KR20110110039A - 확산 구조체들을 가진 광 재배향 바아 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 점 광원을 제공하는 복수 개의 솔리드 스테이트 광원들; 상기 점 광원들을 광의 균일한 평면으로 재배향하고 퍼지게 하는 상기 복수 개의 솔리드 스테이트 광원들 사이에 위치되는 광 재배향 영역을 갖는 복수 개의 가이드 필름들; 및 대향하는 광 가이드 필름들 사이에 위치되되, 상부 캐핑 부분과 하부 부분을 포함하는 광 재배향 바아를 포함하되, 하부 부분은 상기 상부 캐핑 부분과 수직으로 정렬되고, 상기 하부 부분은 적어도 하나의 광 재배향 구조체를 가지는 LCD 디스플레이를 위한 일체형 백라이트 조명 어셈블리를 제공한다.
Description
본 발명은 디스플레이 조명에 관한 것이고, 더 구체적으로 점 광원을 얇은 폴리머 광 가이딩 필름(polymer light guiding film)으로 광학적으로 결합시키는데 사용되는 광학적 광 재배향 바아에 관한 것이다.
투과형 액정 디스플레이(LCD) 패널은 다른 형태의 디스플레이들에 대하여 컴팩트하고 경량의 대안을 제공하나, 변조를 위한 광을 제공하는 몇몇 형태의 백라이트 조명(backlight illumination)를 필요로 한다. LCD 및 유사한 디스플레이들을 위한 백라이트 조명는 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. LGP를 이용하는 조명 장치의 일 실시예는 고토(Goto) 외의 "광 가이드 플레이트 및 광 가이드 플레이트를 이용하는 표면 광원"의 명칭을 가진 미국 특허번호 제5,999,685호에 개시된다.
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 솔리드 스테이트 광원의 발전으로, 더 얇은 프로파일을 제공하고, 무게가 더 적으며, 현존하는 디자인보다 더 플렉시블한 LGP 해결책에 대한 필요가 존재한다. 더 플렉시블한 기판의 증가된 이용으로 디스플레이가 스케일(scale) 상에서 지속적으로 더 크게 증가함에 따라, 1 ㎜에 근접하는 두께를 갖는, 더 플렉시블한 LGP에 대하여 증가하는 수요가 존재한다.
많은 해결책들이 더 작고 더 플렉시블한 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. 약간의 관심이 날카로운 각도의 측벽들을 갖는 광 추출 구조체들을 갖는 LGP가 어떻게 경제적으로 대량생산될 수 있는지에 대하여 제공된 것으로 여겨진다.
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 조명하는 데에 사용되지 않고, 폐기된다.
종래의 LED 백라이트 어셈블리들은 광 가이드 플레이트들에 대한 광원으로서 끝에서 켜지는 측부 발광 LED 또는 상부 발광 LED를 자주 이용한다. 이러한 종래의 백라이트 유닛 어셈블리들의 광학적 결합(optical coupling) 효율을 향상시키기 위해, LED 출력은 광 가이딩 플레이트의 입력 표면의 150마이크로미터 이내가 될 필요가 있다. LED 출력 표면과 광 가이드 플레이트의 입력 표면 사이의 상대적으로 좁은 거리는 두 가지 큰 문제들을 초래한다. 첫 번째로, LED로부터의 열 에너지는 시간이 지남에 따라 광 결합 효율을 감소시키는 입력 표면의 변형을 자주 초래할 수 있다. 두 번째로, LED 출력과 광 가이드 플레이트 입력 사이의 거리의 변화는 광 가이드 플레이트로의 광 입력의 양에서 바람직하지 않은 변화를 초래하고, 따라서, 광 가이딩 플레이트로부터 출력 변화가 증가한다.
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 조명된 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, 플렉시블한 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. 나아가, 광 가이딩 플레이트들의 광학적 균일성을 향상시키기 위해 대안적인 LED 결합 메카니즘이 요구된다는 것 또한 인지된다.
