CN102099731A - 悬挂式光学膜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种悬挂式光学膜组件，其包括框架、光学膜和弹性体膜。所述弹性体膜包括第一附接区域、第二附接区域以及位于第一附接区域和第二附接区域之间的自由区域。第一附接区域附连到框架上；第二附接区域附连到光学膜上，使得所述自由区域处于张紧状态并将光学膜支承在框架内。在影响框架、光学膜和弹性体膜的尺寸改变的环境变化过程中，弹性体膜自由区域中的张力可帮助保持光学膜的平坦度并减少变形。

Description

悬挂式光学膜
背景技术
背光式显示器将成像平面布置在用于照明图像的背光源的前方。所述图像可以是固定的或者是可变化的。液晶显示器(LCD)和图形印刷透明图像常常使用背光源来照明成像平面。示例性背光源亮度均匀、发光度高、重量轻、制造成本低并且薄。随着发光二极管(LED)或其它点光源的使用增加、显示器的尺寸增大以及更薄更纤细的设计的市场驱动，这些品质变得更加富有挑战性。除了背光源的这些特征之外，通常将光学膜部件置于成像平面的前方，以控制图像的分布、图像品质和减少显示器或显示内容中的视觉缺陷。大屏幕TV需要大面积的膜部件，其必须能够经受制备、装运和使用。
背光源和显示器中的光学膜叠堆通常通过更厚的光学材料片材的层合夹层来支撑。在这种层合物中，光学膜和附加光学片材直接附接到彼此或彼此紧密缔合，以防止各个膜和片材偏移、褶皱或弯曲。这种方法会限制薄膜的使用，这是由于薄膜具有柔性并且容易弯曲或变形。将光学元件组装到显示器中的基于更厚片材的方法会产生效率方面的显著寄生光学损失，同时增加重量和厚度。对于基于较厚片材的显示器设计，吸收、散射和寄生全内反射(TIR)光损失会是显著的。此外，当利用传统方法组装膜叠堆时增加的交界面导致在显示器制造工艺中可能产生新的缺陷。组装光学膜的另一方法是用支撑线材或销来支撑膜。另一方法是利用分立锚定点来悬挂膜以将膜保持张紧。这些方法的每一种都具有显著缺陷。
发明内容
在一个方面，公开了悬挂式光学膜组件，其包括框架和光学膜，并且弹性体膜附连至框架和光学膜二者，使得弹性体膜中的张力使所述光学膜悬挂。在一个实施例中，弹性体膜包括靠近第一边缘的第一附接区域和靠近第二边缘的第二附接区域以及位于第一和第二附接区域之间的自由区域。第一附接区域附连至框架，第二附接区域靠近光学膜的周边进行附连，自由区域处于张紧状态。在一个实施例中，第一附接区域和第二附接区域中的至少一个利用粘合剂进行附连。在另一个实施例中，第一附接区域和第二附接区域中的至少一个以机械方式进行附连。在另一个实施例中，第一和第二附接区域中的至少一个分别在第一或第二边缘上的附连的部分超过该第一或第二边缘的长度的20％。在另一个实施例中，第一和第二附接区域中的至少一个分别在第一或第二边缘上的附连的部分超过该第一或第二边缘的长度的90％。在另一个实施例中，公开了包括所述悬挂式光学膜组件的液晶显示器、图形显示器、灯和腔。
在一个方面，公开了制备悬挂式光学膜组件的方法，其包括以下步骤：提供框架；提供光学膜；提供弹性体膜，其具有第一附接区域、第二附接区域以及位于第一附接区域和第二附接区域之间的自由区域；将第一附接区域附连到框架上；将张力施加到自由区域上；以及将第二附接区域附连到光学膜上。在一个实施例中，附连第二附接区域的步骤发生在施加张力的步骤和附连第一附接区域的步骤之前。在一个实施例中，施加张力的步骤发生在所述的两个附连步骤之后。在另一个实施例中，施加张力的步骤包括使所述光学膜和弹性体膜中的至少一个收缩。在另一个实施例中，施加张力的步骤包括使框架和框架部件中的至少一个扩张。在另一个实施例中，施加张力的步骤包括在所述的两个附连步骤之间拉伸弹性体膜。在另一个实施例中，附连第一附接区域和附连第二附接区域的步骤中的至少一个包括用粘合剂进行附连。
本专利申请的这些方面和其他方面通过下文的具体描述将显而易见。然而，任何情况下都不应将上述发明内容理解为是对要求保护的主题的限制，该主题仅受所附权利要求的限定，并且在审查期间可以进行修改。
附图说明
整个说明书都参考了附图，其中类似的附图标记表示类似的元件，并且其中：
图1a是悬挂式光学膜组件的透视图；
图1b是根据一个实施例的图1a的横截面图；
图1c是根据另一实施例的图1a的横截面图；
图2a是悬挂式光学膜组件的透视图；
图2b是根据一个实施例的图2a的横截面图；
图3a是悬挂式光学膜组件的透视图；
图3b是根据一个实施例的图3a的横截面图；
图3c是根据另一实施例的图3a的横截面图；
图4a-b是悬挂式光学膜组件的横截面图；
图4c-d是用于将承受张力的膜附接至框架的花键的俯视图和横截面图；
图5a-h是若干张紧框架设计的示意图；和
图6是中空背光源组件的横截面图。
附图未必按比例绘制。在附图中使用的类似标号表示类似的部件。然而，应当理解，在给定附图中使用标号指示部件并非意图限制另一个附图中用相同标号标记的部件。
具体实施方式
本发明提供了一种悬挂式光学膜组件和分布式悬挂方法，其使得即使在显示区域很大的情况下，背光源和显示器也能够使用薄型光学膜。通过围绕光学膜的边缘分布的弹性体元件中的张力来悬挂光学膜，导致光学膜更平坦并且更少变形。由于弹性体元件内存在未附接到其它部件的“自由区域”，因此例如在热膨胀系数(CTE)不匹配的多个部件的热循环过程中光学膜变形的趋势减小。
在一个方面，合适的弹性体元件可由能够提供用于悬挂光学膜的足够张力的任何弹性体加工而成。在一个实施例中，一些弹性体材料的实例包括天然橡胶、硅橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯、茂金属聚乙烯、Kraton聚合物或其它已知的弹性体材料。弹性体材料可形成为膜、带材、片材、板等等。弹性体元件在这里一般指弹性体膜，但是应当理解，其旨在包括膜、带材、片材、板等等。具有与光学膜的厚度相似的厚度尺寸的弹性体膜可作为优选的弹性体膜。在一个实施例中，弹性体膜对光学膜的边缘提供均匀的张力。在另一个实施例中，弹性体膜对光学膜的边缘提供不均匀的张力；但是均匀的张力通常是优选的。
利用本文描述的方法可将成像平面悬挂于整个观看区域上。可悬挂图形膜、柔性图像平面或者甚至玻璃成像平面以使得大面积成像平面薄且重量轻。对于通常需要在显示装置内被硬化的薄的柔性显示器(例如，柔性LCD或有机发光二极管显示器(OLED))来说，悬挂式成像平面会是特别有用的。对于那些非固有柔性的刚性显示器技术(例如，传统的基于玻璃的LCD)来说，悬挂式成像平面也会是有用的。当悬挂时，这种LCD可被制得较薄，而非制得较厚以便在较大显示器中能够自支撑。此外，设置在成像平面后方的光学膜可用于管理偏振和其它光学性质。
悬挂式光学膜组件、悬挂光学膜的方法以及采用该悬挂式光学膜组件的显示器克服了基于较厚片材的方法的缺陷。从本文描述的制品和方法能够获得更薄、更轻、光学效率更高和性价比更高的显示器。
在一个方面，悬挂式光学膜组件包括至少一个光学膜、至少一个弹性元件和支撑框架。弹性元件可为弹性体膜、片材、带材等等。在一个实施例中，背光源包括悬挂式光学膜组件和光源，光源被设置用于发射透过悬挂式光学膜组件的光。在一个实施例中，可例如通过风扇将冷却空气供应到悬挂式光学膜组件，其中冷却空气垂直于所述膜或相对于所述膜成一角度流动。在一个实施例中，冷却空气可在两个片材或膜之间流动，例如在中空背光源中。
在一个实施例中，光学膜通过弹性元件所提供的张力而被悬挂于框架上，其中弹性元件是锚定于光学膜和框架上的有弹性的或弹性体带材。在一个实施例中，悬挂式光学膜组件用在发光装置中，例如用于工作照明。在一个实施例中，悬挂式光学膜组件用在LCD显示器中。在一个实施例中，悬挂式光学膜组件用于在显示器前方悬挂光学膜。在一个实施例中，悬挂式光学膜组件用于在显示器后方悬挂光学膜。
