KR100787264B1

KR100787264B1 - 광학필름 및 그것을 사용한 면광원장치

Info

Publication number: KR100787264B1
Application number: KR1020057022183A
Authority: KR
Inventors: 테츠야 호시노; 야스시 스기모토; 테루오 테시마; 토모 도바시
Original assignee: 히다치 가세고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2007-12-20
Also published as: TW200510760A; US20070064294A1; US7672051B2; CN100380148C; TWI274178B; JPWO2004104658A1; WO2004104658A1; JP4240037B2; KR20060013548A; CN1795403A

Abstract

광학필름(10)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 재질로 하는 투명한 베이스 필름(11)과, 베이스 필름(11)의 한 쪽의 면인 입사면(12)상에 아크릴 변성 에폭시 등의 광경화 수지로 형성된 프리즘과, 상기 입사면(12)과 대향하는 출사면(13)상에 마찬가지의 광경화 수지로 형성된 홀로그램을 갖고, 상기 프리즘은 단면이 대략 삼각형상인 홈 또는 산에서 입사한 광을 전반사함으로써 광을 상기 출사면(13)에 수직한 방향으로 굽히고, 상기 홀로그램은 출사면(13)으로부터 출사하는 광을 비등방적으로 확산함으로써 휘도를 향상시킨다.

광학필름, 면광원장치, 모아레, 뉴톤링, 휘도얼룩

Description

광학필름 및 그것을 사용한 면광원장치{OPTICAL FILM AND SURFACE LIGHT SOURCE USING IT}

본 발명은 출사광(出射光)의 방향을 제어하는 광학필름과, 이러한 광학필름을 사용한 면광원장치(面光源裝置)에 관한 것이다.

종래, 컴퓨터의 표시부나 가전제품의 제어패널(Control Panel)의 표시부 외에 휴대전화의 표시부 등에 액정표시장치가 제공되고, 이에 따라 소비 전력의 저감과 경량화·박형화의 요구가 높아지고 있다. 대표적인 것으로서, 투과형 액정패널을 이용한 액정표시장치가 있다.

이러한 액정표시장치에 있어서는, 액정패널을 이면(裏面)으로부터 조명하는 백라이트(Back Light)로서 면광원장치가 사용되고 있다. 면광원장치는, 광원으로부터의 광을 면형상으로 출사(出謝)하는 도광판(導光板)과, 액정표시장치의 관찰자의 정면방향으로 가능한 한 많은 광을 출사시키도록 도광판의 광을 출사하는 방향을 제어하는 광학필름을 갖고 있다.

도 1은 종래의 액정표시장치의 구성을 나타내는 도면이다.

액정표시장치는 백색광을 출사하는 발광 다이오드와 같은 광원(111)과, 광원(111)으로부터 공급된 광을 안내하여 면형상으로 출사하는 도광판(112)과, 도광판 (112)으로부터 비스듬하게 출사된 광(114)을 출사면에 대하여 수직방향으로 굽히는 프리즘 시트와 같은 광학필름(110), 확산체(132), 화상을 표시하는 투과형의 액정패널(130)을 갖고 있다. 이에 의해, 액정표시장치로부터 관찰자를 향하여, 액정패널(130)을 조사한 광(134)이 출사된다.

확산체(132)는 광학필름(110)의 프리즘 구조 또는 홀로그램(Hologram) 구조의 주기성과 액정패널(130)에서의 화소 간격의 주기성으로 부터 발생하는 모아레(Moire)를 억제하기 위하여, 또는, 액정패널(130)과 광학필름(110)의 사이에 발생하는 뉴톤링(Newton's ring)을 억제하기 위하여, 또는, 광학필름(110)으로부터 출사된 광(116)의 색분산(色分散)을 작게 하기 위하여 설치되어 있다. 그러나, 확산체(132)를 설치함으로써 계면(界面)이 증가하고, 그것에 의한 프레넬 반사(Fresnel Reflection)로 휘도가 낮아진다. 그래서, 확산체(132)를, 광학필름(110)의 출사면에 형성하는 것이 제안되어 있다. 일본 특개평 9-281310이나 일본 특개평 9-281311에서는, 광학필름의 출사면에 미소(微小) 비드(Beads)나 마이크로 로드(Micro Rod)를 함유시켜, 광확산성을 부여함과 동시에, 출사면에 요철을 주어 조면화(粗面化)하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 이들의 방법은 모아레나 뉴톤링의 발생은 억제되지만, 미소 비드나 마이크로 로드에 의한 확산성은 확산각도 범위를 제어할 수 없어 전체 공간에 거의 균등하게 확산하여버리기 때문에, 정면 휘도가 극단적으로 낮아지는 문제가 있다.

여기에서, 액정표시장치에서의, 광원(111), 도광판(112), 광학필름(110) 및 확산체(132)는 액정패널(130)에 면형상으로 광을 공급하는 면광원장치를 구성하고 있다.

도 2는, 광학필름(110)에서의 입사광(114)과 출사광(116)의 관계를 나타내는 도면이다.

도면에서는, 광학필름(110)에 대한 입사광(114)의 입사각을 θi, 광학필름(110)으로부터의 출사광(116)의 출사각을 θo로 한다. 이들 입사각 θi 및 출사각 θo는, 광학필름(110)의 입사면 및 출사면의 법선과 입사광(114) 및 출사광(116)이 각각 이루는 각도이다.

광학필름(110)에 대한 입사각 θi는, 도광판(112)의 설계에 의존하지만, 20∼80°이다. 광학필름(110)의 역할은 도광판(112)으로부터 입사면에 비스듬하게 입사한 광을 출사면에 수직방향인 출사각 θo가 0°인 방향으로 효율 좋게 굽히는 것이다. 그를 위하여는, 공기층과 광학필름(110)과의 계면반사인 프레넬 반사를 작게 하고, 또한 가능한 한 많은 광이 상기 0°방향으로 진행하도록 재질이나 형상을 설계하게 된다. 또한, 출사광(116)이 각도분포를 가질 경우에는, 입사각 θi가 다소 변동하여도, 상기 수직방향에 대한 휘도가 감소하지 않도록 하는 광 굽힘 특성을 갖게 함으로써, 일정한 광 굴절각인 것보다 정면방향에 대한 휘도를 높일 수 있다. 또한, 광원(111)은 백색광을 출사하므로, 파장에 의한 분산을 작게 하여, 액정패널(130)의 표시에 얼룩이나 번짐이 없도록 하지 않으면 안된다.

광학필름(110)이나 도광판(112)에서는, 예컨대 스넬의 법칙(Snell's Law)이라고 하는 굴절의 법칙을 이용하여, 기하광학적으로 출사광을 굽히고 있다. 이러한 경우, 광학필름(110)은 입사면에 프리즘에 의한 홈이나 골(谷)을 형성한 프리즘 시트에 의해 구성할 수 있다. 이러한 프리즘 시트는, 구조가 간단하여 용이하게 제조할 수 있다.

