KR20110110038A

KR20110110038A - 일체화된 광학 스페이서를 가진 확산 클립

Info

Publication number: KR20110110038A
Application number: KR1020110029138A
Authority: KR
Inventors: 퀴 홍; 로버트 피. 보우델라이즈
Original assignee: 에스케이씨하스디스플레이필름(유)
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2011-10-06
Also published as: JP2011210727A

Abstract

본 발명은 점 광원을 공급하기 위한 복수개의 고체 상태 광원들; 상기 점광원을 광 균일 평면으로 재배향하고 발산시키기 위한, 상기 복수개의 고체 상태 광원들 사이에 구비된 광 재배향 영역들을 가지는 복수개의 광 유도 필름들; 및 일체화된 광학 스페이서, 광 확산 섹션 및 일체화된 앵커링 구조체(integral anchoring feature)를 포함하는 적어도 하나의 폴리머 확산 클립을 포함하는, LCD 디스플레이를 위한 일체화된 백라이트 조사 어셈블리를 제공한다.

Description

일체화된 광학 스페이서를 가진 확산 클립{DIFFUSION CLIP WITH INTEGRAL OPTICAL SPACER}

본 발명은 디스플레이 조사(illumination)에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 점 광원으로부터의 커플링되지 않은 광 에너지(un-coupled light energy)를 얇은 폴리머 광 유도 필름(light guiding film) 내부로 확산시키고, 이와 동시에 점 광원과 광 유도 필름 사이의 오정렬(misalignment)의 결과로서 광 인서션(insertion) 누출로 인한 핫 스팟(hot spot)을 감소시킬 뿐 아니라 광 유도 필름의 광 인서션 효율을 향상시키기 위하여 점 광원의 방사 영역(emission area)과 광 유도 필름 사이의 레지스트레이션(registration)을 향상시키도록 사용되는 광학 확산 클립에 관한 것이다.

투과형 액정 디스플레이(LCD) 패널은 다른 형태의 디스플레이들에 대하여 컴팩트하고 경량의 대안을 제공하나, 변조를 위한 광을 제공하는 몇몇 형태의 백라이트 조사(backlight illumination)를 필요로 한다. LCD 및 유사한 디스플레이들을 위한 백라이트 조사는 일반적으로 관찰자에 대하여 LCD 후면에 위치되고, 광을 하나 이상의 광원으로부터 LCD 패널을 통해 재배향하는 광 제공면에 의해 제공된다. 일 예시적인 형태의 광 제공면은 도광판(LGP)이다. LGP는 측면 엣지를 따라 위치된 하나 이상의 광원으로부터 받아들이는 입사광을 재배향하는 내부 전반사(TIR)를 이용하는, 도파관으로서 작용한다. 몇몇 형태의 표면 구조체는 내부적으로 반사된 광을 추출하고 이런 광을 디스플레이 패널을 향하여 재배향하기 위하여 LGP 상에 위치된다. 도광판을 사용하는 조사 장치의 일 예가 "도광판 및 도광판을 사용하는 면 광원"을 발명의 명칭으로 하는 미국 특허 5,999,685(Goto 등)에 기재된다.

Goto 등의 개시에서 제안된 바와 같은 해결책을 갖는 결점들 중에서, 종래의 도광판의 전체 벌크(bulk) 및 상대적인 두께가 존재한다. 종래의 LGP들은 종종 LCD 패널 그 자체의 두께를 초과한다. LCD TV와 같은 더 커다란 디스플레이의 출현 및 발광 다이오드들(LEDs)과 같은 더 컴팩트한 고체 상태 광원의 발전으로, 더 얇은 프로파일을 제공하고, 무게가 더 적으며, 현존하는 디자인보다 더 플렉서블한 LGP 해결책에 대한 필요가 존재한다. 더 플렉서블한 기판의 증가된 이용으로 디스플레이가 스케일(scale) 상에서 지속적으로 더 크게 증가함에 따라, 1 ㎜에 근접하는 두께를 갖는, 더 플렉서블한 LGP에 대하여 증가하는 수요가 존재한다.

