KR100459901B1 - 표시형 홀로그램을 사용한 평면표시소자용 조명장치 - Google Patents

표시형 홀로그램을 사용한 평면표시소자용 조명장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100459901B1
KR100459901B1 KR20020023114A KR20020023114A KR100459901B1 KR 100459901 B1 KR100459901 B1 KR 100459901B1 KR 20020023114 A KR20020023114 A KR 20020023114A KR 20020023114 A KR20020023114 A KR 20020023114A KR 100459901 B1 KR100459901 B1 KR 100459901B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
guide plate
light guide
display
hologram
Prior art date
Application number
KR20020023114A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030004021A (ko
Inventor
이문규
최환영
최진승
민지홍
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to US10/482,300 priority Critical patent/US7253799B2/en
Priority to PCT/KR2002/001232 priority patent/WO2003004931A2/en
Publication of KR20030004021A publication Critical patent/KR20030004021A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100459901B1 publication Critical patent/KR100459901B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133615—Edge-illuminating devices, i.e. illuminating from the side
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0051—Diffusing sheet or layer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0055—Reflecting element, sheet or layer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133524—Light-guides, e.g. fibre-optic bundles, louvered or jalousie light-guides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V2200/00—Use of light guides, e.g. fibre optic devices, in lighting devices or systems
    • F21V2200/20—Use of light guides, e.g. fibre optic devices, in lighting devices or systems of light guides of a generally planar shape

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)

Abstract

평판형 홀로그램을 이용한 평면표시소자용 조명장치가 개시된다. 개시된 평면표시소자용 조명장치는 광원; 상기 광원의 일측에 구비되고, 상기 광원으로부터의 광이 전반사하며 진행하는 도광판; 상기 도광판의 일측에 구비되며, 상기 도광판을 진행하는 광의 광경로를 변환시켜 상기 표시형 홀로그램층에 대해 최대 회절효율을 나타내는 각에 근접하도록 입사시키는 회절 격자형 광경로 변환수단; 및 상기 도광판의 적어도 일면에 구비되고, 상기 광을 회절시켜 상기 도광판의 평면에 대해 소정 각도로 방출시키기 위하여 소정의 격자 간격 및 깊이의 패턴을 갖는 표면형 홀로그램층;을 구비한다. 본 발명에서는 광강도가 높은 광을 회절효율이 높은 각도로 평판형 홀로그램으로 입사시키고, 도광판으로부터 출사되는 광은 도광판에 대해 거의 수직 또는 소정의 원하는 각도로 방출되므로 광효율이 증대되어 조명장치의 구조가 간단해진다. 또한 본 발명의 도광판에 구비되는 평판형 홀로그램의 격자 간격 및 깊이를 조절하여 각 파장에 따른 특정 편광의 회절효율을 높일 수 있다.

Description

표시형 홀로그램을 사용한 평면표시소자용 조명장치{Backlight using planar hologram for flat display device}
본 발명은 평면표시소자용 조명장치에 관한 것으로, 상세하게는 표시형 홀로그램에 대해 회절효율이 최대인 입사각으로 입사광을 유도하는 광경로 변환수단과 표시형 홀로그램을 구비한 도광판을 포함하는 평면표시소자용 조명장치에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 조명장치에, 광원(11)과, 광원(11)으로부터 입사되는 광이 통과하는 도광판(13)과, 상기 도광판(13)에서 방출되는 광을 확산시키는 확산판(19)과, 확산되어 나오는 광을 정면에 모아주는 프리즘판(21a, 21b)이 구비되어 있다.
도 2를 참조하면, 종래의 조명장치에서, 광원(11)에서 출사된 광은, 도광판(13)에 입사되어 전반사에 의해 전달된다. 일부광은 도광판(13)의 하부면을 투과한 후 반사판(17)에 반사된 다음 도광판(13)에 입사한다.
도광판(13)의 하부면에는 도트 형태의 산란 패턴(23)이 인쇄되어 있다. 도광판(13)에 입사된 광 중, 도광판(13)의 하부면의 인쇄된 산란 패턴에 의해 산란되어 전반사 조건을 벗어난 광만이 도광판(13)의 상부면을 투과하여 출사된다.
