KR20050004238A

KR20050004238A - 다기능 광학 조립체

Info

Publication number: KR20050004238A
Application number: KR10-2004-7019183A
Authority: KR
Inventors: 에몬스로버트엠.; 램데이비드제이.; 리우야오끼제이.; 루잉유; 마익스너레리에이.; 모쉬레프자데로버트에스.; 포코니리챠드제이.; 라이너스티븐제이.; 왓슨필립이.; 휘트니리랜드알.; 양지에
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2005-01-12
Also published as: SG144748A1; US7095943B2; AU2003221696A8; US7010212B2; AU2003221696A1; US20060083478A1; WO2003102642A2; US20030223216A1; US20060285816A1; WO2003102642A3; JP2005527864A; US7218831B2; SG144747A1; TW200405090A; TWI231392B; CN1656395A; EP1508062A2

Abstract

본 발명은 입구면을 갖는 광 처리 부재, 및 상기 광 처리 부재의 입구면에 부착되는 출구면을 갖는 광 전달 부재를 구비하는 통합 광학 조립체를 제공한다. 상기 광 처리 부재와 광 전달 부재는 광 처리 부재의 입구면과 광 전달 부재의 출구면 사이에 보이드를 형성하는 방식으로 함께 부착된다. 광 처리 부재와 광 전달 부재 사이의 보이드는 광 처리 부재의 입구면의 상당 부분에 걸쳐 경계면을 제공할 수 있다.

Description

다기능 광학 조립체{MULTIFUNCTIONAL OPTICAL ASSEMBLY}

통상적인 광학 디스플레이 시스템은 디스플레이에 의해 나타나는 정보를 관찰하는데 필요한 광원을 포함한다. 랩톱 컴퓨터와 같은 배터리 급전형 장비에서, 광원은 상기 장비의 전체 전력의 상당 부분을 차지할 수 있다. 따라서, 주어진 조도를 생성하는데 필요한 전력의 양을 줄이는 것이 배터리 수명을 증가시킬 수 있는 바, 이는 배터리 급전형 장비에서 특히 바람직할 수 있다.

미네소타 세인트폴 소재의 3M 컴퍼니에서 시판 중인 3M 상표 BEF(Brightness Enhancement Film)는 이 문제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 광학 필름의 한가지 형태이다. BEF 및 유사 필름은 통상 광의 파장에 비해 큰 프리즘 어레이를 일 표면에 포함한다. 이 구조는 축외(off-axis) 광을 재배향시키고 축상(on-axis) 광을 재순환시켜 결국 디스플레이 축상으로부터 나오도록, 즉 대체로 뷰어(viewer)를 향하도록 함으로써 광학 디스플레이 시스템의 축상 밝기를 증대시킬 수 있다. 사용시에, 이들 필름은 통상 일차원 또는 이차원에서의 축외 조도를 소모하여 축상 조도를 증대시킨다. 이런 식으로, 재료는 디스플레이 설계자가 전력 소비의 감소와더불어 소망하는 정도의 축상 조도를 얻을 수 있도록 도와준다. 구조화된 표면을 갖는 BEF 및 기타 유사 필름의 다양한 실시예가 예를 들면 미국 특허 제5,394,255호(Yokota 등), 제5,552,907호(Yokota 등), 제5,917,664호(O'Neill 등), 제6,052,164호(Cobb, Jr 등), 제6,091,547호(Gardiner 등), 및 제6,111,696호(Allen 등)에 개시되어 있다.

밝기 개선은 광 재순환을 바람직하게 포함하는 반사 및 굴절 과정을 통해서 그러한 프리즘 구조의(prism structured) 표면 필름에 의해 이루어진다. 바람직한 백라이트 구조로 사용될 때, 프리즘 구조의 표면 필름은 뷰어의 방향으로(대개는 LCD의 전방으로 직접) 광을 전송하는 바, 이 광은 그렇지 않을 경우 스크린을 하이 앵글로(뷰어를 빗나가서) 떠나게 될 것이다.

프리즘 구조의 표면 필름은, 광을 협폭의 만곡형 출구 프로파일로 하여 사용자 쪽으로 향하도록 하기 위해, 공기 또는 충분히 낮은 굴절율을 갖는 다른 재료와의 경계면을 갖는 편평면 또는 거의 편평한 입구면을 (프리즘으로부터 필름의 반대측에) 갖는다. 상기 입구면은 일반적으로 광이 입구면에 의해 정해지는 수직 방향으로부터 대략 40도 보다 큰 내부 각도로 필름에 진입하는 것을 방지한다.

보다 효율적으로 작동하기 위해, 프리즘 구조의 표면 필름의 입구면은 통상 에어 갭에 의해 디스플레이 시스템의 다른 부재로부터 분리되며, 따라서 그 입구면을 통해 프리즘 구조의 표면 필름에 진입하는 광의 굴절 특성은 예를 들면 확산층, 광 가이드(light guide) 등의 대체로 보다 높은 굴절율에 의해 영향을 받지 않는다. 예를 들면, 공기는 1의 굴절율을 가지며, 확산층을 만드는데 사용되는 폴리머는 통상 프리즘 구조의 표면 필름을 제조하는데 사용되는 재료의 굴절율에 근접하는 보다 높은 굴절율을 갖는다. 그 결과, 폴리머 경계면에서의 광 굴절은 공기 경계면에서의 광 굴절과 상이하다. 입구면을 갖는 프리즘 구조의 표면 필름을 구비하는 광학 디스플레이 시스템을 제조하기 위한 오늘날의 기술은 통상, 광학적으로 두 층을 결합할 접착제 또는 다른 작용제가 없는 경우 서로 층을 이루는 두 개의 필름 사이에 본질적으로 존재하게 될 에어 갭에 의존한다.

그러나 이러한 접근은 프리즘 구조의 표면 필름을 광학 디스플레이 시스템의 다른 부재와 조립하기 위한 필요성 때문에 광학 디스플레이의 조립 비용을 증가시킬 수 있다. 층형성(layering) 접근은 또한 프리즘 구조의 표면 필름의 입구면과 입구면 근처의 다른 부재들 사이의 에어 갭이 입구면에 걸쳐서 변화되므로 광학 디스플레이의 모양에 있어서 불균일성을 초래할 수도 있다. 예를 들면, 일부 경우에 입구면은 입구면에서의 필름으로의 광의 굴절에 부정적으로 영향을 미치는 방식으로 인접 부재와 접촉될 수 있다.

본 발명은 일반적으로 광학 조립체에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 디스플레이 시스템에 사용되기 위한 다기능 광학 조립체에 관한 것이다.

도1a는 본 발명에 따른 광학 조립체의 개략 도시도이다.

도1 내지 도12는 본 발명에 따른 다양한 예시적 광학 조립체의 부분 단면도이다.

도13은 본 발명에 따른 광학 조립체를 구비하는 하나의 광학 디스플레이 시스템의 도시도이다.

도14a 내지 도14c는 본 발명에 따른 광학 조립체에 사용하기 위한 구조물을 형성하는 하나의 방법의 부분 단면도이다.

도15 및 도16은 본 발명에 따른 광 처리 부재에 부착된 박리 라이너와 경화성 접착제의 부분 단면도이다.

본 발명은 입구면을 갖는 광 처리 부재(light management component), 및 상기 광 처리 부재의 입구면에 부착되는 출구면을 갖는 광 전달 부재(light delivery component)를 구비하는 통합(integrated) 광학 조립체를 제공한다. 상기 광 처리 부재와 광 전달 부재는, 광 처리 부재의 입구면과 광 전달 부재의 출구면 사이에 보이드(voids)를 형성하는 방식으로 함께 부착된다.

광 처리 부재와 광 전달 부재 사이의 보이드는, 예를 들면 공기 경계면이 입구면의 상당한 부분에 걸쳐서 유지될 수 있을 때 광 처리 부재가 그 기능이 향상되는 방식으로 구성될 때 장점을 제공할 수 있다. 보이드는 종종 공기에 의해 충진될 수 있지만, 입구면과 상이한 바람직한 굴절율을 제공하는 임의의 다른 단일 또는 다수의 가스로 충진될 수도 있다. 예를 들면, 보이드는 공기 이외의 하나 이상의 가스로 충진될 수도 있다. 또한, 보이드는 복수로 지칭될 수도 있지만, 후술하는 도면에서 기재되는 보이드는 사실상 광 처리 부재와 광 전달 부재 사이에 보이드를 유지하도록 설계된 구조물에 의해 차단되는 연속적 보이드의 일부일 수 있음을 이해해야 한다.

