KR20050106082A - 스캐닝 역광 디바이스 및 디스플레이 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이내믹 광 추출에 기반을 둔 스캐닝 역광 디바이스(2)에 관한 것으로서, 이 디바이스는, 광 유도 구조체(24)와, 상기 광 유도 구조체 내로 향하도록 배열되며 광을 발광하는 광원(14)과, 2개 이상의 한정 영역을 포함하되, 한정 영역은 각각 상기 광 유도 구조체(24)로부터 광의 스위칭 가능 아웃-커플링을 제공하는 어드레스 가능 아웃-커플링 부재(9)가 제공되는 광 유도 구조체(24)를 포함하고 있다. 스캐닝 역광 디바이스는, 적어도 하나의 마이크로-광학 방향 지정 부재(23)가 상기 광 유도 구조체(24)와 근접하게 배열되어 있으며, 상기 광 유도 구조체의 본질적으로 법선인 방향으로 상기 광 유도 구조체(23)로부터 발광되는 광을 방향 지정하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

스캐닝 역광 디바이스 및 디스플레이 디바이스{COLLIMATED SCANNING BACKLIGHT DEVICE}

본 발명은 다이내믹 광 추출에 근거한 스캐닝 역광(backlight) 디바이스에 관한 것으로, 이 디바이스는 광 유도 구조체와, 상기 광 유도 구조체 내로 상기 광을 유도하도록 구성되어 광을 발광하는 광원을 포함하며, 광 유도 구조체에는 어드레스 가능 아웃-커플링(out-coupling) 부재가 제공되고, 이 어드레스 가능 아웃-커플링은 상기 광 유도체로부터 광의 스위칭 가능 아웃-커플링을 각각 제공하는 2개 이상의 한정 영역을 포함한다.

광 밸브 또는 셔터 기술을 활용한 디스플레이는 현재 통상적으로 사용되고 있다. 이러한 디스플레이의 전형적인 예는, 흔히 능동 매트릭스 구동력에 의해 구동되는 액정 디스플레이이다. 광 밸브 또는 셔터 디스플레이의 기본 기능은, 디스플레이 또는 그 픽셀 패턴이 광을 전송하거나(백색 픽셀) 광을 차단하지만(흑색 픽셀) 디스플레이 자체가 광을 생성하지는 않는다는 것이다. 따라서, 조명용 역광(illuminating backlight)이 필요하다.

능동 매트릭스 액정 디스플레이와 같은 디스플레이가 TV 동영상과 같은 비디오 물질을 표시할 때, 패널은 흔히 떨림(motion blur)을 보인다. 액정 디스플레이의 사용이 텔레비전 분야에서 더욱 보편이 되어가고 있기 때문에, 동영상의 품질은 더욱 중요해지고 있다. 그러나, 소위 스캐닝 역광의 사용은 본질적으로 상기 문제를 극복해야 한다는 것이 명백하다. 표준 스캐닝 역광은 패널 형태로 배열된 다수의 램프를 포함하고 있으며, 역광의 스캐닝은 정확한 순서로 램프를 스위칭함으로써 실행된다. 이것은, 특정 시점에서, 일부의 램프만이 실질적으로 켜지게 되어, 이를 보상하기 위해서는 더 많은 램프가 필요하게 된다는 것을 의미한다.

더 효율적인 스캐닝 역광은, 램프가 광을 일정하게 발광하는 광 유도 구조체를 이용하여 실현될 수 있다. 그 후, 광은 광 유도로부터 다이내믹하게 추출될 수 있다. 다이내믹 광 추출을 위한 이러한 스캐닝 역광의 예가 특허 문헌 WO02/21042에 개시되어 있다. 이 문헌은, 스캐닝 윈도우 원리(scanning window principle)에 기반을 둔 조명용 역광에 대해 기술하고 있으며, 이 조명용 역광은 광 유도의 한 측면 내로 광을 유도하도록 구성된 광 유도 및 광원을 포함하고 있다. 스위칭 기능은 액정 물질(LC-겔이라고도 함)을 산란시킨 층에 의해 얻어질 수 있으며, 이 층은 광 기폭제(initiator)의 존재 시에 액정 모노머와 비반응성 액정(의 혼합물)의 블렌드의 광중합(photo-polymerisation)에 의해 얻어지며 투과 상태와 산란 상태 사이에서 스위칭될 수 있다. 이러한 스캐닝 역광은 도 1에 개략적으로 도시되어 있다.

