KR20030072349A - 방사 디스플레이의 휘도 증대 - Google Patents

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KR20030072349A
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Abstract

하나 이상의 전송층을 통하여 광을 방사하는 광 방사기들을 포함하고, 전송층과 광 방사기 사이의 경계면에서 또는 전송층과 공기 사이의 경계면에서와 같은 하나 이상의 전송층들에 의하여 형성된 하나 이상의 경계면에서 발생할 수 있는 내부 전반사를 억제하는 요소들을 더 포함하는 방사 디스플레이가 개시된다. 내부 전반사를 억제함으로써 방사 디스플레이의 휘도는 증대될 수 있다. 내부 전반사를 억제하기 위한 요소들은 체적 확산기들, 표면 확산기들, 미세구조물들과 이러한 요소들 또는 다른 적절한 요소들의 조합을 포함한다.

Description

방사 디스플레이의 휘도 증대{BRIGHTNESS ENHANCEMENT OF EMISSIVE DISPLAYS}
정보 디스플레이들은 손으로 쥐는 장치에서 랩탑 컴퓨터까지, 텔레비젼에서 컴퓨터 모니터까지, 자동차 대시보드 디스플레이에서 도로표지 용도에까지 등등의 범위의 많은 용도들을 가진다. 많은 이들 디스플레이들은 직접 정보를 디스플레이하거나(구획되거나 또는 픽시레이트된 방사 장치를 포함하는 디스플레이를 갖춘 것과 같은) 또는 관찰자에게 정보를 디스플레이하는 패널을 조사하는(액정 디스플레이와 후면광(back light) 그래픽등과 같은) 내부 광을 방사에 의존한다. 광 방사 장치의 휘도를 증가시키는 것은 그런 디스플레이의 관찰 능력을 자주 증진시킨다. 그러나, 휘도를 쉽사리 증가시키는 능력을 제한할 수도 있는 최대 동력 요구조건과 같은 제한이 있을 수 있다. 예를 들면, 후면광 액정 디스플레이를 포함하는 랩탑 컴퓨터 모니터들은 광원에 동력을 공급하는 내부 배터리를 자주 사용한다. 광원으로부터의 광출력을 증가시키는 것은 배터리의 심한 누출이 될 수 있다. 동력 요구조건을 감소시키고 배터리 수명을 연장시키는 것은 마이크로프리즘 광 필름들이 예를 들면, 많은 전형적인 시청 범위를 커버하는 더 좁은 각들의 콘으로 전형적으로 관찰되지 않는 와이드 각을 다시 고치기 위하여 사용되어 왔다. 이는 동일하거나 더 작은 배터리 동력을 사용하는 중에 디스플레이의 외견 휘도를 증가시킨다. 반사 편광자들은 바람직하지 않은 편광 상태(그렇지 않으면 흡수로 잃게 되었을 것이다)를 가지는 재생 광을 도울 수 있는 액정 디스플레이를 위하여 또한 개발되어 왔고, 이에 의하여 이용가능한 광을 중요하게 증가시킬 수 있다. 이들 경우에, 디스플레이들의 휘도는 이미 방사 장치를 떠난 광을 다시 고쳐 쓰거나 또는 재사용함에 의하여 증가되어 왔다.
본 발명은 방사 디스플레이와 램프, 방사 디스플레이와 램프의 휘도 및/또는 대비를 개선하는 요소들에 관한 것이다.
도1은 방사 디스플레이의 개략적인 도면이다.
도2는 방사 디스플레이에서 내부 전반사를 위한 잠재적인 경계면의 개략적인 도면이다.
도3a 및 도3b는 체적 확산기들을 포함하는 방사 디스플레이들의 개략적인 도면이다.
도4a 및 도4b는 표면 확산기들을 포함하는 방사 디스플레이들의 개략적인 도면이다.
도5a 및 도5b는 미세구조화 요소들을 포함하는 방사 디스플레이들의 개략적인 도면이다.
도6은 해상도 유지 체적 확산기의 개략적인 도면이다.
본 발명은 방사 장치로부터 더 많은 광을 결합함에 의하여 방사 장치를 사용하여 조사된 디스플레이들과 방사 장치의 휘도를 증대하려는 것이다. 이는 방사 장치에 이미 남아 있는 광을 다시 유도하고 및/또는 재생하는 공지된 휘도 증대 노력과는 다르다. 본 발명은 그러므로 방사 장치로 동력의 공급에서의 증가를 필요로 함이 없이 방사 장치로부터 방사되는 광의 양을 증가시키기 위하여 사용될 수 있다.
관찰자 또는 디스플레이 패널쪽으로 광을 방사하는 방사 장치는 일반적으로 하나 이상의 전송층을 통하여 그렇게 한다. 방사는 이들 층들에 의하여 도입된 하나 이상의 경계면에서 내부 전반사를 받을 수 있다. 본 발명은 관찰자쪽으로 전송될 많은 광이 전송되게 허용하고, 하나 이상의 그러한 경계면에서 하나 이상에서 내부 전반사를 억제시키는 요소들을 제공한다. 방사 장치가 정보 디스플레이 그자체인 경우에, 본 발명은 또한 디스플레이의 픽셀 또는 세그먼트사이의 대비를 증대하고 및/또는 해상도를 유지하는 요소들을 제공한다.
일 태양에서, 본 발명은 관찰자쪽으로 전송층을 통하여 방사하도록 배치된 광 방사기, 그렇지 않을 경우 내부 전반사될 전송층으로 방사된 광의 적어도 일부를 관찰자쪽으로 유도하기 위해 배치된 체적 확산기를 포함하는 방사 장치를 제공한다. 예를 들면, 체적 확산기는 광 방사기와 전송층 사이 또는 전송층과 관찰자사이에 배치될 수 있다. 전송층은 광 방사기가 형성되어진 기판(예를 들면, 유리 또는 플라스틱 필름) 또는 예를 들면, 광 방사기 위에 적층되거나 광 방사기 위에 형성된 보호층과 같은 층일 수 있다. 광 방사기는 전자발광 방사기와 같은 어떠한 적절한 방사기, 광 방사 중합체 장치, 인-기제 방사기등과 같은 유기 방사기일 수 있다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 기판, 기판을 통하여 방사하도록 배치된 유기 광 방사기, 방사 장치에 있는 유기 광 방사기로부터 방사된 광의 내부 전반사를 억제시키도록 유기 광 방사기와 기판 사이에 배치된 억제기 요소를 포함하는 방사 장치를 제공한다. 억제기 요소는 체적 확산기, 표면 확산기, 미세구조화 표면, 반반사(antireflective) 코팅, 또는 내부 전반사를 억제시키기 위하여 사용될 수 있는 이들 및/또는 다른 요소들의 어떠한 적절한 조합일 수 있다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 하나 이상의 전송층들에 의하여 형성된 하나 이상의 경계면에서 내부 전반사들을 억제시킴에 의하여 방사 장치의 휘도를 증가시키기 위한 수단과 방사 장치의 부분으로서 포함된 하나 이상의 전송층들을 통하여방사할 수 있는 광 방사기를 포함하는 방사 장치를 제공한다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 후면광을 사용하여 조사할 때 정보를 디스플레이할 수 있는 디스플레이 요소를 조사하기 위한 후면광을 포함하는 후면광 디스플레이를 고려한다. 후면광은 내부 전반사를 억제시키는 전송층과 방사 장치 사이에 배치된 억제기 요소와 전송층을 통하여 방사하도록 배치된 방사 장치를 포함하고, 이에 의하여 억제기 요소가 없는 다른 동일한 후면광과 비교하여 후면광으로부터 더 많은 광을 결합한다.
본 발명의 휘도 증대 요소들은 또한 디스플레이에서 광을 다시 유도하거나, 재생하거나 또는 다르게 처리하는 다른 광 요소들과 결합될 수 있다.
본 발명은 일반적으로 디스플레이들의 대비를 증대하고 및/또는 휘도를 증대하는 요소들을 포함하는 개선된 방사 디스플레이에 관한 것이다.
도1은 광 방사기(112)와 하나 이상의 광 전송층(114)을 포함하는 방사 장치(110)의 양식화된 도면이다. 장치(110)는 광 방사기(112)가 관찰자(118)쪽으로 전송층(114)들을 통하여 방사할 수 있도록 형성된다. 장치(110)의 관찰자측은 반대측이 배면측으로서 대응되게 언급됨에 따라 전면측으로서 관습적으로 언급될 수 있다. 관찰자(118)과 전송층(들)(114)사이에는 전송층(들)(114)보다 더 작은 굴절률을 가진 구역(116)이 있다. 구역(116)은 전형적으로 공기를 포함하고, 전체적으로 공기로 이루어 질 수도 있으나, 또한 여러 필름(예를 들면, 반 광택 필름 또는 코팅, 반 얼룩 필름 또는 코팅등), 광학 요소들(예를 들면, 편광자들, 필터들, 웨이프 플레이트들, 렌즈들, 분광 필름등), 터치 스크린과 같은 사용자 계면 장치들, 그리고 하나의 또는 조합으로 배치된, 그리고 전송층(들)(114)과 요소들 사이에 공기 갭을 가지거나 또는 가지지 않고 및/또는 구역(116)에 있는 분리 요소사이에 공기 갭을 갖고 배치된 다른 요소들을 포함할 수도 있다. 분리 요소들 사이에 공기 갭들이 존재하지 않는 것이 바람직할 때 광학 접착제는 함께 요소들을 접착하기 위하여 사용될 수 있다.
장치(110)의 작동중에 관찰자쪽으로 광 방사기(112)로 부터 방사된 일부분의 광은 광이 하나 이상의 전송층(114)내에서 전체적으로 내부로 반사되도록 각을 이룬 전송층(114)을 들어갈 수도 있다. 광의 내부 전반사(TIR)는 매체에서 이동하는광이 더 낮은 굴절률의 매체와 경계면에서 만날때 발생할 수 있는 잘 알려진 현상이고, 그 경계면에서 광의 입사각은 임계각을 넘어선다. 그러므로, 광 방사기(112)로부터 관찰자(118)쪽으로 광의 통로에서 광이 굴절률에서 감소를 만나는 어떠한 경계면은 내부 전반사를 위한 가능한 표면이다. 그런 내부 전반사는 광이 관찰자(118)에게 도달하는 것을 방지할 수 있고, 장치(110)의 휘도를 감소시킬 수 있다. 본 발명은 다른 것들 중에서 내부 전반사를 억제시킴에 의하여 디스플레이로부터 많은 광을 결합하는 요소들을 포함함에 의하여 더 밝은 방사 디스플레이를 만드는 것을 계획한다.
