KR20080075454A - 인장된 광학 요소 및 디스플레이 - Google Patents

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KR20080075454A
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토마스 엠. 레니
브레들리 씨. 데쿡
데이비드 제이. 코넬
제임스 마차렐라
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롬 앤드 하스 덴마크 파이낸스 에이에스
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 광학 필름을 포함하되, 상기 광학 필름의 적어도 일부분은 상기 필름에 대한 제어된 인장력의 적용을 위한 메카니즘의 존재에 의해 치수적으로 안정되도록 유지되며, 상기 인장력은 필름의 주변에 본딩된(bonded) 탄성 물질을 포함하는 인장 메카니즘을 통해 적용되는 것을 특징으로 하는 광학 요소에 관한 것이다.
광학 필름, 탄성 물질, 인장력

Description

인장된 광학 요소 및 디스플레이{TENSIONED OPTICAL ELEMENT AND DISPLAY}
본 발명은 인장된 광학 요소 및 광학 디스플레이에서 그것의 사용에 관한 것이고, 특히, LCD 모니터들 및 LCD 텔레비전들에 사용될 수 있는 액정 디스플레이들(LCDs)에 관한 것이다.
액정 디스플레이들(LCDs)들은 랩탑 컴퓨터들, 휴대용 계산기들, 디지털 시계들 및 텔레비전들과 같은 장치들에 사용되는 광학 디스플레이들이다. 몇몇 LCD들은 광원으로부터 LCD 패널의 후면으로 광을 안내하기 위하여 위치된 도광관과 함께 디스플레이의 면에 위치된 광원을 포함한다. 다른 LCD들은, 예를 들어 몇몇 LCD 모니터들 및 LCD 텔레비전들(LCD-TV들)은, LCD 패널의 후면에 위치된 많은 광원들을 사용함으로써 직접적으로 일루미네이팅된다(illuminated). 디스플레이의 면을 따라 광원들을 위치하기 위한 제공할 수 있는 실제 영역(real estate)은 단지 디스플레이 사이즈와 함께 선형적으로 증가하는 반면에, 디스플레이 휘도의 특정한 레벨을 달성하기 위한, 광력(light power) 필수요건들은 디스플레이 크기의 스퀘어(square)와 함께 증가하기 때문에, 이러한 배열은 점차적으로 더 큰 디스플레이들과 함께 일반적이다. 게다가, LCD-TV와 같은, 몇몇 LCD 제품들은 디스플레이가 다른 제품들보다 더 큰 거리로부터 보여지기 위하여 충분하게 밝아야 하는 것을 필요로 하고, LCD-TV를 위한 시야각 필수요건들은 일반적으로 LCD 모니터들 및 휴대용 장치들의 그것과는 상이하다.
몇몇 LCD 모니터들 및 대부분의 LCD-TV들은 일반적으로 많은 냉음극 형광관들(CCFLs)들에 의해 후면으로부터 일루미네이팅된다. 이러한 광원들은 디스플레이의 후면이 더 어두운 영역들에 의해 분리된 밝은 스트라이프들(stripes)의 시리즈(series)에 의해 일루미네이팅된다는 결과와 함께 디스플레이의 완전한 폭을 따라 선형적이고 확장(stretch)한다. 이같은 일루미네이션 프로파일(illumination profile)은 원치 않고, 그래서 디퓨저 플레이트(diffuesr plate)는 LCD 장치의 후면에서 일루미네이션 프로파일을 매끈하게 하기 위하여 사용된다.
몇몇 LCD 모니터들 및 대부분의 LCD-TV들은 일반적으로 램프들로부터 반대면 상에서 디퓨저 플레이트에 인접한 광 관리 필름들의 배열을 쌓아 올린다. 이들의 광 관리 필름들은 일반적으로 평행 디퓨저 필름들, 프리즘 광 배향 필름들 및 반사 폴라라이저 필름들을 포함한다. 몇몇 필름들은 우선 제거되어야만 하는 보호 커버 시트들과 함께 제공되고, 이때 각각 광 관리 필름은 개별적으로 LCD의 백라이트 유닛에 위치되기 때문에, LCD 디스플레이들을 제조하기 위한 이들의 개별적인 광 관리 필름들의 처리는 매우 노동집약적이다. 또한, 각각의 필름의 궤도(tracking) 및 목록(inventory)는 개별적으로 LCD 디스플레이를 제조하기 위하는 총 비용에 추가될 수 있다. 더욱이, 이들의 광 관리 필름들이 개별적으로 처리됨에 따라, 조립 공정 동안에 필름들에 손해의 위험이 많아진다.
현재로서는, LCD 디퓨저 플레이트들은 일반적으로 유리, 폴리스틸렌 비드들(polystylene beads) 및 CaCO3 입자들을 포함한 다양한 분포된 상들과 함께 폴리메틸 메타크레이트(PMMA)의 폴리머 매트릭스를 채용한다. 디스플레이 제조업자들은 항상 형성 팩터(factor)를 얇게 하고 디스플레이들의 중량을 감소시키기 위해 시도하는 반면에, 이들의 플레이트들은 두껍고 무겁다. 디스플레이들에서 시야 결함들을 유발하는 램프들에 의해 야기된 높은 온도 및 높은 습도에 노출된 후에 디퓨저 플레이트들은 종종 변형되거나 뒤틀린다. 게다가, 디퓨저 플레이트들은 폴리머 매트릭스 전체에 균일하게 분산하는 입자들을 분포하기 위하여 커스터마이징된 압출 화합물(customizing extrusion compounding)을 필요로 하고, 이것은 더욱이 비용들을 증가시킨다.
종래의 개시인, 미국 특허 출원 제2006/0082699호는 광학적으로 분산된 필름 및 자기-지지 기판의 분리된 층들을 라미네티이팅함으로써 분산 플레이트들의 비용을 감소시키기 위한 하나의 접근법을 개시한다. 비록 이 해결책은 신규하지만, 이들의 층들을 함께 라미네이팅하기 위하여 접착제들을 사용하는 요구는 광 흡수 물질을 추가함으로써 시스템의 효율의 감소를 초래한다. 또한 층들을 동시에 라미네이팅하기 위한 추가적인 공정 비용은 의도대로 되지 않는다. 또한, 이러한 종래 기술은 두꺼운 형성 팩터 및 디퓨저 플레이트의 무거운 중량의 문제를 해결하지 못한다. 이러한 해결책은 디퓨저 플레이트의 뒤틀림의 문제를 언급하지 않고 있다.
다른 종래 개시인, 미국 특허 출원 제2006/0171164호는 LC 패널과 일루미네 이션 소스(illumination source) 사이에 위치된 요소 또는 광학 필름 구조체를 개시한다. 이러한 광학 요소는 프레임에 연결된 필름 장력 조절 부재들에 더욱이 부착된 광학 필름들에 부착된 필름 고정 부품들을 사용한다. 이러한 개시는 필름 상에 장력을 유지함으로써 광학 필름들의 마모를 방지에 의하여 이 같은 광학 요소의 현저한 장점을 개시한다. 이러한 개시의 하나의 단점은, 그러나, 낮은 제조 비용 접근법 및 디자인의 간소화에 의하여 매우 비현실적인 필름에 필름 장력 조절 부재를 연결하는 분리된 필름 고정 부품들의 사용이다. 분리된 필름 고정 부품들을 형성하고, 그때 필름 장력 조절 부재들에 필름 고정 부품들을 부착하기 위하여 필요한 광학 필름들에 그것들을 부착하는 공정은 광학 필름들에 인장력을 제공하는 복잡한 높은 비용 수단들이다. 또한, 미국 특허 출원 제2006/0171164호는 어떻게 어느 하나가 유사한 광학 성능을 가진 디퓨저 필름과 함께 그것을 대체함으로서 두꺼운 플레이트 디퓨저를 제거할 수 있는지를 교시하지 않는다.