그러나, 실질적으로는, LC-겔의 산란 속성은 많은 양의 광이 지표각(grazing angle)으로 발광되게 한다. 다이내믹 산란 광 유도로부터의 광 분포 각도의 예가 도 2에 개시된다. 이들 지표각에서는 디스플레이 디바이스를 거의 검사하지 못하므로, 이것은 바람직하지 않다. 따라서, 디스플레이의 법선 방향을 향해 발광된 광을 재분산시키기 위한 노력이 기울여지고 있다. 예를 들어, 3M에서 제조된 광도 개선 포일(brightness enhancement foils)이 개발되었다. 그러나, 이러한 포일은 고가이며, 법선 방향을 따라서는 한정된 양의 광도만이 다시 달성될 수 있다. 따라서, 이러한 문제에 대한 대안의 솔루션이 필요하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 현재 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 종래 기술에 따른 다이내믹 광 추출을 위한 스캐닝 역광의 개략적인 단면도,

도 2는 도 1에 개시한 역광에 있어서 동적 산란 광 유도인 발광된 광의 각도 분포의 플롯도,

도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 주요 원리를 개시하는 개략적인 단면도,

도 4는 도 3에 개시된 역광에 있어서의 다이내믹 산란 광 유도인 발광된 광의 각도 분포의 플롯도,

도 5는 본 발명의 제 2 실시예를 개시한 개략적인 단면도,

도 6은 본 발명의 제 3 실시예를 개시한 개략적인 단면도,

도 7은 본 발명이 실장되는 스캐닝 역광의 개략적인 단면도,

도 8은 다른 실시예의 세목에 대한 개략적인 단면도이다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 문제점을 극복하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 법선 뷰잉 방향에서의 역광의 광도를 개선하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 전술한 문제에 비해 비교적 저렴한 솔루션을 제공하는 것이다.

상술한 목적 및 그 밖의 목적은 청구항 제 1 항에 정의된 바와 같은 스캐닝 역광 디바이스에 의해 적어도 부분적으로 달성된다. 이 스캐닝 역광 디바이스는 다이내믹 광 추출에 기반을 두고 있으며, 대향하는 앞면 및 뒷면을 구비한 광 유도 구조체(광 유도 구조체에는 2개 이상의 한정 영역을 포함하고 있는 어드레스 가능 아웃-커플링 부재가 제공되며, 2개 이상의 한정 영역 각각은 상기 광 유도 구조체로부터의 광의 스위칭 가능 아웃-커플링을 제공함)와, 상기 광 유도 구조체 내로 향하도록 구성되며 광을 발광하는 광원을 포함하고, 적어도 하나의 마이크로-광학 방향 지정 부재는 상기 광 유도 구조체에 인접하게 배치되며, 상기 광 유도 구조체는 상기 광 유도 구조체로부터 상기 광 유도 구조체의 본질적으로 법선인 방향으로 발광되는 광을 방향 지정하도록 구성된 것을 특징으로 한다. 이러한 마이크로-광학 방향 지정 부재로, 스캐닝 역광으로부터 발광된 광의 각도 분포가 수정될 수 있다. 지표각으로 발광된 광은 법선 뷰잉 방향을 향해 방향 지정되어, 이 뷰잉 방향으로의 광도를 증가시킨다.

본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 상기 마이크로-광학 방향 지정 부재는 광 유도 구조체의 앞면 상에 배치된 층으로서 구성되며, 이 층의 한쪽 면에는 투과성 프리즘 구조가 제공된다. 이에 의해, 프리즘 구조체의 재료 및 상측 각을 적절하게 선택함으로써, 적절한 투과성 방향 지정 부재가 생성된다. 적절하게는, 프리즘 구조체는 광 유도 구조체에 면하고 있는 마이크로-광학 방향 지정 부재의 한쪽 면 위에 배치된다. 또한, 프리즘 구조의 상측 각도는 간격 40-80° 이내, 바람직하게는 50-70° 이내, 가장 바람직하게는 약 60°이다.

대안의 실시예로서, 프리즘 구조체는 교번하는 프리즘 돌출부와 평면 영역을 포함할 수 있다. 이것은, 특히 넓은 각도 분포 내에서의 광을 생성하는 역광에 대한 역광의 효율성을 더욱 개선했다. 다른 실시예에 따르면, 상기 마이크로-광학 방향 지정 부재는, 광 유도 구조체의 후면 위에 배치된 층으로서 적절하게 구성되며, 이 층의 한쪽 표면에는 반사성 프리즘 구조체가 제공된다. 이 실시예는 디바이스에 어떠한 부가 소자도 추가할 필요가 없다는 점에서 유리하다. 적절하게는, 프리즘 구조체는 광 유도 구조체에 면하고 있는 마이크로-광학 방향 지정 부재의 한쪽 면 위에 배치된다. 또한, 프리즘 구조체의 상측 각도는 본질적으로는 간격 70-110° 이내, 바람직하게는 80-100° 이내, 가장 바람직하게는 약 90° 이내에 있다.

본 발명은, 예를 들어 디스플레이 디바이스를 생성하는 디스플레이 패널을 사용하는 스캐닝 역광 시스템에 관한 것이다. 디스플레이 디바이스(1)의 개략도가 도 7에 개시되어 있으며, 이 디바이스(1)는 본 발명이 구현될 수 있는 스캐닝 역광(2)을 포함하고 있다. 전체 역광(2)은 디스플레이 패널(3) 뒤에 위치하도록 배치된다.

디스플레이 패널(3)은 본질적으로는, 예를 들어 트위스트형 네마틱, 광학적으로 보상된 복굴절성, 평면 정렬 스위칭, 슈퍼-트위스트형 네마틱 또는 강자성 동작에 기반을 두고 있으며, 액정 재료와 같은 전기 광학적 재료로 이루어진 층(4)을 포함하여, 디스플레이 패널 상에 입사되는 광을 변조하는 광 밸브 기능을 제공하고 있다. 층(4)은 본질적으로는 제 1 기판(5)과 제 2 기판(6) 사이에 개재되어 있다. 또한, 디스플레이 패널(3)은 상기 기판(5, 6) 상에 배치된 전극 수단(도시하지 않음)에 의해 제어되고 있는 픽셀 매트릭스로 적절하게 세분된다. 바람직하게는, 능동 매트릭스 어드레싱이 사용된다. 전극 수단에는 드라이브 유닛(7)으로부터 접속 와이어(8)를 거쳐 제어 전압 신호가 제공된다. 또한, 그 자체로 알려진 방식으로, 디스플레이 패널에는 분광기 및 분석기가 제공되며, 기판과 전극은 광-투과성 재료로 제조된다.

본 발명이 주로 관련하고 있는 역광(2)은 본질적으로는 제 1 및 제 2 광 유도 구조체(9, 10)를 포함하고 있다. 제 1 광 유도 구조체(9)는 산란 액정 재료로 이루어진 층을 포함하고 있으며, 하기에 더욱 상세히 설명될 것이다. 안정화용 제 2 광 유도 구조체(10)는 본질적으로 광 유도용 재료로 구성되며, 이 실시예에서는 제 1 및 제 2 광 유도 구조체(9, 10)는 부착층(11)(예를 들어, 접착층)에 의해 서로 부착되어 역광 광 유도 구조체(24)를 형성한다. 그러나, 상기 제 2 광 유도 구조체(10)가 본 발명의 역광에서 배제될 수도 있으며, 그러한 경우에 역광 광 유도 구조체는 본질적으로는 자체로 제 1 광 유도 구조체(9)에 의해 구성된다는 점에 유의해야 한다. 역광 광 구조체(24)는 상기 디스플레이 패널(3)에 면하도록 배치되어 있는 출구면(12)과, 적절하게는 4개의 종단면(13)을 구비한다. 예를 들어, 로드 형상 형광성 램프와 같은 광원(14)은 (2개의 종단면을 따라 도 7에 디스플레이된 경우) 상기 종단면(13)의 적어도 하나를 따라 배치되며, 상기 광원(14)에 의해 발광된 광은 상기 종단면(13)을 통해 역광 광 유도 구조체(24) 내로 커플링되도록 배치된다. 적절하게는, 반사 디바이스(15)는 상기 광원(14) 주위에 배치되어, 광원에 의해 발광된 빛을 역광 광 유도 구조체(24) 내로 방향 지정한다. 제 1 광 유도 구조체(9)는 본질적으로는 제 1 기판(17)과 제 2 기판(18) 사이에 개재된 산란 액정 겔 재료로 이루어진 층(16)을 포함하고 있다. 기판은 본질적으로는 유리와 같은 광 투과성인 재료로 제조된다. 또한, 광 유도는 다수의 패턴형 전후 전극(19, 20)에 의한 패턴으로 세분되며, 이 전극(19, 20)은 각각 상기 제 1 기판(17)과 상기 제 2 기판(18) 상에 배치된다. 전극(19, 20)은 접속 와이어(참조번호 21로 개략적으로 표시함)에 의해 구동 유닛(7)에 접속된다. 전극(19, 20)을 어드레싱함으로써, 산란 액정 겔 재료 층(16)의 상이한 영역은 투과성 상태(이 상태에서의 영역은 역광 광 유도 내에서 추후에 내부적으로 반사되는 광만을 투과시킴)와 산란 상태(이 상태에서 광은 픽셀에 의해 산란되어 광 유도의 출구면(12)을 통해 디스플레이 패널(3)을 향하는 방향으로 투과되게 함) 사이에서 스위칭될 수 있다. 또한, 반사기(22)는 출구면(15)에 대향하는 역광 광 유도의 후면 상에 마련되어, 광 유도의 효율성을 개선하도록 광 유도 내로 광을 반사시킨다. 사실상, 인-커플링 종단면(들)(13)과 출구면(12)을 제외한 광 유도 구조체(24)의 모든 표면에는 반사성 코딩 등이 제공되어, 바람직하지 위치에서 광이 광 유도(24)를 벗어나지 않게 할 수 있다.

본 발명은 스캐닝 역광(2)에 의해 출구면(12)을 통해 발광된 광이 본질적으로 순방향으로, 즉 역광(3) 및/또는 디스플레이 패널(4)에 대해 본질적으로 법선인 방향으로 방향 지정되어, 디스플레이의 법선 뷰잉 방향의 광도를 개선하는 구현에 기반을 두고 있다.

본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 이것은 디스플레이 패널(3)과 스캐닝 역광(2) 사이의 방향 지정 포일과 같은 마이크로-광학 방향 지정 부재에 의해, 즉 도 7에 표시한 위치(A)에서 이루어질 수 있다. 이 제 1 실시예에 따르면, 마이크로-광학 방향 지정 부재(23)는 도 3에 개략적으로 개시한 설계를 갖는다. 이 실시예에서, 방향 지정 부재(23)는 방향 지정 포일에 의해 구성되며, 스캐닝 역광(2)에 면하고 있는 포일의 한쪽 면 위에 본질적으로 연속인 프리즘 구조체, 즉 나란히 배치되고 방향 지정 부재(23)의 전체 표면을 본질적으로 덮고 있는 다수의 프리즘 돌출부(25)를 제공받는다. 프리즘 구조체는 광원이 디스플레이 디바이스의 2개의 대향 면 위에서 램프로서 배치된 경우에는 1차원(즉, 그루브형 패턴)이고, 광원이 디스플레이 디바이스의 모든 면 위에서 램프로서 배치된 경우에는 2차원(즉, 피라미드형 패턴)이다. 현재 경우, 프리즘 구조체의 각 프리즘(25)의 상측 각도 α는 본질적으로 60°이며, 전술한 마이크로-광학 방향 지정 부재에 제공된 역광에 의해 발광된 광의 최종적인 각도 분포는 도 4에 개시되어 있다. 도 2에 개시한 각도 분포 플롯에 비해, 본 발명의 방향 지정 부재 덕택에, 광 출력이 법선 방향으로 조준되어, 디스플레이 디바이스의 뷰어(viewer)가 더 큰 광도를 겪을 것이라는 점에 유의해야 할 것이다. 이것은, 도 3에 개시한 프리즘 구조가 법선 방향을 향하는 지표각에서 스캐닝 역광(2)에 의해 발광된 빛을 방향 지정하기 때문이다. 구조체의 정확한 효율성은, 방향 지정 부재(23) 내의 광의 내부 반사 및 방향 지정을 달성하기 위해 방향 지정 부재의 반사율 n 및 상측 각 α뿐 아니라 스캐닝 역광(3)으로부터의 광의 각도 분포로 인한 것이다. 따라서, 프리즘 구조체의 상측 각도는 선택된 구성에 대해 최적화될 수 있으며, 스캐닝 역광(2)의 표준 구성에 대해 예를 들어 간격 40-80° 이내, 바람직하게는 간격 50-70° 이내, 가장 바람직하게는 약 60° 이내에 있다. 또한, 정확한 효율성은 스캐닝 역광(2)의 액정 겔 재료 층(16)의 산란 전력에 의존한다. 층(16)이 비교적 낮은 바이어스 전압으로 바이어스되면, 산란은 주로 순방향으로 이루어지고, 방향 지정 구조체는 매우 잘 기능한다. 더 높은 바이어스 전압에서, 층(16)의 산란은 더욱 등방성으로 되고, 방향 지정 부재(23)의 조준은 보다 효율적이지는 않지만 광도 이득은 여전히 달성된다.

본 발명의 제 2 실시예가 도 5에 개시된다. 이 실시예는 본질적으로는 도 3에 개시한 것과 유사하나, 프리즘 구조체가 불연속적이라는 점, 즉 간격 또는 평평한 표면 부분이 본질적으로 각각의 프리즘 돌출부 사이에 배치된다는 점이 상이하다. 방향 지정 부재(23)의 돌출부를 분리시킴으로써, 이 부재는 방향이 이미 디스플레이 디바이스의 법선에 더욱 가까운 광선에 대해 더욱 투과성이 되는 반면, 지표각에 대한 효과는 제 1 실시예에 비해 거의 변화하지 않는다. 따라서, 방향 지정 부재(23)는 스캐닝 역광(2)이 광의 더 넓은 각도 분포를 제공하는 경우에 더욱 효율적이 된다. 이 경우, 역광(2)으로부터 지표각으로 발광되는 광선은, 도 5에 예시된 현상인 섀도우잉(shadowing)으로 인해, 도 3에 개시한 실시예에 비해 차이점이 거의 발견되지 않는다. 그러나, 본질적으로는 역광(2)의 법선 방향을 따라서 발광되는 광선은 도 5에도 표시한 방향을 변화시키지 않고서 방향 지정 부재(23)를 통해 투과될 더 큰 확률을 갖는다. 프리즘 구조체의 돌출부들 사이의 거리는 grazing rays의 각도 분포에 따라 선택되어, 전술한 섀도우 효과가 최적의 방식으로 본질적으로 법선 방향인 광선의 양에 의존하여 사용될 수 있다. 또한, 각 돌출부의 상측 각도는 도 3에 개시하고 전술한 예의 경우와 동일한 이유로 동일하게 된다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 대해 더 상세히 설명한다. 본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 본 발명의 목적은 스캐닝 역광(2)의 뒤쪽, 즉 도 7에 표시한 위치(B)에서 마이크로-광학 방향 지정 부재(23)에 의해 달성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 역광 광 유도는 광 유도의 전후 양면을 향해 광을 발광하며, 이에 따라, 마이크로-광학 방향 지정 부재는, 디스플레이 디바이스(1)의 잠재적 뷰어가 볼 수 있는 바와 같이, 마찬가지로 스캐닝 역광(2)의 뒤에 위치할 수 있다. 따라서, 도 7에 개시한 반사기(22)는 법선 방향을 따라 반사된 출력 광을 조준하도록 수정 및 구성될 수 있다. 이를 위해, 반사기는 도 3의 방향 지정 부재의 돌출부와 같은 그루브 또는 프리즘 돌출부(26)의 패턴을 포함한다. 그러나, 이 경우, 돌출부의 상측 각도 β는 바람직하게는 약 90°가 되어 돌출부가 있는 방향에 대해 본질적으로 법선인 방향을 따라 입사되는 광선을 반사시키는 반면, 동시에 마찬가지로 법선인 방향을 따라 지표각으로 광을 반사시킨다. 따라서, 반사기(15)에 의해 형성된 경우, 방향 지정 부재로부터 반사된 광은 법선 방향을 따라 조준될 것이다.

전술한 모든 실시예의 경우, 예를 들어 냉음극선관 램프(cold cathode fluorescent lamp: CCFL)와 같은 다수의 램프는 역광(2)으로부터 출력되는 충분한 광을 얻는 데 필요할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 개시한 실시예에서, 램프는 디스플레이 디바이스(1)의 2 측면을 따라서, 예를 들어 디스플레이 디바이스의 상측 및 바닥측을 따라서 제공된다. 또한, 전술한 바와 같이, 반사 디바이스(15)는 각 램프 세트를 둘러싸도록 배열되어, 광 유도 내로 가능한 한 많은 광을 연결한다. 또한, 램프의 치수는 광 유도의 두께에 제약을 가한다. 몇몇 경우, 역광 광 유도는, 액정 겔 층(16)을 포함하고 있는 제 1 광 유도 구조체(9)보다 더 두껍거나 훨씬 더 두꺼울 필요가 있으며, 이에 따라, 예를 들어 두꺼운 폴리머 시트로 구성된 제 2 광 유도 구조체(10)에 부착 및 고착될 수 있다. 광 유도(24)의 후면 위에는, 반사기(22)가 전술한 바와 같이 배치되며, 반사기는 전술한 제 3 실시예에서와 같이 구성될 수도 있고, 또는 구성되지 않을 수도 있다. 또한, 추가의 제 2 광 유도 구조체(10)는, 잠재적 뷰어가 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 광 유도 구조체의 전면에 배치되는 것이 바람직하며, 이에 따라 LC-겔을 포함하는 광 유도는 반사기(22)에 더 근접하게 배치된다. 이것은, 시차(parallax)를 피할 수 있다는 점에서 유리하다. 그러나, 시차가 발생하지 않는다면, LC-겔을 포함하는 광 유도는, 잠재적 뷰어가 볼 수 있는 바와 같이, 추가의 제 2 광 유도 구조체의 전면 위에 배치될 수 있다. 또한, 추가의 제 2 광 유도 구조체를 포함하는 실시예에서, 이 광 유도는 광원에 의해 발광된 광의 대부분을 유도하도록 구성된 주요 광 유도로서 사용될 수도 있다는 점에 유의해야 한다.

또한, 전술한 바와 같이, 더 많은 램프가 필요할 수도 있는데, 예를 들어, 램프는 광 램프의 4개의 모든 측면을 따라 배치될 수도 있다. 그러나, 이 경우, 2차원 방향 지정은 필수적이다. 이것은, 마이크로-광학 방향 지정 부재 상에 2차원 방향 지정 패턴을 제공하거나, 대안으로 서로의 상측에 배치되는 두 개의 직교 교차 1차원 방향 지정 부재(단지 전술한 실시예 1 및 2만)를 사용함으로써 실현될 수 있다.

그러나, 본 발명은 하나의 램프 또는 광원을 이용하여 활용되거나, 광이 광 유도의 단 하나의 측면을 통해서만 발광되는 경우에 활용될 수 있다. 이러한 경우, 구조체(25)를 구비한 방향 지정 부재(23)는 도 3에 개시한 바와 같은 대칭 횡단면을 가질 필요가 없다. 대신, 방향 지정 마이크로-프리즘은 2개의 패싯(facet), 즉 반드시 법선 표면과 동일한 각도를 가질 필요가 있는 것은 아닌 입력 패싯과 반사 패싯을 구비하여, 광원의 위치와 관련하여 방향 지정 수단의 성능을 최적화한다. 이러한 방향 지정 수단의 예는 도 8에 β≠γ로 개시되어 있다.

본 발명의 추가의 이로운 대안이 이하 설명된다. 이 변경의 목적은, 디스플레이의 밝은 부분은 더 밝게 만들고 디스플레이의 어두운 부분은 더 어둡게 만듦으로써 디스플레이의 콘트라스트를 더욱 개선하는 것이다. 또한, 역광의 컬러 범위 및 효율성이 개선될 수 있다. 이것은 스캐닝 역광(2)의 스크롤 산란 어드레싱과 동조되는 스캐닝 역광(2) 시스템의 광원(14)에 제공되는 전력을 변조하도록 구성된 광원 변조기에 의해 구현될 수 있다. 이로써, 현재 어드레싱된 부분이 디스플레이 디바이스의 일부에 광을 공급하여 그 순간에 밝아지도록 구성되는 경우에는 광원으로의 전력이 증가하여 광원은 더 많은 광을 발광하고, 현재 어드레싱된 부분이 디스플레이 디바이스의 일부에 광을 공급하여 그 순간에 어두워지도록 구성되는 경우에는 광원으로의 전력이 감소하여 광원은 보다 적은 광을 발광한다. 이 방식으로, 역광의 밝은 부분은 더욱 밝아지고 어두운 부분은 더욱 어두워질 수 있다. 광이 필요한 위치에 더욱 효율적으로 전송되기 때문에, 역광 조명은 더욱 효율적으로 되고, 화상은 더 밝게 반짝이게 된다. 적색, 녹색 및 청색 광원과 같은 상이한 컬러에 대해 동일한 기술을 개별적으로 적용함으로써, 역광의 컬러는 스크린 전체에서 변화할 수 있다. 사실상, 이것은 사용 가능한 컬러가 더 큰 범위가 되게 한다.

충분히 정교해지기 위해서는, 실질적인 램프 출력을 측정하여 이것을 표시될 화상 부분에 필요한 출력과 비교하는 하나 이상의 광센서(도시하지 않음)를 포함하고 있는 피드백 루프를 포함하는 것이 바람직하다. 광센서(도시하지 않음)의 검출 신호는 램프 드라이버(도시하지 않음)에 반송되도록 구성되며, 또한 램프 드라이버는 구동 유닛(7)으로부터의 정보를 수신하도록 접속되어 있다. 이로써, 스캐닝 역광의 각 영역에 공급되는 조명 전력은 디스플레이 패널(3)의 대응하는 픽셀 또는 많은 픽셀에 의해 표시될 화상 내용에 응답하여 변화할 수 있다. 따라서, 세그먼트된 역광이 어드레싱되고 있는 동안 광원 전력을 변화시킴으로써, 디스플레이의 콘트라스트가 개선될 수 있다. 세그먼트 i가 어드레싱되고 있을 때(즉, 산란하고 있을 때)의 전원은 전력이 pi이며, 세그먼트 j가 산란하고 있을 때의 광원은 전력이 pj이다. 전력 pi는 세그먼트 i에 필요한 광도에 따라 조정되며, 역광(3)의 램프의 평균 전력은 일정해야 한다. 바람직하게는, 역광의 광원은 발광 디바이스(LED)에 의해 구성되며, 이러한 디바이스는 비교적 용이하게 효율적인 방법으로 전력을 변화시킬 수 있다. 또한, LED는 매우 빨리 스위칭될 수 있고 평균 전력으로 제한되며, 이에 따라 짧은 펄스가 매우 밝아질 수 있다. 대안으로, 역광의 광원은 상이한 인광 물질(phosphors) 또는 인광 물질의 혼합물을 갖는 음극선관 형광 램프(CCFL)로 구성될 수도 있다.

또한, LED의 사용은, LED가 상이한 파장에 대해 상업적으로 유용하며, 이에 따라 전력 및 컬러 변조 모두를 결합시키는 데 특히 적합하다는 점에서 유리하다. 따라서, 본 발명의 개념은, 예를 들어 컬러 디스플레이의 R, G, B 광원을 개별적으로 변화시키도록 확장될 수 있다. 이러한 방식으로, 광의 전력 및 컬러 모두가 변화한다. 이것은, 컬러 삼각형의 크기를 (거의) 증가시키지는 않으나, 컬러 삼각형의 변이를 가져온다. 이러한 변이는 어드레싱되는 모든 세그먼트에 대해 개별적으로 설정될 수 있다. 하나의 세그먼트 내에서는 '표준' 컬러 삼각형만이 이용될 수 있으나, 전체 스크린의 컬러 범위가 증가한다.

컬러 전범위의 시간-순차적 적용과 공동으로, 추가 개선이 또한 가능하다. 예를 들어, 화상이 국소적으로 더 높은 광도를 필요로 하는 것으로 분석되는 반면 잔여 영역에서 컬러 전범위가 더욱 중요할 때, 광도에 대한 특별 상승은 이 컬러 영역에서 발광하는 광원 모두를 동시에 스위칭-온하여 컬러 필터 대역폭을 충진함으로써 제공될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 스캐닝 역광의 변조된 아웃-커플링 광은 계면에서의 총 반사성(아웃-커플링 없음)과 투과성을 식별하는 전기적으로 어드레싱된 반사율의 원리에 따라 동작한다. 반사율 변조는 직접적으로 의존적으로 이루어질 수 있다. 이것은 2개의 스위칭 층을 스택함으로써 제 1 층이 한쪽 방향으로부터 오는 R, G, B를 변조시키는 반면에 제 2 층이 직교 방향으로부터 오는 약간 변이된 R', G', B' 컬러를 변조시킨다는 것을 의미한다(도 13 참조). 이것은 두 광원 세트 R, G, B 및 R', G', B'가 꾸준히 스위칭-온될 수 있다는 이점을 갖는다. 이것은, 급속한 스위칭 LED보다는 두 세트의 형광 램프가 사용되는 경우에 이로울 것이다. 산란 소자를 직접적으로 의존하게 하는 것도 또한 가능하다.

본 발명의 보호 범위는 도시한 실시예로 국한되지 않는다. 본 발명은 각각의 신규한 특징 모두와, 각각의 전형적인 특성의 조합이 존재한다. 또한, 청구항의 참조번호는 그 보호 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

전술한 본 발명의 개념은 상이한 유형의 액정 디스플레이 패널과 같은 전기 광학적 능동 디스플레이 패널 또는 그 밖의 유형의 광 밸브 또는 셔터 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 모노크롬 및 RGB 디스플레이로 국한되지는 않으나 사실상 그 컬러와는 독립적인 임의의 디스플레이로 사용될 수도 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 어드레스 가능 광 아웃-커플링 부재는 어드레스 가능 액정 겔 층을 포함한다. 그러나, 어드레스 가능 광 아웃-커플링 부재로서 마이크로-광학-기계적 아웃-커플링 구조를 사용하고, 대응하는 효과를 달성하는 것도 또한 가능하며, 이 실시예는 또한 첨부한 청구범위의 보호 범위에 포함된다. 이러한 어드레스 가능 광 아웃-커플링 부재는 소위 MEMS(마이크로-전기-기계적 시스템) 기술에 의해 구현될 수도 있다.

Claims (11)

1. 다이내믹 광 추출에 기반을 둔 스캐닝 역광 디바이스(2)에 있어서,

   - 광 유도 구조체(24)와,

   - 상기 광 유도 구조체 내로 향하도록 배열되며, 광을 발광하는 광원(14)과,

   - 어드레스 가능 아웃-커플링 부재(9) - 상기 어드레스 가능 아웃-커플링 부재(9)는 2개 이상의 한정 영역을 포함하고 있으며, 상기 한정 영역은 각각 상기 광 유도 구조체(24)로부터 광의 스위칭 가능 아웃-커플링을 제공함 - 가 제공되는 상기 광 유도 구조체(24)와,

   상기 광 유도 구조체(24)와 근접하게 배열되고, 상기 광 유도 구조체(23)로부터 발광되는 광을 상기 광 유도 구조체의 본질적으로 법선인 방향으로 방향 지정하도록 구성된 적어도 하나의 마이크로-광학 방향 지정 부재(23)를 포함하는

   스캐닝 역광 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마이크로-광학 방향 지정 부재(23)는 상기 광 유도 구조체(24)의 앞면 위에 구성되는 층으로서 배치되며, 상기 층의 한쪽 표면에는 투과성 프리즘 구조체(25)가 제공되는

   스캐닝 역광 디바이스.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 프리즘 구조체는 상기 광 유도 구조체(24)에 면하고 있는 상기 마이크로-광학 방향 지정 부재(23)의 한쪽 측면 위에 구성되는

   스캐닝 역광 디바이스.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 프리즘 구조체(25)의 상측 각은 본질적으로는 간격 40-80° 이내, 바람직하게는 50-70° 이내, 가장 바람직하게는 약 60°인

   스캐닝 역광 디바이스.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 프리즘 구조체(25)는 교번하는 프리즘 돌출부와 평평한 영역을 포함하는

   스캐닝 역광 디바이스.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 마이크로-광학 방향 지정 부재(23)는 상기 광 유도 구조체(24)의 후면 위에 구성되는 층으로서 배치되며, 상기 층의 한쪽 표면에는 반사성 프리즘 구조체(26)가 제공되는

   스캐닝 역광 디바이스.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 프리즘 구조체(26)는 상기 광 유도 구조체(24)에 면하고 있는 상기 마이크로-광학 방향 지정 부재(23)의 한쪽 측면 위에 구성되는

   스캐닝 역광 디바이스.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 프리즘 구조체의 상측 각은 본질적으로는 간격 70-110° 이내, 바람직하게는 80-100° 이내, 가장 바람직하게는 약 90°인

   스캐닝 역광 디바이스.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 어드레스 가능 아웃-커플링 부재(9)에는 어드레스 가능 액정 겔 층(16) 또는 마이크로-전자-기계적 아웃-커플링 구조체 중의 하나가 제공되는

   스캐닝 역광 디바이스.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    상기 역광 디바이스(2)의 상기 광원(14)의 전력을 변조시키는 광원 변조기를 더 포함하되, 상기 변조는 상기 역광 디바이스(2)에 의해 표시될 조명 패턴에 의존하는

    스캐닝 역광 디바이스.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 기술된 스캐닝 역광을 포함하는

    디스플레이 디바이스.