(57)【要約】【課題】ディフューザーフィルムは、それ自体に向けたおよび場合により光管理配列に典型的に使用される他の光学フィルムに向けた構造的支持を提供しなければならない。【解決手段】光学素子は、少なくとも１つの光学フィルムを含み、光学フィルムの少なくとも一部は、制御された張力をフィルムに適用するための機構の存在によって寸法的に安定して維持され、張力は、光学フィルムの穴またはスロットを通って突出する張力をかける機構を通して適用される。【選択図】図２
2008310287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光学フィルムを含む光学素子であって、前記光学フィルムの少なくとも一部が、前記フィルムに制御された張力を加えるための機構の存在によって寸法安定性を維持され、前記張力が、前記光学フィルムの穴またはスロットを通って突出する張力をかける機構を介して加えられる光学素子。
【請求項２】
光学ディフューザーフィルムを含む請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記光学ディフューザーフィルムが、ボイドを含む請求項２記載の光学素子。
【請求項４】
前記張力が、前記光学フィルムの周囲のまわりの各部位において機構によって加えられる請求項１記載の光学素子。
【請求項５】
前記張力が、加えられる部位に最も近い前記フィルムの縁に垂直方向に加えられる請求項４記載の光学素子。
【請求項６】
前記張力をかける機構が、前記穴またはスロットを通って突出する細長い構造物であって前記張力の方向に対して垂直である少なくとも１つの表面を有する構造物を含む、請求項１記載の光学素子。
【請求項７】
前記張力が、前記光学素子の設計温度及び湿度範囲で予想されるフィルムの寸法変化にわたって機構ごとに実質的に維持され得る請求項１記載の光学素子。
【請求項８】
機構ごとに加えられる張力の最大変化が、前記光学素子の設計温度及び湿度範囲で予想されるフィルムの寸法変化にわたって最高力の５０％未満である請求項７記載の光学素子。
【請求項９】
加えられる張力の最大変化が、前記光学素子の設計温度及び湿度範囲で予想されるフィルムの寸法変化にわたって最高力の２５％未満である請求項７記載の光学素子。
【請求項１０】
前記機構が、バネ機構である請求項１記載の光学素子。
【請求項１１】
前記機構が、前記少なくとも１つの光学フィルムの周囲のまわりの支持フレームを含む請求項１記載の光学素子。
【請求項１２】
少なくとも１つのバネ形式の機構が、前記少なくとも１つの光学フィルムを前記フレームに接続する請求項１１記載の光学素子。
【請求項１３】
サブフレームが、前記フィルムの１つの縁に沿った各部位で前記少なくとも１つの光学フィルムに直接接続され、続いて、前記フレームに接触している少なくとも１つのバネ形式の機構に接触している、請求項１１記載の光学素子。
【請求項１４】
制御された張力は受けないが、前記支持フレームによって抑制される少なくとも１つの光学フィルムを含む請求項１１記載の光学素子。
【請求項１５】
光学ディフューザーフィルムおよび光方向づけフィルムを含む請求項１記載の光学素子。
【請求項１６】
反射偏光子フィルムをさらに含む、請求項１５記載の光学素子。
【請求項１７】
ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルムをさらに含む請求項１６記載の光学素子。
【請求項１８】
光源と、光学フィルムを含む光学素子とを含むディスプレイであって、前記光学フィルムの少なくとも一部が、前記フィルムに制御された張力を加えるための機構の存在によって寸法安定性を維持されるディスプレイ。
【請求項１９】
前記光学素子が、光学ディフューザーフィルムを含む請求項１８記載のディスプレイ。
【請求項２０】
光学フィルムの平面均一性を制御するための方法であって、前記フィルムの少なくとも一部に、制御された張力を受けさせることを含む方法。
【請求項２１】
少なくとも１つの光学フィルムを含む光学素子であって、前記光学フィルムの少なくとも一部は、前記フィルムに制御された張力を加えるための機構の存在によって寸法安定性を維持され、前記光学フィルムが、ボイドを含むディフューザーフィルムである光学素子。
【請求項２２】
少なくとも１つの光学フィルムを含む光学素子であって、前記光学フィルムの少なくとも一部が、前記フィルムに制御された張力を加えるための機構の存在によって寸法安定性を維持され、機構ごとに加えられる張力の最大変化が、前記光学素子の設計温度及び湿度範囲で予想されるフィルムの寸法変化にわたって最高力の５０％未満である光学素子。
【請求項２３】
前記張力をかける機構が、前記光学フィルムの穴またはスロットを通って突出する張力かけグロメットを含む請求項１記載の光学素子。
【請求項２４】
前記張力をかける機構が、前記光学フィルムの穴またはスロットを通って突出する張力かけストラップを含む請求項１記載の光学素子。
【請求項２５】
前記張力が、バックライトユニットの一部であるフレームを介して加えられる請求項１記載の光学素子。
【請求項２６】
２つの光学フィルムの一部が、前記フィルムに制御された張力を加えるための機構の存在によって寸法安定性を維持される請求項１記載の光学素子。
【請求項２７】
少なくとも１つの追加フィルムが、制御された張力を加えるための機構の存在によって寸法安定性を維持される前記２つの光学フィルムの間に置かれる、請求項２６記載の光学素子。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの追加フィルムが、制御された張力を加えるための機構の存在によって寸法安定性を維持される前記２つの光学フィルムによって、前記フィルム表面に垂直に抑制される請求項２７記載の光学素子。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの追加フィルムが、ピンに適用された前記フィルムの穴およびスロットによって前記フィルムの面の並進および回転がさらに抑制される請求項２８記載の光学素子。
【請求項３０】
前記グロメットが、弾性材料を含む請求項２３記載の光学素子。
【請求項３１】
前記グロメットが、エラストマーを含む請求項２３記載の光学素子。
【請求項３２】
前記エラストマーが、ポリウレタン類、シリコーンゴム類、ポリクロロプレン、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−プロピレンターポリマー、ビニリデンフルオリド−クロロ−トリフルオロエチレンランダムコポリマー、ビニリデンフルオリド−クロロ−ヘキサフルオロエチレンランダムコポリマー、および、高強度ブナＮゴムを含む請求項３１記載の光学素子。
【請求項３３】
前記エラストマーが、安定剤または環境保護剤をさらに含む請求項３２記載の光学素子。
【請求項３４】
前記ストラップが、弾性材料を含む請求項２４記載の光学素子。
【請求項３５】
前記ストラップが、エラストマーを含む請求項２４記載の光学素子。
【請求項３６】
前記エラストマーが、ポリウレタン類、シリコーンゴム類、ポリクロロプレン、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−プロピレンターポリマー、ビニリデンフルオリド−クロロ−トリフルオロエチレンランダムコポリマー、ビニリデンフルオリド−クロロ−ヘクサフルオロエチレンランダムコポリマー、および、高強度ブナＮゴムを含む請求項３５記載の光学素子。
【請求項３７】
前記エラストマーが、安定剤または環境保護剤をさらに含む請求項３６記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願へのクロスリファレンス
本願は、２００７年２月１２日に出願された米国仮特許出願第６０／９００，８９５号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、張力をかけられた光学素子および光学ディスプレイにおけるその使用に関し、より詳細には、ＬＣＤモニタおよびＬＣＤテレビに使用されてもよい液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に関する。
【背景技術】
【０００３】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、ラップトップコンピュータ、携帯計算機、デジタル腕時計及びテレビ等の装置に使用される光学ディスプレイである。幾つかのＬＣＤは、ディスプレイの側面に位置する光源を含み、光源からＬＣＤパネルの背面へ光を導くように配置された光ガイドを含む。他のＬＣＤ、例えば、幾つかのＬＣＤモニタ及びＬＣＤテレビ（ＬＣＤ−ＴＶ）は、ＬＣＤパネルの背後に配置された多数の光源を使用して直接照明される。この配置は、より大きいディスプレイではますます一般的である。なぜなら、一定レベルのディスプレイ光度を達成するための光パワー要件がディスプレイサイズの二乗で増加する一方で、ディスプレイの側面に沿って光源を設置するために利用できる場所がディスプレイサイズに比例して増加するだけだからである。加えて、幾つかのＬＣＤの用途、例えば、ＬＣＤ−ＴＶは、ディスプレイが他の用途よりもかなり大きく離れた場所から見るのに十分なほど明るいことが必要であり、ＬＣＤ−ＴＶ用の視角要件は、ＬＣＤモニタ及び携帯装置用のものとは一般に異なる。
