KR101822672B1 - 점탄성 도광체를 구비한 조명 장치 - Google Patents

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마틴 크리스토퍼슨
마이클 에이 마이스
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Abstract

전자 디스플레이 장치를 위한 백라이트와 같은 조명 장치가 개시된다. 조명 장치는 광원에 광학적으로 결합된 점탄성 도광체를 포함하며, 나노공극형 중합체 층이 광원에 의해 방출된 광을 관리하기 위해 도광체와 함께 사용된다. 점탄성 도광체는 감압 접착제일 수 있다.

Description

점탄성 도광체를 구비한 조명 장치{ILLUMINATION DEVICE HAVING VISCOELASTIC LIGHTGUIDE}
본 발명은 조명 장치, 특히 전자 디스플레이 장치 내에 백라이트(backlight) 조립체로서 사용될 수 있는 조명 장치에 관한 것이다.
액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD) 장치와 같은 전자 디스플레이 장치는 컴퓨터 모니터, 텔레비전, 휴대용 장치, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라를 포함하는 다양한 응용에 사용된다. 전형적인 LCD 장치에서, LCD 패널은 이미지가 생성되도록 패널에 광학적으로 결합되는 하나 이상의 선 광원 또는 점 광원에 의해 후방 조명된다. 광원은 도광체(lightguide), 확산기 필름(diffuser film), 휘도 향상 필름(brightness enhancing film), 다층 광학 필름 등을 포함하는 광학 기재들 또는 필름들의 배열체를 사용하여 LCD 패널에 광학적으로 결합될 수 있다. LCD 장치는 흔히, LCD 패널과 결합될 수 있는 하우징 내에 둘 모두가 포함되는, 광학 필름들의 적합하게 설계된 배열체에 광학적으로 결합되는 하나 이상의 광원을 포함하는 백라이트 조립체를 사용하여 제조된다.
조명 장치가 본 명세서에 개시된다. 일부 실시 형태에서, 조명 장치는 광학 물품 - 상기 광학 물품은 점탄성 도광체(viscoelastic lightguide), 및 점탄성 도광체 상에 배치되며 복수의 상호연결된 나노공극(nanovoid)을 포함하는 나노공극형 중합체 층(nanovoided polymeric layer)을 포함함 - ; 및 점탄성 도광체에 광학적으로 결합되는 광원 - 이로써, 광원에 의해 방출되는 광은 점탄성 도광체에 입사되고, 내부 전반사에 의해 도광체 내에서 전송됨 - 을 포함한다. 점탄성 도광체는 감압 접착제를 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 조명 장치는 광학 물품 - 상기 광학 물품은 점탄성 도광체와 기재 사이에 배치되며 복수의 상호연결된 나노공극을 포함하는 나노공극형 중합체 층, 나노공극형 중합체 층과 점탄성 도광체 사이에 형성되며 복수의 제1 특징부를 포함하는 제1 계면, 및 나노공극형 중합체 층과 기재 사이에 형성되며 복수의 제2 특징부를 포함하는 제2 계면을 포함함 - ; 및 점탄성 도광체에 광학적으로 결합되는 광원 - 이로써, 광원에 의해 방출되는 광은 점탄성 도광체에 입사되고, 내부 전반사에 의해 도광체 내에서 전송됨 - 을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 조명 장치는 기재와 나노공극형 중합체 층 사이에 배치되는 점탄성 도광체를 포함하는 광학 물품 - 나노공극형 중합체 층은 복수의 상호연결된 나노공극을 포함함 - ; 및 점탄성 도광체에 광학적으로 결합되는 광원 - 이로써, 광원에 의해 방출되는 광은 점탄성 도광체에 입사되고, 내부 전반사에 의해 도광체 내에서 전송됨 - 을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 조명 장치는 나노공극형 중합체 층 상에 배치되는 점탄성 도광체를 포함하는 광학 물품 - 나노공극형 중합체 층은 복수의 상호연결된 나노공극을 포함하며, 점탄성 도광체와 나노공극형 중합체 층 사이에 형성되는 계면은 복수의 제1 특징부를 포함하고, 계면 반대편의 점탄성 도광체의 표면은 복수의 제2 특징부를 포함함 - ; 및 점탄성 도광체에 광학적으로 결합되는 광원 - 이로써, 광원에 의해 방출되는 광은 점탄성 도광체에 입사되고, 내부 전반사에 의해 도광체 내에서 전송됨 - 을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 조명 장치는 제1 나노공극형 중합체 층과 제2 나노공극형 중합체 층 사이에 배치되는 점탄성 도광체를 포함하는 광학 물품 - 제1 나노공극형 중합체 층은 복수의 제1 상호연결된 나노공극을 포함하며, 제2 나노공극형 중합체 층은 복수의 제2 상호연결된 나노공극을 포함하고, 점탄성 도광체와 제1 나노공극형 중합체 층 사이에 형성되는 제1 계면은 복수의 제1 특징부를 포함하며, 점탄성 도광체와 제2 나노공극형 중합체 층 사이에 형성되는 제2 계면은 복수의 제2 특징부를 포함함 - ; 및 점탄성 도광체에 광학적으로 결합되는 광원 - 이로써, 광원에 의해 방출되는 광은 점탄성 도광체에 입사되고, 내부 전반사에 의해 도광체 내에서 전송됨 - 을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 조명 장치는 제1 나노공극형 중합체 층과 제2 나노공극형 중합체 층 사이에 배치되는 점탄성 도광체 - 제1 나노공극형 중합체 층은 복수의 제1 상호연결된 나노공극을 포함하며, 제2 나노공극형 중합체 층은 복수의 제2 상호연결된 나노공극을 포함하고, 점탄성 도광체와 제1 나노공극형 중합체 층 사이에 형성되는 제1 계면은 점탄성 도광체 내에서 전송되는 광을 추출하는 복수의 제1 특징부를 포함하며, 점탄성 도광체와 제2 나노공극형 중합체 층 사이에 형성되는 제2 계면은 점탄성 도광체 내에서 전송되는 광을 반사하는 복수의 제2 특징부를 포함함 - , 및 점탄성 도광체 반대편에서 제1 나노공극형 층 상에 배치되는 기재 - 제1 나노공극형 층과 기재 사이에 형성되는 제3 계면은 선형 프리즘들의 어레이를 포함하고, 제3 계면 반대편의 기재의 표면은 원통형 렌즈들의 어레이를 포함함 - 를 포함하는 광학 물품; 및 점탄성 도광체에 광학적으로 결합되는 광원 - 이로써, 광원에 의해 방출되는 광은 점탄성 도광체에 입사되고, 내부 전반사에 의해 도광체 내에서 전송됨 - 을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 조명 장치는 광학 물품 - 상기 광학 물품은 점탄성 층과 접착제 층을 포함하는 점탄성 도광체, 및 점탄성 도광체 반대편에서 접착제 층 상에 배치되며 복수의 상호연결된 나노공극을 포함하는 나노공극형 중합체 층을 포함함 - ; 및 점탄성 도광체에 광학적으로 결합되는 광원 - 이로써, 광원에 의해 방출되는 광은 점탄성 도광체에 입사되고, 내부 전반사에 의해 도광체 내에서 전송됨 - 을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 조명 장치는 광학 물품 - 상기 광학 물품은 제1 접착제 층과 제2 접착제 층 사이에 배치되는 점탄성 층을 포함하는 점탄성 도광체, 및 점탄성 층 반대편에서 제1 접착제 층 상에 배치되며 복수의 제1 상호연결된 나노공극을 포함하는 제1 나노공극형 중합체 층을 포함함 - ; 및 점탄성 도광체에 광학적으로 결합되는 광원 - 이로써, 광원에 의해 방출되는 광은 점탄성 도광체에 입사되고, 내부 전반사에 의해 도광체 내에서 전송됨 - 을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 조명 장치는 나노공극형 중합체 층 상에 배치되는 점탄성 도광체를 포함하는 광학 물품 - 나노공극형 중합체 층은 복수의 상호연결된 나노공극을 포함하며, 점탄성 도광체와 나노공극형 중합체 층 사이에 형성되는 제1 계면은 복수의 제1 특징부를 포함함 - ; 및 점탄성 도광체에 광학적으로 결합되는 광원 - 이로써, 광원에 의해 방출되는 광은 점탄성 도광체에 입사되고, 내부 전반사에 의해 도광체 내에서 전송됨 - 을 포함한다.
조명 장치는 이미지를 제공하기 위해 사용될 수 있으며, 이것은 표지(sign) 또는 마킹(marking)일 수 있다. 조명 장치는 전자 디스플레이 장치에 사용될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 태양이 하기의 상세한 설명에 기술된다. 어떠한 경우에도 상기 개요가 청구 요지에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 되며, 청구 요지는 본 명세서에 기재된 바와 같은 특허청구범위에 의해서만 한정된다.
본 발명의 이점 및 특징은 이하에 제공되는 상세한 설명과 관련하여 하기 도면을 고려하여 더욱 완전하게 이해될 수 있다. 도면은 다양한 물품의 개략도이며, 반드시 축적에 맞게 도시되지는 않는다.
도 1a 및 도 1b는 본 명세서에 개시된 조명 장치의 실시 형태를 도시하는 도면.
도 2a 내지 도 2c는 광학 물품이 추가의 기재를 갖는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시하는 도면.
도 3a 내지 도 3f는 점탄성 도광체가 구조화된 표면을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시하는 도면.
도 4는 이미지를 제공하는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시하는 도면.
도 5a 내지 도 5d 및 도 6은 점탄성 도광체가 구조화된 표면(들)을 포함하는 추가의 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시하는 도면.
도 7a 내지 도 7c, 도 8a, 도 8b 및 도 9는 나노공극형 중합체 층이 불연속적인 예시적인 조명 장치의 개략도를 도시하는 도면.
도 10은 비평면형인 중합체 나노공극형 층을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시하는 도면.
도 11a 내지 도 11c는 입체 3D 이미지를 디스플레이하기 위한 LCD 장치 내에 사용하기에 적합한 광학 물품의 개략도를 도시하는 도면.
도 12a는 광학 물품 내에 매립된 2세트의 선형 특징부들을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시하는 도면.
도 12b는 2세트의 선형 특징부들을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시하며, 여기서 한 세트의 선형 특징부들이 광학 물품 내에 매립되어 있고 한 세트는 매립되어 있지 않은 도면.
도 13a 및 도 13b는 각각의 장치가 2개의 구조화된 표면을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시하며, 여기서 하나의 구조화된 표면이 광학 물품 내에 매립되어 있는 도면.
도 13c는 4개의 구조화된 표면을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시하며, 여기서 2개의 구조화된 표면이 광학 물품 내에 매립되어 있는 도면.
도 14a 내지 도 14f는 각각의 장치가 점탄성 도광체와 인접한 층들 사이의 계면에 형성된 2세트의 선형 특징부들을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시하는 도면.
도 15a 및 도 15b는 본 명세서에 개시된 광학 물품이 제조될 수 있는 예시적인 방법을 도시하는 도면.
도 16a 및 도 16b, 도 17a 및 도 17b, 도 18a 및 도 18b, 도 19a 및 도19b, 및 도 20은 예시적인 조명 장치로부터 데이터를 도시하는 도면.
본 발명은, 모두 2010년 1월 13일자로 출원되고 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 미국 가출원 제61/294671호(폴크(Wolk) 등); 제61/294610호(폴크 등); 제61/294600호(폴크 등); 및 제61/294577호(폴크 등)와 관련된다. 본 발명은 또한 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 국제 출원 공개 WO 2010/005655 A2호(셔먼(Sherman) 등)에 관련된다.
하기의 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하고 몇몇 구체적인 실시 형태가 예시로서 도시되어 있는 첨부된 세트의 도면들을 참조한다. 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 다른 실시 형태가 고려되고 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 하기의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해져서는 안 된다.
본 발명은 미세복제된 저 굴절률 재료(microreplicated low index material) 및 광학적 투명 접착제를 포함하는 고각 백라이트(high angle backlight, HABL)를 기술한다. HABL은 쓰리엠(3M)™ 3D 필름에 기반한 시간 분할(temporally multiplexed) 3D LCD 디스플레이의 일체형 부분이다. 하나 또는 양 주 표면이 렌즈, 프리즘, 또는 다른 추출 특징부와 같은 구조적 광학 요소를 갖는 구조화된 도광체가 기술된다. HABL의 저부 표면 상의 추출 특징부 및 상부 표면 상의 렌즈의 기하학적 형상은, 도광체의 일 면 내로 주입된 광이 상부 표면으로부터 규정된 각도(대개 70°, 단 에너지의 90%가 ± 10° 이내임)에서 주입 면 반대편의 도광체 위의 반구-절반(half-hemisphere) 내로 방출되도록 설계된다. 다수의 대안적인 구성을 포함하여 몇몇 실시 형태가 기술된다. 제안된 물품은 2개의 주 표면을 가진 저 탁도(haze) 및 고 투명도(transparency)의 점탄성 중실체(점탄성 도광체), 가공된 미세구조화된 표면을 갖는 저 굴절률 나노폼(nanofoam)(나노공극형 중합체 층) - 여기서, 점탄성 중실 본체의 적어도 하나의 주 표면은 저 굴절률 나노폼의 구조화된 표면과 일치함 - , 및 광을 점탄성 중실 본체 내로 주입하도록 구성된 광원을 포함한다.