본 발명은 점 광원을 제공하는 복수 개의 솔리드 스테이트 광원들; 상기 점 광원들을 광의 균일한 평면으로 재배향하고 퍼지게하는 상기 복수 개의 솔리드 스테이트 광원들 사이에 위치되는 광 재배향 영역을 갖는 복수 개의 가이드 필름들; 및 대향하는 광 가이드 필름들 사이에 위치되되, 상부 캐핑 부분과 하부 부분을 포함하는 광 재배향 바아를 포함하되, 하부 부분은 상기 상부 캐핑 부분과 수직으로 정렬되고, 상기 하부 부분은 적어도 하나의 광 재배향 구조체를 가지는 LCD 디스플레이를 위한 일체형 백라이트 조명 어셈블리를 제공한다.
도 1은 본 발명의 가이드 필름을 사용하는 디스플레이 장치를 도시한다.
도 2는 일 구체예에서 가이드 필름의 사시도를 도시한다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 가이드 필름 표면의 구조체들에서 입사광에 대한 광 거동을 도시한다.
도 4는 광 가이드 필름의 일부분, 광원 및 광 재배향 구조체들을 가지는 광 재배향 바아를 나타내는 사시도를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 5는 광 가이드 필름의 일부분, 광원 및 광 재배향 구조체들을 가지는 광 재배향 바아를 나타내는 3-D 사시도를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 6A은 광 재배향 바아 및 광원의 횡단면을 나타내는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 6B는 점 광원과 관련된 광 퍼짐 렌즈들을 가지는 V형 그루브 광 재배향 바아의 횡단면을 나타내는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 7A는 점 광원과 관련된 복수의 표면 광 재배향 영역을 가지는 광 재배향 바아의 횡단면을 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 7B는 점 광원과 관련된 아펙스(apex)를 형성하는 것에 관련된 굽은 광 재배향 영역을 가지는 광 재배향 바아의 횡단면을 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 7C는 점 광원과 관련된 굽은 광 재배향 영역을 가지는 광 재배향 바아의 횡단면을 도시하는 본 발명의 구체예이다.
도 8A는 광 퍼짐 렌즈들의 사시도를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 8B는 광 퍼짐 렌즈들의 사시도를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 8C는 광 퍼짐 렌즈들의 사시도를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 9는 광 가이드 필름과 점 광원에 관련된 V형 그루브 광 재배향 영역을 가지는 광 재배향 바아를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 10A는 점 광원과 관련된 상부 및 하부 묘편들에 있는 V형 그루브를 가지는 광 재배향 바아를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예의 횡단면도이다.
도 10B는 점 광원과 과련된 광 퍼짐 렌즈들로 밀집된 상부 및 하부 표면들 상의 V형 그루브를 가지는 광 재배향 바아를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예의 횡단면도이다.
도 11A는 점 광원과 관련된 하부 V형 그루브 광 재배향 영역과 상부 굽힌 광 재배향 영역을 가진 광 재배향 바아를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예의 횡단면도이다.
도 11B는 점 광원과 관련된 하부 V형 그루브 광 재배향 영역과 상부 V형 그루브 광 재배향 영역을 가진 광 재배향 바아를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예의 횡단면도이다.
도 11C는 점 광원과 관련된 하부 V형 그루브 광 재배향 영역 및 상부 복수 표면 광 재배향 영역을 가지는 광 재배향 바아를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예의 횡단면도이다
도 11D는 점 광원과 과련된 아펙스를 형성하는 하부 V형 그루브 광 재배향 영역 및 상부 굽힌 광 재배향 영역을 가지는 광 재배향 바아를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예를 도시하는 횡단면도이다.
도 2는 일 구체예에서 가이드 필름의 사시도를 도시한다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 가이드 필름 표면의 구조체들에서 입사광에 대한 광 거동을 도시한다.
도 4는 광 가이드 필름의 일부분, 광원 및 광 재배향 구조체들을 가지는 광 재배향 바아를 나타내는 사시도를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 5는 광 가이드 필름의 일부분, 광원 및 광 재배향 구조체들을 가지는 광 재배향 바아를 나타내는 3-D 사시도를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 6A은 광 재배향 바아 및 광원의 횡단면을 나타내는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 6B는 점 광원과 관련된 광 퍼짐 렌즈들을 가지는 V형 그루브 광 재배향 바아의 횡단면을 나타내는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 7A는 점 광원과 관련된 복수의 표면 광 재배향 영역을 가지는 광 재배향 바아의 횡단면을 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 7B는 점 광원과 관련된 아펙스(apex)를 형성하는 것에 관련된 굽은 광 재배향 영역을 가지는 광 재배향 바아의 횡단면을 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 7C는 점 광원과 관련된 굽은 광 재배향 영역을 가지는 광 재배향 바아의 횡단면을 도시하는 본 발명의 구체예이다.