【０００４】
幾つかのＬＣＤモニタ及び殆どのＬＣＤ−ＴＶは、一般に、多数の冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）によって背後から照明される。これらの光源は、線状であり、かつディスプレイの全幅にわたって伸びており、その結果、ディスプレイの背面が、より暗い領域によって分離された一連の明るいストライプによって照明されることになる。そのような照明プロファイルは望ましくなく、そのため、ディフューザープレートが、ＬＣＤ装置の背面において照明プロファイルを平滑にするために使用される。
【０００５】
幾つかのＬＣＤモニタ及び殆どのＬＣＤ−ＴＶは、一般に、ランプの反対側にディフューザープレートに隣接して光管理フィルムの配列を積み重ねる。これらの光管理フィルムは、概して、コリメートディフューザーフィルム（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ  ｄｉｆｆｕｓｅｒ  ｆｉｌｍ）、プリズム光方向づけフィルム及び反射偏光子フィルムを含む。ＬＣＤディスプレイを製造するためのこられの個別の光管理フィルムの取り扱いは、幾つかのフィルムが保護カバーシートを備えて供給され、それは最初に取り外さなければならず、その後、各光管理フィルムが個別にＬＣＤのバックライトユニットに置かれなければならないので、非常に大きな労働力を要する。また、個別に各フィルムの在庫を調べて追跡することが、ＬＣＤディスプレイを製造するための総費用を高める場合がある。さらに、これらの光管理フィルムは個別に取り扱われるため、組立工程中にフィルムを損傷するより多くのリスクが存在する。
【０００６】
現在、ＬＣＤ−ＴＶディフューザープレートは、典型的に、ガラス、ポリスチレンビーズ及びＣａＣＯ３粒子を含む様々な分散相を備えたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のポリマーマトリクスを使用する。これらのプレートは、ディスプレイ製造業者が、常に、フォームファクタを薄くし、ディスプレイの重量を減少しようと努めているとはいえ、厚くて重い。ディフューザープレートは、ランプによって生じた高湿高温に曝された後に変形するか又は歪むことが多く、それは、ディスプレイにおける視野欠陥を引き起こす。加えて、ディフューザープレートは、ポリマーマトリクス全体に拡散粒子を均一に分布させるために専用押出配合を必要とし、それがコストをさらに増加させる。
【０００７】
先行の開示である米国特許出願第２００６／００８２６９９号には、自己支持性基体と光学拡散フィルムの別個の層をラミネートすることによって拡散プレートのコストを減少する１つの手法が記載されている。この解決法は新規であるが、これらの層を一緒にラミネートするために接着剤を使用する必要性が、結果として光吸収材料を加えることによるシステムの効率の低下をもたらす。層を一緒にラミネートするための追加処理費用も自滅的である。また、この先行の開示は、ディフューザープレートの厚いフォームファクタ及び重い重量の問題を解決していない。この解決法は、ディフューザープレートの歪みの問題も扱っていない。
【０００８】
別の先行の開示である米国特許出願第２００６／０１７１１６４号には、ＬＣパネルと照明源との間に配置された光学フィルム構造体又は光学素子が記載されている。この光学素子は、光学フィルムに取り付けられるフィルム固定部品を使用し、光学フィルムはフィルム張力制御部材にさらに取り付けられ、フィルム張力制御部材はフレームに接続される。この開示には、フィルム上の張力を維持することによって光学フィルムの歪みを防止する観点から、そのような光学素子の有意な利点が記載されている。しかし、この開示の１つの欠点は、フィルム張力制御部材をフィルムに接続すると教示されるフィルム固定部品の使用が、低製造コストアプローチの観点から、非常に実用的でないことである。フィルム固定部品を形成し、次いでそれらを光学フィルムに付着するプロセスは、張力を光学フィルムに与える複雑で高コストな手段である。また、米国特許出願第２００６／０１７１１６４号は、厚いプレートディフューザーを等価な光学性能を有するディフューザーフィルムと取り替えることによって厚いプレートディフューザーをいかに排除することができるかを教示していない。
【０００９】
ディフューザープレートを光学ディフューザーフィルムと交換することは望ましく、それは、有意に低い重量だけでなく非常に薄いフォームファクタも有する。そのようなディフューザーフィルムは、高レベルの光均一性を維持しながら、寸法安定性および高い光透過率を有さなければならない。さらに、そのようなディフューザーフィルムは、光源からディフューザーより上のＬＣ層への熱利得を減少するためにさらなる断熱値を有することが望ましい。ボイド形成は、ディフューザーフィルムの光学要件および断熱要件の両方を達成するための周知の手段である。
【００１０】
ディフューザーフィルムは、それ自体のために、及び任意に光管理配列に典型的に使用される他の光学フィルムのために、構造的支持も提供しなければならない。本発明の本質は、この構造的支持要件である。
【特許文献１】米国特許出願第２００６／００８２６９９号明細書
【特許文献２】米国特許出願第２００６／０１７１１６４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、フィルムが光学素子の設計温度及び湿度範囲にわたって平坦さ及び高度の張力を維持するように、張力をかける機構によって制御された張力の下で支持される少なくとも１つの光学フィルムを含む光学素子を提供することである。本発明のさらなる目的は、少なくとも１つの光学フィルムに張力を与えるための低コストの手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
好ましい実施形態において、光学素子は、非常に低いコストで、以前のプレートディフューザーの光学的平滑化機能を提供する。光学素子は薄い厚さでさえも、高レベルの光学的機能を提供し、かつ特定の温度及び湿度試験の下で表面平坦さ要件を満たす点で、独特である。典型的に、光学素子は、制御された張力によって支持される少なくとも１つの光学フィルムの周囲のまわりに支持フレームを含む。本発明の他の実施形態は、支持フレームによって抑制された他の光管理フィルムも含む。これらの他の光学フィルムも、制御された張力によって支持されることができるか、又は制御された張力によって支持される少なくとも１つの光学フィルムによって支持されることができる。
【００１３】
本発明は、少なくとも１つの光学フィルムを備え、光学フィルムの少なくとも一部が、制御された張力をフィルムに加えるための機構の存在によって寸法的安定性を維持され、張力は、光学フィルムの穴またはスロットを通って突出する張力をかける機構を通じて加えられる。それはまた、少なくとも１つの光学フィルムを含む光学素子を含み、光学フィルムの少なくとも一部は、制御された張力をフィルムに加えるための機構の存在によって寸法的安定性が維持され、光学フィルムは、ボイドを含むディフューザーフィルムである。それはさらに、少なくとも１つの光学フィルムを含む光学素子を包含し、光学フィルムの少なくとも一部は、制御された張力をフィルムに加えるための機構の存在によって寸法的安定性が維持され、各機構に加えられた張力の最大変化が、光学素子の設計温度および湿度範囲で予想されるフィルムの寸法的変化にわたって最高力の５０％未満である。
【００１４】
それはまた、光を均一に放つためのディスプレイ及び方法を提供する。本発明の一の実施形態は、フィルムの周囲のまわりのフレームを介して制御された張力によって支持されるポリマー光学ディフューザーフィルムを含む光学素子である。張力は、例えば、フィルムの周囲のまわりの各部位で穴またはスロットを通って突出し、続いてフレームに接続されるバネ形式の機構によってフィルムに加えられる。これらのバネ機構は、実質的に、環境試験状態中においてでさえ、フィルムに張力を維持する。この光学素子は、バックライト付きＬＣＤディスプレイにおいて、今日、典型的に使用されるディフューザープレートの光学的機能を交換するのに有用である。
【００１５】
