KR100317881B1

KR100317881B1 - 평판조명장치 및 그에 사용되는 홀로그램 도광판의 제조방법

Info

Publication number: KR100317881B1
Application number: KR1019990059940A
Authority: KR
Inventors: 양근창
Original assignee: 양근창
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2001-12-24
Also published as: KR20010057327A

Abstract

LCD 등의 평판 표시장치에 사용되는 평판 조명장치에서 확산판을 통하여 나오는 빛의 세기가 전반적으로 균일하게 분포하도록 구성된 홀로그램 도광판이 제공된다. 평판 조명장치의 홀로그램 도광판의 밑면에는 홀로그램층이 형성되어 있고, 이 홀로그램층은 홀로그램들로 이루어진 무늬의 밀도가 상기 램프가 위치하고 있는 쪽은 낮고 램프로부터 멀어질수록 밀도가 높아지도록 되어 있다. 홀로그램 도광판의 윗면에도 광선들의 확산 형태를 제어하는 홀로그램층이 형성되어 있어서, 확산판 또는 홀로그램 확산판을 통하여 나오는 빛의 세기가 전반적으로 균일하게 분포하도록 한다.

Description

평판조명장치 및 그에 사용되는 홀로그램 도광판의 제조 방법{Plane light source unit and method for manufacturing hologram waveguide used for the same}

본 발명은 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 평판 표시장치에 사용되는평판 조명장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 LCD 또는 이와 유사한 표시장치에서 후면조명(back lighting) 수단으로 사용하는 평판조명장치의 개선에 관한 기술이다.

최근에는 두께가 두꺼운 기존의 CRT를 사용하는 모니터 대신에 두께가 얇고 가벼우며 전자파도 방출되지 않는 평판 표시기(plane panel display)의 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 그 중에서도 특히 액정을 이용한 표시장치인 LCD가 대표적인 평판표시기로서 널리 사용되고 있다. 이러한 LCD에는 LCD의 후면에서 발광하는 평판조명장치(Plane light source unit) 가 반드시 필요하며, 이러한 조명 장치의 대표적인 구성이 도 1에 도시되어 있다. 먼저, 도 1을 참조하여, 평판 표시장치의 구성을 개략적으로 살펴본다.

도 1을 참조하여 중소형 LCD에 사용되는 평판조명장치의 구성을 설명하면, 선형 램프와 같이 길이가 긴 광원(1)을 도광판(2)의 한쪽 측면에 배치하고, 이 도광판의 밑쪽에는 빛의 산란과 반사를 동시에 수행하는 반사판(3)을 배치하며, 도광판의 위쪽으로 제1 확산판(4), 제1 프리즘판(5), 제2 프리즘판(6) 및 제2 확산판(7)을 차례로 적층한 후 그 위에 LCD 패널(8)을 장착하여 구성한다. 제1 프리즘판(5)은 도 2의 (a)와 같이 프리즘 모서리가 X-축과 평행하게 형성되어 있고, 제2 프리즘판(6)은 도 2의(b)와 같이 프리즘 모서리가 Z-축과 평행하게 형성되어 있다.

LCD 화면에 화상이 고르고 정확하게 표시되기 위해서는 상기 LCD 패널(8)로 입사되는 빛의 세기 분포가 LCD 패널 전체에 걸쳐 균일하게 분포될 것이 요구된다.이를 위해서 종래에 채택한 방식은 도광판에 요철 형성 등의 부가적인 처리를 하는 것이었다. 이에 대하여 이하에서 보다 상세히 설명한다.

전술한 목적으로 종래에 사용되었던 형태의 도광판의 구성을 도 3을 참조하여 구체적으로 살펴본다. LCD 패널(8)로 입사되는 빛의 세기 분포가 LCD 패널 전체에 걸쳐 균일하게 하기 위해 부가되는 도광판 처리의 대표적인 형태로서는, 도 3의 (a)와 같이 길이가 길고 램프(1)의 길이 방향으로 평행하게 형성된 프리즘 형태의 요철을 도광판(2)의 밑면(또는 윗면)에 형성하는 방식, 또는 (b)와 같이 점무늬 형태의 반구형 요철을 도광판(2)의 밑면(또는 윗면)에 형성하는 방식, 또는 (c)와 같이 산란제가 들어있는 잉크를 점무늬 형태로 인쇄하는 방식 등이 있다.

이와 같은 도광판을 사용하여 도 1과 같은 평판조명장치를 구성하는 경우의 일반적인 동작원리(광선의 진행과정)를 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4a 및 도 4b를 참조하여, 중소형 LCD 패널에 일반적으로 사용되는 평판조명장치의 동작원리를 설명하면, 광원(1)으로부터 나오는 광선들(rays)이 도광판(2)의 한쪽 측면을 통해 입사되면, 입사된 광선들은 도광판의 윗면 또는 아래면에서 전반사 하면서 도광판 내부를 진행하게 된다. 이러한 광선들이 도광판 안에서 전반사 되면서 진행하다가(R1) 전반사 조건을 만족시키지 않는 각도로 도광판의 윗면에 입사되거나, 도 3과 같이 도광판 밑면에 형성된 요철 또는 산란제 잉크에 부딛쳐 그곳으로부터 산란됨에 따라 전반사 조건을 만족시키지 않게 되면, 광선들(R3)은 그 중심축이 도광판의 윗면과 일정한 각도(θ1)로 유지되면서 도광판 윗면으로 나오게 된다. 한편 전반사 조건을 만족시키지 않는 각도로 도광판의 밑면에 입사된 광선들은 반사판(3)에 의해 다시 산란 및 반사되어 다시 도광판으로 입사된다(R2). 도광판으로 부터 벗어난 광선들(R3)은 제 1 확산판(4)에 입사되어 이 확산판에 의해 재차 확산되면서 x-축과 광선들(R4)이 이루는 각도(θ2)가 커지게 된다. 이러한 광선들은, 제1 프리즘판(5)에 입사된다. 제1 프리즘판(5)는 x-축과 평행하게 연장된 모서리를 가지도록 형성되었기 때문에, xy-평면으로 입사하는 광선에는 영향을 끼지치 않으나, yz-평면으로 입사하는 광선에는 확산 각도를 좁히는 역할을 하게 된다. 따라서, 제1 프리즘판(5)를 통과한 광선들은 yz-평면 상에서 놓이는 광선들의 확산각이 줄어들게 된다. 이 광선들(R5)은 프리즘 모서리가 Z-축과 평행하게 형성된 제2 프리즘판(6)에 입사되어, 이 제2 프리즘판(6)에 의해 광선들(R6)의 중심축이 y-축과 평행하게 된다. 즉 두 장의 프리즘 판에 의해 확산각도가 좁혀지고 광선들의 중심축이 도광판의 윗면과 수직을 이룬 광선들(R6)은 제2 확산판(7)에 의해 다시 산란하게 되어, 균일한 광분포를 가지고 LCD 패널(8)에 입사하게 된다.

앞에서 언급한 바와 같이, 이와 같은 종래 기술에서는 LCD 패널(8)로 입사되는 빛의 세기 분포를 LCD 패널 전체에 걸쳐 전반적으로 균일하게 형성시키기 위해서 특수하게 제작되는 도광판(예를 들면 도 3에 보인 것과 같은 도광판)을 제작하여야만 한다. 이러한 종래의 도광판을 제작하기 위해 사용되는 방법으로서 예를 들어 도광판에 요철을 부가하는 형태의 경우(도 3의 (a)(b))에는, 요철 형성을 위해 다이아몬드 날로 가공을 하는 방법 혹은 요철 모양의 미세 패턴의 금형물을 제작하여 사출하는 방법이 사용된다. 그러나, 다이아몬드 날에 의한 가공 방법은 다이아몬드로 미세 패턴을 형성할 때 생기는 보푸라기의 제거가 어려우며 패턴을 형성하는데 오랜 시간이 소요된다. 또한 금형물에 의한 사출 방법으로는, 크기가 수십 ㎛ 정도로 작으며 또한 크기도 균일하지 않은 미세 패턴의 금형물을 제작하는 것이 손쉽지 않을 뿐 아니라 제작 비용도 매우 높다. 따라서 이러한 금형물에 의한 도광판 제작방식은 도광판의 가격을 상승시키게 되는 요인이 되며, 제작 조건도 어려워 결과적으로 제품의 불량율을 증가시킨다.

한편, 도 3의 (c)와 같이 요철을 형성하는 대신에 도트패턴을 인쇄하는 방식은, 인쇄하는 과정에 오랜 시간이 소요되므로 생산능률을 저하시킬 뿐 아니라 불량률이 높아 생산성의 저하를 초래하며, 이로 인해 결과적으로 도광판의 가격을 상승시킨다. 또한 잉크와 잉크에 첨가된 산란제가 빛을 흡수하는 역할을 하게 되어 빛의 세기가 줄어든다는 단점도 가지고 있다. 또한 전술한 종래의 모든 방식들은 빛의 균일성 및 LCD의 시야각을 확보하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 여러 장의 확산판 및 고가의 프리즘판이 반드시 사용되어야 하므로, 조립과정을 복잡하게 만들며 또한 제품의 제조 비용을 상승시킨다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기에서 언급한 문제점들을 해소하는 개선된 평판조명장치를 제공하는 것으로서, 특히 고성능이면서도 낮은 제조비용으로 제조될 수 있는 평판 조명장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 개선된 평판 조명장치에 사용될 수 있는 홀로그램 도광판을 제공하는 것으로서, 홀로그램 도광판의 홀로그램층 및 광선들의 확산 형태를 조절하는 빔(beam) 정형 홀로그램 확산층과 광선들의 확산 방향을 바꾸는 빔 확산 방향 변경 홀로그램 확산판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래에 LCD용으로 사용되어온 평판 조명장치에 대한 사시도.

