KR20070085643A - 광학 필름 내의 만곡한 긴 쐐기 - Google Patents

광학 필름 내의 만곡한 긴 쐐기 Download PDF

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제프리 알. 파커
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체리얼 브릭키
치리스 브로피
준원 이
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Abstract

본 발명은, 중합체로 된 다수의 개별 광학 엘리먼트들을 포함하는 광 경로변경 중합체 필름과 관련되어 있으며, 여기서 상기 엘리먼트들은 800㎛ 내지 4000㎛의 길이이며, 필름의 면 내에 만곡한 쐐기형 피쳐를 포함한다.

Description

광학 필름 내의 만곡한 긴 쐐기{LONG CURVED WEDGES IN AN OPTICAL FILM}
본 발명은 중합체로 된 다수의 개별 광학 엘리먼트들을 포함하는 광 경로변경 중합체 필름의 구조에 관한 것이다. 구체적으로는, 광학 엘리먼트들은 800㎛ 내지 4000㎛의 길이이며, 필름의 면 내에 만곡한 쐐기형 피쳐를 포함한다.
광 경로변경 필름(light redirecting film)은 일반적으로 필름을 통과하는 빛을 재발산하는 얇은 투명 광학 필름 또는 기판이며, 따라서 이 필름들로부터 나오는 빛의 발산은 필름의 표면에 보다 수직으로 배향된다. 일반적으로, 경로변경 필름은 필름의 빛이 나가는 표면상에 배열된 프리즘형(prismatic) 그루브(groove), 렌즈형(lenticular) 그루브, 또는 피라미드(pyramid)로 제공되며, 이들은 필름의 표면에 보다 수직인 방향으로 재발산하도록, 필름에서 나오는 광선에 대한 필름/공기 경계면의 각을 변화시키고, 입사 광 발산 성분이 그루브의 굴절 표면에 수직인 평면으로 향하도록 한다. 이러한 광 경로변경 필름은, 디스플레이를 더 밝게 만들기 위해서 예를 들면, 액정 디스플레이(LCD), 랩톱 컴퓨터, 워드 프로세서, 항공 디스플레이, 이동 전화, PDA 등의 밝기(brightness)를 향상시키는데 사용된다.
기존 광 경로변경 필름은 이들이 액정 디스플레이 또는 다른 디스플레이에서 사용될 때 눈에 보이는 모아레(moire) 패턴의 문제가 있다. 광 경로변경 필름의 표면 피쳐는, 백라이트 어셈블리(assembly)에 사용되는 다른 광학 필름들, 광 가이드 플레이트(light guide plate) 후면의 프린트된 점들 또는 3차원 피쳐들의 패턴, 또는 디스플레이의 액정 부분 내의 픽셀 패턴과 상호 작용하여, 바람직하지 않은 모아레 효과를 낳는다. 모아레 효과를 감소하기 위한 본 기술분야에 알려진 방법은, 렌즈형 어레이(lenticular array)가 시트(sheet)의 어떠한 에지에도 평행하지 않으면서, 다른 광 경로변경 필름 또는 전자 디스플레이에 대하여 일정한 각도로 위치하도록, 광 경로변경 필름을 다이 컷(die cut)하는 것이다. 또한, 선형 어레이 엘리먼트들의 폭을 이용해 선형 어레이를 무작위화(randomizing)하는 단계, 선형 어레이 내에 그루브들의 높이를 변경하는 단계, 선형 어레이의 반대쪽 필름에 산광 표면을 추가하는 단계, 시스템에 산광 필름을 추가하는 단계, 또는 선형 어레이의 리지(ridge)를 둥글게 하는 단계를 포함하는 방법이 사용된다. 모아레를 줄이기 위한 상기 기술들도 역시 축상 밝기(on-axis brightness)의 감소를 야기하거나, 모아레 문제를 적절하게 해결하지는 못한다. 모아레와 축상 밝기는 관계를 갖는 경향이 있으며, 즉 이는 높은 축상 이득을 갖는 필름은 시스템 내에서 많은 모아레를 갖는다는 것을 의미한다. 상대적으로 높은 축상 이득을 유지하면서 모아레를 감소시킬 수 있다면 매우 도움이 될 것이다.
미국 특허 제 5,919,551(코브, 쥬니어 등)은 모아레 간섭 패턴들의 가시성을 감소시키기 위해 가변 피치(pitch) 리지들 및/또는 그루브들을 갖는 선형 어레이를 개시한다. 피치의 변화량(variation)은 인접한 리지들 및/또는 밸리(valley)들의 그룹들을 초과하거나, 또는 리지들 및/또는 밸리들의 인접한 쌍들 사이에 존재할 수 있다. 선형 어레이 엘리먼트들의 이러한 피치 변화가 모아레를 감소시키지만, 필름의 선형 엘리먼트들은 여전히 백라이트 광 가이드 상의 도트 패턴 및 디스플레이의 액정 부분 내의 전자 부품들과 상호작용한다. 이러한 상호작용을 감소시키거나 없애기 위해서는 선형 어레이 엘리먼트들을 분쇄(break up)하는 것이 바람직할 것이다.
미국 특허 제 6,354,709는 이의 리지라인(ridgeline)을 따라 높이가 변경되고 리지라인 역시 옆으로 이동하는 선형 어레이를 갖는 필름을 개시한다. 필름은 빛의 경로를 변경하고, 리지라인을 따라 변화하는 높이는 모아레를 감소시키지만, 적당하게 높은 축상 이득을 유지하면서 시스템에서 사용될 때 필름의 모아레를 현저하게 감소시키는 필름을 갖는 것이 바람직할 것이다.
미국 특허 제 6,583,936(카민스키 등)은 광 중합체 산광(diffusion) 렌즈들의 미세-복제(micro-replication)를 위한 패턴된 롤러(patterned roller)를 개시한다. 패턴된 롤러는, 우선 다양한 크기의 파티클로 롤러를 비드 블래스팅(bead blasting)하고, 다음으로 미세-노듈(micro-nodule)들을 생성하는 크로밍(chroming) 프로세스에 의해 생성된다. 이 롤러를 제조하는 방법은 입사 광 에너지를 확산시키기 위한 광 산광 렌즈에 적합하다.
광 경로변경 필름은 모아레를 감소시키면서 높은 축상 밝기를 가질 필요가 있으며, 디스플레이 장치를 볼 때에 모아레 패턴이 눈에 보이지 않아야 한다. 게다가, 높은 가시광(visible light) 전송을 갖는 광 경로변경 필름이 필요하다.
본 발명의 목적은 높은 이득을 유지하면서 모아레를 감소시키는 광 경로변경 필름을 제공하는 것이다.
다른 목적은 잘 구부러지거나 긁히지않는 광 경로변경 필름을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 디스플레이 백라이트 구성(configuration) 및 출력을 커스터마이즈(customizable)할 수 있는 광 경로변경 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 이러한 목적들은, 중합체로 된 다수의 개별 광학 엘리먼트들을 포함하는 광 경로변경 중합체 필름에 의해 달성될 수 있으며, 여기서 상기 엘리먼트들의 길이는 800㎛ 내지 4000㎛의 범위이며, 필름의 면 내에 만곡한 쐐기형 피쳐를 포함한다.
본 발명은 상대적으로 높은 축상 이득을 유지하면서 액정 시스템에서 사용될 때 현저하게 모아레를 감소시키는 개별 쐐기형 광학 엘리먼트들로 이루어진 광 경로변경 필름을 제공한다.
도 1은 하나의 만곡한 표면과 하나의 평평한 표면을 갖는 하나의 만곡한 쐐기형 개별 광학 엘리먼트에 대한 개념도이다.
도 2는 곡면이 원의 일부분일 때, 곡률 반지름을 도시하는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 SEM 이미지를 도시하며, 여기서 개별 광학 엘리먼트들은 서로 유사하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 대한 SEM 이미지를 도시하며, 여기서 개별 광 학 엘리먼트들은 서로 엇걸려서 겹쳐진다.
도 5는 동일한 길이와 폭을 갖지만, 상이한 곡률 반지름, 즉, 만곡한 또는 평평한 엘리먼트의 표면이 다른 비율을 갖는, 두 개의 개별 만곡한 쐐기형 피쳐에 대한 개념도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 광 조정 필름(light management film)의 단면에 대한 개념도이다.
도 7은 광 경로변경 중합체 필름을 포함하는 액정 디스플레이의 개념도이다.
도 8은 두 장의 광 경로변경 중합체 필름을 포함하는 액정 디스플레이의 개념도이다.
도 9는 광원에 대하여 광 경로변경 필름의 먼 쪽 표면에 위치하는 쐐기형 엘리먼트를 갖는 광 경로변경 필름 및 디스플레이를 포함하는 디스플레이 시스템의 개념도이다.
도 10은 광원에 대하여 광 경로변경 필름의 가까운 쪽 표면에 위치하는 쐐기형 엘리먼트를 갖는 광 경로변경 필름 및 디스플레이를 포함하는 디스플레이 시스템의 개념도이다.
도 11은 광학적인 최적화 그래프이다.
도 12는 예에 대한, 상대 휘도(luminance)와 각도(angle)의 그래프이다.
본 발명은 현재의 광 경로변경 필름과 비교할 때 많은 이점이 있다. 필름상의 필름의 쐐기형 개별 광학 엘리먼트들의 크기와 배치는, 모아레 감소와 축상 이 득 사이의 트레이드오프(trade-off)를 균형 맞추어, 모아레를 현저하게 감소시키면서 상대적으로 높은 축상 이득을 생성한다. 둘 이상의 선들, 점들, 또는 원들의 동일한 반복 패턴들이 불완전하게 정렬하면서 겹쳐지거나, 동일하지는 않지만 서로 관련된 패턴들이 겹쳐질 때, 모아레 패턴이 발생한다. 발생하는 모아레 패턴은 밝고 어두운 선들 또는 무늬들이 반복되는 패턴이다. 선들의 크기와 빈도는 두 개의 패턴 간의 상호작용에 달려있다. LCD와 같은 디스플레이 장치에서, LCD 장치를 보는 사람에 의해 관찰될 수 있는 모아레 패턴은, 이들이 디스플레이되는 정보의 질을 손상시키기 때문에 문제가 된다. 본 발명의 광 경로변경 필름은 높은 축상 이득을 유지하면서도 종래 기술의 광 경로변경 필름과 비교할 때 모아레를 감소시킨다. 광학 엘리먼트들의 긴 치수를 늘일수록, 패턴은 일차원으로 되고 모아레 패턴은 발달할 수 있다. 광학 엘리먼트들의 긴 치수를 줄일수록, 스크린 이득은 감소한다. 필름은 중합체의 단일 구조(unitary structure)이기 때문에, 잘 구부러지지 않는다. 필름이 두 장으로 구성되어 있을 때, 이는 구부러지는 경향이 생기며, 이는 두 개의 층이 일반적으로 다른 환경 조건(예를 들면, 열이나 습도)에 대해서 상이하게 반응하기 때문이다. 구부러지면, 이것이 디스플레이를 통해서 나타날 수 있는 디스플레이 내의 필름의 뒤틀림(warping)을 야기하기 때문에, LCD 내의 광 경로변경 필름에 대해서 바람직하지 못하다. 게다가 광학 필름의 뒤틀림은 광학적 효율을 저하시키는 입사 광 에너지 각도를 변경한다. 본 발명은 긁힘과 침식을 견딜 수 있고, UV 경화 폴리아크릴레이트(polyacrylate)로 만들어진 종래 기술의 광학 필름에 비해서 기계적으로 더 단단한 중합체(polymer)들을 이용한다.
개별 광학 엘리먼트들은 만곡한 웨지형 피쳐들이기 때문에, 광 경로변경 필름은 엘리먼트들의 리지라인에 평행한 면에서 이동하는 빛의 일부분을 경로 변경시킬 수 있다. 게다가, 본 발명의 광 경로변경 필름은, 보다 효율적으로 광 경로변경하기 위해서, 광 가이드 플레이트의 광원과 광 출력에 대해 커스터마이즈될 수 있다. 개별 광학 엘리먼트들은, 필름을 설계의 면에서 매우 유동적으로 만들 수 있으며, 상이한 개별 광학 엘리먼트들 또는 상이한 크기 또는 상이한 배향들이 필름으로 들어오는 빛이 가장 효율적으로 처리되도록 전체 필름 표면에 대해서 사용될 수 있다. 예를 들면, 만약 각도에 대한 함수로써 광 가이드 플레이트의 모든 지점에 대한 광 출력을 알 수 있다면, 필름상에 상이한 모양, 크기, 또는 배치를 갖는 만곡한 쐐기형 피쳐를 사용하는 광 경로변경 필름은, 광 가이드 플레이트에서 나오는 빛을 효율적으로 처리하는데 사용될 수 있다. 이러한 그리고 다른 이점들은 아래의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.
본원에서 사용되는 용어, "투명한(transparent)"은 현저한 굴절(deviation)이나 흡수(absorption) 없이 방사(radiation)를 통과시킬 수 있음을 의미한다. 본 발명에서, "투명한" 물질은 90%를 초과하는 스펙트럼 투과율을 갖는 물질이라고 정의된다. 용어 "광(light)"은 가시광선을 의미한다. 용어 "중합체 필름(polymeric film)"은 중합체를 포함하는 필름을 의미한다. 용어 "중합체(polymer)"는 단독-중합체(homo-polymers), 공-중합체(co-polymers) 및 중합체 혼합물(polymer blends)을 의미한다.
용어 "광학 이득", "축상 이득", 또는 "이득"은 입력 광 세기로 출력 광 세 기를 나눈 비를 의미한다. 이득은 경로변경 필름의 효율성을 측정하는데 사용되며, 광 경로변경 필름의 성능을 비교하는데 사용될 수 있다.
광학 필름과 관련하여, 개별 광학 엘리먼트는 광학 필름에서 돌출부(projections) 또는 함몰부(depressions)와 같은, 잘 정의된 모양을 갖는 엘리먼트를 의미한다. 개별 광학 엘리먼트는 광학 필름의 길이와 폭에 비해서 작다. 용어 "만곡한 표면(curved surface)"은 적어도 한 평면이 만곡(curvature)을 갖는 필름의 3차원 피쳐를 나타내는데 사용된다. "쐐기형 피쳐"은 하나 이상의 경사진(sloping) 표면을 포함하는 엘리먼트를 나타내는데 사용되며, 이러한 표면은 평평한 면과 만곡한 면의 조합일 수 있다. 쐐기형 피쳐는 적어도 두 개의 만곡한 표면을 포함할 수 있으며, 또한 평평한 표면들을 포함하거나 평평한 표면이 없을 수도 있다. 만곡한 표면은 비대칭적이거나 원형이 아닐 수도 있다. 쐐기형 피쳐에 대한 일 예는 도 1에서 도시된다.
용어 "광학 필름"은 전송된 입사 광의 특질을 변화시키는 얇은 중합체 필름을 나타내는데 사용된다. 예를 들면, 경로를 변경하는 광학 필름은 1.0 보다 큰 광학적 축상 이득(출력/입력)을 제공한다.
일 실시예에서, 만곡한 쐐기형 피쳐는 하나의 만곡한 표면과 하나의 평평한 표면을 갖는다. 만곡한 표면은 한 축, 두 축, 또는 세 축으로 만곡을 가질 수 있으며, 한 방향 이상으로 빛의 경로를 변경하도록 기능한다. 도 1은 하나의 만곡한 표면(3)과 하나의 평평한 표면(5)을 포함하는 하나의 만곡한 쐐기형 개별 광학 엘리먼트(1)의 개념도이다. 두 표면이 서로 만나는 곳은 리지(7)이다. 리지는 엘리 먼트의 면들이 만나는 곳에 형성된 정점(apex)이다.
다른 실시예에서, 만곡한 쐐기형 피쳐는 적어도 두 개의 만곡한 표면을 갖는다. 이는 광 경로변경 필름이 한 방향 이상으로 빛의 경로를 변경하도록 한다. 부가적으로, 만곡한 표면은 외형상 비대칭적일 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 만곡한 쐐기형 엘리먼트는 서로에 대해 평행하면서 무작위로 위치한다. 이는 리지들이 대체로 동일한 방향으로 정렬되도록 한다. 일반적으로 배향된 리지라인들을 갖는 필름은, 다른 것들보다 한 방향으로 더 많은 빛의 경로를 변경하며, 이들은 액정 백라이트 시스템에서 사용될 때 더 높은 축상 이득을 생성한다. 도 1에서 도시된 것과 같이 리지(7)는 만곡하다. 이러한 만곡은 필름의 면 내에, 필름의 면에 수직하게, 또는 도 1의 경우와 같이 양쪽 면에 있을 수 있다(예를 들면, 필름은 폭 방향과 길이 방향으로 만곡한 엘리먼트들을 포함할 수 있다). 엘리먼트들이 한 방향 이상으로 빛의 경로를 변경할 수 있도록, 필름의 면 내에 만곡을 갖는 엘리먼트들을 갖는 것이 바람직하다.
리지라인의 만곡은 원이나 타원의 일부분과 같은 부드러운 아치형 곡선이다. 곡선이 원의 일부분일 때, 곡률 반지름은 도 2에서 도시된다. 하나의 만곡한 쐐기형 엘리먼트(11)는 곡률 반지름(13)을 갖는 것으로 도시된다. 원은 엘리먼트의 만곡에 일치하며, 이러한 원의 반지름은 엘리먼트의 곡률 반지름이다. 곡률 반지름은 얼마나 많은 빛이 각각의 방향으로 경로가 변경되는지, 그리고 필름은 얼마나 많은 모아레와 축상 밝기를 갖게 될 것인지에 관해 영향을 끼친다. 유사한 디스플레이 시스템에서 사용되는 정렬된 프리즘 구조를 포함하는 광 경로변경 필름과 비 교할 때, 0.8㎜ 내지 20㎜의 곡률 반지름이 디스플레이 시스템에서 사용되는 경우에 현저하게 모아레를 감소시키면서도 상대적으로 높은 축상 이득을 제공한다는 것이 발견되었다. 곡률 반지름이 감소할수록, 축상 이득도 감소된다.
만곡한 쐐기형 엘리먼트는 필름상의 많은 구성 내에 위치될 수 있으며, 광 가이드 플레이트로부터 광 출력에 대해 커스터마이즈될 수 있다. 일 실시예에서, 만곡한 쐐기형 피쳐의 약 절반은 서로에 대해서 180도 회전되어 있다. 이것은 비-대칭적인 엘리먼트가 사용될 때, 엘리먼트의 리지에 대해 수직인 평면 내이고 기판의 표면에 수직인 방향으로 동일한 경로변경을 생성한다. 만곡한 피쳐의 배향들은 도 3에서 도시된다.
만곡한 쐐기형 피쳐는 광 경로변경 필름상에서 많은 방법으로 배향될 수 있다. 일 실시예에서, 만곡한 쐐기형 피쳐는 서로 엇걸려져 있다. 이러한 엇걸림은 광 경로변경 필름상의 피쳐들의 좋은 표면 범위(coverage), 및 시스템 내의 감소된 모아레를 보증한다. 도 4는 하나의 상기 실시예에 대한 전자 주사 현미경(SEM)의 이미지를 도시한다. (27로 도시된 하나의 엘리먼트와 같이) 서로에 대해서 엇걸려서 겹쳐진 엘리먼트들을 포함하는 것은, 피쳐들이 단단하게 패킹되도록 하며, 따라서 설령 패턴 되지 않은 영역이 있다고 하더라도 거의 없다.
다른 실시예에서, 만곡한 쐐기형 피쳐는 미러 구성(mirror configuration) 에서 서로 대향하여 배향된다. 이러한 미러 구성에서, 피쳐가 한 쌍으로 배열되어, 이들 피쳐들은 서로에 대한 미러 이미지이다. 도 3은 미러 구성으로 서로 반대방향으로 있는 만곡한 쐐기형 피쳐를 포함하는 본 발명의 일 실시예의 SEM을 도 시한다. 이 미러 된(mirrored) 쌍들은 서로 또는 다른 쌍들과 엇걸려 겹쳐질 수 있다. 이들 쌍은 광 경로변경 필름상에 패턴되지 않은 영역이 없도록 배열될 수 있다. 하나의 만곡한 표면과 하나의 평평한 표면을 갖는 피쳐들의 경우에, 미러 된 쌍으로 배열된 피쳐들을 포함하는 것은 축상 이득과 모아레 감소의 양을 선택적으로 변경시킬 수 있다는 점에서 이점이 있다. 평평한 면은 축상 이득에 보다 많이 기여하며, 만곡한 면은 모아레 감소에 대해 보다 많이 기여한다.
도 5는 동일한 길이와 폭을 갖지만, 상이한 곡률 반지름, 즉, 만곡한 또는 평평한 엘리먼트의 표면이 다른 비율을 갖는, 두 개의 개별 만곡한 쐐기형 피쳐에 대한 개념도를 도시한다. 두 피쳐(31 및 37)는 다른 곡률 반지름을 갖으며, 피쳐(37)가 피쳐(31)보다 더 큰 곡률 반지름을 갖는다. 그러므로 피쳐(37)의 평평한 면(39)은 피쳐(31)의 평평한 면(35)에 비해서 피쳐의 표면 영역의 더 큰 비율을 갖는다. 피쳐(37)의 만곡한 면(38)은 피쳐(31)의 만곡한 면(33)에 비해서 피쳐의 표면 영역의 더 작은 비율을 갖는다. 곡률 반지름을 결정하는 것은 표면 면적에 대해서 평평한지 또는 만곡한지에 대한 비율을 결정하는 것이며, 이를 통해 시스템의 축상 밝기 및 모아레를 조절할 수 있다.
개별 광학 엘리먼트는 20㎛ 내지 300㎛의 폭을 갖는 것이 바람직하다. 엘리먼트들이 450㎛를 초과하는 폭을 갖는 경우, 이들은 관찰자가 액정 디스플레이를 통해 이들을 볼 수 있을 정도로 충분히 크며, 이는 디스플레이의 품질을 손상시킨다. 보다 바람직하게는 엘리먼트가 15㎛ 내지 60㎛의 폭을 가져야 한다. 이 범위가 좋은 광 형태(shaping) 특성을 제공하며, 관찰자가 이를 디스플레이를 통해 볼 수 없다는 것이 알려져 있다. 디스플레이 장치 디자인에서 사용되는 특정 폭은, 부분적으로, 액정 디스플레이의 픽셀 피치(pixel pitch)에 의존할 것이다. 엘리먼트의 폭은 모아레 간섭을 최소화하기 위해 선택될 수 있다.
만곡한 쐐기형 피쳐는 10㎛ 내지 150㎛의 최대 리지 높이를 갖는 것이 바람직하다. 엘리먼트가 190㎛보다 큰 높이를 갖는다면, 관측자가 액정 디스플레이를 통해 이들을 볼 수 있을 정도로 충분히 크게 되며, 이는 바람직하지 않다. 엘리먼트가 5㎛보다 작은 높이를 갖는다면, 필름의 축상 이득은 감소한다. 쐐기형 엘리먼트의 높이의 상기 범위가 현저한 모아레 감소를 갖는 설계를 제공한다고 알려져 있다. 또한, 필름은 쐐기형 피쳐를 지지하기에 충분히 두꺼워야만 하므로, 엘리먼트의 높이는 필름의 두께에 종속한다. 일부 실시예에서, 광 경로변경 필름의 두께는 쐐기형 피쳐의 높이의 적어도 두 배가 되는 것이 바람직하다. 광 경로변경 필름의 두께는 어플리케이션에 따라 50㎛ 내지 500㎛의 범위 내에 있을 수 있으며, 큰 사이즈의 LCD 형태의 디스플레이는 두꺼운 필름을 가질 수도 있으며, 작은 휴대용 디스플레이는 얇은 필름을 가질 수도 있다. 필름의 두께는 어떤 어플리케이션에 대해서는 상기 범위 밖에 있을 수도 있다. 모양(shape)은 필름의 두께에 따라서 크기나 밀도는 변경될 수 있다.
일 실시예에서, 만곡한 쐐기형 피쳐는 단면도에 있어서 피쳐의 가장 높은 지점에서 80 내지 110도의 끼인각을 갖는다. 이러한 리지 각도는 광 경로변경 필름에 높은 축상 밝기를 제공한다는 것이 알려져 있다. 리지의 각도가 75도보다 적거나 115도보다 큰 경우에는, 광 경로변경 필름의 축상 밝기는 감소한다.
만곡한 쐐기형 피쳐는 10㎛ 내지 100㎛의 평균 피치(pitch)를 갖는다. 평균 피치는 두 개의 인접한 피쳐의 가장 높은 지점 간의 거리의 평균이다. 평균 피치는 피쳐의 폭보다도 더 상이하며, 이는 피쳐가 치수의 면에서 다양하고, 모아레를 감소시키고 필름상에 패턴 되지 않은 영역이 없는 것을 보장하기 위해서, 이들은 서로 겹치고, 교차하며, 필름의 표면상에 무작위로 위치하기 때문이다. 일부 실시예에서, 필름상에 0.1%보다 적은 패턴 되지 않은 영역을 갖는 것이 바람직하며, 이는 패턴 되지 않은 영역은 쐐기형 엘리먼트와 동일한 광학 성능을 갖지 못하며, 축상 이득을 감소시키기 때문이다.
도 6은 본 발명의 광 조정 필름(41)의 개념적인 단면도이다. 이웃 피쳐에 대한 각각의 피쳐들의 피치는 필름의 전역에 걸쳐 다양하다. 예를 들면, 피치(43, 44, 45, 46)는 다른 길이를 갖는다. 피쳐들의 평균 피치는, 필름의 단면 영역의 길이(47)를 재고, 이를 이 영역 내의 리지들의 개수로 나눔으로써 계산된다.
일 실시예에서, 필름의 굴절률(index of refraction)은 1.4 내지 2.0이다. 필름의 굴절률이 높을수록, 필름은 더 많은 광 경로변경 파워(power)를 갖는다는 것이 알려져 있다. 필름은 광 재활용(recycling)과 광 굴절에 의해 경로 변경한다. 재활용 프로세스에서, 광 경로변경 필름을 비추는 빛의 일부분은, 디스플레이 모듈(예를 들면, 산광기(diffuser) 및 광 가이드)의 하부(lower) 엘리먼트를 통해서 뒤로 반사된다. 다음으로, 빛은 후면 반사경 또는 다른 디스플레이 컴포넌트에 의해 다시 광 경로변경 필름을 향하여 거꾸로 반사된다. 이러한 빛의 일부분은 이제 적은 손실을 갖으면서 디스플레이를 통해서 필름에 의해 경로변경될 수 있으며, 빛의 잔존 부분은 추후 재활용에서 이용될 수 있다.
일 실시예에서, 개별 광학 엘리먼트는 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 포함한다. 폴리카보네이트는 높은 광 전송치(optical transmission value)를 갖으며, 또한 단단하고 튼튼하다. 이러한 폴리카보네이트의 내구성(durability)은, 본 발명의 광 경로변경 필름이 UV 경화 폴리아크릴레이트와 같은 쉽게 깨지거나 부서지기 쉬운 물질로 만들어진 다른 일반적인 광 경로변경 필름에 비해, 덜 긁히는 경향이 있다. 폴리카보네이트는 상이한 어플리케이션 등급에서도 이용될 수 있으며, 고온 내성, 좋은 치수 안정성, 증가된 환경 안정성, 및 낮은 용융 점도를 위해 사용된다.
일 실시예에서, 중합체 필름은 일체형 구조(integral structure)이며, 이 구조에서 피쳐와 피쳐를 지탱하는 필름 또는 기판은, 피쳐들 사이의 전이점(transition point)과 필름 내에 피쳐가 없는 부분을 갖지 않는 단일 구조(unitary structure)를 포함한다. 피쳐들을 필름의 벌크로 통합하는 것은 몇 가지 이점들이 있다. 우선, 필름이 동일한 중합체로 구성되었기 때문에, 피쳐들이 기판에 코팅되거나 적용된다고 할지라도 굴절률의 변화는 없다. 굴절률의 변화가 없다는 것은 내부 경계면으로부터의 반사 손실이 없고, 높은 광 전송 효율을 갖는다는 것을 의미한다. 두 번째로, 필름이 단일 구조이기 때문에 구부러지려는 성향이 적다. 필름이 두 층으로 구성된 경우에는, 두 층은 일반적으로 상이한 환경 조건(예를 들면, 열이나 습도)에서 상이하게(확장 또는 접촉) 반응하기 때문에 구부러지는 경향이 있다. 구부러짐은 LCD 내의 광 경로변경 필름에 있어서 바람직하지 않으며, 이는 디스플레이를 통해서 보일 수 있는 디스플레이 내의 필름의 뒤틀림(warping)을 야기하고, 만곡한 표면 위에서 광 에너지의 입사각의 변경과 같은 광학적 효율의 손실을 야기하기 때문이다.
게다가, 광 경로변경 필름 또는 개별 광학 엘리먼트의 하나 이상의 표면은, 필름의 광 출력 분배(distribution)에 있어서의 바람직한 효과를 생성하기 위해서, 하나 이상의 텍스쳐(texture), 코팅, 염색, 광 방사 층(emitting layer), 무광택 가공(matte finish), 디퓨즈 가공(diffuse finish), 반사 가공(specular finish), 및 광학적 평탄 가공(optically smooth finish)을 포함할 수 있다. 여기서, 광학적 평탄 가공은, 빛이 빛 산란을 거의 수반하지 않으면서 표면을 통해서 전송되도록 할 것인 표면 가공을 나타내는데 사용된다.
일 실시예에서, 필름의 표면상에 또는 내에 있는 개별 광학 엘리먼트는, 액정 디스플레이의 픽셀 간격에 임의의 간섭을 감소시키기 위한 방법으로써 무작위화되는 것이 바람직하다. 이러한 무작위화는 광학 엘리먼트의 크기, 모양, 위치, 깊이, 방향, 각도 또는 밀도를 포함할 수 있다. 이는 모아레 및 이와 유사한 효과를 제거하기 위한 산광기 층(diffuser layers)에 대한 필요를 감소시킬 수 있다. 또한, 개별 광학 엘리먼트들의 적어도 일부는 필름의 바깥쪽 표면의 전역에 걸쳐 그룹핑되어 배열될 수 있으며, 상이한 크기 또는 모양 특성을 갖는 각각의 그룹핑들 내의 적어도 일부의 광학 엘리먼트들은, 집합적으로 필름의 전역에 걸쳐 다양한 각각의 그룹핑에 대한 평균 크기 또는 모양의 특성을 생성하여, 임의의 하나의 광학 엘리먼트에 대해 가공 오차를 넘어서는 평균 특성 값을 얻고, 액정 디스플레이의 픽셀 간격에 간섭 효과와 모아레를 제거한다. 부가적으로 개별 광학 엘리먼트의 적어도 일부는, 두 개의 상이한 축을 따라서 빛을 재배향/재경로 되도록 필름의 능력을 커스터마이즈하기 위해, 서로에 대해서 상이한 각도로 배향될 수 있다. 피쳐들을 무작위화 할 때, 평평하고 표면처리되지 않은(unfaceted) 표면을 막는 것은 필름의 이득 성능에 있어서 중요하다. 알고리즘은 표면처리되지 않거나 평평한 영역이 생기지 않도록 이러한 피쳐들의 의사 무작위(pseudo-random) 배치를 위해 존재한다.
개별 광학 엘리먼트의 광 경로변경 표면들이 필름의 빛이 나가는 표면에 의해 만드는 각도도 역시 액정 디스플레이의 디스플레이 영역 전체에 걸쳐 변경될 수 있어서, 필름의 광 경로변경 기능(function)을 광원의 표면의 전역에 걸쳐 균일하지 않은 광 입력 분배에 맞추게 한다.
광 경로변경 필름의 개별 광학 엘리먼트도, 역시 엇걸리고(staggered), 맞물리고(interlocked) 그리고/또는 교차하는 구성으로 서로 겹쳐질 수 있으며, 광학 구조를 좋은 표면 영역 범위로 생성한다. 더구나, 개별 광학 엘리먼트는, 한 축을 따라 방향 지어진 일부의 개별 광학 엘리먼트 및 다른 축을 따라 방향 지어진 다른 개별 광학 엘리먼트들로 그룹핑되어 배열될 수 있다. 또한, 각각의 그룹핑 내의 개별 광학 엘리먼트의 배향(orientation)은 변경될 수 있다. 게다가, 광 경로변경 필름의 개별 광학 엘리먼트의 크기, 모양, 위치 및/또는 배향은, 광원에 의해 방출되는 빛의 분배에서의 변화(variation)의 원인이 되도록 변화할 수 있다.
광 경로변경 필름의 개별 광학 엘리먼트의 특성(property)과 형태(pattern) 도 역시 상이한 광 분배를 방사하는 상이한 타입의 광원에 대하여 광 경로변경 필름을 최적화하기 위해 커스터마이즈될 수 있으며, 예를 들면, 하나의 전구 랩톱(bulb laptop)에 대한 한 형태와 두 개의 전구 플랫 패널 디스플레이, CCFL 광원, LED 광원 등에 대한 다른 형태가 있다.
또한, 광 경로변경 필름 시스템은, 광 경로변경 필름의 별개 광학 엘리먼트의 배향, 크기, 위치 및/또는 모양이, 희망하는 시야각 내에서 백라이트로부터 보다 많은 입사 광을 재배향(reorient)하거나 경로변경하기 위해, 백라이트 또는 다른 광원의 광 출력 분배로 맞춰지면서 제공될 수 있다. 또한, 백라이트는 한 축을 따라 빛을 경로 변경하는 개별 광학적인 결함(deformities)을 포함할 수 있고, 광 경로변경 필름은 상기 한 축에 수직인 다른 축을 따라 빛을 경로 변경하는 개별 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다.
도 7은 광 경로변경 중합체 필름(111)이 액정 디스플레이에 통합된 디스플레이(101)의 일례를 도시한다. 빛은 광원(103)에 의해 나와서 광 가이드(107)로 간다. 광원(103)은 전형적으로 냉형광전구(cold fluorescent bulb) 또는 LED이지만, 빛을 낼 수 있는 어떠한 소스라도 될 수 있다. 광 가이드(107)는 테이퍼형(tapered) 또는 슬래브(slab)일 수 있으며, 광 가이드(107)의 한 면에 후면 반사경(105)을 가질 수 있다. 빛은 후면 반사경(105)의 반대쪽 면을 통해서 광 가이드에서 나오며, 산광기(diffuser, 109)를 통과할 수 있다. 산광기(109)는 디스플레이 전역에 걸쳐 광 가이드(107)의 광 출력을 고르게 하고, 광 가이드에 때때로 자국나거나 무늬 생긴 임의의 피쳐들을 숨기고, 모아레를 감소시키는데 도움이 된다. 다음으로, 빛은 광 경로변경 필름(111)을 통과하고, 빛은 필름에 들어오는 빛과 비교할 때 더 폭이 좁은 콘(cone) 형태로 광 경로변경 필름(111)을 나온다. 광 경로변경 필름(111)은 개별 광학 엘리먼트가 표면상에서 광 가이드(107)로부터 떨어진 방향으로 배향되는 것이 바람직하다. 그리고 빛은 액정 디스플레이 모듈(113)로 들어간다. 광 경로변경 필름과 액정 영역 사이에, 탑(top) 산광기 또는 반사 편광판과 같은 다른 필름들이 위치할 수 있다. 광 경로변경 필름(111)의 쐐기형 피쳐는, 픽셀 또는 다른 반복하는 엘리먼트들의 치수, 피치 또는 각도 방위(angular orientation)에 관해서 변경되거나 무작위화되는 피치 또는 각도 방위를 가질 수 있으며, 모아레 패턴은 LCD 패널을 통해서는 보이지 않는다.
도 8은 두 개의 광 경로변경 중합체 필름(131 및 133)이 액정 디스플레이에 통합된 디스플레이(121)를 도시한다. 빛이 광원(123)에 의해서 광 가이드(127)로 출력된다는 점에서 구성은 도 8과 유사하다. 광원(123)은 전형적으로 냉형광전구(cold fluorescent bulb) 또는 LED이지만, 빛을 낼 수 있는 어떠한 소스라도 될 수 있다. 광 가이드(127)는 테이퍼형(tapered) 또는 슬래브(slab)일 수 있으며, 광 가이드(127)의 한 면에 후면 반사경(125)을 가질 수 있다. 빛은 후면 반사경(125)의 반대쪽 면을 통해서 광 가이드에서 나오며, 산광기(diffuser, 129)를 통과할 수 있다. 산광기(129)는 디스플레이 전역에 걸쳐 광 가이드(127)의 광 출력을 고르게 하고, 광 가이드에 때때로 자국나거나 무늬 생긴 임의의 피쳐들을 숨기고, 모아레를 감소시키는데 도움이 된다. 다음으로, 빛은 광 경로변경 필름(131)과 광 경로변경 필름(133)을 통과한다. 이 두 광 경로변경 필름은 교차하며, 필름 의 쐐기형 피쳐의 길이 방향은 서로에 대해서 80도 내지 100도의 각이며, 바람직하게는 서로에 대해서 90도이다. 광 경로변경 필름(131 및 133)은 모두 개별 쐐기형 광학 엘리먼트가 광 가이드(127)의 반대 방향으로 향하도록 배향되는 것이 바람직하지만, 경로변경 필름은 일부 어플리케이션에 대해서는 광 가이드를 향하는 쐐기형 피쳐로서 사용될 수도 있다. 다른 실시예에서, 광 경로변경 필름은 필름의 양쪽 면에 쐐기형 피쳐를 가질 수 있거나, 또는 필름의 쐐기형 피쳐의 반대쪽 면에 디퓨즈 텍스쳐와 같은 상이한 텍스쳐를 가질 수 있다. 그리고 빛은 액정 디스플레이 모듈(135)에 들어간다. 광 경로변경 필름과 액정 영역 사이에, 탑(top) 산광기 또는 반사 편광판과 같은 다른 필름들이 위치할 수 있다. 바람직하게는, 광 경로변경 필름(131 및 133)의 쐐기형 피쳐는, 픽셀 또는 다른 반복하는 엘리먼트들의 치수, 피치 또는 각도 방위(angular orientation)에 관해서 변경되거나 무작위화되는 피치 또는 각도 방위를 가질 수 있으며, 모아레 패턴은 LCD 패널을 통해서는 보이지 않는다.
도 9는 광원(173), 쐐기형 엘리먼트를 갖는 광 경로변경 필름(175), 및 디스플레이(179)를 포함하는 디스플레이 시스템(171)을 도시한다. 디스플레이(179)는 액정 디스플레이 또는 유기다이오드(OLED)를 포함하는 어떠한 형태의 디스플레이도 될 수 있다. 디스플레이(179)는 능동적이거나, 수동적이거나, 정적일 수 있다. 광 경로변경 필름(175)은 광원(173)에 대해서 광 경로변경 필름의 먼 쪽의 표면상에 쐐기형 피쳐(177)를 갖는다. 디스플레이 시스템(171)도 역시 광 경로변경 필름(175)의 쐐기형 피쳐의 길이 방향에 대해서, 바람직하게 80 내지 100 도의 각도 로 교차될 수 있는 제 2 광 경로변경 필름(도시되지 않음)을 가질 수 있다.
도 10은 광원(183)에 대해서 광 경로변경 필름(185)의 가까운 표면상의 쐐기형 피쳐(187)를 갖는 광 경로변경 필름(185)을 제외하고는 디스플레이 시스템(171)과 유사한 디스플레이 시스템(181)을 도시한다. 디스플레이 시스템(181)은 광원(183), 쐐기형 피쳐(187)를 갖는 광 경로변경 필름(185), 및 디스플레이(189)를 포함한다. 디스플레이 시스템(189)은 액정 디스플레이 또는 유기다이오드(OLED)를 포함하는 어떠한 형태의 디스플레이도 될 수 있다. 디스플레이 시스템(181)도 역시 광 경로변경 필름(185)의 쐐기형 엘리먼트의 길이 방향에 대해 바람직하게 80 내지 100도의 각도로 교차될 수 있는 제 2 광 경로변경 필름(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
바람직하게, 액정 디스플레이 시스템에서의 본 발명의 광 경로변경 필름은 적어도 1.3의 축상 이득을 갖는다. 본 발명의 광 경로변경 필름은 감소된 모아레와 높은 축상 이득을 균형 맞춘다. 적어도 1.3의 축상 이득은 디스플레이의 밝기를 현저하게 증가시키는 것으로 LCD 제조업자들에게 선호된다고 알려져 있다.
외관상으로는, 모아레 효과는 두 개의 유사한 공간 패턴 간에 기하학적인 간섭으로 보인다. 간섭은 동일한 또는 거의 동일한 주기 또는 고조파를 포함하는 패턴들 사이에서 가장 명백히 나타난다. 모아레 패턴은 스크린의 주기적인 컴포넌트의 합과 차의 결과이다. 야기되는 식별 가능한 모아레 패턴은, 두 개의 원래 패턴 중에 더 낮은 주파수, 비팅(beating)하는 고주파 컴포넌트의 세기에 종속적인 진폭, 및 두 개의 패턴의 상대적인 배향에 종속적인 배향을 갖는다. 예를 들면, 동 일한 주기(p)이며, 수직으로 정렬되고, 서로에 대해서 각도(θ)로 배향된 두 개의 정현파 투과형 회절격자(transmission grating)에 의해 생성된 모아레 패턴은, p/θ에 거의 동일한 주기로 수평으로 배향될 것이며, 이는 개별 회절격자 라인 모양의 컨벌루션(convolution)에 의해 만들어진 선 모양을 갖는다. 명백하게 각도가 0으로 갈수록 주기는 무한하게 커지게 된다. 그러나 완전히 정렬된 스크린에 있어서, 모아레는 이들이 거의 동일한 주기를 가질 때 관찰될 수 있다. 야기되는 모아레 패턴은 p1*p2/(p1-p2)와 동일한 주기를 가질 것이며, 여기서 p1과 p2는 두 개의 스크린 주기이다. 예를 들면, 회절격자 1이 0.05㎜의 주기(p1)를 갖고, 회절격자 2가 0.0501㎜의 주기(p2)를 갖는다면, 야기되는 모아레 주기는 25㎜가 될 것이다.
명백하고 현저하게 다른 주기를 갖는 회절격자는, 이들이 주파수 면에서 근접한 고조파를 갖는다면 모아레 효과를 낳을 수 있다. 주기(p1)를 갖는 구형파 스크린은 1/p1의 n배, 즉 n/p1인 고조파를 가질 것이다. 주기(p2)의 제 2 스크린의 기본파(fundamental)를 갖는 이들 고조파의 비팅은 p1*p2/(n*p2-p1)와 동일한 주기를 갖는 비트를 생성할 것이다. 0.25㎜의 주기(p1)와 0.0501㎜의 주기(p2)를 갖는 스크린의 제 5 고조파(n=5)를 가정한다. 야기되는 모아레 주기는 25㎜이다.
야기되는 모아레가 실질적으로 관측될 것인지 아닌지는 야기되는 주기와 모듈레이션(modulation)에 달려있다. 이러한 파라미터들의 결합된 시각적인 영향은 콘트라스트 모듈레이션 임계치(contrast modulation threshold)의 반 네스 보우만(Van Nes Bouman) 곡선에 포함된다. 이 곡선은 사이클/도(cycles/degree)의 형태로 주어지는 패턴의 공간 주파수의 함수로써 관측자가 패턴을 관측하기 위해 요 구되는 최소한의 콘트라스트를 나타낸다. 일반적으로 눈은 2 내지 10 사이클/도의 주파수에서 가장 민감하며, 5 사이클/도에서 피크이다. 이 범위에서, 시각 임계치는 ~0.1% 모듈레이션이다. 공간 주기를 사이클/도 형태의 공간 주파수로 변환하는 것은 관측자 시청 거리(observers viewing distance)를 도입하는 것이 요구된다. 18인치의 시청거리에서 1도는 ~8㎜에 대응한다. 따라서 모아레 패턴의 공간 주기에 의해 8㎜를 ㎜단위로 나누는 것은 사이클/도의 단위로 이의 공간 주파수를 생성한다. 상기 예에서, 25㎜의 모아레 주기는 ~0.32 사이클/도에 대응한다. 이 공간 주파수에서, 시각 임계치는 ~1% 모듈레이션이다. 푸리에 해석으로부터, 순수한 구형파 스크린은 ~1.8% 모듈레이션을 가질 것이며, 이들을 관측자가 약하게 볼 수 있도록 한다.
모아레 패턴의 가시성에 관한 키 파라미터는 사이클/도 형태의 공간 주파수와 이의 모듈레이션이다. 이러한 성질이 기저(underlying) 스크린으로부터 나오기 때문에, 이들의 구조 파라미터들이 키이다. 위에서 예를 들어 논의했듯이, 일직선 스크린 또는 오직 한 방향으로만 변하는 스크린은 일직선 모아레 패턴을 생성할 것이다. 쐐기형 피쳐와 같이 만곡한 구조를 패턴 내로 삽입하는 것은 패턴을 이차원적으로 만든다. 주기적인 배치는 이차원적인 고조파 컴포넌트를 생성할 것이다. 이는 잠재적으로 모아레 패턴을 생성할 수 있는 박막 트랜지스터 (TFT) 블랙 매트릭스 구조(black matrix structure)의 주기성을 갖는 이러한 주기적인 컴포넌트들의 비팅이다. 이 이차원적인 패턴은 겹쳐진 다이아몬드 또는 싸인 곡선과 같이 보일 수 있다. 쐐기형 피쳐의 긴 쪽 치수가 길어질수록, 패턴은 일차원적으로 되며, 모아레 패턴은 상술한 것과 같이 발달할 수 있다. 쐐기형 피쳐의 긴 쪽 치수가 짧아질수록, 스크린 개인은 감소하고, 이는 관심 밖이다. 이러한 중간 길이의 쐐기 패턴은 상술한 것과 같이 모아레 패턴을 생성할 수 있다. 쐐기형 엘리먼트의 만곡한 구조가 낮은 콘트라스트의 모아레 패턴을 야기한다는 점을 제외하고는 TFT와 선형 스크린 간에 발달된 모아레는 유사하다. 소개된 무작위화(Randomization) 역시 주기성을 깨는데 도움을 주며, 더 나아가 모아레의 관찰을 감소시킨다.
도 11은 광학적인 최적화 그래프를 도시한다. 이는 광 경로변경 필름의 축상 이득과 모아레 감소에 관한 그래프이다(축상 이득에 대한 숫자가 클수록, 축의 디스플레이 밝기가 더 밝으며, 모아레 숫자가 클수록 시스템에서 모아레의 양이 더 많음). 이상적으로, 완벽한 광 경로변경 필름은 높은 축상 이득과 모아레가 없는 경우인 그래프의 왼쪽 상단에 위치하는 것일 것이다. 실제적으로는, 모아레와 축상 이익은 직접적으로 관련되어 있으며, 모아레를 감소시키기 위해 사용되는 방법 역시 축상 밝기에 부정적인 영향을 준다. 액정 산업에서, 해상도(resolution)가 증가함에 따라(모아레를 더욱 현저하게 만듦), 제조업자들이 희망하는 축상 밝기의 손실을 최소화하면서 모아레를 현저하게 줄어드는 절충 위치가 존재한다. 모아레를 매우 많이 감소시킨 필름을 생성하였으나 많은 어플리케이션에서 낮은 축상 밝기의 문제를 가졌으며, 상기 기준에 적합한 필름을 생성하려는 이전의 시도들은 실패했다.
본 발명의 광 경로변경 필름을 만들기 위한 한 가지 제조 프로세스는 슬릿 다이(slit die)에서 용융 압출되는 중합체를 이용하는 것이다. 일반적으로 T 다이 또는 코오트 행거 다이(coat hanger die)가 사용된다. 본 프로세스는, 슬릿 다이를 통해서 중합체 또는 중합체 혼합물을 압출 성형하고, 압출된 웹(web)을 희망하는 표면 형상을 가진 정확히 패턴된 롤러 위에서 빠르게 식혀서, 투명한 시트(sheet)의 표면 피쳐들이 이들의 글래스(glass) 응결 온도 아래로 식게 되며, 광학 엘리먼트의 희망하는 형태를 유지한다.
또한, 본 발명의 필름은, 패턴 주위의 진공 성형, 표면 피쳐의 주입 몰딩(injection molding), 웹 상에 코팅될 UV 경화 가능 물질의 이용, 그 후 경화되고 중합체 웹 내에 표면 피쳐들을 융기시킴으로써 제조될 수 있다.
본 발명은 다음에 상술 될 전형적인 배치로 어떠한 액정 디스플레이 장치와도 결합하여 사용될 수 있다. 액정(Liquid crystals, LC)은 전자 디스플레이 장치들에서 폭넓게 사용된다. 이러한 디스플레이 시스템에서, LC 층은 편광층과 분광층(analyzer layer) 사이에 위치하며, 층을 통하여 수직축에 대해서 방위각(azimuthal twist)을 나타내는 지시기(director)를 포함한다. 분광층은 배향되어, 이의 병합 축(absorbing axis)은 편광층의 병합 축에 수직이다. 액정 층을 통과하여 편광층에 의해 편광된 입사광은 액정의 분자 배향에 의해 영향을 받으며, 이는 셀의 양단 전위의 어플리케이션에 의해 변경될 수 있다. 이러한 원리를 사용하여, 주변 광을 포함하는 외부 소스로부터의 빛의 전송은 제어될 수 있다. 이러한 제어를 하기 위해 필요한 에너지는 일반적으로 음극선관(CRT)과 같은 다른 디스플레이 형태에서 사용되는 형광 물질에서 요구되는 것보다 적다. 따라서, LC 기술은, 적은 질량과 낮은 전력 소비 및 긴 작동 시간이 중요한 특징인 디지털시계, 계 산기, 휴대 컴퓨터 및 전자 게임기와 같은, 그러나 이에 한정되지는 않는, 다수의 어플리케이션에서 사용된다.
예
다음의 예는 본 발명의 실시예를 설명한다. 이들은 본 발명의 모든 가능한 변형을 철저하게 나타내려는 것은 아니다. 다른 지시가 없는 한 파트(part)와 백분율은 웨이트(weight)에 의한다.
발명 예 1
발명 예 1은 제너럴 일렉트릭(General Electric)으로부터 이용가능한 콤팩트 디스크 옵티컬 그레이드 폴리카보네이트(compact disk optical grade polycarbonate)로 이루어진 단판 구조(monolithic structure)(한 층)로 본 발명에 따라서 생성되었다. 필름은 압출 롤 주조(extrusion roll molding)를 사용하여 생성되며, 여기서 주조된 폴리카보네이트(약 315℃에서 압출됨)는 패턴된 롤러와 부드러운 압력 롤러 사이의 닙(nip) 안으로 압출된다. 생성되는 필름은 한쪽은 패턴되고 한쪽은 부드러운 약 125㎛ 두께였다. 패턴은 만곡한 쐐기형 피쳐로 구성되었다.
발명 예 1은 각각 평균적으로 90도의 끼인각으로 1360㎛의 길이, 50㎛의 폭, 및 24㎛의 높이인 피쳐들을 가졌다. 피쳐들은 필름의 전 표면에 걸쳐 무작위로, 겹쳐지고, 교차하여, 두 인접한 피쳐들 간의 거리는 평균적으로 약 35㎛의 피치를 가졌다.
발명 예 2
발명 예 2는 발명 예 1과 동일한 재료, 프로세스, 및 두께와 같은 동일한 방법으로 준비되었다. 발명 예 2는 각각 평균적으로 90도의 끼인각으로 950㎛의 길이, 44㎛의 폭, 및 22㎛의 높이인 피쳐들을 가졌다. 피쳐들은 필름의 전 표면에 걸쳐 무작위로, 겹쳐지고, 교차하여, 두 인접한 피쳐들 간의 거리는 평균적으로 약 22㎛의 피치를 가졌다.
비교 예 1
비교 예 1은 상업적으로 이용 가능한 3M에서 만든 밝기 강화 필름(BEF II)이었다. BEF II는 코팅되고 UV 경화 폴리아크릴레이트(약 25㎛의 두께)로 이루어진 밝기 강화 피쳐를 포함하는 배향된 폴리에스터(약 100㎛의 두께)의 이중 층 구조(이는 두 층 사이의 접촉을 위해 제 3 층을 가질 수 있음)이다. 이 피쳐는 50㎛의 피치, 25㎛의 높이, 및 90도의 끼인각을 갖는 연속적인 선형 프리즘(prisms)이다.
비교 예 2
비교 예 2는 상업적으로 이용 가능한 3M에서 만든 밝기 강화 필름(BEF III-T)이었다. BEF III-T의 구조는 다소 다른 피쳐를 포함하나 BEF II와 유사하다. 피쳐는 50㎛의 평균 피치, 90도의 끼인각, 및 변경될 수 있는 높이를 갖는 연속적인 선형 프리즘이다. 높이는 프리즘의 길이에 따라 변하며, 프리즘이 "웨이비(wavy)"한 모습으로 보이게 한다. 프리즘의 리지라인(ridgeline)은 높이가 변하나, 필름의 면에 평행한 면에 있어서는 변하지 않는다. 필름은 시스템 내의 모아레를 감소시키기 위해 고안되었다.
비교 예 3
비교 예 3은 다소 다른 피쳐를 갖으나 발명 예 1 및 2와 동일한 구조를 갖는다. 피쳐는 각각 90도의 끼인각으로 400㎛의 길이, 8㎛의 폭, 및 29㎛의 높이였다. 피쳐들은 필름의 전 표면에 걸쳐 무작위로, 겹쳐지고, 교차하여, 두 인접한 피쳐들 간의 거리는 평균적으로 약 22㎛의 피치를 가졌다.
필름들은 필름의 패턴 면을 광원 - 이는 발산하는 램버트(Lambertian) 광원임 - 로부터 떨어뜨려 놓음으로써 빛 경로변경 특성에 관해 시험하였다. 상대적인 휘도와 각도에 대한 0도의 방위각 그래프는 밝기의 증가를 비교하기 위해 사용되었다. 그 결과는 도 12에서 도시되며, 여기서 151은 램버트 광원에 대한 상대 휘도와 각도에 대응한다. 그래프 상의 다른 종류들은 축상 이득의 감소라는 점에서 본 발명의 필름과 비교 필름의 상대 휘도와 각도에 대응한다: 153 - 비교 예 1, 155 - 비교 예 2, 157 - 발명 예 1, 159 - 발명 예 2, 161 - 비교 예 3.
상기 나열된 본 발명 예와 비교 예의 광 경로변경 필름은 모아레에 대해서 시각적으로 평가되었다. 필름은 하얀 매우 발산하는 램버트 백라이트 상에서 검사되었다. 각각의 필름은 필름의 피쳐의 긴 축이 필름상에 놓인 RGB LCD 어레이에 평행하게 정렬되도록 배치되었다. 관측은 모아레가 가장 잘 보이지 않는 축 바깥에서 수행되었다. 랩톱 크기의 디스플레이에 전형적인 해상도의 범위는 광 경로변경 필름으로 시험 되었으며, 모아레는 시각적으로 평가되고 서로에 대해서 상대적으로 순위 매겨졌다. LCD 패널은 0.3075㎜, 0.298㎜, 0.279㎜, 0.264㎜, 0.2250㎜, 0.2175㎜, 및 0.2055㎜의 해상도를 가졌다. 필름은 0에서 5의 범위로 순위 매겨졌으며, 0은 모아레가 없는 경우이며, 5는 모아레가 가장 많은 경우이다. 시각 적인 랭킹은 다음과 같다:
랭킹 모아레 출현을 정의
5 Very Bad
4 Bad
3 Medium
2 Slight
1 Very Slight
0 None
다음으로, 데이터는 표준화되었다. 다음의 차트는 랭킹 데이터와 본 발명과 비교 예의 모아레의 상대적인 랭킹을 도시한다.
LCD 해상도(㎜) 모아레 상대 점수 (표준화)
0.3075 0.298 0.279 0.264 0.225 0.2175 0.2055 총점
비교 예 1 3 3 1 2 3 2 2 16 100
비교 예 2 3 3 1 2 3 2 2 16 100
발명 예 1 3 1 2 2 3 2 1 14 88
발명 예 2 3 2 1 1 3 2 1 13 81
비교 예 3 1 1 2 3 1 2 3 12 77
모아레와 축상 밝기 모두가 액정 디스플레이 시스템의 필름 성능에 중요하다고 할지라도, 모아레 감소와 축상 이득을 균형 맞추는 것은 액정 디스플레이의 전체 성능에 있어서 매우 중요하다. 축상 밝기를 현저하게 줄이지 않으면서 모아레를 감소시키고자 하는 도전은 시장을 충분히 만족시키지 못했으며, 이전의 시도들은 성공하지 못하였다. 도 11은 광 경로변경 필름의 축상 이득과 모아레 감소에 관한 광학적인 최적화 그래프를 도시한다(축상 이득의 숫자가 높을수록 디스플레이의 축상 밝기는 더 밝으며, 모아레의 숫자가 높을수록 시스템의 모아레의 양이 더 많음). 이상적으로, 완벽한 광 경로변경 필름은 높은 축상 이득을 갖으면서도 모아레가 없는 왼쪽 상단 코너에 위치할 것이다. 실제적으로는, 모아레와 축상 이득은 역으로 관계되며, 모아레를 감소시키기 위해 사용되는 방법들은 축상 밝기에 부정적인 영향을 준다. 액정 산업에서, 해상도(resolution)가 증가함에 따라(모아레를 더욱 현저하게 만듦), 제조업자들이 희망하는 축상 밝기의 손실을 최소화하면서 모아레를 현저하게 줄어드는 절충 위치가 존재하며, 이는 도 11에서 발명 예 1과 발명 예 2를 각각 나타내는 포인트(145 및 147)를 포함하는 박스 처진 영역으로 도시된다. 모아레를 매우 많이 감소시킨 필름을 생성하였으나 많은 어플리케이션에서 낮은 축상 밝기의 문제를 가졌으며, 상기 기준에 적합한 필름을 생성하려는 이전의 시도들은 실패했다. 비교 예 2를 나타내는 포인트 숫자(143)는 모아레를 감소시켰으나, 도 11의 그래프에서 도시된 것과 같이, 현저한 모아레의 감소 없이 포인트(141-비교 예 1)와 비교할 때 축상 이득을 감소시킨다. 다른 시도들은 비교 예 3의 포인트(149)와 같이 매우 낮은 모아레 필름을 생성하였으나, 비교 예 3과 같이 일부 어플리케이션에 있어서 충분한 축상 밝기를 제공하지 못한다.
본 발명의 필름은 폴리카보네이트 중합체로 제조되기 때문에, 생성되는 광 경로변경 필름은 보다 깨지기 쉬운 UV 경화된 프리즘 구조로 제조된 조절 물질과 비교할 때, 단단하고 잘 긁히지 않으며 침식되지 않는다. 또한, 폴리카보네이트 중합체는 LCD 백라이트 어셈블리에 있어서 요구되는 조건에 있어서 균일한 광학적 성능을 제공한다고 알려져 있다.
본 발명은 임의의 바람직한 실시예에 대해서 특정 참조와 함께 상세히 기술되었으며, 이의 변형과 수정이 본 발명의 원리와 범위 내에서 이루어질 수 있다는 것은 이해될 수 있다.
파트 리스트
1; 하나의 만곡한 쐐기형 개별 광학 엘리먼트
3; 만곡한 표면
5; 평평한 표면
7; 리지
11; 하나의 만곡한 쐐기형 개별 광학 엘리먼트
13; 만곡 반지름
23; 만곡한 쐐기 엘리먼트
27; 엘리먼트
31; 피쳐
33; 만곡한 면
35; 평평한 면
37; 피쳐
38; 만곡한 면
39; 평평한 면
41; 광 경로변경 필름의 단면
43; 피치
44; 피치
45; 피치
46; 피치
47; 필름의 단면 부분
101; 디스플레이
103; 광원
105; 후면 반사경
107; 광 가이드
109; 산광기
111; 광 경로변경 중합체 필름
113; 액정 디스플레이 모듈
121; 디스플레이
123; 광원
125; 후면 반사경
127; 광 가이드
129; 산광기
131; 광 경로변경 필름
133; 광 경로변경 필름
135; 액정 디스플레이 모듈
141; 비교 예 1
143; 비교 예 2
145; 발명 예 1
147; 발명 예 2
149; 비교 예 3
151; 광원의 상대 휘도와 각도 곡선
153; 비교 예 1의 상대 휘도와 각도 곡선
155; 비교 예 2의 상대 휘도와 각도 곡선
157; 발명 예 1의 상대 휘도와 각도 곡선
159; 발명 예 2의 상대 휘도와 각도 곡선
161; 비교 예 3의 상대 휘도와 각도 곡선
171; 디스플레이 시스템
173; 광원
175; 광 경로변경 필름
177; 쐐기형 피쳐
179; 디스플레이
181; 디스플레이 시스템
183; 광원
185; 광 경로변경 필름
187; 쐐기형 피쳐
189; 디스플레이

Claims (10)

  1. 중합체 필름 또는 기판의 적어도 한 표면 내 또는 표면상에 다수의 개별 중합체 광학 엘리먼트를 포함하는 광 경로변경 필름으로서,
    상기 광학 엘리먼트는 적어도 두 표면을 갖고, 상기 표면의 적어도 한 표면은 만곡하고, 상기 광학 엘리먼트의 길이가 800㎛ 내지 4000㎛의 범위인, 광 경로변경 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 엘리먼트들은 적어도 하나의 비대칭형 표면을 갖는 광 경로변경 필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 엘리먼트들은 서로에 대해서 회전된 광 경로변경 필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 엘리먼트들은 서로에 대해서 엇걸리고 서로 교차하는 광 경로변경 필름.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 엘리먼트들은 무작위로 배치되는 광 경로변경 필름.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 엘리먼트들은 0.8㎜ 내지 20㎜의 곡률 반지름을 갖는 적어도 하나의 만곡한 표면을 가지는 광 경로변경 필름.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 엘리먼트들은 상기 광학 엘리먼트들의 가장 높은 포인트에서 80 내지 110도의 끼인각을 갖는 단면을 가지는 광 경로변경 필름.
  8. 적어도 하나의 광원을 포함하는 백라이트 어셈블리, 및 상기 백라이트 어셈블리로부터 수신된 빛의 경로를 변경하기 위한 적어도 하나의 광 경로변경 필름을 포함하는 디스플레이 시스템으로서,
    상기 하나의 광 경로변경 필름은 중합체 필름 또는 기판을 포함하며,
    상기 중합체 필름 또는 기판은 상기 중합체 필름 또는 기판의 적어도 한 표면 내 또는 표면상에 다수의 개별 중합체 광학 엘리먼트를 가지며,
    상기 광학 엘리먼트는 적어도 두 표면을 갖으며, 상기 표면의 적어도 하나는 만곡하며, 상기 광학 엘리먼트의 길이가 800㎛ 내지 4000㎛의 범위인, 디스플레이 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나의 광 경로변경 필름의 개별 광학 엘리먼트의 길이 방향에 대해서 80 내지 100도로 회전한 제 2 광 경로변경 필름을 더 포함하는 디스플레이 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 광학 엘리먼트들은 0.8㎜ 내지 20㎜의 곡률 반지름을 갖는 적어도 하나의 만곡한 표면을 가지는 디스플레이 시스템.
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