本発明の別の実施形態は、光学ディフューザーフィルムおよび少なくとも１つの他の光管理フィルムを含む光学素子であり、少なくともその一方は、フィルムの穴またはスロットを通って突出し且つフィルムの周囲のまわりのフレームに接続された張力をかける機構を介して制御された張力によって支持される。この光学素子は、バックライト付きＬＣＤディスプレイにおいて、今日、典型的に使用されるディフューザープレート及び光管理フィルムの光学的機能を交換するのに有用である。
【００１６】
本発明の別の実施形態は、光源およびＬＣＤパネルを有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）ユニットに関するものであり、ＬＣＤパネルは、上部プレート、下部プレート、および、上部プレートと下部プレートとの間に配置された液晶層を含む。下部プレートは光源に面し、かつ吸収偏光子を含む。光管理フィルムの配列を含み、少なくともその１つが、フィルムの穴またはスロットを通って突出し且つフィルムの周囲のまわりのフレームに接続された張力をかける機構を介して制御された張力によって支持される光学素子は、光源とＬＣＤパネルとの間に配置され、そのため、光源は、光管理フィルムの配列を通ってＬＣＤパネルを照明する。
【００１７】
光管理フィルムの配列は、第１のポリマー光学ディフューザーフィルムを含む。光管理フィルムの配列は、他の光学層を任意に含む。他の光学層は、ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム、光方向づけフィルム、および、反射偏光子を含んでもよい。
【００１８】
本発明は、添付の図面に関連した本発明の様々な実施形態の下記の詳細な説明を考慮すると、より完全に理解される。
【００１９】
本発明は、様々な修正例および代替例に従うが、その詳細は、図面に例として示されており、詳細に説明される。しかし、その意図は、記述された特定の実施形態に本発明を限定することではないことを理解すべきである。それどころか、その意図は、特許請求の範囲によって規定された本発明の精神および範囲内に入るすべての修正例、均等物および代替例をカバーすることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ又はＬＣディスプレイ）に適用可能であり、特に、背後から直接照明されるＬＣＤ、例えば、ＬＣＤモニタ及びＬＣＤテレビ（ＬＣＤ−ＴＶ）に使用されるものに適用可能である。
【００２１】
ＬＣＤ−ＴＶに現在使用されるディフューザープレートは、ポリマーマトリクス、例えば、硬質シートとして形成される、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、又はシクロ−オレフィンに基づいている。シートは、拡散粒子、例えば、有機粒子、無機粒子又はボイド（気泡）を含む。これらのプレートは、ディスプレイを照明するために使用される光源の高温に曝された後に、変形するか又は歪むことが多い。またこれらのプレートは、製造し、かつ最終ディスプレイ装置に組み立てるには、より高価なものとなる。
【００２２】
本発明は、ＬＣＤパネル自体と光源との間に配置された光管理フィルムの配列を有する直接照明ＬＣＤ装置に関する。光管理フィルムの配列は、少なくとも、特定の透過および均一化機能を有するポリマー光学ディフューザーフィルムを含み、これは、フィルムの穴またはスロットを通って突出し且つフィルムの周囲のまわりのフレームに接続された張力をかける機構を介して制御された張力によって支持される。任意の他の光学フィルム、例えば、ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム、光方向づけフィルム、及び反射偏光子などは、フレームによって、又は張力をかけた１つのフィルム若しくは複数のフィルムによって抑制することができる。各構成要素の透過レベル及びヘイズ（ｈａｚｅ）レベルは、光度がディスプレイ全体にわたって比較的均一である直接照明ＬＣディスプレイを提供するように設計される。
【００２３】
本発明の好適なポリマー光学ディフューザーフィルムは、製造するのが簡単であり、かつ製造に使用される材料及び方法に高度の自由度を提供する。本発明において、構造要件と光学要件は分けられる。すなわち、張力をかける機構は構造的性能を提供し、薄い拡散フィルムは光学的性能を提供する。これらの機能を分離することによって、薄いディフューザーシートを使用するコスト的利点を生かすことができ、全体的コストを減少できる。ディフューザーフィルムを備えた基体を含まないことによって、高レベルの光学性能および低製造コストが実現される。これはまた、張力をかけられたフィルムが設計温度および湿度範囲にわたって高度の均一性を維持するので、厚いプレートのどのような歪みをも防止する。加えて、ディフューザーが基体ではなくフィルムに含まれる場合、より正確に拡散特性を制御することがより容易である。ボイドを含むディフューザーフィルムを使用することによって、いかなる厚さのディフューザーでも、より高レベルの断熱だけでなく最適な光学的性能も提供することができる。
【００２４】
直接照明ＬＣディスプレイ装置１００の例示的な実施形態の概略分解図が図１に示される。そのようなディスプレイ装置１００は、例えば、ＬＣＤモニタ又はＬＣＤ−ＴＶに使用することができる。ディスプレイ装置１００は、典型的にパネルプレート１３４の間に配置されるＬＣ層１３６を包含するＬＣパネル１４０を含むフロントパネルアセンブリ１３０の使用に基づいている。プレート１３４は、ガラスから形成されることが多く、ＬＣ層１３６における液晶の配向を制御するために、それらの内面に電極構造及び配向層を含んでもよい。電極構造は、一般に、ＬＣパネルピクセル（隣接する領域と無関係に液晶の配向を制御することができるＬＣ層の領域）を画定するように配列さる。カラーフィルタが、表示される画像に色を与えるために、プレート１３４の１つ以上に含まれていてもよい。
【００２５】
上部吸収偏光子１３８は、ＬＣ層１３６よりも上に配置され、下部吸収偏光子１３２は、ＬＣ層１３６よりも下に配置される。吸収偏光子１３８，１３２及びＬＣパネル１４０は、バックライト１１０からディスプレイ１００を介して見る人への光の透過を組み合わせで制御する。幾つかのＬＣディスプレイにおいて、吸収偏光子１３８，１３２は、それらの透過軸を直交して並べられ得る。ＬＣ層１３６のピクセルは、それが作動していないときに、そこを通過する光の偏光を変えることができない。したがって、吸収偏光子１３８，１３２が垂直に配列されているときには、下部吸収偏光子１３２を通過する光は上部吸収偏光子１３８によって吸収される。その一方で、ピクセルが活性化しているときには、そこを通過する光の偏光が回転し、その結果、下部吸収偏光子１３２を透過した光の少なくとも一部が、上部吸収偏光子１３８も透過する。ＬＣ層１３６の様々なピクセルを、例えばコントローラ１５０によって選択的に作動させることにより、光はディスプレイの特定の所望の位置から消え去り、したがって、観察者によって見られる画像を形成することになる。コントローラは、例えば、コンピュータ、又はテレビ画像を受け取り表示するテレビコントローラを含んでもよい。１つ以上の任意の層１３９が、例えばディスプレイ表面を機械的および／または環境的に保護するために、上部吸収偏光子１３８を覆うように設けられてもよい。１つの例示的な実施形態において、層１３９は、吸収偏光子１３８上にハードコートを含んでもよい。
【００２６】
ＬＣディスプレイの幾つかのタイプは、上述のものとは異なった方法で動作し得ることが十分理解される。例えば、吸収偏光子が平行に配列されてもよいし、非活性状態のときに、ＬＣパネルが光の偏光を回転してもよい。とにかく、そのようなディスプレイの基本的構造は、依然として上述したものと同様である。
【００２７】
バックライト１１０は、ＬＣパネル１４０を照明する光を生成する多数の光源１１４を含む。ＬＣＤ−ＴＶ又はＬＣＤモニタに使用される光源１１４は、ディスプレイ装置１００にわたって伸びるリニアチューブ、冷陰極管、蛍光灯であることが多い。しかしながら、光源の他のタイプ、例えば、フィラメント又はアーク灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）、平面蛍光表示パネル又は外付けの蛍光灯などが使用されてもよい。光源のこのリストは、限定的又は網羅的であると意図されるものではなく、単なる例示である。
【００２８】
