TW200902321A - Optical element and display with transparent tensioned supporting films - Google Patents

Description

200902321 九、發明說明： 相關申請案的相互參照 本申請案以2007年2月12日所申請的美國第 60/900,895號臨時申請案主張優先權。 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於具有拉緊透明讀膜的光學元件，^ 其於光學顯示器中的應用，特別是有關於可用於㈣㈣ ^L)CD電視的液晶顯示器（li_d Crystal叫㈣，簡賴 【先前技術】 液晶顯示器為用於如膝上型電腦、手 和電視等設備的光學顯示器。-些液晶顯Si包= I顯示器側邊的光源，並且具有置於適當位置用以將光自 光源引導到LCD面板背面的光導（light guide)。其他如一 :LCD螢幕和LCD電視(LCD_TV)的L(：D，係直接藉由一 二位於LCD面板後方的光源進行照光。此 ，示器中越來越常見，因為要達到某種程度的顯示= ^ 2功率的需求係隨顯示器尺寸的平方而增加，而沿著 頦不态的側邊而設置光源之情況下所獲得的真實值㈣ estate)僅隨顯示器的尺寸而線性地增加。此外，一些如 TV的LCD應用，要求顯示器足夠明亮，'使其可較其 他的應用能自較遠的距離觀看，並且Lcd_tv的視角要:東 與LCD螢幕和手持裝置通常不同。 -些LCD螢幕和大多數的LCD-TV通常藉由_些冷陰 94229 5 200902321 極1k 光燈管（cold cathode fluorescent lamp，簡稱 CCFL)自 •後方進行照光。這些光源為線性，並且延伸橫跨顯示器的 ’全部寬度，此將導致顯示器的背面由一系列為較黑區域所 分隔的亮帶進行照光的結果。這樣的照光型式（pr〇file)& 非所願’因此’擴散板（diffuser plate)被用來均勻LCD裝 置背面的照光型式。 一些LCD螢幕和大多數的LCD-TV通常在與燈管的相 反側堆豐鄰近擴散板之光處理膜的排列體（arrangement)， 這些光處理膜通常包括準直擴散膜（collimating diffuser film)、稜鏡導光膜（prismatic Hght directing film)和反射偏 光膜（reflective polarizer film)。由於一些膜具有保護罩薄 片其必須先被移除，接著每個光處理膜隨後被個別地放置 在LCD的背光單元中’因此’處理這些個別的光處理膜以 製造LCD顯示器是非常耗費人力的。每個膜的盤存和追蹤 也會分別增加製造LCD顯示器的總成本。此外，由於這些 光處理膜係被個別操作’故在組裝的過程中會有更多的損 害風險。 目則’ LCD-TV擴散板典型地為使用多種分散相包含 玻璃、聚苯乙烯珠和CaC〇3顆粒與聚曱基丙烯酸曱酯 (polymethyl methacrylate，簡稱 PMMA)的聚合物基質。這 些平板既厚且重，而顯示器的製造者總是嘗試薄型化形狀 因子（form factor) ’並且減少顯示器的重量。擴散板經常在 暴露於提高的溼度和燈管所造成的高溫後變形或翹曲，導 致顯不器的觀看缺陷。此外，擴散板需要客製化的擠塑混 94229 6 200902321 配’以使擴散顆粒在聚合物基質中均勻分佈，此進一步增 加了成本。 ’ 先前所揭露的美國專利第2006/0082699號申請案描 述藉由將自承式基材（self_supp〇rting sbstrate)和光學擴散 膜層（文中有稱為擴散模之情形）的不同層層合，以降低擴 散板成本的方法。雖然此方法為新穎的’但需要使用黏著 剎將足些層層合在一起，導致因添加光吸收材料所造成系 f統效能的降低。將這些層層合在一起的額外處理成本反而 =利，並且，此先前的揭露未解決擴散板厚形狀因子和重 量重的問題，此解決方式亦未提及關於擴散板趣曲的問題。 ^另一個先前所揭露的美國專利第2006/0171164號申 月木描述„又置在LC面板和照光光源間的光學膜結構或元 件。此光學元件係使用附著於光學膜之膜固定部，該光學 膜，定部進一步附著於與框架連結的膜張力控制單元，此 揭路七田述該光學元件藉由纟膜上維持張力以避免光學膜扭 曲的顯著優點。然而，此方法的缺點則為一些使用於光處 理排列體或堆疊的光學膜，就收縮、熱膨脹或潛變（c =言’具有較差的尺寸穩定性。具有較差或較低尺寸釋定 Y的膜’即便當拉緊時，仍具有猶微f曲的傾向。此外， ^國專利第2_/G171164號中請案並未教示如何使用呈 有相同光學表現的擴散膜進行置換，以汰除厚的擴散板:、 ^溥形狀因子和顯著較輕重量的光學擴散膜置 日1丈板疋:人嚮往的。