KR20100037117A - 투과성 광학 필름을 갖는 백라이트 조립체 - Google Patents

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크리스틴 엘 썬호스트
존 에이 휘틀리
샌돈 디 하르트
매튜 이 소사
앤드류 제이 오더커크
에릭 제이 존슨
제이 에이 에쉬
니콜라스 지 롤랜드
앤드류 제이 헨더슨
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

백라이트를 적어도 일부 둘러싸는 프레임에 부착된 투과성 광학 필름을 갖는 광학 디스플레이 백라이트 조립체가 개시된다. 투과성 광학 필름은 프레임에 증가된 굽힘 저항을 제공할 수 있다. 프레임의 굽힘 저항의 증가는 또한 백라이트 조립체를 포함하는 디스플레이의 굽힘 저항을 증가시킨다. 광학 필름은 프레임에 부착된 후에 장력 상태에 있을 수 있고, 필름의 장력은 또한 처짐이 더 적은 더 평탄한 필름 표면을 가져올 수 있다. 필름은 프레임에 부착되기 전에 장력 상태로 배치될 수 있고, 프레임은 필름에 장력을 부여하기 위해 필름을 부착하기 전에 탄성적으로 뒤틀릴 수 있고, 또는 필름은 프레임에 부착된 후에 수축에 의해 장력을 발현시킬 수 있다.

Description

투과성 광학 필름을 갖는 백라이트 조립체{A BACKLIGHT ASSEMBLIES HAVING A TRANSMISSIVE OPTICAL FILM}
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 본 명세서에 참고로 포함되는 2007년 7월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/947776호에 대한 우선권을 주장한다.
휴대용 소비자 가전제품 분야의 최근의 경향은 더 크고 휴대성은 더 낮은 장치의 장치 기능을 유지하면서 장치의 크기 및 중량의 감소를 통한 더 높은 휴대성을 지향하고 있다. 예를 들어, 랩톱 컴퓨터는 두께 및 중량이 계속 감소되어 소비자가 컴퓨터를 더 쉽게 운반할 수 있도록 하지만, 스크린 크기 및 휘도뿐만 아니라 배터리 사용 시간과 같은 특성들은 저하되지 않아야 한다.
랩톱 컴퓨터의 크기 및 중량에 기여하는 구성요소들 중 하나는 폐쇄된 랩톱 컴퓨터의 상부의 역할을 하는 인클로저에 의해 둘러싸인 디스플레이 스크린(전형적으로, 액정 디스플레이 또는 LCD)이다. 디스플레이 휘도 및 배터리 수명을 저하시키지 않고 그와 동시에 디스플레이의 두께와 중량 둘 모두를 최소화하면서 디스플레이 스크린 면적을 증가시키기 위한 계속적인 노력이 산업계에 있어 왔다.
랩톱 컴퓨터에 사용되는 전형적인 LCD 스크린은 최소한, LCD 요소와, 백라이트와 같이 디스플레이 요소를 조명하는 광원을 포함한다. LCD 요소는 대부분의 디스플레이 스크린에서 백라이트에 부착되고, LCD 요소를 부착하는 전형적인 방법은 백라이트 및 LCD의 에지를 둘러싸는 접착 테이프에 의하는 것이다. 추가의 표준 구성요소는 예를 들어 백라이트에 의해 생성된 광을 효율적으로 이용함으로써 LCD 요소에 의해 디스플레이된 이미지의 형상을 향상시키는 하나 이상의 광학 필름을 포함한다. LCD, 백라이트 및 추가의 필름은 또한 구성요소들을 보호하고 디스플레이 스크린 인클로저 내에서의 적절한 정렬을 보장하기 위해 금속 프레임 내에 둘러싸일 수 있다.
LCD 스크린의 두께 및 중량을 감소시키기 위해 사용되는 방법들 중 하나는 디스플레이를 구성하는 2개의 광학 투명 기재(전형적으로 유리)의 두께를 감소시킴으로써 LCD 요소의 두께 및 중량을 감소시키는 것이다. 그러나, 유리의 두께를 감소시키는 것은 LCD 요소를 매우 깨지기 쉽고 파손되기 쉽게 만든다.
LCD 스크린의 두께 및 중량을 감소시키기 위해 사용되는 다른 방법은 더 얇고 더 에너지 효율적인 백라이트를 고안하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 산업 표준 CCFL(냉음극형광) 전구는 백라이트의 두께와 중량 둘 모두를 최소화하면서 디스플레이 영역을 가로질러 균일성 및 휘도를 최대화하도록 혁신적인 계획을 사용하여 광원으로서 더 효율적인 발광 다이오드(LED)로 교체되고 있다.
이들 및 다른 노력은 디스플레이의 두께를 과거의 대략 11 ㎜로부터 현재 구매 가능한 몇몇 디스플레이의 단지 4 ㎜의 두께까지 감소시킨 더욱 더 얇은 랩톱 컴퓨터 디스플레이를 가져온다. 불행하게도, 이러한 더 얇은 디스플레이는 또한 랩톱 컴퓨터를 개폐하는 동안 디스플레이의 부주의한 굽힘으로 인해 더 자주 파손되었다. 얇음 및 경량에 대한 요구를 항상 염두에 두고, 몇몇 제조업자는 예를 들어 탄소-섬유 복합물의 사용을 포함하여 LCD 패널을 보호하기 위해 디스플레이의 인클로저를 강성화하는 것을 지향하는 고비용의 해결책에 의존하고 있다. 따라서, 최소 중량 및 두께의 내구성 있고 비용 효율적인 디스플레이를 제공하는 것은 유용할 것이다.
백라이트, 프레임 및 투과성 광학 필름을 포함하는 백라이트 조립체가 개시된다. 백라이트는 20 이상의 종횡비를 가질 수 있고, 프레임은 백라이트를 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 프레임은 기부, 구조적 지지 리브, 기부에 위치된 제2의 투과성 광학 필름, 또는 기부, 구조적 지지 리브 및 제2의 투과성 광학 필름의 임의의 조합을 가질 수 있다. 투과성 광학 필름은 백라이트에 인접하게 배치되고 프레임에 부착된 복합 광학 필름일 수 있고, 프레임에 장력 상태로 부착될 수 있다. 프레임 및 백라이트 조립체는 필름이 부착되지 않은 경우의 굽힘 저항과 비교하여 증가된 굽힘 저항을 갖고, 프레임의 굽힘 저항의 증가는 10배 이상일 수 있다. 백라이트 조립체는 액정 디스플레이와 결합될 수 있고, 디스플레이의 굽힘 저항은 적어도 2배만큼 증가될 수 있다.
20보다 큰 종횡비를 가질 수 있는 백라이트와, 백라이트의 적어도 일부분을 둘러쌀 수 있는 프레임과, 장력 상태로 프레임에 부착된 투과성 광학 필름을 포함하는 백라이트 조립체가 또한 개시된다. 프레임은 기부, 구조적 지지 리브, 기부에 위치된 제2의 투과성 광학 필름, 또는 기부, 구조적 지지 리브 및 제2의 투과성 광학 필름의 임의의 조합을 가질 수 있다. 투과성 광학 필름은 백라이트에 인접하게 배치되고 프레임에 부착된 복합 광학 필름일 수 있다. 투과성 광학 필름은 편광기, 반사 편광기, 확산기, 반사기, 부분 반사기, 비대칭 반사기 및 구조화된 표면 필름으로부터 선택된 적어도 하나의 필름을 추가로 포함할 수 있다. 투과성 광학 필름은 필름을 프레임에 부착하기 전에 장력 상태로 유지될 수 있고, 투과성 광학 필름은 프레임에 부착된 후에 프레임에 인장력(tensile force)을 가할 수 있다. 프레임은 필름이 프레임에 부착된 후에 투과성 광학 필름에 장력을 인가할 수 있다. 프레임 및 백라이트 조립체는 필름이 부착되지 않은 경우의 굽힘 저항과 비교하여 증가된 굽힘 저항을 갖고, 프레임의 굽힘 저항의 증가는 10배 이상일 수 있다. 백라이트 조립체는 액정 디스플레이와 결합될 수 있고, 디스플레이의 굽힘 저항은 적어도 2배만큼 증가될 수 있다.
백라이트와, 백라이트의 적어도 일부분을 둘러쌀 수 있는 프레임과, 프레임에 부착된 복합 광학 필름을 포함하는 백라이트 조립체가 또한 개시된다. 필름은 고온 용융 접착제, 에폭시 접착제 및 반응성 폴리우레탄 접착제를 포함하지만 이에 한정되지 않는 접착제를 사용하여 프레임에 부착될 수 있다. 복합 광학 필름은 열경화성 중합체 필름일 수 있고 또한 섬유를 포함할 수 있으며, 섬유는 직포일 수 있다. 섬유는 유기 섬유 또는 무기 섬유일 수 있고, 무기 섬유는 유리, 세라믹 또는 유리-세라믹일 수 있다. 복합 광학 필름은 또한 다층 광학 필름, 복굴절성 필름, 미세구조체, 비대칭 반사 필름 또는 이의 조합을 포함할 수 있는 라미네이트일 수 있다. 백라이트 조립체는 액정 디스플레이와 결합될 수 있고, 백라이트 조립체는 또한 발광 패널과 결합될 수 있다.
프레임을 제공하는 단계와, 평면 광원의 적어도 일부분을 프레임 내에 배치하는 단계와, 프레임의 상부 개구를 가로질러 장력 상태로 유지된 투과성 광학 필름을 부착하는 단계를 포함하는 발광 패널을 제조하는 방법이 개시된다. 본 방법은 광원과 투과성 광학 필름 사이에, 또는 투과성 광학 필름 다음에 그리고 광원의 대향면 상에, 평면 광원에 인접하게 액정 디스플레이 모듈을 배치하는 단계를 추가로 개시한다.
광원의 적어도 일부분을 둘러싸는 반사 표면을 갖는 프레임과, 프레임의 개구 위에 배치된 비대칭 반사 필름을 포함하는 중공형 백라이트 조립체가 또한 개시된다. 중공형 백라이트 조립체는 또한 비대칭 반사 필름에 인접하고 프레임에 부착되어 프레임의 굽힘 저항을 증가시키는 투과성 광학 필름을 포함한다.
본 출원의 이들 태양 및 다른 태양이 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도 상기의 개요는 청구된 기술적 요지를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 그 기술적 요지는 절차를 수행하는 동안 보정될 수도 있는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.
본 명세서 전반에 걸쳐, 유사한 도면 부호가 유사한 요소를 나타내는 첨부 도면을 참조한다.
<도 1a>
도 1a는 랩톱 컴퓨터의 사시도.
<도 1b>
도 1b는 LCD의 전개 사시도.
<도 2>
도 2는 백라이트 조립체의 단면도.
<도 3a>
도 3a는 도 2의 백라이트 조립체 내의 프레임의 사시도.
<도 3b 및 도 3d>
도 3b 내지 도 3d는 도 3a의 프레임의 다른 실시 형태의 평면도.
<도 4a>
도 4a는 도 3b 내지 도 3d의 세그먼트 A-A'를 통한 단면도.
<도 4b>
도 4b는 도 4a의 단면도의 다른 실시 형태.
<도5a>
도 5a는 투과성 광학 필름의 일 실시 형태의 평면도.
<도 5b>
도 5b는 도 5a의 필름을 도 3a 내지 도 3d의 프레임에 부착하는 하나의 방법의 단면도.
<도 5c>
도 5c는 도 5b의 다른 실시 형태의 단면도.
<도 6>
도 6은 프레임 강도를 컴퓨터 모델링하기 위해 사용된 프레임의 사시도.
<도 7a 및 도 7c>
도 7a 내지 도 7c는 인클로저 내의 백라이트 조립체의 개략도.
<도 8a 및 도 8b>
도 8a 및 도 8b는 백라이트 조립체의 프레임과 함께 사용된 필름 지지체의 단면도.
<도 8c 및 도 8d>
도 8c 및 도 8d는 장력 하에서 필름을 프레임에 부착하기 위한 스플라인의 평면도 및 단면도.
<도 9a 및 도 9h>
도 9a 내지 도 9h는 몇몇 장력인가 프레임(tensioning frame) 설계의 개략도.
<도 10>
도 10은 중공형 백라이트 조립체의 단면도.
도면은 반드시 축척대로 도시된 것은 아니다. 도면에 사용된 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 그러나, 주어진 도면에서 구성요소를 지칭하기 위한 도면 부호의 사용은 동일한 도면 부호로 표시된 다른 도면의 구성요소를 제한하고자 하는 것이 아님을 이해할 것이다.
본 발명은 간판, 디스플레이, 조명 기구(luminaire) 및 작업용 조명을 포함한 광학 디스플레이와, 디스플레이의 통상의 취급 및 조작 동안 파손에 대한 그러한 디스플레이의 저항을 향상시키기 위한 방법에 적용 가능하다. 파손에 대한 저항의 이러한 향상은 디스플레이의 상대 굽힘 저항을 증가시킴으로써 성취된다. 굽힘 저항의 이러한 증가는, 바람직하게는 프레임 설계에 포함되는 높은 계수를 갖는 필름의 사용에 의해 디스플레이의 부분들을 둘러싸는 프레임의 강성을 향상시키는 경량의 구조체를 생성함으로써 성취된다.
비록 본 명세서에 포함된 설명이 프레임의 굽힘 저항을 증가시키기 위해 사용된 필름에 관한 것이지만, 강성 시트 또는 패널을 포함하여 충분히 광 투과성인 임의의 두께의 재료가 본 발명의 범주 내에 있다는 것은 이해되어야 한다. 또한, 비록 본 명세서에 포함된 설명이 백라이트 LCD에 관한 예를 언급하지만, 디스플레이의 구조적 강성의 향상은 예를 들어 OLED 디스플레이, EL 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, FED 디스플레이, 조명 기구, 라이트 박스(light box), 작업용 조명 등과 같이 굽힘에 의해 파손되기 쉬운 임의의 디스플레이 또는 조명 패널에 동등하게 적용 가능하다. 본 발명의 목적을 위한 용어 "백라이트 조립체"는 LCD와 같은 디스플레이 또는 조명 기구, 라이트 박스, 작업용 조명, 간판 등과 같은 조명 패널에 경량 및 강성을 제공하기 위해 사용되는 구성요소들의 집합체 또는 배열체를 의미한다.
