KR101888222B1 - 가변 굴절률 광 추출 층을 갖는 후방 조명 투과형 디스플레이 - Google Patents

Abstract

본 출원은 투과형 디스플레이(620) 및 도광체(lightguide)(630)에 광학적으로 결합된 가변 굴절률 광 추출 층(640)을 포함하는 후방 조명 투과형 디스플레이를 개시한다. 가변 굴절률 광 추출 층은 나노공극형(nanovoided) 중합체 재료의 제1 영역(140)과 나노공극형 중합체 재료 및 추가 재료의 제2 영역(130)을 가진다. 제1 영역 및 제2 영역은 도광체에서 초임계각으로 수송되는 광에 대해, 가변 굴절률 광 추출 층이 제1 영역 및 제2 영역의 기하학적 배열에 기초해 소정의 방식으로 광을 선택적으로 추출하도록 배치된다. 투과형 디스플레이는 투과형 디스플레이 패널 또는 그래픽과 같은 중합체 필름일 수 있다.

Description

가변 굴절률 광 추출 층을 갖는 후방 조명 투과형 디스플레이{BACK-LIT TRANSMISSIVE DISPLAY HAVING VARIABLE INDEX LIGHT EXTRACTION LAYER}

관련 출원과의 상호 참조

본 출원은 2011년 2월 25일자로 출원되고 참고로 포함된 하기 미국 가특허 출원에 관련된다: "가변 굴절률 광 추출 층 및 이를 이용한 조명 방법[Variable Index Light Extraction Layer and Method of Illuminating With Same]"을 발명의 명칭으로 하는 61/446642 (Attorney Docket No. 67310US002); "전방 조명 반사형 디스플레이 장치 및 전방 조명 반사형 디스플레이 방법[Front-Lit Reflective Display Device and Method of Front-Lighting Reflective Display]"을 발명의 명칭으로 하는 61/446740 (Attorney Docket No. 66858US002); 및 "전방 조명 반사형 산란 요소용 조명 용품 및 장치[Illumination Article And Device For Front-Lighting Reflective Scattering Element]"를 발명의 명칭으로 하는 61/446712 (Attorney Docket No. 67313US002).

본 출원은 일반적으로 조명식 디스플레이 장치, 특히 조명 장치를 이용하여 후방 조명되는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

조명 시스템 또는 장치, 예를 들어 물체를 조명하거나 또는 전자 디스플레이 시스템에서 조명을 제공하는데 사용되는 것들은, 하나 이상의 광원에 의해 방출되는 광을 관리하는 하나 이상의 광학 층을 활용한다. 흔히, 광학 층은 요구되는 광학 투과율(optical transmittance), 광학 탁도(optical haze), 광학 투명도(optical clarity), 또는 굴절률을 가질 필요가 있다. 많은 응용에서, 광학 층은 공기 층 및 광 추출 층과 조합하여 사용되는 도광체를 포함하여서, 광원(들)에 의해 방출되는 광은 도광체 내에서 수송되고, 공기 층 및 추출 층은 내부 전반사(total internal reflection; TIR) 및 도광체로부터의 광의 추출을 지원함으로써 광을 관리하게 된다. 광을 관리할 수 있고 부피가 큰 시스템에서 뿐만 아니라 얇은 가요성 시스템에서도 사용하기에 적합한 광학 필름에 대한 계속적인 필요성이 존재한다.

본 출원은 일반적으로 후방 조명 투과형 디스플레이 장치에 관한 것이다. 투과형 디스플레이는 조명 용품과 함께 사용되는 광원을 포함하는 조명 장치를 사용하여 후방 조명된다. 조명 용품은 특히 굴절률, 탁도, 투과율, 투명도 또는 이들의 조합과 같은 상이한 특성들의 영역을 갖는 가변 굴절률 광 추출 층을 포함한다. 조명 용품은 또한 광을 광원으로부터 가변 굴절률 광 추출 층에 전달하는 도광체를 포함한다. 조명 용품은 광원에 의해 방출되는 광을 관리하며, 그에 따라 광의 공간적 균일성이 증가되는데, 상기 광은 그 후 투과형 디스플레이에 전달된다. 이 광은 투과형 디스플레이를 통해 관찰자를 향하여 전송되어서, 투과형 디스플레이에 의해 제공되는 영상이 조명되도록 한다.

일 태양에서, 본 출원은 투과형 디스플레이 및 조명 용품을 포함하는 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체를 개시한다. 조명 용품은 도광체 및 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하며, 가변 굴절률 광 추출 층은 도광체 및 투과형 디스플레이에 광학적으로 결합된다. 가변 굴절률 광 추출 층은 제1 영역 및 제2 영역을 가지며, 제1 영역은 나노공극형 중합체 재료를 포함하고, 제2 영역은 나노공극형 중합체 재료 및 추가 재료를 포함하며, 제1 영역 및 제2 영역은 광원에서 방출되고 도광체로 주입된 광에 대해, 가변 굴절률 광 추출 층이 제1 영역 및 제2 영역의 기하학적 배열에 기초해 소정의 방식으로 광을 선택적으로 추출하도록 배치된다.

조명 용품은 상이한 응용용으로 조정된 광학 특성들을 갖는 고성능 광학 용품으로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역은 탁도가 약 5% 미만이고 투명도가 약 90% 초과일 수 있고/있거나 상기 층은 광 투과율이 약 90% 초과일 수 있다. 다른 예에서, 상기 층은 탁도가 약 10% 미만이고 투명도가 약 90% 초과일 수 있다. 제1 영역 및 제2 영역은 상기 층의 횡단면(transverse plane)을 가로질러 연속적일 수 있거나, 또는 상기 영역들은 불연속적이거나, 패턴으로 배열되거나 또는 랜덤하게 배치될 수 있다. 가변 굴절률 광 추출 층은 제1 영역 및 제2 영역의 상대 면적을 변화시켜서 특정한 광학 특성을 나타내도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 제2 영역은 상기 층의 횡단면을 가로지르는 면적의 약 5 내지 약 60%로 구성될 수 있다.

상기의 발명의 내용은 본 발명의 각각의 개시된 실시 형태 또는 모든 구현 형태를 설명하려는 것은 아니다. 이하의 도면 및 상세한 설명은 예시적인 실시 형태를 보다 구체적으로 예시한다.

하기의 설명에서, 본 발명의 일부를 이루고 다양한 일반 실시 형태 및 특정 실시 형태가 도시되어 있는 첨부 도면을 참조한다. 다른 실시 형태들이 고려되며 본 발명의 사상 또는 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 하기의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해져서는 안 된다. 도면은 개략적인 도면이고, 반드시 축적에 맞게 도시되지는 않는다.
도 1a는 예시적인 가변 굴절률 광 추출 층의 개략적 단면도를 나타낸다.
도 1b 및 도 1c는 투명한 인접 층 상에 배치된 예시적인 가변 굴절률 광 추출 층의 개략적 단면도를 나타낸다.
도 2는 가변 굴절률 광 추출 층의 횡단면을 가로질러 달라질 수 있는 굴절률을 갖는 가변 굴절률 광 추출 층을 도시한다.
도 3은 가변 굴절률 광 추출 층의 제1 영역의 개략적 단면도이다.
도 4a는 제1 영역 및 제2 영역의 예시적인 기하학적 배열을 나타내는 가변 굴절률 광 추출 층의 평면도이다.
도 4b는 도 4a에 나타낸 가변 굴절률 광 추출 층에 대한 굴절률 프로파일을 도시한다.
도 4c 및 도 4d는 도 4a에 나타낸 가변 광 추출 층에 대한, 각각 선택된 광학 특성, %투과율 및 %투명도의 프로파일을 나타낸다.
도 5a 및 5b는 제1 영역 및 제2 영역의 예시적인 기하학적 배열을 나타내는 가변 굴절률 광 추출 층의 평면도를 나타낸다.
도 6 및 도 7a 내지 도 7b는 광원 및 투과형 디스플레이와 조합된 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하는 예시적인 후방 조명 투과형 디스플레이 장치의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 8a 내지 도 8b, 도 9 및 도 10은 광원과 조합된 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 11a 내지 도 11c는 광원 및 투과형 디스플레이와 조합된 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하는 예시적인 후방 조명 투과형 디스플레이 장치의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 12a는 예시적인 플렉소그래픽 도구(flexographic tool)의 랜덤 구배 도트 패턴을 나타낸다.
도 12b는 투명 기판 상에 배치된 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하는 광학 필름의 롤을 나타낸다.
도 13은 예시적인 터닝 필름(turning film)의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 14a는 투과형 디스플레이를 후방 조명하는데 사용될 수 있는 예시적인 조명 장치에서 나오는 광 분포를 보여주는 2차원 극좌표도 영상을 나타낸다.
도 14b는 도 14a의 예시적인 조명 장치에 대한 위치의 함수로서의 축방향 휘도의 선도를 나타낸다.

일반적으로, 본 명세서에 개시된 가변 굴절률 광 추출 층은 2개 이상의 상이한 구역 또는 영역을 포함하며, 여기서, 상기 층에 임의의 각도로 입사하는 광은 상이하게 관리될 수 있으며, 그 이유는 상기 영역들이 상이한 굴절률들을 갖기 때문이다. 가변 굴절률 광 추출 층은 다양한 광학 필름 구성, 조립체 및 장치에서 사용될 수 있으며, 이는 본 명세서에 기재된 바와 같다.

가변 굴절률 광 추출 층은 초임계각으로 인접 층에서 이동하는 광을 추출하는 작용을 하는 광학층이며 이와 동시에 상기 추출 층에 입사하는 임계각 미만의 광에 대한 광 산란을 거의 내지 전혀 갖지 않는다. 가변 굴절률 광 추출 층은 인접 층, 예를 들어 투명 층으로부터 광을 추출하며, 용품 또는 요소가 조명되도록 용품 또는 요소에 추출된 광을 전달할 수 있다. 가변 굴절률 광 추출 층은 유의하게 또는 기능적으로 광을 산란시키는 특징부를 갖지 않는다. 따라서, 상기 층을 통해 볼 때, 도 12b에 도시된 바와 같이, 상기 층의 반대면 상의 영상 및 물체의 왜곡이 거의 없다. 이상적으로는, 제1 영역 및 제2 영역에서의 재료들은 상이한 굴절률들을 가지며, 이들 둘 모두는 고도로 투과성이며 매우 낮은 탁도를 갖는다. 가변 굴절률 광 추출 층 내의 제1 영역 및 제2 영역은 상기 층이 도광체, 투과형 디스플레이 패널 및 간판 등과 같은 것에 물리적으로 부착되고 광학적으로 결합될 때 높은 투명도, 낮은 탁도 및 높은 투과율을 갖는 층이 생성되도록 형상화되고 배열될 수 있다.

가변 굴절률 광 추출 층은 도광체를 투명하게 하여, 조명이 있는 상태에서 그리고 조명이 없는 상태에서 탁도가 거의 내지 전혀 없고 투명도도 높은 특성을 나타내게 한다. 이는 투과형 디스플레이 패널 상의 영상 또는 그래픽을 해상도 및 콘트라스트(contrast)의 유의한 감소 없이, 그리고 상이한 영역들에 의해 산란되거나 또는 회절되는 광에 의해 가시적 광학 아티팩트(optical artifact)가 생성됨이 없이 관찰하는 것을 허용한다. 전통적인 도광체에서, 추출 층은 도광체 내에서의 TIR(임계각 이상의 각도로)에 의해 도광체 내에서 수송되는 광이 도광체 밖으로 지향되게 하기 위해 광 산란 특징부를 갖는다. 이들 광 산란 특징부는 전형적으로 확산 반사성 인쇄 추출 도트 또는 구조체를 포함하며, 상기 도트 또는 구조체는 도광체의 표면 상에 배치되거나 또는 도광체의 표면 내로 에칭된다.

광학 효과에 더하여, 가변 굴절률 광 추출 층은 고속, 저 비용으로 제조할 수 있는 상대적으로 간단한 코팅 및 인쇄 기술에 의해 생성될 수 있다.

일반적으로 본 발명은 고 굴절률-유사 광학 특성 및 저 굴절률-유사 광학 특성의 영역을 나타내거나, 또는 다르게 광의 투과, 산란, 흡수, 굴절 또는 반사와 상호작용하는 중합체성 광학 필름 또는 층에 관한 것이다. 고 굴절률-유사 광학 특성 및 저 굴절률-유사 광학 특성의 영역들은 광학 층의 횡단면을 가로질러 변하는, 즉, 광학 층은 가변 굴절률 광학 층이다. 본 명세서 전체에 걸쳐, 용어 "인덱스(index)"는 종종 굴절률(index of refraction 또는 refractive index) 대신에 사용된다. 본 명세서에 개시된 가변 굴절률 광 추출 층의 횡단면은 상기 층의 적어도 하나의 주 표면에 대하여 평행한 면으로 설명될 수 있다.

도 1a는 예시적인 가변 굴절률 광 추출 층(100)의 개략적 단면도를 나타낸다. 상기 추출 층은 제1 영역들(140a, 140b)을 포함하며, 이들 둘 모두의 영역은 나노공극형 중합체 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 나노공극형 중합체 재료는 복수의 상호연결된 나노공극을 포함하며, 이는 국제 특허 공개 WO 2010/120422 A1호 (콜브(Kolb) 등) 및 국제 특허 공개 WO 2010/120468 A1호 (콜브 등)에 기재된 바와 같다. 복수의 상호연결된 나노공극은 결합제 중에 분산된 나노공극들의 네트워크이며, 여기서, 나노공극들 중 적어도 일부는 중공 터널 또는 중공 터널형 통로를 통하여 서로에게 연결된다. 상호연결된 나노공극을 포함하는 나노공극형 중합체 재료는 상기 재료의 하나 이상의 표면까지 연장할 수 있는 나노공극 또는 기공을 갖는다.

가변 굴절률 광 추출 층은 제1 영역들(140a, 140b) 사이에 배치된 제2 영역(130)을 포함한다. 제2 영역은 나노공극형 중합체 재료 및 추가 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 이 추가 재료는 나노공극형 중합체 재료의 공극 부피의 적어도 일부분을 점유한다. 본 명세서 전체에 걸쳐, 단면도 및 평면도에서의 점선은 제1 영역 및 제2 영역의 일반적인 위치를 나타내기 위하여 사용되지만, 이들 점선은 상기 영역들 사이의 임의의 종류의 경계를 설명하고자 하는 것이 아니다.

도 1b는 투명한 인접 층 상에 배치된 예시적인 가변 굴절률 광 추출 층의 개략적 단면도를 나타낸다. 광학 필름(105)은 투명 기판인 인접 층(120) 상에 배치된 가변 굴절률 광 추출 층(100)을 포함한다. 가변 굴절률 광 추출 층(100)은 제1 영역들(140a, 140b), 및 상기 제1 영역들 사이에 배치된 제2 영역(130)을 포함한다.

일반적으로, 구역 또는 영역은 상기 영역의 굴절률과 조합하여 영역이 포함하는 재료에 의해 식별된다. 제1 영역은 나노공극형 중합체 재료를 포함하며, 제1 굴절률을 갖는다. 제1 영역은 상기 영역의 실질적으로 모든 것이 나노공극형 중합체 재료를 포함하는지 여부와 상기 영역이 상기 층의 연속적인 횡단면을 가로질러 ± 0.02 범위의 굴절률을 갖는지 여부로 구분된다. 상기 층의 횡단면을 가로질러 굴절률을 결정하는 방법은 아래에 개시된다.

제2 영역은 나노공극형 중합체 재료 및 추가 재료를 포함하고, 제1 굴절률과 적어도 약 0.03 차이나는 제2 굴절률을 갖는다. 나노공극 중합체 재료는 제1 영역과 제2 영역 둘 모두에서 같은 물질이다. 가변 굴절률 광 추출 층 안에 충분히 포함되어 제1 영역의 굴절률에 적어도 약 0.03 차이, 예를 들어, 약 0.03 내지 약 0.5, 약 0.05 내지 약 0.5, 또는 약 0.05 내지 약 0.25를 야기하면 재료는 추가 재료로 고려된다.

일부 실시 형태에서, 추가 재료는 나노공극형 중합체 재료를 형성하기 위해 사용되는 결합제와 다르다. 일부 실시 형태에서, 추가 재료는 나노공극형 중합체 재료를 형성하기 위해 사용되는 결합제와 같다. 제2 영역은 (i) 상기 영역의 전체가 나노공극형 중합체 재료를 포함하는지, (ii) 상기 영역이 가변 굴절률 광 추출 층의 연속적인 횡단면을 가로질러 ± 0.02 범위의 굴절률을 갖는지, (iii) 상기 영역이 제1 영역의 굴절률과 적어도 약 0.03 차이나는 굴절률을 갖는지 여부로 구분된다.

일부 실시 형태에서, 가변 굴절률 광 추출 층은 추가 재료를, 층과 같은 일부 바람직한 형상으로 형성된 나노공극형 중합체 재료의 부분들과 조합함으로써 만들어질 수 있다. 충분한 추가 재료를 나노공극형 중합체 재료와 조합해서 굴절률에 원하는 변화가 일어나도록 하고, 그 차이는 적어도 약 0.03, 예를 들어, 약 0.03 내지 약 0.5, 약 0.05 내지 약 0.5, 또는 약 0.05 내지 약 0.25이다.

가변 굴절률 광 추출 층은 서로에 대하여 배치된 제1 영역 및 제2 영역을 포함하여, 인접 층 내에서 초임계각으로 수송되는 광에 있어서 가변 굴절률 광 추출 층이 제1 영역 및 제2 영역의 기하학적 배열에 기초해 소정의 방식으로 광을 선택적으로 추출하도록 한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 초임계각은 가변 굴절률 광 추출 층의 제1 영역과 인접 층에 의해 형성되는 주어진 계면에 대한 임계각 이상인 각도이며, 이는 제1 영역과 인접 층 사이의 굴절률 차이에 의해 결정된다. 임계각은 하나의 매질로부터 굴절성이 더 적은 다른 매질로 통과하는 광선이 이 둘 사이의 경계면으로부터 전적으로 반사될 수 있는 최소 입사각이다.

도 1a의 단순화된 도면인 도 1b를 참조하면, 광선들(150, 160)로 나타낸 광은 TIR에 의해 인접 층(120) 내에서 수송되고 있다. 이 실시 형태에서, 제1 영역들(140a, 140b)의 굴절률은 나타낸 바와 같이 임계각 θ_c를 규정하는 인접 층의 것보다 훨씬 더 작다. 광선(150)으로 나타낸 초임계각으로 이동하는 광은 인접 층(120)과 제1 영역(140b) 사이의 계면에 부딪히며, 광선(150)의 이 입사각은 θ_c보다 크고, 이는 실질적으로 모든 광이 이 계면에서의 반사로 이어진다.

