KR20090103731A - 광 추출 구조체들을 갖는 도광 필름 - Google Patents

광 추출 구조체들을 갖는 도광 필름

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KR20090103731A
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에스케이씨하스디스플레이필름(유)
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Abstract

도광 물체는 복수 개의 분리된 표면 구조체들을 갖는 적어도 하나의 패터닝된 표면 및 상기 적어도 하나의 패터닝된 표면에 실질적으로 직교하는 입사 엣지를 갖는 필름 기판을 갖는다. 상기 복수 개의 분리된 표면 구조체들에서의 각각의 표면 구조체는 상기 입사 엣지에 실질적으로 평행한 길이 방향을 따라 연장된다. 상기 길이 방향에 따른 단면에서 취해진, 각각의 표면 구조체는 양의 경사부, 실질적으로 평평한 부분 및 음의 경사부를 가진다. 상기 양의 경사부를 통하여 제 1 위치에서 취해진 제 1 폭방향 단면은 상기 음의 경사부를 통하여 제 2 위치에서 취해진 제 2 폭방향 단면과 동일한 형상을 갖는다.

Description

광 추출 구조체들을 갖는 도광 필름{LIGHT GUIDING FILM HAVING LIGHT EXTRACTION FEATURES}
본 발명은 디스플레이 조사에 관한 것이고, 특히 광원으로부터의 광도를 향상시키기 위한 조사 물체에 관한 것이다.
투과형 액정 디스플레이(LCD) 패널들은 디스플레이들의 다른 형태에 대한 작고, 경량의 대안을 제안하나, 변조를 위한 광을 제공하도록 백라이트 조사의 몇몇 형태를 요구한다. LCD 및 유사한 디스플레이들을 위한 백라이트 조사는 일반적으로 관찰자에 대하여, LCD 패널 후면에 위치되고, LCD 패널을 통하여 하나 이상의 광원으로부터의 광을 재배향하는 도광 표면(light-guiding surface)에 의해 제공된다. 도광 표면의 하나의 예시적인 형태는 도광판(LGP)이다. LGP는 이의 측 엣지들을 따라 위치된 하나 이상의 소스(source)들로부터 받아들이는 입사광을 재배향하기 위한 전반사(TIR)를 사용하는, 도파관(waveguide)으로서 작용한다. 표면 구조체의 몇몇 형태는 반사된 광을 내부적으로 추출하고 디스플레이 패널을 향하여 이런 광을 재배향하도록 LGP 상에 제공된다. LGP를 사용하는 조사 장치의 하나의 실시예는 고토 등에 의한 미국 특허번호 제5,999,685호 "도광판 및 도광판을 사용하는 표면 광원"에서 주어진다.
고토 등의 개시에서 제안된 바와 같은 해결안을 갖는 결점들 중에는, 종래의 도광판의 전체적인 부피 및 상대적인 두께가 존재한다. 종래의 LGP들은 종종 LCD 패널 그 자체의 두께를 초과한다. 휴대 장치들에 채택된 것들과 같은, 더 작은 디스플레이들의 출현, 및 발광소자들(LEDs)과 같은, 더 컴팩트한 고체-상태 광원들의 발달로, 더 얇은 프로파일(profile)을 제공하고, 더 가벼우며, 현존하는 디자인들보다 더 플렉시블한(flexible) LGP 해결을 위한 요구가 존재한다. 디스플레이들이 더 플렉시블한 기판들의 증가된 사용과 함께 크기가 계속하여 더 작아짐에 따라, 1㎜에 근접한 두께를 갖는, 더 플렉시블한 LGP에 대한 증대된 요구가 존재한다.
많은 해결안들이 더 작고 더 플렉시블한 디스플레이들에 대한 더 양호하게 적합한 LGP 장치들을 위하여 제안되어 왔다. 그러나, 제안된 해결안들은 여태까지 이의 사용을 제한하거나 이를 제조하는 것을 어렵게 하는 본래의 결점들을 갖는다. 예를 들어, LGP 표면에 형성된 광 추출 구조체들의 다양한 형태들이 제안되어 왔다. 그러나, 많은 제안된 광 추출 구조체들의 기하학적 프로파일은 사출 성형(injection molding) 또는 열간 압축 성형(hot compression molding)과 같은 제조 방법을 요구한다. 이들 가공 방법들은 더 두꺼운 물질들로 잘 작업될 수 있으나, LGP 두께가 감소하기에 점점 어렵고 비현실적이라는 것이 입증된다. 예를 들어, 많은 제안된 해결안들은 90도 수직 벽들을 갖는 표면 광 추출 구조체들을 요구한다. 이런 척도에서의 예리한 각들은 필요로 하는 크기에서 알려진 가소성 물질을 갖는, 어떠한 방법을 사용하여, 가공하기에 꽤 어려울 수 있다. 또 다른 것들은 유사한 이유들로 가공하기에 어려운 구조체들, 상대적으로 높은 높이:폭 종횡비를 갖는 구조체들을 요구한다. 비록 이러한 구조물들이 원칙적으로 잘 작업될 수 있으며 이의 가공이 가능할 수 있더라도, 그것들이 제시하는 제조 문제점들은 많은 제안된 디자인들이 대량 생산을 위해 비현실적이게 한다. 거의 관심이 예리한 각이 있는 측벽들을 갖는 광 추출 구조체들을 갖는 LGP가 어떻게 경제적으로 대량생산될 수 있는지에 주어져 온 것으로 여겨지지 않는다.
따라서, 플렉시블한 물질의 사용을 허용하고, 상대적으로 얇은 치수의 프로파일로 생산될 수 있으며, 대량 생산을 위하여 설계되는 도광 표면 해결안에 대한 요구가 존재한다는 것이 인지된다.