그 결과, 본 발명에 따른 광학 필름 조립체는 실질적으로 통합 다기능 광학 조립체를 제공하는 한편 광 처리 부재의 굴절 특성을 유지할 수 있다.

본원에서 사용되는 "광 처리 부재"는 입사광의 적어도 일 부분을 굴절, 반사, 전체 내부 반사, 및/또는 불만족스러운 전체 내부 반사를 통해 원하는 방향으로 향하게 하도록 작동될 수 있는 광학 장치(필름, 보디 등)로서 정의된다.

본원에서 사용되는 "광 전달 부재"는 출구면을 갖는 광학 장치(필름, 보디 등)이며, 광은 상기 출구면을 나와서 광 처리 부재의 입구면을 향해 이동한다. 광은 또한 광 전달 부재의 다른 표면을 빠져나온다.

본 발명에 따른 광학 조립체와 연관하여 사용되는 (적용가능할 때의) 광 처리 부재 및/또는 광 전달 부재는 미국 특허 제5,917,664호(O'Neill 등)에 기재된 바와 같은 광학 게인을 나타내는 것으로 기술될 수 있다. 그 광학 게인은 바람직하게는 1 또는 그 이상이다.

광 처리 부재와 광 전달 부재가 상호 부착되어 통합 광학 조립체로 되므로, 제조가 간단해질 수 있고, 두 부재(광 처리 부재 및 광 전달 부재)의 일체성이 개선될 수 있으며, 통합 광학 조립체를 포함하는 광학 디스플레이 시스템의 비용이 감소될 수 있다.

하나의 태양에서, 본 발명은 입구면을 갖는 광 처리 부재, 및 상기 광 처리 부재의 입구면과 마주하는 출구면을 갖는 광 전달 부재를 구비하는 광학 조립체를 제공한다. 상기 광 전달 부재의 출구면은 하나 이상의 부착 지점에서 광 처리 부재의 입구면에 부착되며, 상기 하나 이상의 부착 지점은 출구면과 입구면 사이에 배치되는 비충진(unfilled) 보이드를 형성한다. 상기 광 처리 부재와 광 전달 부재중 하나 또는 이들 양자는 1 이상의 광학 게인을 나타낸다.

다른 태양에서, 본 발명은 입구면을 갖는 광 처리 부재를 구비하는 광학 조립체를 제공하며, 광 처리 부재는 그 입구면으로 진입하는 광에 대해 1 이상의 광학 게인을 나타낸다. 광학 조립체는 또한 광 처리 부재의 입구면과 마주하는 박리 라이너(release liner), 및 상기 박리 라이너와 광 처리 부재의 입구면 사이에 배치되는 경화성(curable) 접착제를 구비하며, 상기 경화성 접착제는 입구면에 부착되어 박리 라이너와 광 처리 부재의 입구면 사이에 보이드를 형성한다.

본 발명의 상기 및 기타 특징들 및 장점들은 본 발명의 몇가지 예시적 실시예와 관련하여 후술될 것이다.

후술하는 실시예에 대한 상세한 기재에서는, 그 부분을 형성하는 첨부 도면이 참조되는 바, 이들 도면에는 본 발명이 실시되는 특정 실시예들이 예시적으로 도시되어 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 상태에서 다른 실시예들이 사용될 수 있고 구조적 변화가 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다.

일부 실시예에서, 도1a에 도시된 본 발명은 광 전달 부재(30')와 통합되는 광 처리 부재(20')를 구비하는 광학 조립체(10')를 제공한다. 두 부재(20', 30') 사이의 부착은 이들 부재 사이에 보이드(41')가 생성되도록 이루어지며, 상기 보이드에서 광 처리 부재(20')와 광 전달 부재(30')는 부착된다.

보이드(41')는 비충진 보이드인 바, 즉 이들 보이드는 통상 하나 이상의 예를 들면 공기, 질소 등과 같은 가스를 함유한다. 상기 비충진 보이드(41')는 둘러싸는 재료보다 실질적으로 낮은 굴절율을 갖는 것이 바람직하며, 일부 경우에는,예를 들면 대략 1의 굴절율을 갖는 것이 바람직할 수 있다.

많은 경우에, 광 처리 부재는, 광 전달 부재의 출구면으로부터 나오는 광이 예를 들면 관측(viewing), 밝기 등을 개선시킬 수 있는 소정 범위의 각도로 재배향되도록, 입구면에 진입하는 광의 굴절에 의존한다. 많은 경우에, 광 처리 부재의 입구면에서의 굴절율 차이는 비교적 큰 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 광 처리 부재는 폴리머나 기타 비교적 높은 굴절율을 갖는 재료(예를 들면, 1.586의 굴절율을 갖는 폴리카보네이트)로 제조되고, 입구면은 (그 굴절율이 1.0인) 공기에 노출되는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 경계면은 광 처리 부재에 그 입구면을 통해서 진입하는 광에 대해 바람직한 레벨의 굴절율을 얻을 수 있다.

광 전달 부재는 예를 들면 광 처리 부재의 입구면에 광이 진입하기 전에 광을 확산시키는 확산체(diffuser)일 수 있다. 확산은 예를 들면 특징을 불명확하게 하고, 광을 균질화하며, 광 전달 부재를 나오는 광의 분산을 변화시키고, 광 처리 부재의 입구면에 입사되는 광의 접근 각도를 변화시키는 등을 위해 제공될 수 있다. 다른 변형예에서, 광 전달 부재는 예를 들면 광 처리 부재의 입구면 위에 분포되는 광을 제공하는 광 가이드일 수 있다.

경계면에서의 광의 굴절 특성이 그 경계면에서의 굴절율들의 비율의 함수이기 때문에, 광학 조립체의 성능을 전체적으로 제어하기 위해 광 처리 부재와 광 전달 부재 사이의 간격이 사용될 수 있다. 많은 경우에, 광 처리 부재와 광 전달 부재는 유사한 굴절율을 갖는 재료로 제조될 수 있다. 그 결과, 광 처리 부재의 입구면과 광 전달 부재의 출구면 사이의 접촉 면적은 예를 들면 공기/입구면 경계면사이에서 나타날 것보다 작은 굴절율 차이를 나타낼 것이다. 이러한 보다 작은 굴절율 차이는 광 처리 부재의 성능에 대해서, 따라서 전체적으로는 광학 조립체에 대해서 부정적인 영향을 끼칠 수 있다.

광 처리 부재의 입구면에 진입하는 광의 굴절 특성을 유지하기 위해, 본 발명은 광 처리 부재의 입구면과 광 전달 부재의 출구면 사이에 비충진 보이드를 구비한다. 보이드가 차지하는 입구면 부분을 제외하고, 광 전달 부재의 출구면의 거의 전부는 광학 조립체 내의 광 처리 부재의 입구면에 부착되는 것이 바람직하다.

보이드는 일부 실시예에서, 광 처리 부재와 광 전달 부재 사이에 배치되는 스페이서에 의해 형성될 수 있으며, 상기 스페이서는 광 처리 부재와 광 전달 부재 사이의 체적의 일부를 차지한다. 많은 경우에, 스페이서는 광 처리 부재 및/또는 광 전달 부재와 일체일 수 있다.

상기 스페이서는 광 처리 부재의 입구면의 일부분 만을 차지한다. 예를 들면, 보이드는 광 처리 부재의 입구면의 절반 이상을 차지하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 예에서는, 보이드가 광 처리 부재의 입구면의 90% 이상을 차지하고 스페이서가 광 처리 부재의 입구면의 나머지 10% 이하를 차지하는 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로, 보이드가 광 처리 부재의 입구면의 95% 이상을 차지하고 스페이서가 광 처리 부재의 입구면의 5% 이하를 차지할 수 있다. 따라서, 광 처리 부재의 입구면의 상당한 부분을 보이드가 차지하며 그로 인해 광 전달 부재가 광 처리 부재와 통합되더라도 입구면을 통해 광 처리 부재에 진입하는 광의 굴절 특성이 유지된다.