バックライト１１０は、また、ＬＣパネル１４０から離れる方向に、光源１１４から下方へ伝搬する光を反射するための反射体１１２を含んでもよい。反射体１１２は、また、下記に説明されるように、ディスプレイ装置１００内で光を再循環させるために有用であり得る。反射体１１２は、鏡面反射体であってもよいし、又は拡散反射体であってもよい。反射体１１２として使用され得る鏡面反射体の一例は、ミネソタ州セントポールの３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手できるＶｉｋｕｉｔｉ（登録商標）Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｓｐｅｃｕｌａｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ（ＥＳＲ）（改良された正反射）フィルムである。適切な拡散反射体の例は、ポリマー、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン、ポリスチレン等を含み、拡散反射する粒子、例えば、二酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等を装填している。
【００２９】
光管理層の配列１２０は、バックライト１１０とフロントパネルアセンブリ１３０との間に配置される。光管理層は、ディスプレイ装置１００の操作を改良するように、バックライト１１０から伝搬する光に作用する。例えば、光管理層の配列１２０は、ディフューザープレート１２２を含んでもよい。ディフューザープレート１２２は、光源から受けた光を拡散するために使用され、それは結果として、ＬＣパネル１４０に入射する照明光の均一性の増加をもたらす。したがって、これは結果として、見る人によって知覚される、より均一に明るい画像をもたらす。
【００３０】
光管理層の配列１２０は、また、反射偏光子１２８を含んでもよい。光源１１４は典型的に非偏光を作り出すが、下部吸収偏光子１３２は単一偏光状態を透過させるだけであるため、光源１１４によって生成された光の約半分はＬＣ層１３６まで伝わらない。しかしながら、反射偏光子１２８は、そうしなければ下部吸収偏光子に吸収されることになる光を反射するために用いることができ、そのためこの光は反射偏光子１２８と反射体１１２との間の反射によって再循環され得る。反射偏光子１２８によって反射される光の少なくとも幾つかは偏光解消されることがあり、その後に、偏光状態で反射偏光子１２８に戻され、それは、反射偏光子１２８及び下部吸収偏光子１３２を介してＬＣ層１３６に伝えられる。このように、反射偏光子１２８は、光源１１４から放出され、ＬＣ層１３６に達する光の一部を増加させるために用いることができ、それにより、ディスプレイ装置１００によって生成される画像がより明るくなる。
【００３１】
任意の好適なタイプの反射偏光子を用いることができ、例えば、多層光学フィルム（ＭＯＦ）反射偏光子；拡散反射偏光フィルム（ＤＲＰＦ）、例えば、連続／分散相偏光子、ワイヤグリッド反射偏光子又はコレステリック反射偏光子などを用いることができる。
【００３２】
光管理層の配列１２０はまた、光方向づけフィルム１２６を含んでもよい。光方向づけフィルムは、軸外の光をディスプレイの軸に、より近付ける方向に向け直す表面構造を含むものである。これは、ＬＣ層１３６を介して軸上を伝搬する光の量を増加させ、従って、見る人によって見られる画像の明るさを増加させる。一例は、屈折及び反射によって照明光の向きを変える多数のプリズムリッジを有するプリズム光方向づけフィルムである。
【００３３】
従来のＬＣＤ−ＴＶに使用されるディフューザープレートおよび積み重ねられた光学フィルムとは異なり、本発明は、光管理フィルムの配列を使用し、そのうちの少なくとも１つは制御された張力によって支持される。典型的には、制御された張力は、フィルムの穴またはスロットを通って突出するピンを備えたバネ形式の機構の使用によって、提供される。制御された張力を提供する別の手段は、フィルムの穴またはスロットを通って突出するバネ形式の機構として、張力かけストラップを使用することである。
【００３４】
バネ形式の機構は、フィルムの周囲のまわりに位置するフレームにさらに固定される。「バネ形式の機構」は、本明細書では、運動の範囲にわたって均一な張力を実質的に維持することができる任意の機構として定義される。その運動の範囲は、設計温度および湿度範囲下で、フィルムの寸法の最大の予想される変化と少なくとも同じくらい大きい距離でなければならない。実質的に維持されるとは、本明細書では、張力をその元の力の少なくとも５０％に維持することと定義される。張力が元の力の少なくとも７５％に維持されることができることが好ましい。フィルムという用語は、本明細書では、５００μｍ未満の厚さを有する材料のシートとして定義される。
【００３５】
本発明の光学素子の１つの例示的な実施形態は、図２に図式的に例示される。光学素子２００は、ポリマー光学ディフューザーフィルム２１４およびフィルムの周囲のまわりに位置する支持フレーム２１２を含む。本明細書では、周囲はフィルムのすべての薄い縁に沿って引かれた想像上の連続線として定義される。典型的にＬＣＤディスプレイでは矩形の周囲を形成する４つの直交する縁がある。他の光学フィルムもまた、後の図面に例示されるように、ポリマー光学ディフューザーフィルムより上に光管理層の配列に加えられることができる。図２は、光学ディフューザーフィルム２１４が張力によって支持される１つの手段を示す。ピン２１６は、フィルムのスロット２２０を通って突出する。ピンは、張力の方向に垂直である少なくとも１つの表面を有する。ピン２１６は、シャフト２２２上をスライドする。シャフト２２２は、フレーム２１２によって両端で固定される。フレームは、固定された表面として張力を提供するのを助けるように作用し、且つ、張力をかけられたフィルムが、フレームの上面に対して幾分引かれることによって、維持することを位置的に強制される表面を形成するのを助けることができる。バネ２１８は、これもまたシャフト２２２上をスライドし、ピン２１６に接触して圧縮され、結果として、適用される部位に最も近いフィルムの縁に垂直な方向に適用される光学ディフューザーフィルム２１４上の張力になる。多くのそのようなバネ形式の機構は、各部位でディフューザーフィルム２１４の周囲のまわりに配置される。
【００３６】
張力をかけた光学ディフューザーフィルム２１４は、自己支持性である。本明細書において、自己支持性は、フィルム自体の重量に、光管理配列に使用される任意の他の光学フィルムの重量の追加を加えた下で、フィルムの平面均一性を維持するとして定義される。平面均一性は、ディフューザーフィルムの最も長い側面の長さの１８０分の１未満の元の位置からの面外撓みを有するとして定義される。
【００３７】
張力をかけられたディフューザーフィルム２１４および１以上の他の光管理層は、バックライトとＬＣＤパネルとの間に配置された光管理層に含まれてもよい。張力をかけられたディフューザーフィルム２１４は、光管理層を支持するために安定した構造を提供する。張力をかけられたフィルムは、従来のディフューザープレートシステムのように歪む傾向はない。
【００３８】
ポリマー光学ディフューザーフィルム２１４の例示的な実施形態は、ボイドおよびボイド開始粒子を含む半結晶ポリマーマトリクスを含む。半結晶ポリマーマトリクスは、可視光に対して実質的に透明であり得、容易に延伸してボイド形成することができ、および、８５℃までの高温で試験した後に１．０％未満の縮小を有する寸法安定性を有することができるため、好適である。これらのすべての基準に合致する好ましいポリマーは、ポリエステル類およびそれらのコポリマー類である。最も好適なものは、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）；ポリ（エチレンナフタレート）（ＰＥＮ）ポリエステル、および任意のそれらのコポリマーである。ＰＥＴはＰＥＮよりもコストが非常に低いため、ＰＥＴが最も適切である。
【００３９】
ボイド開始粒子は、マトリクスポリマーに非混合性の粒子の任意のタイプであり得る。これらの粒子は、無機または有機であり得る。無機粒子は、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタンのいずれか、または、ポリマーに溶融ブレンドされることができる他の任意の無機化合物を含むことができる。典型的な有機ボイド開始粒子は、マトリクスポリマーと混合しないポリマーである。これらの非混合ポリマーの樹脂ペレットは、マトリクスポリマーの樹脂ペレットと単に乾式混合され一緒に押し出されてキャストフィルムを形成することができるため、これらが好適である。無機粒子は、予混合するかまたは溶融配合する必要があり、これは処理コストを上げる。好適な有機ボイド開始粒子は、ポリオレフィンである。最も好適なものは、ポリプロピレンである。ボイド開始粒子は、ＬＤＣディスプレイの光学輝度が顕著に減少されるほど不透明ではないディフューザーとして機能するのに十分な拡散性を生成するように、加えられるべきである。ボイド開始粒子の好適な装填は、フィルム全体の３〜２５重量％である。最も好適な装填は、１０〜２０重量％である。
【００４０】
