KR20080048039A - 오목한 반투과기를 갖는 광 재순환 캐비티를 구비한 에지형백라이트 - Google Patents

오목한 반투과기를 갖는 광 재순환 캐비티를 구비한 에지형백라이트 Download PDF

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크레이그 알. 샤르트
디. 스코트 톰슨
존 에이. 휘틀리
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Abstract

오목한 반투과기를 갖는 광 재순환 캐비티를 구비한 에지형 백라이트가 개시된다. 에지형 백라이트는 출력 영역을 갖고, 백라이트의 출력 영역에 면하는 후방 반사기를 포함한다. 백라이트는 입사광을 부분적으로 투과하고 부분적으로 반사하는 반투과기를 추가로 포함하고, 반투과기는 후방 반사기에 면하는 오목 구조를 형성하여 그들 사이에 하나 이상의 재순환 캐비티를 제공하도록 형상화되며, 하나 이상의 재순환 캐비티는 백라이트의 출력 영역을 사실상 채운다. 백라이트는 백라이트의 제1 에지에 인접하게 위치된 적어도 하나의 광원을 추가로 포함한다. 적어도 하나의 광원은 하나 이상의 재순환 캐비티의 입력 표면을 통해 하나 이상의 재순환 캐비티 내로 광을 주입하도록 작동될 수 있고, 입력 표면은 출력 영역에 사실상 직교하며, 적어도 하나의 오목 구조는 입력 표면으로부터 먼 방향으로 후방 반사기와 함께 수렴한다.
에지형 백라이트, 후방 반사기, 반투과기, 광원, 오목 구조, 디스플레이

Description

오목한 반투과기를 갖는 광 재순환 캐비티를 구비한 에지형 백라이트{EDGE-LIT BACKLIGHT HAVING LIGHT RECYCLING CAVITY WITH CONCAVE TRANSFLECTOR}
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 2005년 8월 27일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/711,520호 및 2006년 8월 23일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/466,628호의 우선권의 이익을 청구한다.
본 발명은 백라이트, 특히 에지형 백라이트에 관한 것일 뿐만 아니라, 백라이트에 사용되는 구성요소, 백라이트를 사용하는 시스템 및 백라이트를 제조하고 사용하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 액정 디스플레이(LCD) 장치 및 유사한 디스플레이에 사용되는 백라이트 뿐만 아니라 조명원으로서 LED를 이용하는 백라이트에 매우 적합하다.
최근, 대중이 이용할 수 있는 디스플레이 장치의 수량 및 다양성에 있어서 엄청난 성장이 있어 왔다. 컴퓨터(데스크톱, 랩톱 또는 노트북이든지간에), 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 이동 전화 및 박형 LCD TV는 단지 몇몇의 예일 뿐이다. 비록 이들 장치 중 몇몇이 디스플레이를 보기 위해 보통의 주변광(ambient light)을 사용할 수 있지만, 대부분은 디스플레이가 보일 수 있도록 백라이트로 불리는 라이트 패널(light panel)을 포함한다.
그러한 많은 백라이트는 "에지형"(edge-lit) 또는 "직하형"(direct-lit)의 카테고리에 속한다. 이들 카테고리는 디스플레이 장치의 가시 영역을 한정하는 백라이트의 출력 영역에 대한 광원의 배치에 따라 달라진다. 에지형 백라이트에 있어서, 하나 이상의 광원은 백라이트 구성의 외측 테두리 또는 에지를 따라 출력 영역에 대응하는 구역 외측에 배치된다. 광원은 전형적으로 도광체(light guide) 내로 광을 발광하고, 도광체는 출력 영역과 비슷한 정도의 길이 및 폭 치수를 가지며 도광체로부터 광이 추출되어 출력 영역을 조명한다. 직하형 백라이트에 있어서, 광원의 어레이는 출력 영역의 바로 뒤에 배치되고 확산기(diffuser)는 광원의 전방에 배치되어 보다 균일한 광 출력을 제공한다. 몇몇 직하형 백라이트는 또한 에지 장착된 광을 포함하여, 직하형 및 에지형 조명의 조합으로 조명된다.
에지형 백라이트의 한가지 중요한 태양은 디스플레이를 조명하는 광이 균일하게 밝아야 한다는 것이다. 조명 균일도는 백라이트의 에지에 사용된 광원이 점광원, 예컨대 LED(light emitting diode)일 때 특히 문제가 된다. 그러한 경우에, 백라이트는 디스플레이된 이미지에 어두운 영역이 없도록 광을 디스플레이 패널에 걸쳐 확산시키는 데 필요하다. 또한, 몇몇 응용에서, 디스플레이는 상이한 색상의 광을 생성하는 다수의 상이한 LED로부터의 광으로 조명된다. 인간의 눈은 휘도보다는 색상에 있어서의 변화를 보다 쉽게 인식하기 때문에, 상이한 색상을 생성하는 광원을 효과적으로 혼합하여 백색 조명 광을 디스프레이에 제공하는 것이 어려울 수 있다. 이러한 상황에 있어서, 디스플레이된 이미지를 가로질러 휘도뿐만 아니 라 색상이 균일하도록 여러 LED로부터의 광이 혼합되는 것이 중요하다.
발명의 개요
일 태양에 있어서, 본 발명은 출력 영역을 갖는 에지형 백라이트를 제공한다. 에지형 백라이트는 백라이트의 출력 영역에 면하는 후방 반사기와, 입사광을 부분적으로 투과하고 부분적으로 반사하는 반투과기를 포함하고, 상기 반투과기는 후방 반사기에 면하는 적어도 하나의 오목 구조를 형성하여 그들 사이에 하나 이상의 재순환 캐비티를 제공하도록 형상화된다. 하나 이상의 재순환 캐비티는 백라이트의 출력 영역을 사실상 채운다. 백라이트는 백라이트의 제1 에지에 인접하게 위치된 적어도 하나의 광원을 추가로 포함한다. 적어도 하나의 광원은 하나 이상의 재순환 캐비티의 입력 표면을 통해 하나 이상의 재순환 캐비티 내로 광을 주입하도록 작동될 수 있고, 여기서 입력 표면은 백라이트의 출력 영역에 사실상 직교한다. 적어도 하나의 오목 구조는 입력 표면으로부터 먼 방향으로 후방 반사기와 함께 수렴한다.
다른 태양에 있어서, 본 발명은 조명(illumination) 측 및 뷰잉(viewing) 측을 갖는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널의 조명 측 상에 배치된 에지형 백라이트를 포함하는 디스플레이 시스템을 제공한다. 백라이트는 출력 영역을 갖는다. 백라이트는 백라이트의 출력 영역에 면하는 후방 반사기와, 입사광을 부분적으로 투과하고 부분적으로 반사하는 반투과기를 포함하고, 상기 반투과기는 후방 반사기에 면하는 적어도 하나의 오목 구조를 형성하여 그들 사이에 하나 이상의 재순환 캐비티를 제공하도록 형상화된다. 하나 이상의 재순환 캐비티는 백라이트의 출력 영역을 사실상 채운다. 백라이트는 백라이트의 제1 에지에 인접하게 위치된 적어도 하나의 광원을 추가로 포함한다. 적어도 하나의 광원은 하나 이상의 재순환 캐비티의 입력 표면을 통해 하나 이상의 재순환 캐비티 내로 광을 주입하도록 작동될 수 있고, 여기서 입력 표면은 백라이트의 출력 영역에 사실상 직교한다. 적어도 하나의 오목 구조는 입력 표면으로부터 먼 방향으로 후방 반사기와 함께 수렴한다.
다른 태양에 있어서, 본 발명은 출력 영역을 갖는 에지형 백라이트를 제공한다. 백라이트는 후방 반사기와, 입사광을 부분적으로 투과하고 부분적으로 반사하기 위한 반투과기 수단을 포함한다. 반투과기 수단은 후방 반사기에 면하는 적어도 하나의 오목 구조를 포함하여 그것들 사이에 하나 이상의 재순환 캐비티를 제공하고, 여기서 하나 이상의 재순환 캐비티는 패널의 출력 영역을 사실상 채운다. 백라이트는 또한 하나 이상의 재순환 캐비티의 입력 표면을 통해 하나 이상의 재순환 캐비티 내로 광을 주입하기 위해 백라이트의 제1 에지에 인접하게 위치된 광원 수단을 포함하고, 여기서 입력 표면은 백라이트의 출력 영역에 사실상 직교한다. 적어도 하나의 오목 구조는 입력 표면으로부터 먼 방향으로 후방 반사기와 함께 수렴한다.
상기의 본 발명의 개요는 본 발명의 각각의 개시된 실시 형태 또는 모든 구현예를 설명하고자 하는 것은 아니다. 이어지는 도면 및 상세한 설명은 예시적인 실시 형태를 보다 상세하게 예시한다.
도 1은 에지형 백라이트를 포함하는 디스플레이 시스템의 분해 사시도.
도 2는 적어도 하나의 광 재순환 캐비티를 포함하는 에지형 백라이트의 일 실시 형태의 개략적인 횡단면도.
도 3은 적어도 하나의 광 재순환 캐비티를 포함하는 에지형 백라이트의 다른 실시 형태의 개략적인 횡단면도.
도 4는 적어도 2개의 광 재순환 캐비티를 포함하는 에지형 백라이트의 일 실시 형태의 개략적인 횡단면도.
도 5는 적어도 3개의 광 재순환 캐비티를 포함하는 에지형 및 직하형 백라이트 조합의 일 실시 형태의 개략적인 횡단면도.
도 6은 백라이트의 인접 에지 상에 배치된 광원을 갖는 하나의 광 재순환 캐비티를 포함하는 에지형 백라이트의 일 실시 형태의 사시도.
도 7은 백라이트의 4개의 에지에 인접하게 위치된 광원 및 4개의 재순환 캐비티를 포함하는 에지형 백라이트의 일 실시 형태의 개략적인 평면도.
도 8 내지 도 11은 개시된 백라이트에서 광원으로서 사용가능한 다양한 패키지된 LED의 개략적인 횡단면도.
본 발명은 후방 반사기와 입사광을 부분적으로 투과하고 부분적으로 반사하는 반투과기를 포함하는 에지형 백라이트를 개시한다. 반투과기는 후방 반사기에 면하는 적어도 하나의 오목한 구조를 형성하도록 형상화되어 그 사이에 하나 이상의 재순환 캐비티를 제공한다. 적어도 하나의 광원, 그리고 몇몇 경우에는 광원의 어레이가 백라이트의 에지에 인접하게 위치되어 각각의 재순환 캐비티 내로 광을 주입한다. 유리하게는, 종래의 패키지된 또는 패키지되지 않은 LED가 광원으로서 사용될 수 있다.