달리 표시되지 않는 한, "백라이트 조립체들"의 언급은 또한 의도된 응용에서 공칭 균일 조명을 제공하는 확대된 영역의 다른 조명 장치에 적용하고자 하는 의도이다. 그러한 다른 장치는 편광된 또는 비편광된 출력을 제공할 수 있다. 예로서 라이트 박스, 간판, 채널 문자(channel letter) 및 종종 "조명 기구"로 언급되는 옥내(예를 들어, 가정집 또는 사무실)용 또는 옥외용으로 설계된 일반적인 조명 장치를 포함한다.
몇몇의 추가 이점이 광학 디스플레이에 사용된 프레임의 굽힘 저항을 증가시키는 필름의 사용으로부터 발생할 수 있다. 예를 들어, 굽힘 저항을 증가시키기 위해 장력 상태로 유지된 필름은 또한 지지되지 않은 영역에서 처짐을 덜 나타낼 것이고, 필름은 더 평탄할 것이다. 특히 광학 필름의 경우, 평탄도는 필름 표면의 전역에서 반사 및 굴절의 상이한 각도로부터 유래할 수 있는 것과 같은 필름의 영역들 사이의 이상(anomaly)을 제거하기 위해 요구된다.
투과성 광학 필름은 디스플레이 산업 전반에 걸쳐 광범위한 용도를 갖는다. 예시적인 투과성 광학 필름은 복합 광학 필름을 포함한 중합체 필름이다. 투과성 광학 필름의 예는 BEF, DBEF, DRPF(모두가 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수 가능함), 이득 확산기, 확산기, 보상 필름, 편광기, 시준 필름, 보안 필름, 착색 필름, 단순 투명 필름 등을 포함한다. 투과성 광학 필름의 추가의 예는 예를 들어 미국 특허 제5,882,774호(존자(Jonza) 등) 및 제5,867,316호(칼슨(Carlson) 등)와, 미국 특허 공개 제20060257679호(벤슨(Benson) 등) 및 제20060257678호(벤슨 등)와, 미국 특허 출원 제11/278336호 및 제11/278258호와, 또한 둘 모두가 2007년 5월 20일자로 출원된 제60/939079호 및 제60/939084호에서 찾아볼 수 있다.
도 1a는 인클로저(30) 내에 수용된 디스플레이 스크린(20)을 갖는 전형적인 랩톱 컴퓨터(10)의 사시도를 도시한다. 인클로저(30)는 힌지(50)에 의해 컴퓨터(40)에 부착된다. 랩톱 컴퓨터(10)가 개폐될 때, 일반적으로 손가락 끝으로 하나 또는 둘의 지점 "P"에 힘이 인가된다. 인클로저의 세기, 힌지의 마찰 및 인가된 힘의 크기에 따라, 디스플레이 영역은 구부려지거나 약간의 굽힘 운동을 경험할 수 있고, 이는 잠재적으로 디스플레이의 파손으로 이어진다.
도 1b는 도 1a의 인클로저(30)에 수용된 LCD(100)의 다양한 구성요소의 전개 사시도를 도시한다. 금속 프레임(110)은 반사기(120), 도광부(130) 및 광원(도시되지 않음)을 포함하는 백라이트(125)를 지지 및 정렬한다. 도광부(130)는 임의의 설계의 중실형 또는 중공형 도광부를 포함할 수 있고, 도광부는 전형적으로 광원으로부터의 광을 LCD의 표면 위에 균일하게 분배하기 위해 사용된다. 광원은 CCFL, LED 등을 포함하여 이전에 언급된 광원들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
달리 표시되지 않는 한, LED의 언급은 또한 컬러이든 백색이든, 편광이든 비편광이든 작은 발광 영역에서 밝은 광을 발출할 수 있는 다른 광원에 적용하고자 하는 의도이다. 예로서 반도체 레이저 장치와, 고체 상태 레이저 펌핑을 사용하는 광원을 포함한다.
용어 "LED"는 가시광이든, 자외선이든 또는 적외선이든 발광하는 다이오드를 말한다. 이는 통상의 것이든 초 방사성(super radiant) 종류의 것이든지 간에, "LED"로서 시판되는 비간섭성의 싸여진 또는 봉지된 반도체 소자를 포함한다. LED가 자외광과 같은 비가시광을 발광한다면, 그리고 가시광을 발광하는 몇몇 경우에 있어서, LED는 단파장 광을 장파장 가시광으로 변환하기 위해 인광체를 포함하도록 패키지되어(또는 원격 배치된 인광체를 조명할 수도 있음), 몇몇 경우에 백색광을 발광하는 장치가 얻어진다. "LED 다이"는 가장 기본적인 형태, 즉 반도전체 가공 절차에 의해 제조된 개별 구성요소 또는 칩(chip) 형태의 LED이다. 부품 또는 칩은 소자를 활성화하도록 전력을 인가하기에 적합한 전기 접점을 포함할 수 있다. 구성요소 또는 칩의 개개의 층 및 다른 기능 요소는 전형적으로 웨이퍼 규모로 형성되고, 완성된 웨이퍼는 이어서 개별적인 단품(piece part)으로 절단되어 다수의 LED 다이가 얻어질 수 있다. LED는 또한 컵 형상의 반사기 또는 다른 반사성 기재, 단순한 돔 형상의 렌즈 또는 임의의 다른 알려진 형상 또는 구조로 형성된 봉지 재료, 추출기(들) 및 전방-발광, 측면-발광 또는 다른 원하는 광 출력 분포를 만들어 내기 위해 사용될 수 있는 다른 패키징 요소들을 포함할 수 있다.
도 1b로 되돌아가서, LCD 모듈(165)은 LCD 패널(160) 및 구동 전자부품(170)을 포함하고, LCD 모듈(165)은 테이프(180)를 사용하여 금속 프레임(110)에 부착되며, 폴리카르보네이트 리테이너(150) 및 광학 필름(140)에 의해 백라이트(125)로부터 분리된다. 전형적인 랩톱 컴퓨터에서, LCD 모듈은 일 에지에서 힌지결합된 인클로저 내에 배치되어, 선회 가능한 컴퓨터 스크린을 제공한다. LCD 모듈은 예를 들어 인클로저의 내부로 성형될 수 있는 탭 또는 포스트를 사용함으로써 이동을 방지하도록 이러한 인클로저 내에 어떤 방식으로 고정된다. 깨지기 쉬운 LCD 모듈에 대한 추가의 보호 및 지지를 제공하는 인클로저 내의 탄성 패딩이 또한 있을 수 있다.
LCD 모듈을 고정하기 위해 사용된 방법에 관계 없이, 컴퓨터가 개방, 사용 및 폐쇄될 때 힌지 기구와 사용자의 손 둘 모두에 의해 힘이 인클로저에 가해진다. 이 힘은 LCD 모듈로, 그리고 궁극적으로는 인클로저에 의해 둘러싸인 깨지기 쉬운 LCD 유리로 전달된다. 이는 LCD 유리에 대한 손상을 가져올 수 있다. LCD 모듈로 전달되는 힘을 감소시키는 하나의 방법은 더 두껍거나 더 강성이거나 또는 더 높은 계수의 재료를 사용함으로써 인클로저의 강성을 충분히 증가시키는 것에 의하는 것이다. 만약 랩톱 컴퓨터의 중량, 가격 및 크기가 관심사가 아니라면, 충분한 강성의 인클로저가 인클로저 상의 힘이 LCD 모듈로 전달되는 것을 본질적으로 제거하도록 제조될 수 있다. 그러나, 소비자는 무겁고 두꺼운 것보다 가볍고 얇은 랩톱 컴퓨터를 더 쉽게 받아들이기 때문에, 컴퓨터 스크린은 바람직하게는 다른 방식으로 더 강성으로 제조된다.
조립될 때 LCD 모듈(100)의 강성은 모듈을 포함하는 다양한 구성요소들의 특성의 조합으로부터 그리고 다양한 구성요소들이 조립되는 방식으로부터 비롯된다. 만약 모듈이 예를 들어 감압 접착제(PSA) 접착제 배킹된 테이프에 의해 함께 테이프 접합된다면, 조립 시스템에 기인하여 모듈 강성의 상승적 증가는 한정된다. 대신에, 조립된 모듈의 강성은 실질적으로 가장 강성인 구성요소로부터 얻어진다. 모듈의 일 표면에 수직하게 가해진 힘은, 추가의 상대 운동이 가능하지 않을 때까지, 모듈 구성요소들이 서로에 대해 이동하여 가해진 힘을 수용하게 할 수 있다. 이 시점에서, 가해진 응력은 가장 강성인 구성요소에 직접 가해질 것이고, 이는 궁극적으로 그 구성요소가 예를 들어 파손에 의해 고장 나게 한다. 전술된 LCD 모듈에서, 가장 강성인 구성요소는 전형적으로 LCD에 사용된 유리이고, 그러한 것으로서 인클로저에 과도한 힘이 가해진 결과는 LCD 모듈의 파괴를 가져온다. 본 발명의 하나의 이점은 LCD, 모듈 및 패널에 대한 손상의 감소된 가능성이다.
이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 몇몇 구성요소가 도시된다. 백라이트 조립체(200)는 프레임(210) 및 투과성 광학 필름(220)을 포함한다. 투과성 광학 필름(220)은 부착 영역(230)에서 프레임(210)에 부착되어, 캐비티(240)를 형성한다. 프레임(210) 및 부착된 투과성 광학 필름(220)은 강성과 그에 따른 백라이트 조립체(200)의 굽힘 저항을 증가시키는 작용을 함께 할 수 있다. 적어도 하나가 발광하도록 구성 및 배열되는 제1 표면(252) 및 제2 표면(254)을 갖는 백라이트(250) 및 선택적인 광학 필름(260)은 캐비티(240) 내에 배치되고, LCD 모듈(270)은 투과성 광학 필름(220)에 인접하게 배치된다. LCD 모듈(270)은 대안적으로 백라이트(250)와 투과성 광학 필름(220) 사이의 캐비티 내에 배치될 수 있다. 필름의 사용에 의한 프레임의 굽힘 저항의 증가는 20 초과와 같이 높은 종횡비를 갖는 프레임의 경우에 특히 유용하다. 본 발명의 목적을 위해 용어 "종횡비"는 프레임 캐비티의 가장 큰 측방향 치수를 캐비티의 깊이로 나눈 것을 의미한다. 예를 들어, 가장 큰 측방향 치수가 40 ㎝이고 깊이가 1 ㎝인 프레임 캐비티는 종횡비가 40일 것이다.
백라이트 조립체의 강성은 (a) 프레임의 강성, (b) 필름의 강성 및 (c) 이들이 함께 부착 또는 첨부되는 방식과 관련될 수 있다. 이하의 문단들은 프레임 및 프레임을 더 강성으로 만드는 방법과, 필름 및 필름을 더 강성으로 만드는 방법과, 강성 조립체를 만들도록 프레임 및 필름을 조립하는 방법을 설명할 것이다. 이러한 목적을 위해, 도 2의 구성요소 각각이 이제 더 상세하게 설명될 것이다.
프레임의 강성
프레임(210)은 디스플레이의 몇몇 구성요소의 정렬 및 배치를 수용하고자 하는 의도이다. 프레임은 프레임/중합체 구조물의 강성에 기여할 수 있어서, 프레임에 대한 설계 변경은 백라이트 조립체 및 전체 디스플레이의 강성에 영향을 미친다. 프레임 및 백라이트 조립체의 강성의 증가는 전체 디스플레이의 강성의 전반적인 증가로 이어지지만, 전반적인 강성 증가는 임의의 일 구성요소의 강성의 증가에 직접 비례하지 않을 수 있다. 예를 들어, 프레임 강성에 있어서 50배의 향상은 단지, 다른 구성요소들의 상호 작용으로 인해, 전체 디스플레이의 강성의 두 배로 이어질 수 있다. 프레임은 구성의 상대적인 용이함, 재료의 비용 및 크기/중량의 고려에 따라서 재료의 몇몇 유형 중 하나 이상으로 구성될 수 있다. 프레임은 캐비티를 둘러싸는 3차원 구조물을 제공하고, 백라이트 및 디스플레이에 관련된 다른 구성요소들을 캐비티 내에 원하는 순서로 배치하기 위한 위치를 제공한다.
프레임 재료는 알루미늄, 티타늄, 마그네슘, 강철, 금속 합금 등과 같은 금속으로 구성될 수 있다. 프레임 재료는 또한 비금속성 투명, 불투명, 또는 반투과형(transflective) 재료, 예를 들어 플라스틱, 탄소 섬유 및/또는 유리 섬유 복합물을 포함한 복합물, 유리 등으로 제조될 수 있다. 프레임은 인클로저로부터 분리된 구조물일 수 있거나, 또는 인클로저의 일체형 부분으로서 형성될 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 적합한 프레임 재료는 바람직하게는, 여전히 3차원 구조물로 손쉽게 형성될 수 있으면서, 예를 들어 약 105 N/㎟보다 큰 높은 탄성계수를 갖는다. 그러한 재료의 예는 얇은 시트 형태의 알루미늄, 강철, 스테인리스 강철, 주석 및 다른 금속과 같은 냉간 압연 금속을 포함한 시트 금속을 포함한다. 시트 금속은 스탬핑(stamping)에 의해서와 같이 통상적인 금속 성형 기술에 의해 용이하게 형상화되거나 형성될 수 있다. 선택적으로, 프레임은 다이 캐스팅으로 주조된 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함한 주조된 금속으로 형성될 수 있다. 구매 가능한 디스플레이에 사용되는 프레임 재료의 두께는 바람직하게 1㎜ 두께 미만, 예를 들어 0.2 ㎜ 두께이다.
도 3a 내지 도 3d는 전술된 기술에 의해 형성된 프레임의 상이한 설계의 예를 도시한다. 도 3a는 프레임의 후방에 배치된 기부(310) 및 기부(310)의 주연부를 따라서 위치된 후방 레지(ledge)(345)를 갖는 프레임(300)을 도시한다. 후방 레지(345)는 기부(310)에 인접하게 프레임(300) 내의 적소에 구조물들을 한정시킨다. 측면(320)은 후방 레지(345)와 접하고, 플랜지(330)는 프레임의 측면(320)에 의해 한정된 전방 주연부(340)를 둘러싼다. 플랜지(330)는 대안적으로 전방 주연부(340) 내에 (즉, 후방 레지(345)와 유사한 배향으로) 위치될 수 있고, 전방 주연부(340)에 또는 전방 주연부(340)와 후방 레지(345) 사이의 위치에 위치될 수 있다. 기부(310)는 그 안에 개구를 갖지 않는 중실형 기부일 수 있고, 이러한 경우에 후방 레지(345)는 전체 기부(310)를 가로질러 연장된다. 기부(310)는 또한 개방될 수 있고 재료가 실질적으로 전혀 없을 수 있다. 이 경우에 후방 레지(345)는 존재하지 않고, 기부(310)는 전방 주연부(340)에 의해 한정된 것과 유사한 개구를 형성한다. 몇몇 실시 형태에서, 기부(310)는 전방 주연부(340)와 기부(310) 사이의 (측면(320)에 의해 표시된) 분리가 프레임(300)을 가로질러 균일하도록 플랜지(330)에 평행할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 기부(310)는 대신에, 전방 주연부(340)와 기부(310) 사이의 분리가 예를 들어 쐐기 형상으로와 같이 프레임(300)을 가로질러 변하도록 플랜지(330)에 대해 단차지거나, 비스듬하거나 또는 만곡될 수 있다. 도 3b 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 기부(310)에는 또한 리브(370)에 의해 분리된 다양한 형상 및 크기의 개구(360)가 구비될 수 있다.
