KR20060066106A

KR20060066106A - 휘도향상제품

Info

Publication number: KR20060066106A
Application number: KR1020067003379A
Authority: KR
Inventors: 지앙-동 엠아; 데이비드 케슬러; 제넷 테레사 도너
Original assignee: 이스트맨 코닥 캄파니
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2006-06-15
Also published as: US20050041311A1; JP2007503019A; CN1836175A; WO2005019879A1; TW200530699A; TWI374310B; US6997595B2; CN100420964C

Abstract

시인 방향에서 광원(18)로부터 루미넌스(luminance)를 컨디셔닝하기 위한 휘도향상제품이 본 발명에 따라 제공된다. 프리즘 표면 사이드(44)는 광 공급 표면(14)으로부터 광을 수집하고, 여기서 제 1 양태에 있어서 프리즘 표면 사이드(44)는 직렬의 길이방향 사다리꼴 프리즘 요소(38)를 형성하는 직렬의 실질적으로 평행한 홈(30)을 갖는다. 각각의 사다리꼴 프리즘 요소(38)는 광원(18) 쪽으로 배치된 페이스 플레인(face plane)(46) 및 각각 상기 페이스 플레인 (46)으로부터 후방 연장하여 페이스 플레인(46)과 제 1 및 제 2 베이스 각 β를 형성하는 제 1 및 제 2 다리 (34, 36)을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 베이스 각 β가 수학식 90°< β < 120°의 관계를 만족한다.

Description

휘도향상제품{BRIGHTNESS ENHANCEMENT ARTICLE}

본 발명은 일반적으로는 휘도향상제품에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 후면발광 디스플레이 장치(backlit display device), 예를 들어 랩톱(laptop) LCD 디스플레이에 관한 것이다.

LCD 디스플레이는 음극선관(CRT) 모니터에 대해 치밀하고 경량인 대안을 제공한다. 그러나 그러한 이점에도 불구하고 LCD 디스플레이는 광학 축이 LCD 디스플레이 표면에 대략적으로 수직인 경우 특히 축이탈(off-axis) 각에서 시인할 때 휘도(brightness)나 또는 보다 적절하게는 루미넌스(luminance)에 있어서 한계가 있다. 광학 축을 따라 곧바로 시인할 때 LCD 디스플레이는 대부분의 랩톱 컴퓨터 애플리케이션에 대해 충분한 루미넌스를 제공한다. 그러나, 시인자의 시인각이 광학축에 대해 증가함에 따라 루미넌스는 신속히 감소한다.

종래 랩톱 컴퓨터에 사용된 투과형 LCD는 LCD를 향하여 광을 바깥쪽으로 지향(directing)시키기 위한 LCD 뒤에 배치된 광 공급면(light providing surface)을 갖는 후면발광 디스플레이의 한 유형이다. 광 공급면 자체는 본질적으로 람버티안 성(Lambertian)인, 즉 넓은 각에서 실질적으로 일정한 루미넌스를 가지는 조명을 제공한다. 축상(on-axis) 및 축근접(near-axis) 루미넌스를 증가시키기 위해서는 다수의 휘도향상 필름이 람버티안 분포(Lambertian distribution; 균등확산분포)를 갖는 광의 일부분을 재지향(指向; redirecting)시키기 위해서 제안되었다. LCD 디스플레이 및 기타 유형의 후면발광 디스플레이 유형에 사용하기 위한 휘도 또는 루미넌스 향상에 대한 제안된 해결책 중에는 다음과 같은 것이 있다:

미국특허 제5,592,332(니시오(Nishio) 등)는 LCD 디스플레이 장치에서 광의 각범위를 조정하기 위한 2개의 교차된 렌티큘라(lenticular) 렌즈면의 사용을 개시한다.

미국특허 제5,611,611호(오기노(Ogino) 등)는 원하는 광 발산 및 루미넌스를 얻기 위한 프레스넬 및 렌티큘러 렌즈 시트의 조합을 이용하는 후방 투사 디스플레이를 개시한다.

미국특허 제6,111,696호(알렌(Allen) 등)는 디스플레이 또는 조명 설비를 위한 휘도향상제품을 개시한다. 미국특허 제5,611,696호에 개시된 광학 필름의 경우 조명 소스와 마주하는 표면은 평활하며; 반대쪽 표면은 조명각을 재지향시키기 위한 삼각형 프리즘과 같은 직렬의 구조를 갖는다. 미국특허 제5,611,696호에 개시된 필름은 광을 보다 좁은 각으로 보내기 위한 보정도를 제공하도록 축이탈 광을 굴절시킨다. 그러나, 이러한 필름 설계는 축이탈 광을 재지향시키는데 가장 잘 작용하며; 필름 표면에 수직인 입사광은 투과되기 보다는 광원 쪽으로 역반사될 수 있다.

미국특허 제5,629,784호(아빌리흐(Abileah) 등)는 반사형의 LCD 디스플레이의 휘도, 콘트라스트비 및 칼러 균일성을 향상시키기 위해 프리즘 시트가 사용되는 각종 양태를 개시한다. 미국특허 제5,629,784호에 개시된 한 양태에 있어서, 미국특허 제5,611,696호에 개시된 것과 유사한 휘도향상필름이 증진된 루미넌스와 함께 감소된 주변광 효과를 제공하기 위한 반사된 광의 원천(light source)과 마주하는 구조화된 표면에 배열된다. 이러한 성분들은 반사성 영상장치로 사용되므로 미국특허 제5,629,784호의 프리즘 시트는 투과형 LCD 시스템에서 사용되는 위치(즉, 광원과 LCD 사이) 보다는 시인자측과 LCD 표면 사이에 위치된다.

미국특허출원공보 제2001/0053057호(파커(parker) 등)는 프리즘 및 기타 구조체를 비롯한 LCD 디스플레이를 위한 광 재지향 필름에 사용된 다양한 유형의 표면 구조체를 개시한다.

미국특허 제5,887,964호(히구치(Higuchi) 등)는 LCD 디스플레이에서 개선된 후면 광 전달 및 루미넌스를 위한 각각의 표면을 따라 연장된 프리즘 요소(prism element)를 갖는 투명한 프리즘 시트를 개시한다. 상기 미국특허 제6,111,696호와 관련하여 기술하였듯이, 축상 광의 대부분은 상기 배열로 투과되기 보다는 반사된다. 광원에 대해서 미국특허 제5,887,964호에서의 프리즘 시트의 배향은 미국특허 제6,111,696호에 개시된 것으로부터 역전된다. 미국특허 제5,887,964호에서 나타낸 배열은 오로지 소형의 수동 고정식 디스플레이에만 사용될 수 있고 람버티안 광원을 사용하지 않는 것임이 강조되어야 한다.

미국특허 제6,356,391호(가디너(Gardiner) 등)는 프리즘이 상이한 치수를 가 질 수 있는 어레이의 프리즘을 사용하여 LCD 디스플레이에서 광을 재지향시키는 한 쌍의 광학 변환 필름을 개시한다.

미국특허 제6,280,063호(퐁(Fong) 등)는 무디거나 둥글게 된 피크를 갖는 필름의 한 면에 프리즘 요소를 갖는 휘도향상필름을 개시한다.

미국특허 제6,280,063호(탕(Tang))는 굴곡진 면(facet)을 갖는 대략적으로 삼각형인 복수의 프리즘 요소를 갖는 휘도향상필름을 개시한다.

미국특허 제5,917,664호(오'네일(O'Neill) 등)는 종래의 필름 형태와 비교하여 "연성(soft)의 차단각을 가짐으로써 시인각이 증가함에 따라 루미넌스 변화를 완화시키는 휘도향상필름을 개시한다.

