KR20090034727A

KR20090034727A - 다중 경사들을 갖는 터닝 필름

Info

Publication number: KR20090034727A
Application number: KR1020080093242A
Authority: KR
Inventors: 자이앙-동 미; 씬유 쭈
Original assignee: 롬 앤드 하스 덴마크 파이낸스 에이에스
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2009-04-08
Also published as: US7957082B2; JP2009109990A; TWI388882B; CN101419306A; TW200925658A; EP2045517A3; EP2045517A2; US20090091836A1

Abstract

본 발명은 목표각을 향하여 광을 재배향하기 위한 광 재배향 물체에 있어서, 복수 개의 광 재배향 구조물들을 포함하는 입사 표면; 및 상기 입사표면을 마주보는 출사 표면을 포함하되, 각각의 광 재배향 구조물은: 입사각들의 범위에 걸쳐 입사 조사를 받아들이기 위하여, 제1 경사 베이스 각(β₁), 제2 경사각(β₂) 및 제1 반 정점 각(α₂)에 의하여 정의되는 일 방향으로, 법선으로부터 경사진, 두 개의 경사들을 갖는 근접 표면; 제2 베이스 각 (γ₁) 및 제2 반 정점 각(α₁)에 의하여 정의되는 상기 입사 표면에 대한 반대 방향으로, 법선으로부터 경사진 원격 표면을 가지며; 상기 근접 및 원격 표면들이 60도부터 70도까지의 범위에서 존재하는 각(α₁ + α₂)에서 상호 간에 마주 보고, 상기 베이스 각(β₁)이 82도부터 87도까지의 범위에서 존재하는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체를 제공한다.

광 재배향 구조물, 입사 표면, 출사 표면, 원격 표면, 근접 표면

Description

다중 경사들을 갖는 터닝 필름{TURNING FILM HAVING MULTIPLE SLOPES}

본 발명은 일반적으로 표면으로부터 루미넌스(luminance)를 향상시키기 위한 디스플레이 조사 물체들에 관한 것으로써, 특히 도광판으로부터 광을 재배향하는 다중 경사들을 갖는 터닝 필름에 관한 것이다.

액정 디스플레이들(LCDs)은 많은 컴퓨터, 기구 및 엔터테인먼트 어플리케이션(entertainment application)을 위한 바람직한 디스플레이 형태로 되어가면서, 비용 및 성능에서 지속적으로 향상되고 있다. 종래의 랩탑 컴퓨터 디스플레이들에서 사용된 투과성 LCD는 LCD를 향하여, 광을 바깥 방향으로 배향하기 위한 LCD 후면에 위치된 광 제공 표면(light providing surface)을 갖는, 후광식 디스플레이의 일 형태이다. 컴팩트하고 낮은 비용을 유지하는 동시에 현저하게 균일한 휘도를 갖는 적절한 백라이트 장치를 제공하기 위한 시도는 이어지는 두 개의 기초적인 접근법들 중 하나를 다루어 왔다. 제1 접근법에서, 광-제공 표면은 각들(angles)의 폭넓은 범위에 걸쳐 본질적으로 일정한 루미넌스를 갖는, 상당히 스캐터링된(scattered), 본질적으로 램버시안 광 분포(Lambertian light distribution)를 제공하기 위하여 사용된다. 이런 제1 접근법을 이어서, 축-상(on-axis) 및 근접- 축(near-axis) 루미넌스를 증가시키고자 하는 목적을 갖는, 많은 휘도 향상 필름들은 더 많이 콜리메이팅된(collimated) 조사를 제공하기 위하여 램버시안 분포를 갖는 이런 광의 일부를 재배향하기 위하여 제안되어 왔다.

백라이트 조사를 제공하는 제2 접근법은 램프 또는 측면에 위치된 다른 광원으로부터 입사광을 받아들이고 내부 전반사(TIR)를 이용하여 내부적으로 광을 안내하는 도광판(LGP)을 채용하여, 광이 각들의 좁은 범위에 걸쳐 LGP로부터 방사되게 한다. LGP로부터의 출사광은 일반적으로 70도 이상과 같은, 법선에 대하여 상당히 가파른 각에서 존재한다. 이런 제2 접근법을 갖는, 광 재배향 물체의 일 형태인, 터닝 필름은, 이어서 법선을 향하여 LGP로부터 방사된 광 출사를 재배향하기 위하여 사용된다. 뉴욕주, 볼드윈의 Clarex, Inc.으로부터 이용가능한 HSOT(Highly Scattering Optical Transmission) 도광 패널이 구비된 것과 같은, 광범위하게 명명된 광-재배향 필름들 또는 광-재배향 물체들인, 방향성 터닝 필름들은 제조 상에서 확산 필름들 또는 도트 인쇄에 대한 필요없이, 이런 형태의 균일한 백라이트를 제공하기 위한 향상된 해결책을 제공한다. HSOT 도광 패널들 및 방향성 터닝 필름들의 다른 형태들은 일반적으로 이차원 표면에 대한 근접 법선인 몇몇의 다른 적절한 목표각을 향하거나, 법선을 향하여 도광판으로부터 광을 재배향하기 위하여, 다양한 조합들로, 프리즘 구조물들의 배열들을 사용한다. 일 실시예로써, 미국 특허출원번호 제6,746,130호(Ohkawa)는 LGP 조사를 위한 터닝 필름으로써 작용하는 광 제어 시트를 설명한다.

