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JP2009230118A - クリンピングフレームおよびバネを有する張力をかけられた光学要素 - Google Patents

クリンピングフレームおよびバネを有する張力をかけられた光学要素 Download PDF

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Abstract

【課題】ディフューザプレートを、かなり薄い形状因子および有意に低い重量を有する光学ディフューザフィルムと置き換えることが望ましい。そのようなディフューザフィルムは、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学透過率を有さなければならない。ディフューザフィルムはまた、それ自体のための、及び場合により、典型的に光管理配列に使用される他の光学フィルムのための、構造的な支持をもたらさなければならない。
【解決手段】本発明は、少なくとも１つの光学フィルムを備える光学要素を提供し、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に安定して維持される。制御された張力を加えるための機構は、単数または複数のフィルムの平坦さを効果的に維持する片持ちバネと共同して、クリンピングフレームを使用する。
【選択図】図２

Description

本発明は、張力をかけられた光学要素、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テレビに使用することができる液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に関する。
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、例えばラップトップコンピュータ、携帯用計算機、デジタル時計およびテレビなどの装置に使用される光学ディスプレイである。いくつかのＬＣＤは、ディスプレイの側部に位置する光源を含み、光源からＬＣＤパネルの背部へ光を導くように位置決めされた光ガイドを備える。他のＬＣＤ、例えば、いくつかのＬＣＤモニタおよびＬＣＤテレビ（ＬＣＤ−ＴＶ）は、ＬＣＤパネルの後ろに位置決め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、より大きなディスプレイでは一般的であり、それは、一定レベルのディスプレイ輝度を達成するための光出力要件が、ディスプレイサイズの二乗に比例して増加するが、一方、光源をディスプレイの側部に沿って位置づけるための利用可能な実際の区域（ｒｅａｌ ｅｓｔａｔｅ）は、ディスプレイサイズとともに直線的に増加するだけだからである。加えて、例えばＬＣＤ−ＴＶのような、いくつかのＬＣＤ用途は、他の用途よりもより離れた距離から見られるために、ディスプレイが十分に明るいことを必要とし、かつＬＣＤ−ＴＶ用の視角要件は、一般に、ＬＣＤモニタおよび携帯装置のものとは異なる。
いくつかのＬＣＤモニタおよび大半のＬＣＤ−ＴＶは一般に、多数の冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）によって後ろから照明される。これらの光源は、線状であり、ディスプレイの全幅にわたって伸び、結果として、ディスプレイの背部は、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。そのような照明プロファイルは望ましくなく、そのため、ディフューザプレートを使用して、ＬＣＤ装置の背部での照明プロファイルを滑らかにする。
いくつかのＬＣＤモニタおよび大半のＬＣＤ−ＴＶは一般に、ランプから対向する側でディフューザ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一般に、平行ディフューザフィルム、プリズム光方向づけフィルムおよび反射型偏光子フィルムを含む。ＬＣＤディスプレイを製造するためにこれらの個別の光管理フィルムを取り扱うことは、非常に大きな労働力を必要とし、それは、いくつかのフィルムは保護カバーシートを備えて供給され、それは、まず取り外さなければならず、次いで、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からである。また、各フィルムを個別に品ぞろえし能力別編成（ｔｒａｃｋｉｎｇ）することは、ＬＣＤディスプレイを製造するための総コストを増し得る。さらに、これらの光管理フィルムは個別に扱われるため、組立プロセス中にフィルムに損傷を加えるより多くの危険がある。
現在、ＬＣＤ−ＴＶディフューザプレートは、典型的に、ガラス、ポリスチレンビーズ、架橋ＰＭＭＡビーズ、および、ＣａＣＯ３粒子を含む様々な分散相を備えた、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）またはそのコポリマーの、ポリマーマトリクスを用いる。これらのプレートは、厚く重いが、ディスプレイ製造業者は、常に、形状因子を薄くし、ディスプレイの重量を減少しようと試みている。ディフューザプレートは、ランプによって生じた高湿度および高温に露出された後に変形するかまたは歪むことが多く、それがディスプレイに視野欠陥を生じさせる。加えて、ディフューザプレートは、ポリマーマトリクス中に均一に拡散粒子を分配するために専用押出配合を必要とし、これは、さらにコストを増加する。
米国特許出願公開第２００６／００８２６９９号明細書には、自立基体の別個の層と光学拡散フィルムとを積層化することによって、拡散プレートのコストを減少する１つの方法が記載されている。この解決法は、新規ではあるが、これらの層を一緒に積層化するために接着剤を使用する必要があり、結果として、光吸収材料を加えることによって、系の効率が減少する。また、層を一緒に積層化するための追加処理コストも、自滅的である。また、この先行開示は、ディフューザプレートの厚い形状因子および重い重量の問題を解決していない。また、この解決法は、ディフューザプレートの歪みの問題に対処していない。
米国特許出願公開第２００６／００８２６９９号明細書
前記ディフューザプレートを、かなり薄い形状因子および有意に低い重量を有する光学ディフューザフィルムと置き換えることが望ましい。そのようなディフューザフィルムは、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学透過率を有さなければならない。ディフューザフィルムはまた、それ自体のための、及び場合により、典型的に光管理配列に使用される他の光学フィルムのための、構造的な支持をもたらさなければならない。
本発明は、光学フィルムを含む光学要素であって、該光学フィルムの少なくとも一部は、制御された張力を光学フィルムに適用するための機構によって寸法的に安定して維持され、張力は、クリンピングフレーム（ｃｒｉｍｐｉｎｇ ｆｒａｍｅ）によって適用され、クリンピングフレームは、半円溝を有する第１のフレーム構成要素と、拡張部を有する第２のフレーム構成要素と、第１および第２のフレーム構成要素を互いに固定するための手段とを含み、ここで第１および第２のフレーム構成要素は、互いに組み合って光学フィルムをクリンピングする、光学要素を提供する。
ディフューザプレートを使用する典型的なバックライト液晶ディスプレイ装置を例示する図である。 ポリマー光学ディフューザフィルムを含む光学要素を例示する図であり、これは、フィルムの周囲のまわりのフレームによっ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フィルムを含む光学要素の別の実施形態を例示する図であり、これは、フィルムの周囲のまわりのフレームによっ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フィルムを含む光学要素の別の実施形態を例示する図であり、これは、フィルムの周囲のまわりのフレームによっ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フィルムを含む光学要素の別の実施形態を例示する図であり、これは、フィルムの周囲のまわりのフレームによっ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フィルムを含む光学要素の別の実施形態を例示する図であり、これは、フィルムの周囲のまわりのフレームによって制御された張力によって支持される。
