KR101170107B1

KR101170107B1 - 광학 필름의 설계 방법

Info

Publication number: KR101170107B1
Application number: KR1020090017855A
Authority: KR
Inventors: 오승태; 한상철; 김윤현
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2012-08-01
Also published as: KR20100099388A

Abstract

본 발명의 광학 필름의 설계 방법에 관한 것으로, 단위 렌즈 구조물의 기하학적 형상과 관련된 적어도 2개 이상의 변수들로 이루어지는 복합 변수 조합을 설정하는 제1단계; 상기 복합 변수 조합의 각 변수들에 초기값, 상기 초기값을 일정한 범위 내에서 변형시킨 변형값 및 상기 초기값으로부터 일정한 범위 외에 있는 임의값으로 이루어진 일련의 상수값들을 대입하여 다수의 복합 변수 조합들을 생성하고, 각각의 복합 변수 조합에 따라 단위 렌즈 구조물의 형상을 결정하는 제2단계; 상기 제2단계에서 결정된 각각의 단위 렌즈 구조물을 갖는 광학 필름을 구현하고, 각각의 광학 필름의 광학 성능을 측정하고, 측정된 광학 성능이 목표 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 제3단계; 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름이 2개 미만인 경우, 상기 제2단계 및 상기 제3단계를 반복하되, 광학 성능 목표치와 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 복합 변수 조합에 대입된 상수값을 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값들을 대입하는 제4단계; 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름이 2개 이상인 경우, 상기 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 복합 변수 조합에 대입된 상수값들이 유사값인지 여부를 판단하는 제5단계; 상기 제5단계에서 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 복합 변수 조합에 대입된 상수값들이 유사값이 아닌 것으로 판단되는 경우, 상기 제2단계 내지 제5 단계를 반복하되, 광학 성능 목표치와 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 복합 변수 조합에 대입된 상수값을 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값 들을 대입하는 제6단계; 및 상기 제5단계에서 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 복합 변수 조합에 대입된 상수값들이 유사값인 것으로 판단되는 경우, 광학 성능 목표치와 가장 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 복합 변수 조합을 설계값으로 선택하는 제7단계를 포함하는 광학 필름의 설계 방법을 제공한다.

렌즈설계, 유전알고리즘

Description

광학 필름의 설계 방법{METHOD FOR DESIGNING OPTICAL FILM}

본 발명은 광학 필름의 설계 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정표시장치(liquid crystal display, LCD) 등의 백라이트 유닛에 사용되는 광학 필름을 설계하는 방법에 관한 것이다.

액정표시장치(LCD)는 박막트랜지스터와 화소 전극이 구비된 하판과, 색상을 나타내기 위한 컬러 필터 및 공통 전극이 구비된 상판, 그리고 상기 상판과 하판 사이에 삽입되는 액정셀로 구성되는 디스플레이 장치를 말한다.

이러한 액정표시장치는 구동 전압이 낮아 소비 전력이 작고, 무게가 가볍고, 박형으로 제조하기 용이하여 현재 다양한 분야에서 사용되고 있다. 그러나 액정표시장치는 자기 발광성이 없기 때문에 광을 공급하기 위해서 백라이트 유닛이 필요하다.

액정표시장치에 사용되는 백라이트 유닛은 광원의 위치에 따라 엣지형과 직하형으로 구분되며, 일반적으로 광원, 광원을 수납하기 위한 하우징, 광 특성을 향상시키기 위한 광학 필름들로 구성된다.

상기 백라이트 유닛용 광학 필름들은 휘도를 향상시키기거나, 광을 확산시키는 기능을 수행하는데, 이러한 기능을 수행하기 위해 필름 표면에 프리즘, 렌티큘러 렌즈 또는 마이크로 어레이 렌즈와 같은 미세 렌즈 구조물이 형성되어 있는 것이 일반적이다. 특히, 이러한 미세 렌즈 구조물들은 광원에서 나오는 빛을 특정 방향으로 편향시켜 휘도를 향상시키는 기능을 수행하는 집광 필름에 주로 형성된다.

종래에는 광학 필름의 렌즈 구조물로 단면이 삼각형 형상인 프리즘 렌즈가 많이 사용되었으나, 프리즘 렌즈의 경우 진동 등에 의해 쉽게 파손된다는 문제점이 있어, 최근에는 단면이 구형으로 형성된 렌티큘러 렌즈나 마이크로 어레이 렌즈들도 많이 적용되고 있으며, 광학 성능을 향상시키기 위해 이러한 렌즈 구조물들의 형상을 변형시키는 시도들이 늘어나고 있다.

렌즈 구조물의 단면 형상, 피치, 높이 등은 적용되는 액정표시장치, 목적하는 휘도 및 시야각 등을 고려하여 광학 성능을 최적화할 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다. 이를 위해 종래에는 프리즘의 경우 꼭지각을 변화시키거나, 원추 곡선형 단면을 갖는 렌즈의 경우 곡률 반경 r값과 원추 곡선 상수(k)값을 변화시키면서 휘도 및 시야각 등의 광학 성능을 시뮬레이션하여 목표치에 근사한 값을 찾아내는 등의 방법이 사용되어 왔다.

