KR101766494B1

KR101766494B1 - 광 결합을 방지하기 위한 광학 필름

Info

Publication number: KR101766494B1
Application number: KR1020117026822A
Authority: KR
Inventors: 엔카이 하오; 윌리암 블레이크 콜브; 존 에이 휘틀리; 페이 루; 아담 디 하그
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2009-04-15
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2017-08-08
Also published as: CN102460125B; US8964146B2; JP5727460B2; WO2010120871A1; KR20120013980A; US20120038850A1; JP2012524300A; EP2419714A1; CN102460125A

Abstract

광학 구조물이 개시된다. 개시된 광학 구조물은 서로 마주하며 공기 간극(130)에 의해 분리되어 있는 제1 및 제2 주 표면(110, 120)들을 포함한다. 제1 및 제2 주 표면들은 공기 간극에서의 제1 위치(x)에서 서로 물리적으로 접촉하기 쉽다. 광학 구조물은 제1 및 제2 주 표면들이 제1 위치에서 서로 접촉하는 것을 방지하도록 제1 위치에 배치되어 있는 광학 필름(140)을 추가로 포함한다. 광학 필름은 약 1.3 이하인 유효 굴절률을 갖는다.

Description

광 결합을 방지하기 위한 광학 필름{OPTICAL FILM FOR PREVENTING OPTICAL COUPLING}

관련 출원

본 출원은 본 출원과 동일자로 출원되고 참고로 포함된 하기의 미국 특허 출원, 즉 발명의 명칭이 "광학 필름(Optical Film)"인 미국 가출원 제61/169466호(대리인 관리번호 65062US002), 발명의 명칭이 "광학 구조물 및 이를 포함한 디스플레이 시스템(Optical Construction and Display System Incorporating Same)"인 미국 가출원 제61/169521호(대리인 관리번호 65354US002), 발명의 명칭이 "재귀반사 광학 구조물(Retroreflecting Optical Construction)"인 미국 가출원 제61/169532호(대리인 관리번호 65355US002), 발명의 명칭이 "백라이트 및 이를 포함한 디스플레이 시스템(Backlight and Display System Incorporating Same)"인 미국 가출원 제61/169555호(대리인 관리번호 65357US002), 발명의 명칭이 "결함이 감소된 코팅을 위한 방법 및 장치(Process and Apparatus for Coating with Reduced Defects)"인 미국 가출원 제61/169427호(대리인 관리번호 65185US002), 및 발명의 명칭이 "나노공극 물품을 위한 방법 및 장치(Process and Apparatus for A nanovoided Article)"인 미국 가출원 제61/169429호(대리인 관리번호 65046US002)와 관련된다.

본 발명은 일반적으로 공기 간극(air gap)에 의해 분리되어 있는 2개의 층 또는 구성요소들 사이에서 광학 손실 또는 바람직하지 않은 광 결합(optical coupling)을 방지하기 위한 저굴절률 광학 필름을 포함하는 광학 구조물 및 디스플레이 시스템에 관한 것이다.

액정 디스플레이 시스템은 전형적으로 하나 이상의 확산층, 광을 방향전환(redirecting)시키기 위한 하나 이상의 프리즘층, 및 하나 이상의 반사 및/또는 흡수 편광층과 같은 다수의 층들을 포함한다. 이들 필름의 적어도 일부는 공기 간극에 의해 서로 분리된다. 2개의 그러한 필름들이 서로 물리적으로 접촉하게 될 때, 광은 접촉 위치에서 2개의 필름들 사이에서 광학적으로 결합할 수 있다. 광 결합은 종종 디스플레이에서 바람직하지 않은 육안으로 명백한 명점(bright spot) 또는 스트리크(streak)를 초래한다.

일반적으로, 본 발명은 광학 구조물 및 디스플레이 시스템에 관한 것이다. 일 실시 형태에서, 광학 구조물은 서로 마주하며 공기 간극에 의해 분리되어 있는 제1 주 표면(major surface) 및 제2 주 표면을 포함한다. 제1 및 제2 주 표면들은 공기 간극에서의 제1 위치에서 서로 물리적으로 접촉하기 쉽다. 광학 구조물은 제1 위치에 배치된 광학 필름을 포함한다. 광학 필름은 제1 및 제2 주 표면들이 제1 위치에서 서로 접촉하는 것을 방지한다. 광학 필름은 약 1.3 이하인 유효 굴절률을 갖는다. 일부 경우에, 광학 필름은 결합제, 복수의 입자, 및 복수의 상호연결된 공극(void)을 포함한다. 일부 경우에, 광학 필름은 약 1.2 이하, 또는 약 1.1 이하인 유효 굴절률을 갖는다.

