KR20200138758A - 쐐기형 도광체 - Google Patents

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KR20200138758A
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니콜라스 에이 존슨
로버트 엠 엠몬스
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

디스플레이 디바이스는 광원, 및 광-입구 면, 디스플레이 면, 및 후방 면을 한정하는 쐐기형 도광체를 포함하고, 디스플레이 면 및 후방 면은 서로 상이한 방향으로 대면하고, 수렴 축을 한정하는 쐐기 형상을 형성하고, 광-입구 면은 쐐기 형상의 발산 면에 위치되고, 후방 면은 디스플레이 디바이스의 디스플레이 표면으로부터 멀리 향한다. 후방 면은 복수의 쐐기형 추출기를 포함하고, 각각의 쐐기형 추출기는 수렴 축에 실질적으로 직교하는 방향으로 연장된다. 광원은 쐐기형 도광체의 광-입구 면에 인접하게 위치된다. 쐐기형 도광체는, 광-입구 면을 통해 광원으로부터 광선을 수광하고 디스플레이 면에 의해 한정되는 평면으로부터 측정될 때 약 10° 내지 약 40°에서 최대 세기를 갖는 출사각으로 디스플레이 면을 통해 광선을 투과시키도록 구성된다.

Description

쐐기형 도광체
본 발명은 광학 디스플레이 디바이스를 위한 도광체 및 광학 시스템에 관한 것이다.
광학 디스플레이 시스템이 랩톱 컴퓨터, 핸드헬드 디바이스(예컨대, 스마트폰), 디지털 시계, 자동차 디스플레이 등에 널리 사용된다. 친숙한 액정 디스플레이(LCD)는 그러한 광학 디스플레이의 일반적인 예이다. LCD 디스플레이에서, 액정의 부분은 전기장의 인가에 의해 변경되는 그들의 광학 상태를 갖는다. 이러한 공정은 정보의 "픽셀"을 디스플레이하는 데 필요한 콘트라스트를 생성한다. 일부 예에서, LCD 디스플레이는 디스플레이 조립체의 광 특성을 생성 및 변경하기 위해, 반사 편광기를 비롯한, 다양한 광학 필름과 광원의 조합을 포함할 수 있다.
광학 디스플레이는 조명의 유형에 기초하여 분류될 수 있다. 광학 디스플레이의 일반적인 예는, 광원이 광학 디바이스 내에 배치되고 하나 이상의 광학 층(예컨대, LCD 패널)을 통해 광을 투영하여 디바이스를 조명하는 "백라이트"를 포함한다. 전형적인 백라이트 조립체는 광학 공동(optical cavity) 및 광을 발생시키는 램프 또는 다른 구조체를 포함한다.
광학 디스플레이를 조명하기 위해 다양한 백라이트 조립체가 제안되어 있다. 일부 예에서, 백라이트 조립체는 도광체의 사용을 포함할 수 있다. 도광체는 일반적으로, 광원으로부터 광을 수광하고, 광이 도광체로부터 추출되어 사용자에게 지향되어 LCD 조립체와 같은 광학 디스플레이 디바이스를 통과하여, 사용자에 의해 관찰될 수 있는 이미지를 조명할 때까지 도광체 내에서 광을 전파하는 것에 의해 작동한다. 광의 효율적인 사용, 보존, 및 분포는, 컴퓨터 스크린, 스마트폰 또는 다른 개인용 디바이스, 및 자동차 디스플레이 시스템에 사용되는 것과 같은 전자 디스플레이에서의 전력 효율, 휘도, 가시성, 및 열 소산을 최대화하는 데 중요하다.
일부 예에서, 본 발명은 디스플레이 디바이스를 기술하며, 디스플레이 디바이스는 광-입구 면, 디스플레이 면, 및 후방 면을 한정하는 쐐기형 도광체(wedge lightguide) - 디스플레이 면 및 후방 면은 서로 상이한 방향으로 대면하여, 수렴 축을 한정하는 쐐기 형상을 형성하고, 광-입구 면은 쐐기 형상의 발산 면에 위치되고, 후방 면은 디스플레이 디바이스의 디스플레이 표면으로부터 멀리 향하고, 후방 면은 복수의 쐐기형 추출기를 포함하고, 복수의 쐐기형 추출기의 각각의 쐐기형 추출기는 수렴 축에 실질적으로 직교하는 방향으로 연장됨 -; 및 쐐기형 도광체의 광-입구 면에 인접하게 위치된 광원을 포함하고, 쐐기형 도광체는, 광-입구 면을 통해 광원으로부터 광선을 수광하고 디스플레이 면을 통해 광선을 투과시키도록 구성되고, 디스플레이 면을 통해 투과된 광선은 디스플레이 면에 의해 한정되는 평면으로부터 측정될 때 약 10° 내지 약 40°의 출사각에서 최대 세기를 한정한다.
일부 예에서, 본 발명은 쐐기형 도광체를 기술하며, 쐐기형 도광체는 쐐기형 도광체의 발산 면을 한정하는 광-입구 면; 광-입구 면 반대편의 수렴 면; 광-입구 면에 실질적으로 직교하게 정렬된 디스플레이 면; 및 후방 면을 포함하고, 디스플레이 면 및 후방 면은 서로 상이한 방향으로 대면하여, 수렴 축을 한정하는 쐐기 형상을 형성하고, 이때 광-입구 면 및 수렴 면은 쐐기 형상의 대향 단부에 있고, 후방 면은 복수의 쐐기형 추출기를 포함하고, 각각의 쐐기형 추출기는 수렴 축에 실질적으로 직교하는 방향으로 연장되고, 쐐기형 도광체는, 광-입구 면을 통해 광원으로부터 광선을 수광하고 디스플레이 면을 통해 광선을 투과시키도록 구성되고, 디스플레이 면을 통해 투과된 광선은 디스플레이 면에 의해 한정되는 평면으로부터 측정될 때 약 10° 내지 약 40°의 출사각에서 최대 세기를 한정한다.
일부 예에서, 본 발명은 쐐기형 도광체를 기술하며, 쐐기형 도광체는, 쐐기형 도광체의 발산 면을 한정하는 광-입구 면을 한정하는 입구측 커플러 - 입구측 커플러는 광-입구 면을 통해 들어가는 광의 시준각을 증가시키도록 구성됨 -; 광-입구 면 반대편의 수렴 면; 광-입구 면에 실질적으로 직교하고 입구측 커플러에 인접하게 정렬된 디스플레이 면; 및 후방 면을 포함하고, 디스플레이 면 및 후방 면은 서로 상이한 방향으로 대면하여, 수렴 축을 한정하는 쐐기 형상을 형성하고, 이때 광-입구 면 및 수렴 면은 쐐기 형상의 대향 단부에 있고, 후방 면은 복수의 쐐기형 추출기를 포함하고, 각각의 쐐기형 추출기는 수렴 축에 실질적으로 직교하는 방향으로 연장되고, 복수의 쐐기형 추출기의 각각의 쐐기형 추출기는 광-입구 면 반대편의 내부 각도를 한정하는 경사진 표면을 포함하고, 내부 각도는 약 10° 미만이고, 쐐기형 도광체는, 광-입구 면을 통해 광원으로부터 광선을 수광하고 디스플레이 면을 통해 광선을 투과시키도록 구성되고, 디스플레이 면을 통해 투과된 광선은 디스플레이 면에 의해 한정되는 평면으로부터 측정될 때 약 10° 내지 약 40°의 출사각에서 최대 세기를 한정한다.
하나 이상의 예의 상세 사항이 첨부 도면 및 아래의 설명에 기재된다. 다른 특징, 목적 및 이점이 설명 및 도면으로부터, 그리고 청구범위로부터 명백할 것이다.
도 1은 본 명세서에 기술된 바와 같은 쐐기형 도광체를 포함하는 예시적인 광학 디스플레이 시스템의 개략 측단면도이다.
도 2는 쐐기형 도광체의 작동 및 광학 원리의 일부를 보여주는 도 1의 쐐기형 도광체의 개략적인 확대 단면도이다.
도 3은 도 1의 쐐기형 도광체 및 광원의 개략 저면도이다.
도 4는 광-입구 면과 디스플레이 면 양쪽 모두 상에 선택적인 구조화된 표면을 갖는 도 1의 쐐기형 도광체의 개략 사시도를 예시한다.
도 5는 광원, 쐐기형 도광체, 및 하나 이상의 선택적인 광학 필름 또는 디바이스를 포함하는 다른 예시적인 광학 디스플레이 시스템의 개략 측단면도이다.
도 6은 쐐기형 도광체의 작동 및 광학 원리의 일부를 보여주는 도 5의 쐐기형 도광체의 개략적인 확대 단면도이다.
도 7은 광원에 인접하게 조립된 도 5의 쐐기형 도광체의 개략 저면도이다.
도 8은 모델링에 사용되는 구성요소의 다양한 치수를 한정하는 실시예 1의 모델링 실험에 사용되는 쐐기형 광의 단면도이다.
도 9는 다양한 램프 내부 각도로 모델링된 쐐기형 추출기에 대해 비견되는 평면 도광체와 비교하여 실시예의 쐐기형 도광체에 대한 정수추출 손실 비율(distil loss fraction)을 나타낸다.
도 10은 다양한 램프 내부 각도로 모델링된 쐐기형 추출기에 대해 비견되는 평면 도광체와 비교하여 실시예의 쐐기형 도광체의 조도 대 최대 휘도의 비를 나타낸다.
도 11은 다양한 램프 내부 각도로 모델링된 쐐기형 추출기에 대해 비견되는 평면 도광체와 비교하여 실시예의 쐐기형 도광체의 상대 휘도 값을 나타낸다.
자동차 디스플레이 및 다른 고휘도 광학 시스템은 종종, 휘도 요건으로 인해 그러한 광학 디스플레이 시스템을 위한 광원으로서 발광 다이오드(LED)를 사용한다. 그러한 LED는 랩톱 컴퓨터 및 휴대 전화와 같은 다른 휴대용 디바이스에서 사용되는 광원과 비교하여 상대적으로 클 수 있다. 그 결과, 그러한 시스템에 사용되는 도광체는 LED 광원으로부터의 광을 효율적으로 캡처하기 위해 상대적으로 두껍다(예컨대, 1.5 mm 초과의 두께). 그러나, 각각의 도광체의 두께가 증가함에 따라, 커플링 효율(예컨대, 도광체 내에서 전파하는 광선을 효율적으로 추출 및 방향전환하는 도광체의 능력)은 대체로 감소할 것이다. 예를 들어, 도광체 재료의 상대적으로 큰 두께는, 주어진 전파 각도에 대해 도광체 내에서 전파하는 각각의 광선에 대한 도광체 아래(down-guide) 이동 거리의 증가에 대응한다. 따라서, 상대적으로 두꺼운 도광체 내에서 전파하는 광선은, 비교적 얇은 도광체 내에서 동일한 전파 각도로 전파하는 광선과 비교하여 이동된 단위 길이당 더 적은 상호작용(예컨대, 반사)을 가질 것이다.
일부 예에서, 본 발명은, 높은 휘도 요구를 갖는 자동차 디스플레이와 같은 광학 디스플레이 시스템 및 디바이스에 포함될 수 있는 쐐기 형상의 도광체(예컨대, "쐐기형 도광체")를 기술한다. 본 명세서에 기술된 쐐기형 도광체는 상대적으로 두꺼울 수 있고(예컨대, 1.5 mm 초과의 두께), LED와 같은 광원으로부터 광을 수광하고 광을 디스플레이 면 표면을 가로질러 효율적으로 그리고 상대적으로 균일하게 방향전환하도록 구성될 수 있고, 여기서 출사광은 디바이스의 디스플레이 표면에 대해 대체로 측방향으로 계속된다. 일부 예에서, 쐐기형 도광체의 디스플레이 면을 통해 쐐기형 도광체에서 나오는 광은 특정 시준각 내에서 시준될 수 있고, 광학 디스플레이 표면에 대체로 평행한(예컨대, 광학 디스플레이 표면의 법선에 수직인) 방향으로 지향될 수 있다. 본 명세서에 기술된 쐐기형 도광체는, 전통적인 도광체와 비교하여 더 높은 정도의 추출 효율로 고도로 균일하고 상대적으로 시준된 출사광을 생성하기 위해 도광체를 통과하는 광을 변형 및 방향전환하는 하나 이상의 구조화된 표면을 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예에서, 광을 관찰자를 향해 지향시키는 것과는 대조적으로 출력된 광을 광학 디스플레이 표면에 대체로 평행한 방향으로 지향시킴으로써, 본 명세서에 기술된 쐐기형 도광체는, 다양한 터닝 필름(turning film) 또는 그러한 필름을 수용하기 위해 도광체 또는 광원의 추가의 변형을 필요로 하지 않고서 별개의 관찰 패턴을 생성하도록 설계된 다른 특수 필름/디바이스와 함께 사용될 수 있는 보편적이고 다목적이며 고효율인 백라이트 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 광원(102), 쐐기형 도광체(104), 및 하나 이상의 선택적인 광학 필름 또는 디바이스(106)를 포함하는 예시적인 광학 디스플레이 시스템(100)의 개략 측단면도이다. 광학 디스플레이 시스템(100)은 관찰자(110)를 향해 배향된 법선(109)을 갖는 디스플레이 표면(108)을 한정할 수 있다. 설명의 용이함을 위해, 광학 디스플레이 시스템(100) 및 그의 다양한 구성요소는, 도 1에 언급되는 x, y 및 z-축과 관련하여 도시되고 기술되며, 도 1 내지 도 4 전체에 걸쳐 일관되게 사용된다.