도광판(13)의 전면에 도광판(13)에서 출사된 광을 확산시켜 균일도를 향상시켜주는 확산판(19)이 구비되어 있다.
확산판(19)의 전면에 프리즘판(21a, 21b)이 구비되어 있다. 단면 삼각형 형상의 프리즘을 배열한 구조인 프리즘판(21a, 21b)은 삼각 프리즘이 다수 나란하게배치된 스트라이프 패턴으로 형성되며, 두 장이 같이 사용되는 경우 각각의 패턴이 상호 직교하도록 두 프리즘판(21a, 21b)이 결합된다. 프리즘판(21a, 21b)은 확산판(19)에서 출사되는 광을 입사되는 각도에 따라 굴절 또는 전반사함으로써 정면 휘도를 증가시키는 역할을 한다.
보호판(25)은 프리즘판(21a, 21b)에 전면에 배치되어 조명장치 시스템 전체를 보호한다.
상기한 바와 같은 종래의 조명장치에서, 도광판으로부터 광을 출사시키기 위해 도광판(13)의 하부면에 산란용 도트 패턴이나 프리즘 형태 또는 반구 형태의 요철이 구비되어 있다. 도광판(13)에 프리즘 형태 또는 반구 형태의 요철이 구비되는 경우, 상기 요철을 형성하기 위한 장비와 공정이 더 필요하게 되므로 비용 및 시간의 손실이 많게 된다.
또한 도광판(13) 하부면에 산란용 도트 패턴이 인쇄되는 경우, 도광판(13)에 인쇄된 도트 패턴은 액정 패널과 함께 조립되었을 때 화상면의 각 화소에 얼룩 무늬가 있는 것처럼 나타나 시인성을 악화시킨다. 이러한 시인성 문제를 해결하기 위해 적용된 확산판은 그 투과 성능에 따라 다시 20% 내지 30%의 광 반사효율의 저하를 가져오게 된다. 또한, 도광판(13)에서의 광효율은 도트 패턴의 위치와 면적에 의존하므로 도트 패턴의 위치와 면적에 따라 다시 광효율이 저하가 일어날 수 있다.
종래의 조명장치에서, 광원(11)으로부터 출사된 광은 도광판(13) 하부면에 인쇄되어 있는 산란용 도트 패턴이나 프리즘 형태의 홈에서 산란되어 도광판(13)에수직한 법선에 대해 70도 내지 90도의 큰 각도로 출사하게 된다. 종래의 조명장치에서는, 이렇게 큰 각도로 출사한 광을 도광판(13)의 법선방향으로 전환시키기 위해 확산판과 프리즘판이 더 구비된다. 이것은 조명장치의 조립공정을 복잡하게 하고 단가를 높이는 결과를 낳는다.
도 3a 내지 3e는 종래의 조명장치에서, 광도의 분포의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3a는 도광판(13)을 출사한 광의 광도 분포를 나타낸 도면이다. 도 4a를 참조하면, 도광판(13)을 출사한 광의 광도 분포는 90도 부근이 가장 강한 비대칭구조이다. 90도 부근에서 약 3400cd('cd' 는 칸델라의 단위)정도의 광도가 나타나고 있으며, 0도와 180도 사이에서 400cd 이하의 광도가 나타나고 있다.
도 3a에서 도시된 불균등한 광도 분포는, 도 4b, 도 4c, 도 4d,및 도 4e로 진행될수록 중심부의 광도가 점점 세지는 대칭적인 광도 분포로 바뀌어 나타나고 있다.
도 3b는 도광판(13)과 확산판(19)을 출사한 광의 광도 분포를 나타낸 도면이다. 도 3b를 참조하면, 중심과 90도를 연결하는 축상에 약 800cd 정도의 광도가 가장 센 부분이 보이며, 주변으로 갈수록 광도가 점점 약해지는 비대칭분포가 나타나고 있다.
