KR101308185B1 - 오목한 반투과기를 갖는 광 재순환 캐비티를 구비한 직하형백라이트 - Google Patents

Abstract

직하형 백라이트와 그에 관련된 방법 및 구성요소가 개시되며, 여기서 입사광을 부분적으로 투과하고 부분적으로 반사하는 반투과기는 백라이트의 후방 반사기에 면하는 적어도 하나의 오목한 구조를 형성하도록 형상화된다. 반투과기는 후방 반사기와의 사이에 적어도 하나의 재순환 캐비티를 제공하고, 적어도 하나의 재순환 캐비티는 백라이트의 출력 영역을 사실상 채운다. 적어도 하나의 광원이 출력 영역 뒤에 배치되어 각 캐비티 내로 광을 주입하고, 재순환 캐비티 내에 또는 후방 반사기 내의 개구 뒤에 위치될 수 있다. 캐비티는 바람직하게는 폭 대 깊이 비가 적어도 2, 5 또는 10으로 얕고 넓으며, 얇은 프로파일의 백라이트 내에서 그리고 드문드문 분포된 광원을 이용하여 출력 영역에서 균일한 휘도 및 색상을 제공할 수 있다.

직하형, 백라이트, 후방 반사기, 반투과기, 캐비티, 광원

Description

오목한 반투과기를 갖는 광 재순환 캐비티를 구비한 직하형 백라이트{DIRECT-LIT BACKLIGHT HAVING LIGHT RECYCLING CAVITY WITH CONCAVE TRANSFLECTOR}

본 발명은 백라이트, 특히 직하형 백라이트에 관한 것일 뿐만 아니라, 백라이트에 사용되는 구성요소, 백라이트를 사용하는 시스템 및 백라이트를 제조하고 사용하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 액정 디스플레이(LCD) 장치 및 유사한 디스플레이에 사용되는 백라이트 뿐만 아니라 조명원으로서 LED를 이용하는 백라이트에 매우 적합하다.

최근, 대중이 이용할 수 있는 디스플레이 장치의 수량 및 다양성에 있어서 엄청난 성장이 있어 왔다. 컴퓨터(데스크톱, 랩톱 또는 노트북이든지간에), 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 이동 전화 및 박형 LCD TV는 단지 몇몇의 예일 뿐이다. 비록 이들 장치 중 몇몇이 디스플레이를 보기 위해 보통의 주변광(ambient light)을 사용할 수 있지만, 대부분은 디스플레이가 보일 수 있도록 백라이트로 불리는 라이트 패널(light panel)을 포함한다.

그러한 많은 백라이트는 "에지형"(edge-lit) 또는 "직하형"(direct-lit)의 카테고리에 속한다. 이들 카테고리는 디스플레이 장치의 가시 영역을 한정하는 백 라이트의 출력 영역에 대한 광원의 배치에 따라 달라진다. 에지형 백라이트에 있어서, 광원은 백라이트 구성의 외측 테두리를 따라 출력 영역에 대응하는 구역의 외측에 배치된다. 광원은 전형적으로 도광체(light guide) 내로 광을 발광하고, 도광체는 출력 영역과 비슷한 정도의 길이 및 폭 치수를 가지며 도광체로부터 광이 추출되어 출력 영역을 조명한다. 직하형 백라이트에 있어서, 광원의 어레이는 출력 영역의 바로 뒤에 배치되고 확산기(diffuser)는 광원의 전방에 배치되어 보다 균일한 광 출력을 제공한다. 몇몇의 직하형 백라이트는 에지 장착된 광을 또한 포함하며, 따라서 직하형 및 에지형 작동 둘 모두가 가능하다.

직하형 백라이트가 광원으로서 냉음극 형광 램프(CCFL)의 어레이를 사용하는 것이 알려져 있다. 휘도를 증가시키기 위해 그리고 또한 추측컨대 출력 면을 가로질러 균일도를 향상시키기 위해, CCFL 어레이 뒤에 후방 반사기로서 확산형 백색 반사기(diffuse white reflector)를 배치하는 것이 또한 알려져 있다.

근래, CCFL에 의해서가 아니라 적색/녹색/청색 LED의 어레이에 의해 작동되는 직하형 백라이트를 사용하는 액정 디스플레이 텔레비전(LCD TV) 세트가 도입되었다. 하나의 예는 소니 퀄리아 005 LED 평면-스크린 TV(Sony™ Qualia 005 LED Flat-Screen TV)이다. 101.6 ㎝ (40 인치) 모델은 측면 발광 룩세온(Luxeon™) LED의 5개의 수평 열을 포함하는 직하형 백라이트를 사용하고, 각각의 열은 GRBRG의 반복 패턴으로 배치된 65개의 그러한 LED를 포함하며 이들 열은 8.26 ㎝(3.25 인치) 이격되어 있다. 이 백라이트는 확산형 백색 후방 반사기의 전방으로부터 (약 2 ㎜ 두께의) 전방 확산기의 후방까지 측정할 때 깊이가 약 42 ㎜이고, 이들 확산기 사이에 325개의 확산형 백색 반사 스폿(spot)의 어레이를 갖는 평평한 투명판이 위치된다. 약간의 광을 투과하는 이들 스폿의 각각은 LED에 의해 발광된 축상(on-axis) 광의 대부분이 전방 확산기에 직접 충돌하는 것을 방지하기 위해 LED 중 하나와 정렬된다. 후방 반사기는 각진 측벽을 가지며 평평하다.

발명의 개요

본 출원은 특히 후방 반사기와 입사광을 부분적으로 투과하고 부분적으로 반사하는 반투과기를 포함하는 직하형 백라이트를 개시한다. 반투과기는 후방 반사기에 면하는 적어도 하나의 오목한 구조를 형성하도록 형상화되어 그 사이에 하나 이상의 재순환 캐비티를 제공한다. 몇몇 경우에 있어서, 백라이트는 단지 하나의 재순환 캐비티를 가질 수 있고, 다른 경우에는 복수의 그러한 캐비티를 가질 수 있다. 각 경우에 있어서, 단일 캐비티 또는 일 군의 캐비티는 패널의 출력 영역을 사실상 채우도록 그 크기가 설정되고 배치된다. 또한, 적어도 하나의 광원, 그리고 몇몇 경우에는 광원의 어레이가 백라이트의 출력 영역 뒤에 배치되어 각각의 재순환 캐비티 내로 광을 주입한다. 몇몇 경우에 있어서 하나 이상의 광원이 주어진 재순환 캐비티 내에 배치되고, 몇몇 경우에 하나 또는 둘 이상의 광원이 후방 반사기 뒤에 배치되어 예를 들어 후방 반사기 내의 하나 이상의 개구를 통해 재순환 캐비티 내로 광을 주입할 수 있다. 유리하게는, 필요한 경우 종래의 패키지된 또는 패키지되지 않은 LED가 광원으로서 사용될 수 있다.

반투과기의 오목한 특징은 드문드문 배치된 LED와 같은 별개의 광원을 사용할 때에도 재순환 캐비티의 영역에 걸쳐 균일한 조명을 제공함에 있어 특히 효과적 임이 판명되었다. 개별적인 적색/녹색/청색 LED의 어레이와 같은 상이한 색상의 별개의 광원으로부터의 광을 색상 혼합함에 있어서도 효과적임이 또한 판명되었다. 하나 이상의 광원이 LED를 포함하든 그렇지 않든 간에, 많은 백라이트 실시 형태에 있어서 적어도 하나의 재순환 캐비티가 복수의 광원을 포함하는 것이 바람직하다. 반투과기가 다수의 재순환 캐비티를 형성하도록 형상화된 경우, 각각의 캐비티는 복수의 광원을 포함할 수 있다.

백라이트의 전체 두께 및 필요한 광원의 개수를 최소화하기 위해, 반투과기의 오목한 형상 및 후방 반사기에 대한 배치는 상대적으로 얕고 폭이 넓은 재순환 캐비티를 제공할 수 있다. 이와 관련하여, 재순환 캐비티는 바람직하게 재순환 캐비티의 깊이보다 2배 초과, 바람직하게 적어도 5배 또는 10배의 폭을 갖는다. 재순환 캐비티는 연장된 터널형 구조를 형성하는 사실상 일차원, 또는 반투과기가 2개의 직교하는 횡단면 평면 각각에서 오목한 폐쇄 셀(cell)을 형성하는 이차원일 수 있다. 재순환 캐비티는 또한 바람직하게 패널 중량을 최소화하기 위해 중공이다.

향상된 패널 효율을 위해, 후방 반사기는 바람직하게 고반사도, 예를 들어 광원에 의해 발광된 가시광에 대해 적어도 90%의 평균 반사도를 갖고, 예시적인 실시 형태에서는 적어도 95%, 98% 또는 99% 이상의 평균 반사도를 갖는다. 후방 반사기는 현저하게 경면 반사형(specular), 확산형, 또는 조합된 경면 반사형/확산형 반사기일 수 있다.

반투과기는 부분적으로 투과하고 부분적으로 반사하는 다양한 필름 또는 본 체일 수 있거나 이들을 포함할 수 있고, 향상된 패널 효율을 위해 반투과기는 바람직하게 낮은 흡수 손실을 갖는다. 바람직하게는, 반투과기는 광 편향 필름(light deflecting film), 편광 필름, 천공된 반사 필름, 경면 반사 필름 및 그 조합의 군으로부터 선택되는 필름이거나 또는 이 필름을 포함한다. 연장된 선형 프리즘을 형성하는 평행한 홈(groove)을 갖는 필름, 또는 입방체 코너 요소 어레이와 같은 피라미드형 프리즘의 패턴을 갖는 필름과 같은 구조화된 표면 필름(structured surface film)은 광 편향 필름의 예이다. 경면 반사이든 확산 반사이든지 간에 반사형 편광기는 다른 적당한 반투과성 필름의 예이다. 반사형 편광기는 공압출된 중합체 다층 구성, 콜레스테릭 구성, 와이어 격자 구성 또는 혼합식 (연속/분산 상) 필름 구성을 가질 수 있고, 따라서 경면 반사형 또는 확산형으로 광을 투과 및 반사할 수 있다. 천공된 경면 반사형 또는 확산형 반사 필름은 적당한 반투과기의 다른 예이다.

관련 구성요소, 시스템 및 방법이 또한 개시된다.

본 출원의 이들 태양 및 다른 태양이 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도 상기의 개요는 청구된 기술적 요지를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니되며, 그 기술적 요지는 절차를 수행하는 동안 보정될 수도 있는 첨부된 청구의 범위에 의해서만 한정된다.

명세서 전체에 걸쳐, 유사한 참조 번호는 유사한 요소를 지시하는 첨부 도면을 참조한다:

도 1은 백라이트를 포함하는 디스플레이 시스템의 전개 사시도.

도 1a는 도 1과 유사하지만 백라이트의 출력 영역 뒤에 배치된 별개의 광원 및 재순환 캐비티의 위치를 또한 가상선으로 도시하는 도면.

도 2는 도 1 및 도 1a의 백라이트의 개략적인 측면도.

도 2a는 도 2와 유사하지만 백라이트의 선택된 구성요소만을 도시하며, 광원에 의해 발광된 광선이 캐비티 내에서 재순환되고 반투과기를 통해 발광되는 방법을 도시하는 도면.

도 2b는 재순환 캐비티의 후방 반사기 뒤에 위치된 광원을 도시하는 부분도.

도 3a 내지 도 3g는 추가 백라이트의 개략적인 측면도.

도 4는 백라이트에 사용하기 위한 재순환 캐비티 모듈의 개략적인 단면도.

도 5는 백라이트에 사용하기 위한 다른 재순환 캐비티 모듈의 사시도.

도 6 및 도 7은 상이한 백라이트의 정면도로서, 백라이트의 출력 영역 뒤의 다수의 광 재순환 캐비티의 배치를 도시하는 도면.

도 8 내지 도 11은 개시된 백라이트에서 광원으로서 사용가능한 다양한 패키지 LED의 도면.

백라이트의 하나의 대중적인 용도가 도 1의 전개 사시도에 개략적으로 도시된다. 여기서, 디스플레이 시스템(10)은 액정 디스플레이(LCD) 패널과 같은 디스플레이 패널(12)과, 디스플레이 패널에 포함된 정보가 용이하게 관찰되기에 충분한 대형 면적 조명을 제공하는 직하형 백라이트(14)를 포함한다. 디스플레이 패널(12) 및 백라이트(14) 모두는 단순화된 박스와 같은 형태로 도시되지만, 본 명세서를 보는 사람은 각각이 추가 세부 품목을 포함하는 것을 이해할 것이다. 백라이트(14)는 연장된 출력 영역(16) 위로 광을 발광하고, 프레임(15)을 또한 포함할 수 있다. 보통 직사각형이지만 필요하다면 다른 연장된 영역 형상을 취할 수 있는 출력 영역(16)은 백라이트 내에 사용되는 필름의 외측 표면에 대응할 수 있거나 또는 프레임(15) 내의 개구에 단순히 대응할 수 있다. 작동시, 전체 출력 영역(16)은 프레임(15) 내에 배치되지만 출력 영역(16) 바로 뒤에 위치된 광원(들)에 의해 조명된다. 조명될 때, 백라이트(14)는 디스플레이 패널(12)에 의해 제공된 이미지 또는 그래픽이 다양한 관찰자(18a, 18b)에게 보이게 한다. LCD 패널의 경우에, 이미지 또는 그래픽은 동적인 것으로 전형적으로 수천 또는 수백만의 별개의 화소(픽셀)의 어레이에 의해 생성되며, 상기 어레이는 디스플레이 패널(12)의 측방향 치수, 즉 길이 및 폭을 사실상 채운다. 다른 실시 형태에 있어서, 디스플레이 패널은 정적인 그래픽 이미지가 그 위에 인쇄된 필름일 수 있거나 또는 그 필름을 포함한다. 도 1은 또한 참조를 위해 x-y-z 직교 좌표계를 포함한다.

