KR102534127B1 - 마이크로구조화되고 패터닝된 도광판들 및 이를 포함하는 장치들 - Google Patents

마이크로구조화되고 패터닝된 도광판들 및 이를 포함하는 장치들 Download PDF

Info

Publication number
KR102534127B1
KR102534127B1 KR1020197022319A KR20197022319A KR102534127B1 KR 102534127 B1 KR102534127 B1 KR 102534127B1 KR 1020197022319 A KR1020197022319 A KR 1020197022319A KR 20197022319 A KR20197022319 A KR 20197022319A KR 102534127 B1 KR102534127 B1 KR 102534127B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
light guide
guide plate
polymer film
delete delete
Prior art date
Application number
KR1020197022319A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190099060A (ko
Inventor
다나 크레이그 북바인더
스티븐 에스 로젠블럼
네이트산 벤카타라만
로버트 스티븐 와그너
제임스 앤드류 웨스트
나다니엘 데이비드 웻모어
나다니엘 데이비드 Ÿ‡모어
Original Assignee
코닝 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코닝 인코포레이티드 filed Critical 코닝 인코포레이티드
Publication of KR20190099060A publication Critical patent/KR20190099060A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102534127B1 publication Critical patent/KR102534127B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0051—Diffusing sheet or layer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0036—2-D arrangement of prisms, protrusions, indentations or roughened surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0038—Linear indentations or grooves, e.g. arc-shaped grooves or meandering grooves, extending over the full length or width of the light guide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0053—Prismatic sheet or layer; Brightness enhancement element, sheet or layer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0065—Manufacturing aspects; Material aspects

Abstract

본 명세서에 개시되는 것은 엣지 표면(150), 광 방출 제1 주표면(160), 및 대향하는 제2 주표면(170)을 가지는 투명 기판(110); 및 상기 투명 기판의 상기 제1 주표면(160) 및 제2 주표면(170) 중 적어도 하나 상에 배치된 폴리머 필름(120)을 포함하는 도광판들(100, 100', 100'')이며, 상기 폴리머 필름(120)은 복수의 마이크로구조들(130) 및/또는 복수의 광 추출 피쳐들을 포함한다. 적어도 하나의 광원(140)은 상기 투명 기판(110)의 상기 엣지 표면(150)에 결합될 수 있다. 이러한 도광판들을 포함하는 디스플레이 및 조명 장치들 및 이러한 도광판들을 제조하기 위한 방법들이 더 개시된다.