도 2는 도 1에 사용된 프리즘판의 구성을 상세히 도시한 도면.

도 3은 종래에 사용된 도광판의 구성을 상세히 도시한 도면.

도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 평판 조명장치에서의 광선 진행 과정을 보이는 도면.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평판 조명 장치의 사시도.

도 6a 내지 도 6d는 원형 또는 다각형 무늬를 가지는 마스크 패턴의 4가지 유형을 도시한 도면.

도 7a 및 도 7b는 줄무늬를 가지는 마스크 패턴의 2가지 유형을 도시한 도면.

도 8은 마스크를 사용하여 홀로그램판을 제조하는 과정을 보이는 도면.

도 9는 도 8에 보인 과정에 따라 제작된 홀로그램판을 보이는 사시도 및 부분 확대단면도.

도 10은 홀로그램판으로부터 스탬퍼를 제작하는 과정을 보이는 도면.

도 11은 도 10에 보인 과정에 따라 제작된 스탬퍼를 보이는 사시도 및 부분확대도.

도 12a 및 도 12b는 확산하는 빔의 확산 형태를 바꾸는 홀로그램을 제조하는 과정을 보이는 도면.

도 13은 도 12a 및 도 12b의 방법에 따라 제작한 홀로그램 확산층을 보이는 사시도 및 부분 확대 단면도.

도 14는 스탬퍼를 사용하여 도광판에 홀로그램을 생성하는 방법을 도시한 도면.

도 15는 스탬퍼를 사용하여 도광판에 홀로그램을 생성하는 다른 방법을 도시한 도면.

도 16은 마스크를 사용하여 양각의 홀로그램을 제작하는 과정을 보이는 도면.

도 17은 도 16에 보인 과정에 따라 제작된 양각의 홀로그램판을 보이는 사시도 및 부분확대 단면도.

도 18은 양각의 홀로그램판으로부터 음각의 스탬퍼를 제작하는 과정을 보이는 도면.

도 19는 도 18의 과정에 의해 제작된 음각의 스탬퍼를 보이는 사시도 및 부분확대도.

도 20은 본 발명의 제2 실시예에 따른 평판 조명 장치의 사시도.

도 21a, 도 21b 및 도 22는 제2 실시예에 따른 빔정형 홀로그램 확산판을 제작하는 과정을 보이는 도면.

도 23은 본 발명의 제3 실시예에 따른 평판 조명 장치의 사시도.

도 24는 본 발명의 제4 실시예에 따른 평판 조명 장치의 사시도.

도 25는 확산하는 빔의 진행 방향을 바꾸는 홀로그램을 제조하는 과정을 보이는 도면.

도 26a는 양각의 스탬퍼를 사용한 복제 홀로그램을 도시한 도면.

도 26b는 음각의 스탬퍼를 사용한 복제 홀로그램을 도시한 도면.

도 27a 내지 도 27d는 일반적인 확산판의 확산 특성, 빔 정형 홀로그램의 확산 특성, 복합 빔 정형 홀로그램의 확산 특성, 빔 확산 방향 변경 홀로그램의 확산 특성을 각각 도시한 도면.

도 28a는 본 발명에 따라 구현된 평판 조명장치에서의 광선 진행 과정을 보이는 도면.

도 28b는 홀로그램 확산층이 없는 경우와 있는 경우를 비교하여 도시한 도면.

도 29는 본 발명에 따라 구현된 평판 조명장치에서의 광선 진행 과정을 보이는 도면.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의해 제공되는 평판 조명장치는, 제1 축 방향으로 연장된 광원; 상기 광원과 제1 축 방향으로 한 측면이 평행하며, 상기 광원으로부터 나온 빛의 진행 방향을 회전시키고, 아랫면에는 빛의 세기 분포가 균일하도록 기능을 하는 홀로그램층이 형성되어 있고 윗면에는 빛의 확산 각도를 조절하는 빔 정형 홀로그램확산층이 형성되어 있는 홀로그램 도광판; 상기 홀로그램 도광판의 아래쪽에 위치하여, 빛의 산란과 반사를 동시에 수행하는 반사판; 상기 홀로그램 도광판 위쪽에 위치하며, 상기 광원의 길이 방향과 프리즘 모서리가 평행하도록 구성되어 있는 복수의 프리즘으로 이루어지는 프리즘판; 및 상기 프리즘판을 통과한 빛을 확산시키는 확산판을 포함하여 이루어진다.

상기 홀로그램 도광판의 아랫면에 형성된 홀로그램층은 홀로그램들로 이루어진 무늬의 밀도가 상기 광원이 위치하고 있는 쪽은 낮고 광원으로부터 멀어질수록 밀도가 높아지도록 되어 있고, 상기 홀로그램 도광판의 윗면에 형성된 빔 정형 홀로그램 확산층은 통과한 빛이 상기 윗면과 평행하고 제1 축과는 수직한 제2 축으로 확산하는 각도가 제1 축으로 확산되는 각도 보다 크게 확산하도록 형성되어, 상기 확산판을 통하여 나오는 빛의 세기가 전반적으로 균일하게 분포하도록 구성된 평판조명장치이다.

본 발병의 또 다른 면에 따라 제공되는 평판 표시장치용 평판 조명장치는, 제1 축 방향으로 연장된 광원; 상기 광원과 제1 축 방향으로 한 측면이 평행하며, 상기 광원으로부터 나온 빛의 진행 방향을 회전시키고, 아랫면에는 빛의 세기 분포가 균일하도록 기능을 하는 홀로그램층이 형성되어 있고 윗면에는 빛의 확산 각도를 조절하는 빔 정형 홀로그램확산층이 형성되어 있는 홀로그램 도광판; 상기 홀로그램 도광판의 아래쪽에 위치하여, 빛의 산란과 반사를 동시에 수행하는 반사판; 상기 홀로그램 도광판 위쪽에 위치하며, 상기 홀로그램 도광판으로 나온 빛의 확산각도를 조절하는 빔 정형 홀로그램 확산판; 및 상기 빔 정형 홀로그램 확산판 위쪽에 위치하며, 상기 빔 정형 홀로그램 확산판으로부터 나오는 빛을 확산시키는 확산판을 포함하여 이루어지고, 상기 홀로그램 도광판의 아랫면에 형성된 홀로그램층은 홀로그램들로 이루어진 무늬의 밀도가 상기 광원이 위치하고 있는 쪽은 낮고 광원으로부터 멀어질수록 밀도가 높아지도록 되어 있고, 상기 홀로그램 도광판의 윗면에 형성된 빔 정형 홀로그램 확산층은 통과한 빛이 제1 축으로 확산하는 각도가 상기 윗면과 평행하고 상기 제1 축과는 수직한 제2 축으로 확산되는 각도 보다 크게 하도록 형성되며, 상기 빔 정형 홀로그램 확산판은 통과한 빛이 제2축으로 확산하는 각도가 제1축으로 확산하는 각도보다 크게 확산하도록 되어, 상기 확산판을 통하여 나오는 빛의 세기가 전반적으로 균일하게 분포하도록 구성된 평판조명장치이다.

본 발병의 또 다른 면에 따라 제공되는 평판 표시장치용 평판 조명장치는, 제1 축 방향으로 연장된 광원; 상기 광원과 제1 축 방향으로 한 측면이 평행하며,상기 광원으로부터 나온 빛의 진행 방향을 회전시키고, 아랫면에는 빛의 세기 분포가 균일하도록 기능을 하는 홀로그램층이 형성되어 있고 윗면에는 빛의 확산 각도를 조절하는 빔 정형 홀로그램확산층이 형성되어 있는 홀로그램 도광판; 상기 홀로그램 도광판의 아래쪽에 위치하여, 빛의 산란과 반사를 동시에 수행하는 반사판; 상기 홀로그램 도광판 위쪽에 위치하며, 상기 홀로그램 도광판으로 나오는 빛을 확산시키는 확산판을 포함하여 이루어지고, 상기 홀로그램 도광판의 아랫면에 형성된 홀로그램층은 홀로그램들로 이루어진 무늬의 밀도가 상기 광원이 위치하고 있는 쪽은 낮고 광원으로부터 멀어질수록 밀도가 높아지도록 되어 있고, 상기 홀로그램 도광판의 윗면에 형성된 복합 빔 정형 홀로그램 확산층은 통과한 빛이 제1 축으로 확산하는 각도가 상기 윗면과 평행하고 상기 제1 축과는 수직한 제2 축으로 확산되는 각도 보다 크게 확산하도록 하는 특성과 제2축으로 확산하는 각도가 제1축으로 확산하는 각도보다 크게 확산하도록 하는 특성을 동시에 가지도록 형성되어, 상기 확산판을 통하여 나오는 빛의 세기가 전반적으로 균일하게 분포하도록 구성된 평판조명장치이다.

