KR20090058558A - Controllable light guide - Google Patents

Controllable light guide Download PDF

Info

Publication number
KR20090058558A
KR20090058558A KR1020097007399A KR20097007399A KR20090058558A KR 20090058558 A KR20090058558 A KR 20090058558A KR 1020097007399 A KR1020097007399 A KR 1020097007399A KR 20097007399 A KR20097007399 A KR 20097007399A KR 20090058558 A KR20090058558 A KR 20090058558A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
controllable
light guide
refractive index
guide
Prior art date
Application number
KR1020097007399A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
더크 케이. 지. 드 보어
마크 티. 존슨
산더 제이. 루센달
패트릭 제이. 비스조우
후고 제이. 코르넬리센
Original Assignee
코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. filed Critical 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Publication of KR20090058558A publication Critical patent/KR20090058558A/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/19Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on variable-reflection or variable-refraction elements not provided for in groups G02F1/015 - G02F1/169
    • G02F1/195Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on variable-reflection or variable-refraction elements not provided for in groups G02F1/015 - G02F1/169 by using frustrated reflection
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336Illuminating devices
    • G02F1/133615Edge-illuminating devices, i.e. illuminating from the side
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/165Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on translational movement of particles in a fluid under the influence of an applied field
    • G02F1/166Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on translational movement of particles in a fluid under the influence of an applied field characterised by the electro-optical or magneto-optical effect
    • G02F1/167Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on translational movement of particles in a fluid under the influence of an applied field characterised by the electro-optical or magneto-optical effect by electrophoresis

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

A controllable light guide (101; 405) comprising a light guide (103) configured to guide in-coupled light through reflections of the light against a guiding boundary (109) of the light guide (103), and at least one light-modifying member (102; 201-202; 303-304; 414-416) arranged adjacent to the guiding boundary (109) of the light guide (103). The light-modifying member (102; 201-202; 303-304; 414-416) comprises a fluid (104) and a plurality of particles (105) distributed in the fluid. The light-modifying member is controllable between at least a first state having a first particle distribution resulting in at least a portion (106; 209, 210) of the light-modifying member (102; 201-202; 303-304; 414-416) having a first compound refractive index (rid), and a second state having a second particle distribution resulting in the portion (106; 209, 210) of the light-modifying member having a second compound refractive index (n^). At least the second compound refractive index (nc2) is sufficiently high in relation to the refractive index of the light guide (103) at the guiding boundary (109) so as to allow at least partial outcoupling of light through a corresponding portion of the guiding boundary of the light guide.

Description

제어가능 도광체, 제어가능 조명 장치, 및 표시 장치{CONTROLLABLE LIGHT GUIDE}Controllable light guide, controllable lighting device, and display device {CONTROLLABLE LIGHT GUIDE}

본 발명은 제어가능 도광체(light guide), 이러한 제어가능 도광체를 포함하는 조명 장치 및 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to controllable light guides, lighting devices and display devices comprising such controllable light guides.

오늘날, 다양한 유형의 평판 디스플레이는 이동 전화 디스플레이에서 대형 화면 텔레비전 수상기에 이르기까지 광범위한 애플리케이션에서 사용된다. 플라즈마 디스플레이와 같은 평판 디스플레이의 일부 유형은 발광 픽셀의 어레이를 포함하지만, 대부분의 평판 디스플레이는 상태들 사이에서 전환될 수 있지만 독립적으로 광을 방출할 수 없는 픽셀의 어레이를 갖는다. 이러한 평판 디스플레이는 보편적인 LCD 디스플레이를 포함한다. 이러한 평판 디스플레이가 사용자에게 이미지를 표시할 수 있기 위해, 픽셀 어레이는 투과형의 픽셀 어레이의 경우에 백라이트(backlight)에 의해, 또는 반사형의 픽셀 어레이의 경우에 주변 광(ambient light) 또는 프런트라이트(frontlight)에 의해 조명되어야 한다.Today, various types of flat panel displays are used in a wide range of applications, from mobile phone displays to large screen television receivers. Some types of flat panel displays, such as plasma displays, include an array of light emitting pixels, but most flat panel displays have an array of pixels that can switch between states but cannot emit light independently. Such flat panel displays include universal LCD displays. In order for such a flat panel display to display an image to a user, the pixel array is either backlit in the case of transmissive pixel arrays or ambient light or frontlight (in the case of reflective pixel arrays). should be illuminated by a frontlight.

종래의 백라이트(및 프런트라이트)는 광원으로부터의 광이 결합되는 평면 도광체를 포함한다. 평면 도광체의 한 면은 그 면을 통한 광의 아웃커플링(outcoupling)을 허용하기 위해, 전형적으로 구조화 또는 수정, 예를 들어 표면 거칠게 하기를 통해 수정된다. 그 다음, 아웃커플링된 광은 투과 상태인 픽셀 어레이 내의 픽셀을 통과하고, 대응하는 이미지는 그것을 보는 사람에게 보이게 된다.Conventional backlights (and frontlights) include planar light guides into which light from a light source is coupled. One side of the planar light guide is typically modified through structuring or modification, such as surface roughening, to allow outcoupling of light through that side. The outcoupled light then passes through the pixels in the pixel array that are in a transmissive state, and the corresponding image is visible to the viewer.

그러나, 픽셀의 매우 작은 비율만이 (그 투과 상태에서) 밝을 때, 흔히 그렇듯이, 백라이트에 의해 방출된 광의 상대적으로 많은 비율은 보는 사람에게 도달하지 못하게 되므로, 귀중한 에너지가 낭비된다.However, when only a very small percentage of the pixels are bright (in their transmissive state), as is often the case, a relatively large proportion of the light emitted by the backlight will not reach the viewer, so valuable energy is wasted.

이러한 문제를 극복하기 위해, 광의 아웃커플링이 공간적으로 제어가능한 백라이트가 제안되어 있다. 예를 들어, WO 2004079437은 광 도파로 및 매트릭스-어드레스가능 광-관리 부재를 포함하는 조명 시스템을 개시한다. 광 도파로로부터의 광의 아웃커플링은 투명 상태와 산란 상태 사이에서 광 관리 부재의 일부를 변조함으로써 제어될 수 있다.To overcome this problem, a backlight has been proposed in which the outcoupling of light is spatially controllable. For example, WO 2004079437 discloses an illumination system comprising an optical waveguide and a matrix-addressable light-management member. Outcoupling of light from the optical waveguide can be controlled by modulating a portion of the light management member between the transparent state and the scattering state.

WO 2004079437에서 개시된 조명 시스템이, 예를 들어 액정 패널의 제어가능 조명을 제공하지만, 광 관리 부재가 한 편광 상태에만 민감하기 때문에 아웃커플링 효율이 제한된다.The illumination system disclosed in WO 2004079437, for example, provides controllable illumination of a liquid crystal panel, but the outcoupling efficiency is limited because the light management member is sensitive to only one polarization state.

그러므로, 더욱 에너지 효율적인 광의 아웃커플링을 허용하는 개선된 제어가능 도광체가 필요하다.Therefore, there is a need for an improved controllable light guide that allows for outcoupling of more energy efficient light.

본 발명의 목적은 개선된 제어가능 도광체를 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide an improved controllable light guide.

본 발명의 다른 목적은 평판 디스플레이에서의 픽셀 어레이의 에너지 효율적인 제어 조명을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide energy efficient controlled illumination of pixel arrays in flat panel displays.