후술하듯이, 보이드는 광 처리 부재와 광 전달 부재 사이에 개재되는 다양한 구조물에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 보이드는 광 처리 부재 근처에 출구면을, 즉 광이 광 처리 부재의 입구면에 도달하기 전에 이를 통해 보이드를 빠져나가는 표면을 구비하는 것으로 형성될 수 있다. 보이드의 출구면과 광 처리 부재의 입구면은 일치하거나 동일할 수 있지만(예를 들면 도1 및 도3 참조), 일부 경우에는 그렇지 않다. 예를 들면, 도5 및 도6은 보이드의 출구면이 실제 광 처리 부재의 입구면과 동일하지 않은 예를 도시하고 있다.

마찬가지로, 보이드는 입구면, 즉 광이 광 전달 부재를 빠져나간 후 보이드에 진입할 때 통과하는 표면으로서 형성될 수 있다. 보이드의 입구면과 광 전달 부재의 출구면은 일치하거나 동일할 수 있지만(예를 들면 도1 참조), 일부 경우에는 그렇지 않다. 예를 들면, 도3 내지 도5는 실제 광 전달 부재의 출구면과 보이드의 입구면이 동일하지 않은 예를 도시한다.

도1은 본 발명에 따른 하나의 예시적 광학 조립체의 부분 단면도이다. 광학 조립체(10)는 확산체 형태의 광 전달 부재(30)에 부착되는 광 처리 부재(20)를 구비한다. 보이드(41)는 입구면(24)의 상당 부분을 차지하도록 광 처리 부재(20)와 광 전달 부재(30) 사이에 형성된다. 본 발명과 연관하여 사용되듯이, 광 처리 부재(20)와 광 전달 부재(30) 사이의 부착은 접착제일 수 있으며, 이 접착제는 감압성(pressure sensitive) 접착제 또는 임의의 다른 접착제, 예를 들면 경화성 접착제이다.

도시된 광 처리 부재(20)는 그 입구면(24)으로부터 광 처리 부재의 반대쪽에프리즘 어레이(22)를 구비하지만, 광 처리 부재(20)는 다양한 형태를 취할 수 있다. 그러므로, 광 처리 부재(20)는 전술한 것(예를 들면, BEF 등)과 같은 프리즘 구조의 표면을 가질 수 있다. 광 처리 부재(20)는 폴리카보네이트(굴절율 1.586)와 같이 굴절율이 보다 큰 재료가 사용되는 것이 바람직할 수 있지만, 공기보다 큰 굴절율을 갖는 임의의 적합한 투명 재료로 제조될 수 있다.

프리즘 구조의 표면을 갖는 적합한 광 처리 부재 구조의 몇가지 예에는 BEF I 또는 BEF II, TRAF(Transparent Right Angle Film), OLF(Optical Lighting Film), SOLF, 또는 Diamond Grade Sheeting(이것들은 모두 미네소타 세인트폴 소재의 3M 컴퍼니에서 시판 중임)이 포함되지만, 이것에 제한되지는 않는다. 광 처리 부재 구조의 다른 예로는 미국 특허 제5,394,255호 및 제5,552,907호(양 특허는 모두 Yokota 등에게 허여된 것임)에 개시된 원형 피크/밸리 필름이 포함될 수 있다.

도1에 도시되어 있듯이, 광 처리 부재의 입구면(24)은 입구면(24)을 통한 광 처리 부재(20)내로의 광의 굴절이 균일하도록 실질적으로 매끄러운(smooth) 것이 바람직할 것이다. 도시된 광 전달 부재(30)는 광 처리 부재(20)로부터 멀리 향하는 하부면(34)을 갖는다. 본원에서 "상부", "하부", "측부" 등과 같은 관련 용어들은 도면과 관련한 예시적 실시예들의 이해를 돕기 위해서만 사용되며, 명확히 요구되지 않는 한 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 도시된 하부면(32)은 매끄럽지만, 매끄러울 것이 요구되지는 않는다.

도시된 구조에서, 스페이서(40)는 광 전달 부재(30)와 일체(unitary) 구조로 형성된다. 본원에서 사용되는 "일체 구조"는 스페이서(40)와 광 전달 부재(30)가예를 들면, 몰딩, 열성형, 주조, 또는 유사 공정에서와 같이 재료의 연속 질량체로서 형성되는 것이다. 본 발명에 따른 광학 조립체에서의 스페이서(40)에 대한 대안적 구조가 후술된다.

도1에 도시된 다른 특징은 광 전달 부재(30)와 광 처리 부재(20) 사이에 배치되는 스페이서(40)가 입구면(24)의 일부만을 차지한다는 것이다. 전술했듯이, 스페이서(40)는 입구면(24)의 10% 이하(일부 경우에는 5% 이하)를 차지할 수 있다. 스페이서(40)가 입구면(24)과 직접 접촉하는 영역은 여전히 광을 굴절시킬 수 있다. 대안적으로, 스페이서(40)가 차지하는 영역에서 입구면(24)에 입사되는 광은 입구면(24)으로부터 반사되거나 흡수(예를 들면 입구면(24)과 스페이서(40)의 경계면에 흡수 재료가 위치될 경우)될 수 있다.

상기 입구면(24)중 스페이서(40)가 차지하는 부분을 제한하면, 바람직하게 스페이서(40)와의 접촉이 없는 면적이 증가된다. 입구면(24)중 스페이서(40)가 차지하는 영역은 보이드(41)로서 형성될 수 있다. 보이드(41)내에서는, 광 처리 부재(20)의 굴절 특성을 유지하기 위해 공기/입구면 경계면이 형성되도록 입구면(24)이 공기에 노출되는 것이 바람직할 수 있다.

광 처리 부재(20)의 입구면(24)의 일부만을 차지하는 것에 더하여, 스페이서(40)는 전체 입구면(24)에 걸쳐서 분포되는 것이 바람직하다. 즉, 스페이서(40)는 예를 들면 입구면(24)의 에지에 제한되지 않는 것이 바람직하다. 스페이서(40)는 광 처리 부재(20)의 입구면(24)에 걸쳐서 균일하게 분포되는 것이 보다 바람직할 수 있다. 균일한 분포가 바람직할 수 있지만, 스페이서(40)는 규칙적인 패턴, 불규칙한(irregular) 패턴, 랜덤한 분포 등으로 제공될 수 있다.

광 처리 부재(20)의 입구면(24)과의 관계와 마찬가지로, 스페이서(40)는 또한 광 전달 부재(30)의 출구면(32)의 일부만을 차지할 수 있다. 도1에서 스페이서(40)는 광 처리 부재(20)의 입구면(24)을 차지하는 것과 동일한 만큼 광 전달 부재(30)의 출구면(32)을 차지하도록 균일한 단면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 이 관계가 요구되는 것은 아니다. 즉, 스페이서(40)는 그것이 입구면(24)에서 차지하는 부분과 동일한 부분을 출구면(32)에서 차지할 수 있거나, 그보다 적게 또는 많게 차지할 수도 있다.

스페이서(40)의 형상, 크기 및 측방 간격은 변화될 수 있다. 예를 들면, 스페이서는 예를 들면 입구면(24)의 개별 영역들을 차지하는 지주(posts)(예를 들면, 원형, 사각형, 삼각형, 타원형, 불규칙 형상 등)로서 형성될 수 있다. 대안적으로, 스페이서(40)는 광학 조립체로부터 예를 들면 에지-대-에지로 연장되는 리브 또는 다른 구조물로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서는, 지주형 구조물 및 리브형 구조물이 조합될 수 있다.

스페이서(40)는 개별 구조물(예를 들면, 지주, 리브 등)로서 제공될 수도 있지만, 예를 들면 육각형, 삼각형, 정사각형, 직사각형 등의 셀 형태로 제공될 수도 있으며, 각각의 셀은 여러개의 보이드(41)중 하나를 형성하고 있다. 그러한 설계에서, 각각의 보이드(41)는 독립적일 수 있으며, 보이드(41) 사이에는 유체가 거의 연통되지 않는다. 다른 실시예에서, 예를 들면 스페이서(40)가 지주이거나 독립 보이드(41)를 형성하지 않는 다른 구조물인 경우에, 보이드(41)는 상호 연결될 수도 있다. 다른 식으로 특징짓자면, 도1에 도시된 다수의 보이드(41)는 하나의 큰 보이드중 실제로 스페이서(40)가 배치되는 부분일 수 있다.