도 1을 참조하여, 디스플레이 장치(100)에서 도광판(10)의 포괄적인 기능이 도시된다. 광원(12)으로부터의 광은 입사 표면(18)에서 입사하고 도광판(10)으로 지나고, 이는 일반적으로 도시된 대로 쐐기-형상으로 된다. 광은 내부 전반사(TIR) 조건들이 달성되지 않을 때까지 도광판(10) 내에서 전달하고, 이어서 가능한 한 반사 표면(142)으로부터 반사되고, 출사 표면(16)에서 도광판을 떠난다. 이어서 이런 광은 터닝 필름(20)으로 가고, 광을 변조하는 LCD 또는 다른 형태의 공간 광 모듈레이터 또는 다른 이-차원 후광식 구성요소와 같은 광-게이팅 장치(120)를 조사하기 위하여 배향된다. 대부분의 조건들 하에서 최적화된 시선을 위하여, 방사된 광은 법선(V)에 대하여 상대적으로 좁은 각들의 범위에 걸쳐 제공되어야 한다. 폴라라이저(124)는 변조를 위하여 적절하게 편광된 광을 갖는 액정 셀(liquid crystal cell)과 같은 광-게이팅 장치(120)를 제공하기 위하여 일반적으로 조사 경로에 위치된다. 반사 폴라라이저(125)는 종종 흡수 폴라라이저(124)와 터닝 필름(20) 사이에 제공된다.

도 2를 참조하여, 주 각들(key angles) 및 기하학적 관계들을 도시하는, 도광판(10)으로 사용된 종래의 터닝 필름(20a)의 개략적인 단면도이다. 터닝 필름(20a)은 도광판(10)을 향하여 아래 방향으로 대면하는 많은 프리즘 구조물들을 갖고, 각각의 구조물은 근접 표면(24; 도 1의 구체예에서 도시된 대로, 광원(12)에 대하여 근접한 것) 및 원격 표면(26)을 가지며, 양 측들이 수평(S)에 대한 정점각(α) 및 베이스 각들(β1, β2)에 의해 정의된 대로 필름 법선 방향(V)으로부터 기울어진다. 도광판(10)으로부터의 광은 중앙 입사 각(θ _in )에 대한 각들의 작은 범위 에 걸쳐 입사한다. 터닝 필름(20a)의 평평한 표면(22)에서 LC 디스플레이 요소로 전달된 광의 출사각(θ _out )은 원격 표면(26)이 기울어진 상태에서 중앙 입사 각(θ _in ), 터닝 필름(20a)의 굴절률(n) 및 베이스 각(β₁)을 포함하는 많은 인자들에 의해 결정된다. 방사된 광을 위한 출사각(θ _out )은 바람직하게는 터닝 필름(20a)에 대하여 수직이고, 그러나 출사각(θ _out )은 목표각으로 고려될 수 있으며, 이는 몇몇 적용들을 위한 법선에 대한 약간의 경사에서 존재할 수 있다. 대부분 종래의 터닝 필름들에 대한, 목표각은 수직이다. 일반적인 배열에서, 베이스 각들(β1, β2)은 약 56도이고, 정점 각(α)은 68도이다. 대략

의 입사각을 갖는 주 광선(50a)은 근접한 법선 방향으로 재배향된다. 그러나, 대략 θ _in < 70°의 입사각을 갖는 몇몇 제2 광선들(50c, 50c1)은 도 2에 도시된 대로 경로들을 취할 수 있다. 제2 광선(50c1)은 법선 방향으로부터 상대적으로 큰 각을 향하여 재배향된다. 더욱이, 제2 광선(50c)은 광 출구 표면(92)에 의하여 되돌아 전적으로 반사된다. 결과적으로, 이런 현재의 터닝 필름의 광 사용은 만족스럽지 않다.

따라서, 몇몇 형태들의 디스플레이 장치 및 적용들을 위한 적절한 터닝 필름들을 위하여 제안된 해결책들이 존재하는 반면에, 향상된 터닝 필름들에 대한 필요가 남아 있다.

본 발명은 본 발명은 목표각을 향하여 광을 재배향하기 위한 광 재배향 물체에 있어서, (a) 복수 개의 광 재배향 구조물들을 포함하는 입사 표면; 및 (b) 상기 입사표면을 마주보는 출사 표면을 포함하되, 각각의 광 재배향 구조물은: (ⅰ) 입사각들의 범위에 걸쳐 입사 조사를 받아들이기 위하여, 제1 경사 베이스 각(β₁), 제2 경사각(β₂) 및 제1 반 정점 각(α₂)에 의하여 정의되는 일 방향으로, 법선으로부터 경사진, 두 개의 경사들을 갖는 근접 표면; (ⅱ) 제2 베이스 각 (γ₁) 및 제2 반 정점 각(α₁)에 의하여 정의되는 상기 입사 표면에 대한 반대 방향으로, 법선으로부터 경사진 원격 표면을 가지며; 상기 근접 및 원격 표면들이 60도부터 70도까지의 범위에서 존재하는 각(α₁ + α₂)에서 상호 간에 마주 보고, 상기 베이스 각(β₁)이 82도부터 87도까지의 범위에서 존재하는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체를 제공한다.

