KR20080084984A - 편광 터닝 필름 - Google Patents

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롬 앤드 하스 덴마크 파이낸스 에이에스
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Abstract

광 재배향 물체는 목표각을 향하여 광을 재배향한다. 광 재배향 물체는 1.6보다 더 큰 굴절률을 갖는 물질로 제작된다. 광 재배향 물체는 복수 개의 광 재배향 구조물들을 갖는 출사 표면 및 입사각들의 범위에 걸쳐 입사 조사를 받아들이기위한 입사 표면을 갖고, 각각의 광 재배향 구조물은 방사된 광각에서 출사광을 방사하기 위한 출구 표면 및 근접 표면을 가지며, 출구 표면은 입사 표면의 평면에 대하여 기울어진 각에서 존재한다. 적어도 두 개의 상이한 주 각도들 중 어느 하나에서 입사 조사를 위한, 각각의 주 각도는 법선으로부터 60도보다 더 크고 주각도들은 5도 이상의 차이를 가지며, 방사된 광각은 목표각의 5도 이내에 존재한다.
터닝 필름, 입사 표면, 출사 표면, 베이스각

Description

편광 터닝 필름{POLARIZING TURNING FILM}
본 발명은 일반적으로 표면으로부터 루미넌스(luminace)를 향상시키기 위한 디스플레이 조사(illuminination) 물체들에 관한 것으로서, 더 상세하게는 도광판으로부터 광을 재배향하고 편광된 광 출사를 제공하는 터닝 필름에 관한 것이다.
액정 디스플레이들(LCDs)은 많은 컴퓨터, 기구 및 엔터테인먼트 적용들을 위한 바람직한 디스플레이가 되어 가면서, 비용 및 성능에서 향상을 지속한다. 종래의 랩탑 컴퓨터 디스플레이들에서 사용된 투과성 LCD는 LCD를 향하여, 바깥쪽으로 광을 배향하기 위한 LCD 후면에 위치된 표면을 제공하는 광을 갖는, 후광식 디스플레이(backlit display)의 형태이다. 현저하게 균일한 휘도를 갖는 동시에 낮은 비용 및 조밀함을 유지하는 적절한 백라이트 장치를 제공하는 시도는 하기 두 개의 기초적인 접근법들 중 하나를 제기하여 왔다. 제1 접근법에서, 광-제공 표면은 각들의 넓은 범위에 걸쳐 실질적으로 일정한 루미넌스를 갖는, 상당히 스캐터링된(scattered), 실질적으로 램버시안 광 분포(lambertian light distribution)를 제공하기 위하여 사용된다. 이런 제1 접근법에 이어서, 축-상(on-axis) 또는 축-근접(near-axis) 루미넌스를 증가시키는 목표를 갖는, 많은 휘도 향상 필름들은 더 콜리메이팅된(collimated) 조사를 제공하기 위하여 램버시안 분포를 갖는 이런 광 의 일부를 재배향하기 위하여 제안되어왔다. 휘도 향상 필름들을 위한 제안된 해결책들 중에서, 예를 들면, 미국 특허 제5,592,332호(Nishio 등); 미국 특허 제6,111,696호(Allen 등); 및 미국 특허 제6,280,063호(Fong 등)에 기재된 것이 존재한다. 상기에 인용된 특허들에서 설명된 휘도 향상 필름(BEF)과 같은 해결책들은 넓은 시선각들에 걸쳐 증가된 휘도의 몇몇 측정을 제공한다. 그러나, 심지어 BEF를 갖는, 전체적인 콘트라스트(contrast)는, 상대적으로 열악하게 유지된다.
백라이트 조사를 제공하기 위한 제2 접근법은 측에 위치된 다른 광원 또는 램프로부터 입사광을 받아들이고 내부 전반사를 사용하여 이런 광을 내부적으로 안내하는 도광판(LGP)을 채택하여 광이 각도들의 좁은 범위에 걸쳐 LGP로부터 방사되도록 한다. LGP로부터의 입사광은 일반적으로 70도 이상과 같은, 법선에 대하여 상당히 가파른 각도에서 존재한다. 이런 제2 접근법으로, 광 재배향 물체의 일 형태인, 터닝 필름은 이어서 법선을 향하여 LGP로부터 방사된 광 입사를 재배향하기 위하여 사용된다. 뉴욕, 볼드윈의 Clarex, Inc.로부터 이용하는 HSOT(highly scattering optical transmissions; 고도의 스캐터링하는 광학 투과들)광 가이드 패널로 제공된 것과 같은, 광범위하게 광-재배향 물체들 또는 광-재배향 필름들로 명명된, 방향 터닝 필름들은, 제조에서 도트 인쇄 또는 확산 필름들을 위한 필요없이, 이런 형태의 균일한 백라이트를 제공하기 위한 향상된 해결책을 제공한다. 방향 터닝 필름의 다른 형태들 및 HSOT 광 가이드 패널들은 이차원 표면에 대하여 일반적으로 법선 근처에 존재하는 몇몇의 다른 적절한 목표각을 향하거나 법선을 향하여 도광판으로부터의 광을 재배향하기 위하여, 다양한 조합들로, 프리즘 구조물 들의 배열들을 사용한다. 일 실시예로써, 미국 특허 제6,746,130호(Ohkawa)는 LGP 조사를 위한 터닝 필름으로써 작용하는 광 제어 시트를 설명한다.
도 1을 참조하여, 디스플레이 장치(100)에서 도광판(10)의 전체적인 기능이 도시된다. 광원(12)으로부터의 광은 입사 표면(18)에 입사하고 도광판(10)으로 지나고, 이는 도시된 대로 일반적으로 쐐기형이다. 내부 전반사(TIR) 조건들이 충족되지 않을 때까지 광은 도광판(10) 내에서 전달되고, 이어서 가능하게는 반사 표면(42)로부터 반사되고, 출사 표면(16)에서 도광판을 나간다. 이어서 이런 광은 터닝 필름(122)으로 가고 광을 변조하는 다른 이차원 후광식 구성요소 또는 공간 광 모듈레이터의 다른 형태 또는 LCD와 같은 광 게이팅 장치(122)를 조사하기(illuminate) 위하여 배향된다. 대부분의 조건들 하에서 최적화된 시선을 위하여, 방사된 광은 법선(N)에 대한 상대적으로 좁은 각도들의 범위에 걸쳐 제공되어야 한다. 폴라라이저(124)는 모듈레이션(modulation)을 위한 적절하게 편광된 광을 갖는 광-게이팅 장치(120)를 제공하기 위하여 조사 경로에 필수적으로 위치된다. 그러나, 터닝 필름(122)을 통하여 지난 후에 광은 실질적으로 편광되지 않거나, 기껏해야 작은 정도의 편광을 가지기 때문에, 폴라라이저(124)는 광의 대략 반을 흡수해야만 한다. 이런 문제를 극복하기 위하여, 반사 폴라라이저(125)는 종종 터닝 필름(122) 및 흡수 폴라라이저(124) 사이에서 제공된다.
반사 폴라라이저의 일 형태는 Koike 등에게 "편광 기능을 갖는 표면 광원 장치"라 표제된 미국 특허 제5,982,540호 및 제6,172,809호에서 설명된다. Koike 등의 '540 및 '809 개시들은 도광판, 하나 이상의 편광 분리 플레이트 들(polarization separating plates), 광 방향 모디파이어(light direction modifier)(실질적으로 터닝 필름) 및 편광 컨버터(polarization converter)를 갖는 표면 광원 장치를 도시한다. 편광 분리 플레이트는 반사 폴라라이저(125)의 형태이다. Koike 등의 '540 개시에서 설명된 편광 분리 플레이트는 조사의 S-편광된 구성요소 및 P-편광된 구성요소를 분리하기 위한 브루스터각을 사용한다. 이런 접근법은 광의 몇몇의 편광을 제공하는 반면에, 그러나 그것은 단지 더 종래의 반사 편광 필름들에 적합한 일 형태를 제공한다. 이런 해결책은 여전히 분리 폴라라이저 필름 또는 필름(들)의 추가적인 사용을 요구한다. 더욱이, Koike 등의 '540 및 '809 개시들의 접근법은 편광 분리 플레이트를 위하여 사용된 물질의 굴절률(n)이 도광판으로부터의 광의 입사각에 기초한, 좁은 범위 내에 존재하는 것을 요구한다.
명확하게는, 화상 품질 및 성능을 손상시키는 것없이 편광된 조사를 제공하기 위하여 필요한 전체적인 구성요소들의 수를 감소시키는 데에 장점들이 있을 수 있다. 이러한 목적을 가지고, 기능들을 조합함으로써 분리된 유닛으로써 이런 구성요소를 제거하거나 폴라라이저의 구조물을 단순화하기 위하여 제안된 많은 해결책들이 존재하여 왔다. 기능들을 조합하기 위한 시도에서, Arai에게 "편광된 정면의 조사 광을 입사하는 표면 광원"라 표제된 미국 특허 제6,027,220호는 적어도 부분적으로 편광된 조사를 생성하는 능력이 있는 표면 광원 장치를 개시한다. Arai '220 개시가 도시됨에 따라, 도광판(10)(도 1)으로부터 나타나는 몇몇의 광의 편광이 고유하게 있다. 게다가, 터닝 필름에 의해 고유하게 수행된 이런 광의 추가적인 편광이 있다. 한 쌍의 터닝 필름들을 채택한 구성에서, 편광에서 더욱더 약간의 게 인들이 존재할 수 있다. Arai '220 개시의 접근법에 따르면, 단순히, 각각의 터닝 필름을 위한 적절한 물질들을 사용하고 굴절률(n)에 따라 도광판으로부터의 광의 경사의 각도에 대하여, 이들 물질들을 대응시킴으로써 어느 정도의 편광을 제공하는 표면 광원이 디자인될 수 있다. 이런 접근법이 편광의 어느 정도의 측정을 제공하기 위한 장점을 가지는 반면에, 그러나 얼마나 많은 향상이 굴절률(n)을 단수히 특정함에 기초로 하여 획득될 수 있는지에 대하여 실제적인 제한들이 있다. 더욱이, 다중 터닝 필름들을 사용하는 구체예들은 조사 시스템 디자인에 비용, 두께 및 복잡성을 추가한다.
또 다른 접근법에서, Suzuki에게 "편광 구성요소, 도광유닛, 액정 디스플레이 및 편광 방법을 증가시키기 위한 장치"라 표제된 미국 특허 제6,079,841호는, 그 자체에 편광된 광을 전달하기 위하여 디자인된 도광판을 제공한다. Suzuki '841 도광판은 함께 라미네이팅되고(laminated) 바람직한 편광 상태를 달성하기 위하여 광의 브루스터각 조절을 제공하기 위하여 배향된 광 가이드들의 스택(stack)을 사용한다. 이런 방법들이 그 자체에 광 가이드 내에 편광 구성요소들을 병합하는 장점들을 가지는 반면에, 접근법들 중 이런 형태에 단점들이 있다. 반-파장 또는 1/4파장 플레이트 및 리플렉터를 위한 추가된 요구요건 및 도광판의 복잡성은 조사 경로내의 분리된 구성요소로서 폴라라이저를 제거함으로써 얻어진 장점을 부인한다.
따라서, 다른 구성요소들에 편광 기능을 병합함으로써 편광된 조사를 제공하기 위한 시도들이 존재하여 온 반면에, 이들 시도들이 유연성 있고(flexible), 비용적으로 더 적고 더 효율적인 해결책을 제공하여 오지 않았다는 것을 알 수 있다. 이어서, 구성요소들의 감소된 수를 가지고 편광된 조사를 제공하는 낮은 비용 터닝 필름에 대한 요구가 있다.
본 발명은 목표각을 향하여 광을 재배향하기 위한 광 재배향 물체에 있어서, 상기 광 재배향 물체는 1.6보다 더 큰 굴절률을 갖는 물질을 포함하고, 상기 광 재배향 물체는,
(a) 입사각들의 범위에 걸쳐 입사 조사를 받아들이기 위한 입사 표면(input surface); 및
(b) 복수 개의 광 재배향 구조물들을 포함하는 출사 표면(output surface)을 더 포함하되,
상기 광 재배향 구조물의 각각은 방사된 광각에서 출사광을 방사하기 위한 출구 표면(exit surface) 및 근접 표면(near surface)을 가지며, 상기 출구 표면은 상기 입사 표면의 평면에 대하여 기울어진 각도에서 존재하며, 이에 의해, 적어도 두 개의 상이한 주 각도들 중 어느 하나에서 입사 조사에 대하여, 각각의 주 각도는 법선으로부터 60도보다 더 크고 상기 주 각도들은 5도 이상의 차이를 가지며, 상기 방사된 광각은 상기 목표각의 5도 이내에 존재하는 광 재배향 물체를 제공한다.
