KR20200022438A - 자유 시청모드 및 제한 시청모드용 스크린 - Google Patents

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KR20200022438A
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앙드레 헤버
우베 슈뢰터
유르겐 슈바르츠
앰브로즈 페터 나리
마르쿠스 클리프쉬타인
스테판 알키멘코
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시옵티카 게엠베하
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Abstract

본 발명은 적어도 2개의 동작모드, 즉, 자유 시청모드(B1) 및 제한 시청모드(B2)로 사용될 수 있는 스크린(1)용 조명기기(1a)로서, 제한된 각도 범위로 광을 방출하는 평면 확장의 백라이트(2); 시야 방향으로 백라이트(2)의 앞에 위치되고 큰 표면 중 적어도 하나 및/또는 광가이드의 체적 내에 아웃커플링 소자(6)가 제공되며, 상기 백라이트(2)에 의해 방출된 광의 70% 이상에 투명한 판형 광가이드(3); 및 광가이드(3)의 엣지에 측방향으로 배열된 광원(4)을 포함하고, 단위 면적당 아웃커플링 소자(5)의 개수와 연장부에 대해 다양한 파라미터들이 지정되며, 모드(B2)에서 백라이트(2)는 스위치 온되고 광원(4)은 스위치 오프되고, 모드(B1)에서 적어도 광원(4)은 스위치 온되는 조명기기에 관한 것이다.
투과형 이미지 생성기와 상호 작용으로, 본원의 조명기기(1a)는 상기 동작모드를 허용하는 이점적인 스크린(1)을 구성한다.

Description

자유 시청모드 및 제한 시청모드용 스크린
최근에, LCD의 시야각을 확대시키는 데 큰 진전이 있었다. 그러나, 종종 스크린의 매우 큰 시야각 범위가 불리해질 수 있는 상황이 있다. 점점 더, 노트북 및 태블릿 PC와 같은 모바일 장치에서 은행 데이터 또는 기타 개인 정보 및 민감한 데이터와 같은 정보가 이용되고 있다. 따라서, 사용자는 이러한 민감한 데이터를 보도록 허용된 사람을 어느 정도 통제해야 한다; 예를 들어, 사용자가 휴가 스냅사진을 보거나 광고를 볼 때 디스플레이된 정보를 다른 사람과 공유하기 위해 넓은 시야각과, 반대로, 디스플레이되는 정보를 비공개로 유지하는 것이 필요한 좁은 시야각 사이에서 선택할 수 있어야 한다.
차량 제조시에도 비슷한 문제에 마주친다: 여기서, 모터가 작동 중일 때, 운전자가 디지털 엔터테인먼트 쇼와 같은 이미지 컨텐츠에 주의를 뺏기게 해서는 안되는 반면, 앞좌석 탑승자는 탑승 중 이들을 보고 싶어할 수 있다. 이를 위해서는 해당하는 디스플레이 모드들 간에 전환될 수 있는 스크린이 필요하다.
마이크로 루버(micro-louvers) 기반의 액세서리 필름이 이미 개인정보 보호모드(privacy mode)로 알려진 광학 데이터 보호를 제공하기 위해 모바일 디스플레이 스크린에 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 필름은 모드간에 전환할 수 없지만 수동으로 탈부착되어야 한다. 또한, 사용하지 않을 때는 디스플레이 스크린과 별도로 갖고 있어야 한다. 또 다른 실질적인 단점은 이러한 루버 필름의 사용에 따른 광손실이다.
US 6,765,550은 마이크로 루버에 의해 제공되는 이러한 개인정보 보호를 기술하고 있다. 여기서, 가장 큰 단점은 필터를 기계적으로 탈부착해야 할 필요성과 개인정보 보호모드의 광손실이다.
US 5,993,940은 개인정보 보호모드를 생성하기 위해 표면에 작은 규칙적으로 배열된 프리즘 스트립이 제공되는 필름의 사용을 기술하고 있다. 이 필름의 개발과 제작은 상당히 복잡하다.
WO 2012/033583에서, 자유 시청과 제한 시청간의 전환은 소위 "크로모닉(chromonic)"층들 사이에 배열된 액정의 트리거링에 의해 이루어진다. 이는 광손실이 포함되며 구현도 다소 복잡하다.
US 2009/0067156은 조명 시스템 및 디스플레이 장치를 구성하기 위한 많은 아이디어를 개시하고 있다. 특히, 도 3a 및 도 3b에 도시된 버전은 웨지형 광가이드로 구성된 2개의 백라이트 및 LCD 패널을 사용하며, 여기서 후방 백라이트(40)는 넓은 조명 각도를 포지티브하게 생성하도록 되어 있고, 전방 백라이트(38)는 좁은 조명 각도를 포지티브하게 생성하도록 되어 있다. 그러나, 전방 백라이트(38)가 후방 백라이트(40)로부터 시작되는 넓은 조명 각도를 갖는 광을 본질적으로 상기 전방 백라이트(38)를 통과할 때 좁은 조명 각도를 갖는 광으로 변환함이 없이 어떤 방식으로 좁은 조명 각도를 만들려고 하는 것인지 여전히 불분명하게 남아있다.
US 2009/0067156의 도 5에 도시된 구성과 관련하여, 2개의 광가이드(46 및 48)는 각각 "좁은 광", 즉 좁은 조명 각도를 갖는 광을 생성한다는 점에 유의해야 한다. 광가이드(48)의 광을 "넓은 광", 즉 넓은 조명 각도를 갖는 광으로의 변환은 복잡한 공정에서 프리즘 구조가 제공되어야 하는 부분 미러(50)에 의해서만 달성된다. 이 변환은 처음에는 좁은 조명 각도(사용 가능한 유일한 빛)로 나가는 광이 넓은 조명 각도로, 대체적으로 반 공간(semispace)으로 확산되기 때문에, 광강도를 극적으로 감소시킨다. 결과적으로, 휘도는 파라미터에 따라(휘도와 관련하여) 인수 5이상 만큼 감소될 것이다. 따라서, 이 구성은 실제적인 관련성이 거의 없다.
US 2009/0067156의 도 7에 따른 실시예에서, UV광을 가시광으로 변환시키는 인층(phosphorus layer)이 반드시 필요하다. 이는 오히려 그렇게 하기 힘들다: 판독될 수 있도록 LCD를 비추기 위해 백라이트에서 충분한 광을 얻으려면, UV 강도가 매우 높아야 한다. 그러므로, 이 구성은 비싸고 복잡하다; UV 복사만 차단하므로 실용적이지 않다.
US 2012/0235891은 스크린에서 매우 복잡한 백라이트를 기술한다. 도 1 및 도 15에 따르면, 이 설계는 여러 광가이드뿐만 아니라 마이크로 렌즈소자(40) 및 프리즘 구조(50)와 같은 다른 복잡한 광학소자를 사용하는데, 이는 후방 조명에서 나오는 광을 전방 조명으로 변환시킨다. 이는 비용이 많이 들고 구현하기가 복잡하며 광손실을 수반한다. US 2012/0235891의 도 17에 도시된 버전에 따르면, 양 광원(4R 및 18)은 좁은 조명 각도를 갖는 광을 생성하며, 후방 광원(18)에 의해 방출된 광은 먼저 큰 조명 각도를 갖는 광으로 힘들게 변환된다. 상술한 바와 같이, 이 복잡한 변환은 휘도를 크게 줄인다.
JP 2007-155783에 따르면, 계산 및 제조가 어려운 특수 광학면(19)은 광 입사각에 따라 광을 다양한 좁거나 넓은 영역으로 편향시키기 위해 사용된다. 이 구조는 프레넬 렌즈(Fresnel lenses)와 유사하다. 또한, 비활성 엣지가 있어, 광을 원하지 않는 방향으로 편향시킨다. 따라서, 실제로 유용한 광분포가 달성될 수 있는지는 여전히 불확실하다.
GB 2428128 A에 의해 교시된 바와 같이 제한된 시청을 달성하기 위해, 스크린으로부터 눈에 띄는 거리에 배치되고 디스플레이 스크린에 부착된 홀로그램을 비추는 추가 광원이 특수 파장으로 측면 뷰를 오버레이하는데 사용된다. 여기서 단점은 스크린으로부터의 광원의 필요 간격 및 적절한 홀로그램을 만드는 복잡성이다.
