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KR20110066980A - 트랜스리플렉터, 트랜스리플렉터 시스템 및 디스플레이, 및 트랜스리플렉터 제조 방법 - Google Patents

트랜스리플렉터, 트랜스리플렉터 시스템 및 디스플레이, 및 트랜스리플렉터 제조 방법 Download PDF

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KR20110066980A
KR20110066980A KR1020117012153A KR20117012153A KR20110066980A KR 20110066980 A KR20110066980 A KR 20110066980A KR 1020117012153 A KR1020117012153 A KR 1020117012153A KR 20117012153 A KR20117012153 A KR 20117012153A KR 20110066980 A KR20110066980 A KR 20110066980A
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KR
South Korea
Prior art keywords
optical
pattern
variants
light
transreflector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
KR1020117012153A
Other languages
English (en)
Inventor
제퍼리 알. 파커
티모시 에이. 맥칼럼
Original Assignee
램버스 인터내셔널 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US10/010,835 external-priority patent/US6827456B2/en
Application filed by 램버스 인터내셔널 리미티드 filed Critical 램버스 인터내셔널 리미티드
Publication of KR20110066980A publication Critical patent/KR20110066980A/ko
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Abstract

트랜스리플렉터들(4, 5)은 기판의 대향 측면들을 타격하는 더 많은 부분의 광을 각각 반사 및 투과하기 위한 반사성 표면들(9)과 다른 광 투과성 표면들을 갖는 투명 기판(7)을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 트랜스리플렉터들은 서로 인접하여 맞물리는 기판들 중 하나의 짝을 이루는 측면에 광학 변형물들(8)의 패턴을 갖는, 함께 결합되는 서로 다른 굴절률들의 2개 이상의 투명 기판들을 포함할 수 있다. 트랜스리플렉터들(4, 5)은 백라이트 "BL", 또는 상기 트랜스리플렉터들의 대향 측면상에 입사되는 다른 광원에 의해 방출되는 더 많은 광을 투과하기 위한 트랜스리플렉터 시스템 또는 디스플레이에 사용된다. 트랜스리플렉터들(4, 5)과 백라이트는 상기 트랜스리플렉터가 백라이트에 의해 방출되는 더 많은 광을 보다 잘 투과할 수 있도록 맞춰질 수 있다.

Description

트랜스리플렉터, 트랜스리플렉터 시스템 및 디스플레이, 및 트랜스리플렉터 제조 방법{TRANSREFLECTORS, TRANSREFLECTOR SYSTEMS AND DISPLAYS AND METHODS OF MAKING TRANSREFLECTORS}
본 발명은 트랜스리플렉터(transreflector)들의 일측을 타격하는(striking) 광의 더 많은 부분을 반사하고, 반대로 상기 트랜스리플렉터들의 타측을 타격하는 광의 더 많은 부분을 투과하는 트랜스리플렉터에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 트랜스리플렉터의 서로 다른 제조 방법들에 관한 것이다.
트랜스리플렉터는 타격하는 광의 일부를 투과하고 타격하는 광의 일부를 반사하는 광학 장치이다. 트랜스리플렉터의 일 예는 빔 분할기 또는 하프-실버 미러(half-silvered mirror)이다. 트랜스리플렉터의 주어진 측면을 때리는 광의 세기를 고려하면, 에너지 보존에 의해, 트랜스리플렉터를 통해 투과되는 광의 세기(ⅰ), 트랜스리플렉터에 의해 반사되는 광의 세기(ⅱ), 및 트랜스리플렉터에 의해 흡수되는 광의 세기(ⅲ)의 합은 상기 측면을 때리는 원래의 세기와 동일해야 한다. 가능한 장치의 반대측을 타격하는 많은 광을 반사하면서, 가능한 장치의 일측을 타격하는 많은 광을 투과하는 트랜스리플렉터를 구성하길 원한다면, 빔 분할기 형태의 트랜스리플렉터 장치는 장치에 의해 흡수되는 광의 세기가 제로라는 가정에서, 이론적으로 50% 광 투과 및 50% 광 반사로 제한된다. 제로 광 흡수율을 갖는 트랜스반사성 장치를 물리적으로 형성할 수 없기 때문에, 장치의 최대 광 입사량을 투과 및 반사하는 빔 분할기 형태의 트랜스리플렉터 장치는 50% 미만의 투과과 50% 미만의 반사로 제한된다.
예를 들어, 액정 디스플레이(LCD)와 함께 트랜스리플렉터가 사용될 수 있고, 랩탑 컴퓨터, 개인용 디지털 보조 장치(PDA), 워드 프로세서, 항공전자 디스플레이, 셀롤러 폰 등에 이용되어, 백라이트에 의한 암시야 환경(dark environment), 및 상기 백라이트에 전력을 공급할 필요없이 주변 광에 의한 명시야 환경(lighted environment)에서 디스플레이들이 조명될 수 있도록 한다. 이는 예를 들어, 백라이트와 LCD 사이에 트랜스리플렉터를 배치함으로써 수행된다. 명시야 환경에서, 주변 광의 일부가 디스플레이를 통과한 후, 이러한 광의 일부는 디스플레이를 조명하기 위해 LCD를 통해 트랜스리플렉터에 의해 후면 반사된다. 암시야 환경에서, 백라이트로부터의 광의 일부는 트랜스리플렉터 및 LCD를 통해 투과되어 디스플레이를 조명한다.
명시야 환경 및 암시야 환경에서 디스플레이를 가능한 밝게 만들기 위하여, 이상적인 트랜스리플렉터는 하부에서 타격하는 백라이트로부터 100%의 광을 투과하고, 상부에서 타격하는 100%의 주변 광을 반사한다. 트랜스리플렉터 장치의 광학 손실들, 예를 들어 흡수는, 하부에서 반사기를 타격하는 광의 100% 투과, 및 상부에서 트랜스리플렉터를 타격하는 광의 100% 반사를 달성하는 것을 불가능하게 한다. 그러나, 이론적으로 가능한 한 100% 투과 및 100% 반사에 근접하는 것이 바람직하다.
빔 분할기 형태의 트랜스리플렉터들은 상부로부터 상면을 타격하는 광, 및 동일하게 하부로부터 저면을 타격하는 광을 처리하며, 이러한 장치들의 표면을 타격하는 광의 투과 및 반사를 위해 50% 미만으로 제한된다. 따라서, 빔 분할기 형태의 트랜스반사형 장치들은 하부에서 이들을 타격하는 백라이트로부터 50% 미만의 광을 투과하고, 상부에서 이들을 타격하는 50% 미만의 주변 광을 반사하는 것으로 제한되며, 디스플레이를 가능한 밝게 만들기 위해 필요한, 하부로부터의 이상적인 100% 투과 및 상부로부터의 100% 반사에 크게 못 미친다.
디스플레이들을 가능한 밝게 만들기 위해, 하부로부터 타격하는 광과는 달리, 상부로부터 이들을 타격하는 광을 처리하는 트랜스반사형 장치들이 필요하다. 또한, 이러한 트랜스리플렉터들은 가능한 하부로부터 이들을 타격하는 많은 광을 투과하고(예, 50% 이상), 가능한 상부로부터 이들을 타격하는 많은 광을 반사해야 한다(예, 50% 이상).
본 발명은 트랜스리플렉터의 일측을 타격하는 더 많은 광을 반사하고 트랜스리플렉터의 반대측을 타격하는 더 많은 광을 투과하는, 트랜스리플렉터, 트랜스리플렉터 시스템과 디스플레이, 및 트랜스리플렉터들의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 형태로서, 트랜스리플렉터는, 기판의 일측 상부 또는 일측에서 반사성 및 비-반사성 광 투과성 표면들을 처리하는 광학 변형물(optical deformity)들의 패턴을 갖는 투명 기판(막 또는 플레이트일 수 있음)을 포함한다. 본 명세서와 청구범위를 통해 사용되는 "투명"이란 용어는 광학적으로 투명하거나, 광학적으로 반투명한 것을 의미한다. 트랜스리플렉터는 또한 가장 바깥쪽(outermost) 층들의 외부 측면들상에 광학 변형물들과 함께 결합되는 2개 이상의 기판/막 층들을 포함한다. 이러한 광학 변형물들은 웰 한정 형상의 홈들 또는 개별적인 광학 변형물들을 포함할 수 있다. 또한, 광학 변형물들의 크기, 높이, 형상, 위치, 각도, 밀도, 및/또는 배향은 기판에 대해 가변될 수 있다. 반사성 표면들은 편광 코팅(polarization coating)을 포함할 수 있는 반사성 코팅으로 코팅된다. 투과성 표면들은 텍스처형, 렌즈형일 수 있거나, 광의 방향을 바꾸는 광학 형상들을 가지고, 방사방지 또는 편광 코팅과 같은 광학 코팅을 가질 수 있다. 반사성 및 비-반사성 광 투과성 표면들의 패턴은 기판의 상측(즉, LCD와 가장 인접한 표면) 또는 기판의 저면(즉, 백라이트와 가장 인접한 표면)상에 있을 수 있다. 반사성 및 투과성 표면들은 크기, 형상, 각도, 밀도, 및 배향이 가변될 수 있다.
