CN101251612A - 带有受张力作用的透明支持膜的光学元件和显示器 - Google Patents

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Abstract

一种光学元件，其包括具有至少一个内部光学膜和两个显示出高尺寸稳定性的外部透明膜的至少三个并置的膜的叠层，其中受控的张力沿至少一个方向施加到两个外部膜但不施加到至少一个内部膜。

Description

带有受张力作用的透明支持膜的光学元件和显示器
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年2月12日提交的第60/900895号美国临时申请的权益。
发明领域
本发明涉及带有受张力作用的透明支持膜的光学元件及其在光学显示器中的应用，尤其涉及可用于LCD监视器和LCD电视中的液晶显示器(LCD)。
发明背景
液晶显示器(LCD)是在诸如便携式计算机、手持计算器、数字手表和电视等装置中使用的光学显示器。一些LCD包括位于显示器侧面的光源，配有光导，其被配置成以将光源发出的光导向LCD面板背面。其他LCD，例如LCD监视器和LCD电视(LCD-TV)，用多个位于LCD面板后面的光源直接照明。这种配置随着较大显示器的发展而与日俱增，因为要达到显示亮度的特定级别，光功率需要按显示尺寸的平方增长。然而，对于沿显示器的侧面定位的光源，可获得的实际状态仅随显示尺寸线性增长。此外，一些LCD应用，如LCD-TV，与其它应用相比，需要显示器足够亮以从较远的距离可被观看，且LCD-TV的视角要求一般与LCD监视器和手持装置的不同。
一些LCD监视器和许多LCD-TV一般由多个冷阴极荧光灯(CCFL)从后面照明。这些光源是线性的，且延伸跨越显示的整个宽度，结果显示的背面被一系列的由较暗区域分隔的光带照明。这种照明轮廓是所不希望的，从而在LCD背面利用漫射板以平滑照明轮廓。
一些LCD监视器和许多LCD-TVs一般在灯的相对侧上邻近漫射板叠加光学管理膜配置。这些光学管理膜一般包括准直漫射板，棱柱形光引导膜(directing film)和反射偏光膜。处理这些个体光学管理膜以制造LCD显示器耗费很多的劳动量，因为每个膜都要被典型地提供保护性盖板，而这必须先除去盖板然后再将每个光学管理膜单独设置到LCD的背光单元中。并且，对每个膜的库存和跟踪计入LCD显示器制造的总成本。而且，由于这些光学管理膜被单独处理，在组装过程中存在毁坏膜的较大危险性。
目前，LCD-TV漫射板典型地使用带有多个分散相的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合基体，其具有包括玻璃，聚苯乙烯珠和CaCO3颗粒的多种分散相。这些板又厚又重，而显示器制造试图减薄结构因素和减少显示器的重量。在暴露于高湿和灯引起的高温后漫射板通常会变形或弯曲，这导致显示器中的视觉缺陷。此外，漫射板需要专用的挤压混合以使漫射颗粒在整个聚合基体中分布均匀，这进一步增加了成本。
较早公开，美国专利申请No.2006/0082699描述了一种通过层压自承基片和光学漫射膜的分离层以降低漫射板成本的方法。尽管该解决方法新颖，但需要用粘合剂将这些层压制起来，由于增加了光吸收材料而导致降低系统效率。并且，将层压制起来的附加处理成本是于已无利。并且，该较早公开没有解决漫射板的厚形成因素和重量大的问题。该解决办法也没有销对漫射板变形的问题。
另一个较早公开，美国专利申请No.2006/0171164描述了一种设置在LC面板和照明源之间的光学膜结构或元件。该光学元件使用了连接光学膜的膜固定部分，光学膜进一步连接到连接框架的膜张力控制组件。该公开描述了这种光学元件在通过保持膜上的张力来避免光学膜扭曲方面具有显著的进步。但是，这种方法的一个缺点是一些要用于光学管理配置或叠加的光学膜在收缩、热膨胀或塑性变形方面会具有差的尺寸稳定性。甚至在受张力作用时，尺寸稳定性差或低的薄膜可以稍微弯曲。并且，美国专利申请No.2006/0171164没有教导如何能够通过用具有等效光学特性的漫射膜来代替厚板漫射器，以去除厚板漫射器。
希望用具有更薄形状因素和重量更低的光学漫射膜代替漫射板。在保持高级别的光均匀度的同时，这种漫射膜必须具有尺寸稳定性以及高光学透射率。而且，希望这种漫射膜具有附加的绝热值以减小从光源到漫射器之上的LC层的热增益。空隙化(voiding)为实现漫射膜光学要求和绝缘要求的公知手段。