또한, 스페이서에서의 형상 변화는 상이한 광학 조립체 사이에서 및/또는 동일 광학 조립체 내에서 볼 수 있다. 또한, 스페이서의 크기는 상이한 광학 조립체 사이에서 그리고 동일 광학 조립체 내에서 변화될 수 있다. 또한, 스페이서 사이의 측방 간격은 상이한 광학 조립체 사이에서 및/또는 동일 광학 조립체 내에서 변화될 수 있다. 형상, 크기, 및 측방 간격의 변화에 관계없이, 스페이서(40)가 차지하는 표면의 양은 전술한 한계 이내로 유지되는 것이 바람직하다. 또한, 형상, 크기, 및/또는 간격의 변화는 바람직하지 않은 광학 효과, 예를 들면 모아레(moire) 등을 감소 또는 방지하기 위해 제공될 수 있다.

본 발명을 위해서, 광 전달 부재(30)의 출구면(32)은 일부 실시예에서는 노출되지 않거나 최소한으로만 노출될 수 있지만, 그 위에 스페이서(40)가 배치되는 표면으로서 형성된다. 도1에서는 스페이서와 광 전달 부재(30)의 일체형 구조로 인해, 출구면(32)은 (도1에서 각 스페이서(40) 아래의 파선으로 도시되는) 스페이서(40)가 차지하는 영역 아래에서 연장되는 것으로 특징지을 수 있다. 그 원리가 도2에 도시되어 있는 바, 여기에서 광학 조립체(110)의 광 전달 부재(130)는 광 전달 부재(130)의 출구면(132)의 거의 전부를 차지하는 스페이서(140)를 구비한다. 그러나, 스페이서(140)의 테이퍼진 형상은 스페이서가 광 처리 부재(120)의 입구면(124)의 일부만을 차지하도록 보장한다.

도1로 돌아가서, 광 처리 부재(20)의 입구면(24)의 일부만을 차지하는 것과,공기 경계면이 유지되는 보이드(41)를 형성하는 것에 더하여, 스페이서(40)는 광 처리 부재(20)와 광 전달 부재(30)가 서로 부착될 수 있는 구조를 제공하는 것이 바람직하다. 도1의 실시예에서, 광 처리 부재(20)의 입구면(24)과 접촉하는 스페이서(40) 부분은 스페이서(40)를 입구면(24)에 부착하는 접착제(42) 또는 다른 접착 조성물을 포함할 수 있다. 적절한 접착제로는 예를 들면 감압성 접착제, 경화성 접착제, 용제-기초(solvent-based) 접착제 등이 포함될 수 있다. 접착제는 필요에 따라 광학적으로 깨끗하고, 확산적이며, 흡수적이고, 반사적일 수 있다.

전술했듯이, 도시된 실시예의 광 전달 부재(30)는 광을 광 처리 부재(20)의 입구면(24)에 진입하기 전에 확산시킨다. 본원에서 사용되는 용어로서 "확산한다", "확산" 및 그 변형 표현은 광이 광 전달 부재(30)에 접근했을 때 따라온 방향으로부터 광 전달 부재(30)를 통과할 때 방향이 변화되는 것을 의미한다. 방향의 변화는 바람직하게는, 광 처리 부재(20)로부터 광 전달 부재(30)의 반대측에 배치된 특징들이 사람의 나안(naked eye)에 의해 시각적으로 식별될 수 없도록 이루어질 수 있다.

광 전달 부재(30)에 의해 제공되는 확산은 예를 들면 Harada 등에게 허여된 미국 특허 제6,381,068호에 개시된 바와 같이 이방성이거나 또는 균등확산(Lambertian)(확산된 광이 법선축으로부터 제로에서 90도까지 모든 방향에서 실질적으로 균일한 경우)에 가까울 수 있다. 확산은 파장 종속적이거나 그렇지 않을 수 있다. 또한, 확산은 편광에 민감하거나 그렇지 않을 수 있는 바, 즉 확산은 모든 편광 방위의 광에 대해 발생될 수 있거나, 또는 하나 이상의 편광 방위의 광에대해 선택적일 수 있다. 편광 민감성 확산의 예 및 이를 달성하기 위한 문헌은 예를 들면 미국 특허 제6,111,696호 및 제6,239,907호(둘 다 Allen 등에게 허여됨)에 기재되어 있다.

광 전달 부재(30)는 다양한 광학 특성을 나타낼 수 있다. 이들 광학 특성은 광 처리 부재(20), 및 광이 광 전달 부재(30)를 통과한 후 도달할 때 통과하게 되는 임의의 다른 광학 부재의 광학 특성을 보충하도록 선택될 수 있다. 광 전달 부재(30)에 의해 나타나게 될 수 있는 광학 특성에는 입사광의 비교적 높은 전방 투과(광 전달 부재가 확산체인 경우), 및 광 전달 부재(30)를 통해 광 처리 부재(20)로 이동하는 광에 대한 편광 보존이 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.

전술한 제1 광학 특성인, 광의 높은 전방 투과, 예를 들면 입사광의 대략 70% 이상, 보다 바람직하게는 대략 80% 이상의 투과는, 주위 광이 광 처리 부재(20)에 도달하기 전에 광 전달 부재(30)로부터 반사되는 것을 방지하거나 감소시킬 수 있다. 높은 전방 투과는 광 전달 부재(30)를 통해 양 방향으로 이동하는 광에 대해 나타날 수 있거나 일 방향으로 보다 높게 나타날 수 있다.

본 발명과 함께 사용되는 광 전달 부재(30)에 의해 나타날 수 있는 다른 광학 특성은 편광 보존(polarization preservation)이다. 즉, 광 전달 부재는 광 처리 부재(20)를 향해 광 전달 부재(30)를 통과하는 광의 상당 부분의 편광 상태를 전환시키지 않거나 아니면 그 편광 상태에 영향을 주지 않을 수 있다. 이 광학 특성은 광의 특성의 편광에 의존하는 광학 부재, 예를 들면 액정 표시장치(LCD) 등과 연관하여 유용할 수 있다.

도시된 광 전달 부재(30)는 소망의 광 확산을 제공하기 위해 광 전달 부재(30)에 합체된 벌크 확산 입자(36)를 포함하는 벌크 확산체이다. 요구되지는 않지만, 스페이서(40) 또한 벌크 확산 입자(36)를 포함할 수 있다. 또한, 필요하다면, 스페이서(40)와 광 처리 부재의 입구면(24) 사이에 제공되는 접착제(42) 또한 확산체로서 작용할 수 있다. 대안적으로, 접착제(42)는 광학적으로 깨끗할 수 있다. 벌크 확산체는 투명한 기초 재료와, 이 기초 재료에 분산되는 적어도 하나의 광-확산 재료, 예를 들면 안료 및/또는 비드(bead; 구슬)를 포함할 수 있다. 사용되는 안료는 백색 안료(예를 들면, 산화 티타늄)를 포함할 수 있으며, 또한 하나 이상의 착색 안료, 예를 들면 카본 블랙을 포함할 수도 있다.

도3은 본 발명에 따른 광학 조립체의 다른 실시예를 도시한다. 광학 조립체(210)는 스페이서(240) 및 보이드(241)에 의해 분리되는 광 처리 부재(220) 및 광 전달 부재(230)를 포함한다. 이 실시예에서의 스페이서(240)는 도1 및 도2에 도시된 실시예에서와 같이 광 전달 부재(230)와 일체를 이루지 않고 광 처리 부재(220)와 일체를 이룬다. 전술한 실시예와 마찬가지로, 스페이서(240)는 광 처리 부재(220)의 입구면(224)의 일부만을 차지한다.

