KR20180008745A - 액정 디스플레이 어셈블리 - Google Patents

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KR20180008745A
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에스브뢰크 후베르투스 테오도루스 페트루스 반
데반슈 샤르마
슈 혼 람
카 파이 친
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스트럭토 피티이. 리미티드
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Abstract

액정 디스플레이 어셈블리는 제1 기판, 제2 기판 및 제1 기판과 제2 기판 중간의 액정 층; 제1 기판을 향하는 내면 및 외면을 갖는 제1 편광자; 및 제2 기판에 배치되며 제1 편광자의 편광면에 직교하는 편광면을 갖는 제2 편광자를 포함하며, 제1 편광자의 내면은 내면 및/또는 외면이 대류 냉각을 가능하게 하기 위해 노출되도록 제1 기판으로부터 이격된다.

Description

액정 디스플레이 어셈블리
본 발명은 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD) 어셈블리 및 LCD 어셈블리의 구성요소를 배치하는 방법에 관한 것이다. 실시예는 LCD 기반 프로젝터 및 스테레오리소그래피(stereolithography) 장치 같은 용례에 유용하지만, 본 발명은 다른 상황에서도 채용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
액정 디스플레이(LCD)는 한 쌍의 유리 필터 사이에 끼워지는 액정 재료를 전형적으로 포함한다. 각각의 유리 필터에는 편광 재료의 시트가 배치된다. 시트는 서로 수직인 각각의 편광면을 갖는다.
LCD에 사용되는 편광자는 전형적으로 예를 들어 아이오딘 도핑된 PVA를 포함하는 흡수성 편광자이다. 이는 높은 흡광비 및 그에 따른 높은 대비를 부여한다. 이러한 편광자의 특성에 의해, LCD를 백라이팅(backlighting)하는데 사용되는 방사선의 강도가 증가할 때, 편광자에 의해 흡수되는 광의 양은 비례하여 증가한다. 이는 전형적으로 데스크톱 또는 랩톱 컴퓨터 같은 디스플레이 화면으로서 사용되는 LCD에 대해서는 문제가 되지 않는데, 이는 LCD 편광자로 오는 광의 강도가 비교적 작기 때문이다. 그러나, 광 강도가 매우 더 큰(약 수십 내지 수백 watt/cm2) 용례에 대해서는, 백라이트 강도는 상당한 온도 상승을 발생시키기에 충분하다. 이런 문제는 또한 380nm 내지 420nm의 파장을 갖는 광이 LCD에 입사하는 경우에 커진다. 더 짧은 파장으로 인해, 광은 용이하게 분산되며 편광자 시트에 의해 흡수된다. 고강도 광은 광자 당 더 많은 에너지를 가지고 있으며 이 에너지는 편광자에 의해 흡수될 때 열로 변환된다. 입사광의 강도 및 파장에 의존하는 온도는 액정 패널의 작동 온도를 넘어 상승할 수 있다. 이러한 경우에, 액정은 그들의 액체 상태로 영구적으로 변형될 수 있고 전류를 받을 때 입사광의 편광을 변화시키지 못할 수 있으며, 따라서 그들의 기능을 효과적으로 실행하지 못하게 될 수 있다.
예를 들어, 수백 와트의 광이 1인치 크기 미만의 프로젝터 내측의 3개의 작은 LCD에 집중되는 LCD 기판 프로젝터에서는, 편광자에 의해 흡수된 것의 대략 50 퍼센트의 에너지가 집중되는 매우 작은 영역이 존재한다. 흡수된 에너지는 열로 변환됨으로써, LCD 패널이 열을 받게 된다. 이들 프로젝터는 온도를 제어하기 위한 냉각 장치를 갖지만, 그들의 효율성은 프로젝터의 공간에 의해 제한되며, 냉각이 실시될 수 있는 정도는 작동 동안 허용될 수 있는 소음 수준에 의해 제한된다. 과열은 프로젝터의 일반적인 고장 형태이다.
LCD의 가열이 문제가 될 수 있는 다른 상황은 UV 백릿(backlit) LCD가 연속적인 화상을 광중합체 수지에 투영하여 수지를 한층 한층 경화시켜 3차원 물체를 형성하는 첨가식 제조 공정이다. 이러한 경우의 LCD 디스플레이는 플라스틱 재료로 형성된 두꺼운 투명한 백킹(backing)에 장착된다. 투명한 백킹은 열등한 열 전도체이기 때문에 LCD의 효과적인 냉각을 방해한다. 이런 유형의 첨가식 제조 장치에서, LCD로 오는 광 강도는 LCD 프로젝터의 것보다 낮지만, 광은 거의 전체적으로 UV 스펙트럼에 놓이며 편광자에 의해 용이하게 흡수되기 때문에, 온도를 상당히 상승시킨다.
