KR101716922B1 - 도광체 및 저굴절률 필름을 포함하는 광학 구조체 - Google Patents

도광체 및 저굴절률 필름을 포함하는 광학 구조체 Download PDF

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Abstract

광학 구조체는 광학 구조체의 저흡수 영역으로의 광의 구속을 향상시키기 위해 저흡수층(101)과 고흡수층(103) 사이에 배치된 저굴절률층(120)을 사용한다. 저굴절률층은 다단계 광 구속(multi-tiered light confinement)을 갖는 광학 구조체에서 사용될 수 있다. 이들 구조체에서, 광이 도광체(110) 상에 직접 또는 간접적으로 배치되어 있는 저굴절률 광학 필름의 표면에서 반사될 때 제1 반사 단계가 제공된다. 제2 반사 단계는 적절히 배향된 굴절 구조물을 갖는 광 방향 전환 필름의 표면에서 일어난다.

Description

도광체 및 저굴절률 필름을 포함하는 광학 구조체{OPTICAL CONSTRUCTIONS INCORPORATING A LIGHT GUIDE AND LOW REFRACTIVE INDEX FILMS}
관련 출원
본 출원은 하기의 미국 특허 출원(참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 관한 것이다: 2009년 4월 15일자로 출원된, 발명의 명칭이 "광학 필름(Optical Film)"인 제61/169466호(대리인 사건 번호 65062US002); 2009년 4월 15일자로 출원된, 발명의 명칭이 "광학 구조체 및 이를 포함한 디스플레이 시스템(Optical Construction and Display System Incorporating Same)"인 제61/169521호(대리인 사건 번호 65354US002); 2009년 4월 15일자로 출원된, 발명의 명칭이 "재귀 반사성 광학 구조체(Retroreflecting Optical Construction)"인 제61/169532호(대리인 사건 번호 65355US002); 2009년 4월 15일자로 출원된, 발명의 명칭이 "광 결합을 방지하는 광학 필름(Optical Film for Preventing Optical Coupling)"인 제61/169549호(대리인 사건 번호 65356US002); 2009년 4월 15일자로 출원된, 발명의 명칭이 "백라이트 및 이를 포함한 디스플레이 시스템(Backlight and Display System Incorporating Same)"인 제61/169555호(대리인 사건 번호 65357US002); 2009년 4월 15일자로 출원된, 발명의 명칭이 "감소된 결함을 갖는 코팅에 대한 공정 및 장치(Process and Apparatus for Coating with Reduced Defects)"인 제61/169427호(대리인 사건 번호 65185US002); 2009년 4월 15일자로 출원된, 발명의 명칭이 "나노보이드 물품에 대한 공정 및 장치(Process and Apparatus for A Nanovoided Article)"인 제61/169429호(대리인 사건 번호 65046US002); 및 2009년 10월 22일자로 출원된, 발명의 명칭이 "광학 구조체 및 그 제조 방법(Optical Construction and Method of Making the Same)"인 제61/254,243호(대리인 사건 번호 65619US002).
본 출원은 하기의 미국 특허 출원(모두가 2009년 10월 24일자로 출원되고, 참조 문헌으로서 본 명세서에 포함됨)에 관한 것이다: 발명의 명칭이 "광원 및 이를 포함한 디스플레이 시스템(Light Source and Display System Incorporating Same)"인 제61/254672호(대리인 사건 번호 65782US002); 발명의 명칭이 "경사 저굴절률 물품 및 방법(Gradient Low Index Article and Method)"인 제61/254673호(대리인 사건 번호 65716US002); 발명의 명칭이 "경사 나노보이드 물품에 대한 공정(Process for Gradient Nanovoided Article)"인 제61/254674호(대리인 사건 번호 65766US002); 발명의 명칭이 "높은 비축 반사율을 갖는 침적된 반사 편광기(Immersed Reflective Polarizer with High Off-Axis Reflectivity)"인 제61/254691호(대리인 사건 번호 65809US002); 발명의 명칭이 "선택된 입사 평면에서 각도 구속을 갖는 침적된 반사 편광기(Immersed Reflective Polarizer with Angular Confinement in Selected Planes of Incidence)"(대리인 사건 번호 65900US002); 및 발명의 명칭이 "보이드형 확산기(Voided Diffuser)"인 제61/254676호(대리인 사건 번호 65822US002).
본 발명은 일반적으로 광학 구조체 및 이러한 광학 구조체를 포함하는 광원 및/또는 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCD)와 같은 광학 디스플레이가 점점 더 보편화되고 있고, 이동 전화, PDA(personal digital assistant)에서 전자 게임에 이르는 핸드헬드 컴퓨터 장치, 그리고 랩톱 컴퓨터, LCD 모니터 및 텔레비전 화면과 같은 대형 장치까지 많은 응용에서 사용되고 있다. LCD는 전형적으로 출력 휘도, 조명 균일성, 시야각 및 전체 시스템 효율을 비롯한 디스플레이 성능을 개선하기 위한 하나 이상의 광 관리 필름을 포함하고 있다. 예시적인 광 관리 필름은 프리즘 구조의 필름, 반사 편광기, 흡수 편광기, 및 확산기 필름을 포함한다.
디스플레이 산업에서의 주된 경향은 광원의 단가를 감소시키는 것, 광원 내의 부품의 수를 감소시키는 것, 및 광원을 보다 가늘고 보다 효율적으로 만드는 것이다.
일부 실시 형태는 굴절률 Nuli - 단, Nuli는 약 1.35 이하임 - 를 가지는 저굴절률층을 포함하는 광학 구조체를 기술하고 있다. 광학 구조체는 또한 고흡수층(high absorption layer) 및 광 방향 전환 필름을 포함하고 있다. 광학 구조체 내의 2개의 이웃하는 필름 각각의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있다.
일부 실시 형태는 제1 표면 및 도광체의 주 광 출구면(major light exit surface)을 포함하는 제2 표면을 갖는 도광체를 포함하는 광학 구조체를 예시하고 있다. 광학 구조체는 또한 광 방향 전환 필름을 포함한다. 저굴절률층은 도광체와 광 방향 전환 필름 사이에 배치되고, 저굴절률층은 1.35 이하의 굴절률을 가진다. 저굴절률층은 도광체의 제2 표면에 그리고 광 방향 전환 필름에 부착될 수 있다.
다른 실시 형태는 굴절률 N1을 갖는 적어도 하나의 도광체 및 굴절률 Nuli - 단, Nuli는 N1 미만임 - 를 갖는 저굴절률층을 포함하는 광학 구조체를 예시하고 있다. 광학 구조체는 광 방향 전환 필름을 포함하고, 여기서, 광학 구조체 내의 2개의 이웃하는 필름 각각의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있다.
또 다른 실시 형태는 제1 및 제2 주 표면과 굴절률 N1을 갖는 도광체 및 제1 및 제2 주 표면을 갖는 저굴절률층 - 저굴절률층은 굴절률 Nuli를 가지며, 여기서 Nuli는 N1 미만임 - 을 포함하는 광학 구조체를 예시하고 있고, 저굴절률층의 제1 주 표면의 상당 부분이 도광체의 제2 주 표면과 물리적 접촉을 하고 있다. 광학 구조체는 또한 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 가지는 고흡수층을 포함하고, 여기서 고흡수층의 제1 주 표면의 상당 부분이 저굴절률층의 제2 주 표면과 물리적 접촉을 하고 있다. 광학 구조체는 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 가지는 프리즘 필름을 추가로 포함하고, 여기서 제1 주 표면은 선형 프리즘을 포함하고 광 방향 전환 필름의 제1 주 표면의 상당 부분이 고흡수층의 제2 주 표면과 물리적 접촉을 하고 있다. 저굴절률층은 제1 세트의 출구각으로 도광체로부터 빠져나오는 광을 반사시키고, 광 방향 전환 필름은 제2 세트의 출구각으로 도광체로부터 빠져나오는 광을 반사시키도록 구성되어 있다.
첨부 도면과 관련하여 본 발명의 다양한 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명을 고려하면 본 발명의 다양한 실시 형태가 보다 완전히 이해될 수 있다.
<도 1a 내지 도 1j>
도 1a 내지 도 1j는 본 발명의 실시 형태에 따른, 저굴절률층을 포함하는 광학 구조체의 개략 측면도;
<도 2>
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 광학 구조체에서 2 단계 반사(two tiered reflection)의 동작을 나타낸 도면;
<도 3a>
도 3a는 본 발명의 실시 형태에 따른, 저굴절률 광학 필름의 개략 측면도;
<도 3b 내지 도 3g>
도 3b 내지 도 3g는 본 발명의 실시 형태에 따른, 경사 저굴절률 광학 필름의 개략 측면도;
<도 4a>
도 4a는 본 발명의 실시 형태에 따른, 인터리브형 광학 구조체(interleaved optical construction)를 나타낸 도면;
<도 4b>
도 4b는 본 발명의 실시 형태에 따른, 타일형 광학 구조체(tiled optical construction)를 나타낸 도면;
<도 4c>
도 4c는 LED 광원이 그 안에 함몰되어 있는 다수의 채널을 갖는 도광체를 나타낸 도면;
<도 4d>
도 4d는 도광체 표면으로부터 주입된 광을 도광체의 TIR 범위 내의 각도로 방향 전환시키는 표면 특징부를 갖는 도광체를 나타낸 도면;
<도 5 내지 도 7>
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른, 다공성 저굴절률 광학 필름의 광학 현미경 사진;
<도 8a>
도 8a는 경사 저굴절률 광학 필름의 단면 현미경 사진을 나타낸 도면; 도 8b는 도 8a의 현미경 사진을 더욱 확대하여 나타낸 도면;
<도 9a>
도 9a는 실시예 1에서 테스트되는 광학 구조체의 개략 측면도;
<도 9b>
도 9b는 거울방(hall of mirrors) 효과를 보여주는 실시예 1의 광학 구조체의 에지를 찍은 사진;
<도 10a>
도 10a는 실시예 2a에서 테스트되는 광학 구조체의 개략 측면도;
<도 10b>
도 10b는 시야각의 함수인 실시예 2a의 광학 구조체의 측정된 휘도의 그레이스케일 이미지;
<도 10c>
도 10c는 수평 방향을 따른 시야각의 함수인 실시예 2a의 광학 구조체의 측정된 휘도의 그래프;
<도 10d>
도 10d는 수직 방향을 따른 시야각의 함수인 실시예 2a의 광학 구조체의 측정된 휘도의 그래프;
<도 11a>
도 11a는 실시예 2b의 광학 구조체의 개략 측면도;
<도 11b>
도 11b는 시야각의 함수인 실시예 2b의 광학 구조체의 측정된 휘도의 그레이스케일 이미지;
<도 11c>
도 11c는 수평 방향을 따른 시야각의 함수인 실시예 2b의 광학 구조체의 측정된 휘도의 그래프;
<도 11d>
도 11d는 수직 방향을 따른 시야각의 함수인 실시예 2b의 광학 구조체의 측정된 휘도의 그래프;
<도 12a>
도 12a는 실시예 3의 광학 구조체의 개략 측면도;
<도 12b>
도 12b는 거울방 효과를 보여주는 실시예 3의 광학 구조체의 에지를 찍은 사진;
<도 13a>
도 13a는 실시예 4의 광학 구조체의 개략 측면도;
<도 13b>
도 13b는 시야각의 함수인 실시예 4의 광학 구조체의 측정된 휘도의 그레이스케일 이미지;
<도 13c>
도 13c는 수평 방향을 따른 시야각의 함수인 실시예 4의 광학 구조체의 측정된 휘도의 그래프;
<도 13d>
도 13d는 수직 방향을 따른 시야각의 함수인 실시예 4의 광학 구조체의 측정된 휘도의 그래프;
<도 14>
도 14는 실시예 5에 대한 구조체 및 광선 추적 모델링 결과를 나타낸 도면;
<도 15>
도 15는 실시예 6에 대한 구조체 및 광선 추적 모델링 결과를 나타낸 도면;
<도 16>
도 16은 실시예 7에 대한 구조체 및 광선 추적 모델링 결과를 나타낸 도면;
<도 17>
도 17은 실시예 8에 대한 구조체 및 광선 추적 모델링 결과를 나타낸 도면;
<도 18>
도 18은 실시예 9에 대한 구조체 및 광선 추적 모델링 결과를 나타낸 도면;
<도 19>
도 19는 실시예 10에 대한 구조체 및 광선 추적 모델링 결과를 나타낸 도면;
<도 20a>
도 20a는 저굴절률 필름을 갖지만 광 방향 전환 층을 갖지 않는 광학 구조체에서의 안내된 광의 양의 그래프;
<도 20b>
도 20b는 저굴절률 필름 및 광 전파의 방향에 수직인 프리즘으로 배향된 광 방향 전환 층을 갖는 광학 구조체에서의 안내된 광의 양의 그래프;
<도 20c>
도 20c는 저굴절률 필름 및 광 전파의 방향에 평행인 프리즘으로 배향된 광 방향 전환 층을 갖는 광학 구조체에서의 안내된 광의 양의 그래프;
<도 21a>
도 21a는 실시예 12에서 테스트되는 광학 구조체의 개략 측면도;
<도 21b>
도 21b는 저굴절률층의 굴절률에 대해 81.3 ㎝(32") 및 132.1 ㎝(52") 백라이트에 대한 고흡수 영역에 의해 흡수되는 광의 양을 나타낸 그래프.
본 발명의 다양한 실시 형태는 도광체와 같은 저흡수 광학층의 출구면에서 내부 전반사를 지원할 수 있는 저굴절률 광학 필름을 포함하는 광학 구조체에 관한 것이다. 2개의 내부 반사 단계(two tiers of internal reflection)를 제공하기 위해 저굴절률 광학 필름이 도광체와 광 방향 전환 필름 사이에 배치될 수 있다. 저굴절률 광학 필름이 저흡수층과 고흡수층 사이에 배치될 수 있으며, 이는 저흡수층 내에서의 광의 광 구속(optical confinement)을 증가시킨다.
개시된 광학 구조체를 다양한 광학 또는 디스플레이 시스템(예를 들어, 액정 디스플레이 시스템)에 포함시키는 것은 시스템 내구성을 향상시키고, 제조 비용을 저감시키며, 효율을 향상시키고 및/또는 시스템의 전체 두께를 감소시킬 수 있다. 본 명세서에서 논의되는 광학 구조체는 디스플레이, 핸드헬드 응용[휴대폰 및 PDA(personal data assistant), 노트북 및 데스크톱 컴퓨터 모니터, 간판, 조명 기구, 프로젝션 시스템 및/또는 기타 응용 등]에 사용될 수 있다.
본 명세서에 기술된 실시 형태는, 고흡수 물질에의 광의 노출을 감소시키고 및/또는 다수의 반사 단계를 사용하여 조기 광 추출(premature light extraction)을 감소시키기 위해, 저굴절률을 갖는 하나 이상의 광학 필름의 사용을 예시하고 있다.
일부 구성에서, 저흡수 물질 내에서의 광의 구속을 향상시키고 대부분의 광의 고흡수층에의 노출을 감소시키기 위해, 저굴절률 필름이 고흡수층과 저흡수층(예컨대, 도광체) 사이에 배치되어 있다. 도광체의 에지로부터의 광 전달 동안에, 광은 주로 도광체의 저흡수 물질에 노출되고, 광이 짧은 경로 길이에 걸쳐 표면에 거의 수직인 각도로 추출될 때까지 고흡수 물질에의 노출이 일어나지 않는다. 저흡수 물질에의 광의 구속을 증가시키는 것은 고흡수 물질에의 광의 노출을 감소시키며, 그로써 시스템 효율을 향상시킨다.
일부 구성에서, 도광체 내에서 제1 내부 전반사(TIR) 단계를 제공하기 위해 저굴절률을 갖는 필름이 도광체의 주 출구면 상에 배치된다. 이들 구성에서, 도광체 내의 광의 일부가 그럼에도 불구하고 추출(예컨대, 도광체 추출 특징부에 의한 추출) 이전에 도광체로부터 탈출(누설)할 수 있다. 광 누설의 정도는 도광체의 굴절률과 저굴절률 필름의 굴절률 간의 차이에 의존한다. 스넬의 법칙으로 인해, 고굴절 도광체는 (굴절에 의해) 에지 주입 광(edge injected light)을 저굴절률 도광체보다 더 많이 평행화시킨다. 광이 불충분하게 평행화되는 경우, 광이 TIR 구속 범위 내에 있지 않을 것이고, 도광체의 주 표면으로부터 누설될 것이다.
본 명세서에 기술된 일부 광학 구조체는 도광체 추출 특징부에 의해 추출될 때까지 광학 구조체 내에 들어 있는 광의 양을 증가시키는 다단계 TIR 방식을 예시하고 있다. 이하에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 광이 도광체 상에 직접 또는 간접적으로 배치되어 있는 저굴절률 광학 필름의 표면에서 반사될 때 제1 TIR 단계가 제공된다. 제2 TIR 단계는 적절히 배향된 굴절 구조물을 갖는 광 방향 전환 필름의 표면 상에서 일어난다. 부가의 층을 포함함으로써 부가의 TIR 단계도 가능하다.
도 1a는 본 발명의 실시 형태에 따른, 광학 구조체(100A)의 단면도를 나타낸 것이다. 광학 구조체(100A)는 흡수율 A1 및 굴절률 N1을 갖는 저흡수층(101)을 포함한다. 저흡수층(101)은, 예를 들어, 도광체를 포함할 수 있다. 광학 구조체(100A)는 고흡수층(103)을 포함한다. 고흡수층(103) - 예를 들어, 편광기, 구조화된 필름, 및/또는 광 방향 전환 필름을 포함할 수 있음 - 은 흡수율 A3 및 굴절률 N3을 가진다. 고흡수층(103)의 흡수율은 저흡수층(101)의 흡수율보다 크다. 일부 실시 형태에서, 고흡수층(103)의 흡수율은 저흡수층(101)의 흡수율의 약 2배이다. 고흡수층(103)은 청색 또는 UV에 대한 풍화 흡수체(weathering absorber), 흡수 편광기, 반사 편광기, 인광체, 구조화된 표면에 대한 미세복제 수지, 다층 필름 및/또는 기타 층을 포함할 수 있다. 상세하게는, 간판 및 그래픽 응용의 경우, 고흡수층은 염료, 안료 및 산란 물질(티타늄 인듐 산화물 TIO2)을 포함하는 인쇄 잉크 및 페인트를 포함할 수 있다.
저흡수층(101)과 고흡수층(103) 사이에 저굴절률 광학 필름(120)이 배치되어 있다. 저굴절률 광학 필름(120)은 흡수율 A2 및 굴절률 N2(단, N2<N1임)를 가진다. 일부 실시 형태에서, N2는 약 1.10 내지 N1이다. 일부 실시 형태에서, N2가 약 1.35 미만이다. 광학 구조체(100A) 내의 2개의 이웃하는 주 표면의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있다. 예를 들어, 각자의 이웃하는 층(101, 120)의 이웃하는 주 표면(105, 106)의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있다. 그에 부가하여 또는 대안적으로, 각자의 이웃하는 층(120, 103)의 이웃하는 주 표면(107, 108)의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있다. "상당 부분이 물리적 접촉하고 있는" 또는 "상당한 물리적 접촉"이라는 문구는 이웃하는 주 표면의 적어도 50%, 또는 적어도 60%, 또는 적어도 70%, 또는 적어도 80%, 또는 적어도 90%, 또는 적어도 95%가 서로 물리적 접촉을 하고 있다는 것을 의미한다.
