KR101110867B1

KR101110867B1 - 집광기를 구비한 휘도 향상 필름

Info

Publication number: KR101110867B1
Application number: KR1020067025463A
Authority: KR
Inventors: 준원 이; 데이비드 케슬러
Original assignee: 롬 앤드 하스 덴마크 파이낸스 에이에스
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2012-02-17
Also published as: WO2005121850A1; CN1965253A; US7160017B2; US20050270798A1; KR20070028396A; JP2008502001A; CN100437166C; US20060250819A1; TW200609611A; US7581867B2

Abstract

휘도 향상 물품(30)은 2차원 표면으로부터 광을 제공한다. 상기 휘도 향상 물품(30)은 복수 개의 집광 구조물들(32)을 가지며, 각각의 집광 구조물(32)은 상기 표면을 따라서 길이 방향으로 종방향 연장된다. 각각의 집광 구조물(32)은 광-제공 표면에 광학적으로 결합되는 입력 개구(33), 및 상기 입력 개구(33)에서 멀리 떨어져 있는 출력 개구(35)를 구비하고, 상기 출력 개구(35)는 입력 개구(33)의 표면적보다 큰 표면적을 갖는다. 상기 출력 개구(35)로부터 입력 개구(33)쪽으로 한 쌍의 곡선형 측벽(35)들이 연장된다. 길이 방향에 대해 직각으로 취한 단면에서, 곡선형 측벽(35)들은 포물선 곡률에 근접한다.

집광 구조물, 곡선형 측벽, 포물선 곡률, 전체 내부 반사, 도광판, 굴절율, 반사면, 프리즘 표면, 광 조절 물품, 디스플레이 패널

Description

집광기를 구비한 휘도 향상 필름{BRIGHTNESS ENHANCEMENT FILM WITH LIGHT CONCENTRATORS}

본 발명은 일반적으로 휘도 향상 물품에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 랩탑 LCD 디스플레이와 같은 백라이트 디스플레이 장치와 함께 사용하기 위한 조사 조절용 집광기 구조물의 어레이를 사용하는 휘도 향상 필름에 관한 것이다.

LCD 디스플레이는 CRT 모니터에 비해 콤팩트하고 가벼운 대안을 제공하지만, 휘도 또는 더 적절하게 루미넌스(luminance) 레벨이 낮아서 만족스럽지 못한 적용분야가 많다. 종래의 랩탑 컴퓨터 디스플레이에 사용되는 투과형 LCD는 광을 LCD를 향해서 외측으로 배향하기 위해 광-제공 표면이 LCD의 후방에 배치되는 백라이트 형태이다. 광-제공 표면 자체는 본질적으로 균등확산적인(Lambertian) 조사(illumination), 즉 넓은 각도 범위에 걸쳐서 본질적으로 일정한 루미넌스를 갖는 조사를 제공한다. 축상(on-axis) 및 축근처(near-axis) 루미넌스를 증가시키기 위해서, 균등확산 분포를 갖는 광의 일부를 디스플레이 표면에 대해 수직하게 재배향하기 위한 다수의 휘도 향상 필름들이 제안되었다. LCD 디스플레이 및 기타 형태의 백라이트 디스플레이에서 사용하기 위한, 휘도 또는 루미넌스를 향상시키기 위해 제안된 해결책 중에는 다음과 같은 것들이 있다:

미국 특허 제5,592,332호(Nishio 등)는 LCD 디스플레이 장치에서 광의 각도 범위를 조정하기 위한 두 개의 교차형 렌티큘라(lenticular) 렌즈면의 사용을 개시하고 있으며,

미국 특허 제5,611,611호(Ogino 등)는 소정의 광 발산 및 루미넌스를 얻기 위해 프레넬(Fresnel) 및 렌티큘라 렌즈의 조합을 사용하는 후면 투사 디스플레이를 개시하고 있고,

미국 특허 제6,111,696호(Allen 등)는 디스플레이 또는 조명 기구용 휘도 향상 필름을 개시하고 있다. '696 특허에 개시된 광학 필름에서, 조사 소스와 대면하는 표면은 매끄럽고, 반대 표면은 조사 각도를 재배향하기 위한 삼각형 프리즘들과 같은 일련의 구조물들을 갖는다. '696 특허에 개시된 필름은 광을 보다 좁은 각도로 배향하기 위한 정도의 보정을 제공하기 위해 축외(off-axis) 광을 굴절시킨다. 그러나, 이런 필름 설계는 축외 광을 재배향하기 위해 최상으로 작용하며, 필름 표면에 수직한 입사광은 투과되기보다는 소스를 향해서 다시 반사될 수 있다.

미국 특허 제5,629,784호(Abileah 등)는 반사형 LCD 디스플레이의 휘도, 콘트라스트 비율, 및 색 균일성을 향상시키기 위해 프리즘 시트가 채용되는 다양한 실시예들을 개시하고 있다. '784 특허에 개시된 실시예에서, '696 특허의 것과 유사한 휘도 향상 필름은 루미넌스 향상뿐 아니라 주변광 효과의 감소를 제공하기 위해 반사광의 소스를 향하는 구조호된 표면이 배치된다. 이런 부품이 반사 이미징(imaging) 장치와 함께 사용되기 때문에, '784 특허의 프리즘 시트는 투과형 LCD 시스템에서 사용되는 위치에서보다, 관찰자와 LCD 표면 사이에(즉, 광원과 LCD 사이에) 배치된다.

미국 특허출원 공보 제2001/0053075호(Parker 등)는 LCD 디스플레이용 광 재배향 필름에 사용되는, 프리즘 및 기타 구조물을 포함하는, 다양한 형태의 표면 구조물을 개시하고 있다.

미국 특허 제5,887,964호(Higuchi 등)는 LCD 디스플레이에서 백라이트 전파 및 루미넌스 향상을 위해 각각의 표면을 따라서 연장되는 프리즘 구조물들을 갖는 투명 프리즘 시트를 개시하고 있다. 전술한 '696 특허에 대해서 언급했듯이, 축상 광의 대부분은 이 배치에서 투과되기보다는 반사된다. 광원에 대해서, '964 특허에서의 프리즘 시트의 배향은 '696 특허에 사용된 것과 반대로 되어 있다. '964 특허에 개시된 배치는 소형 휴대용 디스플레이에만 사용될 수 있으며, 균등확산 광원을 사용하지 않는다.

미국 특허 제6,356,391호(Gardiner 등)는 프리즘들이 상이한 치수를 가질 수 있는 프리즘 어레이를 사용하여 LCD 디스플레이에서 광을 재배향하기 위한 한 쌍의 광학 터닝 필름을 개시하고 있다.

미국 특허 제6,280,063호(Fong 등)는 둔화되거나 라운딩된 피크를 갖는 필름의 일 측면에 프리즘 구조물들을 갖는 휘도 향상 필름을 개시하고 있다.

미국 특허 제6,277,471호(Tang)는 곡선 패싯들(facets)을 갖는 복수 개의 대체로 삼각형 프리즘 구조물들을 갖는 휘도 향상 필름을 개시하고 있다.

미국 특허 제5,917,664호(O'Neill 등)는 종래의 필름 형태에 비해 "소프트"한 컷오프 각도를 갖고, 이로 인해 관찰 각도 증가에 따라 루미넌스 변화가 완화되는 휘도 향상 필름을 개시하고 있다.

미국 특허 제5,839,823호(Hou 등)는 마이크로프리즘 어레이를 사용하여 불균등확산 소스에 대해 광 재순환이 이루어지는 조사 시스템을 개시하고 있다.