본 발명의 또 다른 면에 따라 제공되는 평판 조명장치는 제1 축 방향으로 연장된 광원; 상기 광원과 제1 축 방향으로 한 측면이 평행하며, 상기 광원으로부터 나온 빛의 진행 방향을 회전시키고, 아랫면에는 빛의 세기 분포가 균일하도록 기능을 하는 홀로그램층이 형성되어 있고 윗면에는 빛의 확산 각도를 조절하는 빔 정형 홀로그램확산층이 형성되어 있는 홀로그램 도광판; 상기 홀로그램 도광판의 아래쪽에 위치하여, 빛의 산란과 반사를 동시에 수행하는 반사판; 및 상기 홀로그램 도광판 위쪽에 위치하며, 상기 홀로그램 도광판으로 나온 빛의 확산 방향을 바꾸면서 빛을 확산시키는 빔 확산 방향 변경 홀로그램 확산판을 포함하여 이루어지고, 상기 홀로그램 도광판의 아랫면에 형성된 홀로그램층은 홀로그램들로 이루어진 무늬의 밀도가 상기 광원이 위치하고 있는 쪽은 낮고 광원으로부터 멀어질수록 밀도가 높아지도록 되어 있고, 상기 홀로그램 도광판의 윗면에 형성된 빔 정형 홀로그램 확산층은 통과한 빛이 제1 축으로 확산하는 각도가 상기 윗면과 평행하고 상기 제1 축과는 수직한 제2 축으로 확산되는 각도 보다 크게 확산하도록 형성되어 상기 빔 확산 방향 변경 홀로그램 확산판을 통하여 나오는 빛의 세기가 전반적으로 균일하게 분포하도록 구성된 평판조명장치이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명에 따른 실시예에 대하여 설명한다.

<제1 실시예 >

본 발명의 제1 실시예를 도 5를 참조하여 설명한다.

본 발명을 구현한 형태에 대하여 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 광원인 길이가 긴 램프(11)의 길이 방향으로 일측면이 평행하도록 된 홀로그램 도광판(12)이 배치된다. 설명의 편의를 위하여, 본 명세서에서 광원은 z축과 평행하도록 연장된 것으로 하며 도광판은 xz평면에 놓여있는 것으로 한다. 즉, 홀로그램 도광판(12)의 한쪽 측면에 램프(11)가 배치되고, 도광판(12)의 아랫면에는 도광판을 통해 출사하는 빛의 세기 분포가 균일하도록 기능을 하는 홀로그램층(14)가 형성되어 있고 도광판(12)의 윗면에는 x축 방향으로 확산하는 빛의 확산 각도가 z축 방향으로 확산하는 빛의 확산 각도 보다 크게 확산시키는(도 27b 참조) 빔 정형홀로그램확산층(15)이 형성되어 있다. 홀로그램 도광판(12)의 아래에는 빛의 산란과 반사를 동시에 수행하는 반사판(13)이 위치하고, 도광판(12) 위쪽에는 프리즘 모서리가 Z-축과 평행하게 형성된 프리즘판(16), 그리고 확산판(17)이 차례로 적층하도록 구성한다.

도 6a 내지 도 6d 및 도 7a 내지 도 7b는 도광판(12)의 아랫면에 형성되는 홀로그램층(14)를 제작하는데 사용할 수 있는 마스크 형태를 도시하고 있다. 즉, 홀로그램층(14)은 예를 들면 도 6a 내지 도 6d 및 도 7a 내지 도 7b에 도시된 형태 중에 어느 한 형태의 마스크로 제작되어 그 마스크와 동일한 형태를 가지는 홀로그램으로 형성된다. 이러한 마스크 패턴은 컴퓨터에서 CAD 등을 사용하여 통상적인 방법으로 투명 필름 상에 제작할 수 있다. 마스크 패턴 중 무늬가 있는 부분은 투명하고 그 외 부분은 빛을 차단할 수 있도록 불투명하다. 도 6a는 원형(또는 다각형)의 무늬를 마스크 패턴에 전체적으로 형성함에 있어서, x-축 방향의 무늬 중심 사이의 간격 Gx 와 z-축방향에서 무늬 중심 사이의 간격 Gz이 일정하도록 배치하나, 광원이 위치하는 쪽(A)의 무늬의 크기는 작고 광원으로부터 점점 멀어질수록 크기가 점차적으로 커지게 하는 형태이다. 도 6b는 도 6a의 형태에서 무늬의 중심이 x-축 방향으로 동일 선상에 있는 것이 아니라 한줄 건너씩(in every other line) x-축방향으로 동일 선상에 있는 것이다. 즉, 인접한 두줄 사이의 중심은 z-축방향으로 무늬 사이의 거리의 절반(Gh = Gz/2) 만큼씩 이동시킨 형태이다. 도 6c는 무늬의 크기는 일정하게 형성되어 있으나 광원이 위치하는 쪽(A)의 무늬의 x-방향의 간격은 넓게 하고 광원으로부터 멀어질수록 간격을 좁게 하는 형태(즉 Gx1Gx2)이며, z-방향의 간격은 광원이 위치하는 쪽(A)의 간격 Gz1이 광원과 먼쪽에 위치한 무늬의 간격 Gzi와 동일하게 하거나 혹은 Gzn를 광원과 멀어질수록 좁게 하여 (즉 Gz1 >= Gzi)무늬의 밀도를 더욱 더 높인 형태이다. (단, 도 6c에 도시된 것은 Gz1 = Gz2의 경우임). 도 6d는 도 6c의 형태에서 한줄 건너 씩 z-방향으로 무늬 사이의 거리의 절반(Gh’ = Gzn/2) 만큼씩 무늬들을 이동시킨 형태이다.

또한, 도 7a는 상기 홀로그램의 모양이 줄무늬(띠모양)로 되어 있는 경우의 마스크 형태를 도시하고 있는 것으로서, x-방향의 줄무늬의 간격(보다 정확히는 각 줄무늬 띠의 길이방향 중심선 사이의 간격)은 일정하나(Gz1 = Gz2), 줄무늬의 폭은 광원으로부터 멀어질수록 크게 한(W1 < W2) 형태이다. 한편, 도 7b의 경우는 줄무늬들의 크기는 동일하나(W3=W4), 광원이 멀어질수록 줄무늬 사이의 간격을 좁게 하여 줄무늬의 밀도를 높게 한 형태이다.

이와 같이 광원쪽에서의 홀로그램의 요철 무늬 밀도는 작게 하고 광원에서 멀어질수록 무늬의 밀도를 크게 하는 것은, 광원쪽은 빛의 산란을 줄이고 광원으로부터 멀어질수록 빛의 산란을 많게 함으로써 빛의 분포를 균일하게 하려는 것이다.

이하에서는 도 8을 참조하여, 상기 마스크 형태를 가지는 홀로그램의 제작방법을 설명한다.

먼저, 레이저(100)로부터 나오는 레이저 빔을 렌즈(101,102)를 사용하여 확대하고 이렇게 확대된 레이저 빔을 확산판(103: Ground glass diffuser)에 입사시켜 확산시킨다. 그리고 확산판(103)으로부터 일정 거리 L 만큼 떨어진 곳에 감광제(106)가 도포된 유리판(105)을 놓고, 감광제가 도포된 면쪽에, 무늬가 있는 부분은 투명하고 그 외 부분은 빛을 차단할 수 있도록 불투명한 마스크 (도 6a 내지 도6d, 및 도 7a 내지 도 7b의 형태 중 어느 한 형태의 마스크)(104)를 붙여, 마스크의 투명한 부분을 통하여 확산판(103)으로부터 산란되는 레이저 빔에 감광제 (106)를 노출시킨다. 상기와 같은 장치 구성으로 하면 마스크(104)의 투명한 부분을 통해 확산판(103)으로부터 확산된 레이저 빔이 감광제를 감광시키게 되고, 일정 시간이 지난 후 현상 과정을 거치면 도 9에 도시된 바와 같이 홀로그램판(109)이 만들어진다. 홀로그램판(109)에는 도 6a 내지 도 7b의 마스크와 같은 형태로 레이저 빔에 조사된 부분의 감광제가 레이저 빔의 스펙클(speckle) 모양대로 식각되어 홀로그램(108)이 형성되어 있다. 즉, 사용한 마스크의 무늬대로 홀로그램들(108)이 배열된 홀로그램판(109)이 제작된다.

그런 다음에, 도 10과 같이 스탬퍼를 제작한다. 홀로그램판(109)에 무전해 도금을 하면, 홀로그램들(108)과 마스크(104)에 의해 레이저 빔에 노출되지 않아 그대로 남아있는 감광제(106) 위에 금속막(110)이 형성되고(S1-S2), 이 금속막 (110)을 분리하면, 유리판(105) 상에 있는 홀로그램들(108)의 모양이 양각의 형태(111)로 그대로 복제되어 금속 마스터인 스탬퍼(110)가 제작된다(S3). 도 11은 스탬퍼(110)의 요철 부분을 확대한 도면이다.

