專利名稱：光學(xué)膜、光漫射膜及其制備和使用方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)是2004年5月25日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/852916的部分繼續(xù)，在此全文引入作為參考。
背景技術(shù)：
在背光計(jì)算機(jī)顯示器或其它顯示系統(tǒng)中，常常采用光學(xué)膜(也可以稱作片、層和箔等)材料來(lái)例如使光發(fā)生導(dǎo)向、漫射或偏振。例如，在背光顯示器中，增亮膜(BEF)在其表面上采用棱鏡結(jié)構(gòu)來(lái)使光沿著觀察軸(即，和顯示器正交(垂直)的軸)導(dǎo)向。這樣增強(qiáng)了顯示器用戶所觀察到的光的亮度，并使得系統(tǒng)可以消耗更少的能量來(lái)獲得理想的軸向照明水平。這種膜也可廣泛用于其它光學(xué)設(shè)計(jì)，比如投影顯示裝置、交通信號(hào)和照明標(biāo)志。
在當(dāng)前的顯示系統(tǒng)例如液晶顯示器(LCD)中，希望具有光漫射膜。光漫射膜代表了一大類制品，在LCD背光系統(tǒng)中用于將光均勻地分布給觀察者并隱藏光導(dǎo)產(chǎn)生的潛在缺陷，同時(shí)維持光的總透射量。除了這些光管理性質(zhì)以外，這些漫射膜需要滿足與其在背光顯示系統(tǒng)中的視覺(jué)外觀相關(guān)的一些性質(zhì)。具體而言，這些膜在系統(tǒng)中應(yīng)該平整地平攤在其它膜上。一般而言，當(dāng)在該應(yīng)用中采用聚碳酸酯膜時(shí)，它們的高熱膨脹系數(shù)可能導(dǎo)致靠近熱燈的膜部分發(fā)生膨脹，而遠(yuǎn)離熱燈的膜或不膨脹或不膨脹到相似程度，從而導(dǎo)致膜的這些部分出現(xiàn)波紋，使整個(gè)膜不適于在背光顯示系統(tǒng)中使用。
本領(lǐng)域需要的是在背光系統(tǒng)中燈的熱量作用下不出現(xiàn)可觀察到的波紋或所述波紋最少化的光漫射聚碳酸酯膜。
概述在此公開(kāi)的是光學(xué)膜例如光漫射膜、制備光學(xué)膜的方法以及采用光學(xué)膜的液晶顯示設(shè)備。
光學(xué)膜制備方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將含有大于或等于80重量％聚碳酸酯的光學(xué)膜加熱到足以拉伸光學(xué)膜的溫度，其中所述重量百分比基于光學(xué)膜的總重量；以及拉伸所述光學(xué)膜，其中所得的拉伸后的光學(xué)膜在平行于拉伸方向上測(cè)得的線性CTE小于或等于50×10-6cm/cm/℃。
液晶顯示設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方案包括光源；與所述光源光學(xué)連通的光導(dǎo)；和與所述光導(dǎo)光學(xué)連通的含有聚碳酸酯的光學(xué)膜，其中所述光學(xué)膜在平行于光學(xué)膜拉伸方向上測(cè)量的線性CTE小于或等于50×10-6cm/cm/℃。
光學(xué)膜的一個(gè)實(shí)施方案包含大于或等于80重量％聚碳酸酯，其中重量百分比基于光學(xué)膜的總重量，和其中所述光學(xué)膜在平行于其拉伸方向上測(cè)得的線性CTE小于或等于50×10-6cm/cm/℃。
通過(guò)下列的詳述、附圖和所附權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)和理解上述特征和其它特征。
附圖簡(jiǎn)述現(xiàn)在參見(jiàn)附圖，所述附圖是示例性實(shí)施方案，其中相似的元件采用相似附圖標(biāo)記。


圖1是包含光漫射膜的背光顯示設(shè)備的示例性實(shí)施方案的透視圖。
圖2是具有棱鏡形表面的增亮膜的示例性實(shí)施方案的透視圖。
圖3是具有棱鏡形表面的增量膜的另一示例性實(shí)施方案的剖面圖。
圖4是光漫射膜的示例性實(shí)施方案的剖面圖和示意性表示，其中所述膜接收光并使從其射出的光發(fā)生漫射。
圖5是互相以一定角度取向的兩個(gè)增亮膜的示例性實(shí)施方案的透視圖。
圖6是背光顯示設(shè)備的示例性實(shí)施方案的透視圖，其中所述背光顯示設(shè)備包括多個(gè)增亮膜和多個(gè)光漫射膜。
圖7是使光漫射膜拉伸的方法的示例性實(shí)施方案的示意圖。
詳述本發(fā)明公開(kāi)了光學(xué)膜，具體而言是含有聚碳酸酯的光漫射膜(其也可以稱作“漫射器”)，其中所述光漫射膜能夠用于液晶顯示設(shè)備(例如，背光顯示設(shè)備)中，而且該光漫射膜不會(huì)由于來(lái)自光學(xué)(光)源(例如，熒光燈)的熱量出現(xiàn)波紋。另外應(yīng)該注意的是，所述光學(xué)膜，具體而言光漫射膜希望是單一或單塊膜，特征在于沒(méi)有涂層。盡管可以注意到在全部公開(kāi)內(nèi)容中談到的是光漫射膜，但是這種說(shuō)法僅僅是為了便于討論，應(yīng)該理解這種討論能等同適用于其它類型的光學(xué)膜。和反射相關(guān)的術(shù)語(yǔ)“全”在本文中是指所有光從某表面的組合反射。應(yīng)該注意，除非另有說(shuō)明，本文中所用的術(shù)語(yǔ)“底部”和“頂部”僅僅是為了便于描述，并不限于任何一個(gè)位置或空間取向。本文所用術(shù)語(yǔ)“約”是指在特定值的±10％范圍內(nèi)的值。