프레임의 설계를 향상시킬 수 있는 하나의 변형은 강도를 동일하거나 또는 더 크게 유지하면서 프레임의 중량을 감소시키는 것이다. 이러한 관계를 기술할 수 있는 파라미터가 강도 대 중량 비이다. 증가된 강도 대 중량 비는 도 3b 내지 도 3d에 도시된 것과 유사한 리브 형성된 설계를 사용함으로써 생길 수 있다. 강도 대 중량 비는 또한 프레임의 중량을 감소시키면서 기부의 여러 위치의 재료를 제거함으로써 향상될 수 있는데, 이는 구조물의 강성에 최소의 영향을 줄 수 있기 때문이다.
도 3b 내지 도 3d의 선 A-A'를 따르는 단면인 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 폭이 "r"인 리브(370)는 리브(370)의 굽힘에 대한 저항을 더하는 높이가 "s"인 보강 구조물(380)을 가질 수 있다. 예를 들어, 리브들 중 일부 또는 모두는 평면으로부터 굽혀진 리브의 측면에 평행한 하나 이상의 중심 부분을 가질 수 있어, 이는 보강 구조물(380)을 형성한다. 보강 구조물은 백라이트 조립체(200)의 캐비티(240) 안으로 또는 캐비티(240)의 밖으로 돌출할 수 있다. 이 보강 구조물은 리브의 강성을 증가시키고, 또한 프레임 강성의 부수적인 증가를 가져온다. 보강 구조물(380)은 리브(370) 중 임의의 것에 또는 모두에 형성될 수 있고, 또한 후방 레지(345) 또는 플랜지(330)에 형성될 수 있다. 하나 초과의 보강 구조물이 임의의 리브에 형성될 수 있고(즉, 리브 내에 몇몇의 평행한 구조물(380)), 비록 보강 구조물(380)이 도 4a 및 도 4b에서 예각을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 구조물은 원형 형상과 같은 임의의 형상일 수 있고, 여전히 리브를 보강하는 동일한 기능을 수행한다는 것을 이해하여야 한다.
필름의 강성
도 2에 도시된 다른 구성요소를 참조하여, 투과성 광학 필름이 이제 더 상세하게 설명될 것이다. 전술된 바와 같이, 투과성 광학 필름은 프레임과 함께 백라이트 조립체의 강도를 증가시키는 작용을 한다. 백라이트로부터의 광 출력은 광학적으로 투과성인 중합체 필름을 통과하여 백라이트 조립체를 떠난다.
투과성 광학 필름은 중합체 매트릭스 내에 매설된 섬유를 포함하는 제1 층과, 선택적으로 제1 층에 부착된 제2 층을 갖는 복합 광학 필름일 수 있다. 섬유는 무기 섬유, 유기 섬유 또는 무기 및 유기 섬유의 조합일 수 있다. 적합한 제1 층 필름은 2007년 1월 23일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/278346호에 기재되어 있고, 다른 적합한 제1 층 필름이 또한 당업계에 알려져 있다. 비록 복합 광학 필름이 예를 들어 열팽창계수(CTE)가 더 우수하고 크리프(creep)가 복합물이 아닌 광학 필름보다 더 낮은 이점을 가질 수 있지만, 몇몇 응용에서 복합물이 아닌 필름이 만족스러울 수 있다. 만약 제공된다면 제2 층은 제1 층과 동일하거나 상이할 수 있다.
만약 제공된다면 제2 층은 휘도 향상을 제공하는 휘도 향상 필름(BEF) 또는 간섭 유형을 포함하는 반사 편광기, 블렌드 편광기, 와이어 그리드 편광기를 포함한 다른 필름과 같은 구조화된(또는 미세구조화된) 표면 필름; 터닝 필름, 역반사 입방체 모서리 필름을 포함한 다른 구조화된 표면; 표면 확산기, 이득 확산기 구조화된 표면, 또는 구조화된 벌크 확산기와 같은 확산기; 반사방지 층, 하드 코트 층, 내오염성 하드 코트 층, 루버형 필름(louvered film), 흡수성 편광기, 부분 반사기, 비대칭 반사기, 파장 선택 필터, 천공된 미러를 포함하는 국부적인 광학적 또는 물리적 광 투과성 영역을 갖는 필름; 보상 필름, 복굴절성 또는 등방성 단층(monolayer) 또는 블렌드 뿐만 아니라 비드 코팅일 수 있다. 예를 들어, 추가의 코팅 또는 층의 목록은 미국 특허 제6,459,514호(존자) 및 제6,827,886호(니아빈(Neavin) 등)에 추가로 상세하게 논의된다. 제2 층은 또한 추가의 복합 광학 필름일 수 있다. 선택적으로, 제1 층은 또한 전술된 표면 구조들 중 임의의 것을 가질 수 있다.
투과성 광학 필름은 선택적으로 도광부에 라미네이팅될 수 있거나 또는 도광부의 일체형 부분일 수 있다. 예를 들어, 광은 일 표면 또는 양 표면 상의 홈, 리지(ridge) 또는 프린트된 도트를 포함하는 추출 특징부를 갖는 필름의 에지를 따라서 투과성 광학 필름 또는 투과성 광학 필름/도광부 조합체 안으로 주입될 수 있다. 추출 특징부는 광이 필름의 일 표면 또는 양 표면으로부터 필름의 내부를 빠져나오게 한다. 도광부에 대응하는 추출 구조물은 예를 들어 미국 특허 출원 제11/278336호에서 찾아볼 수 있다.
다른 실시 형태에서, 투과성 광학 필름은 도 10에 도시된 바와 같은 중공형 백라이트(1000)에 포함된다. 중공형 백라이트는, 예를 들어 모두가 2007년 5월 20일자로 출원된 공동 소유의 미국 특허 출원 제60/939079호, 제60/939082호, 제60/939083호, 제60/939084호 및 제60/939085호에 기재된 바와 같이 광 균일성을 향상시키기 위해 대략 11%의 투과도를 갖는 비대칭 반사 필름일 수 있다. 도 10의 중공형 백라이트에서, 프레임(210)에는 반사 표면(1030) 및 LED(1040)가 구비된다. LED(1040)는 본 명세서에 기재된 반도체 광원들 중 임의의 것일 수 있고, 또한 만일 프레임(210)의 개구(도시되지 않음)를 통과한 광을 중공형 백라이트의 반사 내부에 제공하도록 구성되었다면 프레임(210)의 외부에 위치될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 프레임(210)은 LED(1040)를 부분적으로 둘러싸서 광을 중공형 백라이트 캐비티 내로 효율적으로 지향시키는 광 시준 구조물(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 적합한 광 시준 구조물의 예는 평탄한, 만곡된 또는 세그먼트형인 배플(baffle) 또는 쐐기; 포물선, 포물면 또는 복합 포물선형 집광기와 같은 형상화된 렌즈 등을 포함한다. 반사 표면(1030)은 프레임의 표면일 수 있거나, 프레임에 부착된 별개의 고반사성 필름일 수 있다. 비대칭 반사 필름(1020)은 투과성 광학 필름(220)에 인접하게 배치되고 그에 부착되어, 비대칭 반사 필름(1020)의 과도한 처짐을 방지한다. 일 실시 형태에서, 반사 표면(1030)은 예를 들어 미국 특허 출원 제11/467326호에 기재되어 있는 바와 같은 비드 코팅된 향상된 경면 반사(ESR) 필름과 같은 반경면 반사기(semispecular reflector)일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 비대칭 반사 필름(1020)은 대신에 비대칭 반사 필름의 대략 11%의 투과도보다 큰 투과도를 갖는 부분 반사 필름으로 교체될 수 있고, 예를 들어 20%, 30%, 40% 이상이 몇몇 경우에 중공형 백라이트에 사용될 수 있다.
다른 실시 형태에서, 인광체 입자가 투과성 광학 필름 내에 또는 필름의 표면 상에 코팅된 하나 이상의 추가 층 내에 포함될 수 있다. 이 실시 형태에서, 인광체가 로딩된 투과성 광학 필름은 예를 들어 미국 특허 공개 제20040145913호(아우더커크(Ouderkirk) 등)에 도시된 바와 같이 UV 또는 청색 LED로부터의 광을 하향-변환(down-convert)하기 위해 사용될 수 있다. 인광체가 로딩된 필름은 또한 광 활용의 효율을 개선하기 위해 하나 이상의 파장 선택 투과성 필름과 함께 사용될 수 있다. 파장 선택 필름의 예는 예를 들어 미국 특허 제6010751호(쇼우(Shaw) 등), 제6172810호(플레밍(Fleming) 등) 및 제6531230호(웨버(Weber) 등)에 나타나 있다.
투과성 광학 필름은 중합체의 필름, 시트 또는 플레이트일 수 있다. 강성인 필름이 특별한 관심의 대상이다. 몇몇 실시 형태에서, 투과성 광학 필름은 예를 들어 약 104 N/㎟ 초과와 같이 높은 탄성계수를 갖는 강성 재료일 수 있다. 광학 필름의 강성을 향상시키기 위한 하나의 시도는 필름 내에 보강 섬유를 포함함으로써 계수를 증가시키는 것이다. 본 발명의 목적을 위한 "복합 광학 필름"은 중합체 매트릭스 내에 포함된 섬유를 갖는 투과성 광학 필름을 의미하고, 섬유 또는 입자는 유기 또는 무기 섬유일 수 있다. 복합 광학 필름은 선택적으로 섬유에 더하여 유기 또는 무기 입자를 포함할 수 있다. 몇몇 예시적인 섬유는 굴절률의 관점에서 필름의 주위 재료와 일치되어 필름을 통과하는 광의 산란이 거의 없거나 전혀 없다. 비록 많은 응용에서 복합 광학 필름이 예를 들어 약 0.2 ㎜ 미만과 같이 얇은 것이 바람직할 수 있지만, 두께에 대한 특별한 제한은 없다. 몇몇 실시 형태에서, 복합 재료 및 더 큰 두께의 이점을 조합하여, 예를 들어 0.2 내지 10 ㎜의 두께일 수 있는 LCD-TV에 사용되는 두꺼운 플레이트를 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명에 관하여 사용되는 바와 같은 용어 "광학 필름"은 또한 더 두꺼운 광학 플레이트 또는 도광부를 포함할 수 있다.
보강된 투과성 광학 필름의 일 실시 형태는 중합체 매트릭스 내에 배치된 유기 섬유의 복합 광학 필름을 포함한다. 보강된 투과성 광학 필름의 다른 실시 형태는 중합체 매트릭스 내에 배치된 무기 섬유의 복합 광학 필름을 포함한다. 중합체 매트릭스 내에 배치된 무기 섬유의 경우가 아래에서 설명되지만, 유기 섬유는 몇몇 실시 형태에서 무기 섬유와 대체될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 유기 섬유의 사용은 만약 복굴절성 유기 섬유가 사용된다면 추가의 광학 효과를 제공할 수 있다. 복굴절성 유기 섬유는 예를 들어 미국 특허 공개 제20060193577호(아우더커크 등) 및 제20060194487호(아우더커크 등)에 기재되어 있다.
중합체 매트릭스 내의 섬유의 배향("섬유 축")은 변할 수 있어서 보강된 투과성 광학 필름의 기계적 특성에 영향을 줄 수 있다. 섬유 축은 프레임에 대해 0도 및 90도로 배향될 수 있거나, 또는 전체 프레임/필름 구조의 굽힘 저항 및 기계적 설계에 유리한 것으로 간주되는 몇몇 다른 각도로 배향될 수 있다. 또한, 천을 포함하는 섬유는 천 내에 0도 및 90도로 배향될 필요가 없다. 디스플레이의 주축 또는 대각선을 따라서 섬유를 배향시키는 것은 특별한 이점을 제공할 수 있다.
무기 섬유는 유리, 세라믹 또는 유리-세라믹 재료로 형성될 수 있고, 하나 이상의 토우(tow) 또는 하나 이상의 직포 층에서 매트릭스 내에 개별 섬유로서 배열될 수 있다. 섬유는 규칙 패턴 또는 불규칙 패턴으로 배열될 수 있다. 보강된 중합체 층의 여러 상이한 실시 형태가 미국 특허 공개 제20060257678호(벤슨(Benson) 등)에 더 상세하게 논의되어 있다. 토우 또는 직포 천 내에 배열된 섬유는 바람직하게는 초핑된 섬유 또는 스테이플 섬유보다는 연속적인 섬유이다. 비록 짧은 초핑된 섬유, 스테이플 섬유 또는 심지어 미립자가 열팽창계수(CTE) 및 뒤틀림 저항을 포함한 기계적 특성을 변경하기 위해 사용될 수 있지만, 연속 섬유 구성이 계수 및 인장 특성을 더 큰 정도까지 변경할 수 있다. 결과적으로, 연속 섬유 구성은 프레임이 굽혀질 때 섬유가 필름 내의 응력의 일부를 견디게 한다.
매트릭스 및 섬유의 굴절률은 일치하도록 또는 불일치하도록 선택될 수 있다. 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 생성된 필름이 광원으로부터의 광에 대해 거의 또는 완전히 투과성을 갖도록 굴절률을 일치시키는 것이 바람직할 수 있다. 다른 예시적인 실시 형태에서, 특정 컬러의 산란 효과를 발생시키기 위해 또는 필름에 입사된 광의 확산 투과 또는 반사를 발생시키기 위해 굴절률을 의도적으로 불일치시키는 것이 바람직할 수 있다. 굴절률 일치는 수지 매트릭스의 굴절률과 거의 동일한 굴절률을 갖는 적절한 섬유 보강물을 선택함으로써 또는 섬유의 굴절률에 가깝거나 이와 동일한 굴절률을 갖는 수지 매트릭스를 생성함으로써 달성될 수 있다.