다른 실시 형태에서, 광학 조립체는 제1 광학층 및 광학 구조물을 포함하며, 광학 구조물은 제2 광학층, 및 제1 광학층과 제2 광학층 사이에 배치된 광학 필름을 포함한다. 광학 필름은 약 1.3 이하인 유효 굴절률을 갖는다. 광학 구조물에서 각각의 2개의 이웃하는 주 표면들의 상당한 부분은 서로 물리적으로 접촉해 있다. 광학 조립체는 제1 광학층과 광학 구조물 사이에 배치된 공기 간극을 추가로 포함한다. 제1 광학층이 광학 필름과 물리적으로 접촉하게 될 때, 제1 광학층과 제2 광학층 사이에 광 결합이 일어나지 않는다. 일부 경우에, 제1 광학층 및 제2 광학층 중 적어도 하나는 프리즘 광 방향전환층 또는 반사 편광층이다. 일부 경우에, 광학 필름은 결합제, 복수의 입자, 및 복수의 상호연결된 공극을 포함한다. 일부 경우에, 광학 필름은 약 1.2 이하, 또는 약 1.1 이하인 유효 굴절률을 갖는다. 일부 경우에, 광학 필름은 약 1% 이하인 광학 탁도(optical haze)를 갖는다. 일부 경우에, 광학 구조물에서 각각의 2개의 이웃하는 주 표면들의 50% 이상, 또는 70% 이상, 또는 90% 이상은 서로 물리적으로 접촉해 있다. 일부 경우에, 광학 필름은 제2 광학층 상에 코팅된다. 일부 경우에, 광학 필름은 약 1 마이크로미터 이상인 최소 두께를 갖는다.

다른 실시 형태에서, 디스플레이 시스템은 광원, 광원으로부터 광을 수용하는 액정 패널, 액정 패널과 광원 사이에 배치된 제1 주 표면, 제1 주 표면과 광원 사이에 배치된 제2 주 표면, 제1 주 표면과 제2 주 표면을 분리하는 공기 간극, 및 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 배치된 광학 필름을 포함한다. 광학 필름은 2개의 주 표면들이 서로 물리적으로 접촉하는 것을 방지한다. 광학 필름은 결합제, 복수의 입자, 및 복수의 상호연결된 공극을 포함한다. 일부 경우에, 제1 주 표면 및 제2 주 표면 중 적어도 하나는 프리즘 광 방향전환층 또는 반사 편광층의 주 표면이다. 일부 경우에, 광학 필름은 약 1 마이크로미터 이상인 두께를 갖는다.

다른 실시 형태에서, 광원은 도광체, 도광체의 에지(edge)를 따라 배치된 하나 이상의 램프, 및 도광체의 적어도 일부분 상에 배치된 광학 필름을 포함한다. 광학 필름은 도광체가 물체와 물리적으로 접촉하게 될 경우 광학 손실을 방지한다. 광학 필름은 약 1 마이크로미터 이상인 두께 및 약 1.3 이하인 유효 굴절률을 갖는다. 일부 경우에, 광학 필름은 약 1.2 이하인 유효 굴절률을 갖는다. 일부 경우에, 광학 필름은 제1 매체에 분산된 복수의 입자 및 복수의 공극을 포함한다. 광학 필름은 제1 매체의 굴절률보다 작은 유효 굴절률을 갖는다.

첨부 도면과 관련하여 본 발명의 다양한 실시 형태의 이하의 상세한 설명을 고려하면 본 발명이 보다 완전히 이해되고 인식될 수 있다.
도 1은 광학 구조물의 개략 측면도.
도 2는 광학 조립체의 개략 측면도.
도 3은 디스플레이 시스템의 개략 측면도.
도 4는 패터닝된 광학 필름의 개략 측면도.
도 5는 광원의 개략 평면도.
명세서에서, 다수의 도면에 사용되는 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 특성 및 기능을 갖는 동일하거나 유사한 요소를 지시한다.

본 발명은 일반적으로, 공기 간극에 의해 분리되어 있지만 서로 물리적으로 접촉하기 쉬운 2개의 층들 사이에서 광 결합을 방지하기 위한 저굴절률 광학 필름을 포함하는 광학 구조물 및 디스플레이 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 광학 손실로 이어질 수 있는 물리적 접촉을 방지하기 위한 저굴절률 광학 필름을 포함하는 광학 조립체에 관한 것이다.