漫射膜也可以为其自身或选择地为典型地用于光管理配置中的其他光学膜提供结构支持。因为一些光学膜受热会显著收缩或明显膨胀或当持续受张力作用时在变形倾向方面拥有较差的长期尺寸稳定性，可能希望将这些光学膜夹置在两透明层之间，其中一个能够为漫射膜。这些膜受热会收缩很小，具有低的热膨胀系数，包括在张力作用下具有较好长期尺度稳定性(低变形趋势)的材质，如双向拉伸的PET。这种结构支持没有显著的收缩，热膨胀或变形的需要，这正是本发明的实质。
因此，本发明的目的是提供一种光学元件，其包括具有至少一个内部光学膜和两个显示出相对较高尺寸稳定性的外部透明膜的至少三个并置的膜的叠层，其中受控张力沿至少一个方向施加到两个外部膜但不施加到内部膜。
在优选实施方式中，光学元件以很低的成本提供了以前板状漫射器和光学膜配置或叠层的光学平滑功能。该光学元件独特之处在于，其提供了高水平的光学功能，在特定热和湿测试下甚至以低厚度就满足表面平坦需要。典型地，光学元件包括围绕至少三个并置膜的周长的支撑框，该至少三个并置膜通过受控张力施加到两个外部膜而被支持。本发明的另一实施方式包括受支撑框和张力作用膜束缚的其他光学管理膜。这些其他光学膜可以设置在两个外部受张力作用膜之间，并由其支撑。
发明概述
本发明提供了一种光学元件，其包括具有至少一个内部光学膜和两个显示出较高尺寸稳定性的外部透明膜的至少三个并置的膜的叠层，其中受控张力沿至少一个方向施加到两个外部膜但不施加到至少一个内部膜。
还包括一种光学元件，其包括至少三个并置的膜，其中，由于存在给膜施加受控张力的机构而维持所述外部膜至少一部分的尺寸稳定，其中一个外部膜是包含空隙(void)的漫射膜。进一步包括一种光学元件，其包括带有至少一个内部光学膜的至少三个并置的膜，其中，由于存在给膜施加受控张力的机构而维持所述外部膜至少一部分的尺寸稳定，其中，在所述光学元件的设计温度和湿度范围内，各机构所施加张力的最大改变量小于预期膜尺寸改变所需最大力的50％。
还提供一种显示器和均匀发光的方法。本发明的一个实施方式是一种包括在两个透明膜之间的聚合光学漫射膜的光学元件，两个透明膜具有高尺寸稳定性并经围绕这些膜周长的支撑框由受控张力支持。张力施加到外部膜，例如通过从围绕这些膜周长的各位置处的孔或狭缝突出和顺序连接到框的弹簧型机构。这些弹簧机构甚至在环境测试情况下也基本保持该膜上的张力。该光学元件有利于取代如今在背光LCD显示器中通常使用的漫射板的光学功能。
本发明的另一个实施方式是光学元件，其包括光学漫射膜和至少一个处于本发明内部膜的其他光学管理膜。该光学元件有利于取代如今在背光LCD显示器中通常使用的漫射板及光管理膜的光学功能。
本发明的另一个实施方式销对具有光源和LCD面板的液晶显示(LCD)单元，LCD面板包括上板，下板和设置在上、下板之间的液晶层。下板面对光源并包括吸收偏光器。光学元件包括光学管理膜配置，所述光学管理膜配置包括具有至少一个内部光学膜和两个显示出相对高尺寸稳定性的外部透明膜的至少三个并置的膜的叠层，其中受控的张力至少沿一个方向施加到两个外部透明膜但不施加到内部膜，该光学元件设置在光源和LCD面板之间，从而使光源通过该光学管理膜配置照明LCD面板。
光管理膜配置包括第一聚合光学漫射膜。所述光管理膜配置可选地包括其他光学层。其他光学层可以包括涂布了珠子的准直漫射膜、光引导膜和反射偏光器。
附图简述
可以根据下面结合附图的关于本发明各实施方式的详细描述而更加充分地理解本发明，其中：
图1示意性说明使用了漫射板的典型背光液晶显示器；
图2示意性说明一种光学元件，该光学元件包括支撑于两个显示出较高尺寸稳定性的外部透明膜之间的聚合光学漫射膜，其中根据本发明的原理受控的张力经张力调整带施加到两个外部透明膜而非内部膜。这种光学元件能够取代图1所示漫射板的功能；
图3示意性地说明一种光学元件，该光学元件包括插在两个显示出较高尺寸稳定性的外部透明膜之间的光学漫射膜，涂布了珠子的准直漫射膜和光引导膜，其中受控的张力经张力调整带施加到两个外部透明膜而非内部膜，使得该光学元件是包括用于LCD显示器的整体光管理膜配置的单一部件。
虽然本发明服从各种修改和改变形式，但其具体细节通过图中的示例显示并将详细描述。但是应当理解到，本发明不限于描述的特定实施方式。相反地，本发明涵盖由权利要求书限定的本发明的精神和范围内的全部修改，等价和改变。
发明详述
