CN100520520C - 复合漫射板及使用复合漫射板的直接照明式液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种直接照明式液晶显示器(LCD)(100)，例如LCD监视器或LCD-TV，在该直接照明式液晶显示器(LCD)中，许多个光控制层(120)位于光源(116)和LCD面板(102)之间，以提供明亮的均匀的照明。所述光控制层包括，例如漫射片(122)、反射偏振片(124)和增亮层，这些光控制层包含在由两个分组件(202，204)形成的光控制单元(200)中。这两个分组件各自包括基片(210，212)并且连接在一起，从而在这两个分组件之间保留一定的间隙(206)。所述漫射片存在于所述分组件中的一个中，并且，其它的光控制层可以设置在所述分组件的任何一个中，或者可以设置在所述分组件之间的间隙中。

Description

复合漫射板及使用复合漫射板的直接照明式液晶显示器
技术领域
本发明涉及光学显示器，更具体地涉及从背后由光源直接照明的液晶显示器(LCD)，例如可以用于LCD监视器和LCD电视的液晶显示器。
背景技术
液晶显示器(LCD)是用于诸如膝上型计算机、手持计算器、数字手表和电视等装置中的光学显示器。一些LCD包括位于显示器侧面上的光源，其中光导定位成将来自光源的光导向LCD面板的背面。其它的LCD，例如一些LCD监视器和LCD电视(LCD-TV)，使用位于LCD面板背后的许多光源来直接照明。因为要实现一定水平的显示亮度所需的光功率要求随着显示器尺寸的平方增大，而可用于沿着显示器的侧面定位光源的实际空间仅仅随着显示器尺寸线性地增大，所以这种结构在较大的显示器中日益常见。另外，诸如LCD-TV等一些LCD应用要求显示器足够亮以至于可以从比其它应用更远的距离观看，并且，对LCD-TV的视角要求一般与对LCD监视器和手持装置的视角要求不同。
一些LCD监视器和大多数LCD-TV通常从背后由许多冷阴极荧光灯(CCFL)照明。这些光源是线性的，并且横跨在显示器的整个宽度上，结果是，显示器的背面由较暗区域分隔开的一系列亮条纹照明。这种照明分布是不理想的，所以使用漫射板来使LCD装置背面上的照明分布平滑。
目前，LCD-TV漫射板利用具有各种分散相的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合物基体，其中所述的分散相包含玻璃、聚苯乙烯珠和CaCO3颗粒或其混合物。这些板在暴露于灯的高温之后常常变形或翘曲。另外，为了试图使LCD面板背面上的照明分布更加均匀，一些漫射板设置有在其整个宽度上变化的漫射特性。这种不均匀的漫射片有时称为印刷图案漫射片。因为漫射图案必须与照明源对准，所以它们的制造价格昂贵。另外，漫射板需要定制挤出混合(customizedextrusion compounding)，以使漫射颗粒均匀地分布在整个聚合物基体中，从而进一步增加成本。
发明内容
本发明的一个实施例涉及一种用于光源和液晶显示面板之间的光控制单元。该光控制单元具有第一光学分组件和第二光学分组件。该第一光学分组件至少包括第一基片和一个或多个漫射元件。该第二光学分组件至少包括第二基片，并且以这样的方式安装在所述第一光学分组件上，即：在所述第一光学分组件和所述第二光学分组件之间产生间隙。本发明的另一实施例涉及一种显示系统，该显示系统具有背光源和液晶显示(LCD)面板，该液晶显示面板包括上板和下板、以及置于该上板和该下板之间的液晶层。光控制单元设置在所述背光源和所述LCD面板之间，并且具有第一光学分组件和第二光学分组件，其中，所述第一光学分组件包括第一基片，所述第二光学分组件包括第二基片。所述第二光学分组件以这样的方式安装在所述第一分组件上，即：在所述第一光学分组件和所述第二光学分组件之间产生间隙。所述光控制单元漫射从所述背光源传播到所述LCD面板的光。
以上发明内容并不意味着描述了本发明的每一个示例性实施例或每一种实施方式。以下的附图和详细说明将更具体地举例说明这些实施例。
附图说明
结合附图考虑到本发明的各种实施例的下列详细说明，可以更加完整地理解本发明，其中：
图1示意性地示出能够使用根据本发明原理的漫射板的背面照明式液晶显示器；
图2A至图2E示意性地示出根据本发明原理的光控制单元的实施例；
图3A至图3I示意性地示出根据本发明原理的包含增亮层的光控制单元的实施例；
图4A至图4G示意性地示出根据本发明原理的包含反射偏振片的光控制单元的实施例；
图5A至图5F示意性地示出根据本发明原理的包含反射偏振片和增亮层的光控制单元的实施例；
图6A至图6C示意性地示出根据本发明原理的附着在平板式荧光光源上的光控制单元的实施例；
图7A示意性地示出用于光学测试光控制单元样品的实验装置；
图7B示意性地示出根据本发明实施例的复合光控制单元(composite light management unit)的结构；
图8A示出对照样品和根据本发明原理制造的示例光控制单元的亮度均匀性和总亮度之间的关系的标绘图；
图8B示出对照样品和光控制单元样品的轴向增益和积分增益之间的关系的标绘图；
图9示出两个对照样品以及光控制单元样品S2、S8、S26和S27的亮度与屏幕上的位置的函数关系的曲线图；
图10A和图10B分别示意性地示出样品S28和S29的结构；
图11示出两个对照样品以及光控制单元样品S28、S29和S30的亮度与屏幕上的位置的函数关系的曲线图；
图12示意性地示出样品S31、S33、S34和S35的结构；
图13示出两个对照样品以及光控制单元样品S31、S33、S34和S35的亮度与屏幕上的位置的函数关系的曲线图；
图14示意性地示出样品S32、S36和S38的结构；
图15示出两个对照样品以及光控制单元样品S32、S36和S38的亮度与屏幕上的位置的函数关系的曲线图；
图16示意性地示出样品S39-2和S39-3的结构；
图17示出两个对照样品以及光控制单元样品S39-2和S39-3的亮度与屏幕上的位置的函数关系的曲线图；
图18示出根据本发明原理制造光控制单元的工艺步骤的总结表；
图19A和图19B示意性地示出根据本发明原理的用于制造分组件的结构的一个实施例；
图20A和图20B示意性地示出根据本发明用于制造分组件的结构的另一实施例；
图21示意性地示出根据本发明原理的用于制造分组件的结构的另一实施例；
图22示意性地示出根据本发明原理的用于由预组装的分组件组装光控制单元的结构的实施例；
图23A和图23B示意性地示出根据本发明原理的用于制造分组件的结构的另一实施例；以及
图24示出针对几个均匀光控制单元样品和印刷漫射板的亮度均匀性与单次通过漫射板的透射率(single pass transmission)的函数关系的标绘图。
虽然本发明可以有各种变型和替换形式，但是本发明的细节已经在附图中以示例的方式被示出，并且将详细地描述。但是，应该这样理解，本发明的用意不在于将本发明局限于所描述的具体实施例。相反，本发明的用意在于涵盖落入由所附权利要求书限定的本发明的要旨和保护范围内的所有变型、等同内容和替代内容。
具体实施方式
本发明适用于液晶显示器(LCD或LC显示器)，并且尤其适用于从背后直接照明的LCD，例如用于LCD监视器和LCD电视(LCD-TV)中的LCD。当前用于LCD-TV的漫射板是基于形成为刚性片材的聚合物基体，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或环烯烃。该片材包含漫射颗粒，例如，有机颗粒、无机颗粒或空隙(气泡)。这些板在暴露于用于照明显示器的光源的高温之后常常变形或翘曲。而且，这些板的制造价格昂贵，并且在最终显示器件中组装这些板也很费钱。
本发明涉及一种直接照明式LCD装置，该直接照明式LCD装置具有这样的结构，即光控制层设置在LCD面板和光源之间。在一些实施例中，一个或多个光控制层包含在光控制单元中，该光控制单元由连接在一起的两个光学分组件形成，其中这两个光学分组件之间具有间隙。每个光学分组件都包括通常称为基片的支撑层，并且也可以包括一个或多个光控制层。这些基片可以是有机基片或无机基片。使用光控制单元，给从光源传播到LCD面板的光提供各种光学功能，例如漫射、偏振和增益(轴向亮度增强)。
本发明的光控制单元制造简单，并且在制造所采用的材料和工艺方面提供了高度的灵活性。将光控制单元的各种功能结合到单个的集成光学单元中，使得具有优异的光学设计。相反，传统的方法在不同的元件中提供不同的光控制功能：优化这些独立元件中的每一个通常不会产生最好的整体系统设计。
在根据本发明的一些实施例的光控制单元中，结构要求和光学要求可以分开：基片提供结构性能，一个或多个连接的漫射层提供光学性能。通过将这些功能分离，可以开发使用常见的透明材料和常见的漫射片的成本优势，从而降低总成本。这也允许引入低成本的具有抗翘曲性的片材，例如玻璃片。另外，在与片分离的层中包含漫射片时，容易更精确地控制漫射性质。此外，可以使用带图案的漫射膜，这比使用带图案的刚性体漫射板明显更便宜。