기존에는, 가열 문제를 해결하기 위해서 능동형 및 수동형 냉각 방법이 고려되었다. 예를 들어, 미국 특허 번호 7,123,334는 패널을 냉각하기 위해서 LCD 프로젝터의 각 LCD 패널에 걸쳐서 워터 재킷(water jacket)을 구현한다. 그러나, 수냉은 물 누설, 물의 주기적인 교체 요구, 및 냉각 어셈블리의 부피성을 포함하는 단점을 갖는다. 다른 예에서, LCD 프로젝터의 하우징 내부의 팬이 패널의 대류 냉각을 위해 사용될 수 있다. 그러나, LCD 프로젝터는 작은 형태 인자를 필요로 하기 때문에, 필요한 공기 유량을 제공할 만큼 크고, 또한 프로젝터가 예를 들어 홈 엔터테인먼트를 위해 사용될 때 오디오 품질에 영향을 줄 만큼 시끄럽지 않은 팬을 설치하는 것은 어렵다.
상기 어려움의 관점에서, 냉각이 더욱 쉽거나 적어도 공지된 LCD 어셈블리에 대한 유용한 대안을 제공하는 LCD 어셈블리를 제공하는 것이 바람직하다.
일 양태에서, 액정 디스플레이 어셈블리로서,
제1 기판, 제2 기판, 및 제1 기판과 제2 기판 중간의 액정 층;
제1 기판을 향하는 내면 및 외면을 갖는 제1 편광자; 및
제2 기판에 배치되고 제1 편광자에 직교하는 편광면을 갖는 제2 편광자를 포함하며,
제1 편광자의 내면은 내면 및/또는 외면이 대류 냉각을 가능하게 하기 위해 노출되도록 제1 기판으로부터 이격되는, 액정 디스플레이 어셈블리가 제공된다.
유리하게는, 제1 편광자의 내면을 제1 기판으로부터 이격시킴으로써, 제1 편광자의 더 큰 표면적이 노출되고, 따라서 제1 편광자가 방사선에 노출될 때 대류 냉각을 용이하게 하고 액정 층의 열화 가능성을 감소시킨다.
제1 편광자는, 제1 편광자와 장치의 나머지 부분 사이에 공기 간극이 존재하고, 내면 및 외면 양자 모두가 대류 냉각을 받을 수 있도록 장치의 나머지 부분으로부터 완전히 이격될 수 있다.
일부 실시예에서, 예를 들어 액정 디스플레이 어셈블리가 첨가식 제조 장치의 동적 마스크로서 사용되는 경우, 강성이며 투명 또는 반투명한 백킹 층이 제1 기판에 배치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제1 편광자는 투명 또는 반투명한 백킹 층에 배치될 수 있거나, 또는 제1 편광자와 투명 또는 반투명한 백킹 층 사이에 공기 간극이 존재하도록 그 층으로부터 이격될 수 있다.
일부 실시예에서, 액정 디스플레이 어셈블리는 제1 기판에 배치된 제3 편광자를 포함할 수 있으며, 제3 편광자는 제1 편광자와 동일한 편광면을 갖는다. 제1 편광자는 2색성 편광자일 수 있다.
유리하게는, 제3 편광자에 제2 편광자와 동일한 편광면을 제공함으로써, 제1 편광자를 통해 투과된 임의의 광의 편광이 어셈블리를 통해 전파되는 광으로서 작용하는 경우, 제3 편광자는 광이 재편광되는 것을 보증한다. 이는 LCD 어셈블리에 의해 생성되는 이미지에 대한 더 높은 대비율 가져온다.
다른 양태에서, 중합성 재료(polymerisable material)를 수용하기 위한 경화 볼륨(curing volume)을 갖는 스테레오리소그래픽(stereolithographic) 장치를 위한 경화 어셈블리가 제공되며, 상기 경화 어셈블리는,
상기 실시예 중 어느 하나에 따른 액정 디스플레이 어셈블리; 및
액정 디스플레이 어셈블리를 통해 경화 볼륨을 조사하기 위한 방사선원을 포함한다.
경화 어셈블리는 액정 디스플레이 어셈블리의 제1 편광자의 내면 및/또는 외면의 대류 냉각을 위한 냉각 수단을 포함할 수 있다.