本发明可应于液晶显示器(LCD，或LC显示器)，尤其可应用于从后面直接照明的LCD，例如用于LCD监视器和LCD电视(LCD-TV)。
现今用于LCD-TV中的漫射板是基于形成为刚性片的聚合基体，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚碳酸酯(PC)或环烯烃()。该片包括漫射颗粒，如有机颗粒，无机颗粒或空隙(气泡)。这些板通常在暴露于用于照明显示器的光源的高温后变形或弯曲。制造这些板和将其组装入最终显示装置中的成本也比较高。
本发明销对直接照明的LCD装置，其具有位于LCD面板本身和光源间的光管理膜配置。该光管理膜配置包括至少一个聚合光学漫射膜，其具有特定的透射率和均匀化功能，并通过该膜中的孔或狭缝突出的张力作用机构由受控张力支持并连接到围绕该膜周围的框架上。可选的其他光学膜可以由该框或受张力作用的膜束缚，如涂布了珠子的准直漫射膜，光引导膜和反射偏光器。设计每个部件的透射率或浊度以提供一种直接照明LC显示器，其亮度在整个显示器上相对均匀。
本发明优选的聚合光学漫射膜制造简单，且在用于制造的材料和工艺方面提供较高的灵活性。在本发明中，结构和光学要求是分离的：张力机构提供结构特性，薄漫射膜提供光学特性。通过分离这些功能，可以显示出使用薄漫射片的成本优势，以降低总成本。通过漫射膜不包括基片，实现高级光学特性和低制造成本。由于在设计温度和湿度范围内受张力作用的膜保持高度均匀性，这也防止了厚板的弯曲。此外，当漫射器包含在膜中而不是基片中时，更易于更精确地控制漫射特性。通过使用空隙化的漫射膜，可以在任意给定的漫射器厚度提供最佳光学特性以及较高的绝缘性。
图1所示为直接照明LC显示器的示例性实施方式的放大示意图。该显示装置100可以用于，例如LCD监视器或LCD-TV。显示装置100是基于前面板组件130的使用，前面板组件130包括LC面板140，LC面板140典型地包括设置在两个平板134之间的LC层136。板134通常由玻璃形成并可以包括电极结构和在其内表面上用于控制LC层136中液晶的取向的取向层。通常设置电极结构以确定LC面板像素和其中液晶取向能够独立于邻近区域被控制的液晶层的区域。一个或多个所述板134也可以包括彩色滤色器，用于赋予显示的图像以色彩。
上吸收偏光器138设置在LC层136之上，下吸收偏光器132设置在LC层136之下。吸收偏光器138、132和LC面板140相结合控制光从背光110通过显示器100到达观看者的透射率。在一些LC显示器中，吸收偏光器138、132可以设置成其透射轴相互垂直。当LC层136的像素未激活时，不会改变其透射光的偏振。因此当吸收偏光器138、132相互垂直定位时，穿过下吸收偏光器132的光被上吸收偏光器138吸收。可另一方面，但当像素被激活时，透射光的偏振被旋转，使得至少透射穿过下吸收偏光器132的部分光也透射穿过上吸收偏光器138。选择激活LC层136的不同像素，例如通过控制器150，结果光在特定的希望位置透射到显示器外，从而形成观看者观看的图像。控制器可以包括，例如计算机或接受和显示电视图像的电视控制器。一个或多个可选层139可以设置在上吸收偏光器138之上，例如以对显示表面提供机械和/或环境保护。在一个示例性实施方式中，层139可以包括在吸收偏光器138上的硬罩。
可以理解到一些类型的LC显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面板可以在未激活状态旋转光的偏振。不管如何，这种显示器的基本结构与上面所述的相似。
背光110包括多个产生LC面板140照明光的光源114。用于LCD-TV或LCD监视器的光源114通常为横跨显示装置100延伸的线性冷阴极荧光管。但是也可以使用其他类型的光源，如白炽灯，弧光灯，发光二极管(LED)，平面荧光板或外部荧光灯。所列光源不是意图限制或穷举的，而仅是示例性的。
背光110也可以包括用于反射从光源114沿离开LC面板140的方向向下传播的光的反射器112。反射器112也可以用于如下面所述在显示装置110内循环光。反射器112可以是镜面反射器，也可以是漫射反射器。镜面反射器用作反射器112的一个示例是明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company，St.Paul，Minn)出产的Vikuiti
Figure S2008100881920D00071