어떤 경우에, 저굴절률 광학 필름(120)이 저흡수층(101) 바로 위에 형성 또는 코팅되어 있다. 어떤 경우에, 광학 필름(120)이 고흡수층(103) 바로 위에 형성 또는 코팅되어 있다. 어떤 경우에, 하나 이상의 층(예컨대, 접착제 층)이 저흡수층(101)과 광학 필름(120) 사이에 및/또는 고흡수층(103)과 광학 필름(120) 사이에 배치되어 있을 수 있다. 이들 구조체에서, 광학 구조체 내의 2개의 이웃하는 주 표면의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있다. 예를 들어, 도광체(101)와 저굴절률 광학 필름(120) 사이에 배치된 접착제 층을 갖는 광학 구조체에서, 접착제 층의 제1 주 표면과 도광체(101)의 표면(105) 사이에서 상당한 물리적 접촉이 일어나고 및/또는 접착제 층의 제2 주 표면과 저굴절률 광학 필름(120)의 표면(106) 사이에서 상당한 물리적 접촉이 일어난다. 어떤 경우에, 확산기 층이 저굴절률층(120)과 고흡수층(103) 사이에 배치될 수 있다. 확산기 층은 매트릭스 형태로 산란 입자를 포함하는 임의의 유형의 확산기, 또는 2009년 4월 15일자로 출원된, 발명의 명칭이 "광학 필름(Optical Film)"인 동시 계류 중인 특허 출원 제61/169466호(대리인 사건 번호 65062US002)에 기술되어 있는 것과 같은 복수의 보이드를 포함하는 확산기 층일 수 있다.
도 1b는 본 발명의 실시 형태에 따른, 광학 구조체(100B)의 단면도를 나타낸 것이다. 광학 구조체(100B)는 도광체(110) 및 도광체(110) 상에 배치된 저굴절률 광학 필름(120)을 포함한다. 광 방향 전환 필름(130)은 저굴절률 광학 필름(120) 상에 배치되어 있다. 도광체(110)는 굴절률 N1을 가지며, 저굴절률 광학 필름(120)은 굴절률 N2를 가지며, 여기서 N2 < N1이거나, 예를 들어, N2가 1.35 미만, 또는 1.30 미만, 또는 1.25 미만, 또는 1.20 미만, 또는 1.15 미만이거나, 약 1.10 내지 N1이다. 광학 구조체(100B) 내의 2개의 이웃하는 주 표면의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있다. 예를 들어, 한 구현에서, 각자의 이웃하는 층(110, 120)의 이웃하는 주 표면(112, 121)의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있고 및/또는 각자의 이웃하는 층(120, 130)의 이웃하는 주 표면(122, 131)의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있다.
어떤 경우에, 저굴절률 광학 필름(120)이 도광체(110) 바로 위에 형성 또는 코팅되어 있다. 어떤 경우에, 저굴절률 광학 필름(120)이 광 방향 전환 필름(130) 바로 위에 형성 또는 코팅되어 있다. 어떤 경우에, 광 방향 전환 필름(130)은 도광체(110)의 흡수율보다 큰 흡수율 및, 예를 들어, 약 1.5 내지 1.8의 굴절률을 가진다.
일부 구현에서, 도 1c에서 광학 구조체(100C)의 단면도에 나타낸 바와 같이, 하나 이상의 부가의 층이 도광체(110)와 저굴절률 광학 필름(120) 사이에 배치되어 있을 수 있다. 이 일례에서, 저굴절률 광학 필름(120)은 접착제 층(115)에 의해 도광체(110)에 부착되어 있다. 저굴절률 광학 필름(120)은 접착제 층(125)에 의해 광 방향 전환 필름(130)에 부착되어 있다. 광학 구조체(100C) 내의 이웃하는 층의 이웃하는 주 표면의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있다.
광학 구조체(100C)에서, 도광체(110)의 주 표면(112)은 접착제 층(115)의 주 표면(113)과 상당한 물리적 접촉을 하고 있고, 접착제 층(115)의 주 표면(114)은 저굴절률 필름(120)의 주 표면(121)과 상당한 물리적 접촉을 하고 있으며, 저굴절률 필름(120)의 표면(122)은 접착제 층(125)의 표면(123)과 상당한 물리적 접촉을 하고 있고, 접착제 층(125)의 표면(124)은 광 방향 전환 필름(130)의 표면(131)과 상당한 물리적 접촉을 하고 있다.
도 1d는 저굴절률 광학 필름(120)과 광 방향 전환 필름(130) 사이에 배치된 하나 이상의 고흡수층(160)을 포함하는 광학 구조체(100D)를 예시하고 있다. 고흡수층(160)은, 예를 들어, 흡수 편광기, 반사 편광기, 청색 또는 UV 광에 대한 풍화 흡수체, 인광체, 구조화된 표면을 갖는 미세복제 수지를 포함하는 층을 포함할 수 있다. 고흡수층(160)은 또한 염료, 안료, 및 TIO2와 같은 산란 물질을 포함하는 인쇄 잉크 및 페인트를 포함할 수 있다. 이들 유형의 흡수층은 간판 및 그래픽 응용에서 특히 중요하다. 광학 구조체(100C)는 저굴절률층(120)의 표면(121)에 부착되는 제거가능한 배킹층(도시 생략)을 갖는 접착제 층을 포함할 수 있으며, 그로써 접착제 배킹을 제거한 후에 도광체에 접착제로 부착될 준비가 된 광 관리 적층물을 제공한다. 어떤 경우에, 저굴절률 광학 필름(120)이 고흡수층(160) 상에 형성될 수 있고, 어떤 경우에, 저굴절률 광학 필름(120)이 고흡수층(160)에 접착제로 부착될 수 있다.
도 1e는 도광체(110) 상에 배치된 도 1d에 예시된 광학 구조체(100D)를 포함하는 광학 구조체(100E)를 나타낸 것이다. 도광체(110)는 흡수율 A1을 갖고, 고흡수층(160)은 흡수율 A3를 가지며, 여기서 A1은 A3보다 작다. 어떤 경우에, A3는 A1의 약 2배이다.
반사 편광기가 고흡수층(160)으로서 사용되는 경우, 반사 편광기(160)는 제1 편광 상태를 가지는 광을 실질적으로 반사시키고, 제2 편광 상태를 가지는 광을 실질적으로 투과시키며, 여기서 2개의 편광 상태는 상호 직교이다. 예를 들어, 반사 편광기(160)에 의해 실질적으로 반사되는 편광 상태에 대한 가시광에서의 반사 편광기(160)의 평균 반사율은 적어도 약 50%, 또는 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 70%, 또는 적어도 약 80%, 또는 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95%이다. 다른 일례로서, 반사 편광기(160)에 의해 실질적으로 투과되는 편광 상태에 대한 가시광에서의 반사 편광기(160)의 평균 투과율은 적어도 약 50%, 또는 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 70%, 또는 적어도 약 80%, 또는 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95%, 또는 적어도 약 97%, 또는 적어도 약 98%, 또는 적어도 약 99%이다. 어떤 경우에, 반사 편광기(160)는 제1 선형 편광 상태를 가지는(예를 들어, x-방향을 따르는) 광을 실질적으로 반사시키고, 제2 선형 편광 상태를 가지는(예를 들어, y-방향을 따르는) 광을 실질적으로 투과시킨다.
예를 들어, MOF(multilayer optical film, 다층 광학 필름) 반사 편광기, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M Company로부터 입수가능한 Vikuiti™ DRPF(Diffuse Reflective Polarizer Film)와 같은 연속상 및 분산상을 가지는 DRPF(diffusely reflective polarizing film, 확산 반사 편광 필름), 예를 들어, 미국 특허 제6,719,426호에 기술된 와이어 격자 반사 편광기, 섬유, 블렌드, 또는 콜레스테릭 반사 편광기와 같은 임의의 적당한 유형의 반사 편광기가 반사 편광기 층(160)에 대해 사용될 수 있다.
어떤 경우에, 반사 편광기(160)는 상이한 중합체 물질의 교번하는 층으로 이루어진 MOF 반사 편광기일 수 있거나 이를 포함할 수 있고, 여기서 일련의 교번하는 층 중 하나가 복굴절 물질로 이루어져 있고, 상이한 물질의 굴절률이 하나의 선형 편광 상태로 편광된 광에 대해서는 정합되고 직교 선형 편광 상태의 광에 대해서는 정합되지 않는다. 이러한 경우에, 정합된 편광 상태에 있는 입사광은 반사 편광기(160)를 통해 실질적으로 투과되고, 비정합된 편광 상태에 있는 입사광은 반사 편광기 층(160)에 의해 실질적으로 반사된다. MOF는 평행화 또는 비평행화 편광기를 포함할 수 있고, 확장 대역 편광기(extended band polarizer)일 수 있다. 어떤 경우에, MOF 반사 편광기(160)는 무기 유전체층의 적층물을 포함할 수 있다.
다른 일례로서, 반사 편광기(160)는 통과 상태(pass state)에서 중간의 축상 평균 반사율을 가지는 부분 반사층일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 부분 반사층은 x-방향을 따라 편광된 가시광에 대해 적어도 약 90%의 축상 평균 반사율, 및 제2 평면에서 y-방향을 따라 편광된 가시광에 대해 약 25% 내지 약 90% 범위의 축상 평균 반사율을 가질 수 있다. 이러한 부분 반사층은, 예를 들어, 미국 특허 공개 제2008/064133호(참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 기술되어 있다.
어떤 경우에, 반사 편광기(160)는 원형 반사 편광기일 수 있거나 이를 포함할 수 있고, 여기서 시계 방향 또는 반시계 방향일 수 있는 한 방향으로 원형 편광된 광(우회전 또는 좌회전 원편광이라고도 함)이 우선적으로 투과되고, 반대 방향으로 편광된 광이 우선적으로 반사된다. 한 유형의 원형 편광기는 콜레스테릭 액정 편광기를 포함한다.
어떤 경우에, 반사 편광기(160)은 2009년 11월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/116132호; 2008년 11월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/116291호; 2008년 11월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/116294호; 2008년 11월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/116295호; 2008년 11월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/116295호; 및 2007년 5월 20일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/939085호를 기초로 우선권을 주장하는 국제 특허 출원 제PCT/US 2008/064115호; 2009년 10월 24일자로 출원된, "광원 및 이를 포함한 디스플레이 시스템(Light Source and Display System Incorporating Same)"(대리인 사건 번호 65782US002); 2009년 10월 24일자로 출원된, "경사 저굴절률 물품 및 방법(Gradient Low Index Article and Method)"(대리인 사건 번호 65716US002); 2009년 10월 24일자로 출원된, "경사 나노보이드 물품에 대한 공정(Process for Gradient Nanovoided Article)"(대리인 사건 번호 65766US002); 2009년 10월 24일자로 출원된, "높은 비축 반사율을 갖는 침적된 반사 편광기(Immersed Reflective Polarizer with High Off-Axis Reflectivity)"(대리인 사건 번호 65809US002); 2009년 10월 24일자로 출원된, "선택된 입사 평면에서 각도 구속을 갖는 침적된 반사 편광기(Immersed Reflective Polarizer With Angular Confinement in Selected Planes of Incidence)"(대리인 사건 번호 65900US002); 및 2009년 10월 24일자로 출원된, "보이드형 확산기(Voided Diffuser)"(대리인 사건 번호 65822US002) (이들 모두는 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 기술된 것과 같은 광 간섭에 의해 광을 반사시키거나 투과시키는 다층 광학 필름일 수 있다.
광학 구조체(100D, 100E) 내의 이웃하는 주 표면의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있다. 어떤 경우에, 저굴절률 광학 필름(120)이 고흡수층(160)의 표면(144) 바로 위에 코팅되거나, 저굴절률 광학 필름(120)이 도광체(110) 상에 코팅 또는 형성될 수 있다.
하나 이상의 부가의 층이 구조체(100E)의 고흡수층(160)과 저흡수 광학 필름(120) 사이에 및/또는 도광체(110)와 저흡수 광학 필름(120) 사이에 배치되어 있을 수 있다. 예를 들어, 도 1f는 광학 필름(120)과 고흡수층(160) 사이에 배치된 광학 접착제 층(162) - 예컨대, 광학 필름(120)을 편광기 층(160)에 접착시키기 위한 편광기 층 - 을 포함하는 광학 구조체(100F)의 개략 측면도이다. 도 1f는 또한 광 방향 전환 필름(130)과 고흡수층(160) 사이에 배치된 광학 접착제(166) 및 도광체(110)와 저굴절률 광학 필름(120) 사이에 배치된 광학 접착제(115)를 예시하고 있다. 광학 구조체(100F)의 각자의 이웃하는 층의 이웃하는 주 표면의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있다. 접착제 층(115, 162, 166) 전부가 광학 구조체에 사용될 필요는 없다.
광학 접착제 층[115, 162, 166(도 1f) 및 125(도 1c)]은 응용에 바람직하고 및/또는 이용가능할 수 있는 임의의 광학 접착제를 포함할 수 있다. 예시적인 광학 접착제는 PSA(pressure sensitive adhesive, 감압 접착제), 감열 접착제, 용매-휘발성 접착제, 및 Norland Products, Inc.로부터 입수가능한 UV-경화성 광학 접착제와 같은 UV-경화성 접착제를 포함한다. 예시적인 PSA는 천연 고무, 합성 고무, 스티렌 블록 공중합체, (메트)아크릴 블록 공중합체, 폴리비닐 에테르, 폴리올레핀, 및 폴리(메트)아크릴레이트에 기초한 것을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, (메트)아크릴(또는 아크릴레이트)은 아크릴 및 메타크릴 화학종 둘다를 말한다. 다른 예시적인 PSA는 (메트)아크릴레이트, 고무, 열가소성 엘라스토머, 실리콘, 우레탄 및 이들의 조합을 포함한다. 일부 경우에, PSA는 (메트)아크릴 PSA 또는 적어도 하나의 폴리(메트)아크릴레이트를 기재로 한다. 예시적인 실리콘 PSA은 중합체 또는 고무 및 선택적인 점착성 수지를 포함한다. 다른 예시적인 실리콘 PSA는 폴리다이오가노실록산 폴리옥사미드 및 선택적인 점착제를 포함한다. 접착제는, 예를 들어, 미국 특허 제6,197,397호; 미국 특허 공개 제2007/0000606호; 및 PCT 공개 제WO 00/56556호에 기술된 것과 같은 재사용가능한 및/또는 위치 변경가능한 접착제일 수 있거나 그를 포함할 수 있으며, 이들의 개시 내용은 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다. 필름을 기판에 접착시키는 "재사용가능 접착제" 또는 "위치 변경가능 접착제"라는 문구는 (a) 기판에 필름을 일시적으로 견고하게 접착하는 것을 제공하면서 기판을 손상시키는 일 없이 기판으로부터 필름을 편리하게 수작업으로 제거하는 것을 제공하거나 필름으로부터 기판으로 과도한 접착제 전사를 나타내는 및 (b) 이어서, 예를 들어, 다른 기판 상의 필름을 차후에 재사용하는 것을 제공하는 접착제를 의미한다. 예를 들어, 접착제(115)가 위치 변경가능 접착제인 경우, 저굴절률 필름(120)이 위치 변경가능한 이유는 저굴절률 필름(120)이 도광체(110) 상에서 위치 변경될 수 있기 때문이다.
광학 구조체(100G)가 도 1g에 예시되어 있다. 광학 구조체(100G)는 하나 이상의 부가적인 개재층(도 1g에 도시되어 있지 않음)을 통해 직접 또는 간접적으로 도광체(110) 상에 배치된 광학 필름(120)을 갖는 도광체(110)를 포함한다. 광학 구조체(100G)의 각자의 이웃하는 층의 이웃하는 주 표면의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있다. 도 1g에 예시된 바와 같이 도광체(110)의 입력 에지(173) 근방에 배향되어 있을 수 있거나 도광체(110)로부터 멀리 떨어져 있을 수 있는 하나 이상의 광원(192)에 의해 광이 발생되고, 광은 전달 수단(광 섬유 또는 속이 비어 있는 공동 등)을 통해 도광체(110)로 전달된다. 광선이 입력 에지(173)에서 도광체(110)에 들어가고 내부 전반사(TIR)에 의해 광 전파 방향(175)을 따라 전파된다. 입력 에지(173)는 평평한 입력 에지, 구조화된 표면을 포함할 수 있고, 및/또는 광원을 위한 함몰부를 포함할 수 있다.
도광체(110)의 주 표면(111, 112)은 도 1g에 예시된 바와 같이 실질적으로 평행할 수 있거나, 도광체(110)가 쐐기-형상일 수 있다. 도광체(110)는 평평하거나 구부러져 있을 수 있다.
백라이트는, 예를 들어, 광학 구조체(100G)와 같은 하나 이상의 광학 구조체를 포함할 수 있다. 백라이트(100G)는, 예를 들어, 광학 구조체(100G)의 광 방향 전환 필름 상부에 배치된 LCD(liquid crystal display) 패널에 광을 제공할 수 있다.
백라이트는 하나 이상의 도광체 및/또는 하나 이상의 광원을 포함할 수 있고, 및/또는 광원 및/또는 다른 백라이트 요소의 동작을 전체적으로 또는 개별적으로 제어하는 제어 시스템을 포함할 수 있다.
예를 들어, 백라이트는 향상된 콘트라스트 및 에너지 효율을 전달하는 동적 백라이팅을 용이하게 해주는 타일형 시스템일 수 있다. 타일형 백라이트는 중복하는 도광체 타일을 가질 수 있다. 각각의 도광체 또는 도광체 그룹이 개별적으로 제어가능한 광원과 짝을 이룰 수 있다. 중복하는 타일 계면에서의 불연속을 블렌딩하기 위해 확산기가 사용될 수 있다.
다른 일례에서, 백라이트는 백라이트가 적색, 녹색, 청색을 순차적으로 빠르게 펄스 형태로 내보내고 LCD 픽셀 셔터가 백라이트 펄스와 동기되어 열리고 닫히는 필드 순차 시스템(field sequential system)을 포함할 수 있다. 주어진 컬러가 백라이트로부터 펄스 형태로 나올 때 열려 있는 픽셀은 디스플레이되는 이미지에 의존한다.
또 다른 일례에서, 백라이트가 구역화된 시스템(zoned system)일 수 있다. 구역화된 시스템은 전력 절감 및 향상된 콘트라스트 둘 다를 제공하기 위해 백라이트의 일부분을 선택적으로 조광한다. 이 조광은 구역화(zoning)라고 하는데, 그 이유는 백라이트가 하나의 큰 광 패널보다는 공간 구역(spatial zone)에서 제어되기 때문이다. 구역은 1차원 또는 2차원일 수 있다. 1차원 구역은 전형적으로 백라이트를 가로질러 수평으로 뻗어 있는 줄무늬(stripe)이다.
도광체(110)는 하나의 주 발광면을 갖지만, 일부 실시 형태에서, 도광체는, 예를 들어, 양면 디스플레이에 광을 제공하기 위해 양쪽 주 표면으로부터 광을 방출할 수 있다. 도광체(110)의 방출 표면의 일부분이 반사성 물질로 덮여 있을 수 있다. 반사 광의 일부가 도광체(110)로 다시 보내지고(재순환되고), 반사성 물질로 덮여 있지 않은 도광체(110)의 일부분을 통해 방출되며, 따라서 그 부분의 휘도를 증가시킨다. 또한, 하나 이상의 도광체 에지는, 에지로부터 투과되어 나온 광을 다시 도광체(110) 내로 되돌려보내기 위해, 도광체(110)의 에지에 근접해 있는 또는 그에 부착된 반사체를 가질 수 있다. 도광체(110)는, 예를 들어, 앞서 언급한 타일형 시스템에서 유용한 네스팅(nesting)을 용이하게 해주기 위해 하나 이상의 베벨형 에지(beveled edge)를 가질 수 있다.
