KR20240056813A - 광학 필름, 디스플레이 모듈 및 디스플레이 스크린 - Google Patents

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KR20240056813A
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웬-펑 쳉
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선라이즈 옵트로닉스 코., 엘티디
웬-펑 쳉
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Abstract

광학 필름, 디스플레이 모듈 및 디스플레이 스크린으로서, 광학 필름은 본체, 다수의 미세구조 및 불투명층을 포함한다. 미세구조는 본체의 일 측 상에 배치되며, 이들 미세구조는 돌출된 아치형 구조이다. 불투명층은 본체에 부착되며 본체의 다른 측 상의 미세구조에 대향하도록 설정되며, 불투명층은 다수의 개구를 포함한다. 여기서, 개구의 중심 지점은 투사 평면 상의 미세구조의 중심 지점과 중첩한다. 여기서, 개구의 등가 직경을 미세구조의 등가 직경으로 나눈 값은 0.3 이하이며, 미세구조의 등가 직경을 본체의 두께로 나눈 값은 1.3 이하 0.7 이상이다. 여기서, 불투명층은 광원을 향해 배향된다. 유익한 효과는 더 나은 시준광을 생성하여 디스플레이 모듈의 성능을 더 향상시킬 수 있다는 것이다.

Description

광학 필름, 디스플레이 모듈 및 디스플레이 스크린{OPTICAL FILM, DISPLAY MODULE, AND DISPLAY SCREEN}
본 발명은 광학 필름, 특히 디스플레이 모듈 또는 마이크로 투사 시스템에서 사용하기 위한 광학 필름에 관한 것이다.
광학 모듈은 디스플레이, 광섬유 통신, 의료 기기 등과 같은 많은 제품에 널리 사용된다. 그 중 디스플레이 모듈은 액정 디스플레이(LCD)에 광범위하게 사용되며, 주요 기능은 선명한 이미지를 표시하기 위해 균일한 광원을 제공하는 것이다.
기존 디스플레이 모듈은 주로 튜브 또는 LED를 광원으로 사용하며 다른 광학 구성요소(예를 들어, 확산판, 도광판, 반사판 등)과 결합하여 균일한 밝기 효과를 달성하기 위해 광원을 조정한다. 디스플레이 모듈의 이러한 설계는 일반적으로 다수의 복합 광학 구성요소를 포함하며, 이는 제조 단계를 증가시키고 비용을 상승시키고 또한 조립 난이도가 상승한다.
이러한 문제를 해결하기 위해 일부 고급 디스플레이 모듈 설계는 미세 구조 기술을 채택했다. 이 기술은 단일 광학 구성요소에 반사, 굴절, 확산과 같은 다양한 광학 기능을 설계할 수 있어 광 경로를 제어하고 밝기의 균일성을 향상시키는 목적을 달성할 수 있다.
그러나, 이러한 유형의 미세구조 설계는 이론적으로는 가능하지만 실제 제조에서는 많은 어려움에 직면한다. 예를 들어, 미세 구조의 생성은 정밀한 리소그래픽 기술이 필요하며, 이 기술은 더 높은 비용과 기술적 한계가 필요하다. 반면, 기존 미세구조 설계는 광 경로 제어 능력이 여전히 제한되기 때문에 최적의 광학 효과를 달성하지 못하는 경우가 많으며, 특히 고휘도 또는 넓은 시야각 응용 프로그램을 처리할 때 효과가 예상과 다른 경우가 많다.
요약하면, 기존 디스플레이 모듈의 설계는 어느 정도 진전이 있었지만, 여전히 해결해야 할 문제가 많다. 예를 들어, 기존 설계의 비용과 복잡성은 여전히 높으며, 광학 성능도 여전히 개선의 여지가 있다. 따라서, 디스플레이 모듈에 대한 새로운 설계와 제조 기술에 대한 수요는 여전히 크다.
상기 문제점을 고려하여, 본 특허는 미세구조 렌즈와 개구의 조합을 설계에 사용하여 더 나은 시준광(collimated light)을 생성하고 디스플레이 모듈의 성능을 더 향상시킬 수 있는 광학 필름을 제안한다. 구체적인 기술 수단은 다음과 같다:
광원을 포함하는 광학 장치의 구성요소로 적합한 광학 필름으로서, 광학 필름은 본체, 다수의 미세구조 및 불투명층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 미세구조는 본체의 일 측에 위치되며 아치형 구조로 돌출된다. 불투명층은 본체에 부착되고 본체의 다른 측의 미세구조 반대편에 설정되며, 불투명층은 다수의 개구를 포함한다. 여기서, 개구의 중심 지점은 투영 평면 상의 미세구조의 중심 지점과 중첩한다. 여기서, 개구의 등가 직경을 미세구조의 등가 직경으로 나눈 값은 0.3 이하이며, 미세구조의 등가 직경을 본체의 두께로 나눈 값은 1.3 이하이며, 0.7 이상이다. 여기서, 불투명층은 광원을 향해 배향된다.
상기 광학 필름에서, 미세구조 및 개구는 본체에 균일하게 배열된다.
상기 광학 필름에서, 미세구조 및 개구는 어레이 패턴으로 배열된다.
상기 광학 필름에서, 미세구조 및 개구는 벌집 패턴으로 배열된다.
상기 광학 필름에서, 미세구조 및 개구는 본체 상에 무작위로 배열된다.
상기 광학 필름에서, 미세구조는 본체에서 서로 교차한다.
상기 광학 필름에서, 불투명층은 광흡수 재료 구성된다.
상기 광학 필름에서, 본체는 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 유리로 이루어지며, 불투명층은 니켈, 은, 금, 알루미늄, 이산화 티타늄, 이산화 규소로 이루어진다.
상기 광학 필름에서, 불투명층은 반사 재료이다.
본 특허는 또한 상기 광학 필름 중 적어도 하나와 다수의 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 모듈을 제공한다. 광원은 광학 필름 아래에 배치된다. 광학 필름은 불투명층을 갖는 면이 광원을 향하도록 배향된다.
상기 디스플레이 모듈에서, 광학 필름과 광원 사이에 위치되는 적어도 하나의 확산층을 더 포함한다.
상기 디스플레이 모듈에서, 확산층은 광학 필름의 하부면에 부착된다.
상기 디스플레이 모듈에서, 광학 필름 위에 위치되는 액정 패널을 더 포함한다.
상기 디스플레이 모듈에서, 편광 빔 스플리터 및 공간 광 변조기를 더 포함하며, 변광 빔 스플리터는 광학 필름 위에 배치된다. 광원에서 방출된 광은 편광 빔 스플리터에 의해 공간 광 변조기로 반사된다.
본 특허는 또한 디스플레이 모듈 및 상기 광학 필름 중 적어도 하나를 포함하는 디스플레이 스크린을 제공한다. 광학 필름은 디스플레이 모듈에 부착되며, 광학 필름은 디스플레이 모듈에 부착되고, 광학 필름은 불투명층이 있는 면이 디스플레이 모듈을 향하도록 배향된다. 본 발명의 전술한 내용과 추가적인 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 진행되는 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 본 특허의 광학 필름을 도시한다.
도 2는 광학 필름 및 광원의 개략도를 도시한다.
도 3 및 4는 미세구조 및 개구의 어레이 배열을 도시한다.
도 5 및 6은 미세구조 및 개구의 벌집 배열을 도시한다.
도 7 및 8은 미세구조 및 개구의 무작위 배열을 도시한다.
도 9 내지 11은 미세구조의 어레이 및 교차 배열을 도시한다.
도 12 내지 14는 미세구조의 벌집 배열 및 교차 배열을 도시한다.
도 15 및 16 내지 28은 본 특허의 광학 필름의 제조 방법을 도시한다.
도 29는 광학 시뮬레이션 결과 테이블을 도시한다.
도 30 내지 33은 광 분포 시뮬레이션 다이어그램을 도시한다.
도 34 및 35는 광 분포 그래프를 도시한다.
도 36 내지 39는 다른 실시예의 광 분포 시뮬레이션 다이어그램을 도시한다.
도 40 및 41은 광 분포 그래프를 도시한다.
도 42는 적용 분야의 제1 실시예를 도시한다.
도 43은 적용 분야의 제2 실시예를 도시한다.
도 44는 적용 분야의 제3 실시예를 도시한다.
도 45는 적용 분야의 제4 실시예를 도시한다.
도 46은 적용 분야의 제5 실시예를 도시한다.
도 47은 적용 분야의 제6 실시예를 도시한다.
도 48은 적용 분야의 제7 실시예를 도시한다.
본 특허의 광학 필름(100)을 도시하는 도 1을 참조한다. 이 광학 필름(100)은 적어도 하나의 광원을 포함하는 광학 장치의 구성요소로 적합하다. 광학 장치는 예를 들어 디스플레이 장치 또는 백라이트 모듈(Backlight Module)일 수 있으며, 광원은 디스플레이 장치 또는 백라이트 모듈에서의 LED를 의미한다.
본 특허의 이 광학 필름(100)은 다수의 미세구조(111), 본체(112) 및 불투명층(120)을 포함한다. 본체(112)는 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 유리와 같은 투명 재료로 만들어질 수 있다. 다수의 미세구조(111)는 본체(112)의 일 측에 위치되며, 이들 미세구조(111)는 돌출된 아치형 구조이다.
이 중 본체(112)의 두께 및 미세구조(111)의 등가 직경은 광학 특성 및 실제 요구사항에 따라 결정될 수 있지만, 본체(112)의 두께와 미세구조(111)의 등가 직경은 특정한 비례 관계를 갖는다. 본 실시예에서, 미세구조(111)의 등가 직경(A)을 본체(112)의 두께(t)로 나눈 값이 1.3 이하 0.7 이상이다.
불투명층(120)은 미세구조(111)에 대향하는 본체(112)의 다른 측에 설정되며, 광원을 마주하는 불투명층(120)의 측에 의해 설정되며, 즉 불투명층(120)은 광학 필름(100)의 광 진입 표면 상에 설정되며, 미세구조(111)는 광학 필름(100)의 광 출구 표면에 설정된다. 불투명층(120)은 니켈, 은, 금, 알루미늄, 이산화 티타늄 또는 이산화 규소와 같은 불투명 재료로 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 불투명층(120)은 또한 광원으로부터의 광을 반사하기 위해 반사 재료를 선택할 수 있다. 다른 실시예에서, 불투명층(120)은 광흡수 재료로 만들어질 수 있으며, 예를 들어 검정색 잉크로 형성된다.
또한, 불투명층(120)은 다수의 개구(121)도 포함한다. 이러한 개구(121)의 설계는 광이 특정 각도에서 광학 필름(100)을 통과하는 것을 허용한다. 미세구조(111) 및 개구(121)의 위치는 서로 대응하며, 구체적으로 개구(121)의 중심 지점은 투사 평면 상의 미세구조(111)의 중심 지점과 중첩한다. 그리고 미세구조(111)의 등가 직경 및 개구(121)의 등가 직경은 관련이 있다. 이 실시예에서, 개구(121)의 등가 직경(d)을 미세구조(111)의 등가 직경(A)으로 나눈 값은 0.3 이하이다.
광학 필름(100) 및 광원을 도시하는 도 2를 참조한다. 광학 필름(100)이 광원 모듈(10)에서 설정되고 불투명층(120)의 면이 광원과 정렬되면, 광원에 의해 방출된 광은 먼저 불투명층(120)에 닿게 될 것이다. 일부 큰 각도의 광은 불투명층(120)에 의해 차단될 것이며 작은 각도의 광의 다른 부분은 불투명층(120) 상의 개구(121)를 통과할 것이며 본체(112)에 진입할 것이다. 개구(121) 및 미세구조(111)의 위치가 서로 대응하기 때문에, 개구(121)를 통과하는 광은 미세구조(111)를 추가로 통과할 것이다. 또한, 불투명층(120)이 반사 재료를 선택하면, 이는 광원 모듈(10)의 광을 반사시켜 광원 모듈(10) 자체의 반사판과 일치시킬 수 있어서, 불투명층(120)에 의해 원래 차단된 광은 반사 후 개구(121)를 통과할 수 있으며, 이에 따라 전체 휘도 손실을 줄일 수 있다.
이 단계에서, 미세구조(111)가 아치형 형상을 채택하기 때문에, 미세구조(111)는 렌즈 효과를 생성할 수 있어, 방출될 때 시준광(Collimated beam)으로부터 미세구조(111)를 통과하는 광을 만들 수 있다.이는 광의 전도를 효과적으로 제어하여 광이 특정 방식으로 방출되도록 하고 디스플레이 모듈 또는 디스플레이 패널에 대한 프라이버시 필름으로 사용되는 것과 같은 후속 응용 분야에서 역할을 할 수 있게 한다.
또한, 미세구조(111) 및 개구(121)는 상이한 방식으로 배열될 수 있다. 미세구조(111a) 및 개구(121a)의 어레이 배열을 도시하는 도 3 및 4를 참조한다. 이 실시예에서, 미세구조(111a) 및 개구(121a)는 광학 필름(100a) 상에 어레이 형태로 평균적으로 수평 및 수직 정렬 방식으로 배열된다.
미세구조(111b) 및 개구(121b)의 벌집 배열을 도시하는 도 5 및 6을 참조한다. 이 실시예에서, 미세구조(111b) 및 개구(121b)는 수직선에서 엇갈리게 배치되어 벌집 배열을 생성한다.
미세구조(111c) 및 개구(121c)의 무작위 배열을 도시하는 도 7 및 8을 참조한다. 이 실시예에서, 미세구조(111c) 및 개구(121c)는 본체(112c) 또는 불투명층(120c)에 무작위로 분포되며, 특정 배열 패턴을 엄격히 따를 필요는 없다. 미세구조(111c) 및 개구(121c)가 부작위로 배열되어 있더라도 여전히 미세구조(111c) 및 개구(121c) 사이에 대응하는 위치 관계가 존재하며, 이는 광학 필름(100c)의 제조 방법과 관련이 있다는 것에 주목할 만하며, 이 특징은 나중에 설명될 것이다.
또한, 미세구조(111)는 서로 완전히 독립적일 필요는 없다. 일부 실시예에서, 미세구조(111)는 또한 서로 교차할 수 있다. 도 9, 10, 11, 12, 13 및 14를 참조하면, 도 9 내지 11은 미세구조(111d)의 어레이 및 교차 배열을 도시하며, 도 12 내지 14는 미세구조(111e)의 벌집 배열 및 교차 배열을 도시한다. 도 11은 미세구조(111d)의 어레이 및 교차 배열의 3차원 이미지이며, 도 14는 미세구조(111e)의 벌집 배열 및 교차 배열의 3차원 이미지이다. 이 실시예에서, 각 미세구조(111d, 111e)는 인접한 미세구조(111d, 111e)와 중첩하여 교차 배열을 형성한다. 그리고 불투명층(120d, 120e)의 개구(121d, 121e)는 미세구조(111d, 111e)와 여전히 대응한다.
도 9 내지 14의 실시예에서, 미세구조(111)의 등가 직경(A)은 미세구조(111d 및 111e)의 직경을 의미한다는 것에 주목할 가치가 있으며, 구체적으로 이는 미세구조(111d 및 111e)의 교차 지점에 의해 형성된 다각형이며, 그 대각선 길이는 미세구조(111)의 등가 직경(A)이다. 그리고 개구(121d, 121e)는 미세구조(111d 또는 111e)에 의해 형성되어, 개구(121d, 121e)는 다각형 형상을 형성할 수 있으며, 이들 다각형의 대각선 길이는 개구(121d, 121e)의 등가 직경(d)이다. 이하에서는 광학 필름(100)의 제조 방법을 설명할 것이다.
본 특허의 광학 필름(100)의 제조 방법을 도시하는 도 15 및 16 내지 28을 참조한다. 먼저, 제1 몰드 기판(210)을 제공하는 단계 S110이 수행된다(도 16에 도시된 바와 같음). 그 다음, 예를 들어 제1 미세구조(211)를 형성하기 위해 리소그래피 또는 다이아몬드 나이프 조각 기술을 사용하여 제1 몰드 기판(210) 상에 다수의 제1 미세구조(211)를 형성하는 단계 S120이 수행된다(도 17에 도시된 바와 같음).
이 실시예에서, 리소그래피는 제1 미세구조(211)를 형성하기 위해 단계 S120에서 사용된다. 구체적으로, 제1 몰드 기판(210) 상에 감광성 재료가 코팅된다. 이러한 감광성 재료는 광(일반적으로 자외선)에 반응할 수 있는 재료이며, 그 화학적 구조는 광의 조사로 인해 변할 것이다. 그 다음 마스크를 사용하여 노출을 수행하고 마스크 상의 패턴은 광을 통해 감광성 재료 상에 투영될 수 있다. 그 다음, 현상액을 사용하여 노출된 감광성 재료를 세척 및 제거하며 대응하는 제1 미세구조(211) 패턴을 얻을 수 있다. 마지막으로, 식각액을 사용하여 감광성 재료로 보호되지 않는 부분을 식각하여 원하는 제1 미세구조(211)를 남기는 건식 식각 또는 습식 식각일 수 있는 식각 공정이 수행된다.
제1 미세구조(211)의 제조가 완료되면, 제1 미세구조(211) 상에 제2 몰드(220)를 주조하는 단계 S130이 수행된다(도 18에 도시된 바와 같음). 제2 몰드(220)는 다수의 제2 미세구조(221)를 포함하며, 이는 제1 미세구조(211)에 대응한다. 또한, 단계 S130에서, 제2 몰드(220)는 전기주조법에 의해 형성된다. 구체적으로, 금속 이온을 포함하는 전해질이 먼저 제조되며, 금속 이온은 제2 몰드(220)의 재료 요구사항에 따라 선택된다. 그 다음, 제1 미세구조(211)를 갖는 제1 몰드 기판(210)은 전해질에 배치되며, 이는 직류 전원 공급 장치의 음극에 연결되어 전기주조의 캐소드 역할을 한다. 동시에, 동일한 금속 또는 불용성 금속판(예를 들어, 백금)의 다른 조각이 진류 전원 공급 장치의 양극에 연결되어 전기주조의 애노드 역할을 한다. 후속적으로, 전기가 전도되면, 금속 이온은 전해질로부터 제1 몰드 기판(210)의 표면(캐소드)으로 이동하고 그곳에서 화학적 환원을 거쳐 안정된 금속 원자를 형성하여 제1 몰드 기판(210)의 표면에 부착될 것이다. 제1 몰드 기판(210)의 표면이 제1 미세구조(211)를 갖기 때문에, 금속 원자는 이러한 제1 미세구조(211)의 형상에 따라 부착되어 동일한 형상의 제2 미세구조(221)를 형성할 것이다. 이러한 금속 원자가 특정 두께에 도달하면, 제2 몰드(220) 및 대응하는 제2 미세구조(211) 표면이 형성된다.
제2 몰드(220)가 형성된 후에, 제1 몰드 기판(210)을 제거하고, 제2 몰드(220) 및 제2 미세구조(221)를 남기는 단계 S140이 수행된다(도 19에 도시된 바와 같음). 그 다음, 필름 기판(201)을 제공하는 단계 S150이 수행되며(도 20에 도시된 바와 같음), 필름 기판(201)은 예를 들어 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 유리와 같은 투명한 재료이다. 그 다음, 필름 기판(201) 상에 미세구조 층(202)을 형성하는 단계 S160이 수행된다(도 21에 도시된 바와 같음). 그 다음, 제2 몰드(220)를 사용하는 단계 S170이 수행되며(도 22에 도시된 바와 같음), 제2 미세구조(221)는 미세구조 층(202)으로 전사되어 미세구조 층(202)이 다수의 제3 미세구조(231)를 형성하게 된다. 제2 몰드(22)를 제거하면, 제3 미세구조(231)를 갖는 필름 기판(201)을 얻게 될 것이다(도 23에 도시된 바와 같음).
일 실시예에서, 단계 S150 및 S170은 핫 스탬핑(hot stamping)에 의해 수행되어 광학 필름(230)을 형성한다. 먼저, 플라스틱 시트 또는 필름(즉, 미세구조 층(202))이 필름 기판(201) 상에 배치된다. 그 다음, 플라스틱 시트 또는 필름은 녹는점 위로 가열된다. 그 다음, 플라스틱 또는 필름이 연화되면, 제2 몰드(220)를 플라스틱 시트 또는 필름에 압착하여 제2 미세구조(221)의 형상을 플라스틱 시트 또는 필름에 전사한다. 플라스틱 시트 또는 필름을 냉각시키고 제2 몰드(220)를 제거한 후, 제3 미세구조(231)를 갖는 필름 기판(201)을 얻을 수 있다.
다른 실시예에서, 단계 S150 및 S170은 UV 임프린팅에 의해 수행되어 제3 미세구조(231)를 형성한다. 먼저, UV 경화성 수지가 (즉, 미세구조 층(202)) 상에 코팅되며, 그 다음 제2 몰드(220)를 UV 경화성 수지에 접촉시키고 적절한 압력이 인가되어 UV 경화성 수지와 제2 미세구조(221)가 완전히 접착되도록 한다. 그 다음, UV 광이 사용되어 UV 경화성 수지에 조사하여 UV 경화성 수지가 경화되며, 제2 미세구조(221)에 대응하는 제3 미세구조(231)가 형성될 수 있다. 제2 몰드(220)를 제거한 후, 제3 미세구조(231)를 갖는 필름 기반(201)을 얻을 수 있다.
제3 미세구조(231)를 갖는 필름 기판(201)을 얻은 후, 네거티브 포토레지스트 층(240)을 형성하는 단계 S180이 수행되며(도 24에 도시된 바와 같음), 네거티브 포토레지스트 층(240)은 제3 미세구조(231)에 대해 다른 측에 설정된다. 네거티브 포토레지스트 층(240)은 감광성 재료로 만들어지며, 이는 광에 노출된 후 화학적 구조 변화를 겪게 된다.
그 다음, 필름 기판(201)의 전방, 즉 제3 미세구조(231)를 갖는 측으로부터 네거티브 포토레지스트 층(240)을 노출시키는 단계 S190이 수행된다(도 25에 도시된 바와 같음). 이 때, 제3 미세구조(231)는 아치형 표면이 노출된 광을 특정 위치에 집중시킬 수 있어 노출된 광이 네거티브 포토레지스트 층(240)의 특정 위치로 안내될 수 있기 때문에 소형 렌즈의 효과를 생성할 수 있다.
노출 후에, 네거티브 포토레지스트 층(240)의 노출되지 않은 부부능ㄹ 제거하는 단계 S200이 수행된다(도 26에 도시된 바와 같음). 구체적으로, 광에 노출된 네거티브 포토레지스트 층(240)의 부분은 화학적 변화를 겪고 경화될 것이며, 현상액이 사용되어 노출되지 않은 부분을 제거하여 네거티브 포토레지스트 층(240) 상에 제1 개구(241)를 형성할 수 있다. 단계 S180 내지 S200에서, 제3 미세구조(231) 및 광학 특성을 사용하여 네거티브 포토레지스트 층(240) 상에 제1 개구(241)를 형성하는 셀프 얼라인먼트(self-alignment) 기술을 사용하여, 제1 개구(241) 및 제3 미세구조(231)는 대응하는 위치를 가질 것이다.
제1 개구(241)를 형성한 후, 제1 개구(241)에 불투명층(250)을 형성하는 단계 S210가 수행된다(도 27에 도시된 바와 같음). 그 다음, 네거티브 포토레지스트 층(240)을 제거하여 다수의 제2 개구(251)를 갖는 불투명층(250)을 얻는 단계 S220이 수행되며(도 28에 도시된 바와 같음), 이러한 제2 개구(251)는 도 1의 개구(121)와 대응한다. 이로써 본 특허의 광학 필름(230(100))의 제조가 완료되며, 광학 필름(100)의 시뮬레이션 및 실험 결과가 다음에 설명될 것이다.
광학 시뮬레이션 결과 테이블을 도시하는 도 29를 참조한다. 이 시뮬레이션에서, 사용된 파라미터는 개구율 α 및 광효율 EFF를 포함한다. 개구율은 광학 필름(100)의 전체 면적에 대한 개구 면적의 비율을 설명하며, 광효율은 광이 광학 필름(100)을 통과한 후 남아 있는 광속의 백분율을 설명한다. 또한, 시뮬레이션에서 사용된 광학 필름(100은 각각 길이 및 폭이 5 mm이며 두께가 0.1 mm인 미세구조(111)의 어레이이다. 100%, 10%, 20% 및 30%의 개구율 α를 갖는 광학 필름(100)이 다수의 시뮬레이션을 위해 사용되었다. 광원은 5050 LED 패키지이다.
도 29에서, 광학 필름(100)이 사용되지 않았으며, 즉 개구율 α는 100%이다. 이 경우 광속은 9.473 단위이며, 광효율은 100%이며, 이는 광의 통과를 막는 재료가 없기 때문이다. 10%의 개구율 α를 갖는 광학 필름(100)이 사용되면, 광속은 0.234 단위로 감소하며, 대응하는 광효율 EFF는 2.47%이다. 20%의 개구율 α를 갖는 광학 필름(100)이 사용되면, 광속은 0.872 단위로 증가하며, 대응하는 광효율 EFF는 9.2%이다. 30%의 개구율 α를 갖는 광학 필름(100)이 사용되면, 광속은 추가로 1.753 단위로 증가하며, 대응하는 광효율 EFF는 18.5%이다.
다음으로, 광 분포 시뮬레이션 다이어그램인 도 30 내지 33을 참조한다. 도 30에서, 광학 필름(100)은 사용되지 않았으며(도 29의 100%의 개구율 α에 대응함), 광원에 의해 방출되는 광은 완전히 발산된다. 도 31에서, 10%의 개구율을 갖는 광학 필름(100)이 사용되었으며(도 29의 10%의 개구율 α에 대응함), 광이 중앙에 상당히 집중되어 밝기가 상대적으로 감소하는 것을 관찰할 수 있다. 도 32에서, 20%의 개구율을 갖는 광학 필름(100)이 사용되며(도 29의 20%의 개구율 α에 대응함), 광은 여전히 중심에 집중되며, 도 31과 비교하여 밝기와 면적이 약간 증가했다. 도 33에서, 30%의 개구율을 갖는 광학 필름(100)이 사용되며(도 29의 30%의 개구율 α에 대응함), 중심에 집중된 광의 상황이 유지되며, 밝기 및 면적이 도 32에서보다 높으며 일부 밝기는 에지 주변에서도 관찰될 수 있다. 시뮬레이션 결과로부터, 광학 필름(100)은 광을 제어하는 능력을 가짐을 알 수 있다. 광이 필름의 미세구조(111)를 통과하면, 그 전파 경로 및 분포는 미세구조(111)의 개입으로 인해 변경될 것이다.
다음으로, 광 분포 다이어그램인 도 34 및 35를 참조한다. 이 광 분포 다이어그램은 도 30 내지 33에 대응하며, 다양한 시야각에서 광의 강도를 표시하는데 사용된다. 그 중, 도 34는 수직축의 단위를 광 강도로 사용하며, 도 35는 수직축으로 상대적 광 강도를 사용한다. 또한, 곡선(501)은 도 30에 대응하며, 곡선(502)은 도 31에 대응하며, 곡선(503)은 도 32에 대응하며, 곡선(504)은 도 33에 대응한다. 이 도면에서, 0도는 광학 필름(100)에 대해 수직으로 보는 것과 동일하며, ±90도는 광학 필름(100)에 대해 평행하게 보는 것과 동일하다.
도 34 및 35를 참조하면, 광학 필름(100)을 사용하지 않았기 때문에, 곡선(501)이 상당히 매끄러우며, 0도에서 광 강도가 가장 크며, ±90도에 가까워질수록 광 강도가 점진적으로 감소하는 것을 알 수 있으며, 즉, 광은 대부분의 각도에서 볼 수 있다. 그러나, 곡선(502 내지 504)은 ±10도의 범위 내에서 광 강도가 가장 크며, 광 강도가 ±10도 범위 밖에서 크게 떨어진다. 이는 광학 필름(100)을 사용한 후 ±10도 범위에서 양호한 광 강도를 얻을 수 있음을 의미하며, 이는 또한 ±10도 범위 내에서 볼 수 있음을 의미한다. ±50도의 위치에서는 곡선(503 및 504)이 돌출되는 현상이 나타난다는 점에 주목할 필요가 있다. 이는 개구율이 커지면 이 위치에서 광 누출 현상이 발생한다는 것을 의미한다.
다른 실시예의 광 분포 시뮬레이션 다이어그램인 도 36 내지 39를 참조한다. 이 실시예에서, 시뮬레이션에서 사용된 광학 필름(100)은 각각 5 mm의 길이 및 폭, 0.1 mm의 두께를 갖는 미세구조(111)의 배열이며, 광원은 5050 LED 또는 백라이트 모듈 패키지이며, 이 백라이트 모듈은 확산판(Diffuser Plate) 및 휘도 강화 필름(Brightness Enhancement Film 또는 Dual Brightness Enhancement Film)과 같은 백라이트 모듈의 일반적으로 사용되는 구성요소를 포함한다.
도 36에서, LED는 광원으로 사용되며, 광학 필름(100)은 사용되지 않으며, 광원에 의해 방출되는 광은 완전히 발산된다. 도 37에서, 10%의 개구율을 갖는 광학 필름(100)이 사용되었으며, 광이 중앙에 상당히 집중되는 것을 관찰할 수 있다.
도 38에서, 디스플레이 모듈이 광원으로 사용되며, 광학 필름(100)이 사용되지 않으며, 광원에 의해 방출되는 광은 완전히 발산되며, 확산판이나 강화 필름의 영향을 받으며, 광 강도는 수직 방향으로 더 강하다. 도 39에서, 10%의 개구율을 갖는 광학 필름(100)이 디스플레이 모듈에 대해 사용되었으며, 광이 중앙에 상당히 집중되는 것을 관찰할 수 있으며, 이는 도 37의 시뮬레이션 결과와 매우 유사하다.
광 분포 그래프를 도시하는 도 40 및 41을 참조한다. 볼 수 있는 바와 같이, 곡선(601)은 도 36에 대응하며, 곡선(602)은 도 37에 대응하며, 곡선(603 및 603')은 도 38에 대응하며, 여기서 곡선(603)은 수평 방향으로 광 강도를 나타내며, 곡선(603')은 수직 바향으로 광 강도를 나타내며, 곡선(604)은 도 39에 대응한다. 도 40 및 41을 참조하면, 곡선(601, 603 및 603')에 대해, 즉 광학 필름(100)이 사용되지 않으면, 곡선은 매우 매끄러우며, 광 강도는 0도에서 가장 크며 ±90도에 가까워짐에 따라 점차 감소함을 알 수 있다. 즉, 광은 대부분의 각도에서 볼 수 있다. 그러나 곡선(602 및 604)은 ±10도 범위 내에서 광 강도가 가장 크며 광 강도가 ±10도 범위 밖에서 크게 떨어진다.
도 30 내지 35 및 도 36 내지 41로부터의 시뮬레이션 결과를 결합하면, 본 특허의 광학 필름(100)을 사용한 후에, 광이 ±10도 범위 내로 효과적으로 집중되어 프라이버시 보호 수준을 달성할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 광원으로 단순히 LED 를 사용하든 디스플레이 모듈(확산판 및 강화 필름 포함)을 사용하든, 본 특허의 광학 필름(100)은 굴절 후 상당한 결과를 생성할 수 있다. 다음으로, 본 특허의 광학 필름(100)을 광학 장치의 구성요소로 적용하는 것에 대해 설명할 것이다.
적용 분야의 제1 실시예를 도시하는 도 42를 참조한다. 도 42의 실시예에서, 광학 필름(100)은 고정을 위해 광학 투명 접착제(350)(OCA)를 사용하여 디스플레이 모듈(301) 상에 직접 덮인다. 따라서, 광학 필름(100)은 광원(310), 확산판(320), 광학 구성요소(330) 및 액정 패널(340) 위에 설정될 것이다. 구체적으로, 도 42의 실시예에서, 광학 필름(100)은 디스플레이 스크린의 디스플레이 모듈에 부착되어 프라이버시 효과를 달성한다.
적용 분야의 제2 실시예를 도시하는 도 43을 참조한다. 도 43의 실시예에서, 광학 필름(100)은 디스플레이 모듈(301)에 통합된다. 광학 필름(100)은 광학 구성요소(330)와 액정 패널(340) 사이에 설정될 것이다.
적용 분야의 제3 실시예를 도시하는 도 44를 참조한다. 도 44의 실시예에서, 광학 필름(100)은 디스플레이 모듈(301)의 원래 광학 구성요소(330)를 대체한다. 따라서, 광학 필름(100)은 확산판(320) 상에 설정될 것이다. 일 실시예에서, 광학 투명 접착제(350)(OCA)는 확산판(320)에 접착되도록 사용될 수 있다. 즉, 확산판(320)은 광학 투명 접착제(350)를 통해 광학 필름(100)의 하부면에 접착된다.
적용 분야의 제4 실시예를 도시하는 도 45를 참조한다. 도 45의 실시예에서, 디스플레이 모듈(301)은 광학 필름(100)만으로 설정된다. 이는 디스플레이 모듈(301)의 두께를 더 감소시킬 수 있다.
적용 분야의 제5 실시예를 도시하는 도 46을 참조한다. 도 46의 실시예에서, 광학 필름(100)은 다른 유형의 디스플레이 모듈(301')에 통합된다. 광학 필름(100)은 광학 구성요소(300)와 액정 패널(340) 사이에 설정될 것이다. 광학 구성요소(330) 아래에는 도광판(312)(Light Guide Plate)이 있으며, 발광 구성요소(311)가 도광판(312)의 측 상에 설정된다.
적용 분야의 제6 실시예를 도시하는 도 47을 참조한다. 도 47의 실시예에서, 디스플레이 모듈(301')은 광학 필름(100)만으로 설정된다. 이는 디스플레이 모듈(301')의 두께를 더 감소시킨다.
도 42 내지 46은 광학 필름(100)을 디스플레이 모듈(301)르 통합하는 다양한 방식을 사용하여 광학 필름(100)의 특성을 활용하고 광의 전파를 효과적으로 제어하여 프라이버시 효과를 달성한다.
적용의 제7 실시예를 도시하는 도 48을 참조한다. 도 48의 실시예에서, 이는 편광 빔 스플리터(410)(Polarizing Beam Splitter, PBS)와 통합된다. 광원(310)에 의해 방출되는 광은 광학 필름(100)을 통과한 후 시준광을 형성할 것이다. 이 시준광은 편광 핌 스플리터에 의해 예를 들어 실리콘 액정(LCOS) 구성요소인 공간 광 변조기(420)로 더 반사된다.
더 나은 균일성과 전송 효율을 갖는 시준광을 제공하는 이 특허의 광학 필름(100)으로 인해, 이는 더 나은 해상도 및 이미지 품질을 제공하는 프로젝터, 헤드 장착 장치, 가상 현실 장치 등의 편광 빔 스플리터 및 LCOS 구성요소와 함께 사용될 수 있다. 또한, 본 특허의 광학 필름(100)은 프로젝터, 헤드 장착 장치 및 가상 현실 장치의 다양한 필름 또는 렌즈 및 다른 광학 구성요소를 대체하여 장치의 두께 및 제조 비용을 더 줄일 수 있다.
요약하면, 본 특허의 광학 필름(100)은 불투명층(120)의 미세구조(111) 및 개구(121) 사이의 관계를 활용하여 시준광을 효과적으로 생성할 수 있다. 이는 많은 응용 분야에서 매우 유용할 수 있다. 예를 들어, 이는 프라이버시 필름으로 사용되어 프라이버시 보호를 제공할 수 있다. 이 필름은 특정 각도에서 디스플레이를 볼 수 있게 하며, 컨텐츠는 다른 각도에서 볼 수 없어서 ATM 또는 개인 컴퓨터와 같은 공공 장소에서 사용되는 장치에 적용할 수 있다.
광학 필름(100)은 가상 현실(VR) 헤드셋과 같은 헤드 장착 장치에 사용될 수도 있다. 시준광은 더 효과적인 광 전달 효율을 가지며, 광의 산란과 반사를 줄이므로 광학 필름은 디스플레이 품질을 향상시켜 더 선명하고 생생한 이미지, 더 나은 대비 및 더 나은 생생한 색상을 제공하는 것을 도울 수 있다. 광학 필름(100)은 또한 디스플레이 모듈의 렌즈 또는 필름의 일부 및 다른 광학 구성요소를 대체할 수 있어 디스플레이 모듈의 두께 및 제조 비용을 더 감소시킬 수 있다.
상기 실시예는 단지 설명을 위한 것이며 예시이다. 본 특허가 속한 기술 분야의 숙련된 기술자가 수정을 할 수 있지만 청구 청구범위에서 원하는 보호 범위를 벗어나지는 않을 것이다.

Claims (15)

  1. 광원을 포함하는 광학 장치의 구성요소로 사용하기 위해 구성되는 광학 필름으로서,
    본체;
    상기 본체의 일 측 상에 위치되는 다수의 미세구조 ― 상기 미세구조는 돌출된 아치형 구조임 ―; 및
    상기 본체에 부착되고 본체의 다른 측 상의 미세구조에 대향하여 설정되는 불투명층 ― 상기 불투명층은 다수의 개구를 가짐 ―;을 포함하며,
    상기 개구의 중심 지점은 투사 평면 상의 미세구조의 중심 지점과 중첩하며,
    상기 개구의 등가 직경을 미세구조의 등가 직경을 나눈 값은 0.3 이하이며, 미세구조의 등가 직경을 본체의 두께로 나눈 값은 1.3 이하 0.7 이상이며,
    상기 불투명층은 광원을 향해 배향되는,
    광학 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미세구조 및 개구는 본체 상에 균일하게 배열되는,
    광학 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미세구조 및 개구는 어레이 패턴으로 배열되는,
    광학 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미세구조 및 개구는 벌집 패턴으로 배열되는,
    광학 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미세구조 및 개구는 본체 상에 무작위로 배열되는,
    광학 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미세구조는 본체 상에서 서로 교차하는,
    광학 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 불투명층은 광 흡수 재료로 만들어지는,
    광학 필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 본체는 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 유리로 만들어지며, 불투명층은 니켈, 은, 금, 알루미늄, 이산화 티타늄 또는 이산화 규소로 만들어지는,
    광학 필름.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 불투명층은 반사 재료인,
    광학 필름.
  10. 디스플레이 모듈로서,
    적어도 하나의 광학 필름 ― 상기 광학 필름은:
    본체;
    상기 본체의 일 측 상에 위치되는 다수의 미세구조로서, 상기 미세구조는 돌출된 아치형 구조인, 미세구조; 및
    상기 본체에 부착되고 본체의 다른 측 상의 미세구조에 대향하여 설정되는 불투명층으로서, 상기 불투명층은 다수의 개구를 갖는, 불투명층;을 포함함 ―; 및
    상기 광학 필름 아래에 배치되는 다수의 광원;을 포함하며,
    상기 개구의 중심 지점은 투사 평면 상의 미세구조의 중심 지점과 중첩하며,
    상기 개구의 등가 직경을 미세구조의 등가 직경을 나눈 값은 0.3 이하이며, 미세구조의 등가 직경을 본체의 두께로 나눈 값은 1.3 이하 0.7 이상이며,
    상기 불투명층은 광원을 향해 배향되며,
    상기 광학 필름은 광원을 마주하는 불투명층을 갖는 측으로 배향되는,
    디스플레이 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광학 필름과 광원 사이에 배치되는 적어도 하나의 확산층을 더 포함하는,
    디스플레이 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 확산층은 광학 필름의 하부면에 부착되는,
    디스플레이 모듈.
  13. 제10항에 있어서,
    광학 필름 위에 배치되는 액정 패널을 더 포함하는,
    디스플레이 모듈.
  14. 제10항에 있어서,
    편광 빔 스플리터 및 공간 광 변조기를 더 포함하며, 편광 빔 스플리터는 광학 필름 위에 배치되며, 광원에 의해 방출되는 광은 편광 빔 스플리터에 의해 공간 광 변조기로 반사되는,
    디스플레이 모듈.
  15. 디스플레이 스크린으로서,
    디스플레이 모듈; 및
    적어도 하나의 광학 필름;을 포함하며,
    상기 광학 필름은:
    본체;
    상기 본체의 일 측 상에 위치되는 다수의 미세구조로서, 상기 미세구조는 돌출된 아치형 구조인, 미세구조; 및
    상기 본체에 부착되고 본체의 다른 측 상의 미세구조에 대향하여 설정되는 불투명층으로서, 상기 불투명층은 다수의 개구를 갖는, 불투명층;을 포함하며,
    상기 개구의 중심 지점은 투사 평면 상의 미세구조의 중심 지점과 중첩하며,
    상기 개구의 등가 직경을 미세구조의 등가 직경을 나눈 값은 0.3 이하이며, 미세구조의 등가 직경을 본체의 두께로 나눈 값은 1.3 이하 0.7 이상이며,
    상기 불투명층은 광원을 향해 배향되며,
    상기 광학 필름은 디스플레이 모듈에 부착되며, 광학 필름은 불투명층을 갖는 측이 디스플레이 모듈을 마주하도록 배향되는,
    디스플레이 스크린.
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