KR20180126597A - 얇은 도광판 및 광 커플링 유닛을 포함하는 백라이트 유닛들 - Google Patents

얇은 도광판 및 광 커플링 유닛을 포함하는 백라이트 유닛들 Download PDF

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KR20180126597A
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아담 제임스 엘리슨
션핑 리
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

개시되는 것은 도광판(210), 상기 도광판과 접촉하는 광 커플링 유닛(220), 및 제1 및 제2 광 입사 에지 표면들에 광학적으로 커플링되는 광원(230)을 포함하는 백라이트 유닛들이다. 상기 백라이트 유닛들은 입사 표면(221)과 반대되는 커플링 유닛의 에지 표면(224) 상에 반사기(240)를 형성함에 의해 광 리사이클링 캐비티들을 또한 포함할 수 있다. 이러한 BLU들을 포함하는 전자, 디스플레이, 및 조명 소자들이 여기에 더욱 개시된다.

Description

얇은 도광판 및 광 커플링 유닛을 포함하는 백라이트 유닛들
<관련 출원의 상호 참조>
본 출원은 2016년 4월 8일 출원된 미국 임시 출원 번호 제62/320,052호의 35 U.S.C. § 119 하의 우선권의 이익을 청구하며, 이 문헌의 내용이 그 전체로서 인용되며 참조문헌으로 여기 병합된다.
본 개시는 일반적으로 백라이트 유닛들 및 이러한 백라이트 유닛들을 포함하는 디스플레이 소자들에 관한 것이고, 더욱 구체적으로 광 커플링 효율 증가를 위하여 얇은 도광판과 광 커플링 유닛을 포함하는 백라이트 유닛들에 관한 것이다.
액정 디스플레이들(LCD들)은 휴대폰들, 랩탑들, 전자 태블릿들, 텔레비전들, 및 컴퓨터 모니터들과 같은 다양한 전자장치들에서 일반적으로 사용된다. 더 얇고, 더 크고, 고해상도 플랫 패널 디스플레이들을 위한 증가된 요구가 고품질 기판들을 디스플레이 내에서 예를 들어 도광판들(light guide plates, LGP)로서 사용하기 위한 요구를 촉진시킨다. 그럼으로써 다양한 디스플레이 소자들의 두께의 감소 및/또는 스크린 사이즈의 증가를 허용할 수 있는, 더 높은 광 커플링 효율 및/또는 광 출력을 갖는 더 얇은 LGP들을 위한 산업 내에서의 요구사항이 존재한다.
폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 플라스틱 물질들은 LGP들을 제조하는 데 사용될 수 있다. 그러나 PMMA는 상대적으로 높은 열팽창 계수(대략 유리보다 1 오더 크기가 더 큰)를 가지며, 이는 LCD 소자를 설계할 때 광원, 예를 들어 LED와 광 가이드 사이의 더 큰 공간을 필요로 할 수 있다. 이러한 갭은 광원으로부터 광 가이드까지의 광 커플링 효율을 감소시키거나, 및/또는 디스플레이의 에지들을 숨기기 위한 더 큰 베젤(bezel)을 필요로 할 수 있다. 더욱이, 상대적으로 약한 기계적 강도에 의해, 현재의 소비자 요구들을 만족시키기 위하여 충분히 강하고 얇은 PMMA로 형성된 광 가이드들을 만들기 어려울 수 있다. 따라서 베젤에 의한 숨김에 기인하거나, 또는 요구되는 디스플레이 사이즈를 위하여 충분히 큰 시트들의 제조의 불가능성에 기인하여, PMMA 광 가이드들은 이미지를 표시하기 위하여 가능한 발광 표면적을 제한할 수 있다.
유리 광 가이드들은 낮은 광 감쇠(attenuation), 낮은 열팽창 계수, 및 상대적으로 낮은 두께들에서의 높은 기계적 강도에 의해 PMMA의 대안들로서 제안되어 왔다. 그러나 유리가 상대적으로 얇은 LGP들을 생성하는 데 사용될 수 있는 한편, 이러한 LGP들은 또한 다양한 단점들을 가질 수 있다. 예를 들어 LGP의 두께를 감소시키는 것은 효율적인 광 커플링을 촉진하기 위하여 더 작은 광원들(예를 들어 LED들)의 사용을 필요로 할 수 있다. 광원의 사이즈를 감소시키는 것은 다시 광출력 휘도(luminance) 및/또는 효율을 감소시키고, 및/또는 백라이트 유닛(BLU)의 전체 비용을 증가시킬 수 있다. 그러므로 경제적 및/또는 설계적 관점들로부터 더 얇은 LGP들의 경우에도 더 큰 광원들을 사용하는 것이 요구될 수 있다. 특히 광원과 LGP 사이의 거리가 증가됨에 따라 에지-발광되는 LGP 내로 인접한 광원으로부터 입사되는 광을 더욱 효율적으로 커플링하기 위하여 다양한 노력들이 시도된 바 있다. 그러나 현재의 커플링 장치들은 증가된 제조 비용 및/또는 복잡성, 및/또는 낮은 효율성과 같이 하나 이상의 단점들을 가질 수 있다.
그러므로 더 큰 광원으로부터 더 얇은 도광판 내로 광을 커플링하기 위한 소자들이 제공되고, 밝기 및/또는 에너지 효율을 희생하지 않고 디스플레이 소자의 전체 두께를 감소시키는 것이 유리할 것이다. 또한 제조의 비용 및/또는 복잡성을 실질적으로 증가시키지 않고, 광원 및 도광판 사이의 광 커플링 효율을 증가시키기 위한 향상된 방법들 및 장치들을 제공하는 것이 유리할 것이다.
여기에 설명된 태양들은 앞서 설명된 문제점들의 일부를 해결하고자 한다.
본 개시는 다양한 실시예들에서 백라이트 유닛들과 관련되고, 상기 백라이트 유닛들은, 발광 주표면, 반대되는 주표면(opposing major surface), 제1 광 입사 에지 표면, 및 반대 에지 표면을 포함하는 도광판(light guide plate); 제2 광 입사 에지 표면, 반대되는 광 반사 에지 표면, 제1 표면, 및 반대되는 제2 표면을 포함하는 광 커플링 유닛; 및 상기 제1 및 제2 광 입사 에지 표면들에 광학적으로 커플링된 적어도 하나의 광원을 포함하고, 상기 광 커플링 유닛의 상기 제1 표면의 적어도 일부분이 상기 도광판의 상기 발광 주표면 또는 반대되는 주표면의 적어도 일부분과 물리적으로 접촉한다. 또한 여기에서 개시된 것은 발광 주표면, 반대되는 주표면, 및 제1 광 입사 에지 표면을 포함하는 도광판; 상기 도광판의 상기 발광 주표면 또는 반대되는 주표면의 적어도 일부분과 물리적 접촉하며, 제2 광 입사 에지 표면 및 반대되는 광 반사 에지 표면을 포함하는 광 커플링 유닛; 상기 제1 및 제2 광 입사 에지 표면들에 광학적으로 커플링된 적어도 하나의 광원; 및 상기 광 커플링 유닛의 상기 발광 에지 표면과, 상기 광원의 상면, 바닥면, 및 후면 각각 상의 반사막에 의해 정의되는 광 리사이클링 캐비티(light recycling cavity)를 포함하는 백라이트 유닛들이다. 이러한 BLU들을 포함하는 전자, 디스플레이, 및 조명 소자들이 여기에서 더욱 개시된다.
특정한 실시예들에서, 상기 광 커플링 유닛의 상기 광 반사 에지 표면은 반사막 또는 코팅을 포함할 수 있고, 및/또는 상기 적어도 하나의 광원의 상면, 바닥면, 및 후면(back surface) 중 적어도 하나는 반사막 또는 코팅을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 적어도 하나의 광원의 높이는 상기 도광판 및 상기 광 커플링 유닛의 결합된 두께보다 작거나 같을 수 있다. 비한정적인 실시예들에서 상기 광 커플링 유닛의 상기 제1 및 제2 표면들은 상기 도광판의 상기 발광 주표면과 평행할 수 있거나, 다른 실시예들에서 평행하지 않을 수 있고, 상기 제2 표면은 -10˚ 내지 10˚ 범위의 경사 각을 가질 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 상기 도광판의 상기 제1 광 입사 에지 표면은 예를 들어 약 10˚ 내지 약 60˚ 범위의 각도로 챔퍼링될(chamfered) 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 도광판의 굴절률(np)은 상기 광 커플링 유닛의 굴절률(nc)과 다를 수 있고, 예를 들어 np은 nc보다 더 클 수 있고, 예를 들어 nc보다 더 약 5 % 내지 약 20% 더 클 수 있다. 특정한 실시예들에서, 0.25np + 0.77 ≤ nc ≤ 0.25np + 1.18이다. 추가적인 실시예들에 따르면, 상기 광 커플링 유닛의 열팽창 계수와 상기 도광판의 열팽창 계수 사이의 차이는 30%보다 작다. 더 추가적인 실시예들에서, 상기 도광판 또는 상기 광 커플링 유닛 중 적어도 하나의 탄성계수(modulus of elasticity)는 5 GPa보다 작다. 또 다른 실시예들에 따르면, 상기 도광판 및 상기 광 커플링 유닛 중 적어도 하나는 유리, 유리-세라믹, 플라스틱, 또는 폴리머 물질을 포함하고, 및/또는 약 420 nm 내지 약 750 nm 범위의 가시 파장에서 적어도 약 80%의 광 전송도(optical transmission)를 갖는다.
