KR20020064294A - 표시 조광 장치 및 표시 조광 장치의 휘도 증대 방법 - Google Patents

표시 조광 장치 및 표시 조광 장치의 휘도 증대 방법 Download PDF

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Abstract

조광 장치(110)는 프러스트레이티드 내부 전반사의 원리에 의해 작동하게 되어 있는 광통로(112)를 포함한다. 이 조광 장치(120)는 광학 부재와, 광통로(112)의 겉보기 휘도를 증대를 위한 상기 광학 부재의 조합체를 포함한다.

Description

표시 조광 장치 및 표시 조광 장치의 휘도 증대 방법{DISPLAY ILLUMINATION DEVICE AND METHOD OF ENHANCING BRIGHTNESS IN A DISPLAY ILLUMINATION DEVICE}
액정 표시(LCD) 장치 등의 후면 발광(backlit) 표시 장치는 쐐기형 광통로(lightguide)를 보통 사용한다. 쐐기형 광통로는 냉음극 형광 램프(CCFL) 등의 실질적으로 선형 광원(linear source)으로부터의 광을 실질적으로 2차원의 출력에 결합한다. 그 다음, 이 2차원의 출력은 LCD로 결합된다.
표시 장치의 성능은 종종 그것의 휘도에 의해 판단된다. 주관적 견지에서는, 전체 휘도의 상대적으로 하찮은 증가는 표시 장치의 실수요자에 의해 쉽게 감지되지 않지만, 휘도의 상대적으로 하찮은 증가를 객관적으로 측정하는 것이 가능하다. 실수요자는 직접 식별하지 못하지만, 전체 휘도를 객관적으로 측정해서 단지 낮은 퍼센트, 예컨대 1퍼센트 정도로 증가시킨 표시 장치는 이 표시 장치를 사용하는 제품의 설계자에 의해 현저하게 향상된 것으로 인식된다. 그 이유는 설계자가 표시 장치에 동력을 덜 공급하더라도 여전히 수용 가능한 수준의 휘도를 얻을수 있기 때문이다. 배터리 동력 공급식 휴대용 장치에 있어서, 이는 운전 시간의 추가 연장을 의미한다.
표시 휘도를 증가시키기 위한 다른 대안으로, 더 많은 혹은 더 밝은 광원을 사용하는 것을 포함한다. 표시 장치에 동력 공급을 감소시키는 능력과는 반대로, 추가의 광원 및/또는 더 밝은 광은 더 많은 에너지를 소모하게 되며, 이는 휴대용 장치에서는 배터리 수명의 감소와 직결된다. 또한, 표시 장치에 광원을 추가하는 것은 제품 가격을 상승시킬 수 있고 또 장치의 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
휘도는 또한 표시 장치 내에서 이용할 수 있는 광을 더 효율적으로 사용함으로써, 즉 양호한 시야 축(viewing axis)을 따라 이용 가능한 광을 표시 장치 내에 더 많이 향하게 함으로써 증대된다. 표시 장치의 효율을 증대시키기 위해 몇몇 기구들을 표시 장치 내에 설치하였다. 다른 방법으로 보이지 않는 광을 시야 축을 따라 향하게 하도록 예컨대, 프리즘 구조를 갖는 휘도 증대 필름이 빈번하게 사용되었다. 통상의 평판 표시 장치는 양호한 시야 방향을 따라 실질적으로 균일한 출력을 가지고 전체에 걸쳐 밝고 높은 콘트라스트 표시 장치를 제공하기 위해 여러 가지의 상이한 필름을 사용할 수 있다. 표면 디퓨저(diffuser) 혹은 벌크(bulk) 디퓨저를 광통로의 출력 결함을 감추기 위해 종종 사용하지만, 대부분의 디퓨저는 시야 축으로부터의 광을 산란시킴으로써 축상(on-axis) 휘도를 감소시킨다.
광통로의 개선은 또한 표시 장치에서 휘도의 향상에 기여하였다. 통상의 광통로는 확산에 의해 광을 추출하고, 기하학적인 리사이클링(geometric recycling)에 의해 향상될 수 있다. 광통로로 유입하는 광선은 통상 광통로의 표면에 도포된흰 도트(dot) 패턴의 확산 부재(diffusing element)에 충돌하고, 광통로로부터의 산란에 의해 확산적으로 추출된다. 나머지 광선은 확산 부재에 충돌할 때까지 광통로 내에서 전부 내부적으로 반사된다. 이러한 프로세스에서는 손실이 생기며, 또 광이 어떠한 조준(collimation) 없이 확산적으로 추출되기 때문에 축상 휘도는 더 낮아진다. 이러한 확산 광선은 강화(enhancement)에 의해 준조준(quasi-collimation) 프로세스에서 더욱 축상으로 향하게 될 수 있고, 이는 축상의 휘도를 향상시킨다.