미국 특허 제5,396,350호(Beeson 등)는, 열이 문제될 수 있고 상대적으로 불균일한 광출력이 허용될 수 있는 조사 장치에서 광 재배향을 위해 광원과 접촉하는 마이크로프리즘 어레이를 채용하는, 광 재순환 구조체를 갖는 백라이트 장치를 개시하고 있다.

도 1은 광원(18)으로부터 제공되는 광을 향상시키기 위한 일 형태의 휘도 향상 필름(10)을 도시한다. 휘도 향상 필름(10)은 반사면(19)을 구비하는 도광판(light guiding plate)(14)과 마주하는 평활면(12), 및 LCD 부품(20)과 대면하는 프리즘 구조물(16)의 횡열을 구비한다. 미국 특허 제6,111,696호 및 제5,629,784호(둘 다 앞서 언급됨)와 제5,944,405호(Takeuchi 등)에 개시된 이런 장치는 일반적으로 양호하게 작동하며, 축외 광선의 굴절 및 이 광의 일부를 수직 광학 축에 가깝게 배향함으로써 축상 루미넌스를 향상시킨다. 도 1에 도시하듯이, 축외 광선(R1)은 수직선을 향하여 굴절된다. 그러나 전반사(TIR: total internal reflection)로 인하여 축근처 광선(R3)이 수직선으로부터 보다 극한적인 각도로 굴절될 수 있음에 유의해야 한다. 또한, 축상 광선(R4)은 LCD 부품(20)을 향하여 배향되기보다는 반사면(19)으로부터 확산 및 반사되도록 사실상 도광판(14)을 향하여 다시 반사될 수 있다. 이러한 축근처 광의 굴절 및 축상 광의 적어도 일부의 도광판(14)으로의 반사는 후술하듯이 관찰 각도에 대한 조사 루미넌스를 조정하는 작용을 한다. 도광판(14)과 반사면(19)의 작용에 의해, 휘도 향상 필름(10)으로부터 다시 반사되는 광의 일부는 결국 확산되고 다시 LCD 부품을 향하여 대체로 수직 각도로 외측으로 배향된다. 물론 반사면(19)의 비효율성으로 인해 다중 반사후 광의 손실이 어느 정도 존재한다.

휘도 향상 필름(10)의 목적은 도광판(14)으로부터 큰 각도 범위에 걸쳐서 제공되는 광을 재배향하는 것이고, 그래서 그것이 LCD 부품(20)에 제공하는 출력 광이 대체로 수직선을 향하도록 한다. 이렇게 함으로써, 휘도 향상 필름(10)은 디스플레이 표면에 수직하게 똑바로 볼 때뿐 아니라 비스듬하게 볼 때에도 디스플레이 루미넌스를 향상시키는 것을 보조한다.

수직선으로부터의 관찰자 각도가 증가함에 따라, 인지되는 루미넌스는 한계 각도를 지나면 현저히 감소될 수 있다. 도 2의 그래프는 휘도 향상 필름(10)을 사용할 때 관찰 각도에 대한 루미넌스의 특징 관계를 나타내는 루미넌스 곡선(26)을 도시한다. 예상대로, 루미넌스는 수직선에서 피크를 이루고 수직선의 양쪽으로 한계 컷오프 각도(θcutoff) 쪽으로 갈수록 감소된다. 컷오프 각도(θcutoff)를 지나 약간의 증가가 발생하지만, 이는 LCD 디스플레이 자체의 특징으로 인해 관찰자가 쉽게 인지할 수 없는 소용없는 광을 나타낸다.

도 2에서의 루미넌스 곡선(26)을 참조하면, 관심 대상이 되는 하나의 특징은 곡선의 전체 형상이다. 관찰 각도 범위에 걸친 루미넌스는 그 각도에 대한 곡선 아래의 면적에 비례한다. 통상적으로, 피크 루미넌스 값은 예상대로 수직선 근처 각도에서 발생한다. 많은 적용에 있어서, 수직선을 중심으로 하는 좁은 관찰 각도 범위 내에서 루미넌스를 증가시키는 것이 가장 유익하다.

전술한 공보에 개시된 것과 같은 종래의 접근법들은 낮은 관찰 각도에서 얼마간의 휘도 향상이 측정되지만, 일부 단점을 갖는다. 전술한 해결책중 일부는 최상의 축상 관찰을 위해 광을 수직선 쪽으로 재배향하기보다는 광을 바람직한 각도 범위에 걸쳐서 재분포시키는데 보다 효과적이다. 이들 휘도 향상 필름 해결책은 광을 일 방향으로 재배향하기 위해 최상으로 작용하는 방향 바이어스를 갖는다. 예를 들어, 휘도 향상 필름은 광로를 디스플레이 표면에 대해 폭방향으로 재배향할 수 있지만, 직교하는 길이 방향으로의 광에는 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않는다. 따라서, 다수의 직각 교차하는 시트들은 광을 상이한 방향으로 재배향하도록 놓여져야 하며, 통상 광을 디스플레이 표면에 대해 수평 방향 및 수직 방향으로 재배향하기 위해 사용된다. 부득이, 이런 형태의 접근법은 다소 절충안이며, 이러한 접근법은 두 개의 직교 축들에 대해 비스듬한 방향으로의 광에 대해서는 최적이 아니다.

전술했듯이, 광원에 대해 대면하고 광원으로부터 떨어져 대면하는 프리즘의 정점을 갖는, 개별 프리즘 구조물의 매트릭스 및 세장형 프리즘 구조물로서 복수 개의 돌출 프리즘 형상들을 채용하는 배치를 구비하는, 기판 재료 맨 위에 형성되는 다양한 형태의 굴절 표면 구조를 갖는 휘도 향상 물품이 제안되어 왔다. 대부분의 부분에서, 이들 필름은 방향 바이어스를 나타내며, 실제 적용에서는 다중 시트들의 사용을 요한다.

다수의 특허 공보가 광을 경사진 측벽을 갖는 프리즘 구조물들 내에서 광을 재배향하기 위한 전반사(TIR) 효과의 사용을 개시하고 있으며, 그 예는 다음과 같다.

미국 특허 제5,739,931호 및 제5,598,281호(Zimmerman 등)는 마이크로프리즘 및 테이퍼진 광학 구조물의 어레이를 사용하는, 백라이트용 조사 장치를 개시하고 있다.

미국 특허 제5,761,355호(Kuper 등)는 안내 광학 구조물들이 광을 바람직한 방향으로 배향하기 위해 TIR을 채용하는, 영역 조명 분야에 사용하기 위한 어레이를 개시하고 있다.

미국 특허 제6,129,439호(Hou 등)는 광 재배향을 위해 마이크프리즘이 TIR을 사용하는 조사 장치를 개시하고 있다.

Zimmerman 등의 '281 특허, Kuper 등의 '355 특허, 및 Hou 등의 '439 특허는 아치형 형상을 효과적으로 제공하기 위해 다수의 작은 세그먼트들을 갖는 측벽을 포함하는, TIR을 사용하도록 성형된 적어도 하나의 곡선형 측벽을 갖는 프리즘 구조물의 사용을 개시하고 있다. 이들 공보는 측벽 곡률의 사용을 개시하지만, 최상으로 작용하는 실제 곡률 또는 치수를 최적화하기 위한 가이드라인은 전혀 제공하지 못한다. 일부 "경험에서 나온" 제안은 다양한 용도에 적합해보이는 상대적 비율에 대해 제안되었다. 그러나, 임의의 곡률 및 치수를 갖는 프리즘 측벽은 휘도 향상 물품의 성능을 향상시킬 수 없으며, 대신에 휘도에 해로울 수 있다.