應(yīng)該進(jìn)一步指出的是，本文中的術(shù)語(yǔ)“第一”和“第二”等并不表示任何次序、量或重要程度，而是用于將一個(gè)元素和另一個(gè)元素區(qū)分開(kāi)，本文中的術(shù)語(yǔ)“某”和“某個(gè)”并不表示數(shù)量上的限制，而是表示存在至少一個(gè)所提到的項(xiàng)。而且，本文所公開(kāi)的所有范圍都包括邊界而且可以結(jié)合(例如，“直到約25重量％(wt％)，理想情況是約5重量％-20重量％，更理想情況是約10重量％-約15重量％”的范圍包括端點(diǎn)和范圍內(nèi)的所有中間值，例如，“約5重量％-約25重量％，約5重量％-約15重量％”，等等)。
下面將參考各個(gè)附圖對(duì)背光顯示設(shè)備的多個(gè)實(shí)施方案進(jìn)行討論。本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易認(rèn)識(shí)到每個(gè)實(shí)施方案的許多部件和其它實(shí)施方案的相似或相同。在圖1的討論中引入了這些元件中的每一個(gè)，但是并沒(méi)有在每個(gè)實(shí)施方案中進(jìn)行重復(fù)。但是對(duì)和每張圖/每個(gè)實(shí)施方案相關(guān)的不同結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了討論。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖1，示出了背光顯示設(shè)備(一般記做100)的透視圖。背光顯示設(shè)備100包括用于產(chǎn)生光104的光源102。和光源102在光學(xué)上連通的光導(dǎo)106通過(guò)光104在光導(dǎo)106內(nèi)部的全內(nèi)反射(TIR)來(lái)傳導(dǎo)光104。和光導(dǎo)106的第一表面110在物理上和/或光學(xué)上連通的反射膜118將光104反射出光導(dǎo)106。和光導(dǎo)106的第二表面在物理上和/或光學(xué)上連通的增亮膜(BEF)112接收來(lái)自光導(dǎo)106的光104。
更具體而言，BEF 112包含和光導(dǎo)106的第二表面114在物理上和/或光學(xué)上連通的平整表面116，以及和光漫射膜120在物理上和/或光學(xué)上連通的棱鏡形表面118。更進(jìn)一步而言，可以認(rèn)識(shí)到棱鏡形表面118可以具有峰角α、高度h、節(jié)距p和長(zhǎng)度l(參見(jiàn)圖2和3)。這些參數(shù)，即峰角α、高度h、節(jié)距p和長(zhǎng)度l，可以具有預(yù)定值，或可以具有隨機(jī)的或至少偽隨機(jī)的值。例如，在2002年5月20日Olcazk提交的美國(guó)專利申請(qǐng)10/150958中，描述了具有隨機(jī)或偽隨機(jī)參數(shù)的棱鏡形表面的膜。
BEF 112接收光104，并使光104沿著基本垂直于BEF 112的方向發(fā)生導(dǎo)向，如圖1中的箭頭所示，該箭頭表示光104正被沿著z方向?qū)?。光漫射?20接收來(lái)自BEF 112的光104，并如圖4所示使光發(fā)生漫射(例如，散射)。光104從光漫射膜120前行到達(dá)液晶顯示器(LCD)122。
進(jìn)而應(yīng)該注意的是，在各種實(shí)施方案中，背光顯示設(shè)備可以包括互相之間光學(xué)連通的多個(gè)增亮膜(BEF)和多個(gè)光漫射膜。多個(gè)增亮膜和光漫射膜可以以任何構(gòu)造排列，從而在LCD中獲得所需結(jié)果。例如，增亮膜可以設(shè)置成互相之間在物理上和/或光學(xué)上連通，如圖5所示。具體而言，第一BEF 212包括第一BEF平整表面216和第一BF棱鏡形表面218。第二BEF 224包括第二BEF平整表面226和第二BEF棱鏡形表面228。第一BEF 212和第二BEF 224可以設(shè)置成使得棱鏡形表面(分別是218和228)的位置互相成一定角度，例如90度。
另外，如上面簡(jiǎn)單提到的那樣，BEF和光漫射膜的排列和類型取決于采用它們的背光顯示設(shè)備。背光顯示設(shè)備的日愈常見(jiàn)的用途是用于筆記本計(jì)算機(jī)。盡管在全部本公開(kāi)中提到的是筆記本計(jì)算機(jī)，但是應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易將本申請(qǐng)公開(kāi)的光漫射膜用于其它應(yīng)用中，無(wú)需過(guò)量的試驗(yàn)。
圖6示出了用于筆記本計(jì)算機(jī)的背光顯示設(shè)備300。背光顯示設(shè)備300包括用于產(chǎn)生光304的光源302。和光源302在光學(xué)上連通的光導(dǎo)306通過(guò)全內(nèi)反射光304來(lái)傳導(dǎo)光304，如上述在討論圖1時(shí)所述。和光導(dǎo)306的第一表面310在物理上和/或光學(xué)上連通的反射膜308將光304反射出光導(dǎo)306。底部光漫射膜320和上部光漫射膜330與位于底部光漫射膜320和上部光漫射膜330之間的第一BEF 312和第二BEF324在光學(xué)上連通。光304從上部光漫射膜330前行到達(dá)液晶顯示器(LCD)322。
