CN104809955A - 用于特殊环境的显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括组件堆栈的显示器装配件，所述组件包括光学组件和非光学组件，所述光学组件和非光学组件通过一种结构彼此连接，所述结构包括至少一种具有低于零下60摄氏度的玻璃态转变温度的半刚性材料，所述半刚性材料被设置在具有低于零下60摄氏度的玻璃态转变温度的两层压敏黏合剂之间。本发明还涉及制造这种显示器装配件的方法。

Description

用于特殊环境的显示器
技术领域
本发明涉及适于或专用于包括低温及振动力在内的特殊环境的显示器以及用于构造这样的显示器的方法。
背景技术
为了改善显示器的光效率和均匀性，在光源前放置了漫射器和一组光增强箔片(即所谓的光学堆栈)。这些箔片可以是例如被粘合到背光腔的聚合物基片(PMMA、PC、……)，背光腔可以是一种金属部件(例如铝)。粘合剂还封闭了该背光腔并且保护它不受污染颗粒的影响。实际的LCD(液晶显示器)设备通常主要由玻璃构成，并且如上所述的，附加的光增强薄膜可被粘附到LCD设备的背面。显示器通常来说还包括不得不被粘附到正面外壳上的盖玻璃，正面外壳通常是金属部件(例如铝)。随着这一不同材料的组合而来的是CTE(热膨胀系数)方面的巨大差异。随着不断增大的显示器尺寸，这一效应将变得更为显著。当显示器面临温度变化时，连接的材料将伸长到不同长度并在所有组件中引起压力。
作为结果，可能会有不同的显示器故障。如果粘合剂保持刚性及完整，则薄片将变形并且丢失光学特性。粘合剂和设备组件之间可能有松动，污染颗粒可从此处进入并驻留在薄片间的空腔中并且扰乱光路。如果薄片的全部粘合完全松动，薄片还可能移出位置，带来显示功能的进一步减退。在其中温度在低值和高值之间循环的环境中，一种严峻情形是低温使粘合材料崩落(例如由于变脆)。粘合材料自身的破裂碎片随后可进入到薄片间的空腔中，并且当温度升高时，粘合剂碎片可能被重新活化并在有效的显示区域中间将薄片粘合在一起。这将导致弯曲的光薄片，随之而来的是降低的光学特性以及显示器中光被完全阻挡的区域。振动力可增强污染颗粒或崩落的粘合材料的碎片的任何移动(不一定是包含不同CTE所导致)。
传统的用于显示器的粘合系统通常包括单独的一层基于丙烯酸的PSA(压敏黏合剂)。然而，丙烯酸PSA在约-40℃处具有其Tg(玻璃态转变温度)，因此低于Tg无法保证丙烯酸粘合。附加的固定装置将使光学堆栈保持在其位置上，但如上所述的，崩落的PSA的碎片仍然可能进入到显示器空腔并且在有效显示区域中将薄片粘合在一起。此外，越是刚性固定的光学薄片在压力下越会变形，从而导致减退的显示功能。
EP2141211A2公开了一种用于粘合显示器中的电子组件的双面发泡胶带。该胶带被赋予光吸收属性以便降低光散射。
文章“Pressure sensitive adhesive for solar(用于太阳能的压敏黏合剂)”公开了对于低温应用场合，单独的一层基于硅树脂的PSA如何被用于将PV(光电)单元粘附到基板上。该PSA被光学地粘合到PV单元(即该PSA覆盖PV单元的整个表面)。
所引用的文章“Pressure sensitive adhesive for solar”和EP2141211A2中没有一个教示了如何避免由于温度变化而导致的光学显示器组件的压力引发的故障。
发明内容
因此本发明的各实施例的一个目的是提供适于或专用于包括低温和/或振动力在内的特殊环境的替代显示器以及提供用于构造这样的显示器的替代方法。
本发明的各实施例的优点在于提供了对于上述问题中的至少一个的解决方案。
在一个方面，本发明寻求提供一种用于包括在高至零上90摄氏度低至零下60摄氏度之间变化的温度以及各种量的振动力的特殊环境的显示器。这样的环境可能是例如户外、航天或太空，但不限于此。本发明的各实施例可针对其它的温度范围，取决于它们的预期应用场合。