도 8A는 광 퍼짐 렌즈들의 사시도를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 8B는 광 퍼짐 렌즈들의 사시도를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 8C는 광 퍼짐 렌즈들의 사시도를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 9는 광 가이드 필름과 점 광원에 관련된 V형 그루브 광 재배향 영역을 가지는 광 재배향 바아를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예이다.
도 10A는 점 광원과 관련된 상부 및 하부 묘편들에 있는 V형 그루브를 가지는 광 재배향 바아를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예의 횡단면도이다.
도 10B는 점 광원과 과련된 광 퍼짐 렌즈들로 밀집된 상부 및 하부 표면들 상의 V형 그루브를 가지는 광 재배향 바아를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예의 횡단면도이다.
도 11A는 점 광원과 관련된 하부 V형 그루브 광 재배향 영역과 상부 굽힌 광 재배향 영역을 가진 광 재배향 바아를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예의 횡단면도이다.
도 11B는 점 광원과 관련된 하부 V형 그루브 광 재배향 영역과 상부 V형 그루브 광 재배향 영역을 가진 광 재배향 바아를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예의 횡단면도이다.
도 11C는 점 광원과 관련된 하부 V형 그루브 광 재배향 영역 및 상부 복수 표면 광 재배향 영역을 가지는 광 재배향 바아를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예의 횡단면도이다
도 11D는 점 광원과 과련된 아펙스를 형성하는 하부 V형 그루브 광 재배향 영역 및 상부 굽힌 광 재배향 영역을 가지는 광 재배향 바아를 도시하는 본 발명의 또 다른 구체예를 도시하는 횡단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 적어도 2 개의 도광 물품인, 가이드 필름(20)(LGF)을 사용하는 백라이트 조명 어셈블리(18)를 갖는 디스플레이 장치(10)의 구체예가 단면도로 도시된다. 광원(12)은 LGF(20)의 입사 엣지(22)를 통하여 조명(illumination)를 배향한다. 디스플레이 장치를 따라 균일한 광 조명를 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, 조명를 변조하는 공간 광 모듈레이터(modulator), 여기서는 LCD 디스플레이(16)로 떠나가는 이런 조명를 재배향한다. 광 재배향 바아(30)는 점 광원(12) 위에 놓이고, 이들은 점 광원(12)으로부터 광 가이딩 필름(20)으로 광 에너지를 재배향시키며, 광 가이딩 필름(20)으로 결합되지 않은 에너지는 확산시킨다. 바람직하게는, 광 재배향 바아(30)와 출력 표면(24) 사이의 발광성(luminance) 차이는 +/- 10%이고, 더 바람직하게는, +/- 5%이다. 광 재배향 바아와 인접한 광 가이딩 필름들 사이의 발광성 차이를 감소시키는 것은 백라이트 어셈블리 유닛으로부터의 바람직한 균일 광 출력의 결과가 된다. 15%보다 큰 발광성 차이는 시작적으로 관찰될 수 있고, 열등한 이미지 퀄리티(quality)의 결과를 낳는다. 발광성 차이를 감소시키는 것은 광 재배향 바아(30)로부터의 광 출력과 함께, 출력 표면(24)으로부터의 광 출력의 균형을 유지함으로써 달성된다. 출력 표면(12)으로부터의 발광성은 크기, 모양 및 입사 에지(incident edge)(22)에 있는 또는 이 근처에 있는 광 추출 구조체들(26)의 피치(pitch)에 의해 조절된다. 광 재배향 바아(30)의 발광성은 광 재배향 바아 재료의 확산 특징들, 연결 클립(joining clip)의 프로파일(profile), 광 재배향 바아의 두께 및 광원(12)으로부터 입사 에지(22)로 결합하지 않는(un-coupled) 광의 양에 의해 조절된다.
