KR20050069907A - 광학 막, 프리즘 막 구조물, 광학 구조물, 백라이트디스플레이 장치, 광학 디스플레이 장치, 프리즘 막, 및광학 막 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

광학 막이 제공된다. 광학 막은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면을 포함하여, 제 1 표면이 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 갖는다. 광학 막은 다수의 광학 장치 및 구조물내에 통합될 수 있다.

Description

광학 막, 프리즘 막 구조물, 광학 구조물, 백라이트 디스플레이 장치, 광학 디스플레이 장치, 프리즘 막, 및 광학 막 형성 방법{DISPLAY OPTICAL FILMS}
전반적으로, 본 발명은 변조된 마이크로렌즈 확산 막을 포함하는 디스플레이 광학 막 및 그러한 막을 포함하는 장치에 관한 것이다.
막상에 입사된 광을 확산시키는 확산 막을 포함하는 광학 장치가 알려져 있다. 예를 들어, 확산 막은 광을 확산시키기 위해, LCD(liquid crystal display) 또는 다른 디스플레이 구조물에 부가될 수 있다. 전형적인 LCD 디스플레이에서, 분리된 확산 막을 부가함으로써 백라이트 어셈블리(backlight assembly)에 확산이 도입된다.
본 발명의 하나의 양상에 따르면, 광학 막이 제공된다. 광학 막은 제 2 표면 구조물 함수(surface structure function)에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면을 포함하여, 제 1 표면이 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 갖는다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 휘도 강화 막 구조물(brightness enhancing film structure)이 제공된다. 휘도 강화 막 구조물은 휘도 강화 막과, 휘도 강화 막상에 배열된 광 확산 막을 포함하고, 광 확산 막은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면을 포함하여, 제 1 표면이 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 갖는다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 광학 구조물이 제공된다. 광학 구조물은 광 소스와, 광 소스상에 배열된 광 확산 막을 포함하고, 광 확산 막은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면을 포함하여, 제 1 표면이 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 갖는다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 백라이트 디스플레이 장치가 제공된다. 백라이트 디스플레이 장치는 광을 생성하는 광 소스와, 광을 유도하는 광 유도기(light guide)―광 유도기는 광 유도기로부터의 광을 반사하는 반사 표면을 포함함―와, 광 유도기상에 배열된 광 확산 막을 포함하고, 광 확산 막은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면을 포함하여, 제 1 표면이 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 갖는다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 광학 디스플레이 장치가 제공된다. 광학 디스플레이 장치는 광의 소스를 포함하는 기판과, 액정 물질을 포함하며 광의 소스로부터 수신된 광을 변조하도록 배열된 복수의 변조 요소를 포함하는 변조 어레이와, 변조 어레이에 인접하여 배열된 광 확산 막―광 확산 막은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면을 포함하여, 제 1 표면이 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 가짐―을 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 백라이트 디스플레이 장치가 제공된다. 백라이트 디스플레이 장치는 광을 생성하는 광 소스와, 광을 유도하는 광 유도기―광 유도기는 광 유도기로부터의 광을 반사하는 반사 표면을 포함함―와, 휘도 강화 막과, 휘도 강화 막상에 배열된 광 확산 막을 포함하고, 광 확산 막은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면을 포함하여, 제 1 표면이 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 갖는다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 광학 막을 형성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 광학 막을 형성하는 것을 포함하며, 광학 막은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면을 포함하여, 제 1 표면이 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 갖는다.
이제, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 참조할 것이다. 도면 전체를 통해 이용된 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 부분을 나타낸다.
본 발명자는 마이크로렌즈 구조물의 표면에 적절한 변조 함수를 적용함으로써 본 발명을 실현하였으며, 마이크로렌즈 구조물은 마이크로렌즈 구조물에 대해 알려져 있듯이 광을 재유도할 뿐만 아니라, 추가적인 확산 광을 제공할 수도 있다. 또한, 추가적인 확산 광은 규칙적인 주기적 구조물을 갖는 마이크로렌즈에 의해 발생된 무아레 효과(Moire effects)를 바람직하게 방지할 수 있다. 따라서, 마이크로렌즈 구조물 및 확산 막의 이점이 단일 막에 제공될 수 있다.
배경으로서, 추가적인 확산 광을 제공하는 변조 함수를 갖지 않는 마이크로렌즈 구조물이, 도 1에 대하여 기술될 것이다. 도 1은 비변조 원통형 렌즈 마이크로렌즈 구조물을 포함하는 광학 막(10)의 측면도이다. 도 1의 광학 막(10)은 복수의 연장된 원통형 렌즈(12)를 포함하며, 렌즈는 y 방향을 따라 평행한 형태로 그들의 축으로 배열된다. 도 1의 광학 막(10)은 제 1 표면(14)과, 제 1 표면에 반대되는 제 2 표면(16)의 2개의 표면을 갖는다. 광학 막(10)은 원통형 렌즈(12)가 도 1에서 제 1 표면(14)상에 존재하도록 배열된다. 따라서, 제 1 표면은 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의되며, 여기서 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물, 특히 도 1에서 원통형 렌즈 마이크로렌즈 마이크로 구조물의 함수를 갖는다.
