CN100360974C - 光学膜结构、照明器具和液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于液晶显示装置的和能够使用薄光学膜又没有翘曲和变形的光学膜结构。该光学膜结构包括至少一光学膜、设置在光学膜的周边部分的至少四个膜固定件、以能够在张力下拉住光学膜同时保持光学膜平直度的方式在其一端安装于各光学膜固定件的膜张力控制件以及膜张力控制件对其连接的和固定光学膜的膜固定框架。

Description

光学膜结构、照明器具和液晶显示装置

本发明涉及一种光学膜结构、一种照明器具和一种液晶显示装置。更具体地，本发明涉及一种光学膜结构，该结构与具有至少一光学膜的照明单元相结合而有利地用于液晶显示装置中，以及照明器具和液晶显示装置各具有这一光学膜结构。在按照本发明的液晶显示装置中，尤其是，光学膜的周边通过包括例如一弹簧或橡胶的柔性件的一膜张力(film tension)控制件安装于固定框架。因此，由于热量和老化而产生的光学膜的变形能够被吸收，该表面能够保持平直，因此能够防止液晶显示装置的显示性能的下降。

发明背景

液晶显示装置具有厚度薄、重量轻、功率消耗少的特点。因此，在信息处理设备和图像设备将它广泛地应用为显示装置。液晶显示装置的应用例子包括移动电话、摄像机、数码相机、个人计算机、电视接收机的显示器，以及其它应用场合。

现在在商业上可得到许多类型的液晶显示装置。通常，液晶显示装置包括具有许多特性的光学元件，例如在照明器具前面的光学板和光学膜，以便从设置在液晶显示装置的后方的照明器具传送光线和实现较光亮的和较均匀的显示屏。

在使用垂直型背光(backlight)***的液晶显示装置中，照明器具设置在液晶显示板的后表面上。来自例如可以包括埋置在透明树脂内的许多荧光管的照明器具的光线投射至一扩散板，通过该扩散板传递的扩散光线辐射到液晶显示板的后表面，以便提供均匀的亮度分布。含有细的SiO₂微粒和具有约1.5毫米厚度的聚丙烯树脂板被用作为扩散板。当该板较薄时，由于板的翘曲和不平度不易得到均匀的亮度分布。随着近年来液晶显示装置的尺寸已变得较大，该板的翘曲和不平整变得更可能发生，为此增加了扩散板自身的厚度以减轻这些问题。另一方面，由扩散板的厚度和面积造成该板的重量增加已成为另一问题。

为了避免例如扩散板的光学板的问题，最近已提出使用光学膜、光学片等代替光学板。例如，已知在背光照明的光引导板侧上使用所谓“亮度改进膜”的液晶显示装置，以改进液晶显示板的发光亮度。在这液晶显示装置中，在引导板的光输出表面侧上设置具有棱柱形状的亮度改进膜(棱柱膜(prismfilm))，显著地改进了功率消耗一亮度转换效率。在这装置中，通常在引导板的与光输出表面相对的表面上印刷点状光扩散材料以得到均匀的光发射。因为点状图案造成许多亮点，将光扩散膜设置在亮度改进膜与引导板之间，以便隐蔽点状图案和消除不均匀亮度问题。

还已知使用以上所述的棱柱膜以外的亮度改进膜的液晶显示装置。液晶显示装置使用具有亮度改进效果的反射偏振膜。虽然能够单独利用这反射偏振膜，较佳地是使用组合中的棱柱膜，以进一步改进亮度改进效果。

例如以上所述的亮度改进膜和反射偏振膜的光学膜对于液晶显示装置的光学设计是重要的。但是，由于近年来增加了液晶显示装置的尺寸，膜的翘曲和变形已变得更加可能发生。为了解决这些问题，增加了光学膜自身的厚度或将较厚的片粘结于光学膜。但是，随着光学膜的厚度增加传递光的衰减率变得较高，就此产生了新的问题，即，亮度改进效果下降。

另一方面，也已知具有由叠置许多光扩散膜形成的背光照明的液晶显示装置。为了解决不均匀亮度的问题，通常采用增加光扩散膜的总厚度的方法。因为随着厚度增加光传递***下降，因此表面亮度下降，所以在这液晶显示装置中叠置许多薄的光扩散膜，用于改进传递系数和光扩散膜的扩散性能。

然而，当采用这叠置方法时，产生了光学膜数量增加和一组光学膜装配成为液晶显示装置的工作变得复杂的问题。通常采用用粘结剂将该光学膜粘结到背光照明主体或用螺钉固定它们的方法以装配光学膜，但这种方法需要付出较紧张的劳动。

在商业上可得到带有粘结于光学膜的保护膜的各种光学膜，以保护该膜表面不受摩擦等所造成的损坏。为了装配该光学膜，必须逐层地撕去保护膜，因而强化了劳动。并且，还引起产生静电和处理残屑的问题。

此外，在如以上所讨论的叠置状态下使用光扩散膜时，该膜的翘曲或变形的问题是不可避免的。

附图简要说明

图1是示了按照本发明的一较佳实施例的液晶显示装置的剖视图。

图2是示出图1所示的液晶显示装置的照明单元的立体图。

图3是示出按照本发明的一较佳实施例的照明器具的平面图。

图4是沿着图3中的线“IV-IV”截取的照明器具的剖视图。

图5是示出在图3所示的照明器具中的膜张力控制件的固定方法的剖视图。

图6是示出图5所示的膜张力控制件的固定方法的修改例的剖视图。

图7是示出按照本发明的一较佳实施例的、在膜张力控制件附近的光学膜结构的放大剖视图。

图8是示出按照本发明的另一较佳实施例的、在膜张力控制件附近的光学膜结构的放大剖视图。

图9是示出按照本发明将光学膜固定于在光学膜结构内的膜固定框架的固定方法的平面图。

图10是示出按照本发明将光学膜固定于在光学膜结构内的膜固定框架的另一固定方法的平面图。

图11是示出按照本发明将光学膜固定于在光学膜结构内的膜固定框架的再一固定方法的平面图。

图12是沿着图11的线“XII-XII”截取的光学膜结构的剖视图。

图13是示出图12所示的光学膜固定方法的修改例的剖视图。

图14是示出按照本发明的将光学膜固定于光学膜结构中的膜固定框架的另一固定方法的平面图。

图15是沿着图14的线“XV-XV”截取的光学膜结构的剖视图。

图16是示出将图14和15所示的光学膜固定方法应用于一角部的例子的平面图。

发明概要

按照本发明的一方面，提供了设置在一照明单元的一光传递表面上的一光学膜结构，用于调制从照明单元发射的光线和投射被调制过的光线，该结构包括至少一光学膜；在该光学膜的周边部分设置的至少四个光学膜固定件；一膜张力控制件，它的其中一端以这样一方式连接于各膜固定件，即，在能够在张力之下拉住光学膜的同时保持光学膜的平面度；以及，一膜固定框架，用于固定连接到膜张力控制件的另一端的光学膜；其中，光学膜、膜张力控制件和膜固定框架相互成为一体和被构成一构件。