본 발명은 디스플레이 장치에 있어서, (a) 각도들의 범위에 걸쳐 조사를 방사하기 위한 조사원(illumination source);
(b) 목표각을 항하여 광을 재배향하기 위한 광 재배향 물체; 및
(c) 광 게이팅 장치를 포함하되,
상기 광 재배향 물체는 1.6보다 더 큰 굴절률을 갖는 물질을 포함하고,
상기 광 재배향 물체는,
(ⅰ) 입사각들의 범위에 걸쳐 입사 조사를 받아들이기 위한 입사 표면; 및
(ⅱ) 복수 개의 광 재배향 구조물들을 포함하는 출사 표면을 더 포함하되,
상기 광 재배향 구조물의 각각은 방사된 광각에서 출사광을 방사하기 위한 출구 표면 및 근접 표면을 가지며, 상기 출구 표면은 입사 표면의 평면에 대한 기울어진 각도에서 존재하며,
이에 의해, 적어도 두 개의 상이한 주 각도들 중 어느 하나에서의 입사 조사에 대하여, 각각의 주 각도는 법선으로부터 60도보다 더 크고 상기 주 각도들은 5 이상의 차이를 가지며, 상기 방사된 광각은 목표각의 5도 이내에 존재하고, 상기 광 게이팅 장치는 상기 광 재배향 물체로부터의 출사광을 모듈레이팅함(modulating)으로써 화상(image)을 형성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 더 제공한다.
본 발명의 장점은 주 각도들의 범위에 걸쳐 입사하는 조사를 위한 터닝 필름 및 폴라라이저의 기능들을 조합하는 단일 구성요소를 제공하는 것이다.
명세서가 본 발명의 주제를 상세히 지적하고 명확하게 요구하는 청구항으로 끝내는 동시에, 본 발명은 첨부하는 도면들과 관련하여 취해질 때 하기 기재로부터 더 잘 이해될 것이라 믿어진다:
도 1은 종래의 디스플레이 장치의 구성요소들을 도시하는 단면도이다.
도 2a는 도광판을 향하여, 아래쪽으로 대면하는 프리즘 구조물을 갖는 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 2b는 위쪽으로 대면하는 프리즘 구조물을 갖는 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 3a는 편광 터닝 필름을 위한 작동 원리를 도시하는 개략적인 단면도이고, 여기에서 도미넌트 광선(dominant ray)의 경로에서 브루스터각에 근접하는 각도들이 존재한다.
도 3b는 제1 도광판을 위한 필름의 법선 근처에 입사광을 생성하는 편광 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이고, 여기에서 터닝 필름의 원격 표면 및 입사 표면에서 브루스터각에 근접하는 각도가 존재한다.
도 3c는 제2 도광판을 위한 필름의 법선 근처에 입사 광을 생성하는, 필름의 법선에 대한 180도만큼 회전된 도 3b의 편광 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이고, 여기에서 터닝 필름의 원격 표면 및 입사 표면에서 브루스터각에 근접하는 각도가 존재한다.
도 4는 제1 도광판을 위한 필름의 법선 근처에 입사 광을 생성하는 편광 터 닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이고, 여기에서 터닝 필름의 근접 표면 및 평평한 표면에서 브루스터각에 근접한 각도가 존재한다.
도 5a는 도 3b의 편광 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이고, 여기에서 기판 및 프리즘들은 상이한 굴절률을 가진다.
도 5b는 도 4의 편광 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이고, 여기에서 기판 및 프리즘들은 상이한 굴절률을 가진다.
도 5c는 도 5a의 편광 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이고, 여기에서 프리즘들의 팁들은 트렁케이팅되는 것 및/또는 그루브각은 라운딩된다.
도 5d는 도 5b의 편광 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이고, 여기에서 프리즘들의 팁들은 트렁케이팅되는 것 및/또는 그루브각은 라운딩된다.
도 5e는 도 5a의 편광 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이고, 여기에서 프리즘들의 팁들은 더 작은 경사각을 갖는다.
도 5f는 도 5b의 편광 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이고, 여기에서 프리즘들의 팁들은 더 작은 경사각을 갖는다.
도 6은 LCD 디스플레이 시스템에서 편광 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 7a는 터닝 필름의 광 재배향 구조물의 그루브들에 대하여 45도에서 배향된 한 쌍의 폴라라이저들을 갖는 LCD를 도시하는 개략적인 평면도이다.
도 7b는 터닝 필름의 광 재배향 구조물의 그루브들에 대하여 평행 또는 수직에서 배향된 한 쌍의 폴라라이저들을 갖는 LCD를 도시하는 개략적인 평면도이다.
도 7c는 아치형의 그루브들을 갖는 편광 터닝 필름을 도시하는 개략적인 평면도이다.
도 8a는 입사각 θ in = 63°에 대하여 │θ in - θ b │ < 5° 및 │θ in - θ b │ < 10°를 만족시키기 위한 굴절률 및 원격 베이스각의 파라미터 공간을 도시하는 윤곽 플롯이다.
도 8b는 입사각 θ in = 63°에 대하여 │θ 4 - θ b │ < 5° 및 │θ 4 - θ b │ < 10°를 만족시키기 위한 굴절률 및 원격 베이스각의 파라미터 공간을 도시하는 윤곽 플롯이다.
도 8c는 입사각 θ in = 63°에 대하여 │θ out │ < 5° 및 │θ out │ < 10°를 만족시키기 위한 굴절률 및 원격 베이스각의 파라미터 공간을 도시하는 윤곽 플롯이다.
도 8d는 입사각 θ in = 63°에 대하여 │θ in - θ b │ < 5°, │θ 4 - θ b │ < 5°, │θ out │ < 5° 및 │θ in - θ b │ < 10,° │θ 4 - θ b │ < 10°, │θ out │ < 10°를 만족시키기 위한 굴절률 및 원격 베이스각의 파라미터 공간을 도시하는 윤곽 플롯이다.
도 9a는 입사각 θ in = 70°에 대하여 │θ in - θ b │ < 10° 및 │θ in - θ b │ < 15°를 만족시키기 위한 굴절률 및 원격 베이스각의 파라미터 공간을 도시하는 윤곽 플롯이다.
도 9b는 입사각 θ in = 70°에 대하여 │θ 4 - θ b │ < 5° 및 │θ 4 - θ b │ < 10°를 만족시키기 위한 굴절률 및 원격 베이스각의 파라미터 공간을 도시하는 윤곽 플롯이다.
도 9c는 입사각 θ in = 70°에 대하여 │θ out │ < 5° 및 │θ out │ < 10°를 만족시키기 위한 굴절률 및 원격 베이스각의 파라미터 공간을 도시하는 윤곽 플롯이다.
도 9d는 입사각 θ in = 70°에 대하여 │θ in - θ b │ < 10°, │θ 4 - θ b │ < 5°, │θ out │ < 5° 및 │θ in - θ b │ < 15,° │θ 4 - θ b │ < 10°, │θ out │ < 10°를 만족시키기 위한 굴절률 및 원격 베이스각의 파라미터 공간을 도시하는 윤곽 플롯이다.
도 10a는 입사각 θ in = 75°에 대하여 │θ in - θ b │ < 15°를 만족시키기 위한 굴절률 및 원격 베이스각의 파라미터 공간을 도시하는 윤곽 플롯이다.
도 10b는 입사각 θ in = 75°에 대하여 │θ 4 - θ b │ < 5° 및 │θ 4 - θ b │ < 10°를 만족시키기 위한 굴절률 및 원격 베이스각의 파라미터 공간을 도시하는 윤곽 플롯이다.
도 10c는 입사각 θ in = 75°에 대하여 │θ out │ < 5° 및 │θ out │ < 10°를 만족시키기 위한 굴절률 및 원격 베이스각의 파라미터 공간을 도시하는 윤곽 플롯이다.
도 10d는 입사각 θ in = 75°에 대하여 │θ in - θ b │ < 15,° │θ 4 - θ b │ < 5°, │θ out │ < 5° 및 │θ in - θ b │ < 15,° │θ 4 - θ b │ < 10°, │θ out │ < 10°를 만족시키기 위한 굴절률 및 원격 베이스각의 파라미터 공간을 도시하는 윤곽 플롯이다.
도 11 내지 도 19는 다양한 굴절률 및 기하들을 갖는 구체예들 상의 실시예 데이터를 부여하는 표들이다.
도 20a 및 도 20b는 일 구체예에 따라, 두 개의 위치들 중 어느 하나에서 사용가능한 터닝 필름을 도시하는 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 2, 3, 4: 영역(area)
10: 도광판(light guiding plate)
12: 광원(light surface)
14: 종단 표면(end surface)
16; 출사 표면(output surface)
18: 입사 표면(input surface)
20: 터닝 필름(turing film)
22: 평평한 표면(flat surface)
24, 24': 근접 표면(near surface)
26, 26': 원격 표면(far surface)
28: 기판(substrate)
29: 트렁케이팅된 표면(truncated surface)
31, 32, 33, 35: 광선들(rays)
34: 광 재배향 구조물(light redirecting structure)
41, 42, 43, 45: 광선들(rays)
52: 반사 표면(reflective surface)
60: 디스플레이 장치(display appratus)
70: LC 공간 광 모듈레이터(LC spatial light modulator)
72: 후면 폴라라이저(rear polarizer)
73: 전면 폴라라이저(front polarizer)
75: 광 재배향 구조물(light redirecting structure)
80: 반파장 플레이트(half wave plate)
82: 점 광원(point light source)
100; 디스플레이 장치(display appratus)
120: 광 게이팅 장치(light gating device)
122: 터닝 필름(turning film)
124: 폴라라이저(polarizer)
125: 반사 폴라라이저(reflective polarizer)
142: 반사 표면(reflective surface)
172, 173: 투과축들(transmission axes)
α: 정점각(apex angle)
β1: 베이스각(base angle)
β2: 베이스각(base angle)
γ: 그루브각(groove angle)
n: 굴절률(refractive index)
θin1: 제1 도광판을 위한 입사각(incident angle for a first light guide plate)
θin2: 제2 도광판을 위한 입사각(incident angle for a second light guide plate)
θout: 출사각(output angle)
θ2: 평평한 표면에서의 굴절된 각(refracted angle at the flat surface)
θ3: 원격 표면에서의 입사각(incident angle at the far surface)
θ4: 원격 표면에서의 굴절된 각(refracted angle at the far surface)
θ5: 원격 표면에서의 굴절된 각(refracted angle at the far surface)
θ6: 근접 표면에서의 입사각(incident angle at the near surface)
θ7: 근접 표면에서의 굴절된 각(refracted angle at the near surface)
V: 필름 법선 방향(film normal direction)
V1: 원격 표면상의 법선 방향(normal direction on the far surface)
V2: 근접 표면상의 법선 방향(normal direction on the near surface)
H: 수평 방향(horizontal direction)
R1: 중앙 조사 광선(central illumination ray)
본 설명은 특히 본 발명에 따른 장치의 부분을 형성하거나, 장치와 더 직접적으로 작용하기 위한 요소들에 관한 것이다. 명확하게 도시되거나 설명되지 않는 요소들은 당업계에서 당업자에게 잘 알려진 다양한 형태들을 취할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
상기의 배경기술 부분에서 언급된 대로, 조사 경로에서 편광 기능을 다른 구성요소들 내에서 병합함으로써 조사 장치의 전체적인 복잡성을 감소시키기 위하여 시도들이 있어 왔다. 본 발명의 접근법은 터닝 필름 내에서, 또는 더 광범위하게, 디스플레이의 광 재배향 요소 내에서 편광 기능을 병합하는 것이다. 여기 상기에 설명된 종래의 접근법들과 달리, 본 발명의 방법은 광 재배향 물체의 기하 및 구성의 디자인에서 브루스터각을 채택하고, 그것에 의해 단일 구성요소에서 광 재배향 및 편광 모두를 수행한다.
본 발명의 장치는 일반적으로 프리즘과 같은 형상의 광-재배향 구조물들을 사용한다. 정프리즘들(true prisms)은 적어도 두 개의 평면들을 갖는다. 그러나, 광-재배향 구조물들 중 하나 이상의 표면들은 모든 구체예들에서 평평할 필요는 없으나, 만곡되거나(curved), 다중 부분(section)들을 가질 수 있기 때문에, 더 일반적인 용어인 "광 재배향 구조물"이 본 명세서에서 사용된다.