또한 이 실시 형태에서, 제2 영역(130)의 굴절률은 인접 층(120)의 굴절률과 대략적으로 동일하거나 또는 그보다 더 크다. 이러한 상황에서, 계면에서 임계각이 전혀 없으며, 광선(160)으로 나타낸 광은 인접 층(120)과 제2 영역(130) 사이의 계면을 통과하고, 이에 따라 인접 층으로부터 제2 영역(130) 내로 추출되게 된다.

이와 같이, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 실시 형태에 있어서, 제1 영역 및 제2 영역이 서로에 대하여 배치되어, 인접 층 내에서 초임계각으로 수송되는 광이 제1 영역 및 제2 영역의 기하학적 배열에 기초한 소정의 방식으로 가변 굴절률 광 추출 층에 의해 선택적으로 추출될 수 있도록 한다.

도 1c는 광이 임계각 미만으로 인접 층에 충돌하는 광학 필름(105)의 개략적 단면도를 나타낸다. 광선들(180, 190)로 나타낸 광은 임계각 미만으로 인접 층(120)의 표면(170)에 충돌하며, 광은 층들(120, 100)을 통하여 본질적으로 일탈하지 않고서 이동한다. 광선(190)으로 나타낸 광은 제1 영역(140b)을 통하여 이동하며, 광선(180)으로 나타낸 광은 제2 영역(130)을 통하여 이동한다. 가변 굴절률 광 추출 층(100)의 상이한 영역들을 통하여 이동하는 광의 편차는 거의 내지 전혀 없다. 이는 탁도가 낮고 투명도가 높은 광학 필름, 예시적인 광학 필름(105)과 같이 되게 하여, 광학 필름을 통하여 볼 때 반대면에서의 영상의 왜곡이 거의 내지 전혀 없도록 한다. 가변 굴절률 광 추출 층은 원하는 추출 광 패턴을 만들기 위해서 제1 영역 및 제2 영역의 임의의 기하학적 배열을 가질 수 있다.

일반적으로, 가변 굴절률 광 추출 층의 굴절률 프로파일은, 상기 층의 원하는 광학 성능이 얻어지기만 한다면, 임의의 방식으로 변할 수 있다. 도 2는 가변 굴절률 광 추출 층의 횡단면을 가로질러 달라질 수 있는 굴절률을 갖는 가변 굴절률 광 추출 층을 도시한다. 굴절률 프로파일은 거리 d의 그래프를 나타내는데, 이는 평면도에서 상기 층에 있어서, 상기 층의 횡단면을 가로지르는 거리에 해당한다. 도 2는 d ₀ 에 해당하는 상기 층 상의 일부 초기 위치에서 상기 층이 제1 영역에 해당하는 제1 굴절률 n ₁ 을 가짐을 나타낸다. 상기 층의 횡단면을 가로질러 이동하면, 제2 영역의 제2 굴절률에 해당하는 n ₂ 로 상기 층의 굴절률이 갑자기 증가하는 d ₁ 에 도달할 때까지 제1 굴절률 n ₁ 이 관찰된다. 상기 층의 횡단면을 가로질러 계속 이동하면, 두 번째의 제1 영역을 나타내는 n ₁ 로 상기 층의 굴절률이 갑자기 감소하는 d ₂ 에 도달할 때까지 제2 굴절률 n ₂ 가 관찰된다.

각각 저 굴절률 및 고 굴절률을 갖는 2개의 인접한 제1 영역과 제2 영역 사이의 굴절률의 변화는 여러 방식으로 달라질 수 있다. 예를 들어, 굴절률의 변화는 계단 함수에서와 같이, 두 인접 영역들 사이에서 갑작스러울 수 있다. 다른 예에서, 굴절률의 변화는 단조로울 수 있으며, 이때 굴절률은 (상기 변화가 각각 제1 영역으로부터 제2 영역으로 또는 제2 영역으로부터 제1 영역으로 이동하는 함수로서 관찰되는지에 따라) 계속적으로 증가하거나 또는 감소한다. 일부 경우에서, 인접한 제1 영역 및 제2 영역의 제1 굴절률 및 제2 굴절률은 계단 함수와 단조 함수를 일부 조합한 것과 같이 달라진다.

가변 굴절률 광 추출 층의 제1 영역의 굴절률은 제2 영역의 굴절률보다 더 작다. 예를 들어, 제1 굴절률은 약 1.4 미만, 약 1.3 미만 또는 약 1.2 미만일 수 있다. 제1 굴절률은 약 1.15 내지 약 1.45, 약 1.2 내지 약 1.42, 약 1.2 내지 약 1.40 또는 약 1.2 내지 약 1.35일 수 있다. 일반적으로, 특정한 제1 굴절률 및 제2 굴절률 뿐만 아니라 이 둘 사이의 특정한 차이는 가변 굴절률 광 추출 층의 원하는 광학 성능에 따라 달라지고, 이는 아래에 기재된 바와 같다. 제1 영역과 제2 영역 사이의 굴절률의 차이는 약 0.03보다 크다. 일부 실시 형태에서, 제1 영역과 제2 영역 사이의 굴절률의 차이는 0.05 초과, 0.1 초과, 0.2 초과 또는 0.25 초과이다.

나노공극형 중합체 재료는 전형적으로 결합제 내에 분산된 복수의 상호연결된 나노공극 또는 나노공극의 네트워크를 포함한다. 복수의 또는 네트워크의 나노공극들 중 적어도 일부는 중공 터널 또는 중공 터널형 통로를 통해 서로 연결된다. 나노공극에는 반드시 모든 물질 및/또는 미립자가 없어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 일부 경우에서, 나노공극은 예를 들어 결합제 및/또는 나노입자를 포함하는 하나 이상의 작은 섬유-유사 또는 스트링-유사 물체를 포함할 수 있다. 일부의 개시된 제1 영역은 복수의 상호연결된 나노공극을 다수 또는 나노공극들의 네트워크를 다수 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 복수의 또는 네트워크의 나노공극들은 상호연결된다. 일부 경우에서, 다수인 복수의 상호연결된 나노공극에 더하여, 개시된 제1 영역은 일부분의 폐쇄된 또는 연결되지 않은 나노공극을 포함할 수 있으며, 이는 나노공극들이 터널을 통해 다른 나노공극들에 연결되지 않는다는 것을 의미한다.

나노공극형 중합체 재료는 복수의 나노공극을 포함함으로 인해 TIR을 지원하도록 설계된다. 광이 광학적으로 투명한 (맑은 그리고 비다공성인) 인접 층에서 이동하고, 광이 고 다공성을 갖는 층에 입사될 때, 입사광의 반사율은 수직 입사에서보다 경사각에서 훨씬 더 높다. 탁도가 거의 없거나 내지는 전혀 없는 나노공극형 제1 영역의 경우, 임계각보다 큰 경사각에서의 반사율은 약 100%에 가깝다. 그러한 경우, 입사광은 TIR을 겪는다.

개시된 제1 영역 내의 나노공극은 굴절률 n_v 및 유전율 ε_v를 가지며, 여기서, n_v ²=ε_v이고, 결합제는 굴절률 n_b 및 유전율 ε_b를 가지며, 여기서, n_b ²=ε_b이다. 일반적으로, 광, 예를 들어 상기 층에 입사하거나 상기 층 내에서 전파되는 것과 같은 광과 나노공극형 중합체 재료 층의 상호작용은 상기 층의 여러 특성에 따라 달라지는데, 예를 들어, 층 두께, 결합제 굴절률, 나노공극 또는 기공 굴절률, 기공 형상 및 크기, 기공들의 공간적 분포, 및 광의 파장과 같은 것이 있다. 일부 경우에서, 나노공극형 중합체 재료 층에 입사하거나 나노공극형 중합체 재료 층 내에서 전파하는 광은 유효 유전율 ε_eff 및 유효 굴절률 n_eff을 "보거나" "경험"하며, 여기서 n_eff은 나노공극 굴절률 n_v, 결합제 굴절률 n_b 및 나노공극 다공도 또는 부피율 "f"에 관련하여 표현될 수 있다. 그러한 경우에, 상기 층은 충분히 두껍고 나노공극은 충분히 작아서, 광이 단일 또는 고립된 나노공극의 형상 및 특징부를 분해할 수 없다. 그러한 경우에, 적어도 대다수의 나노공극, 예를 들어 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 이상의 나노공극의 크기가 약 λ/5 이하, 또는 약 λ/6 이하, 또는 약 λ/8 이하, 또는 약 λ/10 이하, 또는 약 λ/20 이하이며, 여기서, λ는 광의 파장이다.

일부 실시 형태에서, 가변 광 추출 층의 개시된 제1 영역에 입사하는 광은 약 380 ㎚ 내지 약 750 ㎚, 또는 약 400 ㎚ 내지 약 700 ㎚, 또는 약 420 ㎚ 내지 약 680 ㎚의 범위일 수 있는 가시광이다. 그러한 경우에, 적어도 대다수의 나노공극, 예를 들어, 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 이상의 나노공극의 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 ㎚ 이하라면 가변 광 추출 층의 제1 영역은 유효 굴절률을 가지며 복수의 나노공극을 포함한다.

일부 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층의 개시된 제1 영역은 충분히 두꺼워서, 상기 영역은 합리적으로 나노공극 및 결합제의 굴절률, 및 나노공극 또는 기공의 부피 분율 또는 다공도 면에서 표현될 수 있는 유효 굴절률을 가질 수 있다. 그러한 경우에, 제1 영역의 두께는 약 100 ㎚ 이상, 또는 약 200 ㎚ 이상, 또는 약 500 ㎚ 이상, 또는 약 700 ㎚ 이상, 또는 약 1,000 ㎚ 이상이다.

개시된 제1 영역 내의 나노공극이 충분히 작고, 상기 영역이 충분히 두꺼울 때, 제1 영역은 다음과 같이 표현될 수 있는 유효 유전율 ε_eff를 갖는다:

[수학식 1]

ε_eff = fε_v + (1-f)ε_b

그러한 경우에, 제1 영역의 유효 굴절률 n_eff는 다음과 같이 표현될 수 있다:

[수학식 2]

n_eff ² = fn_v ² + (1-f)n_b ²

기공의 굴절률과 결합제의 굴절률 사이의 차이가 충분히 작을 때와 같은 일부 경우에, 제1 영역의 유효 굴절률은 하기 표현식으로 근사화될 수 있다:

[수학식 3]

n_eff = fn_v + (1-f)n_b

이러한 경우에, 제1 영역의 유효 굴절률은 나노공극의 굴절률과 결합제의 굴절률의 부피 가중 평균이다. 예를 들어, 약 50%의 공극 부피율과 약 1.5의 굴절률을 갖는 결합제를 갖는 제1 영역의 유효 굴절률은 약 1.25이다.

도 3은 나노공극의 네트워크 또는 복수의 상호연결된 나노공극과 결합제 내에 실질적으로 균일하게 분산된 복수의 입자를 포함하는 가변 굴절률 광 추출 층의 제1 영역의 개략적 단면도이다. 제1 영역(300)은 결합제(310) 중에 분산된 복수의 상호연결된 나노공극(320)을 포함한다. 나노공극(320)은 상호연결된 나노공극들(320A 내지 320C)을 포함한다. 각각 제1 주표면(330) 및 제2 주표면(332)은 표면 기공들(320D 내지 320G)로 나타낸 바와 같이 다공성이며, 표면 기공들은 하나의 표면으로부터 다른 표면까지 연장하거나 또는 당해 영역의 두께를 통하여 연장하는 터널을 제공할 수 있거나 또는 상기 터널을 제공하지 않을 수 있다. 나노공극들(320B, 320C)과 같은 나노공극들 중 일부는 제1 영역의 내부에 있으며, 표면까지 터널을 형성할 수 있거나 또는 형성하지 않을 수 있다.

공극(320)은, 적합한 조성 및 제작방법, 예를 들어, 코팅, 건조 및 경화 조건을 선택하여 일반적으로 조절될 수 있는 크기 d₁을 갖는다. 일반적으로, d₁은 임의의 원하는 범위의 값들 중에서 임의의 원하는 값일 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 나노공극, 예를 들어, 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 이상의 나노공극이 약 500 ㎚ 이하, 400 ㎚ 이하, 약 300 ㎚ 이하, 약 200 ㎚ 이하, 약 100 ㎚ 이하, 약 70 ㎚ 이하 또는 약 50 ㎚ 이하의 크기를 갖는다. 일부 경우에, 나노공극들 중 일부는 당해 영역의 굴절률이 광을 거의 산란시키지 않거나 또는 전혀 산란시키지 않고서 변화되도록 충분히 작을 수 있다.

결합제(310)는 중합체와 같은 임의의 물질을 포함할 수 있다. 결합제는 단량체들을 포함하는 중합성 조성물로부터 형성되는 중합체일 수 있으며, 여기서, 단량체들은 화학 방사선, 예를 들어 가시광, 자외 방사선, 전자 빔 방사선, 열 및 그 조합, 또는 화학적으로 또는 열적으로 개시될 수 있는 임의의 다양한 통상적인 음이온, 양이온, 자유 라디칼 또는 다른 중합 기술을 이용하여 경화시킨다. 중합은 용매 중합, 유화 중합, 현탁 중합, 벌크 중합 등을 이용하여 수행될 수 있다. 유용한 단량체는 분자량이 약 500 g/몰 미만인 소분자, 분자량이 500 초과 내지 약 10,000 g/몰인 올리고머, 및 분자량이 10,000 초과 내지 약 100,000 g/몰인 중합체를 포함한다.

본 발명의 실시에 적합한 경화성 기의 대표적인 예에는 에폭시 기, 에틸렌계 불포화 기, 올레핀계 탄소-탄소 이중 결합, 알릴옥시 기, (메트)아크릴레이트 기, (메트)아크릴아미드 기, 시아노에스테르 기, 비닐 에테르 기, 이들의 조합 등이 포함된다. 단량체는 1작용성 또는 다작용성일 수 있으며, 중합시에 가교결합 네트워크를 형성하는 것이 가능할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, (메트)아크릴레이트는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 말하며, (메트)아크릴아미드는 아크릴아미드 및 메타크릴아미드를 말한다.

유용한 단량체는 스티렌, 알파-메틸스티렌, 치환된 스티렌, 비닐 에스테르, 비닐 에테르, N-비닐-2-피롤리돈, (메트)아크릴아미드, N-치환된 (메트)아크릴아미드, 옥틸 (메트)아크릴레이트, 아이소-옥틸 (메트)아크릴레이트, 노닐페놀 에톡실레이트 (메트)아크릴레이트, 아이소노닐 (메트)아크릴레이트, 다이에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트, 아이소보르닐 (메트)아크릴레이트, 2-(2-에톡시에톡시)에틸 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 라우릴 (메트)아크릴레이트, 부탄다이올 모노(메트)아크릴레이트, 베타-카르복시에틸 (메트)아크릴레이트, 아이소부틸 (메트)아크릴레이트, 지환식 에폭사이드, 알파-에폭사이드, 2-하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴로니트릴, 말레인산 무수물, 이타콘산, 아이소데실 (메트)아크릴레이트, 도데실 (메트)아크릴레이트, n-부틸 (메트)아크릴레이트, 메틸 (메트)아크릴레이트, 헥실 (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴산, N-비닐카프로락탐, 스테아릴 (메트)아크릴레이트, 하이드록실 작용성 폴리카프로락톤 에스테르 (메트)아크릴레이트, 하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시메틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 하이드록시아이소프로필 (메트)아크릴레이트, 하이드록시아이소부틸 (메트)아크릴레이트, 테트라하이드로푸르푸릴 (메트)아크릴레이트, 이들의 조합 등을 포함한다.

작용성 올리고머 및 중합체는 또한 통틀어서 본 명세서에서 "고분자량 성분 또는 화학종"으로 명명될 수 있다. 적합한 더욱 큰 분자량의 구성성분이 본 발명의 조성물 내로 혼입될 수 있다. 이러한 더욱 큰 분자량의 구성성분은 점도 제어, 경화시의 수축성 감소, 내구성, 가요성, 다공성 및 비다공성 기재에의 부착성, 야외에서의 내후성 및/또는 기타를 포함하는 효과를 제공할 수 있다. 본 개시 내용의 유체 조성물에 포함되는 올리고머 및/또는 중합체의 양은 얻어지는 조성물의 의도된 용도, 반응성 희석제의 성질, 올리고머 및/또는 중합체의 성질 및 중량 평균 분자량 등과 같은 인자에 따라 넓은 범위 내에서 변할 수 있다. 올리고머 및/또는 중합체 자체는 직쇄형(straight-chained), 분지형(branched) 및/또는 사이클릭(cyclic)일 수 있다. 분지형 올리고머 및/또는 중합체는 비슷한 분자량의 직쇄형 대응물보다 낮은 점도를 갖는 경향이 있다.

예시적인 중합가능 올리고머 또는 중합체는 지방족 폴리우레탄, 아크릴, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아미드, 에폭시 중합체, 폴리스티렌(스티렌의 공중합체를 포함함) 및 치환된 스티렌, 중합체를 함유하는 실리콘, 플루오르화된 중합체, 이들의 조합 등을 포함한다. 일부 응용에서, 폴리우레탄 및 아크릴레이트 올리고머 및/또는 폴리머는 향상된 내구성 및 내후성 특성을 가질 수 있다. 이러한 물질은 또한 방사선 경화성 (메트)아크릴레이트 작용성 단량체로 형성되는 반응성 희석제에서 용이하게 용해되는 경향이 있다.

올리고머 및/또는 중합체의 방향족 성분이 일반적으로 열악한 내후성 및/또는 열악한 내직사광성(resistance to sunlight)을 가지는 경향이 있기 때문에, 방향족 성분은 5 중량% 미만, 바람직하게는 1 중량% 미만으로 제한될 수 있고, 본 개시 내용의 올리고머 및/또는 중합체 및 반응성 희석제로부터 실질적으로 배제될 수 있다. 그에 따라, 직쇄형, 분지형 및/또는 사이클릭 지방족 및/또는 헤테로사이클릭 성분이 실외 응용에서 사용될 올리고머 및/또는 중합체를 형성하는 데 바람직하다.

본 개시 내용에서 사용하기에 적당한 방사선 경화성 올리고머 및/또는 중합체는 (메트)아크릴화한 우레탄(즉, 우레탄 (메트)아크릴레이트), (메트)아크릴화한 에폭시(즉, 에폭시 (메트)아크릴레이트), (메트)아크릴화한 폴리에스테르(즉, 폴리에스테르 (메트)아크릴레이트), (메트)아크릴화한 (메트)아크릴, (메트)아크릴화한 실리콘, (메트)아크릴화한 폴리에테르(즉, 폴리에테르 (메트)아크릴레이트), 비닐 (메트)아크릴레이트, 및 (메트)아크릴화한 오일을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.