就圖6中所示的實(shí)施方案而言，應(yīng)該注意底部光漫射膜320的主要功能是提高光304的均勻性以及和其它膜(例如，BEF 312和324)相互作用以盡可能增強(qiáng)軸向亮度。底部光漫射膜320的另一功能是隱藏可能由光導(dǎo)306導(dǎo)致的光學(xué)缺陷。上部光漫射膜330的主要功能是使眩目和BEF(例如312和324)之間的光耦合(牛頓環(huán))降到最少。另外，上部光漫射膜330也可以充當(dāng)BEF膜(312、324)的保護(hù)膜，由此降低BEF膜的棱鏡形表面發(fā)生破裂或損壞的可能性。另外，應(yīng)該注意的是上部光漫射膜(例如，330)，即，最靠近液晶顯示器(例如，322)的光漫射膜通常具有小于或等于85％，具體而言小于或等于50％的混濁度(haze value)。但是，底部光漫射膜(例如，320)，即最靠近光導(dǎo)(例如306)的光漫射膜，通常具有大于或等于90％，具體而言大于或等于95％的混濁度。
應(yīng)該指出的是可以由下列等式預(yù)測(cè)和計(jì)算百分比混濁度％混濁度＝100×全漫透射/全透射(1)其中全透射是積分透射；全漫透射是被膜散射的光透射，通過(guò)ASTMD1003確定。
光源(例如，102，302)可以包括任何適于為液晶顯示(LCD)設(shè)備提供背光的光源，其包括高亮度和低亮度光源。高亮度光源可以包括但不限于冷陰極熒光燈(CCFL)、熒光燈等。低亮度光源可以包括但不限于發(fā)光二極管(LED)和冷陰極熒光燈。
光導(dǎo)(例如，106、306)優(yōu)選包含對(duì)光呈現(xiàn)低內(nèi)吸收的材料，包括但不限于丙烯酸類膜和理想的透明材料，包括丙烯酸類樹(shù)脂、P MMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、聚乙烯、硒(Se)、和氯化銀(AgCl)等。光導(dǎo)可以是任何適于使用的形狀，比如棒形、彎曲表面形、板形和片形等。光導(dǎo)可以是單一件或多層片的疊層。
反射膜(例如，108，308)可以是任何可用于反射光的形狀，例如，平整形狀，比如板形和片形等，其中反射膜包括反射性材料。例如，合適的反射材料包括但不限于鋁沉積膜和銀沉積膜等。在其它實(shí)施方案中，反射膜可以包括熱塑性材料，例如Spectralon(購(gòu)自Labsphere，Inc.)或具有鈦氧化物顏料的Lexan(得自General Electric Co.)。
如上所述，增亮膜(例如，112)采用棱鏡結(jié)構(gòu)將光沿著觀察軸導(dǎo)向(即，和顯示器垂直)，從而增強(qiáng)了顯示器用戶所觀察的光的亮度，并使系統(tǒng)可以采用較少的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的軸向照明。例如，增亮膜可以包括Coyle等在美國(guó)專利申請(qǐng)20030108701中所討論的那些材料。具體而言，增亮膜可以包含金屬、紙張、丙烯酸類樹(shù)脂、聚碳酸酯、酚醛樹(shù)脂、乙酸丁酸纖維、乙酸丙酸纖維、聚(醚砜)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚尿烷、聚酯、聚(氯乙烯)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和包括上述至少之一的組合。
包含聚碳酸酯的光漫射膜(例如，120)能夠用于背光顯示設(shè)備中，并且該光漫射膜不會(huì)由于光學(xué)(光)源的熱量而出現(xiàn)波紋。可以采用各種技術(shù)來(lái)獲得具有光漫射能力的膜。例如，對(duì)膜進(jìn)行物理改性可以在膜表面上印上織構(gòu)texture以漫射光(例如，帶織構(gòu)的光漫射膜)。如同將更詳細(xì)討論的那樣，理想情況是在膜的上部表面和底部表面上都形成織構(gòu)。在其它實(shí)施方案中，膜中可以嵌入光漫射顆粒從而為所述膜賦予光漫射性質(zhì)(例如，體漫射膜)。在其它實(shí)施方案中，可以兩種方法的組合，即，既在膜表面上印上織構(gòu)，又在膜中嵌入光漫射顆粒。
在一個(gè)實(shí)施方案中，光漫射膜包含聚碳酸酯、防靜電材料和任選的光漫射顆粒。光漫射膜包含大于或等于80重量％的聚碳酸酯，具體而言大于或等于90重量％的聚碳酸酯，其中重量百分比基于光漫射膜的總重量。例如，在實(shí)施方案中，光漫射膜可以包括約93重量％-約99.6重量％的聚碳酸酯；約0.4重量％-約7重量％的防靜電材料，具體而言，約0.4重量％-約2重量％的防靜電材料；和任選的多達(dá)約7重量％的光漫射顆粒，具體而言，約2重量％-7重量％，其中重量百分比基于光漫射膜的總重量。具體而言，光漫射膜可以包括在美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/787158中所公開(kāi)的那些，在此引入作為參考。
光漫射膜的防靜電材料包含足以為該膜提供防靜電性質(zhì)的量的足量防靜電材料。例如，防靜電材料可以含有磺酸。具體而言，在實(shí)施方案中，防靜電材料是在Henricus等的美國(guó)專利6194497中描述的材料。具體而言，磺酸可以是氟化的磺酸，包含含有有機(jī)磺酸根陰離子的氟烴和有機(jī)陽(yáng)離子。所述有機(jī)磺酸根陰離子的例子包括但不限于全氟甲烷磺酸根、全氟丁烷磺酸根、全氟己烷磺酸根、全氟庚烷磺酸根和全氟辛烷磺酸根。陽(yáng)離子的例子包括但不限于脂肪族，比如四甲基、四乙基、四丁基、三乙基甲基、三丁基甲基、三丁基乙基、三辛基甲基、三甲基丁基、三甲基辛基、三甲基月桂基、三甲基十八烷基、三乙基辛基，和芳族比如四苯基、三苯基甲基、三苯基芐基、三丁基芐基。具體而言，氟化的磺酸可以通過(guò)這些任何有機(jī)磺酸根陰離子和有機(jī)陽(yáng)離子的任何組合來(lái)獲得。
而且，更具體而言，在此采用的磺酸可以是具有下列通式的氟化磺酸
