KR20140014183A - 전방 조명식 반사형 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 출원은 반사형 디스플레이와, 조명 용품이 광원(601)에 광학적으로 결합될 때 디스플레이를 전방 조명하기 위한 조명 용품(600)을 포함하는 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체를 개시한다. 본 조명 용품은 도광체(610)에 광학적으로 결합된 가변 굴절률 광 추출 층(630)을 포함한다. 가변 굴절률 광 추출 층은 제1 영역 및 제2 영역을 가지며, 제1 영역은 나노공극형 중합체 재료를 포함하고, 제2 영역은 나노공극형 중합체 재료 및 추가 재료를 포함하며, 제1 영역 및 제2 영역은 도광체에서 초임계각으로 수송되는 광에 대해, 가변 굴절률 광 추출 층이 제1 영역 및 제2 영역의 기하학적 배열에 기초해 소정의 방식으로 광을 선택적으로 추출하도록 배치된다. 광원에 광학적으로 결합된 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체를 포함하는 전방 조명식 반사형 디스플레이 장치가 또한 개시된다.

Description

전방 조명식 반사형 디스플레이 장치{FRONT-LIT REFLECTIVE DISPLAY DEVICE}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 본 출원과 동일자로 출원되고 참고로 포함된 하기 미국 가특허 출원에 관련된다: "전방 조명 반사성 산란 요소용 조명 용품 및 장치[Illumination Article And Device For Front-Lighting Reflective Scattering Element]" (미국 가출원 제61/446,712호) 및 "가변 굴절률 광 추출 층 및 이를 이용한 조명 방법[Variable Index Light Extraction Layer and Method of Illuminating With Same]" (미국 가출원 제61/446,642호).

본 출원은 일반적으로 조명식 디스플레이 장치, 특히 조명 장치를 이용하여 전방 조명되는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

조명 시스템 또는 장치, 예를 들어 물체의 조명 또는 전자 디스플레이 시스템에서의 조명의 제공에 사용되는 것은 하나 이상의 광원에 의해 방출되는 광을 관리하는 하나 이상의 광학 층을 이용한다. 종종, 광학 층은 요구되는 광학 투과율(optical transmittance), 광학 탁도(optical haze), 광학 투명도(optical clarity), 또는 굴절률을 가질 필요가 있다. 많은 응용에서, 광학 층은 공기 층 및 광 추출 층과 조합되어 사용되는 도광체(lightguide)를 포함하여서, 광원(들)에 의해 방출되는 광이 도광체 내에서 수송되고, 공기 층 및 추출 층이 도광체로부터의 광의 내부 전반사(total internal reflection; TIR) 및 추출을 지원함으로써 광을 관리하게 한다. 광을 관리할 수 있고 부피가 큰 시스템에서 뿐만 아니라 얇은 가요성 시스템에서도 사용하기에 적합한 광학 필름에 대한 계속적인 필요성이 존재한다.

본 출원은 일반적으로 전방 조명식 반사형 디스플레이 장치 및 반사형 디스플레이의 조명 방법에 관한 것이다. 반사형 디스플레이 장치는 조명 용품과 함께 사용되는 광원을 포함하는 조명 장치를 사용하여 전방 조명된다. 조명 용품은 특히 굴절률, 탁도, 투과율, 투명도 또는 그 조합과 같은 상이한 특성들의 영역을 갖는 가변 굴절률 광 추출 층을 포함한다. 조명 용품은 광을 광원으로부터 가변 굴절률 광 추출 층에 전달하는 도광체를 또한 포함한다. 조명 용품은 광원에 의해 방출되는 광을 관리하며, 그에 따라 광의 공간적 균일성이 증가되는데, 상기 광은 그 후 반사형 디스플레이에 전달된다. 이 광은 반사형 디스플레이에 의해 관찰자를 향하여 반사되어서, 반사형 디스플레이에 의해 제공되는 상이 조명되게 한다.

일 태양에서, 본 출원은 반사형 디스플레이 및 조명 용품을 포함하는 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체를 개시한다. 조명 용품은 도광체 및 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하며, 여기서, 가변 굴절률 광 추출 층은 도광체 및 반사형 디스플레이에 광학적으로 결합된다. 가변 굴절률 광 추출 층은 제1 영역 및 제2 영역을 가지며, 여기서, 제1 영역은 나노공극형(nanovoided) 중합체 재료를 포함하고, 제2 영역은 나노공극형 중합체 재료 및 추가 재료를 포함한다. 제1 영역 및 제2 영역은, 광원에 의해 방출되고 도광체 내로 주입되는 광에 대해, 가변 굴절률 광 추출 층이 제1 영역 및 제2 영역의 기하학적 배열에 기초해 소정의 방식으로 광을 선택적으로 추출하도록 배치된다.

조명 용품은 상이한 응용용으로 조정된 광학 특성들을 갖는 고성능 광학 용품으로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역은 탁도가 약 5% 미만이고 투명도가 약 90% 초과일 수 있고/있거나 상기 층은 광 투과율이 약 90% 초과일 수 있다. 다른 예에서, 상기 층은 탁도가 약 10% 미만이고 투명도가 약 90% 초과일 수 있다. 제1 영역 및 제2 영역은 상기 층의 횡단면(transverse plane)을 가로질러 연속적일 수 있거나, 또는 상기 영역들은 불연속적이거나, 패턴으로 배열되거나 또는 랜덤하게 배치될 수 있다. 가변 굴절률 광 추출 층은 특정한 광학 특성을 나타내도록 조정되어 제1 영역 및 제2 영역의 상대 면적을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 영역은 상기 층의 횡단면을 가로지르는 면적의 약 5 내지 약 60%로 포함될 수 있다.

다른 태양에서, 본 출원은 광원에 광학적으로 결합된 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체를 포함하는 전방 조명식 반사형 디스플레이 장치를 개시한다.

또 다른 태양에서, 본 출원은 조명 용품, 광원 및 반사형 디스플레이를 포함하는 전방 조명식 반사형 디스플레이를 개시한다. 반사형 디스플레이는 백라이트(backlight)를 포함하지 않는 것을 포함한다. 반사형 디스플레이는 LCD 패널, 중합체 분산형 액정 디스플레이 패널, 전기영동 디스플레이(electrophoretic display) 패널, 전기유체 디스플레이(electrofluidic display), 전기습윤 디스플레이(electrowetting display) 또는 간섭 디스플레이(interferometric display)를 포함하는 것을 또한 포함한다.

상기의 발명의 내용은 본 발명의 각각의 개시된 실시 형태 또는 모든 구현 형태를 설명하려는 것은 아니다. 이하의 도면 및 상세한 설명은 예시적인 실시 형태를 보다 구체적으로 예시한다.

하기의 설명에서, 본 개시 내용의 일부를 이루고 다양한 일반 실시 형태 및 특정 실시 형태가 도시되어 있는 첨부 도면을 참조한다. 다른 실시 형태들이 고려되며 본 발명의 사상 또는 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 하기의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해져서는 안 된다. 도면은 개략적인 도면이고, 반드시 축적에 맞게 도시되지는 않는다.
도 1a는 예시적인 가변 굴절률 광 추출 층의 개략적 단면도를 나타낸다.
도 1b 및 도 1c는 투명한 인접 층 상에 배치된 예시적인 가변 굴절률 광 추출 층의 개략적 단면도를 나타낸다.
도 2는 가변 굴절률 광 추출 층의 횡단면을 가로질러 달라질 수 있는 굴절률을 갖는 가변 굴절률 광 추출 층을 도시한다.
도 3은 가변 굴절률 광 추출 층의 제1 영역의 개략적 단면도이다.
도 4a는 제1 영역 및 제2 영역의 예시적인 기하학적 배열을 나타내는 가변 굴절률 광 추출 층의 평면도이다.
도 4b는 도 4a에 나타낸 가변 굴절률 광 추출 층에 대한 굴절률 프로파일을 도시한다.
도 4c 및 도 4d는 도 4a에 나타낸 가변 광 추출 층에 대한, 각각 선택된 광학 특성, %투과율 및 %투명도의 프로파일을 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 제1 영역 및 제2 영역의 예시적인 기하학적 배열을 나타내는 가변 굴절률 광 추출 층의 평면도를 나타낸다.
도 6은 광원 및 반사성 산란 요소와 조합된 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략도를 나타낸다.
도 7은 반사성 산란 요소와 조합된 가변 광 추출 층을 포함하는 예시적인 조명 조립체의 개략도를 나타낸다.
도 8, 도 9, 도 10a 내지 도 10d 및 도 11은 도광체 및 반사성 산란 요소에 광학적으로 결합된 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하는 예시적인 조명 조립체의 개략적 단면도를 나타낸다.
도 12는 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하는 예시적인 광학 필름의 개략적 단면도를 나타낸다.
도 13a는 도광체에 광학적으로 결합된 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하는 예시적인 광학 필름 및 조명 용품의 개략적 단면도를 나타낸다.
도 13b는 광원 및 반사성 산란 요소와 조합된, 도 13a에 나타낸 조명 용품을 포함하는 예시적인 조명 장치의 개략도를 나타낸다.
도 14a 및 도 14b는 각각 가변 굴절률 추출 층을 갖는, 그리고 가변 굴절률 추출 층을 갖지 않는, 전방 광원을 갖는 반사형 디스플레이 장치를 나타낸다.
도 15a는 예시적인 플렉소그래픽 도구(flexographic tool)의 랜덤 구배 도트 패턴을 나타낸다.
도 15b는 투명 기판 상에 배치된 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하는 광학 필름의 롤을 나타낸다.
도 16a 및 도 16b는 가변 굴절률 추출 층을 구비한, 전방 광원을 갖는 반사형 디스플레이 장치를 도시하며, 여기서 광원은 각각 꺼져 있고 켜져 있다.
도 17a 및 도 17b는 각각 가변 굴절률 추출 층을 갖는 그리고 가변 굴절률 추출 층을 갖지 않는, 전방 조명된 반사형 디스플레이 장치에 대한, 프로메트릭 상(prometric image) 및 위치의 함수로서의 축방향 휘도의 상응하는 선도를 나타낸다.

일반적으로, 본 명세서에 개시된 가변 굴절률 광 추출 층은 2개 이상의 상이한 구역 또는 영역을 포함하며, 여기서, 상기 층에 임의의 각도로 입사하는 광은 상이하게 관리될 수 있으며, 그 이유는 상기 영역들이 상이한 굴절률들을 갖기 때문이다. 가변 굴절률 광 추출 층은 다양한 광학 필름 구성, 조립체 및 장치에서 사용될 수 있으며, 이는 본 명세서에 기재된 바와 같다.

가변 굴절률 광 추출 층은 초임계각으로 인접 층에서 이동하는 광을 추출하는 작용을 하며 이와 동시에 상기 추출 층에 입사하는 미임계각 광에 대한 산란을 거의 내지 전혀 갖지 않는 광학 층이다. 가변 굴절률 광 추출 층은 인접 층, 예를 들어 투명 층으로부터 광을 추출하며, 용품 또는 요소가 조명되도록 용품 또는 요소에 추출된 광을 전달할 수 있다. 가변 굴절률 광 추출 층은 유의하게 또는 기능적으로 광을 산란시키는 특징부를 갖지 않는다. 따라서, 상기 층을 통해 볼 때, 도 15b에 도시된 바와 같이, 상기 층의 반대쪽 면 상에서는 상 및 물체의 왜곡이 거의 없다. 이상적으로는, 제1 영역 및 제2 영역에서의 재료들은 상이한 굴절률들을 가지며, 이들 둘 모두는 고도로 투과성이며 매우 낮은 탁도를 갖는다. 가변 굴절률 광 추출 층 내의 제1 영역 및 제2 영역은 층이 도광체, 반사성 산란 요소 또는 반사형 디스플레이에 물리적으로 부착되고 광학적으로 결합될 때 높은 투명도, 낮은 탁도 및 높은 투과율을 갖는 층이 생성되도록 형상화되고 배열될 수 있다.

가변 굴절률 광 추출 층은 도광체가 투명해지게 하여서, 조명이 있는 상태에서 그리고 조명이 없는 상태에서 거의 내지 전혀 없는 탁도 및 높은 투명도를 나타내게 한다. 이는 반사형 디스플레이 상의 상 또는 그래픽을 해상도 및 콘트라스트(contrast)의 유의한 감소 없이, 그리고 상이한 영역들에 의해 산란되거나 또는 회절되는 광에 의해 가시적 광학 아티팩트(optical artifact)가 생성됨이 없이 관찰하는 것을 허용한다. 전통적인 도광체에서, 추출 층은 도광체 내에서의 TIR(임계각 이상의 각도로)에 의해 도광체 내에서 수송되는 광이 도광체 밖으로 지향되게 하기 위해 광 산란 특징부를 갖는다. 이들 광 산란 특징부는 전형적으로 분산성 반사성 인쇄 추출 도트 또는 구조체를 포함하며, 상기 도트 또는 구조체는 도광체의 표면 상에 배치되거나 또는 도광체의 표면 내로 에칭되는데 이는 도광체를 통하여 볼 때 관찰 품질의 유의한 감소를 야기한다.

광학 효과에 더하여, 가변 굴절률 광 추출 층은 고속, 저 비용으로 제조할 수 있는 상대적으로 간단한 코팅 및 인쇄 기술에 의해 생성될 수 있다.

일반적으로 본 발명은 고 굴절률-유사 광학 특성 및 저 굴절률-유사 광학 특성의 영역을 나타내거나, 또는 달리 광의 투과, 산란, 흡수, 굴절 또는 반사와 상호작용하는 중합체성 광학 필름 또는 층에 관한 것이다. 고 굴절률-유사 광학 특성 및 저 굴절률-유사 광학 특성의 영역들은 광학 층의 횡단면을 가로질러 변하며, 즉, 광학 층은 가변 굴절률 광학 층이다. 본 명세서 전체에 걸쳐, 용어 "인덱스(index)"는 종종 굴절률(index of refraction 또는 refractive index) 대신에 사용된다. 본 명세서에 개시된 가변 굴절률 광 추출 층의 횡단면은 상기 층의 적어도 하나의 주 표면에 대하여 평행한 면으로 설명될 수 있다.

도 1a는 예시적인 가변 굴절률 광 추출 층(100)의 개략적 단면도를 나타낸다. 상기 추출 층은 제1 영역들(140a, 140b)을 포함하며, 이들 둘 모두의 영역은 나노공극형 중합체 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 나노공극형 중합체 재료는 복수의 상호연결된 나노공극을 포함하며, 이는 국제특허 공개 WO 2010/120422 A1호 (콜브(Kolb) 등) 및 국제특허 공개 WO 2010/120468 A1호 (콜브 등)에 기재된 바와 같다. 복수의 상호연결된 나노공극은 결합제 중에 분산된 나노공극들의 네트워크이며, 여기서, 나노공극들 중 적어도 일부는 중공 터널 또는 중공 터널형 통로를 통하여 서로에게 연결된다. 상호연결된 나노공극을 포함하는 나노공극형 중합체 재료는 상기 재료의 하나 이상의 표면까지 연장할 수 있는 나노공극 또는 기공을 갖는다.

가변 굴절률 광 추출 층은 제1 영역들(140a, 140b) 사이에 배치된 제2 영역(130)을 포함한다. 제2 영역은 나노공극형 중합체 재료 및 추가 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 이 추가 재료는 나노공극형 중합체 재료의 공극 부피의 적어도 일부분을 점유한다. 본 명세서 전체에 걸쳐, 단면도 및 평면도에서의 점선은 제1 영역 및 제2 영역의 일반적인 위치를 나타내기 위하여 사용되지만, 이들 점선은 상기 영역들 사이의 임의의 종류의 경계를 설명하고자 하는 것이 아니다.

도 1b는 투명한 인접 층 상에 배치된 예시적인 가변 굴절률 광 추출 층의 개략적 단면도를 나타낸다. 광학 필름(105)은 투명 기판인 인접 층(120) 상에 배치된 가변 굴절률 광 추출 층(100)을 포함한다. 가변 굴절률 광 추출 층(100)은 제1 영역들(140a, 140b), 및 상기 제1 영역들 사이에 배치된 제2 영역(130)을 포함한다.

일반적으로, 구역 또는 영역은 이 영역의 굴절률과 조합하여 이것이 포함하는 재료에 의해 확인된다. 제1 영역은 나노공극형 중합체 재료를 포함하며, 제1 굴절률을 갖는다. 제1 영역은 이 영역의 실질적으로 전부가 나노공극형 중합체 재료를 포함할 경우 그리고 이 영역이 상기 층의 연속 횡단면을 가로질러 ± 0.02 이내의 굴절률을 가질 경우 확인된다. 상기 층의 횡단면을 가로질러 굴절률을 측정하는 방법이 하기에 기재되어 있다.

제2 영역은 나노공극형 중합체 재료 및 추가 재료를 포함하며, 약 0.03 이상만큼 제1 굴절률과 다른 제2 굴절률을 갖는다. 나노공극형 중합체 재료는 제1 영역 및 제2 영역 둘 모두에 있어서 동일한 재료이다. 재료는 이것이 실질적으로 가변 굴절률 광 추출 층 내에 혼입되어 약 0.03 이상만큼, 예를 들어 약 0.03 내지 약 0.5만큼, 약 0.05 내지 약 0.5만큼, 또는 약 0.05 내지 약 0.25만큼의 제1 영역 굴절률의 변화를 야기할 경우 추가 재료로 간주된다.

일부 실시 형태에서, 추가 재료는 나노공극형 중합체 재료의 형성에 사용되는 결합제와는 다르다. 일부 실시 형태에서, 추가 재료는 나노공극형 중합체 재료의 형성에 사용되는 결합제와 동일하다. 제2 영역은 (i) 이 영역의 전부가 나노공극형 중합체 재료를 포함하고, (ii) 이 영역이 가변 굴절률 광 추출 층의 연속 횡단면을 가로질러 ± 0.02 내의 굴절률을 가지며, (iii) 이 영역의 굴절률이 제1 영역의 것과 약 0.03 이상만큼 다를 경우 확인된다.

일부 실시 형태에서, 가변 굴절률 광 추출 층은 추가 재료를, 층과 같은 일부 바람직한 형상으로 형성된 나노공극형 중합체 재료의 부분들과 조합함으로써 만들어질 수 있다. 원하는 굴절률 변화가 생기도록 그리고 이것이 약 0.03 이상, 예를 들어 약 0.03 내지 약 0.5, 약 0.05 내지 약 0.5, 또는 약 0.05 내지 약 0.25이도록 충분한 추가 재료가 나노공극형 중합체 재료와 조합된다.

가변 굴절률 광 추출 층은, 인접 층 내에서 초임계각으로 수송되는 광에 있어서 가변 굴절률 광 추출 층이 제1 영역 및 제2 영역의 기하학적 배열에 기초해 소정의 방식으로 광을 선택적으로 추출하도록 서로에 대하여 배치된 제1 영역 및 제2 영역을 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 초임계 각은 가변 굴절률 광 추출 층의 제1 영역과 인접 층에 의해 형성되는 주어진 계면에 대한 임계각 이상인 각도이며, 이는 제1 영역과 인접 층 사이의 굴절률 차이에 의해 결정된다. 임계각은 하나의 매질로부터 굴절성이 더 적은 다른 매질로 통과하는 광선이 이 둘 사이의 경계면으로부터 전적으로 반사될 수 있는 최소 입사각이다.

도 1a의 단순화된 도면인 도 1b를 참조하면, 광선들(150, 160)로 나타낸 광은 TIR에 의해 인접 층(120) 내에서 수송되고 있다. 이 실시 형태에서, 제1 영역들(140a, 140b)의 굴절률은 나타낸 바와 같이 임계각 θ_c를 규정하는 인접 층의 것보다 훨씬 더 작다. 광선(150)으로 나타낸 초임계각으로 이동하는 광은 인접 층(120)과 제1 영역(140b) 사이의 계면에 부딪히며, 광선(150)의 이 입사각은 θ_c보다 크고, 이는 실질적으로 전부의 광의 이 계면에서의 반사로 이어진다.

또한 이 실시 형태에서, 제2 영역(130)의 굴절률은 인접 층(120)의 굴절률과 대략적으로 동일하거나 또는 그보다 더 크다. 이러한 상황에서, 계면에서 임계각이 전혀 없으며, 광선(160)으로 나타낸 광은 인접 층(120)과 제2 영역(130) 사이의 계면을 통과하고, 이에 따라 인접 층으로부터 제2 영역(130) 내로 추출되게 된다.

이와 같이, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 실시 형태에 있어서, 제1 영역 및 제2 영역은, 인접 층 내에서 초임계각으로 수송되는 광을 가변 굴절률 광 추출 층이 제1 영역 및 제2 영역의 기하학적 배열에 기초해 소정의 방식으로 선택적으로 추출할 수 있도록 서로에 대하여 배치된다.

