KR20130040165A - 다면 광 입사 엣지를 갖는 도광 필름 - Google Patents

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KR20130040165A
KR20130040165A KR1020120114293A KR20120114293A KR20130040165A KR 20130040165 A KR20130040165 A KR 20130040165A KR 1020120114293 A KR1020120114293 A KR 1020120114293A KR 20120114293 A KR20120114293 A KR 20120114293A KR 20130040165 A KR20130040165 A KR 20130040165A
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신유 주
존 피. 해니건
이주현
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에스케이씨하스디스플레이필름(유)
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Abstract

본 발명은 점 광원으로부터의 광을 수용하는 다면 엣지를 포함하는 점 광원으로부터의 광을 균일하게 분포시키는 도광 필름을 제공하고, 다면 엣지는 적어도 그 사이에 평면을 갖는 경사면들의 제 1 및 제 2 세트를 포함한다. 경사면들의 각 세트는 각각 제 1 및 제 2 경사를 더 포함하되, 제 1 경사는 85도보다 크지 않고 제 2 경사는 적어도 5도이며, 제 1 경사는 제 2 경사보다 적어도 5도 크다.

Description

다면 광 입사 엣지를 갖는 도광 필름{LIGHT GUIDE FILM WITH MULTI-FACETED LIGHT INPUT EDGE}
본 발명은 발광 다이오드(LED) 백라이트 유닛의 도광 필름에 관한 것이고, 더욱 상세하게는, 광이 도광 필름을 통해 투과될 수 있는 입사각만큼 입사각을 증가시킴으로써 점 광원들로부터의 광을 균일하게 분포시키도록 도광 필름의 입사 평면 안으로 조각된 복수 개의 다면 구조체들을 갖는, LED 백라이트 유닛의 도광 필름에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같은, TFT-LCD에서 발견되는 일반적인 평면 백라이트는, 주로 도광판(11), 반사판(12), 다수의 확산 필름(13)들과 프리즘 시트(14)들, 및 광원(15)들을 포함한다. 평면 광원(1)의 가장 중요한 구성요소들 중 하나로서, 도광판(11)은 광원(15)들로부터 방사된 광을 수용하고, 투과시키며, 재배향시킨다.
도 2에 도시된 바와 같이, 도광판(11)은 대개 광 방사 표면(111), 광 방사 표면(11) 반대편의 반사 표면(112), 및 측면에서의 적어도 하나의 광 입사 표면(113)을 갖는, 직사각형 형상을 갖는다. 점 광원(15)들로부터 방사된 광은 광 입사 표면(113)을 통해 도광판(11) 안으로 들어가고, 이의 부분은 직접 광 방사 표면(111)을 통해 도광판(11)을 떠나고, 다른 부분은 반사 표면(112) 상에 도달한다. 따라서, 반사 표면(112)은 표면 상의 많은 광 반사 구조물(1121)들로 이루어지고 반사 구조물(1121)들은 광 방사 표면(111)까지 가능한 한 많은 광을 반사시키기 위하여, 광원(15)들로부터 더 멀리 이격되어 위치되기에 점점 더 높은 분포 밀도 또는 더 큰 표면 영역을 갖는다.
대개, 냉음극 형광 램프(CCFL)들 또는 발광 다이오드(LED)들은 평면 백라이트(1)를 위한 광원(11)들로서 사용된다. CCFL들은 선형 광원들이기에, CCFL들의 적용은 더 단순하다. 한편, LED들은 점 광원들이기에, LED들의 적용은 더 복잡하다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 광이 엣지 톱니 구조체들을 갖지 않는 광 입사 표면(22)을 통해 도광 필름(23)에 들어갈 때, 광 전달 각도는 sin-1(1/n)과 동일한 원뿔각(cone angle) 절반을 갖는 원뿔 내에서 한정되고, 여기서 n은 굴절률이다. 만약 점 광원(21)들이 함께 충분히 근접하지 않는다면, 이는 LED(21)들의 전측에 밝은 영역(214)들 및 도광 필름의 입사 엣지 근처의 LED들 사이에 어두운 영역(215)들을 야기할 것이다. 이런 현상은 또한 핫 스팟(hot spot)들로서 알려진다. 비록 더 많은 LED(21)들을 추가하는 것이 어두운 영역(215)들을 제거할 수 있더라도, 추가적인 LED(21)들이 재료 비용, 전력 소비, 조립 복잡성 및 미래 오작동의 가능성을 증가시키기에 이는 만족스러운 접근법이 아니다.
