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KR101095181B1 - 광 재지향 필름 및 필름 시스템 - Google Patents

광 재지향 필름 및 필름 시스템 Download PDF

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KR101095181B1
KR101095181B1 KR1020077009481A KR20077009481A KR101095181B1 KR 101095181 B1 KR101095181 B1 KR 101095181B1 KR 1020077009481 A KR1020077009481 A KR 1020077009481A KR 20077009481 A KR20077009481 A KR 20077009481A KR 101095181 B1 KR101095181 B1 KR 101095181B1
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curved
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제프리 알. 파커
티모시 에이. 맥 컬럼
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램버스 인터내셔널 리미티드
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Abstract

본 발명의 광 재지향 필름은 서로 교차 및/또는 연동되어 광학 소자에 의해 점유된 표면들 중 하나 이상의 실질적으로 완전한 표면 커버리지를 달성할 수 있는 개별 광학 소자의 패턴을 가진다. 광학 소자들의 적어도 일부가 하나 이상의 평평한 표면 및 하나 이상의 곡선형 표면을 구비하며, 상기 광학 소자들의 적어도 일부가 상기 평평한 표면 보다 상기 광학 소자의 곡선형 표면상에서 보다 큰 범위로 서로 교차하여 상기 광학 소자의 곡선형 표면적에 대한 상기 평평한 표면적의 상대적인 백분율이 커지게 함으로써 상기 필름을 통과하는 광의 축선상의 이득을 증대시킨다.

Description

광 재지향 필름 및 필름 시스템{LIGHT REDIRECTING FILMS AND FILM SYSTEMS}
본 발명은 광원으로부터의 광을 필름의 평면에 수직인 방향으로 재지향시키기 위한 광 재지향 필름 및 필름 시스템에 관한 것이다.
광 재지향 필름은, 그 필름을 빠져나오는 광의 분포가 필름의 표면에 대해 보다 수직으로 지향되도록 필름을 통과하는 광을 재지향하는, 얇은 투명한 또는 반투명한 광학 필름 또는 기판이다. 이제까지, 광 재지향 필름은 필름의 광출사 표면상의 프리즘형 홈(prismatic groove), 렌즈형(lenticular) 홈, 또는 피라미드로 제공되었으며, 상기 홈들 및 피라미드는 필름을 빠져나가는 광선들에 대한 필름/대기 계면의 각도를 변화시키며 홈의 굴절 표면에 수직인 평면내에서 이동하는 입사 광 분포의 성분이 필름의 표면에 보다 수직인 방향으로 재분포되게 한다. 그러한 광 재지향 필름은, 예를 들어, 랩톱 컴퓨터, 워드 프로세서, 항공전자(avionic) 디스플레이, 셀 폰, PDA 등의 액정 디스플레이에 이용되어 디스플레이를 보다 더 밝게한다.
일반적으로, 필름의 광 입사 표면은 원하는 시각적 외관에 따라 투명한 또는 매트(matte) 마감재(finish)를 구비한다. 매트 마감재는 보다 부드러운 이미지를 생성하나, 부가적인 산란 및 결과적인 매트에 의한 광 손실이나 표면 확산으로 인 해 밝지 않은 이미지를 생성한다.
이제까지, 대부분의 용도에서, 각 필름 층내의 홈들이 서로 90도를 이루도록, 서로 상대적으로 회전된 두 개의 홈이 형성된 필름 층들 이용하였다. 그 이유는, 홈이 형성된 광 재지향 필름이 홈의 굴절 표면에 수직인 평면내에서 이동하는 입사 광 분포의 성분을 필름 표면에 수직인 방향을 향해 단지 재분포시킬 것이기 때문이다. 그에 따라, 이차원적인 필름 표면의 법선을 향해 광을 재지향시키기 위해서는, 서로에 대해 90도로 회전된 두 개의 홈이 형성된 필름 층이 요구되며, 이때 하나의 필름 층은 홈의 방향에 수직인 평면내에서 이동하는 광을 재지향시키기 위한 것이고 다른 필름 층은 홈의 방향에 수직인 평면내에서 이동하는 광을 재지향시키기 위한 것이다.
서로에 대해 90도인 두 개의 상이한 축선을 따라 이동하는 입사 광 분포의 성분을 재지향시키는 단일 층 광 재지향 필름을 제조하고자 하는 노력이 계속되어 왔다. 이러한 목적을 달성하기 위한 하나의 공지된 방법은, 서로에 대해 수직으로 연장하는 두 세트의 홈을 단일 층에 제공하여 그러한 양 방향으로 이동하는 광을 재지향시키는 피라미드 구조물을 생성하는 것이다. 그러나, 그러한 필름은 각각에 대해 90도로 회전된 단일 홈 구성을 각각 가지는 두 개의 필름 층 보다 상당히 낮은 휘도를 제공하는데, 이는 단일 층 필름내의 제 2 세트 홈에 의해 제 1 세트 홈으로부터 제거된 영역이 각 이송 방향에서 광을 재지향시킬 수 있는 표면적을 실질적으로 50% 만큼 감소시키기 때문이다.
또한, 이제까지, 모든 홈들이 동일한 각도, 대부분 45도의 각도에서 필름의 표면과 만나도록 광 재지향 필름의 홈들이 구성되었다. 이러한 디자인은 완전 확산(lambertian) 광원, 광 추출을 위해 프린팅 또는 에칭 기술을 이용하는 백라이팅 패널, 또는 강력 확산제(heavy diffuser) 뒤쪽의 백라이팅 패널과 같은 광원으로부터의 빛을 일정한, 확산 각도 분포(constant, diffuse angular distribution)시키기 위한 것이다. 모든 광 재지향 표면들이 동일한 각도로 필름과 만나는 광 재지향 필름은 광원 위쪽의 여러 영역에서 광 방출에 대한 불규칙 방향 성분을 가지는 광원에 대해서는 최적화되지 않는다. 예를 들어, 광 추출을 위해 홈 또는 마이크로-광학(micro-optical) 표면을 이용할 때, 현재의 고효율 엣지가 백라이트 조명되는 평균 각도가 광원으로부터의 여러 거리에 따라 변화되며, 그에 따라 필름의 법선을 향해 최적으로 광을 재지향시키기 위해서 필름의 평면과 광 재지향 표면 사이에 다양한 각도가 요구된다.
따라서, 필름의 광 입력 측의 매트 또는 확산 마감재와 관련한 휘도 감소를 배제하면서 보다 부드러운 이미지를 생성할 수 있는 광 재지향 필름이 요구되고 있다. 또한, 홈이 형성된 필름내의 굴절 표면에 평행한 평면내에서 이동하는 광의 일부를 재지향시킬 수 있으며, 프리즘형 또는 렌즈형 홈을 이용하는 단일 층 필름 보다 밝은, 단일 층 필름이 요구되고 있다. 또한, 액정 디스플레이를 조명하기 위해 이용되는 백라이트와 같이 광원 위쪽의 여러 위치에 있는 특정 광원에서 존재할 수 있는 다양한 광의 각 분포를 보상할 수 있는 광 재지향 필름이 요구되고 있다. 또한, 백라이트로부터의 입사 광을 원하는 시야각(viewing angle)내로 재지향 또는 재배향시키기 위해 백라이트 또는 기타 광원의 광 출력 분포에 필름이 매칭(match) 되는 또는 튜닝(tune)되는 광 재지향 필름 시스템이 요구되고 있다.
본 발명은, 백라이트 또는 기타 광원으로부터 방출된 광을 필름의 평면에 보다 수직인 방향으로 더욱 재지향시키는 광 재지향 필름 및 광 재지향 필름 시스템에 관한 것이고, 그리고 효율 증대를 위해, 필름의 광 입사 표면상에 매트 또는 확산 마감재를 구비하는 필름과 관련한 휘도 감소 없이 보다 부드러운 이미지를 생성하는 광 재지향 필름에 관한 것이다.
필름의 광 출구 표면은, 필름을 빠져나가는 광의 분포가 필름의 표면에 보다 수직한 방향이 되도록, 입사광 분포를 굴절시키기 위해 윤곽이 뚜렷한 형상(well defined shape)을 가진 단속적인(discrete) 개별 광학 소자의 패턴을 갖는다. 이러한 개별적인 광학 소자는 필름의 출구 표면 내의 함몰부 또는 필름의 출구 표면 상의 돌출부에 의해 형성될 수 있고, 출구 표면에 수직한 방향으로 입사광을 굴절시키기 위한 하나 이상의 경사진 표면을 포함한다. 이러한 경사 표면은 예를 들어, 목적하는 시야각 내로 광을 재지향시키는 평평한 표면과 곡선형 표면의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 표면들의 곡률, 또는 개별 광학 소자의 평평한 영역에 대한 곡선형 영역의 비율, 및 곡선형 표면과 평평한 표면의 주변 형상은, 필름과 관련하여 사용되는 디스플레이 장치의 시야각에 맞추기(customize) 위해, 필름의 광 출력 분포에 따라 변경될 수 있다. 또한, 표면의 곡률, 또는 개별 광학 소자의 평평한 영역에 대한 곡선형 영역의 비율은 프리즘형 또는 렌즈형의 홈 형성 필름의 홈에 평행한 평면내에서 진행하는 다소의 광을 재지향시키도록 변화될 수 있다. 또한, 개별 광학 소자의 크기 또는 밀도, 그리고 개별 광학 소자의 표면 곡률은, 필름에 수직한 방향을 중심으로 한 특정 각도 영역내에서 출력 분포를 유지하면서, 다소간의 확산 출력을 생성하도록 또는 광원으로부터의 입력 광 분포를 보다 랜덤화(radomize)시켜 보다 더 부드러운 확산 광 출력을 생성하도록, 선택될 수 있다.
필름의 광 입사 표면은 비반사 코팅(antireflective coating), 반사 편광기, 지연 코팅(retardation coating) 또는 편광 리사이클링(polarization recycling) 코팅 또는 편광기와 같은 광학 코팅을 가질 수 있다. 또한, 매트 또는 확산 텍스춰(texture)가 목적하는 가시적 외관에 따라서 광 입사 표면 상에 제공될 수 있다. 매트 마감재는 더 부드러운 이미지를 생성하나 밝지는 않다.
필름은 단일 또는 다수 물질 또는 물질 층으로 구성될 수 있고, 굴절율이 서로 상이한 층 또는 영역들을 가질 수도 있다. 또한, 원하는 광학적 효과를 위해, 필름에 입자들을 추가할 수도 있다.
필름의 출구 표면 상의 개별 광학 소자는 액정 디스플레이의 픽셀 간격과의 간섭을 제거하는 방식으로 랜덤화될 수 있다. 이러한 랜덤화는 광학 소자의 크기, 형상, 위치, 깊이, 방향, 각도 또는 밀도를 포함할 수 있다. 그에 따라, 확산기 층에서 무아레(moire) 및 그와 유사한 효과를 없애기 위해 노력할 필요가 없게 된다. 개별 광학 소자상에 이러한 랜덤화 및/또는 곡선형 표면을 제공함으로써, 백라이트의 이미지를 제거할 수도 있다. 또한, 적어도 몇몇 개별 광학 소자들은 필름의 출구 표면을 가로질러 그룹으로 배열될 수 있고, 이때 각 그룹내의 적어도 몇몇 광학 소자들은 상이한 크기 또는 형상 특성을 가지며, 그러한 특성들의 집합에 의해 필름에 걸쳐 변화되는 각 그룹에 대한 평균 크기 및 형상 특성을 얻어지며, 그러한 평균 크기 및 형상 특성에 의해 임의 단일 광학 소자에 대한 가공 공차(machining tolerances)를 넘어서는 평균 특성 값을 획득할 수 있고 또 액정 디스플레이의 픽셀 간격과의 간섭 효과 및 무아레 효과를 제거할 수 있게 된다. 또한, 두 개의 상이한 축선을 따라 광을 재배향/재지향시킬 수 있는 필름의 능력을 커스터마이징(customizing)하기 위해, 적어도 몇몇의 개별 광학 소자가 서로에 대해 상이한 각도로 지향될 수 있다.