추가의 양태에서, 액정 디스플레이 어셈블리의 구성요소를 배치하는 액정 디스플레이 어셈블리의 구성요소 배치 방법이 제공되며, 액정 디스플레이 어셈블리는 제1 기판, 제2 기판, 제1 기판과 제2 기판 중간의 액정 층, 제1 편광자, 및 제1 편광자의 편광면에 직교하는 편광면을 갖는 제2 편광자를 포함하며, 상기 액정 디스플레이 어셈블리의 구성요소 배치 방법은,
제2 기판에 제2 편광자를 배치하는 단계; 및
제1 편광자의 내면 및/또는 외면이 대류 냉각을 가능하게 하기 위해 노출되도록 제1 기판으로부터 제1 편광자를 이격시켜 제1 편광자의 내면이 제1 기판을 향하게 하는 단계를 포함한다.
이제 첨부의 도면을 참조하여 오직 비제한적인 예로서 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.
도 1은 종래의 LCD 어셈블리의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LCD 어셈블리의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LCD 어셈블리의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LCD 어셈블리를 갖는 첨가식 제조 장치의 개략도이다.
본 발명의 실시예는 특히 LCD가 종래의 냉각 방법, 즉 전도 및 대류를 직접적으로 이용할 수 없는 상황에서, 패널에 대한 특정 작동 온도하에서 액정 패널의 온도를 능동적으로 유지하는 것을 추구한다.
도 1을 참조하면, UV 스펙트럼으로부터 적외선 스펙트럼까지의 전자기 방사선에 대해 투명한 강성 플랫폼(6)에 고정되는 LCD 패널(7)을 갖는 종래의 LCD 어셈블리(5)가 도시되어 있다. 플랫폼(6)은 어셈블리가 수직 하중을 받을 때 LCD 유리(12, 14)에 대한 구조적인 굽힘을 방지하기에 충분한 임의의 재료로 이루어질 수 있다. LCD 패널(7)은 제1 기판(12)에 배치되는 제1 편광자(1)를 포함한다. 제1 기판(12) 및 제2 기판(14)은 액정 재료(3)의 층을 사이에 끼우고 있다. 제2 편광자(2)가 제2 기판(14)에 배치된다. 제1 및 제2 기판(12, 14)은 어셈블리에 강성을 제공하는 역할을 하며 종래 기술에서 공지된 바와 같은 기타 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 각각의 기판(12, 14)은 유로로 형성될 수 있으며 액정(3)을 정렬시키기 위한 표면 요철 구조를 가질 수 있다. 전형적으로, 전극 층 등의 기타의 층, 및 액정 층(3)의 영역이 전자적으로 어드레스(address)되는 것을 허용하는 전자 구성요소가 존재한다(도시되지 않음). 제1 및 제2 편광자(1, 2)는 2색성 편광 필름이다. 제2 편광자(2)의 편광면은 제1 편광자(1)의 편광면에 수직이다.
LCD 어셈블리(5)는 첨가식 제조 기계를 위한 경화 어셈블리의 일부이다. 사용시, 어셈블리(5)는 제2 편광자(2)가 광중합성 수지가 수용되는 용기를 향하도록 위치설정된다. 예를 들어, 스펙트럼의 UV 부분, 스펙트럼의 적외선 부분 또는 그 사이의 어딘가에서 고강도 전자기 방사선을 방출할 수 있는 방사선원(4)이 투명한 플랫폼(6)을 통해 어셈블리(5)를 조명하기 위해 사용될 수 있다. 방사선원(4)이 켜지고 LCD 디스플레이가 블랙 및 화이트 영상을 나타내도록 어드레스될 때, LCD 패널(7)은 방사선이 영상의 화이트 영역을 통과하도록 하는 한편 모든 방사선은 영상의 흑색 영역에서 차단된다. 패널(7)을 통과하는 방사선은 용기 내측의 수지에 충돌하며 따라서 수지를 경화시킨다. LCD 패널(7)은 따라서 수지가 이미지 형태로 경화되는 것을 허용하는 동적 마스크로서 작용한다.
LCD의 "블랙(black)" 영역으로 인해 통과되지 않는 방사선은 편광자(2)에 의해 흡수되고 후속하여 LCD 패널(7)의 온도를 상승시킨다. 이러한 배치에서는 LCD 온도가 몇 초의 노출에 의해 40도까지 상승될 수 있다는 것을 발견하였다. 일반적으로, 이러한 온도의 상승은 예를 들어 LCD 패널(7)의 블랙부에 냉각 공기를 취입함으로써 달성될 수 있는 대류에 의한 LCD 패널(7)의 직접 냉각을 이용하여 제어된다. 그러나, 이러한 배치에서는, LCD 패널(7)의 블랙부는 플랫폼(6)에 대한 패널(7)의 장착면이며, 따라서 LCD 패널(7)에는 본질적으로 송풍기가 접근하기 어렵기 때문에 대류 냉각은 더 이상 유효하지 않다.