US 2013/0308185는 엣지에서 비춰지는 방향에 따라 넓은 영역의 광을 다양한 방향으로 방출하는 단계들이 제공되는 특수 광가이드를 기술한다. 가령, LC 디스플레이와 같은 투과형 이미저와의 상호작용에 의해, 자유 시청모드 및 제한 시청모드 간에 전환될 수 있는 스크린이 제조될 수 있다. 여기서, 단점은 무엇보다도 제한된 보기 효과가 특정한 지불 조치에 대한 필요에 따라 좌/우 및 상/하 방향들이 아니라 하나의 좌/우 또는 상/하 방향으로만 생성될 수 있다는 것이다. 또한, 심지어 제한 시청모드에서도 차단된 시청각도에서 일부 잔류 광을 여전히 볼 수 있다.
WO 2015/121398에서, 출원인은 모드들 사이를 전환하기 위해, 각각의 광가이드의 체적에 제공된 산란 입자를 본질적으로 갖는, 서두에 기술된 종류의 스크린을 개시한다. 그러나, 대체로 몇몇 중합물로 구성해 거기에서 선택된 산란 입자는, 큰 표면들 모두에서 광이 결합되어 유용한 광의 약 절반이 설계로 인해 충분한 정도로 재활용될 수 없는 곳에서, 잘못된 방향으로, 즉 백라이트를 향해 방출된다는 단점이 있다. 게다가, 광가이드의 체적에 분산된 산란 중합물 입자는, 특히 더 높은 농도에서, 보호모드에서 개인정보 보호 효과를 감소시키는 산란 효과를 초래할 수 있다.
상기 언급된 방법 및 장치는, 원칙적으로, 기본 스크린의 휘도를 현저하게 감소시키고/시키거나 모드 사이를 전환하기 위해 능동적이지만 적어도 특수한 광학소자를 필요로 한다는 공통된 단점이 있고/있거나 자유 시청모드에서 제조하기에 복잡하고 고가이고/거나 해상도를 저하시킨다.
LCD 스크린용 백라이트 설계에서 광가이드는 일반적으로 사출성형과 같은 비용효율적인 대량 생산에 적합한 방법으로 플라스틱 재료(예를 들어, PMMA 또는 폴리카보네이트)로 제조된다. 이러한 방식으로 만들어진 광가이드는 대체로 육안으로 식별할 수 있는 거친 거시적인 표면 결점을 가지고 있으며, 이는 빛을 결합시킨다. 이러한 거친 질감으로 인해, 이러한 광가이드의 헤이즈(haze) 레벨이 오히려 높은데, 대체로 가능하게는 15% 또는 심지어 훨씬 더 높은 값을 채택한다. 이러한 종류의 산란 특성은 이미 큰 표면들에 집속된 빛이 큰 영향을 받지 않고 그러한 광가이드를 투과하는 것을 불가능하게 한다. 또한, 최신 광가이드는 LCD 패널에 적절한 유용성의 고르게 분포된 광을 방출하기 위해 추가 광학층을 항상 필요로 한다. 이를 위해 사용된 수단은 예를 들어 디퓨저 필름, 휘도 향상 필름(BEF, DBEF) 또는 후면으로부터 결합된 광을 복귀시키는 반사기이다. 특히, 종종 산란 요소로 설계된 거친 아웃커플링 구조로 인해, 디퓨저가 없는 이러한 광가이드의 사용은 광균일성에 현저한 손실 없이는 불가능하다.
그로부터 출발하여, 본 발명의 문제점은 스크린과 상호작용하여, 가능한 한 제한없는 시야각으로 자유 시청을 가능하게 하는 제 2 동작모드와 함께, 선택적으로 제한된 시야각에 의해 정보의 안전한 표시가 구현될 수 있는 조명기기를 기술하는 것이다. 본 발명은 간단한 수단과 가능한 한 저비용으로 구현될 수 있도록 되어 있다. 양 동작모드에서, 사용되는 디스플레이 스크린의 기본 해상도를 특히 우선적으로 사용하여 가장 높은 해상도를 볼 수 있다. 또한, 본 발명의 해결방안은 광손실을 가능한 최소로 하는 것이다.
이 과제는 적어도 2개의, 즉, 자유 시청모드용 B1 및 제한 시청모드용 B2의 동작모드에서 작동가능하고, 제한된 각도 범위에서 빛을 방출하는 평면 확장의 백라이트를 포함하는 스크린용 조명기기에 의해 해결된다. 적합한 제한 각도 범위는 일반적으로 백라이트 앞에 있는 반 공간(semispace)보다 작은 임의의 범위일 수 있다; 그러나, 바람직하게는 예를 들어 수평 및/또는 수직으로 +/- 20°또는 30°또는 표면에 대한 법선을 중심으로 원뿔 또는 백라이트상의 선택가능한 방향벡터로서의 각도 범위가 본 명세서에서 의도되어 있고, 최대 휘도의 1%에서 5% 미만의 작은 광 레벨은 무시할 수 있다. 초기에, "수직으로" 및 "수평으로"라는 용어는 일반적으로, 동작시. 조명기기와 함께 사용되는 스크린의 방향에 따라 관찰자의 위치 및 이에 따라 지표면의 위치에 대해 실제로 수평이거나 수직인 방향에 대응하는 백라이트의 표면 또는 광가이드의 큰 표면에 상호 수직인 2개의 바람직한 방향과 관련있으며, 상기 스크린은 대개 고정된다.
조명기기는 시야 방향에서 볼 때 백라이트의 앞에 위치되고, 적어도 4개의 좁은 면(엣지) 및 2개의 큰 표면을 가지며, 큰 표면들 중 적어도 하나에 및/또는 체적 내에 아웃커플링 요소가 제공되는 판형 광가이드를 더 포함하고, 상기 광가이드는 백라이트에 의해 방출된 광의 적어도 70%에 투명하고, 광가이드의 엣지에, 바람직하게는 광가이드의 긴 엣지들 중 하나 또는 모두에 측방향으로 배열된 광원을 갖는다.
표면적당 아웃커플링 소자의 개수 및 연장부는 그 표면의 적어도 50%, 바람직하게는 80%에서 광가이드가 평균 헤이즈(haze) 값을 ASTM D1003에 따라 측정된 7% 미만, 또는 바람직하게는 2% 미만, 특히 바람직하게는 1% 미만을 가져, 있다하더라도, 상기 광가이드를 통과할 때 상기 각도 범위를 벗어난 각도에서 산란된 제한된 각도 범위에서 적어도 모드(B2)로 백라이트에 의해 방출된 광은 단지 무시할 수 있도록 선택된다(본 명세서에서 측정은 기준으로 헤이즈 미터를 사용한 더 일반적인 절차(A)에 기초한다). "무시할 수 있는"은, 예를 들어, 낮은 헤이즈로 인해, 즉, 표면 법선으로부터 40°의 수평 각도 내에서, 0°각도로 조명기기에 의해 방출되는 광밀도가 산란에 기여한 것이 최대 1%의 비율인 것을 포함하는 것을 의미한다.
광가이드의 제조시, 아웃커플링 요소는 원칙적으로 적응가능하고 사전 설정된 조건을 충족시키는 다양한 방식으로 광가이드 내에 또는 광가이드 상에 분포될 수 있다. 아웃커플링 요소는 체적 및/또는 광가이드의 표면에서 국부적으로 제한된 구조적 변화이다. 따라서, "아웃커플링 요소"라는 용어는 확산, 반사, 편광 재순환 또는 (이중) 휘도 강화층((D)BEF)과 같이 광가이드 표면에 적용된 임의의 추가 광학층을 명백히 배제한다. 아웃커플링 요소로 간주되지 않는 이러한 추가층은 엣지에서만 광가이드에 결합되는 반면, 광가이드와 함께 전체적으로 고체 물질을 형성하지 않으면서 단지 큰 표면들 상에 느슨하게 놓여진다. 대조적으로, 큰 표면에 도포되고 화학반응에 의해 결합된 임의의 래커 또는 바니시도 광가이드와 분리할 수없는 전체적으로 고체 물질을 형성한다; 따라서, 이러한 래커 또는 바니시는 상술한 의미에서 추가층이 아니다.