반사성 및 비-반사성 표면들의 패턴이 트랜스리플렉터의 상측상에 있는 경우, 트랜스리플렉터의 타측 또는 저면은 평면형이거나 특정 분포, 예를 들어 백라이트의 출력 분포의 광을 더 잘 투과하도록 설계되는 광학 형상들을 가질 수 있고, 광 투과성 표면들로 이러한 광을 향하게 할 수 있다. 이러한 광학 변형물들은 웰 한정 형상의 홈들 또는 개별적인 광학 변형물들을 포함할 수 있다. 또한, 광학 변형물들의 크기, 높이, 형상, 위치, 각도, 밀도, 및/또는 배향은 트랜스리플렉터에 대해 가변될 수 있다. 반사방지 또는 편광 코팅과 같은 광학 코팅은 또한 광학 변형물들과 더불어 또는 광학 변형물들을 대체하여 트랜스리플렉터의 저면에 적용될 수도 있다.
반사성 및 비-반사성 표면들의 패턴이 트랜스리플렉터의 저면상에 있는 경우, 트랜스리플렉터의 타측 또는 상부는 평면형이거나 광의 방향을 바꾸기 위한 광학 변형물들을 가질 수 있다. 예를 들어, 트랜스리플렉터의 상측은 트랜스리플렉터를 통해 LCD의 정방향으로 더 많이 투과되는 광의 방향을 바꾸는 광학 형상을 가져서, 트랜스리플렉터로부터 더 많은 광이 LCD를 통해 투과될 수 있다. 이러한 광학 변형물들은 그것에 제한됨이 없이 프리즘형(prismatic) 또는 렌즈형 홈들, 또는 웰 한정 형상의 개별적인 광학 변형물들을 포함하는 홈들로 이루어질 수 있다. 또한, 광학 변형물들의 크기, 형상, 각도, 밀도, 및 배향은 트랜스리플렉터에 대해 가변될 수 있다. 트랜스가변기의 상면은 또한 텍스처링되거나, 방사방지 또는 편광 코팅과 같은 광학 코팅을 가질 수 있다.
상기한 트랜스리플렉터는 투명 기판의 일측에 반사성 코팅을 적용한 후, 상기 일측을 열성형하여 다수의 이격된 각의 반사성 코팅 표면들과 다수의 각의 비-코팅 광 투과성 표면들을 제공함으로써, 제조될 수 있다. 반사성 및 비-반사성 광 투과 표면들의 각들은 성능을 최적화하도록 선택될 수 있다. 또한, 광학 변형물들은 기판의 타측상에 형성될 수 있다.
선택적으로, 다수의 이격된 각진 표면(angled surface)들과 다수의 다른 각진 표면들을 형성하기 위해 투명 기판의 일측을 열성형하고, 그 후 상기 각진 표면들상에 반사성 코팅을 적용하여, 다른 각진 표면들을 코팅하지 않은채, 반사성 표면들을 형성함으로써, 상기한 트랜스리플렉터가 제조될 수 있다. 이것은 지점(site)의 라인 또는 다른 적절한 증착 기술을 이용하여, 예를 들어 다른 각진 표면들로 반사성 코팅을 증착하지 않고 상기 다수의 이격된 각진 표면들로 반사성 코팅을 증착함으로써, 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 형태로서, 트랜스리플렉터는 기판들의 짝을 이루는 측면들(mating sides)을 따라 함께 결합되는 서로 다른 굴절률들의 2개 이상의 투명 기판들을 포함한다. 적어도 하나의 기판들의 짝을 이루는 측면은 광학 변형물들의 패턴을 가지며, 다른 기판의 짝을 이루는 측면은 하나의 기판의 짝을 이루는 측면 상에 광학 특성들의 반전 패턴을 갖는다. 더 낮은 굴절률을 갖는 기판의 타측은 평면형이거나, 백라이트 또는 다른 광원으로부터 방출되는 특정 분포의 광을 받아들이도록 설계되는 광학 변형물들을 가질 수 있다. 더 높은 굴절률을 갖는 기판의 타측은 텍스쳐형이거나, 상기 표면으로부터 트랜스리플렉터를 출입하는 광의 방향을 바꾸기 위한 광학 형상들을 가질 수 있다. 이러한 기판의 타측은 또한 방사방지 또는 편광 코팅과 같이, 적용되는 광학 코팅을 가질 수 있다. 광학 코팅은 또한 2개의 기판들이 함께 결합되기 이전에 인접 표면들 중 하나에 적용됨으로써, 상기 2개의 기판들이 함께 결합된 후 2개의 기판들의 짝을 이루는 계면에서 광학 막을 형성할 수 있다.
서로 다른 굴절률들의 2개의 투명 기판들의 일측 상에 또는 일측에서 광학 변형물들의 패턴을 미리 형성하고, 상기 미리 형성된 제 1 기판의 광학 변형물들의 패턴을 이용하여, 제 2 기판의 일축을 용융 또는 열 연화하고, 상기 제 1 기판의 일측이 용융되는 것을 방지하면서 상기 제 2 기판의 일측상 또는 일측의 반전 패턴을 형성하기 위해, 상기 제 1 기판의 일측상 또는 일측의 변형물들의 미리 형성된 패턴에 대해 상기 제 2 기판의 용융 또는 연화된 측면을 가압하여, 제 2 기판의 일측 또는 일측 상에서 상기 광학 변형물들의 반전 패턴을 형성함으로써, 상기한 트랜스리플렉터가 제조될 수 있다. 그 후, 상기 2개의 기판들은 냉각되어 제 2 기판의 일측이 고체화되고 제 1 기판의 일측과 결합되도록 한다. 또한, 광학 변형물들은 2개의 기판들이 함께 결합되기 이전, 이후 또는 결합중에 기판들 중 하나의 타측상 또는 타측에 형성될 수 있다.
임의의 이러한 트랜스리플렉터들은 트랜스리플렉터 시스템 또는 디스플레이에서 이용되어, 트랜스리플렉터들의 일측 상의 백라이트 또는 다른 광원 입사에 의해 방출되는 광을 투과하고 트랜스리플렉터들의 반대측 상에 주변 광 입사를 반사할 수 있다. 백라이트 또는 다른 광원으로부터 입사광을 수신하는 트랜스리플렉터의 측면은 광원으로부터 방출되는 광의 특정 출력 분포를 더 잘 투과하도록 설계되는 광학 변형물들을 가질 수 있고, 백라이트의 입력 에지로부터의 거리가 증가함에 따라 백라이트로부터 방출되는 광의 각 분포의 변화를 보상하기 위해, 백라이트의 입력 에지로부터의 거리가 변하는 각 형상 패턴을 포함할 수 있다. 백라이트 또는 다른 광원으로부터 광을 수신하는 트랜스리플렉터들의 측면 상의 광학 변형물들은 웰 한정 형상의 홈들 또는 개별적인 광학 변형물들을 포함할 수 있다. 또한, 광학 변형물들의 크기, 형상, 각도, 밀도, 및 배향은 트랜스리플렉터들에 대해 가변될 수 있다.
입사 주변 광을 수신하는 트랜스리플렉터들의 타측은 텍스쳐형이거나, 상기 표면으로부터 트랜스리플렉터들을 출입하는 광의 방향을 바꾸기 위한 광학 형상들을 가질 수 있다. 주변 광을 수신하는 트랜스리플렉터들의 측면 상의 광학 형상들은 웰 한정 형상의 홈들 또는 개별적인 광학 변형물들을 포함할 수 있다. 광학 변형물들의 크기, 형상, 각도, 밀도, 및 배향은 트랜스리플렉터들에 대해 가변될 수 있다. 방사방지 또는 편광 코팅과 같은 광학 코팅은 또한 광학 변형물들과 더불어 또는 광학 변형물들을 대체하여 트랜스리플렉터들의 표면에 적용될 수도 있다.
