JP2010015133A - 拡散に変化を持たせた線状ドメインを有する光拡散膜 - Google Patents

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Abstract

【課題】全体的なLCDディスプレイプロファイルを薄くするために、拡散板とCCFLとの間に必要とされる空間を低減させうる光拡散膜を提供する。
【解決手段】拡散に変化を持たせた線状ドメイン201を有する光拡散膜200であって、前記線状ドメイン201は光散乱粒子210を含み、当該膜の少なくとも一方の表面上に位置し、前記線状ドメイン201の横断面の中心での厚みが前記線状ドメインの端部での厚みよりも厚くなるように前記線状ドメイン201が先細になっている。
【選択図】図2

Description

本発明は液晶ディスプレイ(LCD)デバイスに関し、より具体的には、LCDデバイスの厚さを低減させうる光拡散膜、およびその光拡散膜の製造方法に関する。
液晶ディスプレイ(LCD)はラップトップコンピュータ、携帯型計算機、デジタル時計およびテレビのような装置に使用される光ディスプレイである。ある種のLCDは、光源からの光をLCDパネルの後ろに導くように位置する光ガイドと共に、ディスプレイの側に向けられている光源を含む。他のLCD、例えば、ある種のLCDモニターおよびLCDテレビ(LCD−TV)は、LCDパネルの背後に位置する多数の光源を用いて直接照らされる。この配置はより大きなディスプレイで次第に一般的になっており、なぜなら、特定水準のディスプレイ輝度を達成するための光パワー要求がディスプレイのサイズと共に増大するが、ディスプレイの側部に沿って光源を配置するのに利用可能なスペースはディスプレイサイズに対して直線的に増加するだけだからである。さらに、ある種のLCD用途、例えば、LCD−TVは、そのディスプレイが他の用途よりも離れた距離から観られるのに充分明るく、かつLCD−TVについての視野角要求がLCDモニターおよび携帯型装置の要求とは大きく異なっていることを必要とする。
ある種のLCDモニターおよびほとんどのLCD−TVは一般的に、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。これらの光源はディスプレイの全幅にわたって延び、線状であり、その結果、より暗い領域によって分断された明るいストライプの連続によってディスプレイの背面が照明される。このような照明プロファイル(illumination profile)は望ましくなく、よって拡散板が使用され、LCDデバイスの背面での照明プロファイルを滑らかにする。
米国特許出願公開第2006/0285352号のバックライトユニットは、光源、光源を覆うように配置されて光源からの光を拡散させる拡散板、およびその拡散板上に配置される複数の光学シートを含み、その複数の光学シートは少なくとも1種の拡散シートを含み、当該拡散シートは複数のビーズで提供され、そのビーズの密度は光源の位置に応じて幅方向で変えられる。
米国特許出願公開第2006/0285352号明細書
拡散板はCCFLから放射された光の強度を均一化するのに非常に効果的であるが、拡散板は典型的にはCCFLと拡散板との間のかなりのエアギャップと共に配置されなければならない。この空間がなければ、光の均一性が低減し始め、より明るい輝度の線が目視で観察されうる。市場における現在の流行はLCDディスプレイがより薄くなることを要求している。よって、全体的なLCDディスプレイプロファイルを薄くするために、拡散板とCCFLとの間に必要とされる空間を低減させることが望まれる。
本発明は、拡散に変化を持たせた(varying diffusion)線状ドメインを有する光拡散膜であって、前記線状ドメインが光散乱粒子を含み、当該膜の少なくとも一方の表面に位置し、前記線状ドメインの横断面の中心での厚みが前記線状ドメインの端部での厚みよりも厚くなるように前記線状ドメインが先細になっている、光拡散膜を提供する。
本発明は、拡散に変化を持たせた線状ドメインを有する光拡散膜であって、前記線状ドメインが光散乱粒子を含み、当該膜の頂部表面および底部表面に位置し、前記線上ドメインの横断面の中心での厚みが前記線状ドメインの端部での厚みよりも厚くなるように前記線状ドメインが先細になっている、光拡散膜をさらに提供する。
図1は、拡散板を使用する典型的なバックライト液晶ディプレイデバイスを示す。 図2は、本発明の原理に従った膜の少なくとも一方の表面に、拡散に変化を持たせた線状ドメインを有する光拡散膜を示す。 図3は、本発明の原理に従った膜の両方の表面に、拡散に変化を持たせた線状ドメインを有する光拡散膜を示す。 図4は、「ストライプ形成シム」およびマルチマニホールド押出ダイ中でのその配置を示す。 図5は、拡散板を含む従来の光学層と、当該拡散板の底部に積層された図2および3の膜とを用いたLCDバックライトユニットを示す。 図6は、拡散板を含む従来の光学層と、当該拡散板の下に位置し、拡散膜に張力をかけることにより支持される図2および3の拡散膜とを用いたLCDバックライトユニットを示す。 図7は、拡散板を除いた従来の光学層と、光学層の下に位置し、拡散膜に張力をかけることにより支持される図2および3の拡散膜とを用いたLCDバックライトユニットを示す。
本発明は、LCDパネルと光源との間に位置する光マネジメント層(light management layers)の配列を有する、直接照明LCDデバイスに関する。光拡散膜の一方または両方の表面付近に位置し、拡散に変化を持たせた線状ドメインを有する光拡散膜を、光マネジメント層の配列は含む。その膜のコア層、すなわち連続相ドメインは、膜の表面の線状ドメインの拡散と比較してほとんどまたは全く拡散を有しない。膜の各ドメインの透過および曇りレベルは、輝度がディスプレイにわたって相対的に均一な直接照明(direct−lit)LCディスプレイを提供するように設計される。この膜は、他の光マネジメント層と共に使用される場合に有用であり、光マネジメントスタック全体が線状光源のより近くに配置されるのを可能にする。
