KR19990077317A - 칼러 분리 백라이트 - Google Patents

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Abstract

평면패널 디스플레이 백라이트에 사용하기 위한 백라이트는 3개의 소자, 즉, 광을 전달하기에 적합한 도파관에 광학적으로 결합되고 백색광을 시준하고 평면패널 디스플레이의 표면에 대한 법선(수직)방향에 직각으로 광을 향하게 하는 시준수단, (2) 시준수단과 팽면패널사이의 전체 디스플레이를 가로질러 뻗어있고 백색광을 적색, 녹색, 청색성분으로 각을 이루어 분리하는 회절수단, (3)적색, 녹색, 청색광성분을 정렬된 형상으로 있는 LCD의 각각의 적색, 녹색, 및 청색칼러의 서브픽셀상에 집중시키기 위하여 회절수단과 평면패널 디스플레이 사이의 전체 디스플레이를 가로질러 뻗어있는 광유도수단으로 이루어 졌다.

Description

칼러 분리 백라이트
디스플레이 장치에 정보의 칼러표시를 제공하는 것은 매우 바람직하다. 이러한 정보는 텍스트, 그래픽, 아이콘, 비디오 또는 다른 사용 가능한 타입의 정보의 형태를 취할 수 있다. 인간의 눈에 의해서 판별가능한 많은 칼러 때문에 흑백 또는 단색 디스플레이보다도 칼러 디스플레이에 보다 더 판독가능한 포맷상태로 많은양의 정보를 제공하는 것은 가능하다. 이러한 장치에서 판독되도록 디스플레이 될 수 있는 정보량은 디스플레이의 크기(화면을 가로지르는 대각선의 측정길이로서 통상 나타낸다) 및 디스플레이의 해상도 또는 제공되는 정보로 조절될 수 있는 다수의 서브 픽셀(각각의 적색 녹색 또는 청색화소)의 함수이다. 따라서 대각선이 더 길고 해상도가 높은 디스플레이는 대각선이 더 작고 해상도가 낮은 디스플레이보다 판독가능한 정보를 더 많이 제공할 수 있다. 다수의 디스플레이타입의 결점은 디스플레이 화면치수에 비례되는 깊이를 요구한다는 점이다. 전형적인 것은 브라운관(CRT) 또는 텔레비전(TV) 디스플레이 및 투사 디스플레이 이다. 이들 디스플레이에 있어서, 깊이에 대한 필요성은 화면치수가 증가함에 따라 디스플레이 의 체적을 크게 증가시킨다. 디스플레이의 부피가 더 커지면 공간이 제한되는 환경에서 또는 부피가 큰 디스플레이가 환경에 대한 미적설계를 방해할 수 있는 곳에서 이러한 디스플레이의 실용성은 감소 될 수 있다. 평면패널 디스플레이(FPD)는 치수가 디스플레이의 두께 또는 깊이에 관계없이 큰 그래서 "평면패널"이라고 불리우는 화면을 제공함으로써 이러한 결점을 극복한다. 디스플레이 표면의 대각선의 길이의 십분의 일 보다 더 작은 깊이를 가지는 것은 평면패널 디스플레이의 기술에 있어서 일반적이다. 이러한 디스플레이는 얇은 포맷을 선호하거나 또는 필요로 하는 적용물 그 중 에서도 특히 랩톱컴퓨터, 작은 사무실의 데스크컴퓨터, 항공기의 항공 전자 장비, 휴대용 TV 및 벽걸이 TV에 매우 유용하다. 가장 유용한 타입의 FPD중의 하나는 대부분의 FPD 적용물에 크게 유용한 액정 디스플레이(LCD)이다. LCD는 저전력 소모 및 고 해상도를 겸비한 평면포맷으로 인해 널리 사용된다. 이러한 LCD의 화면의 대각선 크기는 또한 최근에 증가되었다. 칼러 LCD는 완전 칼러시 고품질 고판독 정보 디스플레이를 제공하는 그 능력에 있어서 단색 또는 흑백 LCD보다 뛰어나다. 이것은 특히 칼러 TV 방송을 포함하는 디스플레이 비디오 정보 에 가치가 있다. 칼러 LCD의 단점은 칼러를 디스플레이시키는 데 필요한 가외의 전력소비이다. 일반적으로 이러한 디스플레이는 디스플레이의 각각의 서브픽셀에 위치된 흡수 칼러 필터에 의해서 적색, 청색, 및 녹색으로 필터링되는 백색광원을 구비한 백라이트를 필요로 한다. 이러한 칼러 필터는 대단히 비효율적이다. 예컨대, 적색서브픽셀용 적색 칼러필터는 적색광의 약60% 만 전달하고 필터에 비추는 모든 녹색 및 청색광을 흡수한다. 필터의 전체효율은 필터에 비치는 백색광에 대해 약 20%내지 약25%이다. 청색과 녹색필터의 효율은 마찬가지로 낮다. 이러한 사실은 많은 양의 전력을 소모하여 충분한 백색광을 제공하여 광이 필터를 통과한 후 칼러디스플레이가 판독가능 하도록 하는 백라이트를 필요로 한다. 종종 백라이트를 디스플레이에 비추는 데 필요한 전력은 디스플레이의 전체전력조건의 대부분을 차지한다. 이러한 상황은 디스플레이의 배터리수명을 크게 감소시키기 때문에 휴대용 배터리식 디스플레이 적용물에서는 특히 성가시다. 여러 가지 방법이 칼러 LCD의 전력 비효율을 극복하는데 사용되어 왔다. 백리트모드보다는 광이 실내조명 또는 태양과 같은 주위광원에 의해서 제공되는 반사모드로 칼러 LCD를 작동시키는 것은 가능하다. 이 경우에 있어서 광원에 필요한 전력은 외부에서 제공된다. 