광통로로부터 광을 추출하는 또 다른 방법은 프러스트레이티드 내부 전반사(frustrated total internal reflection : TIR)를 사용하는 것이다. 프러스트레이티드 TIR의 일형태에 있어서, 광통로는 쐐기형이며, 광통로의 두꺼운 가장자리로 입사한 광선은 광통로의 윗면 및 밑면에 대한 임계각을 얻을 때까지 내부 전반사된다. 그 다음, 이러한 임계각 이하 광선은 추출되거나, 또는 출력면에 대한 스침각(glancing angle)에서 광통로로부터 더욱 간결하게 굴절된다. 표시 장치를 더 유용하게 조광하기 위해, 이들 광선은 표시 장치의 시야 축 혹은 출력 축에 실질적으로 평행하게 전향(turnin)되어야 한다. 이러한 전향은 항시 전향 렌즈 혹은 전향 필름의 사용에 의해 달성된다.
전향 렌즈 렌즈 혹은 전향 필름은 통상적으로 입력면에 형성된 프리즘 구조체를 포함하며, 이 입력면은 광통로에 인접하게 배치되어 있다. 광통로에서 대개 출력면에 대해 30°미만의 스침각으로 나온 광선은 프리즘 구조체와 충돌한다. 이 광선은 프리즘 구조체의 제1의 표면에 의해 굴절되고, 프리즘 구조체의 제2의 표면에 의해 반사되며, 이들 광선은 전향 렌즈 혹은 필름에 의해 소망의 방향, 즉 표시 장치의 시야 축에 실질적으로 평행한 방향으로 향하게 된다.
프러스트레이티드 내부 전반사의 원리를 이용하여 작동하는 광통로 및 이것에 대응하는 조광 시스템은 종종 원패스(one-pass) 백라이트로 언급된다. 이는 광통로에서 나온 광이 리사이클링 광통로에서 행해지는 것과 같이 광통로 방향으로 다시 방향 전환하지 않기 때문이다. 리사이클링 광통로는 일반적으로 광통로의 밑면에 형성된 주의하여 설계한 확산 도트의 패턴으로부터의 난반사(diffuse reflection)에 의해 광을 추출한다. 이 패턴의 뒤에, 확산성이지만 높은 반사성을 갖는 시트가 적층되지 않게 배치된다. 전술한 광통로 위에는 양호한 시야 축을 따라 광선을 향하게 하여 광의 편광을 제어하기 위한 확산 시트와, 가능하다면 전술한 광학 필름이 배치된다. 적절한 각도로 나오지 않는 광선 및/또는 부적당한 편광의 광선은 일반적으로 광통로로 되반사되며, 여기서 확산 패턴 및/또는 후방 반사체 중 어느 하나와의 충돌 결과로서 산란 및 편광 변화를 겪게된다. 광선의 이러한 반사 혹은 리사이클링은 적절한 각도 배향 및 편광의 광선이 더 많이 발함에 따라 캐비티가 더 밝아지도록 해준다.
본 발명은 일반적으로 수동 표시 장치(passive display)에 사용하기 적합한 표시 조광 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하면 백라이트 조광 장치와, 조광 장치의 휘도(輝度) 증대 방법에 관한 것이다.
도 1은 표시 장치를 대략적으로 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 표시 장치를 대략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 도 2에 도시된 표시 장치에 사용하기에 적합한 반사 편광체의 사시도이며,
도 4는 도 2에 도시된 표시 장치에 사용하기에 적합한 또 다른 반사 편광체의 사시도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 설치된 조광 장치를 대략적으로 도시한 도면이며,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 설치된 조광 장치를 대략적으로 도시한 도면이고,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 설치된 조광 장치를 대략적으로 도시한 도면이며,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 설치된 조광 장치를 대략적으로 도시한 도면이고,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 설치된 조광 장치를 대략적으로 도시한 도면이다.