HABL을 제조하기 위해 이용될 수 있는 공정이 또한 기술된다. HABL은 전형적으로 2개의 미세복제된 필름을 투명 아크릴의 중실 도광체 슬래브(slab)의 주 표면들에 접착함으로써 구성된다. 구조화된 필름의 접착은 UV-경화성의 광학적 투명 수지 시럽(resin syrup) 또는 광학적 투명 전사 접착제(transfer adhesive) 중 어느 하나를 사용하여 달성된다.
제안된 공정은 적어도 하나의 지지 필름을 제공하는 단계; 저 굴절률 나노폼을 지지 필름 상에 미세복제하는 단계; 구조화된 나노폼 필름을 점탄성 재료에 라미네이팅하여 광 안내 조립체(광학 물품)를 형성하는 단계; 및 조립체의 좌측 및 우측 면 내로 주입된 점 광원들의 어레이로부터의 광을 조립체의 주 표면에 걸쳐 분포시켜서 우측 면으로부터 주입된 광이 주 표면 위의 좌측 반구-절반 내로 대부분 빠져 나가게 하고 좌측 면으로부터 주입된 광이 주 표면 위의 우측 반구-절반 내로 대부분 빠져 나가게 하도록 조립체를 구성하는 단계를 포함한다.
일련의 구조화된 도광체 조립체가 광학적 투명 접착제(optically clear adhesive, OCA) 및 미세구조화된 저 굴절률 재료에 기반하며, OCA는 저 굴절률 구조물에 대하여 성형된다. 도 12a 및 도 12b에 도시된 것과 같은 일부 실시 형태에서, 접착제는 주요한 도광체 본체로서 작용한다. 그러나, 접착제-충전된 광학체가 중실 도광체에 접합되는 경우가 제공된다.
제안된 백라이트 복합 조립체는 일반적으로는 분리되어 있는 필름들 및 기능들을 통합한다. 제안된 백라이트 복합 조립체의 구성은 보다 단순하여서, 그들의 제조는 비용 효과적일 수 있다. 마지막으로, 조립체의 매립된 광학 구조물은 백라이트의 내구성으로 개선할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 명세서에 개시된 조명 장치의 실시 형태를 도시한다. 도 1a에서, 조명 장치(100)는 점탄성 도광체(110)에 광학적으로 결합된 광원(50), 및 도광체 상에 배치된 나노공극형 중합체 층(120)을 포함한다. 지지체(130)가 나노공극형 중합체 층 상에 배치되며, 이는 장치의 선택적인 구성요소이다. 점탄성 도광체 및 나노공극형 중합체 층은 본 명세서에서 광학 물품으로 지칭된다. 도 1b에서, 조명 장치(102)는 나노공극형 층(120) 반대편에서 도광체 상에 배치된 제2 나노공극형 중합체 층(125)을 포함한다.
점탄성 도광체
본 명세서에 개시된 조명 장치는 도광체를 포함하며, 여기서 하나 이상의 광원에 의해 방출된 광은 도광체에 입사되고, 굴절의 법칙 및 내부 전반사의 원리에 따라 전파, 반사, 및/또는 굴절된다. 도광체 내에서의 광의 거동은 다양한 인자들, 예컨대 도광체의 표면 구조, 도광체와 접촉하는 추가 기재(들)의 존재(또는 부재), 및/또는 도광체 및 도광체와 접촉하는 임의의 추가 기재(들)의 재료 조성에 좌우될 수 있다. 또한, 도광체 내에서의 광의 거동은 도광체에 입사되는 광의 각도 분포에 좌우될 수 있다.
본 명세서에 개시된 조명 장치와 관련된 광의 거동은 기하학적 광학의 원리를 사용하여 기술될 수 있다. 이들 원리는 잘 알려져 있고 본 명세서에 제공되지 않으며; 더욱 상세한 설명은 위에서 인용된 셔먼 등의 참고 문헌들에서 찾을 수 있다. 일반적으로, 다양한 3차원 구조, 재료 조성, 층 구성, 광의 각도 분포 등이 본 명세서에 개시된 조명 장치 및 물품에 대한 광의 거동에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지를 이론적으로 결정하기 위해 광선 추적 기법과 함께 굴절의 법칙 및 내부 전반사의 원리를 적용할 수 있다.
도광체는 약 0.01 초과, 약 0.1 초과, 또는 약 0.5 초과의 굴절률을 가질 수 있다. 광을 관리하기 위한 광학 물품, 예컨대 국제 출원 공개 WO 2010/005655 A2호(셔먼 등)에 기술된 바와 같은 추출기(extractor)가 도광체에 인접하여 배치될 때, 도광체와 광학 물품 사이의 굴절률 차이는 약 0.002 내지 약 0.5, 약 0.02 내지 약 0.5, 약 0.05 내지 약 0.5, 약 0.1 내지 약 0.5, 또는 약 0.4 내지 약 0.5일 수 있다. 추출기는 도광체에 광학적으로 결합될 수 있는 임의의 유형의 물품을 포함할 수 있다. 추출기는 전형적으로 조명 장치의 의도된 용도에 따라 선택된다.
도광체는 주어진 응용에 대해 필요한 대로 임의의 벌크(bulk) 3차원 형상을 가질 수 있다. 도광체는 정사각형 또는 직사각형 층, 시트, 필름 등의 형태일 수 있다. 도광체는 이하에 기술되는 바와 같은 형상으로 절단되거나 분할될 수 있다.
도광체의 두께는 도광체가 원하는 대로 기능할 수 있는 한, 특정하게 제한되지 않는다. 도광체의 두께는 광원에 기초하여 또는 그와 관련하여 선택될 수 있다. 도광체에 대한 예시적인 두께는 약 10.2 마이크로미터 (0.4 밀(mil)) 내지 약 25.4 ㎜ (1000 밀), 약 25.4 마이크로미터 (1 밀) 내지 약 7.6 ㎜ (300 밀), 약 25.4 마이크로미터 (1 밀) 내지 약 1.5 ㎜ (60 밀), 또는 약 12.7 마이크로미터 (0.5 밀) 내지 약 0.76 ㎜ (30 밀)의 범위이다.
도광체로부터 추출되는 광의 양 및 방향은 적어도 특징부의 형상, 크기, 개수, 배열 등, 도광체 및 도광체가 접촉하는 임의의 매질의 굴절률, 도광체의 형상 및 크기, 도광체에 입사하게 되는 광의 각도 분포에 의해 제어될 수 있다. 이들 변수는 도광체에 입사되는 광의 총량에 대해 약 10 내지 약 50%, 약 20 내지 약 50%, 약 30 내지 약 50%, 약 50 내지 약 70%, 약 50 내지 약 80%, 또는 약 10 내지 약 90%의 광이 도광체로부터 추출되도록 선택될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 도광체는 국제 출원 공개 WO 2010/005655 A2호(셔먼 등)에 기술된 바와 같은 점탄성 도광체이다. 일반적으로, 점탄성 도광체는 변형을 겪을 때 탄성 및 점성 거동 둘 모두를 나타내는 하나 이상의 점탄성 재료를 포함한다. 탄성 특성은 일시적인 하중이 제거된 후에 재료가 그의 원래 형상으로 복원되는 능력을 지칭한다. 재료에 대한 탄성의 하나의 척도는 인장 영구 변형(tensile set) 값으로 지칭되며, 이는 재료가 신장되고 이어서 재료가 신장되었던 조건과 동일한 조건 하에서 회복(수축(destretch))되게 한 후에 남아 있는 연신율(elongation)의 함수이다. 재료가 0%의 인장 영구 변형 값을 갖는 경우, 재료는 이완 시에 그의 원래 길이로 복원되는 반면, 인장 영구 변형 값이 100%인 경우, 재료는 이완 시에 그의 원래 길이의 2배이다. 인장 영구 변형 값은 ASTM D412를 사용하여 측정될 수 있다. 유용한 점탄성 재료는 약 10% 초과, 약 30% 초과, 또는 약 50% 초과; 또는 약 5 내지 약 70%, 약 10 내지 약 70%, 약 30 내지 약 70%, 또는 약 10 내지 약 60%의 인장 영구 변형 값을 가질 수 있다.
뉴턴 액체(Newtonian liquid)인 점성 재료는 응력이 전단 구배(shear gradient)에 의해 선형으로 증가함을 명시하는 뉴턴의 법칙에 따르는 점성 특성을 갖는다. 전단 구배가 제거됨에 따라, 액체는 그의 형상을 회복하지 않는다. 유용한 점탄성 재료의 점성 특성은 재료가 분해되지 않도록 하는 합리적인 온도 하에서의 재료의 유동성(flowability)을 포함한다.
점탄성 도광체는, 도광체로부터 광을 추출하도록 설계된 재료, 예컨대 광학 물품의 적어도 일부분과의 충분한 접촉 또는 습윤화(wetting)를 촉진시켜서 점탄성 도광체와 광학 물품이 광학적으로 결합되도록 하는 특성을 가질 수 있다. 이어서, 광은 점탄성 도광체로부터 추출될 수 있다. 점탄성 도광체는 일반적으로 연성, 순응성 및 가요성이다. 따라서, 점탄성 도광체는 충분한 접촉을 얻을 수 있도록 하는 탄성 모듈러스(또는 저장 모듈러스 G'), 및 층이 바람직하지 않게 유동하지 않도록 하는 점성 모듈러스(또는 손실 모듈러스 G"), 및 층의 상대적인 감쇠 정도에 대한 감쇠 계수(G"/G', tan D)를 가질 수 있다. 유용한 점탄성 재료는 10 rad/sec 및 약 20 내지 약 22℃의 온도에서 측정된, 약 300,000 Pa 미만의 저장 모듈러스 G'를 가질 수 있다. 재료의 점탄성 특성은, 예를 들어 ASTM D4065, D4440 및 D5279에 따라 동역학 분석(Dynamic Mechanical Analysis)을 사용하여 측정될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 달퀴스트(Dahlquist) 기준 라인에 기술된 바와 같은 PSA 층을 포함한다(문헌[Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology, Second Ed., D. Satas, ed., Van Nostrand Reinhold, New York, 1989]에 기술됨).
점탄성 도광체는 특정 박리력을 가질 수 있거나, 적어도 특정 범위 내의 박리력을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 점탄성 도광체는 약 19.7 내지 약 1181.1 g/㎝ (약 50 내지 약 3000 g/in), 약 118.1 내지 약 1181.1 g/㎝ (약 300 내지 약 3000 g/in), 또는 약 196.9 내지 약 1181.1 g/㎝ (약 500 내지 약 3000 g/in)의 90° 박리력을 가질 수 있다. 박리력은 아이매스(IMASS)로부터의 박리 시험기를 사용하여 측정될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 가시광 스펙트럼(약 400 내지 약 700 ㎚)의 적어도 일부에 걸쳐 약 80 내지 약 100%, 약 90 내지 약 100%, 약 95 내지 약 100%, 또는 약 98 내지 약 100%의 높은 광 투과율을 갖는 광학적으로 투명한 도광체를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 약 5% 미만, 약 3% 미만, 또는 약 1% 미만의 탁도 값을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 약 0.01 내지 약 5% 미만, 약 0.01 내지 약 3% 미만, 또는 약 0.01 내지 약 1% 미만의 탁도 값을 갖는다. 투과에서의 탁도 값은 ASTM D1003에 따라 탁도 측정기를 사용하여 결정될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 높은 광 투과율 및 낮은 탁도 값을 갖는 광학적으로 투명한 도광체를 포함한다. 높은 광 투과율은 가시광 스펙트럼(약 400 내지 약 700 ㎚)의 적어도 일부에 걸쳐 약 90 내지 약 100%, 약 95 내지 약 100%, 또는 약 99 내지 약 100%일 수 있으며, 탁도 값은 약 0.01 내지 약 5% 미만, 약 0.01 내지 약 3% 미만, 또는 약 0.01 내지 약 1% 미만일 수 있다. 점탄성 도광체는 또한 약 50 내지 약 100%의 광 투과율을 가질 수 있다.
일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 흐릿하며, 광, 특히 가시광을 확산시킨다. 흐릿한 점탄성 도광체는 약 5% 초과, 약 20% 초과, 또는 약 50% 초과의 탁도 값을 가질 수 있다. 흐릿한 점탄성 도광체는 약 5 내지 약 90%, 약 5 내지 약 50%, 또는 약 20 내지 약 50%의 탁도 값을 가질 수 있다.
일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 이것이 광을 반사 및 투과시킨다는 점에서 반투명일 수 있다.
점탄성 도광체는 약 1.3 내지 약 2.6, 1.4 내지 약 1.7, 또는 약 1.5 내지 약 1.7 범위의 굴절률을 가질 수 있다. 점탄성 도광체에 대해 선택되는 특정 굴절률 또는 굴절률의 범위는 조명 장치의 전체적인 설계 및 장치가 사용될 수 있는 특정 응용에 좌우될 수 있다.
점탄성 도광체는 일반적으로 적어도 하나의 중합체를 포함한다. 점탄성 도광체는 적어도 하나의 PSA를 포함할 수 있다. PSA는 피착물(adherend)들을 함께 접착시키는 데 유용하며, 다음과 같은 특성을 나타낸다: (1) 강력하면서 영구적인 점착성, (2) 지압 이하의 접착력, (3) 피착물 상에 유지되기에 충분한 능력, 및 (4) 피착물로부터 깨끗하게 제거되기에 충분한 응집 강도. 감압 접착제로서 충분히 기능하는 것으로 밝혀진 재료는 점착성, 박리 접착력 및 전단 유지력의 원하는 균형을 가져오는 필요한 점탄성 특성을 나타내도록 설계되어 제형화된 중합체이다. 적절한 특성 균형을 얻는다는 것은 간단한 공정이 아니다. PSA의 정량적인 설명은 위에서 인용된 달퀴스트 참고 문헌에서 찾을 수 있다.