아웃커플링 요소의 구조는 각각의 아웃커플링 요소의 효과가 적어도 대략 알려져 있도록 주어질 수 있고, 광가이드 또는 광가이드를 출사한 광의 특성은 아웃커플링 요소의 미리 결정된 분포에 의해 목표한 방식으로 특정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 큰 표면들 중 적어도 하나 및/또는 광가이드의 체적 내에 있는 아웃커플링 소자의 분포는 광원에 의해 광가이드에 조사(照射)되어 아웃커플링 소자에 의해 광가이드로부터 아웃커플링된 광이 다음 조건: 즉,
- -50°내지 +50°사이의 각도 범위에서 큰 표면들 중 하나에서 아웃커플링된 광량의 적어도 30%가 서로 및 표면 법선에 직교하는 하나 또는 두 개의 지정된 선호 방향에 대해 -20°내지 +20°사이의 각도 범위로 방출되고/되거나, 큰 표면에 대한 법선에 대해 -50°내지 +50°사이의 각도 범위에서 큰 표면들 중 하나에서 아웃커플링된 광량의 적어도 40%가 상기 하나 또는 두 개의 선호 방향에 대해 -30°내지 +30°사이의 각도 범위로 방출되고,
- 광가이드로(3)부터 아웃커플링된 광량의 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 60%, 또는 특히 바람직하게는 적어도 80%가 백라이트(2)로부터 멀어지는 방향으로 결합되는 것을 만족시키는 방식으로 특정된다.
2개의 동작모드(B1 및 B2)는 모드(B2)에서 백라이트가 스위치 온되고 (광가이드의 엣지 상에) 광원이 오프되는 반면, 모드(B1)에서 (광가이드의 엣지 상에) 적어도 광원이 스위치 온된다. 여기서는 광원에 의해 원래 광가이드로 방출된 후에 아웃커플링 소자를 통해 광가이드에 의해 방출되는 광만이 고려되고, 방출은 거의 유일하게 아웃커플링 소자를 통해 발생한다.
바람직한 방향은 외부 기준 프레임에서 상술한 수직 또는 수평 방향에 해당할 수 있다.
모드(B1)에서, 상술한 바와 같이, 적어도 광가이드의 엣지에 있는 광원은 스위치 온되는 반면, 백라이트는 스위치 온 또는 오프될 수 있다.
단위면적당 개수, 3차원의 형상 및 연장부, 및 큰 표면들 중 적어도 하나 및/또는 광가이드의 체적에 대한 분포와 관련하여 본원의 필수적인 아웃커플링 소자의 요망 특성은, 예를 들어, LightTrans사 또는 다른 공급업체로부터 입수할 수 있는 "VirtualLab"과 같은 광학 시뮬레이션 소프트웨어에 의해 결정된 후 이에 따라 물리적으로 구현될 수 있다.
종래 기술에서, 반사기, BEF, DBEF, 프리즘 필름 또는 디퓨저와 같은 추가 층을 사용하지 않으면 상술한 방출 특성이 달성되지 않는다. 여기서, 특수한 방출 특성은 특히 충분히 효율적인 광이득 달성에 기여하는데, 이는 본원의 조명기기가 장착된 스크린이 전형적으로 -20°내지 +20°또는 -30°내지 +30°의 좁은 수직 각도 범위 내에서만 관찰되기 때문이다. 동시에, 모드(B2)에서 개인정보 보호효과를 손상시키지 않도록, 본 발명에 필수적인 낮은 헤이즈 레벨을 달성하도록 주의를 기울여야 한다.
아웃커플링 소자는 큰 표면들과, 선택적으로, 체적에 추가로 제공될 수 있다.
광가이드는 바람직하게는 일부 투명한 열가소성 또는 열탄성 재료 또는 유리로 구성된다.
바람직하게는, 큰 표면들 중 적어도 하나 및/또는 광가이드의 부피 내에서 아웃커플링 소자의 분포는 아웃커플링된 광이 광가이드면 중 70% 이상에서 70%의 휘도 균일성에 도달하는 방식으로 특정된다. 이를 위해, 휘도 균일성은 Lvmin/Lvmax, 즉, 단위면적당 가장 낮은 휘도값과 가장 높은 휘도값의 비로 정의될 수 있다. 휘도 균일성을 정의하는 또 다른 규칙은 Deutsches Flachdisplay-Forum 사의 "Display V1.2의 균일성 측정 표준"에 제시되어 있다.
더욱이, 상기 제한된 각도 범위가 백라이트의 표면 법선에 대해 비대칭으로 구성되는 경우 일부 응용에 유리하다. 비대칭 구성은 바람직하게는 바람직한 방향 중 하나로 구현된다. 이는, 특히 자동차 애플리케이션에서, 예를 들어, 소위 센터 정보 디스플레이를 형성하기 위한 본원의 조명기기와 결합될 스크린이 운전자와 앞 좌석 탑승자 사이의 중간 쯤에 대시 보드 상에 배열되는 경우에 유용하다. 이 경우, 탑승자 전용으로 제한된 각도 시청 범위는 비대칭으로, 즉, 탑승자를 지향해 구성되어야 한다. 여기서, 비대칭이 제공되는 바람직한 방향은 수평에 해당한다.
아웃커플링 소자는 최대 치수가 100㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 30㎛이다.
광가이드의 큰 표면들 중 적어도 하나로부터 광아웃커플링을 위한 아웃커플링 소자는 바람직하게는 마이크로 렌즈 및/또는 마이크로 프리즘 및/또는 회절 구조 및/또는 3차원 구조 요소 및/또는 최대 연장부가 35㎛ 미만, 바람직하게는 15㎛ 미만인 최대 치수를 갖는 산란 요소로 구성된다. 회절 구조의 경우, 이들은 홀로그램 또는 격자/회절 격자일 수 있다.
대안으로, 아웃커플링 소자 자체는 단지 마이크로 렌즈, 마이크로 프리즘, 산란 요소 및/또는 회절 구조의 외형을 가질 수 있다. 이 경우, 이들은 특히 광가이드의 체적에 형성된 공동으로 구성될 수 있다. 공동은 배기될 수 있으나, 바람직하게는 일부 기체, 액체 또는 고체 재료로 채워지며, 상기 재료는 광가이드의 재료와 상이하고 바람직하게는 더 낮은 굴절률을 갖는다. 공동을 재료로 채우고 재료를 선택함으로써 광전도(light conduction) 및 아웃커플링에 영향을 줄 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 재료의 헤이즈 값은 또한 바람직하게는 광가이드의 헤이즈 값과 다르고, 바람직하게는 더 높다. 이러한 구성은 광 아웃커플링에서 보다 높은 효율의 이점을 갖는다.
대안으로, 그리고 기술적으로 더 쉬운 방식으로, 바람직하게는 유사한 2개의 기판층을 결합함으로써 광가이드가 제조되는 경우 공동이 형성될 수 있다. 이들은 예를 들어 접착 본딩에 의해 화학적으로 결합될 수 있다. 이어서, 공동은 기판층의 경계면 중 적어도 하나에 오목부로서 형성된다.
아웃커플링 소자가 광가이드의 큰 표면들 중 적어도 하나에 제공되는 경우, 일부 플라스틱 또는 유리로부터 유리하게 형성되며, 그 구조는 도구에 의해 엠보싱된다. 이는, 예를 들어, 대량 생산시 UV 경화 재료(예를 들어, 바니시, 모노머 등)를 광가이드 기판에 도포함으로써 가능하며, 상기 재료는 도구에 의해 구조화되고 UV 복사로 경화, 가령, 중합반응된다. 복사에 의해 경화될 수 있는 다른 재료들도 또한 사용될 수 있다. 아웃커플링 소자를 구현하기 위해 오목부 형성하는 것은 예를 들어 기계적, 리소그래적 또는 프린팅 공정뿐만 아니라 재료 증착, 재료 변환, 재료 연마 또는 재료 용해에 의해서도 가능하다.