그러나, 이러한 광학 필름에 요구되는 광학 성능들이 휘도, 시야각, 사이드 로브의 정도 등으로 여러가지이고, 이들 각각이 렌즈 구조물의 형상이나 높이, 단면 형상 등의 여러 변수들의 영향을 받기 때문에, 단순히 프리즘의 꼭지각의 각도나 r값 및 k값만을 조절하는 정도로는 원하는 광학 성능을 얻는데 한계가 있다. 따 라서, 우수한 광학 성능을 얻기 위해서는 여러 개의 변수들을 동시에 고려해야 하는데, 이럴 경우 원하는 렌즈 구조물을 결정하기 위해 시행하여야 할 시행착오 수가 너무 많아진다는 문제점이 있다. 예를 들면, 고려해야 할 변수가 5개이고, 각각의 변수들이 10개의 변수값들을 갖는다면, 광학 성능을 확인하기 위한 시뮬레이션을 10⁵번이나 시행해야 한다는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 시행 착오의 수를 최소화하면서도 여러 가지 변수를 종합적으로 고려하여, 최적의 광학 성능을 얻을 수 있는 광학 필름의 설계 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명은 단위 렌즈 구조물의 기하학적 형상과 관련된 적어도 2개 이상의 변수들로 이루어지는 복합 변수 조합을 설정하는 제1단계; 상기 복합 변수 조합의 각 변수들에 초기값, 상기 초기값을 일정한 범위 내에서 변형시킨 변형값 및 상기 초기값으로부터 일정한 범위 외에 있는 임의값으로 이루어진 일련의 상수값들을 대입하여 다수의 복합 변수 조합들을 생성하고, 각각의 복합 변수 조합에 따라 단위 렌즈 구조물의 형상을 결정하는 제2단계; 상기 제2단계에서 결정된 각각의 단위 렌즈 구조물을 갖는 광학 필름을 구현하고, 각각의 광학 필름의 광학 성능을 측정하고, 측정된 광학 성능이 목표 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 제3단계; 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름이 2개 미만인 경우, 상기 제2단계 및 상기 제3단계를 반복하되, 광학 성능 목표치와 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 복합 변수 조합에 대입된 상수값을 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값들을 대입하는 제4단계; 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름이 2개 이상인 경우, 상기 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 복합 변수 조합에 대 입된 상수값들이 유사값인지 여부를 판단하는 제5단계; 상기 제5단계에서 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 복합 변수 조합에 대입된 상수값들이 유사값이 아닌 것으로 판단되는 경우, 상기 제2단계 내지 제5 단계를 반복하되, 광학 성능 목표치와 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 복합 변수 조합에 대입된 상수값을 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값들을 대입하는 제6단계; 및 상기 제5단계에서 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 복합 변수 조합에 대입된 상수값들이 유사값인 것으로 판단되는 경우, 광학 성능 목표치와 가장 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 복합 변수 조합을 설계값으로 선택하는 제7단계를 포함하는 광학 필름의 설계 방법을 제공한다.

이때, 상기 제1단계에서 상기 단위 렌즈 구조물의 기하학적 형상과 관련된 적어도 2 이상의 변수는 렌즈의 높이, 피치, 곡률, 꼭지각 각도 또는 렌즈면의 세부 형상과 관련된 변수 등으로부터 선택될 수 있다.

한편, 상기 제2단계에서 상기 각 변수들의 초기값들은, 각각의 변수들에 대하여,

단위 렌즈 구조물의 기하학적 형상과 관련된 변수를 선택하는 (i) 단계; 상기 선택된 변수에 초기값, 상기 초기값을 일정한 범위 내에서 변형한 변형값 및 상기 초기값으로부터 일정한 범위 외에 있는 임의값으로 이루어진 일련의 상수값들을 대입하여 각각의 단위 렌즈 구조물 형상을 결정하는 (ii) 단계; 상기 (ii) 단계에 서 결정된 각각의 단위 렌즈 구조물을 갖는 광학 필름을 구현하고, 각각의 광학 필름의 광학 성능을 측정하고, 측정된 광학 성능이 목표 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 (iii) 단계; 목표 범위 내에 있는 광학 성능을 갖는 광학 필름이 2개 미만인 경우, 상기 (ii)단계 및 상기 (iii)단계를 반복하되, 광학 성능 목표치와 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 변수에 대입된 상수값을 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값들을 대입하는 (iv) 단계; 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름이 2개 이상인 경우, 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 변수들에 대입된 상수값들이 유사값인지 여부를 판단하는 (v) 단계;