강한 외부광원은 항상 편리한게 아니며 이러한 반사 LCD 디스플레이는 전력효율이 오버라이딩 크리테리아(overriding criteria)인 적용물에만 사용되며 사실상 이러한 시즌동안만 단색포맷으로 종종 사용될 수 있다. 투사 LCD 시스템의 연속 백색광원(아크 램프와 같은)이 적당한 광원부재 또는 이 소자의 셋트에 의해서 칼러의 스펙트럼(또는 레인보우)으로 공간적으로 분리될 수 있고 LCD픽셀의 매트릭스에서 정렬포맷으로 정렬되는 방식이 제공되어 왔다. 이러한 방식에 있어서 광의 적색 녹색 및 청색성분은 각각의 서브픽셀에 대해 정렬될 수 있고 스펙트럼의 간섭칼러는 블랙 매트릭스에 비추어지고 흡수된다. 이러한 방식은 약간의 전력이 연속광원에 존재하는 다른 칼러의 흡수를 통하여 여전히 손실되더라도 칼러필터의 비효율을 제거한다. 위냐르(Huignard; FR2707447)는 이러한 칼러분리가 투사기 디스플레이내에서의 칼러분리기, 공간필터, 및 렌즈 의 조합으로 달성되는 것을 제안하였다. 르와조(Loiseaux)는 투사 디스플레이내에서의 광 대역통과 위상 격자 및 렌즈 배열의 조합으로서 달성될 수 있는 것을 제안하였다(Loiseaux, Joubert, Delboulbe', Huignard and Battarel, Asia Display '95, Proceedings of the 15th International Display Research Conference, Oct. 16-18, 1995, pages 87-89). 이치카와(Ichikawa)는 이 칼러분리가 위상격자와 렌즈의 광학특성을 조합한 단일 홀로그래피 광학부재를 구비한 투사디스플레이에서 달성되는 것을 제안하였다(Ichikawa, Asia Display '95, Proceedings of the 15th International Display Research Conference, Oct. 16-18, 1995, pages 727-729). 또한 적색, 녹색 및 청색파장으로 각각 변하는 다이크로익 미러의 세트를 사용하여 백색광을 칼러로 분리하는 것이 제안되었다(Hamada, et al., IDRC '94 Proceedings, page 422(1994) 및 Rho and Kim, Asia Display '95, Proceedings of the 15th International Display Research Conference, Oct. 16-18, 1995, pages 83-85). 하마다(Hamada)는 단일 LCD 디스플레이를 제안한 반면에 로(Rho)는 각각의 칼러에 대해서 분리 LCD 를 사용하는 것을 제안하였다. 백색광을 각각의 칼러로 분리함으로써 투사 LCD 를 개량한 다른 종래의 기술은 US 5,389,982, 5,196,926(Lee), JP 6250177(Hitachi LTD), WO 9422042(Itoh), JP 6208099(Fuji Photo Optical), US 5,315,418(Bruce), JP 603428(Seiko Epson), JP 5289047(Fujitsu LTD), JP 5181107(Stanlsy Electric), JP 5173107(Sharp KK), US 5,357,288(Pioneer Electronic), US 5,321,448(Ogowa), JP 3262294(Fujitsu LTD), US 5,200,843(Karasawa), US 4,909,601(Nakamura), US 4,989,076(Nagashima), US 4,836,649(Hughes Aircraft)에 개시되어 있다. 칼러필터에 관련된 전력비효율을 감소시키기 위하여 칼러분리를 사용한 투사 LCD디스플레이의 모두에 대한 결점은 평면 패널포맷으로 달성되지 않는다는 점이다. 마찬가지로 종래의 투사 LCD 디스플레이는 디스플레이에서의 화상해상도를 유지하는데 필요한 큰 시준광을 제공하는 투사렌즈에 좌우된다. 이들 광학시스템은 진보된 "절첩식-렌즈타입의 경우에도 상당한 깊이를 필요로 하며 통상 평면 패널 디스플레이로서 간주되지 않거나 또는 평면포맷을 필요로 하는 적용물에 사용되지 않는다. 웹스터(Webster;영국특허출원 2,260,203A)는 특정 파장레짐(또는 칼러)의 광을 각각 아웃 커플(out couple)시킬 수 있고 이 광을 적당한 LCD 서브픽셀을 향하여 각각 보내는 홀로그래피 광학소자(HOE)로 백라이트의 표면이 차지되는 LCD 용 에지리트 백라이트를 제안하였다. 입력광이 완전하게 시준될 때 HOE가 이러한 칼러분리를 달성하는데 효과적이고 또한 에지리트 도파관에서 이동하는 광은 크게 시준되지 않으므로, 시스템은 백라이트 도파관내에서 이동하는 광의 각을 이룬 발산을 감소시키기 위하여 외부투사타입의 시준렌즈를 필요로 한다. 이러한 시스템은 실물 그대로의 평면 패널 포맷이 여전히 부족하다.