이전에 주어진 배경기술 자료에서 언급된 대로, 종래의 터닝 필름은 도광판 또는 유사한 광-제공 구성요소로부터, 일반적으로 법선으로부터 60도 이상인, 입사의 기울어진 각도에서 받아들여진 광을 재배향한다. 터닝 필름은 일반적으로 광을 도광판으로부터 법선을 향하여 재배향하기 위하여, 일반적으로 프리즘 형상이고 다양한 차원들의, 굴절 구조물들의 배열을 채택한다. 이들은 필름들로써 제공되기 때문에, 법선은 필름의 2차원 평면에 대하여 고려된다.
도 1을 참조하여 도시된 대로, 광원(12)은 도광판(10)의 측면에 위치된다. 도광판(10)의 이런 디자인 및 위치는 터닝 필름들의 디자인 레이아웃(design layout) 및 필요로 하는 각도 거동을 지시한다(dictate). 도광판(10) 성능 조건들의 범위를 위하여, 본 발명의 광 재배향 물체는 도 1 배열에서 종래의 터닝 필름(122)을 대체하는 데에 사용될 수 있고 반사 폴라라이저(125) 및 폴라라이저(121) 모두 또는 어느 하나의, 성능 필수요건들을 적어도 최소화하거나 제거하기 위하여 현저한 편광을 제공할 수 있다.
도 2a를 참조하여, 핵심적인 각도들 및 기하학적인 관계들을 도시하는, 도광판(10)과 함께 사용된 종래의 터닝 필름(122)의 개략적인 단면도가, 비교 실시예로서, 도시된다. 터닝 필름(122)은 도광판(10)을 향하여 아래쪽으로 대면하는 많은 프리즘 구조물들을 갖고, 각각의 구조물은 근접 표면(24)(도 1의 구체예에서 도시된 대로, 광원(23)에 대하여 근접한 것) 및 원격 표면(26)을 가지되, 양 측들은 수평(H)에 대하여, 베이스각들(β1, β2) 및 정점각(α)에 의해 결정된 필름 법선 방향(V)으로부터 기울어진다. 도광판(10)으로부터의 광은 중앙 입사각(θin)에 대한 각도들의 작은 범위에 걸쳐 입사한다. 터닝 필름(122)의 평평한 표면(22)에서 LC 디스플레이 요소로 전달된 광의 출사각(θout)은 원격 표면(26)이 기울어진 베이스각(β2), 중앙 입사각(θin) 및 터닝 필름(122)의 굴절률(n)을 포함하는 많은 인자(factor)들에 의해 결정된다. 방사된 광에 대한 출사각(θout)은 바람직하게는 터닝 필름(122)에 대하여 법선이고, 그러나, 출사각(θout)은 목표각에 고려될 수 있고, 이는 몇몇 적용들을 위한 법선에 대한 몇몇 경사에 존재할 수 있다. 일반적으로 목표각은 법선으로부터 플러스 마이너스(plus or minus) 20°이다.
도 2b는 다른 광 모듈레이터(modulator) 또는 LC 장치를 향하여, 프리즘 구조물들이 위쪽으로 대면하는 터닝 필름(20a)의 상이한 배열을 도시한다. 평평한 표면(22)은 이제 입사 표면이고; 구조화된 표면은 출사 표면이다. 본 발명을 위해 기본적인 패턴이 사용된 이런 구성에서, 다시 출사 표면상 각각의 광 재배향 구조물은 근접 표면(24)(도 1의 구체예에서 도시된 대로, 광원(12)에 대하여 근접한 것) 및 원격 표면(26)을 가지되, 양 측들은 입사 표면의 평면에 대하여 평행한 H로 라벨링된(labeled) 참조 라인에 대한, 베이스각들(β1, β2) 및 정점각(α)에 의해 결정된 대로 필름 법선 방향(V)으로부터 기울어지게 기울어지며, 도 2a, 도 2b 및 그 이하에서 도시된 수평 배향을 갖는다. 도광판(10)으로부터의 광은 중앙 입사 주 각도(θin)에 대하여 각도들의 작은 범위에 걸쳐 입사한다. 터닝 필름(20)의 구조화된 출사 표면으로부터 LC 디스플레이 요소에 전달된 광의 출사각(θout)은 원격 표면(26)이 평평한 표면(22)에 대하여 기울어진 각도에서 기울어진 베이스각(β1), 중앙 입사 주 각도(θin) 및 터닝 필름(20)의 굴절률(n)을 포함하는 많은 인자들에 의해 결정된다.
도 3a 및 도 3b를 참조하여, 본 발명의 향상된 터닝 필름(20)의 핵심 구조체들이 도시된다. 광 재배향 구조물들은 다시 위쪽으로 대면한다(더 일반적으로, 다른 광 모듈레이터 또는 LC 장치를 향하고 관찰자를 향하여 아래쪽으로 대면함). 각각의 광 재배향 구조물은 광원(12; 도 1)의 위치에 대하여, 근접 표면(24) 및 원격 표면(26)을 갖는다. 원격 표면(26)은 도 2b에 도시된 대로 출구(exit) 표면 또는 광 방사이다. 원격 표면(26)으로 주어진 적절한 기울어진 경사를 갖는, 중앙 조사 광선(R1)에 대한 입사광은, 또한 평평한 표면(22)이 필름 입사 방향(V)인, 목표각을 향하여 적절하게 배향되는 곳 상에서, 주 광선(principal ray)이라 불려진다. 일 구체예에서, 광 재배향 구조물들은 터닝 필름(20)의 표면을 따른 연장 방향으로 선형적으로 연장되어서, 각각의 광 재배향 구조물이 종종 평행으로, 다른 것으로 출사 표면의 일 엣지(edge)로부터 직선으로 연장하도록 한다. 도 3a 및 도 3b의 것과 같은 단면도에 대하여, 선형 연장 방향은 페이지(page)에 대한 법선이다. 이런 배열은 터닝 필름(20)의 가공을 위한 장점들을 갖는 것이 이해될 수 있다. 그러나, 광 재배향 구조물들이 이러한 연장된 선형 방식으로 배열된다는 요구조건이 없다. 도 3a 및 도 3b의 단면도에서 도시된 대로, 중요한 것은 도광판(10)으로부터 입사광의 각도에 대한 광 재배향 구조물의 다양한 표면들의 각도 관계이다.
본 발명의 구체예들에서, 출사각(θout)은 방정식(1)에 의해 설명된 대로, 원격 베이스각(β1), 입사각(θin) 및 광 재배향 구조물의 굴절률(n)에 의해 결정된다.
Figure 112008045315730-PCT00001
도광판으로부터의 입사광은 주 각도에 대하여 집중된(centered) 각도들의 그룹에 걸쳐 입사하여서, 입사광의 대부분은 주 각도의 +/-10도 이내에 존재하도록 한다. 방정식(1) 및 하기 방정식들은 주 각도로써, 입사각(θin)을 사용한다.
방정식(1)은 편광의 어떠한 고려사항들에 독립한, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 위쪽으로-배향되거나 바깥쪽으로 대면하는 광 재배향 구조물의 형태를 사용하는 터닝 필름에 일반적으로 적용하는 θin에 대한 θout의 관계를 도시한다는 것을 언급하는 것이 지시된다. 상기에 주어진 배경기술 부분에서 설명된 Arai '220 개시의 도 8로부터의 값들을 사용하는, 단지 일 실시예로써, θin = 75°, n = 1.58, β1 = 75.5°일 때, 방정식(1)에 따른 출사각은 θout = -0.12°이다. 유사하게는, Arai '220 개시의 도 9에 따라, θin = 63°, n = 1.58, β1 = 71.1°일 때, 방정식(1)에 따른 출사각은 θout = 0.04°이다. 그러나, 방정식(1)이 구조물의 이런 형태를 갖는 터닝 필름이 주어진 입사각(θin)으로부터 출사각(θout)까지 광을 전환하는, 광 재배향을 단지 도시한다는 것이 강조되어야만 한다. 그러나, 일단 광이 방정식(1)에 따라 재배향되면, 그것의 편광 특성들은 여전히 일반적으로 불만족스럽다. 일 실시예로써, Arai '220 개시에서 개시된 터닝 필름 배열은 약한 편광을 산출하고 불충분한 P-편광의 투과율(Tp)을 제공한다. 추가적인 편광 구성요소들 또는 제2 터닝 필름은, 뒤따르는 측정들없이 편광을 향상시키는 것이 필수적일 수 있다.
본 발명은 브루스터각으로 얻어진 편광 분리의 원리들을 사용함으로써 터닝 필름에 의해 달성된 약간의 편광을 향상시킨다. 광이 굴절률(n1)을 갖는 물질로부터 굴절률(n2)을 갖는 물질로 이동할 때 상이한 굴절률들(n1, n2)을 갖는 두 개의 물질들의 경계면(interface)에서 발생하는 현상인, 편광 분리는 이들 각각의 굴절률 및 입사의 각도에 의존한다. 일반적으로, 굴절률(n1)을 갖는 물질에서 브루스터각은 아래로써 주어질 수 있고:
Figure 112008045315730-PCT00002
굴절률(n2)을 갖는 물질에서 브루스터각은 아래로써 주어질 수 있다:
Figure 112008045315730-PCT00003
브루스터각 편광 장치들은 이들 편광 상태들을 분리하기 위하여 브루스터각에서 또는 그 근처에서 S-편광된 광 및 P-편광된 광의 상이한 투과 및 반사 비율을 이용한다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c은 본 발명에 따른 터닝 필름(20)의 일 구체예를 위한 핵심적인 기하학적 관계들 및 변경들을 도시한다. 본 발명에 따라, 입사 평평한 표면(22)에서의 모든 입사각들(θin) 및 모든 굴절된 각(θ2) 및 원격 표면(26)에서 모든 입사각들(θ3) 및 모든 굴절된 각(θ4)은 각각 브루스터각들에 근접한다. 하기 설명에서 비교의 용이함을 위하여, 각각 표면들에서 공기 중의 브루스터각들은 단지 계산된다. 사실상, 공기(nair=1) 중에서 브루스터각은 원격 표면(26;θb2) 및 입사 평평한 표면(22;θb1)에서 동일하고, 이는:
Figure 112008045315730-PCT00004
이다.
스넬의 법칙(Snell's law)을 따르면,
Figure 112008045315730-PCT00005
방정식(8)을 도시함에 따라, 각도(θ4)는 굴절률(n), 원격 베이스각(β1) 및 굴절각(θ2)에 의존하고, 이는 다르게는, 굴절률(n) 및 입사각(θin)에 의존한다. 따라서, 전체적인, 각도(θ4)는 굴절률(n), 원격 베이스각(β1) 및 입사각(θin)에 의존한다.
이상적인 경우에, 하기 조건들은 브루스터각 효과들을 사용하는 상대적으로 작은 출사 S-편광 및 최대화된 출사 P-편광을 달성하기 위하여 만족될 것이다:
Figure 112008045315730-PCT00006
그러나, 발명자는 방정식(9)에서 설명된 조건들은 모든 적절한 굴절률들(n)(1과 2.5 값들 사이에), 모든 원격 베이스각들(β1)(0° 및 90° 사이에) 및 40°와 90°사이에 존재하는 주어진 입사 주 각도(θin)의 광원에 정확하게 일치시킬 수 없다는 것을 발견하여 왔다. 몇몇의 타협안이 만들어져야만 한다.
이런 난제의 광에서, 본 발명의 목표는 주어진 입사각 θ in 에 대한 │θ out │, │θ in - θ b │ 및 │θ 4 - θ b │의 최소값을 갖는 필름을 디자인하기 위한 것이다. │θ out │, │θ in - θ b │ 및 │θ 4 - θ b │의 값들을 최소화하는 것에 의존하는 가중된 장점 기능을 선택하기 위한 많은 방법들이 있다. 더 현실적인 목표로서, 적절한 굴절률(n)을 갖는 물질을 선택하고 주어진 입사각(θin)의 광원에 대한 적절한 원격 베이스각(β1)을 제공함에 의해 가능한 한 하기 조건들을 많이 만족시키기 위하여 시도하는 것이 바람직할 것이다:
Figure 112008045315730-PCT00007
방정식(10. 1)을 만족시키는 것은 출사 광이 근접 법선 방향으로 재배향되는 것을 의미한다. 방정식(10.2) 및 방정식(10.3)은 출구 표면(26) 및 표면(26)에서 입사하는 광이 원치않는 편광의 낮은 투과율 및 원하는 편광의 높은 투과율에 대한 브루스터각 조건들을 거의 만족하는 것을 보증한다. 연속적으로 주어진 모델링한(modeling) 결과들이 도시될 것임에 따라, 어떠한 일 디자인에서 방정식(10.1) 내지 방정식(10.3)에서 주어진 모든 관계들을 만족시키는 것이 어려울 수 있다. 터닝 필름으로써 역할하는 주된 기능으로, 일반적으로 방정식(10.1)을 만족시키는 것이 필수적이다. 그러나, 실제 디자인에서, 각각의 값들 │θ in - θ b │ 및 │θ 4 - θ b │을 10도 이내까지 한정하는 것조차도 실행할 수 없다. 이런 레벨의 성능을 달 성하는 것은 본 발명의 방법들을 사용하여 백라이트 조사의 향상된 편광 및 터닝 필름 능력 모두를 허용한다. 그러나, 비록 방정식(10.2) 및 방정식(10.3)의 요구조건들이 전체적으로 만족될 수 없더라도, 그것들은 본 발명의 디자인 기술들이 사용된 때 최적화를 위한 유용한 목표들을 제공한다.