다양한 형태의 적용에서는 축을 따라서 전자기 에너지를 수집 또는 전달하기 위한 포물선형 반사기가 공지되어 있다. 예를 들어, 실내 조명 용도에서는, 광을 수집하고 이를 외측으로, 일반적으로 일 방향으로 배향하기 위해, 포물선형 반사기, 및 그 형상이 포물선 형상과 유사한 반사기가 램프 또는 기타 광원 주위에 배치된다. 축을 따르는 광의 최적 포물선 반사를 위해서, 광원은 포물선형 반사기의 초점에 배치된다.

다양한 적용분야에서, 특히 태양 에너지 분야에서 광을 집광하기 위해 복합 포물선형 집광기(CPC: compound parabolic concentrators)와 같은 보다 효율적인 집광기가 사용되었다. 예를 들어, 미국 특허 제4,002,499호 및 제4,003,638호(둘다 Winston에게 허여됨)는 복사 에너지 수집을 위한 반사성 포물선형 집광기 요소의 사용을 개시하고 있다. 미국 특허 제6,384,320호(Chen)는 주거용 태양 발전 시스템에 사용하기 위한 반사형 CPC 장치의 어레이 사용을 개시하고 있다. 집광기는 또한 광감지 장치를 지지하는데에도 사용되었다. 예를 들어, 영국 특허출원 GB 2 326 525호(Leonard)는 전하 결합 소자(CCD)와 같은 광센서를 위한 광 획득용 집광기로서 반사형 CPC 어레이의 사용을 개시하고 있다. CPC 및 유사 구조물은 다양한 적용분야에서 광을 수집 및 감지하기 위하여 활용되었지만, 향상된 광 분배 및 재배향을 달성하기 위해서 활용되지는 않았다.

광학 디스플레이용 휘도 향상 필름은 주로 광범위한 각도에 걸쳐서 디스플레이 휘도의 향상에 관한 것이다. 그러나, 공간적 균일성 역시 중요한 바, 이것이 디스플레이에서의 "핫 스폿(hot spots)" 최소화를 도와주기 때문이다. 기존의 휘도 향상 필름은 보다 높은 휘도를 달성하기 위해서, 핫 스폿 및 기타 이상을 초래하는 디스플레이 균일성을 절충하는 경향이 있다.

디스플레이 루미넌스를 증가시키기 위해 쏟아부은 집중적인 노력에도 불구하고, 특히 고도의 축근처 루미넌스가 요구되고 표시된 화상에서 공간적 균일성이 바람직한 경우에는 개선이 요구된다.

광효율적이고, 축근처 관찰 각도에서의 루미넌스를 향상시키며, 거의 균일한 광원을 제공하는 휘도 향상 필름이 요구된다.

본 발명의 목적은 표면으로부터 광을 제공하기 위한 휘도 향상 물품으로서, 상기 휘도 향상 물품은, 그 각각이 광-제공 표면을 따라서 길이 방향으로 종방향 연장되는 복수 개의 집광 구조물들을 포함하되,

각각의 집광 구조물은,

(a) 상기 광-제공 표면에 광학적으로 결합되는 입력 개구,

(b) 상기 입력 개구로부터 멀리 떨어져 있고, 상기 입력 개구의 표면적보다 큰 표면적을 갖는 출력 개구, 및

(c) 상기 길이 방향을 따라서 연장되고 상기 출력 개구로부터 상기 입력 개구를 향하여 연장되는 한 쌍의 곡선형 측벽들을 포함하며,

상기 길이 방향에 대해 직각으로 취한 단면에서 상기 곡선형 측벽들은 포물선 곡률을 가지는 휘도 향상 물품을 제공하는 것이다.

명세서는 본 발명의 요지를 특히 지적하고 명확히 청구하는 청구범위로 종결 되지만, 본 발명은 첨부도면을 참조한 하기 설명으로부터 보다 잘 이해될 것으로 믿어진다.

도 1은 LCD 디스플레이에서 사용되는 휘도 향상 필름을 도시하는 측단면도이다.

도 2는 휘도 향상 필름에서의 관찰 각도에 대한 루미넌스의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 광선 취급에 있어서 선형 집광기의 거동을 도시하는 광선 다이어그램이다.

도 4a 및 4b는 본 발명의 다양한 실시예들에서 조사 장치의 일부를 도시하는 측단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 휘도 향상 필름의 사시도이다.

도 6a는 본 발명에 따른 조사 시스템의 측면도이다.

도 6b는 도 6a의 도시 방향에 대한 직교 방향에서의 조사 시스템의 측면도이다.

도 7은 도 6a 및 6b의 조사 시스템의 사시도이다.

도 8a는 측벽의 단면 형상을 결정하는데 있어서 핵심 파라미터의 역할을 나타내는 측면도이다.

도 8b는 도광판 내에서의 TIR 각도를 나타내는 측면도이다.

도 8c는 본 발명에 따른 집광 구조물의 측벽에 있어서 y-z 좌표를 얻기 위해 파라미터가 사용되는 방법을 도시하는 측면도이다.

도 9a, 9b, 9c는 본 발명에 사용될 때 단면이 대체로 포물선 형상인 집광 구조물의 기본 형상 및 치수로 제조될 수 있는 변형예를 설명하기 위해 사용되는 측면도이다.

도 10a 및 10b는 본 발명에 따른 집광 구조물의 각 측벽의 약간의 회전이 없을 때와 있을 때의 광의 거동을 도시하는 개략 단면도이다.

도 11a 및 11b는 본 발명에 따른 집광 구조물의 형상에 대한 변경이 없을 때와 있을 때의 관찰 각도에 대한 상대 루미넌스를 도시하는 그래프이다.

도 12는 인접하는 집광 구조물들 사이의 피치가 변화하는 실시예를 도시하는 측단면도이다.

도 13은 집광 구조물이 곡선을 따라서 형성되는 대안적인 실시예를 도시하는 사시 단면도이다.

도 14는 대안적인 실시예에서 추가 랜덤성을 갖는 집광 구조물을 도시하는 사시도이다.

앞서 배경기술 부분에서 언급했듯이, 복합 포물선형 집광기(CPC)는 다수의 바람직한 집광 특성을 나타낸다. 이제 도 3의 측단면도를 참조하면, 본 발명의 장치는 이런 기본 형상의 집광 구조물(32)의 어레이를 사용하며, 각각의 집광 구조물(32)은 단면에서 거의 포물선형 프로파일을 갖는다. 집광 구조물(32) 내에서, 입력 표면(34) 상의 입력 개구(33)에서의 지점(P)으로부터 넓은 각도 범위에 걸쳐서 내보내지는 광선(R)은 전반사(TIR)로 인해 반사되고, 일반적으로 출력 표면(36)에서 출력 개구(35)로부터 동일한 각도로 출사된다. 즉, 지점(P)을 통과하고 집광 구조물(32)의 측벽(38)으로부터 반사되는 광선은 일반적으로, 그 지점으로부터의 반사된 광선의 최대 빔 각도(θ_m)에 대응하는 각도(θ_m)로 출사된다. 집광 구조물(32)이 도광판(14)에 붙거나 그 일체형 부분으로서 배치됨으로써, 입력 개구(33)는 도광판(14) 내에서 광 에너지 벌크에 대한 유일한 출구를 제공한다. 각도(θ_m)가 적절한 값으로 유지되는 한, 도광판(14)은 광 누설을 방지하고, 광이 집광 구조물(32)을 통해서만 출사될 수 있게 한다.