본 발명에 따르면, 이들 및 다른 목적은 제어가능 도광체에 의해 달성되고, 제어가능 도광체는, 도광체 내로 결합된 광을 포함하도록 구성되고, 도광체의 안내 경계에 대한 광의 반사를 통해 도광체의 주 연장축(principal extension)을 따라 광을 안내하도록 구성되며, 안내 경계에서 제1 굴절률을 갖는 도광체; 및 도광체의 안내 경계에 인접하게 배열되고, 제2 굴절률을 갖는 유체 및 제2 굴절률과 다른 제3 굴절률을 갖는 다수의 입자를 포함하는 최소한 하나의 광 수정 부재를 포함하는데, 다수의 입자는 유체 내에 분포되어 있고, 광 수정 부재는 최소한 제1 상태와 제2 상태 사이에서 제어가능하며, 제1 상태는 광 수정 부재의 최소한 일부가 제1 화합물 굴절률을 갖게 하는 제1 입자 분포를 갖고, 제2 상태는 광 수정 부재의 최소한 일부가 제2 화합물 굴절률을 갖게 하는 제2 입자 분포를 갖고, 최소한 제2 화합물 굴절률은 도광체의 안내 경계의 대응하는 부분을 통한 광의 최소한 부분적인 아웃커플링을 허용하기 위해 제1 굴절률에 비해 충분히 높다.According to the present invention, these and other objects are achieved by a controllable light guide, the controllable light guide being configured to include light coupled into the light guide and through the reflection of light to the guide boundary of the light guide. A light guide configured to guide light along a principal extension of the light guide, the light guide having a first refractive index at the guide boundary; And at least one light modifying member arranged adjacent to a guide boundary of the light guide and comprising a fluid having a second index of refraction and a plurality of particles having a third index of refraction different from the second index of refraction, the plurality of particles being fluid Distributed within, the light modifying member being controllable between at least a first state and a second state, the first state having a first particle distribution such that at least a portion of the light modifying member has a first compound refractive index, and a second The state has a second particle distribution that causes at least a portion of the light modification member to have a second compound refractive index, the at least second compound refractive index allowing at least partial outcoupling of light through the corresponding portion of the guide boundary of the light guide. In order to be sufficiently high compared to the first refractive index.

도광체는 예를 들어, 평면 광 도파로 또는 광 섬유일 수 있다.The light guide may be, for example, a planar optical waveguide or an optical fiber.

도광체가 평면 광 도파로인 경우에, 도광체는 예를 들어, 단일 유전 물질 또는 유전 물질들의 화합물의 슬랩(slab)으로 이루어질 수 있다. 적합한 유전 물질은 다양한 유형의 유리, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 등과 같은 상이한 투명 물질을 포함한다. 이러한 평면 도파로는 편평하거나 만곡될 수 있다. 슬랩형 평면 도파로는 전형적으로, 도파로 내로 결합된 광을 포함하기 위해 내부 전반사(total internal reflection: TIR)에 의존한다.In the case where the light guide is a planar optical waveguide, the light guide may, for example, consist of a single dielectric material or a slab of a compound of dielectric materials. Suitable dielectric materials include different transparent materials such as various types of glass, polymethyl methacrylate (PMMA), and the like. Such planar waveguides may be flat or curved. Slab-type planar waveguides typically rely on total internal reflection (TIR) to include light coupled into the waveguide.

본 출원에서, "유체"라는 용어는 어떤 힘에 응답하여 물질의 모양이 변경되고, 물질이 함유될 수 있는 챔버의 모양으로 흐르거나 그 모양에 따르는 경향이 있는 물질로 이해된다. 그러므로, "유체"라는 용어는 기체, 액체, 증기, 및 고체와 액체의 혼합물(이들 혼합물이 흐를 수 있는 경우)을 포함한다.In the present application, the term "fluid" is understood to be a material that changes shape in response to a force and tends to flow in or follow the shape of the chamber in which the material may be contained. Thus, the term "fluid" includes gases, liquids, vapors, and mixtures of solids and liquids (where these mixtures can flow).

"입자"라는 용어는 고체 입자에 제한되지 않고, 액체 방울, 및 유체가 채워진 캡슐도 포함한다.The term "particle" is not limited to solid particles, but also includes liquid droplets and fluid filled capsules.

본 발명은, 도광체로부터의 광의 아웃커플링은 도광체의 안내 경계에 인접하여 위치한 광 수정 부재의 굴절률을 변경함으로써 변경될 수 있다는 인식, 및 이러한 굴절률의 변경은 상이한 굴절률을 갖는 유체의 소정의 굴절률로 입자의 분포를 제어함으로써 달성될 수 있다는 인식에 기초한다.The present invention recognizes that the outcoupling of light from the light guide can be altered by changing the refractive index of the light modifying member located adjacent to the guide boundary of the light guide, and such a change in the refractive index can be achieved by a predetermined amount of fluid having a different refractive index. It is based on the recognition that it can be achieved by controlling the distribution of particles by refractive index.

본 발명에 따른 제어가능 도광체는 굴절로 인한 아웃커플링에 의존하기 때문에, 실제로 아웃커플링하도록 예정된 모든 광이 편광 상태에 관계없이 실제로 도광체를 떠날 수 있게 된다는 것이 보장된다.Since the controllable light guide according to the invention relies on outcoupling due to refraction, it is ensured that all the light actually intended to outcoupling can actually leave the light guide regardless of the polarization state.

유체 안에 분포된 입자는 양호하게, 입자-유체 현탁액이 주로 가변 굴절률을 갖는 유체로서 작용하는 레벨로 산란을 제한할 만큼 충분히 작다.The particles distributed in the fluid are preferably small enough to limit scattering to the level at which the particle-fluid suspension mainly acts as a fluid having a variable refractive index.

약 100 nm 이하의 중간 직경 및 너무 넓지 않은 크기 분포를 갖는 입자가 적합하게 사용되는데, 그 이유는 입자가 100 nm보다 상당히 클 때, 즉 입자의 크기가 가시 광선 이상의 파장 정도일 때 (후방) 산란이 우세해지기 때문이다.Particles with a median diameter of about 100 nm or less and a size distribution that is not too wide are suitably used because when the particles are significantly larger than 100 nm, i.e. when the size of the particles is at wavelengths above visible light (scattering) Because it prevails.

광 수정 부재는 2가지 상태 사이에서, 또는 다수의 상태 사이에서 제어가능할 수 있다. 처음으로 언급된 경우에는, 광 수정 부재가 도광체로부터의 광의 아웃커플링을 국부적으로 허용하거나 방지하는 광 스위치로서 기능할 수 있고, 마지막으로 언급된 경우에는, 도광체 내의 광이 부분적으로 아웃커플링될 수 있는데, 이 경우에 그레이 스케일이 달성될 수 있다. 이때, 어떤 광이 아웃커플링되고 어떤 광이 도광체 내에 남아있느냐는 안내 경계에서의 입사각에 달려 있는데, 작은 입사각을 갖는 광선은 아웃커플링되는 반면, 큰 입사각을 갖는 광선은 완전히 반사된다.The light modification member may be controllable between two states or between multiple states. In the first case mentioned, the light modifying member can function as an optical switch to locally allow or prevent outcoupling of light from the light guide, and in the last case, the light in the light guide is partially outcoupled. Ring, in which case gray scale can be achieved. At this point, which light is outcoupled and which light remains in the light guide depends on the angle of incidence at the guide boundary, where the light rays with small incidence angles are outcoupled while the light rays with large incidence angles are fully reflected.

유리하게, 제1 화합물 굴절률은 도광체의 안내 경계에서의 내부 전반사를 허용할 만큼 충분히 낮을 수 있고, 이로 인해 안내 경계의 대응하는 부분을 통한 광의 아웃커플링을 방지할 수 있다.Advantageously, the first compound refractive index may be low enough to allow total internal reflection at the guide boundary of the light guide, thereby preventing outcoupling of light through the corresponding portion of the guide boundary.

도광체가 모든 각도에서 도광체로 들어가는 광을 내부에서 완전히 반사시키기 위해, 도광체의 경계에 인접한 임의의 요소의 굴절률은 다음 관계를 충족시켜야 한다:In order for the light guide to fully reflect internally the light entering the light guide at all angles, the refractive index of any element adjacent to the boundary of the light guide must satisfy the following relationship:

Figure 112009021703534-PCT00001
Figure 112009021703534-PCT00001

여기에서, n1g는 도광체의 안내 경계에서의 도광체의 굴절률이고, ncl은, 예를 들어 도광체 코어 또는 중앙 슬랩 부분, 공기, 및/또는 본 발명의 경우에 제어가능 광 수정 부재를 둘러싸도록 배열된 클래딩 층일 수 있는 인접한 요소의 굴절률을 나타낸다.Where n 1g is the refractive index of the light guide at the guide boundary of the light guide, and n cl is for example a light guide core or center slab portion, air, and / or a controllable light modifying member in the case of the present invention. Indicative of the refractive index of adjacent elements, which may be cladding layers arranged to enclose.

예를 들어, 도광체가 1.67의 굴절률을 갖는 경우, 제1 화합물 굴절률은 모든 각도의 인커플링된 광에 대한 내부 전반사(TIR)를 달성하기 위해 1.34보다 작을 수 있다.For example, if the light guide has a refractive index of 1.67, the first compound refractive index may be less than 1.34 to achieve internal total reflection (TIR) for all coupled incohered light.

