KR20150117661A

KR20150117661A - 비대칭 입력 도광체

Info

Publication number: KR20150117661A
Application number: KR1020157021645A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 제이 아우더컬크
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2015-10-20
Also published as: WO2014126740A1; TW201435406A; US20160003997A1; EP2956808A1; CN104969102A

Abstract

본 발명은 일반적으로 광을 하나의 기하학적 포맷으로부터 다른 기하학적 포맷으로 변환할 수 있는 조명 변환기에 관한 것이다. 특히, 기술된 조명 변환기는, 일렬로 배열된 LED 광원(들)과 같은, 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 원형 광원을 디스플레이용 백라이트에서 사용될 수 있는, 에지형 도파관에 유용한 선형 광원으로 변환할 수 있다.

Description

비대칭 입력 도광체{ASSYMETRIC INPUT LIGHTGUIDE}

특히 액정 디스플레이(LCD)를 포함한 공간 광 변조기(spatial light modulator)는 종종 디스플레이를 위한 광을 제공하기 위해 백라이트(backlight) 또는 프론트라이트(frontlight)를 사용한다. 이들 광을 위한 통상적인 광원은 발광 다이오드(LED)이며, 이때 LED는 LCD 바로 아래에 있거나(소위, 직하형(direct lit)), LCD 아래에 배치된 도파관의 에지를 조명하거나(소위, 에지형(edge lit)), 이들 둘의 조합이다. 조합의 예는, 백라이트가 도파관을 조명하는 LED들의 어레이로 이루어지며, 여기서 도파관들이 타일링(tiling)되어 백라이트를 형성하는 경우이다.

광학 도파관은 평평한 시트(sheet)일 수 있거나 테이퍼 형성(tapered)될 수 있고, 금속 테이프와 같은 반사성 재료로 코팅된 에지를 가질 수 있다. 도파관은 보통 최종에 가까운 또는 최종 형상으로 수지를 성형하거나 주조함으로써 제조되거나, 보다 큰 시트로부터 제조된다.

본 발명은 일반적으로 광을 하나의 기하학적 포맷으로부터 다른 기하학적 포맷으로 변환할 수 있는 조명 변환기(illumination converter)에 관한 것이다. 특히, 기술된 조명 변환기는, 일렬로 배열된 LED 광원(들)과 같은, 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 원형 광원을 디스플레이용 백라이트에서 사용될 수 있는, 에지형 도파관에 유용한 선형 광원으로 변환할 수 있다. 일 태양에서, 본 발명은 가시광 투과성 필름의 나선 권취 부분; 및 가시광 투과성 필름의 나선 권취 부분으로부터 가시광 투과성 필름의 광 출력 에지까지 접선방향으로 연장되는 가시광 투과성 필름의 평면 부분을 포함하는, 조명 변환기를 제공한다. 가시광 투과성 필름의 나선 권취 부분은 가시광 투과성 필름이 둘레에 권취되는, 폭을 갖는 중심 평면; 중심 평면에 수직이고, 가시광 투과성 필름의 제1 에지를 포함하는 광 입력 표면; 가시광 투과성 필름의 제1 에지에 대해 45도 각도로 배치된 가시광 투과성 필름의 제2 에지를 포함하는 반사성 표면; 및 중심 평면에 평행한 광 출력 영역을 갖는다.

다른 태양에서, 본 발명은 가시광 투과성 필름의 나선 권취 부분; 및 가시광 투과성 필름의 나선 권취 부분으로부터 가시광 투과성 필름의 광 출력 에지까지 접선방향으로 연장되는 가시광 투과성 필름의 평면 부분을 갖는 조명 변환기를 포함하는 백라이트를 제공한다. 가시광 투과성 필름의 나선 권취 부분은 가시광 투과성 필름이 둘레에 권취되는, 폭을 갖는 중심 평면; 중심 평면에 수직이고, 가시광 투과성 필름의 제1 에지를 포함하는 광 입력 표면; 가시광 투과성 필름의 제1 에지에 대해 45도 각도로 배치된 가시광 투과성 필름의 제2 에지를 포함하는 반사성 표면; 및 중심 평면에 평행한 광 출력 영역을 갖는다. 백라이트는, 광 입력 표면에 인접하게 배치되고 광을 광 입력 표면 내로 주입할 수 있는 복수의 발광 다이오드(LED)를 추가로 포함한다.

상기의 개요는 본 발명의 각각의 개시된 실시예 또는 모든 구현예를 기술하고자 하는 것이 아니다. 하기의 도면 및 상세한 설명은 예시적인 실시예를 보다 구체적으로 예시한다.

명세서 전반에 걸쳐, 첨부 도면을 참조하며, 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 지시한다.
도 1은 조명 방향전환기(illumination redirector)의 사시도.
도 2a 내지 도 2c는 조명 변환기에 대한 사시도.
도 3은 조명 변환기 시스템을 도시하는 도면.
도면들은 반드시 일정한 축척으로 작성된 것은 아니다. 도면에 사용된 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 지시한다. 그러나, 주어진 도면에서 구성요소를 지시하기 위한 도면 부호의 사용은 동일한 도면 부호로 표지된, 다른 도면 내의 그 구성요소를 제한하도록 의도되지 않음이 이해될 것이다.

본 발명은 공간 광 변조기 디스플레이에 유용한 백라이트 또는 프론트라이트를 위한 광 분배 장치를 기술한다. 광 분배 장치는 일반적으로, 하나 이상의 점광원 또는 다른 작은 단면적의 광원(들)과 같은 하나 이상의 광원으로부터 입력 광을 받아들이고, 이 광을 예를 들어 도파관의 에지를 조명하는 데 사용될 수 있는 선형 광원으로 변환하는 조명 변환기로서 기술될 수 있다.

하기 설명에서, 첨부 도면을 참조하며, 첨부 도면은 본 명세서의 일부를 이루고, 첨부 도면에는 예시로서 도시된다. 다른 실시예가 고려되며 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 하기의 상세한 설명은 제한적인 의미로 해석되어서는 안된다.

달리 지시되지 않는 한, 명세서 및 청구범위에 사용된 특징부 크기, 양, 및 물리적 특성을 표현하는 모든 수치는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 상기의 명세서 및 첨부된 청구범위에 기재된 수치 파라미터는, 당업자가 본 명세서에 개시된 교시 내용을 이용하여 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다.

본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는, 그 내용이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 복수의 지시 대상을 갖는 실시예를 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 바와 같이, 용어 "또는"은 일반적으로, 그 내용이 명백하게 달리 지시하지 한, 그것의 의미에 "및/또는"을 포함하는 것으로 사용된다.