Description

마이크로구조화되고 패터닝된 도광판들 및 이를 포함하는 장치들
본 개시는 개괄적으로 도광판들 및 이러한 도광판들을 포함하는 디스플레이 또는 조명 장치들, 및 보다 구체적으로 복수의 마이크로구조들 및/또는 광 추출 피쳐들을 포함하는 유리 도광판들에 관한 것이다.
[관련 출원에 대한 상호 참조]
본 출원은 2016년 12월 29일 출원된 미국 가출원 제62/440,029호의 35 U.S.C.§119 하의 우선권의 이익을 주장하며, 그 내용은 보증되며 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 결합된다.
액정 디스플레이들(LCD)은 흔히 다양한 전자 장치들, 예컨대 휴대폰들, 노트북들, 전자 테블릿들, 텔레비젼들, 및 컴퓨터 모니터들에 사용된다. 그러나, LCD들은 다른 디스플레이 장치들에 비하여 밝기(brightness), 콘트라스트 비(contrast ration), 효율, 및 시야 각 측면에서 제한적일 수 있다. 예를 들어, 다른 디스플레이 기술들과 경쟁하기 위하여, 통상적인 LCD들에서 전력 요건 및 소자 크기(예를 들어, 두께)의 균형을 이루는 한편 더 높은 콘트라스트 비, 색 재현율(color gamut), 및 밝기에 대한 지속적인 요구가 있다.
LCD들은 원하는 이미지를 생성하기 위하여 이후 변환, 필터링, 및/또는 편광될 수 있는 광을 생산하기 위한 백 라이트 유닛(backlight unit, BLU)을 포함할 수 있다. BLU들은 예를 들어 도광판(light guide plate, LGP)의 엣지에 결합된 광원을 포함하는 엣지-조사형, 또는 예를 들어 LCD 패널 뒤에 배치된 광원들의 2차원 어레이를 포함하는 후면-조사형일 수 있다. 직접-조사 BLU들은 엣지-조사형 BLU들에 비하여 향상된 동적 콘트라스트의 장점을 가질 수 있다. 예를 들어, 직접-조사 BLU를 가지는 디스플레이는 이미지에 걸친 밝기의 동적 범위를 최적화하기 위하여 각각의 LED의 밝기를 독립적으로 조절할 수 있다. 이는 흔히 로컬 디밍(local dimming)으로 알려져 있다. 그러나, 직접-조사 BLU들에서 원하는 광 균일성을 달성하기 위하여 및/또는 핫 스팟들을 피하기 위하여, 광원(들)은 상기 LGP로부터 일정 거리에 위치될 수 있으며, 따라서 엣지-조사 BLU의 그것 보다 전체 디스플레이 두께를 더 크게 만든다. 전통적인 엣지-조사 BLU들에서, 각각의 LED로부터의 광은 LGP의 큰 영역에 걸쳐 퍼질 수 있어 개별적인 LED들 또는 LED들의 그룹들을 끄는 것이 동적 콘트라스트 비에 최소한의 영향만을 가질 수 있다.
LGP의 로컬 디밍 효율은 예를 들어 LGP 표면 상에 하나 이상의 마이크로 구조들을 제공함으로써 향상될 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 LGP들, 예컨대 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA) 또는 메틸메타크릴레이트 스티렌(MS, methylmethacrylate styrene, MS) LPG들은 각각의 LED들로부터의 광을 좁은 밴드 내로 제한할 수 있는 표면 마이크로 구조들, 예컨대 마이크로 렌즈들을 가지도록 제조될 수 있다. 이러한 방법으로, 디스플레이의 동적 콘트라스트를 향상시키기 위하여 LGP의 엣지를 따라 광원(들)의 밝기를 조절하는 것이 가능할 수 있다. LED들이 LGP의 두 대향하는 측들 상에 설치되는 경우, 조사(illumination) 밴드들을 따라 밝기 그래디언트를 생성하도록 LED들의 쌍들의 밝기는 조절될 수 있으며, 이는 동적 콘트라스트를 더 향상시킬 수 있다.
LGP로부터 추출된 광의 색 및/또는 세기의 균일성을 향상시키기 위하여 LGP를 변형하는 것이 또한 이로울 수 있다. 예를 들어, LGP의 적어도 하나의 표면은 LGP 내의 전반사(total internal reflection, TIR)를 파괴시키는 광 추출 피쳐들을 포함하도록 변형될 수 있다. 일부 예들에서, 광 추출 피쳐들의 밀도는 광원으로부터의 거리에 따라 증가할 수 있다. 마이크로구조들 및/또는 광 추출 피쳐들을 형성하기 위한 LGP의 표면 변형을 위한 기술들은 예를 들어 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 열 임프린팅, 및 레이저 임프린팅을 포함할 수 있다. 레이저 임프린팅은 예를 들어 소프트웨어를 사용한 패턴 제어, 감소된 가공 시간, 반복성, 및 제조 유연성 측면에서 특정한 장점들을 가질 수 있다. 열 임프린팅은 또한 피쳐 형상에 대한 향상된 제어, 반복성, 및 대량 가공 능력 측면에서 장점들을 가질 수 있다.
유리 LGP들은 예를 들어 그들의 낮은 광 감쇠, 낮은 열 팽창 계수, 및 높은 기계적 강도 측면에서 플라스틱 LGP들에 비해 대양한 개선들을 제공할 수 있다. 따라서, 플라스틱들과 관련된 다양한 단점들을 극복하기 위하여 LGP들을 위한 대안적인 제조 물질로서 유리를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 그들의 비교적 약한 기계적 강도 및/또는 낮은 스티프니스(stiffness)로 인하여, 현재 소비자 요구를 충족시킬 수 있을만큼 충분히 크면서도 얇은 플라스틱 LGP들을 만들기 어려울 수 있다. 플라스틱 LGP들은 또한 높은 열 팽창 계수로 인하여 광원과 LGP 사이에 더 큰 갭을 필요로할 수 있으며, 이는 광 결합 효율을 감소시킬 수 있으며 및/또는 더 큰 디스플레이 베젤을 요구할 수 있다. 또한, 플라스틱 LGP들은 유리 LGP들에 비하여 수분을 흡수하고 팽창하는 경향이 더 높을 수 있다.
위에서 언급된 장점들로 인하여, 많은 디스플레이 제조 업체들은 예를 들어 더 얇은 디스플레이들을 생산하기 위해 플라스틱 LGP들을 유리 LGP들로 교체하고 있다. 그러나, 플라스틱 LGP들을 가공하는데 사용되었던 것과 동일한 방법 및/또는 장치를 사용하여 유리 LGP들을 가공하는 것이 어려울 수 있다. 예를 들어, 예컨대 사출 성형(injection molding), 압출(extruding), 및/또는 엠보싱(embossing)과 같은 열 임프린팅 기술들은 플라스틱 LGP들에는 잘 적용될 수 있으나, 이러한 것들은 유리 LGP들의 더 높은 유리 전이 온도 및/또는 더 높은 점도로 인하여 유리 LGP들과는 양립불가능할 수 있다. 또한, 레이저로 유리 기판을 변형하는 것이 가능할 수 있으나, 유리의 안정성은 레이저 임프린팅 공정을 플라스틱 LGP들에 사용되는 공정에 비하여 더 어렵게 할 수 있며, 다른 장치가 필요할 수 있다.
따라서, 향상된 로컬 디밍 효율을 가지는 유리 LGP들, 예를 들어 적어도 하나의 표면 상의 마이크로구조들을 가지는 유리 LGP들을 제공하는 것이 이로울 수 있다. 또한, 향상된 광 균일성을 가지는 유리 LGP들, 예를 들어 적어도 하나의 표면 상에 패터닝된 광 추출 피쳐들을 가지는 유리 LGP들을 제공하는 것이 이로울 수 있다. 마이크로구조들 및/또는 광 추출 피쳐들을 가지는 LGP 표면을 제공하기 위하여 단순하며 및/또는 비용 효율적인 방법들을 제공하는 것이 또한 이로울 수 있다. 엣지-조사 BLU들과 유사한 얇은 두께를 가지는 한편 후면-조사 BLU들과 유사한 로컬 디밍 능력을 제공하는 백라이트들을 제공하는 것이 또한 이로울 수 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것이다.
본 개시는, 다양한 실시예들에서, 엣지 표면, 광 방출 제1 주표면, 및 대향하는 제2 주표면을 가지는 투명 기판; 및 상기 투명 기판의 상기 제2 주표면 상에 배치된 폴리머 필름을 포함하는 도광판들에 관한 것이며, 상기 폴리머 필름은 복수의 광 추출 피쳐들로 패터닝된 복수의 마이크로구조들을 포함한다. 본 명세서에 또한 개시되는 것은 엣지 표면, 광 방출 제1 주표면, 및 대향하는 제2 주표면을 가지는 유리 기판; 및 상기 유리 기판의 상기 제1 주표면 및 상기 제2 주표면 중 적어도 하나 상에 배치된 폴리머 필름을 포함하는 도광판들이며, 상기 폴리머 필름은 복수의 광 추출 피쳐들을 포함한다. 본 명세서에 또한 개시되는 것은 적어도 하나의 광원에 광학적으로 결합된 본 명세서에 개시된 도광판을 포함하는 도광 조립체들, 및 이러한 도광판들 및 조립체들을 포함하는 디스플레이, 전자 장치들, 및 조명 장치들이다.
일부 실시예들에서, 상기 도광판은 약 0.05 미만의 칼라 시프트(color shift)(Δy)를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 투명 기판은, 예를 들어 50-90 몰% SiO2, 0-20 몰% Al2O3, 0-20 몰% B2O3, 0-20 몰% P2O5, 0-25 몰% RxO를 포함하는 유리 조성을 포함하는 유리 기판일 수 있으며, x는 1 또는 2 이고, R은 Li, Na, K, Rb, Cs, Zn, Mg, Ca, Sr, Ba, 및 이들의 조합들이다. 추가적인 실시예들에서, 상기 투명 기판은 Co, Ni, 및 Cr 각각을 약 1ppm 미만으로 포함할 수 있다. 상기 투명 기판의 두께는 약 0.1mm 내지 약 3mm 범위일 수 있는 반면, 상기 폴리머 필름의 두께는 약 5μm 내지 약 500μm 범위일 수 있다.
특정 실시예들에서, 상기 폴리머 필름은 UV 경화성 또는 열 경화성 폴리머를 포함할 수 있으며, 이는 상기 유리 기판의 상기 광 방출 표면 상에 몰딩될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 폴리머 필름은 개재된 접착 층에 의해 상기 투명 기판에 적층될 수 있다. 상기 폴리머 필름은 예를 들어 프리즘들, 둥근 프리즘들, 또는 렌티큘라(lenticular) 렌즈들을 포함하는 주기적 또는 비주기적 마이크로구조 어레이를 포함할 수 있다. 상기 마이크로구조들의 종횡 비는 예를 들어 약 0.1 내지 약 3 범위일 수 있다. 비제한적 실시예들에 따르면, 상기 복수의 광 추출 피쳐들은 삼각형, 사다리꼴, 또는 포물형 단면 프로파일을 가질 수 있다. 상기 광 추출 피쳐들은 약 100μm 미만인 적어도 하나의 치수를 가질 수 있다.
본 명세서에 또한 개시되는 것은 도광판을 형성하기 위한 방법들이며, 상기 방법들은 투명 기판의 주표면에 폴리머 물질 층을 적용하는 단계, 및 복수의 광 추출 피쳐들로 패터닝된 복수의 마이크로구조들을 생산하도록 상기 폴리머 물질을 성형하는 단계를 포함한다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 방법들은 상기 투명 기판의 상기 광 방출 표면에 대향하는 주표면에 상기 폴리머 물질 층을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 폴리머 물질 층은 스크린 프린팅에 의해 적용될 수 있다. 상기 폴리머 물질을 성형하는 단계는 예를 들어, 마이크로-복제, UV 엠보싱, 열 엠보싱, 또는 핫 엠보싱에 의해 수행될 수 있다. 본 명세서에 개시된 상기 방법들은 성형 몰드를 형성하기 위한 하나 이상의 단계들을 더 포함할 수 있다. 상기 폴리머 물질을 성형하는 단계는 상기 폴리머 물질 층에 상기 성형 몰드를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에 또한 개시되는 것은 도광판을 형성하기 위한 방법들이며, 상기 방법들은 유리 기판의 적어도 하나의 주표면에 폴리머 물질 층을 적용하는 단계, 및 복수의 광 추출 피쳐들을 생산하도록 상기 폴리머 물질을 변형하는 단계를 포함한다. 비제한적 실시예들에서, 상기 폴리머 물질을 변형하는 단계는 상기 폴리머 물질을 열 및/또는 레이저 임프린팅하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 추가적인 특징들 및 장점들이 다음의 상세한 설명에서 제시될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 당업계의 통상의 기술자들에게 쉽게 명백하거나 다음의 상세한 설명, 청구항들, 및 첨부된 도면들을 포함하여 본 명세서에 설명된 바와 같이 방법들을 실시함으로써 인식될 것이다.
전술한 개괄적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 모두 본 개시의 다양한 실시예들을 제시하며, 청구항들의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 틀을 제공하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다. 첨부된 도면들은 본 개시의 추가적인 이해를 제공하도록 포함되며, 본 명세서에 결합되어 그 일부를 구성한다. 도면들은 본 개시의 다양한 실시예들을 도시하며, 설명과 함께 본 개시의 원리들 및 작업들을 설명하는 역할을 한다.
다음의 상세한 설명은 다음의 도면들과 함께 읽혀질 때 더 이해될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 마이크로구조들 및/또는 광 추출 피쳐들로 패터닝된 표면들을 가지는 예시적인 LGP들을 도시한다.
도 2는 본 개시의 특정 실시예들에 따른 도광 조립체를 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는 예시적인 마이크로구조 프로파일들을 도시한다.
도 4는 도광판에 관한 적색 투과율에 대한 청색 투과율의 비의 함수로서 칼라 시프트(Δy)의 그래프적 묘사이다.
도 5는 다양한 LGP들에 대한 투과율 곡선들의 그래프적 묘사이다.
도 6은 유리 및 폴리머 물질들에 대한 굴절률 분산의 그래프적 묘사이다.
도 7은 상이한 폴리머 층들을 가지는 유리 기판들에 대한 프레넬(Fresnel) 반사율의 그래프적 묘사이다.
도 8a 내지 도 8d 및 도 9a 내지 도 9h는 본 개시의 비제한적 실시예들에 따라 마이크로구조화된 필름을 형성하고 상기 마이크로구조화된 필름을 패터닝하기 위한 방법들을 도시한다.
도 10은 광 추출 피쳐들로 패터닝된 예시적인 유리-폴리머 적층 LGP를 도시한다.
도 11a 내지 도 11c는 본 개시의 일부 실시예들에 따라 형성된 광 추출 피쳐들의 토포그래피적(topographical) 이미지들이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 개시의 특정 실시예들에 따라 형성된 광 추출 피쳐들의 단면도들을 도시한다.
도 13a는 마이크로구조화된 표면 및 프린트된 표면을 포함하는 예시적인 LGP를 도시한다.
도 13b 및 도 13c는 본 개시의 실시예들에 따른 복수의 광 추출 피쳐들로 패터닝된 마이크로구조화된 표면을 포함하는 도광판을 도시한다.
도 14a 내지 도 14e는 다양한 LGP들에 대한 광 빔 폭을 도시한다.
도 15는 도 14a 내지 도 14e의 구성들에 대한 광원의 중심으로부터의 거리의 함수로서 노말라이즈드 광 플럭스(normalized light flux)의 그래프적 묘사이다.
도광판들(Light Guide Plates)
본 명세서에 개시된 것은 엣지 표면, 광 방출 제1 주표면, 및 대향하는 제2 주표면을 가지는 투명 기판; 및 상기 투명 기판의 상기 제2 주표면 상에 배치된 폴리머 필름을 포함하는 도광판들이며, 상기 폴리머 필름은 복수의 광 추출 피쳐들로 패터닝된 복수의 마이크로구조들을 포함한다. 본 명세서에 또한 개시된 것은 엣지 표면, 광 방출 제1 주표면, 및 대향하는 제2 주표면을 가지는 유리 기판; 및 상기 유리 기판의 상기 제1 주표면 및 상기 제2 주표면 중 적어도 하나 상에 배치된 폴리머 필름을 포함하는 도광판들이며, 상기 폴리머 필름은 복수의 광 추출 피쳐들을 포함한다. 본 명세서에 또한 개시된 것은 적어도 하나의 광원에 광학적으로 결합된 본 명세서에 개시된 도광판을 포함하는 도광 조립체들이다. 이러한 광 가이드들을 포함하는 다양한 장치들, 예컨대 디스플레이, 조명, 및 전자 장치들, 예를 들어 텔레비젼들, 컴퓨터들, 폰들, 테블릿들, 및 다른 디스플레이 패널들, 루미네어들(luminaires), 고상(solid-stste) 조명, 광고판들, 및 다른 건축 부재들이 또한 개시된다.
이제 본 개시의 다양한 실시예들이 도 1 내지 도 15를 참조하여 논의될 것이며, 이는 도광판들 및 그 제조 및 작동 방법들의 예시적인 실시예들을 도시한다. 다음의 개괄적인 설명은 청구된 장치들의 개요를 제공하도록 의도되며, 다양한 양상들이 비제한적인 도시된 실시예들을 참조하여 본 개시에 걸쳐 보다 구체적으로 논의될 것이며, 이러한 실시예들은 본 개시의 맥락 내에서 서로와 교한가능하다.