이러한 방식으로, 예를 들어, 격자 구조, (표면으로부터 돌출된 플라스틱 부품을 가진) 마이크로 프리즘 볼록형 및/또는 (구조화된 플라스틱의 표면층 내에 엠보싱되거나 움푹 들어간) 오목형, 기타 다른 형상의 3차원 구조 요소, 또는 심지어 마이크로 렌즈가 저비용으로 대량 생산될 수 있다. 볼목 및 오목 구조 모두가 동일하게 이용될 수 있다.
광가이드 또는 광가이드의 기판은 최종적으로 그 중량에 대해 적어도 40 중량%, 또는 바람직하게는 60 중량%의 폴리메틸메타크릴레이트를 함유할 수 있다. 대안으로, 함유 물질은 예를 들어 폴리카보네이트일 수 있다.
백라이트는, 예를 들어, 평면 이미터, 바람직하게는 측면 또는 후면 상에 배치된 추가 광원을 갖는 다른 광가이드, 및 적어도 하나의 프리즘 필름 및/또는 적어도 하나의 개인정보 보호 필터(마이크로 루버 필터)와 같이 평면 이미터에 통합되고/되거나 평면 이미터 앞에 배치된 적어도 하나의 광 콜리메이터로 구성된다.
따라서, 백라이트는 원칙적으로 예를 들어, 사이드 라이트, 엣지 라이트, 다이렉트 LED 백라이트, 엣지 LED 백라이트, OLED 또는 예를 들어 적어도 하나의 (마이크로 루버가 있는) 영구 개인정보 보호 필터가 부착된 다른 평면 이미터로서 LED 백라이트와 유사하게 설계될 수 있다. 다른 버전들은 지향 백라이트로 알려진 장치를 사용한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 모드(B1)에서, 특정 제한 각도(σ,γ)의 함수로서, 광가이드로부터 각도(β)로 출사된 아웃커플링된 광은, 광가이드 표면에 대해 수직이며 2개의 바람직한 방향 중 적어도 하나에서 측정된 10°< γ < 80° 및 10° < σ < 80°, 바람직하게는 γ = σ = 40°로 80°> β > γ 및/또는 -80°< β < -σ의 조건을 만족하는 각도 범위에 있는 광가이드면의 모든 지점에서, 표면 법선을 따라 광가이드면의 이러한 한 지점으로부터 출사한 광의 최대 80%, 바람직하게는 60%, 또는 특히 바람직하게는, 최대 50%의 광강도를 갖게 된다. 본 명세서에서 종종, 바람직한 방향은 수직방향이다. 본 명세서에서, 일반성을 잃지 않으면서, 네거티브 각도는 광이 결합되는 측면에 할당된다; 즉, -90°각도는 커플링이 발생하는 방향에 해당한다. 본 명세서에서, 제한 각도(σ,γ)는 각각의 적용에 바람직한 광성능에 따라 명확히 명시된다. 특히 바람직한 제한 각도 γ = σ = 40°의 경우, 광강도는 -40°내지 -80°뿐만 아니라 40°내지 80°각도에만 적용된다. 제한 각도(σ,γ)가 더 적을수록, 더 많은 광이 하나의 바람직한 방향 또는 두 개의 바람직한 방향으로 수직 이등분선에 집중된다. 예를 들어, B1 모드에서, 운전자와 앞좌석 탑승자가 비교적 잘 정의된 시야각으로 본원의 조명기기로 스크린을 보는 자동차에서는, 오히려 40°미만의 제한 각도(σ,γ)를 선택할 것이다. 반대로, 랩톱에서는 스크린의 접힘성과 다른 사람의 시야각에 관한 보편적인 적용 시나리오로 인해, 40°이상의 제한 각도를 갖는 것이 합리적이다. 80°제한은 가능하게는 70°로 변경될 수 있다.
이러한 방식으로, 스크린이 추가된 본 발명의 조명기기가 자동차에 설치되면, 예를 들어, 특히 야간 운전 동안, 앞유리에 방해 반사의 감소를 달성할 수 있다. 더욱이, 상기 언급된 조건이 만족되면, 프리즘 필름 등과 같은 임의의 포커싱 층을 사용하지 않고도 광가이드로부터의 아웃커플링의 뚜렷한 효율이 달성된다.
본원의 조명기기를 사용하는 것은 특히 적어도 2개의 동작모드, 즉, 자유 시청모드(B1) 및 제한 시청모드(B2)로 작동될 수 있는 스크린으로서,
- 본원에 따른 조명기기; 및
- 광가이드 앞에 배열된 투과형 이미지 생성기를 구비하는 스크린과 연계하여 이점적이다.
또한, 자체적으로 서브픽셀들로 구성된 픽셀들로 이루어진 이미지 생성기를 이용할 경우, 그리고 상기 아웃커플링 소자의 각 치수, 즉, 높이, 깊이 및 폭이 이용된 이미지 생성기의 서브픽셀의 최소 폭 및 높이보다 더 작은, 즉, 이들 2개 값의 최소치보다 더 작은 경우 본 발명이 이점적이다. 바람직하기로, 상기 아웃커플링 소자의 각 치수, 즉, 높이, 깊이 및 폭은 사용된 이미지 생성기의 서브픽셀의 최소 폭 및 높이보다 1.3, 1.5 또는 2.0 인수만큼 더 작다. 이런 식으로, 이미지는 더 균질해지고 구조 패턴 및 서브픽셀 패턴의 중첩이 가능하게 방지될 수 있다.
본원의 스크린의 다른 실질적인 실시예는 (시야 방향으로 볼 때) 이미지 생성기 앞에 배치되고 광아웃커플링 수단이 제공되고 광원에 의해 광이 측면으로 들어갈 수 있는 (예를 들어 유리 또는 플라스틱으로 제조된) 다른 광 가이드를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 아웃커플링 수단은, 예를 들어, 상술한 수단, 또는 예를 들어 광가이드의 체적에 균질하게 분포되어 있는 WO 2015/121398 A1 및 WO 2017/089482 A1에 기술된 바와 같이 적절한 크기 및 수량의 이산화 티타늄, 황산 바륨 등의 나노 입자들과 같이 종래 기술에 공지된 종류의 수단이다. 이 실시예로, 실제로 시청되는 것을 방지하는 각도 범위의 모드(B2)에서 임의의 의도하지 않은 잔류 광은 콘트라스트가 보이지 않고 허용되지 않은 각도에서는 이미지가 전혀 인지될 수 없을 정도로 간섭되거나 눈부시게 반사될 수 있다. 여기서 다시, 아웃커플링 소자는 공동 또는 인터페이스의 형태로 형성될 수 있어, 예를 들어, 자동차에서 사용될 때, 디스플레이되는 정보는 방출이 각각의 부분 공간으로 제한된다는 점에서 운전자가 아닌 앞좌석 탑승자만이 볼 수 있도록 한다.
적격한 광원이 유색광 또는 백색광을 방출하도록 되어 있으며, 투과형 이미지 생성기에 의해 디스플레이되는 이미지에 존재하지 않는 컬러의 광을 발산할 수 있다.
대안으로, 광원이 투과형 이미지 생성기에 의해 디스플레이된 이미지에 있거나 컬러 스펙트럼에서 그러한 컬러에 가까운 유색광을 방출할 수 있다. 마지막으로, 광원이 투과형 이미지 생성기에 의해 디스플레이된 이미지에 있는 컬러에 상보적인 컬러와 대략 일치하는 유색광을 방출하는 것이 가능하다.
"유색광"은 특히 백색이 아닌 가시광선, 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 터키색, 청록색, 자홍색 또는 황색의 광인 것으로 이해된다. 또한, 이 광은 선택적으로 다양한 휘도 레벨로 방출될 수 있다. 게다가, 색 속성, 예를 들어, 광원에 의해 방출된 광의 컬러 및/또는 휘도가 시간적으로 변조될 수 있다. 또한, 추가 광원은, 예를 들어, 상이한 컬러 및/또는 상이한 휘도의 광을 동시에 또는 상이한 시간에 및/또는 엇갈려 방출하는 LED 열의 RGB LEDs와 같은 상이한 광원을 포함할 수 있다.
이미지 생성기의 상부면 및/또는 광가이드의 큰 표면들 중 하나에 뿐만 아니라 있다면 개인정보 보호 필터 중 적어도 하나에 반사 감소 또는 산란 수단, 예를 들어 눈부심 방지 및/또는 반사방지 코팅이 갖춰질 수 있다.
본원의 스크린은, 특히 유리하게는, 차량에서 모드(B2)로 앞좌석 탑승자에게만 또는 모드(B1)로 운전자 및 앞좌석 탑승자에 동시에 이미지 컨텐츠를 선택적으로 디스플레이하는 데 사용될 수 있다. 모드(B2)는 예를 들어 앞좌석 탑승자가 운전자의 주의를 끌 수있는 엔터테인먼트 콘텐츠를 시청하는 경우 유용하다.
본 발명에 따른 스크린은 가령 PIN, 이메일, SMS 문자 메시지 또는 ATM, 결제 단말기 또는 모바일 기기에서 비밀번호와 같은 비밀 데이터를 입력 또는 디스플레이하는데 또한 사용될 수 있다.
위에서 언급된 모든 실시예에서, 상기 광원은 LED나 LED 열들 또는 레이저 다이오드일 수 있다. 다른 형태도 가능하며 본 발명의 범위 내에 있다.
더욱이, 모드(B2)에서 일부 영역(A)의 제한된 시청에 대한 원하는 제한된 각도 범위는 수평 및 수직 방향에 대해 별도로 정의되고 구현될 수 있다. 예를 들어, 수평 방향에서보다 수직 방향으로 각도가 크거나 전혀 제한이 없으면, 즉, ATM에서 신체 높이가 다른 사람이 이미지를 보는 경우 유용할 수 있지만, 측면 보기는 크게 또는 완전히 제한되어 있어야 한다. 반면, POS 결제 단말기의 경우, 안전 규정에 따라 모드(B2)의 수평 및 수직 방향 모두에서 종종 보기 제한이 필요하다.
원칙적으로, 본 발명의 성능은 상술한 파라미터가 특정 한계 내에서 변하더라도 영향을 받지 않는다.
상기 언급된 특징 및 하기 설명되는 특징은 언급된 조합뿐만 아니라 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 조합이나 독립적인 특징들로 적용 가능하다는 것이 이해된다.
본 발명의 내용에 포함됨.
이하, 특히 본 발명에 필수적인 특징을 도시한 첨부도면을 참조로 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 광가이드의 하부 큰 표면으로부터 아웃커플링되는 광가이드에 측방향으로 결합되고, 아웃커플링 요소가 상기 하부의 큰 표면 상에 제공되며, 광이 광가이드의 상부 큰 표면에서 출사하는 광의 원리를 도시한 도면이다.
도 2는 광가이드의 상부 큰 표면으로부터 아웃커플링되는 광가이드에 측방향으로 결합되고, 아웃커플링 요소가 상기 상부 큰 표면 상에 제공되며, 광이 광가이드의 상부 큰 표면에서 출사하는 광의 원리를 도시한 도면이다.
도 3은 광가이드를 통과하는 백라이트에 의해 방출되는 광의 원리를 나타내는 도면이다.
도 4는 자유 시청모드에 대한 모드(B1)에서 이미지 생성기와 상호 작용하는 본 발명의 조명기기의 원리를 나타내는 도면이다.
도 5는 제한 시청모드에 대한 모드(B2)에서 이미지 생성기와 상호 작용하는 본 발명의 조명기기의 원리를 나타내는 도면이다.
도 6은 피측정 각도(β)의 수직방향의 정의에 대한 개략도이다.
도 7은 수직방향으로 측정된, 광가이드로부터 아웃커플링된 광의 상대 휘도의 그래프이다.
도 8은 이미지 생성기와 상호 작용하는 본 발명의 조명기기의 실시예를 도시한 것으로, 시야 방향에서 볼 때 이미지 생성기의 앞에, 광을 아웃커플링하기 위한 수단이 제공되고 광원에 의해 광이 측면으로 공급될 수 있는 다른 광가이드가 배치되어 있다.
도 9는 최신 조명 가이드의 각도 범위에 따른 수직 휘도 분포를 도시한 것이다.
도면은 비율에 따르지 않으며 단지 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 1은 광원(4)에 의해 광가이드(3)에 측방향으로 결합되고 광가이드(3)의 하부 큰 표면으로부터 아웃커플링되어 있는 광의 원리를 나타내는 도면으로서, 상기 하부 큰 표면 상에 아웃커플링 소자(6)가 제공되어 있다. 그러나, 아웃커플링된 광은 광가이드(3)의 상부 큰 표면으로부터 출사한다. 수평 방향으로, 광은 본 명세서에서 광가이드(3)의 상부 큰 표면으로부터 큰 각도로 아웃커플링된다. 아웃커플링 소자(6)의 위치가 참조번호 6으로 제시되어 있지만, 상기 아웃커플링 소자(6)는 마이크로 크기여야 하기 때문에 도시되어 있지 않다. 이어서, 광은 광원(4)에 의해, 예를 들어, LED에 의해 측방향으로 광가이드(3)에 결합된다. 전반사로 인해, (굵은 광선으로 표시된) 결합된 광의 광선은 외벽에 의해 반사되어 (가능하게는 반복적으로 부딪힌 후) 최종적으로 아웃커플링 소자(6)에 부딪혀 원하는 아웃커플링을 얻어낼 때까지 광가이드(3)로 다시 투사된다. 이 아웃커플링은 얇은 광선으로 표시된다. 이해를 돕기 위해, 도 1의 표현은 매우 개략적이다; 실제로, 광가이드(3)는 수많은 광선 경로를 갖는다.
도 2는 광원(4)에 의해 광가이드(3)에 측방향으로 결합되고 광가이드(3)의 상부 큰 표면으로부터 아웃커플링된 광의 원리를 도시한 도면으로서, 상기 상부 큰 표면 상에 아웃커플링 소자(6)가 제공되어 있다. 여기서 다시, 아웃커플링된 광은 광가이드(3)의 상부 큰 표면으로부터 출사한다. 도 1의 설명이 그에 따라 적용된다.
여기서 기술적으로 다른 것은 단지 광가이드(3)의 상부면을 차지한 아웃커플링 소자(6)의 위치 및 가능하게는 구성일 뿐이므로, 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 출사하도록 하기 위해, 다시 한번 광 가이드(3)를 가로지를 필요없이 광을 직접 아웃커플링할 수 있다.
도 3은 광가이드(3)를 큰 표면의 양쪽을 통해, 즉 체적을 가로질러 광가이드(3)를 통과하는 백라이트(2)로부터 발생하는 광의 원리를 도시한 도면이다. 여기서, 아웃커플링 소자(6)는 광이 백라이트(2)로부터 발생하기 때문에, 즉, 광이 광원(4)으로부터의 엣지를 통해 측방향으로 광가이드(3)에 결합되지 않기 때문에, 본질적으로 무시될 수 있는 역할을 하며, 따라서 광가이드(3)에서 전반사에 의해 앞뒤로 편향되지 않거나 거의 편향되지 않는다. 따라서, 성상도에서의 이런 효과들이 무시할 수 있기 때문에 아웃커플링 소자(6)는 도면에 도시되지 않았다.
