KR20110126741A - 광 가이드들 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 가이드 디바이스들 및 제조 방법들에 관한 것이다. 광 가이드 디바이스는 특히 디스플레이들, 예컨대 액정 디스플레이들의 백라이팅과 연계하여, 어플리케이션들의 범위에서 사용하기에 적합하다.

Description

광 가이드들{LIGHT GUIDES}
본 발명은 광 가이드 디바이스들 및 제조 방법들에 관한 것이다. 광 가이드 디바이스들은 특히, 디스플레이들, 예컨대 액정 디스플레이들의 백라이팅(backlighting)과 연계하여, 어플리케이션들의 범위 내에서 사용하기에 적합하다.
다수의 광 가이딩 디바이스들(light guiding devices)이 알려져 있다. 이들 디바이스들은, 조명, 백라이팅, 신호계(signage) 및 디스플레이 목적들을 포함하는 펑션들(functions)의 범위에 대해 이용된다. 통상적으로, 디바이스들은, 형광 램프 또는 복수의 광 방출 다이오드들(LEDs)과 같은, 광원이 투명 플라스틱 성분의 에지(edge)에서 기계적인 부착에 의해 통합되는, 주입 몰드(mould)되거나 기계화된 투명 플라스틱 성분(injection moulded or machined transparent plastic component)으로부터 구성된다.
모든 이들 디바이스들에 대한 공통은, 광원으로부터의 광이 내부 전반사에 의해, 통상적으로 플라스틱으로 만들어진 투명 가이드를 통해 가이드된다는 사실이다. 백라이팅 어플리케이션들에 대해, 광은 투명 가이드 내의 광의 전파 방향에 대해 실질적으로 직교 방향으로 방출된다. 이것은, 스캐터링 구조들(scattering structures) 또는 투명 가이드 내에 위치되는 필름들, 또는 그것의 표면 상에서 상호작용하도록, 다이렉트(direct)된 광을 통해 달성된다.
투명 광 가이드의 에지에 대한 형광 램프들 또는 LED들의 통합은 똑바른 프로세스가 아니며, 그러므로, 이들 디바이스들에 대한 생성 프로세스의 복잡성을 상당히 증가시킨다. 광원 및 광 가이드의 양호한 결합(coupling)을 달성하는 것은, 디바이스의 광학 성능에 필수적이다. 또한, 광원들의 에지 결합(edge coupling)은 이들 성분들을, 생성 프로세스 및 디바이스의 정상적인 사용 동안 기계적인 손상에 취약하게 한다.
얇은 다이렉트 리트 백라이트들(thin direct lit backlights)을 제공하도록 하는데, 광 가이드의 평면(plane)에 방출된 광을 갖는 것이 바람직하다. 추가적인 이점은, 광원들이 패널에 대해 분배되면, 얻어질 수 있고, 그래서, 광 가이드에서 가이드하는 길이를 최소화한다. 이것은 얇고 효과적인 백라이트를 만드는 이점을 갖지만, 광 균일성을 손상시켜야 하는 단점을 갖는다. 예를 들어, 이것은 광원 위 또는 근처에서 광의 보다 강한 영역들 또는 어두운 스폿들(spots)의 생성을 통한 것일 수 있다. 바람직하게는, 이들 어두운 스폿들 및/또는 광의 보다 강한 영역들은 적어도 수용가능하고 보다 바람직하게는 개선된 광 균일성을 제공하기 위해, 모습을 볼 수 없거나 적어도 감소된다. 이 문제에 대한 기존의 솔루션들은 백라이트에 상당한 두께를 부가하는 경향이 있다.
많은 백라이트들은 "에지-리트(edge-lit)" 또는 "다이렉트-리트(direct-lit)"의 카테고리들로 된다. 이들 카테고리들은 백라이트의 출력에 대해 광원들의 배치가 상이하고, 출력 영역은 디스플레이 디바이스의 뷰가능한 영역(viewable area)을 규정한다. 에지-리트 백라이트들에서, 하나 이상의 광원들은 출력 영역에 대응하는 존(zone) 외부의 백라이트 구조물의 외부 경계 또는 에지를 따라 배치된다. 광원들을 통상적으로, 출력 영역의 차수의 길이 및 폭 치수들을 가지며, 광이 출력 영역을 조명하기 위해 추출되는, 광 가이드에 광을 방출한다. 다이렉트-리트 백라이트들(direct-lit backlights)에서, 광원들의 어레이는 출력 영역 바로 뒤에 배치되고, 확산기(diffuser)가 보다 균일한 광 출력을 제공하기 위해 광원들의 정면에 놓인다. 몇몇 다이렉트-리트 백라이트들은 또한, 에지-실장된 광(edge-mounted light)을 통합하고, 그래서, 다이렉트-리트와 에지-리트 조명의 조합으로 조명된다.
광을 생성하는 것 외에, 광원들은 또한 열을 생성한다. 히트(heat)가 예컨대 액정 패널에 방산(dissipate)하면, 디스플레이 품질은 악영향을 받을 수 있다. 액정 패널로의 열의 전달이 균일성에 좋지 않기 때문에, 액정 패널 내의 액정층(liquid crystal layer)은 상이한 정도의 히팅(heating)을 받을 수 있다. 히트의 이러한 불균일 분배는 또한, 액정 디스플레이 내부의 박막 트랜지스터들의 스위칭에 영향을 줄 수 있고, 액정 패널의 전체 디스플레이 품질이 저하될 수 있다. 디스플레이들과 조합하여 사용하기 위한 백라이트 유닛을 열적으로(thermally) 관리하여 극복하려는 많은 도전들이 있다. 열 관리에 대한 문제점들을 해소하는 것은, 웨이트(weight) 또는 두께의 수용불가능한 증가를 야기하지 않아야 하며, 백라이트 유닛의 기계적인 무결성을 손상하지 않아야 한다. 또한, 백라이트 유닛의 광학 성능이 상당히 손상되지 않아야 한다.
큰 영역 LED 백 라이트 유닛들(BLUs)을 통합하는 것들과 같은, 디스플레이 제조자들이 직면하고 있는 다른 도전들은, 2-d 또는 3-d 공간 디밍(spatial dimming)으로 하여금, 높은 디스플레이 성능 및 감소된 전력 소모를 지원하게 하는, 얇고 효과적인 디바이스를 생성하는 것을 포함한다. 이것은, 에지-리트 및 다이렉트 리트 디바이스들에 대한 문제를 입증하고, 통상적으로, 보다 두꺼운 백라이트 디바이스를 야기한다. 2-d 디밍은, 디스플레이의 이미지 콘텐트가 요구된 이미지에 매칭하거나 대응하여, 상당한 전력 감소를 야기하는, 백라이트의 선택된 영역들 상에서 단지 스위칭에 의해 달성될 때에 관련된다. 3-d 디밍은 또한 컬러의 사용을 통합한다.
백라이트로부터 방출하는 광의 빔 각도 및 상기 빔 각도의 균일성은 조명되는 디스플레이의 뷰잉 각도(viewing angle) 및 효율성을 결정하는데 있어 중요하다. 백라이트에 의해 제공되는 광 출력 각도들의 범위에 대한 어느 정도의 제어가 바람직하다.