나노공극형 층(300)을 강화시키는데 유용한 재료에는 고 인장강도 및 고 연신율을 갖는 수지, 예를 들어, 사르토머 컴퍼니 (Sartomer Company)에서 시판하는 CN9893, CN902, CN9001, CN961, 및 CN964; 및 사이텍 (Cytec)에서 시판하는 에베크릴 4833 및 Eb8804가 포함된다. 적절한 강화 재료에는 또한 "경질" 올리고머 아크릴레이트 및 "연질" 올리고머 아크릴레이트의 조합이 포함된다. "경질" 아크릴레이트"의 예에는 폴리우레탄 아크릴레이트, 예컨대 에베크릴 4866, 폴리에스테르 아크릴레이트, 예컨대 에베크릴 838, 및 에폭시 아크릴레이트, 예컨대 에베크릴 600, 에베크릴 3200, 및 에베크릴 1608 (사이텍에서 시판하고 있음); 및 CN2920, CN2261, 및 CN9013 (사르토머 컴퍼니에서 시판하고 있음)이 포함된다. "연질" 아크릴레이트"의 예에는 사이텍에서 시판하는 에베크릴 8411; 및 사르토머 컴퍼니에서 시판하는 CN959, CN9782, 및 CN973이 포함된다. 이들 재료는 전체 고형분 (용매 분획을 제외함)의 5 내지 25 wt%의 범위로 코팅 제제에 첨가될 때에 나노공극형 구조화된 층을 강화시키는데 효과적이다.

나노공극형 중합체 재료는 입자를 포함할 수 있거나 또는 포함하지 않을 수 있다. 입자(340)는 임의의 원하는 범위의 값들 중에서 임의의 원하는 값일 수 있는 크기 d₂를 갖는다. 예를 들어, 어떤 경우에, 적어도 입자의 대부분(적어도 입자의 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 등)은 원하는 범위에 있는 크기를 가진다. 예를 들어, 일부 경우에, 적어도 대다수의 입자, 예를 들어, 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 이상의 입자가 약 5 ㎛ 이하, 또는 약 3 ㎛ 이하, 또는 약 2 ㎛ 이하, 또는 약 1 ㎛ 이하, 또는 약 700 ㎚, 또는 약 500 ㎚ 이하, 또는 약 200 ㎚ 이하, 또는 약 100 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하의 크기를 갖는다.

일부 경우에, 입자(340)는 약 5 ㎛ 이하, 또는 약 3 ㎛ 이하, 또는 약 2 ㎛ 이하, 또는 약 1 ㎛ 이하, 또는 약 700 ㎚ 이하, 또는 약 500 ㎚ 이하, 또는 약 200 ㎚ 이하, 또는 약 100 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하인 평균 입자 크기를 갖는다. 일부 경우에, 입자들 중 일부는 당해 영역의 굴절률이 광을 거의 산란시키지 않거나 또는 전혀 산란시키지 않고서 변화되도록 충분히 작을 수 있다.

일부 경우에, d₁ 및/또는 d₂는 당해 영역의 굴절률이 광을 거의 산란시키지 않거나 또는 전혀 산란시키지 않고서 변화되도록 충분히 작다. 예를 들어, 그러한 경우에, d₁ 및/또는 d₂는 약 λ/5 이하, 약 λ/6 이하, 약 λ/8 이하, 약 λ/10 이하, 약 λ/20 이하이고, 여기서 λ는 광의 파장이다. 다른 예로서, 그러한 경우에, d₁ 및 d₂는 약 70 ㎚ 이하, 약 60 ㎚ 이하, 약 50 ㎚ 이하, 약 40 ㎚ 이하, 약 30 ㎚ 이하, 약 20 ㎚ 이하, 또는 약 10 ㎚ 이하이다.

나노공극형 중합체 층에서 사용되는 입자의 다른 특성에는 형상이 포함된다. 입자는 규칙적인 형상, 예를 들어 구형, 또는 불규칙적인 형상을 가질 수 있다. 입자는 신장시켜서 평균 종횡비가 약 1.5 이상, 약 2 이상, 약 3 이상, 약 4 이상 또는 약 5 이상이 되도록 할 수 있다. 일부 경우에, 입자는 진주목걸이(string-of-pearls) (예를 들어 닛산 케미칼(Nissan Chemical)로부터 입수가능한 스노우텍스(SNOWTEX)-PS 입자) 또는 건식 실리카와 같은 구형 또는 무정형 입자의 응집된 사슬의 형태 또는 형상일 수 있다.

나노입자는 무기 또는 유기 나노입자 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 나노입자는 다공성 입자, 중공 입자, 중실 입자, 또는 이들의 조합일 수 있다. 적합한 무기 나노입자들의 예로는 지르코니아, 티타니아, 세리아, 알루미나, 산화철, 바나디아, 산화안티몬, 산화주석, 알루미나/실리카, 실리카/지르코니아 및 이들의 조합과 같은 실리카 및 금속 산화물을 포함된다. 나노입자는 이것이 화학적으로 및/또는 물리적으로 결합제에 접합되도록 표면-개질될 수 있다. 전자의 경우에, 표면-개질된 나노입자들은 결합제와 화학적으로 반응하는 작용기를 갖는다. 일반적으로, 표면 개질은 잘 알려져 있으며, 상기에 인용된 참고 문헌에 기재된 바와 같이 통상적인 재료 및 기술을 이용하여 수행될 수 있다.

결합제 대 나노입자의 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 그보다 큰 범위일 수 있다. 나노입자의 wt%의 바람직한 범위는 약 10 중량% 내지 약 60 중량%의 범위이며, 이는 사용되는 나노입자의 밀도 및 크기에 따라 달라질 수 있다.

입자(340) 및 공극(320)의 네트워크의 일차 광학 효과가 유효 굴절률에 영향을 주고 산란 광을 최소화하는 것인 경우에, 공극(320) 및 입자(340)로 인한 광학 층(300)의 광학 탁도는 약 5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3.5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3% 이하, 또는 약 2.5% 이하, 또는 약 2% 이하, 또는 약 1.5% 이하 또는 약 1% 이하이다. 그러한 경우에, 광학 층의 유효 매질의 유효 굴절률은 약 1.40 이하, 또는 약 1.35 이하, 또는 약 1.3 이하, 또는 약 1.25 이하, 또는 약 1.2 이하, 또는 약 1.15 이하이다.

제1 영역(300)은 결합제(310) 및 입자(340)에 더하여 다른 물질을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(300)은, 나노공극형 중합체 재료가 그 위에 형성되는, 도 3에 명확히 도시되지 않은, 기판의 표면을 습윤시키는 데 도움이 되도록, 예를 들어, 커플링제와 같은 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 제1 영역(300) 중의 다른 예시적인 물질에는 개시제, 예를 들어 하나 이상의 광개시제, 대전방지제, UV 흡수제 및 이형제가 포함된다.

나노공극형 중합체 재료는 전형적으로 층으로 형성된다. 나노공극형 중합체 재료의 층을 만드는 방법은 상기에 인용된 콜브 등의 참고 문헌에 기재되어 있다. 일 공정에서, 복수의 입자, 예를 들어, 나노입자, 및 용매에 용해된 중합성 물질 - 중합성 물질은 예를 들어 하나 이상의 유형의 단량체를 포함할 수 있음 - 을 포함하는 제1 용액을 제조한다. 그 다음, 예를 들어, 열 또는 광을 인가해 중합성 물질을 중합하여, 용매 중에 불용성 중합체 매트릭스를 형성한다. 일부 경우에, 중합 단계 후에, 용매는 중합성 물질의 일부를 더 낮은 농도지만 여전히 포함할 수 있다. 그 다음, 용액을 건조 또는 증발시켜 용매를 제거하여, 중합체 결합제(310) 중에 분산된 복수의 공극(320) 또는 공극의 네트워크를 포함하는 제1 영역(300)을 생성한다. 제1 영역은 중합체 중에 분산된 복수의 입자(340)를 추가로 포함한다. 입자는 결합제에 결합되며, 여기서 결합은 물리적이거나 화학적일 수 있다.

일반적으로, 나노공극형 중합체 층은 원하는 다공도 또는 공극 부피로 형성될 수 있는데, 이는 가변 굴절률 광 추출 층의 제1 영역의 원하는 특성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 영역은 공극 부피가 약 20 내지 약 70%, 약 30 내지 약 70% 또는 약 40 내지 약 70%일 수 있다. 일부 경우에, 상기 공극 부피는 약 20% 이상, 약 30% 이상, 약 40% 이상, 약 50% 이상, 약 60% 이상, 약 70% 이상, 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상이다.

일부 실시 형태에서, 제1 영역(300)은 광학 탁도가 낮다. 그러한 경우에, 상기 광학 층의 광학 탁도는 약 10% 이하이다. 또는 약 7% 이하, 또는 약 5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3.5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3% 이하, 또는 약 2.5% 이하, 또는 약 2% 이하, 또는 약 1.5% 이하, 또는 약 1% 이하이다. 제1 영역을 가로지르는 탁도의 변동률은 약 1 내지 5%, 약 1 내지 3%, 약 1 내지 2%의 범위이거나 또는 1% 미만일 수 있다. 그러한 경우에, 광학 필름은 약 1.40 이하, 또는 1.35 이하, 또는 약 1.3 이하, 또는 약 1.2 이하, 또는 약 1.15 이하, 또는 약 1.1 이하, 또는 약 1.05 이하인 감소된 유효 굴절률을 가질 수 있다. 광학 층(300)에 수직 입사되는 광의 경우, 광학 탁도는, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 전체 투과광에 대한, 수직 방향으로부터 4도 초과만큼 벗어나는 투과광의 비로서 정의된다. 본 명세서에 개시된 탁도 값은 헤이즈-가드 플러스(Haze-Gard Plus) 탁도계(미국 메릴랜드주 실버 스프링스 소재의 비와이케이-가드너(BYK-Gardiner))를 사용하여 ASTM D1003에 기재된 절차에 따라 측정하였다.

일부 실시 형태에서, 제1 영역(300)의 광학 투명도는 높다. 제1 영역(300)에 수직 입사하는 광의 경우, 광학 투명도는, 본 명세서에 사용되는 바와 같이 비 (T_1-T₂)/(T₁+T₂)를 말하고, 여기서, T₁은 수직 방향으로부터 1.6 내지 2도만큼 벗어나는 투과 광이고, T₂는 수직 방향으로부터 0도와 0.7도 사이에 있는 투과 광이다. 본 명세서에 개시된 투명도 값은 비와이케이-가드너(BYK-Gardiner)의 헤이즈-가드 플러스(Haze-Gard Plus) 탁도계를 사용하여 측정되었다. 제1 영역(300)이 높은 광학 투명도를 갖는 경우, 투명도는 약 80% 이상, 또는 약 85% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상이다.

제1 영역(300)의 나노공극형 중합체 재료는 상술한 용매 함유 용액을 기판 상에 코팅함으로써 만들어질 수 있다. 많은 경우, 기판은 롤-대-롤(roll to roll) 공정에 유용한 임의의 중합체 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 기판 층은 투명하며, 이때 탁도는 거의 없음 내지 전혀 없음이고 투명도는 높으며, 이는 중합체, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카르보네이트, 아크릴, 및 사이클로올레핀 중합체로 형성된다. 기판은 또한 유리 및 다른 투명 무기 재료 같은 투명 기판을 포함할 수 있다. 기판은 또한 반사성 산란 기판 또는 재료, 예를 들어 확산 백색 중합체 기판(diffuse white polymeric substrate), 반경면 기판(semispecular substrate) 중합체 기판, 예를 들어 다층 광학 필름 (예를 들어, 쓰리엠(3M)으로부터 입수가능한 ESR), 금속성 반경면 반사기(metallic semispecular reflector), 예를 들어 브러시드 알루미늄(brushed aluminum)을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 기판은 나노공극형 중합체 층(300)이 다른 기판으로, 예를 들어 접착제 층으로 전사될 수 있도록 이형 라이너를 포함할 수 있다.

제1 영역이 나노공극형 중합체 재료를 포함하는 실시 형태에 있어서, 추가 재료가 제2 영역을 규정한다. 추가 재료는 나노공극형 중합체 재료의 나노공극 내에 있으며, 제2 영역의 굴절률이 제1 영역의 굴절률보다 더 커지게 하기에 충분히 높은 굴절률을 갖는다. 유용한 추가 재료는, 가변 굴절률 광 추출 층이 원하는 대로 기능할 수 있도록 나노공극형 중합체 재료 내에 혼입될 수 있는 임의의 재료를 포함한다. 추가 재료는, 이것이 나노공극형 중합체 재료의 굴절률을 증가시킬 수 있다는 의미에서, 즉, 제1 굴절률을 약 0.03 이상만큼, 예를 들어 약 0.03 내지 약 0.5, 약 0.05 내지 약 0.5, 또는 약 0.05 내지 약 0.25만큼 증가시킬 수 있는 높은 굴절률을 갖는다.

일반적으로, 추가 재료의 굴절률은 약 1.40 내지 2.1의 범위일 수 있다. 추가 재료의 굴절률의 정확한 범위는 나노공극형 중합체 재료의 굴절률 및 또한 상기 추출 층이 광을 추출하고 있는 인접 층의 굴절률에 따라 달라질 것이다. 본 명세서에 기재된 본 발명의 목적상, 가변 굴절률 광 추출 층은 인접 투명 층으로부터 광을 추출하도록 설계된다. 이 기능을 수행하기 위하여, 가변 굴절률 광 추출 층의 제1 영역은 인접한 투명 층의 것보다 더 작은 굴절률을 가져야 하며, 가변 굴절률 광 추출 층의 제2 영역은 광이 추출되고 있는 인접한 투명 층의 것과 대략적으로 동일한 또는 그보다 더 큰 굴절률을 갖는다.

일반적으로, 추가 재료는 나노공극형 중합체 재료 내에 혼입되며, 추가 재료는 나노공극형 중합체 재료의 표면 상에는 거의 없거나 또는 전혀 없다. 일부 실시 형태에서, 추가 재료는 상호연결된 나노공극을 실질적으로 완전히 충전시켜서, 제2 영역 내에는 공극 부피가 거의 남아있지 않거나 또는 전혀 남아있지 않게 된다 (5% 미만의 공극 부피). 일부 실시 형태에서, 추가 재료는 상호연결된 나노공극을 부분적으로 충전시켜서, 약간의 공극 부피가 남아있게 된다. 제2 영역은 추가 재료의 굴절률 및 제1 영역과 제2 영역 사이의 원하는 굴절률 차이에 따라 특정한 양의 공극 부피를 포함한다. 예를 들어, 제2 영역은 약 20% 미만, 약 10% 미만, 약 5% 미만 또는 약 1% 미만의 공극 부피를 가질 수 있다.

예시적인 추가 재료는 소분자, 올리고머 및 중합체를 포함한다. 나노공극형 중합체 재료의 제조에 대하여 상기 재료들 중 임의의 것이 추가 재료로 사용될 수 있다. 일반적으로, 추가 재료는 하기의 인쇄와 같은 방법을 이용하여 나노공극형 중합체 재료의 공극 내로 침착된다. 일부 경우에, 추가 재료는 100% 고형물인 중합성 물질이고, 적용 조건 하에서 추가 재료가 나노공극형 중합체 재료를 침투하게 하여서 제2 영역을 형성하는 점도를 갖는다.

추가 재료의 특별한 선택은 나노공극형 중합체 층 내로 이것을 혼입시키는 방법에 따라 달라질 수 있다. 다양한 방법이 아래에 기재되어 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 가변 굴절률 광 추출 층은 나노공극형 중합체 재료를 포함하는 층의 표면의 선택된 구역 또는 영역 상에 추가 재료를 침착시킴으로써 만들어진다. 그 후 추가 재료는 나노공극형 중합체 재료를 침투하여서 추가 재료는 상기 층의 표면 상에 거의 남아있지 않거나 또는 전혀 남아있지 않게 된다. 이 실시 형태는 점도가 충분히 낮고, 나노공극형 중합체 재료의 나노공극 내로 그리고 상기 나노공극을 통하여 침투하기에 충분히 작은 크기를 갖는 분자 구성성분을 갖는 추가 재료를 필요로 할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 가변 굴절률 광 추출 층은 나노공극형 중합체 재료를 포함하는 층의 표면의 선택된 구역 또는 영역 상에 중합성 조성물을 침착시킴으로써 만들어진다. 그 후 중합성 조성물은 나노공극형 재료에 침투하여서 중합성 조성물은 상기 층의 표면 상에 거의 남아있지 않거나 또는 전혀 남아있지 않게 된다. 그 후 중합성 조성물은 통상적인 수단에 의해 중합되어 추가 재료를 형성하고, 그에 따라 제1 재료 및 추가 재료 둘 모두를 갖는 제2 영역을 형성할 수 있다. 일부 경우에, 추가 재료는 나노공극형 중합체 재료 층의 두께를 통하여 완전히 침투한다.

제1 영역 및 제2 영역은 광을 원하는 방식으로 관리하기 위하여 가변 굴절률 광 추출 층의 횡단면을 가로질러 서로에 대하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 영역은 상기 층의 횡단면을 가로질러 패턴으로 배열된 복수의 제2 영역을 포함할 수 있다. 다른 예에 있어서, 제2 영역은 상기 층의 횡단면을 가로질러 랜덤하게 배열된 복수의 제2 영역을 포함할 수 있다. 제1 영역 또는 제2 영역은 상기 층의 횡단면을 가로지르는 연속 영역일 수 있다. 불연속적인, 즉 복수의 영역인 제1 영역 또는 제2 영역에 있어서, 밀도는 상기 층의 횡단면을 가로질러 임의의 방향에서 달라질 수 있다. 예를 들어, 제2 영역의 밀도는 상기 층의 횡단면을 가로질러 1차원 또는 2차원으로 달라질 수 있다. 이들 실시 형태들 중 몇몇이 도 4a 내지 도 4d, 도 5a 및 도 5b에 기재되어 있다.

가변 굴절률 광 추출 층의 최적 두께는 상기 층이 수행하도록 설계된 기능에 의해 결정된다. 층 두께는 나노공극형 중합체 재료의 성질에 따라 달라진다. 가변 굴절률 광 추출 층은 제1 영역이 인접한 투명 기판의 광학적 분리를 제공할 수 있도록 하기에 충분히 두꺼워야 하며, 여기서, 초임계 광은 가변 굴절률 광 추출 층의 반대면 상에 배치된 다른 층으로부터 전파 중이다. 나노공극형 중합체 층의 두께는 추가 재료가 상기 층 상에 침착되고 실질적으로 상기 층 내로, 그리고 일부 경우에 상기 층의 두께를 거쳐 침투하여서 제2 영역을 생성할 수 있도록 충분히 얇아야 한다. 일부 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층의 두께는 약 500 ㎚ 초과이거나 또는 약 500 ㎚ 내지 약 100 ㎛, 약 500 ㎚ 내지 약 8 ㎛, 약 1 마이크로미터 내지 약 5 ㎛, 또는 약 1 ㎛ 내지 약 3 ㎛의 범위이다.