본 명세서에 사용되는 경우, "하부", "상부", "밑", "아래", "위", 및 "위에"를 포함하지만 이로 제한되지 않는 공간 관련 용어는, 다른 요소에 대한 요소(들)의 공간적 관계를 기술하는 데 설명의 용이함을 위해 이용된다. 그러한 공간 관련 용어는, 도면에 묘사되고 본 명세서에 기술된 특정 배향에 더하여, 사용 또는 작동 시의 장치의 상이한 배향을 포함한다. 예를 들어, 도면에 묘사된 물체가 반전되거나 뒤집히면, 다른 요소의 아래에 또는 밑에 있는 것으로 이전에 기술된 부분이 그 다른 요소의 위에 있을 것이다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 예를 들어 요소, 구성요소 또는 층이 다른 요소, 구성요소 또는 층과 "일치하는 계면"을 형성하거나, "그것 상에", "그것에 연결되어", "그것과 결합되어" 또는 "그것과 접촉하여" 있는 것으로 기술될 때, 예를 들어, 그것이 그 특정 요소, 구성요소 또는 층 상에 직접, 그것에 직접 연결, 그것과 직접 결합, 그것과 직접 접촉하여 있을 수 있거나, 개재되는 요소, 구성요소 또는 층이 그 특정 요소, 구성요소 또는 층 상에, 그것에 연결, 그것과 결합, 또는 그것과 접촉하여 있을 수 있다. 예를 들어 요소, 구성요소 또는 층이 다른 요소 "상에 직접" 있거나, 다른 요소"에 직접 연결되어" 있거나, 다른 요소"와 직접 결합되어" 있거나, 다른 요소"와 직접 접촉하여" 있는 것으로 지칭될 때, 예를 들어 개재되는 요소, 구성요소 또는 층이 없다.

하나의 특정 실시예에서, 조명 변환기는 적어도 하나의 LED와, LED에 의해 방출되는 광을 위한 집광 광학체(collection optic)와, 입력 에지, 출력 에지, 및 반사성 에지를 갖도록 절단된 투과성 필름을 포함할 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 입력 에지 및 출력 에지는 직각을 형성하고, 반사성 에지는 입력 에지 및 출력 에지에 대해 45도 각도에 있다. 필름은 원통 형상으로 말릴 수 있는데, 이때 입력 에지는 원통체의 중심에서 출력 에지로부터 가장 멀고, 원통체의 축은 출력 에지에 평행하며, 여기서 집광 광학체의 출력은 입력 에지가 형성된 원통체의 단부를 조명한다.

하나의 특정 실시예에서, 다수의 광원이 입력 에지를 따라 위치될 수 있도록 조명 변환기를 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 경우에, 다수의 광원은 동일 색상의 광을 방출하여서, 조명 변환기 내로 입력되는 광의 세기가 개별 광원들 각각의 세기들의 합계가 되게 할 수 있다. 일부 경우에, LED들을 그러한 방식으로 정렬시키는 것은 광원의 효율, 수명, 컬러 밸런스, 및/또는 열관리에 유리할 수 있다. 일부 경우에, 다수의 광원은 상이한 색상의 광을 방출할 수 있어서, 조명 변환기 내로 입력되는 광이 상이한 색상들, 상이한 세기들을 블렌딩함으로써 제어될 수 있고/있거나, 예를 들어 디스플레이의 상이한 출력 색상들과 일치하도록, 입력된 유색 광의 타임 시퀀싱(time sequencing)이 수행될 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 다수의 광원이 입력 에지를 위해 정렬될 수 있는 영역을 증가시키기 위해, 필름은 타원형 형상으로 말리거나, 원통형 형상으로 말린 후에 타원형 형상으로 변형될 수 있다. 결과적인 말린 필름(본 명세서에서 타원형 도광체로 지칭됨)은 말린 도광체의 중심에서 출력 에지로부터 가장 멀리 위치된 입력 에지를 포함하며, 말린 도광체의 축은 출력 에지에 평행하며, 여기서 광원의 출력은 입력 에지가 형성된 말린 도광체의 단부를 조명한다. 다수의 광원 각각은 입력 표면 내로의 입력을 위해 광을 집중시키거나 시준하는 역할을 할 수 있는 집광 광학체와 연관될 수 있다.

에지 조명은 도파관이 더 얇으면서 동시에 균일하게 조명되는 디스플레이를 달성할 수 있기 때문에 직접 조명에 비해 이점을 가질 수 있다. 그러나, 에지 조명은 몇몇 난제를 갖는다. 도파관의 에지의 종횡비(aspect ratio)(예를 들어, 폭 대 두께)는 보통 매우 높아, 종종 10:1 또는 심지어 100:1을 초과하는 반면, 전형적인 LED는 1에 가까운 종횡비를 갖는다. 이는 디스플레이를 충분히 조명하기 위해 도파관의 에지에 LED를 결합하려고 할 때 몇몇 문제점을 발생시킬 수 있다. 일부 경우에, 전형적으로 적은 수의 LED만이 도파관의 하나 이상의 에지를 조명하는 데 사용되며, 이는 도파관의 표면에 걸쳐 LCD 조명의 불균일성을 생성할 수 있다. 일부 경우에, 광학 시스템의 에텐듀(etendue)가 증가할 수 있으며, 이때 결과적인 두께의 증가가 도파관에 대해 요구된다. 이는 상이한 이득 필름을 사용하는 백라이트의 재순환 시스템 효율의 잠재적인 감소를 초래할 수 있다.

일부 경우에, LED 에지형 디스플레이는 백색 광을 생성하기 위해 다수의 접근법 중 하나를 사용한다. 하나의 그러한 접근법은 자외선(UV) 또는 청색 LED에 인광체를 첨가하여 방출된 방사선을 하향변환(downconverting)함으로써 백색 광을 생성하는 것이다. 인광체는 전형적으로, 큰 LED에서보다 작은 LED의 에텐듀를 더 큰 정도로 증가시킨다. 백색 광을 생성하는 다른 접근법은 적색, 녹색, 및 청색 광 방출 LED들을 조합하는 것이다. 종래의 에지형 도파관은 에텐듀를 감소시키기 위해 그러한 색상 조합 광학 시스템을 사용하는 것을 매우 어렵게 만들 수 있다.

본 발명은 조명 변환기를 사용함으로써 광원과 백라이트 도파관 사이의 에텐듀 정합을 제공한다. 기술된 조명 변환기는 재순환 필름을 사용하는 백라이트에 있어서의 광학 효율을 증가시키고, 백라이트 두께를 감소시키고, 재료 비용 및 소비를 감소시킨다.

하나의 특정 실시예에서, 조명 변환기는 "타원형 대 선형" 조명 변환기로서 기술될 수 있는데, 즉, 입력 광의 기하학적 포맷이 타원형으로부터 선형으로 변화되었다. 이러한 실시예에서, 조명 변환기는 복수의 LED로부터 집광된 광의 전형적으로 낮은 종횡비 출력을 변형시키고, 이를 에지형 디스플레이에 사용하기에 적합할 수 있는 선형 광원으로 변환한다.