최우선의 고려사항으로써, 광을 근접 표면(24)에 충돌하는 것보다 원격 표면(26)에 먼저 충돌하도록 위하여, 하기 조건은 만족되어야만 한다:
Figure 112008045315730-PCT00008
광이 내부 전반사를 경험함이 없이 원격 표면(26)을 통하여 빠져나가는 것을 초래하기 위하여, 하기 관계는 만족되어야만 한다:
Figure 112008045315730-PCT00009
여기에서
Figure 112008045315730-PCT00010
이다.
실시예 1
도 8a 내지 도 8d의 윤곽 플롯들을 참조하여, 입사각 θin = 63°이다. 이들 플롯들에서, 가로좌표(x-축)는 원격 베이스각을 도시하고; 세로좌표(y-축)는 굴절률(n)을 도시한다. 도 8a 내지 도 8d는 도 3a에 대하여 설명될 수 있는 순서로 구 성된다. 도 8a는 도광판(10)으로부터의 광이 평평한 표면(22)상에 입사하는, 제1 경계면(interface)에서의 응답을 도시한다. 도 8b는 제2 경계면에서의 응답을 도시하고, 여기에서 터닝 필름(20) 내의 광은 원격 표면(26)상에 입사한다. 도 8c는 출사각 응답(θout)을 도시한다. 도 8d는 도 8a, 8b 및 도 8c에서 나타난 조합된 조건들에 의한 결과들의 중첩을 도시하는, 합성 윤곽 플롯이다. 도 8d의 합성 윤곽 플롯은 이어서 최적화된 편광 분리를 제공하는 터닝 필름(20)의 디자인을 위하여 이용가능한 "작업 공간(working space)"을 도시한다.
도 8a는 │θ in - θ b │ < 5°(영역 1) 및 │θ in - θ b │ < 10°(영역 2)를 만족하기 위한 굴절률 및 원격 베이스각(β1)의 파라미터 공간(parameter space)을 도시하는 영역들(1, 2)을 갖는 윤곽 플롯이다. 도 8b는 │θ 4 - θ b │ < 5°(영역 1) 및 │θ 4 - θ b │ < 10°(영역 2)를 만족하기 위한 굴절률 및 원격 베이스각(β1)의 파라미터 공간을 도시하는 영역들(1, 2)을 갖는 윤곽 플롯이다. 도 8c는 │θ out │ < 5°(영역 1) 및 │θ out │ < 10°(영역 2)를 만족하기 위한 굴절률 및 원격 베이스각(β1)의 파라미터 공간을 도시하는 영역들(1, 2)을 갖는 윤곽 플롯이다. 도 8d는 │θ in - θ b │ < 5°, │θ 4 - θ b │ < 5° 및 │θ out │ < 5°(영역 1) 및 │θ in - θ b │ < 10,° │θ 4 - θ b │ < 10° 및 │θ out │ < 10°(영역 2)를 만족하기 위한 굴절률 및 원격 베이스각(β1)의 파라미터 공간을 도시하는 영역들(1, 2)을 갖 는 윤곽 플롯이다.
도 8d는 영역 1에서 파라미터 집합들(parameter sets)(n, β1)의 이차원 공간에서 방정식(10.1) 내지 방정식(10.3)에서 상기에 주어진 조건들이 예를 들어, │θ out │ < 5°, │θ in - θ b │ < 5° 및 │θ 4 - θ b │ < 5° 모두에 만족된다는 것을 도시한다. 영역 2에는, │θ out │ < 10°, │θ in - θ b │ < 10° 및 │θ 4 - θ b │ < 10°이다. 영역 1 및 영역 2의 외부 영역들에는, │θ out │ > 10°, │θ in - θ b │ > 10° 또는 │θ 4 - θ b │ > 10°이다. 영역 1을 위한, 굴절률(n)은 대략적으로 1.64와 1.90 사이에 존재하고, 원격 베이스각(β1)은 대략적으로 55°와 66°도 사이에 존재한다는 것이 보여질 수 있다.
이들 결과들의 현저성을 더 양호하게 이해하기 위하여, 각각의 │θ out │, │θ in - θ b │ 및 │θ 4 - θ b │은 각각, 도 8a 내지 도8c에서 도시된다. 도 8a는 영역 1(0°< β1 < 90° 및 n > 1.62 )에서일 때, 조건 │θ in - θ b │ < 5° 가 항상 만족된다는 것을 도시한다. 도 8b를 참조하여, 영역 1에서, │θ 4 - θ b │ < 5°이고, 영역 2에서, │θ 4 - θ b │ < 10°이다. 도 8c를 참조하여, 영역 1에서, │θ out │ < 5°이다. 영역 2에서, │θ out │ < 10°이다.
방정식(10.2)의 │θ in - θ b │ < 5°는 아주 용이하게 만족된다는 것이 손쉽 게 보여질 수 있다. │θ 4 - θ b │ < 5°에 대한, 대략적으로 54°위에서와 약 74°아래에서의 어떠한 원격 베이스각(β1)에 대한, 굴절률 1.5 < n < 2.0에 대한 해결책이 있다. │θ out │ < 5°에 대한, 대략적으로 43°위에서와 약 78°아래에서의 어떠한 원격 베이스각(β1)에 대한, 굴절률 1.5 < n < 2.0에 대한 해결책이 있다. 게다가, │θ out │ < 5° 및 │θ 4 - θ b │ < 5°에 대한 패턴들은 상이하다. 첫째, 그것들은 상이한 공간을 덮는다. 둘째, 영역 1 │θ 4 - θ b │ < 5°은 낮은 굴절률들에 대해 더 넓은 반면에, 영역 1 │θ out │ < 5°는 낮은 굴절률에 대하여 더 좁다. 더 좁은 패턴은 원격 베이스각(β1) 및 굴절률(n)의 더 적은 공차 변화를 의미한다.
방정식(10.1), 방정식(10.2) 및 방정식(10.3)의 모든 세 개의 조건이 일치되어야만 할 때, 도 8d의 영역 1에서 도시된 대로 최적의 작업 공간이 있다.
뒤따르는 연구들은 │θ out │ < 1°, │θ in - θ b │ < 1° 및 │θ 4 - θ b │ < 1°에 대한 중첩이 없는 것을 도시한다. 이는 "완전한" 성능은 실제에서 달성될 수 없다는 것을 의미한다; 몇몇 타협안은 최상의 가능한 효과들을 달성하기 위하여 만들어져야만 한다.
실시예 2
도 9a 내지 도 9d는 동일한 광 재배향 구조물들 및 물질들을 사용하는, 도 8a 내지 도 8d의 그것에 대하여 유사한 순서를 도시하나, 입사 주 각도 θin = 70°를 갖는다. 도 8a와의 비교에 의해, 도 9a에서 영역 1 │θ in - θ b │ < 5°는 1.5 < n < 2.0에 대하여 존재하지 않는다는 것이 주목된다. 영역 2 │θ in - θ b │ < 10° 및 영역 3 │θ in - θ b │ < 15°는 이런 윤곽 플롯에서 나타난다. 도 9b와 도 9c의 윤곽 플롯들에서 도시된, 다른 거동은, 실시예 1의 거동과 유사하다. 도 9d에서, 중첩 영역 1 │θ out │ < 5°, │θ in - θ b │ < 5° 및 │θ 4 - θ b │ < 5°는 존재하지 않는다. 도 9d는 │θ out │ < 10°, │θ in - θ b │ < 15° 및 │θ 4 - θ b │ < 10°를 만족하는 중첩 영역 4 및, 여기에서 │θ out │ < 5°, │θ in - θ b │ < 10° 및 │θ 4 - θ b │ < 5°인, 중첩 영역 3을 도시한다.
실시예 3
도 10a 내지 도 10d는 동일한 구조물들 및 물질들을 사용하는, 도 9a 내지 도 9d의 그것에 대하여 유사한 순서를 도시하나, 입사 주각도 θin = 75°를 갖는다. 도 영역 1 │θ in - θ b │ < 5°또는 영역 2 │θ in - θ b │ < 10°중 어느 하나도 도 10a에서 1.5 < n < 2.0에 대하여 존재하지 않는다. 도 10a에서 영역 3은 │θ in - θ b │ < 15°를 만족한다. 도 10b 및 도 10c에서 다른 구조체들은 실시예 2 에서의 도 9b 및 도 9c의 구조체들과 유사하다. 도 10d에서, 영역 3은 │θ out │ < 5°, │θ in - θ b │ < 15° 및 │θ 4 - θ b │ < 5°를 만족하고 중첩 영역 4는 │θ out │ < 10°, │θ in - θ b │ < 15° 및 │θ 4 - θ b │ < 10°를 만족한다.
본 발명의 일 장점으로써, 편광 터닝 필름(20)은 주 각도들의 범위 또는 하나 이상의 주 각도에 걸쳐 광을 받아들이기 위하여 적절할 수 있는 광 재배향 물체로써 형성될 수 있다. 도 3a를 다시 참조하여, 터닝 필름(20)이 일 위치에 위치된 때, 주 각도들의 제1 범위는 원격 표면(26)의 상대적인 경사를 결정하기 위하여 사용되어야 한다. 터닝 필름(20)은 그것이 동일한 평면에서, 그것의 원래의 위치로부터 180도 회전된, 배향에서 사용될 수 있다. 도 20a 및 도 20b에 도시된 대로, 터닝 필름(20)은 입사광이 주 각도(θin1)에 있을 때 일 위치에 위치되고, 입사광이 주 각도(θin2)에 있을 때 동일한 입사 평면 내에 180도 회전된다. 이런 회전이 완료된 때, 근접 표면(24)(도 3a)은 브루스터각에 또는 그 근처의 입사가 바람직한 표면이 된다. 즉, 베이스각(β2)에 의해 결정된 그것의 경사를 갖는, 근접 표면(24)은 이제 원격 표면(26)의 기능을 수행한다. 이는 그것의 원래의 위치에서 터닝 필름(20)으로 사용된 것보다 상이한 입사 주 각도(θin)에 대한 터닝 필름(20)의 최적화를 허용해야 한다. 이런 방법으로, 터닝 필름(20)은 개조할 수 있도록 만들어져서 터닝 필름(20)의 작은 조각이 도광판(10)의 출사 특성들에 의존하는, 두 개의 위치들 중 어느 하나로 배향될 수 있게 한다. 도 3c는 이런 방식으로 회전된 도 3a 의 동일한 터닝 필름(20)을 도시한다. 여기에서, 이런 역으로된 배향을 나타내기 위하여 효과적인 근접 표면은 26'로 라벨링되고(labeled) 효과적인 원격 표면은 24'로 라벨링된다. 거동에 대하여, 도 3c의 표면(24')은 도 3a에서 표면(26)에 대하여 설명된 동일한 방법으로 광과 상호 작용한다. 표면(22)에서의 입사광의 입사 주 각도는 이런 예에 대한 입사각(θ'in)으로 라벨링된다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c에 대하여 설명된 방법을 사용하여, 하기 단계들은 터닝 필름(20)을 통하여 상당히 편광된 조사를 획득하기 위하여 사용될 수 있다:
(ⅰ) 터닝 필름(20)의 기판에 대한 브루스터각에 근접한 주 각도(θin)에서 도광판으로부터의 입사광을 배향하는 단계;
(ⅱ) 터닝 필름(20) 내로부터의 입사 광이 브루스터각에 근접한 각도(θ3)에 있도록 하기 위하여 터닝 필름(20)의 광 재배향 구조물들의 원격 표면(26)을 배향하는 단계.