많은 해결책들이 더 작고 더 플렉서블한 디스플레이들에 더 양호하게 적합한 LGP 장치에 대하여 제안되어 왔다. 그러나, 여태까지 제안된 해결책들은 유용성을 제한하고 제조하는 것을 어렵게 하는 본질적인 결점을 갖는다. 예를 들어, LGP 표면에 형성되는 다양한 형태의 광 추출 구조체들이 제안되어 왔다. 그러나, 제안된 광 추출 구조체들 중 상당수의 기하학적인 프로파일은 사출성형 또는 열간 압축성형과 같은 제조 방법을 필요로 한다. 이런 가공 방법은 보다 두꺼운 재료에 잘 적용될 수 있으나, LGP 두께가 감소됨에 따라 점점 더 어렵고 비현실적인 것으로 입증된다. 예를 들어, 많은 제안된 해결책들은 90도 수직벽을 갖는 표면 광 추출 구조체를 필요로 한다. 이런 스케일에서 날카로운 각도는 어떠한 방법을 사용하여, 공지된 플라스틱 재료를 갖고 요구된 크기로 가공하기에는 매우 어려울 수 있다. 또한 다른 것들은 상대적으로 높은 높이 대 폭 종횡비를 갖는 구조체, 유사한 원인에 대하여 가공하기 어려운 구조체를 필요로 한다. 비록 이러한 구조물들이 이론상으로 잘 적용될 수 있고 이런 가공이 가능할 수 있더라도, 그것들이 제시하는 제조상 문제점들은 제안된 디자인들의 상당수가 대량 생산을 위하여 비현실적인 것으로 만든다. 날카로운 각도의 측벽들을 갖는 광 추출 구조체들을 갖는 LGP가 어떻게 경제적으로 대량생산될 수 있는지에 대하여 관심이 거의 이루어지지 않는 것 같다.

또한, 광원으로서 LED들을 사용하는 LCD TV들은 일반적으로 LGP 주위에 배열된 상부 방사 LED들을 갖는 두꺼운 LGP를 사용한다. LGP 주위에 배열된 상부 방사 LED들은 일반적으로 베젤(bezel) 아래에 위치된다. 베젤은 LGP/LED 인터페이스와 결합되지 않고, 원치않는 LED 발생 광을 덮고 흡수하는 데에 작용한다. 따라서, 결합되지 않는 LED 발생 광은 LCD를 조사하는 데에 사용되지 않고, 폐기된다.

LC 패널을 위한 광원으로서 LED의 사용은 LED가 LCD TV를 위한 전체 전력 소비를 감소시키기 위하여 이미지 내용(image content)의 등록에 있어서 전체적으로 희미해지도록 하는 반면에, 이런 엣지-릿(edge-lit) LED TV는 LED들의 주변 위치 때문에 국부적으로 동적으로 희미해질 수 없다. LED의 작은 그룹들이 이미지 내용의 등록에 있어서 희미해질 수 있음에 따라 LED들의 국부적인 희미해짐은 전체적인 희미해짐과 비교하여 LED 조사된 LCD TV의 전체 전력 소비를 더 감소시키는 것으로 보여져 왔다. 또한 국부적인 희미해짐은 전체적인 희미해짐과 비교하여 표시된 이미지의 콘트라스트비(contrast ratio)를 현저하게 향상시키는 것으로도 보여져 왔다.

따라서, 플렉서블한 재료의 사용을 허용하고, 상대적으로 얇은 치수의 프로파일로 생산될 수 있으며, 대량 제조를 위하여 설계되며 국부적으로 희미해질 수 있는 도광 표면 해결책에 대한 필요가 존재한다는 것이 인지된다.

도 1은 본 발명의 광 유도 필름 및 확산 클립을 사용하는 디스플레이 장치를 도시한다.
도 2는 일 실시예의 광 유도 필름의 사시도를 도시한다.
도 3a, 3b, 3c 및 3d는 광 유도 필름 표면 내의 구조체들에서의 입사광에 대한 광 거동을 도시한다.
도 4는 점 광원, 일체화된 앵커링 구조체 및 일체화된 광학 스페이서를 가지는 폴리머 확산 클립을 도시하는 백라이트 어셈블리의 단면도이다.
도 5는 경사진 표면 프로파일을 가지는 폴리머 확산 클립의 단면도이다.
도 6은 경사진 표면 프로파일을 가지는 폴리머 확산 클립의 단면도이다.
도 7은 라운드처리된 프로파일을 가지는 폴리머 확산 클립의 단면도이다.
도 8은 대향되고 구부러진 표면들을 포함하는 프로파일을 가지는 폴리머 확산 클립의 단면도이다.
도 9는 v형 그루브의 광 재배향 구조체들을 가지는 폴리머 확산 클립의 단면도이다.
도 10은 v형 그루브의 광 재배향 구조체들 및 구부러진 프로파일 모두를 가지는 폴리머 확산 클립의 단면도이다.
도 11은 점 광원들과 정렬된 광 재배향 구조체들, 점 광원들, 일체화된 앵커링 구조체들 및 일체화된 광학 스페이서들을 가진 폴리머 확산 클립을 도시하는 백라이트 어셈블리의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 적어도 2 개의 광 유도 물품인, 광 유도 필름(20)들(Light-Guiding Film; LGF)을 사용하는 백라이트 조사 어셈블리(18)를 갖는 디스플레이 장치(10)의 구체예가 단면도로 도시된다. LGF(20)들 사이에 위치된 적어도 하나의 광원(12)은 LGF(20)들의 입사 엣지(22)를 통하여 조사(illumination)를 배향한다. 디스플레이 장치를 따라 균일한 광 조사를 돕기 위하여, 적어도 2 개의 광원들(12b, 12c)은 베젤(bezel) 상에 위치될 수 있다. LGF(20)는 하나 이상의 상부 확산 필름(14)을 통해, 조사를 변조하는 공간 광 모듈레이터(modulator), 여기서는 LCD 디스플레이(16)까지 외부를 향해 이런 조사를 재배향한다.

