JP2008304898A - 張力をかけた光学素子及びディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】フィルムが光学素子の設計温度及び湿度範囲にわたって平坦さ及び高度の張力を維持するように、張力をかける機構によって、制御された張力の下で支持される少なくとも１つの光学フィルムを含む光学素子を提供する。
【解決手段】光学素子は、少なくとも１つの光学フィルムを備える。光学フィルムの少なくとも一部は、フィルムの周囲に結合される弾性材料を介して制御された張力を加えるための機構の存在によって寸法安定性を維持される。
【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
本願は、２００７年２月１２日に出願された米国仮出願第６０／９００，８９５号の利益を主張する。

本発明は、張力をかけた光学素子及び光学ディスプレイにおけるその使用に関し、より詳細には、ＬＣＤモニタ及びＬＣＤテレビに使用することができる液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、ラップトップコンピュータ、携帯計算機、デジタル腕時計及びテレビ等の装置に使用される光学ディスプレイである。幾つかのＬＣＤは、ディスプレイの側面に位置する光源を含み、光源からＬＣＤパネルの背面へ光を導くように配置された光ガイドを備える。他のＬＣＤ、例えば、幾つかのＬＣＤモニタ及びＬＣＤテレビ（ＬＣＤ−ＴＶ）は、ＬＣＤパネルの背後に配置された多数の光源を使用して直接照明される。この配置は、より大きいディスプレイではますます一般的である。なぜなら、一定レベルのディスプレイ輝度を達成するための光パワー要件がディスプレイサイズの二乗で増加する一方で、ディスプレイの側面に沿って光源を設置するために利用できる場所がディスプレイサイズに比例して増加するだけだからである。加えて、幾つかのＬＣＤの用途、例えば、ＬＣＤ−ＴＶは、ディスプレイが他の用途よりもかなり大きく離れた場所から見るのに十分なほど明るいことが必要であり、ＬＣＤ−ＴＶ用の視角要件は、ＬＣＤモニタ及び携帯装置用のものとは一般に異なる。

幾つかのＬＣＤモニタ及び殆どのＬＣＤ−ＴＶは、一般に、多数の冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）によって背後から照明される。これらの光源は、線状であり、かつディスプレイの全幅にわたって伸びており、その結果、ディスプレイの背面が、より暗い領域によって分離された一連の明るいストライプによって照明されることになる。そのような照明プロファイルは望ましくなく、そのため、ディフューザープレートが、ＬＣＤ装置の背面において照明プロファイルを平滑にするために使用される。

幾つかのＬＣＤモニタ及び殆どのＬＣＤ−ＴＶは、一般に、ランプの反対側にディフューザープレートに隣接して照明管理フィルムの配列を積み重ねる。これらの照明管理フィルムは、概して、平行ディフューザーフィルム、プリズム光方向づけフィルム及び反射偏光子フィルムを含む。ＬＣＤディスプレイを製造するためのこられの個別の照明管理フィルムの取り扱いは、幾つかのフィルムが保護カバーシートを備えて供給され、それは最初に取り外さなければならず、その後、各照明管理フィルムが個別にＬＣＤのバックライトユニットに置かれるように、非常に大きな労働力を要する。また、個別に各フィルムの在庫を調べて追跡することが、ＬＣＤディスプレイを製造するための総費用を高める場合がある。さらに、これらの照明管理フィルムは個別に取り扱われるため、組立工程中にフィルムを損傷するより多くのリスクが存在する。

現在、ＬＣＤ−ＴＶディフューザープレートは、典型的に、ガラス、ポリスチレンビーズ及びＣａＣＯ_３粒子を含む様々な分散相を備えたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のポリマーマトリクスを使用する。これらのプレートは、ディスプレイ製造業者が、常に、フォームファクタを薄くし、ディスプレイの重量を減少しようと努めているとはいえ、厚くて重い。ディフューザープレートは、ランプによって生じた高湿高温に曝された後に変形するか又は歪むことが多く、それは、ディスプレイにおける視野欠陥を引き起こす。加えて、ディフューザープレートは、ポリマーマトリクス全体に拡散粒子を分散させるために専用押出配合を必要とし、それがコストをさらに増加させる。

先行の開示である米国特許出願第２００６／００８２６９９号には、自己支持形基板と光学拡散フィルムの別個の層をラミネートすることによって拡散プレートのコストを減少する１つの手法が記載されている。この解決法は新規であるが、これらの層を一緒にラミネートするために接着剤を使用する必要性が、光吸収材料を加えることによるシステムの効率の低下をもたらす。層を一緒にラミネートするための追加処理費用も自滅的である。また、この先行の開示は、ディフューザープレートの厚い形状因子及び重い重量の問題を解決していない。この解決法は、ディフューザープレートの歪みの問題も扱っていない。

別の先行の開示である米国特許出願第２００６／０１７１１６４号には、ＬＣパネルと照明源との間に配置された光学フィルム構造体又は素子が記載されている。この光学素子は、光学フィルムに取り付けられるフィルム固定部品を使用し、光学フィルムはフィルム張力制御部材にさらに取り付けられ、フィルム張力制御部材はフレームに接続される。この開示には、フィルム上の張力を維持することによって光学フィルムの歪みを防止する観点から、そのような光学素子の有意な利点が記載されている。しかしながら、この開示の１つの欠点は、フィルムにフィルム張力制御部材を接続する別個のフィルム固定部品の使用が、設計の簡潔さ及び低い製造コストへの取り組みに関して、非常に実用的でないことである。別個のフィルム固定部品を形成し、それらを光学フィルムに取り付けた後、フィルム固定部品をフィルム張力制御部材に取り付けることが必要な一連の行為は、張力を光学フィルムに与える、手間のかかる高コストな手段である。また、米国特許出願第２００６／０１７１１６４号は、同等の光学性能を有するディフューザーフィルムと厚板ディフューザーを交換することによって厚板ディフューザーをいかに排除することができるかを教示していない。