본 발명의 구체예에서 도광 물체는 복수 개의 분리된(discrete) 표면 구조체들를 포함하는 적어도 하나의 패터닝된 표면(patterned surface), 및 상기 적어도 하나의 패터닝된 표면에 실질적으로 직교하는 입사 엣지(incident edge)를 갖는 필름 기판을 포함하되, 상기 복수 개의 분리된 표면 구조체들에서의 각각의 표면 구조체는 상기 입사 엣지에 실질적으로 평행한 길이 방향을 따라 연장되고; 상기 길이 방향에 따른 단면에서 취해진, 각각의 표면 구조체는 양의 경사부(positively sloped portion), 실질적으로 평평한 부분(substantially flat portion), 및 음의 경사부(negatively sloped portion)를 가지며; 상기 양의 경사부를 통하여 제 1 위치에서 취해진 제 1 폭방향 단면은 상기 음의 경사부를 통하여 제 2 위치에서 취해진 제 2 폭방향 단면과 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 것으로 제공된다.
본 발명의 또 다른 구체예에서 도광 물체는 복수 개의 분리된 표면 구조체들을 포함하는 적어도 하나의 패터닝된 표면, 및 상기 적어도 하나의 패터닝된 표면에 실질적으로 직교하는 입사 엣지를 갖는 필름 기판을 포함하되, 상기 복수 개의 분리된 표면 구조체들에서의 각각의 표면 구조체는 상기 입사 엣지에 실질적으로 평행한 길이 방향을 따라 연장되고; 상기 길이방향에 따른 단면에서 취해진, 각각의 표면 구조체는 양의 경사부, 실질적으로 평평한 부분 및 음의 경사부를 가지며; 상기 길이 방향에 직교하여 취해진, 동일한 표면 구조체 내의 폭방향 단면은 동일한 정점 곡률(apex curvature)을 갖는 것을 특징으로 하는 것으로 제공된다.
본 발명의 또 다른 구체예에서 디스플레이 장치는 a) 입사 조사(illumination)를 변조하기 위한 입력 화상 신호(input image signal)에 대하여 응답하도록 구성된 공간 광 모듈레이터(spatial light modulator); b) 복수 개의 분리된 표면 구조체들을 포함하는 적어도 하나의 패터닝된 표면, 및 상기 적어도 하나의 패터닝된 표면에 실질적으로 직교하는 입사 엣지를 갖는 필름 기판을 포함하되, 상기 복수 개의 분리된 분리된 표면 구조체들에서의 각각의 표면 구조체는 상기 입사 엣지에 실질적으로 평행한 길이 방향을 따라 연장되고; 상기 길이 방향을 따른 단면에서 취해진, 각각의 표면 구조체는 양의 경사부, 실질적으로 평평한 부분, 및 음의 경사부를 가지며; 상기 양의 경사부를 통하여 취해진 제 1 폭방향 단면은 상기 음의 경사부를 통하여 취해진 제 2 폭방향 단면과 동일한 형상을 갖는 도광 물체; c) 상기 공간 광 모듈레이터에 대한 조사로서 재배향을 위한 상기 도광 물체의 상기 입사 엣지 내로 광을 배향하도록 위치된 광원을 포함하는 것으로 제공된다.
도 1은 본 발명의 도광 필름을 사용하는 디스플레이 장치를 도시한다.
도 2는 하나의 구체예에서 도광 필름의 사시도를 도시한다.
도 3a, 도 3b, 도 3c, 및 도 3d는 도광 필름 표면에서 구조체들에서의 입사광에 대한 광 거동을 도시한다.
도 4는 하나의 구체예에서 도광 필름의 부분을 도시하는 사시도이다.
도 5a는 하나의 구체예에서 도광 필름 상에서의 구조체의 평면도이다.
도 5b는 필름 표면으로부터 돌출된, 도 4의 도광 필름 상에서의 구조체의 측면도이다.
도 5c는 필름 표면 내로 형성된 캐비티(cavity)인, 도 4의 도광 필름 상에서의 구조체의 측면도이다.
도 6a는 단면의 대칭성을 도시하는 일반적인 돌출된 구조체의 확대도이다.
도 6b는 단면들을 도시하는, 도 6에서의 구조체의 단면도이다.
도 6c는 동일한 형상을 갖는 두 개의 폭방향 단면들인, 구조체의 양의 경사부를 통하는 하나의 단면, 구조체의 음의 경사부를 통하는 다른 단면을, 도시하는 도 6a에서의 구조체의 사시도이다.
도 7a는 단면의 대칭성을 도시하는 일반적인 만입 구조체의 확대도이다.
도 7b는 단면들을 도시하는, 도 7a에서의 구조체의 단면도이다.
도 8a는 단면의 대칭성을 도시하는 대안적인 돌출된 구조체의 확대도이다.
도 8b는 단면들을 도시하는, 도 8a에서의 구조체의 단면도이다.
도 8c는 정점에 따라 씌워진(overlaid) 단면들의 교차를 도시한다.
도 8d는 도 8a 및 도 8b에서의 구조체들에 사용된 몰드 캐비티를 도시한다.
도 9는 캐리어를 사용하는 도광 필름 가공의 개략도이다.
도 10은 캐리어의 사용없이 도광 필름 가공의 개략도이다.
도 11은 패터닝된 벨트를 사용하는 도광 필름 가공의 개략적인 도면이다.
도 12는 도광 필름의 제조를 위하여 UV 경화를 사용하는 가공 장치를, 개략적인 형태로, 도시한다.
도 13은 하나의 구체예에서 패터닝된 롤러의 준비를 도시하는 사시도이다.
도 14는 롤러 표면으로 형성된 캐비티의 단면도이다.
도 15a, 도 15b, 도 15c 및 도 15d는 롤러 표면을 자국 내기(score) 위한 다양한 스타일러스 구체예들을 도시한다.
도 16 및 도 17은 도광 필름의 상이한 구체예들의 근접도(close-up view)이다.