이러한 방식으로, 도광체 내로 결합된 광은 효과적으로, 제1 상태에 있는 인접한 광 수정 부재의 일부에 대응하는 안내 경계의 일부를 통해 도광체 밖으로 결합되지 못하게 된다.In this way, light coupled into the light guide is effectively prevented from being coupled out of the light guide through a portion of the guide boundary that corresponds to the portion of the adjacent light modifying member in the first state.

제2 굴절률(유체)은 제3 굴절률(입자)보다 낮을 수 있다.The second refractive index (fluid) may be lower than the third refractive index (particle).

이 경우에, 본질적으로 균일한 입자 분포를 갖는 유체를 함유하는 광 수정 부재의 주어진 부분에 대해, 더 높은 입자 농도는 그 부분의 더 높은 화합물 굴절률을 의미한다. 따라서, TIR은 광 수정 부재의 그 부분에서의 낮은 입자 농도에서 달성될 수 있고, 아웃커플링은 더 높은 입자 농도에서 얻어질 수 있다.In this case, for a given portion of the light modification member containing a fluid having an essentially uniform particle distribution, higher particle concentration means higher compound refractive index of that portion. Thus, TIR can be achieved at low particle concentration in that portion of the light modification member, and outcoupling can be obtained at higher particle concentration.

대안적으로, 제3 굴절률은 제2 굴절률보다 낮을 수 있고, 이 경우에, 명백하게, 더 높은 입자 농도는 광 수정 부재의 상기 설명된 주어진 부분에서 더 낮은 화합물 굴절률을 초래한다.Alternatively, the third refractive index may be lower than the second refractive index, in which case, apparently, higher particle concentrations result in lower compound refractive index in the above-described given portion of the light modification member.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 입자는 전계의 영향을 받기 쉬울 수 있고, 광 수정 부재는 광 수정 부재의 상기 언급된 부분에서의 전계를 변경함으로써 최소한 제1과 제2 상태 사이에서 제어가능하고, 이로 인해 입자 분포를 제어할 수 있다.According to one embodiment of the invention, the particles may be subject to an electric field, the light modifying member being controllable at least between the first and second states by changing the electric field in the above-mentioned part of the light modifying member. As a result, the particle distribution can be controlled.

본 실시예에서, 입자는 하전되거나 하전되지 않을 수 있다. 하전되지 않은 입자의 경우에, 입자는 H.A. Pohl 저의 "Dielectrophoresis; the behaviour of neutral matter in non-uniform electric fields", University Press, Cambridge, 1978에서 상세하게 설명되는 유전영동(dielectrophoresis)을 통해 전계의 인가에 응답하여 이동하게 된다.In this embodiment, the particles may or may not be charged. In the case of uncharged particles, the particles may be H.A. Pohl's "Dielectrophoresis; the behavior of neutral matter in non-uniform electric fields", dielectrophoresis, described in detail in University Press, Cambridge, 1978, moves in response to the application of an electric field.

하전된 입자의 경우에, 대부분의 입자는 반대로 하전된 입자의 집단화를 방지하기 위해 유리하게 동일한 부호의 전하를 갖는다. (유체의 전기적 중립상태는 반대 전하의 이온들의 존재에 의해 보장된다.)In the case of charged particles, most of the particles advantageously have a charge of the same sign to prevent the aggregation of charged particles. (The electrical neutral state of the fluid is ensured by the presence of ions of opposite charge.)

본 발명의 본 실시예에 따른 배열로, 입자는 전계가 없을 경우에 본질적으로 불균일하게 분포될 수 있다. 전계가 인가될 때, 입자는 다시 분포될 수 있다. 입자는, 전계가 제거될 때까지, 또는 입자의 전하(전기영동의 경우) 또는 쌍극자(유전영동의 경우)를 통해 입자에 가해진 힘과 인가된 전계 사이에서 평형인 상태로 들어갈 때까지 이동한다. 전기영동의 더욱 상세한 설명을 위해, 다음 문서가 참고된다:In an arrangement according to this embodiment of the invention, the particles may be distributed essentially non-uniformly in the absence of an electric field. When an electric field is applied, the particles can be redistributed. The particles travel until the electric field is removed or through equilibrium between the applied electric field and the force applied to the particles through the charge (for electrophoresis) or dipole (for electrophoresis) of the particles. For a more detailed description of electrophoresis, the following documents are referenced:

P.C. Hiemenze 및 R. Rajagopalan 저의 "Principles of Colloid and Surface Chemistry", 3rd edition, Marcel Dekker Inc., New York, 1997, pp.534-574."Principles of Colloid and Surface Chemistry" by PC Hiemenze and R. Rajagopalan, 3 rd edition, Marcel Dekker Inc., New York, 1997, pp. 534-574.

다른 실시예에 따르면, 입자는 자계의 영향을 받기 쉽고, 광 수정 부재는 광 수정 부재의 상기 언급된 부분에서의 자계 인가에 의해 최소한 제1과 제2 상태에서 제어가능하고, 이로 인해 입자의 분포를 제어한다(자기영동(magnetophoresis)).According to another embodiment, the particles are susceptible to magnetic fields, and the light modifying members are controllable in at least the first and second states by applying a magnetic field in the above-mentioned part of the light modifying members, thereby distributing the particles. Control (magnetophoresis).

이 실시예에서, 입자는, 예를 들어 자기를 띨 수 있고, 입자에서 자기 쌍극자가 유도될 수 있는 성질을 가질 수 있다. 이때, 입자 분포는 자계의 인가를 통해 제어가능하다.In this embodiment, the particles can be magnetized, for example, and have properties such that magnetic dipoles can be induced in the particles. At this time, the particle distribution can be controlled through the application of a magnetic field.

본 발명의 상기 언급된 2개의 실시예에 대한 대안 또는 보충으로서, 유체 내의 입자의 분포는 또한, 유체의 공간적 가변 밀도, 및 따라서 유체-입자 현탁액 내의 입자의 가변 농도를 초래할 수 있는 (MEMS 장치에서와 같은) 기계적 수단에 의해 제어될 수 있다.As an alternative or supplement to the two above-mentioned embodiments of the present invention, the distribution of particles in the fluid may also result in a spatially variable density of the fluid, and thus a variable concentration of particles in the fluid-particle suspension (in a MEMS device). Such as by mechanical means).

예를 들어, 상기 언급된 메커니즘 중의 어느 메커니즘에 따른 입자 분포의 제어를 실현하기 위해, 제어가능 도광체는 제어 수단을 더 포함할 수 있다.For example, in order to realize control of the particle distribution according to any of the above-mentioned mechanisms, the controllable light guide may further comprise control means.

이들 제어 수단은 예를 들어, 전극 패턴, 코일 패턴 또는 기계적 액추에이터와 같은 패턴 형태로 제공될 수 있는데, 이들은 광 수정 부재에 인접하게 또는 제어가능 도광체 내의 다른 곳에 위치할 수 있다. 아웃커플링된 광의 불필요한 차단을 막기 위해, 이들 패턴은 그 위치에 따라, ITO(Indium-Tin-Oxide) 또는 이와 유사한 잘 알려진 물질과 같은 한 개 또는 몇 개의 투명 물질을 사용함으로써 유리하게 형성될 수 있다. 아웃커플링이 방지되어야 하는 위치에서는, (예를 들어, 알루미늄 또는 은으로 이루어진) 광을 반사하는 전극이 유리하게 사용된다.These control means can be provided in the form of a pattern, for example an electrode pattern, a coil pattern or a mechanical actuator, which can be located adjacent to the light modifying member or elsewhere in the controllable light guide. To prevent unnecessary blocking of outcoupled light, these patterns can be advantageously formed by using one or several transparent materials, such as Indium-Tin-Oxide (ITO) or similar well known materials, depending on their location. have. In locations where outcoupling should be prevented, electrodes which reflect light (for example made of aluminum or silver) are advantageously used.

제어 수단은 광 수정 부재의 맞은 편에 제공될 수 있는데, 이 경우에 입자 분포는 입자가 (도광체에 거의 수직인 방향으로) 광 수정 부재의 어느 쪽을 향해 선택적으로 이동하게 함으로써 제어된다.Control means may be provided opposite the light modifying member, in which case the particle distribution is controlled by causing the particles to selectively move toward either side of the light modifying member (in a direction substantially perpendicular to the light guide).