본 발명에 따르면, 프러스트레이티드 내부 전반사의 원리를 이용하여 작동하는 광통로를 구비하는 조광 시스템은 광학 부재와, 광통로의 겉보기 휘도를 증대시키는 광학 부재의 조합체를 포함한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 조광 장치는 광원에 결합된 광통로를 포함한다.이 광통로는 프러스트레이티드 내부 전반사에 의해 광을 추출하도록 배열되어 있다. 전향 필름은 광통로의 출력에 결합되어 있고, 광통로의 출력면으로부터의 광선을 이 전향 필름을 통해 방향 전환하도록 배열되어 있다. 광학 부재는 전향 필름에 결합되어 있고, 또 제1의 특징을 지닌 광선을 전달하고 제2의 특징을 지닌 광선을 반사하는 광학 구조체를 포함한다. 반사체는 광통로의 배면에 결합되어 있으며, 제2의 특징을 지닌 광선은 전향 필름을 통해 광통로로 상기 광학 부재에 의해 반사되며, 상기 반사된 광선의 적어도 일부는 제1의 특징을 지닌 광통로로부터 재출현한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 표시 장치는 액정 표시 모듈(module)을 포함한다. 디퓨저는 이 액정 표시 모듈에 결합되어 있으며, 반사 편광체는 디퓨저의 입력에 결합되어 있다. 전향 필름은 반사 편광체의 입력과 광통로에 결합되어 있다. 광통로는 광원으로부터의 광선을 출력면을 통과하여 향하도록 프러스트레이티드 내부 전반사의 원리를 이용하여 작동한다. 반사체는 광통로의 배면에 결합되어 있다. 반사 편광체는 제1의 편광을 지닌 광선을 전달하고 제2의 편광을 지닌 광선을 반사한다. 반사된 광선은 전향 필름을 통해 광통로로 반사되며, 반사된 광선의 적어도 일부는 배면에서 반사체에 의해 반사되어 제1의 편광을 지닌 광통로로부터 재출현한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 표시 휘도를 증대시키는 방법이 제공되며, 이 표시 장치는 액정 표시 조립체와 조광 광원을 포함하며, 상기 조광 광원은 프러스트레이티드 내부 전반사의 원리에 따라 광선을 추출하는 광통로를 구비하며,상기 방법은 입력면에서 광통로로의 제1의 편향 배향 및 제2의 편향 배향을 갖는 광선을 주입시키는 단계와, 광통로의 출력면을 나온 광선을 출력면에 실질적으로 수직인 방향으로 전향시키는 단계와, 제1의 편광 배향을 지닌 광선을 전달하는 단계와, 제2의 편광 배향을 지닌 광선을 광통로를 향해 되반사하는 단계와, 제1의 편광 배향을 지닌 반사된 광선의 일부를 생성하도록 반사된 광선을 무작위화시키는 단계와, 상기 광선의 일부를 전달하는 단계를 포함한다.
본 발명의 장점들 및 특징은 유사한 구성요소의 도면 부호를 동일하게 병기한 첨부 도면을 참조하여 이하의 본 발명의 여러 양호한 실시예의 상세한 설명을 읽음으로써 당업자들에게 명백해질 것이다.
본 발명은 여러 양호한 실시예에 관하여, 특히 랩탑 컴퓨터 표시 장치 혹은 데스크탑 평판 표시 장치 등의 평판 표시 장치에 통상 사용되는 백라이트 조광 장치용으로 적합한 전향 필름에 관하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 상기 용도에만 한정되는 것이 아니라, 실질적으로 어떠한 광학 시스템, 예컨대 프로젝션 스크린 장치 및 평판 텔레비전에 응용할 수 있다는 것을 당업자들이라면 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에 기재된 양호한 실시예는 본 발명의 광범위한 보호 범위를 한정하는 의도로 해석되어서는 안 된다.
도 1을 참조하면, 표시 장치(10)는 복층의 액정 표시 조립체(12)로 이루어진 것으로 도시되어 있으며, 이 조립체는 전면 편광체(14), 유리층(15), 액정층(16), 유리층(17) 및 후면 편광체(18)를 포함할 수 있다. 상기 표시 장치(10)는 또한 광통로(22), 광원 조립체(24) 및 전향 필름(26)을 구비하는 표시 조광 장치(20)를 포함한다. 광원 조립체(24)는 광통로(22)의 입력면(32)에 인접하게 반사체하우징(30) 내에 배치된 냉음극 형광 튜브(CCFT) 광원(28)을 포함할 수 있다.
전향 필름(26)은 광통로(22)의 출력면(36)을 향해 배치된 복수개의 프리즘 구조체(36)로 형성된 입력면(34)을 구비한다. 반사체(40)는 광통로(22)의 배면(38)에 인접하게 배치되어 있다. 디퓨저(42)는 결함 혹은 비균일성을 감추기 위해 전향 필름(26)과 표시 조립체(14) 사이에 개재될 수 있다. 광통로(22) 자체는 쐐기형 혹은 슬래브형 및/또는 이들 각각의 변형된 형상이라도 좋다.
내부 전반사(TIR)에 의해 한정된 단부 표면(33)을 향해 입력면으로부터 엣지 커플된(edge-coupled) 광이 전파된다. 이 광은 TIR의 프러스트레이션 (frustration)에 의해 광통로(22)로부터 추출된다. 광통로에 갇힌 광선은 각각의 TIR 바운스(bounce)와 관련한 쐐기 각도에 의해 상부 및 하부 벽의 평면에 대해 그 광선의 입사각이 증가된다. 따라서, 이 광은 TIR에 의해 더 이상 구속되지 않기 때문에 출력면(36)과 배면(38) 각각에서 궁극적으로 굴절된다. 배면(38)으로부터 굴절되는 광은 반사체(40)에 의해 거울 반사 혹은 확산 반사되어 광통로(22)로 되돌아가서 대부분은 광통로를 통과한다. 전향 필름(26)은 출력면(36)을 나오는 광선을 양호한 시야 방향에 실질적으로 평행한 방향을 따라 방향 변경하도록 배치되어 있다. 상기 양호한 시야 방향은 출력면에 수직하여도 좋지만, 출력면(36)에 대해 약간의 각도를 갖는 것이 더 통상적이다.
