KR102130063B1 - 디스플레이 요소를 제공하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

디스플레이 요소를 제공하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특히 확산 광을 생성하기 위한 디스플레이 시스템을 위한 하나 또는 그 이상의 요소들을 제공하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

디스플레이 요소를 제공하기 위한 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR PROVIDING DISPLAY COMPONENTS}
본 출원은 35 U.S.C.§119 하에 2012년 4월 5일 출원된 미국 가출원 제61/620,677호를 우선권 주장하고 있으며, 상기 특허 문헌의 내용은 참조를 위해 본 발명에 모두 포함된다.
본 발명은 디스플레이 시스템을 위한, 특히 확산 광을 생성하기 위한 하나 또는 그 이상의 요소들을 제공하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
확산 광을 생성하는데 사용된 기존의 요소들은 디스플레이 산업에서 다수의 애플리케이션에 채용되는 확산성 유리를 포함하고 있다. 이들 애플리케이션은 베젤-프리(bezel-free) 텔레비젼 시스템, 액정 디스플레이(LCD), 전기영동 디스플레이(EPD), 유기발광다이오드 디스플레이(OLED), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 마이크로-전자기계 구조(MEMS) 디스플레이, 전자 리더(e-리더) 장치, 및 그 외 다른 것들을 포함한다.
그러나, 상업적으로 이용가능한 확산성 유리는 최근 부상하는 디스플레이 산업을 위한 소정의 새로운 그리고 중요한 요구조건들을 충족시키지 못한다는 것을 알아냈다.
백플레인 조명(backplane illumination) 소스를 제공하는 것과 관련하여 기존의 디스플레이 요소들이 시장의 성능 요건을 충족시키지지 못하기 때문에 반투명(semi-transparent) 디스플레이와 같은 디스플레이 산업에서의 소정 타입의 디스플레이들이 열등한 성능 특성에 처해 있다.
본 발명은 확산 광을 생성하기 위한 하나 또는 그 이상의 요소들을 제공하기 위한 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
상업적으로 관심을 끄는 디스플레이 시스템은 기본적으로 다수의 전자적으로 제어가능한 디스플레이 요소들이 배치된 유리 요소를 포함한다는 것을 알아냈다. 그러한 유리 요소는 일반적으로 시청자 쪽으로 지향된 표면, 및 다수의 디스플레이 요소(MEMS 요소, OLED 요소 등)들이 배치되는 대향 표면을 갖는 평면 시트 구성을 포함한다. 그러한 개별 디스플레이 요소들의 컬렉션(collection)은 시청자에게 바람직한 표시 해상도를 제공하기 위해 전자 제어 신호에 따라 광을 조정하기 위한 많은 다수의 픽셀 사이트를 정의한다.
상기 유리 요소는 하나 또는 그 이상의 에지들로부터, 하나 또는 그 이상의 테두리들로부터, 및/또는 시청면으로부터 유리 시트로 들어가는 소정의 광이 디스플레이 요소들 쪽으로 전파됨에 따라 확산되는 광 확산 특성을 제공한다. 이와 관련하여, 상기 유리 요소는 하나 또는 그 이상의 광 확산 형태를 포함하며, 그와 같은 유리 요소는 확산성 유리 요소로 동작한다. 그러한 광 확산 형태는 시청면에 대향하는 유리 시트의 표면의 부근에, 즉 디스플레이 요소들이 배치되는 표면의 부근에 다수의 광 산란 사이트를 제공한다.
그러한 확산성 유리의 중요한 기여는 큰 전-후방 산란 비율, 높은 헤이즈 비율(haze ratio), 및 광각(wide angular)의 광 산란 특성을 포함한다. 그러한 소정의 디스플레이 시스템 애플리케이션에 있어서, 그러한 광 산란 사이트는 디스플레이 요소들이 배치되는 표면 가까이에 있어야 하나, 그 표면 아래에 매립된다. 게다가, 그것들은 수 미크론(micron)의 표면 내에서 광 산란을 허용해야 한다. 이는 특히 디스플레이 요소들과 유리 시트의 표면간 투명 전도성 산화물(TCO) 층이 그와 같은 표면 상에 적층될 경우이다. 또한, 거기에는 픽셀 길이의 함수로서 특정되는 디스플레이 요소들이 배치되는 표면에 대한 중요한 평탄성의 요건(다소 작은 치수의 개별 디스플레이 요소들과 관련된 치수)이 있을 수 있다. 또 다른 중요한 요건은 유리 요소를 약 400℃ 또는 그 이상의 처리 온도를 겪게 하는 디스플레이 요소들의 적층과 같은 하류의 공정을 거칠 때 광 확산 형태를 갖는 유리 시트(구조와 관련된 그리고 광 산란 요소들과 같은)가 그들의 성능 특성을 유지해야 한다는 것이다.
상업적으로 이용가능한 확산성 유리를 찾을 수 있을 지라도, 최근 부상하는 디스플레이 산업에 있어서의 상기 언급한 새로우면서 중요한 요건들을 충족시키는 이용가능한 유리는 아무것도 없다. 예컨대, 그 중 하나는 광각으로 산란시키도록 디자인된 거친 표면을 갖는 확산성 유리를 Edmund Optics로부터 구매할 수 있다. 그러나, 이러한 유리는 그러한 산란 기능이 거친 표면에 좌우되기 때문에 상술한 새로운 디스플레이 애플리케이션(들)에 사용될 수 없으며, 그러한 산란 형태 치수는 TCO 층의 적층과 같은 디스플레이 요소들에 허용될 수 있는 것보다 훨씬 크다. 더욱이, 이러한 큰 치수의 형태는 디스플레이 시스템에 있어서의 전기적 특성의 바람직하지 않은 높은 저항 또는 션팅(shunting)을 야기할 수 있다. 유리에서의 산란은 상(phase) 분리 유리, 유리 세라믹 또는 크리스탈 도핑 프릿(frit)을 이용하여 달성될 수도 있다. 그러나, 이들 유리 모두는 수 미크론(micron)의 표면 내에서 산란을 허용하지 않는다.
본원의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 방법 및 장치는 산란 요소들(즉, 입자, 덩어리 입자, 응집 입자)이 유리 구조 상에 흡수되어 바인더(binder) 재료를 이용하여 거기에 고정되는 확산성 유리 구조를 제공하기 위해 개발되었다. 상기 요소들은 약 250 nm와 같이 수백 nm 정도의 크기가 될 것이다. 몇몇 애플리케이션에 있어서, 상기 요소들은 약 1.4 - 1.6 또는 약 1.43 내지 약 1.56 정도인 유리 시트 및 바인더의 굴절률에 비해 비교적 높은 굴절률(약 2.0과 같은)을 갖는 것으로 특정되어 있다. 다른 애플리케이션들에 있어서, 그러한 요소들은 높은 굴절률을 필요로 하진 않지만, 상기 유리 시트 및 바인더 재료와 같은 동일한 굴절률 정도가 될 것이다. 상기 요소들에 의해 달성된 광 산란 형태는 입자, 덩어리 입자, 또는 응집 입자들의 단일 층을 통해 형성되거나, 또는 다수의 층들을 통해 형성될 것이다. 어느 실시예든 서브-미크론(sub-micron) 레벨 내지 미크론 이상 레벨 사이의 높은 치수의 요소들을 생성할 것이다. 상기 바인더는 유리 요소의 표면의 표면 특성(평탄성과 같은)을 콘트롤하기 위해 그러한 요소들간 보이드(void)를 부분적으로 또는 전부 채우기 위해 채용될 것이다. 충분한 바인더가 채용(다수의 층을 포함하는)될 때, 상기 바인더는 상기 요소들 이상으로 서브-미크론에서 미크론까지 확장하는 평탄화 층을 형성한다.
상술한 유리 요소들은 높은 헤이즈 비율, 높은 전송비, 하류의 박막 필름 적층 공정을 위해 적절하게 평탄한 표면, 유리 요소의 미크론 표면 내에서의 바람직한 광 산란 형태(예컨대, 광각 산란), 및 약 400℃ 및 그 이상의 하류 공정 온도의 생존을 제공한다. 더욱이, 고려된 유리 요소는 광범위한 유리 기판 타입을 이용하여 생성될 것이다.