한편, 종래의 굴절을 이용한 프리즘 시트에 대신하여, 광의 파동적 성질에 근거하는 회절현상을 이용한 홀로그램을 이용한 광학필름이 제공되어 있다. 홀로그램을 이용함으로써, 광을 굽힐 뿐만 아니라, 집광의 기능을 부가하는 것도 가능하다. 홀로그램에 의한 광학 소자의 제작방법에 대하여는, 예컨대 「Victor Soifer, Victor Kotlyar and Leonid Doskolovich: "Iterative Methods for Diffractive Optical Elements Computation", Taylor Francis(1997)」에 기재되어 있다.

종래, 홀로그램은 분광(分光)이나 고차(高次)의 회절을 수반하기 때문에 백색광을 굽히는 용도에는 적합하지 않다고 생각되어 왔다.

한편, 도광판으로부터 비스듬하게 출사시킴으로써, 출사광에 지향성(指向性)을 갖게 할 수 있어, 지향성을 유지한 채 수직방향으로 굽힘으로써 휘도를 향상시킬 수 있는 것이 알려져 있다(예컨대, 일본특허 제2739730호 공보 참조).

프리즘 시트 또는 홀로그램의 어느 것인가를 이용한 광학필름에 있어서도, 광학필름에 의해 출사방향이 제어된 출사광의 휘도를 더욱 향상시키는 것이 요구되고 있다.

상기한 바와 같이 도광판으로부터 비스듬하게 광을 출사한 광을 지향성을 유지한 채 수직방향으로 굽히면, 휘도를 향상시킬 수 있지만, 출사각도를 도광판의 면상에서 일정하게 하는 것이 어렵고, 휘도얼룩이 일어나기 쉬웠다. 그래서, 휘도 를 유지하면서 휘도얼룩을 없애도록 하는 확산체를 도광판과 광학필름의 사이에 넣는 것이 고려되지만, 그를 위하여는 확산체의 각도범위가 제한되지 않으면 안된다. 그런데, 각도범위가 제한된 확산체를 사용하는 경우, 도광판으로부터 비스듬하게 입사한 광에서는 소망하는 확산 특성을 확보하여, 휘도분포를 제어하는 것이 곤란하였다.

발명의 개시

본 발명은 전술한 실정을 감안하여 제안되는 것으로서, 광의 출사방향을 제어하는 광학필름으로서, 고휘도를 더 유지하면서 모아레나 뉴톤링이나 휘도얼룩을 해소할 수 있는 광학필름 및 그것을 사용한 면광원장치을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 광학필름은 입사광을 굽히는 형상을 형성한 입사면과, 공간내의 특정 각도 범위만으로 광을 확산하는 확산체를 형성한, 상기 입사면에 대향하는 출사면을 갖고, 상기 입사면의 형상은 상기 입사면에 입사한 광을 상기 출사면에 수직방향으로 굽힌다.

바람직하게는, 상기 입사광은 백색광이며, 상기 입사면의 형상은 상기 백색광을 상기 출사면에 수직방향으로 굽힌다.

바람직하게는, 상기 입사면의 형상은 평균 주기 200㎛ 이하의 홈 또는 산(山)으로 이루어진다.

바람직하게는, 홈 또 산은 동심원 형상을 따라 원호형상으로 형성되어 있다.

바람직하게는, 상기 홈 또는 산은 홀로그램을 구성한다.

바람직하게는, 상기 홀로그램은 입사각이 60°± 15°인 백색광을 출사면에 수직방향으로 굽히는 투과형 회절격자로서, 광학재료의 굴절율을 n으로 하고, m1, m2 = 1, 2, 3 … 으로 하였을 때, 평균주기가 m1×(5.0±1.0)㎛, 평균깊이가 m2×(3.7±1.0)/(n-1)㎛인 톱니형상을 갖는다.

삭제

바람직하게는, 상기 홈 또는 산은 단면이 대략 삼각형이다.

바람직하게는, 상기 홈 또는 산은 광이 상기 삼각형의 내부에서 전반사(全反射)하는 것을 이용하여 광을 굽힌다.

바람직하게는, 상기 출사면의 확산체의 확산각도가 모든 방향에 있어서 10도 이하이다. 여기에서, 상기 확산각도는, 각도 대(對) 투과광 강도의 그래프에 있어서 피크 강도의 1/2인 강도에서의 각도 폭인 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는 5도 이하이며, X방향 5도, Y방향 2도와 같은 이방성(異方性)의 것도 포함한다.

바람직하게는, 상기 출사면의 확산체의 헤이즈(Heiz) 값이 50％ 이하이다. 특히 바람직하게는 25％ 이하이다.

바람직하게는, 상기 출사면의 확산체가 엠보스(Emboss) 가공에 의해 만들어진 것이다.

바람직하게는, 상기 엠보스 가공은 스펙클 패턴(Speckle Pattern)이 형성된 전주형(電鑄型)으로부터의 전사(轉寫)에 의한 것이다.

바람직하게는, 상기 엠보스 가공은 미세 요철형상이 형성된 금형 롤(Roll)로 부터의 전사에 의한 것이다. 바람직하게는, 기계가공, 도금, 기계가공 및 도금에 의해 미세 요철형상을 형성한 금형 롤을 포함한다.

본 발명에 의한 면광원장치는 상기 광학필름을 도광판의 광출사면상 에 배치하여 이루어지는 면광원장치에 있어서, 광학필름의 입사광을 굽히는 형상이 형성되어 있는 입사면을 도광판측으로 향하여 설정한다.

바람직하게는, 상기 도광판이 광출사면에 이방성 확산 특성을 갖는 홀로그램 확산체를 일체로 정형(整形)하고 있다.

바람직하게는, 상기 도광판과 광학필름의 사이, 또는 광학필름의 광출사면 위에, 편광분리, 색분리 또는 반사 방지의 기능을 갖는 필름을 배치하였다. 바람직하게는, 확산체 필름을 단체(單體)로 하여 별도로 배치하는 구성은 필요하지 않다.

바람직하게는, 상기 도광판의 출사면, 상기 광을 굽히는 부재인 입사면 및 출사면은 평행하다.

바람직하게는, 상기 도광판은 출사면에 대하여 눕혀진 각도, 즉, 큰 출사각으로 광을 출사하여, 이 방향으로 광의 지향성을 갖게 한다. 상기 도광판은 광원으로부터 입사한 광을 그다지 굽히지 않게 큰 출사각으로 출사함으로써 높은 휘도를 확보한다.