유용한 PSA는 위에서 인용된 셔먼 등의 참고 문헌들에 상세히 기술되어 있다. 유용한 PSA는 적어도 하나의 모노에틸렌계 불포화 알킬 (메트)아크릴레이트 단량체를 포함하는 단량체 A - 단량체의 단일중합체는 약 0℃ 이하의 Tg를 가짐 - , 및 적어도 하나의 모노에틸렌계 불포화 자유-라디칼 공중합성 강화 단량체를 포함하는 단량체 B - 단량체의 단일중합체는 단량체 A의 Tg보다 높은 Tg, 예를 들어 약 10℃ 이상을 가짐 - 로부터 유도된 폴리(메트)아크릴레이트 PSA를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, (메트)아크릴은 아크릴 및 메타크릴 화학종 둘 모두를 지칭하며, (메트)아크릴레이트에 대해서도 마찬가지이다.
일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 천연 고무계 및 합성 고무계 PSA, 열가소성 탄성중합체, 점착성 부여된 열가소성-에폭시 유도체, 폴리우레탄 유도체, 폴리우레탄 아크릴레이트 유도체, 실리콘 PSA, 예컨대 폴리다이오르가노실록산, 폴리다이오르가노실록산 폴리옥사미드 및 실리콘 우레아 블록 공중합체를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 투명 아크릴 PSA, 예를 들어 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터의 VHB™ 아크릴 테이프 4910F 및 쓰리엠(3M)™ 광학 투명 라미네이팅 접착제(8140 및 8180 시리즈)와 같은 전사 테이프(transfer tape)로서 입수가능한 것들을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 루이스(Lewis) 산-염기 쌍을 형성하기 위해 접착제 매트릭스에 분산된 블록 공중합체를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 0도 각도에서 또는 거의 0도 각도에서 신장될 때 기재로부터 제거될 수 있는 신장 해제가능한 PSA를 포함한다.
점탄성 도광체는 선택적으로 하나 이상의 첨가제, 예컨대 충전제, 입자, 섬유, 기포, 가소제, 사슬 전달제, 개시제, 산화방지제, 안정제, 난연제, 점도 조절제, 발포제, 정전기방지제, 착색제, 예컨대 염료 및 안료, 형광 염료 및 안료, 인광 염료 및 안료, 섬유 강화제, 및 직포 및 부직포를 포함할 수 있다.
나노공극형 중합체 층
본 명세서에 개시된 조명 장치는 미국 가출원 제61/294610호(폴크 등; 2010년 1월 13일자로 출원됨) 및 본 명세서에 인용된 참고 문헌들에 기술된 바와 같은 나노공극형 중합체 층을 포함한다. 일반적으로, 나노공극형 중합체 층은 2개의 기재 사이에 배치될 때 공기 대신에 사용될 수 있는 저 굴절률 층을 포함한다. 나노공극형 중합체 층은 나노기공(nanopore)들 또는 나노공극들을 적어도 부분적으로 둘러싸는 중합체 고형 네트워크 또는 매트릭스를 포함한다. 나노공극형 중합체 층은 또한 결합제 내에 분산된 복수의 상호연결된 나노공극 또는 나노공극들의 네트워크를 갖는 것으로 기술될 수 있다. 나노공극형 중합체 층은 표면에 그리고 층 내에 나노공극들을 갖는 다공성일 수 있다. 복수의 또는 네트워크의 나노공극들 중 적어도 일부는 중공 터널 또는 중공 터널형 통로를 통해 서로 연결된다.
나노공극형 중합체 층은 복수의 상호연결된 나노공극을 다수 또는 나노공극들의 네트워크를 다수 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 복수의 또는 네트워크의 나노공극들은 상호연결된다. 일부 경우에, 다수인 복수의 상호연결된 나노공극에 더하여, 나노공극형 중합체 층은 복수의 폐쇄된 또는 연결되지 않은 나노공극을 포함할 수 있으며, 이는 나노공극들이 터널을 통해 다른 나노공극들에 연결되지 않는다는 것을 의미한다.
일반적으로, 나노공극들은 임의의 적합한 직경을 가질 수 있거나, 일정 범위의 직경 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 적어도 대다수의 나노공극들, 예컨대 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 이상의 나노공극들이 원하는 범위 내의 크기를 갖는다. 예를 들어, 일부 경우에, 적어도 대다수의 나노공극들, 예컨대 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 이상의 나노공극들이 um 단위인 10, 7, 5, 4, 3, 2, 1, 0.7 및 0.5 중 임의의 하나의 크기보다 대략적으로 작은 크기를 갖는다. 직경의 크기 및 분포는 미국 가출원 제61/294610호(폴크 등) 및 본 명세서에 인용된 참고 문헌들에 기술된 바와 같은 적합한 조성 및 제조, 예컨대 코팅, 건조 및 경화 조건을 선택함으로써 제어될 수 있다.
일부 경우에, 나노공극들 중 일부는, 그들의 주요한 광학 효과가 유효 굴절률을 감소시키는 것이도록 충분하게 작을 수 있고, 및/또는 나노공극형 중합체 층이 광을 산란시키도록 충분하게 클 수 있다. 나노공극형 중합체 층이 충분하게 두껍고, 나노공극들이 충분하게 작을 때, 이 층은 수학식 1에 의해 정의된 바와 같은 유효 유전율(permittivity) εeff, 및 수학식 2에 의해 정의된 바와 같은 유효 굴절률 neff1을 가질 수 있다. 일부 경우에, 나노공극들과 결합제의 굴절률들 사이의 차이가 충분하게 작은 때와 같은 경우, 나노공극형 중합체 층은 수학식 3에 의해 정의된 바와 같은 유효 굴절률 neff2를 가질 수 있다.
Figure 112012063665058-pct00001
Figure 112012063665058-pct00002
Figure 112012063665058-pct00003
수학식 3에 의해 정의된 바와 같은 유효 굴절률을 갖는 나노공극형 중합체 층의 경우, 나노공극형 미세구조화된 층의 유효 굴절률은 나노공극들과 결합제의 굴절률들의 체적 가중 평균이다. 예를 들어, 약 50%의 나노공극 체적 분율을 갖고 약 1.5의 굴절률을 갖는 결합제를 포함하는 나노공극형 중합체 층은 약 1.25의 유효 굴절률을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 나노공극형 중합체 층은 약 1.15 내지 약 1.45, 또는 약 1.2 내지 1.4의 유효 굴절률을 갖는다.
일반적으로, 나노공극형 중합체 층은 조명 장치의 의도된 용도에 따라 임의의 다공도 또는 공극 체적 분율을 가질 수 있다. 일부 경우에, 층 내의 복수의 공극의 체적 분율은 약 10% 이상, 또는 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% 이상, 또는 약 90% 이상이다.
일부 실시 형태에서, 나노공극형 중합체 층은 충분하게 두꺼워서, 층이 나노공극들 및 결합제의 굴절률들, 및 나노공극 또는 기공 체적 분율 또는 다공도에 관하여 표현될 수 있는 유효 굴절률을 가질 수 있다. 일부 경우에, 나노공극형 중합체 층의 두께는 약 1 내지 약 500 um, 또는 약 1 내지 약 1000 um이다.
나노공극형 층 내에 사용되는 결합제 또는 중합체 재료는 특정하게 제한되지 않으며, 전형적으로 층의 형성 동안 단량체로부터 형성된다. 즉, 결합제는 중합성 코팅 재료(이하에 기술됨)로부터 제조된다. 결합제는 화학적으로 및/또는 열적으로 개시되는 것들뿐만 아니라, 가시선, UV 및 전자-빔(e-beam) 방사에 의해 개시되는 것들과 같은 종래의 수단에 의해 중합되는 단량체로부터 제조될 수 있다. 예시적인 중합성 재료는 저 분자량 재료(500 g/mol 미만), 올리고머(500 내지 10,000 g/mol) 및 중합체(10,000 g/mol 초과)를 포함한다.
예시적인 중합성 재료는 폴크 등의 참고 문헌에 상세히 기술되어 있다. 중합성 재료는 에틸렌계 불포화 화합물, 예컨대 스티렌 및 (메트)아크릴레이트 (아크릴레이트 및 메타크릴레이트)를 갖는 것들, 및 다른 재료, 예컨대 에폭시-작용화 재료, 아이소시아네이트, 및 실리콘- 및 플루오로-함유 재료를 포함한다. 중합성 재료들의 조합이 사용될 수 있으며, 나노공극형 중합체 층 내의 생성되는 결합제가 가교결합되도록 가교결합제가 이용될 수 있다.
나노공극들에는 물질 및/또는 미립자가 전혀 없을 수 있다. 일부 실시 형태에서, 나노공극들은 하나 이상의 작은 섬유- 또는 스트링-유사 물체, 예컨대 결합제 및/또는 나노입자들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 적합한 나노입자들은 임의의 직경을 가질 수 있거나 일정 범위의 직경 내에 있을 수 있지만, 특정하게는 약 3 내지 약 1000 ㎚, 약 3 내지 약 500 ㎚, 약 3 내지 약 100 ㎚, 또는 약 3 내지 약 50 ㎚일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 적어도 대다수의 나노입자들, 예컨대 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 이상의 나노입자들이 원하는 범위 내의 크기를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 입자들은 큰 종횡비(aspect ratio)를 갖는 나노입자들의 응집체(aggregate)일 수 있다. 응집체의 최대 단면 치수는 전술된 범위들 중 임의의 범위 내에 있을 수 있다. 응집체 형태의 예시적인 나노입자들은, 예를 들어 카보트 코.(Cabot Co.)로부터 입수가능한 CAB-O-SPERSE 제품인, 약 50 ㎚ 미만의 직경을 가진, 건식 실리카(fumed silica) 및 건식 알루미나(fumed alumina)와 같은 "건식(fumed)" 나노입자들을 포함한다.
일부 경우에, 나노입자들은, 그들의 주요한 광학 효과가 굴절률을 변경하는 것이도록 충분하게 작을 수 있고, 및/또는 층이 광을 산란시키도록 충분하게 클 수 있다. 예를 들어, 지르코니아(n=2.2) 및 티타니아(n=2.7)와 같은 고 굴절률 나노입자들의 혼입물이 나노공극형 중합체 층 내로 포함될 수 있어서, 굴절률이 약 1.4로부터 약 2.0으로 증가된다.
나노입자들은 무기 나노입자들, 유기(예컨대, 중합체) 나노입자들, 또는 유기 나노입자들과 무기 나노입자들의 조합일 수 있다. 특정한 일 실시 형태에서, 나노입자들은 다공성 입자들, 중공 입자들, 중실 입자들, 또는 이들의 조합일 수 있다. 적합한 무기 나노입자들의 예는 지르코니아, 티타니아, 세리아, 알루미나, 산화철, 바나디아, 산화안티몬, 산화주석, 알루미나/실리카, 실리카/지르코니아 및 이들의 조합과 같은 실리카 및 금속 산화물을 포함한다. 나노입자들은 콜로이드성 분산액의 형태로 제공될 수 있다. 금속 산화물은 날코 케미칼 코.(Nalco Chemical Co.)로부터의 날코(NALCO); 닛산 케미칼 아메리카 코.(Nissan Chemical America Co.)로부터의 IPA 및 MA 졸(sol); 역시 닛산 케미칼 아메리카 코.로부터의 스노우텍스(SNOWTEX)라는 제품명으로 찾을 수 있다.
일부 실시 형태에서, 나노입자들은 표면-개질되지 않는다. 일부 실시 형태에서, 나노입자들은 표면-개질된다. 나노입자들은 층이 형성되는 제형에서의 상용성을 증가시키기 위해 표면-개질될 수 있다. 나노입자들은 또한 이들이 화학적으로 및/또는 물리적으로 결합제에 접합되도록 표면-개질될 수 있다. 전자의 경우에, 표면-개질된 나노입자들은 결합제와 화학적으로 반응하는 작용기를 갖는다. 일반적으로, 표면 개질은 나노입자들이 소수성 및/또는 친수성 표면을 갖도록 표면-개질제에 의해 수행될 수 있다. 표면-개질제는 실란, 유기 산 및 유기 염기를 포함한다. 나노입자들을 표면-개질하기 위한 방법은 미국 가출원 제61/294610호(폴크 등) 및 본 명세서에 인용된 참고 문헌들에 기술되어 있다. 일부 실시 형태에서, 나노입자들은 지이 실리콘즈(GE Silicones)로부터 입수가능한 실퀘스트(SILQUEST) 실란과 같은 실란으로 표면-개질된 실리카를 포함한다.
결합제 또는 중합성 재료 대 나노입자들의 중량비는 나노공극형 중합체 층의 원하는 특성에 따라 약 30:70, 40:60, 50:50, 55:45, 60:40, 70:30, 80:20 또는 90:10 또는 그 이상의 범위일 수 있다. 나노입자들의 중량%의 바람직한 범위는 약 10 중량% 내지 약 60 중량%의 범위이며, 이는 사용되는 나노입자의 밀도 및 크기에 좌우될 수 있다.