또한, 개별 광학 소자의 광 재지향 표면이 필름의 광 출사 표면과 이루는 각도는, 필름의 광 재지향 기능을 광원의 표면에 걸쳐 불균일한 광 입력 분포에 맞추기 위하여, 액정 디스플레이의 디스플레이 영역에 걸쳐 변화될 수 있다.
광 재지향 필름의 개별 광학 소자는 또한 바람직하게, 엇갈리고(staggered) 연동되며(interlocked) 그리고/또는 상호교차하는 형태로 서로 중첩하여 우수한 표면 영역 커버리지(coverage)를 갖는 광학 구조물을 형성한다. 아울러, 개별 광학 소자는, 개별 광학 소자의 일부가 하나의 축선을 따라 지향되고 다른 개별 광학 소자가 다른 축선을 따라 지향되는 상태로 그룹들을 이루도록, 배열될 수 있다. 또한, 각 그룹에 있는 개별 광학 소자의 방향이 다양할 수 있다. 또한, 광 재지향 필름의 개별 광학 소자의 크기, 형상, 위치 및/또는 방향은 광원에 의해 방출되는 광 분포의 편차를 고려하여 변화될 수 있다.
또한, 광 재지향 필름의 광학 소자의 성질 및 패턴은, 예를 들어, 단일 벌브 랩탑(single bulb laptop)에 대한 하나의 패턴, 더블 벌브 플랫 패널 디스플레이(double bulb flat panel display)에 대한 또 다른 패턴 등과 같이 상이한 광 분포를 방출하는 여러 타입의 광원들에 대하여 광 재지향 필름을 최적화시키도록, 커스터마이징될 수 있다.
또한, 백라이트로부터의 입사광의 보다 많은 부분을 목적하는 시야각 내로 방향 재설정 또는 재지향시키기 위하여 광 재지향 필름의 개별 광학 소자의 방향, 크기, 위치 및/또는 형상이 백라이트 또는 다른 광원의 광 출력 분포에 맞추어지는, 광 재지향 필름 시스템이 제공된다. 또한, 백라이트는 하나의 축선을 따라 광을 시준(collimate)하는 개별 광학 변형부(optical deformities)를 포함할 수 있고, 광 재지향 필름은 하나의 축선에 수직한 다른 축선을 따라 광을 시준하는 개별의 광학 소자를 포함할 수 있다.
전술한 목적 및 관련된 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 보다 구체적으로 후술하고 청구범위에서 특정되는 특징들을 포함하며, 이하의 설명 및 관련 도면은 본 발명의 특정의 예시적인 실시예들을 상세히 설명하며, 그 실시예들은 단지 본 발명의 원리가 채택될 수 있는 다양한 방식들 중 일부만을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 광 재지향 필름 시스템의 일 형태의 측면도이다.
도 2는 도 1의 광 재지향 필름 시스템 및 백라이트의 일부를 확대 도시한 측면도이다.
도 3 및 도 4는 다른 형태의 본 발명의 광 재지향 필름 시스템의 측면도이다.
도 5 - 도 20은 본 발명의 광 재지향 필름상의 개별 광학 소자의 다양한 패턴을 보여주는 사시도 또는 평면도이다.
도 5a - 도 5n은 광 재지향 필름 상의 개별 광학 소자가 취할 수 있는 여러가지 기하학적 형상을 도시한 사시도이다.
도 21은 필름의 코너를 향하는 곡선형 패턴으로 필름을 가로질러 연장되는 광학 홈을 갖는 광 재지향 필름의 사시도이다.
도 22는 하나의 엣지로부터의 거리가 증가함에 따라 곡률이 감소되고 필름의 한 엣지 상의 중간지점을 향하며 필름을 가로질러 연장되는 광학 홈 패턴을 갖는 광 재지향 필름의 평면도이다.
도 23은 도 22의 광 재지향 필름을 좌측 단부에서 도시한 단부도이다.
도 24는 도 22의 광 재지향 필름의 측면도이다.
도 25 및 도 26은 백라이트/발광 패널 조립체의 표면 영역을 도시한 학대도로서, 백라이트의 표면상에 또는 표면내에 형성된 광학 변형부의 다양한 형태를 도시한 도면이다.
도 27 및 도 28은 각각 도 25와 도 26의 광학 변형부들 중 하나를 통한 종방향 단면도이다.
도 29 및 도 30은 백라이트의 표면상에 또는 표면내에 형성된 광학 변형부의 다른 형태를 통해 확대 도시한 종방향 단면도이다.
도 31 - 도 39는 기타의 윤곽이 뚜렷한 형상을 가지는 개별 광학 변형부의 여러 패턴을 포함하는 백라이트 표면 영역의 확대 사시도이다.
도 40은 백라이트의 표면상에 또는 표면내에 형성된 광학 변형부의 다른 형태를 통해 확대 도시한 종방향 단면도이다.
도 41 및 도 42는 표면 영역의 길이 및 폭을 따라 다수의 직선 로우(row)로 정렬된 도 37 및 도 38에 도시된 광학 변형부와 형상이 유사한 광학 변형부를 포함하는 백라이트 표면 영역에 대한 확대된 평면도이다.
도 43 및 도 44는 표면 영역의 길이를 따라 서로 엇갈린 로우(row)로 정렬된 도 37 및 도 38에 도시된 광학 변형부와 형상이 유사한 광학 변형부를 포함하는 백라이트 표면 영역의 확대 평면도이다.
도 45 및 도 46은 표면 영역 상에 서로 상이한 크기를 갖는 광학 변형부의 랜덤한 또는 가변적인 패턴을 포함하는 백라이트 표면 영역의 확대된 개략적 상부 평면도이다.
도 47은 광 입력 표면으로부터 변형부까지의 거리가 증가함에 따라 또는 광의 강도가 표면 영역의 길이를 따라 증가함에 따라 크기가 증가하는 광학 변형부를 도시한 백라이트 표면 영역의 확대된 사시도이다.
도 48 및 도 49는 백라이트 표면 영역의 길이 및 폭을 따라 광학 변형부의 상이한 각 방향을 나타내는 사시도이다.
도 50 및 도 51은 포커싱된 광원으로부터 방출되는 대표적인 광선이 어떻게 백라이트 표면 영역의 윤곽이 뚜렷한 형상의 다양한 개별 광학 변형부에 의해 반사 또는 굴절되는지를 도시한 사시도이다.
도 52 및 도 54는 광 재지향 필름의 광학적으로 투명한 기판의 표면상에 또 는 그 표면내에 윤곽이 뚜렷한 형상의 두 개의 개별 광학 소자를 도시한 확대도로서, 각각의 광학 소자는 릿지(ridge)를 함께 형성하는 평평한 표면 및 곡선형 표면을 구비하고, 상기 광학적 소자들은 광학적 소자의 곡선형 표면의 여러 부분을 따라 서로 교차하는 것을 도시한 확대도이다.
도 53 및 도 55는 도 52 및 도 54 각각의 광학 소자의 사시도이다.
도 56은 두 개의 곡선형 측부 또는 표면을 가지는 비대칭 형상의 광 재지향 필름의 광학적으로 투명한 기판의 표면내에 또는 그 표면상에 있는 광학 소자를 도시한 확대 사시도이다.
도 57은 서로 교차하는 도 56의 두 개의 광학 소자를 도시한 평면도이다.
도 58은 도 57의 광학 소자의 사시도이다.
도 59는 광 재지향 필름의 광학적으로 투명한 기판의 표면내에 또는 그 표면상에 있는 윤곽이 뚜렷한 형상의 개별적인 비-연동식(non-interlockable) 광학 소자의 패턴의 일부를 도시한 부분 평면도로서, 상기 비-연동식 광학 소자는 점유되는 기판 표면의 커버리지를 최대화하도록 정렬되고 그에 따라 서로 교차하지 않도록 정렬되는 것을 도시한, 평면도이다.
도 60 및 도 61은 도 59와 유사한 광 재지향 필름의 광학적으로 투명한 기판의 표면내에 또는 그 표면상에 있는 윤곽이 뚜렷한 형상의 개별적인 비-연동식 광학 소자의 패턴의 일부를 도시한 부분 평면도로서, 비-연동식 광학 소자에 의해 점유되는 기판 표면의 커버리지 양을 증대시키도록 상기 비-연동식 광학 소자들이 다양한 양(different amounts)으로 서로 교차되는 것을 도시한 평면도이다.
도 62 - 64는 다양한 연동식 기하학적 형상에 맞춰지거나 부착되는 비-연동식 광학 소자의 평면도이다.
도 65는 비-연동식 쐐기 형상의 광학 소자의 비-랜덤화된(nonrandomized) 패턴의 일 형태를 도시한 평면도이다.
도 66은 비-연동식 쐐기 형상의 광학 소자의 랜덤화된 패턴의 일 형태를 도시한 평면도이다.
도 67은 광 재지향 필름의 표면상의 또는 그 표면내의 광학 소자의 방사상 패턴을 도시한 사시도이다.
도 68은 별개의(distinct) 릿지를 함께 형성하는 두 개의 표면 즉, 평평한 또는 평면형 표면만을 가지는 광 재지향 필름의 개별 광학 소자의 사시도이다.
도 69는 다수의 별개의(distinct) 릿지를 함께 형성하는 다수의 표면들의 쌍을 가지는 광 재지향 필름의 다른 개별 광학 소자의 사시도이다.
도 70은 두 개의 표면들이 만나는 비-별개형(non-distict)의 둥근 릿지를 가진다는 점을 제외하고 도 68에 도시된 것과 유사한 개별 광학 소자 형상을 도시한 사시도이다.
도 71은 광학 소자의 피크 깊이 또는 높이를 감소시키는 평평형, 라운드형, 곡선형, 또는 기타 잘못된 형상의(misshaped) 비-별개형(non-distict)의 릿지를 가진다는 점을 제외하고 도 69에 도시된 것과 유사한 개별 광학 소자 형상을 도시한 사시도이다.
도 72 및 도 73은 광학 소자의 다양한 치수 특성을 각각 도시한 도 70 및 도 71의 개별 광학 소자 형상의 확대 사시도이다.
도 74 - 도 78은 본 발명의 광 재지향 필름 시스템의 또 다른 형태의 측면도이다.
도 79 및 도 80은 본 발명의 광 재지향 필름 시스템의 또 다른 형태의 사시도이다.
도 1 및 도 2는 백라이트(BL) 또는 기타 광원에 의해 방출된 광을 필름 표면에 보다 수직한 방향으로 더 많이 재분포시키는 광 재지향 필름(2)을 포함하는 본 발명에 따른 광 재지향 필름 시스템의 일 형태를 개략적으로 도시한다. 필름(2)은 조명(lighting)을 위한 거의 대부분의 광원, 예를 들어, 랩탑 컴퓨터, 워드 프로세서, 워드 프로세서, 항공 디스플레이, 휴대폰, PDA 등에 사용되는 액정 디스플레이와 같은 디스플레이(D)로부터 목적하는 시야각 내로 광을 재분포시켜 디스플레이를 보다 더 밝게 만들기 위하여 사용될 수 있을 것이다. 액정 디스플레이는 도 1 및 도 2에 개략적으로 도시된 투과형 액정 디스플레이, 도 3에 개략적으로 도시된 반사형 액정 디스플레이, 및 도 4에 개략적으로 도시된 반투과형 액정 디스플레이를 포함하는 임의의 타입일 수 있다.