바람직하게는, 상기 광을 굽히는 부재는 상기 도광판에 의한 지향성을 유지한 채, 광을 상기 출사면에 대하여 수직방향으로 굽힌다. 바람직하게는, 상기 확산체는, 상기 부재로부터 출사된 광을 좁은 확산 범위로 효율 좋게 확산시킨다. 상기 부재에 의해 상기 확산체에 수직에 가깝게 광을 입사함으로써, 휘도를 유지한 채 얼룩이 생기지 않도록 광을 확산할 수 있다.

바람직하게는, 상기 도광판의 출사 휘도는 이 도광판의 출사면으로부터의 출사각 50°∼ 80°의 사이에 피크를 갖고, 피크의 반값 폭이 30°이하이다. 바람직하게는, 상기 광을 굽히는 부재는 상기 도광판을 출사한 광을, 광의 지향성을 유지한 채 상기 도광판의 출사면에 수직방향으로 향하여 굽힌다. 바람직하게는, 상기 확산체는 상기 부재를 출사한 광을 더욱 좁은 범위로 효율 좋게 확산하는 수직편향 확산체이다.

도 1은 종래의 액정표시장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 2는 광학필름에서의 입사광과 출사광의 관계를 나타내는 도면이다.

도 3은 광학필름에 형성된 회절격자에 의한 회절광의 방향을 나타내는 도면이다.

도 4는 광학필름에 형성된 홀로그램의 작용을 나타내는 도면이다.

도 5는 광학필름에 형성된 회절격자에서의 입사각과 출사각의 관계를 나타내는 도면이다.

도 6은 광학필름에 형성된 회절격자의 깊이와 주기 및 톱니의 위치 어긋남의 관계를 나타내는 도면이다.

도 7은 광학필름에 형성된 회절격자 홈 형상의 일례를 나타내는 도면이다.

도 8은 광학필름에 형성된 회절격자의 삼각형의 톱니로부터의 어긋남의 크기 를 나타내는 도면이다.

도 9는 확산체에 의한 광의 산란방향을 정의하는 벡터(Sx, Sy, Sz)를 나타내는 도면이다.

도 10은 액정표시장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.

도 11은 본 실시형태의 광학필름의 구성을 나타내는 도면이다.

도 12는 광학필름의 입사면에 형성된 회절격자의 형상을 나타내는 도면이다.

도 13은 광학필름의 제조방법을 설명하는 도면이다.

도 14는 도 13의 단계 S12 또는 단계 S13에서의 홀로그램 또는 소정 형상의 제조장치를 나타내는 도면이다.

도 15는 광학필름 및 면광원장치를 사용한 액정표시장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 16은 광학필름에 형성된 프리즘의 배치와 홀로그램의 확산방향의 제1의 구체예를 나타내는 도면이다.

도 17은 광학필름에 형성된 프리즘의 배치와 홀로그램의 확산방향의 제2의 구체예를 나타내는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명에 관련되는 광학필름 및 면광원장치를 실시하기 위한 최선의 형태에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 광학필름(110)에 형성된 회절격자에 의한 회절광의 방향을 나타내는 도면이다.

홀로그램을 구성하는 회절격자의 주기를 5㎛로 하면, 빨강(λ1 = 620nm), 초록(λ2 = 550nm), 파랑(λ3 = 480nm)의 각각의 파장에 대하여, 60°로 입사하였을 때, 7, 8, 9차(次)가 수직방향으로 된다. 초록의 경우는 도면과 같이 8차가 수직방향으로 된다. 깊이를 최적으로 하여, 이 회절효율을 계산하여 보면, 각각의 파장에 대하여 7, 8, 9차가 피크로 되므로, 파장분산이 작은 회절격자를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 입사각이 θ, 공기중에 굴절율을 nO, 회절격자의 재료의 굴절율을 n, 격자 간격을 d로 하고, λ3의 회절차수를 m, λ1과 λ2와 λ3의 회절차수의 차이가 m1으로 같은 것으로 한다. 출사각을 0°로 하여, 광이 회절격자의 면으로부터 입사하면,

nO·sin(θ) - n·sin(0)

= m·λ3/d

≒（m-m1)·λ2/d

≒（m-2·m1)·λ1/ d … (1)

이라는 식이 성립한다.

nO = 1로 하여 이를 풀면 식 (2), (3)과 같이 된다.

d = 0.48㎛·m1·λ2/{(λ2-λ3)sin(θ)} … (2)

m = m1·λ2/(λ2-λ3) … (3)

m1을 고정하면, 격자 간격 d는 입사각의 정현(正弦)으로 결정됨을 알 수 있다.

광학필름에 비스듬하게 입사하는 백색광을 홀로그램에 의해 출사면에 수직방향으로 굽힐 수 있다. 여기에서, 백색광이란, 빨강 파랑 초록의 삼원색을 포함하는 광을 의미하고, 수직방향으로 굽힌다는 것은, 회절효과를 갖는 광학부재의 면에 경사지게 입사한 광을, 면의 법선방향으로 방향을 바꿔서 전파시키는 것을 의미하고 있다.

단색의 광을 홀로그램에 통과시키면, 1차광, 2차광이라는 복수의 회절이 생기고, 각각의 회절각으로 광이 전파하므로 광의 굽힘효율이 떨어진다. 또한, 백색광을 회절로 굽히려 하면, 일반적으로는 파장에 의해 회절각이 다르므로 색의 분산이 있다. 그러나, 홀로그램을 적절하게 설계함으로써 분산이나 광 굽힘효율의 저하를 억제할 수 있다.

도 4는 광학필름(110)에 형성된 홀로그램의 작용을 나타내는 도면이다.

광학필름(110)의 입사면에 형성된 홀로그램은 도면과 같이 도광판(112)으로부터 경사지게 나온 광(114)을 출사면의 수직방향으로 굽혀서 출사광(116)으로 한다.

홀로그램을 사용함으로써 도광판(112)으로부터 출사된 백색광을 효율 좋게 굽힐 수 있다.

홀로그램으로서는 회절격자가 대표적이지만, 그 회절격자 홈의 방향은 입사광에 대하여 수직이라도 평행이라도 좋다. 또한, 종횡으로 잘라져 있어도 좋다. 또한, 홀로그램으로서 CGH(Computer Generated Hologram)와 같이, 다수의 픽셀(Pixel)이라도 좋다. 홀로그램의 타입은 표면 릴리프(Relief)형이라도 체적위상형 (體積位相型)이라도 좋고, 광학필름(110)의 일면에 있어도 양면에 있어도, 또는, 포개져 있어도 좋다.

도 5는 광학필름(110)에 형성된 회절격자에서의 입사각과 출사각의 관계를 나타내는 도면이다.