가변 굴절률 광 추출 층은 TIR을 지원하거나 또는 촉진하며, 따라서 상기 층은 충분히 두꺼워서 가변 굴절률 광 추출 층의 표면에서 TIR을 겪는 광선의 에바네센트 꼬리(evanescent tail)가 상기 층의 두께를 가로질러 광학적으로 결합되지 못하게 되거나 또는 매우 적게 광학적으로 결합되도록 한다. 그러한 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층의 두께는 약 0.5 ㎛ 이상, 약 1 ㎛ 이상, 약 1.1 ㎛ 이상, 약 1.2 ㎛ 이상, 약 1.3 ㎛ 이상, 약 1.4 ㎛ 이상, 약 1.5 ㎛ 이상, 약 1.7 ㎛ 이상 또는 약 2 ㎛ 이상이다. 충분히 두꺼운 가변 굴절률 광 추출 층은 상기 층의 두께를 가로질러 광학 모드의 에바네센트 꼬리의 바람직하지 않은 광학적 결합을 방지하거나 감소시킬 수 있다.

일부 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층은 상기 층의 벌크 특성으로 측정할 경우 광학 탁도가 낮다. 그러한 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층의 광학 탁도는 약 10% 이하, 약 7% 이하, 약 5% 이하, 약 4% 이하, 약 3.5% 이하, 약 4% 이하, 약 3% 이하, 약 2.5% 이하, 약 2% 이하, 약 1.5% 이하, 또는 약 1% 이하이다. 그러한 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층은 약 1.40 이하, 약 1.35 이하, 약 1.3 이하, 약 1.2 이하, 약 1.15 이하, 약 1.1 이하 또는 약 1.05 이하인 감소된 유효 굴절률을 가질 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 광학 탁도는 주어진 층의 표면에 수직 입사되는 광의 경우, 전체 투과광에 대한, 수직 방향으로부터 4도 초과만큼 벗어나는 투과광의 비로서 정의된다. 본 명세서에 개시된 탁도 값은 헤이즈-가드 플러스(Haze-Gard Plus) 탁도계 (미국 메릴랜드주 실버 스프링스 소재의 비와이케이-가디너(BYK-Gardiner))를 사용하여 ASTM D1003에 기재된 절차에 따라 측정하였다.

일부 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층의 광학 투명도는 높다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 광학 투명도는 상기 층에 수직 입사하는 광에 대하여 정의되며, 비 (T_1-T₂)/(T₁+T₂)를 말하고, 여기서, T₁은 수직 방향으로부터 1.6 내지 2도만큼 벗어나는 투과 광이고, T₂는 수직 방향으로부터 0도와 0.7도 사이에 있는 투과 광이다. 본 명세서에 개시된 투명도 값은 비와이케이-가디너(BYK-Gardiner)의 헤이즈-가드 플러스(Haze-Gard Plus) 탁도계를 사용하여 측정되었다. 가변 굴절률 광 추출 층의 광학 투명도가 높은 경우, 투명도는 약 80% 이상, 약 85% 이상, 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상이다.

가변 굴절률 광 추출 층은 상기 층의 횡단면을 가로질러 일부 원하는 기하학적 배열로 서로에 대하여 배치된 제1 영역 및 제2 영역을 포함할 수 있어서, 상기 층은 원하는 광학 성능 특징을 제공하게 된다. 도 4a는 제1 영역 및 제2 영역의 예시적인 기하학적 배열을 나타내는 가변 굴절률 광 추출 층의 평면도이다. 가변 굴절률 광 추출 층(400)은 상기 층의 평면도에서 보이는 바와 같이 상기 층을 가로질러 연속적인 제1 영역(410)을 포함하며, 제2 영역(420)은 점선을 이용하여 도시된 직사각형으로 둘러싸인 불연속 영역이다.

위에 기술된 바와 같이, 본 명세서 전체에 걸쳐, 점선은 제1 영역 및 제2 영역의 일반적인 위치를 나타내기 위하여 사용되지만, 이들 점선은 상기 영역들 사이의 임의의 종류의 경계를 설명하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 제2 영역은, 나노공극형 중합체 재료 내로의 추가 재료의 침투, 위킹 등이 점도, 습윤, 온도 등과 같은 특성뿐만 아니라 상기 영역을 형성하는 데 사용되는 재료의 화학적 특성에도 의존적이도록, 전형적으로 일부 인쇄 수단에 의해 나노공극형 중합체 재료 상에 추가 재료를 침착시킴으로써 형성된다.

제2 영역(420)은 실질적으로 동일한 길이 및 폭의 직사각형 또는 스트립으로 형상화되며, 이는 층(400)의 폭을 가로질러 연장하고, 좌측으로부터 우측으로 빈도가 증가하면서 배치된다. 제2 영역(420)의 굴절률은 제1 영역(410)의 굴절률보다 약 0.03 이상만큼 더 크다. 도 4b는 가변 굴절률 광 추출 층(400)에 대한 굴절률 프로파일을 도시하며, 이때 x-축은 도 4a에 도시된 바와 같은 실질적으로 단일인 어느 지점 w ₁ 에서의 상기 층의 길이에 따른 위치 d를 나타낸다. 굴절률 프로파일은 각각 제1 굴절률과 제2 굴절률, n ₁ 과 n2 사이의 패턴을 포함하는 층(400)의 굴절률의 변동을 나타낸다. 도 4c 및 도 4d는 각각 선택된 광학 특성, %투과율 및 %투명도의 프로파일을 나타내며, 이들 둘 모두의 특성에 있어서, 상기 층의 길이를 따라 변동이 실질적으로 거의 없거나 또는 전혀 없다.

도 5a는 제1 영역 및 제2 영역의 예시적인 기하학적 배열을 나타내는 다른 가변 굴절률 광 추출 층의 평면도를 나타낸다. 가변 굴절률 광 추출 층(500)은 상기 층의 평면도에서 보이는 바와 같이 상기 층을 가로질러 연속적인 제1 영역(510)을 포함하며, 제2 영역(520)은 점선을 이용하여 도시된 원으로 둘러싸인 불연속 영역이다. 상기 패턴은 또한 제2 영역(520)의 밀도가 x 차원 및 y 차원 둘 모두에 있어서 변할 수 있음을 나타낸다.

도 5b는 제1 영역 및 제2 영역의 예시적인 기하학적 배열을 나타내는 다른 가변 굴절률 광 추출 층의 평면도를 나타낸다. 가변 굴절률 광 추출 층(530)은 상기 층의 평면도에서 보이는 바와 같이 상기 층을 가로질러 연속적인 제1 영역(540)을 포함하며, 제2 영역(550)은 점선을 이용하여 도시된 형상으로, 이 경우에는 하트 모양으로 둘러싸인 불연속 영역이다. 상기 패턴은 고 굴절률 영역의 기하학적 배열이 구배 방식으로 변할 필요는 없지만 상기 고 굴절률 영역은 또한 인접한 투명 층으로부터의 초임계 광의 영상식(image-wise) 추출을 제공하도록 패턴화될 수 있음을 나타낸다.

가변 광 추출 층의 제1 영역 및 제2 영역의 기하학적 배열은 인접한 투명 층에서 전파되는 초임계 광을 추출하고 이 광을 소정의 패턴, 예를 들어 실질적으로 균일한 조명으로 가변 굴절률 광 추출 층의 반대면 상의 다른 층에 전달하도록 설계된다.

일부 실시형태에서, 가변 굴절률 광 추출 층의 두께에 관한 제2 고 굴절률 영역의 크기의 비율은 가변 굴절률 추출 층을 포함하는 조명 조립체의 기능에 중요하다. 조명 조립체의 종횡비는 제2 영역의 최소 폭으로 나뉜 가변 굴절률 광 추출 층의 두께로써 정의된다. 일부 실시형태에서, 이 종횡비는 약 1/3 미만, 약 1/5 미만, 또는 약 1/10 미만이다. 일부 실시형태에서, 종횡비가 약 1/3 미만인 제한을 만족시키면서, 제2 고 굴절률 영역의 최소 폭은 10 마이크론에서 200 마이크론의 범위이고, 가변 굴절률 광 추출 층의 두께는 500 ㎚에서 8 마이크론의 범위이다.

가변 굴절률 광 추출 층은 기판 상에 배치될 수 있다. 기판은 국제특허 출원 제PCT/US2011/021053호 (워크(Wolk) 등)에 기재된 바와 같이 층을 제조하는 데 사용되는 지지체를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 광학 필름은 투명 기판 상에 배치된 가변 굴절률 광 추출 층을 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "투명한"은 실질적으로 광학적으로 맑고 실질적으로 탁도가 낮으며 비-산란성임을 의미한다. 예시적인 투명 기판은 광학 필름의 원하는 특성에 따라 필요한 광학 특성을 갖는다. 투명 기판은 중합체성 기판, 예를 들어 폴리에스테르, 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리카르보네이트 등을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 투명 기판은 도광체를 포함하며, 이는 아래에 기재된 바와 같다. 일부 실시 형태에서, 투명 기판은 일정 정도의 탁도가 있고 일부 광 산란을 제공할 수 있어서, 후방 조명되고 있는 디스플레이 또는 그래픽 층을 향해 순방향으로 광이 산란될 수 있도록 한다.

도 6은 광원(601) 및 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체(602)를 포함하는 예시적인 후방 조명 투과형 디스플레이 장치(600)의 개략도를 나타낸다. 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체(602)는 조명 용품(610) 및 투과형 디스플레이(620)를 포함한다. 조명 용품(610)은 가변 굴절률 광 추출 층(640)에 인접하여 배치된 도광체(630)을 포함한다. 도광체는 가변 굴절률 광 추출 층(640)의 저부 표면(642)에 광학적으로 결합된다 (상기 두 표면 사이에 점선으로 나타냄). 가변 굴절률 광 추출 층의 인접한 반대쪽 표면(644)은 투과형 디스플레이(620)에 광학적으로 결합된다 (상기 두 표면 사이에 점선으로 나타냄). 광원(601)은 도광체(630)에 광학적으로 결합하여 광원에 의해 방출된 광이 도광체에 들어갈 수 있도록 한다.

일부 실시 형태에서, 도광체(630)의 저부 표면(632)과 가변 굴절률 광 추출 층(640)의 상부 표면(644) 사이에는 에어 갭이 전혀 없으며, 가변 굴절률 광 추출 층(640)의 저부 표면(642)과 투과형 디스플레이(620)의 상부 표면(624) 사이에는 에어 갭이 전혀 없고, 이는 광학적 결합이 일어나게 하기 위한 것이다. 일반적으로, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 에어 갭은 두 인접한 층, 기판 등의 주 표면 사이에서 실질적으로, 균일하고 연속적으로 존재하는 연속적인 층, 공간 등으로서 정의된다. 도광체(630)의 저부 표면(632)은 도광체 내에서 전파하는 광의 TIR을 촉진한다.

일부 실시 형태에서, 도광체(630)는 가변 굴절률 광 추출 층(640)의 제1 영역의 굴절률과 제2 영역의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는다.

이 실시 형태에 따르면, 광을 제공하는 방법은 광원, 도광체 및 가변 굴절률 광 추출 층을 제공하는 단계와 광원을 도광체에, 그리고 도광체를 가변 굴절률 광 추출 층에 광학적으로 결합시켜서, 광원에 의해 방출되는 광이 내부 전반사에 의해 도광체 내에서 수송되고 가변 굴절률 광 추출 층에 의해 도광체로부터 선택적으로 추출되게 하는 단계를 포함한다.

일부 실시 형태에서, 가변 굴절률 광 추출 층(640)은 투과형 디스플레이(620)의 표면(622) 상에 직접적으로 배치될 수 있다. 도광체(630)는 몇몇 방법에 의해 가변 굴절률 광 추출 층의 표면(642)에 직접적으로 부착될 수 있다. 아래에 기재된 바와 같이, 도광체(630)는 열가소성 수지 물질, 예를 들어 아크릴을 포함할 수 있으며, 이러한 경우들에서, 도광체는 용융된 수지를 가변 굴절률 광 추출 층의 표면(642) 상에 캐스팅함에 의해 형성될 수 있거나, 또는 이것은 인서트 사출 성형(insert injection molding) 공정에 의해 가변 굴절률 광 추출 층에 부착될 수 있다. 일부 경우에, 도광체(630)는 이것이 가변 굴절률 추출 층의 표면(642)에 열 라미네이션될 수 있도록 탄성중합체 물질을 포함한다. 일부 경우에, 도광체(630)는 이것이 가변 굴절률 광 추출 층의 표면(642)에 직접적으로 라미네이션될 수 있도록 감압 접착제(pressure sensitive adhesive; PSA)를 포함한다. 도광체(630)가 접착제가 아닌 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층의 표면(642)은 광학적으로 투명한 접착제를 사용하여 도광체의 표면(634)에 접착될 수 있다. 광학적으로 투명한 접착제는 아래에 기재되어 있다.

도광체(630)는 임의의 적합한 물질 또는 물질들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도광체는 유리, 폴리메틸메타크릴레이트를 포함하는 아크릴레이트, 폴리카르보네이트, 폴리스티렌, 스티렌 메타크릴레이트 공중합체 및 블렌드, 사이클로올레핀 중합체 (예를 들어 미국 켄터키주 루이빌 소재의 제온 케미칼스 엘.피.(ZEON Chemicals L.P.)로부터 입수가능한 제오넥스(ZEONEX) 및 제오노르(ZEONOR)), 플루오로중합체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 포함하는 폴리에스테르, 및 PET 또는 PEN 또는 이들 둘 모두를 함유하는 공중합체 폴리우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리노르보르넨을 포함하는 폴리올레핀, 아이소탁틱(isotactic), 어택틱(atactic) 및 신디오택틱(syndiotactic) 입체이성체 형태의 폴리올레핀, 및 메탈로센 중합에 의해 생성된 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 도광체는 탄성중합체성, 예를 들어 탄성중합체성 폴리우레탄 물질과, 폴리다이알킬실록산, 실리콘 폴리우레아 및 실리콘 폴리옥사미드를 포함하지만 이에 한정되지 않는 실리콘 기재의 중합체일 수 있다.

일부 실시 형태에서, 도광체는 국제 특허 공개 WO 2010/005655 A2호(셔먼(Sherman) 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 특징은 일시적인 하중이 제거된 후에 재료가 이의 원래의 형상으로 되돌아오는 재료의 능력을 말한다. 재료에 대한 탄성의 한 척도는 인장 영구 변형(tensile set) 값으로 지칭되며, 이것은 재료가 연신되고 이어서 이 재료가 연신되는 조건과 동일한 조건 하에서 복원(연신 상태로부터 회복 또는 수축)되게 한 후에 남아있는 신율(elongation)의 함수이다. 재료의 인장 영구 변형 값이 0%인 경우, 이완시에 재료는 그의 원래의 길이로 되돌아간 반면, 인장 영구 변형 값이 100%인 경우, 이완시에 재료는 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 액체인 점성 재료는 응력이 전단 구배(shear gradient)와 함께 선형으로 증가함을 명시하는 뉴턴의 법칙을 따르는 점성 특징을 갖는다. 액체는 전단 구배가 제거됨에 따라 이의 형상을 복원하지 않는다. 유용한 점탄성 재료의 점성 특징은 재료가 분해되지 않도록 하는 적당한 온도 하에서의 재료의 유동성을 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. 그 다음, 광은 점탄성 도광체로부터 추출될 수 있다. 점탄성 도광체는 일반적으로 연성, 순응성 및 가요성이다. 따라서, 점탄성 도광체는 충분한 접촉을 얻을 수 있도록 하는 탄성율(또는 저장 탄성률 G') 및 층이 바람직하지 않게 유동하지 않도록 하는 점성 계수(또는 손실 계수 G''), 및 층의 상대적 감쇠도에 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 저장 탄성률, G'가 약 300,000 Pa 미만일 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 기준 라인(Dalquist criterion line) (문헌[Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology, Second Ed., D. Satas, ed., Van Nostrand Reinhold, New York, 1989.]에 기재된 바와 같음)에 기재된 바와 같이 PSA 층을 포함한다.

점탄성 도광체는 특정 박리력을 갖거나, 적어도 특정 범위 내에서 박리력을 가질 수 있다. 예를 들어, 점탄성 도광체는 약 20 내지 약 1181 g/㎝ (약 50 내지 약 3000 g/in), 약 118 내지 약 1181 g/㎝ (약 300 내지 약 3000 g/in), 또는 약 197 내지 약 1181 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 일부분에 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 가지는 광학적으로 투명한 도광체를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 탁도(haze) 값이 약 5% 미만, 약 3% 미만, 또는 약 1% 미만이다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 탁도 값이 약 0.01 내지 약 5% 미만, 약 0.01 내지 약 3% 미만, 또는 약 0.01 내지 약 1% 미만이다. 투과에서 탁도 값은 ASTM D1003에 따라 탁도 측정기를 사용하여 결정될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 높은 광 투과율과 낮은 탁도 값을 갖는 광학적으로 투명한 도광체를 포함한다. 높은 광 투과율은 가시광 스펙트럼(약 400 내지 약 700 ㎚)의 적어도 일부분에 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. 또한, 점탄성 도광체는 광 투과율이 약 50 내지 약 100%일 수 있다.

점탄성 도광체는 굴절률이 약 1.3 내지 약 2.6, 1.4 내지 약 1.7, 또는 약 1.5 내지 약 1.7 범위일 수 있다. 점탄성 도광체에 대해 선택되는 특정 굴절률 또는 굴절률의 범위는 조명 장치의 전체적인 설계 및 장치가 사용될 수 있는 특정 응용에 따라 달라진다.

점탄성 도광체 물질은 점탄성 도광체 물질의 굴절률을 변경하거나 또는 점탄성 도광체 물질의 기계적 특성에 영향을 줄 수 있는 나노입자를 포함할 수 있다. 적합한 나노입자는 상기 입자가 도광체 물질 내로 상당한 양의 산란을 끌어들이지 않고 원하는 효과를 생성하도록 하는 크기를 갖는다.

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 접착성, (2) 지압 이하로 접착됨, (3) 피착물 상에 유지되기에 충분한 능력, 및 (4) 피착물로부터 깨끗하게 제거되기에 충분한 응집 강도. 감압성 접착제로서 충분히 기능하는 것으로 밝혀진 재료는 접착성, 박리 접착력 및 전단 보유력 간의 바람직한 밸런스를 가져오는 필요한 점탄성을 나타내도록 설계되어 제제화된 중합체이다. 특성들의 적절한 균형을 얻는 것은 간단한 공정이 아니다. PSA의 정량적인 설명은 상기 인용된 달퀴스트 참고문헌에서 찾을 수 있다.

유용한 PSA는 상기 인용된 셔먼 등의 참고문헌에 상세히 기재되어 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 명세서에서 사용되는 (메트)아크릴은 아크릴 및 메타크릴 화학종 둘 모두를 말하며, (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 또는 4918 및 쓰리엠™ 광학적 투명 라미네이팅 접착제(8140 및 8180 시리즈)와 같은 전사 테이프(transfer tape)로서 입수할 수 있는 것을 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 기판으로부터 제거될 수 있는 신장 해제가능한 PSA를 포함한다.