본원의 하나 또는 그 이상의 다른 실시예들에 따른 방법 및 장치들이 디스플레이 시스템을 위한 백플레인을 제공하기 위해 개발되었다.
반투명 LCD 텔레비전과 같은 상업적인 반투명 디스플레이 시스템은 디지털 사이니지(digital signage) 및 광고 애플리케이션들에 상업적으로 이용할 수 있다. 이들 디스플레이 시스템들은 "오프 상태"에서 반투명이다(즉, LCD 요소들을 구동시키는 관련된 전자 장비에 의해 이미지 제어가 없을 때). 그러한 반투명 특성을 유지하기 위해, 이들 디스플레이 시스템들은 LCD를 여기시키기 위해 광을 생성하도록 불투명 광 백플레인을 채용하지 않는다. 대신, 그러한 디스플레이 시스템은 "온 상태"에서 LCD를 여기시키기 위해 배경의 주변 광을 이용한다(즉, 관련된 전자 장비가 이미지를 제어할 때). 따라서, 그 중 하나는 디스플레이 시스템을 통해 볼 수 있고 디스플레이 스크린 뒤의 물체(제품 등과 같은)를 볼 수 있다. 동시에, 시청자는 또한 스크린의 소정 부분(또는 전체 스크린) 상에서 시각 정보를 얻을 수 있는데, 그러한 정보는 상업적인 애플리케이션에 있어서 그러한 스크린 뒤의 제품과 관련될 것이다.
그러나, 그러한 반투명 디스플레이 시스템들이 갖는 크나큰 이슈는 그러한 시스템들이 특별히 투명하지 않다는 것이다. 실제로, 그들이 단지 약 15%의 전송비를 나타낸다는 측정의 결과가 나타나 있다. 따라서, 자주 스크린의 부근에 비교적 높은 레벨의 주변 광을 제공해야 하는데, 이는 항상 실현가능하지 않거나 또는 심지어 많은 이유 때문에 바람직하지 않다. 그러한 결과는 칼라, 대비 등의 불균일성과 같은 디스플레이에 걸친 이미지 품질의 균일성과 관련된 다수의 문제가 된다.
따라서, 본원의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따라, 투명 디스플레이 시스템을 위한 투명 백플레인이 제공된다. 그러한 투명 백플레인은 확산성 유리 구조와 관련하여 상기 기술된 일부 또는 모든 요소들을 이용하여 형성된다. 상기 확산성 유리 구조는 반투명 디스플레이 시스템 뒤에 위치되며, 광이 그 하나 또는 그 이상의 에지를 따라, 및/또는 그 하나 또는 그 이상의 테두리를 따라 유리 시트로 도입된다. 그러한 광은 유리 시트 내로 도파관식으로 전파된다. 따라서, 상기 광은 투명 백플레인 밖으로 산란되어 반투명 디스플레이 시스템의 LCD를 조명한다. 그에 따라 상기 투명 백플레인은 상기 반투명 디스플레이 시스템의 LCD 요소들을 위한 광원을 향상시킨다. LCD의 적절한 광파장 및 각도 독립 여기(angle independent excitation)를 달성하기 위해 적절한 굴절률 특성 및 치수를 제공하도록 산란 요소들이 선택되어 채용된다. 또한, 상기 광 산란 요소들은 디스플레이 시스템의 일부가 오프 상태일 때 백플레인(그 중 하나는 그것을 통해 시각적으로 볼 수 있는)의 높은 레벨의 투명도를 달성하기에 충분히 낮은 적절한 헤이즈 비율을 생성한다.
그러한 투명 백플레인의 장점은 증가된 밝기, 투명도 유지(오프 상태에서), 향상된 광 균일성, 향상된 광파장 및 입사각, 향상된 색좌표(color coordinate), 및 비교적 간단하면서 비용이 효율적인 인풋 옵틱(input optic)을 포함한다.
본 발명 개시 실시예들의 다른 형태, 특징, 및 장점들은 수반되는 도면들과 연계된 본원의 설명으로부터 통상의 기술자들에게 명백해질 것이다.
설명의 목적을 위해, 현재 바람직하게 이해되는 그러나 그러한 실시예들이 정확한 배열 및 나타낸 수단들로 제한되지 않는 도면의 형태를 나타낸다.
도 1은 본원의 하나 또는 그 이상의 실시예에 따른 광 확산 장치의 측단면도이고;
도 2는 도 1의 광 확산 장치의 전면 상승도이고;
도 3은 크기에 변화를 준 산란 입자들에 대한 산란 단면적(scattering cross-section) 및 산란각의 그래프이고;
도 4a, 4b, 및 4c는 도 1의 광 확산 장치를 제조하는 방법을 기술하기 위한 중간 구조의 측단면도이고;
도 5a-5e는 광 확산 장치의 표면 상에 배치된 광 산란 요소들의 각각의 주사형 전자 현미경(SEM; scanning electron microscope) 이미지들이며, 각각의 이미지는 다른 바인더 특성을 나타내고;
도 6a-6b는 계면 활성제(surfactant)가 도 1의 광 확산 장치 상에 산란 입자들의 증착에 사용된 용액에 첨가된 경우의 각각의 헤이즈 비율과 전송비(퍼센테이지(%)로 표시)의 그래프이고;
도 7a-7b는 계면 활성제가 도 1의 광 확산 장치 상에 산란 입자들의 증착에 사용된 용액에 첨가되고, 그리고 첨가되지 않을 경우의 각각의 둥글기(roundness) 및 개방 영역의 함수로서 헤이즈 비율과 전송비(퍼센테이지로 표시)의 그래프이고;
도 8은 도 1의 광 확산 장치 상에 산란 입자들의 증착에 사용된 용액에 첨가된 계면 활성제를 이용하여 준비된 다수 샘플들의 주파수 대 둘레-페렛(Feret)(최대) 비율에 대한 플롯의 그래프이고;
도 9는 본원의 하나 또는 그 이상의 실시예에 따른 다수의 전자 디스플레이 요소 및 광 확산 장치를 채용하는 디스플레이 시스템의 측단면도이고;
도 10은 광원을 포함하는 본원에 개시된 광 확산 장치의 일부의 부분 개략도이고;
도 11은 섬유 광원을 포함하는 본원에 개시된 광 확산 실시예의 측면 개략도이고;
도 12는 본원의 하나 또는 그 이상의 실시예에 따른 광 확산 요소를 채용하는 디스플레이 시스템의 개략도이고;
도 13은 보다 상세한 도 12의 디스플레이 시스템의 개략도이며;
도 14는 도 13의 디스플레이 시스템과 연결하여 사용하는데 적합한 광 확산 요소의 개략 단면도이다.
도면과 관련하여, 유사한 요소에는 유사한 참조부호를 표시하며, 하나 또는 그 이상의 디스플레이 시스템을 위한 다양한 광학 요소들을 제공함에 있어 사용하기에 적절한 다수의 형태 및 방법들을 도면에 나타냈다.
광 확산 구조/방법
도 1-2와 관련하여, 본원의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 확산 장치(100; 이하 '광 확산 장치' 라고도 함)는 디스플레이 시스템을 위한 광을 처리하기 위해 채용될 것이다. 일반적으로, 상기 확산 장치(100)는 이러한 구조의 하나 또는 그 이상의 에지 또는 테두리들로부터 광을 받아, 유리 구조 내로 그 광을 전파하여 확산시키고 유용한 목적을 위해 그 구조의 전면 밖으로 광을 산란시키도록 동작한다.
상기 확산 장치(100)는 일정 간격 이격된 제1 및 제2평탄 표면(104, 106)을 갖춘 유리 시트(102)를 포함한다. 소정의 적절한 상업적으로 이용가능한 유리 시트가 채용되며, 그 유리 시트는 본원에 명확히 또는 본질적으로 개시된 처리 파라미터들을 견딜 수 있다. 또한 상기 확산 장치(100)는 상기 유리 시트(102)의 제1평탄 표면(104; 이하 간단히 '제1표면' 이라고도 함) 상에 배치된 다수의 서브-미크론 크기의 광 산란 요소(110)들을 갖춘 적어도 하나의 산란 층을 포함한다. 바인더 재료(112; 이하 '바인더 재료 층' 또는 간단히 '바인더 층'이라고도 함)는 유리 시트(102)의 제1표면(104) 상에 배치되며 인접한 산란 요소(110)들간 보이드를 적어도 부분적으로 채운다.