광원(12)은 많은 형태의 광 방사 요소들 중 어떤 것을 사용할 수 있다. 랩톱 컴퓨터 및 더 큰 디스플레이에 사용된 종래의 LGP들은 CCFL(냉음극 형광 램프)들을 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 솔리드 스테이트 소스와 같은 얇은 프로파일 광원과의 사용을 위하여 바람직하다.
도 2의 사시도는 조명 장치(18)에서 LGP(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 조명를 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 2를 참조하면, 본 발명의 일 구체예에서, 광 가이딩 필름(20)은 L 및 W 면에 어떤 광 추출 구조체들을 포함하지 않는 상대적으로 작은 양의 영역을 구비한다. L 및 W 면 내 광 가이딩 필름(20)의 전체 영역의 대략 1 내지 10%인 이 상대적으로 작은 영역은 광원들(12)에 대한 믹싱(mixing) 영역으로서 작용한다. 이 믹싱 영역은 RGB 또는 RGBW 또는 RGGB와 같은 멀티-모드 광원들에 대해 특히 중요하다. 믹싱 영역은 블루 다이(die)와 옐로우 인광체를 포함하는 종래 하얀색 LED들보다 더 큰 색 영역(color gamut)을 가진 하얀색 광을 생성하기 위해 멀티-모드 광원들을 믹싱하는 것에 대한 효과적인 방법인 것이 밝혀졌다.
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)으로 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 조명 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 점 광원(12)들 및 가이드 필름(20)의 사시도를 도시한다. 광원(12)들은 가이드 필름(20)의 입사 엣지 아래에 배열된다. 가이드 필름들 아래에는 리플렉터(66)가 존재하여, 입사광을 필름(20)을 향하여 리플렉터(66) 상에 반사시킨다. 가이드 필름(20)은 연속적으로 또는 패턴으로 배열되어, 균일하고 밝은 백라이트 조명 어셈블리를 생성한다. 점 광원(12)들은 백라이트 조명 어셈블리의 조명 영역 내에 존재한다. LCD TV 적용을 위하여, 가이드 필름(20)의 길이(L)는 바람직하게는 폭(W)보다 크다. 더욱 바람직하게는, 길이(L)는 가이드 필름의 길이(W)보다 10배 더 크다.
도 4의 광원들은 광 재배향 바아(30)에 인접하게, 그리고 광 가이딩 필름들(20)의 면 아래에 위치된다. 광 재배향 바아(30)는 바람직하게 광원(12)으로부터 광 재배향 바아(30)의 오른쪽 및 왼쪽에 있는 광 가이딩 필름들(20)로 광 에너지를 재배향한다. 바람직하게는, 광 재배향 바아(30)는 광원(12)으로부터 광 가이딩 필름들(20)로 발산하는(emanating) 전체 광 에너지의 80보다 더 많이 재배향한다. 광 가이딩 필름들(20)로 광학적으로 결합되지 않은 광 에너지는 광 재배향 바아(20)에 의해 확산되어, 상부 캐핑 부분(34)으로부터의 광 출력이 광 가이딩 필름들(20)의 상부 표면으로부터의 광 출력과 실질적으로 동일하게 된다.
도 4에서 광원(12)은 바람직하게는 백라이트 조명 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, 가이드 필름(20)의 작고 한정된 영역은 광원(12)에 공급되는 전류를 변경함으로써 동적으로 희미해질 수 있다. 희미해진 영역의 크기는 가이드 필름(20)의 폭(W) 및 희미해진 점 광원들의 수의 함수이다. 광원(12)들은 광을 단일 가이드 필름(20)으로 입사하도록 배열될 수 있거나, 광을 2개의 인접한 가이드 필름들로 입사하도록 배열될 수 있다. 광원들은 바람직하게는 나란한 구성으로 배열되어 가이드 필름(20)으로의 고른 광 입사에 대하여 허용한다.