도 3에 도시된 반사형 액정 디스플레이(D)는 디스플레이의 휘도를 증가시키기 위하여 디스플레이로 들어오는 주변의 광을 디스플레이 외부로 다시 반사시키기 위한 후방 반사기(back reflector)(40)를 후방 측면(back side)에 인접하여 포함한다. 디스플레이의 휘도를 증가시키기 위하여, 본 발명의 광 재지향 필름(2)은 반 사식 액정 디스플레이의 상부에 인접하게 위치되어 후방 반사기에 의해 원하는 시야 각도내로 반사되어 디스플레이의 휘도를 높일 수 있도록 주변의 광(또는 전방 광으로부터의 광)을 필름의 평면에 보다 수직한 방향을 따라 디스플레이내로 재지향시킨다. 광 재지향 필름(2)은 액정 디스플레이의 상부에 대해 부착되거나, 적층되거나 또는 기타 방식으로 정위치에 유지될 수 있다.
도 4에 도시된 반투과형 액정 디스플레이(D)는 밝은 분위기에서 디스플레이의 휘도를 증가시키기 위하여 디스플레이 정면으로 진입하는 주위 광을 디스플레이로부터 바깥으로 다시 반사시키기 위해서, 그리고 어두운 분위기에서 디스플레이를 조명하기 위하여 백라이트로부터 트랜스리플렉터(transreflector)를 통해서 그리고 디스플레이의 바깥쪽으로 광을 전달하기 위해서, 디스플레이와 백라이트(BL) 사이에 위치되는 트랜스리플렉터(T)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 디스플레이의 휘도를 증가시키기 위해서, 광선 출력 분포가 디스플레이를 통해 보다 더 진행하도록 백라이트로부터의 광 및/또는 주변 광을 필름의 평면에 수직으로 재지향 또는 재배향시키도록, 광 재지향 필름(2)을 디스플레이의 상부에 인접하여 배치하거나 또는 디스플레이의 하부에 인접하여 배치하거나, 또는 도 4에 도시된 바와 같이 디스플레이 상부 및 하부 모두에 인접하여 배치할 수 있다.
광 재지향 필름(2)은 그 필름을 빠져나오는 광의 분포가 필름의 표면에 보다 수직한 방향에 있도록 입사광 분포를 굴절시키기 위하여 필름의 광 출구 표면(6) 상에 뚜렷한 형상의 단속적인 개별 광학 소자(5)들의 패턴을 갖는 얇고 투명한 필름 또는 기판(8)을 포함한다.
각각의 개별 광학 소자(5)는 필름의 폭과 길이보다 수배 더 작은 폭과 길이를 갖고, 필름의 출구 표면상의 함몰부 또는 돌출부에 의해 형성될 수 있다. 이러한 개별 광학 소자(5)는 광 출구 표면에 수직한 방향으로 입사광을 굴절시키기 위한 하나 이상의 경사 표면을 포함한다. 도 5는 필름(2)상의 개별 광학 소자(5)들의 일 패턴을 도시한다. 이러한 광학 소자는 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 5a는 경사진 총 2개의 표면(10, 12)을 갖는 논-프리즘형(non-prismatic) 광학 소자(5)를 보여준다. 도 5a에 도시된 표면들 중 하나(10)는 평면이거나 평평한 반면, 다른 표면(12)은 곡선형이다. 또한, 양 표면(10, 12)은 서로 교차하고, 또한 필름의 표면과도 교차한다. 그 대신에, 개별 광학 소자의 양 표면(10, 12)이 도 5b에 개략적으로 도시된 바와 같이 곡선형일 수 있다.
그 대신에, 광학 소자(5)가 곡선형이고 경사지며 필름과 교차하는 하나의 표면만을 각각 가질 수도 있다. 도 5c는 원추형상(13)의 광학 소자(5)를 도시하고, 도 5d는 반구형상 또는 돔형상(14)을 가진 다른 광학 소자를 도시한다. 또한, 상기 광학 소자들은 필름과 교차하는 하나 이상의 경사진 표면을 가질 수 있다.
도 5e는 총 3개의 표면을 가진 광학 소자(5)를 도시하며, 3개의 표면 모두는 필름과 교차하고 또 서로 교차한다. 2개의 표면(15 및 16)은 곡선형인 반면, 제 3 표면(17)은 평평하다.
도 5f는 서로가 교차하고 또 필름과 교차하는 4개의 삼각형 측면(19)을 갖는 피라미드(18)의 형상의 광학 소자(5)를 도시한다. 피라미드(18)의 측면(19)은 도 5f에 도시된 바와 같이 모두 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있거나, 피라미드(18) 의 측면(19)은 도 5g에 도시된 바와 같이 상이한 둘레 형상 갖도록 연장될 수 있다. 또한, 광학 소자(5)는 임의의 개수의 평평한 경사 측면을 가질 수 있다. 도 5h는 4개의 평평한 경사 측면(20)을 가진 광학 소자(5)를 도시하고, 도 5i는 8개의 평평한 경사 측면(20)을 가진 광학 소자(5)를 도시한다.
개별 광학 소자(5)는 또한 하나 이상의 곡선형 표면 및 하나 이상의 평평하고 경사진 표면을 가질 수 있으며, 이때 모든 표면은 필름과 상호교차한다.
도 5j는 서로 반대로 경사지고 교차하는 한 쌍의 평평한 측면(22) 및 서로 대향된 한 쌍의 둥근 단부 또는 측면(23)을 가지는 광학 소자(5)를 도시한다. 또한, 경사지고 평평한 측면(22) 및 곡선형 단부 또는 측면(23)은 도 5k 및 도 5l에 도시된 바와 같이 다양한 각도의 경사를 가질 수 있다. 또한, 광학 소자(5)는 필름과 교차하지 않는 하나 이상의 곡선형 표면을 가질 수 있다. 그러한 광학 소자(5)가 도 5m에 도시되어 있으며, 그 광학 소자는 한 쌍의 서로 반대로 경사진 평평한 측면(22), 둥근 또는 곡선형 대향 단부 또는 측면(23), 및 상기 반대로 경사진 측면들 및 대향된 둥근 단부와 교차하는 둥근 또는 곡선형 상부면(24)을 포함한다. 또한, 광학 소자(5)는 도 5n에 도시된 것처럼 길이 방향을 따라 휘어질 수 있다. 또한, 특정의 광학적 효과를 제공하기 위해서 및/또는 광 재지향 필름의 광학적 특성을 특정 용도에 맞추기 위해서, 광학 소자(5) 표면들의 적어도 일부가 광학적으로 매끄럽거나(smooth), 또는 텍스춰, 코팅, 또는 기타 표면 처리부를 가질 수 있다.
개별 광학 소자(5)에 평평한 표면 및 곡선형 표면의 조합을 제공함으로써, 홈이 형성된 필름에서 가능한 것 보다 더 큰 시야 영역으로 재지향 또는 재분포시킨다. 또한, 표면의 곡률, 또는 개별 광학 소자의 평평한 영역에 대한 곡선형 영역의 비율은 필름과 관련하여 사용되는 디스플레이 장치의 시야 영역을 커스터마이징하기 위해 필름의 광 출력 분포에 맞춰 변화될 수 있다.
필름(2)의 광 입사 표면(7)은 반사방지 코팅, 반사 편광기, 지연 코팅, 편광 리사이클링 코팅 또는 편광기와 같은 광학 코팅(25)(도 2 참조)을 가질 수 있다. 또한, 매트 또는 확산 텍스춰는 원하는 시각적 외관에 따라 광 입사 표면(7) 상에 제공될 수 있다. 매트 마감재는 더 부드러운 이미지를 생성하나 밝지는 않다. 본 발명의 개별 광학 소자(5)의 평평한 표면과 곡선형 표면의 조합은 필름의 입사 표면 상에 있는 부가적인 확산기 또는 매트 마감재를 필요로 하지 않으면서도 다양한 방향으로 충돌하는 광선의 일부를 재지향시켜 더 부드러운 이미지를 생성하도록 구성될 수 있다.
광 재지향 필름(2)의 개별 광학 소자(5)들은 또한 엇갈리는 방식으로 서로 중첩되고, 연동되며 및/또는 상호교차하여, 우수한 표면 영역 커버리지를 가지는 광학 구조물을 형성한다. 예를 들어, 도 6, 도 7, 도 13 및 도 15는 서로에 대해 엇갈린 광학 소자(5)들을 도시하고, 도 8 - 도 10은 서로 교차하는 광학 소자(5)들을 도시하며, 도 11 및 도 12는 서로 연동하는 광학 소자(5)들을 도시한다.
또한, 광 재지향 필름(2)의 광학 소자(5)의 경사각, 밀도, 위치, 방향, 높이 또는 깊이, 형상, 및/또는 크기는 백라이트에 의해 방출되는 광을 목적하는 시야각 내로 더 많이 재분포시키도록 백라이트에 의해 방출되는 광 분포의 변화를 일으키 기 위해 백라이트(BL) 또는 다른 광원의 특정 광 출력 분포에 정합되거나 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 광학 소자(5)의 경사 표면(예를 들어, 표면(10, 12))이 광 재지향 필름(2)의 표면과 이루는 각은, 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 백라이트가 상이한 각도로 광선(R)을 방출하는 방식을 고려하기 위해, 광원(26)과 백라이트(BL)의 거리가 증가함에 따라 변화될 수 있다. 또한, 백라이트(BL) 자체는 백라이트에 의해 방출되는 광의 양을 증가시키기 위하여 더 낮은 각도로 더 많은 광선을 방출하도록 설계될 수 있고, 목적하는 시야각 내로 더 많은 방출 광을 재분포시키기 위하여 광 재지향 필름(2)에 의존한다. 이러한 방식으로, 광 재지향 필름(2)의 개별 광학 소자(5)들은 백라이트의 광학 변형부와 함께 작용하여 상기 시스템으로부터 최적화된 출력 광선 각도 분포를 생성하도록 선택될 수 있다.
도 2, 도 5 및 도 9는 모두 동일한 높이 또는 깊이를 갖는 개별 광학 소자(5)들의 상이한 패턴을 보여주고, 도 7, 도 8, 도 10, 도 13 및 도 14는 상이한 형상, 크기 및 높이 또는 깊이를 갖는 개별 광학 소자(5)들의 다양한 패턴을 보여준다.
도 16 및 도 17에 개략적으로 도시된 바와 같ㅇ, 개별 광학 소자(5)는 액정 디스플레이의 픽셀 간격과의 간섭을 제거하는 방식으로 필름(2)상에 랜덤화될 수 있다. 이것은 무아레 및 이와 유사한 효과를 없애기 위한 도 1 및 도 2에 도시된 광학 확산기 층(30)에 대한 필요성을 제거한다. 또한, 개별 광학 소자(5)의 적어도 일부는 필름을 가로질러 그룹(32)으로 정렬될 수 있고, 이때 각 그룹내의 광학 소자(5)의 적어도 일부는 서로 상이한 크기 및 형상을 가지며, 그러한 상이한 크기 및 형상이 집합되어 액정 디스플레이 픽셀 간격과의 간섭 효과 및 무아레 효과를 없애기 위한 제조 공차 이상의 특성 값을 얻기 위하여 도 7, 도 13 및 도 15에 개략적으로 도시된 바와 같이 필름에 걸쳐 변화하는 각각 그룹의 평균 크기 또는 형상 특성을 생성한다. 예를 들어, 각 그룹(32)내의 광학 소자(5)들의 적어도 일부는 서로 상이한 깊이 또는 높이를 가질 것이며, 그렇게 서로 상이한 깊이 및 높이는 필름에 걸쳐 변화하는 각 그룹의 평균 깊이 또는 높이 특성을 집합적으로(collectively) 생성한다. 또한, 각 그룹내의 광학 소자들의 적어도 일부는 필름에 걸쳐 변화하는 각 그룹에 대한 평균 경사각을 집합적으로 생성하는 상이한 경사각을 가질 수 있다. 또한, 각 그룹내의 개별 광학 소자의 하나 이상의 경사 표면은 필름에 걸쳐 변화하는 각 그룹의 평균 폭 또는 길이 특성을 집합적으로 생성하는 서로 상이한 폭 또는 길이를 가질 수 있다.
개별 광학 소자(5)가 평평한 표면 및 곡선형 표면(10, 12)의 조합을 포함하는 경우, 곡선형 표면(12)의 곡률, 또는 개별 광학 소자의 평평한 영역에 대한 곡선형 영역의 비율 및 곡선형 표면과 평평한 표면의 주변 형상은 필름의 광 출력 분포에 맞추어 변화될 수 있다. 또한 곡선형 표면의 곡률, 또는 개별 광학 소자의 평평한 영역에 대한 곡선형 영역의 비율은 프리즘형 또는 렌즈형 홈 필름의 홈들에 평행한 평면에서 진행하는 다소의 광을 재지향시키기 위하여 변화될 수 있으며, 그에 따라 광 재지향 필름의 제 2 층에 대한 필요성을 부분적으로 또는 완전히 제거할 수 있다. 또한, 개별 광학 소자들의 적어도 일부는 필름의 표면에 보다 더 수 직한 방향으로 2개의 상이한 축선을 따라 광원에 의해 방출되는 광을 더 많이 재분포시키기 위하여 도 13 및 도 16에 개략적으로 도시된 바와 같이 서로에 대하여 상이한 각도로 배치될 수 있고, 따라서, 광 재지향 필름의 제 2 층에 대한 필요성을 부분적으로 또는 완전히 제거할 수 있다. 그러나, 개별 광학 소자(5)의 동일한 또는 상이한 패턴을 각각 갖는 광 재지향 필름의 2개 층은 광원과 시야 영역 사이에 위치될 수 있으며, 이때 각 필름 층상의 개별 광학 소자가 광원에 의해 방출되어 여러 평면 방향으로 진행하는 광을 각 필름의 표면에 보다 수직인 방향으로 재분포키시도록 상기 시야 영역은 서로에 대해 90도(또는 0도 보다 크고 90도 보다 작은 다른 각도)로 회전된 층들을 구비한다.
또한, 광 재지향 필름(2)은, 다양한 위치로부터 필름에 수직인 방향을 향해 광선 출력 분포를 재분포시키기 위해 백라이트 또는 기타 광원의 다양한 위치로부터 광선 출력 분포를 재분포시키도록, 도 15에 개략적으로 도시된 바와 같이 필름 상의 여러 위치에서 변화되는 광학 소자(5)의 패턴을 가질 수 있다.
부가하여, 광 재지향 필름의 광학 소자의 성질 및 패턴은 상이한 광 분포, 예를 들어, 단일 벌브 랩탑을 위한 단일 패턴, 더블 벌브 플랫 패널 디스플레이를 위한 또 다른 패턴 등을 방출하는 상이한 타입의 광원에 대하여 광 재지향 필름을 최적화시키도록 커스터마이징될 수 있다.
도 17은 백라이트의 모든 4개 측면 엣지를 따라 냉 음극 형광 램프(cold cathode fluorescent lamp)(26)로부터 나온 광을 수신하는 백라이트(BL)의 광선 출력 분포를 재분포시키기 위하여 필름(2)의 바깥 엣지로부터 중심 쪽으로 방사상 패 턴으로 배열된 광학 소자(5)를 도시한다.
도 18은 백라이트의 하나의 입력 엣지를 따라 배치된 하나의 냉 음극 형광 램프(26) 또는 복수 개의 발광 다이오드(light emitting diode)(26)로부터 나온 광을 수신하는 백라이트(BL)의 광선 출력 분포를 재분포시키도록 조정되고 필름(2)을 따라 각을 이루는 그룹(32)의 패턴으로 배열된 광학 소자(5)를 보여준다.
도 19는 발광 다이오드(26)에 의해 코너가 조명되는 백라이트(BL)의 광선 출력 분포를 재분포시키기 위하여 필름(2)의 코너와 마주하는 방사형 패턴으로 배열된 광학 소자(5)를 도시한다. 도 20은 단일 발광 다이오드(26)에 의해 백라이트의 하나의 입력 엣지의 중간지점에서 조명되는 백라이트(BL)의 광선 출력 분포를 재분포시키기 위하여 필름(2)의 하나의 입력 엣지 상에 있는 중간지점과 마주하여 방사형 패턴으로 배열된 광학 소자(5)를 도시한다.
도 21은 발광 다이오드(26)에 의해 코너가 조명되는 백라이트(BL)의 광선 출력 분포를 재분포시키기 위하여 필름의 코너에 마주하는 곡선형 패턴으로 필름을 가로질러 연장되는 광학 그루브(35)를 가진 광 재지향 필름(2)을 도시하며, 도 22 내지 도 24는 백라이트의 하나의 입력 엣지 중간지점에서 발광 다이오드(26)에 의해 엣지가 조명되는 백라이트(BL)의 광선 출력 분포를 재분포시키기 위하여 하나의 엣지로부터의 거리가 증가함에 따라 곡률이 감소되고 필름의 하나의 엣지에서의 중간지점과 마주하여 필름에 걸쳐 연장되는 광학 그루브(35)의 패턴을 갖는 광 재지향 필름(2)을 보여준다.
도 15에 개략적으로 도시된 바와 같이, 광 재지향 필름(2)이 필름의 길이 방 향을 따라 변화하는 광학 소자(5)의 패턴(40)을 갖는 경우, 필름(2)의 롤(41)은 특정 용도에 가장 적합한 패턴의 선택된 영역이 필름의 롤로부터 다이 컷팅(die cut)되도록 하기 위하여 광학 소자의 반복 패턴을 가진 상태로 제공될 수 있다.
백라이트(BL)는 실질적으로 평평하거나 곡선형일 수 있고, 또는 단일 층 또는 다수 층일 수 있으며, 목적하는 바에 따라 상이한 두께 및 형상을 가질 수 있다. 또한, 백라이트는 가요성(flexible)을 가지거나 견고할 수 있고, 다양한 화합물로 만들어질 수 있다. 또한, 백라이트는 액체, 공기로 채워지는 중공형이거나, 또는 중실(中實)형일 수 있으며, 또는 홀이나 릿지(hall or ridge)를 가질 수도 있다.
또한, 광원(26)은 예를 들어, 아크 램프, 채색되거나, 필터링되거나 또는 페인팅된 백열 전구, 렌즈 엔드 벌브(lens end bulb), 라인 라이트(line light), 할로겐 램프, 발광 다이오드(LED), LED로 이루어진 칩, 네온 전구, 냉 음극 형광 램프, 원격 광원으로부터 전달되는 광섬유 광 파이프, 레이저 또는 레이저 다이오드 또는 다른 적절한 임의 광원을 포함하는 어떠한 적합한 형태도 가질 수 있다. 부가적으로, 광원(26)은 목적하는 컬러 또는 백색 광 출력 분포를 제공하기 위하여 다색상 LED, 또는 다수의 채색된 복사선 공급원의 조합일 수 있다. 예를 들어, 다양한 색상(예를 들어, 적색, 청색, 녹색)을 가진 LED 또는 다수의 색채 칩들을 가지는 하나의 LED와 같은 다수 개의 채색광을 이용하여, 각각의 개별적인 채색광의 강도를 변화시킴으로써 백색 광 또는 임의의 다른 채색 광 출력 분포를 생성할 수 있다.
광 변형부의 패턴이 원하는 바에 따라 백라이트(BL)의 한쪽 측면 또는 양쪽 측면 상의 하나 이상의 선택된 영역 또는 백라이트의 한쪽 또는 양쪽 측면 상에 제공될 수 있다. 본 명세서에서, 광학 변형부(optical deformity)라는 용어는 광의 일부가 백라이트로부터 방출되도록 하는 표면의 형상 또는 기하학적 형태의 모든 변화 및/또는 코팅이나 표면 처리를 의미한다. 이러한 변형부는 백라이트의 선택된 영역 상에 예를 들어, 페인팅된 패턴, 에칭된 패턴, 가공된 패턴, 프린팅된 패턴, 핫 스탬프 패턴, 또는 몰딩된 패턴 또는 이와 유사한 패턴을 제공함으로써 다양한 방식으로 생성될 수 있다. 잉크 또는 프린트 패턴은 예를 들어, 패드(pad) 프린팅, 실크 프린팅, 잉크젯, 열 전사 필름 프로세스 또는 이와 유사한 것에 의해 부착될 수 있다. 변형부들은 또한 백라이트에 변형부를 부착하기 위하여 사용되는 시트 또는 필름 상에 프린팅될 수 있다. 이러한 시트 또는 필름은 목적하는 효과를 생성하기 위하여 예를 들어, 백라이트의 한쪽 측면 또는 양쪽 측면에 대해 시트 또는 필름을 부착하거나 다른 방법으로 배치시킴으로써 백라이트의 영구적인 부분이 될 수 있다.
밀도, 불투명성 또는 반투명성, 형상, 깊이, 색채, 영역, 굴절율, 또는 백라이트의 영역 또는 영역들 상에 있거나 그 영역 또는 영역들 내에 있는 변형부의 타입을 변화시킴으로써, 백라이트의 광 출력이 제어될 수 있다. 변형부는 백라이트의 광 방출 영역으로부터 나온 광 출력의 백분율을 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 더 작은 광 출력이 요구되는 경우에 더 적은 및/또는 더 작은 크기의 변형부가 표면 영역 상에 배치될 수 있다. 반대로, 더 큰 광 출력이 요구되 는 경우에 더 많은 백분율의 변형부 및/또는 더 큰 변형부가 백라이트의 표면 영역 상에 배치될 수 있다.
백라이트의 다양한 영역들에서 변형분의 백분율 및/또는 크기를 변화시키는 것은 실질적으로 균일한 광 출력 분포를 제공하기 위하여 필수적이다. 예를 들어, 백라이트를 통과하여 진행되는 광의 양은 광원으로부터 보다 더 멀리 떨어진 다른 영역들에서 보다 광원에 더 가까운 영역에서 더 클 것이다. 변형부의 패턴은 예를 들어, 광원으로부터 증가된 거리에 더 조밀한 밀도로 변형부들을 제공하여 백라이트로부터의 더 균일한 광 출력 분포를 야기함으로써 백라이트 내에서 광 편차를 조정하기 위하여 사용될 수 있다.
변형부들은 또한 특정 용도에 적합하게 하기 위하여 백라이트로부터의 출력 광선 각 분포를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 백라이트가 액정 디스플레이를 백라이팅하기 위해 사용된다면, 변형부(또는 광 재지향 필름(2)이 백라이트와 조합되어 사용됨)가 백라이트에 의해 방출된 광선을 저손실로 액정 디스플레이를 통과하도록 미리 설정된 광선 각도로 지향시키는 경우, 광 출력은 보다 효율적이 될것이다. 또한, 백라이트의 광 추출(light extraction)로 인한 광 출력 편차를 조정하기 위하여 광학 변형부의 패턴이 사용될 수 있다. 광학 변형부의 패턴은 광택으로부터 불투명까지의 또는 양자 모두를 가지는 넓은 스펙트럼의 페인트, 잉크, 코팅, 에폭시 또는 이와 유사한 것을 이용하여 백라이트 표면 영역 상에 프린팅될 수 있고, 변형부 커버리지를 변화시키기 위하여 하프톤(half-tone) 분리 기술을 채택할 수도 있다. 또한, 광학 변형부의 패턴은 다층일 수 있고, 또는 굴절 율이 변화될 수 있다.