도광체의 조성물은 아크릴, 폴리카보네이트, 사이클로올레핀 중합체, 또는 그 공중합체와 같은 물질을 포함할 수 있다. 도광체는 접착제 도광체를 포함할 수 있다. 광 추출 특징부(199)가 도광체(110)의 한쪽 주 표면 또는 양쪽 주 표면 상에 배치될 수 있다. 광이 광 추출 특징부(199)에 의해 TIR에 대한 임계각 미만의 각도로 반사될 때 광 추출이 일어나며, 따라서 광이 도광체 표면으로부터 탈출할 수 있게 해준다. 광 추출 특징부(199)는, 예를 들어, 구조화된 특징부, 페인팅된 특징부, 인쇄된 특징부, 에칭된 특징부, 및/또는 레이저-가공 특징부를 포함할 수 있다. UV 흡수제, 정전기 방지제 및/또는 탈산소제와 같은 선택적 흡수제가 도광체(110) 내에 또는 그의 임의의 요소 상에 포함될 수 있다.
도 1g에 도시된 광원(192)이 본 명세서에 나타낸 임의의 광학 구조체와 관련하여 사용될 수 있다. 간단함을 위해, 단지 하나의 광원이 도 1g에 예시되어 있지만, 다수의 광원이 사용될 수 있다. 예를 들어, 광을 단지 하나의 도광체 에지로 전달하는 단지 하나의 광원이 사용될 수 있거나, 광을 단지 하나의 도광체 에지로 전달하는 다수의 광원이 사용될 수 있거나, 광을 다수의 도광체 에지 각각으로 전달하는 단지 하나의 광원이 사용될 수 있거나, 광을 다수의 도광체 에지로 전달하는 다수의 광원이 사용될 수 있다. 예를 들어, 직사각형 도광체는 2개의 주 표면 및 4개의 에지를 가진다. 4개의 에지 중 임의의 것 또는 전부가 입력 에지로서 사용될 수 있다.
도광체 에지 이외의 도광체의 영역으로부터 도광체 내로 광이 주입될 수 있다. 도 4c는 다수의 채널(520)을 포함하는 도광체(510)를 예시한 것이다. 측면 방출 LED(530)가 채널(520) 내에 함몰되어 있고, 입력 영역(550)에서 광(540)을 도광체(510)의 내부로 방출시킨다.
다른 구현에서, 도 4d에 예시된 바와 같이, 도광체 표면으로부터 주입된 광을 방향 전환시키기 위해 도광체 상의 하나 이상의 릴리프 형상(relief shape)이 사용될 수 있다. 이 일례에서, LED(630)는 전방으로 방출하고 있고, 도광체(610)의 상부 표면(611)은 릴리프 형상(620)을 포함하고 있다. 릴리프 형상(620)은 하부 표면(612)으로부터 주입된 광을 TIR을 위한 각도 내로 방향 전환시킨다. 표면 릴리프 형상(620)에서 일어나는 이러한 방향 전환 반사는 TIR에 의해 수행되도록 선택될 수 있거나, 대안적으로, 은과 같은 반사 코팅이 표면 릴리프 형상(620)을 코팅하는 데 사용될 수 있다.
도 1g로 되돌아가서, 광원(192)은 임의의 적당한 유형일 수 있고, 하나 이상의 냉음극 형광 램프(CCFL) 및/또는 하나 이상의 발광 다이오드(LED) - RGB(red, green, blue), RGBCY(red, green, blue, cyan, yellow), 하향 변환된 광(예컨대, 하향 변환된 UV, 청색 또는 보라색 광)을 방출하는 LED를 포함함 - 를 포함할 수 있다. 광원(192)은 하향 변환기를 갖거나 갖지 않는, 하나 이상의 II-VI 발광 디바이스, 레이저 다이오드 - VCSEL(vertical cavity surface emitting laser)를 포함함 -, 레이저, 광자 격자 구조물을 포함할 수 있다. 광원(192)은 다양한 유형의 광원 - 예컨대, 도광체(110)에 결합되어 있는 및/또는 도광체(110) 내에 삽입되어 있는 LED 광원 - 을 포함할 수 있다.
인광체가 광원(192)에 포함되어 있을 수 있고 및/또는 도광체(110)의 광 입구 영역 또는 출구 영역 근방에 원격 구성요소로서 포함될 수 있다. 하나 이상의 광원(192)에 의해 방출된 광(예컨대, 방출된 광의 세기)를 전체적으로 또는 독립적으로 제어하기 위해, 하나 이상의 광 센서가 제어 시스템과 함께 사용될 수 있다.
반사체(109)가 도광체(110)의 표면 및/또는 하나 이상의 에지를 따라 배치될 수 있다. 다수의 광원이 사용되는 경우, 반사체(109)는 다수의 광원 사이에, 예컨대, 입력 에지 근방에 배치된 다수의 광원 사이에 배치될 수 있다. 반사체는 경면, 반경면 또는 확산 반사체일 수 있다. 어떤 경우에, 도광체(110)가 반사체(109)에 부착되어 있다. 그러한 경우, ESR(enhanced specular reflector)이 사용될 수 있다. 누설 거울 손실(leaky mirror loss)을 제어하기 위해, 도광체(110)와 반사체(109) 사이에 저굴절률층을 사용하여 ESR이 도광체(110)에 부착될 수 있다. 어떤 경우에, 반사체/도광체 구조체가 노트북 컴퓨터 또는 기타 디바이스의 새시 내에 통합될 수 있고, 이는 양호한 구조적 안정성을 제공하고 광학 구조체 및/또는 기타 디스플레이 구성요소의 열 변형(thermal warp)을 방지한다.
광학 구조체(100G)는 구조화된 특징부(171) - 이 일례에서, 피크가 도광체(110)로부터 먼쪽에 배향되어 있는 선형 프리즘[프리즘 업(prism up)]으로 도시되어 있음 - 를 갖는 광 방향 전환 필름(170)을 포함한다. 구조화된 특징부는 프리즘 및/또는 렌티큘러를 포함하는 임의의 TIR 촉진 복제 표면 구조물(TIR promoting replicated surface structure)일 수 있다. 이들 표면 구조물은 연속적, 구분 연속적일 수 있고, 특징부의 치수는 카오스 변동(chaos variation)을 가질 수 있다. 주로 선형 구조물이 사용되지만, 선형 구조물의 울퉁불퉁한 면내 변동 및/또는 피크(172)를 따른 높이 또는 피크간 변동이 부과될 수 있다. 구조화된 특징부(171)가 도광체를 탈출하는 데 필요한 임계각보다 작지만 광 방향 전환 층(170)의 구조화된 표면에서 TIR에 대한 임계각보다 큰 각도로 도광체를 빠져나오는 광선을 반사하도록 배향되어 있다. 이들 광선은 광 방향 전환 필름(170)의 자유 표면으로부터 방출되지 않고, 광학 구조체(100G)에서 제2 반사 단계를 겪는다. 선형 프리즘의 경우에, 제2 TIR 단계를 제공하는 구조화된 특징부의 배향은 도광체(110) 내에서 광 전파의 방향(175)에 실질적으로 평행하다.
도광체(110)의 주 출구면(112)로부터 먼쪽에 배향된 프리즘을 갖는 광학 필름은 원하는 광 출구각 범위 내에서 광원 휘도를 향상시키기 위해 광 재순환 필름으로서 동작할 수 있다. 선형 프리즘(171)의 피크(172)의 진폭이 프리즘마다 변할 수 있거나, 특정의 프리즘(171)의 피크(172)를 따라 변할 수 있다. 어떤 일례에서, 제1 그룹의 피크(172)는 제2 그룹의 피크(172)보다 큰 높이를 가질 수 있다. 이들 변동은 웨트-아웃 또는 모아레 효과와 같은 시각적 결함을 감소시키는 데 바람직할 수 있다.
광 방향 전환 층(170)은, 예를 들어, 적당한 중합체성, 아크릴, 폴리카보네이트, UV-경화 아크릴레이트, 또는 유사한 물질로 제조될 수 있다. 벌크 확산 물질(bulk diffusing material)이 광 방향 전환 층(170) 내에 포함될 수 있지만, 많은 경우에, 이것은 광학 필름의 성능을 열화시킬 것이다. 아크릴 및 폴리카보네이트의 단일 압출층(unitary, extruded layer)이 사용될 수 있다. 대안적으로, 광 방향 전환 층은 2 부분 구조체 - 구조화된 표면이 그에 따라 기판 상에 캐스팅되고 경화됨 - 일 수 있다. 예를 들어, 폴리에스테르 기판 상에 캐스팅된 자외선-경화 아크릴이 사용될 수 있다. 구조화된 특징부가 그 위에 경화되어 있는 기판으로서 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET")가 사용될 수 있다. 2축 배향 PET가 그의 기계적 및 광학적 특성을 위해 종종 선호된다. 기판으로서 사용될 수 있는 평탄한 폴리에스테르 필름이 ICI Americas Inc.(미국 버지니아주 호프월 소재)로부터 상표명 MELINEX 617로 구매가능하다 기판으로서 사용될 필름 상에 도포될 수 있는 무광택 마감 코팅이 Tekra Corporation(미국 위스콘신주 뉴 베를린 소재)로부터 상표명 MARNOT. 75 GU로 구매가능하다 무광택 마감 코팅의 사용은 본 명세서에 기재된 기술을 사용하여 달성가능한 휘도 향상을 성취할 수 있지만, 무광택 마감은 특정 응용에 대해 다른 방식으로 바람직할 수 있다. 광 방향 전환 층(170)의 굴절률이 층의 조성물을 변화시킴으로써 조정될 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 하나 이상의 개재층(하나 이상의 광 방향 전환 층을 포함함)이 광 방향 전환 필름(170)과 저굴절률 광학 필름(120) 사이에 배치될 수 있다.
도 1h는 광학 구조체(100H)를 예시한 것이며, 여기서 광 방향 전환 필름(180)은 도광체(110)의 주 광 출구면(112) 쪽에 배향되어 있는 구조화된 특징부(181)[프리즘 다운(prism down)]를 포함한다. 광학 구조체(100H)의 각자의 이웃하는 층의 이웃하는 주 표면의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있다. 프리즘이 도광체(110)의 주 출구면(112) 쪽에 배향되어 있는 광학 필름은 도광체(110)로부터 빠져나오는 광을 평행화시키는 터닝 필름(turning film)으로서 동작한다. 구조화된 특징부, 예컨대, 선형 프리즘(181)은 광 전파 축(175)에 실질적으로 수직으로 배열되어 있다. 광학 구조체(100H)에서, 광학 필름(120)의 물질은 터닝 필름(180)의 프리즘 사이에 배치되고, 도광체(110)의 주 출구면(112) 상에 직접 배치되거나 하나 이상의 개재층(도 1h에 도시되어 있지 않음)을 통해 도광체(110)의 주 표면(112) 상에 간접적으로 배치되는 평면 표면(182)을 가진다.
도 1i는 제2 저굴절률 필름(150)이 광 방향 전환 필름(130)의 표면 상에 배치되어 있는 광학 구조체(100I)를 예시한 것이다. 광학 구조체(100I)는 도광체(110), 제1 저굴절률 광학 필름(120), 및 광 방향 전환 필름(130)을 포함한다. 하나 이상의 부가의 층이 광학 구조체(100I)의 층들 사이에 배치될 수 있고 - 예컨대, 고흡수층이 제1 저굴절률 광학 필름(120)과 광 방향 전환 필름(130) 사이에 배치될 수 있음 - 및/또는 하나 이상의 접착제 층이 도광체(110)와 제1 저굴절률 광학 필름(120) 사이에 및/또는 제1 저굴절률 광학 필름(120)과 광 방향 전환 필름(130) 사이에 배치될 수 있다. 제2 저굴절률 광학 필름(150)이 광 방향 전환 필름의 구조화된 특징부들(171) 사이에 배치되고, 광학 구조체(100I)의 표면을 평탄화한다. 광학 구조체(100I)는 먼지 민감도를 감소시키고 높은 각도의 광(high angle light)을 감소시키는 이점을 가진다. 그에 부가하여, 저굴절률 필름(150)은, 휴대폰에서와 같이, 구조체가 LCD 패널에 직접 부착될 수 있게 해준다. 이 구조체는 콤팩트하고 얇은 자체-완비된 조명/이미지 발생 모듈을 제공하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시 형태(예컨대, 양면 디스플레이 또는 간판)에서, 도광체는 도 1j에 예시된 바와 같이 양쪽 주 표면으로부터 광을 방출할 수 있다. 광학 구조체(100J)는 2개의 주 방출 표면(197, 196)을 갖는 도광체(198)를 포함한다. 저굴절률 필름(120A, 120B)은, 각각, 도광체(198)의 2개의 주 방출 표면(197, 196) 상에 직접 또는 간접적으로 배치되어 있다. 양면 도광체에 대한 추출 특징부는, 예를 들어, 양쪽 표면(197, 198) 상에 흐린 저굴절률 코팅을 포함할 수 있다. 고흡수층 및/또는 광 방향 전환 필름(130A, 130B)은 저굴절률 필름(120A, 120B) 상에 직접 또는 간접적으로 배치되어 있다. 광학 구조체(100J)의 각자의 이웃하는 층의 이웃하는 주 표면의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있다. 광학 구조체(100J)는, 예컨대, 양면 간판 또는 디스플레이에 대해, 양면 조명을 제공하는 데 유용하다. 이웃하는 층을 서로 접착시키기 위해 도 1j에 예시된 광학 구조체(100J)의 층들 중 하나 이상의 층 사이에 광학 접착제층이 선택적으로 사용된다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른, 광학 구조체에서 일어나는 광의 2 단계 반사(two-tiered reflection)를 예시한 것이다. 광이 광원(290)에 의해 발생되고, 광 입력 에지(212)에서 도광체(210)에 결합된다. 도광체(210)는 굴절률 N1 및 흡수율 A1을 가진다.
광학 구조체(200)는 굴절률 N2 및 흡수율 A2(단, N2<N1)를 가지는 저굴절률 광학 필름(220) - 도광체(210) 상에 직접 또는 간접적으로 배치됨 - 을 포함한다. 예를 들어, 일부 구현에서, 도광체(210)는 굴절률이 1.49인 아크릴이다. 저굴절률 광학 필름(220)은 굴절률이, 예를 들어, 1.49 미만, 1.35 미만, 또는 약 1.10 내지 약 1.35의 범위에 있을 수 있다. 반사 편광기(240)가 저굴절률 광학 필름(220) 상에 직접 또는 간접적으로 배치되어 있다. 반사 편광기(240)는 도광체(210)의 흡수율 A1 및 저굴절률 광학 필름(220)의 흡수율 A2보다 큰 흡수율 A3를 가진다. 광 방향 전환 필름(230)은 반사 편광기(240) 상에 직접 또는 간접적으로 배치되어 있다. 광학 구조체(200) 내의 이웃하는 층의 이웃하는 주 표면의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있다.
광학 구조체(200)는 광원으로부터 누설된 광을 감소시킴으로써 효율을 향상시키고 광학 결함을 감소시키기 위해 2개의 광 반사 단계를 제공한다. 제1 반사 단계는 도광체(210)의 주 광 출구면(213)에서 일어난다. 저굴절률 광학 필름(220)의 굴절률 N2는 도광체(210)의 굴절률 N1보다 작다. 굴절률 N1과 굴절률 N2 간의 차이로 인해, 도광체(210)에 들어가는 대부분의 광은 도광체(210) 내에서 도광체 표면(213)에서 일어나는 TIR에 의해 전파된다. 그렇지만, 도광체(210)에 결합된 광은 TIR에 대한 임계각보다 작은 입사각으로 표면(213)으로 전파될 수 있다. 광이 표면(213)에서 반사되지 않고 도광체로부터 조기에 - 즉, 광 추출 특징부(211)에 의해 추출되기 전에 - 누설되어 나간다. 광학 구조체(200)로부터 탈출하도록 허용되어 있는 경우, 조기 추출된 광은 시각적 아티팩트(visual artifact) 및 불균일성을 생성할 것이다. 아티팩트 및 불균일성의 심각도는 도광체(210)의 굴절률과 저굴절률 필름(220)의 굴절률 간의 차이에 의존할 것이다. 그렇지만, 이 잠재적인 문제점은 광 방향 전환 필름(230)에 의해 제공되는 제2 TIR 단계에 의해 완화된다.
제1 TIR 단계는 입력 에지(212)에서 도광체에 들어가는 광선(281)의 경로로 예시되어 있다. 도광체(210)의 주 광 출구면(213)에서의 광선(281)의 초기 입사각 θ0가 TIR에 대한 임계각보다 크기 때문에, 광선(281)이 스넬의 법칙에 따라 표면(213)에서 반사된다. 반사 후에, 광선(281)은 추출 특징부(211)에 부딪칠 때까지 도광체(210)를 통해 계속 전파한다. 광선(281)이 추출 특징부(211)에 의해 반사되고, 주 광 출구면(213)과 다시 만난다. 그렇지만, 추출 특징부(212)에 의해 반사된 후에, 표면(213)에서의 광선(281)의 입사각이 임계각보다 작고, 그로써 광선(281)이 도광체(210)로부터 탈출할 수 있게 된다. 광선(281)이 광학 구조체(200)를 빠져나갈 때, 광선(281)은 광 방향 전환 필름(230)에 의해 굴절될 수 있다.
제2 TIR 단계가 광선(282)의 경로에 의해 예시되어 있다. 도광체(210)의 표면(213)에서의 광선(282)의 초기 입사각은 TIR에 대한 임계각보다 작으며, 그로써 광선(282)이 도광체(210)로부터 누설될 수 있게 된다. 광선(282)은 계속 진행하여 저굴절률 필름(220) 및 편광기(240)를 통과하고 광 방향 전환 필름(230)에 들어간다. 광 방향 전환 필름(230)의 구조화된 특징부는 광 방향 전환 층(130)의 구조화된 표면에서 임계각보다 작은 각도로 도광체로부터 누설하는 광을 반사하도록 배향되어 있다. 광 방향 전환 층의 굴절 구조물에의 광선(282)의 입사각은 광 방향 전환 필름(230)의 표면에서의 TIR에 대한 임계각보다 작고, 광선(282)은 광 방향 전환 필름(230)에 의해 반사되어, 도광체(210)에 다시 들어가고 추출 구조물(211)을 만날 때까지 계속 전파하여 광 방향 전환 필름(230)에 의한 TIR을 겪지 않는 각도로 도광체(210)로부터 빠져나간다.
도 2에 2개의 광 반사 단계가 예시되어 있지만, 하나 이상의 부가의 광 반사 단계가 하나 이상의 부가의 층의 추가에 의해 달성될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
저굴절률 필름의 보다 상세한 도면이 도 3에 예시되어 있다. 저굴절률 필름(300A)은 저굴절률 필름(300A) 내에 보이드 네트워크(network of voids)(320)가 존재하는 것에 의해 다공성 내부를 가진다. 저굴절률 필름(300A)은 또한 결합제(310) 내에 분산되어 있는 복수의 입자(340)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 저굴절률 필름(300A)은 하나 이상의 상호연결된 기공 또는 보이드 네트워크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 보이드 네트워크(320)는 상호연결된 보이드 또는 기공(320A 내지 320C)을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 보이드(320)는 중공 터널(hollow tunnel) 또는 중공 터널과 같은 통로를 통해 서로 연결될 수 있다. 보이드(320)에 물질 및/또는 미립자가 전혀 없을 필요는 없다. 예를 들어, 어떤 경우에, 보이드는, 예를 들어, 결합제 및/또는 나노입자를 포함하는 하나 이상의 작은 섬유 또는 실 같은 물체를 포함할 수 있다. 일부 구성에서, 저굴절률 필름(300A)은 다수의 복수의 상호연결된 보이드 또는 다수의 보이드 네트워크를 포함하며, 여기서 복수의 상호연결된 보이드 또는 보이드 네트워크 각각에서의 보이드는 상호연결되어 있다. 어떤 경우에, 다수의 복수의 상호연결된 보이드에 부가하여, 저굴절률 필름(300A)은 복수의 닫힌(closed) 또는 연결되지 않은(unconnected) 보이드 - 보이드가 터널을 통해 다른 보이드에 연결되어 있지 않음을 의미함 - 를 포함한다.