ポリマー光学ディフューザー２１４は、マトリクスポリマーと非混合ポリマー添加剤とを乾燥混合する方法によって生成されることが好ましい。混合は、例えば、粉末状又は粒状に細かく分割されたマトリクスポリマーとポリマー添加剤とを混ぜ合わせ、例えば、タンブリングによって、それらを一緒に十分に混合することにより達成されてもよい。得られる混合物は、その後、フィルム形成押出機に供給される。押し出されて、例えば、粒状の形に縮小されて混合されたマトリクスポリマーと非混合ポリマー添加剤は、ボイドを含むポリマー光学ディフューザー内にうまく再押出されることができる。したがって、上記方法により、スクラップフィルムを、例えば、エッジトリミングとして、再供給することが可能である。もう一つの方法として、混合は、押出直前に、マトリクスポリマーの溶融ストリームと非混合ポリマー添加剤とを混ぜ合わせることによって行われてもよい。マトリクスポリマーが生成される重合容器にポリマー添加剤が加えられる場合には、ボイド形成及びそれに由来する拡散性は、延伸過程において発現しないことがわかった。これは、熱処理過程において添加剤とマトリクスポリマーとの間に現れ得る化学的又は物理的結合の何らかの形のためであると考えられる。
【００４１】
ボイドを含むポリマー光学ディフューザーフィルムの押出、急冷及び延伸は、配向フィルムを生成するための当技術分野で周知の任意の方法によって、例えば、フラットフィルムプロセス又はバブル若しくはチューブラープロセスによって、行われてもよい。フラットフィルムプロセスは、本発明に従ってボイドを含むポリマー光学ディフューザーを作るのに好適であり、スリットダイにより混合物を押し出し、かつフィルムのマトリクスポリマー成分がアモルファス状態に急冷されるように、押し出されたウェブを冷却されたキャスティングドラム上で即座に急冷することを含む。フィルムベースは、その後、マトリクスポリマーのガラス−ゴム転移温度より上の温度で相互に垂直方向に延伸することによって、２軸配向される。通常、フィルムは、まず一方向に延伸され、その後、第２の方向に延伸されるが、延伸は、所望により、同時に両方向にもたらされてもよい。典型的な方法において、フィルムは、まず、一組の回転ローラー上に又は二組のニップローラーの間に押出の方向に延伸され、その後、テンター装置を用いて、それを横断する方向に延伸される。フィルムは、延伸の各方向において、各方向へ元の寸法の２．５から５．０倍に延伸されてもよい。延伸時に、ボイド形成が、ボイド開始粒子のまわりで開始する。ボイド開始粒子の濃度が高ければ高いほど、生成されるボイド容量の程度が高くなる。フィルムの最終延伸厚さは、２５．０から２５０．０μｍの厚さ範囲であることが好ましい。最も好ましい厚さ範囲は、５０．０から１５０．０μｍの間である。これは、光学的に透過性の自己支持基体よりもかなり薄く、同時に、その全厚さは、現在使用されているプレートディフューザーの厚さの範囲内に維持できる。
【００４２】
フィルムが延伸され、ボイドを含むポリマー光学ディフューザーフィルムが形成された後に、マトリクスポリマーを結晶化するのに十分な温度に加熱することによって熱処理され、その間に、延伸の両方向への収縮に対してボイドを含むポリマー光学ディフューザーを抑制する。この方法は、８５℃までの温度で試験したときに、１．０％未満の収縮要件に適合するフィルムを可能にする。ボイドは、熱処理温度が上昇するにつれて崩壊する傾向があり、温度上昇につれて崩壊の程度は増大する。したがって、反射光透過率は、熱処理温度の上昇につれて増加する。約２３０℃までの熱処理温度は、ボイドを破壊せずに使用することができるが、通常、１５０℃から２００℃の間の温度が、結果として、より大きなボイド形成及びより効率的な拡散をもたらすと同時に、熱試験後の低い収縮をもたらす。
【００４３】
ポリマー光学ディフューザーフィルム２１４は、また、増白剤を含んでもよい。典型的に、増白剤は、ボイド開始剤よりも非常に低いレベルで加えられ、従って、ボイド形成に寄与しないが、白色度を改良し、フィルムの拡散性をある程度改良する。増白剤は、典型的に無機化合物であり、ＴｉＯ２が最も好適である。これらの光学的増白剤は、樹脂ブレンドプロセス過程においてフィルムに加えることができ、適切な比率でマスターバッチペレットを介して加えることができる。適切な比率は、マトリクス樹脂の残り及びボイド開始樹脂を備えたマスターバッチペレットの濃度を、好ましくは０．２５から５．０重量％の間の濃度に下げるものである。
【００４４】
ポリマー光学ディフューザーフィルム２１４は、また、ＵＶ光を可視光に変換する蛍光増白剤を含んでもよい。そのような蛍光増白剤は、熱的に安定しており、かつボイドを含むポリマー光学ディフューザーフィルムを製造するために使用される押出温度に耐えることができるものから選択されなければならない。好ましい蛍光増白剤は、ベンゾオキサゾリル−スチルベン化合物を含む。最も好ましい蛍光増白剤は、２，２’−（１，２−エテンジルジ−４，１−フェニレン）ビスベンゾオキサゾールを含む。これらの蛍光増白剤は、樹脂ブレンドプロセス中にフィルムに加えることができ、適切な比率でマスターバッチペレットを介して加えることができる。適切な比率は、マトリクス樹脂の残り及びボイド開始樹脂を備えたマスターバッチペレットの濃度を、好ましくは０．０１から０．１重量％の間の濃度に下げるものである。最も好ましい実施形態では、蛍光増白剤は、０．０２から０．０５重量％の間の濃度を達成するように加えられる。
【００４５】
ポリマー光学ディフューザーフィルム２１４は、また、吸塵を防止するために、静電気防止コーティングを含んでもよい。周知の静電気防止コーティングのいずれも使用することができる。
【００４６】
ポリマー光学ディフューザーフィルム２１４は、また、多層フィルム又は共押出フィルムとして製造されてもよい。そうすることの利点は、非常に薄いフィルムの使用によってもなお、依然として、光学および熱の両方の安定性または収縮要件に合致させることができることである。薄いフィルムは、プレートディフューザーの光拡散性能を達成するために、ボイド開始剤の高い装填を必要とし、従って、高いボイド形成を必要とする。これらの高レベルのボイド形成で、フィルムは、高温においてほとんど寸法安定性がない。ボイドを含む層の一方又は両方の側面に隣接してボイドを含まない層を備えたフィルムを設けることによって、高温での寸法的安定性を改良することができる。そのような多層フィルムは、ニートマトリクスポリマーを溶融しポンプで注入するために第２の押出機が使用されることを除き、前述と同様に形成される。このニートポリマーの押し出し流れは、前述のように、ボイドを含む層の押し出し流れと一緒に、共押出金型内に供給される。多層キャストフィルムは、その後、ボイドを含む層の一方又は両方の側面にニートポリマーの層を備えて形成される。このキャストフィルムは、その後、前述のように急冷され延伸される。
【００４７】
光学ディフューザーフィルム２１４には、紫外（ＵＶ）光からの保護、例えばＵＶ吸収材料またはＵＶ光の影響に対して抵抗する材料を層の１つに含むことによる保護が設けられてもよい。適切なＵＶ吸収化合物は商業的に入手可能であり、例えば、デラウェア州ウィルミントンのＣｙｔｅｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＣｙａｓｏｒｂ（登録商標）ＵＶ−１１６４、及びニューヨーク州タリータウンのＣｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから入手可能なＴｉｎｕｖｉｎ（登録商標）１５７７を含む。
【００４８】
ＵＶ光の有害効果を減少させるために、他の材料が光学ディフューザーフィルム２１４に含まれてもよい。そのような材料の１つの例は、ヒンダードアミン光安定組成物（ＨＡＬＳ）である。一般に、最も有用なＨＡＬＳは、テトラメチルピペリジンから誘導されたもの、および、高分子第三級アミン類とみなすことができるものである。適切なＨＡＬＳ組成物は、例えば、ニューヨーク州タリータウンのＣｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  ＣｈｅｍｉｃａｌｓからＴｉｎｕｖｉｎという商標名の下で商業的に入手可能である。そのような有用なＨＡＬＳ組成物の１つは、Ｔｉｎｕｖｉｎ  ６２２である。
【００４９】
図２の光学素子２００は、従来のＬＣＤディスプレイのディフューザープレートの代わりに使用することができる。
【００５０】