일부 개시된 광학 필름은 복수의 공극을 포함한 덕분에 내부 전반사(total internal reflection, TIR) 또는 향상된 내부 반사(enhanced internal reflection, EIR)를 지원한다. 광학적으로 투명한 비다공성 매체에서 진행하는 광이 높은 다공도를 보유하는 층에 입사될 때, 입사광의 반사율은 수직 입사에서보다 사각(oblique angle)에서 훨씬 더 높다. 탁도가 전혀 없거나 낮은 공극 필름의 경우, 임계각보다 더 큰 사각에서의 반사율은 약 100%에 가깝다. 그러한 경우에, 입사광은 내부 전반사(TIR)를 겪는다. 높은 탁도의 공극 필름의 경우, 사각 반사율은 광이 TIR을 겪지 않을 수 있을지라도 입사각의 유사한 범위에 걸쳐 100%에 가까울 수 있다. 높은 탁도 필름에 대한 이러한 향상된 반사율은 TIR과 유사하고, EIR로 명명된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 내부 반사를 향상시킨(EIR) 다공성 또는 공극 광학 필름은, 필름 또는 필름 적층체의 공극 및 비공극 계층의 경계에서의 반사율이 공극이 없는 것보다 공극을 갖는 것에서 더 크다는 것을 의미한다.

일부 개시된 광학 필름은 결합제에 분산된 복수의 충분히 작은 공극을 포함하고, 실질적으로 감소된 굴절률을 갖는다. 개시된 광학 필름에서의 공극은 굴절률 n_v 및 유전율 ε_v을 가지며, 여기서 n_v ²=ε_v이고, 결합제는 굴절률 n_b 및 유전율 ε_b를 가지며, n_b ²=ε_b이다. 일반적으로, 광학 필름 상에 입사되거나 광학 필름에서 전파하는 광과 같은 광 및 광학 필름의 상호 작용은 예를 들어 필름 두께, 결합제 굴절률, 공극 또는 기공(pore) 굴절률, 기공 형상 및 크기, 기공의 공간 분포, 및 광의 파장과 같은 다수의 필름 특성에 따라 좌우된다. 일부 경우에, 광학 필름 상에 입사되거나 광학 필름 내에서 전파하는 광은, 공극 굴절률 n_v, 결합제 굴절률 n_b, 및 공극 다공도 또는 부피율(volume fraction) "f"에 관하여 표현될 수 있는 유효 굴절률을 "보이거나" "경험한다". 그러한 경우에, 광이 단일 또는 고립된 공극의 형상 및 특징부를 구별할 수 없도록 광학 필름은 충분히 두껍고 공극은 충분히 작다. 그러한 경우에, 공극의 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 이상과 같은, 적어도 대부분의 공극의 크기는, 약 λ/5 이하이거나, 약 λ/6 이하이거나, 약 λ/8 이하이거나, 약 λ/10 이하이거나 약 λ/20 이하이며, 여기서 λ는 광의 파장이다.

일부 경우에, 개시된 광학 필름 상에 입사되는 광은 광의 파장이 전자기 스펙트럼의 가시 범위 내에 있음을 의미하는 가시광이다. 그러한 경우에, 가시광은 약 380 ㎚ 내지 약 750 ㎚, 또는 약 400 ㎚ 내지 약 700㎚, 또는 약 420 ㎚ 내지 약 680 ㎚ 범위인 파장을 갖는다. 그러한 경우에, 광학 필름은 유효 굴절률을 가지며, 공극의 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 이상과 같은 적어도 대부분의 공극의 크기가 약 70㎚ 이하, 또는 약 60 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하, 또는 약 40 ㎚ 이하, 또는 약 30㎚ 이하, 또는 약 20㎚ 이하, 또는 약 10 ㎚ 이하인 경우, 복수의 공극을 포함한다.

일부 경우에, 개시된 광학 필름은 광학 필름이 공극과 결합제의 굴절률, 및 공극 또는 기공 부피율 또는 다공도에 관하여 표현될 수 있는 유효 굴절률을 적절하게 가질 수 있도록 충분히 두껍다. 그러한 경우에, 광학 필름의 두께는 약 100 ㎚ 이상, 또는 약 200 ㎚ 이상, 또는 약 500 ㎚ 이상, 또는 약 700 ㎚ 이상, 또는 약 1,000 ㎚ 이상이다.