도 8a 내지 도 8d, 도 9a 내지 도 9d 및 도 10a 내지 도 10d의 윤곽 챠트들로부터 명백함에 따라, 원하는 편광 거동을 위하여, 터닝 필름(20)의 기판의 굴절률(n)은 상대적으로 크고, 일반적으로 적어도 약 1.6이상이어야만 한다. 두 차례 편광 분리를 수행함으로써, 도 3a, 도 3b 및 도 3c의 방법은 높은 P-편광을 갖는 조사를 산출한다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c에서 주어진 배열은 어떻게 두 개의 연속적인 브루스터각 경계면들의 사용이 터닝 필름(20) 내에 잘 편광된 광을 얻는지를 도시한다. 유사한 위쪽으로-배향된(즉, 관찰자에 대하여, 바깥쪽으로 배향된) 프리즘 구조물들을 갖는 종래의 터닝 필름은 브루스터각 또는 그 근처에서 터닝 필름 내에서의 굴절을 허용하는 각도에서, 그것의 제1 경계면에서 도광판으로부터 입사광을 의도하지 않게 받아들일 수 있다. 그러나, 종래의 터닝 필름 이내에 광을 위한 제2 경계면은 브루스터각을 사용하는 뒤따르는 편광 분리의 장점을 취하는 것 없이, 몇몇 임의의 각도에서의 굴절에 의한 광을 자연스럽게 재배향한다. 본 발명의 방법 및 장치는 다시 브루스터각에서 두 번째 광을 굴절하기 위한 추가적인 기회의 장점을 취하기 위하여 이런 제2 경계면을 채택한다. 결말은 단지 θout에서 법선을 향하여 재배향되지 않는 출사광을 제공하나, 또한 높은 정도의 편광을 나타낸다.
세 개의 경계면 터닝 필름들
도 4를 다음으로 참조하여, 터닝 필름(20) 내에 광을 위한 제3 경계면을 제공하기 위한 선형적으로 연장된 광 재배향 구조물을 사용하는, 본 발명의 다른 구체예가 도시된다. 여기에서, 원격 표면(26)상에 입사하는 광은 내부 전반사(TIR)를 사용하여 반사되고, 이어서 굴절각(θ7)이 브루스터각 근처에 존재하는 근접 표면(24)상의 각도(θ6)에서 입사한다. 도 4의 배열을 갖는, 터닝 필름(20) 내의 광 경로는 세 개의 경계면들을 포함한다. 제2 경계면은 브루스터각을 채택하지 않는다. 대신에, TIR은 제2 경계면에서 발생한다.
도 4의 광 경로를 따르면, 각도(θin)에서의, 도광판(10)으로부터의 입사광 은 브루스터각(θ2)에서 굴절된다. 원격 표면(26)에서, 입사각(θ3)은 각도(θ5)에서 내부 전반사를 초래한다. 굴절된 광은 근접 표면(24)에서 입사하고, 브루스터각(θ7)에서 굴절된다.
최우선 고려사항으로써, 우선 광이 원격 표면(26)상에서 입사하는 것을 야기하기 위하여, 하기 조건이 만족되어야 한다.
Figure 112008045315730-PCT00011
광이 내부 전반사를 경험하는 것없이 근접 표면(24)을 통하여 가는 것을 야기하기 위하여, 하기 조건이 만족되어야 한다.
Figure 112008045315730-PCT00012
여기에서
Figure 112008045315730-PCT00013
이다.
도 4의 구체예를 위한, 광 재배향 구조물 요소들 그 자체는 이들 구성요소들이 형성된 시트 또는 필름의 평면에 대하여 바깥쪽으로 상당하게 연장될 수 있다. 이들은 개별적으로 구성요소들을 가공될 수 있고, 예를 들어, 기판에 부착되거나 장착된다. 다른 가능한 변경들은 몇몇 방식으로 광의 거동을 제어하기 위한 코팅을 원격 표면(26)에 적용하는 것을 포함한다. 예를 들어, TIR 반사를 사용하는 것 대신에 반사 코팅을 사용하는 것이 장점일 수 있다. 대안적으로, 원격 표면(26)은 원 치않는 편광 상태를 갖는 광과 같은, 광을 재활용하기 위하여 구성될 수 있다.
기판에 추가된 구조물들
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 4는 단일 기판으로부터 형성된 터닝 필름(20)을 도시한다. 그러나, 사용된 물질들의 굴절률이 동일하거나 상이한 경우를 포함하는, 하나 이상의 물질을 사용하는 터닝 필름(20)을 가공하는 것이 더 실용적일 수 있다. 도 5a는 도 3의 편광 터닝 필름(20)을 도시하는 단면도이고, 여기에서 기판(28) 및 광 재배향 구조물들(34)은 상이한 굴절률들(n, n1)을 갖는다. 여기에서, 기판(28)은 광 재배향 구조물들(34)이 부착되는 것으로 표면을 제공한다. 광 재배향 구조물들(34)은 이어서 기판(28)에 부착된 투명한 매개물의 분리된 시트로 형성될 수 있다. 대안적으로, 광 재배향 구조물들(34)은 개별적으로 가공될 수 있고 기판(28)에 부착될 수 있다. 도 5b는 도 4의 터닝 필름(20)을 위한 유사한 배열을 도시한다.
도 5a 또는 도 5b의 구체예들은 가공뿐만 아니라 비용에서 장점들을 가질 수 있다. 예를 들어, 더 낮은 굴절률(1.45 내지 1.55)의 물질들은 용이하게 이용가능하고 기판(28)에 가장 적절할 수 있다. 더 높은 굴절률(1.6 위에)의 물질들은 일반적으로 더 비싸나, 광 재배향 구조물들(34)을 제공하는 데에 사용에 더 적절할 수 있다. 이전의 설명 및 방정식(4)가 나타낸 대로, 더 높은 굴절률은 θ4(도 3a)에서 브루스터각 굴절을 제공하기 위하여 요구될 수 있다. 이중 물질 디자인을 사용함으로써, 비용 감소 및 높은 광학 성능 모두가 달성될 수 있다. 광학 디자인 업계에서 당업자에 의해 손쉽게 이해될 수 있는 대로, 상이한 굴절률을 갖는 두 개 이상의 물질들이 사용된 때, 근접 표면(24) 또는 원격 표면(26) 및 평평한 표면(22)에서의 두 개의 브루스터각들은 약간 상이하다. 작은 변경들이 최적의 광학 성능을 달성하기 위하여 손쉽게 만들어질 수 있다는 것이 손쉽게 보여질 수 있다.
광 재배향 구조물들의 기본적인 형상으로의 변경들은 광 경로의 특성들을 변화시키거나 가공을 단순화하는 것을 도울 수 있다. 예를 들어, 도 5c는 도 5a의 편광 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이고, 여기에서 광 재배향 구조물들(34)의 정점들 또는 팁(tip)들은 (트렁케이팅된 표면(29)을 나타내는 수평 점선까지) 트렁케이팅되고(truncated), 그리고/또는 이들 구조물들 사이의 그루브각(γ)은 라운딩된다(rounded). 유사하게는, 도 5d는 도 5b의 편광 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이고, 여기에서 프리즘들의 팁(tip)들은 트렁케이팅되고(truncated), 그리고/또는 이들 구조물들 사이의 그루브각(γ)은 라운딩된다(rounded). 이는 프리즘들의 팁들이 도 5c에서 주 광선들(31, 32, 33)에 대하여 사용되지 않고, 도 5d에서 주 광선들(41, 42,43)에 대하여 사용되지 않기 때문에 가능하다.
도 5e는 도 5a의 편광 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이고, 여기에서 광 재배향 구조물들의 팁들은 2차 광선들(secondary rays; 35)을 재배향하기 위한 어떠한 점(point) 위에 더 작은 입사각을 갖는다. 도 5f는 도 5b의 편광 터닝 필름을 도시하는 개략적인 단면도이고, 여기에서 프리즘들의 팁들은 2차 광선들(35)을 재배향하기 위한 어떠한 점 위에 더 작은 입사각을 갖는다. 도 5e에서 주 광선들(31, 32)과 2차 광선들(35) 사이 또는 도 5f에서 주 광선들(41, 42)과 2차 광선 들(45) 사이의 차이는 주 광선들이 더 많은 광속(light flux)을 전달하고, 2차 광선들이 더 적인 양의 광속을 전달하는 것이다. 더 작은 경사각을 갖는 팁 표면(25 또는 27)을 갖는, 2차 광선들(31)은 브루스터각 조건을 거의 일치하고 법선 방향을 향하여 전환되며, 따라서, 정면의(head-on) 루미넌스를 최대화시킨다. 따라서 이들 실시예들이 도시함에 따라, 광 재배향 구조물들에 의해 제공된 출구 표면은 하나 이상의 경사를 가질 수 있다. 이런 개념을 뒤따라 연장되면서, 출구 표면은 완전한 표면 또는 표면의 몇몇 일부에 걸치는, 약간의 양의 만곡부를 가질 수 있다. 더욱이, 그루브들은 상호 간에 완전하게 평행하지 않을 수 있다. 그루브의 높이는 길이 방향을 따라 변경할 수 있다.
폴라라이저들의 배향 및 디스플레이 장치
본 발명의 방법 및 장치는 구성요소들을 지지하기 위한 많은 가능한 구성들이 광을 제공하게 하는 것을 허용한다. 도 6은 본 발명에 따른 편광 터닝 필름(20)을 사용하는 디스플레이 장치(60)를 도시하는 개략적인 단면도이다. LC 공간 광 모듈레이터(70)는 터닝 필름(20) 및 도광판(10)으로부터 받아들여진 광을 모듈레이팅한다(modulate). 반-파장 플레이트(80)는 선택적이다. 후면 폴라라이저(back polarizer; 72) 및 전면 폴라라이저(front polarizer; 73)는 LC 공간 광 모듈레이터(70) 그 자체를 위하여 제공된다; 그러나, 이들 내장된 폴라라이저들은 광을 흡수함으로써 작동하지 않는 본 발명의 편광 터닝 필름(20)과 달리, LC 모듈레이터의 작동을 위하여 필수적이고 흡수성이다. 도 7a는 도 7a의 도면에서 세로방향으로 연 장된 터닝 필름(20)의 그루브들 및 광 재배향 구조물들(75)에 대한 45도에서 배향된 한 쌍의 폴라라이저들을 사용하는, LC 공간 광 모듈레이터(70)을 위한 편광된 광 투과축들(172, 173)을 도시하는 개략적인 평면도이다. 이런 경우에는, 반-파장 플레이트(80)는 편광된 광의 편광 방향을 단면 평면의 평행으로부터 후면 폴라라이저(72)에 평행으로 변경하기 위하여 LC 공간 광 모듈레이터(70)와 터닝 필름(20) 사이에 제공된다. 반-파장 플레이트(80)의 광학축은 후면 폴라라이저(72)에 대하여 22.5도에서 배향된다.
도 7b는 터닝 필름(20)의 광 재배향 구조물들(75) 및 그루브들에 대하여 평행 또는 수직에서 배향된 한 쌍의 폴라라이저들을 사용하는, LC 공간 광 모듈레이터(70)를 위한 편광된 광 투과축들(172, 173)을 도시하는 개략적인 평면도이다. 이린 경우에서, LC 공간 광 모듈레이터(70)는 세로로 배열된(vertically alligned; VA) LCD 또는 IPS LC 요소들을 사용할 수 있다. 후면 폴라라이저 투과축(172)은 다면의 평면에 대하여 평행하고, 따라서, 반-파장 플레이트(80)는 필요하지 않다.
일 구체예에서 디스플레이 장치는 한 쌍의 교차된(crossed) 폴라라이저들을 포함하고, 여기에서 광 재배향 구조물들은 연장 방향으로 연장되고 각각의 교차된 폴라라이저들은 실질적으로 광 재배향 물체의 연장 방향에 대하여 평행 또는 수직 중 어느 한쪽으로 배향된다. 다른 구체예에서 디스플레이 장치는 반 파장 플레이트 및 한 쌍의 교차된 폴라라이저들을 포함하고, 여기에서 광 재배향 구조물들은 연장 방향으로 연장되고 폴라라이저들은 실질적으로 광 재배향 물체의 연장 방향에 대하여 +/-45도에서 배향된다.
도 7a에 도시된 대로, 광 재배향 구조물들(75)은 선형 방향으로 연장될 수 있고 평행으로 실질적으로 확장할 수 있다. 도 7c는 다른 구체예에서 아치 모양으로(arcuately) 연장된 광 재배향 구조물들(75)을 갖는 편광 터닝 필름(20)을 도시하는 개략적인 평면도이다. 이런 배열은 더 조밀한 디자인을 갖기 위하여 도광판(10)의 하나 이상의 엣지들에서 발광 다이오드(LED)와 같은 점 광원(point light source)을 채택하는 데에 유리하다. 후면 폴라라이저 투과축(172)은 단면의 평면에 대하여 다소 평행하고, 따라서, 반-파장 플레이트(80)는 필요하지 않다.