這樣的擴散膜在維持高度的光均勾化 r必須具有尺寸穩定性與高光透射。這樣的擴散膜能具 94229 7 200902321 有額外的熱絕緣值，以降低自光源至擴散板上LC層的熱 獲传也是令人嚮往的。形成孔隙（voiding)，為已知達到擴 月文膜之光學需求和絕緣需求兩者的方法。 擴散膜也可提供其本身和視需要地提供其他於光處理 排列體中所通常使用的光學膜之結構支撐。因為一些光學 膜在處於熱的情況下會明顯收縮或明顯膨脹，或具有較差 •的長期尺寸穩定性，即受張力約束的情況下具潛變的傾 向，故可能需要將光學膜夾於兩個透明膜之間（其中之一可 為擴散膜）。彼等膜在處於熱的情況下收縮非常小，並且具 有=的熱膨脹係數，以及包括在處於張力的情況下，具 非系好的長期尺寸穩定性（低潛變傾向）的材料如雙軸導向 PET。此無顯著收縮、熱膨脹或潛變的結構支撐要 發明的精髓。 因此本發明的目的是提供包括具有至少一個内部光 予膜矛兩個表現相對而尺寸穩定性的外部透明膜的至少三 =的膜的堆豐的光學元件’其中，經控制的張力係朝 >、一個方向地施加於該兩個外部膜而不施加於該内部 杰太佳的具體實施例中，該光學元件以非常低的 成本長:供前述擴昔女搞夕古風 ~ 列體或堆疊。兮光4:二均句化的功能，以及光學膜排 其在特定的熱和因即使其厚度較薄， ，表面平坦的要求。典型地，該光學元件包括在至 少二個亚列的膜邊緣（peHmeter)附近的支撐框架，該並列 94229 8 200902321 的膜係由施加於兩個外部膜之經控制的張 本發明的具體實施例包含其他亦被該讀框牙= =處理膜’這些其他的光學膜可被置於兩= 外。卩膜:間’並受其支携。 〃 【發明内容】 提供—種包括具有至少—個㈣光學膜 的外部透明膜的至少三個並列的膜之堆 二:：: ，經控制的張力係朝至少-個方向地 n 膜，而非施加於該至少—個的内部膜。 本么明亦包含有包括至少三個並列的膜的光學元件， ς ’至少該外部膜的一部分係藉由施加經控制的張力至 該膜的機構的存在以維持尺 張力至 1中夕一 予尺寸的穩疋，其中，該外部膜的 ’、 m隙的擴散膜。其進-步包含有包括且有 至少該外==:=列的膜的光學元件 機構的存在以維持;;:!Γ:Γ制的張力至該膜的 力的最大變化# Γ 每個機構所施加張 π '在5亥光學凡件的設計溫度和溼度範圍 間’支配預期的収寸變化之最大力量的5G%。 =明亦提供用以均勻發光的顯示器和方法。本發明 有高尺寸穩定性的兩㈣ 近的二 加於外〇卩膜的張力 洞或狹縫突出且隨=至可★近不同位置的孔 通傻連接至框架的彈性型式機構（spring 94229 9 200902321 :Pemechanism)而施加。這些彈 亦實質地維持在該膜上二= ^ 顯示器中可用於取代現今所典型使用的 擴散板的光學功能。 ^•便用的 個本發明的具體實施例為包括光學擴散 一個本發明内部膜的其他光處理膜的光學元件。該光^ :nLcD顯示器中可用於取代現今所典型使用：擴 政板和光處理膜的光學功能。 ’、 另個本發明的具體實施例係為具有光源和lcd面 板的液晶顯示H(LCD)單元，其中，L⑶面板包含上平板、 :平板U於該上、下平板間的液晶層。該下平板面對 光源，並包含吸收偏光片（absorbing p〇larizer)。一光學元 件’包括光處理膜的排列體，其中，該光處理膜的排二體 包括具有至少一個内部光學膜和兩個表現相對高尺寸穩定 性的外部透明膜的至少三個並列的膜的堆疊，其中，經控 制的張力係朝至少一個方向地施加於該兩個外部透明膜， 而不施加於該内部膜，因此，該光源係通過該光處理膜的 排列體而照射LCD面板。 光處理膜的排列體包括第一聚合物光學擴散膜，該光 處理膜的排列體視需要地包括其他光學層。其他光學層可 包含珠子塗覆的準直擴散膜、導光膜和反射偏光片。 【實施方式】 本發明可應用於液晶顯示器（LCD或LC顯示器），且 特別地可應用於直接自背面照光的LCD，舉例來說，如使 10 94229 200902321 用於LCD螢幕和LCD電視（lcd_tv)。 ,LCD_TV目前所使用的擴散板係以聚合物基質為主， 如幵V成I m 4片的聚甲基丙晞酸甲自旨（pMMA)、聚碳酸酯 =ycarbonate’ 簡稱 pC)或環稀烴（Cycl〇_〇lefin)，該薄片 含有如有機顆粒、無機顆粒或空洞（氣泡）的擴散顆粒。這 些平板經常於曝露在因用於照射顯示㈣錢所上升的溫 度後而文形或趣曲。這些平板的製造和在最終顯示器裝置 組裝上亦較為昂貴。 本發明所針對的直接照光LCD裝置，具有設置於lcd 板本身和的光處理膜排列體。該光處理膜的排列 f包含具有：定透射和均勻化功能的至少-聚合物光學擴 政膜’其係藉由自膜中的孔洞或狹缝突出並連接至在膜周 圍的框架的拉緊機構所提供的經控制張力所支撐。