개시된 광학 필름에서의 공극이 충분히 작고 광학 필름이 충분히 두꺼울 때, 광학 필름은 다음과 같이 표현될 수 있는 유효 유전율 ε_eff을 갖는다:

그러한 경우에, 광학 필름의 유효 굴절률 n_eff은 다음과 같이 표현될 수 있다:

기공과 결합제의 굴절률들 사이의 차이가 충분히 작을 때와 같은 일부 경우에, 광학 필름의 유효 굴절률은 하기 표현식에 의해 근사화될 수 있다:

그러한 경우에, 광학 필름의 유효 굴절률은 공극과 결합제의 굴절률의 부피 가중된 평균이다. 예를 들어, 약 50%의 공극 부피율과 약 1.5의 굴절률을 갖는 결합제를 구비하는 광학 필름은 약 1.25의 유효 굴절률을 갖는다.

도 1은 공기 간극(130)에 의해 이웃하는 제2 주 표면(120)으로부터 분리되어 있는 제1 주 표면(110)을 포함하는 광학 구조물(100)의 개략 측면도이다. 주 표면(110, 120)은 공기 간극에서 서로 물리적으로 접촉하기 쉽다. 예를 들어, 이 2개의 표면들은 제1 주 표면(110)과 연관된 층의 크기, 중량, 또는 구부러짐으로 인해 서로 물리적으로 접촉할 수 있다. 특히, 이 2개의 주 표면들은 간극 내에서의 위치 "X"와 같은, 공기 간극에서의 하나 이상의 위치에서 서로 물리적으로 접촉하기 쉽다. 광학 구조물(100)은 공기 간극(130)의 위치 "X"에서 제2 주 표면(120) 상에 배치된 광학 필름(140)을 포함한다. 일부 경우에, 광학 필름은 위치 "X"에서 제1 주 표면(110) 상에 배치될 수 있다. 일부 경우에, 하나의 광학 필름이 위치 "X"에서 제1 주 표면(110) 상에 배치될 수 있고, 다른 광학 필름이 동일한 위치 "X"에서 제2 주 표면(120) 상에 배치될 수 있다. 광학 필름(140)은 제1 주 표면 및 제2 주 표면이 제1 위치 "X"에서 서로 물리적으로 접촉하는 것을 방지한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 이 2개의 주 표면들 사이의 "물리적 접촉"은, 접촉점에서 2개 표면들 사이의 거리가 대략 광의 파장보다 작음을 의미한다. 예를 들어, 2개 표면들 사이의 거리가 약 0.7 마이크로미터 미만, 또는 약 0.6 마이크로미터 미만, 또는 약 0.5 마이크로미터 미만, 또는 약 0.4 마이크로미터 미만, 또는 약 0.3 마이크로미터 미만이면, 2개의 표면들은 서로 물리적으로 접촉한다. 대략 광의 하나의 파장보다 작은 분리 거리의 경우, 2개 주 표면들 중 하나에서 내부 전반사(TIR)를 겪는 광은 2개 표면들에 걸쳐 미세하게 광 결합할 수 있다.

일부 경우에, 광학 필름(140)은 주 표면(120) 상에 코팅되거나 이에 적층될 수 있다. 일부 경우에, 광학 필름(140)은 제2 주 표면(120)에서 TIR을 지원하거나 유지할 수 있도록 충분히 낮은 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 그러한 경우에, 광학 필름은 약 1.35 이하, 또는 약 1.3 이하, 또는 약 1.25 이하, 또는 약 1.2 이하, 또는 약 1.15 이하, 또는 약 1.1 이하인 유효 굴절률을 갖는다.

광학 필름(140)은, 그 개시 내용이 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된, 발명의 명칭이 "광학 필름(OPTICAL FILM)"인 공계류 중인 미국 가출원 제61/169466호(대리인 관리번호 65062US002)에 기재된 바와 같은, 충분히 낮은 굴절률을 갖는 임의의 광학 필름일 수 있다.