本発明は、少なくとも１つの光学フィルムを含む光学要素を提供し、該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る。制御された張力を適用するための機構は、単数または複数のフィルムの平坦さを効果的に維持する片持ちバネと関連するクリンピングフレームを使用する。
本発明はまた、光を均一に発するためのディスプレイおよびプロセスも提供する。本発明の１つの実施形態は、フィルムの周囲のまわりのフレームによっ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フィルムを含む光学要素である。張力は、フレームの頂部構成要素と底部構成要素との間にフィルムをクリンピングすることによって、フィルムに適用される。フィルムは、はじめに、複数のネジまたはスナップによって２つのフレーム構成要素の間に保持され、ネジまたはスナップは、フィルムの周囲のまわりの様々な場所で穴またはスロットを通って突出し、続いてＬＣＤバックライトのフレームに接続される。また、ネジまたはスナップは、クリンピングフレームの前記２つの構成要素を互いに固定し、それらは、ひとたび締められると、クリンピング効果によりフィルム上に張力を維持する。片持ちバネ型機構が、クリンピングフレームの構成要素の１つから突出する。クリンピングフレームと片持ちバネ機構との組み合わせが、環境試験状態中でさえフィルム上に張力を実質的に維持する。この光学要素は、バックライトＬＣＤディスプレイに今日典型的に使用されるディフューザプレートの光学機能と置き換える場合に有用である。
本発明の別の実施形態は、フィルムの周囲のまわりのフレームにより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フィルムを含む光学要素である。張力は、フレームの頂部構成要素と底部構成要素との間にフィルムをクリンピングすることによって、フィルムに適用される。フレームの底部構成要素は、ＬＣＤバックライトフレームに一体化される。フィルムは、はじめに、複数のネジまたはスナップによって前記２つのフレーム構成要素の間に保持され、ネジまたはスナップは、フィルムの周囲のまわりの様々な場所で穴またはスロットを通って突出する。また、ネジまたはスナップはクリンピングフレームの頂部構成要素をバックライトユニットに固定し、これは、ひとたび締められると、クリンピング効果によりフィルム上に張力を維持する。また、片持ちバネ型機構もクリンピングフレームの頂部構成要素とバックライトユニットとの間に挟まれる。クリンピングフレームと、挟まれたバネ機構との組み合わせが、環境試験状態中でさえフィルム上に張力を実質的に維持する。この光学要素は、バックライトＬＣＤディスプレイに今日典型的に使用されるディフューザプレートの光学機能と置き換える場合に有用である。
本発明の別の実施形態は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に関し、これは、光源とＬＣＤパネルとを有し、ＬＣＤパネルは、上部プレートと、下部プレートと、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とを含む。下部プレートは、光源に面し、吸収型偏光子を含む。光学要素は光管理フィルムの配列を含み、少なくともその１つは、前記で説明したフィルムの周囲のまわりのフレームに接続された張力機構により制御された張力によって支持され、光学要素は、光源が光管理フィルムの配列を通してＬＣＤパネルを照明するように、光源とＬＣＤパネルとの間に配置される。
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フィルムを含む。光管理フィルムの配列は、任意に、他の光学層を含む。他の光学層は、ビーズコーティングされた平行ディフューザフィルム、光方向づけフィルムおよび反射型偏光子を含み得る。本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ、または、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モニタおよびＬＣＤテレビ（ＬＣＤ−ＴＶ）に使用されるものに適用することができる。
ＬＣＤ−ＴＶに典型的に使用されているディフューザプレートは、ポリマーマトリクスをベースとしており、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）または剛性シートとして形成されるシクロオレフィンである。シートは、拡散粒子を含み、例えば、有機粒子、無機粒子、または、空隙（気泡）である。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さらされた後に、変形するか歪むことが多い。また、これらのプレートは、製造するのに、及び最終ディスプレイ装置に組み立てるのに、より費用がかかる。
本発明は、ＬＣＤパネル自体と光源との間に位置決めされた光管理フィルムの配列を有する直接照明されるＬＣＤ装置に関する。光管理フィルムの配列は、制御された張力によって支持され、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フィルムを少なくとも含む。制御された張力は、フィルムの周囲のまわりのフレームによって適用される。張力は、フレームの頂部構成要素と底部構成要素との間にフィルムをクリンピングすることによって、フィルムに適用される。フィルムは、はじめに、複数のネジまたはスナップによって前記２つのフレーム構成要素の間に保持され、ネジまたはスナップは、フィルムの周囲のまわりの様々な場所で穴またはスロットを通って突出し、続いて、ＬＣＤバックライトのフレームに接続される。また、ネジまたはスナップはクリンピングフレームの前記２つの構成要素を互いに固定し、それらは、ひとたび締められると、クリンピング効果によりフィルムに張力を維持する。片持ちバネ型機構が、クリンピングフレームの構成要素の１つから突出する。クリンピングフレームと片持ちバネ機構との組み合わせが、環境試験状態中でさえフィルム上に張力を実質的に維持する。任意に、他の光学フィルム、例えば、ビーズコーティングされた平行ディフューザフィルム、光方向づけフィルム、および、反射型偏光子を、フレームによって、または、張力をかけられた単数または複数のフィルムによって、抑制することができる。各構成要素の透過およびヘイズ（ｈａｚｅ）レベルは、輝度がディスプレイにわたって相対的に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。
本発明の好適なポリマー光学ディフューザフィルムは、製造するのが簡単であり、製造に使用される材料およびプロセスに高度の柔軟性を提供する。本発明において、構造的要件と光学的要件とは分けられ、張力機構は、構造的性能および薄い拡散フィルムを提供し、光学的性能を提供する。これらの機能を分けることによって、薄い拡散シートを使用するコスト優位性を生かすことができ、全体的コストを低減する。ディフューザフィルムを備えた厚い基板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ため、厚いプレートのいかなる歪みも防止する。さらに、ディフューザが基板ではなくフィルムに含まれるとき、拡散特性をより精密に制御することがより容易である。そのようなディフューザ特性はまた、ディフューザフィルム内で空間的に変化することもできる。例えば、フィルム中に拡散粒子または空隙のより高いまたはより低い装填を有する線状領域によって創出されたストライプを利用することができる。これは、制御された力によって支持された単数または複数のフィルムを、バックライトＬＣＤディスプレイの線状光源（典型的に冷陰極蛍光ランプ）のより近くに位置づけることができ、非常に有用でありうる。このより近い間隔は、線状光源の真上に位置合わせされた、より高い拡散特性のストライプを有することによって可能にされ、結果として、フィルムからの均一な光放出をもたらす。光源からディフューザフィルムへのより大きな間隔あけは、光拡散粒子の均一な分散を有するフィルムによりなされる必要がある。