按照本发明的另一方面，提供了包括一照明单元的一照明器具，该照明单元至少包括：至少一光源和用于朝外引导来自光源的光线的一光传递表面；以及，设置在照明单元的光传递表面上、按照本发明的一光学膜结构。

按照本发明的又一方面，提供了包括一照明单元的一液晶显示装置，该照明单元至少包括至少一光源和用于朝外引导来自光源的光线的一光传递表面；

按照本发明的光学膜结构设置在照明单元的光传递表面上；以及，液晶显示装置设置的光学膜结构上。

本发明的详细描述

以下将详细本发明的较佳实施例。但是，应注意本发明决不局限于以下实施例。

在本发明的实践中，只要将按照本发明的光学膜构造在它的照明单元中，不具体地局限于液晶显示器。因此，按照本发明的液晶显示器包括：

具有至少一光源的一照明单元，该照明单元具有用于引导来自光源的光线到外部的至少一光传递表面；

按照本发明的、设置在照明单元的该光传递表面上的一光学膜结构；以及

设置在该光学膜结构上的一液晶显示单元。

照明单元和液晶液晶显示单元可以分别是在该技术领域内的众所周知的类型。

液晶显示装置依据照明***可以分类为传递型液晶装置和反射型或者半传递型液晶显示装置。通过产生相应类型的大部分特性，可以适当地使用这些液晶显示装置。因为当光学膜结构被构造在液晶显示装置内时本发明展现了在所采用的光学膜结构方面的极好的工作和效果，所以本发明能够适当地提供较大的传递型液晶显示装置。

传递型液晶显示装置包括一液晶显示单元，该单元具有其中夹置有液晶的一对透明的基体。一照明器具，即作为一后表面光源的所谓“背光照明单元”，设置在液晶显示单元的后面。当在这类型的液晶显示装置中的背光照明接通电路时，能够从该板的前表面看到在液晶板上显示的图像。对于背光照明使用例如冷阴极荧光管的灯。在这传递型液晶显示装置中，背光照明消耗功率的大部分。为此，背光照明必须保持电接通状态。因此，该背光照明广泛地应用于对其易于施加电源的台式和笔记本式个人计算机。

尤其是，在使用背光照明的传递型液晶装置中，从设置在液晶显示片背后的背光发射的光线通常通过偏振镜并被线性偏振，以便能够由如此偏振的光线产生显示。因为普通的背光是不被偏振的光线，通常使用偏振镜以得到线性的偏振光。但是，在此所使用的偏振镜的光吸收超过50％。为了减少这吸收和获得明亮的屏幕，需要增加照明设备的照度。为了满足改进照度的要求，例如，可以使用增加了光功率的光源，但是在这情况下产生了功率消耗增加和又发热较多的问题。为以上所述尤其在例如笔记本式个人计算机的便携式设备中这问题尤其严重，必须采取对付的措施。因此，功率消耗的增加缩短了电池使用寿命，发热增加造成可靠性和使用寿命的下降。

还有另一原因使难于增加照度。为了满足节省功率和空间的要求，减小了灯的直径，使用了为减小厚度和重量的楔形引导板。按照这类型的光引导件的结构，难于同时增加照度。因为在这类引导板中构件的形状较小和复杂，所以产生了操纵和组装是较困难的另一问题。

为了解决增加照度的问题和其它光学问题，按照本发明的液晶显示装置采用在背光照明单元的前表面上的或换句话说是液晶显示单元的后表面上的一光学膜，以及通过使用膜固定***将这光学膜固定在液晶显示装置内，该***包括如后面将详细说明的(1)膜固定件、(2)膜张力控制件和(3)膜固定框架的组合。

本发明尤其能够通过利用按照本发明的特定的膜固定***将至少一光学膜在张力作用之下装配至照明单元以构成照明器具。因此，液晶显示装置能够提供例如后面将进一步详细解释的以下显著优点：

(1)对于大尺寸液晶显示装置现在能够使用过去不能使用的、具有大照度改进效果的膜和能够获得具有较高照度改进效果的膜结构。

(2)现在能够与尺寸无关地使用过去对于大尺寸和对于中等尺寸单独使用的、具有较高照度改进效果的膜，以及，能够提供具有较大自由度的膜结构(诸光学膜的组合)。

(3)因为使用光扩散膜代替聚丙烯扩散板，所以能够提供所有尺寸的无变形的扩散层，还能够减轻重量。

(4)因为能够结合多个光学膜，所以能够简化后面的步骤和使其提高效率，还能取消保护膜。

在本发明的实践中，不具体限制用于形成光学膜结构的光学膜，但是能够按照在本发明的照明和液晶显示器中所要求的光学特性任意地使用光学膜。在这情况下，可以单独地或两个或多个膜任意组合地使用光学膜。光学膜的适当例子、不过不是限制性的、包括具有光扩散性能的膜(以下称为“光扩散膜”)、具有光反射性能的膜(以下称为“光反射膜”)、具有照度改进效果的膜(以下称为“照度改进膜”、具有偏振性能的膜(以下称为“偏振膜”)和具有这些光学膜的两个或两个以上性能的组合的膜(以下称为“多功能膜”)。

能够使用一个或两个或两个以上这些光学膜的组合，例如作为用于液晶显示装置的照明单元的、较佳地处在背光照明单元与液晶显示单元之间、在前者上的光学膜结构。

单层结构(利用一个光学膜)：

当利用一光学膜构成光学膜结构时，可以使用光扩散膜、照度改进膜(例如棱柱膜)、偏振膜(例如反射型偏振膜)或复合膜或具有这些膜中的两个或两个以上功能的多功能光学膜。

当使用采用光引导件的照明单元时，例如，当对于照明单元的光扩散表面结合地使用光引导件时，能够使用光扩散膜或光扩散膜与照度改进膜的复合膜。在它的光扩散表面上装备有聚丙烯扩散板形成的光引导件的垂直型背光照明单元是这一照明单元的典型的例子。顺便说一下，当在这照明单元中不存在聚丙烯扩散板时，光学膜被限制于光扩散膜或它的复合膜。