在一个方面，弹性体膜可为弹性体带材。在一个实施例中，弹性体带材可具有涂布于其上的粘合剂图案，使得带材的一部分自由地拉伸或收缩，而不会粘到框架或膜上。在一个实施例中，弹性体带材可为透明的或有色的。带材可隐藏于显示器中而无法被看见，或者带材可以是可见的。在一个方面，弹性体膜可通过粘合剂固定到框架上。合适的粘合剂包括压敏粘合剂、热熔粘合剂、热固化性粘合剂、辐射固化性粘合剂和本领域公知的其它粘合剂。在一个实施例中，弹性体膜可围绕所述框架包裹。在一个实施例中，所述框架可被设计为对弹性体膜提供张力。在一个实施例中，所述框架可用于机械地附连弹性体膜，如在别处所描述的。
在一个实施例中，悬挂式光学膜组件还可包括减振系统，用于减小或消除在运动过程中由于弹性体膜/光学膜悬挂物的机械性能而可能发生的摆动。在一些实施例中，减振系统可包括与弹性体膜和/或光学膜相邻设置的至少一个立柱，使得在这种摆动过程中运动受到限制。在一些实施例中，所述至少一个立柱可附接到弹性体膜、光学膜或其二者。
图1a显示了根据本发明的一个方面的悬挂式光学膜组件100的透视图。在图1a中，框架110包括第一表面130和第二表面131，第一表面包括顶部120和从顶部120延伸的可选的侧部190。框架110可为不具有可选的侧部190的平坦框架，或其可为包括侧部190的盒状框架。侧部190(当有时)通常从顶部120延伸，但是在一些情况下，侧部190的一部分可缺失。顶部120具有顶部边缘132，并且通常可具有任意宽度，但是通常延伸至足以提供附接表面的宽度，这将在别处进行描述。
框架110可以由若干类型的材料中的一种或多种构成，具体取决于构造的相对难易程度、材料成本和尺寸/重量因素。所述框架可提供围绕腔的三维结构(在别处进行描述)，并且可提供场所以将背光源和与显示器相关的其它部件按照所需次序设置在腔内。所述框架还可为背光源本身的部件。
框架材料可以由金属构成，例如铝、钛、镁、钢、金属合金等。框架材料还可由非金属透明的、不透明的或透反射的材料制成，例如：塑料、包括碳纤维和/或玻璃纤维复合材料在内的复合材料、玻璃等等。框架可以是与外壳分离的结构，或者其也可以成形为外壳的一体部分。
在一些实施例中，合适的框架材料优选地具有高弹性模量，例如大于约105N/mm2同时又便于成形为三维结构。这类材料的例子包括金属片材，包括冷轧金属，例如铝、钢、不锈钢、锡和薄片形式的其他金属。金属片材可以通过常用金属成形技术(例如通过冲压)方便地成形或形成。可任选地，框架可以由铸造金属形成，包括压铸铝或铝合金。所使用的框架材料的厚度可小于1mm厚，例如0.2mm厚，或者如果需要的话可以更厚一些。
返回图1a，弹性体膜160与框架110的顶部120叠置，并且可为悬挂式光学膜140提供支撑。弹性体膜160可为具有所需性质的任何弹性体膜，如在别处所描述的。弹性体膜160包括第一边缘170，所述第一边缘围绕膜的外周延伸并靠近框架110的第一表面130。在一个实施例中，弹性体膜160与框架110的顶部120叠置。在一个实施例中，弹性体膜160还包括第二边缘180，所述第二边缘围绕膜的内周延伸并与光学膜140叠置。弹性体膜160可为一片膜，其中心被切出开口以容纳光学膜140，或者弹性体膜160可包括总体上围绕光学膜140的若干片不同的弹性体。光学膜140包括靠近弹性体膜160的第一边缘170设置的周边150。
在一个实施例中，弹性体膜160可沿着靠近光学膜周边150的第二边缘180的一部分长度附连至光学膜140，所述一部分长度例如为第二边缘180的长度的10％以上、20％以上、30％以上、40％以上、50％以上、60％以上、70％以上、80％以上或90％以上。在一个实施例中，弹性体膜在第二边缘180的整个长度上附接。在一个实施例中，弹性体膜160可沿着靠近框架顶部边缘132的第一边缘170的一部分长度附连至框架110，所述一部分长度例如为第一边缘170的长度的10％以上、20％以上、30％以上、40％以上、50％以上、60％以上、70％以上、80％以上或90％以上。在一个实施例中，弹性体膜在第一边缘170的整个长度上附接。
现在将更详细地描述光学膜140。光学膜可为热塑性膜、热固性膜或复合材料光学膜，所述复合材料光学膜具有在聚合物基质中嵌入有纤维的层。光学膜可具有附接到第一层光学膜的附加层。复合材料膜可具有诸如无机纤维、有机纤维或无机和有机纤维的组合之类的纤维。合适的膜在提交于2007年1月23日的美国专利申请No.11/278346中有所描述，其他合适的膜也为本领域所已知。在一个实施例中，相比非复合材料光学膜，复合材料光学膜可能具有诸如热膨胀系数(CTE)更好和蠕变更低之类的优点。在另一个实施例中，非复合材料光学膜可能是优选的，包括诸如多层光学膜(MOF)、微结构化膜和其它膜之类的薄膜，这在别处进行描述。附加层(如有)可以与第一层相同或不同。
光学膜和附加层(如有)可为：结构化(或微结构化)表面膜，例如提供亮度增强的增亮膜(BEF)或包括反射型偏振器(包括干涉型)的其它膜，例如多层光学膜、混合型偏振器(blend polarizer)、线栅偏振器；其它结构化表面，包括转向膜、逆反射立体角膜；扩散片，例如表面扩散片、增益扩散片结构化表面或结构化体扩散片；减反射层、硬涂布层、防污硬涂布层、百叶式膜、吸收式偏振器、部分反射器、不对称反射器、波长选择滤光器、具有局部光学或物理透光区域的膜(包括穿孔反射镜)；补偿膜、双折射或各向同性单层或共混物以及珠涂层、菲涅耳膜、小透镜膜和双面微结构化膜。例如，美国专利No.6,459,514(Jonza)和6,827,886(Neavin等人)中进一步详细讨论了一系列附加涂层或层。第二层还可以为附加复合材料光学膜。可任选地，第一层也可以具有上述任何表面结构。
光学膜可以任选地层合到光导装置上或成为其一体部分。例如，光可以沿着在一个或两个表面上具有提取结构(包括槽、脊或打印点)的膜的边缘射入光学膜或光学膜/光导装置组合物中。提取结构允许光从膜的一个或两个表面离开膜内部。与光导装置相对应的提取结构可见于(例如)美国专利申请No.11/278336。
在另一个实施例中，可以将荧光粉粒子掺入到光学膜内或掺入到涂布在光学膜表面上的一个或多个附加层内。在该实施例中，加载荧光粉的光学膜可用来向下转换来自UV或蓝光LED的光，如例如美国专利公布No.20040145913(Ouderkirk等人)中所示。加载荧光粉的膜还可以与一个或多个波长选择性膜配合使用，以提高光利用效率。波长选择性膜的例子在(例如)美国专利No.6010751(Shaw等人)、No.6172810(Fleming等人)和No.6531230(Weber等人)中有所描述。
光学膜可以为聚合物的膜、片材或板。在一些实施例中，光学膜可为具有高弹性模量(例如，大于约104N/mm2)的刚性材料。提高光学膜的硬度的一种方法是通过将加强纤维包含在膜内来增大弹性模量。用于本发明的“复合材料光学膜”指在聚合物基质中掺入纤维的光学膜，其中所述纤维或粒子可为有机纤维或无机纤维。除纤维外，复合材料光学膜可任选地包含有机或无机粒子。某些示例性纤维的折射率与膜周围的材料匹配，使得很少或没有散射光透过膜。虽然在许多应用中较薄(例如小于约0.2mm)的复合材料光学膜可能是理想的，但对厚度没有具体限制。在一些实施例中，可能理想的是将复合材料的优点与较大的厚度结合，例如形成LCD-TV中使用的厚度可为0.2-10mm的厚板。本发明所用术语“光学膜”也可以包括较厚的光学板或光导装置。
强化光学膜的一个实施例包括在聚合物基质内设置有机纤维的复合材料光学膜。强化光学膜的另一个实施例包括在聚合物基质内设置无机纤维的复合材料光学膜。以下描述无机纤维设置在聚合物基质内的情况；但是，应当理解，在一些实施例中，有机纤维可取代无机纤维。当使用双折射有机纤维时，使用有机纤维可以产生额外的光学效应。双折射有机纤维在(例如)美国专利公布No.20060193577(Ouderkirk等人)和No.20060194487(Ouderkirk等人)中有所描述。
纤维在聚合物基质内的取向(“纤维轴”)可以变化，以影响强化光学膜的机械性能。纤维轴相对于框架的取向可以为0度和90度，或者也可以采取一些其他角度，只要认为该角度有利于框架/膜整体结构的机械设计和抗弯强度。此外，具有织物的纤维不必在该织物内具有0度和90度的取向。纤维沿显示器主轴或对角线取向可以提供某些优点。