대시 표시된 화살표로 나타낸 바와 같이, 광은 상기 유리 시트(102)로 들어가고 그 광선이 상기 광 산란 요소(110)들에 충돌될 때까지 그 전체를 통과하여 전파하기 시작한다. 상기 유리 시트(102), 광 산란 요소(110)들 및 바인더 재료(112)의 광학 특성을 고려하면(이하 좀더 상세히 기술되는), 상기 광은 상기 확장 장치(100) 밖으로 산란한다. 단일 층의 광 산란 요소(110)들이 채용될 경우, 그러한 광학 특성은 보통 표면 산란의 특징을 갖는다. 한편, 그 광 산란 요소(110)들이 다수의 층들로 이루어질 경우, 상기 광학 특성은 보통 그 부피 산란의 특징을 갖는다.
이제 크기에 변화를 준 입자들에 대한 산란 단면적(Y-축) 및 산란각(X-축)의 그래프가 나타난 도 3을 참조한다. 상기 광 산란 요소(110)들은 하나 또는 그 이상의 개별 입자, 덩어리 입자, 및/또는 응집 입자들로 형성된다. 상기 개별 입자들이 적절한 크기가 되면, 그와 같은 입자의 덩어리화 및/또는 응집화가 필요치 않다. 한편, 상기 개별 입자 크기가 너무 작으면, 적절한 크기의 각각의 광 산란 요소(110)들을 형성하기 위해 입자들을 덩어리로 만들거나 응집시켜야 한다. 도 3의 그래프는 4개의 다른 입자 크기 특성, 특히 50 nm, 100 nm, 150 nm 및 200 nm의 특성을 각각 나타내는 4개의 플롯(30, 32, 34, 36)을 나타낸다. 그러한 플롯들은 구면 사이트들에 대해 도출된 미 산란 계산(Mie scattering calculation)을 이용하여 생성되었다. 따라서, 그러한 플롯들은 광 산란 요소(110)들을 형성하는 거의 구면 형태의 개별 입자 또는 덩어리 입자들의 광학 특성의 근사치를 나타낸다.
도 3의 플롯들은 작은 입자들이 전방 뿐만 아니라 후방으로 산란시키고 약 150 nm 및 그보다 큰 입자들이 두드러지게 전방으로 산란시키는 것을 나타내며, 이는 보통 확산 장치(100)에서 바람직하다. 게다가, 이하 좀더 상세히 기술되는 바와 같이, 두드러진 전방 방향으로의 산란은 상기 확산 장치(100)에서의 높은 전송비 및 높은 헤이즈 비율을 용이하게 한다. 특히, 그러한 플롯들은 입자 크기의 함수로서 정규화된 산란 단면적의 산출된 각도 의존성을 나타낸다. 그러한 결과는 높은 전송비를 달성하기 위해 그 입자 또는 덩어리 입자들의 일반적인 치수가 대략 200 nm 정도(보통 구면 형태 또는 근사 형태를 가정하여)인 것을 나타내고 있다. 게다가, 좀더 작은 입자들이 광을 후방 산란시키려는 경향으로 인해, 결과의 전송비에 악영향을 줄 수 있다. 약 500 nm보다 큰 입자들은 광을 전방으로 산란시키기는 하나, 각도 확산이 작아 바람직하지 않다.
산란 요소 크기의 함수로서 상기한 광 산란 특성을 고려할 때, 각각의 광 산란 요소(110)의 근사 직경은 (i) 약 100 nm 내지 약 500 nm 사이, (ii) 약 200 nm 내지 약 300 nm 사이, 및 (iii) 약 250 nm 중 어느 하나가 될 것이다.
또한 상기 확산 장치(100)의 광 산란 특성들은 유리 시트(102), 광 산란 요소(110)들, 및 바인더 재료(112)의 굴절률에 의해 영향 받는다. 몇몇 애플리케이션에 있어서, 상기 광 산란 요소(110)들은 상기 유리 시트(102) 및 바인더 재료(112)의 굴절률에 비해 비교적 높은 굴절률로 특성화된다. 상기 유리 시트(102) 및 바인더 재료(112)는 유사하게 약 1.4 - 1.6, 또는 약 1.43 내지 약 1.56 정도의 굴절률을 가질 것이다. 따라서, 상기 광 산란 요소(110)들이 비교적 높은 굴절률로 특성화되면, 그와 같은 굴절률은 (i) 약 1.5와 약 4.0 사이, (ii) 약 1.7과 약 2.5 사이, 및 (iii) 적어도 2.0 중 어느 하나가 될 것이다.
일 예로서, 상기 광 산란 요소들은 티타니아(TiO2), 산화 세륨(Ce2O3), 산화 아연(ZnO), 및/또는 이산화 지르코늄(ZrO2)으로 형성된다. 숙련된 기술자면 적절한 조사기 이루어진 경우 다른 재료들 또한 상기 확산 장치(100)에 사용하기에 적절하다는 것을 알 수 있을 것이다. 상술한 바와 같이, 상기 광 산란 요소(110)들은 대략 250 nm 정도의 크기가 되고, 이에 따라 상기 리스트된 산화물들의 채용은 원하는 크기를 달성하기 위해 덩어리화 및/또는 응집화를 필요로 한다.
상술한 바와 같이, 상기 바인더 재료(112)는 유리 시트의 굴절률과 거의 유사한 굴절률을 가지는데, 즉 그 굴절률은 (i) 약 1.2와 약 1.7 사이, (ii) 약 1.3과 약 1.6 사이, 및 (iii) 약 1.5 중 어느 하나가 된다. 일 예로서, 그러한 바인더 재료 층(112)은 하나 또는 그 이상의 폴리머화된 또는 경화된 폴리 알킬 실록산(poly alkyl siloxane), 폴리-디메틸-실록산(poly-dimethyl-siloxane), 폴리-디페닐-실록산(poly-diphenyl-siloxane), 폴리머화된 알킬(polymerized alkyl) 또는 아릴 실세스퀴옥산(aryl silsesquioxane) T-수지, 폴리-메틸-실세스퀴옥산(poly-methyl-silsesquioxane), 폴리-메틸-페닐-실세스퀴옥산(poly-methyl-phenyl-silsesquioxane), 폴리-페닐-실세스퀴옥산(poly-phenyl-silsequioxane), 및 자외선(uv) 경화 폴리 실록산(poly siloxanes) 또는 실세스퀴옥산(silsesquioxanes)으로부터 형성된다. 이후 상기 바인더 재료(112)는 열 또는 자외선 경화 단계를 이용하여 완료하기 위해 경화된다.
그러한 굴절률 외에, 상기 바인더 재료(112)는 용해성(유기 용매 대 수성 용매), 점성(유동성), 완료하기 위해 바인더 재료(112)가 경화될 수 있도록 유리 시트(102) 및 그 자체 모두와 반응하기 위한 능력, 및 약 400℃ 내지 600℃의 온도를 처리할 때까지 지속시키기 위한 능력에 따라 선택될 것이다.
이제 도 1의 확산 장치(100)를 제조하는 방법을 기술하기 위한 중간 구조의 측단면도인 도 4a, 4b, 및 4c를 참조한다. 도 4a에 나타낸 바와 같이, 상기 유리 시트(102)의 제1표면(104)은 흡수 특성을 향상시키도록 준비되며, 이는 표면 정화 및 준비를 포함한다.
다음에, 다수의 서브-미크론 크기의 광 산란 요소(110)들이 흡착되도록 유리 시트(102)의 제1표면(104) 상에 배치된다. 그러한 광 산란 요소(110)들을 배치하는 단계는 상기 제1표면(104) 상에 광 산란 요소(110)들의 유동가능한 상(예컨대, 슬러리 또는 용액)을 적용하기 위해 딥 코팅(dip coating) 또는 스핀 코팅(spin coating)을 채용하는 단계를 포함한다. 제1표면(104) 상의 광 산란 요소(110)들의 양 및 간격과 그 결과의 전송 및 헤이즈 비율간의 관계에 따라, 증착 단계 동안 주의를 기울여야 한다. 게다가, 상기 광 산란 요소(110)들이 비교적 높은 굴절률을 갖고 상기 유리 시트(102) 및 바인더 재료(112)가 낮은 굴절률을 가질 경우, 상기 광 산란 요소(110)들간 간격이 증가함에 따라, 헤이즈 비율 또한 증가한다(적어도 특정 범위 내에서).