상기된 바와 같이, 도광체(630)는 광학적으로 투명한 접착제(optically clear adhesive; OCA)를 사용하여 가변 굴절률 광 추출 층(640)에 접착될 수 있다. 일부 실시 형태에서, OCA는 가시광 스펙트럼(약 400 내지 약 700 ㎚)의 적어도 일부분에 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 투과율 및/또는 약 0.01 내지 약 5% 미만, 약 0.01 내지 약 3% 미만, 또는 약 0.01 내지 약 1%의 탁도 값을 갖는 PSA를 포함한다.

일부 실시 형태에서, 유용한 PSA는 (문헌[Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology, Second Ed., D. Satas, ed., Van Nostrand Reinhold, New York, 1989]에 기재된 바와 같은) 달퀴스트 기준 라인(Dalquist criterion line)에 기술된 바와 같은 PSA 층을 포함한다. PSA는 특정 박리력을 가질 수 있거나, 적어도, 특정 범위 내의 박리력을 나타낼 수 있다. 예를 들어, PSA는 약 4 내지 약 1181 g/㎝(약 10 내지 약 3000 g/in), 약 118 내지 약 1181 g/㎝(약 300 내지 약 3000 g/in), 또는 약 197 내지 약 1181 g/㎝(약 500 내지 약 3000 g/in)의 90° 박리력(peel force)을 가질 수 있다. 박리력은 아이매스(IMASS)로부터의 박리 시험기를 사용하여 측정될 수 있다.

OCA는 약 1.3 내지 약 2.6, 1.4 내지 약 1.7, 또는 약 1.5 내지 약 1.7의 범위의 굴절률을 가질 수 있다. OCA에 대해 선택된 특정 굴절률 또는 굴절률 범위는 가변 굴절률 광 추출 층 및 도광체를 포함하는 광학 필름의 전체적인 설계에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로, OCA는 도광체의 굴절률과 대략적으로 동일하거나 또는 그보다 더 큰, 그리고 가변 굴절률 광 추출 층(640)의 제1 영역의 굴절률과 제2 영역의 굴절률 사이의 굴절률을 가져야 한다.

OCA로 사용되는 PSA는 점탄성 도광체에 대하여 앞서 기재된 임의의 물질을 포함할 수 있다. PSA인 추가의 예시적인 OCA는 미국 특허 제7,005,394호 (일리탈로(Ylitalo) 등)에 기재된 점착성 부여 열가소성 에폭시, 미국 특허 제3,718,712호 (투샤우스(Tushaus))에 기재된 폴리우레탄, 미국 특허 공개 제2006/0216523호 (슈스케(Shusuke))에 기재된 폴리우레탄 아크릴레이트를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 상기 접착제는 투명 아크릴 PSA, 예를 들어 쓰리엠 컴퍼니로부터의 VHB™ 아크릴 테이프 4910F 및 4918, 쓰리엠™ 광학적 투명 라미네이팅 접착제(8140 및 8180 시리즈) 및 쓰리엠™ 광학적 투명 라미네이팅 접착제 (8171 CL 및 8172 CL) - 국제 특허 공개 제2004/0202879호에 기재됨 - 와 같은 전사 테이프로서 입수할 수 있는 것을 포함한다. 유용한 OCA는 미국 특허 공개 제2011/0039099호 (셔먼 등)에 또한 기재되어 있다. 일부 실시 형태에서, OCA는, 예를 들어 미국 특허 공개 제2007/0212535호 (셔먼 등)에 기재된 바와 같이 도광체의 표면에의 적용시에 에어 블리드(air bleed)를 허용하도록 미세구조화 접착제 표면을 갖는 PSA를 포함할 수 있다.

접착제는 연신 해제가능한 PSA를 포함할 수 있다. 연신 해제가능한 PSA는 이들이 0도 각도에서 또는 거의 0도 각도에서 연신되는 경우 기판으로부터 제거될 수 있는 PSA이다. 일부 실시 형태에서, 광학 테이프에서와 같이 사용되는 접착제 또는 연신 해제 PSA는 1 rad/sec 및 -17℃에서 측정할 때 약 10 MPa 미만, 또는 1 rad/sec 및 -17℃에서 측정할 때 약 0.03 내지 약 10 MPa의 전단 저장 탄성률을 갖는다. 연신 해제가능한 PSA는 분해, 재가공 또는 재활용이 바람직하다면 사용될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 연신 해제가능한 PSA는 미국 특허 제6,569,521 B1호(셰리단(Sheridan) 등) 또는 미국 가출원 제61/020423호(63934US002, 셔먼 등) 및 제61/036501호(64151US002, 데터먼 등)에 기재된 바와 같은 실리콘계 PSA를 포함할 수 있다. 이러한 실리콘계 PSA는 MQ 점착부여 수지 및 실리콘 폴리머의 조성물을 포함한다. 예를 들어, 연신 해제가능한 PSA는 MQ 점착부여 수지와, 우레아계 실리콘 공중합체, 옥사미드계 실리콘 공중합체, 아미드계 실리콘 공중합체, 우레탄계 실리콘 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄성중합체성 실리콘 중합체를 포함할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 신장 해제가능한 PSA는 국제특허 공개 WO 2010/078346호 (야마나카(Yamanaka) 등) 및 국제특허 공개 WO 2010/077541호 (트란(Tran) 등)에 기재된 아크릴레이트계 PSA를 포함할 수 있다. 이러한 아크릴레이트계 PSA는 아크릴레이트, 무기 입자 및 가교결합제의 조성물을 포함한다. 이들 PSA는 단층 또는 다층일 수 있다.

일부 실시 형태에서, 접착제 층은 미국 특허 제7,862,898호 (셔먼 등) 및 미국 특허 제7,892,649호 (셔먼 등)에 기재된 바와 같이, 다작용성 에틸렌계 불포화 실록산 중합체와 하나 이상의 비닐 단량체의 경화 반응 생성물을 포함할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 국제특허 공개 WO 2010/132176호 (셔먼 등) 및 국제특허 공개 WO 2009/085662호 (셔먼 등)에 기재된 자기-습윤 접착제의 사용은 반사성 산란 요소 상에 조명 장치(600)를 배치하는 데 있어서 유익하다.

예시적인 PSA는 폴리에테르 세그먼트를 포함하는 단량체 및/또는 올리고머로부터 유도된 중합체를 포함하며, 여기서, 이 중합체의 35 내지 85 중량%가 상기 세그먼트를 포함한다. 이들 접착제는 미국 특허 공개 제2007/0082969 A1호(말릭(Malik) 등)에 기술되어 있다. 다른 예시적인 PSA는 자유 라디칼 중합성 우레탄계 또는 우레아계 올리고머 반응 생성물과 자유 라디칼 중합성 세그먼트화된 실록산계 공중합체의 반응 생성물을 포함한다. 이들 접착제는 미국 가특허 출원 제61/410510호(타피오(Tapio) 등)에 기재되어 있다.

PSA는 선택적으로 하나 이상의 첨가제, 예를 들어 나노입자, 가소제, 사슬 전달제, 개시제, 산화방지제, 안정제, 점도 조절제 및 정전기 방지제를 포함할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 시일 층(seal layer)을 가변 굴절률 광 추출 층 상에 배치하여 오염물질의 후자 내로의 침투를 최소화한다. 예를 들어, 접착제 층이 도광체를 가변 굴절률 광 추출 층에 부착하도록 사용될 때, 시일 층이 가변 굴절률 광 추출 층과 접착제 층 사이에 있도록, 시일 층이 가변 굴절률 광 추출 층(640)의 저부 표면(642)에 배치될 수 있다. 다른 예에 있어서, 시일 층은 이것이 가변 굴절률 광 추출 층과 도광체 사이에 있도록 가변 굴절률 광 추출 층 상에 배치될 수 있으며, 시일 층의 굴절률은 도광체의 굴절률과 대략적으로 동일하거나 또는 그보다 더 크다.

적합한 시일 층은 아크릴계 또는 아크릴레이트계의 것일 수 있는 감압 접착제 중합체 및 공중합체, 스티렌 부타다이엔, 또는 스티렌 아이소프렌 타입 공중합체 열가소성 수지 및 유사 중합체를 포함하며, 이것은 나노공극형 제1 영역 내로의 침투가 가능한 유의한 분율의 저분자량 화학종을 이들이 함유하지 않는 한 그러하다. 다른 중합체 시일 층은 열 활성화 접착제 중합체일 수 있으며, 이는 아크릴, 아크릴-비닐 아세테이트, 공중합체, 블록 공중합체, EVA 공중합체, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 중합체 및 공중합체, 폴리아이소부틸렌, 폴리프로필렌 중합체 및 공중합체, 폴리우레탄 중합체 및 공중합체와, 설라인(Surlyn) 플라스틱, 비닐 아세테이트 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 중합체를 포함하는 다른 중합체, 이들의 합금, 공중합체 및 산 염 기를 갖는 유도체를 포함한다. 이들 물질은 직접적 필름 라미네이션을 이용하여 라미네이션되거나, 용융 코팅에 의해 발라지거나 또는 임의의 적합한 코팅 방법에 의해 중합체의 수성 또는 용매계 에멀젼 또는 분산물로부터 코팅될 수 있다. 시일 층으로 유용한 적합한 중합체 분산물의 2가지 예로는 네오크릴(NEOCRYL) A-614 및 네오팍(NEOPAC) R-9699 (네덜란드 6401 제이에이치 히를렌 소재의 디에스엠(DSM)으로부터 입수가능함)가 있다.

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 커플링될 수 있다. 광원은 임의의 각도 분포 또는 특정 각도 분포를 갖는 광을 방출할 수 있다.

광원은 임의의 적합한 광원을 포함할 수 있다. 예시적인 광원에는 선광원, 예컨대 냉음극 형광 램프 및 점광원, 예컨대 발광다이오드(LED)가 포함된다. 예시적인 광원은 또한 유기발광소자(OLED), 백열 전구, 형광 전구, 할로겐 램프, UV 전구, 적외선 광원, 근적외선 광원, 레이저, 또는 화학적 광원을 포함한다. 일반적으로, 광원에 의해 발광된 광은 가시성 또는 비가시성일 수 있다. 하나 이상의 광원이 사용될 수 있다. 예를 들어, 1 내지 약 10,000개의 광원이 사용될 수 있다. 광원은 도광체의 에지 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.

"LED"는 가시광이든지, 자외선광이든지 또는 적외선광이든지 간에 광을 방출하는 다이오드를 말한다. 그것은 종래의 것이든 또는 초 방사성(super radiant) 종류의 것이든지 간에 "LED"로서 시판되는 비간섭성의 싸여진 또는 캡슐화된 반도체 디바이스를 포함한다. LED가 자외선광과 같은 비-가시광을 방출한다면, 그리고 가시광을 방출하는 몇몇 경우에 있어서, 이는 단파장 광을 장파장 가시광으로 변환하기 위해 인광체를 포함하도록 패키징되어(또는 원격 배치된 인광체를 조명할 수도 있음) 몇몇 경우에 백색광을 방출하는 장치가 얻어질 수 있다.

"LED 다이"는 그것의 가장 기본적인 형태, 즉 반도체 가공 절차에 의해 제조된 개별 구성요소 또는 칩 형태의 LED이다. 이 구성요소 또는 칩은 상기 소자에 에너지를 공급하기 위한 전력의 인가에 적합한 전기 접촉부를 포함할 수 있다. 구성요소 또는 칩의 개별 층 및 다른 기능 요소는 전형적으로 웨이퍼 규모로 형성되고, 완성된 웨이퍼는 이어서 개별적인 단품(piece part)으로 절단되어 다수의 LED 다이가 얻어진다.

백색광을 생성하기 위해 사용되든지 그렇지 않든지 간에, 도광체 출력 영역 또는 표면의 색상 및 휘도 균일도에 상이한 영향을 주는 다색 광원은 광 조립체 내에서 많은 형태를 취할 수 있다. 일 접근법에 있어서, 다수의 LED 다이(예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 발광 다이)는 모두 리드 프레임 또는 다른 기판 상에 서로 가까이 근접하여 장착되고, 이어서 하나의 캡슐화 재료 내에 함께 넣어져 단일 렌즈 구성요소를 또한 포함할 수 있는 단일 패키지를 형성한다. 그러한 광원은 개별 색상들 중 임의의 하나를 또는 모든 색상을 동시에 방출하도록 제어될 수 있다. 다른 접근법에서, 패키지당 단지 하나의 LED 다이 및 하나의 방출된 색상을 갖는, 개별적으로 패키징된 LED들이 주어진 재순환 공동에 대해 함께 클러스터화될 수 있고, 이러한 클러스터(cluster)는 청색/황색, 적색/녹색/청색, 적색/녹색/청색/백색, 또는 적색/녹색/청색/청록색/황색과 같은 여러 색상을 방출하는 패키징된 LED들의 조합을 포함한다. 호박색 LED가 또한 사용될 수 있다. 또 다른 접근법에 있어서, 그러한 개별적으로 패키징된 다색 LED는 하나 이상의 라인, 어레이 또는 다른 패턴으로 위치될 수 있다.

필요하다면, 선형 냉음극 형광 램프(CCFL) 또는 열음극 형광 램프(HCFL)와 같은 다른 가시광 발광기가, 개별적인 LED 광원 대신에 또는 이에 더하여, 개시된 후방 조명을 위한 조명원으로서 사용될 수 있다. 또한, 하이브리드 시스템(hybrid system), 예를 들어 (CCFL/LED) - 냉백색 및 온백색(cool white and warm white) 포함 - , CCFL/HCFL, 예컨대 상이한 스펙트럼을 방출하는 것들이 사용될 수 있다. 광 발광기의 조합은 광범위하게 변동할 수 있으며, LED와 CCFL, 및 복수 구성, 예를 들어 다수의 CCFL, 상이한 색상의 다수의 CCFL, 및 LED들과 CCFL들을 포함한다. 광원은 또한 레이저, 레이저 다이오드, 플라즈마 광원, 또는 유기 발광 다이오드를 단독으로 또는 다른 유형의 광원, 예를 들어 LED와 조합하여 포함할 수 있다.

예를 들어, 일부 응용에서, 개별 광원들의 열을 긴 원통형 CCFL과 같은 다른 광원으로, 또는 그 길이를 따라 광을 방출하고 (LED 다이 또는 할로겐 전구 등과 같은) 원격 능동 구성요소에 결합된 선형 표면 방출 도광체로 교체하고, 다른 광원들의 열에 대해서도 마찬가지로 하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 선형 표면 방출 도광체의 예가 미국 특허 제5,845,038호(런딘(Lundin) 등) 및 제6,367,941호(리아(Lea) 등)에 개시되어 있다. 섬유 결합 레이저 다이오드 및 다른 반도체 발광기가 또한 알려져 있으며, 이들 경우에 광섬유 도파관의 출력 단부는 개시된 재순환 캐비티 내에서의 출력 단부의 배치 또는 그렇지 않으면 백라이트의 출력 영역 후방에서의 출력 단부의 배치와 관련하여 광원으로 간주될 수 있다. 전구 또는 LED 다이와 같은 능동 구성요소로부터 수광한 광을 방출하는 렌즈, 편향기, 및 폭이 좁은 도광체 등과 같은 작은 방출 영역을 갖는 다른 수동 광학 구성요소에도 또한 동일하게 해당된다. 그러한 수동 구성요소의 한 가지 예는 측면 발광 패키지된 LED의 성형된 봉지재 또는 렌즈이다. 임의의 적합한 측면 발광 LED, 예를 들어 룩세온(LUXEON) LED (미국 캘리포니아주 새너제이 소재의 루밀레즈(Lumileds)로부터 입수가능함), 또는 예를 들어 미국 특허 제7,525,126호(레더데일(Leatherdale) 등) 및 미국 특허 공개 제2007/0257270호(루(Lu) 등)에 기재되어 있는 LED가 하나 이상의 광원용으로 사용될 수 있다.

도광체에 진입하는 광은, 50도 미만, 40도 미만, 30도 미만, 20도 미만 또는 10도 미만의 각도로 도광체와 다른 매질 사이의 계면 상에 입사하도록 시준될 수 있고, 여기서 입사각은 도광체 주입 계면에 수직인 표면에 대하여 측정된다. 하기를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 시준된 광을 만드는 많은 방법이 있다. 1. 고도 시준 렌즈를 갖는 LED 광원 또는 광원들의 제공; 2. 내각이 20도 미만, 15도 미만 또는 10도 미만인 반사성 웨지(wedge)의 내부에 배치된 LED 광원 또는 광원들의 제공; 3. 광을 원하는 주입각으로 시준하도록 설계된 복합 포물면 집광기(compound parabolic concentrator)의 대략적으로 초점에 배치된 LED 광원 또는 광원들의 제공; 4. 방출이 도광체 면에 대하여 수직이고 광이 도광체 내로 주입되는 광을 시준하도록 설계된 반 포물면 거울에 입사하는 LED 광원 또는 광원들의 제공; 및 5. 광이 초임계각으로만 도광체에 입사되도록 하는 표면 릴리프(relief) 구조를 갖는, 도광체의 표면에서 광을 방출하도록 배치된 LED 광원 또는 광원들의 제공.

가변 굴절률 광 추출 층을 제조하는 방법은 제1 굴절률을 갖는 나노공극형 중합체 층을 제공하는 단계; 및 추가 재료를 나노공극형 중합체 층 상에 인쇄하여서 추가 재료가 나노공극형 중합체 층에 실질적으로 침투하도록 하고, 이럼으로써 나노공극형 중합체 층의 일 부분을 포함하는 제1 영역과 나노공극형 중합체 층의 다른 부분 및 상기 추가 재료를 포함하는 제2 영역을 포함하는 가변 굴절률 광 추출 층을 형성하는 단계를 포함하고, 여기서, 제1 영역 및 제2 영역은 인접 층에서 초임계각으로 수송되는 광에 대해, 가변 굴절률 광 추출 층이 제1 영역 및 제2 영역의 기하학적 배열에 기초해 소정의 방식으로 광을 선택적으로 추출하도록 배치된다.

인쇄는 비충격식(non-impact) 또는 충격식 인쇄, 예를 들어 잉크젯 인쇄 및 열 전사 인쇄, 및 디지탈 또는 아날로그 인쇄를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 추가 재료 (추가 재료 또는 다른 재료로도 칭해짐)는 플렉소그래픽 인쇄를 이용하여 나노공극형 중합체 층 상에 인쇄될 수 있으며, 여기서, 추가 재료로 충전된 피트(pit)를 갖는 그라비어 롤은 상기 재료를 형상들의 원하는 배열을 갖는 스탬프를 갖는 플렉소그래픽 롤로 전사된다. 나노공극형 중합체 재료의 층은 스탬프 위로 통과되어 스탬프와 접촉하게 되며, 이는 웨브를 추가 재료로 효과적으로 스탬핑하거나 또는 인쇄하며 그에 따라 추가 재료가 플렉소그래픽 롤의 패턴으로부터 나노공극형 층의 표면으로 이동되게 된다. 그 후 상기 추가 재료는 나노공극형 층 내에 침투하며, 일부 경우에 이는 전체 두께의 나노공극형 층에 침투된다. 대부분의 경우에, 상기 재료는 UV 방사선을 이용한 경화와 같은 경화에 의해 경질화된다. 이 공정은 배치식 인쇄 공정 또는 연속식 롤-대-롤 공정으로 수행될 수 있으며, 여기서 나노공극형 중합체 층을 포함하는 연속 웨브는 플렉소그래픽 롤 위에 통과되고, 이것에 의해 추가 재료의 반복 패턴 또는 연속 패턴이 나노공극형 층 상에 인쇄된다.