도 1을 참조하면, 바람직하게는, 확산 클립(30)과 출사 표면(24) 사이의 루미넌스 차이는 ±10%이고, 더 바람직하게는 ±5%이다. 조이닝 클립(joining clip) 및 인접한 광 유도 필름들 사이의 루미넌스 차이를 감소시키는 것은 백라이트 어셈블리 유닛으로부터의 바람직하고 균일한 광 출사를 유발한다. 15%보다 큰 루미넌스 차이가 시각적으로 관찰될 수 있고, 열악한 화상 품질을 유발한다. 루미넌스 차이를 감소시키는 것은 출사 표면(24)으로부터의 출사광을 확산 클립(30)으로부터의 출사광과 밸런싱함에 의해 달성된다. 출사 표면(24)으로부터의 루미넌스는 입사 엣지(22)에서 또는 입사 엣지(22) 근방에서의 광 추출 구조체들(26)의 크기, 형상 및 피치에 의해 제어된다. 확산 클립(30)의 루미넌스는, 확산 클립 재료, 확산 클립의 프로파일, 확산 클립의 두께 및 광원(12)으로부터 입사 엣지(22)로 들어가는 언커플링된 광의 양의 확산 특성들에 의해 제어된다.

광원(12)은 많은 형태의 광 방사 요소들 중 어떤 것도 사용할 수 있다. 랩탑 컴퓨터 및 더 큰 디스플레이에 사용된 종래의 LGP들은 CCFL(냉음극 형광 램프)을 사용하여 왔다. 본 발명의 LGF(20)는 이런 더 두꺼운 형태의 광원을 사용할 수 있으나, LED들의 선형 어레이(array), OLED의 선형 어레이 또는 다른 선형 고체 상태 광원과 같은 얇은 프로파일 광원과의 사용을 위하여 바람직하다. 확산 클립(30)은 언커플링된 광 에너지를 광원(12)으로부터 광 유도 필름(20) 내부로 확산시켜, 바람직하게는 확산 클립(30)으로부터 출사된 광이 광 유도 필름(20)의 출사광의 ±6% 내에 있도록 한다.

도 2의 사시도는 조사 장치(18)에서 LGF(20) 및 이의 광 출구 출사면(24)의 형상을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광원(12)은 출사면(24)에 실질적으로 직교하는 입사 엣지(22)로 조사를 배향한다. 각각의 광 추출 구조체(26)들은 출사면(24) 상에 또는 대안적으로 바닥면(28) 상에 형성되어, 출사면(24) 및 바닥면(28) 중 어느 하나 또는 모두가 패터닝된 표면이도록 한다. 이어지는 도면에서 상세한 설명으로 보여진 바와 같이, 광 추출 구조체(26)들은 LGF(20)의 길이 방향(L)을 따라 치수적으로 연장될 수 있고, 길이 방향(L)에 직교하는, 폭 방향(W)으로 더 좁을 수 있다. 광원(12)은 일반적으로 길이 방향(L)을 따라 배열된다. 광 추출 구조체(26)들은 표면(24 또는 28)에 걸쳐 동일한 간격으로 공간적으로 분포될 수 있으나, 도 2에서 도시되고 이어서 설명되는 바와 같이, 광 추출 구조체(26)들의 피치 또는 크기 또는 공간 분포가 폭 방향(W)으로 입사 엣지(22)로부터의 거리에 따라 변하는 구체예들에 대하여 장점들이 존재할 수 있다.