방사 장치(110)는 전자발광 장치, 유기 전자발광 장치(OLED), 비유기 방사 다이오드(LED), 인-기제 후면광, 음극선관(CRT)과 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)과 같은 인-기제 직접 관찰 디스플레이와, 전계 방출 디스플레이(FED)등과 같은 어떠한 적절한 방사 장치를 포함할 수 있다. 방사 장치는 후면광 또는 직접 관찰 디스플레이일 수 있다. 그것은 백색광, 모노크롬 칼라 광, 다색 칼라, 또는 풀 칼라(예를 들면, RGB, 또는 적색, 녹색, 청색)를 방사할 수 있고, 그것은 또한 세그멘트된(예를 들면 저 해상도) 또는 픽시레이트된(예를 들면, 고 해상도) 디스플레이일 수 있다.
광 방사기(112)는 적절하게 자극될 때 방사하도록 배치된 어떠한 적절한 재료, 재료들의 세트, 요소, 또는 요소들의 군일 수 있다. 예들은 전기장(예를 들면 전위가 양극과 음극사이에 적용될 때 광이 발생되도록 전자발광 재료가 양극과 음극사이에 배치될 수 있다.)을 받을 때 광을 방사하는 비유기 전자발광 재료, 자외선 방사에 노출될 때 가시광을 방사하는 인광 재료와 다른 재료들을 포함한다. 예시적인 광 방사기는 OLED를 만드는 재료들을 포함하는 것이다. OLED 광 방사기들은 전형적으로 양극과 음극사이에 끼워진 유기 방사 재료를 포함하는 층으로된 구조이다. 이 기술 분야에서 알려진 것처럼, 음극과 유기 광 방사기 사이에 배치된 사출 재료 및/또는 전자 수송, 양극과 유기 광 방사기 사이에 배치된 사출 재료 및/또는 홀 수송과 같은 다른 층들이 존재할 수 있다. 유기 방사 재료들은 작은 분자 방사 재료, 방사 중합체들, 도프된 방사 중합체들과 다른 그러한 재료들과 지금 알려지거나 또는 후에 개발된 재료의 조합들을 포함할 수 있다. OLED 장치가 양극과 음극사이에 적용된 전기장에 있게 될 때 전자들과 홀들은 장치내에 형성될 수 있고 사출될 수 있다. 전자/홀 쌍들은 유기 방사 재료에 결합될 수 있고, 재결합에서 얻어진 에너지는 예를 들면, 가시광의 특별한 칼라 또는 칼라들을 발생할 수 있다. 발생된 광은 일반적으로 등방성으로 방사된다.
다색 OLED 디스플레이들은 다른 칼라의 광을 방사하는OLED 장치들을 인접하게 배치하고, 장치들이 독립하게 어드레스하도록 만듦으로써 제작될 수 있다. 다색 OLED 디스플레이들은 또한 칼라 순도를 개선하고, 칼라 대비를 증대하고, 또는 후면광 또는 다른 모노크로마틱 OLED가 사용될 때 칼라를 도입하는 칼라 필터들을 사용함에 의하여 만들어질 수 있다.
다시 도1을 참조 하면, 전송층(114)은 관찰자에 도달하려는 광의 파장의 적어도 충분히 전송적이거나 또는 투명한 방사 장치에서 광 방사기와 관찰자 사이에 배치된 어떠한 층 또는 층들일 수 있다. 예를 들면, 전송층(들)은 방사 장치를 작동하기 위한 다른 장치들 또는 광 방사기가 형성되는 (예를 들면, 박막 트랜지스터들) 유리 또는 플라스틱 기판을 포함할 수 있다. 전송층(들)은 또한 투명한 전극들, 보호층들, 장벽층들, 칼라 필터들, 파장 플레이트들, 편광자들과 방사 장치에서 발견되는 어떠한 다른 적절한 전송층을 포함할 수 있다. 전형적으로, 개재층 또는 층들일 수 있지만 전송층(114)과 광 방사기(112)사이에는 공기 갭이 없다.
본 발명에 따르면, 요소들은 관찰자쪽으로 장치로부터 더 많은 광을 결합하거나 다시 유도하는 내부 전반사를 억제시키는 방사 장치에 포함될 수 있다. 도1을 다시 참조로 하면, 그러한 요소들(이 명세서에서 "내부 전반사"로 언급됨)은 광 방사기(112)와 전송층(들)(114) 사이, 전송층(들)(114)과 관찰자(118) 사이 및/또는 분리된 전송층(114) 사이 또는 하나 이상의 전송층(114)의 내부 사이에 배치될 수 있다. 아래에 더 상세하게 기술된 것처럼, 내부 전반사 억제기들은 체적 확산기, 표면 확산기, 미세구조물, 묻혀진 미세구조물, 층으로된 구조물, 루버된(louvered) 구조물과 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도2는 방사 장치에 광 트래핑의 개념들을 예시하기 위하여 사용될 수 있다. 일반성의 손상없이 도2는 예를 들면, 유리 기판(220)상에 배치된 OLED 장치(212)를 포함하는 방사 디스플레이(210)를 도시한다. OLED 장치(212)는 유기 방사기층(214), 투명 양극(216), 음극(218)을 포함한다. 디스플레이(210)와 관찰자(222) 사이의 공간은 이 실시예에서는 공기이다. 유기 방사기(214)는 광이 광범위의 각들에 걸쳐 방사된때 등방성의 광원으로서 근접될 수 있다. 음극(218)은 디스플레이(210)의 뒤쪽으로 방사된 광이 앞쪽으로 다시 고쳐질 수 있도록 전형적으로 반사된다. 유리 기판(220)은 공기보다 더 큰 굴절률을 가지고(공기의 굴절률이 약 1이고, 유리의 전형적인 굴절률이 약 1.5이다), 투명 양극(216)은 전형적으로 유리 기판(220)보다 더 큰 굴절률을 가진다. 예시적인 투명 양극은 전형적으로 약 1.8의 굴절률을 가지는 산화 인듐 주석(ITO)과 같은 투명한 도전 산화물을 포함한다.
그러므로, 도2에서 관찰자쪽으로 방사된 광은 내부 전반사가 즉, 양극/기판 경계면와 기판/공기 경계면에서 발생할 수 있는 두 경계면들을 만날 수 있다. 이에 따라, 적어도 세가지 타입의 광선들이 검사될 수 있다. 먼저, 광선(A)은 양극/기판 경계면 또는 기판/공기 경계면에서 내부 전반사를 위하여 임계각 이하의 각에서 방사된 광을 나타낸다. 광선(B)은 양극/기판 경계면에서 내부 전반사를 위하여 임계각 이하의 그러나 기판/공기 경계면에서 내부 전반사를 위하여 임계각 이상의 각도에서 방사된 광을 나타낸다. 광선(B)은 그러므로 디스플레이에서 "트랩된"것으로 고려될 수 있다. 광선(C)은 양극/기판 경계면와 내부 전반사를 위하여 임계각 이상의 각도에서 방사된 광을 나타낸다. 본 발명에 따르면, 내부 전반사 억제기는 양극/기판 경계면 또는 기판/공기 경계면을 포함하며 관찰자쪽으로 광이 전파됨에 따라 내부 전반사가 발생할 수 있는 어떠한 또는 전체 경계면에서 내부 전반사를 억제시키기 위하여 사용될 수 있다.
도2에서 도시된 상황을 취하며 그리고 유리 기판(1.51의 굴절률), ITO 양극(1.8의 굴절률)과 유기 광 방사기(1.7의 굴절률)를 사용하면, 다음의 것이 계산될 수 있다. ITO/유리 경계면(도2에서 216/220)에서, 광은 약 63°이상의 각도(광 방사층(214)에서 법선으로 부터 측정됨)에서 유기 광 방사기로부터 방사된 전체적으로 내부로 반사될 것이다. 이는 방사된 강도의 약 46%를 구성한다. 유리/공기 경계면에서, 약 36°내지 약 63°의 각도에서 유기 광 방사기로 부터 방사된 광은 내부 전반사될 것이다.(더 높은 각도에서 방사된 광은 ITO/유리 경계면에서 내부 전반사로 인해 이 경계면에 도달하지 않을 것이다) 이는 방사된 강도의 추가적인 35%를 구성한다. 디스플레이(210)를 통하여 최후로 전송된 광의 강도는 그러므로 유기 광 방사기(214)에 의하여 발생된 광의 약 19%이다. 식별된 경계면의 하나 또는 둘에서 내부 전반사의 적어도 일부분을 억제시키는 것은 반사된 광의 전체양을 증가시키는 큰 전위를 제공한다.
도2에 도시된 상황은 OLED 디스플레이 보다 더 일반적으로 적용된다. 더 일반적인 상황은 방사 재료가 투명 도전성 재료와 같은 고 굴절률 재료를 통하여, 그후 기판을 통하여, 그후 관찰자쪽으로 공기를 통하여 광을 방사하도록 배치된 것이고, 기판의 굴절률은 고 굴절률 재료의 굴절률 이하이고, 기판의 굴절률은 공기의 굴절률보다 크다.
도3a 및 도3b는 방사 디스플레이(310)(310')에서 내부 전반사 억제기로서 체적 확산기의 사용을 도시한다. 방사 디스플레이(310)(310')는 각각 기판(320)과 기판상에 배치되고 방사기층(314)을 가지는 방사 장치(312), 투명 전극층(316), 뒤의 전극층(318)을 포함한다.
도3a는 디스플레이(310)의 전면측에 배치되고 기판(320)에 배치된 체적 확산기(330)를 도시한다. 체적 확산기들은 매트릭스 또는 바인더에 배치된 분산 중심들을 포함하는 것으로서 기술될 수 있다. 분산 중심들과 매트릭스 사이의 굴절률에서의 차이는 바람직하기로는 그 입사각으로 인해 그렇지 않으면 내부 전반사될 관찰자쪽으로 광의 일부를 분산하기에 충분히 크다. 도3a에서, 체적 확산기(330)의 매트릭스는 바람직하기로는 기판(320)의 굴절률과 거의 같거나 또는 더 큰 굴절률을 가진다. 이는 기판/체적 확산기 경계면에서 내부 전반사없이 체적 확산기(330)에 광선이 들어가게 할 수 있다. 법선 또는 법선에 가까운 입사에서 체적 확산기(330)를 들어가는 광선은 일반적으로 분산 중심에 의하여 차단되지 않고 관찰자쪽으로 통과할 수 있다. 그렇지 않으면 달리 기판/공기 경계면에서 내부 전반사될 각도에서 전파하는 광선들은 체적 확산기(330)로 들어갈 수 있고 분산된다. 분산된 광의 적어도 일부분은 임계각 이하의 각도에서 관찰자쪽으로 다시 유도되고, 이에 따라 장치로부터 결합될 수 있고, 이에 의하여 휘도를 증가시킨다. 임계각보다 더 큰 각도에서 분산된 광은 분산 공정을 반복하는 체적 확산기(330)에서 전체적으로 내부로 반사될 수 있고, 이에 의하여 디스플레이 장치로부터 더 많은 광을 결합한다.