도 3b는 점 광원(21)으로부터의 광선이 엣지 톱니 구조체를 갖지 않는 도광 필름(23)의 광 입사 표면(22) 상에 입사하는, 광선 추적 모델(ray tracing model)을 도시한다. 여기서 점 광원(21)은 도광 필름(23)의 입사 엣지(22)로부터 20 마이크로미터 이격된다. 광선의 확산각(spread angle)은 160도이다. 도광 필름(13)의 굴절률은 1.59이다. 광선 추적은 점 광원(21)으로부터의 광선들이 도광 필름(23)에 들어간 이후에 원뿔각 내에서 한정되는 것을 명확하게 입증한다.
도 3c는 광 입사 엣지 상에 엣지 톱니 구조체들을 갖지 않는 도광 필름으로부터 기인하는 모델링에 대한 조도 출사 프로파일을 도시한다. 여기서 점 광원들은 램버시안 출사(Lambertian output)를 갖는 LED들이고 6.3밀리미터(㎜)의 피치로 이격된다. 출사 프로파일에 의해 입증된 바와 같이, 입사 엣지, 밝은 영역 및 어두운 영역으로부터 0.5밀리미터에서 시작하여 1 밀리미터 간격(Y 위치)으로 취해진 각각의 프로파일은 광 입사 엣지로부터 5.5㎜에서 여전히 가시적이다.
도 4a는 단일-경사 프리즘으로 이루어진 톱니 구조체(29)들을 갖는 도광 필름(23)의 입사 엣지를 도시한다. 광선(14a)들이 톱니 구조체(29)의 둥근 골(rounded valley)(17) 또는 광 입사 엣지의 평면(flat surface; 16)에 부딪힐 때, 굴절된 광선들은 광 입사 엣지의 평면(16)에 수직인 법선을 갖는 원뿔각(15a) 내에서 전달된다. 큰 입사각(14b)를 갖는 몇몇 광선들은 톱니 구조체(29)의 경사면(slant facet; 18)들에 부딪힐 것이고, 이어진 굴절된 광선들은 이어서 경사면(18)에 수직인 법선을 갖는 큰 원뿔각(15b)으로 앞쪽으로 전달된다. 훨씬 더 큰 입사각(14c)을 갖는 몇몇의 광선들이 또한 경사면(18)들에 부딪힐 것이고, 여기서 굴절된 광선들은 훨씬 더 큰 원뿔각(15c)으로 전달된다. 이어서 이런 더 큰 각도 광선들은 이웃하는 경사면(18)에 부딪힐 때 다시 굴절될 것이다. 내부 전반사로 인해, 이런 더 큰 광선들은 원뿔(15d) 안으로 경사면(18)들에 의해 편향된다. 이런 제 2 편향은 광 전달 방향을 변화시키고 엣지 톱니 구조체들의 효율을 현저하게 감소시킨다. 핫스팟 문제를 극복하기 위하여, 굴절된 광은 2개의 이웃하는 LED들로부터의 광이 교차할 때 분명한 밝은 영역 또는 어두운 영역이 존재하지 않도록 큰 각도로 균일하게 확산되어야 한다.
엣지 톱니 구조체들이 단일-경사 프리즘인 경우에, 광을 더 큰 각도로 확산시키기 위하여, 경사면(18)들은 더 큰 경사각을 가져야 한다. 하지만, 이런 경사각이 너무 클 때, 광은 도 4a에서 편향된 광선(15d)들에 의해 도시된 바와 같이 다시 편향된다. 단일-경사 프리즘을 이용하는 톱니 구조체를 위하여, 평면(16)들은 부차적인 광 편향을 회피하기 위하여 충분하게 넓은 것을 필요로 한다. 하지만, 도 3a에 도시된 바와 같이, 평면들은 충분히 큰 각도에 걸쳐 입사하는 광선들을 확산시키지 않기 때문에 더 넓은 평면들은 엣지 톱니 구조체들의 효율을 감소시킬 것이다.