에지형 백라이트는 휴대폰, PDA(personal digital assistant) 및 랩톱 컴퓨터에서 볼 수 있는 것과 같이 소형 디스플레이용으로 잘 알려져 있다. 전형적으로, 그러한 백라이트는 디스플레이 패널의 영역을 가로질러 (디스플레이의 하나 이상의 에지에 위치한 하나 이상의 광원으로부터의) 광을 균일하게 재분배하기 위해 중실형 도광체를 사용한다. 중실형 도광체는 소형 디스플레이에 대해서는 잘 작동하지만, 대각선 길이가 약 50.8 ㎝(20 인치)보다 큰 디스플레이 크기에 대해서는 잘 작동되지 않는다. 보다 큰 도광체는 무겁고 균일한 광 출력을 제공하도록 설계하기가 어렵다. 그것들은 또한 전체 균일도 및 시스템 효율을 제한하는 큰 투과 손실을 겪는다.
중공형 도광체가 덜 무거운 에지형 백라이트를 제조하는 방법으로서 제안되어 왔고, 중실형 도광체보다 효율적이다. 전형적으로, 그러한 백라이트는 2개의 필름 사이의 중공 캐비티 내에서 광을 안내하고, 2개의 필름 중 적어도 하나는 도광체로부터 외부로 광을 향하게 하기 위해 광 추출 특징부를 포함한다. 이들 설계는 중실형 도광체의 몇몇 문제점을 정말로 해결하지만, 적당한 갭(gap)을 유지하기 위해 2개의 필름에 기계적 지지를 제공할 필요가 있는 것과 같은 새로운 문제점을 발생시킨다.
광원용으로 개별적인 색상의 LED를 사용하는 에지형 백라이트는 휘도 균일도 뿐만 아니라 충분한 색상 혼합을 제공하여야 한다. 개별 LED(예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 LED)에 의해 조명된 에지형 백라이트에 대한 몇몇 설계는 디스플레이 뒤에 위치된 도광체의 영역 내로 광이 도입되기 전에 색상을 균일하게 혼합하기 위한 '예비 혼합'(pre-mixing) 구역을 포함한다. 이 혼합 구역은 백라이트의 크기 및 중량을 증가시키고 또한 효율을 감소시킬 수 있다.
본 명세서에서 설명된 에지형 백라이트는 예비 혼합 구역 없이도 백라이트의 출력 영역에 걸쳐 균일한 조명을 제공할 수 있다. 백라이트는 아주 효율적이고 중실형 도광체보다 훨씬 낮은 손실을 가질 수 있기 때문에 큰 면적의 디스플레이를 조명하기 위해 사용될 수 있다.
반투과기의 오목한 특징은 드문드문 배치된 LED와 같은 별개의 광원을 사용할 때에도 재순환 캐비티의 영역에 걸쳐 균일한 조명을 제공함에 있어 특히 효과적임이 판명되었다. 개별적인 적색/녹색/청색 LED의 어레이와 같은 상이한 색상의 별개의 광원으로부터의 광을 색상 혼합함에 있어서도 효과적임이 또한 판명되었다.
백라이트의 전체 두께 및 필요한 광원의 개수를 최소화하기 위해, 반투과기의 오목한 형상 및 후방 반사기에 대한 배치는 상대적으로 얕고 폭이 넓은 재순환 캐비티를 제공할 수 있다. 몇몇 실시 형태에 있어서, 재순환 캐비티는 패널 중량을 최소화하기 위해 중공이다.
반투과기는 부분적으로 투과하고 부분적으로 반사하는 다양한 필름 또는 본체를 포함할 수 있고, 향상된 패널 효율을 위해 반투과기는 바람직하게 낮은 흡수 손실을 갖는다. 연장된 선형 프리즘을 형성하는 평행한 홈(groove)을 갖는 필름, 또는 입방체 코너 요소 어레이와 같은 피라미드형 프리즘의 패턴을 갖는 필름과 같은 구조화된 표면 필름(structured surface film)은 일 예이다. 경면 반사이든 확산 반사이든지 간에 반사형 편광기는 다른 예이다. 반사형 편광기는 공압출된 중합체 다층 구성, 콜레스테릭 구성, 와이어 격자 구성 또는 혼합식 (연속/분산 상) 필름 구성을 가질 수 있고, 따라서 경면 반사형 또는 확산형으로 광을 투과 및 반사할 수 있다. 천공된 경면 반사형 또는 확산형 반사 필름은 적당한 반투과기의 다른 예이다.
에지형 백라이트의 일 실시 형태가 도 1의 분해 사시도에 개략적으로 도시된다. 여기서, 디스플레이 시스템(100)은 액정 디스플레이(LCD) 패널과 같은 디스플레이 패널(102)과, 디스플레이 패널에 포함된 정보가 용이하게 관찰되기에 충분한 대형 면적 조명을 제공하는 에지형 백라이트(108)를 포함한다. 디스플레이 패널(102) 및 백라이트(108) 모두는 단순화된 박스와 같은 형태로 도시되지만, 본 명세서를 보는 사람은 각각이 추가 세부 품목을 포함하는 것을 이해할 것이다. 백라이트(108)는 또한 프레임(110)을 포함할 수도 있다. 백라이트(108)는 확장된 출력 영역(118) 위로 광을 발광한다. 보통 직사각형이지만 필요하다면 다른 확장된 영역 형상을 취할 수 있는 출력 영역(118)은 백라이트 내에 사용되는 필름의 외측 표면에 대응할 수 있거나 또는 프레임(110) 내의 개구에 단순히 대응할 수 있다.
본 명세서에 설명된 임의의 적당한 에지형 백라이트(예를 들어, 도 2의 에지형 백라이트(200))는 도 1에 도시된 디스플레이 시스템(100)과 함께 사용될 수 있다.
백라이트(108)는 또한 백라이트(108)의 적어도 하나의 에지(114)에 인접하게 위치된 하나 이상의 광원(120)을 포함한다. 광원(120)은 각각 백색광을 발광할 수 있고, 또는 각각 적색/황색/녹색/청록색/청색(RYGCB) 색상 중 하나만을 발광하고 이어서 백색광 출력을 제공하기 위해 혼합되거나 아니면 단색 출력을 제공하도록 조화될 수 있다.
작동시, 전체 출력 영역(118)은 광원(120)에 의해 조명된다. 조명될 때, 백라이트(108)는 디스플레이 패널(102)에 의해 제공된 이미지 또는 그래픽이 다양한 관찰자(130a, 130b)에게 보이게 한다. LCD 패널의 경우에, 이미지 또는 그래픽은 동적인 것으로 전형적으로 수천 또는 수백만의 별개의 화소(픽셀)의 어레이에 의해 생성되며, 상기 어레이는 디스플레이 패널(102)의 측방향 치수, 즉 길이 및 폭을 사실상 채운다. 다른 실시 형태에 있어서, 디스플레이 패널(102)은 정적인 그래픽 이미지가 그 위에 인쇄된 필름을 포함할 수 있다.
몇몇 LCD 실시 형태에 있어서, 백라이트(108)는 연속적으로 백색광을 발광하고, 디스플레이 패널(102)의 픽셀 어레이는 컬러 필터 매트릭스와 조합하여 (황색/청색(YB) 픽셀, 적색/녹색/청색(RGB) 픽셀, 적색/녹색/청색/백색(RGBW) 픽셀, 적색/황색/녹색/청색(RYGB) 픽셀, 적색/황색/녹색/청록색/청색(RYGCB) 픽셀 등과 같은) 다색 픽셀의 군을 형성하여, 디스플레이된 이미지가 다색성이 된다. 대안적으로, 다색성의 이미지는 컬러 순차 기술(color sequential technique)을 사용하여 디스플레이될 수 있는데, 이 컬러 순차 기술에서는 백색광으로 디스플레이 패널(102)을 연속적으로 후방 조명하고 디스플레이 패널(102) 내의 다색 픽셀의 그룹을 조절하여 색상을 생성하는 대신에, (예를 들어, 적색, 오렌지색, 호박색, 황색, 녹색, 청록색, (로열 블루(royal blue)를 포함하는) 청색, 및 전술된 것과 같은 조합의 백색으로부터 선택된) 백라이트(108) 자체의 에지(114)에 인접한 개별의 상이한 색상의 광원(120)이 조절되어 백라이트(108)가 빠른 반복적인 순서로 (예를 들어, 적색, 이어서 녹색, 이어서 청색과 같은) 공간적으로 균일한 색상의 광 출력을 발한다. 이어서, 이 색상 조절된 백라이트는 (임의의 컬러 필터 매트릭스 없이) 하나의 픽셀 어레이만을 갖는 디스플레이 패널과 조합되고, 만약 조절이 관찰자의 시각 시스템 내에 일시적인 색상 혼합을 생성할 만큼 충분히 빠르다면, 픽셀 어레이는 백라이트(108)와 동기식으로 조절되어 전체 픽셀 어레이에 걸쳐 전 범위의 인식가능한 색상을 생성한다. 몇몇 경우에 있어서, 단색 디스플레이만을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이들 경우에 있어서, 백라이트(108)는 하나의 가시 파장 또는 색상으로 주로 발광하는 특정 광원(source) 또는 필터를 포함할 수 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 디스플레이 시스템(100)은 예를 들어 반사형 편광기, 휘도 향상 층 또는 필름, 확산기 등과 같은 다른 광학 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발명의 명칭이 "에지형 디스플레이에서의 측방향 광 확산을 위한 광학 요소 및 이를 이용하는 시스템"(OPTICAL ELEMENT FOR LATERAL LIGHT SPREADING IN EDGE-LIT DISPLAYS AND SYSTEMS USING SAME)인 엡스테인(Epstein) 등의 미국 특허 출원 제11/167,003호를 참조하라.
도 2는 에지형 백라이트(200)의 일 실시 형태의 개략적인 횡단면도이다. 도시된 바와 같이, 백라이트(200)는 출력 영역(218)을 갖는 프레임(210)과 출력 영역(218)에 면하는 후방 반사기(212)를 포함한다. 프레임(210)은 제1 에지(214) 및 제1 에지(214)의 반대쪽의 제2 에지(216)를 포함한다. 백라이트(200)는 입사광을 부분적으로 투과 및 부분적으로 반사하는 반투과기(232)를 추가로 포함한다. 반투과기(232)는 후방 반사기(212)에 면하는 오목 구조를 형성하도록 형상화된다. 이 오목 구조는 반투과기(232)와 후방 반사기(212) 사이에 재순환 캐비티(230)를 제공한다.