대안적으로, 제어 수단은 소위 "평면 정렬 스위칭(in-plane switching)"이라는 것을 달성하도록 제공될 수 있다. 이 경우에, 입자 분포는 입자가 광 수정 부재 내에서 옆쪽으로 선택적으로 이동하게 함으로써 제어된다. 평면 정렬 및 수직 스위칭의 조합도 또한 가능하다.Alternatively, control means can be provided to achieve what is called "in-plane switching". In this case, particle distribution is controlled by causing the particles to selectively move laterally within the light modifying member. Combinations of plane alignment and vertical switching are also possible.

제어가능 도광체에 포함된 제어 수단에 대한 대안으로서, 전계 및/또는 자계가 제어가능 도광체의 외부에서 발생될 수 있다.As an alternative to the control means included in the controllable light guide, an electric field and / or a magnetic field may be generated outside of the controllable light guide.

본 발명에 따른 제어가능 도광체는 유리하게 다수의 광 수정 부재를 포함할 수 있고, 각각의 광 수정 부재는 개별적으로 제어가능하다.The controllable light guide according to the invention may advantageously comprise a plurality of light modifying members, each light modifying member being individually controllable.

제어가능 도광체의 아웃커플링 및 광 포함 부분의 더욱 또는 덜 복잡한 패턴은 이렇게 형성될 수 있다.More or less complex patterns of the outcoupling and light containing portions of the controllable light guide can be thus formed.

또 다른 실시예에 따르면, 제어가능 도광체는 도광체에 관한 광 수정 부재의 먼 쪽의 위에 광 수정 부재에 인접하여 배열되고, 최소한 부분적으로 아웃커플링된 광의 최소한 하나의 성질을 변경하도록 적응된 광 변경 부재를 더 포함할 수 있다.According to yet another embodiment, the controllable light guide is arranged adjacent to the light modification member on a remote side of the light modification member with respect to the light guide and adapted to change at least one property of the at least partially outcoupled light. It may further include a light changing member.

이 광 변경 부재는 예를 들어, 광 수정 부재의 광 출구 면에서 제어가능 도광체에 추가되는 층일 수 있고, 광 변경 부재는 예를 들어, 아웃커플링된 광의 각도 분포, 공간 분포 및 편광 상태 중의 최소한 하나를 변경할 수 있다.This light changing member may be, for example, a layer added to the controllable light guide at the light exit face of the light modifying member, the light changing member being, for example, in the angular distribution, spatial distribution and polarization state of the outcoupled light. You can change at least one.

아웃커플링된 광을 제어가능 도광체의 아웃커플링 표면에 수직인 방향으로 향하게 하기 위해, 광 수정 요소보다 더 높은 굴절율을 갖는 층의 형태로 제공될 수 있는 광 변경 부재가 사용될 수 있다.In order to direct the outcoupled light in a direction perpendicular to the outcoupling surface of the controllable light guide, a light modifying member that can be provided in the form of a layer having a higher refractive index than the light modifying element can be used.

더욱이, 광 변경 부재는 지향 효과를 향상시키기 위해 아웃커플링 구조를 가질 수 있다. 이러한 아웃커플링 구조는 따로 제공되거나 또는 상기 언급된 더 높은 굴절률과 조합하여 제공될 수 있다.Moreover, the light changing member may have an outcoupling structure to enhance the directing effect. This outcoupling structure can be provided separately or in combination with the higher refractive index mentioned above.

이들 아웃커플링 구조는 대체로 평행한 홈(groove)에 의해 유리하게 형성될 수 있다.These outcoupling structures can be advantageously formed by generally parallel grooves.

편광된 광을 아웃커플링하기 위해, 광 변경 부재는 복굴절 물질로 이루어질 수 있다.To outcouple the polarized light, the light modifying member may be made of a birefringent material.

특히, 광 변경 부재는 복굴절성일 수 있고, 대체로 평행한 홈을 가질 수 있다. 이들 홈은 복굴절 광 변경 부재의 굴절률 성분이 홈에 수직인 방식으로 제공될 수 있다. 이들 굴절률 성분은 낮은 농도의 떠 있는 입자를 갖는 유체의 굴절률 성분과 거의 동일할 수 있고, 또는 대안적으로 높은 농도의 떠 있는 입자를 갖는 유체의 굴절률 성분과 거의 동일할 수 있다.In particular, the light modifying member may be birefringent and may have generally parallel grooves. These grooves may be provided in such a manner that the refractive index component of the birefringent light changing member is perpendicular to the grooves. These refractive index components may be about the same as the refractive index component of a fluid having a low concentration of floating particles, or alternatively may be approximately the same as the refractive index component of a fluid having a high concentration of floating particles.

더욱이, 본 발명에 따른 제어가능 도광체는 유리하게 제어가능 조명 장치에 포함될 수 있는데, 이 제어가능 조명 장치는 광원에 의해 방출된 광의 제어가능 도광체 내로의 인커플링을 허용하도록 배열된 광원을 더 포함한다.Moreover, a controllable light guide according to the invention can advantageously be included in a controllable lighting device, which controllable light device is arranged to allow incoupling of light emitted by the light source into the controllable light guide. It includes more.

상기 설명된 제어 가능 조명 장치는 유리하게, 최소한 부분적으로 제어가능한 투과율을 갖는 이미지 형성 부재를 더 포함하는 표시 장치에 포함될 수 있고, 제어가능 조명 장치는 보는 사람의 시점에서 이미지 형성 부재의 뒤에 위치하고, 제어가능 백라이트로서 작용할 수 있게 이미지 형성 부재를 조명하도록 구성된다.The controllable illumination device described above may advantageously be included in a display device further comprising an image forming member having at least partially controllable transmittance, the controllable lighting device being located behind the image forming member at the viewer's point of view, And to illuminate the image forming member to act as a controllable backlight.

대안적으로, 제어가능 조명 장치는 최소한 부분적으로 제어가능한 반사율을 갖는 이미지 형성 부재를 더 포함하는 표시 장치에 포함될 수 있고, 제어가능 조명 장치는 보는 사람의 시점에서 이미지 형성 부재의 앞에 위치하고, 제어가능 프런트라이트로서 작용할 수 있게 이미지 형성 부재를 조명하도록 구성된다.Alternatively, the controllable illumination device may be included in a display device further comprising an image forming member having at least partially controllable reflectance, wherein the controllable lighting device is positioned in front of the image forming member at the viewer's point of view and is controllable. And to illuminate the image forming member to act as a frontlight.

본 발명의 이들 및 다른 실시양상은 이제, 본 발명의 현재 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.These and other aspects of the invention are now described in more detail with reference to the accompanying drawings, which show presently preferred embodiments of the invention.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 제어가능 도광체의 일부를 3가지 다른 상태에서 개략적으로 도시한 도면.1a to 1c schematically show part of a controllable light guide according to the invention in three different states;

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제어가능 도광체의 일부를 개략적으로 도시한 도면.2 schematically illustrates a portion of a controllable light guide according to a first embodiment of the invention;

도 3은 광 수정 부재에 인접하게 배열된 광 변경 부재를 포함하는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제어가능 도광체의 일부를 개략적으로 도시한 도면.3 schematically illustrates a portion of a controllable light guide according to a second embodiment of the present invention, including a light changing member arranged adjacent to the light modifying member;

도 4a 내지 도 4b는 본 발명에 따른 표시 장치의 예를 개략적으로 도시한 도면.4A-4B schematically illustrate an example of a display device according to the present invention.