이하에서는 도 12a 내지 도 12b을 참조하여 홀로그램 도광판(12)의 윗면에 형성되는 빔 정형 홀로그램확산층(12)의 제작 방법을 설명한다.

먼저, 레이저(300)로부터 출사하는 레이저 빔을 렌즈(302,303)를 사용하여 확대하고, 이렇게 확대된 레이저 빔을 xy-평면에서 곡률을 가지는 원통렌즈(Cylindrical Lens,304)로 확산판(305)에 집속시킨 후 다시 확산시킨다. 그런 다음, 확산판으로부터 일정 거리 Li 만큼 떨어진 곳에 감광제(307)가 도포된 유리판(308)을 놓고, 일정부분 폭 Hi만 남겨 놓은 상태에서, 감광제(307)가 도포된 유리판(308)의 다른 부분(Hi 이외의 부분)을 차단판(306)으로 가린다. Hi 부분에 일정시간 동안 확산판으로부터 확산된 레이저 빔을 노출시킨 후, 레이저 빔 차단기(301)로 레이저 빔을 차단한다. 레이저 빔이 차단된 후 확산판과 유리판(308)사이의 거리 Li를 증가시킨 다음, 앞서 레이저 빔에 노출된 Hi 부분은 차단판(306)으로 가리고 레이저 빔에 노출되지 않은 인접한 다른 영역을 레이저 빔에 노출시킨 후 레이저 빔 차단기(301)를 동작시킨다. 이와 같은 과정을 일정하게 여러 번 반복하면, 유리판(308)은 확산판(305)으로부터 Ln 만큼 떨어져 있게 되고 유리판(308)에 도포된 감광제(307)의 노출 영역도 A부터 시작하여 B쪽으로 향하면서 Hn 영역이 노출하게 된다(도 12b 참조). 노출영역이 감광제(307)가 도포된 유리판(308)의 끝까지(B쪽방향) 도달할 때까지 상기 과정을 반복한 후 감광제(307)가 도포된 유리판(308)을 현상하면, 감광제가 식각되어 도 13의 (a),(b),(c)와 같이 A부터 B까지 밀도가 단계적으로 낮아지는 홀로그램(307', 307')으로 이루어진 홀로그램판(309,309',309')이 제작된다.

도 13는 도 12a 내지 도 12b의 방법에 의해 제작된 빔 정형 홀로그램 확산판을 도시하는 것으로서, (a)는 A부터 B까지 노출영역 Hi를 일정하게 (Hi = Hn)하였을 경우이며, (b)는 A부터 B까지 노출영역 Hi를 점차적으로 증가하게(Hi < Hn) 하였을 경우이고, (c)는 A부터 B까지 노출영역 Hi를 점차적으로 감소하게(Hi>Hn) 하였을 경우에 제작된 홀로그램 확산판(309,309',309')을 각각 나타낸다. 빔정형 홀로그램 확산층(15)에 대한 홀로그램 확산판이 제작되면, 도 10에서와 같은 전술한 방법으로 역시 마스터 스탬퍼를 만들 수 있다.

이하에서는 도 14 및 도 15를 각각 참조하여, 전술한 바와 같이 제작된 스탬퍼를 사용하여 홀로그램 도광판 아랫면과 윗면에 홀로그램 층을 만드는 2가지 서로 다른 방법에 대하여 설명한다.

먼저 도 14에 보인 첫번째 방법을 설명하면, 투명한 도광판 재료(500) 윗면과 밑면에 각각 UV(Ultra Violet) 경화제(501, 501')를 도포한 후(S11) UV를 상기 UV 경화제가 완전히 굳지 않을 정도의 시간동안만 조사한다(S12). 다음에는 앞에서 설명한 방식으로 제작된 양 스탬퍼(503, 504)가 각각 부착된 압착기(505,505')로 도광판 상에 도포된 UV 경화제에 스탬퍼의 무늬를 도광판 윗면과 밑면에서 동시에 압착, 형성시키고 일정한 시간이 경과한 후 압착기를 도광판으로부터 분리시킨다 (S13). 그런 다음에 압착기로부터 분리된 도광판 상에 UV를 조사하면(S14) 도광판 밑면에는 도 6a 내지 도 7b의 형태중 어느 한 형태와 같은 형태로 홀로그램들이 배열된 홀로그램층(506)이, 도광판 윗면에는 도 13의 (a),(b),(c)의 형태중 어느 한 형태와 같은 형태의 홀로그램층(506')이 형성된다(S15).

홀로그램 도광판을 제작하는 두 번째 방법으로서 도 15에 보인 방법은, 앞에서 설명한 방식으로 제작된 스탬퍼(602,603)를 도광판을 사출하는 금형 구조물(600)의 위와 아래에 설치하여(S21) 도광판 재료(601)를 금형에 주입하는 사출 방식으로 제작하는 것이다. 도광판 재료(601)를 금형에 주입한 후(S22) 일정시간이 지나 금형을 분리하면 도 6a 내지 도 7b의 형태중 어느 한 형태와 같은 형태로 홀로그램들이 배열된 홀로그램층이 도광판(604) 밑면에 형성되고 도13의 (a),(b),(c)의 형태중 어느 한 형태와 같은 형태의 빔 정형 홀로그램이 도광판(604) 윗면에 형성된다(S23). 이와 같은 방식으로 형성된 홀로그램층은 모두 스탬퍼를 양각으로 만들어 사용한 것이다. 도 26a는 이러한 양각의 스탬퍼를 사용하여 홀로그램층(506, 506')이 형성된 홀로그램 도광판을 도시하고 있다.

또한 앞서 설명한 바와 같이 스탬퍼를 양각으로 만드는 것이 아니라, 음각으로된 스탬퍼를 제작하여 홀로그램층을 제작하는 방법이 도 16에 도시되어 있다.

즉 레이저(200)로부터 나오는 레이저 빔을 렌즈(201,202)를 사용하여 확대하고 이렇게 확대된 레이저 빔을 확산판(203)에 입사시켜 확산시킨다. 그리고 확산판으로부터 일정 거리 L 만큼 떨어진 곳에, 감광제(204)가 도포된 유리판(205)을 감광제가 도포된 면쪽이 확산판(203) 쪽으로 향하게 하여, 확산판(203)으로부터 산란되는 레이저 빔에 노출시킨다. 상기와 같은 장치 구성으로 하면 레이저 빔에 일정 시간 노출시킬 때 레이저 빔의 스펙클 모양대로 감광제(204)가 감광되고, 이렇게 레이저 빔에 1차로 감광된 감광제(204)가 도포되어 있는 유리판(205) 상에 앞에서와는 반대로, 무늬가 있는 부분은 불투명하고 그 외의 부분은 빛이 통과할 수 있도록 투명한 도 6a 내지 도 7b의 형태 중 어느 한 형태의 무늬패턴을 갖는 마스크(207)를 부착하고, 이 마스크의 투명한 부분을 통하여 UV 램프(206)로 UV를 조사한다. UV 조사후 현상을 하면, 도 17과 같이 UV가 조사된 부분은 완전히 식각되고, 1차로 레이저 빔에 의해 조사되고 마스크(207)에 의해 UV 조사가 차단된 부분은 스펙클의 모양대로 부분 식각되어 양각의 홀로그램들(208)이 만들어진다. 즉, 사용한 마스크의 무늬대로 홀로그램들(208)이 배열된 홀로그램판(209)이 제작된다. 이와 같이 제작한 홀로그램판(209)에 도 18와 같이 무전해 도금을 하면, 홀로그램들(208)과 감광제(204)가 완전 식각되어 노출된 유리면 상에 금속막(210)이 형성된다(S31-S32). 그런 다음, 금속막(210)을 분리하면 유리판(205) 상에 있는 홀로그램들(208)이 음각의 형태로 그대로 복제되어 음각의 금속 마스터인 스탬퍼(210)가 제작된다(S33). 음각의 스탬퍼의 경우도, 도 14 또는 도 15에 도시된 바와 같이 양각의 스탬퍼 경우와 유사한 방법을 사용하여 도광판에 도 26b와 같은 홀로그램층(506,506')이 형성된 홀로그램 도광판을 제작할 수 있다.

<실시예 2>

이하에서는 도 20을 참조하여, 본원 발명에 대한 제2 실시예를 설명한다.

먼저 도 20를 참조하여, 본 발명에 따른 제 2 실시예를 설명하면, 광원인 길이가 긴 램프(21)의 길이 방향으로 일측면이 평행하도록 된 홀로그램 도광판(22)가 배치된다. 홀로그램 도광판(22)의 아랫면에는 도광판을 통해 나오는 빛의 세기 분포가 균일하도록 하는 홀로그램층(24)가 형성되어 있고 윗면에는 x축 방향으로 확산하는 빛의 확산 각도가 z축 방향으로 확산하는 빛의 확산 각도보다 크게 확산시키는 (도 20b 참조) 빔 정형 홀로그램확산층(25)이 형성되어 있다. 홀로그램 도광판(22) 아래에는 빛의 산란과 반사를 동시에 수행하는 반사판(23)이 위치하고, 홀로그램 도광판(23) 위쪽에는 z축 방향으로 확산하는 빛의 확산각도가 x축 방향으로 확산하는 빛의 확산 각도보다 크게 확산시키는 빔 정형 홀로그램 확산판(26),그리고 확산판(27)이 차례로 적층하도록 구성된다.