일부 경우에, 광학 필름(140)은 결합제, 복수의 입자, 및 복수의 상호연결된 공극을 포함한다. 광학 필름에서의 복수의 상호연결된 공극의 부피율 또는 필름 다공도는, 약 20% 이상, 또는 약 30% 이상, 또는 약 40% 이상, 또는 약 50% 이상, 또는 약 60% 이상, 또는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상이다. 결합제 대 복수의 상호연결된 공극의 중량비는, 약 1:1 이상, 또는 약 1.5:1 이상, 또는 약 2:1 이상, 또는 약 2.5:1 이상, 또는 약 3:1 이상, 또는 약 3.5:1 이상, 또는 약 4:1 이상이다. 일부 경우에, 광학 필름은 실질적으로 낮은 광학 탁도를 갖는다. 예를 들어, 그러한 경우에, 광학 필름의 광학 탁도는, 약 10% 이하, 또는 약 7% 이하, 또는 약 5% 이하, 또는 약 3% 이하, 또는 약 2% 이하, 또는 약 1.5% 이하, 또는 약 1% 이하이다. 일부 경우에, 광학 필름에서의 입자는 대략 구형일 수 있다. 일부 경우에, 입자는 길 수 있다.

일부 경우에, 광학 필름(140)은 다공성이고 높은 광학 탁도를 가지며, 동시에 제2 주 표면(120)에서 TIR을 유지하거나 지원할 수 있다. 예를 들어, 그러한 경우에, 광학 필름(140)은 약 30% 이상, 또는 약 40% 이상, 또는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상인 광학 탁도를 갖는다.

도 2는 액정 패널(260), 제1 광학층(210), 및 공기 간극(240)에 의해 제1 광학층과 분리되는 광학 구조물(250)을 포함하는 광학 조립체(200)의 개략 측면도이다. 광학 구조물(250)은 제2 광학층(220) 및 제2 광학층 상에 배치된 광학 필름(230)을 포함한다. 공기 간극(240)은 광학 필름을 제1 광학층으로부터 분리한다.

제1 광학층(210)이 광학 필름(230)과 물리적으로 접촉하게 될 때, 제1 광학층(210)과 제2 광학층(220) 사이에 광 결합은 전혀 또는 거의 일어나지 않는다.

광학 구조물(250)에서 각각의 2개의 이웃하는 층들의 이웃하는 주 표면들의 상당한 부분은 서로 물리적으로 접촉해 있다. 예를 들어, 광학 구조물(250)에서 각자의 이웃하는 층(230, 220)들의 이웃하는 주 표면(235, 225)들의 상당한 부분은 서로 물리적으로 접촉해 있다. 예를 들어, 2개의 이웃하는 주 표면들의 50% 이상, 또는 60% 이상, 또는 70% 이상, 또는 80% 이상, 또는 90% 이상, 또는 95%가 서로 물리적으로 접촉해 있다. 일부 경우에, 광학 필름(230)은 제2 광학층(220)의 표면(225) 상에 코팅된다.

일반적으로, 광학 구조물(250)에서 각각의 2개의 이웃하는 층들의 이웃하는 주 표면(서로 마주하거나 서로 인접한 주 표면)들의 상당한 부분은 서로 물리적으로 접촉해 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 광학 필름(230)과 제2 광학층(220) 사이에 배치되는, 도 2에는 명확히 도시되지 않은, 하나 이상의 추가적인 층이 존재할 수 있다. 그러한 경우에, 광학 구조물(250)에서 각각의 2개의 이웃하는 층들의 이웃하는 주 표면들의 상당한 부분은 서로 물리적으로 접촉해 있다. 그러한 경우에, 광학 구조물에서 각각의 2개의 이웃하는 층들의 이웃하는 주 표면들의 50% 이상, 또는 60% 이상, 또는 70% 이상, 또는 80% 이상, 또는 90% 이상, 또는 95% 이상은 서로 물리적으로 접촉하여 있다.

일부 경우에, 광학 필름(230)은 실질적으로 감소된 유효 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 그러한 경우에, 광학 필름의 굴절률은 약 1.3 이하, 또는 약 1.25 이하, 또는 약 1.2 이하, 또는 약 1.15 이하, 또는 약 1.1 이하이다.

광학 필름(230)은 소정 응용에서 바람직할 수 있는 임의의 광학 탁도를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 광학 필름(230)은 약 2% 이하, 또는 약 1.5% 이하, 또는 약 1% 이하인 광학 탁도를 가질 수 있다. 다른 예로서, 일부 경우에, 광학 필름(230)은 약 30% 이상, 또는 약 40% 이상, 또는 약 50% 이상, 또는 약 60% 이상, 또는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상인 광학 탁도를 가질 수 있다.