도 1c는 광학 필름(105)의 개략적 단면도를 나타내며, 이때 광은 임계각 미만의 각도로 인접 층에 충돌한다. 광선들(180, 190)로 나타낸 광은 임계각 미만의 각도로 인접 층(120)의 표면(170)에 충돌하며, 광은 층들(120, 100)을 통하여 본질적으로 일탈하지 않고서 이동한다. 광선(190)으로 나타낸 광은 제1 영역(140b)을 통하여 이동하며, 광선(180)으로 나타낸 광은 제2 영역(130)을 통하여 이동한다. 가변 굴절률 광 추출 층(100)의 상이한 영역들을 통하여 이동하는 광의 편차는 거의 내지 전혀 없다. 이는 광학 필름을 통하여 볼 때 반대면에서의 상의 왜곡이 거의 내지 전혀 없음이 되도록, 탁도가 낮고 투명도가 높은 광학 필름, 예를 들어 예시적인 광학 필름(105)을 생성한다. 가변 굴절률 광 추출 층은 원하는 추출 광 패턴이 생성되도록 하는 제1 영역 및 제2 영역의 임의의 기하학적 배열을 가질 수 있다.

일반적으로, 가변 굴절률 광 추출 층의 굴절률 프로파일은, 상기 층의 원하는 광학 성능이 얻어지기만 한다면, 임의의 방식으로 변할 수 있다. 도 2는 가변 굴절률 광 추출 층의 횡단면을 가로질러 다양할 수 있는 굴절률을 갖는 가변 굴절률 광 추출 층을 도시한다. 굴절률 프로파일은 거리 d의 그래프를 나타내는데, 이는 평면도에서 상기 층에 있어서, 상기 층의 횡단면을 가로지르는 거리에 상응한다. 도 2는 d ₀ 에 상응하는 상기 층 상의 일부 초기 위치에서 상기 층이 제1 영역에 상응하는 제1 굴절률 n ₁ 을 가짐을 나타낸다. 상기 층의 횡단면을 가로질러 이동하면, 제2 영역의 제2 굴절률에 상응하는 n ₂ 로 상기 층의 굴절률이 갑자기 증가하는 d ₁ 에 도달할 때까지 제1 굴절률 n ₁ 이 관찰된다. 상기 층의 횡단면을 가로질러 계속 이동하면서 두 번째의 제1 영역을 나타내는 n ₁ 로 상기 층의 굴절률이 갑자기 감소하는 d ₂ 에 도달할 때까지 제2 굴절률 n ₂ 가 관찰된다.

각각 저 굴절률 및 고 굴절률을 갖는 2개의 인접한 제1 영역과 제2 영역 사이의 굴절률의 변화는 다수의 방식으로 달라질 수 있다. 예를 들어, 굴절률의 변화는 계단 함수에서와 같이, 두 인접 영역들 사이에서 갑작스러울 수 있다. 다른 예에 있어서, 굴절률의 변화는 단조로울 수 있으며, 이때 굴절률은 (상기 변화가 각각 제1 영역으로부터 제2 영역으로 또는 제2 영역으로부터 제1 영역으로 이동하는 함수로서 관찰되는지에 따라) 계속적으로 증가하거나 또는 감소한다. 일부의 경우, 인접한 제1 영역 및 제2 영역의 제1 굴절률 및 제2 굴절률은 계단 함수와 단조 함수의 일부 조합으로서 달라진다.

가변 광 추출 층의 제1 영역의 굴절률은 제2 영역의 것보다 더 작다. 예를 들어, 제1 굴절률은 약 1.4 미만, 약 1.3 미만 또는 약 1.2 미만일 수 있다. 제1 굴절률은 약 1.15 내지 약 1.45, 약 1.2 내지 약 1.42, 약 1.2 내지 약 1.40 또는 약 1.2 내지 약 1.35일 수 있다. 일반적으로, 특정한 제1 굴절률 및 제2 굴절률과, 이 둘 사이의 특정한 차이는 하기에 기재된 바와 같이 가변 굴절률 광 추출 층의 원하는 광학 성능에 따라 달라진다. 제1 영역과 제2 영역 사이의 굴절률의 차이는 약 0.03 초과이다. 일부 실시 형태에서, 제1 영역과 제2 영역 사이의 굴절률의 차이는 0.05 초과, 0.1 초과, 0.2 초과 또는 0.25 초과이다.

전형적으로 나노공극형 중합체 재료는 결합제 중에 분산된 나노공극의 네트워크 또는 복수의 상호연결된 나노공극을 포함한다. 복수의 또는 네트워크의 나노공극들 중 적어도 일부는 중공 터널 또는 중공 터널형 통로를 통해 서로 연결된다. 나노공극에는 반드시 모든 물질 및/또는 미립자가 없어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 일부의 경우에, 나노공극은 예를 들어 결합제 및/또는 나노입자를 포함하는 하나 이상의 작은 섬유-유사 또는 스트링-유사 물체를 포함할 수 있다. 일부의 개시된 제1 영역은 복수의 상호연결된 나노공극을 다수 또는 나노공극들의 네트워크를 다수 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 복수의 또는 네트워크의 나노공극들은 상호연결된다. 일부 경우에, 다수인 복수의 상호연결된 나노공극에 더하여, 개시된 제1 영역은 소정의 분율의 폐쇄된 또는 연결되지 않은 나노공극을 포함할 수 있으며, 이는 나노공극들이 터널을 통해 다른 나노공극들에 연결되지 않는다는 것을 의미한다.

나노공극형 중합체 재료는 복수의 나노공극의 포함에 의해 TIR을 지원하도록 설계된다. 광이 광학적으로 투명한 (맑은 그리고 비다공성인) 인접 층에서 이동하고, 광이 고 다공성을 보유하는 층에 입사될 때, 입사광의 반사율은 수직 입사에서보다 경사각에서 훨씬 더 높다. 거의 없는 내지는 전혀 없는 탁도를 갖는 나노공극형 제1 영역의 경우, 임계각보다 큰 경사각에서의 반사율은 약 100%에 가깝다. 그러한 경우, 입사광은 TIR을 겪는다.

개시된 제1 영역 중의 나노공극은 굴절률 n_v 및 유전율 ε_v를 가지며, 여기서, n_v ²=ε_v이고, 결합제는 굴절률 n_b 및 유전율 ε_b를 가지며, 여기서, n_b ²=ε_b이다. 일반적으로, 나노공극형 중합체 재료의 층과 광, 예를 들어 상기 층에 입사하거나 상기 층 내에서 전파되는 광의 상호작용은, 예를 들어 층 두께와 같은 층의 다수의 특성, 결합제 굴절률, 나노공극 또는 기공 굴절률, 기공 형상 및 크기, 기공들의 공간적 분포, 및 광의 파장에 따라 달라진다. 일부 경우에, 나노공극형 중합체 재료의 층에 입사하거나 또는 상기 층 내에서 전파되는 광은 유효 유전율 ε_eff 및 유효 굴절률 n_eff를 "보거나" 또는 "경험하며", 여기서, n_eff는 나노공극 굴절률 n_v, 결합제 굴절률 n_b, 및 나노공극 다공도 또는 부피 분율 "f" 면에서 표현될 수 있다. 그러한 경우에, 광이 단일한 또는 고립된 나노공극의 형상 및 특징부들을 해상할 수 없도록 나노공극이 충분히 작고 상기 층은 충분히 두껍다. 그러한 경우에, 적어도 대다수의 나노공극, 예를 들어 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 이상의 나노공극의 크기가 약 λ/5 이하, 또는 약 λ/6 이하, 또는 약 λ/8 이하, 또는 약 λ/10 이하, 또는 약 λ/20 이하이며, 여기서, λ는 광의 파장이다.

일부 실시 형태에서, 가변 광 추출 층의 개시된 제1 영역에 입사하는 광은 약 380 ㎚ 내지 약 750 ㎚, 또는 약 400 ㎚ 내지 약 700 ㎚, 또는 약 420 ㎚ 내지 약 680 ㎚의 범위일 수 있는 가시광이다. 그러한 경우에, 적어도 대다수의 나노공극, 예를 들어, 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 이상의 나노공극의 크기가 약 70 ㎚ 이하, 또는 약 60 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하, 또는 약 40 ㎚ 이하, 또는 약 30 ㎚ 이하, 또는 약 20 ㎚ 이하, 또는 약 10 ㎚ 이하라면 가변 광 추출 층의 제1 영역은 유효 굴절률을 가지며 복수의 나노공극을 포함한다.

일부 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층의 개시된 제1 영역은 충분히 두꺼워서, 상기 영역은 합리적으로 나노공극 및 결합제의 굴절률, 및 나노긍극 또는 기공의 부피 분율 또는 다공도 면에서 표현될 수 있는 유효 굴절률을 가질 수 있다. 그러한 경우에, 제1 영역의 두께는 약 100 ㎚ 이상, 또는 약 200 ㎚ 이상, 또는 약 500 ㎚ 이상, 또는 약 700 ㎚ 이상, 또는 약 1,000 ㎚ 이상이다.

개시된 제1 영역 중의 나노공극이 충분히 작고, 상기 영역이 충분히 두꺼울 때, 제1 영역은 다음과 같이 표현될 수 있는 유효 유전율 ε_eff를 갖는다:

[수학식 1]

ε_eff = f ε_v + (1-f) ε_b

그러한 경우에, 제1 영역의 유효 굴절률 n_eff는 다음과 같이 표현될 수 있다:

[수학식 2]

n_eff ²= f n_v ² + (1-f) n_b ²

기공과 결합제의 굴절률들 사이의 차이가 충분히 작을 때와 같은 일부 경우에, 제1 영역의 유효 굴절률은 하기 표현식에 의해 근사화될 수 있다:

[수학식 3]

n_eff = f n_v + (1-f) n_b

그러한 경우에, 제1 영역의 유효 굴절률은 나노공극의 굴절률과 결합제의 굴절률의 부피 가중 평균이다. 예를 들어, 약 50%의 공극 부피 분율과 약 1.5의 굴절률을 갖는 결합제를 갖는 제1 영역은 약 1.25의 유효 굴절률을 갖는다.

도 3은 나노공극의 네트워크 또는 복수의 상호연결된 나노공극과 결합제 내에 실질적으로 균일하게 분산된 복수의 입자를 포함하는 가변 굴절률 광 추출 층의 제1 영역의 개략적 단면도이다. 제1 영역(300)은 결합제(310) 중에 분산된 복수의 상호연결된 나노공극(320)을 포함한다. 나노공극(320)은 상호연결된 나노공극들(320A 내지 320C)을 포함한다. 각각 제1 주표면(330) 및 제2 주표면(332)은 하나의 표면으로부터 다른 것까지 연장하거나 또는 당해 영역의 두께를 통하여 연장하는 터널을 제공할 수 있거나 또는 상기 터널을 제공하지 않을 수 있는 표면 기공들(320D 내지 320G)로 나타낸 바와 같이 다공성이다. 나노공극들(320B, 320C)과 같은 나노공극들 중 일부는 제1 영역의 내부에 있으며, 표면까지 터널을 형성할 수 있거나 또는 형성하지 않을 수 있다.

공극(320)은, 적합한 조성 및 제작방법, 예를 들어, 코팅, 건조 및 경화 조건을 선택하여 일반적으로 조절될 수 있는 크기 d₁을 갖는다. 일반적으로, d₁은 임의의 원하는 범위의 값 중 임의의 원하는 값일 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 적어도 대다수의 나노공극들, 예컨대 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 이상의 나노공극들이 원하는 범위 내의 크기를 갖는다. 예를 들어, 일부 경우에, 적어도 대다수의 나노공극, 예를 들어, 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 이상의 나노공극이 약 500 ㎚ 이하, 400 ㎚ 이하, 약 300 ㎚ 이하, 약 200 ㎚ 이하, 약 100 ㎚ 이하, 약 70 ㎚ 이하 또는 약 50 ㎚ 이하의 크기를 갖는다. 일부 경우에, 나노공극들 중 일부는 당해 영역의 굴절률이 광을 거의 산란시키지 않거나 또는 전혀 산란시키지 않고서 변화되도록 충분히 작을 수 있다.

결합제(310)는 중합체와 같은 임의의 물질을 포함할 수 있다. 결합제는 단량체들을 포함하는 중합성 조성물로부터 형성되는 중합체일 수 있으며, 여기서, 단량체들은 화학 방사선, 예를 들어 가시광, 자외 방사선, 전자 빔 방사선, 열 및 그 조합, 또는 화학적으로 또는 열적으로 개시될 수 있는 임의의 다양한 통상적인 음이온, 양이온, 자유 라디칼 또는 다른 중합 기술을 이용하여 경화시킨다. 중합은 용매 중합, 유화 중합, 현탁 중합, 벌크 중합 등을 이용하여 수행될 수 있다. 유용한 단량체는 분자량이 약 500 g/몰인 소분자, 분자량이 500 초과 내지 약 10,000 g/몰인 올리고머 및 분자량이 10,000 초과 내지 약 100,000 g/몰인 중합체를 포함한다.

본 발명의 실시에 적합한 경화성 기의 대표적인 예에는 에폭시 기, 에틸렌계 불포화 기, 올레핀계 탄소-탄소 이중 결합, 알릴옥시 기, (메트)아크릴레이트 기, (메트)아크릴아미드 기, 시아노에스테르 기, 비닐 에테르 기, 이들의 조합 등이 포함된다. 단량체는 1작용성 또는 다작용성일 수 있으며, 중합시에 가교결합 네트워크를 형성하는 것이 가능할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, (메트)아크릴레이트는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 말하며, (메트)아크릴아미드는 아크릴아미드 및 메타크릴아미드를 말한다.

유용한 단량체는 스티렌, 알파-메틸스티렌, 치환된 스티렌, 비닐 에스테르, 비닐 에테르, N-비닐-2-피롤리돈, (메트)아크릴아미드, N-치환된 (메트)아크릴아미드, 옥틸 (메트)아크릴레이트, 아이소-옥틸 (메트)아크릴레이트, 노닐페놀 에톡실레이트 (메트)아크릴레이트, 아이소노닐 (메트)아크릴레이트, 다이에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트, 아이소보르닐 (메트)아크릴레이트, 2-(2-에톡시에톡시)에틸 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 라우릴 (메트)아크릴레이트, 부탄다이올 모노(메트)아크릴레이트, 베타-카르복시에틸 (메트)아크릴레이트, 아이소부틸 (메트)아크릴레이트, 지환식 에폭사이드, 알파-에폭사이드, 2-하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴로니트릴, 말레인산 무수물, 이타콘산, 아이소데실 (메트)아크릴레이트, 도데실 (메트)아크릴레이트, n-부틸 (메트)아크릴레이트, 메틸 (메트)아크릴레이트, 헥실 (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴산, N-비닐카프로락탐, 스테아릴 (메트)아크릴레이트, 하이드록실 작용성 폴리카프로락톤 에스테르 (메트)아크릴레이트, 하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시메틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 하이드록시아이소프로필 (메트)아크릴레이트, 하이드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시아이소부틸 (메트)아크릴레이트, 테트라하이드로푸르푸릴 (메트)아크릴레이트, 이들의 조합 등을 포함한다.

작용성 올리고머 및 중합체는 또한 통틀어서 본 명세서에서 "고분자량 성분 또는 화학종"으로 명명될 수 있다. 적합한 더욱 큰 분자량의 구성성분이 본 발명의 조성물 내로 혼입될 수 있다. 이러한 더욱 큰 분자량의 구성성분은 점도 제어, 경화시의 수축성 감소, 내구성, 가요성, 다공성 및 비다공성 기판에의 부착성, 야외에서의 내후성 및/또는 기타를 포함하는 효과를 제공할 수 있다. 본 개시 내용의 유체 조성물에 포함되는 올리고머 및/또는 중합체의 양은 얻어지는 조성물의 의도된 용도, 반응성 희석제와 성질, 올리고머 및/또는 중합체의 성질 및 중량 평균 분자량 등과 같은 인자에 따라 넓은 범위 내에서 변할 수 있다. 올리고머 및/또는 중합체 자체는 직쇄형(straight-chained), 분지형(branched) 및/또는 사이클릭(cyclic)일 수 있다. 분지형 올리고머 및/또는 중합체는 비슷한 분자량의 직쇄형 대응물보다 낮은 점도를 갖는 경향이 있다.

예시적인 중합가능 올리고머 또는 중합체는 지방족 폴리우레탄, 아크릴, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아미드, 에폭시 중합체, 폴리스티렌(스티렌의 공중합체를 포함함) 및 치환된 스티렌, 중합체를 함유하는 실리콘, 플루오르화된 중합체, 이들의 조합 등을 포함한다. 일부 응용에서, 폴리우레탄 및 아크릴레이트 올리고머 및/또는 폴리머는 향상된 내구성 및 내후성 특성을 가질 수 있다. 이러한 물질은 또한 방사선 경화성 (메트)아크릴레이트 작용성 단량체로 형성되는 반응성 희석제에서 용이하게 용해되는 경향이 있다.

올리고머 및/또는 중합체의 방향족 성분이 일반적으로 열악한 내후성 및/또는 열악한 내일광성(resistance to sunlight)을 가지는 경향이 있기 때문에, 방향족 성분은 5 중량% 미만, 바람직하게는 1 중량% 미만으로 제한될 수 있고, 본 개시 내용의 올리고머 및/또는 중합체 및 반응성 희석제로부터 실질적으로 배제될 수 있다. 그에 따라, 직쇄형, 분지형 및/또는 사이클릭 지방족 및/또는 헤테로사이클릭 성분이 실외 응용에서 사용될 올리고머 및/또는 중합체를 형성하는 데 바람직하다.

본 개시 내용에서 사용하기에 적당한 방사선 경화성 올리고머 및/또는 중합체는 (메트)아크릴화한 우레탄(즉, 우레탄 (메트)아크릴레이트), (메트)아크릴화한 에폭시(즉, 에폭시 (메트)아크릴레이트), (메트)아크릴화한 폴리에스테르(즉, 폴리에스테르 (메트)아크릴레이트), (메트)아크릴화한 (메트)아크릴, (메트)아크릴화한 실리콘, (메트)아크릴화한 폴리에테르(즉, 폴리에테르 (메트)아크릴레이트), 비닐 (메트)아크릴레이트, 및 (메트)아크릴화한 오일을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.

나노공극형 층 (300)을 강화시키는데 유용한 재료에는 고 인장강도 및 고 연신율을 갖는 수지, 예를 들어, 사르토머 컴퍼니 (Sartomer Company)에서 시판하는 CN9893, CN902, CN9001, CN961, 및 CN964; 및 사이텍 (Cytec)에서 시판하는 에베크릴 (Ebecryl) 4833 및 Eb8804가 포함된다. 적절한 강화 재료에는 또한 "경질" 올리고머 아크릴레이트 및 "연질" 올리고머 아크릴레이트의 조합이 포함된다. "경질" 아크릴레이트"의 예에는 폴리우레탄 아크릴레이트, 예컨대 에베크릴 4866, 폴리에스테르 아크릴레이트, 예컨대 에베크릴 838, 및 에폭시 아크릴레이트, 예컨대 에베크릴 600, 에베크릴 3200, 및 에베크릴 1608 (사이텍에서 시판하고 있음); 및 CN2920, CN2261, 및 CN9013 (사르토머 컴퍼니에서 시판하고 있음)이 포함된다. "연질" 아크릴레이트"의 예에는 사이텍에서 시판하는 에베크릴 8411; 및 사르토머 컴퍼니에서 시판하는 CN959, CN9782, 및 CN973이 포함된다. 이들 재료는 전체 고형분 (용매 분획을 제외함)의 5 내지 25 wt%의 범위로 코팅 제제에 첨가될 때에 나노공극형 구조화된 층을 강화시키는데 효과적이다.

나노공극형 중합체 재료는 입자를 함유할 수 있거나 또는 함유하지 않을 수 있다. 입자(340)는 임의의 원하는 범위의 값 중 임의의 원하는 값일 수 있는 크기 d₂를 갖는다. 예를 들어, 어떤 경우에, 적어도 입자의 대부분(적어도 입자의 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 등)은 원하는 범위에 있는 크기를 가진다. 예를 들어, 일부 경우에, 적어도 대다수의 입자, 예를 들어,60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 이상의 입자가 약 5 um 이하, 또는 약 3 um 이하, 또는 약 2 um 이하, 또는 약 1 um 이하, 또는 약 700 ㎚, 또는 약 500 ㎚ 이하, 또는 약 200 ㎚ 이하, 또는 약 100 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하의 크기를 갖는다.