도1에 도시된 실시예와의 차이에 있어서, 광 전달 부재(230)의 출구면(232)은 스페이서(240)를 출구면(232)에 부착하는 접착제(242) 또는 다른 접착 조성물을 구비한다. 적절한 접착제로는 예를 들면 감압성 접착제, 경화성 접착제, 용제-기초 접착제 등이 포함될 수 있다. 접착제는 필요에 따라 광학적으로 깨끗하고, 확산적이며 기타 등등일 수 있다. 그러나, 접착제(242)가 광 전달 부재(230)의 출구면(232)의 상당 부분 또는 거의 전부를 덮는다면, 이는 바람직하게는 광 전달 부재(230)로부터 출구면(232)에 입사되는 광의 상당 부분을 투과한다는 것에 유의해야 한다.

도4는 본 발명에 따른 광학 조립체(310)의 다른 예시적 실시예를 도시한다. 광학 조립체(310)는 입구면(324)을 갖는 광 처리 부재(320)를 구비한다. 입구면(324)에는 스페이서(340)가 부착된다. 스페이서(340)들 자체는 베이스 층(346)을 통해서 서로 부착된다. 베이스 층(346) 자체는 다른 기판(330)에 부착되어 있다. 그러나, 기판(330)은 선택적인(optional) 것임에 유의해야 한다. 도4에 도시된 실시예에서, 스페이서(340) 및 그 베이스 층(346)은 광 처리 부재(320)에 그 입구면(324)을 통해서 진입하는 광의 벌크 확산체로서 작용한다. 도시된 실시예에서, 스페이서(340) 및 베이스 층(346)을 형성하는데 사용되는 재료는 그 내부에 배치되는 확산 입자(336)를 갖는다. 그 결과, 스페이서(340) 및 베이스 층(346)을 통과하는 광은 광 처리 부재(320)의 입구면(324)에 도달하기 전에 확산된다.

도5는 본 발명에 따른 광학 조립체(410)의 다른 실시예를 도시한다. 도5의 광학 조립체는 두 개의 광 처리 부재(420, 470)를 포함한다. 도시되어 있듯이, 광 처리 부재(420, 470)는 예를 들면 BEF와 같은 프리즘 구조의 표면을 갖는다. 도5의 실시예에서 프리즘 구조는 교차하는(crossed) 구성을 갖는 것으로 도시되어 있는 바, 즉 프리즘은 정렬되어 있지 않다(광 처리 부재(470)에서의 파선은 광 처리 부재(470)에서의 각 프리즘 사이에 배치되는 밸리를 나타냄).

도5의 광학 조립체는 또한 광 전달 부재(460)와 광 처리 부재(420) 사이에배치되는 다수의 스페이서(440)를 구비한다. 이들 스페이서(440)는 (도4에 도시된 바와 같이) 베이스 층(450)과 일체를 이룰 수도 있지만 베이스 층(450)에 부착되는 것으로 도시되어 있다. 접착제 층(442, 444)은 스페이서(440)와 베이스 층(450)의 각 측부에 배치된다. 접착제 층(442)은 베이스 층(450)을 광 처리 부재(420)에 부착하는데 사용된다. 접착제 층(444)은 스페이서(440)를 광 전달 부재(460)에 부착하는데 사용된다. 이 실시예에서, 베이스 층(450)과 접착제 층(442)은 광 처리 부재(420)에 사용되는 재료의 굴절율과 실질적으로 매치되는 굴절율을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 그 결과, 광 처리 부재(420)에 진입하는 광은 적절하게 굴절될 수 있다. 접착제 층(444)은 광 전달 부재(460)로부터 스페이서(440) 사이의 보이드로 이동하는 광을 유익하게 확산시킬 수 있다.

도6은 본 발명의 원리에 따른 다른 광학 조립체를 도시한다. 광학 조립체(510)는 입구면(524)을 갖는 광 처리 부재(520)를 구비한다. 또한, 광학 조립체(510)에는, 베이스 층(550)에 부착되는 스페이서(540)가 포함된다. 도시된 실시예에서, 베이스 층(550)은 스페이서(540)와 일체를 이룬다. 스페이서(540)는 각각 도6에 도시된 바와 같이 광학 조립체(510)의 하부에 배치된 광 전달 부재(560)의 표면(562)에 부착된다.

광 전달 부재(560)는 예를 들면, 광이 광 전달 부재(560)로부터 추출되어 나오는 추출 지점으로서 작용하는, 스페이서(540)와 광 전달 부재(560)의 표면(562) 사이의 접촉점을 갖는, 광 가이드일 수 있다. 추출된 광은 광 처리 부재(520) 내로 그 입구면(524)을 통해서 이동할 수 있다. 이 실시예에서, 베이스 층(550) 및스페이서(540) 용으로 사용되는 재료는 광 처리 부재(520)를 제조하는데 사용되는 굴절율과 거의 매치되는 굴절율을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이 실시예에는 또한, 베이스 층(550)과 스페이서(540)를 제조하는데 사용되는 재료에 배치되는 확산 입자(536)가 도시되어 있다. 따라서, 광 전달 부재(560)를 나와서 광 처리 부재(520)에 그 입구면(524)을 통해서 진입하는 광은 확산될 수 있다.

또 다른 광학 조립체가 도7에 도시되어 있는 바, 여기에서 광학 조립체(610)는 그 상부에 광 처리 부재(620)를 구비하고 그 하부에 광 전달 부재(660)를 구비한다. 도6에 도시된 실시예에서와 같이, 광학 조립체(610)는 예를 들면 광 가이드 형태의 광 전달 부재(660)를 구비할 수 있다. 그 결과, 광 전달 부재(660)의 표면(662)과 접촉하여 배치된 스페이서(640)는 광 전달 부재(660)의 광 가이드를 통해 이동하는 광을 추출하는데 사용될 수 있다. 스페이서(640)는 베이스 층(650)과 일체로 형성되는 바, 상기 베이스 층은 또한 그 반대측에, 즉 광 처리 부재(620)의 입구면(624)을 향하는 베이스 층(650) 측에도 스페이서(640)를 구비한다.

베이스 층(650) 및/또는 스페이서(640)는 바람직하게는 확산 입자(636)를 구비하며, 그렇지 않으면 광 전달 부재(660)를 떠나서 광 처리 부재(620)에 그 입구면(624)을 통해서 진입하는 광을 확산하는 작용을 할 수 있다. 도7에 도시된 구조의 한가지 잠재적 장점은 (전술한 광학 조립체(510)에서와 같이) 광 처리 부재(620)에 사용되는 재료와 베이스 층(650) 사이의 굴절율을 매치시킬 필요가 없도록 입구면(624)에 걸쳐서 다수의 보이드가 유지된다는 것이다.

도8에 도시된 광학 조립체(710)는 본 발명과 연관하여 사용하기에 적합할 수있는 다른 특징을 도시한다. 예를 들면, 베이스 층(750)과 광 처리 부재(724) 사이에 배치되는 스페이서(740)는, 스페이서(740)가 광 처리 부재(720)의 입구면(724)과 접촉하는 지점에 근접하여 반사층(748)을 구비할 수 있다. 상기 반사층(748)은 예를 들면 금속화(metallized) 층 또는 다른 반사 재료 형태일 수 있다. 도시된 실시예에서, 스페이서(740)는 접착제 층(742)을 통해서 광 처리 부재(720)의 입구면(724)에 부착된다. 도8에 도시된 구조의 한가지 잠재적 장점은 광이 스페이서(740)의 내부로부터 광 처리 부재(720) 내부로 직접 이동하는 것이 방지된다는 것이다.

다수의 스페이서(740)는 베이스 층(750)에 부착되며, 상기 베이스 층(750)은 다시 선택적 광 전달 부재(760)에 부착된다. 베이스 층(750)이 확산적이거나, 또는 광 전달 부재(760)부터의 광이 베이스 층(750)과 광 처리 부재(720) 사이에 스페이서(740)에 의해 형성되는 보이드 또는 스페이서(740)로 이동하기 전에 확산되는 것이 바람직할 수 있다.

도9는 광 처리 부재(820)와 광 전달 부재(860)를 구비하는 광학 조립체(810)를 도시한다. 베이스 층(850)과 스페이서(840)는 광 처리 부재(820)와 광 전달 부재(860) 사이에 배치된다. 스페이서(840)는 광 처리 부재(820)의 입구면(824)과 베이스 층(850) 사이에 보이드를 형성한다. 또한 도9에는 베이스 층(850)의 표면 상에서 스페이서(840) 사이에 배치되는 다수의 확산 입자(838)가 도시되어 있다.