본 발명은 목표각을 향하여 광을 재배향하기 위한 광 재배향 물체에 있어서, (a) 복수 개의 광 재배향 구조물들을 포함하는 입사 표면; 및 (b) 출사 표면을 포함하되, 각각의 광 재배향 구조물은: (ⅰ) 입사각들의 범위에 걸쳐 입사 조사를 받아들이기 위하여, 제1 경사 베이스 각(β₁), 제2 경사각(β₂) 및 제1 반 정점 각(α₂)에 의하여 정의되는 일 방향으로, 법선으로부터 경사진, 두 개의 경사들을 가지 되, 상기 제1 경사 베이스 각(β₁)은 필름의 기판에 대하여 가장 근접한 각이며, 상기 제2 경사각(β₂)은 상기 필름의 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 각인 근접 표면; (ⅱ) 제2 베이스 각(γ₁) 및 제2 반 정점 각(α₁)에 의하여 정의되는, 상기 입사 표면에 대한 반대 방향으로, 법선으로부터 경사진 원격 표면을 가지며; β₁- β₂가 적어도 20도인 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체를 더 제공한다.

본 발명은 목표각을 향하여 광을 재배향하기 위한 광 재배향 물체에 있어서,

(a) 피치(P)를 갖는 복수 개의 광 재배향 구조물들을 포함하는 입사 표면; 및 (b) 출사 표면을 포함하되, 각각의 광 재배향 구조물은: (ⅰ) 입사각들의 범위에 걸쳐 입사 조사를 받아들이기 위하여, 제1 경사 베이스 각(β₁), 제2 경사각(β₂), 길이(L₁)를 갖는 기판상에 대한 제1 돌출 세그먼트(projection segment), 길이(L₂)를 갖는 기판상에 대한 제2 돌출 세그먼트 및 제1 반 정점 각(α₂)에 의하여 정의되는 일 방향으로 법선으로부터 경사진, 두 개의 경사들을 가지되, 상기 제1 경사 베이스 각(β₁)은 필름의 기판에 대하여 가장 근접한 각이고, 상기 제2 경사각(β₂)은 상기 필름의 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 각인 근접 표면; (ⅱ) 제2 베이스 각 (γ₁) 및 제2 반 정점 각(α₁)에 의하여 정의되는 상기 입사 표면에 대한 반대 방향으로, 법신으로부터 경사진 원격 표면을 가지며; 비율(L₁/P)이 0.06 및 0.08의 범위에서 존재하고, 비율(L₂/P)이 0.152 및 0.238의 범위에서 존재하는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체를 더 제공한다.

본 발명의 장치는 일반적으로 프리즘들과 같은 형상으로 된 광-재배향 구조물들을 사용한다. 트루 프리즘(true prism)들은 적어도 두 개의 평면들을 갖는다. 왜냐하면, 광-재배향 구조물들의 하나 이상의 표면들은 모든 구체예들에서 평평한 것을 필요로 하지 않으나, 만곡되거나 다중 영역들(multiple sections)을 가지기 때문에, 더 일반적인 용어인 "광 재배향 구조물"이 본 명세서에서 사용된다.

도 3a 내지 도 3d를 참조하여, 본 발명의 향상된 터닝 필름의 주된 구조체들(key features)이 도시된다. 도 3a는 본 발명에 따른 일 유닛(unit)의 터닝 필름(90a)을 도시하고, 이는 광 입사 표면(94) 및 광 출사 표면(92)을 갖는 기판을 포함한다. 필름(90a)의 광 입사 표면(94)의 측 상에는 점들(P1, P2, P3, P4)에 의하여 설명되고 근접 표면(24) 및 원격 표면(26)에 의하여 특징지어진 프리즘 구조물이 존재하고, 근접 표면은 적어도 제1 평평한 세그먼트(24a) 및 제2 평평한 세그먼트(24b)로 구성되며, 제1 세그먼트(24a)와 수평 방향(S) 사이의 각(β₂)은 제2 세그먼트(24b)와 수평방향(S) 사이의 각(β₁)보다 더 작다. 프리즘 구조물은 두 개의 반 정점 각들(α₁, α₂), 피치(P) 및 높이(H), 및 세 개의 돌출 치수들(projection dimensions; L₁, L₂, L₃)에 의하여 더 설명될 수 있다. 프리즘 구조물은 굴절률(n)의 물질로 만들어지고, 기판은 n보다 더 크거나 같거나 더 작은 그것의 굴절률을 가질 수 있다. 프리즘 구조물의 굴절률(n) 및 형상이 선택되어서, 도광판(10)으로부터의 주 광선(50a), 주 광선(50a)보다 더 큰 입사 각을 갖는 제2 광선(50b) 및 주 광선(50a)보다 더 작은 입사 각을 갖는 제2 광선(50c)은 아래와 같이 특징지어지도록 한다: 주 광선(50a)은 근접 표면(24)의 제1 세그먼트(24a)에 의해 굴절되고, 연속적으로 원격 표면(26)에서 내부 전반사로 인하여 굴절되며, 최종적으로 목표각을 향하여 빠져 나온다(일반적으로 필름의 법선으로부터 5도 이내); 제2 광선(50b)은 또한 근접 표면(24)의 제1 세그먼트에 의해 굴절되고, 연속적으로 원격 표면(26)에서 내부 전반사로 인하여 굴절되며, 최종적으로 주 광선(50a)보다 그것의 최초의(original) 방향으로부터 더 구부러진 방향으로 빠져 나온다; 그리고 제2 광선(50c)은 근접 표면(24)의 제2 세그먼트(24b)에 의해 굴절되고, 연속적으로 원격 표면(26)에서 내부 전반사로 인하여 굴절되며, 제2 세그먼트(24b)가 제1 세그먼트(24a)와 동일한 경사를 갖는다면, 그것보다 목표각에 더 근접한 방향으로 빠져 나온다.