나노공극형 중합체 층은 미국 가출원 제61/294610호(폴크 등; 2010년 1월 13일자로 출원됨) 및 본 명세서에 인용된 참고 문헌들에 기술된 바와 같이 제조될 수 있다. 일반적으로, 나노공극형 중합체 층은 용매-함유 중합체 또는 예비-중합체 용액을 기재 상에 코팅하고 이어서 제어된 조건 하에서 용매를 증발시킴으로써 형성된다. 용액이 예비-중합체 성분(예컨대, 단량체)을 포함하는 경우, 성분은 용매가 제거되기 전에, 그 동안에, 또는 그 후에 적절한 수단에 의해 중합될 수 있다. 코팅 용액 내의 용매의 양은 나노공극형 중합체 층 내에 형성되는 공극 체적에 상관될 수 있다. 코팅 용액은 전형적으로 대략 10 내지 약 70 중량% 정도의 용매를 포함한다. 다양한 처리 및 후-처리 단계가 폴크 등의 참고 문헌에 기술된 바와 같이 나노공극형 중합체 층의 제조에서 수행될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 후술되는 바와 같이, 나노공극형 중합체 층은 층이 복수의 표면 완화 특징부를 갖도록 미세구조화되며, 각각의 특징부는 약 1 ㎜ 미만, 약 500 um 미만, 또는 약 50 ㎚ 내지 약 500 um인 적어도 하나의 치수를 갖는다. 나노공극형 중합체 층은 용매가 제거되기 전에 코팅 용액을 미세구조화된 공구와 접촉시킴으로써 미세구조화될 수 있다. 경화가 필요한 경우, 용액은 공구와 접촉하고 있는 동안 경화될 수 있다. 일반적으로, 미세구조화된 공구가 사용될 때, 용액은 기재 상에 코팅되고 이어서 공구와 접촉될 수 있거나, 용액은 공구에 이어서 기재와 접촉할 수 있다. 이들 변형을 기술하는 상세 사항은 폴크 등의 참고 문헌에 제공되어 있다.
나노공극형 중합체 층은 표면이, 예를 들어 프리즘, 렌즈형 렌즈, 프레넬(Fresnel) 요소 또는 원통형 렌즈인 굴절 요소의 형태 - 이들 중 임의의 것이 규칙적인 선형 또는 2D 어레이, 또는 불규칙적인, 의사랜덤(pseudorandom), 구불구불한 패턴 또는 랜덤 어레이를 형성할 수 있음 - 이도록 미세구조화될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 미세구조화된 표면은 재귀반사성(retroreflectivity) 또는 부분적인 재귀반사성을 부여하는데, 예를 들어 표면은 큐브 코너(cube corner) 요소, 회절 요소, 예컨대 선형 또는 2D 격자(grating), 회절 광학 요소, 또는 홀로그래픽(holographic) 요소를 포함할 수 있다. 특정한 미세구조가 조명 장치의 원하는 특성에 따라 선택될 수 있으며, 임의의 인접한 층들의 특성에 좌우된다.
많은 상이한 유형의 용매가 코팅 용액 내의 중합체 또는 단량체 성분 및 나노공극형 중합체 층의 원하는 특성에 따라 사용될 수 있다. 용매는 용매들의 혼합물일 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 용매는 극성 및/또는 비-극성, 그리고 고 비등성 또는 저 비등성일 수 있다. 예시적인 용매는 탄화수소, 알코올, 케톤, 글리콜 에테르, 에스테르 및 물을 포함한다. 점착부여제, 가소제, UV 흡수제 등과 같은 추가물이 또한 코팅 용액 내에 포함될 수 있다.
나노공극형 중합체 층의 형성에 사용되는 지지체는 특정하게 제한되지 않으며, 층을 제조하는 데 사용되는 특정 제조 공정에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 나노공극형 층의 형성에 사용되는 지지체는 지지체 반대편 면 상에 배치된 코팅 용액을 경화시키기 위해 광이 그것을 통해 투과되게 할 수 있다. 예시적인 지지체는 폴리에스테르, 예컨대 PET, 폴리카르보네이트, 아크릴 및 메타크릴을 포함한다. 나노공극형 중합체 층의 형성에 사용되는 지지체는 광학 물품의 일부일 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 즉, 나노공극형 중합체 층이 형성된 후에, 지지체(130)는 제거될 수 있거나, 그것은 광학 물품의 구성요소로서 포함되도록 제위치에 남아 있을 수 있다. 이러한 후자의 경우에, 지지체는 기재에 대해 후술되는 바와 같이, 의도된 응용에 적합한 광학 특성을 갖는다. 후술되는 기재들 중 임의의 것이 나노공극형 중합체 층의 형성을 위한 지지체로서 사용될 수 있다.
나노공극형 중합체 층은 조명 장치의 의도된 용도에 따라 특정 탁도 특성을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 나노공극형 중합체 층은 약 5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3.5% 이하, 또는 약 3% 이하, 또는 약 2.5% 이하, 또는 약 2% 이하, 또는 약 1.5% 이하, 또는 약 1% 이하의 낮은 광학 탁도를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 나노공극형 중합체 층은 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% 이상의 높은 광학 탁도를 갖는다. 나노공극형 중합체 층에 수직하게 입사되는 광의 경우, 광학 탁도는 총 투과된 광에 대한, 수직 방향으로부터 4도 초과만큼 벗어난 투과된 광의 비로서 정의된다. 굴절률 값은 (메트리콘 코프.(Metricon Corp.)로부터 입수가능한) 메트리콘(Metricon) 모델 2010 프리즘 커플러(Prism Coupler)를 사용하여 측정될 수 있다. 광학 투과율, 투명도 및 탁도는 (비와이케이-가디너(BYK-Gardiner)로부터 입수가능한) 헤이즈-가드 플러스(Haze-Gard Plus) 탁도 측정기를 사용하여 측정될 수 있다.
광원
광원은 광원으로부터의 광 중 적어도 일부가 도광체에 입사될 수 있도록 도광체에 광학적으로 결합된다. 예를 들어, 광원에 의해 방출된 광의 1% 초과, 10% 초과, 20% 초과, 30% 초과, 40% 초과, 50% 초과, 90% 초과, 또는 약 100%가 도광체에 입사되도록 광원이 도광체에 광학적으로 결합될 수 있다. 다른 예의 경우, 광원에 의해 방출된 광의 약 1 내지 약 10%, 약 1 내지 약 20%, 약 1 내지 약 30%, 약 1 내지 약 40%, 약 1 내지 약 50%, 약 1 내지 약 100%, 약 1 내지 약 100%, 약 50 내지 약 100%, 또는 약 1 내지 약 100%가 도광체에 입사되도록 광원이 도광체에 광학적으로 결합될 수 있다. 광원은 랜덤 또는 특정의 각도 분포를 갖는 광을 방출할 수 있다.
광원은 임의의 적합한 광원을 포함할 수 있다. 예시적인 광원은 선 광원, 예컨대 냉음극 형광 램프(cold cathode fluorescent lamp) 및 점 광원, 예컨대 발광 다이오드(LED)를 포함한다. 예시적인 광원은 또한 유기 발광 소자(organic light-emitting device, OLED), 백열 전구, 형광 전구, 할로겐 램프, UV 전구, 적외선원, 근-적외선원, 레이저, 또는 화학적 광원을 포함한다. 일반적으로, 광원에 의해 방출된 광은 가시성 또는 비가시성일 수 있다. 적어도 하나의 광원이 사용될 수 있다. 예를 들어, 1 내지 약 10,000개의 광원이 사용될 수 있다. 광원은 도광체의 에지에 또는 그 부근에 위치되는 일 열의 LED들을 포함할 수 있다. 광원은 LED들로부터 방출된 광이 원하는 영역 전체에 걸쳐 연속적으로 또는 균일하게 도광체를 조명하도록 회로 상에 배열된 LED들을 포함할 수 있다. 광원은 색상들이 도광체 내에서 혼합될 수 있도록 상이한 색상들의 광을 방출하는 LED들을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, (후술되는 바와 같은) 그래픽이 그의 사용 동안 상이한 시간에 상이하게 나타나도록 설계될 수 있다.
예시적인 조명 장치
점탄성 도광체 및 나노공극형 중합체 층을 포함하는 다양한 다층 구성이 조명 장치에 사용될 수 있으며, 장치 내에 사용되는 특정 다층 구성은 의도된 응용에 좌우된다. 이들 실시 형태 중 일부가 후술된다.
도 2a는 예시적인 조명 장치(200)의 개략적인 단면을 도시한다. 조명 장치(200)는 도 1a에서 기술된 바와 같이, 광원(50), 점탄성 도광체(110) 및 나노공극형 중합체 층(120)을 포함한다. 조명 장치(200)는 나노공극형 중합체 층 반대편에서 도광체 상에 배치된 기재(230)를 포함한다. 상이한 광학 특성 및 화학적 성질을 포함하는 다양한 기재가 기재(230)로서 사용될 수 있다. 기재(230)는 약 1.3 내지 약 2.6, 1.4 내지 약 1.7, 또는 약 1.5 내지 약 1.7 범위의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 기재(230)는 점탄성 도광체의 굴절률보다 작은 굴절률을 가질 수 있어서, 기재는 도광체 내에서 전파되는 광을 위한 광 함유 기재로서 기능한다. 점탄성 도광체와 접촉하는 광 함유 기재의 경우, 도광체로부터 그리고 기재에 의해 추출되는 광의 양은 도광체에 입사되는 광의 총량에 대해 약 0.5% 미만, 약 1% 미만, 약 2% 미만, 약 5% 미만, 또는 약 10% 미만일 수 있다. 일반적으로, 점탄성 도광체(110)와 기재(230) 사이의 계면의 적어도 일부분은 광학적으로 평탄하여서, 점탄성 도광체 내에서 전파되는 광은 내부 전반사에 의해 전송된다.
일부 실시 형태에서, 기재(230)는 점탄성 도광체의 굴절률보다 큰 굴절률을 가질 수 있어서, 기재는 광 추출 기재로서 기능한다. 점탄성 도광체와 접촉하는 광 추출 기재의 경우, 도광체로부터 그리고 기재에 의해 추출되는 광의 양은 도광체에 입사되는 광의 총량에 대해 약 10% 초과, 약 20% 초과, 약 30% 초과, 약 40% 초과, 약 50% 초과, 약 60% 초과, 약 70% 초과, 약 80% 초과, 또는 약 90% 초과일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 기재(230)는 점탄성 도광체의 굴절률과 동일하거나 거의 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 두 실시 형태 모두에서, 점탄성 도광체(110)와 기재(230) 사이의 계면의 적어도 일부분은 광학적으로 평탄하여서, 점탄성 도광체 내에서 전파되는 광은 내부 전반사에 의해 전송된다.
일부 실시 형태에서, 기재(230)는 가시광 스펙트럼의 적어도 일부에 걸쳐 약 80 내지 약 100%, 약 90 내지 약 100%, 약 95 내지 약 100%, 또는 약 98 내지 약 100%의 높은 광 투과율을 갖는 광학적으로 투명한 기재를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 기재(230)는 약 5% 미만, 약 3% 미만, 또는 약 1% 미만의 탁도 값을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 기재(230)는 약 0.01 내지 약 5% 미만, 약 0.01 내지 약 3% 미만, 또는 약 0.01 내지 약 1% 미만의 탁도 값을 갖는다.
일부 실시 형태에서, 기재(230)는 높은 광 투과율 및 낮은 탁도 값을 갖는 광학적으로 투명한 기재를 포함한다. 높은 광 투과율은 가시광 스펙트럼의 적어도 일부에 걸쳐 약 90 내지 약 100%, 약 95 내지 약 100%, 또는 약 98 내지 약 100%일 수 있고, 탁도 값은 약 0.01 내지 약 5% 미만, 약 0.01 내지 약 3% 미만, 또는 약 0.01 내지 약 1% 미만일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 기재(230)는 흐릿하며, 광, 특히 가시광을 확산시킨다. 흐릿한 기재(230)는 약 5% 초과, 약 20% 초과, 또는 약 50% 초과의 탁도 값을 가질 수 있다. 흐릿한 기재(230)는 약 5 내지 약 90%, 약 5 내지 약 50%, 또는 약 20 내지 약 50%의 탁도 값을 가질 수 있다.
일부 실시 형태에서, 기재(230)는 낮은 광 투과율, 예를 들어 약 0.1 내지 약 70%, 약 0.1 내지 약 50%, 또는 약 0.1 내지 약 20%를 갖는다.
일부 실시 형태에서, 기재(230)는 이것이 광을 반사 및 투과시킨다는 점에서 반투명일 수 있다.
일부 실시 형태에서, 기재(230)는 점탄성 도광체에 대해 전술된 바와 같은 하나 이상의 점탄성 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 기재(230)는 점탄성 도광체에 대해 전술된 바와 같은 PSA를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 기재(230) 및 점탄성 도광체는 점탄성 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 기재(230) 및 점탄성 도광체는 PSA를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 투명 아크릴 PSA를 포함하고, 기재(230)는 실리콘 PSA를 포함한다. 실리콘 PSA는 전술된 바와 같은 신장 해제가능한 PSA를 포함할 수 있다. 투명 아크릴 PSA의 굴절률은 실리콘 PSA의 굴절률보다 클 수 있는데, 예컨대 굴절률 차이는 약 0.04 내지 약 0.09일 수 있다. 예시적인 투명 아크릴 PSA는 쓰리엠 컴퍼니로부터의 VHB™ 아크릴 테이프 4910F 및 쓰리엠™ 광학 투명 라미네이팅 접착제(8140 및 8180 시리즈)와 같은 전사 테이프로서 입수가능하다. 실리콘 PSA는 전술한 것들 중 임의의 것, 예컨대 폴리다이오르가노실록산 폴리옥사미드를 포함하는 실리콘 PSA를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 기재(230)는 점탄성 도광체를 다른 기재에 접착하는 데 유용한 접착제를 포함한다. 유용한 접착제는 광학적 투명 접착제, 광학적 확산 접착제, 방사선 경화 접착제, 열 경화 접착제, 고온 용융 접착제, 콜드 실(cold seal) 접착제, 열 활성화 접착제, 실온에서 경화되는 접착제 및 접착제 접합 강도가 약 6 MPa 이상인 구조용 접착제 등을 포함한다. 구조용 접착제는 쓰리엠™ 스카치-웰드(SCOTCH-WELD)™ 접착제로 입수가능하다.