도3b는 디스플레이(310')의 방사 장치(312)와 기판(320) 사이에 배치된 체적 확산기(340)를 도시한다. 체적 확산기(340)의 매트릭스는 바람직하기로는 투명 전극층(316)의 굴절률과 거의 동일하거나 또는 더 큰 굴절률을 가진다. 이는 투명 전극/체적 확산기 경계면에서 내부 전반사없이 체적 확산기(340)를 광선이 들어갈 수 있게 한다. 체적 확산기(340)로 들어가는 광선들은 일반적으로 분산 중심들에 의하여 차단되지 않고 관찰자쪽으로 통과할 수 있다. 전극/기판 경계면에서 그렇지 않으면 전체적으로 내부로 반사될 각도에서 전파하는 광선들은 체적 확산기(340)로 들어갈 수 있고 분산될 수 있다. 분산된 광의 적어도 일부분은 임계각 이하의 각도에서 관찰자쪽으로 다시 유도되고, 이에 따라 장치로부터 결합될 수 있고, 이에 의하여 휘도를 증가시킨다. 임계각 이상의 각도에서 분산된 광은 분산 공정을 반복하는 체적 확산기/기판 경계면에서 전체적으로 내부로 반사될 수 있고, 이에 의하여 디스플레이 장치로부터 더 많은 광을 결합한다.
예시적인 체적 확산기들은 방사 장치에서 그렇지 않으면 내부 전반사되지 않을 각도에서 방사된 광(예를 들면, 법선 또는 법선에 가까운 입사광)의 상당한 부분은 분산될 상대적으로 작은 기회를 가지도록 충분히 낮은 밀도의 분산 중심을 가진다. 또한, 예시적인 체적 확산기들은 더 큰 입사각(예를 들면, 임계각 이상의 각들)에서 방사된 광의 일부분은 관찰자쪽으로 분산될 수 있도록 충분히 큰 밀도의 분산 중심을 가지고 이에 의하여 관찰자쪽으로 장치로부터 큰 각의 광을 결합한다. 체적 확산기 요소 내의 높은 각도 입사 광선 대 낮은 각도 입사 광선의 광통로 차이의 성질로 인해, 낮은 각도 입사 광선은 통계학적으로 이들이 더 큰 각 입사광보다 평균적으로 확산기에서 더 작은 거리를 횡단하고 평균적으로 더 작은 시간을 소비하기 때문에 높은 각도 입사광선보다 분산 중심을 덜 만나게 되는 경향이 있다. 또한, 체적 확산기의 두께를 통하여 제1의 횡단시에 분산 중심을 만나지 않는 높은 각도의 입사 광선들은 체적 확산기/기판 경계면에서 또는 체적 확산기/공기 경계면(또는 다른 적용가능한 경계면)에서 전체적으로 내부로 반사될 수도 있고, 관찰자쪽으로 층으로부터 분산될 또 다른 기회를 가질 수도 있다.
도3a 및 도3b에 도시된 것과 같은 체적 확산기 내부 전반사 억제기들은 어떠한 적절한 수단에 의하여 제공될 수도 있다. 예를 들면, 적절한 체적 확산기는 광 접착제의 사용에 의하여 기판 및/또는 방사 장치 및/또는 다른 요소들에 접착될 수 있고, 필름으로서 제공될 수 있다. 예시적인 광 접착제들은 디스플레이 구조에서 광 접착제층의 바로 뒤에 배치된 방사 장치의 층의 굴절률과 거의 같거나 또는 더 큰 굴절률을 가진다. 또 다른 예로서, 체적 확산기는 접착을 위하여 적합한 바인더 또는 다른 적합한 접착제 또는 적절한 광 접착제에 배치된 낮은 굴절률 입자들, 높은 굴절률 입자들, 공기 거품들, 공극들, 상 분리된 재료들의 구역들 등을 포함할 수도 있다. 이 경우에, 체적 확산기는 기판, 투명 전극, 광 필름, 또는 다른 요소와 같은 방사 장치의 층위에 코팅될 수 있고, 디스플레이의 전면에 선택적으로 제공될 수도 있는 것과 같은 다른 요소들 또는 부가적인 광 필름에 또는 장치의 또 다른 부분에 장치의 일부분을 접착하기 위하여 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 체적 확산기는 기판 또는 기판의 부분내에 달리 배치되거나 또는 기판내로 확산된 공기 거품들 또는 입자들을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 입자들은 볼륨 확산 내부 전반사 억제기로서 작용하는 유리 기판, 또는 유리 기판상의 층을 형성하기 위하여 유리 혼합물 내에 배치되고, 적절하게 코팅되고, 편평하게 되고, 연소될 수 있다. 유사하게, 입자들은 볼륨 확산하는 내부 전반사 억제기로서 작용하는 기판상의 중합제 층 또는 중합체 기판으로 형성될 수 있는 바인더에 혼합될 수 있다.
전술한 것처럼, 체적 확산기 내부 전반사 억제기는 전형적으로 매트릭스 또는 바인더 내에 배치된 분산 사이트를 포함한다. 매트릭스 재료들은 바람직한 파장을 전송하는 어떠한 적절한 재료를 포함할 수 있다. 매트릭스 재료들은 바람직하기로는 체적 확산기 아래의 디스플레이에서 인접 층의 굴절률과 거의 같거나 또는 더 큰 굴절률을 가진다. 매트릭스 재료들의 예들은 광 접착제, 열가소성제, 광중합체, 열 경화성 재료, 에폭시, 폴리이미드, 나노복합 재료등을 포함한다. 체적 확산기 매트릭스는 단일의 동질의 재료일 수 있고 또는 매트릭스는 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 매트릭스의 구성은 체적 확산기의 두께를 통하여 매트릭스의 굴절률, 전송성 및/또는 다른 특성들을 바꾸는 매트릭스의 두께를 통하여 변할 수 있다. 그런 두께 변화 구성은 층을 이룬 구성으로서 여기에 언급된다. 또 다른 예로서, 매트릭스의 구성은 체적 확산기에서 수평 위치에 따라 더 높고 더 낮은 굴절률의 변화 구역, 더 높고 더 낮은 광 밀도 구역 및/또는 다른 특성들과 같은 체적 확산기의 면에서 변화할 수 있다. 그런 수평으로 변화하는 구성들은 루버된 구성으로서 여기에 언급된다. 루버된 구성은 상당한 양으로 낮은 각도의 입사광에 역으로 영향을 미치지 않고 높은 각도의 입사광의 내부 전반사를 억제시키는 높은 각도의 입사광의 광통로를 변화시키는데 유용할 수 있다. 체적 확산기들에서 분산 사이트처럼, 높은 각도의 입사광은 낮은 각도의 입사광보다 루브된 구성에서 많은 구역 대 구역 광 변이를 샘플링하는 경향을 가질 것이다.
분산 중심들은 체적 확산기의 매트릭스에 배치된 입자들, 공극들(예를 들면 공기 거품들 또는 포켓들), 상 분산 재료등을 포함할 수 있다. 특정되지 않는다면 "입자들', "분산 사이트들", 그리고 "산란구들"은 체적 확산기들에서 분산 사이트를 참조로 동의어로 사용될 것이다. 일반적으로, 분산 사이트들과 매트릭스 사이의 굴절률 차이가 더 클 때 더 효율적인 분산이 발생할 수 있다. 하나 이상의 타입의 산란구들이 또한 사용될 수 있다. 예를 들면, 높은 굴절률 입자 타입과 낮은 굴절률 입자 타입이 동일한 체적 확산기에서 사용될 수 있다. 입자 로딩은 일반적으로 용도에 의존할 것이다. 예를 들면, 램프 또는 후면광 용도에서 입자 로딩은 바람직하기로는 체적 확산기없이 디스플레이에 비교된 것처럼 관찰자쪽으로 디스플레이로부터 더 많은 광을 결합하기에 충분히 높고, 차단되지 않은 체적 확산기를 통과하는 바람직한 양의 법선과 법선에 가까운 광이 통과하도록 허용하기에 충분히 낮다. 입자 로딩은 체적 확산기의 두께, 디스플레이에서 체적 확산기의 위치, 산란구의 굴절률, 산란구의 치수, 매트릭스의 재료, 디스플레이의 다른 요소, 특별한 디스플레이 용도와 다른 그러한 관심사에 의존할 수 있다.
분산 중심은 체적 확산기를 통하여 분산하는 광으로 바람직한 상호작용을 위하여 그리고 매트릭스를 통한 지급을 위하여 어떠한 적절한 치수일 수 있다. 예시적인 산란구들은 체적 확산기의 두께보다 적어도 다소 더 작고 그리고 분산될 광의 파장 정도이거나 또는 더 크다. 산란구들은 예를 들면 구형, 바늘형, 편평형, 긴 형상들의 어떠한 바람직한 형상일 수 있다. 산란구들은 또한 매트릭스에서 특별한 방향으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 체적 확산기는 필름의 두께 방향으로 정렬된 장 축을 가지고 복수의 신장된 공기 포켓, 또는 원통형 공극과 매트릭스를 포함하는 미공성의 필름일 수 있다. 다른 예로서, 체적 확산기는 확산기의 면에서 축을 따라서 또는 확산기의 두께 방향으로와 같은 특별한 방향을 따라서 공동 선형으로 배치된 복수의 신장된 산란구를 포함할 수 있다. 체적 확산기에 배치된 신장된또는 바늘형의 산란구들은 예를 들면, 수직 방향으로 더 좁은 관찰 각도에 걸쳐 증대된 휘도를 제공하면서 수직 방향으로 넓은 범위의 관찰 각도에 걸쳐 증대된 휘도를 제공하는 동심원상의 관찰 특성을 발생할 수 있다.
특별히 맞추어진 체적 확산기들은 상표명 3M 1472-4로 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩처링 컴퍼니로부터 입수가능한 미공성 폴리프로필렌 필름과 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩처링 컴퍼니에 의하여 팔려진 투명 접착 테이프의 배킹을 위하여 사용된 것과 같은 고온으로 압출된 셀룰로스 아세테이트 필름을 포함하는 미공성 필름; 아크릴, 열가소성, 폴리에틸렌 테라프탈레이트(PET) 광중합체, 광 접착제, TiO2, Sb2O3, Al2O3, ZrSiO4와 같은 백색의 비유기 입자들로 분산된 다른 것, 그리고 1 미크론 이하 내지 10 미크론 이상의 입자 치수와 1% 에서 50%까지의 범위의 바인더에 무게 또는 체적비의 입자들을 가진 다른 그러한 재료들과 같은 적절한 전송 바인더들; 아크릴, 열가소성물, PET, 광중합체, 그리고 폴리스티렌 입자, 폴리테트라풀루오로에틸렌(일반적으로 테프론의 상표명으로 입수가능)의 입자들과 같은 유기 입자로 분산된 다른 것들, 그리고 1 미크론 이하 내지 10 미크론 이상의 입자 치수들과 1%에서 50%까지 범위의 바인더에 입자들의 무게 또는 체적비를 가진 것과 같은 적절한 전송 바인더; 그리고 폴리에틸렌에 분산된 폴리스티렌과 같은 상이 분리된 복합물을 포함한다. 바인더에 분산된 입자들을 포함하는 체적 확산기들은 PET 또는 폴리카르보네이트 필름 또는 다른 적절한 필름위로 용액 코팅 또는 다른 적절한 코팅에 의하여 전형적으로 형성될 수 있다. 체적 확산기의 두께는 약 1 미크론에서50 미크론까지의 범위에 전형적인 두께를 가지며 변화할 수 있다. 입자 치수는 약 1 미크론 이하에서 10 미크론까지의 범위에 있는 전형적인 입자 치수를 가지고 입자 타입과 다른 고려사항에 의존하여 변할 수 있다. 약 1 내지 5 미크론의 범위에 있는 입자 치수들은 바람직하기로는 칼라 분산을 감소시킬 수도 있다.
예시적인 내부 전반사 억제기들은 표면 확산기들을 또한 포함한다. 도4a 및 도4b는 표면 확산기들을 포함하는 방사 디스플레이의 예들을 도시한다. 도4a는 방사 장치(412), 광 전송 기판(414), 표면 확산기(416)를 포함하는 방사 디스플레이(410)를 도시한다. 광 전송 기판(414)은 장치(412)와 표면 확산기(416)사이에 배치된다. 표면 확산기(416)는 바람직하기로는 바람직한 파장의 광에 실질적으로 전송적인 재료로 이루어지고, 기판(414)의 굴절률에 근접하거나 또는 이보다 큰 굴절률을 가진다. 표면 확산기(416)는 관찰자쪽으로 배치된 거친 표면을 가진다.
도4b는 방사 장치(422), 표면 확산 요소(430), 전송 기판(438)을 포함하는 방사 디스플레이(420)를 도시한다. 방사 장치(422)는 도시된 것처럼, 전극(424)(428)사이에 배치된 방사층(426)을 포함할 수 있다. 표면 확산 요소(430)는 두 층들(432)(434)을 포함하기 위하여 도시된다. 층들(432)(434)의 하나는 전형적으로 거칠게 되거나 또는 확산적인 표면(436)을 주는 층이다. 두개의 층(432)(434)의 다른 것은 그 경우가 될 수도 있는 것처럼 기판(438) 또는 장치(422)에 확산층을 적층하기 위하여 사용된 선택적으로 투명 접착제 또는 다른 전송 재료일 수 있다. 접착 기능과는 달리, 접착제층은 요소들 사이에 공기 갭들이 존재하지 않도록 확산층의 거친 표면위로 코팅되는 기능을 할 수 있다. 달리, 비접착층은 예를 들면 접착 기능을 제공할 필요없이 거친 표면을 평탄하게 하기 위하여 사용될 수 있다. 층들(432)(434)은 바람직하기로는 층(436)의 그것보다 더 큰 굴절률을 가진 층(432)으로 다른 굴절률을 가진다. 바람직하기로는, 층(432)은 전극(428)과 층(432)사이에 배치될 수도 있는 전극(428) 또는 다른 층(도시 안됨)과 거의 같거나 또는 더 큰 굴절률을 가진다.
도시된 것처럼, 표면 확산기들은 내부 전반사가 방사 디스플레이의 휘도를 감소시킬 수 있는 경계면에 배치될 수 있다. 표면 확산기들은 높은 각도의 입사광을 산란함에 의하여 관찰자쪽으로 방사 디스플레이로부터 많은 광을 결합할 수 있고, 이에 의하여 내부 전반사를 억제시킨다. 표면 확산기들은 특히 디스플레이와 관찰자 사이에 바로 제공된 때 디스플레이에 광택을 없앤 외관을 또한 제공할 수 있다. 이는 주변의 광 반사에 의하여 야기된 섬광을 감소시킬 수 있고 이에 의하여 디스플레이의 외견 대비를 개선시킬 수 있다. 표면 확산기들은 디스플레이에 이미 포함된 요소들의 표면을 엠보싱하거나 또는 달리 거칠게 함에 의하여 제공될 수 있다. 추가 층들은 또한 특히 확산 표면을 제공하기 위하여 추가될 수 있다. 또한, 체적 확산기와 같은 다른 내부 전반사 억제기들은 확산기 표면으로 추가로 제공될 수 있다.
특별히 맞추어진 표면 확산기들은 광택을 없앤 폴리카로보네이트, PET, 또는 다른 적절한 필름들; 신장된 폴리에틸렌 필름들; 샌드블래스트된 필름들, 엠보스된 셀룰로스 아세테이트 필름과 같은 열적으로 엠보스된 표면 구조된 필름들; 투명하게 비드된 스크린 필름(예를 들면, 투명한 기판상의 투명한 바인더에 부분적으로 파묻힌 서브 밀리미터 치수의 유리 구슬로부터 만들어진 필름들); 투명한 기판상에 형성된 레이저 중합되어 랜덤하게 구조된 확산기; 랜덤하게 레이저 드릴된 필름; 그리고 다른 그러한 랜덤하게 구조되거나 광택이 없거나 또는 엠보싱된 필름을 포함한다. 표면 확산기를 위하여 사용된 어떠한 표면 구조는 원 구조로 필름을 엠보싱하거나 또는 원 구조로 코팅함에 의하여 필름을 형성함에 의하여 역전된 구조를 가지는 또 다른 표면 확산기를 만들기 위하여 또한 사용될 수 있다.
예시적인 내부 전반사 억제기들은 또한 미세구조화 표면을 포함할 수 있다. 일반적으로, 미세구조물은 수 미크론 또는 수십 미크론으로 측정된 치수를 가지는 표면에 오목부 및/또는 돌출부를 종종 반복하여 의도된 것처럼 기술될 수 있다. 미세구조화 요소들은 광의 분배와 방향을 유지하거나 변경하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 분광 필름들은 법선의 입사각 또는 작은 관찰각에서 관찰될 때 디스플레이의 외견 휘도를 증가시키기 위하여 광이 전송되는 각도의 콘을 억제하는 액정 디스플레이에서 사용되어 왔다.
도5a는 기판(514)위에 배치된 방사 장치(512)와 기판(514)의 관찰자측에 배치된 미세구조화 필름(516)을 포함하는 방사 디스플레이(510)를 도시한다. 미세구조화 필름(516)은 내부 전반사 억제기로서 작용할 수 있다. 미세구조화 필름(516)은 바람직하기로는 기판(514)의 굴절률과 거의 같거나 또는 더 큰 굴절률을 가진다.
도5b는 방사 장치(522)와 투명 기판(538)사이에 배치된 미세구조화요소(530)를 포함하는 방사 디스플레이(520)를 도시한다. 방사 장치(522)는 관찰자쪽으로 미세구조화 요소(530)와 투명 기판(538)을 통하여 광을 방사할 수 있다. 방사 장치(522)는 전극(524)(528)사이에 끼워진 방사층(526)을 포함하도록 도시된다. 미세구조화 요소(530)는 이들 사이의 미세구조화 경계면(536)를 가진 두 층(532)(534)을 포함하도록 도시된다. 전형적으로, 층들(532)(534)의 하나는 미세구조화 필름이고, 다른 층은 미세구조화 필름의 미세구조화 표면에 채우기 위하여 사용된 접착제 또는 다른 재료이다. 이 방법으로, 미세구조화 요소(530)는 예를 들면, 기판과 방사 장치와 같은 디스플레이에 있는 다른 요소들 사이에 접착될 수 있거나, 적층될 수 있거나 달리 배치될 수 있는 두 평면을 가진다. 이는 묻혀진 미세구조로서 고려될 수 있는 것을 만든다. 층들(532)(534)은 다른 굴절률, 바람직하기로는 층(532)보다 더 큰 굴절률을 가지는 층(534)을 가진다. 또한, 층(532)은 바람직하기로는 전극(528)과 층(532) 사이에 배치될 수도 있는 전극(528) 또는 다른 층(도시 안됨)과 거의 같거나 또는 더 큰 굴절률을 가진다. 미세구조화 요소(530)는 전극(528)과 투명 기판(538)사이의 경계면에서 그렇지 않으면 내부 전반사될 광을 위한 내부 전반사 억제기로서 기능할 수 있다.
방사 디스플레이를 위하여, 미세구조화 요소들은 관찰자에게 도달하기 전에 결과적으로 직면한 경계면에서 내부 전반사를 위한 임계각을 덜 초과할 각도로 광을 다시 유도하고 및/또는 내부 전반사를 억제시키는 다른 요소들(체적 확산기와 같은)과 조합하여 또는 홀로 사용될 수 있다.
특히 맞추어진 미세구조물은 렌티큐러(lenticular) 렌즈 시팅; 마이크로렌즈렛 어레이; 비드된 또는 입방체-모서리의 역반사 시팅; 상표명 휘도 증대 필름으로 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄링에 의하여 팔린 것과 같은 분광과 다른 광 증대 필름; 회절 회절격자; 그리고 다른 적절한 미세구조화 필름을 포함한다. 미세구조물은 또한 역전된 미세구조물을 가지는 다른 미세구조화 필름을 형성하는 주형으로서 사용될 수 있다.
미세구조화 필름들은 전형적으로 관찰자에 직면하며 필름의 반대면이 매끄러운채 방사 디스플레이의 전면에 필름의 미세구조화 표면이 적층되거나 달리 배치될 수 있다. 미세구조화 필름들은 관찰자로부터 멀리 대면되는 미세구조물로 또한 배치될 수 있다. 미세구조물은 또한 미세구조화 필름의 미세구조물이 중간에 미세구조화 경계면을 가지는 양측에 매끄러운 필름 형상 구조물을 형성하기 위하여 다른 재료로 코팅되는 묻힌 구조에 제공될 수 있다.
미세구조물은 홀로 또는 다른 내부 전반사 억제기와 함께 사용될 수 있다. 예를 들면, 방사 장치(들)와 투명 기판사이에 배치된 체적 확산기를 방사 디스플레이에 포함시키고, 기판의 반대측의 미세구조화 필름에 포함시키는 것이 바람직할 수도 있다. 달리, 미세구조화 표면을 포함하는 단일 요소 내로 내부 전반사 억제기 요소들을 조합하는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들면, 전송 매트릭스에서 체적 확산기 입자의 분산은 미세구조화 표면 위로 코팅되거나, 건조되거나 또는 달리 경화될 수 있고, 그후 미세구조화되고 체적 확산적인 필름을 만들기 위하여 미세구조화 표면으로부터 제거될 수 있다. 달리, 체적 확산기 확산은 다른 디스플레이 요소들에 접착을 위하여 묻힌 미세구조물, 확산 입자들과 평면을 가지는 요소를만드는 전송 미세구조화 필름의 미세구조화 표면에 채우기 위하여 사용될 수 있다.
내부 전반사 억제기는 예를 들면, 방사 디스플레이로부터 많은 광을 결합하는 이외에 바람직한 관찰각들에 광을 안내하기 위하여 또한 사용될 수 있다. 예를 들면, 분광의 미세구조물은 관찰자가 디스플레이를 더 관찰하는 경향이 있는 법선 주위의 각도의 더 좁은 콘내로 넓은 각의 광을 다시 유도하기 위하여 사용될 수 있다. 이는 내부 전반사를 억제시킴에 의하여 얻어진 휘도 이외에 휘도에서의 명백한 증가를 야기한다. 또한, 미세구조물, 회절격자등은 바람직한 법선에서 벗어난 관찰 각도로 광을 안내하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 개인 디지털 보조기, 셀룰러 폰 디스플레이등과 같은 손으로 쥐는 장치들은 디스플레이의 자연스러운 경사로 인해 법선에서 벗어난 각도에서 자주 보아진다. 바람직한 법선에서 벗어난 보는 축 주위로 그리고 그 축쪽으로 광을 다시 유도하는 구조는 디스플레이의 휘도를 더 증가시키기 위하여 사용될 수 있다. 또 다른 용도에서, 내부 전반사 억제기의 구조물은 또 다른 방향으로 이용가능한 관찰 각도를 제한하지 않으면서 한 방향으로 이용가능한 관찰 각도를 제한하기 위하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 텔레비젼 또는 데스크 탑 컴퓨터 모니터등과 같은 영구적으로 장착된 디스플레이들은 동일한 수직 위치 주위에서 전형적으로 시청되는 동안에 다양한 수평위치로 부터 자주 시청된다. 구조물은 예를 들면, 좌로부터 우로 광범위한 관찰각의 범위를 여전히 제공하면서 천정과 바닥쪽으로 그렇지 않으면 안내될 법선쪽으로 광을 다시 유도하기 위하여 사용될 수 있다.
체적 확산기, 표면 확산기, 미세구조물 이외에, 반반사 코팅은 내부 전반사억제기로서 또한 사용될 수 있다. 반반사 코팅은 하나의 층에서 반사된 특별한 파장의 광은 홀수로된 다수의 1/2 파장의 광 통로 길이차로 인해 하나 이상의 인접한 또는 연속적인 층들에서 떨어져 반사된 광으로 파괴적으로 간섭되도록 설계된 다층 코팅을 포함한다. 내부 전반사가 발생할 수 있는 경계면에서 반반사 코팅을 사용함에 의하여 많은 전체적으로 내부 반사광은 파괴적인 간섭으로 인해 취소될 수 있고, 이에 의하여 디스플레이의 휘도를 증가시킨다. 본 발명은 반사가 바람직하지 않은 방사 디스플레이에서 어떠한 적절한 경계면에서 반반사 코팅을 사용하는 것을 고려한다. 반반사 코팅의 포함은 다른 내부 전반사 억제기와 광학 요소 대신에, 추가로 또는 조합될 수 있다. 예시적인 반반사 코팅은 보에마이트(알루미늄 트리히드레이트) 코팅과 같은 넓은 밴드의 반반사 코팅을 포함한다.
본 발명은 전술한 어떠한 하나 이상의 명명된 요소(예를 들면 체적 확산기, 표면 확산기, 미세구조물, 반반사 코팅들)에 의하여 그러한 요소들이 일반적으로 분류될 수 있거나 또는 분류되는지 여부에 관계없이 휘도를 증가시키기 위하여 방사 디스플레이에서 내부 전반사를 억제시키기 위하여 어떠한 적절한 요소의 사용을 고려한다.
휘도 증대를 위하여 사용된 내부 전반사 억제기의 타입과 그것이 사용된 구성은 일반적으로 목적 용도에 의존한다. 하나의 고려는 방사 장치가 패널, 디스플레이 또는 관찰될 다른 물체(예를 들면, 방사 장치는 액정 디스플레이를 위한 후면광으로서 사용된다)를 조사하기 위하여 사용되는 것 또는 방사 장치가 직접 관찰 디스플레이(예를 들면, 방사 장치 자체가 정보 디스플레이 장치이고, 정보 디스플레이를 위한 단지 조명원은 아니다)로서 사용되는지 여부이다. 후면광과 다른 조명 용도와 같은 몇 개의 용도를 위하여 내부 전반사 억제기의 목적은 내부 전반사로 인해 잃어버리거나 또는 그렇지 않으면 트랩될 가능한 한 많은 광을 장치로 부터 결합하려는 것이다. 이들 용도를 위하여 체적 확산기는 예시적인 선택일 수 있다.
관찰자쪽으로 체적 확산기를 통하여 전파하는 광은 관찰자쪽으로 차단되지 않고 통과할 수 있고, 관찰자쪽으로 장치로부터 산란되고 결합될 수 있고, 임계각이상의 각도에서 차단받지 않고 통과할 수 있고, 체적 확산기내에 전체적으로 내부로 반사될 수 있고, 그리고 체적 확산기내에 전체적으로 내부로 반사될 수 있고, 임계각 이상의 각도에서 산란될 수 있다. 체적 확산기 내에서 전체적으로 내부로 반사된 광은 다른 산란 사이트에 직면할 기회를 가지고 관찰자쪽으로 장치로부터 결합될 수 있다. 달리 표현하면, 제1의 산란시에 또는 체적 확산기를 통하여 제1의 통과시에 장치로부터 즉시 벗어나지 않은 광은 분산시에 그리고 확산기를 통하여 그후 통과중에 관찰자쪽으로 장치로부터 결합할 수 있다. 체적 확산기에서 그러한 광 재생은 방사 장치의 휘도를 크게 증가시킬 수 있다. 그러한 광 재생은 체적 확산기에서 횡방향의 광 전파에 재생 현상이 의존하므로 방사 장치가 예를 들면 직접 광 픽시레이트된 디스플레이라면 방사 장치의 해상도에 역으로 또한 영향을 미칠 수 있고, 이는 또한 픽셀이 함께 충분히 근접하게 배치된다면 픽셀들 사이의 누설로 이어질 수 있다. 아래에 더 상세하게 기술하는 것처럼, 다른 요소들은 직접 관찰 방사 디스플레이를 위하여 휘도 증대 요소로서 체적 확산기를 사용할 때대비와 해상도를 유지하는 것을 돕는 것을 포함할 수 있다.
직접 관찰 디스플레이와 같은 몇개의 용도를 위하여 이웃하는 픽셀들 사이의 대비와 픽셀 해상도는 바람직하기로는 유지되고 또는 심지어 증대된다. 이에 따라 내부 전반사 억제기들은 해상도와 대비에 최소의 비용으로 휘도를 증가시키기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 내부 전반사 억제기들은 내부 전반사 억제기를 통하여 제1의 통과시에 관찰자쪽으로 장치로부터 높은 각도의 입사광을 결합하기 위하여 사용될 수 있으나 제1의 패스에서 관찰자쪽으로 디스플레이로부터 안내되지 않은 광을 상당한 양으로 재생하지 못한다. 표면 확산기들은 픽셀들 사이의 광의 누설을 유도할 수 있는 표면 확산기내의 내부 전반사를 거친 외면으로 인해 억제하면서 장치로부터 제1의 통과광을 결합하기 위한 적절한 선택일 수 있고, 이에 따라 해상도는 감소된다. 미세구조물은 또한 이들이 관찰자쪽으로 장치로부터 제1의 통과광을 다시 유도하기 위하여 사용될 수 있기 때문에 적절한 선택이 될 수 있다. 이외에, 대비 유지 미세구조물등을 가진 체적 확산기, 미세구조화 요소에 의하여 이어진 확산기 표면, 표면 확산기를 가진 체적 확산기와 같은 요소들의 조합은 또한 대비를 유지하거나 또는 증대하며 그리고 해상도를 유지하면서 바람직한 양의 휘도 증대를 얻기 위하여 사용될 수 있다.
해상도를 유지할 수 있는 내부 전반사 억제기의 또 다른 예는 도6에 도시된다. 요소(610)는 흡수 구역(614)에 의하여 분리된 전송/확산 구역(612)을 포함한다. 흡수 구역(614)은 예를 들면, 검은 재료 또는 다른 광 흡수 재료로 이루어진 마이크로 루버를 포함할 수 있다. 전송/확산 구역(612)은 전술한 것처럼 체적 확산기를 형성하기에 적합한 재료(들)로 이루어질 수 있다. 전송 구역들을 분리하는 마이크로 루버와 같은 흡수 구역을 포함하는 요소들은 미국 특허 제4,621,898호; 제4,766,023호; 제5,147,716호, 제5,204,160호; 그리고 제5,254,388호에 기술된 것과 같은 다양한 기술에 의하여 제조될 수 있다. 흡수 구역(614)은 요소(610)내에서 내부로 반사되는 광을 흡수하거나 차단하기 위하여 사용될 수 있다. 이는 요소(610)를 통하여 몇몇의 광이 긴 거리에 걸쳐 횡방향으로(예를 들면, 또 다른 픽셀 구역으로) 전파하는 것을 방지할 수 있다. 몇개의 내부로 반사된 광이 다른 픽셀 구역으로 이동하는 것을 방지함에 의하여 픽셀 누설은 감소될 수 있다. 이는 해상도를 유지하는 것을 돕는다. 그러나, 흡수 구역(614)에 의하여 흡수된 내부 반사광이 휘도 증대에 기여하지 않는다는 점에서 교환 거래가 될 수 있다. 그러나, 이 광을 흡수하는 것은 해상도와 대비의 유지의 결과를 가져올 수 있다.
달리, 루버된 구조물은 광흡수 구역을 포함할 필요없이 형성될 수 있으나, 광이 관찰자쪽으로 반사될 수 있도록 반사 경계면을 제시하는 루버를 특별히 포함하고, 이에 의하여 실질적인 양으로 광을 흡수하지 않으면서 픽셀 누설을 방해한다.
픽셀사이의 누설을 감소하는 것을 돕기 위하여 흡수 요소(614) 사이의 공간은 바람직하기로는 픽셀들 사이의 거리 정도 또는 더 작은 것이다. 예를 들면, 흡수 요소(614) 사이의 간격은 픽셀들 사이의 간격과 동일할 수 있고, 그리고 요소(610)는 기판과 픽셀 내로 패턴된 방사 장치 사이에 배치될 수 있고, 이에 따라 각 픽셀은 전송/확산 구역(612)을 통하여 직접 방사된다. 달리, 흡수요소(614) 사이의 간격은 픽셀 간격보다 훨씬 더 작게 만들어질 수 있고 이에 따라 픽셀과 요소(610)사이의 정렬은 덜 중요하다.
본 발명의 내부 전반사 억제기는 방사 장치에 기능성을 제공하는 특성을 선택적으로 구비할 수 있다. 예를 들면, 염료 또는 안료와 같은 착색제는 방사광이 바람직한 칼라 좌표를 나타내지 않는 것과 같은 상황에서 바람직한 착색을 제공하는 체적 확산기 내부 전반사 억제기의 바인더에 분산될 수 있다. 착색제는 또한 다른 타입의 내부 전반사 억제기에 배치될 수 있다. 내부 전반사 억제기에 일체적으로 제공되는 것이 바람직할 수도 있는 다른 기능성은 편광, 광 재생, 대비 증대등을 포함한다.
본 발명의 내부 전반사 억제기는 디스플레이의 전체 폭의 거리를 재는 전체 요소로서 제공될 수 있고, 디스플레이의 일부분을 커버하기 위하여 제공될 수 있고, 또는 선택된 방법으로 디스플레이의 선택된 부분을 커버하기 위하여 패턴될 수 있다. 예를 들면, 방사 장치의 픽시레이트된 어레이를 포함하는 디스플레이에서, 체적 확산기는 단일의 체적 확산기가 단일의 광 방사기 또는 광 방사기 군과 연결되도록 패턴될 수 있다. 이는 예를 들면, 특별한 파장에서 더 잘 수행하는 산란기를 선택하는 각 타입의 광 방사기를 위하여 다른 타입의 체적 확산기를 선택할 수 있는 이점을 가질 수도 있다. 내부 전반사 억제기를 패턴화하는 또 다른 이점은 픽시레이트된 디스플레이에서 해상도를 유지할 능력일 수 있다. 예를 들면, 특별한 픽셀 또는 서브 픽셀을 가진 각각의 체적 확산기와 연결되고 별개의 체적 확산기를 패턴함에 의하여 체적 확산기내의 내부 반사와 산란으로 인한 픽셀 누설이 감소될 수도 있다. 패턴화된 체적 확산기와 픽셀을 분리하는 검은 매트릭스를 제공하는 것은 대비를 증대하는 중에 픽셀 누설을 감소하는 것을 또한 도울 수도 있다. 내부 전반사 억제기는 여러 사진 석판법, 인쇄법, 선택 전송법을 포함하는 어떠한 적절한 방법에 의하여 패턴될 수 있다. 예를 들면, 체적 확산기, 미세구조물등은 도너 시트의 선택적인 레이저 유도 가열에 의하여 도너 시트로부터 디스플레이 기판으로 바인더에 있는 선택적으로 열적으로 전송하는 입자에 의하여 패턴될 수도 있다. 또한 디스플레이 기판상의 내부 전반사 억제기와 방사 장치를 동시에 패턴하는 것은 바람직할 수도 있다. 방사 장치, 바인더에서 입자들과 미세구조물의 선택적인 열 질량 전도는 미국 특허 제6,114,088호; 제5,976,698호; 그리고 제5,685,939호와 공동 양도된 특허출원 제09/451,984호에 기술된다.
실시예들
다음 실시예들은 본 발명의 여러 태양들을 예시하는 것을 의미하며, 후술하는 청구의 범위를 제한하는 것을 의미하지 않는다.
이들 실시예에서, 휘도 증대는 게인의 면에서 양이 표시된다. 게인은 기준선 측정에 비해 주어진 관찰각에서 광 강도를 비교하는 치수가 없는 측정이다. 예를 들면, 방사 장치의 휘도는 기준선을 특정하는 관찰각의 함수로서 측정될 수 있다. 그후, 내부 전반사 억제기는 장치에 더해질 수 있고, 휘도는 관찰각의 함수로서 다시 측정될 수 있다. 주어진 관찰각에서 장치만의 휘도 대 내부 전반사 억제기를 갖춘 장치의 휘도의 비는 그 관찰각에서 게인이다. 예를 들면, 법선의 입사에서 1.5의 게인은 기준선 측정과 비교할 때 0°의 관찰각에서 휘도에서 50% 증가를 나타낸다. 예를 들면, 80°에서 0.7의 게인은 기준선 측정과 비교할 때 80°관찰각에서 휘도에서 30% 감소를 나타낸다.
여러 내부 전반사 억제기는 방사 장치에서 다른 내부 전반사 억제기에 그 상대적인 게인을 비교하기 위하여 테스트되었다. 여러 내부 전반사 억제기의 성능을 테스트하기 위하여 사용된 방사 장치는 자외선(uv) 광원의 상부에 배치된 플루로센트 염색된 폴리 염화비닐(PVC)필름과 자외선 광원을 포함한다. PVC 필름의 굴절률은 1.524이었고 두께는 약 0.25mm이었다. 자외선 광원은 교대로 가시광을 방사하는 염료를 여자하는 염색된 PVC 필름으로 자외선 광자를 방사한다. PET 필름들(약 0.07mm 두께와 1.65의 굴절률)은 기판으로서 사용되었다. 기판들은 염색된 PVC 필름의 상부에 배치되었고, 구성으로 부터 방사된 광의 강도는 관찰각의 함수로서 측정되었다. 이 측정은 만들어진 모든 게인 측정을 위한 기준선으로서 기능한다. 장치의 다른 구성에서 여러 내부 전반사 억제기를 테스트하기 위하여, PET 기판과 염색된 PVC 필름사이이거나, PET 기판상이거나, 또는 이들 둘다에 배치될 수 있다. 테스트 구성은 기판을 통하여 광을 방사하는 람베르트의 방사 장치, 예를 들면 OLED와 같은 전자발광 램프를 시뮬레이트하려는 것이다. 다른 타입의 내부 전반사 억제기를 사용하는 결과는 이하의 예들에 보고된다.
실시예1: 체적 확산기
이 실시예에서, 염색된 PVC 필름과 PET 기판사이의 적층된 체적 확산기와 연결된 게인은 산란구 로딩의 함수로서 측정되었다. 체적 확산기들은 #20 메이어 바를 사용하는 PET 기판위로 혼합물을 코팅하고 그리고 혼합물을 만드는 열가소성 PET 재료(굴절률=1.56)에서 여러가지 양의 Sb2O3입자(굴절률=2.1, 평균 직경=3 미크론)를 분산함에 의하여 만들어졌다. 코팅은 그후 PET 기판에 접착된 체적 확산기로 구성된 구성을 형성하기 위하여 건조되었다. 체적 확산기는 각각 약 4 미크론의 두께를 가졌다. 각 구성을 위하여 체적 확산기측은 약 300°F에서 염색된 PVC 필름에 열적으로 적층되었다. 결과로된 샘플들은 다음 순서로 즉, 염색된 PVC 필름, 4 미크론 두께의 체적 확산기, 그리고 PET 기판을 가졌다. 각 샘플은 자외선 광원 위에 배치되었고, 게인은 각의 함수로서 측정되었다. 표1은 각 샘플을 위한 법선 입사에서의 게인을 보고한다. 샘플들은 체적 확산기에서 Sb2O3입자들의 중량%에 의하여 나타내어진다.
산란구 로딩의 함수로서의 게인
Sb2O3의 중량% 0°에서 게인
0 1
2.5 1.58
5 1.78
10 2.05
20 2.39
40 2.70
50 2.72
표1은 체적 확산기에서 더 높은 입자 로딩들은 많은 광이 장치로부터 결합되게 하는 것을 가리킨다. 각각의 샘플을 위하여 최대 게인은 0℃ 관찰각에서 있었고, 그리고 게인은 관찰각이 증가함에 따라 느리게 감소된다. 최상의 입자 로딩 샘플에서(40 중량%와 그 이상), 게인은 70°이상의 관찰각에서 1이하로 떨어졌다.
이들 결과 이외에 동일한 구성은 체적 확산기에서 입자를 위한 50% 로딩 단계에서 체적 확산기 두께의 일 함수로서 게인을 테스트하기 위하여 사용되었다. 이들 결과들은 법선 입사에서 1이상의 게인이 유지되더라도 게인이 더 높은 체적 확산기 두께를 위하여 결과적으로 강하되는 것을 나타낸다. 이는 높은 입자 로딩을 가지는 체적 확산기의 두께를 증가시키는 것은 더 높은 입자 로딩으로부터의 게인에서 좀 더 개선을 방해하려는 것임을 가리킨다.
실시예2: 체적 확산기
이 실시예에서, 게인은 체적 확산기와 염색된 PVC 필름사이에 배치된 적층 접착제의 굴절률의 함수로서 체적 확산기 내부 전반사 억제기를 위하여 측정되었다. 체적 확산기들은 열가소성 PET(PET에 대한 40중량%의 입자들)에 Sb2O3입자들을 분산하고 그후에 PET 기판위로 혼합물을 코팅함에 의하여 만들어졌다. 체적 확산기는 약 4 미크론의 두께를 가졌다. 체적 확산기는 여러 접착제를 사용하여 염색된 PVC 필름으로 그후에 적층되었다. 접착제의 타입, 접착제의 굴절률, 각 샘플을 위한 측정된 게인은 표2에 기록되었다.
접착제 굴절률을 적층하는 함수로서 게인
접착제 굴절률 게인
낮은 굴절률 압력 접착제 1.4751 2.57
높은 굴절률 압력 접착제 1.5447 3.02
PET 열가소성 1.5567 2.76
표2는 접착제의 굴절률이 염색된 PVC 필름의 굴절률에 더 근접할수록 관찰된 게인은 더 높음을 가리킨다(염색된 PVC 필름의 굴절률=1.524). 이는 광 방사기와체적 확산기사이의 더 좋은 광 결합이 증대된 휘도를 야기할 수 있음을 가리킨다.
실시예3: 체적 확산기
이 실시예에서, 게인은 체적 확산기와 유리 기판 사이에 배치된 적층 접착제의 굴절률의 함수로서 체적 확산기 내부 전반사 억제기를 위하여 측정되었다. 동일한 체적 확산기는 실시예2에서 기술된 것처럼 만들어졌다(즉, 열가소성 PET에 분산되고 PET 기판위에 코팅된 입자들). 체적 확산기의 코팅된 면은 표3에 기록된 여러 접착제를 사용하여 1mm 두께의 유리 기판에 적층되었다. 염색된 PVC 필름은 상표명 3M 적층 접착제8141(굴절률=1.475)로 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄링으로 부터 상업적으로 입수가능한 광학적으로 투명한 접착제를 사용하여 유리 기판의 다른 측면에 적층되었다. 각 구성을 위한 게인은 표3에 기록되었다.
적층하는 접착제 굴절률의 함수로서 게인
접착제 굴절률 Δn(유리와 접착제) 게인
없음(유리 없음) 1.5115 - 1
접착제1 1.4751 0.0364 2.71
접착제2 1.5039 0.0076 2.91
접착제3 1.5216 0.0101 2.79
접착제4 1.5447 0.0332 2.69
표3은 중요한 게인들이 각 경우에 관찰되지만 접착제와 유리 기판 사이의 굴절률에서의 차이가 더 작게 된 때 더 큰 게인들이 얻어졌다는 것을 가리킨다.
실시예4: 표면과 체적 확산기로서 셀룰로스 아세테이트 필름
30 미크론 두께의 셀룰로스 아세테이트 필름(굴절률=1.49)은 약 1 내지 2 미크론 두께를 가진 약간 긴 광택없는 패턴으로 엠보싱되었다. 이는 실질적으로 상표명 3M 매직 테이프로 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄링 컴퍼니에 의하여 팔린 접착제 테이프의 배킹에 사용된 것과 동일한 기판과 패턴이었다. 셀룰로스 아세테이트 필름의 엠보싱된 필름은 3M 적층 접착제 8141을 사용하여 염색된 PVC 필름에 적층되었다. 이 구성은 1.681의 법선 입사에서 게인을 나타내었다. 엠보싱에 의하여 제공된 표면 조도이외에 셀룰로스 아세테이트 필름은 그 체적에서 서브 미크론 치수의 공극을 포함한다. 공극들은 엠보싱 공정중에 실제로 만들어졌다.
실시예5: 표면 확산기들
이 실시예에서, 게인은 여러 표면 확산기들중에서 측정되었고 비교되었다. 각 경우에, 기술된 확산된 표면은 3M 적층 접착제 8141을 사용하여 염색된 PVC 필름에 적층되었다.
확산 표면(5A)은 1.65의 굴절률을 가진 0.07mm 두께 위의 복수의 돔형 돌출부로 구성된다. 표면(5A)은 역전된 돔 구조를 가졌던 몰드위로 PET를 캐스팅함에 의하여 만들어졌다. 몰드는 비드가 30 미크론에서 90 미크론까지의 직경의 범위를 가지고 60 미크론의 평균 직경을 가진 비드된 돌기 스크린에서 복제함에 의하여 만들어졌다.
확산 표면(5B)은 확산 표면(5A)과 동일하였으나 역전된 구조를 가졌다(즉, 복수의 상형태의 오목부).
확산 표면(5C)은 9:1비(신장된 방향대 비신장된 방향)로 10% / 90% 폴리에틸렌/폴리프로필렌 필름(두께=0.07mm, 굴절률=1.49)을 신장함에 의하여 만들어졌다. 필름을 신장하는 것은 표면을 거칠게 한다.
확산 표면(5D)은 제품 코드(8B35)로 제네랄 일렉트릭사로부터 상업적으로 입수가능한 0.15mm 두께의 광택이 없는 폴리카르보네이트 필름이었다.
확산 표면(5E)은 실시예4에 기술된 엠보싱된 셀룰로스 아세테이트 필름이었다.
확산 표면(5F)은 랜덤하게 배치되고 밀접하게 포장된 보에마이트(알루미늄 트리히드레이트) 미세구조물로 구성된다. 이는 0.03mm 두께의 PET 기판상의 600 옹그스트롱 두께의 알루미늄 코팅의 뜨거운 수증기 흐름에 의하여 만들어졌다. 확산 표면(5F)은 약 0.1 미크론의 두께와 1.58의 굴절률을 가졌다.
표4는 각 샘플들의 법선 입사에서 게인을 보고한다.
여러 표면 확산기 내부 전반사 억제기를 위한 게인
확산 표면 게인
5A 1.123
5B 1.405
5C 1.025
5D 1.030
5E 1.406
5F 1.067
표4는 표면 확산기들이 방사 장치의 휘도를 증대하기 위하여 사용될 수 있음을 가리킨다. 표1에 기록된 것과 표4에 기록된 게인을 비교함에 의하여 볼 수 있는 것처럼, 체적 확산기들은 표면 확산기보다 방사 장치로부터의 광을 결합하는데 더 효율적일 수 있다. 이는 관찰자쪽으로 앞으로 산란될 광을 위한 다수의 기회를 허용하는 체적 확산기의 성질로 인한 경향이다. 또한 표면 확산기를 위한 관찰각의 함수로서 증가된 게인이 이 실시예5에 기록된 것을 또한 주목하여야 한다. 이는 더 높은 관찰각을 위하여 게인에서 감소를 나타내는 경향이 있는 체적 확산기의 행동과 대조될 수 있다. 이는 상대적으로 높은 게인들이 내부 전반사 억제기로서 표면 확산기와 체적 확산기를 조합하는 방사 디스플레이에서 광범위한 관찰각에 걸쳐 얻어질 수도 있음을 제시한다.
실시예6: 미세구조물
이 실시예에서 게인은 여러 미세구조화 샘플중에서 측정되었고 비교되었다. 각 경우에, 기술된 미세구조화 샘플은 3M 적층 접착제 8141을 사용하여 염색된 PVC 필름(염색된 PVC 필름쪽으로 배치된 미세구조물을 갖는)에 적층되었다.
미세구조물(6A)은 주 표면위의 약 0.026 미크론의 높이로 올려지고 그리고 약 0.8 미크론 떨어져서 배치된 복수의 평행한 리지를 가지는 사인형상의 표면 회절격자이었다. 회절격자는 0.07mm 두께의 PET 필름상에서 열가소성 PET의 5미크론 두께의 코팅을 열 엠보싱함에 의하여 형성되었다.
미세구조물(6B)은 고온 용융 사출된 0.10mm두께의 폴리카르보네이트 필름(굴절률=1.58)으로 성형된 마이크로렌즈의 어레이였다.
미세구조물(6C)은 광중합 캐스팅에 의하여 PET 필름으로 성형된 렌티큐라 어레이였다. 렌티큐라 시트로된 원통형상의 렌즈들은 78 미크론의 공간 주파수, 23미크론의 타원형의 렌즈 높이, 단축에 대한 장축의 1.35의 종횡비를 가졌다. 광중합은 경화후에 1.57의 굴절률을 가졌다.
마이크로렌즈 어레이(6B)는 렌티큐라 어레이(5C)가 원통형 렌즈들로 구성되는 반면에 렌즈 어레이(6B)는 2차원의 렌즈 어레이인 것을 제외하고는미세구조물(6C)과 실질적으로 동일한 공간 주파수, 렌즈 높이, 종횡비를 가졌다.
표5는 이들 샘플들의 각각을 위하여 법선 입사에서의 게인을 보고한다.
여러 미세구조화 내부 전반사 억제기를 위한 게인
미세구조물 게인
6A 1.309
6B 1.048
6C 1.090
실시예5에 기술된 표면 확산기에서처럼, 미세구조화 표면들은 더 높은 관찰각도에서 더 높은 게인을 나타내었다. 미세구조물(6A)의 표면 회절격자은 약 25°와 60°사이의 관찰각을 위하여 그 최고의 게인에서 나타내어진다.
실시예7: 미세구조물
이 실시예에서, 게인은 여러 미세구조화 분광의 필름을 위하여 관찰 배치와 관찰각의 함수로서 측정되었다. 미세구조화 필름들은 50 미크론 떨어져서 배치된 복수의 평행한 V형상의 그루브로 구성된다. 그루브들은 66°의 정점각을 가진 정점들 또는 프리즘을 한정한다. 미세구조물은 PET 필름위로 광중합체를 캐스팅함에 의하여 제조되었다.(굴절률=1.57) 제1의 것은 0 미크론 "플랫"("플랫"은 미세구조물사이의 플랫 밸리부의 폭이다)을 가지고, 제2의 것은 5 미크론 플랫을 가지고, 제3의 것은 10 미크론의 플랫을 가지는 세 개의 다른 미세구조화 필름들이 만들어졌다. 미세구조화 필름들은 폴리비닐아세테이트(PVAc, 굴절률=1.466)을 가진 것으로 채워지고(그 미세구조물의 측면), 이는 매끄러운 표면을 만들기 위하여 편평하게 되었다. PVAc 표면은 그후 3M 적층 접착제 8141을 사용하여 염색된 PVC 필름에적층되었다. 게인은 그후 관찰각의 범위에 걸쳐 측정되었고, 법선 입사에서 그리고 20°관찰각에서 아래의 표6에 보고되었다. 법선에서 벗어난 각도에서 게인은 그루브 방향(H)에 평행하고 그루브 방향(V)에 수직하게 측정된 관찰각을 가진 두 배치에서 측정되었다. 20°관찰각은 그것이 V방향으로 최대 게인을 나타내기 때문에 아래에 보고되었다.
분광 필름 내부 전반사 억제기를 위한 관찰각과 배치의 함수로서의 게인
랜드(미크론들) 0°에서 게인 20°에서 게인(배치)
0 1.22 H 1.29V 2.79
5 1.13 H 1.20V 2.74
10 1.10 H 1.15V 2.62
표6은 휘도 증대가 각 의존성을 가질 수 있음을 가리킨다. 몇개의 용도를 위하여 특별한 배치에서 그리고 법선에서 벗어나 관찰각에서 우선적으로 게인을 증가시키는 것은 바람직할 수 있다. 예를 들면, 손으로 쥐는 장치들은 관찰자가 약간 경사진 관찰각에서 디스플레이를 관찰하도록 자주 약간 뒤로 경사진다.
실시예8: 미세구조물을 가진 체적 확산기의 조합
다음 실시예는 다른 입자 로딩 및/또는 다른 두께를 가지는 체적 확산기를 포함하는 여러가지 구조물의 게인을 비교한다. 추가로, 각 구조물의 게인은 추가된 분광 필름을 가진 것 그리고 가지지 않은 것과 비교된다.