代表的な実施形態の直接照明LCディスプレイデバイス100の分解図が図1に示される。このようなディスプレイデバイス100は、例えば、LCDモニターまたはLCD−TVに使用されうる。ディスプレイデバイス100はフロントパネルアセンブリ130の使用に基づき、当該フロントパネルアセンブリ130はLCパネル140を含み、当該LCパネル140は、パネル板134の間に配置されたLC136の層を典型的に含む。その板134は多くの場合、ガラスから形成され、電極構造およびアライメント層をその内側表面上に含むことができ、LC層136の液晶の配向を制御することができる。電極構造は、一般に、液晶の配向が隣接領域とは独立して制御されうるLC層の領域、すなわちLCパネルピクセルを画定するように配列される。表示される画像に色を与えるために、1以上の板134にカラーフィルタも含まれうる。
上部吸収偏光子(upper absorbing polarizer)138がLC層136の上に配置され、下部吸収偏光子132がLC層136の下に配置される。吸収偏光子138、132およびLCパネル140は組み合わさって、バックライト110から観察者へのディスプレイ100を通る光の透過を制御する。あるLCディスプレイにおいては、吸収偏光子138、132は、その透過軸を垂直にして配置されうる。LC層136のピクセルが活性化されていない場合には、それは通過する光の偏光を変化させることができない。よって、吸収偏光子138、132が垂直に配列される場合には、下部吸収偏光子132を通過する光が上部吸収偏光子138によって吸収される。ピクセルが活性化される場合には、通過する光の偏光が回転され、その結果、下部吸収偏光子132を透過する光の少なくとも幾分かが上部吸収偏光子138も透過する。LC層136の異なるピクセルの選択的な活性化、例えばコントローラー150による活性化は、結果として特定の所望の位置でディスプレイからでる光を生じさせ、観察者によって認められる画像を形成する。コントローラーには、例えば、コンピューター、またはテレビの画像を受信しそして表示するテレビコントローラーが挙げられうる。上部吸収偏光子138の上に、1以上の任意の層139が提供されることができ、例えば、ディスプレイ表面に機械的および/または環境的保護を提供する。ある例示的な実施形態においては、層139は吸収偏光子138上のハードコートを含むことができる。
バックライト110はLCパネル130を照明する光を生じさせる多数の光源114を含む。LCD−TVまたはLCDモニターに使用される光源114は、多くの場合、ディスプレイデバイス100にわたって延びた線状の冷陰極蛍光管である。しかし、フィラメントまたはアークランプ、発光ダイオード(LED)、平面蛍光パネルまたは外部蛍光ランプのような他の種類の光源が使用されうる。
バックライト110は、光源114から下方に、LCパネル140から離れる方向に伝播する光を反射させるための反射体112も含みうる。後述するように、反射体112はディスプレイデバイス100内で光を再利用するのに有用でもあり得る。反射体112は鏡面反射体であることができ、または拡散反射体であることができる。反射体112として使用されうる鏡面反射体の一例は、ミネソタ州セントポールの3Mカンパニーから入手できるVikuiti(登録商標)Enhanced Specular Reflection(ESR)膜である。好適な拡散反射体の例には、拡散反射粒子、例えば、二酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどが添加されたポリマー、例えば、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン、ポリスチレンなどが挙げられる。
光マネジメント層の配列120はバックライト110とフロントパネルアセンブリ130との間に位置する。光マネジメント層は、ディスプレイデバイス100の働きを向上させるように、バックライト110から伝播する光に影響を及ぼす。例えば、光マネジメント層の配列120は拡散板122を含むことができる。拡散板122は光源から受け取った光を拡散させるために使用され、これは結果としてLCパネル140に入射する照明光の均一性を増大させる。よって、これは結果的に、より均一に明るい画像を観察者に認識させる。
光マネジメント層の配列120は反射偏光子128を含むこともできる。光源114は典型的には非偏光を生じさせるが、下部吸収偏光子132は単一の偏光状態だけを透過させ、よって光源114により生じた光の約半分はLC層136まで到達しない。しかし、反射偏光子128は、それがなければ下部吸収偏光子で吸収されるであろう光を反射させるために使用されることができ、かつ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利用されうる。反射偏光子128によって反射させられる光の少なくともいくらかは偏光解消されることができ、その後に、反射偏光子128と下部吸収偏光子132を通ってLC層136に伝達される偏光状態で、反射偏光子128に戻されうる。この方法において、反射偏光子128は、光源により放出され、LC層136に到達する光の割合を増大させるために使用されることができ、ディスプレイデバイス100によって生じる画像をより明るくすることができる。
任意の好適な種類の反射偏光子、例えば、多層光学膜(MOF)反射偏光子、拡散反射偏光膜(DRPF)(例えば、連続/分散相偏光子、ワイヤグリッド反射偏光子、またはコレステリック反射偏光子)が使用されうる。
