KR20020041819A - 가변각 프리즘을 구비한 광학 필름 - Google Patents

가변각 프리즘을 구비한 광학 필름 Download PDF

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Abstract

광학 전향 필름은 프리즘의 어레이를 구비하는 제1 표면을 포함한다. 어레이는 각각 제1 프리즘 구조를 갖는 복수의 제1 프리즘과, 각각 상기 제1 프리즘 구조와 상이한 제2 프리즘 구조를 갖는 복수의 제2 프리즘을 구비한다. 광학 필름은 제1 표면에 대향하는 제2 표면도 포함하며, 제1 표면에 입사되는 광선은 복수의 제1 프리즘 및 복수의 제2 프리즘에 의하여 시야 축선(viewing axis)에 실질적으로 평행한 방향을 따라 향한다.

Description

가변각 프리즘을 구비한 광학 필름{OPTICAL FILM WITH VARIABLE ANGLE PRISMS}
액정 디스플레이(LCD) 장치와 같은 후면 발광 디스플레이 장치는 통상적으로 쐐기형 광 가이드를 사용한다. 쐐기형 광 가이드는 광을 냉음극 형광 램프(CCFL)와 같은 실질적으로 선형의 광원으로부터 실질적으로 평면의 출력으로 결합시킨다. 뒤이어, 평면의 출력은 LCD에 결합된다.
디스플레이 장치의 성능은 종종 그것의 휘도에 의해 평가된다. 주관적 관점에서, 전체 휘도의 비교적 작은 증가는 디스플레이 장치의 최종 사용자에게 쉽게 인지되지 않지만, 객관적으로 휘도의 비교적 작은 증가를 측정하는 것은 가능하다. 최종 사용자에게 직접적으로 인지되지는 않지만, 디스플레이에서 단지 적은 비율, 예컨대 아마도 1% 만큼 적은 비율의 전체 휘도의 객관적으로 측정된 증가는 디스플레이를 사용하는 제품의 설계자에게는 현저하게 좋은 것으로 인지된다. 그 이유는, 설계자가 디스플레이 장치에 보다 적은 전력을 할당하면서도, 여전히 만족스러운 휘도 수준을 달성할 수 있기 때문이다. 이는, 전지 동력형 휴대용 장치의 경우에는 사용 시간이 보다 길어지는 것을 의미한다.
디스플레이 휘도를 증가시키기 위한 대안에는 보다 많은 광원 또는 보다 밝은 광원을 사용하는 것이 포함된다. 디스플레이로의 전력 할당을 감소시키는 능력과는 반대로, 추가의 광원 및/또는 보다 밝은 광원은 보다 많은 에너지를 소비하는데, 이는 휴대용 장치의 경우에는 전지 수명의 감소와 상관 관계가 있다. 또한, 장치에 광원을 부가하는 것은 제품 단가를 증가시키고 장치의 신뢰성을 감소시킬 수 있다.
휘도는 디스플레이 장치 내의 이용 가능한 광을 보다 효율적으로 사용함으로써, 즉 디스플레이 내의 보다 많은 이용 가능한 광이 바람직한 시야 축선(viewing axis)을 따라 향하게 함으로써도 개선된다. 디스플레이 장치의 효율을 개선하기 위하여 디스플레이 장치 내에 많은 기구가 채용되어 왔다. 예컨대, 프리즘 구조를 갖는 휘도 개선 필름은 이 필름이 없으면 보이지 않을 광을 시야 축선을 따라 향하게 하는 데 빈번하게 사용된다. 통상의 평판 디스플레이 장치는 바람직한 시야 방향을 따라 실질적으로 균일한 출력을 갖는 전체적으로 밝은 경조(硬調) 디스플레이를 제공하도록 여러 상이한 필름을 사용할 수 있다. 광 가이드의 출력 결점을 가리는 데에 표면 확산기 또는 부피 확산기(bulk diffuser)가 종종 사용되지만, 대부분의 확산기는 광을 시야 축선으로부터 산란시키므로, 시야 축상의 휘도(on-axis brightness)를 감소시킨다.
광 가이드의 개선은 디스플레이 장치의 개선된 휘도에도 기여한다. 통상의 광 가이드는 확산에 의하여 광을 추출하며, 기하학적 리사이클(recycling)에 의해개선될 수 있다. 광 가이드로 들어가는 광선은 통상 광 가이드의 표면에 마련되는 하얀 점의 패턴인 확산 요소와 만나고, 광 가이드로부터의 산란에 의하여 확산식으로 추출된다. 그 외의 광선은 확산 요소와 만날 때까지 광 가이드 내에서 내부 전반사된다. 이들 공정에서 손실이 발생되며, 광이 어떠한 시준도 없이 확산식으로 추출되기 때문에, 축상의 휘도는 보다 낮아진다. 개선에 의해, 확산 광선은 유사 시준 공정에서 보다 많은 양이 축상으로 향할 수 있으며, 이 결과 축상의 휘도가 개선된다.
광 가이드로부터 광을 추출하는 다른 방법은 좌절된(frustrated) 내부 전반사(TIR)를 이용하는 것이다. 좌절된 TIR의 한 유형에서, 광 가이드는 쐐기 형상을 가지며, 광 가이드의 두꺼운 가장자리에 입사되는 광선은 광 가이드의 상면 및 바닥면에 대하여 임계각을 이룰 때까지 내부 전반사된다. 그에 따라, 이들 버금 임계각의 광선이 추출되거나, 출력 표면에 대한 스침각(glancing angle)으로 광 가이드로부터 보다 간결하게 굴절된다. 디스플레이 장치를 조광하는 데 유용하도록, 이들 광선은 디스플레이 장치의 시야 축선, 즉 출력 축선에 실질적으로 평행하게 전향되어야 한다. 이러한 전향은 일반적으로 전향 렌즈 또는 전향 필름을 이용함으로써 달성된다.