광학 디퓨저 필름과 함께 디퓨저 플레이트를 대체하는 것이 바람직하고, 그것은 현저하게 가벼워지는 중량뿐만 아니라, 더 얇아지는 형성 팩터를 가져야 한다. 이같은 디퓨저 필름은 광 균일성의 높은 레벨을 유지함과 동시에 높은 광학 전달 뿐만 아니라, 치수 안정성을 가져야 한다. 더욱이, 이러한 디퓨저 필름은 디퓨저 상에 광원들로부터 LC 층까지 열 게인(gain)을 감소시키기 위한 추가적인 열 단열 값(heat insulation value)을 가지는 것이 바람직하다. 보이딩(voiding)은 디퓨저 필름의 단열 필수요건들 및 광학 필수 요건들 모두를 달성하기 위한 공지된 수단들이다.
디퓨저 필름은 또한 그것 자체를 위하고, 광 관리 배열에 일반적으로 사용된 다른 광 필름들을 위하여 선택적으로 제공되어야 한다. 본 발명의 본질이 이러한 구조적 지지 필수요소이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 광학 요소가 인장 매카니즘에 의한 제어된 인장력 하에서 지지된 적어도 하나의 광학 필름을 포함하여 필름이 광학 요소의 디자인 온도 및 습도에 걸쳐서 편평성 및 높은 인장도를 유지하는 것을 제공하고자 한다. 더욱이 본 발명의 목적은 적어도 하나의 광학 필름에 인장을 제공하기 위한 낮은 비용의 수단들을 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에서 광학 요소들은 매우 낮은 비용에서 종래의 플레이트 디퓨저들의 광학 매끈한 기능을 제공한다. 광학 요소는 그것이 광학 기능의 높은 레벨을 제공하고 낮은 두께들에서조차 테스트하는 특정된 온도 및 습도 하에서 표면 편평성을 일치한다는 점에서 유일하다. 일반적인 광학 요소는 제어된 인장력에 의해 지지된 적어도 하나의 광학 필름의 경계(perimeter) 주위에 지지 프레임을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예는 지지 프레임에 의해 구속된 광 관리 필름들 또한 포함한다. 이들의 다른 광학 필름들은 또한 제어된 인장력에 의해 지지되거나 제어된 인장력에 의해 지지된 적어도 하나의 광학 필름에 의해 지지된다.
본 발명은 적어도 하나의 광학 필름을 포함하되, 상기 광학 필름의 적어도 일부분은 상기 필름에 대한 제어된 인장력의 적용을 위한 메카니즘의 존재에 의해 치수적으로 안정되도록 유지되며, 상기 인장력은 필름의 주변에 본딩된(bonded) 탄성 물질을 포함하는 인장 메카니즘을 통해 적용되는 것을 특징으로 하는 광학 요소를 제공한다. 또한 본 발명은 적어도 하나의 광학 필름을 포함하되, 상기 광학 필름의 적어도 일부분은 상기 필름의 주변에 본딩된 탄성 물질을 통해 제어된 인장력의 적용을 위한 메카니즘의 존재에 의해 치수적으로 안정되도록 유지되고, 상기 광학 필름은 보이드들을 포함하는 확산 필름인 것을 특징으로 하는 광학 요소를 포함한다. 본 발명은 적어도 하나의 광학 필름을 포함하되, 상기 광학 필름의 적어도 일부분은 상기 필름의 주변에 본딩된 탄성 물질을 통해 제어된 인장력의 적용을 위한 메카니즘의 존재에 의해 치수적으로 안정되도록 유지되고, 각 메카니즘에 대하여 적용된 인장력의 최대 변화는 상기 광학 요소의 설계 온도 및 습도 범위에 대하여 예상되는 필름 치수 변화를 넘어 가장 높은 힘의 50% 보다 작은 것을 특징으로 하는 광학 요소를 더 포함한다.
본 발명은 또한 균일하게 발광하기 위한 디스플레이 및 방법을 제공한다. 본 발명의 일 예는 필름의 주변을 따라 프레임을 통해 제어된 인장력에 의해 지지되는 폴리머 광학 확산 필름을 포함하는 광학 요소이다. 인장력은 필름에 적용되고, 예를 들어 프레임에 연속하여 연결된 필름의 주변에 본딩된 탄성 물질에 의해 적용된다. 탄성 물질은 환경 테스트 조건들 동안조차도 필름 상에 인장을 실질적으로 유 지시킨다. 이러한 광학 요소는 오늘날 후광식 LCD 디스플레이들에서 일반적으로 사용되는 확산판들의 광학 기능을 대신하는데 유용하다.
본 발명의 다른 실시예는 광학 확산 필름 및 적어도 하나의 다른 광 매니지먼트 필름을 포함하는 광학 요소이며, 이들 중 적어도 하나는 필름의 주변을 따라 프레임에 연속적으로 연결된 필름의 주변에 본딩된 탄성 물질을 통해 제어된 인장력에 의해 지지된다. 이러한 광학 요소는 오늘날 후광식 LCD 디스플레이들에서 일반적으로 사용되는 확산판들의 광학 기능을 대신하는데 유용하다.
본 발명의 다른 실시예는 광원, 및 상부 플레이트, 하부 플레이트 및 상부 및 하부 플레이트들 사이에 위치된 액정 레이어를 포함하는 LCD 패널을 가지는 액정 디스플레이(LCD) 유닛에 관한 것이다. 하부 플레이트는 광원은 향하고, 흡수 폴라라이저를 포함한다. 광 매니지먼트 필름들의 배열을 포함하되, 이들 중 적어도 하나는 필름의 주변을 따라 프레임에 연속적으로 연결된 필름의 주변에 본딩된 탄성 물질을 통해 제어된 인장력에 의해 지지되는 광학 요소는 광원과 LCD 패널 사이에 위치되어 광원이 광 매니지먼트 필름들의 배열을 통과하여 LCD 패널을 조사하도록 한다.
광 매니지먼트 필름들의 배열은 제 1 폴리머 광학 확산 필름을 포함한다. 광 매니지먼트 필름들의 배열은 다른 광학 레이어들을 선택적으로 포함한다. 다른 광학 레이어들은 비드 코팅된 시준 확산 필름, 광 배향 필름 및 반사 폴라라이저를 포함할 수 있다.
본 발명은 액정 디스플레이들(LCD, 또는 LC 디스플레이)에 적용될 수 있고, 특히 후면으로부터 직접 조사되는 LCD, 예를 들면 LCD 모니터 및 LCD 텔레비젼(LCD-TV)에 사용되는 것과 같은 LCD에 적용될 수 있다.
LCD-TV에 현재 사용되는 확산판들은 폴리머 매트릭스, 예를 들어 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC) 또는 사이클로-올레핀을 기초로 하며 단단한 시트로서 형성된다. 시트는 확산 입자들, 예를 들어 유기 입자들, 무기 입자들 또는 보이드(void)들(버블들)을 포함한다. 이들 확산판들은 디스플레이를 조사하기 위하여 사용되는 광원의 상승된 온도에 노출된 후에 종종 변형되거나 감긴다. 이들 확산판들은 또한 생산하고, 최종 디스플레이 장치에 결합하는데 있어서 더 비싸다.