双层结构(利用两个光学膜)：

当组合地利用两个光学膜构成光学膜结构时，能够使用类似于以上所述的单层结构的光学膜的光学膜作为在照明单元侧上的膜。在液晶显示单元侧上的膜可以是光扩散膜、照度改进膜(例如棱柱膜)、偏振膜(例如反射型偏振膜)或它的复合膜。

三层结构(利用三个光学膜)：

当组合地利用三个光学膜构成光学膜结构时，能够使用类似于在单层结构中所使用的光学膜的光学膜作为在照明单元侧上的光学膜。中间膜可以是光扩散膜、照度改进膜(例如棱柱膜)、偏振膜(例如，反射型偏振膜)或它的复合膜。也能够使用这些膜作为在液晶显示单元侧上的膜。但是，当中间膜使用反射型偏振膜时，在液晶显示单元侧上的膜使用光扩散膜。在这情况中使用的光扩散膜被限制于这样的光扩散膜，它们对被用作中间膜的反射型偏振膜所反射的光线的相位不损坏(偏转)。为此，在反射型偏振膜上不能使用要损坏被偏转的光线的相位的棱柱膜。

多层结构(利用四个或四个以上光学膜)：

能够组合地利用四个或四个以上光学膜构成光学膜结构。在此，能够应用与以上所述直至三层结构的组合类似的膜组合。以下为几种四层结构组合，当然决不是限制性的。

(1)从照明单元侧顺序列举的光扩散膜、光扩散膜、棱柱膜和棱柱膜。

(2)从照明单元侧顺序列举的光扩散膜、棱柱膜、棱柱膜和光扩散膜。

(3)从照明单元侧顺序列举的光扩散膜、棱柱膜、棱柱膜和反射型偏振膜。

(4)从照明单元侧顺序列举的光扩散膜、棱柱模、反射型偏振膜和光扩散膜。

虽然在此没有说明五层或五层以上结构的组合，但是能够在以上所述的相同概念的基础上组合地使用五层或五层以上的层组合。

在没有聚丙烯扩散板的垂直型背光照明单元的情况下，可以使用从照明单元侧顺序列举的光扩散膜、光扩散膜、棱柱膜和反射型偏振膜的组合，或者从照明单元侧顺序列举的光扩散膜、光扩散膜、光扩散膜、棱柱膜和反射型偏振膜。

在上述组合中，还能够使用复合膜或多功能膜。在垂直型照明单元的情况下，尺寸是较大的。因此，可以有利地使用通过对反射型偏振膜提供扩散性能和刚度(通过将光扩散膜粘合于反射型偏振膜的两表面得到的膜)得到的复合膜。

当以层叠或叠置状态使用两个或两个以上的光学膜时，可在它们之间带有间隙或没有间隙地叠置光学膜。通常较佳的是在它们之间带有较小间隙地叠置光学膜和将它们固定于膜固定框架。在此，可以根据光学膜结构中所需的光学***在广阔范围内改变在光学膜之间的间隙，但是通常在约0.3至2.0毫米的范围内，较佳地在约0.5至1.0毫米的范围内。

将进一步解释在本发明实践中所使用的各光学膜。

光扩散膜通常是具有对聚合物薄膜施加毛面处理或压纹处理的扩散表面处理(diffusion suface treatment)的膜。还可以使用其它扩散表面处理，如喷砂处理或在表面上设置许多细小凸起。而且，可以通过内部分散例如TiO₂的扩散微粒形成光扩散表面。

可以从含有聚碳酸酯树脂、聚丙烯树脂、聚酯树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酰胺树脂、聚烯烃树脂、硅树脂(包括例如硅酮聚脲的改进硅酮)等的组合物按照许多模制方法形成光扩散膜。光扩散膜的具体例子包括光扩散膜“Opals系列”、Keiwa公司的产品。

根据使用目的能够使用任意厚度的光扩散膜，但是通常应该以减小液晶显示装置的厚度和重量的方式选择。因此，光扩散膜的厚度通常在约5至1,000微米范围内，较佳地在约5至500微米的范围内，进一步较佳地在约5至200微米的范围内。光扩散膜的厚度最佳地在约5至150微米的范围内。

通常在这技术领域内的照度改进膜能够被用作为该照度改进膜。典型的照度改进膜是具有一棱柱形状的照度改进膜(棱柱膜)。能够用于本发明实践中的棱柱膜的具体例子包括照度改进膜“BEF II系列”、“BE III系珍”、“RBEF系列”和“NBEF系列”(商标名)、3M公司的产品。

还能够根据使用目的采用任意厚度的照度改进膜。通常应该以减小液晶显示装置的尺寸和重量的方式选择照度改进膜的厚度，照度改进膜的厚度通常在约5至1,000微米的范围内，较佳地在约5至500微米的范围内，进一步较佳地在约5至200微米的范围内。

能够将具有反射型偏振性能的膜用于照度改进膜。反射型偏振膜通常是能够以一平行于一平面内轴线(in-plane axis)(传递轴线)的振动方向传递先线但能够反射其它光线的偏振膜。换句话说，这膜仅仅传递入射进入偏振膜的光线中在平行于上述传递轴线的振动方向中的光分量，显示了偏振工作。但是，不像现有技术的光吸收型偏振板那样，不透过偏振膜的光线基本上不被偏振膜吸收。因此，一旦被偏振膜反射的光线能够被返回到光源侧，以及，又能被设置在光源侧上的反射元件，例如光反射膜朝反射型偏振膜行进。在这样被返回的光线中，仅仅在平行于传递轴线的振动方向的光分量被传递，其余的再次被反射。这传递-反射工作的重复能够增加所传递的偏振光的强度。这一反射型偏振膜的具体例子是“DBEF系列”和“DRPF-H系列”(商标名)、3M公司的产品。可以使用圆的偏振元件代替这一直线状偏振元件。圆的偏振元件的一个例子是商业上从Nitto Denko K.K可得到的商标名为“Nipocs”的一胆甾(Cholesteric)型圆偏振元件。