无机纤维可以由玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷材料形成，并且可以在基质内布置成单个纤维、一个或多个纤维束或者一个或多个织造层。纤维可以布置成规则图案或不规则图案。美国专利公布No.20060257678(Benson等人)中更详细地讨论了强化聚合物层的若干不同实施例。布置成纤维束或织造物的纤维优选地为连续纤维，而非短切纤维或短纤维。虽然可以用较短的短切纤维、短纤维或者甚至颗粒来改善包括热膨胀系数(CTE)和抗翘曲性在内的机械性能，但连续纤维构造可以更大程度地改善模量和拉伸特性。因此，连续纤维构造使得在框架弯曲时纤维可以承受膜内的一些应力。
基质和纤维的折射率可以选择为匹配或失配。在一些示例性实施例中，可能理想的是使二者的折射率匹配，从而使所得膜对于光源发出的光几乎透明或完全透明。在其他示例性实施例中，可能理想的是使二者的折射率特意失配，以使膜的入射光产生特定的色彩散射效应或产生漫透射或反射。可以通过选择折射率与树脂基质接近或相等的合适纤维增强材料，或者通过形成折射率与纤维接近或相等的树脂基质，来实现折射率匹配。
本文用n1x、n1y和n1z来表示形成聚合物基质的材料在x、y和z方向的折射率。当聚合物基质材料为各向同性材料时，x、y和z方向的折射率都基本上匹配。如果基质材料为双折射的，则x、y和z方向的折射率中至少一者与其他折射率不同。纤维材料通常为各向同性材料。因此，形成纤维的材料的折射率用n2给出。但纤维也可以为双折射的。
在一些实施例中，可能理想的是聚合物基质为各向同性的，即n1x≈n1y≈n1z≈n1。如果两个折射率之差小于0.05，优选小于0.02，更优选小于0.01，则认为这两个折射率基本相同。因此，如果没有一对折射率之差大于0.05，优选小于0.02，则认为该材料为各向同性的。此外，在一些实施例中，理想的是基质和纤维的折射率基本匹配。因此，基质和纤维的折射率之差，即n1和n2之差应当较小，至少小于0.03，优选地小于0.01，更优选地小于0.002。
在其他实施例中，可能理想的是聚合物基质为双折射的，在这种情况下基质的折射率中至少一者与纤维的折射率不同。在纤维为各向同性的实施例中，双折射基质会导致至少一种偏振态的光被加强层散射。散射量取决于若干因素，其中包括被散射的偏振态的折射率差值的大小、纤维粒度和基质内纤维密度。此外，光可以被前向散射(漫透射)、后向散射(漫反射)或以它们的组合方式散射。美国专利公布No.20060257678(Benson等人)中更详细地讨论了纤维强化层对光的散射。
适合用作光学膜的材料也可用在复合材料光学膜的聚合物基质中。这种材料包括在所需光波长范围上透明的热塑性和热固性聚合物。在一些实施例中，可能特别有用的是，聚合物在水中不可溶，聚合物可具有疏水性或可具有低吸水率。此外，合适的聚合物材料可以为无定形或半结晶的，并且可包括均聚物、共聚物或它们的共混物。聚合物材料的例子包括(但不限于)聚碳酸酯(PC)；间同立构和全同立构聚苯乙烯(PS)；C1-C8烷基苯乙烯；含烷基、芳族、及脂族环的(甲基)丙烯酸酯，包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PMMA共聚物；乙氧基化和丙氧基化的(甲基)丙烯酸酯；多官能(甲基)丙烯酸酯；丙烯酸改性环氧树脂；环氧树脂；以及其他的烯键式不饱和材料；环状烯烃和环状烯共聚物；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(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；聚苯醚合金；苯乙烯嵌段共聚物；聚酰亚胺；聚砜；聚氯乙烯；聚二甲基硅氧烷(PDMS)；聚氨酯；饱和聚酯；聚乙烯，包括低双折射聚乙烯；聚丙烯(PP)；聚对苯二甲酸烷基酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚萘二甲酸烷基酯，例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；聚酰胺；离聚物；乙酸乙烯酯/聚乙烯共聚物；乙酸纤维素；醋酸丁酸纤维素；含氟聚合物；聚苯乙烯-聚乙烯共聚物；PET和PEN共聚物，包括多烯键的PET和PEN；以及聚碳酸酯/脂族PET共混物。术语(甲基)丙烯酸酯被定义为相应的甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯化合物。可以使用光学各向同性形式的这些聚合物。
在一些产品应用中，重要的是膜产品和组分具有较低含量水平的易散逸物质(低分子量的未反应或未转化的分子、溶解的水分子或反应副产物)。易散逸物质可能是从产品或膜的最终使用环境中吸收得到的，例如水分子；可能从产品的最初加工时开始就存在于产品或膜之中，或者可能由于化学反应(例如，缩聚反应)而产生。由缩聚反应产生小分子的例子是：在二胺和二元酸反应生成聚酰胺的过程中释放出水。易散逸物质还可以包括低分子量的有机材料，如单体、增塑剂等。
与构成功能性产品或膜的其余部分的大多数材料相比，易散逸物质通常分子量较低。产品使用条件可能(例如)在产品或膜一侧产生差异较大的热应力。在这种情况下，易散逸物质可能会透过膜迁移，或从膜或产品的一个表面挥发，从而产生浓度梯度、总体的机械变形、表面改变和(有时)不期望的渗气。渗气会导致产品、膜或基质内出现空隙或气泡，或在与其它膜粘合时出现问题。易散逸物质还可能在产品应用中使其他组分溶剂化、使之受到腐蚀或对其产生不良影响。
这些聚合物的一些在取向后会具有双折射性。具体地讲，PET、PEN及其共聚物以及液晶聚合物在获得取向时表现出相对较大的双折射率值。聚合物可以使用不同方法取向，包括挤出和拉伸。拉伸是一种尤其适合于聚合物取向的方法，因为该方法允许较高程度的取向，并且可以通过多个易于控制的外部参数(例如温度和拉伸比)来控制。
光学膜和复合材料光学膜基质均可设置有各种添加剂，以为光学聚合物膜提供所需性质。例如，添加剂可以包括以下一种或多种：耐候剂、紫外线吸收剂、受阻胺光稳定剂、抗氧化剂、分散剂、润滑剂、抗静电剂、颜料或染料、荧光剂、成核剂、阻燃剂和发泡剂。
一些示例性实施例可以使用随时间推移不易泛黄和发浑的聚合物材料。例如，一些材料(例如芳族聚氨酯)在长期暴露于紫外光时会变得不稳定，并且随着时间推移会变色。如果需要长期保持同种颜色，那么最好避免使用这类材料。
其它添加剂可被提供给光学膜或复合材料光学膜基质，以改变聚合物的折射率或增加材料的强度。这类添加剂可包括(例如)有机添加剂，例如聚合物珠或粒子以及聚合物型纳米粒子。在一些实施例中，膜由特定比率的两种或更多种不同单体形成，其中每种单体都与聚合时不同的最终折射率相关。不同单体的比率决定了最终树脂的折射率。
在其它实施例中，无机添加剂可被加入光学膜或复合材料光学膜基质中，以调节折射率或增大材料的强度和/或硬度。无机添加剂还可以影响基质的耐久性、耐刮擦性、CTE或其他热特性。例如，无机材料可以为玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷或金属氧化物。下文结合无机纤维讨论的任何合适类型的玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷都可以使用。合适类型的金属氧化物包括(例如)：二氧化钛、氧化铝、氧化锡、氧化锑、氧化锆、二氧化硅、其混合物或其混合氧化物。这类无机材料可以作为纳米粒子提供，例如以磨屑、粉末、小珠、薄片或颗粒形式分布在基质内。纳米粒子可以利用(例如)气相或湿化学方法合成。粒子的粒度优选地小于约200nm，并且可以小于100nm或者甚至50nm，以减少穿过基质的光的散射。添加剂可以具有官能化表面，以优化悬浮液的分散性和/或流变性以及其他流体性质，或者与聚合物基质反应。其他类型的粒子包括中空外壳，例如中空的玻璃外壳。