본 발명의 목적은, 상술한 하나 이상의 문제점들을 해소하는 광 가이딩 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에서, 하나 이상의 광원들이 실장되는 제 1 표면 상에 제 1 굴절률을 갖는 기판과, 광학적으로 제 1 굴절률과 같거나 작은 제 2 굴절률을 가지며, 광 출력 표면을 포함하는 제 1 가이드 층을 포함하는 광 가이드 디바이스가 제공되며, 상기 제 1 가이드 층은 제 1 표면 상에 하나 이상의 광원들을 캡슐화(encapsulate)하도록 구성되고, 상기 기판 및 가이드 층은 제 1 표면 위에 하나 이상의 광원들에 의해 생성되는 광을 가이드하기 위한 합성 구조를 형성하고, 상기 하나 이상의 광원들은 기판의 평면에 평행한 다이렉트 광 및 광 출력 표면 바로 뒤에 위치된다.
광 가이드 디바이스는 가이드된 광의 내부 전반사를 중단 또는 차단하는 하나 이상의 특징들 또는 구조물들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 가이드 디바이스는 광 출력 표면의 방향에서 그리고 제 1 표면으로부터 떨어져 광을 지향하기 위해 배치되는 하나 이상의 스캐터링 및/또는 반사 및/또는 굴절 구조물들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 스캐터링 및/또는 반사 구조물들 및/또는 굴절 구조물들은 제 1 표면에 반대하는 기판의 하부 표면 상에 그리고/또는 제 1 광 가이드 층과 기판 간의 인터페이스에 위치될 수 있다. 하나 이상의 스캐터링 및/또는 반사 및/또는 굴절 구조물들은 대안으로, 제 1 가이드 층의 상부 표면에 위치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 재지향된 광(redirected light)은 그러므로 제 1 광 가이드 층보다는 광 출력 표면으로서 기능할 수 있는 투명 기판의 하부 표면을 통해 디바이스를 빠져나온다.
광 가이드 디바이스는 광 출력 표면 위에 위치된 확산기를 포함할 수 있다.
선택적으로, 광 가이드 디바이스는 제 1 가이드 층과 접촉하여 추가적인 광 가이드 층을 포함할 수 없다. 또한, 디바이스는 선택적으로, 제 1과 제 2 광 가이드 층 사이에 그리고 하나 이상의 광원들 위에 위치되는, 하나 이상의 광 스캐터링 및/또는 반사 구조물 및/또는 굴절 구조물들을 포함하지 않을 수 있다. 하나 이상의 광원들의 은폐(concealment) 및/또는 요구된 광 균일성은 그러한 특징들의 부재시에 제공될 수 있다. 하나 이상의 광원들의 은폐 및/또는 요구된 광 균일성의 제공은 단지, 또는 실질적으로 단지 단일 광 가이드 층과 조합하여 그리고 확산기와 조합하여 기판의 평면에 법선 방향인 또는 실질적으로 법선인 광에 의해 제공될 수 있다.
하나 이상의 광원들의 은폐 및/또는 요구된 광 균일성의 제공은, 제 1 가이드 층과 접촉하여 존재할 수 있는 하나 이상의 광원들(예컨대, 측 발광 LED들) 위에 위치되는 불투명한 또는 실질적으로 불투명한 층 또는 시트(sheet)의 부재시에 제공될 수 있다. 특히, 선택적으로, 제 1 가이드 층이 기판과 불투명한 층 사이에 위치되도록 불투명한 층이 제공되지 않을 수 있다. 상기 선택적으로 배제되는 불투명한 층 또는 시트는 통상적으로, 광원(들)의 출현을 차단 또는 실질적으로 차단하도록 기능한다. 상기 선택적으로 배제되는 불투명한 층 또는 시트는 투명 영역들을 통합할 수 있는 프린트(print)된 그래픽 층(printed graphic layer)일 수 있다. 투명한 영역들은 하나 이상의 광원들 바로 위에 있지 않도록 배열될 수 있고, 그래서 필수적으로 에지-리트 타입 장치를 제공한다.
광 가이드 디바이스는 기판의 하부 표면과 접촉하여 열 본딩 물질(thermal bonding material)을 더 포함할 수 있고, 상기 하부 표면은 제 1 표면에 반대이고, 그것에 평행하거나 또는 실질적으로 평행하며, 상기 열 본딩 물질은 히트 싱크 플레이트(heat sink plate)를 접촉하고, 기판의 하부 표면과 히트 싱크 플레이트 사이에 에어 갭(air gap)을 형성한다. 열 본딩 물질은 개별 부분들로 제공될 수 있고, 하나 이상의 광원들과 라인(line) 또는 실질적으로 라인으로 위치될 수 있다. 열 본딩 물질의 불연속적인 특성은, 에어 갭 또는 갭들이 기판과 히트 싱크 플레이트 사이에 형성되어, 효과적인 히트 방산을 용이하게 한다. 이롭게는, 히트 싱크 플레이트 및 기판은 광학적으로 결합되지 않는다. 기판의 하부 표면은 여기서 기판의 제 2 표면으로서 언급될 수 있다. 그와 같이, 제 2(또는 하부) 표면은 기판의 제 1 표면에 대향한다.
하나 이상의 광원들은 적어도 기판의 평면에 평행한 일부 광을 다이렉트한다. 이롭게는, 하나 이상의 광원들은, 측 발광 LED들를 포함하거나, 그것으로 구성되거나, 필수적으로 그것으로 구성된다. 바람직하게는, 하나 이상의 광원들은 다이렉트-리트 장치에서 기판을 가로질러 측 발광 LED들의 어레이를 형성한다. 바람직하게는, 하나 이상의 광원들에 의해 방출되는 광의 부분은 광 가이드에 결합되지 않고, 광 출력 표면의 방향으로 그리고 기판에 법선 또는 실질적으로 법선으로 지향된다. 통상적으로, 이것은 하나 이상의 광원들로부터 방출된 광의 약 20% 미만, 예컨대 하나 이상의 광원들로부터 방출된 광의 약 10% 미만, 예컨대 하나 이상의 광원들로부터 방출된 광의 약 2% 이하이다. 하나 이상의 광원들은 또한, 다수의 상부 방출 LED들을 포함할 수 있다. 상부 방출 LED들은 광 출력 표면의 방향에서, 그리고 측 발광 LED들의 메인 광 출력에 실질적으로 수직으로 광을 방출한다. 측 발광 LED들의 어레이는 다이렉트-리트 장치에서 측 발광 LED들의 2차원 어레이를 형성할 수 있다. 어레이는, 적어도 기지국의 평면에 평행한 일부 광을 지향하는 방향으로 변할 수 있는 LED들의 다수의 컬럼들(columns) 및/또는 로우들(rows)을 포함하거나, 그것들로 구성되거나, 필수적으로 그것들로 구성될 수 있다. 예를 들어, LED들은, 특정한 컬럼 또는 로우에서의 LED에 대해, LED가, 그것이 상기 컬럼 또는 로우에 바로 인접하는 두 개의 LED들 중 하나와 비교할 때, 실질적으로 반대 방향으로 광을 지향할 수 있도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 인접한 LED들에 대해, 기판의 평면에 실질적으로 평행한 제 1 방향에서의 제 1 LED에 의해 생성되는 광의 방향과, 또한 기판의 평면에 실질적으로 평행한 제 2 방향에서의 제 2 LED에 의해 생성되는 광의 방향 사이의 각도는 약 180°일 수 있다. 주어진 로우 또는 컬럼에서, LED들은, 그것들이 실질적으로 직선이 되도록 위치될 수 있다. LED들은 대안적인 LED들이 직선으로 되어, 주어진 로우 또는 컬럼에서 LED들의 두 개의 실질적으로 평행한 선들을 형성하도록, 위치될 수 있다. 대안의 장치에서, LED들은 기판을 가로지르는 LED들의 반복하는 다이아몬드형 배치(repeating diamond like arrangement) 또는 어레이를 형성하여 위치될 수 있다. LED들은, 광이 LED들 모두 또는 실질적으로 LED들 모두에 대해 동일한 또는 실질적으로 동일한 방향으로 방출되도록 배열될 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따라, 광 가이드 디바이스를 생산하는 방법이 제공되며, 상기 방법은:
i. 제 1 굴절률을 갖는 기판의 제 1 표면 상에 하나 이상의 광원들을 실장하는 단계;
ii. 제 1 기판 상에 하나 이상의 광원들을 캡슐화하기 위해, 제 1 굴절률과 같거나 작을 수 있는 제 2 굴절률을 갖는 제 1 가이드 층을 제 1 표면에 부가하는 단계;
iii. 상기 하나 이상의 스캐터링 및/또는 반사 구조물들 및/또는 굴절 구조물들이 기판과 제 1 가이드 층 사이의 인터페이스에 위치되도록, 기판과 제 1 가이드 층이 조합되기 전에 제 1 가이드 층 및/또는 기판 상에 하나 이상의 스캐터링 및/또는 반사 구조물들 및/또는 굴절 구조물을 적용하거나; 또는 기판의 하부 구조 상에 하나 이상의 스캐터링 및/또는 반사 구조물들 및/또는 굴절 구조물들을 적용하거나; 또는 제 1 가이드 층의 상부 표면 상에 하나 이상의 스캐터링 및/또는 반사 구조물들 및/또는 굴절 구조물들을 적용하는 단계;
ⅳ. 기판의 제 1 표면에 대향하는 기판의 하부 표면에 히트 싱크 플레이트를 선택적으로 부가하는 단계로서, 히트 싱크 플레이트는 열 본딩 물질의 개별 부분들을 통해 상기 기판과 접촉하는, 상기 부가 단계를 포함한다.