도 3에 도시하듯이, 입력 표면(34)은 도광판(14)의 표면에 놓인다. 집광 구조물(32)들은 필름의 일부로서 제작된 후, 도광판(14)에 부착될 수 있으며, 각각의 집광 구조물(32)은 입력 표면(34)에 부착된다. 대안적으로, 집광 구조물(32)은 몰딩되거나 그렇지 않으면 도광판(14)의 표면의 일체형 부분으로서 형성될 수 있다. 집광 구조물(32)이 따로 제작되거나 도광판(14)에 일체이건 간에, 동일한 투명 재료는 통상 집광 구조물(32) 및 도광판(14)의 제작을 위해 사용된다. 이런 배치는 집광 구조물(32) 및 도광판(14)에 대해 동일한 굴절율(n)을 가능하게 한다.

검토해 보면, (공기 중의 구조물에 대한) TIR은 하기의 식 (1)에서 정의되는 입사광의 임계 각도(φ_TIR)가 초과될 때 달성되며, 여기에서, n은 집광 구조물(42)에 사용되는 재료의 굴절율이다:

본 발명은 도 3에서 집광 구조물(32)로 도시되는 포물선형 집광기의 일 방향으로의 광-핸들링 거동을 이용한다. 도 4a를 참조하면, 도광판(14)에 결합된 휘도 향상 필름(30)의 일부의 단면도가 도시되어 있다. 대체로 포물선형 단면을 갖는 리브형(ribbed) 집광 구조물(42)이 형성되어, 길이 방향을 따라서 연장된다. 전술했듯이, 휘도 향상 필름(30)은 도광판(14)의 일부이거나 그와 접촉한다. 각각의 집광 구조물(42)은 디스플레이 이미징 기술 기술분야에서 주지된 방법을 사용하여, 하나 이상의 광원(18)으로부터 발생되고 도광판(14)에 의해 안내되는 광을 안내한다.

도 4a를 또 참조하면, 각각의 선형 집광 구조물(42)의 단면 형상은 한 쌍의 홈(45)들에 의해 규정되는 것으로 간주될 수 있다. 각 홈(45)의 측면은 대체로 오목하고, 따라서 집광 구조물(42)의 측면은 실질적으로 볼록한 형상을 갖도록 형성되는 것을 볼 수 있다.

도 4b는 휘도 향상 필름(30)이 역시 개별 집광 구조물(42)에 대한 지지 구조를 제공하는 추가 출력 표면(36)을 갖는 대안적인 실시예를 도시한다.

도 5의 사시도를 참조하면, 일 실시예에서의 휘도 향상 필름(30)의 3차원 구조물이 도시되어 있는 바, 주요 관계를 도시하기 위해 집광 구조물(42)은 크기 확대하여 도시하였다. 각각의 개별 선형 집광 구조물(42)은 필름을 따라서 길이 방향(L)으로 휘도 향상 필름(30)의 입력측을 따라서 연장된다. 직교하는 폭 방향(W)으로, 선형 집광 구조물(42)은 (도광판(14)의 사시도에서 볼 때) 리브 또는 릿지로서 나타난다. 이러한 배치에서는, 이상적인 포물선형 프로파일의 유리한 특성이 일방향으로 광에 적용된다. 즉, 도 5의 사시도에 나타난 방향에 대해서, W 방향으로의 광 각도는 휘도 향상 필름(30)을 사용하여 도 3에 도시된 방식으로 재배향될 수 있다. 일 실시예에서, 집광 구조물(42)은 광원(18)인 CCFL 전구의 중심축과 거의 평행하게 길이(L) 방향을 따라서 연장된다.

도 6a 및 6b의 정면도 및 측면도에서 도시하듯이, 도 7의 사시도에서, 광 배향 구조물들의 조합은 디스플레이 장치(60)용 조사 시스템(illumination system; 58)의 일부로서 광을 재배향한다. 도시된 실시예에서, 단일 광원(18)은 반사면(24)을 갖는 도광판(54)에 광을 제공한다. 대안적으로, 다수의 광원(18)들이 제공될 수도 있다. 도 6a의 정면도에는, 휘도 향상 필름(30)에서의 각각의 개별 선형 집광 구조물(42)의 거의 포물선 형상이 도시되어 있다. 휘도 향상 필름(30)의 입력 표면(44)은 도광판(54)에 놓인다. 조사 시스템(58)은 소스 조사를 LCD 부품(20)에 전달한다. 도 7에서 점선으로 윤곽 도시하듯이, 조사 시스템(58)에는 선택적인 광 조절(conditioning) 물품(64)이 제공될 수 있다. 예를 들어 광 조절 물품(64)은 반사 편광기 또는 확산기일 수 있다. 조사 시스템(58)을 지지하기 위한 조합으로 다수의 광 조절 물품(64)이 사용될 수 있다.

조사 시스템(58) 부품들은 도 5, 도 6a, 도 6b 또는 도 7에서 실척으로 도시된 것이 아님을 알아야 하며, 상기 및 기타 도면들은 각 부품의 전체 기능을 보여주기 위해 크기를 과장하고 있다. 대부분의 실시예에서, 집광 구조물(42)은 통상 이들 도면들에 나타나 있는 것보다 훨씬 축소되어 있다.

도 6b는 디스플레이 장치(60)가 도 6a에서의 (입력 표면(44)의 평면에서의) 그 위치로부터 직각으로 회전된 측면도를 도시한다. 도 6b의 도면에서는 휘도 향상 필름(30)의 길이(L)를 따라서 연장되듯이 최외측 집광 구조물(42)만이 보여줄 수 있다. 길이(L) 방향에 따른 광의 방향 제어를 향상시키기 위해, 바닥 반사면(22) 위에 프리즘 어레이 구조물(50)이 제공된다. 이런 실시예에서, 프리즘 어레이 구조물(50) 상의 구조물은 선형 집광 구조물(42)을 규정하는 홈(45)들에 직교하는 방향으로 연장된다. 따라서 휘도 향상 필름(30)에 대한 프리즘 어레이 구조물(50)의 직교 배향은 조사의 재배향을 W 방향 및 L 방향으로 제공한다. 프리즘 어레이 구조물(50)은 몰딩 또는 일부 다른 방법에 의해 도광판(14)의 베이스 상에 형성될 수 있다.

집광 구조물(42)의 단면 형상 최적화

다시 도 3을 참조하면, 포물선형 프로파일에 가깝게 따라는 측벽(38)들을 갖는 집광 구조물(32)의 이론적 성능이 소수의 광선(R)에 대해 도시되어 있다. 이런 원리를 실제 적용에 적응시켜 휘도 향상 필름(30)을 저렴한 비용으로 제조할 수 있게 하려면, 집광 구조물(32)이 어떻게 작동하는지를 보다 명확히 이해하는 것이 유익할 것이다. 이후, 집광 구조물(32)을 통한 광 거동을 보다 정확히 알게 되면, 집광 구조물(32)(도 3)의 이상적인 형상을 휘도 향상 필름(30)의 집광 구조물(42)(도 4)의 실제 적용에 적응시킬 수 있다. 예를 들면, 얼마간의 공차를 완화시킬 수 있고, 보다 쉽게 제작될 수 있는 집광 구조물(42)을 위한 형상을 적응시킬 수 있다. 곡률 및 치수 파라미터를 적절히 선택함으로써 전술했듯이 교차 효과를 최소화할 수도 있다.