홀로그램 도광판(22)의 아랫면에 형성되어 있는 홀로그램층(24)은 도 6a 내지 도 7b 중에 어느 한 형태의 마스크로 제작되어 그 마스크와 동일한 형태를 가진다. 홀로그램 도광판(22)의 아랫면에 형성되는 홀로그램층(24)과 윗면에 형성되는 빔 정형 홀로그램 확산층(25)은 제 1 실시예에서 설명한 방식과 동일한 방법으로 형성하며 홀로그램 도광판(22)의 제작 방법도 제1 실시예와 동일하다.

한편, 도광판의 윗쪽에 위치하는 빔 정형 홀로그램 확산판(26)의 제작과정은 도 21a 내지 도 21b에 도시되어 있으며, 도 12a 내지 도 12b의 광학계 구성에서 원통렌즈(304)의 곡률이 yz-평면에 있도록 원통렌즈(304)를 y축을 중심으로 90도 회전시켜 구성한다. 확산판으로부터 일정 거리 떨어진 곳에 감광제가 도포된 유리판을 놓고 레이저 빔에 일정 시간 노출 시킨 후 제1 실시예와 동일한 방법으로 스탬퍼를 제작한 후, 도 22와 같은 방법으로 빔 정형 홀로그램 확산판(26)을 만든다.

보다 구체적으로, 도 22에 의한 홀로그램 확산판(26) 제작 방법을 설명하면, 두께가 얇은 광학용 수지(700) 윗면에 UV(Ultra Violet) 경화제(701)를 도포한 후(S41) 앞에서 설명한 방식으로 제작된 스탬퍼(702)가 부착된 압착기(703)로 두께가 얇은 광학용 수지(700) 상에 도포된 UV 경화제에 스탬퍼의 무늬를 압착, 형성시키고 일정한 시간 동안 UV를 조사한 후(S42) 압착기를 도광판으로부터 분리시키면 빔 정형 홀로그램 확산판이 만들어진다(S43).

전술한 방법으로 제작한 빔 정형 홀로그램 확산판(26)에 입사하는 빔은 z축 방향으로 확산하는 빛의 확산각도가 x축 방향으로 확산하는 빛의 확산 각도보다 크게 확산이 된다. 즉, 도 27b에서 좌표계를 y축을 중심으로 90도 회전시킨 경우가 된다.

<실시예 3>

이하에서는 도 23을 참조하여, 본원 발명에 대한 제3 실시예를 설명한다.

먼저 도 23을 참조하여, 본 발명에 따른 제3 실시예를 설명하면, 광원인 길이가 긴 램프(31)의 길이 방향으로 일측면이 평행하도록 된 홀로그램 도광판(32)가 배치된다. 홀로그램 도광판(32)의 아랫면에는 도광판을 통해 나오는 빛의 세기 분포가 균일하도록 하는 홀로그램층(34)가 형성되어 있고 윗면에는 x축 방향으로 확산하는 빛의 확산 각도가 z축 방향으로 확산하는 빛의 확산 각도보다 크게 확산시키는 특성과 z축 방향으로 확산하는 빛의 확산 각도가 X축 방향으로 확산하는 빛의 확산 각도보다 크게 확산시키는 특성을 동시에 가지는 (도 27c 참조) 복합 빔 정형 홀로그램 확산층(35)이 형성되어 있다. 홀로그램 도광판(32) 아래에는 빛의 산란과 반사를 동시에 수행하는 반사판(33)이 위치하고, 홀로그램 도광판(32) 위쪽에는 확산판(36)이 차례로 적층하도록 구성된다.

홀로그램 도광판(32)의 아랫면에 형성되어 있는 홀로그램층(34)은 도 6a 내지 도 7b 중에 어느 한 형태의 마스크로 제작되어 그 마스크와 동일한 형태를 가지며 제 1 실시예에서 설명한 방식과 동일한 방법으로 형성한다.

한편, 도광판의 윗면에 형성된 복합 빔 정형 홀로그램 확산층(36)의 제작과정은 감광제가 도포된 한장의 유리판에 제1 실시예에서 설명한 빔 정형 홀로그램판을 만드는 과정과 제2 실시예에서 설명한 빔 정형 홀로그램판을 만드는 과정을 이어서 수행함으로써 얻어진다. 즉, 도 12a 및 도 12b에 도시된 광학계에서 유리판(308) 상에 도포된 감광제(307)를 레이저 빔에 1차로 노출시키고, 이어서 도 21a 및 도 21b에 도시된 광학계에서 1차 노출된 유리판(308)을 다시 레이저 빔에 2차로 노출시킨 후 감광제(307)를 식각하여 홀로그램판을 판들게 된다. 이러한 홀로그램판으로 다시 전술한 방법과 같이 스탬퍼를 만들어 홀로그램 도광판(32)를 제작한다. 전술한 방법으로 제작한 홀로그램 도광판(32)의 복합 빔 정형 홀로그램 확산층(36)은 도 27c와 같이 x축 방향으로 확산하는 빛의 확산 각도가 z축 방향으로 확산하는 빛의 확산 각도 보다 크게 확산시키는 특성과 z축 방향으로 확산하는 빛의 확산각도가 x축 방향으로 확산하는 빛의 확산 각도보다 크게 확산시키는 특성을 동시에 가지게 된다.

<실시예 4>

이하에서는 도 24를 참조하여, 본원 발명에 대한 제4 실시예를 설명한다.

먼저 도 24를 참조하여, 본 발명에 따른 제4 실시예를 설명하면, 광원인 길이가 긴 램프(41)의 길이 방향으로 일측면이 평행하도록 된 홀로그램 도광판(42)가 배치된다. 홀로그램 도광판(42)의 아랫면에는 도광판을 통해 나오는 빛의 세기 분포가 균일하도록 하는 홀로그램층(44)가 형성되어 있고 윗면에는 x축 방향으로 확산하는 빛의 확산 각도가 z축 방향으로 확산하는 빛의 확산 각도보다 크게 확산시키는 (도 27b 참조) 빔 정형 홀로그램확산층(45)이 형성되어 있다. 홀로그램 도광판(42) 아래에는 빛의 산란과 반사를 동시에 수행하는 반사판(43)이 위치하고, 홀로그램 도광판(42) 위쪽에는 홀로그램 도광판(42로부터 나온 빛의 확산 방향을 바꾸면서 빛을 확산시키는 빔 확산방향 변경 홀로그램 확산판(46)이 적층하도록 구성된다.

홀로그램 도광판(42)의 아랫면에 형성되어 있는 홀로그램층(44)은 도 6a 내지 도 7b 중에 어느 한 형태의 마스크로 제작되어 그 마스크와 동일한 형태를 가진다. 홀로그램 도광판(42)의 아랫면에 형성되는 홀로그램층(44)과 윗면에 형성되는 빔 정형 홀로그램 확산층(45)은 제1 실시예에서 설명한 방식과 동일한 방법으로 형성하며 홀로그램 도광판(42)의 제작 방법은 제1 실시예와 동일하다.

한편, 도광판의 윗쪽에 위치하는 빔 확산 방향 변경 홀로그램 확산판(46)의 제작과정을 도 25를 참조하여 설명한다.

먼저 레이저(400)로부터 나오는 레이저 빔을 빔분할기(401, beam splitter)를 사용하여 두 개의 빔으로 분리한다. 분리된 빔 중의 하나는 렌즈(402,403)를 사용하여 확대하고 이렇게 확대된 레이저 빔을 제1 확산판(404)에 입사시켜 확산시킨다. 분리된 또 하나의 레이저 빔도 반사경(405)으로 빔의 진행 방향을 바꾸어 렌즈(406,407)로 확대시킨 후 제2확산판(408)에 입사시켜 확산시킨다. 이때 제1확산판(404)에서 확산하는 빔과 제2확산판에서 확산하는 빔의 중심축이 감광제(409)가 도포된 유리판(410) 상에서 θ의 각도를 유지하도록 한다. 이와 같은 광학계 구성으로 유리판(410) 상에 도포된 감광제(409)를 레이저 빔에 일정시간 노출 시킨 후 감광제를 식각하여 도 10을 참조하여 제1 실시예에서 설명한 것과 같은 방법으로 스템퍼를 제작하고, 도 22를 참조하여 제2 실시예에서 설명한 것과 같은 방법으로 빔 확산 방향 변경 홀로그램 확산판을 제작한다. 상기와 같이 제작된 빔 확산방향 변경 홀로그램 확산판(46)에 θ의 각도로 입사되는 빔은 빔 확산 방향 변경 홀로그램 확산판(46)과 수직으로 확산 방향이 바뀌어 확산하게 된다(도 27d 참조).

도 27a 내지 도 27b는 각각 일반적인 확산판(901)의 확산 특성, 빔 정형 홀로그램(902)의 확산 특성, 복합 빔 정형 홀로그래(903)의 확산 특성 및 빔 확산 방향 변경 홀로그램(904)의 확산 특성을 예시하고 있다.

이하에서는, 도 28a, 도 28b 및 도 29을 참조하여, 본 발명에 따라 상기와 같이 구성된 평판 조명장치의 동작에 대하여 설명한다.

먼저 제1 실시예에 있어서, 도 28a를 참조하면 도 5와 같은 구성에서는, 광원인 램프(11)로 부터 발산한 빛이 도광판(12) 내부에서 일부는 빔 정형 홀로그램 확산층(15)에 의해 프리즘판(16)을 향하여 확산되고(R1) 일부는 전반사(도 25의 점선)되면서 도광판(12) 내부를 진행하다가 홀로그램(18)이 있는 영역에 부딪히면 빛이 산란되면서 반사판(13)을 향하여 진행되고(R2), 반사판으로 향한 광선들은 반사판에 의해 다시 여러 광선으로 산란됨과 동시에 반사되면서 도광판으로 재 입사된다(R3). 도광판으로 재 입사되는 광선이 홀로그램(18)이 없는 영역을 지나게 되면 그대로 도광판 안으로 들어가지만, 홀로그램(18)이 있는 영역을 지나게 되면 홀로그램에 의해 다시 여러 광선으로 산란하면서 도광판 윗면을 향하여 진행하며(R4), 도광판 윗면으로 진행하는 광선이 도광판 윗면에 형성된 빔 정형 홀로그램 확산층(15)에 부딪힐 때 부딪히는 부분에서 일부는 투과하고(R5) 일부는 반사하게 된다. 이때 반사된 광선 중에서 전반사 조건이 깨진 일부 광선(R6)은, 홀로그램이 없는 영역을 향할 경우에는 도광판을 빠져나와 다시 반사판에 부딪히고 부딪힌 부분에서 다시 산란됨과 동시에 반사되며, 홀로그램이 있는 영역을 지나는 광선은 다시 산란하면서 반사판을 향하게 된다. 상기와 같은 과정을 무수히 반복하면서 도광판 윗면으로 나오는 광선의 분포가 도광판 전체에 걸쳐 균일하게 된다. 이때 빔 정형 홀로그램층(15)에 의해 프리즘판으로 확산되는 빔은 도 27b와 같이 x축으로 확산하는 각도가 z축으로 확산되는 각도 보다 크게 되어 yz-평면 상에서 확산하는 빔의 확산 각도를 좁혀주게 된다. 도 28b에는 (a)의 경우 빔 정형 홀로그램 층이 없을 경우의 빛의 확산 정도와 (b)의 경우 빔 정형 홀로그램층(15)가 있는 경우 확산 각도가 줄어드는 것을 도시하고 있다. 즉 종래 기술에서 설명한 제1 프리즘판관 같은 역할을 하게 된다. 상기의 원리로 빔 정형 홀로그램층(15)을 통과한 광선들은 종래의 장치에 대하여 설명한 것과 동일하게 프리즘판(16)에 의해 광선들의 중심축이 y축과 평행하게 되고 확산판(17)에 의해 재차 확산되어 균일한 광분포를 가지게 된다.

한편 도 20에 도시된 제2 실시예에 따른 평판 조명장치의 경우에는, 제1 실시예에서 프리즘판(16)에 의해 광선들의 중심축이 y축과 평행하게 되게하는 확산판 (17) 대신에 이와 유사한 기능을 하는 z축으로 확산하는 각도가 x축으로 확산되는 각도 보다 크게 하는 빔 정형 홀로그램판(26)을 사용한 실시예로 도광판이 동작하는 원리는 상기한 내용과 동일하다.

한편 도 23에 도시된 제3 실시예에 따른 평판 조명장치의 경우에는, 제2 실시예에서 광선들의 중심축이 y축과 평행하게 되도록 하는 기능을 가진 z축으로 확산하는 각도가 x축으로 확산되는 각도 보다 크게 하는 빔 정형 홀로그램판(26)의기능과 yz-평면 상에서 광선의 확산 각도를 좁히는 기능을 하는 빔 정형 홀로그램층(25)의 기능을 동시에 수행하도록 상기 제3 실시예에서 설명한 것과 같은 방법으로 도광판 윗면에 복합 빔 정형 홀록그램 확산층(35)을 형성하므로써 상기 실시예에서 설명한 기능을 하게 된다. 동작하는 원리는 상기한 내용과 동일하다.

한편 도 24에 도시된 제4 실시예에 따른 평판 조명장치의 경우에는, 제1 실시예의 프리즘판(16)과 확산판(17) 또는 제2 실시예의 빔 정형 홀로그램 확산판(26)과 확산판(27)의 두가지 기능을 동시에 갖는 빔 확산 방향 변경 홀로그램 확산판(46)을 사용하므로써 상기 실시예에서 설명한 기능을 하게 된다. 즉 도 29에서와 같이 빔 정형 홀로그램 확산층(45)을 통과한 광선들(R7)이 빔 확산 방향 변경 홀로그램판(46)에 의해 광선들의 확산 중심축이 y축과 평행하게 되어 확산되므로써 상기 실시예에서 설명한 기능을 하게 된다. 동작하는 원리는 상기한 내용과 동일하다.

앞에서는 본원 발명의 기술적 특징이 특정한 실시예를 중심으로 설명되었으나, 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위내에서도 여러 가지 변형 및 수정을 가할 수 있음은 명백하다.

상기에서 설명한 방법에 따라 홀로그램 도광판을 제작하면 도광판의 제작 시간이 짧을 뿐만 아니라 제작도 용이하므로, 그러한 도광판을 포함하는 평판 조명장치의 제작비용을 절감하는 것이 가능하게 된다.

또한 그와 같은 방법으로 제작된 도광판을 이용하여 도 5, 도 20, 도 23 또는 도24에 보인 바와 같이 평면조명장치를 구성하고, 도 6a 내지 도 7b의 형태중 어느 한 형태로 제작된 홀로그램층 및 홀로그램 확산층을 사용하는 평판조명장치의 경우는, 광투과 효율이 90% 이상이 되어, 60~70% 정도의 투과율을 가지는 기존의 확산판을 사용하는 장치보다 LCD의 밝기가 증가되므로, 이로 인해 전력소모가 줄어들게 되는 장점도 있다. 따라서 예를 들어 그와 같은 평판조명장치를 채용하는 노트북 컴퓨터는 기존의 것보다 장시간 사용할 수 있게 된다.

더 나아가, 도광판의 윗면에 빔 정형 홀로그램 확산층(15 또는 25), 복합 빔 정형 홀로그램 확산층(35)이 형성된 홀로그램 도광판, 빔 정형 홀로그램 확산판(26), 빔 확산 방향 변경 홀로그램 확산판(46)을 구비하는 형태의 홀로그램 도광판을 사용한 평면조명장치는, 기존에 사용하는 광투과율이 낮은 (60~70%) 별도의 확산판 및 매우 고가의 프리즘판 등을 불필요하게 하므로, 경제성 및 상기에서 언급한 광효율성 면에서도 우수하게 된다.

Claims

평판 표시장치에 사용되는 평판 조명장치로서,

제1 축 방향으로 연장된 광원;

상기 광원과 제1 축 방향으로 한 측면이 평행하며, 상기 광원으로부터 나온 빛의 진행 방향을 회전시키고, 아랫면에는 빛의 세기 분포가 균일하도록 기능을 하는 홀로그램층이 형성되어 있고 윗면에는 빛의 확산 각도를 조절하는 빔 정형 홀로그램확산층이 형성되어 있는 홀로그램 도광판;

상기 홀로그램 도광판의 아래쪽에 위치하여, 빛의 산란과 반사를 동시에 수행하는 반사판;

상기 홀로그램 도광판 위쪽에 위치하며, 상기 광원의 길이 방향과 프리즘 모서리가 평행하도록 구성되어 있는 복수의 프리즘으로 이루어지는 프리즘판; 및

상기 프리즘판을 통과한 빛을 확산시키는 확산판

을 포함하여 이루어지고,

상기 홀로그램 도광판의 아랫면에 형성된 홀로그램층은 홀로그램들로 이루어진 무늬의 밀도가 상기 광원이 위치하고 있는 쪽은 낮고 광원으로부터 멀어질수록 밀도가 높아지도록 되어 있고, 상기 홀로그램 도광판의 윗면에 형성된 빔 정형 홀로그램 확산층은 통과한 빛이 상기 윗면과 평행하고 제1 축과는 수직한 제2 축으로 확산하는 각도가 제1 축으로 확산되는 각도 보다 크게 확산하도록 형성된 평판조명장치.
평판 표시장치에 사용되는 평판 조명장치로서,

제1 축 방향으로 연장된 광원;

상기 광원과 제1 축 방향으로 한 측면이 평행하며, 상기 광원으로부터 나온 빛의 진행 방향을 회전시키고, 아랫면에는 빛의 세기 분포가 균일하도록 기능을 하는 홀로그램층이 형성되어 있고 윗면에는 빛의 확산 각도를 조절하는 빔 정형 홀로그램확산층이 형성되어 있는 홀로그램 도광판;

상기 홀로그램 도광판의 아래쪽에 위치하여, 빛의 산란과 반사를 동시에 수행하는 반사판;

상기 홀로그램 도광판 위쪽에 위치하며, 상기 홀로그램 도광판으로 나온 빛의 확산각도를 조절하는 빔 정형 홀로그램 확산판; 및

상기 빔 정형 홀로그램 확산판 위쪽에 위치하며, 상기 빔 정형 홀로그램 확산판으로부터 나오는 빛을 확산시키는 확산판

을 포함하여 이루어지고,

상기 홀로그램 도광판의 아랫면에 형성된 홀로그램층은 홀로그램들로 이루어진 무늬의 밀도가 상기 광원이 위치하고 있는 쪽은 낮고 광원으로부터 멀어질수록 밀도가 높아지도록 되어 있고, 상기 홀로그램 도광판의 윗면에 형성된 빔 정형 홀로그램 확산층은 통과한 빛이 제1 축으로 확산하는 각도가 상기 윗면과 평행하고 상기 제1 축과는 수직한 제2 축으로 확산되는 각도 보다 크게 하도록 형성되며,

상기 빔 정형 홀로그램 확산판은 통과한 빛이 제2축으로 확산하는 각도가제1축으로 확산하는 각도보다 크게 확산하도록 된 평판조명장치.
평판 표시장치에 사용되는 평판 조명장치로서,

제1 축 방향으로 연장된 광원;

상기 광원과 제1 축 방향으로 한 측면이 평행하며, 상기 광원으로부터 나온 빛의 진행 방향을 회전시키고, 아랫면에는 빛의 세기 분포가 균일하도록 기능을 하는 홀로그램층이 형성되어 있고 윗면에는 빛의 확산 각도를 조절하는 빔 정형 홀로그램확산층이 형성되어 있는 홀로그램 도광판;

상기 홀로그램 도광판의 아래쪽에 위치하여, 빛의 산란과 반사를 동시에 수행하는 반사판;

상기 홀로그램 도광판 위쪽에 위치하며, 상기 홀로그램 도광판으로 나오는 빛을 확산시키는 확산판

을 포함하여 이루어지고,

상기 홀로그램 도광판의 아랫면에 형성된 홀로그램층은 홀로그램들로 이루어진 무늬의 밀도가 상기 광원이 위치하고 있는 쪽은 낮고 광원으로부터 멀어질수록 밀도가 높아지도록 되어 있고, 상기 홀로그램 도광판의 윗면에 형성된 복합 빔 정형 홀로그램 확산층은 통과한 빛이 제1 축으로 확산하는 각도가 상기 윗면과 평행하고 상기 제1 축과는 수직한 제2 축으로 확산되는 각도 보다 크게 확산하도록 하는 특성과 제2축으로 확산하는 각도가 제1축으로 확산하는 각도보다 크게 확산하도록 하는 특성을 동시에 가진 평판조명장치.
평판 표시장치에 사용되는 평판 조명장치로서,

제1 축 방향으로 연장된 광원;

상기 광원과 제1 축 방향으로 한 측면이 평행하며, 상기 광원으로부터 나온 빛의 진행 방향을 회전시키고, 아랫면에는 빛의 세기 분포가 균일하도록 기능을 하는 홀로그램층이 형성되어 있고 윗면에는 빛의 확산 각도를 조절하는 빔 정형 홀로그램확산층이 형성되어 있는 홀로그램 도광판;

상기 홀로그램 도광판의 아래쪽에 위치하여, 빛의 산란과 반사를 동시에 수행하는 반사판; 및

상기 홀로그램 도광판 위쪽에 위치하며, 상기 홀로그램 도광판으로 나온 빛의 확산 방향을 바꾸면서 빛을 확산시키는 빔 확산 방향 변경 홀로그램 확산판

을 포함하여 이루어지고,

상기 홀로그램 도광판의 아랫면에 형성된 홀로그램층은 홀로그램들로 이루어진 무늬의 밀도가 상기 광원이 위치하고 있는 쪽은 낮고 광원으로부터 멀어질수록 밀도가 높아지도록 되어 있고, 상기 홀로그램 도광판의 윗면에 형성된 빔 정형 홀로그램 확산층은 통과한 빛이 제1 축으로 확산하는 각도가 상기 윗면과 평행하고 상기 제1 축과는 수직한 제2 축으로 확산되는 각도 보다 크게 확산하도록 형성된 평판조명장치.
제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서,

상기 홀로그램 도광판의 아랫면에 형성되는 홀로그램층은 원형 또는 다각형 모양을 갖는 복수의 홀로그램들로 이루어지며, 상기 복수의 홀로그램들의 크기는 상기의 광원이 있는 쪽에서부터 시작하여 광원으로부터 멀어질수록 점차적으로 커지도록 되어 있고,

상기 복수의 홀로그램들의 배열은, 각 홀로그램의 중심간의 간격이 가로 및 세로 방향으로 일정하게 유지되는 방식으로 배열되거나, 또는 각 홀로그램의 중심간의 간격이 가로 및 세로 방향으로 일정하게 유지되는 방식으로 배열되되 각 홀로그램들을 제2축 방향을 따라 한 줄씩 건너서 상기 홀로그램 중심 사이의 간격의 절반만큼씩 제1축 방향으로 이동시켜 배열되는 것을 특징으로 하는 평판 조명 장치.
제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서,

상기 홀로그램 도광판의 아랫면에 형성하는 홀로그램층은 원형 또는 다각형의 모양을 가지며 크기가 일정한 복수의 홀로그램들로 이루어지고,

상기 홀로그램들의 배열은 각 홀로그램들의 중심 사이의 간격이 상기 광원이 있는 쪽부터 시작하여 광원으로부터 멀어질수록 점차적으로 감소하는 방식으로 배열되거나, 혹은 이렇게 배열된 상태에서 각 홀로그램들을 제2축 방향을 따라 한 줄씩 건너서 상기 홀로그램 중심간 간격의 절반만큼씩 제1축 방향으로 이동시켜 배열되는 것을 특징으로 하는 평판 조명 장치.
제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서,

상기의 도광판의 밑면에 형성하는 홀로그램층은, 줄무늬 형상을 가지는 복수의 홀로그램들로 이루어지며,

각 홀로그램의 중심은 제2축 방향으로 일정한 간격을 유지하되, 줄무늬 홀로그램 각각의 폭이 상기 광원이 있는 쪽에서 시작하여 광원으로부터 멀어질수록 점차적으로 커지도록 구성하거나,

상기 줄무늬의 폭은 일정하되 상기의 광원이 있는 쪽부터 광원으로부터 멀어질수록 홀로그램간의 간격이 점차적으로 좁아지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 평판 조명 장치.
제2항에 있어서, 상기 빔 정형 홀로그램 확산판은

레이저로부터 출사되는 레이저 빔을 확대하여 원통렌즈에 입사시키는 단계;

원통렌즈로부터 레이저 빔을 확산판에 집속시키는 단계;

상기 확산판으로부터 일정 거리 떨어진 곳에 감광제가 도포된 기판을 배치하여 상기 확산판으로부터 확산된 레이저빔을 노출시키는 단계;

상기 기판을 현상하여 감광제를 식각하는 단계;

상기 기판 상에 무전해 도금을 하여, 감광제가 식각된 형태대로 금속 스탬퍼를 만드는 단계; 및

두께가 얇은 광학용 수지에 UV경화제를 도포하여 도포된 UV 경화제에 상기 스탬퍼를 압착하는 단계; 및

UV를 조사하여 UV 경화제를 완전하게 경화시키는 단계

를 포함하는 방법으로 제작되는 것을 특징으로 하는 평판 조명장치.
제4항에 있어서, 상기 빔 확산 방향 변경 홀로그램 확산판은

레이저로부터 출사되는 레이저 빔을 빔 분할기로 두 개의 레이저 빔으로 분리하는 단계;

상기의 빔분할기로부터 분리된 두개의 레이저 빔을 각각 확대하는 단계;

상기의 확대된 두 개의 레이저 빔을 각각 확산판에 입사시키는 단계;

상기의 확산판으로부터 확산되는 두 개의 확산된 레이저 빔을 일정 각도를 유지하게 하여 감광제가 도포된 기판에 입사시키는 단계;

상기 기판을 현상하여 감광제를 식각하는 단계;

상기 기판 상에 무전해 도금을 하여, 감광제가 식각된 형태대로 금속 스탬퍼를 만드는 단계;

두께가 얇은 광학용 수지에 UV경화제를 도포하여 도포된 UV 경화제에 상기 스탬퍼를 압착하는 단계; 및

UV를 조사하여 UV 경화제를 완전하게 경화시키는 단계

를 포함하는 방법으로 제작되는 것을 특징으로 하는 평판 조명 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홀로그램 도광판 밑면에 형성된 홀로그램층은,

레이저로부터 출사되는 레이저 빔을 확대하여 확산기에 입사시키는 단계;

감광제가 도포된 기판에 홀로그램층에 형성될 무늬 형태를 갖고 있는 마스크를 부착시켜 상기 레이저 빔에 노출시키는 단계; 및

상기 기판을 현상하여 마스크에 형성된 무늬대로 감광제를 식각하는 단계;