본 발명은 LCD 패널 그 자체 및 광원 사이에 위치된 광 매니지먼트 필름들의 배열을 가지는, 직접 조사되는 LCD 장치에 관한 것이다. 광 매니지먼트 필름들의 배열은, 필름의 주변에 본딩되고 필름의 주변을 따라 프레임에 연결된 탄성 물질을 통해 제어된 인장력에 의해 지지되는 특정한 전달 및 균일화 기능을 가지는 적어도 하나의 폴리머 광학 확산 필름을 포함한다. 선택적으로는, 비드 코팅된 시준 확산 필름들, 광 배향 필름들 및 반사 폴라라이저들과 같은 다른 광학 필름들은 프레임 또는 인장된 필름 또는 필름들에 의해 구속될 수 있다. 각 구성 요소의 전달(transmission) 및 헤이즈(haze) 레벨들은 그 휘도가 디스플레이에 걸쳐 상대적으로 균일한 직광식 LC 디스플레이를 제공하기 위하여 설계된다.
본 발명의 바람직한 폴리머 광학 확산 필름들은, 제조에 사용되는 공정들 및 물질들에 높은 정도의 유연성을 생산 및 제공하기 위해 단순하다. 본 발명에서, 구조적이고 광학적인 요구들은 분리된다: 인장 메카니즘은 구조적인 성능을 제공하고, 얇은 확산 필름은 광학 성능을 제공한다. 이들 기능들을 분리함에 의해, 얇은 확산 시트들을 사용하는 비용적인 이점이 활용될 될 수 있고, 전체적인 비용을 감소시킬 수 있다. 확산 필름을 가진 기판을 포함하지 않음에 의해 높은 레벨의 광학 성능 및 낮은 제조 비용이 이루어진다. 또한, 이것은, 인장된 필름이 설계 온도 및 습도 범위에 대하여 높은 정도의 균일성을 유지하기 때문에, 두꺼운 플레이트의 어떠한 뒤틀림도 방지된다. 추가적으로, 디퓨저가 기판보다는 필름에 포함될 때, 확산 특성을 정교하게 제어하는 것이 더 용이하다. 보이딩된(voided) 확산 필름을 사용함에 의해, 더 높은 레벨의 절연 뿐 아니라 최적의 광학 성능이 디퓨저의 어떠한 주어진 두께에서도 제공될 수 있다.
직광식 LC 디스플레이 장치(100)의 예시적인 실시예의 개략적인 분해도가 도 1에서 도시된다. 이러한 디스플에이 장치(100)는 예를 들어 LCD 모니터 또는 LCD-TV에서 사용될 수 있다. 디스플레이 장치(100)는 패널 플레이트들(134) 사이에 위치된 LC의 레이어(136)를 일반적으로 포함하는 LC 패널(140)을 포함하는 전면 패널 어셈블리(130)의 사용에 기초한다. 플레이트들(134)은 종종 유리로 형성되며, LC 레이어(136) 내의 액정들의 오리엔테이션을 제어하기 위한 이들의 내부 표면들 상에 전극 구조물들 및 얼라인먼트 레이어들을 포함할 수 있다. 전극 구조물들은 일반적으로 LC 패널 픽셀들, LC 레이어의 영역들을 정의하기 위해 배열되며, 여기서 액정들의 오리엔테이션이 인접한 영역에 독립하여 제어될 수 있다. 컬러 필터가 또 한 디스플레이되는 이미지 상에 컬러를 적용하기 위한 하나 이상의 플레이트들(134)을 가지며 포함될 수도 있다.
상부 흡수 폴라라이저(138)는 LC 레이어(136) 위에 위치되고, 하부 흡수 폴라라이저(132)는 LC 레이어(136) 아래에 위치된다. 결합된 흡수 폴라라이저들(138, 132) 및 LC 패널(140)은 백라이트(110)로부터 디스플레이(100)를 통해 시청자까지 광의 전달을 제어한다. 어떠한 LC 디스플레이들에서는, 흡수 폴라라이저들(138, 132)이 수직한 전달축들을 가지도록 배열될 수 있다. LC 레이어(136)의 픽셀이 활성화되지 않을 때, 이를 지나는 광의 편광을 변경시키지 않을 수 있다. 따라서, 흡수 폴라라이저들(138, 132)이 수직하도록 배열된 때, 하부 흡수 폴라라이저(132)를 통과하는 광은 상부 흡수 폴라라이저(138)에 의하여 흡수된다. 반면에, 픽셀이 활성화된 때, 이를 지나는 광의 편광이 회전되고, 하부 폴라라이저(132)를 통과하여 전달된 광의 적어도 일부는 또한 상부 폴라라이저(138)를 통과하여 전달되도록 한다. LC 레이어(136)의 상이한 픽셀들의 선택적인 활성화, 예를 들면 제어기(150)에 의한 선택적인 활성화는 어떠한 원하는 위치들에서 디스플레이로부터 나와 지나가는 광을 유발시키고, 이에 따라 시청자에 의해 보여지는 이미지를 형성한다. 제어기는 예를 들어 텔레비젼 이미지들을 수신하고 디스플레이하는 텔레비젼 제어기 또는 컴퓨터를 포함할 수 있다. 예를 들어 디스플레이 표면에 대한 기계적 및/또는 환경적 보호를 제공하기 위하여 상부 흡수 폴라라이저(138)의 위에 하나 이상의 선택적 레이어들(139)이 제공될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 레이어(139)는 흡수 폴라라이저(138) 위에 하드코트(hardcoat)를 포함할 수 있다.
LC 디스플레이들의 몇몇 형태는 위에서 설명된 것과 상이한 방식으로 구동될 수 있다는 것은 이해될 것이다. 예를 들어, 흡수 폴라라이저들은 평행하게 배열될 수 있고, LC 패널은 비활성화 상태일 때 광의 편광을 회전시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 디스플레이들의 기본적인 구조는 위에서 설명된 것과 유사하다.
백라이트(110)는 LC 패널(120)을 조사하는 광을 생성하는 많은 광원들(114)을 포함한다. LCD-TV 또는 LCD 모니터에 사용되는 광원들(114)은 종종 디스플레이 장치(100)를 가로질러 연장되는 선형의 냉음극형광 튜브들이다. 그러나 필라멘트, 아크 램프, 발광 다이오드(LED), 평평한 형광 패널들 또는 외부 형광 램프들과 같은 다른 형태의 광원들이 사용될 수 있다. 이러한 광원들의 목록은 한정하거나 구명하고자 하는 것이 아니라, 단지 예시적인 것이다.
또한 백라이트(110)는 광원들(114)로부터 아래 방향, LC 패널(140)로부터 멀어지는 방향으로 전파되는 광을 반사하기 위한 리플렉터(112)를 포함할 수도 있다. 아래에서 설명하는 바와 같이, 리플렉터(112)는 또한 디스플레이 장치(100) 내에서 광을 재활용하기 위해 유용할 수도 있다. 리플렉터(112)는 정반사 리플렉터(specular relfector) 또는 확산 리플렉터일 수 있다. 리플렉터(112)로서 사용될 수 있는 정반사 리플렉터의 일 예는 미네소타, 세인트폴의 3M 컴파니로부터 이용 가능한 Vikuiti Enhanced Specular Reflector(ESR) 필름이다. 적절한 확산 리플렉터들의 예들은 티타늄 디옥사이드, 바륨 설페이트(barium sulphate), 칼슘 카보네이트 등과 같은 확산 반사 입자들을 장착된, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌, 폴리스티렌 등과 같은 폴리머들을 포함한다.