상기 문제를 경감하기 위해서, 도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시예는 적어도 그 외면에 송풍기 같은 대류 냉각 수단이 접근가능하도록 제1 기판으로부터 제1 편광자를 이격시킨다. 도 2에 도시된 LCD 어셈블리(200)는 도 1의 강성 지지부(6)와 동등한 강성의 투명한 지지 부재(206)에 배치되는 제1 편광자(201)를 포함한다. 지지 부재(206)는 다시 제2 기판(212)과 함께 액정 층(203)(그리고 전극 및 다른 전자 부품 같은 본 기술분야의 표준인 기타 부품)을 사이에 끼우는 제1 기판(211)(예를 들어, 유리 기판)에 배치된다. 제2 편광자(202)가 제2 기판(212)에 배치된다. 제2 편광자(202)의 편광 방향은 제1 편광자(201)의 편광 방향에 직교한다. 따라서, 제1 편광자(201)는 LCD 패널(211, 203, 212, 202)의 나머지 부분으로부터 멀어지는 방향으로 효과적으로 이동하므로, 편광자(201)의 배향이 유지되고, 편광자는 입사 방사선의 경로에 유지되며 축류/원심 팬 같은 대류 냉각 시스템에 의해 능동적으로 냉각될 수 있다. 입사광이 편광되지 않는 경우 흡수된 에너지의 대략 절반이 제1 편광자(201)에 의해 흡수되기 때문에, 이는 액정 층(203)이 받는 열의 양을 실질적으로 감소시킨다. 이런 배치는 또한 편광자의 편광 능력이 방사선에 의해 충분히 열화되어 편광자가 입사 방사선을 편광시키도록 효과적으로 기능하는 것을 방해하는 경우에 편광자(201)의 용이한 교체를 허용한다.
제1 편광자(301)가 도 1의 강성 지지부(6) 또는 도 2의 강성 지지부(206)와 동등한 강성의 투명한 지지 부재(306)에 배치되는 다른 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 액정 재료(303)의 층이 제1 기판(311)과 제2 기판(312) 사이에 끼워진다. 제1 및 제2 기판(311, 312)은 상술한 바와 같이 전형적으로 유리 기판이다. 제1 편광자(301)는 개재되는 지지 부재(306)에 의해 제1 기판(311)으로부터 이격된다. 제2 편광자(302)가 제2 기판(312)에 배치된다. 제2 편광자(302)의 편광 방향은 제1 편광자(301)의 편광 방향에 직교한다. 부가적으로, 제3 편광자(320)가 제1 기판에 배치되며, 지지 부재(306)와 제1 편광자(301) 중간이다. 제3 편광자(320)는 제1 편광자(301)와 동일한 편광 방향을 갖는다.
이제 도 4를 참조하면, 도 2의 LCD 어셈블리(200)를 포함하는 첨가식 제조 장치(additive manufacturing apparatus)(400)가 도시되어 있다. LCD 어셈블리(200)는 방사선원(450)을 또한 포함하는 경화 어셈블리의 일부이다. 방사선원(450)은 예를 들어 UV 램프일 수 있다.
첨가식 제조 장치(400)는 경화 볼륨(412)에 중합성 재료(414)를 수용하기 위한 용기(410)를 포함한다. 용기(410)는 저벽(402), 측벽(404), 및 용기(410)의 투명한 저벽(402)과 측벽(404) 사이의 밀봉부를 갖는다. 밀봉부는 용기를 밀봉하기 위해서 제자리에 경화되는 에폭시 같은 재료로 형성될 수 있지만, 또한 고무(예를 들어, 니트릴 또는 바이턴) 같은 고체 밀봉부일 수 있다. 바람직하게는, 용기(410)는 직사각형 또는 정사각형 내부 영역을 형성하는 4개의 측벽을 갖지만, 물론 하나의 원통형 측벽 또는 다른 구성을 가질 수 있다.
LCD 어셈블리(200)는 편광자(202)가 저벽(402)에 접촉하도록 저벽(402) 아래에 위치된다. 강성의 투명한 부재(206)는 LCD 어셈블리(200)가 저벽(402)에 접촉할 때 다른 층(202, 212, 203, 211)에 지지부를 제공한다. 일부 실시예에서, LCD 어셈블리는 용기(410)의 저벽(402)에 부착될 수 있다. 그러나, 대안적인 실시예에서, LCD 어셈블리(200)는 용기(410) 내에 위치되거나 용기와 일체형일 수 있다.