상기 광 산란 요소(110)들의 간격은 딥 코팅 또는 스핀 코팅 공정을 이용하여 제1표면(104)에 도포된 슬러리에서의 광 산란 요소(110)들의 농도(예컨대, 중량%로 특정된)를 변화시킴으로써 콘트롤될 것이다. 상기 슬러리에서의 광 산란 요소(110; 티타니아로 형성된)들의 약 10 중량%의 농도가 최종 완성된 확산 장치(100)에서 대략 40%의 헤이즈 비율을 산출한다는 것을 알아냈다. 이에 반해, 슬러리에서의 광 산란 요소(110; 티타니아로 형성된)들의 약 40 중량%의 농도는 대략 100%의 헤이즈 비율을 산출한다.
더욱이, 제1표면(104) 상의 광 산란 요소(110)들의 양 및 간격의 특성은 스핀 코팅 공정의 파라미터(스핀 속도, 램프율(ramp rate), 지속 시간, 온도 등과 같은)들 및/또는 딥 코팅 공정의 파라미터(인출 속도(withdrawal speed), 농도, 인클로저(enclosure) 및 딥핑(dipping) 용액의 온도 등과 같은)들을 변화시킴으로써 콘트롤될 수도 있다.
일단 광 산란 요소(110)들이 유리 시트(102)의 제1표면(104) 상에 배치되면, 과잉의 액체를 쫓아내기 위해 열처리 공정이 수행된다. 그러한 열처리 공정은 약 1-2 시간 동안 약 120℃로 중간 구조(도 4a)의 온도를 상승시키는 단계를 포함한다.
다음에, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 바인더 재료(112)가 인접한 광 산란 요소(110)들간 보이드를 적어도 부분적으로 채우도록 유동가능 바인더 재료(112)가 유리 시트(102)의 제1표면(104) 상에 배치된다. 이후, 그 바인더 재료(112)는 제조자의 명세서에 따라 경화된다. 상기 바인더 재료(112)의 두께의 변경은 증착의 처리 파라미터들을 콘트롤함으로써 달성된다는 것을 알아야 한다. 일 예로서, 상기 유동가능 바인더 재료(112)는 딥 코팅 또는 스핀 코팅 공정을 이용하여 도포될 것이다. 따라서, 그와 같은 공정의 파라미터(속도, 지속 시간, 온도 등)들은 원하는 두께의 바인더 재료(112)를 달성하기 위해 조절될 것이다. 선택적으로, 바인더 재료(112)의 다수의 코트(coat)가 그 바인더 층(112)의 두께를 더 높이기 위해 도포될 수 있다. 도 4b에 나타낸 바와 같이, 상기 바인더 재료 층(112)은 광 산란 요소(110)들을 완전히 덮을 필요는 없다. 그러나, 도 4c에 나타낸 실시예에서는, 바인더 재료 층(112)이 보이드들을 완전히 채워 그 광 산란 요소(110)들을 덮음으로써 평탄 층(114)을 생성한다. 도 4c의 실시예와 관련하여, 바인더 재료 층(112)을 광 산란 요소(110)들 위로 확장시키는 그러한 확장은 서브-미크론에서 미크론까지 또는 그 이상까지 애플리케이션에 따라 변화될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 다른 실시예들에 따르면, 바인더 재료(112)의 코트의 수는 하나 또는 그 이상의 그와 같은 영역들에서 각기 다른 전송비, 헤이즈 비율, 및/또는 산란을 생성하도록 유리 시트(102)의 각각의 영역들 상에서 달라질 수 있다. 예컨대, 그러한 코트의 수는 유리 시트(102)의 하나 또는 그 이상의 주변 영역(중심 영역을 둘러싸는)에 비해 하나 또는 그 이상의 그와 같은 중심 영역에서 보다 높은 산란을 생성하도록 유리 시트(102)의 하나 또는 그 이상의 중심 영역에서 증가될 것이다.
이제 각기 다른 바인더 재료(112) 두께를 채용하는 도 4a-c의 중간 구조의 SEM 이미지들인 도 5a-5e를 참조한다. 도 5a는 딥 코팅 공정을 이용하여 유리 시트(102)의 제1표면(104) 상에 흡착되는 20% 금홍석 티타니아 덩어리 입자 요소(110; 즉, 광 산란 요소)들을 채용하는 장치(100)의 이미지이다. 도 5a에 있어서, 바인더 재료(112)가 도포되지 않았다. 도 5b는 이소프로판올 AM(Gelest, PP1-HSAM 19-21 wt%의 솔리드, 25% 농도는 약 5% 솔리드(solid)를 갖는)에서의 25% 농도 HardSilTM의 바인더 재료 층(112)이 50 mm/minute의 인출 속도로 딥 코팅 공정을 이용하여 도포된 후의 확산 장치(100)의 이미지를 나타낸다. 도 5c는 25% 농도 HardSilTM의 바인더 재료 층(112)이 70 mm/minute의 인출 속도로 딥 코팅 공정을 이용하여 도포된 후의 확산 장치(100)의 이미지를 나타낸다. 도 5d는 50% 농도 HardSilTM AM(약 10 wt% 솔리드)의 바인더 재료 층(112)이 25 mm/minute의 인출 속도로 딥 코팅 공정을 이용하여 도포된 후의 확산 장치(100)의 이미지를 나타낸다. 도 5e는 바인더 재료 층(112)이 광 산란 요소(110)들을 거의 완전히 덮은 후의 확산 장치(110)의 이미지를 나타낸다.
그러한 바인더 재료 층(112)의 도포는 결과의 전송비 및 헤이즈 비율에 영향을 준다는 것을 알아냈다. 예컨대, 평가를 위한 각각의 샘플 A-G를 각각 나타내는 7개의 확산 장치(100)가 제조되었다. 각각의 샘플은 40℃ 및 125 mm/minute의 인출 속도로 딥 코팅 공정을 이용하여 유리 시트(102)에 20% 금홍석 티타니아 덩어리 입자를 도포하여 준비했다. 다음에, 그러한 샘플들은 과잉의 물 및/또는 다른 액체들을 쫓아내기 위해 충분한 시간 동안 120℃에서 열처리 공정을 수행했다.
첫번째 2개의 샘플(A, B)들은 바인더 층(112)의 도포를 거치진 않았지만 79% - 82.6% 사이의 전송비의 기준, 및 52.7%와 53.9% 사이의 헤이즈 비율의 기준을 확립하기 위해 약 1시간 동안 600℃에서 소결(sintering) 단계를 거쳤다.
샘플 C는 25 mm/minute의 딥 코팅 인출 속도로 50% 농도 HardSilTM AM의 바인더 층(112)의 도포를 거침과 더불어 73.3%의 전송비 및 65.4%의 헤이즈 비율을 달성하기 위해 약 1시간 동안 600℃에서 소결을 거쳤다.
샘플 D는 50 mm/minute의 딥 코팅 인출 속도로 50% 농도 HardSilTM AM의 바인더 층(112)의 도포를 거침과 더불어 86.2%의 전송비 및 46.8%의 헤이즈 비율을 달성하기 위해 약 1시간 동안 600℃에서 소결을 거쳤다.
샘플 E는 50 mm/minute의 딥 코팅 인출 속도로 25% 농도 HardSilTM AM의 바인더 층(112)의 도포를 거침과 더불어 81.7%의 전송비 및 68.7%의 헤이즈 비율을 달성하기 위해 약 1시간 동안 600℃에서 소결을 거쳤다.
샘플 F는 70 mm/minute의 딥 코팅 인출 속도로 25% 농도 HardSilTM AM의 바인더 층(112)의 도포를 거침과과 더불어 81.0%의 전송비 및 69.1%의 헤이즈 비율을 달성하기 위해 약 1시간 동안 600℃에서 소결을 거쳤다.
샘플 G는 50 mm/minute의 딥 코팅 인출 속도로 100% 농도 HardSilTM AM(약 20 wt% 솔리드)의 바인더 층(112)의 도포를 거침과 더불어 76.7%의 전송비 및 59.9%의 헤이즈 비율을 달성하기 위해 약 1시간 동안 600℃에서 소결을 거쳤다.
