KR20110108316A - 빛의 조준-확산 구조를 갖는 광학기판 - Google Patents

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칭안 양
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Abstract

본 발명은 빛을 조준하고 확산하는 2가지 기능을 갖는 확산프리즘 기판에 관한 것으로, 구체적으로는 빛을 조준하여 휘도를 향상시키고 확산효율도 개선한 요철면을 갖는 광학기판에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광학기판은 필름, 시트, 판 등의 형태를 취하고, 유연하거나 단단하고, 양쪽에 요철형의 프리즘면과 렌티큘라면을 갖는다. 요철형 렌티큘라면에 물결무늬의 렌즈구조(예; 볼록렌즈)를 가질 수 있다.

Description

빛의 조준-확산 구조를 갖는 광학기판{OPTICAL SUBSTRATES HAVING LIGHT COLLIMATING AND DIFFUSION STRUCTURES}
본 발명은 요철면을 갖는 광학기판에 관한 것으로, 구체적으로는 휘도보강과 확산을 위한 광학기판, 더 구체적으로는 평면 광원을 갖는 평판 디스플레이에 사용할 휘도증강/확산 광학기판에 관한 것이다.
평판 디스플레이 기술은 TV, 컴퓨터, 휴대용 전자기기(예; 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 태블릿 PC 등)에 주로 적용된다. LCD도 일종의 평판 디스플레이로서, 화소 어레이를 갖는 액정(LC) 모듈에 영상을 보여주는 것이다.
도 1은 LCD 디스플레이의 일례를 보여준다. 백라이트 LCD(10)는 LC 디스플레이 모듈(12), 평면 광원 형태의 백라이트 모듈(14), 및 LC 모듈(12)과 백라이트 모듈(14) 사이에 있는 다수의 광학필름을 포함한다. LC 모듈(12)은 2장의 투명기판 사이의 액정들과, 2차원 화소어레이를 형성하는 제어회로를 포함한다. 백라이트 모듈(14)은 평판 형태로 빛을 분산시키는 것으로, 도 1과 같이 광원이 평면에 퍼져있거나 에지에 배치된다. 선형광원(16)은 도광판(18)의 에지에 배치된다. 선형광원(16)의 빛을 도광판(18)의 에지를 통해 도광판(18) 안으로 보내주는 반사기(20)가 있다. 도광판(18)은 빛을 분산시키고 평탄한 윗면을 통해 LC 모듈(12)로 빛을 안내하는 구조를 가지며, 도광판의 밑면(30)은 LC 모듈(12) 반대쪽 표면으로서 테이퍼형 도광판에서 빛을 반사하거나 산란시키는 면을 이룬다. 광학필름 중의 상하부 확산필름(22,24)는 도광판(18)의 평탄면의 빛을 확산시킨다. 광학필름의 다른 상하부의 요철면을 갖는 광학기판(26,28)은 이곳을 통과하는 빛을 재분산시키고 표면에 수직으로 빛이 나가도록 한다. 이런 광학기판(26,28)을 휘도향상막, 재조준막 또는 재조준 확산막이라 한다. 이런 광학필름들을 통해 LC 모듈(12)에 들어가는 빛은 LC 모듈(12)의 표면에 걸쳐 균일하게 분산되고 비교적 강력한 수직 광도를 갖는다.
휘도향상막(26,28)의 주목적은 전체 백라이트 모듈의 휘도를 향상시키는 것이다. 휘도향상막은 디스플레이 축에 대해 각도를 이루어 나가는 빛의 각도를 줄여 광량을 증가시킨다. 따라서, 광축에 대한 각도가 커질수록 인식되는 휘도는 낮아진다. 35도 내지 45도의 각도에서 휘도가 아주 급격히 감소한다. 이런 영향을 샤프컷오프(sharp cutoff)라 한다.
백라이트 LCD(10)에서, 휘도향상막(26,28)은 빛이 (디스플레이면에 수직인) 뷰잉축을 따라가게 하는데 기다란 프리즘 구조를 이용하는데, 이 경우 사용자가 보는 휘도가 향상되고 축 조명을 원하는대로 하는데 전력을 덜 소비할 수 있다. 휘도향상막(26,28)의 입사면은 매끈하고, 이런 입사면을 통해 백라이트 모듈로부터 빛이 들어간다. 지금까지, 도 1의 LCD와 같이 많은 LCD에 사용된 2개의 휘도개선막은 평면에 수직인 축을 중심으로 회전하되, 각각의 막에 있는 기다란 피크/홈이 서로 90도를 이루도록 하여, 2개의 평면을 따라 조준되는 빛이 출사면에 직교한다.
휘도개선막(26)의 매끈한 바닥면이 다른 휘도보강막(28)의 요철면 위에 있을 때, 휘도보강막(26)의 바닥면과 휘도보강막(28)의 요철면이나 매끈한 표면 사이의 광학적 간섭으로 인해 디스플레이된 영상에 (흑백 패턴이 반복되는 것과 같은) 간섭 프린지 형태의 보기싫은 잡티가 생기곤 한다. 이런 흑백 패턴은 도 1의 확산막(22)이 없을 때 상부 휘도개선막(26)과 LC 모듈(12)의 인접 표면 사이에서도 생긴다. 간섭 프린지, 컷오프 효과(레인보우), 물리적 결함, 얼룩과 같은 흠이나 ㄱ결함에서 생기는 악영향들은 상부 확산막(도 1의 경우 22번 막)을 사용해 가릴 수 있다.
LCD의 품질을 해치지 않으면서 소비전력, 두께, 중량을 줄일 필요성이 점점 커지고 있다. 따라서, 백라이트 모듈은 물론 여러 광학필름의 소비전력과 두께와 중량도 줄여야할 필요가 대두된다. 이와 관련해 휘도를 해치지 않고도 전력소비를 줄이기 위한 여러가지 광조준 기술들이 개발되었는데, 어떤 기술은 백라이트 모듈의 디자인에 관한 것으로, 예를 들면 도 1의 백라이트 모듈의 부품들인 광원(16), 반사기(20), 도광판(18)의 전체적인 출력 성능을 개선하는 구조를 디자인했다. 또, 확산막(22,24)과 휘도향상막(26,28)의 디자인에 관한 것도 있다.
지금까지, LCD의 광학필름들의 전체 두께를 줄이기 위해, 광학필름의 갯수를 도 1과 같은 4개(22,24,26,28)에서 3개로 줄이려는 많은 시도가 있었다. 이를 위한 한가지 방법은, 하부 확산막(24)과 하부 휘도향상막(28)을 별도의 구조로 유지하되, 상부 확산막(22)과 휘도향상막(26)은 기능적으로나 구조적으로 하나의 하이브리드 막 구조로 결합하는 것이다. 이런 3중막 디스플레이는 휴대형 전자기기와 넷북컴퓨터에 널리 채택되었고, 특히 이런 기기의 전체 크기를 줄이는 방향으로 개발이 집중되었다.
하이브리드형 휘도향상막을 개발하려는 다양한 시도가 있었다. 미국특허 5,995,288은, 도 2와 같이, 밑면에 입자코팅층을 입히고 반대쪽 윗면은 요철면으로 한 광학기판을 소개했다. 광학기판 밑면은 매끈한 면이 아니다. 입자들이 광산란효과를 일으켜 빛을 확산시킨다. 도 3과 같은 미국특허 5,598,280에서 소개한 방법은 광학기판의 밑면에 미세한 돌출부들을 형성하여 빛의 확산에 의해 휘도의 균일성을 개선한다. 이런 확산처리는 많은 간섭프린지들을 가려 사용자의 눈에 보이지 않도록 한다. 이런 방법들의 단점은, 빛의 산란이 축방향(on-axis) 이득을 해치는 것이다. 또, 하이브리드 휘도향상막은 빛을 원하는 시야각 안으로 유지하는데 덜 효과적이기도 하다.