전향 필름(26)을 나오는 광선은 일반적으로 제1의 편광 배향(a)과 제2의 편광 배향(b)의 광선을 갖는 광선 다발(44)로 도시되어 있다. 이들 광선은 디퓨저(42)를 관통하자마자 확산되며 표시 조립체(12)로 들어간다. 표시조립체(12)의 정상적인 작동에 있어서, 제1의 편광 배향(a)을 갖는 광선은 표시 조립체에 의해 전달되는 반면(화살표 45), 제2의 편광 배향(b)을 갖는 광선은 흡수되어 화살표 46을 표시된 바와 같이 표시 조립체(12)의 측면으로부터 나간다. 따라서, 표시 장치(10) 내에 어떠한 손실이 없는 것으로 가정하면, 광통로로 유입하는 이용 가능한 광선의 절반만이 계획한대로 관찰자에게 도달하게 된다.
도 2를 참조하면, 표시 장치(100)는 복층의 액정 표시 조립체(102)로 이루어진 것으로 도시되어 있으며, 이 조립체는 전면 편광체(104), 유리층(105), 액정층(106), 유리층(107) 및 후면 편광체(108)를 포함할 수 있다. 상기 표시 장치(100)는 또한 광통로(112), 광원 조립체(114) 및 전향 필름(116)을 구비하는 표시 조광 장치(110)를 포함한다. 광원 조립체는 광통로(112)의 입력면(122)에 인접하게 반사체 하우징(120) 내에 배치된 냉음극 형광 튜브(CCFT) 광원(118)을 포함할 수 있다.
전향 필름(116)은 광통로(112)의 출력면(126)을 향해 배치된 복수개의 프리즘 구조체(126)로 형성된 입력면(124)을 구비한다. 반사체(130)는 광통로(112)의 배면(128)에 인접하게 배치되어 있다. 디퓨저(131)는 결함 혹은 비균일성을 감추기 위해 전향 필름(116)과 표시 조립체(102) 사이에 개재된다.
표시 장치(100)는 전향 필름(116)과 표시 조립체(102) 사이에 개재된 반사 편광체(132)를 더 포함할 수 있다. 반사 편광체(132)는 도 3에 도시된 바와 같은 복층의 반사 편광체(134)일 수 있고, 또는 도 4에 도시된 바와 같이 편광체에 분산된 실질적으로 복굴절의 연속한 상과, 편광체에 배열된 실질적으로 비복굴절의 분산 상으로 이루어지는 연속한 반사 편광체(136)일 수 있다. 상기 반사 편광체(132)는 또한 콜레스터릭(cholersteric) 편광체 혹은 복굴절 필름 지연체 (retarder)라도 좋다.
도 3을 먼저 참조하면, 예시적인 복층 반사 편광체(134)는 2개의 상이한 중합 재료로 하나씩 거른 층들(ABABAB...)로 구성되어 있다. 이들 층은 아래와 같이 재료 "A"와 재료 "B"로 언급될 수 있다. 2개의 재료는 서로 압출 성형될 수 있으며, 그 결과로 생긴 복층(ABABAB...) 재료는 하나의 축("X"로 도시)을 따라 약 5:1로 신장되고, 다른 축("Y"로 도시)을 따라 감지할 수 있을 정도로 1:1로 신장되지 않는다. X축을 "신장" 방향으로 칭하고, Y축을 "횡축" 방향으로 칭한다.
상기 재료 B는 신장 가공에 의해 실질적으로 변하지 않는 공칭의 굴절률(예컨대, n=1.64)을 지닐 수 있다. 상기 재료 A는 신장 가공에 의해 굴절률이 변하는 특성을 갖는다. 예컨대, 재료 A의 일축 방향으로 신장된 시트는 신장 방향과 관련하여 소정의 굴절률(예컨대, n=1.88)을 지니며, 횡축 방향과 관련하여 별도의 굴절률(예컨대, n=1.64) 지닐 수 있다. 정의상으로는, 평면상의 축(필름의 표면과 평행한 축)과 관련한 굴절률은 편광면이 상기 축과 평행한 평면 편광된 입사광에 대한 유효 굴절률이다.
따라서, 복층의 더미(ABABAB...)를 신장시킨 후, 상기 재료는 신장 방향과 관련한 층들 사이에 큰 굴절률 차이(Δn = 1.88 - 1.64 = 0.24)를 나타내었다. 이에 반해 횡축 방향으로는, 층들 간의 관련된 굴절률은 실질적으로 동일하다(Δn = 1.64 - 1.64 = 0.0). 이러한 광학 특징은 복층의 적층물을 전달 축("T"로 도시)에대해 정확하게 배향되어 있는 입사광의 편광 성분을 전달하는 반사 편광체로서 작동하도록 하는 데 있다. 반사 편광체(134)로부터 나온 광은 제1의 편광 배향(a)을 갖는 것으로 언급된다.