增强型镜面反射(ESR)膜。适合的漫射反射器包括聚合物，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚碳酸酯(PC)，聚丙烯，聚苯乙烯等，其中设置漫射反射颗粒，如二氧化钛，硫酸钡，碳酸钙等。
光管理层配置120定位在背光110和前面板组件130之间。光管理层影响光从背光110传播，从而改善显示装置100的运行。例如，光管理层配置120可以包括漫射板122。漫射板122用于漫射从光源接收的光，结果提高入射到LC面板140上的照明光的均匀度。因此，这导致观看者观看图像的亮度更加均匀。
光管理层配置120也可以包括准直漫射膜124和反射偏光器128。典型地，光源114产生非偏振光，而下吸收偏光器132仅透射单一偏振态，因而光源114产生的大约一半光不能透射射到LC层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，从而光可以在反射偏光器128和反射器112之间反射循环。至少一些被反射偏光器128反射的光可以去偏，随后以透射穿过反射偏光器128和下吸收偏光器132到达LC层136的偏振态返回到反射偏光器128。以此方式，反射偏光器128可以用于增加由光源114发射而到达LC层136光的部分，从而使显示装置100产生的图像更亮。
可以使用任意适合的反射偏光器，如多层光学膜(MOF)反射偏光器；漫射反射偏光器膜(DRPE)，如连续/分散相偏光器，线栅反射偏光器或胆甾型反射偏光器。
光管理层配置120也可以包括光引导膜126。光引导膜包括将偏轴光改为沿靠近显示器轴的方向的表面结构。这增大了在轴上传播穿过LC层136的光量，于是增大了观看者观看图像的亮度。一个示例是棱柱形光引导膜，其具有多个通过折射和反射改变照明光方向的棱柱形脊。
与常规LCD-TV中使用的漫射板和叠层光学膜不同，本发明使用了包括聚合光学漫射膜的光管理层配置，该聚合光学漫射膜支撑在两个显示出较高尺寸稳定性的外部透明膜之间，其中对所述两个外部透明膜施加受控张力。典型地，通过对膜上的孔或狭缝中所突出的弹簧型机械的利用来提供受控张力。提供受控张力的可能手段是使用张力调整带作为突出穿过膜中孔或狭缝的弹簧型机构。也可以使用其他张力作用手段。
弹簧型机构进一步固定到围绕外部透明膜周围设置的框上。“弹簧型机构”在此定义为在运动范围内基本保持均匀张力的任何机构。运动范围必须是至少与在设计温度和湿度范围下膜尺寸的最大预期变化一样大的距离。基本保持在此定义为保持张力为至少初始力的至少50％。优选力保持在初始力的至少75％。术语膜在此定义为厚度小于500um的材料片。
图2示意性说明了本发明的光学元件的一个示例性实施方式。光学元件200包括位于两个透明膜234和235之间的聚合光学漫射膜214。透明在此定义为具有用ASTM D-1003-00测量的光透射率大于70％。典型的外部透明膜的厚度范围是50到400um之间。支撑框212围绕该膜周长设置。周长在此定义为沿膜全部窄边划出的虚线。典型地，对于LCD显示器，有4个形成矩形周长的直角边。如后面图所要说明的在聚合光学漫射膜之上，其他光学膜也可以加入光管理膜配置中。图2显示一种方式，其中光学漫射膜214由外部透明膜支持，外部透明膜本身由张力支持。张力调整带218突出穿过外部透明膜中的狭缝220和221。销216突出穿过张力调整带218中的孔或狭缝217。销216固定入框212中。许多这种张力调整带围绕外部透明膜的周长设置在多个位置处。或者可以使用两个张力调整带218，每个分别突出于外部透明膜235和234的狭缝220和221。这时，每个外部透明膜235和234被独立施加张力。
光学漫射膜214由受张力作用的外部透明膜支撑。受张力作用的外部透明膜234和235是自承的。自承在此定义为，在膜自身重量加上要用于光管理配置中的其他光学膜的附加重量下，保持膜的平坦均匀性。平坦均匀性在此定义为具有平面偏离原始位置的量小于漫射膜最长侧长度的1/180。
透明在此定义为具有用ASTM D-1003-00测量的光透射率大于70％。受张力作用的外部透明膜比较在收缩，热膨胀系数和弯曲方面具有高度的尺寸稳定性。优选从环境温度(23C)加热到85C时收缩性应小于1.5％。