光マネジメント層の配列120は光方向変換膜(light directing film)126を含むこともできる。光方向変換膜は軸外の光をディスプレイの軸により近い方向に方向変換する表面構造を含む膜である。これは、LC層136を軸方向に(on−axis)通って伝播する光の量を増大させ、これにより、観察者により観察される画像の輝度を増大させる。一例は、照射された光を屈折および反射により方向変換する多数のプリズム型リッジ(prismatic ridges)を有する、プリズム型(prismatic)光方向変換膜である。
有利なことには、本発明は、光拡散膜の一方または両方の表面付近に位置し、拡散に変化を持たせた線状ドメインを有する光拡散膜124を含む。膜のコア層、すなわち、連続相ドメインは膜の表面での線状ドメインの拡散と比較して、より少ないレベルの拡散を有する。本発明のある代表的な実施形態が図2に図式的に示される。光拡散膜200は、相対的に高濃度の光散乱粒子210を有する線状ドメインまたはストライプ201を膜の一方の表面付近に含む。連続ドメインであるベースまたはコア層は、膜204におけるように何らの光散乱粒子も含まなくてもよいし、または膜205におけるように、線状表面層の粒子濃度よりも低濃度の粒子を含んでいてもよい。表面における線状ドメインは線状ドメインの中心202が線状ドメインの端部203よりも厚くなるように先細になっている。この先細形状は、光の強度が最も高い光源付近で光をより拡散し、そして光の強度がより低くなる光源からより離れるにつれて徐々に光を少ししか拡散させなくなるので、その膜が線状光源上方に配置される場合に有用である。これは、光源と反対側の表面上で拡散体から放出される光を均一にするのを助ける。
本発明の他の例示的な実施形態が図3である。光拡散膜300は、図2の膜におけるように相対的に高濃度の光散乱粒子を有する線状ドメインまたはストライプ301を膜の両方の表面付近に含む。図3は膜304および305について、追加の幅の狭い線状ドメイン306が図2の膜のものに追加されている。図2におけるように、連続ドメインであるベースまたはコア層は、膜304の場合におけるように、光散乱粒子を含まなくてもよく、または膜305の場合におけるように、線状表面層の粒子濃度よりも低い濃度の粒子を含むことができる。この追加の線状ドメインは、バックライトに使用される場合に、光源のすぐ上での拡散性のレベルを高めるのを助けることができる。これは、光の強度が線状光源のすぐ上で劇的に増大しうるので有用である。
拡散膜204、205、304および305はポリマー系である。拡散膜を製造するのに使用される好適なポリマー物質は非晶質または半結晶性であってよく、ホモポリマー、コポリマーまたはそのブレンドを含むことができる。ポリマー物質の例としては、非晶質ポリマー、例えば、ポリ(カーボネート)(PC);ポリ(スチレン)(PS);アクリラート、例えば、ニュージャージー州ロックウェイのCyro IndustriesによるACRYLITE(登録商標)ブランドの下に供給されるようなアクリル系シート;アクリル系コポリマー、例えば、イソオクチルアクリラート/アクリル酸;ポリ(メチルメタクリラート)(PMMA);PMMAコポリマー;シクロオレフィン;シクロオレフィンコポリマー;アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS);スチレンアクリロニトリルコポリマー(SAN);エポキシ;ポリ(ビニルシクロヘキサン);PMMA/ポリ(ビニルフルオライド)ブレンド;アタクチックポリ(プロピレン);ポリ(フェニレンオキシド)アロイ;スチレン系ブロックコポリマー;ポリイミド;ポリスルホン;ポリ(塩化ビニル);ポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS);ポリウレタン;ポリ(カーボネート)/脂肪族PETブレンド;および半結晶性ポリマー、例えば、ポリ(エチレン);ポリ(プロピレン);ポリ(エチレンテレフタラート)(PET);ポリ(エチレンナフタラート)(PEN);ポリアミド;イオノマー;酢酸ビニル/ポリエチレンコポリマー;セルロースアセタート;セルロースアセタートブチラート;フルオロポリマー;ポリ(スチレン)−ポリ(エチレン)コポリマー;並びに、PETおよびPENコポリマーが挙げられるがこれらに限定されない。好ましいポリマーはポリエステルおよびそのコポリマーである。最も好ましいのはポリ(エチレンテレフタラート)(PET);ポリ(エチレンナフタラート)(PEN)ポリエステルおよびそれらのコポリマーである。PETはコストがPENよりもかなり低いので、最も好ましい。
光散乱または拡散粒子210は、その粒子を含む表面層に使用されるポリマーのと異なる屈折率の任意の粒子であり得る。これらの粒子は無機物質であっても有機物質であってもよい。無機粒子には、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、ガラス、またはポリマーに溶融ブレンドされうる任意の他の無機化合物が挙げられうる。典型的な有機空隙開始(void initiating)粒子は架橋ポリマーマイクロビーズである。典型的には、これらマイクロビーズはアクリル系であるが、任意のポリマーであることができ、典型的にはポリマーに溶融ブレンドされる。あるいは、有機粒子はマトリックスポリマーと非混和性である任意のポリマーであってよい。これら非混和性ポリマーの樹脂ペレットは、マトリックスポリマーの樹脂ペレットと単純に乾燥ブレンドされることができ、一緒に押出されてキャスト膜を形成することができる。