도 1은 본 발명의 일 태양에 따른 조명 방향전환기(100)의 사시도를 도시한다. 하나의 특정 실시예에서, 조명 방향전환기(100)는, 다른 곳에서 기술된 바와 같이, 조명 변환기를 형성하는 데 사용될 수 있는 가시광 투과성 필름(110)의 속성을 나타낸다. 가시광 투과성 필름(110)은, 바람직하게는 450 내지 650 nm의 파장을 갖는 광에 대해 6 dB/m 미만의 손실을 갖는, 고 투과성 중합체 또는 유리 필름일 수 있다. 손실은 체적 또는 표면 산란 및 흡수와 같은 효과에 기인할 수 있다. 적합한 중합체에는 아크릴레이트, 특히 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 실리콘, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리카르보네이트 등이 포함된다. 중합체 필름은 압출, 주조 및 경화, 또는 용제 코팅에 의해 제조될 수 있다.

적합한 유리 필름에는 무기 산화물, 특히 비정질 무기 산화물을 기반으로 하는 것들이 포함된다. 이산화 규소를 기반으로 하는 유리, 특히 이산화 규소와 하기의 것들 중 하나 이상의 혼합물을 기반으로 하는 유리가 바람직하다: 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 리튬, 나트륨, 칼륨, 철, 크롬, 망간, 코발트, 티타늄, 황, 바륨, 스트론튬, 납, 지르코늄, 납, 및 불소와 셀레늄을 포함하는 원소의 산화물들. 쇼트 글래스(Schott glass)에 의해 제조된 N-BK7과 같은 붕규산염 유리(borosilicate glass)가 특히 바람직하다. 유리는 바람직하게는 액정 디스플레이(LCD) 산업용 유리 필름을 제조하는 데 사용되는 것들과 같은, 당업계에 공지된 적합한 드로잉(drawing) 공정을 사용하여 매우 매끄러운 표면을 갖는 얇은 필름으로서 제조된다. 용어 "필름" 또는 "시트"는 본 명세서에서 중합체 및 유리 형태들을 기술하기 위해 상호교환적으로 사용되며, 약 10 내지 2000 마이크로미터의 두께를 갖는 재료를 포함한다.

가시광 투과성 필름(110)은 광 출력 영역(127)에 의해 분리되는 제1 부분(102) 및 제2 부분(104)을 포함한다. 가시광 투과성 필름(110)은 제1 주 표면(major surface)(112), 대향하는 제2 주 표면(114), 및 이들 사이의 광 출력 에지(116)를 추가로 포함한다. 광 출력 영역(127)은 광 입력 에지(120)에 수직인 가시광 투과성 필름(110)을 통한 단면을 나타낸다. 일부 경우에, 광 출력 영역(127)에 대해 광 출력 에지(116)에서 소정 각도를 형성하는 것이 바람직할 수 있으며, 그렇기 때문에 제2 에지(119)에 대해 출력각 "θ2"(도 1에서 대략 90도인 것으로 도시됨)로 배치될 수 있는 가시광 투과성 필름(110)을 통한 단면을 나타낸다.

본 명세서에 기술된 에지들 각각은 두께 "t"를 갖는데, 여기서 "t"는 가시광 투과성 필름(110)에서의 임의의 다른 치수보다 훨씬 더 작으며, 이는 높은 종횡비(즉, 두께로 나누어진 폭 또는 길이) 도파관으로 이어진다. 폭 "W", 광 입력 에지(120)를 포함하는 제1 길이 "L1", 및 제1 에지(121) 및 제1 에지(121) 반대편의 제2 에지(119)를 포함하는 제2 길이 "L2"와 같은, 가시광 투과성 필름(110)에서의 다른 치수들은 각각 가시광 투과성 필름(110)의 두께 "t"보다 최대 10배 더 크거나, 최대 100배 더 크거나, 심지어 100배 초과로 더 클 수 있다.

가시광 투과성 필름(110)의 제1 부분(102)은 광 입력 에지(120)에 대해 제1 각도 θ1로 배치된 반사성 에지(118)를 포함하고, 광 입력 팁(125)으로부터 광 출력 영역(127)까지 연장된다. 하나의 특정 실시예에서, 제1 각도 θ1은 도 1에 도시된 바와 같이 약 45도일 수 있지만, 다른 각도가 원하는 바에 따라 사용될 수 있다. 반사성 에지(118)는 가시광 투과성 필름 내에서, 또는 에지 표면 상에 배치된 반사성 코팅에 의해, 내부 전반사(total internal reflection, TIR)를 가능하게 할 수 있는 폴리싱된(polished) 표면을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 반사성 코팅은 은, 알루미늄 등과 같은 금속 코팅을 포함할 수 있거나, 반사성 코팅은, 당업계에 공지된 바와 같이, 교번하는 무기 또는 유기 유전체 층들을 포함하는 다층 유전체 코팅과 같은 유전체 코팅을 포함할 수 있다.

입력 가시 광선(130)은 광 입력 에지(120)를 통해 조명 방향전환기(100)의 제1 부분(102)에 입사하고, 반사성 에지(118)로부터 반사되고, 광 출력 영역(127)을 통과하고, 출력 가시 광선(140)으로서, 조명 방향전환기(100)의 제2 부분(104)의 광 출력 에지(116)를 통해 조명 방향전환기(100)로부터 출사한다.

입력 가시 광선(130)들 각각은 시준각 "α"를 포함하는 부분적으로 시준된 입력 원추(135)를 통해 퍼진 부분적으로 시준된 입력 광선일 수 있다. 일부 경우에, 시준각 "α"는, 당업자에게 공지된 바와 같이, 광원의 구성에 따라, 최대 약 45도, 최대 약 40도, 최대 약 30도, 최대 약 20도, 또는 최대 약 15도의 범위일 수 있다. 바람직하게는, 시준각 "α"는 약 5도 내지 약 20도의 범위일 수 있다.

하나의 특정 실시예에서, 입력 가시 광선(130)들 각각은, 다른 곳에서 기술된 바와 같이, 제2 부분(104)에서 균일하게 분배되는 것처럼 보이도록, 제1 부분(102)에서 조합 및 혼합되는 2개 이상의 상이한 광원으로부터 유래할 수 있다. 하나의 경우에, 예를 들어, 광선(130a, 130c, 130e, 130g)은 제1 광원(도시되지 않음)으로부터 유래할 수 있는 반면, 광선(130b, 130d, 130f)은 제2 광원(도시되지 않음)으로부터 유래할 수 있다. 입력 광선(130)들의 부분 시준(즉, 시준각 "α"로 인한 광선들의 약간의 퍼짐 및 중첩), 및 조명 방향전환기(100)로부터의 조명 변환기의 제조 기술의 결과로서, 광 입력 에지(120)에 입사하는 몇몇 광원들이 조합되어 광 출력 영역(127)을 통과할 수 있으며, 여기서 광이 제2 부분(104)을 이동하여 광 출력 에지(116)를 통해 조명 방향전환기(100)로부터 최종적으로 출사함에 따라 추가의 혼합 및 균질화가 일어날 수 있다.

조명 방향전환기(100)를 통한 시준각 "α" 내의 입력 가시 광선(130)들 각각의 경로는, TIR 등에 의한, 제1 및 제2 주 표면(112, 114)으로부터의 다중 반사를 포함할 수 있다. 일반적으로, TIR은 조명 방향전환기(100)의 재료의 굴절률이 조명 방향전환기(100)의 표면과 접촉하는 재료의 굴절률보다 클 때 일어날 수 있다. 그렇기 때문에, 일부 경우에, TIR이 요구되는 표면들 각각에 인접하게 공기 간극(gap)과 같은 간극이 제공된다. 일부 경우에, 가시광 투과성 필름(110)은, TIR을 향상시키기 위해, 플루오로카본, 실리콘, 및 다공성 재료, 예를 들어 초저 굴절률 코팅 및 상 분리된 폴리블록 공중합체를 포함한, 저 굴절률 코팅으로 하나 이상의 표면 상에서 코팅될 수 있다. 일부 경우에, 가시광 투과성 필름(110)은 다른 곳에서 기술된 금속 또는 유전체 코팅과 같은 반사성 재료로 하나 이상의 표면 상에서 코팅될 수 있다. 가시광 투과성 필름(110)은 하드 코트(hard coat), 평탄화 코팅, 및 정전기 방지 코팅을 포함한 다른 코팅을 하나 이상의 표면 상에서 가질 수 있다.

일부 경우에, 출력각 "θ2"는 90도 미만, 예를 들어 대략 45도(도시되지 않음)일 수 있으며, 광 출력 에지(116)는 반사성 에지(118)와 유사한 방식으로 광을 반사하고, 제2 에지(119)를 통해(즉, 도 1에 도시된 입력 가시 광선(130)의 방향과 대체로 동일한 방향으로) 광을 투과시키도록 만들어질 수 있다. 일부 경우에, 출력각 "θ2"는 90도 초과, 예를 들어 대략 135도(도시되지 않음)일 수 있으며, 광 출력 에지(116)는 반사성 에지(118)와 유사한 방식으로 광을 반사하고, 제1 에지(121)를 통해(즉, 도 1에 도시된 입력 가시 광선(130)의 방향과 대체로 반대 방향으로) 광을 투과시키도록 만들어질 수 있다. 출력각 "θ2"가, 다른 곳에서 기술된 바와 같이, 출력 가시 광선(140)을 선택된 출력 에지를 통해, 그리고 최종적으로 도파관 내로 지향시키도록 원하는 바에 따라 조절될 수 있거나 도파관 내로 타일링될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 태양에 따른 조명 변환기(200)에 대한 사시도를 도시한다. 도 2a 내지 도 2c에서의 도면 부호가 붙은 요소(200 내지 227)들 각각은 도 1에 제공된 유사한 도면 부호가 붙은 요소(100 내지 127)들에 대응하고, 각각의 요소의 설명 및 기능 둘 모두가 상응하여 비슷하다. 예를 들어, 도 2a 내지 도 2c에서의 가시광 투과성 필름(210)은 도 1에서의 가시광 투과성 필름(110)에 대응한다.

광 입력 에지(220) 및 45도 반사성 에지(218)를 포함한 가시광 투과성 필름(210)의 제1 부분(202)(이하, 나선 권취 부분(202)으로 지칭됨)은 광 입력 에지(220)가 타원형 면일 수 있는 광 입력 표면(222)을 형성하도록 나선형으로 말릴 수 있다. 도 2a로부터 도 2b로 도 2c로 진행하여, 가시광 투과성 필름(210)은 권취 방향(255)에서의 중심 폭(W1)을 갖는 중심 평면(250) 둘레에 나선형으로 권취되는데, 광 입력 팁(225)에서 시작하여 적어도 광 출력 영역(227)이 나선형으로 권취될 때까지 계속된다. 이러한 방식으로, 광 입력 에지(220)는 나선 권취 부분(202)에서 복수의 나선형 랩(wrap)이 되어, 광이 주입될 수 있는 광 입력 표면(222)을 형성하여, 다른 곳에서 기술된 바와 같이, 하나 이상의 광원을 선형 광원으로 변환한다. 일반적으로, 광 입력 표면(222)은 몇몇 광원(도시되지 않음)이 광을 조명 변환기(200) 내로 주입하기 위해 서로 인접하게 위치될 수 있도록 충분히 큰 외측 입력 두께 "T" 및 외측 입력 폭 "W2"를 갖는다. 가시광 투과성 필름(210)의 제2 부분(204)(이하, 평면 부분(204)으로 지칭됨)은 나선 권취 부분(202)으로부터 접선방향으로 연장된다.

나선은 TIR을 촉진하기 위해 가시광 투과성 필름에 인접한 공기 계면을 갖는 공기 간극과 같은 간극을 제공하도록 느슨하게 조립될 수 있거나, 나선의 각 층은 가시광 투과성 필름보다 낮은 굴절률을 갖는 재료로 접합될 수 있다. 예를 들어, 가시광 투과성 필름은 폴리카르보네이트와 같은 비교적 높은 굴절률을 갖는 중합체로부터 제조될 수 있고, 필름은 광학적으로 투명한 접착제(예를 들어, 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수가능한 "OCA")와 같은 접착제, 또는 필름을 나선형으로 감은 후에 경화될 수 있는, 아크릴 단량체와 같은 경화성 저 굴절률 수지의 얇은 층으로 접합될 수 있다. 저 굴절률 코팅이 또한 유기 재료 또는 무기 재료, 또는 이들의 혼합물을 포함한 진공 코팅 재료에 의해 적용될 수 있다. 적합한 저 굴절률 코팅에는, 예를 들어, 이산화 규소 및 불화 마그네슘이 포함된다.

나선은 나선의 내부의 형상, 즉 중심 폭 W1을 갖는 평면에 정합하는 맨드릴(mandrel)을 사용하여, 제어된 접합 접착제(예를 들어, 핫멜트 접착제, 진공, 또는 기계적 클램핑)로 맨드릴에 나선의 시작부를 부착함으로써 형성될 수 있다. 경화성 접합 시스템이 나선을 함께 유지하는 데 사용되는 경우에, 말린 필름은 자외선 또는 전자 빔과 같은 화학 방사선 또는 열 경화 시스템을 사용함으로써 접합될 수 있다.

일부 경우에, 필름은 그것이, 예를 들어, 파손에 의해 손상됨이 없이 변형될 수 있는 온도로 가열될 수 있다. 전형적으로, 적합한 온도는 유리 전이 온도와 용융점 사이이다. 필름은 이어서 뜨거운 동안 나선형 형상으로 말리고, 이어서 냉각되어 안정된 나선형 구조물을 만들 수 있다. 필름은, 성형 온도에서 연화되고 나선형 형태로 인접 표면에 접합되는 재료로 코팅될 수 있다. 일부 경우에, 필름은, 예를 들어 PCT 특허 공개 WO2012/064519호에 기술된 바와 같이, 축 둘레에 원통체로서 권취될 수 있고, 이어서 그 원통체에 힘이 가해져서 형상을 타원형으로 점진적으로 변형시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 태양에 따른 조명 변환기 시스템(300)을 도시한다. 도 3에서의 도면 부호가 붙은 요소(200 내지 227)들 각각은 도 2에 제공된 유사한 도면 부호가 붙은 요소(200 내지 227)들에 대응하고, 각 요소의 설명 및 기능 둘 모두가 상응하여 비슷하다. 조명 변환기 시스템(300)은 나선 권취 부분(202) 및 나선 권취 부분(202)으로부터 접선방향으로 연장되는 평면 부분(204)을 갖는 조명 변환기(200)를 포함한다. 나선 권취 부분(202)은 중심 평면(250)을 가지며, 광 입력 표면(222), 광 반사성 에지(218), 및 나선 권취 부분(202)을 평면 부분(204)으로부터 분리시키는 광 출력 영역(227)을 포함한다. 광 출력 영역(227)은 중심 평면(250)에 평행하다.

조명 변환기 시스템(300)은 제1, 제2, 및 제3 LED(각각, 370a, 370b, 370c)를 추가로 포함하며, 이들 각각은 광을 광 입력 표면(222) 내로 주입할 수 있다. 3개의 LED가 도 3에 도시되지만, 임의의 원하는 수의 LED, 예를 들어 1개, 2개, 3개, 4개, 또는 심지어 5개 또는 그 초과의 LED가 광을 광 입력 표면(222) 내로 주입하기 위해 위치될 수 있음이 이해되어야 한다. LED들 각각은 상이한 파장(색상)의 광; 상이한 세기의 광; 상이한 시준각을 갖는 광; 상이한 속도로 사이클 온-오프되는 광, 즉 동기 또는 비동기 조명 등; 및 이들의 조합을 출력하는 것이 가능할 수 있다. 이러한 방식으로, 상이한 색상, 세기, 타이밍, 또는 각방향 퍼짐을 갖는 광이 광 입력 표면(222) 내로 주입되고 조합될 수 있다. 선택적인 제1, 제2, 및 제3 시준 광학체(365a, 365b, 365c), 및 선택적인 제1, 제2, 및 제3 광 집적 원통체(light integration cylinder)(360a, 360b, 360c)가 또한 LED(각각, 370a, 370b, 370c)와 광 입력 표면(222) 사이에 배치되어, 당업자에게 알려진 바와 같이, 조명 변환기(200)에 입사하는 광을 적어도 부분적으로 시준하고 균질화시킬 수 있다.

하나의 특정 실시예에서, 나선 권취 부분(202)은 나선 권취 부분(202) 및 평면 부분(204) 둘 모두를 형성하는 연속 필름으로부터 형성될 수 있다. 일부 경우에, 평면 부분(204)은, 다른 곳에서 기술된 바와 같이, 디스플레이 도파관(디스플레이 백라이트는 보다 일반적으로 도파관으로 지칭될 수 있음)을 형성하도록 연장될 수 있다. 일부 경우에, 평면 부분(204)은 가시광 투과성 필름(210)과 동일한 또는 상이한 재료로부터 제조될 수 있는 별개의 백라이트(380)(또는 도파관)에 결합될 수 있다. 바람직하게는, 조명 변환기(200)의 광 출력 에지(216)와 백라이트(380)의 백라이트 입력 에지(382) 사이에 간극(384)이 존재하는데, 여기서 간극(384)은 대략 백라이트(380)의 두께의 1/2, 백라이트(380)의 두께의 1/4, 또는 심지어 더 작을 수 있고, 공기 또는 가시광 투과성 필름(210)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 재료로 충전될 수 있다. 간극(384)은 시스템 효율 및 조명 균일성의 개선을 초래할 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 당업자에게 알려진 바와 같이, 선택적인 광 추출 특징부(light extraction feature)(388)가 전면 표면(386)에 걸쳐 균일한 광 추출을 제공하도록 백라이트(380)에 포함될 수 있다.

도파관들은 더 큰 디스플레이를 조명하도록 타일링될 수 있다. 예를 들어, 도파관들은 2 × 1, 2 × 2, 3 × 2 또는 더 큰 어레이로 배열될 수 있다. 도파관은 또한 대향 에지들 상의 조명 변환기를 가질 수 있거나, 수개의 변환기가 공통 도파관 상에 사용될 수 있다. LED가 또한 디스플레이 패널 아래에 위치될 수 있는데, 여기서 얇은 도파관들이 어레이를 형성하도록 타일링될 수 있다. 이러한 구성은 개선된 콘트라스트 및 전력 효율을 위해 영역 조명을 사용하는 디스플레이에 특히 유용할 수 있다.

가시광 투과성 필름(110, 210)은 도파관 시트를 제조하기 위한 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 이러한 기술은, 매끄럽고 제어된 각도 또는 곡률 또는 둘 모두를 갖는 하나 이상의 에지를 갖는 중합체 필름 및 얇은 시트 도파관을 제조하는 데 사용될 수 있다. 이 기술은 2개의 클램핑 플레이트 사이에 2개 이상의 가요성 필름 또는 시트를 적층하며, 이로써 클램핑 플레이트와 필름 또는 시트의 조립체를 생성하는 것이다. 이어서 조립체는 적어도 하나의 에지에서 연마되고 폴리싱된다. 연마되거나 폴리싱된 에지들 중 적어도 하나는 금속, 유전체, 및 미세구조화된 재료와 같은 재료로 코팅될 수 있다.

얇은 필름 또는 시트 도파관을 제조하는 것은 에지가 시스템의 전체 성능에 영향을 미치기 때문에 어려울 수 있다. 일반적으로, 에지는 3개의 기능 중 하나 이상을 제공한다. 첫째는 LED와 같은 광원으로부터의 광을 투과시키는 것이고, 둘째는 TIR에 의해 도파관을 따라 광을 반사시키는 것이며, 셋째는 백라이트의 단부에서 광을 직각에 가까운 각도로 반사시켜서, 시스템 효율 및 균일성을 증가시키는 것이다. 3개의 경우 모두에서, 도광체의 에지가 산란 및 비직교 표면 반사를 통해 광의 에텐듀를 증가시키지 않는 것이 중요하다. 얇은 필름 또는 시트의 광학적으로 매끄럽고 직교인 표면들을 제조하는 것은 종래의 공정을 사용하여서는 어렵다.

일부 경우에, 에지들 중 하나 이상이 종종 은 또는 알루미늄의 얇은 층과 같은 광학 재료로 코팅되거나, 다른 곳에서 기술된 바와 같이, 에지에 적용된 미세구조물을 가질 수 있다. 그러한 시스템에서, 표면의 완전한 코팅이 존재하지만, 에지를 넘어서는 코팅의 연장이 거의 없는 것이 중요할 수 있다. 일부 경우에, 예를 들어, 필름 또는 시트 평면 표면 상으로의 금속 오버스프레이(overspray)는 산란, 흡수, 또는 산란 및 흡수 둘 모두를 통해 손실을 유발할 수 있고, 불균일한 백라이트를 초래할 수 있다. 일부 경우에, 필름의 하나 이상의 에지 상에 제어된 만곡부를 배치하는 것이 또한 요구될 수 있다. 만곡된 에지로부터 이익을 얻을 수 있는 응용은, 예를 들어, 하나의 도파관으로부터 다른 도파관으로의 광의 효율적 결합을 포함한다.

얇고 효율적인 도파관을 제조하기 위한 기술이 설명되며, 여기서 얇은 도파관 기술은 특히 투과성인 도파관을 특정 용제 및 e-빔 경화 수지로 제조하는 공정이 사용되도록 허용한다. 이 기술은, 강성이도록 충분한 두께를 갖고 침식성 또는 비침식성 재료로 제조된 2개의 클램핑 블록을 사용한다. 클램핑 블록이 침식성 재료로 제조되는 경우, 연마 및 폴리싱될 표면을 위한 블록의 치수는 완성된 제품에서 요구되는 최종 치수와 동일하거나 그보다 커야 한다. 클램핑 블록이 경질의 비침식성 재료로 제조되는 경우, 그 치수는 최종 치수와 동일하거나 그보다 작아야 한다. 클램핑 블록은 강성을 제공하는 경질 재료와, 연마 및 폴리싱 매체를 상당히 마모시킴이 없이 침식될 수 있는 연질 재료의 조합으로부터 구성될 수 있다.

필름 적층체는 에지 두께 축이 필름 평면에 수직인 상태로 연마 및 폴리싱될 수 있거나, 적층체는 에지 두께 축이 필름 평면에 대해 경사지도록 연마될 수 있다. 각도는 0도 내지 45도 또는 그 초과의 범위일 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "필름" 또는 "시트"는 상호교환적으로 사용되며, 또한 평평하거나 테이퍼 형성된 필름 또는 시트를 포함한다. 일반적으로, 필름은 10 mm 미만의 두께, 더 바람직하게는 1 mm 미만의 두께, 그리고 가장 바람직하게는 약 200 마이크로미터 미만의 두께이다.

적층체가 하나 이상의 평면에서 간단한 또는 복잡한 만곡부를 형성하도록 적층체를 연마 및 폴리싱하는 것이 또한 가능하다. 필름 또는 시트의 법선 축에 대략 평행한 표면을 갖는 만곡부가, 에지를 원하는 형상으로 연마 및 폴리싱함으로써 형성될 수 있다. 필름 평면에 평행한 만곡 표면을 갖는 만곡부가, 볼록 표면을 생성하도록 광학 필름보다 더 용이하게 침식되는 필름을, 또는 오목 표면을 생성하도록 덜 급속히 침식되는 필름을 광학 필름에 끼워넣음으로써 제조될 수 있다. 적합한 고도로 침식성인 필름에는 폴리올레핀, 25℃ 미만의 유리 전이를 갖는 중합체, 다공성 중합체, 및 플루오로카본 필름이 포함된다. 침식성 재료는 또한 필름 상의 무른 코팅 또는 왁스일 수 있다. 침식 속도가 낮은 적합한 필름에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함한 폴리에스테르와 같은 결정질 중합체, 및 폴리메틸메타크릴레이트, 에폭시, 및 세라믹 또는 금속을 포함한 경질 입자로 충전된 중합체 또는 코팅을 포함한 비정질 중합체가 포함된다.

정합가능 폴리싱 매체가 필름의 평면에 수직인 만곡된 표면을 생성하는 데 사용될 수 있다. 마찬가지로 정합가능한 연마 매체, 특히 사전-폴리싱 연마 매체를 갖는 것이 또한 바람직할 수 있다. 적합한 연마 및 폴리싱 매체에는 펠트(felt), 중합체 필름, 및 고무 표면과 같은 탄성 매체가 포함된다. 처리 조건은 곡률의 정도에 영향을 미칠 수 있는데, 이때 필름 표면과 매체 사이의 보다 높은 압력은 일반적으로 더 높은 곡률을 생성한다.

필름 또는 시트는 최종의 원하는 크기보다 크게 절단되고, 이어서 적층체로 조립되고, 적층체의 완전성을 유지하기 위해 적합한 힘을 인가하기 위한 수단 및 클램핑 블록을 사용하여 조립체로 되도록 가압될 수 있다. 이어서, 에지들 중 하나 이상이 종래의 수단을 사용하여, 특히 랩핑 플레이트(lapping plate) 및 폴리싱 매체를 사용하여 연마 및 폴리싱될 수 있다. 이어서, 적층체 에지가 세정되고, 하드 코팅, 알루미늄 또는 은과 같은 금속 코팅, 후속 코팅을 위해 표면을 프라이밍(priming)하는 접착 촉진 층, 반사 방지, 광대역, 및 스펙트럼 또는 편광 선택성 코팅을 포함한 유전체 코팅, 및 정전기 방지 코팅 중 하나 이상으로 코팅될 수 있다.

하나의 특정 실시예에서, 에지는 또한 미세구조화된 재료로 코팅될 수 있다. 각 필름 또는 시트의 에지에 미세구조물을 생성하기 위한 적합한 공정은, 조립체의 연마 및 폴리싱된 표면에 경화성 수지와 미세구조화된 공구의 조합을 적용하는 것이다. 바람직하게는, 미세구조물은 필름 또는 시트 적층체가 분리될 때 미세구조물의 비교적 작은 부분이 손상되게 하도록 설계된다. 이는 수지 특성, 특히 강도, 경도, 인성, 및 파괴 역학의 선택의 조합을 통해, 미세구조물 내에 자연적인 파괴 위치를 갖는 것과 같은 미세구조물의 선택에 의해, 그리고 미세구조물 및 수지의 두께에 의해 성취될 수 있다. 예로서, 휘도 향상 필름(brightness enhancing film, BEF) 구조물이, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 상의 주조 및 경화된 BEF 패턴과 같은 UV 투과성 공구를 취하고, 필름의 구조화된 변을 UV 경화성 수지로 코팅하고, 하나의 에지를 따라 폴리싱된 조립체에 코팅된 공구를 적용하고, 수지를 UV 경화시키고, 공구를 제거하고, 필름을 박리시킴으로써, 적층체의 에지에 부가될 수 있다.

일부 경우에, 수지 및 코팅과 같은 재료가 필름의 층들 사이에 침투하는 것을 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 재료는 적층 전에 필름에, 또는 폴리싱 및 세정 후에 적층체의 에지에 적용될 수 있다. 적합한 재료에는 왁스, 플루오로카본 유체(예를 들어, 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 플루오리너트(Fluorinert)™ 유체), 오일, 중합체, 및 제거될 수 있거나, 에지를 밀봉하지만 필름 층의 일부로 잔존할 다른 재료가 포함된다.

예

N-BK7 유리로 제조된 수개의 50 마이크로미터 두께의 필름을 CO2 레이저 슬리터(slitter)를 사용하여 65 × 65 mm 직각 삼각형으로 절단한다. 50개의 삼각형의 적층체를 클램핑 면을 사용하여 함께 압축하여 약 25 mm 두께의 넓혀진 직각 삼각형 적층체를 형성한다. 클램핑 면을, 63 × 63 mm 직각 삼각형인 6 mm 두께의 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 플레이트로 제조하고, 적층된 삼각형 유리 면의 외부 표면 상에 중심설정한다. 클램프는 후속 연마 및 폴리싱 작업 동안 유리 삼각형을 제자리에 유지하기에 충분한 힘을 제공하지만, 유리 표면이 손상될 정도로 많은 힘을 제공하지는 않는다. 클램프는 삼각형의 변 및 빗변이 연마 및 폴리싱 매체에 의해 접근될 수 있도록 이동될 수 있는 브래킷(bracket)을 포함한다. 유리 삼각형들의 적층체의 변 및 빗변을, 연마 및 폴리싱 힘이 유리 삼각형의 에지에 평행하도록 랩(lap)이 배향된 상태로, 연마 및 폴리싱한다. 이어서, 클램핑된 유리 삼각형의 빗변을 물리 증착을 사용하여 약 100 nm의 은 금속으로 코팅하고, 삼각형의 변을 불화 마그네슘과 같은 반사 방지 코팅으로 코팅한다. 이어서 유리 삼각형들의 적층체가 분리되고, 세정되고, 유리 삼각형들 각각이 유리 나선 조명 변환기로 형성될 수 있다.

유리 삼각형들 중 하나를 557℃의 유리 전이 온도를 약 50 내지 170℃ 초과하는 온도로 가열하고, 삼각형의 예각 꼭지점들 중 하나를 맨드릴을 이용하여 들어올려 100 마이크로미터의 외측 두께 T 및 300 마이크로미터의 외측 폭 W2를 갖는 타원형을 형성한다. 맨드릴은, 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 유사한 방식으로, 삼각형의 에지의 나선으로부터 만들어진 타원형 면을 형성하도록 나선을 계속해서 감는다. 이어서, 유리 및 맨드릴을 유리 전이 온도 아래로 냉각하고, 맨드릴을 제거하고, 유리 나선을 어닐링한다.

다음은 본 발명의 실시예들의 목록이다.

항목 1은, 조명 변환기로서, 가시광 투과성 필름의 나선 권취 부분 - 나선 권취 부분은, 가시광 투과성 필름이 둘레에 권취되는, 폭을 갖는 중심 평면, 중심 평면에 수직이고, 가시광 투과성 필름의 제1 에지를 포함하는 광 입력 표면, 가시광 투과성 필름의 제1 에지에 대해 45도 각도로 배치된 가시광 투과성 필름의 제2 에지를 포함하는 반사성 표면, 중심 평면에 평행한 광 출력 영역을 가짐 -; 및 가시광 투과성 필름의 나선 권취 부분으로부터 가시광 투과성 필름의 광 출력 에지까지 접선방향으로 연장되는 가시광 투과성 필름의 평면 부분을 포함하는, 조명 변환기이다.

항목 2는, 가시광 투과성 필름은 중합체 필름, 유리 필름, 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 항목 1의 조명 변환기이다.

항목 3은, 가시광 투과성 필름의 광 출력 에지는 중심 평면에 평행한, 항목 1 또는 항목 2의 조명 변환기이다.

항목 4는, 나선 권취 부분은 내부 전반사(TIR)가 가시광 투과성 필름 내에서 일어날 수 있도록 나선 권취 부분의 인접 층들 사이의 간극을 추가로 포함하는, 항목 1 내지 항목 3의 조명 변환기이다.

항목 5는, 간극은 공기 또는 가시광 투과성 필름보다 낮은 굴절률을 갖는 재료를 포함하는, 항목 4의 조명 변환기이다.

항목 6은, 반사성 표면은 TIR을 지원할 수 있는 폴리싱된 표면을 포함하는, 항목 1 내지 항목 5의 조명 변환기이다.

항목 7은, 반사성 표면은 금속화된(metalized) 표면 반사기, 유전체 다층 반사기, 또는 이들의 조합을 포함하는, 항목 1 내지 항목 6의 조명 변환기이다.

항목 8은, 광 입력 표면에 인접하게 폭을 따라 배치된 적어도 하나의 발광 다이오드(LED)를 추가로 포함하며, 적어도 하나의 LED 각각은 광을 광 입력 표면 내로 주입할 수 있는, 항목 1 내지 항목 7의 조명 변환기이다.

항목 9는, 적어도 하나의 LED와 광 입력 표면 사이에 배치된 집광 광학체를 추가로 포함하는, 항목 8의 조명 변환기이다.

항목 10은, 적어도 하나의 LED와 광 입력 표면 사이에 배치된 광 집적 원통체를 추가로 포함하는, 항목 8 또는 항목 9의 조명 변환기이다.

항목 11은, 적어도 하나의 LED는 상이한 파장의 광을 방출할 수 있는 적어도 2개의 LED를 포함하는, 항목 8 내지 항목 10의 조명 변환기이다.

항목 12는, 적어도 하나의 LED는 비동기 조명 또는 동기 조명이 가능한 적어도 2개의 LED를 포함하는, 항목 8 내지 항목 11의 조명 변환기이다.

항목 13은, 집광 광학체와 광 입력 표면 사이의 광 집적 원통체를 추가로 포함하는, 항목 9 내지 항목 12의 조명 변환기이다.

항목 14는, 광 출력 에지로부터 광을 수광하도록 배치된 필름 도파관을 추가로 포함하는, 항목 1 내지 항목 13의 조명 변환기이다.

항목 15는, 필름 도파관과 광 출력 에지 사이의 간극을 추가로 포함하는, 항목 14의 조명 변환기이다.

항목 16은, 간극은 공기 또는 가시광 투과성 필름보다 낮은 굴절률을 갖는 재료를 포함하는, 항목 15의 조명 변환기이다.

항목 17은, 가시광 투과성 필름은 가시광 투과성 필름보다 낮은 굴절률을 갖는 외부 표면 코팅을 추가로 포함하는, 항목 1 내지 항목 16의 조명 변환기이다.

항목 18은, 백라이트로서, 항목 1 내지 항목 17의 조명 변환기; 및 광 입력 표면에 인접하게 배치되고, 광을 광 입력 표면 내로 주입할 수 있는 복수의 발광 다이오드(LED)를 포함하는, 백라이트이다.

항목 19는, 적어도 하나의 LED와 광 입력 표면 사이에 배치된 집광 광학체를 추가로 포함하는, 항목 18의 백라이트이다.

항목 20은, 적어도 하나의 LED와 광 입력 표면 사이에 배치된 광 집적 원통체를 추가로 포함하는, 항목 18 또는 항목 19의 백라이트이다.

항목 21은, 적어도 하나의 LED는 상이한 파장의 광을 방출할 수 있는 적어도 2개의 LED를 포함하는, 항목 18 내지 항목 20의 백라이트이다.

항목 22는, 적어도 하나의 LED는 비동기 조명 또는 동기 조명이 가능한 적어도 2개의 LED를 포함하는, 항목 18 내지 항목 21의 백라이트이다.

항목 23은, 집광 광학체와 광 입력 표면 사이의 광 집적 원통체를 추가로 포함하는, 항목 19의 백라이트이다.

항목 24는, 가시광 투과성 필름의 평면 부분은 광 추출 특징부를 추가로 포함하는, 항목 18 내지 항목 23의 백라이트이다.

항목 25는, 주입된 광을 광 출력 에지로부터 수광하도록 배치된 필름 도파관을 추가로 포함하는, 제18항 내지 항목 24의 백라이트이다.

항목 26은, 필름 도파관은 광 추출 특징부를 추가로 포함하는, 항목 25의 백라이트이다.

항목 27은, 필름 도파관과 광 출력 에지 사이의 간극을 추가로 포함하는, 항목 25 또는 항목 26의 백라이트이다.

항목 28은, 간극은 공기 또는 가시광 투과성 필름보다 낮은 굴절률을 갖는 재료를 포함하는, 항목 27의 백라이트이다.

달리 지시되지 않는 한, 명세서 및 청구범위에 사용된 특징부 크기, 양, 및 물리적 특성을 표현하는 모든 수치는 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 상기의 명세서 및 첨부된 청구범위에 기재된 수치 파라미터는, 당업자가 본 명세서에 개시된 교시 내용을 이용하여 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다.

본 명세서에서 인용된 모든 참고 문헌 및 간행물은, 그것이 본 명세서와 직접적으로 모순될 수 있는 경우를 제외하고는, 명백히 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 특정 실시예가 본 명세서에 예시 및 기술되었지만, 다양한 대안적인 및/또는 동등한 구현예가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 도시 및 기술된 특정 실시예를 대신할 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 본 출원은 본 명세서에 논의된 특정 실시예의 임의의 개조 또는 변형을 포함하도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 청구범위 및 그의 등가물에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.

Claims

조명 변환기(illumination converter)로서,
가시광 투과성 필름의 나선 권취 부분 - 나선 권취 부분은,
가시광 투과성 필름이 둘레에 권취되는, 폭을 갖는 중심 평면,
중심 평면에 수직이고, 가시광 투과성 필름의 제1 에지를 포함하는 광 입력 표면,
가시광 투과성 필름의 제1 에지에 대해 45도 각도로 배치된 가시광 투과성 필름의 제2 에지를 포함하는 반사성 표면,
중심 평면에 평행한 광 출력 영역을 가짐 -; 및
가시광 투과성 필름의 나선 권취 부분으로부터 가시광 투과성 필름의 광 출력 에지까지 접선방향으로 연장되는 가시광 투과성 필름의 평면 부분을 포함하는, 조명 변환기.
제1항에 있어서, 가시광 투과성 필름은 중합체 필름, 유리 필름, 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 조명 변환기.
제1항에 있어서, 가시광 투과성 필름의 광 출력 에지는 중심 평면에 평행한, 조명 변환기.
제1항에 있어서, 나선 권취 부분은 내부 전반사(total internal reflection, TIR)가 가시광 투과성 필름 내에서 일어날 수 있도록 나선 권취 부분의 인접 층들 사이의 간극(gap)을 추가로 포함하는, 조명 변환기.
제4항에 있어서, 간극은 공기 또는 가시광 투과성 필름보다 낮은 굴절률을 갖는 재료를 포함하는, 조명 변환기.
제1항에 있어서, 반사성 표면은 TIR을 지원할 수 있는 폴리싱된(polished) 표면을 포함하는, 조명 변환기.
제1항에 있어서, 반사성 표면은 금속화된(metalized) 표면 반사기, 유전체 다층 반사기, 또는 이들의 조합을 포함하는, 조명 변환기.
제1항에 있어서, 광 입력 표면에 인접하게 폭을 따라 배치된 적어도 하나의 발광 다이오드(LED)를 추가로 포함하며, 적어도 하나의 LED 각각은 광을 광 입력 표면 내로 주입할 수 있는, 조명 변환기.
제8항에 있어서, 적어도 하나의 LED와 광 입력 표면 사이에 배치된 집광 광학체(light collection optic)를 추가로 포함하는, 조명 변환기.
제8항에 있어서, 적어도 하나의 LED와 광 입력 표면 사이에 배치된 광 집적 원통체(light integration cylinder)를 추가로 포함하는, 조명 변환기.
제8항에 있어서, 적어도 하나의 LED는 상이한 파장의 광을 방출할 수 있는 적어도 2개의 LED를 포함하는, 조명 변환기.
제8항에 있어서, 적어도 하나의 LED는 비동기 조명 또는 동기 조명이 가능한 적어도 2개의 LED를 포함하는, 조명 변환기.
제9항에 있어서, 집광 광학체와 광 입력 표면 사이의 광 집적 원통체를 추가로 포함하는, 조명 변환기.
제1항에 있어서, 광 출력 에지로부터 광을 수광하도록 배치된 필름 도파관을 추가로 포함하는, 조명 변환기.
제14항에 있어서, 필름 도파관과 광 출력 에지 사이의 간극을 추가로 포함하는, 조명 변환기.
제15항에 있어서, 간극은 공기 또는 가시광 투과성 필름보다 낮은 굴절률을 갖는 재료를 포함하는, 조명 변환기.
제1항에 있어서, 가시광 투과성 필름은 가시광 투과성 필름보다 낮은 굴절률을 갖는 외부 표면 코팅을 추가로 포함하는, 조명 변환기.
백라이트(backlight)로서,
제1항의 조명 변환기; 및
광 입력 표면에 인접하게 배치되고, 광을 광 입력 표면 내로 주입할 수 있는 복수의 발광 다이오드(LED)를 포함하는, 백라이트.
제18항에 있어서, 적어도 하나의 LED와 광 입력 표면 사이에 배치된 집광 광학체를 추가로 포함하는, 백라이트.
제18항에 있어서, 적어도 하나의 LED와 광 입력 표면 사이에 배치된 광 집적 원통체를 추가로 포함하는, 백라이트.
제18항에 있어서, 적어도 하나의 LED는 상이한 파장의 광을 방출할 수 있는 적어도 2개의 LED를 포함하는, 백라이트.
제18항에 있어서, 적어도 하나의 LED는 비동기 조명 또는 동기 조명이 가능한 적어도 2개의 LED를 포함하는, 백라이트.
제19항에 있어서, 집광 광학체와 광 입력 표면 사이의 광 집적 원통체를 추가로 포함하는, 백라이트.
제18항에 있어서, 가시광 투과성 필름의 평면 부분은 광 추출 특징부(light extraction feature)를 추가로 포함하는, 백라이트.
제18항에 있어서, 주입된 광을 광 출력 에지로부터 수광하도록 배치된 필름 도파관을 추가로 포함하는, 백라이트.
제25항에 있어서, 필름 도파관은 광 추출 특징부를 추가로 포함하는, 백라이트.
제25항에 있어서, 필름 도파관과 광 출력 에지 사이의 간극을 추가로 포함하는, 백라이트.
제27항에 있어서, 간극은 공기 또는 가시광 투과성 필름보다 낮은 굴절률을 갖는 재료를 포함하는, 백라이트.