본 발명의 제 2 양태에 따른 방법은 제 1 표면 위의 하나 이상의 광원들에 의해 생성되는 광을 가이드하는 수단을 제공한다. 광은 내부 전반사에 의해 합성 구조물 내에 가이드될 수 있다.
바람직하게는, 기판의 제 1 표면에 제 1 가이드 층을 부가하는 방법은:
i. 제 1 가이드 층 및/또는 기판의 제 1 표면 상에 액체 폴리머(liquid polymer)를 적용하는 단계; 및
ii. 제 1 가이드 층 및/또는 기판의 제 1 표면 상에 액체 폴리머를 경화시키는 단계를 포함한다.
제 1 가이드 층 및/또는 기판의 제 1 표면 상에 액체 폴리머를 적용하는 방법은 액체 폴리머를 프린트하고, 스텐실하고(stencilling), 또는 분배하는 것을 포함할 수 있다.
제 1 가이드 층 또는 제 1 표면에서 떨어져 광을 재지향하기 위해 하나 이상의 스캐터링 및/또는 반사 및/또는 굴절을 구조물들에 적용하는 단계는 패터닝된 반사 잉크 층(patterned, reflecting ink layer)을 프린팅하는 단계를 포함할 수 있다.
광원들에 대한 가이드 층의 배치는, 광원들에 대한 개선된 기계적인 보호를 나타내는 광 가이드 디바이스를 제공한다. 또한, 생산하기에 간단하고, 디바이스 내의 광의 개선된 광학적인 결합을 나타내는 디바이스가 제공된다. 발생된 광은 내부 전반사의 영향들로 인해 가이드 층과 기판 둘 모두 내에서 가이드될 수 있다.
기판과 제 1 광 가이드 층은 하나 이상의 광원들에 의해 생성되는 광에 대해 광 투과적(transmissive)이고, 바람직하게는 투명하다. 용어 "투명한, "불투명한", 및 "투과적인"은 포함된 광원들에 의해 생성되는 광의 파장에 대해 디바이스의 특정 성분들의 광학적인 특성에 관련된다.
본 발명의 제 3 양태에 따라, 본 발명의 제 1 양태를 포함하는 다양한 양태들에 따르는 광 가이드 디바이스를 포함하는 디스플레이 디바이스가 제공된다. 디스플레이 디바이스는 액정 디스플레이 디바이스일 수 있고, 그러므로, 액정 패널로서 언급될 수 있는 액정 셀을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들이 아래의 예들 및 첨부된 도면들을 참조하여, 제한없이 단지 예로써 이제 설명된다.
본 발명은 다음의 하나 이상의 이점들, 즉 사용시에 뷰될 때 감소된/어둡지 않은 스폿들을 갖는 보다 균일한 광 가이드 디바이스(균일한 또는 실질적으로 균일한 휘도를 포함함); 낮은 전력 요구사항들을 야기하는 효과적인 광 분배; 보다 얇고, 보다 밝은 구조; 감소된 수의 시스템 성분들을 포함하는 디바이스를 제공한다. 본 발명에 따른 디바이스들은 이롭게는 2-d 및 3-d 디밍을 위해 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 광원들로부터 광 가이드로 개선된 광학적 결합, 광 가이드에서 최소 광학 손실을 야기하는 짧은 평균 광학 경로 길이들, 최소 표면 스캐터링 및 이롭게 추출된 광 빔 프로파일들을 제공한다. 예를 들어, 본 발명은 바람직한 분배 각도들, 예컨대 전체 폭 절반의 최대값(full width half maximum)에서 정상으로부터 약 +/- 30°를 프로세싱하는 추출된 광의 양호한 균일성을 제공할 수 있다. 또한, 이들 특징들은 >80인치(대각선)까지 스케일가능한 상당히 광학적으로 효과적인(예컨대 약 90% 이상) 백라이트를 제공하도록 기능한다.
도 1은 본 발명에 따르는 광 가이드 디바이스를 도시하는 도면.
도 2는 히트 싱크 플레이트를 포함하는 본 발명에 따르는 광 가이드 디바이스를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따르는 백라이트의 이미지를 도시하는 도면.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따르는 광원들의 특정한 배치들을 도시하는 도면들.
도 1에서, 측 엘리베이션(side elevation)에서 광 가이드 디바이스(1)는 폴리에스테르 또는 폴리카보네이트(polycarbonate)와 같은 투명 폴리머 시트로부터 만들어지고, 굴절률(n2)을 갖는 투명 기판(2)을 포함한다. 투명 기판(2)의 상부에, LED들의 형태로 다수의 광원들(3)이 본딩된다. 전기 본딩들은 (3a)에 나타내진다. LED들 간의 거리는 통상적으로 약 10mm 내지 약 200mm이다. 도시된 LED들은 측 발광 LED들이고, LED들로부터 방출되는 광의 방향은 (5)에서 나타내지고, 기판의 평면에 평행하게 지향된다. 대안의 실시예에서, 다수의 상부 방출 LED들이 또한 제공될 수 있다. 투명 기판(2)의 상부 표면의 나머지 영역 및 LED들을 커버하는 것은, 또한 플라스틱 폴리머로부터 형성되고, 굴절률(n4)을 갖는 제 1 투명 가이드 층(4)이다. 패턴된 반사 링크 층의 형태로 스캐터링 구조물(6)이 투명 기판의 하부 표면에 위치된다.
투명 기판(2)과 제 1 투명 가이드 층(4) 간의 주변 인터페이스(perimeter interface)에서, 캐비티 층 구조물(cavity layer structure)(도시되지 않음)은 LED들(3)이 내장될 수 있는 적절한 캐비티를 형성하기 위해 포함될 수 있다.
투명 기판과 제 1 투명 가이드 층의 굴절률들은, 그것들이 부등식 n2≥n4를 만족시키도록 될 수 있다.
