KR20240025560A - 도광체 및 도광체를 사용한 디스플레이 스크린 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2 개의 메인 면을 구비하는 도광체(1)에 관한 것이다. 각각의 메인 면은 이를 둘러싸는 적어도 하나의 가장자리(3)를 구비하며, 상기 메인 면들은 상기 가장자리(3)들에서 가로면(8)에 의해 연결된다. 상기 도광체는 상기 메인 면들 중 적어도 하나 상 및/또는 상기 메인 면들 및 상기 가로면(8)들에 의해 둘러싸인 부피 내에 복수의 3차원 형상의 광 아웃커플링 소자(4, 5)를 포함한다. 상기 광 아웃커플링 소자(4, 5)들은 미리 결정된 분포 패턴에 따라 분포된다. 상기 도광체(1)에 커플링된 광은 아웃커플링 소자(4, 5)에 유입되거나 조사되지 않는 한, 내부 전반사에 의해 전파되고, 아웃커플링의 경우, 상기 2 개의 메인 면 중 하나는 다른 하나보다 더욱 바람직하다. 본 발명에 따르면, 상기 복수의 아웃커플링 소자(4, 5)는 여러 개의 아웃커플링 소자(4, 5) 그룹으로 분할되고, 각각의 그룹은 다른 그룹 각각에 상보적이다. 각각의 그룹의 멤버는 공통 특성 블레이즈 각도(11) 및 공통 특성 아웃커플링 성질을 갖고, 상기 공통 특성 블레이즈 각도 및 상기 공통 특성 아웃커플링 성질은 상기 다른 그룹들의 상기 멤버들의 상기 특성 아웃커플링 성질들 및 블레이즈 각도(11)들과 상이하므로, 광은 상이한 각도 분포로 아웃커플링된다. 이는 상기 도광체(1)를 디스플레이에 사용할 때 시각적 경험에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 가시 아티팩트의 수를 줄인다.

Description

도광체 및 도광체를 사용한 디스플레이 스크린

본 발명은 2 개의 메인 면을 구비하는 도광체에 관한 것으로, 각각의 메인 면은 이를 둘러싸는 적어도 하나의 가장자리를 구비하고, 상기 메인 면들은 가로면을 통해 가장자리들에 연결된다. 상기 도광체는 상기 메인 면들 중 적어도 하나 상에 및/또는 상기 메인 면들 및 상기 가로면들에 의해 둘러싸인 부피 내에 3차원 형상의 복수의 광 아웃커플링 소자를 포함한다. 상기 광 아웃커플링 소자들은 미리 결정된 분포 패턴에 따라 분포된다. 상기 도광체는 상기 2 개의 메인 면을 통해 상기 도광체를 통과하는 광에 대해 적어도 70%의 투명도를 갖는다.

분포 패턴은 미리 결정되어, 가로면 중 적어도 하나에서 도광체에 커플링되고 전파되어 아웃커플링 소자에 유입되거나 조사되기 전에 도광체 내에서 내부 전반사에 의에 반사되는 광에 대해, 2 개의 메인 면 중 바람직한 하나의 메인 면이 2 개의 메인 면 중 다른 하나의 메인 면보다 더 많은 양의 광을 아웃커플링하도록 한다. 도광체의 주어진 재료와 파장 범위 및 아웃커플링 소자의 주어진 구조에 대해, 시판되는 광학 설계 프로그램(예: 시놉시스(Synopsys)의 광 모델링 도구(LightTools)(백라이트 패턴 최적화))를 사용하여 직접 분포 패턴을 미리 결정한다.

아웃커플링 소자는 메인 면 중 적어도 하나에 수직인 평면에 종단면을 구비한다. 종단면은 적어도 3 개의 모서리 및 상기 모서리들을 연결하는 적어도 3 개의 연결선을 갖는 근사 다각형으로 형성된다. "근사 다각형"이라는 용어는 다음과 같은 제조 상의 결함을 고려한다. 비록 다각형은 수학적 의미에서 여러 개의 직선으로 구성되고, 상기 직선들은 동일한 수의 모서리로 연결되어 폐쇄된 다각형 루프를 형성하나, 아웃커플링 소자의 종단면은 단지 다각형과 유사하다. 제조 공정으로 인해 연결선의 형상은 특히 두 연결선이 교차하는 모서리 영역에서 이상적인 직선으로부터 벗어나 약간의 곡률이 있을 수 있는 바, 즉, 연결선은 곧지 못하고 약간 휘어진 선일 수 있다. 상기 모서리들은 뾰족하지 않고 둥글게 형성되어 있다. 적어도 3 개의 연결선 중 하나는 적어도 하나의 직선 세그먼트를 포함하는 선정선이다. 적어도 하나의 메인 면의 평면에 대한 직선 세그먼트의 방향은 굴절 및/또는 반사를 통해 내부 전반사를 간섭하고 제1 아웃커플링 각도 범위를 정의하는 방식으로, 블레이즈 각도를 정의하고 이를 통해 특성 아웃커플링 성질을 정의한다. 따라서, 블레이즈 각도는 제1 아웃커플링 각도 범위를 특성 아웃커플링 성질로 판정한다. 대부분의 아웃커플링 소자에 대해, 어느 하나의 아웃커플링 소자는 임의의 다른 아웃커플링 소자와 적어도 1마이크로미터만큼 분리된다. 진정한 직선 및 예각을 갖는 아웃커플링 소자는 포토리소그래피 또는 임의의 다른 공정으로 제조되는 것이 불가능하기 때문에, 적어도 모서리는 둥글다. 따라서 적어도 모서리 영역에서, 직선은 이상적인 형태에서 벗어나 곡률을 나타낸다. 아웃커플링 소자의 치수에 따라 이러한 곡률은 아웃커플링 소자의 치수가 매우 작을 때 최대 20%의 선 길이를 구성할 수 있다. 제조 공정으로 인한 이러한 결함은 "직선"이라는 용어에 포함되는 공차로 이해된다. 그러나, 둥근 모서리의 경우에도 특히 블레이즈 각도를 정의하는 선은 적어도 하나의 직선 세그먼트를 포함한다. 그 후, 적어도 하나의 메인 표면의 평면에 대한 이러한 직선 세그먼트의 방향으로 블레이즈 각도를 정의한다.

이러한 유형의 아웃커플링 소자는 종래 기술에 공지되어 있으며, 일반적으로 다른 평평한 표면의 오목부로 구현된다. 예를 들어, US 2018/0088270 A1에서, 특히 도 5A에 전형적인 실시예가 도시되어 있다. 그러나, 종래 기술의 적용에 있어서, 이러한 또는 유사한 아웃커플링 소자를 사용하는 도광체는 아웃커플링 소자의 분포가 균일한 휘도를 위해 보정되더라도 균일한 방식으로 광을 방출하지 않는다. 조명원으로부터의 광은 일반적으로 가로면에서 도광체에 커플링된다. 이러한 가로면 근처에서, 도광체를 육안으로 검사할 때 핫스팟(작은 어두운 영역으로 구분된 밝은 점)을 식별할 수 있으며; 핫스팟은 각각 가로면 또는 가장자리를 따라 접속된다. 또한, 도광체는 다음과 같은 색 분산을 나타낸다. 다색 조명의 경우, 무지개와 같은 패턴을 형성하는 밝은 줄무늬와 어두운 줄무늬는 가로면의 가장자리에 평행되는 메인 표면에서 연장되고, 가장자리에 수직인 메인 표면에서 일 방향으로 번갈아 나타난다. 이러한 도광체를 디스플레이에 사용하면, 관찰자의 시각적 인상이 간섭을 받게 된다. 그러나, 종래 기술에서는 핫스팟 및 색 분산 아티팩트를 제거하여 시각적 인상을 개선하는 어떠한 조치도 개시되지 않았다.

EP 2 474 846 A1에서는 복수의 이러한 아웃커플링 유닛을 포함하는 방향성 광 아웃커플링 시스템의 일부를 형성하기 위한 회절 광 아웃커플링 유닛이 개시된다. 상기 회절 광 아웃커플링 유닛은 회절 표면 릴리프 패턴을 수용하고 광을 수송하기 위한 캐리어 소자를 포함한다. 상기 회절 표면 릴리프 패턴은 캐리어 소자의 미리 결정된 표면 상에 정의된 복수의 연속적인 회절 표면 릴리프 형태를 포함한다. 상기 회절 표면 릴리프 패턴은 상기 복수의 연속 회절 표면 릴리프 형태 중 적어도 2 개의 표면 릴리프 형태의 상호 작용을 통해 이에 입사된 광을 커플링하여, 콜리메이터를 통해 아웃커플링되는 광의 방향성을 향상시키도록 구성되며, 여기서 회절되는 입사광의 여러 광선은 상기 상호 작용 동안 적어도 제1 표면 릴리프 형태를 통과한다. 전술한 아티팩트를 방지하기 위한 어떠한 조치도 취해지지 않았다.