도 3c는 도광판(13)과 확산판(19)과 제1프리즘판(21b)를 투과한 광의 광도 분포를 나타낸 도면이다. 도 3c를 참조하면, 약 940cd 정도의 광도가 가장 센 부분이 중심에 근접하여 나타나고 있다. 도 3c에 도시된 광도분포는, 도 3b에 도시된광도분포와 달리 어느 정도 대칭적인 구조를 보이고 있다.
도 3d는 도광판(13)과 확산판(19)과 제1프리즘판(21b)과 제2프리즘판(21a)를 출사한 광의 광도 분포를 나타낸 도면이다. 도 3d를 참조하면, 광도 분포는 도 3c의 광도분포로부터 90도 회전된 형태로 나타나고 있다. 중심의 광도는 1220cd 정도이며, 대칭적인 광도 분포를 보이고 있다.
도 3e는 종래의 조명장치의 최종 광도 분포를 나타낸 도면이다. 도 3e를 참조하면, 종래의 조명장치의 최종 광도의 분포는 중심의 광도가 약 1100cd 정도이며, 대칭적인 광도 분포를 보이고 있다.
종래의 조명장치에서는 도 3e에 도시한 바와 같은 대칭적인 광도 분포를 얻기 위해 프리즘판이 반드시 구비되어야 하므로 조명장치의 제작이 어려워지고 단가가 높아진다.
상술한 바와 같이, 종래 기술에서는 도광판을 출사하는 광의 출사각이 커서 이를 보완하기 위해 다른 부가적인 장치를 필요로 하여 공정단가가 높아지는 단점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 도광판에서 출사되는 광이 도광판의 평면에 대해 수직한 방향 또는 설정된 소정각도로 출사하도록 함으로써 확산판, 프리즘판을 통과하도록 함으로써 확산판, 프리즘판을 통과하면서 발생하는 광손실을 줄이거나, 프리즘판이 구비되지 않는 단순한 구조의 평판표시용 조명장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 광원에서 출사되는 광의 특정 파장에 따른 특정 편광을 이용할 수 있는 평판표시용 조명장치를 제공하는 것이다.
더하여 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 회절격자 패턴이 형성되는 도광판에서 입사각에 의존하는 회절효율과 광강도의 반비례관계를 보완할 수 있는 평판표시소자용 조명장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 조명장치를 개략적으로 나타낸 사시도,
도 2는 종래의 조명장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3a는 종래의 조명장치에서 광이 도광판을 출사한 후의 광도 분포를 나타낸 도면,
도 3b는 종래의 조명장치에서 광이 확산판을 출사한 후의 광도 분포를 나타낸 도면,
도 3c는 종래의 조명장치에서 광이 제1프리즘을 출사한 후의 광도 분포를 나타낸 도면,
도 3d는 종래의 조명장치에서 광이 제2프리즘을 출사한 후의 광도 분포를 나타낸 도면,
도 3e는 종래의 조명장치에서 최종적인 광도 분포를 나타낸 도면,
도 4a는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 4b는 본 발명의 제2실시예에 따른 조명장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 5a는 본 발명의 제3실시예에 따른 조명장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 5b는 본 발명의 제4실시예에 따른 조명장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 6a는 본 발명의 제5실시예에 따른 조명장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 6b는 본 발명의 제6실시예에 따른 조명장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 7은 광경로 변환수단이 구비되지 않은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평판조명장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 8는 도 7의 A를 확대한 도면,
도 9는 도 7의 본 발명의 다른 실시예에 따른 평판표시소자용 조명장치의 입사각 대비 회절효율, 광강도분포 및 출사광량을 나타낸 도면,
도 10a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명장치에서 도광판에 형성되는 줄무늬 패턴의 표시형 홀로그램을 나타낸 도면,
도 10b는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명장치에서 도광판에 형성되는 줄무늬 패턴의 표시형 홀로그램을 나타낸 도면,
도 11a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명장치에서 도광판에 형성되는 사각형 패턴의 표시형 홀로그램을 나타낸 도면,