有機粒子の例には、非晶質ポリマー、例えば、ポリ(カーボネート)(PC);ポリ(スチレン)(PS);アクリラート、例えば、ニュージャージー州ロックウェイのCyro IndustriesによるACRYLITE(登録商標)ブランドの下に供給されるようなアクリル系シート;アクリル系コポリマー、例えば、イソオクチルアクリラート/アクリル酸;ポリ(メチルメタクリラート)(PMMA);PMMAコポリマー;シクロオレフィン;シクロオレフィンコポリマー;アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS);スチレンアクリロニトリルコポリマー(SAN);エポキシ;ポリ(ビニルシクロヘキサン);PMMA/ポリ(ビニルフルオライド)ブレンド;アタクチックポリ(プロピレン);ポリ(フェニレンオキシド)アロイ;スチレン系ブロックコポリマー;ポリイミド;ポリスルホン;ポリ(塩化ビニル);ポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS);ポリウレタン;ポリ(カーボネート)/脂肪族PETブレンド;および半結晶性ポリマー、例えば、ポリ(エチレン);ポリ(プロピレン);ポリ(エチレンテレフタラート)(PET);ポリ(エチレンナフタラート)(PEN);ポリアミド;イオノマー;酢酸ビニル/ポリエチレンコポリマー;セルロースアセタート;セルロースアセタートブチラート;フルオロポリマー;ポリ(スチレン)−ポリ(エチレン)コポリマー;並びに、PETおよびPENコポリマーが挙げられる。この選択はポリマーが膜のマトリックスポリマーと非混和性であることに依存する。
光散乱粒子210は典型的には幅1.0〜15.0ミクロンの範囲である。より好ましくは、それらは幅2〜6ミクロンである。光散乱粒子210は、拡散体として機能するように充分な拡散性を提供し、かつ拡散膜から放出される光を均一化するが、LCDディスプレイの光学輝度が有意に低減されるほど不透明でないように添加されるべきである。線状ドメイン表面層での空隙開始粒子の好ましい添加量は、その表面層に使用されるマトリックスポリマーの5〜50重量%である。最も好ましい添加量は膜の厚さに依存して、15〜40重量%である。
光拡散膜204、205、304および305は好ましくは、まず、マトリックスポリマーと光散乱粒子210とを混合する方法により製造される。混合は、細かく分けられた、例えば、粉体にされた、または顆粒のマトリックスポリマーと、散乱粒子とを混合し、例えば、それらをタンブリングする(tumbling)ことによってそれらを完全に一緒に混合することにより達成されうる。得られる混合物は、次いで、膜形成押出機に供給される。あるいは、ブレンドは、マトリックスポリマーと光散乱粒子とを別々の材料供給装置を介してホッパー内で合わせ、溶融混合押出機、例えば、2軸押出機に供給することにより行われうる。この場合、混練押出機からの押出物は典型的には水浴中で冷却され、ペレットにされる。ペレットは次いでフィルム形成プロセスにおいて押出される。
ポリマー系光拡散膜の押出、急冷(quenching)およびある場合には延伸は、典型的には、独特の表面ストライプ形成概念の追加を伴った標準的な共押出プロセスを用いて達成される。このプロセスは標準の2または3層マルチマニホールドダイを使用する。一方の表面に線状拡散ドメインを有する拡散体を製造するために2層ダイが使用され、さらに、両方の表面に線状拡散ドメインを有する膜を製造するために3層ダイが使用される。膜プロセスは予備混合ポリマーを、典型的には1または2の単軸押出機を用いてまず押し出すことを伴う。同時に、ニート(neat)ポリマー、または低濃度の光散乱粒子と混合されたポリマーが別の押出機により押し出される。2または3層のいずれのマルチマニホールドダイが使用されるかに応じて、高濃度の光散乱粒子を有する溶融物がダイの1または2つの外側層に供給されるように、押出機からの溶融物流れはマルチマニホールドダイに配管される。ニートポリマー溶融物または低濃度の光散乱粒子を有するポリマー溶融物が、2または3層のいずれのマルチマニホールドダイが使用されるかに応じて、別の外側層または中心層に供給される。押出膜に線状ドメインまたはストライプを生じさせるように、特有の「ストライプ形成シム(striping shims)」がマルチマニホールドダイの1または2つの外側層に設置される。図4は「ストライプ形成シム」400およびそれらがダイ410内に配置されているのを示す。全ての供給物は、まず、ダイの頂部の供給ポート412を通ってダイに供給される。「ストライプ形成シム」400は、典型的には、マニホールド411および内部スロット413を形成するダイの2つの部品間に配置される真ちゅうガスケットである。それらは高濃度の光散乱粒子を有するポリマー溶融物が供給されるマニホールドに設置される。「ストライプ形成シム」400は、マルチマニホールドダイの内部スロット413内に延びている。内部スロットは、そこを通ってポリマー溶融物が流れ、ダイに供給される別の流れと合流するスロットである。「ストライプ形成シム」400は、内部スロット413を満たす領域内に周期的な開口部401を有するように切断されている。開口部の間の「ストライプ形成シム」の部分は内部スロットを完全に閉鎖する。その開口部は、ダイにより形成される後の線状ドメインの幅を画定するように、幅のサイズが決められる。最終的な膜の線状ドメインは、後に膜が利用されることとなるバックライトの線状光源の列の真上に中心があるように、周期的な開口部401は間隔を開けられる。ポリマー溶融物は、「ストライプ形成シム」が配置されている内部スロットを通って流れるので、溶融物はシムの開口部のみを通って流れることができ、「ストライプ形成シム」のないスロットで形成されるコアまたはベース層の連続フローと合流するストライプを形成することができる。コアまたはベース層は、線状ドメインまたはストライプよりも低濃度の光散乱粒子を有するか、または光散乱粒子を有しない溶融物を含む。形成されたポリマー溶融物の層は、次いで、最終スロット414を通ってダイを出て、結局、複数層は1つにまとまる。形成された重構造の膜はダイを出たときに、冷キャスティングドラム上で素早く急冷され、その結果、膜のマトリックスポリマー成分が固化する。