또한 인쇄는 윤전 그라비어(rotogravure) 인쇄, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄 (수성, 용매 또는 고형물-기재 잉크가 사용될 수 있음), 활판 인쇄, 오프셋(offset) 인쇄, 감열 기재를 이용한 열 전사법, 열적 염료 전달 및 염료 승화 인쇄, 도트-매트릭스 인쇄, 및 데이지 휠(daisy wheel)을 이용한 인쇄를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 공정을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 도광체(630) 및 투과형 디스플레이(620)는 각각 가변 굴절률 광 추출 층의 저부 표면(642) 및 상부 표면(644)에 광학적으로 결합된다. 많은 경우에 이런 광학적 결합은 가변 굴절률 광 추출 층(640), 도광체(630) 및 투과형 디스플레이(620) 사이에 에어 갭이 전혀 없음을 의미한다. 위에 언급된 에어 갭이 전혀 없는 광학적 결합에 관련하여, 상기 층들(640, 630, 및 620) 각각의 외부 표면 사이에 공기로 된 연속적인 층이 전혀 없음을 의미한다.

일부 실시 형태에서, 가변 굴절률 광 추출 층은 상술한 기판 중 임의의 것과 같은 투명 기판 상에 배치된다. 도 7a은 광원(701) 및 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체(702)를 포함하는 예시적인 후방 조명 투과형 디스플레이 장치(700)의 개략도를 나타낸다. 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체(702)는 조명 용품(710) 및 투과형 디스플레이(720)를 포함한다. 이 실시 형태에서, 가변 굴절률 광 추출 층(740)은 투명 기판(750) 상에 만든다. 조명 용품(710)은 투명 기판(750)에 인접하게 배치되는 도광체(730)를 포함한다. 도광체, 가변 굴절률 광 추출 층 및 투과형 디스플레이는 도 6에 대해 상기한 바와 같이 광학적으로 결합된다.

도 7b는 도광체(730)가 가변 굴절률 광 추출 층(740)에 인접한 것을 제외하고, 도 7a에서 보여준 장치와 유사한 예시적인 후방 조명 투과형 디스플레이 장치(703)의 개략도를 나타낸다. 도6에 대하여 상기한 바와 같이, 투과형 디스플레이 장치(700, 703)는 상기 도면에서 나타낸 구성요소와의 사이에 에어 갭이 전혀 없고, 구성요소를 서로 결합하도록 광학적으로 투명한 접착제가 사용될 수 있다. 도 7b에 나타낸 구조에 대하여, 투명 기판(750)이 일정 정도의 탁도를 가질 수 있으며, 산란 광이 대부분 투과형 디스플레이(720)를 향해 순방향이라면, 일부 광 산란을 제공할 수 있다. 일부 경우에서 상기한 바와 같이, 선택적인 시일 층이 투명 기판(750)에 대향하는 가변 굴절률 광 추출 층(740)의 표면에 적용될 수 있다.

후방 조명 투과형 디스플레이 조립체는 가변 굴절률 광 추출 층으로부터 광을 추출하는 광 출력 층을 포함할 수 있다. 도 8a는 도광체(830)와 가변 굴절률 광 추출 층(840) 사이에 배치된 투명 기판(850)을 포함하는 조명 용품(810) 및 광원(801)을 포함하는 예시적인 조명 장치(800)의 개략도를 나타낸다. 광 출력 층(860)은 투명 기판(850)에 대향하는 편에서 가변 굴절률 광 추출 층(840) 상에 배치된다. 광 출력 층은 이전에 기재한 바와 같이 가변 굴절률 광 추출 층에 대한 시일 층을 포함할 수 있다. 일반적으로, 광 출력 층(860)은 제3 굴절률을 갖는데, 이는 가변 굴절률 광 추출 층의 제1 영역의 제1 굴절률(낮은 굴절률)보다 크다. 광 출력 층의 특성은 선택된 양의 광이 도광체로부터 추출될 수 있도록 조절될 수 있다. 광 출력 층은 가변 굴절률 광 추출 층으로부터 광을 추출할 뿐만 아니라, 광 출력 표면(862)과 같은 출력 표면을 통해 광을 방출하도록 사용될 수 있다. 광 출력 표면(862)는 또한 조명 용품(810)을 디스플레이 또는 그래픽에 직접적으로 결합하는데 사용될 수 있다.

광 출력 층의 광 출력 표면은 도 8a에 나타난 것과 같이 비구조적일 수 있거나, 또는 원하는 효과에 따라 임의의 3차원 구조를 가질 수 있다. 도 8b는 도광체(830)와 가변 굴절률 광 추출 층(840) 사이에 배치된 투명 기판(850)을 포함하는 조명 용품(812) 및 광원(801)을 포함하는 예시적인 조명 장치(802)의 개략도를 나타낸다. 광 출력 층(864)은 투명 기판(850)에 대향하는 편에서 가변 굴절률 광 추출 층(840) 상에 배치된다. 광 출력 층(864)은 불규칙한 구조 또는 랜덤 구조를 갖는 광 출력 표면(866)을 포함하여, 광이 표면(866)으로부터 방출되고 확산될 수 있도록 한다.

일반적으로, 광 출력 표면은 원하는 효과에 따라 임의의 수, 형상, 형상의 조합, 크기 등의 특징부를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 광 출력 표면은 광이 하나 이상의 소정의 방향으로 방출되도록 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 광 출력 표면은 불연속적인 볼록 및/또는 오목 렌즈형 특징부를 포함할 수 있다.

예시적인 특징부는 렌즈형, 프리즘형, 타원형, 원추형, 포물선형, 피라미드형, 정사각형 또는 직사각형 형상 또는 이들의 조합을 갖는 돌출부 및/또는 함몰부를 포함한다. 다른 예시적인 특징부는 한 면에 굴절성 광학적 특징부를, 다른 한 면에 굴절성 및 투과성 특징부를 포함하고, 상기 굴절성 특징부 및 투과성 특징부는 정의된 범위의 각도를 통해서 광을 지향하도록 특정한 정렬 및 위치 정밀도를 갖는다. 렌즈를 포함하는 특징부가 광을 바람직한 각도 분포로 지향하는 데 특히 유용할 수 있다. 선형 프리즘 또는 긴 프리즘을 포함하는 예시적인 특징부가 또한 특히 유용하다. 다른 예시적인 특징부는 신장형, 불규칙형, 다양한 기울기의 렌즈형, 또는 임의의 원주형 형상, 또는 이들의 조합을 갖는 돌출부 및/또는 함몰부를 포함한다. 형상, 예를 들어, 연장형 포물선형, 피라미드형 프리즘형, 직사각형 기반의 프리즘형 및 둥근 끝부분의 프리즘형 형상의 임의의 조합의 혼성물이 사용될 수 있다. 특징부는 임의의 형상의 조합음을 포함할 수 있다.

특징부의 크기는 3차원에서의 이들의 전체적인 형상으로 기재될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 각각의 특징부는 약 1 내지 약 100 ㎛, 예를 들어, 약 5 내지 약 70 ㎛의 치수를 가질 수 있다. 특징부들은 모두 동일한 형상일 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.

또한, 특징부의 표면 구조가 다양할 수 있다. 특징부의 표면 구조는 일반적으로 특징부의 하위 구조를 말한다. 예시적인 표면 구조에는 광학적으로 평탄한 표면, 불규칙적인 표면, 패턴화된(patterned) 표면 또는 이들의 조합이 포함된다. 특징부의 개수는, 사용된다면, 한개 이상이다. 적어도 2개를 의미하는 다수의 특징부도 또한 사용될 수 있다. 일반적으로, 임의의 개수의 특징부, 예를 들어, 0, 1, 2, 3, 4 또는 5개의 특징부; 1 초과, 10 초과, 20 초과, 100 초과, 500 초과, 1000 초과, 또는 2000 초과 특징부가 포함될 수 있다.

특징부는 임의로 배열되거나, 어떤 유형의 규칙적인 패턴으로 배열되거나 또는 둘 모두일 수 있다. 특징부들 사이의 간격도 또한 다양할 수 있다. 특징부들은 분리되거나 이들은 겹쳐질 수 있다. 특징부들은 서로 매우 근접하거나, 서로 실질적으로 접촉하거나, 서로 직접 인접하거나, 또는 이들의 조합으로 배열될 수 있다. 특징부들 사이의 유용한 간격은 약 10 ㎛ 이하, 또는 약 0.05 ㎛ 내지 약 10 ㎛이다. 특징부들은 서로에 대하여 각도방향으로(angularly) 및 횡방향으로 상쇄될 수 있다. 특징부들의 면적 밀도는 길이, 너비 또는 둘 모두에 걸쳐 변경될 수 있다.

특징부들은 원하는 광학 효과를 얻도록 배열될 수 있다. 특징부는 미리 정해진 방법으로 가변 굴절률 광 추출 층에 의해 도광체로부터 추출되는 광을 지향하도록 배열될 수 있다. 특징부는 점탄성 도광체로부터 추출되는 광의 양 및/또는 방향을 제어하는 데 사용될 수 있다. 이는 일반적으로 특징부의 형상, 크기, 표면 구조 및/또는 배향을 달라지게 함으로써 수행될 수 있다. 다수의 특징부가 사용된다면, 특징부의 개수 및/또는 배열뿐 아니라 서로에 대한 특징부의 배향이 달라질 수 있다.

일반적으로, 각각의 특징부의 배향을 변화시키는 것이 점탄성 도광체로부터 추출될 수 있는 광의 양 및 분포에 어떻게 영향을 미칠 수 있는 지는 이론적으로 산정할 수 있다. 이는 굴절의 법칙 및 내부 전반사의 원리에 따르는 광선 추적 기법(ray tracing technique)을 사용하여 달성될 수 있다.

후방 조명 투과형 디스플레이 조립체는 광 출력 층으로부터 방출된 광의 방향을 바꾸는 터닝 필름(turning film)을 추가로 포함할 수 있다. 도 9는 도광체(930)와 가변 굴절률 광 추출 층(940) 사이에 배치된 투명 기판(950)을 포함하는 조명 용품(910)과 광원(901)을 포함하는 예시적인 조명 장치(900)의 개략도를 나타낸다. 광 출력 층(960)은 투명 기판(950)에 대향하는 편에서 가변 굴절률 광 추출 층(940) 상에 배치된다. 이 실시 형태에서, 조명 용품(910)은 또한 광 출력 층으로부터 광을 받아 축상 관찰자를 향해 광의 방향을 바꾸도록 배치된 터닝 필름(970)을 포함한다.

디스플레이 또는 그래픽이 조명되고 있는 일부 실시 형태에서, 디스플레이 또는 그래픽의 영역에 걸쳐 균일한 조명을 갖는 것이 바람직하다. 다른 실시 형태에서, 더 큰 휘도로 디스플레이 또는 그래픽의 영역을 강조하는 것이 바람직할 수 있다. 액정 디스플레이가 조명되고 있는 일부 실시 형태에서, 도광체의 평면에 수직 또는 직각인 축을 대략 중심으로 하는 범위의 각도에 걸쳐 광이 확산되는 것이 바람직하다. 가변 굴절률 광 추출 층(940)은 상기 층이 도광체의 영역에 걸쳐 도광체로부터 균일한 분포의 광을 추출하도록 패터닝될 수 있다. 추출된 광은 구조화된 표면(962)를 통해 광 출력 층(960)으로부터 방출되고 터닝 필름(970)의 미세구조화된 표면(972)에 입사하여 축상 관찰자를 향해 방향이 바뀌도록 한다.

터닝 필름은 일반적으로 미세구조화된 표면을 포함하고, 상기 필름은 미세구조화된 표면이 광 출력 층의 광 출력 표면을 직면하도록 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체의 부품으로서 배치된다. 미세구조화된 표면은 광 출력 층으로부터 나온 광이 원하는 대로 방향이 바뀔수 있는 한, 임의의 미세구조화된 특징부 (임의의 형상 또는 크기)를 포함할 수 있다. 유용한 터닝 필름은 프리즘인 미세구조화된 특징부를 포함하고, 이런 종류의 예시적인 터닝 필름은 트라프 II(TRAF II)로 알려진 비퀴티 투과성 직각 필름 II(Vikuiti™ Transmissive Right Angle Film II), 및 비이에프(BEF)로 알려진 비퀴티 휘도 강화 필름(Vikuiti™ Brightness Enhanced Film)포함하고, 두 필름은 쓰리엠(3M™) 컴퍼니로부터 입수 가능하다. 유용한 터닝 필름은 또한 절두형 프리즘(truncated prism)인 미세구조화된 특징부를 포함하고, 이는 프리즘의 꼭지점에서 각각의 프리즘의 뾰족한 끝이 제거되고 평면으로 대체된, 예를 들어, 2011년 4월 22일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/478234호 (Attorney Docket No. 66475US002)에 기재된 바와 같다. 일반적으로 터닝 필름은 원하는 광 방향조정 기능이 달성되는 한, 임의의 형상, 크기, 표면 구조, 및/또는 배향의 특징부를 가질 수 있다. 다수의 특징부가 사용된다면, 특징부의 개수 및/또는 배열은 원하는 광 방향조정 기능을 달성하기 위해 사용된다. 터닝 필름은 당업자에게 알려진 많은 방법으로 제작될 수 있다. 그런 방법은 조각, 엠보싱, 레이저 제거 또는 평판 방법들을 이용하여 도구를 제작하고, 그 뒤 상기 도구를 사용하여 주조-경화 또는 압출 복제 기술들을 통해서 구조화된 필름/층을 만드는 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

터닝 필름은 접착제를 이용하여 광 출력 층에 광학적으로 결합될 수 있다. 도 10는 도광체(1030)와 가변 굴절률 광 추출 층(1040) 사이에 배치된 투명 기판(1050)을 포함하는 조명 용품(1010) 및 광원(1001)을 포함하는 예시적인 조명 장치(1000)의 개략도를 나타낸다. 광 출력 층(1060)은 투명 기판(1050)에 대향하는 편에서 가변 굴절률 광 추출 층(1040) 상에 배치된다. 터닝 필름(1070)은 접착제 층(1075)을 이용하여 광 출력 층(1060)에 광학적으로 결합된다. 접착제 층은 도 6에서 도광체(630)를 가변 굴절률 광 추출 층(640)에 접착시키거나 광학적으로 결합시키기 위해 앞서 기술했던 임의의 PSA 기반의 광학적으로 투명한 접착제를 포함할 수 있다. 추가적인 접착제는 쓰리엠(3M™)의 감압 접착제 SP-7555 및 키워, 인크.(KIWO, Inc.)의 감압 접착제 L4002를 포함한다. 상기 층은 건조 공정에 의해 경화되는 접착제, 예를 들어, 2-부분 열 경화성 접착제 또는 UV-경화성 또는 UV-개시 및 열 경화성 접착제일 수 있다. 광학적 접착제로서 적합한, 한 예로 드는 UV-경화성 접착제는 노를랜드 프로덕트, 인크.(Norland Products, Inc.)의 NOA65이다. 광학적 결합에 사용되는 접착제 층(1075)에 잠재적으로 적합한 접착제에 대한 좀더 일반적인 설명을 위해서, 문헌[ A. Pocius, Adhesion and Adhesive Technology, An Introduction, 2nd Ed., Hanser Gardner Publications, 2002, ISBN-1-56990-319-0]을 참조한다.

도 11a는 광원(1101) 및 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체(1102)를 포함하는 예시적인 후방 조명 투과형 디스플레이 장치(1100)의 개략도를 나타낸다. 후방 조명 디스플레이 조립체(1102)는 조명 용품(1110), 투과형 디스플레이(1120) 및 선택적인 광학 필름 또는 필름들(1180)을 포함하고, 광학 필름 또는 필름들(1180)은 조명 용품과 디스플레이 사이에 배치되어 있다. 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체(1102)는 또한 선택적인 후방 반사기(1190)를 포함한다. 조명 용품(1110)은 도광체(1130), 가변 굴절률 광 추출 층(1140) 및 투명 기판(1150)을 포함하고, 투명 기판은 도광체와 가변 굴절률 광 추출 층 사이에 배치되어 있다. 광 출력 층(1160)은 투명 기판(1150)에 대향하는 편에서 가변 굴절률 광 추출 층(1140) 상에 배치된다. 터닝 필름(1170)은 접착제 층(1175)을 이용하여 광 출력 층(1160)에 광학적으로 결합된다.

일부 실시 형태에서, 투과형 디스플레이(1120)는 투과형 디스플레이 패널을 포함한다. 일반적으로, 투과형 디스플레이 패널은 임의의 유형의 디스플레이 패널을 포함할 수 있고, 이를 통해 광은 패널의 뒤로부터 전송되고, 패널을 통해 디스플레이 패널의 앞에 위치한 관찰자에 의해 보여지는데, 이것은 광원에 대향하는 편으로부터 있다. 투과형 디스플레이 패널은 휴대형 전기 장치, 컴퓨터 모니터, 텔레비전, 계기판, 간판 등을 포함하는 넒은 범위의 응용에 사용된다.

일부 실시 형태에서, 투과형 디스플레이 패널은 액정의 광 변조 특성을 이용하는 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD) 패널을 포함한다. LCD 패널에 사용되는 영상화 물질은 동작 온도 범위 안에서 액체 결정성을 보여주는 여러 유형의 액정 물질 중 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 영상화 물질은 사실상 카이랄(예를 들어, 거울면을 포함하지 않는 분자)인 콜레스테릭 액정 및 사실상 메소제닉(mesogenic)인 분자 단위(예를 들어, 액정상을 나타내는 분자)를 포함한다. 콜레스테릭 액정 물질은 중합체일 수 있다. 콜레스테릭 액정 물질은 또한 카이랄 단위와 혼합된 또는 그를 함유하는 아카이랄 액정 화합물(네마틱)을 포함할 수 있다. 콜레스테릭 액정 물질은 액정의 방향자(director)(평균적인 국부 분자 배열의 방향을 규정하는 단위 벡터)가 방향자에 수직인 차원을 따라 나선형으로 회전하는 콜레스테릭 액정상을 갖는 화합물을 포함한다. 콜레스테릭 액정 물질은 또한 카이랄 네마틱 액정 물질이라고도 한다. 콜레스테릭 액정 물질의 피치는 방향자가 360도 회전하는 데 걸리는 (방향자에 수직인 방향으로 콜레스테릭 나선의 축을 따른) 거리이다. 이 거리는 일반적으로 100 ㎚ 이상이다.