도 11b는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명장치에서 도광판에 형성되는 사각형 패턴의 표시형 홀로그램을 나타낸 도면,
도 12a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명장치에서 도광판에 형성되는 줄무늬 패턴의 표시형 홀로그램을 나타낸 도면,
도 12b는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명장치에서 도광판에 형성되는 줄무늬 패턴의 표시형 홀로그램을 나타낸 도면,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 평판표시용 조명장치에 사용되는 평판형홀로그램을 제작하는 방법을 간략히 나타낸 도면,
도 14는 격자 간격이 440nm인 표시형 홀로그램에 파장이 460nm, 620nm인 광이 입사할 때 S편광과 P편광의 표시형 홀로그램의 격자깊이에 따른 회절효율을 나타낸 그래프,
도 15a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명장치에서 광이 도광판을 출사한 후의 광도 분포를 나타낸 도면,
도 15b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명장치에서 광이 확산판을 출사한 후의 최종적인 광도 분포를 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
11, 41, 61 : 광원
13, 43, 63, 43a, 43b, 43c : 도광판
17, 47, 67 : 반사판 19, 49 : 확산판
21a, 21b : 프리즘 23 : 도트 패턴
25 : 보호판 31 : 입사광
33, 35, 37 : 1차 회절광 35 : 0차광
39 : 반사광
45, 45a, 45b, 45c, 65a, 65b, 65c : 표시형 홀로그램
50 : 감광제
66a, 66b, 68a, 68b, 69a, 69b ; 광경로 변환수단
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은,광원; 상기 광원의 일측에 구비되고, 상기 광원으로부터의 광이 전반사하며 진행하는 도광판; 상기 도광판의 일측에 구비되며, 상기 도광판을 진행하는 광의 광경로를 변환시켜 상기 표시형 홀로그램층에 대해 최대 회절효율을 나타내는 각에 근접하도록 입사시키는 회절 격자형 광경로 변환수단; 및 상기 도광판의 적어도 일면에 구비되고, 상기 광을 회절시켜 상기 도광판의 평면에 대해 소정 각도로 방출시키기 위하여 소정의 격자 간격 및 깊이의 패턴을 갖는 표면형 홀로그램층;을 구비하는 평면표시소자용 조명장치.본 발명에 있어서, 상기 도광판의 후면에 구비되며, 상기 표시형 홀로그램층에서 회절되는 광을 상기 도광판으로 반사시키는 반사판을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.본 발명에 있어서, 상기 표시형 홀로그램층의 회절효율은 상기 광원에 가까울수록 작아지는 것을 특징으로 한다.본 발명에 있어서, 상기 표시형 홀로그램층의 패턴의 크기는 상기 광원에 가까울수록 작아지는 것을 특징으로 한다.본 발명에 있어서, 상기 표시형 홀로그램층의 격자 간격은 2μm이하인 것을 특징으로 한다.본 발명에 있어서, 상기 표시형 홀로그램층의 격자 간격은 광의 파장에 따라 적어도 두 가지로 형성되는 것을 특징으로 한다.본 발명에 있어서, 상기 표면형 홀로그램층의 격자깊이는 서로 직교하는 두 편광의 회절효율의 비가 1.5이상인 것을 특징으로 한다.본 발명에 있어서, 상기 도광판으로부터 출사되는 광을 확산시키도록 상기 도광판의 전면에 확산판이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 평면표시소자용 조명장치의 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4a 내지 도 6b는, 광경로 변환수단을 구비하는 본 발명의 제1 내지 제6실시예에 따른 평면표시소자용 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 광경로 변환수단이 도광판의 측면에 형성되는 경사 반사면인 것을 특징으로 한다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 평면표시소자용 조명장치는, 광(l1)을 출사하는 광원(61), 광원(61)에서 출사된 광(l1)이 전반사하여 진행하는 도광판(63), 광원(61)의 반대측면에 형성되어 광(l1)의 광경로를 변화시키는 광경로변환수단으로서 반사면(69a), 광을 회절시켜 도광판(63)의 평면에 대해 80도 이상의 각도 또는 설계상 원하는 소정 각도로 광을 출사시키는 표시형 홀로그램(65),표시형 홀로그램(65)의 후면에 위치하며 상기 표시형 홀로그램(65)으로부터 회절되는 광을 반사시켜 도광판(63)으로 되돌리는 반사판(67)을 구비한다.