백라이트(200)는 또한 백라이트(200)의 제1 에지(214)에 인접하게 위치된 적어도 하나의 광원(220)을 포함한다. 도 2에 도시된 실시 형태에 있어서, 광원(220)은 측면 반사기(242)를 포함하는 에지 반사 캐비티(240) 내에 위치된다. 몇몇 실시 형태에 있어서, 에지 반사 캐비티(240)는 또한 후방 반사기(244)를 포함할 수 있다. 이 후방 반사기(244)는 백라이트(200)의 후방 반사기(212)와 연속적일 수 있거나 또는 별개의 반사기일 수 있다.
측면 반사기(242)는 임의의 적당한 형상을 포함할 수 있고 (도시된 바와 같이) 만곡되거나 평평할 수 있다. 만약 측면 반사기(242)가 만곡되면, 그러한 만곡은 예를 들어 타원형 또는 포물선과 같은 임의의 적당한 유형의 곡선을 포함할 수 있다. 도시된 실시 형태에 있어서, 측면 반사기(242)는 일차원으로 만곡된다.
측면 반사기(242)는 임의의 적합한 유형의 반사기, 예컨대 금속화된 반사기, 다층 유전체 반사기 또는 다층 중합체 필름(MOF) 반사기일 수 있다. 에지 반사 캐비티(240) 내의 공간은 채워질 수 있거나 또는 비워질 수 있다. 예를 들어 투명한 광학체(optical body)로 공간이 채워진 실시 형태에 있어서, 측면 반사기(242)는 광학체 상의 반사 코팅일 수 있다. 공간이 비워져 있는 실시 형태에 있어서, 반사기(242)는 전방 표면 반사기일 수 있다. 상이한 구성의 반사 캐비티가 미국 특허 출원 제10/701,201호 및 제10/949,892호에 추가로 설명된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 광원(220)은 백라이트(200)의 제1 에지(214)에 인접하게 위치된다. 광원(220)은 캐비티(230)의 입력 표면(234)을 통해 재순환 캐비티(230) 내로 광을 주입하도록 작동될 수 있다. 입력 표면(234)은 (만약 캐비티가 중공형이면) 영역이 되거나, 또는 (만약 캐비티가 중실형이면) 백라이트(200)의 출력 영역(218)에 사실상 직교하는 표면이 된다. 또한, 도시된 바와 같이, 반투과기(232) 및 후방 반사기(212)에 의해 형성된 오목 구조는 입력 표면(234)으로부터 먼 방향으로 후방 반사기(212)와 함께 수렴한다. 다시 말하면, 반투과기(232)와 후방 반사기(212) 사이의 거리(L)는 반투과기(232)의 적어도 일부에 대해 y축을 따라 입력 표면(234)으로부터 프레임(210)의 에지(216)까지의 방향으로 감소한다.
백라이트(200)는 출력 영역(218)으로부터 광을 수용하도록 출력 영역(218)에 인접하게 위치된 선택적 확산층(250)을 포함할 수 있다. 확산층(250)은 임의의 적합한 확산 필름 또는 확산판일 수 있다. 예를 들어, 확산층(250)은 임의의 적합한 확산 재료 또는 재료들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시 형태에 있어서, 확산층(250)은 유리, 폴리스틸렌 비드 및 CaCO3 입자를 포함하는 다양한 분산 상을 가진 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)의 중합체 매트릭스를 포함할 수 있다. 예시적인 확산기는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수가능한 쓰리엠 스카치칼 확산 필름(3M™ Scotchcal™ Diffuser Film), 유형 3635-30 및 3635-70을 포함할 수 있다.
백라이트(200)는 광 관리 유닛으로서 또한 불릴 수 있는 광 관리 필름의 배열(260)을 선택적으로 포함하고, 이는 선택적 확산층(250)이 광 관리 필름(260)과 출력 영역(218) 사이에 있도록 위치될 수 있다. 광 관리 필름(260)은 백라이트 출력 영역(218)으로부터 진행하는 조명 광에 영향을 미친다. 광 관리 필름(260)은 임의의 적당한 필름 또는 층, 예를 들어 확산기, 반사 편광기, 휘도 향상 필름 등을 포함할 수 있다.
총체적으로, 재순환 캐비티(230)는 사실상 출력 영역(218)을 채운다. 따라서, 예를 들어 출력 영역에 수직한 축을 따라 위치된 멀리 떨어진 관찰자에 의해 관찰되는 때와 같이 출력 영역(218)이 평면도로 도시되면, (그러한 캐비티가 멀리 떨어진 관찰자에게 시각적으로 분명하지 않을 수 있지만) 오목한 재순환 캐비티의 합산된 투영 면적은 출력 영역(218)의 표면적의 절반보다 크고, 바람직하게는 출력 영역(218)의 적어도 75%, 80% 또는 90%이고, 더 바람직하게는 출력 영역(218)의 약 100%이다. 백라이트(200)가 하나의 오목한 재순환 캐비티만을 갖든지 또는 복수의 재순환 캐비티를 갖든지 간에, 출력 영역을 평면도로 보았을 때 캐비티 또는 캐비티들의 투영 면적은 바람직하게 백라이트 출력 영역(218)의 적어도 75%, 80%, 90% 또는 100%를 점한다.
도 2는 광원(220)에 의해 발광된 광이 반투과기(232)에 의해 어떻게 부분적으로 투과되고 부분적으로 반사되는지 그리고 후방 반사기(212)와 조합하여 반투과기가 어떻게 캐비티(230)의 측방향 치수에 걸쳐 펼쳐진 광 방사 또는 누출(light emission or leakage) 뿐만 아니라 캐비티(230) 내에 광 재순환을 제공하는지를 도시한다. 반투과기(232)의 오목 구조는 재순환 캐비티(230)의 경계를 형성하는 데에 도움을 줄 뿐만 아니라 그 경계 내에 재순환된 광을 제한하고 반투과 표면의 변하는 기하학적 형상으로 인해 발광된 광의 각방향 웨지(wedge)를 퍼지게 하는 경향이 있다. 특정 재순환 캐비티 내에의 광 제한(light confinement)은 설계 세부사항의 함수이다.
본 명세서에서 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 주어진 광원은 (1) 전기를 광으로 전환하는 LED 다이 또는 형광 램프, 또는 여기 광(excitation light)을 발광된 광으로 전환하는 형광체와 같은 능동 요소, 또는 (2) 능동 구성요소에 의해 발광된 광을 운반하고/하거나 형상화하는 렌즈, (섬유와 같은) 도파관 또는 다른 광학 요소와 같은 수동 요소, 또는 (3) 하나 이상의 능동 및 수동 요소의 조합일 수 있다. 예를 들어, 도 2에서 광원(220)은 LED 다이가 회로 기판 또는 히트 싱크(heat sink)에 근접하여 후방 반사기(244) 뒤에 배치되지만 패키지된 LED의 형상화된 인캡슐런트(encapsulant) 또는 렌즈 부분은 후방 반사기(244) 내의 슬롯 또는 개구를 통해 연장함으로써 반사 캐비티(240) 내에 배치되는 패키지된 측면 발광 LED(packaged side-emitting LED)일 수 있다. 광원에 대한 추가 논의가 아래에 제공된다.
도 2의 실시 형태에 있어서, 재순환 캐비티(220)는 x축에 평행하게 연장하는 스트립(strip)에서 출력 영역(218)을 횡단하여 연장하는 사실상 일차원이다. 반투과기(232)는 y-z 단면 평면에 도시된 오목 구조를 형성하도록 형상화되지만, 직교하는 x-z 단면 평면에서 반투과기(232)는 실질적으로 직선이고 평평하다. 달리 말하면, 반투과기는 단순한 곡률을 나타낸다. 다른 실시 형태에 있어서, 반투과기(232)는 복합 곡률(compound curvature)을 나타낼 수 있고, 여기서 y-z 및 x-z 단면 평면 둘 모두에서 오목 구조를 형성하도록 형상화된다.
후방 반사기(212)는 바람직하게는 향상된 효율을 위해 아주 반사적이다. 예를 들어, 후방 반사기(212)는 광원(220)에 의해 발광된 가시광에 대해 적어도 90%, 95%, 98% 또는 99% 이상의 평균 반사도를 가질 수 있다. 후방 반사기(212)는 공간적으로 균일하든지 패턴화되든지 간에 현저한 경면 반사형, 확산형, 또는 조합된 경면 반사형/확산형 반사기일 수 있다. 몇몇 경우에 있어서, 후방 반사기(212)는 고반사도의 코팅을 갖는 강성의 금속 기판, 또는 지지 기판에 적층된 고반사도의 필름으로부터 제조될 수 있다. 적합한 고반사도의 재료로는 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 비퀴티 ESR 다층 중합체 필름(Vikuiti™ Enhanced Specular Reflector multilayer polymeric film); 0.01 ㎜(0.4 밀) 두께의 아이소옥틸아크릴레이트 아크릴산 감압 접착제를 사용하여 비퀴티 ESR 필름에 황산바륨이 로딩된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름(0.05 ㎜(2 밀)의 두께)을 적층함으로써 제조된 필름(이 최종 라미네이트 필름은 본 명세서에서 "EDR II" 필름으로 불림); 토레이 인더스트리즈, 인크.(Toray Industries, Inc.)로부터 입수가능한 E-60 시리즈 루미러(Lumirror™) 폴리에스테르 필름; 더블유. 엘. 고어 앤 어소시에이츠, 인크.(W. L. Gore & Associates, Inc.)로부터 입수가능한 것과 같은 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필름; 랩스피어, 인크.(Labsphere, Inc.)로부터 입수가능한 스펙트랄론(Spectralon™) 반사 재료; 알라노드 알루미늄-페레트룽 게엠베하 운트 코.(Alanod Aluminium-Veredlung GmbH & Co.)로부터 입수가능한 미로(Miro™) 양극산화 알루미늄 필름(미로 2 필름을 포함); 후루카와 일렉트릭 컴퍼니, 엘티디.(Furukawa Electric Co, Ltd.)로부터의 MCPET 고반사도 발포 시트류(foamed sheeting); 및 미츠이 케미칼즈, 인크.(Mitsui Chemicals, Inc.)로부터 입수가능한 화이트 레프스타 필름 및 MT 필름(White Refstar™ films and MT films)을 비제한적으로 포함한다.
후방 반사기(212)는 사실상 평평하고 매끄러울 수 있거나, 또는 광 산란 또는 혼합을 향상시키기 위해 그에 결합된 구조화된 표면을 가질 수 있다. 그러한 구조화된 표면은 (a) 후방 반사기의 반사 표면 상에, 또는 (b) 상기 반사 표면에 도포된 투명 코팅 상에 부여될 수 있다. 전자의 경우에, 구조화된 표면이 이미 형성된 기판에 고반사 필름이 적층될 수 있거나, 또는 고반사 필름이 (쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 비퀴티 DESR-M 반사기와 같이 얇은 금속 시트와 같은) 평평한 기판에 적층되고 이어서 스탬핑(stamping) 작업과 같은 것으로써 구조화된 표면을 형성하는 것이 이어질 수 있다. 후자의 경우에, 구조화된 표면을 갖는 투명 필름이 평평한 반사 표면에 적층될 수 있거나, 또는 투명 필름이 반사기(212)에 도포되고 이어서 후에 구조화된 표면이 투명 필름의 상부에 부여될 수 있다.