따라서 전력식 백라이트로부터의 백색광의 효과적인 필터링에 의해서 칼러를 달성하는 디스플레이의 비효과적인 전력의 사용 또는 고 주위광 조건을 필요로 하는 반사칼러 LCD의 제한된 적용범위 없이 좋은 광도 및 칼러를 달성할 수 있는 실물그대로의 평면패널 포맷 칼러 LCD 디스플레이를 제공하는 방법 및 수단이 필요하다.
본 발명 평면 패널 디스플레이(FPD) 특히 액정 디스플레이(LCD)용 백라이트에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 백광의 칼러 필터링에 의해서 칼러 형성에 대한 전력비효율없이 평면칼러 패널 디스플레이 및 평면칼러 패널LCD가 실현되도록 하는 신규의 소자의 구성이 발견되었다. 평면패널 포맷을 유지함으로써 본 발명은 투사 디스플레이 및 투사 LCD와 같은 디스플레이 포맷에서 나타나는 큰 디스플레이 두께의 결점을 극복한다.
도 1은 평면패널 디스플레이용 백라이트로서 사용 가능한 종래기술의 정면도,
도 2는 칼러분리수단, 광유도수단 및 칼러평면 디스플레이를 조합하여 도 1의 광 조립체를 도시한 도면,
도 3은 도 2의 다른 실시예를 도시한 도면,
도 4는 백라이트로서 사용가능한 광 조립체의 대안 실시예를 도시한 도면, 및
도 5는 대안 광유도수단과 조합하여 백라이트로서 사용가능 한 광 조립체를 도시한 도면.
따라서, 본 발명은 그 칼러 성분에서 분리되는 광의 출력을 필요로 하는 평면패널 전자 디스플레이 또는 다른 적용물내의 백라이트로서 사용 가능한 조명조립체를 제공한다. 백라이트와 같은 적용물에 있어서, 본 발명은 화상을 멀리 있는 관찰자에게 제공할 수 있는 조절수단을 가진 LCD 와 같은 디스플레이와 결합되어 있으며, 상기 백라이트 조립체는 광을 전달하기 위하여 통상 편평한 제1표면과 제2 표면을 가지고 있고 상기 제1 및 제2 표면사이에 배치된 측면에 대향한 광전달수단,광의 적어도 일부분을 광전달수단으로부터 수용하고 원하는 출력각도에서 시준출력을 발생시키도록 광의 일부분을 반사시키는 상기 제1 표면에 광학적으로 결합된 적어도 하나의 입력표면을 가진 반사수단, 상기 반사수단의 광 출력을 수용하고 상기 광을 적색, 청색, 및 녹색광 성분중의 적어도 하나로 분리시키기 위하여 상기반사수단과 상기 조절수단사이에 배치된 회절수단, 및 상기 광성분을 LCD 의 적당한 서브픽셀으로 공간적으로 향하게 하기 위한 광유도수단을 포함하고 있다. 백색광을 그 성분으로 분리시키고 각각의 성분을 LCD 의 적당한 칼러 서브픽셀로 향하게 함으로써, 전력효율의 큰 개량은 칼러가 백색광을 칼러필터로 필터링함으로써 형성되는 LCD 에서 실현될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 당해 기술분야의 숙련자라면 상기 도면을 참조함으로써 더 이해될 것이다. 도면에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 개시된 정밀형태로 배제 또는 제한되지 않는다. 도면은 당해 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명을 최대로 활용할 수 있도록 본 발명의 원리, 그 적용 및 실제적인 사용을 잘 설명하기 위하여 선택되었다. 본 발명의 주요특징은 백색광을 적색, 녹색, 및 청색성분으로 분리할 수 있고 평면패널 LCD 디스플레이의 적당한 서브픽셀을 통하여 각각의 광성분을 향하게 하는 백라이트로서 얇고 낮은 프로파일 광조립체를 제공하는 데 있다. 낮은 프로파일에 의해서 백라이트와 LCD가 결합되면 이로 발생된 디스플레이는 평면패널 디스플레이로 될 수 있으며, 즉, 디스플레이의 두께(또는 깊이)는 화면(정보가 디스플레이 될 수 있는 면적)의 대각선측정보다 실질적으로 더 작다. 바람직하게, 디스플레이의 두께는 화면의 대각선측정의 사분의 일보다 더 작을 수 있다. 더욱 바람직하게는, 디스플레이의 두께는 화면의 대각선측정의 팔분의일보다 더 작을 수 있다. 백라이트의 기본특징중의 하나는 이러한 평면패널 디스플레이에 적당한 얇은 에지리트내에서 시준된 광을 발생시키는 능력이 있다.