광학기판의 요철면의 프리즘 구조를 바꾸려는 다른 시도도 있었다. 예를 들어, 도 4는 미국특허 6,798,574에 관한 것으로서, 광학기판의 요철면의 프리즘 표면에 미세한 돌기들을 형성해, 빛을 더 넓은 각도로 퍼지게 했다.
이상의 모든 하이브리드 휘도향상막들은 광출력 방향성을 저해한다. 또, 전체적인 휘도도 상당히 감소되었다. 더우기, 이런 모든 하이브리드 휘도향상막은 구조가 비교적 복잡하여, 상당한 제조비 상승요인이 되었다.
따라서, 휘도를 향상시키면서도 확산을 효과적으로 함으로써, 종래의 광학필름의 단점들을 극복하는 구조를 갖는 광학기판이 필요하다.
발명의 요약
본 발명은 빛을 조준하고 확산하는 2가지 기능을 갖는 확산프리즘 기판에 관한 것으로, 구체적으로는 빛을 조준하여 휘도를 향상시키고 확산효율도 개선한 요철면을 갖는 광학기판에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광학기판은 필름, 시트, 판 등의 형태를 취하고, 유연하거나 단단하고, 양쪽에 요철형의 프리즘면과 렌티큘라면을 갖는다. 요철형 렌티큘라면에 물결무늬의 렌즈구조(예; 볼록렌즈)를 가질 수 있다. 이런 물결무늬 볼록렌즈 구조는 입사면에 걸쳐 분산된 기다란 렌티큘라 렌즈들을 포함할 수 있다. 이때, 렌티큘라 렌즈들이 입사면에 나란히 배열된다. 또, 2개의 인접한 렌티큘라 렌즈들의 일부분이 연속적인 렌즈 구조를 형성할 수도 있는데, 이때 이런 일부분이 서로 교차하여 연속적인 렌즈 구조를 형성할 수도 있다. 한편, 2개의 인접한 렌티큘라 렌즈들의 일부분이 서로 떨어져 있을 수도 있다. 또, 물결무늬 볼록렌즈 구조가 입사면에 걸쳐 연속적이거나 불연속적일 수 있다. 한편, 일부(1개 이상의) 렌티큘라 렌즈들이 길이방향으로 연속적이 아닐 수도, 또는 옆으로 구불구불하면서도 인접 렌티큘라 렌즈와 교차할 수도 있다. 또, 일부 렌티큘라 렌즈의 높이가 종축선을 따라 변할 수도 있다. 또는, 일부 렌티큘라 렌즈가 렌티큘라 구간 형태를 취하고, 이런 렌티큘라 구간은 기판의 끝에서 끝까지 뻗지 않을 수 있는데, 이 경우, 이런 렌티큘라 구간이 여러개 있고, 인접 렌티큘라 구간들끼리 서로 교차하여 연속적인 렌즈 구조를 취할 수도 있다. 또, 일부 렌티큘라 렌즈에 독립된 파문이 제공될 수도 있는데, 이 경우, 이런 파문들 중의 일부는 매듭 구조를 갖거나, 매듭들이 연속적으로 인접해있을 수 있다.
본 발명은 또한, 이와 같은 광학기판을 포함하여, 영상데이터에 맞는 영상을 디스플레이하는 디스플레이 모듈과, 디스플레이 모듈을 조명하는 백라이트 모듈을 구비한 디스플레이에 관한 것이기도 한데, 이때 광학기판은 디스플레이 모듈과 백라이트 모듈 사이에 배치되고, 디스플레이 모듈에 조명되는 빛을 확산시키고 휘도를 향상시키며, 백라이트 모듈을 마주보는 입사면과, 디스플레이 모듈을 마주보는 출사면을 갖는다.
본 발명은 또한, 이런 평판 평판 디스플레이와, 영상데이터에 맞는 영상을 보여주기위해 평판 디스플레이에 영상데이터를 보내주는 제어 전자요소들을 갖춘 전자기기에 관한 것이기도 하다.
본 발명에 의하면, 빛을 조준하면서도 확산하는 요철면을 이용하기 때문에, 번짐, 뉴튼링, 간섭프린지, 컷오프 효과(레인보우)와 같은 광학적 결함을 줄이면서도 전체적인 휘도를 해치지 않을 수 있다.
도 1은 종래의 LCD 디스플레이의 일례를 보여준다.
도 2~4는 종래의 하이브리드 휘도향상/확산 광학기판을 보여준다.
도 5는 본 발명에 따른 평판 디스플레이의 일례를 보여준다.
도 6a는 양쪽면 각각에 프리즘 구조와 렌티큘라 구조를 채택한 본 발명의 광학기판의 사시도이다.
도 6b~d는 도 6a를 x축과 y축을 따라 취한 단면도, x축과 y축에 대해 45도 각도로 취한 단면도이다.
도 7은 입사면과 출사면이 다른 광학기판에서의 램버시안 광원에 대한 칸델라 분포곡선을 비교한 것을 도시한 것이다.
도 8은 렌티큘라면의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따라 렌티큘라면의 구조를 보여주는 사시도와 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따라 다른 렌티큘라면의 구조를 보여주는 사시도와 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따라 또다른 렌티큘라면의 구조를 보여주는 사시도와 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따라 다른 렌티큘라면의 구조를 보여주는 사시도와 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따라 다른 렌티큘라면의 구조를 보여주는 사시도와 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따라 또다른 렌티큘라면의 구조를 보여주는 단면도와 평면도와 사시도이다.
도 15는 본 발명에 따라 다른 렌티큘라면의 구조를 보여주는 사시도와 단면도와 평면도이다.
도 16은 본 발명에 따라 또다른 렌티큘라면의 구조를 보여주는 단면도와 평면도이다.
도 17은 본 발명에 따라 렌티큘라 구간을 보여주는 측면도, 단면도, 평면도이다.
도 18은 따른 렌티큘라 구간을 보여주는 도면들이다.
도 19는 또다른 렌티큘라 구간을 보여주는 도면들이다.
도 20은 또다른 렌티큘라 구간을 보여주는 도면들이다.
도 21은 다른 렌티큘라 구간을 보여주는 사시도와 SEM 사진이다.
도 22는 매듭형 렌티큘라 구조를 보여주는 도면들이다.
도 23은 파문형 렌티큘라 구조를 보여주는 도면들이다.
도 24는 컷오프 효과를 비교하는 광학기판의 사진들이다.
도 25는 본 발명의 광학기판을 채택한 LCD 패널을 갖춘 전자기기를 보여준다.
이하 설명하는 본 발명의 실시예들은 어디까지나 예를 든 것일 뿐임을 알아야 한다. 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형이나 변경을 가할 수 있을 것이다.
본 발명은 빛을 조준하고 확산하는 2가지 기능을 갖는 확산프리즘 기판에 관한 것으로, 구체적으로는 빛을 조준하여 휘도를 향상시키고 확산효율도 개선한 요철면을 갖는 광학기판에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광학기판은 필름, 시트, 판 등의 형태를 취하고, 유연하거나 단단하고, 양쪽에 요철형의 프리즘면과 렌티큘라면을 갖는다. 요철면은 빛을 확산하여, 번짐, 뉴튼링, 간섭프린지, 컷오프 효과(레인보우)와 같은 광학적 결함을 줄이면서도 전체적인 휘도를 해치지 않을 수 있다.