{CF3(CF2)n(SO3)}θ{P(R1)(R2)(R3)(R4)}Φ其中F是氟；n是1-12的整數(shù)，S是硫；R1、R2和R3相同，每個(gè)具有碳原子數(shù)為1-8的脂族烴基團(tuán)或碳原子數(shù)為6-12的芳族烴基團(tuán)，R4是碳原子數(shù)為1-18的烴基團(tuán)。含有通式所示的氟化磺酸作為其主要組分的防靜電組合物可以被以許多不同的方式用于利用它們的防靜電和相容性和抗熱性來(lái)將所述防靜電性質(zhì)賦予聚碳酸酯。氟烴磺酸鹽是低熔點(diǎn)的半固體材料，因此，可以以熔融液體狀態(tài)操作。一些實(shí)施方案在室溫(即，約15℃-約25℃)下是固態(tài)晶體材料，很容易稱量、操作和加到聚碳酸酯中。
盡管可以在過(guò)程中的任何時(shí)刻將防靜電材料加入到聚碳酸酯中，但理想情況是在制備聚合物時(shí)加入到聚碳酸酯中。例如，聚碳酸酯和防靜電材料可以通過(guò)例如擠出等處理。
光漫射膜的合適光漫射顆粒包括對(duì)聚碳酸酯所需的物理性質(zhì)，例如沖擊強(qiáng)度或拉伸強(qiáng)度，沒(méi)有明顯負(fù)面影響的有機(jī)材料。具體而言，光漫射顆?？梢允腔诒┧犷悩?shù)脂的，包括聚(丙烯酸酯)；聚(甲基丙烯酸烷基酯)，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)(P MMA)；和包含前述有機(jī)材料至少之一的混合物，其中烷基具有1-約12個(gè)碳原子。進(jìn)而，光漫射顆粒的尺寸足以為光漫射膜賦予所需的漫射性質(zhì)。例如，光漫射顆?？梢跃哂屑s3微米-約10微米的平均顆粒尺寸(以主要直徑(即，最長(zhǎng)的直徑)計(jì)算)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)下面公開(kāi)的方法拉伸的含有聚碳酸酯的光漫射膜能夠制備出不會(huì)由于來(lái)自光學(xué)光源的熱量而出現(xiàn)波紋并同時(shí)保持其理想光學(xué)透射性質(zhì)的光漫射膜。在各種實(shí)施方案中，光漫射膜可用作上部光漫射膜或底部光漫射膜。所得光漫射膜的線性熱膨脹系數(shù)(CTE)(沿著與拉伸方向平行的方向測(cè)量)小于或等于50×10-6厘米每厘米每攝氏度(cm/cm/℃)，具體而言小于或等于35×10-6cm/cm/℃，理想情況是線性CTE是約17×10-6cm/cm/℃-約35×10-6cm/cm/℃。為了對(duì)比，應(yīng)該指出的是在此公開(kāi)的聚碳酸酯膜在拉伸前的線性CTE為約70×10-6cm/cm/℃(沿著擠出方向測(cè)量)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖7，其示出了用于拉伸光漫射膜的示例性方法。在該實(shí)施方案中，光漫射膜432從包含所述光漫射膜432的輥434上解繞。應(yīng)該注意的是，在該操作中光漫射膜的上部和下部表面上已經(jīng)具有了織構(gòu)和/或光漫射顆粒已經(jīng)加到了膜中以賦予其光漫射性質(zhì)。沒(méi)有受到任何理論的約束，應(yīng)該指出的是光漫射膜(例如432)具有織構(gòu)的上表面和下表面可以使膜表面上可能由拉伸工藝造成的劃傷降到最少。另外，應(yīng)該理解的是下列拉伸方法可以很容易地用作光漫射膜制備方法的一部分，例如，作為光漫射膜的擠壓和任選的織構(gòu)化的后續(xù)操作。
在圖7所示的實(shí)施方案中，光漫射膜432被導(dǎo)向拉伸單元436，比如機(jī)器方向?qū)蚱?MDO)。拉伸單元436包括預(yù)熱輥438、慢拉輥440、快拉輥442、以及任選的退火輥444和冷卻輥446。盡管圖7所示的是滑動(dòng)型MDO，但是可以采用其它能夠制備光漫射膜的拉伸構(gòu)造，其中所述膜在暴露于來(lái)自燈的熱量時(shí)不出現(xiàn)波紋。例如，其它拉伸構(gòu)造包括但不限于懸臂式MDO和垂直型MDO等等。而且，應(yīng)該指出的是輥的尺寸、輥的材料、輥的數(shù)目和繞在輥上的膜卷等，可以隨著所采用的拉伸單元而變。
在操作中，光漫射膜432從輥434上解繞，并被導(dǎo)向位于慢拉輥440上游的預(yù)熱輥438處。預(yù)熱輥438和慢拉輥440被順序用來(lái)將光漫射膜加熱到足以使所述漫射膜軟化以至于可以拉伸但不會(huì)撕裂的溫度。具體而言，光漫射膜被加熱到接近玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度(例如，膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度±約50(約28℃)，具體而言膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度±約25(約14℃))。為了維持光漫射膜的所需織構(gòu)，理想情況下將光漫射膜加熱到比光漫射膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低等于或小于50(約28℃)的溫度，具體而言比光漫射膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低等于或小于25(約14℃)的溫度。例如，含有多于或等于93重量％聚碳酸酯的光漫射膜可以加熱到約270(約132℃)-約320(約160℃)的溫度，其中所述重量百分比基于光漫射膜的總重量。一般而言，保持預(yù)熱輥438的溫度比慢拉輥440的溫度低。
隨后，將光漫射膜在慢拉輥440和快拉輥442之間拉伸。應(yīng)該注意的是，用來(lái)描述輥的術(shù)語(yǔ)“慢”和“快”僅僅是為了方便描述。具體而言，這些術(shù)語(yǔ)用于說(shuō)明一組輥相對(duì)于第二組輥(位于第一組輥的下游)的相對(duì)速度。一般而言，在操作中，快拉輥442使膜加速，使其和該膜通過(guò)慢拉輥440時(shí)的尺寸相比，更長(zhǎng)、更薄并且某種程度上更窄(頸縮)。另外，光漫射膜的取向(即拉伸)度通常用拉伸比進(jìn)行描述，所述拉伸比即為快拉輥442和慢拉輥440的表面速度之比。更具體而言，該拉伸比足以制備出在暴露于來(lái)自例如熒光燈的熱量時(shí)避免出現(xiàn)膜中波紋的光漫射膜。拉伸比取決于膜的所需應(yīng)用，具體而言膜的所需厚度，例如，約0.025mm-約0.5mm的厚度，具體而言約0.1mm-約0.25mm的厚度。例如，拉伸比可以是約1.1-約3，具體而言是約1.4-約2。應(yīng)該指出的是大于或等于2的拉伸比可以導(dǎo)致膜被劃傷。
進(jìn)而，在各種實(shí)施方案中，理想情況下膜在上表面和下表面上都形成織構(gòu)，以使膜表面的劃傷降到最小。例如，上和/或下表面的平均表面粗糙度(Ra)可以大于或等于20微英寸(約0.5微米)，尤其大于或等于40微英寸(約1.0微米)，更尤其大于或等于60微英寸(約1.5微米)。表面粗糙度(Ra)是本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解的術(shù)語(yǔ)。一般而言，Ra是是膜平均粗糙度的衡量標(biāo)準(zhǔn)?？梢匀缦麓_定將表面高度和平均高度之間的差值絕對(duì)值進(jìn)行積分，然后除以測(cè)量長(zhǎng)度(對(duì)于一維表面形貌而言)或測(cè)量面積(對(duì)于二維表面形貌而言)。
在快拉輥442下游的是任選的退火輥444和冷卻輥446，所述退火輥和冷卻輥運(yùn)行的溫度漸次下降。具體而言，退火輥444的運(yùn)行溫度高于冷卻輥446的運(yùn)行溫度，但低于快拉輥442的溫度。進(jìn)而，冷卻輥446的運(yùn)行溫度低于退火輥444的運(yùn)行溫度。而且，應(yīng)該指出的是退火輥(例如，444)和冷卻輥(446)可以改善膜在室溫(即，約15℃-約25℃)時(shí)的外觀。
實(shí)施例在這些實(shí)施例中采用了等級(jí)為XL4248-112的聚碳酸酯膜卷，所述膜采用和美國(guó)專利申請(qǐng)10/787158所述的類似方法制備，標(biāo)稱厚度為0.008英寸(約200微米)，由GE Structured Products，Mt.Vernon，IN標(biāo)稱制備。膜的上表面平均粗糙度(Ra)為60微英寸(約1.5微米)-85微英寸(約2.2微米)，下表面粗糙度為12微英寸(約0.3微米)-30微英寸(約0.8微米)，采用Precision Device，Inc.，Milan，MI生產(chǎn)的Surfometer儀器測(cè)量。Surfometer儀器采用了下列設(shè)置取樣長(zhǎng)度等于0.03英寸(約0.08cm)，沖程長(zhǎng)度等于5個(gè)取樣長(zhǎng)度，Pc閾值等于10微英寸(約0.3微米)并采用Gaussian濾波。膜的混濁度(采用Haze-Gard Plus儀器測(cè)量，得自BYK-Gardner，Maryland)為65％-80％，透光值(同樣采用Haze-Gard Plus測(cè)量)為約90.5％。采用機(jī)器方向取向器在下列表1所述條件下拉伸所述膜。
表1

當(dāng)拉伸比為1.6時(shí)，所得的膜的標(biāo)稱厚度為0.0055英寸(約140微米)，混濁度為約35％，透光率為約90.3％.線性熱膨脹系數(shù)(CTE)(沿著和拉伸方向平行的方向測(cè)量)采用熱機(jī)械分析儀(TMA)在-10℃-100℃的溫度范圍測(cè)量，并利用TMA曲線在20℃-60℃之間的線性擬合斜率進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果是18.7×10-6cm/cm/℃。作為對(duì)比，未拉伸的膜在擠壓方向測(cè)量的線性CTE是約70×10-6cm/cm/℃。
將所得的膜放置到商業(yè)液晶顯示器(LG Philips生產(chǎn)，型號(hào)為L(zhǎng)P121X04(A2))中替代已有的上部漫射膜，由此評(píng)價(jià)其作為頂部漫射器的適用性。采用Eldim EZ Contrast 160D儀器測(cè)量0度觀察角(即軸上)時(shí)的亮度(其中，取下了液晶面板)，結(jié)果是采用商業(yè)上部漫射器DL4248-112時(shí)所得值的100.3％，所述DL4248-112由GE StructuredProducts制備，其描述參見(jiàn)美國(guó)專利申請(qǐng)10/787158。換句話說(shuō)，亮度至少是DL4248-112測(cè)量值的90％。進(jìn)而，該膜和其上涂覆了光漫射顆粒從而為其提供光漫射性質(zhì)的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜進(jìn)行了對(duì)比。具體而言，該膜和Tsujiden Co.，Ltd市售的D117上部漫射器進(jìn)行了對(duì)比。亮度是采用Tsujiden Co.，Ltd市售上部漫射器時(shí)所得值的99.5％。
在另一測(cè)試中，測(cè)量了波紋度。在該實(shí)施例中，當(dāng)拉伸比為1.8時(shí)，所得的膜的標(biāo)稱厚度為0.005英寸(約127微米)，混濁度為約43％，透光率為約91％。采用下列方法測(cè)量波紋度去除市售15英寸(約38cm)筆記本PC背光模塊(型號(hào)為AD1511，Coretronic Industries，Taiwan制備)中已有的上部漫射膜，用待測(cè)波紋的膜替換。使所述膜發(fā)生取向以使拉伸方向和CCFL的長(zhǎng)軸平行。打開(kāi)模塊的CCFL，使系統(tǒng)平衡10分鐘。采用分度為1/100英寸的尺子，從BEF膜上正位于上部漫射器中最高波的最高點(diǎn)正下方的點(diǎn)引出的基線，測(cè)量上部漫射器中最高波的最高部分的高度。
將該性能和GE Structured Products市售上部漫射器DL4248-112(厚度0.005英寸，約127微米)(其描述參見(jiàn)美國(guó)專利10/787158)的性能進(jìn)行比較。DL4248-112的最大波的高度測(cè)量值為0.04英寸(約1mm)，而拉伸的膜的波高為0.00英寸，即沒(méi)有觀察到波紋。
在另一測(cè)試中，對(duì)膜的物理外觀/質(zhì)量例如美學(xué)質(zhì)量進(jìn)行如下評(píng)價(jià)。從由上述方法制備的拉伸比為1.8的光漫射膜卷上切下16個(gè)連續(xù)的樣品，每個(gè)樣品都適于在17英寸(約43cm)背光模塊中使用.每個(gè)試樣的長(zhǎng)度為約14英寸(約25cm)，寬度為約10英寸(約26cm)。然后，將每個(gè)試樣在暗場(chǎng)10000凈室環(huán)境中于熒光燈下進(jìn)行視覺(jué)檢查和分級(jí)，總共檢測(cè)約2235平方英寸(約14418平方厘米)。如果試樣的平均缺陷尺寸小于或等于0.2mm(測(cè)量缺陷主要直徑(長(zhǎng)度)(最長(zhǎng)直徑)和缺陷最小直徑(垂直于最長(zhǎng)長(zhǎng)度的長(zhǎng)度)的平均值)，則等級(jí)為“OK”(即，可以接收)，如果是其它情況，則等級(jí)為“NG”(即，不可接受)。缺陷的例子包括但不限于劃傷、污點(diǎn)、陷窩、凹坑、黑斑、棕斑以及織構(gòu)不一致。采用小型放大鏡(手持式放大設(shè)備，在其端部連接有長(zhǎng)度測(cè)量標(biāo)尺，分度為50微米)確定缺陷尺寸?；谏鲜鰴z測(cè)，如下計(jì)算成品率。任何劃傷大于或等于3mm的膜，也被劃分到“NG”的等級(jí)。成品率(百分比)等于“OK”試樣的數(shù)目除以試樣總數(shù)再乘以100。在該測(cè)試中，3塊膜不能接受，相當(dāng)于成品率為81％。換而言之，在全部觀察的2235平方英寸(約14418平方厘米)的面積中，可以獲得至少13個(gè)沒(méi)有上述缺陷和劃傷的試樣，每個(gè)試樣的大小為14英寸(約35cm)×10英寸(約26cm)。
對(duì)由上述方法制備的光漫射膜進(jìn)行測(cè)試，以評(píng)價(jià)其在溫度和相對(duì)濕度水平提高的條件下的堅(jiān)固性。在一系列的測(cè)試中，采用條件如表1的方法制備標(biāo)稱厚度為140微米、拉伸比為1.5的膜。膜的線性CTE經(jīng)測(cè)量為39.4×10-6cm/cm/℃(沿著和拉伸方向平行的方向測(cè)量)。將光漫射膜切成多個(gè)適于在15英寸(約38cm)背光模塊中使用的矩形塊。將兩個(gè)所述切下的膜每個(gè)都放置在寬度和長(zhǎng)度都比所述膜大的玻璃板上。采用分度為1/100英寸的尺子，測(cè)得所述膜的任何邊的底部在該玻璃板上的最大高度(即，平整度的偏差)為0.00英寸。然后，將每塊膜在三個(gè)邊(兩個(gè)短邊，一條長(zhǎng)邊)處用帶子固定在玻璃板上。將一組(組A)置于溫度保持在65℃、相對(duì)濕度為95％的室中500小時(shí)。將另一組(組B)置于溫度在85℃--35℃之間循環(huán)的室中(空氣中的水分含量最小，例如，小于或等于60％現(xiàn)對(duì)濕度)，所述溫度在每個(gè)極值處保持1小時(shí)然后以20℃/min速率變到另一個(gè)極值，對(duì)其進(jìn)行熱循環(huán)測(cè)試。執(zhí)行100次所述循環(huán)。
在完成每次測(cè)試后，將所述組從室中取出，置于22℃、50％相對(duì)濕度中14天。將帶子從膜的邊緣處取下，測(cè)量在任何邊處的平整度最大偏差。每一組的該值都為0.02英寸(約0.05cm)。另外，在該測(cè)試后測(cè)量組B的膜在拉伸方向的線性CTE，結(jié)果為33×10-6cm/cm/℃。
換而言之，本申請(qǐng)中公開(kāi)的經(jīng)拉伸的光漫射膜當(dāng)置于玻璃板上時(shí)，在邊緣處測(cè)得的平整度最大偏差能夠小于或等于0.1英寸(約0.3cm)，具體而言小于或等于0.05英寸(約0.1cm)，更具體而言小于或等于0.02英寸(約0.05cm)。當(dāng)在上述強(qiáng)熱高濕度或熱循環(huán)后測(cè)量時(shí)，所述經(jīng)拉伸的光漫射膜的平整度最大偏差也能夠小于或等于0.1英寸(約0.3cm)，具體而言小于或等于0.05英寸(約0.1cm)，更具體而言小于或等于0.03英寸(約0.08cm)。另外，在上述強(qiáng)熱高濕度測(cè)試或熱循環(huán)測(cè)試之后，所述經(jīng)拉伸的光漫射膜的線性CTE(沿著拉伸方向測(cè)量)的增量小于或等于5×10-6cm/cm/℃。另外，所述經(jīng)拉伸的光漫射膜的平均缺陷尺寸小于或等于0.2mm，其中所述平均缺陷是缺陷主直徑和次直徑的算術(shù)平均值。
應(yīng)該指出的是，通過(guò)本發(fā)明公開(kāi)的方法拉伸的、含有聚碳酸酯的光漫射膜可用于制備當(dāng)暴露于來(lái)自背光顯示設(shè)備所用的光源的熱量時(shí)膜中不出現(xiàn)波紋的光漫射膜，而這是很有利的。由于這種波紋可能導(dǎo)致顯示設(shè)備無(wú)法使用，所以理想情況是減少或消除這種波紋。