저굴절률 광학 필름(300A)은 복수의 보이드를 포함하는 것에 의해 내부 전반사(TIR)를 지원한다. 광학적으로 투명한 비다공성 매질에서 진행하는 광이 높은 기공률(porosity)을 가지는 층에 입사할 때, 입사광의 반사율이 수직 입사에서보다 경시각에서 훨씬 더 높다. 탁도가 없거나 낮은, 보이드가 있는 필름의 경우, 임계각을 초과하는 경시각에서의 반사율은 약 100%에 가깝다. 이러한 경우에, 입사광은 전반사(TIR)를 겪는다.
저굴절률 광학 필름에서의 보이드는 굴절률 nv 및 유전율 ∑v을 가지며, 여기서 nv 2=∑v이고, 결합제는 굴절률 nb 및 유전율 ∑b를 가지며, 여기서 nb 2=∑b이다. 일반적으로, 광학 필름과 광(광학 필름에 입사하거나 광학 필름 내에서 전파하는 광 등) 사이의 상호작용은 다수의 필름 특성(예를 들어, 필름 두께, 결합제 굴절률, 보이드 또는 기공 굴절률, 기공 형상 및 크기, 기공의 공간 분포, 및 광의 파장 등)에 의존한다. 어떤 경우에, 광학 필름에 입사하거나 광학 필름 내에서 전파하는 광은 유효 유전율 ∑eff 및 유효 굴절률 neff을 "보거나" "경험"하며, 여기서 neff는 보이드 굴절률 nv, 결합제 굴절률 nb, 및 필름 기공률 또는 보이드 체적 분율 "f"로 표현될 수 있다. 이러한 경우에, 광학 필름이 충분히 두껍고 보이드가 충분히 작으며 따라서 광이 하나의 또는 분리된 보이드의 형상 및 특징을 분석할 수 없다. 이러한 경우에, 적어도 보이드의 대부분(적어도 보이드의 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 등)의 크기가 약 λ/5 이하, 또는 약 λ/6 이하, 또는 약 λ/8 이하, 또는 약 λ/10 이하, 또는 약 λ/20 이하이며, 여기서λ는 광의 파장이다.
어떤 경우에, 광학 필름에 입사하는 광은 가시광 - 광의 파장이 전자기 스펙트럼의 가시 영역에 있음을 의미함 - 이다. 이러한 경우에, 가시광은 약 380 ㎚ 내지 약 750 ㎚, 또는 약 400 ㎚ 내지 약 700 ㎚, 또는 약 420 ㎚ 내지 약 680 ㎚의 범위에 있는 파장을 가진다. 이러한 경우에, 적어도 보이드의 대부분(적어도 보이드의 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 등)의 크기가 약 70 ㎚ 이하, 또는 약 60 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하, 또는 약 40 ㎚ 이하, 또는 약 30 ㎚ 이하, 또는 약 20 ㎚ 이하, 또는 약 10 ㎚ 이하인 경우, 광학 필름이 적절하게 유효 굴절률을 할당받을 수 있다.
어떤 경우에, 저굴절률 광학 필름은 광학 필름이 적절하게 보이드와 결합제의 굴절률, 및 보이드 또는 기공 체적 분율 또는 기공률로 표현될 수 있는 유효 굴절률을 가질 수 있도록 충분히 두껍다. 이러한 경우에, 저굴절률 광학 필름의 두께는 약 100 ㎚ 이상, 또는 약 200 ㎚ 이상, 또는 약 500 ㎚ 이상, 또는 약 700 ㎚ 이상, 또는 약 1000 ㎚ 이상이다.
저굴절률 광학 필름 내의 보이드가 충분히 작고 광학 필름이 충분히 두꺼울 때, 광학 필름은 다음과 같이 표현될 수 있는 유효 유전율 ∑eff를 가진다:
[수학식 1]
∑eff = f εv + (1-f) εb
그러한 경우에, 광학 필름의 유효 굴절률 neff은 다음과 같이 표현될 수 있다:
[수학식 2]
neff 2= f nv 2 + (1-f) nb 2
기공과 결합제의 굴절률들 사이의 차이가 충분히 작을 때와 같은 일부 경우에, 광학 필름의 유효 굴절률은 하기 표현식에 의해 근사화될 수 있다:
[수학식 3]
neff = f nv + (1-f) nb
이러한 경우에, 저굴절률 광학 필름의 유효 굴절률은 보이드와 결합제의 굴절률의 체적 가중 평균이다. 예를 들어, 약 50%의 보이드 체적 분율 및 약 1.5의 굴절률을 가지는 결합제를 가지는 광학 필름은 약 1.25의 유효 굴절률을 가진다.
어떤 경우에, 저굴절률 광학 필름(300A)의 광학 탁도는 약 5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3.5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3% 이하, 또는 약 2.5% 이하, 또는 약 2% 이하, 또는 약 1.5% 이하, 또는 약 1% 이하이다. 이러한 경우에, 저굴절률 광학 필름의 유효 굴절률은 약 1.35 이하, 또는 약 1.3 이하, 또는 약 1.25 이하, 또는 약 1.2 이하, 또는 약 1.15 이하, 또는 약 1.1 이하, 또는 약 1.05 이하이다. 이러한 경우에, 저굴절률 광학 필름(300A)의 두께는 약 100 ㎚ 이상, 또는 약 200 ㎚ 이상, 또는 약 500 ㎚ 이상, 또는 약 700 ㎚ 이상, 또는 약 1,000 ㎚ 이상, 또는 약 1500 ㎚ 이상, 또는 약 2000 ㎚ 이상이다.
상호연결된 보이드의 국소 체적 분율, 예를 들어, 상호연결된 보이드(370A)의 제1 국소 체적 분율 및 상호연결된 보이드(375A)의 제2 체적 분율이 저굴절률 광학 필름(300A) 내에서 두께 t1 방향을 따라 변할 수 있다. 상호연결된 보이드의 국소 체적 분율 및 보이드 크기 분포가, 예를 들어, 다른 곳에서 기술된 도 3b 내지 도 3g에 도시된 바와 같이 몇가지 방식으로 두께 방향을 따라 변할 수 있다. 어떤 경우에, 경사 광학 필름은 다공성 필름 - 보이드 네트워크(320)가 제1 주 표면(330)과 제2 주 표면(332) 사이에 하나 이상의 통로를 형성한다는 것을 의미함 - 이다.
보이드 네트워크(320)는 복수의 상호연결된 보이드를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 보이드 중 일부는 광학 필름(300A)의 표면에 있을 수 있고, 표면 보이드인 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 광학 필름(300A)에서, 보이드(320D, 320E)는 저굴절률 광학 필름의 제2 주 표면(332)에 있고, 표면 보이드(320D, 320E)인 것으로 간주될 수 있으며, 보이드(320F, 320G)는 광학 필름(300A)의 제1 주 표면(330)에 있고, 표면 보이드(320F, 320G)인 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 보이드(320B, 320C)와 같은 보이드 중 일부는 광학 필름의 내부에서 광학 필름의 외측 표면으로부터 먼쪽에 있으며, 내부 보이드(interior void)(320B, 320C)로서 간주될 수 있지만, 내부 보이드가, 예를 들어, 다른 보이드를 통해 주 표면에 연결되어 있을 수 있다.
보이드(320)는 일반적으로 적당한 조성물 및 제조 기법(코팅, 건조 및 경화 조건 등)을 선택하여 제어될 수 있는 크기 d1을 가진다. 일반적으로, d1은 임의의 원하는 값 범위 내의 임의의 원하는 값일 수 있다. 예를 들어, 어떤 경우에, 적어도 보이드의 대부분(적어도 보이드의 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 등)는 원하는 범위에 있는 크기를 가진다. 예를 들어, 어떤 경우에, 적어도 보이드의 대부분(적어도 보이드의 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 등)은 약 10 마이크로미터 이하, 또는 약 7 마이크로미터 이하, 또는 약 5 마이크로미터 이하, 또는 약 4 마이크로미터 이하, 또는 약 3 마이크로미터 이하, 또는 2 마이크로미터 이하, 또는 약 1 마이크로미터 이하, 또는 약 0.7 마이크로미터 이하, 또는 약 0.5 마이크로미터 이하인 크기를 가진다.
일부 경우에, 복수의 상호연결된 공극(320)은 평균 공극 또는 기공 크기가 약 5 마이크로미터 이하, 또는 약 4 마이크로미터 이하, 또는 약 3 마이크로미터 이하, 또는 약 2 마이크로미터 이하, 또는 약 1 마이크로미터 이하, 또는 약 0.7 마이크로미터 이하, 또는 약 0.5 마이크로미터 이하이다.
일부 경우에, 일부 공극은 충분히 작아서 그의 주요 광학 효과가 유효 굴절률을 감소시키는 것일 수 있는 한편, 일부 다른 공극은 유효 굴절률 및 산란광을 감소시킬 수 있고, 한편 일부 또 다른 공극은 충분히 커서 그의 주요 광학 효과가 광을 산란시키는 것일 수 있다.
입자(340)는 임의의 원하는 값 범위 내의 임의의 원하는 값일 수 있는 크기 d2를 가진다. 예를 들어, 어떤 경우에, 적어도 입자의 대부분(적어도 입자의 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 등)는 원하는 범위에 있는 크기를 가진다. 예를 들어, 어떤 경우에, 적어도 입자의 대부분(적어도 입자의 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 등)은 약 5 마이크로미터 이하, 또는 약 3 마이크로미터 이하, 또는 약 2 마이크로미터 이하, 또는 약 1 마이크로미터 이하, 또는 약 700 ㎚ 이하, 또는 500 ㎚ 이하, 또는 약 200 ㎚ 이하, 또는 약 100 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하인 크기를 가진다.
일부 경우에, 복수의 입자(340)는 평균 입자 크기가 약 5 마이크로미터 이하, 또는 약 3 마이크로미터 이하, 또는 약 2 마이크로미터 이하, 또는 약 1 마이크로미터 이하, 또는 약 700 ㎚ 이하, 또는 약 500 ㎚ 이하, 또는 약 200 ㎚ 이하, 또는 약 100 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하이다.
일부 경우에, 일부 입자는 충분히 작아서 주로 유효 굴절률에 영향을 줄 수 있는 한편, 일부 다른 입자는 유효 굴절률 및 산란 광에 영향을 줄 수 있고, 한편 일부 또 다른 입자는 충분히 커서 그의 주요 광학 효과가 광을 산란시키는 것일 수 있다.
어떤 경우에, d1 및/또는 d2는 보이드 및 입자의 주된 광학 효과가 저굴절률 광학 필름(300A)의 유효 굴절률에 영향을 주는 것이도록 충분히 작다. 예를 들어, 이러한 경우에, d1 및/또는 d2는 약 λ/5 이하, 또는 약 λ/6 이하, 또는 약 λ/8 이하, 또는 약 λ/10 이하, 또는 약 λ/20 이하이고, 여기서 λ는 광의 파장이다. 다른 일례로서, 이러한 경우에, d1 및 d2는 약 70 ㎚ 이하, 또는 약 60 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하, 또는 약 40 ㎚ 이하, 또는 약 30 ㎚ 이하, 또는 약 20 ㎚ 이하, 또는 약 10 ㎚ 이하이다. 이러한 경우에, 보이드 및 입자는 또한 광을 산란시킬 수 있지만, 보이드 및 입자의 주된 광학 효과는 유효 굴절률을 갖는 광학 필름에서의 유효 매질을 정의하는 것이다. 유효 굴절률은 보이드, 결합제 및 입자의 굴절률에 부분적으로 의존한다. 어떤 경우에, 유효 굴절률은 감소된 유효 굴절률 - 유효 굴절률이 결합제의 굴절률 및 입자의 굴절률보다 작다는 것을 의미함 - 이다.
보이드 및/또는 입자의 주된 광학 효과가 굴절률에 영향을 주는 것인 경우, d1 및 d2는 보이드(320) 및 입자(340)의 상당 부분(적어도 약 60%, 또는 적어도 약 70%, 또는 적어도 약 80%, 또는 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95% 등)이 유효 굴절률을 감소시키는 주된 광학 효과를 갖도록 충분히 작다. 이러한 경우에, 보이드 및/또는 입자의 상당 부분(적어도 약 60%, 또는 적어도 약 70%, 또는 적어도 약 80%, 또는 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95% 등)은 약 1 ㎚ 내지 약 200 ㎚, 또는 약 1 ㎚ 내지 약 150 ㎚, 또는 약 1 ㎚ 내지 약 100 ㎚, 또는 약 1 ㎚ 내지 약 50 ㎚, 또는 약 1 ㎚ 내지 약 20 ㎚의 범위에 있는 크기를 가진다.
어떤 경우에, 입자(340)의 굴절률 n1은 결합제(310)의 굴절률 nb에 충분히 가까울 수 있고, 따라서 유효 굴절률이 입자의 굴절률에 의존하지 않거나 거의 의존하지 않는다. 이러한 경우에, n1과 nb 사이의 차이가 약 0.01 이하, 또는 약 0.007 이하, 또는 약 0.005 이하, 또는 약 0.003 이하, 또는 약 0.002 이하, 또는 약 0.001 이하이다. 어떤 경우에, 입자가 주로 광을 산란시키지 않거나 굴절률에 영향을 주지 않도록, 입자(340)가 충분히 작고 그의 굴절률이 결합제의 굴절률에 충분히 가깝다. 이러한 경우에, 입자의 주된 효과는, 예를 들어, 저굴절률 필름(300A)의 강도를 향상시키는 것일 수 있다. 어떤 경우에, 입자(340)가 저굴절률 광학 필름을 제조하는 공정을 향상시킬 수 있지만, 저굴절률 광학 필름(300A)이 입자 없이 제조될 수 있다.
보이드 네트워크(320) 및 입자(340)의 주된 광학 효과가, 예를 들어, 광을 산란시키는 것이 아니라 유효 굴절률에 영향을 주는 것인 경우, 보이드(320) 및 입자(340)로 인한 저굴절률 필름(300A)의 광학 탁도는 약 5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 3.5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3% 이하, 또는 약 2.5% 이하, 또는 약 2% 이하, 또는 약 1.5% 이하, 또는 약 1% 이하이다. 이러한 경우에, 저굴절률 광학 필름(300A)의 유효 매질의 유효 굴절률은 약 1.35 이하, 또는 약 1.3 이하, 또는 약 1.25 이하, 또는 약 1.2 이하, 또는 약 1.15 이하, 또는 약 1.1 이하, 또는 약 1.05 이하이다.
저굴절률 광학 필름의 두께는 약 100 ㎚ 이상, 또는 약 200 ㎚ 이상, 또는 약 500 ㎚ 이상, 또는 약 700 ㎚ 이상, 또는 약 1,000 ㎚ 이상, 또는 약 1500 ㎚ 이상, 또는 약 2000 ㎚ 이상일 수 있다.
저굴절률 광학 필름(300A)에 수직 입사하는 광의 경우, 광학 탁도는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 총 투과 광에 대한 수직 방향으로부터 4도 초과만큼 벗어난 투과 광의 비로서 정의된다. 본 명세서에 개시된 탁도 값은 ASTM D1003에 기술된 절차에 따라 Haze-guard Plus 탁도계(미국 메릴랜드주 실버 스프링 소재의 BYK-Gardiner)를 사용하여 측정되었다.
저굴절률 필름(300A)의 표면에서 전반사를 겪는 광선의 소산 테일(evanescent tail)이 저굴절률 필름의 두께에 걸쳐 광 결합하지 않거나 거의 광 결합하지 않도록 저굴절률 필름(300A)이 충분히 두껍다. 이러한 경우에, 저굴절률 필름(300A)의 두께 t1는 약 1 마이크로미터 이상, 또는 약 1.1 마이크로미터 이상, 또는 약 1.2 마이크로미터 이상, 또는 약 1.3 마이크로미터 이상, 또는 약 1.4 마이크로미터 이상, 또는 약 1.5 마이크로미터 이상, 또는 약 1.7 마이크로미터 이상, 또는 약 2 마이크로미터 이상이다. 충분히 두꺼운 저굴절률 필름(300A)은 저굴절률 광학 필름의 두께에 걸쳐 광학 모드의 소산 테일의 원하지 않는 광 결합을 방지하거나 감소시킬 수 있다.
일반적으로, 저굴절률 필름(300A)은 응용에서 바람직할 수 있는 임의의 기공률 또는 보이드 체적 분율을 가질 수 있다. 어떤 경우에, 저굴절률 광학 필름(300A) 내의 복수의 보이드(320)의 체적 분율은 약 20% 이상, 또는 약 30% 이상, 또는 약 40% 이상, 또는 약 50% 이상, 또는 약 60% 이상, 또는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상이다.
어떤 경우에, 저굴절률 필름(300A)은 결합제(310)에 분산되어 있는 복수의 입자(340)를 포함한다. 입자(340)는 응용에 바람직할 수 있는 임의의 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 어떤 경우에, 적어도 입자의 대부분(적어도 입자의 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 등)는 원하는 범위에 있는 크기를 가진다. 예를 들어, 어떤 경우에, 적어도 입자의 대부분(적어도 입자의 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 등)은 약 5 마이크로미터 이하, 또는 약 3 마이크로미터 이하, 또는 약 2 마이크로미터 이하, 또는 약 1 마이크로미터 이하, 또는 약 700 ㎚ 이하, 또는 500 ㎚ 이하, 또는 약 200 ㎚ 이하, 또는 약 100 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하인 크기를 가진다.
일부 경우에, 복수의 입자(340)는 평균 입자 크기가 약 5 마이크로미터 이하, 또는 약 3 마이크로미터 이하, 또는 약 2 마이크로미터 이하, 또는 약 1 마이크로미터 이하, 또는 약 700 ㎚ 이하, 또는 약 500 ㎚ 이하, 또는 약 200 ㎚ 이하, 또는 약 100 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하이다.
어떤 경우에, 입자의 주된 광학 효과가 저굴절률 필름(300A)의 유효 굴절률에 영향을 미치는 것이도록 입자(340)가 충분히 작다. 예를 들어, 이러한 경우에, 입자는 약 λ/5 이하, 또는 약 λ/6 이하, 또는 약 λ/8 이하, 또는 약 λ/10 이하, 또는 약 λ/20 이하인 평균 크기를 가지고, 여기서 λ는 광의 파장이다. 다른 일례로서, 평균 입자 크기는 약 70 ㎚ 이하, 또는 약 60 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하, 또는 약 40 ㎚ 이하, 또는 약 30 ㎚ 이하, 또는 약 20 ㎚ 이하, 또는 약 10 ㎚ 이하이다.