일부 실시 형태에서, 기재(230)는 점탄성이 아니다.
일부 실시 형태에서, 기재(230)는 중합체 필름을 포함한다. 유용한 중합체 필름은 셀룰로오스 아세테이트, 폴리(메트)아크릴레이트 (아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트), 폴리에테르 설폰, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐 클로라이드, 신디오탁틱 폴리스티렌, 환형 올레핀 공중합체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 나프탈렌 다이카르복실산에 기반한 공중합체 또는 블렌드, 또는 이들의 일부 조합을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 기재(230)는 점탄성 도광체의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 폴리(메트)아크릴레이트를 포함한다.
기재(230)는 점탄성 도광체 내에서 전송되는 입사 광을 반사하는 반사기일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 반사기는 광의 반사각이 입사각의 약 16° 이내인 경면 반사기(specular reflector)를 포함한다. 적합한 경면 반사기는 미러(mirror), 예컨대 유리 상에 코팅된, 전형적으로 금속인 반사 재료의 필름을 포함하는 평면 미러를 포함한다. 적합한 반사기는 다층 광학 필름인 미러를 포함한다. 유용한 다층 광학 필름은 제1 및 제2 중합체 층의 약 10 내지 약 10,000개의 교번하는 층을 갖는 필름을 포함하며, 여기서 중합체 층은 폴리에스테르를 포함한다. 예시적인 다층 광학 필름은 미국 특허 제5,825,543호; 제5,828,488호(오우더커크(Ouderkirk) 등); 제5,867,316호; 제5,882,774호; 제6,179,948 B1호(메릴(Merrill) 등); 제6,352,761 B1호; 제6,368,699 B1호; 제6,927,900 B2호; 제6,827,886호(니빈(Neavin) 등); 제6,972,813 B1호(토요오카(Toyooka)); 제6,991,695호; 특허 출원 제2006/0084780 A1호(헤브링크(Hebrink) 등); 제2006/0216524 A1호; 제2006/0226561 A1호(메릴 등); 제2007/0047080 A1호(스토버(Stover) 등); 국제 출원 공개 WO 95/17303호; WO 95/17691호; WO 95/17692호; WO 95/17699호; WO 96/19347호; WO 97/01440호; WO 99/36248호; 및 WO 99/36262호에 기술되어 있다.
예시적인 경면 반사기는 쓰리엠™ 컴퍼니로부터 입수가능한 것들, 예를 들어 쓰리엠™ 고 강도 등급 반사 제품(High Intensity Grade Reflective Product), 예컨대 고 반사 가시성 미러 필름(High Reflective Visible Mirror Film) 및 고 투과 미러 필름(High Transmission Mirror Film), 및 비퀴티(Vikuiti)™ 필름, 예컨대 비퀴티™ 향상 경면 반사기(Enhanced Specular Reflector)를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 반사기는 확산 반사기를 포함하며, 여기서 점탄성 도광체 내에서 전파되는 광은 확산 반사기의 표면에서 반사 및 산란된다. 확산 반사기는 기재 상에 배치된 결합제 및 유기, 무기 또는 혼성(hybrid) 유기/무기 입자들의 층을 포함할 수 있다. 입자들은 약 0.01 초과 내지 약 100 um의 직경을 가질 수 있으며, 중합체 입자들, 미소구체(microsphere)들, 유리 비드(glass bead)들, 무기 입자들, 금속 산화물 입자들, 또는 혼성 유기/무기 입자들일 수 있다. 결합제는 PSA를 포함할 수 있고 및/또는 광 투과성일 수 있다. 예를 들어, 확산 반사기는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 내에 로딩된 황산바륨 입자들의 층을 포함할 수 있다. 반사성 표면을 제공하는 다른 구성이 미국 특허 제7,481,563호(데이비드(David) 등)에 기술되어 있다. 예시적인 광 확산 재료가 또한 미국 특허 제6,288,172 B1호(고에츠(Goetz) 등)에 기술되어 있다.
일부 실시 형태에서, 기재(230)는 다층 광학 필름을 포함한다. 미러인 다층 광학 필름은 전술되어 있다. 다른 유형의 다층 광학 필름이 또한 사용될 수 있으며, 예를 들어 다층 광학 필름은 반사 필름, 편광기 필름, 반사 편광기 필름, 확산 블렌드 반사 편광기 필름, 확산기 필름, 휘도 향상 필름, 터닝(turning) 필름, 미러 필름, 또는 이들의 조합일 수 있다. 예시적인 다층 광학 필름은 쓰리엠™ 컴퍼니로부터 입수가능한 쓰리엠™ 비퀴티™ 필름을 포함한다. 예시적인 다층 광학 필름은 미러인 다층 광학 필름에 대해 위에서 인용된 참고 문헌들에 기술되어 있다.
일부 실시 형태에서, 기재(230)는 중합체 필름, 금속, 유리, 세라믹, 종이, 천, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 기재(230)는 알루미늄과 같은 금속을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 기재(230)는 소다-석회 유리, 붕규산염 유리, 아크릴 유리, 설탕 유리 등을 포함하는, 일반적으로 단단한, 깨지기 쉬운, 비정질 고체를 포함하는 유리를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 기재(230)는, 약간의 양의 결정질 구조를 포함하며 예를 들어 무기 비-금속 재료로부터 제조되는 세라믹을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 기재(230)는 종이, 예를 들어 셀룰로오스 펄프로부터 제조된 종이를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 기재(230)는 천, 예를 들어 피혁, 직포, 부직포를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 기재(230)는 이형 라이너를 포함한다. 이형 라이너는 전형적으로 접착제 층과 접촉하기 위한 저 접착성 표면을 갖는다. 이형 라이너는 종이, 예컨대 크래프트지(Kraft paper), 또는 중합체 필름, 예컨대 폴리(비닐 클로라이드), 폴리에스테르, 폴리올레핀, 셀룰로오스 아세테이트, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리우레탄 등을 포함할 수 있다. 이형 라이너는 이형제, 예컨대 실리콘-함유 재료 또는 플루오로카본-함유 재료의 층으로 코팅될 수 있다. 이형 라이너는 실리콘-함유 재료로 코팅된, 폴리에틸렌으로 코팅된 중합체 필름 또는 종이를 포함할 수 있다. 예시적인 이형 라이너는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 상에 실리콘 이형 코팅을 갖는, 씨피 필름즈 인크.(CP Films Inc.)로부터 "T-30" 및 "T-10"이라는 상표명으로 구매가능한 라이너를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 기재(230)는 광학 물품이 외부 구조화된 표면을 갖도록 구조화된 표면을 가질 수 있다. 도 2b는 외부 구조화된 표면을 갖는 기재(232)를 포함하는 예시적인 조명 장치(202)의 개략적인 단면을 도시하는데, 예를 들어 기재(232)는 쓰리엠™ 컴퍼니로부터 입수가능한 쓰리엠™ 비퀴티™ 휘도 향상 필름과 같은, 선형 프리즘들의 어레이를 갖는 프리즘형 필름을 포함할 수 있다. 도 2c는 외부 구조화된 표면을 갖는 기재(240)를 포함하는 예시적인 조명 장치(204)의 개략적인 단면을 도시하는데, 예를 들어 외부 구조화된 표면은 도광체로부터 추출된 광을 방출하기 위한 원통형 렌즈들의 어레이를 갖는 렌즈형 표면일 수 있다.
본 명세서에 개시된 조명 장치의 광학 물품은 점탄성 도광체와 나노공극형 중합체 층에 의해 형성된 구조화된 계면을 가질 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 각각 렌즈형 계면을 갖는 예시적인 조명 장치(300) 및 프리즘형 계면을 갖는 예시적인 조명 장치(301)의 개략적인 단면을 도시한다. 점탄성 도광체와 나노공극형 중합체 층 사이에 형성된 구조화된 계면은 점탄성 도광체 내에서의 광의 거동을 제어 또는 변경하기 위해 소정의 특정한 방식으로 배열된 특징부들을 포함할 수 있다; 도 3c는 점탄성 도광체(312)와 나노공극형 중합체 층(322) 사이에 형성된 계면이 특징부들(323)을 포함하는 예시적인 조명 장치(302)를 도시한다.
도 3d 내지 도 3f는 광학 물품이 점탄성 도광체와 나노공극형 중합체 층 사이에 형성된 구조화된 계면을 갖는 추가의 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시한다. 도 3d에서, 광학 물품은 점탄성 도광체(313), 나노공극형 중합체 층(324) 및 나노공극형 중합체 층 반대편에서 도광체 상에 배치된 기재(330)를 포함한다. 기재(330)는 230에 대해 전술된 것들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 기재(330)는 도 3e에 도시된 바와 같은 제2 나노공극형 중합체 층을 포함할 수 있다(기재(325)). 일부 실시 형태에서, 기재(330)는 광학 물품이 도 3f에 도시된 바와 같은 외부 구조화된 표면을 갖도록 구조화된 표면을 포함할 수 있다(기재(331)).
도 4는 조명 장치(400)가 이미지를 제공하는 광학 물품을 포함하는 실시 형태를 도시한다. 나노공극형 중합체 층(420)이 점탄성 도광체(410) 상에 배치되고, 이미지형성 기재(430)가 나노공극형 중합체 층 상에 배치된다. 이미지형성 기재는 기재의 영역들 내의 입자들과 같은 하나 이상의 재료를 포함할 수 있으며, 여기서 영역들은 이미지를 형성하도록 배열된다. 영역들은 특정 이미지형성 재료에 따라 특정 범위의 파장 내에서 광을 반사하거나 광을 투과할 수 있다. 안료 및 염료와 같은 착색제가 이미지형성 재료로서 사용될 수 있다. 이미지는 재료를 기재(430)의 외부 표면 상에 침착시킴으로써, 또는 재료를 기재(430)와 점탄성 도광체 사이에 침착시킴으로써 형성될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 점탄성 도광체가 구조화된 표면(들)을 포함하는 추가의 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시한다. 도 5a에서, 조명 장치(500)의 광학 물품은 점탄성 도광체(510) 및 나노공극형 중합체 층(520)을 포함하며, 여기서 이들 둘 사이에 형성된 계면은 실질적으로 평면형이고 점탄성 도광체는 이러한 계면 반대편에 구조화된 표면을 갖는다. 도 5b에서, 조명 장치(501)의 광학 물품은 나노공극형 중합체 층 반대편에서 도광체 상에 배치된 기재(530)를 포함한다. 기재(530)는 230에 대해 전술된 것들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 도 5c에서, 조명 장치(502)의 광학 물품은 점탄성 도광체(511) 상에 배치된 나노공극형 중합체 층(521)을 포함하며, 기재(531)는 도광체 반대편에서 나노공극형 중합체 층 상에 배치된다. 이러한 실시 형태에서, 나노공극형 층은 2개의 다른 층 사이에 배치되며, 두 계면 모두가 구조화된다. 도 5d에서, 조명 장치(503)는 대향하는 구조화된 표면들을 갖는 점탄성 도광체, 및 이 표면들 중 하나의 상에 배치된 나노공극형 중합체 층(522)을 포함한다.
점탄성 도광체와 나노공극형 중합체 층 사이에 형성된 계면은 실질적으로 평면형일 수 있고, 이러한 계면 반대편의 점탄성 층의 표면이 구조화될 수 있다. 예를 들어, 도 6은 점탄성 도광체(610)와 나노공극형 중합체 층(620) 사이에 형성된 계면이 실질적으로 평면형이고 이러한 계면 반대편의 도광체의 표면이 구조화된 예시적인 조명 장치(600)를 도시한다.
일반적으로, 도 2a 내지 도 2c, 도 3a 내지 도 3f, 도 4, 도 5a 내지 도 5d 및 도 6에 대해 전술된 구조화된 표면 및 계면은 원하는 효과에 따라 임의의 3차원 구조를 포함할 수 있다. 구조화된 표면은 전형적으로 복수의 특징부, 예를 들어 약 1 내지 약 10개, 약 1 내지 약 100개, 또는 약 1 내지 약 2000개의 특징부를 포함한다. 특징부는 돌출부, 함몰부, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 특징부는 렌즈형, 프리즘형, 타원형, 원추형, 포물선형, 피라미드형, 정사각형, 또는 직사각형 형상, 또는 이들의 조합을 갖는 돌출부 및/또는 함몰부를 포함한다. 렌즈를 포함하는 특징부가 광을 바람직한 각도 분포로 지향하는 데 특히 유용하다. 선형 프리즘 또는 긴 프리즘을 포함하는 예시적인 특징부가 또한 특히 유용하다. 다른 예시적인 특징부는 긴, 불규칙적인, 가변 기울기의 렌즈형, 또는 랜덤 원주형 형상, 또는 이들의 조합을 갖는 돌출부 및/또는 함몰부를 포함한다. 형상들의 임의의 조합의 혼성, 예를 들어 긴 포물선형, 피라미드 프리즘형, 직사각형-기반 프리즘형, 및 선단부가 둥근(rounded-tip) 프리즘형 형상이 사용될 수 있다. 특징부는 형상들의 랜덤 조합을 포함할 수 있다.
