KR20090033921A - 후면발광 영상 디스플레이용 휘도 강화 필름 - Google Patents

후면발광 영상 디스플레이용 휘도 강화 필름 Download PDF

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로니 에이. 화이트해드
미쉘 앤 모스맨
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더 유니버시티 오브 브리티쉬 콜롬비아
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Abstract

휘도 강화 필름(22A)이 반구형의, 투명한 조밀 적재된 큰 직경의 반구-비드(24)를 갖는다. 반구-비드의 반구형 모양 때문에, 갭(26)이 큰 직경 반구-비드의 인접한 것들 사이에 존재한다. 다수의 갭에, 큰 직경 반구-비드의 직경 미만 직경을 갖는 적어도 하나의 반구형의 투명한 반구-비드(28)가 구비된다. 갭내의 작은 직경 반구-비드의 설치는 필름의 반사율 값을 증가시켜서, 필름의 겉보기 휘도가 비교적 완만하게, 0°으로부터(수직 입사) 양호한 시야각 범위인 약 40°까지의 시야각의 연속적인 함수로서 감소한다.
휘도, 필름, 비드, 반구, 시야각, 갭

Description

후면발광 영상 디스플레이용 휘도 강화 필름{Brightness enhancement film for backlit image displays}
본 발명은 후면발광 영상 디스플레이의 시야각을 개선시키는 것에 관한 것이다.
미니애폴리스(MN) St.Paul 소재의 3M사로부터 이용가능한 VikuitiTM과 같은 휘도 강화 필름은 개선된 광 배열을 통하여 디스플레이(일반적으로, 액정 디스플레이, LCD) 휘도를 증가시키는 투명한 광학 필름이다. 도 1은 일반적인 휘도 강화 필름의 작용을 개략적으로 도시하고 있다. "내측" 및 "외측" 방향이 이중 화살표(Z)로 표시된다. 평면 표면(10)(종종 관찰자(V)가 시야 방향(Y)의 시야각을 통해 볼 수 있는 소위 광 박스(11)의 외측 시야면)이 확산되게(즉, 소위 람버티언(Lambertian) 분포) 광선(12,14,16,18등)을 발산하여, 표면(10)의 겉보기 조도는 모든 관찰 방향으로부터 동일하다. 표면(10)은 높은 확산 반사도를 가지므로, 광 박스(11)가 높은 표면 반사도(RS)를 갖는다. 일부 경우에는, RS가 1.0에 매우 근접한데, 이것은 이론적인 최대(그러나, 실제는 이룰수 없음) 반사도 값이다. 예를들 면, 랩톱 형태 컴퓨터의 LCD 디스플레이를 조명하는데 사용되는 일반적인 형태의 광 안내부는 매우 높은 반사도를 가질 수 있다. 다음의 설명은 RS가 1.0 이나, 당업자에게 잘 공지된 방법으로 RS 값을 낮추는 것이 용이하게 일반화될 수 있음을 가정한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 마이크로구조화 표면(예컨데, 다수의 미세반복된 분광 구조체를 지니는)을 갖는 종래의 비-광 흡수 광학 필름(20)이 표면(10)의 광-발산 평면에 인접하여 그리고 평행하게 위치된다. 어느 정도의 광이 필름(20)을 관통하여 통과할 수 있는 한, 표면(10)으로부터 필름(20)을 통과하는 모든 광이 궁극적으로 필름(20)을 통하여 발산된다. 이것은 아무런 광도 필름(20)에 의해 흡수되지 않고, 필름(20)을 통하여 전달되지 않는 피름(20)의 내측면상에 입사되는 어떤 광이라도 필름(20)에 의해 다시 표면(10)을 향해 반사되기 때문이다. 그러한 반사된 광은 표면(10)의 광-발산 평면에 의해 다시 확산되게 반사되고, 이 두번 반사된 광의 일부는 필름(20)을 통하여 전달되고, 나머지는 필름(20)에 의해 다시 표면(10)을 향하여 반사되고, 이것이 무한히 반복된다. 전달된 광의 세기는 다음의 기하학적 급수에 의해 기술될 수 있다.
TT = (1- Rd)(1+ Rd+ Rd 2+ Rd 3+.....) = 1- Rd / 1- Rd= 1 (1)
여기서, Rd는 광을 확산시키는 필름(20)의 반사도이다. 그 상황을 기술하는 보다 직감적인 방법은, 광이 필름(20) 또는 광-발산 표면(10)에 의해 흡수될 수 없 기 때문에, 궁극적으로 모든 것이 발산된다는 것이다.
그러나, 필름(20)이 정위치에 있는 상태에서, 관찰자(V)는 상이한 시야각 방향(Y)에서 볼 때에 동일한 조도를 갖는 표면(10) 및 필름(20)과 합체된 디스플레이를 필연적으로 감지하는 것은 아니다. 예를들면, 거의 수직 시야 방향에서 볼 때에 기본적으로 투과성 외관을 갖는 마이크로구조 표면 필름(20)은 가파른 시야각에서 볼 때에 기본적으로 반사성 외관을 갖는다. 분명하게, 관찰자에 의해 감지된 것으로서 디스플레이의 공간적으로 평균화된 조도는, 그러한 가파른 각도에서 보다 낮은 것이어야 한다. 광이 그 위로 전달되는 각 범위와 관계없이 전체 광양은 동일하기 때문에, 디스플레이의 공간적으로 평균화된 조도는 표면(10)이 수직 방향에서 보일 때보다 더 높아진다.