ディフューザープレートを光学ディフューザーフィルムと交換することは望ましく、それは、有意に低い重量だけでなく非常に薄い形状因子も有する。そのようなディフューザーフィルムは、高レベルの光一意化を維持しながら、高い光の透過だけでなく寸法安定性も有さなければならない。さらに、そのようなディフューザーフィルムにとって、光源からディフューザーよりも上のＬＣ層への熱利得を減少するためにさらなる断熱値を有することが望ましい。ボイド形成は、ディフューザーフィルムの光学要件及び断熱要件の両方を達成するための周知の手段である。

ディフューザーフィルムは、それ自体のために、及び任意に照明管理配列に典型的に使用される他の光学フィルムのために、構造的支持も提供しなければならない。本発明の本質は、この構造的支持要件である。
米国特許出願第２００６／００８２６９９号明細書 米国特許出願第２００６／０１７１１６４号明細書

したがって、本発明の目的は、フィルムが光学素子の設計温度及び湿度範囲にわたって平坦さ及び高度の張力を維持するように、張力をかける機構によって制御された張力の下で支持される少なくとも１つの光学フィルムを含む光学素子を提供することである。本発明のさらなる目的は、少なくとも１つの光学フィルムに張力を与えるための低コストの手段を提供することである。

好ましい実施形態において、光学素子は、非常に低いコストで、以前のプレートディフューザーの光学的平滑化機能を提供する。光学素子は、高レベルの光学的機能を提供し、低い厚さでも、特定の温度及び湿度試験の下で表面平坦さ要件を満たす点で、独特である。典型的に、光学素子は、制御された張力によって支持される少なくとも１つの光学フィルムの周囲のまわりに支持フレームを備える。本発明の他の実施形態は、支持フレームによって抑制された他の照明管理フィルムも含む。これらの他の光学フィルムも、制御された張力によって支持されることができるか、又は制御された張力によって支持される少なくとも１つの光学フィルムによって支持されることができる。

本発明は、少なくとも１つの光学フィルムを備え、光学フィルムの少なくとも一部が、制御された張力をフィルムに加えるための機構の存在によって寸法的安定性を維持され、張力が、フィルムの周囲に結合される弾性材料を備える張力をかける機構を介して加えられる、光学素子を提供する。それはまた、少なくとも１つの光学フィルムを備え、光学フィルムの少なくとも一部が、制御された張力をフィルムに加えるための機構の存在によって寸法的安定性を維持され、光学フィルムが、ボイドを含むディフューザーフィルムである、光学素子を含む。それはさらに、少なくとも１つの光学フィルムを備え、光学フィルムの少なくとも一部が、制御された張力をフィルムに加えるための機構の存在によって寸法的安定性を維持され、機構ごとに加えられる張力の最大変化が、光学素子の設計温度及び湿度範囲で予想されるフィルムの寸法変化にわたって最高力の５０％未満である、光学素子を含む。

それはまた、光を均一に放つためのディスプレイ及び方法を提供する。本発明の一の実施形態は、フィルムの周囲のまわりのフレームを介して制御された張力によって支持される高分子光学ディフューザーフィルムを備える光学素子である。張力は、例えば、その後にフレームに接続されるフィルムの周囲に結合されるエラストマー材料によってフィルムに加えられる。エラストマー材料は、環境試験状態中でさえ、フィルム上の張力を実質的に維持する。この光学素子は、バックライト付きＬＣＤディスプレイにおいて、今日、典型的に使用されるディフューザープレートの光学的機能を交換するのに有用である。

本発明の別の実施形態は、光学ディフューザーフィルム及び少なくとも１つの他の照明管理フィルムを備え、少なくともその一方が、フィルムの周囲に結合されるエラストマー材料を介して制御された張力によって支持され、フィルムは、その後、フィルムの周囲のまわりのフレームに接続される、光学素子である。この光学素子は、バックライト付きＬＣＤディスプレイにおいて、今日、典型的に使用されるディフューザープレート及び照明管理フィルムの光学的機能を交換するのに有用である。

本発明の別の実施形態は、光源、及び上部プレートと、下部プレートと、上部プレートと下部プレートとの間に配置される液晶層とを含むＬＣＤパネルを有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）ユニットを対象にする。下部プレートは光源に面し、かつ吸収偏光子を含む。光学素子は、照明管理フィルムの配列を含み、少なくともその１つがフィルムの周囲に結合されるエラストマー材料を介して制御された張力によって支持され、フィルムは、その後、フィルムの周囲のまわりのフレームに接続され、かつ光源が照明管理フィルムの配列を介してＬＣＤパネルを照明することができるように、光源とＬＣＤパネルとの間に配置される。

照明管理フィルムの配列は、第１の高分子光学ディフューザーフィルムを備える。照明管理フィルムの配列は、他の光学層を任意に備える。他の光学層は、ビーズコーティングされた平行ディフューザーフィルム、光方向づけフィルム及び反射偏光子を含んでもよい。

本発明は、添付の図面に関連した本発明の様々な実施形態の下記の詳細な説明を考慮すると、より完全に理解されるであろう。

本発明は、様々な修正例及び代替例に従うが、その詳細は、図面に例として示されており、かつ詳細に説明される。しかしながら、その意図は、記載された特定の実施形態に本発明を限定することではないと理解すべきである。それどころか、その意図は、特許請求の範囲によって規定される本発明の精神及び範囲内に入るすべての修正例、均等物及び代替例をカバーすることである。

本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ又はＬＣディスプレイ）に適用可能であり、特に、背後から直接照明されるＬＣＤ、例えば、ＬＣＤモニタ及びＬＣＤテレビ（ＬＣＤ−ＴＶ）に使用されるものに適用可能である。