광 매니지먼트 레이어들의 배열(120)은 백라이트(110)와 전면 패널 어셈블리(130) 사이에 위치된다. 광 매니지먼트 레이어들은 디스플레이 장치(100)의 구동을 향상시키기 위하여 백라이트(110)로부터 전파되는 광에 영향을 미친다. 예를 들어 광 매니지먼트 레이어들의 배열(120)은 확산판(122)을 포함할 수 있다. 확산판(122)은 광원들로부터 받은 광을 확산시키기 위하여 사용되고, 이는 LC 패널(140) 상에 입사하는 조사광의 균일성을 향상시킨다. 결과적으로 이것은 시청자에게 인식되는, 더 균일하게 밝은 이미지를 유발시킨다.
광 매니지먼트 레이어들의 배열(120)은 또한 반사 폴라라이저(128)를 포함할 수도 있다. 광원들(114)은 일반적으로 비편광된 광을 생성하지만, 하부 흡수 폴라라이저(132)만이 단일한 편광 상태를 전달하고, 이에 따라 광원들(114)에 의해 생성된 광의 약 1/2은 LC 레이어(136)까지 전달되지 않는다. 그러나 반사 폴라라이저(128)는, 그렇지 않았다면 하부 흡수 폴라라이저에서 흡수되었을 광을 반사시키기 위하여 사용될 수 있고, 이에 따라 광은 반사 폴라라이저(128)와 리플렉터(112) 사이에서의 반사에 의해 재활용될 수 있다. 반사 폴라라이저(128)에 의해 반사된 광의 적어도 일부분은 편광이 소멸될 수 있으며, 이어서 반사 폴라라이저(128) 및 하부 흡수 폴라라이저(132)를 통과하여 LC 레이어(136)까지 전달되는 편광 상태로 반사 폴라라이저(128)로 되돌아가질 수 있다. 이러한 방식으로 반사 폴라라이저(128)는 LC 레이어(136)에 도달하는 광원들(114)에 의해 발광된 광의 프랙션(fraction)을 증가시키기 위하여 사용될 수 있고, 이에 따라 디스플레이 장치(100)에 의해 생성된 이미지는 더 밝다.
어떠한 적절한 형태의 반사 폴라라이저, 예를 들어 멀티레이어 광학 필름(MOF) 반사 폴라라이저들; 연속/분산 상 폴라라이저(continuous/disperse phase polirizer), 와이어 그리드 반사 폴라라이저 또는 콜레스테릭 반사 폴라라이저와 같은 확산 반사 폴라라이징 필름(DRPF)이 사용될 수 있다.
광 매니지먼트 레이어들의 배열(120)은 또한 시준 확산 필름(124) 및 광 배향 필름(126)을 포함할 수도 있다. 광 배향 필름은, 디스플레이의 축에 더 가까운 방향으로 오프-액시스 광(off-axis light)을 재배향시키는 표면 구조물을 포함하는 것이다. 이것은 LC 레이어(136)를 통과하여 온-액시스(on-axis)로 전파되는 광의 양을 증가시키고, 이에 따라 시청자에 의해 보여지는 이미지의 휘도를 증가시킨다. 일 예는 프리즘 광 배향 필름이고, 이는 굴절 및 반사를 통해 조사광을 재배향시키는 많은 프리즘형 릿지(ridge)들을 가진다.
종래의 LCD-TV에서 사용되는 확산판들 및 누적된 광학 필름들과는 달리, 본 발명은 광 매니지먼트 필름들의 배열을 사용하고, 이들 중 적어도 하나는 제어된 인장력에 의해 지지된다. 일반적으로 제어된 인장력은 필름의 주변에 본딩되고 필름의 주변을 따라 프레임에 연결된 탄성 물질의 사용을 통해 제공된다. 제어된 인장력을 제공하기 위한 일 수단은 필름의 주변에 본딩되고 필름의 주변을 따라 프레임에 연결된 4 개의 탄성 스트립들을 사용하되, 스트립 각각이 사각형 필름의 네 측 상에 본딩된다. 제어된 인장력을 제공하기 위한 다른 수단은 필름의 주변에 비하여 약간 더 작은 크기의 사각형 개구를 가지는 탄성 물질의 사각형 시트(즉, 탄성 시트는 "픽쳐 프레임"형상을 가짐)를 사용하는 것이되, "픽쳐 프레임"의 내측 주변은 필름의 주변을 따라 본딩된다.
"탄성 물질"은 여기서 탄성 특성을 가진 어떠한 물질, 즉 변형력의 제거 후에 그것의 원래의 형상을 자연적으로 회복하는 물질로서 정의된다. 바람직하게는 탄성 물질은 운동 범위에 대하여 균일한 인장력을 실질적으로 유지한다. 그러한 운동의 범위는 설계 온도 및 습도 범위 하에서 필름의 치수에서의 예상되는 최대 변경보다는 적어도 거리가 커야만 한다. "실질적으로 유지된다"는 여기서 원래 힘의 적어도 50%까지 인장력을 유지하는 것으로서 정의된다. 바람직하게는 힘은 원래 힘의 적어도 75%까지 유지될 수 있다. 용어 "필름"은 여기서 500㎛ 보다 작은 두께를 가지는 물질의 시트로서 정의된다.
본 발명에서 사용되기 위한 예시적인 탄성 물질은 엘라스토머이되, 엘라스토머는 그것의 유리 천이 온도(Tg) 위에서, 고무 같은 특성을 가지는 교차 결합된 아몰포스(amorphous) 폴리머로서 정의된다. 바람직하게는 이들 엘라스토머들은 설계온도 85℃ 하에서 LCD에서 사용될 때, 백라이트의 수명에 대한 그들의 성능을 유지하는 것들이다. 적절한 엘라스토머들은 교차 결합된, 폴리우레탄(Polyurethanes), 실리콘 러버(Silicone rubbers), 폴리크로로프린(Polychloroprene), 에틸렌-프로필렌 코폴리머(Ethylene-propylene copolymer), 에틸렌-프로필렌 테르폴리머(Ethylene-propylene terpolymer), 비닐리덴 플루오라이드-클로로-트리플루오로 에틸렌 랜덤 코폴리머(Vinylidene fluoride-chloro-trifluoro ethylene random copolymer), 비닐리덴 플루오라이드-클로로-헥사플루오로 에틸렌 랜덤 코폴리머(Vinylidene fluoride-chloro-hexa fluoro ethylene random copolymer), 고강도 부나 엔 러버(High-Strength Buna-N Rubber) 등을 포함한다. 이들 엘라스토머들은 탈크(talc), 글래스 화이버, 클레이(clay) 및 기타 잘 알려진 엘라스토머 강화 첨가제들과 같은 무기 필러(filler)로 강화될 수 있다. 이러한 엘라스토머들에 산화방지제 및 UV 안정제들과 같은 안정제들 및 환경 보호 약제(environmental protective agent)를 사용하는 것은 일반적으로 알려져 있고, LCD의 수명에 대해 성능을 더 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 광학 요소의 일 예시적인 실시예는 도 2에서 개략적으로 도시된다. 광학 요소(200)는 폴리머 광학 확산 필름(214) 및 필름의 주변을 따라 위치되는 지지 프레임(212)을 포함한다. "주변"은 여기서 필름의 모든 얇은 엣지들을 따라 그려진 가상의 연속적인 라인으로서 정의된다. 일반적으로 LCD 디스플레이에 대하여 사각형 주변을 형성하는 4개의 직교하는 엣지들이 존재한다. 다른 광학 필름들이 또한 연속되는 도면들에 도시되는 바와 같이 폴리머 광학 확산 필름 위로 광 매니지먼트 레이어들의 배열에 더해질 수도 있다. 도 2는 하나의 수단을 도시하며, 이 수단에 의해 광학 확산 필름(214)은 인장력에 의하여 지지된다. 탄성 스트립(218)은 광학 확산 필름(214)의 주변을 따라 광학 확산 필름(214)의 표면에 직접적으로 고정된다. 접착제를 포함하는 많은 고정 수단들 중의 어떠한 하나가 필름에 탄성 스트립(218)을 고정하기 위하여 채택될 수 있다. 핀들(216)은 탄성 스트립(218) 내의 구멍들 또는 슬롯(220)을 통해 돌출된다. 핀들은 인장력의 방향에 수직한 적어도 하나의 표면을 가진다. 핀들(216)은 지지 프레임(212)에 고정된다. 핀들(216) 위로 구멍들 또는 슬롯들을 위치시키기 위하여 탄성 스트립(218)이 스트레칭되며, 이는 작용 위치와 가장 가까운 필름의 엣 지에 수직한 방향으로 작용되는, 광학 확산 필름(214) 상의 인장력을 유발시킨다.
인장된 광학 확산 필름(214)은 자기-지지(self-supporting)된다. 여기서 "자기-지지"는 필름 자신의 무게에 더해진, 광 매니지먼트 배열 내에서 사용되는 다른 광학 필름들의 무게의 추가 하에서 필름의 평면 균일성을 유지하는 것으로서 정의된다. "평면 균일성"은 확산 필름의 가장 긴 측의 길이의 180배 보다 작은, 원래 위치로부터의 아웃 오브 플레인 디플렉션(out of plane deflection)을 가지는 것으로서 정의된다.
인장된 확산 필름(214) 및 하나 이상의 다른 광 매니지먼트 레이어들은 백라이트 및 LCD 패널 사이에 위치된 광 매니지먼트 배열 내에 포함될 수 있다. 인장된 확산 필름(214)은 광 매니지먼트 배열을 지지하기 위한 안정된 구조물을 제공한다. 인장된 필름은 종래의 확산판 시스템들과 같이 뒤틀리는 경향은 없다.
폴리머 광학 확산 필름(214)의 예시적인 실시예들은 보이드들 및 보이드 개시 입자들(void initiating particles)을 포함하는 준 결정(semi-crystalline) 폴리머 매트릭스를 포함한다. 가시광에 실질적으로 투명할 수 있기 때문에 선호되는 준 결정 폴리머 매트릭스는 이미 스트레치 보이딩될(stretch voided) 수 있고, 85℃까지 상승된 온도에서 테스트된 후에 1.0%보다 작은 수축을 가지는 치수적인 안정성을 가질 수 있다. 이러한 모든 조건들을 만족시키기 위한 바람직한 폴리머들은 폴리에스테르 및 이들의 코폴리머들이다. 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET); 폴리(에틸렌 나프탈레이트)(PEN)폴리머들 및 이들의 코폴리머들이 가장 바람직하다. PET가 PEN보다 비용 면에서 훨씬 싸기 때문에 가장 적절하다.
보이드 개시 입자들은 매트릭스 폴리머와 반응되지 않는(incompatible) 어떠한 형태의 입자일 수 있다. 이들 입자들은 무기물 또는 유기물일 수 있다. 무기 입자들은 칼슘 카보네이트, 바륨 설페이트, 티타늄 디옥사이드, 또는 폴리머 내로 멜트 블렌딩될(melt blended) 수 있는 다른 무기 화합물 중 어떠한 것을 포함할 수 있다. 일반적인 유기 보이드 개시 입자들은 매트릭스 폴리머와 혼합되지 않는 폴리머들이다. 이들 혼합되지 않는 폴리머들의 레진 펠릿(resin pellet)들이 매트릭스 폴리머의 레진 펠릿들과 단순히 드라이 블렌딩되고(dry blended) 캐스트 필름(cast film)을 형성하기 위하여 함께 압출될 수 있기 때문에 이들이 바람직하다. 무기 임자들은 프리-믹싱(pre-mixing) 또는 멜트 컴파운딩(melt compounding)을 요구하며, 이는 공정 비용을 증가시킨다. 바람직한 유기 보이드 개시 입자들은 폴리올레핀들이다. 폴리프로필렌이 가장 바람직하다. 보이드 개시 입자들은 디퓨저로서 기능하기에 충분한 확산성을 생산하지만 LCD 디스플레이의 광학 루미넌스를 상당히 감소시키도록 불투명하지 않게 하기 위하여 추가되어야 한다. 보이드 개시 입자들의 바람직한 로딩(loading)은 전체 필름의 3 내지 25 중량퍼센트이다. 가장 바람직한 로딩은 10 내지 20 중량 퍼센트이다.
폴리머 광학 디퓨저(214)는 바람직하게는 매트릭스 폴리머 및 혼합되지 않는 폴리머 첨가제(additive)를 드라이 블렌딩하는 공정에 의해 생성된다. 블렌딩은 미세하게 나뉘어진, 예를 들어 파우더화되거나 과립화된 매트릭스 폴리머와 폴리머 첨가제를 믹싱하고, 이들을 함께 완전히 믹싱, 예를 들어 이들을 텀블링(tumbling)함에 의해 달성될 수 있다. 결과적인 혼합물은 이어서 필름 형성 압출기로 이송된 다. 블렌딩된 매트릭스 폴리머 및 압출된, 예를 들어 과립화된 형태로 감소된, 혼합되지 않는 폴리머 첨가제는 보이딩된 폴리머 광학 디퓨저로 성공적으로 재압출될 수 있다. 따라서 예를 들어 엣지 트리밍과 같이, 공정을 통해 필름을 재-이송 스크랩하는 것이 가능하다. 대안적으로 블렌딩은 압출 바로 전에 매트릭스 폴리머 및 혼합되지 않는 폴리머 첨가제의 멜트 스트림(melt stream)을 결합함에 의해 효과를 얻을 수 있다. 만일 폴리머 첨가제가 매트릭스 폴리머가 생성되는 폴리머화 베셀(polimerization vessel)에 추가된다면, 보이딩 및 그로 인한 확산성은 스트레칭동안 발달되지 않는다는 것이 발견된다. 이것은 열공정동안 첨가제 및 매트릭스 폴리머 사이에서 일어날 수 있는 화학적 또는 물리적 본딩(bonding)의 어떠한 형태때문이라고 생각된다.
보이딩된 폴리머 광학 확산 필름의 압출, 크웬칭(quenching) 및 스트레칭은 오리엔팅된(oriented) 필름을 위한 당업계에서 알려진 어떠한 공정에 의해서, 예를 들어 플랫 필름(flat film) 공정 또는 버블(bubble) 또는 튜블라(tubular) 공정에 의해 효과를 얻을 수 있다. 플랫 필름 공정은 본 발명에 따라 보이딩된 폴리머 광학 디퓨저를 만들기 위해 바람직하고, 슬릿 다이(slit die)를 통해 블렌드를 압출하고 압출된 웹을 냉각된 캐스팅 드럼으로 급속히 크웬칭하여 필름의 매프릭스 폴리머 구성요소가 아몰포스(amorphous) 상태로 크웬칭되도록하는 것을 포함한다. 필름 베이스는 이어서 매트릭스 폴리머의 유리-고무 천이 온도 위의 온도에서 상호 수직한 방향으로 스트레칭함에 의해 2축성으로 오리엔팅된다. 비록 스트레칭은 원한다면 두 방향들로 동시에 효과를 얻을 수 있지만, 일반적으로 필름은 일 방향으 로 먼저 스트레칭되고 이어서 두번째 방향으로 스트레칭된다. 일반적인 공정에서 필름은 회전 롤러들의 일 세트 위에서 또는 2 쌍의 니프 롤러(nip roller) 사이에서 가장 먼저 압출 방향으로 스트레칭되고, 이어서 텐더 장치(tender apparatus)에 의해 횡단 방향으로 스트레칭된다. 필름은 스트레칭의 각 방향으로 그것의 원래 치수의 2.5 내지 5.0배까지 각 방향으로 스트레칭될 수 있다. 스트레칭을 하면, 보이드들이 보이드 개시 입자들 주변에서 개시된다. 보이드 개시 입자의 집중도가 높을 수록 생성되는 보이드 체적의 정도는 더 높아진다. 필름의 최종적으로 스트레칭된 두께는 바람직하게는 25.0 내지 250.0 ㎛ 두께 범위이다. 더 바람직한 두께 범위는 50.0 내지 150.0 ㎛이다. 이것은 광학적으로 전달하는 자기-지지 기판보다 상당히 더 얇은 것이고 이와 함께 이들의 전체 두께는 현재 사용되는 플레이트 디퓨저들의 두께 범위 내에 유지될 수 있다.
필름이 스트레칭되고 보이딩된 폴리머 광학 확산 필름이 형성된 후에, 보이딩된 폴리머 광학 디퓨저를 스트레칭의 모든 방향으로의 굴절에 대하여 구속시키는 동안에 매트릭스 폴리머를 결정화하기에 충분한 온도까지 가열함에 의해 설정되도록 가열된다. 이러한 공정은 필름이 85℃까지 가열된 온도에서 테스트될 때, 1.0%보다 작은 수축 요건을 만족시키도록 한다. 보이딩은 가열 세팅 온도가 증가됨에 따라 붕괴되는 경향이 있고, 붕괴 정도는 온도가 증가함에 따라 증가한다. 그러므로 정반사 광 전달은 가열 세팅 온도에서의 증가와 함께 증가한다. 약 230℃까지 상승된 가열 세팅 온도가 보이드들을 파괴하지 않고 사용될 수 있는 반면에, 150 내지 200℃ 사이의 온도는 일반적으로 열 테스트 후에 낮은 수축을 유발시킬 뿐만 아니라 더 큰 보이딩 정도 및 더 효과적인 확산성을 유발시킨다.
폴리머 광학 확산 필름(214)은 또한 화이트너(whitener)를 포함할 수도 있다. 일반적으로 화이트너들은 보이드 개시자(void initiator)보다 훨씬 낮은 레벨에서 추가되고, 따라서 보이딩에 기여하는 것이 아니라 화이트니스(whiteness)를 필름의 어떤 확산 정도까지 향상시킨다. 화이트너들은 일반적으로 무기 화합물들이며, TiO2가 가장 바람직하다. 이러한 광학 브라이트너들(brightener)이 레진 블렌딩 공정 동안 필름에 추가될 수 있고, 적절한 비율로 마스터 배치 펠릿(master batch pellet)을 통해 추가될 수 있다. 적절한 비율은 매트릭스 레진 및 보이드 개시 레진의 남은 것을 가지는 마스터 배치 펠릿의 농도(concentration)를 바람직하게는 0.25 내지 5.0 중량%의 농도까지 낮추는 비율이다.
폴리머 광학 확산 필름(214)은 또한 UV광을 가시광으로 변환시키는 광학 브라이트너들을 포함할 수도 있다. 이러한 광학 브라이트너들은 열적으로 안정되고 보이딩된 폴리머 광학 확산 필름을 제조하기 위해 사용되는 압출 온도에서 견딜 수 있는 것들로부터 선택되어야만 한다. 가장 바람직한 광학 브라이트너는 2,2'-(1,2-에틴에디일디-4,1-페닐렌)비스벤조옥사졸(2.2'-(1,2-ethenediyldi-4,1-phenylene)bisbenzoxazole)을 포함한다. 이들 광학 브라이트너들은 레진 블렌딩 공정동안 필름에 추가될 수 있고, 적절한 비율로 마스터 배치 펠릿들을 통해 추가될 수 있다. 적절한 비율은 매트릭스 레진 및 보이드 개시 레진의 남은 것을 가지는 마스터 배치 펠릿의 농도를 바람직하게는 0.01 내지 0.1 중량%의 농도까지 낮추는 비율이다. 가장 바람직한 실시예에서 광학 브라이트너는 0.02 내지 0.05중량%의 농도를 얻기 위해 추가될 것이다.
폴리머 광학 확산 필름(214)은 또한 먼지 유인을 방지하기 위하여 정전기 방지 코팅을 포함할 수도 있다. 알려진 정전기 방지 코팅들 중 어떠한 것도 채택될 수 있다.
폴리머 광학 확산 필름(214)은 또한 멀티레이어화(multilayered) 또는 코익스트루딩된(coextruded) 필름으로서 제조될 수도 있다. 이렇게 하는 이점은 매우 얇은 필름의 사용을 가능하게 하는 것이지만, 광학 및 열 안정성 또는 수축 요구를 여전히 모두 만족시킨다. 플레이트 디퓨저의 광학 확산 성능을 달성하기 위하여 얇은 필름들은 보이드 개시자의 높은 로딩 및 이에 따른 높은 보이딩을 요구한다. 이러한 높은 레벨의 보이딩에서 필름은 상승된 온도들에서 치수적으로 훨씬 덜 안정된다. 보이딩된 레이어의 양 측 또는 일 측에 인접한 보이딩되지 않은 레이어를 가진 필름을 생성함에 의해 상승된 온도에서의 치수적인 안정성은 향상될 수 있다. 이러한 멀티레이어화된 필름들은, 순수한 매트릭스 폴리머(neat matrix polymer)를 멜팅하고 펌핑하기 위해 두번째 압출기가 사용되는 것을 제외하고는, 이전에 설명된 바와 같이 동일하게 생성된다. 이러한 순수한 폴리머 압출 유동은 보이딩된 레이어 압출 유동을 따라, 이전에 설명된 것처럼, 코익스트루젼 다이 어셈블리(co-extrusion die assembly) 내로 전달된다. 멀티레이어화된 캐스트 필름은 이어서 보이딩된 레이어의 일 측 또는 양 측 상에 순수한 폴리머의 레이어와 함께 생성된다. 이러한 캐스트 필름은 이어서 이전에 설명된 바와 같이 크웬칭되고 스트레칭된다.
광학 확산 필름(214)은 UV광으로부터의 보호가 제공될 수 있으며, 예를 들어 UV 흡수 물질 또는 UV 광의 효과에 저항성을 가지는 물질을 레이어들 중 하나에 포함함에 의한다. 적절한 UV흡수 화합물은, 예를 들어 윌밍턴의 사이텍 테크놀로지 코포레이션으로부터 이용 가능한 Cyasorb UV-1164 및 뉴욕 테리타운의 씨바 스페셜티 케미칼로부터 이용가능한 Tinuvin 1577을 포함하여, 상업적으로 이용 가능하다.