图1示出直接照明式LC显示器件(显示器)100的示例性实施例的示意分解图。这种显示器件100可以用于例如LCD监视器和LCD-TV中。显示器件100是基于使用LC面板102的显示器件，该LC面板通常包括设置于面板用板(panel plate)106之间的LC层104。板106通常由玻璃制成，并且可以在其内表面上包括电极结构和校准层，该校准层用于控制LC层104中的液晶的取向。电极结构一般布置成限定LC面板像素，即LC层的区域，在LC层的区域中，液晶的取向可以与相邻区域独立地控制。滤色片也可以与一个或多个板106一起被包括在内，用于给所显示的图像施加颜色。
上吸收偏振片108设置在LC层104的上方，下吸收偏振片110设置在LC层104的下方。在所示的实施例中，上吸收偏振片和下吸收偏振片位于LC面板102的外部。吸收偏振片108、110和LC面板102结合控制从背光源112通过显示器件100到达观看者的光的透射率。在一些LC显示器中，吸收偏振片108、110可以布置成使它们的透射轴线互相垂直。当LC层104的像素没有激活时，它不会改变从其通过的光的偏振。因此，当吸收偏振片108、110互相垂直地排列时，通过下吸收偏振片110的光被上吸收偏振片108吸收。另一方面，当像素激活时，从其通过的光的偏振发生旋转，使得透射通过下吸收偏振片110的光的至少一部分也透射通过上吸收偏振片108。例如由控制器114选择性地激活LC层104的不同像素，使得光从显示器的某些所需位置上发出，从而形成被观看者观看到的图像。控制器可以包括例如计算机或电视控制器，该电视控制器接收和显示电视图像。一个或多个可选择的层109可以设置在上吸收偏振片108上，例如，给显示器表面提供机械保护和/或环境保护。在一个示例性实施例中，层109可以包括位于吸收偏振片108上的硬涂层。
应该这样理解，某一类型的LC显示器可以按不同于上述的方式操作。例如，吸收偏振片可以平行地排列，并且LC面板在没有激活的状态下可以使光的偏振发生旋转。无论如何，这种显示器的基本结构保持与上述的基本结构相似。
背光源112包括许多光源116，这些光源产生照明LC面板102的光。用于LCD-TV或LCD监视器的光源116通常是线性的冷阴极荧光管，这些冷阴极荧光管延伸在整个显示器件100上。但是，可以使用其它类型的光源，例如白炽灯或弧光灯、发光二极管(LED)、平板式荧光面板或外部荧光灯。所列出的这些光源不应当是限制性的或详尽的，而仅仅是示例性的。
背光源112还可以包括反射片118，该反射片118用于反射从光源116沿远离LC面板102的方向朝下传播的光。反射片118也可以用来使光在显示器件100内循环使用，如上面所述。反射片118可以是镜面反射片，或者可以是漫射反射片。可用作反射片118的镜面反射片的一个实例是可得自美国明尼苏达州St.Paul市的3M公司的VikuitiTM增强镜面反射(ESR)膜。合适的漫射反射片的实例包括装载有漫射颗粒(例如，二氧化钛、硫酸钡、碳酸钙等)的聚合物，例如PET、PC、PP、PS。漫射反射片的其它实例，包括多微孔材料和含原纤维的材料，在共同拥有的美国专利申请公开2003/0118805 A1中有所描述，该专利申请以引用方式并入本文中。
由光控制层构成的结构(arrangement)120设置在背光源112和LC面板102之间。光控制层影响从背光源112传播出的光，以改善显示器件100的工作。例如，由光控制层构成的结构120可以包括漫射片122。漫射片122用来漫射从光源接收的光，从而提高入射在LC面板102上的照明光的均匀性。因此，这样产生观看者所看到的亮度更加均匀的图像。
由光控制层构成的结构120也可以包括反射偏振片124。光源116通常产生非偏振光，但是，下吸收偏振片110仅透射单一偏振态的光，所以光源116所产生的光中的大约一半不能直接透射到LC层104。然而，反射偏振片124可以用来反射否则将被吸收在下吸收偏振片中的光，所以，该光可以通过反射偏振片124和反射片118之间的反射而被循环使用。被反射偏振片124反射的光中的至少一部分可以去偏振，然后以一定的偏振态返回到反射偏振片124，该偏振态的光透射通过反射偏振片124和下吸收偏振片110到达LC层104。以这样的方式，反射偏振片124可以用来增加由光源116发出的到达LC层104的那一部分光，从而由显示器件100所产生的图像更加亮。
可以使用任何合适类型的反射偏振片，例如，多层光学膜(MOF)型反射偏振片；漫反射型偏振膜(DRPF)，例如连续相/分散相偏振片、线栅式反射偏振片或胆甾型反射偏振片。
MOF反射偏振片和连续相/分散相反射偏振片都取决于至少两种材料(通常为聚合物材料)之间的折射率差，以选择性地反射一个偏振态的光而透射与此正交的偏振态的光。MOF反射偏振片的一些实例在共同拥有的美国专利No.5,882,774中有所描述，该专利以引用方式并入本文中。市售的MOF反射偏振片的实例包括可得自美国明尼苏达州St.Paul市的3M公司的具有漫射表面的VikuitiTM DBEF-D200和DBEF-D440多层反射偏振片。
可与本发明结合使用的DRPF的实例包括：如共同拥有的美国专利No.5,825,543中所述的连续相/分散相反射偏振片，该专利以引用方式并入本文中；如共同拥有的美国专利No.5,867,316中所述的漫反射型多层偏振片，该专利也以引用方式并入本文中。其它合适类型的DRPF在美国专利No.5,751,388中有所描述。
可与本发明结合使用的线栅偏振片的一些实例包括在美国专利No.6,122,103中所述的那些。此外，线栅偏振片还可以从位于美国犹他州Orem市的Moxtek公司中购得。
可与本发明结合使用的胆甾型偏振片的一些实例包括例如美国专利No.5,793,456和美国专利公开No.2002/0159019中所述的那些。胆甾型偏振片通常在其输出侧上设置有四分之一波延迟层，使得透射通过该胆甾型偏振片的光转换为线性偏振光。
由光控制层构成的结构120也可以包括增亮层128。增亮层是这样的层，该层具有将离轴的光重新指向更靠近显示器的轴线的方向的表面结构。这样增加了沿轴向方向传播通过LC层104的光量，从而提高了观看者所观看到的图像的亮度。一个实例是棱形增亮层，该棱形增亮层具有许多棱形脊，这些棱形脊通过折射和反射使照明光改变方向。可用于显示器中的棱形增亮层的实例包括可得自美国明尼苏达州St.Paul市的3M公司的VikuitiTM BEFII和BEFIII系列的棱形膜，包括BEFII 90/24、BEFII 90/50、BEFIIIM 90/50和BEFIIIT。
漫射片和一个或多个其它光控制层可以包含在置于背光源和LCD面板之间的光控制单元中。该光控制单元包括由连接在一起的层构成的层堆，并且提供用于保持漫射片和所述一个或其它光控制层的稳定结构。与传统的漫射板相比，该结构不容易翘曲。此外，能够向显示器制造商供应包括漫射板和一个或多个其它光控制层的光控制单元作为单独的集成单元，从而简化显示器的组装。
图2A至图2E以剖视图的形式示意性地示出光控制单元的几个不同的示例性实施例。在图2A中，光控制单元200包括第一光学分组件202和第二光学分组件204，其中第一光学分组件和第二光学分组件以一定的间隙206间隔开。在所示的实施例中，间隔件208设置在第一光学分组件202和第二光学分组件204之间，以将第一光学分组件202和第二光学分组件204分隔开，从而形成间隙206。在一些示例性实施例中，间隔件208设置在光控制单元200的边缘周围，使得来自背光源的光通过间隙206，而不是通过间隔件208。另外，在一些示例性实施例中，间隔件208可以用作间隙206周围的密封件，从而避免灰尘等进入间隙206中。
许多不同的光学层，包括漫射片、增亮层和反射偏振片，可以包含在第一光学分组件和/或第二光学分组件中。以下的描述讨论光控制单元的若干不同的实施例，其中，漫射片、增亮层和/或反射偏振片定位在第一光学分组件或第二光学分组件中的不同位置上。
光学分组件包括至少一个光学层，并且在有两层或更多层的情况下这些光学层连接在一起。第一光学分组件202本身可以包括许多连接在一起的不同层或光学片，例如，漫射片、增亮层和/或反射偏振层。在图2A所示的示例性实施例中，第一光学分组件202包括漫射型基片板210，有时称为漫射板。漫射型基片210可以是由聚合物材料制成的体漫射板，该体漫射板在其整个厚度方向上包含漫射颗粒。聚合物材料可以是任何合适的聚合物，例如下面所列出的那些。漫射颗粒可以是可用于漫射光的任何类型的颗粒，例如，其折射率不同于周围聚合物基体的透明颗粒、漫反射颗粒、或者基体中的空隙(void)或气泡。合适的漫反射颗粒的实例包括二氧化钛(TiO2)颗粒、碳酸钙(CaCO3)颗粒、硫酸钡(BaSO4)颗粒等颗粒。漫射颗粒可以在整个板上以均匀的或分级的浓度分布，或者可以被图案化，例如，以在光源上提供较大的漫射而在光源之间提供较少的漫射，从而提高均匀性。