터닝 필름(90a)의 발명("I"로 표시됨) 및 비교("C"로 표시됨) 실시예들은 표 1 내지 표 5에서 도시된다. 이들 실시예들의 모두에서, 굴절률(n)이 1.5에서 일정하게 유지되고, 프리즘의 피치(P)가 15 내지 150㎛의 범위에서, 바람직하게는 20 내지 75㎛의 범위에서, 더 바람직하게는 25 내지 50㎛의 범위에서 존재하더라도, 약 50㎛이다. n 및 P가 일정하게 유지된다면, 터닝 필름(90a)의 형상을 특정하기 위하여 네 개의 독립적인 파라미터들이 존재하고, 이는 L₁/P, L₂/P, β₁ 및 β₂이 존재하기 위하여 선택된다. 높이(H) 및 각들은

로써 계산될 수 있다.

여기에서,

이다.

α1 = α2 일 때, 그것은

또는

을 따른다.

표 1 내지 표 4에서, 열들(columns; L₁/P, β₁ 및 β₂)은 독립적인 파라미터들이다. α₁ = α₂ = 90°- β₂를 확실하게 하기 위하여

이고,

이다. 네 개의 오른쪽 대부분 열들은 총 배율(power), 최대 강도 비(maximum intensity ratio), 최대 강도 각(maximum intensity angle) 및 축-상 강도 비(on-axis intensity ratio)에 대한 터닝 필름의 출력을 나타낸다. 본 발명의 터닝 필름은: 배율≥85%이고, 최대 강도 비≥1.1이며, 최대 강도 각은 -5° 및 - 5°이내에 존재하는 것을 갖는다.

β ₁ 의 임팩트( impact )

표 1

표 1에서, 실시예 C1.1 내지 C1.4 및 실시예 I1.1 내지 I1.2는 L₁/P = 0.077 및 β₂ = 56°주어진, β₁의 임팩트를 도시한다. 발명 실시예들 I1.1 및 I1.2의 터닝 필름들은 기준(criteria)을 만족한다: 높은 배율(>0.88), 큰 최대 피크 강도 비(>1.15) 및 법선으로부터의 작은 최대 강도 각(≤±3°). β₁이 83.5°와 85.5°사이의 바람직한 범위를 벗어난 때, 다른 파라미터들은 L₂/P를 제외하고는 동일하고, L₂/P는 α₁ = α₂ = α/2을 유지하기 위하여

에 의해 결정되며, 비교 실시예들 C1.1 내지 C1.4로부터의 출력들은 하위의 성능을 나타 내는, 배율(>0.85), 최대 강도 비(>1.10) 및 최대 강도 각(≤±5°)에 대한, 모든 기준을 만족하지 않는다.

L ₁ /P의 임팩트

표 2

표 2에서는, β₁ = 85°, β₂ = 56°일 때 비교 실시예들 C2.1 내지 C2.7 및 발명 실시예들 I2.1 내지 I2.14는 L₁/P의 임팩트를 도시한다. L₁/P이 0.06과 0.08 사이의 바람직한 범위를 벗어난 때, 다른 파라미터들은 L₂/P를 제외하고는 동일하고, L₂/P는 α₁ = α₂ = α/2을 유지하기 위하여

에 의해 결정되며, 배율(>0.85), 최대 강도 비(≥1.10) 및 최대 강도 각(≤±5°)에 대한, 출력들은 받아들일 수 없다. β₁ = 84°, β₂ = 56°일 때 표 2는 또한 발명 실시예들 I2.15 내지 I2.20을 포함한다.

β ₂ 의 임팩트

표 3

표 3에서는, L₁/P = 0.076, β₁ = 85°일 때 비교 실시예들 C3.1 내지 C3.4 및 발명 실시예들 I3.1 내지 I3.5는 β₂의 임팩트를 도시한다. L₁/P이 58.5°와 53.5°사이의 바람직한 범위를 벗어난 때, 다른 파라미터들은 L₂/P를 제외하고는 동일하고, L₂/P는 α₁ = α₂ = α/2을 유지하기 위하여

에 의해 결정되며, 배율(>0.85), 최대 강도 비(≥1.10) 및 최대 강도 각(≤±5°)에 대한, 출력들은 받아들일 수 없다.

α ₁ ≠α ₂ 를 갖는 비대칭 터닝 필름

표 4

표 4는 배율(>0.85), 최대 강도 비(≥1.10) 및 최대 강도 각(≤±5°)에 대한 허용 출력을 제공하기 위하여 발명 실시예들 I4.1 내지 I4.15에서 도시된 대로 비대칭 터닝 필름을 갖는 것이 가능한 반면에, 무작위로 파라미터들을 선택하는 것은 비교 실시예들 C4.1 내지 C4.29에서 도시된 대로, 만족스러운 결과들을 제공하지 않는 것을 도시한다. 일반적으로, α₁과 α₂ 사이의 차이는 바람직하게는 5°이내 이다.