일반적으로, 제1 및 제2 광학층(210, 220)들은 광학 조립체(200)에서 바람직할 수 있는 임의의 광학층일 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 제1 및 제2 광학층들 중 적어도 하나는 프리즘 광 방향전환층, 휘도 향상 필름, 또는 반사 편광층일 수 있다. 광학 필름(230)은 본 명세서에 개시된 임의의 광학 필름일 수 있다. 예를 들어, 광학 필름(230)은 광학 필름(140)과 유사할 수 있다.

광학 필름(230)이 제1 광학층과 제2 광학층 사이의 임의의 광 결합을 방지할 때와 같은 일부 경우에, 광학 필름의 두께는 약 1 마이크로미터 이상, 또는 약 1.2 마이크로미터 이상, 또는 약 1.4 마이크로미터 이상, 또는 약 1.6 마이크로미터 이상, 또는 약 1.8 마이크로미터 이상, 또는 약 2 마이크로미터 이상이다.

도 3은 광(2212)을 방출하는 광원(2210), 방출된 광을 수용하는 광학 구조물(2270), 광학 구조물 상에 배치되며 광학 구조물과 마주하는 평면 하부 주 표면(2255)을 갖는 광학층(2250) 및 광학층 상에 배치되는 액정 패널(2260)을 포함하는 디스플레이 시스템(2200)의 개략 측면도이다. 공기 간극(2240)이 광학층(2250)과 광학 구조물(2270) 사이에 배치되어 있으며 이들을 분리한다.

광학 구조물(2270)은 구조화된 주 표면(2225)을 포함하는 구조화된 층(2220) 및 구조화된 주 표면 상에 코팅된 광학 필름(2230)을 포함한다. 구조화된 주 표면(2225)은 각각 피크(peak, 2224)를 갖는 복수의 구조물(2222)을 포함한다.

구조물(2222)은 구조화된 층(2220)이 광원으로부터 수용하는 소정 광선을 내부 전반사하도록 설계된다. 예를 들어, 피크 근처의 구조화된 주 표면(2225) 상에 입사하는 광선(2214)은 구조물(2222)에 의해 내부 전반사된다. 광학 필름(2230)의 부재시, 평면 주 표면(2255)이 광학 구조물과 물리적으로 접촉할 때, 광선(2214)의 적어도 일부분은 광학층(2250)을 투과하거나 광 결합할 수 있으며, 그 결과 구조화된 층(2220)의 피크 근처에서 광 투과를 증가시킨다. 이러한 국부적인 증가된 투과는 전형적으로 광 결합 또는 웨트 아웃(wet-out)으로 지칭되며, 시청자(2295)가 액정 패널(2260)의 디스플레이 표면 영역에 걸쳐 육안으로 분명하고 바람직하지 않은 광도의 변동을 보게 할 수 있다. 광학 필름(2230)의 부재시, 구조화된 주 표면(2225)의 피크가 인접한 광학층(2250)과 물리적으로 접촉할 경우에 광 결합 또는 웨트 아웃이 전형적으로 일어난다. 광학 필름(2230)은 구조화된 주 표면(2225)이 평면 표면(2255)과 물리적으로 접촉하게 되는 것을 방지하도록 충분히 두껍다. 예를 들어, 구조화된 주 표면의 피크, 즉 층(2250, 2220)이 서로 물리적으로 접촉하기 쉬운 위치에서 광학 필름(2230)의 두께 t₁은 약 0.7 마이크로미터 이상, 또는 약 1 마이크로미터 이상, 또는 약 1.1 마이크로미터 이상, 또는 약 1.2 마이크로미터 이상, 또는 약 1.3 마이크로미터 이상, 또는 약 1.4 마이크로미터 이상, 또는 약 1.5 마이크로미터 이상, 또는 약 1.7 마이크로미터 이상, 또는 약 2 마이크로미터 이상이다.

일부 경우에, 광학 필름(2230)의 광학 탁도는 약 5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3% 이하, 또는 약 2% 이하, 또는 약 1% 이하이다.

광학 필름(2230)은 본 명세서에 개시된 임의의 광학 필름일 수 있다. 예를 들어, 광학 필름(2230)은 광학 필름(140 또는 230)과 유사할 수 있다.

일부 경우에, 광학 필름(2230)은 제1 매체에 분산된 복수의 입자 및 복수의 공극을 포함한다. 입자 및 공극은 제1 매체의 굴절률 nn_b보다 작은 유효 굴절률 n_eff를 갖는 유효 매체를 생성하도록 충분히 작으며, 여기서 유효 매체는 공극, 입자, 및 제1 매체를 포함한다. 광학 필름의 유효 굴절률 n_eff는 광선(2214)이 구조화된 주 표면(2225)에서 TIR을 겪도록 충분히 낮다. 예를 들어, 그러한 경우에, n_eff는 약 1.3 이하, 또는 약 1.25 이하, 또는 약 1.2 이하, 또는 약 1.15 이하, 또는 약 1.1 이하이다.