예시적인 저굴절률 필름(300A)에서, 입자(340A, 340B)와 같은 입자(340)는 중실 입자이다. 어떤 경우에, 저굴절률 광학 필름(300A)은 그에 부가하여 또는 대안적으로 복수의 중공 또는 다공성 입자(350)를 포함할 수 있다.
입자(340)는 응용에 바람직할 수 있는 임의의 유형의 입자일 수 있다. 예를 들어, 입자(340)가 유기 또는 무기 입자일 수 있다. 예를 들어, 입자(340)가 실리카, 지르코늄 산화물 또는 알루미나 입자일 수 있다.
입자(340)가 응용에 바람직하거나 이용가능할 수 있는 임의의 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 입자(340)가 규칙적인 또는 불규칙적인 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 입자(340)가 대략 구형일 수 있다. 다른 일례로서, 입자(340)가 길 수 있다. 이러한 경우에, 저굴절률 광학 필름(300A)은 복수의 긴 입자(320)를 포함한다. 어떤 경우에, 긴 입자는 약 1.5 이상, 또는 약 2 이상, 또는 약 2.5 이상, 또는 약 3 이상, 또는 약 3.5 이상, 또는 약 4 이상, 또는 약 4.5 이상, 또는 약 5 이상인 평균 종횡비를 가진다. 어떤 경우에, 입자(340)는 진주 목걸이(미국 텍사스주 휴스턴 소재의 Nissan Chemical로부터 입수가능한 Snowtex-PS 입자 등) 또는 구형이나 비결정성 입자의 응집 사슬(aggregated chain)(건식 실리카 등)의 형태 또는 형상으로 되어 있을 수 있다.
입자(340)가 작용기화되거나 되지 않을 수 있다. 어떤 경우에, 입자(340)가 작용기화되지 않는다. 어떤 경우에, 입자가 원하는 용매 또는 결합제(310)에 응괴(clumping)가 없거나 거의 없이 분산될 수 있도록 입자(340)가 작용기화된다. 어떤 경우에, 입자(340)는 또한 결합제(310)에 화학적으로 결합하도록 작용기화될 수 있다. 예를 들어, 입자(340A)와 같은 입자(340)는 표면 개질될 수 있고 결합제(310)에 화학적으로 결합하는 반응성 작용기 또는 기(360)를 가질 수 있다. 이러한 경우에, 적어도 입자(340)의 상당 비율이 결합제에 화학적으로 결합된다. 어떤 경우에, 입자(340)는 결합제(310)에 화학적으로 결합하는 반응성 작용기를 갖지 않는다. 이러한 경우에, 입자(340)는 결합제(310)에 물리적으로 결합될 수 있거나, 결합제(310)가 입자(340)를 캡슐화시킬 수 있다.
어떤 경우에, 입자(340) 중 일부는 반응성 기를 가지고, 다른 입자는 반응성 기를 갖지 않는다. 예를 들어, 어떤 경우에, 입자의 약 10%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 90%는 반응성 기를 갖지 않거나, 입자의 약 15%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 85%는 반응성 기를 갖지 않거나, 입자의 약 20%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 80%는 반응성 기를 갖지 않거나, 입자의 약 25%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 75%는 반응성 기를 갖지 않거나, 입자의 약 30%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 70%는 반응성 기를 갖지 않거나, 입자의 약 35%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 65%는 반응성 기를 갖지 않거나, 입자의 약 40%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 60%는 반응성 기를 갖지 않거나, 입자의 약 45%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 55%는 반응성 기를 갖지 않거나, 입자의 약 50%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 50%는 반응성 기를 갖지 않거나, 입자의 약 55%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 45%는 반응성 기를 갖지 않거나, 입자의 약 60%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 40%는 반응성 기를 갖지 않거나, 입자의 약 65%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 35%는 반응성 기를 갖지 않거나, 입자의 약 70%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 30%는 반응성 기를 갖지 않거나, 입자의 약 75%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 25%는 반응성 기를 갖지 않거나, 입자의 약 80%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 20%는 반응성 기를 갖지 않거나, 입자의 약 85%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 15%는 반응성 기를 갖지 않거나, 입자의 약 90%는 반응성 기를 갖고 입자의 약 10%는 반응성 기를 갖지 않는다.
어떤 경우에, 입자의 일부는 동일한 입자 상의 반응성 기 및 비반응성 기 둘다에 의해 작용기화될 수 있다.
입자의 앙상블(ensemble)이 여러 크기, 반응성 및 비반응성 입자와 상이한 유형의 입자 - 예를 들어, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 실리콘 등과 같은 중합체성 입자를 포함하는 유기 입자; 또는, 예를 들어, 실리카 및 지르코늄 산화물 등을 포함하는 유리 또는 세라믹과 같은 무기 입자 - 의 혼합물을 포함할 수 있다.
결합제(310)는 응용에 바람직할 수 있는 임의의 물질이거나 임의의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 결합제(310)는 가교 결합된 중합체와 같은 중합체를 형성하는 경화성 물질일 수 있다. 일반적으로, 결합제(310)는 임의의 중합성 물질 - UV 경화성 물질과 같은 방사선 경화성인 중합성 물질 등 - 일 수 있다.
일반적으로, 결합제(310) 대 복수의 입자(340)의 중량비가 응용에 바람직할 수 있는 임의의 비일 수 있다. 어떤 경우에, 결합제 대 복수의 입자의 중량비는 약 1:1 이상, 또는 약 1.5:1 이상, 또는 약 2:1 이상, 또는 약 2.5:1 이상, 또는 약 3:1 이상, 또는 약 3.5:1 이상, 또는 약 4:1 이다.
어떤 경우에, 저굴절률 광학 필름(300A)은 결합제, 건식 실리카 또는 알루미나와 같은 건식 금속 산화물(fumed metal oxide), 및 복수의 상호연결된 보이드 또는 상호연결된 보이드 네트워크를 포함한다. 그러한 경우에, 건식 금속 산화물 대 결합제의 중량비는 약 2:1 내지 약 6:1의 범위에 있거나, 약 2:1 내지 약 4:1의 범위에 있다. 어떤 경우에, 건식 금속 산화물 대 결합제의 중량비는 약 2:1 이상, 또는 약 3:1 이상이다. 어떤 경우에, 건식 금속 산화물 대 결합제의 중량비는 약 8:1 이하, 또는 약 7:1 이하, 또는 약 6:1 이하이다.
어떤 경우에, 저굴절률 광학 필름(300A)은 CELGARD 필름(미국 노스캐롤라이나주 샬럿 소재의 Celanese Separation Products로부터 입수가능함)과 같은 다공성 폴리프로필렌 및/또는 폴리에틸렌 필름일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 저굴절률 광학 필름(300A)은 약 25 마이크로미터의 두께 및 55% 기공률을 가지는 CELGARD 2500 필름일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 다른 일례로서, 저굴절률 광학 필름(300A)은 약 12 마이크로미터의 두께 및 38% 기공률을 가지는 CELGARD M824 필름일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 도 5는 CELGARD 필름의 예시적인 광학 이미지이다.
어떤 경우에, 저굴절률 광학 필름(300A)은 미국 특허 제4,539,256호 및 제5,120,594호의 개시 내용에 따라 제조된 것과 같은 TIPS(thermally induced phase separation, 열유도 상분리)에 의해 제조되는 다공성 필름일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. TIPS 필름은 넓은 범위의 미소 기공 크기를 가질 수 있다. 도 6은 TIPS 필름의 예시적인 광학 이미지이다.
어떤 경우에, 저굴절률 광학 필름(300A)은 SIPS(solvent induced phase separation, 용매 유도 상분리)에 의해 제조되는 다공성 필름일 수 있거나 이를 포함할 수 있고, 그의 예시적인 광학 현미경 사진이 도 7에 나타내어져 있다. 어떤 경우에, 광학 필름(120)은 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 다공성 필름일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
저굴절률 광학 필름(300A)은 하기의 동시 계류 중인 출원에 기술된 광학 필름을 포함할 수 있다: 2009년 4월 15일자로 출원된, 발명의 명칭이 "광학 필름(Optical Film)"인 제61/169466호(대리인 사건 번호 65062US002); 2009년 10월 24일자로 출원된, 발명의 명칭이 "경사 저굴절률 물품 및 방법(Gradient Low Index Article and Method)"인 제61/254673호(대리인 사건 번호 65716US002); 2009년 4월 15일자로 출원된 "재귀반사 광학 구조체(Retroreflecting Optical Construction)"(대리인 사건 번호 65355US002)(이들은 참조 문헌으로서 본 명세서에 포함됨).
저굴절률 광학 필름(300A)은 응용에 바람직할 수 있는 임의의 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 어떤 경우에, 광학 필름(300A)은 하기의 동시 계류 중인 출원에 기술된 공정에 의해 제조될 수 있다: 2009년 4월 15일자로 출원된, "나노보이드 물품에 대한 공정 및 장치(PROCESS AND APPARATUS FOR A NANOVOIDED ARTICLE)"(대리인 사건 번호 65046US002); 2009년 4월 15일자로 출원된, "감소된 결함을 갖는 코팅에 대한 공정 및 장치(PROCESS AND APPARATUS FOR COATING WITH REDUCED DEFECTS)"(대리인 사건 번호 65185US002); 및 2009년 10월 24일자로 출원된, "경사 나노보이드 물품에 대한 공정(PROCESS FOR GRADIENT NANOVOIDED ARTICLE)"(대리인 사건 번호 65766US002) - 이들의 개시 내용은 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨 -.
예를 들어, 저굴절률 광학 필름은 "광학 필름(Optical Film)"(대리인 사건 번호 65062US002)에 기술되고 "나노보이드 물품에 대한 공정 및 장치(PROCESS AND APPARATUS FOR A NANOVOIDED ARTICLE)"(대리인 사건 번호 65046US002)에 기술된 공정에 의해 제조되는 것과 같은 겔-유형 필름을 포함할 수 있다. 저굴절률 광학 필름은 "재귀 반사 광학 구조체(Retroreflecting Optical Construction)"(대리인 사건 번호 65355US002)에 기술되어 있는 건식 실리카 필름을 포함할 수 있다.
일반적으로, 한 공정에서, 먼저 복수의 입자(나노입자 등) 및 용매에 용해되어 있는 중합성 물질을 포함하는 용액이 준비되고, 여기서 중합성 물질은, 예를 들어, 하나 이상의 유형의 단량체를 포함할 수 있다. 그 다음에, 중합성 물질이 용매에 불용성 중합체 매트릭스를 형성하기 위해, 예를 들어, 열 또는 광을 가함으로써 중합된다. 한 특정의 실시 형태에서, 표면들 중 하나에 인접하여 높은 수준의 산소를 갖는 환경에서 중합이 일어나며, 그로써 경사 광학 필름을 생성하기 위해 그 표면 근방에서의 중합을 억제한다. 한 특정의 실시 형태에서, 경사 광학 필름을 생성하기 위해, 표면들 중 하나의 표면 근방에서의 광개시제의 농도가 다른 표면에 대해 증가된다.
어떤 경우에, 중합 단계 후에, 용매가 여전히 중합성 물질의 일부를 낮은 농도로 포함할 수 있다. 그 다음에, 용액을 건조하거나 증발시킴으로써 용매가 제거되고, 그 결과 중합체 결합제(310)에 분산되어 있는 복수의 보이드 또는 보이드 네트워크(320)를 포함하는 저굴절률 광학 필름(300A)이 얻어진다. 경사 광학 필름은 중합체에 분산되어 있는 복수의 입자(340)를 추가로 포함한다. 입자가 결합제에 결합되거나 - 여기서 결합은 물리적 또는 화학적임 -, 결합제에 의해 캡슐화되어 있을 수 있다.
저굴절률 광학 필름(300A)은, 결합제(310) 및 입자(340)에 부가하여, 다른 물질을 가질 수 있다. 예를 들어, 저굴절률 광학 필름(300A)은, 경사 광학 필름이 형성되는 기판의 표면을 웨팅시키는 것을 돕기 위해, 하나 이상의 첨가제(예를 들어, 커플링제 등)를 포함할 수 있다. 다른 일례로서, 저굴절률 광학 필름(300A)은 저굴절률 광학 필름(300A)에 색상(검정색 등)을 부여하기 위해 하나 이상의 착색제(카본 블랙 등)를 포함할 수 있다. 저굴절률 광학 필름(300A) 내의 다른 예시적인 물질은 개시제(하나 이상의 광개시제 등), 정전기 방지제, UV 흡수제 및 이형제를 포함한다. 어떤 경우에, 저굴절률 광학 필름(300A)은 광을 흡수하고 더 긴 파장의 광을 재방출할 수 있는 하향 변환 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 하향 변환 물질은 인광체를 포함한다.
일반적으로, 저굴절률 광학 필름(300A)은 결합제(310) 대 복수의 입자(340)의 임의의 중량비에 대해 바람직한 기공률을 가질 수 있다. 그에 따라, 일반적으로, 중량비는 응용에서 바람직할 수 있는 임의의 값일 수 있다. 어떤 경우에, 결합제(310) 대 복수의 입자(340)의 중량비는 약 1:2.5 이상, 또는 1:2.3 이상, 또는 약 1:2 이상, 또는 약 1:1 이상, 또는 약 1.5:1 이상, 또는 약 2:1 이상, 또는 약 2.5:1 이상, 또는 약 3:1 이상, 또는 약 3.5:1 이상, 또는 약 4:1 이상, 또는 약 5:1 이상이다. 어떤 경우에, 중량비는 약 1:2.3 내지 약 4:1의 범위에 있다.
어떤 경우에, 저굴절률 광학 필름(300A)의 상부 주 표면(332)이, 예를 들어, 저굴절률 광학 필름의 다른 층에 대한 점착력을 향상시키기 위해, 처리될 수 있다. 예를 들어, 상부 표면이 코로나 처리될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 저굴절률 광학 필름은 두께 방향을 따라 실질적으로 일정한 기공률을 가진다. 다른 실시 형태에서, 저굴절률 광학 필름은 저굴절률 광학 필름의 두께 방향을 따라 변하는 국소 기공률을 나타낸다. 두께 방향을 따라 국소 기공률의 변동을 나타내는 광학 필름을 본 명세서에서 경사 필름 또는 경사 저굴절률 필름이라고 한다. 어떤 경우에, 국소 기공률이 국소 보이드 체적 분율로서 또는 국소 기공 크기 분포로서 기술될 수 있다. 예를 들어, 경사 광학 필름은 제1 국소 체적 분율 및 제2 국소 체적 분율을 가질 수 있고, 복수의 보이드의 제2 체적 분율은 제1 체적 분율의 50%, 20%, 10%, 또는 1% 미만이다.
도 3b 내지 도 3g는, 각각, 본 개시 내용의 상이한 태양에 따른, 경사 저굴절률 필름(300B-300G)의 개략 측면도이다. 명확함을 위해, 도 3a에 대해 기술된 번호가 매겨진 요소(310 내지 360) 및 크기 d1 내지 d3는 도 3b 내지 도 3g에는 도시되어 있지 않지만, 도 3a의 저굴절률 광학 필름(300A)에 대해 제공된 각각의 설명이 또한 도 3b 내지 도 3g의 경사 광학 필름(300B 내지 300G)에, 각각, 대응한다. 경사 광학 필름(300B 내지 300G)을 생성하는 기법은, 예를 들어, 발명의 명칭이 "경사 나노보이드 물품에 대한 공정(PROCESS FOR GRADIENT NANOVOIDED ARTICLE)"(대리인 사건 번호 65766US002)인 동시 계류 중인 출원에 기술되어 있다.
도 3b에서, 경사 저굴절률 광학 필름(300B)은 두께 방향을 따라, 예를 들어, 도시된 바와 같이 단조적으로 변하는 상호연결된 보이드(390B)의 국소 체적 분율을 포함한다. 한 특정의 실시 형태에서, 경사 저굴절률 광학 필름(300B)의 제1 표면(330B)의 근방에서의 상호연결된 보이드(370B)의 제1 국소 체적 분율은 경사 저굴절률 광학 필름(300B)의 제2 표면(332B)의 근방에서의 상호연결된 보이드(375B)의 제2 국소 체적 분율보다 낮다.
경사 저굴절률 광학 필름(300B)이 각종의 기법을 사용하여 준비될 수 있으며, 이에 대해서는 다른 곳에서 기술한다. 한 특정의 실시 형태에서, 경사 저굴절률 광학 필름(300B)이, 예를 들어, 중합 광의 세기가 제1 표면(330B)으로부터 제2 표면(332B)으로 감소되는 흡수율 기반 기법을 사용하여 준비될 수 있다.
도 3c에서, 경사 저굴절률 광학 필름(300C)은 두께 방향을 따라, 예를 들어, 도시된 바와 같이 단계적으로 변하는 상호연결된 보이드(390C)의 국소 체적 분율을 포함한다. 한 특정의 실시 형태에서, 경사 광학 필름(300C)의 제1 표면(330C)의 근방에서의 상호연결된 보이드(370C)의 제1 국소 체적 분율은 경사 광학 필름(300C)의 제2 표면(332C)의 근방에서의 상호연결된 보이드(375C)의 제2 국소 체적 분율보다 낮다. 어떤 경우에, 예를 들어, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상호연결된 보이드(370C)의 제1 국소 체적 분율이 상호연결된 보이드(375C)의 제2 국소 체적 분율로 급격하게(즉, 단계적으로) 변화된다. 어떤 경우에, 상호연결된 보이드(375C)의 제2 체적 분율의 두께 t2는 총 두께 t1의 작은 비율, 예를 들어, 총 두께 t1의 약 1% 내지 약 5%, 또는 약 1% 내지 약 10%, 또는 약 1% 내지 약 20%, 또는 약 1% 내지 약 30% 또는 그 이상일 수 있다.
경사 저굴절률 광학 필름(300C)이 각종의 기법을 사용하여 준비될 수 있으며, 이에 대해서는 다른 곳에서 기술한다. 한 특정의 실시 형태에서, 경사 저굴절률 광학 필름(300C)은, 예를 들어, 제1 및 제2 표면(330C, 332C)의 근방에서의 중합 개시제 농도의 차이 또는 중합 억제제 농도의 차이를 사용하여 준비될 수 있다.
도 3d에서, 경사 저굴절률 광학 필름(300D)은 두께 방향을 따라 변하는 상호연결된 보이드(390D)의 국소 체적 분율을 포함하며, 예를 들어, 도시된 바와 같이 상호연결된 보이드(377D)의 최소 국소 체적 분율을 가진다. 한 특정의 실시 형태에서, 경사 광학 필름(300D)의 제1 표면(330D)의 근방에서의 상호연결된 보이드(370D)의 제1 국소 체적 분율은 경사 저굴절률 광학 필름(300D)의 제2 표면(332D)의 근방에서의 상호연결된 보이드(375D)의 제2 국소 체적 분율과 대략 동일하다. 어떤 경우에, 예를 들어, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상호연결된 보이드(370D)의 제1 국소 체적 분율이 상호연결된 보이드(377D)의 최소 국소 체적 분율로 급격하게(즉, 단계적으로) 변화된다. 어떤 경우에, 상호연결된 보이드(377D)의 최소 체적 분율의 두께 t2는 총 두께 t1의 작은 비율, 예를 들어, 총 두께 t1의 약 1% 내지 약 5%, 또는 약 1% 내지 약 10%, 또는 약 1% 내지 약 20%, 또는 약 1% 내지 약 30% 또는 그 이상일 수 있다. 어떤 경우에, 상호연결된 보이드(377D)의 최소 국소 체적 분율의 상대적 위치가 아무곳에나, 예를 들어, 경사 광학 필름(300D) 내에서 제1 표면(330D)으로부터 두께 t3에 위치될 수 있다.
