KR20050069915A - 광학 기판 및 역광 표시 장치 - Google Patents

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KR20050069915A KR1020040116321A KR20040116321A KR20050069915A KR 20050069915 A KR20050069915 A KR 20050069915A KR 1020040116321 A KR1020040116321 A KR 1020040116321A KR 20040116321 A KR20040116321 A KR 20040116321A KR 20050069915 A KR20050069915 A KR 20050069915A
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

광학 기판이 제공된다. 광학 기판은 적어도 하나의 표면을 포함한다. 적어도 하나의 표면은 소정 형상 및 크기를 갖는 적어도 하나의 광학 구조를 포함하되, 각 광학 구조의 형상 및 크기는 대응하는 이상적 구조의 변조를 부분적으로 나타낸다. 적어도 하나의 광학 구조 각각의 형상 및 크기는 변경에서 적어도 하나의 랜덤으로 발생된 성분에 의해 부분적으로 결정되며, 적어도 하나의 광학 구조 각각의 변경은 표면으로 구성된 인접 광학 구조로 제한된다.

Description

광학 기판 및 역광 표시 장치{OPTICAL SUBSTRATE WITH MODULATED STRUCTURE}
본 발명은 그 표면이 변경 구조를 갖는 광학 기판에 관한 것이다. 광학 기판은, 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD) 역광과 같은 평면 디스플레이 역광의 광 변조 기판일 수 있다.
역광은 LCD 디스플레이 패널의 전체 평면에 걸쳐 균일한 강도의 빛 분포를 제공하는 액정 기반 디스플레이 패널을 비춘다. 일반적으로, 역광 시스템은 광원으로부터 LCD 패널로 빛 에너지를 연결하는 광 파이프를 포함한다. 확산 소자 어레이는 광 파이프의 한쪽 표면을 따라 배치되어 출력 평면으로 입사광선을 산란(scatter)시킬 수 있다. 출력 평면은 광선을 LCD 패널로 연결되고 LCD 패널을 통해 연결된다. 역광은 프리즘 구조 또는 직물 구조를 갖는 광 변조 광학 기판을 사용하여, 관찰 축(viewing axis)을 따라 일반적으로 디스플레이에 수직이며 관찰자 공간 전체에 대해 조명을 확산시킬 수 있다. 역광은 다수의 광학 기판을 사용하여, 프리즘 또는 직물 구조의 표면이 서로 수직하고 확산기로 알려진 광 수정 필름 사이에 끼어 있도록 적층 및 배열할 수 있다. 광도 증진 광학 기판 및 확산기 필름의 결합은 사용자가 관찰한 빛의 광도를 증진시키고 목표 조도를 생성하는 데 필요한 디스플레이 전력을 감소시킨다.
광학 기판의 구조적 순서를 변경하여, 제작 결함을 감추고 무아르(Moire) 간섭과 같은 광 커플링 간섭을 줄이는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 2002년 12월 18일에 동시 출원된 특허 출원 번호 호 10/248,099호는 랜덤하지 않은 진폭, 랜덤(또는 가성 랜덤) 진폭 및 주기적 섬유 조직을 적용함으로써, 광학 기판의 프리즘 구조를 명목상의 선형 경로로부터 측방(높이에 수직인 방향)으로 변경하는 것에 대해 기술하고 있다. 출원 번호 제 10/248,099호의 내용은 그 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다. 출원 번호 제 10/248,099호는 간섭 무아르 효과를 감소시키는 방법을 기술하고 있다. 그러나, 주어진 명목상의 섬유 조직 피치에 대해, 변경된 구조의 피크 대 계곡 깊이는 같은 피치의 변경되지 않은 구조의 것보다 약 100%가 더 크다. 변경된 구조에 대한 더 큰 피크 대 계곡 깊이는 기계적 무결성을 보존하기 위해 더 큰 전체 장치 두께를 필요로 할 수도 있다. 명목상의 섬유 조직 피치는 기판 상에서 프리즘과 같은 인접 구조간의 중심 대 중심 거리이고, 피크 대 계곡 깊이는 피크 대 계곡 사이의 차이이다.
간섭이 감소되고 기계적 무결성(integrity)이 보존되는 광 관리 기판 상에서의 광학 구조가 필요하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학 기판이 제공된다. 광학 기판은 적어도 하나의 기판을 포함하며, 상기 적어도 하나의 기판은 소정 형상 및 크기를 갖는 적어도 하나의 광학 구조를 포함하되, 상기 각 광학 구조의 형상 및 크기는 대응하는 이상적인 구조의 변경을 부분적으로 나타내고, 상기 적어도 하나의 광학 구조 각각의 상기 형상 및 크기는 변경에 대한 적어도 하나의 랜덤 발생 성분에 의해 부분적으로 결정되며, 상기 적어도 하나의 광학 구조 각각의 변경은 표면으로 구성된 인접 광학 구조에 의해 제한된다.
이러한 실시예의 한 측면에 따르면, 적어도 하나의 광학 구조는, 좌표 시스템의 세그먼트 C와 관련하여 정의된 수학함수(1)에 의해 변경된 표면 경로를 따른 이상적인 프리즘 구조를 나타낸다.
여기서, i는 i번째 표면 경로를 나타내는 정수이고, yi는 i번째 경로 상의 C와 관련된 경로의 순간 변위(instantaneous displacement)이고, Ai는 C와 관련된 i번째 경로의 진폭 배율(scaling factor)이고, Si는 yi의 시작 위치에 있어서의 이동량이고, φ는 0과 2π를 포함한 그 사이의 수이고, λ는 실수인 파장이며, φi는 i번째 경로에 대한 위상 성분이다.
여기서, Qi는 1 또는 -1의 값을 갖는 랜덤 또는 가성 랜덤 수이고 Ri는 -1과 1 사이의 연속 랜덤 변수이며, 각각은 i번째 경로에 대해 정의되어 있고, Δ와 δ는 각각 위상 스테핑(stepping) 성분의 크기 및 위상 디더(dither) 성분을 정의하는 실수이다.