액정 물질은 중합체 매트릭스 중에 액적으로서 분산될 수 있으며, 이러한 유형의 디스플레이는 중합체 액정 디스플레이(polymer liquid crystal display; PDLC display)로 공지되어 있다. PDLC 디스플레이는 영상화 물질을 가로질러 전기장을 가함으로써 분산된 액정 액적의 배향에 변화가 발생하도록 기능한다. 일 실시 형태에서, 영상화 물질(imaging material)은 분산된 액적(droplet)에 의한 광 산란으로 인해 꺼짐 상태에서 반투명하거나 또는 흐릿하고, 전기장이 가해지면, 액정과 중합체 매트릭스 사이에 굴절률 불일치가 감소하여 영상화 물질이 투명하거나 또는 실질적으로 투명하게 되도록 한다. 제1 및 제2 투명 전극은 전기장을 만들기 위해 리드(미도시)를 이용하여 전원에 연결된다.

다른 유형의 액정 디스플레이는 이색성 염료를 이용하는 게스트-호스트 액정 디스플레이다. 염료 분자는 형태상 길게 늘어지고 액정에 용해된다. 염료 분자는 액정의 방향자에 따라 배향하는 경향이 있고, 게스트-호스트 상호작용, 여기서 염료 분자는 "호스트"분자에 의해 배향되고 있는 "게스트"분자이다. 이색성 특성의 일정한 염료 분자는 액정에 전기장을 가하여 액정과 염료 분자 둘다 재배향되도록 함으로써 디스플레이 목적에 맞게 활용될 수 있다. 게스트-호스트 액정 물질은 제1 전극 및 제2 전극을 갖는 두 플레이트 사이에 배치되어 있다. 배향은 염료가 입사광을 흡수하는 배향상태에서 벗어나 염료 분자가 무질서하게 되고 액정 셀을 통해 광 투과를 허용하는 상태가 되도록 액정을 바꾼다. 게스트-호스트 액정 디스플레이에 관한 자세한 내용은 피.제이. 콜링스(P.J. Collings)의 저서[Liquid Crystals, Nature's Delicate Phase of Matter, Princeton University Press, 1990, ISBN 0-691-02429-4]에서 찾을 수 있다.

투과형 디스플레이는 또한 컴퓨터 모니터, 노트북, 휴대용 장치, 및 LCD TV를 포함하는 수많은 디스플레이 용도에 사용되는 표준 액정 패널을 포함할 수 있다. 이런 장치들에서 액정(LC) 패널은 전형적으로 패널 플레이트 사이에 배치된 한 층의 액정을 포함한다. 플레이트는 종종 유리로 형성되며, LC 층 내에서의 액정들의 배향을 제어하기 위해 그의 내부 표면 상에 전극 구조물 및 정렬 층을 포함할 수 있다. 이들 전극 구조물은 보통 LC 패널 픽셀, 즉 액정들의 배향이 인접 영역과는 독립적으로 제어될 수 있는 LC 층의 영역을 한정하도록 배열된다. 또한, LC 패널에 의해 디스플레이되는 영상에 색상을 부과하기 위해 하나 이상의 플레이트에 컬러 필터가 포함될 수 있다.

LC 패널은 상부 흡수 편광기와 하부 흡수 편광기 사이에 위치된다. 상부 흡수 편광기 및 하부 흡수 편광기는 LC 패널의 대향하는 외부 측면에 위치된다. 흡수 편광기 및 LC 패널은 조합되어 디스플레이 시스템을 통해 백라이트로부터 관찰자(viewer)로의 광 투과를 제어한다. 예를 들어, 흡수 편광기들은 그들의 투과 축이 서로 수직인 상태로 배열될 수 있다. 비활성 상태에서, LC 층의 픽셀은 통과하는 광의 편광을 변화시키지 않을 수 있다. 따라서, 하부 흡수 편광기를 통과하는 광은 상부 흡수 편광기에 의해 흡수된다. 픽셀이 활성화되면, 통과하는 광의 편극이 회전되어, 하부 흡수 편광기를 통해 투과되는 광의 적어도 일부가 또한 상부 흡수 편광기를 통해 투과되게 한다. LC 층의 상이한 픽셀들의 선택적인 활성화는, 예를 들어, 전자 제어기에 의해 일정한 원하는 위치에서 디스플레이 시스템의 밖으로 광이 지나가도록 하고, 그래서 관찰자에 의해 보여지는 영상을 형성하게 한다. 제어기는 예컨대 텔레비전 영상을 수신하여 디스플레이하는 컴퓨터 또는 텔레비전 제어기를 포함할 수 있다.

디스플레이 표면에 기계적 및/또는 환경적 보호를 제공하기 위해, 예를 들어 상부 흡수 편광기에 근접하게 하나 이상의 선택적인 층이 제공될 수 있다. 하나의 예시적인 실시 형태에서, 이 층은 상부 흡수 편광기 위의 하드코트(hardcoat)를 포함할 수 있다.

일부 유형의 LC 디스플레이들은 위에서 설명된 것과는 다른 방식으로 동작할 수 있음을 이해할 것이다. 예컨대, 흡수 편광기 평행하게 정렬될 수 있고, LC 패널은 비활성 상태에 있을 때 광의 편극을 회전시킬 수 있다. 이에 개의치 않고, 그러한 디스플레이들의 기본 구조는 전술한 것과 유사한 채로 남아 있다.

액정 디스플레이 패널은 또한 반투과형 패널을 포함할 수 있고, 여기서 LC 디스플레이 패널은 후방 조명에 의해 조명될 수 있고 또한 전방 조명 또는 예를 들어 태양 같은 주변 광원을 이용하여 디스플레이를 조명함으로써 보일 수 있다. 이러한 디스플레이는 잘 공지되어 있다. 픽셀 치(Pixel Qi)는 반투과형 LC 디스플레이 패널을 만드는 제조사중에 하나이다. 상기 패널은 눈의 편안함, 전력 절약, 및 밝은 주변광 하에서의 가시성을 위해 반투과형 모드 (일반 LCD보다 낮은 후방 조명이 필요함) 및 반사형 모드 (단지 주변광만 필요함)에서 동작하도록 설정될 수 있다.

투과형 디스플레이 패널은, 최신기술인, 전기습윤(electrowetting) 디스플레이와 같은 전기유체(electrofluidic) 디스플레이를 포함할 수 있고, 이는 문헌["Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting" by R.A. Hayes and B.J.Feenstra in Nature, Vol. 425, 383-385 (25 September 2003)]에 처음으로 기재되었고, 리쿠아비스타 비.브이.(Liquavista BV.)에 의해 개발되었다. 전기습윤 디스플레이는 투명 전극, 소수성 절연체, 유색 오일 층 및 물을 포함하고, 이는 유리 또는 중합체 기판 사이에 끼여있다. 평형 상태에서, 유색 오일은 물과 소수성 절연체 사이에 안정한 연속 필름을 자연적으로 형성한다. 전압차가 소수성 절연체를 가로질러 인가될 때, 시스템은 물을 이동시켜 절연체와 접촉하게 하고, 그럼으로써 오일을 변위시키고 하부 반사 표면을 노출시킴으로써 시스템의 에너지를 낮춘다. 정전력과 표면 장력 사이의 균형은 오일이 얼마나 멀리 측면으로 이동되는지를 산정한다. 이러한 방식으로, 픽셀이 충분히 작아서 눈이 광학 응답을 평균한다면, 당해 적층체의 광학 특성은 위에서 관찰할 때 유색의 오프-상태와 투명한 온-상태 사이에서 계속하여 조정될 수 있다.

전기유체 디스플레이의 다른 예로는 문헌["Young-Laplace Transposition of Brilliant Pigment Dispersions" described by J. Heikenfeld et al. in Nature Photonics, Vol. 3, 292-296 (26 April 2009)]을 사용하여 만든 전기유체 디스플레이가 있다. 상기 기술은 감마 다이나믹스(Gamma Dynamics)에 의해 개발중이다. 이 기술은 아주 밝은 색상의 안료 분산물들의 직접적 관찰을 제공하는 3차원 미세유체 디스플레이 장치이다. 기본적인 전기유체 구조는 몇몇 중요한 기하학적 특징부를 갖는다. 제1 특징부는 가시 영역의 5 내지 10% 미만으로 수성 안료 분산물을 수용할 저장부(reservoir)이다. 제2 특징부는 가시 영역의 80 내지 95%를 점유하는 표면 채널이고, 이것은 적절한 자극이 주어질 때 저장부로부터 안료 분산물을 받는다. 제3 특징부의, 안료 분산물이 저장부를 떠날 때 비극성 유체 (오일 또는 가스)의 역류를 가능하게 하는, 장치를 둘러싸고 있는 덕트가 있다. 이들 특징부 전부는 단일 포토리소그래픽 또는 미세복제(microreplication) 단계에서 저렴하게 형성됨을 주지하는 것이 중요하다. 몇몇 추가 코팅 및 상부 기판이 저장부 구조체에 부가된다. 표면 채널은 먼저 전극 및 소수성 유전체로 이루어진 2개의 전기습윤 플레이트에 의해 속박된다. 상부 전기습윤 플레이트는 표면 채널이 육안으로 관찰될 수 있도록 투명 전도성 전극으로 구성된다. 기저부 전기습윤 플레이트는 예를 들어 알루미늄으로 만들어진 고도 반사성 전극을 포함한다. 그러나 이 기저부 전극은 후방 조명이 될 수 있는 투과형 디스플레이 패널을 만들기 위해 투명 전극이 될 수 있다. 이 배열에서, 전압이 전혀 인가되지 않을 때, 순(net) 영-라플라스 압력은 안료 분산물이 공동을 점유하게 하며, 이는 안료 분산물에 더욱 큰 곡률 반경을 부여한다. 따라서, 평형에서, 안료 분산물은 저장부를 점유하며, 대체로 관찰되지 않는다. 이는 2개의 비누 버블을 빨대로 연결하는 것과 유사하며 - 더욱 큰 버블은 더욱 큰 곡률 반경 및 더욱 작은 영-라플라스 압력을 가짐 - , 따라서 더욱 작은 버블을 소모할 것이다. 전압이 2개의 전기습윤 플레이트와 안료 분산물 사이에 인가될 때, 순 영-라플라스 압력을 초과하는 전기기계적 압력이 유도되며, 안료 분산물은 표면 채널 내로 끌어당겨진다. 안료 분산물의 부피가 표면 채널의 부피보다 약간 더 크다면, 안료는 저장부 및 표면 채널 둘 모두에서 동시에 관찰가능할 것이며, 거의 전체 장치 영역이 안료의 색상을 나타낼 것이다. 전압이 제거되면, 안료 분산물은 저장부 내로 빠르게 (밀리초 내지 수십 밀리초) 되돌아온다. 그래서 안료를 숨기거나 노출시킬 수 있는 스위칭 장치가 만들어진다.

투과형 디스플레이 패널은 투과형 전기영동(electrophoretic) 디스플레이를 포함할 수 있다. 가장 잘 알려진 전기영동 디스플레이는 반사형 디스플레이이지만, 투과형 디스플레이가 더 대중화되고 있다. 예시적인 투과형 전기영동 디스플레이는 문헌["Novel Flexible Reflective Color Media With Electronic Inks" described by Koch et al. in Journal of Information Display, Vol. 12, No. 1, 5-10 (March 2011)]에 기재되어 있다. 이 기술은 모든 다룰 수 있는 픽셀 위치에 모든 사용가능한 색상을 허용하도록 감색법 색료(CMYK)를 쌓음으로써 시스템 구조상 '디스플레이'보다 '인쇄'에 가깝다.포화색을 획득하는 전기 이용 적층 색료의 이 시스템은 인쇄 산업에 의해 채택된 감색식 원색법과 유사하다. 이미디어(eMedia)에 적층된 색료는 유색 광학 상태와 투명 광학 상태 사이에서 조절되는 전기-광학 층을 쌓음으로써 가능하게 될 수 있다. 개별적인 전기-광학 층의 광학적 성능 및 전기적 성능은 적층 컬러 시스템의 전체 성능에 결정적이고, 광학적으로 투명한 상태와 유색 상태를 갖는 새로운 전기 광학 장치가 원색 감색법 색료의 전용 전자 잉크 및 평면 내 광학 효과를 갖는 평면 외 스위칭 필드를 채용한 혼합 구조를 사용한다.

투과형 디스플레이 패널은 MEMS(microelectromechanical system) 픽셀 광 변조기에 기초한 MEMS 기반의 디스플레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 투과형 디스플레이 패널은 픽스트로닉스, 인크.(Pixtronix, Inc.)에서 만든 픽트로닉스 DMS(Pictronix DMS™ (Digital Micro Shutter)) 디스플레이 패널을 포함할 수 있고, 여기서 디지털 마이크로 셔터(digital micro shutter)는 액정을 대체하여 고속 광 변조를 전달하기 위해 사용된다. 표준 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT) 공정을 이용하는 백플레인(backplane)은 산화인듐주석(indium tin oxide; ITO) 투명 전도체로 제작된다. TFT 제작 라인 및 다중 마스크 공정에서 이미 갖춰진 재료 및 공정을 이용하여, MEMS 픽셀 광 변조기는 활성 백플레인의 상부에 만들어진다. 이것은 MEMS 개구의 배열이 컬러 필터를 대체하게 하고, 백플레인에 정렬되고 결합된다. 이 새로운 디스플레이 기술은, 예를 들어, 픽스트로닉스, 인크.의 타이틀["Pixtronix DMS™ Display Technology: Ultra-Low Power Consumption and Exceptional Video Image Quality" by Hagood et al. (2008)]의 백서에 기재되어 있다.

도 11a에 도시된 바와 같이, 디스플레이가 전통적인 LC 디스플레이 패널을 포함할 때, 광학 필름 또는 필름들(1180)이 사용될 수 있다. 이들 광학 필름은 디스플레이 장치의 효율을 개선할 수 있다. 광학 필름은 다층 광학 필름을 포함할 수 있다. 광학 필름은 반사성 편광 필름, 확산 혼합 반사성 편광 필름, 확산 필름, 휘도 강화 필름, 마이크로렌즈 필름, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 유용한 광학 필름에는 쓰리엠 컴퍼니(3M™ Company)로부터 모두 입수가능한 비퀴티(Vikuiti)™ 이중 휘도 향상 필름(Dual Brightness Enhanced Film, DBEF), 비퀴티™ 휘도 향상 필름(BEF), 비퀴티™ 확산 반사 편광 필름(Diffuse Reflective Polarizer Film, DRPF), 비퀴티™ 향상된 경면 반사체(Enhanced Specular Reflector, ESR), 및 비퀴티™ 고도의 편광 필름(Advanced Polarizing Film, APF)으로 시판되는 구매가능한 광학 필름이 포함된다. 유용한 광학 필름이 또한 미국 특허 제5,825,543호; 제5,867,316호; 제5,882,774호; 제6,352,761 B1호; 제6,368,699 B1호; 제6,927,900 B2호; 미국 특허 공개 제2006/0084780 A1호; 제2001/0013668 A1호; 미국 가특허 출원 09/229724; 국제 출원 공개 제WO 95/17303호; 제WO 95/17691호; 제WO 95/17692; 제WO 95/17699호; 제WO 96/19347호; 제WO 97/01440호; 제WO 99/36248호; 및 제WO 99/36262호에 기재되어 있다. 이들 광학 필름은 단지 예시적이며 사용될 수 있는 적합한 광학 필름의 총망라한 목록을 의미하지는 않는다.

도 11a에 도시된 바와 같이, 후방 반사기(1190)는 상기 장치에서 광을 재활용하도록 사용될 수 있다. 적합한 후방 반사기는 경면, 반경면 및 확산 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 후방 반사기는 경면 반사기를 포함하고, 여기서 표면에 입사하는 광은 상기 표면에 반사되어, 반사각(θ_r)이 입사각(θ_t)과 같게 또는 거의 같도록 하고, 여기서 두 각도는 상기 표면의 평면에 대해 정의된다. 경면 반사기의 경우, 광의 반사각은 입사각의 약 16° 이내이다. 경면 반사체는 일부 범위의 입사각에 걸쳐 반사체로서 완전히 또는 거의 완전히 정반사성일 수 있다. 또한, 경면 반사체는 전자기 스펙트럼의 특정 영역, 예를 들어, 가시 영역 전반에서 약 85 내지 약 100%, 약 90 내지 약 100%, 또는 약 95 내지 약 100% 반사성일 수 있다.

적합한 경면 반사체는 거울, 예를 들어, 유리 상에 코팅된 반사 재료, 전형적으로 금속의 필름을 포함하는 평면 거울을 포함한다. 적합한 반사기는, 예를 들어, 위에 인용된 참고문헌에 기재된 바와 같이 다층 광학 필름인 거울을 포함한다. 예시적인 경면 반사체에는 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 것들, 예를 들어, 3M™ 고강도 등급 반사 제품(High Intensity Grade Reflective Product), 예를 들어, 고반사성 가시성 거울 필름(High Reflective Visible Mirror Film) 및 고투과성 거울 필름(High Transmission Mirror Film), 및 비퀴티(Vikuiti™) 필름, 예를 들어, 비퀴티 향상된 경면 반사체(Enhanced Specular Reflector)가 포함된다.

일부 실시 형태에서, 후방 반사기는 주어진 입사각의 광이 다양한 반사 각도로 반사하지만 광이 다시 입사광의 방향으로 거의 내지 전혀 반사되지 않는 반경면 반사기를 포함한다.

일부 실시예에서, 후방 반사기는 확산 반사기를 포함하며, 여기서 상기 장치 내의 광은 확산 반사기의 표면에서 반사 및 산란된다. 확산 반사기에 대해, 주어진 입사각의 광은 다양한 반사각으로 반사하고, 여기서 적어도 일부의 반사각은 입사각의 약 16° 초과이고, 일부의 반사된 광은 광원 방향의 각도로 향하게 된다. 확산 반사기는 일부 범위의 입사각에 걸쳐 완전히 또는 거의 완전히 반사성일 수 있다. 또한, 확산 반사기는 전자기 스펙트럼의 특정 영역, 예를 들어, 가시 영역 전반에서 약 85 내지 약 100%, 약 90 내지 약 100% 또는 약 95 내지 약 100% 반사성일 수 있다.

확산 반사기는 반사되는 광의 파장에 대해 불규칙한 표면을 포함할 수 있다. 광은 상기 표면에서 반사될 수 있다. 확산 반사기는 기판 상에 배치된 유기, 무기 또는 하이브리드 유기/무기 입자의 층을 포함할 수 있다. 입자는 직경이 약 0.01 초과 내지 약 100 ㎛, 약 0.05 초과 내지 약 100 ㎛, 또는 약 0.05 초과 내지 약 50 ㎛일 수 있다. 입자는 중합체성 입자, 유리 비드, 무기 입자, 금속 산화물 입자 또는 하이브리드 유기/무기 입자일 수 있다. 입자는 중실형, 다공성 또는 중공형일 수 있다. 입자는 아이소부텐 또는 아이소펜탄과 같은 발포제가 쉘 내부에 들어있는 폴리머 쉘을 갖는 미소구체, 예를 들어, 익스팬셀 컴퍼니(Expancel Co.)로부터의 익스팬셀 미소구체로서 입수가능한 미소구체를 포함할 수 있다.