另外，本發(fā)明公開(kāi)的光漫射膜包括聚碳酸酯。應(yīng)該指出的是聚碳酸酯的熱撓曲溫度(HDT)約是135℃，而無(wú)定形對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)的是約70℃。HDT是材料開(kāi)始彎曲或撓曲的溫度。因此，在所有其它性能等同的情況下，聚碳酸酯往往會(huì)比常規(guī)用作光漫射膜的PET在結(jié)構(gòu)上更穩(wěn)定。
盡管參考本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以進(jìn)行各種改變而且其元素可以用等同物代替，而不會(huì)偏離本發(fā)明的范圍。另外，可以進(jìn)行許多修改以使特殊的情況或材料適于本發(fā)明的教導(dǎo)，而不會(huì)偏離其核心范圍。所以，意圖在于本發(fā)明并不限于所公開(kāi)的特殊實(shí)施方案(其被認(rèn)為是實(shí)施本發(fā)明的最佳模式)，而是包括落在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.制備光學(xué)膜的方法，所述方法包括將包含大于或等于80重量％聚碳酸酯的光學(xué)膜加熱到足以拉伸所述光學(xué)膜的溫度，其中所述重量百分比基于光學(xué)膜的總重量；和拉伸所述光學(xué)膜，其中所得的經(jīng)拉伸的光學(xué)膜在平行于拉伸方向的方向上測(cè)得的線性CTE小于或等于50×10-6cm/cm/℃。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述線性CTE小于或等于35×10-6cm/cm/℃。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述線性CTE為約17×10-6cm/cm/℃-約35×10-6cm/cm/℃。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述足以拉伸光學(xué)膜的溫度是光學(xué)膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度±約28℃。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述足以拉伸光學(xué)膜的溫度是光學(xué)膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度±約14℃。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述光學(xué)膜的表面的平均表面粗糙度(Ra)大于或等于0.5微米。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述平均表面粗糙度大于或等于1.0微米。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述平均表面粗糙度大于或等于1.5微米。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述光學(xué)膜的拉伸包括使光學(xué)膜通過(guò)具有第一表面速度的第一組輥和使該膜通過(guò)具有第二表面速度的第二組輥，其中所述膜的拉伸比為約1.1-約3。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述拉伸比為約1.4-約2。
11.權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括使所述膜通過(guò)退火輥組，所述退火輥的溫度小于第一組輥的第一操作溫度和第二組輥的第二操作溫度。
12.權(quán)利要求11的方法，其中該組退火輥在約93℃-約127℃的溫度下操作。
13.權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括使所述膜通過(guò)冷卻輥組，所述冷卻輥的溫度低于退火輥溫度。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述冷卻輥組在約21℃-約38℃的溫度下操作。
15.權(quán)利要求1的方法，其中所述經(jīng)拉伸的光學(xué)膜的厚度為約0.025mm-約0.5mm。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述厚度為約0.1mm-約0.25mm。
17.權(quán)利要求1的方法，其中所述經(jīng)拉伸的光學(xué)膜在其邊緣處測(cè)量時(shí)的最大平整度偏差小于或等于0.3cm。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所述最大平整度偏差小于或等于0.1cm。
19.權(quán)利要求1的方法，其中所述經(jīng)拉伸的光學(xué)膜在置于溫度維持在65℃和相對(duì)濕度維持在95％的環(huán)境中500小時(shí)的測(cè)試后，其線性CTE的增量小于或等于5×10-6cm/cm/℃。
20.權(quán)利要求1的方法，其中所述經(jīng)拉伸的光學(xué)膜在100次循環(huán)測(cè)試后的線性CTE增量小于或等于5×10-6cm/cm/℃，其中每次循環(huán)包括將環(huán)境維持在第一溫度1小時(shí)，以20℃/min的速率將環(huán)境從第一溫度變到第二溫度，將環(huán)境維持在第二溫度1小時(shí)，其中第一溫度和第二溫度分別是-35℃或85℃，并且其中第一溫度不等于第二溫度。