본 개시의 추가적인 특징들 및 이점들이 뒤따르는 상세한 설명에서 제시될 것이며, 부분적으로는 상세한 설명으로부터 해당 기술의 당업자들에게 즉각적으로 명백해지거나 첨부한 도면들뿐만 아니라 뒤따르는 상세한 설명, 청구항들을 포함하여 여기에서 설명되는 방법들을 실행함에 의해 인식될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 뒤따르는 상세한 설명은 모두 본 개시의 실시예들을 설명하며, 이들이 설명되고 청구화되는 바와 같이 실시예들의 속성 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 윤곽을 제공하기 위하여 의도되는 것임이 이해되어야 할 것이다. 첨부하는 도면들은 더 나아간 이해를 제공하기 위하여 포함되며, 본 명세서의 일부분 내에서 병합되고 일부분을 구성한다. 도면들은 하나 또는 그 이상의 실시예(들)을 도시하며, 상세한 설명과 함께 다양한 실시예들의 원리들 및 동작을 설명하도록 역할을 한다.
뒤따르는 상세한 설명은 아래의 도면들과 결합되어 읽힐 때 더욱 이해될 수 있을 것이며, 가능하다면, 유사한 참조 부호들이 유사한 부분들을 인용하도록 사용되며 첨부된 도면들이 필수적으로 치수에 맞게 그려지지는 않는다는 점이 이해되어야 한다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 백라이트 유닛을 도시한다.
도 2는 본 개시의 추가적인 실시예들에 따른 백라이트 유닛을 도시한다.
도 3은 본 개시의 더 추가적인 실시예들에 따른 백라이트 유닛을 도시한다.
도 4a는 도 1의 구성의 백라이트 유닛에 대한, 도광판 및 광 커플링 유닛이 다른 굴절률들을 갖는 실시예들을 위한 광 커플링 유닛의 길이의 함수로서의 광 커플링 효율의 플롯이다.
도 4b는 도 1의 구성의 백라이트 유닛에 대한, 도광판 및 광 커플링 유닛이 동일한 굴절률을 갖는 실시예들을 위한 광 커플링 유닛의 길이의 함수로서의 광 커플링 효율의 플롯이다.
도 5a는 도 1의 구성의 백라이트 유닛에 대한, 광 커플링 유닛의 굴절률의 함수로서의 광 커플링 효율의 플롯이다.
도 5b는 도 1의 구성의 백라이트 유닛에 대한, 달라지는 굴절률의 도광판들을 위한 광 커플링 유닛의 굴절률의 함수로서의 광 커플링 효율의 플롯이다.
도 5c는 도광판의 굴절률의 함수로서 도광판의 굴절률과 광 커플링 유닛의 최적 굴절률 사이의 차이의 플롯이다.
도 6a는 도 2의 구성의 백라이트 유닛에 대한, 도광판 및 광 커플링 유닛이 다른 굴절률들을 갖는 실시예들을 위한 광 커플링 유닛의 길이의 함수로서의 광 커플링 효율의 플롯이다.
도 6b는 도 2의 구성의 백라이트 유닛에 대한, 도광판 및 광 커플링 유닛이 동일한 굴절률을 갖는 실시예들을 위한 광 커플링 유닛의 길이의 함수로서의 광 커플링 효율의 플롯이다.
도 7은 도 3의 구성의 백라이트 유닛에 대한, 광 커플링 유닛의 상면의 경사 각의 함수로서의 광 커플링 효율의 플롯이다.
여기에서 개시되는 것은 발광 주표면, 반대되는 주표면(opposing major surface), 제1 광 입사 에지 표면, 및 반대되는 에지 표면을 포함하는 도광판(light guide plate); 제2 광 입사 에지 표면, 반대되는 광 반사 에지 표면, 제1 표면, 및 반대되는 제2 표면을 포함하는 광 커플링 유닛; 및 상기 제1 및 제2 광 입사 에지 표면들에 광학적으로 커플링된 적어도 하나의 광원을 포함하고, 상기 광 커플링 유닛의 상기 제1 표면의 적어도 일부분이 상기 도광판의 상기 발광 주표면 또는 반대되는 주표면의 적어도 일부분과 물리적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛들이다. 또한 여기에서 개시되는 것은 발광 주표면, 반대되는 주표면, 및 제1 광 입사 에지 표면을 포함하는 도광판; 상기 도광판의 상기 발광 주표면 또는 반대되는 주표면의 적어도 일부분과 물리적 접촉하며, 제2 광 입사 에지 표면 및 반대되는 광 반사 에지 표면을 포함하는 광 커플링 유닛; 상기 제1 및 제2 광 입사 에지 표면들에 광학적으로 커플링된 적어도 하나의 광원; 및 상기 광 커플링 유닛의 상기 발광 에지 표면과, 상기 광원의 상면, 바닥면, 및 후면 각각 상의 반사막에 의해 정의되는 광 리사이클링 캐비티(light recycling cavity)를 포함하는 백라이트 유닛들이다. 이러한 BLU들을 포함하는 전자, 디스플레이, 및 조명 소자들이 여기에서 더욱 개시된다.
본 개시의 다양한 실시예들이 이제 도 1 내지 도 3을 참조로 논의될 것이며, 이는 예시적인 BLU 구성들을 도시한다. 아래의 일반적인 설명은 청구된 소자들의 개요를 제공하도록 의도되고, 다양한 측면들이 비-한정적인 실시예들을 참조로 본 개시를 통해 구체적으로 논의될 것이며, 이러한 실시예들은 본 개시의 문맥 내에서 서로 상호 교환 가능하다.
도 1은 본 개시의 특정한 측면들에 따른 백라이트 유닛(100)을 도시한다. 백라이트 유닛(100)은 도광판(LGP)(110), 광 커플링 유닛(LCU)(120), 및 상기 LGP 및 LCU에 광학적으로 커플링된 광원(130)을 포함할 수 있다. LGP(110)는 광 입사 에지 표면(111), 광 입사 주표면(112), 및 반대되는 주표면(113)(발광 주표면에 반대되는)을 포함할 수 있다. LGP(110)의 두께(Tp)는 표면들(112, 113) 사이로 연장된다. 유사하게, LCU(120)는 광 입사 에지 표면(121), 제1 표면(123) 및 제2 표면(124)(상기 제1 표면에 반대되는)뿐만 아니라 반대되는 광 반사 에지 표면(124)(상기 광 입사 에지 표면에 반대되는)을 포함할 수 있다. LCU(120)의 두께(Tc)는 표면들(122, 123) 사이에서 연장되고, LCU(120)의 길이(LC)는 표면들(121, 124) 사이에서 연장된다.
여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "광학적으로 커플링된다"는 LGP 내로 광을 도입하거나 주입하기 위하여 LGP에 대하여 광원이 위치한다는 것을 가리키도록 의도된다. 광원은 LGP와 물리적으로 접촉하지 않더라도 LGP에 광학적으로 커플링될 수 있다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, BLU는 에지-발광될(edge-lit) 수 있고, 예를 들어 광원이 LGP의 에지에 인접하거나 접하도록 위치할 수 있다. 특정한 실시예들에 따르면 광이 LGP 내로 주입될 때, 광은 사용자를 향해 전방으로 광을 산란시키는 LGP 상의 광 추출 피쳐와 접촉할 때까지, 총 내부 반사(total internal reflection, TIR)에 기인하여 LGP의 길이를 따라 전파할(propagate) 수 있다. 예를 들어, LGP가 두 개의 반대되는 공기-유리 계면들을 정의하는 두 개의 반대되는 평행 표면들을 포함하는 유리 플레이트라면, 유리 플레이트 내로 주입된 광은 계면 조건들에 변화가 존재하지 않는다면 또는 존재할 때까지 상기 제1 및 제2 평행 계면들 사이에서 교대로 반사하며, 유리 플레이트를 통해 전파할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, LGP(110)는 광 입사 에지 표면(111), 발광 주표면(112), 및 반대되는 주표면(113)을 가질 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, "광 입사 에지 표면"은 인접한 광원에 광학적으로 커플링된 에지 표면, 예를 들어 광이 주입되는 LGP의 에지를 가리키는 것으로 의도된다. "발광 주표면"은 의도된 사용자를 마주보는 LGP(또는 BLU)의 주표면, 예를 들어 사용자를 향해 광을 발산하는 주표면을 가리키도록 의도된다. 유사하게, "반대되는 주표면"은 사용자로부터 멀어지는 방향으로 마주 보는, 예를 들어 만약 있다면 소자의 배면 패널을 향해, 발광 주표면에 반대되는 LGP(또는 BLU)의 주표면을 가리키는 것으로 의도된다.