Rd가 전술한 바와 같은 광을 확산(람버티언)시키는 필름(20)의 반사도이고, Tn이 필름(20)의 원하는 후면발광(즉, 내측)측으로부터의 원하는 수직 시야 방향에서 볼 때에 필름(20)의 투과도인 경우에, 수직 시야 방향에서 상대 휘도 증가, Gn은,
Gn = Tn / 1- Rd 가 된다.
Gn은 수직 시야 방향에서 광을 전달시키는 필름(20)의 능력을 감소시키지 않은 상태에서, 필름(20)을 가능한한 반사되는 것으로 만드는 것에 의해 적정화된다. 예를들면, 3M사로부터 이용할 수 있는 일부 VikuitiTM 휘도 강화 필름은 투과도 값 Tn ≒ 0.9, 그리고 반사도 값 Rd ≒ 0.5를 갖는데, 이것은 Gn ≒ 1.8 의 이론적 최대 증가 값을 의미한다. 실제로, 광 박스(11)의 광 발산 표면의 반사도는 1.0 미만이고, 따라서 이 이론적인 최대 증가(gain) 값은 실제 얻을 수 없으나, 비교를 위해 유용한 계량 수단이 된다
휘도 강화 필름에 대한 다른 바람직한 특성은 시야각 함수로서 광 투과도 특성(T)의 완만한 변형인데, 많은 경우에 시야각의 넓은 범위, 즉 양호하게는 0˚(수직 입사)에서 40˚까지의 시야각 범위가 될 수 있기 때문이다. 일부 종래의 휘도 강화 필름은, 매우 높은 광 투과도를 갖는 시야 범위와 매우 낮은 광 투과도를 갖는 시야 범위 사이에서 매우 급격한 변이를 보여준다. 이 문제를 최소화하기 위해 디스플레이에 하나 또는 그 이상의 광 확산기를 부가하는 것이 종종 필요하다. 본 발명은 시야각의 함수로서 조도에서 완만한 변이를 제공하는 반면에 LCD 형 디스플레이의 휘도를 증가시키는 방법으로 그 문제를 처리한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 후면발광 디스플레이용 휘도 강화 필름은, (a) 고체(solid) 투명 절연 재료로 구성된 투명 쉬트와, (b) 상기 쉬트의 외측면을 커버하고 그로부터 외측으로 돌출하는 반구형 고체이고 투명한 절연체인 다수의 제1 반구-비드에 의해 특징지워지고, 상기 다수의 제1 반구-비드들 중 인접한 제1 반구-비드들의 외주는 서로 맞닿아 있고, 상기 제1 반구-비드들 중 인접한 제1 반구-비드들 사이의 갭이 최소화되도록 적재된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 후면발광 디스플레이의 휘도 강화 방법은, (a) 디스플레이의 후면발광부의 외측 표면에 고체 투명 절연 재료로 형성된 제 1 쉬트를 제공하는 단계; (b) 상기 제 1 쉬트의 외측 표면을 외측으로 돌출하고 반구형 고체이고 투명한 다수의 제1 반구-비드를, 상기 다수의 제1 반구-비드들 중 인접한 제1 반구-비드들의 외주는 서로 맞닿아 있고, 상기 인접한 제1 반구-비드들 사이의 갭은 최소화되도록 커버링하는 단계; 및 (c) 디스플레이에 의해 발산된 광선을 상기 제 1 쉬트 및 반구-비드를 관통하게 안내하는 단계를 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 시야각의 함수로서 조도에서 완만한 변이를 제공하는 반면에 LCD 형 디스플레이의 휘도를 증가시킬 수 있다.
다음의 기술을 통하여 본 발명의 보다 완전한 이해를 제공하도록 특수한 사항이 기술된다. 그러나, 본 발명은 이들 특수한 사항이 없어도 실시될 수 있다. 다른 예에서, 잘 공지된 요소들은 본 발명을 불필요하게 추상적으로 하는 것을 피하기 위해 상세히 도시 또는 기술되지 않는다. 따라서, 상세한 설명 및 도면은 제한적이기 보다는 예시적인 관점으로 간주된다. 또한, 이곳에 사용된 것으로서, 용어 "반구형", "반구형의' 및 "반구-비드"는 구형의 단부로부터 또한 얻어질 수 있는 약간 작은 부피 모양을 포함한다.