광학 구조물의 프린트 패턴은 점모양, 정사각형, 다이아몬드형, 타원형, 별모양, 랜덤한 형상과 같은 형상으로 변화될 수 있다. 또한, 인치 당 60줄 또는 그 보다 더 작은 프린트 패턴이 바람직하게 채택된다. 이것은 특정 용도에서 변형부 또는 프린트 패턴의 형상을 육안으로 거의 볼 수 없게 만드렴, 그에 따라 더 큰 소자를 이용하는 광 추출 패턴에 공통되는 구배(句配) 또는 밴딩 라인(banding line)이 검출되지 않게 한다. 또한, 변형부는 백라이트의 길이 및/또는 폭 방향을 따라 형상 및/또는 크기가 변화할 수 있다. 또한, 백라이트의 길이 및/또는 폭에 걸쳐, 변형부의 랜덤 배치 패턴을 이용할 수 있다. 변형부는 무아레 또는 다른 간섭 효과를 감소시키기 위하여 특정 각도를 갖지 않는 형상 또는 패턴을 가질 수 있다. 이러한 랜덤한 패턴을 형성하는 방법의 예를 들면, 확률론적인 프린트 패턴 기술, 주파수 변조된 하프톤 패턴 또는 랜덤 도트 하프톤을 이용하여 형상 패턴을 프린팅하는 것이 있다. 아울러, 변형부는 백라이트의 색상 보정을 달성하기 위하여 채색될 수 있다. 변형부의 색상은 또한 예를 들어 동일한 또는 상이한 광 출력 영역들에 대대 상이한 색상을 제공하기 위하여 백라이트를 통해 변화될 수 있다.
광학 변형부의 패턴에 부가하여, 또는 그 대신에, 프리즘형이나 렌즈형 홈 또는 십자 그루브, 또는 몰드 패턴내의 보다 복잡한 형상을 이용하여 다양한 형상을 가지는 함몰부 또는 상승된 표면을 포함하는 기타 광학 변형부가 백라이트의 하나 이상의 표면 영역 상에 또는 그 표면 영역 내로 예를 들어 몰딩, 에칭, 스탬핑, 열성형, 고온 스탬핑될 수 있다. 프리즘형이나 렌즈형 표면, 함몰부 또는 상승된 표면은 광선의 일부가 접촉될 수 있게 하며 그에 따라 백라이트로부터 방출될 수 있게 할 것이다. 또한, 프리즘, 함몰부 또는 다른 표면의 각도는 원하는 광 출력 분포 또는 효과를 생성하기 위하여 상이한 방향으로 광을 지향시키도록 변화될 수 있다. 또한, 반사 또는 굴절 표면은 무아레 또는 다른 간섭 효과를 감소시키기 위하여 특정 각을 갖지 않는 형상 또는 패턴을 가질 수 있다.
백라이트(BL)의 일 측면으로부터 방출되는 광이 백라이트를 통과하여 상기 일 측면에 대향하는 측면을 통해 방출되도록 백라이트의 일 측면으로부터 방출되는 광을 반사시킴으로써 백라이트의 광 출력 효율을 개선하기 위해서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 후방 반사기(40)를 백라이트(BL)의 일 측면에 부착 또는 위치시킬 수 있다. 또한, 내부 임계각이 초과되도록 그리고 광의 일부가 백라이트의 한쪽 측면 또는 양 측면으로부터 방출되도록 광의 경로를 변화시키기 위하여, 광학 변형부(50)의 패턴이, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 백라이트의 일 측면 또는 양쪽 측면 상에 제공될 수 있다.
도 25 내지 도 28은 각각의 백라이트 표면 영역(52) 상의 개별 돌출부(51) 또는 상기 표면 영역 내의 함몰부(53)인 광학 변형부(50)를 도시한다. 어느 경우에서든, 각각의 이들 광학 변형부(50)는, 하나의 엣지(55)에서 각각의 백라이트 표면 영역(52)과 교차하고 각각의 변형부에 의해 광 방출을 보다 정확하게 제어하기 위하여 길이에 걸쳐 균일한 경사를 갖는 반사 또는 굴절 표면(54)을 포함하여 뚜렷한 형상을 갖는다. 각각의 반사/굴절 표면(54)의 주변 엣지 부분(56)을 따라, 패널 표면 영역 상에 있는 단부벽의 돌출된 표면 영역을 최소화하기 위하여 반사/굴 절 표면(54)과 패널 표면 영역(52)(도 27 및 도 28 참조) 사이의 내부각(I')보다 더 큰 내부각(I)으로 각각의 패널 표면 영역(52)과 교차하는 각각의 변형부(50)의단부벽(57)이 존재한다. 단부벽(57)의 돌출된 표면 영역이 실질적으로 반사/굴절 표면(54)의 돌출된 표면 영역과 동일하거나 더 크다면, 이것은 가능한 다른 경우보다 더 많은 변형부(50)가 패널 표면 영역 상에 또는 패널 표면 영역 내에 배치되도록 한다.
도 25 및 도 26에서, 반사/굴절 표면(54)의 주변 엣지 부분(56) 및 관련된 단부벽(57)은 횡단하는 방향으로 휘어진다. 또한, 도 27 및 도 28에서, 변형부(50)의 단부벽(57)은 변형부의 반사/굴절 표면(54)에 실질적으로 수직하게 연장되는 것으로 도시되어 있다. 그 대신에, 도 29 및 도 30에 개략적으로 도시된 바와 같이, 상기 단부벽(57)은 패널 표면 영역(52)에 실질적으로 수직으로 연장될 수 있다. 이것은 사실상 패널 표면 영역(52) 상에 있는 단부벽(57)의 돌출된 표면 영역을 제거하고, 그에 의하여 패널 표면 영역 상에 있는 변형부의 밀도가 훨씬 증가될 것이다.
광학 변형부는 또한 패널 표면 영역으로부터의 목적하는 광 출력 분포를 달성하기 위하여 다른 뚜렷한 형상으로 이루어질 수 있다. 도 31은 패널 표면 영역(52) 상에 있는 개별 광 추출 변형부(58)를 도시하며, 각각의 광 추출 변형부는 대체로 평평하고 직사각형인 반사/굴절 표면(59) 및 길이와 폭 방향에 걸쳐 균일한 경사를 가진 관련 단부벽(60) 및 대체로 평평한 측벽(61)을 포함한다. 그 대신에, 변형부(58')는 도 32에 개략적으로 도시된 바와 같이 라운딩되거나 곡선형인 측 벽(62)을 가질 수 있다.
도 33은 패널 표면 영역(52) 상에 있는 개별 광 추출 변형부(63)를 도시하며, 각각의 광 추출 변형부는 평평하고 경사진 삼각형 반사/굴절 표면(64) 및 평평하고 대체로 삼각형의 형상을 가지는 관련 측벽 또는 단부벽(65)을 포함한다. 도 34는 개개의 광 추출 변형부(66)를 도시하는데, 각각의 광 추출 변형부는 각도를 이루는(angled) 주변 엣지 부분(68)을 갖는 평평하고 경사진 반사/굴절 표면(67) 및 각도를 이루는 관련 단부벽(69) 및 측벽(70)을 포함한다.
도 35는 대체적으로 원추형 형상인 개별 광 추출 변형부(71)를 도시하고, 도 36은 개별 광 추출 변형부(72)를 도시하며, 상기 각각의 광 추출 변형부에는 라운딩된 반사/굴절 표면(73) 및 라운딩된 단부벽(74) 및 라운딩되거나 곡선형인 측벽(75) 모두가 혼합되어 포함된다. 이러한 부가적인 표면은 패널 부재로부터 방출되는 광을 보다 균일하게 분포시키기 위하여 백라이트/패널 부재(BL)에 걸쳐 광을 스프레딩(spread)시키도록 충돌하는 다른 광선을 다른 방향으로 반사 또는 굴절시킬 것이다.
개별 변형부의 반사/굴절 표면 및 단부벽과 측벽의 특정 형상에 무관하게, 상기 변형부는 또한 반사/굴절 표면과 교차하는 평평한 표면 및 패널 표면 영역(52)과 관련하여 평행하게 이격된 단부벽 및/또는 측벽을 포함할 수 있다. 도 37 내지 도 39는, 각각의 변형부가 패널 표면 영역(52)과 관련하여 평행하게 이격된 평평한 표면(79)에 의해 교차된다는 점을 제외하고, 도 31, 도 32 및 도 35에 도시된 것과 각각 유사한 대표적 형상을 갖는 패널 표면 영역 상의 개별 돌출부 형 상으로 이루어진 변형부(76, 77, 78)를 도시한다. 유사한 방식으로, 도 40은 패널 표면 영역(52)에 개별 함몰부(81) 형상으로 이루어진 다수의 변형부(80)들 중 하나를 도시하고, 각각의 함몰부는 패널 표면 영역(52)의 대체로 평평한 표면과 관련하여 평행하게 이격된 평평한 표면(79)에 의해 교차된다. 도 40에 개략적으로 도시된 바와 같이, 패널 표면 영역(52)으로부터 나온 광 방출에 대한 임계각보다 더 작은 내부각으로 상기 평평한 표면(79) 상에 충돌하는 임의의 광선은 평평한 표면(79)에 의해 내부적으로 반사될 것이고, 임계각보다 더 큰 내부각으로 상기 평평한 표면(79) 상에 충돌하는 임의의 광선은 최소 광학적 불연속부를 갖는 평평한 표면에 의하여 방출될 것이다.
도 27 및 도 29에 개략적으로 도시된 바와 같이, 변형부들이 패널 표면 영역(52) 상의 돌출부인 경우, 반사/굴절 표면은 광원으로부터 나온 광선이 패널을 통과하여 진행하는 것에 대체로 대향하는 방향으로 패널로부터 일정 각도로 연장된다. 도 28 및 도 30에 개략적으로 도시된 바와 같이, 변형부가 패널 표면 영역의 함몰부인 경우, 반사/굴절 표면은 광원(26)으로부터 나온 광이 패널 부재를 통과하여 진행하는 것과 대체로 동일한 방향으로 패널 내로의 일정 각도로 연장된다.
변형부가 패널 표면 영역(52) 상에 또는 패널 표면 영역(52) 내에 돌출부이든 함몰부이든지 의 여부에 무관하게, 변형부의 광 반사/굴절 표면의 경사는 표면에 충돌하는 광선이 발광 패널에서 굴절되도록, 또는 패널을 통해 다시 반사되어, 목적하는 효과를 생성하기 위해 광 재지향 필름(2)에 의해 커버링되거나 방출되는 광을 확산시키기 위하여 에칭될 수 있는 패널의 대향하는 측면으로 방출되도록 변 화될 수 있다. 또한, 패널 표면 영역 상의 광학 변형부의 패턴은 균일하거나 또는 패널 표면 영역으로부터 목적하는 광 출력 분포를 달성하기 위해 요구되는 바에 따라 가변적일 수 있다. 도 41 및 도 42는 패널 표면 영역(52)의 길이 및 폭 방향을 따라 대체로 직선이고 균일하게 이격된 다수 개의 열(row)로 배열된, 도 37 및 도 38에 도시된 것과 유사한 형상을 갖는 변형부(76 및 77)를 도시한다. 한편, 도 43 및 도 44는 패널 표면 영역의 길이 방향을 따라 서로 중첩되는 엇갈린 열로 배열된 상기 변형부(76 및 77)를 도시한다.