굴절률(n)의 임팩트

표 5

L₁/P = 0.075, β₁ = 85°, β₂ = 56°이고,

, α₁ = α₂ = α/2 = 34°일 때, 표 5는 굴절률(n)의 임팩트를 도시한다. 발명 실시예 I5.1 내지 I5.43은 법선으로부터의 5°이내에 최대 강도 각을 유지하는 동시에, 높은 배율 및 높은 최대 강도 비에 대하여, 굴절률(n)이 바람직하게는 1.15과 1.66 사이, 더 바람직하게는 1.18과 1.55, 가장 바람직하게는 1.19와 1.31 사이의 범위에서 존재하는 것을 도시한다. n이 1.15와 1.28 사이에 존재할 때, 최대 강도 비는 1.3보다 더 크고, 때때로 1.6보다 크고, 이는 n=1.5일 때 약 1.2의 최대 강도 비보다 현저하게 크다. 비교 실시예들 C5.1 및 C5.2에 대한, 최대 강도는 1.1보다 낮다.

본 발명에 따른 터닝 필름(90a)에 대한, 광 출사 표면에 가장 가까운 평평한 표면들 중 하나의 경사각은, β₁ = 85°이고, 광 출사 표면에 가장 멀리 떨어진 평 평한 표면들 중 다른 하나의 경사각은, β₂ = 56°이다.

선행기술의 실시예들과 발명 실시예들 사이의 비교

비교 실시예 C1은 단지 하나의 경사만을 갖는 것을 제외하고는 발명 실시예 I1.1과 동일하다. 비교 실시예 C1은 발명 실시예 I1.1의 대략 0.89의 배율 및 약 1.15의 최대 강도 비와 비교되는, 대략 0.79의 훨씬 더 낮은 배율 및 1.07의 더 낮은 최대 강도 비를 갖는다.

비교 실시예 C2는 발명 실시예들 I1.1 및 I1.2와 거의 동일한 배율 및 최대 강도 비를 갖는다. 그러나, 비교 실시예 C2는 약 68°의 정점을 갖는 발명 실시예 I1.1 및 I1.2와 비교되는 훨씬 더 작은 정점 각(약 41°)을 가지고, 이는 본 발명의 터닝 필름의 더 용이한 가공을 의미한다.

본 발명의 터닝 필름의 장점은 그것의 용이한 제조를 가능하게 하는 그것의 더 큰 정점 각 및 그것의 높은 최대 강도 비(광학 게인)이다.

근접 표면상에서 네 개의 경사들을 갖는 터닝 필름

도 3b는 본 발명에 따른 터닝 필름(90b)의 다른 구체예를 도시한다. 일 실시예는:

n = 1.5일 때,

광 출사 표면에 가장 가까운 평평한 표면들 중 하나의 경사각은, β₁ = 85°이고, 광 출사 표면에 가장 멀리 떨어진 평평한 표면들 중 다른 하나의 경사각은, β₄ = 56°이다. 따라서, 그것들 사이의 차이는 29°이다. 게다가, 다른 두 개의 경사각들 사이의 차이는 β₂ - β₃ = 14.51°이고, 이는 β₁ - β₂ = 7.24°, β₃ - β₄ = 7.25°보다 더 크다. 더욱이, β₂ - β₃ 는 β₁ - β₂ 및 β₃ - β₄ 의 약 두 배이다.

근접 표면상에서 만곡된 표면 및 두 개의 경사들을 갖는 터닝 필름

도 3c는 본 발명에 따른 터닝 필름(90c)의 다른 구체예를 도시한다. 도 3a에 서 점(P2)은 이제 반경(R₂; N=1.5)의 만곡된 표면으로 대체된다.

비록 상기의 발명 실시예들 I7.1 내지 I7.9의 모두가 기준을 만족하더라도, R₂/P는 최대 강도 비의 한층 더 향상을 위하여 바람직하게는 0.1 내지 1.16882의 범위에서, 더 바람직하게는 0.3 및 0.8의 범위에서, 가장 바람직하게는 0.4 및 0.6의 범위에서 존재한다.

점(P3)은 또한 곡률의 반경(R₃)으로 만곡될 수 있다. R₃/P는 바람직하게는 0.2보다 더 작다.

원격 표면상에서 두 개의 세그먼트들 또는 만곡된 표면 및 근접 표면상에서 두 개의 경사들을 갖는 터닝 필름

도 3d는 본 발명에 따른 터닝 필름(90d)의 다른 구체예를 도시한다. 터닝 필름(90d)은 터닝 필름들(90a, 90b, 90c) 중 하나로써 근접 표면(24)상에서 동일한 구조체들을 갖고, 그것은 또한 하나의 추가적인 표면(26a)을 가지며, 이는 볼록하거나 오목한 만곡된 표면 또는 26의 다른 일부로써 상이한 경사를 갖는 평평한 세그먼트 중 어느 하나이다.