도 2는, 모노래이어에 분포되고 필름(22)을 형성하도록 사용된 고체(solid)의 투명 절연 폴리머 재료의 적어도 한 표면으로부터 연장되는 매우 많은 다수의 고체 투명 절연 반구의(또는 거의 반구의) 반구-비드(24)를 갖는 얇은 투명 필름(즉, 쉬트)(22)의 일부를 도시한다. 반구-비드(24)는 굴절율(η1)을 갖는다. 필 름(22)을 형성하는데 사용된 폴리머 재료는 굴절율(η2-η1)을 갖는다. 관찰자(도 2에 도시되지 않음)는 하나의 시야각을 통하여 필름(22)의 외측 시야 표면을 바라본다. 필름(22) 및 반구-비드는 일반적인 특성을 갖고, 이곳에 참조된 2003년, 9월 12일 출원된 국제특허 공개 번호 제 WO 03/075085호에 기재된 것과 같이 형성될 수 있다. 그러나, WO 03/075085 호 디스플레이와 다르게, 아무런 전기 이동 또는 다른 유체 매질이 이 발명에 따라 형성된 디스플레이에 의해 요구되지 않는다. 더욱이, WO 03/075085 호 디스플레이는 거의 편평한 외측 시야면을 갖는 쉬트(즉, 필름)의 내측면상에 반구-비드를 제공하는 반면에, 본 발명의 양호한 실시예에서는, 필름(22)의 외측 시야면(즉, 관찰자에 의해 직접 보여지는 디스플레이면)이 반구-비드(24)를 지탱하고, 필름(22)의 내측면은 거의 편평하다. 필름(22)은 폴리올에핀, 폴리에스테르, 폴리아마이드, 폴리카본에이트 또는 폴리비닐 수지와 같은 폴리머 재료로 형성된다. 당업자는 많은 다른 재료가 필름(22) 형성시의 사용에 적절하다는 것을 이해할 것이다.
반구-비드(24)는 필름(22) 상의 모노래이어에 임의로 또는 잘 한정된 방법으로 분포될 수 있다. 비제한적인 본 발명의 양호한 실시예에서는, 반구-비드(24)가 도 2에 도시된 조밀 모노래이어 배열과 같은 잘 한정된 방법으로 필름(22)의 외측면상에 분포된다. 그러나, 반구-비드(24)가 가능한한 조밀하게 적재되는 경우조차도, 침입형 갭(26)이 반구-비드(24)의 인접한 것들 사이에 피할수 없게 잔존한다. 어떤 갭(26)상에의 입사 광선도 필름(22)상에 디스플레이되는 유용한 증가 분포를 만들지 않고, 원하지 않는 영상 가공물(artifact)를 초래하기도 한다. 이들 가공물들이 시각적으로 작고, 따라서 디스플레이의 모양을 손상시킬수 없지만, 그들은 필름(22)의 순평균 반사도를 손상시킨다. 도 2에 기술된 것과 유사한 조밀 반구-비드 구조체의 투과도 값(Tn)은 Tn ≒ 0.85 이다. 전술한 바와 같이, 반사도 값 Rd ≒ 0.5를 가정하면, 방정식(2)는 Gn ≒ 1.7 의 휘도 증가 값에 대한 이론적인 최대가 발생한다.
본 발명에 따르면, 하나 또는 그 이상의 작은 직경 반구-비드(28)가, 도 3에 도시된 바와 같은 하나의 휘도 강화 필름(즉, 쉬트)(22A)을 형성하도록 인접한 큰 직경 반구-비드(24) 사이의 각 갭(26)에 제공된다. 갭(26)내의 작은 직경 반구-비드(28)의 제공은 도 3 필름(22A)의 반사도 값을 Rd ≒ 0.53 까지 증가시키어, Gn ≒ 1.8의 최대 이론 증가 값을 산출하며, 이것은 현재 이용할 수 있는 가장 좋은 휘도 강화 필름에 의해 얻을 수 있는 증가 값과 동등하다. 갭(26)에 작은 직경 반구-비드(28)를 제공하기 위해서 다양한 기술이 사용될 수 있다. 예를들면, 반구-비드(24,28)가 상이한 크기의 비드에 대한 임의 분포를 구성하여, WO 03/075085 호에 기술된 반구-비드(24,28)의 굴절율과(즉, 예를들면, 필름(22A) 및 반구-비드(24,28)가 폴리카본에이트와 같은 재료로 형성되는 경우에, η1-η2 ≥1.55, 양호하게는, η1-η2 ≥1.6) 매칭되는 굴절율을 갖는 부착 재료의 얇은 층에 내장된다. 그러한 경우에, 작은 직경 반구-비드는 상당한 정도로, 큰 직경 반구-비드 사이에 자연적으로 침입형으로 적재된다. 반구-비드(24)는 양호하게는 2 마이크론 과 50 마이크론 사이의 평균 직경을 갖는다. 특히, 반구-비드(24)의 적어도 일부는 전체 내부 반사("TIR")에 의해 광을 반사시키도록 2 마이크론의 최소 직경을 가져야만 한다. 반구-비드(24)가 모두 상이한 직경을 갖는 경우에는, 최소 반구-비드는 2 마이크론의 최소 직경을 가져야만 한다.