任何合适类型的无机材料可用于复合材料光学膜中的纤维。纤维可以由几乎可以完全透射穿过膜的光的玻璃形成。合适的玻璃的例子包括通常用于玻璃纤维复合材料中的玻璃，例如E、C、A、S、R和D玻璃。也可以使用更优质的玻璃纤维，包括(例如)熔融二氧化硅和BK7玻璃。合适的优质玻璃可得自多个供应商，如Schott North America Inc.(Elmsford，New York)。可能理想的是使用这些优质玻璃制成的纤维，因为它们更纯，因而可以产生更均一的折射率，并且具有更少的内含物，因此散射率更低，透射率更高。而且，纤维的机械性能更趋于一致。优质玻璃纤维不太容易吸收水分，因此膜在长期使用中更稳定。此外，可能理想的是使用低碱玻璃，因为玻璃中的碱元素会增加吸水性。
在需要拉伸的聚合物中或在某些其它成型工艺中，复合材料光学膜的不连续增强材料(例如粒子或短切纤维)可能是优选的。填充有短切玻璃的挤出型热塑性塑料(例如，以引用方式并入本文中的美国专利申请No.11/323,726所描述的材料)可以用作纤维填充加强层。对于其他应用，可以优选使用连续玻璃纤维增强材料(即织物或纤维束)，因为这种材料可以更大程度地减小热膨胀系数(CTE)并更大程度地增大模量。
可用于纤维的另一类无机材料是玻璃陶瓷材料。玻璃-陶瓷材料通常包含体积百分比为95％-98％的非常小的晶体，其粒度小于1微米。一些玻璃-陶瓷材料的晶体粒度小至50nm，从而使其在可见波长范围内高度透明，原因是晶体粒度比可见光波长小很多，以至于实际上不会发生散射。这些玻璃-陶瓷材料的玻璃态区域的折射率和结晶区域的折射率之间也可以只有非常小的(或没有)有效差值，从而使其在视觉上是透明的。除了透明度之外，玻璃-陶瓷材料的断裂强度可超过玻璃的断裂强度，并且已知一些类型具有零热膨胀系数，或者甚至具有负的热膨胀系数。本文所关注的玻璃陶瓷含有组合物，包括(但不限于)Li2O-Al2O3-SiO2、CaO-Al2O3-SiO2、Li2O-MgO-ZnO-Al2O3-SiO2、Al2O3-SiO2、ZnO-Al2O3-ZrO2-SiO2、Li2O-Al2O3-SiO2以及MgO-Al2O3-SiO2。
一些陶瓷的晶体粒度也非常小，以至于如果将其嵌入到折射率恰当匹配的基质聚合物内，该材料看上去是透明的。这类材料的例子包括得自3M公司(St.Paul，MN)的NextelTM陶瓷纤维，并且该材料可以提供线、纱线和织造垫形式。合适的陶瓷或玻璃陶瓷材料在Chemistry of Glasses，2 nd  Edition(A.Paul，Chapman and Hall，1990)(玻璃化学(第二版)，A.Paul，1990)和Introduction to Ceramics，2 nd  Edition(W.D.Kingery，John Wiley and Sons，1976)(陶瓷介绍(第二版)，W.D.Kingery，1976年)中有进一步描述，这两本书的相关部分以引用方式并入本文中。
在一些示例性实施例中，基质和纤维之间的折射率不完全匹配可能是可取的，这样至少一些光会被纤维漫射。在某些此类实施例中，基质和纤维中的一者或两者可以为双折射的，或者基质和纤维都可以为各向同性的。根据纤维粒度的不同，漫射会因散射或简单的折射而引起。由纤维产生的漫射为非各向同性的：光可以沿纤维轴的横交方向漫射，但不会沿着纤维的轴向漫射。因此，漫射的性质取决于基质内的纤维的取向。如果纤维(例如)平行于x轴设置，则光会沿着平行于y轴和z轴的方向发生漫射。
此外，基质可以用各向同性地散射光的漫射粒子填充。漫射粒子是与基质折射率不同(往往较大)的粒子，并具有高达约10mm的直径。这些也能够为复合材料提供结构增强材料。漫射粒子可以为(例如)金属氧化物，例如上述用作纳米粒子的金属氧化物，以调节基质的折射率。其它合适类型的漫射粒子包括聚合物粒子，如聚苯乙烯粒子或聚硅氧烷粒子或它们的组合。漫射粒子也可以为中空玻璃球，例如3M公司(St.Paul，Minnesota)制备的S60HS型玻璃泡(type S60HS Glass Bubbles)。漫射粒子可以单独用于漫射光，或者可以与折射率不匹配的纤维一起用于漫射光，或者可以结合结构化表面一起漫射和重新导向光。
基质内的纤维的一些示例性构造包括纱、在聚合物基质内沿一个方向布置的纤维束或纱、纤维织物、非织造材料、短切纤维、短切纤维垫(具有随机或有序的形式)或这些形式的组合。短切纤维垫或非织造材料可以拉伸、压缩或取向成让纤维在非织造材料或短切纤维垫内以某种方式对齐，而不是随机布置。此外，基质可包含多层纤维：例如，基质可包括更多层由不同的纤维束、织造物等组成的纤维层。在一个具体实施例中，纤维布置成两层。
图1b示出了根据一个实施例的图1a的悬挂式光学膜组件100的横截面。在图1b中，在邻近第一边缘170的第一附接区域162处，弹性体膜160附连至靠近顶部边缘132的框架110的第二表面131。第一附接区域162可延伸如图1b所示的顶部边缘132与第一边缘170之间的跨度，或者附接区域162可窄于所述跨度，使得顶部边缘132和第一边缘170不附接。在邻近第二边缘180的第二附接区域164处，弹性体膜160还附连至靠近周边150的光学膜140。第二附接区域164可延伸如图1b所示的周边150与第二边缘180之间的跨度，或者附接区域162可窄于所述跨度，使得周边150和第二边缘180不附接。
图1c示出了根据另一实施例的图1a的悬挂式光学膜组件100的横截面。在图1c中，在邻近第一边缘170的第一附接区域162处，弹性体膜160附连至靠近顶部120的框架110的第一表面130。第一附接区域162可延伸如图1c所示的顶部边缘132与第一边缘170之间的跨度，或者附接区域162可窄于所述跨度，使得顶部边缘132和第一边缘170不附接。在邻近第二边缘180的第二附接区域164处，弹性体膜160还附连至靠近周边150的光学膜140。第二附接区域164可延伸如图1c所示的周边150与第二边缘180之间的跨度，或者附接区域162可窄于所述跨度，使得周边150和第二边缘180不附接。
参照图1b和图1c二者，弹性体膜160包括承受张力的自由区域166，所述自由区域自由地伸展或收缩以允许光学膜140和框架110之间的相对运动。在悬挂式光学膜组件100的温度发生变化过程中，由于光学膜140和框架110之间的不同CTE，可引起所述相对运动。在一个实施例中，弹性体膜160可分别通过第一和第二粘合剂层155和165附连至框架110和光学膜140中的至少一个。在一个实施例中，弹性体膜160可通过诸如夹紧、卷曲等的机械手段(未示出)附连至框架110和光学膜140中的至少一个。在一个实施例中，弹性体膜160可通过诸如熔融或固化的热手段附连至框架110和光学膜140中的至少一个。在另一个实施例中，弹性体膜160可通过粘合剂、机械和热手段的组合附连至框架110和光学膜140中的至少一个。在另一个实施例中，弹性体膜160可通过如图1b和图1c所示的弹性体膜160、框架110和光学膜140的相对位置的任意组合附连至框架110和光学膜140。例如，可使用两个弹性体膜160，一个附接至框架110的第二表面131和光学膜140(如图1b所示)，另一个附接至框架110的第一表面130和光学膜140(如图1c所示)。
图2a示出了根据本发明的另一方面的悬挂式光学膜组件200的透视图。在图2a中，框架210包括第一表面230和第二表面231，所述第一表面包括顶部220和从顶部220延伸的侧部290。顶部220和侧部290包括顶部边缘232和侧部边缘233。顶部220和侧部290通常可具有任意宽度，但是通常延伸至足以提供附接表面的宽度，这将在别处进行描述。框架210可使用在别处描述的任意框架材料制成，例如用于图1a中的框架110的材料。弹性体膜260与包括顶部220的第一表面230叠置并顺着框架210的侧部290向下延伸。弹性体膜260可为悬挂式光学膜240提供支撑。弹性体膜260可为具有所需性质的任何弹性体膜，如在别处所描述的。弹性体膜260包括靠近框架210的第一表面230的第一边缘270和与光学膜240叠置的第二边缘280。光学膜240包括靠近顶部边缘232设置的周边250。