또한, 광학 변형부의 각도 방향 및 위치뿐만 아니라 폭, 길이 및 깊이 또는 높이를 포함한 크기는 패널 표면 영역으로부터 목적하는 광 출력 분포를 얻기 위하여 임의의 주어진 패널 표면 영역의 길이 및/또는 폭을 따라 변화할 수 있다. 도 45 및 도 46은 패널 표면 영역(52) 상의 엇갈린 열로 배열되고, 도 31 및 도 32에 도시된 것과 각각 형상이 유사한, 상이한 크기의 변형부(58 및 58')의 랜덤한 또는 가변적인 패턴을 보여준다. 한편, 도 47은 광원으로부터의 변형부의 거리가 증가함에 따라 또는 패널 표면 영역의 길이 및/또는 폭을 따라 광의 강도가 감소함에 따라 크기가 증가하는, 도 38에 도시된 것과 유사한 형상을 갖는 변형부(77)를 도시한다. 변형부(58 및 58')는 패널 표면을 가로질러 클러스터(82)로 배열된 상태로 도 45 및 도 46에 도시되었으며, 각 클러스터 내의 변형부들의 적어도 일부는 패널 표면을 가로질러 변화하는 각각의 클러스터에 대하여 평균 크기 또는 형상을 생성하는 상이한 크기 또는 형상 특성을 집합적으로 갖는다. 예를 들어, 각 클러스터 내 적어도 변형부들의 적어도 일부는, 패널 표면을 가로질러 변화하는 경사 표면의 평균 깊이 또는 높이 특성, 또는 평균 경사도 또는 방향을 생성하는 상이한 깊이 또는 높이, 또는 상이한 경사도 또는 방향을 집합적으로 가질 수 있다. 마찬가지로, 각 클러스터 내의 변형부들의 적어도 일부는, 패널 표면을 가로질러 변화하는 평균 폭 또는 길이 특성을 생성하는 상이한 폭 또는 길이를 집합적으로 가질 수 있다. 이것은 제조 공차 이상의 목적하는 크기 또는 형상 특성을 달성하도록 하고, 또한 무아레 및 간섭 효과를 없앤다.
도 48 및 도 49는 패널 표면 영역(52)의 길이 및 폭을 따라 임의의 의도된 형상을 갖는 광학 변형부(85)의 상이한 각도 방향을 개략적으로 도시한다. 도 48에서, 변형부는 패널 표면 영역의 길이 방향을 따라 직선 열(86)로 배열되나, 각 열에 있는 변형부는 모든 변형부들이 광원으로부터 방출되는 광선과 실질적으로 일렬에 있도록 광원(26)에 대향하여 위치된다. 도 49에서, 변형부(85)는 또한 도 48과 유사하게 광원(26)에 대향하여 배치된다. 부가하여, 도 49의 변형부 열(87)은 광원(26)에 대해 실질적으로 방사상으로 정렬된다.
도 50 및 도 51은, 본 발명에 따라 발광 패널 조립체(BL)의 광 전이 영역(91)내로 삽입 몰딩되거나 캐스팅된, 포커싱된 광원(26)로부터 방출된 전형적인 광선(90)이, 패널 부재의 다른 측면(94) 보다 한 측면(93)으로부터 보다 많은 광선이 반사 또는 굴절될 수 있도록 패널 표면 영역(52)상의 또는 그 내부의 뚜렷한 형상의 개별적 광 추출 변형부(50, 77)와 충돌할 때까지 발광 패널 부재(92)를 통해 진행하는 동안, 어떻게 반사되는가를 도시한다. 도 50에는, 전형적인 광선(90)이 패널 부재의 동일한 측면(93)을 통하여 동일한 일반적 방향으로 변형부(50)의 반사 /굴절 표면(54)에 의해 반사된다는 것이 도시되어 있다. 한편, 도 51에는, 광선(90)은 패널 부재의 동일 측면(93)에서 반사/굴절되기 이전에 변형부(77)의 라운딩된 측벽(62)에 의해 패널 부재(92) 내에서 상이한 방향으로 산란된다는 것이 도시되어 있다. 본 발명에 따라 뚜렷한 형상의 개별 광 추출 변형부의 상기 패턴은 패널 부재의 입력 엣지(95)를 통하여 수신된 광의 60 내지 70% 이상이 패널 부재의 동일 측면으로부터 방출되게 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 표면 커버리지가 증대되어 광 재지향 필름을 빠져나가는 광의 축선상의 이득(on axis gain)을 높일 수 있는 광학 구조물을 생성하기 위해, 광 재지향 필름의 개별 광학 소자가 엇갈린, 연동된 및/또는 교차하는 형태로 서로 중첩될 수 있다. 도 52 내지 도 55에는 릿지(97)을 함께 형성하는 하나의 곡선형 표면(12) 및 하나의 평평한 또는 평면형 표면(10)을 각각 구비하는 광학적으로 투명한 기판(8) 표면(96)상의 두 개의 개별 광학 소자(5)가 도시되어 있다. 또한, 광학 소자의 곡선형 표면(12)들이 서로 교차하여, 광학 소자의 곡선형 표면 영역(12)에 대한 평평한 표면 영역(10)의 상대적인 백분율을 높이고 기판을 통과하는 광의 축선상의 이득을 높인다. 광학적 소자의 위치 및 방향에 따라, 교차하는 광학 소자들의 남아 있는 곡선형 표면 영역(12)에 대한 남아 있는 평평한 표면 영역(10)의 상대적인 백분율이 60% 이상 또는 심지어는 75% 이상이 될 수도 있다.
도 52 내지 도 55에 도시된 광학 소자(5)들은 동일한 일반적 크기 및 형상을 가지며, 그 광학 소자의 평평한 표면(10)들은 서로 반대 방향을 향하고 그 광학 소자들의 곡선형 표면(12)들 만이 서로 교차한다. 도 52 및 도 53에서는 광학 소 자(5)들이 폭 방향으로 서로 직접적으로 정렬되는 반면, 도 54 및 도 55에서는 광학 소자들이 폭 방향으로 서로에 대해 오프셋된다. 이러한 오프셋에 의해, 광학 소자의 보다 많은 곡선형 표면(12)이 평평한 표면(10)과의 교차 없이 서로 교차할 수 있게 되며, 그에 따라 교차하는 광학 소자들의 남아 있는 곡선형 표면 영역(12)에 대한 남아 있는 평평한 표면 영역(10)의 상대적인 백분율을 최대화시켜 기판을 통과하는 광의 축선상의 이득을 최대화시키면서 광학 소자에 의해 점유되는 기판 표면들 중 하나 이상의 실질적으로 완전한 표면 커버리지, 예를 들어 90% 이상의 표면 커버리지를 달성할 수 있게 된다.
도 56에는 도 52 내지 도 55에 도시된 광학 소자와 유사하게 릿지(97)를 함께 형성하는 두 개의 측면 또는 표면(10 및 12)만을 가지는 광 재지향 필름의 광학적으로 투명한 기판(8)의 표면(96)상의 또는 그 표면내의 광학 소자(5)를 도시한다. 그러나, 도 56에 도시된 광학 소자는 비대칭 형상을 가진다. 또한, 양 측면(10 및 12)에서, 측면들 중 하나의 측면(12)이 다른 측면(10) 보다 작은 반경을 가지는 곡선형으로 도시되어 있다. 두 개의 그러한 광학 소자(5)가 도 57 및 도 58에 도시되어 있으며, 그 광학 소자들은 보다 큰 반경 표면(10)이 아니라 보다 작은 반경 표면(12)에서 보다 넓은 범위로 서로 교차하여 보다 큰 반경 표면(10)에 대한 보다 작은 반경 표면(10)의 상대적인 백분율을 감소시킴으로써 기판(8)을 통한 광의 축선상의 이득을 증대시킨다.
또한, 상호연동가능한 기하학적 형상을 가지는 광학 소자(5)들이 서로 연동되도록 배향되고 위치되어, 예를 들어 도 11 및 도 12에 개략적으로 도시된 바와 같이 서로 교차하지 않고 광학 소자들에 의해 점유된 기판의 표면들 중 하나 이상의 실질적으로 완전한 표면 커버리지를 달성할 수도 있다. 그러나, 예를 들어, 도 5, 도 5a 및 도 52 내지 도 55에 도시된 바와 같이, 광학 소자가 단 하나의 평평한 표면(10) 및 단 하나의 곡선형 표면(12)을 가지는 경우에, 광학 소자들의 적어도 일부가 서로 연동되는 것을 방지하는 기하학적 형상을 광학 소자(5)들 중 적어도 일부가 가질 수 있다. 그러한 경우에, 비-연동가능한 광학 소자(5)가 그 비-연동가능한 광학 소자들에 의해 점유되는 기판의 표면의 커버리지를 최대화하도록 여전히 배항되고 위치될 것이다.
도 59에는, 쌍(98)으로 위치되고 배향되는 비-연동가능한 광학 소자(5)의 하나의 정렬 방식을 도시하며, 이때 각 쌍의 광학 소자의 쌍의 평평한 표면(10)들은 서로 실질적으로 접하여(abutting) 정렬된다. 또한, 광학 소자(5)의 쌍(98)들은 엇갈린 열(row; 99)로 정렬되며, 이때 각 열내의 각 쌍의 광학 소자들의 곡선형 표면(12)이 서로 실질적으로 접선방식으로 접촉하며, 각 열내의 광학 소자(5)의 곡선형 표면(12)은 각각의 인접한 열내의 광학 소자의 곡선형 표면들과 실질적으로 접선방식으로 접촉하여, 광학 소자들에 의해 점유되는 기판의 표면의 매우 높은 커버리지를 달성한다.
비-연동가능한 광학 소자(5)가 도 59에 도시된 구성에서 교차하지 않기 때문에, 광학 소자들 사이의 일부 비-패턴화된 영역(100)이 보존된다. 비-패턴화된 영역(100)의 백분율은 광학 소자(5)의 구성을 조정함으로써 특정될 수 있다. 예를 들어, 광학 소자(5)들이 교차하도록 광학 소자(5)들을 폭 방향 및/또는 길이 방향 으로 감소시킴으로써 비-패턴화된 표면 영역의 양이 감소될 수 있다. 그 대신에, 광학 소자(5)들의 폭 방향 및/또는 길이 방향 간격을 증대시킴으로써 비-패턴화된 영역(100)의 양이 증대될 수 있다. 특정 용도를 위해 광 재지향 필름의 광학적 특성을 조절하기 위해서 및/또는 특정의 광학적 효과를 생성하기 위해서, 이러한 비-패턴화된 영역(100)은 광학적으로 매끄러울 수 있고, 또는 텍스춰, 코팅, 또는 기타 표면 처리부를 가질 수 있다. 이러한 비-패턴화된 영역(100)이 이용될 수 있는 한 방식은 일반적으로 다수의 광학 필름을 필요로 하는 조합된 기능성(functionality)을 제공하는 것이다. 예를 들어, 한 필름의 비-패턴화된 영역이 광 확산 텍스춰를 가진다면, 광학 소자(5)의 실질적으로 완전한 표면 커버리지를 가지는 다른 광 재지향 필름과 비교할 때, 상기 하나의 필름의 광 출력 분포는 보다 부드러울(softer) 것이고, 상기 하나의 필름의 시야각이 커질 것인 반면, 하나의 필름의 축선상의 이득은 약간 감소될 것이다. 하나의 필름의 이러한 구성은 하나의 필름내에 광 재지향 필름 및 확산 필름 모두의 특성을 제공할 것이다.