視需要 地，其他如珠子塗覆的準直擴散膜、導光膜和反射偏光片 的先學膜可藉由框架或藉由拉緊的膜予以限制。每個元件 ^透射和霧度(hazeleve職設計於提供其整個顯示器的亮 度為相對均勾的直下式LC顯示器（direcMit lc此㈣）。 較佳的本發明之聚合物光學擴散膜係易於製造，並在 製造過程巾提供較高靈活性的材料和方法。在本發明中， 光學要求為分離的：拉緊機構提供結構性能，而薄 =廣賴則提供光學性能。藉由分開這些功能，使用薄的 擴散缚片的成本優勢被用於降低整體成本。藉由不包含呈 ^廣，膜的基材，高標準的光學性能和低製造成本可被實 現。由於拉緊的膜在設計的温度和渥度範圍間維持高度的 94229 11 200902321 均勻性，因此，亦可避免任何厚平板的翹曲。此外，當擴 政體係包含於膜而非基材中時，更易於精確地控制其擴散 碎寸性。藉由使用空洞化之擴散膜，在任何擴散體厚度下皆 能提供最適化之光學性能及較高的絕緣度。 直下式LC顯示器裝置1 〇〇之代表性的具體實施例以 分解圖顯示於第1圖，該顯示器裝置1〇〇可被使用於如 LCD螢幕或LCD-TV。該顯示器裝置係以使用包括[匚面 板140的前端面板裝配13〇為基礎，該LC面板14〇典型 地包括设置於面板平板134間的LC層136。該平板134 通常由玻璃所形成，可於其内部表面包含電極結構和配向 層（alignment layer)以控制LC層136中液晶的定向。該電 極結構通常被設置用以界定LC面板的像素，即液晶的定 向係可獨立於鄰近區域而被控制之LC層的區域。亦可包 含彩色濾光片，與一種或一種以上的平板〗34 一起，以在 顯示的影像上加入顏色。 上層吸收偏光片138設置於LC層136之上，而下層 吸收偏光片132則設置於LC層136之下。該吸收偏光片 138，132和LC面板140的組合控制自背光π〇通過顯示器 100至觀看者之光的透射。在一些LC顯示器中，該吸收偏 光片138,132可被設置成使其透射軸呈垂直。當lc層136 的像素未被活化，將無法改變自該處通過之光的偏振。因 此，當吸收偏光片132,138呈垂直排列，則通過下層吸收 偏光片132的光將被上層吸收偏光片138吸收。另一方面， 當像素被活化’則自該處通過的光的偏振方向將旋轉，因 12 94229 200902321 .此，至少一些穿透下層吸收偏光片]32的光亦會穿透上声 吸收偏光片！38。舉例來說，藉由控制器15〇選擇性地、: •化LC層i36的不同像素，將導致光自顯示器之某 待的位置送。出，因而形成可被觀看者看見的影像。舉例來 二制：控:二::含如接收和顯示電視影像的電腦或電視 &制盗。可於上層吸收偏光片m上提供—種或—種以上 的自㈣擇層139’舉例來說’以提供顯示器表面機械的 和或％境的保護。在-個代表的具體實施例中，該層Up 可包含於吸收偏光片138上的硬膜（hardc〇at)。 將可體會到’-些Lc顯示器的類型可以不同於上述 的形式操作。舉例來說，該吸收偏光片可平行配置，使Μ 面板可在未活化的狀態旋轉光的偏振方向。無論如何，該 顯不器的基本結構仍然與前述類似。 背光110包含一些產生照射Lc面板14〇的光的光源 114。該使用於LCD_TV或LCD螢幕的光源114通常為延 伸橫跨顯示器裝置⑽的線性、冷陰極螢光管。然而，可 使用其他的光源形式，如燈絲或電弧燈、發光二極體（light mittmg diode ’簡稱LED)、平面螢光面板或外部螢光燈， 此光=的列表僅為代表，並未試圖限定或排除。 月光U〇亦可包含將自光源Π4以遠離LC面板140 的方向向下傳送的先進行反射之反射器ιΐ2，該反射器⑴ 亦可^下所解釋地使用於回收顯示器裝置100内的光。該 、112可為鏡面反射益（specularrefiect〇r)或可為漫反 射器（diffuse reflect〇r)。一個可作為該反射器μ之鏡面反 94229 13 200902321 射器的貫例為可得自3M Company, St. Paul, Minn的 Vikuiti® Enhanced Specular Reflection (簡稱 ESR)。適合的 及反射器貫例包含如聚對苯二曱酸乙二g旨（p〇lyethyiene terephthalate ’ 簡稱 PET)、聚碳酸酯（p〇iyCarb〇nate，簡稱 PC)、聚丙烯、聚苯乙烯及其類似物的聚合物，並負載有 如二氧化鈦、硫酸鋇、碳酸_及其類似物的漫反射顆粒。 光處理層的排列體120係設置於背光110和前端面板 組合件130之間。該光處理層影響光自背光11()傳送，藉 此改良顯示器裝置100的操作。舉例來說，光處理層的排 列體120可包含擴散板122。該擴散板122被用以擴散接 收自光源的光，此將導致入射於LC面板14〇上的照射光 之均勻性的增加。因此，觀看者所察覺的影像結果更為均 勻明亮。 