특징부의 크기는 3가지 치수에서의 그들의 전체적인 형상에 의해 기술될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 각각의 특징부는 약 1 내지 약 100 um, 예를 들어 약 5 내지 약 70 um의 하나의 치수를 가질 수 있다. 특징부들은 모두 동일한 형상을 가질 수 있지만, 형상의 크기가 적어도 하나의 치수에서 다를 수 있다. 특징부들은 상이한 형상을 가질 수 있으며, 이들 특징부의 크기는 임의의 주어진 치수에서 다를 수 있거나 그렇지 않을 수 있다.
특징부들은 랜덤하게 배열될 수 있거나, 소정 유형의 규칙적인 패턴으로 배열될 수 있거나, 둘 모두일 수 있다. 특징부들 사이의 거리가 또한 다를 수 있다. 특징부들은 이산될 수 있거나, 이들은 중첩될 수 있다. 특징부들은 서로 아주 근접하게, 서로 실질적으로 접촉하게, 서로 바로 인접하게, 또는 이들의 일부 조합으로 배열될 수 있다. 특징부들 사이의 유용한 거리는 최대 약 10 um, 또는 약 0.05 um 내지 약 10 um이다. 특징부들은 각도 방향으로뿐만 아니라 횡방향으로 서로에 대해 오프셋될 수 있다. 특징부들의 면적 밀도는 길이, 폭, 또는 둘 모두에 걸쳐 변경될 수 있다.
특징부들은 점탄성 도광체로부터 추출되는 광의 양 및/또는 방향을 제어하는 데 사용될 수 있다. 이것은 일반적으로 특징부들의 형상, 크기, 표면 구조, 및/또는 배향을 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 복수의 특징부가 사용되는 경우, 특징부들의 개수 및/또는 배열뿐만 아니라 서로에 대한 특징부들의 배향이 변화될 수 있다.
본 명세서에 개시된 조명 장치의 광학 물품은 불연속적인 나노공극형 층을 포함할 수 있다. 도 7a 및 도 7b는 각각 점탄성 층(710)의 표면(711) 상에 형성된 개별 특징부들(720)의 어레이를 갖는 예시적인 조명 장치(700)의 개략적인 단면 및 사시도를 도시하며, 여기서 개별 특징부들은 나노공극형 중합체 재료를 포함한다. 도 7c는 나노공극형 중합체 재료를 포함하는 특징부들(721)이 점탄성 층(710)으로부터 추출된 광으로부터 이미지 또는 패턴을 형성하도록 배열된 예시적인 조명 장치(701)를 도시한다.
본 명세서에 개시된 조명 장치의 광학 물품은 실질적으로 불연속적인 나노공극형 층을 포함할 수 있다. 도 8a는 점탄성 층(810)과 기재(830) 사이에 형성된 특징부들(820)의 어레이를 갖는 예시적인 조명 장치(800)의 개략적인 단면을 도시하며, 여기서 특징부들은 나노공극형 중합체 재료를 포함한다. 도 8b는 나노공극형 중합체 재료를 포함하는 특징부들(821)이 점탄성 층(811)으로부터 추출된 광으로부터 이미지 또는 패턴을 형성하도록 배열된 예시적인 조명 장치(701)를 도시한다.
도 9는 실질적으로 불연속적인 중합체 나노공극형 층을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시한다. 조명 장치(900)는 점탄성 층(910)과 기재(930) 사이에 형성된 특징부들(920)의 어레이를 포함하며, 여기서 특징부들은 나노공극형 중합체 재료를 포함한다.
도 10은 비평면형인 중합체 나노공극형 층을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시한다. 조명 장치(1000)는 점탄성 도광체(1010)와 기재(1030) 사이에 배치된 층인, 특징부들의 어레이를 포함하는 비평면형 나노공극형 중합체 층(1020)을 포함한다. 점탄성 도광체와 기재의 표면들은 서로 실질적으로 정합하며, 이때 나노공극형 중합체 재료가 층(1020)으로서 표면들 사이에 배치된다.
본 명세서에 개시된 조명 장치는, 예를 들어 미국 특허 출원 제2008/0084518 A1호(브롯(Brott) 등)에 기술된 바와 같이 입체 3D 이미지를 디스플레이하기 위한 LCD 장치의 일부로서 사용될 수 있다. 이러한 유형의 장치에 사용되는 광학 물품이 도 11a에 분해 사시도로 도시되어 있으며, 이때 점탄성 도광체(1110)는 각각의 제1 기재(1120)와 제2 기재(1130) 사이에 배치되고 제3 기재(1130)는 도광체 반대편에서 제1 기재(1120) 상에 배치된다. 조명 장치는 점탄성 도광체의 대향하는 에지들에 위치된 (도시 안된) 우안 및 좌안 이미지 고체 광원(solid state light source)을 포함한다. 각각의 광원(또는 광원들의 세트)은 점탄성 도광체에 광학적으로 결합되며, 둘 모두 브롯 등의 참고 문헌에 기술된 바와 같은 동기 구동 요소(synchronization driving element)에 전기적으로 연결된다. 조명 장치는 우안 및 좌안 이미지를 제2 기재(1140) 위에 위치된 LCD 패널에 제공한다.
제1 기재(1120)는 광을 실질적으로 방향전환하는(예컨대, 반사, 추출 등) 외부 구조화된 표면(제3 기재(1130)를 향함)을 포함한다. 제3 기재(1130)는 선택적이며, 광을 기재(1140)의 외부 구조화된 표면을 통해 외부로 지향하는 것을 보조하기 위한 높은 반사성의 표면을 제공하도록 사용될 수 있다. 제1 기재와 제3 기재 사이에 형성된 계면은, 예를 들어 도 11a에 도시된 바와 같은 제1 선형 특징부들의 어레이를 포함하며, 제1 선형 특징부들은 긴 프리즘들을 포함할 수 있다. 도 11b는 도 11a에 도시된 광학 물품의 개략적인 사시도를 도시하며, 이때 제1 기재와 제3 기재가 접촉하고 있다.
제2 기재(1140)는 광을 실질적으로 방출하는 외부 구조화된 표면을 포함한다. 이러한 표면은, 예를 들어 도 11a에 도시된 바와 같은 제2 선형 특징부들의 어레이를 포함하며, 제2 선형 특징부들은 긴 렌즈형 특징부들을 포함할 수 있다. 많은 실시 형태에서, 도 11a 및 도 11b의 사시도에서 볼 수 있는 바와 같이, 제2 선형 특징부들은 제1 선형 특징부에 대해 직교하는 방향으로 연장한다. 도 11c는 도 11b에 도시된 광학 물품의 단면을 도시하며, 여기서 제1 및 제2 선형 특징부들 둘 모두를 볼 수 있다. 이러한 단순화된 도면이 이하 기술되는 도 12a 및 도 12b, 도 13a 내지 도 13c 및 도 14a 내지 도 14f에 사용된다.
도 12a는 광학 물품 내에 매립된 2세트의 선형 특징부들을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시한다. 조명 장치(1200)는 점탄성 도광체(1200)에 광학적으로 결합된 광원(50)을 포함한다. 제1 및 제2 나노공극형 중합체 층(1220, 1221)이 각각 제1 및 제2 접착제 층(1250, 1251)에 의해 점탄성 도광체(1200)에 접착된다. 제1 및 제2 기재(1230, 1231)가 대응하는 접착제 층들 반대편에서 나노공극형 중합체 층들 상에 배치된다. 예시적인 실시 형태는 제1 및 제2 기재로서 광학적으로 투명한 기재, 및 제1 기재로서 광학적으로 투명한 기재 및 제2 기재로서 쓰리엠™ ESR 필름과 같은 다층 광학 필름을 포함한다. 다른 예시적인 실시 형태는 점탄성 도광체 대신에 접착성 도광체를 포함한다. 또 다른 예시적인 실시 형태는 점탄성 도광체 대신에 비-점탄성 기재를 포함한다.
도 12b는 2세트의 선형 특징부들을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시하며, 여기서 한 세트의 선형 특징부들은 광학 물품 내에 매립되고 한 세트는 그렇지 않다. 조명 장치(1201)는 점탄성 도광체(1211)에 광학적으로 결합된 광원(50)을 포함한다. 제1 기재는 광학적으로 투명한 기재이며, 제1 접착제 층(1252)에 의해 점탄성 도광체에 접착된다. 나노공극형 중합체 층(1222)이 제2 접착제 층(125)에 의해 점탄성 도광체(1211)에 접착되며, 제2 기재(1233)가 제2 접착제 층 반대편에서 나노공극형 중합체 층 상에 배치된다. 예시적인 실시 형태는 제1 및 제2 기재로서 광학적으로 투명한 기재, 및 제1 기재로서 광학적으로 투명한 기재 및 제2 기재로서 쓰리엠™ ESR 필름과 같은 다층 광학 필름을 포함한다. 다른 예시적인 실시 형태는 점탄성 도광체 대신에 접착성 도광체를 포함한다. 또 다른 예시적인 실시 형태는 점탄성 도광체 대신에 비-점탄성 기재를 포함한다.
도 13a는 2개의 구조화된 표면을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시하며, 여기서 하나의 구조화된 표면은 광학 물품 내에 매립되어 점탄성 층과 나노공극형 중합체 층 사이의 계면에 형성된다. 조명 장치(1301)는 접착성 도광체인 점탄성 도광체(1310)에 광학적으로 결합된 광원(50)을 포함한다. 제1 기재(1340)는 광학적으로 투명한 기재이며, 접착성 도광체(1310)에 접착된다. 제2 기재(1330)는 접착성 도광체(1310)에 접착되며, 이때 나노공극형 중합체 층(1320)이 이들 둘 사이에 배치된다. 예시적인 실시 형태는 제2 기재로서 광학적으로 투명한 기재를 포함한다.
도 13b는 2개의 구조화된 표면을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시하며, 여기서 하나의 구조화된 표면은 광학 물품 내에 매립되어 점탄성 층과 나노공극형 중합체 층 사이의 계면에 형성된다. 조명 장치(1301)는 접착성 도광체인 점탄성 도광체(1311)에 광학적으로 결합된 광원(50)을 포함한다. 제1 기재(1341)는 광학적으로 투명한 기재이고, 접착성 도광체(1311)에 접착되며, 이때 나노공극형 중합체 층(1321)이 이들 둘 사이에 배치된다. 제2 기재(1331)는 접착성 도광체(1311)에 접착된다. 예시적인 실시 형태는 제2 기재로서 광학적으로 투명한 기재를 포함한다.
도 13c는 4개의 구조화된 표면을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면을 도시하며, 여기서 2개의 구조화된 표면이 광학 물품 내에 매립된다. 조명 장치(1302)는 접착제 층(1350)에 의해 제1 기재(1341)에 접착된 양면형 프리즘 필름(1360)을 포함한다. 예시적인 실시 형태는 제2 기재로서 광학적으로 투명한 기재를 포함한다. 양면형 프리즘 필름은 렌즈형 및 프리즘형 특징부들을 포함하며, 이들은 특징부들(렌즈형 및 프리즘형)의 각각의 쌍에 대한 반복 주기 또는 피치 P가 약 100 um와 대략 같거나 적어도 그 이내가 되도록 종속적으로 구성된다. 특징부들의 각각의 쌍에 대해, 렌즈형 특징부의 곡률은 그의 초점이 프리즘형 특징부의 정점과 일치하도록 하는 것일 수 있다. 렌즈형 및 프리즘형 특징부들의 유용한 구성이 미국 특허 출원 제2005/0052750 A1호(킹(King) 등) 및 미국 특허 출원 제2005/0276071호(사사가와(Sasagawa) 등)에 기술되어 있다.
도 14a 내지 도 14d는, 각각의 장치가 점탄성 도광체와 인접한 층들 사이의 계면에 형성된 2세트의 선형 특징부들을 포함하는 예시적인 조명 장치들의 개략적인 단면을 도시한다. 조명 장치(1400)는, 접착성 도광체이고 나노공극형 중합체 층(1420)에 접착된 점탄성 도광체(1410)에 광학적으로 결합된 광원(50)을 포함한다. 조명 장치(1401)는, 접착성 도광체이고 제1 및 제2 나노공극형 중합체 층(1421, 1422)에 접착되며 이들 사이에 배치된 점탄성 도광체(1411)에 광학적으로 결합된 광원(50)을 포함한다. 조명 장치(1402)는, 접착성 도광체이고 광학적으로 투명한 기재(1430) 및 나노공극형 중합체 층(1422)에 접착된 점탄성 도광체(1412)에 광학적으로 결합된 광원(50)을 포함한다. 조명 장치(1403)는, 접착성 도광체이고 나노공극형 중합체 층(1421) 및 기재(1431)에 접착된 점탄성 도광체(1413)에 광학적으로 결합된 광원(50)을 포함한다.
도 14e에서, 조명 장치(1404)는, 접착성 도광체이고 제1 및 제2 나노공극형 중합체 층(1423, 1424)에 접착된 점탄성 도광체(1414)에 광학적으로 결합된 광원(50)을 포함한다. 제1 기재(1432)는 도광체 반대편에서 제1 나노공극형 중합체 층(1423) 상에 배치된다. 제2 기재(1433)는 광학적으로 투명한 기재이며, 도광체 반대편에서 제2 나노공극형 중합체 층(1424) 상에 배치된다.
도 14f에서, 조명 장치(1405)는, 접착성 도광체이고 제1 및 제2 나노공극형 중합체 층(1425, 1426)에 접착된 점탄성 도광체(1415)에 광학적으로 결합된 광원(50)을 포함한다. 제1 기재(1434)는 광학적으로 투명한 기재이며, 도광체 반대편에서 제1 나노공극형 중합체 층(1425) 상에 배치된다. 제2 기재(1435)는 도광체 반대편에서 제2 나노공극형 중합체 층(1426) 상에 배치된다.
