광 재배향을 갖는 엘씨디 디스플레이 document_id A220623070843

액정 디스플레이(LCD)가 음극선관(CRT) 모니터에 대하여 작고, 가벼운 대안을 제공하고 있으나, LCD 디스플레이들의 화상 품질이 아직 만족스럽지 않은, 특히 이들 장치들의 상대적인 크기가 증가함에 따라 만족스럽지 않은 많은 적용들이 존재한다. 랩탑 컴퓨터 또는 더 큰 디스플레이에서 사용되는 것들과 같은 더 큰 LCD 패널들은 투과성(transmissive)이고, 이에 따라 백라이트를 필요로 한다. LCD 패널 뒤에 위치된 이러한 형태의 광 제공 표면은 광을 바깥쪽 및 LCD 쪽으로 배향한다. 백라이팅을 위한 종래의 접근들은 도광판, 향상 필름들의 하나 이상의 형태들, 편광필름들, 반사 표면들, 및 다른 광 조절 요소들을 갖는 냉음극 형광 램프(CCFL) 광원들의 다양한 배열들을 사용한다. 측면에 설치되는 CCFL들을 사용하는 종래의 평평한 패널 백라이트 해결안들은 디스플레이 크기가 증가함에 따라, 점점 덜 바람직하고 특히 디스플레이 영역이 커짐에 따라 제조 내에서 또는 열때문에 포장에 민감할 수 있다. 예를 들어, 디지털 TV를 위해 요구될 수 있는 것과 같은 더 작은 장치들을 위해 종래에 채택된 도광판 백라이트 기술들은 저휘도 또는 루미넌스 레벨들 및 디스플레이 크기가 증가할 때 열악한 균일성에 대한 문제점들에 의해 점점 제한된다. 종종 병렬식으로 일렬로 늘어선 CCFL들의 뱅크를 사용하는, LCD 디스플레이 및 다른 디스플레이를 위하여 현존하는 백라이트 장치 및 조도(illumination) 적용들은 상대적으로 비효율적이다. 또한 이러한 디스플레이 해결안들은 CCFL 및 이의 지지 필름들을 수용하기 위한 필요성 및 LC 패널 뒤의 표면들 때문에 상대적으로 두꺼울 수 있다. 이러한 장치들이 수은의 어떤 량을 포함하기 때문에, CCFL 광원 자체는 처분에 대한 환경적인 문제점들을 나타낸다. 종래의 CCFL-기초 백라이트들이 가지는 균일성 및 휘도 문제점들을 위하여 보상하기 위하여, 예를 들어, 상대적으로 고 비용 반사 편광 필름들과 같은 다수의 지지 필름들은 종래에는 백라이트와 디스플레이 사이에 삽입되거나, 디스플레이 다음에 배치된다. 공지된 것처럼, CCFL들의 스펙트럼 특성들은 광원들의 다른 형태들과 비교할 때 상대적으로 열악하다. 백라이팅 적용들에서 사용된 CCFL에 대한 고유의 어려움들 및 제한들에 직면한, 연구원들은 대안적 백라이팅 접근들을 수행하기 위하여 적극적으로 일해왔다. 다수의 해결안들은 발광 다이오드들(LED)을 사용하는 것이 제시되고 있다. 비용의 계속적 감소를 갖는 LED 휘도, 색상 출력, 및 전반적인 성능의 최근 진보는 일반적으로 특히 눈에 띄는 LED들, 레이저들, 및 고체 상태 광원들을 만든다. 그러나, LED들 및 레이저들이 점광원들로서 작동하기 때문에, 적절한 해결안들은 백라이팅을 위하여 요구되는 광의 균일한 면을 제공하고 필요한 색상 균일성을 제공하기 위한 이러한 광을 재배향하고 발산시키기 위하여 요구된다. LED들을 사용하는 백라이트 조도를 제공하기 위하여 일 접근법은 엠. 제일러, 제이. 휴트너, 엘. 폴리츠, 및 에이치. 오트에 의해 SID 2006 다이제스트 1524-1527쪽 "레이트 뉴스 페이퍼(LATE-NEWS PAPER): LED 백라이팅 해결안들을 위한 최적화 파라미터들"으로 표제된 논문에 개시된 것과 같은 어레이 배열(array arrangment)을 사용하는 것이다. 해결안의 이러한 형태를 사용하여, 빨강색(R), 초록색(G), 및 파랑색(B) LED들을 사용하는 LED 클러스터(cluster)들의 어레이는 LCD 디스플레이용 백라이트로서 배치된다. 클러스터들의 두개의 형태들은 개시된다: RGGB 및 RGB. 유사하게는, 델로이 등에 의해 "듀얼 모드 액정 디스플레이를 백라이팅하기 위한 방법 및 장치"로 표제된 미국 특허 제6,789,921호는 기계 패널을 위하여 사용된 어레이 배열을 개시한다. 그러나, 기계 패널들의 몇몇 형태들 위하여 및 고급 모니터들 및 TV 패널들을 위한 것과 같은 특화된 사용을 제외하고, 어레이 배열들은 열악한 색상 및 휘도 균일성의 문제점들 때문에 장래성 있는 높은 부품들 의존, 고열, 및 치수적인 요구조건들이 있다고 보기 어렵다. 도광판은 광의 선을 형성하기 위하여 점광원으로부터 광을 발산시키기 위하여 채택되어왔다. 예를 들어, 카와이 등에 의해 "도광판, 도광판을 가지는 조사시키는 장치, 및 조사시키는 장치를 갖는 영상 해독 장치 및 정보 프로세싱 장치"로 표제된 미국특허 제5,499,112호는 길이를 따라 분포된 추출 구조체들을 갖는 단일의 도광판을 사용하여, 스캐닝 장치에서 선에 대한 하나 이상의 LED들로부터 광을 재배향 시키는 것을 개시한다. 듀나흐 등에 의해 "라이팅 패널"로 표제된 미국 특허 제5,400,224호는 백라이팅 조도를 위한 후면 위의 랜덤화된 거칠음(roughness)으로 표면 처리된 다수의 도광판을 가지는 몰딩된 패널 어셈블리를 설명한다. 다수의 해결안들은 도광판을 따라 큰 영역에 대하여 LED 광을 재분포시키기 위하여 제시되고 있다. 일 제시된 해결안은 큰 도광판에 대하여 단일의 LED로부터 광을 발산시키는 오하이오주, 브렉스빌, 글로벌 라이팅 기술(주)로부터의 마이크로렌즈TM 몰딩된 도광판이다. 유사하게는, 파커에 의해 "발광 패널 어셈블리들"로 표제된 미국 출원 공개 제2003/0123246호는 광을 패널 안으로 재배향시키는 광학 "결함들"을 갖는 다수의 점광원들을 사용하는 작은 크기의 도광판을 도시한다. 해결안의 다른 형태는 우선 광을 선에 따른 LED, 램프, 또는 다른 점광원으로부터 배향시키며, 패널 위로 이러한 광을 발산시킨다. 예를 들어, 타이 등에 의해 "점-형상 광원으로부터 선형 또는 평면의 광 빔을 생산하기 위하여 광 확장 시스템"으로 표제된 미국 특허 제5,835,661호는 영역 위로 분포를 위하여 광 패널에 대한 광의 선을 배향시키는 빔-확장 광 파이프를 개시한다. 유사하게는, 카살리 등에 의해 "방향성의 측광 추출을 갖는 효율적인 루미네어(luminaire)"로 표제된 미국 특허 출원 제2005/0231973호에 개시된 루미네어 배열은 전시 또는 디스플레이 케이스를 위한 것과 같은, 후면을 따라 광을 재배향시키기 위하여 광 추출 구조물을 갖는 광 파이프를 사용한다. 이러한 접근법의 또 다른 예로써, 아베 등에 의해 "조도 장치"로 표제된 미국 특허 제5,857,761호는 점광원을 발광판 안으로 발산시키는 도광판을 개시한다. 또 다른 백라이팅 해결안들은 단일의 광원으로부터 광을 배향시키기 위하여 유연한 광학 섬유들을 채택하며, 이어서 LCD 패널 뒤의 방사를 위하여 광을 발산시키기 위해 취급된다. 이러한 접근법의 상이한 버전들은 예를 들어, 김 등에 의해 "광학 섬유를 사용하는 액정 디스플레이의 후면 라이팅 장치"로 표제된 미국 특허 제6,714,185호 및 케스크케에 의해 "광학 섬유 발광 장치"로 표제된 믹국 특허 제5,542,016호에서 개시된다. 위에서 열거된 예들이 증명한 것처럼, LED 백라이팅을 제공하는 목적에 대한 상당한 효과가 존재한다. 그러나, 비록 다수의 제시된 해결안들이 존재할지라도, 특히, 표준의 노트북 치수들 이상의 디스플레이 패널을 위한 백라이팅의 문제점이 직면할 때, 해결안의 각각의 형태에 대한 고유의 상당한 결점들이 존재한다. '921 델로이 등 명세서에서 제시된 2-차원 매트릭스는 저렴하게 실행하기 어렵고, 상대적으로 고비용의 어려움이 존재할 것이며, 너무 커서 다루기 어려우며, 균일성 문제점이 있기 쉬울 것이다. '112 카와이 등. 명세서에서 개시된 도광판 배열은 디스플레이 백라이팅 적용들보다 광의 균일한 선을 요구하는 적용들을 스캐닝하기 위하여 최적화된다. '224 듀나흐 등. 명세서에서 개시된 몰딩된 패널 배열은 일반적 조도를 위해 매우 잘 작동될 수도 있지만, 완전한 색상 디스플레이 적용들을 위하여 균일성 문제점이 있기 쉬운 경향이 있을 것이다. 해결안들의 이러한 형태는 큰 크기들에서 제작하기 위해 점점 비싸지고, 열 및 기계적 응력 때문에 포장이 가해진다. 더욱 상세하게는, 이러한 해결안은 만족스러운 색상 혼합을 제공하지 않고, 고체 상태 광원들을 사용하는 적용들에 매우 적합하지 않을 것이다. '3246 파커 출원에 개시된 것처럼 점광원-대-패널 구성들은 비실용적이고, 큰 크기의 디스플레이들을 대한 휘도 및 색상을 위한 균일성 문제점들을 나타낸다. '661 타이 등. 명세서에서 개시된 것과 같은 도광판-대-후면 패널 배열들은 비효율적이며, 열악한 균일성이 가해지고, 단지 상대적으로 작은 디스플레이들에 적합하다. 취급된 광학 섬유들의 사용은 작은 크기의 휴대용 디스플레이들에 대한 이점들을 가지지만, 데스크탑 또는 큰 디스플레이 설계들을 위해서는 비실용적이고 비효율적일 것이다. 이러한 결점들 이외에, 종래의 해결안들은 일반적으로 LC 디스플레이의 수납 및 일반적인 상업화를 위해 요구되는 고품질 색상 영상을 위하여 중요한 과제들을 설명하는 것을 못했다. 색상 범위는 디스플레이 디자이너들에게 특별한 관심인 하나의 중요한 고려사항이다. 종래의 CCFL들은 다수의 적용들을 위해 허용가능한 색상 품질의 측정을 제공하며, NTSC 색상 범위의 약 70%까지 제공한다. 비록 이것은 노트북 및 컴퓨터 모니터 적용들에 허용 가능할 수도 있지만, 이것은 풀-컬러 TV 디스플레이들을 위해 요구되는 것에 미치지 못한다. CCFL 광원들과 대조적으로, 상대적으로 높은 스펙트럼의 순도 때문에, LED들 및 다른 고체 상태 광원들은 특유하게 NTSC 색상 범위의 100% 이상을 제공할 수 있다. 이런 확장된 색상 범위를 제공하기 위하여, 세개 이상의 상이한 색상의 LED들 또는 다른 고체 상태 광원들이 요구된다. LED들 및 다른 고체 광원들을 사용할 때 이러한 확장된 색상 범위를 지지하기 위하여, 색상 혼합(mixing)의 높은 레벨이 백라이팅 장치로부터 요구된다. 영상 디스플레이 기술 분야의 당업자에게 공지된 것처럼, 빨강색(R), 초록색(G), 및 파랑색(B) LED들과 같은 고체 상태 광원들을 사용할 때 색상 균일성의 만족스러운 레벨을 달성하는 것이 특히 과제이다. 위에서 개시된 것과 같은 커다란 영역 도광판을 채택한 종래의 백라이팅 해결안들은 대응적으로 열등한 색상 혼합을 제공할 것이다. 큰 크기의 디스플레이들을 위한 백라이팅에 대하여 다른 과제들은 저비용 어셈블리, 광 효율, 균일성, 및 소형 크기에 대한 요구를 포함한다. 이전에 언급된 대로, 종래의 LED 백라이팅 해결안들은 이 추가된 요구사항들을 충족시키기 위하여 요구되는 것에 미치지 못한다. LED를 기초로 한 디스플레이들의 균일도 및 휘도는 향상될 필요가 있다. 도광판들과 광 바아 모두에 대한 향상된 광 추출을 위한 많은 제안들이 존재하여 왔다. 더 큰 디스플레이에 대하여 균일한 방식으로 광을 재배향 또는 추출할 수 있는 것은 어렵다. 광 재배향의 향상된 수단을 존재한다. 따라서, 저렴하게 제조될 수 있고, 최소의 두께를 가지며, 만족스러운 균일성 및 높은 휘도, 및 효율성의 높은 레벨들을 갖는 색상 혼합을 제공하는 LED 백라이트 해결안을 위한 일 요구가 존재하는 것으로 볼 수 있다.