KR101703363B1 - 조명 기구 및 다른 조명 시스템에서의 광 관리를 위한 브루스터 각 필름 - Google Patents

조명 기구 및 다른 조명 시스템에서의 광 관리를 위한 브루스터 각 필름 Download PDF

Info

Publication number
KR101703363B1
KR101703363B1 KR1020117013671A KR20117013671A KR101703363B1 KR 101703363 B1 KR101703363 B1 KR 101703363B1 KR 1020117013671 A KR1020117013671 A KR 1020117013671A KR 20117013671 A KR20117013671 A KR 20117013671A KR 101703363 B1 KR101703363 B1 KR 101703363B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
reflector
angle
film
backlight
Prior art date
Application number
KR1020117013671A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110086733A (ko
Inventor
마이클 에프 웨버
티모시 제이 네비트
존 에이 휘틀리
Original Assignee
쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 filed Critical 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Publication of KR20110086733A publication Critical patent/KR20110086733A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101703363B1 publication Critical patent/KR101703363B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0056—Means for improving the coupling-out of light from the light guide for producing polarisation effects, e.g. by a surface with polarizing properties or by an additional polarizing elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3025—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state
    • G02B5/3033—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state in the form of a thin sheet or foil, e.g. Polaroid
    • G02B5/3041—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state in the form of a thin sheet or foil, e.g. Polaroid comprising multiple thin layers, e.g. multilayer stacks
    • G02B5/305—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state in the form of a thin sheet or foil, e.g. Polaroid comprising multiple thin layers, e.g. multilayer stacks including organic materials, e.g. polymeric layers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133528—Polarisers
    • G02F1/133543—Cholesteric polarisers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133528—Polarisers
    • G02F1/133545—Dielectric stack polarisers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133606—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133606—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members
    • G02F1/133607—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/13363—Birefringent elements, e.g. for optical compensation
    • G02F1/133634—Birefringent elements, e.g. for optical compensation the refractive index Nz perpendicular to the element surface being different from in-plane refractive indices Nx and Ny, e.g. biaxial or with normal optical axis
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133528—Polarisers
    • G02F1/133536—Reflective polarizers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133611—Direct backlight including means for improving the brightness uniformity
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133615—Edge-illuminating devices, i.e. illuminating from the side
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2413/00—Indexing scheme related to G02F1/13363, i.e. to birefringent elements, e.g. for optical compensation, characterised by the number, position, orientation or value of the compensation plates
    • G02F2413/12—Biaxial compensators

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)

Abstract

모든 편광에 대해 수직 입사에서 고 반사율을 나타내지만 1개의 입사 평면 또는 2개의 직교하는 입사 평면에서 큰 각도의 광선을 선택적으로 투과시키는 다층 광학 필름이 개시된다. 대칭 구조체와 비대칭 구조체 둘 모두가 개시된다. 필름은 직하형 백라이트, 에지형 백라이트와 같이 직하형 백라이트가 아닌 조명 시스템, 조명 기구 및 작업 조명과 같이 임의의 그래픽 구성요소를 필요로 함이 없이 일반적인 조명을 위해 의도된 시스템과 같은 비-백라이트 조명 시스템에 사용될 수 있다.