선택적으로, 큰 직경 및 작은 직경 반구-비드는, 인접한 큰 직경 반구-비드 사이의 각 침입형 갭에 하나 또는 그 이상의 작은 직경 반구-비드가 있는 상태로, 큰 직경 및 작은 직경 반구-비드의 몰드된 모노래이어를 형성하도록, 소정의 크기와 소정의 모노래이어 배열에서 적절한 마이크로-가공된 금속 몰드를 사용하여 동시에 형성될 수 있다. 또 다른 선택으로서, 반구-비드(24,28)는 필름(22A)을 형성하는데 사용된 쉬트의 외측면에 투명하게 고정된 대략 반구형 부재일 수 있다.
반구-비드(24,28)와 같은 원형 또는 대략 원형 단부 부재의 어떤 것도 완전하게 갭(26)을 제거할 수는 없다. 그러나, 적재 효율에서 실제적으로 유용한 증분 증가가, 필름(22A)의 갭(26)의 백분율 범위내에서, 연속적으로 무한히 작은 직경을 갖는 하나 또는 그 이상의 반구-비드(28)를 제공하는 것에 의해 얻을 수 있다. 필름(22A)의 갭(26)의 어떤 백분율 내의 반구-비드(28)의 제공이 적재 효율을 증가시키고, 헥사고날 최조밀 배열이 최고 적재 효율을 가질지라도, 실제 구성에서, 싱글 크기를 갖는 반구-비드의 퍼스팩티브(perspective) 큐빅 적재는 합리적인 조밀 적재 배열을 산출한다. 그러한 큐빅 배열의 적재 효율은 π/4 또는 -78%이다(반경 r 인 원면적을 길이 2r의 측부를 갖는 동심 정사각형 면적으로 나눈 것). 만일 연속적인 작은 직경 반구-비드가 침입형으로 인접한 큰 직경 반구-비드 사이에 위치된 다면, 100 %에 달하는 적재 효율을 갖는 반구-비드 배열을 형성할 것이다. 싱글의 큰 직경 반구-비드 및 큰 직경 반구-비드 사이에 침입형으로 적재된 싱글의 작은 직경의 반구-비드를 포함하는 헥사고날 조밀 배열부는 규칙적인 배열에 대해 합리적인 실제 제한을 보여 준다. 그러한 배열은 약 94 %의 적재 효율을 갖는데, 그것은 전술한 두 상이한 크기의 비드 대신에 많은 상이한 크기의 반구-비드의 임의 분포가 사용되는 경우에 증가될 수 있다.
구형, 반구와 같은 구형의 일부는 어떤 방위각에서 볼때에 동일한 모양이 되는 유용한 특성을 갖는다. 따라서, 그러한 모양 내에서 한번 TIR을 격는 입사광선은 그들이 들어가는 동일한 표면을 통하여 나갈 때까지 그러한 것을 계속하는데, 이것은 높은 Rd 값을 설명할 수 있다. 이것의 증거는 도 4A-4G에서 볼수 있는데, 다양한 각도에서 볼때에 반구-비드(24)의 편평한 측부 모양을 보여준다. 특히, 도 4A-4G는 반구(24)의 반사율이 입사각의 넓은 범위에 걸쳐서 유지되고, 따라서, 넓은 시야각 특성 및 그러한 반구의 큰 다수를 지니는 휘도 강화 필름이 합체된 디스플레이의 겉보기 휘도를 강화시킨다.
특히, 도 4A는 수직 입사, 즉 수직으로터 입사각 옵셋 0° 로부터 보이는 반구-비드(24)를 도시하고 있다. 반구-비드(24)는 표준화 반경(r=1)과 굴절율(η1)을 갖는다. 반구(30)의 내측(즉, 디스플레이의 외측 시야면의 대향측)에 인접한 공기 매질은 비교적 낮은 굴절율( η3≒1.0)을 갖는다.
반구-비드(24) 중심으로부터 방사상 거리(a)에서 반구-비드(24) 상에 수직으 로 입사된 광선은 a ≥ ac 인 경우에(ac = η3/η1), 반구-비드(24)에 의해 전체적으로 내부 반사될 것이다. a ≥ ac 가 고리(32)를 형성하고, 도 4A-4G에서 희게 표시된 반구 비드(24) 영역은, 이것이, 국제 특허 공개 번호 WO 03/075085 호에 기술된 바와 같이, TIR에 의해 입사 광선을 반사시키는 반구-비드(24)의 영역이라는 사실과 일치한다. 고리(32)는 검게 표시된 원형 영역(34)를 감싸는데, 이것이, 그 내에서는 입사 광선이 TIR을 격지 않는 반구-비드(24)의 비-반사 영역이라는 사실과 일치한다. 그러한 비-반사된 광선은 반구-비드(24)를 통하여 전달된다. 만일 반구-비드(24)가 작은 경우(즉, 2 마이크론 및 50 마이크론 사이의 평균 직경을 가짐), 바람직하지 않은 영상 가공물을 피할 수 있다.