第二光学分组件204包括一个或多个连接在一起的层。在一个实施例中，第二光学分组件204包括基片212。一个光学分组件连接另一个光学分组件，形成工字梁结构，该工字梁结构比较坚固，并且具有抗弯曲性。该结构也提供空气的绝缘层，会有助于降低灯泡表面(bulbsurface)的相反侧的空腔温度。
第一光学分组件202的另一结构包括基本上透明的基片216，该基片附着有漫射层218，如图2B所示意性地示出的那样。基片212、216可以由对可见光基本上透明的任何材料制成，例如包括玻璃和聚合物的有机材料或无机材料。不同光学分组件的基片212、216不必一定由相同的材料制成。合适的玻璃包括浮法玻璃，即采用浮法制成的玻璃，或者采用称为LCD玻璃的LCD优质玻璃，与浮法玻璃相比，LCD玻璃的特性例如厚度和纯度可以更好地被控制。合适的聚合物材料可以是不定形的或者半结晶形的，并且可以包括均聚物、共聚物或其共混物。也可以使用聚合物泡沫。示例聚合物材料包括(但不限于)：不定形聚合物，例如，聚(碳酸酯)(PC)；聚(苯乙烯)(PS)；丙烯酸酯，例如，如由位于美国新泽西州Rockaway市Cyro Industries公司以
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商标供应的丙烯酸片；丙烯酸共聚物，例如异辛基丙烯酸酯/丙烯酸；聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)；PMMA共聚物；环烯烃和环烯烃共聚物；丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)；苯乙烯丙烯腈共聚物(SAN)；环氧树脂；聚(乙烯基环己烷)；PMMA/聚(氟乙烯)共混物；无规立构的聚(丙烯)；聚(苯醚)合金；苯乙烯嵌段共聚物；聚酰亚胺；聚砜；聚(氯乙烯)；聚(二甲基硅烷)(PDMS)；聚氨酯；聚(碳酸酯)/脂族PET共混物；以及半结晶聚合物，例如，聚(乙烯)；聚(丙烯)；聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)；聚(萘二甲酸乙二醇酯)(PEN)；聚酰胺；离聚物；乙酸乙酯/聚乙烯共聚物；乙酸纤维素；乙酸丁酯纤维素；含氟聚合物；聚(苯乙烯)-聚(乙烯)共聚物；以及PET和PEN共聚物。
基片是自支撑式材料的薄片，并且用来对附着在其上的层提供支撑。虽然由附着层构成的层堆中的每层有助于层堆的刚度，但是基片是最有助于刚度的层，即，基片比层堆中任何其它层提供更强的抗弯曲性。虽然基片可以有一定程度的下垂，但是在本身的重力下它没有明显的变形。基片可以是例如高达几毫米厚，这取决于显示器的尺寸和所用的材料的类型。在一个示例性实施例中，30英寸的LCD-TV具有2mm厚的PMMA体漫射板。在另一示例性实施例中，40英寸的LCD-TV具有3mm厚的PMMA体漫射板。
光控制单元中的一层或多层，例如漫射层、基片、偏振片或增亮层的一面或两面可以设置有无光饰面。
漫射层的示例性实施例包括含有漫射颗粒的聚合物基体。聚合物基体可以是对可见光基本上透明的任何合适类型的聚合物，例如，上面所列出的任何聚合物材料。
漫射颗粒可以是可用于漫射光的任何类型的颗粒，例如其折射率不同于周围聚合物基体的透明颗粒、漫反射颗粒、或者基体中的空隙或气泡。合适的透明颗粒的实例包括实心的或空心的无机颗粒，例如玻璃珠或玻璃粉，实心或空心的聚合物颗粒，例如实心的聚合物球或空心的聚合物球。合适的漫反射颗粒的实例包括二氧化钛(TiO2)颗粒、碳酸钙(CaCO3)颗粒、硫酸钡(BaSO4)颗粒、硫酸镁(MgSO4)颗粒等。另外，聚合物基体中的空隙可以用来漫射光。这种空隙可以填充有气体，例如空气或二氧化碳。适用于漫射层中的市售材料包括可得自美国明尼苏达州St.Paul市的3M公司的型号为3635-70和3635-30的3MTM ScotchcalTM漫射膜、以及型号为7725-314的3MTMScotchcalTM ElectroCutTM画面贴膜(Graphic Film)。其它市售漫射片包括丙烯酸泡沫带，例如，型号为4920的3MTM VHBTM丙烯酸泡沫带。
漫射层218本身可以是漫射粘合剂层，在这种情况下，漫射层218可以例如通过层压直接附着到基片216上。粘合剂漫射层在国际(PCT)专利公开WO99/56158和WO97/01610中有更加详细的描述，这些专利申请以引用方式并入本文中。粘合剂漫射层可以用于本文所述的光控制单元的任何实施例中。在一些示例性实施例中，漫射层218具有在整个宽度上均匀的漫射特性，也就是说，对于整个漫射层宽度上的点而言，光所经历的漫射量都是相同的。
在其它示例性实施例中，漫射层218可以使用粘合剂层220附着到基片216的表面上，如图2C所示意性地示出的那样。在一些示例性实施例中，粘合剂层220可以是光学透明的粘合剂、漫射粘合剂、或者具有光学漫射性或没有光学漫射性的丙烯酸泡沫带。
在图2B和图2C所示的示例性实施例中，示出具有漫射层218的第一光学分组件202，该漫射层比基片216更靠近间隙206。实际上不必一定要是这样，基片216可以比漫射层218更靠近间隙206。
可选择地，漫射层218可以增补附加的带图案的漫射片218a。带图案的漫射片218a可以包括，例如，带图案的漫射表面或漫射片的印刷层，例如二氧化钛(TiO2)颗粒。带图案的漫射片218a可以位于基片216上，位于漫射层218和基片216之间，或者位于漫射层218上。带图案的漫射片218a可以例如印刷到漫射层218上，如图2B所示，或者带图案的漫射片218a可以印刷到位于漫射层218上的薄片上。
在图2D所示意性地示出的另一示例性实施例中，漫射板230可以是双面的，在基片236的一面上具有第一漫射层232，在基片236的另一面上具有第二漫射层234。第一漫射层232和第二漫射层234均可以直接施加到基片236的相应表面上，如图所示，或者，可以使用相应的粘合剂层附着在基片236上。
双面漫射板230可以是对称的，其中两个漫射层232、234具有相同的漫射性质，或者可以是不对称的，其中漫射层232、234具有不同的漫射性质。例如，第一漫射层232可以具有与第二漫射层234不同的透射率或雾度水平(haze level)，或者可以具有不同的厚度。
图2E示意性地示出光控制单元250的另一示例性实施例。在该实施例中，第二光学分组件204的基片212也形成LC显示面板102的下面板用板。没有示出的其它光控制层可以包含在第二光学分组件204中，例如位于基片212和间隙206之间。下面将进一步描述第二光学分组件204的一些示例性结构，其中，第二光学分组件的最上层是也可以构成LCD面板的下面板用板的基片。
第一光学分组件202不局限于仅包括漫射板，并且可以包括其它光学层。下面讨论包含在第一光学分组件202中的其它层的一些示例性实施例。
第二光学分组件204可以由单片材料形成，或者可以包括很多不同的层。第二光学分组件204可以单独由基片形成，第二光学分组件204也可以包括漫射片和/或其它层，这在下面的讨论中将是显而易见的。
在一些示例性实施例中，间隔件208的厚度选择成使得在第一光学分组件202和第二光学分组件204之间形成间隙206。例如，可以使用粘合剂带、压敏粘合剂(PSA)或其它合适形式的粘合剂形成间隔件208。例如，间隔件208可以使用钩环型(hook and loop-type)连接装置形成，其中，钩环层通过单面粘合剂附着在第一光学分组件和第二光学分组件中的任何一个上。另一方法包括使用密封剂。另一方法包括用突起部分构建第一光学分组件和第二光学分组件中的至少一个的边缘，以提供间隙。在另一方法中，例如通过注入成型得到的板可以用作间隔件。可选择地，间隔件可以包括横向延伸超出第一光学分组件和第二光学分组件的不同层的边缘的薄片：这些薄片可以用于LCD装置的背光源中的附加安装支撑。
例如，通过在这些层中的一层中包含UV吸收材料或者能够抵抗UV光的影响的材料，可以使光控制单元设置成具有对紫外(UV)光的保护。具体来说，这些层中的一层或多层可以包含UV吸收材料，或者可以包含不同层的UV吸收材料。合适的UV吸收化合物是可市售得到的，包括例如可得自美国特拉华州Wilmington市的CytecTechnology公司的CyasorbTM UV-1164和可得自美国纽约州Tarrytown市的Ciba Specialty Chemicals公司的TinuvinTM 1577。漫射板也可以包括将UV光转换成可见光的增亮荧光粉。
光控制单元中的一层或多层也可以包含其它材料以提供对UV光的额外保护。这样一种材料的一个实例是受阻胺光稳定组合物(HALS)。一般来说，最有用的HALS是衍生自四甲基哌啶的那些和可被认为是叔胺聚合物的那些。合适的HALS组合物是可市售得到的，例如得自美国纽约州Tarrytown市的Ciba Specialty Chemicals公司的商品名为“Tinuvin”的产品。这样一种可用的HALS组合物是Tinuvin 622。在共同拥有的美国专利No.6,613,619中进一步描述了UV吸收材料和HALS，该专利以引用方式并入本文中。