다른 물질들이 UV 광의 악영향을 감소시키기 위하여 광학 확산 필름(214) 내에 포함될 수 있다. 이러한 물질의 일 예는 힌더드 아민 광 안정 컴퍼지션(hindered amine light stabilizing composition; HALS)이다. 일반적으로 가장 유용한 HALS는 테트라메틸 피페리딘(tetramethyl piperidine)으로부터 유도된 것들 및 폴리머 테티아리 아민(polymeric tertiary amine)으로 고려될 수 있는 것들이다. 적절한 HALS 화합물들은 예를 들어 뉴욕 테리타운의 씨바 스페셜티 케미칼로부터 이용가능한 "Tinuvin" 이름을 쓰는 것을 상업적으로 이용 가능하다. 이러한 하나의 유용한 HALS 화합물은 Tinuvin 622이다.
도 2의 광학 요소(200)는 종래의 LCD 디스플레이들의 확산판 대신에 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예는 도 3에 개략적으로 도시된다. 광학 요소(300)는 폴리머 광학 확산 필름(314) 및 필름의 주변에 위치된 지지 프레임(312)을 포함하는 광 매니지먼트 필름의 배열이다. 다른 광학 필름들이 또한 폴리머 광학 확산 필름 위의 광 매니지먼트 레이어의 배열에 추가된다. 비드 코팅된 시준 확산 필름(334)은 폴리머 광학 확산 필름(314)에 인접하도록 위치된다. 광 배향 필 름(335)은 비드 코팅된 시준 확산 필름(334)에 인접하고 광 확산 필름의 반대편에 위치된다. 도 3은 광학 확산 필름(314)이 인장력에 의해 지지되는 일 수단을 도시한다. 탄성 스트립(318)은 광학 확산 필름(314)의 표면 및 필름의 주변을 따라 광 배향 필름(335)의 표면에 직접적으로 고정된다. 접착제를 포함하는 많은 고정 수단들 중의 어떠한 하나가 필름에 탄성 스트립을 고정하기 위하여 채택될 수 있다. 핀들(316)은 탄성 스트립(318) 내의 구멍들 또는 슬롯(320)을 통해 돌출된다. 핀들은 인장력의 방향에 수직한 적어도 하나의 표면을 가진다. 핀들(316)은 지지 프레임(312)에 고정된다. 핀들(316) 위로 구멍들 또는 슬롯들을 위치시키기 위하여 탄성 스트립(318)이 스트레칭되며, 이는 작용 위치와 가장 가까운 필름들의 엣지에 수직한 방향으로 작용되는, 광학 확산 필름(314) 및 광 배향 필름(335) 상의 인장력을 유발시킨다.
대안적으로 2 개의 분리된 탄성 스트립들(318) 각각이 광학 확산 필름(314)의 표면 및 광 배향 필름(335)의 표면에 각각 본딩될 수 있다. 이러한 경우에 탄성 스트립 모두 핀들(316) 위에 위치될 수 있다. 이러한 방식으로 상당히 상이한 열 팽창 계수의 필름들이 개별적으로 인장될 수 있다.
탄성 스트립은 어떠한 탄성 물질도 포함할 수 있다. 예시적인 탄성 물질은 엘라스토머이다. 바람직한 엘라스토머들은 설계온도 85℃ 하에서 LCD에서 사용될 때, 백라이트의 수명에 대한 그들의 성능을 유지하는 것들이다. 적절한 엘라스토머들은 교차 결합된, 폴리우레탄(Polyurethanes), 실리콘 러버(Silicone rubbers), 폴리크로로프린(Polychloroprene), 에틸렌-프로필렌 코폴리머(Ethylene-propylene copolymer), 에틸렌-프로필렌 테르폴리머(Ethylene-propylene terpolymer), 비닐리덴 플루오라이드-클로로-트리플루오로 에틸렌 랜덤 코폴리머(Vinylidene fluoride-chloro-trifluoro ethylene random copolymer), 비닐리덴 플루오라이드-클로로-헥사플루오로 에틸렌 랜덤 코폴리머(Vinylidene fluoride-chloro-hexa fluoro ethylene random copolymer), 고강도 부나 엔 러버(High-Strength Buna-N Rubber) 등을 포함한다. 이들 엘라스토머들은 탈크(talc), 글래스 화이버, 클레이(clay) 및 기타 잘 알려진 엘라스토머 강화 첨가제들과 같은 무기 필러(filler)로 강화될 수 있다. 이러한 엘라스토머들에 산화방지제 및 UV 안정제들과 같은 안정제들 및 환경 보호 약제(environmental protective agent)를 사용하는 것은 일반적으로 알려져 있고, LCD의 수명에 대해 성능을 더 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
인장된 광학 확산 필름(314) 및 광 배향 필름(335)은 자기-지지된다. 다른 광학 필름인 비드 코팅된 시준 필름(334)은 사이에 샌드위칭된 2개의 인장된 필름들에 의해 그 표면에 수직하도록 구속된다. 다른 광학 필름들은 2 개의 인장된 필름들 사이에 위치된다면 이들 표면들에 수직하게 구속될 수도 있다. 평면 방향으로 비드 코팅된 시준 필름(334)을 구속하기 위하여 핀들(340)은 필름(334) 내의 구멍(341) 및 슬롯(342) 모두를 통과하여 프레임(312) 안으로 삽입된다. 이 핀들은 2 개의 인장된 필름들 사이에 위치된 다른 광학 필름들을 통과하여 돌출될 수도 있다. 피닝된(pinned) 구멍(341)은 필름이 필름(534)의 병진 운동하는 것을 방지한다. 피닝된 슬롯(342)은, 슬롯의 연장된 방향으로 열 팽창을 허용하는 반면에 필름(334)의 회전은 방지한다. 도 5의 광학 요소(300)는 종래의 LCD 디스플레이들의 확산판 및 선택적 광학 필름들을 대신하여 사용될 수 있다.
본 발명은 다양한 변형 및 대안적인 형태들로 변경될 수 있는 반면에, 본 발명의 구체적인 것은 도면들에 예로서 도시되었으며, 상세하게 설명될 것이다. 그러나 그 의도는 본 발명을 설명된 특정한 실시예들로 한정하지 않는 것임이 이해되어야 한다. 반대로, 그 의도는 청구범위에 의하여 정의된 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 모든 변형, 균등물 및 대안들을 포함하고자 하는 것이다.
본 명세서에서 언급된 특허 및 간행물의 전체 내용은 참고를 위해 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 첨부된 도면들에 연관된 본 발명의 다양한 실시예의 발명의 상세한 설명에 고려하여 좀 더 완성적으로 이해될 수 있다.
도 1은 디퓨저 플레이트를 사용하는 일반적인 백-릿(back-lit) 액정 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 원리들에 따라 폴리머 광학 디퓨저 필름을 포함한 광학 요소를 개략적으로 도시하고, 그것은 필름의 경계 주위에 프레임에 연결되고, 필름의 경계에 묶인 탄성 스트립들이 4를 경유하여 제어된 인장력에 의해 지지된다. 이같은 광학 요소는 도 1의 디퓨저 플레이트의 기능을 대체할 수 있다.
도 3은 본 발명의 원리들에 따라 광학 디퓨저 필름을 포함한 광학 요소를 개략적으로 도시하고, 그것은 필름의 경계를 주위에 프레임에 연결되고, 필름의 경계에 묶인 탄성 스트림이 4를 경유하여 제어된 인장력에 의해 지지된다. 또한, 광 배향 필름은 필름의 경계를 주위에 프레임에 연결되고, 필름의 경계에 묶인 탄성 스트림이 4를 경유하여 제어된 인장력에 의해 지지된다. 또한, 비드(bead) 코팅된 평행 디퓨저 필름은 두 개의 인장된 필름들 사이에 구속되어 광학 요소는 LCD 디스플레이를 위한 완전한 광 관리 필름 배열을 포함하는 하나의 요소이다.
본 발명은 다양한 변형들 및 대안적인 형태들로 변경가능하고, 그것의 특성들은 도면들에서 예의 방법으로써 도시되고, 상세한 설명에서 개시될 것이다. 그것은, 그러나, 의도는 개시된 특정한 실시예들로 본 발명을 한정하는 것이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 이에 반하여, 의도는 청구항에 의해 정의된 대로 본 발명 의 범위 및 사상 내에서 떨어지는 모든 변형들, 자명성들 및 대안들을 포함하는 것이다.
[도면부호]
100 직광식 액정 디스플레이 장치(direct-lit LC display device)
110 백라이트(backlight)
112 리플렉터(reflector)
114 광원들(light sources)
120 광 매니지먼트 레이어(light management layer)
122 확산판(diffuser plate)
124 시준 확산 필름(collimating diffuser film)
126 광 배향 필름(light directing film)
128 반사 폴라라이저(reflective polarizer)
130 전면 액정 패널 어셈블리(front LC panel assembly)
132 하부 흡수 폴라라이저(lower absorbing polarizer)
134 패널 플레이트(panel plate)
136 액정 레이어(LC layer)
138 상부 흡수 폴라라이저(upper absorbing polarizer)
139 선택적 레이어(optional layer)
140 액정 패널(LC panel)
150 제어기(controller)
200 광학 요소(optical element)
212 지지 프레임(supporting frame)
214 폴리머 광학 확산 필름(polymeric optical diffuser film)
216 핀(pin)
218 탄성 스트립(elastic strip)
220 구멍(hole) 또는 슬롯(slot)
300 광학 요소
312 지지 프레임
314 폴리머 광학 확산 필름
316 핀
318 탄성 스트립
320 구멍(hole) 또는 슬롯(slot)
334 시준 확산 필름(collimated diffuser film)
335 광 배향 필름
340 광 배향 필름
341 구멍 또는 슬롯
342 구멍 또는 슬롯

Claims (25)

  1. 적어도 하나의 광학 필름을 포함하되, 상기 광학 필름의 적어도 일부분은 상기 필름에 대한 제어된 인장력의 적용을 위한 메카니즘의 존재에 의해 치수적으로 안정되도록 유지되며, 상기 인장력은 필름의 주변에 본딩된(bonded) 탄성 물질을 포함하는 인장 메카니즘을 통해 적용되는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 요소는 광학 확산 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 광학 확산 필름은 보이드(void)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 인장력은 상기 광학 필름의 주변을 따라 다양한 위치들에서 메카니즘들에 의해 적용되는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 인장력은 적용된 위치에서 가장 가까운 상기 필름의 엣지에 수직한 방향으로 적용되는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 인장력은 상기 광학 요소의 설계 온도 및 습도 범위에 대하여 예상되는 필름 치수 변화를 넘어 실질적으로 각 메카니즘에 대하여 유지될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  7. 제 6 항에 있어서, 각 메카니즘에 대하여 적용된 인장력의 최대 변화는 상기 광학 요소의 설계 온도 및 습도 범위에 대하여 예상되는 필름 치수 변화를 넘어 가장 높은 힘의 50% 보다 작은 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  8. 제 6 항에 있어서, 각 메카니즘에 대하여 적용된 인장력의 최대 변화는 상기 광학 요소의 설계 온도 및 습도 범위에 대하여 예상되는 필름 치수 변화를 넘어 가장 높은 힘의 25% 보다 작은 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 메카니즘은 적어도 하나의 광학 필름의 주변을 따라 지지 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 탄성 물질은 상기 적어도 하나의 광학 필름을 상기 프레임에 연결시키는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 요소는 광학 확산 필름 및 광 배향 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 광학 요소는 비드 코팅된 시준 확산 필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  13. 광원; 및
    광학 필름을 포함하는 광학 요소를 포함하되,
    상기 광학 필름의 적어도 일부분은 상기 필름에 대한 제어된 인장력의 적용을 위한, 상기 필름의 주변에 본딩된 탄성 물질을 포함하는 메카니즘의 존재에 의해 치수적으로 안정되도록 유지되는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 광학 요소는 광학 확산 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  15. 광학 필름의 평면 균일성을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    제어된 인장력을 상기 필름의 주변에 본딩된 탄성 물질을 통해 상기 필름의 적어도 일부분에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 적어도 하나의 광학 필름을 포함하되, 상기 광학 필름의 적어도 일부분은 상기 필름의 주변에 본딩된 탄성 물질을 통해 제어된 인장력의 적용을 위한 메카니즘의 존재에 의해 치수적으로 안정되도록 유지되고, 상기 광학 필름은 보이드들을 포함하는 확산 필름인 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  17. 적어도 하나의 광학 필름을 포함하되, 상기 광학 필름의 적어도 일부분은 상기 필름의 주변에 본딩된 탄성 물질을 통해 제어된 인장력의 적용을 위한 메카니즘의 존재에 의해 치수적으로 안정되도록 유지되고, 각 메카니즘에 대하여 적용된 인 장력의 최대 변화는 상기 광학 요소의 설계 온도 및 습도 범위에 대하여 예상되는 필름 치수 변화를 넘어 가장 높은 힘의 50% 보다 작은 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 인장력은 백라이트 유닛의 일부인 프레임을 통해 적용되는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  19. 제 1 항에 있어서, 2 개의 광학 필름들의 일부는, 상기 필름의 주변에 본딩된 탄성 물질을 통해 제어된 인장력의 적용을 위한 메카니즘의 존재에 의해 치수적으로 안정되도록 유지되는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  20. 제 26 항에 있어서, 적어도 하나의 추가적인 필름은 상기 필름의 주변에 본딩된 탄성 물질을 통해 제어된 인장력의 적용을 위한 메카니즘의 존재에 의해 치수적으로 안정되도록 유지되는 2 개의 광학 필름들 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  21. 제 20 항에 있어서, 적어도 하나의 추가적인 필름은 제어된 인장력의 적용을 위한 메카니즘의 존재에 의해 치수적으로 안정되도록 유지되는 2 개의 광학 필름들에 의해 상기 필름 표면에 수직하도록 구속되는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가적인 필름은 핀들에 대해 적용된 상기 필름의 구멍 및 슬롯에 의해 상기 필름의 평면 상에서 이동 및 회전이 더 구속되는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 물질은 엘라스토머(elastomer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 엘라스토머는 폴리우레탄(Polyurethanes), 실리콘 러버(Silicone rubbers), 폴리크로로프린(Polychloroprene), 에틸렌-프로필렌 코폴리머(Ethylene-propylene copolymer), 에틸렌-프로필렌 테르폴리머(Ethylene-propylene terpolymer), 비닐리덴 플루오라이드-클로로-트리플루오로 에틸렌 랜덤 코폴리머(Vinylidene fluoride-chloro-trifluoro ethylene random copolymer), 비닐리덴 플루오라이드-클로로-헥사플루오로 에틸렌 랜덤 코폴리머(Vinylidene fluoride-chloro-hexa fluoro ethylene random copolymer) 및 고강도 부나 엔 러버(High-Strength Buna-N Rubber)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 엘라스토머는 안정제(stabilizer) 또는 환경 보호 약제(environmental protective agent)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
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