본 발명은 이후, 도광체 및 광 수정 부재를 포함하는 평면 제어가능 도광체와 관련하여 주로 설명되는데, 광 수정 부재는 입자의 굴절률뿐만 아니라 도광체의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 유체 내에 떠 있는 다수의 양으로 하전된 입자를 갖는다. 이것은 본 발명의 범위를 결코 제한하려는 것이 아니고, 광 섬유 및 만곡된 평면 도광체와 같은 다른 구성의 제어가능 도광체에 동일하게 적용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 더욱이, 유체 내에 떠 있는 입자는 음으로 하전되거나, 하전되지 않거나, 자기를 띠거나, 자기를 띠지 않을 수 있다. 물론, 유체는 도광체 및 입자보다 더 높은 굴절률을 가질 수 있다. 게다가, 본 발명에 따른 제어가능 도광체의 실시예의 응용 예는 제어가능 도광체가 투과형 평판 디스플레이를 위한 백라이트에 포함되는 것으로 도시된다. 이와 관련하여, 본 발명에 따른 제어가능 도광체를 포함하는 조명 장치는 주변-생성 조명 장치로서 동일하게 적용될 수 있고, 또는 반사형 액정 디스플레이, 일렉트로웨팅(electrowetting) 디스플레이, 전기영동 디스플레이 또는 일렉트로크로믹(electrochromic) 디스플레이와 같은 다양한 유형의 반사형 디스플레이를 위한 프론트라이트로서 동일하게 적용될 수 있다.The present invention is hereinafter described primarily with reference to a planar controllable light guide comprising a light guide and a light modification member, wherein the light modification member is a plurality of suspended particles in a fluid having a refractive index lower than the refractive index of the light guide as well as the refractive index of the particles. Have positively charged particles. It will be appreciated that this is in no way intended to limit the scope of the invention, but may equally be applied to other configurations of controllable light guides such as optical fibers and curved planar light guides. Moreover, particles suspended in a fluid may be negatively charged, uncharged, magnetic or non-magnetic. Of course, the fluid may have a higher refractive index than the light guide and the particles. In addition, an application of an embodiment of a controllable light guide according to the invention is shown in which the controllable light guide is included in a backlight for a transmissive flat panel display. In this regard, a lighting device comprising a controllable light guide according to the invention can equally be applied as an ambient-generating lighting device, or can be a reflective liquid crystal display, an electrowetting display, an electrophoretic display or an electrochromic The same may be applied as frontlights for various types of reflective displays such as (electrochromic) displays.

도 1a 내지 도 1c는 도광체(103)에 인접하게 배열되는 광 수정 부재(102)를 포함하는 제어가능 도광체(101)의 일부를 도시한 것이다. 광 수정 부재(102)는 여기에서 유체(104) 및 총체적으로 참조번호(105)로 표시된 다수의 입자를 함유하는 구역(compartment)의 형태로 제공된다. 이 경우에, 도광체(103)는 단일 굴절률 nlg를 갖고, 유체(104)는 도광체(103)의 굴절률 nlg보다 낮은 굴절률 nfl을 갖고, 입자(105)는 도광체(103)의 굴절률 nlg보다 높은 굴절률 np를 갖는다. 도 1a 내지 도 1c의 각각에서, 광 수정 부재(102)의 일부(106)가 표시되는데, 이 부분에서는 유체(104) 내의 입자(105)의 농도가 도 1a 내지 도 1c에 도시된 3가지 예시적인 상태들 사이에서 변경된다. 광은 적합하게 위치한 광원(도시되지 않음)에 의해 도광체 내로 결합된다.1A-1C illustrate a portion of a controllable light guide 101 that includes a light modification member 102 arranged adjacent to the light guide 103. The light modification member 102 is provided here in the form of a compartment containing the fluid 104 and a plurality of particles, collectively indicated at 105. In this case, the light guide 103 has a single refractive index n lg , the fluid 104 has a refractive index n fl which is lower than the refractive index n lg of the light guide 103, and the particle 105 of the light guide 103. The refractive index n p is higher than the refractive index n lg . In each of FIGS. 1A-1C, a portion 106 of the light modification member 102 is shown, in which the concentration of particles 105 in the fluid 104 is illustrated by the three examples shown in FIGS. 1A-1C. Change between normal states. Light is coupled into the light guide by a suitably positioned light source (not shown).

도 1a는 제1 상태에 있는 광 수정 부재(102)를 갖는 제어가능 도광체(101)를 도시한 것으로, 제1 상태에서, 입자(105)는 광 수정 부재(102)의 중앙 부분(106)의 입자 농도가 매우 낮도록 유체(104) 내에 분포된다. 이것은 중앙 부분(106)에 존재하는 유체-입자 현탁액의 낮은 화합물 굴절률 nc1을 초래한다. 도시된 예에서, 이 제1 상태에서의 화합물 굴절률 ncl은 광선(107)으로 나타낸 바와 같이 도광체 내 에서의 내부 전반사(TIR)를 위한 요구조건을 충족할 만큼 충분히 낮다.1A shows a controllable light guide 101 having a light modifying member 102 in a first state, in which the particle 105 is the central portion 106 of the light modifying member 102. Is distributed in the fluid 104 such that the particle concentration of is very low. This results in a low compound refractive index n c1 of the fluid-particle suspension present in the central portion 106. In the example shown, the compound refractive index n cl in this first state is low enough to meet the requirements for total internal reflection (TIR) in the light guide, as represented by light ray 107.

주의할 점은 광 수정 부재(102)의 중앙 부분(106)이 양호하게 가능한 한 크다는 것이다(현재 이용가능한 기술에서, 중앙 부분(106)은 예를 들어, 광 수정 부재(102)의 표면의 90% 이상을 차지할 수 있다). 도광체(103)를 가능한 한 효율적으로 되게 하기 위해, 중앙 부분(106) 밖의 광 수정 부재(102)의 영역은 양호하게 반사적으로 될 수 있는데, 이것은 이 영역을 미러로 덮음으로써 달성될 수 있다. 대안적으로, 조밀하게 채웠을 때 반사적인 입자가 사용될 수 있다.Note that the central portion 106 of the light modification member 102 is preferably as large as possible (in the art currently available, the central portion 106 is for example 90 of the surface of the light modification member 102). May account for more than%). In order to make the light guide 103 as efficient as possible, the area of the light modification member 102 outside the central portion 106 can be made well reflective, which can be achieved by covering this area with a mirror. Alternatively, reflective particles can be used when densely packed.

도 1b는 제2 상태에 있는 광 수정 부재(102)를 갖는 제어가능 도광체(101)를 도시한 것으로, 제2 상태에서, 입자(105)는 유체(104) 내에 본질적으로 불균일하게 분포된다. 이것은 중앙 부분(106)의 높은 화합물 굴절률 nc2를 초래한다. 도시된 예에서, 화합물 굴절률 nc2는 도광체의 굴절률과 대략 동일하고, 이것은 광선(108)으로 나타낸 바와 같이 중앙 부분(106)을 통과한 도광체 내의 광의 본질적으로 완전한 커플링을 초래한다. 도 1b의 상태는 양호하게 제로 출력 상태이다.1B shows a controllable light guide 101 having a light modifying member 102 in a second state, in which the particles 105 are essentially non-uniformly distributed in the fluid 104. This results in a high compound refractive index n c2 of the central portion 106. In the example shown, the compound index of refraction n c2 is approximately equal to the index of refraction of the light guide, which results in an essentially complete coupling of the light in the light guide that has passed through the central portion 106, as represented by light ray 108. The state of FIG. 1B is preferably a zero output state.

도 1c는 제1 상태와 제2 상태의 중간인 제3 상태에 있는 광 수정 부재(102)를 갖는 제어가능 도광체(101)를 도시한 것이다. 이 제3 상태에서, 입자(105)는 중앙 부분(106)의 입자(105)의 농도가 제1 상태에서보다 높고 제2 상태에서보다 낮도록 유체(104) 내에 분포된다. 이것은 중앙 부분(106)의 중간 화합물 굴절률 nc3을 초래한다. 도시된 예에서, 화합물 굴절률 nc3은 각각 투과되고 반사된 광선(110a 및 110b)으로 나타낸 바와 같이, 도광체(103)와 광 수정 부재(102) 사이의 안내 경계(109) 상에 입사되는 비율의 광의 아웃커플링을 허용한다.FIG. 1C shows a controllable light guide 101 having a light modifying member 102 in a third state that is intermediate between the first state and the second state. In this third state, the particles 105 are distributed in the fluid 104 such that the concentration of the particles 105 in the central portion 106 is higher than in the first state and lower than in the second state. This results in an intermediate compound index of refraction n c3 of the central portion 106. In the example shown, the compound refractive index n c3 is the rate of incidence on the guide boundary 109 between the light guide 103 and the light modification member 102, as represented by transmitted and reflected light rays 110a and 110b, respectively. Allow outcoupling of the light.

도 2는 본 발명에 따른 제어가능 도광체의 제1 실시예를 개략적으로 도시한 것으로, 2개의 광 수정 부재(201 및 202)가 도시되는데, 하나의 광 수정 부재(201)는 비아웃커플링 상태에 있고, 다른 광 수정 부재(202)는 아웃커플링 상태에 있다.Figure 2 schematically shows a first embodiment of a controllable light guide according to the invention, in which two light modification members 201 and 202 are shown, with one light modification member 201 being non-outcoupling. State, and the other light modification member 202 is in an outcoupling state.