마찬가지로, 백라이트는 발광 표면으로부터의 광학 변형물들 상에 충돌하는 광을 반사 또는 굴절시키기 위한 적어도 하나의 경사면을 포함하는 웰 한정 형상을 갖는 발광 표면으로부터 특정 광 출력 분포를 형성하기 위한 개별적인 광학 변형물들의 패턴을 가질 수 있다. 이러한 변형물들 중 적어도 몇몇의 경사면은 백라이트에 대해 광 입력 에지의 광학적으로 결합된 영역과 인접하도록 배향될 수 있다. 또한, 백라이트/패널 부재의 발광 부분 상의 만곡부들 또는 돌출부들을 포함할 수 있는 적어도 몇몇 변형물들은 백라이트에 대해 크기, 형상, 깊이 또는 높이, 밀도, 및/또는 배향이 가변될 수 있다. 더욱이, 상기 변형물들은 백라이트에 대한 확률 패턴에서 랜덤화되거나(randomized), 엇갈리거나(staggered), 배치될 수 있다. 더욱이, 적어도 몇몇의 변형물들은, 백라이트에 대해 가변하는 각 클러스터들에 대한 평균 크기 또는 형상 특징을 공동으로 형성하는 서로 다른 크기 또는 형상 특징을 갖는 각각의 클러스터들에서 적어도 몇몇의 변형물들을 갖는, 백라이트에 대한 클러스터들에 배치될 수 있다. 이것은 백라이트의 광 출력 분포, 및 백라이트로부터 입사광을 수신하는 트랜스리플렉터들상의 광 입력 표면들이 서로 조정될 수 있도록 하므로, 트랜스리플렉터들이 백라이트에 의해 방출되는 더 많은 광을 더 잘 투과한다. 또한, 트랜스리플렉터에 가장 근접한 백라이트의 측면은 백라이트에서 트랜스리플렉터로 광이 전달되는 효율을 증가시키기 위해, 트랜스리플렉터 또는 그 상부의 변형물들에 정렬되는 광학 변형물들을 가질 수 있다. 상기 정렬되는 백라이트와 트랜스리플렉터 변형물들 사이의 영역은 효율성을 추가로 증가시키기 위한 굴절률 매칭 물질을 포함할 수 있다. 디스플레이는 백라이트로부터 떨어져 인접되는 트랜스리플렉터들의 측면에 근접 배치될 수 있다.
전술한 관련된 결말을 달성하기 위하여, 본 발명은, 이하에서 더 완전히 기술되고, 특히 청구항들에서 지적되는 특징들을 포함하며, 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면들은 본 발명의 상세한 특정 예시적인 실시예들에서 상술되고, 지시적이지만, 본 발명의 원리들이 사용될 수 있는 다양한 방법들 중 몇 가지 만이 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 일 형태의 트랜스리플렉터의 개념적 측면 입면도이다.
도 1a-1c는 도 1에 도시된 트랜스리플렉터 시스템의 다른 변형물들의 개념적 측면 입면도들이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 다른 형태들의 트랜스리플렉터 시스템들의 개념적 측면 입면도이다.
도 3a-3c는 도 3에 도시된 트랜스리플렉터 시스템의 다른 변형물들의 개념적 측면 입면도들이다.
도 4a-4c는 트랜스리플렉터의 일측 상의 광학 변형물들이 홈들로 이루어진 도 1에 도시된 형태의 트랜스리플렉터의 개념적 사시도들이다.
도 5a-5d는 트랜스리플렉터의 일측 상의 광학 변형물들이 각각 웰 한정 형상을 갖는 개별적인 광학 변형물들인 도 1에 도시된 형태의 트랜스리플렉터의 개념적 사시도들이다.
도 6a-6e는 도 5a-5d의 개별적인 광학 변형물들이 가질 수 있는 다른 기하학적 형상들의 개념적 사시도들이다.
도 7a-7g는 도 1-3의 트랜스리플렉터들의 하나 이상의 다른 표면들 또는 그 상부의 광학 변형물들의 다른 패턴들의 개념적 사시도들이다.
도 8a-8i는 도 7c-7e에 도시된 광학 변형물들을 대체할 수 있는 다른 기하학적 형상들의 개별적인 광학 변형물들의 개념적 사시도들이다.
도 9a-9c는 도 1 및 도 2에 도시된 트랜스리플렉터들의 광 반사성 및 투과성 표면들을 제조하는 방법의 일 예를 개념적으로 도시한다.
도 10a-10c는 도 1 및 도 2에 도시된 트랜스리플렉터들의 광 반사성 및 투과성 표면들의 다른 제조 방법을 개념적으로 도시한다.
도 11은 도 3에 도시된 트랜스리플렉터의 제조 방법을 개념적으로 도시한다.
도 12 및 도 13은 백라이트의 표면 또는 그 상부에 형성되는 본 발명에 따른 다양한 형태의 광학 변형물들을 나타내는 백라이트/발광 패널 어셈블리의 표면 영역의 개념적 단편 확대 평면도이다.
도 14 및 도 15는 각각 도 12 및 도 13의 광학 변형물들 중 하나를 통과하는 종방향 확대 단면도들이다.
도 16 및 17은 백라이트의 표면 또는 그 상부에 형성되는 본 발명에 따른 다른 형태의 광학 변형물들을 통과하는 개념적 종방향 확대 단면도들이다.
도 18-26은 본 발명에 따른 다른 웰 한정 형상들의 개별적인 광학 변형물들의 다양한 패턴들을 포함하는 백라이트 표면 영역들의 개념적 확대 사시도들이다.
도 27은 백라이트의 표면 또는 그 상부에 형성되는 본 발명에 따른 다른 형태의 광학 변형물을 통과하는 개념적 종방향 확대 단면도들이다.
도 28 및 도 29는 표면 영역들의 길이와 폭에 따라 다수의 직선 열들에 배치되는 도 24 및 도 25에 도시된 형상과 유사한 광학 변형물들을 포함하는 백라이트 표면 영역들의 개념적 확대 상면도들이다.
도 30 및 도 31은 표면 영역들의 길이에 따라 엇갈린 열들에 배치되는 도 24 및 25에 도시된 형상과 유사한 광학 변형물들을 포함하는 백라이트 표면 영역들의 개념적 확대 상면도들이다.
도 32 및 도 33은 표면 영역들상의 다른 크기의 광학 변형물들의 랜덤하거나 가면되는 패턴의 클러스터들을 포함하는 백라이트 표면 영역들의 개념적 확대 상면도들이다.
도 34는 표면 영역의 길이에 따라 광 입력 표면으로부터의 변형물들의 거리가 증가하거나 광의 세기가 증가함으로써 본 발명에 따른 광학 변형물들의 크기가 증가함을 보여주는 백라이트 표면 영역의 개념적 확대 사시도이다.
도 35 및 도 36은 백라이트 표면 영역의 길이 및 폭에 따라 광학 변형물들의 서로 다른 각 배향들을 나타내는 개념적 사시도들이다.
도 37 및 도 38은 포커싱된 광원으로부터 방출되는 예시적인 광선들이 본 발명에 따른 백라이트 표면 영역의 웰 한정 형상들의 서로 다른 개별적인 광학 변형물들에 의해 어떻게 반사되거나 굴절되는지를 보여주는 개념적 확대 사시도들이다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1-3의 도면들은 본 발명에 따른 3개의 서로 다른 트랜스리플렉터 시스템들(1, 2, 3)을 개념적으로 도시하고, 그 각각은, 명시야 환경에서 더욱 가시적으로(예, 더 밝은) 만드는 디스플레이 외부에서 디스플레이 후면을 통과하는 더 많은 주변 광을 반사하고, 암시야 환경에서 디스플레이를 조명하도록 디스플레이 외부에서 트랜스리플렉터를 통해 백라이트로부터 더 많은 광을 투과하기 위한, 액정 디스플레이 또는 막 스위치와 같은 디스플레이(D), 및 백라이트(BL) 사이에 배치되는 트랜스리플렉터(4, 5, 6)를 포함한다.
도 1 및 도 2에 도시된 각각의 트랜스리플렉터들(4, 5)은 예를 들어, 캐리어 막과 자외선 경화가능(curable) 층으로 이루어진 다층 막을 포함하는 플레이트 또는 막일 수 있는 투명(즉, 광학적으로 투명 또는 반투명) 기판(7)을 포함한다. 기판의 일측 또는 일측상에는 하나 이상의 광 반사성 표면들(9)과 비-반사성 광 투과 표면(10)을 각각 포함하는 다수의 이격된 광 엘리먼트들 또는 변형물들(8)이 있다. 변형물들(8)은 도 4a-4c에 개념적으로 도시된 홈(11)들, 또는 도 5a-5d에 개념적으로 도시된 바와 같은 웰 한정 형상을 각각 갖는 개별적인 광학 변형물들(12)의 패턴일 수 있다. 홈(11)들은 도 4a 및 도 4b에 개념적으로 도시된 바와 같이, 그 길이에 대해 동일한 높이이거나, 도 4c에 개념적으로 도시된 바와 같이, 그 길이에 따라 높이가 가변될 수 있다. 또한, 높이의 변화는 도 4c에서 개념적으로 추가 도시된 바와 같이, 하나의 홈(11)은 다른 홈과 서로 다를 수 있다. 각각의 개별적인 광학 변형물들(12)은 도 5a 및 5b에 개념적으로 도시된 바와 같이 거의 동일한 크기 및 형상이거나, 도 5c에 개념적으로 도시된 바와 같이 서로 다른 크기들 및 기하학적 형상들일 수 있다. 도 5a에 도시된 광학 변형물들(12)은 각각 2개의 표면들, 평면형 반사성 표면(9), 및 곡선의 광 투과성 표면(10)을 가지는 반면에, 도 5b에 도시된 광학 변형물들(12)은 각각 다수의 반사성 표면들(9)과 하나의 광 투과성 표면(10)을 포함하는 피라미드 형상을 갖는다.