반사 편광체(134)를 통과하지 못하는 광은 상기 제1의 편광 배향(a)과 다른 편광 배향(b)을 갖는다. 이러한 편광 배향을 나타내는 광은 굴절률 차이를 유발하며, 이것에 의해 상기 광의 반사가 생긴다. 복층 반사 편광체(134)의 구조 및 기능은 본 명세서에서 참조로 한 미국 특허 제5,828,488호에 더욱 상세히 설명되어 있다.
도 4를 참조하면, 반사 편광체(136)는 불연속 혹은 분산 상(140)이 배치될 복굴절 재료의 실질적으로 연속한 매트릭스(138)를 포함할 수 있다. 연속한 상의 복굴절률은 통상 적어도 약 0.05이며, 약 0.1-0.2 사이일 수 있다. 연속 및 분산 상의 굴절률은 3개의 상호 교차하는 축들 중 첫 번째 축을 따라 실질적으로 정합되며(즉, 약 0.05 이하의 차), 3개의 상호 교차하는 축들 중 두 번째 축을 따라 실질적으로 비정합된다(즉, 약 0.05 이상의 차). 정합 축을 따른 굴절률은 약 0.01-0.03 이하의 차가 있어야 하지만, 부정합축을 따른 굴절률은 적어도 0.07, 바람직하게는 0.2 이상의 차가 있어야 한다.
특정의 축을 따른 굴절률의 부정합은 이 축을 따라 편광된 입사광이 산란되어 충분한 량의 반사를 초래하게 되는 효과를 갖는다. 이와는 대조적으로, 굴절률이 정합되는 축을 따라 편광된 입사광은 스펙트럼과 같이 전달되거나 또는 더 낮은 정도로 반사될 것이다.
분산 상(140)은 도 4에 도시된 바와 같이 배향된 막대 모양의 형상을 지닐 수 있으며, 이와 다른 형상이라도 좋다. 도시된 구조체를 형성하기 위한 하나의 방법은 분산 상(140)의 구형 입자를 필름 속에 포함하고 있는 연속한 상(138)을 형성하고, 그 다음 상기 구형의 입자를 도시된 막대 모양의 구조체로 배향 및 확장시키기 위해 상기 필름을 따라 신장시키는 것이다. 또한, 연속 상(138) 및 분산 상(140)을 모두 형성하기 위한 구성 요소를 압출하는 것도 가능하다. 반사 편광체(136)의 구조 및 기능은 본 명세서에서 참조한 미국 특허 제5,783,120호에 더욱 상세히 기재되어 있다.
다시 도 2를 참조하면, 광통로(112)는 전술한 바와 같은 프러스트레이티드 내부 전반사 원리에 따라 광을 추출할 수 있다. 광통로(112)의 출력면을 나오는 광선은 표시 장치(102)의 양호한 시야 방향을 따라 전향 필름(116)에 의해 전향된다.
전향 필름(116)을 나온 광선은 일반적으로 광선 다발(142)로 표시되어 있고 무작위식으로 편광되며, 예컨대 제1의 편광 배향(a)의 광선과 제2의 편광 배향(b)의 광선을 포함한다. 제1의 편광 배향(a)의 광선은 반사 편광체(132)에 의해 전달된다. 이들 광선은 광선 다발(144)로 도시되어 있다. 제2의 편광 배향(b)을 갖는 광선은 전향 필름(116)과 광통로(112)를 향해 되반사되며 광선 다발(146)에 의해 표시되어 있다.
광선 다발(146)에 포함된 광선은 광통로(112)로 재유입되고 반사체(130)에 의해 반사될 것이며, 이 광의 일부는 방향 및 편광의 관점 양자에 따라 무작위화될 것이다. 따라서, 이 광선의 일부는 제1의 편광 배향(a)을 갖는 광통로로부터 재출현하게 될 것이며, 광선 다발(148)로 도시되어 있다. 광선 다발(148)의 광선은 표시 장치(100)의 전체 겉보기 휘도를 증가시키게 되는 광선 다발(144)의 광선에 추가된다. 반사 편광체(132) 때문에 광선 다발(150)로 도시된 바와 같이 일부 흡수 손실이 발생하지만, 광통로(112)로부터 나오는 광선 중 극미소량이 이색의 흡수성 편광체(108)에 의해 흡수된다.
도 5는 표시 장치(100)와 유사한 구성을 갖는 표시 장치(200)를 도시한 것이다. 동일한 도면 부호는 표시 장치(100)와 표시 장치(200)에서의 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전향 필름(116)과 반사 편광체(132)는 조합된 전향 필름/반사 편광체(202)로 대체되어 있다. 상기 조합된 전향 필름/반사 편광체(202)는 반사 편광체(132)와 같은 반사 편광체(204)를 전향 필름(116)과 같은 전향 필름(206)에 적층시킴으로써 형성할 수 있다. 변형례로서, 반사 편광체부터 시작하여, 전향 필름 구조체는 복사 혹은 자외선(UV) 경화 프로세스를 이용하는 반사 편광체상에 직접 형성될 수 있다. 반사 편광체의 외장 표면 부분을 엠보싱(embossing) 가공함으로써 전향 프리즘 구조체를 형성하는 것도 또한 가능하다.
도 6은 표시 장치(100)와 유사한 구성을 갖는 표시 장치(300)를 도시하고 있다. 동일한 도면 부호는 표시 장치(100)와 표시 장치(300)에서의 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 6에 있어서, 도 2를 참조하여 설명한 반사 편광체(132)와 디퓨저(131)는 조합된 디퓨저/반사 편광체(302)로 대체되어 있다. 상기 조합된 디퓨저/반사 편광체(302)는 반사 편광체(132)와 같은 반사 편광체(306)를 디퓨저(131)와 같은 디퓨저(304)에 적층시킴으로써 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 조합된 디퓨저/반사 편광체(302)를 형성하기 위해 UV 경화 가공법 혹은 엠보싱 가공법 등의 다양한 변형 제조 방법을 또한 사용할 수 있다. 디퓨저/반사 편광체(302)의 확산 특성은 또한 반사 편광체의 외층에 확산 입자를 주입시키거나 또는 반사 편광체상에 확산 입자를 피복시킴으로써 얻을 수 있다.
도 7은 표시 장치(100)와 유사한 구성을 갖는 표시 장치(400)를 도시한 것이다. 동일한 도면 부호는 표시 장치(100)와 표시 장치(400)에서의 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 7에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같은 전향 필름(116), 반사 편광체(132)와 디퓨저(131)는 조합된 구성 요소(402)로 대체되어 있다. 상기 조합된 구성 요소(402)는 전향 필름(116)과 같은 전향 필름(404), 반사 편광체(132)와 같은 반사 편광체(406), 디퓨저(131)와 같은 디퓨저(408)를 서로 적층시킴으로써 형성할 수 있다. 상기 조합된 구성 요소(402)는 또한 외장 재료가 벌크 확산 물질을 더 함유하고 있는 전향 프리즘 구조체를 형성하도록 UV 혹은 복사선 경화 기술을 사용하여 형성해도 좋다.
도 8은 표시 장치(100)와 유사한 구성을 갖는 표시 장치(500)를 도시한 것이다. 동일한 도면 부호는 표시 장치(100)와 표시 장치(500)에서의 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 8에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같은 후면 편광체(108), 디퓨저(131) 및 반사 편광체(132)는 조합된 구성 요소(502)로 대체되어 있다. 상기 조합된 구성 요소(502)는 후면 편광체(108)와 같은 후면 편광체(504), 디퓨저(131)와 같은 디퓨저(506), 반사 편광체(132)와 같은 반사 편광체(508)를 서로 적층시킴으로써 형성할 수 있다. 상기 조합된 구성 요소(502)를 형성하기 위한 다른 방법을 사용해도 좋다.
도 9는 표시 장치(100)와 유사한 구성을 갖는 표시 장치(600)를 도시한 것이다. 동일한 도면 부호는 표시 장치(100)와 표시 장치(600)에서의 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 9에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같은 후면 편광체(108), 디퓨저(131), 반사 편광체(132) 및 전향 필름(116)은 조합된 구성 요소(602)로 대체되어 있다. 상기 조합된 구성 요소(602)는 후면 편광체(108)와 같은 후면 편광체(602), 디퓨저(131)와 같은 디퓨저(604), 반사 편광체(132)와 같은 반사 편광체(606)를 서로 적층시킴으로써 형성할 수 있다. 변형례로서, 조합된 구성 요소(502)와 같은 조합된 구성 요소를 형성한 다음 이 구성 요소를 후면 디퓨저(108)와 같은 후면 디퓨저에 적층할 수 있다. 상기 조합된 구성 요소(602)를 형성하기 위한 다른 방법을 사용해도 좋다.
도 5 내지 도 9에 도시된 각각의 실시예에 있어서, 조합된 광학 구성 요소는 제2의 편광 배향(b)을 갖는 광선을 광통로(112)로 다시 향하고 또 실질적으로 그광통로 속으로 반사시킴으로써 겉보기 표시 휘도를 향상시키며, 상기 광통로에서 상기 광선은 편광 및 방향에 대해 무작위화 된다. 이들 무작위화된 광선의 일부는 제1의 편광 배향(a)을 갖는 광통로로부터 재출현한다. 제1의 편광 배향(a)을 갖는 광선이 액정 표시 장치(102)를 통해 전달되기 때문에, 더 많은 광선이 궁극적으로 표시 장치로부터 나와 표시 휘도를 향상시킨다. 더욱이, 광학 구성 요소의 조합은 표시 장치의 두께 및 중량을 줄일 수 있고, 표시 장치에서 인접한 광학 요소들의 광학적 결합로부터 생긴 광학적 결함을 줄일 수 있다.
본 발명의 수정 및 변형은 전술한 설명을 고려하여 당업자들에 의해 명백해질 것이다. 전술한 설명은 단지 예시를 위한 것으로, 당업자들에 의해 본 발명을 최선으로 실시할 수 있도록 숙지시키기 위한 것이다. 상기 구조 및 방법의 세부 사항은 실질적으로 본 발명의 정신에서 벗어나지 않는 범위 내에서 변경될 수 있으며, 첨부된 청구의 범위 내에 속하는 모든 변형례의 독점적인 사용은 보장되어야 한다.