도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 패터닝된 표면인, 출사면(24) 또는 바닥면(28) 상에 광 추출 구조체(26)들의 상이한 배열들을 단면도로 도시한다. 이런 도면들에서 점선들은 광 추출 구조체(26)들의 거동을 도시하는 상이한 예시적인 광 경로를 나타낸다. 광은 도광 기술에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 원칙인, 내부 전반사(TIR)에 의해 LGF(20) 내에서 배향된다. 표면(24 또는 28)으로부터 돌출되는지 또는 표면(24 또는 28)안으로 형성되는지 하는, 광 추출 구조체(26)의 일반적인 기능은 이런 광이 LGF(20)로부터 빠져나가도록 하는 TIR을 방해하는 것이다. 도 3a 및 도 3b는 각각, 표면으로부터 돌출되거나 표면으로 함몰되는, 출사면(24) 상에 형성된 2 가지 형태의 광 추출 구조체(26)들에 대한 광 거동을 도시한다. 어느 하나의 경우에서, 내부적으로 반사된 광은 광 추출 구조체(26)들의 표면 상에서 차단될 때, 출사면(24)으로부터 바깥쪽으로 배향된다.

도 3c 및 도 3d는 광 추출 구조체(26)들이 바닥면(28) 상에 형성되는 대안적인 구조체들을 도시한다. 반사면(66)은 광 추출 구조체(26)를 사용하여 추출되어 온 광을 재배향하는 이런 구체예들을 갖는 조사 장치(18; 도 1 및 도 2)의 일부로서 제공된다. 반사면(66)은 이런 광을 LGF(20)를 통해 다시 재배향하고 출사면(24)을 통해 바깥쪽으로 재배향한다.

도 4는 점광원(12)과 관련하여 광 유도 필름(20)의 사시도를 도시한다. 광원(12)들은 광 유도 필름(20)의 입사 엣지를 따라 배열된다. 광 유도 필름들 아래에는 리플렉터(28)가 존재하여, 입사광을 필름(14)을 향하여 리플렉터(28) 상에 반사시킨다. 광 유도 필름(20)은 연속적으로 또는 패턴으로 배열되어, 균일하고 밝은 백라이트 조사 어셈블리를 생성한다. 점 광원(12)들은 백라이트 조사 어셈블리의 조사 영역 내에 존재한다. LCD TV 적용을 위하여, 광 유도 필름(20)의 길이(L)는 바람직하게는 폭(W)보다 크다. 더욱 바람직하게는, 길이(L)는 광 유도 필름의 길이(W)의 10배 보다 더 크다.

확산 클립(30)은 광원들(12)에 인접하게 위치된다. 확산 클립(30)은 광 에너지를 확산시키는데, 광 에너지는 광 유도 필름(22) 안으로 광학적으로 커플링되지 않는다. 확산 클립(30)은 광 유도 필름(20)과 디퓨저(14) 사이의 거리를 제어하기 위하여 바람직하게는 일체화된 광학 스페이서(32)를 포함한다. 광학 스페이서(32)는 디퓨저, 휘도 필름, 반사 폴라라이저 및 볼륨 디퓨저와 같은 다른 광학 요소들이 광 유도 필름들 위에 정확하게 위치되는 것을 허용한다. 광학 스탠드-오프(stand-off)는, 광학 스탠드-오프와 접촉할 수도 있는 광학 요소들을 스크래칭하는 것을 피하기 위하여 실질적으로 평평한 부분을 가질 수도 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 일체화된 광학 스페이서는 디퓨저(14)를 광학적으로 간섭하지 않기 위하여 점 또는 작은 플랫(flat)이 된다. 광학 스페이서의 베이스는 팁 부분보다 넓어서, 디퓨저(14)로부터 광학 스페이서에 대한 중량 부하가 확산 클립(30)을 따라 분산된다. 광 유도 필름(20)과 디퓨저(14) 사이의 거리는 백라이트 어셈블리의 균일도를 결정하는데 있어서 중요한 요소이다. 거리를 증가시킴에 의해, 확산량은 증가하지만, 어셈블리의 두께 및 전체 휘도는 감소된다. 확산 클립(30)은, 백 플레이트와 같은 고정된 표면에 확산 클립(30)을 앵커링하거나 부착시키기 위하여, 바람직하게는 일체화된 앵커링 구조체(36)를 포함한다. 앵커링 구조체(36)는 디퓨저(66)를 통해 연장된다.