도 15a 및 도 15b는 본 명세서에 개시된 광학 물품이 제조될 수 있는 예시적인 방법을 도시한다. 도 15a에서, 나노공극형 중합체 층(1520)은 기재(1530) 상에 배치되며, 기재 상에 형성되었을 수 있거나 그렇지 않았을 수 있다. 광학 물품(1560)은 전사 접착제(1550)를 나노공극형 중합체 층의 표면에 대해 가압하여, 접착제가 층의 구조화된 표면에 정합하게 함으로써 형성된다. 나노공극형 중합체 층의 구조화된 표면은 실질적으로 평면형, 즉 구조화되지 않을 수 있다. 광학 물품(1560)은 전술된 것들 중 임의의 것과 같은 새로운 광학 물품을 제조하기 위해 다른 구성요소에 접착될 수 있다. 도 15b에서, 광학 물품(1560)은 접착제 조성물을 나노공극형 중합체 층의 표면 상에 코팅하여, 접착제 조성물이 층의 구조화된 표면에 정합하게 함으로써 형성된다. 그 상에 접착제 조성물을 갖는 물품은 조성물이 층을 형성하도록 추가로 처리(예컨대, 경화, 용매 제거 등)되어야 할 필요가 있을 수 있다.
본 발명은 하기 실시예를 고려하여 더욱 완전히 이해될 수 있다.
실시예
실시예 I
1. 반응성 나노입자
응축기 및 온도계를 갖춘 2 리터 삼구 플라스크 내에서, 960 그램의 오르가노실리카 긴 입자(닛산 케미칼 인크.(Nissan Chemical Inc.)로부터의 오르가노실리카졸(ORGANOSILICASOL) IPA-ST-UP), 19.2 그램의 탈이온수, 및 350 그램의 1-메톡시-2-프로판올을 고속 교반 하에서 혼합하였다. 오르가노실리카 긴 입자는 40-100 ㎚의 길이를 갖고서 9-15 ㎚였으며, 15.2 중량% 아이소프로판올(IPA) 내에 분산시켰다. 다음으로, 22.8 그램의 3-메타크릴옥시프로필트라이메톡시실란(사토머 코., 인크.(Sartomer Co., Inc.)로부터의 실퀘스트(SILQUEST) A-174)을 플라스크에 첨가하였다. 생성된 혼합물을 30분 동안 교반하였다.
혼합물을 81℃에서 16시간 동안 유지하였고, 그 후 실온으로 냉각되게 하였다. 다음으로, 40℃ 수조에서 회전식 증발기를 사용하여 용액으로부터 약 950 그램의 용매를 제거하여, 1-메톡시-2-프로판올 중 41.7 중량% A-174-개질된 긴 실리카 투명 분산액을 생성하였다.
2. 코팅 용액
먼저 지방족 우레탄 다이아크릴레이트 올리고머(사토머 코., 인크.로부터의 CN 9893)를 초음파 교반 하에서 에틸 아세테이트 중에 용해시킴으로써 코팅 용액을 제조하였다. 이어서, 균질한 용액을 형성하기 위해 하기 성분들을 교반하면서 첨가하였다: 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트(사토머 코., 인크.로부터의 SR 444) 및 광개시제(시바 스페셜티 케미칼즈(Ciba Specialty Chemicals)로부터의 이르가큐어(IRGACURE) 184 및 819). 코팅 제형이 표 1에 제시되어 있다.
[표 1]
Figure 112012063665058-pct00004
3. 미세복제 공구
광학 요소를 구성하기 위해 2가지 유형의 미세복제 공구를 사용하였다. 제1 공구 유형은 정밀한 다이아몬드 선삭(diamond turning) 기계를 사용하여 공구의 구리 표면 내로 절삭된 패턴을 가진 변형된 다이아몬드 선삭 금속 원통형 공구였다. 정밀한 절삭 특징부들을 가진 생성된 구리 원통을 니켈 도금하였고 PA11-4로 코팅하였다.
제2 공구 유형은 전술된 정밀한 원통형 공구로부터의 필름 복제물이었다. 아크릴레이트 단량체 및 광개시제를 포함하는 아크릴레이트 수지를 PET 지지 필름(50.8 마이크로미터 (2 밀)) 상으로 캐스팅하였고, 이어서 자외선 광을 사용하여 정밀한 원통형 공구에 대하여 경화시켰다. 생성된 구조화된 필름의 표면을 플라즈마-향상 화학 기상 증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 공정을 사용하여 실란 이형제(테트라메틸실란)로 코팅하였다. 이어서, 표면-처리된 구조화된 필름을, 이 필름의 단편을, 구조화된 면을 겉으로 하여, 캐스팅 롤의 표면에 감싸고 고정함으로써 공구로서 사용하였다.
실시예에 사용된 공구가 표 2에 요약되어 있다.
[표 2]
Figure 112012063665058-pct00005
4. 나노공극형 층 미세복제
연속적인 필름 기재 상에 미세구조화된 나노공극형 구조물을 생성하기 위해 필름 미세복제 장치를 이용하였다. 장치는 코팅 용액을 적용하기 위한 수단(니들 다이(needle die) 및 시린지 펌프(syringe pump)), 원통형 미세복제 공구, 공구에 대항하는 고무 닙 롤(nip roll), 미세복제 공구의 표면 주위에 배열된 일련의 UV-LED 어레이, 및 연속적인 필름을 공급, 인장, 및 권취시키기 위한 웨브 취급 시스템을 포함하였다. 공구 온도, 공구 회전, 웨브 속도, 고무 닙 롤/공구 압력, 코팅 용액 유량, 및 UV-LED 방사 조도(irradiance)를 포함하는 다수의 코팅 파라미터를 수동으로 제어하도록 장치를 구성하였다. 예시적인 공정이 2010년 1월 13일자로 출원된 폴크 등의 미국 가출원 제61/294,577호의 도 1에 예시되어 있다.
표 1에 기술된 코팅 용액을 76.2 마이크로미터 (3 밀) PET 필름(양 면 상에 프라이밍된(primed) 듀폰 멜리넥스(DuPont MELINEX) 필름)에, 공구와 필름 사이에 형성된 닙에 인접하게 적용하였다. 용액의 유량을 ~0.25 ml/min으로 조정하였고, 웨브 속도를 30.5 ㎝/min (1 ft/min)으로 설정하였으며, 이로써 용액의 연속적인 롤링 뱅크(rolling bank)를 닙에서 유지하였다.
일례에서, 쓰리엠™ 향상 경면 반사기(쓰리엠 ESR) 필름을 기재로서 사용하였으며, 여기서 ESR 필름의 시트형 샘플을 PET 캐리어 필름에, 필름이 라인을 통해 이동할 때 부착하였다. 프라이밍된 ESR 필름을 프라이밍된 면을 겉으로 하여, 제거가능한 접착제 테이프를 사용하여 76.2 마이크로미터 (3-밀) 듀폰 멜리넥스 양면형 프라이밍된 필름 상으로 부착하였다.
ESR이 반사 필름이지만, 반사성은 그것이 유체(예컨대, 분산액)와 접촉할 때 그리고 광이 고각(high angle)에서 입사될 때 감소된다. 이들 조건 둘 모두가 미세복제 공정 동안 만족되어서, ESR 필름을 통한 코팅 용액의 적어도 부분적인 경화가 그것이 원통형 미세복제 공구 둘레에 감싸질 때 가능하게 되었다.
16개 LED(니치아(Nichia) NCCU001, 피크 파장 = 385 ㎚)의 8개 열인 UV-LED 뱅크를, 장치 전류를 100 V에서 6 암페어로 조정함으로써 설정하였다. 방사 조도는 교정하지 않았다. 코팅 용액을 필름 및 공구가 UV-LED의 뱅크를 지나 회전할 때 용매가 존재하는 상태에서 경화시켜서, 공구 구조의 음화(negative)에 대응하는 미세복제된 나노다공성 구조 어레이를 형성하였다.
구조화된 필름을 공구로부터 분리하여 권취 롤 상에 수집하였다. 일부 경우에, 코팅의 기계적 특성을 개선하기 위해 미세구조화된 코팅을 UV 방사선에 의해 추가로 경화(후-처리 경화)시켰다. 후-처리 경화는 H-전구가 장착된 퓨전 시스템즈(Fusion Systems) 모델 I300P를 사용하여 달성하였다. UV 챔버는 대략 50 ppm 산소까지 질소-불활성(nitrogen-inerted)이었다.
상기 공정에 의해 제조된 미세구조화된 나노공극형 필름이 표 3에 요약되어 있다.
[표 3]
Figure 112012063665058-pct00006
5. 미세구조화된 나노공극형 필름에의 전사 접착제의 라미네이션
각각의 미세구조화된 나노공극형 필름에 대해, 전사 접착제(소켄(SOKEN) 1885, 일본 소재의 소켄 케미칼 엔지니어링 코., 엘티디(Soken Chemical & Engineering Co., Ltd), 2개의 라이너 사이의 25.4 마이크로미터 (1 밀) 두께 필름으로서 캐스팅됨)를 약한 압력 및 핸드 롤러(hand roller)를 사용하여 미세구조화된 표면에 라미네이팅하였다. 각각의 필름에 대해, 생성물은 접착제-실링된 미세구조화된 나노공극형 필름이었으며, 접착제의 매립된 표면은 미세구조화된 나노공극형 필름의 미세구조화된 표면에 의해 그에 부여된 구조를 가졌다.
6. 미세구조화된 나노공극형 필름의 용매계 백필( Solventborne Backfill )
미세구조화된 나노공극형 필름을 되채우기(backfill) 위해 3가지 용매계 제형을 사용하였다:
a. 고 점도 수지 1
메틸에틸케톤 중의 10 중량%의 폴리비닐 부티랄 아크릴레이트 수지(솔루티아 인크.(Solutia Inc.)로부터의 부트바(BUTVAR) B-98) 및 1% 이르가큐어 819의 용액을 사용하여 역(inverted) 원통형 렌즈를 포함하는 미세구조화된 나노공극형 필름을 오버코팅하였고, 100℃에서 1분 동안 오븐 내에서 건조시켰으며, 이어서 2회 통과에 대해 질소 하에서 분당 9.14 미터 (분당 30 피트)에서 UV 프로세서(H 전구를 구비한 퓨전 UV-라이트 햄머(Light Hammer) 6, 알피씨 인더스트리즈(RPC Industries) 모델 번호 I6P1/LH 시리즈 번호 1098)로 처리하였다.
b. 고 점도 수지 2
IPA 중의 10 중량%의 폴리비닐 부티랄 아크릴레이트 수지(솔루티아 인크.로부터의 부트바 B-76)의 용액을 사용하여, 코팅 로드(coating rod) #24를 사용해 역 원통형 렌즈를 포함하는 미세구조화된 나노공극형 필름을 오버코팅하였고, 100℃에서 1분 동안 오븐 내에서 건조시켰다.
c. 광학적 투명 접착제
에틸 아세테이트/헵탄(60:40) 중의 27 중량%의, 아이소-옥틸 아크릴레이트 및 아크릴산(93:7)으로 이루어진 PSA의 용액을 사용하여, 코팅 로드 #24를 사용해 역 원통형 렌즈를 포함하는 미세구조화된 나노공극형 필름을 오버코팅하였고, 100℃에서 1분 동안 오븐 내에서 건조시켰다. PET 기재를 약한 압력 및 핸드 롤러를 사용하여 라미네이팅하였다.
7. 백라이트 조립체 A의 제조
백라이트 조립체 A를 하기와 같이 제조하였다. 미세구조화된 나노공극형 필름 B 및 D의 샘플을 약한 압력 및 핸드 롤러를 사용하여 전사 접착제(소켄 1885)의 층과 각각 라미네이팅하였다. 접착성 도광체를, 광학적 투명 아크릴 PSA(쓰리엠 컴퍼니로부터의 쓰리엠™ 광학 투명 라미네이팅 접착제 8187)의 4개 층을 사용하여 함께 라미네이팅하여 구성해 0.7 ㎜ (28 밀) 두께 본체를 형성하였다. 광학적 투명 아크릴 PSA의 굴절률은 1.47이었다. 전사 접착제가 도광체와 접촉하도록 미세구조화된 나노공극형 필름 B를 접착성 도광체의 주 표면에 라미네이팅하였다. 전사 접착제가 도광체와 접촉하고 선형 프리즘이 원통형 렌즈에 대해 90°로 배향되도록 미세구조화된 나노공극형 필름 D를 접착성 도광체의 반대편 주 표면에 라미네이팅하였다. 조립체가 도 12a에 도시되어 있다.
이어서, 원하는 크기를 도광체 상에 마킹하였고(79.0 ㎜ x 40.7 ㎜), 그 후 절단 전에 저온(<0℃)으로 되게 하였다. 저온 절단은 광 주입을 위한 더욱 양호한 광학 에지를 생성하는 데 도움을 준다. 저온으로 되게 한 후에, 도광체를, 깨끗한 수직 절단을 제공함으로써 광학 에지를 또한 유지하는 휴대용 회전식 커터를 사용하여 절단하였다.
이어서, 완성된 도광체를 3D 실연 유닛(demonstration unit) 내에서, 니치아 코프.(Nichia Corp.)로부터의 16개(면당 8개)의 NSSW006T LED와 정합시켰으며, 이는 완전하게 기능하는(fully functioning) 3D 디스플레이 내에서의 관찰 및 분석을 가능하게 하였다.