포함하는 방법으로 제작되는 것을 특징으로 하는 평판 조명장치.
제1항, 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 홀로그램 도광판 윗면에 형성된 빔 정형 홀로그램 확산층은

a) 레이저로부터 출사되는 레이저 빔을 확대하여 원통렌즈에 입사시키는 단계;

b) 원통렌즈로부터 레이저 빔을 확산판에 집속시키는 단계;

c) 감광제가 도포된 기판을 상기 확산판으로부터 일정 거리 떨어진 곳에 배치하고 차단판을 이용하여 감광제의 일부만을 상기 레이저 빔에 노출시킨 후, 레이저 빔을 차단하는 단계;

d) 상기 기판과 확산판과의 거리를 증가시키고, 이전 단계에서 레이저 빔에 조사된 영역은 차단판으로 가리고 상기 c) 단계에서 레이저 빔에 조사된 영역과 바로 인접한 조사되지 않은 영역을 상기 레이저 빔에 노출시킨 후 레이저 빔을 차단하는 단계;

e) 상기 c) 단계와 d) 단계를 반복하여, 상기의 감광제가 도포된 기판 전체에 레이저 빔이 조사될 때 까지 반복하는 단계; 및

f) 상기 기판을 현상하여 감광제를 식각하는 단계;

를 포함하는 방법으로 제작되는 것을 특징으로 하는 평판 조명장치.
제3항에 있어서, 상기 홀로그램 도광판의 윗면에 형성되는 복합 빔 정형 홀로그램 확산층은

a) 레이저로부터 출사되는 레이저 빔을 확대하여 원통렌즈에 입사시키는 단계;

b) 원통렌즈로부터 레이저 빔을 확산판에 집속시키는 단계;

c) 감광제가 도포된 기판은 상기의 확산판으로부터 일정 거리 떨어진 곳에 배치하고, 차단판을 이용하여 감광제의 일부만을 상기 레이저 빔에 노출시킨 후, 레이저 빔을 차단하는 단계;

d) 상기의 기판과 확산판과의 거리를 증가시키고, 이전 단계에서 레이저 빔에 조사된 영역은 차단판으로 가리고 상기 c) 단계에서 레이저 빔에 조사된 영역에 바로 인접한 조사되지 않은 영역을 상기 레이저 빔에 노출시킨 후 레이저 빔을 차단하는 단계;

e) 상기 c)단계와 d)단계를 반복하여, 상기 감광제가 도포된 기판 전체에 기판 전체에 레이저 빔이 조사될 때 까지 반복하는 단계;

f) 상기의 원통렌즈를 광학계의 광축을 중심으로 90도 회전시켜 상기 a)단계에서 e)단계를 반복하는 단계; 및

g) 상기 기판을 현상하여 감광제를 식각하는 단계;

를 포함하는 방법으로 제작되는 것을 특징으로 하는 평판 조명장치.
평판 표시장치에 사용되는 평판 조명장치에서, 아랫면에는 홀로그램들로 이루어진 무늬의 밀도가 광원이 위치하고 있는 쪽은 낮고 광원으로부터 멀어질수록 밀도가 높아지도록 되어 있는 제1 홀로그램 확산층이 형성되어 있고 윗면에는 빛의 확산 각도를 조절하는 제2 홀로그램 확산층이 형성되어 있는 홀로그램 도광판을 제조하는 방법으로서,

A) 레이저로부터 출사되는 레이저 빔을 확대하여 확산기에 입사시키는 단계;

B) 감광제가 도포된 제1 기판에 홀로그램층에 형성될 무늬 형태를 갖고 있는 마스크를 부착시켜 상기 레이저 빔에 노출시키는 단계; 및

C) 상기 제1 기판을 현상하여 마스크에 형성된 무늬대로 감광제를 식각하는 단계;

를 포함하는 제1 홀로그램 확산층 형성 단계; 및

a) 레이저로부터 출사되는 레이저 빔을 확대하여 원통렌즈에 입사시키는 단계;

b) 원통렌즈로부터 레이저 빔을 확산판에 집속시키는 단계;

c) 감광제가 도포된 제2 기판을 상기 확산판으로부터 일정 거리 떨어진 곳에 배치하고 차단판을 이용하여 감광제의 일부만을 상기 레이저 빔에 노출시킨 후, 레이저 빔을 차단하는 단계;

d) 상기 제2 기판과 확산판과의 거리를 증가시키고, 이전 단계에서 레이저 빔에 조사된 영역은 차단판으로 가리고 상기 c) 단계에서 레이저 빔에 조사된 영역과 바로 인접한 조사되지 않은 영역을 상기 레이저 빔에 노출시킨 후 레이저 빔을 차단하는 단계;

e) 상기 c) 단계와 d) 단계를 반복하여, 상기의 감광제가 도포된 제2 기판 전체에 레이저 빔이 조사될 때 까지 반복하는 단계; 및

f) 상기 제2 기판을 현상하여 감광제를 식각하는 단계;

를 포함하는 제2 홀로그램 확산층 형성 단계

를 포함하는 홀로그램 도광판 제조 방법.
평판 표시장치에 사용되는 평판 조명장치에서, 아랫면에는 홀로그램들로 이루어진 무늬의 밀도가 광원이 위치하고 있는 쪽은 낮고 광원으로부터 멀어질수록 밀도가 높아지도록 되어 있는 제1 홀로그램 확산층이 형성되어 있고 윗면에는 빛의 확산 각도를 조절하는 제2 홀로그램 확산층이 형성되어 있는 홀로그램 도광판을 제조하는 방법으로서,

A) 레이저로부터 출사되는 레이저 빔을 확대하여 확산기에 입사시키는 단계;

B) 감광제가 도포된 제1 기판에 홀로그램층에 형성될 무늬 형태를 갖고 있는 마스크를 부착시켜 상기 레이저 빔에 노출시키는 단계; 및

C) 상기 제1 기판을 현상하여 마스크에 형성된 무늬대로 감광제를 식각하는 단계;

를 포함하는 제1 홀로그램 확산층 형성 단계; 및

a) 레이저로부터 출사되는 레이저 빔을 확대하여 원통렌즈에 입사시키는 단계;

b) 원통렌즈로부터 레이저 빔을 확산판에 집속시키는 단계;

c) 감광제가 도포된 제2 기판을 상기의 확산판으로부터 일정 거리 떨어진 곳에 배치하고, 차단판을 이용하여 감광제의 일부만을 상기 레이저 빔에 노출시킨 후, 레이저 빔을 차단하는 단계;

d) 상기의 제2 기판과 확산판과의 거리를 증가시키고, 이전 단계에서 레이저 빔에 조사된 영역은 차단판으로 가리고 상기 c) 단계에서 레이저 빔에 조사된 영역에 바로 인접한 조사되지 않은 영역을 상기 레이저 빔에 노출시킨 후 레이저 빔을 차단하는 단계;

e) 상기 c)단계와 d)단계를 반복하여, 상기 감광제가 도포된 제2 기판 전체에 레이저 빔이 조사될 때 까지 반복하는 단계;

f) 상기의 원통렌즈를 광학계의 광축을 중심으로 90도 회전시켜 상기 a)단계에서 e)단계를 반복하는 단계; 및

g) 상기 제2 기판을 현상하여 감광제를 식각하는 단계;

를 포함하는 제2 홀로그램 확산층 형성 단계

를 포함하는 홀로그램 도광판 제조 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,

상기 제1 기판 상에 무전해 도금을 하여, 감광제가 식각된 형태대로 제1 금속 스탬퍼를 만드는 단계;

상기 제2 기판 상에 무전해 도금을 하여, 감광제가 식각된 형태대로 제2 금속 스탬퍼를 만드는 단계;

도광판 재료의 아랫면과 윗면에 UV 경화제를 도포시킨 후 UV 경화제가 완전히 경화되지 않을 정도로 자외선에 조사된 UV경화제에 상기 제1 금속스탬퍼는 아랫쪽에서 제2 금속 스템퍼는 윗쪽에서 압착하는 단계; 및

자외선을 조사하여 UV 경화제를 완전하게 경화시키는 단계

를 더 포함하는 홀로그램 도광판 제조 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,

제2 홀로그램 확산층 형성 단계는 상기 e)의 반복 단계를 수행함에 있어서, 매회 마다 노출영역의 크기를 일정하게 하거나, 처음의 노출영역보다 점차 줄어들도록 하거나, 또는 처음의 노출 영역보다 점차 늘어나도록 구성하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 도광판 제조 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,

상기 제1 기판 상에 무전해 도금을 하여, 감광제가 식각된 형태대로 제1 금속 스탬퍼를 만드는 단계;

상기 제2 기판 상에 무전해 도금을 하여, 감광제가 식각된 형태대로 제2 금속 스탬퍼를 만드는 단계; 및

상기의 제1 금속 스템퍼와 제2 금속 스템퍼를 금형 구조물에 아랫면과 윗면에 각각 설치하여 사출용 재료를 투입하는 단계

를 더 포함하는 홀로그램 도광판 제작 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,

상기 홀로그램층에 형성될 무늬 형태를 갖고 있는 마스크의 구성은 홀로그램이 생길 부분은 투명하게 되어 있고 그 외의 부분은 빛을 차단하도록 불투명하게 되어 있어 결과적으로 음의 홀로그램을 형성하거나, 혹은 상기 마스크의 구성이 그와 반대로 되어 결과적으로 양의 홀로그램을 형성하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 도광판 제작 방법.