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展開図は、図１にある。かかるディスプレイ装置１００は、例えば、ＬＣＤモニタまたはＬＣＤ−ＴＶにおいて使用され得る。ディスプレイ装置１００は、パネルプレート１３４の間に配置されたＬＣの層１３６を典型的に含むＬＣパネル１４０を備える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、内側表面に電極構造物および位置合わせ層を含んでもよい。電極構造物は一般に、ＬＣパネルピクセル、すなわち、液晶の配向を隣接する領域とは独立に制御することができるＬＣ層の領域を規定するように、配列される。また、表示される画像に色を与えるために、１以上のプレート１３４と共にカラーフィルタも含まれ得る。
上部吸収型偏光子１３８はＬＣ層１３６より上に位置決めされ、下部吸収型偏光子１３２はＬＣ層１３６より下に位置決めされる。吸収型偏光子１３８、１３２およびＬＣパネル１４０は組み合わさって、光がバックライト１１０からディスプレイ１００を通って観察者へ透過するのを制御する。いくつかのＬＣディスプレイにおいて、吸収型偏光子１３８、１３２は、その透過軸を垂直にして配列されてもよい。ＬＣ層１３６のピクセルが活性化されないときには、それを通って進む光の偏光を変化させないことができない。したがって、吸収型偏光子１３８、１３２は、垂直に整列配置されている場合、下部吸収型偏光子１３２を通って進む光は、上部吸収型偏光子１３８によって吸収される。他方、ピクセルが活性化されるときには、それを通って進む光の偏光は回転され、そのため、下部吸収型偏光子１３２を通って透過される光の少なくとも幾分かは、上部吸収型偏光子１３８を通って透過される。例えばコントローラ１５０による、ＬＣ層１３６の異なるピクセルの選択的な活性化は、結果として、一定の所望の場所でディスプレイから外に通過する光をもたらし、したがって、観察者によって見られる画像を形成する。コントローラは、例えば、テレビ画像を受け取り表示するコンピュータまたはテレビコントローラを含んでもよい。例えば、機械的な及び／又は環境的な保護をディスプレイ表面に与えるために、１以上の任意の層１３９が、上部吸収型偏光子１３８上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、吸収型偏光子１３８上のハードコートを含み得る。
ＬＣディスプレイのいくつかのタイプが上述のものとは異なったやり方で作動してもよいことが認識される。例えば、吸収型偏光子は平行に整列配置されてもよく、およびＬＣパネルは、非活性状態にあるときに、光の偏光を回転してもよい。それにもかかわらず、かかるディスプレイの基本構造は、上述のものと同様のままである。
バックライト１１０は、ＬＣパネル１２０を照明する光を生成する多数の光源１１４を含む。ＬＣＤ−ＴＶまたはＬＣＤモニタに使用される光源１１４は、ディスプレイ装置１００の全域に伸びる線状冷陰極蛍光ランプであることが多い。しかし、他のタイプの光源が使用されてもよく、例えば、フィラメントまたはアーク灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）、平らな蛍光パネル、または、外部蛍光ランプなどである。光源のこのリストは、限定または網羅を意図するものではなく、単なる例示である。
また、バックライト１１０はＬＣパネル１４０から離れる方向に、光源１１４から下向きに伝播する光を反射するためにリフレクタ１１２も含んでもよい。また、リフレクタ１１２は、下記に説明されるように、ディスプレイ装置１００内で光を再利用させるために有用であり得る。リフレクタ１１２は、鏡面反射体であってもよく、または、拡散反射体であってもよい。リフレクタ１１２として使用され得る鏡面反射体の１つの例は、ミネソタ州セントポールの３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な、Ｖｉｋｕｉｔｉ（登録商標）Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ（ＥＳＲ）フィルムである。好適な拡散反射面の例としては、拡散反射粒子、例えば、二酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等が装填されたポリマー、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、ポリスチレン等が挙げられる。
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との間に位置決めされる。光管理層は、ディスプレイ装置１００の作動を向上するように、バックライト１１０から伝播する光に影響を与える。例えば、光管理層の配列１２０は、ディフューザプレート１２２を含み得る。ディフューザプレート１２２は、光源から受け取った光を拡散するために使用され、これは結果として、ＬＣパネル１４０に入射する照明光の均一性が増加をもたらす。その結果、これは、観察者によって認識される、より均一に明るい画像をもたらす。
光管理層の配列１２０はまた、反射型偏光子１２８を含み得る。光源１１４は典型的に非偏光を生成するが、下部吸収型偏光子１３２は単一の偏光状態を透過するのみであり、そのため、光源１１４によって生成された光の約半分はＬＣ層１３６を通って透過されない。しかし、反射型偏光子１２８を使用して、そうでなければ下部吸収型偏光子に吸収される光を反射することができ、そうしてこの光は、反射型偏光子１２８とリフレクタ１１２との間の反射によって再利用することができる。反射型偏光子１２８によって反射された光の少なくとも幾分は、脱偏向されおよび続いて変更状態で反射型偏光子１２８に戻ることができ、反射型偏光子１２８および下部吸収型偏光子１３２を通ってＬＣ層１３６へ透過され得る。このようにして、反射型偏光子１２８は、ＬＣ層１３６に到達する光源１１４によって発せられた光の率を上げるために使用することができ、そのため、ディスプレイ装置１００によって生成される画像はより明るい。
任意の好適なタイプの反射型偏光子を使用することができ、例えば、多層光学フィルム（ＭＯＦ）反射型偏光子；拡散反射偏光フィルム（ＤＲＰＦ）、例えば、連続相／分散相偏光子、ワイヤグリッド反射型偏光子、または、コレステリック反射型偏光子などである。
光管理層の配列１２０はまた、光方向づけフィルム１２６を含み得る。光方向づけフィルムは、軸外光をディスプレイの軸により近い方向に向け直す表面構造物を含むものである。これは、ＬＣ層１３６を通って軸上を伝播する光の量を増加し、したがって、観察者によって見られる画像の輝度を増加する。１つの例は、プリズム光方向づけフィルムであり、屈折および反射を通して、照明光を再び方向づける多数のプリズムリッジ（ｐｒｉｓｍａｔｉｃ ｒｉｄｇｅｓ）を有する。
従来のＬＣＤ−ＴＶに使用されるディフューザプレートおよび積み重ね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、少なくともその１つは、制御された張力によって支持される。典型的に、その制御された張力は、フィルムの周囲のまわりのフレームにより提供される。張力は、例えば、フレームの頂部構成要素と底部構成要素との間にフィルムをクリンピングすることによって、フィルムに適用される。フィルムは、はじめに、複数のネジまたはスナップによって２つのフレーム構成要素の間に保持され、ネジまたはスナップは、フィルムの周囲のまわりの様々な場所で穴またはスロットを通って突出し、続いて、ＬＣＤバックライトのフレームに接続される。ネジまたはスナップは、ひとたび締められると、クリンピングフレームの２つの構成要素を互いに固定し、これらは、クリンピング効果によりフィルム上に張力を維持する。片持ちバネ型機構が、クリンピングフレームの底部構成要素から突出し、環境試験状態中でさえ張力を維持するのを助ける。この光学要素は、ディフューザプレートおよび任意にＬＣＤディスプレイの他の光学フィルムの光学機能を置き換える場合に有用である。
「バネ」は、本明細書では、運動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ほど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、張力を元々の力の少なくとも２５％に維持することとして定義される。好ましくは、この力は、元々の力の５０％に維持され得る。「フィルム」という用語は、５００ｕｍ未満の厚さを有する材料のシートとして定義される。
本発明の光学要素の１つの例示的な実施形態は、図２に概略的に例示される。光学要素２００は、ポリマー光学ディフューザフィルム２１４と、フィルムの周囲のまわりに位置する２つの支持フレーム構成要素２１０および２１２とを含む。周囲は、本明細書では、フィルムの全ての薄い縁に沿って引かれた架空の連続線として定義される。ＬＣＤディスプレイでは典型的に、長方形の周囲を作る４つの直交縁がある。他の光学フィルムもまた、以下の図に例示されるように、ポリマー光学ディフューザフィルムより上で光管理層の配列に加えることができる。図２は、光学ディフューザフィルム２１４が張力によって支持される１つの手段を示す。フレーム構成要素２１０および２１２は、それぞれ、半円形溝および拡張部を有し、それらは互いに組み合わさる。ネジまたはスナップピン２１７が、フレーム構成要素２１０および２１２とフィルム２１４との両方のスロットまたは穴を通って突出する。ネジまたはスナップピン２１７は、ＬＣＤバックライト２１８のフレームに固定される。ネジまたはスナップピン２１７は、バックライトフレーム２１８内に完全に押し込むことによって締められるので、フレームの２つの構成要素２１０および２１２がフィルムをクリンピングし、フィルムに張力を創出する。フィルムの初期張力は、フレーム構成要素２１０および２１２の溝および拡張部の半径を変えることによって、変えることができる。しかし、クリンピングから生じる初期張力は、例えば環境試験中などのような高温中に減少する可能性がある。そのような状態中に張力を初期張力に近いものに維持するために、片持ちバネ２１３が利用される。バネ２１３は、クリンピングする際および初期の張力をかける際にそらされる。フィルムが高温中に膨張する場合には、バネは跳ね返り、フィルムに張力を維持するように作用する。
張力をかけられた光学ディフューザフィルム２１４は、自立性である。本明細書では、自立性は、フィルム自重と、それに加えて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分を負っても、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、ディフューザフィルムのもっとも長い辺の長さの１８０分の１未満の、元々の位置からの面の外へのたわみを有するとして定義される。
張力をかけられたディフューザフィルム２１４および１以上の光管理層は、バックライトとＬＣＤパネルとの間に配置された光管理配列に含まれてもよい。張力をかけられたディフューザフィルム２１４は、光管理配列を支持するための安定した構造物を提供する。張力をかけられたフィルムは、従来のディフューザプレートシステムのように歪みを受けやすくはない。
ポリマー光学ディフューザフィルム２１４の例示的な実施形態は、非対称ディフューザフィルムを含む。そのようなポリマー非対称ディフューザフィルムは、光拡散構造物がフィルムの容積（ｂｕｌｋ）内にある容量ディフューザ（ｖｏｌｕｍｅ ｄｉｆｆｕｓｅ）か、または、光拡散構造物がフィルムの表面上にある表面ディフューザ（ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｆｆｕｓｅｒ）か、のいずれかである。
非対称容量ディフューザフィルム
非対称容量ディフューザは、フィルムの容積中に、それらの主軸において少なくとも幾分は整列されている非球形領域を含む領域を有する。これらの領域は、フィルムのマトリクスポリマーとは異なる屈折率を有する。
非対称容量ディフューザは、１より多い拡散領域または層を含み得る。１以上の拡散領域は、非対称拡散プロファイルを有し得る。好適な実施形態において、剛性の、実質的に透明な材料が、２つの拡散領域を分離する。好適な実施形態において、非対称拡散領域は、バックライトの輝度均一性が向上されるように配列される。別の好適な実施形態において、光源の線状または格子配列を使用するバックライトの空間輝度プロファイルは、１以上の非対称拡散領域の使用により、実質的に均一である。
ｘ−ｚ平面およびｙ−ｚ平面における拡散の量は、輝度均一性と、バックライトおよびディスプレイの潜在的な視角とに影響を与える。他の平面のものよりも優先的に１つの平面における拡散の量を増加することによって、視角は、非対称的に増加する。例えば、ｙ−ｚ平面よりもｘ−ｚ平面により多くの拡散を備えると、ディスプレイの視角（輝度およびディスプレイのコントラストに関係する）は、ｘ方向に増加することができる。バックライトにおける非対称ディフューザの１以上の拡散層を通って導入される拡散非対称は、ディスプレイの視角および角度強度プロファイルと、バックライトおよびディスプレイシステムの光学効率に対して、より大きな制御を可能にし得る。別の実施形態において、拡散の量は、拡散層の平面で変化する。別の実施形態において、拡散の量は、層の平面（ｚ方向）に対して垂直な平面で変化する。好適な実施形態において、拡散の量は、１以上の光源にごく近接する領域において、より高い。
非対称ディフューザにおけるより強い拡散の軸配列は、光源またはバックライトの縁に対して、平行、垂直、または、傾斜して配列され得る。好適な実施形態において、より強い拡散の軸は、バックライトの線状光源の長さ方向に対して垂直に整列配置される。
１以上の非対称ディフューザ層内の粒子は、線維状、回転楕円体、円筒形、他の非対称形状または１以上のこれらの形状の組み合わせであってもよい。粒子の形状は、ｙ−ｚ平面においてよりもｘ−ｚ平面において実質的により多くの拡散が発生するように、設計され得る。粒子または分域の形状は、ｘ、ｙまたはｚ方向の１以上に沿って空間的に変化し得る。変化は、規則的であっても、半無作為であっても、無作為であってもよい。
拡散層内の粒子は、拡散層の縁または線状光源または光源の配置に対して、直角、平行、または、傾斜して配列されてもよい。好適な実施形態において、拡散層中の粒子は、実質的に、光源の線状配置に対して平行である１本の軸に沿って配列される。
粒子は、連続相材料の容量内に含まれてもよく、または、連続相材料の表面または実質的に平坦な表面から突出していてもよい。
１以上の光拡散層における本明細書に記載された粒子は、低濃度または高濃度であり得る。拡散層が厚いときには、粒子のより低い濃度が必要である。光拡散層が薄いときには、粒子のより高い濃度が必要である。分散相の濃度は、１重量％未満から５０重量％であり得る。ある状態において、５０重量％よりも高い粒子の濃度は、材料および製造技術を注意深く選択することによって達成され得る。より高い濃度は、より薄い拡散層を可能にし、結果として、より薄いバックライトおよびディスプレイを可能にする。
粒子とマトリクスとの間の屈折率の差は、非常に小さくてもよく、または、大きくてもよい。屈折率の差が小さい場合には、１以上の方向に十分な拡散を達成するために、粒子のより高い濃度が必要であり得る。屈折率の差が大きい場合には、十分な拡散および輝度均一性を達成するために、典型的に、より少ない粒子（より低い濃度）が必要である。粒子とマトリクスとの間の屈折率の差は、ｘ、ｙまたはｚ方向の１以上において、ゼロであってもよく、または、ゼロより大きくてもよい。
別々のポリマー相の屈折率が、フィルムによる光散乱の程度に寄与する１つの要因である。低い屈折率の材料と高い屈折率の材料の組み合わせが、結果として、より大きな拡散角度をもたらす。複屈折材料が使用される場合には、ｘ、ｙおよびｚ方向の屈折率は、各々が、処理された材料における拡散または反射の量に影響を与えることができる。いくつの用途において、例えば、熱、機械または低コスト等の特定の品質のために特定のポリマーを使用してもよいが、材料の間の屈折率の差（ｘ、ｙまたはｚ方向、または、その組み合わせ）は、所望の量の拡散または他の光学特性、例えば反射等を生成するには好適ではない場合がある。これらの場合には、小さな粒子（典型的にサイズが１ミクロン未満）を使用して、平均容積屈折率（ａｖｅｒａｇｅ ｂｕｌｋ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）を増加するかまたは減少することは、当分野では公知である。好ましくは、光は、これらの添加された粒子から直接散乱せず、これらの粒子の添加は、実質的に吸収または後方散乱を増加しない。