장치(400)는 축조면(422)을 갖는 축조 플랫폼(420)을 포함한다. 형성면(422)은 용기(410)의 저벽(402)을 향한다. 축조 플랫폼(420)은 저벽(402) 및 LCD 어셈블리(200) 상방의 용기(410) 내측에 부유되어 있다.
축조 플랫폼(420)은, 볼 스크류(ball screw), 리드 스크류(lead screw), 벨트 드라이브 기구(belt drive mechanism), 체인 및 스프로켓 기구(chain 및 sprocket mechanism), 또는 이들의 조합 및 정밀 스테퍼 모터를 포함할 수 있는 기계적인 어셈블리에 의해 저벽(402) 위에서 용기(410)에 대해 수직 상방 및 하방으로 이동하거나 이동될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 이동 기구는 장치(400)의 제어 시스템의 마이크로컨트롤러(도시되지 않음)에 의해 구동되는 스테퍼 모터 및 나사산형 로드(430)를 포함한다.
축조 동작 동안의 사용시, 경화 어셈블리의 방사선원(450)은 LCD 어셈블리(200)를 조사한다. 용기(410)의 수지(414)는 LCD(203)의 활성 화소의 패턴에 따른 각각의 층 패턴으로 한층 한층 경화된다. 한편, 송풍기 또는 기타 대류 냉각 장치 같은 냉각 장치(440)는 방사선원(450)을 향하는 LCD 어셈블리(200)의 표면에 있는 편광자(201)에 걸쳐 냉각 기류를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않는 다양한 기타 변형 및 변경이 본원의 개시내용으로부터 통상의 기술자에게는 명확할 것이다. 이하의 청구항은 본원에서 설명된 구체적 실시예와 이러한 변형, 변경 및 등가물을 포함하도록 의도된다.

Claims (8)

  1. 액정 디스플레이 어셈블리이며,
    제1 기판, 제2 기판, 및 제1 기판과 제2 기판 중간의 액정 층;
    상기 제1 기판을 향하는 내면, 및 외면을 갖는 제1 편광자; 및
    상기 제2 기판에 배치되고 제1 편광자에 직교하는 편광면을 갖는 제2 편광자를 포함하며,
    상기 제1 편광자의 내면은, 내면 및/또는 외면이 대류 냉각을 가능하게 하기 위해 노출되도록 상기 제1 기판으로부터 이격되는 액정 디스플레이 어셈블리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 기판에 마련된 강성이며 투명 또는 반투명한 백킹(backing) 층을 포함하는 액정 디스플레이 어셈블리.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 기판에 배치된 제3 편광자를 포함하며, 상기 제3 편광자는 상기 제1 편광자와 동일한 편광면을 갖는 액정 디스플레이 어셈블리.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 편광자는 투명 또는 반투명한 백킹 층에 배치되는 액정 디스플레이 어셈블리.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 편광자는 2색성 편광자인 액정 디스플레이 어셈블리.
  6. 중합성 재료를 수용하기 위한 경화 볼륨(curing volume)을 갖는 스테레오리소그래픽(stereolithographic) 장치를 위한 경화 어셈블리이며, 상기 경화 어셈블리는,
    청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 따른 액정 디스플레이 어셈블리; 및 상기 액정 디스플레이 어셈블리를 통해 경화 볼륨을 조사하기 위한 방사선원을 포함하는 경화 어셈블리.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 액정 디스플레이 어셈블리의 제1 편광자의 내면 및/또는 외면의 대류 냉각을 위한 냉각 수단을 포함하는 경화 어셈블리.
  8. 액정 디스플레이 어셈블리의 구성요소를 배치하는 액정 디스플레이 어셈블리의 구성요소 배치 방법이며, 상기 액정 디스플레이 어셈블리는 제1 기판, 제2 기판, 제1 기판과 제2 기판 중간의 액정 층, 제1 편광자, 및 제1 편광자의 편광면에 직교하는 편광면을 갖는 제2 편광자를 포함하며, 상기 액정 디스플레이 어셈블리의 구성요소 배치 방법은,
    상기 제2 기판에 상기 제2 편광자를 배치하는 단계; 및
    상기 제1 편광자의 내면 및/또는 외면이 대류 냉각을 가능하게 하기 위해 노출되도록 상기 제1 기판으로부터 상기 제1 편광자를 이격시켜, 상기 제1 편광자의 내면이 상기 제1 기판을 향하게 하는 단계를 포함하는 액정 디스플레이 어셈블리의 구성요소 배치 방법.
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