Claims (28)

  1. 광원과,
    입력면, 출력면 및 배면을 갖는 광통로로, 상기 광원은 상기 입력면으로 입사되며, 상기 광통로는 상기 광원으로부터의 광선을 유도하여 입력면에서 광통로로 유입시켜 상기 출력면을 통해 실질적으로 균일한 방식으로 광통로에서 나오도록 프러스트레이티드 내부 전반사의 원리에 의해 작동하게 되어 있는 상기 광통로와,
    상기 광통로의 출력면에 결합된 전향 필름으로, 상기 전향 필름을 통한 광통로의 출력면으로부터, 또 전향 필름의 출력면으로부터의 광선을 방향 전환하기 위해 전향 필름의 입력면 상에 배열된 복수개의 프리즘 구조체를 구비하는 상기 전향 필름과,
    상기 전향 필름에 결합된 하나 이상의 광학 부재로, 제1의 특징을 갖는 광선은 전달하고 제2의 특징을 지닌 광선은 반사하는 광학 구조체를 구비하는 상기 광학 부재와,
    상기 광통로의 배면에 결합된 반사체를 포함하며,
    제2의 특성을 지닌 광선은 상기 전향 필름을 통해 광통로로 상기 광학 부재에 의해 반사되며, 상기 반사된 광선의 적어도 일부는 제1의 특징을 지닌 광통로로부터 재출현하는 것을 특징으로 하는 조광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1의 특징은 제1의 편광을 포함하며, 상기 제2의 특징은 상기 제1의 편광과 상이한 제2의 편광을 포함하는 것을 특징으로 하는 조광 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1의 특징은 제1의 각도 범위를 포함하며, 상기 제2의 특징은 상기 제1의 각도 범위와 상이한 제2의 각도 범위를 포함하는 것을 특징으로 하는 조광 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학 부재는 반사 편광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 조광 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학 부재는 전향 필름과 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조광 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학 부재는 반사 편광체와 디퓨저의 조합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 조광 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학 부재는 휘도 증대 프리즘 필름과 반사 편광체의 조합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 조광 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 반사 편광체는 상기 휘도 증대 프리즘 필름의 출력면에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 조광 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학 부재는 전향 필름의 출력면에 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 조광 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학 부재는 확산 반사 편광체와 흡수 편광체의 조합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 조광 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학 부재는 전향 필름의 출력면에 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 조광 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학 부재는 전향 필름과 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조광 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학 부재는 콜레스터릭 편광체와 복굴절 필름 지연체의 조합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 조광 장치.
  14. 입력 편광체와 출력 편광체를 구비하는 액정 표시 모듈과,
    상기 액정 표시 모듈의 입력 편광체에 결합되어 있는 디퓨저와,
    상기 디퓨저의 입력에 결합되어 있는 반사 편광체와,
    상기 반사 편광체의 입력에 결합되어 있는 전향 필름과,
    입력면, 출력면 및 배면을 구비하는 광통로와,
    상기 광통로의 상기 입력면으로 입사되는 광원과,
    상기 광통로의 배면에 결합된 반사체를 포함하며,
    상기 광통로는 상기 광원으로부터의 광선을 유도하여 상기 입력면에서 광통로로 유입시키켜 상기 출력면을 통해 실질적으로 균일한 방식으로 광통로에서 나오도록 프러스트레이티드 내부 전반사의 원리에 의해 작동하며,
    상기 반사 편광체는 제1의 편광을 지닌 광선을 전달하며 제2의 편광을 지닌 광선을 반사하며, 상기 반사된 광선은 전향 필름을 통해 광통로로 반사되고, 상기 반사된 광선의 적어도 일부는 배면에서 상기 반사체에 의해 반사되며 제1의 편광을 지닌 광통로로부터 재출현하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  15. 입력 편광체와 출력 편광체를 구비하는 액정 표시 모듈과,
    상기 액정 표시 모듈의 입력 편광체에 결합되어 있는 조합된 디퓨저/반사 편광체와,
    상기 조합된 디퓨저/반사 편광체의 입력에 결합되어 있는 전향 필름과,
    입력면, 출력면 및 배면을 구비하는 광통로와,
    상기 광통로의 상기 입력면으로 입사되는 광원과,
    상기 광통로의 배면에 결합된 반사체를 포함하며,