확산 입자(838)는 일부 예에서 예를 들면 다른 표면 확산체 또는 미세구조 표면, 광학적으로 거친 표면 등과 같은 다른 구조의 표면으로 대체될 수 있다. 그러한 예에서, (보이드(841)의 입구면으로서 지칭될 수 있는 것에서의) 확산 입자(838) 또는 다른 구조물은, 보이드(841)에 진입할 때 광의 굴절이 보다 낮은 굴절율 비율에 의해 방해받지 않도록, 공기 경계면(또는 다른 가스)인 것이 바람직할 수 있다.

도9에 도시된 다른 선택적 특징은 스페이서(840)의 측부에 반사 물질(870)의 층을 사용하는 것이다. 반사 물질(870)은 스페이서(840) 사이에서 베이스 층(850)을 나오는 광이 이어서 스페이서(840)에 그 측면(즉, 반사 물질(870)이 배치된 표면)을 통해서 진입하는 것을 방지한다. 또한, 도8과 관련하여 도시된 것과 유사한 방식으로 광 처리 부재(820)의 입구면(824)과 스페이서(840) 사이에 반사 물질(870)을 제공하는 것은 유리할 수 있다.

도10은 입구면(924)을 갖는 광 처리 부재(920)를 또한 구비하는 다른 광학 조립체(910)를 도시한다. 스페이서(940) 아래에 배치된 광 전달 부재(930)와 스페이서(940) 사이에 보이드를 형성하는 방식으로 광 처리 부재(920)의 입구면(924)에 스페이서(940)가 부착된다. 광 전달 부재(930)는 이 광 전달 부재(930)를 통과하는 광이 광 처리 부재(920)의 입구면(924)에 도달하기 전에 확산되도록 확산 구조를 갖는 것이 바람직할 수 있다.

도10에 도시된 광학 조립체(910)는 스페이서(940) 사이에 형성된 보이드 내의 광이 스페이서(940)에 재진입하는 것을 방지하기 위한 대안적 방식을 도시하기 위해 제공되는 두 개의 광선(970, 972)을 구비한다. 예를 들면, 광선(970)은 스페이서(940)를 빠져나가서 스페이서(940)와 입구면(924) 사이에 배치된 보이드에 진입한다. 이 보이드에 있는 동안, 광선(970)은 인접 스페이서(940)에 진입하며, 그곳에서 굴절되고 반사되어 광 전달 부재(930)로 되돌아온다.

광선(972)은 광 전달 부재(930)를 빠져나와서 하나의 스페이서(940)에 진입한다. 광선(972)은 스페이서(940)를 빠져나와서 입구면(924)을 갖는 스페이서(940)에 의해 형성된 보이드 내로 이동한다. 광선(972)은 스페이서(940) 보디의 측면에 입사되고 이 측면에서 반사되며, 이곳에서는 광 처리 부재(920)의 입구면(940)에 입사된다. 광선(972)은 이후 그 위치에서 광 처리 부재(920) 내로 굴절된다. 이 실시예에서, 스페이서의 형상 및 그것을 위해 선택된 재료는, 광의 적어도 상당 부분이 전술한 광학 조립체(810)에 사용되는 반사성 코팅의 부재 시에 반사에 의해 스페이서(940)의 측면에 진입하는 것이 방지되도록 이루어진다.

도11과 연관하여 광학 조립체(1010)가 도시되어 있으며, 이는 다수의 스페이서(1040)에 의해 광 전달 부재(1030)로부터 분리되는 광 처리 부재(1020)를 구비한다. 상기 스페이서(1040)는 도시된 실시예에서, 그 자체로 투과성 또는 반사성일 수 있는 구체(sphere) 또는 비드 형태이다. 각각의 스페이서(1040)는 이들 스페이서(1040)가 광 전달 부재(1030)를 광 처리 부재(1020)의 입구면(1024)에 부착하도록 접착제 층(1042)으로 코팅된 것으로 나타나 있다. 도시된 실시예에서, 광 전달 부재(1030)를 통과하는 광은 예를 들면 광 전달 부재(1030)에 배치된 확산 입자(1036)에 의해 확산된다. 따라서, 광 전달 부재(1030)를 그 출구면(1032)을 통해서 빠져나오는 광은 광 처리 부재(1020)의 입구면(1024)에 진입하기 전에 확산된다.

도12는 스페이서(1140) 및 보이드(1141)에 의해 분리되는 광 처리 부재(1120) 및 광 전달 부재(1130)를 구비하는 광학 조립체(1110)를 도시한다. 도시된 실시예에서, 스페이서(1140)는 비드 형태이며, 광 전달 부재(1130)와 광 처리 부재(1120) 사이에서는 스페이서 사이에 보이드(1141)가 형성된다. 광 전달 부재(1130)는 도시된 실시예에서 광 확산 입자(1136)를 구비하지만, 이 확산 입자는 선택적일 수 있다.

도12에는 또한 광 처리 부재(1120)의 입구면(1124)에 배치된 접착제 층(1142)이 도시되어 있다. 상기 접착제 층(1142)은 이 접착제 층을 통해 굴절되는 광이 확산되지 않도록 광학적으로 깨끗한 것이 바람직할 수 있다. 광 전달 부재(1130)의 출구면(1132)에는 다른 접착제 층(1146)이 배치된다. 스페이서(1140) 사이에 보이드(1141)를 유지하면서 광 처리 부재(1120)를 광 전달 부재(1130)에 연결 또는 부착하기 위해 두 개의 접착제 층(1142, 1146)은 스페이서(1140)와 함께 작동한다.

접착제 층(1142)과 대조적으로, 광 전달 부재(1130)의 출구면(1132)에 배치되는 접착제 층(1146)은 출구면(1132)을 빠져나와서 광 처리 부재(1120)의 입구면(1124)을 향해 이동하는 광을 확산시킬 수 있다. 또한, 스페이서(1140)는 광학 조립체(1110)에 대해 소망의 광학 특성을 얻기 위해 필요에 따라 투과적이거나 반사적일 수 있다.

도13은 소망의 광학적 결과를 얻기 위해, 예를 들면 뷰어에게 이미지를 표시하기 위해 본 발명에 따른 광학 조립체(1210)를 다양한 다른 부재들과 함께 구비하는 광학 디스플레이 시스템의 일 실시예를 도시한다. 예를 들면, 도13의 광학 시스템은 광 가이드(1290), 광원(1292), 및 광을 상기 광원(1292)으로부터 광 가이드(1290)로 반사하기 위한 반사기(1294)를 구비한다. 광 가이드(1290)는 바람직하게는, 그 표면(1292) 위에 광을 분배시켜 광이 광학 조립체(1210)(이는 전술한 다양한 부재들을 포함할 수 있다)에 진입하도록 제조되거나 설계된다. 상기 시스템은 또한 광 가이드(1290)의 뒤쪽으로부터 이탈되는 광을 반사시키도록 배치되는 후방 반사기(1296)를 구비한다.

광은 광 가이드(1290)로부터 광학 조립체(1210)로 이동한 후에 디스플레이 부재(1280)에 진입하며, 이 디스플레이 부재는 예를 들면 이미지 또는 다른 효과를 제공하기 위해 광을 필요로 하는 LCD 또는 유사 장치일 수 있다. 상기 광학 조립체(1210)는 하나 이상의 광 처리 부재를 구비(예를 들면, 도5 참조)할 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 광학 조립체(1210)는 예를 들어 도6에 도시된 바와 같이 광 가이드(1290)에 단단히 부착될 수 있다.

광 처리 부재, 광 전달 부재, 광 가이드 등과 같은 부재들을 제조하는데 사용되는 재료와 기술은 당업자에게 공지될 것이다. 예를 들면, 광 가이드(1290) 및 관련 광원(1292)과 반사기(1294)는 전계발광 패널에 의해 교체될 수 있으며, 후방 반사기, 반사성 편광기 등과 같은 추가 부재가 광학 디스플레이 시스템에 포함될 수 있다. 광학 디스플레이 시스템 및 그것에 포함될 수 있는 부재에 관한 일부 관련 논의를 위해서, 예를 들면 미국 특허 제5,268,782호(Wenz 등), 제5,394,255호(Yokota 등), 제5,552,907호(Yokota 등), 제5,825,542호(Cobb, Jr. 등), 제5,917,664호(O'Neil 등), 제6,052,164호(Cobb, Jr. 등), 제6,091,547호(Gardiner 등), 제6,111,696호(Allen 등), 제6,117,530호(Jonza 등), 제6,166,797호(Bruzzone 등), 제6,239,907 B1호(Allen 등), 및 제6,356,391 B1호(Gardiner 등)가 참조된다.