백라이트 유닛(100)의 하나 이상의 성분들은 광 리사이클링을 촉진하도록 및 광 커플링 효율을 더욱 증가시키기 위하여 반사 표면을 갖도록 제공된다. 예를 들어, LCU의 광 반사 에지 표면(124)은 예를 들어 반사막 또는 코팅(140) 또는 광 반사가 가능한 임의의 다른 소자 또는 조성을 사용하여 그 표면에서 입사하는 광을 반사시킬 수 있다. 광원(130)의 하나 이상의 표면들은 광원(130)의 상면, 후면, 또는 바닥면과 각각 접촉하도록 위치할 수 있는 반사막 또는 코팅, 예를 들어 하나 이상의 막들(150a, 150b, 및/또는 150c)을 또한 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 1에 도시된 바와 같이 각각의 막(150a, 150b, 150c)은 광 리사이클링 캐비티(160)를 형성하도록 반사막(140)과 함께 존재하거나 위치할 수 있다. 예를 들어, 상부 반사막(150b)은 LCU(120), 예를 들어 제2 표면(122)과 물리적으로 접촉할 수 있고, 예를 들어 바닥 반사막(150c)은 LGP(110), 예를 들어 반대되는 주표면(113)과 물리적으로 접촉할 수 있고, 이에 따라 광이 LGP 내부로 최종적으로 다시 유도될 때까지 LGP 내부로 직접 주입되지 않은 광을 반사시킬 수 있는 광 리사이클링 캐비티(160)를 형성한다. 일부 실시예들에서 광 리사이클링 캐비티(160)는 광원(130)과 LGP(110) 사이의 갭(G)을 커버할 수 있다.
도 2를 참조하면, 다른 예시적인 백라이트 유닛(200)은 챔퍼링된 광 입사 에지 표면을 갖는 LGP(210)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 챔퍼(215)는 LGP(210)의 광 입사 에지 표면(211)과 발광 주표면(212) 사이의 접점에서 및/또는 광 입사 에지 표면(211)과 반대되는 주표면(214)의 접점에서 제공될 수 있다. 이러한 챔퍼들(215)은 높이(h)를 가질 수 있다. 챔퍼(215)의 예시적인 높이(h)는 약 0.05 TP 내지 약 0.3 TP, 또는 약 0.1 TP 내지 약 0.2 TP 범위와 같이 도광판(210)의 두께(TP)의 적어도 약 5%일 수 있다. 예를 들어, 0.7 mm 두께의 유리 시트의 경우에, 약 0.07 mm 이상의 높이를 갖는 챔퍼들이 광 입사 에지 표면(211)의 하나 또는 양 코너들에서 사용될 수 있거나, 또는 1.1 mm 두께의 유리 시트를 위하여 약 0.1 mm 이상의 높이를 갖는 챔퍼들이 사용될 수 있다. 챔퍼들(215)은 임의의 적합한 각도, 예를 들어 약 20˚ 내지 약 50˚, 약 30˚ 내지 약 40˚, 또는 약 45˚와 같이 약 10˚ 내지 약 60˚ 범위로 컷팅될 수 있다. 챔퍼링 이후에, 광 입사 에지 표면(211)의 챔퍼링되지 않은 부분은 두께(tp)를 가질 수 있고, 이는 약 0.3 mm 내지 약 2 mm, 또는 약 0.5 mm 내지 약 1 mm와 같이, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함하여 약 0.1 mm 내지 약 2.5 mm의 범위일 수 있다.
도 1과 유사하게, 도 2의 백라이트 유닛(200)은 LGP(210), LCU(220), 및 상기 LGP 및 LCU에 광학적으로 커플링된 광원(230)을 포함할 수 있다. LGP(110)는 광 입사 에지 표면(211), 발광 주표면(212)(상기 발광 주표면에 반대되는), 및 반대되는 주표면(213)을 포함할 수 있다. LCU(220)는 광 입사 에지 표면(221), 제1 표면(223) 및 반대되는 제2 표면(222)(상기 제1 표면에 반대되는)뿐만 아니라 반대되는 광 반사 에지 표면(224)(상기 광 입사 에지 표면에 반대되는)을 포함할 수 있고, 반사막 또는 코팅(240)이 제공될 수 있다. 광원(230)의 하나 이상의 표면들은 광 리사이클링 캐비티(260)를 형성하도록 위치할 수 있는 반사막 또는 코팅, 예를 들어 하나 이상의 막들(250a, 250b, 및/또는 250c)을 또한 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 추가적인 예시적인 백라이트(300)는 비평행 표면들(322, 323)을 구비하는 LCU(320)을 포함할 수 있다. 예를 들어, LGP(310)와 접촉하는 제1 표면(323)은 LGP(310)의 발광 주표면(312)에 평행할 수 있는 한편, 제2 표면(322)은 발광 주표면(312)에 평행하지 않을 수 있다. 유사하게, LCU(320)의 제2 표면(322)은 LCU(320)의 광 입사 에지 표면(321)에 수직할 수 있거나 이러한 표면에 대하여 90˚ 이외의 각도를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 표면(322)은 광 입사 에지 표면(321)의 법선(도 3에서의 점선)에 대한 각도로 경사질 수 있다.
법선에 대한 제2 표면(322)의 각도가 여기에서 "경사 각(θ)"으로 지칭된다. 법선에 대한 제2 표면(322)의 경사 각(θ)은 일부 실시예들에서 약 -8˚ 내지 약 8˚, 약 -6˚ 내지 약 6˚, 약 -5˚ 내지 약 5˚, 약 -4˚ 내지 약 4˚, 약 -3˚ 내지 약 3˚, 약 -2˚ 내지 약 2˚, 약 -1˚ 내지 약 1˚와 같이, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함하여 약 -10˚ 내지 약 10˚의 범위일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 양의 경사 각은 LCU(320)의 두께가 광원(330)으로부터의 거리의 함수로서 증가한다는 것을 가리키고(도 3에 도시된 것과 같이), 음의 경사 각은 LCU(320)의 두께가 광원(330)으로부터의 거리의 함수로서 증가한다는 것을 가리킨다(도 3에 도시되지 않음). 다르게 설명된다면, 양의 θ는 LCU(320)의 제2 표면(322)과 광 입사 에지 표면(321)이 90˚보다 큰 각도를 형성하는 반면, 음의 θ는 이러한 접합에서 90˚보다 작은 각도를 가리킨다.
도 1 내지 도 3 각각을 일반적으로 참조하면, LED와 같은 광원(130, 230, 330)은 LGP 및/또는 LCU의 광 입사 에지 표면에, 예를 들어 표면(들)에 인접하거나 접하여 광학적으로 커플링될 수 있다. 광원은 약 100 nm 내지 약 400 nm 범위의 파장을 갖는 청색광, 자외선, 또는 근자외선과 같은 광을 LGP 및/또는 LCU 내로 주입할 수 있다. 비한정적인 실시예들에 따르면, LGP와 광원 사이의 거리(갭(G)에 의해 지시되는)는 예를 들어 약 0.04 mm 내지 약 1.8 mm, 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm, 약 0.6 mm 내지 약 1.2 mm, 약 0.8 mm 내지 약 1 mm와 같이, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함하여, 약 0.01 mm 내지 약 2 mm의 범위일 수 있다.
광원은 또한 높이(HL)을 가질 수 있고 이는 일부 실시예들에서 LGP의 두께(TP)보다 더 클 수 있다. 예를 들어, HL은 약 1.1*TP 내지 약 2*TP, 또는 약 1.2*TP 내지 약 1.9*TP, 약 1.3*TP 내지 약 1.8*TP, 약 1.4*TP 내지 약 1.7*TP, 또는 약 1.5*TP 내지 약 1.6*TP 범위와 같이 TP보다 적어도 약 10% 더 클 수 있다. 물론 광원은 요구되는 구성을 위하여 적합한 바와 같이 LGP의 두께보다 더 작은 높이들을 포함하여 LGP에 대하여 임의의 다른 높이를 가질 수 있다. 추가적인 실시예들에서, LGP 및/또는 LCU의 두께는 TC + TP ≥ HL이도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, TC + TP > HL, 또는 도 2에 도시된 바와 같이 TC+ TP ∼ HL이다. 광원의 높이 HL 또는 임의의 다른 치수가 광원의 활성 영역, 예를 들어 광을 발산하는 면적(광원을 붙잡는 케이스에 대면되는(subtended) 면적에 반대되는 바와 같이)을 가리킨다는 점이 이해되어야 한다.
특정한 실시예들에 따르면, LGP의 두께(TP) 및/또는 LCU의 두께(TC)는 약 3 mm보다 작거나 같을 수 있고, 예를 들어 약 0.1 mm 내지 약 2 mm, 약 0.3 mm 내지 약 1.5 mm, 약 0.5 mm 내지 약 1.1 mm, 또는 약 0.7 mm 내지 약 1 mm의 범위이며, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, LCU의 길이(LC)는 LGP의 길이보다 더 작을 수 있다. 예를 들어, BLU를 포함하는 소자 내에서 보이지 않도록 LCU의 길이를 감소시키는 것이 요구될 수 있고, 예를 들어 베젤 뒤로 숨겨질 수 있거나 그렇지 않으면 사용자의 시야로부터 숨겨질 수 있다. 더욱이 LGP로부터 LCU 내로 돌아오는 광의 커플링을 제한하기 위하여 LCU의 길이를 감소시키는 것이 요구될 수 있다.