또한, 각각의 광학 변형물들(12)은 도 1에 개념적으로 도시된 제 1 입력 에지에만 광학적으로 결합된 단일 광원(50)에 의해 백라이트 등으로부터 광을 수신하기 위해 도 1 및 도 5a-5c에 개념적으로 도시된 바와 같이 동일한 일반적인 방향에 인접하는 각각의 변형물들의 광 투과성 표면(10)을 갖는 패턴으로 배치되거나, 도 1a에 개념적으로 도시된 바와 같이 2개의 입력 에지들에 광학적으로 결합된 2개의 광원(50)들에 의해 백라이트 등으로부터 광을 수신하기 위해 도 1a 및 도 5d에 개념적으로 도시된 바와 같이 반대 방향들에 인접하는 다른 광학 변형물들(12)의 광 투과성 표면(10)과 광 반사성 표면(9)을 갖는 패턴으로 배치될 수 있다.
도 5a에서, 개별적인 광학 변형물들의 반사성 표면(9)은 라운드형 또는 곡선형(curved)이고, 광 투과성 표면(10)은 평면형이다. 그러나, 개별적인 광학 변형물들(12)의 반사성 표면(9)은 평면형일 수 있고, 광 투과성 표면(10)은 도 6a에서 개념적으로 도시된 것처럼 라운드형일 수 있다는 것을 이해해야 한다. 선택적으로, 개별적인 광학 변형물들(12)의 반사성 표면(들)(9) 및 광 투과성 표면(10)은 둘다 도 6b-6e에서 개념적으로 도시된 것처럼 평면형일 수 있다. 또한, 개별적인 광학 변형물들(12)의 반사성 표면(들)(9) 및 광 투과성 표면(10)은 도 5a-5d 및 6a, 6b 및 6d에 개념적으로 도시된 것처럼 서로 교차할 수 있거나, 도 6c에 개념적으로 도시된 것처럼 트랜스리플렉터들의 전반적인 평면(general plane)에 평행하게 연장되거나 도 6e에 개념적으로 도시된 것처럼 트랜스리플렉터들의 전반적인 평면과 상호교차되는, 중간 표면(13)에 의해 서로 이격될 수 있다. 더욱이, 개별적인 광학 변형물들은 도 6b 및 6c에 개념적으로 도시된 것처럼 라운드형 또는 곡선형 단부들(14)을 가질 수 있다.
광 투과성 표면(10)들은 백라이트로부터 더 많은 부분의 광을 투과하고, 상기 광이 트랜스리플렉터를 통과하여 트랜스리플렉터의 타측을 통해 외부로 향하게 한다. 또한, 백라이트(BL)로부터 방출되는 광선(R)들의 최대 출력각에 수직인 평면 위의 광 투과성 표면들(10)의 돌출 영역은 트랜스리플렉터들(4, 5)의 전반적인 평면 위의 반사성 표면들(9)의 돌출 영역보다 대체로 더 적다. 이것은 반사성 표면들(9)이 명시야 환경에서 디스플레이를 더욱 가시적으로(예, 더 밝게) 만드는 도 1 및 도 2에 개념적으로 도시된 바와 같은 디스플레이를 통한 디스플레이(D) 후면을 통과하는 더 많은 주변 광을 반사할 수 있도록 한다. 동시에, 광 투과성 표면들(10)은 암시야 환경에서 디스플레이를 조명하기 위해 백라이트(BL) 또는 디스플레이 외부의 다른 광원으로부터 트랜스리플렉터들(4, 5)상에 더 많은 입사광을 투과한다.
반사성 표면들(9)은 편광 코팅을 포함할 수 있는 금속화 코팅과 같은 적절한 반사성 코팅(15)으로 코팅되는 반면에, 광 투과성 표면들(10)은 광 투과성 표면들을 통과하는 광의 방향을 바꾸기 위해, 예를 들어, 도 1 및 도 2의 "16"에 개념적으로 도시된 바와 같이, 텍스쳐형 또는 렌즈형일 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 디스플레이(D)로부터 가장 먼 트랜스리플렉터(4)의 측면은 반사성 표면(9)들, 및 연동되는 광 투과성 표면(10)들을 포함하는 반면에, 도 2에 도시된 실시예에서, 디스플레이(D)에 가장 근접한 트랜스리플렉터(5)의 측면은 반사성 표면(9)들 및 연동되는 광 투과성 표면(10)들을 포함한다. 두가지 경우에서, 디스플레이를 관통하는 주변 광의 더 많은 부분은 명시야 환경에서 더욱 가시적으로 만드는 디스플레이를 통해 반사성 표면(9)들에 의해 후방 반사된다.
암시야 환경에서, 도 1에 도시된 트랜스리플렉터(4)의 경우, 백라이트(BL)에 가장 근접한 트랜스리플렉터의 측면 상의 반사성 표면들(9) 간의 광 투과성 표면(10)들은 백라이트로부터 더 많은 부분의 광을 투과하고 트랜스리플렉터를 통해 트랜스리플렉터의 타측 외부로 상기 광이 향하도록 각도 조절된다.
트랜스리플렉터(4)의 타측은 도 1의 가상선(17)들에 도시된 것처럼 평면형일 수 있거나, 텍스처형, 화학적 에칭 또는 레이저 에칭을 가질 수 있거나, 도 1, 1a, 1c, 4a 및 4c의 실선들로 도시된 것처럼 트랜스리플렉터의 타측 상에 광학 변형물들(18)을 가져서 암시야 환경에서 디스플레이를 보다 잘 조명하도록 디스플레이(D)의 수직 방향을 향해 더욱 많이 광의 방향을 바꿀 수 있다. 타측은 또한 비반사 또는 편광 리사이클링 막(17')과 같은 광학 막(코팅, 층)을 가질 수 있다(비교를 위해, 도 1의 가상선들, 도 4b의 실선, 및 도 1b의 우측상에만 도시됨). 백라이트(BL)로부터 방출되는 광은 비-편광된다(즉, 도 1b에 개념적으로 도시된 2개의 극성들(P1, P2)로 구성됨). 이러한 비편광(unpolarized light)은 편광 리사이클링 코팅(17')을 때리면, 편광(P1)은 투과되고, 편광(P2)은 반사된다. 편광(P1)은 지속되고 LCD를 통해 투과된다. 두 편광들(P1, P2)이 혼합되고 프로세스가 반복되면, 편광(P2)은 트랜스리플렉터로 다시 반사되어 반사성 편광기(17')를 향해 다시 분산된다.
반사성 편광 막(17')은 도 1b의 트랜스리플렉터의 좌측상의 함수의 비교를 위해 도시된 것처럼 나타나지 않는다면, 백라이트(BL)를 떠나서 트랜스리플렉터에 의해 투과되는 비편광(P1, P2)은 LCD를 타격하고 편광(P1)은 LCD에 의해 투과되며, 편광(P2)은 흡수되어 거의 50%의 광 손실을 초래한다.
도 2에 도시된 트랜스리플렉터(5)의 경우, 트랜스리플렉터의 타측은 도 2의 가상선들(17)로 도시된 것처럼 평면형일 수 있거나, 텍스처형, 화학적 에칭, 또는 레이저 에칭을 가지거나, 백라이트 또는 다른 광원으로부터 광을 투과하고 디스플레이를 조명하기 위해 트랜스리플렉터를 통해 백라이트로부터 투과되는 광의 양을 증가시키기 위해 디스플레이(D)와 가장 근접한 트랜스리플렉터의 측면에서 광 투과성 표면들(10)로 광을 향하도록 각도 조절되는 표면들(20)을 포함하는 도 2의 실선들로 도시된 것과 같은 광학 변형물들(19)을 가질 수 있다. 타측은 또한 비반사 또는 편광 코팅과 같은 광학 코팅(17')을 가질 수 있다. 이러한 광학 변형물들(18, 19)은 각각 이하에 기술되는 웰 한정 형상을 갖는 홈들 또는 개별적 변형물들일 수 있다.
도 1에 도시된 트랜스리플렉터(4)의 상측 또는 상측상의 광학 변형물들(18), 및 도 2에 도시된 트랜스리플렉터(5)의 저면 또는 저면상의 광학 변형물들(19)은 예를 들어, 도 7a 및 7b에서 개념적으로 도시된 형태의 프리즘형 또는 렌즈형 홈들(21, 22), 또는 서로 수직 절단된 두 세트들의 홈들(21, 22)(예, 교차 홈들)로 이루어져서, 도 7c에 개념적으로 도시된 바와 같은 피라미드 구조(30)를 형성할 수 있다. 선택적으로, 이러한 광학 변형물들(18, 19)는 도 7d에 도시된 것처럼 폐쇄 어레이(23)에 있거나, 도 7e에 도시된 이격된 어레이(24)에 있을 수 있는 웰 한정 형상을 각각 갖는 개별적 광학 변형물들의 패턴으로 구성되거나, 도 7d 및 도 7e에 도시된 열들(25)에 있거나, 도 7f의 "26"에 도시된 것처럼 랜덤화될 수 있다. 더욱이, 개별적인 광학 변형물들(18, 19)의 패턴은 서로에 대해 엇갈리거나 도 7g에 개념적으로 도시된 것처럼 서로 교차하거나 연동되는 광학 변형물들과 서로 랜덤하게 오버랩될 수 있다. 또한, 광학 변형물들의 위치, 크기, 높이, 밀도, 각도, 배향 및/또는 형상은 기판에 대해 가변될 수 있다.
개별적인 광학 변형물들(18, 19)은 또한 예를 들어, 도 8a에 도시된 것처럼 삼각형상 측면들(31)을 갖는 피라미드(30), 도 8b에 도시된 것처럼 사다리꼴형상 측면들(33)과 평면형 상부(34)를 갖는 프러스토(frusto)-피라미드(32), 도 8c에 도시된 것처럼 긴 라운드형 또는 곡선형 측면들(36)을 갖는 상대적으로 급경사의 평면형 각진 표면(35), 도 8d에 도시된 것처럼 원뿔형 형상(37), 도 8e에 도시된 것처럼 평면형 상부(39)를 갖는 프러스토-원뿔 형상(38), 도 8f에 도시된 것처럼 급경사로 라운드되거나 대향 측면된 측면들(41)을 갖는 상대적으로 얕게 경사진 평면형 표면(40), 도 8g에 도시된 것처럼 반대로 라운드형 또는 곡선형 단부들(43)을 갖는 한 쌍의 반대로 교차하는 경사면들(42), 도 8h에 도시된 것처럼 반대로 라운드형 또는 곡선형 단부들(45)과 평면형 상부(46)를 갖는 한 쌍의 반대로 경사진 평면형 측면들(44), 및 도 8i에 도시된 것처럼 반구 형상(47)을 포함하는 많은 서로 다른 형상들을 가질 수 있다. 더욱이, 한가지 형태 이상의 형상의 광학 변형물들(18, 19)이 트랜스리플렉터의 일측 또는 양측면들에 제공될 수 있다.
임의의 경우에서, 백라이트에 가장 근접한 트랜스리플렉터들(4, 5)의 측면상에 변형물들의 위치, 각도, 밀도, 크기, 높이, 형상 및 배향의 패턴들은 백라이트로부터 특정 광 분포를 투과하도록 설계된다. 결국, 트랜스리플렉터(4)의 표면들(10) 및 트랜스리플렉터(5)의 표면들(20)의 각도들은 광원(50)으로부터의 거리가 증가함에 따라 백라이트(BL)가 상이하게 광을 방출하는 방식으로 광원(50)으로부터의 거리가 증가함에 따라 가변될 수 있다.
도 9 및 도 10은 도 1 및 도 2에 도시된 트랜스리플렉터들(4, 5)의 광 반사성 및 광 투과성 표면들(9, 10)을 제조하는 2가지 상이한 방법들을 나타낸다. 도 9에 도시된 방법에서, 반사성 막, 층 또는 코팅(15)은 일정한 굴절률을 각각 갖는 하나 이상의 층들로 구성될 수 있다(도 9a 참조). 그리고, 반사성 코팅은 프레스 또는 롤러(51)를 이용하여 투명 기판의 코팅된 측면을 열성형함으로써 선택된 표면들 또는 영역들로부터 제거되어, 도 9b 및 9c에 도시된 것처럼 다수의 이격된 다른 각진 또는 경사진 비코팅된 광 투과성 표면들 또는 영역들(10)을 형성할 수 있다. 열성형 처리 동안 또는 이후, 광 투과성 표면들(10)은 원하는대로 광 투과성 표면들을 관통하는 광의 방향을 바꾸기 위해 텍스쳐형이거나 렌즈형일 수 있다. 기판(7)의 타측은 도 9b의 실선들(17)로 도시된 것처럼 좌측 평면형이거나, 텍스쳐형일 수 있고, 도 9c의 실선들로 도시된 것처럼 광학 변형물들(18)로 제공될 수 있다. 또한, 광학 코팅(17')은 도 9c의 가상선들로 추가 도시된 것처럼 타측에 적용될 수도 있다.
도 10에 도시된 방법은, 기판의 일측이 열성형되어, 도 10b에 도시된 것처럼 다수의 다른 각진 또는 경사진 표면들(10)에 의해 분리되는 다수의 이격된 각진 또는 경사진 표면들(9)을 형성 이후까지 반사성 코팅이 투명 기판(7)에 적용되지 않는다는 점에서 도 9에 도시된 것과 상이하다. 그리고, 반사성 코팅(15)은 광 투과성 표면들(10)이 코팅되지 않은채 반사성 표면들(9)을 형성하기 위해 예를 들어, 라인의 영역 증착 기술을 이용하여 도 10c에 도시된 것처럼 각진 표면들(9)상에만 적용된다. 선택적으로, 반사성 코팅(15)은 반사성 표면들(9)로 핫 스템프(hot stamped)될 수 있다.
도 3에 도시된 트랜스리플렉터(6)는 2개의 기판들 사이의 계면(59)에서 광학 변형물들(57, 58)과 함께 결합되는 서로 다른 굴절률들의 적어도 2개의 투명 기판들(55, 56)을 포함한다는 점에서 도 1 및 도 2에 도시된 것들과 상이하다. 기판들(55, 56)은 원하는 선택 영역들에서 완전히 또는 부분적으로 함께 결합될 수 있다. 디스플레이(D)와 가장 근접한 기판(55)은 디스플레이로부터 가장 먼 기판(56)보다 더 높은 굴절률을 가진다. 기판들 중 하나의 짝을 이루는 측면(예를 들어, 기판(55))은 광학 변형물들(57)의 패턴을 포함하고, 다른 기판(56)의 짝을 이루는 측면은 반전 패턴의 광학 변형물들(58)을 포함한다. 이러한 광학 변형물들은, 도 3 및 도 3a에 도시된 것처럼 뾰족한 또는 곡선형 피크들과 밸리들을 각각 갖거나, 도 3b에 도시된 것처럼 곡선형 측면들 또는 도 7 및 도 8에 개념적으로 도시되고 이전에 기술된 것처럼 웰 한정 형상을 각각 갖는 렌즈형 홈들 또는 교차 홈들 또는 개별적인 광학 변형물들을 갖는 평면형 측면들을 갖는 예를 들어 프리즘형 홈들을 포함하는 서로 상이한 형상들의 홈들을 포함함으로써, 2개의 기판들의 굴절률의 차이로 인해 디스플레이를 관통하고 트랜스리플렉터(6)의 더 높은 굴절률 측면(55)에 진입하는 주변 광의 더 많은 부분이 두 개의 기판들 사이에 내부의 하이/로우 계면(59) 및 저면 로우/에어 계면(60)에서 내부적으로 전체 반사되도록 하여, 디스플레이를 명시야 환경에서 더욱 가시적으로 만들 수 있다.
백라이트(BL)로부터의 광선들(R)이 트랜스리플렉터(6)의 더 낮은 굴절률 측면(56)을 관통하여 트랜스리플렉터를 통해 디스플레이(D)로 투과된다. 백라이트(BL)와 가장 근접한 더 낮은 굴절률 기판(56)의 측면(17)은 도 3의 가상선들로 도시된 것처럼 평면형이거나, 도 2에 도시된 트랜스리플렉터(5)의 광학 변형물들(19)과 유사할 수 있는 도 3의 실선들로 도시된 것처럼 광학 변형물들(61)의 패턴을 가지거나 텍스처형일 수 있고, 트랜스리플렉터(6)의 능력을 최적화하여, 핫 롤러(66)를 이용하여 하나의 기판(55)에 대해 백라이트로부터 방출되는 특정 분포의 광을 투과하고, 도 11에 도시된 것처럼 콜드 롤러(67)를 통해 하나의 기판(55)을 통과시킴으로써 하나의 기판(55)이 용융되는 것을 방지하면서 기판(56)이 최종 온도로 형성되도록 한다. 그 후, 두 개의 기판들(55, 56)은 한 쌍의 콜드 롤러들(68, 69)을 관통하여, 용융 및/또는 열 연화된 기판(56)이 도 11에 추가 도시된 것처럼 수행되는 기판(55)과 함께 응고되고 결합되도록 한다.