用尺寸为宽约35mm，最小长约6英寸长的样品执行热收缩性测量。每条带被置于穿孔机中以获得6英寸规格的长度。实际规格长度用以6英寸镍铁合金棒校准的仪器测量来测量6英寸样品。该长度用数字千分尺记录到0.0001英寸。一旦确定初始长度，样品被置于加热炉中在预定温度加热需要的时间间隔(此时，设定条件是85C，24小时)。然后从加热炉中去除样品，并至于设定为23C和50％相对湿度的控制环境中，最少约2小时，但通常为24小时。用确定初始长度的相同设备再次测量最终的样品长度。用下面的等式以百分比记录收缩：
Figure S2008100881920D00091
注意，与收缩性相关的负号(-)表示变化的方向
受张力作用的透明膜的热膨胀系数(23℃时)优选但根据ASTM方法D-696测量时小于4.0E-5um/um/℃。
张力弯曲的柔量优选小于6×10-10 Pa-1，当23℃在恒定张力负载下20分钟后测量时。张力弯曲柔量在的应力下测量，从而膜表现为应变与施加的张力线性成比例。张力应变被定义为长度的净变化除以测量开始时的初始长度。张力弯曲柔量定义为张力应变除以施加的应力。膜样品在不同拉伸装置中测量，拉伸装置能够保持如小于50MPa的恒定负载，和能测量测量膜样本的长度到达1微米的准确度。
具有高尺寸稳定性的膜在此定义为符合如上所述的收缩性，热膨胀系数和弯曲的最小优选值(分别为1.5％，4.0E-5um/um/℃和6×10-10 Pa-1)。
具有低高尺寸稳定性的膜在此定义为不符合如上所述的收缩性，热膨胀系数和弯曲的最小优选值(分别为1.5％，4.0E-5um/um/℃和6×10-10 Pa-1)。
受张力作用的透明膜234和235的示例性实施方式包括由半结晶聚合物组成的膜。半结晶聚合基体优选为可以充分透过可见光的和拥有在温度加热到85C时测试后收缩性小于1.0％的尺寸稳定性。理想地，半结晶聚合物膜的张力弯曲柔量小于5×10-10 Pa-1。这些聚合物典型地也满足所述的热漫射系数的标准。满足全部标准的适合的聚合物是聚酯及其共聚物。理想的，这些聚合物是聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)；聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)聚酯及其任何共聚物。PET由于其价格低于PEN而尤其优选。
漫射膜214和一个或多个其他光管理层可以包括在位于背光和LCD面板之间的光管理配置中。受张力作用的外部透明膜234和235为支持光管理配置提供稳定结构。该受张力作用的膜不象常规漫射板系统那样易于弯曲。
聚合光学漫射膜214的示例性实施放方式包括包含空隙和空隙引发颗粒(void initiating particles)的半结晶聚合物基体。半结晶聚合物基体优选为可以充分透过可见光，能易于伸展空隙化，和拥有在温度加热到85℃时测试后收缩性小于1.0％的尺寸稳定性。满足全部标准的适合的聚合物是聚酯及其共聚物。理想的，这些聚合物是聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PFT)；聚萘二甲酸乙二醇酯(poly(ethylene naphthalate))(PEN)聚酯及其任何共聚物。PET由于其价格低于PEN而尤其优选。当光学漫射膜包括聚合物作为如上所述的时，光学漫射膜本身可以时一个受张力作用的外部(虽然是部分透明)透明膜。
虽然尺寸稳定膜对于光学漫射膜214是理想的，但是本发明能够使用广范围的聚合物膜，由于该膜典型地不保持自张力作用下，因而弯曲也不成为问题。
当使用当使用拉伸空隙化的光学漫射膜214时，空隙引发颗粒是不与基体聚合物兼容的任何类型的颗粒。这些颗粒可以是有机的或无机的。无机颗粒可以包括碳酸钙，硫酸钡，二氧化钛之一，或是可以融化混合入聚合物中的任何其他无机化合物。典型的有机空隙引发颗粒是与基体聚合物不融和的聚合物。优选为这些不融和聚合物的树脂小球，可以与基体聚合物的树脂小球简单干混，并一起挤压形成铸膜。无机颗粒需要预混或熔融化合，这增加了处理成本。优选的有机空隙引发颗粒是聚烯烃。最优选的是聚丙烯。
应加入空隙引发颗粒从而产生足够的漫射性以作为漫射器，但不会不透明到LCD显示器的光学照明显著降低。优选空隙引发颗粒的载量为整个膜的3-25wt％。最优选的载量为10-20wt％。