图2b示出了根据一个实施例的图2a的悬挂式光学膜组件200的横截面。在图2b中，在邻近第一边缘270的第一附接区域262处，弹性体膜260附连至靠近侧部290的框架210的第一表面230。第一附接区域262可延伸如图2b所示的第一边缘270与框架210的侧部边缘233之间的跨度，或者附接区域262可窄于所述跨度，使得第一边缘270和侧部边缘233不附接。在邻近第二边缘280的第二附接区域264处，弹性体膜260还附连至靠近周边250的光学膜240。第二附接区域264可延伸如图1b所示的周边250与第二边缘280之间的跨度，或者附接区域262可窄于所述跨度，使得周边250和第二边缘280不附接。应当理解，虽然图2b示出了光学膜240附接到弹性体膜260下方(如图所示)，但是作为替代，光学膜240可附接于弹性体膜260上方。在一个实施例中，弹性体膜260可为同时附接在光学膜240的上方和下方的双层弹性体膜，从而将光学膜240夹在中间。
参照图2b，弹性体膜260包括承受张力的自由区域266，所述自由区域自由地伸展或收缩以允许光学膜240和框架210之间的相对运动。由于环境改变对(例如)光学膜240和框架210二者中具有不同热或湿膨胀系数的材料的影响，可引起所述相对运动。还可由于其它时间依赖性运动(例如，蠕变)而引起所述相对运动。在一个实施例中，弹性体膜260可分别通过第一和第二粘合剂层255和265附连至框架210和光学膜240中的至少一个。在一个实施例中，弹性体膜260可通过诸如夹紧、卷曲、配合机械紧固件等的机械手段(未示出)附连至框架210和光学膜240中的至少一个。在一个实施例中，弹性体膜260可通过诸如熔融或固化的热手段附连至框架210和光学膜240中的至少一个。在另一个实施例中，弹性体膜260可通过粘合剂、机械和热手段的组合附连至框架210和光学膜240中的至少一个。在另一个实施例中，弹性体膜260可通过如图2b所示的弹性体膜260、框架210和光学膜240的相对位置的任意组合附连至框架210和光学膜240。
图3a示出了根据本发明另一方面的悬挂式光学膜组件300的透视图。在图3a中，框架300包括第一表面330和第二表面331，所述第一表面包括顶部320和从顶部320延伸的侧部390。顶部320和侧部390具有顶部边缘332和侧部边缘333(在图3b中示出)。顶部320和侧部390通常可具有任意宽度，但是通常延伸至足以提供附接表面的宽度，这将在别处描述。框架310可利用在别处描述的任意框架材料制成，例如用于图1a中的框架110的材料。光学膜340与包括顶部320的第一表面330叠置，并顺着框架310的侧部390向下延伸。弹性体膜360附连至光学膜340，并可为悬挂式光学膜340提供支撑。弹性体膜360可为具有所需性质的任意弹性体膜，如在别处所述的。弹性体膜360包括靠近框架310的第一表面330的第一边缘370和与光学膜340叠置的第二边缘380。光学膜340包括周边350。
图3b示出了根据一个实施例的图3a的悬挂式光学膜组件300的横截面。在图3b中，在邻近第一边缘370的第一附接区域362处，弹性体膜360附连至靠近侧部边缘333的框架310的第一表面330。第一附接区域362可延伸如图3b所示的第一边缘370与框架310的侧部边缘333之间的跨度，或者附接区域262可窄于所述跨度，使得第一边缘370和侧部边缘333不附接。在邻近第二边缘380的第二附接区域364处，弹性体膜360还附连至靠近周边350的光学膜340。第二附接区域364可延伸如图3b所示的周边350与第二边缘380之间的跨度，或者附接区域364可窄于所述跨度，使得周边350和第二边缘380不附接。应当理解，虽然图3b示出了光学膜340附接于弹性体膜360和框架310之间，但是作为替代，弹性体膜360可附接于光学膜340和框架310之间。
图3c示出了根据一个实施例的图3a的悬挂式光学膜组件300的横截面。在图3c中，框架310具有顶部320、底部320′以及连接顶部320和底部320′的侧部390。在一个实施例中，在第一附接区域370处，弹性体膜360可附连至靠近侧部390的框架310的第一表面330。在另一实施例中，弹性体膜360可不附接至框架310；在该实施例中，弹性体膜附接至光学膜340、340′，如在别处所述。在邻近第二边缘380的第二附接区域364处，弹性体膜360附连至靠近周边350的光学膜340。第二附接区域364可延伸如图3c所示的周边350与第二边缘380之间的跨度，或者附接区域364可窄于所述跨度，使得周边350和第二边缘380不附接。应当理解，虽然图3b示出了光学膜340附接于弹性体膜360和框架310之间，但是作为替代，弹性体膜360可附接于光学膜340和框架310之间。
在邻近第二边缘380′的第二附接区域364′处，弹性体膜360还附连至靠近周边350′的光学膜340′。第二附接区域364′可延伸如图3c所示的周边350′与第二边缘380′之间的跨度，或者附接区域364′可窄于所述跨度，使得周边350′和第二边缘380′不附接。应当理解，虽然图3b示出了光学膜340′附接于弹性体膜360和框架310之间，但是作为替代，弹性体膜360可附接于光学膜340′和框架310之间。
参照图3b和图3c，弹性体膜360包括承受张力的自由区域366、366′，所述自由区域自由地伸展或收缩以允许光学膜340、340′与框架310之间的相对运动。由于环境改变对(例如)光学膜340、340′和框架310中具有不同热或湿膨胀系数的材料的影响，可引起所述相对运动。还可由于其它时间依赖性运动(例如，蠕变)而引起所述相对运动。在一个实施例中，弹性体膜360可分别通过第一和第二粘合剂层355和365附连至框架310和光学膜340、340′中的至少一个。在一个实施例中，弹性体膜360可通过诸如夹紧、卷曲等的机械手段(未示出)附连至框架310和光学膜340、340′中的至少一个。在一个实施例中，弹性体膜360可通过诸如熔融或固化的热手段附连至框架310和光学膜340、340′中的至少一个。在另一个实施例中，弹性体膜360可通过粘合剂、机械和热手段的组合附连至框架310和光学膜340、340′中的至少一个。在另一个实施例中，弹性体膜360可通过如图3b所示的弹性体膜360、框架310和光学膜340、340′的相对位置的任意组合附连至框架310和光学膜340、340′。
在一个实施例中，悬挂式光学膜组件包括附连至弹性体膜的光学膜。在被附连至框架之前，悬挂式光学膜组件以及弹性体膜保持张紧。张力可通过本领域已知的任何方式施加到膜上，例如通过抓住膜边缘并施加张力以将边缘拉开。张力(应力)的施加会在膜内产生应变，这种应变通常用应变百分比表示。外部施加的张力保持在膜上，直到在框架和弹性体膜之间形成粘结作用(即，当膜附连至框架上时)。此时可以去除外部张力，并且框架可以通过已经形成的粘结作用使弹性体膜保持张紧。将预张紧的膜附连至框架的结果是：将光学膜悬挂于框架内。
在另一个实施例中，施加到膜上的张力水平经过选择，以提高将膜附接到框架上时的平坦度。在一个实施例中，平坦度可能理想的是二维的，例如悬挂在一个平面内的膜。在另一个实施例中，平坦度可能理想的是一维的，例如悬挂于两个弯曲的框架之间的膜，以形成(例如)中空圆柱体、或者圆柱体材料的一部分。虽然任何悬挂式主体在一定程度上都会因其自重而下垂，但通过施加张力可以将这种下垂最小化，从而提高膜平坦度。当膜用于诸如膝上型计算机和手持装置之类的显示应用时，膜平坦度变得尤其重要。由于膜内部的翘曲、褶皱或下垂而使平坦度产生的轻微变化会形成不期望的光学伪影，特别是在膜通过光的折射或反射参与图像传输时。
在另一个实施例中，可通过在将膜附连至框架时膜和框架的布置方式来控制组件中的光学膜的平坦度。例如，可以将膜和框架组装在配有使膜保持平坦的装置或系统的平坦表面上，例如真空台。这样，可以将膜张紧并设置在真空台上，同时在膜和框架之间形成粘结。