전향 렌즈 또는 전향 필름은 통상적으로 입력 표면에 형성된 프리즘 구조를 포함하며, 입력 표면은 광 가이드에 인접하게 배치된다. 스침각, 일반적으로 출력 표면에 대하여 30°미만의 각으로 광 가이드를 빠져 나가는 광선은 프리즘 구조와 만난다. 광선은 프리즘 구조의 제1 표면에 의하여 굴절되고 프리즘 구조의 제2 표면에 의하여 반사되어, 이들 광선은 전향 렌즈 또는 필름에 의하여 원하는 방향, 예컨대 디스플레이의 시야 축선에 실질적으로 평행한 방향으로 향한다.
현재에 알려진 디스플레이 장치에서 적절하게 보상되지 않은 좌절된 TIR 광 가이드로부터 발생되는 광학 효과는 리플로서 지칭된다. 리플은 쐐기 광 출력의 발광에 있어서의 주기적 변동이다. 변동 진폭, 공간 주파수 및 위상은 대체로 쐐기 각도, 입력 개구, 이 입력 개구에 연결되는 램프에 의하여 결정된다. 쐐기로부터의 발현 각도(emergence angle) 및 발현 위치는 입력 개구 상의 소정 위치와 입력 개구로부터의 방출 각도에 직접적으로 사상(寫像)한다. 그에 따라, 입력 개구로부터의 방출의 공간적 성분 및 각도상 성분의 불균일은 쐐기 출력 휘도의 상응하는 변경으로 사상된다. 이로 인하여, 디스플레이가 광원에 평행한 명암 밴드형 외관을 갖게 되는 효과가 있다. 이 효과는 광 가이드의 입구에 가장 인접해서 가장 잘 인지될 수 있지만, 전체 출력 표면에 걸쳐 관찰될 수도 있다.
리플을 보정하려는 시도, 즉 리플의 외관을 본질적으로 가리려는 시도에는 보다 균일한 광 추출을 시도 및 제공하도록 어떤 형태의 광학 파워(optical power)를 부가하는 것 또는 쐐기 구조에 대한 산란이 포함된다. 그러나, 이들 시도는 전적으로 만족스러운 것으로 판명되지는 않았다.
본 발명은 광 투과성 광학 필름에 관한 것이다. 보다 구체적으로 말하면, 본 발명은 가변각 프리즘의 어레이(array)를 구비한 광학 필름에 관한 것이다.
본 발명의 많은 장점 및 특징은 동일 도면 부호가 동일 요소를 지시하고 있는 첨부 도면을 참고로 하는 본 발명의 여러 바람직한 실시예의 이하의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 맞추어진 조광 장치의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 전향 필름의 개략도이고,
도 3은 본 발명의 바람직한 변형예에 따라 구성된 전향 필름의 개략도이고,
도 4는 펼쳐진 TIR 광 가이드에서 전파되는 광선을 나타내는 다이어그램이고,
도 4a는 광 가이드를 빠져 나오는 광선이 전향 렌즈에 의하여 전향되는 것을 나타내고 있는 개략도이고,
도 5는 본 발명의 원리를 추가로 예시하는 도 4와 유사한 다이어그램이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 바람직한 변형예에 따라 구성된 전향 필름의 개략도이고,
도 7은 본 발명의 바람직한 변형예에 따라 맞추어진 조광 장치의 개략도이다.
본 발명에 따르면, 리플(발광 불균일)을 감소시키거나 제거하는 데 유용한 광학 필름에는 입력 표면 상에 형성된 전향 프리즘의 어레이가 형성된다. 프리즘은 2개 이상의 프리즘 구조의 프리즘을 포함하는 프리즘의 클러스터로 어레이 내에포함된다.
본 발명의 제1 양태에 있어서, 광학 전향 필름은 프리즘의 어레이를 포함하는 제1 표면을 구비한다. 어레이는 각각 제1 프리즘 구조를 갖는 복수의 제1 프리즘과, 각각 제1 프리즘 구조와 상이한 제2 프리즘 구조를 갖는 복수의 제2 프리즘을 구비한다. 광학 필름은 제1 표면과 대향하는 제2 표면도 구비하며, 스침각으로 제1 표면을 향하는 광선은 복수의 제1 프리즘과 복수의 제2 프리즘에 의하여 광학 전향 필름을 통하게 지향되고, 디스플레이의 시야 방향에 실질적으로 평행한 각도로 제2 표면으로부터 방출된다.