또한, 광학 소자(5)들 중 적어도 일부는, 예를 들어 도 8 및 도 14에 도시된 바와 같이 서로 교차하지 않고 광학 소자들에 의해 점유되는 기판 표면 부분의 커버리지를 최대화하도록 배향되고 위치된 둘 이상의 상이한 형상의 비-연동가능한 광학 소자를 포함할 수 있다. 그 대신에, 도 60에 개략적으로 도시된 바와 같이 비-연동가능한 광학 소자에 의해 점유되는 기판의 표면 커버리지의 양을 증대시켜 비-연동가능한 광학 소자에 의해 점유되는 기판 부분의 커버리지가 실질적으로 전체(예를 들어, 전체의 90% 이상)가 되도록, 비-연동가능한 광학 소자(5)들의 적어 도 일부가 다소의 범위로 서로 교차하도록 위치될 수 있다. 또한, 교차하는 비-연동가능한 광학 소자의 곡선형 표면 영역에 대한 평평한 표면 영역의 상대적인 백분율을 증대시켜 기판을 통한 광의 축선상의 이득을 증대시키기 위해, 도 61에 개략적으로 도시된 바와 같이 평평한 표면(10) 보다는 광학 소자(5)의 곡선형 표면(12)상에서 보다 큰 범위로 서로 교차하도록 비-연동가능한 광학 소자(5)들의 적어도 일부가 위치될 수 있다.
비-연동가능한 광학 소자의 이러한 패턴을 구성하는 하나의 방법은, 실질적으로 완전한 표면 커버리지를 가지는 2차원적인 격자로 패턴화될 수 있는 연동가능한 기하학적 형상을 각각의 비-연동가능한 광학 소자에 부착 또는 장착하는 것이며, 상기 연동가능한 기하학적 형상은 격자에 대한 기본 형상이 된다. 도 62 내지 도 64는 3 개의 그러한 기하학적 형상을 도시한다. 적절한 기본 형상을 선택함으로써, 광학 소자가 원하는 바에 따라 교차되게 또는 교차되지 않게 제조될 수 있다. 예를 들어, 비-연동가능한 광학 소자(5)가 도 62에 도시된 바와 같이 기본 형상(101)내에 실질적으로 완전히 포함된다면, 그러한 광학 소자의 패턴은 실질적으로 교차하지 않을 것이다. 반대로, 비-연동가능한 광학 소자(5)의 물리적 경계가 도 63 및 도 64에 도시된 바와 같이 기본 형상(102 또는 103)을 넘어 연장한다면, 그러한 광학 소자의 패턴이 교차될 것이다.
도 59 내지 도 61은 도 62 내지 도 64에 각각 도시된 기본 형상(101-103)으로부터 초래된 비-연동가능한 쐐기 형상의 광학 소자(5)의 여러 패턴의 예를 도시하고 있다. 또한, 주어진 비-연동가능한 광학 소자의 패턴에 의한 광 재지향 필름 의 백분율 표면 커버리지가 기본 형상으로부터 용이하게 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 62에 도시된 기본 형상(101)에서, 기본 형상(101)의 영역에 걸친 비-연동가능한 광학 소자의 돌출 영역의 비율은 약 91%이다. 따라서, 도 59에 도시된 바와 같이 패턴화된 비-연동가능한 광학 소자에 의해 점유된 광 재지향 필름 표면의 백분율 커버리지 역시 약 91%가 된다.
또한, 무아레 및 다른 간섭 효과를 줄이기 위해, 2차원적인 격자내의 비-연동가능한 광학 소자의 위치 또는 장소내로 랜덤 섭동(perturbation)을 도입할 수 있다. 이러한 랜덤화(randomization) 프로세스에 의해 유발된 추가적인 비-패턴화된 영역의 생성을 방지하기 위해, 랜덤화가 도입되는 각 방향으로의 격자 간격이 주어진 방향으로의 원하는 랜덤화의 양과 대략적으로 동일한 양만큼 또는 그 보다 많은 양만큼 압축된다. 이는, 주어진 비-연동가능한 광학 소자에 대해서, 랜덤화가 존재하지 않는 경우에 이용되는 것 보다 적절하게 적은 기본 형상을 선택하는 것과 마찬가지이다.
예를 들어, 도 63에 도시된 초기 기본 형상을 이용하여 폭 및 길이 방향으로 랜덤화된 패턴의 랜덤화된 버전에 대해서 도 63에 도시된 기본 형상(102)을 선택한 경우, 일단 적절하게 압축된 시작 패턴이 식별되면, 비-연동가능한 광학 소자들의 적어도 일부의 위치가 랜덤화가 요구되는 각 방향으로 랜덤 양만큼 이동된다. 랜덤 양은 미리 결정된 허용가능한 변위 세트로부터 랜덤하게 선택될 수 있고 또는 완전히 랜덤하게 선택될 수 있다. 어떠한 경우든, 격자 압축의 양과 일치하는 주어진 방향에 대한 랜덤 변위의 양에 대한 상한선은 바람직하지 못한 패터닝 효과 및 추가적인 비-패턴화된 영역의 도입을 피하도록 셋팅될 수 있다. 도 65 및 도 66은 이러한 프로세스에 의해 얻어지는 비-연동가능한 광학 소자(5)의 랜덤화 패턴(106) 및 비랜덤화(nonrandomized) 패턴(105)의 일 예를 각각 도시한다. 만약, 추가적인 비-패턴화된 영역이 관련이 없거나 주어진 용도에 바람직하다면, 격자 간격의 압축을 할 필요가 없다.
실질적으로 완전한 표면 커버리지를 가지는 2차원 격자내로 패턴화될 수 있는 단일 기본 소자에 더하여, 하나 이상의 기본 소자를 사용하여 보다 복잡한 격자를 생성할 수도 있다. 또한, 실질적으로 완전한 표면 커버리지 보다 적은 커버리지의 복잡한 격자 구조도 이용될 수 있다.
또한, 광학 소자(5)의 방사상 패턴이 광 재지향 필름(2)의 광학적으로 투명한 기판(8)의 표면상에 또는 그 표면내에 제공될 수 있으며, 이때 도 67에 개략적으로 도시된 바와 같이 광학 소자들이 중첩되고 서로 교차할 수 있다.
이상적으로, 광 재지향 필름을 빠져나가는 광의 축선상의 이득을 최대화하기 위하여, 예를 들어 도 68 및 도 69에 개략적으로 도시된 바와 같이, 광학 소자(5)들의 표면(10, 12)이 별개의 비-라운드형 릿지(97)를 함께 형성한다. 그러나, 광 재지향 필름을 제조하는데 이용되는 제조 프로세스에 따라, 도 70 및 도 72에서 도면부호 '112'로 개략적으로 도시된 바와 같이 라운딩될 수 있는 그러나 광학 소자 형상의 불완전한 복제 또는 형성으로 인해 도 71 및 도 73에 개략적으로 도시된 바와 같이 평평화되거나, 라운딩되거나, 곡선형으로 되거나, 또는 기타 기형적인(misshaped) 릿지 피크(113)가 될 가능성이 더 높은 하나 이상의 비-별개 릿지 섹션(110)을 릿지(97)가 가질 수 있다. 릿지 피크의 평평화(flattening)나 라운딩 또는 릿지(97)의 이러한 라운딩의 일부는, 광학 소자의 릿지의 불완전한 재현 또는 형성으로 인해, 휘도 강화 필름으로서 필름을 사용할 수 있게 한다. 그러나, 라운드화된 릿지 섹션(112) 또는 평평화, 라운딩, 곡선형 또는 기타 잘못된 형상(misshaped)의 릿지 피크(113)와 광학 소자의 측부 또는 측벽의 전체 영역의 합으로 나눈 총 측벽 표면적의 비율은 이하의 식에 의해 결정되는 바와 같이 1 이되거나 90% 이상이 되어야 한다:
a)
Figure 112007031617111-pct00001
이때: Ai = ith(i번째) 측벽(10, 12)의 표면적이고,
Bj = 평평화, 라운딩, 곡선형 또는 기타 잘못된 형상의 릿지 피크(113) 또는 jth 라운딩된 릿지 섹션(112)의 표면적이며,
n = 측벽(10, 12)의 번호이고,
m = 평평화, 라운딩, 곡선형 또는 기타 잘못된 형상의 릿지 피크(113) 또는 라운딩된 릿지 섹션(112)의 번호이다.
그 대신에, 광학 소자 릿지 피크가 완전히 재현된 경우에 존재할 수 있는 총 측벽 표면적 마이너스(minus) 평평화, 라운딩, 곡선형 또는 기타 잘못된 형상의 릿지 피크(113) 또는 라운딩된 릿지 섹션(112)로 인해 순실된 총 측벽 표면적을 광학 소자 릿지 피크가 완전히 재현된 경우에 존재할 수 있는 총 측벽 표면적으로 나눈 비율은 이하의 식에 의해 결정되는 바와 같이 1이 되거나 90% 이상이 되어야 한다.
b)
Figure 112007031617111-pct00002
이때: αi = 릿지(97)가 완전히 형성 또는 재현된 경우에 ith(i번째) 측벽(10, 12)의 표면적이고,
βj = 평평화, 라운딩, 곡선형 또는 기타 잘못된 형상의 릿지 피크(113) 또는 jth 라운딩된 릿지 섹션(112)으로 인해 손실된 측벽 표면적이며,
n = 릿지(97)가 완전히 형성 또는 재현된 경우에 측벽(10, 12)의 번호이고,
m = 평평화, 라운딩, 곡선형 또는 기타 잘못된 형상의 릿지 피크(113) 또는 라운딩된 릿지 섹션(112)의 번호이다.
특히, 예를 들어 도 73에 도시된 바와 같이 평평화, 라운딩, 곡선형 또는 기타 잘못된 형상의 릿지 피크(113)을 가지는 쐐기 형상 광학 소자(5)의 경우에, 도 73에서 주어진 기하학적 정의를 이용할 때, 상기 식(b)를 적용하면 다음과 같다. 광학 소자 릿지 피크가 완전히 재현되는 경우에 존재하게 될 총 측벽 표면적은 다음과 같으며:
c)
Figure 112007031617111-pct00003
평평화, 라운딩, 곡선형 또는 기타 잘못된 형상의 릿지 피크(113)로 인해 손실되는 총 측벽 표면적은 다음과 같으며:
d)
Figure 112007031617111-pct00004
이때,
Figure 112007031617111-pct00005
R = 곡선형 측부(12)의 곡률 반경이고,
D = 광학 소자(5)의 피크 깊이 또는 높이이며,
θ = 기판(8)의 표면(96)에 대한 평평한 측부(10)의 내부 각도이며,
γ = 도 73의 기판의 위쪽에서 그리고 기판에 수직한 방향에서 볼 때, 평평화, 라운딩, 곡선형 또는 기타 잘못된 형상의 릿지 피크(113)(예를 들어, 손실된 피크 폭)의 폭.
식 (c) 및 식 (d)를 식 (b)에 대입하면 다음 식이 얻어지며:
Figure 112007031617111-pct00006
상기 식이 만족된다면, 이는 광 재지향 필름을 휘도 강화 필름으로 이용할 수 있다는 것을 의미한다. 릿지 피크(113)가 이보다 더 평평화, 라운딩, 곡선형 또는 기타 잘못된 형상을 가진다면, 광학 소자 형상이 충분한 축선상의 이득을 얻기에 충분한 측벽 표면적을 가지지 못하기 때문에, 그 필름은 대부분의 용도에서 휘도 강화 필름으로 이용되기에 적합하지 않을 것이다.
