2차원 루프 프리즘 어레이를 이용하는 터닝 필름 document_id A220623037792

LCD 디스플레이는 CRT 모니터와 달리 소형, 경량을 제공하지만, LCD 디스플레이가 낮은 밝기, 또는 보다 적절하게는 휘도, 때문에 만족스럽지 않은 다수의 애플리케이션이 존재한다. 종래의 랩탑 컴퓨터 디스플레이에서 사용되는 투과형 LCD는 광을 외부, 즉, LCD 쪽으로 배향하기 위해 LCD 뒤에 배치되는 광 제공 표면을 구비하는 백라이트 디스플레이(a backlit display) 유형이다. 광 제공 표면 자체는 본질적으로 램버시안(Lambertian), 즉, 광범위한 각도에 걸쳐 휘도가 본질적으로 일정한 조사를 제공한다. 증가하는 축상(on-axis) 및 축근접(near-axis) 휘도의 목표에 있어서, 다수의 휘도 강화 필름은 램버시안 분산을 가진 이러한 광의 일부를, 디스플레이 표면에 대하여 수직인 방향으로 재배향하기 위해 제안되어 왔다. LCD 디스플레이 및 다른 유형의 백라이트 디스플레이 유형과 함께 사용하기 위한 것으로 휘도 강화를 위해 제안된 해결책은 다음과 같다. 미국 특허 제 5,592,332 호(Nishio 등)는 LCD 디스플레이 장치의 광각 범위를 조정하는 2개의 교차형 렌티큘라(lenticular) 렌즈 표면의 이용을 개시한다. 미국 특허 제 5,611,611 호(Ogino 등)는 바람직한 광 발산 및 휘도를 획득하기 위해 프레넬(Fresnel) 및 렌티큘라 렌즈 판의 조합을 이용하는 후방 프로젝션 디스플레이를 개시한다. 미국 특허 제 6,111,696 호(Allen 등)는 디스플레이 또는 발광 설비용 밝기 강화 필름을 개시한다. ''696 특허에 개시된 광학 필름에 있어서, 조사원에 직면하는 표면은 평탄하고, 대향 표면은 조사각을 재배향하는 삼각 프리즘과 같은 일련의 구조체를 구비한다. ''696 특허에 개시된 필름은 축 이탈(off-axis) 광을 굴절시켜서, 좁아진 각도만큼 광을 재배향하는 정정 각도를 제공한다. 그러나, 축 이탈 광을 재배향하는 데에는 이러한 필름 설계가 최상이며, 필름 표면에 대해 수직인 입사광은 전달되기보다는 소스 쪽으로 다시 반사될 수 있다. 미국 특허 제 5,629,784 호(Abileah 등)는 프리즘 판이 반사형 LCD 디스플레이의 밝기, 콘트라스트비 및 컬러 균일성을 강화하는 데 이용되는 다양한 실시예를 개시한다. ''784 특허에 개시된 실시예에서, Allen 등의 ''696 특허의 밝기 강화 필름과 유사한 밝기 강화 필름은 휘도 개선뿐만 아니라 주변 광의 영향 감소도 제공하는 반사된 광원에 직면하는 구조화된 표면과 정렬된다. 이러한 부품은 반사형 영상 디바이스와 함께 사용되므로, ''784 개시물의 프리즘 판은 투과형 LCD 시스템에 사용되는 위치보다는 뷰어(viewer)와 LCD 표면 사이(즉, 광원과 LCD 사이)에 배치된다. 미국 특허 출원 공개 번호 제 2001/0053075 호(Parker 등)는 프리즘 및 다른 구조체를 포함하는 LCD 디스플레이용 광 재배향 필름에서 사용되는 다양한 유형의 표면 구조체를 개시한다. 미국 특허 제 5,887,964 호(Higuchi 등)는 LCD 디스플레이 내의 백라이트 전파 및 휘도 개선을 위해 각각의 표면을 따라 확장된 프리즘 구조체를 구비하는 투명한 프리즘 판을 개시한다. 상술한 Allen 등의 ''696 특허에 대해 기술한 바와 같이, 다량의 축상 광은 이러한 배열로 전달되기보다 반사된다. 광원에 대하여, Higuchi 등의 ''964 개시물의 프리즘 판의 방향은 ''696 개시물에서 사용된 프리즘 판의 방향과 반대이다. ''964 개시물에 도시된 배열은 소형, 휴대용 디스플레이에만 이용가능하며, 램버시안 광원을 사용하지 않는다. 미국 특허 제 6,356,391 호(Gardiner 등)는 서로 다른 차원을 가질 수 있는 프리즘 어레이를 사용하여 LCD 디스플레이 내의 광을 재배향하는 한 쌍의 광학 터닝 필름을 개시한다. 미국 특허 제 6,280,063 호(Fong 등)는 무디거나 둥근 피크를 가진 필름의 한 측면에 프리즘 구조체를 구비한 밝기 강화 필름을 개시한다. 미국 특허 제 6,277,471 호(Tang)는 구부러진 단면을 가진 복수의 통상적인 삼각 프리즘 구조체를 구비한 밝기 강화 필름을 개시한다. 미국 특허 제 5,917,664 호(O''Neill 등)는 종래의 필름 유형에 비해 "부드러운" 절단(cutoff) 각을 가짐으로써, 시야각이 커짐에 따라 휘도 변화가 완화되는 밝기 강화 필름을 개시한다. 미국 특허 제 5,839,823 호(Hou 등)는 마이크로프리즘 어레이를 사용하여, 비램버시안 소스에 대해 광을 재사용하는 조사 시스템을 개시한다. 미국 특허 제 5,396,350 호(Beeson 등)는 열이 문제가 될 수 있고, 상대적으로 불균일한 광 출력을 수용할 수 있는 조사 장치에서 광 재배향을 위한 광원에 접촉하는 마이크로프리즘 어레이를 이용하는 광 재사용 특성을 가진 백라이트 장치를 개시한다. 상술한 개시물에 기술된 종래의 방안은 낮은 시야각으로 일부 밝기 강화 수단을 제공하지만, 이들 방안은 몇 가지 단점이 있다. 상술한 해결책 중 일부는 최상의 축상 시야에 대해 수직인 방향으로 광을 재배향하기보다 선호하는 각 범위에 걸쳐 광을 재분산하기에 더 효율적이다. 종래의 밝기 강화 필름 해결책은 광을 일 방향으로 재배향하는 데 최상으로 작용하는 지향성 편향을 갖는다. 예컨대, 밝기 강화 필름은 광 경로를 디스플레이 표면에 대하여 폭 방향으로 재배향할 수 있지만, 직교 길이 방향으로는 광에 영향을 거의 주지 않거나 아예 주지 않을 수 있다. 그 결과, 디스플레이 표면에 대해 수평 방향과 수직 방향 양자 모두로 광을 재배향하는 데 전형적으로 사용되는 다수의 직교 교차형 판은 광을 다른 방향으로 재배향하기 위해 중첩되어야 한다. 반드시, 이러한 유형의 방안은 어느 정도의 절충을 포함하는데, 이러한 방안은 2개의 직교축에 대한 대각 방향으로의 광에 대해서는 최적이 아니다. 이상에 열거된 특허 문헌에 개시된 바와 같이, 밝기 강화 제조물은 기판 물질의 상부면 위에 형성되며, 광원으로부터 떨어져 향하고 광원 쪽으로 향하는 프리즘 정점을 가지는 복수의 돌출형 프리즘을 이용하는 배열을 포함하는 다양한 유형의 굴절면 구조체를 별도의 프리즘 구조체의 매트릭스와 연장된 프리즘 구조체 양자 모두로서 제안되었다. 대부분의 부품에 있어서, 이들 해결책도 지향성 편향을 나타내므로, 실제 애플리케이션에서 다수의 판을 사용하는 것을 필요로 하게 된다. 휴대용 장비용인 기존의 백라이트 시스템이 가지는 하나의 문제점은 CCFL 벌브(a CCFL bulb)와 같은 소형 소스로부터의 광을 2차원 표면에 걸쳐 균일하게 재배향해야 할 필요성에 관련되는데, 여기서 광원은 2차원 표면의 하나의 엣지에 배치된다. 종래의 도광 패널은 엣지 소스로부터의 광을 확산시키고 균일한 백라이트 조사를 제공하는 확산 필름(a diffusion film)과 함께 인쇄된 점 패턴 또는 에칭된 표면을 사용하여 이러한 기능을 수행한다. Clarex, Inc.로부터 이용가능한 HSOT(Highly Scattering Optical Transmission) 도광 패널을 구비하는 지향성 터닝 필름은 제조시에 확산 필름이나 점 인쇄 필요 없이 이러한 유형의 균일한 백라이트를 제공하는 개선된 해결책을 제공한다. HSOT 도광 패널 및 다른 유형의 지향성 터닝 필름은 프리즘 구조체 어레이를 다양한 조합으로 사용하여, 도광판으로부터의 광을 2차원 표면에 수직인 방향으로 재배향한다. 도 1을 참조하면, 도광판(10)의 전체 기능이 도시된다. 광원(12)으로부터의 광은 입력면(18)에 입사하고 도시된 바와 같이 전형적으로 웨지형인 도광판(10)을 통과한다. 광은 TIR(Total Internal Reflection) 상태가 깨지고 반사면(42)으로부터 가능하게 반사될 때까지 도광판(10) 내에 전파되고, 이어서 출력면(16)에서 도광판을 빠져나간다. 이어서 광은 터닝 필름(22)으로 나아가고 LCD 또는 다른 2차원 백라이트 부품과 같은 광 게이팅 장치(20)를 조사하도록 배향된다. 2차원 표면을 따른 광 분산에 있어서, 도광판(10) 및 이의 지원 부품은 전형적으로 광의 재배향과, 빔 각도 발산을 감소시키는 어느 정도의 시준 양자 모두를 제공하도록 설계된다. 예컨대, Tai의 "Divergent Angle Rotator System and Method for Collimating Light Beams"라는 명칭의 미국 특허 제 5,854,872 호는 연장된 마이크로프리즘 어레이를 사용하여 하나 이상의 광원으로부터의 광을 재배향하고 시준하는 도광판을 개시한다. Tai의 ''872 특허에 개시된 장치에서, 도광판은 일 방향으로 연장된 광 출력 측면 상에 제 1 프리즘 구조체 세트를 구비하여 시준을 제공하고, 직교 방향으로 연장된 대향 측면 상에 제 2 프리즘 구조체 세트를 구비하여 시준 및 TIR 반사를 제공한다. 도 2를 참조하면, 이러한 유형의 도광판(10)에 대한 교차형 프리즘 구조체 배열이 도시되어 있다. 출력면(16) 상의 터닝 필름(20)은 광의 재배향을 수직 시야 축(V)쪽으로 제공하게 한다. 도광판(10)으로부터의 광 출력은 비교적 큰 축 이탈 각도를 가질 수 있다. 하부 프리즘(24)은 직교 방향으로의 시준을 제공한다. 상부 및 하부 표면에서의 프리즘 구조체의 직교 관계는 출력 광의 제어가능한 시준도를 제공한다. 도 2에 나타낸 기본 배열에 적용되는 다수의 변경이 존재한다. 예컨대, Whitney 등의 "Light Guide for use with Backlit Display"라는 명칭의 미국 특허 제 6,576,887 호는 터닝 필름(22)의 출력면 상의 구조체가 더 나은 균일한 출력을 제공하기 위해 임의로 분배될 수 있는 균일성이 최적화된 도광을 개시한다. Gardiner 등의 "Optical Film with Variable Angle Prisms"라는 명칭의 미국 특허 제 6,707,611 호는 감지되는 리플을 감소시키는 배열을 가진 광학 터닝 필름의 적응을 개시한다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 종래의 터닝 필름에 의해 수행될 수 있는 광을 재배향하는 프리즘(60)의 전체 기능을 2개의 서로 다른, 대략 직교형 투시도로 도시한다. 입사점(P1)에서 프리즘(60)에 들어오는 광은 굴절되고 TIR에 의해 하부 단면(62) 상의 점(P2)로부터 반사된 후, 점(P3)에서 프리즘(60)을 빠져나간다. 프리즘(60)이 이러한 터닝 기능을 일 방향, 즉, 도 3a 및 도 3b에 도시된 좌표 시스템의 Y 방향으로 효율적으로 제공한다는 것을 알아야 한다. 직교 방향, 즉, 도 3a 및 도 3b의 X 방향으로, 프리즘(60)은 광 수집에 비효율적이므로, X 방향을 따라 발산이 커진다. 이로 인해, 도 2 및 이상에 인용된 Tai의 ''872 및 Whitney 등의 ''887 개시물이 나타내는 바와 같이, 직교 배치된 2개의 별도의 프리즘 세트는 광 재배향을 위한 종래의 해결책에서 이용된다. 하나의 프리즘 세트는 광 시준을 제공하고, 다른 프리즘 세트는 방향에 대한 빔 재배향을 제공한다. 이러한 배열은 동작가능한 한편, 단일 광학 부품으로 시준과 빔 재배향 양자 모두를 제공하며, 특히 개선된 축상 휘도를 제공하는 조사 해결책이 비용 및 크기 면에서 이점이 될 것임을 알 수 있다. 전자 디스플레이 장치의 패키징의 소형화 요구는 증가하지만, 백라이트 방출을 위한 기존의 광 산란 방안에 대한 개선 가망은 거의 없으므로, 2차원 표면을 따라 광을 재배향하는, 특히, 백라이팅 애플리케이션에 상당히 적합한 이례적인 해결책을 찾아야할 필요가 있다.