면광원장치에 있어서는, 도광판(112)으로부터, 빨강 초록 파랑의 삼원색을 포함하는 백색광이 출사된다. 그 때, 면광원장치의 설계의 형편상, 광학필름(110)의 입사면에 형성된 회절격자면의 수선(垂綜)과 격자면에 대한 입사광이 이루는 각도, 즉 입사각은 60°± 15°의 범위로 되는 것이 많다. 이 때, 상기 회절격자를 통과한 레이저광이 광학필름(110)의 출사면에 수직방향에 대하여 ±10°의 범위내, 즉 관찰자로부터 보아서 정면방향으로, 60％이상의 광이 모이면, 수직방향으로 굽혀졌다고 할 수 있다. 60°로 입사시에, 480nm(파랑)와 620nm(빨강)의 파장에 의한 분산 각도는 격자의 주기로 결정되고, 주기가 1.2㎛ 이상일 때, 9°이하로 된다. 회절각의 파장의존성은 차이가 10°이하일 때 작다고 생각하면, 파장분산 이외에 편파(偏波) 분산에 대하여도 고려할 필요가 있다. 가장 수직에 가까운 차수의 회절효율에 대하여, 회절효율이 큰 편파를 A, 작은 편파를 B라고 하면, (A-B)/A가 20％ 이하일 때 편파의존성이 작다고 할 수 있다. 편파의존성이 5％ 이상일 때에는, 면광원장치에서 필요하게 되는 편파의 쪽의 회절효율이 높아지도록 하는 쪽이 바람직하다. 회절격자는 광을 굽히는 기능뿐만 아니라, 광학적인 기능을 부가하여도 좋고, 또한, 회절격자가 제작되는 면은 평면뿐만 아니라, 광학적인 기능을 부가하기 위하여 곡면상에 제작되어도 좋다. 또한, 회절격자는, 프리즘 시트와 함 께 사용되어도 좋다. 예컨대, xyz공간을 생각할 때, 회절격자로 x방향으로 광을 굽히고, y방향으로는 프리즘 시트로 굽히는 것도 생각할 수 있다.

면광원장치에 있어서 도광판(112)으로부터 출사되는 백색광을 수직방향으로 굽히기 위하여 사용되는 홀로그램을 형성한 광학필름(110)에, 편광분리나 색분리나 반사 방지의 기능을 조합시킴으로써, 광의 이용효율을 높일 수 있다.

편광분리나 색분리나 반사 방지의 기능은 미세한 주기구조를 만듦으로써 실현된다. 또한, 홀로그램으로서 표면 릴리프형 홀로그램의 회절격자를 사용할 수 있다. 표면 릴리프형 홀로그램은 전사공법(轉寫工法)으로 제작할 수 있어 생산성이 높아서 대량생산으로 향하고 있다.

도 6은, 광학필름(110)에 형성된 회절격자의 깊이와 주기 및 톱니의 위치 어긋남의 관계를 나타내는 도면이다.

회절격자의 깊이는 너무 깊어도 너무 얕아도, 출사면의 수직방향으로 광이 출사하는 효율은 떨어진다. 입사각이 60°일 때, 평균의 주기 d가 0.6㎛ 이상 10㎛ 이하이며, 회절격자의 굴절율을 n으로 하였을 때 격자홈의 평균의 깊이 h가 m×d/(n-1) (단, 0.5＜m＜1.0)인 조건일 때, 효율이 높다. 이 때, 최적의 깊이는, 주기와 톱니의 산의 위치 어긋남 u에 의존한다. 예컨대, 주기가 5㎛이고, 어긋남 량 u/d가 0％인 때는 7.4㎛가 최적의 깊이의 하나이다. 주기가 5㎛이고, u/d가 20％인 때는 6.2㎛가 최적의 깊이의 하나이다.

다만, 중요한 것은 경사면의 경사각이며, 홈이 깊이의 수십% 메워져 있어도 좋다. 여기에서 사용되는 홈이 깊고 면적이 깊은 회절격자를 양산하기 위하여는 주형(鑄型)으로부터 전사하여 만드는 것이 바람직하다. 주형으로부터 전사하는 수지로서는 열 또는 UV광으로 경화하는 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

깊은 홈을 갖는 주형을 만드는 방법으로서는, 석영기판상에 전자선 레지스트를 도포하고, 전자선 묘화(描畵)한 후 RIE(반응성 이온 에칭)로 식각하는 방법이나 X선 방사광으로 노광·현상하는 방법, 그레이 스케일(Gray Scale) 마스크의 패턴을 노광·현상하는 방법, 바이트로 새기는 기계가공법으로 제작하는 방법이 있다. 주형으로부터 전사되는 광학필름 수지로서의 성질은 사용 조건에 따라, 광투과성이 좋은 아크릴 수지나 PMMA 수지, 또는, 전사성이 좋은 올레핀 수지가 바람직하다.

도 6에 도시하는 바와 같이 톱니의 이(齒) 방향은 화살표 118처럼 긴 쪽의 변을 따른 방향으로 규정된다. 톱니의 이 방향은 입사광과 평행에 가까운 쪽이, 회절효율이 높고, 입사광과 수직에 가까운 경우는 회절효율이 낮다.

광학필름(110)에 형성된 회절격자는, 입사면, 즉 도광판(112)으로부터의 광의 입사면측에 형성되어, 도광판(112)으로부터의 입사광을 회절한다.

일반적으로 광이 막(膜)의 경사로부터 입사·출사하면 프레넬 손실이 증대하지만, 톱니의 방향을 아래로 함으로써, 평면에 입사하는 것보다는 입사시의 프레넬 손실을 저감할 수 있다. 또한, 광학필름(110)에 형성된 회절격자이면, 출사광은 면에 수직하게 나오게 되고, 이것에 의해서도, 프레넬 손실은 저감한다.

도 7은 광학필름(110)에 형성된 회절격자 홈(120)의 형상의 일례를 나타내는 도면이다. 도 7(a)는 광학필름(110)의 상면도이며, 도 7(b)는 광학필름(110)의 정면도이다.

회절격자의 홈(120)을 부채형상으로 함으로써, 점광원(点光源)에 대응하여 수직방향으로 광을 굽혀서, 휘도를 높게 할 수 있다. 도면에 도시한 부채형상의 홈(120)은 톱니로서, 어느 한 점을 둘러싸는 동심원을 따라 원호형상으로 홈을 형성한다. 즉, 원호형상의 반사면을 형성한다. 부채형상의 홈(120)은 반드시 연속한 홈일 필요는 없다.

도 8은 광학필름(110)에 형성된 회절격자의 삼각형의 톱니(126)로부터의 어긋남의 크기를 나타내는 도면이다.