실시예 구체예들에 대한 루미넌스 강도 분포( luminous intensity distribution )

도 4는 비교 실시예 C1 및 발명 실시예 I1.1에 따른 터닝 필름들을 통하여 지나는 광에 대한 최대 루미넌스 강도 비 대 극각(polar angle)의 곡선들을 도시한다. 또한 도광판으로부터 나오는 광의 루미넌스 강도 분포가 도시되고, 이어서 이는 터닝 필름들 상에 입사한다. 발명 실시예I1.1의 터닝 필름이 비교 실시예 C1의 터닝 필름보다 거의 모든 각에서 더 높은 루미넌스 강도를 생성한다.

폴라라이저들의 배향 및 디스플레이 장치

본 발명의 방법 및 장치는 LCD에 대한 광을 제공하기 위하여 지지 구성요소들을 위한 많은 가능한 구성들을 허용한다. 도 5는 본 발명에 따른 터닝 필름(90)을 사용하는 디스플레이 장치(60)를 도시하는 개략적인 단면도이고, 이는 터닝 필름들(90a, 90b, 90c, 90d) 중 어느 하나일 수 있다. LC 공간 광 모듈레이터(70)는 터닝 필름(90) 및 도광판(10)으로부터 받아들여진 광을 변조한다. 후면 폴라라이 저(72) 및 전면 폴라라이저(73)는 LC 공간 광 모듈레이터(70)를 위하여 제공된다.

도 6a는 도 6a의 도면에서 수직으로 연장되는 터닝 필름(90)의 그루브들 및 광 재배향 구조물들(75)에 대하여 45도에서 배향된 한 쌍의 폴라라이저들을 사용하는, LC 공간 광 모듈레이터(70)를 위한 편광된 광 투과축들(172, 173)을 도시하는 개략적인 평면도이다. 이런 경우에서, LC 공간 광 모듈레이터(70)는 트위스팅된 네마틱(twisted nematic; TN) LCD일 수 있고, 이는 모니터 디스플레이 및 노트북에서 사용된 지배적인 모드(mode)이다.

도 6b는 터닝 필름(90)의 광 재배향 구조물들(75) 및 그루브들에 대하여 평행이거나 수직으로 배향된 한 쌍의 폴라라이저들을 사용하는, LC 공간 광 모듈레이터(70)를 위한 편광된 광 투과축들(172, 173)을 도시하는 개략적인 평면도이다. 이런 경우에서, LC 공간 광 모듈레이터(70)는 수직으로 정렬된(vertically aligned; VA) LCD 또는 IPS LC 요소들을 사용할 수 있다. 후면 폴라라이저 투과축(172)은 단면의 평면에 평행하다.

일 구체예에서 디스플레이 장치는 한 쌍의 교차된 폴라라이저들을 포함하고, 여기에서 광 재배향 구조물들은 연장 방향으로 연장되고 교차된 폴라라이저들의 각각은 광 재배향 물체의 연장 방향에 대하여 실질적으로 평행 또는 수직 중 어느 하나로 배향된다. 다른 구체예에서 디스플레이 장치는 한 쌍의 교차된 폴라라이저들을 포함하고, 여기에서 광 재배향 구조물들은 연장 방향으로 연장되고 폴라라이저들은 광 재배향 물체의 연장 방향에 대한 +/-45도에서 실질적으로 배향된다.

도 6c는 다른 구체예에서 아치형으로 연장된 광 재배향 구조물들(75)을 갖는 터닝 필름(90)을 도시하는 개략적인 평면도이다. 이런 배열은 더 컴팩트한 디자인을 갖기 위하여 도광판(10)의 하나 이상의 코너들(corners)에서 발광소자(light emitting diode; LED)와 같은 점 광원을 채택하는 데에 유익하다. 후면 폴라라이저 투과축(172)은 다면의 평면에 대하여 다소 평행하다.

터닝 필름(90a 내지 90d)을 형성하기 위한 물질들

본 발명의 터닝 필름(90a 내지 90d)은 일반적으로 약 1.40부터 약 1.66까지의 범위에 있는 굴절률을 갖는 폴리머 물질들을 사용하여 가공될 수 있다. 가능한 폴리머 구성물들(compositions)은 하기와 같이 포함하나 이에 한정되지 않는다: 폴리(메틸 메타클레이트), 폴리(싸이클로 올레핀), 폴리카보네이트, 폴리설폰 및 아크릴레이트, 알리싸이클릭 아크릴레이트, 카보네이트, 스틸레닉, 설폰 및 원하는 광학 특성들을, 특히 시작적인 범위에서의 높은 투과성 및 헤이즈(haze)의 낮은 레벨을, 부여하기 위하여 알려진 다른 모이에티(moieties)의 다양한 조합들을 포함하는 다양한 코-폴리머. 전술한 폴리머들의 다양한 혼화할 수 있는 블렌드는 또한 본 발명에서 사용될 수 있는 가능한 물질 조합들이다. 폴리머 구성물들은 열가소성 또는 열경화성 중 어느 하나일 수 있다. 전자는 양호한 용융 공정성을 요구하는 적절한 용융 공정에 의해 제조가능한 반면에 후자는 적절한 UV 캐스트 및 경화 공정 또는 열 경화 공정에 의하여 가공될 수 있다.