상기 실험은 상기 확산 장치(100)가 (i) 약 70% 내지 약 90% 사이의 전송비, 및 (ii) 약 50% 내지 약 75% 사이의 헤이즈 비율의 광학 특성들 중 적어도 하나를 나타낸다는 것을 드러내고 있다.
계면 활성제를 채용하는 공정
이제 광 확산 구조(100; 즉, 확산 장치)를 생성하는 공정에 계면 활성제의 사용과 관련된 도 6a-6b, 7a-7b, 및 8을 참조한다. 이와 관련하여, 여기에서는 도 4a-4c의 공정과 관련하여 기술된 상세한 설명이 고려된다. 특히, 하나 또는 그 이상의 다른 실시예들에 따라, 계면 활성제는 광 산란 요소(110)들이 유리 시트(102)의 제1표면(104) 상에 배치될 때 코팅 용액에 채용된다. 그러한 계면 활성제의 첨가는 그러한 결과의 광 확산 구조(100)의 헤이즈 비율 및 전송비 중 적어도 하나(그리고 종종 모두)에 영향을 준다는 것을 알아냈다. 특히, 보다 높은 전송비 및 헤이즈 비율(%로 표현된)이 관찰되었다. 예컨대, 도 5a-5e와 관련하여 상기 기술한 바와 같이, 80% 전송 및 70% 헤이즈 정도의 값들이 달성되었다. 그러나, 그러한 코팅 용액에 계면 활성제 사용의 경우, 심지어 초기 값이 75-80% 전송 정도로 높아지고 약 90% 헤이즈보다 높아지는 것을 발견하였다. 그러한 헤이즈 비율의 증가는, 결과의 광 산란 요소(110)들을 생성하기 위해 기판 상에 코팅(딥 또는 스핀 코팅을 통해)되는 한편 그러한 입자(110; 즉, 광 산란 요소)들을 용액으로 더 잘 분산시키고 이후 그 입자(110; 예컨대, 티타니아 나노 입자)들에 대한 결합제로서 작용하여 그 입자들을 더 균일하게 덩어리로 만드는 계면 활성제로 인한 것이다.
도 6a-6b와 관련하여, 딥 코팅 공정을 이용하여 유리 시트(102)의 상면(104; 즉, 제1표면) 상에 광 산란 요소(110)들의 적층이 수행되는 비교 샘플들이 준비되며, 일부 샘플들은 코팅 용액에 계면 활성제를 포함하고 일부는 계면 활성제를 포함하지 않는다. 상기 딥 코팅 공정은 또한 각기 다른 샘플들에 대해 다른 인출 속도를 이용하여 행해진다. 각각의 경우, 10% 금홍석 티타니아는 광 산란 요소(110)들을 생성하기 위해 채용된다. 계면 활성제가 채용되는 샘플(124로 라벨된 플롯)들에 있어서, 비록 다른 계면 활성제들이 그러한 고려된 실시예들로부터 벗어나지 않고 채용될 수 있을 지라도, 그러한 계면 활성제는 PluronicsTMP123(특히 5%)가 된다. 도 6a-6b는 %로 표현된 헤이즈 비율 및 전송비(Y-축 상의) 대 딥 인출 속도(X-축 상의)의 그래프이다. 도 6a-6b는 상기 헤이즈 비율 및 전송비 모두가 딥 인출 속도와 관계없이 계면 활성제를 첨가함으로써 증가되는 것을 보여준다. 스핀 코팅 공정, 또는 다른 적절한 공정들을 이용하여 유사한 결과가 얻어진다는 것을 알 수 있다.
도 7a는 상기 기술한 샘플들을 이용한 개방 영역의 함수(%로 표현된 X-축 상의)로서 헤이즈 비율 및 전송비(%로 표현된 Y-축 상의)의 그래프이다. 도 7b는 상기 기술한 샘플들을 이용한 둥글기의 함수(X-축 상의)로서 헤이즈 비율 및 전송비(%로 표현된 Y-축 상의)의 그래프이다. 도 7a-7b의 플롯 상에서 그러한 각각의 헤이즈 비율 값은 삼각형으로 나타냈고, 반면 각각의 전송 값은 사각형으로 나타냈다. 도 7a 및 7b의 좌측 상의 둘러싸인 각 그룹의 값들은 계면 활성제 없는 결과를 나타내고, 반면 도 7a 및 7b의 우측 상의 둘러싸인 각 그룹의 값들은 PluronicsTMP123(특히 5%)이 채용되는 결과를 나타낸다. 각 플롯에 나타낸 직선은 선형의 % 헤이즈를 나타낸다.
도 8은 상기 준비된 다수의 샘플들에 대한 주파수(Y-축 상의) 대 둘레-페렛(max) 비율(X-축 상의)을 나타내는 플롯의 그래프이다. 80으로 라벨된 플롯은 계면 활성제가 없는 샘플(들)을 나타낸다. 81, 82, 83, 84로 라벨된 각각의 플롯은 PluronicsTMP123(특히 5%)이 계면 활성제로서 채용된 샘플(들)을 나타낸다. 이들 그래프는 그러한 계면 활성제의 첨가가 티타니아 코팅에서 % 개방 영역을 증가시키고, 그러한 개방 공간들의 둥글기 값(즉, 원이 1의 둥글기 값을 갖는)을 증가시키며, 피크 최대치를 변경시켜 최대 페렛 길이(최대 길이에 대한 개방 공간 둘레의 비율; 화살표로 나타낸 바와 같은)에 대한 개방 공간 둘레의 비율의 피크 폭을 확장시키는 것을 보여준다. 이들 결과는, 그러한 계면 활성제가 개방 공간들의 경계를 거칠어지게 작용함으로써 헤이즈 값을 증가시키면서 적어도 전송을 유지한다(전송을 증가시키지 않는 경우)는 것을 나타낸다.
하나 또는 그 이상의 실시예들에 있어서, 한 타입 이상의 바인더 재료(112)가 채용될 수 있다. 예컨대, 다른 바인더 재료 층(112)들의 도포가 바람직한 전송비, 헤이즈 비율, 및 표면 거칠기를 이끈다는 것을 발견하였다. 예컨대, 6개의 확산 장치(100)가 제조되었으며, 그러한 각각의 확산 장치는 평가를 위한 각각의 샘플 A-F를 나타낸다. 2개의 다른 바인더 재료 층(112)들에 의해 각각의 샘플이 준비되었으며, 그러한 각각의 층은 각각의 유리 시트(102) 상에 스핀 코팅된다. 그러한 2개의 특정 바인더 재료는 HardSilTMAM (각각 이소프로판올을 이용하여 희석된 HAM 100 wt% 및 HAM 50 wt%) 및 HardSilTMAR (Gelest, PP1-HSAR, HAR 100%, 또는 IPA를 이용하여 희석된 HAR 50 wt%)이다. 각각의 바인더 재료는 제1바인더(희석된)를 나노 입자 구조로 유동시키기 위한 저속 스핀 사이클 및 이후 평탄화 층을 형성하기 위해 제2바인더(농축된) 재료가 사용된 고속 스핀 사이클과 같은 2개의 스핀 사이클을 이용하여 유리 시트(102)의 나노 입자(110) 상에 스핀 코팅된다. 이들 사이클의 많은 변화는 그러한 결과 장치들의 광 확산 특성을 변화시킬 수 있다.
샘플 A는 5000 RPM( revolutions per minute; 분당 회전수)의 스핀 사이클 속도로 제1바인더 층(HAR 50%)의 도포를 거쳤고, 뒤이어 500 RPM의 스핀 사이클 속도로 제2바인더 층(HAR 100%)의 도포 및 1시간 동안 250℃의 경화 온도를 거쳤다. 그러한 결과의 구조는 85.3%의 전송비, 67.4%의 헤이즈 비율, 및 0.003 um의 표준 편차를 갖는 0.05 um RMS의 표면(Zygo) 거칠기를 나타냈다.
샘플 B는 5000 RPM의 스핀 사이클 속도로 제1바인더 층(HAR 50%)의 도포를 거쳤고, 뒤이어 3000 RPM의 스핀 사이클 속도로 제2바인더 층(HAR 100%)의 도포 및 1시간 동안 250℃의 경화 온도를 거쳤다. 그러한 결과의 구조는 85.1%의 전송비, 68.6%의 헤이즈 비율, 및 0.004 um의 표준 편차를 갖는 0.064 um RMS의 표면(Zygo) 거칠기를 나타냈다.