광원(61)으로는 LD(Laser diode), LED(Light Emitting Device), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp) 등이 사용될 수 있으며, 홀로그램으로는 표시형 홀로그램(65)을 이용한다.
일반적으로 홀로그램은 표면형과 체적형으로 나눌 수 있다. 체적형의 경우 기록한 상이 홀로그램 물질 내부에 기록되는 반면 표면형의 경우에는 표면형상이 변조되는 형태가 된다. 따라서, 표면형의 경우 복제 등을 수단을 통해 대량생산이 편리한 잇점이 있는 반면에 일반적으로 회절효율이 낮은 것이 단점이다. 도광판에 격자주기가 빛의 파장과 비슷한 홀로그램을 형성하는 경우 전파가능한 회절차수가 적어서 빛이 여러 방향으로 나뉘지 않으므로 회절효율이 낮은 단점을 보완할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 평면표시소자용 조명장치는 표시형 홀로그램을 이용하여 재생광의 회절각에 대한 의존성을 떨어뜨리고 동시에 광경로 변환수단을 도입하여 회절효율을 높임으로써 표시형 홀로그램의 단점을 보완하였다.
도 4a에 도시된 본 발명의 제1내지 제6실시예에 따른 평판표시소자용 조명장치에서, 광원(61)으로부터의 입사광(l1)은 도광판(63)에 평면에 대해 전반사를 할 수 있는 각도로 입사하여 전반사하며 진행한다. 이 때 광강도는 입사각(A)이 90도에 가까울수록 커지며, 표시형 홀로그램(65)에 대한 회절효율은 입사각(C)이 40도 내지 60도 사이에서 가장 높으므로, 광의 최초 입사각(A)은 전반사각(Θ)에서 90도사이의 각도가 되며, 반사면(69a)의 경사각을 조절하여 표시형 홀로그램(65)에 최대 회절효율에 가까운 각도(C)로 입사하도록 한다.
먼저 전반사각은 스넬의 법칙으로부터 쉽게 구할 수 있다. 일반적으로 도광판(43)의 굴절률(n)은 1.5정도이므로, 도광판(43)내에 입사광(31)이 전반사하기 위한 입사각(Θ)은 수학식 1로부터 구할 수 있다.
입사광(l1)의 입사각(A)은 상기 전반사각(Θ)에서 90도까지의 범위를 가지며, 최대 회절효율각이 40도인 경우, 표시형 홀로그램(65)에 대한 입사각(C)은 다음의 수학식 2로부터 구해지므로, 이에 따른 반사면(69a)의 기울기(B)는 수학식 3에 따라 0.9도 내지 25도의 범위를 가지도록 제조한다.
다만, 입사각이 90도에 근접할수록 광량이 크므로 90도에 근접하는 각, 예를 들어 85도의 입사각(A)을 가지는 광의 회절이 가장 크게 일어나게 하기 위해서는 수학식 2에 A대신 85도, C대신 50도를 대입하면, 반사면의 경사각(B), 17.5도를 구할 수 있다. 최대 회절효율을 나타내는 표시형 홀로그램(65)에 대한 입사각은 격자깊이 및 간격에 따라 달라지므로 사용하는 표시형 홀로그램(65)의 패턴에 따라 적절히 조절될 수 있다.
이렇게 표시형 홀로그램(65)에 최대 회절효율을 나타내는 입사각에 근접하는 입사각(C)으로 표시형 홀로그램(65)에 광을 입사시키면, 표시형 홀로그램(65)에서 회절된 광은 반사판(67)에 반사되어 표시형 홀로그램(65)을 통과하면서 일부는 도광판에 다시 커플링되고 일부는 도광판(63)을 통과하여 출사하게 된다. 이 때 출사되는 광의 각도는 80도 이상의 각도가 되도록 격자간격 및 깊이를 조절한다. 이에 대한 설명은 광경로 변환수단을 구비하지 않은 본 발명의 다른 실시예에서 상세히 하기로 한다. 격자의 간격은 출사하는 광의 각도를 결정하므로 경우에 따라서는 일정한 어떤 각도로 광이 출사하도록 의도적으로 그 각도를 규정할 수도 있다.