도 4는 자유 시청모드용의 모드(B1)에서 (이하, 시청되는 "스크린 1"의 관점에서 함께 표현된) 이미지 생성기(5)를 갖는 조명기기의 원리를 도시한 도면이다. 상기 스크린(1)은:
제한된 각도 범위로 광을 방출하는 평면 연장부의 백라이트(2);
시야 방향으로 볼 때 백라이트(2) 앞에 배열된 투과형 이미지 생성기(5);
이미지 생성기(5)와 백라이트(2) 사이에 배열되고, 큰 표면들 중 적어도 하나 및/또는 체적 내에 아웃커플링 소자(6)가 제공되며, 백라이트(2)에 의해 방출되는 광 중 적어도 70%로 투명한 판형 광가이드(3); 및
광가이드(3)의 엣지들에, 바람직하게는 광가이드(3)의 2개의 긴 엣지들 중 하나 또는 둘 다에, 즉, 수평 방향(가로 모드)으로, 상부 및 하부 엣지들에 측방향으로 배열된 광원(4)을 포함하고,
상기 제한된 각도 범위는 예를 들어 백라이트(2) 표면에 대해 법선의 좌우측으로 ±30°의 각도 범위를 의미하며(제한된 각도 범위를 정의하는 데 있어, 최대 휘도가 3% 내지 5% 미만인 작은 광량은 아마도 고려되지 않을 수 있으며),
표면적당 도면에 도시되지 않은 아웃커플링 소자(6)의 개수와 그 연장부는 표면의 적어도 50%에서 광가이드(3)가 ASTM D1003의 기준으로서 헤이즈 미터를 사용한 절차 A에 따라 측정된 7% 미만, 바람직하게는 2% 미만, 또는 특히 바람직하게는 1% 미만의 평균 헤이즈(haze) 값을 가져, 이로써 있다하더라도, 상기 광가이드(3)를 통과할 때 상기 각도 범위를 벗어난 각도에서 산란된 제한된 각도 범위에서 적어도 모드(B2)로 백라이트(2b)에 의해 방출된 광은 단지 무시할 수 있을 정도로 선택되고,
더욱이, 큰 표면들 중 적어도 하나 및/또는 광가이드(3)의 체적 내에 있는 아웃커플링 소자(6)의 분포는 광원(4)에 의해 광가이드(3)에 조사(照射)되어 아웃커플링 소자(6)에 의해 광가이드(3)로부터 아웃커플링된 광이 디퓨저, 반사기 등과 같은 추가 광학층들을 사용할 필요없이 다음 조건: 즉,
- 큰 표면에 대한 법선에 대해 -50°내지 +50°사이의 각도 범위에서 큰 표면들 중 하나에서 아웃커플링된 광량의 적어도 30%가 서로 및 표면 법선에 직교하는 하나 또는 두 개의 지정된 선호 방향에 대해 -20°내지 +20°사이의 각도 범위로 방출되고/되거나, 큰 표면에 대한 법선에 대해 -50°내지 +50°사이의 각도 범위에서 큰 표면들 중 하나에서 아웃커플링된 광량의 적어도 40%가 상기 하나 또는 두 개의 선호 방향에 대해 -30°내지 +30°사이의 각도 범위로 방출되고,
- 광가이드(3)로부터 아웃커플링된 광량의 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 60% 또는 특히 바람직하게는 적어도 80%가 백라이트(2)로부터 멀어지는 방향으로 결합되는 것을 만족하는 식으로 지정되며,
모드(B2)에서 적어도 광원(4)이 온된다.
상기 바람직한 방향은 서로 직교하며 광가이드(3) 상의 평면 또는 백라이트(2)의 표면 상에 놓인다. 가령, 결제 단말기 또는 자동차에서 동작시, 스크린은 외부 환경에 대해 고정되어, 스크린의 가로 또는 세로 방향에 관계없이, 선호하는 방향들, 예를 들어 실제로 환경의 외부 좌표계와 관련 있는 "수직" 및 "수평" 용어들이 배정될 수 있다. "Vertical(수직)"은 스크린에서 상하방향에, "horizontal(수평)"은 좌우방향에 해당한다.
여기서, 모드(B1)에서 백라이트(2)는 온 또는 오프일 수 있다. 도 4에서, 예를 들어, 백라이트(2)는 오프이다. B1 모드의 정면도에 특히 밝은 모드가 요구되는 경우, 백라이트(2)는 온일 수 있으며, 이는 도면에 도시되지 않았다.
도 5는 제한 시청모드용의 모드(B2)에서 본원의 스크린(1)의 원리를 도시한 것이다. 여기서, 백라이트(2)는 온인 반면, 광원(4)은 오프이다.
도 5에서 굵은 화살표로 표시되는 제한된 각도 범위에서만 백라이트(2)에 의해 방출된 광이, 도 3과 연계하여 또한 설명된 바와 같이, 본질적으로 산란되거나 편향되지 않고 광가이드(3)를 투과할 것이며, 각도 제한으로 인해, 제한된 각도 범위에서만 이미지 생성기(5)를 볼 수 있는 방식으로 실질적으로 이미지 생성기(5)를 조명할 것이다. 각도 범위의 제한은 수평 및/또는 수직 방향에 적용될 수 있다.
광가이드(3)로부터 아웃커플링된 광량의 50% 이상이 백라이트(2)로부터 멀어지는 방향으로 아웃커플링되는 방식으로 큰 표면들 중 적어도 하나 및/또는 광가이드(3)의 체적 내에 아웃커플링 소자(6)의 분포가 주어진다는 특성에 관해, 다음을 주목해야 한다: 종래 기술에서, 예를 들어, 광가이드 체적 내에 이산화 티타늄 또는 중합물과 같은 나노 입자를 이용하는 데 있어, 각각의 광의 약 절반이 큰 표면들 중 어느 하나로부터 아웃커플링된다. 이는 종래 기술에서 백라이트(2)에서 방출된 광은 이미지 생성기(5)로 거의 다시 보내질 수 없고, 대부분, 이용의 밸런스를 잃어버릴 것이기 때문에 본 발명으로 구현되게 되어 있지 않으며, 이것이 여기서의 요점이다.
종래 기술에 비해, 큰 표면들 중 적어도 하나 및/또는 광가이드(3)의 체적 내에 아웃커플링 소자(6)의 분포는, 무지향식으로 아웃커플링된 광량만을 향상시키는 디퓨저, 반사기 또는 휘도 강화 필름과 같은 추가의 광학층 없이, 광원(4)에 의해 광가이드로 방출되고 아웃커플링 소자(6)에 의해 광가이드(3)로부터 아웃커플링되는 광이 표면 법선에 대해 -50°내지 +50°사이의 각도 범위로 큰 표면들 중 하나에 결합된 광량의 적어도 30%가, 가령, 상술한 수직 및/또는 수평 방향으로 하나 또는 두 개의 지정된 선호 방향과 관련해 -20°내지 +20°사이의 각도 범위로 방출되고/되거나 표면 법선에 대해 -50°내지 +50°사이의 각도 범위로 큰 표면들 중 하나에 결합된 광량의 적어도 40%가 하나 또는 두 개의 지정된 선호 방향과 관련해 -30°내지 +30°사이의 각도 범위로 방출되는 조건을 만족하는 식으로 미리 설정되어 있다는 사실에 의해 광이득에 대한 효율의 막대한 증가가 달성된다. 이러한 효율 증가는 상술한 추가 광학층들이 통상적으로는 사용될 수 없다는 사실에 기인하는데, 왜냐하면, 그렇지 않으면, 산란, 굴절 및 발생가능한 다른 광학 효과로 인해 B2 모드가 비활성화될 수 있기 때문이다.
아웃커플링 소자(6)는 최대 치수가 100㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 30㎛이다. 전형적으로, 단위 면적당 아웃커플링 소자(6)의 개수는 예를 들어 균일성과 같은 원하는 아웃커플링 특성을 달성하기 위해 광가이드(3)의 표면에 걸쳐 변한다.
광가이드(3)의 큰 표면들 중 적어도 하나로부터의 광 아웃커플링을 위한 아웃커플링 소자(6)는 바람직하게는 마이크로 렌즈 및/또는 마이크로 프리즘 및/또는 회절 구조 및/또는 3차원 구조 요소로 구성되며, 이들의 최대 치수는 최대 연장부가 35 ㎛ 미만, 바람직하게는 15 ㎛ 미만이다.
따라서, 아웃커플링 소자(6)가 광가이드(3)의 큰 표면 중 적어도 하나에 제공되는 경우, 상기 아웃커플링 소자는 유리하게 도구에 의해 구조화된 일부 플라스틱으로 형성된다. 이는, 대량 생산시, 예를 들어 UV-경화 재료(예를 들어, 래커 또는 바니시, 모노머 등)를 광가이드 기판 상에 도포하고, 상기 재료를 도구에 의해 구조화하여 이를 UV 복사에 의해, 예를 들어 중합에 의해 경화시킴으로써 가능하다. 다른 적합한 제조 공정으로 예를 들어 사출 성형, 핫 엠보싱 및 리소그래피가 있다.
