專利名稱：具有改進的熱變形的光學膜/框架的制作方法
具有改進的熱變形的光學膜/框架發(fā)明領域本發(fā)明涉及光學膜和框架，更具體涉及消除光學膜受熱時發(fā)生的扭曲(buckling)的壓縮機構。扭旦 冃豕多層和微結構化的聚合光學膜被廣泛用于各種目的，包括用作鏡子、 偏振器和光重新定向膜。這些膜通常具有極佳的光學性質(zhì)，同時重量輕， 而且能夠抗破裂。因此，所述膜非常適合用作小型電子顯示器中的反射器 和偏振器，包括用于液晶顯示器(LCD)、 OLED,置于移動電話、個人數(shù)字 助理和便攜式計算機中。在透射LCD的背光燈中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了反射器、擴散器和光重新定向膜。 圖l中顯示了這樣的背光燈，圖中顯示了背光模塊100的截面圖。所述背光 模塊100包括光波導板11、反射板12、燈13、由多個薄膜和鋁后罩15組成的 光學膜組件14。所述光波導板ll是注塑的或擠出的丙烯酸類片材，具有通 過絲網(wǎng)印刷或直接噴射法在其底面上形成的用來散射光的圓形、六邊形或 正方形的擴散點16。所述反射板12設置在光波導板11之下，對通過光波導 板ll底面的光進行反射，使得光返回光波導板ll，以提高光的利用率。所 述燈13位于光波導板11的側面，通常由冷陰極熒光燈(CCFL)組成，以端部 照明的方式將光輸送入光波導板ll中。所述光學膜14置于光波導板11的頂 面上，其組成和功能在下文描述。所述鋁后罩15安裝在背光模塊100的底部 和側面，用來對背光模塊100和其中的元件進行支承和保護。參見圖2，圖中顯示了背光模塊100的光學膜14的截面示意圖，所述光 學膜組件14包括多個薄膜，置于光波導板ll的頂面上。所述薄膜包括下部 擴散片141、棱柱片(prismsheet)142和反射偏振膜143。圖2中薄膜組件的組 合物僅僅是光學膜組件14的一個例子。在顯示器模塊中定位和約束光學膜的裝置對于LCD的牢固性和環(huán)境穩(wěn) 定性是很關鍵的。定位裝置可幫助將光學膜固定在光波導板的頂面上，以 防在運輸或組裝的時候膜發(fā)生移位，以及減少在背光模塊組裝過程中光學膜的調(diào)節(jié)時間。另外，在測試背光模塊的可靠性(例如下落(falling)或振動) 時，如果定位裝置的固定效果不充分，所述光學膜容易發(fā)生移位。這會造成 圖像外觀質(zhì)量很差，例如有暗線或亮線。另一方面，被完全約束的光學膜在 顯示器模塊溫度升高的時候?qū)o法自由膨脹，造成光學膜扭曲。一種現(xiàn)有的防止光學膜熱扭曲的技術是在膜和框架之間留下小的間 隙，允許光學膜膨脹。但是該間隙不能過大，否則膜將會在框架中來回移 動。因此，該技術無法有效地用于具有高熱膨脹系數(shù)的膜或者用于大尺寸顯 示器。另外，膜和框架之間較大的間隙還會加劇在膜邊緣周圍的漏光現(xiàn)象。美國專利第6,160,663號描述了一種組件，該組件包括被框架限制的膜, 所述膜沿著平行于膜的第一方向具有第一熱膨脹系數(shù)，沿著平行于膜的第 二方向具有第二熱膨脹系數(shù)，其中所述膜相對于框架的熱膨脹系數(shù)沿第一方向比沿第二方向大，且所述膜在環(huán)境參照溫度下的形狀不同于框架的形 狀，對膜的形狀進行選擇以減小間隙，同時允許膜和框架之間有足夠的空 間，以適應膜在溫度升高到預定升高的參照溫度時沿第一方向的熱膨脹。 這種方法的一個局限性在于，對于在自由膨脹過程中產(chǎn)生面外彎曲(翹曲) 的膜，它沒有提出處理辦法。美國專利第6，673,425號描述了多層光學主體，其包括連接于一個或多 個尺寸穩(wěn)定的層上的光學膜。所述尺寸穩(wěn)定的層支承著所述光學膜，使得 所述復合多層光學主體在經(jīng)歷溫度起伏之后能夠抗翹曲，同時能夠保持光 學膜的輕的重量、耐久性和撓性。美國專利第6,673,425號還涉及一種制造 光學主體和包含所述光學主體的顯示器(例如LCD)的方法。人們?nèi)匀恍枰_發(fā)有效的方法，將一塊或多塊光學膜約束在顯示器設 備中，同時不會造成所述一塊或多塊膜的熱扭曲或自由移動。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明通過引入光學膜/框架的組合解決了熱扭曲的問題，所述光學膜包括觀察部分，所述膜或框架、或者這二者包括壓縮減小機構，以允許膜 在框架內(nèi)膨脹，而不會造成膜的觀察部分變形。在一個實施方式中，所述光學膜包括壓縮減小機構，所述壓縮減小機構(compression reducing mechanism)是膜的壓縮減小部分。在另一個實施方式中，所述框架包括壓 縮減小機構。本發(fā)明消除或者減少了在用于顯示器設備的過程中由于光學膜受熱造 成的光學膜的熱扭曲。所述壓縮減小機構減少了膜的觀察部分的形變或扭 曲。