광원(12)들은 광 가이딩 필름(20)들 사이에 분포되고 배열된다. 가이드 필름(20)들 사이에서 광원(12)들의 분포는 집중된 열 발생 지점을 갖는 엣지 릿 백라이트 유닛과 비교하여 백라이트 조명 어셈블리에 걸쳐 더 낮은 온도 구배를 갖는 백라이트 어셈블리를 초래한다. 종래 기술의 엣지 조명된 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 조명된 백라이트 어셈블리에 존재하는 더 높은 온도 구배는 종종 열 웨이빙 및 버클링(buckling)에 저항하는 데에 사용되는 비싸고 무거운 금속 프레임들을 필요로 한다.
광 가이딩 필름(20)과 광 재배향 바아(30) 사이의 충분히 작은 갭(gap)은 바람직하지 않은 열적 버클링(thermal buckling) 및 웨이빙(waving)을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 광 가이딩 필름들의 버클링 및 웨이빙은 광 가이딩 필름(20)으로부터의 광 출력의 균일성을 감소시킨다. 광 가이딩 필름(20)과 광 재배향 바아(30) 사이의 충분히 작은 갭은 열적으로 확장된 폴리머 광 가이딩 필름에 대한 물리적 공간을 형성하는 것으로 발견되었다. 이 광 가이딩 필름 갭은 도로나 다리에서 사용되는 흔한 열적 팽창 갭에 대한 개념과 유사하다. 열적 팽창 갭의 크기는 백라이트 어셈블리의 작동 조건들 및 광 가이딩 필름들의 열적 팽창 계수와 관련된다.
L 방향을 따르는 광원(12)들의 피치는 가이드 필름(20)의 원하는 광 입사 특성치의 함수이다. 광 추출 구조체(26)들의 밀도, 피치 및 크기는 또한 가이드 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.
도 5는 광 가이드 필름(20)의 일부분, 광원(12)의 위치 및 광 재배향 바아(30)를 도시하는 3차원의 도면이다. 광 재배향 바아(30)는 하부 부분(34)과 상부 캐핑 부분(32)을 포함한다. 본 발명의 일 구체예에서, 상부 캐핑 부분(32)은 광 가이딩 필름(20)과 접촉한다. 이 접촉은 일관된 확산 및 점 광원들의 재배향을 가능하게 한다.
도 6A는 점 광원(12)과 관련된 광 재배향 바아(30)의 횡단면도이다. 광 재배향 바아(30)는 상부 캐핑 부분(32) 및 하부 부분(34)을 포함한다. 하부 부분(34)은 광 재배향 구조체(36)를 포함한다. 도 6A에서, 광 재배향 구조체는 대항(opposing)하게 경사진 표면들이며, V형 그루브에서 끝난다. 광 재배향 구조체(36) 상으로 입사하는 광원(12)으로부터의 광 에너지는 광 확산 바아 광 출력 표면(40)을 향하여 재배향된다. 광 재배향 바아(30)는 LCD TV 백라이트 어셈블리들에서 일반적으로 이용되는 상부 발광 LED들의 사용을 가능하게 한다. 종래의 백라이트 어셈블리들은 일반적으로 상부 발광 LED들을 사용하는데, 이들은 90도로 회전하여 상부 발광 LED의 출력 렌즈들이 종래의 광 가이드 플레이트들로 유도되게 한다. 종래 기술 시스템의 상부 발광 LED의 회전은 전형적인 효율적 열 흡수 기술이 쉽게 이용될 수 없는 것과 같은 열 전달 문제들을 만든다. 더 나아가, 전자 컨트롤 보드(electronic control board) 또한 회전되어야 하고, 광학 요소(optics)를 간섭하는 경향이 있다. 광 확산 바아(30)는 상부 발광 LED가 광 재배향 구조체(30)로 유도되는 출력 렌즈들을 가지도록 허용한다. LED의 이 바람직한 방향(preferred orientation)은 LED가 LED를 효율적으로 열 흡수할 수 있는 배면(backplane)과 접촉할 수 있게 한다. 나아가, 컨트롤 보드는 시스템의 광학 요소를 간섭하지 않는다. 광 재배향 바아(30)는 LED들이 백라이트 조명 어셈블리의 조명 영역들에 효율적으로 위치되도록 한다.