도 4에서 광원(12)은 바람직하게는 백라이트 조사 어셈블리가 디스플레이 장치의 이미지 내용의 등록에 있어서 국부적으로 희미해질 수 있도록 배열된다. 점 광원의 국부적인 희미해짐은 LCD의 전력 소비를 감소시키고 LCD의 콘트라스트비를 현저하게 향상시키는 것으로 보여져 왔다. 광원(12)의 서브-그루핑(sub-grouping)을 희미해지게 함에 따라, 광 유도 필름(20)의 작고 한정된 영역은 광원(12)에 공급되는 전류를 변경함으로써 동적으로 희미해질 수 있다. 희미해진 영역의 크기는 광 유도 필름(20)의 폭(W) 및 희미해진 점 광원들의 수의 함수이다. 광원(12)들은 광을 단일 광 유도 필름(20)으로 입사하도록 배열될 수 있거나, 광을 2개의 인접한 광 유도 필름들로 입사하도록 배열될 수 있다. 광원들은 바람직하게는 나란한 구성으로 배열되어 광 유도 필름(20)으로의 고른 광 입사에 대하여 허용한다.

도 4를 계속 참조하면, 광원(12)은 광 유도 필름(20)들 중간에 분포되고 배열된다. 광 유도 필름(20)들 사이에서 광원(12)들의 분포는 집중된 열 발생 지점을 갖는 엣지 릿 백라이트 유닛과 비교하여 백라이트 조사 어셈블리에 걸쳐 더 낮은 온도 구배를 갖는 백라이트 어셈블리를 초래한다. 종래 기술의 엣지 조사된 백라이트 어셈블리와 함께 발견된 바와 같은 높은 온도 구배는 온도 구배로부터 기인된 열 팽창에서의 상이함으로 인해 원하지 않는 광학 구성요소의 웨이빙(waving) 또는 크리징(creasing)을 초래한다. 또한, 엣지 조사된 백라이트 어셈블리에 존재하는 더 높은 온도 구배는 종종 열 웨이빙 및 버클링(buckling)에 저항하는 데에 사용되는 비싸고 무거운 금속 프레임들을 필요로 한다.

입사 엣지(22)의 반대편 측의 확산 클립(30)과 광 유도 필름(20) 사이의 충분히 작은 갭은 바람직하지 않은 열적인 버클링(buckling) 및 웨이빙(waving)을 감소시키도록 보여져 왔다. 광 유도 필름의 버클링과 웨이빙은 광 유도 필름으로부터 출사되는 광의 균일도를 감소시킨다. 광 유도 필름(20)과 확산 클립(30) 사이의 충분히 작은 갭이 열 팽창된 광 유도 필름에 대한 물리적인 공간을 형성한다는 것이 발견되었다. 이러한 광 유도 필름 갭은 도로와 다리에 일반적으로 이용되는 열 팽창 갭과 유사한 개념이다. 열 팽창 갭의 크기는 백라이트 어셈블리의 동작 조건 및 광 유도 필름의 열 팽창 계수와 관련된다.

L 방향을 따르는 광원(12)들의 피치는 광 유도 필름(20)의 원하는 광 입사 특성치의 함수이다. 광 추출 구조체(26)들의 밀도, 피치 및 크기는 또한 광 유도 필름(20)의 원하는 광 출사 특성치의 함수이다. 광 추출 구조체들의 크기, 위치 및 피치는 또한 광원(12)의 광학 출사 특성치에 관한 것이다. 광원(12)의 중요한 광학 특성치는 색도, 광 분포 및 루미넌스 인텐서티(luminance intensity)를 포함한다. 일반적으로, 광 추출 구조체(26)의 밀도는 광 입사면 반대측과 비교하여 광 입사면(22)에서 더 낮아, 광 에너지의 균일한 추출에 대하여 허용한다.

기판(28)은 바람직하게는 가시광 에너지를 반사한다. 광 유도 필름(20)으로 들어가는 광 에너지의 일부는 기판(20)을 향해 유도되므로, 반사 표면은 기판(20)을 향해 유도된 광이 상부 디퓨저(14)를 향해 유도되는 것을 허용하고, 이에 의해 백라이트 어셈블리 유닛의 효율을 증가시킨다.

유리하게는, 광 유도 필름(20)은 어떤 광 추출 구조체들을 포함하지 않는 L 및 W 평면에서 상대적으로 작은 총 영역을 구비한다. L 및 W 평면에서 광 유도 필름(20)의 총 영역의 대략 1 내지 10%인, 이런 상대적으로 작은 영역은 광원(12)들을 위하여 혼합 영역으로서 작용한다. 이러한 혼합 영역은 RGB 또는 RGBW 또는 RGGB와 같은 다중 모드 광원들을 위하여 특히 중요하다. 혼합 영역은 다중 모드 광원의 혼합을 위한 효율적인 방법인 것으로 보여져 와서, 청색 염료 및 황색 인광물질을 포함하는 종래 기술의 백색 LED들보다 높은 색상 거무트(gamut)를 갖는 백색 광을 생성한다.