중합체 매트릭스를 형성하는 재료에 대한 x, y 및 z 방향으로의 굴절률은 본 명세서에서는 n1x, n1y 및 n1z로 언급된다. 중합체 매트릭스 재료가 등방성인 경우, x, y 및 z 방향 굴절률은 모두 실질적으로 일치된다. 매트릭스 재료가 복굴절성인 경우, x, y 및 z 방향 굴절률 중 적어도 하나는 나머지와는 다르다. 섬유의 재료는 전형적으로 등방성이다. 따라서, 섬유를 형성하는 재료의 굴절률은 n2로 주어진다. 그러나, 섬유는 복굴절성일 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 중합체 매트릭스가 등방성, 즉 n1x ≒ n1y ≒ n1z ≒ n1인 것이 바람직할 수 있다. 2개의 굴절률 사이의 차이가 0.05 미만, 바람직하게는 0.02 미만, 더 바람직하게는 0.01 미만이면, 이들 2개의 굴절률은 실질적으로 동일한 것으로 여겨진다. 따라서, 굴절률의 어떠한 쌍도 0.05보다 크지 않게, 바람직하게는 0.02보다 작게 상이하다면 재료는 등방성인 것으로 여겨진다. 또한, 몇몇 실시 형태에서, 매트릭스 및 섬유의 굴절률이 실질적으로 일치되는 것이 바람직하다. 따라서, 매트릭스와 섬유 사이의 굴절률 차이, 즉 n1과 n2 사이의 차이는 작아야 하고, 적어도 0.03 미만, 바람직하게 0.01 미만, 더 바람직하게 0.002 미만이어야 한다.
다른 실시 형태에서, 중합체 매트릭스가 복굴절성인 것이 바람직할 수 있으며, 이 경우에 매트릭스 굴절률 중 적어도 하나는 섬유의 굴절률과는 상이하다. 섬유가 등방성인 실시 형태에서, 복굴절성 매트릭스는 적어도 하나의 편광 상태의 광이 보강층에 의해 산란되게 한다. 산란의 양은 산란되는 편광 상태에 대한 굴절률 차이의 크기, 섬유의 크기 및 매트릭스 내의 섬유의 밀도를 포함하는 다수의 인자에 의존한다. 또한, 광은 전방 산란(확산 투과)되거나, 후방 산란(확산 반사)되거나, 또는 이들 둘 모두의 조합일 수 있다. 섬유 보강층에 의한 광의 산란은 미국 특허 공개 제20060257678호(벤슨 등)에 더 자세하게 논의되어 있다.
중합체 매트릭스에서 사용하기에 적합한 재료는 원하는 광 파장 범위에 걸쳐 투과성을 갖는 열가소성 및 열경화성 중합체를 포함한다. 몇몇 실시 형태에서, 중합체가 물에 비용해성이거나, 중합체가 소수성일 수 있거나 또는 물 흡수 경향이 낮을 수 있는 것이 특히 유용할 수 있다. 또한, 적합한 중합체 재료는 비결정질 또는 반결정질일 수 있고, 그의 단일중합체, 공중합체 또는 블렌드를 포함할 수 있다. 중합체 재료의 예에는 폴리(카르보네이트)(PC)와; 신디오탁틱(syndiotactic) 및 아이소탁틱(isotactic) 폴리(스티렌)(PS)과; C1-C8 알킬 스티렌과; 알킬, 방향족, 지방족 및 고리 함유 (메트)아크릴레이트-폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA) 및 PMMA 공중합체를 포함함-와; 에톡실화 및 프로폭실화 (메트)아크릴레이트와; 다작용성 (메트)아크릴레이트와; 아크릴화 에폭시와; 에폭시와; 그리고 기타 에틸렌계 불포화 물질과; 사이클릭 올레핀 및 사이클릭 올레핀 공중합체와; 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)과; 스티렌 아크릴로니트릴 공중합체(SAN)와; 에폭시와; 폴리(비닐사이클로헥산)과; PMMA/폴리(비닐플루오라이드) 블렌드와; 폴리(페닐렌 옥사이드) 얼로이(alloy)와; 스티렌계 블록 공중합체와; 폴리이미드와; 폴리설폰과; 폴리(비닐 클로라이드)와; 폴리(다이메틸 실록산)(PDMS)과; 폴리우레탄과; 포화 폴리에스테르와; 낮은 복굴절성의 폴리에틸렌을 포함하는 폴리(에틸렌)과; 폴리(프로필렌)(PP)과; 폴리(알칸 테레프탈레이트), 예를 들어 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET)와; 폴리(알칸 나프탈레이트), 예를 들어 폴리(에틸렌 나프탈레이트)(PEN)와; 폴리아미드와; 이오노머와; 비닐 아세테이트/폴리에틸렌 공중합체와; 셀룰로오스 아세테이트와; 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트와; 플루오로중합체와; 폴리(스티렌)-폴리(에틸렌) 공중합체와; 폴리올레핀계 PET 및 PEN을 포함하는 PET 및 PEN 공중합체와; 그리고 폴리(카르보네이트)/지방족 PET 블렌드가 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. (메트)아크릴레이트라는 용어는 상응하는 메타크릴레이트 또는 아크릴레이트 화합물인 것으로서 정의된다. 이들 중합체는 광학적으로 등방성인 형태로 사용될 수 있다.
일부 제품 적용예에서, 필름 제품 및 성분은 저수준의 일시적 화학종(저분자량, 미반응 또는 비전환 분자, 용해된 물 분자, 또는 반응 부산물)을 나타내는 것이 중요하다. 일시적 화학종은 제품 또는 필름의 최종 사용 환경으로부터 흡수될 수 있으며, 예를 들어 물 분자는 초기의 제품 제조에서부터 제품 또는 필름 내에 존재할 수 있거나, 화학 반응(예를 들어, 축합 중합 반응)의 결과로서 생성될 수 있다. 축합 중합 반응으로부터의 작은 분자 발생의 예로는 다이아민과 이산(diacid)의 반응으로부터의 폴리아미드의 형성 동안의 물의 유리가 있다. 일시적 화학종은 저분자량 유기 재료, 예를 들어 단량체, 가소제 등도 포함할 수 있다.
일시적 화학종은 일반적으로 나머지의 기능성 제품 또는 필름에 포함되는 대부분의 재료보다 분자량이 일반적으로 더 작다. 제품 사용 조건은 예를 들어 열 응력으로 이어질 수도 있으며, 이러한 열 응력은 제품 또는 필름의 한 면에서 차등적으로 더 크다. 이러한 경우, 일시적 화학종은 필름을 통하여 이동하거나 필름 또는 제품의 한 표면으로부터 휘발하여 농도 구배, 총체적인 기계적 변형, 표면 변경, 및 때로 바람직하지 못한 가스 발생(out-gassing)을 야기할 수 있다. 가스 발생은 제품, 필름 또는 매트릭스 내에 공극 또는 기포가 생기게 할 수 있거나, 다른 필름으로의 부착에서 문제가 될 수 있다. 또한, 일시적 화학종은 제품 적용에서 다른 성분들을 잠정적으로 용매화하거나, 에칭하거나 다른 성분들에게 바람직하지 못한 영향을 줄 수 있다.
이들 중합체 중 몇몇은 배향될 때 복굴절성으로 될 수 있다. 특히, PET, PEN 및 그의 공중합체와, 액정 중합체는 배향될 때 상대적으로 큰 값의 복굴절률을 나타낸다. 중합체는 압출 및 신장을 포함한 상이한 방법을 사용하여 배향될 수 있다. 신장은 중합체의 배향에 있어서 특히 유용한 방법인데, 그 이유는 신장이 고도의 배향을 가능하게 하고, 다수의 용이하게 조절가능한 외부 파라미터, 예를 들어 온도 및 신장 비에 의해 조절될 수도 있기 때문이다.
매트릭스에는 광학 투과성 중합체 필름에 원하는 특성을 부여하는 다양한 첨가제가 구비될 수 있다. 예를 들어, 첨가제는 내후용 제제(anti-weathering agent), UV 흡수제, 장해 아민 광 안정제, 산화방지제, 분산제, 윤활제, 정전기 방지제, 안료 또는 염료, 인광체, 핵화제, 난연제 및 발포제(blowing agent) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
몇몇 예시적인 실시 형태는, 시간이 지남에 따라 황화 및 흐려짐에 대해 내성을 갖는 중합체 매트릭스 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 방향족 우레탄과 같은 일부 재료는 UV 광에 장기간 노출될 때 불안정해지며, 시간이 지남에 따라 컬러가 변한다. 장기간 동안 동일한 컬러를 유지하는 것이 중요한 경우에 그러한 재료를 피하는 것이 요구될 수 있다.
다른 첨가제가 중합체의 굴절률의 변경 또는 재료의 강도 증가를 위해 매트릭스에 제공될 수 있다. 그러한 첨가제는, 예를 들어 중합체 비드 또는 입자 및 중합체 나노입자와 같은 유기 첨가제를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 매트릭스는 둘 이상의 상이한 단량체들의 특정 비를 사용하여 형성되고, 각각의 단량체는 중합된 때 상이한 최종 굴절률과 관련된다. 상이한 단량체들의 비는 최종 수지의 굴절률을 결정한다.
다른 실시 형태에서, 무기 첨가제를 매트릭스에 첨가하여 매트릭스의 굴절률을 조정하거나, 이 재료의 강도 및/또는 강성을 증가시킬 수도 있다. 무기 첨가제는 또한 매트릭스 내구성, 내스크래치성, CTE 또는 다른 열적 특성들에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 무기 재료는 유리, 세라믹, 유리-세라믹 또는 금속 산화물일 수 있다. 무기 섬유와 관련하여 이하에 논의되어 있는 임의의 적합한 유형의 유리, 세라믹 또는 유리-세라믹이 사용될 수 있다. 적합한 유형의 금속 산화물은, 예를 들어 티타니아, 알루미나, 산화주석, 산화안티몬, 지르코니아, 실리카, 그 혼합물 또는 그의 혼합된 산화물을 포함한다. 그러한 무기 재료는 나노입자, 예를 들어 형태에 있어서 분쇄된, 분말화된 비드, 박편(flake) 또는 미립자로서 제공되어, 매트릭스 내에 분포될 수 있다. 나노입자는 예를 들어 기상 또는 용액 기반 처리를 이용하여 합성될 수 있다. 입자의 크기는 바람직하게는 약 200 ㎚ 미만이며, 100 ㎚ 미만 또는 심지어 50 ㎚ 미만이어서 매트릭스를 통과하는 광의 산란을 감소시킬 수 있다. 첨가제는 현탁액의 분산 및/또는 리올로지 및 다른 유동 특성을 최적화하거나 또는 중합체 매트릭스와 반응하기 위한 기능화 표면(funcionalized surface)을 가질 수 있다. 다른 유형의 입자로는 중공 쉘(shell), 예를 들어 중공 유리 쉘이 포함된다.
임의의 적합한 유형의 무기 재료가 섬유에 사용될 수 있다. 섬유는 필름을 통과하는 광에 실질적으로 투과성인 유리로 형성될 수 있다. 적합한 유리의 예로는 E, C, A, S, R 및 D 등급과 같은 유리 섬유 복합재에 흔히 사용되는 유리가 포함된다. 예를 들어 융합 실리카 및 BK7 유리의 섬유를 포함하는 더 높은 품질의 유리 섬유가 또한 사용될 수 있다. 적합한 더 높은 품질의 유리는 미국 뉴욕주 엘름스포드 소재의 쇼트 노스 아메리카 인크.(Schott North America Inc.)와 같은 몇몇 공급자로부터 입수할 수 있다. 더 높은 품질의 유리로 제조된 섬유가 더 순수하고 그래서 더 균일한 굴절률을 갖고 함유물을 덜 가져서 산란이 덜 되게 하고 투과를 증가시키기 때문에 이와 같은 섬유를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 섬유의 기계적 특성이 더 균일할 가능성이 더 크다. 더 높은 품질의 유리 섬유는 습기를 흡수할 가능성이 더 적어서, 필름은 장기간 사용시 더 안정하게 된다. 또한, 유리 내의 알칼리 함량이 물의 흡수를 증가시키기 때문에 낮은 알칼리의 유리를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
입자 또는 초핑된 섬유와 같은 불연속 보강물이 신장 또는 다른 어떤 성형 공정을 필요로 하는 중합체에 바람직할 수 있다. 예를 들어 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 출원 제11/323,726호에 설명된 바와 같은 초핑된 유리로 충전된 압출된 열가소성 물질이 섬유-충전 보강층으로서 사용될 수 있다. 다른 응용에서, 연속 유리 섬유 보강물(즉, 직포 또는 토우)이 바람직할 수 있는데, 이로 인해 열팽창 계수(CTE)가 더 많이 감소하고 계수가 더 크게 증가할 수 있기 때문이다.
섬유를 위해 사용될 수 있는 다른 유형의 무기 재료는 유리-세라믹 재료이다. 유리-세라믹 재료는 일반적으로 크기가 1 마이크로미터 미만인 아주 작은 결정을 체적 기준으로 95% 내지 98%를 포함한다. 일부 유리-세라믹 재료는 50 ㎚ 정도로 작은 결정 크기를 가져서 가시 파장에서 상기 재료가 효과적으로 투과성이게 하는데, 그 이유는 그 결정 크기가 실질적으로 산란이 발생하지 않는 가시광의 파장보다 훨씬 작기 때문이다. 또한, 이들 유리-세라믹은 유리질 및 결정질 영역의 굴절률 사이의 유효한 차이가 거의 없거나 전혀 없어서 시각적으로 투명하게 된다. 투명도에 더하여, 유리-세라믹 재료는 유리의 파단 강도를 초과하는 파단 강도를 가질 수 있고, 몇몇 유형은 영(zero)의 또는 심지어는 음의 값의 열팽창 계수를 가지는 것으로 알려져 있다. 관심대상의 유리-세라믹은 Li2O-Al2O3-SiO2, CaO-Al2O3-SiO2, Li2O-MgO-ZnO-Al2O3-SiO2, Al2O3-SiO2, 및 ZnO-Al2O3-ZrO2-SiO2, Li2O-Al2O3-SiO2 및 MgO-Al2O3-SiO2를 포함하지만 이에 한정되지는 않는 조성을 갖는다.