도시된 각각의 광 수정 부재(201, 202)는 본질적으로 절연성인 유체(203) 및 다수의 전기적으로 하전된 입자(204)를 함유하는 구역에 의해 형성된다. 본 예에서, 입자는 양의 전하를 보유한다. 각각의 광 수정 부재(201, 202)는 각각 3개의 전극(207a-207c 및 208a-208c)을 더 포함하는데, 이 중의 최소한 몇몇은 양호하게 광학적으로 투명하고 전기적으로 도전성인 물질, 이를테면 ITO 또는 이와 대등한 물질로 형성된다. 주변 전극(207a, 207c 및 208a, 208c)은 도 2에서 광 수정 부재(201)에 의해 비아웃커플링 상태의 조밀하게 채워진 입자를 통한 광의 아웃커플링을 방지하기 위해 유리하게 반사형일 수 있다. 아웃커플링된 광의 각도 퍼짐을 제한하기 위해, 각각의 광 수정 부재(201, 202)는 구조적 아웃커플링 면(205, 206)을 더 갖는다.Each light modifying member 201, 202 shown is formed by a region containing an insulator fluid 203 and a plurality of electrically charged particles 204. In this example, the particles carry a positive charge. Each light modifying member 201, 202 further comprises three electrodes 207a-207c and 208a-208c, at least some of which are preferably optically transparent and electrically conductive materials, such as ITO or the like. It is formed of equivalent material. Peripheral electrodes 207a, 207c and 208a, 208c may advantageously be reflective to prevent outcoupling of light through the densely packed particles in a non-outcoupling state by light modifying member 201 in FIG. 2. In order to limit the angular spread of outcoupled light, each light modifying member 201, 202 further has structural outcoupling faces 205, 206.

도 2에 도시된 바와 같이, 광 수정 부재(201)는 음의 전압을 2개의 주변 전극(207a, 207c)에 인가하고 양의 전압을 중앙 전극(207b)에 인가함으로써 제1의 비아웃커플링 상태로 제어된다. 적합한 전압을 선택함으로써, 입자(204)는 주변 전극(207a, 20c)의 부근에 집중되는 반면, 광 수정 부재(201)의 중앙 부분(209)의 입자의 농도는 매우 낮아진다. 이로 인해, 이 부분(209)에서의 화합물 굴절률은 도 1a와 관련하여 설명된 바와 같이 광의 아웃커플링을 방지할 만큼 충분히 낮아진다.As shown in FIG. 2, the light modifying member 201 applies the first non-outcoupling by applying a negative voltage to the two peripheral electrodes 207a and 207c and a positive voltage to the center electrode 207b. Controlled by state. By selecting a suitable voltage, the particles 204 are concentrated in the vicinity of the peripheral electrodes 207a and 20c, while the concentration of particles in the central portion 209 of the light modification member 201 is very low. Due to this, the compound refractive index at this portion 209 is low enough to prevent outcoupling of the light as described in connection with FIG. 1A.

또한 도 2에 도시된 바와 같이, 광 수정 부재(202)는 전극에 아무런 전압도 인가하지 않거나 3개의 전극(208a-208c) 모두를 동일한 전위에 접속함으로써 제2의 아웃커플링 상태로 제어되는데, 이 경우에, 하전된 입자는 본질적으로 균일한 현탁액을 형성함으로써 시스템 에너지를 최소화한다. 이로 인해, 광 수정 부재(202)의 중앙 부분(210)에서의 입자의 농도는 높아지고, 아웃커플링은 아웃커플링된 광선(211)으로 나타낸 바와 같이 허용된다.Also, as shown in FIG. 2, the light modifying member 202 is controlled in a second outcoupling state by applying no voltage to the electrodes or by connecting all three electrodes 208a-208c to the same potential. In this case, the charged particles form an essentially uniform suspension to minimize system energy. As a result, the concentration of particles in the central portion 210 of the light modifying member 202 is high, and outcoupling is allowed as indicated by the outcoupled light rays 211.

도 2는 단순하게 하기 위해, 인접한 광 수정 부재들 사이의 누화(cross-talk)를 방지하기 위한 어떤 조치도 포함되지 않은 개략적인 도면이라는 점이 역설되어야 한다. 누화를 방지하기 위한 또는 최소한 감소시키기 위한 조치는 인접한 유체-입자로 채워진 구역들을 간격을 두고 배치하기 및/또는 인접한 광 수정 부재들 사이의 차폐 전극 도입을 포함한다.It should be emphasized that, for the sake of simplicity, for the sake of simplicity, this is a schematic drawing which does not involve any measures for preventing cross-talk between adjacent light modifying members. Measures to prevent or at least reduce crosstalk include spacing the areas filled with adjacent fluid-particles and / or introducing shielding electrodes between adjacent light modifying members.

도 3은 본 발명에 따른 제어가능 도광체의 제2 실시예를 개략적으로 도시한 것이다. 여기에서, 제어 전극(301a-301c 및 302a-302c)은 각각 2개의 인접한 광 수정 부재(303 및 304) 위에 형성되어 있다. 더욱이, 구조적 층의 형태로 된 광 변경 부재(305)는 도광체(103)로부터 떨어져서 대면하는 광 수정 부재(303, 304) 쪽에 추가되어 있다.3 schematically shows a second embodiment of a controllable light guide according to the invention. Here, control electrodes 301a-301c and 302a-302c are formed on two adjacent light modifying members 303 and 304, respectively. Furthermore, a light modifying member 305 in the form of a structural layer is added to the light modifying members 303 and 304 facing away from the light guide 103.

도 3에 도시된 제어가능 도광체의 동작은 도 2와 관련하여 위에서 설명된 것과 동일한데, 2개의 도시된 실시예 사이의 주요 차이점은 광 수정 부재(304)에 의해 도광체(103)로부터 아웃커플링되는 광의 다양한 성질이 광 변경 부재(305)에 의해 변경가능하다는 것이다. 도시된 예에서, 광 변경 부재(305)는 아웃커플링 광 수정 부재(304)의 화합물 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 구조 층이다. 아웃커플링된 광선(306)으로 나타낸 바와 같이, 아웃커플링된 광은 도광체(103)의 법선 방향으로 향해 있다.The operation of the controllable light guide shown in FIG. 3 is the same as described above in connection with FIG. 2, with the main difference between the two illustrated embodiments being out from the light guide 103 by the light modifying member 304. The various properties of the coupled light are changeable by the light changing member 305. In the example shown, the light modifying member 305 is a structural layer having a refractive index higher than the compound refractive index of the outcoupling light modifying member 304. As shown by the outcoupled light ray 306, the outcoupled light is directed in the normal direction of the light guide 103.

도 4a 내지 도 4b는 제어가능하게 투과되는 픽셀(403a-403i)의 3x3 픽셀 어레이(402) 및 백라이트(404)를 포함하는 평판 디스플레이(401)의 형태로 된, 본 발명에 따른 제어가능 도광체의 실시예의 응용 예를 개략적으로 도시한 것이다.4A-4B are controllable light guides in accordance with the present invention in the form of a flat panel display 401 that includes a backlight 404 and a 3x3 pixel array 402 of pixels 403a-403i that are controllably transmitted. An application example of the embodiment is schematically shown.

도 4a에서, 백라이트(404)는 평판 디스플레이를 보는 사람 시점에서 픽셀 어레이(402)의 뒤에 위치한다. 본 예에서, 픽셀 어레이(402) 내의 픽셀들 중의 한 픽셀(403e)은 투과 상태로 되어 있고, 나머지 픽셀(403a-403d, 403f-403i)은 비투과 상태로 되어 있다.In FIG. 4A, the backlight 404 is located behind the pixel array 402 at the viewer's point of view of the flat panel display. In this example, one pixel 403e of the pixels in the pixel array 402 is in a transmissive state, and the remaining pixels 403a-403d and 403f-403i are in a non-transmissive state.

도 4b는 픽셀 어레이(402)에 의해 은폐되지 않은 백라이트(404)를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 백라이트는 제어가능 도광체(405)를 포함하고, 광의 아웃커플링은 3개의 세그먼트(406, 407 및 408)에서 제어가능하다. 백라이트(404)는 제어가능 도광체(405) 내로의 광의 인커플링을 달성하도록 배열된 최소한 하나의 광원(도시되지 않음)을 더 포함한다.4B shows the backlight 404 not hidden by the pixel array 402. As shown, the backlight includes a controllable light guide 405, and the outcoupling of light is controllable in three segments 406, 407, and 408. The backlight 404 further includes at least one light source (not shown) arranged to achieve incoupling of light into the controllable light guide 405.