(입력 표면(234)을 포함하는 제1 에지(214)가 아닌) 프레임(210)의 에지는 출력 영역(218)의 외측 경계를 따라 위치되고, 바람직하게 고반사도 수직 벽으로 안을 대거나 아니면 이를 구비하여 광 손실을 감소시키고 재순환 효율을 향상시킨다. 후방 반사기(212)용으로 사용된 동일한 반사 재료가 이들 벽을 형성하기 위해 사용될 수 있거나, 또는 상이한 반사 재료가 사용될 수 있다. 예시적인 실시 형태에 있어서, 측벽은 확산 반사성이다.
반투과기(232)는 입사광을 부분적으로 투과하고 부분적으로 반사하는 필름과 같은 구성이거나 또는 이러한 구성을 포함하는데, 여기서 부분적 투과는 반투과기(232)를 통한 광의 효율적인 추출을 가능하게 할 만큼 충분히 높지만 부분적 반사 또한 후방 반사기와 조합될 때 광의 재순환을 지원할 만큼 충분히 높다. 본 명세서에서 논의되는 바와 같이, 최적의 휘도, 휘도 균일도(광원 은폐(source hiding)) 및 색상 혼합을 달성하기 위해, 일반적으로 각각에 대해 상이하고 사용된 광원 및 후방 반사기(212)의 함수인 최적의 기하학적 형상 및 특성을 가진 여러 상이한 필름이 사용될 수 있다. (몇몇 경우에 있어서, 백라이트 설계자는 본 명세서에서 논의되는 캐비티 모듈과 같은 특정 재순환 캐비티 디자인을 제공받을 수 있고, 이어서 주어진 캐비티와 함께 사용하기 위한 적당한 광원을 선택할 수 있다.)
몇몇 적당한 필름이 이제 추가로 설명될 것이지만, 이러한 설명은 제한하고자 하는 의도는 아니고, 기술된 임의의 필름이 원하는 투과 및 반사 특성을 생성하도록 단독으로 또는 다른 것과 조합하여 사용될 수 있다. 필름의 조합을 위해, 필름은 서로 부착될 수도 있고 아니면 서로 부착되지 않을 수도 있다. 만약 필름이 서로 부착된다면, 임의의 공지된 부착 기구가 사용될 수 있고, 필름은 전체 주 표면에 걸쳐 또는 개별 지점 또는 선에서만 부착될 수 있다. 접착제가 사용되면, 접착제는 투명하고, 확산성이 있고/있거나 복굴절성이 있을 수 있다.
반투과기로서 사용하기에 적당한 몇몇 필름은 본 명세서에서 반반사 필름 및 광 편향 필름으로 불리는 카테고리에 속한다.
일반적으로, 반반사 필름은 수직 입사 가시광의 30 내지 90% 정도를 반사하고 나머지(반사되지 않은) 광의 상당 부분, 바람직하게는 사실상 모두를 투과할 만큼 충분히 낮은 흡수성을 갖는 필름 등을 말한다. 반사 및 투과는 공간적으로 균일하든지 패턴화되든지 간에 경면 반사형, 확산형 또는 그 조합일 수 있다. 확산형 반사는 (홀로그래픽 확산기를 포함하는) 표면 확산기(surface diffuser), 벌크 확산기(bulk diffuser) 또는 둘 모두를 사용하여 생성될 수 있다. 적정 수준의 반사도는 광원의 개수 및 백라이트의 에지 근처에서의 배치, 광원(들)의 강도 및 발광 프로파일(강도의 각방향 분포), 재순환 캐비티의 깊이, 백라이트 출력에 있어서의 바람직한 정도의 휘도 및 색상 균일도, 및 백라이트 내의 광 관리 유닛 또는 확산판과 같은 다른 구성요소의 존부를 비롯한 다양한 요인에 따라 좌우될 수 있다. 반투과기용으로 사용되는 더 높은 반사도의 필름은 효율을 희생하여 백라이트의 휘도 균일도 및 색상 균일도를 향상시키는 경향이 있다. 재순환 캐비티 내에서의 반사의 평균 횟수가 증가되고 각각의 반사가 적어도 어느 정도의 손실과 연관되기 때문에 효율 감소는 발생한다. 앞서 언급된 바와 같이, 반투과기 뿐만 아니라 후방 반사기 및 임의의 반사 측벽의 가시광 흡수도를 최소화하는 것이 바람직하다.
반투과기로서 적당한 반반사 필름의 일 예는 얇은 금속화 미러이고, 여기서 금속 코팅은 어느 정도의 가시광을 투과할 만큼 충분히 얇다. 얇은 금속 코팅이 필름에 또는 판형 기판에 도포될 수 있다.
반반사 필름의 다른 예는 당업계에서 CTMF(controlled transmission mirror film)로 불린다. 그러한 필름은 본 명세서에 언급된 ESR 미러 필름과 같은 다층 간섭 미러 스택의 양 측면에 확산형 반사 코팅 또는 층을 도포함으로써 제조된다. 반반사 필름의 다른 예는 화염에의 짧은 노출에 의해 몇몇 개소에서 다층 간섭 스택을 분열시키도록 화염 엠보싱된(flame embossed) 다층 중합체 미러 필름이다.
반사 편광기는 반반사 필름의 또 다른 예이다. 콜레스테릭 편광기, 공압출 및 신장 기술에 의해 제조된 다층 중합체 편광기, 와이어 격자 편광기 및 연속/분산 상 구성을 갖는 확산형 혼합 편광기를 포함하는 그러한 편광기는 편광되지 않은 광원으로부터의 광의 명목상 절반(제1 편광 상태에 대응함)을 투과하고, 명목상 나머지 절반(직교하는 제2 편광 상태에 대응함)을 반사한다. 예는 상표명 비퀴티 브랜드로 쓰리엠으로부터 입수가능한 임의의 DBEF (dual brightness enhancement film) 제품 및 임의의 DRPF (diffusely reflective polarizing film) 제품을 포함한다. 또한, 예를 들어 미국 특허 제5,882,774호(존자(Jonza) 등) 및 제6,111,696호(알렌(Allen) 등), 미국 특허 공개 제2002/0190406호(메릴(Merrill) 등)에 개시된 반사 필름을 참조하라. 만약 하나의 반사 편광 필름이 불충분하면, 2개 이상의 그러한 필름을 조합하고 이어서 오목한 구조(들)를 형성하도록 형상화할 수 있다.
비편광 확산형 반사기는 반반사 필름의 또 하나의 예이다. 그러한 반사기는 필름 또는 다른 본체를 형성하는 낮은 흡수도의 투명 중합체 매트릭스에 경면 반사 입자 또는 박편(flake)을 분산시킴으로써 제조될 수 있다. 반사 입자 또는 박편은 두꺼운 필름의 두께를 통해 분포될 수 있거나, 또는 얇은 경화성 코팅으로서 기판의 표면 상에 배치될 수 있다. 수많은 다른 확산형 반사기 구성 및 제조 방법이 또한 알려져 있다. 확산 코팅이 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 및 다른 공지된 기술에 의해 반사기 또는 다른 본체에 도포될 수 있다. 확산 접착제가 또한 사용될 수 있는데, 여기서 확산은 굴절률 부정합 입자(refractive index mismatched particle) 또는 공기 간극(air void)에 의해 생성된다. 반투과기용으로 사용되는 확산형 반사기는 바람직하게는 낮은 흡수도 및 20% 내지 80%의 가시 파장에 대한 평균 투과도 값을 갖는다.
반반사 필름은 투과를 증가시키고 반사를 감소시키기 위해 미세한 구멍 또는 개구의 패턴을 구비한 반사 필름을 또한 포함한다. 이것은 원하는 패턴으로 반사 필름을 단순히 천공함으로써 행해질 수 있다. 사실상 본 명세서에서 논의된 임의의 반사 필름은 시작 재료(starting material)로서 사용되고 이어서 구멍 또는 다른 개구를 제공하도록 변환 또는 처리될 수 있다. 미국 특허 공개 제2004/0070100호(스트로벨(Strobel) 등) 및 제2005/0073070호(겟스첼(Getschel) 등)는 화염 천공 필름에 적당한 기술을 교시하고 있다. 구멍 또는 개구의 패턴은 균일하거나 아니면 균일하지 않을 수 있고, 후자의 경우에 위치 및 구멍 사이즈 둘 모두는 랜덤하거나 또는 의사 랜덤(pseudo-random)할 수 있다. 일 예에 있어서, 비퀴티 ESR 필름의 시트가 균일하게 이격된 원형 구멍을 갖도록 천공되고, 상기 구멍은 구멍 직경의 배수와 동일한 구멍간 간격으로 육각형 어레이로 위치된다.
일반적으로, 개시된 백라이트에서 반투과기로서 적당한 광 편향 필름은 광의 입사 방향의 함수로서 광을 반사 및 투과하는 구조화된 표면 등을 형성하도록 배치된 미소 구조물을 갖는 필름 등을 말한다. 필름의 일측 또는 양측은 그러한 구조화된 표면을 가질 수 있다. 유용한 구조물은 선형 프리즘, 피라미드형 프리즘, 원뿔체 및 타원체를 포함하고, 상기 구조물은 표면으로부터 외향 연장하는 돌기 또는 표면 내로 연장하는 피트(pit) 형태일 수 있다. 이러한 구조물의 크기, 모양, 기하학적 형상, 배향 및 간격은 모두 반투과기, 재순환 캐비티 및 백라이트의 성능을 최적화하도록 선택될 수 있고, 개별 구조물은 대칭 또는 비대칭일 수 있다. 구조화된 표면은 균일하거나 아니면 균일하지 않을 수 있고, 후자의 경우에 이러한 구조의 위치 및 크기 둘 모두는 랜덤 또는 의사 랜덤할 수 있다. 크기, 모양, 기하학적 형상, 배향 및/또는 간격의 주기적인 또는 의사 랜덤한 변화에 의한 분열 규칙 특징부는 백라이트의 색상 및 휘도 균일도를 조정하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 경우에 있어서, 작은 그리고 큰 구조물의 분포를 갖는 것이 유익할 수 있다.
적당한 광 편향 필름의 예는 모두 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 비퀴티 BEF (brightness enhancement film), 비퀴티 TRAF (transmissive right angle film), 비퀴티 IDF (image directing film) 및 비퀴티 OLF (optical lighting film)와 같은 상용 일차원(선형) 프리즘형 중합체 필름뿐만 아니라 종래의 렌즈 모양의 선형 렌즈 어레이를 포함한다. 이들 일차원 프리즘 필름의 경우에 있어서, 프리즘형 구조화 표면은 바람직하게 후방 반사기를 향해 하방으로 향한다.
구조화된 표면이 2차원 특성을 갖는 광 편향 필름의 추가 예는 미국 특허 제4,588,258호(후프만(Hoopman)), 제4,775,219호(에펠돈(Appeldorn) 등), 제5,138,488호(스즈크젝(Szczech)), 제5,122,902호(벤슨(Benson)), 제5,450,285호(스미스(Smith) 등) 및 제5,840,405호(슈스타(Shusta) 등)에 개시된 것과 같은 입방체 코너 표면 구성; 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 쓰리엠 스카치라이트 리플렉티브 머티리얼 6260 하이 글로스 필름(3M™ Scotchlite™ Reflective Material 6260 High Gloss Film) 및 쓰리엠 스카치라이트 리플렉티브 머티리얼 6260 하이 글로스 스파클 필름(3M™ Scotchlite Reflective Material 6560 High Gloss Sparkle Film)과 같은 밀봉되지 않은 입방체 코너 시트류(unsealed cube corner sheeting); 미국 특허 제6,287,670호(벤슨(Benson) 등) 및 제6,280,822호(스미스 등)에 기술된 것과 같은 반전 프리즘 표면 구성; 미국 특허 제6,752,505호(파커(Parker) 등) 및 미국 특허 공개 제2005/0024754호(엡스테인(Epstein) 등)에 개시된 구조화된 표면 필름; 및 비드형 재귀반사성 시트류(beaded retroreflective sheeting)를 포함한다.
광 편향 필름은 단독으로 사용되거나 또는 다른 적당한 반투과기와 조합하여 사용될 수 있다. 만약 상이한 유형의 반투과기와 조합하여 사용된다면, 광 편향 필름은 (후방 반사기에 가장 가까이) 재순환 캐비티의 내부에 있도록 위치될 수 있고, 반반사 필름(예를 들어, 확산 필름)일 수 있는 다른 필름 또는 다른 광 편향 필름은 재순환 캐비티의 외부에 위치될 수 있다. 만약 2개 이상의 선형 프리즘형 광 편향 필름이 조합되면, 그것들은 정렬되거나, 정렬되지 않거나, 또는 일 필름의 프리즘 방향이 다른 필름의 프리즘 방향에 수직하도록 "교차"될 수 있다.
이제 도 2로 돌아가면, 하나 이상의 광원(220)이 개략적으로 도시된다. 대부분의 경우, 이들 광원은 소형 LED이다. 이와 관련하여, "LED"는 가시광이든, 자외광이든, 적외광이든지 간에 광을 발광하는 다이오드를 말한다. 이는 통상적인 것이든 초 방사성(super radiant) 종류의 것이든 간에 "LED"로서 시판되는 비간섭성의 싸여진 또는 캡슐화된 반도체 소자를 포함한다. LED가 자외광과 같은 비가시광을 발광한다면, 그리고 가시광을 발광하는 몇몇 경우에 있어서, LED는 단파장 광을 장파장 가시광으로 변환하기 위해 형광체를 포함하도록 패키지되어(또는 원격 배치된 형광체를 조명할 수도 있음), 몇몇 경우에 백색광을 발광하는 장치가 얻어진다. "LED 다이"는 가장 기본적인 형태, 즉 반도체 가공 공정에 의해 제조된 개별 구성요소 또는 칩 형태의 LED이다. 구성요소 또는 칩은 소자를 활성화시키기 위한 전력의 인가에 적당한 전기 접점을 포함할 수 있다. 구성요소 또는 칩의 개별 층 및 다른 기능 요소는 전형적으로 웨이퍼 규모로 형성되고, 완성된 웨이퍼는 이어서 개별적인 단품(piece part)으로 절단되어 다수의 LED 다이가 얻어진다. 전방 발광 및 측면 발광 LED를 비롯한 패키지된 LED의 추가 논의가 본 명세서에 제공된다.
필요하다면, 선형 냉음극 형광 램프(CCFL) 또는 열음극 형광 램프(HCFL)와 같은 다른 가시광 발광기가, 개별적인 LED 광원 대신에 또는 이에 더하여, 개시된 백라이트를 위한 조명원으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 응용에 있어서, 광원(220)을 긴 원통형 CCFL과 같은 다른 광원으로, 또는 그 길이를 따라 광을 발광하고 (LED 다이 또는 할로겐 전구와 같은) 원격 능동 요소에 결합된 선형 표면 발광 도광체로 교체하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 선형 표면 발광 도광체의 예가 미국 특허 제5,845,038호(런딘(Lundin) 등) 및 제6,367,941호(리아(Lea) 등)에 개시되어 있다. 섬유 결합 레이저 다이오드 및 다른 반도체 발광기가 또한 알려져 있으며, 이들 경우에 광섬유 도파관의 출력 단부는 개시된 에지 반사 캐비티 내에서의 출력 단부의 배치 또는 그렇지 않으면 반사 캐비티의 입력 표면 근처에서의 출력 단부의 배치와 관련하여 광원으로 간주될 수 있다. 전구 또는 LED 다이와 같은 능동 요소로부터 수광한 광을 발광하는 렌즈, 편향기, 및 폭이 좁은 도광체 등과 같은 작은 발광 영역을 갖는 다른 수동 광학 요소에도 또한 동일하게 해당된다. 그러한 수동 요소의 한 가지 예는 측면 발광 패키지된 LED의 성형된 인캡슐런트 또는 렌즈이다.
도 2로 돌아가면, 재순환 캐비티(230)는 도시된 바와 같이 깊이(d), 및 출력 영역(218)의 길이 및 폭과 사실상 동일한 길이(L) 및 폭(W)을 갖는다. 몇몇 실시 형태에 있어서 재순환 캐비티의 폭(W)은 깊이(d)의 적어도 2.5배이고, 다른 실시 형태에 있어서 폭(W)은 깊이(d)의 적어도 5배이다.
본 명세서에서 앞서 언급된 바와 같이, 임의의 적당한 유형의 에지 반사 캐비티가 본 발명의 백라이트와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 3은 백라이트(300)의 다른 실시 형태의 개략적인 횡단면도이다. 백라이트(300)는 후방 반사기(312)와, 반투과기(332) 및 후방 반사기(312)에 의해 형성된 재순환 캐비티(330)와, 백라이트(300)의 에지(314)에 인접하게 위치된 하나 이상의 광원(320)을 포함한다. 도 2에 도시된 실시 형태의 후방 반사기(212), 재순환 캐비티(230), 반투과기(232) 및 광원(220)에 관한 모든 설계 고려사항 및 가능성이 도 3에 도시된 실시 형태의 후방 반사기(312), 재순환 캐비티(330), 반투과기(332) 및 광원(320)에 동일하게 적용된다. 백라이트(300)는 또한 선택적 확산층(350) 및 광 관리 필름(360)을 포함할 수 있다. 예를 들어 도 2의 확산층(250)과 관련하여 설명된 확산층과 같은 임의의 적당한 확산층(350)이 백라이트(300)와 함께 사용될 수 있다. 또한, 예를 들어 도 2의 광 관리 필름(260)과 관련하여 설명된 층 또는 필름과 같은 임의의 적당한 층 또는 필름이 선택적 광 관리 필름(360)과 함께 사용될 수 있다.
하나 이상의 광원(320)이 재순환 캐비티(330)의 입력 표면(334)을 통해 캐비티(330) 내로 광을 주입하도록 광원(320)은 에지 반사 캐비티(340) 내에 위치된다. 에지 반사 캐비티(340)는 각 광원(320)의 발광 표면(322)이 캐비티(330)의 입력 표면(334)에 면하도록 구성된다. 에지 반사 캐비티(340)는 바람직하게 반사성인 측벽(342)을 포함할 수 있다. 그러한 반사 측벽(342)은 광원(320)에 의해 발광된 광을 입력 표면(334)을 향하는 방향으로 향하게 할 수 있다. 도 2에 도시된 에지 반사 캐비티(240)의 측면 반사기(242)용으로 사용된 동일한 반사 재료 또는 재료들이 도 3의 반사 캐비티(340)의 반사 측벽(342)용으로 사용될 수 있다. 비록 직사각형 형상을 취하는 것으로 도시되었지만, 에지 반사 캐비티(340)는 광원(320)에 의해 발광된 광을 입력 표면(334)을 통해 재순환 캐비티(330) 내로 향하게 하도록 임의의 적당한 형상을 취할 수 있다.
이제 도 4 및 도 5를 참조하여, 그것과 함께 적당한 에지형 백라이트를 구성할 수 있는 아주 다양한 여러 기하학적 구성의 소형 샘플을 도시한다. 이들 도면은 모두 도면의 평면에 수직한 x축을 따르는 방향의 단면도로서 도시된다. 하지만, 도면은 또한 직교하는 y축을 따르는 방향의 단면도를 도시하는 것으로 해석될 수도 있고, 따라서 반투과기가 y-z 및 x-z 양 평면에서 복합 곡률을 갖는 실시 형태뿐만 아니라 반투과기가 y-z 평면에서 단순 곡률을 갖는 실시 형태를 일반적으로 도시한다. 이와 관련하여, "곡률"은 넓게 이해되어야 하고, 원형의 기하학적 아크 또는 심지어 만곡된 모양으로 제한되지 않는다.
도 4는 후방 반사기(412)와 조합하여 반투과기(432) 내에 적어도 2개의 오목 구조에 의해 형성된 2개의 재순환 캐비티(430, 470)를 갖는 직하형 백라이트(400)를 도시한다. 반투과기(432)는 2개의 오목 구조에 대응하는 2개의 부분(432a, 432b)으로 도시된다. 이들 부분은 중간 영역(433)에서 반투과기(432)의 일부에 의해 연결될 수도 있고 연결되지 않을 수도 있다. 캐비티(430, 470)는 출력 영역(418)을 사실상 채우도록 그 크기가 설정되고, 바람직하게는 출력 영역(418)의 평면도 면적의 75%, 80% 또는 90% 이상을 차지한다. 오목한 재순환 캐비티가 없는 출력 영역(418) 뒤에 위치된 영역은 총체적으로 출력 영역(418)의 평면도 면적의 적은 백분율(25%, 20% 또는 10% 미만, 바람직하게는 약 0%)에 달한다. 재순환 캐비티(들)의 근접, 재순환 캐비티(들)에 의해 발광된 광의 각방향 분포, 및 재순환 캐비티(들) 위에서의 출력 영역의 위치(예를 들어, (도시되지 않은) 선택적 확산판의 배치) 때문에, 이들 영역은 출력 영역(418)을 가로 지르는 휘도 균일도에 유해한 영향을 거의 미치지 않거나 전혀 미치지 않는다. 이러한 영역이 존재하는 한, 예시적인 실시 형태에 있어서 그 영역들은 차등적으로 출력 영역(418)의 주연 근처에 또는 주연을 따라 그리고 출력 영역(418)의 중심부로부터 멀리 떨어져 분포된다.