터닝 필름(20)을 형성하기 위한 물질들
본 발명의 터닝 필름(20)은 황을 포함하는 폴리머들, 특히 폴리티오우레탄, 폴리설파이드 등을 포함하는, 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 물질들을 사용하여 가공될 수 있다. 2004년 8월 12일에 공개된, Sadayori 등에 의해 "높은 굴절률을 갖는 폴리카보디이미드 및 그것의 생산방법"라 표제된 미국 특허 공개 번호 제2004/0158021호에 개시된 대로, 높은 굴절률의 물질들은 또한 높은 작업성 및 성형성을 갖고 열 안정성에서 우수한 폴리카보디이미드 코폴리머들을 포함한다. 이들 물질들에 대한 굴절률들은 589㎚에서 1.738부터 1.757까지 변화된다. Chisholm 등에 의해 "높은 굴절률 코팅된 광 매니지먼트 필름들"로 표제된 미국 특허 공개 번호 제2004/0109305호에서 개시된 대로, 티타니아, 지크코니아 및 바리아와 같은 높은 굴절률 물질들의 비드들(beads) 또는 도핑된 마이크로스피어들(doped microspheres)을 갖는 물질들은 또한 1.7보다 작거나 클 수 있는 높은 굴절률들을 도시한다. 높은 굴절률의 물질들은 또한 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 및 폴리부틸렌 2,6-나프탈레이트(PBN)와 같은 많은 폴리에스테르를 포함한다. Hebrink 등에 의해 "coPEN/PMMA 멀티레이어 광학 필름들을 제조하는 방법"으로 표제된 미국 특허 제6,830,713호에서 개시된 대로, 이들 물질들은 약 1.64부터 약 1.9만큼 높을 때까지 변화하는 굴절률들을 갖는다.
실시예 구체예들을 위한 결과들
도 11의 표 1은 어떻게 본 발명의 터닝 필름(20)이 다양한 조건들 하에서 다양한 물질들을 사용하면서 다양한 조건들 하에서 수행하는지를 도시하는 발명 및 비교 실시예들을 도시한다. 이들 예시적인 구체예들을 위하여, 필름 디자인은 원격 베이스각(β1), 근접 베이스각(β2) 및 굴절률(n)에 의해 특정된다. 필름 성능은 출사각(θ out ), P-편광의 투과율(Tp) 및 S-편광의 투과율(Ts)에 의해 주어진다. 두 개의 브루스터각 조건들은, 각각 입사 표면 및 출구 표면에서, θ in - θ b 및 θ 4 - θ b 에 의해 주어진다. 오른쪽-대부분의 열에서 Y 입구는 만족스러운 결과를 나타낸다. 전체적으로, Tp를 최대화하고, 낮은 Ts를 유지하는 동시에 터닝 필름을 위한 목표는 반드시 │θ out │ ≤ 5°한다. 그러나, Tp를 최대화하는 것이 낮은 Ts를 유지하는 것보다 더 중요하다. │θ in - θ b │ < 16°(또는 │θ 4 - θ b │ < 16°) 일 때, 브루스터각 조건은 입사 표면(또는 출구 표면)에 대략적으로 일치되는 것이 고려된 다.
비교의 목적을 위하여, 표 1에서 실시예 1은 이전에 인용된, Arai '220 개시의 도 8에서 주어진 것으로써 동일한 값들을 사용한다는 것을 관찰하는 것이 지시된다. 실시예 1을 위하여 도시된 특성들을 갖는 필름은 θ in = 75°에 대하여 작동하고, 이는 θ out = -0.12°, Tp = 79.7% 및 Ts = 31.5%에서 받아들일만한 결과들을 산출한다. 그러나, 이는 단지 75도의 입사 주 각도(θ in )에서 해결책을 제공한다. θ in = 70°에 대하여 출사각 값θ out = -8.46°는 법선 또는 목표 방향으로부터 현저하게 벗어나기 때문에 이런 필름은 주 입사각 θ in = 70°또는 θ in = 63°에 대하여 잘 작동하지 않는다. 게다가, 심지어 θ out = -0.12°가 얻어진 곳에서조차, 투과율 값 Tp = 79.7%는 상대적으로 낮다.
주 입사각 θ in = 63°에 대하여, θ out 의 값은 적용할 수 없다는 것이 주목되며, 이는 원격 표면(26)에서 내부 전반사로 인해 도 2a에서 도시된 대로 광이 필름을 통하여 지날 수 없다는 것을 의미한다. 결과적으로 θ 4 - θ b 의 출구 표면 경계면 값은 또한 적용할 수 없다. 이런 언급은 또한 θ in = 63°에 대한 실시예 3,4, 실시예 3,5, 실시예 3,7 및 실시예 4,6에 적용된다. 방정식(12)에 의해 특정된 조건은 만족되지 않기 때문에 이런 거동은 발생한다.
방정식(13)으로부터,
Figure 112008045315730-PCT00014
이고,
이는
Figure 112008045315730-PCT00015
보다 더 크다.
유사하게는, 표 1에서 실시예 2는 상기에 인용된, Arai '220의 도 9에서 주어진 것으로써 동일한 값들을 사용한다. 실시예 2를 위하여 도시된 특성들을 갖는 필름은 주 입사각 θ in = 63°에 대하여 작동하고, 이는 Tp = 94.7% 및 Ts = 49.8%를 갖는, θ out = 0.04°를 초래한다. 그러나, 이는 단지 63도의 입사 주 각도(θ in )에서 해결책을 제공한다. 출사각 값들 θ out = 7.29°및 θ out = 10.63°는 법선 방향으로부터 현저하게 변경하기 때문에 이런 필름은 θ in = 70°또는 θ in = 75°의 주 각도에 대하여 잘 작동하지 않는다.
실시예 3.1 내지 실시예 3.8을 위하여, 각각의 경우에 대하여 n=1.68을 갖는, 더 큰 굴절률(n)이 사용된다. 실시예들의 이런 분류(grouping)를 위하여, 원격 베이스각(β1) 및 근접 베이스각(β2)은 변경되고, 결과들은 상이한 주 입사각들(θ in )에 대하여 도시된다. 실시예 3.1에서, β1 = β2 = 64.5°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 θ in = 70°또는 θ in = 75°에 대하여 만족하지 않으나, θ in = 63°에 대하여 작동한다. 이런 필름은 종래 디자인들(실시예 1 및 실시예 2)을 이행하는 것보다 훨씬 더 높은 Tp=99.2%이다. 투과율(Ts)은 Ts=52.5%로, 낮다. 모든 세 개의 입사각들 θ in = 63°, θ in = 70° 및 θ in = 75°에 대하여, 브루스터각 조건들(입사각들(θ in , θ 4 )은 브루스터각의 +/-16도 이내이다)은 대략적으로 만족되나, 단지 주 각도 θ in = 63°가 동시에 만족되는 세 개의 조건들이 있을 때라는 것이 주목된다.
실시예 3.2에서, 베이스각들은 β1 = β2 = 66.0°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 θ in = 75°에 대하여 작동하지 않으나, 주 각도들 θ in = 63° 및 θ in = 70°에 대하여 받아들일만하게 작동한다. 이런 필름은 종래의 디자인들을 갖는 것보다 더 높은 Tp=96.5 내지 96.6%를 갖는다. 투과율 Ts=46.5 내지 46.6%는 종래의 장치들에 대한 것보다 더 낮다. 동일한 배향에서 위치된 때, 이런 단일 필름은, 두 개의 상이한 주 각도들 사이에서의 두 개의 상이한 주 입사각들(θ in ) 및 각도들에 대하여 받아들일만하게 작동한다.
실시예 3.3에서, 베이스각들은 β1 = β2 = 67.5°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 θ in = 63°에 대하여 작동하지 않으나, 주 입사각들 θ in = 75° 및 θ in = 70°에 대하여 작동한다. 비록 값 Ts=38.3%가 종래의 Ts=31.5%보다 약간 더 높더라도, θ in = 75°에 대하여, 이런 필름은 이전의 접근법들에 의해 제 공된 것보다 훨씬 더 높은 투과율 Tp=90.2%를 갖는다. 다시, 동일한 배향에서 위치된 때, 이런 단일 필름은, 두 개의 상이한 주 각도들 사이에서의 두 개의 상이한 주 입사각들(θ in ) 및 각도들에 대하여 받아들일만하게 작동한다.
실시예 3.4에서, 베이스각들은 β1 = β2 = 69.5°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 θ in = 70° 또는 θ in = 63°에 대하여 작동하지 않으나, 주 각도 θ in = 75° 에 대하여 작동한다. 주 각도 θ in = 75°에 대하여, 이런 필름은 Tp=79.7%를 산출하는 이전의 접근법들에 의해 제공된 것보다 훨씬 더 높은 투과율 Tp=86.32%를 갖는다. 낮은 투과율 값 Ts=32.2%는 Ts=31.5%를 산출한 이전의 접근법들에 의해 제공된 것보다 약간 더 높다.
실시예 3.5에서, 베이스각들은 β1 = β2 = 70.0°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 θ in = 70° 또는 θ in = 63°에 대하여 작동하지 않으나, 주 각도 θ in = 75° 에 대하여 작동한다. 주각 θ in = 75°에 대하여, 이런 필름은 Tp=79.7%를 산출하는 이전의 접근법들에 의해 제공된 것보다 더 높은 투과율 Tp=83.6%를 갖고, Ts=31.5%를 산출한 이전의 접근법들에 의해 제공된 것보다 더 낮은 Ts=29.6%를 갖는다.
실시예 3.6에서, 베이스 각들은 β1 = 64.5° 및 β2 = 67.5°이다. 이런 필름은 일 배향에서 주 각도 θ in = 63°에 대하여 작동하고, 그것이 필름의 법선에 대하여 180도만큼 회전된 때 θ in = 70° 및 θ in = 75°에 대하여 작동한다.(제2 회전된 배향에서, β1 = 67.5° 및 β2 = 64.5°이기 위하여, 베이스각들은 역으로 된다). 이런 방법으로, 단일 필름은 실시예 3.1 및 실시예 3.3에 대하여 상기에 나열된 모든 장점들을 갖는, 출사각(θ out ) 성능에 대하여, 모든 세 개의 입사 주 각도들에 대하여 작동한다.
실시예 3.7 및 실시예 3.8은 가능한 다른 조합들을 도시하나, 만족스러운 결과들을 생성하지 않는다. 실시예 3.7에서, 베이스각들은 β1 = β2 = 70.5°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 테스팅된(tested) 입사 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 또는 θ in = 75°에 대하여 잘 작동하지 않는다. 실시예 3.8에서, 베이스각들은 β1 = β2 = 61.5°이다. 두 개의 브루스터각 조건들이 일치된다는 사실에도 불구하고, 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 또는 θ in = 75°에 대하여 잘 작동하지 않는다.
상기 실시예 3.1 내지 실시예 3.8에서, 베이스각들의 범위는 만족한다:
61.5° ≤ β1, β2 ≤ 70.5°
θ in = 63°에 대하여 90°- θ 2 = 58.0°, θ in = 70°에 대하여 90°- θ 2 = 56.0° 및 θ in = 75°에 대하여 90°- θ 2 = 54.9°이기 때문에
각 θ 2 및 β2 의 하기 관계:
Figure 112008045315730-PCT00016
는 항상 만족된다.
도 12에서 표 2를 참조하여, 굴절률 n=1.78인 경우를 사용하는, 추가적인 실시예들이 도시된다. 이들 실시예들에 대하여, 하기의 것이 만족된다:
θ in = 63°에 대하여 β2 ≥ 90°- θ 2 = 59.96°
θ in = 70°에 대하여 β2 ≥ 90°- θ 2 = 58.1°
θ in = 75°에 대하여 β2 ≥ 90°- θ 2 = 57.1°
실시예 4.1에서, 베이스각들은 β1 = 59.0°, β2 = 60.0°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 θ in = 75°에 대하여 작동하지 않으나, 주 각도들 θ in = 63°및 θ in = 70°에 대하여 잘 작동한다. 두 개의 브루스터각 조건들은 모든 세 개의 입사각들에 대하여 만족된다.
실시예 4.2에서, 베이스각들은 β1 = β2 = 60.0°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 θ in = 75°에 대하여 작동하지 않으나, 주 각도들 θ in = 63°및 θ in = 70°에 대하여 잘 작동한다.
실시예 4.3에서, 베이스각들은 β1 = β2 = 60.5°이다. 이런 필름은 동일한 배향에서 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 및 θ in = 75°에 대하여 잘 작동한다. 투과율 값들(Tp)은 이전의 해결책들에 대한 것보다 훨씬 더 높고 Ts 값들은 이와 대응하여 더 낮다.