상기 (v) 단계에서, 목표 범위 내에 있는 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 변수에 대입된 상수값들이 유사값이 아닌 것으로 판단되는 경우, 상기 (ii)단계 내지 (v)단계를 반복하되, 광학 성능 목표치와 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 변수에 대입된 상수값을 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값들을 대입하는 (vi) 단계; 상기 (v) 단계에서 목표 범위 내에 있는 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 변수에 대입된 상수값들이 유사값인 것으로 판단되는 경우, 광학 성능 목표치와 가장 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 변수값을 최적값으로 선택하는 (vii) 단계를 수행하여 선택된 최적값인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 광학 필름 설계 방법에 있어서, 상기 제3단계의 광학 성능 측정은 시뮬레이션을 통해 이루어질 수 있다. 이 경우, 시뮬레이션을 위해 광학 필름의 적용 환경 및 광학 성능 목표치에 대한 정보를 입력하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 광학 필름의 적용 환경에 대한 정보에는 단위 렌즈 구조물의 타입, 광학 필름 형성 재료, 적용하고자 하는 디스플레이 장치의 종류, 사용되는 광원의 타입, 광원의 개수, 함께 사용되는 다른 광학 필름의 특성, 반사면의 반사율 및 디텍터의 위치 정보로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 정보가 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 단위 렌즈 타입은 프리즘 렌즈, 렌티큘러 렌즈 또는 마이크로 어레이 렌즈일 수 있으며, 상기 광학 필름 형성 재료는 PET, UV 수지, 유리, PMMA, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리우레탄 또는 실리콘 수지 등일 수 있다.

한편, 상기 광학 성능 목표치에는 광학 필름에 있어서 얻고자 하는 중심 휘도값의 범위, 시야각 범위, 사이드 로브값의 범위, TCO03규격, 전체 휘도값의 범위, 투과율의 범위, 반사율의 범위 등이 포함된다.

한편, 본 발명의 광학 필름의 설계 방법은 상기 제1단계 내지 제7단계를 통해 설계된 광학 필름을 특정 렌즈 설계식에 부합되도록 보정하는 과정을 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1단계 내지 제7단계를 통해 설계된 광학 필름의 단위 렌즈 구조물을 특정 렌즈 설계식에 부합되도록 보정하는 과정은, 원하는 렌즈 설계식의 변수들로 이루어진 복합 변수 조합을 설정하는 제8단계; 상기 제1단계 내지 제7단계를 통해 설계된 광학 필름의 단위 렌즈 구조물에 가장 근접한 렌즈 설계식의 변수값들을 구하는 제9단계; 및 상기 9단계에서 구해진 변수값들을 초기값으로 하여, 상기 제2단계 내지 제7단계를 반복하는 제10단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 렌즈 설계 방법을 이용하면, 적은 시행 착오로 다양한 변수들을 고려하여 최적 성능을 갖는 광학 필름을 제조할 수 있다는 장점이 있다.

이하에서는 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 자세히 설명한다.

(1) 1 단계

먼저, 단위 렌즈 구조물의 기하학적 형상과 관련된 변수들 중 2개 이상을 선택하여 복합 변수 조합을 설정한다. 본 발명에서 2 이상의 변수로 이루어진 복합 변수 조합을 설정하는 것은, 2 이상의 변수를 한꺼번에 변화시킴으로써, 시행 횟수(trial)을 최소화하기 위함이다.

상기 단위 렌즈 구조물의 기하학적 형상과 관련된 변수들로는, 대표적으로, 단위 렌즈 구조물의 정점 높이, 단위 렌즈 구조물의 피치 등을 들 수 있으며, 설계하고자 하는 광학 필름의 타입에 따라 상기한 것 이외에도 다양한 기하학적 형상과 관련된 변수들을 선택할 수 있다. 예를 들면, 렌티큘러 렌즈 필름이나 마이크로 어레이 렌즈 필름 등의 경우에는 정점에서의 곡률, 렌즈면의 곡률 등을 변수로 선택할 수 있으며, 프리즘 광학 필름의 경우에는 꼭지각의 각도 등을 변수로 선택할 수 있다. 또한, 렌즈면에 일정한 변형이 가하고자 하는 경우(예를 들면, 경사면에 2 이상의 각도를 부여한 다각형 형태의 렌즈 등), 렌즈면의 세부 형상과 관련된 사항들, 즉 일정한 높이에서의 렌즈의 폭과 같은 사항들이 변수로 선택할 수도 있다. 당해 기술 분야의 당업자들이라면, 경험을 통하여 또는 간단한 실험을 통해 원하는 광학 성능을 구현하기 위해 제어되어야 할 변수들을 선택할 수 있을 것이다.

이하에서는 설명의 편의를 위해, 본 발명의 광학 필름 설계 방법을 예를 들어 설명한다.

예를 들어, 원하는 광학 성능을 갖는 광학 필름을 설계하기 위해, 단위 렌즈 구조물의 높이를 변수 a, 단위 렌즈 구조물 높이의 1/2인 위치에서의 렌즈 폭을 변수 b로 선택하고, 상기 2개의 변수로 이루어진 복합 변수 조합 A={a, b}를 설정하였다고 가정한다.