쐐기형 도광체(104)는 광-입구 면(112), 후방 면(114), 및 디스플레이 면(116)을 포함한다. 후방 면(114)은 주 표면(122)을 가로질러 배치된 복수의 쐐기형 추출기(118)를 포함할 수 있으며, 이때 각각의 쐐기형 추출기(118)는 경사진 표면(120)을 한정한다. 디스플레이 면(116)은 디스플레이 표면(108)에 대체로 대면하는 쐐기형 도광체(104)의 면을 나타낼 수 있고, 한편 후방 면(114)은 디스플레이 표면(108)으로부터 대체로 멀리 향하는 쐐기형 도광체(104)의 면을 나타낼 수 있다. 디스플레이 면(116)은, 광-입구 면(112)을 통해 들어가는 광의 대부분이 쐐기형 도광체(104) 밖으로 투과되는 광-출구 면으로서 특징지어질 수 있다.
설명과 이해를 위해, 쐐기형 도광체(104)의 주어진 면의 배향은, 각각의 면 상에 존재하거나 또는 존재하지 않을 수 있는 임의의 개별 표면 구조체(예컨대, 프리즘, 쐐기, 렌즈, 확산기 등)의 배향 또는 형상에 관계없이, 면에 의해 한정되는 평면의 관점에서 특징지어질 수 있다. 예를 들어, 이하에서 추가로 기술되는 바와 같이, 후방 면(114)은 복수의 경사진 표면(120)을 한정하는 쐐기형 추출기(118)의 형태의 복수의 표면 구조체를 포함할 수 있다. 쐐기형 추출기(118)의 다양한 면 및 후방 면(114)의 주 표면(122)은 다양한 방향으로 배향될 수 있다. 쐐기형 추출기(118)의 존재 또는 각각의 표면의 배향에도 불구하고, 후방 면(114)은, 도 1의 x-z 평면에서 연장되고 음의 y-축 방향으로 대면하는 평면을 한정하는 것으로 특징지어질 수 있다(예컨대, 후방 면(114)에 의해 한정되는 평면의 법선은 음의 y-축 방향을 가리킨다). 상세한 설명 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같이 특정 방향에 대면하거나, 그를 가리키거나, 그에 위치되거나, 또는 배향되는 주어진 면의 설명은, 달리 기술되지 않는 한, 각각의 면 상의 임의의 주어진 광학 구조체의 배향이라기보다는 오히려 각각의 면에 의해 한정되는 평면의 배향을 지칭한다. 따라서, 도 1을 참조하면, 광-입구 면(112)은 디스플레이 표면(108)에 실질적으로 직교하게(예컨대, 직교하거나 거의 직교하게) 설정된 평면을 한정하는 것으로 특징지어질 수 있고, 후방 면(114)은 디스플레이 표면(108)에 실질적으로 평행하게(예컨대, 평행하거나 거의 평행하게) 설정되지만 디스플레이 표면(108)과 반대 방향으로 대면하는 평면을 한정하는 것으로 특징지어질 수 있고, 디스플레이 면(114)은 디스플레이 표면(108)으로부터 수렴각(φ)만큼 오프셋되어 있는 평면을 한정하는 것으로 특징지어질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 광-입구 면(112)은 후방 면(114)에 실질적으로 직교하는(예컨대, 직교하거나 거의 직교하는) 것으로 특징지어질 수 있다. 도 1에서는 후방 면(114)이 디스플레이 표면(108)에 실질적으로 평행한 것으로 예시되고 기술되지만, 다른 예에서, 쐐기형 도광체(104)는 디스플레이 시스템(100) 내에서, 디스플레이 면(116)으로부터 나오는 광이 디스플레이 표면(108)에 대해 측방향으로 있는 상태로 디스플레이 면(116)이 디스플레이 표면(108)에 실질적으로 평행하도록(예컨대, 평행하거나 거의 평행하도록) 배향될 수 있다.
디스플레이 면(116) 및 후방 면(114)은, 2개의 면이 서로 상이한 방향으로 대면하도록 대체로 서로의 반대편에 위치될 수 있고, 2개의 면이 쐐기 형상을 형성하도록 서로에 대해 비평행 수렴각(φ)으로 정렬될 수 있다. 일부 예에서, 수렴각(φ)은 쐐기형 도광체(104)에 대한 쐐기 각도, 테이퍼 각도(taper angle) 등으로 지칭될 수 있다. 일부 예에서, 쐐기 형상의 테이퍼는 또한, 수렴 면(126)에서 측정된 디스플레이 면(116)과 후방 면(114) 사이의 두께(D1)와 광-입구 면에 인접하여 측정된 디스플레이 면(116)과 후방 면(114) 사이의 두께(D2)의 비에 의해 특징지어질 수 있다. 일부 예에서, 두께의 비(D1:D2)는 약 0.9 미만, 약 0.5 미만, 또는 약 0.25 미만일 수 있다.
이러한 설명의 목적으로, 쐐기형 도광체(104)의 쐐기 형상은 그의 수렴 축(124)에 의해 특징지어질 수 있으며, 수렴 축은 후방 면(114)에 의해 한정되는 평면에 평행한, 쐐기 형상의 발산 면(예컨대, 광-입구 면(112))으로부터 수렴 면(126)으로 이동하는 디스플레이 면(116)과 후방 면(114) 사이의 테이퍼에 의해 확립되는 방향으로 특징지어질 수 있다. 도 1에서, 수렴 축(124)은 x-축 및 후방 면(114)의 평면에 평행하게 정렬되는 것으로 예시되어 있다. 후방 면(114) 상의 각각의 쐐기형 추출기(118)는 수렴 축(124)에 실질적으로 직교하는(예컨대, 쐐기형 추출기의 광학 특성을 유의하게 변경시키지 않는 제조 공정 동안 야기되는 미소한 오정렬(예컨대, ±5°)에 대해 직교하거나 거의 직교하는) 방향으로 연장될 수 있다.
광학 시스템(100)은 광원(102)에 의해 생성된 광이 광-입구 표면(112)을 통해 쐐기형 도광체(104)에 들어가도록 구성될 수 있으며, 여기서 광은 수렴 축(124)의 일반적인 방향으로 전파된다. 일부 예에서, 쐐기형 도광체(104)는 디스플레이 면(116)에 바로 인접한 재료(예컨대, 공기 또는 다른 광학 필름)보다 높은 굴절률을 한정하여, 이에 의해, 쐐기형 도광체(104) 내에서 전파하는 임의의 광선이 도광체의 다양한 면들에 의해 반사되거나 또는 디스플레이 면(116)에 의해 우선적으로 굴절되게 할 수 있다. 이하에서 추가로 기술되는 바와 같이, 쐐기형 도광체(104)의 다양한 표면 구조체를 포함하는 파라미터는, 디스플레이 면(116)을 통해 나오는 광이, 수렴 축(124)에 대해 후방 면(114)에 의해 한정되는 평면으로부터 측정될 때 약 10° 내지 약 40°의 최대 세기 출사각(예컨대, 출력된 광의 최대 세기 내에서의 지점이 발생함)을 한정하는 특정 시준 출사각(예컨대, x-축이 0°를 나타내는 상태에서 x-y 평면에서 측정된 각도) 내에서 실질적으로 시준될 수 있도록 구성될 수 있다. 시준 출사각의 경계는 출사 광선의 세기가 최대 세기의 10% 미만으로 감소되는 지점으로서 결정될 수 있다. 일부 예에서, 출사 시준각은 약 0° 내지 약 50°일 수 있으며, 여기서 0°는 수렴 축(124) 또는 x-축을 나타낸다(예컨대, 디스플레이 표면(108)의 법선(109)에 대해 약 40° 내지 약 90°의 시준각, 여기서 0°는 법선(109)을 나타낸다). 일부 예에서, 디스플레이 면(116)에서 나오는 광에 대한 피크 세기 출사각은 수렴 축(124)에 대해 측정될 때 약 10° 내지 약 25°(예컨대, 디스플레이 표면(108)의 법선(109)에 대해 약 65° 내지 약 80°, 여기서 0°는 법선(109)을 나타냄)일 수 있다. 일부 예에서, 출사 광선은 약 ±25° 미만의 시준각 내에서 실질적으로 시준될 수 있다.
쐐기형 도광체(104) 내에서의 주어진 광선이 주어진 면에 의해 반사될지 또는 굴절될지 여부는 광선에 대한 전파 각도(σ)에 좌우될 것이다. 도 2는 쐐기형 도광체(104)의 작동 및 광학 원리의 일부를 보여주는 쐐기형 도광체(104)의 개략적인 확대 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광선(128, 130)은 광원(102)에 의해 생성되고, 광-입구 면(112)을 통해 쐐기형 도광체(104) 내로 도입될 수 있고, 여기서 광선(128, 130)은 각각 σa1 및 σb1의 초기 전파 각도로 도광체 아래로 진행한다. 초기 전파 각도(σa1, σb1), 및 쐐기형 도광체(104) 내에서의 다른 전파 각도 및/또는 출사각은 수렴 축(124) 및 법선(109)과 관련하여(예컨대, 도 1 및 도 2의 x-y 평면 내에서) 측정될 수 있으며, 여기서 수렴 축(124)은 0°로서 취해진다. 이해를 용이하게 하기 위해, 각각의 광선(128, 130)의 전파 각도는 수렴 축(124)에 대한 그들의 절대값의 관점에서 기술된다.
쐐기형 도광체(104) 및 디스플레이 시스템(100)의 광학 특성으로 인해, 쐐기형 도광체(104) 내에서 전파하는 광선은 디스플레이 면(116) 및 후방 면(114)에 의해 실질적으로 반사될 것이며, 단 광선의 전파 각도는 일부 특정 임계 각도(σt) 미만이다. 디스플레이 면(116)에 입사되는 임계 각도(σt)를 초과하는 광선은 반사되기보다는 오히려 실질적으로 굴절될 것이고, 출사각(예컨대, σae, σbe)으로 디스플레이 면(116)에서 나올 것이다.
쐐기형 도광체(104)의 기하학적 구조 및 표면 구조체로 인해, 쐐기형 도광체(104) 내에서 전파하는 광선의 전파 각도(σ)는 광선을 반사시키는 표면 또는 발생하는 반사 횟수에 따라 점진적으로 증가될 것이다. 예를 들면, σt 미만의 (x-축에 대한) 입사/전파 각도(σa1)로 광-입구 면(112)을 통해 들어가고 디스플레이 면(116)을 향해 지향되는 광선(128a)은 후방 면(114)을 향해 디스플레이 면(116)에 의해 실질적으로 반사될 것이다. 디스플레이 면(116)과 후방 면(114) 사이의 수렴각(φ)으로 인해, 디스플레이 면(116)에 의해 반사된 광선(128b)은 σa1 + 2β의 절대값과 대략 동일한 (x-축에 대한) 각도(σa2)로 전파할 것이다. 이어서, 광선(128b)은 후방 면(114)을 향해 계속될 것이며, 여기서 광선은 (쐐기 형상의 추출기들(118) 중 하나의 추출기의 표면과 대조적으로) 주 표면(122)에 의해 반사되는 것으로 도시되어 있고, 여기서 광선은 전파 각도(σa2)를 유지하는 반사된 광선(128c)으로서 디스플레이 면(116)을 향해 다시 반사된다. 반사된 광선(128c)의 전파 각도(σa2)가 임계 각도 (σt)를 초과한다면, 광선은 반사되기보다는 오히려 실질적으로 굴절될 것이고, σae의 출사각으로 출사 광선(128d)으로서 디스플레이 면(116)에서 나올 것이다.