도 4b는 점 광원(21)으로부터의 광선들이 도광 필름(23)의 광 입사 엣지(22) 상의 단일-경사 톱니 구조체의 골 상에 입사하는, 광선 추적 모델을 도시한다. 도 4c는 점 광원(21)으로부터의 광선들이 도광 필름(23)의 광 입사 엣지(22) 상의 단일-경사 톱니 구조체의 평면 정점(apex) 상에 입사하는, 광선 추적 모델을 도시한다. 모든 모델들에서 점 광원(21)은 도광 필름(23)의 광 입사 엣지(22)로부터 20 마이크로미터이다. 점 광원(21)으로부터의 광선들의 확산각은 160도이다. 도광 필름(23)의 재료 굴절률은 1.59이다. 광선 추적은 광선들이 내부 전반사로 인해 경사면에 의해 편향되는 것을 명확하게 설명한다.
도 4d는 광 입사 엣지 상에 단일-경사 엣지 톱니 구조체들을 갖는 도광 필름으로부터 기인하는 모델링에 대한 조도 출사 프로파일을 도시한다. 여기서 점 광원들은 램버시안 출사를 갖는 LED들이고 6.3밀리미터(㎜)의 피치로 이격된다. 출사 프로파일에 의해 입증된 바와 같이, 입사 엣지, 밝은 영역 및 어두운 영역으로부터 0.5밀리미터에서 시작하여 1 밀리미터 간격(Y 위치)으로 취해진 각각의 프로파일은 광 입사 엣지로부터 5.5㎜에서 여전히 가시적이다. 또한 출사 프로파일들에 의해 입증된, 핫스팟 문제는 우선 입사 엣지로부터 1.5㎜까지 점점 적어진다. 약 Y = 2.5㎜에서, 역 핫스팟이 발생하고, 여기서 밝은 영역들은 어두어지고 어두운 영역들은 밝아진다. 약 Y = 4.5㎜에서, 핫스팟이 다시 나타난다. 이는 내부 전반사에 의해 부차적인 광 편향에 의해 야기된다.
따라서 향상된 입사 엣지 설계는 백라이트 시스템의 효율을 희생하지 않고 도광 필름의 더 균일한 일루미네이션(illumination)을 제공하는 것을 필요로 한다. 본 발명은 상기의 종래 기술에 관련된 밝은 영역 및 어두운 영역(핫 스팟들)의 문제를 극복하는 것에 목적을 두고 이에 따라 백라이트 시스템의 효율을 희생하지 않고 도광 필름의 더 균일한 일루미네이션을 산출한다.
본 발명은 점 광원으로부터의 광을 수용하는 다면 엣지를 포함하되, 다면 엣지는 그 사이에 평면을 갖는 경사면들의 제 1 및 제 2 세트를 적어도 포함하고, 경사면들의 각 세트는 각각 제 1 및 제 2 경사를 더 포함하며, 제 1 경사는 85도보다 크지 않고 제 2 경사는 적어도 5도이며, 제 1 경사는 제 2 경사보다 적어도 5도 큰: 점 광원으로부터의 광을 균일하게 분포시키는 도광 필름을 제공한다.
본 발명은 점 광원으로부터의 광을 수용하는 다면 엣지를 포함하되, 다면 엣지는 그 사이에 평면을 갖는 경사면들의 제 1 및 제 2 세트를 적어도 포함하고, 경사면들의 각 세트는 다면 엣지의 일측 상의 제 1 파셋 영역 및 제 1 파셋 영역 반대측 상의 제 2 파셋 영역을 더 포함하며, 경사면들의 제 1 및 제 2 세트의 제 1 파셋 영역의 경사면 비율(A1/A2) 및 경사면들의 제 1 및 제 2 세트의 제 2 파셋 영역의 경사면 비율(A3/A4)은 0.1 내지 9이며, 평면은 0.3보다 작은 영역(A5)과 전체 구조체 표면 영역 비율을 갖는: 점 광원으로부터의 광을 균일하게 분포시키는 도광 필름을 더 제공한다.
본 발명은 점 광원으로부터의 광을 수용하는 다면 엣지를 포함하되, 다면 엣지는 그 사이에 평면을 갖는 경사면들의 제 1 및 제 2 세트를 적어도 포함하고, 경사면들의 각 세트는 각각 제 1 경사 및 제 2 경사를 포함하며, 경사면들의 각 세트는 다면 엣지의 일측 상의 제 1 파셋 영역 및 제 1 파셋 영역 반대측 상의 제 2 파셋 영역을 더 포함하고, 경사면들의 제 1 및 제 2 세트의 제 1 파셋 영역의 경사면 비율(A1/A2) 및 경사면들의 제 1 및 제 2 세트의 제 2 파셋 영역의 경사면 비율(A3/A4)은 0.1 내지 9인: 점 광원으로부터의 광을 균일하게 분포시키는 도광 필름을 더 제공한다.