도 74 내지 도 78은 도 1 및 도 2에 도시된 광 재지향 필름 시스템(1)과 대체적으로 유사한 본 발명에 따른 다른 광 재지향 필름 시스템(115)을 도시한다. 그러나, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 실질적으로 일정한 두께를 가지는 백라이트(BL) 대신에, 도 74 내지 도 78에서는 광원(26)으로부터의 거리가 증가함에 따라 길이를 따라 내측으로 테이퍼링(tapering)되는 발광 표면(116)을 가지는 대체로 쐐기형인 백라이트(BL)이 도시되어 있다. 또한, 백라이트(BL)는 광선(R)이 백라이트(BL)로부터 매우 얕은 각도(shallow angle)로 출사되도록 디자인될 수 있다. 이로 인해, 도 74 및 도 75에 도시된 바와 같이, 개별 광학 소자(5)의 다양한 패턴들이 광 입사 표면(117)상에 또는 그 내부에 위치될 수 있을 것이며, 원한다면, 백라이트(BL)로부터 수신된 광선(R)을 전환(turnig)시키고 광이 허용가능한 각도내에서 관련 디스플레이(D)(예를 들어, 액정 디스플레이일 수 있다)로 지향되게 하여 백라이트로부터 방출된 광이 저손실 상태로 디스플레이를 통과할 수 있게 하기 위해, 도 76에 도시된 바와 같이, 광 재지향 필름(2)의 광 출사 표면(117')과 광 입사 표면(117) 모두의 상부에 또는 그 내부에 개별 광학 소자(5)의 다양한 패턴들이 위치될 수 있을 것이다. 또한, 두 개의 광 재지향 필름(2)을 서로 상하로 위치된 백라이트(BL)와 관련 디스플레이(D) 사이에 배치할 수도 있으며, 이때 도 77에 도시된 바와 같이 광학 소자(5)의 상이한 패턴들이 필름들 중 하나의 광 입사 표면(117)상에 또는 그 내부에 위치되고 그리고 나머지 필름의 광 출사 표면(117')상에 또는 그 내부에 위치되거나, 도 78에 도시된 바와 같이 양 필름의 광 입사 표면(117)상 에 위치될 수 있다. 도 74 및 도 76 내지 도 78에 도시된 광원(26)은 냉 음극 형광 램프(118)인 반면, 도 75에 도시된 광원(26)은 발광 다이오드(119)이다.
도 79 및 도 80은 도 1 및 도 2에 도시된 광 재지향 필름 시스템(1)과 대체적으로 유사한 본 발명에 따른 또 다른 광 재지향 필름 시스템(120 및 122)을 도시한다. 그러나, 도 79 및 도 80에 도시된 기판(120 및 122) 또는 광 재지향 필름은 LCD TV 백라이트 또는 광원 어레이(126)를 포함할 수 있는 기타 백라이트(125)와 중첩되게 놓여, 디스플레이(도시 안 됨)를 통한 백라이트로부터의 광선(R) 분포를 재지향 또는 성형(shaping)시킨다. 도 79에서, 광원(126)은 트레이 또는 유사한 타입의 지지부(128)상에 적절하게 장착된 냉 음극 형광 램프(127)의 어레이를 포함하는 반면, 도 80에서, 광원(126)은 트레이 또는 유사한 타입의 지지부(130)상에 적절하게 장착된 발광 다이오드(129)의 어레이를 포함한다. 각각의 발광 다이오드는 채색광 또는 백색광의 생성을 위한 다중 색채 칩을 구비할 수 있다.
전술한 내용으로부터, 본 발명의 광 재지향 필름이 백라이트 또는 다른 광원에 의해 방출된 더 많은 광을 필름의 평면에 보다 수직한 방향으로 재분포시킴을 명백히 알 수 있다. 또한, 본 발명의 광 재지향 필름 및 백라이트는 광 재지향 필름의 개별 광학 소자가 백라이트의 광학 변형부와 관련하여 작용하는 시스템을 제공하여 상기 시스템으로부터 최적화된 출력 광선 각 분포를 생성하기 위하여 서로서로 조정되거나 튜닝될 수 있다.
비록 본 발명은 특정 실시예와 관련하여 도시되고 기술되었으나, 등가의 변형예 및 수정예가 본 명세서를 숙지하고 이해한 당업자에게 자명하다. 특히, 전술 한 컴포넌트에 의해 수행되는 다양한 기능과 관련하여, 상기 컴포넌트를 기술하기 위해 사용된 용어("수단"에 대한 임의의 언급을 포함)는 달리 지시되지 않는다면, 본 명세서에 예시된 본 발명의 전형적인 실시예의 기능을 수행하는, 개시된 컴포넌트와 구조적으로 동일하지 않을지라도, 기술된 컴포넌트의 특정 기능을 수행하는(예를 들어, 기능적으로 균등한) 임의의 컴포넌트에 대응하도록 의도된 것이다. 부가하여, 본 발명의 특정한 특징은 단지 하나의 실시예에 관련하여 개시되었으나, 그러한 특징은 목적하는 바에 따라 그리고 임의의 일정한 또는 특정한 응용예에 대하여 유리하게 다른 실시예의 하나 이상의 다른 특징과 결합될 수 있다.

Claims (10)

  1. 광원으로부터 광을 수용하기 위한 광 입사 표면 및 대향하는 광 출사 표면을 구비하는 얇고 광학적으로 투명한 기판을 포함하는 광 재지향 필름으로서, 상기 표면들 중 하나 이상이 뚜렷한 형상의 개별 광학 소자의 패턴을 구비하고, 상기 개별 광학 소자는 하나 이상의 평평한 표면 및 하나 이상의 곡선형 표면을 구비하고 기판의 길이 및 폭에 비해 상당히 작아 상기 기판을 통과하는 광을 소정(所定)의 각도 분포로 재분포시키며, 상기 광학 소자들의 적어도 일부가 서로 교차하고, 상기 광학 소자들의 적어도 일부가 상기 평평한 표면 보다 상기 광학 소자의 곡선형 표면상에서 보다 큰 범위(greater extent)로 서로 교차하여 상기 광학 소자의 곡선형 표면적에 대한 상기 평평한 표면적의 상대적인 백분율이 커지게 함으로써 상기 기판을 통과하는 광의 축선상의 이득을 증대시키는
    광 재지향 필름.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 소자들의 적어도 일부가 상기 광학 소자의 곡선형 표면상에서만 서로 교차하여 상기 광학 소자의 곡선형 표면적에 대한 상기 평평한 표면적의 상대적인 백분율이 커지게 함으로써 상기 기판을 통과하는 광의 축선상의 이득을 증대시키는
    광 재지향 필름.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기판을 통과하는 광의 소정 각도 분포가 상기 기판에 대해 보다 더 수직인 방향인
    광 재지향 필름.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 표면들 중 하나 이상에서의 상기 광학 소자의 위치 또는 배치가 랜덤화되는
    광 재지향 필름.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 소자의 적어도 일부는 비-연동가능한 광학 소자가 서로 연동되는 것을 방지하는 기하학적 형상을 가지는 비-연동가능한 광학 소자이며, 상기 비-연동가능한 광학 소자들은 상기 비-연동가능한 광학 소자의 패턴내에서 기판의 표면들 중 하나 이상의 일부분의 원하는 커버리지를 생성하도록 지향되고 위치되는
    광 재지향 필름.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 비-연동가능한 광학 소자의 패턴이 둘 이상의 서로 상이한 형상의 광학 소자로 구성되는
    광 재지향 필름.
  7. 광원으로부터 광을 수용하기 위한 광 입사 표면 및 대향하는 광 출사 표면을 구비하는 얇고 광학적으로 투명한 기판을 포함하는 광 재지향 필름으로서, 상기 표면들 중 하나 이상이 둘 이상의 곡선형 표면을 가지는 뚜렷한 형상의 개별 광학 소자의 패턴을 구비하고, 상기 광학 소자의 곡선형 표면들 중 하나가 다른 곡선형 표면 보다 작은 반경을 가지며, 상기 개별 광학 소자는 기판의 길이 및 폭에 비해 상당히 작아 상기 기판을 통과하는 광을 소정의 각도 분포로 재분포시키며, 상기 광학 소자들의 적어도 일부가 상기 광학 소자의 다른(other) 곡선형 표면 보다 상기 광학 소자의 하나(one)의 곡선형 표면상에서 보다 큰 범위(greater extent)로 서로 교차하여 상기 광학 소자의 다른(other) 곡선형 표면에 대한 상기 하나(one)의 곡선형 표면의 상대적인 백분율이 감소되게 함으로써 상기 기판을 통과하는 광의 축선상의 이득을 증대시키는
    광 재지향 필름.
  8. 광원으로부터 광을 수용하기 위한 광 입사 표면 및 대향하는 광 출사 표면을 구비하는 얇고 광학적으로 투명한 기판을 포함하는 광 재지향 필름으로서, 상기 표면들 중 하나 이상이 뚜렷한 형상의 개별 광학 소자의 패턴을 구비하고, 상기 개별 광학 소자는 기판의 길이 및 폭에 비해 상당히 작아 상기 기판을 통과하는 광을 소정의 각도 분포로 재분포시키며, 상기 광학 소자들의 적어도 일부가 릿지를 함께 형성하는 둘 이상의 측부 또는 표면을 구비하며, 상기 릿지는 비-별개형(non-distict) 또는 잘못된 형상의(misshaped) 하나 이상의 섹션을 구비하며:
    Figure 112007031617111-pct00007
    이며,
    이때: Ai = ith(i번째) 측부의 표면적이고,
    Bj = jth 비-별개형 릿지 섹션의 표면적이며,
    n = 측부의 번호이고,
    m = 비-별개형 릿지 섹션의 번호인
    광 재지향 필름.
  9. 광원으로부터 광을 수용하기 위한 광 입사 표면 및 대향하는 광 출사 표면을 구비하는 얇고 광학적으로 투명한 기판을 포함하는 광 재지향 필름으로서, 상기 표면들 중 하나 이상이 뚜렷한 형상의 개별 광학 소자의 패턴을 구비하고, 상기 개별 광학 소자는 기판의 길이 및 폭에 비해 상당히 작아 상기 기판을 통과하는 광을 소정의 각도 분포로 재분포시키며, 상기 광학 소자들의 적어도 일부가 릿지를 함께 형성하는 둘 이상의 측부 또는 표면을 구비하며, 상기 릿지는 비-별개형(non-distict) 또는 잘못된 형상의(misshaped) 하나 이상의 섹션을 구비하며:
    Figure 112007031617111-pct00008
    이고,
    이때: αi = 릿지가 완전히 형성 또는 재현된 경우에 ith(i번째) 측부의 표면적이고,
    βj = jth 비-별개형 릿지 섹션으로 인해 손실된 측부 표면적이며,
    n = 릿지가 완전히 형성 또는 재현된 경우에 측부의 번호이고,
    m = 비-별개형 릿지 섹션의 번호인
    광 재지향 필름.
  10. 광원으로부터 광을 수용하기 위한 광 입사 표면 및 대향하는 광 출사 표면을 구비하는 얇고 광학적으로 투명한 기판을 포함하는 광 재지향 필름으로서, 상기 표면들 중 하나 이상이 뚜렷한 형상의 개별 광학 소자의 패턴을 구비하고, 상기 개별 광학 소자는 기판의 길이 및 폭에 비해 상당히 작아 상기 기판을 통과하는 광을 소정의 각도 분포로 재분포시키며,
    상기 광학 소자들은 두 개의 측부 또는 표면만을 구비하며, 상기 측부들 중 하나는 평평하고 다른 하나는 곡선형이며, 상기 두 개의 측부는 릿지를 함께 형성하며, 상기 릿지는 평평화된, 라운딩된, 곡선형의 또는 기타 잘못된 형상의 피크를 구비하며,
    Figure 112010062395831-pct00009
    이고,
    이때,
    Figure 112010062395831-pct00010
    R = 곡선형 측부의 곡률 반경이고,
    D = 광학 소자의 피크 깊이 또는 높이이며,
    θ = 기판의 표면에 대한 평평한 측부의 내각이며, 그리고
    γ = 기판에 수직한 위쪽 방향에서 볼 때, 평평화된, 라운딩된, 곡선형의 또는 기타 잘못된 형상의 릿지 피크의 폭인
    광 재지향 필름.
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