Description

조명 기구 및 다른 조명 시스템에서의 광 관리를 위한 브루스터 각 필름{Brewster Angle Film for Light Management in Luminaires and Other Lighting Systems}
본 발명은 그 반사율 특성이 필름 내의 미세층(microlayer)들 사이의 계면(interface)들로부터의 보강 간섭 및 상쇄 간섭(constructive and destructive interference)에 의해 주로 결정되는 다층 광학 필름, 및 그러한 필름이 사용될 수 있는 조명 시스템뿐만 아니라, 관련 방법, 시스템 및 물품에 관한 것이다. 조명 시스템은 직하형(direct-lit) 또는 에지형(edge-lit) 종류의 백라이트를 비롯하여 액정 디스플레이(LCD) 장치 및 유사 디스플레이에 사용되는 것과 같은 백라이트를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 디스플레이에 사용되는 백라이트가 아닌 조명 시스템, 예를 들어 조명 기구(luminaire), 작업 조명 등을 비롯하여 임의의 그래픽 구성요소(graphic component)를 필요로 함이 없이 조명을 위해 의도된 조명 시스템이 또한 구체적으로 포함된다.
근년에 대중이 이용할 수 있는 디스플레이 장치의 수 및 종류(variety)에 있어서 엄청난 성장을 보이고 있다. 컴퓨터(데스크톱, 랩톱 또는 노트북이든지 간에), 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 휴대 전화기 및 박형 LCD TV는 단지 일부 예이다. 이 장치들 중 일부는 디스플레이를 보기 위해 보통의 주변광(ambient light)을 사용할 수 있지만, 대부분은 디스플레이를 볼 수 있게 하는 백라이트를 포함한다.
많은 그러한 백라이트는 "에지형" 또는 "직하형"의 카테고리에 속한다. 이 카테고리들은 백라이트의 출력면(output face)에 대해서 광원의 배치가 상이하며, 여기서 출력면은 디스플레이 장치의 가시 영역을 한정한다. 에지형 백라이트에서, 광원은 출력면에 대응하는 영역 또는 구역 외측의, 백라이트 구조체의 외측 가장자리를 따라 배치된다. 광원은 전형적으로 도광체(light guide) 내로 광을 방출하며, 도광체는 출력면 정도인 길이 및 폭 치수를 가지며 도광체로부터 광이 추출되어 출력면을 조명한다. 직하형 백라이트에서, 광원들의 어레이가 출력면의 바로 뒤에 배치되며, 더 균일한 광 출력을 제공하기 위해 확산기가 광원의 전방에 배치된다. 몇몇 직하형 백라이트는 또한 에지-장착된 광원을 포함하며, 따라서 직하형 작동과 에지형 작동 둘 모두를 할 수 있다.
일 실시 형태에서, 광학 조립체는 내부 브루스터 각(internal Brewster angle)을 갖는 반사기, 및 직교하는 반사축 및 투과축을 갖는 반사 편광기를 포함한다.
다른 실시 형태에서, 직하형 백라이트 조립체는 하나 이상의 램프, 내부 브루스터 각을 갖고 그 주 표면이 하나 이상의 램프 중 적어도 하나를 향하는 반사기, 및 광 방향전환 층(light redirecting layer)을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 광학 조립체는 하나 이상의 램프, 디스플레이 패널, 및 내부 브루스터 각을 갖는 반사기를 포함한다. 반사기는 적어도 3개 층의 다층 간섭 필름이며, 층 중 적어도 하나는 복굴절성이고 x-방향에서의 굴절률(nx)은 z-방향에서의 굴절률(nz) 미만이며, x-방향은 평면내(in-plane) 방향이다. 반사기는 램프와 디스플레이 패널 사이에 위치된다.
다른 실시 형태에서, 광학 조립체는 매끄러운 면(side)을 갖는 백라이트 반사기를 포함하며, 반사기는 공기 중에서 90도 미만의 내부 브루스터 각을 갖고, 하나의 편광에 대한 필름 내의 내부 반사율은 소정의 각도에 대해 0이다. 반사기는 수직 입사에서 50% 이상의 반사율을 갖는다.
모든 편광에 대해 수직 입사에서 고 반사율을 나타내지만 1개 또는 2개의 직교하는 입사 평면에서 큰 각도의 광선을 선택적으로 투과시키는 다층 광학 필름이 개시된다. 대칭 구조체와 비대칭 구조체 둘 모두가 개시된다. 필름은 직하형 백라이트, 에지형 백라이트와 같이 직하형 백라이트가 아닌 조명 시스템, 조명 기구 및 작업 조명과 같이 임의의 그래픽 구성요소를 필요로 함이 없이 일반적인 조명을 위해 의도된 시스템과 같은 비-백라이트 조명 시스템에 사용될 수 있다.
본 출원의 이들 태양 및 다른 태양이 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도 상기 개요는 청구된 요지에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 되며, 그 요지는 절차의 수행 동안 보정될 수 있는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.
명세서 전체에 걸쳐, 동일한 도면 부호가 동일한 요소를 가리키는 첨부 도면을 참조한다.
도 1은 액정 디스플레이와 조합된 직하형 백라이트의 분해 사시도.
도 2는 직하형 백라이트 조립체의 제1 실시 형태의 개략 단면도.
도 3은 직하형 백라이트의 일 실시 형태의 평면도.
도 4는 LED와 같은 콤팩트한(compact) 광원을 사용하는 직하형 백라이트의 일 실시 형태의 평면도.
도 5는 백라이트의 출력면의 적어도 일부 상에서의 휘도 대 위치를 보여주는 이상화된 그래프.
도 6은 여러 굴절률이 어떻게 표시되는지를 나타내는 표기와 함께, 단일 계면을 형성하는 필름들의 2층 스택(stack)을 도시하는 도면.
도 7은 다층 구조체에서의 여러 굴절률에 관한 조건들, 및 이들이 어떻게 구조체의 내부 브루스터 각을 증가시키거나 제거하는지를 도시하는 개략도.
도 8은 다층 구조체에서의 여러 굴절률에 관한 조건들, 및 이들이 어떻게 구조체의 내부 브루스터 각을 감소시키거나 제거하는지를 도시하는 다른 개략도.
도 9는 공기로부터 입사하는 광에 이용가능한 내부 브루스터 각을 갖는 몇몇 다층 복굴절성 반사기에 대한 반사율 대 각도의 그래프.
도 10 및 도 11은 각각 광학 조립체의 일 실시 형태에 사용되는, 디스크형 부분을 갖는 반사기의 평면도 및 측면도.
도 12는 직하형 백라이트 조립체의 다른 실시 형태의 단면도.
도 13은 직하형 백라이트 조립체의 다른 실시 형태의 단면도.
도 14는 직하형 백라이트 조립체의 또 다른 실시 형태의 단면도.
도 15는 s 및 p 편광된 광에 대해서 sPS/PMMA 반사기의 하나의 계면에 대한 반사율 대 각도의 그래프
도 16은 sPS/PMMA 반사기의 다른 실시 형태의 공기 계면에 대한 반사율 대 각도의 그래프.
도 17은 직하형 백라이트 조립체의 다른 실시 형태의 단면도.
도 18은 반사기의 일 실시 형태의 개략도.
도 19는 도 18의 sPS/실리콘 반사기의 일 실시 형태의 공기 계면에 대한 반사율 대 각도의 그래프.
도 20은 도 18의 sPS/실리콘 폴리아미드 반사기에 대한 각도의 함수로서의 반사율의 그래프.
도 21은 반사기의 일 실시 형태의 개략도.
도 22는 도 21의 반사기의 강축(strong axis)의 개략도.
도 23은 도 21의 반사기의 강축에 대한 각도의 함수로서의 반사율의 그래프.
도 24는 도 21의 반사기의 약축(weak axis)의 개략도.
도 25는 도 21의 반사기의 약축에 대한 각도의 함수로서의 반사율의 그래프.
도 26은 반사기의 다른 실시 형태의 강축의 개략도.
도 27은 도 26의 반사기의 강축에 대한 각도의 함수로서의 반사율의 그래프.
도 28은 강축이 도 26에 도시되어 있는 실시 형태의 약축의 개략도.
도 29는 도 28의 반사기의 약축에 대한 각도의 함수로서의 반사율의 그래프.
도 30은 3개의 상이한 백라이트 구성에 대해 광원에 대한 측방향 위치와 대조하여 플로팅된 상대 세기(intensity) 측정치의 그래프.
도 31은 반사기에 대한 바람직한 반사율 및 투과율 스펙트럼의 그래프.
도 32는 확산 반사 전방 반사기 및 확산 반사 후방 반사기를 포함하는 백라이트의 일 실시 형태의 일부의 개략 단면도.
도 33은 경면 반사 전방 반사기 및 반경면 반사 후방 반사기를 포함하는 백라이트의 일 실시 형태의 일부의 개략 단면도.
도 34는 직교 평면에 상이한 출력 발산 또는 시준(collimation)을 갖는 조명 기구의 사시도.
본 발명은 더 큰 입사각의 광의 투과율과 비교하여 수직 입사의 광에 대해 더 낮은 투과율을 나타내는 직하형 백라이트와 함께 사용하기 위한 광학 조립체에 적용가능하다. 실제로, 이는 세기가 더 낮지만 더 높은 퍼센트 투과율(percent transmission)을 갖는 광원으로부터 더 멀리 있는 영역과 비교하여, 세기가 가장 높은 광원 부근의 영역에서, 더 낮은 백분율의 광이 광학 조립체를 통해 투과됨을 의미한다. 순 효과(net effect)는 직하형 백라이트의 면에 걸쳐 투과된 광 세기의 균등화(leveling)이다. 그 결과, 관찰자가 직하형 백라이트 상의 광원 바로 위의 더 밝은 영역을 인지할 가능성이 작아진다. 이러한 유형의 광학 조립체는 대면적 LCD TV 또는 데스크톱 모니터를 비롯한 LCD 디스플레이 장치와 같은 직하형 디스플레이 장치와 관련하여 특히 유용하다.
반사기는 내부 브루스터 각을 갖는 경우 광 출력을 균등화하도록 원하는 투과율 특성을 제공할 수 있어서, 본 명세서에 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 반사기는 입사각이 증가함에 따라 감소하는 p-편광된 광에 대한 반사율을 갖는다. 반사기의 재료 및 구조는, 반사기가 수직 입사에서 그리고 거의 수직 입사에서 적절하게 높은 반사율 값을 갖지만 더 큰 입사각의 광선이 투과될 가능성이 더 커지도록 주의 깊게 선택될 수 있다. 그 결과, 직하형 백라이트의 광원에 의해 방출된 광의 매우 작은 비율만이 광원 바로 위의 영역에서 디스플레이를 통과하게 될 것이다. 광원 바로 위에 있지 않은 디스플레이의 영역에서는, 더 높은 비율의 광이 통과한다.
이제 직하형 백라이트의 일반적인 구조가 설명될 것이다. 도 1은 액정 디스플레이(LCD) 패널과 같은 디스플레이 패널(12)과 조합된 직하형 백라이트(10)를 포함하는 광학 조립체(20)의 분해 사시도를 도시한다. 백라이트(10)와 디스플레이 패널(12) 둘 모두가 단순화된 박스(box)와 유사한 형태로 도시되어 있지만, 본 명세서를 읽는 사람은 각각이 추가적인 세부(detail)를 포함하는 것을 이해할 것이다. 백라이트(10)는 프레임(14) 및 넓은 출력면(16)을 포함한다. 작동시, 출력면(16) 전체는 출력면의 후방에서 프레임(14) 내에 배치된 광원(들)에 의해 조명된다. 조명될 때, 백라이트(10)는 디스플레이 패널(12)에 의해 제공된 이미지 또는 그래픽을 여러 관찰자(18a, 18b)에게 볼 수 있게 한다. 이미지 또는 그래픽은 전형적으로 수 천 또는 수 백만개의 개별적인 화소(픽셀)들의 어레이에 의해 생성되며, 어레이는 디스플레이 패널(12)의 측방향 범위(길이 및 폭)를 실질적으로 가득 채운다. 대부분의 실시 형태에서, 백라이트(14)는 백색광을 방출하며, 픽셀 어레이는 디스플레이된 이미지가 다색성이도록 (적색/녹색/청색(RGB) 픽셀, 적색/녹색/청색/백색(RGBW) 픽셀 등과 같은) 다색 픽셀들의 군으로 구성된다. 그러나, 일부 경우에, 단색 디스플레이를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이들 경우에, 백라이트(10)는 하나의 가시광선 파장 또는 색상으로 지배적으로 방출하는 특정 광원 또는 필터를 포함할 수 있다.
대안적으로, 광원은 적색, 녹색 및 청색 LED와 같은 다수의 단색 발광 소자로 된 순차적으로 급전되는 광원일 수 있다.
도 1의 백라이트(10)는 광원 구역(20a, 20b, 20c)에 의해 나타내는 바와 같이 출력면(16)의 후방에 배치된 3개의 긴 광원을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 광원 구역들 사이 또는 그렇지 않으면 광원 구역들 외측의 출력면(16)의 영역은 본 명세서에서 간극 구역(gap zone)으로 지칭된다. 따라서, 출력면(16)은 광원 구역 및 간극 구역의 상보적인 세트로 구성되는 것으로 간주될 수 있다. 광원 구역 및 간극 구역의 존재는, 광원이 연장될지라도 광원은 백라이트의 출력면보다 투사 영역(평면도)에서 개별적으로 그리고 또한 집합적으로 훨씬 더 작다는 사실의 결과이다. 대부분의 실시 형태에서, 디스플레이로부터 최적의 이미지 품질을 제공하기 위해, 출력면(16)에서의 휘도가 가능한 한 균일하도록 백라이트(10)를 구성하는 것이 바람직하다. 그 경우에, 광원 구역에서의 휘도는 간극 구역에서의 휘도와 실질적으로 동일하여야 한다.
도 2는 그러한 균일성을 달성할 수 있는 직하형 백라이트(30)의 개략 단면도이다. 백라이트(30)는 전방 반사 편광기(32), 후방 반사기(34) 및 램프(36)를 포함한다. 반사 편광기(32)와 후방 반사기(34)는 광이 그 내부에서 연속적인 반사를 겪을 수 있는 광 재순환 공동(light recycling cavity)(22)을 형성한다. 반사 편광기는 제1 편광 상태의 광을 투과시키고, 제1 편광 상태에 직교하는 제2 편광 상태의 광을 반사하는데, 여기서 두 상태는 직교하는(90도) 평면내 방향들을 따라 실질적으로 평면-편광된다. 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수가능한 DRPF(확산 반사 편광 필름) 제품과 같은 확산 반사 편광기 및 와이어 그리드(wire grid) 반사 편광기와 마찬가지로, 콜레스테릭(cholesteric) 반사 편광기가 1/4-파장 지연기(quarter-wave retarder)와 조합될 때 이러한 기능을 수행할 수 있으며 본 발명에 유용하다.
일반적으로, 하나의 축에 평행한 편광 평면을 갖는 광을 반사시키고 직교축에 평행한 편광 평면을 갖는 광을 투과시키는 임의의 반사 편광기가 본 발명과 함께 사용하기에 적합하다. s-편광된 광을 반사시키고 p-편광된 광을 실질적으로 투과시키는 종래의 평탄한 다층 필름은 이러한 편광기에 대한 선택사양이 아니다. 대신에, 그러한 필름은 하기에서 논의되는 바와 같이 반사기(40)로서 유용하다. 이들 둘의 적절한 조합은 형광 램프와 같이 선형 부분을 갖는 광원을 구비한 백라이트에서 균일한 공간적 세기를 제공하는 데 유용하다.
도 2는 등방성 층상(layered) 구조체와 같은, 내부 브루스터 각을 갖는 반사기(40)를 또한 포함한다. "내부 브루스터 각"이라는 용어는 공기 또는 시스템의 다른 구성요소와의 계면에서가 아닌, 반사기 내부에 있는 계면에서의 브루스터 각을 말한다. 반사 편광기(32)의 한 가지 목적은 주로 p-편광된 광을 선형 광원에 수직한 입사 평면에 있는 반사기(40)로 전달하는 것이다. 반사기(40)는 입사각이 증가함에 따라 감소하는 p-편광된 광에 대한 반사율을 갖는다. 반사 편광기는 흡수 편광기를 이용하는 디스플레이에서 광을 예비편광(prepolarizing)시키는 데 또한 유용하다. 예를 들어, 예컨대 쓰리엠 컴퍼니로부터 비퀴티(Vikuiti) 브랜드로 입수가능한 이중 휘도 향상 필름(dual brightness enhancement film, DBEF) 제품과 같은 다층 복굴절성 편광기는 p-편광된 광을 광원의 축에 수직한 평면에 있는 반사기로 전달할 수 있다. 배치 순서는, 반사기(40) 및 반사 편광기(32)의 위치가 양 구성요소에서의 손실이 작다면 기능성의 손실 없이 서로 바뀔 수 있도록 변경될 수 있다.
작은 입사각에서, 반사기(40)의 반사율은 p-편광된 광에 대해 커서, 작은 입사각을 갖는 광의 작은 부분만이 반사기(40)를 통해 내내 전달되게 한다. 예를 들어, 도 2의 광선(52)은 반사기(40)의 표면에 수직하여, 0도의 입사각을 갖는다. 그 결과, 입사광(52)의 작은 부분만이 반사기로부터 광선(54)으로서 나타난다. 보다 큰 입사각에서, 반사기(40)의 반사율은 p-편광된 광에 대해 보다 작아서, 광의 보다 큰 부분이 반사기(40)를 통해 내내 전달되게 한다. 예를 들어, 광선(56)은 보다 큰 입사각으로 반사기에 입사되어서, 보다 큰 부분이 반사기로부터 광선(58)으로서 나타난다.
본 발명의 대부분의 실시 형태에서, 반사 편광기(32)는 내부 브루스터 각을 갖지 않지만, 다른 실시 형태에서 반사 편광기는 내부 브루스터 각을 갖는다. 반사 편광기(32)가 다층 복굴절성 반사 편광기인 경우, 이는 수직 입사에서도 실질적으로 투과성인 통과축(pass axis)을 따라 내부 브루스터 각을 가질 수 있다. 반사 편광기가 모든 입사각에서 s- 및 p-편광된 광 둘 모두에 대해 상기 축에 평행한 광을 실질적으로 반사시키면, 반사 편광기는 심지어 차단(반사)축을 따라 내부 브루스터 각을 가질 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 반사 편광기는 반사 편광기의 차단축(block axis)에 평행한 입사 평면에서 내부 브루스터 각을 갖지 않는다.
본 발명의 광학 조립체가 반사 편광기 없이 구성되는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 예컨대 LED와 같은 전방향성 점 광원(omni directional point source)으로 구성된 백라이트는 광의 방출에 대한 어떠한 지향성 양상도 없기 때문에, 반사기(40)로의 p-편광된 광의 지향성 광원을 필요로 하지 않을 수 있다. 도 17은 그러한 광학 조립체의 일 실시예를 제공한다. 도 17은 광 공동(3302), 내부 브루스터 각을 갖는 반사기(3304), 확산기(3306), 및 광학 광 지향 필름(3307)을 포함하는 백라이트(3300)를 도시한다. 광 공동(3302)은 확산 미러(diffuse mirror)(3308)와, 다수의 점, 사형(serpentine) 또는 선 광원(3310)을 포함한다. 반사 편광기의 사용 없이 균일한 백라이트가 구성될 수 있지만, 흡수 편광기를 이용하는 디스플레이에서 편광된 광을 예비편향 및 재순환시키는 데 여전히 반사 편광기가 바람직할 수 있다. 또한, 백라이트형 표지(backlit signage)와 같이, 편광된 광을 필요로 하지 않는 디스플레이도 있다.
직하형 백라이트의 실시예 및 특성
위에서 논의된 바와 같이, 도 2의 백라이트 구성은 백라이트의 출력을 그의 표면에 걸쳐 더욱 균일하게 함으로써 직하형 백라이트에서 램프를 은폐시키는 데 도움을 준다. 램프를 은폐시키는 데 도움을 주는 다른 백라이트 구성들이 또한 본 명세서에서 추가로 설명될 것이다. 그러나 먼저, 선 광원, 사형 광원 및 점 광원을 사용한 백라이트를 포함하는 보다 일반적인 유형의 직하형 백라이트가 논의될 것이다. 도 1의 직하형 백라이트(10)는 3개의 광원(20a 내지 20c)을 나타낸다. 이들 광원은 일 실시 형태에서 일반적으로 선 광원으로 알려진 3개의 개별적인 이산된 선형 램프이다. 이제 도 3으로 돌아가면, 광원(23a 내지 23c)이 보다 큰 사형 램프(24)의 일부분인 다른 예시적인 백라이트(21)의 평면도가 도시되어 있다.
도 4는 콤팩트한 또는 작은 면적의 광원(28)들의 어레이를 포함하는 대안적인 백라이트(26)의 평면도를 도시한다. 이들 광원은 예를 들어 LED 광원일 수 있다. LED-기반 광원의 예가 하기의 공히 양도된 특허 출원, 즉 미국 특허 출원 공개 제2004/0150997 A1호(오더커크(Ouderkirk) 등), 미국 특허 출원 공개 제2005/0001537 A1호(웨스트(West) 등), 및 2004년 10월 29일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/977582호 "편광 LED(Polarized LED)"에 기재되어 있다.
일반적인 유형의 직하형 백라이트는 선, 사형 또는 점 광원이다. 직하형 백라이트에서의 램프는 백라이트 구조체의 외측 가장자리를 따라서라기보다는 백라이트의 출력면 바로 후방에 있다. 직하형 백라이트는, 광자가 생성되거나 발생되는 위치, 예컨대 램프가 실질적으로 디스플레이 영역의 투사 영역 내에 있는 경우의 것이다. 예를 들어, 직하형 백라이트(10)는 도 2의 디스플레이 영역(16)과 같은 디스플레이 영역을 포함한다. 램프(36)는 디스플레이 영역(16)의 투사 영역 내에 있다. 유사하게, 램프(36)는 반사기(40)의 주 표면의 투사 영역 내에 있다. 직하형 백라이트를 기술하는 다른 방식은 디스플레이 영역의 투사 영역이 램프 또는 광원의 투사 영역보다 상당히 큰 경우의 것이다. 직하형 백라이트와 대조적으로, 측면형 백라이트(side-lit backlight)는 전형적으로 디스플레이 영역의 투사 영역 내에 있지 않은 램프로 구성된다. 대신에, 측면형 백라이트에서, 램프는 디스플레이 영역의 에지를 따라 그리고 측면으로 연장된다.
직하형 백라이트에 대한 균일한 광 출력 대 비변형 ( unmodified ) 광 출력
도 5는 백라이트의 출력 표면의 전부 또는 일부분에 걸쳐 연장되는 경로를 따른 백라이트의 휘도의 이상화된 플롯(plot)이다. 이 경로는 광원 바로 위의 출력 표면의 구역, 즉 광원 구역(64)뿐만 아니라, 임의의 광원 바로 위가 아닌 출력 표면의 구역, 즉 간극 구역(66)을 포함하도록 선택된다. 곡선(60)에 대해서, 반사기(40)는 광을 선택적으로 반사시키기 위해 장치에 존재하지 않는다. 따라서, 광원 구역(64)은 상대적으로 어두운 간극 구역(66)들 사이에서 상대적으로 밝은 지점이 된다.
곡선(62)은, 백라이트의 표면에 걸쳐 광 세기를 균등화시키기 위한 본 발명에 따른 단계들, 예를 들어 브루스터 각을 갖는 반사기(40)를 장치에 포함시키는 것이 취해진 백라이트에 대한 이상화된 출력을 도시한다. 그 경우에, 작은 입사각으로 반사 편광기(32)를 통해 투과된 광은 반사기(40)에 의해 대부분 반사되고, 작은 정도로만 투과된다. 그 특수한 경우에, 반사 편광기를 통해 디스플레이의 전방을 향해 투과된 광은 광원 구역(64)이 간극 구역(66)의 휘도와 실질적으로 일치하는 휘도를 갖게 하는 양으로 반사기(40)로부터 반사되고 반사기에 의해 투과된다. 이 방식으로, 고 휘도 직하형 백라이트에서의 고도로 균일한 조명이 달성될 수 있다. 완전한 균일성은 실제 시스템에서 좀처럼 달성될 수 없기 때문에, 장치의 특성은 백라이트의 출력 표면의 전부 또는 일부분에 걸쳐 휘도 변동성을 최소화시키도록 조절될 수 있다.
내부 브루스터 각을 갖는 반사기의 실시예
"반사기"라는 용어는 적어도 약 30%의 반사율을 갖는 구조체를 말한다. 여러 실시 형태에서, 반사기는 적어도 약 50%, 80% 또는 90%의 반사율을 가질 것이다. 달리 언급하지 않는 한, 모든 반사율 값은 수직 입사에서의 반사율을 말한다.
상이한 굴절률을 갖는 두 영역들 사이의 평면 경계에 입사하는 광에 대해서, 브루스터 각은 전파 방향 및 표면에 대한 법선에 의해 한정되는 평면에서 전기장 벡터를 갖는 광에 대해 반사율이 0이 되는 입사각이다. 다시 말하면, 상이한 굴절률을 갖는 두 영역들 사이의 평면 경계에 입사하는 광에 대해서, 브루스터 각은 p-편광된 광에 대해 반사율이 0인 입사각이다. n1의 굴절률을 갖는 제1 등방성 매질로부터 n2의 굴절률을 갖는 제2 등방성 매질로의 전파를 위해서, 브루스터 각은 아크 탄젠트(arc tan)(n2/n1)로 주어진다. 내부 브루스터 각은 2개의 상이한 굴절률을 갖는 인접한 부분들 사이에서 구조체 내에 계면이 존재할 때 광학 구조체에 존재할 수 있다. 교번하는 저 굴절률 및 고 굴절률의 재료를 포함하는 간섭 필름이 내부 브루스터 각을 가질 수 있다. 그러나, 다수의 층을 갖는 광학 조립체가 반드시 내부 브루스터 각을 갖는 것은 아니다. 예를 들어, 다층 미러에서의 교번하는 층들 중 하나 또는 둘 모두가 복굴절성이고, 층들의 z-굴절률이 평면내 굴절률에 비해 소정의 차등적인 값을 가지는 경우, 브루스터 각이 존재하지 않을 것이다. 대안적으로, 상대적인 nz 차이 값들의 다른 세트에 의해, 브루스터 각의 값은 현저히 감소될 수 있다. 이러한 거동을 설명하는 데 도움을 주기 위해, 제1 재료(68) 및 제2 재료(69)에 대한 굴절률에 대한 표시를 보여주는 표기와 함께, 계면을 형성하는 2개의 복굴절성 재료 층들이 도 6에 도시되어 있다. 각각의 재료 층은 일반적으로 도 6에 도시된 바와 같이 x, y 및 z 방향에서 상이한 굴절률을 가질 수 있다.
y-z 평면에서 편광된 광에 대해, 두 유전체 재료 층들의 계면에서의 브루스터 각 θB는 하기에 의해 주어진다:
Figure 112011045098114-pct00001
x-z 평면에 입사하는 광에 대해, 이 방정식에서 ny의 값은 nx의 값으로 대체된다. nx, ny 및 nz의 상대적인 값은 내부 브루스터 각의 값과 존재에 현저히 영향을 미칠 수 있다. 연속적인 가능성들이 있지만, 일반적인 효과는 도 7 및 도 8의 다이어그램에 의해 요약될 수 있는 2가지 주요 카테고리에 속한다. 도 7은 등방성 재료에 의해 얻어질 수 있는 것을 넘어 내부 브루스터 각의 값을 증가시키거나 내부 브루스터 각을 제거하는 광학 재료 조합을 도시한다. 이러한 조건 세트는 제1 재료(68)와 제2 재료(69) 사이의 nz의 차이가 주어진 입사 평면에 대한 평면내 굴절률의 차이보다 작은 경우의 것이다. 선(83, 84)은 각각 제1 재료 및 제2 재료에 대한 nx 또는 ny의 값을 나타내는데, 여기서 n1x와 n2x 사이의 차이가 일정하게 유지되는 것으로 도시되어 있고, n1y와 n2y 사이의 차이가 일정하게 유지되는 것으로 도시되어 있다. 선(85, 86)은 n1z 및 n2z의 값을 나타내며, n1z와 n2z의 차이가 감소함에 따라, 내부 브루스터 각이 증가함을 보여준다. nz 차이가 소멸되는, 선(85)과 선(86) 사이의 교점인 선(88)에서, 브루스터 각이 또한 소멸된다. 이 점을 지나 Δnz를 증가시키는 것은 Δnxy와 비교할 때 반대 부호의 것이며, 이제 p-편광된 광의 반사율은 s-편광된 광에 대한 반사율과 유사하게 입사각에 따라 증가한다. 재료들 중 하나 또는 둘 모두가 복굴절성일 수 있지만, 어느 재료가 복굴절성인지와는 무관하게, 동일한 관계가 유지된다.