경사 저굴절률 광학 필름(300D)이 각종의 기법을 사용하여 준비될 수 있으며, 이에 대해서는 다른 곳에서 기술한다. 한 특정의 실시 형태에서, 경사 광학 필름(300D)은, 예를 들어, 도 3c에 도시된 한 쌍의 경사 광학 필름(300C)을 제2 표면(332C)을 따라 서로 라미네이트함으로써 준비될 수 있다.
도 3e에서, 경사 저굴절률 광학 필름(300E)은 두께 방향을 따라 변하는 상호연결된 보이드(390E)의 국소 체적 분율을 포함하며, 예를 들어, 도시된 바와 같이 제1 및 제2 표면(330E, 332E)의 근방에서 상호연결된 보이드의 국소 체적 분율의 단계적 변화를 가진다. 한 특정의 실시 형태에서, 경사 광학 필름(300E)의 제1 표면(330E)의 근방에서의 상호연결된 보이드(370E)의 제1 국소 체적 분율은 경사 광학 필름(300E)의 제2 표면(332E)의 근방에서의 상호연결된 보이드(375E)의 제2 국소 체적 분율과 대략 동일하다. 어떤 경우에, 예를 들어, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상호연결된 보이드(370E)의 제1 국소 체적 분율이 상호연결된 보이드(377E)의 최대 국소 체적 분율로 급격하게(즉, 단계적으로) 변화된다. 어떤 경우에, 상호연결된 보이드(370E, 375E)의 제1 및 제2 체적 분율의 두께 t2 및 t3는, 각각, 총 두께 t1의 작은 비율, 예를 들어, 총 두께 t1의 약 1% 내지 약 5%, 또는 약 1% 내지 약 10%, 또는 약 1% 내지 약 20%, 또는 약 1% 내지 약 30% 또는 그 이상일 수 있다. 어떤 경우에, 상호연결된 보이드(370E, 375E)의 제1 및 제2 국소 체적 분율 각각은 단계적이 아닌 변화를 가질 수 있다(도시되어 있지 않지만, 도 3b에 도시된 단조적 변화와 유사함).
경사 저굴절률 광학 필름(300E)이 각종의 기법을 사용하여 준비될 수 있으며, 이에 대해서는 다른 곳에서 기술한다. 한 특정의 실시 형태에서, 경사 광학 필름(300E)은, 예를 들어, 도 3c에 도시된 한 쌍의 경사 광학 필름(300C)을 제1 표면(330C)을 따라 서로 라미네이트함으로써 준비될 수 있다.
도 3f에서, 경사 저굴절률 광학 필름(300F)은 두께 방향을 따라 변하는 상호연결된 보이드(390F)의 국소 체적 분율을 포함하며, 예를 들어, 도시된 바와 같이 상호연결된 보이드(377F)의 경사 최소 국소 체적 분율을 가진다. 한 특정의 실시 형태에서, 경사 광학 필름(300F)의 제1 표면(330F)의 근방에서의 상호연결된 보이드(370F)의 제1 국소 체적 분율은 경사 광학 필름(300F)의 제2 표면(332F)의 근방에서의 상호연결된 보이드(375F)의 제2 국소 체적 분율과 대략 동일하다. 어떤 경우에, 예를 들어, 도 3f에 도시된 바와 같이, 상호연결된 보이드(370F)의 제1 국소 체적 분율이 상호연결된 보이드(377F)의 최소 국소 체적 분율로 점진적으로(즉, 단조 경사로) 변화되고, 다시 상호연결된 보이드(375F)의 제2 체적 분율로 점진적으로 변화된다.
경사 저굴절률 광학 필름(300F)이 각종의 기법을 사용하여 준비될 수 있으며, 이에 대해서는 다른 곳에서 기술한다. 한 특정의 실시 형태에서, 경사 광학 필름(300F)은, 예를 들어, 도 3b에 도시된 한 쌍의 경사 광학 필름(300B)을 제2 표면(332B)을 따라 서로 라미네이트함으로써 준비될 수 있다.
도 3g에서, 경사 저굴절률 광학 필름(300G)은 두께 방향을 따라 변하는 상호연결된 보이드(390G)의 국소 체적 분율을 포함하며, 예를 들어, 도시된 바와 같이 한 쌍의 상호연결된 보이드(377G, 378G)의 국소 체적 분율의 단계적 변화를 가진다. 한 특정의 실시 형태에서, 경사 광학 필름(300G)의 제1 표면(330G)의 근방에서의 상호연결된 보이드(370G)의 제1 국소 체적 분율은 경사 광학 필름(300G)의 제2 표면(332G)의 근방에서의 상호연결된 보이드(375G)의 제2 국소 체적 분율과 대략 동일하다. 어떤 경우에, 예를 들어, 도 3g에 도시된 바와 같이, 상호연결된 보이드(370G)의 제1 국소 체적 분율이 상호연결된 보이드(377G)의 최소 국소 체적 분율로 급격하게(즉, 단계적으로) 변화되고, 상호연결된 보이드(380G)의 최대 국소 체적 분율로 다시 급격하게 변화되며, 상호연결된 보이드(378G)의 최소 국소 체적 분율로 다시 급격하게 변화되고, 마지막으로 상호연결된 보이드(375G)의 제2 국소 체적 분율로 또다시 급격하게 변화된다. 어떤 경우에, 상호연결된 보이드의 국소 체적 분율 각각은 단계적이 아닌 변화를 가질 수 있다(도시되어 있지 않지만, 도 3b에 도시된 단조적 변화와 유사함).
경사 저굴절률 광학 필름(300G)이 각종의 기법을 사용하여 준비될 수 있으며, 이에 대해서는 다른 곳에서 기술한다. 한 특정의 실시 형태에서, 경사 광학 필름(300G)이, 예를 들어, 다층 코팅 기법에 의해 준비될 수 있고, 여기서 최소 국소 보이드 체적 분율에 대응하는 층(377G, 378G)에서 최대 국소 보이드 체적 분율에 대응하는 층(390G)과 상이한 광개시제 농도가 사용될 수 있다.
도 8a는 개시 내용의 일 태양에 따른, 기판(810) 상에 코팅된 경사 저굴절률 광학 필름(800)의 단면 현미경 사진이다. 경사 광학 필름(800)은 기판(810)에 인접한 제1 주 표면(830), 및 제1 주 표면(830)의 근방에서의 상호연결된 보이드(870)의 제1 국소 체적 분율을 포함한다. 경사 광학 필름은 제2 주 표면(832), 및 제2 주 표면(832)의 근방에서의 상호연결된 보이드(875)의 조밀화된 제2 국소 체적 분율을 추가로 포함한다. 도 8b는 도 8a의 현미경 사진의 더 높은 배율이며, 상호연결된 보이드(870)의 제1 국소 체적 분율이 상호연결된 보이드(875)의 조밀화된 제2 체적 분율보다 크다는 것을 보다 명확하게 보여주고 있다.
본 명세서에 기술된 광학 구조체는 디스플레이 백라이트에서, 예컨대, LCD 디스플레이에 유용하다. 광을 백라이트 내의 구역으로 구속하는 것은 어떤 응용에서 중요한 기능이다. 그렇게 하는 것은 동적 조광을 가능하게 해주며, 이 경우 백라이트는 디스플레이 내용에 따라 휘도가 능동적이고 국소적으로 감소된다. 이것은 디스플레이 전력을 상당히 감소시키는 이점을 가지며, 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 그에 부가하여, 필드 순차 시스템이 구역화로부터 이득을 볼 수 있고, 적당한 픽셀 스위칭 속도는 이미지 블러(image blur)가 감소된 상태에서 고속 동영상의 렌더링을 가능하게 해줄 수 있다.
본 명세서에 기술된 광학 구조체는 구역화된 시스템을 생성하기 위해 도광체의 10s 내지 100s의 어레이에 요소로서 배열될 수 있다. 어레이의 각각의 요소는 하나 이상의 광원, 도광체, 및 하나 이상의 광학층(예컨대, 저굴절률 광학 필름, 편광기 및 광 방향 전환 필름)을 포함할 수 있다. 이들 구성에서, 각각의 요소의 휘도가 개별적으로 제어될 수 있다. 어떤 경우에, LED 및 도광체의 일부가 인접한 도광체 아래에 배치되도록 도광체를 네스팅 및/또는 타일링함으로써 균일성이 향상된다. 이 인터리브형 또는 톱니 패턴이 디스플레이 전체에 걸쳐 반복된다. 2개의 시나리오가 이하에서 도 4a 및 도 4b에 나타내어져 있다. 이들 구현에서 사용되는 도광체의 크기는 1 내지 수 ㎝ 대각선 정도로 작을 수 있거나, 대형 벽걸이 디스플레이의 경우 수백 ㎝일 수 있다(이 경우 각각의 요소가 TV의 크기일 수 있음).
도 4a는 네스팅된 광학 구조체(410, 415)를 예시한 것이다. 광학 구조체(410, 411) 각각은 도광체(411, 416), 광원(490, 491), 및 하나 이상의 광학층(412, 417) - 저굴절률 필름, 광 방향 전환 필름 및/또는 편광기를 포함할 수 있음 - 을 포함한다. 액정 디스플레이(LCD) 패널(480)은 네스팅된 광학 구조체(410, 415) 상에 위치된다.
도 4a에 예시된 바와 같이, 광원(491) 및 도광체(416)의 일부분이 인접한 광학 구조체(410) 아래에 위치되어 있다. 광원(491) 및 도광체(416)를 인접한 도광체(411) 아래에 위치시키는 것은 타일 사이에 간극이 거의 또는 전혀 없도록 타일을 서로 슬라이딩시키는 것을 수반한다. LCD 패널(480) 쪽으로 직접 누설되는 임의의 광을 제한하기 위해 광원(490, 491) 바로 위에 배치된 반사 스트립과 같은 차폐물이 있을 수 있다.
도 4b는 타일형 광학 구조체(420, 425, 430)를 예시한 것이다. 광학 구조체(420, 425, 430) 각각은 도광체(421, 426, 431), 광원(492, 493, 494), 및 하나 이상의 광학층(422, 427, 432) - 저굴절률 필름, 광 방향 전환 필름 및/또는 편광기를 포함할 수 있음 - 을 포함한다.
실시예
1. 실시예의 준비에서 사용된 물질 및 두문자어.
0.25 ㎜(10 밀) 폴리카보네이트 상의 프리즘 필름(본 명세서에서 PC-BEF라고 나타냄) - 선형 프리즘 모양의 구조화된 표면을 갖는 경화성 층이 0.25 ㎜(10 밀) 폴리카보네이트 기판 상에 코팅되고 경화되었다. 비경화된 물질은 1.55 초과의 굴절률을 가졌다. 선형 프리즘 모양의 구조물은 90° 끼인각, 50 마이크로미터 피치, 및 7 마이크로미터의 선단 반경을 가졌다. 프리즘 필름이 미국 특허 제6,280,063호에 기술된 바와 같이 0.25 ㎜(10 밀) 폴리카보네이트 필름 상에 제조되었다.
접착제(본 명세서에서 PSA라고 나타냄) - 0.1% 비스아미드 가교제가 SK Dyne 2003K 습식 접착제(일본 도쿄 소재의 Soken Chemicals로부터 입수가능함)에 첨가되었고, 혼합물이 종래의 슬롯 다이를 사용하여 0.051 ㎜(2 밀) 폴리에스테르 실리콘 이형 라이너(미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 CP Films로부터 입수가능한 T50)에 코팅되었으며, 용매가 건조되어 0.025 ㎜(1 밀) 두께의 접착제 코팅을 남겨두었다. 제2 이형 라이너가 건조된 접착제의 표면에 라미네이트되었다: 차별 이형(differential release)을 갖는 0.051 ㎜(2 밀) 폴리에스테르 실리콘 이형 라이너(역시 CP Films로부터 입수가능한 T10).
반사 편광기 A(본 명세서에서 DBEF-Q라고 나타냄) - DBEF-Q는 반사 편광기(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M Company로부터 Vikuiti DBEF-Q로서 입수가능함)이다. DBEF-Q는 두께가 약 93 마이크로미터였다.
0.051 ㎜(2 밀) PET 상의 저굴절률 필름(ULI) - 응축기 및 온도계를 갖춘 2 리터 삼구 플라스크에서, 960 g의 IPA-ST-UP 오가노실리카 긴 입자(미국 텍사스주 휴스턴 소재의 Nissan Chemical Inc.로부터 입수가능함), 19.2 g의 탈이온수, 및 350 g의 1-메톡시-2-프로판올이 빠르게 교반하면서 혼합되었다. 긴 입자는 약 9 ㎚ 내지 약 15 ㎚ 범위의 직경 및 약 40 ㎚ 내지 약 100 ㎚ 범위의 길이를 가졌다. 입자는 15.2 중량% IPA에 분산되었다. 그 다음에, 22.8 g의 Silquest A-174 실란(미국 코네티컷주 윌턴 소재의 GE Advanced Materials로부터 입수가능함)이 플라스크에 첨가되었다. 얻어진 혼합물이 30분 동안 교반되었다. 혼합물이 81℃에서 16 시간 동안 유지되었다. 그 다음에, 이 용액이 실온으로 냉각될 수 있었다. 그 다음에, 용액 중의 약 950 g의 용매가 40℃ 항온 수조에서 회전 증발기를 사용하여 제거되었고, 그 결과 1-메톡시-2-프로판올에서의 42.1 중량% A-174-개질된 긴 실리카 투명 분산물이 얻어졌다. 그 다음에, 47.5 g의 이 투명 분산물, 16 g의 SR 444(미국 펜실베니아주 엑스턴 소재의 Sartomer Company로부터 입수가능함), 4 g의 CN2261(미국 펜실베니아주 엑스턴 소재의 Sartomer Company로부터 입수가능함), 30 g의 아이소프로필 알코올, 30 g의 에틸 아세테이트, 0.6 g의 광개시제 Irgacure 184 및 0.1 g의 광개시제 Irgacure 819(둘 다 미국 노스캐롤라이나주 하이 포인트 소재의 Ciba Specialty Chemicals Company로부터 입수가능함)이 서로 혼합되고 교반되어, 31.3 중량% 고형물을 갖는 균질 코팅 용액이 얻어졌다. 그 다음에, 이하에 기술되는 코팅 방법을 사용하여, 코팅 용액이 0.051 ㎜(2 밀) 두께의 PET 기판 상에 코팅되었다. 코팅 용액이 주사기 펌프를 사용하여 6 ㏄/분의 속도로 20.3 ㎝(8 인치) 폭의 슬롯-타입 코팅 다이에 공급되었다. 슬롯 코팅 다이는 152 ㎝/분(10 ft/분)으로 움직이는 기판 상에 20.3 ㎝ 폭의 코팅을 균일하게 분포하였다. 그 다음에, 코팅된 기판을 UV 방사를 통과시킬 수 있는 석영 창을 포함하는 UV-LED 경화 챔버를 통과시킴에 따라 코팅이 중합화되었다. UV-LED 뱅크는 352개 UV-LED의 직사각형 어레이, 즉 16개 다운-웨브 × 22개 교차-웨브(대략 20.3 ㎝ × 20.3 ㎝ 면적에 걸쳐 있음)를 포함하였다. UV-LED는 2개의 수냉식 히트 싱크 상에 배치되었다. LED(미국 노스캐롤라이나주 더럼 소재의 Cree, Inc.로부터 입수가능함)가 395 ㎚의 공칭 파장에서 동작하였고, 45 볼트에서 13 암페어로 동작되었고, 그 결과 0.1352 주울/제곱㎝의 UVA 선량이 얻어졌다. UV-LED 어레이는 TE㎚A 72-6910(42V/10A) 전원 공급 장치(미국 오하이오주 스프링보로 소재의 Tenma로부터 입수가능함)에 의해 전원을 공급받고 팬-냉각되었다.
UV-LED는 기판으로부터 대략 2.54 ㎝의 거리에 있는 경화 챔버 석영 창 상부에 배치되었다. UV-LED 경화 챔버는 46.7 리터/분(100 세제곱피트/시)의 흐름 속도로 질소의 흐름을 공급받았으며, 그 결과 경화 챔버에서 대략 150 ppm의 산소 농도가 얻어졌다.
UV-LED에 의해 중합된 후에, 152 ㎝/분(10 ft/분)의 웨브 속도로 2분 동안 65.6℃(150℉)에서 동작하는 건조 오븐으로 코팅을 이송함으로써 경화된 코팅 내의 용매가 제거되었다. 그 다음에, H-전구로 구성된 Fusion System Model I300P(미국 메릴랜드주 게이더스버그 소재의 Fusion UV Systems로부터 입수가능함)를 사용하여 후경화되었다.
UV Fusion 챔버는 질소의 흐름을 공급받았으며, 그 결과 챔버에서 대략 50 ppm의 산소 농도가 얻어졌다. 얻어진 광학 필름은 약 94.9% 의 총 광 투과율, 1.1%의 광학 탁도, 1.155의 굴절률, 및 약 6 마이크로미터의 두께를 가졌다.
반사 편광기 B(2xTOP) - PCT 특허 출원 WO2009/123928에 기술된 바에 따라, 다층 반사 편광기가 제조되었다.
두께는 29 마이크로미터였다. 다층 반사 편광기가 WO2009/123928에 따라 제조되었다. 반사 대역은 400부터 1200 ㎚까지였다. 2겹의 이 필름이 PSA 접착제를 사용하여 서로 라미네이트되었고, 그 결과 2XTOP 구조체가 얻어졌다.
도광체 플레이트(LGP) - LGP는 Coretronic Company(Hsinchu, Taiwan 300, R.O.C.) 모델 AUT1982T32로부터 획득되었다. LGP는 폴리(메틸 메타크릴레이트) - 백색 인쇄 도트가 하부 표면 상에 있고, 두께는 6 ㎜이며, 폭은 385 ㎜이고, 길이는 306 ㎜임 - 로 이루어져 있다.
백색 후방 반사체: (WBR) - WBR가 Viewsonic 55.9 ㎝(22 인치) 모니터(모델#: VLED221wm)(미국 캘리포니아주 월넛 소재의 Viewsonic Company로부터 입수가능함)로부터 획득되었다.
백라이트 - 패널로부터 백라이트를 분리시키기 위해 55.9 ㎝(22 인치) Viewsonic 모니터 모델# VLED221wm가 해체되었다. 백라이트는 크기가 대략 473 ㎜ 폭 × 306 ㎜ 길이였다. 백라이트는 백라이트의 각각의 473 ㎜ 가장자리를 따라 있는 ~6 ㎜의 피치를 갖는 78개 LED의 행, 및 후방 벽을 라이닝하고 있는 WBR을 포함하였다.
각각의 가장자리에 있는 63개 LED만이 실시예에 대해 사용되었다. 실시예 1 내지 실시예 4는 LGP에 라미네이트된 다층 반사 편광기를 포함하고, 여기서 반사 편광기의 통과축은 385 길이에 맞춰 정렬되어 있다. 편광된 LGP는 이어서 다층 반사 편광기의 통과축이 LED의 행에 평행하도록 WBR 상부에서 백라이트 내에 고정된다.
실험의 간단함, 물질 입수가능성 및 해석의 편의를 위해, 실험 실시예 1 내지 실험 실시예 4는 비교적 많은 수의 층을 포함하는 구조체를 사용한다. 모든 실시예에서 동일한 저굴절률 필름 코팅이 도포되도록 하고 필요한 경우 프리즘의 배향을 수정하는 실험 구조체가 제조되었다. PET 층 및 PET에 필요한 추가의 접착제 층을 갖지 않는 광학 구조체가 제조될 수 있었다. 그에 부가하여, 프리즘이 MOF 바로 위에 캐스팅될 수 있었으며, 그로써 프리즘 기판이 생략된다. 저굴절률 코팅 및 프리즘이 라미네이션을 필요로 하지 않고 MOF 바로 위에 코팅될 수 있으며, 그 결과 간단하고 실용적인 구조체가 얻어진다.