光控制单元的其它示例性实施例可以包括另外的光控制层。例如，光控制单元可以在第一分组件或第二分组件或者这两个分组件之间的间隙中包括增亮层。图3A所示意性地示出的光控制单元300的一个示例性实施例包括第一分组件302，其中第一分组件302与第二分组件304之间间隔一定的间隙306。分组件302、304之间的间隔件308可以用来限定间隙306。在所示的实施例中，第一分组件302包括由基片310和漫射层312形成的漫射板。第一分组件302可以包含不同的层，例如，如图2A至图2D所示，并且可以包含其它层。
在这里所讨论的示例性实施例中，第二分组件304至少包括半刚性基片320，但是也可以含有其它的层。增亮层322附着在基片320上。合适的增亮层的实例包括可得自美国明尼苏达州St.Paul市的3M公司的VikuitiTM BEFII和BEFIII系列的棱形膜，例如BEFII 90/24、BEFII90/50、BEFIIIM 90/50、BEFIII-T、T-BEF、R-BEF、W-BEF和PC-BEF(在非双折射性聚合物上的棱形涂层)。
增亮层322可以直接附着在第二分组件304中的相邻层上，或者可以通过使用一个或多个粘合剂层附着在其相邻层上。
在一些示例性实施例中，希望至少一些光通过空气界面或具有增大的折射率差的界面进入增亮层322中。因此，低折射率材料层，例如含氟聚合物可以放置在增亮层322和位于该增亮层下的下一层(在这种情况下即基片320)之间。
在其它示例性实施例中，可以在增亮层322和位于该增亮层322下的层之间设置空气间隙，使得被漫射的光从空气进入增亮层322。设置空气间隙的一个方法是在增亮层322和相邻层的相对面的一个或二个上设置一结构。在所示的实施例中，增亮层322的下表面330构造有突起332，所述突起接触基片320上的粘合剂层334。由此在突起332之间形成空隙336，结果，在突起332之间的这些区域上，光从空气进入增亮层322。
可以使用其它方法形成空隙，由此提供空气界面，以使光进入增亮层。例如，增亮层322可以具有平坦的下表面330，其中粘合剂334构造有突起。在另一示例性实施例中，可以使增亮层的未结构化的表面、或者其附着在其上的表面、或者这两个表面粗糙，例如变成无光饰面，以在这两个表面之间提供气窝。其它方法在共同拥有的美国专利No.2003/0223216 A1中有所讨论，该专利以引用方式并入本文中。本文所讨论的光控制单元的任何实施例都可以适用于提供空气界面，以便光进入增亮层。
增亮层322可以定位在光控制单元300中的不同位置上。例如，增亮层322可以比基片320更靠近间隙306地设置在第二分组件304中，如图3B所示意性地示出的那样。在该实施例中，增亮层322接触间隔件308，并且限定与间隙306的边界。在这种结构中，可以使用粘合剂薄层将增亮层322的结构部件的顶点粘附到基片320上。在共同拥有的美国专利申请No.10/439,450中更全面地讨论将增亮层的表面附着到另一层上的方法，该专利申请以引用方式并入本文中。
在图3C所示意性地示出的另一示例性实施例中，各层的顺序与图3B中的顺序一样，但是可以减小增亮层322的横向宽度，以适合安装在间隔件308所限定的空间内。在这种结构中，间隔件308可以接触第二分组件304的不作为第二分组件304的最下层的层。在图3C所示的示例性实施例中，间隔件308接触基片320，而第二分组件304的最下层即增亮层322定位在由间隔件308形成的空间内。虽然间隙306较小，但是它仍可以存在于第一分组件302和第二分组件304之间。
因为从结构上来说第一分组件302通过间隔件连接第二分组件304，并且这两个分组件302、304以这样的方式在其边缘周围直接连接，即：给光控制单元300提供机械刚性，所以即使增亮层322接触第一分组件302，间隙也被认为是存在的。此外，增亮层的下表面、或第一分组件302的最上表面、或者二者可以设置为无光饰或抗浸湿面(anti-wet-out)，从而导致大量光通过空气从第一分组件302传播进入增亮层322。在这种情况下，不同分组件的各层可以在不同点上相互接触，并且在接触点之间存在空气间隙。这种间隙可以小到大约一微米。
在其它示例性实施例中，增亮层322可以包含在第一分组件302中，而不是包含在第二分组件304中。例如，如图3D所示意性地示出的那样，增亮层322可以是第一分组件302中的最上层，即最靠近间隙306。在所示的实施例中，增亮层322的横向宽度设定成适合安装在由间隔件308所限定的空间内。增亮层322可以直接附着在第一分组件中的下一层(在这种情况下，即漫射层312)上，或者可以通过粘合剂层(未示出)附着在漫射层312上。
另外，增亮层322可以独立地处于间隙306中，而不是附着在分组件302、304中的任何一个上。第一分组件302的最上表面可以设置为无光饰面或抗浸湿面，从而导致从第一分组件302朝上传播的光在进入增亮层322之前经过空气。
增亮层322可以设置在第一分组件302中的其它位置上。在一个示例性实施例中，增亮层322可以设置在第一分组件302的最上层和最下层之间，例如，在漫射层312和基片310之间，如图3E所示意性地示出的那样。
在其它示例性实施例中，可以有两个棱形增亮层，其中一层的棱形结构与另一层的棱形结构垂直地取向。这种结构称为交叉增亮层，从而控制两个维度上的视角。例如，一个增亮层影响LCD-TV或LCD监视器所发出的光的水平视角，而交叉的增亮层影响光的垂直视角。图3F示意性地示出这种结构的实例，其中，第二分组件304包括两个增亮层322和324。这两个增亮层322和324可以定位在第一分组件302或第二分组件304中。这两个增亮层322和324可以彼此相邻地定位，可以不必相邻，甚至可以定位在不同的分组件中。
现在参照图3G至图3I讨论形成分组件的其它方法，其中在增亮层的下表面和位于其下方的层之间具有空气层。
图3G示意性地示出分组件350的示例性实施例，分组件350具有基片352、基片352上的另一层354例如漫射层或反射偏振片、以及增亮层356。在增亮层356和下面的层354之间形成空气间隙358。空气间隙358可以通过在层354和增亮层356之间沿分组件350的边缘设置粘合剂层360来形成。可选择地，另一层362例如反射偏振片可以设置在增亮层356上，并且可以附着在增亮层356上。在该实施例的变型例中，可以用在其上侧具有增亮结构的反射偏振片替代增亮层356。
图3H示意性地示出分组件370的另一示例性实施例。在该实施例中，在增亮层356和下层372之间形成空气间隙358，其中下层372形成有边缘部分374，其中该边缘部分比层372的中心高。下层372可以是例如粘合剂层、漫射层或粘合剂漫射层。增亮层356附着在下层372的边缘部分374上。可以在间隙358中设置中间层376，例如，空白缓冲层(blank buffer layer)或反射偏振片。在该具体实施例中，下层372的边缘部分374高于中间层376。
在图3I所示意性地示出的分组件380的另一示例性实施例中，边缘部分374并不高于中间层376。因此，当增亮层356附着在边缘部分374上时，较高的中间层376使增亮层356朝外拱起，以在中间层376和增亮层356之间产生空气间隙358。
在光控制单元的一些其它示例性实施例中，反射偏振片可以包含在第一光控制单元或第二光控制单元中。图4A示意性地示出光控制单元400的一个示例性实施例，光控制单元400包括第一分组件402，其中第一分组件402与第二分组件404之间间隔一定的间隙406。分组件402、404之间的间隔件408可以用来限定间隙406。在所示的实施例中，第一分组件402包括由基片410和漫射层412形成的漫射板。第一分组件402可以包含附加层或别的层。
第二分组件404可以包括基片420，并且也可以包括其它层。反射偏振片422附着在基片420上。可以使用任何合适类型的反射偏振片，包括多层光学膜(MOF)反射偏振片、漫反射偏振片、线栅偏振片和胆甾型偏振片。胆甾型偏振片常常接合有四分之一波延迟膜，以将透过该胆甾型偏振片的圆偏振光转换成线性偏振光，这更适合与装置的其它元件例如吸收偏振片一起使用。合适的MOF反射偏振片的实例包括可得自美国明尼苏达州St.Paul市的3M公司的具有漫射表面的VikuitiTM DBEF-D200和DBEF-D440多层反射偏振片。合适的漫反射偏振片的实例包括VikuitiTM漫反射偏振膜(DRPF)。合适的线栅偏振片的实例包括可得自美国犹他州Orem市的Moxtek公司的ProfluxTM偏振片。
反射偏振片422可以直接附着在分组件中的相邻层上，或者可以通过一个或多个中介层例如粘合剂层附着在其上。例如，在图4A所示的示例性实施例中，反射偏振片422直接附着在基片420上。
可选择地，附加涂层424可以设置在反射偏振片422上。例如，涂层424可以是保护硬涂层。硬涂层可以设置在第一分组件或第二分组件的任何外表面上。