聚合光学漫射器214优选通过干混基体聚合物和不融和聚合物添加剂的工艺来制造。混合可以是通过混合精细划分的例如粉末化或颗粒化的基体聚合物和聚合物添加剂来实现，例如通过将其翻滚而充分混合在一起。然后得到的混合物供给膜成形挤压机。被挤压的混合的基体聚合物和不融和聚合物添加剂，例如还原成颗粒形状，被继续再次挤压成空隙化的聚合光学漫射器。于是能够将例如边角余料的零碎膜再次供给通过该工艺。或者，通过就在挤压之前融和基体聚合物和不融的聚合物添加剂的熔融流来实现混合。如果聚合物添加剂被添加入制造基体聚合物的聚合容器中，发现在拉伸时不显示出空隙化和相应的漫射性。认为这可能是由于在热处理过程中在添加剂和基体聚合物之间产生一些化学或物理形式的键合。
空隙化聚合光学漫射膜的挤压、淬火和拉伸可以通过任何本领域公知的制造取向膜的工艺实现，例如通过平膜工艺或气泡或管工艺。平膜工艺优选用于制造根据本发明的空隙化聚合光学漫射器，使挤压混合物通过狭缝模具，在冷却铸造筒上迅速淬火挤压的膜，使得膜的基体聚合物组分淬火成非晶态。然后通过沿相互垂直的方向，膜的基在高于基体聚合物的玻璃橡胶转变温度之上的温度拉伸而被双轴取向。通常，膜沿第一方向拉伸，然后沿第二方向拉伸，尽管如果需要膜可以同时在两个方向拉伸。在典型的工艺中，膜首先沿挤压方向在一组旋转辊上或两对压送辊间拉伸，然后通过拉幅机沿与其垂直的方向拉伸。膜可以在拉伸的每个方向拉伸到其初始尺寸的2.5到5.0倍。一旦拉伸，围绕空隙引发颗粒开始形成空隙。空隙引发颗粒的浓度越高，产生空隙体积的程度越高。最终拉伸的膜厚优选在25.0到250.0um的厚度范围内。最优选的厚度范围使50.0到150.0um之间。这明显比光学透射自承基片薄，且其总厚度可以保持在现在使用的板状漫射器的范围内。
在拉伸膜和形成空隙化聚合光学漫射膜后，通过加热到足以结晶基体聚合物同时保持空隙化聚合光学漫射器不沿两个拉伸方向收缩的温度来加热。该工艺使得膜满足在温度达85℃时测试小于1.0％的收缩性要求。随加热设定温度提高空隙化趋于破裂，破裂的程度随温度提高而增大。因此，镜面光透射率随加热设定温度的提高而增大。虽然达到约230℃的加热设定温度可以使用而不破坏空隙，但是150℃和200℃之间的温度通常导致较大的空隙化程度和更有效的漫射性，也导致加热测试后的低收缩性。
聚合光学漫射膜214也可以包括增白剂。典型地，增白剂添加的程度远低于空隙引发剂因而不会导致空隙化但可以增白，以达到一定程度的膜漫射性。增白剂典型地为是无机化合物，最优选的是TiO2。这些光学增白剂可以在树脂混合工艺中添加入膜，和可以合适比率经母料小球添加。合适的比例是将母料小球的浓度与其余的基体树脂和空隙引发树脂一起降低到优选在0.25和5.0wt％之间的浓度。
聚合光学漫射膜214也可以包括将UV光转化为可见光的荧光增白剂。这种荧光增白剂必须选自热稳定的和能经受住用于制造空隙化聚合光学漫射膜的挤压温度的增白剂。优选的荧光增白剂包括苯并噁唑基(benzoxazolyll)-芪化合物。最优选的光学增量剂包括2，2’-(1，2-亚乙基二-4，1-亚苯基)二苯并噁唑。这些荧光增白剂在树脂混合工艺中添加入膜中，和可以合适比率经母料小球添加。合适的比例是将母料小球的浓度与其余的基体树脂和空隙引发树脂一起降低到优选在0.01和0.1wt％之间的浓度。在最优选的实施中，添加荧光增白剂以获得0.02和0.05wt％之间的浓度。
聚合光学漫射膜214也可以包括抗静电涂层以防止尘土吸附。可以使用任何公知的抗静电涂层。
聚合光学漫射膜214也可以制造成多层或复合膜。这样做的好处是能够使用很薄的膜且仍满足光学的和热稳定性或收缩性要求。薄膜需要高载量的空隙引发剂，因而高空隙化以获得板漫射器的光学漫射特性。在这种高程度的空隙化，膜在高温时的尺寸很不稳定。通过用非空隙层邻设于空隙层的一侧或两侧来制造膜，可以改善高温时尺寸稳定性。这种多层膜可用与之前描述的相同的方式制备，除了第二挤压机用于熔化和吸取纯基体聚合物。如前所述，该线聚合物的挤压流与空隙化层加压流一起传输进入共挤压模具组件。然后以一层纯聚合物在空隙化层的一侧或两侧上制备出多层铸膜。然后用如前所述淬火和拉伸该铸膜。
光学漫射膜214可以设置成防止紫外(UV)光，例如通过包括UV吸收材料或在一层中的抗UV光影响的材料。适合的UV吸收化合物可以购买获得，包括例如特拉华州威明顿塞特科技公司(Cytec Technology Corporation，Wilmington，Del.)的Cyasorb
Figure S2008100881920D00121
UV-1164和纽约州特瑞镇希拔专业化学品公司(Ciba Specialty Chemicals，Tarrytown，N.Y.)的Tinuvin
