KR20240050307A - 광학 소자 및 디스플레이 디바이스 - Google Patents

광학 소자 및 디스플레이 디바이스 Download PDF

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KR20240050307A
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신-웬 창
쿠오-창 유
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씨엠 비주얼 테크놀로지 코오퍼레이션
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Abstract

본 발명은 광원 상에 마련되는 광학 소자에 관한 것이다. 광학 소자는 제1 매체, 제2 매체 및 광 편향 구조를 포함한다. 제2 매체는 제1 매체 상에 형성된다. 광 편향 구조는 제1 매체와 제2 매체 사이의 인터페이스 상에서 형성된다. 광학 소자와 광원에 의해 방출되는 광의 관계는 식: 0 <|WB-WA|/Wref<10을 만족하며, 여기서 WA는 광이 광입사면으로서 제1 매체를 갖는 광학 소자를 통과하는 환경하에서 얻어지는 이미지 확장폭이고; WB는 광이 광입사면으로서 제2 매체를 갖는 광학 소자를 통과하는 환경하에서 얻어지는 이미지 확장폭이고; 그리고 Wref는 광이 광학 소자를 관통하지 않는 환경하에서 얻어지는 폭이다.

Description

광학 소자 및 디스플레이 디바이스{OPTICAL ELEMENT AND DISPLAY DEVICE}
본 발명은 일반적으로 광학 소자와 그것을 포함하는 디스플레이 디바이스에 관한 것이며, 특히 광 제어(light-controlled) 광학 소자 및 이를 이용하는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
수년에 걸쳐, 디스플레이는 개인용 컴퓨터, 랩탑, 디지털 카메라, 스마트폰, 태블릿, LCD TV와 같은 다양한 전자제품에 널리 사용되어 왔다. 광학 필름은 디스플레이의 설계로 인해 발생할 수 있는 문제들을 해결하기 위한 디스플레이의 필수적인 소자다. 광학 필름은 필름 소자로서 독립적으로 형성되거나 필름 또는 코팅 물질의 물리적 특징을 통해 디스플레이 품질을 향상시키기 위해 단일 또는 다중 레이어 코팅의 형태로 다른 소자에 코팅될 수 있다. 광학 필름의 통상적인 기능은 어두운 상태에서 LCD의 광 누출을 감소시키고, 특정 시야각 내에서 이미지의 콘트라스트와 컬러 새추레이션(color saturation)을 크게 증가시키고, 일부 그레이스케일 반전 문제를 해결하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학 필름과 그것을 이용하는 디스플레이 디바이스가 제공된다. 이 광학 필름은 디스플레이 콘텐츠의 가독성(readability)을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광학 필름과 그것을 이용하는 디스플레이 디바이스가 제공된다. 이 광학 필름은 좁은 시야각, 칼라 시프트 또는 광 누출을 포함하는 디스플레이 모듈들의 문제들을 해결할 수 있다.
본 발명의 대안적 실시예에 따르면, 광학 필름과 그것을 이용하는 디스플레이 디바이스가 제공된다. 이 광학 필름은 광 필름을 통과한 후 입사광의 확산에 기인하는 흐릿한 프레임들을 해결할 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 광학 소자는 광을 방출하도록 구성된 광원 상에 마련된다. 광학 소자는 제1 매체, 제1 매체 상에 형성되는 제2 매체, 및 제1 매체와 제2 매체 사이의 인터페이스 상에 형성되는 광 편향 구조를 포함한다. 광학 소자와 광원에 의해 방출된 광 간의 관계는 다음 식 (1)을 만족하며:
여기서 WA는 광이 광입사면으로서 제1 매체로 광학 소자를 통과하는 환경하에서 측정된 이미지 확장폭(image broadening width)이고; WB는 광이 광입사면으로서 제2 매체로 광학 소자를 통과하는 환경하에서 측정된 이미지 확장폭이고; 그리고 Wref는 광이 광학 소자를 통과하지 않는 환경하에서 측정된 폭이다.
본 발명의 구현예에 따르면, 광학 소자는 광원 상에 마련되고, 광학 소자는 제1 굴절률(refractivity)을 갖는 제1 매체, 제1 매체 상에 형성되며 제2 굴절률을 갖는 제2 매체, 및 제1 매체와 제2 매체 사이의 인터페이스 상에 형성되는 광 편향 구조를 포함하고, 광원으로부터 방출된 광은 제1 매체와 제2 매체를 순차적으로 통과하고, 제1 굴절률은 제2 굴절률 보다 작다.
본 발명의 구현예에 따르면, 디스플레이 디바이스는 이미지를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이, 및 디스플레이 상에 마련되는 광학 소자를 포함한다. 광학 소자는 제1 매체, 제1 매체 상에 형성되는 제2 매체, 및 광 편향 구조를 포함하는, 제1 매체와 제2 매체 사이의 인터페이스를 포함하고, 광학 소자와 이미지 간의 관계는 식 (1)을 만족하며:
여기서 WA는 광이 광입사면으로서 제1 매체로 광학 소자를 통과할 때 얻어진 이미지 확장폭이고; WB는 광이 광입사면으로서 제2 매체로 광학 소자를 통과할 때 얻어진 이미지 확장폭이고; 그리고 Wref는 광이 광학 소자를 통과하지 않을 때 얻어진 폭이다.
본 발명의 구현예에 따르면, 디스플레이 디바이스는 이미지를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이, 및 디스플레이 상에 마련되는 광학 소자를 포함한다. 광학 소자는 제1 굴절률을 갖는 제1 매체, 제1 매체 상에 형성되며 제2 굴절률을 갖는 제2 매체, 및 광 편향 구조를 포함하는, 제1 매체와 제2 매체 사이의 인터페이스를 포함하고, 이미지를 형성하기 위한 광은 제1 매체와 제2 매체를 순차적으로 통과하고, 제1 굴절률은 제2 굴절률 보다 작다.
본 발명의 구현예에 따르면, 디스플레이 디바이스는 이미지를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이, 및 디스플레이 상에 마련되는 광학 소자를 포함하고, 광학 소자는 제1 굴절률을 갖는 제1 매체, 제1 매체 상에 형성되며 제2 굴절률을 갖는 제2 매체, 광 편향 구조를 포함하는, 제1 매체와 제2 매체 사이의 인터페이스, 및 제2 매체 상에 형성되는 보호층을 포함한다. 여기서 제1 굴절률은 제2 굴절률 보다 작다.
본 발명의 상술한 양태 및 다른 양태가 바람직하지만 제한되지 않는 실시예(들)의 다음의 상세 설명과 관련하여 더 잘 이해될 것이다. 다음의 설명은 첨부 도면을 참조하여 이루어진다.
도 1a 내지 1d는 본 발명의 일부 실시예에 따른 광학 소자의 단면도이다.
도 2는 광원의 광 강도와 위치 간의 관계를 묘사하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광학 소자와 디스플레이의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학 소자의 개략도이다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 에너지 분포로부터 얻어진 광 강도와 위치 간의 관계를 묘사하는 개략도이다.
이 목적을 위해, 이 기술 분야에 속하는 통상의 기술자에 의해 보다 쉽게 이해되어질 본 발명의 기술적 특징 및 이점과, 다수의 예시적인 실시예가 후술되는 상세한 설명 및 첨부 도면과 함께 개시된다. 본 발명의 실시예들은 다양한 배경으로 널리 사용될 수 있는 많은 독창적인 개념을 제공한다. 본 명세서에 개시된 예시적인 실시예들은, 본 발명의 제조 방법 및 용도를 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 보호 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
본 명세서는 본 발명의 상이한 특징을 실현하기 위하여 다양한 실시예 또는 예시들을 제공한다는 것에 유의한다. 본 명세서의 다음의 개시는 본 발명의 설명을 단순화하기 위한, 각 구성요소의 예시적 실시예들과 구성요소 배치의 특정 예시들에 관한 것이다. 그러나, 이러한 특정 예시들은 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 예를 들어, 본 명세서에서, 제1 피처(feature)가 제2 피처 상에 또는 위에 형성된다는 개시는 또한 제1 피처 및 제2 피처가 서로 직접 접촉하고 있는 실시예들을 포함한다. 이러한 개시는 또한 추가 피처가 제1 피처과 제2 피처 사이에 형성되어 제1 피처과 제2 피처가 서로 직접 접촉하지 않게 하는 실시예들을 포함한다.
일반적인 관행에 따르면, 각 피처의 예시는 실제 크기에 기초하지 않는다. 반대로 도면을 단순화하기 위해, 각 피처의 크기는 임의로 확대하거나 축소될 수 있다. 또한 본 명세서는 단순화 및 명확성을 목적으로 상이한 예시에서 동일한 참조 부호 및/또는 명칭을 사용할 수 있으며, 이것은 각 실시예 간의 관계 및/또는 구조 외형을 제한하기 위한 것이 아니다.
디스플레이 콘텐츠의 가독성은 디스플레이의 중요한 품질 표준으로 여겨져 왔다. 광학 필름을 활용함으로써 디스플레이 디바이스의 이미지 품질을 개선하는 것이 업계에서의 일반적인 관행이다. 예를 들어, 회절 구조를 갖는 광학 필름이 좁은 시야각, 칼라 시프트 또는 광 누출과 같은 디스플레이 모듈의 문제들을 해결하기 위해 사용될 수 있다. 그러나 이러한 광학 필름은 일부 환경하에서는 흐릿한(blurr) 프레임들을 유발할 수 있다.
연구를 통해, 본 발명의 발명자들은 광학 필름을 통과하는 광에 의해 야기되는 확대 레벨(expansion level)이 이미지의 디스플레이 품질에 영향을 미치는 요인 중 하나이며, 흐릿한 프레임의 문제는 디스플레이 상에 나타나는 광학 필름의 확대 레벨을 제어함으로써 해결될 수 있다는 것을 발견했다. 구체적으로는, 광학 필름의 양면(앞면과 뒷면)으로부터 얻어진 이미지 확대 비율의 제어가 흐릿한 프레임의 문제를 해결하는데 도움이 된다. 이하, 회절 구조를 갖는 광학 소자와 그것을 사용하는 디스플레이 디바이스가 본 출원에 제공되며, 광학 소자가 디스플레이의 앞면에 부착되었을 때와 광학 소자가 디스플레이의 뒷면에 부착되었을 때 얻어진 광 확대 레벨들 간의 관계가 개시된다. 통상적인 연구에서는, 광이 단일 방향을 따라서 광학 소자를 통과할 때 발생되는 확대 레벨과 이미지 품질 제어 간의 관계가 연구된다. 본 예시에서, 광이 2개의 반대 방향을 따라서 광학 소자를 통과함으로써 발생되는 확대 레벨과 이들의 대응 관계가 디스플레이의 적절한 인지 해상도(perceived resolution)를 유지하기 위해 추가로 연구된다.
도 1a 내지 1d는 본 발명의 일부 실시예에 따른 광학 소자(100)의 단면도이다. 이들 실시예들에 따라서, 광학 소자(100)는 광원(150) 상에 마련되고, 제1 매체(110), 제2 매체(120) 및 보호층(130)을 포함하며, 제1 매체(110)와 제2 매체(120) 사이의 인터페이스는 광 편향 구조(140)를 포함한다. 광 편향 구조(140)는 입사광의 위상 또는 진폭을 변조하기 위해 제공된다. 광원(150)에 의해 방출된 광(151)이 광학 소자(100)를 통과할 때, 광(151)은 광 편향 구조(140)에 의해 확대된 후 뷰어(160)에 의해 보여질 것이다.
광학 소자(100)는 광학 필름 또는 광학 시트일 수 있다. 광학 소자(100)의 광 편향 구조(140)로, 광원(150)에 의해 방출된 광(151)은 광의 분포를 조정하기 위해 상이한 방향을 향해 이동하는 여러 빔으로 분할 및/또는 편향될 수 있다. 일부 실시예에서, 광학 소자(100)는 2개 이상의 필름층으로 형성된 스택(stack) 구조일 수 있다. 일부 실시예에서, 광 편향 구조(140)는 회절 원리 및 필요한 보상 효과에 따라서 설계된 회절 구조일 수 있다. 예를 들어, 광 편향 구조(140)는 표면 상의 리지(ridge)나 룰링(ruling)과 같은 마이크로-구조를 가진 회절 격자일 수 있다. 다른 예시들에서, 광 편향 구조(140)는 밝은 대역과 어두운 대역의 엇갈린 분포일 수 있다.
일부 실시예에서, 광 편향 구조(140)는 제1 매체(110)와 제2 매체(120) 사이의 인터페이스 상에 형성되는다. 예를 들어, 제1 매체(110)와 제2 매체(120)의 표면 상에 3D 구조는 서로 대응하고 있어, 광 편향 구조(140)가 제1 매체(110)와 제2 매체(120) 사이의 인터페이스 상에 형성될 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 제1 매체(110)의 인터페이스와 제2 매체(120)의 인터페이스에 대한 형태(morphology)는 서로 상보적이어서, 광 편향 구조(140)는 제1 매체(110)와 제2 매체(120) 사이의 인터페이스 상에 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 광 편향 구조(140)는 일정 간격으로 된 격자 구조일 수 있고, 해당 간격은 바람직하게 0.2μm 내지 10μm의 범위이다. 일부 다른 실시예에서, 광 편향 구조(140)는 비-일정 간격을 갖는 격자 구조일 수 있고, 예를 들면, 격자 구조는 각 격자 간 다양한 간격(다중 간격) 또는 구배(gradient) 간격을 가지고, 격자 구조의 간격은 0.3㎛ 내지 50㎛의 범위이다. 격자 구조의 간격이 일정하지 않은 실시예에서, 격자 간격의 변동은 0.4㎛ 내지 10㎛의 범위이며; 다른 실시예에서, 격자 간격의 변동은 가장 큰 격자 간격의 적어도 1% 또는 가장 큰 격자 간격의 90% 미만이다.
일부 실시예에서, 광 편향 구조(140)는 연속적으로 배열될 수 있다. 구체적으로는, 광 편향 구조(140)는 광학 소자(100) 전체에 연속적으로 배열될 수 있다. 즉, 광 편향 구조(140)는 광학 소자(10)의 영역의 100%를 덮을 수 있다. 일부 실시예에서, 광 편향 구조(140)를 갖는 광 편향 영역은 비연속적으로 배열될 수 있다. 구체적으로, 광 편향 구조(140)를 갖는 광 편향 영역은 일반 영역들(광 편향 구조를 갖지 않는 영역, 비-광-편향 영역으로도 불릴 수 있음) 사이에 배열될 수 있다. 즉, 복수의 광 편향 영역은 일반 영역들(비-광-편향 영역)에 의해 분리된다. 이러한 실시예들에서, 광 편향 영역은 광학 소자(140)의 영역의 30-95%를 덮을 수 있다.
광학 소자(100)는 적절한 제조 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 먼저, 제1 매체(110)가 기판(미도시) 상에 형성되고; 다음으로, 제2 매체(120)가 제1 매체(110) 상에 형성되고; 이어서, 보호층(130)이 제2 매체(120) 상에 형성되고; 마지막으로, 기판이 제거되어 광학 소자(100)의 제조를 완료한다. 일부 다른 실시예에서, 보호층(130)이 기판으로서 사용되어, 제2 매체(120)가 보호층(130) 상에 형성되고, 제1 매체(110)가 제2 매체(120) 상에 형성되어 광학 소자(100)의 제조를 완료한다. 광 편향 구조(140)는 제1 매체(110) 또는 제2 매체(120)와 동시에 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 광 편향 구조(140)는 포토리소그래피, 조각(engraving), 엠보싱(embossing), 트랜스퍼링(transferring) 또는 프린팅과 같은 제조 공정에 의해 형성될 수 있다.
제1 매체(110) 및/또는 제2 매체(120)가 단일 필름층일 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이, 제1 매체(110)와 제2 매체(120)는 기판 또는 보호층의 표면에 퍼져 있는 물질이다. 본 실시예에서, 제1 매체(110)로 형성된 제1 필름층(111)의 형태는 제2 매체(120)로 형성된 필름층(121)의 형태와 상보적이다. 다른 실시예에서, 제1 매체(110) 및/또는 제2 매체(120)는 서로 분리된 다중 구조일 수 있다. 예를 들어, 도 1c에 도시된 것처럼, 제1 매체(110)와 제2 매체(120)는 독립적으로 다수의 불연속 구조를 포함한다. 본 실시예에서, 제1 매체(110)와 제2 매체(120)의 구조가 교대되는 패턴으로 배열되어 있다.
제1 매체(110)와 제2 매체(120)는 하나의 물질 또는 복합 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 매체(110)와 제2 매체(120)는 독립적으로 감압 접착제(PSA, pressure sensitive adhesive), 고무-기반 접착제 및 폴리실록산-기반 접착제와 같은 점탄성(viscoelastic) 또는 탄성 접착제일 수 있다. 점탄성 또는 탄성 접착제의 예시들은 탄성 폴리우레탄-기반 접착제 또는 폴리실록산-기반 접착제, 스티렌-블록-코폴리머 기반 접착제, (메트) 아크릴-블록-코폴리머-기반 접착제, 폴리비닐 에테르-기반 접착제, 폴리올레핀-기반 접착제 및 폴리메타크릴산에스터(polymethacrylate)-기반 접착제를 포함한다.
다른 실시예에서, 제1 매체(110) 및 제 매체(120)는 독립적으로 가교(crosslinked) 수지층 또는 가용성(soluble) 수지층일 수 있다. 가교 수지층의 물질의 예시들은 예를 들어, (메틸) 아크릴, 우레탄, (메트) 아크릴 우레탄, 에폭시 또는 폴리옥신(polyoxyn)으로 형성된 열경화성 수지 또는 UV 경화 수지(curing resin)를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서는, 제1 매체(110)와 제2 매체(120)는 모두 가교 수치층이다.
하나의 실시예에서, 제1 매체(110)는 광학 소자(100)를 디스플레이에 결합시키기 위한 접착제일 수 있다. 제1 매체(110)가 접착제가 아닌 실시예에서, 광학 소자(100)는 광학 소자(100)를 디스플레이의 광 방출면에 결합시키기 위한 접착층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 매체(110)의 제1 굴절률은 제2 매체(120)의 제2 굴절률과 다르다. 일부 실시예에서, 제1 매체(110)의 제1 굴절률은 제2 매체(120)의 제2 굴절률 미만이다. 예를 들어, 제1 굴절률은 1.2 내지 1.8의 범위이고, 제2 굴절률은 1.4 내지 2의 범위이다.
하나의 실시예에서, 제1 매체(110)와 제2 매체(120)는 독립적으로 층의 굴절률을 조정하기 위해 무기 나노입자 또는 광 확산 입자와 같은 필러(filler)들을 포함할 수 있다. 이러한 환경에서, 제1 매체(110)와 제2 매체(120)의 굴절성은 복합 물질의 평균 굴절률로 정의된다. 적절한 나노-물질의 예시들은 금속 이산화 나노입자, 지르코니아, 이산화티타늄, 산화 알루미늄, 산화 주석, 이산화 규소 및 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 나노입자와 같은, 무기 나노입자 또는 유기 나노입자를 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 제1 매체(110)와 제2 매체(120)의 광 투과율은 독립적으로 80% 이상이다. 예시적인 실시예에서, 제1 매체(110) 및 제2 매체(120)의 광 투과율은 독립적으로 90% 이상이다. 다른 실시예에서, 제1 매체(110)와 제2 매체(120)의 광 투과율은 독립적으로 70% 미만이다. 예시적인 실시예에서, 제1 매체(110)와 제2 매체(120)의 광 투과율은 원하지 않는 광의 일부를 차단하기 위해 독립적으로 50% 미만이다. 실제 적용에 있어서, 광 투과율이 90% 이상인 물질이 광 투과율이 50% 미만인 물질과 함께 사용될 수 있다.
광 편향 구조(140)의 설계, 제1 매체(110)와 제2 매체(120)의 물질 및/또는 광 편향 구조(140)에 의해 점유되는 영역 백분율과 같은 요인에 기초하여, 광학 소자(100)는 입사광에 대해 미리 결정된 편향 효과를 가질 수 있다. 실시예에서, 광이 광학 소자(100)를 통과하는(광이 광학 소자(100)에 진입한 후 해당 광학 소자(100)를 나오는) 환경하에서, 투과된 광에서, 비-0차 편향 광(투과된 광의 방향이 입사광의 방향과 다름)의 광 강도에 대한 0차 편향 광(투과된 광의 방향이 입사광의 방향과 같음)의 광 강도의 비율은 100 미만이다. 하나의 실시예에서, 입사광이 광학 소자(100)에 수직으로 입사하는 환경하에서, 투과된 광에서, 편향각이 15°초과(투과된 광의 방향과 입사광의 방향 간의 각도가 ±15°초과)인 편향광의 광 강도에 대한 0차 편향광의 광 강도의 비율은 100 미만이다. 동일한 효과가 일반 영역(또는 광 비-편향 영역)이 광을 거의 통과시키지 않는 비-투명(non-translucent) 영역이면 달성될 수 있다.
광원(150)은 점 광원 또는 면 광원일 수 있고, 바람직하게 광원의 특성 치수는 명확하게 정의될 수 있다. 특성 치수는 1D 특성 치수 또는 2D 특성 치수를 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 1D 특성 치수는 길이, 폭 또는 직경 또는 대각선일 수 있다. 2D 특성 치수는 면적을 포함할 수 있지만 이것으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 광원(150)은 디스플레이, 디스플레이의 픽셀(또는 서브-픽셀), 백라이트 모듈 또는 라이트 박스일 수 있다. 디스플레이의 타입은 액정 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 유기 발광 다이오드 디스플레이(OLED 디스플레이), 소형 피치 디스플레이(미니-LED 디스플레이), 마이크로-LED 디스플레이, 전자 종이 디스플레이 또는 이미지를 디스플레이하기 위한 다른 유형의 디스플레이를 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다. 게다가, 위에 열거한 디스프레이는 다른 요소들과 결합될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이는 터치 패널을 형성하기 위해 터치 소자와 결합될 수 있다. 광학 소자(100)는 디스플레이에 통합되거나 또는 디스플레이의 광 방출면 상에 마련될 수 있다. 광학 소자(100)는 또한 (반사-방지 필름 또는 터치 패널과 같은) 다른 소자에 통합되거나 디스플레이의 광 방출면 상에 마련될 수 있다.
여기에서 사용된 것처럼, 광의 "확장(broadening)" 또는 "확대(expansion)"라는 용어는 광원으로부터 방출된 광이 광학 소자(100)를 통과한 후 회절, 편향 또는 산란의 메카니즘에 따라서 넓어지거나 퍼지는 현상을 지칭한다. 실시예에 따르면, 광의 "확장 레벨" 또는 "확대 레벨"은 기준으로서 광원으로부터 방출된 광의 원래 분포를 취함으로써 광이 광학 소자(100)를 통과한 후에 얻어진 분포 범위의 변화와 관련된다. 다른 실시예에서는, 광의 "확장 레벨" 또는 "확대 레벨"은 광이 제1 방향을 따라서 광학 소자(100)를 통과할 때와 광이 제2 방향을 따라서 광학 소자(100)를 통과할 때 얻어진 분포 범위 간의 관계와 관련된다. 특정 구현예하에서, 제1 방향과 제2 방향은 2개의 반대 방향이다.
하나의 실시예에 따르면, "확장 레벨" 또는 "확대 레벨"의 정량화는 광원의 원래 특성 치수와 광학 소자(100)를 통과한 후 광의 특성 치수에 기초한다. 하나의 실시예에서, "확장 레벨" 또는 "확대 레벨"은 광이 광학 소자(100)를 통과하지 않을 때 얻어진 특성 치수와 광원의 광이 광학 소자(100)를 통과할 때 얻어진 특성 치수의 관계와 관련된다. 다른 실시예에서, "확장 레벨" 또는 "확대 레벨"은 광이 제1 방향을 따라서 광학 소자(100)를 통과할 때 얻어진 특성 치수과 광이 제2 방향을 따라서 광학 소자(100)를 통과할 때 얻어진 특성 치수 간의 관계와 관련된다. 특정 실시예에서, 제1 방향과 제2 방향은 반대 방향으로 광학 소자(100)의 필름 표면에 수직이다.
예를 들어, 하나의 실시예에서, "확장 레벨" 또는 "확대 레벨"은 폭 변화의 비율에 의해 평가되는데, 여기서 그 비율은 광이 광학 소자(100)를 통과할 때 얻어진 확장폭에 대한 광이 광학 소자(100)를 통과하지 않을 때 얻어진 원래 폭의 비율이다. 다른 실시예에서, "확장 레벨" 또는 "확대 레벨"은 폭 변화의 비율에 의해 평가되는데, 여기서 그 비율은 광이 필름 표면에 대해 직각 방향을 따라서 광학 소자(100)를 통과할 때 얻어진 확장폭의 광이 반대 방향을 따라서 광학 소자(100)를 통과할 때 얻어진 확장폭에 대한 비율이다.
"확장 레벨" 또는 "확대 레벨"의 정량화는 첨부 도면으로 예시된다. 도 2를 참조하면, 개략도는 광원의 강도 대 위치의 관계를 나타낸다. 특성 폭 Wc는 "확장 레벨" 또는 "확대 레벨"을 평가하기 위한 기준으로 사용할 수 있는데, 여기서 특성 폭 Wc는 미리 결정된 광 강도 범위에 대응하는 위치 간격(거리)이다. 하나의 실시예에서, 미리 결정된 광 강도 범위는 광 강도의 특정 백분율 범위일 수 있으며, 여기서 광 강도의 백분율은 광이 광학 소자를 통과하지 않는 환경하에서 얻어진 최대 강도(100% 광 강도로 간주됨)에 기초하여 계산된다. 일반적으로, 사람 눈의 지각 한계가 미리 결정된 강도 범위의 하한으로서 사용된다. 예를 들어, 미리 결정된 강도 범위는 광 강도의 5%~100% 또는 10%~100%일 수 있다.
도 3은 발명의 실시예에 따른 광학 소자와 디스플레이의 개략도이다. 구형 좌표계의 원리에 기초하여, 디스플레이(300)의 디스프레이 표면과 평행한 평면 상의 2개의 수직선이 좌표축으로서 정의된다. 일반적으로, 오른쪽을 향하는 수평선이 X축으로서 정의되고, 위쪽을 향하는 수직선이 Y축으로서 정의되며, 디스플레이(300)의 디스플레이 표면에 수직인 축이 Z축으로서 정의된다. 따라서 디스플레이(300)를 보기 위한 관찰각(observation angle)은 구형 좌표계의 천정각(zenith angle) θ와 방위각(azimuthal angle) ψ로 표현될 수 있다. 방위각 ψ은 XY 평면 상의 주시(observation) 방향의 투영 벡터에 대해 X축으로부터 반시계 방향으로 회전시킴으로써 얻어진 XY 평면 상의 회전각이며, 여기서 방위각 ψ은 0°내지 360°의 범위에 있다. 천정각 θ는 주시 방향과 Z축 사이의 각도이며, 0°내지 90°의 범위에 있다. 하나의 실시예에서, 수평선에 평행한 축선이 X축으로서 정의될 수 있고, 수직선에 평행한 축선이 Y축으로서 정의될 수 있으며, XY 평면에 수직인 3번째 차원의 축선이 Z축으로서 정의될 수 있다.
본 실시예에서, 광학 소자(310)는 디스플레이 디바이스(300)에 적용된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 디스플레이 디바이스(300)는 광학 소자(310)와 디스플레이(320)를 포함하고, 광학 소자(310)는 디스플레이(320)의 광 방출면 상에 마련된다. 즉, 광학 소자(310)는 XY 평면에 평행한, 디스플레이(320)의 광 방출면 상에 부착된다. 본 실시예에서, 디스플레이(320) 내 광 방출 유닛(321)은 광원으로서 사용되고, 조건(ⅰ) ~ (ⅲ) 하에서 광 방출 유닛(321)에 의해 디스플레이(320) 상에 디스플레이되는 이미지는 각각 카메라(330)에 의해 캡처되며. 여기서 조건 (i) : 광학 소자가 디스플레이(320) 상에 부착되지 않음; 조건 (ⅱ): 광학 소자가 앞면을 통해 디스플레이(320) 상에 부착됨; 조건 (ⅲ): 광학 소자가 뒷면을 통해 디스플레이(320) 상에 부착됨;이다. 이어서, 캡처된 이미지의 에너지 분포가 분석되어, 광 강도 대 위치의 관계가 예시되고, 대응 위치 간격(거리)이 10% ~ 100%의 광 강도 범위에 기초하여 얻어지며, 이 거리는 광 방출 유닛의 폭 또는 사람 눈에 의해 지각된 확대폭을 나타내는 특성 폭으로서 사용된다.
측정 처리 동안, 광원과 각 테스트 샘플의 광 편향 구조 사이의 거리는 실질적으로 동일해야 한다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광학 소자(410)의 개략도가 도시된다. 측정의 편의를 위해, 광학 소자(410)가 필름층의 스택 구조로 형성된다. 아래에서 위로, 스택 구조는 제1 외곽층(411), 제1 매체로 형성된 제1 층(412), 제2 매체로 형성된 제2 층(413), 제2 외곽층(414)을 포함하며, 제1 층(412)와 제2 층(413) 사이의 인터페이스는 광 편향 구조(415)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 제1 층(412)과 제2 층(413)의 두께는 너무 작아서 생략될 수 있으므로, 제1 외곽층(411)과 제2 외곽층(414)의 두께는 같아야 한다. 접착층(미도시)이 디스플레이(420)에 광학 소자(410)를 부착시키기 위해 제1 외곽층(411)과 제2 외곽층(414)의 외부에 더 포함될 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 디스플레이(520) 내 단일 서브-픽셀이 광 방출 유닛(521)으로서 사용되며, 이미지는 광 방출 유닛(521)으로부터 방출되는 광(522)에 의해 형성된다. 광 강도 대 위치의 관계는 이미지의 에너지 분포에 따라 얻어질 수 있으며, 여기서 이미지의 폭은 광(521)이 광학 소자(미도시)를 통과하지 않는 환경하에서 얻어진 이미지 폭 Wref이다.
위에서 언급된 것과 동일한 개념에 기초하여, 도 5b를 참조한다. 광원에 의해 방출하는 광이 광학 소자(510)를 통과할 때, 그 광은 광 편향 구조에 의해 확대되어 확대된 이미지를 생성할 것이다. 광 강도 대 위치의 관계는 확대된 이미지의 에너지 분포에 따라 얻어질 수 있다. 광학 소자(510)의 앞면이 광 방출 유닛(521)에 대향하여 제1 층(512)으로 디스플레이(520) 상에 부착되었을 때, 광(522)은 광입사면으로서 제1 층(512)을 활용함으로써 광학 소자(510)를 통과하고, 그러한 환경하에서 얻어진 확대된 이미지의 이미지 확장폭은 WA이다. 광학 소자(510)의 뒷면이 광 방출 유닛(521)에 대향하여 제2 층(513)으로 디스플레이(520) 상에 부착되었을 때, 광(522)은 광입사면으로서 제2 층(513)을 활용함으로써 광학 소자(510)를 통과하고, 그러한 환경하에서 얻어진 확대된 이미지의 이미지 확장폭은 WB이다. 광학 소자(510)와 광(522) 간의 관계는 : 0＜|WB-WA|/WREF＜10......(1)을 만족한다.
본 발명의효과를 검증하기 위해, 실험은 식 (1)의 조건하에서 6회 수행되었고, 그 결과는 표 1에 기재되어 있다. Ex1, Ex3, Ex5 및 Ex7은 카메라가 천정각 0°일 때 캡처된 이미지로부터 얻은 결과이다. Ex2, Ex4, Ex6 및 Ex8은 카메라가 천정각 45°와 방위각 0°일 때 캡처된 이미지로부터 얻어진 결과이다. T는 광 편향 구조의 간격이다. Wref는 광이 광학 소자를 통과하지 않을 때 얻어진 이미지 폭이다. WA는 광이 광입사면으로서 제1 층을 갖는 광학 소자를 통과할 때 얻어진 이미지 확장폭이고; WB는 광이 광입사면으로서 제2 층을 갖는 광학 소자를 통과할 때 얻어진 이미지 확장폭이다.
표 1에 기재된 바와 같이, 식 (1)의 조건하에서, WA(광이 광입사면으로서 제1 층을 갖는 광학 소자를 통과할 때 얻어진 이미지 확장폭)는 WB(광이 광입사면으로서 제2 층을 갖는 광학 소자를 통과할 때 얻어진 이미지 확장폭)보다 작으며, 이미지가 과도하게 확대된다는 문제는 효과적으로 제어될 수 있다.
본 발명은 예시로서 그리고 바람직한 실시예(들)의 관점에서 설명되었지만, 본 발명이 이것으로 제한되지 않음을 이해해야 한다. 반대로, 다양한 변형과 유사한 구성 및 프로세스를 포함하도록 의도되고, 따라서 첨부된 청구범위의 범위는 모든 그러한 변형과 유사한 배열 및 프로세스를 포함하도록 가장 넓은 해석을 따라야 한다.

Claims (10)

  1. 광을 방출하도록 구성된 광원 상에 마련되는 광학 소자로서,
    제1 매체;
    상기 제1 매체 상에 형성되는 제2 매체; 및
    상기 제1 매체와 상기 제2 매체 사이의 인터페이스 상에 형성되는 광 편향 구조를 포함하고,
    상기 광학 소자와 상기 광 간의 관계는 다음 식 (1)을 만족하며,

    여기서 WA는 상기 광이 광입사면으로서 상기 제1 매체로 상기 광학 소자를 통과할 때 얻어진 이미지 확장폭(image broadening width)이고; WB는 상기 광이 광입사면으로서 상기 제2 매체로 상기 광학 소자를 통과할 때 얻어진 이미지 확장폭이고; 그리고 Wref는 상기 광이 상기 광학 소자를 통과하지 않을 때 얻어진 폭이고,
    1.39≤WA/Wref≤2.28이며,
    상기 광 편향 구조는 커브형 인터페이스이고,
    상기 광학 소자는 디스플레이와 상기 제1 매체 사이에 마련되는 외곽층을 더 포함하는, 광학 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 매체 상에 형성되는 보호층을
    더 포함하는 광학 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 매체는 제1 굴절률(refractivity)을 갖고, 제2 매체는 제2 굴절률을 가지며, 상기 제1 굴절률은 상기 제2 굴절률 보다 작은
    광학 소자.
  4. 광원 상에 마련되는 광학 소자로서,
    제1 굴절률을 갖는 제1 매체;
    상기 제1 매체 상에 형성되며 제2 굴절률을 갖는 제2 매체; 및
    상기 제1 매체와 상기 제2 매체 사이의 인터페이스 상에 형성되는 광 편향 구조를 포함하고,
    상기 광원으로부터 방출된 광은 상기 제1 매체와 상기 제2 매체를 순차적으로 통과하고, 상기 제1 굴절률은 상기 제2 굴절률 보다 작으며,
    상기 광학 소자와 상기 광 간의 관계는 다음 식 (1)을 만족하며,

    여기서 WA는 상기 광이 광입사면으로서 상기 제1 매체로 상기 광학 소자를 통과할 때 얻어진 이미지 확장폭(image broadening width)이고; WB는 상기 광이 광입사면으로서 상기 제2 매체로 상기 광학 소자를 통과할 때 얻어진 이미지 확장폭이고; 그리고 Wref는 상기 광이 상기 광학 소자를 통과하지 않을 때 얻어진 폭이고,
    1.39≤WA/Wref≤2.28이고,
    상기 광 편향 구조는 커브형 인터페이스이고,
    상기 광학 소자는 디스플레이와 상기 제1 매체 사이에 마련되는 외곽층을 더 포함하는, 광학 소자.
  5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 광 편향 구조는 적어도 0.3㎛ 내지 50㎛ 범위의 간격을 갖는
    광학 소자.
  6. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    1.46≤WB/WREF≤4.92인
    광학 소자.
  7. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    0.99＜WB/WA＜2.16인
    광학 소자.
  8. 이미지를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이; 및
    상기 디스플레이 상에 마련되는 광학 소자를 포함하고,
    상기 광학 소자는
    제1 매체;
    상기 제1 매체 상에 형성되는 제2 매체; 및
    광 편향 구조를 포함하는, 상기 제1 매체와 상기 제2 매체 사이의 인터페이스를 포함하고,
    상기 광학 소자와 상기 이미지를 형성하기 위한 광 간의 관계는 식 (1)을 만족하며,

    여기서 WA는 상기 광이 광입사면으로서 상기 제1 매체로 상기 광학 소자를 통과할 때 얻어진 이미지 확장폭이고; WB는 상기 광이 광입사면으로서 상기 제2 매체로 상기 광학 소자를 통과할 때 얻어진 이미지 확장폭이고; 그리고 Wref는 상기 광이 상기 광학 소자를 통과하지 않을 때 얻어진 폭이고,
    1.39≤WA/Wref≤2.28이고,
    상기 광 편향 구조는 커브형 인터페이스이고,
    상기 광학 소자는 상기 디스플레이와 상기 제1 매체 사이에 마련되는 외곽층을 더 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  9. 이미지를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이; 및
    상기 디스플레이 상에 마련되는 광학 소자를 포함하고,
    상기 광학 소자는
    제1 굴절률을 갖는 제1 매체;
    상기 제1 매체 상에 형성되며 제2 굴절률을 갖는 제2 매체; 및
    광 편향 구조를 포함하는, 상기 제1 매체와 상기 제2 매체 사이의 인터페이스를 포함하고,
    상기 이미지를 형성하기 위한 광은 상기 제1 매체와 상기 제2 매체를 순차적으로 통과하고, 상기 제1 굴절률은 상기 제2 굴절률 보다 작고,
    상기 광학 소자와 상기 광 간의 관계는 식 (1)을 만족하며,

    여기서 WA는 상기 광이 광입사면으로서 상기 제1 매체로 상기 광학 소자를 통과할 때 얻어진 이미지 확장폭이고; WB는 상기 광이 광입사면으로서 상기 제2 매체로 상기 광학 소자를 통과할 때 얻어진 이미지 확장폭이고; 그리고 Wref는 상기 광이 상기 광학 소자를 통과하지 않을 때 얻어진 폭이고,
    1.39≤WA/Wref≤2.28이고,
    상기 광 편향 구조는 커브형 인터페이스이고,
    상기 광학 소자는 상기 디스플레이와 상기 제1 매체 사이에 마련되는 외곽층을 더 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  10. 이미지를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이; 및
    상기 디스플레이 상에 마련되는 광학 소자를 포함하고,
    상기 광학 소자는
    제1 굴절률을 갖는 제1 매체;
    상기 제1 매체 상에 형성되며 제2 굴절률을 갖는 제2 매체-여기서 상기 제1 굴절률은 상기 제2 굴절률 보다 작음―;
    광 편향 구조를 포함하는, 상기 제1 매체와 상기 제2 매체 사이의 인터페이스; 및
    상기 제2 매체 상에 형성되는 보호층을 포함하고,
    상기 광학 소자와 상기 이미지를 형성하기 위한 광 간의 관계는 식 (1)을 만족하며,
    Figure pat00008

    여기서 WA는 상기 광이 광입사면으로서 상기 제1 매체로 상기 광학 소자를 통과할 때 얻어진 이미지 확장폭이고; WB는 상기 광이 광입사면으로서 상기 제2 매체로 상기 광학 소자를 통과할 때 얻어진 이미지 확장폭이고; 그리고 Wref는 상기 광이 상기 광학 소자를 통과하지 않을 때 얻어진 폭이고,
    1.39≤WA/Wref≤2.28이고,
    상기 광 편향 구조는 커브형 인터페이스이고,
    상기 광학 소자는 상기 디스플레이와 상기 제1 매체 사이에 마련되는 외곽층을 더 포함하는, 디스플레이 디바이스.
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