反射偏振片422可以定位在光控制单元400内的不同位置上。例如，反射偏振片422可以比基片420更靠近间隙406地设置在第二分组件404中，如图4B所示意性地示出的那样。事实上，反射偏振片422可以设置成第二分组件404的最上层，即最远离间隙406，设置成第二分组件404的最下层，即最靠近间隙406，或者可以设置在其间的任何位置上。在图4B所示的示例性实施例中，反射偏振片422接触间隔件408，并且限定与间隙406的边界。
在图4C所示意性地示出的另一示例性实施例中，这些层的顺序与图4B一样，但是反射偏振片422的横向宽度减小了，以适合安装在间隔件408所限定的空间内。在这种结构中，间隔件408可以接触第二分组件404的不作为第二分组件404的最下层的层。在图4C所示的示例性实施例中，间隔件408接触基片420，而第二分组件404的最下层，即反射偏振片422定位在间隔件408的各部件之间。虽然间隙406较小，但是它仍可以存在于第一分组件402和第二分组件404之间。
在另一示例性实施例中，反射偏振片422可以包含在第一分组件402中，而不包含在第二分组件404中。例如，如图4D所示意性地示出的那样，反射偏振片422可以是第一分组件402中的最上层，即最靠近间隙406。反射偏振片422可以直接附着在第一分组件402中的下面的下一层(在这种情况下，即漫射层412)上，或者可以通过粘合剂层(未示出)附着在该下一层上。
一般来说，优选的但不是限制性的是，在该实施例和其它实施例中，定位在反射偏振片和LCD面板之间的光学层是保偏振的。这样避免或降低对已被反射偏振片偏振的光的偏振产生的不利影响。
在图4E所示意性地示出的另一示例性实施例中，第一分组件402中的不同层的顺序与图4D所示的实施例中的顺序一样。但是，反射偏振片422的横向宽度设定成适合安装在间隔件408所限定的空间内。
反射偏振片422可以定位在第一分组件402中的其它位置上。在一个示例性实施例中，反射偏振片422可以定位在第一分组件402的最上层和最下层之间，例如，在漫射层412和基片410之间，如图4F所示意性地示出的那样。在另一示例性实施例中，反射偏振片422可以是第一分组件402中的最下层，即最远离间隙406。例如，反射偏振片422可以定位在漫射层412和基片410的下面，如图4G所示意性地示出的那样。
在其它示例性实施例中，第一分组件和第二分组件可以包含与迄今为止所描述的那些的数目和类型不同的光学层。例如，光控制单元可以包括增亮层和反射偏振片以及漫射板。图5A示意性地示出这种光控制单元500的一个示例性实施例。光控制单元500包括第一分组件502，其中第一分组件502与第二分组件504之间间隔一定的间隙506。分组件502、504之间的间隔件508可以用来限定间隙506。第一分组件502可以包含各种不同的层。在所示的实施例中，第一分组件502包括由基片510和漫射层512形成的漫射板，而第二分组件504包括基片520、反射偏振片522和增亮层524。
反射偏振片522和增亮层524可以层压在一起，或者附着在一起，或者可以定位在光控制单元500中的不同位置上。例如，反射偏振片522和增亮层524的组合可以定位在基片520下，使得间隙506形成与反射偏振片522的下表面的边界。包含反射偏振片522和增亮层524的组合也可以定位在第一分组件502中。
例如，在图5B所示意性地示出的光控制单元530的示例性实施例中，反射偏振片522和增亮层524的顺序可以与所示的顺序不同。在该示例性实施例中，第二分组件504包括在基片520和反射偏振片522之间的增亮层524。在形成这种结构的一个方法中，增亮层524的结构的顶点可以附着在反射偏振片522的下侧的粘合剂层上。在共同拥有的美国专利申请No.10/439,450中进一步讨论将增亮层附着在另一层上的此方法。
增亮层524及其附着在反射偏振片522上的结构化表面的组合可以布置在光控制单元530中的不同位置上。例如，增亮层524及其附着在反射偏振片522上的结构化表面的组合可以布置在基片520和间隙506之间，或者可以定位在第一分组件502中。在该示例性实施例的变型例中，增亮层524和反射偏振片522中的一个或两个的横向宽度可以减小，以适合安装在间隔件508所限定的空间内，使得基片520接触间隔件508。
在其它示例性实施例中，反射偏振片522和增亮层524不必一定彼此相邻，并且甚至不必一定彼此在同一分组件中。例如，在图5C所示意性地示出的光控制单元540的示例性实施例中，第二分组件504包括定位在增亮层524和反射偏振片522之间的基片520。在该结构的变型(未示出)中，增亮层524的横向宽度可以减小，以适合安装在间隔件508所限定的空间内，使得基片520接触间隔件508。
没有要求反射偏振片522和增亮层524二者都定位在第二分组件504中，并且，其中的一个或两个可以定位在第一分组件502中或者在间隙506中。例如，在图5D所示意性地示出的示例性实施例中，光控制单元550具有第一分组件502，其中第一分组件502包括在基片510和增亮层524之间的漫射层512。在所示的实施例中，增亮层524的横向宽度减小了，以适合安装在间隔件508所限定的空间内，结果是，漫射层接触间隔件508。但并不一定需要这样，增亮层524也可以延伸与漫射层512一样的宽度。
在图5E所示意性地示出的光控制单元560的另一示例性实施例中，第一分组件502包括在漫射层512和基片510之间的增亮层524。
在其它示例性实施例中，增亮层524可以定位在第二分组件504中，而反射偏振片522定位在第一分组件502中。例如，在图5F所示意性地示出的示例性光控制单元570中，第一分组件502包括定位在漫射层512和基片510之间的反射偏振片522，而第二分组件包括基片520和增亮层524。
一些荧光光源，本文称为平板式荧光灯(FFL)，提供沿两个维度延伸的发光表面。该表面通常是平坦的，或者限定平面，并且可以拥有附着的漫射层和其它光学层。这些类型的光源也被称为其它名称，例如，平面放电荧光灯和二维集成荧光灯(TIFL)。一些FFL是基于由汞放电以荧光形式转换UV输出，而其它FFL使用一些其它材料的放电。例如，可得自德国慕尼黑市Osram有限公司的Planon II灯是基于氙激发放电的二维荧光灯。发光表面是发射在灯内产生的光的基本上为平面的部件的表面。本发明的一些实施例使用该发光部件作为第一分组件的基片。
图6A示意性地示出光控制单元600的一个示例性实施例，光控制单元600包括第一分组件602和第二分组件604。在该示例性实施例中，FFL610形成第一分组件602的一部分，而漫射层612附着在FFL610的发光部件610a上。在所示的实施例中，第二分组件604包括基片620、反射偏振片622和增亮层624，并且通过间隔件608附着在第一分组件602上，以形成间隙606。
光控制单元的其它结构的是可行的，其中由FFL610提供下分组件的基片。例如，反射偏振片622和增亮层624可以定位在第二分组件604中的不同位置上，并且，其中的任何一个或两个可以包含在第一分组件602中。图6B示意性地示出光控制单元630的不同结构，其中，增亮层624定位在间隙606内，间隙606位于两个分组件602、604之间。增亮层624可以附着在第一分组件602上，或者可以独立地处于间隙606中。
FFL不必一定具有平坦的上表面。例如，在图6C所示意性地示出的光控制单元640的实施例中，FFL 642具有带肋的上表面644。漫射层612可以附着在这种表面644的肋上。例如，漫射层612可以通过粘合剂层646附着在上表面644上，如图所示。在其它示例性实施例中，漫射层612可以直接附着在上表面644上，例如，其中漫射层612本身就是粘合剂。
在一些实施例中，第二分组件的基片620可以包括LCD面板的下板(未示出)。
第一分组件和第二分组件可以包括在附图中没有具体地示出的其它层。例如，第一分组件可以包括两个漫射层。在这种情况下，这两个漫射层可以由基片分隔开，或者可以由别的层例如增亮层或反射偏振片分隔开。
本发明的范围应当包括其中分组件内的不同层的相对位置可以与附图中所示的那些不同的实施例。例如，在第一分组件中，漫射层可以比基片更靠近间隙，或者基片可以更靠近间隙。此外，包含在第一分组件中的其它层可以最靠近间隙定位，最远离间隙定位或者定位在其间的某一位置上。同样，在不同的实施例中，第二分组件中的不同层，例如基片、漫射层、增亮层或反射偏振片，可以分别最靠近间隙定位，最远离间隙定位或者定位在其间的某一位置上。
实例
制备根据本发明制造的许多光控制单元样品，并且将它们的性能与用于市售LCD-TV中的光控制的膜的结构进行比较。就单次通过的透射率和反射率以及亮度和均匀性测试这些光控制单元。