더욱 효율적인 에너지 사용을 가능하게 하고 및/또는 투과 픽셀(403e)의 국부적 하이라이트를 달성하기 위해, 세그먼트(406 및 408)는 비아웃커플링 상태로 제어되는 반면, 투과 픽셀(403e)에 대응하는 세그먼트(407)는 도 4b에서 광선(409, 410)으로 나타낸 바와 같이 아웃커플링 상태로 제어된다.In order to enable more efficient energy use and / or to achieve local highlighting of the transmissive pixel 403e, the segments 406 and 408 are controlled out of coupling, while the segments corresponding to the transmissive pixel 403e 407 is controlled in an outcoupling state as indicated by light rays 409 and 410 in FIG. 4B.

세그먼트(406-408)의 아웃커플링 상태는 각각 광 수정 부재(414, 415 및 416)에 포함된 전극(411a-411c, 412a-412c 및 413a-413c)에 전압을 인가함으로써 제어된다. 이들 전극에 전압을 인가함으로써, 광 수정 부재(414-416) 내의 입자 분포 및 따라서 화합물 굴절률은 도 2 및 3과 관련하여 위에서 설명된 방식으로 제어된다.The outcoupling states of the segments 406-408 are controlled by applying a voltage to the electrodes 411a-411c, 412a-412c and 413a-413c included in the light modification members 414, 415 and 416, respectively. By applying a voltage to these electrodes, the particle distribution in the light modifying members 414-416 and thus the compound refractive index are controlled in the manner described above with respect to FIGS.

본 발명이 결코 앞에서 설명된 양호한 실시예에 제한되지 않는다는 것은 본 분야에 숙련된 기술자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 앞에서 설명된 것들 이외의 전극 또는 제어 수단의 여러 구성이 가능한데, 이를테면 전극 또는 기타 제어 수단은 인접한 광 수정 부재들 사이의 경계에 형성되고 및/또는 광 수정 부재 안으로 튀어나오는 구성으로 될 수 있다. 더욱이, 임의의 전극 또는 기타 제어 수단은 특히 그들의 연장부가 광 수정 부재의 나머지 부분에 비해 매우 작은 경우에, 비투명 물질로 이루어질 수 있다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention is by no means limited to the preferred embodiments described above. For example, various configurations of electrodes or control means other than those described above are possible, such as electrodes or other control means may be formed at the boundary between adjacent light modifying members and / or protrude into the light modifying member. Can be. Moreover, any electrode or other control means can be made of a non-transparent material, especially if their extension is very small compared to the rest of the light modifying member.

Claims (13)

제어가능 도광체(light guide)(101; 405)로서,As controllable light guide 101 (405), 도광체 내로 결합된 광을 포함하도록 구성되고, 도광체(103)의 안내 경계(guiding boundary)에 대한 상기 광의 반사를 통해 상기 도광체의 주 연장축(principal extension)을 따라 상기 광을 안내하도록 구성된 도광체(103) - 상기 도광체는 상기 안내 경계(109)에서 제1 굴절률을 가짐-; 및Configured to include light coupled into the light guide and configured to guide the light along a principal extension of the light guide through reflection of the light to a guiding boundary of the light guide 103. A light guide 103, the light guide having a first index of refraction at the guide boundary 109; And 도광체(103)의 상기 안내 경계(109)에 인접하게 배열된 최소한 하나의 광 수정 부재(light-modifying member)(102; 201-202; 303-304; 414-416)At least one light-modifying member 102; 201-202; 303-304; 414-416 arranged adjacent to the guide boundary 109 of the light guide 103 를 포함하고,Including, 상기 광 수정 부재는,The light correction member, 제2 굴절률을 갖는 유체(104); 및A fluid 104 having a second refractive index; And 상기 제2 굴절률과 다른 제3 굴절률을 갖고, 상기 유체 내에 분포되는 다수의 입자(105)A plurality of particles 105 having a third refractive index different from the second refractive index and distributed in the fluid 를 포함하며,Including; 상기 광 수정 부재(102; 201-202; 303-304; 414-416)는 최소한 제1 상태와 제2 상태 사이에서 제어가능한데, 상기 제1 상태는 상기 광 수정 부재(102; 201-202; 303-304; 414-416)의 최소한 일부분(106; 209, 210)이 제1 화합물 굴절률(nc1)을 갖게 하는 제1 입자 분포를 갖고, 상기 제2 상태는 상기 광 수정 부재의 상기 일부분(106; 209, 210)이 제2 화합물 굴절률(nc2)을 갖게 하는 제2 입자 분포를 갖고, 최소한 상기 제2 화합물 굴절률은 도광체(103)의 상기 안내 경계(109)의 대응하는 부분을 통한 광의 최소한 부분적인 아웃커플링을 허용하기 위해 상기 제1 굴절률에 비해 충분히 높은The light modifying members 102; 201-202; 303-304; 414-416 are controllable between at least a first state and a second state, the first state being the light modifying members 102; 201-202; 303 At least a portion 106 (209, 210) of -304; 414-416 has a first particle distribution such that it has a first compound refractive index n c1 , the second state being the portion 106 of the light modifying member. 209, 210 have a second particle distribution that causes a second compound refractive index n c2 , at least the second compound refractive index being equal to the light through the corresponding portion of the guide boundary 109 of the light guide 103; High enough relative to the first refractive index to allow at least partial outcoupling 제어가능 도광체(101; 405).Controllable light guide 101 (405). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 화합물 굴절률(nc1)은 도광체(103)의 상기 안내 경계(109)에서 내부 전반사를 허용할 만큼 충분히 낮고, 이로 인해 상기 안내 경계의 상기 대응하는 부분을 통한 광의 아웃커플링을 방지하는 제어가능 도광체(101; 405).The first compound refractive index n c1 is low enough to allow total internal reflection at the guide boundary 109 of the light guide 103, thereby preventing outcoupling of light through the corresponding portion of the guide boundary. Controllable light guide 101 (405). 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제3 굴절률은 상기 제2 굴절률보다 높은 제어가능 도광체(101; 405).Wherein the third refractive index is higher than the second refractive index. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 입자들(105)은 전계의 영향을 받기 쉽고;The particles 105 are susceptible to electric fields; 상기 광 수정 부재(102; 201-202; 303-304; 414-416)는 상기 광 수정 부재의 상기 일부분(106; 209, 210)에서의 전계를 변경함으로써 최소한 상기 제1 상태와 제2 상태 사이에서 제어가능하고, 이로 인해 상기 입자들의 분포를 제어하는 제어 가능 도광체(101; 405).The light modifying members 102; 201-202; 303-304; 414-416 are at least between the first state and the second state by varying the electric field in the portions 106; 209, 210 of the light modifying members. A controllable light guide (101; 405), which is controllable, thereby controlling the distribution of the particles. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 입자들은 자계의 영향을 받기 쉽고;The particles are susceptible to magnetic fields; 상기 광 수정 부재(102; 201-202; 303-304; 414-416)는 상기 광 수정 부재의 상기 일부분(106; 209, 210)에서의 자계를 변경함으로써 최소한 상기 제1 상태와 제2 상태 사이에서 제어가능하고, 이로 인해 상기 입자들의 분포를 제어하는 제어가능 도광체(101; 405).The light modifying members 102; 201-202; 303-304; 414-416 are at least between the first state and the second state by changing the magnetic field in the portions 106; 209, 210 of the light modifying members. A controllable light guide (101; 405) in which it is controllable, thereby controlling the distribution of the particles. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 유체(104) 내의 상기 입자들(105)의 분포를 제어하는 제어 수단(207a-207c, 208a-208c; 301a-301c, 302a-302c; 411a-411c, 412a-412c, 413a-413c)을 더 포함하는 제어가능 도광체(101; 405).Further control means 207a-207c, 208a-208c; 301a-301c, 302a-302c; 411a-411c, 412a-412c, 413a-413c to control the distribution of the particles 105 in the fluid 104 Controllable light guide (101; 405) comprising; 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 다수의 상기 광 수정 부재(201-202; 303-304; 414-416)를 포함하고, 각각의 광 수정 부재는 개별적으로 제어가능한 제어가능 도광체(101; 405).A plurality of said light modifying members (201-202; 303-304; 414-416), each light modifying member being individually controllable controllable light guide (101; 405). 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 7, 상기 도광체(103)에 관한 상기 광 수정 부재의 먼 쪽의 위에 상기 광 수정 부재(303-304)에 인접하게 배열되고, 상기 최소한 부분적으로 아웃커플링된 광의 최소한 하나의 성질을 변경하도록 적응된 광 변경 부재(305)를 더 포함하는 제어가능 도광체(101; 405).Arranged adjacent to the light modifying members 303-304 on the far side of the light modifying member with respect to the light guide 103 and adapted to change at least one property of the at least partially outcoupled light. Controllable light guide 101 (405) further comprising a light changing member (305). 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 광 변경 부재(305)는 상기 제1 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 구조적 요소인 제어가능 도광체(101; 405).The light modulating member (305) is a controllable light guide (101; 405) which is a structural element having a refractive index higher than the first refractive index. 제8항 또는 제9항에 있어서,The method according to claim 8 or 9, 상기 광 변경 부재(305)는 복굴절성(birefringent)이고, 상기 광 변경 부재를 통과하는 상기 아웃커플링된 광은 편광되는 제어가능 도광체(101; 405).The light changing member (305) is birefringent and the outcoupled light passing through the light changing member is polarized controllable light guide (101; 405). 제어가능 조명 장치로서,As a controllable lighting device, 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 따른 제어가능 도광체(101; 405); 및A controllable light guide (101; 405) according to any one of claims 1 to 10; And 광원에 의해 방출된 광의 상기 제어가능 도광체(101; 405) 내로의 인커플링을 허용하도록 배열된 광원A light source arranged to allow incoupling of light emitted by the light source into the controllable light guide 101 (405) 을 포함하는 제어가능 조명 장치.Controllable lighting device comprising a. 표시 장치(401)로서,As the display device 401, 최소한 부분적으로 제어가능한 투과율을 갖는 이미지 형성 부재(402); 및An image forming member 402 having at least partially controllable transmittance; And 제11항에 따른 제어가능 조명 장치(404)Controllable lighting device 404 according to claim 11 를 포함하고, 상기 제어가능 조명 장치는 보는 사람의 시점에서 상기 이미지 형성 부재의 뒤에 위치하고, 제어가능 백라이트(backlight)로서 작용할 수 있게 상기 이미지 형성 부재를 조명하도록 구성되는 표시 장치(401).Wherein the controllable lighting device is positioned behind the image forming member at the viewer's point of view and configured to illuminate the image forming member to act as a controllable backlight. 표시 장치로서,As a display device, 최소한 부분적으로 제어가능한 반사율을 갖는 이미지 형성 부재; 및An image forming member having at least partially controllable reflectance; And 제11항에 따른 제어가능 조명 장치Controllable lighting device according to claim 11 를 포함하고, 상기 제어가능 조명 장치는 보는 사람의 시점에서 상기 이미지 형성 부재의 앞에 위치하고, 제어가능 프런트라이트(frontlight)로서 작용할 수 있게 상기 이미지 형성 부재를 조명하도록 구성되는 표시 장치.Wherein the controllable lighting device is positioned in front of the image forming member at the viewer's point of view and configured to illuminate the image forming member to act as a controllable frontlight.
KR1020097007399A 2006-09-12 2007-09-07 Controllable light guide KR20090058558A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP06120503.5 2006-09-12
EP06120503 2006-09-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090058558A true KR20090058558A (en) 2009-06-09