<도면 부호>
10. 디스플레이 장치(display apparatus)
12. 광원(light source)
14. 필름(film)
16. LCD 디스플레이(LCD display)
18. 조사 장치(illumination apparatus)
20. 도광필름(light-guiding film; LGF)
22. 입사 엣지(incident edge)
24, 28. 표면(surface)
26. 광 추출 구조체들(light extracting features)
30. 압출기(extruder)
32. 열가소성 물질(thermoplastic material)
34. 베이스(base)
36. 공급부(supply)
38. 니프 영역(nip area)
40. 지지부(support)
42. 패터닝된 롤러(patterned roller)
44. 필름(film)
46. 롤(roll)
50. 패터닝된 벨트(patterned belt)
52. 캐비티(cavity)
54. 스타일러스(stylus)
60. 커팅-인 영역(cutting-in region)
62. 거의 평평한 영역(near-flat region)
64. 커팅-아웃 영역(cutting-out region)
66. 반사 표면(reflective surface)
80. 코터(coater)
82. 캐리어(carrier)
84. 물질(material)
90. UV 복사(UV radiation)
100. 몰딩 장치(molding apparatus)
110. 가공 장치(fabrication apparatus)
A. 정점 곡률(apex curvature)
C1, C2, C3. 단면(cross-section)
L. 길이(length)
W. 폭(width)
P1, P1', P2, P3. 위치(position)
T1, T1'. 단면(cross-section)
도 1을 참조하여, 본 발명에 따른, 도광 물체인, 도광 필름(LGF; 20)을 사용하는 조사 장치(18)를 갖는 디스플레이 장치(10)의 구체예가, 단면으로, 도시된다. 광원(12)은 LGF(20)의 입사 엣지(22)를 통하여 조사를 배향한다. LGF(20)는 하나 이상의 선택적인 광-향상 또는 광-재배향 필름(14)을 통하여, 공간 광 모듈레이터인, 여기에서는 조사를 변조하는 LCD 디스플레이(16)까지, 바깥쪽을 향해 이런 조사를 재배향한다.
광원(12)은 광-발광 요소들의 많은 형태들 중 어떤 것을 사용할 수 있다. 랩탑 컴퓨터 및 더 큰 디스플레이들에 사용된 종래의 LGP들은 CCFL(냉음극형광램프)들을 사용하여 왔다. 본 발명의 LGF(20)는 광원의 이런 더 두꺼운 형태를 사용할 수 있으나, LED들의 선형 배열 또는 다른 선형 고체-상태 소스와 같은 얇은 프로파일 광원들을 가지고 사용하는 것이 유리하다.
도 2의 사시도는 조사 장치(18)에서의 LGF(20) 및 이의 광-출사 표면(24)의 양상을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광원(12)은 출사 표면(24)에 실질적으로 직교하는 입사 엣지(22) 내로 조사를 배향한다. 분리된 광 추출 구조체(26)들은 출사 표면(24) 상에, 또는, 대안적으로 바닥 표면(28) 상에 형성되어, 출사 표면(24) 및 바닥 표면(28) 중 어느 하나 또는 모두가 패터닝된 표면(patterned surface)들이 되도록 한다. 이어지는 도면들에서 더 상세하게 보여지는 바와 같이, 광 추출 구조체(26)들은 LGF(20)의 길이 방향(L)을 따라 치수적으로 연장되고, 길이 방향(L)에 직교하는, 폭 방향(W)으로 더 좁아진다. 광원(12)은 일반적으로 길이 방향(L)을 따라 배열된다. 광 추출 구조체(26)들은 표면(24 또는 28) 위에 동일한 간격으로 공간적으로 분포될 수 있다; 그러나, 도 2에서 도시되고 연속적으로 설명된 바와 같이, 광 추출 구조체(26)들의 공간 분포가 폭 방향(W)으로 입사 엣지(22)로부터의 거리에 따라 변하는 구체예들에 대한 장점들이 존재할 수 있다.
도 3a, 도 3b, 도 3c, 및 도 3d는 출사 표면(24) 또는 바닥 표면(28) 중 어느 하나인, 패터닝된 표면상에서 광 추출 구조체(26)들의 상이한 배열을, 단면도로, 도시한다. 이들 도면들에서의 파선들은 광 추출 구조체(26)들의 거동을 도시하는 상이한 예시적 광 경로들을 나타낸다. 광은 도광 기술분야에서의 숙련된 자에게 잘 알려진 원리인, 전반사(TIR)에 의해 LGF(20) 내에서 배향된다. 표면(24 또는 28)으로부터 돌출되던지 또는 표면(24 또는 28)내로 형성되던지, 광 추출 구조체(26)의 일반적인 기능은, 이런 광이 LGF(20)로부터 빠져나가도록 하는, TIR을 방해하는 것이다. 도 3a 및 도 3b는 각각 표면으로부터 돌출하거나 표면 내로 만입되는, 출사 표면(24) 상에 형성된 광 추출 구조체(26)들의 두 개의 형태들에 대한 광 거동을 도시한다. 어느 하나의 경우에, 내부적으로 반사된 광이 광 추출 구조체(26)들의 표면에 충돌할 때 출사 표면(24)으로부터 바깥쪽으로 배향된다.
도 3c 및 도 3d는 광 추출 구조체(26)들이 바닥 표면(28) 상에 형성되는 대안적인 구체예들을 도시한다. 반사 표면(66)은 광 추출 구조체(26)들을 사용하여 추출되어온 광을 재배향하기 위한 이들 구체예들을 갖는 조사 장치(18; 도 1 및 도 2)의 일부분으로서 제공된다. 반사 표면(66)은 이런 광을 LGF(20)를 통과하도록 다시 재배향하고, 출사 표면(24)을 통과하도록 밖으로 재배향한다.
도 4의 사시도는 상부 표면(24) 상에 형성된 많은 광 추출 구조체(26)들을 갖는 LGF(20)의 부분을 도시한다. 광 추출 구조체(26)들은 스넬의 법칙(snell's law)에 따라 LGF(20) 내에서부터 반사된 광을 추출하는, 도 3a 내지 도 3d에 대하여 설명된 바와 같이 작용한다.
본 발명의 광-추출 구조체(26)들이 다른 어플리케이션(application)들에서의 도광 장치에 사용되어 온 광 추출 구조물들의 다양한 형태들과 상이하다는 것이 관찰될 수 있다. 다른 도광 접근법들은 예를 들어, 산란 입자들, 인쇄된 도트들 또는 표면 거칠게하기(roughening)로부터 산란 또는 회절 효과들을 사용하여 왔다. 회절 격자 또는 무작위화된 산란을 사용하여 광을 분포시키는 구조물들과 달리, 광 추출 구조체(26)는 LGF(20)내에서 주어진 각도에서 조사에 대한 예측가능한 광 경로를 제공하는, 주로 결정적인 방법으로 광에 작용하는 것으로 설명될 수 있다. 광 추출 구조체(26)들을 사용하는 구체예들은 이에 따라 형상 및 물질에서의 불완전성 또는 랜덤 효과들로 인해 단지 작은 비율의 출사 광을 제공한다.
도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 다양한 구체예들에서 구조체(26)의 전체적인 기하를 도시한다. 도 5a는 구조체(26)의 평면도이다. 도 5b는 동일한 구조체(26)의 측면도이다. 도 5c는 구조체(26)가 표면(24)으로부터 돌출되는 것보다, 표면(24) 내로 형성되는 구체예들에 대한 측면도를 도시한다. 도 5c에서의 형상은 연속적으로 더 상세하게 설명되는 바와 같이, LGF(20)의 필름 표면상에 구조체(26)를 성형하는(mold) 데에 사용된 캐비티의 형상으로서 대안적으로 고려될 수 있다.
특히 도 5c에 대하여, 상응하는 몰드 캐비티(mold cavity)로부터 구조체(26)의 이런 형상에 대한 세 개의 부분들이 존재하는 것이 보여질 수 있다: (ⅰ) 커팅-인 영역(cutting-in region; 60), (ⅱ) 거의 평평한 영역(near flat reigon; 62), 및 (ⅲ) 커팅-아웃 영역(cutting-out; 64). 도 5c의 도면에서 도시된 바와 같이, 길이 방향 단면으로 고려하면, 커팅-인 영역(60) 및 커팅-아웃 영역(62)은 반대되게 기울어져, 하나는 양으로 그리고 다른 하나는 음으로 경사지고, 양자는 거의 평평한 영역(62)을 향하여 안쪽으로 연장되며, 거의 평평한 영역(62)은 0의 기울기를 갖는다. 영역들(60, 62, 64)의 각각은 연속적으로 더 상세하게 설명된 바와 같이, 이의 상응하는 몰드 요소(mold element)가 어떻게 패터닝된 롤러로 압형되고(tooled) 패터닝된 롤러를 사용하여 가공되는지에 기초로 한 이의 특징적인 길이방향 및 단면 형상을 갖는다.
본 발명에 관하여, 용어 "양의 기울기" 및 "음의 기울기"는 상호 간에 상대적이고, 구조체(26)를 형성하는 데에 사용된 몰드 캐비티의 형상을 참조하여 취해질 수 있다는 것이 관찰되어야만 한다. 길이 방향 단면에서 고려된다면, 표면으로부터 돌출되거나 표면 내로 만입되던지, 각각의 구조체(26)는 상대적으로 반대되는 기울기를 갖는 두 개의 부분을 갖는다: 양의 경사부 및 음의 경사부.
구조체(26)들이 형성되는 방법 때문에, 구조체들은 전체적으로 동일한 특징적인 단면형상을 가질 수 있으며, 이 특징은 종래의 도광 추출 구조체 디자인과 공유되지 않는다. 도 6a 및 도 6b의 사시도는 상세하게 이런 단면의 대칭성을 도시한다. 도 6a 및 도 6b는 폭 방향(W)에 따라 취해지고 길이(L)에 대한 (여기에는 위치(P1, P2, P3)로서 도시된) 다양한 위치에서 획득된, 구조체(26)를 통과하여 단면을 도시한다. 도 6b는 구조체(26)의 단면도를 도시하고 제시된 각각의 위치(P1, P2, P3)에서 취해진 단면의 기초적인 형상을 도시한다. 도 6b의 실시예가 도시하는 바와 같이, 각각의 위치(P1, P2, P3)에서의 단면은 허용오차 및 물질에 의해 부여된 한도 내까지의 "유사한 삼각형"과, 실질적으로 동일한 삼각형 형상을 갖는다. 도 5c에 대하여, 도 6a 및 도 6b는 이전에 언급된 구조체(26) 형상의 세 개의 부분들의 각각 내에 취해진 단면도를 도시하는 것이 보여질 수 있다. 즉: 부분(ⅰ)에 대한, 커팅-인 영역(60)을 통과하는 단면은 위치(P1)에서 획득된다; 부분 (ⅱ)에 대한, 거의 평평한 영역(62)을 통과하는 단면은 위치(P2)에서 획득된다; 부분(ⅲ)에 대한, 커팅-아웃 영역(64)을 통과하는 단면은 위치(P3)에서 획득된다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 구조체(26) 내의 각각의 단면은 이들 표본 단면에서의 A로서 윤곽되어진, 동일한 정점 곡률(apex curvature)을 갖는다. 정점 곡률 그 자체는 하나의 단면부터 다음의 단면까지 변경되지 않는다. 도 6b에 도시된 형상을 갖는, 양으로 경사진 영역(60)을 통과하는 몇몇 위치에서 취해진 제 1 폭방향 단면은 실질적으로 몇몇의 다른 위치에서 음으로 경사진 영역(64)을 통과하여 취해진 제 2 폭방향 단면과 동일한 치수를 갖는다. 도 6c의 사시도는 이런 관계를 지지하는 특정한 예를 도시한다. 여기에서, 위치(P1)에서 취해진 하나의 삼각형 단면(T1), 위치(P1')에서 취해진 다른 삼각형 단면(T1')인, 두 개의 폭 방향 삼각형 단면들이 도시된다. 모든 삼각형 단면들(T1, T1')은 각각의 물질들 및 치수들에 대한 가공 공차 내에서 동일한 형상을 갖는다. 단면(T1)은 커팅-인 영역(60)에 상응하는 양의 경사부를 통과하여 취해지고; 동일한 형상의 단면(T1')은 커팅-아웃 영역(64)에 상응하는 구조체의 음의 경사부를 통과하는 몇몇의 지점에서 취해진다. 커팅-인 영역(60)을 따라 제 1 위치에서 취해진 폭 방향 단면이 커팅-아웃 영역(64)을 따라 제 2 위치에서 취해진 폭 방향 단면에 치수적으로 일치하는, 이런 단면의 대칭 배열은, 본 발명의 다른 구체예들에도 적용된다.
도 7a 및 도 7b의 사시도들은 또한 도 6a 및 도 6b의 구체예에서와 같이, 돌출하는 것보다 여기에서는 표면(24) 내로 만입된 구조체(26)를 통과하는 단면들을 도시한다. 다시, 구조체(26) 내에서, 각각의 위치(P1, P2, P3)에서의 단면은, 본 실시예에서, 동일한 정점 곡률(A) 및 동일한 형상을 갖는다.
유사한 방법으로, 도 8a 및 도 8b는 만곡된 단면 프로파일을 갖는 예시적인 구조체(26)를 도시한다. 여기에서, 위치들(P1, P2, P3) 각각에서 취해진, 단면들(C1, C2, C3)의 정점 곡률(A)은 구조체(26)의 어떤 높이에 대하여도 동일하다. 도 6a 내지 도 6c에서 구조체(26)에 대하여 이전에 설명되었던 바와 같이, 커팅-인 영역(60)을 통과하여 몇몇의 지점에서 취해진 하나, 커팅-아웃 영역(64)을 통과하는 몇몇의 지점에서 취해진 다른 하나인, 두 개의 폭방향 단면들의 치수 균등물(dimensional equivalence)은 또한 도 8a 및 도 8b에서의 구조체(26)에도 적용된다.
본 발명의 구체예들에 대하여, 비록 구조체(26)의 높이(또는 깊이)가 두 개의 위치들 사이에서 상이할 수 있더라도, 구조체(26)의 정점 곡률 그 자체는 하나의 단면으로부터 다음의 단면까지 변경되지 않는다는 것을 주목하는 것이 중요하다. 이는, 동일한 구조체(26)의 어떠한 두 개의 단면에 대한 치수의 윤곽들이 다른 하나 위로 하나가 씌워질(overlaid) 때, 이들의 일반적인 교차는 정점을 포함한다는 것을 의미한다. 이는 도 8c의 실시예에서의 두 개의 단면들(C1, C2)에 대하여 도시된다. 볼드체로 도시된 바와 같이, C1 및 C2에 대한 단면 윤곽의 교차(intersection)는 정점(A)을 포함한다. 연속적으로 설명된 바와 같이, 이런 관계는 구조체(26)가 가공되는 방법 때문에 발생한다.
도 8d의 단면도는 만곡된(curved) 측부를 갖는 몰딩 구조체(26)에 사용될 수 있는 몰드 캐비티의 디자인을 도시하고, 도 6a 내지 도 7b에서의 구조체(26)의 해부도(anatomy)에 대하여 도시된 바와 동일한 압형된 형상 및 영역 배열이 어떻게 적용되는지를 도시한다. 즉, 각각의 구조체(26)에 대한 몰드는 (ⅰ) 음으로 경사진 커팅-인 영역(60), (ⅱ) 거의 평평한 영역(62), 및 (ⅲ) 양으로 경사진 커팅-아웃 영역(64)을 형성함으로써 형상된다. 이들 영역들의 각각에 대한 상대적인 비율은, 커팅-인 영역(60) 및 커팅-아웃 영역(64)에 대한 기울기 값이 변경될 수 있는 것처럼, 변경될 수 있다. 도 8a에서 돌출하여 도시된 형상을 갖는, 구조체(26)의 만입된 변형이, 또한 형성될 수 있다. 더 상세하게 연속적으로 설명된 바와 같이, 구조체(26)를 통과하여 취해진 단면은 다시 압형 형상에 관한 것이다.
요약하면, 구조체(26)들 중 어떤 것에 대하여도, 적어도 다음의 특성이 적용되는 것이 관찰될 수 있다:
(a) 표면 구조체는 길이 방향으로 치수적으로 연장된다. 이런 방향은 일반적으로 입사 엣지(22)에 평행하고, LGF(20)에 입사하는 광의 방향에 직교한다.
(b)도 8c를 참조하여 설명된 바와 같이, 각각의 표면 구조체(26) 내의 어떤 위치에서도, 길이 방향에 대해 직교하게 취해진 단면들은 동일한 정점 곡률을 공유한다.
(c)커팅-인 영역(60) 내의 어떤 위치에서 취해진 폭 방향 단면에 대하여, 동일한 형상 및 치수를 갖는 커팅-아웃 영역(64) 내의 어떤 위치에서 취해진 상응하는 폭방향 단면이 존재한다.
(d)각각의 구조체(26)는 커팅-인 영역(60), 거의 평평한 영역(62), 및 커팅-아웃 영역(64)으로 형상화된다. 커팅-인 영역(60) 및 커팅-아웃 영역(64)은 반대되게 경사진다.
(e)구조체(26)는 LGF(20)의 상부 또는 바닥 표면으로부터 돌출될 수 있거나 어느 하나의 표면 내로 만입될 수 있다.
구조체들(26)의 가공( fabraication of features (26))
본 발명의 도광 필름(20)의 장점은 압출 롤 몰딩, UV(자외선) 복사 경화를 사용하는 롤러 몰딩, 및 하나 이상의 패터닝된 롤러들을 채택한 유사한 몰딩 기술들과 같은 롤-대-롤 공정(roll-to-roll processes)을 사용하는 가공을 위한 디자인이다. 압출 롤 몰딩에서, 용융 열가소성 물질은 일반적으로 하나 이상의 패터닝된 롤러를 사용하여, 베이스 또는 캐리어 물질로, 압출된다. 롤러 니프(roller nip) 사이를 통과하여, 물질은 이에 의해 필름으로 형성된다. 패터닝된 롤러 또는 롤러들은 압출된 물질이 롤러 니프를 통과함에 따라, 압출된 물질에 패턴을 찍는다(impress).
도 9의 개략도는 필름으로서 도광 필름(20)을 가공하는 데에 사용될 수 있는 압출 롤 몰딩 장치(100)를 도시한다. 이런 구체예에서, 압출기(30)는 폴리머와 같은, 경화되지 않는 열가소성 물질(32)을 공급부(36)로부터 이송된, 베이스(34)로 제공한다. 베이스(34)는 열가소성 물질(32)에 사용되는 동일한 물질로부터 형성될 수 있거나 예를 들어, 종이, 필름 또는 직물과 같은 다른 시트 물질로부터 형성될 수 있다. 용융 열가소성 물질(32) 및 베이스(34)는 압력 롤러와 같은, 지지부(40)와 패터닝된 롤러(42) 사이의 니프 영역(38) 내로 지난다. 열가소성 물질(32)이 니프 영역(38)을 통과함에 따라, 지지부(40) 및 패터닝된 롤러(42)는 열가소성 물질(32)을 베이스(34) 위로 프레스(press)하여, 기판 필름(44)을 형성하고, 롤러 상에 존재하는 패턴이 최종 필름(44)에 찍히게 된다. 찍힌 패턴은 패터닝 롤러(42)의 표면의 반대이다. 열가소성 물질(32)은 이어서 용융 온도 아래에서 냉각되거나 그렇지 않으면 경화되고, 기판 필름(44)은 이어서 후속 공정을 위한 기판 테이크 업 롤(substrate take up roll; 46)로 감겨진다.
도 10의 대안적인 압출 롤 몰딩 구체예는 베이스 또는 캐리어 물질의 사용 없이 경화되지 않는 열가소성 물질(32)을 압출함으로써 필름(44)을 형성한다. 압출기(30)는 열가소성 물질(32)을 용융시키고 지지부(40)와 패터닝된 롤러(42) 사이의 니프 영역(38)으로 열가소성 물질(32)을 공급한다. 이는 냉각됨에 따라, 필름(44)의 표면에 찍히는 롤러 표면 상에 존재하는 패턴을 갖는, 필름(44)을 형성한다. 패터닝되고 냉각된 필름(44)은 이어서 후속 공정에 대한 기판 테이크 업 롤(46)로 감겨진다.
도 11은 패터닝된 벨트(50)를 사용하는 몰딩 장치(100)의 대안적인 형태의 개략도를 도시한다. 패터닝된 벨트(50)는 도 9 및 도 10을 참조하여 설명된 바와 같이 패터닝된 롤 가공을 사용하여 그 자체가 형성된다. 이어서, 이것의 패터닝된 구조물 면에서, 패터닝된 벨트(50)는 종래에 "암(female)" 몰딩 요소라고 불리는 것의 역할을 하는, 마스터(master) 패터닝 롤러(42)의 임프린트(imprint)를 지닌다. 필름(44)을 형성하기 위하여, 경화되지 않는 열가소성 물질(32)은 패터닝된 벨트(50)와 지지부(40) 사이의 니프 영역(38)으로 이송된다. 이런 배열을 갖는, 필름(44) 상에 형성된 표면 패턴은 패터닝된 롤러(42) 표면의 패턴과 동일한 패턴이다. 도 7a와 도 7b를 참조하여 이전에 설명된 만입된 표면 패턴들은 예를 들어, 패터닝된 벨트(50) 또는 유사한 몰딩 요소를 사용하여 형성될 수 있다.
도 12는 LGF(20)의 제조를 위하여 UV 경화를 사용하는 가공 장치(110)를, 개략적인 형태로, 도시한다. 코터(coater; 80)는 경화되지 않는 물질(84)의 층을 캐리어(82) 또는 다른 지지부에 도포시킨다. 이어서 패터닝은 패터닝된 롤러(42)를 사용하여 경화되지 않는 물질을 찍음으로써 수행될 수 있다. 이런 다음에, UV 복사(90)는 적용된 층의 경화를 촉진하는 데에 사용되어, 도포된 층이 찍힌 패턴으로 경화되어, 롤(46)로 감겨지는 필름(44)을 형성하도록 한다. 필름(44)은 캐리어(82) 부분을 포함할 수 있거나 제거할 수 있다.
도 9 내지 도 12 구체예들에 대한, 도 2 내지 도 8d의 실시예에서 도시된, 구조체(26)들의 형상 및 배열은 패터닝된 롤러(42) 상에 형성된 패턴에 의해 정의된다. 본 발명의 구체예들은 형상화된 캐비티들의 배열을 롤러의 표면 내로 형성하도록 스타일러스(stylus)를 사용함으로써 이런 패턴을 발생시킨다. 이들 캐비티들을 형성하는 데에 사용된 특정한 방법들은 큰 부피의 필름(44) 가공에 대하여 장점을 제공한다.
도 13의 개략도는 하나의 구체예에서 패턴이 어떻게 LGF(20)의 가공을 위한 롤러의 표면 상에 형성되는지를 도시한다. 캐비티(52)들은 다이아몬드 공구와 같은 스타일러스(54)를 롤러 표면 내에 배항하여, 많은 분리된 위치에서 표면을 자국 냄으로써 롤러 표면 내에 형성된다. 이런 공정을 용이하게 하기 위하여, 상대적인 회전 운동은 회전 화살표(R)에 의해 도시된 바와 같이, 스타일러스(54) 위치 및 롤러 표면 사이에서 제공된다.
도 14의 단면 측면도는 도 13에 도시된 D-D에서 롤러 표면으로부터 하나의 캐비티를 통과하는 길이방향으로 취해진다. 잠시 되돌아가 도 5c 및 도 8d를 참조하여, 캐비티(52)가, 만입된 구조체(26)를 참조하여 설명된 것과 유사한 커팅-인 영역(60), 거의 평평한 영역(62), 및 커팅-아웃 영역(64)을 갖는 것이 보여질 수 있다. 커팅-인 영역(60)은 스타일러스(54)가 우선 롤러(42) 표면을 뚫고 들어가고 이어서 회전이 발생하는 동안에 표면 내로 더 유도됨에 따라, 형성된다. 거의 평평한 영역(62)은 스타일러스(54)가 롤러(42) 표면으로부터 떠나기 시작하기 위하여 방향을 전환하기 전에 잠시 위치를 유지하는 것의 결과로서 생긴다. 커팅-아웃 영역(64)은 스타일러스(54)의 점진적인 철수(withdrawal)의 결과이다. 캐비티(52)들의 기울기 및 깊이는 여기에서 주어진 실시예들에서 도시된 것에 한정되지 않고 동일한 패터닝된 롤러(42) 내에서 변경될 수 있다.
캐비티(52)가 이런 방법으로 롤러 표면으로부터 절단되기 때문에, 도 6a 내지 도 8d를 참조하여 이전에 설명되었던 바와 같이, 본 발명의 구체예들은 동일한 정점 곡률을 갖고 동일한 단면 형상을 가질 수 있는 구조체(26)들을 성형하는 데에 사용된 캐비티(52)들을 갖는다. 구조체(26)에 대한 단면 형상은 이의 상응하는 스타일러스(54)의 형상과 동일하다. 이런 공정은 또한 구조체(26)들에 이것의 특유한 종횡비를 부여한다: 패터닝된 롤러(42)(또는, 대안적으로, 패터닝된 롤러(42)에 대한 스타일러스(54))의 회전 운동 벡터에 대하여 상응하는 길이(L) 방향을 따라 연장되고, 전체적으로 폭 치수(W)가 좁은 것.
본 발명의 가공은 차례로, 도 9, 도 10, 및 도 12에서 도시된 바와 같이 직접적으로 필름 내에 몰딩되는 때이거나, 도 11에서 도시된 바와 같이 패터닝된 벨트(50) 내에 몰딩될 때에, 구조체(26)들이 되는, 패터닝된 롤러(42) 상의 캐비티(52)들의 패턴을 획득하기 위하여 롤러의 상대적인 회전 및 주기적인 스타일러스 삽입 및 깊이를 사용한다.
본 발명의 도광 필름(20)은 다양한 구체예들에서의 하나 또는 양 표면에서 패터닝될 수 있다. 양면 패터닝을 위하여, 제 2 패터닝된 롤러 및 다른 지지 구성요소들은 도 9, 도 10, 도 11 및 도 12에 도시된 기초 공정 흐름에 추가될 것이다.
많은 상이한 구성들은 패터닝된 롤러(42)를 위하여 가능하다. 하나의 구체예에서, 패터닝된 롤러(42)는 크롬, 구리 또는 스테인리스 스틸과 같은, 금속 표면을 갖는다. 다이아몬드 공구 또는 다른 스타일러스로 작업될 수 있고 압출 롤 몰딩과 잘 어울릴 수 있는 다른 물질들은 몇몇 플라스틱들을 포함하여, 사용될 수 있다. 금속 슬리브(sleeve) 또는 다른 외부 구조물이 사용될 수 있다.
스타일러스(54)는 설명된 전체적인 방법으로 캐비티(52)들을 형성하는 데에서의 이의 적합성에 기초로 한, 많은 물질들 중 어떤 것일 수 있다. 다이아몬드 스타일러스의 사용은 작은 크기의 구조체(26)들을 정확하게 형성하는 데에 특히 유리하다. 스타일러스 형상들은 범위에 걸쳐 변할 수 있다. 도 15a 내지 도 15d는 스타일러스 형상을 위한 가능한 형상 범주들 중 몇몇을 도시한다. 도 15a는 정점 곡률은 예리한 각에 근접한 실질적으로 선형 형상을 도시한다. 도 15b 및 도 15c는 더 아치형의 형상을 도시한다. 도 15d는 선형이면서 아치형의 세그먼트(segment)들 및 더 예리한 정점 곡률 모두를 갖는 스타일러스를 도시한다. 도광 필름(20)의 표면 상에 형성된 구조체들은 선택된 스타일러스 팁(tip)의 형상을 취한다. 동일한 스타일러스(54)로 형성된 각각의 구조체(26)는 동일한 정점 곡률을 갖는다.
공구 형상 외형들은 직선 또는 만곡된 부분을 가질 수 있고, 예를 들어, 선형, 삼각형, 사다리꼴, 구형, 쌍곡선 또는 원뿔형일 수 있다. 공구 형상이 만곡된, 구조체(26)들의 단면 세그먼트들은 동일한 곡률을 공유할 것이다.
광-추출 구조체(26)의 분포 및 크기( distribution and size of light -extracting features (26))
이전에 언급된 바와 같이, 구조체(26)들이 상이한 단위 면적당 밀도 분포를 갖는 LGF(20)의 구체예들에 대한 장점이 존재할 수 있다. 예를 들어, 광원에 가장근접한 도광 필름(20)의 부분에 대한 단위 면적당 소수의 구조체(26)들이 존재할 수 있다. 구조체(26)들은 패터닝된 롤러(42)에 자국을 낼 때 만들어진 캐비티들의 깊이를 제어함으로써, 분포뿐만 아니라, 상대적인 크기에서 변경될 수 있다. 하나 이상의 스타일러스(54)는 패터닝된 롤러(42)에 자국 내는 데에 사용될 수 있다.
도 16 및 도 17은 패터닝된 롤러를 사용하여 형성된 LGF(20)의 두 개의 상이한 구체예들의 평면도를 도시한다. 도 16에서의 구체예는 구조체(26)들 사이의 다소 규칙적인 간격을 갖는다; 비교해 보면, 도 17 구체예는 더 무작위한 간격을 갖는다. 실시예의 방법에 의해, 도 16에서의 구조체(26)들의 공칭 폭 및 길이는 7.2㎛ × 100㎛이다. 도 17 구체예에 대한, 가장 큰 구조체(26)들의 공칭 치수들은 8.6㎛ × 112㎛이다; 그러나, 본 실시예에는 LGF(20)를 갖는 더 작은 구조체(26)들이 또한 존재한다. 크기 및 분포 고려사항들은 물체가 사용된 된 것을 갖는 후광식 LC 장치의 치수 특성 및 도광 물체의 최종 사용과 같은 인자(factor)들을 포함한다. 구조체(26)들의 분포에 대한 또 다른 고려사항은 LGF(20)가 LCD 또는 다른 광 모듈레이어 구성요소들과 조합하여 사용될 때, 가능한 진동 주파수 패턴을 최소화하는 것 및 가시 주파수(visible frequency)를 최소화하는 것에 관한 것이다.
사용된 물질들( materials used )
LGF(20)는 폴라카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 포함하나 이에 한정되지 않는, 투명한 물질들의 다양한 형태들 중 어떤 것으로부터 형성될 수 있다.
도광 필름의 패터닝된 표면 상에 형성된 구조체들은 특히, 더 작은 디스플레이들 및 휴대용 장치들을 위하여, LCD 및 후광식 디스플레이들의 다른 형태를 위한 조사를 제공하는 것을 돕는다. 본 발명의 구체예들은 1㎜이하의 두께에서 가공될 수 있는 도광 필름을 제공한다. 이는 본 발명의 LGF가 LED 또는 레이저 배열들 및 다른 선형 고체 상태 광 배열들과 함께 사용하는 데에 특히 바람직하게 한다.

Claims (10)

  1. 복수 개의 분리된(discrete) 표면 구조체들를 포함하는 적어도 하나의 패터닝된 표면(patterned surface), 및 상기 적어도 하나의 패터닝된 표면에 실질적으로 직교하는 입사 엣지(incident edge)를 갖는 필름 기판을 포함하되,
    상기 복수 개의 분리된 표면 구조체들에서의 각각의 표면 구조체는 상기 입사 엣지에 실질적으로 평행한 길이 방향을 따라 연장되고; 상기 길이 방향에 따른 단면에서 취해진, 각각의 표면 구조체는 양의 경사부(positively sloped portion), 실질적으로 평평한 부분(substantially flat portion), 및 음의 경사부(negatively sloped portion)를 가지며; 상기 양의 경사부를 통하여 제 1 위치에서 취해진 제 1 폭방향 단면은 상기 음의 경사부를 통하여 제 2 위치에서 취해진 제 2 폭방향 단면과 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 도광 물체(light-guiding article).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 필름 기판은 폴리머 물질인 것을 특징으로 하는 도광 물체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 표면 구조체들에서의 표면 구조체들은 상기 패터닝된 표면으로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 도광 물체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 표면 구조체들에서의 표면 구조체들은 상기 패터닝 표면 내로 만입되는(indented) 것을 특징으로 하는 도광 물체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 폭방향 단면들은 삼각형 형상인 것을 특징으로 하는 도광 물체.
  6. 복수 개의 분리된 표면 구조체들을 포함하는 적어도 하나의 패터닝된 표면, 및 상기 적어도 하나의 패터닝된 표면에 실질적으로 직교하는 입사 엣지를 갖는 필름 기판을 포함하되,
    상기 복수 개의 분리된 표면 구조체들에서의 각각의 표면 구조체는 상기 입사 엣지에 실질적으로 평행한 길이 방향을 따라 연장되고;
    상기 길이방향에 따른 단면에서 취해진, 각각의 표면 구조체는 양의 경사부, 실질적으로 평평한 부분 및 음의 경사부를 가지며; 상기 길이 방향에 직교하여 취해진, 동일한 표면 구조체 내의 폭방향 단면은 동일한 정점 곡률(apex curvature)을 갖는 것을 특징으로 하는 도광 물체.
  7. a) 입사 조사(illumination)를 변조하기 위한 입력 화상 신호(input image signal)에 대하여 응답하도록 구성된 공간 광 모듈레이터(spatial light modulator);
    b) 복수 개의 분리된 표면 구조체들을 포함하는 적어도 하나의 패터닝된 표면, 및 상기 적어도 하나의 패터닝된 표면에 실질적으로 직교하는 입사 엣지를 갖는 필름 기판을 포함하되,
    상기 복수 개의 분리된 표면 구조체들에서의 각각의 표면 구조체는 상기 입사 엣지에 실질적으로 평행한 길이 방향을 따라 연장되고; 상기 길이 방향을 따른 단면에서 취해진, 각각의 표면 구조체는 양의 경사부, 실질적으로 평평한 부분, 및 음의 경사부를 가지며; 상기 양의 경사부를 통하여 취해진 제 1 폭방향 단면은 상기 음의 경사부를 통하여 취해진 제 2 폭방향 단면과 동일한 형상을 갖는 도광 물체;
    c) 상기 공간 광 모듈레이터에 대한 조사로서 재배향을 위한 상기 도광 물체의 상기 입사 엣지 내로 광을 배향하도록 위치된 광원을 포함하는 디스플레이 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 광원은 고체-상태 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 디스플레이 장치는 상기 적어도 하나의 패터닝된 표면을 따라 위치된 반사 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 디스플레이 장치는 상기 공간 광 모듈레이터와 상기 도광 물체 사이에 위치된 광 재배향 필름(light-redirecting film)을 더 포함하는 것을 특징으로 디스플레이 장치.
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