마지막으로, 광가이드(3) 또는 광가이드 기판은 중량을 기준으로 적어도 40 중량% 이상, 바람직하게는 적어도 60 중량%의 폴리메틸메타크릴레이트를 함유할 수 있다. 대안으로, 함유 물질은 예를 들어 폴리카보네이트(PC)일 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 모드(B1)에서, 특정 제한 각도(σ, γ)의 함수로서, 각도(β)에서 광가이드(3)로부터 출사된 아웃커플링된 광은, 광가이드(3) 표면에 대해 수직이고 2개의 바람직한 방향 중 적어도 하나에서, 예를 들어, 광가이드(3)의 표면에 대해 수직 배향에서(여기서 배향은 광가이드(3) 및, 따라서 본질적으로 이미지 생성기(5)의 특히 세로 또는 가로 방향 정렬을 의미함) 측정된 10°< γ < 80° 및 10° < σ < 80°, 바람직하게는 γ = σ = 40°로 80°> β > γ 및/또는 -80°< β < -σ의 조건을 만족하는 각도 범위에 있는 광가이드면의 모든 지점에서, 표면에 수직인, 즉, 표면 법선을 따라 광가이드(3)의 표면의 한 지점으로부터 출사한 광의 최대 80%, 바람직하게는 최대 60%, 또는 특히 바람직하게는, 최대 50%의 광강도를 갖게 된다. 이에 의해, 예를 들어 본원의 스크린이 자동차에 설치된 경우, 특히 야간 운전시, 앞유리에서의 교란 반사의 감소를 달성한다. 제한 각도(σ, γ)는 조명기기의 원하는 적용에 따라, 예를 들어, 자동차 또는 랩탑에 특정되고 고정된다.
이와 관련하여, 도 6은 피측정 각도(β)의 수직 방향을 정의하는 개략도로서, (또한 미도시된 이미지 생성기(5)로서) 광가이드(3)는 가로 모드로 배열된다, 즉, 긴 엣지들이 상단과 하단에 있다. 대시선은 광가이드(3)의 표면에 수직인 방향을 나타내며, 대시선에 대해, "V"자의 이중 화살표로 표시된 수직 방향 또는 평면에서 각도(β)가 측정된다.
그런 후, 도 7은 모드(B1)에서 수직 방향으로 측정된, 광가이드(3)로부터 아웃커플링된 광의 상대 휘도의 그래프의 예이다. 가로 좌표는 각도(β)를 나타내고, 세로 좌표는 각각의 각도(β)에 수직 방향으로 측정된 상대 휘도를 나타낸다. 모드(B1)에 대해 상술한 바와 같이, 광원(4)에 의해 방출되고 각도 β> 40°및/또는 β< -40°로 표면의 선택된 측정 지점에서 광가이드(3)로부터 출사된 광은 표면에 수직인 광가이드(3)의 표면의 선택된 지점에서 출사하는 광의 광강도의 최대 50%(여기서는 심지어 약 25% 미만)인 것이 명백하다.
도 9는 종래 기술의 광가이드에 대한 출사 각도(β)의 각도 범위에 걸쳐 바람직한 방향(여기서는, 이에 따라 고차 좌표계에 위치된 수직 방향)을 따른 휘도 분포를 도시한 것으로, 이 분포는 그렇지 않으면 백라이트에서 통상적인 디퓨저층, 휘도 강화 필름 또는 반사기층과 같은 임의의 추가층들 없이 발생한다. 종래 기술에서, 이들 추가층은 주어진 값에 광 분포 파라미터를 적응시키도록 배열되지만, 이들은 모드(B2)에서 동작이 불가능하기 때문에, 그런 후 추가층의 무지향적, 통계적 방출로 인해 이들 층들이 개인정보 보호 효과를 제거하기 때문에, 상기 및 하기에 기술된 조명기기 및 스크린에서 사용될 수 없다.
본원의 스크린(1)의 다른 실제 실시예는, 도 8에 도시된 바와 같이, (시야 방향으로 볼 때) 이미지 생성기(5) 앞에 배치되고 광 아웃커플링 수단이 제공되며, 광원(4a)에 의해 광이 측방향으로 공급될 수 있는 다른 광가이드(5)를 포함한다. 여기에 사용된 아웃커플링 수단들은, 예를 들어, 광가이드(3)에 대해 상술한 수단들이다. 이 실시예로, 실제로 시야에 대해 보호되는 각도 범위에서 모드(B2)의 임의의 의도하지 않은 잔류 광이 간섭되거나 흐려질 수 있어(도 8에서 얇고 비스듬한 화살표 참조). 콘트라스트가 전혀 보이지 않고 허용되지 않은 각도에서는 이미지를 전혀 인식할 수 없다.
적합한 광원(4a)은 유색광 또는 백색광을 방출하도록 구성되며, 이들은 투과형 이미지 생성기(5)에 의해 디스플레이된 이미지에 존재하지 않는 컬러의 광을 방출할 수 있다.
또한, 이 광은 선택적으로 다양한 휘도 레벨로 방출될 수 있다. 게다가, 색도 특성, 예를 들어 광원(4a)에 의해 방출된 광의 컬러 및/또는 휘도가 시간상 변조될 수 있다. 또한, 광원은 가령 상이한 컬러 및/또는 상이한 휘도의 광을 동시에 또는 상이한 시간에 및/또는 엇갈려 방출하는 LED 열의 RGB LEDs와 같은 상이한 광원(4a)을 포함할 수 있다.
특히 적절한 방식으로 광가이드(3)에 대해 설명된 바와 유사한 아웃커플링 소자(6)를 사용하는 경우, 광가이드(5a)는 또한 예를 들어 좌우측으로, 그러나 표면에 거의 수직이 아니거나 무시할 수 있는 정도로만 하나의 선택된 방향으로만 광을 아웃커플링할 수 있다. 이는 모드(B2)에서 스크린 바로 앞에 있는 사람에 대해 이미지 콘트라스트가 감소되지 않거나 거의 감소되지 않는 반면에, 개인정보 보호는 상술한 바와 같이 현저히 개선된다는 이점이 있다.
더욱이, 상기 제한된 각도 범위는 이미지 생성기(5)의 표면 법선에 대해 대칭 또는 비대칭으로 구성될 수 있다. 비대칭 구성은 특히 자동차 애플리케이션, 예를 들어 소위 센터 정보 디스플레이를 구성하는 스크린(1)이 운전자와 앞좌석 탑승자 사이의 중간 쯤의 대시 보드에 배치된 경우에 유용하다. 이 경우, 탑승자 전용인 제한된 각도 시청 범위는 비대칭으로, 즉, 탑승자를 향하도록 구성되어야 한다.
백라이트(2)는 예를 들어:
- 바람직하게는 가장자리 또는 후면에 배치된 LED와 같은 광원을 가진 광가이드인 평면 이미터; 및
- 직각으로 교차하고, 예를 들어, 3M™ 사의 "Optical Lighting Film"™ 및 프리즘 어레이 또는, 또한, 가령, 앞에 배열된 3M™ 사의 적어도 하나의 개인정보 보호 필터와 같이 평면 이미터에 통합되고/되거나 평면 이미터 앞에 배치되는 2개의 광 콜리메이터로 구성될 수 있다.
백라이트 조명기(2)로서 소위 지향성 백라이트를 사용하는 것도 가능하다.
모드(B2)에서만 앞좌석 탑승자에게 또는 모드(B1)에서 운전자 및 앞좌석 탑승자에게 동시에 이미지 콘텐츠를 선택적으로 디스플레이하기 위한 본원의 스크린(1)을 차량에 사용하는 것이 특히 이점적이다. 모드(B2)는 예를 들어 앞좌석 탑승자가 운전자의 주의를 산만하게 할 수 있는 엔터테인먼트 컨텐츠를 보고있는 경우에 적용된다.
상술한 모든 실시예에서, 상기 광원(4 또는 4a)은 LED 또는 LED 열 또는 레이저 다이오드일 수 있다. 다른 버전도 또한 가능하며 본 발명의 범위 내에있다.
본원에 따른 상술한 조명기기 및 이에 따라 구현될 수 있는 스크린은 제기된 문제를 해결하고 선택적으로 제한된 시야각을 통해 개인정보 표시 방지를 제공하고 별도의 동작모드에서는 시야각을 전혀 제한하지 않고도 자유롭게 시청할 수 있는 실질적인 방안으로 쉽게 전환되게 한다. 본 발명은 간단한 수단 및 저렴한 비용으로 실시될 수 있다. 양 동작모드에서, 사용된 이미지 디스플레이 장치의 고유 해상도가 이용될 수 있다. 또한, 용액으로 인해 적은 광손실이 야기된다.