실시예 4.4에서, 베이스각들은 β1 = β2 = 62.0°이다. 이런 필름은 동일한 배향에서 출사각(θ out ) 성능에 대하여 θ in = 63°에 대하여 작동하지 않으나, 주 각도들 θ in = 70°및 θ in = 75°에 대하여 잘 작동한다.
실시예 4.5에서, 베이스각들은 β1 = 60.0°, β2 = 62.0°이다. 이런 필름은 실시예 4.2 및 실시예 4.4의 구조체들의 조합이다. 이런 필름은 일 배향에서 주 각도들 θ in = 63°및 θ in = 70°에 대하여 잘 작동한다. 그것이 제2 배향으로 180도만큼 회전된 때, 이런 터닝 필름은 주 각도들 θ in = 70°및 θ in = 75°모두에 대하여 잘 작동한다. 어느 하나의 배향은 θ in = 70°에 대하여 작동할 것이다. 그러나, 출사에서 작은 차이가 있다. β1 = 60.0°, β2 = 62.0°일 때, Tp = 97.1%, Ts = 46.0%, θ out = 2.93°이다. β1 = 62.0°, β2 = 60.0°일 때, Tp = 97.1%, Ts = 42.1%, θ out = -1.33°이다. 다른 인자들이 고려된 때 필름의 이런 형태는 유연성을 제공한다.
실시예 4.6에서, 베이스각들은 β1 = β2 = 65.0°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 θ in = 63°, θ in = 70°또는 θ in = 75°에 대하여 잘 작동하지 않는다.
실시예 4.7에서, 베이스각들은 β1 = 55.0°, β2 = 60.0°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 θ in = 63°, θ in = 70°또는 θ in = 75°에 대하여 잘 작동하지 않는다.
도 13에서 표 3을 참조하여, 굴절률 n=1.88인 경우를 사용하는, 추가적인 실시예들이 도시된다. 이들 실시예들에 대하여, 하기의 것이 만족된다:
θ in = 63°에 대하여 β2 ≥ 90°- θ 2 = 61.7°
θ in = 70°에 대하여 β2 ≥ 90°- θ 2 = 60.01°
θ in = 75°에 대하여 β2 ≥ 90°- θ 2 = 59.08°
실시예 5.1에서, 베이스각들은 β1 = 55.0°, β2 = 61.7°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 및 θ in = 75°에 대하여 잘 작동한다. 두 개의 브루스터각 조건들은 모든 세 개의 입사각들(θ in )에 대하여 만족된다.
실시예 5.2에서, 베이스각들은 β1 = 55.5°, β2 = 61.7°이다. 이런 필름 은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 및 θ in = 75°에 대하여 잘 작동한다. 두 개의 브루스터각 조건들은 모든 세 개의 입사각들에 대하여 만족된다.
실시예 5.3에서, 베이스각들은 β1 = 56.0°, β2 = 61.7°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 및 θ in = 75°에 대하여 잘 작동한다. 두 개의 브루스터각 조건들은 모든 세 개의 입사각들에 대하여 만족된다.
실시예 5.4에서, 베이스각들은 β1 = 60.0°, β2 = 61.7°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 또는 θ in = 75°에 대하여 잘 작동하지 않는다.
실시예 5.5에서, 베이스각들은 β1 = 50.5°, β2 = 61.7°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 또는 θ in = 75°에 대하여 잘 작동하지 않는다.
요약해서, 도 13의 표 3에서 도시된 파라미터들을 사용하는, 하기의 것은
작동하기 위하여 세 개의 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70°및 θ in = 75°중 하나에 대하여 만족되어야만 한다:
51.0° ≤ β1 ≤ 59.5°
그러나, 베이스각(β2)은 θ in = 63°에 대한 61.7°보다 적지 않아야만 한다. 이들 관계들이 주어진다면, 받아들일만한 성능을 위한 필름을 회전하는 것은 바람직하지 않을 것이다.
도 14에서 표 4를 참조하여, 굴절률 n=1.98인 경우를 사용하는, 추가적인 실시예들이 도시된다. 이들 실시예들에 대하여, 하기의 것이 만족된다:
θ in = 63°에 대하여 β2 ≥ 90°- θ 2 = 63.3°
θ in = 70°에 대하여 β2 ≥ 90°- θ 2 = 61.7°
θ in = 75°에 대하여 β2 ≥ 90°- θ 2 = 60.8°
실시예 6.1에서, 베이스각들은 β1 = 50.5°, β2 = 63.2°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 및 θ in = 75°에 대하여 잘 작동한다.
실시예 6.2에서, 베이스각들은 β1 = 51.5°, β2 = 63.2°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 및 θ in = 75°에 대하여 잘 작동한다.
실시예 6.3에서, 베이스각들은 β1 = 55.5°, β2 = 63.2°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 또는 θ in = 75°에 대하여 잘 작동하지 않는다.
실시예 6.4에서, 베이스각들은 β1 = 46.0°, β2 = 63.2°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 또는 θ in = 75°에 대하여 잘 작동하지 않는다.
요약해서, 도 14의 표 4에서 도시된 파라미터들을 사용하는, 하기의 것은
작동하기 위하여 세 개의 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 및 θ in = 75°중 하나에 대하여 만족되어야만 한다:
46.5° ≤ β1 ≤ 55.0°
그러나, 베이스 각(β2)은 θ in = 63°에 대한 63.3°보다 적지 않아야만 한다. 이들 관계들이 주어진다면, 받아들일만한 성능을 위한 필름을 회전하는 것은 바람직하지 않을 것이다.
도 15에서 표 5를 참조하여, 굴절률 n=2.38인 경우를 사용하는, 추가적인 실시예들이 도시된다. 이들 실시예들에 대하여, 하기의 것이 만족된다:
θ in = 63°에 대하여 β2 ≥ 90°- θ 2 = 68.0°
θ in = 70°에 대하여 β2 ≥ 90°- θ 2 = 66.7°
θ in = 75°에 대하여 β2 ≥ 90°- θ 2 = 66.0°
실시예 7.1에서, 베이스각들은 β1 = 37.0°, β2 = 68.0°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 및 θ in = 75° 에 대하여 작동한다. 그러나 브루스터각 조건들이 일치하지 않기 때문에, Tp는 90%보다 적다.
실시예 7.2에서, 베이스각들은 β1 = 38.5°, β2 = 68.0°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 및 θ in = 75°에 대하여 잘 작동한다. 그러나, 브루스터각 조건들이 일치하지 않기 때문에, Tp는 91%보다 적다.
실시예 7.3에서, 베이스각들은 β1 = 42.0°, β2 = 68.0°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70°또는 θ in = 75°에 대하여 잘 작동하지 않는다.
실시예 7.4에서, 베이스각들은 β1 = 33.5°, β2 = 68.0°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 또는 θ in = 75°에 대하여 잘 작동하지 않는다.
요약해서, 도 15의 표 5에서 도시된 파라미터들을 사용하는, 하기의 것은 필름의 법선에 대한 5도로 광을 재배향하기 위하여 세 개의 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70°및 θ in = 75°중 하나에 대하여 만족되어야만 한다:
34.0° ≤ β1 ≤ 41.5°
그러나, 베이스 각(β2)은 θ in = 63°에 대한 68.0°보다 적지 않아야만 한다. 이들 관계들이 주어진다면, 받아들일만한 성능을 위한 필름을 회전하는 것은 바람직하지 않을 것이다.
실시예 7.1 및 실시예 7.2에서, θ 4 - θ b (24°보다 큼)의 상대적으로 큰 절대값으로 인해, 투과율(Tp)은 단지 90.9%까지이나, 일반적으로 실시예 3.1 내지 실시예 3.6, 실시예 4.1 내지 실시예 4.5, 실시예 5.1 내지 실시예 5.3 및 실시예 6.1 내지 실시예 6.2로부터의 값들보다 낮다. 비록 실시예 7.1 및 실시예 7.2의 필름들이 받아들일만하더라도, 실시예 3.1 내지 실시예 3.6, 실시예 4.1 내지 실시예 4.5, 실시예 5.1 내지 실시예 5.3 및 실시예 6.1 내지 실시예 6.2의 필름들과 비교될 때 그것들은 바람직하지 않다.
세 개의 경계면 터닝 필름 구체예들
도 16의 표 6은 어떻게 본 발명의 터닝 필름(20)이 다양한 조건들 하에서 다양한 물질들을 사용하면서 수행하는지를 도시하는 발명 및 비교 실시예들을 도시한다.
실시예 3.2b에서, 베이스각들은 β1 = 90.0°, β2 = 66.0°이다. 이런 필름은 β1 = 66.0° 대신에 β1 = 90.0°를 제외하고 실시예 3.2와 유사하다. 성능은 또한 필름 변경들의 법선에 대한 광 방향을 나타내는, 변경된 θ out 의 표시(sign) 를 제외하고 유사하나, 절대값은 동일하게 유지한다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 θ in = 75°에 대하여 작동하지 않으나, 주 각도들 θ in = 63°및 θ in = 70°에 대하여 받아들일만하게 작동한다.
베이스각 β1 = 90.0°를 제외하고, 실시예 3.7b는 실시예 3.7과 유사하고, 실시예 3.8b는 실시예 3.8과 유사하며 실시예 4.3b는 실시예 7과 유사하다. 근접 베이스 각(β2)은 그것들의 상대물들(counterparts)로써 동일하게 유지된다. 성능은 변경되는 θ out 의 표시를 제외하고 동일하다.
주 각도 θ in = 63°에 대한, θ out 의 값은 적용할 수 없고, 이는 광이 근접 표면(24)에서 내부 전반사로 인해 도 4에서 도시된 대로 필름을 통하여 갈 수 없다는 것이 주목된다. 결과적으로, θ 7 - θ b 의 값은 또한 적용할 수 없다. 도 18 및 도 19에서 각각 표 8 및 표 9로부터, 이는 또한 주 각도들 θ in = 63°및 θ in = 70°에 대하여 실시예 9.3 및 θ in = 63°에 대하여 실시예 10.3에 적용된다.
실시예 3.7b를 위한, θ in = 63°에 대하여:
Figure 112008045315730-PCT00017
이고,
이는
Figure 112008045315730-PCT00018
보다 더 크다. 따라서, 방정식(15)에 의해 특정된 조건은 만족되지 않는다. 결과로써, 내부 전반사는 근접 표면(24)에 발생한 다.
이들 실시예들은 굴절률이 상대적으로 작을 때(n= 1.68, 1.78) 어떻게 세 개의 경계면 터닝 필름들(20)이 두 개의 경계면 터닝 필름들(2)에 연관되어 두 개의 경계면 터닝 필름들에서 β1 ≥ β2 이 되도록 하는지를 도시한다.
도 17의 표 7은 표 6에서 실시예들과 달리, β1 < 90°인 곳에서 n = 1.68 또는 n = 1.78에 대한 실시예 8.1 내지 실시예 8.3을 도시한다.
실시예 8.1은 상이한 값을 갖는 β1을 제외하고 실시예 3.7b와 동일하다. 실시예 8.1에서, β1 = 89°인 반면에, 실시예 3.7b에서 β1 = 90°이다. 실시예 8.1의 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 θ in = 75°및 θ in = 70°에 대하여 받아들일만하게 작동하는 반면에 실시에 3.7b의 필름은 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 또는 θ in = 75°에 대하여 받아들일만하게 작동하지 않는다.
실시예 8.2는 β2 가 상이한 값을 갖는다는 것을 제외하고 실시예 8.1과 동일하다. 실시예 8.1에서, β2 = 70.5°인 반면에, 실시예 8.2에서 β2 = 68.5°이다. 실시예 8.2의 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°및 θ in = 70°에 대하여 받아들일만하게 작동한다. 그것은 또한 높은 Tp 및 낮은 Ts를 제공한다.
실시예 8.3에서, n=1.78, β1 = 89°및 β2 = 63.5°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 및 θ in = 75°에 대하여 받아들일만하게 작동한다. 그것은 또한 높은 Tp 및 낮은 Ts를 제공한다.
광 재배향 구조물의 굴절률이 상대적으로 클 때(예를 들어, n=1.88, 1.98), β1 < β2(도 14의 표 4 및 도 13의 표 3을 보라)인 두 개의 경계면 터닝 필름에서, 대응하는 세 개의 경계면 터닝 필름들은 β1 = 90°을 가질 수 없다.