샘플 C는 5000 RPM의 스핀 사이클 속도로 제1바인더 층(HAR 50%)의 도포를 거쳤고, 뒤이어 1000 RPM의 스핀 사이클 속도로 제2바인더 층(HAR 100%)의 도포 및 1시간 동안 250℃의 경화 온도를 거쳤다. 그러한 결과의 구조는 85.1%의 전송비, 66.4%의 헤이즈 비율, 및 0.003 um의 표준 편차를 갖는 0.026 um RMS의 표면(Zygo) 거칠기를 나타냈다.
샘플 D는 5000 RPM의 스핀 사이클 속도로 제1바인더 층(HAR 50%)의 도포를 거쳤고, 뒤이어 5000 RPM의 스핀 사이클 속도로 제2바인더 층(HAR 100%)의 도포 및 1시간 동안 250℃의 경화 온도를 거쳤다. 그러한 결과의 구조는 85.6%의 전송비, 75.1%의 헤이즈 비율, 및 0.006 um의 표준 편차를 갖는 0.07 um RMS의 표면(Zygo) 거칠기를 나타냈다.
샘플 D는 5000 RPM의 스핀 사이클 속도로 제1바인더 층(HAR 50%)의 도포를 거쳤고, 뒤이어 3000 RPM의 스핀 사이클 속도로 제2바인더 층(HAR 100%)의 도포 및 1시간 동안 250℃의 경화 온도를 거쳤다. 그러한 결과의 구조는 85.4%의 전송비, 75.8%의 헤이즈 비율, 및 0.002 um의 표준 편차를 갖는 0.07 um RMS의 표면(Zygo) 거칠기를 나타냈다.
샘플 F는 5000 RPM의 스핀 사이클 속도로 제1바인더 층(HAR 50%)의 도포를 거쳤고, 뒤이어 1000 RPM의 스핀 사이클 속도로 제2바인더 층(HAR 100%)의 도포 및 1시간 동안 250℃의 경화 온도를 거쳤다. 그러한 결과의 구조는 85.8%의 전송비, 71.6%의 헤이즈 비율, 및 0.002 um의 표준 편차를 갖는 0.033 um RMS의 표면(Zygo) 거칠기를 나타냈다.
상기 기술한 광 확산 장치(100)는 표면 특성(또는 필름)으로 인해 도파관식으로 유리 시트(102)를 통해 전파되는 다소의 산란 광 효율을 가질 것이다. 필름 특성의 함수로서의 그러한 산란 효율은 변하며, 일부의 경우 그러한 산란은 광이 유리 시트(102)의 대향측에 도달될 경우 100% 이하가 될 것이다. 이러한 경우, 하나 또는 그 이상의 실시예들은 광을 재지향시키기 위해 반사기(도시하지 않음)들을 채용함으로써, 유리 시트(102)의 에지 밖으로 탈출하는 광을 방지(또는 적어도 감소)하여, 그와 같은 광이 광 산란 요소(110)들을 통해 산란되도록 가능한 한 유리 시트(102) 내로 전파되는 많은 광을 유지한다. 반사기의 사용은 또한 그러한 산란 요소(110)들이 유리 시트(102)의 표면에 걸쳐 거의 균일할 경우 패널 조명의 균일성을 돕는다.
광 확산 장치 및 디스플레이 시스템
이제 본원의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 광 확산 장치(100) 및 다수의 전자 디스플레이 요소들을 채용하는 디스플레이 시스템(100A)의 측단면도인 도 9를 참조한다. 그러한 디스플레이 시스템(100A)은 다수의 디스플레이 성분/요소들(150)이 배치되는 토대로서 소정의 상술한 특징 및/또는 형태의 광 확산 장치(100)를 채용한다.
유리 시트(102)는 보통 상기 디스플레이 시스템(100A)의 시청자 쪽으로 지향된 평탄 표면(106), 및 상기 다수의 디스플레이 요소(150)들이 배치된 대향 표면(104; 즉, 제1표면)을 제공한다. 그러한 개별 디스플레이 요소(150)들의 컬렉션(collection)은 시청자에게 바람직한 표시 해상도를 제공하기 위해 전자 제어 신호에 따라 조정하기 위한 많은 다수의 픽셀 사이트를 규정한다. 일 예로서, 상기 디스플레이 요소(150)들은 어레이로 배열된 개별 MEMS 요소, OLED 요소 등이 될 것이다.
상기 광 확산 장치(100)는 하나 또는 그 이상의 에지, 테두리들로부터, 그리고/또 시청면(106)으로부터 상기 유리 시트(102)로 들어가는 소정의 광이 디스플레이 요소(150) 쪽으로 전파됨에 따라 확산되어 산란되는 광 확산 특성을 제공한다. 또한, 상기 디스플레이 요소(150)들로부터 반대로 전파되는 소정의 광은 바인더 층(112) 및 요소(110)들을 통해 시청자 쪽으로 나아가도록 다시 확산될 것이다. 장점적으로, 그와 같은 추가의 확산은 디스플레이 요소(150)들로부터 다시 반대로 시청자 쪽으로 오는 광의 양호한 각도 방출을 생성한다.
장점적으로, 상기 광 확산 장치(100)는 약 400℃ 또는 그 이상의 온도를 포함하는 현대의 효율적인 비용의 제조 공정을 이용하여 어레이의 디스플레이 요소(150)들이 배치되는 적절하게 평탄한 평탄 표면(114)을 나타낸다. 더욱이, 상기 광 확산 장치(100)는 높은 헤이즈 비율, 높은 전송비, 및 유리 시트(102)의 제1표면(104) 내에서의 바람직한 광 산란 형태(예컨대, 광각 산란)을 제공한다.
플라스틱 기판 실시예
본원에 개시된 다양한 실시예들에 있어서, 유리 재료로 형성되는 시트(102)가 기술되었다는 것을 알아야 한다. 그러나, 몇몇 애플리케이션에 있어서, 적절한 투명 플라스틱 재료가 유리 시트(102)를 위해 구성될 수 있다는 것을 알아야 한다. 숙련된 기술자들은 특정 세부사항 및 적용의 긴급성이 모두 고려되고 그리고/또 합리적인 수준의 실험이 수행될 때 그러한 플라스틱 재료가 적합한지 아닌지를 평가해야 할 것이다.
광원을 구비한 광 확산 장치
이제 적어도 하나의 광원을 포함하는 본원에 개시된 광 확산 실시예들의 개략도인 도 10 및 11을 참조한다.
어느 경우에서든, 그러한 실시예는 도 9의 디스플레이 요소(150)들을 구비하거나 구비하지 않고 채용될 수 있다.
도 10은 유리(또는 플라스틱) 시트(102)에 가깝게 배치된 광원(160)을 포함하는 광 확산 장치(100B)를 나타낸다. 광원(160)으로부터의 광이 유리 시트(102)로 커플(couple)되도록 광원(160)의 특정 위치가 확립되며, 상기 광은 도파관 모드로 유리 시트(102) 내로 전파되고, 적어도 광의 일부가 확산되어 산란 층에 의해 산란된다. 예컨대, 상기 광원(160)은 상기 유리 시트(102)의 하나 또는 그 이상의 에지(162)들 또는 하나 또는 그 이상의 테두리(164)들을 따라 배치된 하나 또는 다수의 LED나, 또는 다른 적절한 광 발생 소자들이 될 것이다. 하나 또는 그 이상의 실시예들에 있어서, 상기 유리 시트(102)의 하나 또는 그 이상이 에지(162)들은 비스듬하게 경사질 것이다(그리고 금속화 반사면(166)을 포함). 그러한 경사각은 적어도 하나의 에지(162) 밖으로의 광의 탈출을 감소시키는 하나 또는 그 이상의 방향으로 상기 유리 시트(102) 내로 전파되는 소정의 광을 재지향시키도록 선택된다.
하나 또는 그 이상의 대안의 실시예들은 하나 또는 그 이상의 광원들을 채용하며, 그 전체 내용이 본원에 포함되는 2010년 10월 28일 출원된 미국 특허출원 제61/407,698호에 개시된 타입의 관련 구조들을 채용한다.
도 11은 유리 시트(102)의 하나 또는 그 이상의 에지들을 따라 확장하는 적어도 하나의 광 확산 섬유(170)를 포함하고, 상기 유리 시트(102)의 에지 부근의 광 형세를 향상시키기 위해 광 재지향 또는 차단 테두리(172A, 172B)를 선택적으로 포함하는 광 확산 장치(100C)를 나타낸다. 그러한 광 확산 섬유(170)는 직경이 약 250-300 미크론 정도가 될 것이다.
기본 실시예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 레이저 소스는 상기 광 확산 섬유(170)로 그리고 이후 확산을 위해 유리 시트(102)로 커플시키기 위한 백색광(또는 세미(semi)-백색광)을 생성한다. 하나 또는 그 이상의 대안의 실시예들에 있어서, 적색 레이저 소스(180; RED), 녹색 레이저 소스(182; GREEN) 및 청색 레이저 소스(184; BLUE)와 같은 하나 또는 그 이상의 레이저 소스들은 단일의 섬유(170), 또는 다수의 섬유로 각기 다른 파장의 광 에너지를 커플시키며, 이런 식으로 그와 같은 광은 유리 시트(102)로 커플되어 앞서 기술한 바와 같이 확산 및 산란을 야기한다. 다수의 레이저 소스의 이용은 각 레이저 소스의 파워 레벨을 조절하여 소정 다수의 칼라의 생성을 허용한다.
바람직한 칼라 이미지 기능을 달성하기 위해 상기한 레이저 소스들의 변조(예컨대, 시간 순차 변조)와 관련된 다양한 구조 및 방법들에 대한 다른 상세한 설명 및 상기 광 확산 섬유(170)의 이용에 대한 또 다른 상세한 설명은 2011년 4월 26일 출원된 미국 특허출원 제13/094,221, 2011년 10월 11일 출원된 미국 특허출원 제61/545,713호, 및 2011년 10월 11일 출원된 미국 특허출원 제61/545,720호에서 찾을 수 있으며, 그러한 문서들의 내용은 참조를 위해 본원에 모두 포함된다.
투명 백플레인을 구비한 디스플레이 시스템
상술한 바와 같이, 소정의 다수의 애플리케이션에서는 광 산란 요소(110)들이 높은 굴절률일 필요는 없으나, 상기 유리(또는 플라스틱) 시트(102) 및 바인더 재료(112)와 동일한 굴절률 정도가 될 것이다. 예컨대, 도 12-14와 관련되고 본원의 하나 또는 그 이상의 다른 실시예들에 따른 방법 및 장치는 투명 또는 반투명 디스플레이 시스템(200)을 위한 백플레인을 제공하도록 개발되었다.
도 12와 관련하여, 그러한 디스플레이 시스템(200)은 사용자에게 보여질 수 있는 디스플레이 표면 상에 이미지(10), 텍스트(12) 등을 생성하도록 동작한다. 또한 상기 디스플레이 시스템(200)이 투명 또는 반투명 특성을 나타냄으로써, 특히(또는 가능한 유일한) 물체(14)의 전방에서 여기시키기 위해 이미지가 제어되지 않을 때, 상기 디스플레이 시스템(200) 뒤의 하나 또는 그 이상의 물체(14)들이 그 디스플레이 시스템(200)을 통해 보일 수 있다. 즉, 상기 디스플레이 시스템(200)은 이 디스플레이 시스템의 하나 또는 그 이상의 부분들에서 그 연관된 디스플레이 요소(예컨대, LCD 요소)들이 오프(off)-상태일 때 상기 하나 또는 그 이상의 부분들에 걸쳐 적어도 반투명이다. 한편, 상기 디스플레이 시스템(200)의 상기 동일한 부분들(또는 다른 부분들)은 그와 같은 부분들에서 그 연관된 디스플레이 요소들이 온(on)-상태일 때 반-불투명 또는 전체 불투명이 될 것이다. 따라서, 누구든지 디스플레이 시스템(200)을 통해 그 디스플레이 시스템 뒤의 물체(14; 상품 등과 같은)를 보면서, 동시에 그 디스플레이 시스템의 소정 부분 상의 시각 정보(이미지 10, 12 등)를 받아볼 수 있다.
도 13-14에 의하면, 상기 디스플레이 시스템(200)은 일정 간격 이격된 제1 및 제2주측면(204, 206)을 갖춘 디스플레이 층(202), 및 이 디스플레이 층(202) 내(또는 상)에 어레이로 배치됨과 더불어 전기 신호에 따라 제1주측면(204)에서(또는 그로부터) 보기 위한 이미지(10, 12)들을 생성하도록 동작하는 다수의 디스플레이 요소들(도시하지 않음)을 포함한다. 또한, 상기 디스플레이 시스템(200)은 일정 간격 이격된 제1 및 제2주측면(114, 106)을 갖춤과 더불어 제1주측면(114) 밖으로 확산 광을 생성하도록 동작하는 광 확산 백플레인(100D)을 포함한다. 그러한 광 확산 백플레인(100D)은 본원에 명확히 또는 본질적으로 개시 또는 암시된 소정의 광 확산 실시예들을 이용하여 실시되며, 그러한 실시예들은 광을 확산 장치에 커플시키기 위해 하나 또는 그 이상의 광원(160) 또는 광 확산 섬유들을 채용한다는 것을 알아야 한다. 상기 광 확산 백플레인(100D)은 확산 광이 다수의 디스플레이 요소들을 위한 광원이 되도록 제1주측면(114)이 디스플레이 층(202)의 제2주측면(206) 쪽으로 향하도록 지향된다.
상술한 바와 같이, 광 산란 요소(110)들은 디스플레이 층(202)과 광 확산 백플레인(100D)의 근접성 때문에, 그리고 또 공기의 굴절률이 산란 요소(110) 및 바인더 재료(112)의 굴절률과 완전히 다르기 때문에, 이러한 애플리케이션에서 높은 굴절률이 필요치 않다. 대신, 상기 광 산란 요소(110)들이 상기 유리 시트(102; 또는 플라스틱 시트) 및 바인더 재료(112)와 동일한 굴절률 정도의 굴절률을 가진다 하더라도 적절한 확산, 산란, 전송비, 헤이즈 비율 등이 달성될 수 있다. 그러한 광 산란 요소(110)들을 위한 하나의 적절한 재료는 실리카(SiO2)이다.
본원 발명의 개시가 특정 실시예들을 참조하여 특정되었을 지라도, 이들 실시예는 단지 그와 같은 실시예들의 원리 및 적용을 설명하기 위한 것이라는 것을 알아야 한다. 따라서, 부가의 청구항들에 의해 정의된 조합물의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 기술된 실시예들에 대한 다수의 변형이 이루어짐과 더불어 다른 구성들이 제공될 수 있다는 것을 알아야 한다.