도 1a 내지 도 1c는 투명 기판(110) 및 폴리머 필름(120)을 포함하는 예시적인 도광판들(LGP)(100, 100', 100'')을 도시한다. 상기 폴리머 필름은 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 복수의 마이크로구조들(130)을 포함할 수 있다. 상기 폴리머 필름(120)은 또한 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이 광 추출 피쳐들(135, 135', 135'')로 패터닝될 수 있다. 상기 폴리머 필름(120)은 상기 투명 기판의 하나 또는 양 주표면들 상에 존재할 수 있으며, 동일하거나 상이할 수 있다. 도 1a에 도시된 상기 광 추출 패턴은, 특정 실시예들에서, 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 아래에서 논의되는 예시적인 방법을 사용하여 생성될 수 있다. 도 1b에 도시된 상기 광 추출 패턴은, 다양한 실시예들에서, 도 9a 내지 도 9h를 참조하여 아래에서 논의되는 예시적인 방법을 사용하여 생성될 수 있다. 도 1c에 도시된 상기 광 추출 패턴은, 다양한 실시예들에서, 예를 들어 도 10을 참조하여 논의되는 바와 같이, 레이저 및/또는 열 임프린팅 기술들을 사용하여 생성될 수 있다. 물론, 도시된 광 추출 패턴들은 오지 예시적인 것이며, 임의의 원하는 광 추출을 생성하기 위하여 적절하게 변형될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 광원(140)은 투명 기판(110)의 엣지 표면(150)에 광학적으로 결합, 예를 들어 상기 엣지 표면(150)에 인접하게 위치될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "광학적으로 결합된"이라는 용어는 광원이 상기 LGP의 엣지에 위치되어 상기 LGP 내로 광을 도입한다는 것을 나타내도록 의도된다. 광원은 상기 LGP와 물리적 접촉을 하지 않더라도 상기 LGP에 광학적으로 결합될 수 있다. 추가적인 광원들(미도시)은 또한 상기 LGP의 다른 엣지 표면들, 예컨대 인접하거나 대향하는 엣지 표면들에 광학적으로 결합될 수 있다. 도 2는 마이크로구조화된 폴리머 필름을 가지는 LGP를 도시하나, 임의의 구성을 가지는 LGP들, 예컨대 도 1a 내지 도 1c에 도시된 것들, 및 그들의 임의의 변형들이 광원(140)에 결합될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
광원(140)으로부터 광 방출의 일반적인 방향이 실선 화살표에 의해 도 2에 도시된다. 상기 LGP 내로 주입된 광은 전반사(total internal reflection, TIR)로 인하여 임계 각보다 작은 입사 각으로 계면에 부딪칠 때까지 상기 LGP의 길이(L)를 따라 전파될 수 있다. 전반사(TIR)는 제1 굴절률을 포함하는 제1 물질(예를 들어, 유리, 플라스틱 등) 내에서 전파되는 광이 상기 제1 굴절률보다 낮은 제2 굴절률을 포함하는 제2 물질(예를 들어, 공기 등)과의 계면에서 전체적으로 반사될 수 있는 현상이다. TIR은 스넬(Snell)의 법칙을 사용하여 설명될 수 있다.
Figure 112019077723303-pct00001
이는 상이한 굴절률들의 두 물질들 사이의 계면에서 광의 굴절을 설명한다. 스넬의 법칙에 따르면, n1은 제1 물질의 굴절률이고, n2는 제2 물질의 굴절률이고, θi는 상기 계면의 법선에 대하여 상기 계면에서 입사하는 광의 각(입사각)이고, θr은 상기 법선에 대하여 상기 굴절된 광의 굴절 각이다. 상기 굴절 각(θr)이 90°일 때, 예를 들어, sin(θr)=1일 때, 스넬의 법칙은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019077723303-pct00002
이러한 조건들 하에서 상기 입사 각(θi)은 또한 임계 각(θc)으로도 불릴 수 있다. 상기 임계 각보다 큰 입사각을 가지는(θi>θc) 광은 상기 제1 물질 내에서 전반사될 것인 반면, 상기 임계각보다 작거나 같은 입사각을 가지는(θi≤θc) 광은 상기 제1 물질에 의해 투과될 것이다.
공기(n1=1)와 유리(n2=1.5) 사이의 예시적인 계면의 경우, 상기 임계 각(θc)은 42°로 계산될 수 있다. 따라서, 상기 유리 내에서 전파되는 광이 42°보다 큰 입사 각으로 상기 공기-유리 계면에 부딪치는 경우, 모든 입사 광이 상기 입사 각과 동일한 각도로 상기 계면으로부터 반사될 것이다. 상기 반사된 광이 상기 제1 계면과 동일한 굴절률 관계를 포함하는 제2 계면에 부딪히는 경우, 상기 제2 계면 상에 입사하는 광은 다시 상기 입사 각과 동일한 반사 각으로 반사될 것이다.
폴리머 필름(120)은 상기 투명 기판(110)의 주표면, 예컨대 상기 광 방출 (제1) 주표면(160), 상기 광 방출 표면(160)과 대향하는 상기 (제2) 주표면(170), 또는 둘 모두 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 폴리머 필름(120)은 상기 제2 주표면(170) 상에 배치될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "상에 배치된"이라는 용어 및 그 변형들은 구성 요소 또는 층이 나열된 구성 요소의 특정 표면 상에 위치하나, 그 표면과 반드시 직접적인 물리적 접촉을 할 필요는 없는 것을 나타내도록 의도된다. 예를 들어, 상기 폴리머 필름(120)은 투명 기판(110)의 광 방출 표면(160)과 직접적인 물리적 접촉을 하는 것으로 도 2에 도시되었으나, 일부 실시예들에서, 다른 층들 또는 필름들(예를 들어, 접착제들)이 이들 두 구성 요소들 사이에 존재할 수 있다. 따라서, 구성 요소 B의 표면 상에 배치된 구성 요소 A는 구성 요소 B와 직접적인 물리적 접촉을 하거나 하지 않을 수 있다.
점선 화살표들에 의해 표시된 바와 같이 상기 마이크로구조들의 어레이(130)는 광 추출 피쳐들(135, 135' 135'') 및/또는 상기 LGP의 다른 선택적인 구성 요소들과 함께 광의 투과를 전방으로(예를 들어, 사용자를 향해) 지향시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 광원(140)은 램버시안(Lambertian) 광원, 예컨대 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 상기 LED들로부터의 광은 상기 LGP 내에서 빠르게 퍼질 수 있으며, 이는 (예를 들어 하나 이상의 LED들을 끔으로써) 로컬 디밍을 달성하는 것을 어렵게 만들 수 있다. 그러나, LGP의 표면 상에 광 전파 방향(도 2에 실선 화살표에 의해 표시됨)으로 길게 연장된 상기 하나 이상의 마이크로구조들을 제공함으로써 각각의 LED 광원이 상기 LGP의 좁은 스트립만을 실질적으로 비추도록 광의 퍼짐을 제한하는 것이 가능할 수 있다. 상기 비추어진 스트립은 예를 들어 상기 LED에 위치하는 원점으로부터 대향하는 엣지 상의 유사한 끝점까지 연장될 수 있다. 따라서, 다양한 마이크로구조 구성들을 사용하여, 비교적 효율적인 방식으로 상기 LGP의 적어도 일부의 1D 로컬 디밍을 달성하는 것이 가능할 수 있다.
특정 실시예들에서, 상기 도광 조립체는 2D 로컬 디밍을 달성하는 것이 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 추가적인 광원들이 인접한(예를 들어, 수직한) 엣지 표면에 광학적으로 결합될 수 있다. 제1 폴리머 필름은 상기 광 방출 표면(160) 상에 배치될 수 있으며, 이 필름은 전파 방향으로 연장되는 마이크로구조들을 가지며, 제2 폴리머 필름은 상기 대향하는 주표면(170) 상에 배치될 수 있으며, 이 필름은 상기 전파 방향에 수직한 방향으로 연장되는 마이크로구조들을 가진다. 따라서, 2D 로컬 디밍은 각각의 엣지 표면을 따른 상기 광원들 중 하나 이상을 선택적으로 차단함으로써 달성될 수 있다.
도 2에 도시되지 않았으나, 상기 투명 기판(110)의 상기 광 방출 표면(160)은 복수의 광 추출 피쳐들로 패터닝되거나 및/또는 마이크로구조화된 표면이 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 광 추출 피쳐들은 예를 들어 거칠거나 융기된 표면을 만드는 구조적 피쳐들로서 상기 광 방출 표면(160)에 걸쳐 분포될 수 있거나, 또는 예를 들어 레이저-손상된 피쳐들로서 상기 기판 또는 그 부분들 내에서 상기 기판 또는 그 부분들에 걸쳐서 분포될 수 있다. 이러한 광 추출 피쳐들을 생성하기 위한 적합한 방법들은 프린팅, 예컨대 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 마이크로프린팅 등, 텍스쳐링, 기계적 러프닝(mechanical roughening), 식각, 사출 성형(injection molding), 코팅, 레이저 손상, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 방법들의 비제한적 예들은 예를 들어 표면을 산(acid) 식각하는 것, TiO2로 표면을 코팅하는 것, 및 표면 상 또는 상기 기판 매트릭스 내에 레이저를 포커싱함으로써 상기 기판을 레이저 손상시키는 것을 포함한다. 추가적인 실시예들에서, 상기 광 방출 표면(160)은 제2 폴리머 필름(120)을 포함할 수 있으며, 이는 본 명세서에 개시된 임의의 방법에 따라 마이크로구조들 및/또는 광 추출 피쳐들을 구비할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 상기 광 추출 피쳐들(135, 135', 135'')은 광 산란 자리들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 광 추출 피쳐들은 상기 투명 기판의 상기 광 방출 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 광 출력 세기를 생산하도록 적합한 밀도로 패터닝될 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 광원에 인접한 상기 광 추출 치쳐들의 밀도는 상기 광원으로부터 더 먼 점에서 상기 광 추출 피쳐들의 밀도보다 낮을 수 있거나, 그 반대일 수 있다. 예컨대, 상기 LGP에 걸쳐 원하는 광 출력 분포를 생성하기에 적합하게 일 단으로부터 타단까지의 그래디언트가 존재할 수 있다.
광 추출 피쳐들(135, 135', 135'')은 아래에서 보다 상세히 논의되는 도 12a 내지 도 12c에 도시된 비제한적 프로파일들을 포함하는 임의의 단면 프로파일을 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서, 광 추출 피쳐들(135, 135', 135'')은 약 100 마이크론(μm) 미만, 예컨대 약 75μm 미만, 약 50μm 미만, 약 25μm 미만, 약 10μm 미만, 또는 심지어 더 작은, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함하는, 예를 들어 약 1μm 내지 약 100μm 범위의 적어도 하나의 치수(예를 들어, 폭, 높이, 길이 등)를 포함할 수 있다.
상기 폴리머 필름(120)은 도 8 내지 도 9를 참조하여 아래에 논의되는 예시적인 방법들에 따라 마이크로구조들 및 광 추출 피쳐들을 생성하도록 동시에 처리될 수 있다. 대안적으로, 상기 폴리머 필름은 먼저 예를 들어 엠보싱에 의해 마이크로 구조들을 생성하도록 처리될 수 있고, 이후 예를 들어 레이저 임프린팅에 의해 광 추출 피쳐들을 생성하도록 처리될 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 상기 폴리머 필름은 마이크로구조들을 포함하지 않을 수 있으며, 예를 들어 레이저 및/또는 열 임프린팅에 의해 광 추출 피쳐들을 생성하도록 처리될 수 있다.
추가적인 광 추출 피쳐들(미도시)은 당업계에 알려진 임의의 방법, 예를 들어, 함께 계류 중이며 공동 소유인 국제 특허 출원 제PCT/US2013/063622호 및 제PCT/US2014/070771호에 개시된 방법들을 사용하여 상기 투명 기판(110)의 주 표면 상에 형성될 수 있으며, 이들 각각은 그 전문이 참조에 의해 본 명세서에 결합된다. 예를 들어, 상기 광 방출 표면(160) 및/또는 주표면(170)은 원하는 두께 및/또는 표면 품질을 달성하도록 그라인딩(grinding) 및/또는 폴리싱(polishing)될 수 있다. 상기 표면은 이후 선택적으로 청소되거나 및/또는 식각될 상기 표면은 오염물을 제거하기 위한 공정, 예컨대 상기 표면을 오존에 노출시키는 단계를 거칠 수 있다. 상기 식각될 표면은 비제한적 실시예로서, 산 욕조, 예를 들어 약 1:1 내지 약 9:1 범위의 비로 예를 들어 빙초산(glacial aceteic acid, GAA) 및 불화암모늄(NH4F)의 혼합물에 노출될 수 있다. 식각 시간은 예를 들어 약 30초 내지 약 15분 범위일 수 있으며, 식각은 상온 또는 상승된 온도에서 일어날 수 있다. 공정 변수들, 예컨대 산 농도/비, 온도, 및/또는 시간은 결과적인 추출 피쳐들의 크기, 형상, 및 분포에 영향을 미칠 수 있다. 원하는 표면 추출 피쳐들을 달성하기 위하여 이러한 변수들을 변화시키는 것은 당업계의 통상의 기술자의 능력 범위 내이다.
상기 투명 기판(110)은 원하는 광 분포를 생산하기 적합한 임의의 원하는 크기 및/또는 형상을 가질 수 있다. 기판(110)의 상기 주표면들(160, 170)은, 특정 실시예들에서, 평평하거나 실질적으로 평평하거나 및/또는 평행할 수 있다. 상기 제1 및 제2 주표면들은 또한, 다양한 실시예들에서, 적어도 하나의 축을 따라 곡률 반경을 가질 수 있다. 상기 투명 기판(110)은 도 2에 도시된 바와 같이 4개의 엣지들을 포함할 수 있거나, 4개보다 많은 엣지들을 포함할 수 있다(예를 들어, 다각형). 다른 실시예들에서, 상기 투명 기판(110)은 4개보다 적은 엣지들을 포함할 수 있다(예를 들어, 삼각형). 비제한적 예로서, 상기 광 가이드는 4개의 엣지들을 가지는 직사각형, 정사각형, 또는 마름모형 시트를 포함할 수 있으나, 하나 이상의 곡선형 부분들 또는 엣지들을 가지는 것들을 포함하는 다른 형상들 및 구성들이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다.
특정 실시예들에서, 상기 투명 기판(110)은 약 3mm 이하, 예를 들어 약 0.1mm 내지 약 2.5mm, 약 0.3mm 내지 약 2mm, 약 0.5mm 내지 약 1.5mm, 또는 약 0.7mm 내지 약 1mm이며, 그 사이의 모든 범위들 및 하뮈 범위들을 포함하는, 두께(d1)를 가질 수 있다. 상기 투명 기판(110)은 플라스틱 및 유리 물질을 포함하는 디스플레이 장치들에서의 사용을 위하여 당업계에 알려진 임의의 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 플라스틱 물질들은 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 또는 메틸 메타크릴레이트 스티렌(methyl methacrylate styrene, MS)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 유리 물질들은 예를 들어 알루미노실리케이트, 알칼리-알루미노실리케이트, 보로실리케이트, 알칼리-보로실리케이트, 알루미노보로실리케이트, 알칼리-알루미노보로실리케이트, 소다 라임, 또는 다른 적합한 유리들을 포함할 수 있다. 유리 광 가이드로서 사용하기에 적합한 상업적으로 입수 가능한 유리들의 비제한적 예들은, 예를 들어 코닝 사(Corning Incorporated)로부터의 EAGLE XG®, Lotus™, Willow®, Iris™, 및 Gorilla® 유리들을 포함한다.
일부 비제한적 유리 조성들은 약 50 몰% 내지 약 90 몰% SiO2, 0 몰% 내지 약 20 몰% Al2O3, 0 몰% 내지 약 20 몰% B2O3, 0 몰% 내지 약 20 몰% P2O5, 및 0 몰% 내지 약 25 몰% RxO를 포함할 수 있으며, R은 Li, Na, K, Rb, Cs 중 임의의 하나 이상이고 x 는 2이거나, 또는 R은 Zn, Mg, Ca, Sr, 또는 Ba 중 임의의 하나 이상이고 x는 1이다. 일부 실시예들에서, RxO - Al2O3 > 0; 0 < RxO - Al2O3 < 15; x = 2 및 R2O - Al2O3 < 15; R2O - Al2O3 < 2; x=2 및 R2O - Al2O3 - MgO > -15; 0 < (RxO - Al2O3) < 25, -11 < (R2O - Al2O3) < 11, 및 -15 < (R2O - Al2O3 - MgO) < 11; 및/또는 -1 < (R2O - Al2O3) < 2 및 -6 < (R2O - Al2O3 - MgO) < 1 이다. 일부 실시예들에서, 상기 유리는 Co, Ni, 및 Cr 각각을 1ppm 미만으로 포함한다. 일부 실시예들에서, Fe의 농도는 < 약 50ppm, < 약 20 ppm, 또는 < 약 10ppm 이다. 다른 실시예들에서, Fe + 30Cr + 35Ni < 약 60ppm, Fe + 30Cr + 35Ni < 약 40ppm, Fe + 30Cr + 35Ni < 약 20ppm, 또는 Fe + 30Cr + 35Ni < 약 10ppm 이다. 다른 실시예들에서, 상기 유리는 약 60 몰% 내지 약 80 몰% SiO2, 약 0.1 몰% 내지 약 15 몰% Al2O3, 0 몰% 내지 약 12 몰% B2O3, 및 약 0.1 몰% 내지 약 15 몰% R2O 및 약 0.1 몰% 내지 약 15 몰% RO를 포함하며, R은 Li, Na, K, Rb, Cs 중 임의의 하나 이상이고 x는 2이거나, 또는 R은 Zn, Mg, Ca, Sr, 또는 Ba 중 임의의 하나 이상이고 x는 1이다.
다른 실시예들에서, 상기 유리 조성은 약 65.79 몰% 내지 약 78.17 몰% SiO2, 약 2.94 몰% 내지 약 12.12 몰% Al2O3, 약 0몰% 내지 약 11.16 몰% B2O3, 약 0 몰% 내지 약 2.06 몰% Li2O, 약 3.52 몰% 내지 약 13.25 몰% Na2O, 약 0몰% 내지 약 4.83 몰% K2O, 약 0 몰% 내지 약 3.01 몰% ZnO, 약 0 몰% 내지 약 8.72 몰% MgO, 약 0 몰% 내지 약 4.24 몰% CaO, 약 0 몰% 내지 약 6.17 몰% SrO, 약 0몰% 내지 약 4.3 몰% BaO, 및 약 0.07 몰% 내지 약 0.11 몰% SnO2를 포함할 수 있다.