ＬＣＤ−ＴＶに現在使用されるディフューザープレートは、ポリマーマトリクス、例えば、硬質シートとして形成される、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、又はシクロ−オレフィンに基づいている。シートは、拡散粒子、例えば、有機粒子、無機粒子又はボイド（気泡）を含む。これらのプレートは、ディスプレイを照明するために使用される光源の高温に曝された後に、変形するか又は歪むことが多い。これらのプレートはまた、製造し、かつ最終ディスプレイ装置に組み立てるには、より高価である。

本発明は、ＬＣＤパネル自体と光源との間に配置される照明管理フィルムの配列を有する直接照明されるＬＣＤ装置を対象にする。照明管理フィルムの配列は、特定の透過及び一意化機能を有し、フィルムの周囲に結合され、かつフィルムの周囲のまわりのフレームに接続される弾性材料を介して制御された張力によって支持される高分子光学ディフューザーフィルムを少なくとも含む。任意の他の光学フィルム、例えば、ビーズコーティングされた平行ディフューザーフィルム、光方向づけフィルム、及び反射偏光子などは、フレームによって、又は張力をかけた１つのフィルム若しくは複数のフィルムによって抑制することができる。各構成要素の透過レベル及びヘイズレベルは、輝度がディスプレイ全体に比較的均一である直接照明ＬＣディスプレイを提供するように設計される。

本発明の好適な高分子光学ディフューザーフィルムは、製造するのが簡単であり、かつ製造に使用される材料及び方法に高度の柔軟性を提供する。本発明において、構造要件と光学要件は分けられる。すなわち、張力をかける機構は構造的性能を提供し、薄い拡散フィルムは光学的性能を提供する。これらの機能を分離することによって、全体的コストを減少するために、薄いディフューザーシートを使用するコスト的利点を十分に引き出すことができる。ディフューザーフィルムを備えた基板を含まないことによって、高レベルの光学的性能及び低い製造コストが実現される。これはまた、張力をかけたフィルムが設計温度及び湿度範囲にわたって高度の均一性を維持するため、厚いプレートが歪むのを防止する。加えて、ディフューザーが基板よりもむしろフィルムに含まれるときに、より正確に拡散特性を制御することがより容易である。ボイド形成されたディフューザーフィルムを使用することによって、いかなる厚さのディフューザーでも、より高レベルの断熱だけでなく最適な光学的性能も提供することができる。

直接照明ＬＣディスプレイ装置１００の例示的な実施形態の概略分解図が図１に示される。そのようなディスプレイ装置１００は、例えば、ＬＣＤモニタ又はＬＣＤ−ＴＶに使用されてもよい。ディスプレイ装置１００は、典型的にパネルプレート１３４の間に配置されるＬＣ層１３６を包含するＬＣパネル１４０を含むフロントパネルアセンブリ１３０の使用に基づいている。プレート１３４は、ガラスから形成されることが多く、ＬＣ層１３６における液晶の配向を制御するために、それらの内面に電極構造及び配向層を含んでもよい。電極構造は、一般に、ＬＣパネルピクセルを画定するように配列され、隣接する領域と無関係に液晶の配向を制御することができるＬＣ層の領域である。カラーフィルタも含んでよく、１以上のプレート１３４は、表示される画像に色を与えるためのものである。

上部吸収偏光子１３８は、ＬＣ層１３６よりも上に配置され、下部吸収偏光子１３２は、ＬＣ層１３６よりも下に配置される。吸収偏光子１３８，１３２及びＬＣパネル１４０は、バックライト１１０からディスプレイ１００を介して見る人への光の透過を組み合わせで制御する。幾つかのＬＣディスプレイにおいて、吸収偏光子１３８，１３２は、それらの透過軸に垂直に並べられてもよい。ＬＣ層１３６のピクセルが活性化していないときには、通過する光の偏光を変えなくてもよい。したがって、吸収偏光子１３８，１３２が垂直に配列されているときには、下部吸収偏光子１３２を通過する光は上部吸収偏光子１３８によって吸収される。その一方で、ピクセルが活性化しているときには、下部吸収偏光子１３２を介して伝えられる光の少なくとも幾つかが上部吸収偏光子１３８を介しても伝えられるように、通過する光の偏光が回転する。例えばコントローラ１５０によるＬＣ層１３６の異なるピクセルの選択的活性化は、特定の所望の場所でディスプレイから進む光をもたらし、従って、見る人によって見られる画像を形成する。コントローラは、例えば、コンピュータ、又はテレビ画像を受け取り表示するテレビコントローラを含んでもよい。１以上の任意の層１３９は、上部吸収偏光子１３８の一面に提供されてもよく、例えば、ディスプレイ表面に機械的及び／又は環境的な保護を提供する。１つの例示的な実施形態において、層１３９は、吸収偏光子１３８の一面にハードコートを含んでもよい。

ＬＣディスプレイの幾つかのタイプは、上述のものとは異なった方法で動作し得ることが十分理解される。例えば、吸収偏光子が平行に配列されてもよいし、非活性状態のときに、ＬＣパネルが光の偏光を回転してもよい。それにもかかわらず、そのようなディスプレイの基本構造は、上述のものに依然として類似のままである。

バックライト１１０は、ＬＣパネル１４０を照明する光を生成する多数の光源１１４を含む。ＬＣＤ−ＴＶ又はＬＣＤモニタに使用される光源１１４は、ディスプレイ装置１００にわたって伸びるリニアチューブ、冷陰極管、蛍光灯であることが多い。しかしながら、光源の他のタイプ、例えば、フィラメント又はアーク灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）、平面蛍光表示パネル又は外付けの蛍光灯などが使用されてもよい。光源のこのリストは、限定的又は網羅的であると意図されるものではなく、単なる例示である。