입사 광이 제 1 표면(14)상에 부딪힐 때, 광학 막(10)은 마이크로렌즈 구조물의 원통형 렌즈(12)에 의해 광을 재유도하도록 작용한다. 제 1 표면(14)은 연속적인 광 재유도(또는 번짐(blur))를 제공하도록 작용할 수 있다. 이와 관련하여, 제 1 표면은 광 확산 함수를 제공할 수 있다. 정밀한 마이크로렌즈 형상을 이용하여 번짐을 재단할 수 있으며, 따라서 정밀한 형상은 특정 응용에 의존할 것이다.
더욱이, 제 1 표면(14)은 도 1에 도시된 원통형 렌즈 마이크로렌즈 마이크로구조물의 경우와 같이 매우 이방성일 수 있다. 이러한 이방성은 많은 응용에서 유용하다. 예를 들어, 소정의 디스플레이에서, 하나의 뷰잉 방향에서의 광 확산이 다른 방향에서의 광 확산에 비해 바람직할 수 있다. 도 1에서, 렌즈(12)의 축은 y 방향으로 지향되며, 따라서 광은 x 방향에서 우선적으로 확산된다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 광학 막(20)을 도시하며, 여기서 제 1 표면(24)은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의되며, 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖는다. 제 1 표면 구조물 함수는 함수 z = f1(x,y)에 의해 기술될 수 있으며, 여기서 x 및 y는 광학 막(20)의 x 및 y 방향 각각에서의 표면을 따른 위치를 나타내는 데카르트 좌표이고, z는 제 1 표면의 높이를 나타내는 데카르트 z 좌표이다. 물론, 제 1 표면 구조물 함수( 및 제 2 표면 구조물 기능)는 데카르트 좌표가 아닌 다른 좌표에서 기술될 수도 있다. 제 2 표면 구조물 함수는 함수 z = f2(x,y)에 의해 유사한 방식으로 기술될 수 있다.
제 1 표면 구조물 함수 z = f1(x,y)는, 예를 들면, 도 1에 도시된 구조물와 같은, 마이크로렌즈 구조물의 표면 형상을 정의한다. 도 1의 원통형 렌즈 마이크로렌즈 구조물의 경우, 제 1 표면 구조물 함수 z = f1(x,y)는 반복되는 원통형 렌즈 구조물을 정의하며, 여기서 렌즈의 축은 서로에 대해서 및 y 축에 대해 평행하다. 제 1 표면 구조물 함수에 의해서만 정의된 표면은 연속적인 광 재유도(번짐)를 제공하도록 작용할 것이다.
제 2 표면 구조물 함수 z = f2(x,y)는, 제 2 표면 구조물 함수가 제 1 표면 구조물 함수 z = f1(x,y)를 변조할 때, 추가적인 확산 광을 제공하는 특성을 갖는다. 즉, 제 1 표면(24)상의 제 2 표면 구조물 함수 z = f2(x,y)에 의해 부여된 기하 형상 때문에, 제 1 표면(24)은 광학 막(20)상에 입사된 광을 확산하는 작용을 한다. 광을 또한 확산하도록 작용하는 표면을 생성하기 위해, 확산 광을 제공하는 특성을 갖는 제 2 표면 구조물 함수로 제 1 표면 구조물 함수를 변조하는 것에 대해서는, 2002년 5월 20일에 출원된, Olczak에 대한 미국 특허 출원 제 10/150,958 호에 기술되어 있으며, 그 전체 내용은 본 명세서에서 참조로 인용된다.
제 2 표면 구조물 함수 z = f2(x,y)는 제 1 표면 구조물 함수 z = f1(x,y)를 변조하여, 제 1 표면(24)을 정의하는 전체 표면 함수 z = f(x,y)를 생성한다. 제 2 표면 구조물 함수는 예를 들면, 렌즈 높이, 위상 또는 주파수의 의사 랜덤(pseudo-random) 또는 랜덤 함수일 수 있다. 더욱이, 제 1 및 제 2 표면 구조물 함수의 조합은 제 2 함수에 의해 제 1 함수를 변조하여, 결과적인 함수 z = f(x,y)가 막(20)의 방향을 따라 의사 랜덤하게 변하는 높이, 위상 또는 주파수를 갖도록 수행될 수 있다. 특정 표면 구조물 함수의 예에 대해서는, 예를 들면, Olczak에 대한 미국 특허 출원 제 10/150,958 호에 제공되어 있다.
제 2 표면 구조물 함수의 일례로서, 렌즈 높이는 막(20)의 x 방향(렌즈의 축에 대해 수직임)을 따라 또는 y 방향(렌즈의 축에 대해 평행함)을 따라 랜덤하거나 고정된 간격으로 소정의 한계 사이에서 랜덤하게 또는 의사 랜덤하게 변조될 수 있다. 가장 잘 이해할 수 있듯이, 랜덤이라는 용어는 진정한 램덤성 또는 사람의 수단에 의해 생성될 때 가능한 랜덤성, 예를 들면, 의사 랜덤성을 의미한다. 다른 예에서, 제 1 표면 구조물 함수의 x 방향을 따른 렌즈 축의 위치에 대응하는 위상이, 막(20)의 x 방향을 따라 소정의 한계 사이에서 적어도 의사 랜덤하게 변조될 수 있다. 더욱이, 변조 기법들의 조합을 이용하여 막(20)의 제 1 표면(24)을 정의함으로써, 마이크로렌즈 구조물의 방법으로, 동시에 추가적인 확산 광을 제공하면서, 제 1 표면이 광을 재유도하도록 할 수 있다.
제 1 및 제 2 표면 구조물 함수는 글로벌 또는 다원적 및 국부적일 수 있다. 제 1 및 제 2 표면 구조물 함수가 글로벌한 예로서, 이하의 내용이 도 9a-9d에 예시된 바와 같이 제공된다. 제 1 표면 구조물 함수가 z = f1(x,y) = Asin(x)sin(y)에 의해 주어지는 것으로 한다. 비변조 형태의 이러한 함수는 도 9a의 표면 높이 이미지에 예시된 바와 같은 포지티브 및 네가티브 렌즈의 2차원 교번 시퀀스로서 기술될 수 있는 "계란 바구니(egg crate)" 표면이 되도록 한다.
이제, R1(x,y,) 및 R2(x,y,)를 대역제한(bandlimited) 랜덤 변수라고 하며, 이들 예를 위해 sin(x) 및 sin(y)보다 낮은 공간 주파수를 포함한다. 제 2 표면 구조물 함수 f2(x,y)는 R1(x,y,), R2(x,y,) 또는 조합인 것으로 고려될 수 있다. 이들 3개의 함수 정의, 즉 Asin(x)sin(y), R1(x,y,) 및 R2(x,y,)가 주어지면, 전체 표면 함수의 예는 전체 표면 함수 z = f(x,y)에 대해 이하의 예시적인 수학식들에 의해 주어진다. 즉, S1 = Asin(x+R1(x,y))sin(y), S2 = Asin(x)sin(y+R1(x,y)) 및 S3 = Asin(x+R1(x,y))sin(y+R2(x,y))가 되며, 여기서 x 및 y는 막의 x-y 평면에서의 좌표이고, A는 상수이거나 또는 다른 2차원 랜덤 변수이다. 예시적인 표면 함수 S1, S2 및 S3은 도 9b 내지 9d의 표면 높이 이미지에서 각각 도시된다.
도 2로 되돌아가면, 광학 막(20)의 제 1 표면(24)을 생성하기 위해 제 1 표면 구조물 함수가 변조된 이후에도, 광 재유도를 생성하는 제 1 표면 구조물 함수의 특성이 결과적인 표면(24)에서 대부분 유지된다. 추가적인 확산의 양은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 제 1 표면 구조물 함수에 적용된 변조를 변경함으로써, 조정가능하다. 예를 들어, 제 1 표면 구조물 함수에 적용된 변조의 양이 증가되면, 추가적인 확산도 증가된다.
변조의 양은 추가적인 확산을 부가할 뿐만 아니라, 막의 표면 외관을 조정하는데 이용될 수 있다. 또한, 변조에 의해 제공된 확산의 양은 제 2 표면 구조물 함수의 공간 파장 구성 요소에 의존한다. 일반적으로, 변조의 파장이 감소됨에 따라, 텍스처(texture)가 미세해지고, 확산이 증가된다.
유익하게, 제 1 표면 함수의 소정의 주기적 본성에 기인한 무아레 효과가, 제 2 표면 함수의 의사 랜덤 또는 랜덤 본성으로 인해 감소될 수 있다. 무아레 효과는 광학 구조물의 상이한 층들에서의 규칙성(regularity)에 의해 발생된 간섭으로부터 초래될 수 있다. 광학 막(20)은, 광학 구조물에 통합될 때, (막 자체와는 상이한) 광학 구조물의 다른 구조물에서의 간섭 무아레 효과를 감소시키는 경향이 있는 확산 광을 제공할 수도 있다.
자동 상관 함수 R(x,y)는 표면 계측(metrology)에 이용되는 표면의 램덤성의 측정이다. 그러나, 소정의 상관 길이 lc에 걸쳐, 자동 상관 함수 R(x,y)의 값은 그의 초기 값의 프랙션(fraction)으로 떨어진다. 예를 들어, 1.0의 자동 상관 값은 매우 또는 완전히 상관된 표면인 것으로 고려될 수 있다. 예를 들어, 제 1 표면 구조물 함수 z = f1(x,y)는, 반복되는 원통형 렌즈 구조물을 정의하는 경우, 1.0의 자동 상관 값을 가질 것이다. 상관 길이 lc는 자동 상관 함수의 값이 그의 초기 값의 소정의 프랙션인 길이이다. 전형적으로, 상관 길이는 1/e의 값, 또는 자동 상관 함수의 초기 값의 약 37%에 근거한다. 보다 큰 상관 길이는, 표면이 보다 작은 상관 길이를 갖는 표면보다 덜 랜덤함을 의미한다. 자동 상관 함수의 보다 상세한 설명은, David J.에 의한 Handbook of Surface Metrology, IOP Publishing Ltd.(1994), p.49-58에 제공되어 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 광학 막의 제 1 표면에 대한 자동 상관 함수의 값은 약 1cm 이하의 상관 길이에서 그의 초기 값의 1/e 이하로 떨어진다. 다른 실시예에서, 자동 상관 함수의 값은 약 0.5cm 이하에서 그의 초기 값의 1/e로 떨어진다. 도 2에 도시된 광학 막(20)의 실시예의 경우, x 방향을 따르는 자동 상관 함수의 값은 약 15㎛에서 그의 초기 값의 1/e 이하로 떨어진다. 도 2의 동일 실시예의 경우, y 방향을 따르는 자동 상관 함수의 값은 약 300㎛에서 그의 초기 값의 1/e 이하로 떨어진다.
상관 길이는 무아레 아티팩트의 감소와 관련된다. 전술한 바와 같이, 보다 작은 상관 길이는 보다 큰 상관 길이보다 더욱 랜덤한 표면을 나타내며, 또한 이러한 작은 상관 길이는 무아레 아티팩트의 감소 및 보다 큰 확산과 관련된다. 보다 작은 상관 길이에 의해 나타낸 바와 같이, 막(20)의 제 1 표면은 매우 불규칙하므로, 막(20)은 무아레 아티팩트를 감소시키는데 유효할 수 있다.
약 100mm 내지 1nm의 특성 치수를 갖는 막의 실제 표면은 다수의 처리 기법에 따라 생성될 수 있다. 이들 처리 기법은 전술한 표면 모델에 대해 몰드 등을 형성하기 위해 하드 툴(hard tool)을 이용하는 포토리소그래피(photolithograpy), 그레이 스케일 리소그래피(gray-scale lithography), 마이크로리소그래피, 전기 방전 머시닝(electrical discharge machining) 및 마이크로머시닝을 포함한다.
예를 들어, 기판은 마스터링(mastering), 전자 형성(electroforming) 및 몰드 형성(mold forming)에 의해 제조될 수 있다. 포토리소그래피 마스터링을 이용하여 포토레지스트, 그레이 스케일 또는 타일링될 수 있는 일련의 하프톤 마스크에 광 기록을 유도할 수 있다. 포토레지스트는 레이저 광양자(laser photon)에 의해 직접 제거되거나, 또는 RIE(reactive ion etching)과 같은 추가적인 처리 단계에 대한 프리커서(precursor)로서 이용될 수 있다. 대안적으로, 기하 형상은 5 축 밀(five axis mill)상의 단일 포인트 다이아몬드 툴과 같은 하드 툴을 이용하여 마스터링될 수 있다. 일반적으로, 마스터는 네가티브로서 만들어진다. 마스터의 기판은 용해된 실리카를 포함하는 유리, 결정, 금속 또는 플라스틱(예를 들면, 폴리카보네이트)일 수 있다. 마스터는 플라스틱 부분을 직접 몰딩하는데 이용되거나, 또는 전자 형성에 이용될 수 있다.
드럼 마스터 외부 직경 마이크로머시닝 제조의 경우, 제 1 표면 함수는 드럼의 외부 표면을 스크라이빙하는데 이용된 툴의 단면이다. 제 2 표면 함수는 (직선 홈(straight groove) 또는 가는 선 컷팅(thread cutting)에 비교되는) 드럼 표면을 따라 툴 경로를 변조한다. 툴은 드럼 방사 방향, 축 방향 또는 두 방향 모두에서 변조될 수 있다.
도 2-4에 도시된 기판은 불규칙한 3차원 표면을 갖는다. 그러나, 이러한 불규칙한 표면은, 도 1의 광 방출 표면(30)에 대한 경우와 같이, 잘 알려진 수학적 함수에 의해 쉽게 정의되지 않는다. 도 2-4의 이들 예에서, 불규칙한 표면은 복수의 제 2 표면 구조물 함수에 의해 각각 변조된 제 1 표면 구조물 함수로 이루어지는 것으로 고려될 수 있다. 이와 관련하여, 제 1 및 제 2 표면 구조물 함수는 다원적 및 국부적이다. 완전한 제 1 표면(또는 도 3 및 4에서의 두 표면)을 형성하기 위해, 다수가 포개어진다. 이러한 유형의 표면은, 예를 들면, 단일 포인트 다이아몬드 툴을 이용한 마이크로머시닝에 의해 얻어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 표면 구조물 함수는 다이아몬드 툴 또는 툴들의 단면에 의해 주어지고, 제 2 표면 구조물 함수는 표면을 통한 툴 또는 툴들의 경로에 의해 주어진다. 툴은 평면에 수직인 표면의 평면에서 또는 둘다에서, 툴이 이동하는 방향에 수직인 방향으로 변조될 수 있다. 그러나, 본 발명은 표면을 제조하는 임의의 특정 방법 및 표면의 수학적 설명에 한정되지 않으며, 제조를 위해, 예를 들면, 포토리소그래피와 같은 임의의 다른 방법이 이용될 수 있다.
전자 형성은 하나 또는 두 개의 단계로 진행된다. 마스터는, 단지 하나의 단계가 이용되는 경우, 포지티브이다. 마스터는 얇은 금속 코팅으로 피복될 수 있다(특히, 우선 첫째로 마스터가 도전성이 아닌 경우). 마스터상에 니켈을 전자 증착함으로써, "파더(father)" 일렉트로폼(electroform)이 생성된다. 다시, 이러한 복제는 플라스틱 부분을 몰딩하는데 이용되는 "도우터(daughter)"를 생성하도록 전자 형성된다.
디바이스(막)를 몰딩하는데 이용되는 객체를 몰드라고 지칭한다. 몰드는 벨트(belt), 드럼, 플레이트(plate), 또는 공동(cavity)의 형태일 수 있다. 몰드는 복수의 마스터 또는 일렉트로폼으로부터의 타일일 수 있다. 몰드는 기판의 핫 엠보싱(hot embossing), 기판의 콜드 카렌더링(clod calendaring)을 통해서, 또는 구조물이 형성되는 자외선 경화(ultraviolet curing) 혹은 열 셋팅 물질의 추가를 통해 기판상에 기판들을 형성하는데 이용될 수 있다. 몰드는 주입 몰딩 또는 진공 형성을 통해 막을 형성하는데 이용될 수 있다. 기판 또는 코팅 물질은 임의의 유기, 무기 또는 하이브리드의 광학적으로 투명한 물질일 수 있으며, 굴절 변형 입자의 중지된 확산, 복굴절 또는 인덱스를 포함할 수 있다.
도 2의 막(20)은 복수의 연장된 요소(22)를 가지며, 각각의 연장된 요소(22)는 원통형 렌즈에 실질적으로 대응하는 단면을 갖는다. 일반적으로, 연장된 요소는 막(20)의 적어도 제 1 표면(24)상에서 제 1 방향(도 2에서 y 방향)으로 평행하다. 제 2 표면(26)은 대조적으로 평탄하다.
도 3은 광학 막(30)의 다른 실시예를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같은 실시예에서, 제 1 표면(24) 및 제 2 표면(26)은 둘다 복수의 연장된 요소(22)를 포함하며, 각각의 연장된 요소(22)는 원통형 렌즈에 실질적으로 대응하는 단면을 갖는다. 제 1 표면(24)상의 복수의 연장된 요소(22)는 제 1 방향에서 전반적으로 평행하게 배열되며, 제 2 표면(26)상의 복수의 연장된 요소(22)는 제 2 방향에서 전반적으로 평행하게 배열된다. 도 3에 도시된 바와 같은 실시예에서, 제 1 방향은 전반적으로 제 2 방향에 평행하다.
도 3의 실시예의 제 1 표면(24) 및 제 2 표면(26) 둘다는 도 2에 대하여 전술한 것과 유사한 형태로, 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된다.
도 4는 도 3에 도시된 바와 같은 실시예와 유사한 광학 막(40)의 다른 실시예를 도시한다. 그러나, 도 4의 실시예에서, 제 1 방향은 전반적으로 제 2 방향에 수직이다. 도 3 및 4의 실시예에 대한 대안으로서, 제 1 및 제 2 방향 사이의 각도는 임의의 값을 가질 수 있다.
도 2-4에 대하여 기술한 바와 같은 광학 막의 경우 제 1 표면 구조물 함수는 원통형 렌즈 마이크로렌즈 구조물이지만, 제 1 표면 구조물 함수(및/또는 도 3 및 4의 실시예에서의 제 2 표면 구조물 함수)는 구형 렌즈 마이크로렌즈 구조물, 비구형 렌즈 마이크로렌즈 구조물, 타원형 렌즈 마이크로렌즈 구조물 및 포물선형 렌즈 마이크로렌즈 구조물와 같은 소정의 다른 마이크로렌즈 구조물일 수 있다. 도 3 및 4의 실시예에서 또한, 제 1 표면 구조물 함수는 제 1 및 제 2 표면에 대해 각각 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 1 표면 구조물 함수는 제 1 표면에 대해 원통형 렌즈 마이크로렌즈 구조물일 수 있고, 제 1 표면 구조물 함수는 제 2 표면에 대해 구형 렌즈 마이크로렌즈 구조물일 수 있다.
구형 렌즈 마이크로렌즈 구조물, 비구형 렌즈 마이크로렌즈 구조물, 타원형 렌즈 마이크로렌즈 구조물 및 포물선형 렌즈 마이크로렌즈 구조물에 대한 모든 제 1 표면 함수를 커버하는 제 1 표면 함수의 예로서, 이하의 비구형 렌즈 새그 수학식이 이용될 수 있다.
여기서, z는 표면의 공칭 평면에서 및 근사화 범위, 즉 -20 < c < 20, -10 < d < 10, -10 < e < 10, -10 < f < 10, -1 < k ≤0 내에 놓이는 다항식의 계수에서, 제 1 참조점을 통과하여 제 2 참조점에서 종료되는 직선으로부터의 제 1 표면 함수의 수식 편차이고, r은 참조점에 의해 미크론(microns)으로 정의된 라인상의 선형 좌표 또는 거리이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라, 광 확산 막(508) 이외에도 광 관리 막(506)을 포함하는 광 관리 구조물(509)을 포함하는 광학 구조물(500)의 개략 측면도이다. 광학 구조물(500)은 기판(502)내의 광 소스(504)를 포함하며, 광 관리 막(506)이 광 소스(504) 위에 배치된다. 기판(502) 및 광 소스(504)는 예를 들면, 백라이트를 포함할 수 있다. 광 관리 막(506)은 예를 들면, 프리즘 막일 수 있다. 이 경우, 막(506)은 상부 프리즘 표면(510) 및 반대되는 표면(511)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 광 관리 막(506)은 지연 포일(retardation foil), 확산기 막, 컬러 필터, 하이 패스 필터(high pass filter), 밴드 패스 필터, 또는 로우 패스 필터, 또는 1/4파 플레이트일 수 있다. 광 확산 막(508)은 광 관리 막(506)상에 배열된다.
광 확산 막(508)은 도 2-4의 실시예에 예시된 광학 막 중 하나일 수 있다. 이와 관련하여, 광 확산 막(508)은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면을 포함하여, 제 1 표면이 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 갖는다.
또한, 광 관리 막(506)은 하나의 대안으로서 확산 광을 제공할 수 있다. 이 경우, 광 확산 막은 소정의 응용에서 불필요하게 될 수 있다. 광 관리 막(506)이 확산 광을 제공하는 경우, 반대되는 표면(511)은 도 2-4의 실시예에 대하여 기술된 표면과 같은 변조된 마이크로렌즈 표면을 포함할 수 있다. 광 관리 막(506)이 확산 광을 제공하지 않는다면, 반대되는 표면은 단순히 평탄할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라, 광 확산 막(610)을 갖는 백라이트 디스플레이 장치(600)의 단면을 도시한다. 백라이트 디스플레이 장치(600)는 광(604)을 생성하기 위한 광학 소스(602)를 포함한다. 광 유도기(606)는 광(604)을 유도한다. 반사 표면(608)은 광 유도기(606)로부터의 광(604)을 반사한다. 또한, 백라이트 디스플레이 장치(600)는 광 유도기(606)와 광 확산 막(610) 사이 및 광 유도기(606)와 반사 표면(608) 사이에 공기 갭을 포함할 수 있다. 스페이서 비즈(spacer beads) 또는 소정의 다른 텍스처(도시되지 않음)는 광 유도기(606)와 반사 표면(608) 사이 및 광 유도기(606)와 광 확산 막(610) 사이의 접촉을 최소화함으로써, 광 유도기(606)에서의 전체 내부 전달을 허용한다.
광 확산 막(610)은 광 유도기(606)상에 배열되어, 광 유도기(606)로부터 방사되는 광을 확산하는 작용을 한다. 광 확산 막(610)은 도 2-4의 실시예에 도시된 광학 막 중 하나일 수 있다. 이와 관련하여, 광 확산 막은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면을 포함하여, 제 1 표면이 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 갖는다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 광 확산 막(708)을 포함하는 액정 디스플레이(LCD)와 같은 광학 디스플레이 장치(700)의 개략 측면도이다. 광학 디스플레이 장치(700)는 가스 방전 램프와 같은 광 소스(714)를 갖는 기판(712)을 포함한다. 광 소스(714)로부터의 광은 픽셀에서 광을 변조하는 작용을 하는 디스플레이 요소(716)상에 입사된다. 디스플레이 요소(716)는 2개의 선형 편광기(polarizer)(720, 722) 사이에 액정층(718)을 포함한다. 편광기(720, 722)와 더불어 액정층(718)의 영역은, 광 소스(714)로부터 LCD의 전면까지 광이 전송되도록 선택적으로 허용하는 광 밸브로서 작용한다.
광 확산 막(708)은 변조 어레이에 인접하여 배열되어, 확산 광을 제공하는 작용을 한다. 예를 들어, 광 확산 막(708)은 도 7에 도시된 바와 같이 디스플레이 요소(716) 위에 배열될 수 있다. 대안적으로, 광 확산 막(708)은 예를 들면, 응용에 따라, 디스플레이 요소(716)와 기판(712) 사이에 배열될 수 있다.
위에서 기술된 실시예에서와 같이, 광 확산 막은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면을 포함하여, 제 1 표면이 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 갖는다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른, 광 확산 막(812, 818), 광 유도기(806) 및 LCD 패널(822)을 갖는 백라이트 디스플레이 장치(800)의 단면을 도시한다. 광 유도기(806)는 램프(808) 및 하부 반사 표면(809)을 포함한다. 층(814, 816)은 휘도를 실질적으로 증가시키는 프리즘 막이다.
광 확산 막(818)은 프리즘 막(814)과 LCD 패널(822) 사이에 배열되고, 광 확산 막(812)은 프리즘 막(816)과 광 유도기(806) 사이에 배열된다. 유익하게, 광 확산 막(812, 818)은 프리즘 막(814, 816)의 소정의 고유한 규칙성에 의해 발생된 간섭으로부터 초래되는, 프리즘 막(814, 816)의 소정의 방향에서의 프리즘 막(814, 816) 사이에 발생될 수 있는 무아레 효과를 제거하는 작용을 한다.
다시, 광 확산 막(812, 818)은 도 2-4의 실시예에 예시된 광학 막 중 하나일 수 있다. 이와 관련하여, 광 확산 막은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면을 포함하여, 제 1 표면이 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 갖는다.
본 발명은 특정 실시예를 참조하여 상세히 기술되었지만, 당업자라면, 본 발명의 정신 및 영역을 벗어나지 않고서도 다양한 변경 및 수정이 가능함을 명백히 알 것이다. 따라서, 본 발명의 범위 및 영역은 전술한 임의의 예시적인 실시예에 의해 제한되어서는 않되며, 이하의 특허 청구 범위 및 그들의 등가물에 의해서만 정의되어야 한다.
본 발명에 따르면, 변조된 마이크로렌즈 확산 막을 포함하는 디스플레이 광학 막 및 그러한 막을 포함하는 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 비변조 원통형 렌즈 마이크로렌즈 구조물을 포함하는 광학 막의 사시도,
도 2는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 광학 막의 사시도,
도 3은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 광학 막의 사시도,
도 4는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 광학 막의 사시도,
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 광학 구조물의 개략 측면도,
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 백라이트 디스플레이 장치의 단면도,
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 광학 구조물의 개략 측면도,
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 백라이트 디스플레이 장치의 단면도,
도 9a-9d는 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수를 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 광학 막 12 : 원통형 렌즈
14 : 제 1 표면 16 : 제 2 표면

Claims (25)

  1. 광학 막(optical film)(20, 30, 40)에 있어서,
    제 2 표면 구조물 함수(surface structure function)에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면(24)을 포함하여, 상기 제 1 표면이 상기 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 상기 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 갖는
    광학 막.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 표면(24)은 약 1cm 이하의 상관 길이에서 약 37%의 상관 함수 값을 갖는 광학 막.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 표면 구조물 함수는 원통형 렌즈 마이크로렌즈 구조물, 원형 렌즈 마이크로렌즈 구조물, 비원형 렌즈 마이크로렌즈 구조물, 타원형 렌즈 마이크로렌즈 구조물 및 포물선형 렌즈 마이크로렌즈 구조물 중 하나인 광학 막.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 표면 구조물 함수는 원통형 렌즈 마이크로렌즈 구조물인 광학 막.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 광학 막은 제 1 복수의 연장된 요소(22)를 포함하고, 각각의 연장된 요소는 원통형 렌즈에 실질적으로 대응하는 단면을 가지며, 상기 연장된 요소(22)는 상기 막의 적어도 상기 제 1 표면상에서 제 1 방향으로 전반적으로 평행한 광학 막.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광학 막은 상기 제 1 표면(24)에 반대되는 제 2 표면(26)을 가지며, 상기 제 2 표면은 평탄한 광학 막.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 막은 상기 제 1 표면에 반대되는 제 2 표면(26)을 가지며, 상기 제 2 표면(26)은 상기 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 상기 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의되고, 상기 제 2 표면(26)은 제 2 방향에서 전반적으로 평행한 상기 제 2 표면상에 배열된 제 2 복수의 연장된 요소(22)를 가지며, 각각의 연장된 요소는 원통형 렌즈의 단면을 갖는 광학 막.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 방향은 상기 제 2 방향에 전반적으로 평행한 광학 막.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 방향은 상기 제 2 방향에 전반적으로 수직한 광학 막.
  10. 프리즘 막 구조물(prism film structure)에 있어서,
    프리즘(506)과,
    상기 프리즘 막상에 배열된 광 확산 막(508)―상기 광 확산 막은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면(24)을 포함하여, 상기 제 1 표면이 상기 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 상기 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 가짐―을 포함하는
    프리즘 막 구조물.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 표면 구조물 함수는 원통형 렌즈 마이크로렌즈 구조물, 원형 렌즈 마이크로렌즈 구조물, 비원형 렌즈 마이크로렌즈 구조물, 타원형 렌즈 마이크로렌즈 구조물 및 포물선형 렌즈 마이크로렌즈 구조물 중 하나인 프리즘 막 구조물.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 프리즘 막은 복수의 상승된 프리즘 피처(raised prismatic features)를 포함하는 프리즘 막 구조물.
  13. 광학 구조물(500)에 있어서,
    광 소스(504)와,
    상기 광 소스상에 배열된 광 확산 막(508)―상기 광 확산 막은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면(24)을 포함하여, 상기 제 1 표면이 상기 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 상기 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 가짐―을 포함하는
    광학 구조물.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 광 소스와 상기 광 확산 막 사이에 배열된 프리즘 막(506)을 더 포함하는 광학 구조물.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 프리즘 막(506)은 복수의 상승된 프리즘 피처를 포함하는 광학 구조물.
  16. 백라이트 디스플레이 장치(600)에 있어서,
    광을 생성하는 광 소스(602)와,
    상기 광을 유도하는 광 유도기(light guide)(606)―상기 광 유도기는 상기 광 유도기로부터의 상기 광을 반사하는 반사 표면(608)을 포함함―와,
    상기 광 유도기상에 배열된 광 확산 막(610)―상기 광 확산 막(610)은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면(24)을 포함하여, 상기 제 1 표면이 상기 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 상기 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 가짐―을 포함하는
    백라이트 디스플레이 장치.
  17. 광학 디스플레이 장치(700)에 있어서,
    광의 소스(714)를 포함하는 기판(712)과,
    액정 물질(718)을 포함하며 상기 광의 소스로부터 수신된 광을 변조하도록 배열된 복수의 변조 요소를 포함하는 변조 어레이(716)와,
    상기 변조 어레이에 인접하여 배열된 광 확산 막(708)―상기 광 확산 막은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면(24)을 포함하여, 상기 제 1 표면이 상기 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 상기 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 가짐―을 포함하는
    광학 디스플레이 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 변조 어레이는 상기 액정 물질 아래에 배열된 편광기(polarizer)(720)를 포함하며, 상기 광 확산 막은 상기 편광기상에 배열되는 광학 디스플레이 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 변조 어레이는 상기 액정 물질 위에 배열된 편광기(720)를 포함하며, 상기 광 확산 막은 상기 편광기상에 배열되는 광학 디스플레이 장치.
  20. 백라이트 디스플레이 장치(800)에 있어서,
    광을 생성하는 광 소스(808)와,
    상기 광을 유도하는 광 유도기(806)―상기 광 유도기는 상기 광 유도기로부터의 상기 광을 반사하는 반사 표면(809)을 포함함―와,
    프리즘 막(814, 816)과,
    상기 프리즘 막상에 배열된 광 확산 막(818)―상기 광 확산 막은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면(24)을 포함하여, 상기 제 1 표면이 상기 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 상기 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 가짐―을 포함하는
    백라이트 디스플레이 장치.
  21. 광학 막(20, 30, 40)을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 광학 막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 광학 막은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의된 제 1 표면(24)을 포함하여, 상기 제 1 표면이 상기 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 상기 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 갖는
    광학 막 형성 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 광학 막(20, 30, 40)을 형성하는 단계는 하드 툴(hard tool)을 이용하는 포토리소그래피(photolithograpy), 그레이 스케일 리소그래피(gray-scale lithography), 마이크로리소그래피, 전기 방전 머시닝(electrical discharge machining) 및 마이크로머시닝의 기법들 중 적어도 하나를 포함하는 광학 막 형성 방법.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 표면(24)은 수학식 S1 = Asin(x+R1(x,y))sin(y), S2 = Asin(x)sin(y+R1(x,y)), S3 = Asin(x+R1(x,y))sin(y+R2(x,y)) 중 하나에 의해 정의되며,
    x 및 y는 막의 x-y 평면에서의 좌표이고, R1(x,y) 및 R2(x,y)는 랜덤 변수이며, A는 상수 및 램덤 변수 중 하나인 광학 막.
  24. 프리즘 막(20)에 있어서,
    복수의 상승된 프리즘 피처를 포함하는 제 1 표면과,
    상기 제 1 표면에 반대되는 제 2 표면(24)―상기 제 2 표면은 제 2 표면 구조물 함수에 의해 변조된 제 1 표면 구조물 함수에 의해 정의되어, 상기 제 2 표면이 상기 막상에 입사된 광을 확산시키는 작용을 하도록 하며, 상기 제 1 표면 구조물 함수는 마이크로렌즈 구조물의 함수를 갖고, 제 2 표면 구조물 함수는 확산 광을 제공하는 특성을 가짐―을 포함하는
    프리즘 막.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 표면 구조물 함수는 원통형 렌즈 마이크로렌즈 구조물, 원형 렌즈 마이크로렌즈 구조물, 비원형 렌즈 마이크로렌즈 구조물, 타원형 렌즈 마이크로렌즈 구조물 및 포물선형 렌즈 마이크로렌즈 구조물 중 하나인 프리즘 막.
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