    상기 광통로는 상기 광원으로부터의 광선을 유도하여 입력면에서 광통로로유입시켜 상기 출력면을 통해 실질적으로 균일한 방식으로 광통로에서 나오도록 프러스트레이티드 내부 전반사의 원리에 의해 작동하며,
    상기 조합된 디퓨저/반사 편광체는 제1의 편광을 지닌 광선을 전달하며 제2의 편광을 지닌 광선을 반사하며, 상기 반사된 광선은 전향 필름을 통해 광통로로 반사되고, 상기 반사된 광선의 적어도 일부는 배면에서 상기 반사체에 의해 반사되며 제1의 편광을 지닌 광통로로부터 재출현하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 조합된 디퓨저/반사 편광체는 디퓨저와 반사 편광체 필름으로 이루어진 적층을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 조합된 디퓨저/반사 편광체는 반사 편광체 필름의 출력면에 형성된 디퓨저 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  18. 입력 편광체와 출력 편광체를 구비하는 액정 표시 모듈과,
    상기 액정 표시 모듈의 입력 편광체에 결합되어 있는 디퓨저와,
    상기 디퓨저의 입력에 결합되어 있는 조합된 전향 필름/반사 편광체와,
    입력면, 상기 조합된 전향 필름/반사 편광체에 인접한 출력면 및 배면을 구비하는 광통로와,
    상기 광통로의 상기 입력면으로 입사되는 광원과,
    상기 광통로의 배면에 결합된 반사체를 포함하며,
    상기 광통로는 상기 광원으로부터의 광선을 유도하여 입력면에서 광통로로 유입시켜 상기 출력면을 통해 실질적으로 균일한 방식으로 광통로에서 나오도록 프러스트레이티드 내부 전반사의 원리에 의해 작동하며,
    상기 조합된 전향 필름/반사 편광체는 제1의 편광을 지닌 광선을 전달하며 제2의 편광을 지닌 광선을 반사하며, 상기 반사된 광선은 전향 필름을 통해 광통로로 반사되고, 상기 반사된 광선의 적어도 일부는 배면에서 상기 반사체에 의해 반사되며 제1의 편광을 지닌 광통로로부터 재출현하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 조합된 전향 필름/반사 편광체는 전향 필름과 반사 편광 필름으로 이루어진 적층을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 조합된 전향 필름/반사 편광체는 반사 편광체의 입력면에 형성된 전향 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  21. 입력 편광체와 출력 편광체를 구비하는 액정 표시 모듈과,
    상기 액정 표시 모듈의 입력 편광체에 결합되어 있는 조합된 디퓨저/전향 필름/반사 편광체와,
    입력면, 상기 조합된 디퓨저/전향 필름/반사 편광체에 인접한 출력면 및 배면을 구비하는 광통로와,
    상기 광통로의 상기 입력면으로 입사되는 광원과,
    상기 광통로의 배면에 결합된 반사체를 포함하며,
    상기 광통로는 상기 광원으로부터의 광선을 유도하여 입력면에서 광통로로 유입시켜 상기 출력면을 통해 실질적으로 균일한 방식으로 광통로에서 나오도록 프러스트레이티드 내부 전반사의 원리에 의해 작동하며,
    상기 조합된 디퓨저/전향 필름/반사 편광체는 제1의 편광을 지닌 광선을 전달하며 제2의 편광을 지닌 광선을 반사하며, 상기 반사된 광선은 광통로로 반사되고, 상기 반사된 광선의 적어도 일부는 배면에서 상기 반사체에 의해 반사되며 제1의 편광을 지닌 광통로로부터 재출현하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 조합된 디퓨저/전향 필름/반사 편광체는 디퓨저, 전향 필름 및 반사 편광체 필름으로 이루어진 적층을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 조합된 디퓨저/전향 필름/반사 편광체는 반사 편광체의 입력면에 형성된 전향 프리즘과, 반사 편광체의 출력면에 형성된 디퓨저 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  24. 액정 표시 조립체와 조광 광원을 구비하며, 상기 조광 광원에 프러스트레이티드 내부 전반사의 원리에 따라 광선을 추출하는 광통로가 구비되어 있는, 표시휘도를 증대시키는 방법으로,
    제1의 편광 배향과 제2의 편광 배향을 지닌 광선을 입력면에서 상기 광통로로 주입시키는 단계와,
    상기 광통로의 출력면에서 나온 광선을 상기 출력면에 실질적으로 수직한 방향으로 전향시키는 단계와,
    제1의 편광 배향을 지닌 광선을 전달하는 단계와,
    제2의 편광 배향을 지닌 광선을 반시키고 광통로를 향해 복귀시켜 그 광통로를 실질적으로 통해 반사시키는 단계와,
    제1의 편광 배향을 지닌 상기 반사된 광선의 일부를 생성하기 위해 상기 반사된 광선의 편광 배향을 무작위화시키는 단계와,
    상기 광선의 일부를 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 광선을 반사시키는 상기 단계는 상기 액정 표시 조립체와 조광 광원 사이에 반사 편광체를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제24항에 있어서, 광선을 반사시키는 상기 단계는 상기 액정 표시 조립체와 조광 광원 사이에 조합된 전향 필름/반사 편광체를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제24항에 있어서, 광선을 반사시키는 상기 단계는 상기 액정 표시 조립체와 조광 광원 사이에 조합된 디퓨저/반사 편광체를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제24항에 있어서, 광선을 반사시키는 상기 단계는 상기 액정 표시 조립체와 조광 광원 사이에 조합된 디퓨저/전향 필름/반사 편광체를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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