도 8a를 참조하면, 집광 구조물(32)의 측벽(38)의 단면 형상이 주요 치수 및 각도 관계와 함께 도시되어 있다. 도 3을 참조하여 설명했듯이, 각도(θ_m)는 집광 구조물(32)의 주어진 단면 형상에 대해, 수직선에 대한 최대 빔 각도를 정의한다. 이는 입력 개구(33)에서 집광 구조물(32)에 입사하는 광이 특정 각도(φ)에 있음을 의미하며,

θ_m ≤φ≤90° (2)

여기서, 각도(θ_m)는 도 3에 도시된 대로이다.
도 8a에서의 치수들인 r_i 및 r_o은 각각 집광 구조물(32)의 입력 및 출력 개구 반경이다.

x, z 좌표계에서, 각도 φ로 광선이 측벽(38)에 충돌하는 지점은 하기 표기법을 사용하여 표시되며,

P(x(φ; θ_m, θ_r), z(φ; θ_m, θ_r)) (3)

여기에서, φ 값은 집광 구조물(32)의 측벽(38)을 따른 위치를 결정하는 변수이고, θ_m과 θ_r 값은 선택가능한 설계 파라미터이다. 일반적으로, 집광 구조물(32)로부터의 반사 빔의 루미넌스 분포를 고려하면, 각도(θ_m)는 전체 각도 범위를 제어하고 각도(θ_r)는 휘도 피크의 각도 위치를 제어한다. 따라서, 각도(θ_r)는 또한 후술하듯이, 교차 효과를 최소화하거나 제거하도록 제어될 수 있다. 피크 루미넌스를 축상에 위치시키기 위해서, θ_r에 대한 경험적인 값이 하기 식을 사용하여 계산된다:

(4)

통상적인 θ_r 값은 10 내지 30도 범위에 있다. θ_m이 반드시 루미넌스의 각도 범위와 동일할 필요는 없지만 이런 각도 범위에 비례함에 유의해야 한다. 마찬가지로, θ_r은 루미넌스 분포에서의 최고 피크의 각도 위치와 동일하지는 않지만 이런 피크 위치를 결정짓는다.

집광 구조물(32)의 형상을 최적화하는데 있어서 제 1 단계는 입력 개구 반경(r_i)에 대한 적절한 값을 선택하는 것이다. 이를 행하기 위한 중요 고려사항에는 상대적 크기가 포함되고, r_i가 감소될수록 집광 구조물(32)은 덜 가시적이게 되며, 모아레 패턴을 덜 초래하게 될 수 있다. 그러나, r_i가 너무 작으면, 집광 구조물(32)은 제작하기가 더 어려울 수 있다.

r_i에 대한 값이 결정되면, 다음 단계는 적절한 θ_m 값을 선택하는 것이다. 이는 적용 기준에 따라 달라진다. 예를 들어 소형 디스플레이에서는, 보다 작은 관찰 각도와 높은 루미넌스를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경우, 적합한 θ_m 값은 10 내지 30도 범위일 수 있다. 보다 큰 디스플레이에서는 보다 큰 θ_m 값이 정상적으로 사용될 것이다.

전술했듯이 또한 도 8a에서 알 수 있듯이, y(z)= -r_i의 라인에서 측정되는 각도(φ)는 π/2의 상한과, 일반적으로 θ_m보다 큰 하한(φ_lower) 사이에서 변화한다. 이런 하한(φ_lower)은 이후 집광 구조물(32)의 출력 반경(r_o) 및 높이(h)를 결정하기 위해 설계 파라미터 값들(θ_m, θ_r)과 함께 사용될 수 있다.

적용 시에 하한(φ_lower)을 특정하기 위한 기준을 이해하기 위해서는, 도 4a 및 도 4b에 도시하듯이 도광판(14)이 작용하는 방법을 검토하는 것이 유용하다. 도광판 내에서, TIR은 광선이 집광 구조물(32)로부터 나올 때까지 광선을 수용하는데 사용된다. 프레넬 법칙으로 인해, 빔이 도광판(14)에 입사되면, 도 8b에 도시하듯이 Y축에 대한 그 빔 각도(η_i)는 식 (1)에 의해 주어지는 TIR 각도(φ_TIR)보다 작게 유지되며, 여기에서 n은 도광판(14)의 굴절율이다. 집광 구조물(32)이 동일한(또는 거의 동일한) 굴절율(n)을 갖기 때문에, 이 각도 제한 역시 집광 구조물(32) 내에 적용된다.

이제 도 8c를 참조하면, 가능한 가장 극단적인 각도(φ_TIR)로 집광 구조물(32)에 입사되는 빔의 경로가 (점선으로) 도시되어 있다. 수직선(Z축)에 대해, 집광 구조물(32)에 입사하는 다른 모든 빔은 하기의 식 이상이다:

도 8a에 도시하듯이 φ_lower가 y(z)= -r_i의 라인에서 측정되는 것을 상기해 본다. φ_lower는 π/2 - φ_TIR보다 훨씬 작지 않을 것이 추천되며, 그렇지 않을 경우 집광 구조물(32)의 결과적인 높이(h)가 과도해질 수 있어서, 제작이 더 복잡해진다. 높이(h)를 짧게 유지하고 작은 (폭(r_o)에 대한 높이(h)로 정의되는) 종횡비를 유지하는 것이 바람직하다. 일반적으로,

(6)

이에 따르면, 하기 범위가 변수(φ)에 적용된다:

(7)

이런 값이 결정되면, 집광 구조물(32)의 전체 형상은 하기 식을 사용하여 계산될 수 있다:

여기에서 r_i는 입력 표면의 반경이고 f= r_i[1+sin(θ_m)]이다.

출력 개구 반경(r_o) 및 높이(h)는 하기 좌표를 갖는 측벽(38) 상의 지점을 찾아냄으로써 계산될 수 있다:

y(φ= φ_lower; θ_m, θ_r)= r_o, z(φ= φ_lower; θ_m, θ_r)= h (10)

하기 연산은 출력 개구 반경(r_o)및 높이(h)를 결정한다:

(11)

이하는 일 실시예에서 적절한 값이 결정될 수 있는 방법을 보여주는, 예시적인 값을 갖는 여러 단계들의 요약이다:

단계 1. r_i 및 θ_m의 값을 결정.

여기에서, r_i는 25㎛라고 가정한다. 소형 장치에서는 ±20도의 관찰 각도가 충분할 것이며, 따라서 θ_m = 20°이다.

단계 2. θ_r의 값을 결정.

식 (4)를 사용하면, θ_r은 약 10도일 수 있다. 실제 값 예를 들어 8도를 선택하라.

단계 3. 파라미터인 φ_lower의 값을 결정.

PMMA로 제작된 도광판(14)에 있어서 n=1.49이다.

식(6)과 (7)로부터, φ_lower는 대략 47도이다.

단계 4. 식(11)을 사용하여 반경(r_o)과 높이(h)의 값을 계산.

여기에서, r_o = 66.9㎛이고 h = 66㎛이다.

설계 고려사항

집광 구조물(42)에 대한 임의의 작동가능한 설계(도 4a 내지 도 7)에는 여러가지 제약이 가해지며, 이들 제약은 최적 설계를 달성하기 위해 균형(tradeoff)에 대한 얼마간의 검토를 필요로 한다. 예를 들면, 수직 각도 근처에서 루미넌스를 증가시키기 위해서는, 통상적으로 θ_m을 적은 범위의 각도 이내로 유지하는 것이 최상이다. 그러나, 입력 개구(33)가 집광 구조물(42) 내로의 광의 전체 양을 제한하기 때문에, 바람직한 각도 범위의 달성과 이들 각도에서의 충분한 루미넌스 제공 사이에 얼마간의 절충이 이루어져야 한다.