ポリエステルがマトリックスポリマーとして使用される好ましい実施形態において、次いで、膜ベースは、マトリックスポリマーのガラス−ゴム転移温度を超える温度で相互に垂直な方向に延伸されることにより2軸配向される。一般に、膜は最初に一方向に延伸され、次いで第2の方向に延伸されるが、所望の場合には、延伸は同時に両方向に行われうる。典型的なプロセスにおいては、膜は最初に、組になった回転するローラー上で、または2ペアのニップローラー間で、押出の方向に延伸され、次いでテンター装置(tenter apparatus)によってそれに対して横断する方向に延伸される。膜は、それぞれの延伸方向について、その元の寸法の2.5〜5.0倍までそれぞれの方向に延伸されうる。延伸の際に、光散乱粒子の周りに空隙が生じ始める。空隙形成の程度は、粒子のタイプ、サイズ、および濃度、並びに膜の延伸温度、および膜が延伸される比率に依存する。空隙中の気体の屈折率がマトリックスポリマーよりも小さいので、空隙形成は光散乱の程度を増大させる。延伸は膜のポリマーマトリックスの結晶性の程度も増大させることができ、よって膜を試験条件下で縮みにくくすることができる。最終的な延伸された膜の厚さは、好ましくは25〜500ミクロン厚さ範囲である。最も好ましい厚さ範囲は50〜250ミクロンである。これは、従来のLCDバックライトに使用される拡散板よりも有意に薄い。
結晶性ポリエステルを含むポリエステル膜の場合には、ポリエチレン−テレフタラート(PET)と同様に、膜が延伸された後に、光拡散膜が形成し、これはヒートセット(heat set)である。ヒートセットはマトリックスポリマーを結晶化するのに充分な温度まで加熱することによりなされ、同時に、両方向の延伸における、空隙付きポリマー系光拡散体が収縮するのを抑制する。このプロセスは、膜が、80℃までの温度で試験される場合に1.0%未満の収縮要件を満たすことを可能にする。
光拡散膜204、205、304および305は、UV光を可視光に変換する蛍光増白剤も含むことができる。このような蛍光増白剤は熱的に安定で、光拡散膜の製造に使用される押出温度で存続しう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−エテンジイルジ−4,1−フェニレン)ビスベンゾオキサゾールを含む。これら蛍光増白剤は、樹脂ブレンドプロセス中に膜に添加されることができ、好適な比率でマスターバッチペレットを介して添加されうる。好適な比率は、マスターバッチペレットの濃度を残りの樹脂ペレットで下げて、好ましくは0.01〜0.1重量%の濃度にするであろう比率である。最も好ましい実施形態においては、蛍光増白剤は0.02〜0.05重量%の濃度を達成するように添加されるであろう。
光拡散膜204、205、304および305は、ほこりの誘因を妨げるために帯電防止コーティングを含むこともできる。公知の何らかの帯電防止コーティングを使用することができた。
本発明の別の例示的な実施形態は、図5に図示される。光マネジメント層の配列500は、光拡散膜の一方または両方の表面付近に位置し、拡散に変化を持たせた線状ドメイン510を有する光拡散膜501を含む。膜のコア層、すなわち連続相ドメインは、膜の表面での線状ドメインの拡散よりも少ない拡散しか有さないか、または拡散を有しない。光拡散膜501は線状光源511のすぐ上方に配置される。この実施形態においては、光拡散膜501は、光拡散膜501のすぐ上に位置する拡散板502に積層されて支持される。積層された光拡散膜501および拡散板502はLCDバックライトユニットのフレーム512により支持される。別の光学膜503が拡散板502の上で、光マネジメント層の配列に追加されうる。これら他の光学膜503には、プリズム型光方向変換膜、コリメーティング(collimating)拡散膜、または反射偏光子膜があげられうる。
図5の光学素子500は、拡散板および従来のLCDディスプレイの任意の光学膜の代わりに使用されることができ、光マネジメント層が線状光源の極近傍に配置されるのを可能にする。光拡散膜501から出た光の初期均一化により、この極近傍が可能にされる。これはバックライトユニット全体およびそれによりLCDをより薄くすることを可能にする。
本発明の別の例示的な実施形態が図6に示される。光マネジメント層の配列600は、光拡散膜の一方または両方の表面付近に位置し、拡散に変化を持たせた線状ドメイン610を有する光拡散膜601を含む。膜のコア層、すなわち、連続相ドメインは膜の表面での線状ドメインの拡散よりも少ない拡散しか有しないか、または拡散を有しない。光拡散膜601は線状光源611のすぐ上方に配置される。この実施形態において、光拡散膜601は、LCDバックライト612のフレーム内の溝と圧着フレーム604との間に張られることにより支持される。拡散板602は光拡散膜のすぐ上に位置する。別の光学膜603が拡散板602の上で、光マネジメント層の配列に追加されてもよい。これら他の光学膜603には、プリズム型光方向変換膜、コリメーティング拡散膜、または反射偏光子膜があげられうる。
また、図6に示されるのは、同じ光マネジメント層の配列600であるが、光拡散膜601aを有し、光拡散膜601aは両方の表面上に拡散に変化を持たせた線状ドメインを有する。
図6の光学素子600は、拡散板および従来のLCDディスプレイの任意の光学膜の代わりに使用されることができ、線状光源の極近傍に光マネジメント層が配置されるのを可能にする。光拡散膜601から出た光の初期均一化により、この極近傍が可能にされる。これはバックライトユニット全体およびそれによりLCDをより薄くすることを可能にする。
本発明の別の例示的な実施形態が図7に示される。光マネジメント層の配列700は、光拡散膜の一方または両方の表面付近に位置し、拡散に変化を持たせた線状ドメイン710を有する光拡散膜701を含む。膜のコア層、すなわち、連続相ドメインは膜の表面での線状ドメインの拡散よりも少ない拡散しか有しないか、または拡散を有しない。光拡散膜701は線状光源711のすぐ上方に配置される。光マネジメント層の配列600と同様に、この実施形態において、光拡散膜701は、LCDバックライトのフレーム内の溝と圧着フレームとの間に張られることにより支持される。しかし、この実施形態においては、拡散板は使用されない。別の光学膜703が光拡散膜701の上で、光マネジメント層の配列に追加されてもよい。これら他の光学膜703には、プリズム型光方向変換膜、コリメーティング拡散膜、または反射偏光子膜があげられうる。