확산 클립은 바람직하게는 점 광원들(12)로부터 누설되는 광 및 언커플링되는 광의 확산을 돕는 물질을 함유한다. 바람직한 물질은 포워드 스캐터링 코어 쉘 입자(forward scattering core shell particles), 글래스 비드, 이미서블 폴리머(immiscible polymers), 무기 스캐터링 물질(inorganic scattering materials), 예를 들어 TiO₂ 및 BaSO₄, 실리콘 물질 및 고무 화합물(rubber compounds)을 포함하는 목록으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는 조이닝 클립(30)은 포워드 스캐터링 코어 쉘 입자를 함유하는 PC 폴리머 또는 PMMA를 포함한다. 코어 쉘 입자는, 확산부(34)를 향해 광 에너지의 대부분을 유도하는 동시에, 훌륭한 광 확산 특성을 제공하도록 보여졌다. 게다가, 확산 클립(30)은, 클립으로부터 나오는 확산된 광의 색상을 조정하여 확산 클립(30)을 나오는 광의 색상이 대략 광 유도 필름(20)의 표면을 나오는 광 에너지와 동일한 색상을 가지도록 하기 위하여, 바람직하게는 유기 또는 무기 염료(dye), 안료(pigment) 또는 색소(colorant)를 함유한다. 광 유도 필름(20)과 확산 클립(30)으로부터 나오는 광 사이의 큰 색상 차이는 인간의 눈에 의해 탐지되는 바람직하지 않은 시각 패턴을 유발할 것이다. 또한, 색상 차이는 디퓨저 또는 프리즘 필름과 같은 이어지는 광학 요소들에서 변조될 수도 있다.

도 5는 바람직한 확산 클립(30)의 사시도이다. 확산 클립(30)은 콘 형상의 일체화된 광학 스페이서(32), 광 확산부(34) 및 일체화된 앵커링 구조체(36)를 가진다. 확산 클립(30)은 일체화된 광학 스페이서(32), 일체화된 확산부 및 일체화된 앵커링 구조체(36)를 포함하는데, 즉 확산 클립(30), 광학 스페이서(32) 및 앵커링구조체는 광학 스페이서(32), 확산부(34) 및 앵커링 구조체(36) 사이에 이음부나 절단부없이 균일하게 하나의 단일체이다. 도 5를 참조하면, 확산부(34)는 바람직하게는 평평한 부분을 종료시키는 대향하는 경사 측부들을 가진다.

광 유도 필름에 대한 광원의 커플링 효율에 종속되므로, 확산부는 언커플링된 광 에너지를 적절히 확산시키지 못할 수도 있다. 바람직하게는 확산 클립(30)은 확산 클립에 일체화된 광 재배향 구조체 및 확산부 모두를 가진다. 광 재배향 구조체는 입사광 에너지의 대부분의 방향을 변경시키는 확산 클립 상의 기하학적 구조체이다. 광 재배향의 양 및 방향은 주로 입사광 에너지의 분포, 클립 재료의 굴절율 및 확산 클립의 기하학적 프로파일과 관련된다. 광 확산 기능 및 광 재배향 기능 모두를 결합함으로써, 점 광원으로부터의 언커플링된 광 에너지는 균일한 백라이트 어셈블리를 생성하도록 효율적으로 관리될 수 있다. 예를 들어, 도 5의 확산부(34) 상의 경사진 측부들이 입사 전달된 광 에너지를 효율적으로 재배향하고 확산시키고, 확산 클립(30)으로부터의 출사광으로부터 광 유도 필름의 출사광까지 "매끄럽게한다(smooth)"는 것이 발견되었다. "매끄러운" 또는 상대적으로 작은 광 출사 델타(delta)(강도 및 방향 모두)는 완성된 백라이트 어셈블리 유닛 내에서 인간의 눈에 의해 용이하게 탐지되지 않는다.

도 6은 바람직한 확산 클립(30)의 사시도이다. 확산 클립(30)은 콘 형상의 일체화된 광학 스페이서(32), 광 확산부(34) 및 일체화된 앵커링 구조체(36)를 가진다. 본 발명의 다른 실시예에서, 확산부(34)는 광학 스페이서에서 종료되는 2개의 대향되는 경사진 표면들을 가진다. 확산부(34) 상의 경사진 표면들은, 확산부(34)가 입사광 에너지를 확산시키는 동시에 재배향시키도록, 광원들로부터의 입사광 에너지를 재배향시킨다.