도 4b는 본 발명의 제2실시예에 따른 평판표시소자용 조명장치를 나타낸 도면이다. 도 4a에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 평판표시소자용 조명장치와 달리, 표시형 홀로그램(65)이 도광판(63)의 전면에 구비되어 있으며 표시형 홀로그램(65)의 평면에 대한 입사각(C)이 최대 회절효율을 나타내는 입사각에 근접하도록 반사면(69b)의 경사각을 도 4a에 도시된 반사면(69a)의 경사각에 대해 반대로 설정하고 있다. 또한, 각 C가 전반사각을 만족하는 한 경사각을 반대로 설정하지 않아도 같은 결과를 얻게 되며, 도광판 전면에 홀로그램패턴이 구비된 경우에는 반사 시트(67)를 제거할 수도 있다.
광(l2)의 광경로를 변화시켜 광강도가 큰 입사광을 도광판(63)의 전면에 형성된 평판형 홀로그램(65)에 최대 회절효율을 나타내는 각에 근접하도록 입사시킴으로써 최대 출사광량을 추출하고자 하는 원리는 상술한 바와 같다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 평면표시소자용 조명장치의 반사면(69a, 69b) 대신, 반사미러(68a, 68b)를 별도로 채용하고 있다.
도 5a는 본 발명의 제3실시예에 따른 평면표시소자용 조명장치를 나타내고 있다.
도 5a를 참조하면, 입사광(l3)은 도광판(63)의 전면에 입사각(A)으로 입사한 다음 도광판(63)을 통과하여 반사 미러(68a)에 반사된 다음 도광판(63)으로 재입사하여 표시형 홀로그램(65)에 입사각(C)으로 입사한다. 여기서, 입사각(A)은 상술한 바와 같이 90도에 근접하는 경우 입사광(l3)의 강도가 가장 높으며, 이 입사광(l3)을 표시형 홀로그램(65)에 대한 최대 회절효율을 나타내는 각에 근접하는 각(C)으로 입사시킨다.
도 5b는 본 발명의 제4실시예에 따른 평면표시소자용 조명장치를 나타낸 도면으로, 표시형 홀로그램(65)이 도광판(63)의 전면에 위치하고 있으며, 상기 표시형 홀로그램(65)에 대한 입사광(l4)의 입사각을 변화시키기 위해, 반사 미러(68b)의 경사각(B)이 본 발명의 제3실시예에 따른 평면표시소자용 조명장치의 반사미러(68a)의 경사각(B)과 같은 방식으로 형성되어 있다.
도 6a는 본 발명의 제5실시예에 따른 평면표시소자용 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 6a를 참조하면, 광원(61)과 도광판(63) 사이에 광경로 변환수단으로서 회절격자(66a)가 구비되어 있으며 도광판(63)의 평면에 대해 90도에 근접하게 입사하는 광(l5)의 광경로를 변화시켜 표시형 홀로그램(65)에 대해 최대 회절효율을 가지는 입사각에 근접하도록 진행시킨다. 표시형 홀로그램(65)에 대한 입사각(C)의 범위는 상술한 바와 같으며 격자의 깊이 및 간격에 따라 최대 회절효율각은 이 범위내에서 다소 상이한 차이를 나타낼 수 있다. 여기서, 회절격자(66a) 대신 굴절 렌즈를 사용할 수 있다.
도 6b는 본 발명의 제6실시예에 따른 평면표시소자용 조명장치를 간략히 나타낸 도면으로서, 굴절렌즈(66b)가 광원(61)의 반대측에 위치하고 있으며, 굴절 렌즈(66b)의 우측면이 반사면으로 형성되어 입사광(l6)을 도광판(63)으로 회귀시키고 표시형 홀로그램(63)에 대해 최대 회절효율을 나타내는 각에 근접하는 각도(C)로 입사시킨다. 상기 각도(C)의 범위는 상술한 바와 같다.
본 발명의 제1 내지 제6실시예에 따른 평판표시소자용 조명장치는 본 발명의 기술적 사상에 대한 예시에 불과하며, 광원(61)과 도광판(63) 사이 또는 도광판(63)의 일면에 구비되어 광경로를 변환시켜 표시형 홀로그램에 대해 최대 회절효율을 나타내는 입사각에 근접하는 각도로 광을 입사시킬 수 있는 모든 수단이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 내지 제6실시예에 따른 평판표시소자용 조명장치에는, 도광판(63)의 어느 일면에 후술할 표시형 홀로그램(63)의 패턴, 즉 광강도가 강한 곳에는 표시형 홀로그램(63)의 회절효율이 낮은 패턴을 형성하거나 패턴의 크기를 작게 하는 등의 패턴을 구비하여 특정 편광에 따른 출사광량을 최대가 되게 할 수 있으며, 출사광의 광도분포를 고르게 할 수 있다. 더하여, 도광판(64)의 전면에 확산판을 더 구비하여 광도분포를 더욱 고르게 할 수 있다.
도 7은 광경로 변환수단이 구비되지 않은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평편표시소자용 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 평면표시소자용 조명장치에, 도광판(43)과, 도광판(43)의 측면에 구비되는 광원(41)과, 도광판(43)의 후면에 구비되는 반사판(47)과, 도광판(43)의 하부면에 구비되는 표시형 홀로그램(45)이 구비되어 있다.
도광판(43)의 전면에 확산판(49)이 더 구비되어 있다. 확산판(49)의 전면에 보호판(미도시)을 더 구비할 수 있다. 상기 표시형 홀로그램(45)은 도광판(43)의 상부면에 더 구비될 수 있다.
광원(41)으로부터 도광판(43)을 향해 출사된 백색광은, 입사광(31)으로서 도광판(43)내에서 전반사하며 전달된다. 입사광(31)은 전반사조건을 만족하는 한 도광판(43)내에 계속 머무르게 된다. 광원(41)의 입사광(31)은 도광판(43)의 하부면에 표시형 홀로그램(45)이 형성된 부분에서 회절된다. 회절광 중 1차광(33, 35, 37)은 반사판(47)에서 반사된 후 도광판의 평면에 대해 거의 수직에 가까운 큰 각, 즉 80도 이상의 각도로 도광판(43)으로부터 출사된다. 다만, 입사광(31)중 0차광(39)은 전반사조건을 벗어나지 못하여 다시 반사된다.
도광판(43)의 형상이 길고 좁아서 대부분 80도 이상의 각도로 입사하게 되므로 녹색광(λ=540nm)의 경우 입사각 θ= 80°로 하면 1차 회절광이 수직으로 방출되기 위해서는 수학식 4와 같은 조건을 만족해야 한다.
(여기서 P 는 표시형 홀로그램에 형성되는 격자 간격)
수학식 4에 나타난 바와 같이, 녹색광이 80도로 입사하고 표시형 홀로그램(45)의 격자 간격(P)이 대략 365nm 정도이면, 상기 녹색광은 도광판에 대해 수직에 가깝게 출사된다. 입사광이 다른 각도로 입사하거나 녹색광이 아닌 다른 파장을 가진 광인 경우에는 상기 입사광이 수직으로 출사되기 위한 표시형 홀로그램(45) 격자 간격(P)은 달라지게 된다. 이런 경우를 다 고려하더라도 표시형 홀로그램(45) 격자 간격이 대략 2μm이하가 되면, 도광판(43)에서 방출되는 광은 도광판(43)의 평면과 일정한 각도를 이루며 출사된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 조명장치에서 도광판으로부터 출사되는 광은 도광판(43)의 평면에 대해 거의 수직에 가까운 큰 각, 즉 80도 이상의 각도를 가지므로, 높은 광효율을 얻기 위해 종래의 조명장치에서 사용되는 프리즘판이 더 구비될 필요가 없어진다. 이것은 조명장치의 구조를 단순화시켜, 제작을 용이하게 한다. 수직에 가까운 각으로 광이 출사하게 할 필요가 없는 경우에도 격자간격을 조절하므로서 일정한 각도로 광이 출사하게 할 수 있게 된다.