본 발명의 광학기판은 편평하거나 휘어지거나 단단하거나 유연할 수 있는 화소어레이를 갖는 디스플레이 패널을 갖춘 디스플레이 장치에 사용될 수 있다. 평면 광원은 디스플레이 패널의 표면을 커버하는 조명을 한다. 따라서, 곡면형 평면을 갖는 디스플레이 패널의 경우, 백라이트는 곡면의 디스플레이 화소 어레이를 커버하여, 곡면형 영상면을 효과적으로 조명한다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 평판 디스플레이의 일례를 보여준다. 백라이트 LCD(110)는 LC 디스플레이 모듈(112), 평판 광원인 백라이트 모듈(114) 및 LC 모듈과 백라이트 모듈 사이에 끼인 다수의 광학필름으로 이루어진다. LC 모듈(112)은 2장의 투명기판 사이에 끼인 액정들과 2차원 화소어레이를 이루는 제어회로를 포함한다. 백라이트 모듈(114)은 평면에 걸쳐 광원이 분포된 역광형이나 도 5와 같이 도광판(118)의 에지에 선형 광원(116)이 배치된 에지릿(edge-lit)형의 분산광을 제공한다. 선형광원(116)의 빛을 도광판(118)의 에지를 통해 도광판 안으로 안내하기 위해 반사기(120)를 배치한다. 도광판은 LC 모듈(112)을 마주보는 편평한 윗면을 통해 빛을 비추는 구조를 갖는데, 구체적으로는 테이퍼형이거나 평판형이고 LC 모듈(112) 반대쪽의 바닥면은 빛을 반사하거나 산란시킨다. 반사기(120)는 도광판(118)의 밑면으로 나가는 빛을 모아 다시 도광판(118)으로 되돌리는 역할도 한다.
구조적으로 비슷한 2개의 요철형 광학기판(126,128)의 기다란 프리즘 구조는 서로 직교하도록 배치된다. 도 5의 2개의 광학기판(126,128)의 프리즘 구조들은 서로 평행한 것처럼 배열되어 α=0°이다(도 6a 참조). 일반적으로, 프리즘 구조는 0°보다 큰 각도로 회전할 수 있다. 요철형 광학기판(126,128)은 빛을 확산시키면서도, 휘도를 향상시키고 디스플레이를 나가는 빛을 재조준하는 구조를 갖는다. 이런 광학기판들을 통해 LC 모듈(112)로 들어가는 빛은 평면 전체에 걸쳐 공간적으로 균일하고 비교적 강한 수직 광도를 갖는다. 이런 광학기판(126,128)을 사용하면 LC 모듈(112)과 상부 광학기판(126) 사이에 별도의 확산판을 설치할 필요가 없어, LCD(110)의 전체 두께를 줄일 수 있다. 또, 이런 광학기판(126,128)을 사용하면 기판들 사이는 물론 상부 광학기판과 인접 LC 모듈(112) 사이에 생기는 간섭프린지를 줄일 수 있다. 한편, 광학기판을 하나만 사용해서도, 예컨대 상부 광학기판(126)만 사용해도 간섭프린지를 줄이고 광학 확산효과를 볼 수 있다. 또, LCD(110)에 광학기판을 하나만 설치할 수도 있다.
백라이트 모듈(114)의 도광판(118)의 에지에 광원(116)이 배치되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 광원의 구성을 다르게 하여, 예를 들어 LED 어레이를 도광판 에지에 배치하거나 도광판 표면에 LED의 평판 어레이를 배치하는 것도 본 발명의 범위에 속한다.
이 LCD(110)에는 순수 확산막이 없는 것으로 설명했지만, 광학필름에 상부나 하부의 확산막이 포함될 수도 있다. 요컨대, 도 1의 LCD(10)의 휘도향상막(26,28)을 대체해도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 확산막이나 확산층은 휘도개선을 위한 광학기판과 구분되고 프리즘 구조를 갖지 않는 것을 말한다. 확산막은 주로 빛을 산란, 분산시키는 기능을 하고, 휘도향상막처럼 디스플레이의 휘도를 향상시키지는 않는다.
본 발명의 광학기판은 양쪽에 각각 프리즘구조와 렌티큘라 구조를 가져, 휘도와 확산 효과를 둘다 개선한다. 특히, 도 5의 광학기판은 본 발명에 의해 양쪽면이 모두 요철형으로, 광학기판에서 나가는 빛이 좀더 수직으로 나가도록 빛을 재조준하고 확산시킨다.
도 6a의 광학기판(50)은 양쪽면 각각에 프리즘 구조와 렌티큘라 구조를 채택한 것으로 도 5의 LCD(110)의 광학기판(126,128)으로 사용할 수 있다. 이 광학기판(50)은 렌티큘라면(52)과 프리즘면(54)을 갖는다. 프리즘면(54)은 출사면이고 렌티큘라면(52)은 입사면이다.
프리즘면(54)에는 기판(50)의 양쪽 에지 사이로 기다란 프리즘(58)이 나란히 형성되어 있고, 피크(60)와 밸리(6)를 이루고 있다. 피크(60)의 꼭지각은 직각이고, 프리즘면(54)의 평면에 대해 피크와 밸리는 비슷한 높이와 깊이를 갖는다. 피크나 밸리 사이의 피치는 도 6a의 실시예의 경우 일정하다.
설명의 편의상 x,y,z 좌표계를 채택한다. 도 6a의 경우 x축은 피크(60)와 밸리를 가로질러 프리즘(58)의 횡방향이고, y축은 x축에 직교하여 프리즘(58)의 종방향이다. 프리즘(58)의 종방향은 피크(60)가 프리즘의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝까지 나아가는 방향이다. 프리즘면(54)은 x-y 평면에 있다. 광학기판을 기준으로 보면, x축과 y축은 광학기판의 2개의 직교 에지를 따라간다. z축은 x축과 y축에 직교한다. 나란히 배열된 프리즘(58)의 단부들로 이루어진 에지는 x-z 평면에 있다. 프리즘(58)의 x-z 평면상의 단면은 일정하다. 프리즘(58)의 단면은 y축을 따라 x-z 평면으로 취한 단면이다. 또, 수평방향은 x-y 평면, 수직방향은 z축 방향이다.
렌티큘라면(52)은 볼록렌즈나 오목렌즈 또는 이 둘의 조합으로 이루어진 얕은 곡면렌즈 구조를 취하고, 구체적으로는 렌티큘라 렌즈(56)가 여러개 x 방향으로 나란히 배열된 구조이다. 렌티큘라 렌즈로 된 곡면은 홈(51)과 크라운(59)이 나란히 배열된 구조이다. 렌티큘라 렌즈(56)에 대해, y축은 홈(51)과 크라운(59)을 가로지르는 방향으로 렌티큘라 렌즈의 횡방향이고, x축은 렌티큘라 렌즈(56)의 종방향이다. 나란히 배열된 렌티큘라 렌즈(56)의 단부는 y-z 평면상에 있다. 렌티큘라 렌즈(56)는 각각 y-z 평면에서 동일한 형상을 갖는다. 마찬가지로, 수평방향은 x-y 평면, 수직방향은 z축 방향이다.
도 6b~d는 x축과 y축을 따라 취한 단면도, x축과 y축에 대해 45도 각도로 취한 단면도이다. 프리즘면(54)과 렌티큘라면(52)은 서로 각도를 이루지 않고 평행하다. 기판(50)은 3개층, 즉 프리즘(58)으로 이루어진 프리즘면을 갖는 제1 요철층(57), 렌티큘라렌즈(56)로 이루어진 렌티큘라면을 갖는 제2 요철층(55) 및, 2개 층(55,57)을 지지하는 중간 평면 기층(53)의 3개층을 구비한다. 2개의 요철층(55,57)이 기층(53)에 접착되어 전체가 광학기판(50)을 형성한다. 광학기판은 이처럼 3개층 구조가 아닌 1층 구조나, 프리즘과 렌티큘라 렌즈로 된 요철면을 기부에 갖는 단일층 구조일 수도 있다.
프리즘면(54)을 x-y 평면을 따라 취한 도 6b의 단면도를 보면 다수의 삼각형 프리즘(58)을 볼 수 있다. y-z 평면을 따라 취한 도 6c의 단면도를 보면 렌티큘라면(52)에 다수의 볼록렌즈(56)가 배열되어 있다. 삼각형 프리즘(58)은 서로 나란히 배열되어 연속적인 프리즘형 요철면(54)을 이루고, 렌티큘라 렌즈(56)도 서로 나란히 배열되어 연속적인 렌티큘라형 요철면(52)을 이룬다. 렌티큘라면(52)은 확산기능을 보조하고 번짐(wet-out), 뉴튼링, 간섭프린지와 같은 광학적 결함을 줄인다.