선택적으로, 기판(55)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 투명 자외선 경화가능 폴리머(56)가 다른 기판 대신에 사용될 수 있다. 경화되지 않는(uncured) 폴리머(56)는 하나의 기판(55)의 일측 또는 일측상에서 상기 미리 형성되는 패턴의 광학 변형물들(57)에 적용된 후, 폴리머 또는 그 상부의 광학 변형물들(58)의 반전 패턴을 형성하고 하나의 기판의 일측에 상기 폴리머를 결합시키도록 경화된다.
백라이트(BL)는 대체로 평평하거나 곡선형일 수 있거나, 단일층 또는 다층일 수 있으며, 서로 다른 두께와 원하는 형상을 가질 수 있다. 더욱이, 백라이트는 연질 또는 경질일 수 있고, 다양한 화합물들로 이루어질 수 있다. 추가로, 백라이트는 중공되거나, 액체, 공기로 충진되거나, 고체일 수 있으며, 홀들 또는 돌기(ridge)들을 가질 수 있다.
또한, 광원(50)은 예를 들어, 아크 램프, 컬러화, 필터링 또는 페이트될 수 있는 백열등, 렌즈 엔드 벌브, 라인등, 할로겐 램프, 발광 다이오드(LED), LED의 칩, 네온등, 냉음극 형광 램프, 리모트 소스로부터 투과되는 광섬유 광 파이프, 레이저 또는 레이저 다이오드, 또는 임의의 다른 적정한 광원을 포함하는 임의의 적절한 형태일 수 있다. 부가적으로, 광원(50)은 다수의 컬러 LED, 또는 원하는 컬러 또는 백색광 출력 분포를 제공하기 위해 다수의 컬러 방사 소스들의 결합일 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 컬러들의 LED 또는 다수의 컬러 칩을 갖는 단일 LED와 같은 다수의 컬러 등이 사용되어, 각각의 개별적인 컬러 광의 세기들을 가변시킴으로써, 백색광 또는 임의의 다른 컬러 광 출력 분포를 생성할 수 있다.
광학 변형물들의 패턴은 백라이트(BL)의 일측 또는 양측면들상에 제공되거나, 원하는 백라이트의 일측 또는 양측면들상의 하나 이상의 선택된 영역들상에 제공될 수 있다. 본 발명에 사용되는 것처럼, 광학 변형물들이란 용어는 광의 일부분이 방출되도록 하는 표면의 형상 또는 기하학 및/또는 코팅 또는 표면 처리의 임의의 변화를 의미한다. 이러한 변형물들은 백라이트의 선택 영역들 상에 예를 들어, 페인트된 패턴, 에칭된 패턴, 기계가공된 패턴, 프린트된 패턴, 핫 스탬프 패턴, 또는 성형된 패턴을 제공함으로써, 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어 패드 프린팅, 실크 프린팅, 잉크젯, 열 전달 막 처리 등에 의해 잉크 또는 프린트 패턴이 적용될 수 있다. 상기 변형물들은 또한 백라이트에 적용하는데 이용되는 시트 또는 막상에 프린트될 수 있다. 이러한 시트 또는 막은 원하는 효과를 형성하기 위해 예를 들어, 백라이트의 일측 또는 양측면들에 대해 시트 또는 막을 부착하거나 위치 설정함으로써 백라이트의 영구적인 부분이 될 수 있다.
밀도, 불투명 또는 투명함, 형상, 깊이, 컬러, 영역, 굴절률 또는 백라이트의 영역 또는 영역들상의 변형물들의 형태를 가변시킴으로써, 백라이트의 광 출력이 제어될 수 있다. 상기 변형물들은 백라이트의 발광 영역으로부터 광 출력 %를 제어하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 작은 및/또는 더 작은 크기의 변형물들이 더 적은 광 출력을 원하는 표면 영역들 상에 배치될 수 있다. 반대로, 더 큰 %의 및/또는 더 큰 변형물들이 더 큰 광 출력을 원하는 백라이트의 표면 영역들상에 배치될 수 있다.
대체로 균일한 광 출력 분포를 제공하기 위해, 백라이트의 서로 다른 영역들에서 변형물들의 퍼센트 및/또는 크기를 변화시키는 것이 필요하다. 예를 들어, 백라이트를 통해 이동하는 광의 양은 보통 광원으로부터 추가적으로 제거되는 다른 영역들에서 보다 광원에 더 근접한 영역들에서 더 클 것이다. 변형물들의 패턴은 예를 들어, 광원으로부터 증가되는 거리를 갖는 더 조밀한 집광의 변형물들을 제공함으로써, 백라이트내의 광 변화들을 조정하는데 사용되어, 백라이트로부터 더욱 균일한 광 출력 분포를 형성할 수 있다.
또한, 변형물들이 특정 어플리케이션에 적합하게 하기 위해 백라이트로부터 출력선 각도 분포를 제어하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 백라이트가 액정 디스플레이를 백라이트하는데 사용되는 경우, 변형물들은 광선들이 미리 결정된 선각(ray angle)들에서 백라이트로부터 방출되도록 하여 저손실을 갖는 액정 디스플레이를 관통한다면 광 출력은 더욱 효율적이다. 부가적으로, 광학 변형물들의 패턴은 백라이트의 광 추출에 재공되는 광 출력 변화들을 조정하는데 이용될 수 있다. 광학 변형물들의 패턴은 광택 내지 불투명 범위 또는 둘다의 범위의 와이드 스펙트럼의 페인트들, 잉크들, 에폭시들 등을 이용하여 백라이트 표면 영역들상에 프린트될 수 있고, 변형 커버리지를 가변시키기 위해 하프-톤 분리 기술들을 사용할 수 있다. 더욱이, 광학 변형물들의 패턴은 다층들이거나 굴절률이 가변될 수 있다.
광학 변형물들의 프린트 패턴들은 점들, 사각형들, 다이아몬드들, 타원들, 별들, 랜덤한 형상들 등과 같은 형상들로 가변될 수 있다. 또한, 인치당 60 라인들 또는 더 세분된 프린트 패턴들이 사용되는 것이 바람직하다. 이것은 프린트 패턴들의 변형물들 또는 형상들이 특정 어플리케이션에서 인간의 눈에 거의 보일 수 없도록 함으로써, 더 큰 엘리먼트들을 이용하여 광 추출 패턴들에 공통인 경사도 또는 밴딩 라인들의 검출을 없앨 수 있다. 부가적으로, 상기 변형물들은 백라이트의 길이 및/또는 폭에 따라 형상 및/또는 크기가 가변될 수 있다. 또는, 상기 변형물들의 랜덤한 배치 패턴은 백라이트의 길이 및/또는 폭에 대해 이용될 수 있다. 상기 변형물들은 무아레(moire) 또는 다른 간섭 효과들을 감소시키기 위해 어떠한 특정 각들을 갖지 않는 형상들 또는 패턴을 가질 수 있다. 이러한 랜덤한 패턴들을 생성하기 위한 방법들의 예들은 확률 프린트 패턴 기술들, 주파수 변조 하프톤 패턴들, 또는 랜덤한 도트 하프톤들을 이용한 형상들의 패턴을 프린트하는 것이다. 더욱이, 상기 변형물들은 백라이트에서 컬러 수정을 위해 컬러화될 수 있다. 상기 변형물들의 컬러는 또한 예를 들어, 동일하거나 상이한 광 출력 영역들을 위한 서로 다른 컬러들을 제공하기 위해, 백라이트를 통해 가변될 수도 있다.
광학 변형물들의 패턴들과 더불어 또는 대신하여, 도 7a-7c에 도시된 것처럼 프리즘형 또는 렌즈형 홈들 또는 교차 홈들, 또는 성형 패턴의 더욱 복잡한 형상들을 이용하여 다양한 형상들의 요입부들 또는 상승 표면들을 포함하는 다른 광학 변형물들이 백라이트의 하나 이상의 표면 영역들상에 또는 표면 영역들상으로 성형, 에칭, 스탬프, 열성형, 핫 스템프될 수 있다. 프리즘형 또는 렌즈형 표면들, 요입부들 또는 상승 표면들은 접촉되는 광선들의 부분이 백라이트로부터 방출되도록 한다. 또한, 프리즘의 각도들, 요입부들 또는 다른 표면들은 원하는 광 출력 분포 또는 효과를 형성하기 위해 서로 다른 방향들로 광을 향하게 가변될 수 있다. 더욱이, 반사성 또는 굴절 표면들은 무아레 또는 다른 간섭 효과들을 감소시키기 위해 어떠한 특정 각들을 갖지 않는 형상들 또는 패턴을 가질 수 있다.