일부 세라믹은 굴절률이 적절히 일치된 상태로 매트릭스 중합체에 매립되는 경우 투명하게 보일 수 있을 만큼 충분히 작은 결정 크기를 또한 갖는다. 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수할 수 있는 상표명 넥스텔(Nextel™) 세라믹 섬유가 이러한 유형의 재료의 예이고, 실(thread), 얀(yarn) 및 직포 매트(woven mat)로서 입수할 수 있다. 적합한 세라믹 또는 유리-세라믹 재료는 둘 모두의 관련 부분이 본 명세서에 참고로 포함된 문헌[Chemistry of Glasses, 2nd Edition (A. Paul, Chapman and Hall, 1990)] 및 문헌[Introduction to Ceramics, 2nd Edition (W.D. Kingery, John Wiley and Sons, 1976)]에 추가로 설명되어 있다.
몇몇 예시적인 실시 형태에서, 매트릭스와 섬유 사이의 굴절률이 완벽하게 일치하지 않아, 광의 적어도 일부가 섬유에 의해 확산되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 실시 형태 중 일부에서, 매트릭스와 섬유 중 어느 하나 또는 둘 모두는 복굴절성일 수 있거나, 또는 매트릭스와 섬유 둘 모두가 등방성일 수 있다. 섬유의 크기에 따라, 산란 또는 단순 반사로부터 확산이 일어난다. 섬유에 의한 확산은 비등방성이다. 즉, 광은 섬유의 축에 대해 측방향으로 확산될 수 있지만, 섬유에 대해 축방향으로는 확산되지 않는다. 그러므로, 확산의 본질은 매트릭스 내의 섬유의 배향에 의존하게 된다. 섬유가 예를 들어 x 축에 대해 평행하게 배열되면, 광은 y 및 z 축에 대해 평행한 방향으로 확산된다.
더욱이, 매트릭스는 광을 등방성으로 산란시키는 확산 입자로 로딩될 수 있다. 확산 입자는 매트릭스와 굴절률이 상이한데, 흔히 굴절률이 더 높으며, 직경이 최대 약 10㎛인 입자이다. 이들은 또한 복합 재료에 구조적 보강 특성을 제공할 수 있다. 확산 입자는 예를 들어 매트릭스의 굴절률을 조정하기 위한 나노입자로서 사용되는 전술된 바와 같은 금속 산화물일 수 있다. 다른 적합한 유형의 확산 입자는 중합체 입자, 예를 들어 폴리스티렌 또는 폴리실록산 입자, 또는 그 조합을 포함한다. 확산 입자는 또한 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니에 의해 제조된 타입 S60HS 글래스 버블(Glass Bubbles)과 같은 중공 유리 구체(spheres)일 수 있다. 확산 입자는 광을 확산시키기 위해 단독으로 사용될 수 있거나, 광을 확산시키기 위해 굴절률이 일치하지 않는 섬유와 함께 사용될 수 있거나, 또는 광을 확산시키고 방향 전환하기 위해 구조화된 표면과 함께 사용될 수 있다.
매트릭스 내의 섬유의 일부 예시적인 배열은 얀, 중합체 매트릭스 내에 일 방향으로 배열된 섬유 또는 얀의 토우(tows of fibers or yarns), 섬유 위브, 부직포, 초핑된 섬유, (무작위 또는 규칙적인 포맷의) 초핑된 섬유 매트, 또는 이들 포맷의 조합을 포함한다. 초핑된 섬유 매트 또는 부직포는 섬유가 무작위로 배열되기보다는 신장되거나, 응력을 받거나 또는 부직포 또는 초핑된 섬유 매트 내의 섬유의 약간의 정렬을 제공하도록 배향될 수 있다. 또한, 매트릭스는 다중 층의 섬유를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 매트릭스는 다양한 토우, 직포 등에 더 많은 층의 섬유를 포함할 수 있다. 하나의 구체적인 실시 형태에서, 섬유는 2개의 층으로 배열된다.
부착 필름 및 프레임
도 2 및 도 3a 내지 도 3d로 되돌아가면, 부착 영역(230)은 하나 이상의 위치에서 필름과 프레임을 함께 결합함으로써 투과성 광학 필름(220)과 프레임(210) 사이에 기계적 연결을 제공한다. 이러한 기계적 연결은 이러한 프레임 강화 구조물이 없는 현재의 백라이트 조립체와는 대조적으로 백라이트 조립체(200)가 굽힘에 대해 더 높은 저항을 나타내는 것을 가능하게 한다. 투과성 광학 필름은 프레임의 전방 표면, 프레임의 후방 표면, 프레임의 전방과 후방 표면 중간의 위치, 프레임의 양 표면, 또는 전방, 후방 및 중간 표면의 몇몇 조합에 부착될 수 있다. 일 실시 형태에서, 투과성 광학 필름은 전방, 후방 및 적어도 2개의 측면에서 프레임을 둘러싸는 슬리브(도시되지 않음)일 수 있다. 슬리브는 다른 곳에서 설명되는 바와 같이 투과성 광학 필름을 수축시킴으로써, 프레임을 팽창시킴으로써, 또는 이러한 둘의 조합에 의해 프레임에 부착될 수 있다. 몇몇 경우에, 프레임의 후방 표면에 부착된 필름은 광을 투과시키지 않는 중합체 필름 또는 중합체 복합 필름일 수 있지만, 대신에 반투명, 확산성, 불투명 또는 심지어 반사성 필름일 수 있다. 필름(들)은 프레임 둘레에 연속적으로 또는 프레임 둘레의 둘 이상의 영역에 부착될 수 있다.
일 실시 형태에서, 부착 영역(230)은 전방 주연부(340)를 따라서 프레임(210)을 둘러싸는 플랜지(330) 상에 위치된다. 투과성 광학 필름은, 필름 둘레에 프레임을 크림핑(crimping)하거나, 필름을 포획하는 스플라인으로서 가요성 개스킷을 사용하거나, 또는 필름을 유지하기 위해 초음파 용접을 하는 것과 같은 기계적 장치와 접착제를 포함하는 공지의 방법에 의해 플랜지(330)에 부착될 수 있다. 필름은 전체 주연부를 따라서 프레임에 부착되거나, 또는 주연부 둘레에 선택된 간격으로, 예를 들어 프레임의 4개의 모서리에 부착될 수 있다. 필름을 전체 주연부를 따라서 연속적인 방식으로 프레임에 부착하는 것이 바람직하다. 부착 방법에 관계 없이, 필름은 백라이트 조립체의 사용 및 준비에서 만나는 힘의 인가 시에 부착 영역에서 프레임에 대해 현저하게 움직이지 않아야 한다. 에폭시 등을 포함한 열경화성 접착제 및 고온 용융 접착제와 같이 높은 탄성계수를 갖는 접착제가 부착 영역에서 필름과 프레임 사이의 접합을 형성하기에 바람직하다. 높은 탄성 계수의 접착제의 예는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수 가능한 DP100+ 및 DP100NS와 같은 스카치-웰드(Scotch-Weld™) 에폭시 접착제와, TS115 및 TS230과 같은 스카치-웰드 폴리우레탄 반응성 접착제를 포함한다.
도 5a 내지 도 5c에 도시된 다른 실시 형태에서, 투과성 광학 필름(220)은 부착 영역(230)에 복수의 천공부(280)를 갖는다. 플랜지(330)의 부착 영역(230) 내에 도포된 접착제(290)는 천공부(280)를 통하여 유동할 수 있어서, 이는 도 5b에 도시된 바와 같이 프레임(210)에 대한 투과성 광학 필름의 추가의 기계적 접합을 제공한다. 몇몇 실시 형태에서, 천공된 필름은 응력-균열에 약할 수 있어서, 대안 실시 형태가 도 5c에 도시되는 데, 여기에서 프레임(210)의 플랜지(330)는 부착 영역(230)에서 접착제(290)의 유동을 허용하는 천공부(350)를 가져서 기계적 접합의 유사한 증가를 달성한다.
일 실시 형태에서, 투과성 광학 필름은 프레임에 부착되기 전에 장력 상태로 유지된다. 필름의 에지를 파지하고 에지를 떨어지게 당겨 장력을 인가하는 것에 의한 것과 같이 당업계에 알려진 임의의 방식으로 필름에 장력이 인가될 수 있다. 이러한 장력(응력)의 인가는 통상 변형 백분율로서 표현되는 필름 내의 변형을 유도한다. 외부에서 인가된 장력은 프레임과 투과성 광학 필름 사이에 접합이 형성될 때까지 (즉, 필름이 프레임에 부착될 때) 필름 상에서 유지된다. 외부 장력은 그 다음에 제거될 수 있고, 투과성 광학 필름은 형성된 접합을 통해 프레임에 의해 장력 상태로 유지된다. 이러한 예비 장력이 인가된 필름을 프레임에 부착한 결과, 프레임/필름 조립체의 굽힘 저항을 또한 증가시킨다.
다른 실시 형태에서, 필름에 가해진 장력의 수준은 프레임에 부착될 때 필름의 평탄도를 향상시키도록 선택된다. 비록 임의의 현수된 물체가 자중으로 인해 다소 처질 것이지만, 장력의 인가는 이러한 처짐을 최소화할 수 있어서, 그에 의해 필름의 평탄도를 향상시킨다. 필름의 평탄도는 필름이 랩톱 및 핸드헬드형 장치에서와 같이 디스플레이 적용을 위해 사용될 때 특히 중요하게 된다. 필름 내의 뒤틀림, 주름짐 또는 처짐으로 인한 평탄도의 약간의 변화는 광의 굴절 또는 반사를 통해, 특히 필름이 이미지의 전송에 관여한다면, 바람직하지 않은 광학적 아티팩트(artifact)를 생성할 수 있다. 일반적으로, 랩톱 컴퓨터와 같은 광학적 적용을 위해 받아들일 수 있을 처짐의 최대량은 필름이 필름/프레임 조합체의 추가 굽힘을 견디기에 충분한 장력을 발현시키기 시작하기 전에 프레임이 상당하게 만곡되지 않을 수 있는 양이다. 일단 프레임이 약간 만곡되면, 장력이 필름에서 발현되기 시작하여 추가의 만곡에 견딘다.
다른 실시 형태에서, 투과성 광학 필름의 평탄도는 필름이 프레임에 부착될 때 필름과 프레임이 배치되는 방식에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 필름과 프레임은 진공 테이블과 같이 필름을 평탄하게 유지하는 장치 또는 시스템이 설치된 평탄한 표면 상에서 조립될 수 있다. 이러한 방식으로, 필름은 필름과 프레임 사이의 접합이 형성되는 동안 장력이 가해지고 진공 테이블 상에 배치될 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 투과성 광학 필름은 예를 들어 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 프레임에 부착하기 전에 지지체에 유지될 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 필름 지지체(800)가 전술된 방식들 중 하나로 필름(220)의 에지에 부착되거나, 또는 예를 들어 지지체가 필름이 평탄하고 장력 상태로 유지되는 동안 필름 에지 둘레의 적소에 형성된 중합체 지지체일 수 있다. 지지체는 지지체를 통해 필름을 프레임에 부착하기 전에 그리고 부착하는 동안에 필름을 취급하는 편리한 방식을 제공할 수 있다. 필름 및 지지체는 전술된 바와 같이 필름을 프레임에 부착하기 위해 사용된 동일한 방법들에 의해 프레임에 부착될 수 있다. 일 실시 형태에서, 지지체는 멈춤쇠(detent) 특징부(도시되지 않음)의 사용에 의해서와 같이 적소에 기계적으로 "스냅" 결합하도록 프레임과 맞물리는 특징부를 가질 수 있다. 다른 실시 형태에서, 지지체(800)가 프레임에 부착될 때 필름(220)의 추가 장력이 생길 수 있도록, 프레임(210)은 지지체(800)에 대해 큰 크기로 형성될 수 있다. 도 8b는 지지체의 대안적인 설계를 보여주며, 여기에서 내부 지지체 에지에 제공된 테이퍼는 지지체가 전술된 방법들 중 하나에 의해 프레임에 부착될 때 필름에 추가의 장력을 인가할 수 있다.
다른 실시 형태에서, 투과성 광학 필름은 도 8c 및 도 8d에 도시된 바와 같이 스플라인의 사용에 의해 프레임에 부착될 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 프레임(210)의 주연부 내에 위치된 홈(810) 및 스플라인(820)은 필름(220)을 포획하여 프레임에 부착한다. 필름(220)은 스플라인을 부착하는 작동 동안 장력 상태로 유지될 수 있고, 대안적으로 필름(220)은 스플라인을 부착하는 작업에 의해 장력을 발현시킬 수 있다. 몇몇 경우에, 필름(220)의 부분(830)은 스플라인(820)이 부착될 때 필름(220)의 주름짐 또는 뒤틀림을 피하기 위해 도 8c에 도시된 바와 같이 모서리로부터 제거될 수 있다. 도 8d는 프레임(210)의 전방 및 후방 둘 모두에 필름을 부착하는 스플라인을 도시하고 있지만, 몇몇 경우에 단지 하나의 필름 및 하나의 스플라인이 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
또 다른 실시 형태에서, 장력은 필름이 프레임에 부착되는 동안 필름을 수축시킴으로써, 예를 들어 필름을 열수축 또는 경화수축시킴으로써 투과성 광학 필름에 인가될 수 있다. 중합체 필름의 열수축은 중합체 필름을 통상적으로 제조하고, 이를 중합체의 유리 전이 온도 근처까지 가열하며, (종종 텐터링에 의해) 중합체를 기계적으로 신장한 다음에 신장된 동안 필름을 냉각시키는 것을 포함할 수 있다. 열수축 중합체는 예를 들어 전자 빔, 과산화물 또는 습기의 사용을 통해 가교결합될 수 있고, 이는 수축 전과 수축 후 둘 모두의 경우에 필름이 그의 형상을 유지하게 하는 것을 도울 수 있다. 재가열시, 필름이 원래의 신장되지 않은 크기로 다시 완화되는 경향이 있다. 이러한 방식으로 필름이 서서히 가열될 때 프레임에 부착된 신장된 열수축 필름에 장력이 발현된다. 대안적으로, 투과성 광학 필름은 열경화성 재료, 더 구체적으로 방사 경화성 재료를 포함할 수 있다. 만약 투과성 광학 필름이 열경화성 재료이면, 필름은 프레임에 부착될 때 완전히 경화된 상태 또는 일부 경화된 상태에 있을 수 있다. 용어 "완전히 경화된"은, 본 발명의 목적을 위해, 가교결합 또는 사슬 연장을 겪을 수 있는 나머지 반응기를 실질적으로 갖지 않는 열경화성 재료를 의미한다. 용어 "일부 경화된"은, 본 발명의 목적을 위해, "B-단계화된" 재료를 의미하고, 적합한 열의 적용, 화학적 활성화, 광이나 다른 방사 조건, 또는 이의 조합에 의해 추가로 경화되거나 가교결합될 수 있다. B-단계화된 재료를 추가로 경화시키는 공정은 일반적으로 경화 동안 추가의 수축의 발생과 관련된다. 이러한 방식으로, B-단계화된 재료는 필름 프레임에 부착되고 그 다음에 추가로 경화된다. 다른 실시 형태에서, 투과성 광학 필름은 열경화성 중합체 매트릭스로 코팅하기 전에 프레임 위에서 신장되고 그 후 경화되는 섬유 재료를 포함한다. 경화시 발생하는 필름 수축은, 처짐을 감소시키거나 제거하고 백라이트 구조물의 강성을 향상시킬 수 있는 필름 장력을 발생시킨다. B-단계화된 재료의 추가의 설명은 예를 들어 미국 특허 공개 제20060024482호, 미국 특허 제6352782호와 제6207726호, 본 출원과 동일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/947771호 및 제60/947785호에서 찾아볼 수 있다.