백라이트(400)는 또한 측면 반사기(442)를 갖는 에지 반사 캐비티(440) 내측에 프레임(410)의 제1 에지(414)에 인접하게 위치된 하나 이상의 광원(420)을 포함한다. 본 명세서에 설명된 임의의 적당한 광원 및 에지 반사 캐비티가 백라이트(400)와 함께 사용될 수 있다. 광원(420)은 캐비티(430)의 입력 표면(434)을 통해 재순환 캐비티(430) 내로 광을 주입하도록 작동될 수 있다.
백라이트(400)는 또한 측면 반사기(482)를 갖는 에지 반사 캐비티(480) 내측에 프레임(410)의 제2 에지(416)에 인접하게 위치된 하나 이상의 광원(422)을 포함한다. 임의의 적당한 광원 및 에지 반사 캐비티가 제2 에지(416)에 인접하게 위치될 수 있다. 광원(422)은 입력 표면(474)을 통해 캐비티(470) 내로 광을 주입하도록 작동될 수 있다.
백라이트(400)는 또한 예를 들어 도 3의 확산층(350) 및/또는 광 관리 유닛(360)과 같이 출력 영역(418)으로부터의 광을 수광하도록 위치된 다른 층 또는 필름을 포함할 수 있다.
도 5는 후방 반사기(512)와 조합하여 반투과기(532) 내에 3개의 오목 구조에 의해 형성된 3개의 재순환 캐비티(530, 570, 590)를 갖는 에지형 및 직하형 조합 백라이트(500)를 도시한다. 반투과기(532)는 3개의 오목 구조와 대응하는 3개의 부분(532a, 532b, 532c)으로 도시된다. 이들 부분은 그 면적이 최소화되는 것이 바람직한 중간 영역(592a, 592b) 내의 반투과기(532)의 부분들에 의해 연결될 수도 있고 아니면 연결되지 않을 수도 있다. 광원(520a, 520b, 520c)은 그들 각각의 캐비티(530, 570, 590) 내로 광을 주입하도록 위치된다. 도시된 광원(520a - 520c)은 각각 단일 광원 또는 x축에 평행하게 연장하는 광원의 열을 나타낼 수 있다. 재순환 캐비티(530, 570)는 동일한 형상을 취할 수 있고, 대안적으로 각 캐비티는 서로 다른 형상을 취할 수 있다.
예를 들어 발명의 명칭이 오목한 반투과기를 갖는 광 재순환 캐비티를 구비한 직하형 백라이트인 미국 특허 출원 제11/212,166호에 기술된 직하형 재순환 캐비티와 같은 임의의 적당한 직하형 재순환 캐비티가 백라이트(500)와 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에 있어서, 하나 이상의 광원이 백라이트의 프레임의 2개 이상의 에지에 인접하게 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 6은 백라이트(600)의 개략적인 사시도이다. 백라이트(600)는 프레임(610) 및 후방 반사기(612)를 포함한다. 백라이트(600)는 또한 후방 반사기(612)에 면하는 출력 영역(618)을 포함한다. 광원(620)은 백라이트(600)의 제1 에지(614)에 인접하게 위치되고, 광원(622)은 백라이트(600)의 제2 에지(619)에 인접하게 위치된다. 광원(620, 622)은 후방 반사기(612)에 면하는 오목 구조를 형성하도록 형상화된 반투과기(632)에 의해 형성된 (도시되지 않은) 재순환 캐비티의 입력 표면 내로 광을 주입하도록 작동될 수 있다. 도 2에 도시된 실시 형태의 프레임(210), 후방 반사기(212), 광원(220) 및 반투과기(232)에 대한 모든 설계 고려사항 및 가능성이 도 6에 도시된 실시 형태의 프레임(610), 후방 반사기(612), 광원(620, 622) 및 반투과기(632)에 동일하게 적용된다.
도 6에 도시된 실시 형태에 있어서, 광원(620)이 반투과기(632) 및 후방 반사기(612)에 의해 형성된 재순환 캐비티의 입력 표면 내로 광을 주입하게 작동될 수 있도록 광원(620)은 에지(614)에 인접하게 위치된다. 반투과기(632)에 의해 형성된 오목 구조는 재순환 캐비티의 입력 표면으로부터 먼 방향으로 후방 반사기(612)와 함께 수렴한다. 다시 말하면, 반투과기(632)는 광원(620)이 위치된 제1 에지(614)로부터 백라이트(600)의 제3 에지(616)로의 방향으로 후방 반사기(612)와 함께 수렴한다.
일반적으로, 광원(620)은 y축에 평행한 방향으로 재순환 캐비티의 입력 표면 내로 광을 주입하도록 작동될 수 있다. 다시 말하면, 광원(620)으로부터의 광은 반투과기(632)의 적어도 일부에 사실상 수직한 방향으로 주입된다.
광원(620)과는 대조적으로, 제2 에지(619)에 인접하게 위치된 광원(622)은 본 실시 형태에서는 반투과기가 연장하는 방향인 x축을 따르는 방향으로 재순환 캐비티 내로 광을 주입하도록 작동될 수 있다. 다시 말하면, 있다고 하더라도 광원(622)에 의해 주입된 아주 적은 양의 광이 반투과기의 표면에 직교할 것이다.
도 7은 패널의 출력 영역 뒤의 다수의 광 재순환 캐비티의 배치를 도시하는 에지형 백라이트의 평면도이다. 백라이트의 출력 영역은 현재 LCD TV에서 널리 보급된 16:9의 종횡비를 갖는다. 도 7에 있어서, 백라이트 출력 영역(도시되지 않음)은 4개의 재순환 캐비티(730a - 730d)의 어레이에 의해 사실상 채워진다. 각각의 재순환 캐비티는 후방 반사기에 면하는 오목 구조를 형성하도록 형상화된 반투과기에 의해 형성된다. 반투과기는 x-z 평면에 하나의 오목 구조를 형성하고 직교하는 y-z 평면에 다른 하나의 오목 구조를 형성하도록 형상화되며, 전자는 각 재순환 캐비티의 폭(W)을 형성하며 후자는 각 재순환 캐비티의 길이(L)를 형성한다. 광원(720)은 백라이트(700)의 4개의 에지(702, 704, 706, 708)에 인접하게 위치된다.
도 7은 또한 반투과기가 하나 이상의 선형 터널형 구조를 형성하도록 간단한 곡률을 갖지만 수직 격벽이 반투과기와 후방 반사기 사이에 배치되어 재순환 캐비티를 분리된 구역 또는 서브-캐비티(sub-cavity)로 분할하는 실시 형태를 도시하는 것으로 파악될 수 있다. 예를 들어, 경면 반사형이든 확산형이든 간에 바람직하게 고반사성 재료로 제조된 단일 수직 격벽이 점선으로 도시된 바와 같이 반투과기와 후방 반사기 사이에 배치되어 2개의 서로 구분되는 구역 또는 캐비티(730a/730c, 730b/730d)를 한정한다는 것을 제외하고는, 반투과기는 출력 영역(718)의 상부 및 바닥 에지 사이의 x-z 평면에 하나의 오목 구조를 형성하여 폭(2W)과 길이(2L)의 재순환 캐비티(여기서, W 및 L은 도 7에 도시된 것과 같음)를 형성할 수도 있다. 다른 예로서, 수직 격벽이 반투과기와 후방 반사기 사이에서 x 방향을 따라 각 오목 구조 내에 배치되어 제1 캐비티를 2개의 캐비티(730a/730b)로 분할하고 제2 캐비티를 2개의 캐비티(730c/730d)로 분할한다는 점을 제외하고는, 반투과기는 x-z 평면에 2개의 인접한 오목 구조를 형성하여 각각이 폭(W)과 길이(2L)를 갖는 2개의 재순환 캐비티(여기서, W 및 L은 도 7에 도시된 바와 같음)를 형성할 수 있다.
또한, 예를 들어 반투과기는 백라이트(700)의 모든 4개의 코너에서 최대 깊이가 되고 도 7의 각 점선을 따라 최소 깊이가 되도록 형성될 수 있다. 이러한 구성은 x-z 평면 및 y-z 평면에서 곡률을 갖는 복합 오목 구조를 형성할 것이다. 그러한 구조는 반투과기가 백라이트(700)의 2개의 인접 에지로부터 먼 2개의 직교하는 방향으로 후방 반사기와 함께 수렴하는 음악당(band-shell)과 유사한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 재순환 캐비티(730d)는 에지(702)로부터 멀어지는 양의 x 방향으로 그리고 또한 에지(704)로부터 멀어지는 양의 y 방향으로 수렴하는 후방 반사기와 반투과기에 의해 형성될 것이다.
일반적으로, 재순환 캐비티는 단순 만곡되든 복합 만곡되든지 간에 임의의 적당한 평면도 형상을 취할 수 있다. 다각형(예컨대, 삼각형, 직사각형, 사다리꼴, 오각형, 육각형 등), 원, 타원 및 임의의 다른 원하는 형상이 고려된다. 기하학적 형상이 백라이트에서의 높은 효율과 휘도 및 색상 균일도를 달성하도록 맞추어질 수 있다.
오목한 반투과기 및 후방 반사기에 의해 형성된 재순환 캐비티는 바람직하게는 z 방향으로는 상대적으로 얕고(즉, 깊이(d)가 작고), 횡방향으로는 상대적으로 넓다. 특정 캐비티의 깊이(d)는 출력 영역에 수직한 축을 따라, 즉 z 방향을 따라 후방 반사기와 반투과기 사이의 캐비티 내의 최대 분리 간격(separation)을 말한다. 캐비티의 폭(W)은 다음과 같이 측정된 캐비티의 측방향 치수를 말한다: 평면도(예를 들어, 도 7)에서의 캐비티의 형상부터 시작하여, 캐비티의 폭은 평면 캐비티 형상의 경계를 정할 수 있는 가장 작은 직사각형의 작은 쪽 치수(minor dimension)이다. 몇몇 실시 형태에 있어서, 개시된 재순환 캐비티는 2d보다 큰, 바람직하게 적어도 2.5d 또는 5d 이상의 폭(W)을 가질 수 있다. 캐비티의 길이(L)는 평면 캐비티 형상의 경계를 정할 수 있는 가장 작은 직사각형의 큰 쪽의 치수(major dimension)를 말한다. 특수한 경우에, 가장 작은 직사각형은 L = W인 정사각형일 수 있다.
개시된 재순환 캐비티 중 하나 초과의 캐비티를 이용하는 백라이트와, 특히 이웃한 캐비티 내의 광원(들)에 대해 독립적으로 제어되거나 또는 다루어질 수 있는 광원(들)에 의해 각각이 조명될 수 있는 구역 또는 서로 구분되는 캐비티의 어레이를 갖는 백라이트는, 백라이트의 출력 영역을 가로 지르는 휘도 및/또는 색상 분포가 의도적으로 불균일한 동적 콘트라스트 디스플레이(dynamic contrast display) 기술 및 컬러 순차 디스플레이 기술을 지원하기 위해 적당한 구동 전자 장치와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 출력 영역의 상이한 구역이 다른 구역보다 더 밝게 또는 더 어둡게 되도록 제어될 수 있고, 상기 구역은 상이한 재순환 캐비티 내의 상이한 광원의 적당한 제어에 의해 간단히 상이한 색상을 발광할 수 있다.
개시된 오목한 재순환 캐비티는 아주 다양한 조립 방법 및 기술을 사용하여 백라이트용으로 제조될 수 있다.
하나의 방법에 있어서, 반투과성 필름의 단일 조각이 백라이트 인클로저(enclosure)의 전체 폭에 걸치고, 여기서 필름의 에지가 인클로저의 측벽 사이에 끼워지거나 또는 측벽에 물리적으로 부착되어 오목한 터널형 구조를 형성한다. 이 방법은 상대적으로 작은 디스플레이에 특히 적합하다.
얇고 폭이 넓은 백라이트 유닛의 경우에, 다수의 오목한 터널형 구조를 이용하는 것이 유리할 수 있다. 반투과성 필름을 스코어링하는 것, 즉 하나 이상의 라인을 따라 필름 두께의 일부를 통해 절삭하는 것은 오목한 구조의 경계를 한정하기 위해 편리한 기술임이 판명되었다. 다른 유용한 기술은 하나 이상의 라인을 따라 접음으로써 반투과성 필름을 크리싱(creasing)하는 것이다. 스코어링 및 크리싱은 필름이 접히도록 미리 배치되는 한정된 위치를 제공함으로써 단일 필름으로부터의 다수의 오목한 구조의 조립을 용이하게 한다. 스코어링은 레이저 방법, 고온 와이어 또는 고온 나이프와 같은 열적인 방법 및 공지된 키스-커팅(kiss-cutting) 기술을 비롯한 임의의 공지된 스코어링 기술에 의해 수행될 수 있다.
단일 필름으로부터 형성된 다수의 터널형 구조를 사용할 때, 백라이트 인클로저의 백플레인(backplane), 측벽, 또는 백플레인 및 측벽 양쪽에 필름을 물리적으로 부착하면 필름에 안정하고 강건한 구조가 제공될 수 있다. 백라이트에 오목한 필름을 물리적으로 부착하기 위한 방법의 예는 리벳, 스크루, 스테이플, 열 또는 초음파 스폿 용접, (확산기 플레이트를 지지하기 위해 또한 사용될 수 있는) 백플레인 내로 스냅 결합되는 플라스틱 핀, 백라이트의 측벽 내로 스냅 결합되고 필름의 스코어링된 영역을 백플레인에 핀 고정하는 핀, 백플레인 상의 접착제 스트립 등을 통해 백플레인에 필름의 스코어링된 부분을 핀 고정하는 것을 포함하지만 이로 한정되지는 않는다.
오목한 필름의 에지는 오목 구조의 형상을 한정하는 데에 도움을 주는 백라이트 인클로저의 측벽 반사기 내로 성형된 위치 또는 슬롯에 부착될 수 있다. 대안적으로, 필름은 오목 구조가 측벽 또는 반사 백플레인 내의 미리 형성된 슬롯 내로 스냅 결합될 수 있을 만큼 충분히 단단하게 준비될 수 있다. 반투과기의 강성(stiffness or rigidity)은 일반적으로 반투과기의 적어도 일부를 주름지게 함으로써 향상될 수 있다. 자체만으로는 충분한 강성이 없는 반투과기는 또한 적당한 표면 형상을 가진 투명 지지체와 조합(예를 들어, 그 상부에 위치)될 수 있다.
백라이트 인클로저 내로 스코어링된 필름을 고정하기 위한 다른 접근법은 인클로저의 측벽 구조 내로 성형되거나 또는 인클로저의 측벽 내로 스냅 결합할 수 있는 지지 부재의 사용을 포함한다. 이 방법은 인클로저의 측벽 내의 소정의 위치 내로 스냅 결합할 수 있는 투명한 중합체 로드(rod)를 사용할 수 있고, 이 중합체 로드는 백라이트의 길이 또는 폭 치수에 걸쳐 있어서 필름이 상술된 기술을 사용하여 그 에지에 고정된 상태로 반투과기가 나아가거나 빠져나갈 수 있는 가이드를 제공한다. 대안적으로, 상기 로드는 미세한 게이지 와이어로 대체될 수 있다. 이러한 접근법은 필름이 비대칭 형상을 취하는 것에 통상 저항하는 비대칭 오목 구조를 제조하는 데에 특히 유용할 수 있다.
반투과기 내에 오목 구조를 형성하기 위한 다른 접근법은 반투과기가 후방 반사기와 접촉 또는 거의 접촉하도록 의도된 장소에 대응하는 전방 확산판의 후방 면 상의 소정의 위치에 플라스틱 핀을 배치시키는 것이다. 백라이트 조립 중에, 핀은 가요성의 반투과성 필름과 접촉하여 반투과기를 형성할 수 있고, 이것은 핀의 위치에 의해 한정된 하나 이상의 오목한 형상으로 에지에서 백라이트 인클로저에 부착될 수 있다. 본 명세서에 기술된 백라이트를 형성하기 위한 다른 적당한 방법은 예를 들어 발명의 명칭이 오목한 반투과기를 갖는 광 재순환 캐비티를 구비한 직하형 백라이트를 형성하는 방법인 미국 특허 출원 제 xx/xxx,xxx호(대리인 관리번호: 61199US006)에서 찾아볼 수 있다.
도 8 내지 도 11은 개시된 백라이트에 사용가능한 몇몇 광원의 도면을 나타내는데, 이들은 제한적으로 의도되는 것은 아니다. 도시된 광원은 패키지된 LED를 포함한다. 도 8, 도 9 및 도 11의 광원은 측면 발광 LED 패키지를 도시하며, 여기서 LED 다이로부터의 광은 일체형 인캡슐런트 또는 렌즈 요소에 의해 반사되고/되거나 굴절되어, 광원의 대칭 축을 따른 전방이 아닌 대체로 측방향으로 최대 광 방사(peak light emission)를 제공한다. 도 10의 광원은 광학 편향기가 포함되는지의 여부에 따라 전방 발광식 또는 측면 발광식일 수 있다.
도 8에서, 광원(800)은 프레임(812)에 의해 지지되고 리드(lead)(814)에 전기적으로 접속된 LED 다이(810)를 포함한다. 리드(814)는 광원(800)을 회로 기판 등에 전기적으로 그리고 물리적으로 접속하기 위해 사용된다. 렌즈(820)는 프레임(812)에 부착된다. 렌즈(820)는 렌즈의 상부 섹션 내로 발광된 광이 상부 표면(822) 상에서 내부 전반사되어 상부 섹션의 하부 표면(824) 상에 입사하고 장치로부터 굴절되도록 설계된다. 렌즈의 하부 섹션(826) 내로 발광된 광은 또한 장치 외부로 굴절된다. 광원(800)은 또한 렌즈(820) 위에 장착되거나 또는 상부 표면(822)에 부착된 반사 재료로 제조된 디스크와 같은 선택적 전환기(diverter)(830)를 포함할 수 있다. 미국 특허 출원 공개 제2004/0233665호(웨스트 등)를 또한 참조하라.
도 9에서, 광원(900)은 리드 프레임(910) 상에 장착된 LED 다이(도시되지 않음)를 포함한다. 투명 인캡슐런트(920)는 LED 다이, 리드 프레임(910) 및 전기 리드의 일부를 둘러싸고 있다. 인캡슐런트(920)는 LED 다이 표면 법선을 포함하는 평면을 중심으로 반사 대칭을 나타낸다. 인캡슐런트는 만곡된 표면(922)에 의해 형성된 함몰부(924)를 갖는다. 함몰부(924)는 본질적으로 선형이고 대칭면 상에 중심이 위치되며, 반사 코팅(926)은 표면(922)의 적어도 일부 상에 배치된다. LED 다이로부터 발광되는 광은 반사 코팅(926)에서 반사되어 반사 광선을 형성하고, 이것은 이어서 인캡슐런트의 굴절 표면(928)에 의해 굴절되어 굴절 광선(930)을 형성한다. 미국 특허 제6,674,096호(소머스(Sommers))를 또한 참조하라.
도 10에서, 광원(1000)은 리드 프레임(1012)의 오목한 반사 영역(1018) 내에 배치된 LED 다이(1010)를 포함한다. 리드 프레임으로부터 LED 다이(1010)로의 와이어 접합 접속의 덕택으로, 전력이 리드 프레임(1012) 및 다른 리드 프레임(1014)에 의해 광원에 공급된다. LED 다이(1010)는 그 위에 형광 재료(1016)의 층을 갖고, 전체 조립체는 렌즈형 전방 표면을 갖는 투명한 캡슐화 에폭시 수지(1020) 내에 매립된다. 활성화될 때, LED 다이(1010)의 상부 표면은 청색광을 생성한다. 이 청색광 중 약간은 형광 재료의 층을 통과하고, 형광 재료에 의해 발광된 황색광과 조합하여 백색광 출력을 제공한다. 대안적으로, 형광 재료의 층을 생략하여, 광원이 LED 다이(1010)에 의해 생성된 청색광(또는 원한다면 다른 색상)만을 발광할 수 있다. 각 경우에 있어서, 백색 또는 색상을 갖는 광이 본질적으로 전방 방향으로 발광되어, 광원(1000)의 대칭 축을 따라 최대 광 방사를 생성한다. 그러나, 필요하다면, 광원(1000)은 대체로 옆방향 또는 측방향으로 광을 방향전환하여, 광원(1000)을 측면 발광기가 되도록 변환하기 위해 반사 표면을 갖는 편향기(1030)를 선택적으로 포함할 수 있다. 편향기(1030)는 페이지에 수직한 평면에 대해 경면 대칭이거나, 또는 캡슐화 수지(1020)의 대칭 축과 일치하는 수직방향 축을 중심으로 회전 대칭일 수 있다. 미국 특허 제5,959,316호(로워리(Lowery))를 또한 참조하라.