실제 집광 구조물(42) 설계에서의 작동시에는, 도광판에 입사되는 광이 도 8b에 도시하듯이 특정 각도 원추 내에 구속될 때, 도 9a에서 도시하듯이 충돌 지점 P(x(φ), z(φ))가 대체로 출력 개구(35)보다 입력 개구(33) 근처에 분포되는 것으로 관찰되었다. 이를 나타낼 때, 도 8b에서의 광선(Q)은 도 9a에서의 광선(Q')과 동일한 것으로 간주될 수 있다. 이런 효과로 인해, 식(11)에서 정해지는 최소 높이(h)를 사용하여, 도 9b의 단면 광선 다이어그램에 도시하듯이 높이(h)를 감소시킬 수 있다. 이는 휘도 향상 필름(30)의 제조에 있어서 여러 가지 실용적인 장점을 제공하고, 제작을 간단하게 하며, 기계적 안정성을 향상시킨다. 이런 변형예는 또한 전체 필 팩터(fill factor)를 증진시킴으로써 휘도를 향상시킨다.

교차 효과의 문제는 도 4a와 관련하여 전술하였다. 도 4a의 측면도를 다시 참조하면, 반대되는 방향으로부터의 광선이 동일 집광 구조물(42)에 입사될 수 있으며, 전달 경로를 따라 교차점(48)에서 교차할 수 있음을 볼 수 있다. 이런 거동이 일어나는 경우, 원치않는 교차 효과는 축외 피크 휘도 향상 필름(30) 출력을 초래할 수 있다. 교차 효과는 측벽을 θ_r의 각도로 회전시킴으로써 최소화될 수 있는 것으로 나타났다. 도 10a 및 도 10b의 순서는 이런 교차 효과가 상대 높이 h를 증가시키지 않으면서 집광 구조물(42)의 측벽(38) 곡률에 대한 약간 변화에 의해 어떻게 최소화될 수 있는지를 도시한다. 도 10a의 실시예에서 광선(R)으로부터의 교차점(48)은 측벽(38)을 재성형함으로써 초래되는 집광 구조물(42) 내의 TIR 거동의 최종적인 변화에 의해 교정된다. 측벽(38)의 회전은 도 10b에 도시하듯이, 휘도 향상 필름(30)의 축상 루미넌스가 증가되는 추가적인 장점을 제공한다.

도 11a 및 도 11b에서의 루미넌스 곡선(26)은 대응하는 도 10a, 10b에 도시하듯이 또한 도 9a, 9b, 9c를 참조하여 전술했듯이 측벽(38) 곡률을 최적화하는 효과를 도시한다. 측벽(38) 곡률이 최적화되지 않으면, 도 11a에 도시하듯이 축외 피크(62)가 발생할 수 있다. 측벽(38)의 곡률을 최적화함으로써, 도 11b에 도시하듯이 축상 성능이 향상될 수 있다.

사용되는 재료

일반적으로, 휘도 향상 필름(30)은 여러 가지 방식으로 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 휘도 향상 필름(30)은 아크릴 필름으로 형성될 수 있지만, 예를 들어 폴리카보네이트 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 포함하는 다양한 형태의 투명 재료 중 임의의 것으로 형성될 수 있다. 베이스 기판에 대한 요건은 적어도 대략 √2 이상인 굴절율(n)이다. 휘도 향상 필름(30)에 사용되는 재료는 도광판(14, 54)의 굴절율(n)과 동일하거나 거의 동일한 굴절율(n)을 가져야 한다.

통상적인 치수, 형상, 및 제작

본 발명에 따라 제작되는 휘도 향상 필름(30)에 대한 통상적인 바람직한 값 및 범위는 이하를 포함한다:

(i) 인접하는 집광 구조물(42) 사이의 피치(K)(도 5): 80 미크론. 이런 값은 통상 10 내지 200 미크론 사이에 있다.

(ⅱ) 높이(H)(도 9b): 25 미크론. 높이 값은 통상 10 내지 100 미크론의 범위에 있다. 개구 크기 및 측벽(38) 곡률을 포함하는 다수의 인자가 특정 용도를 위한 최적 높이를 결정한다.

(ⅲ) 프리즘 어레이 구조물(50)용 프리즘 각도(도 6b): 100°.

(ⅳ) 출력 개구에 대한 입력 개구의 비율: 1: 1.5 내지 1:10.

휘도 향상 필름(30)은 불균일한 휘도 특성을 갖는 표면-이미징 장치의 균일성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 이런 목적으로 사용하기 위해서는, 집광 구조물(42) 자체의 불균일한 구조 및 공간적 분포가 사용될 수 있다. 불균일한 구조는 예를 들어 길이를 따르는 집광 구조물(42)의 방향을 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 도 4a를 참조하면, 휘도 향상 필름(30)의 공간 균일성은, 휘도 향상 필름(30)용으로 사용되는 기판의 입력 표면을 따라서 정확히 평행하게 연장되지 않는 홈(45)들을 사용함으로써 향상될 수 있다.

피치(K) 역시 향상된 균일성을 제공하기 위해 필요에 따라 변화될 수 있다. 도 12의 측면도를 참조하면, 집광 구조물(42)의 불균질한 분포가 사용되는 하나의 배치예가 도시되어 있다. 여기에서, 광원(18)으로부터의 거리가 멀수록, 집광 구조물(42)들 사이에 사용되는 피치(K1, K2, K3, K4, K5, K6)의 간격은 더 타이트해진다. 두 개의 광원(18)들이 사용되는 경우, 피치(K)는 휘도 향상 필름(30)의 시트 중심에서 최소일 수 있다.

도 13을 참조하면, 점 소스로서의 광원(18)용 집광 구조물(42)의 배치예가 도시되어 있다. 광원(18)은 예를 들면 LED일 수 있다. 여기에서, 집광 구조물(42)은 루미넌스 및 균일성을 향상시키기 위해 적절히 구부러진다. 도 14는 집광 구조물(42)의 길이를 따르는 다양한 위치에서 변화하는 폭 치수(B1, B2)를 포함하는, 집광 구조물(42)에 대한 다른 가능한 변형예를 도시한다. 다른 대안은 선형 배치에 대한 규칙적인 또는 불규칙한 기복 변형을 채용하여 도 14에 도시하듯이 집광 구조물(42)의 경로를 변경하는 것이다. 이런 전략은 예를 들어 모아레 패터닝을 감소시키는데 사용될 수 있다.

본 발명의 휘도 향상 필름(30)은, 예를 들어 기판 재료의 시트에 홈(45)들(도 4a)을 형성하기 위한 방법의 사용과 같은, 여러 가지 방식으로 제작될 수 있다. 기판의 스크라이빙(scribing)은 집광 구조물(42)을 형성하기 위한 하나의 가능한 방법이다. 웨브-기초 제작을 사용하는 사출 롤 몰딩 또는 압출 플레이트를 사용하는 압출 몰딩을 포함하는 몰딩과 같은 다양한 몰딩 기술이 집광 구조물(42) 형성을 위해서 대안적으로 사용될 수 있다. 휘도 향상 필름(30)은 시트로서 제작되어 예를 들어 도광판과 같은 기존 형태의 광 제공 표면에 적층될 수 있다.