添加された粒子は、粒子の量および粒子が添加されるポリマーの屈折率、および、粒子の有効屈折率に基づいて、平均屈折率を増加するかまたは減少することができる。かかる添加物は、エアロゲル、ゾルゲル材料、シリカ、カオリン、アルミナ、ＭｇＦ２（屈折率１．３８）、ＳｉＯ２（屈折率１．４６）、ＡｌＦ３（屈折率１．３３〜１．３９）、ＣａＦ２（屈折率１．４４）、ＬｉＦ（屈折率１．３６〜１．３７）、ＮａＦ（屈折率１．３２〜１．３４）、および、ＴｈＦ４（屈折率１．４５〜１．５）の微粒子等を含むことができると考えられる。あるいは、高い屈折率を有する微粒子、例えば、チタニア（ＴｉＯ２）またはジルコニア（ＺｒＯ２）または他の酸化金属の微粒子等が使用されてもよい。
拡散層の１以上の表面が、非平坦表面を含んでもよい。表面プロファイルは、ｘ、ｙまたはｚ方向に１ｎｍ〜３ｍｍの範囲であり得る突起物またはピットを含んでもよい。プロファイルまたは個別フィーチャー（ｆｅａｔｕｒｅ）は、周期的、無作為、半無作為、または、他の均一なまたは非均一な構造物を有してもよい。表面フィーチャーは、例えば、平行、ブロッキング防止、屈折、対称拡散、非対称拡散、または、回折等の機能をディフューザプレートに提供するように設計することができる。好適な実施形態において、表面フィーチャーは、平行特性を提供するプリズム構造物の線状配置である。別の好適な実施形態において、表面は、浸潤を防止し、ブロッキング防止特性または光平行特性を提供する半球突起物を含む。
拡散層の１以上の表面は、平行特性を提供する表面プロファイルを含んでもよい。平行特性は、大きな角度から入射する光線を、ディスプレイ法線（より小さい角度）により近い角度に方向づける。フィーチャーは、プリズムの線状配置、ピラミッドの配置、円錐の配置、半球の配置、または、バックライトの表面に垂直な方向により多くの光を方向づけると知られている他のフィーチャーの形状であってもよい。フィーチャーの配置は、規則的、不規則、無作為、秩序的、半無作為、または、光が、屈折、反射、内部全反射、回折、または、散乱により平行化されることができる他の配列であってもよい。
本発明の改善された非対称ディフューザは、追加の光学的、機械的、環境的、熱的または電気的な利益を提供する材料、添加物、構成要素、混合物、コーティング、処置、層または領域を含んでもよい。ディフューザフィルムの特性は、下記の１以上を含み得る。すなわち、光学：増加した光学処理量、１以上の軸に沿って増加した／減少した拡散、減少したかまたは増加した複屈折、増加した輝度均一性、向上された色安定性、減少したヘイズ；機械的／物理的：増加剛性、減少した厚さ、減少した重量、増加した引っかき抵抗性、減少した／増加した鉛筆硬度、ブロッキング防止フィーチャー；環境：減少した反り、増加した耐光性、増加した耐湿性、増加した耐光性、増加した紫外線吸収；熱：増加した耐熱性、増加した軟化温度；電気：減少した表面抵抗である。
非対称表面ディフューザフィルム
非対称表面ディフューザは、フィルムの表面上に、ホログラフ構造物、または、それらの主軸に対して少なくとも幾分は整列された非球形領域を含む構造物を有する。ホログラフ構造物は典型的に、記録材料ツール（ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｏｏｌ）からフィルムにエンボスされる。非球形領域は、フィルムのマトリクスポリマーとは異なる屈折率を有する。少なくとも幾分は整列された非球形分域の１つの実施形態は、アナモルフィックマイクロレンズ（ａｎａｍｏｒｐｈｉｃ ｍｉｃｒｏｌｅｎｓｅ）の最密配置である。「アナモルフィック」は、２つ垂直な方向の各々に異なる倍率の像を形成するフィーチャーを意味する。
非対称ディフューザフィルム組成
ディフューザフィルムは、連続相および分散相を含有する１以上の光散乱領域から構成することができる。別の実施形態において、ディフューザフィルムは、非対称散乱特性を示す光散乱表面フィーチャーの領域を含むことができる。別の実施形態において、１以上の拡散層は非対称ディフューザフィルムの２以上の構成要素を結合する接着剤であってもよい。また、フィルムは実質的に光学的に透明であり得る基体および連続相を含み得る。基体、分散相または連続相のために選択された材料は、１以上のポリマーまたは無機材料であり得る。
かかるポリマーは、アクリル、スチレン、オレフィン、ポリカーボネート、ポリエステル、セルロース、炭酸ポリエステル等を含むが、それらに限定されない。具体的な例は、ポリ（メチルメタクリレート）およびそのコポリマー、ポリスチレンおよびそのコポリマー、ポリ（スチレン−ｃｏ−アクリロニトリル）、ポリエチレンおよびそのコポリマー、ポリプロピレンおよびそのコポリマー、ポリ（エチレン−プロピレン）コポリマー、ポリ（ビニルアセテート）およびそのコポリマー、ポリ（ビニルアルコール）およびそのコポリマー、ビスフェノールＡポリカーボネートおよびそのコポリマー、ポリ（エチレンテレフタレート）およびそのコポリマー、ポリ（エチレン２，６−ナフタレンジカルボキシレート）およびそのコポリマー、ポリアリレート、ポリアミドコポリマー、ポリ（塩化ビニル）、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、ポリエーテルイミドおよびそのコポリマー、ポリエーテルスルホンおよびそのコポリマー、ポリスルホンおよびそのコポリマー、および、ポリシロキサンを含む。
多数のメタクリレートおよびアクリレート樹脂が、本発明の１以上の相に好適である。メタクリレートは、ポリメタクリレート、例えば、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（エチルメタクリレート）、ポリ（プロピルメタクリレート）、ポリ（ブチルメタクリレート）、ポリ（イソブチルメタクリレート）、メチルメタクリレート−メタクリル酸コポリマー、メチルメタクリレート−アクリレートコポリマー、および、メチルメタクリレート−スチレンコポリマー（例えば、ＭＳ樹脂）を含むが、それらに限定されない。好適なメタクリル樹脂は、ポリ（アルキルメタクリレート）およびそのコポリマーを含む。もっとも好適なメタクリル樹脂は、ポリ（メチルメタクリレート）およびそのコポリマーを含む。アクリレートは、ポリ（メチルアクリレート）、ポリ（エチルアクリレート）、および、ポリ（ブチルアクリレート）およびそのコポリマーを含むが、それらに限定されない。
様々なスチレン樹脂が、本発明のポリマー相に好適である。かかる樹脂は、ビニル芳香族ポリマー、例えばシンジオタクチックポリスチレンなどを含む。本発明に有用なシンジオタクチックビニル芳香族ポリマーは、ポリ（スチレン）、ポリ（アルキルスチレン）、ポリ（アリールスチレン）、ポリ（スチレンハライド）、ポリ（アルコキシスチレン）、ポリ（ビニルエステルベンゾエート）、ポリ（ビニルナフタレン）、ポリ（ビニルスチレン）およびポリ（アセナフタレン）、並びに水素化ポリマーおよび混合物、または、これらの構造単位を含むコポリマーを含む。ポリ（アルキルスチレン）の例は、以下の異性体、すなわち、ポリ（メチルスチレン）、ポリ（エチルスチレン）、ポリ（プロピルスチレン）、および、ポリ（ブチルスチレン）を含む。ポリ（アリールスチレン）の例は、ポリ（フェニルスチレン）の異性体を含む。ポリ（スチレンハライド）に関する例は、以下の異性体、すなわち、ポリ（クロロスチレン）、ポリ（ブロモスチレン）およびポリ（フルオロスチレン）を含む。ポリ（アルコキシスチレン）の例は、以下の異性体、すなわち、ポリ（メトキシスチレン）およびポリ（エトキシスチレン）を含む。これらの例の中で、好適なスチレン樹脂ポリマーは、ポリスチレン、ポリ（ｐ−メチルスチレン）、ポリ（ｍ−メチルスチレン）、ポリ（ｐ−第三級ブチルスチレン）、ポリ（ｐ−クロロスチレン）、ポリ（ｍ−クロロスチレン）、ポリ（ｐ−フルオロスチレン）、並びにスチレンおよびｐ−メチルスチレンのコポリマーである。もっとも好適なスチレン樹脂には、ポリスチレンおよびそのコポリマーが含まれる。