도 18의 표 8은 n=1.88에 대한 실시예 9.1 내지 실시예 9.5를 도시한다. 실시예 9.1에서, β1 = 85°및 β2 = 68.5°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63° 및 θ in = 70°에 대하여 받아들일만하게 작동한다. 그것은 또한 높은 Tp 및 낮은 Ts를 제공한다.
실시예 9.2에서, β1 = 85°및 β2 = 70.0°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여, 주 각도들 θ in = 75° 및 θ in = 70°에 대하여 받아들일만하게 작동한다. 그것은 또한 높은 Tp 및 낮은 Ts를 제공한다.
실시예 9.3 및 실시예 9.4는 실시예 9.3이 더 큰 β2(β2 = 72.5°)를 가지고 실시예 9.4가 더 작은 β2(β2 = 66.0°)를 가진다는 것을 제외하고 실시예 9.1과 동일하다. 이들 구체예들은 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 또는 θ in = 75 °에 대하여 받아들일만하게 작동하지 않는다. 실시예 9.5에서, β1 = 88.5°및 β2 = 62.0°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 75° 및 θ in = 70°에 대하여 받아들일만하게 작동한다. 그것은 또한 높은 Tp(약 92.4%) 및 낮은 Ts(약 32.6%)를 제공한다. 콘트라스트(Tp/Ts)는 거의 3:1이다. θ in - θ b 은 굴절률(n)과 함께 감소하고 θ 7 - θ b 는 0보다 약간 더 크게 튜닝될(tuned) 수 있기 때문에 이는 가능하다.
도 19의 표 9는 n=1.98에 대한 실시예 10.1 내지 실시예 10.4를 도시한다. 모든 실시예들에서, β2 = 63.2°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여, 주 각도들 θ in = 63° 및 θ in = 70°에 대하여 받아들일만하게 작동한다. 그것은 또한 높은 Tp 및 낮은 Ts를 제공한다. 실시예 10.2에서, β1 = 86°이다. 이런 필름은 출사각(θ out ) 성능에 대하여, θ in = 75° 및 θ in = 70°에 대하여 받아들일만하게 작동한다. 그것은 또한 높은 Tp 및 낮은 Ts를 제공한다. 실시예 10.3에서, β1 = 87°이고, 실시예 10.4에서, β1 = 84°이다. 이들 마지막 두 개의 실시예들은 출사각(θ out ) 성능에 대하여 주 각도들 θ in = 63°, θ in = 70° 또는 θ in = 75°에 대하여 받아들일만하게 작동하지 않는다. n이 너무 클 때, 예를 들어, n = 2.38일 때, 받아들일만한 출사각(θ out ) 성능을 제공하고, 높은 Tp 및 낮은 Ts를 제공하기 위한 적절한 필름 디자인들이 발견되지 않는다.
도 11 내지 도 19에서 표 1 내지 표 9의 실시예들이 도시함에 따라, 적절한 베이스각들(β1, β2)이 주어진, 굴절률(n) 및 입사 주 각도들(θ in )의 범위에 걸쳐 θ out , T p , T s 의 적절한 값들을 얻는 것이 가능하다. 그러나, 터닝 필름(20)을 위한 몇몇 디자인 및 물질의 파라미터들은 적절한 터닝 필름의 성능 및 조사의 향상된 편광 모두를 제공하기 위한 수정된 범위 내에 있어야만 한다.
도시되어온 대로(도 11에서 표 1), 몇몇 이전의 해결책들은 Arai '220 개시에서 설명된 효과를 사용하는, 편광에서 우연히 몇몇의 작고, 부차적인 향상을 제공할 수 있다. 그러나, 종래의 접근법들을 갖는 어떠한 이러한 게인들은 최소화되었고 적어도 몇 도까지, 터닝 필름의 어떠한 형태에 대하여 고유하다. 한편, 본 발명의 방법 및 장치는 입사 및 출구 경계면들 모두에서 브루스터각 효과들의 장점을 취하기 위하여 터닝 필름(20)의 물질 구조 및 디자인 형상을 최적화한다. 이런 방법에서, 근접-법선(또는, 더 일반적으로, 근접 목표) 각도 재배향 및 향상된 편광 상태 모두는 백라이트 조사 시스템에서 단일 광 재배향 물체로부터 얻어질 수 있다. 일 특정 주 각도에서 입사광을 위한 편광 향상의 약간의 측정을 부차적으로 제공할 수 있는 이전의 터닝 필름 디자인들과 달리, 본 발명의 장치는 주 각도들의 광역 범위에 걸쳐 편광을 향상시키고 광을 재배향시키는 것 모두를 할 수 있다. 예시적인 구체예들이 도시됨에 따라, 본 발명의 터닝 필름 디자인은 5도 이상만큼 많이 다른 주 각도들에서 광을 위한 적절한 광 재배향을 제공하고 편광을 향상시키는 것이 최적화될 수 있다. 그것은 각각의 주 각도가 법선으로부터 60도보다 더 크고 상기 주각들이 5도 이상의 차이를 갖는, 적어도 두 개의 상이한 주 각도들 중 어느 하나에서 입사 조사를 위하여 특히 유익하다. 그것은 각각의 주 각도가 법선으로부터 60도보다 더 크고 상기 각도들이 상호 간에 5도 이상의 차이를 갖는, 적어도 세 개의 주 각도들의 각각에서 입사 조사를 위하여 특히 유익하다. 일 구체예에서 주 각도들은 63도, 70도 및 75도이다.
본 발명의 일 구체예에서 주 각도들 모두에 대한 출사광은 85퍼센트를 초과하는 일 편광의 투과율을 갖고, 바람직하게는 90퍼센트를 초과하는 일 편광의 투과율을 갖는다. 다른 구체예에서 직각 편광을 위한 55퍼센트보다 더 적은 투과율을 갖고, 바람직하게는 주 각도들 모두에 대한 출사광은 직각 편광을 위한 50퍼센트보다 더 적은 투과율을 갖는다. 바람직하게는 주 각도들 모두에 대한 출사광은 85퍼센트를 초과하는 일 편광의 투과율을 갖고, 주 각도들 모두에 대한 출사광은 직각(또는 반대편) 편광을 위한 55퍼센트를 초과하는 투과율을 갖는다. 더욱 바람직하게는 주 각도들 모두에 대한 출사광은 90퍼센트를 초과하는 일 편광의 투과율을 갖고, 주 각도들 모두에 대한 출사광은 직각(또는 반대편) 편광을 위한 50퍼센트를 초과하는 투과율을 갖는다.
주 각도가 70도 이하인 입사 조사를 위한 광 재배향 물체인 일 바람직한 구체예에서, 상기 조사는 입사 표면에서 브루스터각의 +/-11도 이내에 입사각에서 배향되고 상기 광은 출구 표면에서 브루스터각의 +/-11도 이내인 각도에서 출구 표면에서 입사한다. 주 각도가 70도 이상인 입사 조사를 위한 광 재배향 물체인 다른 바람직한 구체예에서, 상기 조사는 입사 표면에서 브루스터각의 +/-16도 이내에 입사각에서 배향되고 상기 광은 출구 표면에서 브루스터각의 +/-16도 이내인 입사각에서 출구 표면에서 입사한다.
따라서, 본 발명은 감소된 많은 구성요소들을 사용하는 편광된 조사를 제공하는 낮은 비용 터닝 필름 해결책을 제공한다.

Claims (19)

  1. 목표각을 향하여 광을 재배향하기 위한 광 재배향 물체에 있어서,
    상기 광 재배향 물체는 1.6보다 더 큰 굴절률을 갖는 물질을 포함하고,
    상기 광 재배향 물체는,
    (a) 입사각들의 범위에 걸쳐 입사 조사를 받아들이기 위한 입사 표면(input surface); 및
    (b) 복수 개의 광 재배향 구조물들을 포함하는 출사 표면(output surface)을 더 포함하되,
    상기 광 재배향 구조물의 각각은 방사된 광각에서 출사광을 방사하기 위한 출구 표면(exit surface) 및 근접 표면(near surface)을 가지며, 상기 출구 표면은 상기 입사 표면의 평면에 대하여 기울어진 각도에서 존재하며,
    이에 의해, 적어도 두 개의 상이한 주 각도들 중 어느 하나에서 입사 조사에 대하여, 각각의 주 각도는 법선으로부터 60도보다 더 크고 상기 주 각도들은 5도 이상의 차이를 가지며, 상기 방사된 광각은 상기 목표각의 5도 이내에 존재하는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  2. 제 1 항에 있어서, 주 각도들 모두를 위한 상기 출사광은 85퍼센트를 초과하는 일 편광의 투과율을 더 갖는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  3. 제 1 항에 있어서, 주 각도들 모두를 위한 상기 출사광은 90퍼센트를 초과하는 일 편광의 투과율을 더 갖는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  4. 제 2 항에 있어서, 주 각도들 모두를 위한 상기 출사광은 직각 편광에 대하여 55퍼센트보다 적은 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  5. 제 2 항에 있어서, 주 각도들 모두를 위한 상기 출사광은 직각 편광에 대하여 50퍼센트보다 적은 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    적어도 세 개의 상이한 주 각도들의 각각에서의 입사 조사에 대하여, 각각의 주 각도는 법선으로부터 60도보다 더 크고 상기 각도들은 상호 간에 5도 이상의 차이를 가지며, 상기 방사된 광각은 상기 목표각의 5도 이내에 존재하는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 목표각은 상기 광 재배향 물체의 평면에 대한 법선인 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  8. 제 1 항에 있어서, 복수 개의 상기 광 재배향 구조물들은 실질적으로 평행하고 상기 출사 표면의 일 엣지(edge)로부터 다른 엣지로 연장되는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 재배향 물체는 적어도 두 개의 물질들을 포함하되,
    상기 물질들은 상이한 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    입사 조사에 대하여, 상기 주 각도는 70도 이하이고, 상기 조사는 상기 입사 표면에서 브루스터(Brewster) 각의 +/-11도 이내의 입사각으로 배향되고 상기 광은 상기 출구 표면에서 브루스터 각의 +/-11도 이내에 존재하는 각도에서 상기 출구 표면에 입사하는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    입사 조사에 대하여, 상기 주 각도는 70도 이상이고, 상기 조사는 상기 입사 표면에서 브루스터 각의 +/-16도 이내의 입사각으로 배향되고 상기 광은 상기 출구 표면에서 브루스터 각의 +/-16도 이내에 존재하는 입사각에서 출구 표면에 입사하는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 출구 표면은 만곡된(curved) 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 출구 표면은 하나 이상의 경사를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 재배향 구조물은 트렁케이팅된 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 근접 표면은 만곡된 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 재배향 구조물들은 아치형의 패턴으로 연장되는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  17. 디스플레이 장치에 있어서,
    (a) 각도들의 범위에 걸쳐 조사를 방사하기 위한 조사원(illumination source);
    (b) 목표각을 항하여 광을 재배향하기 위한 광 재배향 물체; 및
    (c) 광 게이팅 장치를 포함하되,
    상기 광 재배향 물체는 1.6보다 더 큰 굴절률을 갖는 물질을 포함하고,
    상기 광 재배향 물체는,
    (ⅰ) 입사각들의 범위에 걸쳐 입사 조사를 받아들이기 위한 입사 표면; 및
    (ⅱ) 복수 개의 광 재배향 구조물들을 포함하는 출사 표면을 더 포함하되,
    상기 광 재배향 구조물의 각각은 방사된 광각에서 출사광을 방사하기 위한 출구 표면 및 근접 표면을 가지며, 상기 출구 표면은 입사 표면의 평면에 대한 기울어진 각도에서 존재하며,
    이에 의해, 적어도 두 개의 상이한 주 각도들 중 어느 하나에서의 입사 조사에 대하여, 각각의 주 각도는 법선으로부터 60도보다 더 크고 상기 주 각도들은 5도 이상의 차이를 가지며, 상기 방사된 광각은 목표각의 5도 이내에 존재하고,
    상기 광 게이팅 장치는 상기 광 재배향 물체로부터의 출사광을 모듈레이팅함(modulating)으로써 화상(image)을 형성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 한 쌍의 교차된(crossed) 폴라라이저들을 더 포함하되,
    상기 광 재배향 구조물들은 연장 방향으로 연장되고 상기 교차된 폴라라이저들의 각각은 상기 광 재배향 물체의 상기 연장 방향으로 실질적으로 평행하거나 수직인 것 중 어느 하나로 배향되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 반파장 플레이트(half wave plate) 및 한 쌍의 교차된 폴라라이저들을 더 포함하되,
    상기 광 재배향 구조물들은 연장 방향으로 연장되고 상기 폴라라이저들은 상기 광 재배향 물체의 상기 연장 방향에 대하여 +/-45도에서 실질적으로 배향되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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