도 6a에서는 프리즘과 렌티큘라 렌즈가 서로 직교한다. 렌티큘라 렌즈와 프리즘이 이루는 각도를 α라 하면, 이 각도는 0도와 90도 사이인데, 전체적인 휘도에 악영향을 주지 않으면서 확산효과를 보려면 45도 내지 90도가 바람직하다. 이 각도가 90도일 경우 성능이 가장 좋다.
2개의 요철층을 각각 렌티큘라층(55)과 프리즘층(57)이라고도 하는데, 이들 층의 재료는 같거나 다를 수 있고, 기층(53)의 재료도 같거나 다를 수 있다. 렌티큘라층(55)과 프리즘층(57)은 투광재료, 바람직하게는 자외선이나 가시광을 투과하는 중합성 수지나, 자외선에 경화되는 경화수지가 좋다. 일반적으로 요철형 프리즘면(56)과 렌티큘라면(58)은 중합성-가교결합성 수지를 포함한 코팅재료를 주형에 도포한 다음 경화과정을 거쳐 형성된다. 예를 들어, 다이어셈블리, 프레스롤링, 몰드프레싱 장비를 사용해 기층(53) 표면에 프리즘과 렌티큘라 구조를 형성할 수 있다. 기층(53)은 PET(폴리에틸렌-테레프탈레이트), PE(폴리에틸렌), PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트), PC(폴리카보네이트), PVA(폴리비닐 알코올), PVC(폴리비닐 클로라이드)와 같은 투명재료로 만들 수 있지만, 2개 요철층(55,57)과 같은 투명재료로 만들 수도 있다. 기층(53)은 광학기판(50)의 최종적인 구조적 안정에 필요한 두께를 제공한다.
한편, 프리즘면(54)을 몰딩, 프레싱, 엠보싱, 캘린더링 또는 압출 등의 방법으로 기층에 일체로 형성하고, 렌티큘라면(52)은 자외선경화로 기층(53)에 별도로 형성할 수도 있다.
요철면을 갖는 광학기판을 형성하는 방법은 본 명세서에서 참고로 한 미국특허 7,618,164에 소개되었다.
또, 렌티큘라면(52)을 몰딩, 프레싱, 엠보싱, 캘린더링 또는 압출 등의 방법으로 기층에 일체로 형성하고, 프리즘면(54)을 자외선경화로 기층(53)에 별도로 형성할 수도 있다.
또, 프리즘면(54)을 기층과 일체로나 별도로 형성하고, 렌티큘라면은 다른 기층에 일체로나 별도로 형성할 수도 있다. 2개의 기층을 단순히 적층하거나 감압접착제로 뒷면끼리 결합하여 기층(53)과 같은 구조를 만들 수 있다. 요철형 프리즘면과 렌티큘라면과 기층을 결합하는 기술이나 방법은 많다.
광학기판의 크기는 아래와 같다:
기층(53)의 두께 = 수십 ㎛ 내지 수백 mm
(기층 표면에서 측정하거나, 기층이 프리즘과 일체인 경우 인접 프리즘들 사이의 밸리에서 측정한) 프리즘 피크의 높이 = 수십 내지 수백 ㎛
기층 상단에서부터 프리즘 밸리 바닥의 길이 = 0.5㎛ 내지 수백 ㎛
프리즘 피크의 꼭지각 = 70도 내지 110도
(기층 표면에서 측정하거나, 기층이 렌티큘라렌즈와 일체인 경우 인접 렌즈들 사이의 밸리부터 측정한) 렌티큘라 렌즈의 크라운의 높이 = 1~300 ㎛
인접 크라운 사이의 피치 = 10 내지 수백 ㎛.
본 발명의 광학기판은 TV, 노트북 컴퓨터, 모니터, 휴대폰, 디지탈 카메라, PDA와 같은 휴대기기의 LCD에 사용되어 휘도를 높일 수 있다.
렌티큘라면(52)과 프리즘면(54)의 효과와 각종 광학기판의 작용에 대해 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 입사면과 출사면이 다른 광학기판에서의 램버시안 광원에 대한 칸델라 분포곡선을 비교한 것을 도시한 것이다. 실선 곡선은 X방향의 칸델라분포, 파단선 곡선은 Y방향의 칸델라분포를 보여준다. X방향은 수평이고 Y방향은 지면에 수직인 방향이다.
도 7a는 광학기판이 없을 때의 램버시안 광원의 칸델라 분포곡선으로서, X, Y 방향의 분포가 동일하다.
도 7b는 평편 PET 막에 대한 램버시안 광원의 결과를 보여주는데, 여기서는 램버시안 분포곡선이 도 7a와 거의 비슷하다.
도 7c는 출사면이 1차원 요철 프리즘면으로서 프리즘의 종축이 Y축 방향이고 렌티큘라 구조는 없는 광학기판에 대한 램버시안 광원의 결과로서, 칸델라 분포곡선이 X방향으로 명백히 증가되었음을 보여주는데, 이는 입사면에서 출사면까지 축방향으로 빛을 조준하여 휘도를 개선했음을 의미한다. 광학기판의 프리즘 출사면의 삼각형 구조로 인해, 빛은 광학기판을 통과할 때 X방향을 향한다.
도 7d는 1차원 렌티큘라 구조를 갖고 렌티큘라 렌자의 종축이 Y방향인 광학기판의 결과를 보여준다. 칸델라 분포곡선은 빛이 렌티큘라층을 지나면서 X방향으로 확산됨을 보여준다.
도 7e는 입사면이 렌티큘라 구조이고 출사면은 프리즘 구조인 광학기판의 결과로서, 2개의 요철면의 종축선이 서로 90도를 이루며, 프리즘의 종축선은 Y방향이다. 이 결과에 의하면 X방향의 휘도는 좀더 개선되었고 Y방향의 빛은 더 확산되었다.
도 7f는 입사면이 렌티큘라 구조이고 출사면은 프리즘 구조인 광학기판의 결과로서, 2개의 요철면의 종축선이 서로 0도를 이루며, 모두 Y방향이다. 이 결과에 의하면 동일 방향으로 휘도가 개선되고 확산이 있음을 알 수 있다.
이상의 비교 연구에 의하면, 렌티귤라 입사면은 빛을 확산시키고, 프리즘 출사면은 산란과 굴절 방식으로 축방향의 휘도를 높임을 알 수 있다.
한편, 몇몇 렌티큘라 렌즈들이 서로 교차하지 않고, 인접 볼록렌즈면들이 불연속적일 수도 있다. 도 8은 (도 6과 같은 평면인) y-z 평면에서 본 광학기판(550)의 단면도이다. 이 광학기판(550)은 한개의 기층(510) 양쪽에 다수의 렌티큘라 렌즈(520) 및 프리즘(512)이 형성되어 이루어진 것으로, 기층 윗면에 형성된 렌티큘라 렌즈는 볼록면(524)을 이루고, 프리즘들은 기층 바닥면에 형성된다. 렌티큘라 렌즈(520)의 볼록면(524)은 중심 O로부터 반경 r을 갖는 원(522)의 원호에 일치하고, 이 원호는 각도 θ를 갖는 a에서 b 까지의 구간을 말한다. 도 8의 단면도에서 렌티큘라 렌즈(520)는 원(522)의 원호로서, a-b 구간의 현과 원호로 이루어진다. 인접 렌티큘라 렌즈(520)의 볼록면(524)은 서로 닿지 않아, 도 6과 같은 연속적인 렌즈면을 형성하지 않는다. 본 실시예에서, 각각의 렌즈(520)의 볼록면(524)은 기층(510)의 윗면을 이루고 인접 렌즈 사이에 평평한 간격이 형성된다. 렌즈폭 피치(1)는 렌즈(520)에 대해 동일하다. 간격 피치(2)는 렌즈 사이사이에 동일하거나 다를 수 있다.