도 11에서, 광원(1100)은 패키지 베이스(1116)에 의해 지지된 LED 다이(1112)를 갖는다. 렌즈(1120)는 베이스(1116)에 결합되고, 패키지 축(1126)은 베이스(1116) 및 렌즈(1120)의 중심을 통과한다. 렌즈(1120)의 형상은 LED 다이(1112)와 렌즈(1120) 사이의 체적(1114)을 한정한다. 체적(1114)은 실리콘으로, 또는 수지, 공기 또는 가스, 또는 진공과 같은 다른 적합한 제제로 충전 및 밀봉될 수 있다. 렌즈(1120)는 톱니형상 굴절부(1122) 및 내부 전반사(total internal reflection; TIR) 깔때기부(1124)를 포함한다. 톱니부(1122)는 광이 굴절되고 꺾이도록 설계되어, 광은 가능한 한 패키지 축(1126)에 대해 90도에 가깝게 렌즈(1120)로부터 빠져나온다. 미국 특허 제6,598,998호(웨스트 등)를 또한 참조하라.
도 8 및 도 10에 도시된 전환기에 추가하여, 광원은 공통으로 공히 양도된 발명의 명칭이 "이중 기능의 전환기를 갖는 광원을 구비한 직하형 백라이트"인 미국 출원 번호 제11/458,891호에 기술된 이중 기능의 전환기를 비롯한 다른 전환기를 사용할 수 있다.
백색광을 생성하기 위해 사용되든지 그렇지 않든지 간에, 백라이트 출력 영역의 색상 및 휘도 균일도에 상이한 영향을 주는 다색 광원은 백라이트 내에서 많은 형태를 갖출 수 있다. 일 접근법에 있어서, 다수의 LED 다이(예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 발광 다이)는 모두 리드 프레임 또는 다른 기판 상에 서로 가까이 근접하여 장착되고, 이어서 하나의 캡슐화 재료 내에 함께 넣어져 단일 렌즈 구성요소를 또한 포함할 수 있는 단일 패키지를 형성한다. 그러한 광원은 개별 색상들 중 임의의 하나를 또는 모든 색상을 동시에 발광하도록 제어될 수 있다. 다른 접근법에 있어서, 패키지당 오직 하나의 LED 다이 및 하나의 발산된 색상을 갖는 개별적으로 패키지된 LED가 주어진 재순환 캐비티에 대해 함께 클러스터화될 수 있고, 이러한 클러스터(cluster)는 청색/황색 또는 적색/녹색/청색과 같은 상이한 색상을 발산하는 패키지된 LED의 조합을 포함한다. 또 다른 접근법에 있어서, 그러한 개별적으로 패키지된 다색 LED는 하나 이상의 라인, 어레이 또는 다른 패턴으로 위치될 수 있다.
광원의 선택에 따라, 백라이트의 후방 반사기, 반투과기 및 다른 구성요소가 상이한 양의 UV 방사에 노출될 것이고, CCFL 및 HCFL 광원은 일반적으로 LED 광원보다 더 많은 UV 방사를 발한다. 그러므로, 백라이트의 구성요소는 UV 흡수제 또는 안정제를 포함할 수 있거나, 또는 UV 열화를 최소화하기 위해 선택된 재료를 사용할 수 있다. 만약 LED와 같이 UV 출력이 낮은 광원이 백라이트를 조명하기 위해 사용된다면, UV 흡수제 등이 필요하지 않을 수 있고 보다 넓은 재료 선택이 가능하다. UV 흡수제 및 안정제에 추가하여, 반투과기는 반투과기, 재순환 캐비티 및 백라이트의 투과도, 색상 및 다른 광학 특성들을 조절하기 위해 염료 및/또는 안료를 또한 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태가 논의되고, 본 발명의 범주 내에서 가능한 변형을 참조하였다. 본 발명에서의 이들 및 다른 변경과 수정은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 당업자에게 자명할 것이며, 본 발명은 본 명세서에 기술된 예시적인 실시 형태들로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명은 이하에 제공되는 청구의 범위에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (21)

  1. 출력 영역을 갖는 에지형 백라이트로서,
    백라이트의 출력 영역에 면하는 후방 반사기와,
    입사광을 부분적으로 투과하고 부분적으로 반사하는 반투과기 - 여기서, 반투과기는 후방 반사기에 면하는 적어도 하나의 오목 구조를 형성하여 반투과기와 후방 반사기 사이에 하나 이상의 재순환 캐비티를 제공하도록 형상화되고, 하나 이상의 재순환 캐비티는 백라이트의 출력 영역을 사실상 채움 - 와,
    백라이트의 제1 에지에 인접하게 위치된 적어도 하나의 광원 - 여기서, 적어도 하나의 광원은 하나 이상의 재순환 캐비티의 입력 표면을 통해 상기 하나 이상의 재순환 캐비티 내로 광을 주입하도록 작동될 수 있고, 입력 표면은 백라이트의 출력 영역에 사실상 직교하며, 또한 적어도 하나의 오목 구조는 입력 표면으로부터 먼 방향으로 후방 반사기와 함께 수렴함 - 을 포함하는 백라이트.
  2. 제1항에 있어서, 백라이트의 제1 에지에 인접하게 위치된 에지 반사 캐비티를 추가로 포함하고, 적어도 하나의 광원은 에지 반사 캐비티 내에 광을 발광하도록 위치된 백라이트.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 재순환 캐비티는 깊이(d) 및 폭(W)을 갖고, 폭(W)은 깊이(d)의 적어도 2.5배인 백라이트.
  4. 제1항에 있어서, 각각의 재순환 캐비티는 깊이(d) 및 폭(W)을 갖고, 폭(W)은 깊이(d)의 적어도 5배인 백라이트.
  5. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 재순환 캐비티는 중공인 백라이트.
  6. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 오목 구조는 하나의 오목 구조로 본질적으로 이루어지고, 하나 이상의 재순환 캐비티는 하나의 재순환 캐비티로 본질적으로 이루어지는 백라이트.
  7. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 오목 구조는 복수의 오목 구조를 포함하고, 하나 이상의 재순환 캐비티는 복수의 재순환 캐비티를 포함하는 백라이트.
  8. 제7항에 있어서, 오목 구조는 각각 제1 평면에 오목한 횡단면 프로파일 및 제1 평면에 수직한 제2 평면에 사실상 평평한 횡단면 프로파일을 갖는 백라이트.
  9. 제7항에 있어서, 오목 구조는 각각 상호 수직한 제1 및 제2 평면의 모두에 오목한 횡단면 프로파일을 갖는 백라이트.
  10. 제7항에 있어서, 재순환 캐비티의 각각은 출력 영역의 치수를 가로질러 연장 하는 백라이트.
  11. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 광원은 복수의 LED를 포함하는 백라이트.
  12. 제11항에 있어서, 복수의 LED는 상이한 색상으로 발광하는 LED를 포함하는 백라이트.
  13. 제11항에 있어서, 반투과기는 후방 반사기에 면하는 복수의 오목 구조를 형성하여 복수의 재순환 캐비티를 제공하도록 형상화되고, 각각의 재순환 캐비티는 입력 표면을 포함하며, 또한 각각의 재순환 캐비티에 대하여 그러한 재순환 캐비티의 입력 표면 내로 광을 주입하기 위해 백라이트의 에지에 인접하게 배치되는 적어도 하나의 LED가 존재하는 백라이트.
  14. 제1항에 있어서, 반투과기는 반반사 필름 및 광 편향 필름의 군으로부터 선택되는 필름으로 본질적으로 이루어지는 백라이트.
  15. 제1항에 있어서, 반투과기는 반반사 필름, 광 편향 필름 및 그 조합의 군으로부터 선택되는 2개의 필름을 포함하는 백라이트.
  16. 제1항에 있어서, 반투과기는 스코어링된 필름을 포함하는 백라이트.
  17. 제1항에 있어서, 반투과기는 압축 상태로 유지되는 필름을 포함하는 백라이트.
  18. 조명 측 및 뷰잉 측을 포함하는 디스플레이 패널과;
    디스플레이 패널의 조명 측 상에 배치된 에지형 백라이트를 포함하고,
    상기 백라이트는 출력 영역을 가지며,
    에지형 백라이트는
    백라이트의 출력 영역에 면하는 후방 반사기와,
    입사광을 부분적으로 투과하고 부분적으로 반사하는 반투과기 - 여기서, 반투과기는 후방 반사기에 면하는 적어도 하나의 오목 구조를 형성하여 반투과기와 후방 반사기 사이에 하나 이상의 재순환 캐비티를 제공하도록 형상화되고, 하나 이상의 재순환 캐비티는 백라이트의 출력 영역을 사실상 채움 - 와,
    백라이트의 제1 에지에 인접하게 위치된 적어도 하나의 광원 - 여기서, 적어도 하나의 광원은 하나 이상의 재순환 캐비티의 입력 표면을 통해 상기 하나 이상의 재순환 캐비티 내로 광을 주입하도록 작동될 수 있고, 입력 표면은 백라이트의 출력 영역에 사실상 직교하며, 또한 적어도 하나의 오목 구조는 입력 표면으로부터 먼 방향으로 후방 반사기와 함께 수렴함 - 을 포함하는 디스플레이 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 디스플레이 패널은 액정 디스플레이(LCD)를 포함하는 시스 템.
  20. 제19항에 있어서, LCD 텔레비전을 포함하는 시스템.
  21. 출력 영역을 갖는 에지형 백라이트로서,
    후방 반사기와;
    입사광을 부분적으로 투과하고 부분적으로 반사하는 반투과기 수단 - 여기서, 반투과기 수단은 후방 반사기에 면하는 적어도 하나의 오목 구조를 구비하여 후방 반사기와의 사이에 하나 이상의 재순환 캐비티를 제공하고, 하나 이상의 재순환 캐비티는 패널의 출력 영역을 사실상 채움 - 과,
    하나 이상의 재순환 캐비티의 입력 표면을 통해 하나 이상의 재순환 캐비티 내로 광을 주입하기 위해 백라이트의 제1 에지에 인접하게 위치된 광원 수단 - 여기서, 입력 표면은 백라이트의 출력 영역에 사실상 직교하고, 또한 입력 표면은 출력 영역에 사실상 직교함 - 을 포함하고;
    적어도 하나의 오목 구조는 입력 표면으로부터 먼 방향으로 후방 반사기와 함께 수렴하는 에지형 백라이트.
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