본 발명의 다른 양태에 있어서, 광학 전향 필름은 제1 표면과 제2 표면을 구비하는 광 투과성 광학 필름의 시트이다. 제1 표면에는 복수의 광 방향 변경 제1 프리즘(first redirecting prism)과 복수의 광 방향 변경 제2 프리즘이 형성된다. 복수의 광 방향 변경 제1 프리즘과 복수의 광 방향 변경 제2 프리즘은 제1 표면 상의 프리즘 어레이에 배치된다. 광 방향 변경 제1 프리즘은 제1 프리즘 구조를 갖고, 광 방향 변경 제2 프리즘은 제1 프리즘 구조와 상이한 제2 프리즘 구조를 갖는다. 복수의 광 방향 변경 제1 프리즘과 복수의 광 방향 변경 제2 프리즘은 복수의 제1 프리즘 군과 복수의 제2 프리즘 군으로 구성된다. 제1 프리즘 군과 제2 프리즘 군은 제1 프리즘 및 제2 프리즘의 패턴으로 어레이에 배치된다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 조광 장치는 입력 표면 및 출력 표면을 갖춘 광 가이드를 포함한다. 입력 표면에 입사되는 광선은 광 가이드로 굴절되고, TIR에 의하여 광 가이드 내에서 전파된다. 다음에, 이들 광선은 좌절된 TIR을 매개로 출력 표면에 대해 스침각으로 출력 표면을 빠져 나간다. 광원이 입력 표면에 결합되어 광선을 입력 표면 상에 투영하며, 출력 표면에 인접하게 전향 필름이 배치된다. 전향 필름은 제1 표면과, 이 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 구비한다. 전향 필름의 제1 표면에 프리즘의 어레이가 형성되고, 이 프리즘의 어레이는 제1 프리즘 구조를 갖는 복수의 제1 프리즘과, 제1 프리즘 구조와 상이한 제2 프리즘 구조를 갖는 복수의 제2 프리즘을 구비한다. 프리즘의 어레이는 스침각으로부터 조광 장치의 시야 축선과 실질적으로 일치되는 각으로 광선의 방향을 변경하도록 배치된다.
본 발명은 여러 바람직한 실시예, 특히 랩탑 컴퓨터 디스플레이 또는 데스크탑 평판 디스플레이와 같은 평판 디스플레이에 통상적으로 사용되는 후면 발광 시스템에 사용하기에 적합한 전향 필름에 대하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 이러한 용례로 한정되지 않으며, 당업자는 프로젝션 스크린 장치 및 평판 텔레비전과 같은 실질적으로 임의의 광학 시스템에 대한 용례를 갖는 것을 이해할 수 있다. 그러므로, 본 명세서에 설명된 바람직한 실시예는 본 발명의 보호 범위를 한정하는 것으로 고려되어서는 안된다.
도 1을 참고하면, 조광 시스템(10)은 광학적으로 결합된 광원(12)과, 광원 리플렉터(14)와, 출력 표면(18), 후면(20), 입력 표면(21) 및 단부면(22)을 갖춘 광 가이드(16)와, 후면(20)에 인접한 리플렉터(24)와, 입력 표면(28) 및 출력 표면(30)을 갖춘 광 방향 변경 제1 요소(26)와, 광 방향 변경 제2 요소(32)와, 반사 편광자(34)를 포함한다. 광 가이드(16)는 쐐기 또는 이것의 변형일 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, 광 가이드의 목적은 광원(12)보다 훨씬 큰 면적, 특히 실질적으로 출력 표면(18)에 의해 형성된 전체 면적에 걸쳐 광원(12)으로부터의 광을균일하게 분배하는 것이다. 광 가이드(16)는 소형의 얇은 패키지로 이들 임무를 더욱 바람직하게 수행한다.
광원(12)은 광 가이드(16)의 입력 표면(21)에 결합되는 가장자리인 CCFL일 수 있고, 램프 리플렉터(14)는 램프 공동을 형성하는 광원(12) 둘레를 둘러싸는 반사성 필름일 수 있다. 리플렉터(24)는 광 가이드를 받치고 있으며, 예컨대 램버티안(lambertian) 또는 정반사 필름(specular film) 또는 이들의 조합과 같은 효율적인 후방 리플렉터일 수 있다.
가장자리에 결합된 광은 입력 표면(21)으로부터 TIR에 의하여 정해지는 단부 면(22)을 향하여 전파된다. 광은 TIR의 좌절에 의하여 광 가이드(16)로부터 추출된다. 광 가이드(16) 내에 구속된 광은 각각의 TIR 바운스와 함께 쐐기 각도에 기인하여 상부 및 바닥 벽의 평면에 대한 그것의 입사 각도가 증가된다. 그에 따라, 광은 궁극적으로 출력 표면(18)과 후면(20) 각각으로부터 굴절되는데, 이는 광이 TIR에 의하여 더이상 구속되지 않기 때문이다. 후면(20)으로부터 굴절되는 광은 리플렉터(24)에 의하여 정반사로 또는 확산식으로 광 가이드(16)를 향해 뒤로, 그리고 대체로 그 광 가이드를 통하여 반사된다. 광 방향 변경 제1 요소(26)는 출력 표면(18)을 빠져 나오는 광의 방향이 바람직한 시야 방향에 실질적으로 평행한 방향을 따르게 변경되도록 배치된다. 바람직한 시야 방향은 출력 표면(18)에 대해 수직일 수 있지만, 보다 일반적으로는 출력 표면(18)에 대하여 약간의 각도를 이룬다.
도 2에 도시된 바와 같이, 광 방향 변경 제1 요소(26)는 광 투과성 광학 필름이고, 이 필름에서 출력 표면(30)은 실질적으로 평평하고, 입력 표면(28)에는 프리즘(38, 40, 42)의 어레이(36)가 형성되어 있다. 광 방향 변경 제2 요소(32)는 광 투과성 필름, 예컨대 미국 미네소타주 세인트 폴에 소재하는 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 컴패니로부터 (BEFIII로서) 시판되는 3M 휘도 개선 필름(3M Brightness Enhancement Film) 제품과 같은 휘도 개선 필름일 수도 있다. 반사 편광자(34)는 무기질, 중합체, 콜레스테르 액정 반사 편광자 또는 필름일 수 있다. 적당한 필름으로는 (DRPF로 판매되는) 3M 확산 반사 편광자 필름 제품 또는 (DBEF로 판매되는) 정반사 편광자 필름 제품이 있으며, 이들 양자는 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 컴패니로부터 시판되는 것이다.
도 2를 참고로 보다 구체적으로 설명하면, 어레이(36) 내에는 각각의 프리즘(38, 40, 42)이 각각의 이웃하는 프리즘에 비교하여 상이한 측면 각도로 형성될 수 있다. 즉, 프리즘(40)은 프리즘(38; 각도 C 및 D) 및 프리즘(42; 각도 E 및 F)과 상이한 측면 각도(각도 A 및 B)로 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 프리즘(38)은 프리즘 각도, 즉 각도 A 및 B의 합과 동일한 끼인각을 갖는다. 유사하게, 프리즘(40)은 각도 C 및 D의 합과 동일한 프리즘 각도를 갖는 한편, 프리즘(42)은 각도 E 및 F의 합과 동일한 프리즘 각도를 갖는다. 어레이(36)가 상이한 프리즘 각도를 기초로 하여 3개의 상이한 프리즘 구조를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 실질적으로 임의의 수의 상이한 프리즘이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
프리즘(38, 40, 42)은, 프리즘 각도는 동일하지만 프리즘 방위는 상이하게형성될 수도 있다. 프리즘(38)에 대한 프리즘 축선 "l"이 도 2에 도시되어 있다. 프리즘 축선(l)은 프리즘(38)에 대해 도시된 바와 같이 출력 표면(30)에 대해 수직으로 배치되거나, 또는 프리즘(40, 42)에 대해 각각 가상 축선 "l+" 및 "l-"로 도시된 바와 같이 광원을 향하여 또는 광원으로부터 멀어지게 출력 표면에 대해 소정의 각도로 배치될 수 있다.
프리즘(38, 40, 42)은 프리즘의 규칙적인 반복 패턴 또는 클러스터(cluster)로 도 2에 도시된 바와 같이 어레이(36) 내에 배치될 수 있으며, 어레이(36)는 유사한 프리즘과 인접해서 유사한 프리즘을 갖는 것으로 도시되어 있지 않지만, 이러한 구성도 사용될 수 있다. 또한, 어레이(36) 내에서, 프리즘(38, 40, 42)은 프리즘 구조(38)와 같은 제1 프리즘 구조로부터 프리즘 구조(40) 등의 제2 프리즘 구조로 계속적으로 변경될 수 있다. 예컨대, 프리즘 구조는 제1 프리즘 구조로부터 제2 프리즘 구조로 점차적으로 변경될 수 있다. 선택적으로, 프리즘은 도 2에 도시된 구조와 유사하게 단계적으로 변경될 수 있다. 각각의 클러스터(43) 내에서, 프리즘은 공간적 리플 주파수보다 작게 선택되는 프리즘 피치를 갖는다. 유사하게, 클러스터는 규칙적인 클러스터 피치를 가질 수 있다.
도 2에 도시된 어레이(36)는 대칭 구조의 프리즘을 구비하지만, 광 방향 변경 요소(26')에 형성된 도 3에 도시된 어레이(36')와 같은 프리즘의 어레이가 사용될 수도 있다. 다음에 도 3을 참조하면, 어레이(36')에서 예컨대 프리즘(38')은 각도 B'와 동일하지 않은 각도 A'를 갖는다. 프리즘(40', 42')에 대해서도 유사하게, 각도 C'는 각도 A' 및 D'와 동일하지 않고, 각도 E'는 각도 A', 각도 C' 또는 각도 F'의 어느 것과 동일하지 않다. 어레이(36')는, 소정 각도의 단일의 다이아몬드 절삭 공구를 사용하고 이 공구를 상이한 프리즘 각도 및 대칭의 각각의 절삭 형성할 프리즘에 대하여 경사지게 함으로써 유리하게 형성될 수 있다. 그러나, 단일 절삭 공구를 이용함에 따라, 프리즘 각도는 A+B=C+D=E+F와 같이 동일하다는 것을 이해할 수 있다.
어레이(36) 내의 클러스터에 2개 정도로 적은 상이한 프리즘 구조가 사용 및 배치될 수 있지만, 광 가이드(16)로부터의 출력 프로파일의 변형을 달성하는 데 필요한 만큼 많은 프리즘 사이즈가 사용될 수도 있다. 프리즘 측면 각도를 변경시키는 것의 한 가지 목적은 광 방향 변경 제1 요소(26)로 가변 양의 광학 파워를 퍼트리고 부가하는 것이다. 다양한 구조의 프리즘(38, 40, 42)은 광 가이드의 입력 개구의 실질적으로 균일한 샘플링을 제공하는 역할을 하는데, 이는 광 가이드(16)로부터 추출되는 광의 불균일성을 최소화한다. 최종 결과는 특히 광 가이드(16)의 입력 표면(21) 근처에서 리플 효과가 효율적으로 최소화되는 것이다.
도 4를 참고하면, 2개의 평행하지 않은 거울 표면, 예컨대 쐐기 광 가이드에서의 TIR 거울 표면 사이에 국한된 광 경로의 펼쳐진 도면이 도시되어 있다. 복수의 TIR 반사를 겪는 광선을 광 가이드 표면의 복수 이미지를 통과하는 직선으로서 표시할 수 있다. 그에 따라, 쇄기형 단면으로 함께 중첩된 열로부터 팬형 구조가 구성되며, 여기서 좌측 경계는 광 가이드의 입력 표면과 그것의 반사된 이미지로 이루어진다. 광선이 입력 표면으로부터 이동함에 따라, 각각의 거울 평면에 대응된 제한 각도(confinement angle)는 쐐기 각도와 동일한 양만큼 증가한다. 상부 경계는 광 추출 표면, 즉 광 가이드의 상부 또는 바닥 중 하나를 표시하며, 여기서 광은 TIR의 좌절에 의하여 광 가이드로부터 대기로 방출된다. 이러한 방식으로 광 가이드를 보면, 광 경로는 직선이며, TIR 반사의 수는 카운트하기에 용이하다. 입력 퍼필(input pupil) 상의 원래의 지점으로 되돌아가는 추출된 광선의 궤적을 그리는 것도 허용된다.
광선은 쐐기로부터 약 5°내지 약 23°에 이르는 각도 범위에 걸쳐 방출된다. 상기 작은 각도는, 제한 각도가 TIR 한계를 초과한 직후에, 좌절된 TIR 투과의 개시이다. 보다 큰 각도는 증가하는 제한 각도에서 복수의 바운스(bounce)로부터의 소모로 인한 강도의 단절(cutoff of intensity)을 나타낸다. 추출 각도의 정확한 범위는 쇄기 각도 및 광학 지수에 의존한다.
도 4a에서, 광선(403, 404)은 추출되고, 뒤이어 동일한 연속 프리즘(401)을 갖는 전향 렌즈에 의하여 관찰자를 향하여 전향된다. 광선(403)은 표면에 대하여 약 5°(법선으로부터 85°), 즉 방출되는 광 패턴의 대략 하부 한계로 방출되고, 프리즘(401)에 의하여 광 경로(405)로, 즉 법선에 대해 약 -7.5°로 전향된다. 광선(404)은 약 23°(법선으로부터 67°), 즉 방출되는 광 패턴의 상부 한계로 방출되고, 프리즘(401)에 의하여 광 경로(406), 즉 법선에 대하여 약 10°로 전향된다.
광선(403, 404)이 방출 표면 상의 B 및 A 지점으로부터 각각 방출되는 경우, 광 경로(405, 406)의 정점에 위치된 관찰자(407)는 A 및 B 지점 사이에서 방출된 광 패턴의 전체 범위를 보게 된다. 광 가이드 내부로의 광선(403, 404)은 다시 쐐기의 입력 표면으로 향한다. 이들 외부 광선에 대한 발생 지점은 팬(fan)의 좌측 경계 상의 20 입력 퍼필 폭(20 input pupil width)에 의하여 분리된다. 그러므로, 관찰자(407)가 지점 A로부터 지점 B로 스캔함에 따라, 쐐기 입력 퍼필의 20 이미지를 보게 된다. 램프로부터 입력 퍼필로의 광 커플링이 공간적으로 또는 각도상으로 균일하지 않은 경우, 불균일성이 리플 패턴으로서 관찰된다.
본 발명은 인접한 전향 렌즈 내의 복수의 프리즘 구조와 광학 출력 균일성에 대한 이러한 구조의 효과를 고려하고 있다. 예컨대, 전향 필름은 3개의 프리즘 구조의 클러스트를 포함할 수 있으며, 각각의 프리즘 구조는 68.88°의 프리즘 각도를 갖지만 전향 렌즈의 법선에 대하여 -1.5°, 0°, +1.5°의 상이한 프리즘 축선 방위를 갖는다. 클러스터의 각각의 프리즘으로 하나씩 관찰자로부터 유발된 3개의 광선은 펼쳐진 광 다이어그램을 통하여 입력 표면 상의 상이한 위치로 복귀하는 궤적을 그린다. 도 5를 참조하면, 쐐기의 입력 표면 상에 세 위치(A, B, C)가 도시되어 있다. 각각의 위치에서, 3개의 광선의 광속(光束)은 출력 표면으로부터 유발되어 입력 표면 퍼필의 팬으로 향한다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 광선의 광속은 심지어 램프 단부에 가장 인접한 위치 "A"로부터의 전체 퍼필 폭을 커버한다. 그에 따라, 국부적인 디스플레이 휘도를 제거하게 되는 퍼필의 밀접하게 패킹된 샘플링이 마련된다. 프리즘 구조의 최적 구성은 광학 지수(optical index) 및 쐐기의 기하형상의 상세부에 의존한다.
지금까지, 프리즘의 클러스터(43)들이 실질적으로 유사한 구조를 갖는 것으로 설명하였다. 즉, 동일한 수의 프리즘이 동일하게 분배된 프리즘 구조를 갖는다. 이것은 필수 사항은 아니며, 클러스터(43)의 구조는 변경될 수도 있다. 이러한 배치는, 특정 위치 및 특정 각도에 대하여 개구 샘플링(aperture sampling)이 약간 상이한 입력 각도지만 거의 동일한 개구 위치에서 발생될 가능성을 줄일 수 있다. 이는 리플과 유사한 패턴의 국부화된 간섭 유형(localized interference type)에 이를 수 있다.
프리즘 각도는 30°내지 120° 범위일 수 있지만, 바람직하게는 40°내지 75°일 수 있고, 보다 바람직하게는 60°내지 75°일 수도 있다. 클러스터 내의 프리즘 사이의 각도 차이는 약 1°내지 10°일 수 있고, 바람직하게는 약 1°내지 5°일 수도 있다. 프리즘의 간격, 즉 프리즘 피치는 전술한 바와 같이 리플의 공간 주파수보다 작아야 하며, 1 ㎛ 내지 1000 ㎛, 바람직하게는 20 ㎛ 내지 100 ㎛, 보다 바람직하게는 30 ㎛ 내지 50 ㎛일 수도 있다. 프리즘 피치가 50 ㎛인 어레이(36)에 대한 어레이 피치는 약 150 ㎛일 수 있다. 프리즘 구조는 굴절면과 반사면에서의 TIR과 굴절면에 대한 효과에 기인하여 광학 투과성 필름의 굴절율에 의해서도 영향을 받는다. 통상의 필름 소재는 1.35 내지 1.75의 굴절율을 가질 수 있다. 예컨대, 공칭 광 배출각(스침각)이 13°인 광 가이드와 1.586의 굴절율을 갖는 폴리카보네이트 소재에 있어서, 공칭 끼인각이 68.9°인 프리즘 구조가 사용될 수 있다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 변형예에 따라 형성된 전향 필름(44)은 입력 표면(46) 상의 프리즘의 어레이(45)를 포함한다. 프리즘의 어레이(45)는 리플 감소 효과를 제공하도록 적어도 제1 구조 및 제2 구조로 이루어진 프리즘(47)을 포함한다. 또한, 프리즘(47)에는 만곡되게 깎인 면이 있는 반사측(48)이 형성된다. 프리즘 각도는 굴절측(49)과 반사측(48)에 대한 접선 사이에서 정해진다. 어레이(36)와 관련하여 전술한 바와 같이, 리플 효과를 줄이기 위해서 프리즘은 어레이(45) 내의 클러스터에 배치된다. 클러스터 내에서, 프리즘 각도가 변경될 수 있거나, 및/또는 프리즘 방위, 즉 프리즘 축선이 법선과 이루는 각도가 변경될 수도 있다. 양면은 만곡되게 깎인 면이 있는 구조를 갖도록 형성될 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
어레이(36, 36' 45)와 같은 프리즘의 어레이를 포함하는 필름은 압출 또는 주조 및 경화 공정에 의하여 형성될 수 있다. 어레이 구조를 원통형 블랭크, 즉 롤의 표면으로 다이아몬드 세공함으로써 먼저 마스터가 제조된다. 표면에서의 어레이 구조를 형성하기 위한 한 가지 기법은 나사 절삭으로 알려져 있다. 제1 나사는 롤의 길이로 절삭되고, 제1 나사는 제1 프리즘 구조에 상응한다. 제1 나사에 인접한 위치에서 시작하여, 제2 나사가 절삭된다. 제2 나사는 상이한 절삭 공구를 이용하거나 절삭 공구를 후 조정(after adjusting)함으로써 절삭되어, 제2 프리즘 구조를 형성한다. 이 공정은 모든 원하는 프리즘 구조가 형성될 때까지 절삭 공구를 변경하고/변경하거나 복수의 공구를 사용하여 반복된다.
선택적으로, 조정 가능한 절삭 공구를 이용하여, 공구는 나사 절삭 공정 중에 조정될 수 있다. 단일 나사가 절삭되고, 공구는 프리즘 구조를 연속적으로 변경시키도록 절삭 공정 중에 연속적으로 회전되어, 상이한 프리즘 구조를 갖는 프리즘이 어레이 내에 형성된다.
프리즘 구조를 플런지 절삭하는 다른 변형예가 있다. 플런지 절삭은 각각의 프리즘 구조에 대하여 하나씩 복수의 절삭 공구를 이용함으로서 달성될 수 있다. 조정 가능한 절삭 공구가 사용될 수 있으며, 공구는 각각의 프리즘 구조를 절삭하도록 조정된다.
다른 성형 방법에는 FTS(fast tool servo; 초정밀 비구면 가공에 사용됨) 액츄에이터의 사용이 포함된다. FTS 액츄에이터는 발명의 명칭이 "광학 필름(Optical Film)"이고 공동 양도된 (변리사 도켓 번호가 53772USA6A인) 미국 특허 출원 제()호와, 발명의 명칭이 "결함 감소 표면을 갖춘 광학 필름 및 이것의 제조 방법(Optical Film With Defect-Reducing Surface and Method of Making Same)"인 (변리사 도켓 번호가 7780.374US01인) 미국 특허 출원 제()호에 도시 및 개시되어 있으며, 이들 특허의 개시 내용은 본원 명세서에 참고로 인용된다. FTS는 전술한 미국 특허 출원에 개시된 바와 같이 웨트 아웃 방지 능력(anti wetout) 및/또는 그 외의 특성을 어레이(36)에 채용하는 데 유리하다. 웨트 아웃은 디스플레이 장치 내의 2개의 인접한 광학 표면이 서로 접촉할 때 보이는 광학 결함이다. 웨트 아웃을 방지하기 위하여, 전술한 미국 특허 출원에서 논의한 바와 같이, 인접 표면 사이의 접촉의 균일성과 양을 최소화하도록 무작위로 분포된 피크 및 밸리, 국부적 최대부 및 최소부가 한 표면 또는 양 인접 표면에 형성될 수 있다. 그에 따라, 광 방향 변경 제1 요소(26)의 입력 표면(28)은 출력 표면(30)과 마찬가지로 웨트 아웃 방지 구조를 포함하도록 형성될 수 있다.
도 7에 도시되어 있는 조광 장치(50)를 참고하면, 광 가이드(52)는 조광 장치(50)의 일부를 형성하며, 제1 입구 표면(54), 제2 입구 표면(56), 출력 표면(58) 및 후면(60)을 포함한다. 제1 광원(62)은 제1 광원 리플렉터(64)를 포함하며, 제1 입구 표면(54)에 결합된다. 제2 광원(66)은 제2 광원 리플렉터(68)를 포함하고, 제2 입구 표면에 결합된다. 광 방향 변경 제1 요소(70)가 출력 표면(58)에 인접하게 배치된다. 광 방향 변경 제1 요소(70)는 입력 표면(72) 및 출력 표면(74)을 구비한다. 조광 장치(50)는 후면(60)에 인접한 리플렉터(76)와, 광 방향 변경 제2 요소(78) 및 반사 편광자(80)를 더 포함한다. 광 가이드(52)는 쐐기 또는 이 쐐기의 변형일 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, 광 가이드(52)의 목적은 광원 자체보다 훨씬 큰 면적, 보다 구체적으로는 실질적으로 출력 표면(58)에 의하여 형성된 전체 영역에 걸쳐 양 광원(62, 66)으로부터의 광을 효율적으로 퍼트리는 것이다.
광 방향 변경 제1 요소(70)는 광 투과성 필름인 것이 바람직하며, 이 필름의 입력 표면(72)에는 광 방향 변경 제1 요소(26)의 어레이(36)에 대하여 전술한 바와 유사한 방식으로 프리즘의 어레이가 형성된다. 조광 장치(50)가 그 양단에 배치된 광원을 포함하므로, 어레이를 형성하는 프리즘은 대칭 또는 비대칭으로, 그리고 상이한 프리즘 각도로 구성될 수도 있다. 이것은 입구 표면(54, 56)으로부터 광 가이드(52)로 들어가는 광선이 원하는 시야 축선을 따라 전향되는 것을 보장한다. 프리즘의 어레이는 광 가이드(52)로부터 출력되는 광의 방향이 바람직한 시야 방향을 따르게 변경시키도록 작용하며, 또한 리플의 지각을 감소시키도록 작용한다.
광 가이드(52)를 두 측부로부터 조광한 결과로서, 양 입구 표면(54, 56)으로부터 들어오는 광선에 의해 야기되는 광학 결함은 광 가이드(52)의 중앙부(82)에서발생할 수 있다. 광 방향 변경 구조(70)의 입력 표면(72) 상에 형성된 프리즘의 어레이는, 어레이가 인지된 리플을 감소시키는 것과 유사한 방식으로 인지된 광학 결함을 감소시키도록 상응하는 중앙부(84)에서 변경될 수 있다.
본 발명의 변형예 및 수정예는 전술한 설명을 고려하면 당업자에게 명백한 것이다. 이 설명은 단지 예시적인 것으로 해석되며, 본 발명을 실행하는 가장 좋은 예를 당업자에게 교시하기 위한 것이다. 방법 및 구조의 세부 사항은 실질적으로 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 변경될 수 있으며, 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 모든 변형예는 독점적으로 사용된다.

Claims (27)

  1. 제1 표면과,
    제1 표면에 형성된 프리즘의 어레이와,
    제1 표면과 대향하는 제2 표면
    을 포함하는 광학 전향 필름으로서,
    상기 프리즘의 어레이는 각각 제1 프리즘 구조를 갖는 복수의 제1 프리즘과 각각 제1 프리즘의 구조와 상이한 제2 프리즘 구조를 갖는 복수의 제2 프리즘을 구비하며, 상기 제1 표면에 입사되는 광선은 복수의 제1 프리즘과 복수의 제2 프리즘에 의하여 바람직한 시야 축선을 따라 굴절 및 반사되는 것인 광학 전향 필름.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 제1 프리즘과 복수의 제2 프리즘은 어레이 내의 클러스터에 배치되어 있는 것인 광학 전향 필름.
  3. 제1항에 있어서, 복수의 제1 프리즘은 제1 프리즘 구조를 갖는 하나 이상의 제1 프리즘 군을 포함하며, 복수의 제2 프리즘은 하나 이상의 제1 프리즘 군에 인접해서 제1 표면에 형성된 제2 프리즘 구조를 갖는 하나 이상의 제2 프리즘 군을 포함하는 것인 광학 전향 필름.
  4. 제3항에 있어서, 복수의 제1 프리즘은 하나 이상의 제2 프리즘 군에 인접해서 제1 표면에 형성된 제1 프리즘 구조를 갖는 하나 이상의 제1 프리즘의 다른 군을 포함하는 것인 광학 전향 필름.
  5. 제2항에 있어서, 복수의 제1 프리즘은 복수의 제2 프리즘과 번갈아 끼워지는 것인 광학 전향 필름.
  6. 제1항에 있어서, 제1 프리즘은 제1 비대칭 구조를 가지며, 제2 프리즘은 제1 비대칭 구조와 상이한 제2 비대칭 구조를 갖는 것인 광학 전향 필름.
  7. 제1항에 있어서, 제1 프리즘은 제1 프리즘 각도를 가지며, 제2 프리즘은 제1 프리즘 각도와 상이한 제2 프리즘 각도를 갖는 것인 광학 전향 필름.
  8. 제7항에 있어서, 제1 프리즘 각도와 제2 프리즘 각도는 30°내지 120°인 것인 광학 전향 필름.
  9. 제1항에 있어서, 복수의 제1 프리즘과 복수의 제2 프리즘은 프리즘 피치 만큼의 간격을 두고 있으며, 프리즘 피치는 1 ㎛ 내지 1000 ㎛인 것인 광학 전향 필름.
  10. 제9항에 있어서, 복수의 제1 프리즘과 복수의 제2 프리즘은 클러스터에 배치되며, 클러스터는 클러스터 피치를 갖는 것인 광학 전향 필름.
  11. 제1항에 있어서, 어레이는 복수의 제1 프리즘 중 하나와 복수의 제2 프리즘 중 하나 사이의 전이부를 포함하며, 이 전이부는 제1 프리즘 구조로부터 제2 프리즘 구조로 실질적으로 연속적으로 재구성되는 것인 광학 전향 필름.
  12. 제11항에 있어서, 복수의 제1 프리즘과 복수의 제2 프리즘은 클러스터에 배치되고, 각각의 클러스터는 하나 이상의 전이부를 포함하는 것인 하는 광학 전향 필름.
  13. 제1항에 있어서, 제1 프리즘 구조와 제2 프리즘 구조의 하나 이상은 만곡되게 깍인면을 갖는 것인 광학 전향 필름.
  14. 제1항에 있어서, 제1 프리즘 구조 및 제2 프리즘 구조는 각각 무작위로 분포된 피크 및 밸리를 포함하는 것인 광학 전향 필름.
  15. 제1 표면 및 제2 표면을 갖춘 광 투과성 광학 필름의 시트와,
    상기 제1 표면에 형성된 복수의 광 방향 변경 제1 프리즘과,
    상기 제1 표면에 형성된 복수의 광 방향 변경 제2 프리즘
    을 포함하는 광학 전향 필름으로서,
    복수의 광 방향 변경 제1 프리즘과 복수의 광 방향 변경 제2 프리즘은 제1 표면 상의 프리즘의 어레이에 배치되며,
    광 방향 변경 제1 프리즘은 제1 프리즘 구조를 가지며,
    광 방향 변경 제2 프리즘은 제1 프리즘 구조와 상이한 제2 프리즘 구조를 가지며,
    복수의 광 방향 변경 제1 프리즘과 복수의 광 방향 변경 제2 프리즘은 복수의 제1 프리즘의 군과 복수의 제2 프리즘의 군으로 조직화되며,
    제1 프리즘의 군과 제2 프리즘의 군은 제1 프리즘 및 제2 프리즘의 패턴으로 어레이에 배치되는 것인 광학 전향 필름.
  16. 제15항에 있어서, 복수의 제1 프리즘과 복수의 제2 프리즘은 각각 프리즘 피크를 가지며, 프리즘 피크는 시트의 종방향 축선과 정렬되어 있는 것인 광학 전향 필름.
  17. 제15항에 있어서, 제1 프리즘 군과 제2 프리즘 군은 번갈아 배치되는 것인 광학 전향 필름.
  18. 제15항에 있어서, 제1 프리즘은 제1 비대칭 구조를 가지며, 제2 프리즘은 제1 비대칭 구조와 상이한 제2 비대칭 구조를 갖는 것인 광학 전향 필름.
  19. 제15항에 있어서, 제1 프리즘은 제1 프리즘 각도를 가지며, 제2 프리즘은 제1 프리즘 각도와 상이한 제2 프리즘 각도를 갖는 것인 광학 전향 필름.
  20. 제19항에 있어서, 제1 프리즘 각도와 제2 프리즘 각도는 30°내지 120°인 것인 광학 전향 필름.
  21. 제15항에 있어서, 제1 프리즘과 제2 프리즘은 프리즘 피치 만큼 간격을 두고 있으며, 프리즘 피치는 1 ㎛ 내지 1000 ㎛인 것인 광학 전향 필름.
  22. 입력 표면과 출력 표면을 갖춘 광 가이드로서, 입력 표면에 투영된 광선이 좌절된 내부 전반사에 의해 출력 표면에 대해 스침각으로 출력 표면에서 추출되는 것인 광 가이드와,
    입력 표면 상에 광선을 투영하도록 입력 표면에 결합된 광원과,
    제1 표면과, 이 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 갖는 전향 필름으로서, 제1 표면은 광 가이드의 출력 표면과 광학적으로 결합되는 것인 전향 필름과,
    전향 필름의 제1 표면에 형성된 프리즘의 어레이
    를 포함하는 조광 장치로서,
    프리즘의 어레이는 제1 프리즘 구조를 갖는 복수의 제1 프리즘과, 제1 프리즘 구조와 상이한 제2 프리즘 구조를 갖는 복수의 제2 프리즘을 구비하며, 프리즘의 어레이는 스침각으로부터 조광 장치의 시야 축선과 실질적으로 일치되는 각도로광선의 방향을 변경시키도록 배치되는 것인 조광 장치.
  23. 제22항에 있어서, 제2 표면은 디스플레이 장치에 광학적으로 결합되는 것인 조광 장치.
  24. 제22항에 있어서, 전향 필름과 디스플레이 장치 사이에 배치되는 광 방향 변경 구조를 더 포함하는 것인 조광 장치.
  25. 제22항에 있어서, 전향 필름은 광 투과성 필름의 시트를 포함하는 것인 조광 장치.
  26. 제22항에 있어서, 제1 프리즘과 제2 프리즘은 어레이 내에서 프리즘의 패턴으로 배치되어 있는 것인 조광 장치.
  27. 제22항에 있어서, 제1 프리즘과 제2 프리즘은 전향 필름의 종방향 축선과 실질적으로 정렬되는 것인 조광 장치.
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