도 6B는 광 퍼짐(spreading) 구조체(36)와 확산 바아 광 출력 표면(40) 상에 광 퍼짐 렌즈들(38)이 밀집된 광 재배향 바아(30)의 횡단면도이다. 바람직하게는, 광 퍼짐 렌즈들은 80과 100도 사이의 포함된 각도를 가지는 피라미드들이다. 표면(36) 상의 피라미드 렌즈들은 광원(12)으로부터 광 재배향 바아(30)로 광학적 결합 효율을 상당히 증가시킨다. 확산 바아 광 출력 표면(40) 상의 피라미드 렌즈들은 광 에너지를 평행하게 하고(collimate) 확산시키며, 이에 의해 광 재배향 바아와 광 가이딩 필름들 사이의 광학적 결합 효율이 증가한다.
도 7A, 7B 및 7C는 점 광원(12)과 관련된 광 재배향 바아(30)의 횡단면도이다. 도 7A에 묘사된 듯이, 광 재배향 구조체(36)는 바람직하게 단일의 굽은 표면이다. 본 발명의 또 다른 구체예에서, 도 7B에 도시된 바와 같이, 광 재배향 구조체는 평면의 복수 개의 면(multiple-facet planar) 또는 표면의 조합이다. 본 발명의 또 다른 구체예에서, 도 7C에 도시된 바와 같이, 광 재배향 구조체는 바람직하게 복수 개의 면의 표면(multiple-facet surface)의 조합이다. 도 7A, 7B 및 7C의 광 재배향 구조체(36)는 또한 광원(12)과 광 재배향 구조체(36) 사이의 광학적 결합을 향상시키기 위한 작은 렌즈들을 포함할 수 있다.
도 8A, 8B 및 8C는 재배향 구조체 및/또는 출력 표면에 존재할 수 있는 바람직한 광 퍼짐 렌즈들을 도시한다. 도 8A, 8B 및 8C의 렌즈들은 본 발명의 광 재배향 바아와 광 가이딩 필름들 사이뿐만 아니라, 광원과 광 재배향 바아 사이의 광학적 결합 효율을 증가시킨다는 것이 밝혀졌다. 광 재배향 바아의 출력 표면상에서, 렌즈들은 또한 광 가이딩 필름 두께 및 향상된 결합 효율을 감소시키도록 하는 광 출력 분배(distribution)를 좁힌다는 것이 밝혀졌다.
도 9는 점 광원(12)과 광 가이딩 필름(20)에 관련된 광 재배향 바아(30)의 횡단면도이다. 광 재배향 바아(30)는 바람직하게 광 출력 표면(40)에 인접한 광 평행 슬로프(42)를 가지고, 광 평행 슬로프(42)없이 광 재배향 바아와 비교하여 광 재배향 바아(30)와 광 가이딩 필름(20)의 높이를 감소시킨다. 광 재배향 바아(30)와 광 가이딩 필름(20)의 두께를 감소시키는 것은 백라이트 어셈블리 가격을 감소시키고, 백라이트 유닛 어셈블리의 무게를 낮추고, 원하는 더 얇은 백라이트 유닛 어셈블리를 가능하게 한다.
도 10A 및 10B는 점 광원(12)에 관련된 광 재배향 바아(30)의 횡단면도이다. 광 재배향 표면들(36)은 광원(12)으로부터 출력 표면(40)을 향하여 광 에너지를 재배향한다. 상부 캐핑 부분(32)은 광 가이드 입력 표면의 입력 에지 상의 광 프레넬 반사(Fresnel reflection)로 인한 높은 휘도(brightness) 지점을 감소시킨다. 도 10B에 도시된 바와 같이, 렌즈들은 바람직하게 광 재배향 구조체들(36) 및 출력 표면들(40) 상에 있다. 광 재배향 바아의 입력 및 출력 표면들 상의 렌즈 구조는, 도 8A에 도시된 바와 같은 선형 각기둥 렌즈(linear prismatic lens), 도 8B의 원통형 렌즈 또는 도 8C에 도시된 바와 같은 각각의 엘리먼트(element)가 될 수 있다.