추가적인 실시예들에서, 상기 투명 기판(110)은 0.95 내지 3.23의 RxO/Al2O3 비를 가지는 유리를 포함할 수 있으며, 여기서 R은 Li, Na, K, Rb, Cs 중 임의의 하나 이상이고 x는 2이다. 추가적인 실시예들에서, 상기 유리는 1.18 내지 5.68의 RxO/Al2O3 비를 포함할 수 있으며, 여기서 R은 Li, Na, K, Rb, Cs 중 임의의 하나 이상이고 x는 2이거나, 또는 R은 Zn, Mg, Ca, Sr, 또는 Ba 중 임의의 하나 이상이고 x는 1이다. 추가적인 실시예들에서, 상기 유리는 -4.25 내지 4.0의 RxO - Al2O3 - MgO를 포함할 수 있으며, 여기서 R은 Li, Na, K, Rb, Cs 중 임의의 하나 이상이고 x 는 2이다. 추가적인 실시예들에서, 상기 유리는 약 66 몰% 내지 약 78 몰% SiO2, 약 4 몰% 내지 약 11 몰% Al2O3, 약 4 몰% 내지 약 11 몰% B2O3, 약 0 몰% 내지 약 2 몰% Li2O, 약 4 몰% 내지 약 12 몰% Na2O, 약 0몰% 내지 약 2 몰% K2O, 약 0 몰% 내지 약 2 몰% ZnO, 약 0 몰% 내지 약 5 몰% MgO, 약 0 몰% 내지 약 2 몰% CaO, 약 0 몰% 내지 약 5 몰% SrO, 약 0 몰% 내지 약 2 몰% BaO, 및 약 0 몰% 내지 약 2 몰% SnO2를 포함할 수 있다.
추가적인 실시예들에서, 상기 투명 기판(110)은 약 72 몰% 내지 약 80 몰% SiO2, 약 3 몰% 내지 약 7 몰% Al2O3, 약 0 몰% 내지 약 2 몰% B2O3, 약 0몰% 내지 약 2 몰% Li2O, 약 6 몰% 내지 약 15 몰% Na2O, 약 0 몰% 내지 약 2 몰% K2O, 약 0 몰% 내지 약 2 몰% ZnO, 약 2 몰% 내지 약 10 몰% MgO, 약 0 몰% 내지 약 2 몰% CaO, 약 0 몰% 내지 약 2 몰% SrO, 약 0 몰% 내지 약 2 몰% BaO, 및 약 0 몰% 내지 약 2 몰% SnO2를 포함하는 유리 물질을 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 유리는 약 60 몰% 내지 약 80 몰% SiO2, 약 0 몰% 내지 약 15 몰% Al2O3, 약 0몰% 내지 약 15 몰% B2O3, 및 약 2 몰% 내지 약 50 몰% RxO를 포함할 수 있으며, 여기서 R은 Li, Na, K, Rb, Cs 중 임의의 하나 이상이고 x 는 2이거나, 또는 R은 Zn, Mg, Ca, Sr, 또는 Ba 중 임의의 하나 이상이고 x는 1이며, 여기서 Fe + 30Cr + 35Ni < 약 60ppm 이다.
일부 실시예들에서, 상기 투명 기판(110)은 0.05 미만, 예컨대 약 -0.005 내지 약 0.05 범위, 또는 약 0.005 내지 약 0.015 범위(예컨대 약 -0.005, -0.004, -0.003, -0.002, -0.001, 0, 0.001, 0.002, 0.003, 0.004, 0.005, 0.006, 0.007. 0.008, 0.009, 0.010, 0.011, 0.012, 0.013, 0.014, 0.015, 0.02, 0.03, 0.04, 또는 0.05)의 칼라 시프트(Δy)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 투명 기판은 0.008 미만의 칼라 시프트를 포함할 수 있다. 특정 실시예들에 따르면, 상기 투명 기판은 약 420-750 nm 범위의 파장들에 대하여 약 4 dB/m 미만, 예컨대 약 3 dB/m 미만, 약 2 dB/m 미만, 약 1 dB/m 미만, 약 0.5 dB/m 미만, 약 0.2 dB/m 미만, 또는 심지어 더 작은, 예를 들어 약 0.2 dB/m 내지 약 4 dB/m 범위의 (예를 들어 흡수 및/또는 산란 손실로 인한) 광 감쇠(light attenuation)(α1)를 가질 수 있다.
감쇠는 길이(L)의 투명 기판을 통한 입력 광원의 광 투과율(TL(λ))을 측정하고 이 투과율을 광원 스펙트럼(T0(λ))에 의해 노말라이징(normalizing)함으로써 특징지어질 수 있다. dB/m의 단위의 감쇠는 α(λ)=-10/L*log10(TL(λ)/TL(λ))에 의해 주어지며, L은 미터 단위의 길이이고, TL(λ) 및 TL(λ)는 방사(radiometric) 단위들로 측정된다.
상기 투명 기판(110)은, 일부 실시예들에서, 예를 들어 이온 교환에 의해 화학적으로 강화된 유리를 포함할 수 있다. 이온 교환 공정 동안, 상기 유리 시트의 표면 또는 그 근처의 유리 시트 내의 이온들은 예를 들어 염 욕조(salt bath)로부터의 더 큰 금속 이온들과 교환될 수 있다. 상기 유리 내로 더 큰 이온들의 혼입은 표면 근처 영역 내에 압축 응력을 생성함으로써 상기 시트를 강화할 수 있다. 대응하는 인장 응력은 상기 압축 응력과 균형을 이루도록 상기 유리 시트의 중심 영역 내에 유도될 수 있다.
이온 교환은 예를 들어 소정의 시간 동안 용융 염 욕조 내에 상기 유리를 침지시킴으로써 수행될 수 있다. 예시적인 염 욕조들은 KNO3, LiNO3, NaNO3, RbNO3, 및 이들의 조합들을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 상기 용융 염 욕조의 온도 및 처리 시간은 변경될 수 있다. 원하는 응용에 따라 시간 및 온도를 결정하는 것은 당업계의 통상의 기술자의 능력 내이다. 비제한적 예로서, 상기 용융 염 욕조의 온도는 약 400℃ 내지 약 800℃, 예컨대 약 400℃ 내지 약 500℃ 범위일 수 있으며, 상기 소정의 시간은 약 4 내지 약 24 시간, 예컨대 약 4 시간 내지 약 10 시간 범위일 수 있으나, 다른 온도 및 시간 조합들이 구상될 수 있다. 비제한적 예로서, 상기 유리는 표면 압축 응력을 부여하는 K-풍부 층을 얻기 위하여 예를 들어 약 6 시간 동안 약 450℃에서 KNO3 욕조에 침지될 수 있다.
상기 폴리머 필름(120)은 UV 또는 열 경화가 가능한 임의의 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 폴리머 물질들은 예를 들어 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리올레핀(polyolefin), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리(사이클릭올레핀)(poly(cyclicolefin)), 폴리술폰(polysulfone), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 글리콜-개질된 PET(PETG), 및 다른 유사한 폴리머들을 포함할 수 있다. 상기 폴리머 물질은 또한 아래에서 보다 상세히 논의되는 바와 같이 낮은 칼라 시프트 및/또는 청색 광 파장들(예를 들어 ~450-500nm)의 낮은 흡수를 가지는 조성들로부터 선택될 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 폴리머 필름(120)은 상기 기판의 주표면(170) 상에 퇴적될 수 있으며, 마이크로구조들(130) 및/또는 광 추출 피쳐들(135, 135' 135'')을 생성하도록 몰딩 또는 가공될 수 있다. 상기 폴리머 필름을 퇴적시키는 단계는, 일부 실시예들에서, 개재된 접착 층을 사용하여 상기 기판에 폴리머 필름을 적층하는 단계 또는 상기 기판에 액상 또는 낮은 점도의 수지를 형성한 후 경화시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 폴리머 필름(120)은 연속적이거나 불연속적일 수 있다.
상기 접착 층은, 존재하는 경우, 당업계에 알려진 임의의 접착제, 예를 들어 예컨대 3M에 의해 판매되는 광학적으로 투명한 접착제들(optically clear adhesive, OCA), 및 예컨대 DuPont에 의해 판매되는 이오노머(ionomer) 폴리머들을 포함할 수 있다. 상기 접착 층의 예시적인 두께들은 예를 들어 약 10μm 내지 약 500μm, 약 25μm 내지 약 400μm, 약 50μm 내지 약 300μm, 또는 약 100μm 내지 약 200μm이며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함하는, 두께를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 2는 렌즈 모양의 프로파일을 가지는 마이크로구조들(130)을 도시하나, 폴리머 필름(120)은 임의의 다른 적합한 마이크로구조들(130)을 포함할 수 있이며, 이들은 광 추출 피쳐들(135, 135', 135'')로 유사하게 패터닝될 수 있다. 예를 들어, 도 3a 및 도 3b는 각각 프리즘들(132) 및 둥근 프리즘들(134)을 포함하는 마이크로구조들(130)을 도시한다. 도 3c에 도시된 바와 같이(또한 도 1 및 도 2 참조), 상기 마이크로구조들(130)은 또한 렌티큘라(lenticular) 렌즈들(136)을 포함할 수 있다. 물론, 도시된 마이크로구조들은 단지 예시적인 것이며 첨부된 청구항들을 제한하도록 의도되지 않는다. 다른 마이크로구조 형상들이 가능하며 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 또한, 도 3a 내지 도 3c는 규칙적인(또는 주기적인) 어레이들을 도시하였으나, 불규칙적인(또는 비주기적인) 어레이를 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 도 3d는 프리즘들의 미주기적 어레이를 포함하는 마이크로구조화된 표면의 SEM 이미지이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "마이크로구조들", "마이크로구조화된"이라는 용어, 및 이들의 변형들은 주어진 방향(예를 들어, 광 전파 방향에 평행하거나 수직한)으로 연장되고 약 500μm 미만, 예컨대 약 400μm 미만, 약 300μm 미만, 약 200μm 미만, 약 100μm 미만, 약 50μm 미만, 또는 심지어 더 작은, 예를 들어 약 10μm 내지약 500μm 범위이며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함하는, 적어도 하나의 치수(예를 들어, 높이, 폭, 길이 등)를 가지는 상기 폴리머 필름의 표면 릴리프(relief) 피쳐들을 나타내도록 의도된다. 상기 마이크로구조들은, 특정 실시예들에서, 주어진 어레이 내에서 동일하거나 상이할 수 있는 규칙적이거나 비규칙적인 형상들을 가질 수 있다. 도 3a 내지 도 3d는 실질적으로 동일한 피치로 균일하게 이격된 동일한 크기 및 형상의 마이크로 구조들(130)을 일반적으로 도시하나, 주어진 어레이 내의 모든 마이크로구조들이 반드시 동일한 크기 및/또는 형상 및/또는 간격을 가져야하는 것은 아니라는 것이 이해될 것이다. 마이크로구조 형상들 및/또는 크기들의 조합들이 사용될 수 있으며, 이러한 조합들은 주기적 또는 비주기적 방식으로 배열될 수 있다.
또한, 상기 마이크로구조들(130)의 크기 및/또는 형상은 상기 LGP의 원하는 광 출력 및/또는 광학적 기능에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 상이한 마이크로구조 형상들은 상이한 로컬 디밍 효율들을 야기할 수 있으며, 로컬 디밍 효율은 로컬 디밍 인덱스(local dimming index, LDI)로도 불릴 수 있다. 상기 로컬 디밍 인덱스는 예를 들어 Jung et al., "Local dimming design and optimization for edge-type LED backlight unit", SID Symp. Dig. Tech. Papers, 42(1), pp. 1430-1432 (June 2011)에 제시된 방법들을 사용하여 결정될 수 있다. 비제한적 예로서, 프리즘 마이크로구조들의 주기적인 어레이는 최대 약 70%의 LDI 값을 야기할 수 있는 반면, 렌티큘라 렌즈들의 주기적인 어레이는 최대 약 83%의 LDI 값을 야기할 수 있다. 물론, 마이크로구조 크기 및/또는 형상 및/또는 간격은 상이한 LDI 값들을 달성하도록 변경될 수 있다. 상이한 마이크로구조 형상들은 또한 추가적인 광학 기능들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 90°프리즘 각도를 가지는 프리즘 어레이는 보다 효율적인 로컬 디밍을 야기할 수 있을뿐만 아니라, 또한 광선들의 재순환(recycling) 및 재지향(redirection)으로 인하여 상기 프리즘 능선(prismatic ridge)에 수직한 방향으로 광을 부분적으로 포커싱할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 상기 프리즘 마이크로구조들(132)은 약 60° 내지 약 120°, 예컨대 약 70° 내지 약 110°, 약 80° 내지 약 100°, 또는 약 90°이며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함하는 프리즘 각도(Θ)를 가질 수 있다. 도 3c를 참조하면, 상기 렌티큘라 마이크로구조들(136)은 (점선들에 의해 도시된 바와 같이) 반원형, 반타원형, 포물형, 또는 다른 유사한 둥근 형상들의 임의의 주어진 단면 형상을 가질 수 있다. 단순화된 도시를 위하여 광 추출 피쳐들이 도 3a 내지 도 3c에 도시되지 않았으나, 이러한 피쳐들이 비제한적 실시예들에서 존재할 수 있다는 것에 주의해야 한다.
상기 폴리머 필름(120)은 전체 두께(d2) 및 랜드(land) 두께(t)를 가질 수 있다. 상기 마이크로구조들(130)은 피크들(p) 및 벨리들(v)을 포함할 수 있으며, 상기 전체 두께는 상기 피크들(p)의 높이에 대응할 수 있는 반면, 상기 랜드 두께는 상기 벨리들(v)의 높이에 대응할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 랜드 두께(t)가 0이거나 가능한한 0에 가깝도록 상기 폴리머 필름(120)을 퇴적하는 것이 이로울 수 있다. t가 0인 경우, 상기 폴리머 필름(120)은 비연속적일 수 있다. 예를 들어, 상기 랜드 두께(t)는 0 내지 약 250μm 범위, 예컨대 약 10μm 내지 약 200μm, 약 20μm 내지 약 150μm, 또는 약 50μm 내지 약 100μm일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다. 추가적인 실시예들에서, 상기 전체 두께(d2)는 약 5μm 내지 약 500μm 범위, 예컨대 약 10μm 내지 약 400μm, 약 20μm 내지 약 300μm, 약 30μm 내지 약 200μm, 약 40μm 내지 약 150μm, 또는 약 50μm 내지 약 100μm 일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다.
도 3a 내지 도 3c를 계속 참조하면, 상기 마이크로구조들(130)은 또한 원하는 종횡 비를 달성하기 위하여 적절하게 변경될 수 있는 폭(w)을 가질 수 있다. 상기 랜드 두께(t) 및 전체 두께(d2)의 변경은 또한 광 출력을 변경하는데 사용될 수 있다. 비제한적 실시예들에서, 상기 마이크로구조들(130)의 상기 종횡 비(w/[d2-t])는 약 0.1 내지 약 3 범위, 예컨대 약 0.5 내지 약 2.5 범위,, 약 1 내지 약 2.2, 또는 약 1.5 내지 약 2일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 종횡 비는 약 2 내지 약 3 범위, 예를 들어, 약 2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 또는 3일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다. 상기 마이크로구조들의 폭(w)은 예를 들어 약 1μm 내지 약 250μm 범위, 예컨대 약 10μm 내지 약 200μm, 약 20μm 내지 약 150μm, 또는 약 50μm 내지 약 100μm일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다. 상기 마이크로구조들(130)은 광 전파 방향으로(도 2의 실선 화살표 참조) 연장되는 길이(라벨링되지 않음)를 가질 수 있으며, 그 길이는 예를 들어 상기 투명 기판(110)의 길이(L)에 따라 원하는 바에 따라 변경될 수 있다는 것에 주의해야 한다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 마이크로구조들은 이 길이를 따라 하나 이상의 불연속부들을 가질 수 있다.
상기 폴리머 필름(120)은, 특정 실시예들에서, 가시 파장들에 걸쳐 현저한 칼라 시프트를 나타내지 않는 물질을 포함할 수 있다. 여러 플라스틱들 및 수지들은 청색 파장들(예를 들어, ~450-500nm)의 광 흡수로 인하여 시간이 흐름에 따라 황색을 발달시키는 경향을 가질 수 있다. 이러한 변색은 상승된 온도에서, 예를 들어 정상적인 BLU 작동 온도들에서, 악화될 수 있다. 또한, LED 광원들을 포함하는 BLU들은 청색 파장들의 상당한 방출로 인하여 칼라 시프트를 악화시킬 수 있다. 특히, LED들은 청색 광 중 일부를 적색 및 녹색 파장들로 변환하여 전체적으로 백색 광의 인식을 야기하는 색 변환 물질(예컨대 형광체들 등)로 청색-발광 LED를 코팅함으로써 백색 광을 전달하는데 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 색 변환에도 불구하고, LED 방출 스펙트럼은 여전히 청색 영역에서 강한 방출 피크를 가질 수 있다. 상기 폴리머 필름이 상기 청색 광을 흡수하는 경우, 이는 열로 변환될 수 있으며, 이로써 폴리머 열화를 더 가속시키며, 시간이 흐름에 따라 청색 광 흡수를 더 증가시킨다.