광원에 의해 LCU 내로 주입되는 광은 물리적 접촉 방식(예를 들어 LCU의 제1 면과 LGP의 발광 주표면 사이의)으로 LGP 내로 커플링될 수 있다. 그러나 더 긴 LCU 길이들에서, LGP로부터 LCU 내로 광을 다시 커플링하기 위한 포텐셜이 증가한다. 그럼으로써, 다양한 비한정적인 실시예들에서 LCU의 길이(LC)는 약 0.3 mm 내지 약 3 mm, 약 0.5 mm 내지 약 2.5 mm, 또는 약 0.8 mm 내지 약 2 mm, 약 1 mm 내지 약 1.8 mm, 약 1.2 mm 내지 약 1.6 mm, 또는 약 1.4 mm 내지 약 1.5 mm와 같이, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함하여 5 mm보다 더 작을 수 있다. LGP 길이에 대한 LCU 길이의 비율은 일부 실시예들에서 약 1:100 내지 약 1:2, 약 1:50 내지 약 1:3, 약 1:20 내지 약 1:4, 또는 약 1:10 내지 약 1:5와, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함한 범위일 수 있다. 대안적으로, LCU 높이에 대한 LCU 길이의 비율은 약 20:1 내지 약 1:1, 약 15:1 내지 약 2:1, 약 10:1 내지 약 3:1, 또는 약 5:1 내지 약 4:1와, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함한 범위일 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, LGP(119, 319)의 광 입사 에지 표면(111, 311) 및 LCU(120, 320)의 광 입사 에지 표면(121, 321)은 조합된 선형 광 입사 에지 표면을 형성하도록 정렬될 수 있고, 예를 들어 광 입사 에지 표면들이 서로에 대하여 동면 상에(flush with) 위치하거나 및/또는 평행할 수 있다. 그러나 다른 실시예들에서, LCU의 광 입사 에지 표면은 LGP의 광 입사 에지 표면과 동면 상에 배치되지 않을 수 있다. 예를 들어, LCU의 광 입사 에지 표면은 LGP에 비교할 때 광원으로부터 더 가깝거나 더 멀어질 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같이, LCU(220)는 LGP(210)와 비교할 때 광원(230)으로부터 더 먼 거리에 위치할 수 있다. 챔퍼링된 LGP의 경우에, 도 2에 도시된 것과 같이, LCU(220)의 광 입사 에지 표면(211)은 LGP(210)의 에지보다는 챔퍼(215)의 에지와 정렬될 수 있다.
특정한 실시예들에서, LGP 및/또는 LCU의 표면들은 평면 또는 실질적으로 평면, 예를 들어 실질적으로 플랫할 수 있다. LGP의 발광 주표면 및 반대되는 주표면은 다양한 실시예들에서 평행하거나 실질적으로 평행할 수 있다. 유사하게, LCU의 제1 및 제2 주표면들은 평행하거나 실질적으로 평행할 수 있다. 비한정적인 예시의 방법으로서, LGP 및/또는 LCU는 네 개의 에지들을 갖는 직사각형 또는 정사각형 시트들을 포함할 수 있지만, 하나 이상의 커브진 직선형 부분들을 갖는 표면들을 포함하여 다른 형상들 및 구성들로 발상될 수 있고 본 개시의 범위 내에 해당하도록 의도된다. 일부 실시예들에서, 직사각형 유리 또는 플라스틱 LGP는 직사각형 LCU 웨이브가이드와 커플링될 수 있다. 다른 실시예들에서, 도 3에 도시된 것과 같이 LCU의 제1 및 제2 표면들은 평행하지 않을 수 있고, 제2 표면은 경사 각(θ)로 경사지거나 내려갈 수 있다.
여기에 개시된 BLU들은 LCU를 포함하지 않는 유사한 BLU들과 비교할 때 향상된 광 커플링 효율을 가질 수 있다. 예를 들어, 광 커플링 효율은 약 65% 내지 약 90%, 약 70% 내지 약 85%, 또는 약 75% 내지 약 80%의 범위와 같이, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함하여 95%만큼 높을 수 있다. 이전에 논의된 것과 같이, LCU는 광 입사 에지 표면에 반대되는 반사 에지 표면(124, 224, 324)을 포함할 수 있고 이는 반사 막 또는 코팅(140, 240, 340)으로 코팅될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 표면은 또한 반사막으로 코팅될 수 있다. 그러나 다른 실시예들에서 LCU의 제2 면 상으로 입사되는 광의 대부분이 TIR에 기인하여 LCU 내에 구속될 것이기 때문에 이러한 반사막이 존재하지 않을 수 있다.
일부 실시예들에서, 리사이클 캐비티(160, 260, 360)를 형성하기 위하여 광원(130, 230, 240)의 하나 이상의 표면들 상에, 예를 들어 후면(막(150a, 250a, 350a)), 상면(막(150b, 250b, 350b)), 및/또는 바닥면(막(150c, 250c, 350c)) 상에, 반사막 또는 코팅을 포함함에 의해 광 커플링 효율은 더욱 향상될 수 있다. 광원의 전면 또는 발광면은 막의 존재 없이 충분히 반사성, 예를 들어 적어도 60% 반사성, 또는 적어도 70% 반사성과 같이, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함하여 적어도 50% 반사성일 수 있다는 점에 주목한다.
적합한 반사막들 및 코팅들은 예를 들어 WhiteOptics(예를 들어 White98TM), 3M(예를 들어, VikuitiTM), 및 Labsphere (예를 들어 Spectralon®, Spectraflect®, 또는 Permaflect)로부터 상업적으로 입수 가능한 디퓨즈(램버시안(Lambertian)) 반사기 막들 또는 향상된 정반사기(enhanced specular reflector, ESR) 막들과 같은 반사성 테이프들, 또는 알루미늄, 금, 은, 구리, 백금 및 동류물과 같은 금속성 막들을 포함할 수 있다. 특정한 실시예들에서, LCU 상의 반사막은 정반사기들일 수 있는 한편, 광원 상의 반사막(들)은 램버시안 반사기들일 수 있다. 이러한 임의의 막들의 반사도(~420 내지 750 nm의 가시 파장들에서)는 특정한 어플리케이션을 위하여 요구되는 바와 같이 달라질 수 있고, 예를 들어 50% 내지 99%, 70% 내지 96%, 또는 80% 내지 90%와 같이, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함하여 50% 초과로부터 98% 초과까지의 범위일 수 있다.
광 커플링 효율은 LGP 및/또는 LCU의 굴절률에 의해 또한 영향받을 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, LGP 및/또는 LCU는 약 1.35 내지 약 1.7, 약 1.4 내지 약 1.65, 약 1.45 내지 약 1.6, 또는 약 1.5 내지 약 1.55와 같이 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함하여 약 1.3 내지 약 1.8 범위의 굴절률을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, LCU의 굴절률은 LGP의 굴절률과 실질적으로 유사할(예를 들어 5% 이내) 수 있다. 다른 실시예들에서, LCU의 굴절률은 LGP의 굴절률보다 더 작을 수 있다. 예를 들어, nC는 0.85*nP, 0.8*nP, 0.75*nP, 070*nP와 같이, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함하여 0.95*nP보다 더 작을 수 있다. 특정한 실시예들에 따르면, nC는 nP보다 클 수 있고, 예를 들어, 1.1*nP 이하 또는 1.05*nP,이하일 수 있다. 다양한 비한정적인 실시예들에서, nC 및 nP 사이의 관계는 0.25np + 0.77 ≤ nc ≤ 0.25np + 1.18 또는 0.25np + 0.82 ≤ nc ≤ 0.25np + 1.12, 또는 0.25np + 0.87 ≤ nc ≤ 0.25np + 1.08, 또는 0.25np + 0.92 ≤ nc ≤ 0.25np + 1.02로 표현될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, LGP 및/또는 LCU의 구성 물질들은, 변색, 변형, 크랙, 및/또는 박리와 같은 노후 효과들을 나타내지 않고 광원에 의해 발산되는 열 및/또는 광과 같은 연속적인 구동 동안의 다양한 작업 조건들을 견디도록 선택될 수 있다. 광원과 LGP 사이의 갭이 감소함에 따라, 열을 견디는 능력이 더욱 중요해질 수 있다. 대안적으로, 광원의 높이를 초과하는 결합된 두께를 갖는 LGP 및 LCU를 사용함에 의해(예를 들어, TP + TC >> HL이라면) 광원과 LGP 사이의 갭을 증가시키는 것이 가능할 수 있다.
광원과 LGP 사이의 갭을 감소시킴에 의해 향상된 광 커플링 효율이 얻어질 수 있는 한편, 광원의 인접부와 연관된 온도 변화들은 상당할 수 있고, 예를 들어, 20 내지 40℃ 만큼 높을 수 있다. 그러므로 동일하거나 유사한 열팽창 계수(CTE) 및/또는 탄성 모듈러스를 갖는 LGP 및/또는 LCU를 선택하는 것이 요구될 수 있다. 예를 들어, LCU의 CTE(CTEC)가 LGP의 CTE(CTEP)와 크게 다르다면, BLU의 구동 동안의 상승된 온도들에 기인하여 두 물질들의 계면에서의 응력이 생성될 수 있다. 특히, 높은 탄성 모듈러스와 결합된 큰 CTE 불일치는 LCU 및 LGP를 함께 유지하는 접착힘들을 초과할 수 있는 응력을 유발할 수 있고, 만약 이러한 일이 발생한다면 상기 응력은 광 커플링에 간섭할 수 있는 비평면 벤딩(out of plane bending)을 생성할 수 있다. 그러므로 LCU와 LGP 사이의 충분한 CTE 일치가 존재하도록 LGP 및/또는 LCU를 위한 구성 물질들을 선택하거나, 구동 동안에 용이하게 관리되는 수준의 응력을 생성하도록 다른 물질보다 더 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 적어도 하나의 물질을 선택하는 것이 요구될 수 있다. 일부 실시예들에서, LGP 및 LCU는 이들의 CTE들이 서로의 30% 이내에 존재하도록, 예를 들어 0.7*CTEP ≤ CTEC ≤ 1.3*CTEP, 또는 0.8*CTEP ≤ CTEC ≤ 1.2*CTEP, 또는 0.9*CTEP ≤ CTEC ≤ 1.1*CTEP, 또는 0.95*CTEP ≤ CTEC ≤ 1.05*CTEP이도록 선택될 수 있다.