도 4B-4G는 수직으로부터 각각 15°, 30°, 45°, 60°, 75° 및 90° 옵셋된 입사각에서 본 반구-비드(24)를 도시하고 있다. 도 4A와의 도 4B-4G의 비교는 a ≥ ac 인 반구-비드(24)의 반사 영역(32)의 관찰된 영역이 입사각이 증가함에 따라서 점점 감소하는 것을 보여주고 있다. 글랜싱 입사각 부근에서도(도 4F), 관찰자는 아직 반사 영역(32)의 일부를 볼수 있고, 따라서 높은 휘도가 유지되는 넓은 시야각 범위를 디스플레이에 제공한다. 관상 영역(32)이 TIR에 의해 반사가 일어나는 곳이므로, 이 반사 영역의 부분 크기는 단지 약하게 각에 의존하고, 따라서 많은 양의 반사가 넓은 각 범위에 걸쳐 발생하고, 이것은 Rd의 큰 값을 초래한다.
모든 반구-비드(24)가 동일한 직경을 갖는다고 가정하고, 헥사고날 조밀 적재 배열로 배열시키는 것에 의해 얻을 수 있는 상대 휘도 증가(Gn)는 현재 이용할 수 있는 가장 양호한 휘도 강화 필름의 그것과 대략 동일할 수 있다. Gn은 하나 또는 그 이상의 작은 직경 비드(28)를 갭(26)내에 삽입시키어, 필름(22A)의 반구-비드 모노래이어가 필름(22)의 반구-비드 모노래이어 보다 더 조밀하게 적재됨으로써 더욱 증가될 수 있다. 더욱이, 필름(22A)의 겉보기 휘도는 양호한 시야각 범위인 0°(수직 입사)에서 약 40 ° 범위로 변화하는 시야각에 대해 비교적 완만하고 연속적인 시야각 함수로서 감소한다. 이것은 각 제한이 더 중요하게 될 수 있는 큰 스크린 디스플레이 적용에서 중요한 특징이 된다.
반사도 및 시야각의 전술한 관계는 도 5A, 5B, 5C 및 5D에 극좌표 형태로 그래프적으로 도시되었다. 플롯된 데이터는 당업자에게 잘 공지된 Monte Carlo 광선추적 모델링 기술을 이용하여 얻어졌다. 예를들면, 디스플레이를 나가는 광선은 구형 좌표(r, θ, φ)에서 특징이 있는데, 여기서, r은 광선 밀도, θ 및 φ는 광선이 디스플레이를 나가는 각도를 나타낸다. 각 θ 및 φ 의 범위는 각각 -90°- +90°, 그리고 0°- 360°로 주어지고, 도 5A-5D에서 극축과 일치한다.
이 특별한 경우에, 각 광선은 동일한 밀도를 갖는 것으로 가정하고, 따라서 각 광선이 도표상에서 점으로 표시된다. 시야각의 함수로서 디스플레이의 감지된 휘도는 이들 점들의 밀집 정도에 의해 기술된다. 예를들면, 도 5A에서, 광선이 균일하게 분포되는데, 이것은 디스플레이의 휘도가 상당히 희미하나, 그 휘도는 시야각의 함수로서 변화하지 않는다는 것을 의미한다. 도 5B-5D에서는, 광선이 도표의 원점 부근에 밀집되는데, 이는 디스플레이가 0°에서 보았을 때에(수직 입사) 높은 겉보기 휘도를 갖지만, 휘도가 보다 높은 시야각에서는 크게 감소됨을 의미한다. 본 발명의 큰 잇점은, 종래 휘도 강화 필름과 합체된 디스플레이가 휘도 감소가 나타나는 것을 넘어 비교적 뚜렷한 컷오프 시야각을 갖는 반면에, 본 발명의 반구-비드 모노래이어 필름(22A)과 합체된 디스플레이는 증가하는 시야각 함수로서 보다 점진적인 휘도 감소를 보여준다.
특히, 도 5A는 아무런 휘도 강화 필름이 없는 상태에서 람버티언 광원에 의해 발산된 광의 반사도 대 각 분포를 도표로 보여 주고 있다. 약 20° 오프-수직 시야 콘내의 도 5A 구조체의 상대 휘도 증가(Gn)가 비교 목적으로 기준값을 제공하기 위해 1.0으로 정의 된다. 도 5B는, 3M의 VikuitiTM 휘도 강화 필름-II (BEFII) 90 /24, VikuitiTM 휘도 강화 필름-II (BEFII) 90/50, VikuitiTM 휘도 강화 필름-III-Matte(BEFIII-M) 90/50, VikuitiTM 휘도 강화 필름-III-Transparent(BEFIII-T) 90/50, VikuitiTM Rounded 휘도 강화 필름(RBEF), VikuitiTM Thin 휘도 강화 필름(T-BEF), 또는 VikuitiTM Wave 휘도 강화 필름 WBEF 중의 어느 하나와 같은 종래 휘도 강화 필름으로 동일한 람버티안 광원에서 발산된 광의 반사도 대 각 분포를 도표로 보여 주고 있다. 도 5B 구조체의 Monte Carlo 광선 추적 모델링은 약 40° 오프-수직 시야 콘내에서 그것의 상대 휘도 증가(Gn)를 1.8 로서 보여 주고 있다. 도 5C는 도 3의 휘도 강화 필름으로 동일한 람버티안 광원에 의해 발산된 광의 반 사도 대 각 분포를 도표로 보여 주고 있다. 도 5C 구조체의 Monte Carlo 광선 추적 모델링은 약 40° 오프-수직 시야 콘내에서 그것의 상대 휘도 증가(Gn)를 1.8 로서 보여 주고 있다. 도 5D는 전술한 종래 휘도 강화 피름과 도 3의 휘도 강화 필름 양자로 동일한 람버티안 광원에 의해 발산된 광의 반사도 대 각 분포를 도표로 보여 주고 있다. 도 5D 구조체의 Monte Carlo 광선 추적 모델링은 약 40° 오프-수직 시야 콘내에서 그것의 상대 휘도 증가(Gn)를 2.5 로서 보여 주고 있다. 따라서, 본 발명은 후면발광 디스플레이 단독으로 또는 다른 휘도 강화 필름과의 조합에서 휘도 개선 능력을 갖는다는 것을 볼 수 있다.