バックライト１１０は、また、ＬＣパネル１４０から離れる方向に、光源１１４から下方へ伝搬する光を反射するための反射体１１２を含んでもよい。反射体１１２は、また、下記に説明されるように、ディスプレイ装置１００内で光を再循環させるために有用であり得る。反射体１１２は、鏡面反射体であってもよいし、拡散反射体であってもよい。反射体１１２として使用され得る鏡面反射体の一例は、ミネソタ州セントポールの３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手できるＶｉｋｕｉｔｉ（登録商標）Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ（ＥＳＲ）（改良された正反射）フィルムである。適切な拡散反射体の例は、ポリマー、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン、ポリスチレン及び同類のものを含み、拡散反射する粒子、例えば、二酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム及び同類のものを搭載している。

照明管理層の配列１２０は、バックライト１１０とフロントパネルアセンブリ１３０との間に配置される。照明管理層は、ディスプレイ装置１００の操作を改良するように、バックライト１１０から伝搬する光に作用する。例えば、照明管理層の配列１２０は、ディフューザープレート１２２を含んでもよい。ディフューザープレート１２２は、光源から受けた光を拡散するために使用され、それは結果として、ＬＣパネル１４０に入射する照明光の均一性の増加をもたらす。したがって、これは結果として、見る人によって知覚される、より均一に明るい画像をもたらす。

照明管理層の配列１２０は、また、反射偏光子１２８を含んでもよい。光源１１４は典型的に非偏光を作り出すが、下部吸収偏光子１３２は単一偏光状態を透過させるだけであるため、光源１１４によって生成された光の約半分はＬＣ層１３６まで伝わらない。しかしながら、反射偏光子１２８は、光を反射するために用いることができ、そうでなければ下部吸収偏光子に吸収されることになるため、この光は反射偏光子１２８と反射体１１２との間の反射によって再循環され得る。反射偏光子１２８によって反射される光の少なくとも幾つかは偏光解消されることがあり、その後に、偏光状態で反射偏光子１２８に戻され、それは、反射偏光子１２８及び下部吸収偏光子１３２を介してＬＣ層１３６に伝えられる。このように、反射偏光子１２８は、光源１１４から放出され、ＬＣ層１３６に達する光の一部を増加させるために用いることができ、それにより、ディスプレイ装置１００によって生成される画像がより明るくなる。

反射偏光子のどのような適切なタイプも用いることができ、例えば、多層光学フィルム（ＭＯＦ）反射偏光子；拡散反射偏光フィルム（ＤＲＰＦ）、例えば、連続／分散相偏光子、ワイヤグリッド反射偏光子又はコレステリック反射偏光子などである。

照明管理層の配列１２０は、また、平行ディフューザーフィルム１２４及び光方向づけフィルム１２６を含んでもよい。光方向づけフィルムは、軸外の光をディスプレイの軸に近付ける方向に向け直す表面構造を含むものである。これは、ＬＣ層１３６を介して軸上を伝搬する光の量を増加させ、従って、見る人によって見られる画像の明るさを増加させる。一例は、屈折及び反射によって照明光の向きを変える多数のプリズムリッジを有するプリズム光方向づけフィルムである。

従来のＬＣＤ−ＴＶに使用されるディフューザープレート及び積層光学フィルムとは異なり、本発明は、照明管理フィルムの配列を使用し、そのうちの少なくとも１つは制御された張力によって支持されている。典型的に、制御された張力は、フィルムの周囲に結合され、かつフィルムの周囲のまわりのフレームに接続される弾性材料の使用によって提供される。制御された張力を提供するための１つの手段は、各々が矩形フィルムの４辺上にあるフィルムの周囲に結合され、かつフィルムの周囲のまわりのフレームに接続される４つの弾性ストリップを使用することである。制御された張力を提供するための別の手段は、弾性材料の矩形シートを使用することであり、それは、フィルムの周囲と比較してサイズが僅かに小さい矩形の開口部を有し（すなわち、弾性シートは「額縁」形状を有する）、「額縁」の内側の周囲はフィルムの周囲のまわりに結合される。

「弾性材料」は、弾性特性を有する任意の材料としてここに定義され、すなわち、変形させる力の除去後にそれの原形に自発的に復帰する材料である。好ましくは、弾性材料は、動作の範囲にわたって均一な張力を実質的に維持する。その動作の範囲は、設計温度及び湿度範囲の下で、フィルムの寸法の最大予測変化と少なくとも同じくらい大きい距離でなければならない。実質的に維持されるは、張力を元の力の少なくとも５０％に維持するとしてここに定義される。好ましくは、力は、元の力の少なくとも７５％に維持できる。フィルムという用語は、５００μｍ未満の厚さを有する材料のシートとしてここに定義される。

本発明に使用される典型的な弾性材料はエラストマーであり、エラストマーは、ゴムのような特性を有するガラス転移温度（Ｔｇ）より上で架橋された非晶質高分子として定義される。好ましくは、これらのエラストマーは、８５℃の設計温度下でＬＣＤに使用されるときに、バックライトの寿命の間、性能を維持するものである。好ましいエラストマーは、架橋された以下のもの、すなわち、ポリウレタン、シリコーンゴム、ポリクロロプレン、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−プロピレンターポリマー、ビニリデンフルオリド−クロロ−トリフルオロエチレンランダムコポリマー、ビニリデンフルオリド−クロロ−ヘキサフルオロエチレンランダムコポリマー、高力ブナ−Ｎゴムなどである。これらのエラストマーは、例えば、タルク、ガラス繊維、粘土などの無機充填材及び他の周知のエラストマー補強添加物で補強されてもよい。これらのエラストマーに安定剤及び環境保護剤、例えば酸化防止剤及びＵＶ安定剤などを使用することは、一般に知られており、ＬＣＤの寿命にわたって性能をさらに改良するために使用することができる。本発明の光学素子の１つの典型的な実施形態は、図２に図式的に例示される。光学素子２００は、高分子光学ディフューザーフィルム２１４及びフィルムの周囲のまわりに位置する支持フレーム２１２を含む。周囲は、フィルムのすべての薄い縁に沿って引かれた想像連続線としてここに定義される。ＬＣＤディスプレイでは典型的に、矩形の周囲を形成する４つの直交する縁がある。他の光学フィルムも、後の図に例示されるように、高分子光学ディフューザーフィルムより上に照明管理層の配列に追加されることができる。図２は、光学ディフューザーフィルム２１４が張力によって支持される１つの手段を示す。弾性ストリップ２１８は、光学ディフューザーフィルム２１４の周囲のまわりの光学ディフューザーフィルム２１４の表面に直接固定される。接着剤を含む多数の固定手段のうちのいずれか１つは、弾性ストリップ２１８をフィルムに固定するために使用することができる。ピン２１６は、穴またはスロット２２０を通って弾性ストリップ２１８に突出する。ピンは、張力の方向に垂直である少なくとも１つの表面を有する。ピン２１６は、支持フレーム２１２に固定される。弾性ストリップ２１８は、ピン２１６上に穴またはスロットを配置するために引き伸ばされ、結果として、光学ディフューザーフィルム２１４にかかる張力になり、それは、加えられる位置に最も近いフィルムの縁に垂直な方向に加えられる。

張力をかけた光学ディフューザーフィルム２１４は、自己支持形である。ここで、自己支持は、フィルム自体の重量に、照明管理配列に使用される任意の他のフィルムの重量の追加を加えた下で、フィルムの平面均一性を維持するとして定義される。平面均一性は、ディフューザーフィルムの最も長い側面の長さの１８０分の１未満の元の位置からの面外撓みを有するとして定義される。

張力をかけたディフューザーフィルム２１４及び１以上の他の照明管理層は、バックライトとＬＣＤパネルとの間に配置される照明管理層に含まれてもよい。張力をかけたディフューザーフィルム２１４は、照明管理配列を支持するための安定した構造を提供する。張力をかけたフィルムは、従来のディフューザープレートシステムのように歪む傾向がない。

高分子光学ディフューザーフィルム２１４の典型的な実施形態は、ボイドを含む半結晶性ポリマーマトリクス及びボイド開始粒子を含む。半結晶性ポリマーマトリクスは、可視光に対して実質的に透明であってもよく、容易に伸びてボイド形成することができ、かつ８５℃までの高温で試験した後に１．０％未満の収縮を有する寸法安定性を有することができるため、好適である。これらの基準のすべてに適合する好ましいポリマーは、ポリエステル及びそのコポリマーである。最も好適なものは、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリ（エチレンナフタレート）（ＰＥＮ）ポリエステル、及びそれらのコポリマーのいずれかである。ＰＥＴは、ＰＥＮよりもコストが非常に低いため、ＰＥＴが最も適切である。

ボイド開始粒子は、マトリクスポリマーと混合できない粒子のいずれのタイプであってもよい。これらの粒子は、無機又は有機であり得る。無機粒子は、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタンのいずれか、又はポリマーに溶融ブレンドされ得る他の無機化合物を含むことができる。典型的な有機ボイド開始粒子は、マトリクスポリマーと混合しないポリマーである。これらの非混合ポリマーの樹脂ペレットは、マトリクスポリマーの樹脂ペレットと単に乾燥混合され、かつ一緒に押し出されてキャストフィルムを形成することができるため、これらは好適である。無機粒子は、予め混合するか又は溶融混合する必要があり、それは処理コストを引き上げる。好ましい有機ボイド開始粒子は、ポリオレフィンである。最も好適なものは、ポリプロピレンである。ボイド開始粒子は、ＬＣＤディスプレイの光学輝度が著しく減少されるほど不透明でないディフューザーとして機能するのに十分な拡散性を生成するために、加えられるべきである。ボイド開始粒子の好ましい添加量は、フィルム全体の３から２５重量％である。最も好ましい添加量は、１０から２０重量％である。

高分子光学ディフューザー２１４は、マトリクスポリマーと非混合ポリマー添加剤とを乾燥混合する方法によって生成されることが好ましい。混合は、例えば、粉末状又は粒状に細かく分離されたマトリクスポリマーとポリマー添加剤とを混ぜ合わせ、例えば、タンブリングによって、それらを一緒に十分に混合することにより行われてもよい。得られる混合物は、その後、フィルム形成押出機に供給される。押し出されて、例えば、粒状の形に縮められた混合されたマトリクスポリマーと非混合ポリマー添加剤は、ボイド形成された高分子光学ディフューザー内にうまく再押出されることができる。したがって、上記方法により、スクラップフィルムを、例えば、エッジトリミングとして、再供給することが可能である。もう一つの方法として、混合は、押出直前に、マトリクスポリマーの溶融ストリームと非混合ポリマー添加剤とを混ぜ合わせることによって行われてもよい。マトリクスポリマーが生成される重合容器にポリマー添加剤が加えられる場合には、ボイド形成及びそれに由来する拡散性は、延伸中に発現しないことがわかった。これは、熱処理中に添加剤とマトリクスポリマーとの間に現れることがある化学的又は物理的結合の何らかの形のためであると考えられる。

ボイド形成された高分子光学ディフューザーフィルムの押出、急冷及び延伸は、配向フィルムを生成するための当技術分野で周知の任意の方法によって、例えば、フラットフィルムプロセス又はバブル若しくはチューブラープロセスによって、行われてもよい。フラットフィルムプロセスは、本発明に従ってボイド形成された高分子光学ディフューザーを作るのに好適であり、スリットダイにより混合物を押し出し、かつフィルムのマトリクスポリマー構成要素がアモルファス状態に急冷されるように、押し出されたウェブをチルドキャスティングドラム上で即座に急冷することを含む。フィルムベースは、その後、マトリクスポリマーのガラス−ゴム転移温度より上の温度で相互に垂直方向に延伸することによって、２軸配向される。通常、フィルムは、まず一方向に延伸され、その後、第２の方向に延伸されるが、延伸は、所望により、同時に両方向にもたらされてもよい。典型的な方法において、フィルムは、まず、一組の回転ローラー上に又は二組のニップローラーの間に押出の方向に延伸され、その後、テンター装置を用いて、それを横断する方向に延伸される。フィルムは、延伸の各方向において、各方向へ元の寸法の２．５から５．０倍に延伸されてもよい。延伸時に、ボイド形成が、ボイド開始粒子のまわりで開始する。ボイド開始粒子の濃度が高ければ高いほど、生成されるボイドの量の程度が高くなる。フィルムの最終延伸厚さは、２５．０から２５０．０μｍの厚さ範囲であることが好ましい。最も好ましい厚さ範囲は、５０．０から１５０．０μｍの間である。これは、光学的に透過性の自己支持基板よりもかなり薄く、同時に、その全厚さは、現在使用されているプレートディフューザーの厚さの範囲内に維持できる。

フィルムが延伸され、ボイド形成された高分子光学ディフューザーフィルムが形成された後に、マトリクスポリマーを結晶化するのに十分な温度に加熱することによって熱処理され、その間に、延伸の両方向への収縮に対してボイド形成された高分子光学ディフューザーを抑制する。この方法は、８５℃までの温度で試験したときに、１．０％未満の収縮要件に適合するフィルムを可能にする。ボイドは、熱処理温度が上昇するにつれて崩壊する傾向があり、温度上昇につれて崩壊の程度は増大する。したがって、反射光透過率は、熱処理温度の上昇につれて増加する。しかし一方、約２３０℃までの熱処理温度は、ボイドを破壊せずに使用することができ、通常、１５０℃から２００℃の間の温度が、結果として、より大きなボイド形成及びより効率的な拡散をもたらすと同時に、熱試験後の低い収縮をもたらす。

高分子光学ディフューザーフィルム２１４は、また、増白剤を含んでもよい。典型的に、増白剤は、ボイド開始剤よりも非常に低いレベルで加えられ、従って、ボイド形成に寄与しないが、白色度を改良し、フィルムの拡散性をある程度改良する。増白剤は、典型的に無機化合物であり、ＴｉＯ２が最も好適である。これらの蛍光増白剤は、樹脂ブレンドプロセス中にフィルムに加えることができ、適切な比率でマスターバッチペレットを介して加えることができる。適切な比率は、マトリクス樹脂の残り及びボイド開始樹脂を備えたマスターバッチペレットの濃度を、好ましくは０．２５から５．０重量％の間の濃度に下げるものである。

高分子光学ディフューザーフィルム２１４は、また、紫外線を可視光に変換する蛍光増白剤を含んでもよい。そのような蛍光増白剤は、熱的に安定しており、かつボイド形成された高分子光学ディフューザーフィルムを製造するために使用される押出温度に耐えることができるものから選択されなければならない。好ましい蛍光増白剤は、ベンゾオキサゾリル−スチルベン化合物を含む。最も好ましい蛍光増白剤は、２，２’−（１，２−エテンジルジ−４，１−フェニレン）ビスベンゾオキサゾールを含む。これらの蛍光増白剤は、樹脂ブレンドプロセス中にフィルムに加えることができ、適切な比率でマスターバッチペレットを介して加えることができる。適切な比率は、マトリクス樹脂の残り及びボイド開始樹脂を備えたマスターバッチペレットの濃度を、好ましくは０．０１から０．１重量％の間の濃度に下げるものである。最も好ましい実施形態では、蛍光増白剤は、０．０２から０．０５重量％の間の濃度を達成するように加えられる。

高分子光学ディフューザーフィルム２１４は、また、吸塵を防止するために、静電気防止コーティングを含んでもよい。周知の静電気防止コーティングのどれでもが使用される可能性がある。

高分子光学ディフューザーフィルム２１４は、また、多層フィルム又は共押出フィルムとして製造されてもよい。そうすることの利点は、非常に薄いフィルムの使用を光学安定性及び熱安定性の両方又は収縮要件に依然として適合させることができることである。薄いフィルムは、プレートディフューザーの光拡散性能を達成するために、ボイド開始剤の高い装填を必要とし、従って、高いボイド形成を必要とする。これらの高レベルのボイド形成で、フィルムは、高温においてほとんど寸法安定性がない。ボイド形成層の一方又は両方の側面に隣接して非ボイド形成層を備えたフィルムを設けることによって、高温での寸法的安定性を改良することができる。そのような多層フィルムは、ニートマトリクスポリマーを溶融しポンプで注入するために第２の押出機が使用されることを除き、前述と同様に形成される。このニートポリマーの押し出し流れは、前述のように、ボイド形成層の押し出し流れと一緒に、共押出金型内に供給される。多層キャストフィルムは、その後、ボイド形成層の一方又は両方の側面にニートポリマーの層を備えて形成される。このキャストフィルムは、その後、前述のように急冷され延伸される。

光学ディフューザーフィルム２１４には、例えば、紫外線吸収材料又は紫外線の影響に耐性を示す材料を層の１つに含むことによる、紫外（ＵＶ）の光からの保護が付与されてもよい。適切な紫外線吸収化合物は、市販されており、例えば、デラウェア州ウィルミントンのＣｙｔｅｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手できるＣｙａｓｏｒｂ（登録商標）ＵＶ−１１６４、及びニューヨーク州タリータウンのＣｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから入手できるＴｉｎｕｖｉｎ（登録商標）１５７７を含む。

紫外線の悪影響を減少するために、他の材料が光学ディフューザーフィルム２１４に含まれてもよい。そのような材料の一例は、ヒンダードアミン系光安定組成物（ＨＡＬＳ）である。通常、最も有用なＨＡＬＳは、テトラメチルピペリジンから抽出されたもの、及び高分子第三級アミンとみなすことができるものである。適切なＨＡＬＳ組成物は、例えば、ニューヨーク州タリータウンのＣｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ ＣｈｅｍｉｃａｌｓからＴｉｎｕｖｉｎという商標名の下に市販されている。そのような有用なＨＡＬＳ組成物の１つは、Ｔｉｎｕｖｉｎ ６２２である。

図２の光学素子２００は、従来のＬＣＤディスプレイのディフューザープレートの代わりに使用することができる。

本発明の別の例示的な実施形態が、図３に概略的に示されている。光学素子３００は、照明管理フィルムの配列であり、高分子光学ディフューザーフィルム３１４及びフィルムの周囲のまわりに位置する支持フレーム３１２を含む。他の光学フィルムもまた、高分子光学ディフューザーフィルムより上で照明管理層の配列に加えられる。ビーズコーティングされた平行ディフューザーフィルム３３４は、高分子光学ディフューザーフィルム３１４に隣接して置かれる。光方向づけフィルム３３５は、光学ディフューザーフィルムの向かい側に、ビーズコーティングされた平行ディフューザーフィルム３３４に隣接して置かれる。図３は、光学ディフューザーフィルム３１４及び光方向づけフィルム３３５の両方が張力によって支持される１つの手段を示す。弾性ストリップ３１８は、光学ディフューザーフィルム３１４の表面とフィルムの周囲のまわりの光方向づけフィルム３３５の表面に直接固定される。接着剤を含む多数の固定手段のいずれか１つが、ストリップをフィルムに固定するために使用できる。ピン３１６は、穴またはスロット３２０を通って弾性ストリップ３１８に突出する。ピンは、張力の方向に垂直である少なくとも１つの表面を有する。ピン３１６は、支持フレーム３１２に固定される。弾性ストリップ３１８は、ピン３１６上に穴またはスロットを配置するために引き伸ばされ、結果として、光学ディフューザーフィルム３１４及び光方向づけフィルム３３５にかかる張力になり、それは、加えられる位置に最も近いフィルムの縁に垂直な方向に加えられる。

もう一つの方法として、２つの別個の弾性ストリップ３１８を、それぞれ、光学ディフューザーフィルム３１４の表面と光方向づけフィルム３３５の表面に、各々結合することができる。この場合、両方の弾性ストリップは、ピン３１６上に配置することができる。これによって、非常に異なる熱膨張係数のフィルムに、個別に張力をかけることができる。

弾性ストリップは、任意の弾性材料を含むことができる。典型的な弾性材料は、エラストマーである。好ましいエラストマーは、８５℃の設計温度下でＬＣＤに使用されるときに、バックライトの寿命の間、性能を維持するものである。好ましいエラストマーは、架橋された以下のもの、すなわち、ポリウレタン、シリコーンゴム、ポリクロロプレン、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−プロピレンターポリマー、ビニリデンフルオリド−クロロ−トリフルオロエチレンランダムコポリマー、ビニリデンフルオリド−クロロ−ヘクサフルオロエチレンランダムコポリマー、高力ブナ−Ｎゴム等である。これらのエラストマーは、例えば、タルク、粘土、ガラス繊維などの無機充填材及び他の周知のエラストマー補強添加物で補強されてもよい。これらのエラストマーに安定剤及び環境保護剤、例えば酸化防止剤及びＵＶ安定剤などを使用することは、一般に知られており、ＬＣＤの寿命にわたって性能をさらに改良するために使用することができる。

張力をかけた光学ディフューザーフィルム３１４及び光方向づけフィルム３３５は、自己支持形である。他の光学フィルム、すなわち、ビーズコーティングされた平行フィルム３３４は、間に挟まれている２つの張力をかけたフィルムによって、その表面に垂直に抑制される。他の光学フィルムも、２つの張力をかけたフィルムの間に置かれる場合には、それらの表面に垂直に抑制されることができる。ビーズコーティングされた平行フィルム３３４を面方向に抑制するために、ピン３４０は、フィルム３３４の穴３４１及びスロット３４２の両方を通ってフレーム３１２内に挿入される。これらのピンは、同様に、２つの張力をかけたフィルムの間に置かれたその他の光学フィルムを通って突出することができる。ピン止めされる穴３４１は、フィルム３３４が並進運動するのを防止する。ピン止めされるスロット３４２は、スロットの伸長方向に熱膨張するのを許すと同時に、フィルム３３４の回転を防止する。図３の光学素子３００は、従来のＬＣＤディスプレイのディフューザープレート及び任意の光学フィルムの代わりに使用することができる。

本発明は、様々な修正例及び代替例に従うが、その詳細は、図面に例として示され、かつ詳細に説明される。しかしながら、意図は、記載された特定の実施形態に本発明を限定することではないと理解すべきである。それどころか、意図は、特許請求の範囲によって規定される本発明の精神及び範囲内に入るすべての修正例、均等物及び代替例をカバーすることである。

本明細書中で言及される特許及び他の刊行物のすべての内容は、参照することによりここに組み込まれる。

ディフューザープレートを使用する典型的なバックライト付き液晶ディスプレイを示す概略図である。 高分子光学ディフューザーフィルムを備える光学素子を示す概略図であり、高分子光学ディフューザーフィルムは、本発明の原理にしたがって、フィルムの周囲に結合され、かつフィルムの周囲のまわりのフレームに接続される４つの弾性ストリップを介して制御された張力によって支持される。そのような光学素子は、図１のディフューザープレートの機能と取り換えることが可能である。 光学ディフューザーフィルムを備える光学素子を示す概略図であり、光学ディフューザーフィルムは、本発明の原理にしたがって、フィルムの周囲に結合され、かつフィルムの周囲のまわりのフレームに接続される４つの弾性ストリップを介して制御された張力によって支持される。また、光方向づけフィルムは、フィルムの周囲に結合され、かつフィルムの周囲のまわりのフレームに接続される４つの弾性ストリップを介して制御された張力によって支持される。また、光学素子がＬＣＤディスプレイのためのすべての照明管理フィルム配列を含む単一の構成要素であるように、ビーズコーティングされた平行ディフューザーフィルムは、２つの張力をかけたフィルムの間に抑制される。