렌티큘라 렌즈의 각도(θ)는 5도 이상 90도 이하이지만, 20도 이상 65도 이하가 바람직하다. 기층(510)의 윗면에서 측정하거나 기층이 일체인 경우 인접 렌즈들 사이의 밸리에서 측정한 렌티큘라 렌즈의 높이(H)는 모두 동일하여 1~100㎛이지만, 2~50㎛가 바람직하다. 렌티큘라 렌즈의 곡률도 모두 같다. 프리즘(512)의 피크 높이=5~100㎛; 프리즘 피크의 피치=10~500㎛; 기층의 두께=5~1000㎛; 피치 1=5~500㎛; 피치 2=1~100㎛; 인접 렌즈의 중심(O) 간격=5~500㎛이다.
프리즘(512)의 꼭지각은 70도 내지 110도이지만 80도 내지 100도가 바람직하다. 한편, 프리즘의 수직 높이는 10~100㎛, 바람직하게는 20~75㎛이다. 또, 프리즘의 수직 높이는 다르거나 같을 수 있다. 한편, 프리즘의 수평 피치는 10~250㎛, 바람직하게는 15~80㎛이다.
도 9a~b는 다른 광학기판(551)의 상부사시도와 (y-z 평면) 다면도이다. 렌티큘라 렌즈(520')의 고률과 높이는 같고, 2개의 불연속 렌티큘라 렌즈(520') 사이의 피치(2)도 같다. 렌티큘라렌즈(520')의 표면(524)은 기층(510')의 윗면을 이루지 않는다. 렌티큘라 렌즈의 수직 높이는 서로 동일하고 1~300㎛이지만, 바람직하게는 2~50㎛이다. 렌티큘라렌즈의 곡률은 동일하고 피치1=5~500㎛; 피치2=1~100㎛이다.
도 10a~b는 또다른 광학기판(552)을 보여주는데, 인접 렌티큘라 렌즈(520") 사이의 간격인 피치2는 단면에 따라 가변적이거나 서로 다르다. 렌티큘라렌즈의 높이도 동일하여 1~100㎛이지만, 바람직하게는 2~50㎛이다. 렌즈의 곡률도 동일하다. 피치1=5~500㎛; 피치2=1~100㎛이다.
도 11a~b는 또다른 광학기판(553)을 보여주는데, 인접 렌티큘라 렌즈(525)의 수직 높이(H)는 가변적이고, 고률도 변하거나 렌트큘라 표면이 원이 아닌 타원이나 불규칙한 형상의 단면 일부분이면서 크기도 변할 수 있다. 다른 볼록면을 이루는 균일한 단면을 갖는 기다란 렌티큘라 구조도 고려할 수 있다. 피치1=5~500㎛; 피치2=1~100㎛; 높이는 0.5~300㎛이다.
도 12는 또다른 광학기판(554)을 보여준다. 여기서는 인접 렌티큘라 렌즈 일부가 서로 교차하거나 부분적으로 중첩하면서 연속적인 렌티큘라면을 이루되, 일부 렌즈들은 y-z 평면에서 본 단면이 비대칭이다. 렌티큘라 렌즈(526)의 수직 높이와 곡률은 렌즈 사이에서는 동일하다. 피치1=5~500㎛이고; 인접 렌즈끼리 겹치는 정도는 1~50㎛이다.
도 13은 다른 광학기판(555)을 보여준다. 렌티큘라 렌즈(527)는 y방향으로 불연속적이다. 일부 렌즈(527)는 이웃해있다. 렌티큘라 렌즈(527)가 렌즈이 길이방향인 x 방향으로 구불구불하다. 렌티큘라 렌즈가 길이방향으로는 전체적으로 구불구불한 형상이다. 구불구불한 렌즈들을 y 방향으로 나란히 배열할 수도 있다. 이런 파도형상이 파장이나 진폭이 일정하게 규칙적일 수도 있다. 측면 파형이 사인파나 다른 곡선 형상을 취할 수 있다. 한편, 측면 파형의 파장이나 진폭이 임의적일 수도 있다. 렌티큘라 렌즈(527)의 높이, 곡률, 표면형상 및 폭은 각각 인접 렌즈들끼리 단면 기준으로 동일할 수 있고, 단면에서 x 방향을 따라 변할 수도 있다. 피치1=5~500㎛; 피치2=0~100㎛이다.
도 14a~b는 도 13의 변형례인 광학기판(556)를 보여준다. 여기서는 인접 구불구불한 렌티큘라 렌즈들 일부가 서로 겨쳐서, 렌티큘라렌즈(528)의 길이를 따라 몇 부분에서는 연속적인 렌티큘라면을 이룬다. 서로 겹치는 인접 렌티큘라 렌즈들(528)은 y-z 평면에서 본 단면이 비대칭이다(도 14b, 12b 참조). 렌티큘라 렌즈의 높이는 같다. 다른 구조는 도 13과 비슷하다.
도 14c~f는 도 14a~b의 구불구불한 렌티큘라 렌즈(528)의 변형례를 보여준다. 이 렌티큘라 렌즈(528')의 일부는 부분적으로나 전체적으로 서로 겹쳐서 광학기판(556')의 연속 렌티큘라면을 형성한다. 기본적으로, 이들 렌티큘라 렌즈(528')는 도 14a~b의 것에 비해 높이가 가변적이다. 도 14d의 x-y 평면에서 보듯이, 렌티큘라 렌즈(528')가 모두 광학기판(556')의 양쪽 에지 사이에서 길이방향으로 연속적인 것은 아니다. 일부 렌티큘라 렌즈(528')의 길이 구간은 짧고(예; 580, 581), 어떤 렌티큘라 렌즈(528')의 인 구간은 다른 렌즈와 완전히 겹치기도 한다. 렌티큘라 렌즈(528') 사이에 틈새나 평탄부(예; 582, 583)가 있다.
도 15a~b는 다른 광학기판(557)를 보여준다. 여기서 인접 렌티큘라 렌즈들(529)은 간격을 두고 떨어져 있으며, 렌즈마다 x 방향의 길이를 따른 높이가 변한고, x 방향의 단면 표면 형상도 변한다. 높이의 변화는 대부분 사인파 형태나 다른 곡선 형태를 따르고, 규칙적이거나 일정하게 변하거나 임의적인 파장이나 진폭을 갖는다. 렌즈의 폭, 즉 도 8의 a와 b 사이의 피치(1)는 인접 렌즈끼리 같고, 렌즈마다 x 방향으로 일정하다. 한편, 인접 렌즈마다 x 방향으로 폭이 변할 수도 있다. 이런 렌즈 사이의 간격, 즉 도 8의 피치(2)는 도 14b와 같이 단면을 가로질로 일정하거나(도 9b 참조), 단면을 가로질러 변할 수 있다(도 10b 참조). 피치1=5~500㎛; 피치2=0~100㎛; 높이 변화 범위 1~50㎛이다.
도 15c~f는 도 15a~b의 렌즈(529)의 변형례이다. 이 렌즈(529')는 부분적으로나 전체적으로 겹쳐서, 광학기판(557')의 연속 렌티큘라면을 형성한다. 기본적으로, 기다란 렌티큘라 렌즈(529')는 도 15a~b와 같이 높이가 변하고, 도 12a~b와 같이 겹친다.
도 16a~b는 다른 광학기판(558)을 보여준다. 여기서는 앞에서처럼 전체 광학기판을 가로질러 기다란 렌티큘라 렌즈가 연속적으로 뻗지 않고, 렌티큘라 구간이 불연속적이다. 도 17과 같이, 각 렌티큘라 구간(530)은 기다랗고 좁은 타원형이다. 이 구간(530)은 전체적으로 x-y 평면에서 대칭이다. 도 17c에서 보듯이, 렌티큘라 구간(530)의 평면도도 기다랗고 좁은 타원형이다. 도 17a의 렌티큘라 구간의 측면 형상은 일반적으로 기다란 타원형의 상부 곡선을 따른 곡면 형상을 갖는다. 한편, 렌티큘라 구간의 평면 형상이 비대칭일 수도 있다. 이들 렌티큘라 구간(530)은 서로 독립적으로 떨어져 있다. 도 7b의 렌티큘라 구간(530)의 횡단면 형상은 대략 반원형이다. 렌티큘라 구간을 따른 수직 높이는 x 방향을 따라 아주 크게 변한다. 렌티큘라 구간(530)의 전체 높이는 동일하다. 표면곡률을 조정해, x-y 평면에서 확산효과가 일어나도록 렌티큘라 구간(530)의 피치(L)와 높이(H)의 비를 결정할 수 있다. 렌티큘라 구간(530)에서: 길이 L1=1~5000㎛; 피치 L2=0.5~2000㎛; H=0.1~500㎛이다. 이들 구간(530)의 분포도는 광학기판의 표면적의 30~100%를 차지하도록 한다. 100%일 경우, 렌티큘라 구간들이 중첩되는 것이다(도 19 참조).