図7の光学素子700は、拡散板および従来のLCDディスプレイの任意の光学膜の代わりに使用されることができ、線状光源の極近傍に光マネジメント層が配置されるのを可能にする。光拡散膜701から出た光の初期均一化により、この極近傍が可能にされる。これはバックライトユニット全体およびそれによりLCDをより薄くすることを可能にする。
よって、本発明は光拡散膜の一方または両方の表面付近に位置し、拡散に変化を持たせた線状ドメインを有する光拡散膜を提供する。このような膜のコア層、すなわち連続相は膜の表面における線状ドメインの拡散よりも低い拡散しか有しない。この膜は、今日、バックライトLCDディスプレイで典型的に使用される拡散板と一緒にして使用される場合に、その拡散板が線状光源の近くに配置されるのを可能にする。
さらに、本発明は、上部プレート、下部プレートおよび当該上部プレートと下部プレートとの間に位置する液晶層を含むLCDパネル、並びに光源を有する液晶ディスプレイ(LCD)ユニットに関する。下部プレートは光源に面しており、吸収偏光子を含む。光マネジメント層の配列は光源とLCDパネルとの間に配置され、その結果光源は光マネジメント層の配列を通してLCDパネルを照明する。光マネジメント層の配列は、光マネジメント膜と、拡散板と、拡散板の底部に積層された拡散膜の一方または両方の表面付近に位置し、拡散に変化を持たせた線状ドメインを有する光拡散膜との配列を含む。光拡散膜のコア層、すなわち連続相は膜の表面での線状ドメインの拡散よりも少ない拡散しか有さない。光マネジメント膜の配列はコリメーション(collimation)膜および/またはプリズム型光方向変換膜を含むことができる。光マネジメント膜の配列は場合によっては反射偏光子を含むことができる。
また、本発明は上部プレート、下部プレートおよび当該上部プレートと下部プレートとの間に位置する液晶層を含むLCDパネル、並びに光源を有する液晶ディスプレイ(LCD)ユニットに関する。下部プレートは光源に面しており、吸収偏光子を含む。光マネジメント層の配列は光源とLCDパネルとの間に配置され、その結果光源は光マネジメント層の配列を通してLCDパネルを照明する。光マネジメント層の配列は、光マネジメント膜と、拡散膜の一方または両方の表面付近に位置し、拡散に変化を持たせた線状ドメインを有する光拡散膜との配列を含む。このような膜のコア層、すなわち連続相は膜の表面での線状ドメインの拡散よりも少ない拡散しか有さない。拡散に変化を持たせた線状ドメインを有する光拡散膜は張られることができ、拡散板をはじめとする他の光マネジメント層を支持することができる。光マネジメント膜の配列はコリメーション膜および/またはプリズム型光方向変換膜を含むことができる。光マネジメント膜の配列は場合によっては反射偏光子を含むことができる。
拡散膜の両方の表面付近に位置し、拡散に変化を持たせた線状ドメインを有する光拡散膜が製造され、LCDTVバックライトにおける他の光マネジメント層と組み合わせたその性能が評価された。
EX−1
PET(Eastman Chemicalsからの#7352)が30重量%の2μmポリメチルシルセスキノキサン(PMSQ)マイクロビーズ(General ElectricからのTospearl 120A)と溶融混合された。Leistritz27mm 2軸押出機が使用され、材料を溶融混合し、溶融物は水浴中で冷却されて、ペレットにされた。これらのペレットを、PET(Eastman ChemicalsからのPET9663 E0002)中に名目50重量%で添加されたTiOの濃縮物と共に、デシカント方式乾燥機中で65℃で24時間乾燥させた。また、ニートのPET(Eastman Chemicalsからの#7352)をデシカント方式乾燥機中で120℃で24時間乾燥させた。
ストライプ形成シム(500μm厚の真ちゅう)が、図4におけるように、マルチマニホールド押出ダイの外側マニホールド内に取り付けられた。両方のシムは中心から中心で8mmの間隔が開いたスロット開口部を有していた。一方のシムは2.5mm幅の開口部を有しており、一方で、反対側のマニホールドにおけるシムは0.8mm幅の開口部を有するシムを有していた。
キャストシートは、ニートのPET(Eastman Chemicalsからの#7352)40%と、PMSQマイクロビーズを含む濃縮ペレット60%とのブレンドを押し出す一つの1”押出機を用いて押し出された。PET(Eastman Chemicalsからの#7352)中の20重量%のPET9663 E0002の濃縮物のブレンドを押出すために、第2の1”押出機が使用された。それぞれの押出機は図4の2つの外側マニホールドのそれぞれに供給し、第1の1”押出機が2.5mm開口部を有するマニホールドに供給するように配管された。ニートのPET(Eastman Chemicalsからの#7352)を図4の中心マニホールドに押出すために、1・1/4”押出機が使用された。全ての溶融物流れは275℃の温度で押し出され、押出ダイに供給される場合にも275℃に加熱された。3つの流れの相対流速は、それぞれの押出機とダイとの間に設置された溶融物ポンプで調節された。0.8mm開口部を有するシムを備えた外側マニホールドには7.4cc/分の流速で供給された。2.5mm開口部を有するシムを備えた外側マニホールドには20cc/分の流速で供給された。ニートのPETが供給された中心マニホールドには82cc/分の流速で供給された。押し出されたシートがダイから姿を現すにつれて、それは55℃に設定された急冷ロール上にキャストされた。外側層は図3に示されるような高い拡散性の線状ドメインとして押し出す。連続キャストシートの最終寸法は幅18cm、厚さ875μmであった。キャストシートは、次いで100℃でまずX−方向(機械方向)に3.2倍延伸され、次いでY−方向に3.3倍延伸された。最終の膜サンプルは厚さ85μmであり、膜の横断面顕微鏡観察は、図3の膜304にかなり似た、高拡散の線状ドメインが膜の表面に形成されたことを示した。線状ドメインの横断面は、図3の膜304に示されるのとよく似た、ドメインの中心が端部より厚い先細形状を有していた。