在另一个实施例中，在附连到框架上之前，可以将悬挂式光学膜保持在载体上，例如图4a-b所示。在该实施例中，膜载体412可按照上述一种方式在与附接于光学膜440的弹性体膜的自由区域466相邻的462处进行附连，或者(例如)所述载体可为形成在膜边缘周围的聚合物载体，同时膜保持平坦和张紧。载体可以提供便利的方式，以在通过载体将膜附连至框架上之前和过程中抓握膜。利用将膜附连至框架上的上述相同方法，可以将膜和载体附连至框架上。在一个实施例中，载体可具有某种构造，其例如通过使用定位部构造(未示出)以机械“扣合”方式与框架啮合。在另一个实施例中，框架410可以比载体412尺寸更大，从而在将载体412附连到框架上时，可以进一步张紧自由区域466。图4b示出了载体的替代设计，其中当通过上述一种方法将载体附接到框架上时，布置在载体内缘的锥形可以对膜施加额外的张力。
在另一个实施例中，可以通过使用如图4c-d所示的花键将悬挂式光学膜附连到框架上。在该实施例中，位于框架410的周边内的凹槽418和花键416捕获并将邻近自由区域466的附接区域462中的弹性体膜附连到框架上。在用花键附接过程中，可以将自由区域466保持张紧，或者可以通过花键的附接作用在自由区域466上产生张力。在某些情况下，如图4c所示，可以从拐角处移除自由区域466的一些部分463，以避免附接花键416时自由区域466褶皱或变形。图4d示出了将弹性体膜附连到框架410正面和背面的花键，然而应当理解，在某些情况下只可以使用一个膜和一个花键。
在另一个实施例中，可通过在光学膜和弹性体膜中的至少一个附连至框架上的同时收缩光学膜和弹性体膜中的所述至少一个(例如，通过热收缩或固化收缩)来将张力施加到光学膜上。聚合物膜的热收缩在正常情况下会涉及制备聚合物膜，将聚合物膜加热到接近聚合物的玻璃化转变温度，以及机械拉伸聚合物(往往通过拉幅)，然后在拉伸的同时冷却膜。热收缩聚合物可以为交联的，例如通过使用有助于膜在收缩前后保持其形状的电子束、过氧化物或水分进行交联。再加热时，膜又恢复到初始未拉伸尺寸的趋势。这样，将附接到框架上的经过拉伸的热收缩膜进行温和加热时，该膜内会产生张力。或者，光学膜可以含有热固性材料，或者更具体地讲含有辐射固化型材料。如果光学膜为热固性材料，则该膜在附连到框架上时可以处于完全固化状态或部分固化状态。本发明所用术语“完全固化”是指热固性材料基本不具有可进行交联或扩链的剩余反应性基团。本发明所用术语“部分固化”是指“B阶段”材料并可以通过以下方式进一步固化或交联：施加适当的热量、化学活化、光或其他辐射条件或它们的组合。进一步固化B阶段材料的方法通常与固化过程中附加收缩的发生率相关。这样，B阶段材料被附连到膜框架上，然后进行额外的固化。在另一个实施例中，光学膜含有纤维材料，该材料在涂布热固性聚合物基质之前在框架上被拉伸，随后固化。固化时发生的膜收缩会产生膜张力，从而减少或消除膜下垂并改善背光源结构的刚度。有关B阶段材料的更多描述可见于(例如)美国专利公布No.20060024482、美国专利No.6352782和No.6207726，以及与本文提交于同一天的美国临时申请No.60/947771和No.60/947785。
在另一个实施例中，框架的设计可以在附连的膜上施加张力。虽然膜收缩是在框架内获得膜张力的一种方法，但在某些情况下可能不希望膜收缩。例如，如果将光学膜层合到反射型偏振器上，则复合材料光学膜的收缩会导致反射型偏振器内产生皱纹。另外，反射型偏振器的收缩会由于改变了层的厚度而影响光学性质。如果组装方法不需要膜收缩，但又能确保膜张力，则可能是有益的。图5a-f示出了可以向膜施加张力的框架设计的代表性例子。
图5a示出了膜张紧框架设计的一个实施例，其中框架510被设计成在562处附连邻近自由区域566的弹性体膜之后为略微非平面的。这样，当膜/框架组件被压平并固定到外壳中时，所产生的尺寸变化会使弹性体膜自由区域566和光学膜540张紧。
图5b示出了膜张紧框架设计的另一个实施例，其中框架510具有起到弹簧作用的柔性部分514。在562处附连邻近自由区域566的弹性体膜过程中，柔性部分514受到向内的力。所述力随后释放，并且柔性部分514产生的弹簧力用于使弹性体膜自由区域566和光学膜540张紧。
图5c-f示出了附连膜之前使框架张紧的其他实施例，这些图为示例性张紧装置的示意图。图5c是框架510的示意性横截面图，所述框架具有被插入到组装块516之前向外偏斜的侧部。在插入时，框架510弹性变形以适形于组装块516的形状，并且邻近自由区域566的弹性体膜随后通过前述任一方法在562处被附连至框架510上。膜/框架组件从组装块516中取出，由于框架510趋于恢复初始形状，导致框架510将张力施加到弹性体膜自由区域566和光学膜540上。
图5d为框架向膜施加张力的另一个实施例的俯视图，其中未张紧的框架510具有(例如)梯形形状，然后其插入到组装块518中，使框架510受到弹性压缩。邻近自由区域566的弹性体膜通过使用上述任一方法在562处被附连到框架510上。然后从组装块518中取出膜/框架组件，由于框架510趋于恢复初始形状，导致框架510将张力施加到弹性体膜自由区域566上。在该实施例中，未张紧的框架510至少在一个维度上尺寸较大。当插入到组装块518中时，在于562处附连邻近自由区域566的弹性体膜之前，框架510产生应变以适形于组装块518的形状。
图5e示出了向框架施加膜张力的另一个实施例，该图为示意性俯视图，其中框架510由至少一些非直线侧部构成，所述非直线侧部例如为弯曲或阶梯状的，而不是直的。在利用前述任一方法将邻近自由区域566的弹性体膜在562处附连至框架510之前，框架510通过销511被迫成形为矩形形状。膜/框架组件和销分离，由于框架510趋于恢复初始形状，导致框架510将张力施加到弹性体膜自由区域566和光学膜540上。应当理解，对于上述任何方法，可以使用销、组装块或组装领域已知的其他方法来保持框架。
图5f示出了在附接膜的过程中张紧框架的另一个实施例。在该实施例中，框架510的侧部相对于框架前表面和背表面倾斜。当框架510的侧部通过(例如)压板513弹性扭转时，利用前述任一方法将邻近自由区域566的弹性体膜在562处附连至框架510。应当理解，框架510的侧部可通过弹簧机构(未示出)彼此连接以在框架侧部内产生扭力，或者框架材料本身可扭转以产生扭力。将膜/框架组件从压板513中取出，导致框架510将张力施加到弹性体膜自由区域566和光学膜540上。
图5g示出了在附接膜过程中张紧框架的另一个实施例。在该实施例中，框架510具有固定侧部520和活动侧部519。固定侧部520具有系留弹簧517，其被容纳在固定侧部520内的沟槽中。活动侧部519连接至系留弹簧517，随着侧部519如图所示向内移动，系留弹簧517受到压缩并对活动侧部519施加力。在系留弹簧517保持被压缩的同时，利用前述任一方法将邻近自由区域566的弹性体膜在562处附连到框架510上，从而导致张力被施加到弹性体膜自由区域566和光学膜540上。
图5h示出了张紧膜的另一个实施例。在该实施例中，框架510具有固定侧部520和活动拐角595。固定侧部520和活动拐角595具有容纳于沟槽中的系留弹簧515。在系留弹簧515受力压缩的同时，利用前述任一方法将邻近自由区域566的弹性体膜在562处附连至活动拐角595，导致当所述力被释放时张力被施加至弹性体膜自由区域566和光学膜540。
在附连膜之前，不论用何种方法将应变(即，轻微的变形)施加至框架，应当理解的是所施加的应变量优选应当低于框架材料的屈服应变(即，弹性变形范围)，从而框架可将施加的应变传递以在附连的膜内产生张力。所施加的应变大于屈服应变会导致框架永久性变形，以及会导致膜内产生不理想的张力水平。