도 8은 여러 입사각의 p-편광된 광의 상당한 부분을 공기로부터 평탄한 표면으로 투과시킬 수 있는 반사기의 구성을 가능하게 하는, 본 발명에 바람직한 광학 재료 조합을 도시한다. 적절한 굴절률 세트에 의해, 이들 반사기는 브루스터 각이 공기로부터 평탄한 계면으로 입사하는 광에 의해 이용가능하도록 향상된 브루스터 효과를 나타낼 수 있다. 이는 등방성 재료로 제조된 대부분의 다층 반사기에서는 가능하지 않다. 그러나, 복굴절성 재료의 적절한 선택은 제1 재료 층(68)과 제2 재료 층(69)(도 6) 사이의 nz에 대한 차이가 동일한 층들의 평면내 굴절률 차이보다 더 커지게 할 수 있다:
Figure 112011045098114-pct00002
도 7과 마찬가지로, 도 8은 각각 제1 재료 및 제2 재료에 대한 nx 또는 ny의 값을 나타내는 선(83, 84)을 도시하는데, 여기서 n1x와 n2x 사이의 차이가 일정하게 유지되는 것으로 도시되어 있고, n1y와 n2y 사이의 차이가 일정하게 유지되는 것으로 도시되어 있다. 선(87, 88)은 n1z 및 n2z의 값을 나타내며, n1z와 n2z의 차이가 nxy 값들의 차이를 넘어 증가함에 따라, 내부 브루스터 각이 감소함을 보여준다.
Δnx에 대한 Δnz의 값이 커질수록, 본 명세서에서 추가로 설명되는 도 9에 도시된 바와 같이, 이 계면 상의 xz-평면에 입사하는 p-편광된 광에 대한 브루스터 각의 값이 더 작아진다. 도 9는 Δnz의 값을 증가시키면서 nx 및 ny의 일정한 값에 대해 생성되었다.
이들 구조체 중 임의의 것에 대해, 브루스터 각의 존재는 그것이 다층 스택에서의 층들의 상당한 부분에 대해 존재하는 경우에만 유용하다. 제3 또는 제4 재료의 추가의 기능성 코팅 또는 층이 다층 스택에 추가되면, 이들 재료는 이들이 접촉하는 어떠한 재료에 의해서도 브루스터 각의 상이한 값을 생성할 수 있다. 그러한 재료들이 제1 및 제2 재료들의 계면의 개수에 비해 상대적으로 적은 계면을 갖는다면, 그러한 계면들은 본 발명의 성능에 실질적으로 영향을 주지 않을 것이다. 다층 스택이 대개 제1 재료 및 제2 재료의 층들을 포함하지만, 몇몇 층이 제1 재료 및 제2 재료의 조성에 있어 약간의 변형인 경우에, 전체 스택에 대한 효과는 보다 넓은 브루스터 각 최소값일 수 있지만, 전체 효과는 오직 두 재료에 의한 것과 유사하다.
내부 브루스터 각을 갖는 다층 반사기의 원하는 성능은, 수직 입사에서 비교적 큰 반사율을 갖고 경사진 입사각에서 보다 작은 반사율(보다 높은 투과율)을 갖는 것이다.
일반적으로, 인접한 교번하는 층들 사이의 Δnz가 Δnx 또는 Δny와 동일한 부호의 것인 임의의 다층 반사기는 내부 브루스터 각을 나타낼 것이며, 본 발명에 유용하다. 일반적으로, x- 및 y-축을 따른 평면내 굴절률은 동일할 필요는 없다. x- 및 y-방향이 동일한 굴절률을 갖는 단축(uniaxial) 경우와, nx ≠ny ≠ nz 인 2축(biaxial) 경우와, nx ≠ ny = nz인 단축 경우 사이에 연속성이 존재한다.
다중 내부 브루스터 각을 갖는 재료 계면
복굴절성 다층 반사기는 배향된(신장된) 복굴절성 중합체 재료로 제조될 수 있다. x- 및 y-방향으로 상이한 신장비(stretch ratio)를 사용함으로써, 그러한 각각의 방향에 대해 매우 상이한 내부 브루스터 각 값을 갖는 비대칭 반사기가 제조될 수 있다. 개략적인 굴절률 세트가 도 21에 도시되어 있다. 도 8에 제시된 정보에 따라, 브루스터 각은 도 21의 필름 쌍에 대해서 x-z 또는 y-z 평면에 입사하는 광에 대해 존재할 것이다. z-굴절률은 물론 x-z 또는 y-z 평면에 입사하는 광에 대해 동일하지만, Δnz/Δny 비가 Δnz/Δnx 비보다 크기 때문에, 내부 브루스터 조건은 x-z 평면에 대해서보다 y-z 평면에 대해 더욱 작은 각도에서 일어난다. 연속적인 내부 브루스터 각 값들이 x-z 및 y-z 평면들 사이의 방위각에 대해 존재한다. 따라서, 두 재료로만 형성된 다층 반사기는 상이한 평면내 방향을 따라 상이한 브루스터 각을 나타낼 수 있다. 광원의 효율적인 은폐를 위해, 수직 입사에서의 비교적 큰 반사율이 모든 평면내 방향을 따라 요구될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 반사율은 어느 축을 따르더라도 약 50% 초과이다. 특정 재료에 의한 실시예들이 이하에 주어진다.
그러한 비대칭 반사기의 반사율이 하나의 축에 대해서 다른 하나의 축에 대해서보다 훨씬 큰 경우, 반사기는 백라이트로부터의 광을 편광시키는 데 있어서뿐만 아니라 백라이트로부터의 보다 공간적으로 균일한 광 출력을 제공하는 데 있어서 반사 편광기의 기능을 수행할 수 있다. 일반적으로, 이러한 것이 편광 재순환 또는 "이득"을 제공하기 위한 것이라면, "통과"축에 대한 투과율의 비는 "차단축"의 투과율의 적어도 2배 정도이거나 이를 초과해야 한다.
도 2를 다시 참조하면, 선형 광원들 또는 점 광원들의 대략적인 선형 어레이에 의해 조명되는 시스템에 대해서, 이러한 비대칭 반사기의 "차단"축은 바람직하게는 이러한 선형 방향과 정렬된다.
본 발명의 반사기는 주로 경사진 광선을 투과시키며, 본 명세서에서 추가로 논의되는 바와 같이, 확산기, 프리즘 필름, 또는 비드형(beaded) "이득 확산기" 필름 등과 같은 광 방향전환 층이 몇몇 실시 형태에서 사용되어 수직 입사광을 디스플레이 및 관찰자에게 제공한다. 반사기가 또한 예비편광기 또는 편광 재순환 필름으로서 기능하기 위한 것이라면, 광 방향전환 층은 반사기에 의해 투과된 광을 실질적으로 탈편광시키지 않아야 한다. 확산기 또는 광 방향전환 필름이 광을 실질적으로 탈편광시킨다면, 별도의 반사 편광기가 반사기와 디스플레이 패널 사이에 추가될 수 있다.
본 명세서에서 추가로 논의될 반사기(40)의 구조에 대한 많은 가능성이 존재한다. 예를 들어, 반사기(40)는 일 실시 형태에서 등방성 재료의 다층 스택이다. 이제 반사기(40)의 추가의 예시적인 구성이 설명될 것이다.
반사기는 복굴절성 층상 구조체이다
복굴절성 층상 구조체는 예를 들어 미국 특허 제5,882,774호에 기술되어 있다. 일반적으로, 바람직한 다층 반사기(40)는 z-축 굴절률 차이가 x 및 y-축 굴절률 차이들 중 하나 또는 둘 모두보다 큰 것이다.
반사기로서 사용되는 2축 복굴절성 층상 구조체의 소정 실시 형태에 대해서, 적어도 하나의 평면내 축을 따른 반사율은 적어도 약 50% 또는 적어도 약 60%이다.
브루스터 각을 고려할 때, 다른 중요한 쟁점은 광학 구조체의 내부 브루스터 각이 공기 중에서 이용가능한지의 여부이다. 도 9는 1.57 및 1.41의 평면내 굴절률을 갖는 복굴절성 및 등방성 층들의 다층 스택의 모델링된 공기 중 반사율(reflectivity in air)을 도시한다. n1z의 값은 플롯 a에 대한 1.41로부터 플롯 f에 대한 1.7까지의 범위이다. 그 결과, Δnz 값은 플롯 a에 대한 0으로부터 플롯 f에 대한 0.29까지의 범위이다. 400 내지 800 ㎚에서 수직 입사에서 90%의 반사율은 이들 평면내 굴절률을 갖는 두 재료의 약 400개의 교번하는 층들에 의해 달성가능하다. 도 9에 도시된 반사율 값은 표면 반사를 포함하지 않는데, 즉 공기-중합체 계면으로부터의 기여는 계산에 포함되지 않는다. Δnx와 비교하여 Δnz가 클수록, 브루스터 각이 더 작아진다. 플롯 d는 내부 브루스터 각이 약 78°이고 n1z=1.62인 구성을 나타내며, 이는 고 굴절률 재료로서의 sPS 및 실리콘 폴리옥스-아미드를 사용함으로써 쉽게 달성가능하다. 실리콘 폴리옥스-아미드의 사용은, 공계류 중이고 공유된 2005년 12월 23일자로 출원된 미국 특허 출원 제60/753,857호에 기술되어 있다. 브루스터 각은 물론 n2x에 대한 n2z의 값을 낮춤으로써, 즉 저 굴절률 층을 위해 알맞은 부호의 복굴절성 재료를 사용함으로써 또한 감소될 수 있다.
반사기는 디스크형 공극( void )을 구비한다
도 10 및 도 11에 도시된 예시적인 일 실시 형태에서, 반사기(70)는 예를 들어 등방성 소판(platelet) 또는 디스크(72) 형태의 공극을 등방성 매질(74)에 포함하는 불연속 상 재료이다. 공극-형성된 재료의 이점은 브루스터 각이 공기 중에서 약 50도만큼 낮을 수 있다는 것이다. 공극은 당업계에 잘 알려진 공정인, 압출 또는 성형 동안에 발포제의 사용에 의해 중합체 필름에 생성될 수 있다.
바람직하게는, 재료는 등방성이며, 공극은 약 3:1 이상의 직경(D) 대 두께(t)의 종횡비(aspect ratio)를 갖는다. 종횡비는 보다 바람직하게는 약 10:1 이상이다. 다른 실시 형태에서, 공극 영역은 타원형 프로파일을 가질 수 있다. 불연속 또는 분산 상을 갖는 연속적인 매질에서 브루스터 각 효과를 달성하기 위해, 분산 상 입자 또는 공극 크기는 광의 파장보다 훨씬 더 크며, 바람직하게는 평평한 디스크의 형상에 근접한 편구면(oblate spheroid)과 같은 대략적으로 평탄한 표면을 구비한다.
일 실시 형태에서, 공극-형성된 등방성 재료는 예를 들어 발포된 PMMA(폴리메틸 메타크릴레이트)로 제조된다. 예를 들어, 문헌["Foaming Polymethyl methacrylate with an Equilibrium Mixture of Carbon Dioxide and Isopropanol" by R. Gendron and P. Moulinie in Journal of Cellular Plastics March 2004, vol. 40, no. 2, pp. 111-130(20)]을 참조한다. 환형 올레핀은 등방성 공기/중합체 미러를 제조하도록 공극-형성되는 다른 부류의 등방성 중합체이다. 게다가, 환형 올레핀은 전형적으로 공극에 보다 큰 종횡비를 제공하기 위해 PMMA보다 큰 비로 신장될 수 있다.
예시적인 일 실시 형태에서, 디스크형 부분은 주위 재료보다 더 작은 굴절률을 갖는다. 다른 실시 형태에서, 디스크형 부분은 주위 재료보다 더 큰 굴절률을 갖는다.
내부 브루스터 각을 갖는 반사기에 대해 다수의 다양한 구성이 논의되었으며, 이제 추가의 구성이 설명될 것이다. 게다가, 다양한 반사기 구성이 다양한 백라이트 구성, 예컨대 본 명세서에서 추가로 논의되는 여러 광 추출 층을 구비한 백라이트 구성과 함께 사용될 수 있음을 주목하는 것이 중요하다. 반사기는 몇몇 실시 형태에서 등방성 필름 층으로, 그리고 다른 실시 형태에서 특별히 맞춤된 복굴절성 층으로 제조된다. 이제 추가적인 반사기 구성이 설명될 것이다.
반사기는 PEN 및 PMMA 층이다
예시적인 일 실시 형태에서, 반사기(92)는 PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트) 및 PMMA의 530개 등방성 층들을 포함하는 다층 구조체이다. 개별적인 층은 두께가 약 500 ㎚ 내지 2000 ㎚의 범위이다.
반사기는 PEN / THV 층이다
일 실시 형태에서, 반사기는 배향된 PEN과 THV(쓰리엠의 다이네온(Dyneon™) THV 플루오로 열가소성 재료로서 판매되는, 테트라플루오로에틸렌, 헥사 플루오로프로필렌 및 비닐리덴 플루오라이드의 중합체) 사이에서 층들이 교번하는 층상 구조체이다. 일 실시 형태에서, 배향된 PEN 층은 nx=ny=1.75 및 nz=1.49를 갖고, THV 층은 n=1.35를 갖는다. 다른 실시 형태에서, 반사기는 배향된 PET/THV 미러이다. 일 실시예에서, 배향된 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 층은 nx=ny=1.65 및nz=1.49를 갖는다. 이들 유형의 반사기는 아크릴(n = 1.49)에 매설된 때 각각 54도 및 51도의 내부 브루스터 각(입사 매질에서 측정됨)을 갖는다. PEN/THV의 반사기는 수직 입사에서 약 99%의 반사율로 제조될 수 있다. 그러나, 공기 중에서, p-편광된 반사율은 PEN/THV에 대하여 수직 입사에서의 99%로부터 90도에서의 90%까지, 그리고 PET/THV에 대하여 99%로부터 80%까지, 각도에 따라 감소할 것이다. 바람직하게는, PEN/THV 유형의 구조체는 광 주입 및/또는 추출 구성요소와 조합되어 사용된다.
반사기는 sPS 및 PMMA 층이다
다른 예시적인 실시 형태에서, 다층 반사기가 신디오탁틱 폴리스티렌(syndiotactic polystyrene, sPS) 및 PMMA의 교번하는 층들로 제조될 수 있다. sPS 재료는 (파장에 따라) 대략 1.57의 평면내(x-y) 굴절률을 달성하도록 2축 배향될 수 있는 반면에, 두께- 또는 z-굴절률은 대략 1.62이다. 달리 표기하지 않는 한, 모든 굴절률은 633 ㎚ 파장에서의 값을 말한다. PMMA는 다층 반사기 필름의 배향시 약 1.49의 굴절률을 갖고서 실질적으로 등방성으로 유지될 것이다. 공기 중에서 다층 반사기 필름으로의 입사각에 대해 플로팅된, s- 및 p-편광된 광에 대한 상기 sPS 및 PMMA의 단일 계면의 반사율의 각도 의존성이 도 15에 도시되어 있다. 곡선(130)은 p-편광된 광에 대한 반사율을 나타내고, 곡선(132)은 s-편광된 광에 대한 반사율을 나타낸다. 다층 sPS/PMMA 반사기는 수직 입사에서 약 10% 내지 90%의 임의의 원하는 크기의 반사율을 갖도록 설계될 수 있다. p-편광된 광에 대한 반사율은 입사각이 증가함에 따라 비례적으로 떨어질 것이다. sPS/PMMA 반사기의 다른 예시적인 실시 형태는 수직 입사에서 약 80%의 반사율을 갖는다.
선 광원에 평행한 전기장 방향을 갖는 s-편광된 광을 차단하는 반사 편광기와 함께 이들 재료의 다층 필름이 사용될 때, p-편광된 광만이 선 광원에 수직한 평면에서 필름에 닿을 것이다. 이러한 방식으로, 이 평면에서 투과되는 총합의 광은 입사각에 따라 증가할 것이어서, 곡선(130)이 0의 반사율에 접근하는 것으로 도시된 바와 같이, 이 경우 공기 중에서 약 74도인 내부 브루스터 각에서 최대값에 도달한다.
도 16은 도 15에 대해 위에서 논의된 동일한 굴절률을 갖는 s- 및 p-편광된 광에 대해 sPS/PMMA의 다층 1/4-파장 스택의 반사율의 각도 의존성의 모델을 그래프로 도시한다. 곡선(160)은 2개의 공기 계면을 포함한 필름 스택에 대해 p-편광된 광에 대한 반사율을 나타내고, 곡선(162)은 s-편광된 광에 대한 반사율을 나타내며, 곡선(164)은 단지 공기 계면이 제거된 스택에 대해서 p-편광된 광에 대한 반사율을 그래프로 나타낸다. 곡선(160, 164)들 사이의 차이는, 일반적으로 필름 스택의 내부 계면에 대해서보다 브루스터 각 및 반사 크기에 대해 상이한 값을 갖는 표면 반사의 효과를 나타낸다. 광이 공기로부터 입사할 때의 약 74도의 브루스터 각은 도 16의 곡선(164)에서 최소값으로 나타내어진다. 곡선(160)의 최소값은 내부 및 공기 계면의 조합에 대한 브루스터 각을 나타낸다.
sPS/PMMA 다층 반사기 실시 형태의 작은 굴절률 차이는 많은 수의 층들이 사용되어 가시 스펙트럼에 걸쳐 고 반사율을 달성할 것을 필요로 한다. 도 16에 도시된 수직 입사에서 87%의 모델링된 반사율을 달성하는 데 약 1500개의 층이 요구된다.
반사기는 sPS 및 실리콘 폴리아미드 층이다
보다 적은 수의 층에 의한 보다 큰 반사율은 저 굴절률 재료로서 실리콘 폴리아미드를 사용한다면 달성될 수 있다. sPS 및 실리콘 폴리아미드 층을 구비하고 허용가능한 반사율을 달성할 수 있는 반사기를 위한 구조체의 일 실시예가 도 18에 도시되어 있으며, 여기서 등방성 층은 1.41의 굴절률을 갖고, 교번하는 층들은 1.62의 z-굴절률 및 1.57의 평면내 굴절률을 갖는다. 약 1000개의 층을 사용하여, 반사기는 수직 입사에서 약 400 내지 850 나노미터의 스펙트럼에 걸친 반사율이 약 99.5%인 상태로 제조될 수 있다. 그러한 미러에 대한 반사율 대 각도 곡선이 도 19에 도시되어 있다. 곡선(180)은 공기 중에서의 필름 스택에 대해 p-편광된 광에 대한 반사율을 나타내고, 곡선(184)은 공기 계면이 없는 스택에 대해 p-편광된 광에 대한 반사율을 그래프로 나타낸다. 단지 수 백개의 층만을 사용하여 허용가능한 미러가 또한 제조될 수 있다.
공기 중에서 이용가능한 브루스터 각을 갖는 반사기의 사용은, 등방성 층으로 모두 제조된 반사기에 비해, 개선된 벌브(bulb) 은폐를 제공할 수 있으면서, 고 효율 백라이트를 유지할 수 있다. 이는 그러한 반사기가 수직 입사에서 최대 99% 또는 이를 초과하는 반사율을 갖도록 제조될 수 있고 여전히 공기 중에서 90도 미만의 각도에서 본질적으로 0의 반사율을 갖기 때문에 가능하다. 이들 반사기를 포함한 백라이트의 다수의 실시 형태는 그러한 반사기로부터 광을 추출하거나 광을 주입하는 미세구조체를 포함하지 않는다. 광의 원하는 각도 분포를 디스플레이에 제공하도록 확산기 또는 광 방향전환 필름이 여전히 많은 실시 형태에 존재한다. 예를 들어, 랜덤화 확산기가 반사기 위에 배치되거나, 또는 최적화된 확산 수준을 갖는 선택적인 확산기 시트와 함께 BEF 시트가 반사기 위에 배치된다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 등방성 다층 반사기가 사용되지만, 반사기가 매설되지 않는 한, 반사율은 각도에 따라 급격히 감소되지 않는다. 매설은 구조화된 표면을 반사기에 적용함으로써 달성될 수 있다. 표면에 대한 "이득 확산기" 또는 다른 비드형 또는 프리즘형 구조체의 라미네이션(lamination)은 이 효과를 달성할 수 있다.
2개의 브루스터 각을 갖는 비대칭 반사기
적당한 다층 스택의 비대칭 신장에 의해, 반사기의 하나의 평면내 축은 그의 직교하는 평면내 축에 비해 훨씬 더 작은 브루스터 각을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 반사기의 적어도 하나의 축이 공기 중에서 60도 부근의 내부 브루스터 각을 가질 수 있다. 이 값은 공기/중합체 브루스터 각에 근접한다. 이는 큰 각도에서, 표면 반사가 필름을 통한 광 투과율을 좌우하기 때문에 중요하다. 이들 비대칭 반사기는 백라이트의 효율을 개선시킬 수 있으면서, 여전히 동일하거나 보다 양호한 벌브 은폐 특성을 제공할 수 있다.
본 명세서에 기술된 백라이트 구조체와 함께 사용될 수 있는 내부 브루스터 각을 갖는 반사기의 일 실시예는 음의(negative) 복굴절성 중합체 층과, 저 굴절률 등방성 중합체 또는 저 굴절률 양의(positive) 복굴절성 중합체의 교번하는 층의 스택으로 제조된다. 음의 복굴절성 중합체는, 그의 굴절률이 신장 방향에서는 감소하지만 직교 방향들에서의 굴절률들 중 하나 또는 둘 모두가 동시에 증가하는 것으로서 정의된다. 양의 복굴절성 중합체는, 그의 굴절률이 신장 방향으로는 증가하지만 직교 방향들로의 굴절률들 중 하나 또는 둘 모두가 동시에 감소하는 것으로서 정의된다.
중합체 스택은 일 방향으로만 배향되거나, 일반적으로 임의의 비대칭 신장에 의해 배향되어, 비대칭 반사기를 생성한다. 백라이트에 사용될 때, 이 반사기는 밝은 점 광원을 은폐시키는 데 도움을 주기 위해 확산기 및 선택적으로 표준 반사 편광기와 조합될 수 있다.
비대칭 배향을 사용함으로써, 보다 큰 굴절률 차이를 보이는 재료들에 의해, 하나의 축은 고 반사율을 가질 수 있고, 다른 축에는 공기 중에서 60도만큼 작은 내부 브루스터 각이 제공될 수 있다. 표준 다층 반사 편광기 및 확산기와 조합될 때, 밝은 광원은 효과적으로 마스킹될 수 있다.
반사기는 대칭적인 2축 배향된 sPS /실리콘 폴리아미드 층이다
내부 브루스터 각을 갖는 반사기의 일 실시 형태는 대칭적으로 2축 배향된 sPS/실리콘 폴리아미드 반사기이다. 실리콘 폴리아미드는 1.41의 굴절률을 갖는데, 이는 PMMA의 굴절률보다 상당히 더 작아서, 관리가능한 개수의 층을 사용하면서 반사기에 고 반사율을 제공할 수 있다. 이 실시 형태에 대한 두 재료의 굴절률은 도 18에 도시된 것과 동일하다. 등방성 층은 1.41의 굴절률을 갖고, 교번하는 복굴절성 층들은 1.62의 z-굴절률 및 1.57의 평면내 굴절률을 갖는다. 이 경우에 굴절률은 두 신장 방향들에 대해 동일하다. 모델링된 바와 같이, 400 내지 850 ㎚의 광을 반사시키는 400개 층의 스택을 위한 상기 반사기 스택에 대한 반사율이 각도의 함수로서 도 20에 도시되어 있다. 곡선(2000)은 다층 스택 및 그의 공기 계면에 대해 p-편광된 광에 대한 반사율을 나타내고, 곡선(2004)은 단지 표면-공기 계면 반사가 제거된 스택에 대해 p-편광된 광에 대한 반사율을 그래프로 나타낸다. p-편광된 광에 대한 피크 반사율은 0도에서 약 90%이다. 브루스터 각은 약 85도이고, 표면 반사는 p-편광된 광에 대해 총 반사율에 대한 최소값이 약 15%의 최소 반사율을 갖는 약 70도로 이동되게 한다.
단축 배향된 sPS /실리콘 폴리아미드 층
두 브루스터 각을 갖는 비대칭 반사기의 일 실시 형태는 단축 배향된 sPS/실리콘 폴리아미드 층의 스택이다. 일 실시예에서, 이 실시 형태의 스택은 약 210개의 층 쌍을 갖고, 비-신장 축 또는 강축을 따라 편광된 광에 대해 0도에서 99%의 반사율을 갖는다. sPS 및 SPA의 스택이 표준 텐터(tenter)에서처럼 단축으로 배향될 때, 도 21에 도시된 스택 굴절률 세트가 얻어질 수 있다.
이러한 반사기 설계의 반사율은 약축 및 강축을 갖는다. 도 22에 도시된 강축은 0.21 굴절률 차이를 갖는다. 도 24에 도시된 약축은 0.10 굴절률 차이만을 갖는다. 강축에 대하여 공기 중에서의 각도에 대해 반사율이 도 23에 플로팅되어 있다. 곡선(2300)은 2개의 공기 계면을 갖는 스택에 대해 p-편광된 광에 대한 반사율을 나타낸다. 곡선(2304)은 공기 계면이 없는 필름 스택에 대해 p-편광된 광에 대한 반사율을 그래프로 나타낸다.
약축에 대하여 공기 중에서의 각도에 대해 반사율이 도 25에 플로팅되어 있다. 곡선(2500)은 2개의 공기 계면을 갖는 필름 스택에 대해 p-편광된 광에 대한 반사율을 나타낸다. 곡선(2502)은 s-편광된 광에 대한 반사율을 나타내고, 곡선(2504)은 공기 계면이 없는 스택에 대해 p-편광된 광에 대한 반사율을 그래프로 나타낸다.
양 축은 내부 브루스터 각을 갖지만, 도 23 및 도 25에 도시된 바와 같이, 2개의 브루스터 각은 매우 상이하다. 강축은 필름 스택에 대해 90도 초과의 내부 브루스터 각을 갖지만, 약축은 약 60도의 내부 브루스터 각을 갖는다. 내부 층 계면에 대한 브루스터 각이 공기 계면의 브루스터 각과 대략 동일한 것에 주목한다. 본 발명의 일 실시 형태에서 일어나는 바와 같이, DBEF 또는 APF(쓰리엠 컴퍼니에 의해 비퀴티™ 브랜드로 판매되는, APF-ND와 같은 진보된 편광기 필름(Advanced Polarizer Film))와 같은 반사 편광기 및 광 방향전환 층과 조합되어 사용되어서 이들과 적절하게 정렬될 때, 상당한 벌브 은폐가 가능하다.
반사기는 sPS / THV 층이다
2개의 브루스터 각을 갖는 반사기의 일 실시 형태는 도 21의 실시 형태와 유사하지만, 굴절률 1.41의 실리콘 폴리아미드가 굴절률 1.35의 THV로 대체된다. 동일한 효과를 달성하는 데 훨씬 더 적은 층, 즉 약 120개 층 쌍이 필요하다. 이들 실시예의 필름 스택은 이러한 효과를 최대화하기 위해 거의 균일한 2축 신장 내지 진정한 단축 신장의 임의의 비대칭적인 방식으로 배향될 수 있다.
도 21의 실시 형태와 유사하게, 이러한 반사기 설계의 반사율은 약축 및 강축을 갖는다. 도 26에 도시된 강축은 0.27 굴절률 차이를 갖는다. 도 28에 도시된 약축은 0.16 평면내 굴절률 차이를 갖는다. 강축에 대하여 공기 중에서의 각도에 대해 반사율이 도 27에 플로팅되어 있다. 곡선(2700)은 2개의 공기 계면을 갖는 스택에 대해 p-편광된 광에 대한 반사율을 나타내고, 곡선(2704)은 스택 단독에 대해 p-편광된 광에 대한 반사율을 그래프로 나타낸다.
약축에 대하여 공기 중에서의 각도에 대해 반사율이 도 29에 플로팅되어 있다. 곡선(2900)은 스택과 공기 계면에 대해 p-편광된 광에 대한 반사율을 나타내고, 곡선(2902)은 s-편광된 광에 대한 반사율을 나타내며, 곡선(2904)은 공기 계면이 없는 스택에 대해 p-편광된 광에 대한 반사율을 그래프로 나타낸다. 이 경우에 공기 계면을 갖는 상태와 갖지 않는 상태의 곡선(2900, 2904)에 대한 최소값이 유사하다는 것에 주목한다.
양 축은 내부 브루스터 각을 갖지만, 도 27 및 도 29에 도시된 바와 같이, 2개의 브루스터 각은 매우 상이하다. 강축은 필름 스택에 대해 90도 초과의 내부 브루스터 각을 갖지만, 약축은 약 65도의 내부 브루스터 각을 갖는다. 본 발명의 일 실시 형태에서 일어나는 바와 같이, DBEF 또는 APF와 같은 반사 편광기 및 확산기와 조합되어 사용되어서 이들과 적절하게 정렬될 때, 상당한 벌브 은폐가 가능하다.
본 발명에 유용한 다층 반사기를 위한 다른 바람직한 재료 조합은 보다 큰-굴절률의 층을 위해 하기의 재료들 중 하나를 사용한다: coPEN, PET의 공중합체, 및 PENg (고 굴절률 비정질 PEN). coPEN이라는 용어는 PET 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트의 임의의 코폴리에스테르를 포함한다. 보다 작은 굴절률 재료를 위한 유용한 재료의 예는 PMMA, 실리콘 폴리옥스아미드 및 THV를 포함한다.
광 주입 층 및/또는 추출 층을 갖는 백라이트 실시 형태