몇몇 LCD 실시 형태에 있어서, 백라이트(14)는 연속적으로 백색광을 발광하고, 픽셀 어레이는 컬러 필터 매트릭스와 조합하여 (황색/청색(YB) 픽셀, 적색/녹색/청색(RGB) 픽셀, 적색/녹색/청색/백색(RGBW) 픽셀, 적색/황색/녹색/청색(RYGB) 픽셀, 적색/황색/녹색/청록색/청색(RYGCB) 픽셀 등과 같은) 다색 픽셀의 군을 형성하여, 디스플레이된 이미지가 다색성이 된다. 대안적으로, 다색성의 이미지는 컬러 순차 기술(color sequential technique)을 사용하여 디스플레이될 수 있는데, 이 컬러 순차 기술에서는 백색광으로 디스플레이 패널을 연속적으로 후방 조명하고 디스플레이 패널 내의 다색 픽셀의 그룹을 조절하여 색상을 생성하는 대신에, (예를 들어, 적색, 오렌지색, 호박색, 황색, 녹색, 청록색, (로열 블루(royal blue)를 포함하는) 청색, 및 전술된 것과 같은 조합의 백색으로부터 선택된) 백라이트 자체 내의 개별의 상이한 색상의 광원이 조절되어 백라이트가 빠른 반복적인 순서로 (예를 들어, 적색, 이어서 녹색, 이어서 청색과 같은) 공간적으로 균일한 색상의 광 출력을 발한다. 이어서, 이 색상 조절된 백라이트는 (임의의 컬러 필터 매트릭스 없이) 하나의 픽셀 어레이만을 갖는 디스플레이 모듈과 조합되고, 만약 조절이 관찰자의 시각 시스템 내에 일시적인 색상 혼합을 생성할 만큼 충분히 빠르다면, 픽셀 어레이는 백라이트와 동기식으로 조절되어 전체 픽셀 어레이에 걸쳐 (백라이트에 사용되는 광원이라고 가정하면) 전 범위의 달성가능한 색상을 생성한다. 필드 순차 디스플레이로서 또한 알려진 컬러 순차 디스플레이의 예는 미국 특허 제5,337,068호 (스튜어트(stewart) 등) 및 미국 특허 제6,762,743호 (요시하라(Yoshihara) 등)에 기술되어 있다. 몇몇 경우에 있어서, 단색 디스플레이만을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이들 경우에 있어서, 백라이트(14)는 하나의 가시 파장 또는 색상으로 주로 발광하는 특정 광원(source) 또는 필터를 포함할 수 있다.

디스플레이 시스템(10)이 도 1a에 다시 도시되며, 도 1a는 직하형 백라이트(14) 내의 제1 열의 개별 광원(20) 및 제2 열의 개별 광원(22)을 가상선으로 추가로 도시한다. 광원(20, 22)은 각각 백색광을 발광할 수 있고, 또는 각각 RYGCB 색상 중 하나만을 발광하고 이어서 백색광 출력을 제공하기 위해 혼합되거나 아니면 단색 출력을 제공하도록 조화될 수 있다. 광원(22)에 의해 조명된 제2 재순환 캐비티(28)와 광원(20)에 의해 조명된 제1 재순환 캐비티(26)를 분리하는 경계(24)가 또한 가상선으로 도시된다. 광원(20, 22) 뿐만 아니라 2개의 재순환 캐비티 모두는 출력 영역(16) 바로 뒤에 배치된다.

총체적으로, 재순환 캐비티(26, 28)는 사실상 출력 영역(16)을 채운다. 따라서, 예를 들어 출력 영역에 수직한 축을 따라 위치된 멀리 떨어진 관찰자에 의해 관찰되는 때와 같이 출력 영역이 평면도로 도시되면, (그러한 캐비티가 멀리 떨어진 관찰자에게 시각적으로 분명하지 않을 수 있지만) 오목한 재순환 캐비티의 합산된 투영 면적은 출력 영역의 표면적의 절반보다 크고, 바람직하게는 출력 영역의 적어도 75%, 80% 또는 90%이고, 더 바람직하게는 출력 영역의 약 100%이다. 백라이트가 하나의 오목한 재순환 캐비티만을 갖든지 또는 복수의 재순환 캐비티를 갖든지 간에, 출력 영역을 평면도로 보았을 때 캐비티 또는 캐비티들의 투영 면적은 바람직하게 백라이트 출력 영역의 적어도 75%, 80% 또는 90% 또는 100%를 점한다.

백라이트(14)의 선택된 구성요소의 개략적인 측면도가 도 2에 도시된다. 2개의 재순환 캐비티(26, 28)가 후방 반사기(30) 및 반투과기(32)에 의해 형성되고, 반투과기는 도시된 바와 같이 2개의 오목한 구조를 형성하도록 형상화되며, 2개의 오목한 구조의 각각은 후방 반사기에 면하여 이웃하는 재순환 캐비티(26, 28)를 형성한다. 개별 광원(20)이 후방 반사기와 반투과기 사이의 재순환 캐비티(26) 내에 배치된다. 출력 영역(16) 바로 뒤에 광원(20, 22)을 배치하는 것은 백라이트(14)가 직하형 종류인 것과 부합된다. (관찰자의 시각으로부터) 반투과기(32) 전방에 몇몇 추가적인 광 관리 필름 또는 다른 구성요소가 있고, 이들의 몇몇 또는 모두는 시스템 요구 조건과 광 재순환 캐비티 및 광원의 특성에 따라 선택적일 수 있다. 따라서, 반투과기의 전방에 확산판 또는 필름(34)과, 반사 편광자(36) 및 프리즘형 휘도 향상 필름(38)과 같은 종래의 광 관리 필름을 포함하는 상부 필름 스택(top film stack)이 있다.

도 2a는 도 2의 상세도로서, 광원에 의해 발광된 광이 반투과기(32)에 의해 어떻게 부분적으로 투과되고 부분적으로 반사되는지 그리고 후방 반사기(30)와 조합하여 반투과기가 어떻게 캐비티의 측방향 치수에 걸쳐 펼쳐진 광 방사 또는 누출(light emission or leakage) 뿐만 아니라 캐비티(26, 28) 내에서의 광 재순환을 제공하는지를 도시한다. 반투과기의 오목 구조는 재순환 캐비티의 경계를 형성하는 데에 도움을 줄 뿐만 아니라 그것들 경계 내에 재순환된 광을 제한하고 반투과 표면의 변하는 기하학적 형상으로 인해 발광된 광의 각방향 웨지(wedge)를 퍼지게 하는 경향이 있다. 특정 재순환 캐비티 내에의 광 제한(Light confinement)은 설계 세부사항의 함수이다. 예를 들어, 궁극적으로 반투과기가 도 1a에 도시된 경계(24)에 대응하는 선을 따라 후방 반사기와 접촉할 때까지 후방 반사기(30)에 더 가까이 반투과기(32)를 위치시킴으로써 캐비티(26, 28) 내의 광 제한은 증가(그리고 캐비티 사이의 광 누출이 대응하여 감소)될 수 있다. 그러한 위치 설정은 전체 백라이트 두께를 감소시키는 관점에서 바람직하다.

후방 반사기(30)가 적절한 개구, 예컨대 대응하는 구멍, 슬롯, 윈도우 또는 다른 광 투과 영역을 구비하는 한, 광원으로부터의 광이 여전히 캐비티 내로 직접적으로 주입될 수 있도록 광원을 음의 z방향을 따라 이동시킴으로써, 캐비티 내측에 위치되는 대신 광원을 후방 반사기(30) 뒤에 대안적으로 위치시킬 수 있다. 이것은 도 2b의 부분도에 도시되어 있다.

아래에서 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 주어진 광원은 (1) 전기를 광으로 전환하는 LED 다이 또는 형광 램프, 또는 여기 광(excitation light)을 발광된 광으로 전환하는 형광체와 같은 능동 요소, 또는 (2) 능동 구성요소에 의해 발광된 광을 운반하고/하거나 형상화하는 렌즈, (섬유와 같은) 도파관 또는 다른 광학 요소와 같은 수동 요소, 또는 (3) 하나 이상의 능동 및 수동 요소의 조합일 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 2a에 있어서 광원(20, 22)은 LED 다이가 회로 기판 또는 히트 싱크(heat sink)에 근접하게 후방 반사기(30) 뒤에 배치되지만 패키지된 LED의 형상화된 인캡슐런트(encapsulant) 또는 렌즈 부분은 후방 반사기 내의 슬롯 또는 개구를 통해 연장함으로써 재순환 캐비티 내에 배치되는 패키지된 측면 발광 LED(packaged side-emitting LED)일 수 있다. 광원에 대한 추가 논의가 아래에 제공된다.

도 1 내지 도 2a의 실시 형태에 있어서, 재순환 캐비티는 x축에 평행하게 연장하는 인접 스트립(strip)에서 출력 영역(16)을 횡단하여 연장하는 사실상 일차원이다. 반투과기(32)는 y-z 단면 평면에 도시된 오목 구조를 형성하도록 형상화되지만, 직교하는 x-z 단면 평면에서 반투과기는 실질적으로 직선이고 평평하다. 달리 말하면, 반투과기는 단순한 곡률을 나타낸다. 다른 실시 형태에 있어서, 반투과기는 복합 곡률(compound curvature)을 나타낼 수 있고, 여기서 y-z 및 x-z 단면 평면 둘 모두에서 오목 구조를 형성하도록 형상화된다.

후방 반사기(30)는 바람직하게는 향상된 패널 효율을 위해 아주 반사적이다. 예를 들어, 후방 반사기는 광원에 의해 발광된 가시광에 대해 적어도 90%, 95%, 98% 또는 99% 이상의 평균 반사도를 가질 수 있다. 후방 반사기는 공간적으로 균일하든지 패턴화되든지 간에 현저한 경면 반사형, 확산형, 또는 조합된 경면 반사형/확산형 반사기일 수 있다. 몇몇 경우에 있어서, 후방 반사기는 고반사도의 코팅을 갖는 강성의 금속 기판, 또는 지지 기판에 적층된 고반사도의 필름으로부터 제조될 수 있다. 적당한 고반사도의 재료는 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수가능한 비퀴티 ESR 다층 중합체 필름(Vikuiti™ Enhanced Specular Reflector multilayer polymeric film): 0.01 ㎜(0.4 밀) 두께의 아이소옥틸아크릴레이트 아크릴산 감압 접착제를 사용하여 비퀴티 ESR 필름에 황산바륨이 로딩된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름(0.05 ㎜(2 밀)의 두께)을 적층함으로써 제조된 필름(이 최종 라미네이트 필름은 본 명세서에서 "EDR Ⅱ" 필름으로 불림); 토레이 인더스트리즈, 인크.(Toray Industries, Inc.)로부터 입수가능한 E-60 시리즈 루미러(Lumirror™) 폴리에스테르 필름; 더블유. 엘. 고어 앤 어소시에이츠, 인크.(W. L. Gore & Associates, Inc.)로부터 입수가능한 것과 같은 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필름; 랩스피어, 인크.(Labspher, Inc.)로부터 입수가능한 스펙트랄론(Spectralon™) 반사 재료; 알라노드 알루미늄-페레트룽 게엠베하 운트 코.(Alanod Aluminium-Veredlung GmbH & Co.)로부터 입수가능한 미로(Miro™) 양극산화 알루미늄 필름(미로 2 필름을 포함); 후루카와 일렉트릭 컴퍼니, 엘티디.(Furukawa Electric Co, Ltd.)로부터의 MCPET 고반사도 발포 시트류(foamed sheeting); 및 미츠이 케미칼즈, 인크.(Mitsui Chemicals, Inc.)로부터 입수가능한 화이트 레프스타 필름 및 MT 필름(White Refstar™ films and MT films)을 비제한적으로 포함한다. 후방 반사기는 사실상 평평하고 매끄러울 수 있거나, 또는 광 산란 또는 혼합을 향상시키기 위해 그에 결합된 구조화된 표면을 가질 수 있다. 그러한 구조화된 표면은 (a) 후방 반사기의 반사 표면 상에, 또는 (b) 상기 반사 표면에 도포된 투명 코팅 상에 부여될 수 있다. 전자의 경우에, 구조화된 표면이 이미 형성된 기판에 고반사 필름이 적층될 수 있거나, 또는 고반사 필름이 (쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 비퀴티 DESR-M 반사기와 같이 얇은 금속 시트와 같은) 평평한 기판에 적층되고 이어서 스탬핑(stamping) 작업과 같은 것으로써 구조화된 표면을 형성하는 것이 이어질 수 있다. 후자의 경우에, 구조화된 표면을 갖는 투명 필름이 평평한 반사 표면에 적층될 수 있거나, 또는 투명 필름이 반사기에 도포되고 이어서 이후 구조화된 표면이 투명 필름의 상부에 부여될 수 있다.