회절효율이 최대로 되는 조건은 톱니(126)로부터 조금 어긋난 경우에 존재한다. 도면에는, 이 어긋남(128)이 도시되어 있다. 최적의 격자형상은 입사 각도, 파장, 주기, 깊이, 굴절율에 의해 다르다. 주기적 회절격자의 회절효율의 엄밀해(嚴密解)를 구하는 방법으로, 격자형상을 시행착오를 거쳐 보정하여 수치 계산하면, 최적의 형상의 하나를 얻을 수 있다.

회절격자의 수직방향에 대한 회절효율은 실용상 70％ 이상인 것이 바람직하다. 광학필름(110)에 프리즘을 형성한 프리즘 시트에서는 프레넬 손실을 포함하여, 약 90％의 높은 굽힘효율이 실현되고 있지만, 광학필름(110)에 형성한 회절격자라도 동등한 특성을 나타낼 수 있다.

광원으로 LED를 사용한 경우, 도광판의 입광부 근방에서 휘도얼룩이 발생하기 쉽지만, 도광판 위에 설치하는 광학필름(110)을 프리즘 시트가 아니라 회절격자나 홀로그램 등으로 함으로써, 휘도얼룩을 억제할 수 있다.

도 9는 확산체에 의한 광의 산란방향을 정의하는 벡터(Sx, Sy, Sz)를 나타내 는 도면이다.

광학필름(110)의 출사면은 회절격자 홈의 방향을 x방향으로서 xy면내에 있고, 광은 z방향으로 전파하는 것으로 한다. 도면에 있어서, z방향으로 진행하는 입사광(136), 광학필름(110)에 의해 관측기(140) 방향으로 산란된 산란광(142)이 도시되어 있다. 또한, 산란방향을 향한 단위벡터(138), 이 단위벡터(138)의 종점을 포함하는 광학필름(110)에 평행한 참조면(144)이 도시되어 있다.

상기 벡터(Sx, Sy/Sz)는 산란방향을 향한 상기 단위벡터의 방향여현(方向余弦), 즉 (cos(θ1), cos(θ2), cos(θ3))으로 정의된다. 다만, 각도 θ1, θ2, θ3는 상기 단위벡터가 x, y, z축과 각각 이루는 각이다.

여기에서, θ1의 범위를 가능한 한 작게 하여, θ2의 범위를 이웃하는 다른 차수의 각도 분포의 골 사이가 메워지는 정도의 크기로 설정한다. 즉, 8차의 회절각이 0°, 9차의 회절각이 7°이면, 이상적으로는 -cos(83°)＜Sy＜sin(83°), Sx = 0인 확산체가 좋다. 한편, 도광판(112)의 광에 있는 색얼룩을 없애기 위하여는, x, y방향의 방향이 반대로 되어, -cos(83°)＜Sx＜sin(83°), Sy = 0 이도록 한 확산체가 좋다. 이러한 홀로그램 확산체의 제법으로서는, 일본특개 2001-71959호 공보의 실시예에 기재한 방법을 사용할 수 있다. 홀로그램 확산체는 표면 릴리프형이라도 체적위상형이라도 좋다.

광학필름(110)에 있어서 편광 또는 파장선택을 행함으로써, 광의 이용효율을 올릴 수 있다. 가령, 면광원장치로부터 나온 광이 입사각 60°근방에서 광학필름(110)에 입사할 때의 주기가 0.6㎛ 이하이고, 깊이가 0.5㎛ 이하인 릴리프 형상이 존재하면, 특정한 파장 및 편광을 가진 광만이 80％ 이상의 효율로 반사되고, 나머지의 광은 80％ 이상의 효율로 투과된다. 이 때, 파장이나 입사각도로 최적의 릴리프 형상을 선택한다. 여기서 반사된 광을 재이용하면, 광의 이용효율을 올릴 수 있다. 예컨대, 주기가 0.6㎛ 이하이고, 깊이가 0.5㎛ 이하인 릴리프 형상을 컬러 필터의 빨강 초록 파랑의 매트릭스(Matrix)에 맞춰서, 주기나 깊이를 설계하고, 광을 수직방향으로 굽히는 필름과 조합하여, 또한 매트릭스의 위치를 맞춤으로써, 편광 필름이나 컬러 필터에서 손실되고 있던 광의 이용효율을 올린 액정표시장치가 얻어질 수 있다. 왜냐하면, 편광 필름에서는 두 개의 편광 중 한 개, 즉 광량의 50％를 잃어버리고, 컬러 필터에서는 삼원색 중 두 개, 즉 광량의 67％를 잃어버리고 있지만, 어떤 편광이 있는 색만을 투과하여, 복귀하는 광을 재이용할 수 있으면, 광의 이용효율을 대폭 증대시키는 것이 가능하게 되기 때문이다. 또한, 광을 굽히는 릴리프 형상과 서브미크론(Submicron) 주기의 작은 격자는, 공기와 필름의 계면에서의 프레넬 반사를 적게 하기 위하여, 같은 필름의 안과 밖에 있는 것이 바람직하다. 또한, 서브미크론 주기의 작은 격자의 층은 복수 겹쳐도 좋다. 또한, 면광원장치에서의 발광층으로 되는 도광판의 출사광이 나오는 표면에는, 확산체나 반사 방지막이 있는 것이 바람직하다.

도 10은 액정표시장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.

이 액정표시장치에 있어서는, 광원(154)으로부터 도광판(148)의 왼쪽 단면(152)에 입사한 광은 도광판(148)의 이면(裏面, 150)으로 반사되고, 이어서, 도광판(148) 표면의 확산체(146)로 확산되며, 또한 회절격자 등의 광학필름(160, 162) 으로 굽혀져서 수직방향으로 출사된다. 도광판(148)의 이면(150)으로부터의 반사 각도와 도광판(148) 표면으로부터의 확산각도 및 광학필름(160, 162)의 굽힘각도를 최적으로 조정함으로써, 수직방향으로의 휘도를 높게 할 수 있다.

광원(154)으로부터의 거리에 따라 광의 확산각도가 다르므로, 장소에 따라, 확산 특성을 바꾸는 편이 면내에서 균일한 휘도를 얻을 수 있다.

광학필름(160, 162)의 굴절율을 n1, 공기의 굴절율을 nO로 하면, 광학필름(160, 162)에 입사하는 경우의 브류스터(Brewster)각 θB는 식 (4)로 정의된다.

tan (θB) = n1/nO … (4)

브류스터각으로 광이 입사하면, 전장(電場) 벡터의 진동방향이 입사면에 평행한 성분은 완전히 투과하므로, 이 편광(P성분)을 선택하면, 계면에서의 투과율을 100％로 할 수 있다. 또한, 홀로그램도 편파의존성이 있다. 대개, 평면에 대하여 투과율이 높은 편파와 홀로그램으로 투과율이 높은 편광은 방향이 일치하므로, 양자 모두 투과율이 높은 쪽의 편광을 선택하는 것은 가능하다.