比較例
膜全体で均一な拡散を有する光拡散膜が製造され、LCDTVバックライトにおける他の光マネジメント層との組み合わせでのその性能が評価された。
C−1
PET(Eastman Chemicalsからの#7352)が30重量%の2μmポリメチルシルセスキノキサン(PMSQ)マイクロビーズ(General ElectricからのTospearl 120A)と溶融混合された。Leistritz27mm 2軸押出機が使用され、物質を溶融混合し、続いて溶融物が水浴中で冷却され、ペレットにされた。これらのペレットを65℃で24時間、デシカント方式乾燥機中で乾燥させた。また、ニートのPET(Eastman Chemicalsからの#7352)を120℃で24時間、デシカント方式乾燥機中で乾燥させた。
PMSQマイクロビーズを含む濃縮ペレット20重量%と、ニートのPET(Eastman Chemicalsからの#7352)80重量%とのブレンドを押し出すために、一つの1・1/4”押出機を用いてキャストシートが押し出された。連続キャストシートの最終寸法は幅18cm、厚さ875μmであった。次いで、キャストシートは100℃でまずX−方向(機械方向)に3.2倍、次いでY−方向に3.3倍延伸された。最終の膜厚さは85μmであり、その膜は全体を通じて拡散性が非常に均一であるように見えた。
明るさの測定は、均一性の目視評定、および軸上輝度測定を含んでいた。例えば、EX1および対照サンプルC1についてのこれらの測定は、LCD−TV実験用試験ベッド上で行われた。この試験ベッドは、サンプルをマウントし、照明するために市販のバックライトユニットを使用した。バックライトユニットおよび測定装置の説明は次の通りである:
測定
本発明の好ましい実施形態を示すために、市販のLCDTVを入手した。選択されたTVは42”LGPhilipsLCDTV、モデル42LB5Dであった。LCパネルおよび光マネジメント膜の配列はTVから取り外され、バックライトユニット中のCCFLの列を露出させた。1.5mmの透明なポリメチルメタクリラート(PMMA)シートがCCFLのすぐ上に設置された。サンプルなし、またはサンプルEX−1およびC−1の一方が、次いで1.5mmPMMAシートのすぐ上に配置された。PMMAシートは、それがCCFL上に所望の距離で拡散体を配置し、拡散体を支持することによって(図7におけるような)拡散体をぴんと張った使用を模倣するように使用された。EX−1の場合には、高拡散性の線状ドメインがCCFLのすぐ上にそろえられた。従来の1.5mmスラブ拡散体(42”LGPhilipsTVより)がPMMAシートの上に、または使用される場合にはサンプルの上に設置された。次いで、200μmのコリメーティング拡散体(SKC−HaasからのタイプML−14M)がスラブ拡散体の上に配置された。次いで、225μmのプリズム型光方向変換膜(Rohm and Haasからのタイプe225)がそのコリメーティング膜上に配置された。最後に、従来の100μmビーズ被覆頂部拡散体(Kimotoからのタイプ100TL4)がプリズム型光方向変換膜上に配置された。
次いで、最大出力でのCCFLを用いた輝度均一性に関してバックライトのみの光学性能が評定された。均一性は1〜5の目視評定を与えられた。「1」の評定は変動が認められなかったことを意味し、評定「2」〜「4」は輝度の変動が増大する観察レベルであり、「5」の評定は個々のCCFLが容易に観察できたことを意味する。
次いで、光学膜の照明された表面に対して90度での3つの連続測定をすることにより軸上輝度が測定された。携帯型輝度計(ミノルタからのモデルLS−110)が使用された。この3つの読み取り値は平均化され、軸上輝度の単一の値をもたらした。
表1は、サンプルEX−1およびC−1の均一性評定および軸上輝度測定の結果を示す。また、1.5mmPMMAシートのすぐ上に配置される拡散体なしで設定された同じ実験についての均一性評定の結果が示される。この場合、均一性は非常に悪かったので、軸上輝度測定は、その値が異常値かつ不整合であったであろうから、なされなかった。かなり良好な水準の均一性を得るために、サンプルC−1については、拡散体の8枚のシートのスタックが使用されなければならず、一方で、サンプルEX−1については1枚だけのシートが使用された。
Figure 2010015133
表1に認められうるように、EX−1において具体化されるような本発明は、CCFLに対して非常に近い距離にあるスラブ拡散体(および他の光学膜)を用いて、優れた輝度均一性をもたらす。それは、均一な拡散膜(C−1の8シート)を用いるのとほぼ同様の良好な輝度均一性を達成する場合に、さらにより高い軸上輝度ももたらす。
100 直接照明LCディスプレイデバイス
112 反射体
114 光源
120 光マネジメント層の配列
124 光拡散膜
130 パネルアセンブリ
132 下部吸収偏光子
134 パネル板
136 LC層
138 上部吸収偏光子
139 任意の層
140 LCパネル
150 コントローラー
200、300 光拡散膜
201、301 線状ドメインまたはストライプ
202 線状ドメインの中心
203 線状ドメインの端部
204、205、304、305 拡散膜
210 光散乱粒子
306 追加の幅の狭い線状ドメイン
400 ストライプ形成シム