예를 들어 도 6a, 도 6b 및 도 7에 도시하듯이 백라이트 조명 분야에 본 발명의 휘도 향상 필름(30)을 사용하기 위해서는, 하기의 특수 요건들이 충족되어야 한다:

(i) 휘도 향상 필름(30)을 형성하는데 사용되는 재료는 약 +/- 0.1 이내의 도광판(54)과 거의 동일한 굴절율(n)을 갖는다.

(ⅱ) 이런 실시예의 도광판(54)은 확산기를 제공하지 않는다.

(ⅲ) 집광 구조물(42)의 입력 개구(33)가 도광판(54)과 직접 접촉하는 바, 즉 입력 개구(33)의 편평면이 일체의 에어갭 없이 도광판(54)에 대해 놓인다. 입력 개구(33)는 예를 들어 도광판(54)의 표면에 아교접착, 압입, 몰딩, 그 부분으로 형성되거나, 달리 부착될 수 있다.

이런 실시예에서는, 광 파이프의 일 형태인 도광판(54) 역시 LCD 백라이트 조명 기술 분야의 당업자에게 주지된 구성을 사용하여 그 광원과 대향하는 반사면을 필요로 한다. 예를 들어 도 6을 참조하면, 반사면(24)이 광원(18)과 대향하고 외부 표면이 직각으로 접합되는, 도광판(54)의 적절한 배치가 도시되어 있다.

백라이트 조명을 위한 대안적인 실시예

광원(18)은 도 5에 도시하듯이 종래의 CCFL 형광등일 수 있거나, 또는 다른 형태의 소스로서 구체화될 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 LED는 광을 도광판(14) 또는 기타 적합한 도파관으로 배향하는 광원(18)으로서 종래의 CCFL 형광등을 대신하여 사용될 수 있다.

영역 조명 분야에서의 사용

상기 설명은 주로 백라이트 디스플레이 분야에서의 본 발명의 휘도 향상 필름(30)의 사용에 대해 집중되었다. 그러나, 본 발명에 사용되는 선형으로 연장되는 집광 구조물(42)의 어레이 역시 영역 조명 분야에 사용될 수 있다. 넓은 각도 범위에서 광을 수용하고 그 광을 수직선 축을 향하여 재배향시키는 이들 구조물의 능력은 예를 들어 독서 등 및 수술 조명 장치 용도와 같은 광범위한 가능한 용도를 제공한다. 본 발명의 휘도 향상 필름(30)은 특히 방향성의 균일한 광 영역을 제공하는 조명 분야에 특히 적합하다.

본 발명의 특징은 고효율의 광 재분포를 달성하기 위해 CPC 및 유사 구조물에 사용되는 광 재배향 특성을 채택한다는 점이다. 다른 휘도 향상 필름에 비해 본 발명의 장점으로는 축상 및 축근처 루미넌스 게인의 향상, 및 광 분포에 대한 각도 제어의 향상이 포함된다. 본 발명은 루미넌스 향상을 위한 콤팩트하고 통합적인 해결책을 제공한다. 도광판 자체에 광학적으로 결합되면, 본 발명의 필름은 간격을 전혀 요하지 않는다. 본 발명은 도광판을 위한 고품질 반사 백킹(backing)의 사용을 요하지 않는다. 대신에, 본 발명의 필름은 도파(wave-guiding) 효과 및 전반사(TIR)를 사용하여 반사로 인한 손실을 최소화하면서 광을 배향시킨다. 본 발명에 따라 제작된 필름은 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film: 이중 휘도 향상 필름) 재료와 함께 사용되거나, 다른 형태의 반사 편광기와 함께 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 장점은 휘도 향상 필름의 제작을 위해 광범위한 투명 재료를 사용할 수 있다는 점이다. 본 발명의 장치 및 방법은 제조가능한 휘도 향상 필름 설계에서 공간 균일성을 향상시키는 방법을 유리하게 제공한다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었으나, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 변형예 및 수정예가 있을 수 있음을 알 것이다. 예를 들면, 도 3의 이상적인 포물선 형상은 특별한 장점을 갖지만, 포물선에 근접한 형상 역시, 수직축을 향한 광의 재배향에 효과적이다.

본 발명의 휘도 향상 필름은 축외 광을 필름 표면에 대한 수직축을 향하여 배향시키고, 따라서 LCD 디스플레이 장치 및 다른 형태의 백라이트 디스플레이에 사용하기에 특히 적합하다.

본 발명의 휘도 향상 필름은 향상된 효율을 갖는 거의 균일한 광원을 제공하고 축근처 관찰 각도에서 향상된 루미넌스를 갖는다.

Claims

표면으로부터 광을 제공하기 위한 휘도 향상 물품에 있어서,

상기 휘도 향상 물품은,

그 각각이 광-제공 표면을 따라서 길이 방향으로 종방향 연장되는 복수 개의 집광 구조물들을 포함하고,

각각의 집광 구조물은,

(a) 상기 광-제공 표면에 광학적으로 결합되는 입력 개구,

(b) 상기 입력 개구로부터 멀리 떨어져 있고, 상기 입력 개구의 표면적보다 큰 표면적을 갖는 출력 개구, 및

(c) 상기 길이 방향을 따라서 연장되고 상기 출력 개구로부터 상기 입력 개구를 향하여 연장되는 한 쌍의 곡선형 측벽들을 포함하며,

상기 길이 방향에 대해 직각으로 취한 단면에서 상기 곡선형 측벽들은 포물선 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 휘도 향상 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 길이 방향은 소스 조사를 제공하는 전구의 축에 평행한 것을 특징으로 하는 휘도 향상 물품.
제 1 항에 있어서,

인접하는 집광 구조물들은 서로에 대해 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 휘도 향상 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 광-제공 표면 및 적어도 하나의 집광 구조물은 동일한 재료인 것을 특징으로 하는 휘도 향상 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 출력 개구의 폭은 상기 집광 구조물의 길이에 걸쳐서 변화하는 것을 특징으로 하는 휘도 향상 물품.
제 1 항에 있어서,

인접하는 집광 구조물들 사이의 피치가 동일한 것을 특징으로 하는 휘도 향상 물품.
제 1 항에 있어서,

인접하는 집광 구조물들 사이의 피치가 변화되는 것을 특징으로 하는 휘도 향상 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 집광 구조물들은 광원에 대해 반경방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 휘도 향상 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 집광 구조물들의 인접하는 길이가 곡선 경로를 따르도록 배열되는 것을 특징으로 하는 휘도 향상 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 집광 구조물들의 인접하는 길이가 가변 곡률의 경로를 따르도록 배열되는 것을 특징으로 하는 휘도 향상 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 곡선형 측벽들은 상기 입력 개구에 입사되는 광을 상기 출력 개구쪽으로 배향하도록 전반사를 제공하는 것을 특징으로 하는 휘도 향상 물품.
광-제공 표면으로부터의 루미넌스를 향상시키기 위한 기판에 있어서,

상기 기판은,

축외 광을 집광하기 위한 리브형 표면을 포함하고,

상기 리브형 표면은 일련의 이격된 홈들에 의해 형성되며,

연속적인 홈들 사이에는 종방향으로 연장되는 리브들이 규정되고,

각각의 리브는 단면 프로파일에서 출력 개구로부터 입력 개구로 테이퍼지는 곡선형 측벽들을 가지며,

상기 출력 개구는 상기 입력 개구의 표면적보다 큰 표면적을 갖고,

종방향으로 연장되는 상기 리브에 대해 직각으로 취한 단면에서 상기 곡선형 측벽들은 포물선 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 기판.
제 12 항에 있어서,