도 7은 확산 클립의 바람직한 다른 단면부이다. 확산 클립(30)은 콘 형상의 일체화된 광학 스페이서(32), 광 확산부(34) 및 일체화된 앵커링 구조체(36)를 포함한다. 확산 클립(30)은 2개의 구부러진 표면들 및 2개의 라운딩처리된 코너들을 가진다. 구부러진 표면들 및 라운딩 처리된 코너들은 확산부가 입사광 에너지를 재배향하는 동시에 확산하도록 한다. 게다가, 확산부 내의 라운딩 처리된 코너들은 광 유도 필름 및 확산 클립(30)의 출사광들 사이의 일루미넌스 변화를 감소시키며, 코너 영역들 내에서 광 전달을 "부드럽게한다(soften)".

도 8은 확산 클립의 바람직한 다른 단면부이다. 확산 클립(30)은 콘 형상의 일체화된 광학 스페이서(32), 광 확산부(34) 및 일체화된 앵커링 구조체(36)를 포함한다. 확산부는 광학 스페이서(32) 근처의 평평한 부분에서 종료되는 2개의 구부러진 표면들을 가진다. 구부러진 표면들은 확산부(34)가 입사광 에너지를 재배향하는 동시에 확산하도록 하면서 입사광 에너지를 재배향시킨다.

도 9는 확산 클립의 바람직한 다른 단면부이다. 확산 클립(30)은 콘 형상의 일체화된 광학 스페이서(32), 광 확산부(34) 및 일체화된 앵커링 구조체(36)를 포함한다. 확산부(34)는 입사광 에너지를 효율적으로 재배향시키는 확산부(34)의 일 측부 상에 v형 그루브 렌즈들이 구비된다. v형 그루브들은 바람직하게는 1 내지 8 mm의 높이 및 80 내지 100도의 끼인각을 가진다. 다른 바람직한 렌즈 프로파일들은 개별적인 요소들, 반구들 및 복합 확산 렌즈들, 예를 들어 미국 특허 제6,721,102 호 (보우델라이스 등)에 개시된 것들을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 렌즈들은 입사광선들의 방향을 변경시킴으로써, 광을 확산 또는 분산시킨다. 그리고, 바람직한 렌즈 형상의 예들은 프리즘, 프레넬(Fresnel), 플라노-콘케이브(plano-concave), 플라노-콘벡스(plano-convex), 콘케이브-콘벡스(concavo-convex) 및 콘케이브-콘케이브(concavo-concave)를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 크기, 피치 및 재료 조성은 광 확산의 원하는 수준을 제공하기 위하여 변경될 수도 있다.

도 10은 확산 클립의 바람직한 다른 단면부이다. 확산 클립(30)은 콘 형상의 일체화된 광학 스페이서(32), 광 확산부(34) 및 일체화된 앵커링 구조체(36)를 포함한다. 확산부(34)는 입사광 에너지를 효율적으로 재배향하는 확산부(34)의 일 측부 상에 v형 그루브 렌즈들이 구비된다. 도 10의 v형 그루브들은 확산부의 엣지로부터 광학 스페이서부까지 높이에 있어서 단차가 형성된다.

도 11은 백라이트 어셈블리의 일부의 단면부이다. 확산 클립(30)은 광원들(12)에 인접하게 위치된다. 일체화된 광학 스페이서(32), 확산부(34) 및 앵커링 구조체(36)를 가지는 확산 클립(30)은 바람직하게는 광학 스페이서들(32) 사이에 위치된 추가적인 광 재배향 구조체들(38)을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 광 재배향 구조체들(38)은 광원들(12)에 인접하여 위치된다.

사용된 재료

LGF(20)는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테페프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 포함하나 이에 한정되지 않는 다양한 형태의 투명한 재료들 중 어떤 것으로부터 형성될 수 있다.

광 유도 필름의 패터닝된 표면 상에 형성된 구조체들은 LCD 및 다른 형태의 백라이트 디스플레이, 특히 더 작은 디스플레이 및 휴대용 장치를 위한 조사를 제공하는 것을 돕는다. 본 발명의 구체예들은 1 ㎜이하의 두께로 가공될 수 있는 광 유도 필름을 제공한다. 이는 본 발명의 LGF가 특히 LED, OLED 또는 레이저 어레이 및 다른 선형 고체 상태 광 어레이로 사용을 위하여 바람직하게 한다.

확산 클립은 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 또는 폴리메틸 메타아크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트, 폴리설폰 또는 폴리프로필렌을 포함하지만 이에 한정되지 않는 어떠한 다양한 폴리머 물질들로부터도 형성될 수 있다.