광이 상기 필름에 수직하게 전파하는 경우 상기 폴리머 필름에 의한 청색 광의 흡수는 무시할만할 수 있으나, 광이 상기 필름의 길이를 따라 전파하는 경우(엣지-조사 LGP의 경우) 더 긴 전파 길이로 인하여 이는 보다 중요해질 수 있다. 상기 LGP의 길이를 따른 청색 광 흡수는 청색 광 세기의 상당한 손실, 및 따라서, 상기 전파 방향을 따라 상단한 색의 변화(예를 들어, 황색 칼라 시프트)를 야기할 수 있다. 따라서, 칼라 시프트는 상기 디스플에이의 하나의 엣지로부터 다른 엣지까지 육안으로 인식될 수 있다. 따라서 가시 범위(예를 들어 ~420-750nm) 내의 상이한 파장들에 대하여 비슷한 흡수 값들을 가지는 폴리머 필름 물질을 선택하는 것이 이로울 수 있다. 예를 들어, 청색 파장들에서의 흡수는 적색 파장들에서의 흡수와 실질적으로 유사할 수 있다.
도 4는 예시적인 LGP에 대하여 칼라 시프트에 대한 청색/적색 투과율 비의 영향을 나타낸다. 플롯에 의해 보여지는 바와 같이, 적색(630nm) 투과율에 비해 청색(450nm) 투과율이 감소함에 따라 칼라 시프트(Δy)는 거의 선형적으로 증가한다. 청색 투과율이 적색 투과율의 값과 비슷해짐에 따라(예를 들어, 비가 1에 접근함에 따라), 상기 칼라 시프트(Δy)는 유사하게 0에 접근한다. 도 5는 도 4에 도시된 상관관계를 생성하는데 사용된 투과율 스펙트럼을 도시한다. 아래의 표 1은 투과율 곡선들 A-J에 대한 관련 세부 사항들을 제공한다.
표 1: 투과율 곡선들
흡수 피크 이동(ΔA) 칼라 시프트 (Δy)
A 0.5 0.0111
B 0.4 0.0098
C 0.3 0.0084
D 0.2 0.0071
E 0.1 0.0057
F 0.0 0.0044
G -0.1 0.003
H -0.2 0.0017
I -0.3 0.0003
J -0.4 -0.001
상기 폴리머 필름은 상기 LGP의 전체 두께의 오직 작은 일부만을 포함할 수 있으므로, 전체 LGP의 칼라 시프트 성능에 큰 영향을 미치지 않으면서 (상기 필름의 비교적 얇음으로 인하여) 상기 청색/적색 투과율 비는 도 4에 도시된 것보다 다소 낮을 수 있다. 그러나, 여전히 청색 광의 흡수를 감소시키는 것 및/또는 가시 파장 스펙트럼에 걸쳐 더 균일한 흡수 프로파일을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 폴리머 필름은 >400nm 예컨대 >430nm, 또는 >450nm의 파장들을 흡수하는 발색단들을 피하도록 선택될 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 폴리머 필름은 청색 광 흡수 발색단들의 농도가 약 5ppm 미만, 예컨대 약 1ppm 미만, 약 0.5ppm 미만, 또는 약 0.1ppm 미만이도록 선택될 수 있다. 대안적으로, 상기 폴리머 필름은 예를 들어 임의의 잠재적인 칼라 시프트를 상쇄하도록 황색 파장들(예를 들어 ~570-590nm)을 흡수하는 하나 이상의 염료들, 색소들, 및/또는 형광 발광제(optical brightener)를 포함시킴으로써 청색 광 흡수를 보상하도록 개질될 수 있다. 그러나, 청색 및 황색 파장들 둘 모두를 흡수하도록 상기 폴리머 물질을 설계하는 것은 필름의 전체 투과율, 및 따라서 상기 LGP의 전체 투과율을 저하시킬 수 있다. 따라서, 특정 실시예들에서, 대신 청색 광 흡수를 감소시키고 따라서 필름의 전체 투과율을 증가시키도록 폴리머 물질을 선택 및/또는 개질하는 것이 이로울 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 투명 기판 및 상기 폴리머 필름들을 위한 물질들은 상호보완적인 광학 흡수 프로파일들을 가지도록, 예를 들어 주어진 파장, 예를 들어 청색 파장들에서 상기 유리 기판의 광학적 흡수는 상기 폴리머 필름의 광학적 흡수와 균형을 이루거나 상쇄하도록 선택될 수 있어, 전체 LGP가 칼라 시프트를 나타내지 않을 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 폴리머 필름(120)은 또한 상기 LGP의 길이를 따른 칼라 시프트를 최소화하기 위하여 청색 및 적색 스펙트럼 영역들에서 계면 프레넬(Fresnel) 반사와 균형을 이루는 굴절률 분산을 가지도록 선택될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 유리 기판(G)은 폴리머 물질들(P1 내지 P4)에 비하여 실질적으로 상이한 굴절률 분산을 가질 수 있다. 주어진 물질에 대한 상기 굴절률 분산 n(λ)은 다음 식을 사용하여 모델링될 수 있다.
Figure 112019077723303-pct00003
여기서 λ는 주어진 파장이고, A는 코시(Cauchy) 상수이고, B 및 C는 알려진 파장들에서 측정된 굴절률들에 상기 식을 피팅(fitting)함으로써 주어진 물질에 대하여 결정되는 계수들이다.
주어진 파장에서의 굴절률들 사이의 불일치는 상기 LGP의 유리-폴리머 계면에서 프레넬 반사를 생성할 수 있다. 상기 굴절률 불일치는, 특정 실시예들에서, 개별 층들의 파장 의존적인 프레넬 반사 계수들이 상기 LGP의 길이를 따라 전파되는 광의 상기 청색/적색 비의 총 변화를 최소화하도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 청색 반사 계수가 적색 반사 계수보다 현저히 높은 경우, 청색 광은 유리 기판에 더 강하게 가둬질 수 있으며, 상기 광 추출 피쳐들에 의해 추출될 가능성이 적어질 것이다.
도 7은 상이한 코시 상수들(A) 및 다양한 굴절률들을 가지는 폴리머 층들을 가지는 유리 기판에 대한 단순화된 프레넬 분석을 도시한다. 도 7은 관심이 있는 파장 범위에 걸쳐 유리-폴리머 계면에서의 프레넬 반사율의 균형을 이루는 것은 전체 칼라 시프트를 최소화할 수 있다는 것을 입증한다. 상기 반사율이 상기 청색과 적색 사이에서 균형을 이루는 경우, 상기 LGP의 색은 광이 LGP의 길이를 따라 반복적으로 바운스(bounce)됨에 따라 유지될 것이다. 그러나, 만약 청색 광이 적색 광보다 잉크 바인더 내로 더 효율적으로 결합되는 경우, 청색 광은 LGP에서 결국 고갈될 것이며 황색 칼라 시프트를 야기할 것이다. 일부 실시예들에서, 상기 LGP는 450nm(청색) 및 650nm(적색)에서 균형잡힌 계면 프레넬 반사율들을 가질 수 있다. 예를 들어, 약 450-650nm 사이의 파장들에 대한 45°에서 기판-폴리머 필름 계면에서 프레넬 반사율의 차이는 약 0.04% 미만, 예컨대 0.035% 미만, 0.03% 미만, 0.025% 미만, 0.02% 미만, 0.015% 미만, 0.005% 미만, 또는 0.001% 미만일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다. 다른 관련 분산 특성들은 함께 계류중인 2016년 6월 10일 출원되고 "GLASS ARTICLES COMPRISING LIGHT EXTRACTION FEATURES"라는 제목의 미국 가출원 제62/348,465호에 설명되며, 그 전문이 참조에 의해 본 명세서에 결합된다.
기판(110), 폴리머 필름(120), 도광판(100, 100', 100''), 및/또는 접착 층(존재하는 경우)은 특정 실시예들에서 투명하거나 실질적으로 투명할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "투명한"이라는 용어는 상기 기판, 필름, LGP, 또는 접착제가 1mm 이하의 투과 길이에 대하여 스펙트럼의 가시 영역(~420-750nm)에서 약 80% 초과의 광학 투과율을 가지는 것을 나타내도록 의도된다. 예를 들어, 예시적인 투명 물질은 가시 광 범위에서 약 85% 초과, 예컨대 약 90% 초과, 약 95% 초과, 또는 약 99% 초과이며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함하는 투과율을 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 예시적인 투명한 물질은 자외선(UV) 영역(~100-400nm)에서 약 50% 초과, 예컨대 약 55% 초과, 약 60% 초과, 약 65% 초과, 약 70% 초과, 약 75% 초과, 약 80% 초과, 약 85% 초과, 약 90% 초과, 약 95% 초과, 또는 약 99% 초과이며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함하는 광학 투과율을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 예시적인 투명한 유리 또는 폴리머 물질은 Co, Ni, 및 Cr 각각을 1ppm 미만으로 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, Fe의 농도는 < 약 50ppm, < 약 20ppm, 또는 < 약 10ppm 이다. 다른 실시예들에서, Fe + 30Cr + 35Ni < 약 60ppm, Fe + 30Cr + 35Ni < 약 40ppm, Fe + 30Cr + 35Ni < 약 20ppm, 또는 Fe + 30Cr + 35Ni < 약 10ppm 이다. 추가적인 실시예들에 따르면, 예시적인 투명한 유리 또는 폴리머 물질은 칼라 시프트(Δy) < 0.015, 또는 일부 실시예들에서, 칼라 시프트 < 0.008 를 포함할 수 있다.
칼라 시프트는 색 측정을 위한 CIE 1931 표준을 사용하여 표준 백색 LED(들), 예컨대 Nichia NFSW157D-E에 의해 비추어지는 LGP의 길이(L)를 따라 추출된 광의 x 및 y 색좌표의 변화를 측정함으로써 특징지어질 수 있다. LED(들)의 명목(nominal) 색 좌표는 y=0.28 및 x=0.29로 선택된다. 유리 도광판들에 대한 칼라 시프트(Δy)는 Δy=y(L2)-y(L1)으로 보고될 수 있으며, 여기서, L2 및 L1은 광원으로부터 멀어지는 패널 또는 기판 방향을 따른 Z 위치들이며, L2-L1=0.5 미터이다. 예시적인 도광판들은 Δy < 0.05, Δy < 0.01, Δy < 0.005, Δy < 0.003, 또는 Δy < 0.001 을 가진다. 상기 LGP가 광 추출 피쳐들을 가지지 않는 경우, 각각의 측정 지점(L1 및 L2)에 작은 면적의 광 추출 피쳐들을 추가함으로써 특징지어질 수 있다.
상기 LGP의 광학적 광 산란 특성들은 또한 상기 기판 및 폴리머 물질들 및 접착제(존재하는 경우)의 명목 굴절률에 의해 영향을 받을 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 투명 기판은 약 1.3 내지 약 1.8, 예컨대 약 1.35 내지 약 1.7, 약 1.4 내지 약 1.65, 약 1.45 내지 약 1.6, 또는 약 1.5 내지 약 1.55이며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함하는 명목 굴절률을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 폴리머 물질은 상기 기판의 그것보다 큰 명목 굴절률을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 폴리머 물질은 상기 기판의 그것과 실질적으로 유사한 명목 굴절률을 가질 수 있다. 상기 접착 층은, 존재하는 경우, 마찬가지로 상기 기판 및/또는 폴리머 필름의 그것과 실질적으로 유사한 명목 굴절률을 가질 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "명목" 굴절률이라는 용어는 육안 반응의 피크 근처(예를 들어, 약 550nm)에서의 굴절률을 말한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "실질적으로 유사한"이라는 용어는 두 값들이 대략 동일, 예를 들어, 서로의 약 10%이내, 예컨대 서로의 약 5% 이내, 또는 일부 실시예들에서 서로의 약 2 이내인 것을 나타내도록 의도된다. 예를 들어, 1.5의 굴절률의 경우, 실질적으로 유사한 굴절률은 약 1.35 내지 약 1.65 범위일 수 있다.
다양한 비제한적 실시예들에 따르면, 상기 LGP(유리+폴리머)는 비교적 낮은 수준의 (예를 들어, 흡수 및/또는 산란으로 인한) 광 감쇠를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 LGP에 대한 결합된 감쇠(α')는 α'=(d1/D)*α1+(d2/D)*α2로 표현될 수 있으며, 여기서 d1은 상기 투명 기판의 전체 두께를 나타내고, d2는 상기 폴리머 필름의 전체 두께를 나타내고, D는 상기 LGP의 전체 두께를 나타내고(D=d1+d2), α1은 상기 투명 기판의 감쇠 값을 나타내고, α2는 상기 폴리머 필름의 감쇠 값을 나타낸다. 특정 실시예들에서, 상기 결합된 감쇠(α')는 약 420-750nm 범위의 파장들에 대하여 약 5 dB/m보다 작을 수 있다. 예를 들어, α'은 약 4 dB/m 미만, 약 3 dB/m 미만, 약 2 dB/m 미만, 약 1 dB/m 미만, 약 0.5 dB/m 미만, 약 0.2 dB/m 미만, 또는 심지어 더 작을 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함하며, 예를 들어, 약 0.2 dB/m 내지 약 5 dB/m 범위일 수 있다.
상기 LGP의 상기 결합된 감쇠는 예를 들어 상기 폴리머 필름의 두께 및/또는 LGP 전체 두께에 대한 폴리머 필름 두께의 비(d2/D)에 따라 변화할 수 있다. 따라서, 상기 폴리머 필름 두께 및/또는 투명 기판 두께는 원하는 감쇠 값을 달성하도록 변경될 수 있다. 예를 들어, (d2/D)는 약 1/2 내지 약 1/50, 예컨대 약 1/3 내지 약 1/40, 약 1/5 내지 약 1/30, 또는 약 1/10 내지 약 1/20 범위일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다.
본 명세서에 개시된 상기 LGP들은 LCD들을 포함하나 이에 제한되지 않는 다양한 디스플레이 장치들에 사용될 수 있다. 본 개시의 다양한 양상들에 따르면, 디스플레이 장치들은 청색, UV, 또는 근-UV (예를 들어, 대략 100-500nm)의 광을 방출할 수 있는 적어도 하나의 광원에 결합된 개시된 LGP들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 광원은 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 예시적인 LCD의 광학 구성 요소들은 예를 들어 반사기, 확산기, 하나 이상의 프리즘 필름들, 하나 이상의 선형 또는 반사 편광기들, 박막 트랜지스터(TFT) 어레이, 액정 층, 및 하나 이상의 칼라 필터들을 더 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 상기 LGP들은 또한 다양한 조명 장치들, 예컨대 루미네어들(luminaire) 또는 고상(solid state) 조명 장치들에 사용될 수 있다.
방법들
본 명세서에 또한 개시되는 것은 도광판을 형성하기 위한 방법들이다. 상기 방법들은 투명 기판의 주표면에 폴리머 물질 층을 적용하는 단계, 및 복수의 광 추출 피쳐들로 패터닝된 복수의 마이크로구조들을 생산하도록 상기 폴리머 물질을 성형하는 단계를 포함한다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 방법들은 상기 투명 기판의 상기 광 방출 표면에 대향하는 주표면에 상기 폴리머 물질 층을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 폴리머 물질 층은 스크린 프린팅에 의해 적용될 수 있다. 상기 폴리머 물질을 성형하는 단계는 예를 들어 마이크로-복제(micro-replication), UV 엠보싱(embossing), 열 엠보싱, 또는 핫 엠보싱에 의해 수행될 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법들은 성형 몰드를 형성하기 위한 하나 이상의 단계들을 더 포함할 수 있다. 상기 폴리머 물질을 성형하는 단계는 상기 폴리머 물질 층에 상기 성형 몰드를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 다양한 실시예들에서, 상기 폴리머 필름(120)은 다양한 방법들, 예컨대 몰딩, 프린팅, 및/또는 적층(lamination) 기술들을 사용하여 투명 기판(110)의 주표면(170)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 폴리머 물질 층은 상기 투명 기판 상으로 프린팅(예를 들어, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 슬롯 프린팅, 마이크로 프린팅 등)되거나, 압출(extrusion)되거나, 코팅되고 이후 원하는 표면 패턴으로 임프린팅 또는 엠보싱될 수 있다. 대안적으로, 상기 폴리머 물질로 상기 투명 기판을 코팅하는 동안, 상기 폴리머 물질은 원하는 패턴으로 임프린팅 또는 엠보싱될 수 있다. 이러한 몰딩 공정들은 원하는 패턴이 먼저 몰드로 제조되고 상기 몰드 형상의 음의 복제품을 얻도록 상기 폴리머 물질에 프레싱(pressing)되는 "마이크로-복제"로 불릴 수 있다. 상기 폴리머 물질은 임프린팅 동안 또는 임프린팅 후에 UV 경화 또는 열 경화될 수 있으며, 이는 각각 "UV 엠보싱" 및 "열 엠보싱"으로 불릴 수 있다. 대안적으로, 상기 폴리머 물질이 먼저 그 유리 전이 온도보다 높은 온도로 가열되고, 이후 임프린팅 및 냉각이 뒤따르는 핫 엠보싱 기술들을 사용하여 상기 폴리머 필름이 적용될 수 있다. 추가적인 비제한적 실시예들에서, 상기 폴리머 물질은 필름으로 적용, 예를 들어, 개재된 접착 층을 사용하여 상기 투명 기판(110)에 적층(laminate)될 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 성형 몰드를 성형하는 단계 및 상기 몰드로 폴리머 물질을 임프린팅하는 단계를 포함하는 도광판을 형성하기 위한 예시적인 방법을 도시한다. 도 8a에서, 제1 템플릿(180)은 마이크로구조 패턴(181)으로 성형되거나 마이크로구조 패턴(181)이 제공될 수 있다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 템플릿(180)은 광 추출 패턴(183)을 포함하는 변형된 템플릿(182)을 생성하도록 손상, 예를 들어 레이저 손상될 수 있다. 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 변형된 템플릿(182)은 이후 성형 몰드(184)를 생성하도록 제2 템플릿을 임프린트하는데 사용될 수 있다. 상기 성형 몰드(184)는 이후 복수의 광 추출 피쳐들(135)로 패터닝된 복수의 마이크로구조들(130)을 포함하는 폴리머 필름(120)을 포함하는 도 8d의 도광판(100)을 생성하도록 투명 기판(110) 상에 코팅된 폴리머 물질 층과 접촉될 수 있다.