本発明の別の例示的な実施形態が、図３に概略的に示されている。光学素子３００は、光管理フィルムの配列であり、ポリマー光学ディフューザーフィルム３１４及びフィルムの周囲のまわりに位置する支持フレーム３１２を含む。他の光学フィルムもまた、ポリマー光学ディフューザーフィルムより上で光管理層の配列に加えられる。ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム３３４は、ポリマー光学ディフューザーフィルム３１４に隣接して置かれる。光方向づけフィルム３３５は、光学ディフューザーフィルムと反対の側に、ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム３３４に隣接して置かれる。反射偏光子フィルム３３６は、ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルムと反対の側に、光方向づけフィルム３３５に隣接して置かれる。図３は、ポリマー光学ディフューザーフィルム３１４が張力によって支持される１つの手段を示す。ピン３１６は、フィルムのスロット３２０を通って突出する。ピンは、張力の方向に垂直である少なくとも１つの表面を有する。ピン３１６は、シャフト３２２上をスライドする。シャフト３２２は、フレーム３１２によって両端で固定される。バネ３１８は、これもまたシャフト３２２上をスライドし、ピン３１６接触して圧縮され、結果として、適用された部位に最も近いフィルムの縁に垂直な方向に加えられる光学ディフューザーフィルム３１４上の張力になる。多くのかかるバネ形式の機構は、各部位でディフューザーフィルム３１４の周囲のまわりに配置される。張力をかけられた光学ディフューザーフィルム３１４は、自己支持性である。他の光学フィルム３３４、３３５および３３６は、すべて、スロット３２６を経由してフィルムを通って突出するピン３２４を介してフレーム３１２によって抑制される。図３の光学素子３００は、従来のＬＣＤディスプレイのディフューザープレートおよび任意の光学フィルムの代わりに使用することができる。
【００５１】
本発明の別の例示的な実施形態が、図４に概略的に例示される。光学素子４００は、光管理フィルムの配列であり、これは、ポリマー光学ディフューザーフィルム４１４およびフィルムの周囲のまわりに位置する支持フレーム４１２を含む。他の光学フィルムもまた、ポリマー光学ディフューザーフィルムより上の光管理層の配列に加えられる。ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム４３４が、ポリマー光学ディフューザーフィルム４１４に隣接して配置される。光方向づけフィルム４３５は、光学ディフューザーフィルム４１４と反対の側に、ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム４３４に隣接して配置される。反射偏光子フィルム４３６は、光方向づけフィルム４３５に隣接して、ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム４３４と反対の側に配置される。図４は、ポリマー光学ディフューザーフィルム４１４が張力によって支持される代替手段を示す。ピン４１６は、フィルムのスロット４２０を通って突出する。ピンは、張力の方向に垂直である少なくとも１つの表面を有する。ピン４１６は、サブフレーム４１３に固定され、これは、フレーム４１２の内側表面上をスライドする。シャフト４２２は、サブフレーム４１３の端で穴４２３内でスライドする。シャフト４２２は、フレーム４１２によって一端で固定される。バネ４１８は、これもまたシャフト４２２上をスライドし、サブフレーム４１３およびフレーム４１２の両方の内側表面で接触して圧縮され、結果として、適用された部位に最も近いフィルムの縁に垂直な方向に加えられる光学ディフューザーフィルム４１４にかかる張力になる。４１６等の多くのそのようなピンが、少なくとも４つの異なるサブフレーム４１３に位置し、各サブフレームは、矩形ディフューザーフィルム４１４の各側部に位置する。張力をかけられた光学ディフューザーフィルム４１４は、自己支持性である。他の光学フィルム４３４、４３５および４３６はまた、各フィルム内に切り込まれたスロット４２６を経由してフィルムを通って突出するピン４１６を介してサブフレーム４１３によって抑制される。各スロットは、張力を特定のフィルムに加えさせるように厳しい許容差の嵌合として切り込むか、または、フィルムがサブフレームによって抑制されるが張力が加えられないようにオーバーサイズのスロットとして切り込むかのいずれも可能である。図４の光学素子４００は、従来のＬＣＤディスプレイのディフューザープレートおよび任意の光学フィルムの代わりに使用することができる。
【００５２】
本発明の別の例示的な実施形態が、図５に概略的に例示される。光学素子５００は、光管理フィルムの配列であり、これは、ポリマー光学ディフューザーフィルム５１４およびフィルムの周囲のまわりに位置する支持フレーム５１２を含む。フレーム５１２は、フィルムと一緒にＬＣＤの製作者に提供される別個の構成要素とすることができ、または、通常のＬＣＤバックライト中に存在するフレームであり得る。他の光学フィルムもまた、ポリマー光学ディフューザーフィルムより上の光管理層の配列に加えられる。ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム５３４が、ポリマー光学ディフューザーフィルム５１４に隣接して配置される。光方向づけフィルム５３５は、光学ディフューザーフィルム５１４と反対の側に、ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム５３４に隣接して配置される。図５は、光学ディフューザーフィルム５１４が張力によって支持される代替手段を示す。この手段では、光方向づけフィルム５３５もまた張力によって支持される。張力をかけストラップ５１８は、それぞれ、光学ディフューザーフィルム５１４および光方向づけフィルム５３５の両方におけるスロット５２０および５２１を通って突出する。張力をかけストラップは、任意の弾性材料を含むことができる。好適な材料は、エラストマーである。好適なエラストマーは、８５℃の設計温度下でＬＣＤに使用されるときに、その存続する間、性能を維持するものである。そのようなエラストマーとして、架橋された：ポリウレタン類、シリコーンゴム類、ポリクロロプレン、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−プロピレンターポリマー、ビニリデンフルオリド−クロロ−トリフルオロエチレンランダムコポリマー、ビニリデンフルオリド−クロロ−ヘキサフルオロエチレンランダムコポリマー、高強度ブナＮゴム等が挙げられる。これらのエラストマーは、無機充填材、たとえば、タルク、ガラスファイバおよび他の周知のエラストマー補強添加剤で補強されてもよい。これらのエラストマーに安定剤および環境保護剤たとえば酸化防止剤およびＵＶ安定剤を使用することは、一般に知られており、これらを使用して、ＬＣＤの寿命にわたって性能をさらに向上することができる。ピン５１６は、張力をかけストラップの各端の穴５１７を通って突出する。ピン５１６は、フィルムの周囲のまわりに位置するフレーム５１２内に固定される。５１８および５１６のようなそれぞれ少なくとも４つの張力をかけストラップおよびピンが、フィルムの周囲のまわりに位置する。張力をかけられた光学ディフューザーフィルム５１４および光方向づけフィルム５３５は、自己支持性である。他の光学フィルム、すなわち、ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム５３４は、間に挟まれている２つの張力をかけられたフィルムによって、その表面に垂直に抑制される。他の光学フィルムもまた、２つの張力をかけられたフィルムの間に配置される場合には、それらの表面に垂直に抑制され得る。ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム５３４を平面方向に抑制するために、ピン５４０は、フィルム５３４の穴５４１およびスロット５４２の両方を通ってフレーム５１２内に挿入される。これらのピンは、２つの張力をかけられたフィルムの間に配置された他の任意の光学フィルムも通って突出することができる。ピンの穴５４１は、フィルムをフィルム５３４の並進運動から防止する。ピンでとめられたスロット５４２は、スロットの引き延ばした方向に熱膨張するのを可能にしながら、フィルム５３４の回転を防止する。図５の光学素子５００は、従来のＬＣＤディスプレイのディフューザープレートおよび任意の光学フィルムの代わりに使用することができる。
【００５３】
本発明の別の例示的な実施形態が、図６に概略的に例示される。光学素子６００は、光管理フィルムの配列であり、これは、ポリマー光学ディフューザーフィルム６１４およびフィルムの周囲のまわりに位置する支持フレーム６１２を含む。フレーム６１２は、フィルムと一緒にＬＣＤの製作者に提供される別個の構成要素とすることができ、または、通常のＬＣＤバックライト中に存在するフレームであり得る。他の光学フィルムもまた、ポリマー光学ディフューザーフィルムより上の光管理層の配列に加えられる。ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム６３４が、ポリマー光学ディフューザーフィルム６１４に隣接して配置される。光方向づけフィルム６３５は、光学ディフューザーフィルム６１４と反対の側に、ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム６３４に隣接して配置される。図６は、光学ディフューザーフィルム６１４が張力によって支持される代替手段を示す。この手段では、光方向づけフィルム６３５もまた張力によって支持される。張力をかけグロメット６１８は、それぞれ、光学ディフューザーフィルム６１４および光方向づけフィルム６３５の両方におけるスロット６２０および６２１を通って突出する。張力をかけグロメットは、任意の弾性材料を含むことができる。好適な材料は、エラストマーである。好適なエラストマーは、８５℃の設計温度下でＬＣＤに使用されるときに、その存続する間、性能を維持するものである。そのようなエラストマーとしては、架橋された：ポリウレタン類、シリコーンゴム類、ポリクロロプレン、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−プロピレンターポリマー、ビニリデンフルオリド−クロロ−トリフルオロエチレンランダムコポリマー、ビニリデンフルオリド−クロロ−ヘキサフルオロエチレンランダムコポリマー、高強度ブナＮゴム等が挙げられる。これらのエラストマーは、無機充填材、たとえば、タルク、ガラスファイバおよび他の周知のエラストマー補強添加剤で補強されてもよい。これらのエラストマーに安定剤および環境保護剤、たとえば酸化防止剤およびＵＶ安定剤を使用することは、一般に知られており、これらを使用して、ＬＣＤの寿命にわたって性能をさらに向上することができる。ピン６１６は、張力をかけグロメットの穴６１７を通って突出する。ピン６１６は、フィルムの周囲のまわりに位置するフレーム６１２内に固定される。６１８および６１６のようなそれぞれ少なくとも４つの張力をかけグロメットおよびピンが、フィルムの周囲のまわりに位置する。張力をかけられた光学ディフューザーフィルム６１４および光方向づけフィルム６３５は、自己支持性である。他の光学フィルム、すなわち、ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム６３４は、間に挟まれている２つの張力をかけられたフィルムによって、その表面に垂直に抑制される。他の光学フィルムも、２つの張力をかけられたフィルムの間に配置される場合には、それら表面に垂直に抑制されることができる。ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム６３４を平面方向に抑制するために、ピン６４０は、フィルム６３４の穴６４１およびスロット６４２の両方を通ってフレーム６１２内に挿入される。これらのピンは、２つの張力をかけられたフィルムの間に配置された他の任意の光学フィルムも通って突出することができる。ピンの穴６４１は、フィルムをフィルム６３４の並進運動から防止する。ピンでとめられたスロット６４２は、スロットの引き延ばされた方向に熱膨張するのを可能にしながら、フィルム６３４の回転を防止する。図６の光学素子６００は、従来のＬＣＤディスプレイのディフューザープレートおよび任意の光学フィルムの代わりに使用することができる。
【００５４】
１を超える光学フィルムがフレーム、サブフレームまたは張力をかけられたフィルムによって抑制される（図３〜６のように）実施形態のいずれにおいても、典型的には、光学フィルムは互いに接着されない。製造コストの点から２つの光学フィルムが互いに接着することが有利であることもあり得るが、典型的には、１以上の光学フィルムは互いに接着されない。
【００５５】
本発明は、様々な修正例及び代替例に従うが、その詳細は、図面に例として示され、かつ詳細に説明される。しかしながら、意図は、記載された特定の実施形態に本発明を限定することではないと理解すべきである。それどころか、意図は、特許請求の範囲によって規定される本発明の精神及び範囲内に入るすべての修正例、均等物及び代替例をカバーすることである。
【００５６】
本明細書中で言及される特許及び他の刊行物のすべての内容は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
【実施例】
【００５７】
本発明の好適な実施形態を例証するために、市販のＬＣＤ−ＴＶを調達した。選ばれたＴＶは、３２”Ｓａｍｓｕｎｇ  ＬＮ−Ｓ３２５１Ｄ  ＬＣＤ  ＴＶであった。ＬＣＤパネルはＴＶから取り外され、バックライトユニットの最上部の光管理フィルムの配列を露出した。３つの２００μｍ厚のビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルムが、１．５ｍｍスラブディフューザー（ｓｌａｂ  ｄｉｆｆｕｓｅｒ）上に積み重ねられていた。これらのフィルムおよびスラブディフューザーは取り外され、スラブディフューザーの下にあるＣＣＦＬの長さ方向に垂直な方向に半分に切断された。中心支持バーがバックライト中に、ＣＣＦＬと垂直にＣＣＦＬの上に設置され、バーの上面がバックライトの上面と同一平面になるようにした。切断されたスラブディフューザーおよび３つのビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルムの１つのセットが、設置された支持バーを利用してバックライトの半分上に配置され、スラブディフューザーを新しく切断された縁に沿って支持した。ＣＣＦＬが露出したままの、バックライトユニットの他方の半分は、次に、図５に示されたもののように、張力をかけられた支持配列が装備された。
【００５８】
最も下の大部分のフィルムは、図５に示されたもののように、ボイドを含むポリマー光学ディフューザーフィルムであった。このフィルムは、まず、１．７μｍの架橋されたＰＭＭＡマイクロビーズをポリエチレンテレフタレート（Ｅａｓｔｍａｎ  ＣｈｅｍｉｃａｌｓからのＰＥＴ＃７３５２）内に溶融配合することによって作られた。マイクロビーズは、７０％のポリメチルメタクリレートおよび３０％のトリメチロールプロパン−トリアクリレート架橋剤を含んでいた。マイクロビーズは、当該技術分野ではよく知られた制限凝集法（ｌｉｍｉｔｅｄ  ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）によって作られた。ポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットおよびマイクロビーズの両方は、まず、２４時間の間、乾燥剤乾燥器内で１６５℃で乾燥された。次いで、それらは２７ｍｍのツインスクリュー配合機に供給され、ビーズは、配合された混合物に対して、３０重量％で加えられた。配合機からの押出物は、水浴を通って供給され、次いでペレット化された。
【００５９】
次に、配合されたペレット、およびより多くのＰＥＴ７３５２が、２４時間の間、乾燥剤乾燥器内で１６５℃で乾燥された。ＰＥＴペレットおよび配合されたペレットは、乾式混合され、配合されたペレットは乾燥混合物の８重量％、ＰＥＴは９２重量％になった。次いで、混合物は２７５℃で溶融され、可塑化スクリュー押出機によって押出ダイマニホールド内に供給され、溶融ストリームを生成し、これは、ダイから出た後にすぐに冷却ロール上で急冷された。押出機の処理量を調整することにより、結果として得られるキャストシートの厚さを調整することが可能であった。この場合、キャストシートの厚さは、およそ７５０μｍであった。キャストシートは、まず、２．７の比率で１１０℃の温度で延伸することによって機械方向に配向された。このシートは、次いで、３．４の比率で１００℃の温度で、裂けることなくテンターフレームで横方向に配向された。延伸されたシートは次いで、２２０℃で熱処理された。
【００６０】
最終フィルム厚は、およそ１００μｍであった。延伸の際に、小さなボイドが、フィルム中のほとんどのマイクロビーズのまわりに形成され、それはフィルムを通る光の非常に拡散した透過を生じさせた。
【００６１】
図５に示されたように設置に使用された中間フィルムは、市販のビーズコーティングされた光コリメートディフューザーフィルム（Ｋｅｉｗａ  ｉｎｃ．からのＯｐａｌｕｓ  ＢＳ−０４２）であった。
【００６２】
図５に示されたように設置に使用された最上部フィルムは、市販のプリズム光方向づけフィルムを、フィルムのプリズム側に拡散コーティングを備えて修正したものであった。底部フィルムは、イーストマンコダック社からのｅ２２５ＬＣＤ輝度フィルムであった。拡散コーティングは、ＷｉｔｃｏＢｏｎｄ  Ｗ−３２０（Ｃｒｏｍｐｔｏｎ  Ｃｏｒ．）で、２１５ｍｇ／ｍ２のコート重量であった。
【００６３】
今述べた３つのフィルムは、図５に示されたもののように、張力をかけられたフレーム設計へと組み立てられた。８つの弾性ストラップが使用され、７５０μｍ厚のポリウレタン（ＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒ  ＃１４４６Ｔ４１）から構成された。ストラップは、６ｍｍの幅に切断され、６５０グラムへ張力をかけられた。上述のフィルムを使用する図５に述べられたような張力をかけられた支持配列は、ねじを使用して、バックライトユニットフレーム、および、露出したままのＣＣＦＬの周囲のまわりに加えられた中心支持に締結された。
【００６４】
このようにして、ＴＶのバックライトは、元のＴＶに付属していた光管理層配列を使用する表示画面の１／２と、図５に述べられたもののような張力をかけられた支持光管理層配列を使用する表示画面の１／２とから構成される。図７は、最終組立品の平面図を示す。次いで、バックライトのみの光学性能が、表示画面の両側で試験され、張力をかけられた光管理層の出力を、元々の光管理層のものと比較した。照明の際に、バックライトのＣＣＦＬの両方の側が、優秀な均一性を示し、いずれの光管理層配列の後ろのＣＣＦＬの視覚認知はなかった。
【００６５】
測定機器
１）ＥＬＤＩＭ  １６０Ｒ  ＥＺ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｃｏｎｓｃｏｐｅ（コントラストコンスコープ）−サンプルから１．２ｍｍ距離の２ｍｍスポットサイズ
ＥＬＤＩＭ  １６０Ｒ  ＥＺ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｃｏｎｓｃｏｐｅを使用して、バックライトの２つの側から、光管理層の各配列から放たれる軸上輝度および４０度水平傾斜輝度を決定した。軸上輝度は、バックライトに垂直に放たれる光の強度であり、４０度水平傾斜輝度は、ＣＣＦＬの軸に平行な平面の軸上から４０度傾斜した軸から放たれる光の強度である。データは、１平方メートル当たりのカンデラ（ｃｄ／ｍ２）の輝度として報告された。表１は、上述の測定の結果を示す。
【００６６】
【表１】
2008310287.tif 000003
【００６７】
バックライトは、次いで、そのＴＶに付属していた液晶パネルと共に再組み立てされた。映像内容がＴＶで再生され、張力をかけられたフィルムを備えたＴＶの側は、特に、軸外視角および４０度傾斜に近い視角で、より明るく見えた。視野領域における非均一性は、ＴＶのいずれの側でも認識されなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】ディフューザープレートを使用する典型的なバックライト付き液晶ディスプレイを示す概略図である。
【図２】ポリマー光学ディフューザーフィルムを含む光学素子を示す概略図であり、ポリマー光学ディフューザーフィルムは、本発明の原理にしたがって、フィルムの穴またはスロットを通って突出しフィルムの周囲のまわりのフレームに接続されたバネ機構を経由して制御された張力によって支持される。かかる光学素子は、図１のディフューザープレートの機能と取り替えることが可能である。
【図３】光学ディフューザーフィルムを含む光学素子を例示する概略図であり、光学ディフューザーフィルムは、本発明の原理にしたがって、フィルムの穴またはスロットを通って突出しかつフィルムの周囲のまわりのフレームに接続された張力をかける機構を介して制御された張力によって支持される。また、光学素子が、ＬＣＤディスプレイ用の光管理フィルム配列全体を含む単一の構成要素であるように、ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム、光方向づけフィルム、および、反射偏光子フィルムが、フレームによって抑制される。
【図４】光学ディフューザーフィルムを含む光学素子を示す概略図であり、光学ディフューザーフィルムは、本発明の原理にしたがって、バネ機構を経由してフィルムの周囲のまわりのフレームに接続されたサブフレームを介して制御された張力によって支持される。また、光学素子が、ＬＣＤディスプレイ用の光管理フィルム配列全体を含む単一の構成要素であるように、ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルム、光方向づけフィルム、および、反射偏光子フィルムは、サブフレームによって抑制される。
【図５】光学ディフューザーフィルムを含む光学素子を示す概略図であり、光学ディフューザーフィルムは、本発明の原理にしたがって、フィルムの周囲のまわりのフレームに接続された張力をかけストラップを介して制御された張力によって支持される。また、光学素子が、ＬＣＤディスプレイ用の光管理フィルム配列全体を含む単一の構成要素であるように、光方向づけフィルムはストラップによって抑制され、ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルムは２つの張力をかけられたフィルムの間に挿入さる。
【図６】光学ディフューザーフィルムを含む光学素子を示す概略図であり、光学ディフューザーフィルム、本発明の原理にしたがって、フィルムの周囲のまわりのフレームに接続され張力をかけグロメットを介して制御された張力によって支持される。また、光学素子が、ＬＣＤディスプレイ用の光管理フィルム配列全体を含む単一の構成要素であるように、光方向づけフィルムはグロメットによって抑制され、ビーズコーティングされたコリメートディフューザーフィルムは２つの張力をかけられたフィルムの間に挿入される。
【図７】ＬＣＤバックライトを示す概略図であり、ＬＣＤバックライトは、表示領域の一方の半分上が元の光管理層の配列により装備され、表示領域の他方の半分が図５のように張力をかけストラップを使用して抑制された１セットの光学フィルムにより装備されている。
【符号の説明】
【００６９】
１００  直接照明ＬＣディスプレイ装置
１１０  バックライト
１１２  反射体
１１４  光源
１２０  光管理層
１２２  ディフューザープレート
１２４  コリメートディフューザーフィルム
１２６  光方向づけフィルム
１２８  反射偏光子
１３０  フロントＬＣパネルアセンブリ
１３２  下部吸収偏光子
１３４  パネルプレート
１３６  ＬＣ層
１３８  上部吸収偏光子
１３９  光学層（単／複）
１４０  ＬＣパネル
１５０  コントローラ
２００  光学素子
２１２  支持フレーム
２１４  ポリマー光学ディフューザーフィルム
２１６  ピン
２１８  バネ
２２０  スロット
２２２  シャフト
３００  光学素子
３１２  支持フレーム
３１４  ポリマー光学ディフューザーフィルム
３１６  ピン
３１８  バネ
３２０  スロット
３２２  シャフト
３２４  ピン
３２６  スロット
３３４  コリメートディフューザーフィルム
３３５  光方向づけフィルム
３３６  反射偏光子フィルム
４００  光学素子
４１２  支持フレーム
４１３  サブフレーム
４１４  ポリマー光学ディフューザーフィルム
４１６  ピン
４１８  バネ
４２０  スロット
４２２  シャフト
４２３  穴
４２６  スロット
４３４  コリメートディフューザーフィルム
４３５  光方向づけフィルム
４３６  反射偏光子
５００  光学素子
５１２  支持フレーム
５１４  ポリマー光学ディフューザーフィルム
５１６  ピン
５１７  張力をかけストラップの穴
５１８  張力をかけストラップ
５２０  光方向づけフィルムのスロット
５２１  ポリマー光学ディフューザーフィルムのスロット
５３４  コリメートディフューザーフィルム
５３５  光方向づけフィルム
５４０  ピン
５４１  コリメートディフューザーフィルムの穴
５４２  コリメートディフューザーフィルムのスロット
６００  光学素子
６１２  支持フレーム
６１４  ポリマー光学ディフューザーフィルム
６１６  ピン
６１７  張力をかけグロメットの穴
６１８  張力をかけグロメット
６２０  ポリマー光学ディフューザーフィルムのスロット
６２１  光方向づけフィルムのスロット
６３４  コリメートディフューザーフィルム
６３５  光方向づけフィルム
６４０  ピン
６４１  コリメートディフューザーフィルムの穴
６４２  コリメートディフューザーフィルムのスロット
７００  試験バックライトユニット
【図１】
2008310287.tif 000004
【図２】
2008310287.tif 000005
【図３】
2008310287.tif 000006
【図４】
2008310287.tif 000007
【図５】
2008310287.tif 000008
【図６】
2008310287.tif 000009
【図７】
2008310287.tif 000010
【外国語明細書】
2008310287000001.pdf
2008310287000002.pdf
2008310287000003.pdf
2008310287000004.pdf