실험 실시예 1 내지 실험 실시예 4 전부에서, MOF는 그의 통과축이 광 엔진이 설치되어 있는 중실 LGP의 장변에 평행하도록 배열되었다.
실시예 1(실험): PC-BEF(프리즘이 LGP에서의 광 전파의 방향에 수직임), DBEF-Q, 및 투명한 저굴절률 필름 코팅(지정된 ULI)을 갖는 광학 구조체(900)(도 9a 참조) - 개별적인 백색 후방 반사체 및 종래의 추출 특징부가 LGP 상에 있음 - 가 제조되고 테스트되었다. 이 실시예는, 저굴절률 광학 코팅이 없는 경우에도, LGP에서 광 전파의 방향에 수직으로 뻗어 있는 프리즘을 갖는 개념이, 특정의 양의 광이 LGP의 표면에서의 내부 전반사(TIR)를 통해 안내되지 않는다는 사실로 인해, 다수의 LED 이미지의 거울방 효과를 나타냈다는 것과 PC-BEF의 배향이 적절한 제2 TIR 단계를 제공하지 않았다는 것을 보여준다.
광학 구조체(900)의 개략 측면도가 도 9a에 도시되어 있다. 광학 구조체는 WBR, LGP, LED 램프, 프리즘 필름, DBEF-Q, 및 저굴절률 광학 코팅(ULI)을 포함하였다. 63개의 LED가 LGP의 각각의 에지 근방에 위치되었고 LGP의 폭(385 ㎜)을 따라 규칙적으로 배열되었다.
LED가 켜져 있는 상태에서의 광학 구조체(900)의 사진이, 디지털 카메라(Canon S550)를 사용하여, 광학 구조체의 표면에 대한 법선으로부터 대략 60도에서 촬영되었다. 그 사진이 도 9b에 나타내어져 있다. LED의 다수의 이미지(거울방)의 모습은 LGP에서 광 전파의 방향에 수직으로 뻗어 있는 프리즘으로부터 얻어진다.
실시예 2a(실험): PC-BEF(프리즘이 LGP에서의 광 전파의 방향에 평행하게 배향됨), DBEF-Q, 및 투명한 저굴절률 필름 코팅(ULI)을 사용하는 광학 구조체(1000)(도 10a) - 개별적인 백색 후방 반사체 및 종래의 추출 특징부를 가짐 - 가 제조되고 테스트되었다. 이 실시예에서, 거울방(다수의 LED 이미지)이 실질적으로 제거되었다.
실시예 2a에서 테스트된 광학 구조체(1000)의 개략 측면도가 도 10a에 도시되어 있다. 광학 구조체(1000)는, 광학 구조체(1000)의 프리즘이 LGP에서 광 전파의 방향에 수직으로 뻗어 있는 것을 제외하고는, 실시예 1의 광학 구조체(900)와 유사하였다.
시야각의 함수인 광학 구조체의 휘도가 Autronic Conoscope Conostage 3(독일 카를스루에 소재의 Autronic-Melchers GmbH로부터 입수가능함)을 사용하여 측정되었다. 측정을 하기 전에, 도 10a에 명확히 도시되지 않은 선형 흡수 편광기가 LGP의 장변에 평행한 통과축을 갖는 광학 구조체의 상부에 위치되었다. 도 10b는 시야각의 함수인 측정된 휘도의 그레이스케일 이미지이고, 도 10c는 수평 방향을 따른 시야각의 함수인 측정된 휘도의 그래프이다. 도 10d는 수직 방향을 따른 시야각의 함수인 측정된 휘도의 그래프이다. PC-BEF가 광 방향 전환 필름으로서 선택되었는데, 그 이유는 광을 그다지 편광 소멸시키지 않기 때문이다.
이 실시예는 백라이트 응용에 대해 다음과 같은 몇가지 개선을 나타내었다: (1) 거울방 효과의 실질적인 감소; (2) 프리즘 필름에 의한 광의 평행화; (3) 편광된 출력.
실시예 2b(실험): PC-BEF(프리즘이 LGP에서의 광 전파의 방향에 평행함), 2 X TOP, 및 투명한 저굴절률 필름 코팅(ULI)을 사용하는 광학 구조체(1100)(도 11a) - 개별적인 백색 후방 반사체(WBR) 및 종래의 추출 특징부를 가짐 - 가 제조되고 테스트되었다.
광학 구조체(1100)가, DBEF가 2xTOP로 대체된 것을 제외하고는, 실시예 2a에서의 광학 구조체(100)와 유사하였다. 광학 구조체(1100)의 개략 측면도가 도 11a에 도시되어 있다. 도 11b는 시야각의 함수인 측정된 휘도의 그레이스케일 이미지이고, 도 11c는 수평 방향을 따른 시야각의 함수인 측정된 휘도의 그래프이다. 도 11d는 수직 방향을 따른 시야각의 함수인 측정된 휘도의 그래프이다. 광학 구조체(1100)는 광학 구조체(1000)(실시예 2a)에서의 DBEF-Q와 비교하여 평행화 2xTOP로부터 더 나은 평행화를 보여준다.
실시예 3(실험): PC-BEF(프리즘이 LGP에서의 광 전파의 방향에 수직임) 및 DBEF-Q를 사용하는 광학 구조체(1200)(도 12a) - 개별적인 백색 후방 반사체 및 종래의 추출 특징부를 가짐 - 가 제조되고 테스트되었다.
이 실시예는 LGP에서 전파 방향에 수직으로 뻗어 있는 프리즘을 갖는 광학 구조체(1200)가 LGP에서의 내부 전반사를 통해 안내되지 않는 광에 의해 야기되는 거울방 효과(다수의 LED 이미지)를 생성한다는 것을 예시하고 있다.
광학 구조체(1200)(그 개략 측면도가 도 12a에 도시되어 있음)가 제조되었다. 실시예 3에서의 광학 구조체(1200)는, PET 상의 저굴절률 광학 코팅(ULI)이 사용되지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1에서의 광학 구조체(900)와 유사하였다. LED가 켜져 있는 상태에서 표면 법선으로부터 대략 60도로 디지털 카메라(Canon S550)로 촬영된 광학 구조체(1200)의 사진이 도 12b에 나타내어져 있으며, 다수의 LED 이미지(거울방)를 나타내고 있다.
실시예 4(실험): PC-BEF(프리즘이 LGP에서의 광 전파의 방향에 평행함) 및 DBEF-Q를 사용하는 광학 구조체(1300)(도 13a) - 개별적인 백색 후방 반사체 및 종래의 추출 특징부를 가짐 - 가 제조되고 테스트되었다. 프리즘 필름은 저굴절률 코팅을 사용하지 않고 광을 효과적으로 평행화하지 못하였다.
실시예 2a에 기술된 것과 유사한 측정이 행해졌고, 시야각의 함수인 측정된 휘도의 그레이스케일 이미지가 도 13b에 나타내어져 있다. 수평 및 수직 방향을 따른 단면이, 각각, 도 13c 및 도 13d에 나타내어져 있다.
실시예 5 내지 실시예 12는 시뮬레이션에 기초하고 있다. 시뮬레이션 5 내지 시뮬레이션 12는 LightTools 6.0(미국 캘리포니아 소재의 Optical Research Associates로부터 구매가능한 광선 추적 소프트웨어)을 사용하여 수행되었다.
실시예 5(모델링): 시뮬레이션된 광학 구조체는 LGP에서 광 전파의 방향에 수직인 프리즘으로 배향된 광 방향 전환 층, 1.0의 굴절률(RI)을 갖는 저굴절률 필름(ULI), 및 추출기를 갖지 않는 LGP를 포함하였다.
람베르시안 방출 프로파일, 3 ㎜의 높이 및 3 ㎜의 폭, 10 ㎜의 피치를 갖는 9개의 LED가 1.49의 굴절률(RI)을 갖는 중실 도광체 플레이트(LGP)(PMMA)의 좌측 가장자리에 가깝게 위치되었다. LGP는 두께(y-방향)가 6 ㎜이고, 폭(z-방향)이 90 ㎜이며, 길이(x-방향)가 300 ㎜였다. 1.567의 RI 및 90° 끼인각을 갖는 프리즘 필름이 그 사이에 있는 저굴절률 코팅에 의해 LGP의 상부 표면에 부착되었다. 프리즘이 LGP에서 광 전파의 방향에 수직으로 배향되어 있었다. 도 14는 실시예 5에 대한 구조체 및 광선 추적 모델링 결과를 나타낸 것이다. 이 모델링에서 총 100개의 광선이 LED로부터 방출되었다. 공기에 대응하는 1.0의 저굴절률 필름 RI에 의해, LED에 의해 방출되고 좌측 에지로부터 LGP에 들어가는 모든 광이 내부 전반사(TIR)에 의해 LGP 하부와 LGP/저굴절률 계면 사이에서 안내된다.
실시예 6(모델링): 시뮬레이션된 광학 구조체는 LGP에서 광 전파의 방향에 수직인 프리즘으로 배향된 광 방향 전환 층, 1.109의 굴절률(RI)을 갖는 저굴절률 필름(ULI), 및 추출기를 갖지 않는 LGP를 포함하였다.
저굴절률 필름 RI가 1.109로 증가된 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 구조체를 사용하여, LED에 의해 방출되고 좌측 에지로부터 LGP에 들어가는 모든 광이 TIR에 의해 LGP 하부와 LGP/저굴절률 계면 사이에서 안내된다. 시뮬레이션에 따르면, 1.109 초과의 저굴절률 필름 RI는 광이 LGP/저굴절률 필름 계면을 통해 누설되게 하였다. 도 15는 실시예 6에 대한 구조체 및 광선 추적 모델링 결과를 나타낸 것이다.
실시예 7(모델링): 시뮬레이션된 광학 구조체는 LGP에서 광 전파의 방향에 수직인 프리즘으로 배향된 광 방향 전환 층, 1.20의 굴절률(RI)을 갖는 저굴절률 필름(ULI), 및 추출기를 갖지 않는 LGP를 포함하였다.
저굴절률 필름 RI가 1.2로 증가된 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 구조체를 사용하여, LED에 의해 방출되고 좌측 에지로부터 LGP에 들어가는 대부분의 광이 TIR에 의해 LGP 하부와 LGP/저굴절률 필름 계면 사이에서 안내되고; 광의 약 5%가 LGP/저굴절률 필름 계면을 통해 누설되고 TIR 안내되지 않으며(도 16에 도시됨), 이는 거울방(다수의 LED 이미지)의 원인이다. 도 16은 실시예 7에 대한 구조체 및 광선 추적 모델링 결과를 나타낸 것이다.
실시예 8(모델링): 시뮬레이션된 광학 구조체는 LGP에서 광 전파의 방향에 평행한 프리즘으로 배향된 광 방향 전환 필름, 1.0의 굴절률(RI)을 갖는 저굴절률 필름(ULI), 및 추출기를 갖지 않는 LGP를 포함하였다.
광 방향 전환 필름이 LGP에서 광 전파의 방향에 평행하게 뻗어 있는 프리즘으로 배향되어 있는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 구조체를 사용하여, LED에 의해 방출되고 좌측 에지로부터 LGP에 들어가는 모든 광이 TIR에 의해 LGP 하부와 LGP/저굴절률 필름 계면 사이에서 안내된다. 도 17은 실시예 8에 대한 광학 구조체 및 광선 추적 모델링 결과를 나타낸 것이다.
실시예 9(모델링): 시뮬레이션된 광학 구조체는 도광체에서 광 전파의 방향에 평행한 프리즘으로 배향된 광 방향 전환 필름, 1.109의 굴절률(RI)을 갖는 저굴절률 필름(ULI), 및 추출기를 갖지 않는 LGP를 포함하였다.
저굴절률 필름 RI가 1.109로 증가된 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 구조체를 사용하여, LED에 의해 방출되고 좌측 에지로부터 LGP에 들어가는 모든 광이 TIR에 의해 LGP 하부와 LGP/저굴절률 필름 계면 사이에서 안내된다. 모델링은 1.109의 저굴절률 필름 RI가 그를 초과하면 광이 LGP/저굴절률 필름 계면을 통해 누설하기 시작할 것인 값임을 나타내고 있다. 도 18은 실시예 9에 대한 구조체 및 광선 추적 모델링 결과를 나타낸 것이다.
실시예 10(모델링): 시뮬레이션된 광학 구조체는 LGP에서 광 전파의 방향에 평행한 프리즘으로 배향된 광 방향 전환 필름, 1.20의 굴절률(RI)을 갖는 저굴절률 필름(ULI), 및 추출기를 갖지 않는 LGP를 포함하였다.
저굴절률 필름 RI가 1.2로 증가된 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 구조체를 사용하여, LED에 의해 방출되고 좌측 에지로부터 LGP에 들어가는 대부분의 광이 TIR에 의해 LGP 하부와 LGP/저굴절률 계면 사이에서 안내되고; 광의 약 5%가 LGP/저굴절률 필름 계면을 통해 누설되어, 도 19에 도시된 바와 같이, TIR에 의해 광 방향 전환 필름의 상부 표면에 의해 또 다시 반사된다.
실시예 11(모델링): 저굴절률 필름 굴절률(ULI RI) 대 광 방향 전환 프리즘 필름을 갖는 경우 및 갖지 않는 경우의 광 전달이 결정되었고, 상이한 LGP 굴절률에 대한 일련의 곡선이 얻어졌다. 저굴절률 필름 RI 및 LGP RI의 광학 구조체에서 광 전달에 대한 영향을 예측하기 위해 시뮬레이션이 사용되었다.
광 방향 전환 프리즘 필름이 제거된 것을 제외하고는 실시예 5의 것과 유사한 광학 구조체가 모델링되었다. 저굴절률 필름 RI가 1.0(공기)부터 1.5까지 변화되었고, LGP RI가 1.49(PMMA)부터 1.60(폴리카보네이트)까지 변화되었다. LGP/저굴절률 필름 계면과 LGP 하부 사이에서 안내되는 광의 양이 도 20a에 그래프로 나타내어져 있다.
3개의 점 A, B 및 C가 도 20a에 나타내어져 있다. LGP가 1.49의 RI를 갖는 PMMA로 이루어져 있고 1.25의 RI를 갖는 저굴절률 필름과 결합되어 있는 경우, 전체 광의 대략 90%가 안내되고 나머지 10%가 안내되지 않는다(점 A로 나타냄). LGP가 1.60의 RI를 갖는 폴리카보네이트로 이루어져 있는 경우, 저굴절률 필름이 1.25의 RI를 갖더라도 광의 100%가 TIR 안내될 수 있다(점 B로 나타냄). PMMA(RI 1.49)로 이루어진 LGP의 경우, 모든 광이 TIR 안내되도록 하기 위해 저굴절률 필름 RI가 1.10 정도로 낮아야만 한다(점 C로 나타냄).
실시예 5와 유사한 광학 구조체(광 방향 전환 필름을 포함함)가 모델링되었다. 저굴절률 필름 굴절률(ULI RI)이 1.0(공기)부터 1.5까지 변화되었다. LGP RI가 1.49(PMMA)부터 1.6(폴리카보네이트)까지 변화되었다. 광 방향 전환 필름의 상부 표면과 LGP 하부 사이에서 안내되는 광의 양이 도 20b에 그래프로 나타내어져 있다. 도 20a의 결과와 비교하면, 이 실시예는 LGP에서 광 전파의 방향에 수직으로 뻗어 있는 프리즘을 갖는 광 방향 전환 필름이 TIR 안내된 광의 양에 거의 영향을 미치지 않는다는 것을 보여준다.
실시예 8과 유사한 광학 구조체가 모델링되었다. 저굴절률 필름 굴절률(ULI RI)이 1.0(공기)부터 1.5까지 변화되었고, LGP RI가 1.49(PMMA)부터 1.60(폴리카보네이트)까지 변화되었다. 프리즘의 상부 표면과 LGP 하부 사이에서 안내되는 광의 양이 도 20c에 그래프로 나타내어져 있다. 이 실시예는 LGP에서 광 전파의 방향에 평행하게 뻗어 있는 프리즘을 갖는 광 방향 전환 필름에 의해, 비교적 저굴절률 필름 RI 및 LGP RI에 상관없이, 대부분의 광이 TIR 안내될 수 있다는 것을 보여준다. 그렇지만, LGP/저굴절률 필름 계면 대 프리즘/공기 계면에서 안내되는 광의 비율이 LGP RI 및 저굴절률 RI에 의존한다(도 19a에 나타냄).
실시예 12(모델링): 저흡수 영역(LGP)과 고흡수 영역(상부 필름) 사이의 저굴절률 광학층은 대부분의 광의 고흡수층에의 노출을 감소시킨다. MOF는 일반적으로 LGP보다 높은 흡수율을 가지며, 따라서 광이 추출될 때까지 광이 MOF에 노출되는 것을 감소시키는 것이 바람직하며, 이로 인해 광이 표면 법선에 가까운 각도로 MOF를 통해 단거리를 진행하고 시스템 효율을 극대화시킨다. 이 실시예는, 고흡수 영역이 LGP에 부착되어 있을 때, 저굴절률 필름 RI가 시스템 효율에 얼마나 영향을 줄 수 있는지를 보여준다.
시뮬레이션된 구조물이 도 21a에 나타내어져 있다. 람베르시안 방출 프로파일 및 3 ㎜의 높이를 갖는 LED가 1.49의 RI를 갖는 LGP의 조명 에지(illuminated edge)에 가깝게 위치되었다. LGP는 두께가 6 ㎜이고, 폭이 90 ㎜이며, 길이(조명 에지부터 원단 에지까지)가 300 ㎜였다. DBEF-Q와 같은 광학 필름을 시뮬레이션하는 데 사용되는 흡수 영역이 LGP 상에 위치되었으며, 이들 사이에 저굴절률 필름(ULI)이 있다. 흡수 영역은 두께가 0.55 ㎜였고(㎜당 95%의 투과율을 가짐), 입사광을 균일하게 분할한다(50% 반사 및 50% 투과). 0.75 ㎜의 직경 및 100%의 람베르시안 반사를 갖는 원형 도트가 광 추출을 위해 LGP의 하부 표면 상에 위치되었다.
도트 밀도를 변화시켜 적당한 공간 균일성을 달성하기 위해 LightTools 6.0에 의해 제공되는 베지어(Bezier) 배치가 사용되었다. LGP의 전방 및 후방 에지가 완벽한 거울로서 설정되었다. 백색 후방 반사체가 LGP 아래에 위치되었고; 반사체가 100%의 람베르시안 반사율을 가진다. 고흡수 영역에 의한 추출 효율 및 흡수율이 먼저 300 ㎜ 길이의 LGP를 사용하여 계산되었고, 이어서 81.3 ㎝(32") (40.6(16") × 70.4 ㎝(27.7")) 및 132.1 ㎝(52") 대각선(66.0 ㎝(26") × 114.3 ㎝(45")) 백라이트에 대해 스케일링되었다. 도 21b에는, 81.3 ㎝(32") 및 132.1 ㎝(52") 백라이트에 대한 고흡수 영역에 의해 흡수되는 광의 양이 저굴절률 RI에 대해 그래프로 나타내어져 있다. 각각의 크기에 대해, 광이 긴 에지 또는 짧은 에지로부터 주입되는 2개의 시나리오 둘 다가 계산되고 그래프로 나타내어졌다. LED가 짧은 가장자리(전형적으로 좌측 및 우측 가장자리) 상에 배열되어 있는 132.1 ㎝(52") TV에 대해, 1.47의 RI를 갖는 광학층이 사용된 경우, 고흡수 영역에 의한 흡수율은 55%일 것이다(점 A로 나타냄). 1.2의 RI를 갖는 저굴절률층이 사용된 경우, 흡수율이 단지 14%일 것이다(점 B로 나타냄).