이러한 실시예의 다른 측면에 따르면, 적어도 하나의 광학 구조는 좌표 시스템의 세그먼트 C와 관련하여 정의된 수학함수(3a)에 의해 변경된 표면 경로를 따른 이상적인 프리즘 구조를 나타낸다.
여기서, i는 i번째 표면 경로를 나타내는 정수이고, yi는 i번째 경로 상의 C와 관련한 경로의 순간 변위이고, Ai,k는 C와 관련된 i번째 경로의 k번째 진폭 배율이고, Si는 yi의 시작 위치에 있어서의 이동량이고, φ는 0과 2π를 포함한 그 사이의 수이며, n은 1보다 큰 정수이고, 각 파장 λk는 실수이고, φi,k는 i번째 경로의 k번째 위상 성분이다.
여기서, Qi,k는 i번째 표면 경로에 대해 1 또는 -1의 값을 갖는 k번째 랜덤 또는 가성 랜덤 수이고 Ri,k는 i번째 경로에 대해 -1과 1 사이의 값을 갖는 k번째 연속 랜덤 변수이며, Δ와 δ는 각각 위상 스테핑 성분의 크기 및 위상 디더 성분을 정의하는 실수이다.
이러한 실시예의 다른 측면에 따르면, 적어도 하나의 광학 구조는 좌표 시스템의 세그먼트 C와 관련하여 정의된 수학함수(4a)에 의해 변경된 표면 경로를 따른 이상적인 프리즘 구조를 나타낸다.
여기서, f는 좌표 시스템의 세그먼트 C와 관련하여 정의된 주기 함수이며, i는 i번째 표면 경로를 나타내는 정수이고, yi는 i번째 경로 상의 C와 관련된 경로의 순간 변위이고, Ai,k는 C와 관련된 i번째 경로의 k번째 진폭 배율이고, Si는 yi 의 시작 위치에 있어서의 이동량이고, φ는 0과 2π를 포함한 그 사이의 수이며, n은 1보다 큰 정수이고, 각 파장 λk는 실수이고, φi,k는 i번째 경로의 k번째 위상 성분이다.
여기서, Qi,k는 i번째 표면 경로에 대해 1 또는 -1의 값을 갖는 k번째 랜덤 또는 가성 랜덤 수이고 Ri,k는 i번째 경로에 대해 -1과 1 사이의 값을 갖는 k번째 연속 랜덤 변수이며, Δ와 δ는 각각 위상 스테핑 성분의 크기 및 위상 디더 성분을 정의하는 실수이다.
이러한 실시예의 다른 측면에 따르면, 적어도 하나의 광학 구조는 다음의 수학함수에 의해 변경된 표면 경로를 따른 이상적인 프리즘 구조를 나타낸다.
여기서, i와 i-1은 각각 i번째 경로와 (i-1)번째 경로를 나타내는 것으로, i번째 경로와 (i-1)번째 경로는 서로 인접한 경로이고 i번째 경로의 진폭과 (i-1)번째 경로의 진폭은 혼합되어 있으며, yi-1에 대한 랜덤 벡터(random vector)의 일부분은 i번째 경로에 대한 yi에 추가되고, ri(φ)는 각 i번째 경로에 대한 φ의 대역 제한 랜덤 함수 또는 대역 제한 가성 랜덤 함수로서, -1과 1 사이의 연속 변화값을 가지며, φ는 0과 2π를 포함한 그 사이의 값이며, m은 0과 1 사이의 값을 갖는 스칼라 혼합 파라미터이고, Ai는 진폭 축척 파라미터(scaling parameter)이며, Si는 yi의 시작 위치에서의 이동량이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 역광 표시 장치가 제공된다. 역광 표시 장치는 빛을 발생시키는 광원과, 광 통로로부터 상기 빛을 반사시키는 반사성 표면을 포함하여 빛을 안내하는 광 통로와, 광 필름을 포함하되, 상기 광 필름은, 소정 형상 및 크기를 갖는 적어도 하나의 광학 기판을 포함하되, 각 광학 구조의 상기 형상 및 크기는 대응하는 이상적 구조의 변경을 부분적으로 나타내고, 상기 적어도 하나의 광학 구조 각각의 상기 형상 및 크기는 변경의 적어도 하나의 랜덤으로 발생하는 성분에 의해 부분적으로 결정되며, 상기 적어도 하나의 광학 구조 각각의 상기 변경은 표면으로 구성된 인접한 광학 구조에 의해 제한되는 적어도 하나의 기판을 포함한다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 위상 스텝 제한 변경 알고리즘은, 광학 구조의 정규 구조 함수를 변경하는 데 적용되어, 변경된 구조를 갖는 광학 구조를 제공할 수 있다. 본 발명이 위상을 변경하는 것으로 제한되지 않지만, 생성된 광학 구조는 위상과 같은 정규 함수 파라미터를 변경하는 변경 알고리즘에 의해 정의된 임의로 변경된 광학 기판을 포함한다. 바람직하게, 변경 값은 광학 구조의 인접 경로의 간격 내로 양자화 및 제한된다.
본 발명의 특징은 도면과 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 실시예를 제한 없이 예를 들어 설명하고 있다.
도 1은 역광 표시 장치(10)의 사시도이다. 역광 표시 장치(10)는 빛(16)을 발생시키는 광원(12)을 포함한다. 광 통로(light guide)(14)는 광원(12)으로부터 그것의 몸통을 따라 빛(16)을 안내한다. 광 통로(14)는 빛(16)이 광 통로(14)를 벗어나게 하는 파괴 특성을 포함한다. 이러한 파괴 특성은 규격화된 절단 그레디언트를 갖는 마스터로부터 제작된 표면을 포함할 수 있다. 광 통로(14)의 하측 표면을 따라 배치된 반사성 기판(18)은 광 통로(14)의 하측 표면으로부터 광 통로(14)를 관통하여 광학 기판(24)를 향하는 빛(16)을 반사한다. 광학 기판(24)은 본 발명에 따라 마련된 랜덤하지 않은 표면(nonrandomized surface), 랜덤(randomized surface) 또는 가성 랜덤 표면(pseudo randomized surface)(22)를 갖는 양의 또는 음의 마스터로부터 제작될 수 있다.
적어도 하나의 광학 기판(24)은 광 통로(14)로부터 빛(16)을 수용한다. 광학 기판(24)은 한쪽 면에는 평평한 표면(20)을 포함하고, 나머지 반대 쪽 면에는 랜덤한 3차원 표면(22)을 포함한다. 광학 기판(24)은 빛(16)을 받아들이고, 도시한 바와 같이 광학 기판(24)에 실질적으로 수직한 방향으로 빛(16)을 회전 및 확산시킨다. 확산기(28)는 광학 기판(24) 위에 위치하여 빛(16)의 확상을 제공한다. 예를 들어, 확산기(28)는 광학 기판(24)을 나가는 빛의 분극면을 회전시켜 빛을 LCD의 입력 분극축과 일치시키는 억제 필름(retarder film)일 수 있다. 억제 필름은 섬유 또는 비섬유 조직의 폴리머 기판을 기판(24)의 면 축을 따라 늘림으로써 형성될 수 있다.
도 1은 단일 기판(24)을 나타낸다. 그러나, 역광 표지 장치는 각각의 프리즘 구조(26)가 서로 소정 각도를 이루는 위치에 있는 교차 구성으로, 하나의 기판 위에 다른 기판이 배치되는 다수의 기판(24)을 포함할 수 있다. 또한, 기판(24)의 한 측면 또는 양 측면은 프리즘 구조(26)을 포함할 수 있다. 광학 기판(26)은 이하에서 설명되는 바와 같이 제작되는 가공중인 제품 마스터로부터 전기주조하는 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 광학 기판(24)은 임의의 특정한 제작 프로세스로 제한되지 않는다.
도 2는 참조부호(100)에서 일반적으로 도시한 마스터와 같은 가공중인 제품의 표면을 규격화하는 방법을 설명한다. 가공중인 제품은 본 발명에 따라 랜덤하지 않은 표면, 랜덤 또는 가성 랜덤 표면(22)을 갖는 광학 기판을 모델링하는 마스터일 수 있다. 도 2에서, 잡음 신호(102)는 대역 통과 필터(104) 처리되어 함수 발생기(106)에 입력으로서 제공된다. 사인파형과 같은 변경 수학함수는 함수 발생기(106)에 의해 서보 메커니즘(106)에 입력으로서 제공된다. 잡음 신호(102), 대역 통과 필터(104) 및 함수 발생기(106)는 서보 메커니즘(108)으로의 입력 신호를 생성하기 위해 적절한 신호 프로세싱 소프트웨어 및 디지털-아날로그 변환 보드를 갖춘 컴퓨터 시스템에 의해 교체될 수 있다.
서보 메커니즘(108)은 원통 좌표계(r, θ, z)에서 각속도 ω로 회전하는 드럼(112)의 표면과 절단 툴(110) 사이의 상대적인 움직임을 지시한다. 드럼(112)이 각속도 ω로 회전함에 따라, 절단 툴(110)은 드럼 축 z를 따라 드럼(112)과 관련하여 움직이며, 드럼(112)의 z축에 평행하게(툴의 y축을 따라) 약 10,000Hz까지의 주파수로 좌우로 구동될 수 있다. 툴(110)은 본 발명의 실시예에서 랜덤 또는 가성 랜덤 속성(nature)으로 드럼의 축에 평행하게 좌우로 구동될 수 있다. 절단 툴(110)은 회전하는 드럼(112)의 표면과 계속적으로 접촉되어 명목상의 피치 P의 랜덤 나선형 또는 직물 구조 패턴(116)(도 4)을 절단하거나 규격화한다. 2개 축의 절단 툴(110)은 드럼 축(112)에 평행하게 좌우로 움직이고, 또한, 드럼 표면에 수직이다.
대안으로, 절단 툴(110)은 도 6에서 보이는 바와 같이 평평한 평만(114)의 표면에 접촉되어, 직교 좌표 시스템(x, y, z)에서 속도 v로 움직일 수 있다. 평판(114)이 속도 v로 움직임에 따라, 절단 툴(110)은 랜덤 또는 가성 랜덤 속성으로 평판을 좌우로 가로질러 구동되어, 예를 들어, 평판(114)의 표면으로 랜덤 삼각 패턴(133)(도 6)을 절단하거나 규격화한다.
본 발명의 대안적인 실시예에서, 도 5에서 보이는 바와 같이, 드럼(112)은 회전할 때 z축을 따라 이동할 필요가 없다. 이와 같이, 절단 툴이 드럼(112)의 표면에서 일련의 동심환(118)을 따라 랜덤 또는 가성 랜덤 패턴을 규격화함으로써, 절단 툴은 각 절단 패스에 대한 시작 지점(122)으로 되돌아간다. 양호한 절단 품질을 얻기 위해, 제어 시스템은 절단 툴(110)이 희망하는 최종 절단 깊이 및 제공 속도(in-feed rate)에 따른 회전 수에 대해 임의의 i번째 절단 패스의 패턴을 반복한다. 절단 툴(110)이 회전 수를 끝마치고 (i-1)번째 절단 패스의 시작 지점(122)으로 되돌아갈 때, 절단 툴(110)은 거리 Si를 이동하거나 스텝핑하여, 다음 절단 패스 또는 i번째 절단 패스에 대한 위치 Si에 위치된다.
절단 툴(110)은 하나 이상의 운동축을 가질 수 있다. 예를 들어, 원통 좌표계에서는 3개의 운동축 r, θ, z을 가질 수 있고, 직교 좌표계에서는 x, y, z를 가질 수 있다. 이러한 추가적인 축은, 예를 들어, 반경방향(radiused) 절단 툴(110)을 사용할 때 토로이드 렌즈형 구조의 절단을 고려하거나, 절단 길이를 따른 절단 시의 그레디언트를 고려한다. 병진운동 축 r, θ, z와 x, y, z는 또한 후속 절단 패스에 대한 가공중인 제품(112, 114)의 표면으로 규격화된 패턴으로 절단 그레디언트를 도입하는 것을 고려할 것이다. 이러한 절단 그레디언트는 도 16에 가장 잘 도시되어 있다. 도 16에서, i번째 절단 패스는 wi의 두께 또는 폭을 가지며, (i+1)번째 절단 패스는 wi+1의 두께를 갖는데, 여기서, w는 wi+1보다 더 크거나 더 작다. 일반적으로, n번째 절단 패스는 wn의 폭을 갖는데, 여기서, i≠n인 경우, w는 w보다 더 크거나 더 작다. 후속 절단 패스에서 절단 패턴의 두께 변화는 랜덤하지 않거나, 랜덤 또는 가성 랜덤할 수 있음을 이해할 것이다. 추가 자유 회전도(예를 들어, 도 2 내지 도 7, 피치(152), 요(yaw)(150), 롤(roll)(154))는 가공중인 제품(112, 114)의 표면에 관한 절단 툴(110)의 각도 방위를 변화시키는 데 사용되어, 마스터 표면으로 규격화된 패싯(facets)의 기하 배열을 변화시킬 수 있다.
가공중인 제품(112, 114)의 표면으로 규격화된 랜덤 또는 가성 랜덤 패턴은 이상적인 구조의 많은 경로, 이상적 구조, 좌표 시스템의 세그먼트 C 전체에 결쳐 정의된 수학함수에 의해 정의된 매 시간 단위의 경로와 비슷하고, 랜덤 또는 가성 랜덤 위상 세트나 기타 파라미터 세트를 특징으로 한다. 회전하는 드럼(112)는, 전체에 걸쳐 수학함수가 정의된 세그먼트 C는 드럼(112)의 원주이다. 이동 평판(114)에 대해, 전체에 걸쳐 수학함수가 정의된 세그먼트 C는 평판(114)의 폭 또는 길이이다. 예시적인 수학함수는 수학식 1의 사인파와 같이, 세그먼트 C 전체에 걸쳐 주기적이다.
여기서, 수학식 1은 세그먼트 C에 관련하여 정의되고, i는 i번째 표면 경로를 나타내는 정수이고, yi는 i번째 경로 상의 C와 관련된 경로의 순간 변위이고, Ai는 C와 관련된 i번째 경로의 진폭 배율이며, Si는 yi의 시작 위치에 있어서의 이동량이다. φ는 0과 2π를 포함한 그 사이의 수이고, λ는 실수인 파장이다. φi는 i번째 경로에 대한 위상 성분으로서, 다음과 같다.
여기서, Qi는 1 또는 -1의 값을 갖는 랜덤 또는 가성 랜덤 수이고 Ri는 -1과 1 사이의 연속 랜덤 변수이며, 각각은 i번째 경로에 대해 정의되어 있다. Δ와 δ는 각각 위상 스테핑 성분의 크기 및 위상 디더 성분을 정의하는 실수이다. 명목상의 y 위치 Si는 경로에 대한 임의의 변경 없는 y 위치이다.
QiΔ+Riδ의 절대값을 π라디안 이하로 제한함으로써, 인접 툴 경로가 위상으로부터 π라디안만큼 벗어나지 않게 하기 때문에 패터닝된 표면의깊이는 감소된다.
다수의 파장이 각 경로에 동시에 사용되는 더욱 일반적인 경우, 표면 경로 상의 이상적인 프리즘 구조는 수학식 3a에 의해 변경된다.
여기서, 수학식 3a는 세그먼트 C와 관련하여 정의되고, i는 i번째 표면 경로를 나타내는 정수이고, yi는 i번째 경로 상의 C와 관련한 경로의 순간 변위이다. Ai,k는 C와 관련된 i번째 경로의 k번째 진폭 배율이고, Si는 yi의 시작 위치에 있어서의 이동량이고, φ는 0과 2π를 포함한 그 사이의 수이며, n은 1보다 큰 정수이고, 각 파장 λk는 실수이다. φi,k는 i번째 경로의 k번째 위상 성분으로, 다음과 같다.
여기서, Qi,k는 i번째 표면 경로에 대해 1 또는 -1의 값을 갖는 k번째 랜덤 또는 가성 랜덤 수이고 Ri,k는 i번째 경로에 대해 -1과 1 사이의 값을 갖는 k번째 연속 랜덤 변수이며, Δ와 δ는 각각 위상 스테핑 성분의 크기 및 위상 디더 성분을 정의하는 실수이다. 명목상의 y 위치 Si는 경로에 대한 임의의 변경 없는 y 위치이다.
함수 yi에 대한 더욱 일반적인 경우도 다음에 의해 마련된다.
여기서, 주기함수 f는 수학식 4a에서 수학식 3a의 사인 함수로 치환되었다. 이러한 주기 함수는 예를 들어, 잘 알려진 삼각 함수, 톱니형 함수 및 사각파 함수를 포함한다.
상술한 수학함수 f는 컴퓨터 수치 제어식(Computer Numerically Controlled: CNC) 머신으로 프로그램될 수 있는 임의의 수학함수 f일 수 있다. 이러한 함수는, 예를 들어, 잘 알려진 삼각 함수, 톱니형 함수 및 사각파 함수를 포함(도 14)하며, 각각의 함수는 랜덤으로 위상 변경된다.
다른 실시예에서는, 진폭 인접 툴 경로의 혼합을 허용함으로써 이상적인 구조의 경로가 제한될 수 있다. 다음에 주어진 yi를 가정하자.
여기서, ri(φ)는 -1과 1 사이의 연속 변화 값을 갖는 각 i번째 경로에 대해 φ의 대역 제한 랜덤 또는 가성 랜덤 함수이고, Ai는 진폭 상수이고, Si는 시작 위치 및 i번째 경로에 대한 명목상의 y 위치이며, φ는 0 내지 2π의 범위에 있다. 수학식 6에 주어진 바와 같이, (i-1)번째 랜덤 함수에 대한 랜덤 벡터의 일부가 i번째 경로에 대한 yi에 가산되도록 혼합 파라미터 m을 사용하여 혼합이 될 수 있다.
여기서, m은 0과 1 사이의 값을 갖는 스칼라 혼합 파라미터이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 절단 툴(110)은 피크 각 θ로 팁(134)에서 교차하는 곧은 패싯(130, 132)을 포함하는 횡단면을 갖는 프리즘 구조를 포함할 수 있다. 프리즘 형상의 절탄 툴(110)도 또한 합성 각도 프리즘이 되는 패싯(132, 134)의 선형 세그먼트(130, 132)를 포함할 수 있다. 합성 각도 프리즘은 프리즘(110)의 기저(142)에 대해 각도 α의 제 1 패싯(138)과 각도 β의 제 2 패싯(140)을 갖는다. 도 8 및 도 9로부터 가장 잘 이해되는 바와 같이, 절단 툴(110)은 둥근 피크(134) 또는 반경 "r"를 갖는 횡단면을 가질 수 있다. 일반적으로, 절단 툴은 임의의 제조가능한 형상의 횡단면을 가질 수 있다.
본 발명에서 가공중인 제품(112, 114)의 표면을 규격화하는 데 사용되는 장비의 예가 도 13에 도시된다. 가공중인 제품(112, 114)의 표면을 규격화하는 것은, 컴퓨터 수치 제어식(CNC) 밀링 또는 절단 머신(202)에 의해 달성될 수 있다. 머신(202)은 절단 툴(110)을 포함하며, 이 절단 툴(110)은 컴퓨터(204)에 설치되어 소프트웨어 프로그램(208)에 의해 제어된다. 소프트웨어 프로그램(208)은 절단 툴(110)의 움직임을 제어한다. 컴퓨터(204)는 적절한 정보전송 시스템(206)에 의해 CNC 밀링 머신(202)에 상호접속된다. 컴퓨터(204)는 소프트웨어 프로그램(208)을 저장하는 저장 매체(212), 프로그램(208)을 실행하는 프로세서, 프로세서에 수동 입력을 제공하는 키보드(210), 디스플레이(218), 인터넷(214) 또는 로컬 네트워크를 통해 원거리 컴퓨터와 통신하는 모뎀 또는 네트워크 카드를 포함한다.
도 15는 측방 변화가 있는 가공중인 제품의 그루브(grooves)를 절단하는 고속 툴 서보를 구비한 마스터 규격화 시스템(400)을 설명한다. 입력/출력 데이터 프로세서(402)는 신호를 디지털-아날로그(DA) 변환 장치(406)에 공급하는 디지털 신호 프로세싱(DSP) 유닛(404)에 절단 커맨드를 제공한다. 전압 증폭기(408)는 DA 변환기(406)로부터 신호를 수신하고, 고속 툴 서보 메커니즘(410)을 구동하여 절단 툴(110)의 이동을 지시한다. 절단 툴 위치 프로브(412)는 절단 툴(110)의 위치를 감지하고, 위치를 나타내는 신호를 감지 증폭기(418)에 제공한다. 증폭기(418)는 신호를 증폭한다. 증폭된 신호는 아날로그-디지털(A/D) 변환기(420)로 제공된다. 선반(lathe) 인코더(414)는 가공중인 제품(예를 들어, 드럼(112))의 위치를 결정하고, AD 변환기(420)에 피드백 신호를 제공한다. 이와 같이 A/D 변환기는 절단 툴(110)와 가공중인 제품(112, 114)의 위치를 나타내는 피드백 신호를 디지털 신호 처리 유닛(404)으로의 출력으로 제공한다. DSP 유닛(404)은 처리된 신호를 입력/출력 프로세서(402)로 제공한다.
시스템(400)은 랜덤 또는 가성 랜덤으로 규격화된 가공중인 제품 표면을 제공할 수 있다. 동작 시, 소프트웨어 프로그램(208)이 설치된 컴퓨터(204)는 CNC 밀링 머신(202)과 통신한다. 조작자는 입력 값 Ai을 개인 컴퓨터(204)에 제공할 수 있다. 수학함수 또는 함수들을 제어하는 것은 컴퓨터의 메모리 내에 저장되거나 원거리 컴퓨터(216) 상에 저장되어, 인터넷(214) 또는 로컬 네트워크를 통해 액세스될 수도 있다.
동작 시, Ai 값은 CNC 머신(202)에 제공된다. 그 후, CNC 머신(202)의 절단 소자(110)는 좌표를 제공하는 소프트웨어 프로그램(208)에 의해 제공된 커맨드에 따라 가공중인 제품(112, 114)를 밀링하기 시작하여, 절단 툴(110)의 이동을 지시하기 시작한다. 또한, 프로그램(208)은 밀링 프로세스의 깊이를 제어한다. 프로세스는 "양" 의 또는 "음"의 마스터로서 사용될 수 있는 랜덤하지 않은, 랜덤 또는 가성 랜덤 가공중인 제품을 제공하여 광학 기판을 생성한다. 예를 들어, 도 1의 광학 기판(24)은 가공중인 제품(112, 114)의 표면 전체에 걸쳐 양의 또는 음의 전기 주조를 형성함으로써 생성될 수 있다. 대안으로, 주조 물질, 예를 들어, 자외선(UV) 또는 열 경화 에폭시 물질 또는 실리콘 물질은 원래의 양의 또는 음의 마스터의 복제품을 형성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 복제품 중의 임의의 복제품은 플라스틱 부분용 몰드로서 사용될 수 있다. 엠보싱(embossing), 사출 성형(injection molding), 또는 그 밖의 방법이 부분을 형성하는 데 사용될 수 있다.
자기상관 함수 R(x, y)는 전기 도량형 표면의 랜덤성을 측정한다. 그러나, 소정 상관 길이 lc전체에 걸쳐, 자기상관 함수 R(x, y)의 값은 그 초기 값의 일부로 떨어진다. 자기상관 값 1.0은, 예를 들어, 높이로 또는 완벽하게 상관된 표면으로 여겨질 것이다. 상관 길이 lc는 자기상관 함수 값이 그 초기 값의 소정 부분인 길이이다. 전형적으로, 상관 길이는 1/e 값 또는 자기상관 함수의 초기값의 약 37%에 기반을 둔다. 더 큰 상관 길이는 표면이 더 작은 상관 길이를 갖는 표면보다 덜 랜덤하다는 것을 의미한다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 광학 기판(24)의 3차원 기판에 대한 자기상관 함수 값은 약 1cm 또는 그 이하의 상관 길이에서의 초기 값의 1/e보다 작거나 그와 동일하도록 떨어진다. 또 다른 실시예에서, 자기상관 함수 값은 약 0.5cm 또는 그 이하에서의 초기 값의 1/e로 떨어진다. 기판의 다른 실시예에 대해, 길이 l을 따른 자기상관 함수 값은 약 200 마이크론 또는 그 이하에서 그 초기 값의 1/e보다 작거나 같도록 떨어진다. 또 다른 실시예에 대해, 폭 w를 따른 자기상관 함수 값은 약 11 마이크론 또는 그 이하에서의 초기 값의 1/e보다 작거나 그와 동일하도록 떨어진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 구조의 랜덤 추출은 위상 변경으로만 성취된다. 예를 들어, 사인파의 위상의 랜덤 추출 또는 기타 주기 함수를 사용하면, 변경된 경로는 랜덤 추출 알고리즘을 구조의 이어진 인접 경로에 적용함으로써 얻어질 수 있다. 단 2개만이 가능한 값을 갖는 2진 랜덤 수와 같은 랜덤 수는 각 경로 사이에 관련된 컴퓨터이다. 그 후, 그 수는 임계값과 비교된다. 그 수가 임계값보다 더 큰다면, 다음 경로의 위상은 먼저 상수만큼 앞서고, 그 수가 상수보다 작거나 같다면, 다음 경로의 위상은 상수만큼 지연된다. 예로서, 임계값은 0.5일 수 있고, 랜덤 수는 가능한 값 +1과 -1을 갖는 2진수일 수 있다. 랜덤 추출 알고리즘에 의해 위상이 변화되는 회수는 적어도 한번이고, 2번 이상일 수 있다. 본 발명은 위상을 변화시키기 위한 특정 선택 상수로 제한되지 않는다. 선택된 상수는, 예를 들어, 120° 또는 90°일 수 있다. 각 다음 패스로, 다음 위상은 랜덤 수가 상수를 초과하는지 보다 더 작은지에 따라 120°(또는 90°)만큼 앞서거나 지연된다. 물론, 각기 다른 상수가 사용될 수도 있고, 대칭적이거나 비대칭적인 소정 가격 내의 값의 범위가 임계값으로서 사용될 수 있다. 비대칭 상수의 예로서, 상수는, 예를 들어, +120° 및 -90°일 수도 있다.
위상 전용 제한 변경 접근 방식은 깊이가 평균이하인 높이로 랜덤한 표면을 생성한다.
도 17은 수학식 5에 따른 실시예를 나타낸다. 여기서, "슬라이드 제공 거리"는 Si-Si-1이고, "랜덤 신호 간격"는 Airi(φ)이다. 이 실시예에서, yi는 드럼 원주를 따라 샘플링되는 디지털 신호이다.
도 18은 수학식 1 내지 3에 따른 실시예를 나타내고 있으나, 사인파 대신 간단히 톱니파를 갖는 것을 나타내고 있다.
도 19는 수학식 4a 내지 수학식 4b에 따라 발생하는 2 파장 위상 이동 설계의 복제 표면 높이 맵이다. 도시된 표면은 드럼 표면의 음의 복제본이다. 여기서, Si-Si-1 = 45um, n=2, A1 + A2 = 22.5um, λ1 = 170um, λ2 = 20mm, δ1 = 0, Δ1 = π/3 라디안, δ2 = 0, Δ2 = π/3 라디안이고, 프리즘 피크 각도는 90도이다.
도 20은 원주 방향에 수직인 방향으로의 표면의 프로파일에 대한 도 19의 표면의 자기상관도이다. 자기상관 길이는 200um이하임을 유의하라.
도 21은 도 19에 도시한 표면에 대한 표면 높이(깊이) 히스토그램이다. 표면의 총 깊이는 33um임에 유의하라. 여기서, 이전의 랜덤 추출 알고리즘을 사용하는 것은, 피크 대 계곡의 높이가 45um이 되게 할 것이다. 예를 들어, 희망하는 피크 대 계곡의 변호가 45um(평면에서)이면, 변경 접근방식은 제한된 위상인 제 1 구성요소와 제한된 위상이 아닌 제 2 구성요소로 분리될 수 있다. 본 발명의 높이 대 피치의 이점은 2개의 구성요소의 비율과 위상 제한 파라미터에 따라 부분적으로 감소될 것이다.
높이 대 피치 비율은 허용되는 위상 단 범위에 의존한다. 작은 위상 단(5도)은 보다 작은 랜덤 추출을 제공하고 큰 위상 단(170도)은 더 깊은 구조를 제공할 것이다. +/-50 - 140도는 바람직한 범위이다.
본 발명의 바람직한 실시예가 기술되고 있으나, 본 발명은 변형 및 수정이 가능하고, 이에 따라, 일례의 정확한 세목으로 제한되어서는 안 된다. 본 발명은 다음 청구범위 내에 있는 변화 및 변경을 포함한다.
본 발명에 따르면 간섭이 감소되고 기계적 무결성(integrity)이 보존되는 광 관리 기판 상에서의 광학 구조가 제공된다.
도 1은 역광 표시 장치의 3차원도,
도 2는 가공중인 제품(workpiece)이 마스터 드럼인 경우에 가공중인 제품의 표면을 규격화(machining)하는 방법을 나타낸 순서도,
도 3은 가공중인 제품이 마스터 평판 상에 있는 경우에 가공중인 제품의 표면을 규격화하는 방법을 나타낸 순서도,
도 4는 일반적으로 나선형이거나 직물형 경로를 따른 랜덤 또는 가성 랜덤(pseudo random) 패턴을 갖는 마스터 드럼의 도면,
도 5는 일반적으로 동심원 경로 위의 랜덤 또는 가성 랜덤 패턴을 갖는 마스터 드럼의 도면,
도 6은 일반적으로 톱니형이거나 삼각형 경로를 따른 랜덤 또는 가성 랜덤 패턴을 갖는 마스터 드럼의 도면,
도 7은 일련의 경로를 따른 랜덤 또는 가성 랜덤 패턴을 갖는 마스터 드럼의 도면,
도 8은 프리즘 구조의 성질을 띠는 절단 툴의 횡단면도,
도 9는 합성 각도 패싯(compound angled facets)을 갖는 도 8의 프리즘형 절단 툴의 도면,
도 10은 공간 주파수의 함수로서 가공중인 제품의 랜덤 추출 표면의 전력 스펙트럼 밀도 크기에 대한 그래픽도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 가공중인 제품의 랜덤 표면의 상측도,
도 12는 가공중인 제품의 표면을 지나는 다수의 절단 패스로 인한 다수의 경로에 대한 그래픽도,
도 13은 원거리 위치와의 통신 또는 데이터 네트워크를 통한 통신 시에 가공중인 제품의 표면을 규격화하는 시스템 및 장치의 개략도,
도 14는 수학함수의 그래픽도,
도 15는 가공중인 제품의 표면에 측방 변이를 갖는 홈(grooves)을 절단하는 고속 툴 서보를 갖는 마스터 규격화 시스템의 개략도,
도 16은 가공중인 제품의 규격화된 표면의 표면으로 도입된 절단 그레디언트의 표현도,
도 17 및 도 18은 원주 거리에 대한 슬라이드 공급 거리에 대한 그래프,
도 19는 표면 높이 맵,
도 20은 도 19의 표면의 자기상관(autocorrelation)도,
도 21은 표면 높이(깊이) 히스토그램이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 역광 표시 장치 12 : 광원
14 : 광 통로 16 : 빛
18 : 반사성 기판 20, 22 : 표면
24 : 광학 기판 26 : 프리즘 구조
28 : 확산기

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 기판을 포함하고, 상기 적어도 하나의 기판은 소정 형상 및 크기를 갖는 적어도 하나의 광학 기판을 포함하되, 각 광학 구조의 상기 형상 및 크기는 대응하는 이상적 구조의 변경을 부분적으로 나타내고, 상기 적어도 하나의 광학 구조 각각의 상기 형상 및 크기는 변경의 적어도 하나의 랜덤으로 발생하는 성분에 의해 부분적으로 결정되며, 상기 적어도 하나의 광학 구조 각각의 상기 변경은 표면으로 구성된 인접한 광학 구조에 의해 제한되는
    광학 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 구조는 좌표 시스템의 세그먼트 C에 관련하여 정의된 수학식(1)에 의해 변경되는 표면 경로를 따르는 이상적 프리즘 구조를 표현하되,
    i는 i번째 표면 경로를 나타내는 정수이고, yi는 i번째 경로 상의 C와 관련된 경로의 순간 변위이고, Ai는 C와 관련된 i번째 경로의 진폭 배율(scaling factor)이며, Si는 yi의 시작 위치에 있어서의 이동량이고, φ는 0과 2π를 포함한 그 사이의 수이고, λ는 실수인 파장이고, φi는 i번째 경로에 대한 위상 성분으로서,
    Qi는 1 또는 -1의 값을 갖는 랜덤 수 또는 가성 랜덤 수이고 Ri는 -1과 1 사이의 연속 랜덤 변수이며, 각각은 i번째 경로에 대해 정의되어 있다. Δ와 δ는 각각 위상 스테핑(stepping) 성분의 크기 및 위상 디더(dither) 성분을 정의하는 실수인
    광학 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 구조는 좌표 시스템의 세그먼트 C에 관련하여 정의된 수학식(3a)에 의해 변경되는 표면 경로를 따르는 이상적 프리즘 구조를 표현하되,
    i는 i번째 표면 경로를 나타내는 정수이고, yi는 i번째 경로 상의 C와 관련한 경로의 순간 변위이고, Ai,k는 C와 관련된 i번째 경로의 k번째 진폭 배율이고, Si는 yi의 시작 위치에 있어서의 이동량이고, φ는 0과 2π를 포함한 그 사이의 수이며, n은 1보다 큰 정수이고, 각 파장 λk는 실수이며, φi,k는 i번째 경로의 k번째 위상 성분으로서,
    Qi,k는 i번째 표면 경로에 대해 1 또는 -1의 값을 갖는 k번째 랜덤 수 또는 가성 랜덤 수이고 Ri,k는 i번째 경로에 대해 -1과 1 사이의 값을 갖는 k번째 연속 랜덤 변수이며, Δ와 δ는 각각 위상 스테핑 성분의 크기 및 위상 디더 성분을 정의하는 실수인
    광학 기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 구조는 좌표 시스템의 세그먼트 C에 관련하여 정의된 수학식(3a)에 의해 변경되는 표면 경로를 따르는 이상적 프리즘 구조를 표현하되,
    f는 좌표 시스템의 세그먼트 C와 관련하여 정의된 주기함수이고,
    i는 i번째 표면 경로를 나타내는 정수이고, yi는 i번째 경로 상의 C와 관련된 경로의 순간 변위이고, Ai는 C와 관련된 i번째 경로의 진폭 배율이며, Si는 yi 의 시작 위치에 있어서의 이동량이고, φ는 0과 2π를 포함한 그 사이의 수이고, λ는 실수인 파장이고, φi는 i번째 경로에 대한 위상 성분으로서,
    Qi,k는 i번째 표면 경로에 대해 1 또는 -1의 값을 갖는 k번째 랜덤 수 또는 가성 랜덤 수이고 Ri,k는 i번째 경로에 대해 -1과 1 사이의 값을 갖는 k번째 연속 랜덤 변수이며, Δ와 δ는 각각 위상 스테핑 성분의 크기 및 위상 디더 성분을 정의하는 실수인
    광학 기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 구조는 좌표 시스템의 세그먼트 C에 관련하여 정의된 수학식에 의해 변경되는 표면 경로를 따르는 이상적 프리즘 구조를 표현하되,
    i와 i-1은 각각 i번째 경로와 (i-1)번째 경로를 나타내는 것으로, i번째 경로와 (i-1)번째 경로는 서로 인접한 경로이고 i번째 경로의 진폭과 (i-1)번째 경로의 진폭은 혼합되어 있으며, yi-1에 대한 랜덤 벡터의 일부분은 i번째 경로에 대한 yi에 추가되고, ri(φ)는 각 i번째 경로에 대한 φ의 대역 제한 랜덤 함수 또는 대역 제한 가성 랜덤 함수로서, -1과 1 사이의 연속 변화값을 가지며,
    φ는 0과 2π를 포함한 그 사이의 값이며,
    m은 0과 1 사이의 값을 갖는 스칼라 혼합 파라미터이고,
    Ai는 진폭 축척 파라미터(scaling parameter)이며,
    Si는 yi의 시작 위치에서의 이동량인
    광학 기판.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 함수 f는 삼각 함수, 톱니 함수 및 사각파 함수로 구성되는 수학함수 그룹으로부터 선택되는
    광학 기판.
  7. 빛을 발생시키는 광원과,
    광 통로로부터 상기 빛을 반사시키는 반사성 표면을 포함하여 빛을 안내하는 광 통로와,
    광 필름을 포함하되,
    상기 광 필름은,
    소정 형상 및 크기를 갖는 적어도 하나의 광학 기판을 포함하되, 각 광학 구조의 상기 형상 및 크기는 대응하는 이상적 구조의 변경을 부분적으로 나타내고, 상기 적어도 하나의 광학 구조 각각의 상기 형상 및 크기는 변경의 적어도 하나의 랜덤으로 발생하는 성분에 의해 부분적으로 결정되며, 상기 적어도 하나의 광학 구조 각각의 상기 변경은 표면으로 구성된 인접한 광학 구조에 의해 제한되는 적어도 하나의 기판을 포함하는
    역광 표시 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 구조는 좌표 시스템의 세그먼트 C에 관련하여 정의된 수학식(1)에 의해 변경되는 표면 경로를 따르는 이상적 프리즘 구조를 표현하되,
    i는 i번째 표면 경로를 나타내는 정수이고, yi는 i번째 경로 상의 C와 관련된 경로의 순간 변위이고, Ai는 C와 관련된 i번째 경로의 진폭 배율이며, Si는 yi 의 시작 위치에 있어서의 이동량이고, φ는 0과 2π를 포함한 그 사이의 수이고, λ는 실수인 파장이고, φi는 i번째 경로에 대한 위상 성분으로서,
    Qi는 1 또는 -1의 값을 갖는 랜덤 수 또는 가성 랜덤 수이고 Ri는 -1과 1 사이의 연속 랜덤 변수이며, 각각은 i번째 경로에 대해 정의되어 있다. Δ와 δ는 각각 위상 스테핑 성분의 크기 및 위상 디더 성분을 정의하는 실수인
    역광 표시 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 구조는 좌표 시스템의 세그먼트 C에 관련하여 정의된 수학식(3a)에 의해 변경되는 표면 경로를 따르는 이상적 프리즘 구조를 표현하되,
    i는 i번째 표면 경로를 나타내는 정수이고, yi는 i번째 경로 상의 C와 관련한 경로의 순간 변위이고, Ai,k는 C와 관련된 i번째 경로의 k번째 진폭 배율이고, Si는 yi의 시작 위치에 있어서의 이동량이고, φ는 0과 2π를 포함한 그 사이의 수이며, n은 1보다 큰 정수이고, 각 파장 λk는 실수이며, φi,k는 i번째 경로의 k번째 위상 성분으로서,
    Qi,k는 i번째 표면 경로에 대해 1 또는 -1의 값을 갖는 k번째 랜덤 수 또는 가성 랜덤 수이고 Ri,k는 i번째 경로에 대해 -1과 1 사이의 값을 갖는 k번째 연속 랜덤 변수이며, Δ와 δ는 각각 위상 스테핑 성분의 크기 및 위상 디더 성분을 정의하는 실수인
    역광 표시 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 구조는 좌표 시스템의 세그먼트 C에 관련하여 정의된 수학식에 의해 변경되는 표면 경로를 따르는 이상적 프리즘 구조를 표현하되,
    i와 i-1은 각각 i번째 경로와 (i-1)번째 경로를 나타내는 것으로, i번째 경로와 (i-1)번째 경로는 서로 인접한 경로이고 i번째 경로의 진폭과 (i-1)번째 경로의 진폭은 혼합되어 있으며, yi-1에 대한 랜덤 벡터의 일부분은 i번째 경로에 대한 yi에 추가되고, ri(φ)는 각 i번째 경로에 대한 φ의 대역 제한 랜덤 함수 또는 대역 제한 가성 랜덤 함수로서, -1과 1 사이의 연속 변화값을 가지며,
    φ는 0과 2π를 포함한 그 사이의 값이며,
    m은 0과 1 사이의 값을 갖는 스칼라 혼합 파라미터이고,
    Ai는 진폭 축척 파라미터(scaling parameter)이며,
    Si는 yi의 시작 위치에서의 이동량인
    역광 표시 장치.
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