在专门设计的LCD-TV实验用试验台上进行亮度和均匀性的测量。图7A意性地示出的试验台设备使用两个功能部件：即，i)型号代码为LTN226WX/XAA的Model LTN226W的22英寸的三星LCD-TV，如图7中的元件702所示；以及ii)测角台704。测角台704允许TV 702从膜装载的水平位置(以虚线示出)移到用于测量的竖直位置(以实线示出)。提供这样的结构以方便装载和测试各种不同的光控制单元706。LCD-TV 702定位在离如元件708所示的辐射成像Prometric CCD相机大约15英尺(大约4.6m)的位置上，该相机是可得自美国华盛顿市DuVaII公司的型号为16111的产品。该相机设置有辐射成像滤光片72mm ND 2.0。使用Photo Research PR 650(Photo Research公司位于美国加利福尼亚州Chatsworth市，SSN：60964502)，校准Prometric相机亮度。为下面所报道的测量，LC面板和吸收偏振片已经从LCD-TV移走，并且各种光控制单元和LCD-TV的背光源一起使用。LCD-TV的背光源包括八个平行的CCFL管的结构。在一些情况中，可得自日本东京市Sanritz公司的型号为LLC2-5518SF的吸收偏振片定位在光控制单元上，以实现对实际的LCD-TV背光源的模拟。
对在与CCFL管长轴线垂直的一个方向上的数据求平均值，并且将用尼特单位记录亮度，同时就同一数据对整个光控制单元的亮度的标准差σ进行校正，以提供对均匀性的度量。
使用可得自德国Karlsruhe市的autronic-MELCHERS有限公司的ConoscopeTM光学测量系统，将所有对照样品和实施例的亮度表征为角度的函数。照明箱，称为增益立方用作所有测量的光源。增益立方包括高反射的腔，其中从
Figure C200580035379D0026095956QIETU
表面传播出的光照明这些样品。通过将得自Sanritz公司的型号为LLC25518SF的吸收偏振片放置在增益立方的顶面并且收集亮状态测量结果来进行基线测量。这用作比较，以计算所有样品的对比率。光控制单元样品放置在增益立方的顶面，并且吸收偏振片放置在光控制单元的顶面。实验室升降台用来在测量期间支撑光控制单元的两侧。这些测量用作计算轴向增益和积分增益的基础。轴向增益和积分增益以尼特为单位记录。在所有的情况中，分析三星(C1)和夏普(C2)对照样品，使用各种锥光偏振表征设备，这些板的增益在1.78-1.84的范围内。在若干时候，使用可得自法国HerouvilleSaint Clair的Eldim SA公司的EZContrast锥光偏振仪收集锥光偏振数据。数据收集和操作与上面就autronic-MELCHERS设备所述的相似。
光控制单元样品和对照样品中的每个的结构性质和光学性质总结于下面表I中，图8A示出亮度均匀性的值σ和总亮度的关系。图8B示出不同实例的轴向增益和积分增益的关系。
在表I中，每一行表示单个样品的数据，首先列出对照样品C1和C2。“基片”列列出所使用的基片的类型。在每个分组件中具有基片的光控制单元的情况中，这些基片由相同材料形成。“厚度”列表示基片的厚度，如果该结构属于双基片类型的话，“厚度”列表示这些基片的厚度。“D1”列列出附着在基片的与灯背对的一面上的漫射层的类型。在很多实例中，仅在远离灯的一面上使用漫射片。在光控制单元由第一分组件和第二分组件构成的情况中，第一分组件包含漫射层(一层或多层)。“顶面(Top)”列列出在光控制单元的第二分组件中所使用的附加层的不同类型。
“间隔件”列列出用于分离第一分组件和第二分组件的间隔件的材料的类型。“亮度(x)”列表示对透射通过光控制单元的光所测量的总亮度，以尼特为单位。“σ”列列出在整个光控制单元中所测量的亮度的标准差，也以尼特为单位。标记为“σ/x(σ/I)”的列列出均匀度与亮度的比值，并且表示在整个光控制单元上的亮度的相对均匀度，其中I是从所述光控制单元传播到LCD面板的照明光在整个LCD面板上的平均水平。“轴向”和“积分”列分别列出轴向增益和积分增益。轴向增益是在与所表征的照明表面垂直时所测量的亮度增量。积分增益是以照明表面的法线为中心在80°的接受角内测量的表面亮度的变化。使用Eldim仪器测量样品S26、S27和S33至S39-3的轴向增益。使用Autronic仪器测量其它样品中的轴向增益。
光控制单元中的不同层的相对位置总结于表II中，并且参照图7B所示意性地示出的光控制单元进行描述，该图7B示出第一分组件712和第二分组件714，其中第一分组件712和第二分组件714被间隔件(衬垫)分隔开，以形成间隙。位置1-3表示在第二分组件714中的位置。基片在第二分组件中的位置是位置2。位置1表示比基片更远离间隙的位置。位置3位于间隙和基片之间。位置5-7表示在第一分组件712中的位置。位置6是基片在第一分组件712中的位置。位置5位于间隙和第一分组件的基片之间。位置7在基片的最远离间隙的一面上。位置4位于间隙中。
Figure C200580035379D00281
Figure C200580035379D00291
Figure C200580035379D00301
Figure C200580035379D00311
对照样品C1
对照样品1(C1)是包含在22英寸的三星LCD-TV(型号：LTN226W)中的三星光控制单元。该光控制单元包含由含有CaCO3漫射颗粒的2mm厚的PMMA基片形成的漫射板。另外，该板具有与三星LCD-TV的CCFL灯泡对准的印刷图案。漫射板是通过棱形增亮层(3M VikuitiTM BEF-3T)和反射偏振片(3M VikuitiTM DBEFD-440)而实现的。C1被认为是代表高性能的LCD-TV光控制单元。
对照样品C2
对照样品2(C2)是这样一种光控制单元，该光控制单元是使用从型号为LC-30HV2U的30英寸的夏普LCD-TV中取出的漫射板、以及从C1中取出的棱形增亮层和反射偏振片形成的。漫射板由2mm厚的含有5μm玻璃球作为漫射颗粒的PMMA板形成。该漫射板不具有印刷图案。C2被认为是代表标准的LCD-TV光控制单元。
样品S2和S26—单基片、单漫射片
实例光控制单元S2和S26包括如在由代理机构No.60107US002与本申请同日提交的标题为“DIRECT-LIT LIQUID CRYSTALDISPLAYS WITH LAMINATED DIFFUSER PLATES”的共同未决的美国专利申请No.XX/XXX.XXX中的样品S2和S26所述的单基片漫射板，其中该专利以引用方式并入本文中。S2漫射板使用1mm厚LCD玻璃基片(康宁1737F)和可得自美国明尼苏达州St.Paul市3M公司的ScotchcalTM 3635-70漫射膜，而S26漫射板使用1mm厚浮法玻璃基片(得自美国加利福尼亚州洛杉矶市的Industrial Glass公司)和ScotchcalTM3635-70漫射膜。漫射膜设置有在整个样品的宽度上均匀的漫射特性。这些漫射板与在22英寸的三星LCD-TV中所带有的光控制膜(VikuitiTM BEF-3T、VikuitiTM DBEFD-440、PET层和漫射片)一起使用。表I显示了实例S2和S26的光学性能。S2和S26的亮度/均匀度分别是4226/65尼特和3769/54尼特。S2和S26的轴向增益/积分增益分别是1.76/1.02和1.53/0.90。
图7至图9示出S2和S26与其它样品相比较的光学性能。图9示出在整个屏幕上测量的亮度与位置的函数关系。一般来说，S2完全比得上C1和C2。此外，S2和S26的光学性能的比较显示：通常LCD玻璃具有比浮法玻璃更好的光学性质。实例S2用作下面所讨论的实例复合光控制单元的基准。
样品S8和S27—单基片、双漫射片
样品S8和S27分别与S2和S26一样，不同之处在于，在每种情况中，漫射板具有3635-70类型的漫射膜层，该漫射膜层设置在玻璃基片的任一面上。漫射膜设置有在整个样品宽度上均匀的漫射特性。S8和S27的亮度/均匀度分别是4060/64尼特和3578/54尼特。S8和S27的轴向增益/积分增益分别是1.70/0.99和1.48/0.86。图7至图9示出S8和S27与其它实例相比较的光学性能。S8和S27进一步地表明：LCD玻璃具有比浮法玻璃更好的光学性质。实例S8用作下面所讨论的实例复合光控制单元的另一基准。这样表明包含附加漫射片并不一定会得到更好的照度均匀性，但是会牺牲亮度。
样品28、29和30—具有双面漫射片的复合LMU
S28、S29和S30是在第一分组件中由双面漫射片形成的复合光控制单元(LMU)。在每一种情况中，第一分组件都是使用1mm厚的浮法玻璃基片(得自美国加利福尼亚州洛杉矶市的Industrial Glass公司)制成的，其中3635-70类型的漫射膜附着在基片的每一面上。漫射膜设置有在整个样品宽度上均匀的漫射特性。
在实例S28中，第二分组件与第一分组件一样通过使用光学透明的丙烯酸共聚物压敏粘合剂(PSA)将3MTMVikuitiTM增亮膜—反射偏振片(BEF-RP)90/24膜层压在1mm厚的浮法玻璃基片上而制成。BEF-RP膜包括具有棱形增亮结构的反射偏振膜，其中棱形增亮结构一体地设置在一面上。然后，在边缘上用可得自美国明尼苏达州St.Paul市3M公司的1cm宽的3MTM丙烯酸泡沫带(AFT)将第一分组件和第二分组件与BEF-RP的外面粘结在一起。接下来，将光控制单元在50℃的烘箱中退火6个小时。
图10A示意性地示出S28的结构。用被丙烯酸泡沫带间隔件1006分隔开第一分组件1002和第二分组件1004形成样品。第一分组件1002包括3635-70漫射片层1008，其中，该漫射片层附着在浮法玻璃基片1010的任一面上。第二分组件1004包括BEF-RP层1012，其中，该BEF-RP层通过粘合剂层1016附着在浮法玻璃基片1014上。
在实例S29中，第二分组件通过使用光学透明的丙烯酸共聚物PSA将可得自美国明尼苏达州St.Paul市3M公司的3MTMVikuitiTM反射式偏光增亮膜(DBEF-F)层压在1mm厚的浮法玻璃片上而制成。将可得自美国明尼苏达州St.Paul市3M公司的一片透明的3MTMVikuitiTM增亮膜III(BEF-3T)切割成一定的尺寸，并且将它放置在第一分组件和第二分组件之间的间隙中。BEF-3T膜没有层压在这些分组件中的任何一个上。然后，在边缘上用375μm厚的泡沫带将这些分组件粘结在一起。接下来，将实例S29在50℃的烘箱中退火6个小时。
图10B示意性地示出S29的结构。该样品由被丙烯酸泡沫带间隔件1026分隔开第一分组件1022和第二分组件1024形成。第一分组件1022包括3635-70漫射片层1028，其中，该漫射片层附着在浮法玻璃基片1030的任一面上。第二分组件1024包括DBEF-F层1032，其中，该DBEF-F层通过粘合剂层1036附着在浮法玻璃基片1034上。BEF-3T层1038设置在这两个分组件1022，1024之间。
实例S30以与S28相同的方式制成，不同之处在于，2mm厚的PMMA片(得自美国伊利诺斯州芝加哥市的McMaster-Carr公司，零件编号为8589K22)用于第一分组件和第二分组件中的基片。
S28、S29和S30的亮度/均匀度分别是4168/54尼特、3776/136尼特和4757/92尼特。S28、S29和S30的轴向增益和积分增益分别是1.72/0.93、1.78/1.09和1.86/1.02。实例S28和S30具有满足或超越C1和C2的光学性能。在表I和图7、图8及图11中显示光学性能特征。图11示出这三个样品以及C1和C2的在整个样品上的亮度值与位置的函数关系。
样品S31、S33、S34和S35—具有单面漫射片的复合光控制单元
使用与就S30中所述的方法一样的方法组装实例S31，不同之处在于，第一分组件仅包含单层的漫射片，并且这两个分组件在与AFT连接之前均在50℃下退火4个小时。最终组装成的LMU没有经过退火。
使用与上面就S31所述的技术一样的技术制备实例S33，不同之处在于，第一分组件和第二分组件中的基片都是1mm浮法玻璃(得自美国加利福尼亚州洛杉矶市的Industrial Glass公司)。
使用与就S31所述的技术一样的技术制备实例S34，不同之处在于，第一分组件和第二分组件中的基片都是0.8mm厚的PMMA(得自美国明尼苏达州Eden Prairie市的Plastics International公司，零件编号为ACRC-.31-S)，而不是2mm厚的PMMA。
使用与就S31所述的技术一样的技术制备实例S35，不同之处在于，这些基片都是1mm的PC片(得自美国明尼苏达州Eden Prairie市的Plastics International公司，零件编号为LEX#-.4-S)。
图12是示出实例S31、S33、S34和S35的结构的示意图。这些样品由由被丙烯酸泡沫带间隔件1206分隔开第一分组件1202和第二分组件1204形成。第一分组件1202包括3635-70漫射片层1208，其中，该漫射片层附着在基片1210上。第二分组件1204包括BEF-RP层1212，其中，该BEF-RP层通过粘合剂层1216附着在基片1214上。
样品S31、S33、S34和S35的亮度/均匀度分别是5207/54尼特、4456/70尼特、5346/76尼特和3887/59尼特。S31、S33、S34和S35的轴向增益/积分增益分别是2.08/1.12、1.84/0.96、2.19/1.17和1.63/0.85。实例S31、S33和S34具有满足或超越C1和C2的光学性能。在表I和图7、图8及图13中显示光学性能特征。
实例S32、S36和S38：在内部具有BEF且在第二分组件的底面 上具有偏振片的复合LMU
实例S32使用与上面就S29所述的方法相同的方法制成，不同之处在于，第一分组件中的基片仅在一面上具有漫射层，并且第二分组件在连接之间于50℃下退火4个小时。在第一分组件和第二分组件互相连接之后，光控制单元不经过退火。
实例S36与S32相同，不同之处在于，用于这两个分组件中的基片是2mm PMMA层(得自McMaster-Carr公司，零件编号为8589K22)。
实例S38与S32相同，不同之处在于，用于这两个分组件中的基片是1mm厚的PC片(得自Minnesota Plastics，零件编号为LEX#-.4-S)。
图14示出S32、S36和S38的结构的示意图。这些样品由被丙烯酸泡沫带间隔件1406分隔开的第一分组件1402和第二分组件1404形成。第一分组件1402包括3635-70漫射片层1408，其中，该漫射片层附着在基片1410上。第二分组件1404包括DBEF-F层1412，其中，该DBEF-F层通过粘合剂层1416附着在浮法玻璃基片1414上。BEF-3T层1418设置在这两个分组件1402、1404之间。
样品S32、S36和S38的亮度/均匀度分别是4686/57尼特、5216/67尼特和3692/69尼特。S32、S36和S38的轴向增益/积分增益分别是2.20/1.40、2.14/1.25和1.52/0.86。实例S32和S36具有满足或超越C1和C2的光学性能。在表I和图7、图8及图15中显示光学性能特征。
实例S39-2和S39-3：通过结构化的表面附着的BEF
使用与上面就S32所述的方法相同的方法制备实例S39-2，不同之处在于，用2μm厚的异辛基丙烯酸酯/丙烯酸/甲基丙烯酸酯系粘合剂通过增亮膜的结构化表面将增亮膜附着在反射偏振片层上，并且，增亮膜在整个AFT间隔件上横向延伸。反射偏振片和增亮层的这种结构称为BUD-2。第一分组件和第二分组件在互相连接之前于50℃下退火4个小时。组装后的光控制单元不用经过退火。
使用与S39-2相同的方法制备实例S39-3，不同之处在于，粘结增亮膜和反射偏振片的粘合剂层是3μm厚。反射偏振片和增亮层的这种结构称为BUD-3。
图16是示出实例S39-2和S39-3的结构的示意图。这些样品由被丙烯酸泡沫带间隔件1606分隔开的第一分组件1602和第二分组件1604形成。第一分组件1602包括3635-70漫射片层1608，其中，该漫射片层附着在基片1610上。第二分组件1604包括基片i612，其中，该基片层由粘合剂层1614附着在反射偏振片1616上。反射偏振片1616的下侧的粘合剂薄层1618附着在增亮层1620的棱柱的顶点上。
实例S39-2和S39-3的亮度/均匀度分别是4070/56尼特和4045/74尼特。实例S39-2和S39-3的轴向增益/积分增益分别是1.75/1.13和1.69/1.14。在表I中列出并在图7、图8及图17中示出这些样品的光学性能特征。
可以使用不同的方法制造本发明的光控制单元。现在参照图18至图21来讨论一个具体方法。在该方法中，如图18中所列出的方法中所示，这两个分组件在附着在一起的步骤1806之前分别在独立的步骤1802和1804中组装。
现在参照图19A和图19B讨论形成分组件的一个方法。在该方法中，很多挠性膜，例如漫射片、反射偏振片和/或增亮膜，首先层压在一起。这些膜可以直接层压在一起，或者可以使用一个或多个中间粘合剂层层压在一起。在所示的实施例中，第一膜1902和第二膜1904分别从辊1906和1908送出，接着在层压辊1910中层压在一起，如图19A所示意性地示出的那样。然后，叠层片1912可以缠绕在重绕辊1914上。叠层片1912可以是两个或多个膜的叠层体。
接下来，叠层片1912可以从重绕辊1914卷下来，如图19B所示意性地示出的那样，并且用第二层压辊1918层压到一系列的基片面板1916上。当叠层片1912从重绕辊1914卷下来时，可以使用切刃1920吻切叠层片1912，以形成适合层压在基片面板1916上的一定长度的叠层片，由此形成分组件。在另一方法中，可以使用切刃完全切断叠层片1912。
可选择地，当仅一片层压在基片上时，可以用图19B所示的方式将该片直接层压在基片上，而无需将不同层层压在一起的前一步骤。
现在参照图20A和图20B讨论制造分组件的另一方法。在该方法中，很多挠性膜，例如漫射膜、反射偏振片层和/或增亮膜，首先层压在一起。这些膜可以直接层压在一起，或者可以使用一个或多个中间粘合剂层层压在一起。在所示的实施例中，第一膜2052和第二膜2054分别从辊2056和2058送出，接着在层压辊2060中层压在一起，如图20A所示意性地示出的那样。然后，用切割工具2064将所得到的叠层片2062切割成所需长度的预制的层状片2066。可以将预制的层状片2066形成堆(叠层)2068。
然后，可以通过输送系统将堆2068中的各个层状片2066进给在相应的基片面板2070上。输送系统确保层状片2066与其相应的基片面板2070正确地对准。然后，例如使用层压辊2072，将层状片2066层压在基片面板2070上，以形成分组件。
现在参照图21描述根据本发明制造分组件的另一方法。将基片面板2102进给到层压台2104上，其中这些基片面板层压有很多膜。在所示的实施例中，基片面板2102层压有两层膜2106、2108，其中这两层膜可以分别从辊2106a、2108a移走。可选择地，基片面板2102可以具有在层压之前已除去的预掩模，例如，通过使用除去辊2110除去该预掩模。同样，膜2106、2108中的至少一个可以具有预掩模，该预掩模例如通过预掩模除去辊2112除去。
同时可以有一个或多个膜层压在面板2102上。层压在面板2102上的膜可以包括漫射层、反射偏振片和/或增亮层。例如，中间层2108可以是漫射层，例如丙烯酸泡沫带，而上层2106是反射偏振片或增亮层，或者反射偏振片和增亮层的预成形组合。
在叠层分组件经过层压台之后，可选择地，叠层组合可以进入转换步骤2114，例如，其中修整膜边缘，并且将校准凹口(alignmentnotche)切入到边缘。在转换步骤之后，这种分组件进入处理阶段2116，在处理阶段2116中，这种分组件被制备以组装到光控制单元中。
现在参照图22讨论用分组件组装光控制单元的一个方法。从隔离层辊2204上送出隔离层2202，并且通过第一对层压辊2208将该隔离层层压到第一分组件2206上。剥离辊2210将背衬2209从隔离层2202上剥下，保留第一分组件2206，该第一分组件具有层压在合适位置上的间隔件2212。然后，例如使用输送机构将第二分组件2214定位在间隔件2212的顶面，并且整个封装(package)经过第二层压辊2216，以形成光控制单元2218。
现在参照图23A和图23B讨论根据本发明制造分组件的另一方法。在该方法中，很多挠性膜，例如漫射片、反射偏振片和/或增亮膜在层压到基片之前首先层压在一起。这些膜可以直接层压在一起，或者可以使用一个或多个中间粘合剂层层压在一起。该方法可以用来制造例如图3G至图3I所示的分组件的实施例。
在图23A所示的方法中，第一膜2302例如漫射片和第二膜2304例如增亮膜分别从辊2306和2308送出，并且中间层2310作为一层放置在这两个膜2302和2304之间。这三层2302、2304和2310在层压辊2312中层压在一起，以形成叠层片2314。然后，用切刃2316将叠层片2314切成片，以形成一堆叠层片2318。接下来，例如，在与图20B所示的过程相似的过程中，可以将叠层片2318施加在相应的基片上。
在图23B所示的该过程的变型中，叠层片2314重新缠绕在辊2320上，而不是切割成分离的片。然后，例如，使用与图19B所示的方法相似的方法，将卷式的叠层片2314施加在基片上。
漫射片透射率与照度均匀性
针对在大约77％-92％范围内的漫射片的单次通过的透射率(T％)的值，研究照度均匀性。这是在整个漫射片上的平均的单次通过的透射率的值。当漫射片具有均匀的漫射特性时，任何一点上的透射率都等于空间上平均的透射率。当漫射片具有非均匀的漫射特性时，即如具有印刷图案的漫射片一样，任一点上的透射率并不一定与空间上平均的透射率相等。
制造具有单个1mm厚的LCD剥离基片的各种光控制单元样品，其中具有不同数目的漫射层，该漫射层为型号7725-314的ScotchcalTMElectroCutTM画面贴膜。样品S1具有单层的7725-314漫射片。样品S1a至样品S1d在基片的每一面上分别具有2层至5层的漫射片(总共4层至10层)。样品Sample S5在每一面上均具有单层的7725-314漫射片。样品S2在基片的一面上具有单层的ScotchcalTM 3635-70漫射膜。在由代理机构No.60107US002与本申请同日提交的标题为“DIRECT-LIT LIQUID CRYSTAL DISPLAYS WITH LAMINATEDDIFFUSER PLATES”的共同未决的美国专利申请No.XX/XXX.XXX中更详细地描述这些样品。这些样品的性能在下面表III中列出。
表III：对高透射性漫射片的均匀性的研究
 
样品 T％ x，尼特 σ，尼特 σ/x％
C1 56.8 4345 38 0.87
C2 70 4590 49 1.08
S1 92.3 4521 88 1.94
S5 86.8 4412 46 1.05
S2 62 4351 45 1.04
S1a 85.7 4282 44 1.02
S1b 83.1 4104 37 0.91
S1c 80.1 3934 37 0.95
S1d 77.2 3800 35 0.93
关于σ/x的这些结果作为单次通过的透射率T的函数也示于图24中。7725-314漫射层具有大约2％的吸收率，并且相对于S1的透射率，样品S1a-S1d的透射率减小了。然而，σ/x的值非常好，在大多数情况下小于1％，这表明，均匀的漫射层可以提供接近带图案的漫射片的均匀度值。
传统的知识认为，使用相对较高水平的漫射，这表示相对较低的单次通过的透射率，通常大约70％或更低，来实现增大照明均匀性。图24所示的结果显示，当漫射片与增亮层结合使用时，传统的这样认识是误导人的，并且，使用具有高于70％的单次通过的透射率的均匀漫射片，可以得到高的照明均匀性。事实上，在漫射片是均匀的情况下，相对的均匀度的最大值在大约75％-90％的范围内。一般认为，在高漫射透射性的同时可以存在高水平的均匀性，因为增亮层优选与被漫射片在某些角度漫射的光相互作用。因此，在漫射板中的单次通过的透射率的优选值可以大于75％、80％或85％，并且单次通过的透射率的范围可以在72％-95％的范围内，更优选在75％-90％的范围内。这些单次通过的透射率值与单次通过在光控制膜组中存在的所有漫射层的组合的透射率对应，其中这些光控制膜设置在光源(一个或多个)和LCD面板之间。
本发明不应该被认为只局限于上述的具体实例，而是应该这样理解，本发明涵盖所附权利要求书中适当陈述的本发明的所有方面。当与本发明有关的所属领域的技术人员查阅本说明书时，对他们来说，本发明的各种修改、等同处理以及本发明可以适用的多种结构将是显而易见的。例如，使用本文所述的光控制单元并不排除在背光源和光学分组件之间或者在光学分组件和LCD面板之间使用独立式光学膜。本权利要求书意在涵盖这些修改和装置。

Claims (9)

1.一种用于光源和液晶显示面板之间的光控制单元，包括：
第一光学分组件，其至少包括第一基片，所述第一光学分组件也包括一个或多个漫射元件；
第二光学分组件，其至少包括第二基片；以及
定位在所述第一光学分组件和所述第二光学分组件之间的间隔件，所述间隔件将所述第一光学分组件和所述第二光学分组件分隔开，以在所述第一光学分组件和所述第二光学分组件之间形成间隙，所述间隔件通过粘合剂将所述第一光学分组件和所述第二光学分组件保持在一起。
2.如权利要求1所述的单元，其中，所述第一光学分组件设置有在其整个宽度上均匀的漫射特性。
3.如权利要求1或2所述的单元，其中，所述一个或多个漫射元件包括所述第一基片，所述第一基片是体漫射板。
4.如权利要求1所述的单元，其中，反射偏振片和增亮层中的至少一个附着在所述第一光学分组件或所述第二光学分组件上，或者设置在所述第一光学分组件和所述第二光学分组件之间的所述间隙中。
5.如权利要求4所述的单元，其中，所述增亮层和所述反射偏振片中之一设置在所述第一光学分组件和所述第二光学分组件之间的所述间隙中。
6.如权利要求1所述的单元，其中，单次通过所述一个或多个漫射元件的光透射率在大约72％-95％的范围内。
7.如权利要求1所述的单元，其中，所述间隔件由粘附在所述第一光学分组件和所述第二光学分组件上的粘合剂泡沫带形成。
8.一种显示系统，包括：
背光源；
液晶显示(LCD)面板，其包括上板和下板以及设置在所述上板和所述下板之间的液晶层；以及
权利要求1至7中任一项所述的光控制单元，其设置在所述背光源和所述LCD面板之间。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述光控制单元和所述LCD面板之间的光的σ/I值小于1.5％，其中I是从所述光控制单元传播到所述LCD面板的照明光在整个所述LCD面板上的平均水平，σ是进入所述LCD面板中的照明光的水平的均方根偏差。
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