백 반사기(75)는 대향 측면을 통한 방출을 위해 패널의 후방 측면을 통해 방출되는 광을 반사함으로써 백라이트의 광 출력 효율성을 개선하기 위해 도 1-3에 개념적으로 도시된 것처럼 백라이트(BL)의 일측에 대해 부착되거나 위치될 수 있다. 부가적으로, 광학 변형물들(76)의 패턴은 광 경로를 변화시키기 위해 도 1-3에 개념적으로 도시된 것처럼 백라이트의 일측 또는 양측면들상에 제공됨으로써, 내부의 임계각이 초과되고 광의 일부분이 백라이트의 일측 또는 양측면들로부터 방출된다. 백라이트(BL)의 이러한 광학 변형물들(76)은 트랜스리플렉터(4)의 광학 변형물들(8)의 반전 형상을 가질 수 있고, 도 1c에 개념적으로 도시된 것처럼 정렬되어(원한다면 서로 오버랩됨), 백라이트에서 트랜스리플렉터로의 광 전달 효율성을 증가시킨다. 추가적으로, 정렬된 백라이트와 트랜스리플렉터 변형물들(76, 8) 사이의 영역은 그러한 광 전달의 효율성을 추가로 증가시키기 위해 굴절률 매칭 물질(79)를 포함할 수 있다. 더욱이, 투명 막, 시트 또는 플레이트(77)는 도 1 및 도 2에 개념적으로 도시된 것처럼 광이 방출되는 백라이트의 측면 또는 측면들에 대해 부착되거나 위치되어, 광 출력 분포의 균일성을 더욱 개선시킨다. 예를 들어, 막, 시트 또는 플레이트는 밝기 강화 막 또는 확산면(diffuser)일 수 있다.
도 12-15는 각각의 백라이트 표면 영역들(82)상의 개별적인 돌출부들(81) 또는 그러한 표면 영역들의 개별적인 요입부들(83)일 수 있는 다른 광학 변형물들(80)을 나타낸다. 두가지 경우에서, 각각의 이러한 광학 변형물들(80)은 하나의 에지(85)에서 각각의 백라이트 표면 영역(82)을 교차하는 반사 또는 굴절 표면(84)을 포함하는 웰 한정 형상을 가지며, 각각의 변형물들에 의해 발광을 더욱 정확히 제어하기 위해 그 길이에 대해 균일한 경사를 갖는다. 패널 표면 영역상의 단부 벽들의 돌출된 표면 영역을 최소화하기 위해, 각각의 반사/굴절 표면(84)의 주변 에지부(86)를 따라서, 반사/굴절 표면들(84)과 패널 표면 영역(82) 사이에 포함된 각(I')보다 더 크게 포함된 각(I)에서 각각의 패널 표면 영역(82)을 교차하는 각 변형(80)의 단부 벽(87)이 있다(도 14 및 도 15 참조). 이것은 단부 벽들(87)의 돌출된 표면 영역들이 반사/굴절 표면들(84)의 돌출 표면 영역들과 대체로 동일하거나 더 크다면 가능할 수 있는 것보다 패널 표면 영역들 또는 그 상부에 배치될 수 있도록 한다.
도 12 및 도 13에서, 반사/굴절 표면들(84)의 주변 에지부들(86) 및 연동되는 단부 벽들(87)은 횡방향으로 커브된다. 또한, 도 14 및 도 15에서, 상기 변형물들(80)의 단부 벽들(87)은 상기 변형물들의 반사/굴절 표면들(84)에 거의 수직으로 연장되는 것으로 도시된다. 선택적으로, 그러한 단부 벽들(87)은 도 16 및 도 17에 개념적으로 도시된 것처럼, 패널 표면 영역들(82)에 거의 수직으로 연장될 수 있다. 이것은 사실상 패널 표면 영역들(82) 상의 단부 벽들(87)의 임의의 돌출 표면 영역을 제거하고, 패널 표면 영역들 상의 변형물들의 밀도는 추가로 증가시킬 수 있다.
광학 변형물들은 또한 패널 표면 영역으로부터 원하는 광 출력 분포를 얻기 위해 다른 웰 한정 형상들일 수 있다. 도 18은 일반적으로 평면의, 사각형 반사/굴절 표면(89) 및 그 길이 및 폭에 대해 균일한 경사를 갖는 연동되는 단부 벽(90)과 일반적으로 평면형 측벽들(91)을 각각 포함하는 패널 표면 영역(82)상의 개별적인 광 추출 변형물들(88)을 나타낸다. 선택적으로, 상기 변형물들(88')은 도 19에 개념적으로 도시된 것처럼 라운드형 또는 곡선형 측벽들(92)을 가질 수 있다.
도 20은 평면의, 경사진 삼각형상의 반사/굴절 표면(94) 및 연동되는 평면의, 일반적으로 삼각형상의 측벽들 또는 단부 벽들(95)을 각각 포함하는 패널 표면 영역(82)상의 개별적인 광 추출 변형물들(93)을 나타낸다. 도 21은 각진 주변 에지부들(98) 및 연동되는 각진 단부와 측벽들(99, 100)을 갖는 평면의 경사진 반사/굴절 표면(97)을 각각 포함하는 개별적인 광 추출 변형물들(96)을 나타낸다.
도 22는 일반적으로 원뿔 형상인 개별적인 광 추출 변형물들(101)을 나타내고, 도 23은 라운드형 반사/굴절 표면(103), 및 함께 혼합된 라운드형 단부 벽들(104)과 라운드형 또는 곡선형 측벽들(105)을 각각 포함하는 개별적인 광 추출 변형물들(102)을 나타낸다. 이러한 부가적인 표면들은 백라이트/패널 부재(BL)에 대해 광을 분산시키도록 서로 상이한 방향들로 그 상부에 충돌되는 다른 광선들을 반사 또는 굴절시켜서, 패널 부재로부터 방출되는 광의 더욱 균일한 분포를 제공한다.
개별적인 변형물들의 반사/굴절 표면들과 단부 및 측벽들의 특정 형상과는 무관하게, 이러한 변형물들은 또한 패널 표면 영역들(82)에 대해 평행하게 이격되는 반사/굴절 표면들과 단부 및/또는 측벽들과 교차하는 평면형 표면들을 포함할 수 있다. 도 24-26은 패널 표면 영역(82)에 대해 평행하게 이격된 평면형 표면(109)에 의해 각각의 변형이 교차되는 것을 제외하고, 각각 도 18, 19 및 22에 도시된 것들과 유사한 대표 형상들을 갖는 패널 표면 영역상의 개별적인 돌출부들 형태의 변형물들(106, 107, 108)을 나타낸다. 유사한 방식으로, 도 27은 패널 표면 영역(82)의 일반적으로 평면형 표면에 대해 평행하게 이격된 평면형 표면(109)에 의해 각각 교차되는 패널 표면 영역(82)에서 개별적인 요입부들(111)의 형태인 다수의 변형물들(110) 중 하나를 나타낸다. 패널 표면 영역(82)으로부터 광의 방출을 위해 임계각보다 더 작은 내부 각들에서 평면형 표면들(109)상에 충돌되는 임의의 광선들은 평면형 표면들(109)에 의해 내부적으로 반사되는 반면에, 상기 임계각보다 더 큰 내부각들에서 평면형 표면들(109)상에 충돌하는 임의의 광선들은 도 27에 개념적으로 도시된 것처럼, 최소의 광학 비연속성들을 갖는 평면형 표면들에 의해 방출된다.
상기 변형물들은 패널 표면 영역(82) 상부의 돌출부들인 경우, 반사/굴절 표면들은 도 14 및 도 16에 개념적으로 도시된 것처럼, 광원(50)으로부터 광선들이 패널을 통해 이동하는 것과 일반적으로 반대 방향으로 패널로부터 떨어진 각으로 연장된다. 상기 변형물들이 패널 표면 영역의 돌출부들인 경우, 반사/굴절 표면들은 광원(50)으로부터 광선들이 도 15 및 도 17에 개념적으로 도시된 것처럼 패널 부재를 통해 이동하는 것과 동일한 방향에서 패널로의 각으로 연장된다.
상기 변형물들이 패널 표면 영역들(82) 또는 그 상부에서 돌출부들 또는 요입부들인지와는 무관하게, 상기 변형물들의 광 반사/굴절 표면들의 경사들은 가변될 수 있어서, 그 상부에 충돌하는 광선들이 발광 표면 외부로 굴절되거나 패널을 통해 후방 반사되고 패널의 반대측 외부로 방출되도록 하며, 원하는 효과를 형성하기 위해 이로부터 방출되는 광을 분산하거나 투명 막에 의해 커버되도록 에칭될 수 있다. 또한, 패널 표면 영역상에서 광학 변형물들의 패턴은 패널 표면 영역들로부터 원하는 광 출력 분포를 얻기 위해 원하는 바와 같이 균일 또는 가변될 수 있다. 도 28 및 도 29는 패널 표면 영역(82)의 길이 및 폭에 따라 열들로부터 일정하게 이격된 일반적으로 다수의 직선으로 배치되는 도 24 및 도 25에 도시된 것들과 유사한 형상인 변형물들(106, 107)을 나타내는 반면에, 도 30 및 도 31은 패널 표면 영역의 길이를 따라 서로 오버랩되는 엇갈린 열들에 배치되는 상기 변형물들(106, 107)을 나타낸다.