다음에 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않는다.

광학필름(10)은 투명한 베이스 필름(Base Film, 11)의 한 쪽의 면인 입사면(12)에 소정 형상이 형성되고, 다른 쪽의 면인 출사면(13)에 홀로그램이 형성되어 있다.

베이스 필름(11)은, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)에 의해 구성되어 있다. 입사면(12)의 소정 형상과 출사면(13)의 홀로그램은 베이스 필름(11)상에 광경화 수지에 의해 형성한 것이다.

베이스 필름(11)은 입사한 백색광을 입사면(12)에 형성된 소정 형상으로 굽혀, 출사면(13)로부터 수직으로 출사하도록 한다. 출사면(13)에 형성된 홀로그램은 디퓨저(Diffuser)로서 출사면(13)으로부터 출사되는 광의 방향을 확산한다.

입사면(12)에는 상기 소정 형상으로서 기하광학적인 굴절에 의해 광을 굽히는 프리즘을 형성할 수 있다. 이 프리즘의 홈 또는 산은 대략 삼각형의 단면을 갖고, 상기 삼각형의 내부에서 광이 전반사하는 것을 이용하여 광의 방향을 굽힌다.

또한, 입사면(12)에는 광의 파동적 성질을 이용하여 광을 굽히는 회절격자 또는 홀로그램을 형성함으로써 광을 굽힐 수도 있다.

도 12는 광학필름(10)의 입사면(12)에 형성된 회절격자의 형상을 나타내는 도면이다.

회절격자의 치수는, h = 6.2㎛, d = 5㎛, u = 1㎛이다.

입사면(12)에는 상기 소정 형상으로서 평균 주기 200㎛ 이하의 홈 또는 산으로 이루어지는, 홀로그램을 형성할 수 있다. 이 홀로그램은 입사각이 60°± 15°인 백색광을 출사면에 수직방향으로 굽히는 투과형 회절격자로서, 광학재료의 굴절율을 n으로 하고, m1, m2 = 1, 2, 3 … 으로 하였을 때, 평균주기가 m1× (5.0±1.0)㎛ , 평균깊이가 m2×(3.7±1.0)/(n-1)㎛인 톱니형상을 갖는다. 이 때, 광학특성은 주로 경사면의 기울기로 결정되므로, 예컨대, 홈이 깊이의 50％까지 메워져 있어도 기능할 수 있다. 이 톱니형상은 N 레벨(N = 4, 5, 6 …)에 근사한 것이다. 즉, 경사면은 (N-1)단의 계단에 근사한다.

도 13은 광학필름(10)의 제조방법을 설명하는 도면이다.

최초의 단계 S11에 있어서는, 광학필름(10)을 제작하는 베이스로 되는 베이스 필름을 준비한다. 이 베이스 필름에는, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 재질로 하는 것을 이용할 수 있다.

단계 S12에 있어서는, 단계 S11에서 준비한 베이스 필름에 있어서, 출사면으로 되는 한 개의 면에 홀로그램을 형성한다. 또한, 단계 S13에 있어서, 입사면으로 되는 상기 한 개의 면에 대향하는 다른 면에 회절격자와 같은 소정 형상을 형성한다.

도 14는 상기 단계 S12 또는 S13에서의 홀로그램 또는 소정 형상의 제조장치를 나타내는 도면이다.

여기에서는, 제조장치(88)는 상기 단계 S12에서의 광학필름(10)의 출사면(13)에 디퓨저로 되는 홀로그램을 형성하는 것으로서 설명하지만, 마찬가지로 회절격자나 프리즘의 형성도 가능하다. 또한, S13에서의 광학필름(10)의 입사면(12)에 대한 프리즘의 형성은 출사면(13)에 홀로그램이 형성된 베이스 필름(10)의 입사면(12)에 대하여, 이 제조장치(88)에 의해 마찬가지로 형성된다.

제조장치(88)에 있어서, 금형 롤(82)에는 광경화형 수지(70)를 공급하는 공급 헤드(68)가 대향하여 배치되어 있고, 금형 롤(82)의 회전방향 하류에는 미터링 롤(Metering roll, 78), 닙 롤(Nip Roll, 80), 자외선조사 장치(86), 이형(離型) 롤(84)이 이 순서대로 설치되어 있다.

금형 롤(82)에는 그 주면의 회전방향을 따라 요조(凹條)가 형성되어 있고, 요조로 형이 떠져 광경화형 수지(70)의 표면에 돌조(凸條)를 형성하도록 되어 있다.

요조의 형성은 다이아몬드 바이트를 제작하여, 금형 롤(82)의 표면에 다이아몬드 바이트와 정밀선반가공기에 의해 홈가공을 실시하였다. 이 금형 롤(82)은 놋쇠의 재질로 제작하여, 다이아몬드 바이트로 홈가공 후, 신속하게 크롬 무전해(無電解) 도금을 행하여 표면의 산화, 광택, 기계강도 보호를 행하였다. 광경화형 수지(70)로서는, 본 실시형태에서는 상품명 선랫 R201(산요 카세이 고교 가부시키가이샤(三洋化成工業株式會社製))을 이용하였다.

제조시에는, 광경화형 수지(70)를 수지 탱크(64)로부터 압력제어장치(66), 공급 헤드(68)를 통하여 금형 롤(82)에 공급한다. 공급시에는, 광경화형 수지(70)의 공급 압력은 압력센서로 검지하면서, 압력제어장치(66)로 제어하여, 금형 롤(82)에 도포하는 압력을 조정하고 있다. 금형 롤(82)에 도포한 광경화형 수지(70)는 미터링 롤(78)에 의해 막두께를 일정하게 조정하고 있다. 미터링 롤(78)에는 닥터 블레이드(Doctor Blade, 72)가 설치되어 있어, 미터링 롤(78)에 부착한 수지를 긁어내서, 금형 롤(82)에 도포된 수지의 균제도(均齊度)를 안정화시키고 있다.

미터링 롤(78)의 하류에 있는 닙 롤러(80)와 금형 롤(82)의 사이에는, 베이스 필름(10)으로 되는 투명 베이스 필름(투명 필름, 74)이 공급되고 있어, 투명 베이스 필름(74)을 닙 롤(80)과 금형 롤(82)로 끼워 넣어, 광경화형 수지(70)에 투명 베이스 필름(74)을 밀착시키고 있다.