光處理層的排列體120亦可包含準直擴散膜124和反 射偏光片128，該光源π 4典型地產生未偏振的光，但下 I層吸收偏光片132僅傳送單一的偏振狀態，因此，約一半 的由光源114所產生的光無法穿透而到達該LC層136。 然而，該反射偏光片128可用於反射原本會被下層吸收偏 光片吸收的光，故此光可藉由在反射偏光片128和反射器 112間的反射被再循環。至少一些經由反射偏光片反 射的光可被消偏振（deP〇larized)，並且隨後以偏振的狀熊 返回反射偏光片128,並穿透反射偏光片128和下層吸^ 偏光片132至LC層136。葬由；古持·从士、4* ^ 猎由化樣的方法，該反射偏光 片128可被用於增加光源114所放射的光到達層 94229 14 200902321 的分率，因在匕，使該顯示器m00所產生的影像較為明 亮0

任何適合的反射偏光片形式可被使用，舉例來說，多 層光學膜（multiplayer opticai film，簡稱m〇f)反射偏光 片；如連續/分散相偏光片、線柵反射偏光片_ reflective P〇larizer)或膽固醇型反射偏光片（ch〇iesbic reflective P〇larizer)的漫射偏光膜（碰如吻ML polarizing film，簡稱 DRPF)。 光處理層的排列體12〇亦可包含導細i26，導光膜 為包含重新導引離軸（Gff_axis)光更接近顯示器的軸方向的 表面，構者，藉此增加在軸（〇n_axisM#送通過LC層 π因此’增加觀看者可視的影像亮度。一個實例為 I見¥光膜，其具有—些經由折射和反射能重新導引照 光的稜鏡脊（prismatic ridge)。 ' +不像傳統的LCD-TV中所使用的擴散板和堆叠的光輿 膜’本發明使用具有聚合物光學擴散膜的光處理 : 體’該擴散㈣被支#於^個顯示相對高尺寸穩定性 4透明膜間，#中’經控制的張力係施加於兩個外部透 ㈣的張力代表性地係經由突出於膜中孔洞或狹 ’、、 、弹型式機構所提供。提供該經控制的張力之— 的方法為利用拉緊帶（tensioning strap)作為彈性型^ 構’其係自膜的孔洞或狹縫中突出。其他的拉緊方法； 利用。 J伐豕万去亦可 彈性型式機構進一步牢固於在外部透明膜周圍的框 94229 15 200902321 架。這裡所定義的「彈性型式機構」為 •作範圍内維持均勻張力的機構， μ貝上在動 設計的溫度和澄度範圍下之膜尺圍必須至少和在 度-樣。這裡所定義的實質上維持的變化長 本力量的50%。此力量可較佳地維持在至少原本 Μ。在此所定義的膜—詞為具有厚度至少小：乎 (# m)的薄片材料。 、 微米 第Μ個:Γ月代表性具體實施例示意說明於 入 包含在兩個透明臈234和235間的 學編214。在此所定義的透明，為當使用 astm _，測量時具有大於7〇%的光透射。 透明膜典型的厚度範圍介於5〇至_微 ： =::圍之附近。這裡所定義的周圍為沿著二 薄邊緣所劃的想像連續線。典型的LCD顯示器具有4個直 =緣，而形成長方形的邊緣。其他的光學膜亦可如將於 隨後的圖式中戶斤#日月，附4 ^ , a ° 寸加於該光處理層排列體的聚合物 予汽月、上方。帛2圖顯示藉由本身由張力所支撐的外 部透明膜支標光學擴散膜的方法。拉緊帶218自外部透明 膜的狹缝220和221突出。栓216則自拉緊帶218中的孔 洞或狹缝217突出。該栓216固定入框架212中，許多這 樣的拉緊帶被設置於外部透明膜邊緣附近的不同位置。或 者兩個拉緊帶218可被使用，並且每個分別自外部透明膜 235和234的狹縫22〇和221突出。在這樣的情況中，每 個外部透明膜235和234可獨立被拉緊。 94229 16 200902321 光學擴散膜214藉由拉緊的外部透明膜所支撐。該拉 緊的外部透明膜234和235為自承式的。在此所定義的自 承式係指在膜本身的重量再加上使用於光處理排列體的任 何其他光學膜的重量的情況下，維持該膜的平面均勻性。 平面的均勻性則疋義為具有離開原本位置平面的偏斜，係 少於該擴散膜最長邊長度的1/18〇。 士在此所定義的透明係指當使用ASTM D-1003-00測量 具有大於70%的光透射。該拉緊的外部透明膜就收縮、 熱膨脹係數和潛變而言，必須具有高程度的尺寸穩定性。 較佳的收縮為當從室溫（23。〇加熱到85。〇時，應小於 1.5%。 熱收縮的測量係藉由使用尺寸為寬度約35公厘 (酿)，而最小為約6英吋長的樣品來完成，每個細長條被 置於衝床以獲得預設的6英吋標準長度。實際的標距係藉 由以預設6英吋的銦鋼尺（invarbar)校準的設備測量6英吋 的樣品，該長度是藉由❹數錄量器（叫㈣⑹⑽ j錄到0.0001 $忖。當最初長度被測定後，樣品則被置於 月ίι述/皿度的烤箱中一段所必須的時間間隔（本案例的測試 條件為85 c ’ 24小4)。