Family

ID=38835008

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020097007399A KR20090058558A (en) 2006-09-12 2007-09-07 Controllable light guide

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2074474A1 (en)
JP (1) JP2010503950A (en)
KR (1) KR20090058558A (en)
CN (1) CN101517466A (en)
WO (1) WO2008032248A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120088041A (en) * 2010-10-21 2012-08-08 엘지디스플레이 주식회사 Blue phase mode LCD

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7656571B1 (en) * 2008-07-31 2010-02-02 Eastman Kodak Company Balanced light valve
KR101392790B1 (en) 2009-07-07 2014-05-09 돌비 레버러토리즈 라이쎈싱 코오포레이션 Edge-lit local dimming displays, display components and related methods
EP2856760B1 (en) 2012-06-01 2018-09-05 Koninklijke Philips N.V. Autostereoscopic display device and driving method
WO2014195136A1 (en) 2013-06-03 2014-12-11 Koninklijke Philips N.V. Multi-view display device
JP2016535308A (en) 2013-09-03 2016-11-10 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. Multi-view display device
CN104155715B (en) * 2014-07-16 2017-06-30 合肥鑫晟光电科技有限公司 A kind of guiding device, backlight module and display device
US10451906B2 (en) 2015-09-23 2019-10-22 Koninklijke Philips N.V. Display device and driving method
RU2720660C2 (en) 2015-11-10 2020-05-12 Конинклейке Филипс Н.В. Display device and a display device control method
WO2017080799A1 (en) 2015-11-10 2017-05-18 Koninklijke Philips N.V. Display device and display control method
US10209530B2 (en) * 2015-12-07 2019-02-19 E Ink Corporation Three-dimensional display
CN106328016B (en) * 2016-09-29 2017-12-15 京东方科技集团股份有限公司 Display panel and its manufacture method, display device
CN106405880B (en) * 2016-11-21 2019-03-19 青岛海信电器股份有限公司 Mangneto adjustable refractive index material, film, light guide plate, backlight module and display equipment
CN107092127B (en) * 2017-07-06 2022-03-04 京东方科技集团股份有限公司 Refractive index adjusting structure, color film substrate, display panel and display device
WO2020060797A1 (en) * 2018-09-20 2020-03-26 E Ink Corporation Three-dimensional display apparatuses
CN109581748B (en) * 2019-01-08 2021-12-28 合肥京东方光电科技有限公司 Optical film, backlight module and display device

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0023741A1 (en) * 1979-08-02 1981-02-11 Koninklijke Philips Electronics N.V. Electrophoretic image display device
JP3587435B2 (en) * 1998-10-16 2004-11-10 株式会社タカラ Display panel
JP2005539266A (en) * 2002-09-18 2005-12-22 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Display device having scanning backlight
KR20050108375A (en) 2003-03-03 2005-11-16 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. A display device and an illumination system therefor
GB2404448A (en) * 2003-07-31 2005-02-02 Qinetiq Ltd Electrophoretic display device
US6977766B2 (en) * 2004-01-14 2005-12-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Display device with side-illuminated cell
JP4218568B2 (en) * 2004-03-29 2009-02-04 セイコーエプソン株式会社 Spatial light modulation device, image display device, and projector
US7586560B2 (en) * 2005-01-03 2009-09-08 Intel Corporation Display using light guide and refractive index control

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120088041A (en) * 2010-10-21 2012-08-08 엘지디스플레이 주식회사 Blue phase mode LCD

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010503950A (en) 2010-02-04
EP2074474A1 (en) 2009-07-01
WO2008032248A1 (en) 2008-03-20
CN101517466A (en) 2009-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20090058558A (en) Controllable light guide
US11169391B2 (en) Multiview backlight, mode-switchable backlight, and 2D/3D mode-switchable display
KR102456973B1 (en) Multi-view backlighting with plasmonic multi-beam elements
CN106597658B (en) Display panel and display device
KR20200081510A (en) Mode-switchable backlight, display and method
WO2012020636A1 (en) Light-controlling element, display device and illumination device
US20110051225A1 (en) Electromechanical display and backlight
CN113614631B (en) Optical element with variable transmissivity and screen with such an optical element
CN108646493A (en) A kind of display device
US11347090B2 (en) Liquid crystal display panel, driving method thereof, and display device
US10209530B2 (en) Three-dimensional display
WO2008125926A1 (en) Controllable light-guide and display device
WO2009130637A1 (en) Direction-dependent control of light guide
US20050275933A1 (en) In-plane switching electrophoretic display devices
CN112334823A (en) Hybrid form backlight, display and method
KR20170019086A (en) A back light unit and a display apparatus
WO2012060266A1 (en) Light-control element, display device, and illumination device
JP2007240903A (en) Optical control element and display device
KR20050007318A (en) Electro-optical display device
JP3284757B2 (en) Liquid crystal display
EP3710746B1 (en) Bar collimator, backlight system and method
CN113272709A (en) Optical switch, control method thereof and display device
KR102135918B1 (en) Liquid crystal display device having backlight unit to be able to control viewing angle
CN219285559U (en) Backlight module and display device
JP3321993B2 (en) Liquid crystal display

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid