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KR20070041622A - 회절성 표면 소자를 갖는 광 섬유 광 가이드를 포함하는평면 패널 모니터를 균일하게 백라이팅하는 조명 장치 - Google Patents

회절성 표면 소자를 갖는 광 섬유 광 가이드를 포함하는평면 패널 모니터를 균일하게 백라이팅하는 조명 장치 Download PDF

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KR20070041622A
KR20070041622A KR1020077005518A KR20077005518A KR20070041622A KR 20070041622 A KR20070041622 A KR 20070041622A KR 1020077005518 A KR1020077005518 A KR 1020077005518A KR 20077005518 A KR20077005518 A KR 20077005518A KR 20070041622 A KR20070041622 A KR 20070041622A
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light guide
guide member
light source
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KR1020077005518A
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Inventor
마틴 클렌케
Original Assignee
나노가테 어드밴스트 마테리알스 게엠베하
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Publication date
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Abstract

본 발명은 모바일 애플리케이션용 디스플레이와 같은 평면 패널 모니터를 백라이팅 하기 위한 조명 장치에 관한 것이다. 조명 장치는 광원(14)과 광섬유 광 가이드(10)를 포함한다. 광원으로부터 방출되는 광은 광섬유 광 가이드(10) 내에 입사된다. 광은 광섬유 광 가이드(10)의 출사면(28)에서 방출된다. 본 발명에 따르면, 일정한 진폭의 회절성 표면 소자(30)를 구비한 표면 구조체는 광섬유 광 가이드(10)의 출사면(28)에 광전파의 목적으로 제공된다.
조명 장치, 평면 디스플레이, 백라이팅 평면 디스플레이, 광 가이드 부재

Description

회절성 표면 소자를 갖는 광 섬유 광 가이드를 포함하는 평면 패널 모니터를 균일하게 백라이팅하는 조명 장치{LIGHTING DEVICE FOR EVENLY RETROILLUMINATING FLAT-PANEL MONITORS, COMPRISING A FIBER OPTIC LIGHT GUIDE HAVING DIFFRACTIVE SURFACE ELEMENTS}
본 발명은 평면 디스플레이, 특히 모바일 애플리케이션 디스플레이 백라이트용 조명 장치에 관한 것이다.
모바일 애플리케이션용 디스플레이를 위한 공지된 조명 장치는 예를 들어, 관형 광원(tubular light source)(CCFL)이 될 수 있는 광원을 포함한다. 광원으로부터 방출되는 광은 그 단부면에서 웨지(wedge) 형상의 단면의 광 가이드 부재 내로 커플링된다. 특히, 광 가이드 부재의 웨지 형상의 구성 때문에, 광 빔(light beam)의 전반사는 상(phase)의 경계에서 발생하고, 광 빔은 대응하는 산란(scattering) 중심체를 통해 웨지 형상의 광 가이드 부재의 표면에 나타난다. 웨지 형상의 광 가이드 부재의 표면은 디스플레이의 반대 측에 배열되어 투과된다. 광 가이드 부재의 표면은 광이 굴절에 의해 광 가이드에서 나타나도록 구성되어 있다. 따라서, 굴절되는 광은 백색 광이 디스플레이에 실질적으로 도달하도록 광 가이드 부재와 디스플레이 사이에 배열된 복수의 필름(film)에 의해 시준 및 유도된 다. 그러한 조명 장치의 구조가 복잡해 질수록, 예를 들어 복수의 필름이 프레임 등에 위치되어야 하기 때문에, 필름의 미끄러짐 등에 대한 예방을 확보해야 한다. 복잡해진 구조에 의해, 제조 단가가 높다. 또한, 동작 실패의 위험이 있다.
유럽 특허 1 194 915호로부터 모바일 폰 디스플레이용 광 가이드 부재가 공지되어 있다. LED와 같은 광원에서의 광은 광원 내로 커플링된다. 광을 커플링 아웃(coupling out)하도록, 광 가이드 부재는 표면에 회절성 구조를 갖는다. 여기서, 전체 표면은 서로 인접하는 다른 격자로 설치된다. 격자는 다른 회절 효율을 가짐으로 광 결합의 균일함을 획득하도록 구성된다. 격자의 다른 회절 효율은 개개의 격자의 진폭 또는 격자 구조의 변화하는 높이에 의해 달성된다. 다른 격자 진폭을 갖는 표면 구조체를 제작하는 것은 매우 어렵다. 또한, 개개의 격자의 직접 접촉에 의해, 예를 들어 기술적으로 획득하기 어려운 정밀도 때문에 원치않는 간섭 등의 예측하기가 어려운 회절 효과가 있을 수 있다.
본 발명의 목적은 높은 효율성과 낮은 단가를 갖고, 향상된 동작 신뢰도를 보증하는 평면 디스플레이 백라이트용 조명 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구 범위 제 1 항의 특징을 갖는 본 발명에 따라 해결된다.
본 조명 장치는 평면 디스플레이, 예를 들어, 모바일 폰의 디스플레이, PDA 디스플레이, 카메라 등에 특히 적당하다. 또한, 조명 장치는 광고판, 디스플레이 패널 등을 백라이팅하는데 또한 적당하다. 조명 장치는 하나 이상의 LED 또는 CCFL을 포함할 수도 있는 광원을 구비한다. 광원에서 방출되는 광은 광 가이드 부재 내로 커플링 된다. 광 가이드 수단은 PPMA, PC, PET, PT 등과 같은 투명 플라스틱 재료 및/또는 미네랄 글라스(mineral glass)로 제작되는 것이 바람직하다. 광 가이드 부재 내로 커플링된 광은 광 가이드 부재의 출사면에서 커플링 아웃된다. 조명 장치가 모바일 폰 용으로 사용되는 경우, 출사면은 광이 디스플레이를 향하는 광 가이드로부터 방출되도록 디스플레이 반대측에 배열된다. 본 발명에 따르면, 출사면은 광 전파를 위해 회절성 표면 소자를 갖는 표면 구조체를 구비한다. 바람직하게는 그러한 복수의 표면 소자를 설치함으로써, 충분히 양호한 조명이 본 발명의 회절성 표면 소자에 의해 달성될 수 있기 때문에, 종래 기술에서 설치된 광 가이드 부재와 디스플레이 사이의 필름이 생략될 수 있다.
광 가이드 부재의 하나 이상의 측면은 리플렉터가 설치되어 출사면에서 나타나는 광량을 향상시키는 것이 가능하다. 마찬가지로, 광원은 리플렉터에 의해 일부가 둘러싸일 수 있어서 광 가이드 부재 내로 결합되는 광량을 향상시킨다.
본 조명 장치를 사용함에 있어, 광 가이드 부재의 출사면과 디스플레이 사이에 필름과 같은 임의의 광 가이드 구성 요소를 더 생략하는 것이 가능하다. 따라서, 상술한 반사 소자 외에도, 본 발명은 임의의 광 가이드 구성 요소가 더 생략된 반 투과형 또는 투과형 백그라운드 조명(background illumination)용으로 제공한다. 광 가이드 부재의 출사면에 회절성 표면 소자를 설비함으로써, 조명 장치의 구조는 단순화될 수 있다. 이것은 품질(quality)과, 특히 조명 장치의 사용 수명(service life)을 향상시킨다.
바람직하게는, 개개의 표면 소자는 스펙트럼 광 분할(spectral light splitting)을 갖는 시준된 광 번들(bundle)을 생성하는 회절성 소자로 작용하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 개개의 표면 소자는 파상 단면의 표면 구조를 포함하는 것이 바람직하고, 파동 사이의 피치(pitch)는 편향(偏向)되는 파장에 의해 선택된다. 바람직하게는, 개개의 표면 소자는 다른 회절성 격자를 포함한다. 특히, 표면 소자는 적어도 두 개의 인접하는 광 번들, 주로 단색 광 및/또는 백색 광을 중첩시켜 생성하도록 배열되는 것이 바람직하다. 여기서, 단색 광은 ±100 ㎚, 특히 ±50 ㎚의 파장 범위이다. 따라서, 본 발명에 따라 이와 같은 표면 소자를 설치함으로써, 주로 단색, 특히 고광속밀도(high light flux density)로 시준된 광을 발생시키는 것이 가능하다.
표면 소자의 표면 구성은 또한 출사면에서 광의 방사 방향을 조정하는 것이 가능하다. 이를 위해, 표면 소자에 설치된 회절 격자는 프라운호퍼 회절 법칙(Fraunhofer diffraction rule)에 따라 변경되어야 한다. 출사면에 대해 0 - 90°의 범위 내에서 조정하는 것이 바람직하다.
마찬가지로, 표면 소자의 구조 선택 또는 표면 소자의 구조 구성에 의해 방사된 광의 색 온도(color temperature)를 조정하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 3000 K에서 10000 K의 범위 내에서 색 온도의 조정이 가능하다.
회절성 표면 소자를 갖는 출사면의 본 구성에 의해, 특히 스펙트럼 분할을 피하거나 또는 현저하게 감소시킨다. 또한, 광의 충분한 증폭 및 낮은 에너지 소모가 동시에 달성된다. 또한, 회절성 표면 소자의 제공에 의해, 그리고 특히 표면 소자의 배열에 의해, 양호한 광의 시준이 달성된다. 여기서, 이들 이점은 회절성 또는 반사성 작용 필름과 같은 광 가이드 시스템을 더 설치하지 않고 광증폭 또는 시준이 획득될 수 있다는 점이 특히 유리하다.
본 회절성 표면 소자는 0.04 ㎛2 내지 10000 ㎛2, 특히 0.04 ㎛2 내지 500㎛2의 크기를 갖는 것이 바람직하다. 그러한 작은 표면의 설비에 의해, 심지어 모바일 애플리케이션 용 디스플레이와 같은 매우 작은 평면 디스플레이에도 복수의 표면 소자를 설치하는 것이 가능하다. 여기서, 개개의 표면 소자 사이의 상호 간격은 0 - 100 ㎛, 특히 0 - 50 ㎛, 특히 바람직하게는 0 - 15 ㎛의 범위인 것이 바람직하다. 표면 소자는 0보다 큰 상호 거리를 갖는 것이 특히 바람직하다. 거리는 적어도 1 ㎛, 특히 적어도 3 ㎛인 것이 바람직하다. 이것은 더 많은 양의 광이 커플링 아웃되는 광 가이드 부재의 영역에서, 표면 소자 사이의 거리가 감소될 수 있지만, 작은 양(quantity)의 광이 커플링 아웃되는 영역에서는, 더 상당한 거리가 제공될 수 있다는 점에서 유리하다. 그것에 의해, 휘도(luminance) 분포의 양호한 균일성을 획득할 수 있다. 또한, 항상 동일한 간격을 갖는 개개의 표면 소자를 배열하도록 제조하기가 용이하다. 예를 들어, 표면 소자가 형성(forming) 소자 또는 음극(negative)과 결합하여 경화 라커(lacquer)에서 생산될 경우, 표면 소자의 간격은 예를 들어, 라커 웹(web)의 형성에 의해 표면 소자의 경계에서 커럽션(corruption)을 피하게 한다. 또한, 개개의 표면 소자의 간격은 표면 구조를 인접시킴에 의해 야기되는 회절의 굴절 또는 커럽션을 피하게 한다.
다른 표면 구조를 갖는 복수의 표면 소자는 표면 소자의 그룹에 포함되는 것이 바람직하다. 그와 같이 하도록, 다른 표면 구조는 표면 소자의 그룹이 실질적으로 단색 및/또는 백색 광을 방출하도록 선택된다. 표면 구조의 형태, 특히 표면 구조에 의해 야기된 광의 파장에서의 변화는 광원에 의해 방출된 파장 범위에 의해 결정된다.
표면 소자의 그룹은 다른 표면 구조를 갖는 적어도 두 개의 표면 소자를 포함하는 것이 바람직하다. 표면 소자의 그룹은 적어도 네 개, 특히 적어도 여섯 개의 표면 소자를 포함하는 것이 바람직하고, 각각은 다른 표면 구조를 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 개개의 표면 소자는 높이 또는 진폭에 대하여 동일한 표면 구조를 갖기 때문에, 개개의 표면 소자의 회절 효율은 동일하다. 회절 효율에 약간의 영향만을 주는 단지 소수 퍼센트의 생산 관련 변화가 발생할 수 있다.
다른 표면 구조의 진폭이 일정하고 단지 주파수만 변화되도록 개개의 표면 소자를 구성하는 것이 특히 바람직하다. 사인 모양의 표면 구조가 되어야 할 필요가 없는 표면 구조의 유형에 의해, 모든 양각 부분은 일반적으로 동일한 높이를 갖지만 다른 상호 거리를 갖는다. 이는 광원으로부터 방출되는 광이 개개의 표면 소자에 의해 다르게 회절된다는 점에 기인한다. 이에 관련해서, 거리를 변경하는 것이 높이를 변경하는 것보다 생성하기에 단순하다는 점이 특히 유리하다.
여섯 개의 다른 표면 구조의 표면 소자가 될 수 있는 표면 소자의 그룹에 바람직하게 배열되는 표면 소자는 예를 들어 550 ㎚의 동일한 진폭을 갖는 것이 바람직하다. 표면 소자의 그룹의 개개의 표면 소자는 예를 들어 490 ㎚, 503 ㎚, 517 ㎚, 530 ㎚, 575 ㎚, 및 620 ㎚의 주파수를 각각 갖는다. 특히, 회절성 표면 소자는 사인 모양의 표면 구조를 갖는다. 개개의 표면 소자 사이의 거리는 1 내지 100 ㎛, 특히 1 내지 50 ㎛, 및 가장 바람직하게는 1 내지 15 ㎛의 범위인 것이 바람직하다.
그러한 작은 표면 구조 및 표면 소자의 제조는 예를 들어, 유럽 특허 05 003 358호에 기술되어 있고, 그 개시가 본 명세서에 참조 문헌에 의해 포함되어 있다. 표면 소자를 만들기 위한 적당한 재료는 이하의 구성을 갖는 것이 바람직하다.
11g의 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로 옥틸 아크릴산(perfluoro octyle acrylate)이 8g의 디프로필렌 글리콜 디아크릴산(dipropylene glycol diacrylate)과 Ciba Spezialitaetenchemie Lampersheim GmbH에 의해 판매되는 0.1g의 Irgacure® 819 및 0.2g의 Irgacure® 184와 혼합되었다. 이 혼합물의 60 ㎕가 산란 중심체(scattering center)를 갖는 몰드체(mold body)의 네가티브 형(negative form)으로 패턴화된 2 × 2 ㎝의 니켈판 상에 도포되었다. 이어서, 1 ㎜ 두께 및 1 × 1 크기인 PMMA의 작은판이 니켈판 상의 혼합물의 표면에 적용되었다. 그 후, 니켈판과 PPMA의 작은판 사이에 샌드위치된 니켈판 상에서 획득되는 혼합물은 통상적인 수은 램프(quicksilver lamp)로부터 2초간의 자외선 복사(UV radiation)를 받는다. 다음, 그에 결합되는 경화 형성 합성물을 갖는 기판은 네가티브 몰드로부터 제거된다.
광 가이드 부재는 단면이 웨지 형상일 수 있다. 그러나, 평행육면체 광 가이드 부재가 설치되고, 광 입구 표면(light entry surface)은 평행육면체의 측면인 것이 바람직하다. 평행육면체 광 가이드 부재는 입방형인 것이 바람직하다. 평행육면체 광 가이드 부재의 설치는 본 발명에 따라 설치된 회절성 표면 소자 때문에 획득되는 양호한 광 효율에 의해 가능하다. 따라서, 생산의 실질적인 단순화가 달성된다. 평행육면체 광 가이드 부재의 두께는 0.1 - 3 ㎜의 범위인 것이 바람직하다.
바람직하게는, 하나 또는 복수의 LED 또는 CCFL인 광원은 광 가이드 부재의 내부 및/또는 외부에 배열된다. 표면 소자는 광원 또는 광원들의 위치에 의해 배열된다. 표면 소자를 대응하도록 배열함에 의해, 출사면의 다른 위치에 존재하는 다른 광의 세기 등은 균일한, 즉, 특히 시준된 단색 및/또는 백색 광이 표면 소자에 의해 출사면에서 방출되도록 보상될 수 있다.
출사면을 향해 유도된 광량을 향상시키도록, 리플렉터가 설치될 수 있다. 이 리플렉터는 예를 들어, 광원을 부분적으로 둘러싼다. 예를 들어, 로드(rod) 형상의 광원은 포물선 리플렉터의 초점에 배열되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 복수의 평면상의 리플렉터는 포물선의 리플렉터에 부가하여 또는 대신하여 설치될 수 있다. 또한, 광 가이드 부재의 출사면이 아닌 광 가이드 부재의 외부 표면은 광의 부주의한 손실을 피하도록 설치될 수 있다. 대응하는 광 가이드는 광 가이드 부재의 측면에서 예를 들어, 본 발명에 따른 표면 소자를 설치함에 의해 또한 획득될 수 있다. 광 및/또는 시준 및/또는 스펙트럼 영향의 목적이 있는 가이드가 광원의 표면 상에 본 표면 소자를 설치함에 의해 또한 더 달성될 수 있다.
광 가이드 부재의 출사면에 표면 소자를 설치함에 부가하여 또는 표면 소자를 설치하는 대신에, 그러한 표면 소자가 광 가이드 부재의 반대 측, 즉 바닥 측에 또한 설치될 수 있다. 따라서, 표면 소자에 의해 회절된 광은 디스플레이를 향하는 광 가이드 부재를 통해 유도된다.
특히, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 출사면 또는 반대측 표면에 특히 설치되는 인접하는 표면 소자 사이의 거리는 광원에 대한 거리가 증가함에 따라 감소한다. 이것은 광의 세기가 광원의 부근에서 높고, 광원에 대한 거리가 증가함에 따라 감소한다는 사실을 허용한다. 예를 들어, 광 가이드 부재 내에 배열된 광원은 표면 소자의 동심원에 의해 둘러싸일 수 있고, 원들의 상호 거리는 광원에 대한 거리가 증가함에 따라 감소한다. 광원, 특히 광원의 방사 특성의 유형에 따라, 그 유형에 적합한 표면 소자를 달리 배열하는 것이 이득이 될 수 있다.
따라서, 표면 소자의 주기적인 배열뿐만 아니라 비주기적인 배열이 가능하다. 표면 소자는 광원 또는 광원들의 유형 및 위치에 의해 배열되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 평면 디스플레이는 LCD 소자와 같은 액정 소자를 구비한다. 본 발명에 따르면, 액정 소자는 상술한 명세서에 대응하도록 구성된 조명 장치에 의해 백라이팅된다.
종래 기술에 따른 공지된 디스플레이 또는 액정 소자는 라이트 박스와 같은 광 소자를 포함한다. 복수의 형광성 튜브, 특히 CCFL는 광 소자에서 광원으로서 배열된다. 형광성 튜브에 의해 방출되는 광을 더욱 균일하게 만들어 액정 소자의 조명을 더욱 균일하게 만들기 위해, 포일은 형광성 광 튜브와 액정 소자 사이에 배열된다. 이 포일은 소위 BEF 및 DBEF 포일로 각각 불린다. BEF 포일은 광도(luminosity)를 강화시킨다. 이것은 포일에 복수의 프리즘(prism)을 설치함에 의해 달성된다. DBEF 포일은 액정 소자의 후면으로부터 반사된 광의 극성을 변화시키고, 광을 액정 소자를 향하여 되돌리는데 사용된다. 또한, PRF 포일은 극성을 변화시키도록 사용된다. 그러나, 그러한 포일의 설치는 포일이 광의 일부를 흡수하는 결점을 갖는다.
본 평면 디스플레이에서, BEF 포일 및 바람직하게는 또한 DBEF 포일과 PDF 포일은 본 발명에 따라 구성된 광 가이드 부재로 대체된다. CCFL와 같은 복수의 광튜브가 설치되는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 광 튜브의 전면에 배열되는 본 발명에 따른 광 가이드 부재는 복수의 표면 소자 또는 표면 소자의 그룹을 포함한다. 광 가이드 부재는 광 튜브당 하나의 구역(zone)을 갖고, 그 구역은 바람직하게는 광 튜브와 평행하게 배열되고 복수의 표면 소자 또는 표면 소자의 그룹을 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 개개의 구역은 구성에 있어서 동일할 수 있다. 따라서, 생산 단가가 감소될 수 있다.
개개의 구역에 개개의 표면 소자 또는 표면 소자의 그룹이 라인(line)과 열(column)로 배열되는 것이 바람직하다. 여기서, 단일 라인 사이의 거리는 광 튜브로부터 거리가 증가함에 따라 감소하는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 광 가이드 부재의 출사면으로부터 출사하는 광은 균일하게, 즉, 특히 광도 분포 및/또는 파장 분포가 더욱 균일하게 될 수 있다. 결과적으로, BEF 포일 및 가능하게는 또한 DBEF 포일과 PRF 포일이 생략될 수 있다.
구역은 개개의 하부 구역으로 분할되는 것이 가능하다. 하부 구역은 직사각형의 구역인 것이 바람직하고, 광 가이드 부재의 측면 모서리에 위치되는 하부 구역에서의 표면 소자 또는 표면 소자 그룹의 수는 더 내부에 위치된 하부 구역보다 큰 것이 바람직하다. 또한, 구역 및 하부 구역의 제공 대신에 표면 소자 또는 표면 소자의 그룹의 비주기적 배열을 제공하는 것이 가능하다.
여기서, 개개의 표면 소자 또는 표면 소자의 그룹은 광 튜브의 광도 특성에 의해 배열된다. 표면 소자 또는 표면 소자의 그룹의 밀도는 코너 및 모서리에서 높은 것이 바람직하다.
당업자에 대해 최상의 모드(mode)를 포함하는 본 발명의 충분히 가능한 개시가 첨부한 도면의 참조를 포함하는 명세서의 나머지 부분에서 더욱 특히 설명될 것이다.
도 1은 조명 장치의 개략적인 사시도.
도 2는 표면 소자의 표면 구조의 일례를 도시한 도면.
도 3은 표면 소자의 가능한 배열의 일례를 도시한 도면.
도 4는 다른 구역에서 광 가이드 부재의 출사면을 분할하는 일례를 도시한 도면.
도 5는 도 4에 도시된 구역을 기술 또는 규정하는 제 1 표를 나타낸 도면.
도 6은 도 4에 도시된 구역을 기술 또는 규정하는 제 2 표를 나타낸 도면.
도 7은 도 4에 도시된 구역을 기술 또는 규정하는 제 3 표를 나타낸 도면.
도 8 및 도 9는 조명 장치의 추가 실시예의 개략적인 상면도.
도 10은 분해도를 나타낸 평면 디스플레이의 개략적인 도면.
도 11은 평면 디스플레이에서 사용되는 본 발명에 따른 적합한 광 가이드 부재의 개략적인 상면도.
도 12는 광 가이드 부재의 부분 확대도.
본 발명의 조명 장치는 도시된 실시예에서 입방형이고, 예를 들어 PPMA 등과 같은 투명 수지 또는 플라스틱 재료로 이루어질 수 있는 광 가이드 부재(light guiding member)(10)를 포함한다. 나타낸 실시예에서, 로드(rod) 형상의 광원은 광 가이드 부재(10)의 일 측면(12)을 따라 배열되고, 광원(14)의 세로축(longitudinal axis)은 측면(12)과 평행하게 배열된다. 광원(14)은 포물선의 리플렉터(reflector)(16)에 의해 둘러싸이고, 포물선의 리플렉터의 개방 측은 측면(12)을 향해 유도된다. 따라서, 측면(12) 내로 커플링되는 광량은 증가한다. 나타낸 광 튜브 대신에 복수의 LED인 광원(14)은 20,000 ~ 50,000 ㏅/㎡의 범위 내의 광 밀도(light density)를 갖는 것이 바람직하다. 관형 광원(tubular light source)(14)을 설치하는 경우, 포물선의 리플렉터(16)의 초점 축(focal axis)에 동일하게 배열되는 것이 바람직하다.
광 가이드 부재(10)의 밑면(18)은 리플렉터 필름 등의 리플렉터(20)가 설치된다. 또한, 리플렉터는 측면(22 및/또는 24 및/또는 26)에 배열되는 것이 가능하다. 리플렉터를 설치하는 대신에 그 대응하는 표면이 또한 연마될 수도 있다. 혹 은, 리플렉션층을 증착(vapor depositing)하는 것이 유리할 수도 있다.
복수의 회절성 표면 소자(30)는 본 발명에 따른 표면 구조가 형성되도록 광 가이드 부재(10)의 출사면(exit surface)(28)에 위치된다.
개개의 표면 소자(30)는 회절 격자로 작용한다. 여기서, 다른 표면 소자는 다른 격자 상수를 갖는 선형의 회절 격자로 설계되어 설치된다. 개개의 표면 소자(30)의 표면(32)(도 2)은 예를 들어, 사인(sine) 격자 상(phase)으로 설계된다. 여기서, 각 표면 소자(30)는 2개의 사인 모양의 반파장(sinusoidal half wave)을 포함하는 것이 바람직하다.
개개의 표면 소자(30)의 제조, 및 특히 표면 소자(30)의 표면 구조(32)의 제조는 본 발명에 따른 포토리소그래픽(photolithographic) 처리에 의해 이루어진다. 또한, 특히 바람직한 실시예에서, 표면 소자(30)는 유럽 특허 05 003 358호에 기술된 바와 같이 제조될 수 있다.
특히, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 개개의 표면 소자(30)는 표면 소자의 그룹(33)(도 3)에 포함된다. 도시된 실시예에서, 표면 소자의 그룹(33)은 그룹 사이의 간격 및 일정한 상호 거리로 배열된 여섯 개의 표면 소자(30)를 포함하는 것이 바람직하다. 각 개개의 표면 소자(30)는 표면 소자의 그룹(33)이 단색 또는 백색 광을 실질적으로 방출하도록 다른 표면 구조를 갖는다.
다른 파장의 광을 커플링 아웃(coupling out)하도록, 다른 표면 소자(30), 즉 다른 표면 구조체의 표면 소자(30)를 설치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 3의 실시예에 도시된 바와 같이, 이들 소자는 도 3에서 1 내지 6으로 표시된 여 섯 개의 다른 표면 소자(30)가 될 수 있다. 도 3에서 명백한 바와 같이, 특정 파장을 커플링 아웃하도록 사용되는 도시된 실시예의 다른 표면 소자(1 내지 6)는 각각 반복 구조로 배열된다.
도시된 실시예에서, 표면 소자(30)는 정사각형이고 약 15 ㎛의 모서리의 길이를 갖는다.
특히, 바람직한 실시예(도 4)에서, 개개의 표면 소자(30)는 구역(zone)으로 배열된다. 도 4에서, 구역은 1 내지 10 및 1_1 내지 1_4로 디자인된다. 구역의 치수와 구역 내 표면 소자의 거리는 도 5에 도시된 표로부터 명백해진다.
도 4 및 도 5에 도시된 실시예에서, 광원은 좌측, 즉, 도 4에서 1로 표시된 구역 곁에 위치된다. 광원으로부터 시작하여, 개개의 표면 소자(30)의 상호 거리는 광원에 대한 거리가 증가함에 따라 점차 감소한다. 개개의 구역 또는 영역 내에서, 표면 소자는 일정한 거리를 갖는다. 하지만, 표면 소자는 하나의 구역 내에 다른 거리를 갖는 것이 또한 가능하다. 특히, 세로 방향으로, 즉 도 4에서 왼쪽으로부터 오른쪽까지의 거리는 세로 방향에 수직인 거리로부터 변경할 수 있다.
ORA의 시뮬레이션 소프트웨어 "광 툴(Light Tool)"을 사용하여, 도 1 내지 도 5를 참조하여 기술된 바와 같은 조명 장치는 도 4 및 도 5에 규정된 구역으로 구성되고, 동질성, 색, 광밀도, 조광력(illuminating power) 뿐만 아니라 시준이 측정되었다. 대응 측정값은 코너와, 모서리로부터 약 2 ㎜인 모서리의 중심과, 광 가이드의 중심에 위치된 아홉 지점에서 측정되었다.
도 4 및 도 5에 규정된 바와 같은 표면 소자의 배열에서, 실행된 시뮬레이션 은 다음 결과를 나타냈다.
동질성: 91%
색: 백색
평균 조광력: 1600 lux
평균 광밀도: 2950 nit
시준 방향: 17°
다른 시뮬레이션에서, 개개의 구역(도 4)에서 표면 소자(30) 사이의 거리는 도 6으로부터 명백히 규정되었다.
여기서, 다음 결과가 획득된다.
동질성: 86%
색: 회색(약간 청색)
평균 조광력: 1000 lux
평균 광밀도: 1900 nit
시준 방향: 17°
또다른 시뮬레이션에서, 개개의 구역(도 6)에서 표면 소자(30) 사이의 거리는 도 7로부터 명백히 규정되었다.
여기서, 다음 결과가 획득된다.
동질성: 대략 78%
색: 백색
평균 조광력: 1050 lux
평균 광밀도: 1850 nit
시준 방향: 17°
다른 테스트에서, 구역(8, 9 및 10)은 생략되어, 더 짧은 광 가이드 부재(10)를 도 4에 도시된 광 부재에 대응하는 왼쪽으로부터 어떤 광이 또한 커플링되었는지 검사(examine)하였다. 따라서, 테스트된 광 가이드 부재는 약 36 ㎜(길이) 및 44 ㎜(너비)의 치수를 갖고, 길이를 구역의 방향, 즉, 도 4에서 왼쪽으로부터 오른쪽까지 측정하였다. 구역 내의 개개의 표면 소자 사이의 거리는 구역(1 내지 6)과 구역(1_1, 1_2, 1_3 및 1_4)에 대해 도 5에 규정된 거리에 대응한다. 여기서, 다음 결과가 측정되었다.
동질성: 대략 88%
색: 백색
평균 조광력: 1100 lux
평균 광밀도: 2150 nit
시준 방향: 17°
추가 테스트에서, 광 가이드 부재(10)의 표면은 구역으로 분할되지 않고, 개개의 표면 소자 사이의 일정한 거리가 선택되었다. 여기서, 다음 결과가 획득되었다.
거리: 4 ㎛
동질성: 대략 75%
색: 백색
평균 조광력: 1850 lux
평균 광밀도: 3350 nit
시준 방향: 17°
거리: 6 ㎛
동질성: 대략 78%
색: 백색
평균 조광력: 1600 lux
평균 광밀도: 2400 nit
시준 방향: 17°
거리: 8 ㎛
동질성: 대략 82%
색: 백색
평균 조광력: 1400 lux
평균 광밀도: 2500 nit
시준 방향: 17°
거리: 10 ㎛
동질성: 대략 84%
색: 백색
평균 조광력: 1200 lux
평균 광밀도: 2200 nit
시준 방향: 17°
거리: 11 ㎛
동질성: 대략 87%
색: 백색
평균 조광력: 1200 lux
평균 광밀도: 2150 nit
시준 방향: 17°
상기 테스트 결과로부터, 다음 결론이 도출된다.
1. 회절성 표면 소자의 배열 및 분포는 광 분포에 관해 큰 동질성을 갖는다.
2. 거의 동질성이 없는 비교적 덜 우수한 표면 배열이라도, 색을 혼합하면 항상 백색이 된다.
3. 시준 방향은 표면 소자의 분포에 관계없이 설정될 수 있다.
4. 광의 세기는 점들 사이의 거리의 함수이다.
특히, 본 조명 장치를 75% 이상의 동질성이 받아들여지는 모바일 폰용 백라이트로 사용하는 경우, 유저(user)에게 적합한 높은 품질의 디스플레이의 조명이 달성된다. 특히, 시준의 목표 방향은 광 가이드 포일(foil)의 도움없이 소정의 색 온도와 결합하여 달성될 수 있다. 따라서, 구성 요소의 수가 감소되고, 설계가 훨씬 융통성 있게 되는 동시에 전체 시스템의 소형화가 더욱 가능하다.
도 8 및 도 9는 모바일 폰 용 백라이트로서 특히 적당한 조명 장치의 두개의 다른 실시예를 도시한다.
광 가이드 부재(10)는 이전의 도면에 대해 기술한 바와 같이 기본적으로 구성된다. 광원은 LED이다. 도 8의 실시예에서, 단일 LED(34)는 광 가이드 부재(10)의 코너에 배열된다. 대응하는 코너(36)는 LED(34)의 출사측이 코너 내에 또는 직사각형의 광 가이드 부재(18) 내에 배열되도록 모서리를 깍아내는 것이 바람직하다. 이 결과, 광은 모서리를 깍아낸 표면(48)을 통해 광 가이드 부재(10) 내로 커플링된다. 광 가이드 부재(10)는 정사각형이 아니라 통상적으로 직사각형이기 때문에, 깎아낸 모서리는 45°의 각으로 만들어지지 않고 짧은 변(40)과 경사진 표면(38) 사이의 각(α)이 45°보다 작도록 만들어지는 것이 바람직하다.
도시된 실시예에서, 개개의 표면 소자나 표면 소자의 개개의 그룹의 배열은 광이 균일하게 커플링 아웃되는 것이 가능하다. 여기서, 쇄선(dash line)(42)의 방향으로 개개의 표면 소자나 표면 소자의 그룹 사이의 거리는 개개의 소자 또는 그룹 사이의 거리가 LED로부터 거리가 증가함에 따라 감소하도록 변화한다.
도 9에 도시된 조명 장치의 실시예는 광원으로서 LED(44)를 또한 포함하고, 도시된 실시예에서, 세 개의 LED(44)는 광 가이드 부재(10)의 짧은 변(40)에 배열된다. 여기서, 광 가이드 부재(10)는 짧은 변(40)에서 오목부(46)를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 오목부(46)는 반원 형상이다. 도시된 실시예에서, 오목부(46)는 광 가이드 부재(10)의 전체 두께에 걸쳐 연장된다. 반구의 오목부를 설치하는 것이 또한 가능하고, 구의 직경은 광 가이드 부재(10)의 두께보다 작다.
본 실시예에서, 표면 소자 또는 표면 소자의 그룹은 출사면(20)에서 광도(luminosity) 분포의 균일화를 획득하도록 재배열된다.
물론, 기술된 다른 실시예가 결합될 수 있다. 예를 들어, LED가 각기 다른 변에 설치될 수 있다. 특히, 복수의 LED가 광 가이드 부재(10)의 전체 주변 둘레에 배열된다. 유사하게는, 도 8 및 도 9에 도시된 실시예의 결합이 가능하다. 특히, LED가 하나 또는 몇개의 CCFL 튜브와 결합하는 것이 적당할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 조명 장치는 도 8에 특히 도시된 바와 같이, 각각의 LED가 CCFL 튜브(14)의 반대 측 두 개의 코너에 설치되도록 변경될 수 있다. 따라서, CCFL 튜브(14)로부터 상당한 거리에 있는 이들 두 개의 코너의 양호한 조명이 단순한 방식으로 보증될 수 있다.
본 조명 장치의 바람직한 실시예에서, 평면 디스플레이에 동일하게 제공된다. 평면 디스플레이의 본질적인 소자는 액정(liquid crystal)(50)(도 10)이다. 액정 소자는 통상적으로 LCD 소자이다. 또한, 라이트 박스(light box) 등은 복수의 상호 평행한 광 튜브(54)를 포함하는 광원(52)으로 설치된다. 광 튜브(54)는 CCFL인 것이 바람직하다.
종래 기술에 따르면, 몇몇의 포일이 라이트 박스(52)와 액정 소자(50) 사이에 설치된다. 이들은 소위 BEF, DBEF 및 PRF 포일로 불린다.
본 발명에 따르면, 적어도 BEF 포일은 광 가이드 부재(56)로 대체된다. 광 가이드 부재(56)는 도 1 내지 도 3에 대해 상술한 바와 같이 기본적으로 구성된다.
광 가이드 부재(56)는 광 튜브(54)와 수평 또는 평행 지향의 복수의 구역(58)을 포함한다. 각각의 구역(58)은 광 튜브(54)와 관련되고, 광 튜브(54)는 구역(58) 뒤의 중심에 위치되는 것이 바람직하다. 구역(58)은 동일하게 구조되고, 즉, 각각의 구역은 동일한 배열의 표면 소자 또는 표면 소자의 그룹을 갖는 것이 바람직하다.
표면 소자의 그룹(33)의 바람직한 배열이 도 12에 도시되어 있다. 여기서, 표면 소자의 개개의 그룹(33)은 중심선(60)에 대해 대칭적으로 배열된다. 중심선(60)으로부터 시작하여, 표면 소자의 개개의 그룹(33) 사이의 거리는 화살표(62)의 방향으로, 즉, 외측으로 감소한다.
도시된 실시예에서, 표면 소자의 그룹(33)은 라인(line)과 열(column)로 배열되고, 열 사이의 거리는 일정하다. 본 발명의 전개에서, 구역(58)은 직사각형의 하부 구역으로 분할되는 것이 바람직하다. 도 2에서, 이 하부 구역은 나란히 배열된다. 여기서, 개개의 하부 구역 내에 다른 간격 거리를 설치하는 것이 가능하고, 모서리에서 하부 구역, 즉 도 12에서 좌측 또는 우측에서, 더 작은 간격 거리를 갖는 것이 바람직하다.
라이트 박스(52) 대신에 또는 라이트 박스(52)에 부가하여(도 10), 네 개 이상의 광 튜브(54)는 예를 들어, 광이 광 가이드 부재(56)에 측면으로 조사되도록 광 가이드 부재(56)의 주변을 따라 배열되어 설치될 수 있다. 또한, 표면 소자 또는 표면 소자의 그룹은 광도가 LCD 소자를 향하는 광 가이드 부재로부터 가능한 균일하게 분포되도록 배열된다. 개개의 표면 소자 또는 표면 소자의 그룹 사이에 거리는 광 가이드 부재의 중심을 향해 감소하는 것이 바람직하다. 광 가이드 부재의 표면을 네 개의 구역 또는 세그먼트(segment), 바람직하게는 광 가이드 부재의 중심에 대해 대칭적인 각각의 점으로 바람직하게 구성되는 네 개의 동일한 직사각형 의 세그먼트로 분할되는 것이 또한 가능하다.
본 발명이 상세한 예시적인 실시예를 참조하여 기술되고 설명되었지만, 본 발명이 이러한 예시적인 실시예에 제한되는 것은 아니다. 당업자들은 이하의 청구항에 의해 규정된 바와 같이 본 발명의 본질적인 범위로부터 벗어나지 않고 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 인정할 것이다. 따라서, 첨부된 청구 범위와 그 등가물의 범위 내에 속하는 그러한 변경 및 수정 모두는 본 발명 내에 포함된 것이다.

Claims (23)

  1. 평면 디스플레이, 특히 모바일 애플리케이션 디스플레이 백라이트용 조명 장치로서,
    광원과,
    상기 광원으로부터 방출되는 광이 커플링 인(coupling in) 되고, 출사면(exit surface)에서 커플링 아웃(coupling out) 되는 광 가이드 부재를 포함하고,
    상기 출사면은 광 전파를 위한 회절성 표면 소자를 포함하는 표면 구조를 구비하고,
    모든 표면 소자는 일정한 진폭을 갖는 표면 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개개의 표면 소자는 스펙트럼 광 분할(spectral light splitting)로 광의 시준된 번들(bundle)을 발생하는 회절 소자로 작용하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 표면 소자는 둘 이상의 인접하는 광의 번들의 중첩에 의해 단색 및/또 는 백색 광이 발생되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 소자는 0.04 ~ 10000 ㎛2, 특히 0.04 ~ 500 ㎛2의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 개개의 표면 소자는 0 ~ 100 ㎛, 특히, 0 ~ 50 ㎛, 특히 바람직하게는 0 ~ 15 ㎛의 상호 거리를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 인접하는 표면 소자의 거리는 광원으로부터 거리가 증가함에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 인접하는 표면 소자 사이의 거리는 단계적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 소자는 비 주기적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 출사면은 상기 표면 소자가 동일한 거리를 갖는 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 광 가이드 부재 내에 및/또는 상기 광 가이드 부재 없이 배열되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광의 커플링 인(coupling in)을 강화시키기 위해, 상기 광원은 리플렉터(reflector)에 의해 부분적으로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    포물선의 리플렉터가 설치되고, 형광성 튜브로서 설계된 상기 광원이 초점에 배열되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 출사면이 아닌 상기 광 가이드 부재의 적어도 하나의 측면은 리플렉터 로 설치되며 및/또는 반사면을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 하나 또는 복수의 LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 가이드 부재는 평행한 파이프 형상인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 가이드 부재는 웨지 형상(wedge-shape)이고, 상기 광원은 상기 웨지의 작은 측에 배열되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    복수의, 바람직하게는 적어도 2개, 특히 적어도 4개, 가장 바람직하게는 적어도 6개의 표면 소자가 표면 소자의 그룹에 포함되고, 표면 소자의 그룹은 단색 및/또는 백색 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  18. 액정 소자 및 상기 액정 소자를 백라이팅하는 상기 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 기재된 조명 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 디스플레이.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 광원으로서 특히 복수의 상호 평행한 광 튜브가 설치되고, 상기 광 가이드 부재는 광 튜브당 하나의 구역(zone)을 포함하며, 상기 구역은 바람직하게는 상기 광 튜브에 평행하게 배열되고 표면 소자 및/또는 표면 소자의 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 디스플레이.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 표면 소자 및/또는 상기 표면 소자의 그룹은 구역에 라인(line) 및 열(column)로 배열되고, 바람직하게는 상기 라인 사이의 거리는 상기 광 튜브로부터의 거리가 증가함에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 평면 디스플레이.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 표면 소자 또는 상기 표면 소자의 그룹의 배열은 각 구역에서 중심선에 대칭적이고, 상기 중심선은 바람직하게는 상기 광 튜브로부터 가장 짧은 거리에 설치되는 것을 특징으로 하는 평면 디스플레이.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 구역은 하부 구역으로 분할되고, 상기 하부 구역은 바람직하게는 직사각형의 형상인 것을 특징으로 하는 평면 디스플레이.
  23. 제 22 항에 있어서,
    모서리에 측방으로 설치되는 하부 구역은 다른 상기 하부 구역보다 표면 소자 또는 표면 소자의 그룹을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 디스플레이.
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