도 1은 미국특허 제 5,428,468 (이하에서 '468 특허라고함)에 개시된 바와 같이 이러한 얇은 시준된 백라이트의 일실시예를 도시하고 있다. 이 실시예에 있어서, 형광튜브 램프, 백열 램프, 또는 할로겐전구와 같은 백색광원(10)은 광원으로부터의 광선(13)이 입력면(11)을 통하여 도파관에 결합될 수 있고 도파관의 표면에서 전체 내부반사를 경유하여 그 길이를 전파시키도록 투명한 광학 도파관(12)의 에지에 인접하여 위치된다. 도파관은 유리, 플라스틱, 또는 석영과 같은 어떤 광학적으로 투명한 재료로부터 형성될 수 있다. 일반적으로 도파관은 도파관이 적용되는 평면패널 디스플레이의 평면에 수직인 방향으로 얇게 되어 있다. 도파관 상부(14) 및 하부(16)표면은 평면패널 디스플레이 또는 LCD과 대략 동일한 면적 및 치수이다. 전형적으로 반사기(18)는 도파관에 결합되는 광선의 개수를 증가시키도록 광원둘레에서 사용된다. 시준 구조부(22)의 입력표면주의 하나와 마주치는 광선은 도파관으로부터 출력결합되며 시준 구조부에 들어간다. 광선은 여기서 프리즘 구조부(26)의 각이진 면(24)에 의해서 구성된 반사수단에 마주치고 LCD 또는 다른 평면패널 디스플레이를 향하여 굴절된다. 광선은 렌즈(28)의 배열에 의해서 굴절을 통해 더 시준된다. 입력표면(20)은 통상 튜명한 접착제(30)의 얇은층에 의해서 광학 도파관과 광학접촉상태로 유지된다.. 면(11)에 대향한 광학 도파관의 면(31)은 도파관의 면에 도달하는 광이 나가는 것 보다는 차라리 도파관내로 반사되도록 반사기(32)를 구비할 수 있다. 이것은 전체 백라이트의 광활용의 효율을 증가시키는데 이용된다. 대안적으로 반사기(32)는 제2광원으로 대체될 수 있고 이러한 실시예는 '468특허에 잘 설명되어 있다.
고 시준 백라이트가 본 발명의 기능에 중요한 이유는 입력광이 비시준 또는 발산되기 보다 는 시준되면 백색광을 그 성분으로 분리하는 대부분의 기계 또는 광학부재가 더 효율적으로 행할 수 가 있다는 것이다. 바람직하게는, 반사수단(22)의 광 입력은 약 ±20°으로 시준되고 더 바람직하게는 약±10°로 시준된다. 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 잘 알려진 이러한 분리 광학부재는 회절격자, 양 표면부조 및 페이즈 격자타입, 프리즘, 홀로그래피 격자 및 격자/렌즈 조합을 가진 홀로그래피 광학부재, 회절광학 및 유전 또는 다이크로익 미러 및 광학 대역통과소자를 포함하고 있다. 하나 이상의 칼러분리소자를 얇은 저 프로파일 시준 백라이트을 결합시킴으로써 평면 패널 포맷내에서 백색광을 적색, 녹색, 청색성분으로 효과적으로 분리하는 것은 가능하다. 종래 기술의 방법은 광의 필요한 시준을 달성하기 위하여 투사렌즈를 사용하고 이러한 렌즈는 렌즈를 수용하기 위하여 현저하게 두꺼운 패키지를 필요로 하여 평면 포맷에 삽입되는 고 시준된 투사 광원을 제공하지 못하여 랩톱 컴퓨터용 디스플레이와 같은 평면 패널 디스플레이로부터 유익한 이들 적용물에 적합하지 않다.
도 2는 평면패널 포맷 LCD 디스플레이를 달성하기 위하여 LCD모듈(48)의 적당한 서브픽셀소자(46)를 통하여 광의 각을 이루어 분리된 칼러를 공간적으로 향하게 하는 광유도수단(44)과 얇고 편평한 회절격자 또는 홀로그래피 회절격자와 같은 각을 이룬 칼러분리수단(40)에 결합된 얇은 시준 백라이트를 도시하고 있다. 이 실시예에 있어서, 광유도수단(44)은 칼러분리수단(40)과 LCD모듈(48)사이에서 배열된 마이크로 렌즈의 얇고 편평한 배열일 수 있다. 즉, 렌즈는 디스플레이내에서의 청색칼러에 대한 서브픽셀소자를 통하여 청색성분에 집중되고 또한 마찬가지로 적색 및 녹색칼러에 대한 서브픽셀소자를 통해 적색 및 녹색성분에 집중된다. 픽셀배열(46)로의 광유도수단(44)의 정확한 정렬은 본 발명의 사용 가능한 작동에 대한 필요요건이다. 그렇지 않으면 광의 비보정칼러는 어떤칼러를 제어하기 위하여 설계된 서브픽셀에 도달될 수 있다.
도 2에 도시된 실시예는 이들 필요부재의 가능한 배열이 아니다. 이 부재는 서로 물리적 접촉으로 될 수 있거나 또는 칼러분리 및 광유도수단의 필요기능이 존재하는 한 결합 될 수 있다. 예컨대, 한면이 회절격자을 수용하고 있으며 대향면이 렌즈의 배열으로 이루어진 단일 2개의 표면의 렌즈는 유용한 실시예일 수 있다. 마찬가지로 양 각을 이룬 칼러분리의 기능과 공간 광유도가 배열의 각각의 소자내에서 달성되는 단일 홀로그래피 광학 부재의 배열은 사용될 수 있다. 이러한 결합된 기능은 종종 컴퓨터 계산에 의해서 설계되며 이로 인해 발생된 소자는 컴퓨터발생 홀로그램(CGH)으로 당해 기술분야에서 잘 알려져 있다.
도 3은 본 발명의 실시예의 작동을 도시하고 있다. 광원(10)으로부터의 광선(50)으로 표시된 백색광은 얇고 투명한 도파관(12)의 에지에 결합되고 바람직하게는 결합효율를 개량하기 위하여 램프 반사기(18)에 결합된다. 도파관(12)에서 이동하는 광선(50)은 '468 특허에 기술된 바와 같이 도파관과 광 시준 구조부(22)사이의 접촉면적(20)에서 결합해제시킴으로써 도파관으로부터 추출된다. 이러한 결합은 투명한 도파관의 상표면에서 시준필름렌즈을 유지하는 접착제 층에서 통상 중재된다. 2개의 표면 마아크로 렌즈 시준구조부는 도파관에서 이동하고 크게 각을이루는 발산 백색광을 가지도록 사용되고 LCD모듈(48)을 향한 광선(150)으로 표시되고 기밀하게 각을 이룬 시준빔으로 전환시킨다. 백색광의 각을 이룬 특성의 전환은 해당기술분야에서 백라이트를 LCD모듈에 공급시키는데 통상 사용되는 에지리트 도파관에 1내지 2mm의 두께만을 전형적으로 추가시키는 얇고 낮은 프로파일 포맷으로 달성된다. 이것은 광의 각을 이룬 시준을 광원으로부터 달성하기 위하여 부피가 큰 투사렌즈를 사용하는 것과 명백하게 다르다. 시준된 백색광(150)은 시준구조부로부터 회절격자 또는 홀로그래피 소자와 같은 칼러분리수단(40)쪽을 향하게 하고 백색광(150)은 적색(151), 녹색(152) 및 청색(153)광의 분리빔으로 표시된 그성분칼러로 각을 이루어 분리된다. 광의 각을 이루어 분리된 칼러는 그 다음에 각각의 칼러를 LCD의 픽셀배열(46)의 적당한 적색, 녹색, 및 청색서브픽셀을 통하여 향하게 하는 마이크로렌즈(52)의 배열과 같은 광유도수단(44)을 통하여 공간적으로 분리된다. 이러한 마이크로 렌즈는 표면형상이 구면 또는 비구면인 평철렌즈의 배열를 포함할 수 있고 그러나 이 배열에 의해서 제한되지 않고 또는 공배반사 굴절율(GRIN) 렌즈의 배열일 수 있다.
백색광원(10)이 연속광원(10)이면 칼러분리수단은 광의 공간적으로 분리된 칼러연속 또는 스펙트럼을 발생시킬 수 있다. 더욱 바람직한 것은 LCD가 조절되도록 사용되는 바람직한 적색, 청색, 및 녹색성분에 대응하는 적색, 청색 및 녹색파장으로 이루어진 백색광원이다. 이것은 칼러 스펙트럼의 적색, 녹색 및 청색구역에 대해 각각 3개의 형광체물질의 혼합물로서 형광 광튜브의 내측을 피복함으로써 전형적으로 제공된다. 소위 트리 대역 형광체를 함유하는 이러한 광원은 당해 기술분야에서 잘 알려져 있다. 광원으로부터의 광이 회절격자와 같은 광분리수단을 통과하면, 3개의 칼러는 각을 이루어 분리되며 하지만 노란색 또는 오랜지색과 같은 중간칼러는 디스플레이의 3개의 칼러의 스펙트럼 순도를 저하시킨다. 마찬가지로, 3개의 바람직한 칼러는 3개의 타입 즉 적색 녹색 및 청색의 발광다이오드(LED)를 백라이트의 투명한 광학 도파관에 결합시킴으로써 제공될 수 있다. 백색광원이 연속인 경우에 가시스펙트럼의 원하지 않는 칼러는 렌즈를 배열시킴으로서 제거 될 수 있어 이 원하지 않는 칼러는 LCD의 서브픽셀을 둘러싸는 블랙 매트릭스상에 비추어지고 흡수된다. 대안적으로 모든 경우에 있어서 LCD는 디스플레이의 서브픽셀의 전방에서 제 위치에 있는 칼러필터와 함께 작동될 수 있다. 전력활용기준으로부터 완전하게 최적이 아닌 이러한 배열은 발생하는 손실이 그 자체에 대한 필터의 전달손실, 전형적으로 20 내지 40%인 적당한 칼러필터로 광분리 및 유도수단이 광의 적당한 칼러의 대부분을 여전히 향하게 하기 때문에 표준 백리트 LCD보다 개량된 전력효율로 작동된다. 광의 원하지 않는 칼러는 필터에 의해서 흡수되고 관찰자에게 전달되는 화상으로부터 제거된다. 여러 경우에 있어서, 이 후자의 실시예는 종래의 LCD의 효율보다 효율이 개량된 것 이 증명되었기 때문에 바람직하며 그러나 디스플레이 화상에 있어서의 양질의 칼러순도를 달성하기 위하여 완전하게 실행되는 칼러분리 및 유도수단을 필요로 하지 않는다. 이것은 칼러필터가 필요하지 않는 충분한 스펙트럼 순도의 잘 분리되고 유도되는 칼러성분을 제공하는 제조요건을 피하기 위하여 바람직 할 수 있다.
'468에 설명된 얇은 시준된 광원이 LCD에 전형적으로 채용된 발산광원에 비해, 격자 및 홀로그래피 광학부재와 같은 칼러분리수단에 사용하기에 바람직 하지만, 이들 시준된 광원은 전형적으로 LCD의 평면 또는 다른 평면패널 디스플레이에 수직으로 이동하는 고 시준광원을 위하여 제공하도록 되어있다. 이것은 본 발명의 광원에 대한 가장 바람직한 방향이 아니다. 더욱 바람직 한 것은 본 발명과 동일한 양수인에게 양도된 미국특허 제 5,555,329호에 개시된 바와 같이, 광선의 대부분이 LCD의 평면의 법선으로부터 직각으로 향하여 있는 편평한 시준광선이다. 이것은 표면 또는 체적격자 및 홀로그래피소자와 같은 칼러분리수단이 더 고효율로 작동되도록 한다. 시준수단을 나가는 광이 칼러분리수단의 평면의 법선 또는 평면패널 디스플레이의 법선에 대해 약 10°로부터 약 80°까지의 각도로 칼러분리수단상에서 향하는 얇고 편평한 시준광은 바람직하다. 더욱 바람직 한 것은 디스플레이의 평면의 법선에 대해 약 20°로부터 약 40°까지의 각도이다.
출력광선이 이러한 각도로 향한 얇은 시준광원은 도 4에 도시되어 있다. 이 실시예에 있어서, 시준광 발출수단(60)은 광학적으로 투명한 접착제(62)에 의해서 투명한 광학 웨지 도파관(64)의 상부표면에 광학적으로 결합된다. 광선(68)으로 표시된 백색광원(66)으로부터 의 광은 결합효율을 증가시키기 위하여 램프 반사기(65)의 사용으로써 투명한 광학 도파관에 에지결합된다. 광학 도파관을 이동하는 광선(68)은 광학접촉부(72)의 지점에서 광제거수단(70)에 들어가고 표면(74)의 각도가 도파관(64)의 상부표면(76)의 평면의 법선에 대한 각도(α)로 향하도록 선택된 전체 내부반사에 의해서 제1경사진표면(74)으로부터 반사된다. 그 다음에 광시준수단(60)의 상부표면을 구성하는 렌즈배열(78)에 의해서 굴절을 통해 더 시준된다. 렌즈배열(78)을 나가는 광선의 각도는 각도(α)로서 표시된다.