根据本发明的一个方面，提供了一种包括组件堆栈的显示器装配件，所述组件包括光学组件和非光学组件，所述光学组件和非光学组件通过一种结构彼此连接，所述结构包括至少一种具有低于零下60摄氏度的玻璃态转变温度的半刚性材料，所述半刚性材料被设置在具有低于零下60摄氏度的玻璃态转变温度的两层压敏黏合剂之间。
本发明的一个优点是发生在堆栈中的组件之间的切力(诸如由于热膨胀系数的差异所引发的切力)至少部分地被半刚性材料(例如发泡或海绵型、弹性材料等)吸收，该半刚性材料通过压敏黏合剂粘合到毗邻组件。这避免了将吸收切力的负担完全置于压敏黏合剂层上。
粘合材料在整个目标温度范围内维持在其延性变形区域中，该目标温度范围对应于预期会发生在感兴趣的应用场合中的环境条件。因此，粘合材料将能够承担由于例如材料的不同伸长和/或环境振动力导致的感生压力。由于粘合材料将提供完整密封，将不会有外来颗粒进入到空腔。此外，不会有粘合材料自身的碎片进入到空腔，因此，避免了光学薄片有可能的再次粘合。
在根据本发明的显示器装配件的实施例中，光学组件和非光学组件具有不同的热膨胀系数。
显示器的不同组件具有不同CTE是有用的。光学组件的材料的示例性CTE是77×10-6K-1。非光学组件的材料的示例性CTE是24×10-6K-1。根据这一示例，假定150K的最大温度变化以及300mm×200mm的组件尺寸，则粘合结构必须能够吸收各个组件的结合部分的大约2mm的相对移动。可基于这一最大相对移动来选择半刚性材料和两层压敏黏合剂的足够的厚度。
在根据本发明的显示器装配件的一个实施例中，沿着光学组件和非光学组件的边缘部分应用所述结构。
如果粘合材料不是透明的，则优选的是将其涂敷在有效显示区域以外，以便保留光学组件的恰适的光学功能。
在根据本发明的显示器装配件的一个实施例中，所述光学组件、所述非光学组件、以及所述结构形成密闭空间。在一特定实施例中，密闭空间以不同于空气的气体来填充。
各种类型的气体可以是有利的，例如，使用比空气轻的气体提供了重量上的优势，使用具有光散射特性的气体提高了光学性能，或者使用具有热传导性的气体提供了热传输速率。
在根据本发明的显示器装配件的一个实施例中，压敏黏合剂中的至少一个基于硅树脂。在根据本发明的显示器装配件的一个实施例中，半刚性材料基于硅树脂。
发明人已发现基于硅树脂PSA(压敏黏合剂)的粘合系统能处理在低至零下60摄氏度的温度下偏差达到大于2mm的材料伸长。
在根据本发明的显示器装配件的一个实施例中，所述光学组件是由聚合物或玻璃构成的漫射器。
这些材料具有合适的特性以用作为漫射器。
根据本发明的一个方面，提供了一种制造包括组件堆栈的显示器装配件的方法，所述组件包括光学组件和非光学组件，方法包括将所述光学组件和所述非光学组件通过一种结构彼此粘合，所述结构包括具有低于零下60摄氏度的玻璃态转变温度的半刚性材料，所述半刚性材料被设置在具有低于零下60摄氏度的玻璃态转变温度的两层压敏黏合剂之间。
根据本发明的方法的技术效果和优点与根据本发明的显示器装配件的那些技术效果和优点的必要改动相对应。
附图简述
现在将参考附图更详细地描述本发明的这些和其他技术效果和优点，在附图中：
图1a-1c是本发明的一个实施例；
图2是本发明的一个替代实施例；
图3是本发明的一个实施例；以及
图4示出了本发明的一个实施例中的剪切角。
具体实施方式
将针对具体实施例且参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书定义。所描述的附图只是示意性的和非限制性的。在附图中，出于说明的目的，一些元件的尺寸可被夸大且不按比例地绘制。在本说明书和权利要求书中使用术语“包括”之处，它不排除其他元件或步骤。在引用单数名词时使用不定冠词或定冠词(例如，“一”或“一个”、“该”)之处，这包括该名词的复数形式，除非特别声明其它情况。权利要求中所使用的术语“包括”不应被解释为限于此后列出的装置；它不排除其他元件或步骤。