Sb2O3의 입자들은 여러가지 입자 로딩에서 상표명 Carboset 525(1.48의 굴절률)로 비에프 굿리치 컴퍼니로부터 상업적으로 입수 가능한 아크릴로 분산되었다. 여러 로딩의 중량%는 표7에 나타낸 것이었다. 혼합물들은 PET 기판위로 코팅되고 체적 확산기를 형성하기 위하여 건조되었다. 표7에 지적된 것을 제외하고 체적 확산기 코팅의 두께는 약 4 미크론이었다. 체적 확산기는 3M 적층 접착제 8141을 사용하여 염색된 PVC 필름쪽으로 배치된 체적 확산기측을 가진 채 그후 염색된 PVC 필름에 적층되었다.
각 경우에, 게인은 분광 필름을 가지고 그리고 가지지 않고 측정되었다. 분광 필름이 사용된 때 분광 필름은 분광 필름과 적층물 사이에 공기 갭을 가지고 적층물로부터 프리즘이 떨어져서 배치된 채 적층물의 상부에 배치되었다. 사용된 분광 필름은 상표명 BEF Ⅲ으로 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄링 컴퍼니로부터 상업적으로 입수가능한 광학 필름이었다. 이는 1.57의 굴절률을 가지는 광중합체로 만들어지고, 50 미크론의 평균 프리즘 피치와 90°의 프리즘 각도를 가지는 평행한 프리즘을 형성하는 복수의 평행한 V 형상의 그루브를 가졌다.
입자 로딩, 체적 확산기 두께, 그리고 분광 필름의 존재의 함수로서 게인
Sb2O3의 중량% 게인 BEF Ⅲ를 가진 게인
2.5 1.60 1.93
5 1.77 2.15
10 1.97 2.37
20 2.23 2.66
30 2.32 2.73
40 2.38 2.81
50 2.40 2.84
50(9 미크론 두께) 2.36 2.84
50(13 미크론 두께) 2.02 2.53
표7은 게인이 체적 확산기에서 입자 로딩을 증가함에 의하여 증가할 수 있음을 가리킨다. 표7은 방사 장치와 기판사이의 체적 확산기 내부 전반사 억제기를 포함하고 그리고 추가적으로 기판의 대향 측면상의 분광 필름을 포함하는 것은 또한 체적 확산기만을 비교함에 따라 게인을 증가시킬 수 있음이 또한 지적된다. 표7은 또한 충분히 높은 입자 로딩을 위하여 그 두께 위로 분산 중심의 밀도가 이로운 효과를 방해하는 해로운 효과를 가질 수 있는 체적 확산기에 두께 제한이 될 수도 있음을 가리킨다.
관찰각에 게인이 크게 의존하는 것은 분광 필름이 휘도 증대를 위하여 체적 확산기 이외에 사용되었을 때 관찰되었음이 주목되어야 한다. 체적 확산기만이 사용될 때 관찰된 게인은 법선 입사에서 가장 높았고, 더 높은 관찰각에서 점차로 감소되나 입자 로딩에 의존하여 60°이상까지의 관찰각을 위하여 1이상(그리고 많은 경우에 1.5이상)에 여전히 유지된다(더 높은 입자 로딩은 더 높은 관찰각에서 게인에서 더 빠른 감소를 나타내었다). 또한 분광 필름을 사용할 때, 게인은 분광 필름이 없을 때 보다 법선 입사에서 더 높게 되었고, 그리고 게인은 점차로 약 30°내지 35°의 관찰각까지 감소되었다. 30°내지 35°에서, 게인에서의 급격한 감소는 1에서 아주 아래의 게인으로 관찰되었고, 게인에서의 최소는 약 40°와 50°관찰각 사이에서 관찰되었다. 약 50°위에서 게인은 다시 증가하는 것이 관찰되었으나 여전히 1 이하를 유지한다. 게인의 각도 의존성은 체적 확산기없이 분광 필름만을 사용하여 게인의 각도 의존성을 반영하고, 체적 확산기와 분광 필름을 가지지만 게인은 분광 필름만으로 보다 모든 관찰각을 위하여 더 높게 되었다.
실시예9: 다른 바인더를 가지는 체적 확산기
이 실시예에서, 염색된 PVC 필름과 PET 기판사이에 적층된 체적 확산기와 연결된 게인은 체적 확산기를 만들기 위하여 사용된 바인더의 함수로서 측정되었다. 체적 확산기들은 바인더에 입자들의 중량%에 의하여 2:3에서 다른 바인더로 Sb2O3입자들(3 미크론의 평균 직경)을 분산함에 의하여 만들어졌다. 입자들/바인더 혼합물은 그후 #20메이어 바를 사용하여 PET 기판을 코팅하였다. 코팅은 그후 PET 기판들에 접착된 체적 확산기로 구성된 구성을 형성하기 위하여 건조되었다. 체적 확산기의 각각은 약 4 미크론의 두께를 가졌다. 각 구성을 위하여 체적 확산기측은 약 300°F에서 염색된 PVC 필름으로 열적으로 적층되었다. 최종의 샘플들은 다음 순서로 즉, 염색된 PVC 필름, 4 미크론 두께의 체적 확산기, 그리고 PET 기판을 가졌다. 각 샘플은 자외선 광원 위에 배치되었고, 게인은 각의 함수로서 측정되었다.
표8은 각 샘플을 위하여 법선 입사에서 게인을 보고한다. 각 체적 확산기의 굴절률과 바인더 재료는 표에 주어진다. 표8에 기재된 바인더 재료"PentalynC/ELvax"는 염색된 PVC 필름을 밀접하게 매치시킨 굴절률(1.524의 굴절률)을 얻도록 선택된 재료들의 혼합이었다. 이 바인더를 위하여 사용된 재료는 상표명 PentalynC(1.546의 굴절률)로 헤르쿨레스(디트로이트의 윌밍턴)로부터 이용가능한 점착물이었고, 상표명 ELvax210(1.501의 굴절률)로 듀퐁(디트로이트 윌밍턴)으로 부터 이용가능한 비닐 아세테이트/에틸렌 공중합체 혼합물이었다.
바인더 굴절률의 함수로서 게인
바인더 재료 바인더의 굴절률 게인
아크릴 1.48 2.4
PentalynC/ELvax 1.526 3.15
폴리에틸렌 1.56 2.7
PVC 1.54 2.63
염색된 PVC 필름의 굴절률은 1.524이었다는 것을 상기한다. 표8은 바인더의 굴절률이 디스플레이 구성에서 체적 확산기 바로 아래에 배치되었던 염색된 PVC 필름의 굴절률과 더 가깝게 매치되었을 때 더 높은 게인이 관찰되었다는 것을 지적한다. 표8은 또한 염색된 PVC 필름보다 약간 더 큰 굴절률을 가지는 바인더들은 염색된 PVC 필름보다 비교적 더 낮은 굴절률을 가지는 바인더보다 더 큰 게인을 보여주었음을 나타낸다.

Claims (32)

  1. 관찰자 위치쪽으로 전송층을 통하여 광을 방사하도록 배치된 광 방사기와,
    그렇지 않을 경우 전체적으로 내부로 반사되는, 전송층으로 방사된 광의 적어도 일부를 관찰자쪽으로 유도하도록 전송층과 광 방사기 사이에 배치된 체적 확산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 체적 확산기는 바인더에 배치된 광 산란기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  3. 제2항에 있어서, 산란기는 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  4. 제3항에 있어서, 적어도 일부분의 입자들은 바인더보다 더 큰 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  5. 제3항에 있어서, 적어도 일부분의 입자들은 바인더보다 더 낮은 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  6. 제2항에 있어서, 산란기는 공극을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  7. 제2항에 있어서, 산란기는 바늘형 또는 긴 형상인 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  8. 제2항에 있어서, 바인더는 전송층에 대향하는 체적 확산기의 측면상의 체적 확산기와 접촉하도록 배치된 재료의 굴절률과 거의 같거나 또는 더 큰 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  9. 제1항에 있어서, 체적 확산기는 광 방사기와 전송층 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  10. 제1항에 있어서, 체적 확산기는 전송층과 관찰자 위치 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  11. 제1항에 있어서, 광 방사기와 전송층 사이에 배치된 표면 확산기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  12. 제1항에 있어서, 전송층과 관찰자 위치 사이에 배치된 표면 확산기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  13. 제1항에 있어서, 체적 확산기는 관찰자 위치쪽으로 배치된 확산 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  14. 제1항에 있어서, 광 방사기와 전송층 사이에 배치된 미세구조화 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  15. 제1항에 있어서, 전송층과 관찰자 위치 사이에 배치된 미세구조화 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  16. 제1항에 있어서, 체적 확산기는 관찰자 위치쪽으로 배치된 미세구조화 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  17. 제1항에 있어서, 광 방사기는 전자발광 광 방사 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  18. 제1항에 있어서, 광 방사기는 유기 전자발광 광 방사 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  19. 제1항에 있어서, 광 방사기는 인-기제 광 방사 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  20. 기판과,
    기판을 통하여 광을 방사하도록 배치된 유기 광 방사기와,
    광 방사 장치에 있는 유기 광 방사기로부터 방사된 광의 내부 전반사를 억제하도록 유기 광 방사기와 기판 사이에 배치된 억제기 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  21. 제20항에 있어서, 억제기 요소는 체적 확산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  22. 제21항에 있어서, 체적 확산기는 기판쪽으로 배치된 확산 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  23. 제21항에 있어서, 체적 확산기는 기판쪽으로 배치된 미세구조화 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  24. 제20항에 있어서, 억제기 요소는 표면 확산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  25. 제20항에 있어서, 억제기 요소는 미세구조화 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  26. 제25항에 있어서, 미세구조화 표면은 복수의 분광 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  27. 제20항에 있어서, 유기 광 방사기에 대향하는 기판의 측면에 배치된 분광 필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  28. 제20항에 있어서, 유기 광 방사기에 대향하는 기판의 측면에 배치된 표면 확산기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 장치.
  29. 방사 장치의 부분으로서 포함된 하나 이상의 전송층을 통하여 광을 방사할 수 있는 광 방사기와, 하나 이상의 전송층에 의하여 형성된 하나 이상의 경계면에서 내부 전반사를 억제함으로써 방사 장치의 휘도를 증가시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 장치.
  30. 전송층을 통하여 광을 방사하도록 배치된 광 방사 장치와, 내부 전반사를 억제하도록 전송층과 광 방사 장치 사이에 배치된 억제기 요소를 포함하고, 이에 따라 억제기 요소가 없는 다른 동일한 후면광과 비교하여 후면광으로부터 더 많은 광을 결합하는 후면광과,
    후면광으로부터의 광을 사용하여 조사될 때, 정보를 디스플레이할 수 있도록 배치된 디스플레이 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 후면광 디스플레이.
  31. 제30항에 있어서, 디스플레이 요소는 액정 광 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 후면광 디스플레이.
  32. 제30항에 있어서, 디스플레이 요소는 그래픽 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 후면광 디스플레이.
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