유리 물질들을 위한 예시적인 CTE들(약 25 내지 300℃의 온도 범위에 걸쳐 측정된)은 예를 들어 약 4×10-6/℃ 내지 약 10×10-6/℃, 약 5×10-6/℃ 내지 약 8×10-6/℃, 약 6×10-6/℃ 내지 약 7×10-6/℃과 같이, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함하여 약 3×10-6/℃ 내지 약 11×10-6/℃의 범위일 수 있다. 유리 물질들을 위한 예시적인 탄성 모듈러스는 약 60 GPa 내지 약 80 GPa, 또는 약 70 GPa 내지 약 75 GPa와 같이, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함하여 약 50 GPa 내지 약 90 GPa의 범위일 수 있다. 플라스틱/폴리머 물질들을 위한 예시적인 CTE들은 예를 들어 약 55×10-6/℃ 내지 약 75×10-6/℃, 약 60×10-6/℃ 내지 약 70×10-6/℃과 같이, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함하여 약 50×10-6/℃ 내지 약 80×10-6/℃의 범위일 수 있다. 플라스틱/폴리머 물질들을 위한 예시적인 탄성 모듈러스는 유리의 탄성 모듈러스보다 더 낮을 수 있고, 예를 들어 약 2 GPa 내지 약 2.5 GPa와 같이, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함하여 약 1.5 GPa 내지 약 3 GPa의 범위일 수 있다. 그럼으로써, 플라스틱/폴리머 물질들의 CTE가 유리에 비교할 때만큼 높을 수 있는 한편, 플라스틱/폴리머의 낮은 탄성 모듈러스에 기인하여 이러한 물질들 사이의 적합한 커플링은 여전히 가능할 수 있다. 일부 예시들에서, LGP 또는 LCU 중 적어도 하나는 5 GPa보다 작은 탄성 모듈러스를 갖는다.
도 1 내지 도 3을 계속 참조하면, LGP(110, 210, 310) 및/또는 LCU(120, 220, 320)은 디스플레이 소자들 및 다른 유사한 소자들 내의 부품들, 예를 들어 웨이브가이드들로서의 사용을 위하여 업계에 알려진 임의의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, LGP 및/또는 LCU는 몇몇을 거명하자면 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)과 같은 플라스틱들, 폴리머들, 미세구조화(micro-structured, MS) 물질들, 또는 유리들을 포함할 수 있다. 예시적인 유리들은 알루미노실리케이트(aluminosilicate), 알칼리-알루미노실리케이트, 보로실리케이트(borosilicate), 알칼리-보로실리케이트, 알루미노보로실리케이트, 알칼리-알루미노보로실리케이트, 소다라임(soda lime), 및 다른 적합한 유리들을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 유리 광 가이드로서의 사용을 위하여 적합한 상업적으로 입수 가능한 유리들의 비한정적인 예시들은 예를 들어, Corning Incorporated로부터의 EAGLE XG®, LotusTM, Willow®, IrisTM, 및 Gorialla® 유리들이다. 또 다른 실시예들에서, LGP는 유리 및 플라스틱 모두를 갖는 복합재 LGP를 포함할 수 있고, 따라서 오직 유리 LGP들을 참조하여 여기에서 설명된 임의의 특정한 실시예들은 여기에 첨부된 청구항들의 범위를 제한하지 않아야 한다.
일부 비한정적인 유리 조성들은 약 50 mol% 내지 약 90 mol%의 SiO2, 0 mol% 내지 약 20 mol%의 Al2O3, 0 mol% 내지 약 20 mol%의 B2O3, 및 0 mol% 내지 약 25 mol%의 RxO(여기서 R은 Li, Na, K, Rb, Cs 중 임의의 하나 이상이며, x는 2이거나, R은 Zn, Mg, Ca, Sr, 또는 Ba이고 x는 1)을 포함할 수 있고, 유리는 2 dB/500 mm 이하의 흡수를 생성한다. 일부 실시예들에서, 유리는 Co, Ni, 및 Cr 각각을 1 ppm보다 작게 포함한다. 일부 실시예들에서, Fe의 농도는 < 약 50 ppm, < 약 20 ppm, 또는 < 약 10 ppm이다. 다른 실시예들에서, Fe + 30Cr + 35Ni < 약 60 ppm, Fe + 30Cr + 35Ni < 약 40 ppm, Fe + 30Cr + 35Ni < 약 20 ppm, 또는 Fe + 30Cr + 35Ni < 약 10 ppm이다. 다른 실시예들에서, 조성 시트는 약 60 mol% 내지 약 80 mol%의 SiO2, 약 0.1 mol% 내지 약 15 mol%의 Al2O3, 0 mol% 내지 약 12 mol%의 B2O3, 약 0.1 mol% 내지 약 12 mol%의 R2O, 및 약 0.1 mol% 내지 약 15 mol%의 RxO(여기서 R은 Li, Na, K, Rb, Cs 중 임의의 하나 이상이며, x는 2이거나, R은 Zn, Mg, Ca, Sr, 또는 Ba이고 x는 1)을 포함할 수 있고, 유리는 2 dB/500 mm 이하의 흡수를 생성한다. 일부 실시예들에서, 유리는 0.006 미만, 0.005 미만, 0.004 미만, 또는 0.003 미만의 색상 시프트(color shift)를 생성한다.
다른 실시예들에서, 유리 조성은 약 65.79 mol% 내지 약 78.17 mol%의 SiO2, 약 2.94 mol% 내지 약 12.12 mol%의 Al2O3, 약 0 mol% 내지 약 11.16 mol%의 B2O3, 0 mol% 내지 약 2.06 mol%의 Li2O, 약 3.52 mol% 내지 약 13.25 mol%의 Na2O, 약 0 mol% 내지 약 4.83 mol%의 K2O, 약 0 mol% 내지 약 3.01 mol%의 ZnO, 약 0 mol% 내지 약 8.72 mol%의 MgO, 약 0 mol% 내지 약 4.24 mol%의 CaO, 약 0 mol% 내지 약 6.17 mol%의 SrO, 약 0 mol% 내지 약 4.3 mol%의 BaO, 및 약 0.07 mol% 내지 약 0.11 mol%의 SnO2을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 유리는 색상 시프트 < 0.015를 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 유리는 0.008 미만, 0.005 미만, 또는 0.003 미만의 색상 시프트를 생성할 수 있다.
추가적인 실시예들에서, 유리 조성은 0.95 내지 3.23 사이의 RxO/Al2O3 비율을 가지며, R은 Li, Na, K, Rb, Cs 중 어느 하나 이상이며 x는 2이다. 추가적인 실시예들에서, 유리 조성은 1.18 내지 5.68 사이의 RxO/Al2O3 비율을 가지며, R은 Li, Na, K, Rb, Cs 중 어느 하나 이상이며 x는 2이거나, 또는 Zn, Mg, Ca, Sr, 또는 Ba 중 어느 하나 이상이고 x는 1이다. 또 다른 실시예들에서, 유리 조성은 RxO-Al2O3-MgO를 -4.24 내지 4.0 포함할 수 있고, R은 Li, Na, K, Rb, Cs 중 어느 하나 이상이고 x는 2이다. 또 다른 실시예들에서, 유리 조성은 약 66 mol% 내지 약 78 mol%의 SiO2, 약 4 mol% 내지 약 11 mol%의 Al2O3, 약 4 mol% 내지 약 11 mol%의 B2O3, 0 mol% 내지 약 2 mol%의 Li2O, 약 4 mol% 내지 약 12 mol%의 Na2O, 약 0 mol% 내지 약 2 mol%의 K2O, 약 0 mol% 내지 약 2 mol%의 ZnO, 약 0 mol% 내지 약 5 mol%의 MgO, 약 0 mol% 내지 약 2 mol%의 CaO, 약 0 mol% 내지 약 5 mol%의 SrO, 약 0 mol% 내지 약 2 mol%의 BaO, 및 약 0 mol% 내지 약 2 mol%의 SnO2을 포함할 수 있다.
추가적인 실시예들에서, 유리 조성은 약 72 mol% 내지 약 80 mol%의 SiO2, 약 3 mol% 내지 약 7 mol%의 Al2O3, 약 0 mol% 내지 약 2 mol%의 B2O3, 0 mol% 내지 약 2 mol%의 Li2O, 약 6 mol% 내지 약 15 mol%의 Na2O, 약 0 mol% 내지 약 2 mol%의 K2O, 약 0 mol% 내지 약 2 mol%의 ZnO, 약 2 mol% 내지 약 10 mol%의 MgO, 약 0 mol% 내지 약 2 mol%의 CaO, 약 0 mol% 내지 약 2 mol%의 SrO, 약 0 mol% 내지 약 2 mol%의 BaO, 및 약 0 mol% 내지 약 2 mol%의 SnO2을 포함할 수 있다. 특정한 실시예들에서, 유리 조성은 약 60 mol% 내지 약 80 mol%의 SiO2, 약 0 mol% 내지 약 15 mol%의 Al2O3, 약 0 mol% 내지 약 15 mol%의 B2O3, 및 약 2 mol% 내지 약 50 mol%의 RxO을 포함할 수 있고, 여기에서 R은 Li, Na, K, Rb, Ca 중 어느 하나 이상이고 x는 2이거나, Zn, Mg, Ca, Sr, 또는 Ba이고 x는 1이며, Fe + 30Cr + 35Ni < 약 60 ppm이다.
LGP 및/또는 LCU는 또한 예를 들어 이온 교환에 의해 화학적 강화된 유리를 포함할 수 있다. 이온 교환 공정 동안에, 유리 시트 표면에서 또는 표면 근처 내의 유리 시트 내의 이온이 예를 들어 염 배스(salt bath)로부터 더욱 큰 금속 이온들을 위하여 교환될 수 있다. 유리 내부로의 더욱 큰 이온들의 병합은 표면 영역 근처 내에서 압축 응력을 생성함에 의해 시트를 강화시킬 수 있다. 대응되는 인장 응력이 압축 응력과 균형을 맞추도록 유리 시트의 중앙 영역 내에서 유도될 수 있다.
이온 교환은 예를 들어 미리 결정된 시간 동안 용융 염 배스 내에 유리를 침지시킴에 의해 수행될 수 있다. 예시적인 염 배스들은 KNO3, LiNO3, NaNO3, RbNO3, 및 이들의 조합들을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 용융 염 배스의 온도 및 처리 시간 기간은 달라질 수 있다. 요구되는 어플리케이션에 따라 시간 및 온도를 결정하는 것은 통상의 기술자의 능력 내에 있다. 비한정적인 예시의 방법으로서, 용융 염 배스의 온도는 약 400℃ 내지 약 500℃와 같이, 약 400℃ 내지 약 800℃의 범위일 수 있고, 미리 결정된 시간 기간은 약 4 시간 내지 약 10 시간과 같이 약 4 시간 내지 약 24시간 범위일 수 있으나, 다른 온도 및 시간의 조합들 역시 발상될 수 있다. 비한정적인 예시의 방법으로서, 표면 압축 응력을 부여하는 K-리치 층을 얻도록 유리가 KNO3 배스 내에서 약 450℃에서 약 6 시간 동안 담가질 수 있다.
LGP 및/또는 LCU는 특정한 실시예들에서 투명하거나 실질적으로 투명할 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이 용어 "투명한"은 대략 1 mm의 두께에서 LGP 및/또는 LCU가 가시 스펙트럼 영역(420 내지 750 nm) 내에서 약 80%보다 더 큰 전송도를 갖는 것을 가리키도록 의도된다. 예를 들어, 예시적인 투명한 LGP 및/또는 LCU는 약 90%보다 크고, 약 92%보다 더 크고, 약 95%의 전송도보다 더 큰 것과 같이, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함하여, 가시 광 범위 내에서 약 85%보다 더 큰 전송도를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, LCU는 약 70%보다 더 작고, 약 60%보다 더 작거나, 약 50%보다 더 작은 것과 같이, 이들 사이의 모든 범위들 및 하부 범위들을 포함하여 가시 영역 내에서 약 80%보다 더 작은 전송도를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 예시적인 투명한 LGP 및/또는 LCU는 Co, Ni, 및 Cr 각각을 1 ppm보다 작게 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, Fe의 농도는 < 약 50 ppm, < 약 20 ppm, 또는 < 약 10 ppm이다. 다른 실시예들에서, Fe + 30Cr + 35Ni < 약 60 ppm, Fe + 30Cr + 35Ni < 약 40 ppm, Fe + 30Cr + 35Ni < 약 20 ppm, 또는 Fe + 30Cr + 35Ni < 약 10 ppm이다. 추가적인 실시예들에 따르면, 예시적인 투명한 LGP 및/또는 LCU는 색상 시프트 < 0.015, 또는 일부 실시예들에서 색상 시프트 < 0.008을 포함할 수 있다.
색상 시프트는 색상 측정들을 위한 CIE 1931 표준을 사용한 샘플의 길이(L)을 따른 색도 좌표(chromaticity coordinate) 내의 변화를 측정함에 의해 특징지어질 수 있다. 유리 LGP들을 위하여, 색상 시프트의 값은 Δy= y(L2)-y(L1)로 보고될 수 있고, 여기에서 L2 및 L1은 소스 발사로부터 멀어지는 패널 또는 기판 방향을 따른 Z 위치들이며, L2 - L1=0.5 미터이다.
다양한 실시예들에서, LGP의 하나 이상의 표면들, 예를 들어 LGP의 발광 주표면 및/또는 반대되는 주표면은 복수의 광 추출 피쳐들을 갖도록 패터닝될 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, "패터닝된다"는 임의의 주어진 패턴 또는 설계로, 예를 들어 랜덤하게 또는 반복적으로 또는 비-반복적으로 배열될 수 있는 LGP의 표면 상에 존재하는 복수의 성분들 및/또는 피쳐들을 가리키도록 의도된다. 예를 들어, 광 추출 피쳐들의 경우에, 이러한 피쳐들은 제2 표면을 가로질러, 예를 들어 거칠어진 표면을 형성하는 텍스쳐형 피쳐들로서 분포할 수 있다.
다양한 실시예들에서, LGP의 표면(들) 상에 존재하는 광 추출 피쳐들은 광 산란 위치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, LGP의 발광 주표면 또는 반대되는 주표면은 광 추출 피쳐들을 생성하기 위하여 텍스쳐링되거나, 식각되거나, 코팅되거나, 손상되거나, 및/또는 거칠어질 수 있다. 이러한 방법들의 비한정적 예시들은 예를 들어 표면을 레이저 손상시키거나, 표면을 산성 식각(acid etch)하거나, 및 TiO2로 표면을 코팅하는 방법을 포함한다. 특정한 실시예들에서, 레이저는 광 추출 피쳐들을 생성하기 위하여 LGP 내로 홀들을 컷팅하고 제1 및/또는 제2 표면을 손상시키는 데 모두 사용될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 추출 피쳐들은 실질적으로 균일한 조명을 생성하도록 적합한 밀도로 패터닝될 수 있다. 광 추출 피쳐들은 유리 표면 내의 피쳐들의 깊이에 따라, 광의 표면 산란 및/또는 벌크 산란을 생성할 수 있다. 이러한 피쳐들의 광학 특성들은 예를 들어 추출 피쳐들을 생성할 때 사용되는 공정 변수들에 의해 조절될 수 있다. LGP는 본 기술에서 알려진 임의의 방법에 따라, 예를 들어 여기에서 그 전문이 참조문헌으로 병합되는 동시-계류 중이고 동시-소유되는 국제 특허 출원 제PCT/US2013/063622호에 개시되는 방법들에 따라 광 추출 피쳐들을 생성하도록 처리될 수 있다.
LCU는 웨이브 가이드 또는 광 가이드 공정의 기술에서 알려진 임의의 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 길이(LC)를 갖는 물질의 시트가 일 표면 상에서 반사막으로 코팅될 수 있고, 임의의 다양한 장치들, 예를 들어 몇몇을 거명하자면 다이싱 소우(dicing saw), 와이어 소우, 레이저를 사용하여 두께(TC)의 스트립으로 컷팅된다. 컷팅 에지들은 선택적으로 연마될 수 있거나, 임의의 거친 표면들이 Honeywell Corp으로부터의 Accuglass T-11와 같은 지수 매칭(index matching) 폴리머로 채워질 수 있다. LCU 및 LGP는 이후 접촉할 수 있고, 폴리머 또는 다른 일치하는 물질과 같이 LGP 및 LCU 사이에 접착제를 인가함에 의해서, 및/또는 접합을 형성하도록 낮은 온도에서 상기 물질들을 가열함에 의해 서로 부착되거나 접착될 수 있다.
여기에서 개시된 BLU들은 LCD들을 포함하나 이에 한정되지는 않는 다양한 디스플레이 소자들 또는 텔레비전, 광고, 자동차, 및 다른 산업들에서 사용되는 다른 디스플레이들 내에서 사용될 수 있다. 여기에서 개시되는 BLU들은 이에 한정되지는 않으나 조명기구들 또는 동류물과 같은 임의의 적합한 조명 어플리케이션들 내에서 사용될 수 있다.
다양하게 개시되는 실시예들이 특정한 실시예와 연결되어 설명되는 특정한 피쳐들, 성분들, 또는 단계들을 포함할 수 있음이 인식되어야 할 것이다. 하나의 특정한 실시예와 연관하여 설명되었지만, 특정한 피쳐, 성분 또는 단계가 다양한 비도시된 조합들 또는 순열들 내의 대안의 실시예들과 상호 교환되거나 결합될 수 있음이 또한 인식되어야 할 것이다.
여기에서 사용된 바와 같이 용어 "상기", "일", "하나의"는 "적어도 하나"를 의미하며, 반대로 명확하게 지시되지 않는 한 "오직 하나"로 제한되어서는 안된다는 점이 또한 이해되어야 한다. 따라서 예를 들어 "광원"에 대한 참조는 맥락이 특별히 다르게 지시하지 않는 한 둘 또는 이상의 이러한 광원들을 갖는 예시를 포함한다. 마찬가지로, "복수"는 "하나 이상"을 가리키도록 의도된다. 그럼으로써, "복수의 광원들"은 셋 또는 그 이상 등과 같이 둘 이상의 이러한 광원들을 가리킨다.
범위들은 여기에서 "약" 하나의 특정한 값으로부터, 및/또는 "약" 다른 특정한 값까지로서 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 예시들은 하나의 특정한 값으로부터, 및/또는 다른 특정한 값까지를 포함한다. 유사하게, 선행어구 "약"의 사용에 의해 값들이 근사치들로서 표현될 때, 특정한 값이 다른 태양을 형성한다는 점이 이해되어야 할 것이다. 또한 범위들 각각의 종료점들이 다른 종료점과 연관되고, 또한 다른 종료점으로부터 독립적으로 모두 중요하다는 점이 이해되어야 할 것이다.
여기에 설명된 바와 같이 용어들 "실질적", "실질적으로" 및 이들의 변형들은 설명된 피쳐가 값 또는 설명과 동일하거나 대략 동일하다는 점을 가리키도록 의도된다. 예를 들어, "실질적으로 평면인" 표면은 평면이거나 대략 평면인 표면을 가리키도록 의도된다. 여기에서 설명된 바와 같이, 용어 "실질적으로 유사한"은 두 값들이 대략 동일하고, 예를 들어 서로의 약 5% 이내, 또는 일부 경우들에서 서로의 약 2% 이내인 것을 가리키도록 의도된다. 예를 들어, 굴절률 1.5의 경우에, 실질적으로 유사한 굴절률은 약 1.425 내지 약 1.575의 범위일 수 있다.
다르게 강조하여 설명되지 않는 한, 여기 제시된 임의의 방법들이 특정한 순서로 수행되는 것을 요구하는 것으로 해석될 것이 전혀 의도되지 않는다. 따라서, 방법 청구항이 실제로 그 단계들에 의해 뒤따르는 순서를 한정하지 않는 경우 또는 단계들이 특정한 순서에 제한된다는 점이 청구항들 또는 상세한 설명에서 구체적으로 언급되지 않는 경우에, 임의의 순서가 추론되는 것이 전혀 의도되지 않는다.
특정한 실시예들의 다양한 피쳐들, 성분들 또는 전이 어구 "포함하는"을 사용하여 개시될 수 있는 한편, 전이 어구들 "구성되는" 또는 "본질적으로 구성되는"을 사용하여 설명될 수 있는 것들을 포함하여 대안의 실시예들이 추론될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, A+B+C를 포함하는 장치에 대한 추론되는 대안의 실시예들은 장치가 A+B+C로 구성되는 실시예들과 장치가 A+B+C로 본질적으로 구성되는 실시예들을 포함한다.
여기에 설명된 원리들의 범위와 정신으로부터 벗어남이 없이 여기에 설명된 실시예들에 다양한 변형과 변용들이 이루어질 수 있음은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서 본 개시는 첨부된 청구항의 권리범위 및 그의 균등물의 범위 내에 속하는 실시예들의 변형들 및 변용들까지 커버하는 것이 의도된다.
아래의 실험예들은 비한정적이고 오직 설명적인 것으로 의도되며, 본 발명의 범위는 청구항에 의해 정의되는 것이 의도된다.
실험예들
실험예 1
도 1에 도시된 것과 유사한 구성을 갖는 예시적인 백라이트 유닛들이 1.497의 굴절률(nP)(589.3 nm에서) 및 1.1 mm의 두께(TP)를 갖는 Corning® IrisTM LGP를 사용하여 준비되었다. LGP의 광 입사 표면은 챔퍼링되지 않았다. 램버시안 각도 광 분포를 갖는 활성 높이(HL) 1.66 mm의 LED 광원이 LGP로부터 0.1 mm에 위치했다. LED의 후면 상의 반사기는 60% 반사도를 갖는 램버시안 반사기였고, LED의 상면 및 바닥면들 상의 반사기들은 96%의 반사도를 갖는 램버시안 반사기들이었다.
LCU의 반사 표면은 96%의 반사도를 갖는 정반사기로 코팅되었다. LCU의 굴절률은 1.2부터 1.6까지 달라졌고, 두께는 0.56 mm부터 0.68 mm까지 달라졌으며, 길이는 0.1 mm부터 5 mm까지 달라졌다. 광 커플링 효율 상의 이러한 변화들의 효과는 Zemax 광학 모델링 소프트웨어에 기초하여 레이-트레이싱(ray-tracing) 모델을 사용하여 연구되었다. LGP에 커플링된 광은 주입되거나 가이드된 광만이 감지된 것이 보장되도록 커플러에 반대되는 LGP의 에지에서 감지되었다. LED 표면 자체의 반사도는 각각 적색, 녹색 및 청색 파장들을 갖는 세 개의 레이저들을 사용하여 상용 7040 LED를 측정함에 의해 결정되었다. 측정 결과들은 LED 표면 반사도가 세 개 모두의 파장들을 위하여 대략 60%였고 LED 구동 전압에 관련되지 않았다는 점을 가리켰다.
도 4a는 1.337의 굴절률(nc)을 갖는(예를 들어, nC < nP) LCU의 길이의 함수로서 광 커플링 효율의 플롯이다. LCU를 구비하지 않은 광 커플링 효율은 대략 63%였던 반면, LCU를 구비한 광 커플링 효율은 약 70 내지 84% 범위였다. 예를 들어, 0.56 mm의 LCU 높이를 위하여, 83%보다 더 큰 커플링 효율이 1.4로부터 3 mm까지 범위를 갖는 LCU 길이들에서 얻어질 수 있다. 플롯으로부터 인식할 수 있듯이, 광 커플링 효율은 커플러 두께(TC) 증가와 함께 감소한다. 예를 들어, TC = 0.56 (TC + TP = HL)에서의 광 커플링 효율은 TC = 0.62 또는 TC = 0.68 (TC + TP > HL)에서의 광 커플링 효율보다 더 높다. 더욱이, 연구된 LCU 두께들을 위하여, 최적의 광 커플링 효율은 약 2.2 mm의 LCU 길이를 위하여 관찰된 반면, 2.6 mm보다 더 큰 LCU 길이들에서 광 커플링 효율이 감소했다. 더 긴 LCU 길이들에서의 커플링 효율 감소는 LGP로부터 LCU 내로 돌아가는 광의 커플링에 기인할 수 있다.
도 4b는 1.497의 굴절률(nc)을 갖는(예를 들어, nC = nP) LCU의 길이의 함수로서 광 커플링 효율의 플롯이다. 도 4a(nC < nP) 에서의 70 내지 84%와 비교할 때, 이러한 LCU들의 광 커플링 효율은 대략 68 내지 79% 범위였다. 도 4a와 비교하면 최대 커플링 효율이 약 5% 떨어졌음이 관찰되었다. 도 4a와 유사하게, 광 커플링 효율은 커플러 두께(TC) 증가와 함께 감소한다. 도 4a와 달리, 1.6 mm보다 더 큰 LCU 길이들에서 광 커플링 효율이 고르게 되는(level out) 것이 관찰되었다.
도 5a는 0.56의 두께(TC)(예를 들어, TC + TP = HL)와 2 mm 내지 5 mm의 길이(LC)를 갖는 LCU의 굴절률의 함수로서 광 커플링 효율의 플롯이다. 2 mm 길이의 LCU는 약 1.34의 굴절률을 갖는 LCU에 의해 약 84%의 최대 커플링 효율이 얻어졌고, 1.25부터 1.42까지 범위를 갖는 LCU 굴절률을 위하여 82%보다 더 큰 커플링 효율이 관찰되었다. LCU 길이가 기어짐에 따라(LC = 5 mm), 최대 커플링 효율은 더 낮아지고 피크가 더 높은 LCU 굴절률들로 시프트되었음이 관찰되었다. 더욱이, 커플러 길이와 무관하게, 최대 광 커플링 효율은 LGP의 굴절률보다 낮은 굴절률(nC)에서 도달하고, 일단 굴절률(TC + TP = HL))이 LGP의 굴절률(nP)에 접근하고 이를 초과한다면 광 커플링 효율은 감소한다.
도 5b는 다른 굴절률들(nP)을 갖는 LGP들을 위하여 0.56의 두께(TC)(예를 들어, TC + TP = HL)와 2 mm의 길이(LC)를 갖는 LCU의 굴절률의 함수로서 광 커플링 효율의 플롯이다. LCU를 위한 최적의 굴절률(nC*opt), 즉 최대 광 커플링 효율이 발생하는 굴절률(nC)은 다른 굴절률들(nP)을 갖는 LGP들에 대하여 상이했다. 굴절률 1.437, 1.497, 및 1.569의 LGP들을 갖는 최대 커플링 효율들은 각각 굴절률 1.337, 1.3374, 및 1.569의 굴절률들을 갖는 LCU에 의해 얻어졌다. 도 5c에서, nP 및 nC의 차이(nP - nC*opt)는 도 5b에 표시된 데이터와 추세 선의 피팅에 대하여 LGP의 굴절률(nP)의 함수로서 플로팅되었다. 플롯에 의해 인식될 수 있듯이, LGP 굴절률(nP)이 증가함에 따라 굴절률들(nP, nC)사이의 광학 차이가 선형으로 증가하도록 nP 와 nP - nC*opt는 사이에 관계가 존재한다.
실험예 2
도 2에 도시된 것과 유사한 구성을 갖는 예시적인 백라이트 유닛들이 1.497의 굴절률(nP)(589.3 nm에서) 및 1.1 mm의 두께(TP)를 갖는 Corning® IrisTM LGP를 사용하여 준비되었다. 광 입사 표면의 두께(tP)가 0.9 mm이도록 LGP의 광 입사 표면의 양 코너들은 챔퍼링되었다(45˚, h=0.1 mm). LED 광원은 LGP로부터 0.1 mm에 위치했다. 모든 다른 변수들 및 모델들은 위에서 실험예 1에서 설명한 것들과 동일했다.
도 4a는 1.337의 굴절률(nc)을 갖는(예를 들어, nC < nP) LCU의 길이의 함수로서 광 커플링 효율의 플롯이다. LCU를 구비하지 않은 광 커플링 효율은 대략 61.6%였던 반면(도 4a에서 챔퍼링되지 않은 LGP에 대한 63%와 비교하여), LCU를 구비한 광 커플링 효율은 약 66 내지 80% 범위였다(도 4a에서 챔퍼링되지 않은 LGP에 대한 70 내지 84%와 비교하여). 도 6a에서의 광 커플링 효율 커브들은 도 4a의 커브들과 동일한 형상을 갖는 것으로 관찰되었으나, LED와 LGP 사이의 갭이 챔퍼링된 LGP의 경우에 더 작았음에도 커플링 효율은 평균적으로 챔퍼링되지 않은 LGP에 비하여 약 3.5% 더 낮았다. 그러나 0.56 mm 두께의 LCU에 대하여, 1.8 내지 2.7 mm까지 범위를 갖는 LCU 길이들에서 80%보다 더 큰 커플링 효율이 여전히 관찰되었다. 증가하는 커플러 두께(TC)에 따라 광 커플링 효율은 감소하는 것이 다시 관찰되었다. 약 2.2 mm의 LCU 길이에 대하여 최적의 광 커플링 효율이 관찰된 반면, 2.6 mm보다 더 큰 LCU 길이들에 대하여 광 커플링 효율이 감소했다.
도 6b는 1.497의 굴절률(nc)을 갖는(예를 들어, nC = nP) LCU의 길이의 함수로서 광 커플링 효율의 플롯이다. 도 6a(nC < nP)에서의 66 내지 80%와 비교할 때, 이러한 LCU들의 광 커플링 효율은 대략 66 내지 76% 범위였다. 도 5b와 비교하면 챔퍼링되지 않은 LGP에 대하여 관찰된 것보다 최대 커플링 효율이 평균적으로 약 2% 낮아졌다. 도 6a와 유사하게, 광 커플링 효율은 커플러 두께(TC) 증가와 함께 감소하는 것이 관찰되었다. 도 6a와 달리, 1.6 mm보다 더 큰 LCU 길이들에서 광 커플링 효율이 고르게 되는(level out) 것이 관찰되었다.
실험예 3
도 3에 도시된 것과 유사한 구성을 갖는 예시적인 백라이트 유닛들이 1.497의 굴절률(nP)(589.3 nm에서) 및 1.1 mm의 두께(TP)를 갖는 Corning® IrisTM LGP를 사용하여 준비되었다. LGP의 광 입사 표면은 챔퍼링되지 않았다. LCU의 두께(TC)는 0.56 mm였고 길이(LC)는 2 mm였다. LCU의 제2 표면은 LGP의 발광 표면에 평행하지 않았고, 이들의 경사 각(θ)은 굴절률들 nC=1.377 또는 1.497을 갖는 유닛들에 대하여 -8˚로부터 8˚까지 달라졌다. 모든 다른 변수들 및 모델들은 실험예 1에서 위에서 설명된 것들과 동일했다.
도 7은 1.337 또는 1.497의 굴절률(nC)을 갖는 LCU들의 경사 각의 함수로서광 커플링 효율의 플롯이다. 경사 각이 -8˚로부터 8˚까지 증가되었을 때, nC=1.337에 대하여 79.8% 내지 84%와 nC=1.497에 대하여 74.5% 내지 81.8%로 커플링 효율이 달라졌음이 관찰되었다. 일반적으로, 음의 경사 각들에 비교할 때 양의 경사 각들에 대하여 커플링 효율이 더 컸음이 관찰되었다. nC=1.337에 대하여 경사 각(θ)=2˚일 때 최대 커플링 효율이 관찰되었고, nC=1.497에 대하여 경사 각(Θ)=5.5˚일 때 최대 커플링 효율이 관찰되었다.

Claims (19)

  1. 발광 주표면, 반대되는 주표면(opposing major surface), 제1 광 입사 에지 표면, 및 반대되는 에지 표면을 포함하는 도광판(light guide plate);
    제2 광 입사 에지 표면, 반대되는 광 반사 에지 표면, 제1 표면, 및 반대되는 제2 표면을 포함하는 광 커플링 유닛; 및
    상기 제1 및 제2 광 입사 에지 표면들에 광학적으로 커플링된 적어도 하나의 광원을 포함하고,
    상기 광 커플링 유닛의 상기 제1 표면의 적어도 일부분이 상기 도광판의 상기 발광 주표면 또는 반대되는 주표면의 적어도 일부분과 물리적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 커플링 유닛의 상기 광 반사 에지 표면은 반사막 또는 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원은 상면, 바닥면, 및 후면(back surface) 중 적어도 하나 상의 반사막을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광원은 상기 상면, 바닥면, 및 후면 각각 상의 반사막을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원의 높이는 상기 도광판 및 상기 광 커플링 유닛의 결합된 두께보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 광 커플링 유닛의 길이는 5 mm보다 작은 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 광 커플링 유닛의 상기 제1 및 제2 표면들은 상기 도광판의 상기 발광 주표면과 평행한 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 광 커플링 유닛의 상기 제1 표면 및 제2 표면은 평행하지 않고, 상기 제2 표면은 -10˚ 내지 10˚ 범위의 경사 각을 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 도광판의 상기 제1 광 입사 에지 표면은 챔퍼링된(chamfered) 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 챔퍼링 각도는 약 10˚ 내지 약 60˚ 범위인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 도광판의 굴절률(np)은 상기 광 커플링 유닛의 굴절률(nc)과 다른 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  12. 제11항에 있어서,
    np은 nc보다 더 큰 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  13. 제11항에 있어서,
    0.25np + 0.77 ≤ nc ≤ 0.25np + 1.18 인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 광 커플링 유닛의 열팽창 계수와 상기 도광판의 열팽창 계수 사이의 차이는 30%보다 작은 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 도광판 또는 상기 광 커플링 유닛 중 적어도 하나의 탄성계수(modulus of elasticity)는 5 GPa보다 작은 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 도광판 및 상기 광 커플링 유닛 중 적어도 하나는 유리, 유리-세라믹, 플라스틱, 또는 폴리머 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 도광판 및 상기 광 커플링 유닛 중 적어도 하나는 약 420 nm 내지 약 750 nm 범위의 가시 파장에서 적어도 약 80%의 광 전송도(optical transmission)를 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  18. 발광 주표면, 반대되는 주표면, 및 제1 광 입사 에지 표면을 포함하는 도광판;
    상기 도광판의 상기 발광 주표면 또는 반대되는 주표면의 적어도 일부분과 물리적 접촉하며, 제2 광 입사 에지 표면 및 반대되는 광 반사 에지 표면을 포함하는 광 커플링 유닛;
    상기 제1 및 제2 광 입사 에지 표면들에 광학적으로 커플링된 적어도 하나의 광원; 및
    상기 광 커플링 유닛의 상기 발광 에지 표면과, 상기 광원의 상면, 바닥면, 및 후면 각각 상의 반사막에 의해 정의되는 광 리사이클링 캐비티(light recycling cavity)를 포함하는 백라이트 유닛.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 하나의 항의 백라이트 유닛을 포함하는 전자 소자, 디스플레이 소자, 또는 조명 소자.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019231901A1 (en) * 2018-05-30 2019-12-05 Corning Incorporated Display device, backlight unit and light coupling device therefor
KR20200107027A (ko) * 2019-03-05 2020-09-16 삼성디스플레이 주식회사 증강 현실 제공 장치

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100819253B1 (ko) * 2006-07-19 2008-04-02 삼성전자주식회사 휴대 단말기용 백라이트 유닛
TW200827852A (en) * 2006-12-28 2008-07-01 Ind Tech Res Inst Coupling device
JP2010050064A (ja) * 2008-08-25 2010-03-04 Citizen Electronics Co Ltd 導光板、面状ライトユニット及び表示装置並びに導光板の製造方法
WO2010070821A1 (ja) * 2008-12-16 2010-06-24 オムロン株式会社 面光源装置
CN103244869A (zh) * 2012-02-14 2013-08-14 胜华科技股份有限公司 光源装置
US8894266B2 (en) * 2012-02-14 2014-11-25 Dongguan Masstop Liquid Crystal Display Co., Ltd. Light guide device
DE112013004466B4 (de) * 2012-09-13 2021-11-11 Mitsubishi Electric Corporation Flächenlichtquellenvorrichtung und Anzeigevorrichtung unter Verwendung derselben
JP5920145B2 (ja) * 2012-09-27 2016-05-18 豊田合成株式会社 線状光源及び面状光源
CN104749686A (zh) * 2015-04-02 2015-07-01 苏州胜利精密制造科技股份有限公司 一种复合导光板及其液晶显示模组

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