特定のポリエステルおよびコポリマー樹脂が、本発明の相に好適である。かかる樹脂は、ポリ（エチレンテレフタレート）およびそのコポリマー、ポリ（エチレン２，６−ナフタレンジカルボキシレート）およびそのコポリマー、ポリ（１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）およびそのコポリマー、並びにポリ（ブチレンテレフタレート）のコポリマーを含む。樹脂の酸成分は、テレフタル酸、イソフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、または、上記酸の混合物を含み得る。ポリエステルおよびコポリエステルは、少量の他の酸または酸の混合物（または等価のエステル）によって改変することができ、フタル酸、４，４’スチルベンジカルボン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、１，１２−ドデカン二酸、ジメチルマロン酸、シス−１，４−シクロヘキサンジカルボン酸、および、トランス−１，４−シクロヘキサンジカルボン酸を含むが、それらに限定されない。樹脂のグリコール成分は、エチレングリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ブチレンングリコール、または、上記グリコールの混合物を備えることができる。コポリエステルもまた、少量の他のグリコールまたはグリコールの混合物によって改変することができ、１，３−トリメチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、１，１２−ドデカンジオール、ネオペンチルグリコール、２，２，４，４−テトラメチル−１，３−シクロブタンジオール、ジエチレングリコール、ビスフェノールＡおよびハイドロキノンを含むが、それらに限定されない。好適なポリエステル樹脂は、テレフタル酸およびイソフタル酸またはそれらの等価のエステルの混合物と、１，４−シクロヘキサンジメタノールおよびエチレングリコールと、の反応によって、形成されたコポリエステルを含む。もっとも好適なポリエステル樹脂は、テレフタル酸またはその等価のエステルと、１，４−シクロヘキサンジメタノールおよびエチレングリコールの混合物との反応によって形成されたコポリエステルを含む。
特定のポリカーボネートおよびコポリカーボネート樹脂が、本発明の相に好適である。ポリカーボネート樹脂は、典型的に、ジフェノールをカーボネート前駆体と溶液重合または溶融重合によって反応させることによって得られる。ジフェノールは、好ましくは、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（いわゆる「ビスフェノールＡ」）であるが、他のジフェノールを、ジフェノールの一部またはすべてとして使用してもよい。他のジフェノールの例は、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジメチルフェニル−）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３−メチルフェニル）プロパン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルフィドおよびビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホンを含む。ポリカーボネート樹脂は、好ましくは、すべてのジフェノール合計の５０モル％以上、特に好ましくは７０モル％以上の量のビスフェノールＡを含む樹脂である。カーボネート前駆体の例は、ホスゲン、ジフェニルカーボネート、上記ジフェノールのビスクロロホルメート、ジ−ｐ−トリルカーボネート、フェニル−ｐ−トリルカーボネート、ジ−ｐ−クロロフェニルカーボネートおよびジナフチルカーボネートを含む。これらから、ホスゲンおよびジフェニルカーボネートが特に好適である。
多数のポリ（アルキレン）ポリマーが、本発明の相に好適である。かかるポリアルキレンポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリイソブチレン、ポリ（４−メチル）ペンテン、それらのコポリマー、それらの塩素化バリエーションおよびそれらのフッ素化バリエーションを含む。
特定のセルロース樹脂が、本発明の相に好適である。かかる樹脂は、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、酢酸プロピオン酸セルロース、プロピオン酸セルロース、エチルセルロース、硝酸セルロースを含む。例えばフタル酸ジエチルのような様々な可塑剤を含むセルロース樹脂もまた、本発明の範囲内である。
ポリマー光学ディフューザフィルム２１４の他の好適な実施形態は、空隙および空隙形成開始粒子（ｖｏｉｄ ｉｎｉｔｉａｔｉｎｇ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）、または単に、無機粒子または架橋ポリマービーズ等の拡散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、可視光線に対して実質的に透明であってもよく、容易に伸びることができ、８５℃までの高温で試験された後に１．０％未満の収縮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適なポリマーは、ポリエステルおよびそのコポリマーである。もっとも好適なのは、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）、および、それらのコポリマーのいずれである。ＰＥＴはＰＥＮよりもコストがかなり低いため、ＰＥＴがもっとも適切である。
空隙形成開始粒子は、マトリクスポリマーと非相溶性の任意のタイプの粒子であり得る。これらの粒子は、無機であっても有機であってもよい。無機粒子は、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、または、ポリマーに溶融混合することができる任意の他の無機化合物のいずれを含むことができる。典型的な有機空隙形成開始粒子は、マトリクスポリマーとは非混和であるポリマーである。これらは、これらの非混和ポリマーの樹脂ペレットが単にマトリクスポリマーの樹脂ペレットと乾燥混合され、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、好適である。無機粒子は、予備混合または溶融配合を必要とし、これは処理コストを追加する。好適な有機空隙形成開始粒子は、ポリオレフィンである。もっとも好適なのは、ポリプロピレンである。
空隙形成開始粒子は、ディフューザとして機能するのに十分な拡散性を生じるように、しかし、ＬＣＤディスプレイの光学輝度が有意に減少するほど不透明ではないように、加えられなければならない。空隙形成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。もっとも好適な装填は、１０〜２０重量％である。
光学ディフューザフィルム２１４には、例えば、１つの層において、ＵＶ光の影響に抵抗する単数または複数のＵＶ吸収材を含むことによって、紫外（ＵＶ）線からの保護が設けられてもよい。好適な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、および、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が挙げられる。
図２には示されていないが、ポリマー光学ディフューザフィルム２１４の別の好適な実施形態は、拡散粒子または空隙のより高い又はより低い装填を有する、フィルム中に空間的に変化する領域を備えたものである。これらの空間的に変化するディフューザフィルムの拡散領域は、性質が対称であっても非対称であってもよい。これは、制御された力によって支持される単数または複数のフィルムが、バックライトＬＣＤディスプレイの光源（典型的に、冷陰極蛍光ランプ）により近くに位置するのを可能にすることによって、非常に有用でありうる。ある場合において、より近い間隔は、結果としてフィルムから均一な光放出になる線状冷陰極蛍光ランプ光源の上に直接整列配置されるより高い拡散特性のストライプを有することによって、可能となる（光源からディフューザフィルムへのより大きな間隔は、光拡散粒子の均一な分散を有するフィルムにより作られる必要がある）。拡散領域にはストライプ以外の他のバリエーションもまた、使用することができる。例えば、ディフューザフィルムがバックライトにおけるＬＥＤ光源の配置と一緒に利用されるべきである場合には、ドットパターンが使用され得る。