Claims (29)

  1. 이격된 제1 및 제2평탄 표면을 갖춘 유리 시트;
    상기 유리 시트의 제1평탄 표면 상에 배치된 다수의 서브-미크론(sub-micron) 크기의 광 산란 요소들을 갖춘 적어도 하나의 산란 층;
    상기 유리 시트의 제1평탄 표면 상에 배치되며 인접한 광 산란 요소들간 보이드를 적어도 부분적으로 채우는 바인더;
    상기 바인더 상에 어레이로 배치됨과 더불어 유리 시트의 제1평탄 표면에서 보기 위한 이미지를 생성하도록 동작하는 다수의 전자 디스플레이 요소들; 및
    상기 유리 시트의 제2평탄 표면의 테두리 또는 상기 유리 시트의 하나 이상의 에지를 따라 위치된 적어도 하나의 광원을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 광원으로부터의 광은 상기 전자 디스플레이 요소들 쪽으로 전파됨에 따라 확산 및 산란되고,
    상기 광 산란 요소들은 유리 시트의 굴절률보다 높은 굴절률을 가지며;
    상기 광 산란 요소들은 (i) 1.5와 4.0 사이, (ii) 1.7과 2.5 사이, 및 (iii) 적어도 2.0 중 어느 하나의 굴절률을 갖는, 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 산란 요소들은 하나 또는 그 이상의 개별 입자, 덩어리 입자, 및 응집 입자로부터 형성되며;
    각각의 광 산란 요소의 근사 직경은 (i) 100 nm 내지 500 nm 사이, (ii) 200 nm 내지 300 nm 사이, 및 (iii) 250 nm 중 어느 하나가 되는, 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 산란 요소들은 티타니아(TiO2), 산화 세륨(Ce2O3), 산화 아연(ZnO), 및 이산화 지르코늄(ZrO2)의 하나 또는 그 이상의 덩어리 입자들인, 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 바인더는 유리 시트의 굴절률과 유사한 굴절률을 가지며;
    상기 바인더는 (i) 1.2와 1.7 사이, (ii) 1.3과 1.6 사이, 및 (iii) 15 중 어느 하나의 굴절률을 갖는, 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    바인더 재료는 하나 또는 그 이상의 폴리머화된 또는 부분적으로 경화된 폴리 알킬 실록산, 폴리-디메틸-실록산, 폴리-디페닐-실록산, 폴리머화된 알킬 또는 아릴 실세스퀴옥산 T-수지, 폴리-메틸-실세스퀴옥산, 폴리-메틸-페닐-실세스퀴옥산, 폴리-페닐-실세스퀴옥산, 및 자외선(uv) 경화 폴리 실록산 또는 실세스퀴옥산으로부터 형성되는, 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    평탄 층을 생성하기 위해 상기 바인더가 보이드를 완전히 채워 산란 요소들을 덮는, 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 장치가 (i) 70% 내지 90% 사이의 전송비, 및 (ii) 50% 내지 80% 사이의 헤이즈 비율의 광학 특성들 중 적어도 하나를 나타내는, 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    개별 디스플레이 요소들의 컬렉션(collection)은 이미지를 생성하기 위해 전자 제어 신호에 따라 광을 조정하기 위한 다수의 픽셀 사이트를 규정하며;
    각각의 디스플레이 요소는 개별 MEMS 요소, 또는 개별 OLED 요소인, 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원은 상기 유리 시트의 하나 또는 그 이상의 에지 또는 하나 또는 그 이상의 테두리를 따라 배치된 하나 또는 그 이상의 광 발생 소자를 포함하는, 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원은 유리 시트의 하나 또는 그 이상의 에지를 따라 확장하는 적어도 하나의 광 확산 섬유를 포함하는, 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    적어도 하나의 에지 밖으로의 광의 탈출을 감소시키는 하나 또는 그 이상의 방향으로 유리 시트 내로 전파되는 광을 재지향시키기 위해 상기 유리 시트의 하나 또는 그 이상의 에지에 하나 또는 그 이상의 반사기를 더 포함하는, 장치.
  13. 이격된 제1 및 제2평탄 표면을 갖춘 유리 시트를 제공하는 단계;
    다수의 서브-미크론 크기의 광 산란 요소가 상기 유리 시트의 제1평탄 표면에 흡착되도록 상기 유리 시트의 제1평탄 표면 상에 상기 다수의 서브-미크론 크기의 광 산란 요소 및 적어도 하나의 계면 활성제를 포함하는 슬러리를 도포하는 단계;
    바인더 재료가 인접한 산란 요소들간 보이드를 적어도 부분적으로 채우도록 유리 시트의 제1평탄 표면 상에 점성의 바인더 재료를 배치하는 단계; 및
    상기 바인더 재료를 경화시키는 단계를 포함하며,
    상기 바인더 재료의 다수의 코트(coat)가 바인더 층의 두께를 높이기 위해 도포되고,
    상기 코트의 수는 하나 또는 그 이상의 중심 영역에서 보다 높은 산란을 생성하고 상기 유리 시트의 하나 또는 그 이상의 주변 영역에서 보다 낮은 산란을 생성하도록 상기 유리 시트의 각각의 영역들에서 변화되는, 광 확산 요소 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 슬러리를 도포하는 단계는 (i) 상기 유리 시트의 제1평탄 표면 상에 상기 슬러리를 도포하기 위해 딥 코팅 또는 스핀 코팅 공정을 채용하는 단계, 및 (ii) 과잉의 액체를 쫓아내기 위해 상기 유리 시트를 열처리하는 단계를 포함하며;
    상기 점성의 바인더 재료를 배치하는 단계는 상기 유리 시트의 제1평탄 표면 상에 바인더 재료를 도포하기 위해 딥 코팅 또는 스핀 코팅 공정을 채용하는 단계를 포함하는, 광 확산 요소 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 이격된 제1 및 제2주측면을 갖춘 디스플레이 층, 이 디스플레이 층 내에 어레이로 배치됨과 더불어 상기 디스플레이 층의 제1주측면에서 보기 위한 이미지를 생성하도록 동작하는 다수의 디스플레이 요소들, 및 이격된 제1 및 제2주측면을 갖춤과 더불어 상기 디스플레이 층의 제1주측면 밖으로 확산 광을 생성하도록 동작하는 광 확산 백플레인을 포함하며,
    상기 광 확산 백플레인은:
    이격된 제1 및 제2평탄 표면을 갖춘 유리 시트;
    상기 유리 시트의 제1평탄 표면 상에 배치된 다수의 서브-미크론 크기의 광 산란 요소들을 갖춘 적어도 하나의 산란 층;
    상기 유리 시트의 제1평탄 표면 상에 배치되며 인접한 광 산란 요소들간 보이드를 적어도 부분적으로 채우는 바인더;
    상기 바인더 상에 어레이로 배치됨과 더불어 유리 시트의 제1평탄 표면에서 보기 위한 이미지를 생성하도록 동작하는 다수의 전자 디스플레이 요소들; 및
    상기 유리 시트의 제2평탄 표면의 테두리 또는 상기 유리 시트의 하나 이상의 에지를 따라 위치된 적어도 하나의 광원을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 광원으로부터의 광은 상기 전자 디스플레이 요소들 쪽으로 전파됨에 따라 확산 및 산란되고,
    상기 광 산란 요소들은 유리 시트의 굴절률보다 높은 굴절률을 가지며;
    상기 광 산란 요소들은 (i) 1.5와 4.0 사이, (ii) 1.7과 2.5 사이, 및 (iii) 적어도 2.0 중 어느 하나의 굴절률을 갖고,
    상기 광 확산 백플레인은 확산 광이 다수의 디스플레이 요소들을 위한 광원이 되도록 상기 디스플레이 층의 제1주측면이 상기 디스플레이 층의 제2주측면 쪽으로 향하도록 지향되고,
    상기 디스플레이 층은 (i) 디스플레이 층의 하나 또는 그 이상의 부분들에서 디스플레이 요소들이 오프-상태일 때 상기 하나 또는 그 이상의 부분들에서 적어도 반투명이고, (ii) 하나 또는 그 이상의 부분들에서 디스플레이 요소들이 온-상태일 때 상기 하나 또는 그 이상의 부분들에서 불투명이며,
    상기 광 확산 백플레인은 장치 뒤의 물체가 디스플레이 층 및 광 확산 백플레인 모두를 통해 볼 수 있도록 투명인, 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 광 산란 요소들은 실리카(SiO2)로부터 형성되는, 장치.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 광 확산 백플레인은 광원으로부터의 광이 유리 시트로 커플되고, 도파관 모드로 상기 유리 시트 내로 전파되며, 적어도 광의 일부가 확산되어 디스플레이 층 쪽으로 산란 층에 의해 산란되도록 상기 유리 시트 부근에 배치된 적어도 하나의 광원을 더 포함하는, 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 광원은 유리 시트의 하나 또는 그 이상의 에지 또는 하나 또는 그 이상의 테두리를 따라 배치된 하나 또는 그 이상의 광 발생 소자들을 포함하는, 장치.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 유리 시트의 적어도 하나의 에지는 이 적어도 하나의 에지 밖으로의 광의 탈출을 감소시키는 하나 또는 그 이상의 방향으로 상기 유리 시트 내로 전파되는 광을 재지향시키기에 충분한 각도로 경사진 반사면을 포함하는, 장치.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 반사면은 금속화되는, 장치.
  23. 청구항 20에 있어서,
    상기 광원은 유리 시트의 하나 또는 그 이상의 에지를 따라 확장하는 적어도 하나의 광 확산 섬유를 포함하는, 장치.
  24. 삭제
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  28. 삭제
  29. 삭제
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