입자는 폴리머 재료 또는 결합제 중에 분산될 수 있다. 결합제는 하나 이상의 중합체를 포함하며, 예를 들어, 위에 기재된 점탄성 재료 및 접착제 재료(콜드 시일 접착제(cold seal adhesive) 등) 중 임의의 것일 수 있다. 결합제는 PSA를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 결합제는 광투과성이어서 상기 층에 입사된 광의 적어도 일부가 층으로 들어가고 확산되도록 한다. 결합제 및 입자는 결합제의 두께가 입자의 직경보다 더 크거나, 더 작거나 또는 거의 같도록 기재 상에 코팅될 수 있다. 기판은 중합체, 금속, 경면 반사기, 및 이와 같은 것을 포함할 수 있다.

입자 및 결합제의 굴절률은 현저하게 상이할 수 있다. 예를 들어, 입자 및 결합제의 굴절률은 약 0.002 내지 약 1만큼, 또는 약 0.01 내지 약 0.5만큼 상이할 수 있다. 이러한 유형의 확산 반사기는 전자기 스펙트럼의 특정 영역, 예를 들어 가시 영역에 걸쳐, 약 85 내지 약 100%, 약 90 내지 약 100%, 또는 약 95 내지 약 100% 반사성일 수 있다. 예시적인 광 확산성 재료가 미국 특허 제6,288,172 B1호 (고에츠(Goetz) 등)에 기재되어 있다. 예를 들어, 입자는 평균 직경이 약 18 ㎛인 중공형 유리구(포터스 인더스트리즈 인크.(Potters Industries Inc.) 제의 스페리셀(SPHERICEL) 등급 60P18)를 포함할 수 있으며, 바인더는 PSA, 예를 들어, 실리콘 PSA를 포함할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 확산 반사기는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 내에 실린 황산바륨 입자들의 층을 포함한다. 반사 표면을 제공하는 다른 구조물이 미국 특허 제 7,481,563호(데이빗(David) 등)에 기재되어 있다. 확산 반사기는 또한 공극 크기가 현저한 광 산란을 일으키는 공극형 중합체 필름을 포함할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 투과형 디스플레이에는 그래픽 또는 정적 영상을 정의하여 후방 조명 투과형 디스플레이 장치가 그래픽 예술 응용에 사용될 수 있도록 하는 투과성 또는 반투과성 기판이 포함된다. 도 11b는 광원(1101) 및 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체(1104)를 포함하는 예시적인 투과형 디스플레이 장치(1103)의 개략적인 단면도를 나타낸다. 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체(1104)는 도 11a에 대하여 전술한 바와 같이 조명 용품(1110)을 포함한다. 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체(1104)에는 또한 그래픽 필름 또는 정지 영상을 정의하는 투과성 또는 반투과성 기판을 포함하는 투과형 디스플레이(1122)가 포함된다.

그래픽 또는 정지 영상은 일반적으로 하나 이상의 중합체 필름, 유리, 등의 투과성 또는 반투과성 기판에 포함되거나 또는 삽입되는 검은색 및/또는 유색 영상 물질을 포함한다. 상기 영상은 기판의 표면 위 또는 두 기판의 사이에, 예를 들어 일부 인쇄 수단의 형태를 이용하여 영상 물질을 침착함으로써 만들어진다. 영상은 또한 기판을 형성하는 벌크 재료에 영상 물질을 매달아 만들어진다. 영상 물질은 안료 또는 염료와 같은 입자를 포함하여 일정한 지역이 특정 범위의 파장 내의 광을 반사하거나 투과하도록 한다. 형광 물질이 또한 사용될 수 있다.

투과형 디스플레이는 투과형 디스플레이와 조명 용품이 광학적으로 결합되도록 조명 용품에 직접 결합될 수 있다. 도 11c는 광원(1101) 및 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체(1106)를 포함하는 예시적인 투과형 디스플레이 장치(1105)의 개략적인 단면도를 나타낸다. 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체(1106)는 도 11a에 대하여 전술한 바와 같이 조명 용품(1110)을 포함한다. 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체(1106)에는 또한 도 11a 및 도 11b에 각각 전술된 바와 같이 투과형 디스플레이 패널 또는 그래픽 또는 정지 영상을 포함할 수 있는 투과형 디스플레이가 포함된다. 조명 용품(1110)은 접착제 층(1177)을 이용하여 투과형 디스플레이(1123)에 직접적으로 결합된다. 접착제 층은 상술한 임의의 광학적으로 투명한 접착제를 포함할 수 있다.

본 명세서에 기재된 조명 용품은 또한 성질상 비평면인 가요성 디스플레이를 후방 조명하는데 있어서, 예를 들어 능동 구동형 가요성 디스플레이 및 곡면 또는 윤곽면 디스플레이의 후방 조명에 유용하다.

예

하기의 재료들을 사용하였다.

A-174 날코 2327 실리카 나노입자의 제조

응축기 및 온도계를 갖춘 2 L의 3목 플라스크에서 750 g의 날코 2327 콜로이드성 실리카 (40 wt%의 고형물, 미국 일리노이드주 네이퍼빌 소재의 날코 케미칼 컴퍼니(Nalco Chemical Company)로부터 입수가능함) 및 700 g의 1-메톡시-2-프로판올을 급속한 교반 하에 함께 혼합하였다. 그 후, 61.59 g의 실퀘스트 A-174 실란 (미국 코네티컷주 윌튼 소재의 지이 어드밴스드 매터리얼(GE Advanced Materials)로 부터 입수가능함)이 추가되고, 그 뒤 혼합물은 10분 동안 교반되고, 이어서 400 g의 1-메톡시-2-프로판올이 추가되었다. 가열 맨틀(heating mantle)을 사용하여 혼합물을 85℃ 에서 6시간 동안 가열하였다. 생성된 용액을 실온까지 식도록 하였다. 물 및 일부의 1-메톡시-2-프로판올을 회전식 증발기 및 60 ℃ 수조를 이용하여 진공상태에서 제거하였다. 생성된 졸은 1-메톡시-2-프로판올 중의 43.4 wt% A-174 변형된 20 ㎚ 실리카인 투명한 분산물이었다.

코팅 제형의 제조

하기를 1리터 갈색 광구병에 첨가하였다. 5.70 g의 CN 9893 및 22.40 g의 SR 444. 상기 병의 뚜껑을 닫고, 2시간 동안 진탕시켜 CN9893을 용해시켰다 (배치(batch)는 투명하다). 이 용액을 수지 프리믹스로 칭한다.

하기를 2000 ㎖ 폴리 병에 첨가하였다. 상술한 바와 같이 제조된 482.84 g의 졸 및 수지 프리믹스 상기 두 성분은 상기 두 병 사이에서 배치를 왔다갔다 이동시킴으로써 혼합하였고, 배치가 2000 ㎖ 병 내에 있는 상태로 종료한다. 상기 2000 ㎖ 병에 5.84g의 이르가큐어 184 및 1.12g의 이르가큐어 819를 첨가하였다. 상기 용액을 30분 동안 진탕시켜 광개시제들을 용해시켰다. 생성된 배치는 반투명한 저점도 분산물이었다.

분산물은 에틸 아세테이트 및 DOWANOL PM의 50/50 블렌드를 이용하여 대략 17.7 중량%의 고형물로 희석시켰다.

나노공극형 중합체 층의 제조

상기 코팅 제형을 3.1 m/ min의 라인 속도로 슬롯 다이를 이용하여 50 ㎛ PET 필름 (듀폰(DuPont)으로부터 입수가능한 멜리넥스(MELINEX) 617) 상에 코팅하였다. 습윤 코팅 두께는 대략 8.1 ㎛였다. 불활성 챔버 (50 ppm 미만의< O₂) 내에서, 395 ㎚의 UV 방사선을 850 mJ/㎝²의 선량으로 동일한 라인 속도에서 습윤 코팅을 인라인으로 부분 경화시켰다. (UV 방사선을 크리, 인크.(Cree, Inc.)로부터 입수가능한 UV-LED로 제공하였다). 그 후, 부분 경화된 코팅 샘플을 9 미터 오븐에서 70℃에서 건조시키고, 마지막으로 질소-퍼징된 분위기 하에서 236 와트/㎝² 퓨전 H 전구 (퓨전 유브이 시스템즈, 인크.(Fusion UV Systems, Inc.)로부터 입수가능함)를 이용하여 경화시켰다. 생성된 나노공극형 중합체 층의 두께는 1.3 ㎛였다. 비와이케이-가드너의 헤이즈-가드 플러스 (미국 메릴랜드주 컬럼비아 소재)를 사용하여 측정할 경우, 투과율은 96.4%였고, 탁도는 1.33%였고, 투명도는 99.7%였다. 나노공극형 층의 굴절률은 메트리콘 프리즘 커플러(Metricon Prism Coupler, 미국 뉴저지주 페닝턴 소재의 메트리콘 코포레이션(Metricon Corporation))를 사용하여 589 ㎚에서 측정할 경우 1.200 내지 1.220였다.

투명 기판 상에 가변 굴절률 광 추출 층을 형성

나노공극형 중합체 층은 간접적 그라비어 인쇄 공정을 이용하여 UV 경화성 투명 잉크(미국 캔자스주 쇼니 소재의 나즈다르(Nazdar)로부터의 UV OP1005 GP 바니시(Varnish))를 이용하여 인쇄되었다. 도 12a에 나타낸 바와 같이, x 방향으로 (좌측에서 우측으로) 제2 영역의 밀도 구배를 갖고, 패턴의 좌측 에지에서 y 방향으로 변화하는 밀도를 갖는 랜덤한 100 ㎛의 구배 도트 패턴을 갖는 플렉소그래픽 도구를, 광학 광선 추적 모델링에 의해 결정된 도트 패턴을 규정하는 pdf 상을 기초로 하여 (서던 그래픽스 시스템즈(Southern Graphics Systems)에 의해) 제작하였다. 대략 9.65 ㎛의 습윤 코팅을 제공하도록 그라비어 롤(피라미드형으로서 제곱 ㎛당 9 세제곱 ㎛)을 레이팅하였다. 인쇄 후 236 와트/㎝²의 퓨전 H 전구 (퓨전 유브이 시스템즈, 인크.(Fusion UV Systems, Inc.)로부터 입수가능함)를 이용하여 질소-퍼징된 분위기 하에서 고강도 UV 경화를 이용하여 분당 10 m로 인쇄를 행하였다. 생성된 인쇄된 층은 하기를 포함하는 광학 필름이었다: 제1 굴절률을 갖고 나노공극형 중합체 재료를 포함하는 제1 영역, 및 나노공극이 경화 투명 잉크로 충전되거나 또는 부분 충전된, 제1 영역의 굴절률보다 더 큰 제2 굴절률을 갖는 제2 영역. 듀폰 617 PET 기판 상에 배치된 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 가변 굴절률 광 추출 층을 도 12b에 나타낸다. PET 상의 가변 굴절률 광 추출 층의 광학 특성을, 제2 고굴절률 영역의 저밀도 영역과 고굴절률 영역의 고밀도 영역, 두 영역에서 비와이케이 가드너 헤이즈 가드 플러스 (미국 메릴랜드주 컬럼비아 소재)를 이용하여 측정하였다. 상기 저밀도 영역의 경우, 투과율은 96.6%였고, 탁도는 3.56%였고, 투명도는 95.6%였다. 상기 고밀도 영역의 경우, 투과율은 95.8%, 탁도는 6.82%, 투명도는 89.9%였다 (투과율을 프레넬(Fresnel) 반사에 대하여 보정하지 않음을 주목한다). 경화 잉크의 굴절률은, 메트리콘 프리즘 커플러(Metricon Prism Coupler, 미국 뉴저지주 페닝턴 소재의 메트리콘 코포레이션(Metricon Corporation))를 사용하여 평탄형 경화 샘플에서 측정할 경우 대략 1.525인 것으로 측정되었다. 굴절률 측정에 사용한 광의 파장은 589 ㎚였다.

프리즘형 터닝 필름

프리즘형 터닝 필름은 주조-경화 미세복제 공정을 이용하여 만들었다. 사용된 미세복제 툴은 1차원적인 구조의 필름 툴(선형으로 긴 절두형 프리즘을 생성하도록 설계된 툴)은 다이아몬드-터닝 가공으로 만들었고, 여기서 금속 원통형 툴 패턴은 정밀한 다이아몬드 터닝 머신을 사용하여 상기 툴의 구리 표면에 새겼다. 정밀하게 새겨진 특징부가 있는 생성된 구리 원통은 크롬 도금 되었다. 필름 복제는 아크릴레이트 단량체 (코그니스(Cognis)로부터 입수가능한 75 wt%의 PHOTOMER 6210 및 알드리치 케미컬 컴퍼니(Aldrich Chemical Co.)로부터 입수가능한 25 wt%의 1,6-헥산다이올다이아크릴레이트) 및 광개시제 (1 wt%의 Darocur 1173, 시바 스페셜티 케미컬(Ciba Specialty Chemicals))을 포함하는 아크릴레이트 수지 조성물을 이용해 만들었고, 이는 76 ㎛ PET 필름 (듀폰으로부터 입수가능한 MELINEX 617) 상에 주조되고 그 뒤 자외선광 236 Watt/㎝² 퓨전 H 전구 (퓨전 유브이 시스템즈, 인크.(Fusion UV Systems, Inc.)로부터 입수가능함)를 이용하여 정밀 원통형 툴에 붙여 경화된다. 터닝 필름의 각각의 특징부는 도 13에 도시된 바와 같이 사다리꼴 단면을 갖고 있고, 기하학적 파라미터는 표 1에 도시되었다.

조명 장치

도 10에서 도시한 조명 용품은 너비 90 ㎜ 길이 ＞ 120 ㎜ ＞ 두께 2 ㎜의 광학적으로 투명한 아크릴 도광체 (아스트라 프로덕트, 인크.(Astra Products, Inc.)), 상술한 투명 기판 상의 가변 굴절률 광 추출 층, 및 또한 앞서 기재하고 도 13에서 도시한 절두형 프리즘 터닝 필름을 이용하여 만들었다. 이 실험예에서 사용되지는 않았으나, 상술한 추가적인 시일 층이 가변 굴절률 광 추출 충 조립체의 일부가 될 수 있음을 주지한다. 도광체는 1 mil 광학적으로 투명한 접착체 (쓰리엠™ 광학적 투명 라미네이팅 접착제 8171)를 이용하여 투명 기판에 광학적으로 결합시켰다. 터닝 필름은 절두형 프리즘(도 13에 도시된 1307) 의 끝이 접착제 층에 접촉되도록 같은 접착제를 사용하여 가변 굴절률 광 추출 층에 광학적으로 결합시켰다.

5개의 에지-발광형 LED 1001 (NSSW230T Nichia white, 미국 미시간주 윅섬에 소재한 니치아 어메리칸 코포레이션(NICHIA AMERICA CORPORATION)으로부터 입수 가능함)으로 구성된 광 엔진 조립체는 2개의 반사기(다층 중합체 거울 필름, 비퀴티™ ESR 필름, 미국 미네소타주 세인트 폴에 소재한 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능함)와 함께 베젤에 장착했다. 약 10 도의 경미한 각도가 광학적인 시준을 위하여 반사 베젤에 내장되었다. 편광거울(ELDIM EZContrast L80, 프랑스의 ELDIM S.A.으로부터 입수가능함)을 이용하여 도광체 조립체의 상부 표면으로부터 각도별 광 분포를 측정하였다. 도 14a는 조명 장치로부터 광 분포를 보여주는 2차원 극좌표도 영상을 나타낸다. 도 14b는 도 14a에 나타난 선(1401)을 따라 단면의 휘도 그래프를 나타낸다. 이 도광체 구조로, 광출력이 상기 상부 표면에서 공기로 추출되고 시준된다. 이 조명 장치는 상술한 바와 같이 다양한 디스플레이의 후방 조명으로 사용될 수 있다.

후방 조명 투과형 디스플레이 장치

후방 조명 투과형 디스플레이 장치는 도 11c에서 나타난 바와 같이 만들어진다. 상술한 조명 장치는 광학적으로 투명한 접착제 (쓰리엠™ 광학적 투명 라미네이팅 접착제 8171)를 이용하여 LC 디스플레이에 직접적으로 결합되고, 디스플레이는 균일하게 조명된다.

본 명세서에 인용된 모든 참고 문헌 및 공보는 그들이 본 발명과 직접적으로 모순될 수 있는 경우를 제외하고는, 명백히 전체적으로 본 개시 내용에 참고로 포함된다. 특정의 실시 형태들이 본 명세서에 예시되고 기술되어 있지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 대안 및/또는 등가의 구현이 도시되고 기술된 특정의 실시 형태를 대신할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 본 출원은 본 명세서에 기술된 특정 실시 형태의 임의의 적응 또는 변형을 포함하도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 오직 특허청구범위 및 그의 등가물에 의해서만 한정되는 것으로 의도된다.

Claims (19)

1. 후방 조명(back-lit) 투과형 디스플레이 조립체로서,
   투과형 디스플레이; 및
   도광체(lightguide) 및 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하는 조명 용품
   을 포함하고,
   가변 굴절률 광 추출 층은 도광체 및 투과형 디스플레이에 광학적으로 결합되고, 가변 굴절률 광 추출 층은 제1 영역 및 제2 영역을 갖고, 제1 영역은 나노공극형(nanovoided) 중합체 재료를 포함하고, 제2 영역은 나노공극형 중합체 재료 및 추가 재료를 포함하고, 제1 영역 및 제2 영역은, 광원에 의해 방출되고 도광체 내로 주입되는 광에 대해, 가변 굴절률 광 추출 층이 제1 영역 및 제2 영역의 기하학적 배열에 기초하여 소정의 방식으로 광을 선택적으로 추출하도록 배치되고, 나노공극형 중합체 재료는 복수의 상호연결된 나노공극을 포함하는, 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체.
2. 제1항에 있어서, 제1 영역은 제1 굴절률을 갖고, 제2 영역은 제2 굴절률을 갖고, 제1 굴절률과 제2 굴절률 간의 차이는 0.03 내지 0.5인, 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체.
3. 제1항에 있어서, 제1 영역의 공극 부피는 제1 영역의 총 부피를 기준으로 20% 내지 60%이고, 제2 영역의 공극 부피는 제2 영역의 총 부피를 기준으로 20% 미만인, 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체.
4. 제1항에 있어서,
   제1 영역은 제1 굴절률을 갖고,
   상기 조립체는 가변 굴절률 광 추출 층 상에 배치된 광 출력 층을 추가로 포함하고, 광 출력 층은 제1 굴절률보다 큰 제3 굴절률을 갖는, 후방 조명 투과형 디스플레이 조립체.
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