항목 1. 광학 구조체로서,
제1 표면 및 도광체의 주 광 출구면(major light exit surface)을 포함하는 제2 표면을 갖는 도광체;
광 방향 전환 필름; 및
도광체와 광 방향 전환 필름 사이에 배치된 저굴절률층 - 저굴절률층은 1.35 이하의 굴절률을 가지고, 저굴절률층은 도광체의 제2 표면에 그리고 광 방향 전환 필름에 부착되어 있음 - 을 포함하는 광학 구조체.
항목 2. 항목 1에 있어서, 저굴절률층의 제1 표면이 접착제 층에 의해 도광체의 주 광 출구면에 부착되어 있는 광학 구조체.
항목 3. 항목 1에 있어서, 도광체의 주 광 출구면 상에 저굴절률층을 형성함으로써, 저굴절률층의 제1 표면이 도광체의 주 광 출구면에 부착되어 있는 광학 구조체.
항목 4. 항목 1에 있어서, 저굴절률층이 저굴절률층과 도광체 사이에 배치된 하나 이상의 개재층(intervening layer)을 통해 도광체의 주 광 출구면에 부착되어 있는 광학 구조체.
항목 5. 항목 1에 있어서, 저굴절률층이 접착제 층에 의해 광 방향 전환 필름에 부착되어 있는 광학 구조체.
항목 6. 항목 1에 있어서, 광 방향 전환 필름 상에 저굴절률층을 형성함으로써 저굴절률층이 광 방향 전환 필름에 부착되어 있는 광학 구조체.
항목 7. 항목 1에 있어서, 저굴절률층이 저굴절률층과 도광체 사이에 배치된 하나 이상의 개재층을 통해 광 방향 전환 필름에 부착되어 있는 광학 구조체.
항목 8. 항목 7에 있어서, 하나 이상의 개재층이 고흡수층을 포함하는 광학 구조체.
항목 9. 항목 7에 있어서, 하나 이상의 개재층이 편광기를 포함하는 광학 구조체.
항목 10. 항목 7에 있어서, 하나 이상의 개재층이 확산기를 포함하는 광학 구조체.
항목 11. 항목 10에 있어서, 확산기가 복수의 보이드를 포함하는 광학 구조체.
항목 12. 항목 1에 있어서, 광 방향 전환 필름이 제1 표면 및 구조화된 특징부를 갖는 제2 표면을 포함하는 광학 구조체.
항목 13. 항목 12에 있어서, 광 방향 전환 필름의 제2 표면이 도광체로부터 먼쪽에 배향되어 있는 광학 구조체.
항목 14. 항목 12에 있어서, 광 방향 전환 필름의 제2 표면이 도광체 쪽에 배향되어 있는 광학 구조체.
항목 15. 항목 1에 있어서,
도광체가 흡수율(absorption) A1을 갖고;
광 방향 전환 필름이 A1 초과의 흡수율을 갖는 광학 구조체.
항목 16. 항목 1에 있어서, 저굴절률층과 광 방향 전환 필름 사이에 배치된 고흡수층 - 고흡수층은 도광체의 흡수율보다 큰 흡수율을 가짐 - 을 추가로 포함하는 광학 구조체.
항목 17. 항목 1에 있어서, 광 방향 전환 필름이 도광체의 흡수율보다 큰 흡수율을 가지는 광학 구조체.
항목 18. 항목 1에 있어서, 저굴절률층이 위치 변경가능한 광학 구조체.
항목 19. 광학 구조체로서,
굴절률 Nuli - 단, Nuli는 약 1.35 이하임 - 를 가지는 저굴절률층;
고흡수층; 및
광 방향 전환 필름을 포함하고, 광학 구조체 내의 2개의 이웃하는 필름 각각의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있는 광학 구조체.
항목 20. 항목 19에 있어서, 저굴절률층이 약 1.2 이하인 굴절률을 가지는 광학 구조체.
항목 21. 항목 19에 있어서, 저굴절률층이 약 1.1 이하인 굴절률을 가지는 광학 구조체.
항목 22. 항목 19에 있어서, 저굴절률층이 약 5% 미만인 탁도를 가지는 광학 구조체.
항목 23. 항목 19에 있어서, 고흡수층이 다층 광학 필름을 포함하는 광학 구조체.
항목 24. 항목 19에 있어서, 저굴절률층의 두께가 약 2 마이크로미터 이상인 광학 구조체.
항목 25. 항목 19에 있어서, 저굴절률층의 두께가 약 1 마이크로미터 이상인 광학 구조체.
항목 26. 항목 19에 있어서, 저굴절률층이 복수의 보이드를 포함하는 광학 구조체.
항목 27. 항목 26에 있어서, 보이드가 상호 연결되어 있는 광학 구조체.
항목 28. 항목 26에 있어서, 복수의 보이드의 체적 분율이 약 20% 이상인 광학 구조체.
항목 29. 항목 26에 있어서, 복수의 보이드의 체적 분율이 약 40% 이상인 광학 구조체.
항목 30. 항목 26에 있어서, 복수의 보이드의 국소 체적 분율이 저굴절률층의 두께 방향을 따라 변하는 광학 구조체.
항목 31. 항목 26에 있어서, 저굴절률층의 제1 표면에 있는 복수의 보이드의 제1 국소 체적 분율이 저굴절률층의 제2 표면에 있는 복수의 보이드의 제2 국소 체적 분율보다 큰 광학 구조체.
항목 32. 항목 26에 있어서, 저굴절률층이
결합제; 및
복수의 입자를 추가로 포함하고, 결합제 대 복수의 보이드의 중량비가 약 1:2 이상인 광학 구조체.
항목 33. 항목 32에 있어서, 복수의 입자가 약 100 ㎚ 미만의 평균 크기를 가지는 광학 구조체.
항목 34. 항목 19에 있어서, 광학 구조체 내의 2개의 이웃하는 필름 각각의 50% 초과가 서로 물리적 접촉을 하고 있는 광학 구조체.
항목 35. 항목 19에 있어서, 고흡수층이 반사 편광기를 포함하는 광학 구조체.
항목 36. 광학 구조체로서,
제1 표면, 제2 표면 및 굴절률 N1을 갖는 적어도 하나의 도광체 - 제2 표면은 도광체의 주 광 출구면임 -;
굴절률 Nuli - 단, Nuli는 N1보다 작음 - 를 가지는 저굴절률층; 및
광 방향 전환 필름을 포함하고, 광학 구조체 내의 2개의 이웃하는 필름 각각의 상당 부분이 서로 물리적 접촉을 하고 있는 광학 구조체.
항목 37. 항목 36에 있어서, 저굴절률층이 도광체에서 전파되는 광의 광 구속을 향상시키는 광학 구조체.
항목 38. 항목 36에 있어서, 저굴절률층과 광 방향 전환 필름 사이에 있는 고흡수층 - 고흡수층은 도광체의 흡수율의 약 2배인 흡수율을 가짐 - 을 추가로 포함하는 광학 구조체.
항목 39. 항목 38에 있어서,
도광체가 광 추출 특징부를 포함하고;
저굴절률층이, 저굴절률층을 갖지 않는 광학 구조체와 비교하여, 광이 광 추출 특징부에 의해 추출될 때까지 고흡수층에 들어가는 광의 양을 감소시키도록 구성되어 있는 광학 구조체.
항목 40. 항목 38에 있어서, 고흡수층이 반사 편광기를 포함하는 광학 구조체.
항목 41. 항목 36에 있어서, 광 방향 전환 필름이 제1 표면 및 제2 표면을 포함하고, 광 방향 전환 필름의 제2 표면은 그 위에 굴절 구조물이 배치되어 있으며, 광 방향 전환 필름의 제2 표면이 도광체로부터 먼쪽에 배치되어 있는 광학 구조체.
항목 42. 항목 36에 있어서, 광 방향 전환 필름이 제1 표면 및 제2 표면을 포함하고, 광 방향 전환 필름의 제2 표면은 그 위에 굴절 구조물이 배치되어 있으며, 광 방향 전환 필름의 제2 표면이 도광체 쪽에 배치되어 있고, 저굴절률층이 굴절 구조물 사이의 공간을 적어도 부분적으로 채우는 광학 구조체.
항목 43. 항목 36에 있어서, 저굴절률층이 접착제에 의해 도광체의 주 출구면에 부착되어 있는 광학 구조체.
항목 44. 항목 36에 있어서, 도광체가 도광체의 제1 표면 상에 추출 특징부를 포함하는 광학 구조체.
항목 45. 항목 36에 있어서,
도광체가 광 전달 축을 따라 광을 전달하고,
광 방향 전환 필름이 광 전달 축에 실질적으로 평행하게 배향되어 있는 굴절 구조물을 포함하는 광학 구조체.
항목 46. 항목 45에 있어서, 굴절 구조물이 프리즘, 선형 프리즘, 구분 선형 프리즘, 및 렌티큘러 구조물 중 하나 이상을 포함하는 광학 구조체.
항목 47. 항목 36에 있어서, 고흡수층을 추가로 포함하고, 여기서 도광체가 흡수율 A1을 갖고 고흡수층이 흡수율 A2(단, A2가 A1보다 큼)를 가지는 광학 구조체.
항목 48. 항목 36에 있어서, 도광체가 다수의 도광체를 포함하는 광학 구조체.
항목 49. 항목 48에 있어서, 다수의 도광체가 타일형인 광학 구조체.
항목 50. 항목 48에 있어서, 다수의 도광체가 어레이 형태로 배열되어 있는 광학 구조체.
항목 51. 항목 48에 있어서, 다수의 도광체와 각각 연관되어 있는 다수의 광원을 추가로 포함하는 광학 구조체.
항목 52. 항목 48에 있어서, 다수의 광원을 추가로 포함하고, 여기서 다수의 광원으로부터 광 출력이 개별적으로 제어가능한 광학 구조체.
항목 53. 항목 48에 있어서, 다수의 도광체와 각각 연관되어 있는 다수의 광원을 추가로 포함하고, 여기서 특정의 도광체와 연관된 광원이 인접한 도광체 아래에 배치되어 있는 광학 구조체.
항목 54. 항목 36에 있어서, 하향 변환 요소를 추가로 포함하는 광학 구조체.
항목 55. 항목 36에 있어서, 도광체가 평평한 입력 에지, 구조화된 표면 및 채널 중 하나 이상을 포함하는 입력 영역을 갖는 광학 구조체.
항목 56. 항목 36에 있어서, 도광체의 제1 표면 상에 배치된 광 추출 특징부를 추가로 포함하는 광학 구조체.
항목 57. 항목 36에 있어서, 저굴절률층이 제1 세트의 출구각으로 도광체로부터 빠져나오는 광을 반사시키도록 구성되어 있고, 광 방향 전환 필름이 제2 세트의 출구각으로 도광체로부터 빠져나오는 광을 반사시키도록 구성되어 있는 광학 구조체.
항목 58. 항목 36에 있어서, 경면 반사체, 반경면 반사체, ESR(enhanced specular reflector), 확장-대역 ESR(extended-band enhanced specular reflector), 및 확산 반사체 중 하나 이상을 추가로 포함하는 광학 구조체.
항목 59. 항목 36에 있어서, N1이 약 1.49인 광학 구조체.
항목 60. 항목 36에 있어서, Nuli가 약 1.10 내지 약 1.35의 범위에 있는 광학 구조체.
항목 61. 항목 36에 있어서, 저굴절률층이 1% 이하인 탁도를 가지는 광학 구조체.
항목 62. 항목 36에 있어서, 저굴절률층이 최대 약 10%의 탁도를 가지는 광학 구조체.
항목 63. 항목 36에 있어서, 저굴절률층이 겔 또는 건식 실리카를 포함하는 광학 구조체.
항목 64. 항목 36에 있어서, 저굴절률층의 두께가 약 2 마이크로미터 이상인 광학 구조체.
항목 65. 항목 36에 있어서, 저굴절률층의 두께가 약 1 마이크로미터 이상인 광학 구조체.
항목 66. 항목 36에 있어서, 저굴절률층이 복수의 보이드를 포함하는 광학 구조체.
항목 67. 항목 66에 있어서, 보이드가 상호 연결되어 있는 광학 구조체.
항목 68. 항목 66에 있어서, 복수의 보이드의 체적 분율이 약 20% 이상인 광학 구조체.
항목 69. 항목 66에 있어서, 복수의 보이드의 체적 분율이 약 40% 이상인 광학 구조체.
항목 70. 항목 66에 있어서, 복수의 보이드의 국소 체적 분율이 저굴절률층의 두께 방향을 따라 변하는 광학 구조체.
항목 71. 항목 66에 있어서, 저굴절률층의 제1 표면에 있는 복수의 보이드의 제1 국소 체적 분율이 저굴절률층의 제2 표면에 있는 복수의 보이드의 제2 국소 체적 분율보다 큰 광학 구조체.
항목 72. 항목 66에 있어서, 저굴절률층이
결합제; 및
복수의 입자를 추가로 포함하고, 결합제 대 복수의 보이드의 중량비가 약 1:2 이상인 광학 구조체.
항목 73. 항목 36에 있어서, 편광기가 광 방향 전환 필름과 저굴절률층 사이에 배치되어 있는 광학 구조체.
항목 74. 항목 73에 있어서, 편광기가 다층 광학 필름(MOF)을 포함하는 광학 구조체.
항목 75. 항목 74에 있어서, MOF가 확장 대역 반사 편광기를 포함하는 광학 구조체.
항목 76. 항목 36에 있어서, 광 방향 전환 필름이 제1 높이를 갖는 제1 프리즘 세트 및 제1 높이와 상이한 제2 높이를 갖는 제2 프리즘 세트를 포함하는 광학 구조체.
항목 77. 항목 36에 있어서, 광 방향 전환 필름이 하나 이상의 프리즘의 길이를 따라 가변적인 높이를 가지는 하나 이상의 선형 또는 구분 선형 프리즘을 포함하는 광학 구조체.
항목 78. 항목 36에 있어서, 광 방향 전환 필름이 약 1.5 내지 약 1.8의 범위에 있는 굴절률을 가지는 광학 구조체.
항목 79. 광학 구조체로서,
제1 및 제2 주 표면과 굴절률 N1을 가지는 도광체;
제1 및 제2 주 표면을 가지는 저굴절률층 - 저굴절률층은 굴절률 Nuli를 가지며, Nuli는 N1보다 작고, 저굴절률층의 제1 주 표면의 상당 부분이 도광체의 제2 주 표면과 물리적 접촉을 하고 있음 -;
제1 주 표면 및 제2 주 표면을 가지는 고흡수층 - 고흡수층의 제1 주 표면의 상당 부분이 저굴절률층의 제2 주 표면과 물리적 접촉을 하고 있음 -; 및
제1 주 표면 및 제2 주 표면을 가지는 프리즘 필름 - 제1 주 표면은 선형 프리즘을 포함하고, 광 방향 전환 필름의 제1 주 표면의 상당 부분이 고흡수층의 제2 주 표면과 물리적 접촉을 하고 있으며, 저굴절률층은 제1 세트의 출구각으로 도광체로부터 빠져나오는 광을 반사시키고, 광 방향 전환 필름은 제2 세트의 출구각으로 도광체로부터 빠져나오는 광을 반사시키도록 구성되어 있음 - 을 포함하는 광학 구조체.
상기 인용된 모든 특허, 특허 출원 및 기타 공개는, 그 전체가 재현되어 있는 것처럼, 본 문서에 참조 문헌으로서 포함된다. 본 발명의 특정의 실시 형태 및 실시예가 본 발명의 다양한 태양의 설명을 용이하게 해주기 위해 이상에서 상세히 기술되어 있지만, 본 발명이 실시예들의 상세로 제한되어서는 안된다는 것을 잘 알 것이다. 오히려, 첨부된 특허청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위 내에에 속하는 모든 수정, 등가물 및 대안을 포함하는 것으로 보아야 한다.

Claims (22)

  1. 제1 표면 및 도광체의 주 광 출구면(major light exit surface)을 포함하는 제2 표면을 갖는 도광체;
    광 방향 전환 필름; 및
    도광체와 광 방향 전환 필름 사이에 배치되고, 1.35 이하의 굴절률을 갖고, 도광체의 제2 표면 및 광 방향 전환 필름에 부착되는 저굴절률층을 포함하고,
    광 방향 전환 필름은 구조화된 특징부를 포함하고,
    저굴절률층은 굴절률 및 기공률 중 적어도 하나의 경사(gradient)를 갖는 광학 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 구조화된 특징부는 프리즘을 포함하는 광학 구조체.
  3. 제2항에 있어서, 프리즘은 선형 프리즘을 포함하는 광학 구조체.
  4. 제2항에 있어서, 프리즘은 도광체의 광 전파 방향에 평행하게 배향된 광학 구조체.
  5. 제1항에 있어서, 광 방향 전환 필름은 도광체의 흡수율보다 큰 흡수율을 갖고, 산란 물질을 포함하는 광학 구조체.
  6. 제1항에 있어서, 구조화된 특징부는 렌티큘러를 포함하는 광학 구조체.
  7. 제1항에 있어서, 구조화된 특징부는 연속적인 광학 구조체.
  8. 제1항에 있어서, 구조화된 특징부는 구분 연속적인 광학 구조체.
  9. 제1항에 있어서, 구조화된 특징부는 울퉁불퉁한 면내 변동을 갖는 광학 구조체.
  10. 제1항에 있어서, 구조화된 특징부는 동일한 구조화된 특징부를 따라 피크 높이 변동을 포함하는 광학 구조체.
  11. 제1항에 있어서, 구조화된 특징부는 상이한 구조화된 특징부 사이의 피크 높이 변동을 포함하는 광학 구조체.
  12. 제1항에 있어서, 도광체의 광 입구 영역 또는 출구 영역에 배치된 인광체(phosphor)를 추가로 포함하는 광학 구조체.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서, 도광체의 입력 에지로 배향된 하나 이상의 광원을 추가로 포함하는 광학 구조체.
  15. 제14항에 있어서, 하나 이상의 광원은 하나 이상의 LED를 포함하는 광학 구조체.
  16. 제15항에 있어서, 하나 이상의 LED는 적색, 녹색, 또는 청색 광을 방출하는 LED를 포함하는 광학 구조체.
  17. 제15항에 있어서, 하나 이상의 광 센서 및 제어 시스템을 추가로 포함하고, 하나 이상의 광 센서는 제어 시스템과 함께 사용되어 하나 이상의 LED로부터 방출된 광을 독립적으로 제어하도록 구성되는 광학 구조체.
  18. 제1항의 광학 구조체를 포함하는 간판.
  19. 제1항의 광학 구조체를 포함하는 조명 기구.
  20. 제1항의 광학 구조체를 포함하는 디스플레이.
  21. 제1 표면 및 도광체의 주 광 출구면을 포함하는 제2 표면을 갖는 도광체;
    평행화(collimating) 반사 편광기; 및
    도광체와 평행화 반사 편광기 사이에 배치되고, 1.35 이하의 굴절률을 갖고, 도광체의 제2 표면 및 평행화 반사 편광기에 부착되는 저굴절률층을 포함하는 광학 구조체.
  22. 삭제
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