在另一个实施例中，光学膜组件被结合到中空背光源600中，如图6所示。例如，中空背光源可为非对称反射膜，其具有大约11％的透射率以提高光均匀度，如共有美国专利申请No.60/939079、No.60/939082、No.60/939083、No.60/939084和No.60/939085中所述，所有这些申请均提交于2007年5月20日。在图6的中空背光源中，框架610设置有反射表面642、LED 692和光传感器695。LED 692可为本文描述的任何半导体光源，并且还可位于框架610外部，只要其被配置成通过框架610中的开口(未示出)将光提供至中空背光源的反射性内部。在一些实施例中，框架610可包括光准直结构(未示出)，该结构部分地围绕LED 692，并且将光有效地导入中空背光源腔内。合适的光准直结构的实例包括平坦的、弯曲的或分段的导流板或楔形物；成型的光学器件，例如抛物线、抛物面或复合抛物线聚光器；等等。反射表面642可以为框架表面或附接至框架的单独的高反射膜。非对称反射膜645与悬挂式光学膜640相邻布置，所述悬挂式光学膜与在662处附接至框架610的弹性体膜自由区域666相邻。在一个实施例中，反射表面642可为半镜面反射器，例如涂布有珠的增强型镜面反射(ESR)膜，如(例如)美国专利申请No.11/467326中所述。在另一实施例中，非对称反射膜645可用部分反射膜替代，所述部分反射膜的透射率大于非对称反射膜的所述大约11％的透射率，例如为20％、30％、40％或更多，在某些情况下，它们可用于中空背光源中。
实例
实例1
利用弹性体膜制备悬挂式光学膜样品，以从铝框架悬挂光学膜。使用0.2cm厚的测量长度为19cm、宽度为15.5cm的矩形铝框架。在铝框架的中心有测量长度为13.7cm、宽度为10.2cm的矩形孔。弹性体膜为大于铝框架的橡胶矩形片材(可得自VWR International(West Chester，PA)的RubberSheeting Light)。从片材的中心切去测量长度为12.1cm、宽度为8.7cm的矩形孔。将一片1.2cm宽的双面胶带(400High Tack，3M公司)附接到所述中心孔周边的顶部表面上，并且将另一片双面胶带附接到所述片材周边的底部表面上。将薄(大约0.025mm)光学膜附接到围绕所述孔周边的胶带上，然后将弹性体膜沿长度和宽度两个方向拉伸，随后将弹性体框架的周边附接到Al框架上，使光学膜位于框架中的孔内。两片胶带之间的弹性体膜的一部分自由地适应光学膜和框架的热膨胀和收缩。
然后，使悬挂式光学膜样品经受均匀的加热测试以验证其在老化之后没有翘曲。通过将悬挂式光学膜样品置于66℃烘箱中来进行均匀的加热测试。在一小时以后将样品从烘箱中取出，并且通过视觉观察没有发现卷曲、翘曲或其它变形。
实例2
如实例1所述的悬挂式光学膜样品经受热冲击测试，针对膜的通用环境测试。在一个室中进行测试，所述室的环境温度在-35℃保持一小时，然后环境温度快速升至85℃并保持一小时。在将样品取出并观察之前，在24小时内反复进行热循环。从烘箱中取出样品并将其返回到室温下。通过视觉观察没有发现卷曲、翘曲或其它变形。
实例3
如实例1所述制备悬挂式光学膜样品，然后使样品经受剧烈的热梯度。悬挂式光学膜样品(BEF 90/50on 0.23mm PET，3M公司)被布置为使得在一端处2.6cm的框架长度搁置于热板上，在另一端处2.6cm的框架长度搁置于冷板上。热板为加热器，其在顶部具有2mm厚的Al板，冷板通过将2mm厚的Al板置于冰浴的顶部而制成。热板和冷板的温度用嵌入式热电偶监测。热板保持在大约60℃而冷板保持在大约0℃。温度梯度可促使光学膜发生翘曲，该实例创建了从样品的一个边缘至另一边缘的剧烈温度梯度。将所述悬挂式光学膜样品与由15cm长、10.8cm宽的相似光学膜制成的对照样品进行比较，所述对照样品沿着膜的四个边缘简单地粘附于铝框架。用于对照样品的框架为0.2cm厚的测量长度为19cm、宽度为15.4cm的矩形铝框架。铝框架的中心具有测量长度为14cm、宽度为10.4cm的矩形孔。对各样品测试大约1.5小时。通过视觉观察发现，对照膜样品发生褶皱，而悬挂式光学膜样品保持无翘曲。
实例4
在该实例中，60.8cm×35.8cm的多层光学膜(DBEF-Q，可得自3M公司)弹性地悬挂于26″对角CCFL背光源上方。如实例1所述，光学膜首先通过双面胶带附接到弹性体膜上。然后，将弹性体膜沿着长度和宽度两个方向拉伸，并将弹性体片材的外边缘通过双面胶带附接于背光源的四个外侧边缘。随后背光源开启，在背光源以全亮度运行若干小时之后通过视觉观察所述膜仍然平坦。
实例5
在具有“C”形横截面的铝框架上制备悬挂式光学膜制品。所述框架由挤出式槽型铝材制成，所述槽型铝材厚度为1mm，顶部和底部宽度为15mm，连接槽顶部和底部的侧部高度为8mm。具有280mm方形开口区域的310mm方形框架如下制备：将相邻的侧部固定在一起，用3M Scotch-Weld环氧树脂DP100(可得自3M公司)填充每一对相邻侧部和所述框架的C形横截面所形成的拐角。使环氧树脂固化并且使拐角一起保持为直角。
125um厚的PET膜被切割成290mm的方形。将一条TegadermTM透明敷料(3M TegadermTM 1628，可得自3M公司)施加到膜的一侧，使一部分TegadermTM悬于所述膜的边缘上。随后将PET膜置于所述框架中心，并将TegadermTM的暴露部分压到框架的暴露部分上，从而将PET膜固定到框架上。随后将另一片TegadermTM施加到PET膜的相对边缘上，也使TegadermTM暴露。在将TegadermTM压到框架上之前，PET膜被拉紧，使TegadermTM在相对侧部上伸展。随后将第二侧部上的TegadermTM向下压在框架上，使得PET膜通过弹性体TegadermTM而张紧。对其它取向的边缘重复这个过程，固定一个边缘再另一边缘使其张紧。所得制品提供沿着膜边缘长度保持弹性张紧的悬挂式PET膜。通过在上面施加压力可使膜凹陷，当释放时膜将弹回至其初始位置。
实例6
利用两个悬挂式光学膜制备薄的、重量轻的、高反射的中空光腔。利用与实例5中相同的工序制备所述两个悬挂式光学膜；但是，代替PET膜，使用ESR膜来制备横跨各框架悬挂的类似镜子的膜。通过将一条条ESR膜粘结性地施加到框架的内边缘上(覆盖“C”形槽的开口部分)来进一步改进各框架。所得悬挂式膜和框架提供高反射制品。然后将两个悬挂式光学膜设置在一起，以形成由覆盖有ESR的边缘和悬挂有ESR膜的顶部和底部组成的腔。用于各框架的ESR膜具有精确穿凿的孔阵列，其允许光渗出或进入所述腔。当这种框架式腔被置于光源上时，所有的孔都发射光，代表薄、轻且高反射的中空光腔。
本发明可应用于使用薄型光学膜结构的任何地方，包括诸如电视机、笔记本电脑和监视器的显示器，并可用于广告、信息显示或照明。本发明同样适用于包括膝上型计算机和手持装置在内的装配有光学显示器的电子器件，例如，个人数据助理(PDA)、个人游戏机、手机、个人媒体播放器、手持计算机等等。与所述悬挂式光学膜结合使用的光源可为(例如)冷阴极荧光灯(CCFL)、高色域CCFL、LED，并且可使用其它光源。
除非另外指明，在说明书和权利要求中使用的表示部件的尺寸、数量和物理特性的所有数字应当被理解为由词语“约”来修饰。因此，除非有相反的指示，在上述说明书和所附权利要求中所提出的数值参数为近似值，可根据本领域内的技术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性而变化。
除了与本公开可能直接抵触的程度，本文引用的参考文献及出版物明确地以引用方式全文并入本文中。虽然本文已经示出和描述了一些具体实施例，但本领域的普通技术人员应当理解，可以用多种替代和/或等同实现方式来代替所示出和描述的具体实施例而不脱离本发明范围。本专利申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施例的任何修改或变型。因此，本发明仅受权利要求书及其等同内容的限制。

Claims (49)

1.一种悬挂式光学膜组件，其包括：
框架；
光学膜；和
弹性体膜，其附连至所述框架以及所述光学膜上，使得所述弹性体膜中的张力使所述光学膜悬挂。
2.根据权利要求1所述的悬挂式光学膜组件，其中所述弹性体膜包括：
第一附接区域；
第二附接区域；和
位于所述第一附接区域和所述第二附接区域之间的自由区域，