광경화형 수지(70)에 투명 베이스 필름(74)이 밀착한 상태로 자외선조사 장치(86)에 도달하면, 자외선조사 장치(86)로부터 나온 자외선에 의해 광경화형 수지(70)가 경화함과 아울러, 투명 베이스 필름(74)에 접착하여, 일체의 필름으로 한 후, 이형 롤(84)에 의해 금형 롤(82)로부터 일체의 필름 시트(76)를 박리한다. 이에 의해, 긴 필름 시트(76)를 연속적으로 얻을 수 있다.

이와 같이 베이스 필름(74)의 출사면에 홀로그램을 형성한 일체의 필름 시트(76)로 한 후, 같은 공정에 의해 필름 시트(76)의 입사면(12)에 프리즘을 형성한다. 이들의 공정에 의해, 베이스 필름(11)의 출사면(13)에 홀로그램이, 입사면(12)에 프리즘이 일체로서 형성된 광학필름(10)이 제작된다.

이와 같이 하여 제조한 필름을 소정의 치수로 재단하여 광학필름(10)을 얻는다. 종래 행하여진 사출성형이나 열 프레스 공법에서는, 회절격자의 두께에 관하여 성형상의 한계가 있는데, 예컨대, 2인치 크기의 면에 0.8∼1.Omm, 6인치 크기의 면에 1.0∼1.5mm의 두께이며, 그 이상 얇게 하는 것은 곤란하였지만, 본 실시형태에서는, 금형 롤(82)에 의해 연속적으로 제조하는 것이기 때문에, 종래보다 두께를 얇게 할 수 있다.

또한, 긴 필름을 재단하여 광학필름(10)으로 하는 것이므로 종래의 제조방법에 비교하여 제조가 용이하여, 제조비용을 줄일 수 있다.

즉, 종래 행하여진 사출성형법에서는, 크기가 다른 광학필름(10)을 제조하는 경우에는, 크기마다 그 제품 특유의 금형을 성형할 필요가 있어, 제조비용이 높아 졌다. 또한, 일정 길이 치수로 투명수지를 열 프레스하여 제작하는 방법에서는, 형 뜨기 후 일정 길이 물품의 각 단면을 커트(Cut)하여, 커트면을 연마하는 공정이 필요하여, 커트공정이나 연마공정의 공수가 필요하였지만, 본 실시형태에서는, 필름을 소정의 치수로 재단하는 것만으로 좋다.

한편, 본 실시형태에서의 투명 베이스 필름(74)로서는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 사용하였지만, 이것에 한정되지 않으며, 폴리카르보네이트나 아크릴수지, 열가소성 우레탄 등을 사용할 수 있다. 또한, 광경화형 수지(70)로서도 아크릴 변성 에폭시나 아크릴 변성 우레탄 등의 다른 재료를 선정하는 것이 가능하다.

또한, 자외선조사 장치(86)의 광원은 메탈 할라이드 램프(Metal Halide Lamp, 최대 8kw)를 사용하고, 필름 시트(76)의 이송속도는 6m/min으로 제작하였다. 이송속도는, 광경화형 수지(70)의 경화 특성, 투명 베이스 필름(74)의 광흡수 특성에 따라 변화하지만, W(와트수)가 높은 메탈 할라이드 램프를 더 사용함으로써, 이송속도를 빠르게 하는 것이 가능하다.

도 15는 광학필름 및 면광원장치를 사용한 액정표시장치의 구성으로 나타내는 도면이다.

이 액정표시장치는, 휴대전화 또는 박형 퍼스널 컴퓨터 등에 사용하는 것이며, 광원(54), 반사판(56), 도광판(48), 확산체(46), 광학필름(10)을 갖는 면광원장치와, 액정패널(58)을 갖고 있다.

면광원장치에 있어서는, 도면의 아래로부터 반사판(56), 도광판(48), 확산체 (46), 광학필름(10)의 순서대로 배치되어 있다. 광원(54)으로부터 나온 광은 도광판(48)의 입광단면(入光端面, 52)으로부터 입사되어, 도광판(48)의 출사면에 대향하는 이면(50)에 형성한, 도시하지 않은 돌조(돌출부)에 전반사되고, 출사면의 전면(全面)으로부터 이 출사면에 형성된 홀로그램과 같은 확산체(46)를 향하여 출사된다. 이 확산체(46)로서는, 출사면상의 위치에 따라 광을 확산하는 방향이 다른 비등방적(非等方的)인 확산 특성을 갖는 홀로그램을 사용할 수 있다.

이 홀로그램은 도광판(48)의 저면에서 광이 반사하기 때문에 시점과 광원을 잇는 직선상에 생길 수 있는 휘선(輝線)을 줄이도록, 상기 직선과 수직한 방향으로 광을 확산한다. 또한, 이 홀로그램은 색분산을 억제한다.

이 홀로그램에는, 표면 릴리프형 홀로그램을 이용할 수 있다. 이 표면 릴리프형 홀로그램은 스펙클 패턴이 형성된 전주형의 롤로부터의 전사에 의한 엠보스 가공에 의한 것이다.

이 홀로그램에 있어서, 스펙클이라고 불리워지는, 예컨대 가늘고 긴 타원형상의 무늬가 일정한 방향을 길이방향으로 하여 다수 랜덤(Random)하게 형성되어 있다. 홀로그램에 입사된 광은 이 스펙클의 길이방향과 직교하는 방향으로 강하게 확산된다. 따라서, 스펙클의 방향과 그 크기를 설정함으로써, 광을 비등방적으로 확산하는 홀로그램의 특성을 설정할 수 있다.

한편, 확산체(46)는 면광원장치의 구조를 간략화하기 위하여, 생략할 수도 있다. 이 경우, 도광판(48)으로부터 출사된 광은 확산체(46)로 확산되는 일없이 직접적으로 광학필름(10)에 입사한다.

확산체(46)로써 확산된 광은 광학필름(10)에 입사한다. 광학필름(10)은 광 굽힘 및 반사 방지용의 것이고, 확산체(46)로부터 비스듬하게 입사된 광을 수직방향으로 굽혀, 도시하지 않은 액정패널(58)에 대하여 거의 균일한 휘도의 분포 광속(光束)을 효율 좋게 전달한다.

한편, 상기 면광원장치에서는, 광학필름(10)에는 편광분리, 색분리 또는 반사 방지 중 적어도 하나의 기능을 갖는 필름을 이웃하여 배치할 수 있다. 이 필름은 주기가 0.6㎛, 깊이가 0.5㎛ 이하인 릴리프 형상을 갖는 회절격자에 의해 구성할 수 있다.

도 16은 광학필름(10)에 형성된 프리즘의 배치와 홀로그램의 확산방향의 제1의 구체예를 나타내는 도면이다.