Figure S2008100881920D00122
1577。
光学漫射膜214可以包括其他材料以减小UV光的不良作用。这种材料的一个示例是受阻胺光稳定成分(HALS)。通常，最有用的HALS是四甲基哌啶的派生物，和还可以考虑的是聚合叔胺。合适的HALS成分可以购买获得，例如以商品名“Tinuvin”获自纽约州特瑞镇希拔专业化学品公司。一种有用的HALS组分是Tinuvin 622。
图2所示的光学元件200可用于代替常规LCD显示器的漫射板。
图3示意性说明本发明的另一个示例性实施例。光学元件300是光管理膜配置，其包括聚合光学漫射膜314和围绕膜周围设置的支撑框312。所述框312可以是与膜一起提供给LCD制造商的分离机构，或是常规LCD背光现有的框架。在聚合光学漫射膜之上，其他光学膜也可以加入光管理模配置中。可以邻近聚合光学漫射膜314设置涂布了珠子的准直漫射膜333。相对于聚合漫射膜314，可在邻近涂布了珠子的准直漫射膜333设置光引导膜336。图3显示光学漫射膜314，涂布了珠子的准直漫射膜333和光引导膜336如何由受张力作用的外部透明膜334和335所支撑。以此方式，外部透明膜334和335本身都由张力支撑。张力调整带318分别突出穿过外部透明膜335和334的狭缝320和321。张力调整带可以包括任何弹性材料(也就是说，当去掉变形力时基本恢复到其初始形状的材料)。优选的材料是弹性体。优选的弹性体是那些当用于在85C设计温度下的LCD时在其使用寿命中保持特性。这种弹性体包括交联的聚亚安酯，硅橡胶，氯丁橡胶，乙烯-丙烯共聚物，乙烯-丙烯三元共聚物，偏二氟乙烯-氯-三氟代乙烯无规共聚物，偏二氟乙烯-氯-六氟代乙烯无规共聚物，高强度布纳N橡胶等等。这些弹性橡胶可以用无机纤维加强，如滑石，玻璃纤维，其他公知的弹性体的增强添加剂。在这些弹性体中使用稳定剂和环境保护剂是公知的，如抗氧化剂和UV稳定剂，并中进一步改善LCD整个寿命的性能。销316突出穿过在张力作用代的每个端部中的孔317。销316固定在位于膜的周围的框312。至少4个这样的张力调整带和销，如318和316分别围绕膜的周围设置。所述光学膜314，333和336被垂直于其表面的且将其夹于其中的两个受张力作用的外部透明膜所束缚。其他光学膜如果也设置在两个受张力作用的外部透明膜之间，也会被垂直于其表面的所述外部透明膜所束缚。图3光学元件300可以用于代替常规LCD显示的漫射板和可选光学膜。
在任一实施方式中，其中一个以上光学膜由受张力作用的外部透明膜受束缚(如图3所示)，典型的没有光学膜是相互粘合的。两个相互粘合的光学膜也许是有利的，但是从制造成本的角度看典型的是一个或多个光学膜不相互粘合。
虽然本发明服从各种修改和改变形式，其具体细节通过图中的示例显示并将详细描述。但是应当理解到，本发明不限于描述的特定实施方式。相反地，本发明涵盖由权利要求书限定的本发明的精神和范围内的全部修改，等价和改变。
本说明书参考的专利和其他申请的全部内容在此结合作为参考。
部件列表
100  直接照明LC显示装置
110  背光
112  反射器
114  光源
120  光管理层
122  漫射板
124  准直漫射膜
126  光引导膜
128  反射偏光器
130  前LC面板组件
132  下吸收偏光器
134  平板
136  LC层
138  上吸收偏光器
139  可选层
140  LC面板
150  控制器
200  光学元件
212  支撑框
214  聚合光学漫射板
216  销
217  狭缝或孔
218  张力调整带(弹簧)
220  狭缝
221  狭缝
234  受张力作用的透明膜
235  受张力作用的透明膜
300  光学元件
312  支撑框
314  聚合光学漫射膜
316  销
317  张力调整带中的孔
318  张力调整带
320  在外部透明膜中的狭缝或孔
321  在外部透明膜中的狭缝或孔
333  准直漫射膜
334  受张力作用的透明膜
335  受张力作用的透明膜
336  光引导膜

Claims (28)

1. 一种光学元件，其包括具有至少一个内部光学膜和两个显示出高尺寸稳定性的外部透明膜的至少三个并置的膜的叠层，其中受控的张力沿至少一个方向施加到两个外部膜但不施加到至少一个内部膜。
2. 如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，至少一个内部膜具有低尺寸稳定性。