LED 광원들에 의해 생성되는 광은, 투명 기판(2)에 의해 규정되는 평면에 실질적으로 평행한 방향으로 전파하도록 투명 가이드 층에 초기에 결합된다. 생성된 광은 내부 전반사의 영향으로 인해 투명 가이드 층과 투명 기판 둘 모두 내에서 가이드된다. 그러므로, 투명 기판 및 투명 가이드 층 또는 층들은, 캡슐화된 LED 광원들(3)에 의해 생성된 광에 대한 가이딩 매체로서 작용하는 합성 구조물을 형성한다.
광이 스캐터링 구조물(6)까지 전파할 때, 그것은 재지향되도록 이 구조물과 상호작용하고, 그래서 투명 가이드 층의 상부 표면을 통해 디바이스를 빠져나오고(7), 그래서 백라이팅 펑션을 제공한다. 스캐터링 및/또는 반사 구조물들 및/또는 굴절 구조물들(6)은 높은 반사 화이트 잉크 도트들(highly reflective white ink dots)을 포함할 수 있다. 도트 사이즈 및/또는 피치(pitch)는 스캐터링 효과들을 미세 동조(fine tune)하기 위해 변경될 수 있다.
도 2에서, 히트 싱크 플레이트(8)는 열 본딩 물질(9)의 개별 부분들을 통해 기판(2)의 하부 표면에 접촉된다. 에어 갭(10)은 열 본딩 물질의 개별 부분들의 사용을 통해 형성된다. 추가적인 광 반사 구조물(11)은 선택적으로, 기판(2)의 하부 표면 또는 히트 싱크 플레이트(8)의 상부 표면 상에 도입될 수 있다.
광원들의 출력과 광 가이딩 매체 간에 에어 갭이 존재하지 않는다는 사실의 결과로서, 투명 가이드 층은 디바이스 내에서 광을 광학적으로 결합하는 보다 단순하고 개선된 수단을 제공한다.
도 3은 백라이트 유닛(25)의 취해진 이미지이다. 다수의 측 발광 LED들(26)(모두 라벨링되지는 않음)은 로우들로 배치되어 도시된다. LED들은 또한, 컬럼으로(즉, 90° 회전함으로써) 제공될 수 있다. 측 발광 LED들은 백라이트의 평면에 광(27)을 방출하고, 기판과 실질적으로 평행하다. 이 특정 실시예에서, LED는 LED들의 주어진 로우에서 그것의 중간 이웃들에 대해 실질적으로 반대 방향으로 광을 방출한다. 백라이트는 광원들의 그러한 배치를 포함하고, 그것으로 구성되고, 또는 필수적으로 그것으로 구성될 수 있다. 주어진 로우 또는 컬럼에서, LED들은 그것들이 실질적으로 직선으로 되도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 도시된 바와 같이, LED들은, 대안의 LED들이 직선으로 되어, 주어진 로우 또는 컬럼에서 LED들의 실질적으로 평행한 두 개의 라인들을 형성하도록 위치될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따르는 LED들의 선호된 배치를 도시한다. 다수의 측 발광 LED들(30)(모두 라벨되지는 않음)은 로우들 및 컬럼들에서 배열되어 도시되고, 백라이트에 대해 LED들의 반복 다이아몬드형 배치 또는 어레이를 형성한다. LED들은, 광(31)이 동일한 또는 실질적으로 동일한 방향으로, 즉 백라이트의 평면에 방출되고, LED들의 모두 또는 실질적으로 모두에 대해 기판과 실질적으로 평행하도록, 배열된다. 도 4에 도시된 실시예들에서, x 및 y 좌표들이 도시되어 있다. 주어진 로우(x 축)에서 LED들의 중심 포인트 간의 거리는 약 24mm일 수 있다. 주어진 컬럼(y 축)에서 LED들의 중심 포인트 간의 거리는 약 24mm일 수 있다. 인접한 로우들에서 x 축 배위는 약 12mm일 수 있다(이것은 xl로써 나타내짐). LED들의 인접 로우들 간의 거리는 약 12mm일 수 있다(이것은 yl로서 나타내짐). 이 공간 관계는 백라이트의 전체(entirety)를 통해 또는 실질적으로 전체를 통해 반복될 수 있다. 이 공간 관계는 xl = yl(또는, 실질적으로 같음)로써 더 일반적으로 설명될 수 있다. 이 배치는 특히, 다수의 이유들에 대해 이롭다. 예를 들어, 이것은 완전한 백라이트에 대해 약 10mm 이하의 두께에서 달성될 수 있는 특히 양호한 휘도 균일성에 대한 제공을 포함한다. 다른 이점들은; 열적 로드(thermal load)의 효과적인 확산; 백 플레이트(back-plate)의 존재가 시각적으로 분명하지 않음; 광 가이드에서 경로 길이를 최소화하기 위한 선호된 스페이싱 분배(spacing distribution)(즉, 광학 손실이 최소화됨); 전기 배선이 용이하다는 점을 포함한다.
도 5는 본 발명에 따르는 LED들의 추가적인 배치를 도시한다. 다수의 측 발광 LED들(40)(모두 라벨되지는 않음)은 로우들 및 컬럼들로 배치되어 도시되고, 백라이트를 가로질러 LED들의 반복하는 오프-세트 다이아몬드형 배치 또는 어레이를 형성한다. LED들은, 광(41)이 백라이트의 평면에 방출되고, LED들의 모두 또는 실질적으로 모두에 대해, 기판과 실질적으로 평행하도록, 배치된다. 광은 교호하는 로우들에서 반대 방향들 또는 실질적으로 반대 방향들로 지향된다. 도 5에 도시된 실시예에서, x 및 y 좌표들이 도시되어 있다. 주어진 로우(x 축)에서 LED들의 중심 포인트 간의 거리는 약 24mm일 수 있다. 주어진 컬럼(y 축)에서 LED들의 중심 포인트 간의 거리는 약 24mm일 수 있다. 인접 로우들에서 x 축 배위는 약 10.5mm(이것은 xll로써 나타내짐), 약 13.5mm(이것은 xlll로써 나타내짐)일 수 있다. LED들의 인접 로우들 간의 거리는 약12mm(이것은 yll로써 나타내짐)일 수 있다. 이 공간 관계는 백라이트의 전체 또는 실질적으로 전체를 통해 반복될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따르는 LED들의 추가적인 배치를 도시한다. 다수의 측 발광 LED들의 쌍들(50, 51)(모두 도시되지는 않음)은 로우들 및 컬럼들에서 배치되어 도시되고, 백라이트를 가로질러 LED들의 반복하는 배치 또는 어레이를 형성한다. LED들은, 광(52)이 백라이트의 평면에 방출되고, LED들 모두 또는 실질적으로 모두에 대해, 기판과 실질적으로 평행하도록, 배치된다. 광은 각각의 쌍에서 LED들에 대해 반대 방향들 또는 실질적으로 반대 방향들로 지향된다. 도 6에 도시된 실시예에서, x 및 y 좌표들이 도시되어 있다. 주어진 로우(x 축)에서 LED들의 인접 쌍들의 중심 간의 거리는 약 48mm일 수 있다. 주어진 컬럼(y 축)에서 LED들의 중심 포인트 간의 거리는 약 24mm일 수 있다. 인접한 로우들에서 LED들의 쌍들의 x 축 배위는 약 12mm(이것은 xIV로써 나타내짐) 및 36mm(이것은 xV로써 나타내짐)일 수 있다. LED들의 인접한 로우들간의 거리는 약 12mm(이것은 ylll로써 나타내짐)일 수 있다. 이 공간 관계는 백라이트의 전체 또는 실질적으로 전체를 통해 반복될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따르는 LED들의 추가적인 배치를 도시한다. 다수의 측 발광 LED들의 쌍들(60, 61)(모두 도시되지는 않음)은 로우들 및 컬럼들에서 배치되어 도시되고, 백라이트를 가로질러 LED들의 반복하는 배치 또는 어레이를 형성한다. 배치는 도 6에서 도시된 것과 유사하다. 하지만, LED의 쌍들은 보다 규칙적인 다이아몬드형 반복 패턴으로 배열된다. LED들은, 광(62)이 백라이트의 평면에 방출되고, LED들 모두 또는 실질적으로 모두에 대해, 기판과 실질적으로 평행하도록, 배치된다. 광은 각각의 쌍에서 LED들에 대해 반대 방향들 또는 실질적으로 반대 방향들로 지향된다. 도 7에 도시된 실시예에서, x 및 y 좌표들이 도시되어 있다. 주어진 로우(x 축)에서 LED들의 쌍들 간의 가장 긴 거리는 약 48mm일 수 있다. 주어진 컬럼(y 축)에서 LED들 간의 거리는 약 24mm일 수 있다. 인접한 로우들에서 LED들의 쌍들의 x 축 배위는 약 24mm(이것은 xVI로써 나타내짐)일 수 있다. LED들의 인접한 로우들간의 거리는 약 12mm(이것은 yIV로써 나타내짐)일 수 있다. 이 공간 관계는 백라이트의 전체 또는 실질적으로 전체를 통해 반복될 수 있다.
기판
기판은 광 투과적이며, 투명할 수 있다. 기판은 폴리에스테르 또는 폴리카보네이트와 같은 투명 폴리머로부터 형성될 수 있다. 투명 기판의 두께는 통상적으로, 대략 약 0.1mm 예컨대 약 0.1mm 내지 약 0.2mm의 범위에서 있다. 기판의 굴절률은 통상적으로 1.5와 같거나 크다. 예를 들어, 기판의 굴절률은 1.50 내지 1.58일 수 있다.
기판은 하나 이상의 상기 마이크로구조들과 접촉하여 잉크를 갖는 마이크로구조화된 필름이거나 아닐 수 있고, 여기에서, 상기 잉크는 상기 마이크로구조로부터 탈출하는 광의 양을 감소시킨다. 대안으로, 마이크로구조화된 필름은 기판에 적용될 수 있다. BEF들(Brightness Enhancement Films)은 본 발명에서 사용하기에 적절한 마이크로구조화된 필름들이다. 마이크로구조화된 필름의 적절한 예는 상업적으로 3M으로부터 이용가능한 BEF Ⅲ 밝기 인헨스먼트 필름이다. 이 범위로부터의 특정 필름은 두께 127 마이크론의 폴리에스테르 기판으로부터 형성되고, 아크릴 폴리머에서 한 방향으로 변하는 프리즘 구조를 갖는다. 프리즘 구조는 28 마이크론 높이이고, 50마이크론의 피치를 가지며, 프리즘 각도는 90°이다. 잉크로 적절히 수정된 그런한 필름은 본 발명에서, 광이 프리즘 방향에 평행한 에지들 중 하나로부터 입력되면, 스캐터링된 광의 비대칭형 빔 각도를 갖는 백라이트를 생성하도록 사용될 수 있다. 마이크로구조물들에 적용될 수 있는 잉크는 광 투과적일 수 있다. 광 투과 잉크(light transmissive ink)는 마이크로구조물들을 평탄화(planarising) 또는 평활화(flattening)의 효과를 가지며, 필름 층에 대한 내부 전반사에 의한 광 가이딩을 용이하게 한다. 광 투과 또는 투명 잉크는, 그것이 배치되는 마이크로구조물에서 필름으로부터 탈출하는 광의 양을 감소시킨다. 이론에 구속되고자 함이 없이, 광 가이드 플레이트를 통한 내부 전반사에 의해 가이드되는 광이 평탄화된 필름 층과 에어(air) 사이의 인터페이스에서 실질적으로 평활한 표면을 접하게 된다고 믿는다. 실질적으로 평활한, 평탄화된 표면은 내부 전반사를 유지하고, 광은 광 가이드 디바이스 내에서 지속적으로 가이드된다. 잉크로 수정되지 않은 구조화된 표면은 내부 전반사를 중단시킴으로써 광 가이드 디바이스로부터 벗어나도록 광을 스캐터링한다. 반사 잉크(reflective ink)는 또한, 광 가이드 디바이스로부터 벗어나 광의 추출을 용이하게 하고, 광이 추출되는 방향을 제어하기 위한 대안의 수단으로서 마이크로구조물들 상에 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용하기 위한 적절한 반사 잉크들은 금속 로딩된 폴리머들(metal loaded polymers)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 잉크의 굴절률들 및 마이크로구조물은 가능한 가깝게 매치해야 한다. 예를 들어, 굴절률들의 차이는 약 2% 이하, 보다 바람직하게는 약 1% 이하이어야 한다.
통상적으로 폴리머 물질인 잉크는 다수의 방법들 중 어느 하나에 따라 특징들의 얇은 패턴을 형성하기 위해 필름의 마이크로구조화된 표면에 적용될 수 있고, 부가적인 프린팅 프로세스로서 일반적인 용어로 언급될 수 있다. 예를 들어, 종래의 스크린 프린팅은 프린트되도록 요구되는 패턴에 대응하는 오프닝들(openings)을 갖는 메시 스크린(mesh screen)의 사용을 포함한다. 이 패턴은 평탄화될 마이크로구조물들의 요구된 영역들로의 잉크의 볼륨(volume)의 정확한 전달을 용이하게 한다. 적절한 UV 경화 잉크(curing ink)는 아크릴 기반인, 투명 UV 경화 폴리머 스크린 프린트가능 잉크인 윈도우텍스 글로스(Windowtex Gloss)이고, 상업적으로 맥더미드 오토타입(MacDermid Autotype)으로부터 이용가능하다. 본 발명에서 사용하기 위한 적절한 잉크들은 UV 또는 솔벤트(solvent) 경화될 수 있는 것들을 포함한다. 부가적인 프린팅 방법들의 다른 적절한 예들은 스텐실 프린팅, 잉크 제트 프린팅, 플렉소그래픽 프린팅(flexographic printing) 및 다른 공지된 리소그래픽 기술들(lithographic techniques)을 포함한다.
잉크는 양들 및 모양들이 변화하는 경우에 적용될 수 있다. 이것은, 잉크가 광원에 얼마나 가깝게 배치되는지에 의존한다. 광의 세기는 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 작아진다. 이것을 고려하면, 보다 가깝게 이격되는 보다 큰 사이즈의 광 투과 잉크 도트들이 광원의 위치에 가깝게 배치될 수 있어, 평탄화되지 않은 마이크로구조물의 작은 영역들을 야기하는 반면에, 보다 넓게 이격되는 보다 작은 사이즈의 광 투과 잉크 도트들이 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 배치될 수 있어, 평탄화되지 않은 마이크로구조물의 큰 영역들을 야기한다.
광원들
광원은 백라이팅에 사용하기에 적절한 것들을 포함하는, 기술분야의 당업자들에 알려진 것들 중 어느 하나일 수 있다. 그러한 광원들은 하나 이상의 LED들을 포함한다. 광은 비지향적(non-directional)일 수 있다. LED들은 에지-발광(edge-emitting), 측 발광(side emitting), 상부 발광(top emitting) 또는 베어 다이(bare die) LED들을 포함하는, 기술분야의 당업자에게 알려진 설계들 중 하나일 수 있다. LED들은 하나 이상의 컬러들의 범위로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, LED들은 화이트일 수 있다. 화이트 광은 또한, 레드(red), 그린(green), 및 블루(blue) LED들을 조합함으로써 생성될 수 있다. 통상적으로, 본 발명에서 사용하기에 적절한 LED는 각각의 치수가 약 1mm 정도이다.
광원들은 광 가이드에 광의 실질적으로 전부 또는 대부분을 지향하도록 배치된다. 이롭게는, 그것들은, 광이 기판의 평면에 대해 평형하게 또는 실질적으로 평행하게 지향되는, 측 발광 LED들로부터 선택된다. 보다 이롭게는, 광의 부분이 광 가이드로 결합되지 않지만, 출력 표면의 방향으로 전파하도록 허용된다. 예를 들어, 하나 이상의 광원으로부터 방출된 광의 약 20% 미만, 예컨대, 하나 이상의 광원들로부터 방출된 광의 약 10 미만, 예를 들어 광의 약 2% 미만이 그러한 방식으로 전파하도록 허용된다. 이 광으로 하여금 출력 표면 쪽으로 전파하도록 허용하는 효과는, 광원들의 모습이 일반적인 사용시에 뷰될 때 은폐되고, 광이 보다 균일하게 분포된다는 점이다. 특히, 이 광은 확산기로 하여금, 다른 종래의 백라이트들에서보다 광 가이드 층에 보다 가깝게 위치되도록 허용한다.
이롭게는, 하나 이상의 광원들은 다이렉트-리트 백라이트 유닛들을 포함하여, 다이렉트-리트 광 가이드 디바이스들을 제공하도록 배열된다. 하나 이상의 광원들은 다이렉트-리트 배치에서 기판을 가로질러 광원들의 어레이를 형성할 수 있다. 이 배치는 종래의 배치들에 비해 양호한 열 솔루션(thermal solution)을 제공하도록 기능한다. 이 다이렉트-리트 배치는 기판의 전체, 또는 실질적으로 전체를 가로질러 일련의 로우들 및 컬럼들을 형성하는 광원들의 어레이로 구성될 수 있다. 예를 들어, 어레이는 다이렉트-리트 배치에서 측 발광 LED들의 어레이를 포함하거나, 그것으로 구성되거나, 또는 필수적으로 그것으로 구성될 수 있다. 이러한 어레이는 또한 다수의 탑 발광 LED들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 광원들은 기판을 가로질러 일정한 반복 패턴으로 배치될 수 있다.
전기 트랙들(electrical tracks)은 투명할 수 있는 기판 상에서 패터닝될 수 있고, 그래서 하나 이상의 광원들을 위한 전기 본딩 패드들(electrical bonding pads) 및 외부 전기 구동 장비를 위한 전기 접속들을 형성한다. 전기 트랙들은 예컨대 구리 또는 금을 사용하는 에칭 방법들에 의해, 또는 예컨대 은 로딩된 접착물(silver loaded adhesive)을 사용하는 부가 스크린 프린팅 방법들(additive screen printing methods)에 의해 패터닝될 수 있다. LED 광원들은 솔더링 또는 전도 접착 방법들(soldering or conducting adhesive methods)에 의해 전기 본딩 패들에 전기적으로 그리고 기계적으로 부착될 수 있다.
가이드 층
통상적으로, 백라이트 유닛에서 사용하기에 적절한 가이드 층(또한 광 가이드 층으로서 언급될 수 있음)은 투명할 수 있다. 가이드 층은 통상적으로 약 1mm의 두께인 투명한 가요성 플라스틱 폴리머 층(transparent flexible plastic polymer layer)을 포함할 수 있다. 가이드 층의 굴절률은 약 1.46 내지 1.56의 굴절률을 가질 수 있다.
가이드 층은, 아크릴들, 우레탄들(urethanes) 또는 폴리카보네이트들을 포함하는, 이용가능한 폴리머들의 범위로부터 만들어질 수 있다.
가이드 층 및 기판은 표준 라미네이션 기술(standard lamination technique)을 사용하여 조합될 수 있다. 그러한 기술은 기판 및 가이드 층보다 높은 굴절률을 갖는 투명 접착물의 사용을 요구할 수 있다. 가이드 층 및 기판은 제조 동안 광학적으로 조인(join)될 수 있다. 가이드 층과 기판을 조합하는 방법은 액체 폴리머 층을 적용 및 경화하는 것을 포함할 수 있다. 경화 방법들은 UV, 열 또는 2 파트 경화(two-part curing)를 포함하는 하나 이상의 기술들을 이용할 수 있다. 상기 방법은 액정 폴리머를 프린팅, 스텐실, 또는 분배하는(dispensing) 것을 포함할 수 있다. 광학적으로 조인된다는 것은, 광학적으로 이들 층들이 효과적으로 구별불가능한 그러한 방식으로 상기 층들이 조합됨을 나타낸다.
광 스캐터링 및/또는 반사 및/또는 굴절 구조물들
광 가이드 디바이스는 가이드된 광의 내부 전반사를 중단시키는 하나 이상의 특징들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 가이드 디바이스는, 가이드된 광의 내부 전반사를 방행하는 광 스캐터링 및/또는 반사 및/또는 굴절 구조물들을 더 포함할 수 있다. 상기 구조물들의 적용은 표준 프린팅, 마이크로몰딩, 마이크로스탬핑(microstamping), 및 마이크로엠보싱(microembossing) 기술들을 사용하여 달성될 수 있다. 적절한 스캐터링 구조물들은 패턴된 반사 잉크 층의 형태로 될 수 있다. 적절한 스캐터링 특징들은 고 반사 화이트 프린트된 잉크 도트들을 포함한다. 그러한 배치에서, 각각의 도트는 가이드된 광의 내부 전반사를 방해하고, 광으로 하여금 랜덤하게 스캐터되게 하며, 광 가이드로부터 탈출하게 한다. 도트들의 사이즈 및/또는 피치는 균일한 광 스캐터를 보장하도록 변할 수 있다.
폴리머 물질일 수 있는 잉크는, 다수의 방법들 중 어느 하나의 방법에 따라, 특징들의 얇은 패턴을 형성하기 위해 기판 또는 가이드 층에 적용될 수 있고, 부가 프린팅 프로세스로서 일반적인 용어로 언급될 수 있다. 예를 들어, 종래의 스크린 프린팅은 프린팅도록 요구되는 패턴에 대응하는 오프닝들을 갖는 메시 스크린의 사용을 포함한다. 이 패턴은 가이드 층의 요구된 영역들로의 잉크의 볼륨의 정확한 전달을 용이하게 한다. 본 발명에서 사용하기에 적절한 잉크들은 UV 또는 솔벤트 경화될 수 있는 것들을 포함한다. 부가 프린팅 방법들의 다른 적절한 예들은 스텐실 프린팅, 잉크 제트 프린팅, 플렉소그래픽 프린팅(flexographic printing) 및 다른 공지된 리소그래픽 기술들(lithographic techniques)을 포함한다. 잉크는 양들 및 모양들이 변화하는 경우에 적용될 수 있다.
다른 적절한 구조물들은, 상기 표면을 만족하게 하고, 폭, 깊이 및 피치가 독립적으로 약 1 내지 약 1000마이크론, 바람직하게는, 약 5 내지 약 50 마이크론, 보다 바람직하게는 약 20 내지 약 50마이크론의 스케일로 배열되는, 복수의 3차원 특징들 또는 불규칙성들(irregularities)을 포함하는 마이크로구조화된 표면들을 포함한다. 본 발명에서 사용하기에 적절한 특별한 타입들의 마이크로구조물들, 또는 특징들은 프리즘들, 피라미드들, (마이크로)렌즈들 예컨대, 원통형 또는 원형 렌즈들, 및 랜덤 확산 구조물들(random diffusing structures)을 포함한다.
프리즘 기반의 마이크로구조물들은 약 50마이크론들의 피치를 갖는 표면의 전체를 가로질러 한 방향으로 변하는 톱니 모양 구조물을 가질 수 있고, 피치는 인접한 마이크로구조물의 중심 간의 거리이다. (마이크로)렌즈들은, 낮은 초점 거리로 이뤄질 수 있고, 약 10 내지 20 마이크론들의 스케일로 표면을 가로질러 분포되는, 렌즈들의 일정하거나 랜덤한 분포를 갖는다. 확산 구조물들은 또한 약 10 내지 100마이크론의 스케일(깊이 및 피치)인 랜덤 표면 텍스처(random surface texture)를 가질 수 있다.
광 스캐터링 및/또는 반사 및/또는 굴절 특징들은 또한, 광 추출 특징으로서 언급될 수 있다.
히트 싱크 플레이트( heat sink plate )
히트 싱크 플레이트는, 투명할 수 있는 기판 뒤에 그리고 그것에 실질적으로 평행하게 위치될 수 있고, 열 본딩 물질의 개별 부분들을 통해 기판에 접속될 수 있다. 열 본딩 물질은 이롭게는 하나 이상의 광원들을 갖는 라인에 또는 실질적으로 라인에 위치될 수 있다. 열 본딩 물질의 개별 부분들의 포지셔닝(positioning)은 기판과 히트 싱크 플레이트 사이 그리고 열 본딩 물질의 개별 부분들 사이에 위치되는 에어 갭이 존재한다는 것을 의미한다. 에어 갭은, 히트 싱크 플레이트가 광 가이딩 메커니즘으로 간섭하지 않으며, 가이드된 광의 내부 전반사를 중단시키는 특징들로부터 균일한 광 스캐터링, 예컨대 스캐터링 특징들을 보장한다는 것을 의미한다. 이롭게는, 기판 및 히트 싱크 플레이트는 광학적으로 결합되지 않는다. 백라이트 반사기 요소(backlight reflector element), 예컨대 필름은 광학 효과를 향상시키기 위해 에어 갭 또는 갭들 주변에 위치될 수 있다. 예를 들어, 백라이트 반사기 필름은 기판의 하부 표면 상에 및/또는 히트 싱크 플레이트의 상부 표면 상에 위치될 수 있다.
히트 싱크 플레이트는 히트의 소산을 돕는 물질들로 만들어질 수 있다. 적절한 예들은 알루미늄과 같은 금속들을 포함한다. 히트 싱크 플레이트는 통상적으로, 약 0.2 내지 10mm 두께, 예컨대 약 2mm의 두께 또는 그 미만이다. 열 본딩 물질은 에폭시 또는 실리콘과 같은 접착물일 수 있고, 또는 그것은 압축 민감 접착 테이프(pressure sensitive adhesive tape) 또는 높은 열 도전성을 갖는 스크린/스텐실 프린트가능 폴리머일 수 있다. 접착물은 니들(needle)을 사용하여, 또는 스크린 프린팅을 사용함으로써 적용될 수 있다. 접착 테이프는 표준 테이핑 머신(standard taping machine)을 사용하여 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 히트 싱크 플레이트의 사용은 보다 넓은 온도 범위에서 보다 높은 전류로 동작하는 수단을 제공한다. 보다 높은 전류에서 동작함으로써 광 출력은 증가되고, 광원들, 예컨대 LED들의 수를 감소시킬 수 있다.
기판 및 히트 싱크는 라미네이션 기술들을 사용하여 조합될 수 있다.
확산기
확산기는 종래의 광 가이드 디바이스들과 비교할 때, 광 가이드 층에 보다 가깝게 위치될 수 있다. 예를 들어, 광 가이드 층의 상부에서 확산기의 바닥까지의 거리는 약 12nm보다 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 거리는 약 9mm 또는 약 2nm만큼 낮을 수 있다. 통상적으로, 광 가이드 층과 확산기 간의 거리는 약 2mm보다 크다.
확산기는 종래의 스페이싱 배치에 의해 광 가이드 층으로부터 분리되어 유지될 수 있다. 예를 들어, 스페이싱 요소는 광 가이드 층의 에지 주변에 위치된다. 확산기는 백라이트들에 사용되는 종래의 확산기들로부터 선택될 수 있다.
광 가이드 디바이스들의 사용들
본 발명에 따른 광 가이드 디바이스들은 조명, 백라이트들, 신호계(signage) 및 디스플레이 목적들을 포함하는 펑션들의 범위를 위해 이용될 수 있다.
액정 디바이스들은 기술분야에 잘 알려져 있다. 투과 모드(transmissive mode)에서 동작하는 액정 디스플레이 디바이스는 통상적으로, 액정 패널로서 또한 언급될 수 있는 액정 셀, 광 가이드 디바이스를 포함할 수 있는 백라이트 유닛, 및 하나 이상의 편광기들(polarisers)을 포함한다. 액정 셀들은 또한, 잘 알려진 디바이스들이다. 일반적으로, 액정 셀들은 통상적으로, 액정 물질의 층이 사이에 배치되는 두 개의 투명 기판들을 포함한다. 액정 디스플레이 셀은 투명 도전 전극들로 그것들 내부 면들 상에 각각 코팅될 수 있는 두 개의 투명 플레이트들을 포함할 수 있다. 정렬 층(alignment layer)은, 액정 물질(liquid crystalline material)을 구성하는 분자들(molecules)이 선호된 방향으로 라인 업(line up)하는 순서로 셀의 내부 면들 상에 도입될 수 있다. 투명 플레이트들은 적절한 거리, 예컨대 약 2마이크론으로 스페이서(spacer)에 의해 분리된다. 액정 물질은, 흐름 채움(flow filling)에 의해 그것들 간에 스페이스를 채움으로써 투명 플레이트들 사이에 도입된다. 편광기들은 셀의 정면 및 후면에 배열될 수 있다. 백라이트 유닛은 종래 수단을 이용하여 액정 셀 뒤에 위치될 수 있다. 동작시에, 투과 모드에서 동작하는 액정 셀은 광 가이드 디바이스를 포함할 수 있는 백라이트 유닛과 같은 광원으로부터 광을 변조한다.
예 1
본 발명에 따른 디바이스는 아래와 같이 구성되었다. 투명 폴리에스테르의 0.125mm 두께 시트가 기판으로서 사용되었다. 잉크의 화이트 라인들을 포함하는 스캐터링 구조물은 폴리에스테르 필름의 하측(underside) 상에 프린트되었다. 사용되는 잉크는 상업적으로 이용가능한 화이트 아크릴 기반의 UV 경화 폴리머 스크린 프린트가능 잉크를 사용하였다. 폴리에스테르 필름의 반대(또는 상부) 측 상에서, 기판 상에 다수의 LED들(Stanley Tw1145ls-tr)을 실장하고, 도전 잉크 트랙들 상에 적절히 전기 접속들을 제공하기 위해, 도전 트랙들(은 입자(silver particle) 로딩된 도전 에폭시) 및 도전 접착물이 프린트되었다. 약 0.7mm 깊이의 캐비티가 캐비티 층 구조를 사용하여 기판 경계 주변에 형성되었다. 캐비티는 이후 UV 경화 투명 폴리머(Dymax 4-20688)로 채워져서, 제 1 광 가이드 층을 형성한다. 스페이싱 요소가 위치되고, 제 1 광 가이드 층 상에 확보되고, 확산기(Shin Wha 97% haze film)가 스페이싱 요소 상에 위치되었다. 광 가이드 층에 대한 확산기의 거리는 9mm이다. LED들은 광 가이드 층 및 확산기에 결합되지 않은 과의 조합에 의해, 위로부터의 관찰로부터 은폐되었다. 2mm 두께의 얇은 알루미늄 히트 싱킹 플레이트가 열 본딩 물질의 개별 국부화된 섹션들(discrete localised sections)을 통해 기판에 고정되었다. 광의 양호한 균일성이 추출된 광으로부터 관찰되었다.
1 : 광 가이드 디바이스 2 : 투명 기판
3 : 다수의 광원들 3a : 전기 본딩들
4 : 제 1 투명 가이드 층 6 : 스캐터링 구조물
8 : 히트 싱크 플레이트 9 : 열 본딩 물질
10 : 에어 갭 11 : 광 반사 구조물

Claims (23)

  1. 광 가이드 디바이스에 있어서,
    하나 이상의 광원들이 실장되는 제 1 표면 상에 제 1 굴절률을 갖는 기판, 및 상기 제 1 굴절률과 같거나 작은 제 2 굴절률을 가지며, 광 출력 표면을 포함하는 제 1 가이드 층을 포함하며,
    상기 제 1 가이드 층은 상기 제 1 표면 상에 상기 하나 이상의 광원들을 캡슐화(encapsulate)하기 위해 배치되고, 상기 기판 및 상기 가이드 층은 상기 제 1 표면을 통해 상기 하나 이상의 광원들에 의해 생성된 광을 가이드하기 위한 합성 구조물(composition structure)을 형성하고, 상기 하나 이상의 광원들은 광 출력 표면 바로 뒤에 위치되고, 상기 기판의 평면에 평행하게 광을 지향(direct)하는, 광 가이드 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 제 1 표면으로부터 떨어져 그리고 상기 광 출력 표면의 방향으로 광을 지향하기 위해, 가이드된 광의 내부 전반사(total internal reflection)를 중단시키는 하나 이상의 특징들(features)을 포함하는, 광 가이드 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가이드된 광의 상기 내부 전반사를 중단시키는 상기 특징들은 반사(reflecting) 및/또는 스캐터링(scattering) 및/또는 굴절 구조물들(refractive structures)을 포함하는, 광 가이드 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 가이드 디바이스는 상기 기판의 상기 제 1 표면으로부터 떨어져 광을 지향하기 위해 배열된 하나 이상의 반사 광 스캐터링 구조물들을 포함하는, 광 가이드 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 및 광 가이드 층은 광 투명 폴리머들로부터 형성되는, 광 가이드 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판 및/또는 광 가이드 층은 가요성 광 투명 폴리머 또는 폴리머들로부터 형성되는, 광 가이드 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 약 0.1mm 두께인, 광 가이드 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은 하나 이상의 LED들로부터 선택되는, 광 가이드 디바이스.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 LED들은 측-발광 LED들(side-emitting LEDs)을 포함하거나, 그것으로 구성되거나, 그것으로 본질적으로 구성되는, 광 가이드 디바이스.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 LED들은 다이렉트-리트 배치(direct-lit arrangement)에서 상기 기판을 가로질러 측 발광 LED들의 어레이를 형성하는, 광 가이드 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어레이는 탑 발광 LED들(top emitting LEDs)을 추가로 포함하는, 광 가이드 디바이스.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    히트 싱크 플레이트(heat sink plate)가 상기 기판의 하부 표면에 부착되는, 광 가이드 디바이스.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히트 싱크 플레이트는 열 본딩 물질(thermal bonding material)의 개별 부분들을 통해 상기 기판의 하부 표면에 부착되고, 상기 히트 싱크 플레이트와 상기 기판 사이에 형성되는 하나 이상의 에어 갭들(air gaps)이 존재하는, 광 가이드 디바이스.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 광원들은 광원들의 일련의 로우들(rows) 및/또는 컬럼들(columns)을 형성하는 2차원 어레이에서 다이렉트 리트 배치(direct lit arrangement)에 제공되고, 2개의 인접한 광원들에 대한 주어진 로우 및/또는 컬럼에서, 상기 기판의 평면에 실질적으로 평행한 제 1 방향에서 상기 제 1 광원에 의해 생성되는 광의 방향과, 상기 기판의 평면에 실질적으로 평행한 제 2 방향에서 상기 제 2 광원에 의해 생성되는 광의 방향 간의 각도가 약 180°인, 광 가이드 디바이스.
  15. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 광원들은 상기 광원들을 포함하는 일련의 로우들 및/또는 컬럼들을 형성하는 다이렉트 리트 배치에서 상기 광 출력 표면 바로 뒤에 위치되고, 주어진 컬럼 및/또는 로우에서, 광원은, 그것이 바로 인접하는 상기 광원들과 비교할 때, 실질적으로 반대 방향으로 광을 지향하는, 광 가이드 디바이스.
  16. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 광원들은 상기 광원들을 포함하는 일련의 로우들 및/또는 컬럼들을 형성하는 다이렉트 리트 배치에서 상기 광 출력 표면 바로 뒤에 위치되고, 상기 하나 이상의 광원들(예컨대, LED들)의 모두 또는 실질적으로 모두가 상기 광 가이드 디바이스로 그리고 상기 기판의 평면에 평행하거나 실질적으로 평행한, 동일한 방향 또는 실질적으로 동일한 방향으로 광을 방출하도록 배열되는, 광 가이드 디바이스.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 광원들은 다이아몬드형 반복 패턴(diamond-like repeating pattern)으로 배열되는, 광 가이드 디바이스.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 광원들은 로우들에서 동일하게 이격되고, 컬럼들에서 동일하게 이격되는, 광 가이드 디바이스.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 출력 표면 위에 위치되는 확산기를 추가로 포함하는, 광 가이드 디바이스.
  20. 광 가이드 디바이스를 제조하는 방법에 있어서,
    i. 제 1 굴절률을 갖는 기판의 제 1 표면 상에 하나 이상의 광원들을 실장하는 단계;
    ii. 상기 제 1 표면 상에 상기 하나 이상의 광원들을 캡슐화(encapsulate)하기 위해, 상기 제 1 굴절률과 같거나 작을 수 있는 제 2 굴절률을 갖는 제 1 가이드 층을 상기 제 1 표면에 부가하는 단계;
    iii. 하나 이상의 스캐터링 및/또는 반사 구조물들 및/또는 굴절 구조물들이 기판과 제 1 가이드 층 사이의 인터페이스에 위치되도록, 상기 기판과 상기 제 1 가이드 층이 조합되기 전에 상기 제 1 가이드 층 및/또는 상기 기판 상에, 상기 하나 이상의 스캐터링 및/또는 반사 구조물들 및/또는 굴절 구조물을 적용하거나; 또는 상기 기판의 하부 구조 상에 하나 이상의 스캐터링 및/또는 반사 구조물들 및/또는 굴절 구조물들을 적용하거나; 또는 상기 제 1 가이드 층의 상부 표면 상에 상기 하나 이상의 스캐터링 및/또는 반사 구조물들 및/또는 굴절 구조물들을 적용하는 단계를 포함하는, 광 가이드 디바이스 제조 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 기판의 제 1 표면에 대향하는 상기 기판의 하부 표면에 히트 싱크 플레이트를 부가하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 히트 싱크 플레이트는 열 본딩 물질의 개별 부분들을 통해 상기 기판과 접촉하는, 광 가이드 디바이스 제조 방법.
  22. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따르는 상기 광 가이드 디바이스를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 디스플레이 디바이스는 액정 디스플레이 디바이스인, 디스플레이 디바이스.
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