이때, 상기 선택된 변수들 a, b 이외에 광학 필름의 형성에 필요한 다른 조건들, 즉, 단위 렌즈 구조물의 피치, 광학 필름 내에서의 단위 렌즈 구조물의 개 수, 단위 렌즈 구조물의 개략적인 형태(예를 들면, 단면이 곡선 형태인지, 삼각형 형태인지, 다각형 형태인지 등) 등은 결정되어 있다고 가정한다.

(2) 제2 단계

복합 변수 조합이 설정되었으면, 상기 복합 변수 조합의 각 변수들에 초기값, 상기 초기값을 일정한 범위 내에서 변형시킨 변형값 및 상기 초기값으로부터 일정한 범위 외에 있는 임의값으로 이루어진 일련의 상수값들을 대입하여 다수의 복합 변수 조합들을 생성한다.

예를 들면, 상기 복합 변수 조합 A의 변수 a의 초기값을 1, b의 초기값을 0.5로 선택하고, 변형값은 초기값을 일정한 범위, 예를 들면, 30% 범위 내에서 변형시킨 값들 중에서, 그리고 임의값은 초기값으로부터 상기 일정한 범위를 벗어나는 값들 중에서 임의로 선택한다. 본 발명은 상기 상수값들에 초기값으로부터 일정한 범위를 벗어나는 값들, 즉 임의값들을 대입함으로써, 예상하지 못한 의외의 구간에서 최적의 광학 성능을 나타나는 경우에 대비할 수 있도록 하였다.

예를 들면, a의 변형값으로는 0.9, 1.1 등을, 임의값으로는 3, 0.5 등을 선택할 수 있다. 또한, b의 변형값으로는 0.6, 0.4 등을, 임의값으로는 1, 0.1 등의 값을 선택할 수 있다.

그런 다음, 상기 a의 상수값과 b의 상수값을 임의로 조합하여 다수의 복합 변수 조합을 생성한다. 예를 들면, 상기 복합 변수 조합은 A₁={1, 0.5}, A₂={1.1, 1}, A₃={0.9, 0.7}, A₄={3, 0.6} … 등과 같이 형성될 수 있다.

상기 상수값들은 임의로 선택될 수 있으나, 광학 필름의 단위 렌즈 구조물의 구조적 한계를 고려하여, 적절한 범위 내에 있는 값에 한정하여 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 일반적으로 광학 필름에 있어서, 단위 렌즈의 높이가 렌즈 피치의 100배 이상으로 형성되기 어렵다. 따라서, 상기 a에 대입되는 변수값은 렌즈 피치를 고려하여 100배 미만의 값 내에서 선택되는 것이 바람직하다. 이와 같이 변수값들을 한정할 경우, 시행횟수(trial)를 줄일 수 있다.

한편, 상기 변수 a, b의 초기값은 설계자의 경험 등에 의해 임의로 설정할 수도 있으나, 그보다는 각각의 변수에 대한 최적화 과정을 통해 도출된 최적값인 것이 바람직하다.

각 변수의 최적화된 초기값을 구하는 과정은 다음 (i) 내지 (vii)를 통해 이루어질 수 있다.

(i)단계: 단위 렌즈 구조물의 기하학적 형상과 관련된 변수를 선택하는 단계.

(ii)단계: 선택된 변수에 초기값, 상기 초기값을 일정한 범위 내에서 변형한 변형값 및 상기 초기값으로부터 일정한 범위 외에 있는 임의값으로 이루어진 일련의 상수값들을 대입하여 각각의 단위 렌즈 구조물 형상을 결정하는 단계.

(iii)단계: 상기 (ii) 단계에서 결정된 각각의 단위 렌즈 구조물을 갖는 광학 필름을 구현하고, 각각의 광학 필름의 광학 성능을 측정하여 기설정된 광학 성능 목표치와 비교하는 단계.

(iv)단계: 상기 기설정된 광학 성능 목표치로부터 일정한 범위 내에 있는 광학 성능을 갖는 광학 필름이 2개 미만인 경우, 상기 (ii)단계 및 (iii)단계를 반복하되, 상기 기설정된 광학 성능 목표치와 가장 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 변수에 대입된 상수값을 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값들을 대입하는 단계.

(v)단계: 상기 기설정된 광학 성능 목표치로부터 일정한 범위 내에 있는 광학 성능을 갖는 광학 필름이 2개 이상인 경우, 상기 기설정된 목표치로부터 일정한 범위 내에 있는 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 변수들에 대입된 상수값들이 유사값인지 여부를 판단하는 단계;

(vi)단계: 상기 (v) 단계에서, 기설정된 광학 성능 목표치로부터 일정한 범위 내에 있는 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 변수에 대입된 상수값들이 유사값이 아닌 것으로 판단되는 경우, 상기 (ii)단계 내지 (v)단계를 반복하되, 상기 기설정된 광학 성능 목표치와 가장 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 변수에 대입된 상수값을 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값들을 대입하는 단계.