符号の説明

１００ 直接照明ＬＣディスプレイ装置
１１０ バックライト
１１２ 反射体
１１４ 光源
１２０ 照明管理層
１２２ ディフューザープレート
１２４ 平行ディフューザーフィルム
１２６ 光方向づけフィルム
１２８ 反射偏光子
１３０ フロントＬＣパネルアセンブリ
１３２ 下部吸収偏光子
１３４ パネルプレート
１３６ ＬＣ層
１３８ 上部吸収偏光子
１３９ 任意の層
１４０ ＬＣパネル
１５０ コントローラ
２００ 光学素子
２１２ 支持フレーム
２１４ 高分子光学ディフューザーフィルム
２１６ ピン
２１８ 弾性ストリップ
２２０ 穴またはスロット
３００ 光学素子
３１２ 支持フレーム
３１４ 高分子光学ディフューザーフィルム
３１６ ピン
３１８ 弾性ストリップ
３２０ 穴またはスロット
３３４ 平行ディフューザーフィルム
３３５ 光方向づけフィルム
３４０ ピン
３４１ 穴
３４２ スロット

Claims (25)

1. 少なくとも１つの光学フィルムを備える光学素子であって、前記光学フィルムの少なくとも一部が、前記フィルムに制御された張力を加えるための機構の存在によって寸法安定性を維持され、前記張力が、前記フィルムの周囲に結合される弾性材料を備える張力をかける機構を介して加えられる光学素子。
2. 光学ディフューザーフィルムを備える請求項１記載の光学素子。
3. 前記光学ディフューザーフィルムが、ボイドを備える請求項２記載の光学素子。
4. 前記張力が、前記光学フィルムの周囲のまわりの各部位において機構によって加えられる請求項１記載の光学素子。
5. 前記張力が、加えられる部位に最も近い前記フィルムの縁に垂直方向に加えられる請求項４記載の光学素子。
6. 前記張力が、前記光学素子の設計温度及び湿度範囲で予想されるフィルムの寸法変化にわたって機構ごとに実質的に維持され得る請求項１記載の光学素子。
7. 機構ごとに加えられる張力の最大変化が、前記光学素子の設計温度及び湿度範囲で予想されるフィルムの寸法変化にわたって最高力の５０％未満である請求項６記載の光学素子。
8. 加えられる張力の最大変化が、前記光学素子の設計温度及び湿度範囲で予想されるフィルムの寸法変化にわたって最高力の２５％未満である請求項６記載の光学素子。
9. 前記機構が、前記少なくとも１つの光学フィルムの周囲のまわりの支持フレームを含む請求項１記載の光学素子。
10. 前記弾性材料が、前記少なくとも１つの光学フィルムを接続する請求項９記載の光学素子。
11. 光学ディフューザーフィルム及び光方向づけフィルムを備える請求項１記載の光学素子。
12. ビーズコーティングされた平行ディフューザーフィルムをさらに備える請求項１１記載の光学素子。
13. 光源と、光学フィルムを備える光学素子とを備えるディスプレイであって、前記光学フィルムの少なくとも一部が、前記フィルムに制御された張力を加えるために前記フィルムの周囲に結合される弾性材料を備える機構の存在によって寸法安定性を維持されるディスプレイ。
14. 前記光学素子が、光学ディフューザーフィルムを備える請求項１３記載のディスプレイ。
15. 光学フィルムの平面均一性を制御するための方法であって、前記フィルムの少なくとも一部に、前記フィルムの周囲に結合される弾性材料を介して制御された張力を受けさせることを含む方法。
16. 少なくとも１つの光学フィルムを備える光学素子であって、前記光学フィルムの少なくとも一部が、前記フィルムの周囲に結合される弾性材料を介して制御された張力を加えるための機構の存在によって寸法安定性を維持され、前記光学フィルムが、ボイドを含むディフューザーフィルムである光学素子。
17. 少なくとも１つの光学フィルムを備える光学素子であって、前記光学フィルムの少なくとも一部が、前記フィルムの周囲に結合される弾性材料を介して制御された張力を加えるための機構の存在によって寸法安定性を維持され、機構ごとに加えられる張力の最大変化が、前記光学素子の設計温度及び湿度範囲で予想されるフィルムの寸法変化にわたって最高力の５０％未満である光学素子。
18. 前記張力が、バックライトユニットの一部であるフレームを介して加えられる請求項１記載の光学素子。
19. ２つの光学フィルムの一部が、前記フィルムの周囲に結合される弾性材料を介して制御された張力を加えるための機構の存在によって寸法安定性を維持される請求項１記載の光学素子。
20. 少なくとも１つの追加のフィルムが、前記フィルムの周囲に結合される弾性材料を介して制御された張力を加えるための機構の存在によって寸法安定性を維持される前記２つの光学フィルムの間に置かれる請求項１９記載の光学素子。
21. 前記少なくとも１つの追加のフィルムが、制御された張力を加えるための機構の存在によって寸法安定性を維持される前記２つの光学フィルムによって、フィルム表面に垂直に抑制される請求項２０記載の光学素子。
22. 前記少なくとも１つの追加のフィルムが、ピンに適用されるフィルムの穴及びスロットによって前記フィルムの平面における並進及び回転からさらに抑制される請求項２１記載の光学フィルム。
23. 前記弾性材料が、エラストマーから成る請求項１記載の光学素子。
24. 前記エラストマーが、ポリウレタン、シリコーンゴム、ポリクロロプレン、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−プロピレンターポリマー、ビニリデンフルオリド−クロロ−トリフルオロエチレンランダムコポリマー、ビニリデンフルオリド−クロロ−ヘクサフルオロエチレンランダムコポリマー、及び高力ブナ−Ｎゴムを含む請求項２３記載の光学素子。
25. 前記エラストマーが、安定剤又は環境保護剤をさらに含む請求項２４記載の光学素子。

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