3. 如权利要求1所述的光学元件，其包括光学漫射膜。
4. 如权利要求3所述的光学元件，其特征在于，所述光学漫射膜包含空隙。
5. 如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述张力通过位于围绕两个外部透明膜周围多个位置的机构施加。
6. 如权利要求5所述的光学元件，其特征在于，所述张力沿垂直于最接近施加位置的膜边缘的方向施加。
7. 如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述张力调整机构包括突出穿过两个外部透明膜中孔或狭缝的伸长结构，并具有至少一个垂直于张力方向的表面。
8. 如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，在所述光学元件的设计温度和湿度范围内，就预期的膜尺寸改变，可基本维持各机构施加的张力。
9. 如权利要求8所述的光学元件，其特征在于，在所述光学元件的设计温度和湿度范围内，就预期的膜尺寸改变，各机构所施加张力的最大改变量小于所需最大力的50％。
10. 如权利要求8所述的光学元件，其特征在于，在所述光学元件的设计温度和湿度范围内，就预期的膜尺寸改变，所施加张力的最大改变量小于所需最大力的25％。
11. 如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述机构是弹簧机构。
12. 如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述机构包括围绕三个并置膜周围的支撑框。
13. 如权利要求12所述的光学元件，其特征在于，至少一个弹簧型机构将两个外部透明膜连接到所述框。
14. 如权利要求1所述的光学元件，其包括光学漫射膜和光引导膜。
15. 如权利要求14所述的光学元件，还包括涂布了珠子的准直漫射器。
16. 如权利要求15所述的光学元件，还包括反射型偏光膜。
17. 一种显示器，其包括光源和光学元件，所述光学元件包括具有至少一个内部光学膜和两个显示出高尺寸稳定性的外部透明膜的至少三个并置的膜的叠层，其中受控的张力沿至少一个方向施加到两外部膜但不施加到至少一个内部膜。
18. 如权利要求17所示的显示器，其特征在于，所述光学元件包括光学漫射膜。
19. 一种控制光学膜的平面均匀性的方法，所述方法包括将光学膜设置在两个外部透明膜之间并对所述外部透明膜的至少一部分施加受控的张力。
20. 一种光学元件，其包括两个外部透明膜，其中，由于存在给膜施加受控张力的机构而维持所述外部透明膜至少一部分的尺寸，其中，在所述光学元件的设计温度和湿度范围内，各机构所施加张力的最大改变量小于预期膜尺寸改变所需最大力的50％。
21. 如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述张力调整机构包括突出穿过外部透明膜中的孔或狭缝的张力调整带。
22. 如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，通过作为背光单元一部分的框架施加张力。
23. 如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，至少1个内部光学膜在两个外部透明膜的束缚下垂直于膜表面，由于存在施加受控张力的机构而维持所述外部透明膜的尺寸稳定。
24. 如权利要求21所述的光学元件，其特征在于，所述带包括弹性材料。
25. 如权利要求24所述的光学元件，其特征在于，所述带包括弹性体。
26. 如权利要求25所述的光学元件，其特征在于，所述弹性体包括聚氨酯、硅橡胶、氯丁橡胶、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯三元共聚物、偏二氟乙烯-氯-三氟代乙烯无规共聚物、偏二氟乙烯-氯-六氟代乙烯无规共聚物和高强度布纳N橡胶。
27. 如权利要求26所述的光学元件，其特征在于，所述弹性体进一步包括稳定剂或环境保护剂。
28. 如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述外部透明膜的厚度在50到400um之间。
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