또한, 광학 변형물들의 각 방향과 위치 뿐만 아니라, 폭, 길이 및 깊이 또는 높이를 포함하는 크기는 임의의 주어진 패널 표면 영역의 길이 및/또는 폭에 따라 가변되어, 패널 표면 영역으로부터 원하는 광 출력 분포를 얻을 수 있다. 도 32 및 도 33은 패널 표면 영역(82)상에 엇갈린 열들로 배치되는 각각 도 18 및 도 19에 도시된 것들과 유사한 형상의 랜덤하거나 가변될 수 있는 패턴의 서로 다른 크기의 변형물들(88, 88')을 나타내고, 도 34는 패널 표면 영역의 길이 및/또는 폭에 따라 광원으로부터 변형물들의 거리가 증가하거나 광의 세기가 감소함으로써, 크기가 증가되는 도 25에 도시된 것들과 유사한 형상의 변형물들(107)을 나타낸다. 도 32 및 도 33에 도시된 변형물들(88, 88')은 패널 표면에 대해 클러스터들에 배치되고, 패널 표면에 대해 가변되는 각 클러스터들에 대해 평균적인 크기 또는 형상 특징을 공동으로 형성하는 서로 다른 크기 또는 형상 특징을 갖는 각 클러스터에서 적어도 몇몇 변형물들을 갖는다. 예를 들어, 각 클러스터들의 적어도 몇몇 변형물들은 패널 표면에 대해 가변되는 경사 표면의 평균 경사도 또는 방향 또는 평균 깊이 또는 높이 특징을 공동으로 형성하는, 서로 상이한 깊이 또는 높이, 또는 서로 상이한 경사도 또는 방향을 가질 수 있다. 마찬가지로, 각각의 클러스터들에서 적어도 몇몇 변형물들은 패널 표면에 대해 가변되는 평균 폭 또는 길이 특징을 공동으로 형성하는 서로 상이한 폭 또는 길이를 가질 수 있다. 기계 내성이 높은 원하는 크기 또는 형상 특징을 얻을 수 있도록 하며, 무아레 및 간섭 효과들을 없앨 수 있다.
도 35 및 도 36은 패널 표면 영역(82)의 길이 및 폭을 따라 임의의 원하는 형상의 광학 변형물들(115)의 서로 다른 각 방향들을 개념적으로 나타낸다. 도 35에서, 상기 변형물들은 패널 표면 영역의 길이를 따라 직선 열들(116)에 배치되지만, 각 열들의 변형물들은 광원(50)에 접하도록 배향되어, 모든 변형물들은 광원으로부터 방출되는 광선들과 대체로 라인상에 있다. 도 36에서, 상기 변형물들(115)은 또한 도 35와 유사한 광원(50)과 인접하도록 배향된다. 또한, 도 36의 변형물들의 열들(117)은 광원(50)과 대체로 방사형으로 정렬된다.
도 37 및 도 38은 본 발명에 따른 발광 패널 어셈블리(BL)의 광 전이 영역(121)내에 삽입 성형되거나 주조된 포커싱 광원(50)으로부터 방출되는 예시적인 광선들(120)이 타측(124)보다 패널 부재의 일측(123) 외부로 더 많은 광선들을 반사시키거나 굴절시키도록 하는 패널 표면 영역(82) 또는 그 상부의 웰 한정 형상들의 개별적인 광 추출 변형물들(80, 107)상에 충돌될 때까지, 발광 패널 부재(122)를 통해 이동하는 동안 반사된다. 도 37에서, 예시적인 광선들(120)이 패널 부재의 동일한 측면(123)을 통해 외부로 동일한 방향에서 상기 변형물들(80)의 반사/굴절 표면들(84)에 의해 반사되는 것을 나타내는 반면에, 도 38에서는 광선들(120)이 패널 부재의 동일 측면(123) 외부로 반사/굴절되기 이전에 상기 변형물들(107)의 라운드된 측벽(92)에 의해 패널 부재(122)내에 서로 다른 방향들로 분산되는 것을 나타낸다. 본 발명에 따른 웰 한정 형상들의 개별적인 광 추출 변형물들의 상기 패턴은 패널 부재의 입력 에지(125)를 통해 수신되는 60 내지 70% 이상의 광이 패널 부재의 동일 측면으로부터 방출되도록 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 백라이트들의 광 출력 분포와 백라이트들로부터 입사광을 수신하는 본 발명의 트랜스리플렉터들의 광 출력 표면들은 서로 조정될 수 있기 때문에, 트랜스리플렉터들은 트랜스리플렉터들을 통해 백라이트들에 의해 방출되는 더 많은 광을 보다 잘 투과한다.
본 발명은 특정 실시예들에 대해 도시하고 기술하였지만, 본 명세서를 보고 이해함으로써 통상의 당업자에게 동등한 변형 및 수정들이 발생할 수 있음은 명백하다. 특히, 전술한 컴포넌트들에 의해 수행되는 다양한 기능들에 대해, 상기 컴포넌트들을 기술하는데 사용된 용어들(참조로 "의미하는"을 포함함)은, 본 발명에서 도시된 예시적인 실시예들에서 기능을 수행하는 개시된 컴포넌트와 구조적으로 동일하지 않는다 할지라도, 기술된 컴포넌트의 구체적인 기능을 수행하는(예, 기능적으로 동일한) 임의의 컴포넌트를 나타내는 것이다. 또한, 본 발명의 특정한 특징이 하나의 실시예에 대해서만 기술되었지만, 임의의 주어진 또는 특정 어플리케이션에 대해 바람직하고 장점이 있다면, 상기한 특징은 다른 실시예들의 하나 이상의 다른 특징들과 조합될 수 있다.

Claims (12)

  1. 광학 어셈블리(optical assembly)로서,
    발광 패널 및 LED 광원을 포함하는 발광 어셈블리 ― 상기 발광 패널은 광학 변형물들(optical deformities)의 제 1 패턴을 가짐 ―; 및
    상기 발광 패널에 부착된 트랜스리플렉터(transreflector) 막(film) 또는 시트(sheet) ― 상기 트랜스리플렉터 막 또는 시트는 광학 변형물들의 제 2 패턴을 갖고, 상기 광학 변형물들의 제 2 패턴의 상기 광학 변형물들은 상기 트랜스리플렉터 막 또는 시트보다 더 작은 길이 및 폭을 가짐 ―
    를 포함하며, 상기 광학 변형물들의 제 1 패턴의 상기 광학 변형물들은 상기 광학 변형물들의 제 2 패턴의 상기 광학 변형물들과 정렬되는,
    광학 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 변형물들의 제 1 패턴 및 제 2 패턴 사이에 배치된 굴절률 매칭(matching) 물질을 더 포함하는,
    광학 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 변형물들의 제 1 패턴 및 제 2 패턴은 중첩(overlap)하는,
    광학 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 변형물들의 제 2 패턴은 레이저 에칭 또는 화학적 에칭 패턴인,
    광학 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 변형물들의 제 2 패턴의 상기 광학 변형물들은 선명한(well defined) 형상의 광학 엘리먼트들인,
    광학 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광학 변형물들의 제 2 패턴의 상기 광학 변형물들은 피라미드, 프러스토(frusto)-피라미드, 원뿔, 프러스토-원뿔, 반구, 프러스토-프리즘(frusto-prism), 및 대향하게 경사진(oppositely sloping) 평면형 측면들의 쌍, 대향하는-곡선형 단부들 및 평면형 최상부를 갖는 형상으로 이루어진 그룹에서 선택된 형상을 갖는,
    광학 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 변형물들의 제 2 패턴의 상기 광학 변형물들은 적어도 하나의 광 투과성 표면과 적어도 하나의 광 반사성 표면을 갖는,
    광학 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 변형물들의 제 1 패턴의 상기 광학 변형물들은 크기, 형상, 폭, 길이, 깊이, 높이, 밀도, 불투명성(opaqueness), 컬러, 굴절률, 및 배향(orientation)으로 이루어진 그룹에서 선택된 특성에 있어서 가변하는,
    광학 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 변형물들의 제 1 패턴의 상기 광학 변형물들은 확률적(stochastic) 패턴으로 배열되는 것, 랜덤화(randomized)되는 것, 그리고 엇갈리는(staggered) 것 중 적어도 하나인,
    광학 어셈블리.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 변형물들의 제 1 패턴은 프린팅된 패턴, 잉크젯 프린팅된 패턴, 에칭된 패턴, 기계가공된(machined) 패턴, 핫 스탬프된(hot stamped) 패턴, 주조된(molded) 패턴, 스탬프된 패턴, 또는 열성형된 패턴인,
    광학 어셈블리.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스리플렉터 막 또는 시트는 하나 보다 많은 층을 포함하는,
    광학 어셈블리.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스리플렉터 막 또는 시트는 자외선 경화가능(curable) 물질을 포함하는,
    광학 어셈블리.
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