본 발명의 터닝 필름(90a 내지 90d)은 1.12 및 1.40의 범위에서 굴절률을 갖는 물질을 사용하여 가공될 수 있다. 실시예 물질들은 무기 물질들, 예를 들어, MgF이다. 또한, 물질들은 1.48과 1.59의 범위에서의 굴절률을 갖는 일반적인 폴리머 물질과 공기(n = 1) 사이에 형성된 회절을 갖는다. 더욱이, 낮은 굴절률 물질(n < 1.4)과 약 1.40으로부터 1.50까지의 굴절률을 갖는 물질의 혼합도 마찬가지로 사용될 수 있다.

터닝 필름의 배율, 최대 강도 비(또는 광학 게인) 및 최대 강도 각(또는 피크 각)

일반적으로, 광 분포는 공간 및 각 분포들에 대하여 상술된다. 광의 공간 분포는 도광판의 상부 및/또는 하부 측들 상의 마이크로 구조체들의 주의 깊은 배치에 의하여 달성된, 상당히 균일하게 만들어질 수 있다. 광의 각 분포는 방위각 및 극 각(θ)의 기능으로써 루미넌스 강도(I)에 대하여 상술된다. 광의 각 분포는 EZ 콘트라스트 160(프랑스, 엘딤으로부터 이용가능함)으로 측정된다. 극 각(θ)은 도광판의 법선(V)과 광 방향 사이의 각이다. 방위각은 도광판의 길이 방향에 평행한 방향 및 법선 방향(V)에 대하여 수직인 평면으로의 광의 돌출부(projection) 사이의 각이다. 도광판의 길이 방향은 법선 방향(V) 및 광원(12)에 수직이다. 광의 각 분포는 또한 방위각 및 극 각(θ)의 기능으로써 루미넌스(L)에 대하여 상술될 수 있다. 루미넌스(L) 및 루미넌스 강도(I)는 L = I/ cos (θ)에 의하여 관련된다.

광 분포의 피크 각으로써 또한 언급된, 최대 강도 각은 최대 루미넌스 강도를 발생시키는 극 각으로써 정의된다. 이어서 각각의 루미넌스 강도 분포는 최대(또는 피크) 루미넌스 강도 및 최대 강도(또는 피크) 각을 정의한다.

터닝 필름의, 표준화된 피크 강도 또는 광학 게인으로써 또한 언급된, 최대 강도 비는, 도광판으로부터 방사된 광의 최대 루미넌스 강도에 걸쳐 터닝 필름을 통하여 투과된 광의 최대 루미넌스 강도의 비율로써 정의된다. 결과적으로, 터닝 필름의 최대 강도 비는 광원의 절대적인 레벨에 종속하지 않으나, 주로 터닝 필름 디자인 그 자체에 종속한다.

터닝 필름의 배율은 터닝 필름에 입사하는 광의 총량에 걸쳐 터닝 필름을 통하여 지나는 광의 총량의 비율이다. 따라서, 다양한 터닝 필름 디자인들은 두 개의 임계량에 대하여 비교될 수 있다: 터닝 필름을 통하여 투과된 광의 최대 강도 각 및 최대 강도 비(또는 광학 게인).

도 1은 종래의 디스플레이 장치의 구성요소들을 도시하는 단면도이다;

도 2는 도광판을 향하여, 아래 방향으로 대면하는 프리즘 구조물을 갖는 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이다;

도 3a는 본 발명에 따른 프리즘 구조물들의 근접 표면상에서 두 개의 경사들을 갖는 단일 유닛의 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이다;

도 3b는 본 발명에 따른 프리즘 구조물들의 근접 표면상에서 네 개의 경사들을 갖는 단일 유닛의 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이다;

도 3c는 본 발명에 따른 프리즘 구조물들의 근접 표면상에서 두 개의 경사들 및 만곡된 표면을 갖는 단일 유닛의 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이다;

도 3d는 본 발명에 따른 프리즘 구조물들의 원격 표면상에서 두 개의 경사들 및 근접 표면상의 두 개의 경사들을 갖는 단일 유닛의 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이다;

도 4는 비교 및 발명의 실시예들의 데이터를 도시한다;

도 5는 LCD 디스플레이 시스템에서 본 발명의 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이다;

도 6a는 터닝 필름의 광 재배향 구조물의 그루브(groove)들에 대하여 45도에서 배향된 한 쌍의 폴라라이저들을 갖는 LCD를 도시하는 개략적인 평면도이다;

도 6b는 터닝 필름의 광 재배향 구조물의 그루브들에 대하여 평행하거나 수직하게 배향된 한 쌍의 폴라라이저들을 갖는 LCD를 도시하는 개략적인 평면도이다; 및

도 6c는 아치형 그루브들을 갖는 터닝 필름을 도시하는 개략적인 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10. 도광판