일부 경우에, 입자(340)는 약 5 um 이하, 또는 약 3 um 이하, 또는 약 2 um 이하, 또는 약 1 um 이하, 또는 약 700 ㎚ 이하, 또는 약 500 ㎚ 이하, 또는 약 200 ㎚ 이하, 또는 약 100 ㎚ 이하, 또는 약 50 ㎚ 이하인 평균 입자 크기를 갖는다. 일부 경우에, 입자들 중 일부는 당해 영역의 굴절률이 광을 거의 산란시키지 않거나 또는 전혀 산란시키지 않고서 변화되도록 충분히 작을 수 있다.

일부 경우에, d₁ 및/또는 d₂는 당해 영역의 굴절률이 광을 거의 산란시키지 않거나 또는 전혀 산란시키지 않고서 변화되도록 충분히 작다. 예를 들어, 그러한 경우에, d₁ 및/또는 d₂는 약 λ/5 이하, 약 λ/6 이하, 약 λ/8 이하, 약 λ/10 이하, 약 λ/20 이하이고, 여기서 λ는 광의 파장이다. 다른 예로서, 그러한 경우에, d₁ 및 d₂는 약 70 ㎚ 이하, 약 60 ㎚ 이하, 약 50 ㎚ 이하, 약 40 ㎚ 이하, 약 30 ㎚ 이하, 약 20 ㎚ 이하, 또는 약 10 ㎚ 이하이다.

나노공극형 중합체 층에서 사용되는 입자의 다른 특성들은 형상을 포함한다. 입자는 규칙적인 형상, 예를 들어 구형, 또는 불규칙적인 형상을 가질 수 있다. 입자는 신장시켜서 평균 종횡비가 약 1.5 이상, 약 2 이상, 약 3 이상, 약 4 이상 또는 약 5 이상이 되도록 할 수 있다. 일부 경우에, 입자는 진주목걸이(string-of-pearls)(예를 들어 닛산 케미칼(Nissan Chemical)로부터 입수가능한 스노우텍스(SNOWTEX)-PS 입자) 또는 건식 실리카와 같은 구형 또는 무정형 입자의 응집된 사슬의 형태 또는 형상일 수 있다.

나노입자는 무기 또는 유기 나노입자 또는 그 조합일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 나노입자는 다공성 입자, 중공 입자, 중실 입자, 또는 그 조합일 수 있다. 적합한 무기 나노입자들의 예는 지르코니아, 티타니아, 세리아, 알루미나, 산화철, 바나디아, 산화안티몬, 산화주석, 알루미나/실리카, 실리카/지르코니아 및 이들의 조합과 같은 실리카 및 금속 산화물을 포함한다. 나노입자는 이것이 화학적으로 및/또는 물리적으로 결합제에 접합되도록 표면-개질될 수 있다. 전자의 경우에, 표면-개질된 나노입자들은 결합제와 화학적으로 반응하는 작용기를 갖는다. 일반적으로, 표면 개질은 잘 알려져 있으며, 상기에 인용된 참고 문헌에 기재된 바와 같이 통상적인 재료 및 기술을 이용하여 수행될 수 있다.

결합제 대 나노입자의 중량비는 나노공극형 중합체 층의 원하는 특성에 따라 약 30:70, 40:60, 50:50, 55:45, 60:40, 70:30, 80:20 또는 90:10 또는 그보다 큰 범위일 수 있다. 나노입자의 wt%의 바람직한 범위는 약 10 중량% 내지 약 60 중량%의 범위이며, 이는 사용되는 나노입자의 밀도 및 크기에 의존적일 수 있다.

입자(340) 및 공극(320)의 네트워크의 일차 광학 효과가 유효 굴절률에 영향을 주고 산란 광을 최소화하는 것인 경우에, 공극(320) 및 입자(340)로 인한 광학 층(300)의 광학 탁도는 약 5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3.5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3% 이하, 또는 약 2.5% 이하, 또는 약 2% 이하, 또는 약 1.5% 이하 또는 약 1% 이하이다. 그러한 경우에, 광학 층의 유효 매질의 유효 굴절률은 약 1.40 이하, 또는 약 1.35 이하, 또는 약 1.3 이하, 또는 약 1.25 이하, 또는 약 1.2 이하, 또는 약 1.15 이하이다.

제1 영역(300)은 결합제(310) 및 입자(340)에 더하여 다른 물질을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(300)은, 나노공극형 중합체 재료가 그 위에 형성되는, 도 3에 명확히 도시되지 않은, 기판의 표면을 습윤시키는 데 도움이 되도록, 예를 들어, 커플링제와 같은 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 제1 영역(300) 중의 다른 예시적인 물질에는 개시제, 예를 들어 하나 이상의 광개시제, 대전방지제, UV 흡수제 및 이형제가 포함된다.

나노공극형 중합체 재료는 전형적으로 층으로 형성된다. 나노공극형 중합체 재료의 층을 만드는 방법은 상기에 인용된 콜브 등의 참고 문헌에 기재되어 있다. 한 방법에서는, 복수의 입자, 예를 들어, 나노입자, 및 용매에 용해된 중합성 물질 - 중합성 물질은 예를 들어 하나 이상의 유형의 단량체를 포함할 수 있음 - 을 포함하는 제1 용액을 제조한다. 그 다음, 예를 들어, 열 또는 광을 인가해 중합성 물질을 중합하여, 용매 중에 불용성 중합체 매트릭스를 형성한다. 일부 경우에, 중합 단계 후에, 용매는 중합성 물질의 일부를 더 낮은 농도지만 여전히 포함할 수 있다. 그 다음, 용액을 건조 또는 증발시켜 용매를 제거하여, 중합체 결합제(310) 중에 분산된 복수의 공극(320) 또는 공극의 네트워크를 포함하는 제1 영역(300)을 생성한다. 제1 영역은 중합체 중에 분산된 복수의 입자(340)를 추가로 포함한다. 입자는 결합제에 결합되며, 여기서, 결합은 물리적이거나 화학적일 수 있다.

일반적으로, 가변 굴절률 광 추출 층의 제1 영역의 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는, 원하는 다공도 또는 공극 부피를 갖는 나노공극형 중합체 층이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 영역은 공극 부피가 약 20 내지 약 70%, 약 30 내지 약 70% 또는 약 40 내지 약 70%일 수 있다. 일부 경우에, 상기 공극 부피는 약 20% 이상, 약 30% 이상, 약 40% 이상, 약 50% 이상, 약 60% 이상, 약 70% 이상, 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상이다.

일부 실시 형태에서, 제1 영역(300)은 광학 탁도가 낮다. 그러한 경우에, 상기 광학 층의 광학 탁도는 약 10% 이하이다. 또는 약 7% 이하, 또는 약 5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3.5% 이하, 또는 약 4% 이하, 또는 약 3% 이하, 또는 약 2.5% 이하, 또는 약 2% 이하, 또는 약 1.5% 이하, 또는 약 1% 이하이다. 제1 영역을 가로지르는 탁도의 변동률은 약 1 내지 5%, 약 1 내지 3%, 약 1 내지 2%의 범위이거나 또는 1% 미만일 수 있다. 그러한 경우에, 광학 필름은 약 1.40 이하, 또는 1.35 이하, 또는 약 1.3 이하, 또는 약 1.2 이하, 또는 약 1.15 이하, 또는 약 1.1 이하, 또는 약 1.05 이하인 감소된 유효 굴절률을 가질 수 있다. 광학 층(300)에 수직 입사되는 광의 경우, 광학 탁도는, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 전체 투과광에 대한, 수직 방향으로부터 4도 초과만큼 벗어나는 투과광의 비로서 정의된다. 본 명세서에 개시된 탁도 값은 헤이즈-가드 플러스(Haze-Gard Plus) 탁도 측정기(미국 메릴랜드주 실버 스프링스 소재의 비와이케이-가드너(BYK-Gardiner))를 사용하여 ASTM D1003에 기재된 절차에 따라 측정하였다.

일부 실시 형태에서, 제1 영역(300)의 광학 투명도는 높다. 제1 영역(300)에 수직 입사하는 광의 경우, 광학 투명도는, 본 명세서에 사용되는 바와 같이 비 (T_1-T₂)/(T₁+T₂)를 말하고, 여기서, T₁은 수직 방향으로부터 1.6 내지 2도만큼 벗어나는 투과 광이고, T₂는 수직 방향으로부터 0도와 0.7도 사이에 있는 투과 광이다. 본 명세서에 개시된 투명도 값은 비와이케이-가드너의 헤이즈-가드 플러스 탁도계를 사용하여 측정되었다. 제1 영역(300)이 높은 광학 투명도를 갖는 경우, 투명도는 약 80% 이상, 또는 약 85% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상이다.

제1 영역(300)의 나노공극형 중합체 재료는 상기에 기재된 용매 함유 용액을 기판 상에 코팅함으로써 만들어질 수 있다. 많은 경우, 기판은 롤-대-롤(roll to roll) 공정에 유용한 임의의 중합체 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 기판 층은 투명하며, 이때 탁도는 거의 없음 내지 전혀 없음이고 투명도는 높으며, 이는 중합체, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카르보네이트, 아크릴, 및 사이클로올레핀 중합체로 형성된다. 기판은 또한 투명 기판, 예를 들어 유리 및 다른 투명 무기 재료를 포함할 수 있다. 기판은 또한 반사성 산란 기판 또는 재료, 예를 들어 확산 백색 중합체 기판, 반경면 기판 중합체 기판, 예를 들어 다층 광학 필름 (예를 들어, 쓰리엠(3M)으로부터 입수가능한 ESR), 금속성 반경면 반사기, 예를 들어 브러시드 알루미늄(brushed aluminum)을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 기판은 나노공극형 중합체 층(300)이 다른 기판으로, 예를 들어 접착제 층으로 전사될 수 있도록 이형 라이너를 포함할 수 있다.

제1 영역이 나노공극형 중합체 재료를 포함하는 실시 형태에 있어서, 추가 재료가 제2 영역을 규정한다. 추가 재료는 나노공극형 중합체 재료의 나노공극 내에 있으며, 제2 영역의 굴절률이 제1 영역의 굴절률보다 더 커지게 하기에 충분히 높은 굴절률을 갖는다. 유용한 추가 재료는, 가변 굴절률 광 추출 층이 원하는 대로 기능할 수 있도록 나노공극형 중합체 재료 내에 혼입될 수 있는 임의의 재료를 포함한다. 추가 재료는, 이것이 나노공극형 중합체 재료의 굴절률을 증가시킬 수 있다는 의미에서, 즉 제1 굴절률을 약 0.03 이상만큼, 예를 들어 약 0.03 내지 약 0.5, 약 0.05 내지 약 0.5, 또는 약 0.05 내지 약 0.25만큼 증가시킬 수 있다는 의미에서 높은 굴절률을 갖는다.

일반적으로, 추가 재료의 굴절률은 약 1.40 내지 2.1의 범위일 수 있다. 추가 재료의 굴절률의 정확한 범위는 나노공극형 중합체 재료의 굴절률 및 또한 상기 추출 층이 광을 추출하고 있는 인접 층의 굴절률에 따라 달라질 것이다. 본 명세서에 기재된 본 발명의 목적상, 가변 굴절률 광 추출 층은 인접 투명 층으로부터 광을 추출하도록 설계된다. 이 기능을 수행하기 위하여, 가변 굴절률 광 추출 층의 제1 영역은 인접한 투명 층의 것보다 더 작은 굴절률을 가져야 하며, 가변 굴절률 광 추출 층의 제2 영역은 광이 추출되고 있는 인접한 투명 층의 것과 대략적으로 동일한 또는 그보다 더 큰 굴절률을 갖는다.

일반적으로, 추가 재료는 나노공극형 중합체 재료 내에 혼입되며, 추가 재료는 나노공극형 중합체 재료의 표면 상에는 거의 없거나 또는 전혀 없다. 일부 실시 형태에서, 추가 재료는 상호연결된 나노공극을 실질적으로 완전히 충전시켜서, 제2 영역 내에는 공극 부피가 거의 남아있지 않거나 또는 전혀 남아있지 않게 된다 (5% 미만의 공극 부피). 일부 실시 형태에서, 추가 재료는 상호연결된 나노공극을 부분적으로 충전시켜서, 약간의 공극 부피가 남아있게 된다. 제2 영역은 추가 재료의 굴절률 및 제1 영역과 제2 영역 사이의 원하는 굴절률 차이에 따라 특정한 양의 공극 부피를 포함한다. 예를 들어, 제2 영역은 약 20% 미만, 약 10% 미만, 약 5% 미만 또는 약 1% 미만의 공극 부피를 가질 수 있다.

예시적인 추가 재료는 소분자, 올리고머 및 중합체를 포함한다. 나노공극형 중합체 재료의 제조에 대하여 상기에 기재된 재료들 중 임의의 것이 추가 재료로 사용될 수 있다. 일반적으로, 추가 재료는 하기에 기재되어 있는 인쇄와 같은 방법을 이용하여 나노공극형 중합체 재료의 공극 내로 침착된다. 일부의 경우에, 추가 재료는 100% 고형물인 중합성 물질이고, 적용 조건 하에서 추가 재료가 나노공극형 중합체 재료를 침투하여서 제2 영역을 형성하게 하는 점도를 갖는다.

추가 재료의 특별한 선택은 나노공극형 중합체 층 내로 이것을 혼입시키는 방법에 따라 달라질 수 있다. 다양한 방법이 하기에 기재되어 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 가변 굴절률 광 추출 층은 나노공극형 중합체 재료를 포함하는 층의 표면의 선택된 구역 또는 영역 상에 추가 재료를 침착시킴으로써 만들어진다. 그 후 추가 재료는 나노공극형 중합체 재료를 침투하여서 추가 재료는 상기 층의 표면 상에 거의 남아있지 않거나 또는 전혀 남아있지 않게 된다. 이 실시 형태는 점도가 충분히 낮고, 나노공극형 중합체 재료의 나노공극 내로 그리고 상기 나노공극을 통하여 침투하기에 충분히 작은 크기를 갖는 분자 구성성분을 갖는 추가 재료를 필요로 할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 가변 굴절률 광 추출 층은 나노공극형 중합체 재료를 포함하는 층의 표면의 선택된 구역 또는 영역 상에 중합성 조성물을 침착시킴으로써 만들어진다. 그 후 중합성 조성물은 나노공극형 재료를 침투하여서 중합성 조성물은 상기 층의 표면 상에 거의 남아있지 않거나 또는 전혀 남아있지 않게 된다. 그 후 중합성 조성물을 통상적인 수단에 의해 중합시켜 추가 재료를 형성하고, 그에 따라 제1 재료 및 추가 재료 둘 모두를 갖는 제2 영역이 형성될 수 있다. 일부 경우에, 추가 재료는 나노공극형 중합체 재료의 두께를 통하여 완전히 침투한다.

제1 영역 및 제2 영역은 광을 원하는 방식으로 관리하기 위하여 가변 굴절률 광 추출 층의 횡단면을 가로질러 서로에 대하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 영역은 상기 층의 횡단면을 가로질러 패턴으로 배열된 복수의 제2 영역을 포함할 수 있다. 다른 예에 있어서, 제2 영역은 상기 층의 횡단면을 가로질러 랜덤하게 배열된 복수의 제2 영역을 포함할 수 있다. 제1 영역 또는 제2 영역은 상기 층의 횡단면을 가로지르는 연속 영역일 수 있다. 불연속적인, 즉 복수의 영역인 제1 영역 또는 제2 영역에 있어서, 밀도는 상기 층의 횡단면을 가로질러 임의의 방향에서 달라질 수 있다. 예를 들어, 제2 영역의 밀도는 상기 층의 횡단면을 가로질러 1차원 또는 2차원으로 달라질 수 있다. 이들 실시 형태들 중 몇몇이 도 4a 내지 도 4d, 도 5a 및 도 5b에 설명되어 있다.

가변 굴절률 광 추출 층의 최적 두께는 상기 층이 수행하도록 설계된 기능에 의해 결정된다. 층 두께는 나노공극형 중합체 재료의 성질에 따라 달라진다. 가변 굴절률 광 추출 층은 제1 영역이 인접한 투명 기판의 광학적 분리를 제공할 수 있도록 하기에 충분히 두꺼워야 하며, 여기서, 초임계 광은 가변 굴절률 광 추출 층의 반대면 상에 배치된 다른 층으로부터 전파 중이다. 나노공극형 중합체 층의 두께는 추가 재료가 상기 층 상에 침착되고 실질적으로 상기 층 내로, 그리고 일부 경우에 상기 층의 두께를 통해 침투하여서 제2 영역을 생성할 수 있게 하기에 충분히 얇아야 한다. 일부 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층의 두께는 약 500 ㎚ 초과이거나 또는 약 500 ㎚ 내지 약 100 um, 약 500 ㎚ 내지 약 8 um, 약 1 마이크로미터 내지 약 5 um, 또는 약 1 um 내지 약 3 um의 범위이다.

가변 굴절률 광 추출 층은 TIR을 지원하거나 또는 촉진하며, 따라서 상기 층은 충분히 두꺼워서 가변 굴절률 광 추출 층의 표면에서 TIR을 겪는 순간적인 광선 꼬리가 상기 층의 두께를 가로질러 광학적으로 결합되지 못하게 되거나 또는 매우 적게 광학적으로 결합되게 된다. 그러한 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층의 두께는 약 0.5 um 이상, 약 1 um 이상, 약 1.1 um 이상, 약 1.2 um 이상, 약 1.3 um 이상, 약 1.4 um 이상, 약 1.5 um 이상, 약 1.7 um 이상 또는 약 2 um 이상이다. 충분히 두꺼운 가변 굴절률 광 추출 층은 상기 층의 두께를 가로질러 광학 모드의 상기 순간적인 꼬리의 바람직하지 않은 광학적 결합을 방지하거나 감소시킬 수 있다.

일부 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층은 상기 층의 벌크 특성으로 측정할 경우 광학 탁도가 낮다. 그러한 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층의 광학 탁도는 약 10% 이하, 약 7% 이하, 약 5% 이하, 약 4% 이하, 약 3.5% 이하, 약 4% 이하, 약 3% 이하, 약 2.5% 이하, 약 2% 이하, 약 1.5% 이하, 또는 약 1% 이하이다. 그러한 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층은 약 1.40 이하, 약 1.35 이하, 약 1.3 이하, 약 1.2 이하, 약 1.15 이하, 약 1.1 이하 또는 약 1.05 이하인 감소된 유효 굴절률을 가질 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 광학 탁도는 주어진 층의 표면에 수직 입사되는 광의 경우, 전체 투과광에 대한, 수직 방향으로부터 4도 초과만큼 벗어나는 투과광의 비로서 정의된다. 본 명세서에 개시된 탁도 값은 헤이즈-가드 플러스 탁도 측정기(미국 메릴랜드주 실버 스프링스 소재의 비와이케이-가드너)를 사용하여 ASTM D1003에 기재된 절차에 따라 측정하였다.

일부 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층의 광학 투명도는 높다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 광학 투명도는 상기 층에 수직 입사하는 광에 대하여 정의되며, 비 (T_1-T₂)/(T₁+T₂)를 말하고, 여기서, T₁은 수직 방향으로부터 1.6 내지 2도만큼 벗어나는 투과 광이고, T₂는 수직 방향으로부터 0도와 0.7도 사이에 있는 투과 광이다. 본 명세서에 개시된 투명도 값은 비와이케이-가드너로부터의 헤이즈-가드 플러스 탁도 측정기를 사용하여 측정되었다. 가변 굴절률 광 추출 층의 광학 투명도가 높은 경우, 투명도는 약 80% 이상, 약 85% 이상, 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상이다.

가변 굴절률 광 추출 층은 상기 층의 횡단면을 가로질러 일부 원하는 기하학적 배열로 서로에 대하여 배치된 제1 영역 및 제2 영역을 포함할 수 있어서, 상기 층은 원하는 광학 성능 특징을 제공하게 된다. 도 4a는 제1 영역 및 제2 영역의 예시적인 기하학적 배열을 나타내는 가변 굴절률 광 추출 층의 평면도이다. 가변 굴절률 광 추출 층(400)은 상기 층의 평면도에서 보이는 바와 같이 상기 층을 가로질러 연속적인 제1 영역(410)을 포함하며, 제2 영역(420)은 점선을 이용하여 도시된 직사각형으로 둘러싸인 불연속 영역이다.

상기에 기술된 바와 같이, 본 명세서 전체에 걸쳐, 점선은 제1 영역 및 제2 영역의 일반적인 위치를 나타내기 위하여 사용되지만, 이들 점선은 상기 영역들 사이의 임의의 종류의 경계를 설명하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 제2 영역은, 나노공극형 중합체 재료 내로의 추가 재료의 침투, 위킹 등이 점도, 습윤, 온도 등과 같은 특성뿐만 아니라 상기 영역을 형성하는 데 사용되는 재료의 화학적 특성에도 의존적이도록, 전형적으로 일부 인쇄 수단에 의해 나노공극형 중합체 재료 상에 추가 재료를 침착시킴으로써 형성된다.

제2 영역(420)은 실질적으로 동일한 길이 및 폭의 직사각형 또는 스트립으로 형상화되며, 이는 층(400)의 폭을 가로질러 연장하고, 좌측으로부터 우측으로 빈도가 증가하면서 배치된다. 제2 영역(420)의 굴절률은 제1 영역(410)의 굴절률보다 약 0.03 이상만큼 더 크다. 도 4b는 가변 굴절률 광 추출 층(400)에 대한 굴절률 프로파일을 도시하며, 이때 x-축은 도 4a에 도시된 바와 같은 실질적으로 단일인 어느 지점 w ₁ 에서의 층의 길이를 따른 위치 d를 나타낸다. 굴절률 프로파일은 각각 제1 굴절률과 제2 굴절률, n ₁ 과 n ₂ 사이의 패턴을 포함하는 층(400)의 굴절률의 변동률을 나타낸다. 도 4c 및 도 4d는 각각 선택된 광학 특성, %투과율 및 %투명도의 프로파일을 나타내며, 이들 둘 모두의 특성에 있어서, 상기 층의 길이를 따라 변동이 실질적으로 거의 없거나 또는 전혀 없다.

도 5a는 제1 영역 및 제2 영역의 예시적인 기하학적 배열을 나타내는 다른 가변 굴절률 광 추출 층의 평면도를 나타낸다. 가변 굴절률 광 추출 층(500)은 상기 층의 평면도에서 보이는 바와 같이 상기 층을 가로질러 연속적인 제1 영역(510)을 포함하며, 제2 영역(520)은 점선을 이용하여 도시된 원으로 둘러싸인 불연속 영역이다. 상기 패턴은 또한 제2 영역(520)의 밀도가 x 차원 및 y 차원 둘 모두에 있어서 변할 수 있음을 나타낸다.

도 5b는 제1 영역 및 제2 영역의 예시적인 기하학적 배열을 나타내는 다른 가변 굴절률 광 추출 층의 평면도를 나타낸다. 가변 굴절률 광 추출 층(530)은 상기 층의 평면도에서 보이는 바와 같이 상기 층을 가로질러 연속적인 제1 영역(540)을 포함하며, 제2 영역(550)은 점선을 이용하여 도시된 형상으로, 이 경우에는 하트로 둘러싸인 불연속 영역이다. 상기 패턴은 고 굴절률 영역의 기하학적 배열이 구배 방식으로 변할 필요는 없지만 상기 고 굴절률 영역은 또한 인접한 투명 층으로부터의 초임계 광의 이미지식 추출을 제공하도록 패턴화될 수 있음을 나타낸다.

가변 광 추출 층의 제1 영역 및 제2 영역의 기하학적 배열은 인접한 투명 층에서 전파되는 초임계 광을 추출하고 이 광을 소정의 패턴, 예를 들어 실질적으로 균일한 조명으로 가변 굴절률 광 추출 층의 반대쪽 면 상의 다른 층에 전달하도록 설계된다.

가변 굴절률 광 추출 층은 기판 상에 배치될 수 있다. 기판은 국제특허 출원 제US2011/021053호 (워크(Wolk) 등)에 기재된 바와 같이 층을 제조하는 데 사용되는 지지체를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 광학 필름은 투명 기판 상에 배치된 가변 굴절률 광 추출 층을 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "투명한"은 실질적으로 광학적으로 맑고 실질적으로 탁도가 낮으며 비-산란성임을 의미한다. 예시적인 투명 기판은 광학 필름의 원하는 특성에 따라 필요한 광학 특성을 갖는다. 투명 기판은 중합체성 기판, 예를 들어 폴리에스테르, 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리카르보네이트 등을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 투명 기판은 도광체를 포함하며, 이는 하기에 기재된 바와 같다. 일부 실시 형태에서, 투명 기판은 약간의 수준의 탁도를 가지며, 광이 반사성 산란 요소 층(650)을 향해 전방 방향으로 산란될 수 있도록 약간의 광 산란을 제공할 수 있다.

도 6은 예시적인 조명 장치(600)의 개략도를 나타내며, 이는 상기 장치에 의해 조명되는 반사성 산란 요소와 조합된 가변 굴절률 광 추출 층을 포함한다. 조명 장치(600)는 가변 광 추출 층(630)에 인접하여 배치된 도광체(610)를 포함한다. 도광체는 가변 굴절률 광 추출 층(630)의 상부 표면(625)에 광학적으로 결합된다 (두 표면 사이에서 점선으로 나타냄). 가변 굴절률 광 추출 층의 인접한 반대쪽 표면(635)은 간단함을 위하여 층의 형태로 나타낸 반사성 산란 요소(650)이다. 반사성 산란 요소는 가변 굴절률 광 추출 층(635)의 저부 표면에 광학적으로 연결된다 (두 표면 사이에서 점선으로 나타냄). 광원(601)은 광원에 의해 방출되는 광이 도광체에 입사될 수 있도록 도광체(610)에 광학적으로 결합된다. 일부 실시 형태에서, 도광체(610)의 저부 표면(615)과 가변 굴절률 광 추출 층(630)의 상부 표면(625) 사이에는 에어 갭이 전혀 없으며, 가변 굴절률 광 추출 층(630)의 저부 표면(635)과 반사성 산란 요소(650) 사이에는 에어 갭이 전혀 없고, 이는 광학적 결합이 일어나게 하기 위한 것이다.

일부 실시 형태에서, 도광체(610)는 가변 굴절률 광 추출 층의 제1 영역의 굴절률과 제2 영역의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는다.

이 실시 형태에 따르면, 광을 제공하는 방법은 광원, 도광체, 및 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하는 광학 필름을 제공하는 단계와; 광원을 도광체에, 그리고 도광체를 가변 굴절률 광 추출 층에 광학적으로 결합시켜서, 광원에 의해 방출되는 광이 내부 전반사에 의해 도광체 내에서 수송되고 가변 굴절률 광 추출 층에 의해 도광체로부터 선택적으로 추출되게 하는 단계를 포함한다.

일부 실시 형태에서, 가변 광 추출 층(630)은 반사성 산란 요소(650)의 표면(645) 상에 직접적으로 배치될 수 있다. 도광체(610)는 몇몇 방법에 의해 가변 광 추출 층의 표면(625)에 직접적으로 부착될 수 있다. 하기에 기재된 바와 같이, 도광체(610)는 열가소성 수지 물질, 예를 들어 아크릴을 포함할 수 있으며, 이러한 경우들에서, 도광체는 용융된 수지를 가변 굴절률 추출 층의 표면(625) 상에 캐스팅함에 의해 형성될 수 있거나, 또는 이것은 인서트 사출 성형(insert injection molding) 공정에 의해 가변 굴절률 추출 층에 부착될 수 있다. 일부 경우에, 도광체(610)는 이것이 가변 굴절률 추출 층의 표면(625)에 열 라미네이션될 수 있도록 탄성중합체 물질을 포함한다. 일부 경우에, 도광체(610)는 이것이 가변 굴절률 추출 층의 표면(625)에 직접적으로 라미네이션될 수 있도록 감압 접착제(pressure sensitive adhesive; PSA)를 포함한다. 도광체(610)가 접착제가 아닌 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층의 표면(625)은 광학적으로 투명한 접착제(optically clear adhesive; OCA)를 사용하여 도광체의 표면(615)에 접착될 수 있다. 광학적으로 투명한 접착제는 하기에 기재되어 있다.

도광체(610)는 임의의 적합한 물질 또는 물질들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도광체는 유리, 폴리메틸메타크릴레이트를 포함하는 아크릴레이트, 폴리카르보네이트, 폴리스티렌, 스티렌 메타크릴레이트 공중합체 및 블렌드, 사이클로올레핀 중합체 (예를 들어 미국 켄터키주 루이빌 소재의 제온 케미칼스 엘.피.(ZEON Chemicals L.P.)로부터 입수가능한 제오넥스(ZEONEX) 및 제오노르(ZEONOR)), 플루오로중합체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 포함하는 폴리에스테르, 및 PET 또는 PEN 또는 이들 둘 모두를 함유하는 공중합체; 폴리우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리노르보르넨을 포함하는 폴리올레핀, 아이소탁틱(isotactic), 어택틱(atactic) 및 신디오택틱(syndiotactic) 입체이성체 형태의 폴리올레핀, 및 메탈로센 중합에 의해 생성된 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 도광체는 탄성중합체성, 예를 들어 탄성중합체성 폴리우레탄 물질과, 폴리다이알킬실록산, 실리콘 폴리우레아 및 실리콘 폴리옥사미드를 포함하지만 이에 한정되지 않는 실리콘 기재의 중합체일 수 있다.

일부 실시 형태에서, 도광체는 국제특허 공개 WO 2010/005655 A2호(셔먼 등)에 기재된 바와 같은 점탄성 도광체이다. 일반적으로, 점탄성 도광체는 변형을 겪을 때 탄성 및 점성 거동 둘 모두를 나타내는 하나 이상의 점탄성 재료를 포함한다. 탄성 특징은 일시적인 하중이 제거된 후에 재료가 이의 원래의 형상으로 되돌아오는 재료의 능력을 말한다. 재료에 대한 탄성의 한 척도는 인장 영구 변형(tensile set) 값으로 지칭되며, 이것은 재료가 연신되고 이어서 이 재료가 연신되는 조건과 동일한 조건 하에서 복원(수축(destretch))되게 한 후에 남아있는 신율(elongation)의 함수이다. 재료의 인장 영구 변형 값이 0%인 경우, 이완시에 재료는 그의 원래의 길이로 되돌아간 반면, 인장 영구 변형 값이 100%인 경우, 이완시에 재료는 그의 원래 길이의 2배이다. 인장 영구 변형 값은 ASTM D412를 사용하여 측정될 수 있다. 유용한 점탄성 재료는 인장 영구 변형 값이 약 10% 초과, 약 30% 초과, 또는 약 50% 초과; 또는 약 5 내지 약 70%, 약 10 내지 약 70%, 약 30 내지 70%, 또는 약 10 내지 약 60%일 수 있다.

뉴턴 액체인 점성 재료는 응력이 전단 구배(gradient)와 함께 선형으로 증가함을 명시하는 뉴턴의 법칙을 따르는 점성 특징을 갖는다. 액체는 전단 구배가 제거됨에 따라 이의 형상을 복원하지 않는다. 유용한 점탄성 재료의 점성 특징은 재료가 분해되지 않도록 하는 적당한 온도 하에서의 재료의 유동성을 포함한다.

점탄성 도광체는, 도광체로부터 광을 추출하도록 설계된 재료, 예컨대 광학 용품의 적어도 일부분과의 충분한 접촉 또는 습윤(wetting)을 촉진시켜서 점탄성 도광체와 광학 용품이 광학적으로 결합되도록 하는 특성을 가질 수 있다. 그 다음, 광은 점탄성 도광체로부터 추출될 수 있다. 점탄성 도광체는 일반적으로 연성, 순응성 및 가요성이다. 따라서, 점탄성 도광체는 충분한 접촉이 수득될 수 있도록 하는 탄성율(또는 저장 탄성률 G') 및 층이 바람직하지 않게 유동하지 않도록 하는 점성 계수(또는 손실 계수 G''), 및 층의 상대적 감쇠도에 대한 감쇠 계수(G''/G', tan D)를 가질 수 있다. 유용한 점탄성 재료는 10 rad/sec 및 약 20 내지 약 22℃의 온도에서 측정된 저장 탄성률, G'가 약 300,000 Pa 미만일 수 있다. 재료의 점탄성 특성은 예를 들어, ASTM D4065, D4440 및 D5279에 따라 동역학 분석(Dynamic Mechanical Analysis)을 사용하여 측정될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 달퀴스트 기준 라인(Dalquist criterion line) (문헌[Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology, Second Ed., D. Satas, ed., Van Nostrand Reinhold, New York, 1989.]에 기재된 바와 같음)에 기재된 바와 같이 PSA 층을 포함한다.

점탄성 도광체는 특정 박리력을 갖거나, 적어도 특정 범위 내에서 박리력을 가질 수 있다. 예를 들어, 점탄성 도광체는 약 19 N/m (50 g/in) 내지 약 1160 N/m (3000 g/in), 약 116 N/m (300 g/in) 내지 약 1160 N/m (3000 g/in), 또는 약 190 N/m (500 g/in) 내지 약 1160 N/m (3000 g/in)의 90° 박리력을 가질 수 있다. 박리력은 아이매스(IMASS)로부터의 박리 시험기를 사용하여 측정될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 가시광 스펙트럼(약 400 내지 약 700 ㎚)의 적어도 일부분에 걸쳐, 약 80 내지 약 100%, 약 90 내지 약 100%, 약 95 내지 약 100%, 또는 약 98 내지 약 100%의 높은 광 투과율을 가지는 광학적으로 투명한 도광체를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 탁도 값이 약 5% 미만, 약 3% 미만, 또는 약 1% 미만이다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 탁도 값이 약 0.01 내지 약 5% 미만, 약 0.01 내지 약 3% 미만, 또는 약 0.01 내지 약 1% 미만이다. 투과에서 탁도 값은 ASTM D1003에 따라 탁도 측정기를 사용하여 결정될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 높은 광 투과율과 낮은 탁도 값을 갖는 광학적으로 투명한 도광체를 포함한다. 높은 광 투과율은 가시광 스펙트럼(약 400 내지 약 700 ㎚)의 적어도 일부분에 걸쳐, 약 90 내지 약 100%, 약 95 내지 약 100%, 또는 약 99 내지 약 100%일 수 있으며, 탁도 값은 약 0.01 내지 약 5% 미만, 약 0.01 내지 약 3% 미만, 또는 약 0.01 내지 약 1% 미만일 수 있다. 또한, 점탄성 도광체는 광 투과율이 약 50 내지 약 100%일 수 있다.

점탄성 도광체는 굴절률이 약 1.3 내지 약 2.6, 1.4 내지 약 1.7, 또는 약 1.5 내지 약 1.7 범위일 수 있다. 점탄성 도광체에 대해 선택되는 특정 굴절률 또는 굴절률의 범위는 조명 장치의 전체적인 설계 및 장치가 사용될 수 있는 특정 응용에 좌우될 수 있다.

점탄성 도광체 물질은 점탄성 도광체 물질의 굴절률을 변경하거나 또는 점탄성 도광체 물질의 기계적 특성에 영향을 줄 수 있는 나노입자를 포함할 수 있다. 적합한 나노입자는 상기 입자가 도광체 물질 내로의 상당한 양의 산란의 도입 없이 원하는 효과를 생성하도록 하는 크기를 갖는다.

점탄성 도광체는 일반적으로 적어도 하나의 폴리머를 포함한다. 점탄성 도광체는 적어도 하나의 PSA를 포함할 수 있다. PSA는 함께 피착물(adherend)을 접착시키는 데 유용하며, 다음과 같은 특성을 보유한다: (1) 강력하면서 영구적인 점착성, (2) 지압 이하로 접착, (3) 피착물 상에 유지되기에 충분한 능력 및 (4) 피착물로부터 깨끗하게 제거되기에 충분한 응집 강도. 감압성 접착제로서 충분히 기능하는 것으로 밝혀진 재료는 점착성, 박리 접착력 및 전단 보유력 간의 바람직한 밸런스를 가져오는 필요한 점탄성을 나타내도록 설계되어 제제화된 중합체이다. 특성들의 적절한 균형을 얻는 것은 간단한 공정이 아니다. PSA의 정량적인 설명은 상술된 달퀴스트 참고문헌에서 찾을 수 있다.

유용한 PSA는 상기 인용된 셔먼 등의 참고문헌에 상세히 기재되어 있다. 유용한 PSA는 적어도 하나의 모노에틸렌계 불포화 알킬 (메트)아크릴레이트 단량체를 포함하는 단량체 A - 단량체의 단일중합체는 약 0℃ 이하의 Tg를 가짐 - , 및 적어도 하나의 모노에틸렌계 불포화 자유-라디칼 공중합성 강화 단량체를 포함하는 단량체 B - 단량체의 단일중합체는 단량체 A의 Tg보다 높은 Tg, 예를 들어 약 10℃ 이상을 가짐 - 로부터 유도된 폴리(메트)아크릴레이트 PSA를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 (메트)아크릴은 아크릴 및 메타크릴 화학종 둘 모두를 말하며, (메트)아크릴레이트에 대해서도 마찬가지이다.

일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 천연 고무계 및 합성 고무계 PSA, 열가소성 탄성중합체, 점착성 부여된 열가소성-에폭시 유도체, 폴리우레탄 유도체, 폴리우레탄 아크릴레이트 유도체, 실리콘 PSA, 예컨대 폴리다이오르가노실록산, 폴리다이오르가노실록산 폴리옥사미드 및 실리콘 우레아 블록 공중합체를 포함한다.

일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 투명 아크릴 PSA, 예를 들어 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터의 VHB™ 아크릴 테이프 4910F 또는 4918 및 쓰리엠™ 광학적 투명 라미네이팅 접착제(8140 및 8180 시리즈)와 같은 전사 테이프(transfer tape)로서 입수할 수 있는 것을 포함한다.

일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 루이스(Lewis) 산-염기 쌍을 형성하기 위해 접착제 매트릭스에 분산된 블록 공중합체를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 도광체는 0도 각도에서 또는 거의 0도 각도에서 신장될 때 기판으로부터 제거될 수 있는 신장 해제가능한 PSA를 포함한다.

일부 실시 형태에서, 도광체(610)는 외측 표면(605) 상에 코팅을 갖는 상부 필름 또는 추가 코팅을 포함할 수 있다. 가외 코팅 또는 필름은 도광체의 표면에 임의의 바람직한 특성을 주도록 설계될 수 있다. 코팅의 예에는 예를 들어 하드코트(hardcoat), 반사 방지 코팅, 오손 방지 코팅, 무광택 코팅, 김서림 방지 코팅, 스크래치 방지 코팅, 프라이버시 코팅 또는 이의 조합이 포함된다. 증가된 내구성을 제공하는 하드코트, 김서림 방지 코팅 및 스크래치 방지 코팅과 같은 코팅은 예컨대 터치 스크린 센서, 디스플레이 스크린, 그래픽 용도 등과 같은 용도에서 바람직하다. 프라이버시 코팅의 예로는 예컨대 시야각을 제한하기 위해 침침한 시야 또는 차폐 필름(louvered film)을 제공하기 위한 흐릿하거나 탁한 코팅을 포함한다. 코팅이 필름으로 제공되는 일부 경우에, 굴절률이 도광체의 굴절률보다 더 작은 접착제를 이용하여 필름을 도광체(610)의 표면(605)에 접착시키는 것이 바람직하다. 대안적으로, 나노공극형 층은 도광체(610)의 상부 표면(605)과 상기 추가 상부 필름의 저부 사이에 배치될 수 있다.

상기에 기재된 바와 같이, 도광체(610)는 광학적으로 투명한 접착제(OCA)를 사용하여 가변 굴절률 광 추출 층(630)에 접착될 수 있다. 일부 실시 형태에서, OCA는 가시광 스펙트럼(약 400 내지 약 700 ㎚)의 적어도 일부분에 걸쳐 약 80 내지 약 100%, 약 90 내지 약 100%, 약 95 내지 약 100%, 또는 약 98 내지 약 100%의 높은 광 투과율 및/또는 약 0.01 내지 약 5% 미만, 약 0.01 내지 약 3% 미만, 또는 약 0.01 내지 약 1%의 탁도 값을 갖는 PSA를 포함한다.

일부 실시 형태에서, 유용한 PSA는 달퀴스트 기준 라인 (문헌[Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology, Second Ed., D. Satas, ed., Van Nostrand Reinhold, New York, 1989.]에 기재된 바와 같음)에 기재된 것을 포함한다. PSA는 특정 박리력을 가질 수 있거나 또는 적어도 특정 범위 내의 박리력을 나타낼 수 있다. 예를 들어, PSA는 약 0.04 내지 약 11.6 N/cm(약 10 내지 약 3000 g/in), 약 1.16 내지 약 11.6 N/cm(약 300 내지 약 3000 g/in), 또는 약 1.93 내지 약 11.6 N/cm(약 500 내지 약 3000 g/in)의 90° 박리력을 가질 수 있다. 박리력은 아이매스(IMASS)로부터의 박리 시험기를 사용하여 측정될 수 있다.

OCA는 약 1.3 내지 약 2.6, 1.4 내지 약 1.7, 또는 약 1.5 내지 약 1.7의 범위의 굴절률을 가질 수 있다. OCA에 대해 선택된 특정 굴절률 또는 굴절률 범위는 가변 굴절률 광 추출 층 및 도광체를 포함하는 광학 필름의 전체적인 설계에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로, OCA는 도광체의 굴절률과 대략적으로 동일하거나 또는 그보다 더 큰, 그리고 가변 굴절률 광 추출 층(630)의 제1 영역의 굴절률과 제2 영역의 굴절률 사이의 굴절률을 가져야 한다.

OCA로 사용되는 PSA는 점탄성 도광체에 대하여 상기에 기재된 물질들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. PSA인 추가의 예시적인 OCA는 미국 특허 제7,005,394호 (일리탈로(Ylitalo) 등)에 기재된 점탄성 부여 열가소성 에폭시, 미국 특허 제3,718,712호 (투샤우스(Tushaus))에 기재된 폴리우레탄, 미국 특허 공개 제2006/0216523호 (슈스케(Shusuke))에 기재된 폴리우레탄 아크릴레이트를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 상기 접착제는 투명 아크릴 PSA, 예를 들어 쓰리엠 컴퍼니로부터의 VHB™ 아크릴 테이프 4910F 및 4918, 쓰리엠™ 광학적 투명 라미네이팅 접착제(8140 및 8180 시리즈) 및 쓰리엠™ 광학적 투명 라미네이팅 접착제 (8171 CL 및 8172 CL) - 국제특허 공개 2004/0202879호에 기재됨 - 와 같은 전사 테이프로서 입수할 수 있는 것을 포함한다. 유용한 OCA는 미국 특허 공개 제2011/0039099호 (셔먼(Sherman) 등)에 또한 기재되어 있다. 일부 실시 형태에서, OCA는, 예를 들어 미국 특허 공개 제2007/0212535호 (셔먼 등)에 기재된 바와 같이 도광체의 표면에의 적용시에 에어 블리드(air bleed)를 허용하도록 미세구조화 접착제 표면을 갖는 PSA를 포함할 수 있다.

접착제는 신장 해제가능한 PSA를 포함할 수 있다. 신장 해제가능한 PSA는 이들이 0도 각도에서 또는 거의 0도 각도에서 연신되는 경우 기판으로부터 제거될 수 있는 PSA이다. 일부 실시 형태에서, 광학 테이프에서와 같이 사용되는 접착제 또는 신장 해제 PSA는 전단 저장 탄성률이 1 rad/sec 및 -17℃에서 측정되는 경우 약 10 MPa 미만이거나, 1 rad/sec 및 -17℃에서 측정되는 경우 약 0.03 내지 약 10 MPa이다. 신장 해제가능한 PSA는 분해, 재가공 또는 재활용이 바람직하다면 사용될 수 있다.

일부 실시형태에 있어서, 신장 해제가능한 PSA는 미국 특허 제6,569,521 B1호(셰리단(Sheridan) 등) 또는 미국 가출원 제61/020423호(63934US002, 셔먼 등) 및 제61/036501호(64151US002, 데터먼 등)에 기재된 바와 같은 실리콘-기재 PSA를 포함할 수 있다. 이러한 실리콘-기재 PSA는 MQ 점착성 부여 수지 및 실리콘 중합체의 조성물을 포함한다. 예를 들어, 신장 해제가능한 PSA는 MQ 점착성 부여 수지와, 우레아-기재 실리콘 공중합체, 옥사미드-기재 실리콘 공중합체, 아미드-기재 실리콘 공중합체, 우레탄-기재 실리콘 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄성중합체성 실리콘 중합체를 포함할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 신장 해제가능한 PSA는 국제특허 공개 WO 2010/078346호 (야마나카(Yamanaka) 등) 및 국제특허 공개 WO 2010/077541호 (트란(Tran) 등)에 기재된 아크릴레이트-기재 PSA를 포함할 수 있다. 이러한 아크릴레이트-기재 PSA는 아크릴레이트, 무기 입자 및 가교결합제의 조성물을 포함한다. 이들 PSA는 단층 또는 다층일 수 있다.

일부 실시 형태에서, 접착제 층은 미국 특허 제7,862,898호 (셔먼 등) 및 미국 특허 제7,892,649호 (셔먼 등)에 기재된 바와 같이, 다작용성 에틸렌계 불포화 실록산 중합체와 하나 이상의 비닐 단량체의 경화 반응 생성물을 포함할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 국제특허 공개 WO 2010/132176호 (셔먼 등) 및 국제특허 공개 WO 2009/085662호 (셔먼 등)에 기재된 자기-습윤 접착제의 사용은 반사성 산란 요소 상에 조명 장치(600)를 배치하는 데 있어서 유익하다.

예시적인 PSA는 폴리에테르 세그먼트를 포함하는 단량체 및/또는 올리고머로부터 유도된 중합체를 포함하며, 여기서, 이 중합체의 35 내지 85 중량%가 상기 세그먼트를 포함한다. 이들 접착제는 미국 특허 공개 제2007/0082969A1호(말릭(Malik) 등)에 기술되어 있다. 다른 예시적인 PSA는 자유 라디칼 중합성 우레탄-기재 또는 우레아-기재 올리고머 및 자유 라디칼 중합성 세그먼트형 실록산-기재 공중합체의 반응 생성물을 포함하며; 이들 접착제는 미국 가특허 출원 제61/410510호 (타피오(Tapio) 등)에 기재되어 있다.

PSA는 선택적으로 하나 이상의 첨가제, 예를 들어 나노입자, 가소제, 사슬 전달제, 개시제, 산화방지제, 안정제, 점도 조절제 및 정전기 방지제를 포함할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 시일(seal) 층을 가변 굴절률 광 추출 층 상에 배치하여 오염물질의 후자 내로의 침투를 최소화한다. 예를 들어, 시일 층은 이것이 가변 굴절률 광 추출 층과 접착제 층 사이에 있도록 가변 굴절률 광 추출 층 상에 배치될 수 있다. 다른 예에 있어서, 시일 층은 이것이 가변 굴절률 광 추출 층과 도광체 사이에 있도록 가변 굴절률 광 추출 층 상에 배치될 수 있으며, 시일 층은 도광체의 굴절률과 대략적으로 동일하거나 또는 그보다 더 큰 굴절률을 갖는다.

적합한 시일 층은 아크릴 또는 아크릴레이트 기재의 것일 수 있는 감압 접착제 중합체 및 공중합체, 스티렌 부타다이엔, 또는 스티렌 아이소프렌계 공중합체 열가소성 수지 및 유사 중합체를 포함하며, 이것은 나노공극형 제1 영역 내로의 침투가 가능한 유의한 분율의 저분자량 화학종을 이들이 함유하지 않는 한 그러하다. 다른 중합체 시일 층은 열 활성화 접착성 중합체일 수 있으며, 이는 아크릴, 아크릴-비닐 아세테이트, 공중합체, 블록 공중합체, EVA 공중합체, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 중합체 및 공중합체, 폴리아이소부틸렌, 폴리프로필렌 중합체 및 공중합체, 폴리우레탄 중합체 및 공중합체와, 설라인(Surlyn) 플라스틱, 비닐 아세테이트 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 중합체를 포함하는 다른 중합체, 이들의 얼로이(alloy), 공중합체 및 산 염 기를 갖는 유도체를 포함한다. 이들 물질은 직접적 필름 라미네이션을 이용하여 라미네이션되거나, 용융 코팅에 의해 적용되거나 또는 임의의 적합한 코팅 방법에 의해 중합체의 수성 또는 용매계 에멀젼 또는 분산물로부터 코팅될 수 있다. 시일 층으로 유용한 적합한 중합체 분산물의 2가지 예로는 네오크릴(NEOCRYL) A-614 및 네오팍(NEOPAC) R-9699 (네덜란드 6401 제이에이치 히를렌 소재의 디에스엠(DSM)으로부터 입수가능함)가 있다.

광원은 광원으로부터의 광 중 적어도 일부가 도광체에 입사될 수 있도록 도광체에 광학적으로 결합된다. 예를 들어, 광원에 의해 방출된 광의 1% 초과, 10% 초과, 20% 초과, 30% 초과, 40% 초과, 50% 초과, 90% 초과, 또는 약 100%가 도광체에 입사되도록 광원이 도광체에 광학적으로 결합될 수 있다. 다른 예의 경우, 광원에 의해 방출된 광의 약 1 내지 약 10%, 약 1 내지 약 20%, 약 1 내지 약 30%, 약 1 내지 약 40%, 약 1 내지 약 50%, 약 1 내지 약 100%, 약 1 내지 약 100%, 약 50 내지 약 100%, 또는 약 1 내지 약 100%가 도광체에 입사되도록 광원이 도광체에 광학적으로 결합될 수 있다. 광원은 임의의 각도 분포 또는 특정 각도 분포를 갖는 광을 방출할 수 있다.

광원은 임의의 적합한 광원을 포함할 수 있다. 예시적인 광원에는 선광원, 예컨대 냉음극 형광 램프 및 점광원, 예컨대 발광다이오드(LED)가 포함된다. 예시적인 광원은 또한 유기발광소자(OLED), 백열 전구, 형광 전구, 할로겐 램프, UV 전구, 자외선 광원, 근적외선 광원, 레이저 또는 화학적 광원을 포함한다. 일반적으로, 광원에 의해 방출된 광은 가시성 또는 비가시성일 수 있다. 하나 이상의 광원이 사용될 수 있다. 예를 들어, 1 내지 약 10,000개의 광원이 사용될 수 있다. 광원은 도광체의 에지에 또는 그 부근에 위치되는 일 열의 LED들을 포함할 수 있다. 광원은 LED들로부터 방출된 광이 원하는 영역 전체에 걸쳐 연속적으로 또는 균일하게 도광체를 조명하도록 회로 상에 배열된 LED들을 포함할 수 있다. 광원은 색상들이 도광체 내에서 혼합될 수 있도록 상이한 색상들의 광을 방출하는 LED들을 포함할 수 있다.

"LED"는 가시광이든지, 자외선광이든지 또는 적외선광이든지 간에 광을 방출하는 다이오드를 말한다. 이는 통상의 것이든 초 방사성(super radiant) 종류의 것이든지 간에 "LED"로서 시판되는 비간섭성의 싸여진 또는 봉지된 반도체 소자를 포함한다. LED가 자외선광과 같은 비-가시광을 방출한다면, 그리고 가시광을 방출하는 몇몇 경우에 있어서, 이는 단파장 광을 장파장 가시광으로 변환하기 위해 인광체를 포함하도록 패키징되어(또는 원격 배치된 인광체를 조명할 수도 있음) 몇몇 경우에 백색광을 방출하는 장치가 얻어질 수 있다.

"LED 다이"는 가장 기본적인 형태, 즉 반도체 가공 절차에 의해 제조된 개별 구성요소 또는 칩 형태의 LED이다. 이 구성 요소 또는 칩은 상기 소자에 에너지를 공급하기 위한 전력의 인가에 적합한 전기 접촉부를 포함할 수 있다. 구성요소 또는 칩의 개별 층 및 다른 기능 요소는 전형적으로 웨이퍼 규모로 형성되고, 완성된 웨이퍼는 이어서 개별적인 단품(piece part)으로 절단되어 다수의 LED 다이가 얻어진다.

백색광을 생성하기 위해 사용되든지 그렇지 않든지 간에, 도광체 출력 영역 또는 표면의 색상 및 휘도 균일도에 상이한 영향을 주는 다색 광원은 광 조립체 내에서 많은 형태를 취할 수 있다. 일 접근법에 있어서, 다수의 LED 다이(예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 발광 다이)는 모두 리드 프레임 또는 다른 기판 상에 서로 가까이 근접하여 장착되고, 이어서 하나의 캡슐화 재료 내에 함께 넣어져 단일 렌즈 구성요소를 또한 포함할 수 있는 단일 패키지를 형성한다. 그러한 광원은 개별 색상들 중 임의의 하나를 또는 모든 색상을 동시에 방출하도록 제어될 수 있다. 다른 접근법에 있어서, 패키지당 오직 하나의 LED 다이 및 하나의 방출된 색상을 갖는 개별적으로 패키지된 LED들이 주어진 재순환 공동에 대해 함께 클러스터화될 수 있고, 이러한 클러스터(cluster)는 청색/황색, 적색/녹색/청색, 적색/녹색/청색/백색, 또는 적색/녹색/청색/청록색/황색과 같은 상이한 컬러를 방출하는 패키지된 LED의 조합을 포함한다. 호박색 LED가 또한 사용될 수 있다. 또 다른 접근법에 있어서, 그러한 개별적으로 패키지된 다색 LED는 하나 이상의 라인, 어레이 또는 다른 패턴으로 위치될 수 있다.

필요하다면, 선형 CCFL 또는 열음극 형광 램프(HCFL)와 같은 다른 가시광 방출기가, 개별적인 LED 광원 대신에 또는 이에 더하여, 개시된 백라이트를 위한 조명원으로서 사용될 수 있다. 또한, 하이브리드 시스템(hybrid system), 예를 들어 (CCFL/LED) - 냉백색 및 온백색(cool white and warm white) 포함 - , CCFL/HCFL, 예컨대 상이한 스펙트럼을 방출하는 것들이 사용될 수 있다. 광 이미터(light emitter)의 조합은 광범위하게 변동할 수 있으며, LED와 CCFL, 및 복수 구성, 예를 들어 다수의 CCFL, 상이한 색상의 다수의 CCFL, 및 LED들과 CCFL들을 포함한다. 또한 광원은 레이저, 레이저 다이오드, 플라스마 광원, 또는 유기 발광 다이오드를 단독으로, 또는 다른 유형의 광원, 예를 들어 LED와 조합하여 포함할 수 있다.

예를 들어, 일부 응용에서, 개별 광원들의 열을 긴 원통형 CCFL과 같은 다른 광원으로, 또는 그 길이를 따라 광을 방출하고 (LED 다이 또는 할로겐 전구 등과 같은) 원격 능동 구성요소에 결합된 선형 표면 방출 도광체로 교체하고, 다른 광원들의 열에 대해서도 마찬가지로 하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 선형 표면 방출 도광체의 예가 미국 특허 제5,845,038호(런딘(Lundin) 등) 및 제6,367,941호(리아(Lea) 등)에 개시되어 있다. 섬유 결합 레이저 다이오드 및 다른 반도체 방출기가 또한 알려져 있으며, 이들 경우에 광섬유 도파관의 출력 단부는 개시된 재순환 공동 내에서의 출력 단부의 배치 또는 그렇지 않으면 백라이트의 출력 영역 후방에서의 출력 단부의 배치와 관련하여 광원으로 간주될 수 있다. 전구 또는 LED 다이와 같은 능동 요소로부터 수광한 광을 방출하는 렌즈, 편향기, 및 폭이 좁은 도광체 등과 같은 작은 방출 영역을 갖는 다른 수동 광학 요소에도 또한 동일하게 해당된다. 그러한 수동 요소의 한 가지 예는 측면 방출 패키지된 LED의 성형된 봉지재 또는 렌즈이다. 임의의 적합한 측면 방출 LED, 예를 들어 룩세온(Luxeon)^TM LED (미국 캘리포니아주 새너제이 소재의 루밀레즈(Lumileds)로부터 입수가능함), 또는 예를 들어 미국 특허 제7,525,126호 (레더데일(Leatherdale) 등) 및 미국 특허 공개 제2007/0257270호 (루(Lu) 등)에 기재되어 있는 LED가 하나 이상의 광원용으로 사용될 수 있다.

도광체에 입사되는 광은 이것이 도광체와 다른 매질 사이의 계면에 50도 미만, 40도 미만, 30도 미만, 20도 미만 또는 10도 미만의 각도로 입사하도록 시준될 수 있으며, 여기서 입사각은 도광체 주입 계면에 수직인 표면에 대하여 측정된다. 하기를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 시준된 광을 생성하는 많은 방법이 있다: 1. 고도 시준 렌즈를 갖는 LED 광원 또는 광원들의 제공; 2. 내각이 20도 미만, 15도 미만 또는 10도 미만인 반사성 웨지(wedge)의 내부에 배치된 LED 광원 또는 광원들의 제공; 3. 광을 원하는 주입각으로 시준하도록 설계된 복합 포물면 집광기(compound parabolic concentrator)의 대략적으로 초점에 배치된 LED 광원 또는 광원들의 제공; 4. 방출이 도광체 면에 대하여 수직이고 광이 도광체 내로 주입되는 광을 시준하도록 설계된 반 포물면 거울에 입사하는 LED 광원 또는 광원들의 제공; 및 5. 광이 초임계각으로만 도광체에 입사되도록 하는 표면 릴리프(relief) 구조를 갖는, 도광체의 표면에서 광을 방출하도록 배치된 LED 광원 또는 광원들의 제공.

가변 굴절률 광 추출 층을 제조하는 방법은 제1 굴절률을 갖는 나노공극형 중합체 층을 제공하는 단계와; 추가 재료를 나노공극형 중합체 층 상에 인쇄하여서 추가 재료가 나노공극형 중합체 층에 사실상 침투하도록 하고, 이럼으로써 나노공극형 중합체 층의 일 부분을 포함하는 제1 영역과 나노공극형 중합체 층의 다른 부분 및 상기 추가 재료를 포함하는 제2 영역을 포함하는 가변 굴절률 광 추출 층을 형성하는 단계를 포함하며; 여기서, 제1 영역 및 제2 영역은 인접 층에서 초임계각으로 수송되는 광에 대해, 가변 굴절률 광 추출 층이 제1 영역 및 제2 영역의 기하학적 배열에 기초해 소정의 방식으로 광을 선택적으로 추출하도록 배치된다.

인쇄는 비충격식(non-impact) 또는 충격식 인쇄 및 디지털 또는 아날로그 인쇄를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 추가 재료 (추가 재료 또는 다른 재료로도 칭해짐)는 플렉소그래픽 인쇄를 이용하여 나노공극형 중합체 층 상에 인쇄될 수 있으며, 여기서, 추가 재료로 충전된 피트(pit)를 갖는 그라비어 롤은 상기 재료를 형상들의 원하는 배열을 갖는 스탬프를 갖는 플렉스그래픽 롤로 전사된다. 나노공극형 중합체 재료의 층은 스탬프 위로 통과되어 스탬프와 접촉하게 되며, 이는 웨브를 추가 재료로 효과적으로 스탬핑하거나 또는 인쇄하며 그에 따라 추가 재료가 플렉소그래픽 롤의 패턴으로부터 나노공극형 층의 표면으로 이동되게 된다. 그 후 상기 추가 재료는 나노공극형 층 내에 침투하며, 일부 경우에 이는 전체 두께의 나노공극형 층에 침투된다. 대부분의 경우에, 상기 재료는 UV 방사선을 이용한 경화와 같은 경화에 의해 경질화된다. 이 공정은 배치식 인쇄 공정 또는 연속식 롤-대-롤 공정으로 수행될 수 있으며, 여기서 나노공극형 중합체 층을 포함하는 연속 웨브는 플렉소그래픽 롤 위에 통과되고, 이것에 의해 추가 재료의 반복 패턴 또는 연속 패턴이 나노공극형 층 상에 인쇄된다.

또한 인쇄는 윤전 그라비어(rotogravure) 인쇄, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄 (수성, 용매 또는 고형물-기재 잉크가 사용될 수 있음), 활판 인쇄, 오프셋(offset) 인쇄, 감열 기재를 이용한 열 전달법, 열적 염료 전달 및 염료 승화 인쇄, 도트-매트릭스 인쇄, 및 데이지 휠(daisy wheel)을 이용한 인쇄를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 공정을 포함할 수 있다.

일반적으로, 반사성 산란 요소(650)는 매우 다양한 재료, 조립체 및/또는 장치를 포함할 수 있다. 일반적으로, 반사성 산란 요소(650)는 가변 굴절률 광 추출 층(630)으로부터 전달된 광을 취하고 이를 상기 추출 층을 통하여 그리고 도광체(610)의 외측 표면(605)을 통하여 다시 반사하도록 설계된다. 반사성 산란 요소(650)는 원하는 광 분배가 도광체(610)의 외측 표면(605)을 통하여 방출되도록 선택될 수 있다. 일부 경우에, 반사성 산란 요소(650)는 반사성 산란 요소(650)에 입사하는 광이 실질적으로 램버시안 영역의 광원으로 변환되도록 선택된다.

일반적으로, 요소는 확산 또는 반경면 반사를 나타낼 경우 반사성 산란 요소로 간주된다. 확산 반사는 입사 광선이 경면 반사의 경우에서와 같은 단지 하나의 각도라기보다는 오히려 많은 각도로 반사되도록 하는 표면으로부터의 광의 반사이다. 조명된 이상적인 확산 반사 표면은 이 표면을 둘러싸고 있는 반구체 내의 모든 방향으로부터의 동일한 휘도를 가질 것이다 (램버시안 반사). 반경면은 입사 광선이 경면 반사기의 경우에서와 같은 단지 하나의 각도라기보다는 오히려 다수의 각도로 반사되도록 하는 표면으로부터의 광의 반사이다. 많은 경우, 반경면 반사기는 대부분 전방 산란을 가지며, 여기서, 반사된 광은 경면 반사 각도를 중심으로 확산되며, 이때 반사된 광의 적어도 5% 초과는 경면 각도를 중심으로 하는 2도 원추의 밖에 있다. 일부 경우에, 임의의 각도로부터 입사하는 광의 약 50% 초과는 입사각을 중심으로 하는 2도 원추의 밖으로 반사된다.

반사성 산란 요소(650)에 적합한 재료는 확산 반사성 및 반경면 반사성 재료 및 표면을 포함한다. 본 명세서에 정의된 반사 산란 요소는 확산 반사성 또는 반경면 반사성 중 어느 하나를 갖는다. 확산 반사성 재료에 있어서, 입사각을 갖는 단일 입사 광선은 경면 반사의 경우에서와 같은 단지 하나의 각도라기보다는 오히려 많은 각도로 반사된다. 조명된 이상적인 확산 반사 표면은 이 표면을 둘러싸고 있는 반구체 내의 모든 방향으로부터의 동일한 휘도를 가질 것이다 (램버시안 반사). 일반적으로, 확산 반사성 재료는 광선이 전방 방향 및 후방 방향 둘 모두로 산란되도록 광을 반사한다 (후방 산란은 광이 그가 왔던 방향을 향하여 후방으로 지향됨을 의미한다). 반경면 반사성 재료는 확산 반사를 제공하는 재료이지만, 단일 입사 광선에 있어서, 반사된 광선은 좁은 범위의 각도 내에서 반사된다. 일반적으로, 반경면 반사성 재료로부터 반사된 광은 전방으로 지향되며, 소수의 광은 그가 입사되었던 방향으로 후방 반사된다. 본 명세서에 기재된 본 발명에 대한 일부 경우에, 반사성 산란 요소(650)는 반사된 광의 10% 초과가 입사광의 각도들의 범위에 의해 한정되는 각도들의 범위 밖에 있도록 도광체로부터 전달된 광에 대해 확산 반사를 제공한다.

적합한 반사성 산란 요소는 임의의 산란 재료, 예를 들어 플라스터(plaster), 백지, 섬유 재료, 예를 들어 부직 섬유 매트 및 천, 무기물 충전 백색 반사성 중합체 (무기 입자 충전 중합체, 예를 들어 폴리에스테르, 폴리올레핀 등), 세라믹 재료, 결정질 표면 (예를 들어 대리석, 천연 석영 또는 석재), 및 공극형 중합체 재료 (예를 들어, 상 분리 기술, 예를 들어 용매 유도된 상 분리 및 열 유도된 상 분리를 이용하여 만들어진 것)를 포함한다. 임의의 공극형 중합체 재료가 반사성 산란 요소로서 적합할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 반사성 산란 요소는 그래픽, 예를 들어 기호(sign), 마킹(marking) 또는 그림을 포함한다. 반경면 반사성 산란 재료의 예는 거친 반사성 금속 표면, 구조화된 경면 반사성 표면, 경면 반사성 표면 위에 확산 코팅을 갖는 경면 반사성 표면 (예를 들어, 강화 경면 반사기, 예를 들어 쓰리엠 컴퍼니(3M Co.)로부터의 비퀴티(Vikuiti)™ ESR - 이는 표면 상에 확산 코팅을 갖는 다층 광학 필름을 포함함 -)을 포함한다. 일부 예에는 브러시드 알루미늄 및 크롬, 엠보싱, "피이닝(peening)", 물리적 또는 화학적 에칭, 또는 표면 조도를 부여하는 임의의 다른 방법에 의해 변경된 금속 표면이 포함된다. 대안적으로, 확산성 코팅은 경면 반사기 상에 적용되거나 또는 경면 반사기 위에 독립형(free-standing) 요소로서 배치될 수 있다. 표면 구조체 또는 조도를 갖는 필름이 경면 재료 위에 배치되거나 또는 경면 재료에 라미네이션될 수 있다. 반사성 산란 요소는 잉크, 페인트 또는 코팅의 형태를 취할 수 있다. 디지털 인쇄, 실크 스크린 등과 같은 방법에 의해 만들어진 인쇄된 그래픽은 반사성 산란 요소이다. 페인팅된 벽이 반사성 산란 요소이다. 일부 경우에, 반사성 산란 요소는 반사형 디스플레이 장치를 포함한다.

상기한 바와 같이, 도광체(610) 및 반사성 산란 요소(650)는 각각 가변 굴절률 광 추출 층의 상부 표면(625) 및 저부 표면(635)과 광학적으로 결합된다. 많은 경우에 이러한 광학적 결합은 가변 굴절률 광 추출 층(630), 도광체(610) 및 반사성 산란 요소(650) 사이에 에어 갭이 전혀 없음을 의미한다.

도 7은 반사성 산란 요소와 조합된 가변 광 추출 층을 포함하는 예시적인 조명 조립체의 개략도를 나타낸다. 이 실시 형태에서, 가변 굴절률 광 추출 층(730)은 조명 조립체 내에 포함된 투명 기판(740) 상에 만들어진다. 가변 굴절률 광 추출 층(730)의 표면(725)은 도광체(710)에 광학적으로 결합되며, 투명 기판(740)의 기저면(742)은 반사성 산란 요소(750)에 광학적으로 결합된다. 적합한 투명 기판은 상기에 기재되어 있다.

많은 경우에, 가변 굴절률 광 추출 층(730)과 도광체(710)와 반사성 산란 요소(750) 사이의 광학적 결합은 상기 층들의 표면들 사이에 에어 갭이 전혀 없음을 의미한다 (즉, 표면들(715, 725) 사이에 에어 갭이 전혀 없으며 표면들(742, 745) 사이에 에어 갭이 전혀 없다). 투명 기판(740)의 표면(742)은 임의의 수단을 이용하여, 예를 들어 광학적으로 투명한 감압 접착제를 이용하여 반사성 산란 요소(750)의 표면(745)에 접착될 수 있다. 투명 기판(740)은 약간의 수준의 탁도를 가질 수 있으며, 산란된 광이 대부분 반사성 산란 요소(750)를 향해 전방 방향으로 있기만 하다면, 약간의 광 산란을 제공할 수 있다.

도 8, 도 9, 도 10a 내지 도 10d 및 도 11은 도광체 및 반사성 산란 요소에 광학적으로 결합된 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하는 예시적인 조명 조립체의 개략적 단면도를 나타낸다. 도 8은 가변 굴절률 광 추출 층(830)이 직접적으로 반사성 산란 요소(850)의 표면 상에 형성된 조명 조립체(800)를 나타낸다. 도광체(810)는 PSA일 수 있는 광학적으로 투명한 접착제(840)에 의해 가변 광 추출 층(830)에 직접적으로 접착된다. 접착제 층(840)은 선택적으로 낮은 탁도, 높은 광학 투명도 및 높은 투과율을 갖는다.

도 9는 가변 굴절률 광 추출 층(930)이 도광체(910)의 표면 상에 형성된 조명 조립체(900)를 나타낸다. 반사성 산란 요소(950)는 PSA일 수 있는 광학적으로 투명한 접착제(940)에 의해 가변 굴절률 광 추출 층(930)에 부착된다. 접착제 층(940)은 낮은 탁도, 높은 광학 투명도 및 높은 투과율을 가질 수 있다. 대안적으로, 접착제 층(940)은 약간의 수준의 탁도를 가질 수 있으며, 산란된 광이 대부분 반사성 산란 요소 층(950)을 향해 전방 방향으로 있기만 하다면, 약간의 광 산란을 제공할 수 있다.

도 10a는 가변 굴절률 광 추출 층(1030)이 투명 기판(1040) 상에 배치된 조명 조립체(1000)를 나타낸다. 가변 굴절률 광 추출 층(1030)은 접착제 층(1070)에 의해 도광체(1010)에 접착된다. 접착제 층(1070)은 도광체(1010) 내에서 전파되는 광의 파장 또는 파장들에 대해 선택적으로 낮은 탁도, 높은 광학 투명도 및 높은 투과율을 갖는다. 가변 굴절률 추출 층이 상부에 배치된 투명 기판(1040)은 접착제 층(1060)에 의해 반사성 산란 요소 층(1050)에 접착된다. 접착제 층(1060)은 낮은 탁도, 높은 광학 투명도 및 높은 투과율을 가질 수 있다. 대안적으로, 접착제 층(1060)은 약간의 수준의 탁도를 가질 수 있으며, 산란된 광이 대부분 반사성 산란 요소 층(1050)을 향해 전방 방향으로 있기만 하다면, 약간의 광 산란을 제공할 수 있다.

도 10b는 투명 기판(1040) 상에 배치된 가변 굴절률 광 추출 층(1030)의 배향이 도 10a에 나타낸 조명 조립체(1000)와 비교하여 뒤집힌 조명 조립체(1080)를 나타낸다. 가변 굴절률 광 추출 층(1030)은 낮은 탁도, 높은 광학 투명도 및 높은 투과율을 가질 수 있는 접착제 층(1060)에 의해 반사성 산란 요소 층(1050)에 접착될 수 있거나, 또는 이것은 약간의 수준의 탁도를 가질 수 있으며, 산란된 광이 대부분 반사성 산란 요소 층(1050)을 향해 전방 방향으로 있기만 하다면, 약간의 광 산란을 제공할 수 있다. 가변 굴절률 광 추출 층이 상부에 배치된 투명 기판(1040)은 접착제 층(1070)에 의해 도광체(1010)에 접합된다. 접착제 층(1070)은 도광체(1010) 내에서 전파되는 광의 파장 또는 파장들에 대해 선택적으로 낮은 탁도, 높은 광학 투명도 및 높은 투과율을 갖는다.

도 10c는 조명 조립체(1090)가 가변 굴절률 추출 층(1030)과 접착제 층(1070) 사이에 배치된 시일 층(1095)을 포함한다는 것을 제외하고는, 도 10a에 나타낸 조명 조립체(1000)와 유사한 조명 조립체(1090)를 나타낸다. 도 10d는 조명 조립체(1096)가 가변 굴절률 광 추출 층(1030)과 접착제 층(1060) 사이에 배치된 시일 층(1095)을 포함한다는 것을 제외하고는, 도 10b에 나타낸 조명 조립체(1080)와 유사한 조명 조립체(1096)를 나타낸다. 시일 층은 상기에 기재된 바와 같이 가변 굴절률 광 추출 층의 오염을 최소화하는 데 사용될 수 있다. 시일 층으로 사용될 수 있는 적합한 물질은 상기에 기재되어 있다.

일반적으로, 도 10a 내지 도 10d에 나타낸 조명 조립체에 있어서, 도광체(1010)에 인접한 접착제 층(1070)은 도광체의 굴절률과 대략적으로 동일하거나 또는 그보다 더 큰 굴절률을 가져야 한다. 도 10c에서, 시일 층(1095)은 도광체의 굴절률과 대략적으로 동일하거나 또는 그보다 더 큰 굴절률을 또한 가져야 한다.

일반적으로, 가변 굴절률 추출 층과 도광체 사이에 배치된 임의의 층은 도광체의 굴절률과 대략적으로 동일하거나 또는 그보다 더 큰 굴절률을 가져야 한다. 또한 일반적으로, 가변 굴절률 광 추출 층의 제2 영역은 도광체의 굴절률과 대략적으로 동일하거나 또는 그보다 더 큰 굴절률을 가져야 하며, 제1 영역은 도광체의 굴절률보다 더 작은 굴절률을 가져야 한다.

도 11은 가변 굴절률 광 추출 층(1130)에 광학적으로 결합된 도광체(1110)를 포함하는 조명 조립체(1100)를 나타내며, 가변 굴절률 광 추출 층 및 반사성 산란 요소가 광학적으로 결합되도록 추가 층(1190)이 가변 굴절률 광 추출 층과 반사성 산란 요소(1150) 사이에 배치된다. 추가 층은 UV 흡수제, UV 안정제, 염료, 하향 변환(down converting) 물질, 예를 들어 형광단, 나노인광체, 양자점, 또는 광학 광택제(optical brightener)와 같은 물질을 포함할 수 있다.

일반적으로, 가변 굴절률 광 추출 층과 반사성 산란 요소 사이에 배치된 임의의 층은 낮은 탁도, 높은 광학 투명도 및 높은 투과율을 가질 수 있거나, 또는 이것은 약간의 수준의 탁도를 가질 수 있으며, 산란된 광이 대부분 반사성 산란 요소를 향해 전방 방향으로 있기만 하다면, 약간의 광 산란을 제공할 수 있다. 일반적으로, 가변 굴절률 광 추출 층과 반사성 산란 요소 사이에 배치된 임의의 층은 추가 층에 대하여 상기에 기재된 물질을 포함할 수 있다. 일반적으로, 가변 굴절률 광 추출 층과 반사성 산란 요소 사이의 임의의 층은 UV 흡수제, UV 안정제, 염료, 하향 변환 물질, 예를 들어 형광단, 나노인광체, 양자점, 또는 광학 광택제와 같은 추가 물질을 포함할 수 있다. 반사성 산란 요소가 또한 UV 흡수제, UV 안정제, 염료, 하향 변환 물질, 예를 들어 형광단, 나노인광체, 양자점, 또는 광학 광택제와 같은 추가 물질을 포함할 수 있다.

도 12는 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하는 예시적인 광학 필름의 개략적 단면도를 나타낸다. 광학 필름(1200)은 투명 기판(1240) 상에 배치된 가변 굴절률 광 추출 층(1230)을 포함한다. 광학적으로 투명한 제1 접착제 층(1270)은 투명 기판의 반대쪽의 가변 굴절률 광 추출 층(1230) 상에 배치되며, 제1 이형 라이너(1275)는 층(1230)의 반대쪽의 층(1270) 상에 배치된다. 광학적으로 투명한 제2 접착제 층(1260)은 가변 굴절률 광 추출 층(1230)의 반대쪽의 투명 기판(1240) 상에 배치되며, 제2 이형 라이너(1265)는 투명 기판(1240)의 반대쪽의 층(1260) 상에 배치된다. 이 광학 필름(1200)은 도광체 및 반사성 산란 요소 층과 함께 사용되어, 일반 조명 (예를 들어, 작업 조명, 실내 조명, 언더 캐비넷 조명(under cabinet lighting), 및 자동차 내부 조명)에 있어서의 응용을 위한, 또는 후방조명 응용 (예를 들어, 모바일 핸드헬드(mobile handheld), 컴퓨터 모니터 및 노트북, 및 TV 및 디지털 사이니지(digital signage) 응용에 적합한 액정 디스플레이의 후방조명, 투과성인 임의의 다른 투명 디스플레이 타입 및 임의의 수단에 의해 만들어진 그래픽, 예를 들어 인쇄법에 의해 만들어진 그래픽의 후방조명)을 위한 조명 장치를 형성할 수 있거나, 또는 반사형 디스플레이 장치 및 그래픽에서 전방 광원으로서 사용되어 전방 조명식 반사형 디스플레이 장치 또는 그래픽을 형성할 수 있다.

이형 라이너는 전형적으로 접착제 층과 접촉시키기 위한 저접착성 표면을 갖는다. 제1 및/또는 제2 이형 라이너는 종이, 예를 들어, 크래프트지, 또는 중합체성 필름, 예를 들어, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리에스테르, 폴리올레핀, 셀룰로오스 아세테이트, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리우레탄 등을 포함할 수 있다. 이형 라이너는 실리콘-함유 재료 또는 플루오르화탄소-함유 재료와 같은 이형제(release agent)의 층으로 코팅될 수 있다. 이형 라이너는 실리콘-함유 재료로 코팅된, 폴리에틸렌으로 코팅된 중합체 필름 또는 종이를 포함할 수 있다. 예시적인 이형 라이너에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 상에 실리콘 이형 코팅을 갖는, 씨피 필름즈 인코포레이티드(CP Films Inc.)로부터 상표명 "T-30" 및 "T-10"으로 구매가능한 라이너가 포함된다. 예시적인 이형 라이너에는 구조화된 이형 라이너가 포함된다. 예시적인 이형 라이너에는 미세구조를 접착제 층의 표면 상에 부여하는 데 사용되는 미세구조화된 이형 라이너로 칭해지는 것들 중 임의의 것이 포함된다. 미세구조화된 표면은 접착제 층과 접착제 층이 적용된 표면 사이에서의 공기 방출(egress)을 도울 수 있다.

도 13a는 도광체에 광학적으로 결합된 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하는 예시적인 광학 필름 및 조명 용품의 개략적 단면도를 나타낸다. 광학 필름(1300)은 조명 용품(1301) 및 이형 라이너(1375)를 포함한다. 조명 용품(1301)은 투명 기판(1340) 상에 배치된 도광체(1310)를 포함하며, 보호용 외측 층(1330)은 투명 기판의 반대쪽의 도광체 상에 배치된다. 투명 기판(1340)의 반대면은 도광체(1310)에 광학적으로 결합된다. 가변 굴절률 광 추출 층(1350)은 도광체의 반대쪽의 투명 기판(1340) 상에 배치되며, 접착제 층(1070)은 투명 기판의 반대쪽의 가변 굴절률 광 추출 층 상에 배치된다. 이 실시 형태에서, 도광체(1310)는 바람직하게는 상기에 기재된 PSA를 포함한다. 광학 시일 층(1360)은 가변 굴절률 광 추출 층(1350)과 접착제 층(1370) 사이에 배치된다. 이형 라이너(1375)는 접착제 층(1370)의 외측 표면 상에 배치된다. 예시적인 시일 층 및 이형 라이너는 상기에 기재되어 있다.

조명 용품(1301)은 약 10% 미만의 탁도 값, 약 85% 초과의 광학 투명도 및 약 90% 초과의 광 투과율을 가질 수 있다. 일부 경우에, 조명 용품(1301)은 약 7% 미만의 탁도 값, 약 90% 초과의 광학 투명도 및 약 92% 초과의 광 투과율을 가질 수 있다. 광학 투과율, 투명도 및 탁도는 (비와이케이-가드너로부터 입수가능한) 헤이즈-가드 플러스 탁도 측정기를 사용하여 측정될 수 있다.

도 13b는 광원 및 반사성 산란 요소와 조합된, 도 13a에 나타낸 조명 용품을 포함하는 예시적인 조명 장치(1390)의 개략도를 나타낸다. 이형 라이너가 조명 용품(1301)으로부터 제거되며, 그 후 용품은 반사성 산란 요소(1380)에 적용된다.

상기에 기재된 조명 용품 또는 디스플레이 장치 중 임의의 것에 있어서, 상기 용품 또는 장치의 구조는 도면에 나타낸 바와 같이 평탄하거나 또는 평면형일 필요는 없다. 상기 용품 또는 장치의 구조는 관 형상으로 만곡되는 것까지를 포함해 만곡될 수 있으며, 단부로부터 조명될 수 있다. 상기 용품 또는 장치의 구조는 대안적으로는 형상화된 광 1 D 터널일 수 있다. 일반적으로, 상기 용품 및 장치의 구조는 복합 곡률을 포함하는 곡선의 형상을 취할 수 있으며, 곡선형 디스플레이와 일반 조명 및 장식 조명에서 응용을 가질 수 있다.

반사형 디스플레이는 관찰자를 향하여 상으로서 광을 반사하는 임의의 유형의 디스플레이를 포함할 수 있다. 반사형 디스플레이는 정보 디스플레이를 위해 주변 광에 의존하며 따라서 휴대용 전자 장비에 이상적인 장치인데, 그 이유는 반사형 디스플레이가 조명용 백라이트를 필요로 하지 않기 때문이다. 반사형 디스플레이는 넓은 범위의 응용에서 사용되며, 이는 핸드헬드 전자 장치, 예를 들어 전자책(e-book), 컴퓨터 모니터, 텔레비전, 계기판, 사이니지 등을 포함한다.

반사형 디스플레이는 액정의 광 조절 특성을 이용하는 평면 패널 디스플레이 유형인 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD)를 포함할 수 있다. LCD를 포함하는 전형적인 반사형 디스플레이는 한 쌍의 강성 기판 및/또는 가요성 기판을 포함하며, 이때 액정 재료는 상기 기판들 사이에 밀봉된다. 액정 재료는 투명 전극을 전형적으로 포함하는 디스플레이의 전방측을 통하여 관찰가능하다. 반사형 디스플레이의 경우에, 디스플레이의 후방을 형성하는 다른 기판이 반사성 표면을 제공한다. 간단히 말하면, LCD는, 액정 재료 중 액정 분자들이 디스플레이의 일부인 전극들 사이에서 생성된 인가된 전기장에 응답하여 그의 배좌를 변화시킬 때 작동한다. 반사형 디스플레이는 추가 부재 또는 재료, 예를 들어 반사 방지 필름, 배리어 필름 또는 휘도 향상 필름을 추가로 포함할 수 있다. 액정 재료는 중합체 매트릭스 중에 소적으로서 분산될 수 있으며; 이러한 유형의 디스플레이는 중합체 액정 디스플레이(polymer liquid crystal display; PDLC)로 공지되어 있다.

반사형 디스플레이는 종이 상의 통상적인 잉크의 외관을 모방하도록 설계된 전기영동 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 전기영동 디스플레이의 가장 간단한 구현예에서, 탄화수소유에 분산된 산화티타늄 입자와 어두운 색상의 염료 및 충전제의 혼합물은 두 전도성 플레이트 사이에 배치된다. 전압의 인가시에, 상기 입자는 디스플레이의 전면(관찰면)으로 전기영동에 의해 이동하며, 상기 디스플레이는 그 후 광의 산란으로 인하여 백색으로 보인다. 상기 입자가 디스플레이의 후방측에 위치할 때, 이것은 어둡게 보이며, 그 이유는 입사광이 유색 염료에 의해 흡수되기 때문이다. 따라서, 상은 반사 영역 및 흡수 영역에 의해 생성된다. 전기영동 디스플레이는 아마존 킨들(Amazon Kindle), 바네스 노블 눅(Barnes & Noble Nook) 및 소니 리더(Sony Reader)와 같은 장치에서 사용된다.

반사형 디스플레이는 전기유체 디스플레이를 포함할 수 있다. 전기유체 디스플레이의 일례로는 상대적으로 새로운 기술인, 원래 문헌["Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting" by R.A. Hayes and B.J.Feenstra, Nature, Vol. 425, 383-385 (25 September 2003)]에 기재되어 있고 리쿠아비스타 비브이(Liquavista BV)에 의해 발전된 전기습윤 디스플레이가 있다. 전기습윤 디스플레이는 투명 전극, 소수성 절연체, 유색 오일 층 및 물을 포함하며, 이는 유리 기판들 또는 중합체 기판들 사이에 샌드위치된다. 평형 상태에서, 유색 오일은 물과 소수성 절연체 사이에 안정한 연속 필름을 자연적으로 형성한다. 전압 차이가 소수성 절연체를 가로질러 인가될 때, 시스템은 물을 이동시켜 절연체와 접촉하게 하고 이럼으로써 오일을 변위시키고 하부 반사 표면을 노출시킴에 의해 그의 에너지를 낮춘다. 정전력과 표면 장력 사이의 균형은 오일이 얼마나 멀리 측면으로 이동되는지를 결정한다. 이러한 방식으로, 위에서 관찰할 때 당해 적층체의 광학 특성은 유색 오프-상태와 투명 온-상태 사이에서 계속하여 조정될 수 있되, 단, 픽셀은 눈이 광학 응답을 평균하도록 하기에 충분히 작다.

전기유체 디스플레이의 다른 예로는 문헌[J. Heikenfeld et al., Nature Photonics, Vol. 3, 292-296 (26 April 2009)]에 기재된 "아주 밝은 안료 분산물들의 영-라플라스 전위(Young-Laplace Transposition of Brilliant Pigment Dispersions)"를 이용하여 만들어진 전기유체 디스플레이가 있다. 이 기술은 감마 다이나믹스(Gamma Dynamics)에 의해 개발 중이다. 이 기술은 아주 밝은 색상의 안료 분산물들의 직접적 관찰을 제공하는 3차원 미세유체 디스플레이 장치이다. 기본적인 전기유체 구조는 몇몇 중요한 기하학적 특징부를 갖는다. 첫 번째의 것은 가시 영역의 5 내지 10% 미만으로 수성 안료 분산물을 수용할 저장부(reservoir)이다. 제2 특징부는 가시 영역의 80 내지 95%를 점유하는 표면 채널이며; 이는 적합한 자극이 가해질 때 상기 저장부로부터 안료 분산물을 받는다. 세 번째, 안료 분산물이 저장부를 떠날 때 비극성 유체 (오일 또는 가스)의 역류를 가능하게 하는, 장치를 둘러싸고 있는 덕트가 있다. 이들 특징부 전부는 단일 포토리소그래픽 또는 미세복제 단계에서 저렴하게 형성됨을 주지하는 것이 중요하다. 몇몇 추가 코팅 및 상부 기판이 저장부 구조체에 부가된다. 표면 채널은 먼저 전극 및 소수성 유전체로 이루어진 2개의 전기습윤 플레이트에 의해 속박된다. 상부 전기습윤 플레이트는 표면 채널이 육안으로 관찰될 수 있도록 투명 In₂O₃:SnO₂ 전극(ITO)으로 구성된다. 기저부 전기습윤 플레이트는 예를 들어 알루미늄으로 만들어진 고도 반사성 전극을 포함한다. 이 배열에서, 전압이 전혀 인가되지 않을 때, 순(net) 영-라플라스 압력은 안료 분산물이 공동을 점유하게 하며, 이는 안료 분산물에 더욱 큰 곡률 반경을 부여한다. 따라서, 평형에서, 안료 분산물은 저장부를 점유하며, 대체로 관찰되지 않는다. 이는 2개의 비누 버블을 빨대로 연결하는 것과 유사하며 - 더욱 큰 버블은 더욱 큰 곡률 반경 및 더욱 작은 영-라플라스 압력을 가짐 - , 따라서 더욱 작은 버블을 소모할 것이다. 전압이 2개의 전기습윤 플레이트와 안료 분산물 사이에 인가될 때, 순 영-라플라스 압력을 초과하는 전기기계적 압력이 유도되며, 안료 분산물은 표면 채널 내로 끌어당겨진다. 안료 분산물의 부피가 표면 채널의 부피보다 약간 더 크다면, 안료는 저장부 및 표면 채널 둘 모두에서 동시에 관찰가능할 것이며, 거의 전체 장치 영역이 안료의 색상을 나타낼 것이다. 전압이 제거되면, 안료 분산물은 저장부 내로 빠르게 (밀리초 내지 수십 밀리초) 되돌아온다. 따라서 스위치가능한 장치가 생성되며, 이는 안료를 숨기거나 또는 종이 상에 인쇄된 안료와 유사한 시각적 휘도를 갖는 안료를 나타낼 수 있다.

반사형 디스플레이는 반사된 광의 간섭을 통하여 다양한 색상을 생성할 수 있는 간섭 디스플레이를 포함할 수 있다. 하나의 유형의 간섭 디스플레이로는 퀄컴 엠이엠에스 테크놀로지즈(Qualcomm MEMS Technologies)에 의해 개발된, iMoD™ 요소를 기반으로 한 미라졸(Mirasol)(등록상표) 디스플레이가 있다. 이러한 유형의 간섭 요소는 투명 기판 상에 형성된, 정전기적으로 작동되는 쌍안정 MEMS 장치이다. 상기 요소는 부분 반사성 광학 적층체 위의, 거울로서의 역할을 하는 현수된 전도성 막으로 이루어진다. 상기 막과 상기 적층체 사이에는 수백 나노미터의 갭이 있으며, 상기 갭은 공기로 충전된다. 상기 거울로부터 반사되는 광과 부분 반사성 광학 적층체로부터 반사된 광 사이의 간섭은 색상을 생성하며, 상기 요소가 붕괴 상태로 있을 때 흑색이 감지된다. 유색 픽셀은 적색, 녹색 및 청색 파장에서 반사하도록 설계된, 상이한 에어 갭들을 갖는 요소를 갖는다.

반사형 디스플레이는 종이 상의 통상적인 잉크의 외관을 모방하도록 설계된 전자 종이 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 가이리콘(Gyricon)으로 칭해지는 제1 전자 종이는 지름이 75 내지 106 마이크로미터인 폴리에틸렌 구체들로 이루어진다. 각각의 구체는 일 면의 음으로 하전된 흑색 플라스틱과, 다른 면의 양으로 하전된 백색 플라스틱으로 구성된 야누스(janus) 입자이다 (따라서 각각의 비드는 쌍극자이다). 상기 구체들은 투명 실리콘 시트 내에 매립되며, 이때 각각의 구체는 오일 버블에 현탁되어 구체들이 자유롭게 회전할 수 있게 한다. 그 후 각각의 전극쌍에 인가된 전압의 극성은 백색 면이 위로 향할지 흑색 면이 위로 향할지를 결정하며, 이에 따라 흑색 또는 백색 외관을 픽셀에 제공한다.

일부 경우에, 디스플레이의 반사성 표면은 디스플레이의 반사성 부분과 장치의 상부 표면에 의해 규정되는 공동의 내부에 있다. 상부 표면들은 유리, 중합체 필름, 코팅, 또는 심지어 터치 활성 표면, 예를 들어 정전식 터치 스크린을 포함할 수 있다. 따라서 일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 조명 용품 (예를 들어, 조명 용품(1301))은 이들 외측 표면에 부착되며, 반사형 디스플레이의 반사성 요소에 직접적으로 부착되지는 않는다. 일반적으로, 조명 용품은, 도 13b에서 가변 굴절률 추출 층(1350)에 의해 도광체(1310)로부터 추출된 광이 반사형 디스플레이 장치의 반사성 표면에 전달된다는 점에서, 반사형 디스플레이 장치의 반사성 요소에 광학적으로 결합되어야 한다. 일부 경우에, 반사형 디스플레이의 상부 표면은, 디스플레이 장치의 상부 표면과 반사형 디스플레이 요소 사이에 에어 갭이 전혀 없다는 점에서, 디스플레이 장치의 반사형 디스플레이 요소의 반사성 표면에 광학적으로 결합된다. 일부 실시 형태에서, 디스플레이의 반사성 요소 위의, 반사형 디스플레이 장치의 상부 표면 및 다른 층들의 굴절률은 가변 굴절률 광 추출 층의 나노공극형 중합체성 제1 영역보다 더 큰 굴절률을 갖는다. 일부 경우에, 디스플레이의 반사성 표면 또는 요소 사이에 있는, 디스플레이 장치 내의 층들의 굴절률은 조명 용품(1301)의 도광체의 굴절률과 동일하거나 또는 그보다 더 크다. 일부 경우에, 디스플레이의 반사성 표면 또는 반사성 요소 사이에 있는 디스플레이 장치 내의 층들은 도광체보다 더 낮은 굴절률을 갖지만, 상기 굴절률은 도광체의 굴절률의 0.05 이내이거나 또는 도광체의 굴절률의 0.03 이내이다.

실시예

하기 재료들을 수령한 대로 사용하였다.

실시예 1

코팅 제형의 제조

상기 표에 나타낸 양에 따라 하기를 넓은 입구의(wide-mouth) 1 리터 갈색 병 내에 첨가하였다: 5.70 g의 CN 9893, 22.40 g의 SR 444, 5.84 g의 이르가큐어 184 및 1.12 g의 이르가큐어 819. 상기 병의 뚜껑을 닫고, 2시간 동안 진탕시켜 CN9893을 용해시켰다 (배치(batch)는 투명하다). 이 용액을 수지 프리믹스로 칭한다.

하기를 2000 mL 폴리 병에 첨가하였다: 482.84 g의 A-174 처리 날코 2327 및 상기 수지 프리믹스. 상기 두 성분은 상기 두 병 사이에서 배치를 왔다갔다 이동시킴으로써 혼합하였다. 배치가 2000 mL 병 내에 있는 상태로 종료한다. 상기 2000 mL 병에 이르가큐어 184 및 이르가큐어 819를 첨가하였다. 상기 용액을 30분 동안 진탕시켜 광개시제들을 용해시켰다. 생성된 배치는 반투명한 저점도 분산물이었다.

에틸 아세테이트 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르의 50/50 블렌드 (다우 케미칼(Dow Chemical)로부터 도와놀(DOWANOL) PM으로 입수가능함)를 이용하여 상기 배치를 대략 17.7 중량%의 고형물로 희석시켰다.

나노공극형 중합체 층의 제조

상기 코팅 제형을 3.1 m/ min의 라인 속도로 슬롯 다이를 이용하여 50 um PET 필름 (듀폰(DuPont)으로부터 입수가능한 멜리넥스(MELINEX) 617) 상에 코팅하였다. 습윤 코팅 두께는 대략 14 um였다. 불활성 챔버 (<50 ppm의 O₂) 내에서, 395 ㎚의 UV 방사선 및 850 mJ/㎠의 선량을 이용하여 동일한 라인 속도로 습윤 코팅을 부분적으로 인라인(in-line) 경화시켰다 (UV 방사선을 크리, 인크.(Cree, Inc.)로부터 입수가능한 UV-LED로 제공하였다). 그 후, 부분 경화된 코팅 샘플을 9 미터 오븐에서 70℃에서 그리고 질소-퍼징된 분위기 하에서 건조시키고, 236 와트/㎠ 퓨전(Fusion) H 전구 (퓨전 유브이 시스템즈, 인크.(Fusion UV Systems, Inc.)로부터 입수가능함)를 이용하여 마지막으로 경화시켰다. 생성된 나노공극형 중합체 층의 두께는 대략 2.5 um였다. 비와이케이-가드너의 헤이즈-가드 플러스 (미국 메릴랜드주 컬럼비아 소재)를 사용하여 측정할 경우, 투과율은 94.8%였고, 탁도는 0.66%였고, 투명도는 99.9%였다. 나노공극형 층의 굴절률은 메트리콘 프리즘 커플러(Metricon Prism Coupler; 미국 뉴저지주 페닝턴 소재의 메트리콘 코포레이션(Metricon Corporation))를 사용하여 측정할 경우 1.20 내지 1.22였다.

가변 굴절률 광 추출 층의 형성

나노공극형 중합체 층은 간접적 그라비어 인쇄 공정을 이용하여 UV 경화성 투명 잉크(미국 캔자스주 쇼니 소재의 나즈다르(Nazdar)로부터의 UV OP1005 GP 바니시(Varnish))를 이용하여 인쇄하였다. 200 um 폭의 선들의 구배 패턴을 갖는 플렉스그래픽 도구를, 광학 모델링 및 광선 추적에 의해 결정된 바와 같은 구배 선 패턴을 규정하는 pdf 상을 기초로 하여 (미국 미네소타주 브루클린 파크 소재의 서던 그래픽스 시스템즈(Southern Graphics Systems)에 의해) 제작하였다. 대략 9.65 um의 습윤 코팅을 제공하도록 그라비어 롤(피라미드형으로서 제곱 um당 9 세제곱 um)을 레이팅하였다. 인쇄 후 236 와트/㎠의 퓨전 H 전구 (퓨전 유브이 시스템즈, 인크.로부터 입수가능함)를 이용하여 질소-퍼징된 분위기 하에서 고강도 UV 경화를 이용하여 분당 10 m로 인쇄를 행하였다. 생성된 인쇄된 층은 하기를 포함하는 광학 필름이었다: 제1 굴절률을 갖고 나노공극형 중합체 재료를 포함하는 제1 영역, 및 나노공극이 경화 투명 잉크로 충전되거나 또는 부분 충전된, 제1 영역의 굴절률보다 더 큰 제2 굴절률을 갖는 제2 영역. 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 가변 굴절률 광 추출 층을 듀폰 617 PET 기판 상에 배치하였다. PET 상의 가변 굴절률 광 추출 층의 광학 특성을, 저밀도의 제2 고굴절률 영역의 면과 고밀도의 고굴절률 영역의 면의 두 면에서 비와이케이 가드너 헤이즈 가드 플러스를 이용하여 측정하였다. 상기 저밀도 면의 경우, 투과율은 94.9%였고, 탁도는 2.88%였고, 투명도는 99.2%였다. 상기 고밀도 면의 경우, 투과율은 94.4%였고, 탁도는 5.09%였고, 투명도는 97.6%였다 (투과율을 프레넬(Fresnel) 반사에 대하여 보정하지 않음을 주목하라). 경화 잉크의 굴절률은, 메트리콘 프리즘 커플러를 사용하여 평탄형 경화 샘플에서 측정할 경우 대략 1.525인 것으로 측정되었다 (굴절률 측정에 사용한 광의 파장은 589 ㎚였다).

전방 조명식 반사형 디스플레이 장치

PSA 층 (쓰리엠 컴퍼니로부터의 VHB 아크릴 테이프 4918)을 포함하는 도광체를 수득하였으며, 이는 면적이 90 ㎜ × 120 ㎜이고 두께가 2 ㎜였다. 도광체의 하나의 주 표면 상에 50 um PET 필름의 투명 보호 층을 배치하였다. 가변 굴절률 광 추출 층을 상부에 배치한 PET 기판을 도광체의 반대쪽 주 표면에 직접적으로 접착시켰다. 시일 층으로 작용하도록 감압 접착제 (일본 소재의 소켄 케미칼 앤드 엔지니어링 컴퍼니, 리미티드(Soken Chemical and Engineering Co.,Ltd.)로부터 입수가능한 소켄(SOKEN) 2147)를 가변 광 추출 층의 노출된 면에 접합시켰다. 상기 보호 층이 위로 향한 이 조립체를 자기-습윤 접착제를 사용하여 전기영동 전자책 (아마존(Amazon)의 킨들(Kindle))의 관찰 패널에 접착시켰다 (국제특허 출원 제US2010/031689호 및 국제특허 공개 WO 2009/085662호 참조).

광 엔진 조립체를 획득하였으며, 이것은 베젤(bezel) 내에 장착된 20개의 에지-방출 백색 LED (니치아(Nichia)로부터의 NSSW230T)로 이루어졌다. 다층 중합체성 미러 필름(쓰리엠 컴퍼니로부터의 비퀴티™ ESR)을 포함하는 2개의 반사기를 베젤 내에 또한 포함시켜 광학 웨지를 형성하여서 LED로부터 방출되는 광을 시준하였다. 대략 10°의 약간의 각도를 베젤 내에 형성하여 광학 시준을 제공하였다. LED 엔진으로부터의 광을 에어 갭 영역 내로 방출되도록 설계하여서, 광을 디스플레이의 수직 축의 좌측을 따라서 도광체의 에지 내로 초임계각으로 주입시켰다. 이는, 가변 굴절률 광 추출 층을 갖는 도광체 조립체를 통하여 볼 때 전방 광원 조립체가 디스플레이 상의 상에 부정적으로 영향을 주지 않는 전방 조명식 반사형 디스플레이 장치를 생성하였다 (즉, 상의 왜곡이 거의 없음 내지는 전혀 없음).

조명 장치의 LED를 켰으며, 이는 반사형 디스플레이 장치, 즉 반사형 디스플레이 패널의 균일한 조명을 생성하였으며, 이는 도 14a에서 알 수 있는 바와 같다.

비교예 1

가변 굴절률 광 추출 층을 포함하지 않는 전방 조명식 반사형 디스플레이 장치

PET 지지체 상의 가변 굴절률 광 추출 층을 포함시키지 않은 것을 제외하고는 실시예 1에 대하여 상기에 설명한 바와 같이 전방 조명식 반사형 디스플레이 장치를 조립하였다. PSA 도광체를 자기-습윤 접착제를 사용하여 전자책의 관찰 패널에 접착시켰다. (자기-습윤 접착제는 도광체를 이후에 전자책으로부터 제거할 때 조립체의 재생을 용이하게 하기 위하여 사용하였다). 도 14b는 전방 조명식 장치의 상을 나타내며, 디스플레이를 가로지른 휘도 균일성이 불량함이 즉각적으로 명백하다.

실시예 2

코팅 제형의 제조

상기 표에 나타낸 양에 따라 하기를 넓은 입구의 1 리터 갈색 병 내에 첨가하였다: 5.70 g의 CN 9893, 22.40 g의 SR 444, 5.84 g의 이르가큐어 184 및 1.12 g의 이르가큐어 819. 상기 병의 뚜껑을 닫고, 2시간 동안 진탕시켜 CN9893을 용해시켰다 (배치는 투명하다). 이 용액을 수지 프리믹스로 칭한다.

하기를 2000 mL 폴리 병에 첨가하였다: 482.84 g의 A-174 처리 날코 2327 및 상기 수지 프리믹스. 상기 두 성분은 상기 두 병 사이에서 배치를 왔다갔다 이동시킴으로써 혼합하였다. 배치가 2000 mL 병 내에 있는 상태로 종료한다. 상기 2000 mL 병에 이르가큐어 184 및 이르가큐어 819를 첨가하였다. 상기 용액을 30분 동안 진탕시켜 광개시제들을 용해시켰다. 생성된 배치는 반투명한 저점도 분산물이었다.

에틸 아세테이트 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르의 50/50 블렌드 (다우 케미칼로부터 도와놀 PM으로 입수가능함)를 이용하여 상기 배치를 대략 17.7 중량%의 고형물로 희석시켰다.

나노공극형 중합체 층의 제조

상기 코팅 제형을 3.1 m/ min의 라인 속도로 슬롯 다이를 이용하여 50 um PET 필름 (듀폰으로부터 입수가능한 멜리넥스 617) 상에 코팅하였다. 습윤 코팅 두께는 대략 8.1 um였다. 불활성 챔버 (<50 ppm의 O₂) 내에서, 395 ㎚의 UV 방사선 및 850 mJ/㎠의 선량을 이용하여 동일한 라인 속도로 습윤 코팅을 부분적으로 인라인 경화시켰다. (UV 방사선을 크리, 인크.로부터 입수가능한 UV-LED로 제공하였다). 그 후, 부분 경화된 코팅 샘플을 9 미터 오븐에서 70℃에서 그리고 질소-퍼징된 분위기 하에서 건조시키고, 236 와트/㎠ 퓨전 H 전구 (퓨전 유브이 시스템즈, 인크.로부터 입수가능함)를 이용하여 마지막으로 경화시켰다. 생성된 나노공극형 중합체 층의 두께는 1.3 um였다. 비와이케이-가드너의 헤이즈-가드 플러스 (미국 메릴랜드주 컬럼비아 소재)를 사용하여 측정할 경우, 투과율은 96.4%였고, 탁도는 1.33%였고, 투명도는 99.7%였다. 나노공극형 층의 굴절률은 메트리콘 프리즘 커플러(미국 뉴저지주 페닝턴 소재의 메트리콘 코포레이션)를 사용하여 589 ㎚에서 측정할 경우 1.20 내지 1.22였다.

가변 굴절률 광 추출 층의 형성

나노공극형 중합체 층은 간접적 그라비어 인쇄 공정을 이용하여 UV 경화성 투명 잉크(미국 캔자스주 쇼니 소재의 나즈다르로부터의 UV OP1005 GP 바니시)를 이용하여 인쇄하였다. 도 15a에 나타낸 바와 같이, x 방향으로 (좌측에서 우측으로) 제2 영역의 밀도 구배를 갖고, 패턴의 좌측 에지에서 y 방향으로 변화하는 밀도를 갖는 랜덤한 100 um의 구배 도트 패턴을 갖는 플렉스그래픽 도구를, 광학 광선 추적 모델링에 의해 결정된 도트 패턴을 규정하는 pdf 상을 기초로 하여 (서던 그래픽스 시스템즈에 의해) 제작하였다. 대략 9.65 um의 습윤 코팅을 제공하도록 그라비어 롤(피라미드형으로서 제곱 um당 9 세제곱 um)을 레이팅하였다. 인쇄 후 236 와트/㎠의 퓨전 H 전구 (퓨전 유브이 시스템즈, 인크.로부터 입수가능함)를 이용하여 질소-퍼징된 분위기 하에서 고강도 UV 경화를 이용하여 분당 10 m로 인쇄를 행하였다. 생성된 인쇄된 층은 하기를 포함하는 광학 필름이었다: 제1 굴절률을 갖고 나노공극형 중합체 재료를 포함하는 제1 영역, 및 나노공극이 경화 투명 잉크로 충전되거나 또는 부분 충전된, 제1 영역의 굴절률보다 더 큰 제2 굴절률을 갖는 제2 영역. 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 가변 굴절률 광 추출 층을 듀폰 617 PET 기판 상에 배치하였으며, 이를 도 15b에 나타낸다. PET 상의 가변 굴절률 광 추출 층의 광학 특성을, 저밀도의 제2 고굴절률 영역의 면과 고밀도의 고굴절률 영역의 면의 두 면에서 비와이케이 가드너 헤이즈 가드 플러스를 이용하여 측정하였다. 상기 저밀도 면의 경우, 투과율은 96.6%였고, 탁도는 3.56%였고, 투명도는 95.6%였다. 상기 고밀도 면의 경우, 투과율은 95.8%였고, 탁도는 6.82%였고, 투명도는 89.9%였다 (투과율을 프레넬 반사에 대하여 보정하지 않음을 주목하라). 경화 잉크의 굴절률은, 메트리콘 프리즘 커플러를 사용하여 평탄형 경화 샘플에서 측정할 경우 대략 1.525인 것으로 측정되었다 (굴절률 측정에 사용한 광의 파장은 589 ㎚였다).

전방 조명식 반사형 디스플레이 장치

PSA 층 (쓰리엠 컴퍼니로부터의 VHB 아크릴 테이프 4918)을 포함하는 도광체를 수득하였으며, 이는 면적이 90 ㎜ × 120 ㎜이고 두께가 2 ㎜였다. 도광체의 하나의 주 표면 상에 50 um PET 필름의 투명 보호 층을 배치하였다. 가변 굴절률 광 추출 층을 상부에 배치한 PET 기판을 도광체의 반대쪽 주 표면에 직접적으로 접착시켰다. 시일 층으로 작용하도록 감압 접착제 (일본 소재의 소켄 케미칼 앤드 엔지니어링 컴퍼니, 리미티드로부터 입수가능한 소켄 2147)를 가변 광 추출 층의 노출된 면에 접합시켰다. 상기 보호 층이 위로 향한 이 조립체를 자기-습윤 접착제를 사용하여 전기영동 전자책 (아마존의 킨들)의 관찰 패널에 접착시켰다 (국제특허 출원 제US2010/031689호 및 국제특허 공개 WO 2009/085662호 참조). 광 엔진 조립체를 만들었으며, 이것은 베젤 내에 장착된 3개의 에지-방출 백색 LED (니치아로부터의 NSSW230T)로 이루어졌다. 다층 중합체성 미러 필름(쓰리엠 컴퍼니로부터의 비퀴티™ ESR)을 포함하는 2개의 반사기를 베젤 내에 또한 포함시켜 광학 웨지를 형성하여서 LED로부터 방출되는 광을 시준하였다. 대략 10°의 약간의 각도를 베젤 내에 형성하여 광학 시준을 제공하였다. LED 엔진으로부터의 광을 에어 갭 영역 내로 방출되도록 설계하여서, 광을 디스플레이의 수평 상부 에지를 따라서 도광체의 에지 내로 초임계각으로 주입시켰다. 이는, 도 16a에서 볼 수 있는 바와 같이, 전방 광원이 꺼진 상태에서 가변 굴절률 광 추출 층을 갖는 도광체 조립체를 통하여 볼 때 전방 광원 조립체가 디스플레이 상의 상에 부정적으로 영향을 주지 않는 전방 조명식 반사형 디스플레이 장치를 생성하였다 (즉, 상의 왜곡이 거의 없음 내지는 전혀 없음).

조명 장치의 LED를 켰으며, 이는 반사형 디스플레이 장치, 즉 반사형 디스플레이 패널의 균일한 조명을 생성하였으며, 이는 도 16b에서 알 수 있는 바와 같다. 프로메트릭 카메라 (미국 워싱턴주 레드몬드 소재의 라디언트 이미징(Radiant Imaging)으로부터 입수가능함)를 이용하여 휘도 균일성을 조명된 장치에서 측정하였다. 도 17a는 전방 조명식 장치의 상 및 위치의 함수로서의 축방향 휘도의 선도를 나타낸다. 디스플레이 균일성은 식 ((max -min)/max × 100%)을 사용하여 측정할 경우 75% 초과이다.

비교예 2

가변 굴절률 광 추출 층을 포함하지 않는 전방 조명식 반사형 디스플레이 장치

PET 지지체 상의 가변 굴절률 광 추출 층을 포함시키지 않은 것을 제외하고는 실시예 2에 대하여 상기에 설명한 바와 같이 전방 조명식 반사형 디스플레이 장치를 조립하였다. PSA 도광체를 자기-습윤 접착제를 사용하여 전자책의 관찰 패널에 접착시켰다. (자기-습윤 접착제는 도광체를 이후에 전자책으로부터 제거할 때 조립체의 재생을 용이하게 하기 위하여 사용하였다). 프로메트릭 카메라 (미국 워싱턴주 레드몬드 소재의 라디언트 이미징(Radiant Imaging)으로부터 입수가능함)를 이용하여 휘도 균일성을 조명된 장치에서 측정하였다. 도 17b는 전방 조명식 장치의 상 및 위치의 함수로서의 축방향 휘도의 선도를 나타낸다. 디스플레이 균일성이 불량함이 즉각적으로 명백하다. 휘도 균일성은 식 ((max - min)/max × 100%)을 사용하여 측정할 경우 5% 미만이다.

실시예 3

코팅 제형의 제조

상기 표에 나타낸 양에 따라 하기를 넓은 입구의 1 리터 갈색 병 내에 첨가하였다: 5.70 g의 CN 9893, 22.40 g의 SR 444, 5.84 g의 이르가큐어 184 및 1.12 g의 이르가큐어 819. 상기 병의 뚜껑을 닫고, 2시간 동안 진탕시켜 CN9893을 용해시켰다 (배치는 투명하다). 이 용액을 수지 프리믹스로 칭한다.

하기를 2000 mL 폴리 병에 첨가하였다: 482.84 g의 A-174 처리 날코 2327 및 상기 수지 프리믹스. 상기 두 성분은 상기 두 병 사이에서 배치를 왔다갔다 이동시킴으로써 혼합하였다. 배치가 2000 mL 병 내에 있는 상태로 종료한다. 상기 2000 mL 병에 이르가큐어 184 및 이르가큐어 819를 첨가하였다. 상기 용액을 30분 동안 진탕시켜 광개시제들을 용해시켰다. 생성된 배치는 반투명한 저점도 분산물이었다.

에틸 아세테이트 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르의 50/50 블렌드 (다우 케미칼로부터 도와놀 PM으로 입수가능함)를 이용하여 상기 배치를 대략 17.7 중량%의 고형물로 희석시켰다.

나노공극형 중합체 층의 제조

상기 코팅 제형을 3.1 m/ min의 라인 속도로 슬롯 다이를 이용하여 50 um PET 필름 (듀폰으로부터 입수가능한 멜리넥스 617) 상에 코팅하였다. 습윤 코팅 두께는 대략 14 um였다. 불활성 챔버 (<50 ppm의 O₂) 내에서, 395 ㎚의 UV 방사선 및 850 mJ/㎠의 선량을 이용하여 동일한 라인 속도로 습윤 코팅을 부분적으로 인라인 경화시켰다. (UV 방사선을 크리, 인크.로부터 입수가능한 UV-LED로 제공하였다). 그 후, 부분 경화된 코팅 샘플을 9 미터 오븐에서 70℃에서 그리고 질소-퍼징된 분위기 하에서 건조시키고, 236 와트/㎠ 퓨전 H 전구 (퓨전 유브이 시스템즈, 인크.로부터 입수가능함)를 이용하여 마지막으로 경화시켰다. 생성된 나노공극형 중합체 층의 두께는 2.3 um였다. 비와이케이-가드너의 헤이즈-가드 플러스 (미국 메릴랜드주 컬럼비아 소재)를 사용하여 측정할 경우, 투과율은 95.8%였고, 탁도는 2.49%였고, 투명도는 99.9%였다. 나노공극형 층의 굴절률은 메트리콘 프리즘 커플러(미국 뉴저지주 페닝턴 소재의 메트리콘 코포레이션)를 사용하여 589 ㎚에서 측정할 경우 1.20 내지 1.22였다.

가변 굴절률 광 추출 층의 형성

나노공극형 중합체 층은 간접적 그라비어 인쇄 공정을 이용하여 UV 경화성 투명 잉크(미국 캔자스주 쇼니 소재의 나즈다르로부터의 UV OP1005 GP 바니시)를 이용하여 인쇄하였다. 랜덤한 100 um 구배 도트 패턴을 갖는 플렉스그래픽 도구를, 광학 광선 추적 모델링에 의해 결정된 도트 패턴을 규정하는 pdf 상을 기초로 하여 (서던 그래픽스 시스템즈에 의해) 제작하였다. 대략 9.65 um의 습윤 코팅을 제공하도록 그라비어 롤(피라미드형으로서 제곱 um당 9 세제곱 um)을 레이팅하였다. 인쇄 후 236 와트/㎠의 퓨전 H 전구 (퓨전 유브이 시스템즈, 인크.로부터 입수가능함)를 이용하여 질소-퍼징된 분위기 하에서 고강도 UV 경화를 이용하여 분당 10 m로 인쇄를 행하였다. 생성된 인쇄된 층은 하기를 포함하는 광학 필름이었다: 제1 굴절률을 갖고 나노공극형 중합체 재료를 포함하는 제1 영역, 및 나노공극이 경화 투명 잉크로 충전되거나 또는 부분 충전된, 제1 영역의 굴절률보다 더 큰 제2 굴절률을 갖는 제2 영역. 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 가변 굴절률 광 추출 층을 듀폰 617 PET 기판 상에 배치하였다. PET 상의 가변 굴절률 광 추출 층의 광학 특성을, 저밀도의 제2 고굴절률 영역의 면과 고밀도의 고굴절률 영역의 면의 두 면에서 비와이케이 가드너 헤이즈 가드 플러스를 이용하여 측정하였다. 상기 저밀도 면의 경우, 투과율은 96.2%였고, 탁도는 5.64%였고, 투명도는 97.5%였다. 상기 고밀도 면의 경우, 투과율은 95.8%였고, 탁도는 9.18%였고, 투명도는 94.4%였다 (투과율을 프레넬 반사에 대하여 보정하지 않음을 주목하라). 경화 잉크의 굴절률은, 메트리콘 프리즘 커플러를 사용하여 평탄형 경화 샘플에서 측정할 경우 대략 1.525인 것으로 측정되었다 (굴절률 측정에 사용한 광의 파장은 589 ㎚였다).

실시예 4

광학 특성을 평가하기 위하여 실시예 1 내지 실시예 3으로부터의 광학 필름들 (PET 상의 가변 굴절률 광 추출 층) 각각을 사용하여 2개의 상이한 광학 용품을 조립하였다.

시일 층을 갖는 가변 굴절률 광 추출 층의 광학 특성:

가변 굴절률 광 추출 층의 노출된 표면 (PET 기판의 반대쪽 면) 상에 시일 층을 라미네이션함으로써 제1 광학 용품을 형성하였다. 시일 층은 감압 접착제 (일본 소재의 소켄 케미칼 앤드 엔지니어링 컴퍼니, 리미티드로부터 입수가능한 소켄 2147)였다. 소켄 PSA 시일 층의 반대면에 50 마이크로미터 PET 필름을 라미네이션시켰다. 실시예 1 내지 실시예 3으로부터의 가변 굴절률 광 추출 층을 사용하는 광학 용품 각각에 있어서, 투과율, 탁도 및 투명도를, 저밀도의 제2 고굴절률 영역의 면과 고밀도의 고굴절률 영역의 면의, 가변 굴절률 광 추출 층의 두 면에서 비와이케이 가드너 헤이즈 가드 플러스를 이용하여 측정하였다. 측정 결과를 각각 표 1 및 표 2에 나타낸다.

가변 굴절률 광 추출 층을 갖는 도광체 조립체의 광학 특성:

점탄성 도광체를 가변 굴절률 광 추출 층의 노출된 표면 (PET 기판의 반대쪽 면) 상에 라미네이션함으로써 제2 광학 용품을 형성하였다. 점탄성 도광체는 두께가 2 ㎜인 감압 접착제(PSA) (쓰리엠 컴퍼니로부터의 VHB 아크릴 테이프 4918)였다. 도광체의 주 표면 반대쪽에 50 um PET 필름의 투명 보호 층을 배치하였다. 실시예 1 내지 실시예 3으로부터의 가변 굴절률 광 추출 층을 사용하는 광학 용품 각각에 있어서, 투과율, 탁도 및 투명도를, 저밀도의 제2 고굴절률 영역의 면과 고밀도의 고굴절률 영역의 면의, 가변 굴절률 광 추출 층의 두 면에서 비와이케이 가드너 헤이즈 가드 플러스를 이용하여 측정하였다. 측정 결과를 각각 표 3 및 표 4에 나타낸다. 표 5는 광학 구성에서 사용한 PET 필름 (듀폰 617)에 대한, 그리고 PET가 양 표면에 라미네이션된 PSA 도광체에 대한 기준 측정치를 나타낸다.

본 명세서에 인용된 모든 참고 문헌 및 공보는 그들이 본 발명과 직접적으로 모순될 수 있는 경우를 제외하고는, 명백히 전체적으로 본 개시 내용에 참고로 포함된다. 특정의 실시 형태들이 본 명세서에 예시되고 기술되어 있지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 대안 및/또는 등가의 구현이 도시되고 기술된 특정의 실시 형태를 대신할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 본 출원은 본 명세서에 기술된 특정 실시 형태의 임의의 적응 또는 변형을 포함하도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 오직 특허청구범위 및 그의 등가물에 의해서만 한정되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

1. 전방 조명식(front-lit) 반사형 디스플레이 조립체로서,
   반사형 디스플레이와;
   도광체(lightguide) 및 가변 굴절률 광 추출 층을 포함하는 조명 용품을 포함하며, 가변 굴절률 광 추출 층은 도광체 및 반사형 디스플레이에 광학적으로 결합되고, 가변 굴절률 광 추출 층은 제1 영역 및 제2 영역을 가지며, 제1 영역은 나노공극형(nanovoided) 중합체 재료를 포함하고, 제2 영역은 나노공극형 중합체 재료 및 추가 재료를 포함하며, 제1 영역 및 제2 영역은, 광원에 의해 방출되고 도광체 내로 주입되는 광에 대해, 가변 굴절률 광 추출 층이 제1 영역 및 제2 영역의 기하학적 배열에 기초해 소정의 방식으로 광을 선택적으로 추출하도록 배치되는 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
2. 제1항에 있어서, 제1 영역은 제1 굴절률을 가지며, 제2 영역은 제2 굴절률을 갖고, 제1 굴절률과 제2 굴절률 사이의 차이는 약 0.03 내지 약 0.5인 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
3. 제1항에 있어서, 제1 영역의 제1 굴절률은 약 1.4 미만인 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
4. 제1항에 있어서, 제1 영역의 공극 부피는 약 20 내지 약 60%인 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
5. 제1항에 있어서, 제1 영역은 탁도가 약 5% 미만이며 투명도가 약 90% 초과인 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
6. 제1항에 있어서, 제2 영역의 공극 부피는 약 20% 미만인 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
7. 제1항에 있어서, 가변 굴절률 광 추출 층의 광 투과율은 약 90% 초과인 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
8. 제1항에 있어서, 가변 굴절률 광 추출 층은 탁도가 약 10% 미만이며 투명도가 약 90% 초과인 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
9. 제1항에 있어서, 제2 영역은 상기 층의 횡단면(transverse plane)을 가로질러 패턴으로 배열된 복수의 제2 영역을 포함하는 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
10. 제1항에 있어서, 조명 용품은 도광체와 가변 굴절률 광 추출 층 사이에 배치된 투명 기판을 추가로 포함하는 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
11. 제1항에 있어서, 조명 용품은 투명 기판을 추가로 포함하며, 가변 굴절률 광 추출 층은 투명 기판 상에 배치되고, 투명 기판과 조합된 가변 굴절률 광 추출 층은 탁도가 약 10% 미만이며, 투명도가 약 85% 초과이고, 광 투과율이 약 90% 초과인 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
12. 제1항에 있어서, 조명 용품은 가변 굴절률 광 추출 층과 반사형 디스플레이 사이에 배치된 추가 층을 추가로 포함하는 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
13. 제1항에 있어서, 반사형 디스플레이는 LCD 패널을 포함하는 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
14. 제1항에 있어서, 반사형 디스플레이는 중합체 분산형 액정 디스플레이 패널을 포함하는 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
15. 제1항에 있어서, 반사형 디스플레이는 전기영동 디스플레이 패널을 포함하는 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
16. 제1항에 있어서, 반사형 디스플레이는 전기유체 디스플레이(electrofluidic display)를 포함하는 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
17. 제1항에 있어서, 반사형 디스플레이는 전기습윤 디스플레이(electrowetting display)를 포함하는 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
18. 제1항에 있어서, 반사형 디스플레이는 간섭 디스플레이(interferometric display)를 포함하는 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체.
19. 광원 및 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 전방 조명식 반사형 디스플레이 조립체를 포함하며, 광원은 도광체에 광학적으로 결합되는 전방 조명식 반사형 디스플레이 장치.
20. 전방 조명식 반사형 디스플레이로서,
    제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 조명 용품과,
    도광체에 광학적으로 결합된 광원과,
    가변 굴절률 광 추출 층에 광학적으로 결합된 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항의 반사형 디스플레이들 중 어느 하나를 포함하는 전방 조명식 반사형 디스플레이.

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