ＵＶ光の悪影響を減少するために、光学ディフューザフィルム２１４中に、他の材料が含まれてもよい。そのような材料の１つの例は、ヒンダードアミン系光安定組成物（ＨＡＬＳ）である。一般に、もっとも有用なＨＡＬＳは、テトラメチルピペリジンから誘導されるもの、および、ポリマー第三級アミンとみなすことができるものである。好適な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 ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＴｉｎｕｖｉｎの商品名で商業的に入手可能である。１つのそのような有用なＨＡＬＳ組成物は、Ｔｉｎｕｖｉｎ ６２２である。
フレーム構成要素２１０および２１２は、任意の剛性材料、好ましくは、プラスチックを含み得る。フレーム構成要素２１０に取り付けられた片持ちバネ２１３は、フィルム２１４の平坦さを維持するのを助ける。バネは、任意の剛性材料、好ましくはプラスチックを含むことができ、典型的に、底部フレーム２１０と一体的に製作される。図２の光学要素２００は、従来のＬＣＤディスプレイのディフューザプレートの代わりに使用することができる。
本発明の別の例示的な実施形態が、図３に概略的に例示される。光学要素３００は、張力をかけられているディフューザフィルム３１４に加えて、別のフィルム（光平行フィルム３１６）もまた、張力をかけられていることを開示する。フィルム３１４は、図２のフィルム２１４に記載されたものと同様の光学ディフューザフィルムである。加えて、第３のフィルム３１５（プリズム光方向づけフィルム）が、２枚の張力をかけられたフィルム３１４と３１６との間に支持される。図３の光学要素３００は、従来のＬＣＤディスプレイのディフュ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。
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。光学要素４００は、クリンピングフレームの底部構成要素としてＬＣＤバックライトユニット４１８のフレームを利用する。これは、ＬＣＤのバックライトユニット内に半円溝を組み込むことによって行われる。また、光学要素４００は、頂部クリンピングフレーム構成要素４１２とバックライトユニット４１８との間に挟まれた別個の片持ちバネ要素４１３を利用する。フィルム４１４もまた、図２のフィルム２１４に記載されたのと同様の光学ディフューザフィルムであり、任意に２つ以上のフィルムであってもよい。また、光学要素４００のスナップピン４１７は、頂部クリンピングフレームと一体的である。頂部クリンピングフレーム４１２およびスナップピン４１７は、任意の剛性材料でありうるが、好ましくはポリマーであり、射出成形プロセスによって生成される。片持ちバネ要素４１３は、プラスチックまたは金属を含み得る。図４の光学要素４００は、従来のＬＣＤディスプレイのディフュ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。
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。光学要素５００は、下部フィルム５１４と単数または複数の上部フィルム５１６との間に大きな空間を含む少なくとも２つの光管理フィルムの配列である。この空間は、下部フィルム５１４の高さを単数または複数の上部光学フィルム５１６の高さより下に強制するように作用する第２の片持ちバネ要素５１１を加えることによって、維持される。単数または複数の上部光学フィルムの高さは、上部フィルム５１６をバネ５１１の方向とは反対の方向に押す片持ちバネ５１３によって、維持される。下部フィルム５１４は、ポリマー光学ディフューザフィルムであり、先にディフューザフィルム２１４に記載されたものと同一の材料を含むことができる。この場合、ディフューザフィルム５１４は、フィルムにおいてストライプのように線状で表されて配列されたより高い拡散ストライプ５０９の空間的に変化する領域を有する。これらのより高い拡散ストライプ５０９は、好ましくは、異なる幅を有するポリマーマトリクスにおける拡散粒子の２以上の層により形成され、よって、ストライプの幅にわたって拡散に勾配を形成する。図４におけるのと同様に、バックライトユニットフレーム５１８は、クリンピングフレームの底部クリンピングフレーム構成要素として作用するように、半円溝を有する。バックライトフレーム５１８は、図４のバックライトフレーム４１８のものよりも、冷陰極蛍光ランプ光源５１９に対してかなり近い全体的間隔で、張力をかけられたフィルム５１４および５１６を保持するように設計され得る。このより近い間隔は、冷陰極蛍光ランプ光源５１９に対して直接整列配置されている光学ディフューザフィルム５１４のより高い拡散ストライプによって可能にされる。頂部クリンピングフレーム構成要素５１２およびスナップピン５１７は、任意の剛性材料でありうるが、好ましくはポリマーであり、射出成形プロセスによって生成される。図５の光学要素５００は、従来のＬＣＤディスプレイのディフューザ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。
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。光学要素６００は、ＬＥＤ光源６１９の二次元配置を使用することを開示する。これに基づいて、下部光学ディフューザフィルム６１４は、各ＬＥＤ６１９上に直接整列配置する、より高い拡散分極６０９の円形ドットパターンを用いる。これらの円形ドットは、好ましくは、異なる直径を有する円形ドットの２以上の層であり、これにより、ドットの幅にわたって拡散に半径方向勾配を形成する。光学ディフューザフィルム６１４は、図２のディフューザフィルム２１４に記載されたものと同一の材料を含み得る。図６の光学要素６００は、従来のＬＣＤディスプレイのディフュ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。
２より多くの光学フィルムが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実施形態のいずれにおいて、典型的に、互いに接着される光学フィルムはない。製造コストの見地から互いに接着される２つの光学フィルムには利益があり得るが、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。
したがって、本発明の目的は、光学要素の設計温度および湿度範囲にわたってフィルムが平坦さおよび高度の張力を維持するように、張力をかける機構により制御された張力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要素を提供することである。張力をかけられたフィルムの高度の平坦さを維持することは、張力をかける機構の独特な設計を必要とし、本発明の本質である。少なくとも１つの光学フィルムに張力を与えるために低コストの手段を提供することが、本発明のさらなる目的である。
好適な実施形態において、光学要素は、非常に低コストで前記のプレートディフューザの光学平滑化機能を提供する。光学要素は、高レベルの光学機能を提供し、低厚でさえ、特定の熱および湿度検査下で表面平坦さ要件に合致するという点で、独特である。典型的に、光学要素は、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、これもまた支持フレームによって抑制される他の光管理フィルムを含む。
本発明の好適な実施形態を例証するために、市販のＬＣＤ ＴＶが調達された。選ばれたＴＶは、４２”ＬＧ Ｐｈｉｌｉｐｓ ＬＣＤ ＴＶ、モデル４２ＬＢ５Ｄであった。ＬＣパネルおよび光管理フィルムの配列は、ＴＶから除去され、バックライトユニットの冷陰極蛍光ランプの配置を露出した。バックライトユニットには、次に、図３に示されたもののような、本発明の張力をかけられた支持配列が装備された。