12. 광원

14. 종단 표면

16. 출사 표면

18. 입사 표면

20, 20a. 터닝 필름

22. 평평한 표면

24. 근접 표면

24a. 근접 표면상의 제1 평평한 세그먼트

24b. 근접 표면상의 제2 평평한 세그먼트

26. 원격 표면

50a. 주 광선들

50b. 제2 광선들

50c, 50c1. 제2 광선들

52. 반사 표면

60. 디스플레이 장치

70. LC 공간 광 모듈레이터

72. 후면 폴라라이저

73. 전면 폴라라이저

75. 광 재배향 구조물

82. 점 광원

90, 90a, 90b, 90c, 90d. 터닝 필름

92. 광 출사 표면

94. 광 입사 표면

96. 기판

100. 디스플레이 장치

120. 광-게이팅 장치

124. 폴라라이저

125. 반사 폴라라이저

142. 반사 표면

172, 173. 투과축들

α. 정점 각

α₁. 반 정점 각

α₂. 반 정점 각

β₁. 베이스 경사각

β₂, β₃, β₄. 경사각

γ₁. 베이스 경사각

n. 굴절률

θ_in. 제1 도광판에 대한 입사각

θ_out. 출사각

V. 필름 법선 방향

S. 수평 방향

Claims

목표각을 향하여 광을 재배향하기 위한 광 재배향 물체에 있어서,

(a) 복수 개의 광 재배향 구조물들을 포함하는 입사 표면; 및

(b) 상기 입사표면을 마주보는 출사 표면을 포함하되,

각각의 광 재배향 구조물은:

(ⅰ) 입사각들의 범위에 걸쳐 입사 조사를 받아들이기 위하여, 제1 경사 베이스 각(β₁), 제2 경사각(β₂) 및 제1 반 정점 각(α₂)에 의하여 정의되는 일 방향으로, 법선으로부터 경사진, 두 개의 경사들을 갖는 근접 표면;

(ⅱ) 제2 베이스 각 (γ₁) 및 제2 반 정점 각(α₁)에 의하여 정의되는 상기 입사 표면에 대한 반대 방향으로, 법선으로부터 경사진 원격 표면을 가지며;

상기 근접 및 원격 표면들이 60도부터 70도까지의 범위에서 존재하는 각(α₁ + α₂)에서 상호 간에 마주 보고, 상기 베이스 각(β₁)이 82도부터 87도까지의 범위에서 존재하는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
제 1 항에 있어서, 상기 근접 표면은 입사각들의 범위에 걸쳐 입사 조사를 받아들이기 위하여, 제1 경사 베이스 각(β₁), 제2 경사각(β₂), 제3 경사각(β₃), 제4 경사각(β₄) 및 제1 반 정점 각(α₂)에 의하여 정의되는 일 방향으로, 법선으로부터 경사진, 네 개의 경사들을 갖는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
제 1 항에 있어서, 상기 근접 표면은 만곡된 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
제 1 항에 있어서, 상기 광 재배향 구조물은 1.15와 1.46 사이의 굴절률을 갖는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
제 1 항에 있어서, α₁과 α₂ 사이의 차이는 5도보다 작은 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
목표각을 향하여 광을 재배향하기 위한 광 재배향 물체에 있어서,

(a) 복수 개의 광 재배향 구조물들을 포함하는 입사 표면; 및

(b) 출사 표면을 포함하되,

각각의 광 재배향 구조물은:

(ⅰ) 입사각들의 범위에 걸쳐 입사 조사를 받아들이기 위하여, 제1 경사 베이스 각(β₁), 제2 경사각(β₂) 및 제1 반 정점 각(α₂)에 의하여 정의되는 일 방향으로, 법선으로부터 경사진, 두 개의 경사들을 가지되, 상기 제1 경사 베이스 각(β₁)은 필름의 기판에 대하여 가장 근접한 각이며, 상기 제2 경사각(β₂)은 상기 필름의 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 각인 근접 표면;

(ⅱ) 제2 베이스 각(γ₁) 및 제2 반 정점 각(α₁)에 의하여 정의되는, 상기 입사 표면에 대한 반대 방향으로, 법선으로부터 경사진 원격 표면을 가지며;

β₁- β₂가 적어도 20도인 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
제 6 항에 있어서,

β₁- β₂가 25도와 35도 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
제 6 항에 있어서,

상기 근접 표면은 두 개의 경사각들(β₃, β₄)을 더 포함하고, β₁ > β₃ > β₄ > β₂이며, β₃ - β₄ 는 β₁ - β₃ 또는 β₄ - β₂의 약 두 배인 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
제 10 항에 있어서, 상기 근접 표면은 만곡된 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
목표각을 향하여 광을 재배향하기 위한 광 재배향 물체에 있어서,

(a) 피치(P)를 갖는 복수 개의 광 재배향 구조물들을 포함하는 입사 표면; 및

(b) 출사 표면을 포함하되,

각각의 광 재배향 구조물은:

(ⅰ) 입사각들의 범위에 걸쳐 입사 조사를 받아들이기 위하여, 제1 경사 베이스 각(β₁), 제2 경사각(β₂), 길이(L₁)를 갖는 기판상에 대한 제1 돌출 세그먼트(projection segment), 길이(L₂)를 갖는 기판상에 대한 제2 돌출 세그먼트 및 제1 반 정점 각(α₂)에 의하여 정의되는 일 방향으로 법선으로부터 경사진, 두 개의 경사들을 가지되, 상기 제1 경사 베이스 각(β₁)은 필름의 기판에 대하여 가장 근접 한 각이고, 상기 제2 경사각(β₂)은 상기 필름의 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 각인 근접 표면;

(ⅱ) 제2 베이스 각 (γ₁) 및 제2 반 정점 각(α₁)에 의하여 정의되는 상기 입사 표면에 대한 반대 방향으로, 법신으로부터 경사진 원격 표면을 가지며;

비율(L₁/P)이 0.06 및 0.08의 범위에서 존재하고, 비율(L₂/P)이 0.152 및 0.238의 범위에서 존재하는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.