구조화된 층(2220)은 소정 응용에서 바람직할 수 있는 임의의 구조화된 층일 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 구조화된 층은 휘도 향상 필름일 수 있다. 다른 예로서, 일부 경우에, 구조화된 층은 터닝(turning) 필름일 수 있다.

예시적인 광학 시스템(2200)에서, 광학 필름(2230)은 층(2220) 상에 배치된다. 일부 경우에, 광학 필름(2230)은, 예를 들어 광학층(2250)의 표면(2255) 상에 배치될 수 있다.

디스플레이 시스템(2200)은 액정 패널(2260)과 광원(2210) 사이에 배치되는 제1 주 표면(2255), 제1 주 표면(2255)과 광원(2210) 사이에 배치되는 제2 주 표면(2225), 제1 주 표면과 제2 주 표면을 분리하는 공기 간극(2240), 및 2개의 주 표면들이 서로 물리적으로 접촉하는 것을 방지하기 위해 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 배치되는 광학 필름(2230)을 포함한다. 일부 경우에, 광학 필름(2230)은 결합제, 복수의 입자, 및 복수의 상호연결된 공극을 포함한다.

일부 경우에, 주 표면(2255, 2225)들 중 적어도 하나는 프리즘 광 방향전환층, 휘도 향상 필름, 또는 반사 편광층의 주 표면이다.

예시적인 디스플레이 시스템(2200)에서, 광학 필름(2230)은 실질적으로 구조화된 주 표면(2225) 전체를 덮는다. 일부 경우에, 광학 필름은 구조화된 주 표면의 일부분만을 덮는다. 예를 들어, 도 4는 구조화된 층(2220)의 피크들 중 일부만 덮는 패터닝된 광학 필름(510)의 개략 측면도이다. 광학 필름(510)은 본 명세서에 개시된 임의의 광학 필름과 유사할 수 있다. 일부 경우에, 2개의 주 표면들 사이의 공기 간극에 배치되는 광학 필름은 서로 물리적으로 접촉하기 쉬운 2개의 주 표면들의 그러한 부분들만 분리할 필요가 있다.

도 5는 도광체(2310), 도광체의 좌측 에지(2312)를 따라 배치된 복수의 램프(2320), 도광체의 하부 에지(2313)의 일부분을 덮는 제1 광학 필름(2330), 도광체의 상부 에지(2314)의 일부분을 덮는 제2 광학 필름(2331), 및 도광체의 우측 에지(2311)와 상부 및 하부 에지들의 일부를 덮는 제3 광학 필름(2332)을 포함하는 광원(2300)의 개략 평면도이다.

램프(2320)는 광(2322)을 방출하고, 광은 도광체의 에지(2312)로부터 도광체(2310)로 들어가며 내부 전반사(TIR)에 의해 도광체 안으로 전파한다. 소정 응용에서 광원의 작동 동안에, 도광체(2310)는 예를 들어 도광체를 내장하고/하거나 지지할 수 있는 프레임(2340)과 같은 외부 물체와 물리적으로 접촉하게 될 수 있다. 접촉은, 예를 들어 TIR의 적어도 부분적인 방해로 인해, 광 손실을 초래할 수 있다. 광학 필름(2330 내지 2332)은 도광체(2310)의 적어도 일부분을 덮고, 도광체가 프레임(2340)과 같은 물체와 물리적으로 접촉하게 될 경우 광학 손실을 방지한다. 광학 필름은 도광체와 임의의 외부 물체 사이의 광 결합을 방지하거나 실질적으로 방지함으로써 광학 손실을 방지하도록 충분히 두껍다. 동시에, 광학 필름은 도광체에서 광선(2324)과 같은 광선의 TIR을 촉진시키거나 유지하도록 충분히 두껍고 충분히 낮은 굴절률을 갖는다.

예시적인 광원(2300)은 도광체의 일부분을 덮는 3개의 광학 필름을 포함한다. 일반적으로, 광원(2300)은 도광체의 일부분 또는 전부를 덮는 하나 이상의 광학 필름을 가질 수 있다. 예로서, 광원은 도광체의 상부, 하부, 및 우측 에지들을 덮는 광학 필름을 가질 수 있다. 일부 경우에, 도광체 전체가 충분히 두꺼운 광학 필름으로 코팅될 수 있다.