본 발명에 따른 광학 조립체의 광 처리 부재와 광 전달 부재 사이에 보이드를 형성하는데 사용되는 스페이서 및 관련 구조물(예를 들면, 베이스 층)은 그러나, 광학 부재의 제작에 통상적으로 사용되는 것과 다를 수 있는 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면 스페이서 및/또는 관련 구조물은 광 전달 부재 또는 기타 구조물을 광 처리 부재의 입구면에 부착하는데 사용될 때 몇가지 접착 특성을 나타내는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 스페이서 및 관련 구조물에 사용되는 재료는 제조 중에 완제품으로서 소망의 구조물을 유지하는 것이 바람직하다.

일부 실시예에서는, 두 단계를 갖는 구조적 혼성(hybrid) 접착제로서 지칭될 수 있는 접착제를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 제1 단계에서, 구조적 혼성 접착제는 감압성 접착제와 통상 연관된 특성을 나타낼 수 있다. 제1 단계에서, 재료는 상대적으로 유연할 수 있으며 따라서 장기간 보관 또는 사용이 재료에 형성된 임의의 구조를 저하시킬 수 있다. 그러나 제2 단계에서 구조적 혼성 접착제는 소망의 구조 및 제1 단계의 접착 특성들중 적어도 일부를 유지하도록 경화될 수 있으며, 따라서 제1 단계 중에 구조적 혼성 접착제에 부착된 임의의 구조물은 구조적 혼성 접착제가 경화된 후 그 제2 단계까지 부착된 상태로 남아 있게 된다. 본 발명과 관련하여 사용되는 "경화성"이란 용어는 경화제, 열 및/또는 방사선 중 하나 이상에 노출된 후 모듈러스(modulus)에 있어서 돌이킬 수 없는 변화를 겪는 재료를의미한다. "방사선(radiation)"이란 용어는 예를 들면 전자기 스펙트럼의 자외선 또는 가시광선 범위에 있는 전자기 방사선, 전자 빔 방사선 등과 같은 화학선(actinic radiation)을 포함한다. 그러한 경화성 재료는 소망의 광학 특성 또는 다른 특성을 제공하도록 확산 입자, 전도 입자, 파이버 등과 같은 다양한 부재를 포함할 수 있다.

구조적 혼성 접착제는 주조, 엠보싱, 마이크로-엠보싱, 또는 임의의 기타 적절한 기술을 사용함으로써 소망의 구조물(예를 들면, 전술한 많은 실시예들과 관련하여 볼 수 있는 스페이서)로 형성될 수 있다. 엠보싱 또는 마이크로-엠보싱되면, 상기 구조물은 박리 재료(구조적 혼성 접착제가 낮은 접착성을 나타내는 재료)의 층을 구비하는 엠보싱되거나 마이크로-엠보싱된 라이너(liner)를 사용하여 형성될 수 있다.

구조적 혼성 접착제로 스페이서 및 관련 구조물을 형성하는 대신에, 스페이서 및 관련 구조물은 도14a 내지 14c에 도시된 다층 시스템을 사용하여 형성될 수도 있다. 도14a에 도시되어 있듯이, 다층 시스템은 지지(backing) 층(1460)상에 경화성 재료로 이루어진 층(1448)을 구비한다. 상기 지지 층(1460)은 예를 들면 폴리머 필름, 유리, 금속 또는 임의의 기타 적절한 기판일 수 있으며, 그 위에는 경화성 재료 층(1448)이 배치될 수 있다. 다층 시스템에는 감압성 접착제 층(1442)이 또한 구비되는 바, 이 감압성 접착제 층(1442)과 지지 층(1460) 사이에 상기 경화성 재료 층(1448)이 배치된다. 단지 세 개의 층만이 도시되어 있지만, 다층 시스템은 도14a에 도시된 것보다 많은 층을 구비할 수 있음이 이해될 것이다.

본원에서 "감압성 접착제"라는 용어는 무용제(solvent-free) 형태에서 침습적이고 실온에서 영구적으로 점착성을 가지며 손가락이나 손 압력 이상을 필요치 않은 채로 접촉시에 다양한 이종 표면들에 단단히 접착되는 접착제 종류를 지칭한다. 이들은 종이, 플라스틱, 유리, 목재, 시멘트, 및 금속과 같은 재료를 향해 강한 유지력을 발휘하기 위해 예를 들면 경화제, 열, 방사선 또는 용제에 의한 활성화를 전혀 필요로 하지 않는다.

도14b에서는, 경화성 재료(1448)가 스페이서(1440) 및 베이스 층(1450)을 구비하는 구조로 형성되도록 도14a의 다층 시스템이 엠보싱되거나 또는 그렇지 않으면 변형되어 있다. 상기 엠보싱은 예를 들면 소망의 스페이서(1440) 형상의 리세스를 구비하는 구조화된 라이너(1480)를 사용하여 이루어질 수 있다. 이 엠보싱은 바람직하게는 경화성 재료(1448) 층이 경화되기 전에 이루어지며 따라서 라이너(1480)의 구조물은 본질적으로 감압성 접착제(1442) 및 경화성 재료(1448)에 의해 복제된다. 변형 후에 스페이서(1440) 및 관련 베이스 층(1450)이 감압성 접착제 층(1442)에 의해 덮이도록 감압성 접착제(1442)는 경화성 재료(1448)의 변형 중에 그 일체성을 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로, 스페이서(1440)만이 감압성 접착제(1442)를 유지하면 충분할 수 있다.

구조물이 그렇게 도14b에서와 같이 형성되면, 경화성 재료는 스페이서(1440)와 베이스 층(1450)이 그 구조적 일체성을 유지하도록 경화된다. 일부 예에서는, 경화가 단지 부분적일 수 있으며, 따라서 구조물은 추가 제조중에 완전한 경화가 이루어지는 상태에서 유지될 수 있다.

도14b에 도시된 구조물을 유지하기 위한 충분한 경화 후에, 라이너(1480)는 제거되고 스페이서(1440), 베이스 층(1450), 및 부착된 지지 층(1460)은 광 처리 부재(1420)의 입구면(1424)에 부착된다. 경화성 재료(1448)가 스페이서(1440)를 형성하기 위해 변형 후에 단지 부분적으로 경화되면, 광 처리 부재(1420)에 대한 부착 후 경화가 완료될 수 있다.

도14a 내지 14c의 다층 시스템과 관련하여, 상이한 층들은 소망의 광학적 특성 또는 다른 특성을 제공하기 위해 확산 입자, 전도 입자, 파이버 등과 같은 다양한 부재들을 구비할 수 있다. 예를 들면, 경화성 재료는 그 내부에 분산되는 확산 입자를 포함할 수 있으며, 지지 층(1460)은 확산 입자 등을 포함할 수 있다.

전술한 접착 구조물을 제공하기 위한 접근은, 예를 들면 미국 특허 제6,197,391 B1호(Sher 등)에 개시된 바와 같은 접착 구조물을 형성할 수 있는 미세구조 라이너 및 감압성 접착제에 대한 논의에 의해 추가로 보충될 수 있다. 또한, 본 발명과 연관하여 사용될 수 있는 경화성 접착제를 제공하기 위한 방법 및 재료는 또한, 2002년 5월 28일자로 출원되고 발명의 명칭이 "SEGMENTED CURABLE TRANSFER TAPES"인 미국 특허 출원 제10/157,260호(Attorney Docket No. 57779US002), 2001년 11월 2일자로 Yang 등에 의해 출원되고 발명의 명칭이 "HYBRID ADHESIVE ARTICLES AND METHODS"인 미국 특허 출원 제10/005,669호, 2002년 5월 28일자로 3M Innovative Properties Co.를 출원인으로 하여 출원되고 발명의 명칭이 "ADHESIVE TAPES"인 PCT출원 제US02/16666호(Attorney Docket No. 56172WO002), 및 2002년 5월 28일자로 출원되고 발명의 명칭이 "CURABLE ADHESIVESTRUCTURE"인 미국 임시특허출원 제60/383,756호(Attorney Docket No. 57863US002)에 개시되어 있다.