상기 축외 광은 도광판에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 기판.
제 12 항에 있어서,

상기 이격된 홈들 사이의 피치는 상기 기판의 리브형 표면을 따라서 변화되는 것을 특징으로 하는 기판.
제 12 항에 있어서,

상기 복수 개의 종방향으로 연장되는 리브들은 비선형 경로를 따르는 것을 특징으로 하는 기판.
제 12 항에 있어서,

상기 종방향으로 연장되는 리브들 중 적어도 하나는 비선형 경로를 따르는 것을 특징으로 하는 기판.
제 12 항에 있어서,

상기 입력 개구는 도광판에 광학적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 기판.
제 17 항에 있어서,

상기 기판의 굴절율이 상기 도광판의 굴절율과 동일한 것을 특징으로 하는 기판.
제 12 항에 있어서,

적어도 하나의 리브에서, 상기 출력 개구의 폭은 상기 리브의 길이에 걸쳐서 10% 이상 변화하는 것을 특징으로 하는 기판.
조사 시스템에 있어서,

(a) 출력 표면을 갖는 광 제공 요소,

(b) 그 각각이 상기 광 제공 요소의 출력 표면을 따라서 길이 방향으로 종방향 연장되는 복수 개의 집광 구조물들을 포함하되,

각각의 집광 구조물은,

(i) 상기 광-제공 요소의 출력 표면에 광학적으로 결합되는 입력 개구,

(ⅱ) 상기 입력 개구로부터 멀리 떨어져 있고, 상기 입력 개구의 표면적보다 큰 표면적을 갖는 출력 개구, 및

(ⅲ) 상기 출력 개구로부터 상기 입력 개구를 향하여 연장되는 한 쌍의 곡선형 측벽들을 포함하며,

상기 길이 방향에 대해 직각으로 취한 단면에서 상기 곡선형 측벽들이 포물선 곡률을 가지는 휘도 향상 물품,

(c) 광을 상기 광 제공 요소로 다시 반사하기 위해 상기 출력 표면과 대향하는 상기 광 제공 요소의 표면의 적어도 일부를 따라서 제공되는 반사면, 및

(d) 광 제공 요소의 표면에 광학적으로 결합되고 상기 출력 표면에 대향하며, 상기 휘도 향상 물품의 길이 방향에 직교하는 폭방향으로 종방향 연장되는 프리즘 구조물을 포함하는 프리즘 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 조사 시스템.
제 20 항에 있어서, 상기 조사 시스템은,

상기 휘도 향상 물품으로부터 제공되는 광을 조절하기 위한 광 조절 물품을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조사 시스템.
제 21 항에 있어서,

상기 광 조절 물품은 반사 편광기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조사 시스템.
제 21 항에 있어서,

상기 광 조절 물품은 확산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조사 시스템.
제 20 항에 있어서,

인접하는 집광 구조물들은 서로에 대해 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 조사 시스템.
제 20 항에 있어서,

상기 출력 표면 및 적어도 하나의 집광 구조물은 동일한 재료인 것을 특징으로 하는 조사 시스템.
제 20 항에 있어서,

상기 출력 개구의 폭은 적어도 하나의 집광 구조물의 길이에 걸쳐서 10% 이상만큼 변화하는 것을 특징으로 하는 조사 시스템.
제 20 항에 있어서,

인접하는 집광 구조물들 사이의 피치가 동일한 것을 특징으로 하는 조사 시스템.
제 20 항에 있어서,

임의의 두 개의 인접하는 집광 구조물들 사이의 피치가 상기 휘도 향상 물품의 길이에 걸쳐서 10% 이상만큼 변화되는 것을 특징으로 하는 조사 시스템.
제 20 항에 있어서,

상기 집광 구조물들은 광원에 대해 반경방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 조사 시스템.
제 20 항에 있어서,

상기 집광 구조물의 인접하는 길이가 곡선 경로를 따르도록 배열되는 것을 특징으로 하는 조사 시스템.
제 20 항에 있어서,

상기 집광 구조물의 인접하는 길이가 가변 곡률의 경로를 따르도록 배열되는 것을 특징으로 하는 조사 시스템.
디스플레이 장치에 있어서,

(a) 광 제공 표면,

(b) 백라이트 조사를 제공하기 위해 상기 광 제공 표면과 결합되고, 그 각각이 상기 표면을 따라서 길이 방향으로 종방향 연장되는 복수 개의 집광 구조물들을 포함하고,

각각의 집광 구조물은,

(i) 상기 광 제공 표면에 광학적으로 결합되는 입력 개구,

(ⅱ) 상기 입력 개구로부터 멀리 떨어져 있고, 상기입력 개구의 표면적보다 큰 표면적을 갖는 출력 개구, 및

(ⅲ) 상기 출력 개구로부터 상기 입력 개구를 향하여 연장되는 한 쌍의 곡선형 측벽들을 포함하며,

상기 길이 방향에 대해 직각으로 취한 단면에서 상기 곡선형 측벽들이 포물선 곡률을 가지는 휘도 향상 물품, 및

(c) 화상을 형성하도록 백라이트 조사를 조절하기 위한 디스플레이 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제 32 항에 있어서,

상기 디스플레이 패널은 LCD를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 디스플레이 장치는,

상기 휘도 향상 물품으로부터 제공되는 광을 조절하기 위한 광 조절 물품을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제 34 항에 있어서,

상기 광 조절 물품은 반사 편광기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제 34 항에 있어서,

상기 광 조절 물품은 확산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
백라이트 조사 시스템의 축상 휘도를 향상시키기 위한 방법에 있어서,

그 각각이 광-제공 표면을 따라서 길이 방향으로 종방향 연장되는 복수 개의 집광 구조물들을 형성하는 단계를 포함하고,

각각의 집광 구조물은,

(i) 상기 광-제공 표면에 광학적으로 결합되는 입력 개구,

(ⅱ) 상기 입력 개구로부터 멀리 떨어져 있고, 상기 입력 개구의 표면적보다 큰 표면적을 갖는 출력 개구, 및

(ⅲ) 상기 출력 개구로부터 상기 입력 개구를 향하여 연장되는 한 쌍의 곡선형 측벽들을 포함하며,

상기 길이 방향에 대해 직각으로 취한 단면에서 상기 곡선형 측벽들은 포물선 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 37 항에 있어서,

y-z 직교 축 공간에서의 단면 포물선 곡률은,

(1) 하기 식에 기초하여 집광 표면으로부터의 입력 광의 가변 각도(φ)의 범위를 결정하는 단계,

(n은 휘도 향상 물품의 기판의 굴절율에 근접한다)

(2) 입력 개구 치수(r_i)를 정하는 단계,

(3) 출력 개구에서 수직선에 대한 최대 출력 광선 각도(θ_m)를 정하는 단계,

(4) 상기 가변 각도(φ)의 범위에서 하기 식을 사용하여 포물선 곡률 윤곽에 대한 y-z좌표를 계산하는 단계,

(각도(θ_r)는 각도(θ_m)의 절반이고 f= r_i[1+sin(θ_m)]이다.)

의해 규정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 37 항에 있어서,

상기 복수 개의 집광 구조물들을 형성하는 단계는 압출 몰딩 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 37 항에 있어서,

상기 복수 개의 집광 구조물들을 형성하는 단계는 사출 롤 몰딩 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 37 항에 있어서,

상기 복수 개의 집광 구조물들을 형성하는 단계는 적층 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 38 항에 있어서,

상기 각도(θ_r)는 10도 내지 30도의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.