전술한 투과율, 반사도 및 상대 휘도 증가값(Tn, Rd 및 Gn)은 반구-비드(24)가 어떤 반-굴절 코팅이 없는 상태의 굴절율 η1 ≒ 1.6 으로 가정하고 있다.
도 7A-9B 는 본 발명에 따라 형성될 수 있는 상이한 후면발광 디스플레이 구조체를 도시하고 있다. 비교 목적을 위해, 도 6A 및 도 6B는, 미니애폴리스(MN) St.Paul 소재의 3M 사로부터 이용할 수 있는, 마이크로-복사 분광 구조를 갖는 VikuitiTM 휘도 강화 필름과 같은 종래 광학 필름의 두 90° 대향 층(52,54)과 합체된 후면발광 디스플레이(50)를 도시하고 있다. 디스플레이(50)는 광안내부(56)에 대해 후면발광이다. 도 5B는 디스플레이(50)와 유사한 종래 후면발광 디스플레이의 광선 각 분포를 도식적으로 도시하고 있다. 그러한 디스플레이는 약 1.8의 상대 휘도 증가(Gn)를 달성할 수 있으나, 단지 제한된 시야각 범위(즉, 약 40° 오프-수직 시야 콘)내에서 가능하다. 도 5B는 디스플레이(50)가 약 40° 오프-수직 시야 콘 외측의 시야각에서는 어떤 상대 휘도 증가를 나타내지 않음을 보여주고 있다.
도 7A 및 7B는 반구-비드 구조 광학 필름 모노래이어(64)와 합체된 후면발광 디스플레이(60)를 도시하고 있다. 디스플레이(60)는 광 안내부(66)에 대해 후면발광이다. 도 5C는 디스플레이(60)와 유사한 후면발광 디스플레이의 광선 각 분포를 도식적으로 도시하고 있다. 그러한 디스플레이는 또한 약 40° 오프-수직 시야 콘내에서 약 1.8의 상대 휘도 증가(Gn)를 달성할 수 있다. 또한, 도 5B 및 도 5C의 비교는, 전술한 40° 오프-수직 시야 콘의 외측 에지에서 도 5B에 도시된 비교적 급격한 감소보다 도 5C에서 시야각의 함수로서 상대 휘도 증가(Gn)의 보다 완만한 감소를 보여준다. 이것은, 디스플레이(60)가 종래 가장 양호한 후면발광 디스플레이에서와 동등한 상대 휘도 증가(Gn)을 달성하지만, 종래 후면발광 디스플레이보다 넓은 시야각 범위내에서 가능하다는 사실을 보여준다.
도 8A 및 도 8B는 VikuitiTM BEF 와 같은 종래의 구조화된 광학 필름 층(72)과 반구-비드 구조화 광학 필름 모노래이어(74)와 합체된 후면발광 디스플레이(70)를 도시하고 있다. 디스플레이(70)는 광 안내부(76)에 대해 후면발광이다. 도 5D는 디스플레이(70)와 유사한 후면발광 디스플레이의 광선 각 분포를 도식적으로 도시하고 있다. 그러한 디스플레이는 가장 양호한 종래의 후면발광 디스플레이 보다 넓은 시야각 범위내에서 약 1.8의 상대 휘도 증가(Gn)를 달성할 수 있다. 특히, 도 5D 는 도 5C 보다 시야각의 함수로서 상대 휘도 증가(Gn)의 완만한 감소를 나타낸다.
도 9A 및 9B는 두 반구-비드 구조 광학 피름 모노래이어(82,84)와 합체된 후면발광 디스플레이(80)를 도시하고 있다. 디스플레이(80)는 광 안내부(86)에 대해 후면발광이다. 그러한 디스플레이는 또한 약 1.8의 상대 휘도 증가(Gn)를 달성할 수 있고, 종래 디스플레이에 의해 달성하는 것보다 더 완만한 시야각 함수로서의 휘도 감소를 이룬다.