也能够按照使用目的使用任意厚度的反射型偏振膜。通常应该选择反射型偏振膜的厚度以使减小液晶显示装置的尺寸和重量，该厚度通常在约15至1,000微米的范围内，较佳地在约30至500微米的范围内，进一步较佳地在约50至200微米的范围内。

对于本发明的实践是有用的以上具体所述的光学膜和其它光学膜能够以与它们厚度的相同方式以任意形状和任意尺寸使用。例如，光学膜可以具有包括圆形、椭圆形、多边形等的任意形状，但通常和较佳地具有矩形(正方形或矩形)。这一光学膜的面积包括较小面积到较大面积，这取决于光学膜结构的使用目的，通常在约1平方厘米至2.0平方米的范围内。在本发明的实践中，当光学膜面积是较大时与光学膜组合使用的膜固定***显示了它的最有效的工作。因此，能够防止膜发生变形和翘曲，同时保持膜表面的平直度。所以，推荐使用具有较大面积的光学膜。例如，使用在本发明中、与液晶电视单元的较佳屏幕尺寸相结合的光学膜的面积通常从约15至20英寸或以上。在这一大屏幕电视单元的情况下，垂直式背光照明单元通常用作它的照明单元。当在背光照明单元上使用光学膜结构时，例如光线的不均匀扩散、膜的变形和翘曲等的缺点不会发生。本发明的发明人已经确认光学膜在具有接近37英寸的屏幕尺寸的电视单元内显示了极好的效果。

将进一步具体地说明光学膜的使用。在按照本发明的液晶显示装置中，偏振膜可以被设置成在背光照明单元的光射出表面(光传递表面)上的光学膜。可以利用反射型偏振膜代替偏振膜。反射型偏振膜是例如多层反射偏振膜(例如，“DBEF系列”(商标名))和单层扩散反射偏振膜(例如，“DRPF-H系列”(商标名))的直线型偏振元件。不用说，当需要时可以利用例如照度改进膜(例如，“BEF***”(商标名))的通常的光束反射元件代替这一直线型偏振元件或与其组合。在按照本发明的液晶显示装置中，利用偏振膜或偏振膜与光反射元件的组合，用于背光照明器具，这些膜固定于按照本发明的膜固定***的膜固定框架。因此，本发明能够提供在光利用效率方面极佳的和没有膜固定问题的薄的偏振光源。或者，偏振膜可以是圆偏振元件和可以是在商业上可从NittoDenko K.K、以“Nipocs”商标名得到的胆甾型圆偏振元件。

具体地说，例如DBEF和DRPF-H的偏振膜传递P偏振光和反射S偏振光。虽然如此反射的S偏振光在照明单元的引导板与引导板附近设置的光反射元件之间反复多次反射，但每当S偏振光传递通过扩散板就消除了偏振。因此，一部分S偏振光被转换成P偏振光和再次被有效利用和传递通过偏振膜。当将多层反射膜用作为在这多反射期间与引导板关联的光反射元件时，能够使由于反射产生的光衰减最小和偏振膜能够有效地工作。

作为偏振膜使用的DBEF和DRPF-H在现有技术中具有由于某原因给予该膜的热量或其它因素引起的变形问题和由于膜变形所产生的照度不均匀的问题。但是当使用按照本发明的膜固定***时，能够避免这类问题。

当利用DRPF-H和其它偏振膜代替DBEF时，因为DRPF-H发射白色反射光和具有单层结构，所以能够提供仅发射没有色不均匀和显色的P偏振光的偏振光源。

较佳地，以光学膜结构的形式提供以上详细说明的光学膜，该光学膜结构结合有(1)膜固定件、(2)膜张力控制件和(3)膜固定框架。能够有利地使用这一光学膜结构作为用于液晶显示装置的照明器具的一构件和能够充分显示它的工作和效果。

按照本发明的光学膜结构包括：

上述的至少一光学膜；

分别设置在光学膜的周边部分的至少四个膜固定件；

以这样一方式连接于各膜固定件的膜张力控制件，即该件的其中一端在张力作用下可拉地连接于膜固定件，同时保持光学膜的平直度；以及

用于固定光学膜的膜固定框架，膜张力控制件的另一端连接于膜固定框架。

在这光学膜结构中，光学膜、膜张力控制件和膜固定框架较佳的相互结合成一体为一构件。

按照本发明的光学膜结构将膜固定件用作为用于将膜固定于膜固定框架的结构。膜固定件的所需数量通常以这一方式谨慎地装配于光学膜的周边部分，即不妨碍光学膜的光线路径。不具体限制固定件的数量和它们的装配位置。但是，通常至少使用四个固定件，这四个固定件必须装配于光学膜的四个角。当光学膜尺寸变得较大时，能够以对应于该尺寸的增大方式而增加膜固定件的数量。当对各光学膜使用大量的膜固定件时，推荐在光学膜的适当位置安装膜固定件，同时考虑平衡，以致在所产生的光学膜结构中能使光学膜处于张力作用之下，又不引起松驰和翘曲。

能够通过例如模制、铸造和机加工的加工方法由许多材料制造膜固定件。用于膜固定件的材料的适当例子，不过不是限制性的，包括例如聚丙烯树脂的树脂材料，例如铝和不锈钢的金属材料和其它材料。能够以多种形式使用这些膜固定件，但是尺寸较佳地是尽可能地小。因此，膜固定件较佳地是具有短形或其它形状的小件。

可以将膜固定件安装于光学膜的周边部分的其中一个表面。当光学膜的保持和膜张力控制件的安装仍旧不稳定时，可以将膜固定件安装于光学膜的两表面。对于安装膜固定件可以使用许多固定方法。通常的方法是使用粘结剂。可以使用各自具有较高粘结强度的聚丙烯型粘结剂或尿熔型粘结剂。可以使用冲压、装配、推压配合等的方法代替粘结剂或与粘结剂的组合。例如，备制U形膜固定件、将光学膜的端部***处于中央的间隙内，然后对膜和膜固定件加压，成为膜固定件与光学膜相结合的一整体。

再将膜张力控制件安装于安装于光学膜的膜固定件。膜张力控制件通常是一沿纵向细长的另件，该件的一端安装于如上述的各膜固定件。光学膜必须在张力作用下之下至少被拉住，同时保持它的平直度，为此将这一膜张力控制件安装于光学膜(或安装于光学膜的膜固定件)。在省去这步骤的情况下，将发生光学膜的翘曲和变形问题。