其中所述第一附接区域附连至所述框架上，所述第二附接区域靠近所述光学膜的周边附连，所述自由区域处于张紧状态。
3.根据权利要求2所述的悬挂式光学膜组件，其中所述第一附接区域附连至所述框架的第一表面上。
4.根据权利要求2所述的悬挂式光学膜组件，其中所述第一附接区域附连至所述框架的第二表面上。
5.根据权利要求2所述的悬挂式光学膜组件，其中所述弹性体膜具有第一边缘，所述第一附接区域靠近所述第一边缘，并且所述第一附接区域在所述第一边缘上附连的部分超过该第一边缘的长度的20％。
6.根据权利要求2所述的悬挂式光学膜组件，其中所述弹性体膜具有第一边缘，所述第一附接区域靠近所述第一边缘，并且所述第一附接区域在所述第一边缘上附连的部分超过该第一边缘的长度的90％。
7.根据权利要求5或6所述的悬挂式光学膜组件，其中所述第二附接区域在所述光学膜的周边上附连的部分超过该周边的20％。
8.根据权利要求5或6所述的悬挂式光学膜组件，其中所述第二附接区域在所述光学膜的周边上附连的部分超过该周边的90％。
9.根据权利要求2所述的悬挂式光学膜组件，其中所述第一附接区域和所述第二附接区域中的至少一个以粘结方式进行附连。
10.根据权利要求2所述的悬挂式光学膜组件，其中所述第一附接区域和所述第二附接区域中的至少一个以机械方式进行附连。
11.根据权利要求2所述的悬挂式光学膜组件，其中所述第一附接区域和所述第二附接区域中的至少一个以加热方式进行附连。
11.根据权利要求1所述的悬挂式光学膜组件，其中所述光学膜选自热塑性膜、热固性膜或复合材料膜。
12.根据权利要求1所述的悬挂式光学膜组件，其中所述弹性体膜选自天然橡胶膜、丁基橡胶膜、丁腈橡胶膜、聚氨酯膜、硅树脂膜、茂金属聚乙烯膜或科腾(Krayton)膜。
13.根据权利要求1所述的悬挂式光学膜组件，还包括靠近所述弹性体膜或所述光学膜中的至少一个设置的减振元件。
14.根据权利要求1所述的悬挂式光学膜组件，其中所述框架是弯曲框架，并且所述光学膜按照弯曲形式悬挂。
15.一种包括根据权利要求1所述的悬挂式光学膜组件的液晶显示器。
16.一种包括根据权利要求1所述的悬挂式光学膜组件的图形显示器。
17.一种包括根据权利要求1所述的光学膜组件的灯。
18.一种包括根据权利要求1所述的悬挂式光学膜组件的悬挂式光学膜腔，
所述悬挂式光学膜腔还包括：
第二弹性体膜，其附连到所述框架以及第二光学膜上，使得所述第二弹性体膜中的张力使所述第二光学膜悬挂；
其中在所述第一光学膜、所述第二光学膜和所述框架之间形成中空腔。
19.根据权利要求18所述的悬挂式光学膜腔，还包括设置在所述中空腔内的光源。
20.根据权利要求18所述的悬挂式光学膜腔，还包括设置在所述中空腔内的光传感器。
21.根据权利要求18所述的悬挂式光学膜腔，其中所述腔具有光学反射的内表面。
22.一种制备悬挂式光学膜组件的方法，其包括：
提供框架；
提供光学膜；
提供弹性体膜，所述弹性体膜包括：
第一附接区域；
第二附接区域；
位于所述第一附接区域和所述第二附接区域之间的自由区域；
将所述第一附接区域附连至所述框架上；
将张力施加至所述自由区域上；以及
将所述第二附接区域附连至所述光学膜上。
23.根据权利要求22所述的方法，其中附连所述第二附接区域的步骤发生在施加张力的步骤以及附连所述第一附接区域的步骤之前。
24.根据权利要求22所述的方法，其中施加张力的步骤发生在两个所述的附连步骤之后。
25.根据权利要求24所述的方法，其中施加张力的步骤包括使所述光学膜和所述弹性体膜中的至少一个收缩。
26.根据权利要求22所述的方法，其中施加张力的步骤包括扩张所述框架。
27.根据权利要求22所述的方法，其中施加张力的步骤包括在两个所述的附连步骤之间拉伸所述弹性体膜。
28.根据权利要求22所述的方法，其中附连所述第一附接区域的步骤和附连所述第二附接区域的步骤中的至少一个包括用粘合剂进行附连。
29.根据权利要求22所述的方法，其中附连所述第一附接区域的步骤和附连所述第二附接区域的步骤中的至少一个包括通过卷曲进行附连。
30.一种悬挂式光学膜组件，其包括：
框架，其包括顶部和邻近所述顶部的第一周边；
光学膜，其包括靠近所述顶部设置的第二周边；
弹性体膜，其包括：
邻近第一边缘的第一附接区域；
邻近第二边缘的第二附接区域；和
位于所述第一附接区域和所述第二附接区域之间的自由区域；
其中所述第一附接区域靠近所述第一周边附连到所述框架上，所述第二附接区域靠近所述第二周边附连到所述光学膜上，并且所述自由区域处于张紧状态。
31.根据权利要求30所述的悬挂式光学膜组件，其中所述第一附接区域附连到所述顶部上。
32.根据权利要求30所述的悬挂式光学膜组件，其中所述框架还包括从所述周边延伸的侧部，并且所述第一附接区域附连至所述侧部上。
33.根据权利要求30所述的悬挂式光学膜组件，其中所述第一附接区域在所述框架的所述第一周边上附连的部分超过该第一周边的长度的20％。
34.根据权利要求30所述的悬挂式光学膜组件，其中所述第一附接区域在所述框架的所述第一周边上附连的部分超过该第一周边的长度的90％。
35.根据权利要求33或34所述的悬挂式光学膜组件，其中所述第二附接区域在所述光学膜的所述第二周边上附连的部分超过该第二周边的长度的20％。
36.根据权利要求33或34所述的悬挂式光学膜组件，其中所述第二附接区域在所述光学膜的所述第二周边上附连的部分超过该第二周边的长度的90％。
37.根据权利要求30所述的悬挂式光学膜组件，其中所述第一附接区域和所述第二附接区域中的至少一个进一步以粘结方式进行附连。
38.根据权利要求30所述的悬挂式光学膜组件，其中所述第一附接区域和所述第二附接区域中的至少一个进一步以机械方式进行附连。
39.根据权利要求30所述的悬挂式光学膜组件，其中所述光学膜选自热塑性膜、热固性膜或复合材料膜。
40.根据权利要求30所述的悬挂式光学膜组件，其中所述弹性体膜选自：天然橡胶膜、丁基橡胶膜、丁腈橡胶膜、聚氨酯膜、硅树脂膜或科腾膜。
41.根据权利要求30所述的悬挂式光学膜组件，其中所述张力足以支撑所述光学膜。
42.一种包括根据权利要求30所述的悬挂式光学膜组件的液晶显示器。
43.一种包括根据权利要求30所述的悬挂式光学膜组件的图形显示器。
44.一种包括根据权利要求30所述的悬挂式光学膜组件的灯。
45.一种悬挂式光学膜腔，其包括：
框架，其包括：
顶部和邻近所述顶部的第一周边；
底部和邻近所述底部的第二周边；
连接所述第一周边和所述第二周边的侧部；
第一光学膜，其包括靠近所述顶部设置的第三周边；
第二光学膜，其包括靠近所述底部设置的第四周边；
第一和第二弹性体膜，所述第一和第二弹性体膜各自包括：
邻近第一边缘的第一附接区域；
邻近第二边缘的第二附接区域；和
位于所述第一附接区域和所述第二附接区域之间的自由区域；
其中所述第一弹性体膜的第一附接区域靠近所述第一周边附连到所述框架上，所述第二附接区域靠近所述第三周边附连到所述第一光学膜上，并且所述自由区域处于张紧状态，并且
其中所述第二弹性体膜的第一附接区域靠近所述第二周边附连到所述框架上，所述第二附接区域靠近所述第四周边附连到所述第二光学膜上，并且所述自由区域处于张紧状态。
46.根据权利要求45所述的悬挂式光学膜腔，还包括设置在所述第一和第二光学膜之间的光源。
47.一种制备悬挂式光学膜组件的方法，其包括：
提供包括顶部和邻近所述顶部的第一周边的框架；
提供包括第二周边的光学膜；
提供弹性体膜，其包括：
邻近第一边缘的第一附接区域；
邻近第二边缘的第二附接区域；
位于所述第一附接区域和所述第二附接区域之间的自由区域；
靠近所述第一周边附连所述第一附接区域；
将张力提供至所述自由区域；和
在所述自由区域承受张力的同时，靠近所述第二周边附连所述第二附接区域。
48.根据权利要求47所述的方法，其中提供张力的步骤包括在所述第二边缘上施加拉力。
49.根据权利要求47所述的方法，其中附连所述第一附接区域的步骤和附连所述第二附接区域的步骤中的至少一个包括用粘合剂进行附连。
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