EP 1 016 817 A1에는 도광관이 개시되었는데, 상기 도광관은 적어도 하나의 광원을 통해 평판 디스플레이의 백라이트를 제공하여 상기 도광관이 특정 패턴을 포함하는 후원면을 갖도록 한다. 이러한 패턴은 디스플레이 방향에서 광을 전도하는 회절 성질을 가지며, 상기 패턴들은 도광관 표면에 특정 분포를 갖는 균일하고 서로 다른 영역을 포함한다. 도광관의 로컬 아웃커플링 효율은 패턴의 특성 성질에 의존하고, 상기 특성 성질들은 광원과의 거리 또는 파장에 의존한다. 위에서 언급한 핫스팟 및 무지개와 같은 특징과 같은 아티팩트의 가능성은 논술되지 않았다.

US 6,773,126 B1에는 광원 및 상기 광원에 작동 가능하게 연결된 패널 소자를 포함하는 광 패널이 설명되어 있다. 상기 패널 소자는 실질적으로 투명한 투광성 재료를 도파 패널로 포함하고, 상기 광원으로부터 수신된 빔은 상기 도파 패널 내부에서 전반사에 의해 전파된다. 회절 아웃커플링 시스템은 상기 패널 소자에서 상기 패널 소자의 광 표면 위쪽에 구성되고, 상기 패널 소자 내부로부터 상기 빔들을 아웃커플링하도록 작동된다. 상기 회절 아웃커플링 시스템은 복수의 로컬 래스터 소자를 포함한다. 상기 로컬 래스터 소자들은 복수의 구성들을 가지며, 회절 효율이 위치에 따라 변하도록 최적화된다. 위에서 언급한 바와 같은 아티팩트 및 상기 아티팩트들을 줄이거나 피할 수 있는 가능성은 논술되지 않았다.

US 9,261,639 B1에는 광학 디스플레이 장치가 개시되었는데, 상기 광학 디스플레이 장치는 광원, 픽셀형 디스플레이 패널 및 상기 광원으로부터 광을 수집하여 내부 전반사를 통해 광을 수송하기 위한 도광체를 포함한다. 상기 도광체의 제1 메인 표면은 오목 영역을 포함하고, 상기 오목 영역들은 원형 기반 프로파일(예: 1/4원 프로파일)을 구비하여 광을 상기 도광체로부터 상기 픽셀형 디스플레이 패널로 반사시킨다. 상기 도광체의 상기 제1 표면의 적어도 일부를 덮는 제1 광학층은 상기 도광체의 상기 제1 표면에 포함된 상기 오목 영역들을 채운다. 상기 도광체의 제2 표면의 적어도 일부를 덮는 제2 광학층은 상기 반사된 광을 상기 픽셀형 디스플레이 패널로 투사한다. 또한, 위에서 언급한 아티팩트는 논술 주제가 아니다.

마지막으로, WO 2019/087118 A1에는 광 분포 구조 및 도광체와 같은 관련 소자가 설명되어 있다. 상기 구조는 바람직하게는 적어도 하나의 특징 패턴의 광학 기능층을 포함하고, 다음 파라미터, 즉 단면 프로파일, 치수, 주기성, 방향 및 특징 패턴 내 배치 중 적어도 하나에서 가변적인 복수의 3차원 광학 특징에 의해 투광 캐리어에 적어도 하나의 특징 패턴을 구축한다. 예를 들어, 광학 특징은 하나의 수평 표면 및 기본적 수직 표면에서 내부 전반사 기능을 구축할 있는 내부 광학 캐비티로 구현된다. 여기에서도 위에서 언급한 핫스팟 및 무지개와 같은 특징과 같은 아티팩트의 가능성이 논술되지 않았다.

공지된 종래 기술에서, 아웃커플링 구조와 관련된 아티팩트(예: 핫스팟 및 무지개와 같은 특징)는 (관찰된 경우) 주목을 받지 못하여 이러한 아티팩트를 줄이거나 방지하기 위해 적용할 수 있는 어떠한 조치도 설명되지 않았다.

물론, 도광체와 추가 광학층(예: 확산층 또는 프리즘 시트)을 커플링하는 것도 가능하다. 그러나, 이러한 조치는 디스플레이에 통합된 층 어셈블리의 두께를 증가시킬 뿐만 아니라 밝기 및/또는 각도 휘도 분포도 감소시킬 수 있다. 특히, 층 어셈블리의 두께는 오늘날의 적용에서 갈수록 중요한 특징이므로 추가 층의 사용은 단점이 될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 처음에 이미 언급한 바와 같이 특히 디스플레이 스크린에서 도광체를 사용할 때 추가 광학층을 포함하지 않고 핫스팟 또는 무지개 특징과 같은 아티팩트를 방지하거나 적어도 줄이기 위해 도광체를 개선하는 것이다.

이 목적은 복수의 아웃커플링 소자를 적어도 2 개의 아웃커플링 소자 그룹으로 분할함으로써 달성된다. 각각의 그룹은 다른 그룹 각각에 상보적인데, 이는 무작위로 선정된 아웃커플링 소자가 아웃커플링 소자 그룹 중 하나에만 속한다는 것을 의미한다. 각각의 아웃커플링 소자 그룹의 멤버는 앞서 언급한 바와 같이 공통 특성 블레이즈 각도를 갖고 이에 따라 공통 특성 아웃커플링 성질을 갖는다. 공통 특성 블레이즈 각도 및 공통 특성 아웃커플링 성질은 다른 그룹의 멤버의 특성 아웃커플링 성질 및 블레이즈 각도와 상이한데, 즉, 각각의 아웃커플링 소자 그룹은 자신의 고유한 블레이즈 각도를 가지며 이에 따라 아웃커플링 성질을 갖는다. 이로 인해 광은 상이한 아웃커플링 소자 그룹에 대해 상이한 각도 분포로 아웃커플링된다. 따라서, 각각의 아웃커플링 소자 그룹은 특정 각도 분포(특히 제1 각도 범위)로 광의 아웃커플링을 담당한다. 이러한 상이한 광 각도 분포는 적어도 부분적으로 혼합되어 최소화되거나 종래 기술과 비교하여 적어도 아웃커플링되는 광 특성의 시각적 아티팩트(특히, 무지개와 같은 특징 및 핫스팟)를 최소한 줄인다.

상이한 아웃커플링 소자를 포함하는 그룹은 동일한 크기일 수 있고, 각각의 그룹은 동일한 수의 아웃커플링 소자를 포함하지만 이는 필수 조건이 아니며, 상기 그룹들은 상이한 수의 아웃커플링 소자를 포함할 수 있다. 실제로, 상기 수들은 상당한 차이가 있을 수 있다. 결과를 개선하기 위해서는 2 개의 아웃커플링 소자 그룹만 정의하는 것으로 충분하며, 여기서 상기 그룹들 중 하나는 전체 아웃커플링 소자(즉, 상기 복수의 아웃커플링 소자)의 99%를 포함하고, 다른 그룹은 전체 아웃커플링 소자의 1%만을 포함한다. 그러나, 시각적 아티팩트를 방지하는 결과는 아웃커플링 소자 중 더 많은 아웃커플링 소자를 다른 그룹에 할당함으로써 더욱 개선될 수 있다. 그룹 크기 간의 관계가 최적화 공정에서 미리 정의된 경우, 이는 대략 동일한 수의 소자를 가진 그룹에서 시작된다.

아웃커플링 각도 분포는 적어도 제1 각도 범위로 구성되고, 상기 제1 각도 범위는 종단면의 평면 상에서의 투영에 의해 정의되지만, 바람직하게는 상기 아웃커플링 각도 분포는 제2 각도 범위로 구성되고, 상기 제2 각도 범위는 메인 면 상에서의 투영에 의해 정의된다. 2 개의 각도 범위는 모두 특정 아웃커플링 성질이다. 그러나, 제2 각도 범위는 아래에서 더 설명되는 바와 같이 블레이즈 각도에 의존하지 않는다. 제1 각도 범위의 크기는 주로 입사광의 각도 스펙트럼에 의존한다. 전체 아웃커플링 소자 그룹은 적어도 제1 각도 범위에서 상이하지만, 바람직하게는, 아웃커플링 소자 그룹은 제1 각도 범위와 제2 각도 범위에서 모두 상이하며, 이는 제1 각도 범위 또는 제2 각도 범위 중 어느 하나에서만 상이한 경우에 비해, 아티팩트를 더 잘 감소시킨다.

앞서 언급한 바와 같이, 종단면은 적어도 3 개의 모서리 및 동일한 수의 연결선을 갖는 근사 다각형으로 형성된다. 유리한 구체예에서, 근사 다각형은 정확히 3 개의 연결선에 의해 연결되는 3 개의 모서리를 구비한다. 또한, "다각형에 근사하도록 형성된다"라는 용어는 이상적인 형태를 의미하며, 제조 상의 결함으로 인한 공차를 포함한다. 미세한 척도에서, 5 nm 내지 10 nm 사이의 표면 거칠기가 가능하다. 제1 연결선은 메인 면 중 하나에 평행되는 평면에 위치하는 직선 세그먼트를 구비하는 기준선이다. 제2 연결선은 제1 연결선과 75° 내지 90° 사이의 각도, 바람직하게는 85° 내지 89° 사이의 각도, 특히 88°의 각도를 이루도록 구성된다. 마지막으로, 선정선인 제3 연결선은 제1 연결선 및 제2 연결선의 먼 단부에 연결된다. 상기 제3 연결선은 제1 연결선과 함꼐 블레이즈 각도를 둘러싸서 특성 아웃커플링 성질을 정의한다. 각각의 제1 연결선 및 제3 연결선 및 바람직하게는 또한 제2 연결선도 일반적으로 상기 선의 전체 길이의 적어도 60% 길이를 갖는 적어도 하나의 직선 세그먼트를 포함하고, 상기 직선 세그먼트는 각 선 중심의 양측으로 연장된다. 그러나, 제조 상의 이유로 인해 제2 연결선은 실제로 대부분의 선을 따라 매우 약간의 곡률을 갖는 "S" 커브로 형성될 수 있으므로, 직선 세그먼트를 정의하기 어렵다. 이 경우 제2 연결선, 특히 제1 연결선과의 각도를 적절하게 정의하기 위해, 이는 제2 연결선의 중심에서 취한 접선에 대응되는 근사 직선으로 근사화된다. 이러한 형상의 아웃커플링 소자를 포함하는 도광체는 휘어진 연결선을 갖는 도광체보다 제조하기 더 쉽다. 그러나, 상기 제조 상의 결함을 고려하여, 상기 연결선들은 최적화 공정에서 최대 5차 지수 함수 또는 다항 함수로 근사화될 수 있다. 어느 경우든, 제조 상의 결함으로 인해 미리 결정된 공차 내에서 직선과의 편차가 있을 수 있으며 이를 포함할 수 있다.

각 그룹의 아웃커플링 소자 중 각각의 3차원 형상은 종단면이 종단면에 수직인 평면에서 종단면에 평행되나 종단면의 외부에 있는 중심 축선을 중심으로 0°와 다른 각도, 바람직하게는 5° 내지 25° 사이의 부분 회전 각도로 부분적으로 회전하여 정의된다. 종단면이 직각 삼각형 형상인 경우, 중심 축선은 제2 연결선에 평행된다.

부분 회전 각도는 기본적으로 제2 각도 범위의 크기를 정의하고, 블레이즈 각도는 기본적으로 제1 각도 범위를 판정하며, 상기 제1 각도 범위는 제3 연결선에 의해 정의된 표면에 입사하는 광의 각도에 의존한다. 특히, 블레이즈 각도는 상이한 아웃커플링 소자 그룹에 따라 상이하다. 예를 들어, 제1 그룹에서 블레이즈 각도는 53°이지만 제2 그룹에서 블레이즈 각도는 57°일 수 있다. 2 개의 그룹 모두 대략 동일한 수의 아웃커플링 소자를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 그룹은 표준 블레이즈 각도가 55°인 아웃커플링 소자를 포함하고, 이는 자동차 산업에서 사용되는 도광체의 각도 분포를 최적화하는 데 특히 유용하다. 다른 그룹은 표준 블레이즈 각도 55°를 중심으로 바람직하게 대칭적으로 분포되는 블레이즈 각도(예를 들어, 제2 그룹 및 제3 그룹에서 각각 54° 내지 56°, 또는 53° 내지 57°)를 갖는 아웃커플링 소자를 포함한다. 더 많은 아웃커플링 소자 그룹은 예를 들어 표준 블레이즈 각도(반드시 55°일 필요는 없음)를 중심으로 -3°, -2°, 0°, 2° 및 3°의 편차를 갖는 총 5개 그룹에 의해 정의될 수 있다. 각 그룹은 전체 아웃커플링 소자의 약 20%를 포함할 수 있다.

아웃커플링 소자의 적어도 하나의 그룹에 아웃커플링 소자를 제공할 수도 있으므로, 적어도 상기 아웃커플링 소자 그룹들 중 하나의 아웃커플링 소자에 대해, 블레이즈 각도는 부분적으로 회전된 두 단부 위치 사이에서 연속적 또는 이산적으로 변한다. 이러한 특정 구체예는 아티팩트 감소를 더욱 향상시키는 데 도움이 된다는 사실 외에도 제조업체의 측면에서 다음과 같이 유용하다. 블레이즈 각도가 변하는 아웃커플링 소자를 사용함으로써, 생산하기 더 쉬운 하나의 아웃커플링 소자 그룹만 사용할 수 있다. 이는 2 개의 아웃커플링 소자 그룹만 구현되되, 제2 그룹은 빈 그룹이므로 멤버가 없는 본 발명의 특별한 경우이다. 실제로 하나의 그룹만 존재한다. 그러나, 이러한 특정 구체예는 하나의 아웃커플링 소자 그룹 또는 더 많은 아웃커플링 소자 그룹에 적용될 때, 마찬가지로 아티팩트를 효과적으로 줄인다.

도광체는 일반적으로 투명한 열가소성 재료 또는 열탄성 플라스틱 재료 또는 유리로 구성된다. 아웃커플링 소자는 각 공간 방향에서 최대 100 μm, 바람직하게는 1 μm 내지 30 μm 사이의 최대 치수를 갖는다. 이러한 방식으로, 도광체를 사용할 때 아웃커플링 소자 자체가 관찰자에게 보여지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 각각의 아웃커플링 소자의 치수가 LC 패널의 서브 픽셀보다 작은 경우, 여러 아웃커플링 소자는 서브 픽셀을 덮을 수 있는데, 이는 소위 색상 깜박임을 줄이거나 방지하는 데 도움이 된다.

적어도 하나의 아웃커플링 소자 그룹의 아웃커플링 소자는 메인 면 중 적어도 하나로부터 돌출되거나 상기 적어도 하나로 연장된다. 대안적 또는 조합적으로, 아웃커플링 소자는 마이크로프리즘으로 성형될 수도 있다. 또한, 적어도 하나의 아웃커플링 소자 그룹의 아웃커플링 소자는 도광체 내부의 캐비티로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 캐비티들은 진공화되거나, 도광체 재료의 굴절률 또는 헤이즈 값과 다른 굴절률 및/또는 헤이즈 값을 갖는 재료로 채워진다. 굴절률의 경우, 캐비티 내부의 굴절률은 바람직하게는 도광체에서 캐비티 외부의 굴절률보다 낮고, 헤이즈 값의 경우, 캐비티 내부의 헤이즈 값은 바람직하게는 도광체에서 캐비티 외부의 헤이즈 값보다 높다. 물론 다른 방식으로 각각의 아웃커플링 소자 그룹을 구현할 수도 있다. 예를 들어, 제1 아웃커플링 소자 그룹은 메인 면 중 하나로 연장될 수 있고, 제2 그룹은 메인 면 중 하나로부터 돌출되는 마이크로프리즘으로 성형될 수 있으며, 제3 그룹은 캐비티로 형성되는 아웃커플링 소자를 포함한다. 도광체가 다른 광학층의 스택 내의 소자인 경우, 상기 스택 내의 도광체의 높이를 가능한 한 작게 유지하는 것이 물론 유리하며, 바람직하게는 도광체 내의 캐비티보다 제조하기 더 쉬운 아웃커플링 소자를 메인 면으로 연장시키는데, 이는 도광체가 제조된 후 상기 아웃커플링 소자들이 적용될 수 있기 때문이다.

적어도 하나의 메인 면 상 및/또는 도광체의 부피 내에서 아웃커플링 소자의 분포 패턴은 바람직하게는 미리 결정되어, 아웃커플링 소자를 통해 2 개의 메인 면 중 적어도 하나에서 적어도 60%, 바람직하게는70% 또는 그 이상의 휘도 균일성으로 광을 아웃커플링하도록 한다. 이러한 백색 균일도의 경우, 이러한 도광체가 구비된 장치의 사용자에게 아티팩트는 더 이상 방해가 되는 방식으로 보이지 않는다. 분포 패턴은 시판되는 광학 아날로그 프로그램(예: 시놉시스의 광 모델링 도구인 "백라이트 패턴 최적화” 모듈)에 의해 미리 결정될 수 있고, 상기 광학 아날로그 프로그램들은 최적화 공정을 위한 입력과 같은 조건을 포함할 수 있다. 휘도 균일성은 90 cm 거리에서 메인 면에 수직으로 위치결정된 카메라를 사용하여 9점 절차를 통해 측정된다. 참조로서, 국제 디스플레이 계측 협의회에서 발행한 정보 디스플레이 측정 표준 제8장(2021년 6월 1일 버전 1.03)을 참조한다.

예를 들어, 분포 패턴을 선택하여 광이 도광체에 커플링되는 가로면(2 개의 아웃커플링 소자 그룹이 사용되는 경우)에 약 50% 내지 50%에 근접하는 관계로 두 그룹의 소자를 제공하고, 상기 가로면으로부터의 거리가 증가함에 따라, 그룹 중 하나의 소자가 다른 그룹보다 지배적이 되어 100% 내지 0%의 관계로 지속적으로 증가하도록 한다. 이는 이러한 도광체를 통합한 디스플레이의 미리 결정된 시야각 영역의 전체 휘도를 증가시킨다. 이러한 방식으로 분포 패턴을 선택함으로써, 도광체에 커플링된 광의 각도 스펙트럼이 광이 입력 커플링되는 가로면 및 상기 가로면과 대향되는 가로면 사이에서 변하는 경우도 고려할 수 있다.

또한, 아웃커플링 소자 각각은 도광체의 전체 헤이즈에 어느 정도 기여한다. 바람직한 구체예에서, (i) 적어도 하나의 메인 면 상 및/또는 도광체의 부피 내에서 아웃커플링 소자의 분포 패턴, (ii) 아웃커플링 소자의 수 및 (iii) 이의 치수;는 미리 결정되어, 메인 면 중 하나의 적어도 50%에 30% 또는 그 이하의 평균 헤이즈가 생성되도록 한다. 여기서, 헤이즈 값은 ASTM D 1003-13의 공정 A에 따라 측정된다.

본 발명은 또한 전술한 도광체를 포함하는 디스플레이 스크린에 관한 것이다. 도광체 외에, 디스플레이 스크린은 가로면 중 적어도 하나에서 도광체에 커플링될 광을 방출하는 하나 이상의 광원을 더 포함한다. 상기 디스플레이 스크린은 관찰자의 시각에서 볼 때 도광체의 전면에 위치하는 투과형 디스플레이 패널을 더 포함한다. 투과형 디스플레이 패널과 도광체는 일반적으로 공기층만으로 분리되거나 서로 광학적으로 접합되며, 대부분의 경우, 디스플레이 패널과 도광체 사이에는 다른 광학층이 배치되지 않는다.

도광체는 아웃커플링 소자를 포함하고, 일반적으로, 투과형 디스플레이 패널은 픽셀을 포함한다. 이 경우, 아웃커플링 소자의 공간적 확장은 균일성을 더 높이고 비교도 또는 색상 깜박임을 줄이거나 제거하기 위해 데카르트 공간 내 각 차원의 픽셀의 공간적 확장보다 작다. 투과형 디스플레이 패널이 서브 픽셀로 구성된 픽셀을 포함하는 경우, 아웃커플링 소자의 공간적 확장은 바람직하게는 데카르트 공간 내 각 차원의 서브 픽셀의 공간적 확장보다 작다.

위에서 언급한 특징 및 아래에 설명될 특징은 언급된 조합뿐만 아니라 본 명세서에 설명된 본 발명의 틀을 벗어나지 않고 상이한 조합 또는 개별적으로 적용됨을 이해해야 한다.

이하, 본 발명에 필수적인 특징뿐만 아니라 다른 특징들도 도시하는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명할 것이다. 도면에 도시된 구체예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로 본 발명을 도면에 제한하는 것으로 간주해서는 안된다. 예를 들어, 복수의 소자 또는 구성요소를 갖는 구체예에 대한 설명은 본 발명을 실시하기 위해서는 이러한 모든 소자 또는 구성요소가 존재해야 한다는 의미로 해석되어서는 안된다. 실제로, 상이한 구체예는 대안적인 소자 또는 구성요소, 더 적은 수의 소자 또는 구성요소 또는 추가 소자 또는 구성요소를 포함할 수 있다. 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 상이한 구체예의 소자 또는 구성요소는 서로 조합될 수 있다. 상기 구체예들 중 하나와 관련하여 설명된 수정 및 변화는 다른 구체예에도 적용될 수 있다. 중복을 방지하기 위해, 동일한 소자 또는 상이한 도면의 관련 소자에는 동일한 부호를 부여하였으며, 중복되는 설명은 생략한다.
도 1은 도광체의 저면도를 도시한다.
도 2는 도광체를 관통하는 단면을 도시한다.
도 3의 A) 내지 도 3의 C)는 이상적인 형상을 갖는 아웃커플링 소자를 도시한다.
도 4의 A) 내지 도 4의 C)는 포토리소그래피에 의해 제조된 아웃커플링 소자를 도시한다.
도 5의 A), 도 5의 B)는 상이한 제1 각도 범위를 갖는 2 개의 아웃커플링 소자를 도시한다.
도 6의 A), 도 6의 B)는 상이한 제2 각도 범위를 갖는 도 6의 아웃커플링 소자를 도시한다.
도 7은 도광체를 갖는 디스플레이를 도시한다.

도 1은 도광체(1)를 도시하며, 상기 도광체는 2 개의 메인 면, 즉 바닥부 메인 면 및 상부 메인 면을 구비한다. 여기에는 바닥부 메인 면(2)이 도시되어 있으나, 다른 구성에서는 상부 메인 면일 수도 있다. 각각의 메인 면은 이를 둘러싸는 적어도 하나의 가장자리를 구비한다. 도 1의 실시예에서, 바닥부 메인 면(2) 및 상부 메인 면은 상기 메인 면들을 둘러싸는 4 개의 가장자리(3)를 구비한다. 도광체(1)를 둘러싸는 가장자리(3)의 형상은 주로 도광체(1)의 사용 목적에 의존한다. 예를 들어, ATM 또는 랩톱 컴퓨터에서 형상은 대부분 도 1에 도시된 형상과 유사하다. 그러나, 자동차에서 형상은 가장자리가 둥글거나 가장자리 형상이 다른 설계를 어느 정도 따라야 한다. 도시된 실시예에서, 도광체(1)는 판형이고, 2 개의 메인 면은 평면이며 서로 평행된다. 다른 구체예에서, 메인 면은 곡률을 가질 수 있거나 및/또는 쐐기형을 형성할 수 있다. 가장자리(3)에서, 메인 면은 가로면에 의해 연결되고, 상기 가로면들은 도 1에 도시된 실시예에서 종이 평면에 수직되도록 구성된다. 도광체(1)는 2 개의 메인 면을 통해 상기 도광체를 통과하는 광에 대해 적어도 70%의 투명도를 갖는다.

도광체(1)는 메인 면 중 적어도 하나에 복수의 3차원 형상의 광 아웃커플링 소자(4, 5)를 포함한다. 도 1의 실시예에서, 광 아웃커플링 소자(4, 5)는 바닥부 메인 면(2)에만 위치한다. 도광체의 다른 구체예는 추가적 또는 대안적으로 상부 메인 면에 광 아웃커플링 소자(4, 5)를 포함한다. 추가적 또는 대안적으로, 메인 면 및 가로면에 의해 둘러싸인 부피 내에 상기 복수의 광 아웃커플링 소자(4, 5)를 제공할 수도 있다. 대부분의 아웃커플링 소자(4, 5)에 대해, 어느 하나의 아웃커플링 소자(4, 5)는 임의의 다른 아웃커플링 소자(4, 5)와 적어도 1마이크로미터만큼 분리된다. 아웃커플링 소자(4, 5)는 바닥부 메인 면(2)에 수직인 평면에 종단면을 구비한다. 종단면은 3 개의 모서리 및 상기 모서리들을 연결하는 3 개의 연결선을 갖는 근사 다각형으로 형성된다. 3 개의 연결선 중 하나는 선정선으로, 상기 선정선은 전체 길이에 걸쳐 직선이 아닌 경우 적어도 하나의 직선 세그먼트를 포함한다. 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 바닥부 메인 면(2)에 대한 직선 세그먼트의 방향은 굴절 및/또는 반사를 통해 내부 전반사를 간섭하고 제1 아웃커플링 각도 범위를 정의하는 방식으로 블레이즈 각도를 정의하며 이를 통해 특성 아웃커플링 성질을 정의한다.

상기 복수의 아웃커플링 소자(4, 5)는 여러 개의 아웃커플링 소자(4, 5) 그룹으로 분할된다. 각각의 그룹은 다른 그룹 각각에 상보적이고, 각각의 그룹의 멤버는 공통 특성 블레이즈 각도를 가지므로 적어도 하나의 공통 특성 아웃커플링 성질을 가지며, 상기 공통 특성 블레이즈 각도 및 상기 적어도 하나의 공통 특성 아웃커플링 성질은 다른 그룹의 멤버의 특성 아웃커플링 성질 및 블레이즈 각도와 상이하다. 결과적으로, 각각의 아웃커플링 소자가 속한 그룹에 따라 광은 상이한 각도 분포로 아웃커플링된다. 도 1의 구체예에는 2 개의 아웃커플링 소자 그룹, 즉 제1 아웃커플링 소자(4)를 구비한 제1 그룹 및 제2 아웃커플링 소자(5)를 구비한 제2 그룹이 존재한다. 그러나, 도광체(1)에 2개 이상의 아웃커플링 소자 그룹을 구현할 수도 있다.

광 아웃커플링 소자(4, 5)(또는 아웃커플링 소자(4, 5)로 약칭함)는 분포 패턴에 따라 분포되고, 상기 분포 패턴은 예를 들어 위에서 언급한 시판되는 광학 설계 프로그램에 의해 미리 결정되어, 가로면 중 적어도 하나에서 도광체(1)에 커플링되고 전파되어 아웃커플링 소자(4, 5)에 유입되거나 조사되기 전에 도광체(1) 내에서 내부 전반사에 의해 반사되는 광에 대해, 2 개의 메인 면 중 바람직한 하나의 메인 면이 상기 2 개의 메인 면 중 다른 하나의 메인 면보다 더 많은 양의 광을 아웃커플링하도록 한다. 내부 전반사의 경우, 광은 제한된 각도 범위로만 도광체에 커플링되어야 한다.

광 아웃커플링 소자(4, 5)가 바닥부 메인 면(2)에 위치하는 도 1에 도시된 구체예에서, 상부 메인 면이 바닥부 메인 면(2)보다 더 많은 양의 광을 아웃커플링하는 것이 바람직하다. 이는 도 1과 유사한 도광체(1)를 통과하는 단면을 도시하는 도 2에 더 자세히 설명되어 있다. 그러나, 도 2에서는 단지 더 나은 이해를 위해 아웃커플링 소자(4 및 5)가 서로 등거리에 배치되지만 실제로는 그렇지 않다. 도 1과 관련하여 이러한 단면은 종이 평면에 수직이며, 바닥부로부터 상부까지는 도 2의 좌측으로부터 우측까지에 대응된다. 도 2의 좌측에는 빔(7)을 따라 광을 방출하는 광원(6)이 배치되어 있고, 상기 빔들은 가로면(8)을 통과하여 도광체(1)로 유입된다. 도 1과 관련하여, 상기 가로면(8)은 바닥부 메인 면(2)의 하부 가장자리(3)에 위치될 것이다. 광원(6)은 단일 빔을 방출하지 않고, 가로면의 주요 부분을 따라 광을 방출한다는 점에 유의해야 한다. 이는 도 2에서 종이 평면에 수직인 상이한 깊이에 대응되는 여러 개의 빔(7)(실선 빔, 쇄선 빔 및 점 쇄선 빔)으로 부호화된다. 빔(7)은 광이 아웃커플링 소자(4, 5) 없이 아웃커플링되지 않고 전파되어 도광체(1)를 통과하도록 허용하는 작은 각도 범위 내에서 방출되는데, 이는 각도 스펙트럼은 광이 평면의 메인 면에서 내부 전반사를 격도록 허용하는 각도에 의해 제한되기 때문이라는 점에 추가로 유의해야 한다. 광원(6)과 대향되는 가로면은 일반적으로 광 손실을 최소화하기 위해 반사 코팅층을 구비할 수 있다.

그러나, 제1 아웃커플링 소자(4) 및 제2 아웃커플링 소자(5)가 존재하므로, 광은 도광체(1)로부터 아웃커플링된다. 실선 빔(7)은 가로면(8)에서 도광체(1)로 유입된다. 상기 실선 빔은 역시 실선으로 그려진 가장 왼쪽의 아웃커플링 소자(4)에서 내부 전반사를 거친다. 광은 특정 각도로 반사되므로, 상기 광은 도광체(1)의 상부 메인 면을 통과하여 소정의 각도로 상기 도광체를 이탈할 수 있다. 이는 다른 제1 아웃커플링 소자(4)에서 반사되는 쇄선 빔(7)에도 마찬가지로 적용되며, 상기 제1 아웃커플링 소자는 종이 평면에서 볼 때 도광체(1)에서 더 깊은 곳에 위치한다. 마지막으로, 점 쇄선으로 도시된 빔(7)은 제2 아웃커플링 소자(5)에서 반사되고, 상기 제2 아웃커플링 소자는 도광체(1)의 깊이 차원에 대해 도광체(1)의 다른 2 개의 광 아웃커플링 소자(4) 사이에 위치한다. 그러나, 제2 아웃커플링 소자(5)는 제1 아웃커플링 소자(4)의 형상과 약간 다른 형상을 갖는다. 따라서, 제1 아웃커플링 소자(4)에서 반사되는 광과 비교하여 반사 각도가 상이하며, 점 쇄선 빔(7)은 상이한 각도로 도광체를 이탈한다. 아웃커플링 소자의 미리 결정된 분포와 함께 핫스팟 또는 무지개와 같은 특징과 같은 아티팩트를 줄이는 데 도움이 된다.

광 아웃커플링 소자(4, 5)는 각 공간 방향에서 일반적으로 최대 치수가 100 μm이지만, 바람직하게 최대 치수는 1 μm 내지 30 μm 사이이다. 도 1 및 도 2에 도시된 구체예에서 상기 광 아웃커플링 소자들은 오목부로 형성되어 바닥부 메인 면(2)으로 연장되지만, 상기 아웃커플링 소자들은 2 개의 메인 면에 형성되거나 도광체 내부의 캐비티로 형성될 수도 있다. 상기 광 아웃커플링 소자들은 돌출부로 형성되거나 및/또는 마이크로프리즘으로 성형될 수도 있다. 아웃커플링 소자가 캐비티로 형성되면, 이러한 캐비티들은 진공화되거나, 도광체(1) 재료의 굴절률 또는 헤이즈 값과 다른 굴절률 및/또는 헤이즈 값을 갖는 재료로 채워진다. 도광체(1)는 열가소성 재료(예를 들어, PMMA, 폴리카보네이트, PMMI)로 제조되거나 유리로 제조될 수도 있다. 적어도 2 개의 아웃커플링 소자 그룹이 상이한 유형의 아웃커플링 소자를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제1 아웃커플링 소자 그룹은 메인 면 중 적어도 하나로부터 돌출부로 형성된 아웃커플링 소자를 포함할 수 있고, 제2 그룹의 아웃커플링 소자는 도광체(1) 내부의 캐비티로 형성되며, 제3 그룹의 아웃커플링 소자는 2 개의 메인 면 중 적어도 하나의 오목부로 형성된다.

도 1에 도시된 구체예에의 바닥부 메인 면(2)에서, 2 개의 메인 면 중 적어도 하나 상 및/또는 도광체(1) 부피 내의 아웃커플링 소자(4, 5)의 분포 패턴은 바람직하게는 미리 결정되어, 아웃커플링 소자(4, 5)를 통해 2 개의 메인 면 중 적어도 하나(여기서는 상부 메인 면)에서 적어도 60%의 휘도 균일성으로 광을 아웃커플링하도록 한다.

바람직하게는, 아웃커플링 소자(4, 5) 각각은 도광체(1)의 전체 헤이즈에 기여하고, 바닥부 메인 면(2)의 아웃커플링 소자(4, 5)의 분포 패턴, 아웃커플링 소자(4, 5)의 수 및 이의 치수는 미리 결정되어, 상부 메인 면(즉, 아웃커플링 소자(4, 5)가 위치결정된 면과 대향되는 면)의 적어도 50%에서 30% 또는 그 이하의 평균 헤이즈가 생성되도록 한다. 이러한 방식으로, 각각의 아웃커플링 소자는 도광체(1)의 전체 헤이즈에 기여한다. 예를 들어, 헤이즈는 ASTM D 1003-13에 따라 측정할 수 있다.

이하에서는 아웃커플링 소자(4 및 5)에 대해 더 자세히 설명한다. 도 3은 이상적인 형상을 갖는 아웃커플링 소자(4 또는 5)를 도시한다. 도 3의 A)는 아웃커플링 소자의 투시도를 도시하고, 도 3의 B)는 상부 또는 바닥부로부터의 투영도를 도시하며, 도 3의 C)는 도 3의 B)에 표시된 점 쇄선을 따라 얻어진 커플링 소자(4, 5)의 종단면을 도시한다.

종단면은 항상 도 3의 B)에 도시된 평면(즉, 유입점과 이탈점 사이의 최단 거리와 일치하는 방향, 도 3의 B)의 점 쇄선을 따름)을 따라 아웃커플링 소자를 통과하는 단면을 의미하므로, 단면의 면적이 가장 작다. 도 3의 B)에서 투영된 아웃커플링 소자의 곡선은 공통 중심점을 갖는 원호 형상을 가지므로, 단면 평면은 접선에 수직으로 2 개의 원호로 절단된다.

그러나, 제조 공정(예를 들어, 광학 포토리소그래피 기술을 사용하여 광학 도구를 형성하고 나노임프린팅 및/또는 사출 성형 공정을 사용하여 도광체를 생산함)의 제한으로 인해, 도 3의 A) 내지 도 3의 C)에 도시된 이상적인 구조를 제조하기 매우 어렵다. 따라서, 아웃커플링 소자(4, 5)의 실제 구조는 이상적인 형상에서 어느 정도 벗어나며, 도 4의 A) 내지 도 4의 C)에 도시된 형상과 더 유사해 보인다. 특히, 도 4의 C)에 도시된 종단면에서 볼 수 있듯이 모서리가 둥글다.

일반적으로, 각각의 아웃커플링 소자(4, 5)는 메인 면 중 적어도 하나에 수직인 평면에 (예를 들어) 도 3의 C) 또는 도 4의 C)에 도시된 바와 같은 종단면을 구비하고, 여기서 상기 종단면은 적어도 3 개의 모서리 및 상기 모서리들을 연결하는 적어도 3 개의 연결선을 갖는 근사 다각형으로 형성되며, 상기 연결선들은 휘어지거나 곧다. 도 3의 C)의 종단면에는 직선에 의해 연결되는 3 개의 모서리가 구비된다. 한편, 도 4의 C)에 도시된 더 실제적인 종단면에는 둥근 모서리가 구비된다. 기본적인 다각형은 광학 효과가 동등한 두 가지 방식으로 정의될 수 있는데, 이는 이러한 효과(예: 아래에 자세히 설명됨)가 모서리의 실제 형상에 의존하지 않기 때문이다. 첫 번째 가능성은 직선 또는 직선의 세그먼트를 서로 교차할 때까지 추가로 연장시켜 도 3의 C)에 도시된 형상을 이루는 것이다. 두 번째 가능성은 다량의 짧은 직선을 통해 둥근 모서리를 근사하게 얻는 것이다. 무한히 짧은 선의 한계 내에서, 함수(예를 들어, 다항식 함수)로 둥근 모서리를 근사하게 얻을 수 있다. 도 4의 C)에 도시된 종단면에서, 아웃커플링 소자(4, 5)는 도광체(1)의 오목부로 형성되며, 여기서 바닥부 메인 면(2)의 평면은 종이 평면에 수직되고 아웃커플링 소자(4, 5)의 수평 기준선(9)(종이 평면에 대해)을 포함한다. 메인 면으로부터 돌출된 아웃커플링 소자는 동일한 형상을 갖는다. 아웃커플링 소자가 도광체(1)의 부피 내에 있는 경우, 2 개의 하부 모서리는 반대로 오목면 형상을 갖게 되고, 상기 2 개의 하부 모서리는 도 4의 C)의 아웃커플링 소자 내에서 볼 수 있듯이 볼록면 형상을 갖는다.

도 3 및 도 4의 아웃커플링 소자(4, 5)는 종단면을 구비하고, 상기 종단면은 도 4에서 3 개의 모서리를 구비하는 다각형에 근접할 뿐이다. 상기 모서리들은 연결선에 의해 연결된다. 제1 연결선은 메인 면 중 하나(여기서는 바닥부 메인 면(2))에 평행되는 평면에 위치하는 기준선(9)이다. 아웃커플링 소자가 오목부로 형성된 경우, 제1 연결선은 직선이고, 다른 구체예에서, 상기 제1 연결선은 적어도 하나의 직선 세그먼트를 포함한다.

제2 연결선(12)은 기준선(9)과 75° 내지 90° 사이의 각도를 이루도록 구성된다. 도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서, 상기 각도는 90°이다. 그러나, 실천에 따르면, 90° 미만, 특히 85° 내지 89° 사이 범위 내(예를 들어 88°)의 각도를 선택하는 것이 바람직하다. 어떠한 경우에도 상기 각도는 광이 제2 연결선(12)의 회전에 의해 정의된 표면에 조사될 수 없도록 선택되어야 한다. 실제로, 제2 연결선은 약간의 곡률을 나타낼 수 있고, "S" 형태를 가지며, 여기서 표면 거칠기와 직선 형태의 편차는 5 nm 내지 10 nm범위 내에 있는 것으로 간주할 수 있다. 그 후, 위에서 설명한 바와 같이 상기 각도를 판정한다.

제3 연결선(13)은 기준선(9)과 제2 연결선(12)의 먼 단부를 연결한다. 제3 연결선(13)은 선정선이고, 기준선(9)과 함께 블레이즈 각도(11)를 둘러싸서 특성 아웃커플링 성질을 정의한다. 제3 연결선(13)이 휘어진 경우, 상기 제3 연결선에 포함되는 직선 세그먼트(10)는 제3 연결선(13) 전체 길이의 적어도 60% 길이를 갖는 것이 바람직하다. 60% 미만의 길이도 효과적이지만 효율성이 약간 감소한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 도광체(1)의 오목부로 형성된 아웃커플링 소자(4, 5)의 경우, 아웃커플링은 각각 직선(13) 또는 직선 세그먼트(10)의 반사에 의해 구현되며, 그 후 광은 대향측의 메인 면을 통과하여 도광체(1)를 이탈할 수 있다.

직선 세그먼트(10) 또는 적어도 하나의 메인 면(여기서는 바닥부 메인 면(2))의 평면에 대한 직선의 방향은 직선 세그먼트(10)를 포함하는 각 표면에 조사되는 광의 반사 및/또는 굴절을 통해 내부 전반사를 간섭하고, 제1 아웃커플링 각도 범위를 특성 아웃커플링 성질로 정의하는 방식으로 블레이즈 각도(11)를 정의하며, 이를 통해 특성 아웃커플링 성질을 정의한다. 다시 말하면, 아웃커플링 각도 범위는 메인 면의 평면에 대한 직선 또는 직선 세그먼트(10) 각각의 방향과 직접 관련되고 이에 의존한다.

이러한 구체예에서, 아웃커플링 소자(4, 5) 중 각각의 3차원 형상은 종단면이 종단면에 수직인 평면에서 종단면에 평행되나 종단면의 외부에 있는 중심 축선을 중심으로 부분 회전하여 정의한다. 다른 가능성은 종단면의 수평 이동에 의해 3차원 형상이 정의된다. 제3 연결선(13)의 회전은 도 2의 빔(7)이 반사되거나 다른 구체예에서 굴절되는 평면을 정의한다. 부분 회전 각도는 0°와 상이하고, 바람직하게는 이러한 각도를 포함한 5° 내지 25° 사이의 범위 내에 있다. 이는 아웃커플링 소자(4, 5)의 투시도를 도시하는 도 3의 A) 및 도 4의 A)를 참조할 수 있으며, 도 5는 상이한 부분 각도를 갖는 아웃커플링 소자의 두 실시예를 도시한다. 도 5의 A)는 제1 아웃커플링 소자(4)까지의 저면도, 즉, 바닥부 메인 면(2)으로부터 도광체(1) 내부로 유입된 관찰 방향을 도시한다. 도 5의 B)는 제2 아웃커플링 소자(5)까지의 저면도를 도시한다. 중심 축선은 십자로 표시되어 있으며, 종이 평면에 수직으로 향한다. 제1 아웃커플링 소자(4)의 부분 회전 각도는 25°이고 제2 아웃커플링 소자(5)의 부분 회전 각도보다 크며, 상기 제2 아웃커플링 소자의 부분 회전 각도는 15°이다. 또한, 제2 아웃커플링 소자(5)의 반사 표면의 원호는 제1 아웃커플링 소자(4)의 원호보다 더 큰 곡률을 갖는데, 이는 제2 아웃커플링 소자(5)의 반경(즉, 중심축선 까지의 거리)이 더 짧기 때문이다.

도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서, 종단면은 취해진 단면의 위치에 관계 없이 동일한 형상을 갖는다. 따라서, 블레이즈 각도(11)는 각각의 아웃커플링 소자 전체에 걸쳐 일정하다. 그러나, 부분 회전과 블레이즈 각도(11)를 조합하여 회전 각도에 따라 이산적이거나 연속적으로 변경될 수도 있으며, 이는 종단면의 형상이 회전에 대한 위치에 의존함을 의미한다. 블레이즈 각도(11)는 부분적으로 회전된 두 단부 위치 사이(예를 들어, 53° 내지 57° 사이)에서 연속적 또는 이산적으로 변할 수 있다. 유리한 구체예에서, 블레이즈 각도는 적어도 하나의 아웃커플링 소자 그룹에 따라 변한다. 이는 아티팩트를 더 줄이는 데 도움이 되며, 기본적으로 제조하기 더 쉬운 하나의 아웃커플링 소자 그룹만 사용하도록 허용한다.

앞서 언급한 바와 같이, 도광체는 적어도 2 개의 상보적인 아웃커플링 소자 그룹으로 분할된 복수의 아웃커플링 소자를 포함한다. 도면과 관련된 구체예에서, 상기 복수의 아웃커플링 소자는 2 개의 그룹으로 분할되고, 각각의 그룹의 멤버는 공통 특성 블레이즈 각도(11)를 갖고 이에 따라 공통 특성 아웃커플링 성질을 갖되, 상기 공통 특성 블레이즈 각도 및 상기 공통 특성 아웃커플링 성질은 다른 그룹의 멤버의 특성 아웃커플링 성질 및 블레이즈 각도와 상이하다. 이로 인해 광은 상이한 아웃커플링 소자 그룹에 대해 상이한 각도 분포로 아웃커플링된다. 위에서 논술된 구체예에서, 아웃커플링 각도 분포는 제1 각도 범위 및 제2 각도 범위를 포함한다. 후자는 메인 면 상에서의 투영으로 정의된다. 이는 도 5의 A)에서 제1 아웃커플링 소자(4)에 대해 도시되고, 도 5의 B)에서 제2 아웃커플링 소자(5)에 대해 도시된다. 제2 각도 범위는 도넛 형상을 형성하는 360° 완전 회전에 대한 각 세그먼트의 치수에 대응되는 부분 회전 각도로 정의된다. 부분 회전 각도는 제2 각도 범위와 직접 관련되며, 블레이즈 각도(11)와 관련이 없는 제2 특성 아웃커플링 성질을 정의한다. 블레이즈 각도(11)는 아웃커플링 소자(4, 5)의 상이한 그룹에 대해 상이해야 하지만, 부분 회전 각도 및 그에 따른 제2 특성 아웃커플링 성질은 모든 그룹에 대해 동일할 수 있다.

아웃커플링 각도 분포는 종단면의 평면 상에서의 투영에 의해 정의되는 제1 각도 범위를 더 포함한다. 이는 도 6의 A)에서 제1 아웃커플링 소자(4)에 대해 도시되고, 도 6의 B)에서 제2 아웃커플링 소자(5)에 대해 도시된다. 도 2와 관련하여 설명한 바와 같이, 광은 제한된 각도 스펙트럼 내에서 상이한 각도로 도광체(1)에 유입된다. 이러한 각도 스펙트럼 내의 빔은 최종적으로 도 3 및 도4와 관련하여 설명한 바와 같이 제3 연결선(13)의 회전에 의해 정의된 평면에서 반사된다. 각각의 제1 각도 범위는 음영의 원뿔로 도시되며, 기준선(9)을 기준으로 측정할 때 상이하다. (종이 평면에 대해) 수평 방향으로 제3 연결선(13)의 회전에 의해 정의된 표면에 조사된 광은 음영의 원뿔을 이등분하는 방향으로 반사된다. 제1 각도 범위는 블레이즈 각도(11)와 직접 연관되며, 상기 블레이즈 각도는 제3 연결선(13) 또는 그 직선 세그먼트(10)의 경사도를 정의하므로, 도 6의 A) 및 도 6의 B)에서 볼 수 있듯이 빔이 반사되는 평면의 경사도를 정의한다. 제1 각도 범위는 동일한 아웃커플링 소자 그룹의 멤버에 대해서는 동일하지만 상이한 아웃커플링 소자 그룹의 멤버에 대해서는 상이한 제1 특성 아웃커플링 성질을 정의한다.

도 7은 전술한 도광체(1)를 포함하는 디스플레이 스크린을 도시한다. 상기 디스플레이 스크린은 하나 이상의 광원(6)을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 광원은 가로면(8) 중 적어도 하나(여기서는 좌측 가로면(8))에서 도광체(1)에 커플링될 광을 방출한다. 관찰자의 시각에서 보면, 투과형 디스플레이 패널(14)은 도광체(1)의 전면에 위치한다. 도 7에 도시된 구체예에서, 투과형 디스플레이 패널(14)과 도광체(1)는 공기층(15)에 의해서만 분리되고, 투과형 디스플레이 패널(14)과 도광체(1) 사이에 배치되는 다른 광학 소자가 존재하지 않는다. 대안적으로, 반사를 최소화하기 위해 도광체(1)의 굴절률에 적합한 굴절률을 갖는 고투명 접착제를 사용하여 투과형 디스플레이 패널(14)을 도광체(1)에 광학적으로 접합하는 것도 가능하며, 이러한 접합 재료의 굴절률은 도광체(1) 내의 내부 전반사를 허용하기 위해 도광체(1)를 구성하는 재료의 굴절률보다 낮아야 한다. 추가 광학층을 사용하지 않으면, 밝은 환경에서 중요한 디스플레이의 밝기 손실 가능성을 최소화한다.

도광체(1)가 픽셀 또는 그 자체가 서브 픽셀로 구성되는 픽셀을 포함하는 투과형 디스플레이 패널(14)과 함께 사용될 때, 아웃커플링 소자(4, 5)의 공간적 확장은 바람직하게는 데카르트 공간의 각 차원(즉, 3 개의 공간 방향 각각에서)에서 하나의 픽셀 또는 서브 픽셀의 공간적 확장보다 작다.

전술한 도광체(1)는 투과형 디스플레이 패널(14)과 함께 사용될 때 관찰자의 시청 경험을 향상시키는데, 그 이유는 종래 기술에 공지된 도광체를 갖는 투과형 디스플레이 패널과 비교하여 핫스팟 또는 무지개와 같은 특징과 같은 아티팩트가 대폭 감소되기 때문이다.

1: 도광체
2: 바닥부 메인 면
3: 가장자리
4: 광 아웃커플링 소자/아웃커플링 소자/제1 아웃커플링 소자/커플링 소자
5: 광 아웃커플링 소자/아웃커플링 소자/제2 아웃커플링 소자/커플링 소자
6: 광원
7: 빔
8: 가로면
9: 수평 기준선/기준선/연결선
10: 직선 세그먼트
11: 블레이즈 각도/공통 특성 블레이즈 각도/특성 블레이즈 각도
12: 제2 연결선/연결선
13: 제3 연결선/직선/연결선
14: 투과형 디스플레이 패널
15: 공기층

Claims (14)

1. 도광체(1)로서,
   2 개의 메인 면을 구비하고, 각각의 메인 면은 이를 둘러싸는 적어도 하나의 가장자리(3)를 구비하며, 상기 메인 면들은 가로면을 통해 상기 가장자리(3)들에 연결되고, 상기 도광체(1)는 상기 메인 면들 중 적어도 하나 상 및/또는 상기 메인 면들과 상기 가로면(8)들에 의해 둘러싸인 부피 내에 복수의 3차원 형상의 광 아웃커플링 소자(4, 5)를 포함하며, 상기 광 아웃커플링 소자(4, 5)들은 미리 결정된 분포 패턴에 따라 분포되고,
   상기 도광체(1)는 상기 2 개의 메인 면을 통해 상기 도광체를 통과하는 광에 대해 적어도 70%의 투명도를 가지며,
   상기 분포 패턴은 미리 결정되어, 상기 가로면(8)들 중 적어도 하나에서 상기 도광체(1)에 커플링되고 전파되어 아웃커플링 소자(4, 5)에 유입되거나 조사되기 전에 상기 도광체(1) 내에서 내부 전반사된 광에 대해, 상기 2 개의 메인 면 중 바람직한 하나의 메인 면이 상기 2 개의 메인 면 중 다른 하나의 메인 면보다 더 많은 양의 광을 아웃커플링하도록 하고,
   상기 아웃커플링 소자(4, 5)들은 상기 메인 면들 중 적어도 하나에 수직인 평면에 종단면을 구비하며, 상기 종단면은 적어도 3 개의 모서리 및 상기 모서리들을 연결하는 적어도 3 개의 연결선(9, 12, 13)을 갖는 근사 다각형으로 형성되되, 상기 적어도 3 개의 연결선(9, 12, 13) 중 하나는 적어도 하나의 직선 세그먼트(10)를 포함하는 선정선이고,
   상기 적어도 하나의 메인 면의 평면에 대한 상기 직선 세그먼트(10)의 방향은 굴절 및/또는 반사를 통해 내부 전반사를 간섭하고 제1 아웃커플링 각도 범위를 정의하는 방식으로 블레이즈 각도(11)를 정의하며 이를 통해 특성 아웃커플링 성질을 정의하고,
   그 중 대부분의 상기 아웃커플링 소자(4, 5)들에 대해, 어느 하나의 아웃커플링 소자는 임의의 다른 아웃커플링 소자와 적어도 1마이크로미터만큼 분리되며,
   상기 복수의 아웃커플링 소자(4, 5)는 여러 개의 아웃커플링 소자(4, 5) 그룹으로 분할되고, 각각의 그룹은 다른 그룹 각각에 상보적이며, 각각의 그룹의 멤버는 공통 특성 블레이즈 각도(11)를 갖고 이에 따라 공통 특성 아웃커플링 성질을 갖되, 상기 공통 특성 블레이즈 각도(11) 및 상기 공통 특성 성질은 상기 다른 그룹들의 상기 멤버들의 상기 특성 블레이즈 각도(11)들 및 아웃커플링 성질과 상이하여, 광은 상이한 아웃커플링 소자(4, 5) 그룹에 대해 상이한 각도 분포로 아웃커플링되는 것을 특징으로 하는 도광체(1).
2. 제1항에 있어서,
   아웃커플링 각도 분포는 상기 종단면의 상기 평면 상에서의 투영에 의해 정의되는 제1 각도 범위 및 상기 메인 면 상에서의 투영에 의해 정의되는 제2 각도 범위로 구성되는 도광체(1).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 종단면은 3 개의 연결선(9, 12, 13)에 의해 연결되는 3 개의 모서리를 갖는 다각형과 같도록 형성되고, 제1 연결선은 상기 메인 면들 중 하나에 평행되는 평면에 위치하는 직선 세그먼트를 구비하는 기준선(9)이며, 제2 연결선(12)은 상기 제1 연결선과 85° 내지 90° 사이의 각도를 이루도록 구성되고, 제3 연결선(13)은 상기 제1 연결선과 상기 제2 연결선(12)의 먼 단부를 연결하되, 상기 제3 연결선(13)은 상기 선정선이고 상기 제1 연결선과 블레이즈 각도(11)를 둘러싸서 특성 아웃커플링 성질을 정의하는 도광체(1).
4. 제3항에 있어서,
   상기 아웃커플링 소자(4, 5)들 중 각각의 3차원 형상은 상기 종단면이 상기 종단면에 수직인 평면에서 상기 종단면에 평행되나 상기 종단면의 외부에 있는 중심 축선을 중심으로, 0°와 다른 각도, 바람직하게는 5° 내지 25° 사이의 부분 회전 각도로 부분적으로 회전하여 정의되는 도광체(1).
5. 제4항에 있어서,
   적어도 하나의 아웃커플링 소자 그룹에 대해, 적어도 상기 아웃커플링 소자(4, 5) 그룹들 중 하나의 상기 아웃커플링 소자(4, 5)들에 대해, 상기 블레이즈 각도(11)는 상기 부분적으로 회전된 두 단부 위치 사이에서 연속적 또는 이산적으로 변하는 도광체(1).
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 아웃커플링 소자(4, 5)들은 각 공간 방향에서 100 μm, 바람직하게는 1 μm 내지 30 μm 사이의 최대 치수를 갖는 도광체(1).
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 메인 면 상 및/또는 상기 도광체(1)의 상기 부피 내에서 상기 아웃커플링 소자(4, 5)들의 상기 분포 패턴은 미리 결정되어, 상기 아웃커플링 소자(4, 5)들이 상기 2 개의 메인 면 중 적어도 하나에서 적어도 60%의 휘도 균일성으로 광을 아웃커플링하도록 하고, 상기 휘도 균일성은 9점 절차에 의해 측정되는 도광체(1).
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 아웃커플링 소자(4, 5)들 중 각각은 상기 도광체(1)의 전체 헤이즈에 기여하되, (i) 상기 적어도 하나의 메인 면 상 및/또는 상기 도광체(1)의 상기 부피 내에서 상기 아웃커플링 소자(4, 5)들의 상기 분포 패턴, (ii) 아웃커플링 소자(4, 5)의 수 및 (iii) 이의 치수;는 미리 결정되어, 상기 메인 면들 중 하나의 적어도 50% 상에 30% 또는 그 이하의 평균 헤이즈가 생성되도록 하고, 상기 헤이즈는 ASTM D1003-13에 따라 측정되는 도광체(1).
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   적어도 하나의 아웃커플링 소자(4, 5) 그룹의 상기 아웃커플링 소자(4, 5)들은 상기 메인 면들 중 적어도 하나로부터 돌출되거나 상기 적어도 하나로 연장되거나 및/또는 마이크로프리즘으로 성형되는 도광체(1).
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 아웃커플링 소자(4, 5) 그룹의 상기 아웃커플링 소자(4, 5)들은 상기 도광체 내부의 캐비티로 형성되고, 상기 캐비티들은 진공화되거나, 상기 도광체(1) 재료의 굴절률 또는 헤이즈 값과 다른 굴절률 및/또는 헤이즈 값을 갖는 재료로 채워지는 도광체(1).
11. 디스플레이 스크린으로서,
    상기 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 도광체(1);
    적어도 상기 가로면(8)들 중 하나에서 상기 도광체(1)에 커플링될 광을 방출하는 하나 이상의 광원(6); 및
    관찰자의 시각에서 볼 때 상기 도광체(1)의 전면에 위치하는 투과형 디스플레이 패널(14)을 포함하는 디스플레이 스크린.
12. 제11항에 있어서,
    상기 투과형 디스플레이 패널(14)은 픽셀을 포함하고, 상기 도광체(1)는 아웃커플링 소자(4, 5)를 포함하되, 상기 아웃커플링 소자(4, 5)들의 공간적 확장은 데카르트 공간 내 각 차원의 픽셀의 공간적 확장보다 작은 디스플레이 스크린.
13. 제12항에 있어서,
    상기 투과형 디스플레이 패널(14)은 서브 픽셀로 구성된 픽셀을 포함하고, 상기 도광체(1)는 아웃커플링 소자(4, 5)를 포함하되, 상기 아웃커플링 소자(4, 5)들의 공간적 확장은 데카르트 공간 내 각 차원의 서브 픽셀의 공간적 확장보다 작은 디스플레이 스크린.
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투과형 디스플레이 패널(14)과 상기 도광체(1)는 공기층(15)에 의해서만 분리되거나 광학적으로 접합되는 디스플레이 스크린.