本發(fā)明還提供了一種用來防止光學膜在光學框架中過于自由地來回移 動的裝置。本發(fā)明能夠特別有效地用于光學膜/框架組合，其中光學膜的對 角線為9-70英寸，更優(yōu)選為19-55英寸。附圖簡述盡管本說明書后面的權利要求書特別指出了本發(fā)明的主題，并明確要 求了對該主題的保護，但是我們認為，通過以下描述并結合附圖，可以更好 地理解本發(fā)明，圖中圖l是常規(guī)的背光模塊的截面圖；圖2是用于背光模塊的常規(guī)光學膜的截面示意圖；圖3是具有扭曲部分的光學膜的一個實施方式的側視圖；圖4是位于光學框架中的具有扭曲部分的光學膜的側視圖；圖5是位于光學框架中的扭曲狀態(tài)的光學膜的側視圖；圖6顯示了光學框架中的光學膜的俯視圖和側視圖；圖7是具有扭曲部分的光學膜的另一個實施方式的側視圖；圖8是位于光學框架中的具有扭曲部分的光學膜的另一個實施方式的 側視圖；圖9是沖壓設備/壓紋設備的示意圖；

圖10顯示了包括彈簧形式的壓縮減小機構的光學膜的一個實施方式； 圖ll顯示了包括翼片(tab)形式的壓縮減小機構的光學框架的一個實施方式；圖12是用于常規(guī)光學膜的熱變形輪廓；圖13是本發(fā)明的一個實施方式的熱變形輪廓，其中熱變形限于膜的扭曲部分；圖14是本發(fā)明的一個實施方式的熱變形輪廓，其中光學膜基本保持平坦。發(fā)明詳述如上所述，本發(fā)明提供了一種能夠抗熱扭曲的光學主體。本發(fā)明的一 個優(yōu)選實施方式通過在光學框架內(nèi)光學膜的至少一條邊上引入壓縮減小部 分(也稱為扭曲部分)而解決了熱變形的問題。更優(yōu)選所述膜的壓縮減小部分在光學膜的至少一條邊上。參見圖3，圖中顯示了本發(fā)明光學膜的一個實施 方式的截面圖，所述光學膜l包括三個部分，主要部分(觀察部分)IO、扭曲 部分(壓縮減小部分)20和端部部分30。所述主要部分10是膜的觀察部分。所 述扭曲部分20是通常位于光學框架下方的膜的一小部分，相比于主要部分 10，該扭曲部分20對熱驅(qū)動的抗扭曲力較低。所述抗扭曲力與光學膜的厚 度的立方及其楊氏模量成比例。所述主要部分10和扭曲部分20可以由相同或不同的材料組成。 一種獲 得較低抗扭曲力(bucklingresistance)的方法是使部分20比部分10更薄，如圖 4所示。另一種方法是對部分20使用具有較低楊氏模量的材料。在一個實施 方式中，所述扭曲部分20的楊氏模量至少比光學膜主要部分的楊氏模量低 20%。在另一個實施方式中，所述光學膜在膜的至少一條邊上具有壓縮減 小部分，所述膜的壓縮減小部分20的彎曲勁度(bending stiffness)等于或小于 光學膜觀察部分10的彎曲勁度的80%。部分30是光學膜的端部部分。部分30的性質(zhì)可與部分10相同?？梢月?去部分30，使得部分20延伸到光學膜的端部。圖4顯示了光學框架40中的具 有扭曲部分20的光學膜的側視圖。圖5顯示了熱膨脹情況下的光學膜。所述 扭曲部分20的扭曲消解了光學膜的主要部分10的膨脹，使得在主要部分IO 中不會出現(xiàn)扭曲。這消除了主要部分10(即顯示器的觀察部分)中的光學膜變 形。圖6顯示了光學框架中光學膜的前視圖和側視圖。所述扭曲部分20可位 于光學膜的一條、兩條、三條或四條邊內(nèi)。扭曲部分20的工作機理可用以下所述的在面內(nèi)壓縮負荷作用下的薄板 扭曲理論來解釋。在此情況下，壓縮負荷是通過邊緣受到約束的光學膜的熱膨脹產(chǎn)生的。所述板抗面外扭曲的能力用板的撓性剛度(flexural rigidity)D 表示，所述撓性剛度D定義如下其中E和v分別是板的楊氏模量和泊松比，h是板的厚度。如果由光學膜 制成的板具有一個以上的部分，則具有較低撓性剛度的部分會首先扭曲。從 公式(l)可以清楚地看出， 一種產(chǎn)生具有較低撓性剛度的扭曲部分的方法是 使制得的扭曲部分較薄，例如圖4所示的實施方式。另一種方法是如上文所 述，使用具有較低楊氏模量的材料。所述扭曲部分可以具有凹槽，如圖7所示的扭曲部分120。所述扭曲部 分120具有波紋或凹槽，使得其抗扭曲力相對小于主要部分IIO。另外，所述 扭曲部分120可以存在于光學膜的一條邊、兩條邊、或者三條邊、或者全部 的四條邊上。所述扭曲部分還可以是不連續(xù)的，這意味著所述膜的扭曲部分 或壓縮減小部分可以包括一些特征，例如孔隙、空穴、狹縫、槽縫、楔形 切口或其它種類的切割成的部分，或者它們的組合。這些特征可以按照周 期性或非周期性的形式排列，可以不一定覆蓋扭曲部分所有的區(qū)域。圖8顯 示了位于光學框架中的具有凹槽的膜。優(yōu)選的光學膜厚度為10-1000微米。 一些特別合適的材料是聚碳酸酯、 無定形聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate)(PEN)或者聚醚砜(PES)。本發(fā)明對于由熱膨脹系數(shù)高于lOppm/ 'C的材料組成的光學膜是特別有效的。在本發(fā)明的另一個實施方式中，所述扭曲部分和主要部分可以由不同 的材料組成。在此情況下，所述扭曲部分的組成材料的楊氏模量優(yōu)選比主 要部分(觀察部分)的材料的楊氏模量小至少20%。例如，主要部分可包含 PEN，扭曲部分可包含PET。當使用不同的材料的時候，扭曲部分可以結合 上述更薄、不連續(xù)等特征，但是如果選擇合適的材料，優(yōu)選這些特征將是 非必要性的。存在許多可用來制造具有扭曲部分(其抗扭曲力較低)的光學膜的方法。一種方法是使用圖9所示的熱沖壓/壓紋法。所述設備包括加熱板550和沖壓 具(stamp)350。通過用沖壓具350對光學膜450進行壓制，在平坦的表面上進 行熱沖壓，形成所需的圖案。僅對顯示器的邊緣區(qū)域進行所述壓紋工藝。通過使用各種沖壓具350，可以產(chǎn)生具有各種特征的扭曲部分，所述各 種特征是例如孔隙、空穴、狹縫、槽縫或其它種類的切割成的部分，或者 它們的組合。例如，可以很容易地沿扭曲部分的一個方向產(chǎn)生均勻或不均 勻分布的小孔。還可具有沿扭曲部分的另外方向的凹槽。這些空穴和凹槽 可以沿所述光學框架(以及扭曲部分)的兩個主要方向以各種圖案排列。當 然，關鍵是減小扭曲部分的抗扭曲力。這可通過上述的其它結構或者它們 的組合來完成。通過這種方法產(chǎn)生的膜的壓縮減小部分經(jīng)常具有特征的二 維分布，例如空穴、凹槽、狹縫，還可具有特征的三維分布，例如凹槽的深 度。人們可使用各種技術來制造其中觀察部分和壓縮減小部分由不同材料 組成的光學膜。 一種這樣的技術是擠出法。在紙張或鋁箔之類的基材上擠 出聚合物或聚合物的摻混物的涂層，從而形成擠出涂覆的基材，這是本領 域眾所周知的，例如可參見美國專利第4,152,387號。在被稱為共擠出的方 法中擠出多層包含聚烯烴的聚合物的操作也是眾所周知的。各種聚乙烯和 聚乙烯的混合物已經(jīng)被廣泛用作擠出涂料組合物。這些材料已經(jīng)被用于共 擠出法，作為與基材相鄰的層，使得涂層與基材相結合。為了制造觀察部 分和壓縮減小部分由不同材料組成的光學膜，人們需要使用獨立的擠出模 頭，向膜的觀察部分和壓縮減小部分引入不同的聚合物。在與制造過程中 絲網(wǎng)移動方向(web moving direction)相橫切的膜方向上，可以將所述光學膜 的壓縮減小部分與膜的觀察部分相層疊，將它們連接起來。這要求在層疊 過程中，膜的壓縮減小部分和觀察部分之間重疊面積很小。另一個優(yōu)選的實施方式是為光學框架(也稱為光學框架校注重復， 原文可能有誤)引入壓縮減小機構，以消除光學膜的扭曲。在一個實施方式 中，如圖10所示，所述壓縮減小機構是位于光學框架140和光學膜210之間 的彈簧。在圖10所示的優(yōu)選實施方式中，通過引入帶有端板的彈簧220，解 決了熱扭曲問題。所述彈簧在一端與框架連接，在另一端與端板連接。允許所述端板在膜的平面內(nèi)移動，以消解所述光學膜的膨脹和收縮。通過這種 方式，不會由于熱膨脹而造成扭曲和變形。當顯示器開啟電源的時候，該 膜將不會在常規(guī)條件下在框架中自由來回移動。在另一個實施方式中，所述壓縮減小結構是位于框架和光學膜之間、 沿光學框架至少一條邊設置的彎曲元件，所述彎曲元件能夠偏轉(zhuǎn)，從而對光學膜提供抵抗力。優(yōu)選所述彎曲元件由楊氏模量高于l GPa的熱塑性材料制成。所述壓縮減小機構還可以是位于所述光學框架的一條或多條邊的壓縮 元件，所述壓縮元件通過變形為光學膜提供抵抗力。例如，所述壓縮元件可 以由橡膠材料制成。高彈體和橡膠材料的特征是具有高撓性和彈性。它們基于各種化學體系。其例子包括丙烯酸類材料和聚丙烯酸酯；丁基聚合物、聚丁烯和聚異 丁烯聚合物；乙烯共聚物；含氟聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE);硅酮，聚 氨酯，以及聚醚嵌段酰胺(PEBA);苯乙烯丁二烯橡膠(SBR);以及氯乙烯和 聚氯乙烯(PVC)。聚氨酯或聚苯乙烯是特別合適的。高彈體和橡膠材料的重要指標包括機械性質(zhì)、熱性質(zhì)、電性質(zhì)、光學性質(zhì)、工藝性質(zhì)和物理性質(zhì)。對于本發(fā)明中使用的高彈體和橡膠材料，楊氏 模量是一個重要的特征。適用于本發(fā)明的高彈體/橡膠的楊氏模量為l MPa至100MPa。有許多簡單的方法可以在不使用獨立的機械部件的情況下將壓縮減小 結構結合入框架中。例如壓縮減小機構是彎曲元件的時候，其可以如圖ll 所示制成小的翼片230。這些翼片230基本位于膜210和框架240之間的間隙 250中，當膜膨脹的時候，這些翼片會朝向框架240彎曲。這些翼片是框架 的一部分，可以通過注塑法與框架一起制造。增加的成本很少?？梢砸砸?種方式對翼片的材料和尺寸進行選擇，使得在翼片完全被推向框架的時候， 不會發(fā)生破壞。當然，翼片的數(shù)量、構造和形狀不限于圖ll。另外，翼片230 可存在于光學框架的一條邊、兩條邊、或者三條邊或者四條邊上。有幾種關于壓縮減小機構的設計構思，例如實施例10和11中的彈簧或 翼片。首先，彈簧常數(shù)需要適當，以提供恰當水平的對膜膨脹的抵抗力， 同時還需要允許膜使所述壓縮減小機構彎曲，以消解膜的膨脹，其中彈簧常數(shù)定義為施加到壓縮減小機構上的作用力與其變形量之比。如果彈簧常 數(shù)過低，則當光學膜膨脹的時候，會將所述壓縮減小機構推向框架，使得壓 縮減小機構失去作用。另一方面，如果彈簧常數(shù)過高，則壓縮減小機構將無 法發(fā)生足夠的彎曲以消解膜的膨脹，這會導致光學膜扭曲?；谶@兩個考慮, 合適的彈簧常數(shù)的條件為(2a)g且k^^^ (2b) (aATEh-Ncr)L其中Nw是膜扭曲的臨界作用力，L是膜的長度，g是膜和框架之間的間 隙，k是彈簧常數(shù)，(x是膜的熱膨脹系數(shù)，h是膜的厚度，E是膜的楊氏模量， AT是預期的溫度變化。很顯然，需要"ATEh大于Ner，否則，即使在膜被充 分約束使其不發(fā)生膨脹的時候，膜也不會發(fā)生扭曲。公式(2a)顯示了一個事實，即壓縮減小構建具有足夠的剛性，以防膜膨脹到框架。公式(2b)表明壓 縮減小機構足夠軟，使得光學膜中的壓縮作用力小于造成扭曲的臨界作用 力。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述膜可包括壓縮減小部分，框架還可 包括壓縮減小結構，例如翼片或彈簧。用于翼片的聚合物應當具有足夠的斷裂伸長率，使得當翼片變形的時候，它們不會斷裂。 一些可用于翼片的有用的熱塑性材料列于下表。ABS,尼龍6,尼龍6/6,聚碳酸酯，PC/丙烯酸樹脂合金， PC/PBT合金，PPO-PA合金，TPO。ACI塑料公司(ACI Plastics)美國高等高彈體系統(tǒng) (Advanced Elastomer)SantopreneTM熱塑性橡膠 Santoprene 8000熱塑性橡膠 Vyram 熱塑性橡膠 Geolast 熱塑性橡膠 Trefsin 熱塑性橡膠 Vistaflex 熱塑性高彈體 Dytron XL熱塑性橡膠阿爾法戈雷公司(Alpha 消費性能TPE. Evoprene, Evoprene G, Evoprene Super G, Gary) Evoprene禾卩Evoprene GC.大范圍的用于模塑和擠出的PA6和PA66化合物，銷售商 標為Aquamid禾口 Econyl阿夸費爾技術聚合物 公司(Aquafil Techno polymers)意大利旭牌公司(Asahi Kasei)亞洲艾特格拉斯(Atoglas)美 國，墨西哥，韓國合成橡膠和樹脂 Leona⑧聚酰胺66 Tenac②聚縮醛均聚物 Tenac-C⑧聚縮醛共聚物 Xyron⑧改性的聚苯醚丙烯酸類模塑和擠出樹脂以及丙烯酸類片材，在北美和 拉美的商品名為Plexiglas，在亞太、歐洲、非洲和中東 的商品名為Altuglas⑧。艾特格拉斯還銷售Tuffal^聚碳酸酯巴達普拉斯特(Bada基于PA6、 PA66以及不同的共聚酰胺例如PA 6/66和PA Plast) 66/6的聚酰胺物質(zhì) 德國，英國巴塞(Basell)荷蘭BASF德國，美國世界上最大的聚丙烯和高級聚烯烴產(chǎn)品的生產(chǎn)商,聚乙 烯和催化劑的主要供應商，全球聚丙烯和聚乙烯工藝的 主要開發(fā)商和特許者BASF是全球最大的苯乙烯、工程塑料和聚氨酯生產(chǎn)商之拜爾(Bayer)貝爾帕克(Belpak)俄羅斯博格(Berga)熱塑性工程樹脂、聚氨酯原料和體系，為大范圍的聚合 物應用提供技術和加工設備PET和吹塑樹脂用于個人色彩和質(zhì)量的PVC顆粒和干混合物伯瑞里斯(Borealis)法國博羅格(Borouge)中東和亞太BP化學(BP Chemicals)長春吉大高性能材料 (Changchun Jida High Performance Materials)中國聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)用于撓性和剛性包裝以及管道工業(yè)的低密度(LLD)、中密 度(MD)和高密度(HD)聚乙烯核心產(chǎn)品包括烯烴、聚丙烯、HDPE(高密度聚乙烯)、丙 烯腈、對二甲苯(PX)、純化的對苯二甲酸(PTA)和乙酸聚醚砜樹脂(PES)，聚醚醚酮(PEEK)切爾(Cheil) ABS, PS, EPS和SAN。 CMP(化學機械拋光)漿料，CR(色南韓 彩保護)，PI(聚酰亞胺)，PR(光刻膠)，糊料，EMS(電磁干擾屏蔽)，OPC(有機光導體)，油墨和高功能工程塑料公 司乙烯、丙烯、聚乙烯、聚丙烯、苯、氨石 化 (Chemopetrol)捷克共和國切文菲利普(Chevron Phillips) (CPC)池美(Chi Mei)臺灣池所(Chisso)日本CTICyro美國，德國聚乙烯(PE), K-Resir^苯乙烯丁二烯共聚物(SBC),氧捕 獲聚合物(OSP)， Phillips Sumika聚丙烯(PP), Ryton⑧聚苯 硫醚樹脂(PPS),常規(guī)a烯烴(Normal Alpha Olefins)(NAO) 禾口 Synfluid"聚a烯烴(PAO)Abs樹脂，San樹脂，Ps樹脂，丙烯酸類樹脂，丙烯酸類片 材，Pc樹脂，Pc/Abs樹脂,Tpe, Q樹脂，Br， Ssbr,電子化學， 光學Pmma片材，Ms樹脂LIXON, LIXON Aligner, Chisso PBS Resist和LIXON COATPVC撓性，PVC剛性，Temprene丙烯酸類樹脂下面描述了光學膜設計的一些常規(guī)的考慮。當在本說明書中使用術語 光學膜的時候，它適用于具有光學功能的膜，或者層狀光學膜，所述層狀 光學膜包括與具有不同功能的其它光學膜層疊的一個以上光學膜。 一個以 上的光學膜片材可用于LCD。當兩個或更多個光學膜層疊或疊置使用的時 候，疊置的光學膜之間可以具有間隙或者沒有間隙。通常優(yōu)選在疊置光學膜 的時候，使它們之間具有小的間隙，將它們固定于膜固定框架。此處，膜之 間的間隙可以根據(jù)光學膜結構中所需的光學系統(tǒng)在很寬的范圍內(nèi)變化，但 是通常為0.3-2.0毫米，優(yōu)選為0.5-1.0毫米。在LCD中使用各種光學膜。所述光散射膜通常是進行了散射表面處理 的膜，對聚合物膜進行了無光澤處理或壓紋處理。還可使用其它的漫射表 面處理，如進行噴砂處理，或者在表面上設置大量細小的凸起。另外，可通 過在內(nèi)部分散Ti02之類的散射顆粒而形成光漫射表面。所述光漫射膜可根 據(jù)各種模塑方法，由包含以下組分的組合物形成聚碳酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、聚酰胺樹脂、聚烯烴樹脂、硅 酮樹脂(包括硅酮聚脲之類的改性的硅酮)等。光漫射膜的具體例子包括光漫射膜"Opals系列"，這是肯瓦公司(Keiwa Co.)的產(chǎn)品。根據(jù)使用目的，所述 光漫射膜可以任意的厚度使用，但是通常應以一種方式選擇，使得液晶顯 示器的厚度和重量減小。因此，所述光漫射膜的厚度通常為5-1000微米，優(yōu) 選為5-500微米，更優(yōu)選為5-200微米。所述光漫射膜的厚度最優(yōu)選為5-150微米。本技術領域通常使用的亮度改進膜(也稱為亮度提高膜)可在此用作亮 度改進膜。常規(guī)的亮度改進膜是棱柱形的亮度改進膜。用于實施本發(fā)明的 棱柱膜的具體例子包括作為3M公司產(chǎn)品的亮度改進膜"BEFII系列"、"BEm 系列"、"RBEF系列"和"NBEF系列"(商品名)。所述亮度改進膜可以根據(jù)使用 目的以任意的厚度使用。通常應當對所述亮度改進膜的厚度進行選擇，以 減小液晶顯示器裝置的尺寸和重量，厚度通常為5-l，000微米，優(yōu)選5-500微 米，更優(yōu)選5-200微米。具有反射類偏振性質(zhì)的膜可用于所述亮度改進膜。所述反射類偏振膜 通常是具有以下性質(zhì)的偏振膜其能夠透射沿平行于一個平面軸(透射軸)的振動方向的光，但是會使其它的光線反射。換而言之，該膜僅透射射入偏 振膜的光線中平行于上述透射軸的振動方向上的光的分量，表現(xiàn)出偏振性 能。但是與現(xiàn)有技術的光吸收性偏振板不同，不能從所述偏振膜透射的光線 基本不會被偏振膜吸收。因此，所述光線一旦被偏振膜反射，則可返回光源 側，可以通過置于光源側的反射元件(例如光漫射膜)再次射向反射類偏振 膜。在這樣返回的光線中，僅有平行于透射軸的振動方向上的光分量會透 射，余者會再次被反射。這些透射-反射操作的重復進行可提高透射的偏振 光的強度。這種反射類偏振膜的一個具體例子是3M公司的產(chǎn)品"DBEF系列 "和"DRPF-H系列"(商品名)?？梢允褂脠A形偏振元件代替這種線性偏振元 件。圓形偏振元件的一個例子是膽甾類圓形偏振元件，其可購自尼托鄧克 有限公司(Nitto Denko K. K.)，商品名為"Nipocs"。所述反射類偏振膜也可以根據(jù)使用目標、以任意的厚度使用。通常應 當對反射類偏振膜的厚度進行選擇，以減小液晶顯示器裝置的尺寸和厚度，該厚度通常為15-1000微米，優(yōu)選30-500微米，更優(yōu)選為50-200微米。上面具體描述的光學膜和其它可用來實施本發(fā)明的光學膜可以以任意 的形狀和尺寸(如它們的厚度)使用。例如，所述光學膜可具有任意的形狀， 例如圓形、橢圓形、多邊形等，但是通常優(yōu)選為多邊形(正方形或矩形)。根 據(jù)光學膜結構的使用目標，這些光學膜的面積包括小面積到大面積，通常 為1厘米2至2米2。在本發(fā)明的實施方式中，當光學膜的面積較大的時候，壓 縮減小機構能夠表現(xiàn)出最有效的作用。因此，可以防止膜出現(xiàn)形變和扭曲， 同時膜表面的平坦度得以保持。因此，推薦使用具有較大面積的光學膜。例 如，對于液晶電視單元優(yōu)選的顯示器尺寸，本發(fā)明所用的光學膜面積通常為 15-50英寸，或者更大。本發(fā)明的光學膜可以由任意可成形且通常透明的材料制成。可紫外固 化的材料，包括丙烯酸樹脂和聚碳酸酯是優(yōu)選的材料。通常用來制備光重 新定向膜的可紫外固化的組合物包括乙烯基單體，例如烷基苯乙烯單體， 例如甲基苯乙烯，以及各種共聚單體和/或低聚物。在一個實例中，所述組 合物包含以下各組分雙酚A環(huán)氧二丙烯酸酯、酚醛清漆環(huán)氧丙烯酸酯以及 乙烯基單體，其包括垸基苯乙烯(例如甲基苯乙烯)；這種組合物被看作"環(huán) 氧丙烯酸酯"?？梢约尤胍l(fā)劑來提供自由基源，以引發(fā)組合物的聚合，形 成聚合的結構。其它可用于光學膜的層的材料是對苯二甲酸乙二酯(PET)， 聚萘二甲酸乙二酯(PEN),聚醚砜(PES),聚砜，酚醛樹脂，環(huán)氧樹脂，聚酯, 聚酰亞胺，聚醚酯，聚醚酰胺，乙酸纖維素，脂族聚氨酯，聚丙烯腈，聚四 氟乙烯，聚偏二氟乙烯，聚(甲基(x-甲基丙烯酸酯)，脂族或環(huán)狀聚烯烴，聚 丙烯酸酯(PAR),聚醚酰亞胺(PEI),聚醚砜(PES),聚酰亞胺(PI),特氟隆聚 (全氟代-烷氧基(alboxy))含氟聚合物(PFA),聚(醚醚酮)(PEEK),聚(醚酮) (PEK),聚(乙烯四氟乙烯)含氟聚合物(PETFE),以及聚(甲基丙烯酸甲酯)和 各種丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯共聚物(PMMA)。脂族聚烯烴可包括高密度聚 乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和聚丙烯，包括取向聚丙烯(OPP)。環(huán) 狀聚烯烴可包括聚(二(環(huán)戊二烯))。優(yōu)選的撓性塑料膜是環(huán)狀聚烯烴或聚 酯。各種環(huán)狀聚烯烴適合用于所述撓性塑料膜。例子包括日本東京的曰本 合成橡膠公司(Japan Synthetic Rubber Co.)生產(chǎn)的Arton⑧；日本東京的佐恩化學L.P.(Zeon Chemicals L.P.)生產(chǎn)的Zeanor T;以及德國克虜伯的克雷斯 (Celanese A. G.， Kronberg Germany)生產(chǎn)的Topas⑧。Arton是聚合物膜形式的 聚(二(環(huán)戊二烯))縮合物?；蛘咚鰮闲运芰夏た梢允蔷埘ァ?一種優(yōu)選的聚 酯是芳族聚酯，例如Arylite。盡管上面提出了塑料膜的各種例子，但是應當 理解，所述膜還可由其它材料形成，例如玻璃和石英。在關于制備多層光學膜的描述中已經(jīng)揭示了各種適用于本發(fā)明的聚合 物材料。例如，Schrenk等人在美國專利第4,937,134、 5,103,337、 5,448,404、 5,540,978和5，568,316號中以及Wheatley和Schrenk在第5，122,卯5、 5,122,906 和5，126,880號中描述了可用來制備根據(jù)本發(fā)明的多層光學膜的聚合物材 料。所述光學膜的層通常由聚合合成樹脂制備，可以混合其它組分，例如 固化劑、填料、強化劑、著色劑和增塑劑。塑料包括熱塑性材料和熱固性材料。所述光學膜必須具有足夠的厚度和機械完整性，使其可以自支承， 而且不應過厚而成為剛性的。所述光學膜的層的另一個顯著的特征是它們的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。 Tg定義為塑料材料從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化為橡膠態(tài)的溫度。其可包括材料可實際發(fā) 生流動之前的范圍。適用于撓性塑料膜的材料包括具有較低玻璃化轉(zhuǎn)變溫 度的熱塑性材料，例如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度最高達150。C,以及具有更高玻璃化 轉(zhuǎn)變溫度的材料，例如高于150。C。對用于撓性塑料膜的材料的選擇將取決 于以下的因素，例如制造方法條件(如沉積溫度和退火溫度)，以及后制造 條件(例如顯示器制造商生產(chǎn)線中的條件)。下面討論的某些塑料能夠耐受更 高的加工溫度，至少最高達200'C、有一些可高達300-350'C，而不發(fā)生破 壞。所述光學膜的層可以用硬的涂層強化。通常所述硬的涂層是丙烯酸類 涂層。這種硬的涂層的厚度通常為1-15微米，優(yōu)選為2-4微米，可通過合適 的可聚合材料在熱引發(fā)或紫外線引發(fā)條件下、通過自由基聚合反應來提供。 根據(jù)膜的情況，可使用不同的硬涂層。當所述膜是聚酯或Arton的時候，特 別優(yōu)選的硬涂層是被稱為"Lintec"的涂層。Lintec包含紫外固化的聚酯丙烯 酸酯和膠體二氧化硅。當沉積在Arton上的時候，其表面組成包含35原子％的C, 45原子。/。的O和20原子。/。的Si(不包括氫)。另一種特別優(yōu)選的硬涂層是 美國威斯康辛州新柏林市的特卡拉公司(Tekra Corporation, New Berlin, Wisconsin)的丙烯酸類涂層，其商品名為"Terrapin"。如上所述，本發(fā)明涉及一種光學膜，該光學膜是通常用于LCD裝置的 背光模塊的一部分。由于液晶顯示器是比CRT更亮更緊湊的顯示器裝置，它 們在計算機、電子計算器、鐘表中獲得廣泛的應用。液晶顯示器的操作原 理取決于液晶材料光學性質(zhì)的變化，例如干涉、散射、衍射、旋光性或吸 光性。這種變化是由于對施加的外部場，例如電場或加熱作出響應，造成 液晶分子取向發(fā)生變化或相變而造成的。迄今為止，扭轉(zhuǎn)向列(TN)液晶顯示器和超扭轉(zhuǎn)向列(STN)液晶顯示器 受到人們廣泛的接受。這些種類的液晶顯示器利用了液晶材料的一些光學 性質(zhì)，例如旋光性和雙折射光的干涉。這兩種性質(zhì)都需要起偏振片。以下實施例用來說明本發(fā)明，但是并不對本發(fā)明構成限制。實施例該實施例說明了通過有限元分析測定的所述壓縮減小機構對消除光學 膜扭曲的作用。根據(jù)常規(guī)的有限元分析技術，第一步是使用離散元(也稱為 網(wǎng)目(mesh))生成光學膜的幾何表達形式。使用ABAQUS⑧，一種購自Hibbitt， Karlsson & Sorensen有限公司的有限元軟件包(Pawtucket, R丄)分析光學膜 和壓縮減小機構的熱學性能和機械性能。該軟件給出顯示扭曲的大小和位 置的位移輪廓。該模型是基于19英寸顯示器的四分之一部分。光學膜是厚度為6密耳的 聚碳酸酯膜。光學膜和光學框架之間的間隙為41密耳。所述膜的熱膨脹系 數(shù)為60ppm〃C。當溫度從室溫升高3(TC的時候，觀察到了扭曲，見圖12。 當引入扭曲部分的時候，當厚度為2密耳時，光學膜的扭曲僅限于在扭曲部 分中發(fā)生，見圖13。另外，當引入彈簧常數(shù)為50磅/英寸的壓縮減小彈簧的 時候，消除了扭曲，見圖14。盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方式詳細描述了本發(fā)明，但是應 當理解，本領域普通技術人員可以在不背離本發(fā)明范圍的基礎上，在所附 權利要求書所注明的和上面本發(fā)明所述的范圍內(nèi)進行改變和改良。部件列表I. 光學膜 100.背光模塊II. 光波導板12. 反射板13. 燈14. 光學膜組件15. 后罩16. 擴散點141. 較低散射片142. 棱柱片143. 反射偏振膜10.光學膜的主要部分 20.光學膜的扭曲部分 30.光學膜的端部部分 40.光學框架 110.光學膜的主要部分 120.光學膜的扭曲部分 130.光學膜的端部部分 140.光學框架220.具有連接的彈簧的端板210.光學膜230.彎曲元件240.光學框架250.間隙350.沖壓具450.光學膜550.加熱板
權利要求
1.一種光學膜/框架組合，其特征在于，所述光學膜包括觀察部分，其中膜或框架或者這二者包括壓縮減小機構，該機構用來允許膜在框架內(nèi)膨脹，而不會使膜的觀察部分變形。
2. 如權利要求l所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述光學膜包括壓縮減小機構，所述壓縮減小機構是膜的壓縮減小部分。
3. 如權利要求2所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述光學膜包 括位于膜的至少一條邊上的壓縮減小部分，所述膜的壓縮減小部分的抗熱 驅(qū)動扭曲性低于觀察部分。
4. 如權利要求3所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述光學膜包 括位于膜的至少一條邊上的壓縮減小部分，所述膜的壓縮減小部分的彎曲 勁度等于或小于觀察部分中光學膜的彎曲勁度的80%。
5. 如權利要求3所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述膜的觀察 部分和壓縮減小部分由相同的材料組成。
6. 如權利要求3所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述膜的壓縮 減小部分比膜的觀察部分薄。
