KR20170046692A - 하향전환 필름 요소를 포함하는 백라이트 시스템 - Google Patents

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KR20170046692A
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조슈아 디 티빗스
위 양
지안강 수
펑 자오
원롱 양
슈-칭 판
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

가시성 영역, 하향전환 필름 요소 및 청색 LED를 갖는 LCD 백라이트 유닛에 걸쳐 색상 균일성을 개선하는 방법은 가시성 영역의 적어도 하나의 가장자리에서 적색 및 녹색 광을 반사시키면서 청색 광 흡수를 증가시키는 단계를 포함한다.

Description

하향전환 필름 요소를 포함하는 백라이트 시스템{BACKLIGHT SYSTEMS CONTAINING DOWNCONVERSION FILM ELEMENTS}
본 발명은 하향전환 필름 요소(downconversion film element)를 포함하는 백라이트 시스템에서 색상 균일성의 개선 방법 및 개선된 백라이트 시스템에 관한 것이다.
액정 디스플레이(Liquid crystal display, LCD)는 별개의 백라이트 유닛(backlight unit) 및 스크린 상에 색상 이미지(color image)를 표시하는 픽셀(pixel)을 위한 적색, 녹색 및 청색 필터를 이용하는 비발광성(non-emissive) 디스플레이다. 적색, 녹색 및 청색 필터는 백라이트 유닛으로부터 방출된 백색 광을 각각 적색, 녹색 및 청색으로 분리시킨다. LCD 장치에 의해 표시될 수 있는 색상 범위는 색역(color gamut)으로 지칭된다.
LCD 백라이트 시스템은 반사판 또는 반사 필름, 추출 특징부를 포함하는 도광체(light guide)(예를 들어, 도광판 또는 도광 필름), 확산 시트, 광 방향전환(light redirecting) 필름(예를 들어, 프리즘 필름, 렌티큘러(lenticular) 필름 및/또는 기타 휘도(brightness) 향상 필름) 및/또는 반사성 편광자를 포함하는 필름 적층물을 전형적으로 포함한다. 전통적으로, LCD는 황색 YAG 인광체(phosphor)와 조합된 청색 LED 다이(die)로 이루어지는 백색 발광 다이오드(LED)를 이용하여 왔다. 이동식/휴대 장치는 전형적으로 에지형(edge-lit)이며, 디스플레이 영역에 걸쳐 광을 균일하게 분산시키기 위한 도광체를 포함한다. "백색" 광은 그 후 확산 시트를 이용하여 도광체 밖으로 확산된다. 그러나, 최근 개선된 색역을 갖는 LCD가 개발되었다. 이들 LCD에서, 백색 LED는 청색 LED로 대체되고, 확산 시트는 색상을 활발하게 전환시키는 하향전환 필름 요소로 대체된다. 하향전환 시트는, 예를 들어 적색 및 녹색 양자점(quantum dot), 인광체, 형광 염료 등을 포함할 수 있다. 전형적인 LCD 백라이트에서 바닥 확산 시트를 양자점 필름 요소로 간단히 대체함으로써, 달성되는 색역이 극적으로 (예를 들어, 50%) 증가될 수 있다.
양자점 필름 요소 또는 기타 하향전환 필름 요소를 포함하는 백라이트 시스템과 관련된 한 가지 문제점은 백라이트의 경계 근처(즉, 디스플레이의 가시성 영역의 가장자리)에서의 색상 불균일성이다. 전형적으로, 이러한 불균일성은 디스플레이의 가시성 영역의 가장자리에서 청색 글로우(glow)로서 나타난다. 이러한 글로우는 일반적으로 백라이트 시스템의 가장자리로부터 청색 광 누출의 결과인 것으로 생각된다.
상기 내용을 고려하여, 본 발명자들은 하향전환 필름 요소를 포함하는 백라이트 시스템에서 개선된 색상 균일성에 대한 필요가 존재함을 인지하였다.
놀랍게도, 하향전환 필름 요소를 포함하는 디스플레이의 가시성 영역의 가장자리에서의 색상 불균일성은 이전에 생각된 바와 같이 청색 광 누출에만 기인한 것은 아님을 본 발명자들은 발견하였다. 그보다는, 본 발명자들은, 색상 불균일성은 청색 광에 대하여 적색 및 녹색 광의 각(angular) 분포에서의 차이로 인하여, 디스플레이의 가장자리에서 불충분한 적색 및 녹색 광에 의해 우선적으로 유발됨을 발견하였다. 본 발명자들은 디스플레이의 가시성 영역의 가장자리에 적색 및 녹색 광을 반사하지만 청색 광을 흡수하는 재료를 사용하면 청색 광을 적색 및 녹색 광과 균형을 맞출 수 있고 디스플레이의 가시성 영역의 중심의 것에 가까운 백색 점을 갖는 광을 제공할 수 있다고 판단하였다.
간략하게, 일 태양에서, 본 발명은, (a) 지지 구조체, (b) 하향전환 필름 요소 및 (c) 청색 LED를 포함하고; 지지 구조체는 하향전환 필름 요소에 인접한 적어도 그의 가장자리 상에 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체를 포함하는 LCD 백라이트 유닛을 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은, (a) 하향전환 필름 요소, (b) 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체를 포함하는 적어도 하나의 가장자리를 갖는 도광체 및 (c) 청색 LED를 포함하는 LCD 백라이트 유닛을 제공한다.
또 다른 태양에서, 본 발명은, (a) 광 방향전환 필름, (b) 하향전환 필름 요소, (c) 청색 LED 및 (d) 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체를 포함하고; 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체는 광 방향전환 필름의 가장자리 또는 하향전환 필름 요소의 가장자리와 중첩하는 LCD 백라이트 유닛을 제공한다.
여전히 또 다른 태양에서, 본 발명은 가시성 영역을 갖는 LCD 백라이트 유닛에 걸쳐 색상 균일성을 개선하는 방법을 제공한다. 본 방법은 가시성 영역의 적어도 하나의 가장자리에서 적색 및 녹색 광을 반사시키면서 청색 광 흡수를 증가시키는 단계를 포함하고; LCD 백라이트 유닛은 하향전환 필름 요소 및 청색 LED를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체"는 청색 광을 흡수하지만 적색 광은 반사하는 재료를 의미한다. 예를 들어, 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체는 약 420nm 내지 약 500nm의 파장의 일부 광을 흡수할 수 있지만 약 510nm 내지 660nm의 파장의 일부 광은 반사시킬 수 있다. 바람직하게는, 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체는 백라이트 유닛에 사용되는 청색 LED의 출력 파장을 실질적으로 흡수하도록 그리고 적색 및 녹색 하향전환체(downconvertor)(예를 들어, 적색 및 녹색 양자점)의 출력 파장을 실질적으로 반사하도록 선택된다.
본 발명은 하기의 상세한 설명을 하기 도면과 관련하여 고려하면 더욱 완전하게 이해될 수 있다:
도 1은 실시예에서 사용된 측정 구성의 도면이다.
도 2a는 도 1에 도시된 구성으로부터의 카메라 이미지이다.
도 2b는 도 1에 도시된 구성으로부터의 측정 데이터이다.
도 3은 실시예에서 사용된 측정 구성의 도면이다.
도 4a는 도 3에 도시된 구성으로부터의 카메라 이미지이다.
도 4b는 도 3에 도시된 구성으로부터의 측정 데이터이다.
디스플레이에 걸쳐서 균일한 백색 색상을 달성하기 위하여, 적색, 녹색 및 청색의 균일한 혼합물이 공간적으로 유지될 필요가 있다. 본 발명자들은 양자점 필름과 같은 하향전환 시트를 포함하는 백라이트에서, 우선적으로 상이한 색상의 광이 상이한 공급원들로부터 유래하기 때문에, 적색, 녹색 및 청색의 혼합물이 공간적으로 균일하지 않음을 인지하였다. 적색 및 녹색 광은, 예를 들어 양자점으로부터 유래한다. 광자는 모든 방향에서 균등하게 양자점에 의해 방출된다. 따라서 적색 및 녹색 광은 광각 분포를 갖는다. 한편, 청색 광은 청색 LED로부터 유래한다. 청색 광은 모든 방향에서 균등하게 분포하지 않는다. 청색 광의 각 분포는 백라이트 시스템에서 대체로 광학 필름 적층물(예를 들어, 도광체, 확산 필름 및/또는 광 방향전환 필름, 등)에 의해 결정된다. 따라서, 청색 광은 적색 및 녹색 광에 비해 전형적으로 덜 퍼진다.
적색 및 녹색 광의 광각 분포의 결과는, 임의의 하나의 지점에서의 색상이 그 지점 바로 아래의 영역으로부터 유래하는 광에 의해 결정될 뿐만 아니라, 인접 영역으로부터 유래하는 광에 의해서도 결정된다는 것이다. 적색 및 녹색 광은 따라서, 그의 더욱 넓은 각 분포 때문에 청색 광보다 인접 영역에 의하여 방출된 광에 더욱 의존한다.
에지형 LCD 백라이트 시스템에서는, 추출 특징부를 갖는 도광체가 디스플레이에 더욱 균일한 광을 제공하기 위하여 전형적으로 사용된다. 추출 특징부는 균일한 외관을 달성하기 위하여 가시성 디스플레이 영역에 걸쳐 밀도가 전형적으로 변한다. 예를 들어, LED 가까이에 몇 개의 추출 특징부가 전형적으로 존재하고, LED에서 멀리 이동될수록 추출 특징부의 밀도는 증가한다. 추출 특징부를 LCD 패널의 가시성 영역의 가장자리에 가까이에서 끝내는 것이 통상적인 관행이다. 하향전환 필름 요소(예를 들어, 양자점 필름)를 포함하는 에지형 백라이트 시스템에서, 가시성 영역의 가장자리에서 추출 특징부를 끝내는 것이 가시성 영역의 가장자리에서 더욱 많은 청색 색상을 초래함을 본 발명자들은 발견하였는데, 이는 가장자리에서 이용가능한, 청색 광과 혼합되어 백색 광을 생성하기에 충분한 적색 및 녹색 광이 없기 때문이다. 즉, 매우 적은 적색 및 녹색 광이 추출 특징부를 포함하는 영역 외부에서 생성되고 있다.
또한, 본 발명자들은 디스플레이의 가장자리에서 양자점 필름으로부터 방출되는 적색 및 녹색 광이 균일한 색상을 생성하기에 충분하지 않음을 발견하였는데, 이는 더욱 많은 적색 및 녹색 광이 각 분포에서의 차이로 인하여 청색 광보다 디스플레이의 가장자리 외부로 손실되기 때문이다.
디스플레이 영역의 가장자리 가까이에서의 색상 균일성을 개선시키기 위하여, 디스플레이 가장자리에서 "없어진(missing)" 적색 및 녹색 광을 보충하거나 과도한 청색 광을 제거하는 것이 필요하다는 것을 본 발명자들은 발견하였다. 본 명세서에 참고로 포함된 공개 공보 WO 2015/065601호에는 디스플레이 가장자리에서 적색 및 녹색 광을 증가시키는 방법이 설명되어 있다. 디스플레이의 가장자리에서의 감소하는 청색 광은 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체를 사용하여 달성될 수 있다. 일부 백라이트 유닛에서, WO 2015/065601호에 기재된 방법을 아래에 기재된 방법과 조합하는 것이 유리할 수 있다.
디스플레이의 가시 영역의 가장자리 근처에서 색상 균일성을 향상시키기 위하여 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체를 사용하는 한 가지 방법은 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체를 백라이트의 기계적 지지 구조체(예를 들어, 프레임)에 부가하는 것 또는 청색 광 흡수 재료의 프레임을 구성하는 것이다. 예를 들어, 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체는 하향전환 필름 요소에 인접한 지지체의 적어도 가장자리 상에서 지지 구조체에 부가될 수 있다. 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체는, 예를 들어, 황색 안료를 포함할 수 있다. 적합한 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체의 예는 황색 코팅, 페인트, 잉크, 필름 및 테이프를 포함한다. 대안적으로, 기계적 지지 구조체는, 예를 들어 황색 플라스틱과 같은 청색 광 흡수 재료로 구성될 수 있다.
청색 광 흡수체와 조합된 단지 적색 및 녹색 광만을 반사하도록 조정된 다층 광학 필름(MOF)이 또한 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체로서 사용될 수 있다. 예를 들어, MOF는 어두운 색(예컨대, 흑색)의 프레임에 부착될 수 있거나, 배면에 어두운 색(예컨대, 흑색)의 재료가 적용(예컨대, 라미네이팅 또는 코팅)될 수 있다.
디스플레이의 가시 영역의 가장자리 근처에서 색상 균일성을 향상시키기 위하여 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체를 사용하는 다른 방법은 전술된 것과 같은 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체를 도광체의 가장자리(들)에 부가하는 것이다. 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체는 도광체의 상단, 측면, 상단과 측면의 조합, 또는 가장자리 둘레 모두에 적용될 수 있다. 예를 들어, 황색 페인트 또는 잉크가 도광체의 가장자리 둘레에 도색 또는 인쇄될 수 있다.
디스플레이의 가시 영역의 가장자리 근처에서 색상 균일성을 향상시키기 위하여 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체를 사용하는 또 다른 방법은 전술된 것과 같은 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체를 광 방향전환 필름의 가장자리 또는 하향전환 필름 요소의 가장자리에 부가하는 것이다. 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체는 하향전환 필름 요소 또는 도광체의 상단, 측면, 상단과 측면의 조합, 또는 가장자리 둘레 모두에 적용될 수 있다. 예를 들어, 황색 페인트 또는 잉크가 광 방향전환 필름 또는 하향전환 필름 요소의 가장자리 둘레에 도색 또는 인쇄될 수 있거나 또는 황색 테이프가 그 둘레에 접착될 수 있다. 필요한 광 방향전환 필름 또는 하향전환 필름 요소 상에서 황색 테이프의 중첩 양은 재료의 흡수 특성에 따라 달라질 것이다. 대체적으로, 재료가 청색 광 흡수성이 클수록, 요구되는 중첩은 더 적다. 당업자는 흡수 특성 및 중첩을 이용하여 가장자리 근처의 디스플레이로부터의 출력 색상을 미세하게 조정하는 방법을 이해할 것이다.
적합한 하향전환 재료는 적색 및 녹색 양자점, 인광체, 형광 염료 등을 포함할 수 있다. 하향전환 재료는 하향전환 필름 요소와 동일한 재료일 수 있다.
실시예
본 발명의 목적 및 이점이 하기의 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에 인용된 특정 재료 및 그의 양뿐만 아니라 기타 조건이나 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
비교예 1 및 실시예 1
도 1에 도시된 바와 같이, 노트북 PC 백라이트로부터의 도광판을 청색 LED(104)로 조명하고 ESR 시트(112) 상에 배치하였다. 쓰리엠(3M)™ QDEF-210(쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터의 양자점 향상 필름)(108) 및 교차된 프리즘 필름(쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 BEF4-GT 및 BEF4-GMv5)(110)을 도광판(102) 및 ESR(112) 상단에 배치하였다. 기계적 지지 구조체(115)가 필름 적층물의 경계를 형성하였다. 실시예 1의 경우, 황색 마커(marker)(130)를 QDEF(108)에 인접한 가장자리 상의 지지 구조체(115)의 가장자리에 적용하였다. 비교예 1의 경우에는 마커를 적용하지 않았다. 프로메트릭(Prometric) 카메라(레이디언트 이미징 PM 시리즈 이미징 색도계(Radiant Imaging PM Series Imaging Colorimeter) PM-9913E-1)(114)를 적층된 필름들 위에 위치시키고, 이를 이용하여 도 1에 도시된 영역 위에서 공간 색상을 측정하였다. 이들 예로부터의 출력이 도 2a 및 도 2b에 나타나 있다. 도 2a는 카메라로부터의 이미지이다. 도 2b는 도 2a의 중심선을 따르는 단면 색상 데이터를 포함한다.
비교예 및 실시예 2
도 3에 도시된 바와 같이, 킨들 파이어(Kindle Fire) HDX로부터의 도광판(502)을 청색 LED(504)로 조명하고, ESR 시트(512) 상에 배치하였다. 쓰리엠™ QDEF-210(508) 및 교차된 프리즘 필름(BEF4-GT 및 BEF4-GMv5)(510)을 도광판(502) 및 ESR(512)의 상단에 배치하였다. 기계적 지지 구조체(515)가 필름 적층물의 경계를 형성하였다. 실시예 2의 경우에, 황색 림 테이프(518)를 교차된 프리즘 필름(510)의 가장자리와 중첩하여 적용하였다. PR-650 분광측광기를 적층된 필름들 위에 위치시키고 이를 사용하여 황색 림 테이프(518)가 위치된 경우(실시예 2) 및 황색 림 테이프(518)가 없는 경우(비교예)에 가장자리의 영역 위에서 공간 색상 및 휘도를 측정하였다. 이들 예로부터의 출력이 도 4a 및 도4b에 나타나 있다. 도 4a는 카메라로부터의 이미지이다. 도 4b는 변형되지 않은 기계적 지지체(비교예)에 대해 x, y에서 선을 따른 그리고 황색으로 도색된 기계적 지지체(실시예 2)에 대해 x', y'에서 선을 따른 단면 색상 데이터를 포함한다.
본 명세서에 인용된 간행물의 개시내용들 전부는, 각각이 개별적으로 포함된 것처럼 그 전체가 참고로 포함된다. 본 발명에 대한 다양한 변경 및 변형은 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백해질 것이다. 본 발명은 본 명세서에 기술된 예시적인 실시 형태 및 실시예로 과도하게 제한되도록 의도되지 않으며, 그러한 실시예 및 실시 형태는 단지 예로서 제공되며 본 발명의 범주는 하기와 같이 본 명세서에 기재된 청구범위에 의해서만 제한되도록 의도됨을 이해하여야 한다.

Claims (17)

  1. LCD 백라이트 유닛으로서,
    (a) 지지 구조체;
    (b) 하향전환 필름 요소(downconversion film element); 및
    (c) 청색 LED를 포함하고;
    지지 구조체는 하향전환 필름 요소에 인접한 적어도 그의 가장자리 상에 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체를 포함하는 LCD 백라이트 유닛.
  2. LCD 백라이트 유닛으로서,
    (a) 하향전환 필름 요소;
    (b) 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체를 포함하는 적어도 하나의 가장자리를 갖는 도광체; 및
    (c) 청색 LED를 포함하는 LCD 백라이트 유닛.
  3. LCD 백라이트 유닛으로서,
    (a) 광 방향전환 필름;
    (b) 하향전환 필름 요소;
    (c) 청색 LED; 및
    (d) 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체를 포함하고;
    청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체는 광 방향전환 필름의 가장자리 또는 하향전환 필름 요소의 가장자리와 중첩하는 LCD 백라이트 유닛.
  4. 제1항에 있어서, 지지 구조체는 황색 플라스틱을 포함하는 LCD 백라이트 유닛.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체는 황색 코팅, 페인트 또는 잉크인 LCD 백라이트 유닛.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체는 황색 필름 또는 테이프인 LCD 백라이트 유닛.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체는 청색 광 흡수체와 조합된 단지 적색 및 녹색 광만을 반사하도록 조정된 다층 광학 필름인 LCD 백라이트 유닛.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 하향전환 필름 요소는 양자점(quantum dot) 필름인 LCD 백라이트 유닛.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 에지형(edge-lit)인 LCD 백라이트 유닛.
  10. 가시성 영역을 갖는 LCD 백라이트 유닛에 걸쳐 색상 균일성을 개선하는 방법으로서,
    가시성 영역의 적어도 하나의 가장자리에서 적색 및 녹색 광을 반사시키면서 청색 광 흡수를 증가시키는 단계를 포함하고;
    LCD 백라이트 유닛은 하향전환 필름 요소 및 청색 LED를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, LCD 백라이트 유닛은 지지 구조체를 추가로 포함하고, 가시성 영역의 적어도 하나의 가장자리에서 적색 및 녹색 광을 반사시키면서 청색 광 흡수를 증가시키는 단계는 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체를 하향전환 필름 요소에 인접하게 지지 구조체의 가장자리에 적용하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제10항에 있어서, LCD 백라이트 유닛은 도광체를 추가로 포함하고, 가시성 영역의 적어도 하나의 가장자리에서 적색 및 녹색 광을 반사시키면서 청색 광 흡수를 증가시키는 단계는 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체를 도광체의 적어도 하나의 가장자리에 적용하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제10항에 있어서, LCD 백라이트 유닛은 광 방향전환 필름을 추가로 포함하고, 가시성 영역의 적어도 하나의 가장자리에서 적색 및 녹색 광을 반사시키면서 청색 광 흡수를 증가시키는 단계는 광 방향전환 필름의 가장자리 또는 하향전환 필름 요소의 가장자리와 중첩하는 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체를 적용하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체는 황색 코팅, 페인트 또는 잉크인 방법.
  15. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체는 황색 필름 또는 테이프인 방법.
  16. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 청색 광 흡수체/적색 및 녹색 광 반사체는 청색 광 흡수체와 조합된 적색 및 녹색 광만을 반사하도록 조정된 다층 광학 필름인 방법.
  17. 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 하향전환 필름 요소는 양자점 필름인 방법.
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