다른 실시 형태에서, 프레임의 설계는 부착된 필름에 장력을 부여할 수 있다. 비록 필름 수축이 프레임에서 필름 장력을 달성하는 하나의 방법이지만, 몇몇 경우에 이는 필름이 수축하기에 바람직하지 않을 수 있다. 예를 들어, 만약 투과성 광학 필름이 반사 편광기에 라미네이팅되면, 복합 광학 필름의 수축은 반사 편광기에 주름을 야기할 수 있다. 또한, 반사 편광기의 수축은 층 두께의 변화로 인해 광학 특성에 영향을 줄 수 있다. 필름 수축을 필요로 하지 않지만 그럼에도 불구하고 필름 장력을 보장하는 조립 방법을 갖는 것이 유익할 수 있다. 필름에 장력을 부여할 수 있는 프레임 설계의 대표적인 예가 도 9a 내지 도 9f에 도시된다.
필름 장력 인가 프레임 설계의 일 실시 형태가 도 9a에 도시되며, 여기에서 프레임(210)은 투과성 광학 필름(220)을 부착한 후에 그리고 디스플레이 인클로저(30) 내로의 조립 전에 약간 비평면이도록 설계된다. 이러한 방식으로, 필름/프레임 조립체가 평탄하게 압축되어 인클로저 내에 고정될 때, 결과적인 치수 변화는 필름을 장력 상태로 배치한다.
필름 장력 인가 프레임 설계의 다른 실시 형태가 도 9b에 도시되며, 여기에서 프레임(210)은 스프링으로서 작용하는 가요성 부분(900)을 갖는다. 가요성 부분(900)은 필름(220)의 부착 동안 캐비티(240)의 중심을 향해 안쪽으로 강제로 가압된다. 그 다음, 힘이 완화되고, 가요성 부분(900)에 의해 발생된 스프링력이 필름에 장력을 인가하는 역할을 한다.
필름을 부착하기 전에 프레임에 장력을 인가하는 추가의 실시 형태가 예시적인 장력 인가 장치의 개략도인 도 9c 내지 도 9f에 도시된다. 도 9c는 조립 블록(930) 내로 삽입되기 전에 바깥쪽으로 기울어진 측면을 갖는 프레임(210)의 개략 단면도이다. 삽입시, 프레임(210)은 탄성적으로 변형되어 조립 블록(930)의 형상을 따르고, 그 다음에, 필름(220)은 전술된 방법들 중 임의의 방법에 의해 프레임(210)에 부착된다. 필름/프레임 조립체는 조립 블록(930)으로부터 제거되어, 프레임(210)이 원래의 형상을 향해 갈 때 프레임(210)에 의해 필름(220)에 장력이 가해지게 된다.
도 9d는 프레임에 의해 인가되는 필름 장력의 다른 실시 형태의 평면도로서, 장력이 인가되지 않은 프레임(210)은 예를 들어 사다리꼴 형상을 갖고, 조립 블록(940) 안으로 삽입되어, 프레임(210)을 탄성적으로 압축한다. 필름(220)은 전술된 방법들 중 임의의 방법을 이용하여 프레임(210)에 부착된다. 그 다음, 필름/프레임 조립체는 조립 블록(940)으로부터 제거되어, 프레임(210)이 원래의 형상을 향해 갈 때 프레임(210)에 의해 필름(220)에 장력이 가해지게 된다. 이 실시 형태에서, 장력이 인가되지 않은 프레임(210)은 적어도 하나의 치수를 따라서 큰 크기를 갖는다. 조립 블록(940) 안으로의 삽입시, 프레임(210)은 필름(220)을 부착하기 전에 조립 블록(940)의 형상을 따르도록 변형된다.
프레임에 인가되는 필름 장력의 다른 실시 형태가 개략 평면도인 도 9e에 도시되며, 여기에서 프레임(210)은 측면(960)들로 구성되며, 이들 중 적어도 일부는 직선이기 보다는 비선형, 예를 들어 만곡되거나 단차지게 형성된다. 프레임(210)은 필름(220)을 프레임에 부착하기 전에 핀(950)에 의해 직사각형 형상으로 강제로 가압된다. 필름/프레임 조립체와 핀은 분리되어, 프레임(210)이 원래의 형상을 향해 갈 때 프레임(210)에 의해 필름(220)에 장력이 가해지게 된다. 핀, 조립 블록 또는 조립 기술에서 알려진 다른 방법들이 전술된 방법들 중 임의의 방법을 위해 프레임을 유지하는 데 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
필름의 부착 동안 프레임에 장력을 인가하는 다른 실시 형태가 도 9f에 도시된다. 이 실시 형태에서, 프레임(210)의 측면들은 프레임의 전방 및 후방 표면에 대해 기울어져 있다. 필름(220)은 프레임(210)의 측면들이 예를 들어 프레스(press)(970)에 의해 탄성적으로 뒤틀림에 따라 프레임(210)에 부착된다. 프레임(220)의 측면들은 프레임 측면들 내에 뒤틀림을 발현시키도록 스프링 기구(도시되지 않음)와 상호 연결될 수 있거나, 또는 프레임 재료 자체가 비틀림을 초래하도록 뒤틀릴 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 필름/프레임 조립체는 프레스(970)로부터 제거되어, 프레임(210)에 의해 필름(220)에 장력이 가해지게 된다.
필름의 부착 동안 프레임에 장력을 인가하는 다른 실시 형태가 도 9g에 도시된다. 이 실시 형태에서, 프레임(210)은 고정 측면(980) 및 가동 측면(990)을 갖는다. 고정 측면(980)은 고정 측면(980) 내의 채널 내에 포함되는 포획 스프링(captive spring)(985)을 갖는다. 가동 측면(990)은 포획 스프링(985)에 연결되고, 측면(990)이 도시된 바와 같이 안쪽으로 이동될 때, 포획 스프링(985)은 압축되어 가동 측면(990)에 힘을 가한다. 필름(220)은 포획 스프링(985)이 압축 상태에 있는 동안 가동 측면(990)에 부착되어, 필름(220)에 장력이 가해지게 된다.
필름에 장력을 인가하는 다른 실시 형태가 도 9h에 도시된다. 이 실시 형태에서, 프레임(210)은 고정 측면(980) 및 가동 모서리(995)를 갖는다. 고정 측면(980) 및 가동 모서리(995)는 채널 내에 포함된 포획 스프링(985)을 갖는다. 필름(220)은 포획 스프링(985)이 압축 상태로 강제로 가압되는 동안 부착 영역(997)에서 가동 모서리(995)에 부착되어, 힘이 완화될 때 필름(220)에 장력이 가해지게 된다.
필름을 부착하기 전에 프레임에 변형을 가하기 위해 (즉, 프레임을 약간 변형하기 위해) 사용된 방법에 관계없이, 가해진 변형의 양은 프레임 재료의 항복 변형 이하(즉, 탄성 변형 범위)여야 하고, 따라서 프레임은 가해진 변형을 전달하여 부착된 필름 내에 장력을 인가할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 항복 변형보다 큰 변형을 가하는 것은 프레임의 영구적인 변형 및 필름 내에 발현된 만족스럽지 못한 수준의 장력을 가져올 수 있다.
변형에 견디는 구조물의 능력을 설명하기 위한 몇몇 방법이 있다. 하나의 그러한 방법은 강성이고 굽힘에 저항하는 물리적 특성인 구조물 강성을 설명하는 것이다. 구조물의 상대적인 굽힘 저항은 하나의 구조물(이 경우에, 필름이 부착된 프레임)의 비틀림, 회전 또는 굽힘 강성을 제2 구조물(이 경우에, 필름이 부착되지 않은 프레임)의 비틀림, 회전 또는 굽힘 강성과 비교함으로써 측정될 수 있다. 이러한 방법으로, 구조물의 설계에 대한 변화는 변화로부터 유래하는 굽힘 저항의 상대적인 증가 또는 감소를 나타낼 수 있다. 본 출원의 목적을 위해, 굽힘 저항의 증가가 바람직하다.
비록 전술된 설명이 백라이트 조립체를 수용하는 프레임의 굽힘 저항을 증가시키는 것에 관하여 설명되었지만, 결과는 깨지기 쉬운 LCD 유리 구성요소가 랩톱 컴퓨터 스크린을 개방, 사용 및 폐쇄하기 위해 사용된 힘의 적용시 파손되지 않게 되는 것이다. 이러한 목적을 위해, 도 1a의 인클로저(30)의 굽힘 저항은 또한 증가될 수 있다. 장력 상태에서 인클로저에 부착된 동일한 투과성 광학 필름은 LCD를 파손으로부터 보호할 수 있다. 인클로저의 굽힘 저항을 증가시키는 다른 방법의 예가 도 7a 내지 도 7c에 도시된다. 도 7a에서, 필름은 백라이트 조립체를 형성하는 프레임에 부착되고 그 다음에 전술된 바와 같이 인클로저 내에 배치된다. 도 7b에서, 필름은 인클로저의 내부 부분으로서 부착되고 백라이트 조립체는 인클로저의 일체 부분이다. 도 7c에서, 필름은 인클로저의 일부로서 부착되고, 백라이트 조립체는 전체 인클로저를 둘러싸도록 의도된다.
이제, 구조물의 수학적 모델의 평가에 의해 백라이트 조립체의 상대적인 굽힘 저항을 측정하기 위해 사용된 프레임의 사시도를 도시하는 도 6을 주목한다. 이 실시 형태에서, 프레임(600)은 높이가 "h", 폭이 "w", 깊이가 "d"인 직사각형 프레임이다. 프레임의 높이는 프레임 측면(610, 620)에 의해 한정되고, 프레임의 폭은 측면(630, 640)에 의해 한정된다. 4개의 프레임 모서리 "A", "B", "C" 및 "D"가 존재하고, 이들 모서리는 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이 모델링된 모서리 지점들의 상대 운동을 일으키는 힘의 인가를 한정하기 위한 기준점으로서 역할을 하고 그리고 또한 실시예에서 추가로 설명되는 바와 같이 상이한 치수를 갖는 프레임의 부분들을 식별하는 역할을 한다. 프레임(600)은 또한 전방 평면(650) 및 후방 평면(660)을 갖는다. 후방 평면(660)은 모서리들 "A", "B", "C" 및 "D"를 통과하고 프레임 측면(610, 620, 630, 640)들에 의해 경계가 정해진 평면에 의해 한정된다. 후방 평면(660)은 프레임 측면(610, 620, 630, 640)으로부터 연장된 후방 레지(645)를 갖는다. 전방 평면(650)은 후방 평면(660)으로부터 깊이 "d"만큼 분리되고, 또한 프레임 측면(610, 620, 630, 640)에 의해 경계가 정해진다. 도 6에 도시된 배향을 위해, 측면(630)은 도 1a의 힌지(50)를 갖는 인클로저(30)의 에지에 대응한다. 프레임 모서리 "B" 및 "C"에 가해진 프레임(600)의 운동을 생성하는 힘은 도 1a의 인클로저(20)의 지점 "P"의 운동을 생성하는 힘에 대응한다.
범용의 유한 요소 해석 프로그램(ANSYS)을 다양한 광학 투과성 중합체 필름과 조합된 다양한 프레임 구성의 굽힘 저항을 비교하기 위해 사용하였다. 모델링된 구성에서, 도 6에 도시된 바와 같은 직사각형의 직교 좌표계를 프레임(600)에 의해 둘러싸인 지점들의 상대 운동의 한정을 위해 사용하였다. 모델링의 목적을 위해, 모서리 "A"는 고정되고 모든 좌표 방향(x, y, z)으로 이동 불가능하다. 모서리 "B"는 고정되고 좌표 방향(y, z)으로 이동 불가능하지만, 좌표 방향(x)으로는 이동이 허용된다. 모서리 "C" 및 "D"는 양과 음의 z 좌표 방향으로 이동하도록 부과되어, 모서리 "C" 및 "D" 중 하나가 (+)z 방향으로 이동할 때, 모서리 "C" 및 "D" 중 나머지 하나는 (-)z 방향으로 이동한다. 이러한 방법으로, 복합적인 비틀림, 회전 또는 굽힘 운동이 프레임(600) 내에서 발생하고, 2개의 상이한 프레임 구조물이 프레임 조립체의 증가된 굽힘 저항으로서 설명될 수 있는 강성의 비에 의해 특징지어질 수 있다.
실시예
아래의 모델링 실시예는 다음의 공통된 구조 및 재료를 사용한다. 달리 표시되지 않는 한, 투과성 광학 필름은 예를 들어 두께가 38 마이크로미터(1.5 밀), 탄성 계수가 1.05×104 N/㎟, 푸아송 비(Poisson's ratio)가 0.35인 미국 특허 공개 제20060257678호(벤슨 등)에 기재된 바와 같은 복합 광학 필름이었다. 또한, 달리 기재되지 않는 한, 프레임 재료는 두께가 0.2 ㎜(200 마이크로미터), 탄성 계수가 2×105 N/㎟, 푸아송 비가 0.3인 강철이었다. 도 6을 참조하면, 모델링된 프레임의 치수는 폭 "w", 높이"h" 및 깊이 "d"가 각각 270 ㎜, 180 ㎜ 및 2.5 ㎜이다. 후방 레지(345)는 도 6에 도시된 상이한 지점들 사이에 상이한 폭을 가졌고, 이러한 상이한 폭은 표에 포함되었다. 예를 들어, 지점 "A"와 "B" 사이의 레지 폭을 "AB" 등으로 표시하였다. 모델링의 목적을 위해, 도 3, 도 4 및 도 6에 도시된 플랜지(330)는 비교 목적을 위해 모든 실시예에 포함되지 않았지만, 필름을 프레임에 부착하기 위해 플랜지를 포함하는 것이 바람직하다는 것이 이해되어야 한다. 플랜지가 실시예에 포함되었을 때, 플랜지의 폭은 2 ㎜로 일정하였다. 모델의 하나의 경계 조건은 부착 영역에서 투과성 광학 필름과 프레임 사이에 상대 운동이 존재하지 않았다는 것이다.
실시예 1
필름 예비 신장( pre - stretch ) 및 두께를 변화시키면서 프레임의 전방 평면 상의 필름의 모델링 결과
단일의 투과성 광학 필름을 프레임의 전방 평면에 부착하였다. 필름 두께를 변화시켰고, "예비 신장"(부착 동안 필름 상의 % 부과 변형)을 적용하였다. 이 실시예의 경우 플랜지가 없었고, ㎜ 단위의 후방 레지 치수는 AB=10.7, BC=4, CD=5 및 DA=4였다. 굽힘 저항을 계산하였고 필름이 부착되지 않은 프레임에 대해 정규화하였으며, 데이터가 표 1에 제공된다.
Figure pct00001
실시예 2
필름 예비 신장 및 두께를 변화시키면서 프레임의 후방 평면 상의 필름의 모델링 결과
단일의 투과성 광학 필름을 프레임의 후방 평면에 부착하였다. 필름 두께를 변화시켰고, "예비 신장"(부착 동안 필름 상의 % 부과 변형)을 적용하였다. 이 실시예의 경우 플랜지가 없었고, ㎜ 단위의 후방 레지 치수는 AB=10.7, BC=4, CD=5 및 DA=4였다. 굽힘 저항을 계산하였고 필름이 부착되지 않은 프레임에 대해 정규화하였으며, 데이터가 표 2에 제공된다.
Figure pct00002
실시예 3
필름 예비 신장 및 두께를 변화시키면서 프레임의 전방 및 후방 평면 상의 필름의 모델링 결과
단일의 투과성 광학 필름을 프레임의 전방 평면과 후방 평면 둘 모두에 부착하였다. 필름 두께를 변화시켰고, "예비 신장"(부착 동안 필름 상의 % 부과 변형)을 적용하였다. 양 필름은 각 실험에 대해 두께 및 % 변형이 동일하였다. 이 실시예의 경우 플랜지가 없었고, ㎜ 단위의 후방 레지 치수는 AB=10.7, BC=4, CD=5 및 DA=4였다. 굽힘 저항을 계산하였고 필름이 부착되지 않은 프레임에 대해 정규화하였으며, 데이터가 표 3에 제공된다.
Figure pct00003
실시예 4
프레임의 후방 평면 상에 프레임 리브 및 보강재를 갖는 프레임의 전방 평면 상의 필름의 모델링 결과
단일의 투과성 광학 필름을 프레임의 전방 평면에 부착하였다. 프레임 설계 및 리브의 폭 "r"을 도 3b 내지 도 3d에 도시된 바와 같이 변화시켰다. 필름 두께는 38 마이크로미터(1.5 밀)였고, 리브는 프레임과 동일한 재료(강철) 및 두께(0.2 ㎜)였다. 이 실시예의 경우 프레임 설계들의 어느 것에도 플랜지가 없었고, ㎜ 단위의 후방 레지 폭은 표 4에 나타낸 바와 같이 도 6을 참조하여 변화시켰다. 굽힘 저항을 계산하였고 필름이 부착되지 않은 프레임에 대해 정규화하였으며, 데이터가 표 4에 제공된다.
Figure pct00004
실시예 5
프레임의 후방 평면 상에 프레임 보강재를 갖는 프레임의 전방 평면 상의 단일 필름의 모델링 결과
단일의 투과성 광학 필름을 프레임의 전방 평면에 부착하였다. 프레임 설계는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 프레임 보강재를 부가함으로써 변화시켰는데, 보강재의 깊이 "s"를 1.0 ㎜ 및 1.4 ㎜로 각각 설정하였다. 더욱이, 도 6에 도시된 바와 같은 전체 프레임 깊이 "d"를 변화시켰다. 필름 두께는 38 마이크로미터(1.5 밀)였고, 리브는 프레임과 동일한 재료(강철) 및 두께(0.2 ㎜)였다. 이 실시예의 경우, 폭이 2 ㎜인 플랜지가 있었고, ㎜ 단위의 후방 레지 치수는 AB=10.7, BC=4, CD=5 및 DA=4였다. 굽힘 저항을 계산하였고 필름이 부착되지 않은 프레임에 대해 정규화하였으며, 데이터가 표 5에 제공된다.
Figure pct00005
실시예 6
프레임의 후방 평면 상에 프레임 보강재를 갖는 프레임의 전방 평면 상의 더 낮은 계수를 갖는 더 두꺼운 필름의 모델링 결과
비퀴티(Vikuiti™) DBEF-D400(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수 가능함)의 샘플을 프레임에 부착하였다. 필름의 두께는 0.392 ㎜, 탄성 계수는 2318.5 N/㎟, 푸아송의 비는 0.35였다. 프레임은 도 3c에 도시된 바와 같은 리브와 도 4b에 도시된 바와 같은 보강재를 가졌는데, 보강재 깊이 "s" = 1.4 ㎜, 리브 폭 "r" = 10 ㎜, 프레임 깊이 "d" = 2.5 ㎜였다. 이 실시예의 경우, 폭이 2 ㎜인 플랜지가 있었고, ㎜ 단위의 후방 레지 치수는 AB=10.7, BC=4, CD=5 및 DA=4였다. 모델링 결과가 표 6에 도시된다.
Figure pct00006
프레임과 함께 복합 광학 필름을 사용함으로써 굽힘 저항의 증가를 실험적으로 증명하기 위해 원형(prototype) 백라이트 조립체를 제조하였다. 다음의 명명 규칙을 구성 및 측정된 프레임에 대하여 사용하였다.
"스톡 프레임(stock frame)" - 통상 시판되는 후지츠 라이프북(Fujitsu Lifebook) Q2010의 디스플레이를 분해하였다. 금속 지지 프레임만을 남겨두고 LED 라이트 엔진(백라이트), LCD 패널, 광학 필름 스택 및 후방 반사기를 모두 제거하였다. 금속 프레임은 0.2 ㎜ 두께의 플레이트 형상의 철을 함유하는 시트 금속으로 제조하여 폭 "w", 높이 "h" 및 깊이 "d"가 각각 270 ㎜ × 180 ㎜ × 2.5 ㎜였다. "스톡 프레임"은 스톡 프레임에 플랜지(330)가 없다는 것을 제외하고 후방 레지(345)가 4 ㎜인 도 6에 도시된 설계에 대응하였다.
"풀백 프레임(Fullback frame)" - 중실형 후면을 갖는 프레임을 형성된 후에 어닐링한 0.2 ㎜ 두께의 연강(mild steel)으로 제조하였다. 프레임 치수는 스톡 프레임과 동일하였다. 2.0 ㎜ 플랜지는 복합 광학 필름의 부착을 위한 표면을 제공하기 위해 프레임을 둘러쌌다. 풀백 프레임은 플랜지(345)가 후방 평면(660)을 가로질러 연장하는 도 6에 도시된 설계에 대응하였다.
"크로스-부재 프레임(Cross-member frame)" - 이 프레임은 형성된 후에 어닐링한 0.2 ㎜ 두께의 연강으로 제조하였다. 프레임 치수는 스톡 프레임과 동일하였다. 4개의 삼각형 영역이 중실형 후면으로부터 절단되어 이는 도 3c에 도시된 바와 같은 크로스 패턴이 되었고, 도 4b에 도시된 바와 같은 1.2㎜의 내향하는 보강 구조물을 가졌다. 2.0 ㎜ 플랜지는 복합 광학 필름의 부착을 위한 표면을 제공하기 위해 프레임을 둘러쌌다.
복합 광학 필름 제조
사용된 필름은 유리 섬유 및 중합체 수지의 실험용으로 제조된 복합물이었다. 사용된 유리 섬유 천은 CS-767 마감재(미국 사우스 캐롤라이나주 앤더슨 소재의 헥셀 코포레이션(Hexcel Corporation)으로부터 입수 가능함)를 갖는 헥셀 스타일(Hexcel style) 1080이었다. 복합 광학 필름을 제조하기 위해 사용된 수지는 38.95 중량%의 SR247(미국 펜실베니아주 엑스톤 소재의 사토머 컴퍼니(Sartomer Company)로부터 입수 가능함), 60.8 중량%의 RDX51027(미국 뉴저지주 웨스트 패터슨 소재의 사이텍 서피스 스페셜티스(Cytec Surface Specialties)로부터 입수 가능함) 및 0.25 중량%의 TPO 광개시제(미국 노스 캐롤라이나주 샤롯데 소재의 바스프(BASF)로부터 입수 가능함)로 구성하였다. 수지 내의 성분들의 혼합물은 수지가 최대로 경화되었을 때 헥셀 1080 천의 굴절률과 유사한 굴절률을 가져온다.
복합 광학 필름은 알루미늄 플레이트에 부착된 프라이밍(priming)되지 않은 0.127 ㎜(5밀) 폴리에스테르 필름의 2개의 시트들 사이에 천을 개재하고, 수지를 55℃로 가열하고, 그 다음에 가열된 수지를 피펫을 사용하여 천에 적용함으로써 제조하였다. 수지를 유리 섬유 천과 접촉하도록 퍼지게 하기 위해 실레즈(Sealeze) 24 핸드-크랭크 라미네이터(미국 플로리다주 마이애미 소재의 사우스트렌드 코포레이션(Southtrend Corp)으로부터 입수 가능함)를 (2개 층의 PET, 천, 수지 및 알루미늄 플레이트로 이루어진) 샘플 적층체가 통과하도록 하였다. 그 다음, 기포를 제거하기 위해 130℃의 진공 오븐 내에 4분 동안 샘플 적층체를 배치하였다. 실레즈 라미네이터를 샘플 적층체가 다시 통과하도록 하였고, 그 결과 0.33 ㎜의 적층체 두께 및 0.08 ㎜의 필름 두께가 되었다. 7.34 암페어에서 구동되고 380 ㎚의 메인 출력을 갖는 니치아(Nichia) UV LED의 4행 × 40열 어레이에 45 ㎜의 거리에서 샘플 적층체를 노출시킴으로써 수지를 경화시켰다. 필름을 분당 7.92 m(26 피트)의 선속도로 UV LED 어레이 아래를 4회 연속 통과시켰고, 그 결과 전체 87 mJ/㎠의 UVA 조사량을 얻었다. 전술한 바와 같이 UV LED 어레이에 노출한 후에, 복합 광학 필름을 일부 경화 또는 "B 단계화된" 것이라 한다.
시험 설비 및 필름 준비
실시예들의 프레임 및 복합 광학 필름 조합체는 로이드 인스트루먼츠(Lloyd Instruments) 단일 칼럼 시험 장치(영국 한츠 소재의 로이드 인스트루먼츠로부터 입수 가능함)와 조합하여 맞춤형 시험 설비를 사용하여 시험하였다. 설비는 그의 설계에 사용된 유한 요소 모델에 의해 한정된 경계 조건 내에서 프레임을 구속하도록 설계되었다. 설비는 10 ㎜ 두께의 알루미늄으로 제조된 "L" 형상이었다. 설비는 원형 프레임을 3개의 스크류에 의해 적소에 유지된 알루미늄의 2개의 스트립을 사용하여 하부 에지를 따라서 "x", "y" 및 "z" 방향으로 구속하였고, 상부 좌측 모서리는 스크류를 사용하여 "z" 방향으로 0 내지 +5 ㎜의 범위에서 변위되는 것이 가능하였고, 상부 우측 모서리는 지지되지 않는 채로 되어 칼럼 시험 장치를 사용하여 -"z" 방향으로 변위될 수 있었다.
복합 광학 필름을 스카치-웰드 DP100NS 강성 에폭시(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수 가능함)를 사용하여 프레임에 부착하였다. 화강암 테이블의 대향 면들 상의 "C" 클램프들을 이용하여 적소에 유지된 두 세트의 평행 바아 클램프를 사용하여 필름을 신장시켜 필름에 존재하였던 임의의 주름을 제거하였다. 프레임을 아이소프로필 알코올로 닦고, 스카치-웰드 EPX 플러스 II 어플리케이터(Applicator) 및 3M 스카치-웰드 EPX 플러스 II 믹싱 스퀘어 노즐 (골드)(Mixing Square Nozzle (Gold))(둘 모두 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수 가능함)을 사용하여 강철 프레임의 플랜지에 미세 라인으로 에폭시를 도포하였다. 그 다음, 프레임의 전체 립이 덮인 것을 보장하기 위해 장갑을 착용한 손가락을 사용하여 접착제를 도포하였다. 그 후, 프레임을 필름에 적용하고 접착제가 점착성을 가질 때까지 에지를 따라서 적소에 유지시켰다. 기계적 시험 전에, 접착제를 하룻밤 동안 경화시켰다.
비교예 1: 후지츠 라이프북 Q2010 디스플레이
통상 시판되는 변형되지 않은 후지츠 라이프북 Q2010의 디스플레이의 변위를 하중 기준선을 얻기 위해 측정하였다. 이러한 측정을 위해, 랩톱 디스플레이의 바닥을 한 쌍의 C-클램프를 사용하여 시험 설비에 구속시켰다. 디스플레이의 상부 우측 모서리 이외에는 랩톱의 이동이 없다는 것을 보장하기 위해 랩톱의 힌지와 디스플레이의 상부 좌측 모서리를 시험 설비에 구속하기 위해 C-클램프를 또한 사용하였다. 하중이 가해지지 않은 채로, 디스플레이와 접촉하도록 칼럼 시험기의 로드셀을 디스플레이의 상부 우측 모서리에 인접하게 배치하였다. -5 ㎜의 변위가 측정될 때까지 하중을 인가했다. 하중을 인가하는 동안, 하중과 변위 둘 모두를 넥시젠(Nexygen) FM 플러스 소프트웨어를 사용하여 기록하였다. -5 ㎜의 변위에 대해 2.52 N의 하중이 측정되었다.
비교예 2: 스톡 후지츠 디스플레이 프레임
전술된 스톡 프레임을 시험 설비를 사용하여 바닥 에지를 따라서 구속하였다. 측정 전에 세트 스크류를 사용하여 상부 좌측 모서리를 z 방향으로 +5㎜ 변위시켰다. -5 ㎜ 변위될 때까지 상부 우측 모서리에 하중을 인가했다. 하중을 인가하는 동안, 하중과 변위 둘 모두를 넥시젠 FM 플러스 소프트웨어를 사용하여 기록하였다. 10 ㎜의 전체 변위에 대해 0.031 N의 하중이 측정되었다.