'468 특허에 개시된 얇은 시준 백라이트는 LCD의 평면에 대한 법선으로부터 떨어진 어떤각도로 광을 향하게 하는 홈의 배열과 같은 부가적인 광학변화소자로 활용될 수 있다. 이러한 광학변화수단(80)은 도 5에 도시되어 있다. 이 실시예에 있어서, 광선(82,84a)로서 표시되고 백색광원(84,84a)에 의해서 발생된 광원은 투명한 도파관(86)에서 램프 반사기(88,88a) 결합되고 그 다음에 시준 구조부(90)내에서 광학접촉면적(92)의 면적에 의해서 투명한 접착제 층(94)에 결합된다. 광선(82,82a)은 도파관(86)의 평면의 법선에 가까운 각도로 시준 구조부를 나가고 광학변화요소(80)에 의해서 도파관의 표면에 대한 법선으로부터 약 10°내지 약 80°사이의 바람직한 각도로 향하여 있다. 도 5는 2개의 광원과 2개의 램프반사기가 투명한 광학 도파관에 에지결합되는 실시예가 도시되었지만, 그러나 당해 기술분야의 숙련자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 광학변화수단과 조합하여 도 1에 도시된 실시예는 동일하게 적용가능 하다.
실시예 1
트리-대역 형광체 형광튜브는 파장범위 427nm-443nm에서 청색광, 파장범위 532nm-557nm에서 녹색광, 및 파장범위 603nm-618nm에서 적색광이 되도록 결정되었다. 계산의 목적을 위하여 3개의 파장은 435nm에서 청색, 545nm에서 녹색, 610nm에서 적색이 되도록 선택되었다. αout=각도out,αin= 각도in, λ=파장, m=격자순서 및 d=격자공간인 격자방정식 αout=180/π(mλ/d ＋ sin(παin/180))은 홀로그래피 격자를 m=1 그리고 1,500 라인당 미리의 격자주기로 가정한 광의 3개의 파장에 대해 해결된다. 이러한 격자를 통과한 후 광의 3개의 칼러의 각도분리는 계산되어 녹색과 청색사이에서 14.1°또한 녹색과 적색사이에서 11.6°가 되었다.
실시예 2
컴퓨터 광선추적 프로그램(ASAP, Breault Reasearch Co.)은 공배 굴절율(GRIN)렌즈의 배열이 실례1에서 계산된 각각의 칼러에 대한 각도특성을 사용한 광의 3개의 칼러를 공간적으로 분리하는데 사용될 수 있는 모델로 사용된다. 계산의 목적으로 다음의 값은 사용된다. GRIN 렌즈배열은 광의 전파축선에 수직인 평면에서 사각단면적의 렌즈배열이다. 배열에서의 각각의 렌즈는 50미크론의 단면에지 치수와 195미크론의 전파축선에서의 길이를 가지고 있다. 각각의 GRIN렌즈의 굴절율 프로파일은 각각의 중심 축선에서 최대값no을 가진 2차방정식 이다. 렌즈의 중심으로부터 렌즈의 에지까지 관계에 따르는 굴절율은 n(x)=no[1-(a/2)x2]이고, no= 1.55, a=0.008이고 x는 단위가 미크로이고 렌즈내에서 렌즈의 중심으로부터 위치x까지의 거리이다. 이들 값을 사용하여 렌즈의 코어로부터 에지까지의 굴절율 프로파일은 1.55의 값으로부터 1.52의 값까지 감소한다. 들어오는 광은 녹색과 적색사이에서 또한 녹색과 청색사이에서 12°의 각도의 퍼짐을 가지도록 되어있고 녹색은 3개의 칼러스펙트럼에서 중심칼러이다. 이 값은 실례1의 결과에 기초한 계산에 적합하다. 부가적으로, 본 발명의 편평한 시준 백라이트로부터의 시준이 완전하지 않으므로 각각의 칼러의 각도퍼짐은 ±6°가 되도록 한다. 이들 입력조건을 사용하여, 컴퓨터프로그램은 GRIN 렌즈배열의 입력면에서 3개의 칼러의 공간분리를 계산한다. 입력면에서 3개의 칼러의 각각을 나타내는 광선의 무리는 GRIN의 집중작용에 의해서 대략 17미크론의 직경으로 집중된다. 하지만 분리칼러를 나타내는 광선의 각각의 무리는 다른2개로부터 렌즈의 중심에 있는 녹색무리, 및 렌즈의 대향면에 무리진 적색과 청색무리로 공간적으로 분해된다. 즉, 실례1에서와 같이 홀로그래피 격자와의 상호작용에 의해서 각각의 칼러에 부여된 발산각도 특성때문에 GRIN 마이크로렌즈의 경우에 있어서 광유도수단은 다른 2개로부터 각각의 칼러를 공간적으로 분리 할 수 있다. 이러한 조건은 각각의 칼러가 LCD와 같은 평면패널 디스플레이의 적당한 칼러서브픽셀에 비추도록 각각 향할 수가 있다.