도 18~21은 본 발명의 렌티큘라면의 렌티큘라 구간들의 변형례를 보여주는데, 렌티큘라 구간 외의 나머지 구조는 도 16과 비슷하다.
도 18의 타원형 렌티큘라 구간(5320는 도 16의 구조에 비해 x-y 평면에서 대칭이 아닌 비대칭이다.
도 19의 타원형 렌티큘라 구간(534)은 대칭이지만, 도 16의 구조에 비해 광학기판(560) 표면에서 서로 교차하거나 부분적으로 겹친다. 이런 요철면은 확산효과가 더 좋다.
도 20의 타원형 렌티큘라 구간(535)은 비대칭이면서 광학기판(561) 표면에서 서로 교차하거나 부분적으로 겹친다. 이런 요철면도 확산효과가 좋다.
도 21의 타원형 렌티큘라 구간(536)은 대칭이면서 광학기판(562) 표면에서 교차하거나 부분적으로 겹치지만(도 19의 구조와 비슷함), 렌티큘라 구간(536)의 표면이 홈, 선, 균열, 구멍, 돌기 등으로 거칠어 확산효과를 더 개선한다. 도 21b의 SEM 사진에서 렌티큘라 구간의 거친 표면을 볼 수 있다. 물론, 전술한 다른 실시예의 렌티큘라 구간들도 비슷하게 거칠게 할 수 있다.
실험결과
각종 샘플의 광학기판들에 대해 각도와 굴절율 대 헤이즈(haze)와 이득의 영향, 및 간섭프린지에 대한 영향을 평가했다.
헤이즈 측정은 입사면에 렌티큘라렌즈만 있고 출사면에 프리즘이 없는 광학기판에 대해 하였다. 각각의 광학기판을 헤이즈미터(예; Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.사의 모델번호 NDH-2000) 안에 넣고 헤이즈를 측정한다.
컬러리미터(예; TopCon BM7 컬러리미터)를 사용해 헤이즈를 측정해, 백라이트의 빛이 본 발명의 광학기판을 통과하는 축방향 휘도를 결정하는데, 이때의 광학기판은 프리즘형 출사면과 렌티큘라형 입사면을 모두 갖는다. 축방향 휘도는 샘플에 수직으로 나가는 빛의 광도이다. 이 데이터는 단위면적당 칸델라(cd/㎡)인 휘도로 보고된다. 이득 측정을 위해, 백라이트 위에 하부 확산판을 두고, 그 위에 측정할 광학기판을 둔다. 이득 측정에는 다른 광학필름이나 LC 모듈이 사용되지 않는다. 샘플 광학기판의 휘도를 측정한다. 동일한 하부 확산판만 갖는 동일한 백라이트의 휘도도 측정한다. 축방향 휘도 이득의 값은 하부 확산판만 갖는 백라이트의 측정 휘도값에 대한 (중간 하부 확산판을 갖는) 샘플 광학기판의 측정 휘도값의 비로 표현된다.
본 발명의 샘플 광학기판의 간섭프린지의 영향은 백라이트를 사용해 육안으로 간단히 관찰되는데, 하부 확산판을 백라이트 위에 놓고 (입사면이 렌티큘라 구조가 아닌) 프리즘형 휘도향상판을 샘플 광학기판과 하부 확산판 사이에 둔다.
평탄비는 피치2/(피치2+피치1)의 비이다. 모든 실험에서, 피치1은 샘플 광학기판에서 동일하다.
실험 A
표 1은 이득과 확산/헤이즈에 미치는 (도 6a와 비슷하게 평탄비가 0%인) 렌티큘라 구조의 각도(θ)의 영향을 보여준다. 간섭프린지가 없어졌고, 16도 내지 66도의 범위에서 각도 θ에 대해 이득이 1.49 내지 1.54로 유지됨을 알 수 있다.
렌티큘라 구조 평탄비 헤이즈
(한쪽만 렌티큘라 구조)		 이득
(출사면의
프리즘 구조)		 흑백
프린지
반경
(㎛)		 각도
(도)		 굴절율 각도 α (도) % %
600 6 1.48 90 0 2.38 1.55 관찰됨
600 16 1.48 90 0 20.25 1.54 관찰됨
600 26 1.48 90 0 42.92 1.53 아주 약간
58 36 1.48 90 0 58.04 1.53 관찰안됨
600 46 1.48 90 0 65.6 1.51 관찰안됨
600 56 1.48 90 0 70.83 1.49 관찰안됨
58 66 1.48 90 0 72.9 1.51 관찰안됨
58 82 1.48 90 0 78.24 1.42 관찰안됨
58 106 1.48 90 0 79.09 1.25 관찰안됨
58 120 1.48 90 0 81.01 1.23 관찰안됨
58 144 1.48 90 0 81.18 1.20 관찰안됨
실험 B
표 2는 (도 6a, 8과 비슷하게 평탄비가 0%인) 렌티큘라 구조의 굴절율의 영향을 보여준다. 큰 각도 θ에서, 헤이즈는 높지만 이득은 낮았다. 반사율이 커질수록 헤이즈도 증가한다. 그러나, 광학기판의 이득은 감소한다. 바람직한 반사율의 범위는 1.45 내지 1.58인 것 같다.
렌티큘라 구조 평탄비 헤이즈
(한쪽만 렌티큘라 구조)		 이득
(출사면의
프리즘 구조)		 흑백
프린지
반경
(㎛)		 각도
(도)		 굴절율 각도 α (도) % %
58 82 1.56 90 0 87.2 1.34 관찰안됨
58 66 1.56 90 0 75.7 1.48 관찰안됨
58 52 1.56 90 0 71.8 1.51 관찰안됨
58 36 1.56 90 0 63.0 1.51 관찰안됨
58 82 1.48 90 0 78.2 1.42 관찰안됨
58 66 1.48 90 0 72.9 1.51 관찰안됨
58 52 1.48 90 0 68.4 1.53 관찰안됨
58 36 1.48 90 0 58.0 1.53 관찰안됨
실험 C
표 3은 (도 6a, 8과 비슷하게 평탄비가 0%인) 렌티큘라 구조를 바꾸는 동안 헤이즈와 이득에 큰 변화가 없음을 보여준다. 그러나, 각도 θ는 헤이즈와 이득의 변화에 중요하다.
렌티큘라 구조 평탄비 헤이즈
(한쪽만 렌티큘라 구조)		 이득
(출사면의
프리즘 구조)		 흑백
프린지
반경
(㎛)		 각도
(도)		 굴절율 각도 α (도) % %
7.8 106 1.48 90 0 77.2 1.35 관찰안됨
23 106 1.48 90 0 81.5 1.34 관찰안됨
58 106 1.48 90 0 79.1 1.25 관찰안됨
7.8 66 1.48 90 0 70.5 1.51 관찰안됨
23 66 1.48 90 0 70.0 1.51 관찰안됨
58 66 1.48 90 0 72.9 1.51 관찰안됨
7.8 36 1.48 90 0 29.3 1.55 관찰됨
23 36 1.48 90 0 50.9 1.54 관찰안됨
58 36 1.48 90 0 58.0 1.53 Not observed
실험 D
표 4는 도 9와 같은 광학기판의 평탄비의 영향을 보여준다. 낮은 평탄비에서 광학기판은 헤이즈는 높고 간섭프린지는 없어질 수 있다. 평탄비가 높으면, 간섭프린지를 없애는 성능이 줄어든다. 바람직한 평탄비는 10%를 넘지 않는다.