401 開口部
410 ダイ
411 マニホールド
412 供給ポート
413 内部スロット
414 最終スロット
500、600、700 光マネジメント層の配列
501、601、601a、701 光拡散膜
502、602、702 拡散板
503、603、703 他の光学膜
510、610、710 線状ドメイン
511、611、711 線状光源
512、612、712 LCDバックライトユニットのフレーム

Claims (10)

  1. 拡散に変化を持たせた線状ドメインを有する光拡散膜であって、前記線状ドメインが光散乱粒子を含み、当該膜の少なくとも一方の表面に位置し、前記線状ドメインの横断面の中心での厚みが前記線状ドメインの端部での厚みよりも厚くなるように前記線状ドメインが先細になっている、光拡散膜。
  2. 光散乱粒子が幅1〜15ミクロンである、請求項1に記載の光拡散膜。
  3. 光散乱粒子が幅2〜6ミクロンである、請求項2に記載の光拡散膜。
  4. 当該膜が、ポリ(カーボネート);ポリ(スチレン);アクリラート;アクリル系コポリマー;ポリ(メチルメタクリラート)(PMMA);PMMAコポリマー;シクロオレフィン;シクロオレフィンコポリマー;アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS);スチレンアクリロニトリルコポリマー(SAN);エポキシ;ポリ(ビニルシクロヘキサン);PMMA/ポリ(ビニルフルオライド)ブレンド;アタクチックポリ(プロピレン);ポリ(フェニレンオキシド)アロイ;スチレン系ブロックコポリマー;ポリイミド;ポリスルホン;ポリ(塩化ビニル);ポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS);ポリウレタン;ポリ(カーボネート)/脂肪族PETブレンド;半結晶性ポリマー;ポリ(プロピレン);ポリ(エチレンテレフタラート)(PET);ポリ(エチレンナフタラート)(PEN);ポリアミド;イオノマー;酢酸ビニル/ポリエチレンコポリマー;セルロースアセタート;セルロースアセタートブチラート;フルオロポリマー;ポリ(スチレン)−ポリ(エチレン)コポリマー;並びに、PETおよびPENコポリマーを含む群から選択される、請求項1に記載の光拡散膜。
  5. 光散乱粒子が炭酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、ガラス、ポリ(カーボネート);ポリ(スチレン);アクリラート;アクリル系コポリマー;ポリ(メチルメタクリラート)(PMMA);PMMAコポリマー;シクロオレフィン;シクロオレフィンコポリマー;アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS);スチレンアクリロニトリルコポリマー(SAN);エポキシ;ポリ(ビニルシクロヘキサン);PMMA/ポリ(ビニルフルオライド)ブレンド;アタクチックポリ(プロピレン);ポリ(フェニレンオキシド)アロイ;スチレン系ブロックコポリマー;ポリイミド;ポリスルホン;ポリ(塩化ビニル);ポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS);ポリウレタン;ポリ(カーボネート)/脂肪族PETブレンド;半結晶性ポリマー;ポリ(プロピレン);ポリ(エチレンテレフタラート)(PET);ポリ(エチレンナフタラート)(PEN);ポリアミド;イオノマー;酢酸ビニル/ポリエチレンコポリマー;セルロースアセタート;セルロースアセタートブチラート;フルオロポリマー;ポリ(スチレン)−ポリ(エチレン)コポリマー;並びに、PETおよびPENコポリマーを含む群から選択される、請求項1に記載の光拡散膜。
  6. 当該膜が線状ドメインの外側に光散乱粒子をさらに含む、請求項1に記載の光拡散膜。
  7. 拡散に変化を持たせた線状ドメインを有する光拡散膜であって、前記線状ドメインが光散乱粒子を含み、当該膜の頂部表面および底部表面に位置し、前記線上ドメインの横断面の中心での厚みが前記線状ドメインの端部での厚みよりも厚くなるように前記線状ドメインが先細になっている、光拡散膜。
  8. 一方の表面の線状ドメインの幅が、反対側の表面の線状ドメインの幅よりも幅広であり、両方の表面の線状ドメインが同じ中心間距離で位置し、かつ互いに整列している、請求項7に記載の光拡散膜。
  9. 光散乱粒子が幅1〜15ミクロンである、請求項7に記載の光拡散膜。
  10. 当該膜が、ポリ(カーボネート);ポリ(スチレン);アクリラート;アクリル系コポリマー;ポリ(メチルメタクリラート)(PMMA);PMMAコポリマー;シクロオレフィン;シクロオレフィンコポリマー;アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS);スチレンアクリロニトリルコポリマー(SAN);エポキシ;ポリ(ビニルシクロヘキサン);PMMA/ポリ(ビニルフルオライド)ブレンド;アタクチックポリ(プロピレン);ポリ(フェニレンオキシド)アロイ;スチレン系ブロックコポリマー;ポリイミド;ポリスルホン;ポリ(塩化ビニル);ポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS);ポリウレタン;ポリ(カーボネート)/脂肪族PETブレンド;半結晶性ポリマー;ポリ(プロピレン);ポリ(エチレンテレフタラート)(PET);ポリ(エチレンナフタラート)(PEN);ポリアミド;イオノマー;酢酸ビニル/ポリエチレンコポリマー;セルロースアセタート;セルロースアセタートブチラート;フルオロポリマー;ポリ(スチレン)−ポリ(エチレン)コポリマー;並びに、PETおよびPENコポリマーを含む群から選択される、請求項7に記載の光拡散膜。
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