(vii)단계: 상기 (v) 단계에서 기설정된 광학 성능 목표치로부터 일정한 범위 내에 있는 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 변수에 대입된 상수값들이 유사값인 것으로 판단되는 경우, 기설정된 목표치와 가장 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 변수값을 최적값으로 선택하는 단계.

먼저 복합 변수 조합의 변수들 중 하나의 변수, 예를 들면, 단위 렌즈 구조물의 높이에 관한 변수 a를 선택하고((i) 단계), 상기 변수 a에 대하여 초기값을 설정한다. 이때 각 변수의 초기값은 당해 기술 분야의 당업자가 경험적으로 알고 있는 값이거나 또는 당업자가 예측할 수 있는 값을 고려하여 임의로 선택된다.

그런 다음, 상기 선택된 변수에 초기값, 변형값, 임의값으로 이루어진 일련의 상수값들을 대입한다. 이때 변형값과 임의값의 정의는 상기한 바와 동일하다. 즉, 초기값으로부터 일정한 범위 내에서 있는 값들을 변형값, 일정한 범위 외에 있는 값들을 임의값으로 정의한다.

예를 들면, a의 초기값을 1로 설정하고, 초기값으로부터 30% 범위 내에 있는 변형값으로, 0.9, 1.1, 1.15, 임의값으로 3, 0.5, 1.5를 선택하였다고 하자. 즉, a의 상수값으로 0.5, 0.9, 1.1, 1.15, 1.5, 3을 선택한다.

그런 다음, 상기 각각의 상수값들을 a에 대입하여 단위 렌즈 구조물의 형상을 결정한다. 상기 예에 의하면, 단위 렌즈 구조물의 (정점)높이가 각각 0.5, 0.9, 1.1, 1.15, 1.5, 3인 단위 렌즈 구조물들이 형성된다((ii) 단계). 이때 단위 렌즈 구조물의 형상을 결정하기 위해 필요한 다른 요소들, 즉 단위 렌즈의 피치나, 단위 렌즈의 형상과 같은 것들은 미리 결정되어 있다고 가정한다.

그런 다음, 상기 (ii) 단계에서 결정된 각각의 단위 렌즈 구조물을 갖는 광학 필름들을 구현하고, 각 광학 필름들의 광학 성능을 측정한 다음, 이를 설계하고자 하는 광학 성능 목표치와 비교한다((iii) 단계).

이때 상기 광학 필름의 구현 및 광학 성능 측정은 실제로 광학 필름을 제조하여 이루어질 수도 있고, 레이-트레이싱 프로그램 등과 같은 시뮬레이션 프로그램에 의해 수행될 수도 있다.

광학 필름의 구현 및 광학 성능 측정이 시뮬레이션을 통해 이루어질 경우에는, 사전에 광학 필름의 적용 환경 및 광학 성능 목표치에 대한 정보를 입력하는 것이 바람직하다.

상기 광학 필름의 적용 환경에 대한 정보에는 단위 렌즈 구조물의 타입, 광학 필름 형성 재료, 적용하고자 하는 디스플레이 장치의 종류, 사용되는 광원의 타입, 광원의 개수, 함께 사용되는 다른 광학 필름의 특성, 반사면의 반사율 또는 디텍터의 위치 정보 등이 포함될 수 있다.

판단 결과, 상기 기설정된 광학 성능 목표 범위 내에 있는 광학 성능을 갖는 광학 필름이 2개 미만인 경우, 상기 (ii) 및 (iii) 단계를 반복한다. 다만, 반복 단계에서는 광학 필름의 광학 성능이 목표치와 유사한 광학 필름의 변수에 대입된 상수값을 상기 (ii) 단계의 초기값으로 설정한다((iv)단계). 이때 상기 초기값으로 2개 이상의 값이 선택될 수 있다. 즉, 광학 성능의 목표치와 유사한 순서대로 2개 이상의 광학 필름을 선택하고, 이들의 변수에 대입된 상수값들을 초기값으로 설정할 수 있다.

예를 들어, 상기 a 변수값이 0.5, 0.9, 1.1, 1.15, 1.5, 3인 광학 필름의 광학 성능을 측정한 결과, 원하는 광학 성능 목표 범위에 있는 광학 성능을 갖는 광학 필름이 없거나, 1개 뿐인 경우이고, 광학 성능 목표치와의 유사 순위가 하기 [표 1]와 같이 나타났을 경우, 상기 (ii) 및 (iii) 단계를 반복 실시하게 되는데, 이때, 변수 a에 0.9과 1를 변수의 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값들을 대입하게 된다.

[표 1]

변수값	유사순위
1	2
0.9	1
1.1	3
1.15	4
3	7
0.5	5
1.5	6

예를 들면, 초기값으로, 0.9와 1, 변형값과 임의값으로, 1.1, 0.87, 2, 1.6, 0.8을 선택했다고 가정하자. 이제 새로운 변수값들에 의해 새로운 단위 렌즈 구조물 형상이 결정된다. 즉, 높이가 1.1, 0.87, 2, 1.6, 0.8인 단위 렌즈 구조물이 결정된다. 이러한 새로운 단위 렌즈 구조물로 이루어진 광학 필름을 구현하여 광학 성능을 측정하고, 측정된 광학 성능이 목표 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 과정을 반복한다. 판단 결과 측정된 광학 성능이 목표 범위 내에 있지 않다고 판단되면, 다시 (ii) 및 (iii) 단계를 반복하게 되며, 이때에도 역시 광학 성능 목표치와 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 변수값을 새로운 초기값으로 설정되게 된다. 즉, 새로운 변수값에 의해 형성된 광학 필름들의 광학 성능과 목표치와의 유사도가 하기 [표 2]와 같이 나타났을 경우, 0.87과 0.9를 새로운 초기값으로 설정한다.

[표 2]

변수값	유사순위
1	4
0.9	2
1.1	5
0.87	1
2	7
1.6	6
0.8	3

이와 같은 과정을 광학 성능이 목표범위 내로 들어올 때까지 반복한다.

한편, 상기 각각의 광학 필름의 광학 성능이 목표 범위 내에 있는 광학 필름이 2개 이상인 경우에는, 상기 광학 성능이 목표범위 내에 있는 광학 필름들의 변 수에 대입된 상수값들이 유사값인지 여부를 판단한다((v)단계). 이때 유사값이란, 상기 상수값들이 서로 일정한 범위 내에 있는 것을 의미한다.

상기 (v) 단계의 판단 결과, 광학 성능 목표 범위 내에 있는 광학 필름들의 변수에 대입된 상수값들이 유사값이 아닌 경우에는, 상기 (ii) 내지 (v) 단계를 반복 실시한다. 이 경우, 상기 (iv) 단계와 마찬가지로, 광학 필름의 광학 성능이 목표치와 유사한 광학 필름의 변수값을 상기 (ii) 단계의 초기값으로 설정한다((vii)단계). 상기 과정을 변수값들이 일정한 범위 내에 들어올 때까지 반복한다.

한편, 상기 (v) 단계의 판단 결과, 광학 성능 목표 범위 내에 있는 광학 필름들의 변수에 대입된 상수값들이 유사값인 경우에는, 광학 성능 목표치에 가장 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 변수 a의 값을 최적값으로 선택한다.

복합 변수 조합의 또 다른 변수인 변수 b 역시 상기와 동일한 과정을 거쳐 최적 값을 구할 수 있으며, 이 값을 제2단계에서 변수 b의 초기값으로 선택할 수 있다.

상기와 같이 각각의 변수에 대한 최적화 과정을 통해 최적화된 초기값을 선택할 경우, 원하는 광학 필름을 찾기 위한 시행 횟수를 최소화할 수 있다.

(3) 제3단계

다음으로 상기 제2단계에서 상기와 같은 과정을 거쳐 결정된 각각의 단위 렌즈 구조물을 갖는 광학 필름을 구현하고, 상기 광학 필름의 광학 성능을 측정하여, 각각의 광학 필름의 광학 성능이 목표 범위 내에 있는지 여부를 판단한다.

광학 필름의 구현 및 광학 성능 측정이 시뮬레이션을 통해 이루어질 경우에는, 사전에 광학 필름의 적용 환경 및 광학 성능 목표치에 대한 정보를 입력하는 것이 바람직하며, 이때 상기 광학 필름의 적용 환경 및 광학 성능 목표치는 상기에 기재된 바와 동일하므로, 설명을 생략한다.

(4) 제4단계

상기 3단계의 판단 결과, 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름이 2개 미만으로 나타난 경우에는 상기 제2단계 및 상기 제3단계를 반복한다. 다만, 본 반복 단계에서는 광학 성능 목표치와 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 복합 변수 조합에 대입된 상수값을 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값들을 대입한다.

예를 들어, 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름의 개수가 2개 미만이고, 각각의 복합 변수 조합에 의해 구현된 광학 필름의 광학성능과 광학 성능 목표치와의 유사 순위가 하기 [표 3]과 같이 나타난 경우라면, 유사 순위가 높은 {1.1, 1}과 {1, 0.5}를 새로운 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값들을 대입하여 새로운 복합 변수 조합들을 생성한다.

[표 3]

복합변수조합	유사순위
{1, 0.5}	2
{1.1, 1}	1
{0.9, 0.7}	3
{3, 0.6}	4

그런 다음 이 새로운 복합 변수 조합들에 따라 단위 렌즈 구조물의 형상을 결정하고, 이들 각각의 단위 렌즈 구조물을 갖는 광학 필름을 구현하고, 광학 성능을 측정하여 측정된 광학 성능이 목표 범위 내에 있는지 여부를 판단한다.

이 과정을 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름이 2개 이상이 될 때까지 반복한다.

(5) 제5단계

한편, 상기 3단계 판단 결과, 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름이 2개 이상인 경우라면, 상기 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 복합 변수 조합에 대입된 상수값들이 유사값인지 여부를 판단한다. 이때 상수값들이 일 정한 범위 내에 존재할 경우, 이들을 유사값으로 보며, 유사값으로 보는 범위는 설계자가 적절하게 선택할 수 있다.

(6) 제6단계

상기 제5단계의 판단 결과, 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 복합 변수 조합에 대입된 상수값들이 유사값이 아닌 것으로 판단되는 경우라면, 상기 제2단계 내지 제5단계를 반복한다. 다만, 상기 반복 단계에서는 광학 성능 목표치와 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 복합 변수 조합에 대입된 상수값을 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값들을 대입한다.

예를 들어 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름이 3개인 것으로 나타나고, 그 각각의 광학 필름의 복합 변수 조합과 광학 성능 목표치와의 유사도가 [표 4]에 도시된 바와 같다고 하자. 광학 성능 목표치{a, b}={1, 0.5} {0.9, 0,6} {1.2, 0.55}이였다고 가정하자. 또한, 변수값들이 모두 10% 범위 내에 있으며, 그 값들이 서로 유사하다고 하기로 한다.

[표 4]

복합변수조합	유사순위
{1, 0.5}	2
{0.9, 0.6}	1
{1.2, 0.55}	3

상기 예에서, a값은 1, 0.9, 1.2이므로 유사값이 아니며, b값 역시 0.5, 0.6, 0.55로 유사값이 아니다. 따라서 이 경우에는 상기 제2단계 내지 제5단계를 반복하게 된다. 다만, 이때는 광학 성능 목표치와 유사한 광학 성능을 갖는 {0.9, 0.6}을 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값들을 대입하여, 새로운 복합 변수 조합들을 생성하고, 이 새로운 복합 변수 조합에 대하여, 상기 제2단계 내지 제5단계를 반복 실시한다.

이 과정을 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 복합 변수 조합에 대입된 상수값들이 유사값이 될 때까지 반복한다.

(7) 제7단계

한편, 상기 제5단계에서 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 복합 변수 조합에 대입된 상수값들이 유사값인 것으로 판단되는 경우, 광학 성능 목표치와 가장 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 복합 변수 조합을 설계값으로 선택한다.

설명의 편의를 위해 영역 및 변수가 2개인 경우를 설명하였으나, 이로써 한정되는 것은 아니며, 보다 정교한 렌즈 구조물을 형성하기를 원하는 경우라면, 제1 영역 및/또는 제2 영역을 분할하는 영역을 추가로 더 설정할 수 있으며, 더 많은 변수를 선택할 수도 있다.

한편, 렌즈 설계시에 렌즈의 형상이 특정 렌즈 설계식에 부합되도록 설계되어야 할 경우가 있다. 이런 경우에는 상기 본 발명의 방법이 유용하지 못할 수 있다. 따라서, 이러한 경우를 위해 본 발명은 상기한 제1단계 내지 제7단계를 통해 설계된 광학 필름을 특정 렌즈 설계식에 부합되도록 보정하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

이때, 상기 제1단계 내지 제7단계를 통해 설계된 광학 필름을 특정 렌즈 설계식에 부합되도록 보정하는 과정은 상기 원하는 렌즈 설계식의 변수들로 이루어진 복합 변수 조합을 설정하는 제8단계; 상기 제1단계 내지 제7단계를 통해 설계된 광학 필름의 단위 렌즈 구조물에 가장 근접한 렌즈 설계식의 변수값들을 구하는 제9단계; 및 상기 9단계에서 구해진 변수값들을 초기값으로 하여, 상기 제2단계 내지 제7단계를 반복하는 제10단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 복합 변수 조합의 값을 도출하는 방법은 상기에 기재된 방법과 실질적으로 동일하므로 설명은 생략한다.

Claims

단위 렌즈 구조물의 기하학적 형상과 관련된 적어도 2개 이상의 변수들로 이루어지는 복합 변수 조합을 설정하는 제1단계;

상기 복합 변수 조합의 각 변수들에 초기값, 상기 초기값을 일정한 범위 내에서 변형시킨 변형값 및 상기 초기값으로부터 일정한 범위 외에 있는 임의값으로 이루어진 일련의 상수값들을 대입하여 다수의 복합 변수 조합들을 생성하고, 각각의 복합 변수 조합에 따라 단위 렌즈 구조물의 형상을 결정하는 제2단계;

상기 제2단계에서 결정된 각각의 단위 렌즈 구조물을 갖는 광학 필름을 구현하고, 각각의 광학 필름의 광학 성능을 측정하고, 측정된 광학 성능이 목표 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 제3단계;

목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름이 2개 미만인 경우, 상기 제2단계 및 상기 제3단계를 반복하되, 광학 성능 목표치와 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 복합 변수 조합에 대입된 상수값을 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값들을 대입하는 제4단계;

목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름이 2개 이상인 경우, 상기 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 복합 변수 조합에 대입된 상수값들이 유사값인지 여부를 판단하는 제5단계;

상기 제5단계에서 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 복합 변수 조합에 대입된 상수값들이 유사값이 아닌 것으로 판단되는 경우, 상기 제2단계 내지 제5 단계를 반복하되, 광학 성능 목표치와 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 복합 변수 조합에 대입된 상수값을 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값들을 대입하는 제6단계; 및