후방 반사기는 광원(들)이 그 위에 장착되는 연속적인 단일 (그리고 중단되지 않은) 층일 수 있거나, 또는 분리된 단편으로 비연속적으로 또는 광원이 통과하여 돌출할 수 있는 분리된 개구를 달리 연속 층 내에 포함하는 한 비연속적으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 반사 재료의 스트립(strip)이 LED의 열이 그 위에 장착되는 기판에 도포될 수 있고, 각 스트립은 LED의 한 열로부터 다른 열로 연장하기에 충분한 폭을 가지며 백라이트 출력 영역의 대향 경계 사이에 걸치기에 충분한 길이 치수를 갖는다.

출력 영역(16)의 외측 경계를 따라 위치된 재순환 캐비티의 측면 및 단부는 바람직하게 고반사도의 수직 벽으로 안에 대거나 그렇지 않으면 이를 구비하여 광 손실을 감소시키고 재순환 효율을 향상시킨다. 2개의 대향 측벽을 도 2의 좌우측 끝에서 볼 수 있고, 그 중 하나를 도 2에서 볼 수 있는 2개의 대향 단부 벽은 도시된 실시 형태에서 상기 측벽에 직교한다. 후방 반사기용으로 사용된 동일한 반사 재료가 이들 벽을 형성하기 위해 사용될 수 있거나, 또는 상이한 반사 재료가 사용될 수 있다. 예시적인 실시 형태에 있어서, 측벽은 확산 반사성이다.

반투과기는 입사광을 부분적으로 투과하고 부분적으로 반사하는 필름과 같은 구성이거나 또는 이러한 구성을 포함하는데, 여기서 부분적 투과는 반투과기를 통한 광의 효율적인 추출을 가능하게 할 만큼 충분히 높지만 부분적 반사 또한 후방 반사기와 조합될 때 광의 재순환을 지원할 만큼 충분히 높다. 이하에 논의되는 바와 같이, 최적의 휘도, 휘도 균일도(광원 은폐(source hiding)) 및 색상 혼합을 달성하기 위해, 일반적으로 각각에 대해 상이하고 사용된 광원 및 후방 반사기의 함수인 최적의 기하학적 형상 및 특성을 가진 여러 상이한 필름이 사용될 수 있다. (몇몇 경우에 있어서, 백라이트 설계자는 이하에 논의되는 캐비티 모듈과 같은 특정 재순환 캐비티 디자인을 제공받을 수 있고, 이어서 주어진 캐비티와 함께 사용하기 위한 적당한 광원을 선택할 수 있다.) 몇몇 적당한 필름이 이제 추가로 설명될 것이지만, 이러한 설명은 제한하고자 하는 의도는 아니고, 기술된 임의의 필름이 원하는 투과 및 반사 특성을 생성하도록 단독으로 또는 다른 것과 조합하여 사용될 수 있다. 필름의 조합을 위해, 필름은 서로 부착될 수도 있고 아니면 서로 부착되지 않을 수도 있다. 만약 필름이 서로 부착된다면, 임의의 공지된 부착 기구가 사용될 수 있고, 필름은 전체 주 표면에 걸쳐 또는 개별 지점 또는 선에서만 부착될 수 있다. 접착제가 사용되면, 접착제는 투명하고, 확산성이 있고/있거나 복굴절성이 있을 수 있다.

반투과기로서 사용하기에 적당한 몇몇 필름은 본 명세서에서 반반사 필름 및 광 편향 필름으로 불리는 카테고리에 속한다.

일반적으로, 반반사 필름은 수직 입사 가시광의 30 내지 90% 정도를 반사하고 나머지(반사되지 않은) 광의 상당 부분, 바람직하게는 사실상 모두를 투과할 만큼 충분히 낮은 흡수성을 갖는 필름 등을 말한다. 반사 및 투과는 공간적으로 균일하든지 패턴화되든지 간에 경면 반사형, 확산형 또는 그 조합일 수 있다. 확산형 반사는 (홀로그래픽 확산기를 포함하는) 표면 확산기(surface diffuser), 벌크 확산기(bulk diffuser) 또는 둘 모두를 사용하여 생성될 수 있다. 적정 수준의 반사도는 광원의 개수 및 후방 반사기 상의 또는 후방 반사기에서의 배치, 광원(들)의 강도 및 발광 프로파일(강도의 각방향 분포), 재순환 캐비티의 깊이, 백라이트 출력에 있어서의 바람직한 정도의 휘도 및 색상 균일도, 및 백라이트 내의 상부 필름 스택 또는 확산판과 같은 다른 구성요소의 존부를 비롯한 다양한 요인에 따라 좌우될 수 있다. 반투과기용으로 사용되는 더 높은 반사도의 필름은 효율을 희생하여 백라이트의 휘도 균일도 및 색상 균일도를 향상시키는 경향이 있다. 재순환 캐비티 내에서의 반사의 평균 횟수가 증가되고 각각의 반사가 적어도 어느 정도의 손실과 연관되기 때문에 효율 감소는 발생한다. 앞서 언급된 바와 같이, 반투과기 뿐만 아니라 후방 반사기 및 임의의 반사 측벽의 가시광 흡수도를 최소화하는 것이 바람직하다.

반투과기로서 적당한 반반사 필름의 일 예는 얇은 금속화 미러이고, 여기서 금속 코팅은 어느 정도의 가시광을 투과할 만큼 충분히 얇다. 얇은 금속 코팅이 필름에 또는 판형 기판에 도포될 수 있다.

반반사 필름의 다른 예는 당업계에서 CTMF(controlled transmission mirror film)로 불린다. 그러한 필름은 전술한 ESR 미러 필름과 같은 다층 간섭 미러 스택의 양 측면에 확산형 반사 코팅 또는 층을 도포함으로써 제조된다. 반반사 필름의 다른 예는 화염에의 짧은 노출에 의해 몇몇 개소에서 다층 간섭 스택을 분열시키도록 화염 엠보싱된(flame embossed) 다층 중합체 미러 필름이다.

반사 편광기는 반반사 필름의 또 다른 예이다. 콜레스테릭 편광기, 공압출 및 신장 기술에 의해 제조된 다층 중합체 편광기, 와이어 격자 편광기 및 연속/분산 상 구성을 갖는 확산형 혼합 편광기를 포함하는 그러한 편광기는 편광되지 않은 광원으로부터의 광의 명목상 절반(제1 편광 상태에 대응함)을 투과하고, 명목상 나머지 절반(직교하는 제2 편광 상태에 대응함)을 반사한다. 예는 상표명 비퀴티 브랜드로 쓰리엠으로부터 입수가능한 임의의 DBEF (dual brightness enhancement film) 제품 및 임의의 DRPF (diffusely reflective polarizing film) 제품을 포함한다. 또한, 예를 들어 미국 특허 제5,882,774호(존자(Jonza) 등) 및 제6,111,696호(알렌(Allen) 등), 미국 특허 공개 제2002/0190406호(메릴(Merrill) 등)에 개시된 반사 필름을 참조하라. 만약 하나의 반사 편광 필름이 불충분하면, 2개 이상의 그러한 필름을 조합하고 이어서 오목한 구조(들)를 형성하도록 형상화할 수 있다.

비편광 확산형 반사기는 반반사 필름의 또 하나의 예이다. 그러한 반사기는 필름 또는 다른 본체를 형성하는 낮은 흡수도의 투명 중합체 매트릭스에 경면 반사 입자 또는 박편(flake)을 분산시킴으로써 제조될 수 있다. 반사 입자 또는 박편은 두꺼운 필름의 두께를 통해 분포될 수 있거나, 또는 얇은 경화성 코팅으로서 기판의 표면 상에 배치될 수 있다. 수많은 다른 확산형 반사기 구성 및 제조 방법이 또한 알려져 있다. 확산 코팅이 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 및 다른 공지된 기술에 의해 반사기 또는 다른 본체에 도포될 수 있다. 확산 접착제가 또한 사용될 수 있는데, 여기서 확산은 굴절률 부정합 입자(refractive index mismatched particle) 또는 공기 간극(air void)에 의해 생성된다. 반투과기용으로 사용되는 확산형 반사기는 바람직하게는 낮은 흡수도 및 20% 내지 80%의 가시 파장에 대한 평균 투과도 값을 갖는다.

반반사 필름은 투과를 증가시키고 반사를 감소시키기 위해 미세한 구멍 또는 개구의 패턴을 구비한 반사 필름을 또한 포함한다. 이것은 원하는 패턴으로 반사 필름을 단순히 천공함으로써 행해질 수 있다. 사실상 본 명세서에서 논의된 임의의 반사 필름은 시작 재료(starting material)로서 사용되고 이어서 구멍 또는 다른 개구를 제공하도록 변환 또는 처리될 수 있다. 미국 특허 제7,037,100호 (스트로벨(Strobel) 등) 및 미국 특허 출원 제2005/0073070호(겟스첼(Getschel) 등)는 화염 천공 필름에 적당한 기술을 교시하고 있다. 구멍 또는 개구의 패턴은 균일하거나 아니면 균일하지 않을 수 있고, 후자의 경우에 위치 및 구멍 사이즈 둘 모두는 랜덤하거나 또는 의사 랜덤(pseudo-random)할 수 있다. 일 예에 있어서, 비퀴티 ESR 필름의 시트가 균일하게 이격된 원형 구멍을 갖도록 천공되고, 상기 구멍은 구멍 직경의 배수와 동일한 구멍간 간격으로 육각형 어레이로 위치된다. 제조 관점에서, 광원(들)과 반투과기를 정렬하지 않아야 하는 것이 바람직하고, 따라서 균일한 구멍 패턴을 사용하고, 백라이트의 구성 중에 광원(들)을 패턴에 대해 어떠한 특정 방식으로도 정렬하는 시도를 하지 않는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 어떤 백라이트 구성에 있어서, 불균일한 패턴의 구멍을 사용하고 이어서 다른 영역보다 적은 개수의 작은 구멍을 갖는 영역과 같은 불균일 패턴의 소정의 특징부가 광원과 정렬되도록 반투과기를 위치시키는 것이 허용될 수 있다. 또한, 몇몇 실시 형태에 있어서, 반투과기는 별개의 스트립 또는 개별 세그먼트로 형성되는 ESR과 같은 반사 필름을 포함할 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제6,974,229호(웨스트(West) 등)를 참조하라.

일반적으로, 개시된 백라이트에서 반투과기로서 적당한 광 편향 필름은 광의 입사 방향의 함수로서 광을 반사 및 투과하는 구조화된 표면 등을 형성하도록 배치된 미소 구조물을 갖는 필름 등을 말한다. 필름의 일측 또는 양측은 그러한 구조화된 표면을 가질 수 있다. 유용한 구조물은 선형 프리즘, 피라미드형 프리즘, 원뿔체 및 타원체를 포함하고, 상기 구조물은 표면으로부터 외향 연장하는 돌기 또는 표면 내로 연장하는 피트(pit) 형태일 수 있다. 이러한 구조물의 크기, 모양, 기하학적 형상, 배향 및 간격은 모두 반투과기, 재순환 캐비티 및 백라이트의 성능을 최적화하도록 선택될 수 있고, 개별 구조물은 대칭 또는 비대칭일 수 있다. 구조화된 표면은 균일하거나 아니면 균일하지 않을 수 있고, 후자의 경우에 이러한 구조의 위치 및 크기 둘 모두는 랜덤 또는 의사 랜덤할 수 있다. 크기, 모양, 기하학적 형상, 배향 및/또는 간격의 주기적인 또는 의사 랜덤한 변화에 의한 분열 규칙 특징부는 백라이트의 색상 및 휘도 균일도를 조정하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 경우에 있어서, 보다 작은 구조물이 대체로 광원 위로 정렬되고 보다 큰 구조물이 다른 곳에 위치되도록, 작은 구조물 및 큰 구조물의 분포를 갖고 광 편향 필름을 위치시키는 것이 유익할 수 있다.

적당한 광 편향 필름의 예는 모두 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 비퀴티 BEF (brightness enhancement film), 비퀴티 TRAF (transmissive right angle film), 비퀴티 IDF (image directing film) 및 비퀴티 OLF (optical lighting film)와 같은 상용 일차원(선형) 프리즘형 중합체 필름뿐만 아니라 종래의 렌즈 모양의 선형 렌즈 어레이를 포함한다. 이들 일차원 프리즘형 필름의 경우에 프리즘형 구조화된 표면은 바람직하게는 광원을 향해 하방(도 2에 있어서 음의 z 방향)을 향하고, 만약 반투과기가 (y-z 평면과 같은) 제1 단면 평면에서 오목 구조를 형성하지만 (x-z 평면과 같은) 직교하는 제2 단면 평면에서는 그렇지 않게 단순히 만곡된다면, 일차원 프리즘형 필름은 바람직하게는 구조화된 표면의 선형 프리즘이 제1 평면(예를 들어, y-z 평면)에 수직하게 그리고 제2 평면(예를 들어, x-z 평면)에 평행하게 연장하도록 배향된다. 구조화된 표면이 2차원 특성을 갖는 광 편향 필름의 추가 예는 미국 특허 제4,588,258호(후프만(Hoopman)), 제4,775,219호(에펠돈(Appeldorn) 등), 제5,138,488호(스즈크젝(Szczech)), 제5,122,902호(벤슨(Benson)), 제5,450,285호(스미스(Smith) 등) 및 제5,840,405호(슈스타(Shusta) 등)에 개시된 것과 같은 입방체 코너 표면 구성; 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 쓰리엠 스카치라이트 리플렉티브 머티리얼 6260 하이 글로스 필름(3M™ Scotchlite™ Reflective Material 6260 High Gloss Film) 및 쓰리엠 스카치라이트 리플렉티브 머티리얼 6560 하이 글로스 스파클 필름(3M™ Scotchlite Reflective Material 6560 High Gloss Sparkle Film)과 같은 밀봉되지 않은 입방체 코너 시트류(unsealed cube corner sheeting); 미국 특허 제6,287,670호(벤슨 등) 및 제6,280,822호(스미스 등)에 기술된 것과 같은 반전 프리즘 표면 구성; 미국 특허 제6,752,505호(파커(Parker) 등) 및 미국 특허 공개 제2005/0024754호(엡스테인(Epstein) 등)에 개시된 구조화된 표면 필름; 및 비드형 재귀반사성 시트류(beaded retroreflective sheeting)를 포함한다.

광 편향 필름은 단독으로 사용되거나 또는 다른 적당한 반투과기와 조합하여 사용될 수 있다. 만약 상이한 유형의 반투과기와 조합하여 사용된다면, 광 편향 필름은 (광원에 가장 가까이) 재순환 캐비티의 내부에 있도록 위치될 수 있고, 반반사 필름(예를 들어, 확산 필름)일 수 있는 다른 필름 또는 다른 광 편향 필름은 재순환 캐비티의 외부에 위치될 수 있다. 만약 2개 이상의 선형 프리즘형 광 편향 필름이 조합되면, 그것들은 정렬되거나, 정렬되지 않거나, 또는 일 필름의 프리즘 방향이 다른 필름의 프리즘 방향에 수직하도록 "교차"될 수 있다.

이제 도 2 및 도 2a로 돌아가면, 별개의 광원(20, 22)이 개략적으로 도시된다. 대부분의 경우, 이들 광원은 소형 LED이다. 이와 관련하여, "LED"는 가시광이든, 자외광이든, 적외광이든지 간에 광을 발광하는 다이오드를 말한다. 이는 통상적인 것이든 초 방사성(super radiant) 종류의 것이든 간에 "LED"로서 시판되는 비간섭성의 싸여진 또는 캡슐화된 반도체 소자를 포함한다. LED가 자외광과 같은 비가시광을 발광한다면, 그리고 가시광을 발광하는 몇몇 경우에 있어서, LED는 단파장 광을 장파장 가시광으로 변환하기 위해 형광체를 포함하도록 패키지되어(또는 원격 배치된 형광체를 조명할 수도 있음), 몇몇 경우에 백색광을 발광하는 장치가 얻어진다. "LED 다이"는 가장 기본적인 형태, 즉 반도체 가공 공정에 의해 제조된 개별 구성요소 또는 칩 형태의 LED이다. 구성요소 또는 칩은 소자를 활성화시키기 위한 전력의 인가에 적당한 전기 접점을 포함할 수 있다. 구성요소 또는 칩의 개별 층 및 다른 기능 요소는 전형적으로 웨이퍼 규모로 형성되고, 완성된 웨이퍼는 이어서 개별적인 단품(piece part)으로 절단되어 다수의 LED 다이가 얻어진다. 전방 발광 및 측면 발광 LED를 비롯한 패키지된 LED의 추가 논의가 이하에 제공된다.

필요하다면, 선형 CCFL 또는 열음극 형광 램프(hot cathode fluorescent lamp; HCFL)와 같은 다른 가시광 발광기가, 개별적인 LED 광원 대신에 또는 이에 더하여, 개시된 백라이트를 위한 조명원으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 응용에 있어서, 도 1a에 도시된 개별적인 광원(20)들의 열을 긴 원통형 CCFL과 같은 다른 광원으로, 또는 그 길이를 따라 광을 발광하고 (LED 다이 또는 할로겐 전구와 같은) 원격 능동 요소에 결합된 선형 표면 발광 도광체로 교체하고, 개별적인 광원(22)의 열에서도 마찬가지로 하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 선형 표면 발광 도광체의 예가 미국 특허 제5,845,038호(런딘(Lundin) 등) 및 제6,367,941호(리아(Lea) 등)에 개시되어 있다. 섬유 결합 레이저 다이오드 및 다른 반도체 발광기가 또한 알려져 있으며, 이들 경우에 광섬유 도파관의 출력 단부는 개시된 재순환 캐비티 내에서의 출력 단부의 배치 또는 그렇지 않으면 백라이트의 출력 영역 후방에서의 출력 단부의 배치와 관련하여 광원으로 간주될 수 있다. 전구 또는 LED 다이와 같은 능동 요소로부터 수광한 광을 발광하는 렌즈, 편향기, 및 폭이 좁은 도광체 등과 같은 작은 발광 영역을 갖는 다른 수동 광학 요소에도 또한 동일하게 해당된다. 그러한 수동 요소의 한 가지 예는 측면 발광 패키지된 LED의 성형된 인캡슐런트 또는 렌즈이다.

이제 도 3a 내지 도 3g를 참조하여, 그것과 함께 적당한 직하형 백라이트를 구성할 수 있는 아주 다양한 여러 기하학적 구성의 소형 샘플을 도시한다. 이들 도면은 모두 도면의 평면에 수직한 x축을 따르는 방향의 입면도로서 도시된다. 하지만, 도면은 또한 직교하는 y축을 따르는 방향의 입면도를 도시하는 것으로 해석될 수도 있고, 따라서 반투과기가 y-z 및 x-z 양 평면에서 복합 곡률을 갖는 실시 형태뿐만 아니라 반투과기가 y-z 평면에서 단순 곡률을 갖는 실시 형태를 일반적으로 도시한다. 이와 관련하여, "곡률"은 넓게 이해되어야 하고, 원형의 기하학적 아크 또는 심지어 만곡된 모양으로 제한되지 않는다.

도 3a는 후방 반사기(30)와 조합하여 반투과기(44) 내의 단일 오목 구조에 의해 형성된 단지 하나의 재순환 캐비티(42)를 갖는 직하형 백라이트(40)를 도시한다. 재순환 캐비티는 도시된 바와 같이 깊이(d)와, 현재 확산판(34)의 전방 표면에 위치된 출력 영역(16)의 길이 및 폭과 사실상 동일한 길이 및 폭을 갖는다. 3개의 광원(45a, 45b, 45c)이 캐비티(42) 내에 배치되고, 이들 각각은 단일 광원 또는 x축에 평행하게 연장하는 광원의 열을 의미할 수 있다. 발광된 광의 휘도와 공간 및 각방향 분포에 따라, 광원(45a, 45b, 45c) 중 임의의 하나 또는 2개가 생략되어 여전히 출력 영역(16)에 허용가능한 휘도 및 휘도 균일도를 제공할 수 있다.

도 3b는 후방 반사기(30)와 조합하여 반투과기(56) 내의 2개의 오목 구조에 의해 형성된 2개의 재순환 캐비티(52, 54)를 갖는 직하형 백라이트(50)를 도시한다. 반투과기(56)는 2개의 오목 구조에 대응하는 2개의 부분(56a, 56b)으로 도시된다. 이들 부분은 중간 영역(53) 내의 반투과기의 일부에 의해 연결될 수도 있고 연결되지 않을 수도 있다. 중간 영역(53), 캐비티(52)의 왼쪽 영역 및 캐비티(54)의 오른쪽 영역의 존재에 의해 알 수 있는 바와 같이, 캐비티(52, 54)는 전체 출력 영역(16)을 총체적으로 채우지 않는다. 그럼에도 불구하고, 캐비티(52, 54)는 출력 영역을 사실상 채우도록 여전히 그 크기가 설정되고, 바람직하게는 출력 영역(16)의 평면도 면적의 75%, 80% 또는 90% 이상을 점한다. 중간 영역(53)과 같이 오목한 재순환 캐비티가 없는 출력 영역(16) 뒤에 위치된 영역은 총체적으로 출력 영역의 평면도 면적의 작은 백분율(25%, 20% 또는 10% 미만, 바람직하게는 약 0%)에 달한다. 재순환 캐비티(들)의 근접, 재순환 캐비티(들)에 의해 발광된 광의 각방향 분포, 및 재순환 캐비티(들) 위에서의 출력 영역의 위치(예를 들어, 확산판(34)의 배치) 때문에, 이들 영역은 출력 영역(16)을 가로지르는 휘도 균일도에 유해한 영향을 거의 미치지 않거나 전혀 미치지 않는다. 이러한 영역이 존재하는 한, 예시적인 실시 형태에 있어서 그 영역들은 차등적으로 출력 영역(16)의 주연 근처에 또는 주연을 따라 그리고 출력 영역의 중심부로부터 멀리 떨어져 분포된다. 각각의 재순환 캐비티는 도시된 바와 같이 깊이(d)를 갖는다. 2개의 광원(55a, 55b)이 캐비티(52) 내에 배치되고 2개의 광원(55c, 55d)이 캐비티(54) 내에 배치되지만, 캐비티당 하나의 광원도 충분할 수 있다. 도시된 광원은 단일 광원 또는 x축에 평행하게 연장하는 광원의 열을 나타낼 수 있다.

도 3c는 후방 반사기(30)와 조합하여 반투과기(68) 내의 3개의 오목 구조에 의해 형성된 3개의 재순환 캐비티(62, 64, 66)를 갖는 직하형 백라이트(60)를 도시한다. 반투과기(68)는 3개의 오목 구조와 대응하는 3개의 부분(68a, 68b, 68c)으로 도시된다. 이들 부분은 그 면적이 최소화되는 것이 바람직한 중간 영역(63a, 63b) 내의 반투과기의 부분들에 의해 연결될 수도 있고 아니면 연결되지 않을 수도 있다. 오목 구조는 각각 서로 구분되는 좌우측 반부(half)로 구성되고, 각각의 반부는 후방 반사기(30)에 대해 볼록한 모양을 갖지만, 2개의 반부는 함께 후방 반사기에 대해 오목한 구조를 형성한다는 것을 알아야 한다. 각각의 재순환 캐비티는 도시된 바와 같이 깊이(d)를 갖는다. 광원(65a, 65b, 65c)은 각각의 캐비티(62, 64, 66) 내에 배치된다. 도시된 광원은 단일 광원 또는 x축에 평행하게 연장하는 광원의 열을 나타낼 수 있다.

도 3d는 후방 반사기(30)와 조합하여 반투과기(78) 내의 3개의 오목 구조에 의해 형성된 3개의 재순환 캐비티(72, 74, 76)를 갖는 직하형 백라이트(70)를 도시한다. 반투과기(78)는 3개의 오목 구조와 대응하는 3개의 부분(78a, 78b, 78c)으로 도시된다. 이들 부분은 그 면적이 최소화되는 것이 바람직한 중간 영역(73a, 73b) 내의 반투과기의 부분들에 의해 연결될 수도 있고 아니면 연결되지 않을 수도 있다. 오목 구조는 각각 서로 구분되는 좌측, 우측 및 상부 부분으로 구성되며, 상부 부분은 부착 기구(77)에 의해 다른 두 부분에 연결된다는 것을 알아야 한다. 이들 부착 기구(77)는 종래의 디자인의 것, 예를 들어 성형된 플라스틱 프레임일 수 있다. 부착 기구(77)는 또한 투명하거나 불투명할 수도 있고, 도면에 도시된 상대 크기보다 크거나 작을 수도 있다. 각각의 재순환 캐비티는 도시된 바와 같이 깊이(d)를 갖는다. 광원(75a, 75b, 75c)은 각각의 캐비티(72, 74, 76) 내에 배치된다. 도시된 광원은 단일 광원 또는 x축에 평행하게 연장하는 광원의 열을 나타낼 수 있다.

도 3e는 후방 반사기(30)와 조합하여 반투과기(89) 내의 4개의 오목 구조에 의해 형성된 4개의 재순환 캐비티(82, 84, 86, 88)를 갖는 다른 직하형 백라이트(80)를 도시한다. 투명 지지체(81)의 상부에 놓여 있거나 또는 투명 지지체에 부착된 반투과기(89)는 4개의 오목 구조에 대응하는 4개의 부분(89a, 89b, 89c, 89d)으로 도시된다. 이들 부분은 연속적인 반투과 필름의 일부일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 각각의 재순환 캐비티는 도시된 바와 같이 깊이(d)를 갖는다. 소정의 실시 형태에 있어서, 투명 지지체(81)는 광원(85a, 85b, 85c, 85d)에 면하는 구조화된 표면 구조를 가질 수 있다. 광원(85a, 85b, 85c, 85d)은 각각의 캐비티(82, 84, 86, 88) 내에 배치된다. 도시된 광원은 단일 광원 또는 x축에 평행하게 연장하는 광원의 열을 나타낼 수 있다. 대안적 실시 형태에 있어서, 투명 지지체(81)는 광원이 캐비티를 조명할 수 있도록 하기 위해 내부에 개구를 갖는 후방 반사기로 교체될 수 있고, 후방 반사기(30)는 그 위에 광원이 장착되는 회로 기판과 같은 기판으로 교체될 수 있다. 그 경우에, 재순환 캐비티의 깊이는 도시된 바와 같이 d'로 감소된다.

도 3f는 2개의 외측 재순환 캐비티(92a, 94a)와 2개의 내측 재순환 캐비티(92b, 94b)를 갖는 다른 직하형 백라이트(90)를 도시하며, 외측 캐비티는 후방 반사기(30)와 조합하여 제1 반투과기(96) 내의 2개의 오목 구조에 의해 형성되고 내측 캐비티는 동일한 후방 반사기(30)의 더 작은 부분과 조합하여 제2 반투과기(98) 내의 2개의 오목 구조에 의해 형성된다. 반투과기(96)는 2개의 부분(96a, 96b)으로 도시되고, 이들 2개의 부분은 중간 영역(93) 내의 반투과기(96)의 일부에 의해 연결될 수도 있고 아니면 연결되지 않을 수도 있다. 반투과기(98)도 또한 2개의 부분(98a, 98b)으로 도시되며, 이들은 마찬가지로 중간 영역(93) 내의 반투과기(98)의 일부에 의해 연결될 수도 있거나 아니면 연결되지 않을 수도 있다. 외측 및 내측 반투과기는 동일한 유형의 반투과성 재료, 예컨대 특정 반반사 필름 또는 특정 광 편향 필름을 사용할 수 있고, 아니면 하나에 대해서는 프리즘형 광 편향 필름을 그리고 다른 하나에 대해서는 천공된 반사기와 같이 상이한 재료를 사용할 수 있다. 외측 재순환 캐비티는 도시된 바와 같이 깊이(d1)를 갖는다. 내측 재순환 캐비티는 더 작은 깊이(d2)를 갖는다. 광원(95a)은 외측 캐비티(92) 및 내측 캐비티(92b) 둘 모두의 내부에 배치되고, 광원(95b)은 외측 캐비티(94a) 및 내측 캐비티(94b) 둘 모두의 내부에 배치된다. 도시된 광원은 단일 광원 또는 x축에 평행하게 연장하는 광원의 열을 나타낼 수 있다.

도 3g는 2개의 외측 재순환 캐비티(102a, 104a) 및 2개의 내측 재순환 캐비티(102b, 104b)를 갖는 또 다른 직하형 백라이트(100)를 도시하며, 외측 캐비티는 후방 반사기(30)와 조합하여 제1 반투과기(106) 내의 2개의 오목 구조에 의해 형성되며 내부 캐비티는 제2 반투과기(108) 내의 2개의 오목 구조에 의해 형성된다. 반투과기(106)는 2개의 부분(106a, 106b)으로 도시되고, 반투과기(108)도 또한 2개의 부분(108a, 108)으로 도시된다. 도 3g는 오목 (및 만곡) 구조가 굴곡시키지 않는다면 평평한 강성 필름을 구부리고 그것을 고정된 지주(post) 사이에서 압축 상태로 유지시킴으로써 형성되는 구성 기술을 예시한다. 따라서, 반투과기(106a, 108a)는 고정된 지주(107a, 107b) 사이에서 압축 상태로 유지되어, 폭은 동일하지만 깊이는 상이한 포개진 캐비티(nested cavities)로 이어진다. 반투과기(106a, 108b)는 고정된 지주(107b, 107c) 사이에서 압축 상태로 유지되어, 또한 폭은 동일하지만 깊이는 상이한 포개진 캐비티로 이어진다. 외측 및 내측 반투과기는 동일한 유형의 반투과성 재료, 예컨대 특정 반반사 필름 또는 특정 광 편향 필름을 사용할 수 있고, 아니면 하나에 대해서는 프리즘형 광 편향 필름을 그리고 다른 하나에 대해서는 천공된 반사기와 같이 상이한 재료를 사용할 수 있다. 외측 재순환 캐비티는 깊이(d1)를 갖고, 내측 재순환 캐비티는 더 작은 깊이(d2)를 갖는다. 광원(105a)은 외측 캐비티(102a) 및 내측 캐비티(102b) 둘 모두의 내부에 배치되고, 광원(105b)은 외측 캐비티(104a) 및 내측 캐비티(104b) 둘 모두의 내부에 배치된다. 도시된 광원은 단일 광원 또는 x축에 평행하게 연장하는 광원의 열을 나타낼 수 있다.

도 4는 재순환 캐비티 모듈(110)을 도시한다. 모듈(110)은 후방 반사기(119)와 조합하여 반투과기(118) 내의 3개의 오목 구조에 의해 형성된 3개의 재순환 캐비티(112, 114, 116)를 갖는다. 강성의 투명 지지체(117)에 코팅 또는 적층된 반투과기(118)는 3개의 오목 구조에 대응하는 3개의 부분(118a, 118b, 118c)으로 도시된다. 반투과기(118)는 연속적인 것으로 도시되지만, 이는 또한 예를 들어 중간 영역(115a, 115b)으로부터 생략되거나 또는 오목 구조의 선택 부분으로부터 생략되는 것과 같이 비연속적일 수도 있다. 접착제 또는 다른 접합 기구가 반투과기(118)를 후방 반사기(119)에 고정하기 위해 영역(115a, 115b)과 모듈(110)의 좌우측 말단에 사용될 수 있다. 후방 반사기(119)는 강성 지지체(113)에 코팅 또는 적층된다. 후방 반사기(119)/지지체(113) 조합은 그 내부에 개구(111a, 111b, 111c)를 갖고, 이들 개구는 물리적인 구멍 또는 슬롯이거나, 또는 대안적으로 광 투과성 필름 또는 다른 재료의 부분들일 수 있다. 개구는 적당한 광원을 수용하도록 그 크기가 설정되어, 신속하고 용이한 백라이트 구성을 위해 모듈(110)이 광원의 어레이 위로 적소에 간단히 내려 놓일 수 있다. 하나의 모듈(110)이 3개의 광원 또는 3열의 광원을 갖는 백라이트를 구성하기 위해 사용될 수 있고, 다수의 모듈이 또한 더 큰 백라이트 상에 사용될 수 있는데, 예를 들어 2개의 모듈(110)이 6개의 광원 또는 6열의 광원을 갖는 백라이트를 구성하기 위해 나란히 사용될 수 있다. 각각의 재순환 캐비티는 도시된 바와 같이 깊이(d)를 갖는다.

도 5는 모듈(120)이 단지 하나의 재순환 캐비티(122)를 갖는 것을 제외하고는, 도 4의 모듈과 유사한 재순환 캐비티 모듈(120)을 도시한다. 캐비티(122)는 후방 반사기(126)와 조합하여 반투과기(124) 내의 하나의 오목 구조에 의해 형성된다. 반투과기(124)는 강성의 투명 지지체(125)에 코팅 또는 적층될 수 있다. 반투과기(124)는 연속적인 것으로 도시되지만, x축에 평행하게 연장하는 모듈의 대향 에지로부터 생략되거나 또는 오목 구조의 선택 부분으로부터 생략되는 것과 같이 비연속적일 수도 있다. 접착제 및 다른 접합 기구가 반투과기(124)를 후방 반사기(126)에 고정하기 위해 모듈(120)의 에지를 따라 사용될 수 있다. 후방 반사기(126)는 강성 지지체(127)에 코팅 또는 적층된다. 후방 반사기(126)/지지체(127) 조합은 내부에 개구(128a, 128b, 128c, 128d)를 갖고, 이들 개구는 물리적인 구멍 또는 대안적으로 광 투과성 필름 또는 다른 재료의 부분들일 수 있다. 개구는 적당한 광원을 수용하도록 그 크기가 설정되어, 신속하고 용이한 백라이트 구성을 위해 모듈(120)이 광원의 어레이(본 경우에, 열) 위로 적소에 간단히 내려 놓일 수 있다. 하나의 모듈(120)이 4개의 광원의 1열을 갖는 백라이트를 구성하기 위해 사용될 수 있고, 다수의 모듈(120)이 또한 4개의 광원의 n개의 열(여기서, n은 임의의 양의 정수임) 또는 4m개의 광원의 n열(여기서, m은 또한 임의의 양의 정수임)을 갖는 백라이트를 구성하기 위해 더 큰 백라이트 상에 사용될, 예컨대 연이어 및/또는 나란히 위치될 수 있다. 재순환 캐비티(122)는 도시된 바와 같이 깊이(d)와 길이(L) 및 폭(W)을 갖는다.

상이한 설계의 모듈, 그리고 보다 일반적으로 상이한 디자인의 캐비티가 주어진 백라이트에 원하는 대로 혼합 및 조화될 수 있다. 주어진 백라이트 내의 다수의 캐비티는 평면도에서 동일한 모양을 가질 필요가 없고, 동일한 길이, 폭 또는 깊이를 가질 필요가 없으며, 동일한 방식으로 배향될 필요가 없으며, 동일한 반투과기 또는 후방 반사기 재료를 사용할 필요가 없다. 또한 캐비티가 동일한 기하학적 형상 및 광학 특성을 갖든지 그렇지 않든지 간에, 캐비티는 동일 개수 또는 동일 유형의 광원을 가질 필요가 없다. 캐비티의 (그리고 캐비티 모듈의) 크기, 위치, 배향 및 다른 특징은 백라이트의 원하는 특성을 생성하도록 선택될 수 있다.

재순환 캐비티는 평면도에서 직사각형 외형을 가질 필요가 없다. 예를 들어, 도 5의 재순환 캐비티(122)는 배럴 형상의 평면도 외형을 생성하도록 캐비티를 개구(128b, 128c)에 근접한 중심에서 더 넓게 하고 개구(128a, 128d)에 근접한 단부에서 더 좁게 함으로써 변경될 수 있거나, 또는 캐비티는 모래시계 형상의 평면도 외형을 생성하도록 중심에서 더 좁아지고 단부에서 더 넓게 될 수 있다.

도 6 및 도 7은 상이한 직하형 백라이트의 정면도 및 평면도로서, 패널의 출력 영역 뒤의 다수의 광 재순환 캐비티의 배치를 도시한다. 각각의 백라이트의 출력 영역은 현재 LCD TV에서 널리 보급된 16:9의 종횡비를 갖는다. 도 6에서, 백라이트 출력 영역(130)은 사실상 6개의 재순환 캐비티(132a - 132f)의 어레이에 의해 채워진다. 각각의 재순환 캐비티는 후방 반사기에 면하는 오목 구조를 형성하도록 형상화된 반투과기에 의해 형성된다. 반투과기는 x-z 평면에 하나의 오목 구조를 형성하고 직교하는 y-z 평면에 다른 하나의 오목 구조를 형성하도록 형상화되며, 전자는 각 재순환 캐비티의 폭(W)을 형성하며 후자는 각 재순환 캐비티의 길이(L)를 형성한다. 광원(134)은 재순환 캐비티 내에 또는 후방 반사기 뒤에 배치된다.

도 6은 또한 반투과기가 하나 이상의 선형 터널형 구조를 형성하도록 간단한 곡률을 갖지만 수직 격벽이 반투과기와 후방 반사기 사이에 배치되어 재순환 캐비티를 분리된 구역 또는 서브-캐비티(sub-cavity)로 분할하는 실시 형태를 도시하는 것으로 파악될 수 있다. 예를 들어, 경면 반사형이든 확산형이든 간에 바람직하게 고반사성 재료로 제조된 수직 격벽이 점선으로 도시된 바와 같이 반투과기와 후방 반사기 사이에 배치되어 서로 구분되는 구역 또는 캐비티(132a - 132f)를 한정한다는 것을 제외하고는, 반투과기는 출력 영역(130)의 상부 및 바닥 에지 사이의 x-z 평면에 하나의 오목 구조를 형성하여 폭(2W)과 길이(3L)의 재순환 캐비티(여기서, W 및 L은 도 6에 도시된 것과 같음)를 형성할 수도 있다. 다른 예로서, 수직 격벽이 반투과기와 후방 반사기 사이에 배치되어 제1 캐비티를 3개의 캐비티(132a, 132b, 132c)로 분할하고, 제2 캐비티를 3개의 캐비티(132d, 132e, 132f)로 분할하는 것을 제외하고는, 반투과기는 x-z 평면에 2개의 인접한 오목 구조를 형성하여 각각 폭(W)과 길이(3L)를 갖는 2개의 재순환 캐비티(여기서, W 및 L은 도 6에 도시된 것과 같음)를 형성할 수도 있다. 또 다른 예에 있어서, 수직 격벽이 반투과기와 후방 반사기 사이에 배치되어 각 캐비티를 2개의 캐비티로 분할한다는 것을 제외하고는, 반투과기는 y-z 평면에 3개의 인접한 오목 구조를 형성하여 각각 폭(L) 및 길이(2W)를 갖는 3개의 재순환 캐비티(여기서, W 및 L은 도 6에 도시된 것과 같음)를 형성할 수 있다.

도 7에 있어서, 패널 출력 영역(140)은 사실상 10개의 육각형 재순환 캐비티(142a - 142j)의 어레이에 의해 채워진다. 각각의 재순환 캐비티는 후방 반사기에 면하는 오목 구조를 형성하도록 형상화된 반투과기에 의해 형성된다. 반투과기는 x-z 평면에 하나의 오목 구조를 형성하고 직교하는 y-z 평면에 다른 하나의 오목 구조를 형성하도록 형상화되며, 전자는 각 재순환 캐비티의 폭(W)을 형성하며 후자는 각 재순환 캐비티의 길이(L)를 형성한다. 광원(144)은 재순환 캐비티 내에 또는 후방 반사기 뒤에 배치된다.

직사각형 및 육각형 형상 이외에, 재순환 캐비티가 간단히 만곡되든 복합적으로 만곡되든지 간에 다른 평면 형상이 재순환 캐비티에 대해 사용될 수 있다. 다각형(삼각형, 사다리꼴, 오각형 등), 원, 타원 및 임의의 다른 원하는 형상이 고려된다. 기하학적 형상이 백라이트에서의 높은 효율과 휘도 및 색상 균일도를 달성하도록 맞추어질 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 오목한 반투과기 및 후방 반사기에 의해 형성된 재순환 캐비티는 바람직하게는 z 방향으로는 상대적으로 얕고(즉, 깊이(d)가 작고), 횡방향으로는 상대적으로 넓다. 특정 캐비티의 깊이(d)는 출력 영역에 수직한 축을 따라, 즉 z 방향을 따라 후방 반사기와 반투과기 사이의 캐비티 내의 최대 분리 간격(separation)을 말한다. 캐비티의 폭(W)은 다음과 같이 측정된 캐비티의 측방향 치수를 말한다: 평면도(예를 들어, 도 6 및 도 7)에서의 캐비티의 형상부터 시작하여, 캐비티의 폭은 평면 캐비티 형상의 경계를 정할 수 있는 가장 작은 직사각형의 작은 쪽 치수(minor dimension)이다. 개시된 재순환 캐비티는 바람직하게는 2d보다 큰, 바람직하게는 적어도 5d 또는 10d 이상의 폭(W)을 갖는다. 캐비티의 길이(L)는 평면 캐비티 형상의 경계를 정할 수 있는 가장 작은 직사각형의 큰 쪽의 치수(major dimension)를 말한다. 특수한 경우에, 가장 작은 직사각형은 L = W인 정사각형일 수 있다.

개시된 재순환 캐비티 중 하나 초과의 캐비티를 이용하는 백라이트와, 특히 이웃한 캐비티 내의 광원(들)에 대해 독립적으로 제어되거나 또는 다루어질 수 있는 광원(들)에 의해 각각이 조명될 수 있는 구역 또는 서로 구분되는 캐비티의 어레이를 갖는 백라이트는, 백라이트의 출력 영역을 가로지르는 휘도 및/또는 색상 분포가 의도적으로 불균일한 동적 콘트라스트 디스플레이(dynamic contrast display) 기술 및 컬러 순차 디스플레이 기술을 지원하기 위해 적당한 구동 전자 장치와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 출력 영역의 상이한 구역이 다른 구역보다 더 밝게 또는 더 어둡게 되도록 제어될 수 있고, 상기 구역은 상이한 재순환 캐비티 내의 상이한 광원의 적당한 제어에 의해 간단히 상이한 색상을 발광할 수 있다.

개시된 오목한 재순환 캐비티는 아주 다양한 조립 방법 및 기술을 사용하여 백라이트용으로 제조될 수 있다.

하나의 방법에 있어서, 반투과성 필름의 단일 조각이 백라이트 인클로저(enclosure)의 전체 폭에 걸치고, 여기서 필름의 에지가 인클로저의 측벽 사이에 끼워지거나 또는 측벽에 물리적으로 부착되어 오목한 터널형 구조를 형성한다. 이 방법은 상대적으로 작은 디스플레이에 특히 적합하다.

얇고 폭이 넓은 백라이트 유닛의 경우에, 다수의 오목한 터널형 구조를 이용하는 것이 유리할 수 있다. 반투과성 필름을 스코어링하는 것, 즉 하나 이상의 라인을 따라 필름 두께의 일부를 통해 절삭하는 것은 오목한 구조의 경계를 한정하기 위해 편리한 기술임이 판명되었다. 다른 유용한 기술은 하나 이상의 라인을 따라 접음으로써 반투과성 필름을 크리싱(creasing)하는 것이다. 스코어링 및 크리싱은 필름이 접히도록 미리 배치되는 한정된 위치를 제공함으로써 단일 필름으로부터의 다수의 오목한 구조의 조립을 용이하게 한다. 스코어링은 레이저 방법, 고온 와이어 또는 고온 나이프와 같은 열적인 방법 및 공지된 키스-커팅(kiss-cutting) 기술을 비롯한 임의의 공지된 스코어링 기술에 의해 수행될 수 있다.

단일 필름으로부터 형성된 다수의 터널형 구조를 사용할 때, 백라이트 인클로저의 백플레인(backplane), 측벽, 또는 백플레인 및 측벽 양쪽에 필름을 물리적으로 부착하면 필름에 안정하고 강건한 구조가 제공될 수 있다. 백라이트에 오목한 필름을 물리적으로 부착하기 위한 방법의 예는 리벳, 스크루, 스테이플, 열 또는 초음파 스폿 용접, (소니 퀄리아 LED LCD TV에서와 같이 확산판을 지지하는 데에 또한 사용될 수 있는) 백플레인 내로 스냅 결합되는 플라스틱 핀, 백라이트의 측벽 내로 스냅 결합되고 필름의 스코어링된 영역을 백플레인에 핀 고정하는 핀, 및 백플레인 상의 접착제 스트립 등을 통해 백플레인에 필름의 스코어링된 부분을 핀 고정하는 것을 포함하지만 이로 한정되지는 않는다.

오목한 필름의 에지는 오목 구조의 형상을 한정하는 데에 도움을 주는 백라이트 인클로저의 측벽 반사기 내로 성형된 위치 또는 슬롯에 부착될 수 있다. 대안적으로, 필름은 오목 구조가 측벽 또는 반사 백플레인 내의 미리 형성된 슬롯 내로 스냅 결합될 수 있을 만큼 충분히 단단하게 준비될 수 있다. 반투과기의 강성(stiffness or rigidity)은 일반적으로 반투과기의 적어도 일부를 주름지게 함으로써 향상될 수 있다. 자체만으로는 충분한 강성이 없는 반투과기는 또한 적당한 표면 형상을 가진 투명 지지체와 조합(예를 들어, 그 상부에 위치)될 수 있다.

백라이트 인클로저 내로 스코어링된 필름을 고정하기 위한 다른 접근법은 인클로저의 측벽 구조 내로 성형되거나 또는 인클로저의 측벽 내로 스냅 결합할 수 있는 지지 부재의 사용을 포함한다. 이 방법은 인클로저의 측벽 내의 소정의 위치 내로 스냅 결합할 수 있는 투명한 중합체 로드(rod)를 사용할 수 있고, 이 중합체 로드는 백라이트의 길이 또는 폭 치수에 걸쳐 있어서 필름이 상술된 기술을 사용하여 그 에지에 고정된 상태로 반투과기가 나아가거나 빠져나갈 수 있는 가이드를 제공한다. 대안적으로, 상기 로드는 미세한 게이지 와이어로 대체될 수 있다. 이러한 접근법은 필름이 비대칭 형상을 취하는 것에 통상 저항하는 비대칭 오목 구조를 제조하는 데에 특히 유용할 수 있다.

반투과기 내에 오목 구조를 형성하기 위한 다른 접근법은 반투과기가 후방 반사기와 접촉 또는 거의 접촉하도록 의도된 장소에 대응하는 전방 확산판의 후방 면 상의 소정의 위치에 플라스틱 핀을 배치시키는 것이다. 백라이트 조립 중에, 핀은 가요성의 반투과성 필름과 접촉하여 반투과기를 형성할 수 있고, 이것은 핀의 위치에 의해 한정된 하나 이상의 오목한 형상으로 에지에서 백라이트 인클로저에 부착될 수 있다.

오목 구조를 형성하기 위한 다른 방법은 백라이트로부터 분리된 모듈을 제조하는 것을 포함한다. 도 4에 도시된 것과 유사한 모듈이 제조될 수 있으며, 여기서 반투과기는 함께 결합될 때 광원(들)용 개구를 남기는 비접속 반사 백플레인 단편에 일정 지점들에서 부착된다. 도 4에 도시된 것과 같은 후방 반사기의 분리된 단편은 또한 z축 절첩 힌지에 의해 접속될 수 있어서, 힌지가 연장되면 반투과기는 선적 목적을 위해 평평하게 있을 수 있고, 힌지가 접히면 오목 구조가 형성되어 광원(들)용 개구를 남긴다. 다른 유형의 모듈이 도 5에 도시되며, 여기서 후방 반사기는 제한된 길이를 갖고 광원이 통과 돌출할 수 있는 개구를 갖는 쓰리엠 컴퍼니의 ESR 필름과 같은 반사 필름일 수 있다. 후방 반사기 필름보다 폭이 넓은 반투과 필름이 도입되고, 2개의 필름이 2개의 대향 에지를 따라 접합 또는 용접되어, 오목한 터널형의 구조를 형성한다. 모듈은 후방 반사기의 후방 표면에 도포된 접착제와 같은 종래의 수단에 의해 백라이트 인클로저에 부착될 수 있다.

오목 구조를 형성하기 위한 다른 방법이 본 출원인에게 공히 양도된 2005년 8월 27일에 출원한 미국 출원 제60/711,523호(대리인 관리 번호: 61199US002)(발명의 명칭: "오목한 반투과기를 갖는 광 재순환 캐비티를 구비한 직하형 백라이트 형성 방법")에 기술된다.

도 8 내지 도 11은 개시된 백라이트에 사용가능한 몇몇 광원의 도면을 나타내는데, 이들은 제한적으로 의도되는 것은 아니다. 도시된 광원은 패키지된 LED를 포함한다. 도 8, 도 9 및 도 11의 광원은 측면 발광 LED 패키지를 도시하며, 여기서 LED 다이로부터의 광은 일체형 인캡슐런트 또는 렌즈 요소에 의해 반사되고/되거나 굴절되어, 광원의 대칭 축을 따른 전방이 아닌 대체로 측방향으로 최대 광 방사(peak light emission)를 제공한다. 도 10의 광원은 광학 편향기가 포함되는지의 여부에 따라 전방 발광식 또는 측면 발광식일 수 있다.

도 8에서, 광원(150)은 프레임(152)에 의해 지지되고 리드(lead)(153)에 전기적으로 접속된 LED 다이(151)를 포함한다. 리드(153)는 광원(150)을 회로 기판 등에 전기적으로 그리고 물리적으로 접속하기 위해 사용된다. 렌즈(154)는 프레임(152)에 부착된다. 렌즈(154)는 렌즈의 상부 섹션 내로 발광된 광이 상부 표면(155) 상에서 내부 전반사되어 상부 섹션의 하부 표면(156) 상에 입사하고 장치로부터 외부로 굴절되도록 설계된다. 렌즈의 하부 섹션(157) 내로 발광된 광은 또한 장치 외부로 굴절된다. 광원(150)은 또한 렌즈(154) 위에 장착되거나 또는 상부 표면(155)에 부착된 반사 재료로 제조된 디스크와 같은 선택적 전환기(diverter)(158)를 포함할 수 있다. 미국 특허 제6,974,229호(웨스트 등)를 또한 참조하라.

도 9에서, 광원(160)은 리드 프레임(161) 상에 장착된 LED 다이(도시되지 않음)를 포함한다. 투명 인캡슐런트(162)는 LED 다이, 리드 프레임(161) 및 전기 리드의 일부를 둘러싸고 있다. 인캡슐런트(162)는 LED 다이 표면 법선을 포함하는 평면을 중심으로 반사 대칭을 나타낸다. 인캡슐런트는 만곡된 표면(164)에 의해 한정된 함몰부(163)를 갖는다. 함몰부(163)는 본질적으로 선형이고 대칭면 상에 중심이 위치되며, 반사 코팅(165)은 표면(164)의 적어도 일부 상에 배치된다. LED 다이로부터 발광되는 광은 반사 코팅(165)에서 반사되어 반사 광선을 형성하고, 이것은 이어서 인캡슐런트의 굴절 표면(166)에 의해 굴절되어 굴절 광선(167)을 형성한다. 미국 특허 제6,674,096호(소머스(Sommers))를 또한 참조하라.

도 10에서, 광원(170)은 리드 프레임(173)의 오목한 반사 영역(172) 내에 배치된 LED 다이(171)를 포함한다. 리드 프레임으로부터 LED 다이(171)로의 와이어 본드 접속의 덕택으로, 전력이 리드 프레임(173) 및 다른 리드 프레임(174)에 의해 광원에 공급된다. LED 다이는 그 위에 형광 재료(175)의 층을 갖고, 전체 조립체는 렌즈형 전방 표면을 갖는 투명한 캡슐화 에폭시 수지(176) 내에 매립된다. 활성화될 때, LED 다이(171)의 상부 표면은 청색광을 생성한다. 이 청색광 중 약간은 형광 재료의 층을 통과하고, 형광 재료에 의해 발광된 황색광과 조합하여 백색광 출력을 제공한다. 대안적으로, 형광 재료의 층을 생략하여, 광원이 LED 다이(171)에 의해 생성된 청색광(또는 원한다면 다른 색상)만을 발광할 수 있다. 각 경우에 있어서, 백색 또는 색상을 갖는 광이 본질적으로 전방 방향으로 발광되어, 광원(170)의 대칭 축을 따라 최대 광 방사를 생성한다. 그러나, 필요하다면, 광원(170)은 대체로 옆방향 또는 측방향으로 광을 방향전환하여 광원(170)을 측면 발광기가 되도록 변환하기 위해 반사 표면을 갖는 편향기(177)를 선택적으로 포함할 수 있다. 편향기(177)는 페이지에 수직한 평면에 대해 경면 대칭이거나, 또는 캡슐화 수지(176)의 대칭 축과 일치하는 수직방향 축을 중심으로 회전 대칭일 수 있다. 미국 특허 제5,959,316호(로워리(Lowery))를 또한 참조하라.

도 11에서, 광원(180)은 패키지 베이스(182)에 의해 지지된 LED 다이(181)를 갖는다. 렌즈(183)는 베이스(182)에 결합되고, 패키지 축(184)은 베이스(182) 및 렌즈(183)의 중심을 통과한다. 렌즈(183)의 형상은 LED 다이(181)와 렌즈(183) 사이의 체적(184)을 한정한다. 체적(184)은 실리콘으로, 또는 수지, 공기 또는 가스, 또는 진공과 같은 다른 적당한 제제로 충전 및 밀봉될 수 있다. 렌즈(183)는 톱니형상 굴절부(185) 및 내부 전반사(TIR; total internal reflection) 깔때기부(186)를 포함한다. 톱니부는 광이 굴절되고 꺽이도록(bend) 설계되어, 광은 가능한한 패키지 축(184)에 대해 90도에 가깝게 렌즈(183)로부터 빠져나온다. 미국 특허 제6,598,998호(웨스트 등)를 또한 참조하라.

도 8 및 도 10에 도시된 전환기에 추가하여, 광원은 본 출원인인에게 공히 양도된 2005년 8월 27일에 출원된 미국 출원 제60/711,522호(대리인 관리 번호: 61100US002)(발명의 명칭: "이중 기능의 전환기를 갖는 광원을 구비한 직하형 백라이트")에 기술된 이중 기능의 전환기를 비롯한 다른 전환기를 사용할 수 있다.

백색광을 생성하기 위해 사용되든지 그렇지 않든지 간에, 백라이트 출력 영역의 색상 및 휘도 균일도에 상이한 영향을 주는 다색 광원은 백라이트 내에서 많은 형태를 갖출 수 있다. 일 접근법에 있어서, 다수의 LED 다이(예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 발광 다이)는 모두 리드 프레임 또는 다른 기판 상에 서로 가까이 근접하여 장착되고, 이어서 하나의 캡슐화 재료 내에 함께 넣어져 단일 렌즈 구성요소를 또한 포함할 수 있는 단일 패키지를 형성한다. 그러한 광원은 개별 색상들 중 임의의 하나를 또는 모든 색상을 동시에 발광하도록 제어될 수 있다. 다른 접근법에 있어서, 패키지당 오직 하나의 LED 다이 및 하나의 발산된 색상을 갖는 개별적으로 패키지된 LED가 주어진 재순환 캐비티에 대해 클러스터화될 수 있고, 이러한 클러스터(cluster)는 청색/황색 또는 적색/녹색/청색과 같은 상이한 색상을 발산하는 패키지된 LED의 조합을 포함한다. 또 다른 접근법에 있어서, 그러한 개별적으로 패키지된 다색 LED는 하나 이상의 라인, 어레이 또는 다른 패턴으로 위치될 수 있다.

광원의 선택에 따라, 백라이트의 후방 반사기, 반투과기 및 다른 구성요소가 상이한 양의 UV 방사에 노출될 것이고, CCFL 및 HCFL 광원은 일반적으로 LED 광원보다 더 많은 UV 방사를 발한다. 그러므로, 백라이트의 구성요소는 UV 흡수제 또는 안정제를 포함할 수 있거나, 또는 UV 열화를 최소화하기 위해 선택된 재료를 사용할 수 있다. 만약 LED와 같이 UV 출력이 낮은 광원이 백라이트를 조명하기 위해 사용된다면, UV 흡수제 등이 필요하지 않을 수 있고 보다 넓은 재료 선택이 가능하다. UV 흡수제 및 안정제에 추가하여, 반투과기는 반투과기, 재순환 캐비티 및 백라이트의 투과도, 색상 및 다른 광학 특성들을 조절하기 위해 염료 및/또는 안료를 포함할 수 있다.

색상 변이(color shift)를 감소시키는 것은 LED 백라이트와 관련한 주요 문제이고 일반적으로 색상 센서 및 온도 센서의 사용을 필요로 할 것이며, 그 이유는 LED 출력이 이들 양 요인에 의해 영향을 받을 수 있기 때문이다. 색상 변이는 예를 들어 3개의 RGB LED가 온도 또는 시간적인 변화로 인해 상이한 발광 특성을 나타낼 때 발생한다. LED 변동을 검출하고 자동적으로 LED 또는 개별 LCD 픽셀 강도를 조절하여 보상하는 센서를 사용하는 것이 필요할 수도 있다. 만약 캐비티를 개별적으로 제어하는 것이 바람직하다면 센서 위치는 재순환 캐비티에 대해 내부일 수 있다. 만약 개별적인 캐비티 제어가 필요하지 않다면, 하나 이상의 센서가 터널 외측에 위치될 수 있다. 적당한 센서는 미국 텍사스주 플라노 소재의 텍사스 어드밴스트 옵티칼 솔루션즈 인크(Texas Advanced Optical Solutions Inc, TAOS)로부터 입수가능한 실리콘 광다이오드 색상 센서를 포함한다.

- 시험 장비 및 설비 -

하기 실시예를 맞춤 LED 백라이트 시험대(test bed)에서 시험하였다. 대각선이 559 ㎜(22")이고 종횡비가 16:9인 LCD TV용 LED계 면 방식 백라이트(LED-based area backlight)를 시뮬레이션하도록 시험대를 설계하였다. 시험대는 백라이트 캐비티의 측벽을 형성하는 개방된 직사각형 박스 프레임을 갖고, 이 프레임의 장축(long axis)은 수평방향으로 배치된다. 박스 프레임의 내측 벽은 고반사도의 확산 백색 필름인 전술한 EDR II 필름으로 안을 댔다.

박스 프레임의 전방 측을 두께가 약 3 ㎜인 확산형 백색 폴리메틸 메타크릴레이트 판(미국 뉴저지주 록어웨이 소재의 사이로 코포레이션)으로 제조된 제거가능한 확산판으로 덮었다. 이 확산판은 현재 CCFL 및 LED계 텔레비전 백라이트에 사용되는 확산판과 유사하다. 확산판의 외측 표면은 시험대를 위한 출력 표면(즉, 백라이트의 출력 영역)으로서 역할을 한다.

백플레인이 백라이트 캐비티 내에서 상이한 깊이로 조절될 수 있게 하는 4개의 선형 슬라이드 상에서 박스 프레임의 후방 측에 백플레인을 부착하였다.

확산판에 면하는 백플레인 면에서 4개의 LED 바아(bar)를 백플레인에 부착하였다. 이 바아를 백플레인의 폭에 걸치는 2개의 수평방향 열로 배치하였다. 각 바아는 표준 인쇄 회로 기판 상에 단일 라인으로 반복하는 녹색-적색-청색-녹색 패 턴으로 배치된 5개의 적색, 5개의 청색 및 10개의 녹색 측면 발광 방사 룩세온 LED(미국 캘리포니아주 새너제이 소재의 루밀레즈(Lumileds))를 갖는다. 단일 바아 상의 LED 사이의 중심간 간격은 약 12 ㎜이었다. 인접한 수평방향 열 사이의 중심간 간격은 152 ㎜이었다.

단일 바아 상에, 녹색, 적색 및 청색 LED를 색상을 기준으로 직렬로 전기 접속하여, 각 색상의 출력이 시험대의 색상 균형을 조절할 수 있도록 독립적으로 변할 수 있게 하였다. 2개의 2-터널 전원 공급 장치를 각 바아에 접속하였다. 하나의 전원 공급 장치 채널은 적색 LED에 구동 전류를 제공하였고, 하나의 채널은 청색 LED에 전류를 제공하였으며, 2개의 채널은 녹색 LED에 전류를 제공하였으며, 각 채널은 5개의 녹색 LED를 구동하였다. 전형적인 측정 중에, 적색 LED를 약 150 ㎃로 구동하였고, 청색 LED를 약 170 ㎃로 구동하였으며, 녹색 LED를 약 130 ㎃로 구동하였다. 제1 측정이 수행되기 전에, LED를 모두 166 시간 동안 350 ㎃에서 작동시킴으로써 LED를 "번-인"(burned-in)되게 하였고, 그 후 시험대로부터의 출력이 시간이 경과함에 따라 비교적 안정적이 되는 것으로 관찰되었다.

폴리카르보네이트 반사기 지지판을 LED 회로 기판 위로 백플레인에 부착하였다. 반사기 지지판은 직사각형이고, 시험대 프레임의 내측보다 약간 작다. 반사기 지지판은 LED 렌즈가 판을 통해 연장할 수 있도록 구멍을 가졌다. 장착할 때, 반사기 지지판의 상부 표면을 LED 렌즈의 바닥과 정렬하였다. 고반사도의 경면 반사형 후방 반사기 필름(쓰리엠 컴퍼니의 비퀴티 ESR 필름)을 반사기 지지판에 적층하였다. 따라서 장착된 필름 층은 사실상 평평하고, 백라이트의 광학 캐비티의 바 닥 표면으로서 작용하였다(즉, 후방 반사기로서 작용하였다). 후방 반사기 필름 바로 아래에서, 지지판이 LED의 열에 평행하게 연장하는 선형 홈 또는 채널을 구비하였고 이 지지판을 LED 열의 양 측에 배치하였다. (그 사이에 적어도 하나의 LED 열이 있는) 2개의 선택된 채널 바로 위의 후방 반사기 필름을 절개함으로써, 선택된 채널 사이의 거리보다 폭이 큰 반투과기 필름을 압축할 수 있어서, 후방 반사기 필름 내의 슬릿을 통해 선택된 채널 내로 삽입되는 반투과기 필름의 오목한 아크형 또는 궁형의 대향 에지를 형성하였다. 따라서, 재순환 캐비티를 후방 반사기 필름과 오목한 형상의 반투과기 사이에 형성할 수 있다.

시험대의 성능을 컬러리메트릭 카메라(colorimetric camera)(미국 워싱턴주 듀발 소재의 레이디언트 이미징, 인크.(Radiant Imaging, Inc.)의 모델 PM 1611)를 사용하여 측정하였다. 카메라에 105 ㎜ 렌즈 및 ND2 중성 농도 필터(neutral density filter)를 끼웠다. 레이디언트 이미징에 의해 공급되는 소프트웨어를 카메라를 보정하고 측정값을 얻기 위해 사용하였다. 점 방사계(spot radiometer)(미국 캘리포니아주 챗스워쓰 소재의 포토 리서치, 인크.(Photo Research, Inc.)의 모델 PR650)의 도움을 받아 색상 및 휘도 보정(calibration)을 수행하였다. 시험대를 수직 배향으로 카메라의 4 m 전방에 배치하였다. 시험대를 카메라와 정렬하여, 카메라 렌즈의 축이 확산판에 수직이 되게 하고 대략 시험대의 중심을 향하게 조준하였다.

적당한 필름(후방 반사기 및 시험 필름)을 시험대에 장착하고 원하는 백라이트 캐비티 두께(후방 반사기 판의 상부와 확산판의 바닥 사이의 간격으로서 정의 됨)를 얻도록 적당한 위치에 백플레인을 설정함으로써 백라이트 구성을 측정하였다. 사용된 백라이트 캐비티 두께는 18, 28, 38 및 48 ㎜를 포함하였다. 재순환 캐비티를 위하여, 필름을 특정 폭으로 절단하고 이어서 필름의 에지를 백플레인 내에 절개된 채널 내로 밀어 넣음으로써 백플레인에 부착하였고, 필름의 강성은 필름이 아크 형상을 이루고 정위치를 유지하도록 하였다. 재순환 캐비티의 높이 또는 폭을 필름의 폭 및 필름이 밀어 넣어지는 채널 사이의 간격에 의해 결정하였다.

LED를 켜고 적어도 90분 동안 예열한 후에 측정값을 기록하였다. 시험될 필름을 갖도록 시험대를 구성하고 이어서 컬러리메트릭 카메라를 이용하여 백플레인이 다양한 깊이로 설정된 시험대를 사진 촬영함으로써 측정하였다. 결과는 시각적으로 검사하고 확산판의 표면을 가로지르는 전체 휘도, 휘도 균일도 및 색상 균일도와 같은 특성에 대해 분석하였다.

- 대조 -

ESR 후방 반사기와 확산판 사이에 재순환 캐비티 필름을 갖지 않도록 백라이트 캐비티를 구성하였다. 백라이트 캐비티의 깊이는 후방 반사기의 상부로부터 확산판의 바닥까지 28 ㎜이었다.

출력 영역, 즉 확산판의 상부의 외관은 아주 불균일하였다. 각 LED 및 그것들의 각각의 색상에 대응하는 이미지 및 블러(blur)를 출력 영역에서 명확하게 볼 수 있었다.

- 실시예 1 (2개의 선형 캐비티, W/d = 6.7) -

이 실시예에서, 전술한 바와 같이 함께 적층된 DRPF 편광 필름의 2개의 층으 로부터 재순환 캐비티를 형성하였고, 상기 두 층의 통과 축(pass axes)은 서로 직교한다. ESR 후방 반사기 및 층을 이룬 DRPF 필름에 의해 형성된 2개의 개별 재순환 캐비티를 갖도록 백라이트 캐비티를 구성하였고, 상기 캐비티는 아크 형상을 취하며 아크의 상부는 후방 반사기 위로 약 18 ㎜에 있다. 각 재순환 캐비티의 폭은 약 121 ㎜이었고, 각 재순환 캐비티가 상부 및 바닥 측으로부터 각각 약 13 ㎜ 떨어지고 중앙에서 약 13 ㎜만큼 떨어지도록 백라이트 캐비티 내에 놓였다. LED는 백라이트를 가로질러 수평방향으로 배향되고, 재순환 캐비티에 평행하게 재순환 캐비티 내에 위치하였다. 백라이트 캐비티의 깊이는 후방 반사기의 상부로부터 확산판의 바닥까지 28 ㎜이었다.

외관에 있어서, 이 실시예는 휘도 및 색상 균일도에 관하여 대조에 비해 개선되었음을 나타냈다.

- 실시예 2 (2개의 선형 캐비티, W/d = 10.1) -

이 실시예에서, 입방체 코너 광 편향 필름을 반투과기로서 사용하여 재순환 캐비티를 형성하였다. 이 필름은 0.25 ㎜(10 밀) 두께의 폴리카르보네이트 시트류의 단일 층이었고, 이 시트류는 하나의 주 표면이 평평하고 매끄러우며 대향 주 표면에 프리즘형 피트 또는 보이드(void)의 패턴이 형성되어 있다. 프리즘형 피트의 패턴은 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 쓰리엠 스카치라이트 리플렉티브 머티리얼 6260 하이 글로스 필름에 사용된 피라미드형 입방체 코너 어레이의 역상 또는 보충 패턴(complement)이었으며, 이 피라미드형 어레이는 (삼각형 밑면으로부터 입방체 코너 정상까지의) 높이가 약 0.09 ㎜(3.5 밀)이고 밑면 삼각형의 끼인각이 55, 55 및 70도인 경사진 입방체 코너 프리즘에 의해 특징지워졌다. 이 반투과성 필름을 필름의 구조화된 또는 피팅된(pitted) 측면이 LED에 면하도록 배향하였다. ESR 후방 반사기 및 반투과기에 의해 형성된 2개의 개별 재순환 캐비티를 갖도록 백라이트 캐비티를 구성하였고, 상기 캐비티는 아크 형상을 취하며 아크의 상부는 후방 반사기 위로 약 12 ㎜에 있다. 각 재순환 캐비티의 폭은 약 121 ㎜이었고, 각 재순환 캐비티가 상부 및 바닥으로부터 각각 약 13 ㎜ 떨어지고 중앙에서 약 13 ㎜만큼 떨어지도록 백라이트 캐비티 내에 놓인다. LED는 백라이트를 가로질러 수평방향으로 배향되고, 재순환 캐비티에 평행하게 재순환 캐비티 내에 위치하였다. 백라이트 캐비티의 깊이는 후방 반사기의 상부로부터 확산판의 바닥까지 28 ㎜이었다.

외관에 있어서, 이 실시예는 휘도 및 색상 균일도에 관하여 대조에 비해 개선되었음을 나타냈다.

- 실시예 3 (하나의 선형 캐비티, W/d = 11.5) -

이 실시예에서, 재순환 캐비티를 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 비퀴티 BEF II 90/50 선형 프리즘형 광학 필름의 2-층 라미네이트(laminate)로부터 형성하였다. BEF II 필름의 제1 단편을 접착제를 사용하여 BEF II 필름의 제2 단편에 부착하였고, 제1 BEF II 필름의 선형 프리즘은 제2 BEF II 필름의 선형 프리즘에 수직하게 배향된다. 미국 특허 제6,846,089호(스티븐슨(Stevenson) 등)에 기술된 바와 같이, 접착제의 얇은 층을 제1 필름의 평면 측에 도포하고 제2 필름의 구조화된 측을 접착제에 마주 대하게 배치하여 라미네이트를 형성하였다. 접착제 층의 두께는 제2 필름의 프리즘 선단(tip)만이 접착제 층 내에 잠기도록 하였다. BEF II 필름의 양 단편의 프리즘은 LED를 향하고, LED에 가장 가까운 BEF II 필름의 프리즘 방향은 LED 바아에 평행하다. ESR 후방 반사기 및 BEF II 라미네이트에 의해 형성된 단일 재순환 캐비티를 갖도록 백라이트 캐비티를 구성하였고, 이 재순환 캐비티는 단일 아크의 형상을 취한다. 아크의 정점은 후방 반사기 위로 약 22 ㎜이었다. 재순환 캐비티의 폭은 약 254 ㎜이었고, 재순환 캐비티를 상부 및 바닥으로부터 각각 약 13 ㎜ 떨어지도록 백라이트 캐비티 내에 위치시켰다. LED는 백라이트를 가로질러 수평방향으로 배향되고, 재순환 캐비티에 평행하게 재순환 캐비티 내에 위치하였다. 백라이트 캐비티의 깊이는 후방 반사기의 상부로부터 확산판의 바닥까지 28 ㎜이다.

외관에 있어서, 이 실시예는 휘도 및 색상 균일도에 관하여 대조에 비해 개선되었음을 나타냈다.

- 실시예 4 (2개의 선형 캐비티, W/d = 6.7) -

이 실시예에서, 재순환 캐비티를 전술한 바와 같이 BEF II 광학 필름의 2-층 라미네이트로부터 형성하였다. BEF II 필름의 제1 단편을 접착제를 사용하여 BEF II 필름의 제2 단편에 부착하였고, 제1 BEF II 필름의 선형 프리즘은 제2 BEF II 필름의 선형 프리즘에 수직하게 배향된다. 미국 특허 제6,846,089호(스티븐슨(Stevenson) 등)에 기술된 바와 같이, 접착제의 얇은 층을 제1 필름의 평면 측에 도포하고 제2 필름의 구조화된 측을 접착제에 마주 대하게 배치하여 라미네이트를 형성하였다. 접착제 층의 두께는 제2 필름의 프리즘 선단만이 접착제 층 내에 잠 기도록 하였다. BEF II의 양 단편의 프리즘은 LED를 향하고, LED에 가장 가까운 BEF II 필름의 프리즘 방향은 LED 바아에 평행하다. ESR 후방 반사기 및 아크 형상의 BEF II 라미네이트에 의해 형성된 2개의 개별 재순환 캐비티를 갖도록 백라이트 캐비티를 구성하였고, 상기 아크의 상부는 후방 반사기 위로 약 18 ㎜에 있다. 각 재순환 캐비티의 폭은 약 121 ㎜이었고, 각 재순환 캐비티가 상부 및 바닥으로부터 각각 약 13 ㎜ 떨어지고 중앙에서 약 13 ㎜만큼 떨어지도록 백라이트 캐비티 내에 놓인다. LED는 수평방향으로 배향되고, 재순환 캐비티에 평행하게 재순환 캐비티 내에 위치하였다. 백라이트 캐비티의 깊이는 후방 반사기의 상부로부터 확산판의 바닥까지 28 ㎜이다.

외관에 있어서, 이 실시예는 휘도 및 색상 균일도에 관하여 대조에 비해 개선되었음을 나타냈다.

- 실시예 5 (2개의 선형 캐비티, W/d = 9.5) -

이 실시예에서, 재순환 캐비티를 소량의 헤이즈(haze)를 갖는 폴리카르보네이트 기판에 적층된 전술한 천공된 비퀴티 ESR 필름으로부터 형성하였다. 천공된 ESR 필름은 직경이 약 0.25 ㎜ 내지 0.75 ㎜ 범위이고 필름의 표면에 걸쳐 사실상 랜덤하게 분포된 구멍을 가졌지만, 이들 구멍의 중심은 (중심으로부터 측정했을 때) 구멍간 간격이 약 1.5 ㎜인 육각형 격자로 규칙적으로 배치되었다. ESR 후방 반사기 및 천공된 ESR 필름에 의해 형성된 2개의 개별 재순환 캐비티를 갖도록 백라이트 캐비티를 구성하였고, 상기 재순환 캐비티는 아크 형상을 취하며 아크의 상부는 반사성의 후방 반사기 위로 약 14 ㎜에 있다. 각 재순환 캐비티의 폭은 약 133 ㎜이었고, 각 재순환 캐비티가 대략 상부 및 바닥 측벽과 접촉하고 중앙에서 약 13 ㎜만큼 떨어지도록 백라이트 캐비티 내에 놓였다. LED는 백라이트를 가로질러 수평방향으로 배향되고, 재순환 캐비티에 평행하게 재순환 캐비티 내에 위치하였다. 백라이트 캐비티의 깊이는 후방 반사기의 상부로부터 확산판의 바닥까지 28 ㎜이다.

외관에 있어서, 이 실시예는 휘도 및 색상 균일도에 관하여 대조에 비해 개선되었음을 나타냈다.

- 측정 결과 -

실시예 1 내지 실시예 5의 비교를 표 1에 나타낸다. 실시예의 평균 휘도를 대조의 평균 휘도로 나눔으로써 상대 효율 파라미터를 각 백라이트 구성에 대해 계산하였고, 여기서 각 경우의 평균 휘도를 각 백라이트의 사실상 전체 출력 영역에 대해 계산하였다. 휘도의 표준 편차를 백라이트의 사실상 전체 출력 영역에 걸친 평균 휘도로 나눔으로써 휘도 불균일 파라미터를 각 백라이트 구성에 대해 계산하였다. 실시예의 평균 색상으로부터의 색상의 점별 편차(pointwise deviation)의 평균값으로서 색상 불균일 파라미터(Δuv)를 각 백라이트 구성에 대해 계산하였고, 여기서 색상은 CIE u'v' 색공간(color space)으로 표현된다. 따라서,

,

여기서, N은 시험 시스템의 이미지 내의 픽셀의 개수이고, u' 및 v'는 각 픽셀에 대한 색상 좌표이며, u'_avg 및 v'_avg는 평균 색상 좌표이다. 이러한 색상 불균 일은 전체 출력 영역이 아니라, 길이가 26.7 ㎝(10.5 인치)이고 폭이 7.6 ㎝(3 인치)이고 백라이트 시제품(prototype)의 상부 LED 바아 또는 열 위로 중심이 위치되는 출력 영역의 직사각형 부분에 대하여 측정하였다.

달리 표시되지 않으면, 본 명세서 및 청구의 범위에 사용된 특징부 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 숫자는 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 표시되지 않으면, 본 명세서 및 청구의 범위에 기술된 수치적 파라미터는 본 명세서에 개시된 교시를 이용하는 당업자가 얻고자 하는 바라던 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다. 더욱이, 용어 "또는"은, 문맥으로부터 명확하게 그리고 달리 모호하지 않게 표시되어 있지 않다면 "A 또는 B"의 개시가 A만을, B만을 그리고 A와 B 둘 모두를 포함하도록 넓게 이해되어야 한다.

본 발명의 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 범주 및 정신으로부터 벗어남이 없이 당업자에게 자명하게 될 것이며, 본 발명이 본 명세서에 기재된 예시적인 실시 형태들로 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

Claims (22)

1. 출력 영역을 갖는 직하형 백라이트로서,

   후방 반사기와;

   입사광을 부분적으로 투과하고 부분적으로 반사하며, 후방 반사기에 면하는 적어도 하나의 오목 구조를 형성하여 후방 반사기와의 사이에 하나 이상의 중공(hollow) 재순환 캐비티를 제공하도록 형상화된 반투과기 - 여기서, 상기 하나 이상의 중공 재순환 캐비티는 백라이트의 출력 영역을 사실상 채움 - 와,

   출력 영역 뒤에 배치되어 상기 하나 이상의 중공 재순환 캐비티 내로 광을 주입하는 적어도 하나의 LED를 포함하며,

   각 재순환 캐비티는 깊이(d) 및 폭(W)을 갖고, 폭(W)은 깊이(d)의 적어도 2배인 백라이트.
2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 오목 구조는 하나 이상의 중공 재순환 캐비티의 경계를 형성하고, 각 재순환 캐비티는 각각의 경계 내에 재순환된 광을 사실상 제한하는 백라이트.
3. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 오목 구조는 복수의 오목 구조를 포함하고, 하나 이상의 중공 재순환 캐비티는 복수의 중공 재순환 캐비티를 포함하는 백라이트.
4. 제1항에 있어서, 반투과기는 광 편향 필름, 편광 필름, 천공된 반사 필름, 경면 반사 필름 및 그 조합의 군으로부터 선택되는 필름을 포함하는 백라이트.
5. 디스플레이 패널 및 제1항의 백라이트를 포함하는 디스플레이 시스템.
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