7. 如權利要求3所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述膜的壓縮 減小部分的楊氏模量至少比膜的觀察部分低20%。
8. 如權利要求3所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述膜的壓縮 減小部分是有凹槽的。
9. 如權利要求3所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述膜的壓縮 減小部分是不連續(xù)的。
10. 如權利要求3所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述光學膜由 熱膨脹系數(shù)高于10ppmrC的材料組成。
11. 如權利要求3所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述光學膜由 聚碳酸酯組成。
12. 如權利要求3所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述光學膜由 聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)或聚醚砜(PES)組成。
13.如權利要求3所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述膜的觀察 部分和壓縮減小部分由不同的材料組成。
14，如權利要求l所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述框架包括 所述壓縮減小機構。
15. 如權利要求14所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述壓縮減 小機構是位于框架和膜之間的至少一種彎曲元件，所述彎曲元件能夠偏轉(zhuǎn)， 以對光學膜提供抵抗力。
16. 如權利要求15所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述彎曲元 件由楊氏模量高于lGPa的熱塑性材料制成。
17. 如權利要求14所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述壓縮減 小機構是位于所述框架和膜之間的至少一種壓縮元件，所述壓縮元件發(fā)生 變形，以對光學膜提供抵抗力。
18. 如權利要求14所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述壓縮減小機構的彈簧常數(shù)滿足以下條件-<formula>formula see original document page 3</formula>且<formula>formula see original document page 3</formula> (2b)。
19. 如權利要求l所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述光學膜的 對角線尺寸為9-70英寸。
20. 如權利要求l所述的光學膜/框架組合，其特征在于，所述光學膜的 對角線尺寸為19-55英寸。
21. —種光學膜，其包括觀察部分和壓縮減小部分，所述壓縮減小部分 允許膜在框架內(nèi)膨脹，而不使膜的觀察部分發(fā)生變形。
22. 如權利要求21所述的光學膜，其特征在于，所述光學膜包括位于 膜的至少一條邊上的壓縮減小部分，所述膜的壓縮減小部分的抗熱驅(qū)動扭 曲性低于觀察部分。
23. 如權利要求21所述的光學膜，其特征在于，所述光學膜包括位于 膜的至少一條邊上的壓縮減小部分，所述膜的壓縮減小部分的彎曲勁度等 于或小于觀察部分中光學膜的彎曲勁度的80%。
24. —種適合用來固定光學膜的光學框架，其特征在于，所述光學膜 包括觀察部分，所述框架包括壓縮減小機構，該壓縮減小機構用來允許膜 在框架內(nèi)膨脹，而不使膜的觀察部分發(fā)生變形。
25. 如權利要求38所述的光學框架，其特征在于，所述壓縮減小機構 具有滿足以下條件的彈簧常數(shù)<formula>formula see original document page 4</formula>
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學膜/框架組合，其中所述光學膜(1)包括觀察部分(10)，所述膜或框架包括壓縮減小機構(20)，用來允許膜在框架(40)內(nèi)膨脹，而不會使膜的觀察部分變形。
文檔編號G02F1/13GK101336388SQ200680050972
公開日2008年12月31日 申請日期2006年11月27日 優(yōu)先權日2005年12月6日
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