전술한 기술의 관점에서 당업자에게 명백한 바와 같이, 본 발명의 정신 또는 범위를 이탈하지 않는 상태에서 많은 변화 및 변형이 가능하다. 예를들면, 전술한 바와 같이, 비록 작은 직경 반구-비드(28)가 갭(26)에 양호하게 제공되지만, 후면발광 디스플레이의 휘도는 갭(26)에 아무런 작은 직경 반구-비드가 제공되지 않아도 강화될 수 있다. 특히, 실제적으로 유용한 휘도 강화 필름은, 필름의 외측 시야표면(즉, 관찰자에 의해 직접 보여지는 디스플레이 표면)에서 돌출하는 고체의 투명 절연 반구 비드의 모노래이어를 갖는 고체 투명 절연 필름을 제공함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음 청구범위에 의해 한정되는 물질에 따라 해석될 수 있다.
도 1은 종래의 비-광 흡수 구조의 광학 필름과 관련된 종래의 편평한 광 발산 표면의 일부에 대한 확대된 단부 입면도,
도 2는 종래의 조밀 배열의 다수 반구 비드(또는 거의 반구형)와 합체된 필름의 일부에 대한 확대된 상부 평면도,
도 3은 본 발명에 따라 비드 패킹을 효율적으로 증가시키도록 큰 비드 사이의 칩입 갭에 위치된 보다 작은 반구 비드(또는 거의 반구형)의 도 2의 필름을 도시하는 도면,
도 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F 및 4G는 수직으로부터 각각 0˚, 15˚, 30˚, 45˚, 60˚,75˚및 90˚옵셋된 시야각에서 본 것으로, 반구형 요소를 도시하는 도면,
도 5A, 5B, 5C 및 5D는 종래의 두 구조체(도 5A 및 도 5B)와 본 발명과 합체된 두 구조체(도 5C 및 도 5D)에 대한 광선의 각 분포를 도시하는 도면,
도 6A 및 도 6B는 각각, 종래의 구조화된 두 층과 합체된 종래 후발광 디스플레이의 일부에 대한 확대된 90° 대향 단부측 입면도,
도 7A 및 도 7B는 각각, 본 발명에 따른 반구-비드 구조화 광학 필름 모노 래이러와 합체된 후면 발광 디스플레이에 대한 확대된 90° 대향 단부측 입면도,
도 8A 및 도 8B는 각각, 본 발명에 따른 반구-비드 구조화 광학 필름 모노래이어와 종래의 구조화 광학 필름 층이 합체된 후면 발광 디스플레이에 대한 확대된 90° 대향 단부측 입면도,
도 9A 및 도 9B는 본 발명에 따른 두 반구-비드 구조화 광학 필름 모노래이 어에 대한 확대된 90° 대향의 단부측 입면도이다.

Claims (26)

  1. 후면발광 디스플레이용 휘도 강화 필름으로서,
    (a) 고체(solid) 투명 절연 재료로 구성된 투명 쉬트와,
    (b) 상기 쉬트의 외측면을 커버하고 그로부터 외측으로 돌출하는 반구형 고체이고 투명한 절연체인 다수의 제1 반구-비드에 의해 특징지워지고,
    상기 다수의 제1 반구-비드들 중 인접한 제1 반구-비드들의 외주는 서로 맞닿아 있고, 상기 제1 반구-비드들 중 인접한 제1 반구-비드들 사이의 갭이 최소화되도록 적재된 것을 특징으로 하는 휘도 강화 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 반구-비드의 적어도 일부는 2 마이크론 이상의 직경을 갖는 휘도 강화 필름.
  3. 제2항에 있어서,
    (a) 상기 다수의 제1 반구-비드들 각각은 제1 평균 직경을 갖고,
    (b) 상기 제1 반구-비드들 사이의 갭 중 적어도 일부는 다수의 반구형 고체이고 투명한 절연체이며, 각각 상기 제1 평균 직경 미만의 제2 평균 직경을 갖는 다수의 제2 반구-비드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘도 강화 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 쉬트는 1.5 이상의 굴절율을 갖고, 상기 다수의 제1 반구-비드들은 1.5 이상의 굴절율을 가지며, 상기 다수의 제2 반구-비드들은 1.5 이상의 굴절율을 갖는 휘도 강화 필름.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 쉬트는 1.5 이상의 굴절율을 갖고, 상기 다수의 제1 반구-비드들은 1.5 이상의 굴절율을 가지며, 상기 다수의 제2 반구-비드들은 1.5 이상의 굴절율을 갖는 휘도 강화 필름.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 쉬트는 1.6 이상의 굴절율을 갖고, 상기 반구-비드들은 1.6 이상의 굴절율을 갖는 휘도 강화 필름.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 쉬트는 1.6 이상의 굴절율을 갖고, 상기 다수의 제1 반구-비드들은 1.6 이상의 굴절율을 가지며, 상기 다수의 제2 반구-비드들은 1.6 이상의 굴절율을 갖는 휘도 강화 필름.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 반구-비드 및 상기 다수의 제 2 반구-비드가 단일 층에 인접한 반구-비드들의 외주는 서로 맞닿아 있고, 상기 인접한 반구-비드들 사이의 갭이 최소화되도록 적재된 휘도 강화 필름.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 갭의 적어도 75%가 상기 다수의 제 2 반구-비드 중의 적어도 하나를 포함하는 휘도 강화 필름.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 반구-비드가 상기 쉬트에 부분적으로 내장된 구형 부재의 반구형부인 휘도 강화 필름.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 반구-비드와 상기 다수의 제 2 반구-비드가 상기 쉬트에 부분적으로 내장된 구형 부재의 반구형부인 휘도 강화 필름.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 반구-비드가 상기 쉬트 외측면에 고정된 반구형 부재인 휘도 강화 필름.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 반구-비드와 상기 다수의 제 2 반구-비드가 상기 쉬트 외측면에 고정된 반구형 부재인 휘도 강화 필름.
  14. 제1항의 휘도 강화 필름을 갖는 후면발광 디스플레이.
  15. 제3항의 휘도 강화 필름을 갖는 후면발광 디스플레이.
  16. 거시적으로 평행한 내측 및 외측 휘도 강화 필름을 갖는 후면발광 디스플레이로서,
    상기 내측 필름이 미세 프리즘 구조의 분산 휘도 강화 필름으로 특징지워지고, 상기 외측 필름이 제 1항의 휘도 강화 필름으로 특징지워지는 후면발광 디스플레이.
  17. 거시적으로 평행한 내측 및 외측 휘도 강화 필름을 갖는 후면발광 디스플레이로서,
    상기 내측 필름이 미세 프리즘 구조의 분산 휘도 강화 필름으로 특징지워지고, 상기 외측 필름이 제 3항의 휘도 강화 필름으로 특징지워지는 후면발광 디스플레이.
  18. 거시적으로 평행한 내측 및 외측 휘도 강화 필름을 갖는 후면발광 디스플레이로서,
    상기 내측 필름 및 상기 외측 필름 각각이 제 1항의 휘도 강화 필름으로 특징지워지는 후면발광 디스플레이.
  19. 거시적으로 평행한 내측 및 외측 휘도 강화 필름을 갖는 후면발광 디스플레이로서,
    상기 내측 필름 및 상기 외측 필름 각각이 제 3항의 휘도 강화 필름으로 특징지워지는 후면발광 디스플레이.
  20. 후면발광 디스플레이의 휘도 강화 방법으로서,
    (a) 디스플레이의 후면발광부의 외측 표면에 고체 투명 절연 재료로 형성된 제 1 쉬트를 제공하는 단계;
    (b) 상기 제 1 쉬트의 외측 표면을 외측으로 돌출하고 반구형 고체이고 투명한 다수의 제1 반구-비드를, 상기 다수의 제1 반구-비드들 중 인접한 제1 반구-비드들의 외주는 서로 맞닿아 있고, 상기 인접한 제1 반구-비드들 사이의 갭은 최소화되도록 커버링하는 단계; 및
    (c) 디스플레이에 의해 발산된 광선을 상기 제 1 쉬트 및 반구-비드를 관통하게 안내하는 단계를 특징으로 하는 휘도 강화 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 다수의 제1 반구 비드들 각각은 제1 평균 직경을 갖고,
    상기 인접한 제1 반구-비드들 사이의 갭 중 적어도 일부에 다수의 반구형 고체이고, 투명한 절연체이며, 상기 제1 평균 직경 미만의 제2 평균 직경을 갖는 다수의 제2 반구-비드들을 제공하는 단계를 특징으로 하는 휘도 강화 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 반구-비드 및 상기 다수의 제 2 반구-비드를, 단일 층에 상기 반구-비드들 중 인접한 반구-비드들의 외주는 서로 맞닿아 있고, 상기 인접한 반구-비드들 사이의 갭은 최소화되도록 적재하는 것을 특징으로 하는 휘도 강화 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 다수의 제 2 반구-비드 중의 적어도 하나를 상기 갭의 적어도 75 %에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휘도 강화 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    고체 투명 절연 재료로 형성된 제 2 쉬트를 제공하는 단계와, 상기 제 2 쉬트를 거시적으로 제 1 쉬트에 평행하게 상기 제 1 쉬트의 내측에 정열시키는 단계, 상기 제 2 쉬트 양측에 다수의 미세반복된 프리즘을 제공하는 단계, 및 광선을 상 기 제 2 쉬트를 통하여 상기 제 1 쉬트쪽으로 안내하는 단계를 포함하는 휘도 강화 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 다수의 미세 반복된 프리즘을 상기 제 2 쉬트의 외측 표면상에 제공하는 단계를 포함하는 휘도 강화 방법.
  26. 제20항에 있어서,
    고체 투명 절연 재료로 형성된 제 2 쉬트를 제공하는 단계, 상기 제 2 쉬트를 거시적으로 제 1 쉬트에 평행하게 상기 제 1 쉬트의 내측에 정열시키는 단계, 상기 제 2 쉬트의 외측 표면을 다수의 제 2 외측으로 돌출한 반구형 고체 투명 반구-비드로 커버링하는 단계, 그리고 광선을 상기 제 2 쉬트를 통해 상기 제 1 쉬트쪽으로 안내하는 단계를 포함하는 휘도 강화 방법.
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