21.權(quán)利要求1的方法，其中所述經(jīng)拉伸的光學(xué)膜當(dāng)暴露于來(lái)自背光顯示設(shè)備中的光源的熱量時(shí)，沒(méi)有可以觀察到的波紋。
22.權(quán)利要求1的方法，其中所述經(jīng)拉伸的光學(xué)膜是光漫射膜。
23.權(quán)利要求1的方法，其中所述光學(xué)膜進(jìn)一步包括防靜電材料，所述防靜電材料的量足以為所述光學(xué)膜提供防靜電性質(zhì)。
24.權(quán)利要求23的方法，其中所述防靜電材料是氟化的磺酸。
25.權(quán)利要求1的方法，其中所述經(jīng)拉伸的光學(xué)膜當(dāng)切成足以在17英寸液晶顯示設(shè)備中使用的尺寸時(shí)，平均缺陷尺寸小于或等于0.2毫米，其中所述平均缺陷是缺陷的主直徑和缺陷的次直徑的算術(shù)平均值。
26.權(quán)利要求1的方法，其中所述經(jīng)拉伸的光學(xué)膜能夠通過(guò)物理外觀測(cè)試，其中所述物理外觀測(cè)試包括限定約14418平方厘米的觀察面積，從所述觀察面積切下16個(gè)尺寸相等的試樣，其中每個(gè)試樣的試樣尺寸為35cm×26cm，其中通過(guò)測(cè)試被定義成有多于或等于13個(gè)試樣的平均缺陷尺寸小于或等于0.2mm，其中所述平均缺陷是缺陷主直徑和缺陷次直徑的算術(shù)平均值。
27.液晶顯示設(shè)備，包括光源；與所述光源在光學(xué)上連通的光導(dǎo)；和和所述光導(dǎo)在光學(xué)上連通的含有聚碳酸酯的光學(xué)膜，其中所述光學(xué)膜在與該光學(xué)膜拉伸方向相平行的方向上測(cè)得的線性CTE小于或等于50×10-6cm/cm/℃。
28.權(quán)利要求27的液晶顯示設(shè)備，其中所述線性CTE小于或等于35×10-6cm/cm/℃。
29.權(quán)利要求28的液晶顯示設(shè)備，其中所述線性CTE為約17×10-6cm/cm/℃-35×10-6cm/cm/℃。
30.權(quán)利要求27的液晶顯示設(shè)備，其中所述光學(xué)膜的厚度為約0.025mm-約0.5mm。
31.權(quán)利要求30的液晶顯示設(shè)備，其中厚度為約0.1mm-約0.25mm。
32.權(quán)利要求27的液晶顯示設(shè)備，其中所述光學(xué)膜是光漫射膜。
33.權(quán)利要求27的液晶顯示設(shè)備，其中所述液晶顯示是背光顯示設(shè)備。
34.權(quán)利要求27的液晶顯示設(shè)備，其中所述光學(xué)膜的表面的平均表面粗糙度(Ra)大于或等于0.5微米。
35.光學(xué)膜，包括多于或等于80wt％的聚碳酸酯，其中所述重量百分比基于光學(xué)膜的總重量，并且其中所述光學(xué)膜在平行于該光學(xué)膜拉伸方向的方向上測(cè)得的線性CTE小于或等于50×10-6cm/cm/℃。
36.權(quán)利要求35的光學(xué)膜，其中所述線性CTE小于或等于35×10-6cm/cm/℃。
37.權(quán)利要求36的光學(xué)膜，其中所述線性CTE為約17×10-6cm/cm/℃-35×10-6cm/cm/℃。
38.權(quán)利要求35的光學(xué)膜，其中所述光學(xué)膜是光漫射膜。
39.權(quán)利要求35的光學(xué)膜，其中所述光學(xué)膜的表面的平均表面粗糙度(Ra)大于或等于0.5微米。
40.制備光漫射膜的方法，所述方法包括將所述光漫射膜加熱到足以拉伸該膜的溫度，其中所述光漫射膜包含多于或等于80wt％的聚碳酸酯和足以為所述光漫射膜提供防靜電性質(zhì)的量的防靜電材料，并且其中所述重量百分比基于光漫射膜的總重量；和拉伸所述光漫射膜，其中所得的經(jīng)拉伸的光漫射膜在平行于拉伸方向的方向上測(cè)得的線性CTE小于或等于50×10-6cm/cm/℃。
41.權(quán)利要求40的光漫射膜，其中所述線性CTE小于或等于35×10-6cm/cm/℃。
42.權(quán)利要求41的光漫射膜，其中所述線性CTE為約17×10-6cm/cm/℃-35×10-6cm/cm/℃。
43.權(quán)利要求40的光漫射膜，其中所述光漫射膜的表面的平均表面粗糙度(Ra)大于或等于0.5微米。
44.權(quán)利要求40的光漫射膜，其中所述經(jīng)拉伸的光漫射膜的厚度為約0.025mm-約0.5mm。
45.權(quán)利要求44的光漫射膜，其中所述厚度為約0.1mm-約0.25mm。
46.權(quán)利要求40的光漫射膜，其中所述光漫射膜是單一膜。
47.權(quán)利要求44的光漫射膜，其中在所述單一膜上沒(méi)有沉積涂層材料。
全文摘要
制備光學(xué)膜(120)的方法，包括將所述光學(xué)膜加熱到足以拉伸該膜的溫度，其中所述光學(xué)膜包含多于或等于80wt％的聚碳酸酯，其中所述重量百分比基于光學(xué)膜的總重量；和拉伸所述光學(xué)膜，其中所得的經(jīng)拉伸的光學(xué)膜在平行于該膜拉伸方向的方向上測(cè)得的線性熱膨脹系數(shù)(CTE)小于或等于50×10
文檔編號(hào)B29C55/04GK1957276SQ200580017032
公開(kāi)日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月25日
發(fā)明者N·安布羅斯, G·海, E·D·赫爾曼, K·A·庫(kù)馬, P·M·彼得斯, J·里洛 申請(qǐng)人:通用電氣公司