렌티큘라 구조 평탄비 헤이즈
(한쪽만 렌티큘라 구조)		 이득
(출사면의
프리즘 구조)		 흑백
프린지
반경
(㎛)		 각도
(도)		 굴절율 각도α (도) % %
58 106 1.48 90 7.76 74.7 1.27 관찰안됨
58 106 1.48 90 34.70 61.4 1.34 관찰됨
58 106 1.48 90 61.64 50.8 1.37 관찰됨
실험 E
2개의 광학기판을 서로에 대해 회전시키면서 각도 α를 바꾼다(도 6 참조). 표 5에 의하면, 확산이 적절하면서도 좋은 이득을 보이는 휘도향상막을 제공하는 각도 α가 90도임을 알 수 있다.
렌티큘라 구조 평탄비 헤이즈
(한쪽만 렌티큘라 구조)		 이득
(출사면의
프리즘 구조)
반경
(㎛)		 각도
(도)		 굴절율 각도α
(도)		 % %
600 6 1.48 0 0 2.4 1.55
600 16 1.48 0 0 20.3 1.52
600 26 1.48 0 0 42.9 1.48
600 6 1.48 45 0 2.4 1.55
600 16 1.48 45 0 20.3 1.52
600 26 1.48 45 0 42.9 1.49
600 6 1.48 75 0 2.4 1.55
600 16 1.48 75 0 20.3 1.53
600 26 1.48 75 0 42.9 1.49
600 6 1.48 90 0 2.4 1.55
600 16 1.48 90 0 20.4 1.54
600 26 1.48 90 0 42.9 1.53
전술한 실시예와 실험결과로부터, 확산효과를 해치지 않고도 간섭프린지는 줄이고 이득은 높이면서도 본 발명의 전술한 다른 이점을 달성하기 위해 여러가지 요철면을 선택하거나 조합하는 효과를 예상할 수 있다. 예컨대, 수지의 굴절율(RI), 렌티큘라 렌즈의 곡률반경, 렌티큘라 렌즈의 각도/높이, 평판비 등의 변수로 빛의 산란도를 조절한다. 렌티큘라 입사면과 프리즘 출사면을 결합하면 시너지 효과를 볼 수 있음이 명백하다.
이상의 광학기판이 양쪽면에 각각 프리즘면과 렌티큘라면을 갖지만, 전체적인 휘도는 크게 줄이지 않으면서 번짐, 뉴튼링, 간섭프린지와 같은 부적절한 효과를 줄여야 확산이 이루어질 수 있다. 렌티큘라면이 어느정도의 시야각도로 인식된 흑백 영역들 사이의 컷오프 효과(레인보우)는 줄이지만, 어떤 디스플레이에서는 좀더 완만하거나 부드러운 컷오프가 바람직할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 광학기판의 렌티큘라면의 렌티큘라 구조가 파도모양의 파문을 갖는다. 이런 파문은 매듭을 닮기도 한다. 수지의 굴절율(RI), 렌티큘라 렌즈의 곡률반경, 렌티큘라 렌즈의 각도/높이, 평판비 외에도, 파문 밀도를 포함한 변수로 산란도를 조절한다.
도 22의 광학기판(70)은 본 발명에 따라 매듭형 렌티큘라면을 갖는다. 이 광학기판(70)의 구조는 도 6a의 광학기판(50)과 비슷하지만, 렌티큘라면(72)에 독립된 마디(86) 여러개가 분포되어 있고(이에 대해서는 후술함), 프리즘면(74)의 프리즘 높이가 길이를 따라 변한다. 양쪽 요철면 모두 기층(53)에 지지된다.
물결모양 볼록 렌티큘라 렌즈(76)의 x 방향으로 매듭(86)이 분산되어 있다. 이들 매듭(86)은 렌티큘라 렌즈(76)의 표면에 환형 밴드 형태로 돌출되어 있다. 도 22a를 보면, 매듭(86)이 볼록구간을 형성한다. 렌티큘라면(72)의 이런 매듭(86)으로 인해 렌티큘라렌즈(76)의 종방향에 평행한 x 방향으로 빛이 산란되고, 물결형 렌티큘라 렌즈에 의해서는 직각인 y 방향으로 빛이 산란한다. 즉, 매듭이 달린 물결형 렌즈는 도 6a의 구조에 비해 확산효과가 우수하다. 따라서, 매듭(86)은 확산에 기여함은 물론, 컷오프 효과(레인보우), 뉴튼링, 간섭프린지와 같은 광학 결함도 줄인다. 이런 매듭의 (도 22a에서 x 방향의) 폭은 수 ㎛ 내지 수백 ㎛이다. 렌티큘라 렌즈의 길이방향으로 노트(86) 사이의 간격은 수 ㎛ 내지 수천 ㎛이다.
본 실시예에서, 프리즘(78)의 y 방향을 따른 피크들은 교대로 3㎛ 정도의 높이차를 갖는다. 프리즘면(74)은 렌티큘라면으로 입사한 빛을 축방향으로 조준하여 휘도를 향상시킨다.
삼각형의 프리즘(78)이 잇달아 나란히 배열되어 연속적인 프리즘면을 형성하고, 물결형 렌즈(76)도 나란히 배열되어 연속적인 렌티큘라면(72)을 형성한다. 전술한 실시예와 마찬가지로, 렌티큘라 렌즈(76)의 프리즘(78)은 각도 α로 교차할 수 있다. 각도 α의 범위는 0도 이상 90도 이하이지만, 전체 휘도를 해치지 않으면서 확산효과를 내려면 45도 이상 90도 이하가 바람직하다. 90도에서 가장 좋은 성능을 낼 수도 있다. 광학기판(70)의 제작공정은 앞의 실시예와 비슷하다.
도 23은 광학기판(170)의 렌티큘라형 입사면(172)에 여러개의 매듭(186)이 이웃해 있는 것과 같은 물결모양의 파문(185)을 갖는 다른 형태의 렌티큘라면을 보여준다. 파문(185) 외의 나머지 구조는 도 22의 광학기판(70)과 비슷하다. 특히, 물결형 볼록 렌티큘라 렌즈(176)에 여러 매듭(186)으로 이루어진 파문(185)이 x 방향으로 분산되어 있다. 일련의 매듭(186)이 렌티큘라 렌즈(176)의 파문을 형성하는데, x-z 평면의 단면도로 보면 서로 연결된 매듭들(186)의 폭과 두께/높이는 각각 다를 수 있다. 파문(185) 하나당 매듭의 수가 2개 내지 수십개일 수 있다. 렌즈 방향의 파문(185) 사이의 간격은 수 ㎛ 내지 수백 ㎛이다. 렌티큘라면의 파문(185)은 렌티큘라렌즈(176)에 평행한 x 방향으로 빛을 산란시키고, 물결형 렌티큘라 렌즈들은 이에 직각인 y 방향으로 빛을 산란시키므로, 도 6a의 실시예에 비해 확산효과가 우수하다. 따라서, 매듭(185)은 확산에 기여함은 물론, 컷오프 효과(레인보우), 뉴튼링, 간섭프린지와 같은 광학 결함도 줄인다.
도 23에 도시된 바와 같이, 각각의 파문(185)의 매듭(186)은 높이가 서로 같지 않다. 도 23b를 보면 더 잘 알 수 있겠지만, 각각의 렌티큘라 렌즈(176)의 파문(185) 높이는 사인곡선이나 다른 곡선이나 랜덤하게 변한다. 그러나, 당업자라면 파문내의 모든 매듭의 높이를 동일하게 하는 것도 가능하다. 또, 도 23b의 x-z 구간에서 보아 파문의 전체나 일부가 비슷하거나 다를 수도 있다.
실험 결과
입사면에 매듭형 렌티큘라 렌즈 구조를 사용하여 얻은 효과, 주로 컷오프 효과(레인보우)는 육안으로 확인할 수 있다. 도 24a는 소정의 시야각에서 2개의 기판을 눈으로 볼 수 있는 사진인데, 각각의 기판은 출사면만 프리즘면이고 입사면은 렌티큘라면이 아니며, 배경은 도광판이나 하단 확산판과 같은 백라이트이다. 도 24b는 소정의 시야각에서 2개의 광학기판을 눈으로 볼 수 잇는 사진인데, 각 기판은 파문형 렌티큘라 렌즈 구조를 갖는 입사면과 프리즘 구조를 갖는 출사면을 가지며 배경은 백라이트이다. 2 사진을 비교하면, 도 24a의 타원으로 표시한 흑백 교차부는 날카로운 컷오프를 보여 레인보우를 수반하지만, 도 24b의 흑백교차부는 아무런 레인보우도 보이지 않고 아주 점진적이다. 즉, 물결모양 렌즈구조에 매듭을 추가하면 레인보우를 줄이는데 효과적임이 명백함을 알 수 있다.
매듭이 형성된 물결모양 렌즈구조의 확산효과가 우수하면서도, 광학기판의 2차원 평면(즉, x-y 평면)에서 확산을 조절하는 변수가 더 많아진다. 광학기판의 x 방향의 확산 특성은 매듭의 높이와 밀도로 조절할 수 있다. y 방향의 확산 특성은 물결형 렌즈의 곡률반경과 각도 θ로 조절할 수 있다. 따라서, 백라이트 모듈마다 적절한 이득과 헤이즈를 제공하도록 광학기판을 설계하여 LCD의 디스플레이 품질을 원하는대로 얻을 수 있다.
이상의 실시예의 실험결과에 대한 설명으로부터, 확산효과를 저해하지 않고도 간섭프린지를 줄이고 이득을 증가시킴은 물론, 전술한 본 발명의 다른 장점들을 달성할 수 있도록 요철면의 여러 특징들을 선택하거나 조합하여 효과를 볼 수 있을 것이다.
또, 프리즘 출사면의 피크 높이와, 구조적 불규칙부를 변화시킬 수도 있다. 이런 불규칙부들은 요철면의 프리즘 구조의 피크나 밸리처럼 제조과정에서 예상되는 구조적 결함일 수 있다. 이런 구조적 불규칙성부이 요철형 출사면에 규칙적으로나, 일부 규칙적으로나, 랜덤하게 분산된다. 출사면에 형성된 이런 불규칙부들은 제작과정에서 생길 수 있는 구조적이고 눈에 띄는 결함들을 가린다. 이런 가림효과는 미국특허 7,883,647에 자세히 소개되어 있다.
또, 본 출원인의 미국특허 7,618,164에 소개된 것처럼, 불규칙한 프리즘 구조가 프리즘형 출사면에 형성될 수도 있다. 또, 미국특허 7,712,944에 소개된 것처럼, 프리즘형 출사면이 안티채터(anti-chatter) 구조를 가질 수도 있다. 또, 본 출원인의 2010년 8월 11일자 미국특허출원 12/854,815에 소개된 것처럼, 프리즘 출사면에 구불구불하고 파도모양의 프리즘들이 나란히 형성될 수도 있다.
본 발명의 범위내에서, 이상 설명한 요철면의 특징들을 2가지 이상 조합하여 하나의 광학기판을 형성하는 것도 고려할 수 있는데, 특히 LC 모듈로 최적의 결과를 얻기 위해 이런 조합을 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 도 6a의 광학기판(50)과 같은 광학기판은 프리즘형 출사면과 렌티큘라형 입사면을 갖고, 이들 둘다 휘도는 향상시키고 간섭프린지는 줄이며 확산효과는 적절히 내는데, 특히 LCD에 사용할 때 그렇다. 본 발명의 광학기판을 이용한 LCD는 전자기기에 사용할 수 있다. 도 25의 전자기기(110)는 PDA, 휴대폰, TV, 모니터, 휴대형 컴퓨터, 냉장고 등을 포함하는 기기로서, 본 발명에 따른 LCD(100)를 사용한다. 이 LCD(100)는 전술한 본 발명의 광학기판을 이용한다. 이 전자기기(110)는 집안에 설치될 수 있고, 키나 버튼과 같은 유저입력 인터페이스(1116), LCD(100)로 가는 영상데이터를 관리하는 컨트롤러(1112), 프로세서, AD 컨버터, 메모리, 데이터저장장치와 같은 처리부(1118), 및 배터리나 외부전원 연결잭과 같은 전원(1114)을 갖는데, 이는 당업자에게 잘 알려진 것이다.

Claims (20)

  1. 빛을 출력하는 출사면과 빛이 들어가는 입사면을 양쪽에 갖는 광학기판에 있어서:
    출사면에 형성된 요철형 프리즘면; 및
    입사면에 형성된 요철형 렌티큘라면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 렌티큘라면이 물결무늬의 볼록렌즈 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광학기판.
  3. 제2항에 있어서, 상기 물결무늬 볼록렌즈 구조가 입사면에 걸쳐 분산된 기다란 렌티큘라 렌즈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학기판.
  4. 제3항에 있어서, 상기 렌티큘라 렌즈들이 입사면에 나란히 배열된 것을 특징으로 하는 광학기판.
  5. 제3항에 있어서, 2개의 인접한 렌티큘라 렌즈들의 일부분이 연속적인 렌즈 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학기판.
  6. 제5항에 있어서, 상기 일부분이 서로 교차하여 연속적인 렌즈 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학기판.
  7. 제3항에 있어서, 2개의 인접한 렌티큘라 렌즈들의 일부분이 서로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 광학기판.
  8. 제2항에 있어서, 상기 물결무늬 볼록렌즈 구조가 입사면에 걸쳐 연속적인 것을 특징으로 하는 광학기판.
  9. 제2항에 있어서, 상기 물결무늬 볼록렌즈 구조가 입사면에 걸쳐 불연속적인 것을 특징으로 하는 광학기판.
  10. 제3항에 있어서, 일부 렌티큘라 렌즈들이 길이방향으로 연속적이 아닌 것을 특징으로 하는 광학기판.
  11. 제3항에 있어서, 일부 렌티큘라 렌즈들이 옆으로 구불구불한 것을 특징으로 하는 광학기판.
  12. 제11항에 있어서, 상기 렌티큘라 렌즈들이 인접 렌티큘라 렌즈를 교차하는 것을 특징으로 하는 광학기판.
  13. 제3항에 있어서, 일부 렌티큘라 렌즈의 높이가 종축선을 따라 변하는 것을 특징으로 하는 광학기판.
  14. 제3항에 있어서, 일부 렌티큘라 렌즈가 렌티큘라 구간 형태를 취하고, 이런 렌티큘라 구간은 기판의 끝에서 끝까지 뻗지 않는 것을 특징으로 하는 광학기판.
  15. 제14항에 있어서, 상기 렌티큘라 구간이 여러개 있고, 인접 렌티큘라 구간들끼리 서로 교차하여 연속적인 렌즈 구조를 취하는 것을 특징으로 하는 광학기판.
  16. 제3항에 있어서, 일부 렌티큘라 렌즈에 독립된 파문이 제공된 것을 특징으로 하는 광학기판.
  17. 제16항에 있어서, 상기 파문들 일부가 매듭 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광학기판.
  18. 제16항에 있어서, 상기 파문들 일부에 매듭들이 연속적으로 인접해있는 것을 특징으로 하는 광학기판.
  19. 영상데이터에 맞는 영상을 디스플레이하는 디스플레이 모듈;
    디스플레이 모듈을 조명하는 백라이트 모듈; 및
    디스플레이 모듈과 백라이트 모듈 사이에 배치되고, 디스플레이 모듈에 조명되는 빛을 확산시키고 휘도를 향상시키며, 백라이트 모듈을 마주보는 입사면과, 디스플레이 모듈을 마주보는 출사면을 갖는 제1항에 따른 광학기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  20. 제19항에 따른 평판 디스플레이; 및
    영상데이터에 맞는 영상을 보여주기 위해 평판 디스플레이에 영상데이터를 보내주는 제어 전자요소들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
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