8. 백라이트 조립체 A에 대한 도광체 성능의 분석
도광체의 중앙의 수평 하방의 라인에서 먼 좌측, 중앙 및 먼 우측 위치에서의 휘도를 측정하도록 구성된 오트로닉 코노스코프(Autronic Conoscope)를 사용하여 백라이트 조립체 A의 성능을 측정하였다. 데이터(휘도 대 방위각)가 도 20에 도시되어 있다.
9. 백라이트 조립체 B 내지 D의 제조
백라이트 조립체 B는, 필름 D 대신에 미세구조화된 나노공극형 필름 E를 사용하여, 백라이트 조립체 A에 대해 전술된 바와 같이 제조할 수 있었다. 백라이트 조립체 C는, PSA 스트립 대신에 아크릴 슬래브를 사용하여, 백라이트 조립체 A에 대해 전술된 바와 같이 제조할 수 있었다. 아크릴 슬래브는 적어도 하나의 광학 품질 에지를 갖고서 79 ㎜ x 40.7 ㎜ x 0.762 ㎜의 치수로 기계가공할 수 있었다. 백라이트 조립체 D는, 필름 D 대신에 미세구조화된 나노공극형 필름 E를 사용하여, 백라이트 조립체 C에 대해 전술된 바와 같이 제조할 수 있었다.
실시예 II
실시예 1. 매립된 추출 웨지 ( extraction wedge ) 및 일체형 반사기를 구비한 접착성 도광체 HABL
도 13a에 도시된 조명 장치(1300)는 점탄성 도광체(1310)에 라미네이팅된 미세복제된 광학 수지 필름(1340)을 포함한다. 나노공극형 중합체 층(1320)은 다층 광학 필름 쓰리엠™ ESR 필름과 같은 미러가 지지 필름으로서 사용될 수 있도록 광학 격리 층으로서 기능하는 미세복제된 초저 굴절률 필름을 포함한다. 장치의 배면 상의 독립형 시트로서 대개 구성되는 미러는 저부 표면을 통해 누출되는 광을 재순환시킨다. 이러한 실시 형태의 다른 특징부는 마모로부터 보호되는 매립된 추출 프리즘 어레이이다.
실시예 2. 매립된 원통형 렌즈를 구비한 접착성 도광체 HABL
도 13b에 도시된 조명 장치(1301)는 점탄성 도광체(1311)에 라미네이팅된 미세복제된 초저 굴절률 필름(1321)을 포함한다. 기재(1331)는 미세복제된 광학 수지 필름을 포함한다. 이러한 실시 형태의 특징부는, 마모로부터 보호되고 인접한 표면에 대한 도광체의 직접 라미네이션을 가능하게 할 수 있는 매립된 원통형 렌즈 어레이이다.
실시예 3. 주 평면형 표면을 구비한 접착성 도광체 HABL
이러한 예는 실시예 1 및 2의 혼성체이다. 도 14e에 도시된 조명 장치(1404)는 미세복제된 초저 굴절률 필름과 각각 라미네이팅된 상부 및 저부 표면을 포함한다. 이러한 실시 형태의 특징은, 마모로부터 보호되고 인접한 표면에 대한 도광체의 직접 라미네이션을 가능하게 할 수 있는 원통형 렌즈 어레이 및 추출 프리즘 어레이 둘 모두의 매립이다. 기재(1433)는 미세복제된 광학 수지 필름을 포함하며, 기재(1432)는 다층 광학 필름 쓰리엠™ ESR 필름과 같은 미러를 포함한다.
실시예 4. 통합된 3D 필름 및 HABL 조립체
이러한 실시예는 3D 디스플레이의 다른 요소인, 양면형 프리즘 필름을 포함하는, 실시예 3의 확장이다. 도 14f에 도시된 조명 장치(1405)는 미세복제된 초저 굴절률 필름과 각각 라미네이팅된 상부 및 저부 표면을 포함한다. 상부 표면 상의 구조는 구조를 형성함과 동시에 아래에 놓인 터닝 프리즘을 평면화하는 공정 단계에서 터닝 필름(1434) 상에 직접 부여된다. 기재(1435)는 다층 광학 필름 쓰리엠™ ESR 필름과 같은 미러를 포함한다. 이러한 실시 형태의 특징은 일반적으로는 분리되어 있는 3개의 부분 - 터닝 필름, 도광체, 및 미러 필름 - 의 단일 조립체로의 통합이다.
실시예 5. 통합된 3D 필름 및 HABL 조립체
2개의 구조화된 광학 표면을 가진 백라이트의 이러한 실시예는 이전 실시예의 접착성 도광체 구조에 대한 대안이다. 대신에, 종래의 중실 도광체(예컨대, 고 투명도 아크릴 또는 폴리카르보네이트)가 사용된다. 도 12b에 도시된 조명 장치(1201)는 라미네이팅된 미세복제된 광학 수지 필름(1232)으로부터의 상부 표면을 포함하며, 저부는 미세복제된 초저 굴절률 필름(1222)을 포함한다. 이들 둘 모두는 각각의 제1 및 제2 전사 접착제 층(1252, 1253)을 사용하여 중실 도광체에 라미네이팅된다. 이러한 경우, 접착제는 또한 저부 지지 필름(1233) 상의 구조화된 초저 굴절률 코팅에 의해 추출 프리즘 어레이로 성형된다. 기재(1233)는 다층 광학 필름 쓰리엠™ ESR 필름과 같은 미러를 포함한다.
실시예 6. 통합된 3D 필름 및 HABL 조립체
이러한 실시예는 실시예 2의 광학 물품이 변형된 3D 터닝 필름(도 13c에 대해 전술된 양면형 프리즘 필름)에 접합되는, 실시예 2에 대해 기술된 조명 장치의 확장이다. 터닝 필름 프리즘 어레이 선단부의 일부가, 3D 필름이 전사 접착제를 사용하여 도광체에 직접 접합될 수 있도록 스탠드오프(standoff)에 의해 변형되었다.
실시예 7. 혼성 PSA 및 아크릴 시트 도광체
22.9 ㎝ (9") 대각선 디스플레이를 위한 원형(prototype) 혼성 도광체를, ~0.318 ㎝ (0.125")의 목표 두께를 갖는 도광체를 위해 0.24 ㎝ (3/32") 두께 아크릴 기재로 시작하여 제조하였다. 0.036 ㎝ (0.014") 두께 접착제의 시트를 구매가능한 0.018 ㎝ (0.007") 두께 PSA(쓰리엠™ 광학 투명 접착제 8187)의 2개의 시트를 라미네이팅함으로써 제조하였다. 이어서, 하나의 0.036 ㎝ (0.014") 두께 접착제 층을 아크릴 도광체 기재의 각각의 면에 라미네이팅하였으며, 이는 ~0.310 ㎝ (0.122")의 총 도광체 두께를 제공하였다. 일 면 상에 렌즈형 특징부들을 갖는 렌즈형 필름을 도광체의 상부 표면에 라미네이팅하였다. 렌즈형 특징부들은 72.6 um로 이격된 35.6 um 반경의 완전 반원형부들에서 45.5 um로 이격된 54 um 반경의 렌즈들 - 이들은 완전 반원형부들이 아님 - 까지의 범위였다. 일 면 상에 프리즘 특징부들을 갖는 프리즘형 필름을 도광체의 저부 표면에 라미네이팅하였다. 프리즘 특징부들은 4도의 상승각(rise angle)을 갖고서 81.6 um 간격으로 이격된 2.9 um 높이였다.
도광체를 22.9 ㎝ (9") 대각선 LCD 장치를 위한 백라이트에 사용하였다. 각각 6개의 LED(크리(Cree) XP-E), 후방 반사기(ESR)를 가진 백플레인(backplane) 및 알루미늄 프레임에 부착된 3D 필름을 갖는, 2개의 광 엔진으로 백라이트를 구성하였다.
백라이트를 따른 수평 위치의 함수로서 크로스토크(crosstalk)에 대한 백라이트의 성능을 코노스코프로 측정하였다. 도 16a는 우측 및 좌측 광원이 켜진 상태에서의 결과를 도시한다. 측정 위치는 도광체를 따른다. 크로스토크는 좌측 또는 우측 LED 광원 중 어느 하나가 켜질 때 의도하지 않은, 시청자의 눈에 입사되는 광의 양에 대한 척도이다.
백라이트를 따른 수평 위치의 함수로서 균일성에 대한 백라이트의 성능을 코노스코프로 측정하였다. 도 16b는 우측 및 좌측 광원이 켜진 상태에서의 결과를 도시한다. 측정 위치는 도광체를 따른다. 휘도는 스크린 위치에 대한 휘도의 균일성을 나타내며, 좌측 또는 우측 LED 광원 중 어느 하나가 켜질 때 다양한 위치에서의 백라이트의 출력 강도를 보여준다.
실시예 8. PSA -기반 도광체
22.9 ㎝ (9") 대각선 디스플레이를 위해 실시예 7의 광학 물품과 유사한 광학 물품을 제조하였다. 증가된 크기로 인해, PSA의 두께를 백라이트의 폭에 걸친 휘도 균일성을 유지하도록 증가시켰다. 셀 캐스트 아크릴(cell cast acrylic)의 0.25 ㎝ (0.100") 두께 시트로 시작하고, 실시예 7의 렌즈형 및 프리즘형 필름을 0.0089 ㎝ (0.0035") 두께 PSA(쓰리엠™ 광학 투명 접착제 8187)를 갖는 아크릴 시트에 라미네이팅하여, 이러한 크기의 도광체를 제조하였다. 이는 0.272 ㎝ (0.107")의 총 도광체 두께(아크릴 + 2개 접착제 층)를 형성하였다. 0.274 ㎝ (0.108") 두께 도광체를 제조하기 위해, 아크릴 시트를 쓰리엠 컴퍼니로부터의 0.20 ㎝ (0.08") 두께 투명 VHB™ 아크릴 테이프 4918로 대체함으로써 다른 도광체를 제조하였다.
크로스토크 및 균일성에 대한 각각의 백라이트의 성능을 실시예 7에 대해 전술된 바와 같이 측정하였다. 셀 캐스트 아크릴을 포함하는 백라이트에 대한 결과가 도 17a 및 도 17b에 도시되어 있고, VHB™ 테이프를 포함하는 도광체에 대한 결과가 도 18a 및 도 18b에 도시되어 있다.
실시예 9. PSA -기반 도광체
7.6 ㎝ (3") 대각선 디스플레이를 위한 원형 PSA-기반 도광체를, 도광체로서 0.018 ㎝ (0.007") 두께 광학적 투명 접착제의 3개 층(0.053 ㎝ (0.021")의 총 도광체 두께)을 사용하여 제조하였다. 실시예 7의 렌즈형 및 추출기 필름을 접착제의 각각 상부 및 저부 표면에 라미네이팅하였다. 완성된 도광체는 ~0.104 ㎝ (0.041")의 총 두께를 가졌다. 크로스토크 및 균일성에 대한 백라이트의 성능을 실시예 7에 대해 전술된 바와 같이 측정하였다. 결과가 도 19a 및 도 19b에 도시되어 있다.

Claims (52)

  1. 광학 물품 - 상기 광학 물품은
    점탄성 도광체(viscoelastic lightguide), 및
    점탄성 도광체 상에 배치되며, 복수의 상호연결된 나노공극(nanovoid)을 포함하는 나노공극형 중합체 층(nanovoided polymeric layer)을 포함함 - ; 및
    점탄성 도광체에 광학적으로 결합되는 광원 - 이로써, 광원에 의해 방출되는 광은 점탄성 도광체에 입사되고, 내부 전반사에 의해 점탄성 도광체 내에서 전송됨 - 을 포함하고,
    점탄성 도광체는 감압 접착제를 포함하는, 조명 장치.
  2. 기재와 나노공극형 중합체 층 사이에 배치되는 점탄성 도광체를 포함하는 광학 물품 - 나노공극형 중합체 층은 복수의 상호연결된 나노공극을 포함함 - ; 및
    점탄성 도광체에 광학적으로 결합되는 광원 - 이로써, 광원에 의해 방출되는 광은 점탄성 도광체에 입사되고, 내부 전반사에 의해 점탄성 도광체 내에서 전송됨 - 을 포함하고,
    점탄성 도광체는 감압 접착제를 포함하는, 조명 장치.
  3. 제1 나노공극형 중합체 층과 제2 나노공극형 중합체 층 사이에 배치되는 점탄성 도광체 - 제1 나노공극형 중합체 층은 복수의 제1 상호연결된 나노공극을 포함하며, 제2 나노공극형 중합체 층은 복수의 제2 상호연결된 나노공극을 포함하고, 점탄성 도광체와 제1 나노공극형 중합체 층 사이에 형성되는 제1 계면은 점탄성 도광체 내에서 전송되는 광을 추출하는 복수의 제1 특징부를 포함하며, 점탄성 도광체와 제2 나노공극형 중합체 층 사이에 형성되는 제2 계면은 점탄성 도광체 내에서 전송되는 광을 반사하는 복수의 제2 특징부를 포함함 - , 및 점탄성 도광체 반대편에서 제1 나노공극형 층 상에 배치되는 기재 - 제1 나노공극형 층과 기재 사이에 형성되는 제3 계면은 선형 프리즘들의 어레이를 포함하고, 제3 계면 반대편의 기재의 표면은 원통형 렌즈들의 어레이를 포함함 - 를 포함하는 광학 물품; 및
    점탄성 도광체에 광학적으로 결합되는 광원 - 이로써, 광원에 의해 방출되는 광은 점탄성 도광체에 입사되고, 내부 전반사에 의해 점탄성 도광체 내에서 전송됨 - 을 포함하는 조명 장치.
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