도 9a 내지 도 9h는 성형 몰드를 형성하는 단계 및 상기 몰드로 폴리머 물질을 임프린팅하는 단계를 포함하는 도광판을 형성하기 위한 다른 예시적인 방법을 도시한다. 도 9a에서, 제1 템플릿(180)은 마이크로구조 패턴(181)으로 성형 되거나 마이크로구조 패턴(181)이 제공될 수 있다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 템플릿(180)은 반전된 마이크로구조 패턴(186)을 포함하는 음의 템플릿(185)을 형성하도록 몰딩 템플릿을 임프린트하는데 사용될 수 있다. 도 9c를 참조하면, 제1 물질(187)이 이후 상기 음의 템플릿(185)에 적용, 예를 들어 상기 반전된 마이크로구조 패턴(186) 내에 퇴적될 수 있다. 상기 제1 물질(187)의 적어도 일부는 이후 반전된 마이크로구조 패턴(186) 및 임시적인 반전된 광 추출 패턴(189)을 가지는 반전된 템플릿(188)을 형성하도록 도시된 바와 같이 제거될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 물질(187)은 포토레지스트(photoresist) 물질을 포함할 수 있으며, 이는 도 9d에 도시된 바와 같이 마스크(191)를 통해 UV(190)에 선택적으로 노출될 수 있어, 조사된 부분(192) 및 노출되지 않은 부분(193)을 생성한다. 상기 노출되지 않은 부분(193)은 이후 도 9e에 도시된 바와 같이 리소그래피(lithography) 및/또는 식각 기술들을 사용하여 제거될 수 있다. 도 9f를 참조하면, 반전된 템플릿(188)이 마이크로구조 패턴(181) 및 광 추출 패턴(183)을 가지는 중간 템플릿(194)을 임프린트하는데 사용될 수 있다. 상기 중간 템플릿(194)은 이후 도 9g의 성형 몰드(184')를 생성하기 위하여 최종 템플릿을 임프린트하는데 사용될 수 있다. 상기 성형 몰드(184')는 복수의 광 추출 피쳐들(135')로 패터닝된 복수의 마이크로구조들(130)을 포함하는 폴리머 필름(120)을 포함하는, 도 9h의 상기 도광판(100')을 생성하도록 투명 기판(110) 상에 코팅된 폴리머 물질 층과 접촉될 수 있다.
본 명세서에 또한 개시되는 것은 도광판을 형성하기 위한 방법들이며, 상기 방법들은 유리 기판의 적어도 하나의 주표면에 폴리머 물질 층을 적용하는 단계, 및 복수의 광 추출 피쳐들을 생성하도록 상기 폴리머 물질을 변형하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 폴리머 물질 층을 적용하는 단계는 상기 기판 표면에 액체 수지를 부가하는 단계 및 이후 폴리머 필름을 형성하도록 상기 수지를 UV 또는 열 경화시키는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 폴리머 물질 층을 적용하는 단계는 개재된 접착 층으로 상기 기판에 폴리머 필름을 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 폴리머 층을 적용한 후에, 예를 들어 열 및/또는 레이저 임프린팅에 의해 복수의 광 추출 피쳐들을 생성하도록 상기 폴리머 물질은 변형될 수 있다. 상기 폴리머 물질은 또한 예를 들어 마이크로-복제, UV 엠보싱, 열 엠보싱, 또는 핫 엠보싱에 의해 복수의 마이크로구조들을 생성하도록 선택적으로 성형될 수 있다.
도 10은 광학적으로 투명한 접착제(25μm)를 사용하여 PET 필름(25μm)에 적층된 유리 기판을 포함하는 예시적인 LGP를 도시한다. 상기 PET 필름은 광 추출 피쳐들의 어레이를 생성하기 위하여 레이저 임프린트 되었다. 상기 예시적인 광 추출 피쳐들이 주기적인 어레이로 도시되었으나, 비주기적 어레이들, 예컨대 그래디언트 패턴이 또한 가능하다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 상기 광 추출 피쳐들은 예를 들어 도 1c에 도시된 바와 같이 광원으로부터의 거리에 따라 증가하는 밀도로 패터닝될 수 있다.
본 명세서에 개시되는 방법들은 다양한 형상들 및 크기들의 광 추출 피쳐들(135, 135' 135'')을 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 11a 내지 도 11c를 참조하면, 도 4에 도시된 상기 방법은 예를 들어 도시된 토포그래피적 프로파일들을 가지는 광 추출 피쳐들을 생성하기 위하여, 상기 제1 템플릿을 레이저 손상시킴으로써 수행될 수 있다. 상기 개별적인 광 추출 피쳐들의 어레이는 래스터(raster) 패턴으로 상기 LGP에 대하여 레이저를 스캐닝함으로써 또는 보다 복잡한 형상들을 위하여 빔 편향(beam deflection) 시스템을 사용함으로써 생성될 수 있다. 예시적인 레이저는 Nd:YAG 레이저들, CO2 레이저들 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 상기 레이저의 작동 변수들, 예컨대 레이저 파워, 펄스 지속 시간, 펄스 에너지, 및 다른 변수들은 원하는 광 추출 피쳐 프로파일에 따라 변화할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 펄스 지속 시간은 약 1 내지 약 1000 마이크로초(μs), 예컨대 약 5 내지 약 500μs, 약 10μs 내지 약 200μs, 약 20μs 내지 약 100μs, 또는 약 30μs 내지 약 50μs 범위일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다. 상기 레이저 파워는 또한 약 1 내지 약 100 와트(W) 범위, 예컨대 약 5 내지 약 50W, 또는 약 10 내지 약 35W일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다. 상기 레이저 에너지는, 예를 들어, 약 0.01 내지 약 100 밀리줄(mJ) 범위, 예컨대 약 0.1 내지 약 10mJ, 약 0.5 내지 약 5mJ, 또는 약 1mJ 내지 약 2mJ일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 레이저는 도 12a(점선 참조)에 도시된 바와 같이 실질적으로 포물형 단면을 가질 수 있는 크레이터(crater)와 유사한 광 추출 피쳐들을 생성하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 도 11b 및 도 11c에 도시된 바와 같이, 레이저는 도 12b(점선 참조)에 도시된 바와 같이 실질적으로 삼각형 단면을 가질 수 있는 원뿔형 광 추출 피쳐들을 생성하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 도 9에 도시된 방법은 예를 들어 도 12c(점선 참조)에 도시된 바와 같이 실질적으로 사다리꼴 단면을 가질 수 있는 원뿔 대형(frusto-conical) 광 추출 피쳐들을 생성하기 위하여 리소그래피 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 물론, 상기 광 추출 피쳐들(135, 135' 135'')은 임의의 다른 형상, 단면, 또는 이들의 조합을 가질 수 있으며, 그 모두는 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 예를 들어, 비제한적 실시예들에서, 레이저 임프린팅은 슬롯들 또는 격자들(grating)의 형상의 광 추출 피쳐들을 상기 폴리머 필름 내에 생성하는데 사용될 수 있으며, 이는 하나 이상의 채널들로 상기 LGP 내에 전파되는 광의 감금(confinement)을 촉진할 수 있다. 이러한 채널들은 1D 또는 2D 디밍 성능을 향상시키기 위해 상기 광원들 중 오직 하나(또는 그 이상)만이 주어진 채널 내에서 광의 밝기에 기여하도록 상기 마이크로구조들 대신에 또는 추가적으로 사용될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 투명 기판은 상기 폴리머 필름의 제2 유리 전이 온도(Tg2)보다 큰 제1 유리 전이 온도(Tg1)를 가지는 조성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유리 전이 온도들 사이의 차이(Tg1-Tg2)는 적어도 약 100℃, 예컨대 약 100℃ 내지 약 800℃ 범위, 약 200℃ 내지 약 700℃, 약 300℃ 내지 약 600℃, 또는 약 400℃ 내지 약 500℃ 일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다. 이러한 온도 차이는 상기 몰딩 공정 동안 용융 없이 또는 상기 투명 기판에 부정적으로 영향을 미치지 않고 상기 폴리머 물질이 상기 투명 기판으로 몰딩되는 것을 가능하게 할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 투명 기판은 상기 폴리머 필름의 제2 용융 온도(Tm2)보다 큰 제1 용융 온도(Tm1) 및/또는 주어진 가공 온도에서 상기 폴리머 필름의 제2 점도(υ2)보다 큰 제1 점도(υ1)를 가질 수 있다.
다양한 개시된 실시예들이 그 특정한 실시예와 관련하여 설명된 특정한 특징들, 구성 요소들, 또는 단계들을 수반할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 특정한 특징, 구성 요소 또는 단계가, 하나의 특정 실시예와 관련하여 설명되었으나, 다양한 비도시된 조합들 또는 치환들로 대안적인 실시예들과 상호교환되거나 결합될 수 있다는 것이 또한 인식될 것이다.
본 명세서에 사용된 "the", "a", 또는 "an"이라는 용어들은 "적어도 하나"를 의미하며, 이와 반대로 명시적으로 표시되지 않는한 "오직 하나"로 제한되지 않아야 한다는 것이 또한 이해될 것이다. 따라서, 예를 들어, "광원(a light source)"에 대한 참조는 문맥이 명백히 달리 표시하지 않는한 둘 이상의 이러한 광원들을 가지는 예들을 포함한다. 마찬가지로, "복수" 또는 "어레이"는 "하나보다 많음"을 나타내도록 의도된다. 따라서, "복수의 광 산란 피처들"은 둘 이상의 이러한 피쳐들, 예컨대 셋 이상의 이러한 피쳐들 등을 포함하고, "마이크로구조들의 어레이"는 둘 이상의 이러한 마이크로구조들, 예컨대 셋 이상의 이러한 마이크로구조들 등을 포함한다.
범위들은 본 명세서에서 "약" 하나의 특정 값 및/또는 내지 "약" 다른 특정 값으로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 예들은 상기 하나의 특정 값 및/또는 내지 상기 다른 특정 값을 포함한다. 유사하게, 값들이 선행사 "약"의 사용에 의해 근사치들로서 표현된 경우, 상기 특정한 값은 다른 양상을 형성한다는 것이 이해될 것이다. 상기 범위들의 각각의 끝점들은 다른 끝점과 관련하여서도 상기 다른 끝점에 독립적으로도 모두 의미있다는 것이 또한 이해될 것이다.
본 명세서에 사용된 "실질적인" "실질적으로" 및 이들의 변형들인 용어들은 설명된 특징이 어떤 값 또는 설명과 동일하거나 대략 동일하다는 것을 나타내도록 의도된다. 예를 들어, "실질적으로 평평한" 표면은 평평하거나 대략 평평한 표면을 나타내도록 의도된다. 또한, 위에 정의된 바와 같이, "실질적으로 유사한"은 두 값들이 동일하거나 대략 동일하다는 것을 나타내도로 의도된다. 일부 실시예들에서, "실질적으로 유사한"은 서로의 약 10% 이내, 예컨대 서로의 약 5% 이내, 또는 서로의 약 2% 이내의 값들을 나타낼 수 있다.
달리 명시적으로 언급되지 않는한, 본 명세서에 제시된 어떠한 방법도 그 단계들이 특정 순서로 수행되도록 요구하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다. 따라서, 방법 청구항이 그 단계들이 따라야할 순서를 실제로 언급하지 않거나 단계들이 특정 순서로 제한된다고 청구항들 또는 설명들에 달리 구체적으로 언급되지 않는 경우, 어떠한 특정한 순서가 추론되는 것으로 의도되지 않는다.
특정한 실시예들의 다양한 특징들, 구성 요소들, 또는 단계들이 "포함하는(comprising)"이라는 연결 구를 사용하여 개시될 수 있으나, "구성되는(consisting)" 또는 "필수적으로 구성되는(consisting essentially of)"이라는 연결구들을 사용하여 설명될 수 있는 것들을 포함하는 대안적인 실시예들이 암시된다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 예를 들어, A+B+C를 포함하는 장치에 대하여 암시되는 대안적인 실시예들은 장치가 A+B+C로 구성된 실시예들 및 장치가 A+B+C로 필수적으로 구성된 실시예들을 포함한다.
본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 개시에 다양한 수정들 및 변경들이 만들어질 수 있다는 것이 당업계의 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 본 개시의 사상 및 주제를 포함하는 개시된 실시예들의 수정들, 조합들, 서브-조합들 및 변경들이 당업계의 통상의 기술자들에게 발생할 수 있으므로, 본 개시는 첨부된 청구항들 및 그 균등물들의 범위 내의 모든 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
다음의 예들은 비제한적이고 오직 예시적인 것으로 의도되며, 본 발명의 범위는 청구항들에 의해 정의된다.
예들
상기 투명 기판으로서 메틸 메타크릴레이트 스티렌(MS) 또는 코닝(Corning) Iris™ 유리를 사용하여 다양한 구성들을 가지는 도광판들(692.2 × 1212.4 × 2 mm)이 준비되었다. 아래의 표 2에 표시된 바와 같이 상기 기판의 하나의 또는 양 표면들은 마이크로구조들 및/또는 광 추출 피쳐들이 제공되었다. 존재하는 경우, 상기 폴리머 필름들은 상기 투명 기판의 굴절률에 매칭되었다. LED 광원(120mm)이 상기 LGP들의 엣지 표면에 결합되었다. 예 1의 구성은 도 13a에 도시되는 반면, 예들 4 및 5의 구성들은 도 13b 및 도 13c에 도시된다. 평균 표면 휘도(luminance), 휘도 균일성, 및 칼라 시프트(Δx, Δy)가 각각의 샘플에 대하여 측정되었다. 이러한 측정들의 결과들이 아래 표 2에 나열된다. 각각의 구성에 의해 생성된 광 빔들의 이미지들이 도 14a 내지 도 14e에 도시된다. 마지막으로, 상기 LGP로부터 방출된 광의 노말라이즈드 플럭스(normalized flux)가 상기 LED의 중심선으로부터의 거리의 함수로서 측정되었으며, 도 15에 플롯되었다.
표 2: LGP 구성들 및 측정들
예 1 예 2 예 3 예 4 예 5
기판 MS IrisTM IrisTM IrisTM IrisTM
패턴 1* 렌티큘라
마이크로구조		 없음 렌티큘라
마이크로구조		 없음 없음
패턴 2* 프린티드 잉크 프린티드 잉크 프린티드 잉크 패터닝된
렌티큘라
마이크로구조		 패터닝된
렌티큘라
마이크로구조
표면 휘도
(평균)		 108% 100% 108% 112% 108%
휘도 균일성 (9 포인트) 86% 87% 88% 83% 93%
x 0.0026 0.0025 0.0024 0.0023 0.0023
y 0.0063 0.0082 0.0074 0.0070 0.0071
* 패턴 1: 광 방출 표면; 패턴 2: 대향하는 주표면
위의 표 2에 의해 입증되는 바와 같이, 예들 4 및 5의 LGP들(상기 광 방출 표면에 대향하는 주표면 상에 패터닝된 마이크로구조를 포함)은 상기 광 방출 표면 상의 마이크로구조들 및 상기 대향하는 주표면 상의 추출 피쳐들을 가지는 MS 및 유리 LGP들(예들 1 및 3)과 유사한 광학적 성능을 나타낸다. 도 14a 내지 도 14e에 제시된 이미지들은 또한 이러한 예들에 대하여 유사한 로컬 디밍 효율을 반영하며, 각각의 예들 1 및 3-5는 230mm의 반치 폭(FWHM) 값(도 15의 곡선 A)을 나타내며, 이는 마이크로구조화된 표면을 가지지 않는 예 2에 대한 300mm의 FWHM 값(도 15의 곡선 B)보다 상당히 더 좁다.
본 명세서에 개시된 방법들을 사용하여, LGP 표면은 하나의 미리-제조된 몰드를 사용하여 마이크로구조들 및 광 추출 피쳐들이 동시에 제공될 수 있으며, 이는 마이크로구조를 형성 및 추출 피쳐들을 프린팅하는 별개의 단계들에 비교하여 보다 간단하며 및/또는 보다 비용-효율적일 수 있다. 또한, 상기 마이크로구조들 및 추출 피쳐들은 상기 LGP의 단일한 표면 상에 형성될 수 있으며, 이로써 상기 LGP의 대향하는 표면 상에 추가적인 구성들을 가능하게 한다. 마지막으로, 이러한 패터닝된 마이크로구조 표면들을 포함하는 LGP들은 한 표면 상의 마이크로구조들 및 대향하는 표면 상의 추출 피쳐들을 가지는 LGP들의 그것과 유사한 광학적 성능 및/또는 로컬 디밍 효율을 가질 수 있다.