可以由许多材料形成膜张力控制件，但较佳地由柔性材料形成。膜张力控制件可以使用许多柔性材料。但是，通常可以有利地使用例如弹簧的黏弹性金属丝材料、钢琴金属丝、橡胶和其它金属丝材料。膜张力控制件可以直接安装于膜固定件或通过例如金属丝的连接结构间接地安装于膜固定件。

当具有金属丝形状的膜张力控制件安装于膜固定件时，事先在膜固定件的表面内形成金属丝材料能够装配在其中的V型槽，在金属丝材料嵌入V型槽之后通过粘结剂固定膜张力控制件。有利地，使膜固定件的V形槽侧与光学膜接触和由粘结剂粘结两者，从而膜张力控制件能够牢固地固定于膜固定件。

也可以将钢琴金属丝设置在膜固定件的预定位置，同时通过螺钉固定或类似结构施加张力。在这情况下，要缠连和固定被安装成对膜固定件为连接结构的一金属丝。施加有张力的钢琴金属丝部分能够起到膜张力控制件的作用。

膜张力控制件的另一端连接于膜固定框架，结果使光学膜固定于这膜固定框架。通常以围绕的周边部分的方式形成膜固定框架的形状以及能够由许多材料形成该框架。膜固定框架的适当例子，不过不是限制性的，包括例如聚丙烯树脂、聚碳酸酯树脂的材料，例如铝、不锈钢或钢的金属材料等。较佳地是利用重量轻的材料。

膜固定框架除了它的重量轻之外较佳地具有充分高的机械强度。因此，为了生产膜固定框架，较佳地尽可能减小厚度，但需要保证强度。换句话说，推荐对膜固定框架增加例如肋的增强部分或者对于壁部分采用双壁结构。在需要时，认为不增加强度的膜固定框架的部分可以被切去。可以使用例如模制、铸造、机加工或类似方法中的任一种形成膜固定框架。当由金属材料例如弯曲和铸造金属材料形成膜固定框架时，可获得具有刚性结构的膜固定框架。可以仅另外生产固定框架和然后可以将固定框架组装入液晶显示装置内，还可以利用用于容纳液晶显示装置的光源部分的铸造的框架部分作为固定框架。

可以按照许多方法将膜张力控制件连接于膜固定框架。例如，如上所述，能够通过焊接、粘结或类似方法将钢琴金属丝安装于膜固定框架。当膜张力控制件是螺钉或弹簧时，能够通过焊接或螺钉固定将该膜张力控制件安装于膜固定框架。还可以事先在膜张力控制件的端部形成一个圈和将事先形成于膜固定框架的销钉或其它凸出部分钩入该圈内。

较佳地，使用按照本发明的光学膜结构，同时将该光学膜结构设置在基本上包括至少一光源和用于朝外侧引导发自光源的光线的光传递表面的照明单元的光传递表面上。在这情况下，本发明提供了照明器具。按照另一方面，当光学膜结构用在液晶显示单元与照明单元之间时，本发明提供了液晶显示装置。对于照明器具的照明单元、液晶显示装置的照明单元和液晶显示单元均不具体加以限制。如从以下详细叙述会理解的那样，能够使用传统的照明单元和传统的液晶显示单元作为这照明单元和液晶显示单元，或者它们以任意方式修改之后作为这照明单元和液晶显示单元。

在按照本发明所示的设备中，照明单元包括至少一光源和用于朝外引导发自该光源的光线的光传递表面。在此，照明单元较佳地是边缘光(edge light)型背光照明单元或垂直型背光照明单元。当对于20英寸或以上的大屏幕液晶显示装置使用照明器具时，垂直型背光照明单元是尤其较佳的。

边缘光型背光照明单元较佳地包括以下组成部分，例如：

(1)至少一光源，

(2)具有一主表面的一光引导件，它用于以基本均匀的照度朝外引导入射通过一侧面的光线，并具有一在该侧表面附近的光源；以及

(3)由绝缘材料形成的一光反射元件(light reflection element)，它被设置成围绕光源和能够引导发自光源的光线进入测表面。

在光引导件的仅仅其中一侧面上可以设置作为第一组成部分的一个或多个光源，光引导件通常为矩形，如通常使用在例如背光和前光(front light)器具的照明器具中那样。或者，在光引导件的相对的侧表面上可以设置一个或多个光源。有时可以在光引导件的全部四个侧面上设置光源。

在本发明的实践中，可以使用具有不同尺寸和不同形状的许多种光源。但是，当考虑应用照明器具作为例如液晶液晶显示装置的显示装置的照明装置时，可以有利地使用例如荧光灯的直线形的光源、尤其是冷阴极射线管或例如发光二极管(LED)的点状光源。尤其是当使用点状光源时，在光导向件的侧表面上成行的设置足够数量的光源，以便实现所需的照度，或者在光导向件的侧表面上设置杆状光引导件(例如玻璃棒)，同时在光引导件的两端设置光源。除了冷阴极射线管和LED之外可利用的光源的例子包括、但不限制于热阴极射线管和电发光(EL)装置。在需要时，还可以组合地使用不同类型的光源。

作为第二组成部分的光引导件通常为矩形和能够以引导板的形式有利地被采用。光引导件可以如通常在该技术领域所使用的那样为楔形并用作为楔形引导板。当使用楔形引导板时，光源的数量可以仅是一个和以这样的方式使引导板成形，即从光源附近的侧表面至相对的侧表面厚度减薄。

当使用按照本发明的照明器具作为反射型或半传递型液晶显示装置中的背光照明时，较佳地是在光引导件的光引出表面上形成锯齿凸起、台阶或凹槽的倾斜部分和朝另一相对表面(底表面)反射射入倾斜部分的光线。

只要它们在光引导效果上不产生有害影响，对于光引导件可以采用任何材料。但是，当虑加工性能时，可以使用例如聚丙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚烯烃树脂、环氧树脂和聚苯乙烯树脂的许多塑性材料。在需要时，能够使用例如玻璃的无机材料代替这些塑性材料。