図３に示されたような装置に使用された中心フィルムは、４２”ＬＧフィリップスＴＶに元々設けられたものと同一の従来のプリズム平行フィルムであった。図３に示されたような装置に使用された頂部フィルムは、１００ｕｍビーズ塗布ディフューザ（Ｋｉｍｏｔｏ Ｌｔｄ．の１００−ＴＬ４拡散フィルム）であった。張力をかけられたスタックアップ（ｓｔａｃｋ−ｕｐ）に使用された底部フィルム（冷陰極蛍光ランプのすぐ上）は、容量光学ディフューザであった。このフィルムは、まず、架橋シロキサン粒子の５．０マイクロビーズ（Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．からのＴｏｓｐｅａｒｌ １４５Ａ）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。ポリエチレンテレフタレート樹脂パレットとマイクロビーズとの両方が、まず、乾燥剤乾燥器内で２４時間の間、１６５°Ｃで乾燥された。それらは、次いで、２７ｍｍ二軸スクリュー配合機（ｔｗｉｎ ｓｃｒｅｗ ｃｏｍｐｏｕｎｄｅｒ）内に供給され、ビーズは、３０重量％で、配合された混合物に装填された。配合機からの成形品は、水槽を通って供給され、次いでペレット状にされた。
次に、配合されたペレットおよびより多くのＰＥＴ７３５２が、乾燥剤乾燥器内で２４時間の間、１６５°Ｃで乾燥された。ＰＥＴペレットおよび配合されたペレットは、配合されたペレットと乾燥混合され、１６重量％の乾燥混合物およびＰＥＴ８４重量％を作り上げた。次いで、混合物は、２７５°Ｃ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、ダイから発した後に、チルロール（ｃｈｉｌｌ ｒｏｌｌ）で迅速に急冷された。押出機の処理量を規制することによって、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、約７５０μｍであった。キャストシートは、まず、１１０°Ｃの温度で３．０の比率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、引き裂かれることなく１００°Ｃの温度で３．３の比率でテンターフレームに横方向に配向された。延伸されたシートは、次いで、２２０°Ｃでヒートセットされた。最終フィルム厚さは、約１００μｍであった。
前記の３フィルムが、図３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に組み立てられた。クリンピングフレームの頂部構成要素は、アルミニウムから機械加工された。クリンピングフレームの底部構成要素は、立体リソグラフプロセスおよびＵＶ硬化性ポリマーを使用して生成された。前記フィルムを使用して図３に記載されたような張力をかけられた支持配列は、クリンピングフレームのまわりに３インチごとに間隔をおいたネジを使用して、露出した冷陰極蛍光ランプの周囲のまわりのバックライトユニットのフレームに固定された。ネジが締められると、２つの外側フィルムは、クリンピングフレーム構成要素の間にクリンピングされるので、張力がかかった。片持ちバネは、フィルムによって部分的に曲げられて、結果として、フィルムにおいて、より高い張力をもたらした。結果として得られたフィルムスタックは、非常に平坦で、いかなる座屈もないように見えた。冷陰極蛍光ランプを照明したとき、フィルムから発する光は、非常に明るく均一であり、フィルムの明白な波打ちまたは歪みはなかった。
張力をかけられたフィルムで組み立てられたバックライトユニットは、次に、２つの異なる熱試験状態に付された。第１の試験は、組み立てられたバックライトを６５℃の炉内に１５分間入れるものであった。バックライトを炉から取り出すと、フィルムは依然として非常に平坦で座屈がないように見えた。冷陰極蛍光ランプを照明したときには、依然としてフィルムの明白な波打ちまたは歪みはなかった。行われた第２の試験は、バックライトのフィルム上に直接断熱材を置くことと、冷陰極蛍光ランプを最大強度で１５分間照明することと、から構成された。断熱材を除去すると、依然としてフィルムの明白な波打ちまたは歪みはなかった。
１００ 直接照明ＬＣディスプレイ装置
１１０ バックライト
１１２ リフレクタ
１１４ 光源
１２０ 光管理層
１２２ ディフューザプレート
１２４ 平行ディフューザフィルム
１２６ 光方向づけフィルム
１２８ 反射型偏光子
１３０ フロントＬＣパネルアセンブリ
１３２ 下部吸収型偏光子
１３４ パネルプレート
１３６ ＬＣ層
１３８ 上部吸収型偏光子
１３９ 光学層
１４０ ＬＣパネル
１５０ コントローラ
２００ 光学要素
２１０ 下部クリンピングフレーム
２１２ 頂部クリンピングフレーム
２１３ 片持ちバネ
２１４ ポリマー光学ディフューザフィルム
２１７ ネジまたはスナップピン
２１８ バックライトフレーム
３００ 光学要素
３１４ ポリマー光学ディフューザフィルム
３１５ プリズム光方向づけフィルム
３１６ 平行ディフューザフィルム
４００ 光学要素
４１２ 頂部クリンピングフレーム
４１３ 片持ちバネ
４１４ ポリマー光学ディフューザフィルム
４１７ スナップピン
４１８ バックライトフレーム
５００ 光学要素
５０９ より高い拡散分域のストライプ
５１０ カバーフレーム
５１１ 持ちバネ要素、片持ちバネ
５１２ 頂部クリンピングフレーム
５１３ 片持ちバネ
５１４ ポリマー光学ディフューザフィルム
５１６ 単数または複数の光学フィルム
５１７ スナップピン
５１８ バックライトフレーム
５１９ 冷陰極蛍光ランプ光源
６００ 光学要素
６０９ より高い拡散分極のスポット
６１４ 下部光学ディフューザフィルム
６１９ ＬＥＤ光源

Claims (10)

  1. 光学フィルムを含む光学要素であって、前記光学フィルムの少なくとも一部は、制御された張力を前記光学フィルムに適用するための機構によって寸法的に安定して維持され、前記張力は、クリンピングフレームによって適用され、前記クリンピングフレームは、
    半円溝を有する第１のフレーム構成要素；
    拡張部を有する第２のフレーム構成要素；並びに、
    第１および第２のフレーム構成要素を互いに固定するための手段；
    を含み、ここで、前記第１および第２のフレーム構成要素は、互いに組み合って前記光学フィルムをクリンピングする、光学要素。
  2. １以上の片持ちバネ要素をさらに含む請求項１記載の光学要素。
  3. 前記少なくとも１つの光学フィルムが、光散乱粒子を含むディフューザフィルムである請求項１記載の光学要素。
  4. 前記ディフューザフィルムが、非対称ディフューザである請求項３記載の光学要素。
  5. 前記ディフューザフィルムが、拡散粒子の空間的に変化する濃度を有する領域を含む請求項３記載の光学要素。
  6. 前記ディフューザフィルムに加えて別の光学フィルムが、制御された張力の適用のための機構の存在によって寸法的に安定して維持され、かつ前記ディフューザフィルムから間隔をおいて離れている請求項３記載の光学要素。
  7. 各々が制御された張力の適用のための機構の存在によって寸法的に安定して維持される２つの光学フィルムを含み、および前記２つの光学フィルムの間に中心を置いた少なくとも１つのフィルムが、前記張力をかけられた２つの光学フィルムによってさらに安定される請求項１記載の光学要素。
  8. 前記２つの光学フィルムの一方としての光学ディフューザフィルムと、前記２つの光学フィルムの他方としての光平行ディフューザフィルムと、中心フィルムとしてのプリズム光方向づけフィルムとを含む請求項７記載の光学要素。
  9. 前記第１および第２のフレーム構成要素を互いに固定するための手段が、ネジおよびスナップピンから選択される請求項１記載の光学要素。
  10. 前記第１および第２のフレーム構成要素を互いに固定するための手段が、前記第１または第２のフレーム構成要素の一方と一体的に形成されるスナップピンである請求項１記載の光学要素。
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