상술한 본 발명은 PIN 또는 패스워드 입력, ATM 또는 지불 단말기에서의 데이터 디스플레이, 또는 모바일 장치에서 이메일을 읽는 것과 같이 비밀 데이터가 디스플레이 및/또는 입력되는 경우에 유리하게 사용될 수 있다. 또한 상술한 바와 같이, 본 발명은 또한 자동차에서 사용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 적어도 2개의 동작모드, 즉, 자유 시청모드(B1) 및 제한 시청모드(B2)로 사용될 수 있는 스크린(1)용 조명기기(1a)로서,
    제한된 각도 범위로 광을 방출하는 평면 확장의 백라이트(2);
    시야 방향으로 볼 때 백라이트(2)의 앞에 위치되고 큰 표면 중 적어도 하나 및/또는 체적 내에 아웃커플링 소자(6)가 제공되며, 상기 백라이트(2)에 의해 방출 된 광의 70% 이상에 투명한 판형 광가이드(3); 및
    광가이드(3)의 엣지에 측방향으로 배열된 광원(4)을 포함하고,
    표면적당 아웃커플링 소자(6)의 개수와 연장부는 표면의 적어도 50%에서 광가이드(3)가 ASTM D1003에 따라 측정된 7% 미만의 평균 헤이즈(haze) 값을 가져, 이로써, 있다하더라도, 상기 광가이드(3)를 통과할 때 상기 각도 범위를 벗어난 각도에서 산란된 제한된 각도 범위에서 적어도 모드(B2)로 백라이트(2b)에 의해 방출된 광은 단지 무시할 수 있으며,
    또한, 큰 표면들 중 적어도 하나 및/또는 광가이드(3)의 체적 내에 있는 아웃커플링 소자(6)의 분포는 광원(4)에 의해 광가이드(3)에 조사(照射)되어 아웃커플링 소자(6)에 의해 광가이드(3)로부터 아웃커플링된 광이 다음 조건: 즉,
    - 큰 표면에 대한 법선에 대해 -50°내지 +50°사이의 각도 범위에서 큰 표면들 중 하나에서 아웃커플링된 광량의 적어도 30%가 서로 및 표면 법선에 직교하는 하나 또는 두 개의 지정된 선호 방향에 대해 -20°내지 +20°사이의 각도 범위로 방출되고/되거나, 큰 표면에 대한 법선에 대해 -50°내지 +50°사이의 각도 범위에서 큰 표면들 중 하나에서 아웃커플링된 광량의 적어도 40%가 상기 하나 또는 두 개의 선호 방향에 대해 -30°내지 +30°사이의 각도 범위로 방출되고,
    - 광가이드(3)로부터 아웃커플링된 광량의 적어도 50%가 백라이트(2)로부터 멀어지는 방향으로 결합되는 것을 만족시키는 방식으로 특정되며,
    모드(B2)에서 백라이트(2)가 온되고 광원(4)이 오프되는 반면, 모드(B1)에서 적어도 광원(4)이 온되는 조명기기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광가이드(3)는 열가소성 또는 열탄성 재료 또는 유리로 구성되는 것을 특징으로 하는 조명기기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 큰 표면들 중 적어도 하나 및/또는 상기 광가이드의 체적 내에 상기 아웃커플링 소자(6)의 분포는 광가이드(3)의 표면의 70% 이상에서 결합된 광이 적어도 70%의 휘도의 균일성을 달성하는 방식으로 특정되는 것을 특징으로 하는 조명기기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아웃커플링 소자(6)는 100㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 30㎛의 최대 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 조명기기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아웃커플링 소자(6)는 마이크로 렌즈 및/또는 마이크로 프리즘 및/또는 회절 구조 및/또는 구조 요소로 구성되는 것을 특징으로 하는 조명기기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광가이드(3)의 체적 내에 형성되는 아웃커플링 소자들을 가지며, 상기 아웃커플링 소자들은 바람직하게는 마이크로 렌즈, 마이크로 프리즘 또는 회절 구조의 외형을 갖는 공동으로 형성되는 것을 특징으로 하는 조명기기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 공동은 일부 기체, 액체 또는 고체 재료로 채워지고, 상기 재료는 광가이드(3)에 사용된 재료의 굴절률에서 벗어난, 바람직하게는 더 낮은 굴절률을 갖거나, 상기 공동이 진공인 것을 특징으로 하는 조명기기.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 공동은 일부 기체, 액체 또는 고체 재료로 채워지고, 상기 재료는 광가이드(3)에 사용되는 재료의 헤이즈 값을 벗어나거나 바람직하게는 더 높은 헤이즈 값을 갖는 것을 특징으로 하는 조명기기.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광가이드(3)는 기판층들의 경계면에 의해 결합된 2개의 바람직하게 유사한 기판층들로 이루어지고, 상기 공동은 재료의 경계면 중 적어도 하나에 오목부로서 형성되며, 상기 공동은 바람직하게는 마이크로 렌즈, 마이크로 프리즘, 3차원 구조 요소 또는 회절 구조의 외형을 갖는 것을 특징으로 하는 조명기기.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아웃커플링 소자(6)가, 상기 광가이드(3)의 큰 표면 또는 경계면 중 적어도 하나에 제공된 경우, 도구에 의해, 바람직하게는 일부 기계적, 리소그래피적, 프린팅, 재료 증착, 재료 연마, 재료 변환 또는 재료 용해 공정에 의해 구조화된 일부 플라스틱 또는 유리로 제조되는 것을 특징으로 하는 조명기기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    백라이트(2)는:
    - 바람직하게는 측면 또는 후면에 광원이 배치된 광가이드인 평면 이미터; 및
    - 상기 평면 이미터에 통합되고/되거나 평면 이미터 앞에 배열된 적어도 하나의 광 콜리메이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 조명기기.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모드(B1)에서, 특정 제한 각도(σ,γ)의 함수로서, 광가이드(3)로부터 각도(β)로 출사된 아웃커플링된 광은, 광가이드(3) 표면에 대해 수직이며 2개의 바람직한 방향 중 적어도 하나에서 측정된 10°< γ < 80° 및 10° < σ < 80°, 바람직하게는 γ = σ = 40°로 80°> β > γ 및/또는 -80°< β <-σ의 조건을 만족하는 각도 범위에 있는 광가이드(3) 표면의 모든 지점에서, 표면 법선을 따라 광가이드(3) 표면의 이러한 한 지점으로부터 출사한 광의 최대 80% 또는, 특히 바람직하게는, 최대 50%의 광강도를 갖게 되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 스크린.
  13. 적어도 2개의 동작모드, 즉, 자유 시청모드(B1) 및 제한 시청모드(B2)로 작동될 수 있는 스크린(1)으로서,
    - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 조명기기(1a); 및
    - 광가이드(3) 앞에 시야 방향으로 배열된 투과형 이미지 생성기(5)를 구비하는 스크린.
  14. 제 13 항에 있어서,
    광아웃커플링 수단을 구비한 제 2 광가이드(5a)는 상기 이미지 생성기(5) 앞에 시야 방향으로 배열되고 광원(4a)으로부터 측방향으로 광을 수신할 수 있으며, 상기 제 2 광가이드(5a)에는 바람직하게는 아웃커플링 소자(6)가 제공되는 것을 특징으로 하는 스크린.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 이미지 생성기에는 서브픽셀들의 어셈들리인 픽셀들이 제공되고, 높이, 깊이 및 폭에 있어 상기 아웃커플링 소자(6)의 각각의 치수는 상기 이미지 생성기(5)의 서브 픽셀의 최소 폭 및 높이보다 작은 것을 특징으로 하는 스크린.
  16. 모드(B2)에서는 앞좌석 탑승자에게만 또는 모드(B1)에서는 운전석과 앞좌석 탑승자에게 동시에 이미지 컨텐츠를 선택적으로 디스플레이하기 위해 차량에서 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 조명기기(1a) 또는 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 스크린(1)의 사용 방법.
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