Claims (40)

  1. (a) 엣지 표면, 광 방출 제1 주표면, 및 대향하는 제2 주표면을 가지는 투명 기판; 및
    (b) 상기 투명 기판의 상기 제2 주표면 상에 배치된 폴리머 필름를 포함하는 도광판으로서,
    상기 폴리머 필름은 레이저 및/또는 열 임프린팅 기술들을 사용하여 생성된 복수의 광 추출 피쳐들로 패터닝된 복수의 마이크로구조들을 포함하며, 상기 투명 기판은 유리 기판이며, 상기 복수의 광 추출 피쳐들은 오목한 단면 프로파일들을 갖는 반면에 상기 복수의 광 추출 피쳐들이 형성된 영역들을 제외한 상기 폴리머 필름의 표면은 평탄하며, 그리고 상기 광 추출 피쳐들은 상기 도광판에 광학적으로 결합될 적어도 하나의 광원으로부터의 거리에 따라 증가하는 밀도로 패턴된 것을 특징으로 하는 도광판(light guide plate).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 도광판은 0.05 미만의 칼라 시프트(color shift)(Δy)를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 폴리머 필름의 두께(d2)는 5μm 내지 500μm 범위인 것을 특징으로 하는 도광판.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 폴리머 필름은 UV 경화성(UV curable) 또는 열 경화성(thermally curable) 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 투명 기판의 상기 제1 주표면 상에 배치된 제2 폴리머 필름을 더 포함하고,
    상기 제2 폴리머 필름은 복수의 마이크로구조들, 복수의 광 추출 피쳐들, 또는 둘 다를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로구조들은 프리즘들, 둥근 프리즘들, 또는 렌티큘라(lenticular) 렌즈들의 주기적 또는 비주기적 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로구조들 내의 적어도 하나의 마이크로구조는 0.1 내지 3 범위의 종횡 비를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 광 추출 피쳐들 내의 적어도 하나의 광 추출 피쳐는 삼각형, 사다리꼴, 또는 포물형(parabolic) 단면 프로파일을 가지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 광 추출 피쳐들 내의 적어도 하나의 광 추출 피쳐는 100μm 미만의 치수를 가지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  11. 제1 항의 상기 도광판에 광학적으로 결합된 적어도 하나의 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 조립체(light guide assembly).
  12. (a) 엣지 표면, 광 방출 제1 주표면, 및 대향하는 제2 주표면을 가지는 유리 기판; 및
    (b) 상기 유리 기판의 상기 제1 주표면 및 상기 제2 주표면 중 적어도 하나 상에 배치된 폴리머 필름을 포함하는 도광판으로서,
    상기 폴리머 필름은 레이저 및/또는 열 임프린팅 기술들을 사용하여 생성된 복수의 광 추출 피쳐들로 패터닝된 복수의 마이크로구조들을 포함하며, 상기 복수의 광 추출 피쳐들은 오목한 단면 프로파일들을 갖는 반면에 상기 복수의 광 추출 피쳐들이 형성된 영역들을 제외한 상기 폴리머 필름의 표면은 평탄하며, 그리고 상기 광 추출 피쳐들은 상기 도광판에 광학적으로 결합될 적어도 하나의 광원으로부터의 거리에 따라 증가하는 밀도로 패턴된 것을 특징으로 하는 도광판.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 도광판은 0.05 미만의 칼라 시프트(Δy)를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 폴리머 필름의 두께는 5μm 내지 500μm 범위인 것을 특징으로 하는 도광판.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 폴리머 필름은 UV 경화성 또는 열 경화성 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 폴리머 필름은 개재된 접착 층을 사용하여 상기 유리 기판에 적층(laminate)되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  17. 제12 항에 있어서,
    상기 폴리머 필름은 프리즘들, 둥근 프리즘들, 또는 렌티큘라 렌즈들의 주기적 또는 비주기적 어레이를 포함하는 복수의 마이크로구조들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  18. 제12 항에 있어서,
    상기 폴리머 필름의 명목(nominal) 굴절률은 상기 유리 기판의 명목 굴절률과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 도광판.
  19. 제12 항의 상기 도광판에 광학적으로 결합된 적어도 하나의 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 조립체.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 삭제
KR1020197022319A 2016-12-29 2017-12-18 마이크로구조화되고 패터닝된 도광판들 및 이를 포함하는 장치들 KR102534127B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662440029P 2016-12-29 2016-12-29
US62/440,029 2016-12-29
PCT/US2017/066923 WO2018125624A1 (en) 2016-12-29 2017-12-18 Microstructured and patterned light guide plates and devices comprising the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190099060A KR20190099060A (ko) 2019-08-23
KR102534127B1 true KR102534127B1 (ko) 2023-05-18