저굴절률 층(2330 내지 2332)은 본 명세서에 개시된 임의의 광학 필름 또는 저굴절률 층일 수 있다. 일부 경우에, 광학 필름은 제1 매체 내에 분산된 복수의 입자 및 복수의 공극을 포함한다. 입자 및 공극은 제1 매체의 굴절률 n_b보다 작은 유효 굴절률 n_eff를 갖는 유효 매체를 생성하도록 충분히 작으며, 여기서 유효 매체는 공극, 입자, 및 제1 매체를 포함한다. 광학 필름의 유효 굴절률 n_eff는 광선(2324)이 TIR을 겪도록 충분히 낮다. 예를 들어, 그러한 경우에, n_eff는 약 1.3 이하, 또는 약 1.25 이하, 또는 약 1.2 이하, 또는 약 1.15 이하, 또는 약 1.1 이하이다.

일부 경우에, 광원(2300)에서의 광학 필름은 결합제에 분산된 복수의 입자 및 복수의 공극을 포함한다. 광학 필름은 결합제의 굴절률보다 더 작은 유효 굴절률을 갖는다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "수직", "수평", "위", "아래", "좌측", "우측", "상부" 및 "하부", "시계방향" 및 "반시계방향" 및 다른 유사한 용어와 같은 용어들은 도면에 도시된 바와 같은 상대적인 위치를 지칭한다. 일반적으로, 물리적인 실시 형태는 상이한 배향을 가질 수 있으며, 그 경우에 이 용어들은 장치의 실제 배향에 맞추어 수정되는 상대적인 위치를 지칭하도록 의도된다. 예를 들어, 도 1에서의 광학 구조물(100)이 도면에서의 배향과 비교하여 뒤집어진다 해도, 광학 필름(140)은 여전히 주 표면(120)의 상부에 있는 것으로 간주된다.

이상에서 언급된 모든 특허, 특허 출원 및 다른 공보들은 상세히 재현한 것처럼 본 문헌에 참고로 포함된다. 본 발명의 특정의 실시예가 본 발명의 다양한 태양의 설명을 용이하게 하기 위해 위에서 상세히 기술되었지만, 본 발명을 실시예의 상세 사항으로 제한하고자 하는 것이 아님을 알아야 한다. 오히려, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 사상 및 범주 내에 속하는 모든 수정, 실시 형태 및 대안을 포함하고자 한다.

Claims

광학 구조물로서,
서로 마주하고 공기 간극(air gap)에 의해 분리되어 있는 제1 주 표면(major surface) 및 제2 주 표면을 포함하며,
제1 주 표면 및 제2 주 표면은 공기 간극에서의 제1 위치에서 서로 물리적으로 접촉하기 쉽고, 광학 구조물은 제1 위치에서 제1 주 표면과 제2 주 표면이 서로 접촉하는 것을 방지하도록 제1 위치에 배치된 광학 필름을 포함하며, 광학 필름은 1.3 이하인 유효 굴절률을 갖는 광학 구조물.
광학 조립체로서,
제1 광학층;
제2 광학층, 및
제1 광학층과 제2 광학층 사이에 배치되고 1.3 이하인 유효 굴절률을 갖는 광학 필름을 포함하는 광학 구조물 - 광학 구조물에서 각각의 2개의 이웃하는 주 표면들의 50% 이상이 서로 물리적으로 접촉하여 있음 - ; 및
제1 광학층이 광학 필름과 물리적으로 접촉하게 될 때, 제1 광학층과 제2 광학층 사이에 광 결합(optical coupling)이 일어나지 않도록, 제1 광학층과 광학 구조물 사이에 배치된 공기 간극을 포함하는 광학 조립체.
광원으로서,
도광체;
도광체의 에지(edge)를 따라 배치된 하나 이상의 램프; 및
도광체가 물체와 물리적으로 접촉하게 될 때 광학 손실을 방지하기 위해 도광체의 적어도 일부분 상에 배치된 광학 필름을 포함하고,
광학 필름은 1 마이크로미터 이상인 두께 및 1.3 이하인 유효 굴절률을 갖는 광원.
제3항에 있어서, 광학 필름은 제1 매체 내에 분산된 복수의 입자 및 복수의 공극을 포함하며, 광학 필름은 제1 매체의 굴절률보다 작은 유효 굴절률을 갖는 광원.
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