제1의 구체예에 있어서는, 도시하지 않은 도광판에 있어서, 사각형상의 광학필름(10)의 하나의 모서리 근방에 상당하는 위치에 대응하는 도광판에 광원(54)이 배치되어 있다. 즉, 광원(54)은 이 광학필름(10)과 평행하게 배치된 동일한 모양의 사각형상의 도광판의 하나의 모서리 근방에 배치되어 있다. 이 도광판은 상기 광원(54)으로부터의 광을 광학필름(10)에 반사하고, 광학필름(10)에는 도광판으로부터 광이 비스듬하게 입사하고 있다.

광학필름(10)의 입사면에 있어서는, 상기 도광판으로부터 입사한 광을 출사면에 수직한 방향으로 굽히도록, 상기 광원(54)을 축으로 한 동심원 형상으로 홈 또는 산을 배치한 프리즘이 형성되어 있다.

광학필름(10)에 있어서는, 입사면의 프리즘에 의한 광의 반사에 의해, 시점 과 광원(54)을 잇는 선상으로 연속하여 광이 반사하는 것에 의한 휘선이 생길 수 있다. 이러한 휘선이 나타나면, 액정패널에서의 화상 등의 품질이 저하한다.

출사면에 형성된 홀로그램은 디퓨저로서 상기 동심원의 접선방향(t)으로 광을 확산하고 있다. 따라서, 출사면으로부터 출사되는 광은 상기 휘선과 수직방향으로 확산되게 되므로, 상기 휘선의 출현이 억제된다.

마찬가지로, 광학필름(10)의 입사면에 홀로그램을 형성한 경우도, 디퓨저로서 상기 접선방향(t)으로 광을 확산함으로써, 휘선의 출현을 억제할 수 있다.

도 17은 광학필름(10)에 형성된 프리즘의 배치와 홀로그램의 확산방향의 제2의 구체예를 나타내는 도면이다.

제2의 구체예에 있어서는, 도시하지 않은 도광판에 있어서, 사각형상의 광학필름(10)의 한 변의 근방에 상당하는 위치에 광원(54)이 배치되어 있다. 즉, 광원(54)은 이 광학필름(10)과 평행하게 배치된 도일한 모양의 사각형상의 도광판의 하나의 변 근방에 배치되어 있다.

광학필름(10)의 입사면에 있어서는, 상기 도광판으로부터 입사한 광을 출사면에 수직한 방향으로 굽히도록, 상기 광원이 근방에 배치된 변과 평행하게 홈 또는 산을 배치한 프리즘이 형성되어 있다.

이 광학필름(10)의 출사면(13)에 있어서는, 전술한 휘선의 출현을 억제하기 위하여, 상기 평행한 홈 또는 산의 방향(t)을 확산방향으로 한 홀로그램이 형성되어 있다.

마찬가지로, 광학필름(10)의 입사면에 홀로그램을 형성한 경우도, 디퓨저로 서 상기 방향(t)으로 광을 확산함으로써, 휘선의 출현을 억제할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 실시형태에서는, 면광원장치로부터 출사된 백색광이 수직방향으로 굽도록, 색분산·편파분산이 작고, 회절효율이 높은 홀로그램을 사용한 광학필름과, 이러한 광학필름을 사용한 면광원장치를 제공하였다.

홀로그램으로서, 회절격자를 예로 든다면, 일반적으로 회절격자의 톱니(에셀레트(Echelette))형상이 회절효율을 높이는 데에 유효하다. 또한, 톱니형상보다 더욱 형상을 최적화하여, 회절효율을 높인 회절격자의 설계도 가능하다.

본 발명에 의하면, 휘도를 더 향상시킨, 광의 출사방향을 제어하는 광학필름과, 이러한 광학필름을 사용한 면광원장치를 제공할 수 있다.

Claims

입사광을 굽히는 형상을 형성한 입사면과,

공간내의 특정 각도범위만으로 광을 확산하는 확산체를 형성한, 상기 입사면에 대향하는 출사면을 갖고,

상기 입사면의 형상은 상기 입사면에 입사한 광을 상기 출사면에 수직방향으로 굽히며,

상기 입사면의 형상은 평균 주기 200㎛ 이하의 홈 또는 산(山)으로 이루어지고,

상기 홈 또는 산은 홀로그램을 구성하며,

상기 홀로그램은 입사각이 60°± 15°인 백색광을 출사면에 수직방향으로 굽히는 투과형 회절격자로서, 광학재료의 굴절율을 n으로 하고, m1, m2 = 1, 2, 3 … 으로 하였을 때, 평균주기가 m1×(5.0±1.0)㎛, 평균깊이가 m2×(3.7±1.0)/(n-1)㎛인 톱니형상, 또는, 그 형상의 홈이 깊이의 50％ 미만만큼 메워져 있는 형상인 것을 특징으로 하는 광학필름.
제1항에 있어서,

상기 입사광은 백색광이며, 상기 입사면의 형상은 상기 백색광을 상기 출사면에 수직방향으로 굽히는 것을 특징으로 하는 광학필름.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 홈 또는 산은 동심원을 따라 원호형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학필름.
삭제
삭제
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 홈 또는 산은 단면이 삼각형인 것을 특징으로 하는 광학필름.
제8항에 있어서,

상기 홈 또는 산은 광이 상기 삼각형의 내부에서 전반사하는 것을 이용하여 광을 굽히는 것을 특징으로 하는 광학필름.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 출사면의 확산체의 확산각도가 모든 방향에 있어서 10도 이하인 것을 특징으로 하는 광학필름.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 출사면의 확산체의 헤이즈 값이 50％ 이하인 것을 특징으로 하는 광학필름.
제10항에 있어서,

상기 출사면의 확산체가 엠보스 가공에 의해 만들어진 것인 것을 특징으로 하는 광학필름.
제12항에 있어서,

상기 엠보스 가공은 스펙클 패턴이 형성된 전주형으로부터의 전사에 의한 것인 것을 특징으로 하는 광학필름.
제12항에 있어서,

상기 엠보스 가공은 미세 요철형상이 형성된 금형 롤로부터의 전사에 의한 것인 것을 특징으로 하는 광학필름.
제1항 또는 제2항에 기재한 광학필름을 도광판의 광출사면 위에 배치하여 되는 면광원장치에 있어서, 광학필름의 입사광을 굽히는 형상이 형성되어 있는 입사면을 도광판으로 향하여 설정하는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
제15항에 있어서,

상기 도광판이 광출사면에 이방성 확산 특성을 갖는 홀로그램 확산체를 일체로 정형하고 있는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
제15항에 있어서,

상기 도광판과 광학필름의 사이, 또는 광학필름의 광출사면 위에, 편광분리, 색분리 또는 반사 방지의 기능을 갖는 필름을 배치한 것을 특징으로 하는 면광원장치.
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