미국특허 제5,839,823호(호우(Hou) 등) 및 제5,396,350호(비슨(Beeson) 등)는 투명한 베이스 벽에 대해 설치된 사다리꼴 프리즘과 같은 다양한 프리즘 구조를 포함하는 광 재순환 특징부를 갖는 후 커플링(back-coupling)된 조명 시스템을 개시한다. 열이 문제일 수 있는 조명장치에서 광 재지향과 관련하여 상기 호우의 미국특허 제5,839,823호 및 비슨의 제5,396,350호에서 개시된 해결책은 반사체(reflector)를 갖는 비람버티안(non-Lambertian) 광원을 사용하여 고도의 균일성이 없는 출력(output)을 제공하는 것이다.

도 1은 종래기술의 해결책 중 한 유형인 광원(18)로부터 제공된 광을 향상시키기 위한 휘도향상제품(10)을 도시한 것이다. 휘도향상제품(10)은 광 공급 표면(14) 쪽으로 마주하는 평활한 사이드(12)를 가지며, 반사표면(19) 및 LCD 성분(20)과 마주하는 프리즘 구조의 열(16)을 함유한다. 미국특허 제6,111,696호 및 제 5,629,784호 및 미국특허 제5,94,405호(다케우치(Takeuchi) 등)에 기술된 바와 같은 상기 배열은 일반적으로 잘 작동하며, 축이탈 광선의 굴절에 의해서 축상 루미넌스를 개선시키고 광을 법선 광축(normal light axis)에 근접하게 지향(指向; directing)시킨다. 도 1이 도시하는 바와 같이 축이탈 광선(R1)은 법선 방향으로 굴절된다. 그러나 전체 내부반사(TIR)로 인하여 축근접 광선(R3)은 보다 극단적인 각도에서는 굴절되어 법선방향으로부터 이탈할 수 있음에 주목하는 것이 유익하다. 또한, 축상 광선(R4)는 실제로 LCD 성분(20) 쪽으로 지향되는 것 보다는 오히려 반사표면(19)로부터의 확산 및 반사를 위해 광 공급 표면(14) 쪽으로 역반사될 수 있다. 이러한 축근접 광의 굴절 및 광 공급 표면(14)으로의 축상 광의 적어도 일부분의 역반사는 후술하는 바와 같이 시인각에 대해 조명 루미넌스를 조정하도록 작용한다. 광 공급 표면(14) 및 반사표면(19)의 작용에 의해서 휘도향상제품(10)으로부터 역반사되는 광의 일부분은 종국적으로는 확산되어 대략적으로 법선방향의 각(normal angle)에서 LCD 성분(20)을 향해서 바깥쪽으로 지향된다.

휘도향상제품(10)의 목적은 광 공급 표면(14)로부터 제공되는 광을 재지향시켜서 LCD 성분(20)으로 제공하는 출력 광을 법선방향으로 보다 좁게 지향시키는 것이다. 이렇게 함으로써 휘도향상제품(10)은 디스플레이 표면에 대해 수직인 방향에서 곧바로 시인하는 경우 뿐만 아니라 경사각에서 시인하는 경우에도 디스플레이 루미넌스를 개선시키는데 도움을 준다.

법선방향으로부터의 시인자의 각이 증가함에 따라 감지된 루미넌스는 항복각의 경우에 비해 현저히 감소할 수 있다. 도 2의 그래프는 종래기술의 휘도향상제 품(10)을 사용하는 경우 시인자 각에 대한 루미넌스의 특징적 관계를 묘사하는 루미넌스 곡선(26)을 보여준다. 예상한 대로 루미넌스는 법선방향에서 피크를 나타내고 이러한 루미넌스는 법선방향쪽 각각에서 항복 컷오프(cutoff) 각 θ_cutoff 쪽으로 감소한다. 각 θ_cutoff 다음에는 미소한 증가가 일어나지만, 이러한 효과는 LCD 디스플레이 자체의 특성에 기인한 것으로 시인자에게 용이하게 감지될 수 없는 폐기된 광(wasted light) 때문이다.

도 2에서의 루미넌스 곡선(26)과 관련하여 휘도향상성분에 특히 유리한 다수의 특성이 존재한다. 한 가지 특징은 전체적인 곡선의 형상이다. 일정 범위의 시인각에 대한 루미넌스는 그 각들의 곡선 아래의 면적에 비례한다. 전형적으로, 피크 루미넌스 값은 예상되는 바대로 법선 근처 각에서 일어난다. 휘도향상제품은 광을 재분포시키고 이에 따라 각각의 루미넌스 곡선(26)의 형상을 변화시킨다. 또다른 유리한 특성은 컷오프 각 θ_cutoff 에 관한 것이다. θ_cutoff를 넘는 각에서 루미넌스가 상당히 감소하게 된다. θ_cutoff를 넘는 각에서 제공된 광은 본질적으로 폐기된다. 따라서 피크 루미넌스 수준, θ_cutoff, 및 루미넌스 곡선(26)의 전체적인 형상의 조절수단(measure)을 허용하는 설계 기법에 유리하게 됨을 알 수 있다. 도 2의 특징적인 거동으로 미국특허 제5,917,664호의 개시는 가변치수의 프리즘 구조를 사용한 보다 연성(softer)인 컷오프 특성을 제공한다. 상기 미국특허의 방법은 복잡한 배열의 상이한 표면 프리즘 구조를 사용하여 그에 따라 휘도응답곡선의 형상 을 변화시키고 따라서 축이탈 각에서 보다 높은 루미넌스가 이용될 수 있다.

미국특허 제5,917,664호의 접근법은 축이탈 루미넌스의 일부 개선을 제공하는 반면, 개선된 축이탈 루미넌스를 달성하기 위한 휘도응답곡선의 추가적인 변형의 필요성을 암시하는 또다른 고려가 있다. 도 3에 있어서는 LCD 성분(20)을 통해 지향된 2개의 광선, 즉 수직 입사(N)시의 광선 R5 및 경사각 Q에서의 광선 R6이 나타나 있다. 광이 두 광선 R5 및 R6을 따라 제공되는 광이 광원에서 동등한 강도를 가질 수 있을지라도 LCD 성분(20)을 통해 감지된 휘도는 LCD 구조의 특성으로 인하여 경사각 Q에서 감소되는 것으로 관측되었다. 예를 들어 LCD 성분(20)의 표면에 대해 수직 입사(N)시의 광선 R5로부터의 광이 1.0의 정규화된 강도를 갖는 비교범위의 값으로서 법선으로부터 20°의 경사각에서의 광선 R6으로부터의 광은 약 0.8의 비교적 정규화된 강도를 가질 수 있다. 효과에 있어서 이러한 LCD 특성은 휘도응답곡선을 평활하게 함으로써 제공된 증가된 광 강도를 적어도 부분적으로 오프셋시키는 작용을 한다. 따라서, 광이 확장된 범위의 각을 초과하여 제공될 수 있는 경우에도 LCD 특성 자체는 경사 시인각에서 이용될 수 있는 루미넌스 수준을 억제한다.

본원에서 언급된 선행문헌에 기술된 것과 같은 종래 접근법은 일부 휘도향상수단을 제공하지만 이러한 접근법은 일부 단점을 보유한다. 종래기술 접근법의 두드러진 결점 중 하나는 광 거동 예측의 곤란성 및 그것이 어떻게 변형될 수 있는지와 관련된다. 즉, 기존 설계가 작용할 수 있지만 종래 방법은 루미넌스 곡선(26) 의 전체적인 형상 및 컷오프 각 θ_cutoff의 값과 같은 인자들에 대한 충분한 조절을 위한 기구를 제공하지 않는 것으로 나타난다. 물론, 표면 구조의 형상 및 치수 변화의 효과는 필름이 제작되면 실험적으로 평가될 수 있다. 그러나 시행착오적인 설계방법은 특정한 애플리케이션에서 잘 기능하는 휘도향상제품의 설계보다는 덜 만족스러울 수 있고 이러한 방법은 그 목적에 맞게 원형 필름을 현상하는데 비용이 많이 들 수 있다.

위에서 언급된 특허들에 개시된 바와 같이, 휘도향상제품은 별도의 프리즘 구조 및 신장된 프리즘 구조 둘 다인 복수의 삼각형 프리즘을 사용한 배열들을 비롯한 각종 유형의 굴절 표면 구조로 제안되었으며, 상기 프리즘의 정점은 광원 쪽으로 향하고 그로부터 멀어지기도 한다. 보다 광의로, 상기 및 기타 유형의 표면 구조는 루미넌스 향상 이외의 특수한 목적의 LCD로 제안되었다. 예를 들어 문헌[an article entitled "P-29: Design of the Viewing-Angle-Controlling Film for LCD", in SID 00 Digest, authors Li, Zhang, Zhang, and Zhang]은 디스플레이의 시인각을 조절하기 위해 광원으로부터 멀어지며 LCD 외부에 존재하는 사다리꼴 및 타원형 둘 다의 프리즘 구조를 포함하는 조합의 사용을 제안한다. 상기 문헌은 ±20 내지 ±90°범위의 특정한 시인각에서 LC 디스플레이를 요구하는 애플리케이션을 최적화시킬 수 있는 프리즘 구조의 치수를 최적화시키는 방법을 기술한다. 그러나, 휘도향상제품과는 달리 상기 문헌의 프리즘 전지 어레이는 개선된 루미넌스를 위해 광을 재지향시키기 보다는 시인각 범위내의 디스플레이 칼러 및 콘트라스 트와 같은 광학 특성을 개선시키도록 설계된다.

디스플레이 루미넌스를 개선시키기 위해 투여되는 노력에도 불구하고 여전히 개선의 여지는 남는다. LCD 디스플레이 장치는 디스플레이에 복잡성 및 벌크(bulk)를 부여하는 휘도를 향상시키고 콘트라스트를 개선시키기 위한 다중층의 필름을 필요로 한다. 루미넌스 곡선 형상 및 컷오프 각을 변형시키는 복합 구조를 사용한 종래기법과는 대조적으로 곡선 특성 및 컷오프 각의 보다 정확한 조절을 위한 단순화된 기법이 유리하게 된다. 따라서 광 효율적이고 컷오프 각을 비롯한 루미넌스 특성의 조절 수단을 허용하는 휘도향상제품이 필요하다는 것을 알 수 있다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 루미넌스 특성의 개선된 조절을 허용하고 축상 또는 축이탈 시인각에서 개선된 디스플레이 가시성을 제공하는 휘도향상제품을 제공하는 것이다. 이러한 목적의 견지에서 본 발명은, 입사광을 전달하고 시인 방향에서 광을 우세적으로 재지향시키기 위한 휘도향상제품으로서, 실질적으로 사다리꼴 모양의 횡단면을 갖는 직렬의 이격된 프리즘 요소(a series of spaced-apart prism elements)를 포함하는 광을 수용하기 위한 프리즘 표면을 포함하되, 각각의 상기 사다리꼴 프리즘 요소가 (a) 입사광 쪽으로 배치된 페이스 플레인(face plane); (b) 입사광으로부터 멀리 배치되고 프리즘 요소의 베이스(base)를 연결시키는 페이스 플레인보다 넓은 베이스 플레인(base plane); 및 (c) 상기 페이스 플레인으로부터 상기 베이스 플레인으로 후방 연장하는 것으로, 각각이 평행하지 않은 플레인과 상기 페이스 플레인 사이의 프리즘 요소 내부에서 90°초과 120°미만의 각(β)를 형성하는 제 1 및 제 2의 비평행 플레인을 포함하는, 휘도향상제품을 제공한다.

또한, 본 발명은 개선된 디스플레이 장치 및 휘도를 향상시키는 방법을 제공한다. 본 발명의 사용은 시인 목적을 위한 양호한 광 분포를 가능하게 한다.

선호하는 루미넌스를 제공하도록 디스플레이를 통해 축이탈 광을 유도하기 위한 신장된 사다리꼴 프리즘 요소 또는 사다리꼴 프리즘 요소의 매트릭스를 갖는 휘도향상제품을 제공하는 것이 본 발명의 특징이다.

축상 광을 반사없이 투과시키고 축이탈 광을 법선방향으로 지향시키는 루미넌스 향상을 위한 효과적인 매질을 제공하는 것이 본 발명의 이점이다. 입사광의 컷오프 각을 조절하는 곧은 방법을 제공하는 것이 본 발명의 추가적인 이점이다. 본 발명의 휘도향상제품은 광 취급 특성을 예상할 수 있는 일부 수단으로 필름 설계 파리미터를 변형시키는 종래기술의 필름 유형에 비해 유리하다.

제작이 용이한 휘도향상제품을 제공하는 것이 본 발명의 또다른 이점이다.

본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 이점은 본 발명의 예시적인 양태를 나타내고 기술한 도면을 참조로 하여 하기 상세한 설명으로부터 이 기술분야의 숙련가들에게 명백할 것이다.

본 발명은 본 발명의 보호대상을 특정하여 명확하게 청구한 청구범위로 귀결되지만, 본 발명은 첨부된 도면과 함께 상세한 설명을 통해서 보다 잘 이해될 것이 다.

도 1은 LCD 디스플레이에 사용되는 종래기술의 휘도향상제품을 도시한 횡단면도이다.

도 2는 종래기술의 휘도향상제품을 위한 시인각에 대한 루미넌스의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 3은 LCD 디스플레이 성분을 통한 법선 및 경사 조명 및 시인각의 측면도이다.

도 4a 내지 4h는 본 발명의 휘도향상제품의 구조성분, 기하학적 관계 및 광 취급 거동을 나타낸 횡단면도이다.

도 5는 본 발명의 휘도향상제품을 사용한 LCD 디스플레이의 일부분을 나타낸 투시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 휘도향상제품의 대체 양태를 나타낸 투시도이다.

도 7은 본 발명의 휘도향상제품의 시인각에 대한 루미넌스의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 8은 본 발명에 사용된 사다리꼴 구조의 베이스 각에 대한 컷오프 각의 성분의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 9a 내지 9f는 본 발명의 휘도향상제품 상의 다양한 치수 배열의 광 컨디셔닝 구조의 컷오프 각 성분을 도시한 그래프이다.

도 10은 본 발명의 휘도향상제품의 굴절률에 대한 전체 내부반사의 베이스 각의 관계를 도시한 그래프이다.

도 11은 또다른 양태에 있어서 휘도향상제품의 특징적인 표면을 도시한 투시도이다.

도 12는 비반사 표면을 사용하는 양태의 전체 내부반사를 나타낸 횡단면도이다.

도 13은 또다른 양태에서 휘도향상제품의 상부표면에 충돌하는 광의 전체 내부반사를 나타낸 횡단면도이다.

도 14는 비반사 다리(non-reflective leg)를 사용한 또다른 양태의 휘도향상제품을 나타낸 횡단면도이다.

도 15는 본 발명에 따른 휘도향상제품의 또다른 양태를 나타낸 투시도이다.

도 16은 본 발명에 따른 휘도향상제품의 또다른 양태를 나타낸 투시도이다.

본 발명은 특히 본 발명에 따르는 장치의 부분 또는 상기 장치와 보다 직접적으로 작용하는 부분을 형성하는 요소에 관한 것이다. 특별히 나타내거나 기술되지 않은 요소는 당해 기술분야의 숙련가들에게 익히 알려진 다양한 형태를 취할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

광 공급 표면 또는 다른 광원으로부터 입사광을 컨디셔닝하여 굴절에 의한 입사광의 적어도 일부분을 재지향시킴으로써 휘도향상이 달성됨을 아는 것이 유익하다. 특정한 양태에 있어서 휘도향상의 목표는 크게는 애플리케이션에 의존한다. 몇몇 유형의 디스플레이 장치에 있어서 법선방향으로의 광의 재지향이 요구되는 바람직한 유형의 컨디셔닝이다. 또다른 경우에 광범위한 시인각에 대한 광의 재분포는 필요한 바람직한 유형의 컨디셔닝이다. 본 발명의 장치 및 방법은 루미넌스 특성을 다수의 방법으로 컨디셔닝하여 일정 범위의 애플리케이션에 휘도향상을 제공하는 융통성 있는 메카니즘(flexible mechanism)을 제공한다.

도 4a 내지 4h에는 본 발명의 휘도향상제품(40)의 신규한 광 지향 구조의 횡단면도가 도시되어 있다. 제 1 양태에서 휘도향상제품(40)은 평활한 사이드(42), 및 길이방향으로 배열된 사다리꼴 프리즘 요소들(38)을 갖는 프리즘 사이드(prism side)(44)을 갖는다. 사다리꼴 프리즘 요소들(38)은 다수의 방법으로 형성될 수 있지만, 대부분은 직렬의 평행한 홈(30)으로 사다리꼴 프리즘 요소들(38) 사이의 공간을 고려함으로써 명확히 한정될 수 있다. 사다리꼴 프리즘 요소(38)의 각 사이드 상의 홈(30)에 의해서 각각의 사다리꼴 프리즘 요소(38)는, 도 4c에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 서로 평행하지 않은 플레인 또는 사이드나 또는 광을 수집하기 위한 광 공급 표면(14)와 마주하는 페이스 플레인(46) 및 다리 (34) 및 (36)을 갖는다. 광 공급 표면(14)로부터 나오는 광은 다소 람버티안성이다. (용어 "다리"는 수학적인 의미로 예를 들어 사다리꼴의 서로 평행하지 않은 변을 지칭하는 것으로 사용된다) 따라서, 도 4b에서 도시된 바와 같이 각각의 사다리꼴 프리즘 요소(38)는 페이스 플레인(46)에 대해 다리 (34) 및 (36)의 각 β 및 홈들(30) 사이의 피치 P에 의해 정의된 치수를 갖는다. 페이스 플레인 보다 크며 입사광으로부터 멀리 배치된 베이스 플레인(47)는 프리즘 요소의 베이스를 연결시킨다. 이러한 치수들은 각각의 사다리꼴 프리즘 요소(38)의 높이 H 및 안쪽의 사다리꼴 베이스 각 α를 결정한다. 한 양태에 사용된 명목 치수는 예를 들어 다음과 같다:

피치 P: 75마이크론

베이스 각 β: 95°

안쪽의 베이스 각 α: 85°

높이 H: 100마이크론

너비 W: 57.5마이크론

아래에서 설명을 위해서 하기 표시법 및 관계가 특히 유용하다:

각 β = 180°

각 γ = 180°- 2α

굴절률: n. 유익한 대부분의 기판에 있어서 n≥1.3

피치 P에 대해: (파장<<P<<500㎛)

실험결과에 의해 확인된 제 1 차수 근사법(first order apporximation)으로서 베이스 각 β가 수학식 90°< 베이스 각 β < 120°를 만족하는 경우에 최상의 성능이 얻어진다.

도 4b에서 치수 T로서 표시된 사다리꼴 프리즘 요소(38)를 지지하는 추가적인 기판 물질의 두께는 기판이 애플리케이션에서 휘도향상제품(40)에 충분한 지지를 제공할 만큼 긴 임계적 치수는 아니다. 전형적인 실시예에서 두께 T는 약 150마이크론이다. 사다리꼴 프리즘 요소들(38)이 다른 수단에 의해 연결되는 경우 기판 두께 T는 0일 수 있으며, 프리즘 요소를 형성하는 물질은 굴절률 1인 공기일 수 있다.

바람직한 양태에 있어서 다리 (34) 및 (36)은 반사성이다. 또한 다리 (34) 및 (36)이 비반사성인 양태를 포함하는 다른 양태가 하기 기술되어 진다.

휘도향상제품(40) 및 반사성 다리 (34) 및 (36)에 의한 광의 재지향

도 4a 내지 4h에서 나타낸 사다리꼴 프리즘 요소들(38)의 배치의 경우 입사광은 페이스 플레인(46)에서 휘도향상제품(40)에 의해서 수집된다. 도 4c에서 광선 R20, R22, R22 및 R24는 다리 (34) 및 (36)이 반사성인 경우 휘도향상제품(40)이 법선방향에 대해서 다양한 각 θ로 어떻게 재지향시키는지를 설명한다.

(i) R20: 페이스 플레인(46)이 수직 입사광에 대해 평탄한 표면을 제공하므로 이러한 광은 휘도향상제품(40)을 통해 직접 투과된다.

(ii) R22: 다리 (34) 및 (36)과 충돌하지 않는 축이탈 광에 있어서 출력 광의 각은 입사각의 광과 동일하다. 즉, θ₂=θ₁

(iii) R24: 반사성 다리 (34) 또는 (36)과 충돌하는 광에 있어서 출력 광의 각은 감소된다. 즉, θ₄ < θ₃

도 4d 내지 4e는 확대도로 반사성 다리 (34) 또는 (36)이 반사성인 경우 홈(30)에서 입사하는 광의 취급을 나타낸다. 도 4d의 경우에 있어서 홈(30)은 중공(中空)이며, 도 4e의 경우 홈(30)은 입사광을 반사시키는 추가적인 표면 구조를 제공하는 반사성 물질(32)를 함유한다. 두 경우에 있어서 상기 영역에 대한 입사광은 재순환을 위하여 프리즘 사이드(44)로부터 광 공급 표면(14)으로 역반사된다(도 4d 내지 4h의 확대도에는 도시되지 않음).

조절 컷오프 각 θ _cutoff

본 발명의 휘도향상제품(40)은 컷오프 각 θ_cutoff을 측정하는 방법을 제공하고 특정한 치수를 변화시킴으로써 상기 각을 조정함에 있어서 이점을 가진다. 도 4c에서 제안된 바대로 광선 R20으로 표시한 법선 방향에서의 입사각은 굴절되지 않거나, 또는 그렇지 않으면 컨디셔닝된다. 일부 다른 각에서의 광은 각각 R24 및 R22로 표시된 반사된 다리 (34) 및 (36)에 충돌하거나 충돌하지 않을 수 있다. 이러한 가능한 광로를 분석하여 도 4f, 4g 및 4h에 나타낸 컷오프 각 θ_cutoff의 3개이 기본성분들을 얻는다.

(i) 제 1 성분 컷오프 각 θc1을 갖는 도 4f의 광선 R30의 경로로 개략적으로 표시된 다리 (34) 또는 (36)과 충돌하지 않는 입사광. θc1보다 큰 입사각에서의 광은 다리 (34) 또는 (36)과 한 번 이상 충돌함.

(ii) 도 4g에 나타낸 바와 같이 법선방향에서 90°의 극단적인 각에서의 입사각. 이러한 광은 최대로 가능한 제 2 성분 컷오프 각 θc2에서 나오기 전의 하나 이상의 다리 (34), (36)과 충돌한다. 도 4g는 입사광이 나오기전에 다리 (34) 및 (36) 중의 하나와만 충돌하는 가능한 가장 간단한 경우를 나타낸다. 광이 다리 (34), (36)과 충돌할 때 마다 광의 각은 법선 방향에 대해 감소되는 것으로 관측된다. 따라서 도 4g에서 성분 컷오프 각 θc2에서의 표시는 이러한 성분에 있어서 가장 극단적인 경우를 나타낸다.

(iii) 각 θc1의 등가물에 의해 경계지어지는 범위의 다른 단부에서의 입사광. 이러한 거동은 도 4h에 나타나 있다. θc1이 다리 (34) 또는 (36)과의 충돌을 피하는 광을 위한 가능한 가장 큰 각이므로, 각 θc1과 매우 근접한, 즉 상한으로서 수학적으로 경계지어지는 입사각은 제 3 성분 컷오프 각 θc3을 제공한다.

휘도향상제품(40)에 대한 전체적인 컷오프 각 θ_cutoff는 이러한 3가지 성분 컷오프 각의 최대 절대값으로서 다음과 같다:

법선방향의 광의 배향이 가장 중요하기 때문에 절대값이 사용되며; 법선 대조의 어느 한 측(왼쪽 또는 오른쪽)에 대한 광선의 특정한 방향은 고려될 필요가 없다.

다시 도 4f와 관련하여 페이스 평면(46)의 모서리로부터 홈(30)의 꼭지점(50)으로 연장된 광선 R30이 제 1 성분 컷오프 각 θc1을 한정한다. 즉, 광선 R30은 다리 (34), (36)과 만나지 않는 휘도향상제품(40)을 통과하는 광에 대한 최대 입사각을 나타낸다. R30보다 넓은 각에서 입사하는 광선은 다리 (34), (36)의 사이드로부터 반사된다. R30보다 좁은 각에서 입사하는 광선은 그 광선은 페이스 플레인(46)과 충돌하는 위치에 의존하는 휘도향상제품(40)을 통해 단순히 굴절되거나 지향될 수 있다. 물론, 광선 R30의 각에서이지만 페이스 플레인(46)의 표면 상의 도처에서 입사하는 광은 도 4c의 광선 R24로 표시한 바와 같이 다리 (34), (36)과 충돌할 수 있다. 도 4f에서의 광선 R30은 내부로 분사되지 않는 광에 대한 최대각 입사를 나타낸다. 앞에서 강조하였듯이, 다리 (34) 또는 (36)과 충돌하는 광은 법선 방향으로 이동하며 따라서 컷오프 각 θ_cutoff의 값을 측정함에 있어서 도 4f 내지 4h에 나타낸 것보다 복잡한 경로가 고려될 필요가 없다.

상기 분석으로부터 제 1 성분 컷오프 각 θc1의 값은 하기 수학식 1에서와 같이 유도될 수 있다:

위에서 언급한 바와 같이 단일의 다리 (34) 또는 (36)과 충돌하는 광선은 법선 방향에 근접한 출력 각으로 재지향된다. 그러나, 입사각에 따라 광선은 다리 (34) 및 (36)으로부터 여러차례 반사될 수 있다. 그러나, 위에서 언급한 바와 같이 다리 (34) 또는 (36)에 여러번 충돌하는 입사광은 방출되는 경우 일반적으로 평활한 사이드(42)의 법 방향에 대해 감소된 각을 갖는다.

θc1의 원하는 값이 주어지면, 사다리꼴 프리즘 요소(38)에 대한 높이 H 대 피치 P의 적당한 비 및 내부의 베이스 각 α의 치수가 수학식 1을 이용하여 계산될 수 있다.

본 발명의 휘도향상제품(40)에 있어서 수학식 2.1, 2.2 및 2.3에 주어진 3가지 조건은 H/P 값의 범위에 대한 제 1 성분 컷오프 각 θc1, 각 α 및 굴절률 n과 관련된다.

수학식 2.1 및 2.2를 만족하는 경우 θc1≤입사각≤90°의 범위내의 모든 입사광은 다리 (34) 또는 (36) 중 하나와 충돌한다. 수학식 2.1은 각 α, θc1, 및 굴절률 n에 대해 주어진 값의 모든 경우에 있어서 H/P의 비를 만족하여야만 하는 하한(下限) 조건을 정의한다. 수학식 2.3은 넓은 축이탈 각을 선호하는 바람직한 상한을 정의한다. 법선 방향으로 재지행된 광을 갖는 것이 바람직한 경우 수학식 2.3을 만족하지 않는 높은 H/P의 비가 바람직할 수 있다.

도 4c에서의 광선 R24 및 도 4g 내지 4h에서 나타낸 거동으로 되돌아 가서 언급하자면 θc2 및 θc3 둘 다의 계산은 출력 각 θc4를 고려함으로써 유도된다. 수학식 2.4는 상기 출력 각의 값에 대한 일반적인 계산을 제공한다:

각 θ3이 하기 수학식 2.5로 표시된 범위 내인지를 관측한다.

수학식 2.4를 사용하여 θ3 내지 90°의 값을 설정함으로써 하기 수학식 3.1에서 나타낸 바와 같이 θc2의 계산을 실시한다.

다시 수학식 2.5를 사용하여 하기 수학식 3.2a 또는 3.2b에서 나타낸 바와 같이 그 범위의 다른 극단적인 말단에 대한 θ3의 값을 설정함으로써 θc3의 값을 계산할 수 있다.

개구비(開口比; aperture ratio)

입사광을 전달하고 충전 인자를 결정하는 표면의 일부분인 개구비는 하기 수학식 4에 따라 휘도향상제품에 대해 결정된다.

일반적인 원칙으로서, 비교적 큰 구비가 최대 루미넌스를 달성하는데 있어서 가장 유리하다. 본 발명의 방법을 사용하는 특정한 설계에 있어서 컷오프 각 θcutoff의 고려에 대해 밸런스를 이루는 중요한 설계 기준으로서 효과적인 개구비를 고려하는 것이 필요하다.

개구비는 하기 수학식 5와 같이 0보다 커야 하므로 수학식 6.1의 조건을 만족하여야 한다.

수학식 2.2 및 6의 조건은 대등한 것으로 관측될 수 있다.

컷오프 각 성분들을 나타내는 실시예

도 9a 내지 9f에 있어서 컷오프 각 성분 θc1, θc2 및 θc3의 절대값은 선택된 H/P의 비를 갖는 베이스 각 α에 대해 플롯된다. 이들 그래프 각각에 있어서 하한(24)는 하기 수학식 6.2로 표시된다.

이것은 양의 개구비를 유지시키기 위해서 베이스 각 α에 대한 최소값을 나타낸다.

도 9a에서 H/P의 비=0.5이다. 여기서, 성분 θc1은 하한보다 큰 베이스 각 α에 대한 가상의 수치이며, 최대값 θc1이 90°일 수 있음을 나타낸다. 따라서,

이다.

도 9b에서 H/P의 비=0.707이다. 여기서 성분 θc1은 60 내지 90°에서 변할 수 있다. 따라서, 일반적으로

이다.

도 9c에서 H/P의 비=1.0이다. 여기서 성분 θc1은 42 내지 90°에서 변할 수 있다. 일반적으로

이다. 베이스 각 α가 70°인 경우

이다.

도 9d에서 H/P의 비 = 1.33이다. 베이스 각 α가 70°<α< 85°의 범위로 되어 있을 때

이다. 성분 θc1이 33 내지 55°사이에서 변하므로 θ_cutoff 또한 변한다. 베이스 각 α>85°인 경우

이며, 이 값은 55 내지 99°에서 변한다. 베이스 각 α=85°에서 3가지 성분 θc1, θc2, θc3은, 보다 많은 광이 큰 축이탈 각 쪽으로 재지향됨을 나타내는 크고 서로 근접한다. 베이스 각 α=75°이지만

이고,

이며

이다. 이러한 프리즘형 구조는 법선방향으로 보다 많은 광을 재지향시킨다.

도 9e에서 H/P의 비=2.0이다. 여기서 베이스 각 α의 범위는 좁으며, α>76°이다. 여기서

이며, 이것은 21 내지 90°에서 변한다. 베이스 각 α=85°인 경우

이다.

도 9f에서 H/P의 비=5.0이다. 여기서 베이스 각 α의 범위는 좁으며, α>85°이다. 여기서

이며, 이것은 52 내지 90°에서 변한다.

하기 전형적인 파라미터가 실시예를 제공한다:

n=1.5

α=85°

P=75마이크론

H=100마이크론

3가지 컷오프 각 성분은 다음과 같다:

θc1=55.9°

θc2=52.2°

θc3=36.7°

따라서, 상기 실시예에 있어서

이 다.

이러한 컷오프 각에 있어서 1.33≤H/P≤1.41인 것이 상기 수학식 2.1 및 2.3의 조건에 부합한다.

다양한 전형적인 굴절률 n에 대한 내부의 베이스 각 α에 대한 제 2 성분 컷오프 각 θc2의 관계는 도 8의 그래프에 나타나 있다. 컷오프 각 θ_cutoff의 계산 유도값은 근사치임이 강조되어야 한다. 컷오프 각 성분 θc1, θc2, θc3과 관련하여 기술된 다양한 광로에 순응하지 않는 적은 부분의 빗나가는 광(stray light)이 여전히 존재한다. 그러나, 이러한 적은 양의 빗나가는 광은 실제적인 컷오프 각 θ_cutoff를 측정하기 위한 "노이즈(noise)"로서 고려될 수 있다.

적당한 파라미터의 선택

본 발명의 장치 및 방법은 디스플레이 애플리케이션의 요건에 가장 잘 부합하는 컷오프 각 거동을 갖는 휘도향상제품(40)의 설계를 허용한다. 휘도향상제품(40)에 대한 치수 데이터는 디스플레이 애플리케이션에서의 전체적인 응답을 예상하는데 사용될 수 있다.

도 9a 내지 9f에서 나타낸 바와 같이 최소 베이스 각 α는, 사다리꼴이라기 보다는 실질적으로 삼각형 형상인 프리즘형 구조(16)을 제공한다. 따라서, 본 발명의 방법은 일반적인 경우 도 1에 나타낸 종래기술의 휘도향상제품(10)의 컷오프 각 거동을 측정할뿐만 아니라 도 4a 내지 4h에서 나타낸 바와 같이 베이스 각 α의 변화가 본 발명의 휘도향상제품(40)의 거동에 어떻게 영향을 미치는지를 평가하는 데 사용된다.

휘도향상제품(40), 비반사성 다리 (34), (36)에 의한 광의 재지향

또다른 양태에 있어서 다리 (34), (36)의 하나 이상은 비반사성이다. 이러한 배열은 θ_cutoff의 값을 측정하는 것을 곤란하게 한다. 그러나, 다리 (34), (36)에 충돌하지 않는 보다 작은 입사각에서의 광에 기초한 제 1 성분 및 다리 (34), (36)에 충돌하는 제 2 성분으로 유사한 총괄 접근법이 적용될 수 있다.

도 12에 있어서는 다리 (34), (36)이 비반사성인 휘도향상제품(40)에 대한 광 취급 특성이 나타나 있다. 도 4a 내지 4h의 양태와 마찬가지로 작은 각에서 입사광은 θ1=θ5인 광성 R42로 나타낸 동일한 각에서 투과된다. 다리 (34), (36) 쪽으로 지향되는 페이스 플레인(46)에서의 입사광은 또한 광선 R44로 나타낸 바와 같이 전체적인 내부반사(TIR)에 의해 작은 각을 제공하도록 지향될 수 있다.

이러한 양태에 있어서 하기 수학식 7의 관계가 적용되는한 전체적인 내부 반사가 일어난다.

인 한 α≤90°인 경우에는 항상 수학식

를 만족시킨다.

일반적으로, 이것이 가장 적합한 유형의 투명 필름이다.

홈(30)에 대한 광 재순환 효율을 향상시키기 위해서는 하기 수학식 8의 조건이 바람직하다.

도 10에서는 굴절률 n에 대한 베이스 각 α의 관계가 나타나 있다. 곡선 (70) 및 (72)는 다리 (34), (36) 및 α=90°인 상한(74)에 대한 평활한 표면에서 전체적인 내부 반사에 대한 굴절률 n에 관한 베이스 각 α의 의존성을 보여준다. 곡선 (72) 및 (70)은 각각 하기 수학식 9.1 및 9.2로 표시된다.

도 12에는 출사광의 각 θ6이 입사광의 각 θ3보다 작도록 비반사성 다리 (34), (36)에서의 전체적인 내부 반사가 광을 어떻게 재분포시키는 지를 나타낸다. 도 13에서는 제 2 전체적인 내부 반사가 다리 (34), (36)을 통해 투과되고 평활한 사이드(42)에서 입사되는 홈(30)에 충돌하는 광에 대해 일어날 수 있다. 또한, 각 θ1에서의 입사광은 θ10이 각 θtir을 초과하도록 굴절된다. 입사 및 반사광 경로는 하나 이상의 홈(30)에서 들어오고 나간다. 이어서 이러한 광은 재순환되고 광선 R44로서 필름을 통과할 수 있다.

도 14에 있어서 또다른 가능한 각에서의 광의 거동이 나타나 있다. 여기서, 다리 (34), (36)과 충돌하는 광은 전체적인 내부 반사로 인하여 반사되며, 출력 광으로서 지향된다. 그러나, 출력 광은 법선 방향에 대해서 상당한 각 θ8에 있을 수 있다.

일반적으로, 비반사성 다리 (34), (36)을 갖는 휘도향상제품(40)의 거동은 반사성 다리 양태인 경우 보다 특성화하는 것이 곤란하다. 그러나, 비반사성 양태는 후면발광 디스플레이와 함께 사용하기 위한 중요한 광 컨디셔닝 이점을 제공한다.

공기가 유전성 층으로 대체되는 경우 굴절률 n은 대체 유전층 물질의 굴절률에 대한 필름의 굴절률의 비로서 이해되어야 한다.

조명 시스템에서의 사용

종래 LCD 디스플레이에 있어서는 한 쌍의 교차된 휘도향상제품이 사용된다. 도 5의 익스플로드한 도면(exploded view)에 있어서는 본 발명의 휘도향상제품(40)이 LCD 랩톱 디스플레이와 같은 디스플레이를 위한 조명 시스템의 부분으로서 어떻게 사용될 수 있는지를 나타내고 있다. 광원(18)으로부터의 조명은 제 1 방향(D1)에 배향된 홈(30)을 갖는 휘도향상제품의 제 1 시트로 광 공급 표면(14)에 의해서 지향된다. 휘도향상제품(40)의 제 2 시트는 상기 제 1 시트 위로 오버레이되고 여기서 제 2 시트는 방향(D1)에 대해 수직인 제 2 방향 D2에 배향된 홈(30)을 갖는다.

단일의 시트 양태

수직 방향을 따라 조명을 증진시킬 수 있는 단일 성분으로서 휘도향상제품을 제공함에 있어서 유용함을 알 수 있다. 그러나, 종래기술의 휘도향상제품 또는 본 발명의 휘도향상제품(40) 중 어느 것을 사용하는지에 따라 개별적인 휘도향상제품(40)이 도 5에 나타낸 바와 같이 동일한 방향과 마주하는 프리즘형 구조를 가질 필요가 있다. 휘도향상장치를 전개하는 것에 숙련된 사람들에게 알려진 상기 요건은 2개의 교차된 휘도향상제품이 단일 필름으로 일체화되는 것을 방해한다.

2개의 교차된 휘도향상제품을 대체하는 단일 시트 휘도향상제품(54)의 배열이 도 6에 도시되어 있다. 단일 시트 휘도향상제품(54)의 한 표면은 방향(D1)으로 연장하는 홈(30)을 갖는 사다리꼴 프리즘 요소(38)을 포함한다. 반대측 표면은 도 1에 나타낸 종래기술의 휘도향상제품(10)과 유사한 프리즘형 구조를 수직방향(D2)로 정렬된 평행한 열로 포함한다. 이와 같은 수직광 지향 구조를 단일 성분으로 결합시킴으로써 단일 시트 휘도향상제품(54)은 교차된 휘도향상제품(10)의 통상적인 배열을 사용하여 이용될 수 있는 조명 시스템(52)에 대한 보다 얇은 패키지를 허용한다. 도 15에 있어서는 단일 시트 휘도향상제품(76)에 대해 보다 일반화된 대체 양태가 투시 단면도로 도시되어 있다. 이러한 양태에서는 사다리꼴 구조가 사용되거나 사용되지 않을 수 있다. 이러한 일반화된 묘사에 있어서 단일 시트 휘도향상제품(76)의 두 표면은 일부 유형의 프리즘 요소의 열을 가지며 각각의 사이드에 상응하는 수직 방향 (D1) 및 (D2)에서 홈(30)을 갖는 것으로 고려될 수 있다. 한 양태에 있어서 매우 작은 페이스 플레인(46)을 갖는 사다리꼴 구조가 사용될 수 있으며, 이러한 구조는 또한 도 6에서 나타낸 전체적으로 삼각형 외양을 갖게 된다.

본 발명의 휘도향상제품은 시인각에 대해 선호하는 루미넌스 특성을 제공한다. 도 7에는 시인각이 홈(30)에 수직인 평면에서 변하는 본 발명의 휘도향상제품(40)에 대한 루미넌스 곡선(56)이 나타나 있다. 도 7의 루미넌스 곡선(56)으로부터 알 수 있듯이 본 발명의 루미넌스 향상 해법은 축이탈 각 및 조절가능한 컷오프 각 θc에서 재분포된 광의 이점을 제공한다. 또한, 휘도향상제품(40)은 도 2에 나타낸 바와 같이 컷오프 각 θc에 대한 축이탈 각에서 약간의 피크를 생성하는 폐기된 광을 최소화시키는 휘도응답을 제공한다. 그러나, 적절히 선택된 프리즘 파라미터를 사용하면 휘도 피크가 축상 루미넌스를 최대화하도록 변하여 피크 에너지를 광학 축 쪽으로 재지향시킨다.

상기 바람직한 양태는 휘도향상제품(40)의 프리즘 사이드(44)를 따라 길이방향으로 배열된 사다리꼴 요소를 사용한다. 도 11에서는 프리즘 요소들(80)이 제공되는 또다른 양태를 프리즘 사이드(44)로부터 투시도로 도시하고 있다. 도 11의 양태에 있어서 홈(30)은 프리즘(44)의 표면에 대해 서로 수직 방향으로 연장하여 꼭대기를 자른(truncated) 피라미드 형상의 열의 외양을 갖는 프리즘 요소들(80)의 매트릭스 정렬을 정의한다. 또다른 배열로는 휘도향상제품(40)이 2개의 수직인 방향 각각에 대해 법선방향으로 광을 지향시킨다. 이러한 방식으로, 휘도향상제품(40)의 단일 시트는 디스플레이 표면 쪽으로 광을 지향시키기 위해 사용될 수 있다.

휘도향상제품(40)에서의 프리즘 요소(80)은 단일 시트를 갖는 개선된 루미넌스 특성을 제공하는 수직 방향에서의 횡단면이 V자형이다. 도 16과 관련하여, 교호적인 휘도향상제품(90) 상의 프리즘 요소들(92)은 전체적인 형상이 역전된 꼭대기를 자른(truncated) 원추형상이고 각각의 프리즘 요소들(92)이 원추대의 형상을 갖는다. 그러나, 교호적인 휘도향상제품(90)의 플레인내의 방향과 관련하여, 프리즘 요소(92)는 횡단면이 사다리꼴 모양이다. 각각의 프리즘 요소(92)는 입사광 L을 수용하기 위한 페이스 플레인(94)를 갖는다. 각각의 프리즘 요소(92)에 있어서 사이드(96)은 각각 코팅되거나 비반사성일 수 있다. 반사성 충전물질이 또한 프리즘 요소들(92) 사이에 도포될 수 있다. 그 플레인 내의 임의적인 방향으로부터의 광은 동일한 방식에서 각지게 재지향되므로 도 11의 배열에 대해 특별한 이점을 갖게 된다. 컷오프 각 θcutoff는 사다리꼴 구조에 대해 임의적인 각으로 계산될 수 있다. 도 4a 내지 4h와 관련하여 기술된 선형 양태에 대해 사용되는 베이스 각 α 및 β를 측정하기 위해 사한 분석이 적용된다.

본 발명은 바람직한 양태를 참조로 하여 기술되었지만, 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 당업자에 의해서 여기에 변화 및 변형이 가해질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어 다양한 유형의 코팅이 다리 (34) 및 (36)에 대한 반사 특성을 얻기 위해서 투명한 기판에 적용될 수 있다. 다양한 유형의 기판이 사용될 수 있으며, 굴절률, 열에 대한 복원성(resilience to heat)과 같은 특성, 또는 기타 특성에 기초하여 선택될 수 있다. 가능한 기판의 예는 아크릴계 및 폴리에틸렌 시트를 포함한다. 본원 개시의 특징 및 묘사는 사다리꼴 구조를 기술하지만, 관련 된 양태는 보다 일반적으로는 외형이 사다리꼴이지만 페이스 플레인(46) 또는 다리 (34) 및 (36)을 따라 약간 굴곡지거나 모서리에서 둥글게 될 수 있다. 홈들(30) 사이의 피치 P는 기판의 동일한 시트 상에서 상이한 값의 피치 P를 허용하는 경우에도 필요에 따라 변할 수 있다. 예를 들어 몰딩 또는 에칭을 비롯한 휘도향상제품(10)을 형성하기 위해 다양항 제조방법이 필요한 프리즘 요소의 형상에 따라 사용될 수 있다. 다양한 유형의 표면처리가 페이스 플레인(46), 다리 (34), (36) 또는 평활한 사이드(42)에 대해 적용될 수 있다.

본 발명의 휘도향상제품은 LCD 디스플레이 장치 뿐만 아니라 별도의 광원을 필요로 하지 않는 유기 LED(OLED)와 같은 방사 디스플레이 장치에 사용하기 적합하다.

따라서, 투과성 LCD 디스플레이 및 기타 유형의 후면발광 디스플레이에 사용하기 위한 개선된 휘도향상제품이 제공되어진다.

도면부호의 설명

10: 휘도향상제품

12: 평활한 사이드

14: 광 공급 표면

16: 프리즘형 구조

18: 광원

19: 반사 표면

20: LCD 성분

24: 하한

26: 루미넌스 곡선

30: 홈

32: 반사성 물질

34, 36: 베이스 다리

38: 사다리꼴 프리즘 요소

40: 휘도향상제품

42: 평활한 사이드

44: 프리즘 사이드

46: 페이스 플레인

47: 베이스 플레인

48: 곡선

50: 꼭지점

52: 조명 시스템

54: 단일 시트 휘도향상제품

56: 루미넌스 곡선

60: 하한 곡선

62: 상한 곡선

64: 한계선

70, 72: 곡선

74: 한계

76: 단일 시트 휘도향상제품

80: 프리즘 요소

90: 교호적인 휘도향상제품

92: 프리즘 요소

94: 베이스

96: 페이스

Claims

입사광을 전달하고 시인 방향에서 광을 우세적으로 재지향시키기 위한 휘도향상제품으로서, 상기 휘도향상제품이,

실질적으로 사다리꼴 모양의 횡단면을 갖는 직렬의 이격된 프리즘 요소(a series of spaced-apart prism elements)를 포함하는 광을 수용하기 위한 프리즘 표면을 포함하되, 각각의 상기 사다리꼴 프리즘 요소가,

(a) 입사광 쪽으로 배치된 페이스 플레인(face plane);

(b) 입사광으로부터 멀리 배치되고 프리즘 요소의 베이스(base)를 연결시키는 페이스 플레인보다 넓은 베이스 플레인(base plane); 및

(c) 상기 페이스 플레인으로부터 상기 베이스 플레인으로 후방 연장하는 것으로, 각각이 평행하지 않은 플레인과 상기 페이스 플레인 사이의 프리즘 요소 내부에서 90°초과 120°미만의 각(β)를 형성하는 제 1 및 제 2의 비평행 플레인(non-parallel)을 포함하는,

휘도향상제품.
제 1 항에 있어서,

프리즘 요소가 신장된 V자형 홈에 의해서 형성되는 휘도향상제품.
제 1 항에 있어서,

에틸렌 또는 아크릴계 단량체로부터 유도된 투명한 중합체를 포함하는 휘도향상제품.
제 1 항에 있어서,

상기 프리즘 요소가 실질적으로 동일한 간격으로 이격되는 휘도향상제품.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2의 상호 비평행 플레인 중 하나 이상이 반사 표면을 갖는 휘도향상제품.
제 5 항에 있어서,

상기 반사 표면이 하나 이상의 광학 코팅(optical coating)을 포함하는 휘도향상제품.
제 5 항에 있어서,

상기 반사표면이 프리즘 요소들 사이의 공간내에 충전물(filling)을 포함하는 휘도향상제품.
제 1 항에 있어서,

상기 입사광이 람버티안성(Lambertian; 균등 확산성)인 휘도향상제품.
제 1 항에 있어서,

프리즘 구조를 형성하는 물질이 중합성인 휘도향상제품.
제 1 항에 있어서,

이웃하는 프리즘들에서 동일한 지점들 사이의 피치(P) 또는 거리가 10 내지 200마이크론인 휘도향상제품.
제 1 항에 있어서,

피치(P)가 10 내지 100마이크론인 휘도향상제품.
제 1 항에 있어서,

피치(P)에 대한 페이스 플레인과 베이스 플레인 사이의 높이(H) 또는 수직 거리의 비가 0.5 내지 5인 휘도향상제품.
제 1 항에 있어서,

피치(P)에 대한 페이스 플레인과 베이스 플레인 사이의 높이(H) 또는 수직 거리의 비가 1 내지 2인 휘도향상제품.
제 1 항에 있어서,

프리즘 요소를 형성하는 물질이 공기인 휘도향상제품.
제 1 항에 있어서,

휘도향상제품의 시인측(viewing side) 상에 제 2 프리즘형 구조를 추가적으로 포함하되, 프리즘이 광 수용 표면 상의 프리즘에 대해 수직인 제 1 방향으로 배열되는 휘도향상제품.
제 15 항에 있어서,

상기 시인측 프리즘형 표면이 상기 제 2 프리즘형 표면을 따라 제 2 방향에서의 길이방향 축을 가지는 실질적으로 삼각형인 프리즘 형상의 렌즈 요소의 선형 어레이(linear array)를 포함하고, 상기 제 2 방향이 상기 제 1 방향에 대해 수직인 휘도향상제품.
제 1 항에 있어서,

프리즘형 표면이 서로 수직인 방향에서 2개의 직렬의 V자형 홈을 포함하는 휘도향상제품.
제 1 항에 있어서,

프리즘 요소들이 꼭대기를 자른(truncated) 원추형상으로 된 휘도향상제품.
제 1 항에 있어서,

프리즘 요소들이 꼭대기를 자른 피라미드 형상인 휘도향상제품.
제 1 항의 휘도향상제품 및 디스플레이에 이미지를 형성하기 위한 상기 향상된 조명의 경로에서의 광 변조기(light modulcator)를 포함하는 디스플레이 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 광 변조기가 LCD 공간 광 변조기인 디스플레이 장치.
제 1 항의 휘도향상제품을 포함하는 액정 디스플레이 장치.
2개의 제 1 항의 휘도향상제품을 포함하는 액정 디스플레이 장치로서, 각각의 휘도향상제품이 각각의 광 수용 표면에 프리즘형 표면을 갖는 액정 디스플레이 장치.
제 23 항에 있어서,

2개의 프리즘형 표면이 서로에 대해 수직으로 배향되는 액정 디스플레이 장치.
입사광을 전달하고 시인 방향에서 광을 우세적으로 재지향시키기 위한 휘도향상제품으로서, 상기 휘도향상제품이,

실질적으로 사다리꼴 모양의 횡단면을 갖는 직렬의 이격된 프리즘 요소를 포함하는 광을 수용하기 위한 프리즘 표면을 포함하되, 각각의 상기 사다리꼴 프리즘 요소가,

(a) 입사광 쪽으로 배치된 페이스 플레인;

(b) 입사광으로부터 멀리 배치되고 프리즘 요소의 베이스를 연결시키는 페이스 플레인보다 넓은 베이스 플레인; 및

(c) 상기 페이스 플레인으로부터 상기 베이스 플레인으로 후방 연장하는 것으로, 각각이 각(β)=180°-α를 형성하는 제 1 및 제 2의 비평행 플레인을 포함하고,

상기 휘도향상제품에 대한 이웃하는 프리즘에서의 동일한 지점들 사이의 거리 또는 피치(P)에 대한 페이스 플레인과 베이스 플레인 사이의 높이(H) 또는 수직 거리의 비가 하기 수학식 1, 3.1 및 3.2에 의해 정의되는 절대값 θc1, θc2 및 θc3의 최대값으로서 출력 광에 대한 컷오프(cutoff) 각을 제공하는,

휘도향상제품.

수학식 1

수학식 3.1

수학식 3.2

상기 식에서,

α=180°-β이고,

n은 프리즘 요소 물질의 굴절률이다.
입사광의 휘도를 향상시키고 광을 시인방향에서 재지향시키는 방법으로서,

실질적으로 사다리꼴 모양의 횡단면을 갖는 직렬의 이격된 프리즘 요소들을 포함하는 광을 수용하기 위한 프리즘 표면을 통해 광을 지향시키는 단계를 포함하고,

각각의 상기 사다리꼴 프리즘 요소가,

(a) 입사광 쪽으로 배치된 페이스 플레인;

(b) 입사광으로부터 멀리 배치되고 프리즘 요소의 베이스를 연결시키는 페이스 플레인보다 넓은 베이스 플레인; 및

(c) 상기 페이스 플레인으로부터 상기 베이스 플레인으로 후방 연장하는 것으로, 각각이 평행하지 않은 플레인과 상기 페이스 플레인 사이의 프리즘 요소 내부에서 90°초과 120°미만의 각(β)를 형성하는 제 1 및 제 2의 비평행 플레인을 포함하는,

방법.
입사광의 휘도를 향상시키고 광을 시인방향에서 재지향시키는 방법으로서,

실질적으로 사다리꼴 모양의 횡단면을 갖는 직렬의 이격된 프리즘 요소들을 포함하는 광을 수용하기 위한 프리즘 표면을 통해 광을 지향시키는 단계를 포함하고,

각각의 상기 사다리꼴 프리즘 요소가,

(a) 입사광 쪽으로 배치된 페이스 플레인;

(b) 입사광으로부터 멀리 배치되고 프리즘 요소의 베이스를 연결시키는 페이스 플레인보다 넓은 베이스 플레인; 및

(c) 상기 페이스 플레인으로부터 상기 베이스 플레인으로 후방 연장하는 것으로, 각각이 각(β)=180°-α를 형성하는 제 1 및 제 2의 비평행 플레인을 포함하고,

상기 휘도향상제품에 대한 이웃하는 프리즘에서의 동일한 지점들 사이의 거리 또는 피치(P)에 대한 페이스 플레인과 베이스 플레인 사이의 높이(H) 또는 수직 거리의 비가 하기 수학식 1, 3.1 및 3.2에 의해 정의되는 절대값 θc1, θc2 및 θc3의 최대값으로서 출력 광에 대한 컷오프 각을 제공하는,

방법.

수학식 1

수학식 3.1

수학식 3.2

상기 식에서,

α=180°-β이고,

n은 프리즘 요소 물질의 굴절률이다.