Family

ID=60937960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197022319A KR102534127B1 (ko) 2016-12-29 2017-12-18 마이크로구조화되고 패터닝된 도광판들 및 이를 포함하는 장치들

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11022745B2 (ko)
EP (1) EP3563084A1 (ko)
JP (1) JP7046953B2 (ko)
KR (1) KR102534127B1 (ko)
CN (1) CN110140009B (ko)
TW (1) TW201838812A (ko)
WO (1) WO2018125624A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201834989A (zh) * 2016-06-10 2018-10-01 康寧公司 包括光萃取特徵的玻璃製品
JP7169274B2 (ja) * 2016-11-18 2022-11-10 コーニング インコーポレイテッド 微細構造を有する導光板、およびそれを含む装置
FI128882B (en) * 2017-12-22 2021-02-15 Dispelix Oy Optical waveguide and diffractive waveguide display
US11907447B2 (en) 2018-12-18 2024-02-20 3M Innovative Properties Company Polymeric film having structured surface
US20200324694A1 (en) * 2019-04-11 2020-10-15 GM Global Technology Operations LLC Edge-lit reading lamp including an anti-glare plate and a diffuser plate for reducing visible blue light
TWI723563B (zh) * 2019-10-02 2021-04-01 明基材料股份有限公司 燈條結構
TWI714445B (zh) * 2020-01-22 2020-12-21 力晶積成電子製造股份有限公司 微透鏡結構及其製造方法
TWI765313B (zh) * 2020-08-10 2022-05-21 瑞儀光電股份有限公司 背光模組及顯示裝置
FR3121236B1 (fr) * 2021-03-29 2024-02-09 Optinvent Guide optique et procede de fabrication correspondant

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002116441A (ja) * 2000-10-06 2002-04-19 Hitachi Ltd バックイライトとその製造方法およびこれを用いた液晶表示装置
JP2007149575A (ja) * 2005-11-30 2007-06-14 Nanocreate Co Ltd 導光板及びその製造方法
JP2007304564A (ja) * 2006-05-08 2007-11-22 Mirae Nanotech Co Ltd 光学シート及び前記光学シートを含むバックライトアセンブリー
WO2009051203A1 (ja) * 2007-10-19 2009-04-23 Mitsubishi Rayon Co., Ltd., 導光部材、その製造方法及びそれを用いた面光源装置
JP2016181474A (ja) * 2015-03-25 2016-10-13 大日本印刷株式会社 導光部材、面光源装置及び表示装置

Family Cites Families (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6440880B2 (en) * 1993-10-29 2002-08-27 3M Innovative Properties Company Pressure-sensitive adhesives having microstructured surfaces
WO1996017263A2 (en) * 1994-11-29 1996-06-06 Minnesota Mining And Manufacturing Company Transparent decorative article having an etched appearing/prismatic image thereon
US5674790A (en) 1995-12-15 1997-10-07 Corning Incorporated Strengthening glass by ion exchange
US20100302479A1 (en) * 1996-03-21 2010-12-02 Aronson Joseph T Optical article
JP2000036207A (ja) 1998-05-11 2000-02-02 Meitaku System:Kk 面光源装置
JPH11339527A (ja) 1998-05-22 1999-12-10 Nichia Chem Ind Ltd 発光装置、液晶表示装置及び導光板の形成方法
US7364341B2 (en) * 1999-02-23 2008-04-29 Solid State Opto Limited Light redirecting films including non-interlockable optical elements
US6752505B2 (en) * 1999-02-23 2004-06-22 Solid State Opto Limited Light redirecting films and film systems
FR2802308B1 (fr) 1999-12-09 2002-03-08 Gc Comm Procede et dispositif d'usinage par laser de guides de lumiere, guides de lumiere obtenus et ecrans retro-elaires incorporant ces guides
US6777871B2 (en) * 2000-03-31 2004-08-17 General Electric Company Organic electroluminescent devices with enhanced light extraction
US6703780B2 (en) * 2001-01-16 2004-03-09 General Electric Company Organic electroluminescent device with a ceramic output coupler and method of making the same
KR100432438B1 (ko) * 2001-01-18 2004-05-22 주식회사 송산 빛을 회절 및 확산시키는 프리즘 디퓨저
JP2002350849A (ja) 2001-05-25 2002-12-04 Citizen Electronics Co Ltd 液晶表示装置のフロントライト
JP3785093B2 (ja) * 2001-12-28 2006-06-14 アルプス電気株式会社 導光板、その製造方法、照明装置、及び液晶表示装置
US7169722B2 (en) * 2002-01-28 2007-01-30 Guardian Industries Corp. Clear glass composition with high visible transmittance
US6900941B2 (en) * 2002-05-16 2005-05-31 Eastman Kodak Company Light diffuser with colored variable diffusion
US6818276B2 (en) * 2002-10-24 2004-11-16 Eastman Kodak Company Light management film with colorant receiving layer
US20040234724A1 (en) * 2003-05-22 2004-11-25 Eastman Kodak Company Immisible polymer filled optical elements
US8033706B1 (en) * 2004-09-09 2011-10-11 Fusion Optix, Inc. Lightguide comprising a low refractive index region
KR101108426B1 (ko) * 2004-12-31 2012-01-30 엘지디스플레이 주식회사 액정표시장치의 백라이트유닛
US20060290253A1 (en) * 2005-06-23 2006-12-28 Fusion Optix, Inc. Enhanced Diffusing Plates, Films and Backlights
US8152348B2 (en) * 2006-05-25 2012-04-10 I2Ic Corporation Extraction of light from a light conducting medium in a preferred emanation pattern
US20080232135A1 (en) * 2006-05-31 2008-09-25 3M Innovative Properties Company Light guide
TWI328706B (en) * 2006-08-18 2010-08-11 Chimei Innolux Corp Backlight module and liquid crystal display device
US7780330B2 (en) * 2007-05-16 2010-08-24 Rohm And Haas Electronics Materials Llc Elongated illuminators configuration for LCD displays
US7991257B1 (en) * 2007-05-16 2011-08-02 Fusion Optix, Inc. Method of manufacturing an optical composite
US20090040771A1 (en) * 2007-08-08 2009-02-12 Rohm And Haas Denmark Finance A/S Thin light guiding plate and methods of manufacturing
CN100458528C (zh) * 2007-08-09 2009-02-04 友达光电股份有限公司 背光模组
US8619363B1 (en) * 2007-11-06 2013-12-31 Fusion Optix, Inc. Light redirecting element comprising a forward diffracting region and a scattering region
DE102007062089A1 (de) * 2007-12-21 2009-07-02 Giesecke & Devrient Gmbh Verfahren zum Erzeugen einer Mikrostruktur
DE102007061979A1 (de) * 2007-12-21 2009-06-25 Giesecke & Devrient Gmbh Sicherheitselement
US8851734B2 (en) 2008-03-27 2014-10-07 Skc Haas Display Films Co., Ltd. Light guiding film having light extraction features
DE102008031325A1 (de) * 2008-07-02 2010-01-07 Giesecke & Devrient Gmbh Sicherheitselement sowie Verfahren zu seiner Herstellung
JP2010026280A (ja) * 2008-07-22 2010-02-04 Hitachi Maxell Ltd 液晶表示装置
KR101040552B1 (ko) * 2008-11-06 2011-06-16 엘지전자 주식회사 광학 필름, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정표시장치
KR20100121861A (ko) * 2009-05-11 2010-11-19 삼성전자주식회사 광원유닛 및 이를 구비한 백라이트 장치
US8657472B2 (en) * 2009-06-02 2014-02-25 3M Innovative Properties Company Light redirecting film and display system incorporating same
US20110244187A1 (en) * 2010-04-06 2011-10-06 Modilis Holdings Llc Internal Cavity Optics
CN108227168A (zh) * 2011-03-30 2018-06-29 3M创新有限公司 光偏转与光漫射混合构造
US20140140091A1 (en) * 2012-11-20 2014-05-22 Sergiy Victorovich Vasylyev Waveguide illumination system
US8944662B2 (en) * 2012-08-13 2015-02-03 3M Innovative Properties Company Diffractive luminaires
US20140056029A1 (en) * 2012-08-21 2014-02-27 Shenzhen China Star Optoelectronics Technology Co. Ltd. Backlight module
US8934173B2 (en) * 2012-08-21 2015-01-13 Svv Technology Innovations, Inc. Optical article for illuminating building interiors with sunlight
CN104995535B (zh) 2012-10-08 2019-03-08 康宁股份有限公司 用于提供改善的显示器部件的方法和设备
CN203422542U (zh) * 2013-09-16 2014-02-05 陈文翰 液晶显示器结构和电子设备
KR20150042937A (ko) * 2013-10-14 2015-04-22 삼성디스플레이 주식회사 광학 시트, 광학 시트의 제조 방법 및 광학 시트를 포함하는 표시 장치
CN105705470B (zh) * 2013-11-08 2019-06-28 Ａｇｃ株式会社 玻璃板、导光板单元、面状发光装置和液晶显示装置
US20150140156A1 (en) * 2013-11-20 2015-05-21 Thomas W. Palone Non-deformable patterned template
KR102271617B1 (ko) * 2013-12-19 2021-07-02 코닝 인코포레이티드 디스플레이 응용을 위한 텍스쳐링된 표면
TWI641874B (zh) * 2014-01-29 2018-11-21 美商康寧公司 用於顯示器照明之雷射特徵玻璃
KR20170139615A (ko) * 2015-04-24 2017-12-19 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 그레이딩된 확산기
CN109891150A (zh) * 2016-06-10 2019-06-14 康宁股份有限公司 微结构化和图案化的导光板以及包括该导光板的设备
TW201834989A (zh) 2016-06-10 2018-10-01 康寧公司 包括光萃取特徵的玻璃製品
CN106094095A (zh) * 2016-08-12 2016-11-09 广州创维平面显示科技有限公司 一种背光模组及其液晶显示器
TWI655462B (zh) * 2018-07-04 2019-04-01 Benq Materials Corporation 偏光板

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002116441A (ja) * 2000-10-06 2002-04-19 Hitachi Ltd バックイライトとその製造方法およびこれを用いた液晶表示装置
JP2007149575A (ja) * 2005-11-30 2007-06-14 Nanocreate Co Ltd 導光板及びその製造方法
JP2007304564A (ja) * 2006-05-08 2007-11-22 Mirae Nanotech Co Ltd 光学シート及び前記光学シートを含むバックライトアセンブリー
WO2009051203A1 (ja) * 2007-10-19 2009-04-23 Mitsubishi Rayon Co., Ltd., 導光部材、その製造方法及びそれを用いた面光源装置
JP2016181474A (ja) * 2015-03-25 2016-10-13 大日本印刷株式会社 導光部材、面光源装置及び表示装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3563084A1 (en) 2019-11-06
WO2018125624A1 (en) 2018-07-05
KR20190099060A (ko) 2019-08-23
CN110140009B (zh) 2022-02-25
TW201838812A (zh) 2018-11-01
CN110140009A (zh) 2019-08-16
US11022745B2 (en) 2021-06-01
JP7046953B2 (ja) 2022-04-04
JP2020504424A (ja) 2020-02-06
US20190339440A1 (en) 2019-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102534127B1 (ko) 마이크로구조화되고 패터닝된 도광판들 및 이를 포함하는 장치들
US20190146139A1 (en) Microstructured and patterned light guide plates and devices comprising the same
JP7169274B2 (ja) 微細構造を有する導光板、およびそれを含む装置
KR20190008419A (ko) 미세 구조화된 도광판들 및 그들을 포함하는 장치들
KR20200041992A (ko) 2d 로컬 디밍을 갖는 직접 조명 백라이트 유닛
KR20190108622A (ko) 광학 조작 피처들을 포함하는 도광 어셈블리들
TWI798359B (zh) 包含無溶劑微複製樹脂的lcd 背光單元
KR20190044302A (ko) 미세 구조화된 도광판들 및 그의 제조 방법들

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant