KR20080081927A - 주야간 필름 - Google Patents

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KR20080081927A
KR20080081927A KR1020087014622A KR20087014622A KR20080081927A KR 20080081927 A KR20080081927 A KR 20080081927A KR 1020087014622 A KR1020087014622 A KR 1020087014622A KR 20087014622 A KR20087014622 A KR 20087014622A KR 20080081927 A KR20080081927 A KR 20080081927A
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layer
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카이-우베 쉔케
귀도 히취만
슈테판 오. 디트리히
로버트 베네트
폴 이. 험팰
키스 엠. 코트칙
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

전방면 및 후방면을 갖는 광학 소자는 주변 조명 모드 및 후방 조명 모드에서 작동한다. 광학 소자는 주변광을 반사시키도록 전방면과 대면하는 확산 반사층을 포함한다. 광 흡수층은 후방면과 대면하며, 후방 광이 확산 반사층을 조명하는 것을 방지하도록 위치된다. 복수의 광 투과성 영역들은 후방 광이 확산 반사층을 조명하지 않으면서 제한된 각도 범위에 걸쳐 통과하도록 광 흡수층 및 확산 반사층을 통해 연장된다.
필름, 광학 소자, 백라이트, 주변 조명, 후방 조명, 확산, 반사

Description

주야간 필름{DAY AND NIGHT FILM}
본 발명은 광학 필름 및 광학 필름을 포함한 광학 디스플레이에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 백라이트형 디스플레이로부터 발광된 큰 각도의 광에 의해 야기되는 반사면 상의 눈부심을 감소시키기 위한 광학 필름에 관한 것이다.
자동차와 같은 차량 내 계기판 및 제어판은 햇빛과 같은 주변광이 계기판 또는 제어판의 표면으로부터 관측자의 눈으로 반사되는 주간에는 볼 수 있다. 야간에는, 계기판 및 제어판을 보는 것이 백라이트에 의해 용이한데, 백라이트는 주간에 볼 수 있는 이미지의 조명된 버전을 생성하도록 광이 계기판 또는 제어판을 통과하게 한다. 조명식 계기판 및 제어판의 문제점은 광이 계기판으로부터 광범위한 각도에 걸쳐 발광된다는 것이다. 이러한 광의 일부가 전면 유리(windshield)와 같은 유리면에 충돌하여 운전자에게 다시 반사된다. 주간에는 햇빛이 그러한 반사가 보일 수 있는 것을 방지하지만, 야간에는 그러한 반사가 종종 명확히 보일 수 있다. 이러한 반사는 운전자를 혼란시키거나 운전자의 시야를 방해함으로써 위험한 상황을 만들 수 있다.
발명의 개요
제1 태양에서, 본 발명은 주변 조명 모드 및 후방 조명 모드에서 작동하는 광학 소자이다. 확산 반사층은 주변광을 반사시키도록 전방면과 대면한다. 광 흡수층은 후방면과 대면하며, 후방 광이 확산 반사층을 조명하는 것을 방지하도록 위치된다. 복수의 광 투과성 영역들은 후방 광이 확산 반사층을 조명하지 않으면서 제한된 각도 범위에 걸쳐 통과하도록 광 흡수층 및 확산 반사층을 통해 연장된다.
제2 태양에서, 본 발명은 후방 광이 후방면으로부터 전방면으로 통과하게 하고 제한된 각도 범위 내에서 전방면으로부터 나오도록 하는 광 투과성 영역들의 어레이를 포함하는, 주변 조명 모드 및 후방 조명 모드에서 작동하는 광학 소자이다. 광 반사층은 채널들 사이에 있고, 주변광을 반사시키도록 전방면과 대면한다. 광 흡수층은 채널들 사이에 있고, 후방 광이 광 반사층에 도달하는 것을 방지하도록 광 반사층에 대하여 위치된다.
제3 태양에서, 본 발명은 복수의 공동이 제1 표면 내로 연장되는 광 투과성 필름을 포함하는 광학 소자이다. 광 반사재가 각각의 공동의 제1 부분을 충전하고, 광 흡수재가 각각의 공동의 제2 부분을 충전한다.
제4 태양에서, 본 발명은 복수의 공동이 제1 표면 내로 연장되는 광 투과성 필름을 형성하는 단계를 포함하는 광학 소자의 제조 방법이다. 각각의 공동의 제1 부분은 광 흡수재로 충전된다. 각각의 공동의 제2 부분은 광 반사재로 충전된다.
상기 개요는 본 발명의 각각의 개시된 실시예 또는 모든 구현예를 기술하고자 하는 것이 아니다. 이하의 도면들과 상세한 설명은 예시적인 실시예를 더욱 구체적으로 예시한다.
도 1은 종래의 백라이트형 디스플레이 및 그와 관련한 바람직하지 않은 반사를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학 소자를 도시하는 도면.
도 3은 광학 소자의 후방 표면과 대면하는 반사재를 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 소자를 도시하는 도면.
도 4는 광학 소자의 백라이트측(backlight side)으로부터 관측측(viewing side)으로 넓어지는 광 제어 공동(cavity)을 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 소자를 도시하는 도면.
도 5는 넓은 광 제어 공동을 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 소자를 도시하는 도면.
도 6은 다중-각도 제어 공동을 포함하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 소자를 도시하는 도면.
도 7은 광 제어 구조체 및 인쇄용 평탄면을 포함하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 소자를 도시하는 도면.
상기 도면들은 본 발명의 여러 실시예들을 나타낸다. 논의에서 알려지는 바와 같이 다른 실시예들이 또한 고려된다. 모든 경우에서, 본 개시 내용은 본 발명을 제한이 아닌 설명을 위해 나타낸 것이다. 본 발명의 원리의 범주 및 사상에 속하는 많은 다른 변형 및 실시예들이 당업자에 의해 창안될 수 있음을 이해하여야 한다. 도면은 일정한 비율로 그려지지 않을 수 있다. 도면 전체에 걸쳐서 유사 부분을 지시하기 위하여 유사 도면 부호가 사용되었다.
도 1은 종래의 백라이트형 계기판(10)을 도시한다. 계기판(10)은 전형적으로 자동차에서 자동 변속기를 위한 콘솔 장착형 셀렉터(console mounted selector)와 관련된 종류의 것이다. 계기판(10) 상의 문자들은 햇빛과 같은 주변광이 계기판 또는 제어판의 표면로부터 관측자의 눈으로 반사되는 주간에 볼 수 있다. 계기판(10) 상의 정보는 비확산 잉크(non-diffusive ink)로의 인쇄에 의한 것 또는 사출 성형된 층으로부터의 문자의 절삭 또는 레이저 제거에 의한 것을 포함한 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 야간에, 계기판(10)을 보는 것은 계기판(10) 후방의 백라이트에 의해 용이해진다. 백라이트는 주간에 볼 수 있는 이미지의 조명된 버전을 생성하도록 광이 계기판(10)을 통과하도록 한다. 광의 일부는 원하는 결과를 제공하지만, 계기판(10)로부터의 광의 일부는 산란되어 전면 유리(12)와 충돌한다. 이는 반사(14)를 일으키는데, 이는 운전자를 혼란시키거나 심지어 위험한 상황을 만들 수 있다. 도 1에는 계기판(10)만 도시되었지만, 제어판, 버튼 및 스위치와 같은 자동차 내의 다른 백라이트형 장치들이 마찬가지로 전면 유리(12) 상에서 반사를 일으켜서, 운전자를 더욱 혼란시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학 소자(20)를 도시한다. 광학 소자(20)는 캐리어 표면(24)을 갖는 캐리어 기판(23)을 선택적으로 포함할 수 있다. 캐리어 표면(24)은 그 위에 형성된 복수의 광 투과성 영역(26)들을 포함한다. 공동(28)들은 인접한 광 투과성 영역(26)들에 의해 한정된다. 광 투과성 영역(26)들은 (페이지 내로 연장되는 치수를 따라) 캐리어 표면(24)을 가로질러 실질적으로 단절되지 않게 연장되어 공동(28)들이 또한 캐리어 표면(24)을 가로질러 실질적으로 단절되지 않게 연장되어 채널 또는 홈을 형성하도록 할 수 있다. 대안적으로, 광 투과성 영역(26)들은 광 투과성 영역(26)들이 각각의 공동(28)을 둘러싸고 캐리어 표면(24)을 따라 피트(pit) 또는 컬럼을 형성하도록 캐리어 표면(24) 상에 주기적으로 형성된 기둥(post) 또는 평탄 상부형 피라미드 또는 원추일 수 있다. 게다가, 확산기 호일(diffuser foil, 29)이 광학 소자(20)의 후방 표면에 선택적으로 결합된다.
각각의 공동(28)은 확산 반사재(30) 및 광 흡수재(32)에 의해 점유된다. 확산 반사재(30)는 확산 반사재(30)가 캐리어 기판(23)에 근접한 공동(28)의 부분을 점유하도록 공동(28) 내에 분포된다. 확산 반사재(30)는 광학 소자(20)의 후방 표면과 대면하는 실질적으로 볼록한 형상을 형성한다. 일 실시예에서, 확산 반사재(30)는 백색 에나멜 페인트 또는 잉크이다. 다른 실시예에서, 확산 반사재(30)는 액체 경화성 수지에 혼합된 TiO2 분말이다. 확산 반사재(30)는 또한 착색된 코팅 또는 금속화된 코팅을 포함할 수도 있고, 탄산칼슘 또는 금속 박편(flake)과 같은 확산 반사 첨가물을 포함할 수도 있다. 대안적인 실시예에서, 은 잉크(silver ink)와 같은 반사재가 확산 반사재(30) 대신에 공동(28) 내에 채용된다.
각각의 공동(28)의 나머지는 광 흡수재(32)에 의해 점유된다. 광 흡수재(32)는 광 흡수재(32) 및 광 투과성 영역(26)들이 백라이트(BL)와 대면하는 광학적으로 매끄러운 평탄 표면을 형성하도록 공동(28)을 충전한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 광 흡수재(32)는 공동(28)의 측벽들을 덮는다. 측벽들 사이의 영역이 또한 광 흡수재(32)에 의해 점유된다. 일 실시예에서, 광 흡수재(32)는 흑색 에나멜 페인트 또는 잉크이다. 다른 실시예에서, 광 흡수재(32)는 액체 경화성 수지에 혼합된 카본 블랙 분말이다. 대안적인 실시예에서, 확산 반사재(30) 및 광 흡수재(32)가 공동(28)의 대향하는 부분들을 점유한다.
광학 소자(20)는 전형적으로 백라이트형 계기판(10)과 같이 백라이트(BL)를 포함한 광학 시스템 내에 포함된다. 광학 소자(20)는 그 후방 표면이 백라이트(BL)와 대면하고 그 전방 표면이 계기판(10)과 대면하도록 광학 시스템 내에 포함된다. 일 실시예에서, 캐리어 기판(23)(존재하는 경우)은 화학적 또는 기계적 접합을 통해 계기판(10)의 후방 표면 상에 적층된다. 광학 소자(20)를 계기판(10) 상에 적층하기 전에 보호층이 또한 광학 소자(20)의 전방 표면 상에 적층될 수도 있다. 계기판(10) 상에 제공된 정보는 햇빛이 정보를 볼 수 있게 허용하는 주간과 같이 충분한 주변광이 있는 경우에는 볼 수 있다. 광학 소자(20)는 주변광이 최소인 야간과 같이 백라이트(BL)의 사용이 필수적인 경우에 계기판(10) 상의 정보를 보는 것을 허용한다. 보다 중요하게는, 광학 소자(20)의 구성은 후방 조명 조건 동안에 광이 전면 유리(12) 및 다른 반사면 상에서 반사를 일으키는 각도로 광학 소자(20)를 탈출하는 것을 방지하도록 한다.
주간 동안 또는 인공 조명 지역 내에서와 같이 주변광 조건이 충분하면, 광선은 계기판(10) 상에 부딪힌다. 주변광의 일부는 계기판(10)의 표면을 조명한다. 계기판(10)에 의해 반사 및 흡수되는 광의 패턴은 계기판(10) 상에 인쇄된 정보가 보여지는 것을 허용한다. 게다가, 도 2에 도시된 광선(35)과 같은 주변광의 일부는 계기판(10)을 통과하여 확산 반사재(30) 상에 부딪힌다. 광선(35)이 확산 반사재(30)와 충돌하면, 계기판(10)을 통해 관측자를 향하여 다시 확산 산란된다. 이는 계기판(10) 상의 정보가 계기판(10)을 통과하는 산란광으로 인해 주변광 조건에서 보다 더 눈에 띄게 한다.
주변광 조건이 불충분하면, 백라이트(BL)가 계기판(10)을 조명하는 데 사용된다. 계기판(10)을 통해 투과하고 이에 의해 흡수된 광의 패턴은 계기판(10) 상에 인쇄된 정보가 광 투과성 영역(26)들을 통해 보여질 수 있게 한다. 계기판(10) 상에 인쇄된 정보의 이미지를 생성하도록 백라이트(BL)로부터 계기판(10)을 통해 투과되는 광을 도시하기 위해 광선(36)이 도 2에 도시되어 있다. 광 투과성 영역(26) 및 광 흡수재(32)에 의해 형성되는 광학적으로 매끄러운 표면에 선택적으로 결합되는 확산기 호일(29)은 백라이트(BL)로부터의 광을 계기판(10)을 가로질러 보다 균일하게 분포시킨다.
백라이트(BL)에 의해 발광된 광이 전면 유리(12) 상에서 반사를 일으키는 것을 방지하기 위해, 광학 소자(20)는 백라이트(BL)로부터의 광이 바람직하지 않은 각도로 광 투과성 영역(26)으로부터 산란되는 것을 방지한다. 광선(38)으로 도시한 바와 같이, 이는 광이 광 투과성 영역(26)을 바람직하지 않은 각도로 통과하고 광 흡수재(32)에 의해 흡수되는 경우에 발생한다. 끼인각(θ)은 광 흡수재(32)에 의해 흡수될 광선 각도를 설정하는 데 있어서의 요인이다. 일 실시예에서, 끼인각(θ)은 대략 0° 내지 10°의 범위 내에 있다. 광학 소자(20)의 광 제어 특성을 결정하는 다른 요인은 광 흡수재(32)가 공동(28)의 측벽들을 덮는 정도이다. 즉, 광 흡수재(32)에 의한 공동(28)의 측벽의 덮음 정도(coverage)가 클수록 바람직하지 않은 각도에서의 백라이트(BL)로부터의 광의 투과는 적게 된다. 광학 소자(20)의 광 제어 특성을 결정하는 추가의 요인들은 공동(28)들의 폭과 깊이 그리고 이들 사이의 간격이다. 이들 요인 모두는 특정 백라이트형 광학 시스템에 대해 요구되는 특성을 생성하도록 조절가능하다.
광학 필름(20)은 다양한 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 광 투과성 영역(26)들을 위한 요구되는 형상을 갖는 오목부(well)를 포함하는 미세 복제 공구가 우선적으로 제작된다. 그리고 나서, 액체 경화성 용액이 오목부를 충전하도록 미세 복제 공구 상에서 주조된다. 캐리어 기판(23)이 미세 복제 공구 상에 균일하게 분포되도록, 캐리어 기판(23)이 이어서 미세 복제 공구에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 캐리어 기판(23)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 투명 중합체 재료로 제작된다. 그리고 나서, 이 구조물은 액체 경화성 용액의 사양에 따라 경화되어 광 투과성 영역(26)들을 형성한다. 경화 공정 동안에, 광 투과성 영역(26)은 캐리어 기판(23)과 교차 결합되어, 연결된 구조물을 형성하며, 그리고 나서 이 구조물은 미세 복제 공구로부터 박리된다. 확산 반사재(30)는 이어서 광 투과성 영역(26) 위와 공동(28) 내로 고르게 주조된다. 스퀴지(squeegee) 또는 일부 다른 평활화 장치가 광 투과성 영역(26)의 상부로부터 확산 반사재(30)를 제거하는 데 사용된다. 확산 반사재(30)를 경화시킨 후에, 액체 경화성 광 흡수재(32)에 대해 동일한 과정이 사용되어 공동(28)의 나머지 부분을 충전할 수 있다.
도 3은 광학 소자(40)의 후방 표면과 대면하는 반사재(42)를 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 소자(40)를 도시한다. 광학 소자(40)는 또한 선택적 캐리어 기판(23), 광 투과성 영역(26) 및 선택적 확산기 호일(29)을 포함하는, 도 2에 도시된 광학 소자(20)처럼 많은 유사한 구성요소를 포함한다. 광학 소자(40)는 그 후방 표면이 백라이트(BL)와 대면하고 전방 표면이 계기판(10)과 대면하도록 계기판(10)과 같은 백라이트형 광학 시스템에 포함된다. 일 실시예에서, 캐리어 기판(23)(존재하는 경우)은 계기판(10)의 후방 표면 상에 적층된다. 광학 소자(20)를 계기판(10) 상에 적층하기 전에 보호층이 또한 광학 소자(20)의 전방 표면 상에 적층될 수도 있다.
광학 소자(40)의 각각의 공동(28)은 확산 반사재(30), 광 흡수재(32) 및 반사재(42)에 의해 점유된다. 확산 반사재(30) 및 광 흡수재(32)는 도 2에 도시된 실시예에서처럼 공동(28) 내에 연속하여 분포된다. 그리고 나서, 반사재(42)(약 50% 초과의 반사율을 가짐)가 광학 소자(40)의 후방 표면에 최근접한 각각의 공동(28)의 부분을 충전하도록 반사재(42)는 공동(28) 내에 분포된다. 일 실시예에서, 반사재(42)는 은 에나멜 페인트 또는 잉크이다. 다른 실시예에서, 반사재(42)는 은과 같은 반사성 금속이다. 추가의 실시예에서, 반사재(42)는 상이한 굴절률을 갖는 반사재의 층들을 포함하는 다층 구성이다. 대안적인 실시예에서, 확산 반사재가 반사재(42)를 대체한다.
광학 소자(20)와 유사하게, 주변광 조건이 충분하면, 광선의 일부는 계기판(10)의 표면을 조명하여, 계기판(10)에 의해 반사 및 흡수된 광의 패턴이 계기판(10) 상에 인쇄된 정보가 보여지도록 한다. 또한, 주변광의 일부(예를 들어, 광선(35))은 계기판(10)을 통과하여 광학 소자(20)의 전방 표면을 따라 확산 반사재(30) 상에 부딪힌다. 광선(35)이 확산 반사재(30)와 충돌하면, 계기판(10)을 통해 관측자를 향하여 다시 확산 산란된다. 이는 계기판(10)을 통과하는 산란광으로 인해 주변광 조건에서 계기판(10) 상의 정보의 가시성을 향상시킨다.
주변광 조건이 불충분하면, 광(예를 들어, 광선(36))은 백라이트(BL)로부터 계기판(10)을 통해 투과되어 계기판(10) 상에 인쇄된 정보의 이미지를 생성한다. 광 투과성 영역(26) 및 반사재(42)에 의해 형성되는 광학적으로 매끄러운 표면에 선택적으로 결합되는 확산기 호일(29)은 백라이트(BL)로부터의 광을 계기판(10)을 가로질러 보다 균일하게 분포시킨다. 백라이트(BL)에 의해 발광된 광이 전면 유리(12) 상에서의 반사를 발생시키는 것을 막기 위해, 광 흡수재(32)는 바람직하지 않은 각도로 광 투과성 영역(26)을 통과하는 광(예를 들어, 광선(38))을 흡수한다.
광학 시스템의 효율을 증가시키기 위해서, 백라이트(BL)와 대면하는 공동(28) 내에 반사재(42)가 제공될 수 있다. 백라이트(BL)로부터의 광이 반사재(42) 상에 충돌하면(예를 들어, 광선(46)), 백라이트(BL)를 향해 다시 반사된다. 그리고 나서, 이러한 반사된 광의 일부는, 반사된 광이 광 투과성 영역(26)들 중 하나를 통과하도록 허용하는 각도로, 이를 광학 소자(40)를 향해 다시 재지향시킴으로써 백라이트(BL)에 의해 "재순환"된다. 그 결과, 광 흡수재(32)에 의해 흡수될 수도 있었거나 달리 사용되지 않았던 백라이트(BL)로부터의 광이 계기판(10)을 통해 관측자에게 투과되도록 광학 소자(20)로 복귀된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 소자(60)를 도시한다. 광학 소자(60)는 캐리어 표면(64)을 갖는 캐리어 기판(63)을 선택적으로 포함할 수 있다. 캐리어 표면(64)은 그 위에 형성된 복수의 광 투과성 영역(66)들을 포함한다. 공동(68)들은 인접한 광 투과성 영역(66)들에 의해 한정된다. 광 투과성 영역(66)들은 (페이지 내로 연장되는 치수를 따라) 캐리어 표면(64)을 가로질러 실질적으로 단절되지 않게 연장되어 공동(68)들이 또한 캐리어 표면(64)을 가로질러 실질적으로 단절되지 않게 연장되어 채널 또는 홈을 형성하도록 할 수 있다. 대안적으로, 광 투과성 영역(66)들은 광 투과성 영역(66)들이 각각의 공동(68)을 둘러싸고 캐리어 표면(64)을 따라 피트 또는 컬럼을 형성하도록 캐리어 표면(64) 상에 주기적으로 형성된 기둥이거나 뒤집힌 평탄 상부형 피라미드 또는 원추일 수 있다. 광학 소자(60)는 그 후방 표면이 백라이트(BL)와 대면하고 전방 표면이 계기판(10)과 대면하도록 계기판(10)과 같은 백라이트형 광학 시스템에 포함된다. 일 실시예에서, 캐리어 기판(63)(존재하는 경우)은 화학적 또는 기계적 접합을 통해 계기판(10)의 후방 표면 상에 적층된다. 광학 소자(60)를 계기판(10) 상에 적층하기 전에 보호층이 또한 광학 소자(60)의 전방 표면 상에 적층될 수도 있다.
각각의 공동(68)은 확산 반사재(70) 및 광 흡수재(72)에 의해 점유된다. 광 흡수재(72)가 공동(68)의 측벽들을 습윤시키고 광학 소자(60)의 전방 표면에 근접하여 오목한 메니스커스를 형성하도록 광 흡수재(72)가 먼저 공동(68) 내에 제공된다. 측벽들 사이의 영역이 또한 광 흡수재(72)에 의해 점유된다. 일 실시예에서, 광 흡수재(72)는 흑색 에나멜 페인트 또는 잉크이다. 다른 실시예에서, 광 흡수재(72)는 액체 경화성 수지에 혼합된 카본 블랙 분말이다.
각각의 공동(68)의 나머지는 확산 반사재(70)에 의해 점유된다. 확산 반사재(70) 및 광 투과성 영역(66)들이 광학적으로 매끄러운 평평한 전방 표면을 형성하도록 확산 반사재(70)가 공동(68) 내에 분포된다. 바꿔 말하면, 확산 반사재(70)는 광 흡수재(72)에 의해 형성된 오목한 메니스커스 위의 영역을 충전한다. 일 실시예에서, 확산 반사재(70)는 백색 에나멜 페인트 또는 잉크이다. 다른 실시예에서, 확산 반사재(70)는 액체 경화성 수지에 혼합된 TiO2 분말이다. 확산 반사재(70)는 또한 착색된 코팅 또는 금속화된 코팅을 포함할 수도 있고, 탄산칼슘 또는 금속 박편과 같은 확산 반사 첨가물을 포함할 수도 있다. 다른 실시예에서, 확산 반사재(70) 및 광 흡수재(72)가 공동(68)의 대향하는 부분들을 점유한다. 다른 대안적인 실시예에서, 은 잉크와 같은 반사재가 확산 반사재(70) 대신에 공동(68) 내에 채용된다.
구조적으로, 광학 소자(60)는 공동(68)이 광학 소자(60)의 후방 표면에서보다 광학 소자(60)의 전방 표면에서 더 넓다는 점에서 광학 소자(20)(도 2 및 도 3)와는 상이하다. 즉, 광 투과성 영역(66)들은 후방 표면과 대면하는 측으로부터 전방 표면까지 좁아진다. 그러나, 광학 소자(60)의 작동은 광학 소자(20)의 작동과 유사하다. 즉, 계기판(10)에 의해 반사 및 흡수되는 광의 패턴은 계기판(10) 상에 인쇄된 정보가 보여지는 것을 허용한다. 게다가, 계기판(10)을 통과하는 주변광(예를 들어, 광선(75))은 확산 반사재(70)에 의해 계기판(10)을 향해 다시 확산 산란된다. 백라이트(BL)가 계기판(10)을 조명하는 데 사용되면, 광(예를 들어, 광선(76))은 백라이트(BL)로부터 광학 소자(70)를 통해 계기판(10)으로 투과하여 계기판(10) 상에 인쇄된 정보의 이미지를 생성한다. 백라이트(BL)에 의해 발광된 광이 전면 유리(12) 상에서의 반사를 발생시키는 것을 막기 위해, 광 흡수재(72)는 바람직하지 않은 각도로 광 투과성 영역(66)을 통과하는 광(예를 들어, 광선(78))을 흡수한다. 도 3에 도시된 실시예에서와 유사하게, 백라이트(BL)로부터의 광의 일부를 반사 및 재사용하도록 반사재의 층(도시되지 않음)이 또한 공동(68)의 저부에 추가될 수도 있다. 게다가, 확산기 호일(도시되지 않음)이 광학 소자(60)의 후방 표면에 선택적으로 결합되어 백라이트(BL)로부터의 광을 계기판(10)을 가로질러 보다 균일하게 분포시킨다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 소자(80)를 도시한다. 광학 소자(80)는 캐리어 표면(84)을 갖는 캐리어 기판(83)을 선택적으로 포함할 수 있다. 캐리어 표면(84)은 그 위에 형성된 복수의 광 투과성 영역(86)들을 포함한다. 공동(88)들은 인접한 광 투과성 영역(86)들에 의해 한정된다. 광 투과성 영역(86)들은 (페이지 내로 연장되는 치수를 따라) 캐리어 표면(84)을 가로질러 실질적으로 단절되지 않게 연장되어 공동(88)들이 또한 캐리어 표면(84)을 가로질러 실질적으로 단절되지 않게 연장되어 채널 또는 홈을 형성하도록 할 수 있다. 대안적으로, 광 투과성 영역(86)들은 광 투과성 영역(86)들이 각각의 공동(88)을 둘러싸고 캐리어 표면(84)을 따라 피트 또는 컬럼을 형성하도록 캐리어 표면(84) 상에 주기적으로 형성된 기둥 또는 평탄 상부형 피라미드 또는 원추일 수 있다. 광학 소자(80)는 그 후방 표면이 백라이트(BL)와 대면하고 전방 표면이 계기판(10)과 대면하도록 계기판(10)과 같은 백라이트형 광학 시스템에 포함된다. 일 실시예에서, 캐리어 기판(83)(존재하는 경우)은 화학적 또는 기계적 접합을 통해 계기판(10)의 후방 표면 상에 적층된다.
각각의 공동(88)은 확산 반사재(90) 및 광 흡수재(92)에 의해 점유된다. 확산 반사재(90)는 확산 반사재(90)가 캐리어 기판(83)에 근접한 공동(88)의 부분을 점유하도록 공동(88) 내에 분포된다. 확산 반사재(90)는 확산 반사재(90)가 공동(88)의 대략 절반을 충전하도록 캐리어 표면(84)을 따라 공동(88)의 저부 및 공동(88)의 측벽의 부분들을 덮는다. 일 실시예에서, 확산 반사재(90)는 백색 에나멜 페인트 또는 잉크이다. 다른 실시예에서, 확산 반사재(90)는 액체 경화성 수지에 혼합된 TiO2 분말이다. 확산 반사재(90)는 또한 착색된 코팅 또는 금속화된 코팅을 포함할 수도 있고, 탄산칼슘 또는 금속 박편과 같은 확산 반사 첨가물을 포함할 수도 있다. 대안적인 실시예에서, 은 잉크와 같은 반사재가 확산 반사재(90) 대신에 공동(88) 내에 채용된다.
각각의 공동(88)의 나머지는 광 흡수재(92)에 의해 점유된다. 광 흡수재(92)는 광 흡수재(92) 및 광 투과성 영역(86)들이 백라이트(BL)와 대면하는 광학적으로 매끄러운 평탄 표면을 형성하도록 공동(88)을 충전한다. 도 5에 도시된 실시예에서, 광 흡수재(92)는 공동(88)의 대략 절반을 충전한다. 대안적으로, 확산 반사재(90) 및 광 흡수재(92)는 광 흡수재(92)가 공동(88)의 측벽의 대부분을 덮도록 공동(88)을 충전한다(도 2 및 도 3에 도시된 실시예들과 유사함). 일 실시예에서, 광 흡수재(92)는 흑색 에나멜 페인트 또는 잉크이다. 다른 실시예에서, 광 흡수재(92)는 액체 경화성 수지에 혼합된 카본 블랙 분말이다. 대안적인 실시예에서, 확산 반사재(90) 및 광 흡수재(92)가 공동(88)의 대향하는 부분들을 점유한다.
광학 소자(80)의 작동은 광학 소자(20)의 작동과 유사하다. 즉, 계기판(10)에 의해 반사 및 흡수되는 광의 패턴은 계기판(10) 상에 인쇄된 정보가 보여지는 것을 허용한다. 게다가, 계기판(10)을 통과하는 주변광(예를 들어, 광선(95))은 확산 반사재(90)에 의해 계기판(10)을 향해 다시 확산 산란된다. 백라이트(BL)가 계기판(10)을 조명하는 데 사용되면, 광(예를 들어, 광선(96))은 백라이트(BL)로부터 광학 소자(90)를 통해 계기판(10)으로 투과하여 계기판(10) 상에 인쇄된 정보의 이미지를 생성한다. 백라이트(BL)에 의해 발광된 광이 전면 유리(12) 상에서의 반사를 발생시키는 것을 막기 위해, 광 흡수재(92)는 바람직하지 않은 각도로 광 투과성 영역(86)을 통과하는 광(예를 들어, 광선(98))을 흡수한다. 도 3에 도시된 실시예에서와 유사하게, 백라이트(BL)로부터의 광의 일부를 반사 및 재사용하도록 반사재의 층(도시되지 않음)이 또한 공동(88)의 저부에 추가될 수도 있다. 게다가, 확산기 호일(도시되지 않음)이 광학 소자(80)의 후방 표면에 선택적으로 결합되어 백라이트(BL)로부터의 광을 계기판(10)을 가로질러 보다 균일하게 분포시킨다.
구조적으로, 광학 소자(80)는 공동(88)이 광 투과성 영역(86)들보다 넓다는 점에서 광학 소자(20)와는 상이하다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광 투과성 영역(86)들은 광학 소자(80)의 전방 표면을 따른 폭(w1)을 갖지만, 공동(88)들은 광학 소자(80)의 전방 표면을 따른 폭(w2)을 갖는다. 폭(w1)에 대한 폭(w2)의 비는 약 1:5 내지 10:1의 범위, 바람직하게는 약 1:1 내지 6:1의 범위, 가장 바람직하게는 약 2:1 내지 5:1의 범위 내에 있을 수 있다. 공동(88)을 광 투과성 영역(86)들보다 넓게 제작함으로써, 보다 많은 확산 반사재(90)가 광학 소자(80)의 전방 표면에서 노출된다. 결과적으로, 더 많은 주변광이 전방 표면으로부터 계기판(10)으로 확산 산란된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 소자(100)를 도시한다. 광학 소자(100)는 캐리어 표면(104)을 갖는 캐리어 기판(103)을 선택적으로 포함할 수 있다. 캐리어 표면(104)은 상이한 끼인각(α, β)을 갖는 2개의 부분들을 포함하는 복수의 광 투과성 영역(106)들이 그 위에 형성되어 있다. 공동(108)들은 인접한 광 투과성 영역(106)들에 의해 한정되고, 광학 소자(100)의 후방 표면을 따라 거리(d)만큼 분리되어 있다. 광 투과성 영역(106)들은 (페이지 내로 연장되는 치수를 따라) 캐리어 표면(104)을 가로질러 실질적으로 단절되지 않게 연장되어 공동(108)들이 또한 캐리어 표면(104)을 가로질러 실질적으로 단절되지 않게 연장되어 채널 또는 홈을 형성하도록 할 수 있다. 대안적으로, 광 투과성 영역(106)들은 광 투과성 영역(106)들이 각각의 공동(108)을 둘러싸고 캐리어 표면(104)을 따라 피트 또는 컬럼을 형성하도록 캐리어 표면(104) 상에 주기적으로 형성된 기둥일 수 있다. 광학 소자(100)는 그 후방 표면이 백라이트(BL)와 대면하고 그 전방 표면이 계기판(10)과 대면하도록 계기판(10)과 같은 백라이트형 광학 시스템 내에 포함된다. 일 실시예에서, 캐리어 기판(103)(존재하는 경우)은 화학적 또는 기계적 접합을 통해 계기판(10)의 후방 표면 상에 적층된다.
각각의 공동(108)은 확산 반사재(110) 및 광 흡수재(112)에 의해 점유된다. 확산 반사재(110)는 확산 반사재(110)가 캐리어 기판(103)에 인접한 공동(108)의 부분을 점유하도록 공동(108) 내에 분포된다. 일 실시예에서, 확산 반사재(110)는 끼인각(α)을 갖는 공동(108)의 부분을 충전한다. 대안적으로, 확산 반사재(110)는 끼인각(α)과 끼인각(β) 사이의 전이부와 일치하지 않는 공동(108)의 부분을 충전할 수도 있다. 일 실시예에서, 확산 반사재(110)는 백색 에나멜 페인트 또는 잉크이다. 다른 실시예에서, 확산 반사재(110)는 액체 경화성 수지 내에 혼합된 TiO2 분말이다. 확산 반사재(110)는 또한 착색된 코팅 또는 금속화된 코팅을 포함할 수도 있고, 탄산칼슘 또는 금속 박편과 같은 확산 반사 첨가물을 포함할 수도 있다. 대안적인 실시예에서, 확산 반사재(110) 대신에 공동(108) 내에 소정 반사재가 채용된다.
각각의 공동(108)의 나머지는 광 흡수재(112)에 의해 점유된다. 광 흡수재(112)는 광 흡수재(112)가 공동(108)의 나머지를 충전하도록 그리고 백라이트(BL)와 대면하는 광 투과성 영역(106)과 함께 광학적으로 매끄러운 표면을 형성하도록 공동(108) 내에 분포된다. 일 실시예에서, 확산 반사재(110)는 끼인각(α)을 갖는 공동(108)의 부분을 높이(h)까지 점유한다. 일 실시예에서, 광 흡수재(112)는 흑색 에나멜 페인트 또는 잉크이다. 다른 실시예에서, 광 흡수재(112)는 액체 경화성 수지에 혼합된 카본 블랙 분말이다. 대안적인 실시예에서, 확산 반사재(110) 및 광 흡수재(112)가 공동(108)의 대향하는 부분들을 점유한다.
주변광 조건이 충분하면, 주변광의 일부는 계기판(10) 상의 정보를 보도록 계기판(10)의 표면을 조명하지만, 주변광의 일부(예를 들어, 광선(115))는 확산 반사재(110) 상에 부딪혀 계기판(10)을 통해 관측자를 향해 다시 확산 산란된다. 산란된 광은 계기판(10) 상의 정보와 확산 반사재(110) 사이의 대비(contrast)로 인해 주변광 조건에서 계기판(10) 상의 정보가 보다 더 눈에 띄게 한다.
주변광이 불충분하면, 광(예를 들어 광선(116))은 백라이트(BL)로부터 광학 소자(100)를 통해 계기판(10)으로 투과하여 계기판(10) 상에 인쇄된 정보의 이미지를 생성한다. 백라이트(BL)에 의해 발광된 광이 전면 유리(12) 상에서의 반사를 발생시키는 것을 막기 위해, 광 흡수재(112)는 바람직하지 않은 각도로 광 투과성 영역(106)을 통과하는 광(예를 들어, 광선(118))을 흡수한다. 광 투과성 영역(106)의 크기 및 형상, 광 흡수재(112)의 끼인각(α, β), 높이(h) 및 인접한 공동(108)들 사이의 거리(d)가 광 흡수재(112)에 의해 흡수될 광선 각도를 설정하는 데 기여한다. 이들 매개 변수들이 적절히 선택되면, 백라이트(BL)로부터의 광은 확산 반사재(110) 상에 부딪히지 않게 되는데, 그 이유는 광이 광 흡수재(112)에 의해 백라이트(BL)로부터 차폐되기 때문이다. 결과적으로, 백라이트(BL)로부터의 광은 확산 반사재(110)에 의해 산란되지 않으면서 광 투과성 영역(106)들을 통과한다. 이는 계기판(10) 상의 정보의 "고우스팅(ghosting)"(즉, 희미한 변위된 복제)이 관측자에게 전달되는 것을 방지한다. 일 실시예에서, 끼인각(β)은 약 0° 내지 약 10°의 범위 내에 있으며, 끼인각(α)은 하기의 수학식으로부터 결정된다.
Figure 112008043115499-PCT00001
도 3에 도시된 실시예에서와 유사하게, 백라이트(BL)로부터의 광의 일부를 반사 및 재사용하기 위해 광학 소자(100)의 후방 표면과 대면하도록 반사재의 층(도시되지 않음)이 또한 공동(108)에 추가될 수도 있다. 게다가, 확산기 호일(도시되지 않음)이 광학 소자(100)의 후방 표면에 선택적으로 결합되어 백라이트(BL)로부터의 광을 계기판(10)을 가로질러 보다 균일하게 분포시킨다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 소자(120)를 도시한다. 광학 소자(120)는 전방 표면(124)과 후방 표면(126)을 갖는 기판(122)을 포함한다. 후방 표면(126)은 그 위에 형성된 복수의 구조체(128)를 포함한다. 각각의 구조체(128)는 광 흡수부(130) 및 확산 반사부(132)를 포함한다. 광학 소자(120)의 기능은 실질적으로 유사하지만, 광학 소자(120)는 기판(122) 상에 형성된 구조체(128)들이 자체 광 제어식이고 구조체(128)들 사이의 공간들이 광 투과성 영역들로서 기능한다는 점에서 지금까지의 실시예들과는 상이하다. 도 7에 도시된 실시예의 이점은 구조체(128)들이 기판(122)에 의해 관측자로부터 보호되어 구조체(128)들이 손상될 위험이 없다는 것이다. 게다가, 전방 표면(124)은 실질적으로 평탄하게 남아있어 그 위에 정보가 직접 제공(예를 들어, 비확산 흑색 잉크로 인쇄)될 수 있게 한다.
주변광 조건에서, 주변광의 일부는 구조체(128)들 사이를 통과하여 백라이트(BL)에 의해 기판(122)을 통해 관측자를 향해 반사된다. 게다가, 주변광의 일부는 확산 반사부(132) 상에 부딪혀 관측자를 향해 다시 확산 산란된다(광선(135)에 의해 나타낸 바와 같음). 산란된 주변광은 전방 표면(124) 상에 인쇄된 정보를 볼 수 있게 한다. 주변광 조건이 불충분하면, 광(예를 들어, 광선(136))은 백라이트(BL)로부터 기판(122)을 통해 투과되어 전방 표면(124) 상에 인쇄된 정보의 이미지를 생성한다. 백라이트(BL)에 의해 발광된 광이 전면 유리(12) 상에서의 반사를 발생시키는 것을 막기 위해, 광 흡수부(130)는 바람직하지 않은 각도로 광학 소자(120) 상에 부딪히는 광(예를 들어, 광선(138))을 흡수한다.
요약하면, 자동차의 조명식 계기판 및 제어판의 문제점은 광이 계기판으로부터 광범위한 각도에 걸쳐 발광된다는 것이다. 이러한 광의 일부가 전면 유리와 같은 유리면에 충돌하여 운전자에게 다시 반사된다. 이러한 반사를 방지하기 위한 하나의 접근법은 계기판을 덮는 창(window)에 광 제어 필름을 사용하는 것이다. 종래의 광 제어 필름은 주변광의 반사 실패(따라서, 주간에 검게 나타남), 과도한 두께 및 필름의 인쇄된 부분을 통한 광의 산란을 포함한 여러 단점을 겪는다. 본 발명은 주변 조명 모드 및 후방 조명 모드에서 작동하는, 전방면 및 후방면을 갖는 광학 소자이다. 확산 반사층은 주변광을 반사시키도록 전방면과 대면한다. 광 흡수층은 후방면과 대면하며, 후방 광이 확산 반사층을 조명하는 것을 방지하도록 위치된다. 복수의 광 투과성 영역들은 후방 광이 확산 반사층을 조명하지 않으면서 제한된 각도 범위에 걸쳐 통과하도록 광 흡수층 및 확산 반사층을 통해 연장된다.
본 발명은 바람직한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 형태 및 상세 사항에 있어서 변경이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.

Claims (25)

  1. 주변 조명 모드 및 후방 조명 모드에서 작동하는, 전방면 및 후방면을 갖는 광학 소자로서,
    주변광을 반사시키도록 전방면과 대면하는 확산 반사층;
    후방 광이 확산 반사층을 조명하는 것을 방지하도록 위치된, 후방면과 대면하는 광 흡수층; 및
    후방 광이 확산 반사층을 조명하지 않으면서 제한된 각도 범위에 걸쳐 통과하도록 광 흡수층 및 확산 반사층을 통해 연장되는 복수의 광 투과성 영역
    을 포함하는 광학 소자.
  2. 제1항에 있어서, 확산 반사층은 백색 재료와 조합된 수지를 포함하는 광학 소자.
  3. 제1항에 있어서, 광 흡수층은 흑색 재료와 조합된 수지를 포함하는 광학 소자.
  4. 제1항에 있어서, 후방면과 대면하고, 광 투과성 영역들을 통해 재투과하도록 후방 광을 재지향시키도록 위치된 반사층을 추가로 포함하는 광학 소자.
  5. 제4항에 있어서, 반사층은 금속을 포함하는 광학 소자.
  6. 제1항에 있어서, 광학 소자의 후방면에 결합된 확산층을 추가로 포함하는 광학 소자.
  7. 주변 조명 모드 및 후방 조명 모드에서 작동하는, 전방면 및 후방면을 갖는 광학 소자로서,
    후방 광이 후방면으로부터 전방면으로 통과하게 하고 제한된 각도 범위 내에서 전방면으로부터 나오도록 하는 광 투과성 영역들의 어레이;
    채널들 사이에 있고, 주변광을 반사시키도록 전방면과 대면하는 광 반사층; 및
    채널들 사이에 있고, 후방 광이 광 반사층에 도달하는 것을 방지하도록 광 반사층에 대하여 위치된 광 흡수층
    을 포함하는 광학 소자.
  8. 제7항에 있어서, 광 투과성 영역들은 광학 소자를 통해 연장되는 채널 벽들에 의해 한정되고, 광 흡수층은 채널 벽들을 실질적으로 덮는 광학 소자.
  9. 제7항에 있어서, 광 투과성 영역들 각각은 서로 끼인각을 형성하는 채널 벽들에 의해 한정되는 광학 소자.
  10. 제7항에 있어서, 끼인각은 약 10°이하인 광학 소자.
  11. 제7항에 있어서, 채널들 사이에 있고, 광 투과성 영역들을 통해 재투과시키기 위하여 후방 광을 재지향시키도록 후방면과 대면하는 경면층(specular layer)을 추가로 포함하는 광학 소자.
  12. 제11항에 있어서, 경면층은 금속을 포함하는 광학 소자.
  13. 제7항에 있어서, 전방면에서의 광 투과성 영역들의 폭에 대한 전방면에서의 광 반사층의 폭의 비가 대략 4 대 1인 광학 소자.
  14. 복수의 공동이 제1 표면 내로 연장되는 광 투과성 필름;
    주변광을 반사시키도록 각각의 공동의 제1 부분을 충전하는 광 반사재; 및
    후방 광이 광 반사층에 도달하는 것을 방지하도록 각각의 공동의 제2 부분을 충전하는 광 흡수재
    를 포함하는 광학 소자.
  15. 제14항에 있어서, 광 반사재는 백색 재료와 조합된 수지를 포함하고, 광 흡수재는 흑색 재료와 조합된 수지를 포함하는 광학 소자.
  16. 제14항에 있어서, 광 반사재가 확산형인 광학 소자.
  17. 제14항에 있어서, 광 반사재가 경면형인 광학 소자.
  18. 제14항에 있어서, 각각의 공동의 제3 부분을 충전하는 경면형 반사재를 추가로 포함하는 광학 소자.
  19. 제18항에 있어서, 경면형 반사재는 금속을 포함하는 광학 소자.
  20. 제14항에 있어서, 각각의 공동은 측벽과 저부를 포함하고, 광 흡수재는 각각의 공동의 측벽 및 저부를 덮으며, 광 반사재가 각각의 공동의 나머지를 충전하는 광학 소자.
  21. 제14항에 있어서, 광 투과성 필름은 실질적으로 평탄하며 광학적으로 매끄러운 제1 표면에 대향한 제2 표면을 추가로 포함하는 광학 소자.
  22. 제21항에 있어서, 제2 표면에 결합된 확산층을 추가로 포함하는 광학 소자.
  23. 복수의 공동이 제1 표면 내로 연장되는 광 투과성 필름을 형성하는 단계;
    각각의 공동의 제1 부분을 광 흡수재로 충전하는 단계; 및
    각각의 공동의 제2 부분을 광 반사재로 충전하는 단계
    를 포함하는 광학 소자의 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서, 각각의 공동의 제1 부분을 광 흡수재로 충전하는 단계는 각각의 공동을 한정하는 벽들을 광 흡수재로 덮는 단계를 포함하고, 각각의 공동의 제2 부분을 광 반사재로 충전하는 단계는 각각의 공동의 나머지 부분을 광 반사재로 충전하는 단계를 포함하는 방법.
  25. 제23항에 있어서, 광 흡수재는 흑색 재료와 조합된 수지를 포함하고, 광 반사재는 백색 재료와 조합된 수지를 포함하는 방법.
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