유리하게는, 본 발명의 확산 클립은 포워드 스캐터링 어덴다(forward scattering addenda)를 포함한다. 포워드 스캐터링은 입사 전자기파의 일부의, 문제가 되는 파장에 대하여는 크지만 빔 직경에 대하여는 작은 치수의 미립자 문제에 의해, 에너지가 입사 파장의 전파 방향의 90°내인 방향으로 편향되어 전파되는 방식으로, 회절, 이종 굴절(nonhomogeneous refraction) 또는 정반사가 아닌 반사(nonspecular reflection)에 의한 디플렉션(deflection)이다. 스캐터링 프로세스는 폴라라이제이션에 민감(polarization-sensitive)할 수도 있는데, 즉 모든 면에서 동일하지만 이들의 폴라라이제이션이 상이하게 스캐터링될 수 있는 입사 파장들이다. 바람직한 포워드 스캐터링 어덴다의 예는 코어 쉘 입자들이며, 이들은 적어도 0.02의 굴절률 변화도를 가진다. 포워드 스캐터링은, 이것이 반사 스캐터링에 대비하여 흡수 손실을 감소시키고, 더 균일한 백라이트 어셈블리를 유발하기 때문에, 스캐터링의 바람직한 형태이다.

유리하게는, 확산 클립은 인젝션 몰딩을 사용하여 만들어진다. 인젝션 몰딩은 광학 스페이서 및 앵커링 구조체들을 정확하게 생산하는 것으로 알려진다. 게다가, 인젝션 몰딩은 광학 스페이서 및 앵커링 구조체가 확산부에 일체화되도록 한다. 인젝션 몰딩 프로세스에서, 플라스틱 그래뉼 또는 펠릿은 용융될 때까지 가열된다(플라스틱 종류에 따라 일반적으로 화씨 350 내지 550도). 이어서, 용융된 플라스틱은 고압(일반적으로 10,000 psi 이상)하에 리지드 몰드(rigid mold)(일반적으로 금속, 예를 들어 알루미늄 또는 스틸)로 가압되고, 여기서 냉각 및 재응고되어 원하는 형상 및 치수의 부품을 생산한다. 인젝션 몰딩된 확산 클립은, 확산 클립의 광학 스페이서/앵커링 구조체 영역에 폴리머 또는 보강재를 추가하기 위하여, 인서트 몰딩을 사용할 수도 있다. 인서트 몰딩 기술은 강도보강재료를 광학 스페이서 및 앵커링 구조체들에 추가하기 위해 사용될 수도 있다. 예들은 금속 핀, 파이버글래스 구조물 및 고강도 폴리머 로드 예를 들어 폴리설폰 로드를 포함한다.

Claims

점 광원을 공급하기 위한 복수개의 고체 상태 광원들;
점광원을 광 균일 평면으로 재배향하고 발산시키기 위한, 복수개의 고체 상태 광원들 사이에 구비된 광 재배향 영역들을 가지는 복수개의 광 유도 필름들; 및
일체화된 광학 스페이서, 광 확산 섹션 및 일체화된 앵커링 구조체(integral anchoring feature)를 포함하는 적어도 하나의 폴리머 확산 클립을 포함하는, LCD 디스플레이를 위해 일체화된 백라이트 조사 어셈블리.
제1항에 있어서, 확산 클립은 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리스티렌, 우레탄, 폴리프로필렌, 폴리설폰 및 나일론으로부터 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 조사 어셈블리.
제1항에 있어서, 확산 클립은 고체 상태 광원들과 수직으로 정렬된 것을 특징으로 하는 백라이트 조사 어셈블리.
제1항에 있어서, 확산 클립은 점 광원들로부터 입사 가시광 에너지를 재배향시키는 기하학적 프로파일을 가지는 것을 특징으로 하는 백라이트 조사 어셈블리.
제1항에 있어서, 확산 바아는 x와 y 사이의 확산 효율을 가지는 것을 특징으로 하는 백라이트 조사 어셈블리.
제1항에 있어서, 복수개의 고체 상태 광원들은 나란히 배열된 것을 특징으로 하는 백라이트 조사 어셈블리.
제1항에 있어서, 광학 스페이서는 1 내지 1mm의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 백라이트 조사 어셈블리.
제1항에 있어서, 광학 스페이서들 사이의 거리는 1 내지 100cm인 것을 특징으로 하는 백라이트 조사 어셈블리.
제1항에 있어서, 폴리머 확산 클립은 폴리머 코어 셀 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 조사 어셈블리.
제1항에 있어서, 폴리머 확산 클립은 청색 염료 또는 색소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 조사 어셈블리.