Claims (11)

  1. 화상을 멀리 떨어져 있는 관찰자에게 제공할 수 있는 조절수단을 가진 평면패널 전자 디스플레이에 사용하기 위한 백라이트 조립체에 있어서, 상기 백라이트 조립체는 통상 편평한 제1표면을 가지고 있고 광을 전달하기 위한 수단, 광의 적어도 일부분을 상기 광전달수단으로부터 수용하고 원하는 출력각도에서 시준광 출력을 발생시키도록 광의 일부분을 반사시키기 위하여 상기 제1 표면에 광학적으로 연결된 적어도 하나의 입력표면을 가진 반사수단, 상기 시준광을 수용하고 상기 광을 적색, 청색, 및 녹색광 성분중의 적어도 하나로 분리시키기 위하여 상기반사수단과 상기 조절수단사이에 배치된 회절수단, 및 상기 광성분을 공간적으로 향하게 하기 위한 광유도수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광유도수단은 상기 광요소를 상기 광조절수단의 대응 서브픽셀으로 공간적으로 향하게 하는 것을 특징으로 하는 백라이트 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 반사수단은 마이크로 프리즘의 배열을 포함하고 있으며, 각각의 마이크로 프리즘은
    (a) 상기 광전달수단을 통하여 전달된 광의 일부분을 수용하기 위하여 상기 광전달수단에 광학적으로 결합되는 입력표면, 및
    (b) 상기 광 입력표면에 의해서 형성된 에지를 가지고 있으며, (i) 상기 광 입력표면에 의해서 수용된 광의 일부분의 전체 내부반사를 실행하기 위하여, 또한 (ii) 실질적으로 시준된 출력으로서 상기 반사된 광을 상기 마이크로 프리즘으로부터 향하게 하기 위하여 위치된 측벽을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 반사수단은 볼록 출력표면을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 회절수단은 표면 부조 홀로그램, 체적 홀로그램, 홈형상 회절격자, 프리즘의 배열, 및 컴퓨터 발생 홀로그래피 광학소자로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 백라이트 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 광유도수단은 평철 마이크로 렌즈의 배열, 양쪽이 볼록한 마이크로 렌즈의 배열, 공배굴절율 렌즈의 배열 또는 컴퓨터발생 홀로그래피소자로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 백라이트 조립체.
  7. 광전달수단, 광의 적어도 일부분을 상기 광전달수단으로부터 수용하고 원하는 출력각도에서 시준광 출력을 발생시키도록 광의 일부분을 반사시키기 위하여 상기 제1표면에 광학적으로 연결된 적어도 하나의 입력표면을 가진 반사수단, 상기 시준광을 수용하고 상기광을 적색, 청색, 및 녹색광 성분중의 적어도 하나로 분리시키기 위한 회절수단, 및 상기 광요소를 공간적으로 향하게 하기 위한 광유도수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 조립체.
  8. (a) 광을 수용하기 위한 광 전달수단,
    (b) 적어도 하나의 마이크로 프리즘이, (i) 상기 광전달수단을 통하여 전달된 광의 일부분을 수용하기 위하여 상기 광전달수단에 광학적으로 결합되는 입력표면과, (ii) 상기 광 입력표면에 의해서 형성된 에지를 가지고 있으며, 상기 광 입력표면에 의해서 수용된 광의 일부분의 전체 내부반사를 실행하기 위하여 위치된 측벽을 가지고 있는 마이크로 프리즘,
    (c) 상기 측벽에서 반사되는 광을 수용하기 위하여 위치되고 광을 적어도 적색, 청색, 또는 녹색성분으로 분리하는 회절수단, 및
    (d) 상기 광성분의 적어도 하나를 공간적으로 향하게 하는 광유도수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 조립체.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 마이크로 프리즘은 볼록 출력표면을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 조립체.
  10. (a) 광 전달수단,
    (b) 적어도 하나의 마이크로 프리즘이, (i) 상기 광전달수단을 통하여 전달된 광의 일부분을 수용하기 위하여 상기 광전달수단에 광학적으로 결합되는 광입력표면, (ii) 측벽중의 적어도 하나가 상기 광 입력표면에 의해서 수용된 광의 일부분의 전체 내부반사를 실행하기 위하여 위치되며, 상기 입력표면을 구비한 공통의 에지를 각각 가진 한쌍의 제1측벽, 및 (iii) 측벽중의 적어도 하나가 상기 광 입력표면에 의해서 수용된 광의 일부분의 전체 내부반사를 실행하기 위하여 위치되며, 상기 입력표면을 구비한 공통의 에지를 각각 가진 한쌍의 제2측벽을 가지고 있는 마이크로 프리즘의 배열,
    (c) 상기 측벽에서 반사되는 광을 수용하기 위하여 위치되고 광을 적어도 적색, 청색, 또는 녹색성분으로 분리하는 회절수단, 및
    (d) 상기 광성분의 적어도 하나를 공간적으로 향하게 하는 광유도수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 마이크로 프리즘은 볼록 출력표면을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 조립체.
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