이러한 배열에서, 임계 각도(σt)를 초과하는 전파 각도로 광-입구 면(112)을 통해 들어가는 광선이 광-입구 면(112) 및 광원(102)에 더 가까운 위치에서 디스플레이 면(116)을 통해 나올 것이고, 반면 임계 각도(σt) 미만의 전파 각도(σ)로 들어가고 이동하는 광은 추가의 반사를 요구하므로 도광체 더 아래로(예컨대, 수렴 면(126)에 더 가깝게) 나갈 것임을 이해할 수 있다. 따라서, 디스플레이 면(116)과 후방 면(114) 사이의 쐐기 형상의 기하학적 구조는 평면 도광체와 비교하여 디스플레이 면(116)의 전체 표면을 가로질러 출사광의 더 양호한 추출 및 분포를 제공할 수 있다.
쐐기형 도광체(104)의 쐐기 형상의 기하학적 구조에 의해서도, 쐐기형 도광체(104)의 상대적으로 큰 두께(예컨대, 1.5 mm 초과)는 쐐기형 도광체(104) 내에서 전파하는 광선이 수렴 축(124)에 대해 이동된 단위 길이당 수 개의 상호작용(예컨대, 반사)을 갖게 할 것이다. 따라서, 쐐기형 도광체(104)의 상대적으로 큰 두께는 더 낮은 두께의 비견되는 쐐기형 도광체와 비교하여 도광체의 추출 효율을 낮출 것이다.
일부 예에서, 디스플레이 면(116)을 통해 나오는 광, 특히, 수렴 면(126)에 더 가깝게 또는 도광체 아래로 나오는 광에 대한 추출 효율을 개선하기 위해, 후방 면(114)은, 전파하는 광선을 반사시킬 뿐만 아니라 반사된 광선의 전파 각도(σ)를 증가시키도록 구성된 각자의 경사진 표면(120)을 각각 포함하는 복수의 쐐기형 추출기(118)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 경사진 표면(120)은 (예컨대, 주 표면(122)에 대해) 후방 면(114)에 의해 한정되는 평면에 대한 내부 각도(β)를 한정할 수 있다. 내부 각도(β)는 광-입구 면(112)과 광원(102)의 반대편인 경사진 표면(120)의 면(예컨대, 도광체 더 아래의 면)에 의해 확립될 수 있다. 주어진 경사진 표면(120)에서 반사된 광선의 전파 각도(σ)는 대략 내부 각도(β)의 2배의 양만큼 증가될 것이다. 비제한적인 일례로서, 도 2는 광-입구 면(112)을 통해 전파 각도(σb1)로 들어가고 후방 면(114)을 향해 지향되는 광선(130a)을 예시한다. 광선(130a)은 대략 σb1 + 2β의 절대값과 동일한 (x-축에 대한) 전파 각도(σb2)를 갖는 반사된 광선(130b)으로서 경사진 표면(120a)에 의해 반사된다. 반사된 광선(130b)의 전파 각도(σb2)가 임계 각도 (σt)를 초과하는 경우, 광선은 디스플레이 면(116)에 의해, 반사되기보다는 오히려 실질적으로 굴절될 것이고, σbe의 출사각으로 출사 광선(130c)으로서 쐐기형 도광체(104)에서 나올 것이다.
쐐기형 추출기(118)는 임의의 적합한 형상 및 설계를 취할 수 있는데, 단 쐐기형 추출기(118)는, 후방 면(114)에 의해 한정되는 평면에 대한 내부 각도(β)를 한정하고 주 반사 표면으로서 작동하는 적어도 하나의 경사진 표면(120)을 한정한다. 경사진 표면(120)은 평면형, 만곡형, 파형(undulated), 세그먼트형(segmented), 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 예에서, 쐐기형 추출기(118)는 후방 면(114) 상의 별개의 프리즘(예컨대, 미세프리즘)으로서 기술될 수 있거나, 또는 후방 면(114)을 가로질러 각인된 파형 패턴(예컨대, 파형 톱니형 또는 사인곡선형 패턴을 생성하는 표면)에 의해 확립될 수 있다.
내부 각도(β)는, 경사진 표면(120)에 의해 반사된 광선이 디스플레이 면(116)을 향해 방향전환되어, 반사된 광선이 적어도 부분적으로 굴절되고 특정 출사 시준각 내에서 쐐기형 도광체(104)에서 나올 수 있게 하기에 충분한 전파 각도(σ)를 갖도록 설정될 수 있다. 일부 예에서, 출사 광선에 대해 약 0° 내지 약 50°의 출구 시준각을 얻기 위해 - 여기서 0°는 x-축을 나타냄 -, 쐐기형 추출기(118)의 내부 각도(β)는 0° 초과이지만, 후방 면(114) 또는 주 표면(122)에 의해 한정되는 평면에 대해 측정할 때 약 10° 미만일 수 있고, 여기서 내부 각도(β)는 광원(102)으로부터 더 먼 경사진 표면(120)의 면(예컨대, x-축 방향으로 도광체 더 아래의 면)을 나타낸다. 일부 예에서, 더 높은 각도의 추출기(예컨대, 10° 초과의)와 비교하여 상대적으로 낮은 각도의 추출기(예컨대, 약 10° 미만의)를 가짐으로써, 출사 광선의 도광체 아래 각도 분포를 낮춰서 출사광이 상대적으로 균일한 시준각을 유지하게 하는 것을 도울 수 있다. 출사 광선의 균일한 시준은 (예컨대, 후속 터닝 필름을 통해) 광을 추가로 처리하는 디스플레이 시스템에서 특히 유용할 수 있으며, 여기서 균일성은 광학 균일성을 유지하는 데 필요하다. 일부 예에서, 내부 각도(β)는 약 0.5° 내지 약 10°, 약 1° 내지 약 8°, 또는 약 1° 내지 약 5°일 수 있다.
일부 예에서, 쐐기형 추출기(118)의 내부 각도(β)는 (원위로 또는 도광체 아래로 이동하는) 수렴 축(124)의 방향으로 각도 구배를 한정할 수 있다. 예를 들어, 쐐기형 추출기(118)의 내부 각도(β)는 주어진 추출기가 광원(102)으로부터 도광체 더 아래일수록 증가될 수 있다. 그러한 구성은 디스플레이 면(116)을 가로질러 나오는 광의 더 균일한 출사 시준각뿐만 아니라 도광체 더 아래에서 더 큰 추출 효율을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도광체 더 아래로 (예컨대, 수렴 면(126)을 향해) 전파하는 광의 양은 더 적을 수 있고, 적어도 초기에, 훨씬 더 작고 0°에 더 가까운(예컨대, 수렴 축(124)과 평행에 더 가까운) 전파 각도(σ)를 나타낼 수 있다. 따라서, 광-입구 면(112)에 대해 더 원위로(예컨대, 도광체 아래로) 경사진 표면(120)에서 반사하는 광은 임계 각도(σt)를 초과하는 광을 캡처하기 위해 그의 전파 각도(σ)의 더 큰 변화를 요구할 수 있으며, 이는 더 원위의 쐐기형 추출기(118)에 대해 내부 각도(β)를 증가시킴으로써 달성될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 쐐기형 추출기(118)의 크기 및 배치는, 도광체 아래로 전파하는 광선의 추출 효율을 향상시키기 위해 후방 면(114)에 걸쳐 선택적으로 변화될 수 있다. 예를 들어, 광-입구 면(112)에 들어가는 광은 광원(102)의 유형에 따라 특정 분산 패턴을 나타낼 수 있다. 분산 패턴에 따라, 추출 효율의 증가 또는 감소가 요구되는 영역에서 쐐기형 추출기(118)의 이용가능한 표면적 또는 내부 각도(β)를 증가 또는 감소시킴으로써, 도광체 위로(up-guide) 또는 도광체 아래로 반사되거나 터닝되는 광의 양이 개선될 수 있다. 일부 예에서, 쐐기형 도광체(104)의 원위 영역 내의 쐐기형 추출기(118)(예컨대, 이용가능한 표면적)의 증가된 존재는, 반사된 광이 실질적으로 굴절되고 디스플레이 면(116)을 통해 나올 수 있도록 반사된 광의 전파 각도(σ)를 증가시킴으로써 이들 원위 영역 내에서 디스플레이 면(116)을 통해 추출되는 광의 효율을 증가시키는 것을 도울 수 있다.
도 3은 쐐기형 추출기(118)가 후방 면(114)을 가로질러 분포될 수 있는 방식의 하나의 비제한적인 예를 예시한다. 도 3은 광원(102)에 인접하게 조립된 쐐기형 도광체(104)의 개략 저면도이다(예컨대, 디스플레이 시스템(100)과 유사한 배열). 쐐기형 추출기(118)는 후방 면(114)의 근위 영역(예컨대, 광-입구 면(112)에 인접한 영역)으로부터 원위 영역(예컨대, 수렴 면(126)에 인접한 영역)으로 연장되는 하나 이상의 그룹(132)으로 배열될 수 있다. 그룹(132) 내의 각각의 쐐기형 추출기(118)는 약 5 μm 내지 약 400 μm의 폭(W)을 한정할 수 있다. 일부 예에서, 각각의 그룹(132) 내의 쐐기형 추출기(118)의 폭은 상이하여서, 쐐기형 도광체(104)의 근위 영역(예컨대, 광-입구 면(112)에 더 가까운 영역) 내의 쐐기형 추출기(118)가 쐐기형 도광체(104)의 원위 영역(예컨대, 수렴 면(126)에 더 가까운 영역) 내의 쐐기형 추출기(118)와 비교하여 더 작은 폭을 갖게 할 수 있다. 일부 그러한 예에서, 주어진 그룹(132) 내의 쐐기형 추출기(118)는 약 10 μm 내지 약 150 μm로 연장되는 폭의 범위를 한정할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 폭의 범위는, 주어진 쐐기형 추출기(118)가 광-입구 면(112)으로부터 더 원위에(예컨대, 도광체 아래에) 있을수록 쐐기형 추출기(118)의 폭이 증가하도록(예컨대, 연속적으로 또는 단계적으로 증가하도록) 하는 폭 구배를 한정할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 수렴 축(124)의 방향으로 측정될 때 쐐기형 추출기(118)의 각각의 도광체 아래 길이(L)(축척대로 도시되지 않음)는, 쐐기형 추출기(118)가 광-입구 면(112)으로부터 더 멀리 있을수록 각각의 그룹(134) 내에서 증가될 수 있다. 일부 예에서, 쐐기형 추출기(118)의 길이(L)는, 내부 각도(β)를 상대적으로 일정하게 유지하면서 광 입구 면(112)으로부터 원위로(예컨대, 도광체 아래로) 이동하는 (y-축 방향에 대해 측정되는) 주 표면(122)으로부터의 주어진 쐐기형 추출기(118)의 높이/깊이를 증가시킴으로써 조정될 수 있다. 일부 그러한 예에서, 주어진 그룹(132) 내의 쐐기형 추출기(118)는 약 0.5 μm 내지 약 10 μm로 연장되는 깊이의 범위를 한정할 수 있으며, 이때 더 큰 깊이는 더 큰 추출기 길이(L)를 제공한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 깊이의 범위는, 주어진 쐐기형 추출기(118)가 광-입구 면(112)으로부터 더 원위에(예컨대, 도광체 아래에) 있을수록 쐐기형 추출기(118)의 각각의 깊이가 증가하도록(예컨대, 연속적으로 또는 단계적으로 증가하도록) 하는 깊이 구배를 한정할 수 있다. 일부 예에서, 경사진 표면(120)의 각각의 표면적은 주어진 쐐기형 추출기(118)가 광-입구 면(112)으로부터 더 원위에(예컨대, 도광체 아래에) 있을수록 증가할 수 있다(폭, 길이, 또는 양쪽 모두의 증가). 예를 들어, 쐐기형 추출기(118)는 제1 및 제2 쐐기형 추출기를 포함할 수 있으며, 여기서 제1 쐐기형 추출기는 제2 쐐기형 추출기보다 광-입구 면(112)에 더 가까이 위치된다. 제1 쐐기형 추출기는, 제2 쐐기형 추출기의 각각의 폭, 깊이, 길이 또는 표면보다 작은 폭, 깊이, 길이, 또는 표면적을 한정할 수 있다. 일부 예에서, 내부 각도(β) 및 선택된 깊이에 따라, 쐐기형 추출기(118)의 길이(L)는 약 0.01 mm 내지 약 0.4 mm 또는 약 0.02 mm 내지 약 0.2 mm일 수 있다.
쐐기형 추출기(118)의 그룹(132)의 수는 쐐기형 도광체(104)에 대한 원하는 광학 특성을 제공하도록 선택될 수 있다. 일부 예에서, 디스플레이 면(116)을 통해 추출되는 광의 균일성 및 분배(disbursement)는, 더 작은 각각의 폭을 갖는 쐐기형 추출기(118)의 더 많은 그룹(132)을 포함함으로써 개선될 수 있다. 일부 예에서, 쐐기형 도광체(104)는 후방 면(114)을 가로질러 측방향으로(예컨대, 도 3의 z-축 방향으로) 측정되는 센티미터당 약 25 내지 약 200개의 쐐기형 추출기의 그룹(132)을 포함할 수 있다.
이하에서 추가로 기술되는 바와 같이, 쐐기형 추출기(118) 및 쐐기형 도광체(104)의 쐐기 형상의 조합은 디스플레이 면(116)을 통해 광을 투과시키기 위한 더 큰 추출 효율을 제공할 수 있다. 특징부들의 조합은, 그렇지 않으면 도광체의 상대 두께로 인해 감소된 추출 효율을 겪을 수 있는, 약 2 mm 내지 약 3 mm 정도의 상대적으로 두꺼운 도광체(예컨대, y-축 방향으로 측정될 때의 두께)를 이용하거나 요구하는 자동차 디스플레이와 같은 소정 유형의 응용에 특히 유용할 수 있다.
일부 예에서, 디스플레이 시스템(100)은 후방 면(114)에 인접하게 위치된 광 반사기(133)(도 1)를 포함할 수 있다. 광 반사기(133)는 후방 면(114)을 통해 나오는 광을 다시 쐐기형 도광체(104) 내로 반사시켜 쐐기형 도광체(104)의 추출 효율을 증가시키도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 후방 면(114)은, 그렇지 않으면 후방 면(114)을 통해 나올 수 있는 광을 실질적으로 반사시키도록 구성된 반사 코팅(예컨대, 미러링된 마무리)을 포함할 수 있다.
측방향 내에서(예컨대, y-z 평면 내에서) 광의 분배를 개선하기 위해, 디스플레이 면(116) 자체가 구조화된 표면일 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 면은, 디스플레이 면(116)을 통해 나오는 광선의 측방향 시준각(예컨대, 도 1의 y-z 평면에 대한 각도)을 증가시키도록 구성된, 렌즈형 미세구조체(lenticular microstructure)와 같은 복수의 미세구조체(134)를 포함할 수 있다.
도 4는 광-입구 면(112)과 디스플레이 면(116) 양쪽 모두 상에 선택적인 구조화된 표면을 갖는 쐐기형 도광체(104)의 개략 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 렌즈형 미세구조체(134)는, 미세구조체가 광-입구 면(112)으로부터 수렴 면(126)로 연장되도록 수렴 축(124)에 대해 대체로 정렬될 수 있다. 일부 예에서, 복수의 렌즈형 미세구조체(134)는 수렴 축(124)에 대해 약 ± 10°만큼 오프셋될 수 있으며, 여기서 0°는 수렴 축(124)과의 평행 정렬을 나타낸다.
추가적으로 또는 대안적으로, 측방향 내에서(예컨대, x-z 평면 내에서) 디스플레이 면(116)을 통해 나오는 광의 분포를 개선하기 위해, 광-입구 면(112)은, 광이 광-입구 면(112)을 통해 들어갈 때 x-z 평면에서의 광을 확산 또는 분포시키도록 구성된 복수의 미세구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광-입구 면(112)은 쐐기형 도광체(104) 내에서 전파하는 x-z 평면 내에서의 광의 분포 또는 확산을 증가시키기 위해 실질적으로 수직으로 정렬된(예컨대, 도 4의 y-축의 ± 5° 이내로 정렬된), 렌즈형 미세구조체, 프리즘 등과 같은 복수의 미세구조체(136)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 미세구조체(136)는 후방 면(114)에 의해 한정되는 평면에 대해(예컨대, x-z 평면에 대해) 원하는 시준각 내에서 입사광을 시준할 뿐만 아니라 분산시킬 수 있다(예컨대, z-축을 따라 확산시킬 수 있다).
추가적으로 또는 대안적으로, 광-입구 면(112)은 x-y 평면에 대해 입사광을 확산시키거나 발산시키도록 구성된 구조체를 포함할 수 있다. 그러한 방식으로 광을 확산시킴으로써, 더 큰 비율의 광을 광원(102) 부근에서 또는 그에 인접하여 디스플레이 면(116)을 통과시켜, 디스플레이 면(116)을 통해 나오는 광을 균일하게 분포시키는 것을 도울 수 있다.
쐐기형 추출기(118), 디스플레이 면(116)의 미세구조체(134), 또는 광-입구 면(112)의 미세구조체(136)와 같은 임의의 표면 구조체를 포함하는 쐐기형 도광체(104)는, 예를 들어, 폴리카르보네이트; 폴리아크릴레이트, 예컨대 폴리메틸 메타크릴레이트; 폴리스티렌; 폴리에틸렌 테레프탈레이트; 폴리에틸렌 나프탈레이트; 이들의 공중합체 또는 블렌드; 유리; 등을 포함하는 매우 다양한 광학적으로 적합한 재료로부터 제조될 수 있다. 일부 예에서, 선택되는 재료는 바람직하지 않게 산란하는 입사 및 전파 광을 회피하기 위해 광학적으로 투명하거나 또는 낮은 탁도와 높은 투명도를 가질 수 있다. 일부 예에서, 쐐기형 도광체(104)는 바람직한 반사 및 굴절 특성을 생성하기 위해, 공기에 대해 약 1.5 이상(예컨대, PC = 1.58 또는 PMMA = 1.49)과 같은 충분히 높은 굴절률을 가질 수 있다. 다른 적절한 재료는 아크릴, 메틸 스티렌, 아크릴레이트, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드 등을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 쐐기형 도광체(104)의 재료, 치수, 또는 양쪽 모두는 반가요성 도광체를 생성하기 위해 선택될 수 있다.
임의의 표면 구조체를 포함하는 쐐기형 도광체(104)는 임의의 적합한 기법을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 쐐기형 도광체(104)는, 원하는 구조화된 표면의 네거티브 복제본을 보유하는 금속 또는 다른 내구성 재료로 제조된, 선반-터닝 공구/다이 또는 다른 형성된 표면에 대해 사출 성형가능한 수지를 성형, 엠보싱, 경화, 또는 달리 형성함으로써 제조될 수 있다. 그러한 형성된 표면을 제조하는 방법 및 표면 구조체를 성형, 엠보싱 또는 경화하는 방법은 당업자에게 친숙할 것이다.
일부 예에서, 광-입구 면(112), 광 반사 면(114), 및 디스플레이 면(116) 중 하나 이상의 구조화된 표면(존재하는 경우)은 쐐기형 도광체(104)와 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 쐐기형 도광체(104)는 전술된 기법을 이용하여 형성될 수 있으며, 여기서 표면 구조체는 쐐기형 도광체(104)의 제조 공정 동안 네거티브 몰드 또는 롤러를 사용하여 형성되어, 쐐기형 도광체(104)의 바디 및 표면 구조체(예컨대, 쐐기형 추출기(118))가 동일한 재료로부터 일체로 형성되도록 한다.
다른 예에서, 광-입구 면(112), 광 반사 면(114), 및 디스플레이 면(116) 중 하나 이상의 구조화된 표면(존재하는 경우)은 쐐기형 도광체(104)의 각각의 면에 광학적으로 커플링된 중합체 필름으로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 표면 구조체(예컨대, 쐐기형 추출기(118))는 광학 필름으로서 형성되고 쐐기형 도광체(104)의 블랭크에 커플링되어, 광학 접착제를 사용하여 후방 면(114)을 형성할 수 있다. 다른 예에서, 광학 필름 코팅을 쐐기형 도광체(104)의 후방에 대해 압출하고 다이 롤러를 통과시켜, 표면 구조체(예컨대, 쐐기형 추출기(118))를 형성할 수 있다. 두 경우 모두, 광학 필름을 형성하는 데 사용되는 재료 및 광학 접착제는, 쐐기형 도광체(104)의 바디와 광학 필름 재료 사이의 계면에서 발생할 수 있는 임의의 반사 또는 굴절을 감소시키기 위해 쐐기형 도광체(104)의 바디와 유사한 광학 특성(예컨대, 실질적으로 유사한 굴절률)을 나타내도록 선택되어야 한다. 일부 그러한 예에서, 구조화된 표면을 형성하는 데 사용되는 재료는 쐐기형 도광체(104)의 바디를 형성하는 데 사용되는 재료와 동일할 수 있다.
일부 예에서, 쐐기형 도광체(104)의 광학 특성으로 인해, 디스플레이 시스템(100)은 디스플레이 면(116) 또는 쐐기형 도광체(104)를 통한 광원(102)으로부터의 광의 비교적 효율적인 전달을 제공할 수 있다. 일부 예에서, 디스플레이 시스템(100)의 추출 효율은, 수렴 면(126)을 통해 나오는 쐐기형 도광체(104) 내에서 전파하는 광의 양(예컨대, 광학 비효율 또는 도광체 설계로 인해 손실되는 광)에 기초하여 특징지어질 수 있다. 일부 예에서, 쐐기형 도광체(104)는 광-입구 면(112)을 통해 수광된 광의 10% 미만(예컨대, 8% 미만)이 수렴 면(126)을 통해 손실되도록 추출 효율을 나타낼 수 있다.
광원(102)은 임의의 적합한 광원 또는 광원들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원(102)은 하나 이상의 발광 다이오드(LED), 냉음극 형광등(cold cathode fluorescent light, CCFL), 또는 백열 광원을 포함하는 에지 라이트 조립체를 포함할 수 있다. 광원(102)은 단일 광원을 포함할 수 있거나, 복수의 광원(예컨대, 조명 레일)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원(102)은 도 1의 지면으로 들어가는/지면으로부터 나오는 z-축을 따라 연장되는 일련의 LED 또는 LED의 어레이일 수 있다. 일부 예에서, 광원(102)은, 광원(예컨대, LED)을 통해 생성된 광을 광-입구 면(112)으로 방향전환시키도록 구성된 반사 하우징을 포함할 수 있다.
일부 예에서, 광원(102)은 실질적으로 백색 광을 방출하도록 구성될 수 있거나, 또는 백색 광을 집합적으로 재생성할 수 있는 상이한 파장의 광을 각각 방출하는 상이한 구성요소를 가질 수 있다. "백색" 광은 관찰자가 백색 광이라고 인지할 수 있고 광학 시스템(100)의 응용에 따라 조절되거나 교정될 수 있는 임의의 적합하고 바람직한 색점(color point)을 지칭할 수 있다. 일부 예에서, 광원(102)은 전자기 스펙트럼의 자외선 범위, 가시 범위, 또는 근적외선 범위 중 하나 이상에서 광을 방출할 수 있다. 임의의 대응하는 주입, 시준, 및 다른 광학계를 포함하는 광원(102)이 임의의 적합한 파장 또는 파장들의 조합, 편광, 점 확산 분포, 및 시준도(degrees of collimation)를 제공하도록 선택될 수 있다.
광원(102)으로부터의 광은, 광원(102)으로부터의 광의 대부분이 쐐기형 도광체(104)의 광-입구 면(112)을 통과하도록 쐐기형 도광체(104)를 향해 지향되어 그에 커플링될 수 있으며, 여기서 광은 대체로 도광체(104) 내에서 x-축 방향으로 이동한다.