실시예 7
베어( bare ) 크로스 -부재 프레임
전술된 크로스-부재 프레임을 시험 설비를 사용하여 바닥 에지를 따라서 고정시켰고, 세트 스크류를 사용하여 프레임의 상부 좌측 모서리를 z 방향으로 +5 ㎜ 편향시켰다. 하중이 가해지지 않은 채로, 로드셀과 프레임 사이에 최소의 갭이 존재하도록 칼럼 시험 장치의 로드셀을 프레임에 인접하게 배치하였다. 그 다음에, -5 ㎜ 변위될 때까지 상부 우측 모서리에 하중을 인가했다. 하중을 인가하는 동안, 하중과 변위 둘 모두를 넥시젠 FM 플러스 소프트웨어를 사용하여 기록하였다. 10 ㎜의 전체 변위에 대해 0.45418 N의 하중이 측정되었다. 이는 스톡 프레임에 비해 14.65배의 굽힘 저항 증가를 나타내었다.
실시예 8
베어 풀백 프레임
풀백 프레임을 시험 설비를 사용하여 바닥 에지를 따라서 고정시켰고, 세트 스크류를 사용하여 프레임의 상부 좌측 모서리를 z 방향으로 +5 ㎜ 편향시켰다. 하중이 가해지지 않은 채로, 로드셀과 프레임 사이에 최소의 갭이 존재하도록 칼럼 시험 장치의 로드셀을 프레임에 인접하게 배치하였다. -5 ㎜ 변위될 때까지 상부 우측 모서리에 하중을 인가했다. 하중을 인가하는 동안, 하중과 변위 둘 모두를 넥시젠 FM 플러스 소프트웨어를 사용하여 기록하였다. 10 ㎜의 전체 변위에 대해 1.1106 N의 하중이 측정되었다. 이는 스톡 프레임에 비해 32.83배의 굽힘 저항 증가를 나타내었다.
실시예 9
복합 광학 필름 및 아크릴 스페이서를 갖는 크로스 -부재 프레임
백라이트 조립체를 모의실험하기 위해, 후지츠 디스플레이에 구비된 백라이트를 모의실험하는 데 사용된 아크릴 조각을 크로스-부재 프레임에 설치하였다. 아크릴 시트를 백라이트와 동일한 치수로 절단하여 프레임에 들여놓았다. "B 단계화된" 복합 광학 필름의 조각을 전술된 바와 같은 크로스-부재 프레임에 부착하여, 필름과 프레임의 크로스 부재 사이의 캐비티 내의 아크릴 스페이서를 밀봉하였다. 그 다음, 모의실험된 백라이트 조립체를 퓨전 UV 램프 D-전구(Fusion UV lamp D-bulb)(미국 메릴랜드주 게이더스버그 소재의 퓨전 유브이 시스템즈 인크.(Fusion UV Systems Inc.)로부터 입수 가능함) 아래에서 100% 출력으로 12.7 ㎝/초(25 ft/분)의 속도로 3회 통과를 이용하여 경화시켜 복합 광학 필름 내의 수지의 중합화를 완료하였다. 중합화의 완료는 필름의 수축을 이루고 프레임 상의 필름에 장력을 인가하게 되었다. 샘플 상의 UV 광의 조사량이 표 7에 도시된다.
Figure pct00007
모의실험된 백라이트 조립체를 시험 설비를 사용하여 바닥 에지를 따라서 고정시켰고, 세트 스크류를 사용하여 프레임의 상부 좌측 모서리를 z 방향으로 +5 ㎜ 편향시켰다. 하중이 가해지지 않은 채로, 로드셀과 프레임 사이에 최소의 갭이 존재하도록 칼럼 시험 장치의 로드셀을 프레임에 인접하게 배치하였다. -5 ㎜ 변위될 때까지 상부 우측 모서리에 하중을 인가했다. 하중을 인가하는 동안, 하중과 변위 둘 모두를 넥시젠 FM 플러스 소프트웨어를 사용하여 기록하였다. 10 ㎜의 전체 변위에 대해 1.3 N의 하중이 측정되었다. 이는 스톡 프레임에 비해 43배의 굽힘 저항 증가를 나타내었다.
실시예 10
크로스 -부재 프레임, 일부 경화 필름 및 아크릴 스페이서를 갖는 후지츠
백라이트 조립체를 모의실험하기 위해, 후지츠 디스플레이에 구비된 백라이트를 모의실험하는 데 사용된 아크릴 조각을 크로스-부재 프레임에 설치하였다. 아크릴 시트를 백라이트와 동일한 치수로 절단하여 프레임에 들여놓았다. "B 단계화된" 복합 광학 필름의 조각을 전술된 바와 같은 크로스-부재 프레임에 적용하였다. 원래의 후지츠 LCD 패널을 구성하는 액정 재료 및 두 조각의 유리와 대략 동일한 두께인 코닝 이글(Corning Eagle) 평판 디스플레이 유리(미국 뉴욕주 코닝 소재의 코닝 인크.로부터 입수 가능함)의 단일 시트를 디스플레이를 모의실험하기 위해 사용하였다. 모의실험된 백라이트 조립체를 실시예 9에 기재된 바와 같이 경화시켰다.
시험 설비를 사용하여 바닥 에지를 따라서 유닛을 고정시켰고, 비교 실시예 1에서 전술한 바와 같이 시험 설비에 유닛을 구속하였다. 하중이 가해지지 않은 채로, 로드셀과 프레임 사이에 최소의 갭이 존재하도록 칼럼 시험 장치의 로드셀을 프레임에 인접하게 배치하였다. -5 ㎜ 변위될 때까지 상부 우측 모서리에 하중을 인가했다. 하중을 인가하는 동안, 하중과 변위 둘 모두를 넥시젠 FM 플러스 소프트웨어를 사용하여 기록하였다. 5 ㎜의 전체 변위에 대해 5.5504 N의 하중이 측정되었다. 이는 원래의 랩톱에 비해 2.2배의 굽힘 저항 증가를 나타내었다.
전술된 본 발명은, TV, 노트북 및 모니터와 같은 디스플레이를 포함하는, 얇은 광학 투과성 구조물이 사용되는 곳 어디에나 적용될 수 있고, 광고, 정보 디스플레이 또는 조명을 위해 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 랩톱 컴퓨터와, 광학 디스플레이를 포함하는 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 개인용 게임 장치, 셀방식 전화기, 개인용 미디어 플레이어, 핸드헬드형 컴퓨터 등과 같은 핸드헬드형 장치를 포함한 전자 장치에 적용 가능하다. 백라이트 조립체에 사용되는 광원은 예를 들어 냉음극형광램프(CCFL), 높은 색역의 CCFL, LED일 수 있고, 다른 광원이 사용될 수 있다.
달리 표시되지 않는 한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 특징부 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 숫자는 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 이어지는 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 기술된 수치적 파라미터는 본 명세서에 개시된 교시를 이용하는 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다.
본 명세서에 인용된 모든 참조문헌 및 공개문헌은 본 발명과 직접적으로 모순될 수 있는 범위를 제외하고는 전체적으로 본 명세서에서 본 개시 내용에 참고로 명백하게 포함된다. 비록 구체적인 실시 형태가 본 명세서에 예시되고 설명되었지만, 다양한 대안 및/또는 동등 구현예가 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 도시되고 설명된 구체적인 실시 형태를 대체할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 본 출원은 본 명세서에서 논의된 특정 실시 형태의 임의의 적응 또는 변경을 포함하도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위 및 이의 동등물에 의해서만 한정되어야 하는 것으로 의도된다.

Claims (44)

  1. 제1 표면을 갖는 백라이트와,
    백라이트의 적어도 일부분을 둘러싸는 프레임과,
    프레임에 증가된 굽힘 저항을 제공하기 위해 백라이트의 제1 표면에 인접하고 프레임에 부착된 투과성 광학 필름을 포함하는 백라이트 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 프레임의 굽힘 저항은 적어도 10배만큼 증가된 백라이트 조립체.
  3. 제1항의 백라이트 조립체를 포함하는 액정 디스플레이.
  4. 제3항에 있어서, 디스플레이의 굽힘 저항이 적어도 2배만큼 증가된 액정 디스플레이.
  5. 제1항에 있어서, 투과성 광학 필름은 복합 광학 필름을 포함하는 백라이트 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 백라이트는 20보다 큰 종횡비를 갖는 백라이트 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 프레임은 백라이트의 제1 표면에 대향하여 배치된 기부를 포함하는 백라이트 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 기부는 적어도 하나의 구조적 지지 리브를 추가로 포함하는 백라이트 조립체.
  9. 제7항에 있어서, 기부에 부착된 중합체 필름을 추가로 포함하는 백라이트 조립체.
  10. 제1 표면을 갖는 백라이트와,
    백라이트의 적어도 일부분을 둘러싸는 프레임과,
    백라이트의 제1 표면에 인접하고 프레임에 부착된 투과성 광학 필름을 포함하고, 프레임에 부착된 투과성 광학 필름은 증가된 굽힘 저항을 프레임에 제공하기 위해 장력 상태에 있는 백라이트 조립체.
  11. 제10항의 백라이트 조립체를 포함하는 발광 패널.
  12. 제10항에 있어서, 투과성 광학 필름은 프레임에 부착되기 전에 장력 상태로 유지되는 백라이트 조립체.
  13. 제10항에 있어서, 프레임은 프레임에 부착한 후에 투과성 광학 필름에 장력을 인가하는 백라이트 조립체.
  14. 제10항에 있어서, 투과성 광학 필름은 프레임에 부착된 후에 프레임에 인장력을 가하는 백라이트 조립체.
  15. 제10항에 있어서, 백라이트는 20보다 큰 종횡비를 갖는 백라이트 조립체.
  16. 제10항에 있어서, 프레임은 백라이트의 제1 표면에 대향하여 배치된 기부를 포함하는 백라이트 조립체.
  17. 제16항에 있어서, 기부는 적어도 하나의 구조적 지지 리브를 추가로 포함하는 백라이트 조립체.
  18. 제16항에 있어서, 기부에 부착된 중합체 필름을 추가로 포함하는 백라이트 조립체.
  19. 제10항에 있어서, 프레임의 굽힘 저항은 10배만큼 증가된 백라이트 조립체.
  20. 제10항의 백라이트 조립체를 포함하는 액정 디스플레이.
  21. 제20항에 있어서, 디스플레이의 굽힘 저항은 적어도 2배만큼 증가된 액정 디스플레이.
  22. 제10항에 있어서, 투과성 광학 필름은 복합 광학 필름을 포함하는 백라이트 조립체.
  23. 제10항에 있어서, 투과성 광학 필름은 편광기, 반사 편광기, 확산기, 반사기, 부분 반사기, 비대칭 반사기 및 구조화된 표면 필름으로부터 선택된 적어도 하나의 필름을 추가로 포함하는 백라이트 조립체.
  24. 제1 표면을 갖는 백라이트와,
    백라이트의 적어도 일부분을 둘러싸는 프레임과,
    백라이트의 제1 표면에 인접하고 프레임에 부착된 복합 광학 필름을 포함하는 백라이트 조립체.
  25. 제24항에 있어서, 필름은 접착제를 사용하여 프레임에 부착된 백라이트 조립체.
  26. 제25항에 있어서, 접착제는 고온 용융 접착제, 에폭시 접착제 및 반응성 폴리우레탄 접착제로부터 선택된 백라이트 조립체.
  27. 제24항에 있어서, 복합 광학 필름은 섬유를 포함하는 백라이트 조립체.
  28. 제27항에 있어서, 섬유는 직포인 백라이트 조립체.
  29. 제27항에 있어서, 섬유는 무기 섬유인 백라이트 조립체.
  30. 제29항에 있어서, 무기 섬유는 유리, 세라믹 및 유리-세라믹으로부터 선택된 백라이트 조립체.
  31. 제24항에 있어서, 복합 광학 필름은 열경화성 중합체를 포함하는 백라이트 조립체.
  32. 제24항에 있어서, 복합 광학 필름은 라미네이트인 백라이트 조립체.
  33. 제32항에 있어서, 라미네이트는 다층 광학 필름을 포함하는 백라이트 조립체.
  34. 제32항에 있어서, 라미네이트는 복굴절 필름을 포함하는 백라이트 조립체.
  35. 제32항에 있어서, 라미네이트는 비대칭 반사 필름을 포함하는 백라이트 조립체.
  36. 제24항에 있어서, 복합 광학 필름은 적어도 하나의 미세구조화된 표면을 포함하는 백라이트 조립체.
  37. 제24항의 백라이트 조립체를 포함하는 액정 디스플레이.
  38. 제24항의 백라이트 조립체를 포함하는 조명 기구.
  39. 제24항의 백라이트 조립체를 포함하는 간판.
  40. 상부 개구 및 주연부를 포함하는 프레임을 제공하는 단계와,
    평면 광원의 적어도 일부분을 프레임 내에 배치하는 단계와,
    프레임의 상부 개구를 가로질러 투과성 광학 필름을 부착하는 단계를 포함하고, 투과성 광학 필름은 주연부를 따라서 부착되고 개구를 가로질러 장력 상태로 유지되는 발광 패널 제조 방법.
  41. 상부 개구 및 주연부를 포함하는 프레임을 제공하는 단계와,
    평면 광원의 적어도 일부분을 프레임 내에 배치하는 단계와,
    프레임의 상부 개구를 가로질러 투과성 광학 필름을 부착하는 단계와, 평면 광원에 인접하게 액정 디스플레이 모듈을 배치하는 단계를 포함하고, 투과성 광학 필름은 주연부를 따라서 부착되고 개구를 가로질러 장력 상태로 유지되는 액정 디스플레이 제조 방법.
  42. 광원;
    광원의 적어도 일부분을 둘러싸고 광원에 인접한 반사 표면 및 제1 개구를 갖는 프레임과,
    개구 위에 배치된 비대칭 반사 필름과,
    프레임에 증가된 굽힘 저항을 제공하기 위해, 비대칭 반사 필름에 인접하고 프레임에 부착된 투과성 광학 필름을 포함하는 중공형 백라이트 조립체.
  43. 제42항에 있어서, 프레임은 광원으로부터의 광을 제1 개구에 실질적으로 평행한 방향으로 지향시키도록 구성된 광학 요소를 추가로 포함하는 중공형 백라이트 조립체.
  44. 제43항에 있어서, 광학 요소는 배플, 쐐기, 포물선, 포물면 및 복합 포물선형 집광기로부터 선택된 중공형 백라이트 조립체.
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