도 11A, 11B, 11C 및 11D는 점 광원(12)과 관련된 광 재배향 바아(30)의 횡단면도이다. 도 11A, 11B, 11C 및 11D의 광 재배향 바아들(30)은 바람직하게 하부 광 재배향 구조체(36) 및 상부 광 재배향 구조체(44) 모두를 가진다. 도 11A는 평면의 하부 구조체(36) 및 단일의 굽은 상부 구조체(44)를 가진 광 재배향 바아를 도시한다. 도 11B는 평면의 하부 구조체(36) 및 평면의 상부 구조체(44)를 도시한다. 도 11C는 평면의 하부 광 재배향 표면 및 복수 개의 면의 광 재배향 상부 표면을 가진 광 재배향 바아를 도시한다. 도 12C는 평면의 광 재배향 하부 표면 및 포물선의 상부 광 재배향 표면을 가진 광 재배향 바아를 도시한다. 도 11A, 11B, 11C 및 11D에 도시된 광 재배향 바아들은 매끄러운 표면들일 수 있고, 또는 광 재배향 바아의 입력 및/또는 출력 표면들 상에 렌즈 구조들로 밀집될 수도 있다. 렌즈들은 도 8A에 도시된 바와 같은 선형 각기둥 렌즈, 도 8B의 원통형 렌즈 또는 도 8C에 도시된 바와 같은 각각의 엘리먼트가 될 수 있다.
유리하게, 광 재배향 바아는 재료 내용(material content)이 상이한 두 개의 구별되는 영역들을 포함한다. 두 개 또는 그 이상의 구별되는 영역들을 이용함으로써, 광 재배향 바아의 효율을 향상시키기 위해 재료 조성물 및 어덴다(addenda)가 변화될 수 있다. 예를 들어, 광 재배향 바아의 상부 캐핑 부분은 확산을 돕는 재료 조성물을 가질 수 있고, 그리고 광 재배향 바아의 하부 부분은 실질적으로 투명하게 만들어져 하부 부분의 광 재배향 효율을 향상시킬 수 있다.
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 재배향 바아들은 폴리머 재료들(바람직하게는 써모플라스틱(thermoplastics))의 다양한 종류들로부터 형성될 수 있다. 바람직한 재료들의 예시는, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 또는 폴리에틸 메타크릴레이트(PMMA)를 포함하나 이에 한정되지 않는다.
유리하게는, 본 발명의 광 재배향 바아는 전방 산란 어덴다(addenda)를 포함한다. 전방 산란은 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. 산란 프로세스는 폴라라이제이션에 민감(polarization-sensitive)할 수도 있는데, 즉 모든 면에서 동일하지만 이들의 폴라라이제이션이 상이하게 산란될 수 있는 입사 파장들이다. 바람직한 전방 산란 어덴덤(addendum)의 예는 코어 쉘 입자들이며, 이들은 적어도 0.02의 굴절률 변화도를 가진다. 전방 산란은, 이것이 반사 산란에 대비하여 흡수 손실을 감소시키고, 더 균일한 백라이트 어셈블리를 유발하기 때문에, 산란의 바람직한 형태이다.
가이드 필름의 패터닝된 표면 상에 형성된 구조체들은 LCD 및 다른 형태의 백라이트 디스플레이, 특히 더 작은 디스플레이 및 휴대용 장치를 위한 조명를 제공하는 것을 돕는다. 본 발명의 구체예들은 1 ㎜이하의 두께로 가공될 수 있는 가이드 필름을 제공한다. 이는 본 발명의 LGF가 특히 LED, OLED 또는 레이저 어레이 및 다른 선형 솔리드 스테이트 광 어레이로 사용을 위하여 바람직하게 한다.
본 발명의 확산 바아는 바람직하게는 프로파일 압출로서 공지된 공정을 사용하여 제조된다. 이런 공정은 빨대, 폴리머 캐스킷, 장식 몰딩(molding), 창호 트리밍(trimming) 및 고압 하에서 중공 몰드 캐비티로 용융된 폭넓은 종류의 다른 제품 폴리머와 같은 연속적인 단면을 갖는 플라스틱 제품을 제조하는 데에 사용된다.