第三组成部分是被设置成围绕光源使用的光反射元件。只要它能允许发自光源的光线有效地射入光引导件的侧表面内，光反射元件可以具有任何形状。但是，当考虑紧凑性和模制性能时，较佳地光反射元件为半圆筒形状或槽形。因此，能够有利地以与已有技术相同的方式，以灯反射的形式使用光反射元件。顺便说一下，当形成灯反射体(lamp reflector)时，有利的是使用绝缘材料形成的反射膜和基本上不包含金属成份、不带有用在已有技术的灯反射体中的铝真空喷镀膜或银真空喷镀膜。因为这反射膜具有绝缘性能，所以它没有已有技术的膜接受来自光源的漏电流的问题，以及因为这膜基本上不降低光源的照度。反射膜较佳地由能够以至少98％的反射系数引导来自光源的光线进入光引导件的侧表面的绝缘材料形成。

较佳地，作为光反射元件的反射膜通常由多层反射膜形成。多层反射膜例如是聚对苯二甲酸乙二酯(PEN)和它的共聚物(coPEN)的多层叠膜或者PEN和间规聚苯乙烯(sPS)的多层叠膜。当它具有自身支持性能时可以按适当形状使用这一多层反射膜。或者，备制形成进入反射体的形状内的适当的支持体，反射膜可以粘结或叠置在支持体的内侧上。多层反射膜的粘结或叠置可以利用粘结剂或两面包复的粘结带。

如上所述，按照本发明的照明器具可以有利地被使用为液晶显示装置和其它显示装置内的背光照明。因此，按照本发明的照明器具较佳地具有由多层反射材料形成的、作为第四组成部分的光反射件(light reflection member)。

当按照本发明的照明器具用作为背光照明时，较佳地将光反射件设置在附近具有光源的侧表面以外的光引导件的侧表面上，以及更较佳地在光引导件的其余所有三个侧表面上和底表面上。为了从上述的光反射元件区分这光反射件，它特别地称为“光反射件”。只要材料能够显示所需的光反射功能，可以由任何材料形成该光反射件。但是，当考虑极佳的性能优点时，较佳地以与光反射元件相同的方式由多层反射膜形成光反射件。适当的多层反射膜的例子包括聚对苯二甲酸乙二酯(PEN)和它的共取物(coPEN)的多叠层膜或者PEN和间规聚苯乙烯(sPS)的多叠层膜。为了使用多层反射膜，参阅日本国家申请(Kohyo)号9-511844。

在按照本发明的照明器具中，由相同的材料、尤其是多层反射膜、并且相互为一体的多层反射膜形成光反射单元和光反射件。这一结构可以使该照明器具紧凑，减少构件的数量和简化生产过程。并且，能够改善所产生的强度。尤其是因为多层反射膜不需要切成许多小块与各部分的形状配合，所以处理变得较容易和取得构件和组装也变得比较容易。在备制了一片多层光反射膜和最初切成预定形状之后，用该膜复盖光引导件，以产生光反射单元和光反射件。当光反射件自身不具有预定程度的形状保持性能时，通过使用粘结剂、增粘剂或双面包复的粘结带能够进行光反射件对光引导件的粘合。通过施加各自为光透明的或换句话说是各自具有较高传递系数的粘结剂、增粘剂或双向包复的粘结带可以进行光反射件对光引导件的光反射件粘结表面的一部分或全部的粘结。为了将粘结界面的反射减至最小程度，通过使用具有接近光引导件的折射系数的折射系数的粘结剂可以进行粘结。当光引导件是聚丙烯引导板时，例如可以有利地使用聚丙烯型粘结剂。

除了以上所述的组合部分之外，按照本发明的照明器具还可以选择地包括一个或多个附加组成部分。适合的附加组成部分的一例子是光扩散层。光扩散层设置在光引导件的底面上，有效地促使光引导件内部的光的扩散和产生均匀扩散。可以由包含例如作为光扩散微粒的硅石、硫化钡、氧化钛、玻璃珠等的有机或无机材料的白颜料将光扩散层形成许多图形(例如条状图形、点状图形等)。为了形成这一光扩散层，可以有利地使用例如筛网印刷方法的印刷方法。

以上叙述了用于边缘光型背光照明单元、作为一典型例子的、按照本发明的照明器具、顺便说一下，能够基本上以与边缘光型背光照明单元相同的方式构成垂直型背光照明单元，不过光源的设置位置是不同的。因此，在这里将省去了详细说明。

本发明还提供了具有这样的特征的液晶显示装置或其它显示装置，其中，一照明器具装备有按照本发明的背光照明单元作为一后表面光源。

按照本发明的液晶显示装置可以具有在该技术领域内的传统的任何结构。在传递型液晶显示装置的情况中，例如，按照本发明的照明器具可以被设置为在液晶板的后表面上的一后表面光源，该液晶板具有其中液晶在两侧被偏振板夹在其中的结构。在半传递型液晶显示装置的情况中，同样，按照本发明的照明器具被设置为在液晶板的后表面上的一后表面光源。在本发明中液晶板本身不是特别受限制的，对于该领域的那些熟练人员来说液晶板是众所周知的。因此，在此将省去详细说明。

按照本发明的液晶显示器可以有利地用于在许多家用电器、测量和其它器具中的显示用途。按照本发明的液晶显示器的应用例子，不过它们不是限制性的，包括从例如移动电话、可动信息终端、摄像机、数码相机等的紧凑型的显示器到例如个人计算机和电视接收机的大尺寸显示器。当用于可能发生光学膜的变形和翘曲的具有20或30英寸或以上的显示面积的大尺寸显示器时，最能够展现本发明的功能和效果。

按照本发明的照明器具在液晶显示装置之外的领域能够展现它的极好的功能和效果。当照片或印刷物品放置在该照明器具之下代替液晶显示器时，该照明器具可以有利地用作为前照明器具。通过修改它的设计本发明的照明器具可以用作为投影仪(OHP)的光源。并且，本发明的照明器具可以用作为各种测量仪器和监视器的光学监视器。

[实例]

如以上所述，可以在许多实施例中有利地执行本发明。因此，将参照附图叙述本发明的若干例子。但是应该理解本发明不局限于以下例子。

图1是示出按照本发明的一实施例的传递型液晶显示装置的示例性剖视图和图2是用作为在图1所示的液晶显示装置中的后表面光源的背光照明单元的立体图。

如图1所示，该液晶显示装置20具有一液晶板21，该液晶板包括一液晶元件22和从上方和从下方夹住液晶元件22的偏振板23和24。该液晶显示装置20设置有一本发明的照明器具和一光学膜结构，该照明器具包括设置在液晶板21的不显示表面侧上的一背光照明单元10，该光学膜结构包括一光学膜5和被设置在背光照明单元10上。该光学膜5包括在下部的一光扩散膜5-1和在上部的一照度改进膜5-2。光学膜5与该附图中没有示出的膜固定件、膜张力控制件和膜固定框架组合构成光学膜结构。光学膜5在张力作用之下固定于膜固定框架和又固定于背光照明单元10的壳体。背光照明单元10具有在它的光传递表面上的一扩散板7。由于从许多参考方面已知液晶板21的结构，因此将省去了对它的详细说明。

如图2所示，背光照明单元10包括一矩形光引导板2、设置在偏振板2的相对侧表面附近的诸光源1、被设置成分别围绕光源1的诸灯反射体3以及设置在引导板2的没有光源的侧表面(两相对侧表面)上和下表面上的诸多层反射膜4。矩形板2在整个底表面上具有一成点状的光扩散层5。

在附图所示的背光照明单元10中，如在这技术领域中通常的那样由聚丙烯树脂板形成矩形光引导板2。设置在光引导板2的两侧表面上的光源1是为荧光管类型的冷的阴极射线管和具有与侧表面几乎相同的长度。围绕各光源1的灯反射体3是由具有98％或以上的较高光反射性能的绝缘材料形成的反射膜、具体地为多层反射膜。用粘结剂将该反射膜粘结于具有适当形状的支持件的内表面。与用于灯反射体3的多层反射膜相同的多层反射膜4装配于光引导板2的其余侧表面。但是，在其中不使用支持件，用透明的粘结剂直接粘结于该膜。将粘结剂施加于多层反射膜的整个表面，但根据情况，可以将粘结剂施加于该表面的一部分或者可以利用双面涂复粘结剂的带子代替粘结剂。

图3是示出按照本发明的一较佳实施例的照明器具的平面图，图4是沿着图3所示的照明器具的线“IV-IV”截取的剖视图。如从这两附图可以理解的那样，本发明的照明器具包括一垂直型背光照明单元，该单元具有设置在铝模铸壳体11上的许多光源1和设置在背光照明单元10上的本发明的一光学膜结构30。该垂直型背光照明单元10包括用于允许发自光源的光线均匀地传递到照明单元外部的一光扩散板7。如以上参照图1说明的那样，还在光学膜结构30上装备未示出的一液晶显示单元。

垂直型背光照明单元10是示意性示出的例子。实际的背光照明单元可以具有附图所示的构件之外的构件或附图所示的结构之外的结构。例如，光源1可以具有如在边缘光型背光照明单元的段落中所说的许多形式。从强度和可模制性能方面考虑，壳体11利用铸铝形成的壳体，但是可以由其它金属材料和树脂材料形成。考虑提高强度，壳体11的形状可以随意被改变。壁部可以具有双壁结构或肋可以形成于壁，如壳体的修改例那样。

在示例的情况中，光学膜结构30具有一光学膜5，该光学膜具有一下光扩散膜5-1和一上照度改进膜5-2的一双层结构的光学膜5。在两光学膜之间的间隙为约0.8毫米。膜固定件安装于各光学膜的周边。在所示的例子中，安装了总共26个膜固定件，以防止该光学膜变形和保证牢固地固定。如以下将参照图9说明的那样，当能够得到充分效果时，可以将膜固定件仅仅固定于光学膜的四个角。

不具体地限制膜固定件，该固定件可以由树脂材料或例如铝金属材料形成为任意形状。在示例的情况中，膜固定件16由树脂板形成，该树脂板在它的其中一表面的中央处具有一约0.3毫米深的V形槽，该板的厚度约0.5毫米，构成膜张力控制件的一部分的金属丝17装配在该V型槽内，通过粘结剂(未示出)将膜固定件固定于光学膜5。

当使用金属板(例如铝板)作为膜固定件时，能够如图6所示固定膜固定板26。首先，为了作为膜固定件使用，首先备制在其中一个表面的中央处具有约0.3毫米深的V型槽的0.5毫米厚的一铝板。当构成膜张力控制件的一部分的金属丝17设置在V形槽内之后，用粘结剂19固定金属丝17和膜固定件26。其次，通过粘结剂将铝板的与具有V型槽的表面相对的表面和光学膜5粘结在一起。

安装于膜固定件16的膜张力控制件17是用于在张力之下拉住光学膜5，同时保持它的平直度。因此，膜张力控制件17的其余部分、通常具有膜张力控制机理的柔性部分被包含在膜固定框架18内，不过在图4中没有示出它。柔性部分的例子是例如弹性的柔性组成部分和例如橡胶具有粘弹性的树脂组成部分。膜张力控制件17的柔性部分可以直接连接于膜固定件16或26，或者连接于例如可以进一步设置在柔性部分与膜固定件之间的金属丝的连接结构。

膜张力控制件17的远端连接于膜固定框架18，从而能稳定地固定光学膜。虽然不具体地对其限制，但是膜固定框架18较佳地由重量尽可能轻和强度极好的材料形成。膜固定框架18的形状也可以随意改变。通常较佳的是由例如铝或不锈钢的金属通过弯曲和铸造加工步骤对膜固定框架18成形，以提供刚性结构。膜固定框架18的形状较佳地为一箱形或者通过从箱形去除不必要的壁部分形成一框架形。膜固定框架18通常安装于背光照明单元10的壳体11，但是在需要时可以安装于其它构件。

图3至5所示的例子使用了将膜固定件16固定于各光学膜5-1和5-2中的其中一个表面的方法。但是，也可以使用将膜固定件16固定于光学膜5-1和5-2的两个表面的方法，从而如图7和8所示将膜固定件牢固地固定于光学膜。所示的例子使用了备制托架形的膜固定件16、将光学膜的端部***该间隙内和固定光学膜的方法。不用说，可以将两个膜固定件相互抵靠，然后通过粘结剂可以相互粘结在一起，尤其是，膜固定框架18被设置在背光照明单元的壳体11的侧表面上。因此，这结构能够满足显示屏框架宽度较佳地尽可能小(通常从约3至4毫米)的最新要求。

如从图7和8可以理解的那样，膜张力控制件的柔性部分(弹簧)37被容纳在箱形膜固定框架18内和它的端部被固定。而且，柔性部分37通过金属丝17被互连于膜固定件16。

图3所示的光学膜结构30代表了具有总共26个膜固定件的光学膜5。但是，倘若能够将光学膜稳定地固定于膜固定框架18、而不引起变形和翘曲，可以将膜固定件16仅固定于光学膜的四个角。如图9所示。在所示光学膜结构的情况下，两个膜张力控制件17被固定于一个膜固定件16，以及各膜张力控制件17的远端安装于膜固定框架18。

在本发明的实践中，可以通过许多结构执行将膜张力控制件17安装于膜固定框架18。

如图10所示，例如，备制了在它的其中一端设置有一圈具有膜张力控制机理的金属丝作为膜张力控制件17。该膜张力控制件17的另一端固定于设置在光学膜5的外边缘的膜固定件16。作为膜张力控制件17的一端的圈被钩在设置于膜固定框架18上的销钉28上。由于该圈的存在，膜张力控制件17是柔性可动的。

或者，膜张力控制件17可以如图11和12(沿着图11的线XII-XII截取的剖视图)所示地固定于膜固定框架18。在该所示例子中，钩部分(钢琴金属丝)27通过螺27固定于膜固定框架18，金属丝17固定于钢琴金属丝27的中央部分。在这情况下，对其施加张力的钢琴金属丝27的部分起到柔性件的作用。

另外，作为柔性件的钢琴金属丝27能够被安装成对于在膜固定框架18的侧表面内形成的敞开部分为桥接形式，如图13所示。由于膜固定框架18由例如钢金属材料形成，因此能够通过焊接或其它加工牢固地固定钢琴金属丝27。

能够以图14、图15(沿着图14的线“XV-XV”截取的剖视图)和图16所示的方式将膜张力控制件17固定于膜固定框架18。

在该附图所示的例子中，两端固定件(铝板)16被粘结于周边部分，以致在各光学膜5-1和5-2中相互面对，构成膜张力控制件的一部分的金属丝17的远端被安装在各铝板16的V形槽(未示出)支持，所以金属丝17起到能够适应光学膜的延伸和收缩的柔性件的作用。

图16示出在膜固定框架18的一角部膜张力控制件17的安装状态。也以与图14和15所示的直线部分的相同方法在角部安装膜张力控制件17。

当如以上所述钢琴金属丝和金属组合构成膜张力控制件时，能够获得极好的张力控制性能，甚至当存在光学膜的稍许延伸和收缩时，膜张力控制件以这一方式有效地工作，即补充延伸和收缩和防止在光学膜中产生甚至微小的变形和翘曲。

如以上详细地所述，本发明包括至少一个、较佳地两个或两个以上、光学膜和能够在薄膜状态下使用各光学膜。所以，本发明能够减轻重量，而且能够保持光学膜的平直度。因此，本发明能够提供用于液晶显示装置和其它显示装置内的光学膜结构，而不引起翘曲和变形。

本发明还能够提供具有这一极好光学膜结构的和可用在液晶显示装置和其它显示装置内的照明器具。

本发明还能够提供液晶显示装置，该装置在与照明相关联的显示性能方面是极佳的、能够减轻重量、不需要单独地使用按照设备尺寸的膜厚度的光学膜、能够减少构件的数量和能够简化在设备生产期间构件的装配操作。

除了以上所述的显著效果之外，本发明提供了在液晶显示装置中的下列效果，例如：

在大的液晶显示装置中能够使用以前不可使用的、具有高强度改进效果的膜，以及能够实现具有较高照度改进效果的膜结构；

现有能够与尺寸无关地使用以前对于大尺寸和中等尺寸的液晶显示装置单独使用的具有高照度改进效果的膜，能够提供具有较高自由度的膜结构(诸光学膜的组合)；

通过利用一光扩散膜代替聚丙烯扩散板对于所有尺寸能够提供没有变形的扩散层，还能够减轻重量；以及

因为多个光学膜可以结合在一起，所以能够简化随后的制造步骤和得到较高的效率以及可以取消保护膜。

Claims (10)

1.一种设置在照明单元的一光传递表面上的、用于调制从所述照明单元发出的光线和发射被调制过的光线的光学膜结构，它包括：

至少一光学膜；

至少四个光学膜固定件，它们设置在所述光学膜的周边处；

一膜张力控制件，它以其一端以这样的方式连接于各所述光学膜固定件，即在张力作用下拉住所述光学膜同时保持所述光学膜的平直度；以及

一膜固定框架，它用于固定所述光学膜、连接于所述膜张力控制件的另一端；

其中，所述光学膜、所述膜张力控制件和所述膜固定框架相互结合为一体和构成为一构件。

2.如权利要求1所述的光学膜结构，其特征在于，所述光学膜是从由具有光扩散性能的光扩散膜、具有光反射性能的光反射膜、具有照度改进性能的照度改进膜、具有偏振性能的偏振膜和具有所述膜的至少两个性能的多功能光学膜组成的一组中选择的一个元件。

3.如权利要求1或2所述的光学膜结构，其特征在于，由弹性材料形成所述膜张力控制件。

4.如权利要求3所述的光学膜结构，其特征在于，所述弹性材料是弹簧或橡胶。

5.如以上任一项权利要求所述的光学膜结构，其特征在于，所述至少一光学膜包括至少两个叠置的光学膜，在所述至少两个光学膜之间带有间隙或不带有间隙。

6.如权利要求1所述的光学膜结构，其特征在于，所述光学膜结构用在液晶显示装置的一液晶显示单元与一照明单元之间。

7.一种照明器具，它包括：

一照明单元，它包括至少一光源和用于朝外引导来自所述光源的光线的一光传递表面；以及

如权利要求1至5的任一项所述的一光学膜结构，它被设置在所述照明单元的所述光传递表面上。

8.如权利要求7所述的照明器具，其特征在于，它用作为在液晶显示装置的后表面上的背光照明单元。

9.一种液晶显示装置，它包括：

一照明单元，它包括至少一光源和用于朝外引导来自所述光源的光线的一光传递表面；

如权利要求1至5的任一项所述的一光学膜结构，它被设置在所述照明单元的所述光传递表面上；以及

一液晶显示单元，它设置在所述光学膜结构上。

10.如权利要求9所述的液晶显示装置，其特征在于，所述照明单元是背光照明单元。

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