樣品隨後被移出烘箱，並置於設 ，231和50%相對澄度的控制環境中最少、約2小時，但通 韦為 '’勺24小時。最終的樣品長度使用測定最初長度的相同 設定來重新測量。 線性變化的百分比 D玄收縮藉由下述的公式以百分比描述： 終數值一最初數值）X 100 最初數值 94229 200902321 而要注意的是，與收縮相關的負的（_)記號代表變化的 方向。 拉緊的外部透明膜的熱膨脹係數（23 °C )當依據ASTM 方法D-696測量時’較佳應小於4 〇E_5 # m/ a瓜/。〇。 當在固定的張力負荷下於2yc測量2〇分鐘後，張力 潛變柔度（tensile creep compliance)較佳應小於 6x10·10

Pa 1。該張力潛變柔度在低壓下測量，因此，膜的應變與 所施加的壓力呈線性比例。該張力應變被定義為長度的淨 變化除以最初測量的最初長度。該張力潛變柔度則定義為 張力的應變除以所施加的力。膜樣品以差動伸長設備 (differential el〇ngationalapparatus)進行測量，該設備可維 持如小於5G Mpa的較低固定負荷，亦可測量膜樣品的長 度至1微米的準確度。 在此所定義之具有高尺寸穩定性的膜為符合前述較小 的較佳收縮、熱膨脹係數和潛變的數值（分料15%、 (4.0Ε·5/ζ m//z m /t：和 όχ1〇.10 pa-i)者。 具有較低尺寸穩定性的膜為未符合前述較小的較佳收 縮、熱膨脹係數和潛變的數值（分別為15%、4〇e / # m /°C 和 6xlO_10 Pa·1)者。 拉緊的外部透明膜234和235的代表具體實施例包含 有包括丰晶質聚合物的膜。半晶質聚合物基質較佳為可見 2實質穿透的’並且在溫度上升至阶下進行測試後， 具有小於⑽收縮的尺寸穩定性。適於半晶質 理想張力潜變柔度為小'該地 94229 18 200902321 符合前述熱膨脹係數的標準。符合所有這些要求的合適聚 合物為聚酯及其共聚物。這些共聚物理想地為聚對苯二甲 酸乙二酯；聚（萘二甲酸乙二酯）(poly(ethylene naphthalate)，簡稱PEN)聚酯及任何其共聚物。pET因其 成本較PEN低而尤為適合。 擴散膜214和一種或一種以上的其他光處理層，可包 含於设置在背光和LCD面板間的光處理排列體。該拉緊的 ‘外部透明膜234和235提供穩定的結構以支撐該光處理排 列體。該拉緊的膜並無像傳統的擴散板系統一樣有翹曲的 有這些要求的合適聚合物為聚酯及其共聚物。 這些共聚物

雖然尺寸穩定的膜為理想適合的光學擴散膜214，本 聚合物光學擴散膜214的代表具體實施例包含含有办 洞和空洞引發性顆粒（void initiating particles)的半晶質$ 合物基質。較佳的半晶質聚合物基質為可見光可實質穿透 的，並且可易於拉伸產生空洞，此外，在溫度上升至 下進行測試後’具有小於L()%收縮的尺寸穩定性。符合所

發明使廣泛範圍的聚合物膜一、一-未在壓力下被支撐，因此， 94229 19 200902321 當使用拉伸產生空洞的光學擴散膜214，該空洞引發 性顆粒可為任何形式之與基質聚合物不相容的顆粒。這些 顆粒可為無機或有機的，無機顆粒可包含任何的碳酸鈣、 硫酸鋇、二氧化鈦或任何其他可熔解摻合入聚合物的無機 化合物。典型的有機空洞引發性顆粒為與基質聚合物不混 溶的聚合物，其較佳的原因為這些不混溶聚合物的樹脂顆 粒可與基質聚合物的樹脂顆粒單純地進行乾摻合，並共同 被擠壓形成澆鑄膜。無機顆粒需要會增加處理成本的預混 合或熔融混煉。較佳的無機空洞引發性顆粒為聚烯烴，最 佳為聚丙稀。 該空洞引發性顆粒應被添加，藉以產生足以作為擴散 板之擴散性但不至於不透明到使LCD顯示器的光學發光 強度明顯地下降。較佳的空洞引發性顆粒裝填為全部膜的 3至25重量％，最佳的裝填為10至20重量％。 聚合物光學擴散板214較佳為藉由將基質聚合物和不 混溶的聚合物添加劑以乾摻合的方式製造。摻合（Blending) 可藉由混合精細分開（如粉末或粒狀）的基質聚合物和聚合 物添加劑來完成，以及藉由如翻滾的完全將其混合在一 起。最終的混合物隨後餵入膜形成擠壓機中。已被擠壓出 縮小成小顆粒狀的基質聚合物和不相容聚合物添加劑的混 合物，可再被順利地擠壓成具空洞的聚合物光學擴散板。 因此，在過程中可再餵入如邊緣切屑的碎片狀膜。或者摻 合可在擠壓成形前藉由組合基質聚合物和不混溶的聚合物 添加劑的融流而達成。若聚合物添加劑被添加入製造基質 20 94229 200902321 t合物的聚合容器中，已發現無法在拉伸期間產生空洞， 且因此’擴散性便不會在產生，此被認為是因為在熱處理 的過知中’於添加劑和基質聚合物間產生一些形式的化學 或物理性結合。 該具空洞的聚合物光學擴散膜可藉由任何技術領域申 所熟知製造定向膜（oriented film)的方法進行擠壓、淬火和 拉伸，例如藉由平面膜製程或氣泡或管狀製程。該平面膜 製程為較佳用以依據本發明製造具空洞的聚合物光學擴散 體者，並且包含擠壓該混合物以通過狹縫模以及快速地在 冷凍的鑄鼓（casting drum)上對擠壓出的筒狀物（extruded web)進行淬火，因此，該膜的基質聚合物成分經淬火而形 成無定形的狀態。該膜的基料接著在高於基質聚合 璃橡膠轉換（glaSS-rubber transition)溫度下藉由才;互垂直 方向的拉伸來進行雙軸定向。儘管拉伸可依需要同時在兩 個方向進打，但一般而言，該膜先以一個方向拉伸，然後 =第個二方向進行。在—個典型的製財，該膜首先利 用-組旋轉滾軸或介於二對軋輥間沿擠壓的方向進行拉 伸’然後再藉由拉幅機以其橫向的方向進行拉伸， 中被拉伸，使其較原本的尺她方向 . Q。一旦進行拉伸，空洞便在空洞引發性顆 粒周圍開始出現。空洞引發性顆粒的濃度越高，所產生* 洞體積的錢越高。最終該職拉伸㈣ = 和15。嶋之門//攻佳的厚度範圍為介於⑽ 心之間，此顯然較光透射性自承基材薄，並且 94229 21 200902321 它們的總厚度可維持在目前所使用擴散板的範圍内。 在膜被拉伸以及具空洞的聚合物光學擴散膜形成後， 其係藉由加熱到足夠使基質聚合物#晶㈣溫度以進行熱 固’同日宁抑制該具空洞的$合物光學擴散體在拉伸的兩個 =向進仃收縮。此製程使得該膜在高達85。〇的溫度測試時 符合小於1.0%的收縮要求。當熱固的溫度增加時，該空洞 傾向於朋解，且當溫度增加時，崩解的程度亦增加。因此， 鏡面反射光之透射隨著熱固溫度的增加而增加。當熱固溫 度间達、力230 Ch•仍可被使用，且不會破壞空洞，溫度介 於150 C至200°C之間’ 一般導致較大程度的空洞化和更有 效率的擴散性，同時亦導致在熱測試後較低的收縮。 該聚合物光學擴散膜214亦可包含白化劑 (wlntener)。白化劑被典型地以較空洞引發性劑少的量而添 加口此並不會k成孔隙的產生，但卻可增進該膜的白度 (whiteness)和某種程度的擴散性。白化劑典型地為無機化 δ物丁丨〇2為隶佳。這些光亮劑（0pticai brightener)可在樹 月曰摻合的過程中被加入膜，並且可經由適當比例的母料顆 粒（master batch pellet)進行添加。該適當的比例會使母料 顆粒的濃度（以其和其餘之基質樹脂及孔隙誘導樹脂 量計）下降至較佳的0.25至5.0重量％之間的濃度。… 该聚合物光學擴散膜214亦可包含可轉換UV光為可見 光的光亮劑。該光亮劑必須選自具有熱穩定，且可倖存於 製造具空洞聚合物光學擴散膜所使用的擠壓溫度。較佳的 光亮劑包括笨並噁唑基-芪化合物。最佳的光亮劑包括 94229 22 200902321 2’2 -(1’2·乙烯—基二斗山伸苯基）苯並喔峻。這些光亮 在树月日此σ的過程中加人膜中，並且可經由適當比例的母 料顆粒進行添加。該適當比例會使母料顆粒的濃度（以其和 一餘之基質;fef月日及孔隙誘導樹脂為總量計）下降至較佳的 0.01至0.1重里％之間的濃度。在最佳的具體實施例中， 光亮劑將被添加至達到介於0.02 i 0 05重量％之間的濃 度。 »亥聚口物光學擴散膜214亦可包含抗靜電塗層以避免 吸引灰塵。任何已知的抗靜電塗層皆可被使用。 -該聚σ物光學擴散膜214亦可被製造為多層的或共擠 屢的膜。這樣做的優點為能夠使用非常薄的膜但仍符合光 學和熱穩定性或收縮的要求。薄職要高裝填量的空洞引 U α此’ rej度的空洞產生以達到擴散板的光學擴散 性能。該膜在這些高度的空洞產生條件下，在升高溫度時 具有較差的尺寸敎性。藉由製造在空洞層的―側或兩側 之鄰近處具有Μ洞層的膜，在升高的溫度下之尺寸的穩 疋性可被改善。該多層膜除了使用第二擠壓機以熔融和果 出純基質聚合物外’其他皆如前所述地被製造。該純㈣） 聚合物擠壓流㈣同空洞層擠壓流被傳送，如前所述地送 至共擠壓模組合件。多層模鑄騎著被製成在空洞層的一 側或兩側具有純聚合物層。此模鑄的膜緊接著如前所述地 進行淬火和拉伸。 該光學擴散膜214亦可提供以uv光的保護，舉例來 說，藉由包含UV吸收材料或在其中的一個層中包含抗11¥ 94229 23 200902321 光作用的材料。適合的uv吸收化合物為商業上可獲得， ’ 包含如取自 Cytec Technology Corporation of Wilmington, * Del.的 Cyasorb® UV-1164 和取自 Ciba Specialty Chemicals of Tarrytown，N.Y.的 Tinuvin®1577。 其他材料可包含於該光學擴散膜214中以降低UV光 的不利作用。一個該材料的實施例為阻胺光穩定（hindered amine light stabiHzing，簡稱 HALS)組成物。一般而言， , 最佳使用的HALS為來自四曱基哌啶者，以及可被視為聚 合物三級胺者。適合的HALS組成物為商業上可獲得，如 取自 Ciba Specialty Chemicals of Tarrytown，N.Y.的商標名 Tinuvin者。一個適用的HALS組成物為Tinuvin 622。 第2圖的光學元件200可用於替代傳統LCD顯示器的 擴散板。 其他本發明代表的具體實施例以圖式說明於第3圖。 光學元件300為包含聚合物光學擴散膜314和位於該膜邊 、 緣附近之框架312的光處理膜排列體。該框架312可為分 離的個體與該膜一起提供給LCD的製造商，或可為傳統 LCD背光中所存在的框架。其他光學膜亦可被添加於該光 處理層排列體的聚合物光學擴散膜之上方。珠子塗覆的準 直擴散膜333被置於相鄰於聚合物光學擴散膜314處。導 光膜336被置於相鄰於珠子塗覆的準直擴散膜333周圍， 且相對於光學擴散膜314侧。第3圖顯乔光擴散膜3 14、 珠子塗覆的準直擴散膜333和導光膜336如何藉由拉緊的 外部透明膜334和335支撐。在這些裝置中，兩個外部透 24 94229 200902321 :艇334和335其本身皆由拉力所支撐。拉緊帶318分別 兩個外部透明膜335和334中的狹縫32〇和321突出。 T拉緊—帶可包括任何的彈性材料（亦即當變形的力被移除 ㈠’可貝質上恢復其原本形狀的材料），較佳的材料為彈性 體叙含的彈性體為當在851：的設計溫度下使用於lCD 中時仍維持其使用期性能的彈性體。該彈性體包含交聯 的：聚胺甲酸酉旨、石夕橡膠、聚氯丁二稀、乙稀_丙稀共聚物、 稀一丙^稀一 TG共聚物、二氟乙烯_氯_三氟乙婦無規共聚 物、二氟乙蝉-氯·六氟乙稀隨機共聚物、高強度布納轉 膠和其他。可藉由如滑石、玻璃纖維和其他已知的彈性體 增強添加劑的無機填充劑來增強這些彈性體。在這些彈性 體中使用如抗氧化劑和UV之安定劑的安定劑和環境保護 劑為一般所已知，並且可用以進一步增進整個LCD使用期 的性能。栓316在每個拉緊帶末端自孔洞317突出。該栓 316固定於位於膜周圍的框架312中。至少4個此等拉緊 π以及如318和316的栓分別位於膜的周圍。光學膜314、 333和336藉由兩個拉緊的外部透明膜而垂直其表面地被 限制，並夾於兩個拉緊的外部透明膜間。其他光學膜若置 於兩個拉緊的外部透明膜間，亦可垂直於其表面地被限 制。第3圖的光學元件300可被使用於替換傳統lCD顯示 器的擴散板和視需要的光學膜。 在具一種以上藉由拉緊的外部透明膜限制的光學膜 (如第3圖）的任何具體實施例中，典型地，並不會有光學 膜相互黏附。或許，兩個光學膜的相互黏附從製造成本的 94229 25 200902321 觀點來說有所益處，但是，—種或—種以上的光學膜典型 地並不相互黏附。 本發明谷介有不同的修飾和取代形式，其細節已藉由 圖式中1實施例方式顯示，並將更詳細地描述'然而，可 X被理解的，其並不試圖限縮本發明至所述的特定具體實 施例’相反地’其試圖涵蓋如中請專利範圍所界定之落於 本發:月精神和範圍内的所有修飾、相等物和取代物。 «兄明書中所論及的專利和其他公開刊物的全部内容， 在此以全文併入作為參考。 【圖式簡單說明】 > ^I明可藉由聯結考慮下述本發明不同具體實施例的 詳細說明和附圖而更完全瞭解： 第1圖為示意說明使用擴散板的典型背光液晶顯示器 —弟2圖為示意說明包括支撐於兩個表現相對高尺寸穩 疋性的外部透明膜之間的聚合物光學擴散膜的光學元件之 平面圖及分解側視圖，其中’根據本發明的原理，經控制 的張力係藉由拉緊帶而施加於該兩個外部透明膜，而不施 加於該内部膜。該光學元件可取代第！圖擴散板的功能。 今膜/^圖為示意說明包括光學擴散膜、珠子塗覆準直擴 插人於兩個表現㈣高尺寸穩定性的 的導麵的光學元狀平面^分解__，其 控制的張力係藉由拉緊帶而施加於該兩個外部透明膜，而 不施加於該内部膜’因此’該光學元件為包括LCD顯示器 94229 26 200902321 的整個光處理膜排列體的單一零件。 本發明容許有不同的修飾和取代形式，其 <圖式中的實施例方式顯示，並將更詳細地描述。然而藉= ^被理解的，其並残圖限縮本發明至所述的特^具體二 她例’相反地，其試圖涵蓋如申請專利範圍所界定之落於 本發明精神和範圍内的所有修飾、相等物和取代物。、 【主要元件符號說明】 100 直下式LC顯示器裝置 110 背光 112 反射器 114 光源 120 光處理層 122 擴散板 124 準直擴散膜 126 導光膜 128 反射偏光片 130 前端LC面板裝置 132 下層吸收偏光片 134 面板平板 136 LC層 138 上層吸收偏光片 139 自由選擇層 140 LC面板 150 控制器 200 光學元件 212 支撐框架 214 聚合物光學擴散膜 216 栓 217 狹縫或孔洞 218 拉緊帶（彈性機構）220 狹縫 221 狹縫 234 透明拉緊膜 235 透明拉緊膜 300 光學元件 312 支撐框架 314 聚合物光學擴散膜 316 栓 317 拉緊帶中的孔洞 94229 27 200902321 318 拉緊帶 320 外部透明膜中的狹缝或孔洞 321 外部透明膜中的狹缝或孔洞 333 準直擴散膜 334 透明拉緊膜 335 透明拉緊膜 336 導光膜 28 94229

Claims (1)

1. 200902321 十、申請專利範圍·· 1.-種包括具有至少一個内部光學膜和兩個表現 定性的外部透明膜的至少二 ' 町/一個亚列的臈的堆疊的光學 個：Γ經控制的張力係朝至少-個方向地施加於 該兩個外部膜，而不施加於該至少_個的内部膜。 2. 如申睛專利範圍帛1項所述的光學it件，1中，該至少 一個的内部膜具有低的尺寸穩定性。 x 包括光學擴散 其中，該光學 3. 如申請專利範㈣1項所述的光學元件 膜。 4. 如申請專利範圍第3項所述的光學元件 擴散膜包括空洞。 其中，該張力 5. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件 =:位於該兩個外部透明膜邊緣附近之不同位置的 機構所施加。 6. 如申請專利範圍第5項所述的光學元件，其中，該張力 係以垂直於最#近於施加位置之膜邊緣的方向施加。 專㈣圍第1項所述的光學元件，其中，該拉緊 i才匕括自該兩個外部透明膜中的孔洞或狹縫突出的 長、。構，亚且具有至少一個垂直於該張力方向的表 面。 8·如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中，該張力 可由母個機構實質上維持支配該光學元件的設計溫度 和座度範圍所預期的膜尺寸變化。 如申°月專利耗圍第8項所述的光學元件，其中，每個機 29 94229 200902321 構所施加張力的最大變化係小於支配該光學元件的設 计溫度和溼度範圍所預期的膜尺寸變化下之最大力量 的 50%。 10.如申請專利範圍第8項所述的光學元件，其中，該所施 加張力的最大變化係小於支配該光學元件的設計溫度 和渔度範圍所預期的膜尺寸變化下之最大力量的25%。 11·如申請專㈣圍第丨項所述的光學元件， 為彈性機構。 12·如申請專利範圍第！項所述的光學元件，其中，該機構 包含位於三個並列的膜之附近的支撐框架。 13. 如申請專㈣圍第12項所述的光學元件，其中，至少 -種彈性型式的機構將該兩個外部透明膜連結至該框 架。 14. 如申請專利範圍第i項所述的光牛 膜和導光膜。 f匕括先學擴散 15. :==第Μ項所述的光學元件，進-步包括 珠子塗覆的準直擴散板。 16. 如申請專利範圍第15項所述 反射偏光片。 于几件，進-步包括 17. 一種包拾光源和光學元件的顯示器， 有至少一個内部来風臌《Λ伽主二先予兀件包括具 部透明膜的予、口 、現尚尺寸穩定性的外 P k月膜的至少二個並列的膜的堆 張力#鉬S 〃 其中，經控制的 力係朝至一財向地絲於麵 加於該至少-個的内部膜。 ㈣’而不此 94229 30 200902321 # • 18.如申請專利範圍帛17項所述的顯示器，#中，該 • 元件包括光學擴散膜。 千 19_-種控制光學膜平面均勻性的方法，包括在兩個外部 明膜間放置該光學膜，並且使該外部透明膜的至少 分承受經控制的張力。 -種包括兩個外部透明膜的光學 =張力至該膜的機構的存在，維持至少 f 分的尺寸穩定’其中，每個機構所施加拉力的 =1化係小於支配該光學元件的設計 圍所預期的膜尺寸變化下之最大力量的5心。 ·:=Γ圍第1項所述的光學元件，其中，該拉緊 帶自該外部透明膜中的孔洞或狹縫突出的拉緊 22.::=:Γ第1項所述的光學元件，其中，該張力. 23 ::為單元一部分的框架所施加。 請專㈣圍第I項所述㈣學 光學膜係經由該兩個外部透明膜而二 張。在該兩個外部透明膜係藉由施加經控制 24“ 構的存在而維持尺寸的穩定。 其中，該帶 其中，該帶 其中，該彈 包括彈'I::圍弟21項所述的光學元件 1括申範圍第24項所述的光學元件 2Μπ申請專利範圍第25項所述的光學元件 94229 31 200902321 性體包括聚氛甲㈣、石夕橡 稀共聚物、乙稀，稀三元共聚物：[:二丙 稀共聚物、二I乙烯急> ^ 炸虱一氟乙 布納N橡膠。*[/、氟乙稀無規共聚物和高強度 ，其中，該彈 其中，該外部 .如申請專利範圍第26項所述的光學元件 性體進一步包括安定劑或環境保護劑。 •如中請專利_第i項所述的光學元件， 透明膜的厚度係介於5〇 i 4〇〇微来之間 94229 32