원하는 폴리머가 머신 호퍼(machines hopper)에 펠릿 형태로 공급되고(이런 기계는 압출기로서 공지된다), 재료는 마찰 및 가열 모두에 의해 부드러워지고 있는 가열된 배럴(barrel) 내부를 향하여 회전하는 스크류에 의해 연속적으로 이송된다. 이어서 부드러워진 폴리머는 다이(die)를 통해 빠져나가 제품이 굳어지는 냉각수로 직접 가해진다. 여기서부터 그것은 테이크-오프(take-off) 롤러로 계속 이송되고, 이는 실제로 다이로부터 부드러워진 플라스틱의 필링(peeling)을 행한다.
다이는 이의 내부의 컷-아웃(cut out) 부분을 갖는 압축기의 종단에 배치된 금속 플레이트이고, 이런 컷 아웃 및 테이크 오프 롤러의 속도는 제조되고 있는 제품의 단면을 결정한다. 제품은 튜브의 종단에서 개구 때문에 고체 막대로 나오고, 만약 개구가 생성된 제품과 상이한 단면을 가졌더라면 새로운 단면 상에서 취할 것이다. 기본적으로 압출은 다이 오리피스(orifice)를 통해 재료를 가압함으로서 정의될 수 있다. 이런 다이 오리피스는 마무리된 제품의 최종 형상을 생산한다.
유리하게는, 광 재배향 바아는 재료 조성물이 상이한 두 개 또는 그 이상의 영역들을 가진다. 바람직하게는, 공유 압출 성형(co-extrusion)이 복합 재료(multiple-material) 광 재배향 바아를 제조하는데 사용된다. 공유 압출 성형은 동시에 재료의 복수 개의 층들의 압출 성형이다. 압출 성형의 이 타입은 두개 또는 그 이상의 압출 성형기(extruder)를 사용하여 상이한 점성의 플라스틱들의 안정된 용적 처리량(steady volumetric throughput)을 녹이고, 원하는 형태로 재료를 압출 성형할 단일의 압출 성형 헤드(다이)(head(die))로 전달한다. 층 두께들은 재료들을 전달하는 각각의 압출 성형기들의 상대적인 스피드 및 크기에 의해 조절된다.
Claims (14)
- 점 광원을 제공하기 위한 복수의 솔리드 스테이트(solid state) 광원들;
상기 점 광원들을 광의 균일면으로 재배향하고 퍼지게(spreading) 하기 위한 상기 복수의 솔리드 스테이트 광원들 사이에 위치되는 광 재배향 영역들을 가지는 복수의 광 가이드 필름들; 및
반대의 광 가이드 필름들 사이에 위치한 광 재배향 바아(bar)를 포함하되,
상기 광 재배향 바아는 상부 캐핑(capping) 부분 및 하부 부분을 포함하고, 상기 하부 부분은 상기 상부 캐핑 부분에 대해 수직으로 정렬되며, 상기 하부 부분은 적어도 하나의 광 재배향 구조체를 가지는 것을 특징으로 하는 LCD 디스플레이를 위한 일체화된 백라이트 조명 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 광 재배향 바아는,
폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리스티렌, 우레탄, 폴리프로필렌, 폴리설폰 및 나일론 중 선택된 재료들을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 광 재배향 바아는,
전방 산란(foward scattering) 어덴다(addenda)를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 광 재배향 바아는 발광 인광체(phosphor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 광 재배향 바아는,
상기 광 재배향 바아의 0.1 내지 90wt%의 양의 폴리머 코어 쉘(polymer core shell) 파티클들을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 광 재배향 구조체는,
0.1과 2000 마이크로미터 사이의 평균 거칠기(roughness)를 가지는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 광 재배향 구조체는,
V형 그루브(groove)를 형성하는 평면의 표면들을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 광 재배향 구조체는,
적어도 하나의 굽은 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 광 재배향 구조체는,
복수의(multiple) 표면들을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 광 재배향 구조체는,
상기 광 재배향 구조체의 표면상에 광 퍼짐(spreading) 렌즈들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 광 재배향 구조체는,
점 광원들과 수직으로 정렬된 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 상부 캐핑 부분 및 하부 부분은,
광 재배향 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 광 재배향 바아는,
재료 조성(material composition)이 상이한 두 개의 구별되는 영역들을 포함하는 것을 특징으로 백라이트 조명 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 광 재배향 바아는,
확산 상부 캐핑 부분(diffuse top capping portion) 및 실질적으로 투명한 하부 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 어셈블리.
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