고체 계면을 갖는 반사기는 가장 흔하게는 전형적으로 평면 평형 계면에 대해 공기로부터 이용될 수 없는 브루스터 각을 갖는다. 그 결과, 반사기는 반사기에 부딪치는 광의 상당한 부분이 브루스터 각에서 그렇게 행하고 있었던 상황에 비해 더 작은 전체 투과율을 갖는다. 구조화된 표면 또는 확산기의 추가는 광의 주입 및 추출이 매우 큰 각도로 반사기를 가로지르도록 함으로써, 그렇지 않다면 이용가능하지 않은 브루스터 각을 이용가능하게 만들 수 있다. 백라이트(90)의 일 실시 형태가 도 12에 도시되어 있다. 도 2의 백라이트(30)와 유사한 많은 방식으로, 백라이트(90)는 반사 편광기(32), 램프(36) 및 후방 반사기(34)를 갖는 광 공동(22)을 포함한다. 백라이트(90)는 또한 반사기(92) 및 광 방향전환 층(94)을 포함한다. 광 방향전환 층(94)은 입사광의 투과시 광 분포를 변경시킬 수 있다. 층(94)은 또한 본 명세서에서 주입 층으로 불릴 수 있다.
게다가, 도 2에 도시된 것과 같은, 주입 층이 없는 공기 계면을 가지고 작동하는 시스템은, 추출 층이 필요치 않을지라도, 몇몇 실시 형태에서 광 방향전환 층으로부터 이점을 또한 얻을 수 있다. 도 2의 기존 구성요소들 - 광원, 반사기(40) 및 편광기(32) - 은 LCD 패널에 광의 균일한 세기를 제공할 수 있지만, 몇몇 실시 형태에서 광은 관찰자를 향하는 대신에 측면으로 벗어나 지향된다. 몇몇 실시 형태에서 광 방향전환 층은 확산기이다. 확산기는 반사기(40)로부터 출사하는 광의 방향을 랜덤화시킬 수 있다. 대안적으로, 도 14의 프리즘 필름이 사용될 수 있다. 어느 것도 라미네이팅될 필요가 없는데, 즉 공기 간극이 마찬가지로 또는 보다 양호하게 작용할 수 있다.
광 방향전환 층으로서 작용할 수 있는 구조체의 예는 확산기, 체적 확산기(volume diffuser), 및 프리즘형 조립체와 같은 표면 구조체, 예를 들어 휘도 향상 필름을 포함한다. 광 방향전환 층(94)이 도 12에 도시된 바와 같이 프리즘형 구조체일 때, 프리즘 홈(96)은 램프(36)의 축에 평행하게 정렬된다. 사용될 수 있는 프리즘형 구조체의 일례는 쓰리엠 컴퍼니에 의해 판매되는 광학 조명 필름(Optical Lighting Film)이다.
확산기는 또한 추가의 중요한 기능을 가질 수 있다. 확산기는 광의 방향을 랜덤화시키지만, 또한 입사광의 상당한 양을 투과시켜야 한다. 광의 방향을 랜덤화시킬 수 있는 확산기는 전형적으로 또한 광의 상당한 부분을 다시 백라이트로 반사시킬 것이다. 그러한 확산기의 반사율은 입사각에 따라 증가하는데, 즉 반사율은 수직 입사에서 최저이다. 이 효과는, 입사각에 따라 반사기(40)의 투과율을 증가시키는 반대 효과와 조합될 때, 백라이트의 면에 걸친 세기에 균등화 효과를 제공한다.
본 명세서에서 논의된 바와 같은 내부 브루스터 각을 갖는 반사기(92)는 수직 입사 광선에 비해 큰 각도의 광선을 우선적으로 투과시키도록 의도된다. 그러나, 대부분의 디스플레이 장치는 광이 궁극적으로 디스플레이 표면에 수직하게 지향되어, 디스플레이 바로 전방의 관찰자에 대해 디스플레이 휘도가 최고가 되게 하는 것을 필요로 한다. 브루스터 각 부근에서 투과된 광을 추출하기 위해, 도 12에 도시된 실시 형태에서 제2 광 방향전환 층(98)이 반사기(92)의 출사측 상에 포함된다. 층(98)은 또한 추출 층 또는 추출기로 불릴 수 있다. 일 실시 형태에서, 백라이트(90)는 광 주입 층으로서 작용하는 광 방향전환 층(94) 및 광 추출 층으로서 작용하는 광 방향전환 층(98) 둘 모두를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 백라이트(90)는 2개의 광 방향전환 층(94, 98) 중 하나만을 포함한다.
광 방향전환 층(94)의 실시예로서 전술된 구조체는 또한 광 방향전환 층(98)으로서 역할을 할 수 있다. 바람직한 일 실시 형태에서, 광 방향전환 층(98)은 쓰리엠 컴퍼니에 의해 판매되는 CG 3536 스카치 칼(Scotch Cal) 확산기 필름이다. 표면에 대한 "이득 확산기" 또는 다른 비드형 또는 프리즘형 구조체의 라미네이션은 또한 광 방향전환 층(94) 및/또는 광 방향전환 층(98)으로서 사용될 수 있다.
도 12의 구조체에 사용되는 편광기(32)의 일 실시예는 PETG(글리콜화 폴리에스테르)와 함께 공압출된 단축 배향된 90/10 coPEN(폴리에틸렌 나프탈레이트의 공중합체)의 275개 층 필름이다. 다른 실시 형태에서, 확산 반사 편광기가 편광기로서 사용된다.
구조화된 또는 확산 주입 층에 의존하지 않고서 공기 중에서 이용가능한 내부 브루스터 각을 나타내는 반사기는 보다 적은 개수의 구성요소를 필요로 하여서 잠재적으로 덜 비싼 더 낮은 비용의 이점을 갖는다. 이들 반사기는 전술된 바와 같은 다층 구조체에서 음의 응력 광학 계수(stress optical coefficient)를 갖는 중합체를 사용하여 제조될 수 있다.
방향전환 층으로서의 프리즘 필름
백라이트로부터 출사하는 광을 법선에 보다 근접하게 지향시킬 수 있는 다른 백라이트 실시 형태가 도 13에 도시되어 있다. 백라이트(100)는 광 공동(22)으로부터 반사기(102)의 반대면 상에 위치된 미세-구조화된 프리즘 필름(101)을 포함하며, 이때 프리즘 구조체(103)는 반사기로부터 멀리 향한다. 선택적인 접착제 층(104)이 프리즘 필름(101)을 반사기(102)에 접합시킨다. 논의되었던 다른 백라이트 실시 형태와 마찬가지로, 광 공동(22)은 반사 편광기(32), 램프(36) 및 후방 반사기(34)를 포함한다. 프리즘 필름(101)은 일 실시 형태에서 독립형(freestanding) 반사기 구조체(102)에 라미네이팅되는 평탄면(105)을 갖는다. 대안적으로, 반사기가 다층 코팅된 유형의 필름인 경우에, 반사기(102)는 프리즘 필름(101)의 평탄면(105) 상에 코팅된다.
도 14에 도시된 대안적인 실시 형태에서, 백라이트(110)는 반사기(112)를 향하는 프리즘 구조체(113)와 함께 위치된 미세-구조화된 프리즘 필름(111)을 포함한다. 선택적인 접착제 층(114)이 미세-구조화된 프리즘 필름(111)을 반사기(112)에 접합시킨다. 논의되었던 다른 백라이트 실시 형태와 마찬가지로, 백라이트(110)는 반사 편광기(32), 램프(36) 및 후방 반사기(34)를 갖는 광 공동(22)을 또한 포함한다.
실험 결과
이제 실시예 1 및 실시예 2에 대한 실험 결과가 설명될 것이다. 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 CG 3536 스카치 칼 확산기 필름과 같은 광 추출 층(98)으로서의 확산기를 갖는, 도 12에 도시된 백라이트 구조체(90)를 구성하여 실시예 1로서 시험하였다. 실시예 1은 광 주입 층(94)으로서 프리즘형 층을 포함한다. 시험을 위한 실시예 1을 구성하기 위해서, 반사 편광기(32)를 아크릴 판에 라미네이팅하였다. 이러한 아크릴 판을 백라이트(22)의 형광 벌브 위에 위치시켰으며, 이때 반사 편광기의 투과축은 램프(36)의 축에 직교하게 위치하였다. 하부 프리즘형 주입 층(94) 및 상부 추출 층(98)을 갖는 등방성 반사기(92)를 이 판의 상부 상에 배치하여, 프리즘형 표면에 공기 간극을 남겨 두었다. 프리즘형 층(94)과 추출 층(98)을 투명 접착제로 등방성 반사기(92)의 대향 면들에 라미네이팅하였다. 실시예 1의 등방성 반사기(92)는 530개 층을 갖는 다층 PEN/PMMA 스택이었다. 개별적인 층은 두께가 약 500 나노미터 내지 약 2000 나노미터 범위였다. 이러한 반사기의 굴절률은 630 나노미터에서 측정된 1.64 및 1.49였다.
실시예 2는 실시예 2를 위한 광 추출 층(94)이 약 3 마이크로미터의 직경을 갖는 입자를 구비한 254 마이크로미터(10 밀(mil)) 두께 확산기인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다. 확산기의 탁도(haze), 투명도 및 투과율을 BYK 가드너 헤이즈가드 플러스(Gardner Hazegard Plus)(T.M.) 기기로 측정하였으며, 확산기는 98%의 탁도 값, 5%의 투명도 및 92%의 투과율을 갖는다.
상대적인 광 세기를 광 박스의 면에 걸친 위치의 함수로서 측정하였다. 광 박스는 10 ㎝ x 26.5 ㎝로 측정되었으며, 광 박스를 쓰리엠 컴퍼니로부터 비퀴티™ 브랜드로 입수가능한 다층 중합체의 인핸스드 스펙큘러 리플렉터(Enhanced Specular Reflector, ESR) 필름인 ESR 미러 필름으로 라이닝(lining)하였다. 램프는 박스의 길이를 따라 연장되고 각각의 측벽으로부터 5 ㎝의 거리로 중심에 위치된 형광 벌브였다. 벌브를 박스의 바닥으로부터 약 8 ㎜의 높이에 유지시켰다. 편광기 및 기타 필름들을 박스의 바닥으로부터 약 16 ㎜의 거리에서 배치하였다. 실시예 1의 편광기(32)는 PETG와 함께 공압출된 단축 배향된 90/10 coPEN의 275개 층 필름이었다.
위치적으로 상대적인 세기 측정을 포토픽 필터(photopic filter)가 구비된 규소 광 검출기의 단락 전류를 측정함으로써 행하였다. 실시예 1에 대한 이들 세기 측정치를 도 30에 곡선(181)으로서 플로팅하였고, 실시예 2에 대해서는 곡선(182)으로서 플로팅하였다. 도 30은 또한 확산기, 구체적으로는 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 CG 3536 스카치 칼 확산기 필름이 양면 상에 라미네이팅된 3 ㎜ 두께 아크릴 판인 비교예 A의 공간적 투과 세기를 플로팅하고 있다. 비교예 A의 단순한 확산기 필름에 의해 보여지는 큰 중앙 세기 피크는 실시예 1 및 실시예 2의 구조체의 사용에 의해 실제로 제거되었다.
실시예 1 및 실시예 2 둘 모두에 대해 박스의 면에 걸친 총 세기가 대조예 A에 대해서보다 약간 더 작음에 주목한다. 반사 편광기가 입사 광선의 광의 약 50%만을 투과시키지만, 반사 공동은 광의 반사된 부분의 상당한 재순환 및 변환이 궁극적으로 투과될 수 있게 한다. 실시예 2에 대해서, 추출기는 편광 유지 확산기이고, 백라이트의 출력은 부분적으로 편광되며, 이때 최고 세기 편광은 벌브 축에 직교하는데, 벌브 축은 또한 아크릴 판 상의 반사 편광기의 통과축의 방향이다. 이 효과는 디스플레이의 휘도를 증가시키도록 이 축을 LCD 패널의 하부 흡수 편광기의 통과축과 정렬시킴으로써 유리하게 하는 데 사용될 수 있다.
도 31은 도 12의 PEN/PMMA 반사기(92)에 대한 반사율 스펙트럼(190) 및 투과율 스펙트럼(192)을 도시한다. 반사기를 위한 바람직한 반사율 및 투과율 스펙트럼(194, 196)의 일 실시예는 여러 색상에 걸쳐 상당히 평평할 것이다. 반사율의 최적 수준은 백라이트의 반사율 효율에 따르며, 실험적으로 결정될 수 있다. 소정 실시 형태에서, 이 반사기는 바람직하게는 광을 거의 또는 실질적으로 전혀 흡수하지 않으며, 이 경우에 투과율 스펙트럼은 T = 1 -R로 주어질 것이다. 일 실시예에서, 투과율 스펙트럼(194)은 약 70% 반사율에서 상당히 평평하고, 투과율 스펙트럼(196)은 약 30% 투과율에서 상당히 평평하다.
광 방향전환 층으로서의 확산기의 사용은 파장의 함수로서 불균일한 반사율에 기인하는 색상 문제점을 감출 수 있다. 그러나, 파장의 함수로서 균일한 투과율을 나타내는 반사기를 사용하는 것이 바람직하다. 그러한 반사기가 하기와 같이 제조될 수 있다.
스펙트럼 제어
이들 광대역 부분 반사기들에서의 색상의 제어는 그들이 컬러 디스플레이에 사용될 때 중요하다. 색상은 반사율 스펙트럼의 형상에 의해 제어된다. 미국 특허 제5,126,880호 및 제5,568,316호는 다층 간섭 반사기의 훈색(iridescence)을 감소시키기 위해 얇은 층 및 매우 두꺼운 층의 조합의 사용을 교시한다. 어떤 각도에서, 예를 들어 수직 입사에서 고 반사율이 요구되는 경우에, 이러한 접근법에 의해 많은 개수의 층이 요구되며, 이는 매우 두꺼운 필름을 초래한다.
대안적인 접근법은 전부 또는 대부분의 1/4-파장 필름 스택을 사용하는 것이다. 이 경우에, 스펙트럼의 제어는 필름 스택에서의 층 두께 프로파일의 제어를 필요로 한다. 공기 중에서 큰 각도 범위에 걸쳐 가시광을 반사시키는 데 필요한 것과 같은 광대역 스펙트럼은, 무기물 필름에 비해 중합체 필름으로 달성가능한 상대적으로 작은 굴절률 차이로 인해, 층들이 중합체인 경우 많은 개수의 층들을 필요로 한다. (약 250개 층 초과의) 많은 층 개수를 갖는 중합체 다층 광학 필름들은 전통적으로 층 배증기(layer multiplier)를 사용하여 제조되었는데, 즉 이들은 슬롯 생성된 층들의 단일 세트로부터 피드블록(feedblock)에 생성되었던 다수의 층 패킷(packet)으로 구성되었다. 이 방법이 미국 특허 제6,738,349호에 개괄되어 있다.
배증기가 많은 개수의 광학 층들의 생성을 크게 간단화하지만, 그들이 각각의 생성된 층 패킷에 부여하는 왜곡은 각각의 패킷에 대해 동일하지 않다. 이 이유로 인해, 피드블록에 생성된 층들의 층 두께 프로파일에서의 임의의 조절은 각각의 패킷에 대해 동일하지 않으며, 이는 모든 패킷들이 스펙트럼 누출(spectral leak) 없는 균일한 매끄러운 스펙트럼을 생성하도록 동시에 최적화될 수 없음을 의미한다. 피드블록에 직접 생성된 다수의 층들이 충분한 반사율을 제공하지 못하면, 2개 이상의 그러한 필름들이 라미네이팅되어 반사율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 담색(low color) 또는 제어된 색상 스펙트럼을 생성하는 방법은 하기와 같다:
1) 미국 특허 제6,783,349호에 교시된 바와 같이 공압출된 중합체 층의 층 두께 값의 축방향 로드(rod) 히터 제어의 사용.
2) 스택의 모든 층이 층 형성 동안에 축방향 로드 히터 구역에 의해 직접 제어되도록 하는, 즉 층 배증기를 사용하지 않는 피드블록 설계.
3) 예를 들어 원자힘 현미경(atomic force microscope, AFM), 투과 전자 현미경(transmission electron microscope) 또는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope)과 같은 층 두께 측정 도구로부터의 산출 동안에 적시의 층 두께 프로파일 피드백.
4) 원하는 층 두께 프로파일을 생성하기 위한 광학적 모델링.
5) 측정된 층 프로파일과 원하는 층 프로파일 사이의 차에 기초하여 축방향 로드 조정을 반복.
일반적으로 AFM만큼 정확하지는 않지만, 층 프로파일이 광학 스펙트럼을 적분(-Log(1-R) 대 파장 스펙트럼을 적분)함으로써 신속하게 추정될 수 있다. 이것은, 층 두께 프로파일이 층 수에 관해서 단조 증가 또는 감소한다면, 반사기의 스펙트럼 형상이 층 두께 프로파일의 도함수로부터 얻어질 수 있다는 일반 원리로부터 당연하다.
후방 공동에 의한 재순환
광의 측방향 (공간적) 분포가 또한 균일할 것이 전형적으로 요구된다. 이는 재순환된 광을 랜덤화시키는 적어도 하나의 확산 요소를 포함하는 반사 백라이트 공동으로 달성될 수 있다. 다수의 광원들 및 백라이트 내에서의 이들의 간격의 사용은 또한 백라이트로부터 방출된 광의 균일성을 개선시키는 데 이용될 수 있다. 도 17은 광 공동(3302), 내부 브루스터 각을 갖는 반사기(3304), 확산기(3306) 및 광학 광 지향 필름(3307)을 포함하는 백라이트(3300)에서의 이들 개념을 도시한다. 광 공동(3302)은 확산 미러(3308), 다수의 점, 사형 또는 선 광원(3310)들을 포함한다.
반사 편광기에 대한 선택사양
본 명세서에서 논의된 바와 같이, 본 발명의 광학 조립체의 몇몇 실시 형태는 반사 편광기를 포함하지 않는다. 반사 편광기를 포함하는 실시 형태의 경우, 그 구성요소에 대한 많은 선택사양이 있다. 본 명세서에서 더욱 상세히 논의된 바와 같이, 소정의 반사 편광기는 내부 브루스터 각을 나타내지만, 다른 것들은 그렇지 않다. 사용되는 반사 편광기는 직교하는 반사축 및 투과축을 구비할 수 있다.
반사 편광기는 예를 들어 이중 휘도 향상 필름(DBEF) 제품들 중 임의의 것, 또는 확산 반사 편광 필름(DRPF) 제품들 중 임의의 것, 또는 쓰리엠 컴퍼니로부터 비퀴티 브랜드로 입수가능한 APF 제품들 중 임의의 것, 또는 하나 이상의 콜레스테릭 편광 필름이거나 이를 포함할 수 있다. 미국 특허 제6,243,199호(한센(Hansen) 등)와 미국 특허 공개 제2003/0227678호(라인즈(Lines) 등)에 기술된 것과 같은 와이어 그리드 편광기가 또한 적합한 반사 편광기이다. 단축 배향된 정반사 다층 광학 편광 필름이 미국 특허 제5,882,774호(존자(Jonza) 등), 제5,612,820호(슈렝크(Schrenk) 등), 및 국제특허공개 WO 02/096621 A2호(메릴(Merrill) 등)에 기술되어 있다. 연속 상/분산 상 구조체를 구비한 확산 반사 편광기가 예를 들어 제5,825,543호(오더커크 등)에 기술되어 있다. 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 쓰리엠™ 비퀴티™ 이중 휘도 향상 필름-확산(Dual Brightness Enhancement Film-Diffuse, DBEF-D)에서와 같은 몇몇 경우들에서, 확산 반사 편광기는 또한 광을 확산 투과시킨다. 공지의 콜레스테릭 반사 편광기는 개시된 백라이트 실시 형태에 사용하기에 적합한 다른 유형의 반사 편광기이다. 백라이트(30)와 함께 사용될 디스플레이 패널(12)이, 대부분의 LCD 디스플레이에서와 같이 백라이트에 인접하게 배치되는 그 자체의 후방 편광기를 포함하는 경우들에서, 최대 효율 및 조명을 위해, 전방 반사 편광기(32)를 디스플레이 패널 후방 편광기와 정렬되도록 또는 그 역으로 구성하는 것이 바람직하다. LCD 디스플레이 패널의 후방 편광기는 통상적으로 흡수 편광기이고, 일반적으로는 특이 액정 장치의 일면 상에 위치되며, 그의 다른 면 상에는 디스플레이 패널 전방 편광기가 있다.
후방 반사기에 대한 선택사양
증가된 조명 및 효율을 위해, 후방 반사기가 전체적인 큰 반사율 및 작은 흡수율을 가질 뿐만 아니라 반사시 입사광의 편광을 적어도 부분적으로 변환시키는 유형인 것이 유리하다. 즉, 하나의 편광 상태의 광이 후방 반사기 상에 입사하면, 반사된 광의 적어도 일부분은 제1 상태에 직교하는 다른 편광 상태로 편광된다.
많은 확산 반사기가 이 편광-변환 특징을 갖는다. 한 부류의 적합한 확산 반사기는 예를 들어, 압착된 케이크 또는 세라믹 타일 형태의 황산 바륨 또는 산화 마그네슘과 같은 백색 무기 화합물로 제조된, 여러 광 측정 시험 기기에 대한 백색 표준으로서 사용되는 것들이지만, 이들은 고가이고 딱딱하며 쉽게 부서지는 경향이 있다. 다른 적합한 편광-변환 확산 반사기는 (1) 입자의 굴절률의 차이, 주위 매트릭스, 및 신장에 의해 생성된 선택적인 공기-충전 공극에 의존하는 미세공극-형성된 입자-충전 물품과, (2) 소결된 폴리테트라플루오로에틸렌 현탁액 등으로 제조된 미공성 재료와, (3) 은과 같은 반사 재료로 코팅된 표면 확산기와 같은 구조화된 표면이다. 미공성 편광-변환 확산 반사 필름을 생성하는 다른 유용한 기술은 열 유도 상 분리(thermally induced phase separation, TIPS)이다. 이 기술은 예를 들어 미국 특허 제4,247,498호(카스트로(Castro)) 및 제4,867,881호(킨저(Kinzer))에 기술된 바와 같이, 열가소성 중합체 및 희석제가 액체-액체 상 분리에 의해 분리되는 미공성 재료의 제조에 채용되어 왔다. 적합한 고체-액체 상 분리 공정이 미국 특허 제4,539,256호(쉽맨(Shipman))에 기술되어 있다. 미공성 재료에 혼입된 핵화제의 사용이 또한 미국 특허 제4,726,989호(므로진스키(Mrozinski))에서 고체-액체 상 분리 방법의 개선점으로서 기술되어 있다. 다른 적합한 확산 반사 편광-변환 물품 및 필름이 미국 특허 제5,976,686호(케이터(Kaytor) 등)에 개시되어 있다.
몇몇 실시 형태에서, 후방 반사기(34)는 선택적으로 1/4 파장 필름 또는 다른 광학 지연 필름과 조합하여, 쓰리엠 컴퍼니로부터 비퀴티 브랜드로 입수가능한 다층 중합체의 인핸스드 스펙큘러 리플렉터(ESR) 필름과 같은 매우 큰 반사율의 정반사기를 포함할 수 있다. 알라노드(Alanod™) 브랜드의 양극산화 알루미늄 시트류(anodized aluminum sheeting) 등은 고 반사성 정반사 재료의 다른 예이다. 위에서 논의된 구조체에 대한 대안으로서, 편광 변환은 또한 후방 반사기와 전방 반사 편광기 사이에 배치된 부피 확산 재료 및 고 반사율 정반사기의 조합으로 달성될 수 있으며, 이 조합은 본 응용의 목적을 위해 편광-변환 후방 반사기인 것으로 간주된다. 대안적으로, 확산 재료 또는 미세구조화된 특징부가 정반사기의 표면에 적용될 수 있다.
후방 반사기(34)가 편광-변환 유형일 때, 반사 편광기(32)에 의해 초기에 반사되는 광은, 그의 편광 상태가 편광기에 의해 투과되지 않기 때문에, 후방 반사기(34)에 의한 반사 후에, 편광 상태가 이제 반사 편광기를 통과할 광으로 적어도 부분적으로 변환될 수 있어서, 전체 백라이트 휘도 및 효율에 기여한다.
반사 편광기(32)와 후방 반사기(34) 사이의 공동 내에 광원(36)이 배치된다. 관찰자의 시점으로부터 그리고 평면도에서, 이들은 반사 편광기(32) 후방에 배치된다. 광원의 외부 방출 표면은 종래의 형광 튜브 또는 벌브의 경우에서와 같이, 실질적으로 원형의 단면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다른 단면 형상이 또한 사용될 수 있다. 광원들의 개수, 이들 사이의 간격, 및 백라이트의 다른 구성요소에 대한 이들의 배치는 전력 예산(power budget), 전체 휘도, 열적 고려사항, 크기 제약 등과 같은 설계 기준에 따라 원하는 대로 선택될 수 있다.
추가 논의
따라서 광학 반복 단위로 배열된 복수의 미세층을 포함하는 다양한 반사성 다층 광학 필름을 기술한다. 미세층의 굴절률은, 필름이 수직 입사와 비교하여 큰 입사각에서 현저하게 감소된 반사율, 및 대응하는 현저하게 증가된 투과율을 제공하는 내부 브루스터 각을 갖도록 선택될 수 있다. 달리 말하면, 내부 브루스터 각은 필름이 수직 입사 광선과 비교하여 큰 각도의 광선을 선택적으로 투과시키게 한다. 이 선택적인 경사각 투과율은 필름의 수직 또는 z-축에 관해 회전 대칭일 수 있거나, 비대칭일 수 있다. 대칭의 경우, 미세층들 사이의 계면은 제1 입사 평면(예를 들어, x-z 평면)에 제1 내부 브루스터 각을, 그리고 제2 입사 평면(예를 들어, y-z 평면)에 제2 내부 브루스터 각을 가질 수 있으며, 여기서 제1 및 제2 내부 브루스터 각은 실질적으로 동일하다. 비대칭의 경우, 미세층들 사이의 계면은 y-z 평면의 제2 브루스터 각과 실질적으로 상이한 제1 평면의 제1 내부 브루스터 각을 가질 수 있다.
필름의 이 반사율 및 투과율 특성들은 광범위할 수 있는데, 예를 들어 적어도 일부 편광에 대해 그리고 수직 입사부터 크게 경사진 입사(예를 들어, 50도, 60도, 70도 또는 80도)까지 광범위한 입사각에 걸쳐, 가시광선 스펙트럼에 걸쳐 연장하고 그 범위에 걸쳐 비교적 평평하다.
다층 광학 필름은 대칭이든지 비대칭이든지간에 수직 입사하는 비편광된 광의 적어도 75%, 80%, 85%, 90% 또는 그 이상을 반사할 수 있다. 경사진 입사각에서, p-편광된 광의 반사율은 수직 입사에 비해 크게 감소한다. 필름이 비대칭인 경우, 반사율의 이 감소는 평면내 강축보다는 평면내 약축을 따라서 더 강하다. 예를 들어, 약축을 포함하는 약평면에 입사하는 광의 경우, 반사율은 수직 입사에 비해 특정 경사각 θoblique에서 50%, 60%, 70% 또는 80%만큼 감소할 수 있다. 강축을 포함하는 강평면에 입사하는 광의 경우, 반사율은 수직 입사에 비해 특정 경사각 θoblique에서 40% 또는 50%만큼 감소할 수 있다.
필름은 반사율에 투과율을 더하면 약 100%이거나 R + T ≒ 100%(예를 들어, 적어도 99%)이도록 저손실 중합체 재료로부터 제조될 수 있다. 전술된 중합체 재료에 추가하여, 어탁틱 폴리스티렌(atactic polystyrene, aPS)과 sPS의 블렌드(blend)가 sPS의 복굴절성을 변경하는 데에 유용한 것으로 확인되었다. 많은 양의 aPS가 sPS의 복굴절성을 파괴함이 없이 추가될 수 있다. 복굴절성의 감소는 추가된 aPS의 백분율에 대략 비례한다. 이 방법에 의해, sPS-aPS와 선택된 저 굴절률 중합체의 다층의 축상 반사율 및 브루스터 각 둘 모두가 sPS 단독으로 달성할 수 있는 것으로부터 변경될 수 있다.
다층 광학 필름의 근본적인 특징을 잘 알고 있는 본 명세서를 읽는 사람은 다층 광학 필름 내의 미세층의 소정의 쌍이 광의 입사각의 함수로서 광의 상이한 파장들을 반사할 것이고, 이것은 또한 본 명세서에 설명된 다층 광학 필름에 대해서도 사실임을 알 것이다. 일부 경우에, 이 특성은 상이한 파장들을 입사각의 함수로서 의도적으로 투과시키거나 반사하는 "변색(color-shifting)" 필름을 구성하기 위해 이용된다. 그러나, 본 명세서에 설명된 다층 광학 필름은 400 내지 700 ㎚의 인간 가시 영역과 같은 광범위한 파장 대역에 걸쳐 실질적으로 균일하게 광을 반사 및 투과시키도록 설계되며, 넓은 범위의 입사각에 걸쳐 그러하도록 설계된다. 이것은 필름에 충분한 수의 미세층 및 적합한 층 두께 구배(thickness gradient)를 제공하여 넓고 실질적으로 평평한 반사 밴드(reflection band)를 제공함으로써 달성될 수 있다. 반사 밴드는 바람직하게는 입사각 및 편광에 따라 이동할 때 비교적 평평하거나 균일한 스펙트럼 투과율 및 반사율이 광범위한 파장 대역에 걸쳐 유지되도록 하기에 충분히 넓고 충분히 평평하다. 평평한 스펙트럼 특성은 백색광이 균일하게 반사 또는 투과되는 것을 보장하여, 반사 및 투과된 광의 인지되는 색상이 광원의 색상으로부터 너무 많이 벗어나지 않게 된다. 관심 대상의 광범위한 파장 대역이 가시광선 스펙트럼인 경우, 필름이 공기에 노출된 평평한 주 표면을 갖는 것을 가정하면, 400 내지 900 ㎚의 수직 입사에서 다층 광학 필름에 평평한 반사 밴드를 제공하는 것이 종종 모든 사용가능한 각도에 걸쳐 400 내지 700 ㎚의 균일한 반사율을 보장하기 위해 적합하다.
개시된 다층 광학 필름을 포함하는 조명 시스템은 또한 다층 필름과 함께 광 재순환 공동을 형성하도록 배치된 후방 반사기를 포함할 수 있지만, 본 명세서를 읽는 사람은 다층 광학 필름이 또한 후방 반사기 및 재순환 공동을 포함하지 않는 조명 시스템에 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 그러나, 포함될 때, 후방 반사기는 의도된 응용에 따라 다양한 형태를 취할 수 있다. 상대적으로 값싼 조명 기구 설계의 경우, 후방 반사기는 시트 금속의 단편과 같은 구조 부재에 적용된 백색 페인트의 간단한 코팅일 수 있거나 그것을 포함할 수 있다. LCD TV 또는 유사한 디스플레이용 백라이트와 같이 더 까다로운 응용에서, 후방 반사기는 임의의 편광의 가시광에 대해 적어도 90%, 95%, 98%, 99% 또는 그 이상의 축상 평균 반사율을 가질 수 있다. 이러한 반사율 값은 반구 내로 반사되는 모든 가시광을 포괄하는데, 즉 이러한 값은 경면 반사와 확산 반사 둘 모두를 포함한다. 이 점에 관해서, 후방 반사기는 공간적으로 균일하든지 패턴화되든지 간에 현저한 경면 반사기, 확산 반사기, 또는 조합된 경면/확산 반사기일 수 있다. 후방 반사기는 또한 2008년 5월 19일자로 출원되고 본 명세서에 참고로 포함되는 PCT 특허 출원 공개 WO XXXX/XXXXXX호, "반경면 구성요소를 갖는 재순환 백라이트(Recycling Backlights With Semi-Specular Components)"(대리인 문서 번호 63032WO003)에 기재된 바와 같은 반-경면 반사기일 수 있거나 그것을 포함할 수 있다.
일부 경우에, 후방 반사기는 고 반사율 코팅을 갖는 강성 금속 기재, 또는 지지 기재에 라미네이팅된 고 반사율 필름으로부터 제조될 수 있다. 적합한 고 반사율 재료는 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 비퀴티™ 인핸스드 스펙큘러 리플렉터(ESR) 다층 중합체 필름; 10.2 마이크로미터(0.4 밀(mil)) 두께의 아이소옥틸아크릴레이트 아크릴산 감압 접착제를 사용하여 비퀴티™ ESR 필름에 황산 바륨이 함유된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름(50.8 마이크로미터(2 밀) 두께)을 라미네이팅함으로써 제조된 필름으로서, 생성된 라미네이트 필름이 본 명세서에서 "EDR II" 필름으로 지칭되는 필름; 토레이 인더스트리즈, 인크.(Toray Industries, Inc.)로부터 입수가능한 E-60 시리즈 루미러(Lumirror™) 폴리에스테르 필름; 더블유. 엘. 고어 앤드 어소시에이츠, 인크.(W. L. Gore & Associates, Inc.)로부터 입수가능한 것과 같은 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필름; 랩스피어, 인크.(Labsphere, Inc.)로부터 입수가능한 스펙트랄론(Spectralon™) 반사성 재료; 알라노드 알루미늄-페레트룽 게엠베하 운트 코.(Alanod Aluminum-Veredlung GmbH & Co.)로부터 입수가능한 (미로(Miro™) 2 필름을 비롯한) 미로™ 양극산화 알루미늄 필름; 후루카와 일렉트릭 코., 엘티디.(Furukawa Electric Co., Ltd.)로부터의 MCPET 고 반사율 발포형 시트류; 미츠이 케미칼즈, 인크.(Mitsui Chemicals, Inc.)로부터 입수가능한 화이트 레프스타(White Refstar™) 필름 및 MT 필름; 및 미국 특허 제5,976,686호(케이터(Kaytor) 등)에 기재된 열 유도 상 분리("TIPS")를 이용하여 제조된 하나 이상의 다공성 폴리프로필렌 필름을 포함한다.
후방 반사기는 실질적으로 평평하고 매끄러울 수 있거나, 광 산란 또는 혼합을 향상시키기 위해 그와 연관된 구조화된 표면을 가질 수 있다. 이러한 구조화된 표면은 (a) 후방 반사기의 표면 상에, 또는 (b) 표면에 적용된 투명 코팅 상에 제공될 수 있다. 전자의 경우에, 구조화된 표면이 이미 형성된 기재에 고 반사 필름이 라미네이팅될 수 있거나, 고 반사 필름이 (쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 비퀴티™ 듀라블 인핸스드 스펙큘러 리플렉터-메탈(Durable Enhanced Specular Reflector-Metal, DESR-M) 반사기에서와 같이 얇은 금속 시트와 같은) 평평한 기재에 라미네이팅되고 이어서 예를 들어 스탬핑(stamping) 작업에 의해 구조화된 표면이 형성될 수 있다. 후자의 경우에, 구조화된 표면을 갖는 투명 필름이 평평한 반사 표면에 라미네이팅될 수 있거나, 투명 필름이 반사기에 적용될 수 있고 이어서 후에 구조화된 표면이 투명 필름의 상부에 부여될 수 있다.
직하형 구성, 즉 하나 이상의 광원이 조명 시스템의 출력 또는 방출 영역의 바로 뒤에 배치되는 구성을 포함하는 이 실시 형태들의 경우, 후방 반사기는 광원(들)이 그 위에 장착되는 연속적인 일체의 중단되지 않은 층일 수 있거나, 후방 반사기는 별개의 단편들로 불연속적으로, 또는 그렇지 않을 경우 연속적인 층에 광원이 그를 통해 돌출할 수 있는 격리된 개구들을 포함하는 한 불연속적으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 반사성 재료의 스트립이 광원의 열이 그 위에 장착되는 기재에 적용될 수 있으며, 각각의 스트립은 광원의 하나의 열로부터 다른 열로 연장하기에 충분한 폭을 가지며 백라이트의 출력 영역의 대향하는 가장자리들 사이에 걸치기에 충분한 길이 치수를 갖는다.
조명 시스템은 또한 재순환 공동 내로 광을 방출하도록 배치되는 하나 이상의 광원을 포함할 수 있다. 광원은 전형적으로 가시광선 스펙트럼인 관심 대상의 광범위한 파장 대역에 걸쳐 광을 방출할 수 있거나, 예를 들어 LED 또는 레이저로부터 자외선 광, 가시 유색광(visibly colored light) 또는 적외선 광의 좁은 대역을 방출할 수 있다. 예를 들어 냉음극 형광 램프(cold cathode fluorescent lamp, CCFL)는 그것의 길고 좁은 방출 영역에 걸쳐 백색광 방출을 제공하며, 그 방출 영역들은 또한 재순환 공동 내에서 일어나는 것과 같이 CCFL에 충돌하는 일부 광을 산란시키도록 작동할 수 있다. CCFL로부터의 전형적인 방출은 실질적으로 램버시안(Lambertian)인 각방향 분포를 가지며, 이것은 일부 초저 손실 백라이트 설계에서 비효율적이거나 그렇지 않으면 바람직하지 않을 수 있다. 또한, CCFL의 방출 표면은 다소 확산 반사성이지만, 전형적으로 그러한 응용에서 과도할 수 있는 흡수 손실을 또한 갖는다. 반면에, 형광 광원은 오버헤드형 조명 기구 또는 작업 조명과 같은 더 높은 손실의 시스템에 완벽하게 적합하다.
발광 다이오드(LED)가 또한 광원(들)으로서 사용하기에 적합하다. LED 다이는 거의 램버시안 방식으로 광을 방출하지만, CCFL에 비해 훨씬 더 작은 크기 때문에, LED 광 분포는 예를 들어 일체형 봉지재 렌즈(encapsulant lens), 반사기 또는 추출기에 의해 용이하게 변경되어 생성되는 패키징된 LED를 전방 이미터(emitter), 측면 이미터 또는 다른 비-램버시안 프로파일로 되게 할 수 있으며, 이것은 일부 응용에서 유익할 수 있다. 그러나, LED 광원이 CCFL에 비해 크기가 더 작고 세기가 더 높은 것은 또한 LED를 사용하여 공간적으로 균일한 백라이트 출력을 생성하는 것을 더 어렵게 만들 수 있다. 적색/녹색/청색(RGB) LED의 배열과 같은 개별 색상의 LED가 백색광을 생성하는 데 사용되는 경우에 이는 특히 사실인데, 그 이유는 그러한 광의 적절한 측방향 전달 또는 혼합을 제공하지 못하여 바람직하지 않은 색상 밴드 또는 영역이 생길 수 있기 때문이다. LED 다이 정도의 작은 면적 또는 체적으로부터 강한 백색광을 생성하기 위해 인광체가 청색 또는 UV 방출 LED 다이에 의해 여기되는 백색 발광 LED가 그러한 색상 불균일도를 감소시키는 데 사용될 수 있다. 그러나, 백색 LED는 현재 개별 색상의 LED 배열로 달성가능한 만큼의 넓은 LCD 색역(color gamut)을 제공하지 못하며 따라서 모든 최종 용도의 응용에 바람직하지 않을 수 있다.
대안적으로, 방향성 광 제어 또는 광 혼합을 위해 본 발명의 필름을 이용하는 광 재순환 공동 내에 또는 광 재순환 공동 상에 LED로부터 이격된 위치에 인광체를 추가함으로써 백색광이 청색 또는 UV LED로부터 발생될 수 있거나, 일반적으로 임의의 더 긴 파장의 광이 더 짧은 파장의 광원으로부터 발생될 수 있다. 이 배열은 때때로 "원격 인광체"로 지칭된다.
어떤 광원이 사용되더라도, 그 광원은 시스템의 넓은 출력 표면의 바로 뒤에, 예를 들어 다층 광학 필름의 바로 뒤에 배치될 수 있거나, 출력 표면의 에지를 따라 배치될 수 있다. 전자의 경우는 "직하형" 시스템으로 지칭되며, 후자의 경우는 "에지형" 시스템으로 지칭된다. 일부 경우에, 직하형 시스템이 또한 장치의 주변부에 1개 또는 몇 개의 광원을 포함할 수 있거나, 에지형 시스템이 출력 영역의 바로 뒤에 1개 또는 몇 개의 광원을 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 시스템은 대부분의 광이 출력 영역의 바로 뒤로부터 나오는 경우에는 "직하형"으로, 그리고 대부분의 광이 출력 영역의 주변부로부터 나오는 경우에는 "에지형"으로 고려될 수 있다. 직하형 시스템은 밝은 점(spot)이 각 광원 위의 출력 영역에서 보이는 "펀치스루(punchthrough)" 현상에 민감하다. 에지형 시스템은 전형적으로 에지 장착된 광원으로부터의 광을 출력 영역의 모든 부분으로 운반 또는 안내하는 중실형 도광체를 포함하며, 도광체는 또한 도광체로부터의 광을 관찰자를 향해 지향시키는 광 추출 특징부를 갖는다. 시스템이 액정 디스플레이(LCD) 장치용 백라이트인 경우, (흡수 편광기 및 반사 편광기를 비롯한) 하나 이상의 편광기, 확산기, (쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 휘도 향상 필름(BEF) 중 임의의 것과 입수가능한 터닝 필름(turning film)을 비롯한) 프리즘 필름 및 액정 패널과 같은 추가의 구성요소가 전형적으로 필름과 관찰자 사이에 포함될 것이다. 시스템이 오버헤드형 조명 기구 또는 작업 조명과 같이 더 간단한 경우, 추가의 구성요소는 확산기 필름 또는 패널, 및/또는 개시된 다층 광학 필름이 그것에 라미네이팅될 수 있거나 개시된 다층 광학 필름이 그것에 맞대어져 배치될 수 있는 다른 강성의 광-투과성 패널을 포함할 수 있다.
이미 언급된 바와 같이, 전술한 브루스터 각 다층 광학 필름은 다양한 조명 시스템에 사용될 수 있으며, 직하형 LCD 백라이트로 제한되지 않는다. 실내 및 공간 조명을 위한 조명 기구, 가로등, 백라이트형 표지 및 다른 조명 목적이 고려된다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 조명 시스템은, 여기에 나열되고 아래에서 더 상세하게 설명되는 몇몇의 주요 요소를 포함할 수 있다:
1) 하나 이상의 광원 및 그 배치(위의 많은 예들);
2) (2a) 고 효율 후방 반사기 및
(2b) 부분 투과성 전방 반사기(예를 들어, 본 명세서에 설명된 또는 참고로 포함되는 필름들 중 하나)
에 의해 주로 한정되는 광 재순환 공동;
3) 전방 반사기와 후방 반사기 사이에 위치되는 하나 이상의 확산 요소(요소 2의 일부이거나 요소 2와 별개의 것일 수 있음); 및
4) 전방 반사기의 출사측 상에 위치되는 광 방향전환 층.
공동의 에지는 에지로부터의 원하는 광 출력에 따라 전방 반사기 또는 후방 반사기 중 어느 하나의 일부가 되도록 설계될 수 있다.
재순환 공동 및 확산기 요소의 주요 기능은 균일한 또는 다르게 설계된 광의 플럭스를 광 방향전환 층의 입력 표면에 제공하는 것이다. 광 방향전환 층은 그 다음에 시스템에 의해 방출되는 광에 원하는 방향성을 제공한다. 위의 4개의 요소는 얇은 대면적의 조명 시스템으로부터의 균일성 및 방향성에 관한 조명 업계의 매우 다양한 현재의 요구를 해결하도록 적절한 조합으로 선택될 수 있는 매우 다양한 특성을 갖는 것이 이용가능하다. 각 구성요소의 관련 태양이 아래에 더 상세하게 논의된다.
1. 광원
광원은 에지형 시스템의 경우 에지 상에 배치될 수 있거나, 위에서 논의된 바와 같이 직하형 방식으로 배치될 수 있다. 광원의 배치, 광원들로부터의 광 방출의 방향성, 그리고 어떻게 시스템 내의 반사기 및 확산기의 각방향 성능과 관련되는지는, 조명 시스템의 효율 및 균일도에 큰 영향을 미칠 수 있다.
이 특성들이 백라이트에 성공적으로 통합될 수 있는지의 여부는 부분적으로 백라이트를 조명하는 데 사용되는 광원의 유형에 좌우된다. 예를 들어, CCFL은 그것의 길고 좁은 방출 영역에 걸쳐 백색광 방출을 제공하며, 이 방출 영역들은 또한 재순환 공동에서 일어나는 것과 같이 CCFL에 충돌하는 일부 광을 산란시키도록 작동할 수 있다. 그러나, CCFL로부터의 전형적인 방출은 실질적으로 램버시안인 각방향 분포를 가지며, 이는 주어진 백라이트 설계에서 비효율적이거나 그렇지 않으면 바람직하지 않을 수 있다. 또한, CCFL의 방출 표면은, 다소 확산 반사성이지만, 전형적으로 고도의 재순환 공동이 요구되는 경우 상당할 수 있는 흡수 손실을 또한 갖는다. LED 다이는 또한 램버시안 방식으로 광을 방출하지만, CCFL에 비해 훨씬 더 작은 크기 때문에, LED 광 분포는 예를 들어 일체형 봉지재 렌즈 또는 반사기 또는 추출기에 의해 용이하게 변경되어 생성되는 패키징된 LED를 전방 이미터, 측면 이미터 또는 다른 비-램버시안 프로파일로 되게 할 수 있다. 그러한 비-램버시안 프로파일은 개시된 백라이트에 중요한 이점을 제공할 수 있다. 그러나, LED 광원이 CCFL에 비해 크기가 더 작고 세기가 더 높은 것은 또한 LED를 사용하여 공간적으로 균일한 백라이트 출력 영역을 생성하는 것을 더 어렵게 할 수 있다. 이것은 특히 적색/녹색/청색(RGB) LED의 배열과 같은 개별 색상의 LED가 백색광을 생성하는 데 사용되는 경우에 그러한데, 그 이유는 그러한 광의 적절한 측방향 전달 또는 혼합을 제공하지 못하여 바람직하지 않은 색상 밴드 또는 영역이 쉽게 생길 수 있기 때문이다. LED 다이 정도의 작은 면적 또는 체적으로부터 강한 백색광을 생성하기 위해 인광체가 청색 또는 UV 발광 LED 다이에 의해 여기되는 백색광 방출 LED가 그러한 색상 불균일을 감소시키는 데 사용될 수 있지만, 백색 LED는 현재 개별 색상의 LED 배열로 달성가능한 만큼 넓은 LCD 색역을 제공할 수 없으며, 따라서 모든 최종 용도의 응용에 바람직하지 않을 수 있다. 인광체 기반 LED는 일반적으로 램버시안 방향성 출력을 생성한다. 인광체를 갖지 않는 LED는 시스템의 성능을 최적화하기 위해 사용될 수 있는 램버시안, 박쥐 날개형 또는 측면 방출 프로파일을 갖는 것이 이용가능하다.
인광체 LED에 대한 대안으로서, 인광체 층이 공동 내의 또는 전방 반사기의 출사측 상의 다른 요소 상에 코팅되거나 달리 그것에 부착될 수 있다.
2. 광 재순환 공동 및 확산기
효율적인 광 재순환 공동은 공동 내로 주입된 또는 공동 내에서 재순환된 광의 방향성과 편광 방향 둘 모두를 효율적으로 혼합하도록 의도된다. 이것은 저 손실 반사기와, 2개의 반사기 사이에 위치된 광 방향전환 요소 둘 모두를 필요로 한다. 재순환 광학 공동 내에서, 광의 많은 비율이 부분적으로 투과성이고 부분적으로 반사성인 전방 반사기로부터 나오기 전에 실질적으로 동일 공간에 걸쳐 있는 전방 반사기와 후방 반사기 사이에서 다중 반사를 겪는다.
전방 반사기는 그러한 사용가능한 광이 필요에 따라 광의 측방향 전달 또는 확산을 지원하기에 그리고 광선 각도 랜덤화가 백라이트 출력의 허용가능한 공간적 균일도를 달성하기에 충분히 높은 반사율을 갖지만, 조명 시스템의 응용 휘도(application brightness)가 허용가능한 것을 보장하기에 적절한 응용-사용가능한(application-useable) 각도로의 충분히 높은 투과율을 갖는다. 재순환 공동 내에서 전파되는 광에 대한 전체 손실은, 예를 들어 저 손실 전방 반사기 및 후방 반사기는 물론 측면 반사기를 포함하여 낮은 흡수 손실의 실질적으로 밀폐된 공동을 제공하는 것과, 예를 들어 모든 광원의 누적 방출 영역이 백라이트 출력 영역의 작은 일부인 것을 보장하는 것과 같이 광원과 연관된 손실을 매우 낮게 유지하는 것 둘 모두에 의해 극히 낮게 유지된다.
제조 비용 또는 효율의 이유 때문에 램버시안 방출 LED가 직하형 백라이트에서 바람직한 경우가 있을 수 있다. 개개의 광 편향 장치는 유사한 이유로 바람직하지 않을 수 있다. 양호한 균일도 및 "펀치스루"의 감소가 여전히 본 명세서에 설명된 필름의 사용으로 달성될 수 있다. 전방 반사기가 예를 들어 수직 입사에서 약 10% 미만 또는 5% 미만의 투과율을 갖는 고 반사성인 경우, LED는 시스템이 수직 입사에서 관찰될 때 덜 가시적일 것이다. 본 명세서에 설명된 필름이 경사진 각도에서 더 높은 투과율을 가질 수 있지만, LED와 같은 주어진 점 광원으로부터의 광의 세기는 1/R^2 값에 의해 감소할 것이며, 여기서 R은 LED로부터 전방 반사기 상의 점까지의 거리이다. 따라서, 경사진 각도에서 관찰될 때, 펀치스루는 세기에서의 이 거리 인자에 의해 감소된다. 심지어 경사진 각도에서 필름의 부분 반사율과 조합될 때, 펀치스루는 더욱 더 감소된다. 추가로, 수직 각도에서 반사되는 광은, 아래에 설명되는 바와 같은 적절한 확산 요소에 의해 산란될 때, 시스템의 균일도를 추가로 증가시키도록 분포된다.
3. 확산 요소
재순환 광학 공동은 공동에 경면 특성 및 확산 특성의 균형을 제공하는 구성요소 또는 구성요소들을 포함하며, 구성요소는 원하는 정도의 측방향 광 전달을 지원하기에 충분한 경면성을 갖지만, 또한 공동 내에서의 안정 상태 광의 원하는 각방향 및 공간 분포를 실질적으로 제공하기에 충분한 확산성을 갖는다. 편광된 조명 시스템의 경우, 공동 내에서의 재순환은 바람직하게는 입사광 편광 상태에 대한 반사된 광 편광의 랜덤화의 정도를 포함하며, 이는 비-사용가능한 편광된 광이 그것에 의해 사용가능한 편광된 광으로 전환되는 메커니즘을 허용한다. 전방 반사기 및 후방 반사기와 확산 요소의 조합은 개별 광원으로부터 전방 반사기의 표면으로의 광의 전달을 제어하는 도광체를 형성한다. 이 프로세스를 제어하는 메커니즘이 이제 논의된다.
때때로 미러로 지칭되는 순수 경면 반사기는 "입사각과 반사각이 같다"라는 광학 법칙에 따라 작동한다. 전방 반사기 및 후방 반사기 둘 모두를 순수 경면으로 하는 중공형 공동 설계는, 재순환된 광선이 공동의 측방향 전달시 방해받지 않기 때문에, 공동을 가로질러 광의 최대 측방향 전달을 제공한다. 그러나, 소정의 입사각으로 전파되는 광을 다른 입사각으로 전환시키는 메커니즘이 없기 때문에, 공동 내에서 어떠한 각방향 혼합도 일어나지 않는다. 반면에, 순수 램버시안 반사기는 광선을 모든 방향으로 균등하게 방향전환시킨다. 이것은 전방 반사기 및 후방 반사기 둘 모두가 순수 램버시안인 도 13의 중공형 공동 설계에서 알 수 있다. 처음으로 시작되는 동일한 경사진 광선이 전방 반사기에 의해 모든 방향으로 즉시 산란되고, 산란된 광의 대부분은 다시 공동 내로 반사되지만 일부는 전방 반사기를 통해 투과된다. 반사된 광의 일부가 "전방으로"(도면에서 보았을 때 대체로 우측으로) 나아가지만, 동일한 양이 "후방으로"(대체로 좌측으로) 나아간다. 전방 산란이란, 반사된 광의 측방향 또는 평면내(당해 산란 표면에 평행한 평면) 전파 성분을 말한다. 이러한 프로세스가 반복될 때, 몇 번의 반사 후에 광선의 전방 지향 성분이 크게 감소된다. 빔은 신속하게 분산되어, 경면 시스템에 비해 크게 감소된 측방향 전달을 생성한다.
반-경면 반사기는 경면 특성 및 확산 특성의 균형을 제공한다. 도 14의 중공형 공동 설계에서, 전방 반사기는 순수 경면이지만, 후방 반사기는 반-경면이다. 처음으로 시작되는 동일한 경사진 광선의 반사된 부분이 후방 반사기에 충돌하고, 제어된 양으로 실질적으로 전방-산란된다. 이어서, 반사된 광 원추는 부분적으로 투과되지만, 대부분 다시 후방 반사기로 (경면) 반사됨과 동시에, 모두 여전히 대부분 "전방" 방향으로 전파된다.
따라서, 반-경면 반사기는 재순환 공동을 가로질러 광의 측방향 확산을 증진시키면서, 여전히 광선 방향 및 편광의 적절한 혼합을 제공한다는 것을 알 수 있다. 부분적으로 확산성이지만 실질적으로 전방 지향 성분을 갖는 반사기는 광선의 총 반사 횟수가 더 적은 상태에서 더 큰 거리를 가로질러 더 많은 광을 전달할 것이다. 정성적인 방법으로는, 반-경면 반사기를 후방 산란보다 실질적으로 더 많은 전방 산란을 제공하는 것으로서 설명할 수 있다. 반-경면 확산기는 실질적으로 입사광의 대다수에 대해 광선 방향의 수직 성분을 역으로 하지 않는 것으로서 정의될 수 있는데, 즉 광은 실질적으로 전방(z) 방향으로 투과되며 어느 정도 x 및 y 방향으로 산란된다. 반-경면의 더 정량적인 설명이 2008년 5월 19일자로 출원되고 발명의 명칭이 "반-경면 구성요소를 갖는 재순환 백라이트"(대리인 문서 번호 63032WO003)인, 공히 양도된 PCT 출원 공개 WO XXXX/XXXXX호에 제공된다.
도 14의 2-구성요소 시스템에 대한 대안으로서, 추가의 광학 구성요소가 전방 반사기와 후방 반사기 사이의 재순환 공동 내로 삽입될 수 있으며, 그러한 추가의 구성요소는 공동에 원하는 정도의 반-경면성을 제공하도록 조정될 수 있다. 공동 내의 구성요소의 수를 최소로 하는 것이 종종 바람직하지만, 제3 구성요소의 사용은 때때로 전방 반사기 또는 후방 반사기의 최소 손실 설계를 가능하게 함으로써 더 높은 효율의 공동을 제공할 수 있다.
산란 요소에 의한 공동 내에서의 광선의 혼합은 몇 가지 방식으로 달성될 수 있다. 이는 전방 반사기 또는 후방 반사기의 일체형 부분이거나 전방 반사기 또는 후방 반사기에 라미네이팅된 확산 요소에 의해 행해지거나, 이 둘 사이의 임의의 위치에 배치된 별도의 확산 시트를 사용하여 행해질 수 있다. 이 옵션들 중 임의의 것의 조합이 또한 가능하다. 선택은 광학 손실, 구성요소 비용 및 제조 편의성과 같은 문제들의 상대적 중요성에 좌우된다. 확산 요소는 전방 반사기 또는 후방 반사기에 부착되거나 그것의 일체형 부분일 수 있거나, 확산기와 반사기 사이에 공극(air gap)이 제공될 수 있다.
확산기가 어느 하나의 반사기의 일체형 부분이든지, 어느 하나의 반사기에 라미네이팅되어 있든지, 별도의 구성요소로서 공동 내에 배치되어 있든지 간에, 전체적인 원하는 광학 성능은 후방 반사기로부터 전방 반사기로 그리고 다시 반대로의 한 번의 왕복 이동을 완료하는 광선에 대해 각방향 확산 기능을 제어하는 것이다. 반-경면 반사기는 경면 반사기와 램버시안 반사기 둘 모두의 특성을 가질 수 있거나, 경면 방향을 중심으로 잘 정의된 가우스 원추(Gaussian cone)일 수 있다. 대안적으로, 확산기는 예를 들어 재귀-반사성(retro-reflective) 필름 또는 코팅에 대해 상당한 후방산란(backscattering) 특성을 가질 수 있다. 확산기 구성요소는 또한 반사기와는 별개의 것일 수 있으며, 제어된 정도의 확산을 갖는 후방 반사기를 생성하기 위해 몇몇 가능한 구성이 존재함에 유의한다:
(1) 부분 투과성 경면 반사기가 고 반사율 확산 후방 반사기 상에 있는 구성;
(2) 부분 램버시안 확산기가 고 반사율 경면 후방 반사기를 덮는 구성;
(3) 전방 산란 확산기가 고 반사율 경면 후방 반사기 상에 있는 구성;
(4) 부분 재귀반사성 코팅이 경면 후방 반사기 상에 있는 구성;
(5) 주름진 고 반사율 경면 반사기로 하는 구성;
(6) 확산 반사기로 하는 구성.
각각의 구성에 관해, 나열된 첫 번째 요소가 공동 내측을 향하도록 배열된다. 구성 (1) 내지 구성 (4)의 첫 번째 요소는 후방 반사기의 영역에 걸쳐 연속적이거나 불연속적일 수 있다. 추가로, 첫 번째 요소는 확산기 특성의 단계적 변화를 가질 수 있거나, 단계적으로 변하는 추가의 확산기 패턴으로 인쇄 또는 코팅될 수 있다. 단계적으로 변하는 확산기는 선택적이지만, 다양한 백라이트 시스템의 효율을 최적화하기 위해 바람직할 수 있다. "부분 램버시안"이라는 용어는 입사광의 일부를 산란시키기만 하는 요소를 지칭한다. 그러한 요소에 의해 산란되는 광의 일부는 모든 방향으로 거의 균일하게 지향된다. 구성 (1)에서, 부분 경면 반사기는 전방 반사기에 이용되는 것과 상이한 구성요소이다. 이 경우에 부분 반사기는 공간적으로 균일한 중간 반사율 필름일 수 있거나, 천공된 다층 또는 금속 반사기와 같은 공간적으로 불균일한 반사기일 수 있다. 경면성의 정도는 천공의 크기 및 수를 변경함으로써, 또는 필름의 기본 반사율을 변경함으로써, 또는 둘 모두에 의해 조정될 수 있다.
구성 (5)는 다층 중합체 미러 필름을 열 엠보싱(thermally embossing)함으로써 또는 그러한 필름을 물리적으로 주름지게 함으로써 제조될 수 있다. 추가로, 이 형상들을 갖는 임의의 표면이 금속 또는 보강된 금속 반사 필름으로 코팅될 수 있다. 게다가, (1) 내지 (4)의 반-경면 구성은 광 전달 특성을 최적화시키기 위해 주름지거나 엠보싱될 수 있다.
이 조합들 중 일부는 또한 (2), (3), (4) 및 (5)의 확산 요소 또는 이의 임의의 조합과 본 발명의 전방 반사기들 중 임의의 것과 같이 전방 (부분) 반사기에도 가능하다. 또, 나열된 첫 번째 요소는 재순환 공동 내측에 있도록 배열된다. 3가지 구성 전부의 첫 번째 요소는 부분 반사기의 영역에 걸쳐 연속적이거나 불연속적일 수 있으며, 첫 번째 요소는 확산기 특성의 단계적 변화를 가질 수 있거나, 단계적으로 변하는 추가의 확산기 패턴으로 인쇄 또는 코팅될 수 있다.
정량적으로는, 반-경면성의 정도(주어진 반사기 또는 다른 구성요소의 경면 대 램버시안 대 재귀반사 특성)는 F 및 B로 각각 지칭되는 전방-산란된 광 성분 및 후방-산란된 광 성분의 플럭스를 비교함으로써 효과적으로 특성화될 수 있다. 전방-산란된 플럭스 및 후방-산란된 플럭스는 모든 입체각에 걸쳐 적분된 반사 세기(또는 광학적으로 투과성의 구성요소의 경우에 적분된 투과 세기)로부터 획득될 수 있다. 그 다음에 반-경면성의 정도가 다음과 같이 주어지는 "전달비(transport ratio)" T에 의해 특성화될 수 있다:
T = (F - B)/(F + B).
T는 순수 재귀-반사로부터 순수 경면 반사로 이동함에 따라 -1 내지 1의 범위이다. 완전한 재귀-반사에 의해 모든 광이 후방산란되어 F= 0 및 B =1이다. 순수 램버시안 반사기의 경우, 전방-산란된 플럭스 및 후방-산란된 플럭스는 동일하여(F = B), T = 0이다. 순수 경면 반사기의 경우, 후방-산란은 존재하지 않고(B = 0), 따라서 T = F/F = 1이다. 실험적으로 측정된 값을 갖는 예가 2008년 5월 19일자로 출원되고 발명의 명칭이 "반-경면 구성요소를 갖는 재순환 백라이트"(대리인 문서 번호 63032WO003)인, 공히 양도된 PCT 출원 공개 WO XXXX/XXXXX호에 제공된다. 임의의 실제의 반사성 또는 투과성 구성요소에 대한 전달비는 입사각의 함수이다. 이것은 논리적인데, 그 이유는 전방-산란된 광의 양이 예를 들어 거의 수직 입사 광선 및 스침-입사 광선에 대해 서로 다를 것으로 예상될 것이기 때문이다.
확산 반사기의 특성화가 독일 소재의 오트로닉-멜커스 게엠베하(autronic-MELCHERS GmbH)로부터 입수가능한 오트로닉스 코노스코프(Autronics Conoscope)에 의해 반사율 모드에서 이루어질 수 있다. 샘플이 코노스코프 렌즈로부터 약 2 ㎜ 떨어져 초점에 배치된다. 샘플이 기기에 의해 선택된 입사각의 백색 시준된 광으로 조명된다. 샘플로부터 반사된 광은 코노스코프 렌즈로 집광되어 2차원 검출기 어레이(CCD 카메라) 상으로 이미징된다. 이 이미지는 보정 파일(calibration file)을 사용하여 각방향 분포 함수로 변환된다. 이 기기는 다양한 반-경면 및 확산 반사기의 각방향 반사 특성의 아주 유용한 비교를 제공한다. 반사기의 상당한 경면 성분이 경면 각도 근방에 있는 검출기를 포화시킬 수 있지만, 이 값은 더 낮은 감도의 기계 설비에서 별도로 측정될 수 있다.
광선이 하나의 각도에서 반사기 또는 확산기와 한 번 상호작용하는 것에 대해 전달비가 잘 정의되어 있다. 양호한 재순환 공동에서는 광선이 모든 각도에서 적어도 2개의 반사 또는 확산 구성요소, 그리고 아마도 3개 또는 그 이상의 그러한 구성요소와 여러 번 상호작용하게 된다. 한 번의 상호작용에 대한 전달비가 입사각의 함수이기 때문에, 그에 따라 전체적인 공동 전달비에 대한 설명은 하나의 구성요소에 대한 것보다 더 복잡하다. "유효 공동 전달비" 또는 보다 설명적으로 "공동 전달값"은, 얼마나 잘 공동이 주입된 광을 주입 지점으로부터 공동 내의 멀리 떨어진 지점으로 확산시킬 수 있고 여전히 광을 사용자를 향해 균일하게 지향시키기에 충분하게 주입된 광을 랜덤화시키는지의 척도일 것이다. 상대 공동 전달값을 측정하는 간단한 방법은 경면, 반-경면 및 램버시안 구성요소의 다양한 조합의 상대적 장점을 판단하는 데 유용하다. 이러한 목적을 위해, 다음과 같이 표현되는 각각의 구성요소에 대한 전방 전달수(forward transport number)(fT)를 정의한다:
fT = F/(F+B)
여기서, F 및 B는 본 명세서에 기술된 바와 같이 정의되고 측정되지만, 이제 한 번의 상호작용의 모든 각도에 걸쳐 평균된다. 10 내지 80도 범위의 약 10도의 간격을 둔 측정은 적절한 평균을 제공하기에 충분하다. F 및 B는 전방 및 후방 산란된 광의 상대 비율이며, 정의에 의해 F+B = 1이어서, 간단히 전방 산란된 광의 비율인 fT = F를 제공한다. 그러면 공동 전달값(CT)은 공동의 전방 및 후방 반사기의 F 값의 곱이다:
CT = Ffront*Fback
예를 들어, 전방 반사기가 Ffront = 1을 갖는 경면이고 반-경면 후방 반사기가 Fback = 0.75를 갖는 경우(전달비 T = 0.5), 전체 공동 전달값은 CT = 1*0.75 = 0.75로 주어진다.
가장 통상적인 확산기에 의하면, T는 위에서 설명된 바와 같이 0 내지 1의 범위이며 fT는 0.5 내지 1.0의 범위이다. 그러나, 약간의 재귀 반사 특성을 갖는 재료가 확산기로서 이용된다면, T는 음의 값일 수 있고 그러한 재료에 대해 0 내지 -1의 범위일 수 있으며 F는 0 내지 0.5의 범위일 것이다. 90도 또는 거의 90도 각도의 소면(facet)을 갖는 프리즘형 구조체와 같이 재귀-반사형 유리 비드(bead)가 일례이다.
다른 예로서, 전방 반사기는 Ffront = 0.5(T = 0)가 되도록 램버시안이고 후방 반사기는 Fback = 0.75(T = 0.5)가 되도록 반-경면인 경우, 전체 공동 전달값은 CT = 0.5*0.75 = 0.375이다. 후자의 공동이 첫 번째 예의 공동보다 주입 지점으로부터 소정 거리까지 훨씬 더 적은 광을 전달할 것으로 예상된다. 이 예측은 본 명세서에 기술되는 바와 같은 실험으로 확인된다.
몇몇 응용에서, 전방 반사기는, 경면 또는 반-경면 반사기와 그 다음에 오는 광 방향전환 층 또는 서로 라미네이팅되거나 그렇지 않을 수 있는 하나 이상의 확산기와 같이, 몇 개의 구성요소의 스택으로 이루어질 수 있다. 전방 및 후방 반사기 각각은 특정 순서로 조립되는 일련의 구성요소들로서 형성될 수 있다. 전방 반사기 또는 후방 반사기를 구성하고 있는 모든 구성요소들의 집합적 전달 특성은 한 번의 측정으로 결정될 수 있다. 구성요소들의 스택의 전달 특성에 대한 개개의 구성요소(예를 들어, 필름)의 영향은, 스택에서의 구성요소의 순서 및 배향과 스택에서의 다른 구성요소들의 특성에 좌우된다. 적어도 이들 이유로 인해, 스택이 전체로서 측정될 수 있다. 전방 반사기의 구성요소들은, 내부 공동 표면이 측정 광 빔을 향하는 상태로, 오트로닉스(Autronics) 및 레이디언트 이미징(Radiant Imaging)(미국 워싱턴주 두발 소재)에 의해 제조된 것과 같은 측정 장치 내에 배치될 수 있다.
반-경면 반사기에 대해 전술한 F 및 B의 측정은 반사 모드에서 행해지며, 이는 입사 빔의 일부가 확산 층을 두 번 통과하거나 확산 층으로부터 한 번 반사된다는 것을 의미한다. 확산기가 전방 반사기와 후방 반사기 사이의 공동 내의 어딘가에 배치된 중간 구성요소인 경우, 광선은 전달 프로세스 동안에 한 번의 전방-후방 사이클을 이룰 때 확산기를 두 번 통과한다. 이 때문에, 중간 구성요소의 F 및 B 값을 미러 상에 코팅된 확산기와 동일한 방식으로 측정된 것으로서 정의한다. 중간 구성요소는 전방 또는 후방 반사기와 그룹지어질 수 있으며, 중간 구성요소와 선택된 반사기의 조합된 전달 특성이 함께 측정될 수 있다. 광의 대부분이 중간 구성요소 위에서(또는 아래로부터 중간 구성요소의 구멍을 통해) 공동 내로 주입되는 경우, 중간 구성요소는 하부 반사기와 그룹지어질 수 있다. 대부분의 광이 중간 구성요소의 아래에서 주입되는 경우, 중간 구성요소는 전달 측정을 위해 전방 반사기와 그룹지어질 수 있다.
4. 광 방향전환 층
개시된 필름이 광 공동의 전방 반사기로서 이용될 때, 광 방향전환 층은 공동으로부터 광 플럭스를 받아들인다. 방향전환 층에 입사하는 광 플럭스는 필름의 최대 광 투과율의 극각 및 방위각인 θ0 및 φ0의 소정의 값 주위에 집중된 각방향 분포를 가질 것이다. Δθe 및 Δφe에 의해 주어진 각도 범위 Δθ 및 Δφ는 광의 대부분을 원하는 각도 범위로 효율적으로 방향전환시킬 수 있는 미세구조체의 설계를 가능하게 한다. 광 방향전환 층은 램버시안 출력을 위한 벌크 확산기(bulk diffuser), 또는 특정 각도 제어를 위한 프리즘형 또는 홀로그래픽 구조체일 수 있다. Δθe 및 Δφe에 의한 파라미터가 본 출원과 동일자로 출원되고 본 명세서에 참고로 포함되는, 공히 양도된 미국 특허 출원 제XX/XXXXXX호, "극 방향과 방위각 방향 둘 모두에서 출력 구속을 갖는 반사 필름 조합체 및 관련 구조체"에 더 완전히 논의되어 있다.
표면 구조체는 광이 입사하는 면의 반대편의 다층 필름의 면 상에 배치될 수 있다. 이 다층 필름들은 구체적으로 수직 입사에서 비교적 높은 평균 반사율(90% 또는 그 이상 정도)을 갖도록 설계되며 따라서 "미러"로 간주될 수 있지만, 또한 방위각 또는 극, 또는 둘 모두의 소정의 각도 범위에서 상당한 양의 광을 투과시키도록 설계된다.
예를 들어 액정 디스플레이 백라이트에 바람직한, 법선을 향해 광을 방향전환시키기 위해, 소정의 구조화된 형태가 광이 그로부터 출사하는 미러의 표면 상에 또는 그 위에 배치될 수 있다. 이 구조체들은 프리즘형일 수 있거나, 구형 또는 부분 구 또는 다른 규칙 또는 불규칙 형상일 수 있다. 구조체는 또한 광을 굴절시키거나 광을 회절시키기 위해, 또는 굴절과 회절 둘 모두의 조합을 위해 크기가 제어될 수 있다. 상이한 평면들에 입사하는 광의 투과율에 대한 미러의 방향 대칭성의 정도는, 1차원 또는 2차원 구조체가 투과된 광을 방향전환시키기 위해 미러에 추가되는지를 결정할 수 있다. 일부 미러는 실질적으로 필름의 일 축만을 따라 투과시키는데, 즉 방향성 광의 실질적으로 좁은 원추를 생성한다. 이 "1D" 미러들은 예를 들어 선형의 1D 표면 구조체를 더 효과적으로 이용할 수 있으며, 여기서 선형 구조체는 이 투과축에 전형적으로 수직한 주 투과 평면에 대해 소정 각도로 배치된다. 일부 예가 아래에 주어진다. 일반적으로, 구조체가 필름 반사율의 약간의 방향성 거동을 향상시키기 위해 추가될 수 있지만, 미러의 입사측에는 표면 구조체가 필요하지 않다. 다른 미러가 더 넓은 각도 범위에 걸쳐 투과시킬 수 있으며, 광을 방향전환시키기 위해 2차원 구조체를 더 잘 이용할 수 있다.
이전에, 표면 구조체가 반사되는 입사광을 확산 또는 방향전환시키기 위해 미러에 추가되었다. 그 구조체가 투과되는 광의 일부를 방향전환시키기 위해 추가될 수 있음을 우리는 본 명세서에 개시한다. 위에서 설명된 필름 및 미세구조체는 실질적으로 랜덤한 방향성 광의 다양한 시준의 정도를 제공하기 위해 백라이트에 사용될 수 있다. 백라이트로부터 출사하는 광의 각도 범위를 압축하는 것은 균일도를 위해 종종 필요한 조건인, 광원 광이 매우 랜덤하거나 램버시안일 때 어렵다. 본 명세서에 개시된 브루스터 미러 필름 및 다른 구성요소가 고도로 방향성의 광원을 생성하는 것을 도울 수 있다. 추가로, 이 미러들은 밝은 점 광원 또는 선 광원을 은폐하는 것을 도울 수 있다. 디스플레이의 균일성 요건은 종종 광원의 출력의 랜덤화를 요구한다. 문제는 LED와 같은 매우 밝은 점 광원이 직하형 디스플레이 백라이트에 사용될 때 훨씬 더 크다. 이 물품들에 사용된 미러의 두드러진 특징은, 이 방향성 효과들을 생성하기 위해 미러의 입사측 상에 구조체가 거의 필요없거나 전혀 필요없는 것인데, 왜냐하면 그 효과들이 평탄한 복굴절성 계면의 광학 장치로부터 발생하기 때문이다.
2차원 구조체는 랜덤하거나 질서 있는 어레이일 수 있다. 비드, 구, 피라미드 등의 어레이와 같은 2차원 구조체가 대칭 반사기와 비대칭 반사기 둘 모두에 사용될 수 있다. 2차원 구조체는 결합제로 코팅되는 사전형성된 구조체일 수 있거나, 엠보싱될 수 있는데, 즉 고형 표면 층의 열 엠보싱에 의해 또는 캐스트 및 경화 공정에 의해 또는 압출 용융 코팅 및 엠보싱에 의해 복제될 수 있다. 이 구조체들은 밀집하여 패킹되거나 이격될 수 있다. 대안적으로, 그러한 표면 구조체를 포함하는 필름이 라미네이팅될 수 있다.
2D 구조체는 둥글거나 피라미드형이거나, 또는 둘 모두의 조합일 수 있다. 특히 유용한 구조체는 비행기의 "노우즈 콘(nose cone)"과 유사한 둥근 원추형 구조체이다. 이 구조체는 구형 구조체의 상부에서 생기는 평평한 영역을 감소시킨다. 개별 요소들은 회전 입체(solid of revolution)일 수 있거나 다면형(multi-faceted)일 수 있다.
부분 미러의 출사 표면으로부터 경사져서 나아가는 광선의 출력 분포는 다양한 표면 구조체의 추가에 의해 더 좁은 각도 범위로 압축될 수 있다. 시준의 정도는 구조체의 형상에 좌우되며, 형상은 일반적으로 표면에 대한 표면 법선 벡터의 분포에 의해 특성화된다.
박쥐 날개형 분포를 생성하기 위해 사용되는 미국 특허 제3,829,680호(존스(Jones))에 개시된 구조체는 그 박쥐 날개형 분포를 변경하기 위해 개시된 브루스터 각 미러와 함께 사용될 수 있다. 이 구조체는 거의 수직 입사로 출사 평면에 충돌하는 소정 범위의 광선을 재귀-반사함으로써 박쥐 날개형 분포를 생성한다. 그러한 구조체는 개시된 브루스터 각 미러와 함께 잘 작동할 수 있는데, 왜냐하면 개시된 브루스터 각 미러가 거의 수직의 광선의 대부분을 이미 차단하고, 다음에 구조화된 표면에 의해 법선에 더 근접하게 구부러지는 더 높은 각도의 광선을 더 많이 전달하기 때문이다. 이러한 방식으로, 브루스터 미러의 최대 출력 각도(거의 60도 또는 70도)는 더 작은 각도로 방향전환될 수 있다. 또한, 미러 자체가 거의 수직 광선을 차단할 수 있기 때문에, 미세구조체는 더 이상 재귀반사될 필요가 없고 더 많은 경사진 광선의 굴절각을 증대시키기 위해 존스의 것으로부터 변경될 수 있다.
일반적으로, 제한된 범위의 반구각(hemispherical angle)에 걸쳐 광을 선택적으로 투과시키는 본 명세서에 설명된 다층 필름과 같은 광학 요소는 미세구조화된 광 방향전환 층의 성능을 향상시키는 데에 유용하다. 미세구조체는 램버시안 광원으로부터의 광의 방향성을 제어함에 있어서 사용이 제한된다. 그러나, 본 명세서의 필름은 램버시안 분포의 선택된 부분만을 투과시켜, 그 광을 더 효율적으로 방향전환시킬 수 있는 특수 표면 구조체의 설계를 가능하게 한다.
예시적인 미세구조체는 다층 필름에 의해 투과된 큰 각도의 광선을 법선에 더 근접한 각도로 굴절시킬 표면 법선들의 분포를 갖는 것이다. 오직 하나의 표면 법선각 대신에, 프리즘 소면이 표면 법선들의 연속적인 범위에 의해 나타내어진다. 이 구조체는 만곡된 소면을 갖는 프리즘들의 선형 어레이일 수 있거나, "노우즈 콘" 구조체와 같은 회전 대칭 구조체일 수 있거나, 긴 3D 구조체일 수 있다.
조명 시스템
예시적인 조명 시스템의 개략도가 도 34에 도시된다. 전술된 원칙을 사용하여, 설계된 시준된 광 출력 각도 분포 2α 및 2β를 갖는 얇고 효율적인 대면적의 조명 시스템이 구성될 수 있다. 각도 α 및 β는 근본적인 필름 특성 출력 각도 Δθe 및 Δφe로부터 각각 유도될 수 있으며, 광 방향전환 층은 표준 광학 설계 및 광선 추적 도구의 사용에 의해 설계될 수 있다. 광 분포 2α 및 2β는 광 세기가 중심값의 1/e까지 떨어지는 각도의 범위로서 정의된다. 2α가 θe 및 미세구조체에 의해 결정되는 각도 범위인 경우, 180도만큼 크거나 20도만큼 좁을 수 있다. 30도, 45도, 60도, 90도 및 120도의 중간값들이 또한 용이하게 달성된다. 2β가 방위각 범위 Δφe 및 미세구조체에 의해 결정되는 각도 범위인 경우, 180도만큼 크거나 45도만큼 작을 수 있다. 60도, 90도 및 120도의 중간값들이 또한 용이하게 달성된다. 다층 필름 및 프리즘의 주축은 조명 기구 또는 다른 조명 장치의 에지에 대해 임의의 각도로 배향될 수 있다. 도 34에서, 축은 예시의 목적으로만 정렬되어 있다. 직선으로 된 형상에 추가하여, 조명 시스템은 임의의 형상일 수 있다. 두꺼운(깊은) 공동이 마찬가지로 용이하게 구성되지만, 프로파일은 매우 얇을 수 있다.
조명 시스템은 에지형, 직하형, 또는 둘 모두의 조합일수 있다.
전방 반사기는 광 방향전환 층에 부착될 수 있거나, 둘 모두가 유리 또는 강성 중합체 플레이트와 같은 플레이트에 부착될 수 있다. 이 유리 또는 플레이트는, 전형적으로 조명 시스템에 의해 조명되는 시스템인 다른 시스템의 구성요소일 수 있다. 일례는 LCD 패널이다.
전구 은폐 및 구역 제어를 갖는 직하형 중공 조명 시스템
에지형 중공 공동 조명 시스템에서 향상된 광 전달을 위해, 공동 전달비 CT 및 그에 따른 전방 및 후방 반사기의 전방 전달비 fT는 균일도를 증진시키기 위해 공동 내에서 큰 거리를 가로질러 광을 효율적으로 확산시키도록 광 전달의 높은 값을 위해 선택된다. 그러나, LCD용의 직하형 구역화 백라이트(zoned backlight)의 경우, 예를 들어 국부적인 조명 구역 내의 1개 또는 몇 개의 LED로부터와 같이 소정의 소면적 광원으로부터 확산되는 광의 범위를 제한할 필요가 있다. 그러나, 구역 내의 균일도는 여전히 몇몇 수단에 의해 생성되어야 하며, 제조 비용과 용이함 둘 모두는 주요 고려사항이다. 이 후자의 이유들 때문에, 시스템 내의 다양한 구역들 사이에 벽 또는 다른 반사성 장벽을 사용함이 없이 소정의 국부적인 광원으로부터의 광을 구속하는 것이 바람직하다.
개방 시스템 내에서의 제한된 광 확산과 균일도 둘 모두를 달성하기 위해, 몇 개의 구성요소가 동시에 사용되어야 한다. 이 구성요소들은 다음과 같다:
(1) 전방 플레이트 상의 각도 선택 부분 투과성 반사기;
(2) 확산 구성요소;
(3) 낮은 또는 음의 공동 전달비를 제공하도록 조합되는 전방 및 후방 반사기;
(4) 전방 반사기의 각도 선택을 제공하도록 선택된 방출 패턴을 갖는 국부적인 광원; 및
(5) 광 방향전환 층.
추가로, 전방 반사기와 후방 반사기 둘 모두는 고도의 재순환 공동 내에서의 저 손실을 제공하도록 고 효율을 가져야 한다.
이 구성요소들은 위에서 어느 정도 상세하게 논의되어 있다. 첫 번째 구성요소는 본 발명의 각도 선택 반사기일 수 있다. 소면적 광원의 2차원(2D) 어레이의 경우, 시스템의 양 평면내 방향에서 광의 투과가 필요하다면, 직교하는 양 평면내 축을 따라 공기 중에서 90도 미만의 브루스터 각을 갖는 반사기가 선택될 수 있다. 광원의 1D 어레이(예를 들어 형광등 또는 예를 들어 LED들의 선형 어레이)의 경우, 또한 적어도 하나의 축이 공기 중에서 90도 미만의 브루스터 각을 갖는 방위각 선택 반사기가 선택될 수 있다. 전구 은폐는 직하형 시스템에서 주요 관심 대상이다. 소면적 광원의 밝음의 가시성(펀치스루)을 감소 또는 제거하기 위해, 전방 반사기는 수직 입사에서 고 반사율을 갖고 이때 입사각이 증가함에 따라 투과율이 점진적으로 증가하도록 선택될 수 있다. Rnormal은 80%를 초과하거나, 90%를 초과하거나, 95%를 초과할 수 있다. 소면적 광원이 수직 방출된 광의 양을 대폭 감소시키는 변경된 출력 분포를 갖는 경우, 실질적인 광의 재순환을 제공하기에 충분히 낮은 전체 THemi를 갖는다면, 상부 반사기는 평평하거나 입사각에 따라 증가하는 반사율 대 각도를 갖도록 선택될 수 있다. 30%, 20%, 10% 그리고 심지어 5%의 THemi가 이 목적을 위해 유용하다. 브루스터 각이 공기 중에서 90도를 초과하여도, 반사에서 상당한 브루스터 최소값을 갖는 전방 반사기가 유용하다. 그러나, 브루스터 최소값에서의 반사율은 약 50%이거나 수직 입사에서의 반사율보다 작아야 한다. 첫 번째 구성요소는, LCD 패널과 같은 다른 시스템의 일부일 수 있는 강성 플레이트에 라미네이팅될 수 있다.
구성요소 (2) 및 (3)은 공동 전달에 관해서 위에서 논의되어 있다. 공동 전달비가 낮을수록, 광이 점 광원으로부터 멀리 확산하기 위해 더 많은 반사가 필요하다. 유의한 확산 메커니즘이 공급될 때 그러한 시스템은 광의 다중 반사를 통해 혼합을 제공할 것이지만, 광의 상당한 부분은 광이 상부 플레이트로부터 천천히 출사할 때 국부적인 기하학적 형상 내에서 앞뒤로 반사할 것이다. 그러나, 그 경면 특성을 변경하기 위해 전방 반사기 상에 배치된 임의의 코팅은 그 각도 선택 반사 특성을 지나치게 방해하지 않아야 한다. 대안적으로, 선택된 전달비를 갖는 광 산란층이 공극을 두고 전방 반사기에 대항하여 배치될 수 있다. 후방 반사기가 광의 전부를 바로 다시 광원으로 보내는 정도까지 고도로 재귀-반사하는 경우, 광이 흡수될 수 있는 광원으로 광의 대부분이 복귀하지 않도록 광을 확산시키기 위해 약간의 확산이 바람직하게 추가될 수 있다. 광을 소정 구역으로 구속하기 위해 상부의 경면 또는 반-경면 반사기와 조합된 재귀-반사기의 작용은, 광을 공동 내의 국부적인 광원 중 임의의 것으로부터 멀리 그리고 그 다음에 다시 그것을 향해 반복적으로 보내는 것이다. 고 굴절률 유리 비드와 같은 통상적인 재귀-반사기에 의해, 상당한 양의 확산이 일어날 것이며, 이는 반복된 반사의 결과로서 광원 근처의 영역에 더 균일한 광의 분포를 제공한다.
전달비가 0.25 미만인 별개의 확산기 또는 확산 반사기가 이 응용에 유용하다. T가 0.1 미만 또는 0 미만인 확산 구성요소가 바람직하다. CT < 0.5의 공동 전달값이 바람직하다. 증대된 광 구속을 위해, CT < 0.3 또는 심지어 < 0.2의 공동 전달값이 사용될 수 있다.
소면적 광원인 제4 구성요소는 전술된 바와 같이 전방 플레이트 상의 각도 선택 반사기의 각방향 투과율 특성을 제공하도록 임의로 선택되는 조정된 방출 패턴을 가져야 한다. 소면적 광원은 전방 또는 후방 반사기에 평행한 광의 상당한 양을 지향시킬 측방향 방출 패턴을 갖지 않아야 한다. 그러한 방출된 광은 큰 거리를 이동하여 국부적인 구역을 빠져나갈 것이다. 광원은 선택적으로 비대칭 방위각 출력을 가질 수 있는데, 말하자면 한쪽으로만 방출할 수 있다.
향상된 균일도를 위해, 하나 이상의 광원이 개별 LED의 영향 구역 내에 있는 것이 가능하다. 시스템 설계 기준에 따라, 이웃하는 LED들의 영향 구역들 사이에 작은 또는 큰 정도의 겹침을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 작은 겹침을 갖는 것은 디스플레이의 일부를 상당히 어둡게 할 수 있는 능력을 제공한다. 이것은 구역화 시스템에서 콘트라스트(contrast) 및 에너지 절약을 최대화하는 이점을 제공하지만, 이것은 또한 시스템을 개별 LED의 고장에 취약하게 만든다. 시스템 강건성과 여전히 유용한 수준의 절전 및 콘트라스트의 더 양호한 균형을 달성하기 위해 일부 시스템이 의도적으로 겹치는 영향 구역들을 갖는 것이 아주 바람직할 수 있다.
영향 구역은 국부적인 광원(즉, 단일 LED, 또는 국부적인 LED들의 클러스터(cluster))의 광 세기가 구역의 중심에서의 세기의 1/e까지 떨어지는 영역인 것으로 고려될 수 있다(클러스터 = 동일한 칩 또는 히트 싱크 상에 장착되어 있으며 서로 수 ㎜ 내에 있는 다수의 LED). 국부적인 광원의 영향 구역은, 균일성의 정도 및 요구되는 구역 크기에 따라, 가장 가까운 이웃 구역 또는 두 번째로 가까운 이웃 구역 또는 심지어 세 번째로 가까운 이웃 구역과 겹칠 수 있다. 국부적인 광원은 랜덤한 어레이를 비롯하여 선형, 정사각형, 직사각형, 육각형 또는 다른 패턴으로 배열될 수 있다.
백라이트의 특정 지점에서의 출력을 검출하는 하나 이상의 광학 센서를 갖고, 피드백 회로를 통해 제어 계획에 따라 개별 LED의 출력을 조정하는 것이 바람직할 것이다.
공간적으로 불변의 해법이 바람직하지만, 공간적으로 다른 해법을 갖고 예를 들어 "펀치스루"를 감소시키는 것을 돕기 위해 각 광원의 바로 위에 인쇄된 확산 또는 반사 도트 또는 패치를 갖는 것이 가능할 것이다.
달리 지시되지 않는 한, 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 양, 특성의 측정치 등을 표현하는 모든 숫자는 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 명세서 및 특허청구범위에 기술된 수치적 파라미터는 본 출원의 교시를 이용하는 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다. 특허청구범위의 범주에 대한 등가물의 원칙의 적용을 제한하려고 시도함이 없이, 각각의 수치적 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 수의 관점에서 그리고 통상의 반올림 기법을 적용하여 해석되어야 한다. 본 발명의 넓은 범주를 기술하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 임의의 수치 값이 본 명세서에 설명된 특정 예에 기술되는 한, 이들은 가능한 한 합리적으로 정확히 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 시험 또는 측정 한계와 관련된 오차를 분명히 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 변형 및 변경은 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에게 자명하게 될 것이며, 본 발명이 본 명세서에 나타낸 예시적인 실시 형태로 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 본 명세서에 언급된 모든 미국 특허, 특허 출원 공보와, 기타 특허 및 특허외 문헌은, 그들이 전술한 개시 내용과 상반되지 않는 한, 참고로 포함된다.

Claims (18)

  1. 광원; 및
    광원으로부터의 일부 광을 반사하고 광원으로부터의 일부 광을 투과시키도록 배치되는 다층 광학 필름을 포함하며, 다층 광학 필름은 제1 평면내(in-plane) 축과 관련되는 제1 내부 브루스터 각(Brewster angle), 및 제1 평면내 축에 직교하는 제2 평면내 축과 관련되는 제2 내부 브루스터 각을 가지며, 제2 내부 브루스터 각은 제1 내부 브루스터 각과 상이한 조명 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 제1 평면내 축은 강축(strong axis)이고 제2 평면내 축은 약축(weak axis)이며, 다층 광학 필름은 강축에 평행하게 편광된 400 내지 700 nm의 파장 대역의 수직 입사광의 적어도 75%를 반사하며, 다층 광학 필름은 약축에 평행하게 편광된 400 내지 700 nm의 파장 대역의 수직 입사광의 적어도 50%를 반사하는 조명 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
KR1020117013671A 2008-11-19 2009-11-17 조명 기구 및 다른 조명 시스템에서의 광 관리를 위한 브루스터 각 필름 KR101703363B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11629508P 2008-11-19 2008-11-19
US61/116,295 2008-11-19
PCT/US2009/064770 WO2010059614A1 (en) 2008-11-19 2009-11-17 Brewster angle film for light management in luminaires and other lighting systems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110086733A KR20110086733A (ko) 2011-07-29
KR101703363B1 true KR101703363B1 (ko) 2017-02-06