도 1은 종래의 평면 광원의 사시도이다.
도 2는 광선들의 궤적을 도시하는 종래의 도광판의 개략적인 측면도이다.
도 3a은 광 입사 엣지 상에 엣지 톱니 구조체들을 갖지 않는 도광 필름의 평면도이다.
도 3b는 광 입사 엣지 상에 엣지 톱니 구조체들을 갖지 않는 도광 필름에 대한 점 광원의 광선 추적 모델이다.
도 3c는 광 입사 엣지 상에 엣지 톱니 구조체들을 갖지 않는 도광 필름에 대한 상이한 Y 위치들에서 조도 프로파일의 광선 추적 모델이다.
도 4a는 광 입사 엣지 상에 단일-경사 엣지 톱니 구조체들을 갖는 도광 필름의 평면도이다.
도 4b는 점 광원이 골에 근접할 때 광 입사 엣지 상에 단일-경사 엣지 톱니 구조체들을 갖는 도광 필름의 광선 추적 모델이다.
도 4c는 점 광원이 평면 정점에 근접할 때 광 입사 엣지 상에 단일-경사 엣지 톱니 구조체들을 갖는 도광 필름의 광선 추적 모델이다.
도 4d는 광 입사 엣지 상에 단일-경사 엣지 톱니 구조체들을 갖는 도광 필름에 대한 상이한 Y 위치들에서 조도 프로파일의 광선 추적 모델이다.
도 5a는 광 입사 엣지에 복수 개의 다중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 평면도이다.
도 5b는 광 입사 엣지에 복수 개의 다중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 확대 평면도이다.
도 6a는 광 입사 엣지에 복수 개의 이중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 확대 평면도이다.
도 6b는 치수 및 각도를 도시하면서 광 입사 엣지에 복수 개의 이중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 확대 평면도이다.
도 6c는 광 입사 엣지에 복수 개의 이중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 확대 사시도이다.
도 6d는 각각의 파셋이 직사각형 형상인, 광 입사 엣지에 복수 개의 이중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 측면도이다.
도 6e는 각각의 파셋 형상이 변형될 수 있는, 광 입사 엣지에 복수 개의 이중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 측면도이다.
도 6f는 상이한 파셋들에 대하여 광 전달 방향 변화를 도시하면서 광 입사 엣지에 복수 개의 이중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 확대 평면도이다.
도 6g는 점 광원이 평면 정점에 근접할 때 광 입사 엣지에 복수 개의 이중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 광선 추적 모델링이다.
도 6h는 점 광원이 구조체 골에 근접할 때 광 입사 엣지에 복수 개의 이중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 광선 추적 모델링이다.
도 6j는 광 입사 엣지에 복수 개의 이중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 조도 출사의 광선 추적 모델링이다.
도 6k는 다면 엣지 톱니 구조체들을 생산하는 밀 머신에서의 공구 세트의 사시도이다.
도 6l은 이중-경사 엣지 톱니 구조체들을 생산하는 데에 사용된 2개의 커터들의 사시도이다.
도 6m은 이중-경사 엣지 톱니 구조체들을 생산하는 데에 사용된 2개의 커터들의 측면도이다.
도 7은 구조체 골이 둥근, 광 입사 엣지에 복수 개의 이중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 평면도이다.
도 8a는 파셋들 상에 마이크로-스캐터링 요소들을 갖는 광 입사 엣지에 복수 개의 이중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 확대 평면도이다.
도 8b는 파셋들 상에 마이크로-스캐터링 요소들을 갖는 광 입사 엣지에 복수 개의 이중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 확대 사시도이다.
도 8c는 파셋들 상에 마이크로-스캐터링 입자들을 갖는 광 입사 엣지에 복수 개의 이중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 확대 사시도이다.
도 9a는 상이한 파셋들에 대한 치수, 경사 각도, 및 광 전달 방향 변화를 도시하면서 광 입사 엣지에 복수 개의 삼중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 확대 평면도이다.
도 9b는 삼중-경사 엣지 톱니 구조체들을 생산하는 데에 사용된 3개의 커터들의 사시도이다.
도 9c는 삼중-경사 엣지 톱니 구조체들을 생산하는 데에 사용된 3개의 커터들의 측면도이다.
도 10은 상이한 파셋들에 대한 치수, 경사 각도, 및 광 전달 방향 변화를 도시하면서 광 입사 엣지에 복수 개의 사중-경사 구조체들을 갖는 도광 필름의 확대 평면도이다.
이제 도면들을 참조하여, 도 5a는 본 발명의 복수 개의 다면 구조체(32)들을 갖는 광 입사 엣지를 갖는 도광 필름(33)의 발명을 도시한다. 도 5b는 본 발명의 확대 평면도를 도시한다. 점 광원(31)들로부터의 광은 다면 구조체(32)들 상에 입사한다. 각각의 광원(31)은 적어도 하나의 다면 구조체를 가린다.
각각의 다면 구조체는 구조체 정점(feature apex) 및 구조체 골(feature valley)을 포함한다. 구조체 정점은 하나의 평면(flat facet)을 포함한다. 게다가, 각각의 다면 구조체는 구조체 정점과 이웃하는 구조체 골 사이에 적어도 경사면(slant facet)들의 2개의 세트들을 더 포함한다. 경사면들의 각 세트는 구조체 정점의 반대측에 위치되는 2개의 경사면들을 포함한다. 평면 또는 경사면 각각은 평면 표면 영역을 갖는다. 각각의 경사면의 경사각(slope angle)은 구조체 골로부터 구조체 정점으로 진행하면서 더 작아지게 된다. 구조체 골에 가장 근접한 경사면들의 세트는 구조체 정점에 가장 근접한 경사면들의 세트보다 큰 경사각을 갖는다. 경사면들의 각 세트 내에는, 상응하는 경사면들의 경사각들은 동일하거나 상이할 수 있다. 광 전달 방향이 특정한 각도에서 편향되지 않도록 경사면들의 각 세트 내에서 상응하는 경사면들의 경사각들은 동일한 것이 바람직하다. 경사면들의 각 세트 내에서, 상응하는 경사면들의 표면 영역은 동일하거나 상이할 수 있다. 광 전달 방향이 특정한 각도에서 편향되지 않도록 경사면들의 각 세트 내에서 상응하는 경사면들의 표면 영역은 동일한 것이 바람직하다. 하지만, 제조하는 동안에, 경사면들의 각 세트 내에서 상응하는 경사면들의 표면 영역은 제조 공차로 인해 상이할 수 있다. 다면 구조체들의 총 파셋 수(facet number)는 2*m+1이고, 여기서 m은 2, 3, 4, 5...인 정수이다. 다면(multi facet)들이 상이한 배향 각도를 갖기 때문에, 이들은 상이한 각도로 광을 재배향할 수 있다. 각 파셋(facet)의 파셋 표면 영역(facet surface area) 및 경사각이 적절하게 설계될 때, 광은 도광 필름에서 가시적인 밝은 영역 및 어두운 영역이 존재하지 않도록 넓은 각도 범위로 균일하게 재배향될 수 있다.
도 6a는 도광 필름이 광 입사 엣지에 복수 개의 다면 구조체들을 포함하는 본 발명의 제 1 구체예를 도시한다. 다면 구조체들은 상이한 경사면들(이중-경사)의 2개의 세트들로 이루어진다. LED 광원(31)으로부터의 광선은 도광 필름(43)의 이중-구조체(42)들 상으로 입사한다. 이중-경사 구조체는 경사면들(421a, 421b)의 제 1 세트, 경사면들(422a, 422b)의 제 2 세트 및 평면(423)을 포함한다. 각각의 이중-경사 구조체의 총 파셋 수는 5(2*2+1=5)이다.
이제 도 6b와 도 6c를 참조하여, 치수 및 경사각을 포함하면서 이중-경사 엣지 구조체의 평면도는 도 6b에 도시된다. 도 6c에서, 각각의 경사면의 파셋 영역 및 이중-경사 엣지 구조체의 직각면이 각각, 도시된다. 도 6b와 도 6c를 참조하여, 경사면(421a)은 파셋 폭(facet width; W1) 및 파셋 영역(facet area; A1)을 갖는다. 경사면(422a)은 파셋 폭(W2) 및 파셋 영역(A2)을 갖는다. 경사면(421b)은 파셋 폭(W3) 및 파셋 영역(A3)을 갖는다. 경사면(422b)은 파셋 폭(W4) 및 파셋 영역(A4)을 갖는다. 평면은 파셋 폭(F) 및 파셋 영역(A5)을 갖는다. 이중-경사 구조물은 피치(pitch; P) 및 높이(H)를 갖는다. 경사면들(421a, 421b)의 제 1 세트는 제 1 경사각(알파(α))을 갖는다. 경사면들(422a, 422b)의 제 2 세트는 제 2 경사각(오메가(ω))을 갖는다. 알파각은 85보다 크지 않다(알파≤85도). 오메가각은 적어도 5도이다(오메가≥5도). 알파각은 오메가각보다 적어도 5도 크다(알파-오메가≥5도). 이중-경사 엣지 구조체의 각 측에는, 경사면 영역 비율(A1/A2, A3/A4)은 0.1 내지 9의 범위에 있고(0.1 ≤A1/A2≤ 9, 0.1 ≤A3/A4≤ 9), 평면 영역(A5)과 총 구조체 표면 영역은 0.3보다 작은 비율을 갖는다(A5/(A1+A2+A3+A4+A5) ≤ 0.3).
각 파셋은 도 6d에 도시된 바와 같이 형상에 있어서 직사각형일 수 있다. 제조하는 동안에, 형상은 도광 필름들의 부드러움으로 인해 사다리꼴 형상 또는 삼각형 형상으로 변할 수 있다. 도 6e에 도시된 바와 같이, 파셋 형상은 형상에 있어 사다리꼴, 삼각형 또는 직사각형일 수 있다. 입사광이 도광 필름 내부에서 큰 각도 범위로 분포될 수 있도록 다면 구조체의 설계에 있어 임계적 양상은 각각의 파셋의 경사각 및 각각의 파셋의 표면 영역을 제어하는 것이다.
도 6f에 도시된 바와 같이, 알파각은 오메각보다 크다. 따라서 구조체 골에 가장 근접한, 경사면들(421a, 421b)의 제 1 세트는 도 4f에서 원뿔들(431a, 431b)에 의해 도시된 바와 같이, 더 큰 각도로 광을 재배향할 것이다. 구조체 정점에 가장 근접한, 경사면들(422a, 422b)의 제 2 세트는 도 6f에서 원뿔들(432a, 432b)에 의해 도시된 바와 같이, 더 작은 각도로 광을 재배향할 것이다. 평면은 일반적으로 도 6f에서 원뿔(433)에 의해 도시된 바와 같이, 앞쪽으로 광을 배향한다. 5개의 파셋들 모두의 파셋 표면 영역 및 경사각이 적절하게 설계될 때, 이중-경사 구조체들의 5개의 파셋들 모두의 조합은 핫 스팟들이 도광 필름에서 가시적이지 않도록 넓은 각도 범위로 광을 균일하게 재배향할 수 있다.
도 6g는 점 광원(21)으로부터의 광선들이 도광 필름(43)의 입사 엣지 상에 이중-경사 엣지 구조물의 평면 정점(42) 상에 입사하는, 광선 추적 모델을 도시한다. 도 6h는 점 광원(21)으로부터의 광선들이 도광 필름(43)의 입사 엣지 상에 이중-경사 엣지 구조물의 골(44)에 입사하는, 광선 추적 모델을 도시한다. 모델 모두에서 점 광원(21)은 도광 필름(43)의 광 입사 엣지로부터 20마이크로미터이다. 점 광원(21)으로부터의 광선의 확산각은 160도이다. 도광 필름(43)의 재료 굴절률은 1.59이다. 모델링은 광선이 이웃하는 경사면에 의해 편향되지 않고 꽤 큰 각도로 확산되는 것을 나타낸다.
도 6j는 광 입사 엣지 상에 복수 개의 이중-경사 엣지 구조체들을 갖는 도광 필름으로부터 기인하는 조도 출사 프로파일을 도시한다. 여기서 점 광원들은 램버시안 출사를 갖는 LED들이고 6.3밀리미터(㎜)의 피치로 이격된다. 출사 프로파일에 의해 입증된 바와 같이, 입사 엣지, 밝은 영역 및 어두운 영역 또는 핫 스팟들로부터 0.5밀리미터에서 시작하여 1 밀리미터 간격(Y 위치)으로 취해진 각각의 프로파일은 거의 Y = 2.5㎜에서 약화된다.
이중-경사 엣지 톱니 구조체를 생산하기 위하여, 일 접근법은 경사면들의 2개의 세트들을 생산하는 2개의 상이한 커터(cutter)들 및 평면을 생산하는 플라이 커터(fly cutter)를 사용하는 것이다. 도 6k는 평면을 생산하는 플라이 커터(452), 및 경사면들의 2개의 세트들을 절단하는 커터 공구 홀더(453)를 포함하는 공구 세트(451)를 도시한다. 다중-경사 엣지 톱니 구조체들을 절단하기 위하여, 공구 세트(451)는 특정한 속도로 회전한다. 동시에, 도광 필름 스택(460)은 공구 세트(451) 아래에서 일 속도로 이동한다. 도 6l은 제 1 커터(455) 및 제 2 커터(456)을 갖는 공구 홀더(453)를 도시한다. 제 1 커터(455)는 제 2 커터(456)와 상이한 끼인각(included angle)을 갖는다. 도 6m은 2개의 커터들의 측면도를 도시한다.
본 발명의 다른 구체예는 구조체들의 골이 반경을 포함하고 이중-경사를 갖는 복수 개의 다면 엣지 구조체들을 포함한다. 도 7은 골이 반경을 포함하는 구조체를 도시한다. 반경 골이 광 굴절력을 감소시키고 광이 큰 각도로 전달될 수 없기 때문에 반경은 작은 것이 바람직하다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 광-스캐터링 요소((light-scattering element; 526)들을 더 포함하는 이중-경사 엣지 톱니 구조체를 도시한다. 이런 광 스캐터링 요소들은 마이크로-그루브(micro-groove)들, 스크래치 그루브(scratch groove)들, 입자들, 볼록 마이크로 범프(micro bump) 또는 거친 표면일 수 있다.
도 9a는 도광 필름이 광 입사 엣지에 복수 개의 삼중-경사 다면 구조체(72)들을 포함하는 본 발명의 다른 구체예를 도시한다. 각각의 삼중-경사 엣지 톱니 구조체(72)는 제 1 경사각(알파(α))을 갖는 경사면들(721a, 721b)의 제 1 세트, 제 2 경사각(베타(β))을 갖는 경사면들(722a, 722b)의 제 2 세트, 제 3 경사각(오메가(ω))을 갖는 경사면들(723a, 723b)의 제 3 세트 및 평면(724)을 포함한다. 총 파셋 수는 7(2*3+1=7)이다. 구조체 골에 가장 근접한 경사면들은 구조체 정점에 가장 근접한 경사면들보다 큰 경사각을 갖고, 즉 알파 > 베타 > 오메가. 알파각은 85보다 크지 않다(알파≤85도). 오메가각은 적어도 5도이다(오메가≥5도).
도 9a에 도시된 바와 같이, 경사면들의 제 1 세트는 원뿔들(731a, 731b) 안으로 입사 광선을 재배향하고, 경사면들의 제 2 세트는 원뿔들(732a, 732b) 안으로 입사 광선을 재배향하며, 경사면들의 제 3 세트는 원뿔들(733a, 733b) 안으로 입사 광선을 재배향하고, 평면은 원뿔(734) 안으로 입사 광선을 재배향한다. 모든 파셋들의 파셋 표면 영역 및 경사각이 적절하게 설계될 때, 입사광은 핫 스팟 문제가 해결될 수 있도록 큰 각도 범위로 균일하게 재배향될 수 있다.
도 9b는 3개의 경사면들의 세트들을 생산하는 데에 사용될 수 있는 커터들을 도시한다. 제 1 커터(751), 제 2 커터(752) 및 제 3 커터(753)는 공구 홀더(754)에 결합된다. 여기서, 제 1 커터(751), 제 2 커터(752) 및 제 3 커터(753) 모두는 상이한 끼인각을 갖는다. 도 9c는 이런 3개의 커터들의 측면도를 도시한다.
도 10은 도광 필름이 광 입사 엣지에 복수 개의 사중-경사 다면 구조체들을 포함하는 본 발명의 다른 구체예를 도시한다. 각각의 사중-경사 구조체(82)는 제 1 경사각(알파(α))을 갖는 경사면들(821a, 821b)의 제 1 세트, 제 2 경사각(베타(β))을 갖는 경사면들(822a, 822b)의 제 2 세트, 제 3 경사각(감마(γ))을 갖는 경사면들(823a, 823b)의 제 3 세트, 제 4 경사각(오메가(ω))을 갖는 경사면들(824a, 824b)의 제 4 세트 및 평면(825)을 포함한다. 총 파셋 수는 9(2*4+1=9)이다. 구조체 골에 가장 근접한 경사면들은 구조체 정점에 가장 근접한 경사면들보다 큰 경사각을 갖고, 즉 알파 > 베타 > 감마 >오메가. 알파각은 85보다 크지 않다(알파≤85도). 오메가각은 적어도 5도이다(오메가≥5도).
도 10에 도시된 바와 같이, 경사면들의 제 1 세트는 원뿔들(831a, 831b) 안으로 입사 광선을 재배향하고, 경사면들의 제 2 세트는 원뿔들(832a, 832b) 안으로 입사 광선을 재배향하며, 경사면들의 제 3 세트는 원뿔들(833a, 833b) 안으로 입사 광선을 재배향하고, 경사면들의 제 4 세트는 원뿔들(834a, 834b) 안으로 입사 광선을 재배향하며, 평면은 원뿔(835) 안으로 입사 광선을 재배향한다. 모든 파셋들의 파셋 표면 영역 및 경사각이 적절하게 설계될 때, 입사광은 핫 스팟 문제가 해결될 수 있도록 큰 각도 범위로 균일하게 재배향될 수 있다.

Claims (11)

  1. 점 광원으로부터의 광을 균일하게 분포시키는 도광 필름에 있어서,
    점 광원으로부터의 광을 수용하는 다면 엣지(상기 다면 엣지는 그 사이에 평면을 갖는 경사면들의 제 1 및 제 2 세트를 적어도 포함하고, 경사면들의 각 세트는 각각 제 1 및 제 2 경사를 더 포함한다)를 포함하되,
    제 1 경사는 85도보다 크지 않고 제 2 경사는 적어도 5도이며, 제 1 경사는 제 2 경사보다 적어도 5도 큰 것을 특징으로 하는 도광 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    다면 엣지의 골은 반경을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    다면 엣지의 표면은 광 스캐터링 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 필름.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 도광 필름은,
    그 사이에 평면을 갖는 경사면들의 제 3 세트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 필름.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 도광 필름은,
    그 사이에 평면을 갖는 경사면들의 제 4 세트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 필름.
  6. 점 광원으로부터의 광을 균일하게 분포시키는 도광 필름에 있어서,
    점 광원으로부터의 광을 수용하는 다면 엣지(상기 다면 엣지는 그 사이에 평면을 갖는 경사면들의 제 1 및 제 2 세트를 적어도 포함하고, 경사면들의 각 세트는 다면 엣지의 일측 상의 제 1 파셋 영역 및 제 1 파셋 영역 반대측 상의 제 2 파셋 영역을 더 포함한다)를 포함하되,
    경사면들의 제 1 및 제 2 세트의 제 1 파셋 영역의 경사면 비율(A1/A2) 및 경사면들의 제 1 및 제 2 세트의 제 2 파셋 영역의 경사면 비율(A3/A4)은 0.1 내지 9이며, 평면은 0.3보다 작은 영역(A5)과 전체 구조체 표면 영역 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 도광 필름.
  7. 제 6 항에 있어서,
    다면 엣지의 골은 반경을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 필름.
  8. 제 6 항에 있어서,
    다면 엣지의 표면은 광 스캐터링 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 필름.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 도광 필름은,
    그 사이에 평면을 갖는 경사면들의 제 3 세트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 필름.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 도광 필름은,
    그 사이에 평면을 갖는 경사면들의 제 4 세트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 필름.
  11. 점 광원으로부터의 광을 균일하게 분포시키는 도광 필름에 있어서,
    점 광원으로부터의 광을 수용하는 다면 엣지(상기 다면 엣지는 그 사이에 평면을 갖는 경사면들의 제 1 및 제 2 세트를 적어도 포함하고, 각각의 경사면들의 세트는 각각 제 1 경사 및 제 2 경사를 포함하며, 경사면들의 각각 세트는 다면 엣지의 일측 상의 제 1 파셋 영역 및 제 1 파셋 영역 반대측 상의 제 2 파셋 영역을 더 포함한다)를 포함하되,
    경사면들의 제 1 및 제 2 세트의 제 1 파셋 영역의 경사면 비율(A1/A2) 및 경사면들의 제 1 및 제 2 세트의 제 2 파셋 영역의 경사면 비율(A3/A4)은 0.1 내지 9인 것을 특징으로 하는 도광 필름.
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