일부 예에서, 디스플레이 시스템(100)은 쐐기형 도광체(104)와 디스플레이 표면(108) 사이에 위치된 다른 하나 이상의 선택적인 광학 필름 또는 디바이스(106)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 시스템(100)은, 예를 들어 휘도 향상 필름, 터닝 필름, 편광기, 프라이버시 스크린, 보호 스크린, 확산기, LCD 조립체, 반사기 등을 포함하는 LCD 조립체를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 디스플레이 시스템(100)은, 쐐기형 도광체(104)와 LCD 조립체 사이에 또는 LCD 조립체와 디스플레이 표면(108) 사이에, 또는 양쪽 모두의 조합에 위치될 수 있는 하나 이상의 흡수 또는 반사 편광기 필름을 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 편광기 필름은 디스플레이 시스템(100)의 콘트라스트(예컨대, 흡수 편광기), 휘도(예컨대, 반사 편광기), 가시성(예컨대, 높은 눈부심 환경에서), 또는 이들의 조합을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
일부 예에서, 디스플레이 시스템(100)은 쐐기형 도광체(104)로부터 출사 광선을 수광하도록 위치된 적어도 하나의 터닝 필름(예컨대, 선택적인 광학 필름 또는 디바이스(106))을 포함할 수 있다. 터닝 필름은 쐐기형 도광체(104)로부터 수광된 광을 특정 관찰각/시준각으로 디스플레이 표면(108)을 향해 터닝시킴으로써 광의 유용하거나 바람직한 출력 분포를 제공하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 터닝 필름은, 쐐기형 도광체(104)로부터의 출사 광을 수광하고 법선(109)을 향해 반사시키는 복수의 미세구조체(예컨대, 프리즘)를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 쐐기형 도광체(104)를 별개의 터닝 필름과 함께 사용함으로써, 디스플레이 시스템(100)은 추출된 광(예컨대, 법선(109)과 평행한 광선을 포함하는 출력된 광)을 디스플레이 스크린을 향해 실질적으로 지향시키도록 구성된 도광체와 비교하여 특정 응용에서 사용하기 위한 더 큰 적응성 및 융통성을 가질 수 있다. 일부 예에서, 터닝 필름은 복수의 미세구조체 또는 프리즘을 가질 수 있으며, 각각은 적어도 제1 및 제2 면(예컨대, 프리즘의 면들)을 갖는다. 그러한 예에서, 쐐기형 도광체(104)의 디스플레이 면(116)으로부터의 출사 광선은, 계면에서 발생할 수 있는 프레넬 반사(Fresnel reflection)를 제외하고는 일 면을 통해 터닝 필름(106)에 들어갈 수 있고, 이어서, 광선이 특정 시준/시야각 내에서 법선(109)을 향해 효과적으로 터닝되도록 대향 면에 의해 반사된다.
도 5는 광원(202), 쐐기형 도광체(204), 및 하나 이상의 선택적인 광학 필름 또는 디바이스(206)를 포함하는 다른 예시적인 광학 디스플레이 시스템(200)의 개략 측단면도이다. 광학 디스플레이 시스템(200)은 관찰자(210)를 향해 배향된 법선(209)을 갖는 디스플레이 표면(208)을 한정할 수 있다. 설명의 용이함을 위해, 광학 디스플레이 시스템(200) 및 그의 다양한 구성요소는, 도 5에 언급되는 x, y 및 z-축과 관련하여 도시되고 기술되며, 도 5 내지 도 7 전체에 걸쳐 일관되게 사용된다. 광학 디스플레이 시스템(200)의 하나 이상의 태양은, 아래에 나타낸 임의의 차이들을 갖고서, (달리 지시되지 않는 한) 예를 들어, 광원(202), 선택적인 광학 필름 또는 디바이스(206), 디스플레이 표면(208), 광 반사기(233), 코팅 등에 대한 상세 사항을 포함하는, 광학 디스플레이 시스템(100)의 것들과 동일하거나 유사할 수 있다.
쐐기형 도광체(204)는 광-입구 면(212), 후방 면(214), 및 디스플레이 면(216)을 포함한다. 후방 면(214)은 주 표면(222)을 가로질러 배치된 복수의 쐐기형 추출기(218)를 포함할 수 있으며, 이때 각각의 쐐기형 추출기(218)는 경사진 표면(220)을 한정한다. 디스플레이 면(216)은 디스플레이 표면(208)에 대체로 대면하는 쐐기형 도광체(204)의 면을 나타낼 수 있고, 한편 후방 면(214)은 디스플레이 표면(208)으로부터 대체로 멀리 향하는 쐐기형 도광체(204)의 면을 나타낼 수 있다. 디스플레이 면(216)은, 광-입구 면(212)을 통해 들어가는 광의 대부분이 쐐기형 도광체(204) 밖으로 투과되는 광-출구 면으로서 특징지어질 수 있다.
쐐기형 도광체(104)와 마찬가지로, 쐐기형 도광체(204)의 주어진 면의 배향은, 각각의 면 상에 존재하거나 또는 존재하지 않을 수 있는 임의의 개별 표면 구조체(예컨대, 프리즘, 쐐기, 렌즈, 확산기 등)의 배향 또는 형상에 관계없이, 면에 의해 한정되는 평면의 관점에서 특징지어질 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같이 특정 방향에 대면하거나, 그를 가리키거나, 그에 위치되거나, 또는 배향되는 주어진 면의 설명은, 달리 기술되지 않는 한, 각각의 면 상의 임의의 주어진 광학 구조체의 배향이라기보다는 오히려 각각의 면에 의해 한정되는 평면의 배향을 지칭한다. 일부 예에서, 디스플레이 면(216)은, 도 5의 x-z 평면에서 연장되고 y-축 방향에 대면하는 평면을 한정하는 것으로 특징지어질 수 있다(예컨대, 디스플레이 면(216)에 의해 한정되는 평면의 법선은 y-축 방향을 가리킨다). 추가적으로 또는 대안적으로, 광-입구 면(212)은 디스플레이 표면(208), 디스플레이 면(216), 또는 양쪽 모두에 실질적으로 직교하게(예컨대, 직교하거나 거의 직교하게) 설정된 평면을 한정하는 것으로 특징지어질 수 있다.
일부 예에서, 디스플레이 면(216)은 디스플레이 표면(208)에 실질적으로 평행하게(예컨대, 평행하거나 거의 평행하게) 설정된 평면을 한정하는 것으로 특징지어질 수 있고, 후방 면(214)은 디스플레이 표면(208)으로부터 수렴각(φ')만큼 오프셋되어 있고 디스플레이 표면(208)으로부터 멀리 향하는 평면을 한정하는 것으로 특징지어질 수 있다. 일부 예에서, 디스플레이 표면(208)에 실질적으로 평행하게 위치된 디스플레이 면(216)을 가짐으로써, 수렴 면(226) 부근에서 손실되는 출사광의 양을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 면(216)이 디스플레이 표면(208)에 실질적으로 평행하게 위치되지 않는 대안적인 배열에서, 디스플레이 면(216)과 임의의 인접한 선택적인 광학 필름 또는 디바이스(206) 사이의 간극 거리는 도광체 아래로 거리가 더 멀어짐에 따라 증가될 수 있다. 디스플레이 면(216)으로부터의 출사광의 상대적으로 낮은 각도로 인해, 디스플레이 면(216)과 임의의 인접한 선택적인 광학 필름 또는 디바이스(206) 사이의 증가된 간극 거리는 광학 디스플레이 시스템(200)의 주변으로의 광 손실의 증가를 야기할 수 있다. 디스플레이 면(216)을 디스플레이 표면(208)에 실질적으로 평행하게 유지함으로써, 간극 거리는 전체 도광체에 걸쳐 실질적으로 일정하여, 이에 의해 수렴 면(226) 부근에서 손실되는 광의 양을 감소시킬 수 있다.
디스플레이 면(216) 및 후방 면(214)은, 2개의 면이 서로 상이한 방향으로 대면하도록 대체로 서로의 반대편에 위치될 수 있고, 2개의 면이 쐐기 형상을 형성하도록 서로에 대해 비평행 수렴각(φ')으로 정렬될 수 있다. 수렴각(φ')은 쐐기형 도광체(104)에 대해 전술된 수렴각(φ)과 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 예에서, 쐐기 형상의 테이퍼는 또한, 수렴 면(226)에서 측정된 디스플레이 면(216)과 후방 면(214) 사이의 두께(D1)와 입구측 커플러(240)에 인접한 부분에서 측정된 디스플레이 면(216)과 후방 면(214) 사이의 두께(D2)의 비에 의해 특징지어질 수 있다. 일부 예에서, 두께의 비(D1:D2)는 약 0.9 미만, 약 0.5 미만, 또는 약 0.25 미만일 수 있다.
쐐기형 도광체(204)는 또한, 그의 수렴 축(224)에 의해 특징지어질 수 있으며, 수렴 축은 후방 면(214)에 의해 한정되는 평면에 평행한, 쐐기 형상의 발산 면(예컨대, 광-입구 면(212))으로부터 수렴 면(226)으로 이동하는 디스플레이 면(216)과 후방 면(214) 사이의 테이퍼에 의해 확립되는 방향을 나타낸다. 도 5에서, 수렴 축(224)은 후방 면(214)에 평행하게 그리고 x-y 평면에서의 x-축에 대해 (φ')의 각도로 정렬되는 것으로 예시되어 있다. 후방 면(214)을 따른 각각의 쐐기형 추출기(218)는 수렴 축(224)에 실질적으로 직교하는(예컨대, 쐐기형 추출기의 광학 특성을 유의하게 변경시키지 않는 제조 공정 동안 야기되는 미소한 오정렬(예컨대, ±5°)에 대해 거의 직교하거나 직교하는) 방향으로 연장될 수 있다.
광학 시스템(200)은 광원(202)에 의해 생성된 광이 광-입구 표면(212)을 통해 쐐기형 도광체(204)에 들어가도록 구성될 수 있으며, 여기서 광은 수렴 축(224)의 일반적인 방향으로 전파된다.
광-입구 면(112)은 광 입구 면(112)에 들어가는 광의 x-y 평면에서의 시준각을 확장시키도록 구성된 입구측 커플러(240)를 포함할 수 있다. 도 5 내지 도 7에 도시된 예에서, 입구측 커플러(240)는, 디스플레이 면(216)에 도달하기 전에 광-입구 면(212)의 y-축 방향으로의 상대 두께를 감소시키는 수렴 축(224)에 실질적으로 수직으로(예컨대, 도광체를 가로질러(cross-guide)) 걸쳐 있는 테이퍼형 표면(242)을 갖는 반사 프리즘으로서 예시되어 있다. 일부 예에서, 입구측 커플러(240)는 광-입구 면(212)에 실질적으로 수직으로 연장되는 선형 표면(244) 및 선형 표면(244)으로부터 디스플레이 면(216)으로 연장되는 테이퍼형 표면(242)을 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 일부 예에서, 입구측 커플러(240)는 테이퍼형 표면(242) 상에 입사되는 입사광을 반사시켜, 반사된 광(예컨대, 광선(232))의 전파 각도가 반사된 광이 광원(202) 부근에서 디스플레이 면(216)을 통해 나오게 할 수 있도록 하기에 충분히 증가되도록 구성될 수 있다. 그러한 방식으로 광을 확산시킴으로써, 더 큰 비율의 광을 광원(202) 부근에서 또는 그에 인접하여 디스플레이 면(216)을 통과시켜, 충분한 양의 광이 광원(202) 부근에서 나와서 디스플레이 면(216) 전체에 걸쳐 균일한 분포의 출사광을 제공하는 것을 보장하는 것을 도울 수 있다. 입구측 커플러(240)가 도 5에서는 테이퍼형 표면(242)을 포함하는 프리즘 구조체로 예시되어 있지만, 예를 들어 쐐기, 깔때기, 미세구조체 표면 등을 포함하는 다른 구조체가 또한 사용될 수 있다. 일부 예에서, 입구측 커플러(240)는 광-입구 면(212), 선형 표면(244), 테이퍼형 표면(242), 및 후방 면(214)의 일부분(예컨대, 표면(246))을 한정할 수 있다.
일부 예에서, 광-입구 면(212)은 또한, 광이 광-입구 면(212)을 통해 들어갈 때 x-z 평면에서 광을 확산 또는 분포시키도록 구성된 복수의 미세구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광-입구 면(212)은 쐐기형 도광체(204) 내에서 전파하는 x-z 평면 내에서의 광의 분포 또는 확산을 증가시키기 위해 실질적으로 수직으로 정렬된(예컨대, 도 5의 y-축의 ± 5° 이내로 정렬된), 렌즈형 미세구조체, 프리즘 등과 같은 복수의 미세구조체(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 미세구조체는 후방 면(214)에 의해 한정되는 평면에 대해(예컨대, x-z 평면에 대해) 원하는 시준각 내에서 입사광을 시준할 뿐만 아니라 분산시킬 수 있다(예컨대, z-축을 따라 확산시킬 수 있다).
일부 예에서, 쐐기형 도광체(204)는 디스플레이 면(216)에 바로 인접한 재료(예컨대, 공기 또는 다른 광학 필름)보다 높은 굴절률을 한정하여, 이에 의해, 쐐기형 도광체(204) 내에서 전파하는 임의의 광선이 도광체의 다양한 면에 의해 반사되거나 또는 디스플레이 면(216)에 의해 우선적으로 굴절되게 할 수 있다. 일부 예에서, 쐐기형 도광체(204)의 다양한 표면 구조체의 파라미터는, 디스플레이 면(216)을 통해 나오는 광이, 수렴 축(224)의 일반적인 방향으로 디스플레이 면(216)에 의해 한정되는 평면으로부터 측정될 때 약 10° 내지 약 40°의 최대 세기 출사각(예컨대, 출력된 광의 최대 세기 내에서의 지점이 발생함)을 한정하는 특정 시준 출사각(예컨대, 도 5에서 x-축이 0°를 나타내는 상태에서 x-y 평면에서 측정된 각도) 내에서 실질적으로 시준될 수 있도록 구성될 수 있다. 전술된 바와 같이, 시준 출사각의 경계는 출사 광선의 세기가 최대 세기의 10% 미만으로 감소되는 지점으로서 결정될 수 있다. 일부 예에서, 출사 시준각은 약 0°(예컨대, 도 5에서 x-축에 평행함) 내지 약 65°일 수 있다(예컨대, 디스플레이 표면(208)의 법선(209)에 대해 약 25° 내지 약 90°의 시준각, 여기서 0°는 법선(209)을 나타낸다). 일부 예에서, 디스플레이 면(216)에서 나오는 광에 대한 피크 세기 출사각은 디스플레이 면(216)에 의해 한정되는 평면에 대해 측정될 때 약 10° 내지 약 30°(예컨대, 디스플레이 표면(208)의 법선(209)에 대해 약 60° 내지 약 80°, 여기서 0°는 법선(209)을 나타냄)일 수 있다. 일부 예에서, 출사 광선은 약 ±25° 미만의 각도 내에서 실질적으로 시준될 수 있다.
일부 예에서, 디스플레이 면(216)을 통해 나오는 추출된 광의 대부분은, 수렴 축(224)에 대해 정렬된 디스플레이 면(216)의 평면으로부터 측정될 때 약 0° 내지 약 65°의 특정 출사 시준각 내에서 출력될 수 있다. 일부 예에서, 출사 시준각의 범위의 경계는, 세기가 최대 세기의 약 10% 미만으로 감소하는 지점에서 한정될 수 있다.
도 1의 쐐기형 도광체(104)에 대해 전술된 바와 같이, 쐐기형 도광체 내에서의 주어진 광선이 주어진 면에 의해 반사될지 또는 굴절될지 여부는 광선에 대한 전파 각도(σ')에 좌우될 것이다. 도 6은 쐐기형 도광체(204)의 작동 및 광학 원리의 일부를 보여주는 쐐기형 도광체(204)의 개략적인 확대 단면도를 제공한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 광선(228, 230, 232)은 광원(202)에 의해 생성되고 광-입구 면(212)을 통해 쐐기형 도광체(204) 내로 도입될 수 있다. 광선(228, 230, 232)은 광-입구 면(212)을 통과하며, 여기서 광선(228, 230)은 각각 σ'a1 및 σ'b1의 초기 전파 각도로 쐐기형 도광체(204)의 바디(예컨대, 후방 면(214)과 디스플레이 면(216) 사이의 영역) 내로 진행되는 한편, 광선(232)은 입구측 커플러(240)의 반사 표면과 상호작용한다. 광선(232)은 훨씬 더 높은 전파 각도로 입구측 커플러(240)에서 반사되고, 디스플레이 면(216)을 통해 실질적으로 도광체 위로 (예컨대, 입구측 커플러(240)에 인접하게) 나온다.
초기 전파 각도(σ'a1 및 σ'b1), 및 쐐기형 도광체(204) 내에서의 다른 전파 각도 및/또는 출사각은 수렴 축(224)에 대해 도 6의 x-y 평면과 관련하여(예컨대, 수렴 축(224)과 법선(209) 사이에 확립된 평면 내에서) 측정될 수 있으며, 여기서 수렴 축(224)은 0°로서 취해진다. 이해를 용이하게 하기 위해, 각각의 광선(228, 230)의 전파 각도는 수렴 축(224)에 대한 그들의 절대값의 관점에서 기술된다.
쐐기형 도광체(204) 및 디스플레이 시스템(200)의 광학 특성으로 인해, 쐐기형 도광체(204) 내에서 전파하는 광선은 디스플레이 면(216) 및 후방 면(214)에 의해 실질적으로 반사될 것이며, 단 광선의 전파 각도는 일부 특정 임계 각도(σ't) 미만이다. 디스플레이 면(216)에 입사되는 임계 각도(σ't)를 초과하는 광선은 반사되기보다는 오히려 실질적으로 굴절될 것이고, 출사각(예컨대, σ'ae, σ'be)으로 디스플레이 면(216)에서 나올 것이다.
앞서 기술된 바와 같이, 쐐기형 도광체(204) 내에서 전파하는 광선의 전파 각도(σ')는 광선을 반사시키는 표면 또는 발생하는 반사 횟수에 따라 점진적으로 증가될 것이다. 쐐기형 도광체(204) 내에서의 전파하는 광선(228, 230)의 진행은, 본 명세서에 기술된 임의의 차이를 제외하고는 쐐기형 도광체(104) 내에서의 광선(128, 130)의 전파와 실질적으로 유사하게 거동할 수 있으며, 따라서 이하에서 반복되지 않을 것이다.
일부 예에서, 도광체(204)는 상대적으로 두꺼울 수 있다(예컨대, 1.5 mm 초과). 디스플레이 면(216)을 통해 나오는 광, 특히, 수렴 면(226)에 더 가깝게 또는 도광체 아래로 나오는 광에 대한 추출 효율을 개선하기 위해, 후방 면(214)은, 전파하는 광선을 반사시킬 뿐만 아니라 반사된 광선의 전파 각도(σ')를 증가시키도록 구성된 각자의 경사진 표면(220)을 각각 포함하는 복수의 쐐기형 추출기(218)를 포함할 수 있다. 쐐기형 추출기(218)는 임의의 적합한 형상 및 설계를 취할 수 있고, 전술된 쐐기형 추출기(118)와 실질적으로 유사할 수 있다. 일부 예에서, 쐐기형 추출기(218)는, 주 반사 표면으로서 동작하고 후방 면(214)에 의해 한정되는 평면에 대해(예컨대, 주 표면(222)에 대해) 내부 각도(β')를 한정하는 적어도 하나의 경사진 표면(220)을 한정한다. 내부 각도(β')는 광원(202) 및 광-입구 면(212)의 반대편인 경사진 표면(220)의 면(예컨대, 도광체 더 아래의 면)에 의해 확립될 수 있다. 내부 각도(β')는, 경사진 표면(220)에 의해 반사된 광선이 디스플레이 면(216)을 향해 방향전환되어, 반사된 광선이 적어도 부분적으로 굴절되고 특정 출사 시준각 내에서 쐐기형 도광체(204)에서 나올 수 있게 하기에 충분할 수 있는 증가된 전파 각도(σ')를 갖도록 설정될 수 있다. 일부 예에서, 쐐기형 추출기(218)의 내부 각도(β')는 0° 초과이지만, 후방 면(214) 또는 주 표면(222)에 의해 한정되는 평면에 대해 측정할 때 약 10° 미만일 수 있고, 여기서 내부 각도(β')는 광원(202)으로부터 더 먼 경사진 표면(220)의 면(예컨대, x-축 방향으로 도광체 더 아래의 면)을 나타낸다. 경사진 표면(220)은 평면형, 만곡형, 파형, 세그먼트형, 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 예에서, 쐐기형 추출기(218)는 후방 면(214) 상의 별개의 프리즘(예컨대, 미세프리즘)으로서 기술될 수 있거나, 또는 후방 면(214)을 가로질러 각인된 파형 패턴(예컨대, 파형 톱니형 또는 사인곡선형 패턴을 생성하는 표면)에 의해 확립될 수 있다.
일부 예에서, 더 높은 각도의 추출기(예컨대, 10° 초과의 내부 각도(β')를 갖는 것들)와 비교하여 상대적으로 낮은 각도의 추출기를 가짐으로써, 출사 광선의 도광체 아래의 각도 분포를 낮춰서 출사광이 상대적으로 균일한 시준각을 유지하게 하는 것을 도울 수 있다. 출사 광선의 균일한 시준은 (예컨대, 후속의 터닝 필름 등을 통해) 출사광을 추가로 처리하는 디스플레이 시스템에서 특히 유용할 수 있으며, 여기서 시준은 균일한 휘도를 유지하거나 또는 터닝 필름(예컨대, 필름(206))이 효율적으로 기능하게 하기 위해 필요할 수 있다. 일부 예에서, 내부 각도(β')는 약 0.5° 내지 약 10°, 약 1° 내지 약 8°, 또는 약 1° 내지 약 5°일 수 있다.
일부 예에서, 쐐기형 추출기(218)의 내부 각도(β')는, 쐐기형 도광체(104)에 대해 전술된 구배와 유사하게, (원위로 또는 도광체 아래로 이동하는) 수렴 축(224)의 방향으로의 각도 구배를 한정할 수 있다. 그러한 구성은 디스플레이 면(216)을 가로질러 나오는 광의 더 균일한 출사 시준각뿐만 아니라 도광체 더 아래에서 더 큰 추출 효율을 제공할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 쐐기형 추출기(218)의 크기 및 배치는, 도광체 아래로 전파하는 광선의 추출 효율을 향상시키기 위해 후방 면(214)에 걸쳐 선택적으로 변화될 수 있다. 이들 원위 영역 내의 쐐기형 추출기(218)의 증가된 존재는, 반사된 광이 실질적으로 굴절되고 디스플레이 면(216)을 통해 나올 수 있도록 반사된 광의 전파 각도(σ')를 증가시킴으로써 이들 원위 영역 내에서 디스플레이 면(216)을 통해 추출되는 광의 효율을 증가시키는 것을 도울 수 있다.
일부 예에서, 측방향 내에서(예컨대, y-z 평면 내에서) 광의 분배를 개선하기 위해, 디스플레이 면(216) 자체가 구조화된 표면일 수 있다. 디스플레이 면(216)은, 디스플레이 면(216)을 통해 나오는 광선의 측방향 시준각(예컨대, 도 6의 y-z 평면에 대한 각도)을 증가시키도록 구성된, 렌즈형 미세구조체와 같은 복수의 미세구조체(236)를 포함할 수 있다. 렌즈형 미세구조체(236)는, 미세구조체가 입구측 커플러(240)로부터 수렴 면(226)으로 디스플레이 면(216)을 따라 연장되도록, 수렴 축(224)에 대해 대체로 정렬될 수 있다. 일부 예에서, 복수의 렌즈형 미세구조체(236)는 수렴 축(224)에 대해 약 ± 10°만큼 오프셋될 수 있으며, 여기서 0°는 수렴 축(224)과의 평행 정렬을 나타낸다.
도 7은 쐐기형 추출기(218)가 후방 면(214)을 가로질러 분포될 수 있는 방식의 하나의 비제한적인 예를 예시한다. 도 7은 광원(202)에 인접하게 조립된 쐐기형 도광체(204)의 개략 저면도이다(예컨대, 디스플레이 시스템(200)과 유사한 배열). 쐐기형 추출기(218)는 후방 면(214)의 근위 영역(예컨대, 광-입구 면(212)에 인접한 영역)으로부터 원위 영역(예컨대, 수렴 면(226)에 인접한 영역)으로 연장되는 하나 이상의 그룹(234)으로 배열될 수 있다. 그룹(234) 내의 각각의 쐐기형 추출기(218)는 약 5 μm 내지 약 400 μm(예컨대, 약 10 μm 내지 약 150 μm)의 폭(W)을 한정할 수 있다. 일부 예에서, 각각의 그룹(234) 내의 쐐기형 추출기(218)의 폭은 상이하여서, 쐐기형 도광체(204)의 근위 영역(예컨대, 광-입구 면(212)에 더 가까운 영역) 내의 쐐기형 추출기(218)가 쐐기형 도광체(204)의 원위 영역(예컨대, 수렴 면(226)에 더 가까운 영역) 내의 쐐기형 추출기(218)와 비교하여 더 작은 폭을 갖게 할 수 있다. 일부 그러한 예에서, 주어진 그룹(234) 내의 쐐기형 추출기(218)는, 주어진 쐐기형 추출기(218)가 광-입구 면(212)으로부터 더 원위에(예컨대, 도광체 아래에) 있을수록 인접한 쐐기형 추출기(218)로부터의 폭이 증가하도록(예컨대, 연속적으로 또는 단계적으로 증가하도록) 하는 하나 이상의 구배 또는 폭의 범위를 한정할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 수렴 축(224)의 방향으로 측정될 때 쐐기형 추출기(218)의 각각의 도광체 아래 길이(L)(축척대로 도시되지 않음)는, 쐐기형 추출기(218)가 광-입구 면(212)으로부터 더 멀리 있을수록 각각의 그룹(234) 내에서 증가될 수 있다. 일부 예에서, 쐐기형 추출기(218)의 길이(L)는, 광 입구 면(212)으로부터 원위로(예컨대, 도광체 아래로) 이동하는 (y-축 방향에 대해 측정되는) 주 표면(222)으로부터의 주어진 쐐기형 추출기(218)의 높이/깊이를 증가시킴으로써 조정될 수 있다. 일부 그러한 예에서, 주어진 그룹(234) 내의 쐐기형 추출기(218)는 약 0.5 μm 내지 약 10 μm로 연장되는 깊이의 범위를 한정할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 깊이의 범위는, 주어진 쐐기형 추출기(218)가 광-입구 면(212)으로부터 더 원위에(예컨대, 도광체 아래에) 있을수록 쐐기형 추출기(218)의 각각의 깊이가 증가하도록(예컨대, 연속적으로 또는 단계적으로 증가하도록) 하는 깊이 구배를 한정할 수 있다. 일부 예에서, 경사진 표면(220)의 각각의 표면적은 주어진 쐐기형 추출기(218)가 광-입구 면(212)으로부터 더 원위에(예컨대, 도광체 아래에) 있을수록 증가할 수 있다(폭, 길이, 또는 양쪽 모두의 증가). 쐐기형 추출기(218)의 그룹(234)의 수는 쐐기형 도광체(204)에 대한 원하는 광학 특성을 제공하도록 선택될 수 있다. 일부 예에서, 디스플레이 면(216)을 통해 추출되는 광의 균일성 및 분배는, 쐐기형 추출기(218)의 더 많은 그룹(234)(예컨대, 센티미터당 약 25 내지 약 200개의 그룹)을 포함함으로써 개선될 수 있다.
디스플레이 시스템(200)은 쐐기형 도광체(204)와 디스플레이 표면(208) 사이에 위치된 다른 하나 이상의 선택적인 광학 필름 또는 디바이스(206)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 디스플레이 시스템(200)은 쐐기형 도광체(204)로부터 출사 광선을 수광하도록 위치된 적어도 하나의 터닝 필름(예컨대, 선택적인 광학 필름 또는 디바이스(206))을 포함할 수 있다. 터닝 필름은 쐐기형 도광체(204)로부터 수광된 광을 특정 관찰각/시준각으로 디스플레이 표면(208)을 향해 터닝시킴으로써 광의 유용하거나 바람직한 출력 분포를 제공하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 선택적인 필름 또는 디바이스(206)(예컨대, 터닝 필름)는 디스플레이 면(216)에 인접하게 그리고 실질적으로 평행하게(예컨대, 실질적으로 동일한 평면 내에) 위치될 수 있다. 자동차 디스플레이에서와 같은 일부 예에서, 선택적인 필름 또는 디바이스(206)는, 진동으로 인한 어느 하나의 표면에 대한 잠재적인 손상을 피하기 위해 공기 간극에 의해 디스플레이 면(216)으로부터 분리될 수 있다. 다른 예에서, 선택적인 필름 또는 디바이스(206) 및 디스플레이 면(216)은 (예컨대, 광학 접착제를 통해) 기계적으로 그리고 광학적으로 함께 커플링될 수 있다.
일부 예에서, 쐐기형 도광체(104, 204)의 광학 특성으로 인해, 디스플레이 면(116, 216)을 통한 광원(102, 202)으로부터의 광의 비교적 효율적인 전달을 제공할 수 있다. 예를 들어, 쐐기형 도광체(204), 쐐기형 추출기(218), 및 입구측 커플러(240)의 쐐기 형상의 조합은 더 큰 추출 효율, 및 디스플레이 면(216)을 통해 광을 균일하게 그리고 원하는 시준각 내에서 투과시키기 위한 개선된 분포를 제공할 수 있다. 특징부들의 조합은, 그렇지 않으면 도광체의 상대 두께로 인해 감소된 추출 효율을 겪을 수 있는, 상대적으로 두꺼운 도광체(예컨대, 약 2 mm 내지 약 3 mm와 같은, 1.5 mm 초과)를 이용하거나 요구하는 자동차 디스플레이와 같은 소정 유형의 응용에 특히 유용할 수 있다. 일부 예에서, 쐐기형 도광체(104, 204)의 추출 효율은, 수렴 면(126 또는 226)을 통해 나오는 쐐기형 도광체 내에서 전파하는 광의 양(예컨대, 광학 비효율 또는 도광체 설계로 인해 손실되는 광)에 기초하여 특징지어질 수 있다. 일부 예에서, 쐐기형 도광체(104, 204)는 광-입구 면(112 또는 212)을 통해 수광된 광의 10% 미만(예컨대, 7% 미만)이 수렴 면(126 또는 226)을 통해 손실되도록 추출 효율을 나타낼 수 있다.
실시예
쐐기형 도광체(204)와 유사한 쐐기형 도광체 시스템의 디지털 모델을 LightTools(Synopsis의 제품)라고 불리는 상업적 광학 모델링 프로그램에서 구성하였다. 도 8은 모델링에 사용되는 구성요소의 다양한 치수를 한정하는 모델링 프로그램에 사용되는 모델링된 쐐기형 도광체(300)의 단면도이다. 쐐기형 도광체(300)는 2 mm의 주입 에지 두께(D1, 예컨대, 광-입구 면(212)의 두께), 1 mm의 평평한 길이(D2) 및 4.81 mm의 테이퍼 길이(D3)를 포함한 입구측 커플러, 및 1.516 mm의 도광체 시작 두께(D4)를 포함하였다. 수렴 면의 두께(D5)는 0.3 mm였으며, 이는 많은 에지 마무리 공정과 일치한다. 쐐기형 도광체(300)의 광학 특성을, 1.516 mm의 두께 및 비견되는 입구측 커플러(302)를 갖는 평면 도광체와 비교하였다.
모델링된 쐐기형 도광체(300)의 광-입구 면(304)은, 10도의 표준 편차를 갖는 가우스 산란 분포(Gaussian scattering distribution)를 갖는 것으로 가정되었다. 디스플레이 면(306)은 100% 듀티 사이클을 갖는 렌즈형 표면을 포함하였다. 렌즈의 반경은 0.046 mm였고 이때 주기는 0.034 mm였다. 쐐기형 추출기(308)를 후방 면(310) 상에 배치하였다. 쐐기형 추출기(308)는 비대칭이었고, 60°의 베이스 각도의 선단 에지(leading edge)(213)(광-입구 면(304)에 가장 가까운 면)를 가졌다. 쐐기형 추출기(308)의 경사진 표면을 1°, 2°, 4°, 및 8°를 포함하는 다양한 내부 각도(예컨대, β'')에서 시험하였다. 쐐기형 추출기(308)의 최소 추출기 분리는 0.0075 mm였다. 쐐기형 추출기(308)의 도광체 아래 추출기 주기는 0.075 mm였고, 각각의 추출기의 베이스 길이는 동일하였다. 도광체를 가로지르는 방향에서, 평균 쐐기형 추출기(308)의 간격은 0.075 mm였다. 쐐기형 추출기(308)는 광-입구 면(304)으로부터 7.43 mm에서 개시되었다.
쐐기형 도광체(300)의 폭은 300 mm로 설정되었고, 도광체 길이(D6)는 120 mm로 설정되었다. 이 모델은 또한, 후방 면(310)에 인접하게 위치된 반사기를 포함하였다. 반사기는 99% 반사율을 갖는 것으로 가정되었다. 58° 베이스 각도의 대칭적인 터닝 필름을 쐐기형 도광체(300) 위에서 모델링하여 디스플레이 면(306)의 법선을 향해 출사광을 터닝시켰다. 반사기 및 터닝 필름 양쪽 모두를, 각각의 후방 면(310) 및 디스플레이 면(306)과 동일한 크기를 갖도록 모델링하였다. 터닝 필름 및 쐐기형 도광체(300)는, 550 nm에서 굴절률이 1.587이고 소광 계수(extinction coefficient)가 3.7E-8인 것으로 가정되었다. 모델링은 전부 550 nm 광선에 대해 이루어졌다.
광원은 광-입구 면(304)을 따라 균일하게 이격된 30개의 LED들의 어레이인 것으로 가정되었다. 터닝 필름 위의 공기 중에서 그리고 정수추출 단부(예컨대, 수렴 면(312)) 상에서 광 검출이 측정되었다. 정수추출 검출기는 도광체 내부로부터 공기 중으로 나오는 광만을 수집하였다.
도 9는 다양한 램프 내부 각도(예컨대, β'')로 모델링된 쐐기형 추출기(308)에 대해 비견되는 평면 도광체와 비교하여 쐐기형 도광체(300)의 정수추출 손실 비율을 나타낸다. 결과는 쐐기 설계가 훨씬 더 낮은 정수추출 손실 및 훨씬 더 높은 효율을 갖는다는 것을 보여주었다. 이는 또한 더 적은 정수추출 광이 반사되는 것을 입증하였다. 모든 평면 도광체 설계는 10% 초과의 정수추출 손실 비율을 갖는 반면, 모든 쐐기형 도광체 설계는 10% 미만의 정수추출 손실 비율을 갖는다.
도 10은 다양한 램프 내부 각도(예컨대, β'')로 모델링된 쐐기형 추출기(308)에 대해 비견되는 평면 도광체와 비교하여 쐐기형 도광체(300)의 조도 대 최대 휘도의 비를 나타낸다. 이 결과는, 쐐기형 도광체(300)가 평면 도광체보다 더 큰 추출 효율, 더 적은 정수추출 손실, 및 더 양호한 출사광 시준을 나타냄을 입증하였다. 이 데이터는, 드러난 쐐기형 도광체(300)가 더 높은 피크 휘도 값을 가짐을 나타내었다.
도 11은 다양한 램프 내부 각도(예컨대, β'')로 모델링된 쐐기형 추출기(308)에 대해 비견되는 평면 도광체와 비교하여 쐐기형 도광체(300)에 대한 상대 휘도 값을 나타낸다.
다양한 예가 기술되었다. 이들 및 다른 예들은 하기 청구범위의 범주 내에 있다.