此外，本说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等等用于在类似的元件之间进行区分，而不一定用于描述顺序次序或时间次序。应理解，如此使用的术语在适当情况下是可互换的，且本文中所描述的本发明的实施例能以不同于本文所描述或示出的其它顺序操作。
此外，本说明书和权利要求书中的术语顶部、底部、水平、垂直等一般用于描述水平放置的毯状物，除非为它们指定另一含义。
在附图中，类似参考标号指示类似特征；并且，在多于一个附图中出现的参考标号指代相同的元件。
图1a－1c示出根据本发明一个实施例的显示器结构10的示意图。本发明涉及用于特殊环境的显示器，特殊环境诸如例如室外，尤其是寒冷气候、航天或太空环境。显示器设备包括照明系统，其中添加了光学薄片以提高照明属性，例如引导背光照明或者侧光照明。
本示例性示例包括由于装配条件而分成正面的一半和背面的一半的显示器。图1a示出了显示器10的正面侧11的垂直视图、三个侧视图11、12和13、截面图15、以及显示器的正面侧的一半，其中包括层叠的组件16－22。图1b示出了符合透视法的背面侧29和正面侧30，以及显示器的背面侧的一半，其中包括层叠的组件23－28。在两个一半之间的划分中不存在精确的几何对称。图1c示出了15的放大的一部分，其中显示了不同的层如何在显示器中被装配。
在图1a中，显示器正面侧部分开始于机械外壳16，外壳16包括具有足够应对讨论中的显示器的各种情形的结构完整性的单个或多个实体金属或聚合物部件。接着是压敏粘合剂系统，即“PSA”系统17。本实施例的全部PSA系统包括至少一个夹层结构，其中两个PSA包裹一个半刚性(例如发泡或海绵型)的材料或载体。由于夹层结构包含附加的机械结构，因此整个系统提供了改善的承受切力的能力。在概括的示例中，具有带有被夹在多个PSA之间的若干个半刚性载体的多层结构显然是可能的。单层PSA系统和多层夹层PSA系统两者在两个外侧上都具有粘合表面，使得PSA系统将与面对每个表面的光学薄片相粘合。PSA系统是不透明的，并且位于显示器的边缘的有限部分上。以此方式，它们仅占据显示器的非有效部分。
考虑到使用于低温应用场合，这一系统特别包括具有低玻璃态转变温度的材料。发明人已发现包括基于硅树脂的PSA可展现低于-60℃的玻璃态转变温度并且可适用于本发明。在一般的情况下，使用具有适合应用场合的温度范围的Tg的材料是恰当的。半刚性载体可具有发泡或海绵状的特性并且应当优选地具有低于-60℃的Tg。这类材料的一个示例可以是来自Stockwell Elastomerics的COHRlastic。重要的是，该粘合系统能够覆盖所涉及的温度偏移处涉及的材料的伸长方面的差异。发明人已发现这类差异在典型的显示器系统中可以大于2mm。
术语“半刚性材料”指的是在缺少压力的情况下维持固定形状、但是在中等扩张力或压缩力下容易变形的材料，例如此示例中的发泡、海绵、以及弹性体。在上述的COHRlastic硅胶海绵中，商业上被称为R-10400M、R-10450、R-10460(中等),R-10470(坚固或中等)、以及R-10480的密封式硅胶海绵被它们的制造商指定为具有下限为低于-60℃的工作范围，即它们具有低于-60℃的玻璃温度，并且可被用作为本发明的各实施例中的半刚性材料。在这些材料中，R-10450具有优异的抗拉强度(125ppi，根据ASTM D412测试方法)以及低伸长率(<10％，根据ASTM D412测试方法)，这对于用于本发明的各实施例中是有利的。发明人已使用R-10400M获得了良好结果。
在Stockwell Elastomerics的基于硅胶的压敏黏合剂中，商业上被称为AR8458和DP-1001(都是支持薄膜的黏合剂)的材料被它们的制造商指定为具有下限为低于-60℃的工作范围，即用在那些产品中的黏合剂具有低于-60℃的玻璃温度，并且可被用作为本发明的各实施例中的压敏黏合剂。发明人已使用DP-1001获得了良好结果。
如此处所使用的，材料的玻璃态转变温度可通过观察在以差分扫描量热法(DSC)加热时的能量释放来确定。本领域的技术人员将理解确定玻璃态转变温度的其它方法在本领域中是已知的，这些方法的结果可能与通过DSC获得的值偏差几K。
接下来是盖玻璃18，其可以是玻璃或聚合物或具有适合的光学特性的任何其它材料。这之后是PSA系统17，其将盖玻璃18和正面机械外壳16粘合起来。随后是第二个单层或多层PSA系统19，再其之后是显示设备20，使得19粘合18和20。显示设备可以是各种类型的，例如液晶显示器(LCD)、具有有机发光二极管(OLED)的显示器、……。通过使用光正确箔片提高了背光的效率和均匀性。这样的箔片可以由例如聚合物基板(PMMA、PC、……)或具有适当的光学特性的任何其它材料构成。PSA系统21放置在20之后，随后是光增强箔片22。在这一具体实施例中，在22之后没有放置进一步的PSA系统。PSA系统和堆栈中的组件的数目仅仅是示例性的，并且不丧失普遍性。
图1b示出了显示器的背面的一半。第一部分是背光外壳27，其包括单个或多个金属或聚合物实体。背光外壳27还包括光源设备(此处未示出)。27之后接的是PSA系统26和光学薄膜25、另一个PSA系统24以及最后的光增强箔片23。光学薄膜25可以是增加光扩散以得到更均匀照明的漫射器。25可以包括至少一个玻璃和/或聚合物光学组件。在示出的实施例中，在箔片23之后没有进一步的PSA系统。同样地，PSA系统和堆栈中的组件的数目仅仅是示例性的，并且不丧失普遍性。
显示器10的两个半部分现在放置在一起使得光学薄膜22和23在它们整个表面上相接触，并且显示器通过螺钉28(图1b中的所有螺钉都与28相同)来固定。
光学薄膜25可以包括至少一个玻璃和/或聚合物光学组件。其经由PSA系统24粘合到显示器堆栈的正面部分并且经由PSA系统26粘合到背光外壳27。在许多情况下，25是提高光扩散的漫射器板。背光外壳27包括单个或多个金属或聚合物实体，并且它还包括光源设备。正面机械外壳16和背光外壳27通过螺钉28机械地固定在一起。外壳16和27可以是例如铝或任何其它适合材料。对于航天应用场合，选择轻质材料一般来说是特别重要的。
光学薄片22、23和25遮盖住背光外壳27的空腔，并且防止灰尘和湿气进入到显示器堆栈。
图1c显示了显示器的角落处的放大的横截面，其中集合了所有的材料。
图2示出了本发明的一个替代实施例中的正面的一半。与图1a－1c类似，但机械外壳16与盖玻璃18交换了位置，使得盖玻璃成为显示器的正面的一半的面向外侧的组件。这可被用于例如获得缩小的刃角厚度(例如用于缩减重量)以及用于触摸屏显示器。
图3显示了PSA夹层结构31的一般示例。半刚性材料33被PSA层32和34包围。各PSA层可以是相同类型的，或者它们可以是不同类型的。持续这样地层叠材料是可能的，从而创建多层结构。这一结构可以包含混合的半刚性材料类型以及混合的PSA类型。
使用不同类型的半刚性材料提供了构造特定厚度的夹层的可能性。图1c示出了PSA 17、19、21、24以及26是如何具有不同厚度。由于PSA夹层结构实际上也是一种垫片，因此调整厚度是可能的，使得两个层之间的距离与光学条件相匹配。例如，在一特定情况下，使漫射器靠近于光源一般得到更大的视角是优选的。这在航空电子显示器领域是尤其重要的，在该领域中，飞行员可能需要具有对另一飞行员的显示器的完全可视，以防他自己的显示器故障。垫片带越薄，整个显示器堆栈也会变得越薄，并且重量被减轻，这对于航天电子应用场合是重要的。
图4显示了当上面的框相对于下面的框向右滑动时如何创建切角35。发明者已发现本发明的典型实施例的切角应对被保持45度以便不在各组件上放置过多的压力。在这一限制下，可选择适当的材料(和厚度)。
取决于材料选择，通过本发明可获得一些进一步的优点。电磁干扰可打断、妨碍或以其它方式降低显示设备的性能。这对于航天和太空应用场合特别重要。这是为什么传统显示器的正面玻璃通常包括与显示器设备的底架相接触的导电层以为设备的内部屏蔽任何有害的电磁辐射(或反之)。如果使用了基于硅树脂的PSA系统，选择导电的硅树脂载体是可能的，并且可省略附加的导电层。对于其中热量应当被耗尽的应用场合，可使用具有热传导性的硅树脂载体。这两种情况都仍然具有灵活接合的优点。
尽管以上已经参考具体实施例描述了本发明，但这仅仅是出于说明而非限制本发明来完成的，本发明的范围由所附权利要求来确定。有经验的读者应对理解仅结合方法实施例来描述的元素和特征可被用于具有相同技术效果和优点的装置实施例中，反之亦然。

Claims (15)

1.一种包括组件堆栈的显示器装配件，所述组件包括光学组件和非光学组件，其特征在于，所述光学组件和所述非光学组件通过一种结构彼此连接，所述结构包括至少一种具有低于零下60摄氏度的玻璃态转变温度的半刚性材料，所述半刚性材料被设置在具有低于零下60摄氏度的玻璃态转变温度的两层压敏黏合剂之间。
2.如权利要求1所述的显示器装配件，其特征在于，所述光学组件和所述非光学组件具有不同的热膨胀系数。
3.如上述权利要求中的任意一项所述的显示器装配件，其特征在于，沿着所述光学组件和所述非光学组件的边缘部分应用所述结构。
4.如上述权利要求中的任意一项所述的显示器装配件，其特征在于，所述光学组件、所述非光学组件以及所述结构形成一个密闭空间。
5.如权利要求4所述的显示器装配件，其特征在于，所述密闭空间以不同于空气的气体来填充。
6.如上述权利要求中的任意一项所述的显示器装配件，其特征在于，所述压敏黏合剂中的至少一个基于硅树脂。
7.如上述权利要求中的任意一项所述的显示器装配件，其特征在于，所述半刚性材料基于硅树脂。
8.如上述权利要求中的任意一项所述的显示器装配件，其特征在于，所述光学组件是由聚合物或玻璃制成的漫射器。
9.一种制造包括组件堆栈的显示器装配件的方法，所述组件包括光学组件和非光学组件，其特征在于，所述方法包括将所述光学组件和所述非光学组件通过一种结构彼此粘合，所述结构包括具有低于零下60摄氏度的玻璃态转变温度的半刚性材料，所述半刚性材料被设置在具有低于零下60摄氏度的玻璃态转变温度的两层压敏黏合剂之间。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述光学组件和所述非光学组件具有不同的热膨胀系数。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，还包括沿着所述光学组件和所述非光学组件的边缘部分应用所述结构。
12.如权利要求9至11中的任意一项所述的方法，其特征在于，还包括通过所述光学组件、所述非光学组件以及所述结构来形成一个密闭空间。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括以不同于空气的气体来填充所述密闭空间。
14.如权利要求9至13中的任意一项所述的方法，其特征在于，所述压敏黏合剂中的至少一个基于硅树脂。
15.如权利要求9至14中的任意一项所述的方法，其特征在于，所述半刚性材料基于硅树脂。
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