본 발명에 따른 광학 조립체를 제조하기 위해 경화가능한 구조의 혼성 접착제가 사용될 때는, 예를 들면 광 처리 부재의 입구면에 경화성 접착제가 부착된 상태에서 구조화된 라이너와 같은 박리 라이너 상에 구조적 혼성 접착제를 제공하는 것이 유리할 수 있다. 그러한 일 실시예가 도15에 도시되어 있는 바, 광 처리 부재(1520)와 구조화된 박리 라이너(1548) 사이에 경화성 접착제(1540)가 배치되어 있다. 결국 구성에서 제거될 때, 경화성 접착제(1540)의 부분들을 분리하는 박리 라이너(1548)의 구조물(1543)은 전술한 구성에 기재된 보이드를 형성할 것이다. 박리 라이너(1548)의 제거(및 광 처리 부재(1520)의 입구면(1524)에 경화성 접착제(1540)를 부착시킨)후 경화성 접착제(1540)가 광 전달 부재에 부착될 수 있고(전술한 내용 참조) 경화되어 광 처리 부재(1520)와 광 전달 부재 및 그 사이에 배치된 관련 보이드를 구비하는 광학 조립체를 형성할 수 있도록, 경화성 접착제(1540)는 완전히 경화되지 않는 것이 바람직할 수 있다.

도16에 도시된 다른 실시예에서는, 광 처리 부재(1620)와 라이너(1648) 사이에 경화성 접착제(1640)가 배치된다. 상기 경화성 접착제(1640)는 바람직하게 입구면(1624)과 라이너(1648) 사이에 보이드(1641)를 형성한다. 이 실시예에서의 경화성 접착제(1640)는, 구조물이 경화성 접착제(1640)와 라이너(1648) 사이에 감압성 접착제(1642) 층을 구비하기 때문에, 완전히 경화될 수 있다(그러나 반드시 그런 것은 아니다). 라이너(1648)를 제거한 후, 감압성 접착제(1642)는 경화성 접착제(1640)를 광 전달 부재(상기 내용 참조)에 부착하여, 광 처리 부재(1620)와 광 전달 부재 및 그 사이에 배치되는 관련 보이드를 구비하는 광학 조립체를 제공하는데 사용될 수 있다.

박리 라이너, 경화성 접착제, 및 광 처리 부재를 포함하는 실시예에서, 본 발명에 따른 광학 조립체를 제조하는 방법은, 경화성 접착제와 라이너 조합체를 광 처리 부재에 적층하고, 이어서 라이너를 벗겨내며 경화성 접착제의 반대측을 광 전달 부재에 적층하는 것을 포함한다. 어느 하나의 적층 또는 양 적층에 뒤이어, 경화성 접착제를 적어도 일부 경화시키는 것이 이어지며, 결국 경화성 접착제는 완전히 경화된다.

본원에 인용된 모든 참조문헌 및 공보는 그 전체가 본원에 참조로 원용된다. 본 발명의 예시적 실시예가 논의되었으며, 본 발명의 범위 내에서 가능한 변형예가 참조되었다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 본 발명에 있어서의 이들 및 기타 변형예 및 수정예는 당업자에게 명백할 것이며, 본 발명은 본원에 개시된 예시적 실시예들에 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 하기 청구범위에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims

광학 조립체이며,

입구면을 갖는 광 처리 부재, 및

상기 광 처리 부재의 입구면과 마주하는 출구면을 갖는 광 전달 부재를 포함하고,

상기 광 전달 부재의 출구면은 하나 이상의 부착 지점에서 광 처리 부재의 입구면에 부착되며, 상기 하나 이상의 부착 지점은 출구면과 입구면 사이에 배치되는 비충진 보이드를 형성하고,

상기 광 처리 부재와 광 전달 부재의 어느 하나 또는 양자는 1 이상의 광학 게인을 나타내는 광학 조립체.
제1항에 있어서, 상기 보이드의 외부에서, 광 전달 부재의 출구면의 거의 전부는 광학 조립체 내의 광 처리 부재의 입구면에 부착되는 광학 조립체.
제1항에 있어서, 상기 보이드는 서로 상호연결되는 광학 조립체.
제1항에 있어서, 상기 보이드는 상호 독립적인 광학 조립체.
제1항에 있어서, 상기 보이드는 공기를 함유하는 광학 조립체.
제1항에 있어서, 상기 보이드는 광 처리 부재의 근처에 출구면을 포함하며, 상기 보이드의 출구면은 편평한 광학 조립체.
제1항에 있어서, 상기 보이드는 광 처리 부재의 근처에 출구면을 포함하며, 상기 보이드의 출구면은 광 처리 부재의 입구면과 일치하는 광학 조립체.
제1항에 있어서, 상기 보이드는 광 전달 부재의 근처에 입구면을 포함하며, 상기 보이드의 입구면은 광 전달 부재의 출구면과 일치하는 광학 조립체.
제1항에 있어서, 광 처리 부재의 입구면과 광 전달 부재의 출구면 사이에 배치되는 스페이서를 추가로 포함하는 광학 조립체.
제9항에 있어서, 상기 스페이서는 광 처리 부재의 입구면의 10% 이하를 차지하는 광학 조립체.
제9항에 있어서, 상기 스페이서는 광 처리 부재의 입구면의 5% 이하를 차지하는 광학 조립체.
제9항에 있어서, 상기 스페이서는 광 처리 부재의 입구면에 걸쳐 분산되는개별 구조물을 포함하는 광학 조립체.
제9항에 있어서, 상기 스페이서는 그 사이에서 연장되는 베이스 층을 포함하는 광학 조립체.
제13항에 있어서, 상기 베이스 층은 폴리머 필름을 포함하는 광학 조립체.
제13항에 있어서, 상기 베이스 층은 그 내부에 분산되는 벌크 확산 입자를 포함하는 광학 조립체.
제13항에 있어서, 상기 베이스 층은 표면 확산체를 포함하는 광학 조립체.
제9항에 있어서, 상기 스페이서는 접착제를 포함하는 광학 조립체.
제9항에 있어서, 상기 스페이서는 경화성 접착제를 포함하는 광학 조립체.
제9항에 있어서, 상기 스페이서는 비드(beads)를 포함하는 광학 조립체.
제9항에 있어서, 상기 스페이서는 반사면을 포함하는 광학 조립체.
제9항에 있어서, 상기 스페이서는 접착제 층을 포함하는 광학 조립체.
제9항에 있어서, 상기 스페이서는 감압성 접착제 및 경화성 재료의 층을 포함하는 광학 조립체.
제9항에 있어서, 상기 스페이서는 그 내부에 분산되는 벌크 확산 입자를 포함하는 광학 조립체.
제1항에 있어서, 상기 광 처리 부재는 제1 및 제2 주 표면을 포함하고, 제1 주 표면은 입구면을 가지며, 제2 주 표면은 프리즘 구조의 표면을 포함하는 광학 조립체.
제1항에 있어서, 상기 광 전달 부재는 확산체를 포함하는 광학 조립체.
제1항에 있어서, 상기 광 전달 부재는 광 가이드를 포함하는 광학 조립체.
광학 조립체이며,

입구면을 갖는 광 처리 부재,

상기 광 처리 부재의 입구면과 마주하는 박리 라이너, 및

상기 광 처리 부재의 입구면과 박리 라이너 사이에 배치되는 경화성 접착제를 포함하고,

광 처리 부재는 그 입구면에 진입하는 광에 대해 1 이상의 광학 게인을 나타내고,

상기 경화성 접착제는 입구면에 부착되며, 광 처리 부재의 입구면과 박리 라이너 사이에 보이드를 형성하는 광학 조립체.
제27항에 있어서, 상기 경화성 접착제와 광 처리 부재의 입구면 사이에 배치되는 감압성 접착제를 추가로 포함하며, 상기 감압성 접착제는 광 처리 부재의 입구면에 부착되는 광학 조립체.