Claims (42)

  1. 디스플레이 디바이스로서,
    광-입구 면, 디스플레이 면, 및 후방 면을 한정하는 쐐기형 도광체(wedge lightguide) - 디스플레이 면 및 후방 면은 서로 상이한 방향으로 대면하여, 수렴 축을 한정하는 쐐기 형상을 형성하고, 광-입구 면은 쐐기 형상의 발산 면에 위치되고, 후방 면은 디스플레이 디바이스의 디스플레이 표면으로부터 멀리 향하고, 후방 면은 복수의 쐐기형 추출기를 포함하고, 복수의 쐐기형 추출기의 각각의 쐐기형 추출기는 수렴 축에 실질적으로 직교하는 방향으로 연장됨 -; 및
    쐐기형 도광체의 광-입구 면에 인접하게 위치된 광원을 포함하고, 쐐기형 도광체는, 광-입구 면을 통해 광원으로부터 광선을 수광하고 디스플레이 면을 통해 광선을 투과시키도록 구성되고, 디스플레이 면을 통해 투과된 광선은 디스플레이 면에 의해 한정되는 평면으로부터 측정될 때 약 10° 내지 약 40°의 출사각에서 최대 세기를 한정하는, 디스플레이 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 쐐기형 추출기의 각각의 쐐기형 추출기는 광-입구 면 반대편의 내부 각도를 한정하는 경사진 표면을 포함하고, 경사진 표면은 쐐기형 도광체 내에서 전파하는 광선을 디스플레이 면을 향해 반사시키도록 구성되고, 내부 각도는 약 10° 미만인, 디스플레이 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 내부 각도는 후방 면에 의해 한정되는 평면과 경사진 표면에 의해 한정되는 평면 사이의 각도를 한정하는, 디스플레이 디바이스.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 복수의 쐐기형 추출기의 경사진 표면은 각각 표면적을 한정하고, 경사진 표면의 표면적은 경사진 표면이 광-입구 면으로부터 더 원위에 있을수록 증가되는, 디스플레이 디바이스.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 쐐기형 추출기의 내부 각도는 경사진 표면이 광-입구 면으로부터 더 원위에 있을수록 증가되는, 디스플레이 디바이스.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 쐐기형 추출기의 내부 각도는 실질적으로 동일하고, 복수의 쐐기형 추출기의 각각의 쐐기형 추출기는 후방 면의 주 표면과 주 표면에 실질적으로 직교하는 방향에 있는 쐐기형 추출기 사이의 최대 거리로서 측정되는 깊이를 한정하고, 복수의 쐐기형 추출기의 깊이는 쐐기형 추출기가 광-입구 면으로부터 더 원위에 있을수록 증가되는, 디스플레이 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 쐐기형 추출기의 각각의 쐐기형 추출기는 수렴 축에 실질적으로 직교하는 방향에서 측정되는 폭을 한정하고, 복수의 쐐기형 추출기의 폭은 쐐기형 추출기가 광-입구 면으로부터 더 원위에 있을수록 증가되는, 디스플레이 디바이스.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 쐐기형 추출기는,
    수렴 축에 실질적으로 직교하는 방향에서 측정되는 제1 폭을 한정하는 제1 쐐기형 추출기; 및
    수렴 축에 실질적으로 직교하는 방향에서 측정되는, 제1 폭보다 큰 제2 폭을 한정하는 제2 쐐기형 추출기를 포함하고, 제1 쐐기형 추출기는 제2 쐐기형 추출기보다 광-입구 면에 더 가까이 위치되는, 디스플레이 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 제1 쐐기형 추출기는 제1 영역을 한정하는 제1 경사진 표면을 포함하고, 제2 쐐기형 추출기는 제1 영역보다 큰 제2 영역을 한정하는 제2 경사진 표면을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  10. 제8항에 있어서, 제1 쐐기형 추출기는 제1 내부 각도를 한정하고, 제2 쐐기형 추출기는 제1 내부 각도보다 큰 제2 내부 각도를 한정하고, 내부 각도는 후방 면에 의해 한정되는 평면과 쐐기형 추출기의 경사진 표면에 의해 한정되는 평면 사이의 각도를 한정하는, 디스플레이 디바이스.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 디스플레이 면은 수렴 축에 실질적으로 평행한 방향으로 연장되는 복수의 렌즈형 미세구조체(lenticular microstructure)를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 디스플레이 표면과 쐐기형 도광체의 디스플레이 면 사이에 위치된 복수의 미세구조체를 포함하는 터닝 필름을 추가로 포함하고, 터닝 필름은 쐐기형 도광체의 디스플레이 면에서 나오는 광선을 수광하고, 광선을 디스플레이 표면을 향해 방향전환시키는, 디스플레이 디바이스.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 광-입구 면은 후방 면에 의해 한정되는 평면에 평행한 평면 내에서 광원으로부터 수광된 광선을 확산시키도록 구성된 복수의 미세구조체를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 쐐기형 도광체는 광-입구 면을 한정하는 입구측 커플러(inlet-side coupler)를 추가로 포함하고, 입구측 커플러는 광이 디스플레이 면과 후방 면 사이를 통과하기 전에 광-입구 면을 통해 들어가는 광의 시준각을 증가시키도록 구성되는, 디스플레이 디바이스.
  15. 제14항에 있어서, 입구측 커플러는 수렴 축에 수직으로 연장되는 프리즘을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 디스플레이 면에서 나오는 광선은 약 ±25° 사이의 시준각 내에서 실질적으로 시준되고, 시준각은 디스플레이 면으로부터 나오는 광선의 세기가 최대 세기의 적어도 10%인 범위를 나타내는, 디스플레이 디바이스.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 디스플레이 면에서 나오는 광선은, 후방 면에 의해 한정되고 수렴 축에 대해 정렬된 평면으로부터 측정될 때 약 0° 내지 약 50°의 시준된 출사각 내에서 실질적으로 시준되는, 디스플레이 디바이스.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 쐐기형 도광체는 디스플레이 면과 후방 면 사이의 적어도 1.5 mm의 두께를 한정하는, 디스플레이 디바이스.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 쐐기형 도광체는 광-입구 면 반대편의 수렴 면을 추가로 포함하고, 광-입구 면을 통해 들어가는 광선의 10% 미만이 수렴 면을 통해 나오는, 디스플레이 디바이스.
  20. 제19항에 있어서, 광-입구 면을 통해 들어가는 광선의 7% 미만이 수렴 면을 통해 나오는, 디스플레이 디바이스.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 후방 면은 디스플레이 표면에 실질적으로 평행하게 정렬되는, 디스플레이 디바이스.
  22. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 디스플레이 면은 디스플레이 표면에 실질적으로 평행하게 정렬되는, 디스플레이 디바이스.
  23. 쐐기형 도광체로서,
    쐐기형 도광체의 발산 면을 한정하는 광-입구 면;
    광-입구 면 반대편의 수렴 면;
    광-입구 면에 실질적으로 직교하게 정렬된 디스플레이 면; 및
    후방 면을 포함하고, 디스플레이 면 및 후방 면은 서로 상이한 방향으로 대면하여, 수렴 축을 한정하는 쐐기 형상을 형성하고, 이때 광-입구 면 및 수렴 면은 쐐기 형상의 대향 단부에 있고, 후방 면은 복수의 쐐기형 추출기를 포함하고, 각각의 쐐기형 추출기는 수렴 축에 실질적으로 직교하는 방향으로 연장되고,
    쐐기형 도광체는, 광-입구 면을 통해 광원으로부터 광선을 수광하고 디스플레이 면을 통해 광선을 투과시키도록 구성되고, 디스플레이 면을 통해 투과된 광선은 디스플레이 면에 의해 한정되는 평면으로부터 측정될 때 약 10° 내지 약 40°의 출사각에서 최대 세기를 한정하는, 쐐기형 도광체.
  24. 제23항에 있어서, 복수의 쐐기형 추출기의 각각의 쐐기형 추출기는 광-입구 면 반대편의 내부 각도를 한정하는 경사진 표면을 포함하고, 경사진 표면은 쐐기형 도광체 내에서 전파하는 광선을 디스플레이 면을 향해 반사시키도록 구성되고, 내부 각도는 약 10° 미만인, 쐐기형 도광체.
  25. 제24항에 있어서, 내부 각도는 후방 면에 의해 한정되는 평면과 경사진 표면에 의해 한정되는 평면 사이의 각도를 한정하는, 쐐기형 도광체.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 복수의 쐐기형 추출기의 경사진 표면은 각각 표면적을 한정하고, 경사진 표면의 표면적은 경사진 표면이 광-입구 면으로부터 더 원위에 있을수록 증가되는, 쐐기형 도광체.
  27. 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 쐐기형 추출기의 내부 각도는 경사진 표면이 광-입구 면으로부터 더 원위에 있을수록 증가되는, 쐐기형 도광체.
  28. 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 쐐기형 추출기의 내부 각도는 실질적으로 동일하고, 복수의 쐐기형 추출기의 각각의 쐐기형 추출기는 후방 면의 주 표면과 주 표면에 실질적으로 직교하는 방향에 있는 쐐기형 추출기 사이의 최대 거리로서 측정되는 깊이를 한정하고, 복수의 쐐기형 추출기의 깊이는 쐐기형 추출기가 광-입구 면으로부터 더 원위에 있을수록 증가되는, 쐐기형 도광체.
  29. 제23항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 쐐기형 추출기의 각각의 쐐기형 추출기는 수렴 축에 실질적으로 직교하는 방향에서 측정되는 폭을 한정하고, 복수의 쐐기형 추출기의 폭은 쐐기형 추출기가 광-입구 면으로부터 더 원위에 있을수록 증가되는, 쐐기형 도광체.
  30. 제23항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 쐐기형 추출기는,
    수렴 축에 실질적으로 직교하는 방향에서 측정되는 제1 폭을 한정하는 제1 쐐기형 추출기; 및
    수렴 축에 실질적으로 직교하는 방향에서 측정되는, 제1 폭보다 큰 제2 폭을 한정하는 제2 쐐기형 추출기를 포함하고, 제1 쐐기형 추출기는 제2 쐐기형 추출기보다 광-입구 면에 더 가까이 위치되는, 쐐기형 도광체.
  31. 제30항에 있어서, 제1 쐐기형 추출기는 제1 영역을 한정하는 제1 경사진 표면을 포함하고, 제2 쐐기형 추출기는 제1 영역보다 큰 제2 영역을 한정하는 제2 경사진 표면을 포함하는, 쐐기형 도광체.
  32. 제30항에 있어서, 제1 쐐기형 추출기는 제1 내부 각도를 한정하고, 제2 쐐기형 추출기는 제1 내부 각도보다 큰 제2 내부 각도를 한정하고, 내부 각도는 후방 면에 의해 한정되는 평면과 쐐기형 추출기의 경사진 표면에 의해 한정되는 평면 사이의 각도를 한정하는, 쐐기형 도광체.
  33. 제23항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 디스플레이 면은 수렴 축에 실질적으로 평행한 방향으로 연장되는 복수의 렌즈형 미세구조체를 포함하는, 쐐기형 도광체.
  34. 제23항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 광-입구 면은 후방 면에 의해 한정되는 평면에 평행한 평면 내에서 광-입구 면을 통해 수광된 광선을 확산시키도록 구성된 복수의 미세구조체를 포함하는, 쐐기형 도광체.
  35. 제23항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 광-입구 면을 한정하는 입구측 커플러를 추가로 포함하고, 입구측 커플러는 광이 디스플레이 면과 후방 면 사이를 통과하기 전에 광-입구 면을 통해 들어가는 광의 시준각을 증가시키도록 구성되는, 쐐기형 도광체.
  36. 제35항에 있어서, 입구측 커플러는 수렴 축에 수직으로 연장되는 프리즘을 포함하는, 쐐기형 도광체.
  37. 제23항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 디스플레이 면에서 나오는 광선은, 후방 면에 의해 한정되고 수렴 축에 대해 정렬된 평면으로부터 측정될 때 약 0° 내지 약 50°의 시준된 출사각 내에서 실질적으로 시준되는, 쐐기형 도광체.
  38. 제23항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 쐐기형 도광체는 디스플레이 면과 후방 면 사이의 적어도 1.5 mm의 두께를 한정하는, 쐐기형 도광체.
  39. 제23항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 광-입구 면을 통해 들어가는 광선의 10% 미만이 수렴 면을 통해 나오는, 쐐기형 도광체.
  40. 쐐기형 도광체로서,
    쐐기형 도광체의 발산 면을 한정하는 광-입구 면을 한정하는 입구측 커플러 - 입구측 커플러는 광-입구 면을 통해 들어가는 광의 시준각을 증가시키도록 구성됨 -;
    광-입구 면 반대편의 수렴 면;
    광-입구 면에 실질적으로 직교하고 입구측 커플러에 인접하게 정렬된 디스플레이 면; 및
    후방 면을 포함하고, 디스플레이 면 및 후방 면은 서로 상이한 방향으로 대면하여, 수렴 축을 한정하는 쐐기 형상을 형성하고, 이때 광-입구 면 및 수렴 면은 쐐기 형상의 대향 단부에 있고, 후방 면은 복수의 쐐기형 추출기를 포함하고, 각각의 쐐기형 추출기는 수렴 축에 실질적으로 직교하는 방향으로 연장되고, 복수의 쐐기형 추출기의 각각의 쐐기형 추출기는 광-입구 면 반대편의 내부 각도를 한정하는 경사진 표면을 포함하고, 내부 각도는 약 10° 미만이고,
    쐐기형 도광체는, 광-입구 면을 통해 광원으로부터 광선을 수광하고 디스플레이 면을 통해 광선을 투과시키도록 구성되고, 디스플레이 면을 통해 투과된 광선은 디스플레이 면에 의해 한정되는 평면으로부터 측정될 때 약 10° 내지 약 40°의 출사각에서 최대 세기를 한정하는, 쐐기형 도광체.
  41. 제40항에 있어서, 쐐기형 도광체는 디스플레이 면과 후방 면 사이의 적어도 1.5 mm의 두께를 한정하는, 쐐기형 도광체.
  42. 제40항 또는 제41항에 있어서, 광-입구 면을 통해 들어가는 광선의 10% 미만이 수렴 면을 통해 나오는, 쐐기형 도광체.
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