Family

ID=41466879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117013671A KR101703363B1 (ko) 2008-11-19 2009-11-17 조명 기구 및 다른 조명 시스템에서의 광 관리를 위한 브루스터 각 필름

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8662687B2 (ko)
EP (1) EP2366077B1 (ko)
JP (1) JP5426687B2 (ko)
KR (1) KR101703363B1 (ko)
CN (1) CN102265088B (ko)
WO (1) WO2010059614A1 (ko)

Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8917448B2 (en) 2008-11-19 2014-12-23 3M Innovative Properties Company Reflective film combinations with output confinement in both polar and azimuthal directions and related constructions
CN102265195B (zh) 2008-11-19 2014-05-28 3M创新有限公司 在极角和方位角方向均具有输出限制的多层光学膜及相关构造
US20110222263A1 (en) * 2008-11-19 2011-09-15 Weber Michael F High transmission flux leveling multilayer optical film and related constructions
JP2012524381A (ja) 2009-04-15 2012-10-11 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー ボイドを含有する光学フィルムを備える光ガイド及びディスプレイシステム用ブラックライト
US8964146B2 (en) 2009-04-15 2015-02-24 3M Innovative Properties Company Optical film for preventing optical coupling
US9291752B2 (en) 2013-08-19 2016-03-22 3M Innovative Properties Company Retroreflecting optical construction
TWI605276B (zh) 2009-04-15 2017-11-11 ３Ｍ新設資產公司 光學結構及包含該光學結構之顯示系統
KR101683938B1 (ko) 2009-06-02 2016-12-07 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 광 방향 전환 필름 및 이 필름을 사용한 디스플레이
WO2011028373A1 (en) 2009-08-25 2011-03-10 3M Innovative Properties Company Light redirecting film and display system incorporating same
US9341887B2 (en) 2009-09-11 2016-05-17 Dolby Laboratories Licensing Corporation Displays with a backlight incorporating reflecting layer
WO2011050228A2 (en) 2009-10-24 2011-04-28 3M Innovative Properties Company Gradient low index article and method
CN102576119B (zh) 2009-10-24 2014-03-26 3M创新有限公司 光源和采用所述光源的显示系统
US8982468B2 (en) 2009-10-24 2015-03-17 3M Innovative Properties Company Voided diffuser
CN102648427A (zh) 2009-12-08 2012-08-22 3M创新有限公司 采用光导和低折射率膜的光学构造
TWI408331B (zh) * 2009-12-17 2013-09-11 Ind Tech Res Inst 雙面光學膜片量測裝置與方法
CN102822247B (zh) 2010-04-14 2016-06-08 3M创新有限公司 图案化梯度聚合物膜和方法
KR101849889B1 (ko) 2010-04-15 2018-04-17 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니 광학적 활성 영역 및 광학적 불활성 영역을 포함하는 재귀반사성 물품
CN102834254A (zh) 2010-04-15 2012-12-19 3M创新有限公司 包括旋光区域和不旋光区域的回射制品
US9791604B2 (en) 2010-04-15 2017-10-17 3M Innovative Properties Company Retroreflective articles including optically active areas and optically inactive areas
KR101842728B1 (ko) 2010-05-07 2018-03-27 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 미세구조화 표면을 포함하는 반사방지 필름
WO2012009506A2 (en) * 2010-07-15 2012-01-19 American Panel Corporation Shaped reflectors for enhanced optical diffusion in backlight assemblies
CN103403894B (zh) 2011-03-07 2016-10-26 皇家飞利浦有限公司 发光模块、灯、照明器和显示装置
US8919993B2 (en) 2011-09-17 2014-12-30 Appotronics Corporation Limited High recycling efficiency solid state light source device
JP6170495B2 (ja) 2011-09-20 2017-07-26 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 発光モジュール、ランプ、照明器具及び表示装置
WO2013142084A1 (en) 2012-03-20 2013-09-26 3M Innovative Properties Company Structured optical film
US9229141B2 (en) 2012-12-13 2016-01-05 3M Innovative Properties Company Optical assembly
EP3091378B1 (en) * 2013-12-31 2019-02-27 Toray Chemical Korea Inc. Random dispersion-type reflection polarizer
US9841598B2 (en) * 2013-12-31 2017-12-12 3M Innovative Properties Company Lens with embedded multilayer optical film for near-eye display systems
IL232197B (en) 2014-04-23 2018-04-30 Lumus Ltd Compact head-up display system
JP6612776B2 (ja) 2014-04-25 2019-11-27 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 光学製品のためのテクスチャ化コーティング
WO2015166971A1 (ja) * 2014-05-02 2015-11-05 コニカミノルタ株式会社 位相差フィルムのロール体とその製造方法、偏光板および液晶表示装置
CN106687832B (zh) * 2014-07-25 2019-12-13 艾弗里丹尼森有限公司 二合一的半透明着色膜
CN104950518A (zh) * 2015-07-21 2015-09-30 京东方科技集团股份有限公司 量子点膜、量子点膜的制备方法及背光模组
US10078164B2 (en) 2015-09-03 2018-09-18 3M Innovative Properties Company Optical system
CN113156647B (zh) 2016-10-09 2023-05-23 鲁姆斯有限公司 光学装置
KR20230084335A (ko) 2016-11-08 2023-06-12 루머스 리미티드 광학 컷오프 에지를 구비한 도광 장치 및 그 제조 방법
KR102638818B1 (ko) 2017-07-19 2024-02-20 루머스 리미티드 Loe를 통한 lcos 조명
WO2019152382A1 (en) 2018-01-30 2019-08-08 Bright View Technologies Corporation Microstructures for transforming light having lambertian distribution into batwing distributions
IL259518B2 (en) 2018-05-22 2023-04-01 Lumus Ltd Optical system and method for improving light field uniformity
US11415812B2 (en) 2018-06-26 2022-08-16 Lumus Ltd. Compact collimating optical device and system
KR20200005689A (ko) * 2018-07-05 2020-01-16 삼성디스플레이 주식회사 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치
US10594121B2 (en) 2018-07-09 2020-03-17 Vynckier Enclosure Systems, Inc. Weatherproof multipurpose enclosure with integrated flashing
USD1015279S1 (en) 2018-07-09 2024-02-20 Hoffman Enclosures Inc. Rooftop junction box
US10808893B2 (en) 2019-03-04 2020-10-20 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic semiconductor light source and Bragg mirror
EP3939246A4 (en) 2019-03-12 2022-10-26 Lumus Ltd. IMAGE PROJECTOR
CN110364821A (zh) * 2019-07-26 2019-10-22 重庆邮电大学 超宽带太赫兹非对称传输器件
AU2020400417A1 (en) 2019-12-08 2022-07-28 Lumus Ltd. Optical systems with compact image projector
CN114063347B (zh) * 2020-08-07 2022-09-16 海信视像科技股份有限公司 一种显示装置
GB2616855A (en) * 2022-03-21 2023-09-27 Ocean Led Marine Ltd Through-hull light

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995017303A1 (en) 1993-12-21 1995-06-29 Minnesota Mining And Manufacturing Company Multilayered optical film
JP2005351956A (ja) 2004-06-08 2005-12-22 Nitto Denko Corp 光学素子、集光バックライトシステムおよび液晶表示装置
US20070091230A1 (en) 1993-12-21 2007-04-26 3M Innovative Properties Company Display incorporating reflective polarizer

Family Cites Families (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3069974A (en) * 1959-11-12 1962-12-25 Alvin M Murks Multi-layered light polarizers
US3438691A (en) * 1964-05-14 1969-04-15 Polaroid Corp Birefringent polarizer
US3610729A (en) * 1969-06-18 1971-10-05 Polaroid Corp Multilayered light polarizer
US3829680A (en) * 1972-11-24 1974-08-13 Carroll J & Sons Lighting panel
US4247498A (en) * 1976-08-30 1981-01-27 Akzona Incorporated Methods for making microporous products
US4218727A (en) * 1978-07-03 1980-08-19 Sylvan R. Shemitz And Associates, Inc. Luminaire
US4446305A (en) * 1981-03-02 1984-05-01 Polaroid Corporation Optical device including birefringent polymer
US4539256A (en) * 1982-09-09 1985-09-03 Minnesota Mining And Manufacturing Co. Microporous sheet material, method of making and articles made therewith
US4726989A (en) * 1986-12-11 1988-02-23 Minnesota Mining And Manufacturing Microporous materials incorporating a nucleating agent and methods for making same
US4867881A (en) * 1987-09-14 1989-09-19 Minnesota Minning And Manufacturing Company Orientied microporous film
US5486949A (en) * 1989-06-20 1996-01-23 The Dow Chemical Company Birefringent interference polarizer
US5103337A (en) * 1990-07-24 1992-04-07 The Dow Chemical Company Infrared reflective optical interference film
US5126880A (en) * 1990-12-18 1992-06-30 The Dow Chemical Company Polymeric reflective bodies with multiple layer types
TW594115B (en) 1992-10-09 2004-06-21 Asahi Glass Co Ltd A liquid crystal display device and an illumination device for a direct viewing type display element
EP0666993B1 (en) * 1992-10-29 1999-06-09 Minnesota Mining And Manufacturing Company Formable reflective multilayer body
US5360659A (en) * 1993-05-24 1994-11-01 The Dow Chemical Company Two component infrared reflecting film
US5882774A (en) * 1993-12-21 1999-03-16 Minnesota Mining And Manufacturing Company Optical film
MY121195A (en) 1993-12-21 2006-01-28 Minnesota Mining & Mfg Reflective polarizer with brightness enhancement
US6101032A (en) * 1994-04-06 2000-08-08 3M Innovative Properties Company Light fixture having a multilayer polymeric film
US6080467A (en) * 1995-06-26 2000-06-27 3M Innovative Properties Company High efficiency optical devices
AU6390396A (en) * 1995-06-26 1997-01-30 Minnesota Mining And Manufacturing Company Multilayer polymer film with additional coatings or layers
DE69617016T2 (de) * 1995-06-26 2002-07-18 Minnesota Mining & Mfg Durchsichtiges Mehrschichtgerät
US5825543A (en) * 1996-02-29 1998-10-20 Minnesota Mining And Manufacturing Company Diffusely reflecting polarizing element including a first birefringent phase and a second phase
JPH10293212A (ja) * 1997-02-18 1998-11-04 Dainippon Printing Co Ltd バックライト及び液晶表示装置
US5976686A (en) * 1997-10-24 1999-11-02 3M Innovative Properties Company Diffuse reflective articles
US6808658B2 (en) * 1998-01-13 2004-10-26 3M Innovative Properties Company Method for making texture multilayer optical films
US6531230B1 (en) * 1998-01-13 2003-03-11 3M Innovative Properties Company Color shifting film
US6157490A (en) * 1998-01-13 2000-12-05 3M Innovative Properties Company Optical film with sharpened bandedge
EP1569015A3 (en) 1998-01-28 2006-03-29 Minnesota Mining And Manufacturing Company An optical detector system
US6243199B1 (en) * 1999-09-07 2001-06-05 Moxtek Broad band wire grid polarizing beam splitter for use in the visible wavelength region
AU2515200A (en) * 1999-09-20 2001-04-24 3M Innovative Properties Company Optical films having at least one particle-containing layer
US6738349B1 (en) * 2000-03-01 2004-05-18 Tektronix, Inc. Non-intrusive measurement of end-to-end network properties
US6853413B2 (en) * 2000-04-18 2005-02-08 Honeywell International Inc. Polarized display with wide-angle illumination
US6916440B2 (en) 2001-05-31 2005-07-12 3M Innovative Properties Company Processes and apparatus for making transversely drawn films with substantially uniaxial character
US6785050B2 (en) * 2002-05-09 2004-08-31 Moxtek, Inc. Corrosion resistant wire-grid polarizer and method of fabrication
US6811274B2 (en) * 2002-12-04 2004-11-02 General Electric Company Polarization sensitive optical substrate
US6952312B2 (en) * 2002-12-31 2005-10-04 3M Innovative Properties Company Head-up display with polarized light source and wide-angle p-polarization reflective polarizer
US7091661B2 (en) * 2003-01-27 2006-08-15 3M Innovative Properties Company Phosphor based light sources having a reflective polarizer
US7320531B2 (en) * 2003-03-28 2008-01-22 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Multi-colored LED array with improved brightness profile and color uniformity
US20060091412A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Wheatley John A Polarized LED
JP5144538B2 (ja) * 2005-12-23 2013-02-13 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 熱可塑性シリコーンブロックコポリマー類を含むフィルム
WO2007075900A2 (en) * 2005-12-23 2007-07-05 3M Innovative Properties Company Multilayer films including thermoplastic silicone block copolymers
US20080037127A1 (en) * 2006-03-31 2008-02-14 3M Innovative Properties Company Wide angle mirror system
US7848020B2 (en) 2006-06-02 2010-12-07 Jds Uniphase Corporation Thin-film design for positive and/or negative C-plate
DK1892706T3 (da) * 2006-08-23 2012-08-27 Jds Uniphase Corp Optisk opsamlingsenhed
US7906202B2 (en) * 2006-09-27 2011-03-15 3M Innovative Properties Company Tear resistant solar control multilayer film
JP5584117B2 (ja) * 2007-05-20 2014-09-03 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 光再利用タイプの薄型中空空洞バックライトの設計パラメータ
KR101464795B1 (ko) * 2007-05-20 2014-11-27 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 광 재순환 중공 공동형 디스플레이 백라이트
EP2160644B1 (en) 2007-05-20 2019-05-01 3M Innovative Properties Company Semi-specular components in hollow cavity light recycling backlights
EP2153275A4 (en) 2007-05-20 2010-09-08 3M Innovative Properties Co LAMP COVER ASSEMBLY FOR A DIRECT LIGHTING TAIL LIGHT
EP2263111B1 (en) 2008-03-31 2019-05-29 3M Innovative Properties Company Low layer count reflective polarizer with optimized gain
US8917448B2 (en) 2008-11-19 2014-12-23 3M Innovative Properties Company Reflective film combinations with output confinement in both polar and azimuthal directions and related constructions
CN102265195B (zh) 2008-11-19 2014-05-28 3M创新有限公司 在极角和方位角方向均具有输出限制的多层光学膜及相关构造
US20110222263A1 (en) 2008-11-19 2011-09-15 Weber Michael F High transmission flux leveling multilayer optical film and related constructions
US20120212812A1 (en) 2009-11-17 2012-08-23 3M Innovative Properties Company Polarization sensitive front projection screen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995017303A1 (en) 1993-12-21 1995-06-29 Minnesota Mining And Manufacturing Company Multilayered optical film
US20070091230A1 (en) 1993-12-21 2007-04-26 3M Innovative Properties Company Display incorporating reflective polarizer
JP2005351956A (ja) 2004-06-08 2005-12-22 Nitto Denko Corp 光学素子、集光バックライトシステムおよび液晶表示装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20110228511A1 (en) 2011-09-22
US8662687B2 (en) 2014-03-04
EP2366077B1 (en) 2018-08-15
CN102265088B (zh) 2015-02-18
JP5426687B2 (ja) 2014-02-26
WO2010059614A1 (en) 2010-05-27
CN102265088A (zh) 2011-11-30
KR20110086733A (ko) 2011-07-29
JP2012509568A (ja) 2012-04-19
EP2366077A1 (en) 2011-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101703363B1 (ko) 조명 기구 및 다른 조명 시스템에서의 광 관리를 위한 브루스터 각 필름
KR101696492B1 (ko) 극 방향과 방위각 방향 둘 모두에서 출력 구속을 갖는 다층 광학 필름 및 관련 구조체
JP5706332B2 (ja) 極方向及び方位方向の両方における出力制限を有する反射性フィルムの組み合わせ体並びに関連する構成
US20100214762A1 (en) Lamp-hiding assembly for a direct lit backlight
TWI490606B (zh) 具有梯度提取之半鏡中空背光
US8740442B2 (en) Backlight and display system using same
TWI494656B (zh) 具有經選擇的輸出光流量分佈的背光器及使用其之顯示器系統
KR101323922B1 (ko) 오목한 반투과기를 갖는 광 재순환 캐비티를 구비한 에지형백라이트

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200103

Year of fee payment: 4