상기 제5단계에서 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 복합 변수 조합에 대입된 상수값들이 유사값인 것으로 판단되는 경우, 광학 성능 목표치와 가장 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 복합 변수 조합을 설계값으로 선택하는 제7단계를 포함하는 광학 필름의 설계 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1단계에서, 상기 단위 렌즈 구조물의 기하학적 형상과 관련된 적어도 2개 이상의 변수들은 단위 렌즈의 높이, 단위 렌즈의 피치, 단위 렌즈의 곡률, 단위 렌즈의 꼭지각 각도 및 단위 렌즈의 렌즈면 형상으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 설계 방법.
제1항에 있어서,

상기 제2단계에서, 상기 초기값은 각각의 변수들에 대하여 하기 (i) 내지 (vi) 단계를 수행하여 선택된 최적값들인 것을 특징으로 하는 광학 필름 설계 방법.

단위 렌즈 구조물의 기하학적 형상과 관련된 변수를 선택하는 (i) 단계;

상기 선택된 변수에 초기값, 상기 초기값을 일정한 범위 내에서 변형한 변형값 및 상기 초기값으로부터 일정한 범위 외에 있는 임의값으로 이루어진 일련의 상수값들을 대입하여 각각의 단위 렌즈 구조물 형상을 결정하는 (ii) 단계;

상기 (ii) 단계에서 결정된 각각의 단위 렌즈 구조물을 갖는 광학 필름을 구현하고, 각각의 광학 필름의 광학 성능을 측정하고, 측정된 광학 성능이 목표 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 (iii) 단계;

목표 범위 내에 있는 광학 성능을 갖는 광학 필름이 2개 미만인 경우, 상기 (ii)단계 및 상기 (iii)단계를 반복하되, 광학 성능 목표치와 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 변수에 대입된 상수값을 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값들을 대입하는 (iv) 단계;

목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름이 2개 이상인 경우, 목표 범위 내의 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 변수들에 대입된 상수값들이 유사값인지 여부를 판단하는 (v) 단계;

상기 (v) 단계에서, 목표 범위 내에 있는 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 변수에 대입된 상수값들이 유사값이 아닌 것으로 판단되는 경우, 상기 (ii)단계 내지 (v)단계를 반복하되, 광학 성능 목표치와 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 변수에 대입된 상수값을 초기값으로 하는 새로운 일련의 상수값들을 대입하는 (vi) 단계; 및

상기 (v) 단계에서 목표 범위 내에 있는 광학 성능을 갖는 광학 필름들의 변 수에 대입된 상수값들이 유사값인 것으로 판단되는 경우, 광학 성능 목표치와 가장 유사한 광학 성능을 갖는 광학 필름의 변수값을 최적값으로 선택하는 (vii) 단계.
제1항에 있어서,

상기 제3단계에서 상기 각각의 광학 필름의 광학 성능 측정은 시뮬레이션을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 설계 방법.
제4항에 있어서,

상기 광학 필름의 적용 환경 및 광학 성능 목표치에 대한 정보를 입력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 설계 방법.
제5항에 있어서,

상기 광학 필름의 적용 환경에 대한 정보에는 단위 렌즈 구조물의 타입, 광학 필름 형성 재료, 적용하고자 하는 디스플레이 장치의 종류, 사용되는 광원의 타입, 광원의 개수, 함께 사용되는 다른 광학 필름의 특성, 반사면의 반사율 및 디텍터의 위치 정보로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 설계 방법.
제6항에 있어서,

상기 단위 렌즈 타입은 프리즘 렌즈, 렌티큘러 렌즈 또는 마이크로 어레이 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학 필름의 설계 방법.
제6항에 있어서,

상기 광학 필름 형성 재료는 PET, UV 수지, 유리, PMMA, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리우레탄 및 실리콘수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 설계 방법.
제5항에 있어서,

상기 광학 성능은 원하는 광학 필름의 중심 휘도값, 시야각, 사이드 로브, TCO03규격, 전체 휘도, 투과율, 반사율 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 광학 필름의 설계 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1단계 내지 제7단계를 통해 설계된 광학 필름을 특정 렌즈 설계식에 부합되도록 보정하는 과정을 더 포함하는 광학 필름의 설계 방법.
제10항에 있어서,

상기 제1단계 내지 제7단계를 통해 설계된 광학 필름을 특정 렌즈 설계식에 부합되도록 보정하는 과정은,

상기 특정 렌즈 설계식의 변수들로 이루어진 복합 변수 조합을 설정하는 제8단계;

상기 제1단계 내지 제7단계를 통해 설계된 광학 필름의 단위 렌즈 구조물에 가장 근접한 렌즈 설계식의 변수값들을 구하는 제9단계; 및

상기 9단계에서 구해진 변수값들을 초기값으로 하여, 상기 제2단계 내지 제7단계를 반복하는 제10단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필름 설계 방법.