도 8는 도 7의 A를 확대하여 나타낸 도면으로, 표시형 홀로그램(45)에서 회절되는 입사광(31)의 진행경로를 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 도광판(43)과 반사판(47)의 경계면에서 입사광 중 0차광(39)은 반사하고 1차광(33, 35, 37)은 회절된다. 1차 회절광(33, 35, 37)중녹색광(35)은 도광판(43)의 평면에 대해 수직에 가깝게 회절하고 적색광(33)과 청색광(37)은 좀 더 큰 각도로 회절된다. 1차 회절광(33, 35, 37)은 반사판(47)에서 반사되어 전반사각보다 작은 각으로 도광판(43)으로 다시 입사하게 된다. 전반사조건을 벗어난 1차 회절광(33, 35, 37)은 도광판(43)을 벗어나 도광판(43)의 평면에 대해 80도 이상의 큰 각도로 진행하게 된다.
도 9는 도 7에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명장치에서 도광판의 하부면에 440nm 격자간격과 0.25mm 격자깊이를 가지는 도트 패턴 또는 요철이 형성된 경우 입사각에 따른 회절효율(f1)과 광강도분포(f2) 및 출사광량(f3)을 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 회절효율(f1)은 입사각이 50도를 넘어가면 그 값이 현저히 떨어지고 있으며, 광강도분포(f2)는 입사각이 50도를 넘어가면 현저히 증가하므로, 두 그래프가 나타내는 값의 곱인 도광판을 출사하는 광의 광량(f3)은 도시된 바와 같이 55도 내지 70도 사이에서 가장 크다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명장치에서는 광의 강도가 가장 큰 90도의 입사각을 가지는 광의 회절효율이 가장 낮아서 출사광량이 전체적으로 낮아지므로 본 발명의 제1 내지 제6실시예에 따른 광경로 변환수단을 구비하는 평판표시소자용 조명장치를 사용하여 광강도의 손실을 줄이고 회절효율을 향상시킬 수 있다.
도 10a는 광경로 변환수단이 구비되지 않은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광판(43a)에 구비되는 표시형 홀로그램(45a)의 패턴을 나타낸 도면이다.
도 10a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명장치에서 도광판(43a)에 구비되는 직선패턴의 표시형 홀로그램(45a)이 형성되어 있다. 상기 직선패턴의 표시형 홀로그램(45a)은 도광판(43a)의 하부면의 전체에 연속적으로 배열되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 평판표시소자용 조명장치에서는, 표시형 홀로그램(45a)의 회절효율이 동일한 경우, 광원(41a)에 가까울수록 표시형 홀로그램(45a)의 크기를 작게, 광원(41a)에서 멀어질수록 표시형 홀로그램(45a)의 크기를 크게 형성하거나, 광원(41a)에 가까울수록 표시형 홀로그램(45a)의 패턴의 밀도를 작게, 광원(41a)에서 멀어질수록 표시형 홀로그램(45a)의 패턴의 밀도를 크게 형성할 수 있다.
광원(41a)이 도광판(43a)의 측면에 위치하는 경우 광원(41a)에 가까울수록 광의 강도가 높아지고 멀어질수록 광의 강도가 낮아진다.
따라서, 도광판(43a)으로부터 출사되는 광이 전체적으로 균일한 광분포를 가지기 위해서 광원(41a)에 가까울수록 회절효율이 낮은 표시형 홀로그램(45a)이 배치되고 광원에서 멀어질수록 회절효율이 높은 표시형 홀로그램(45a)이 배치되는 것이 바람직하다.
또는, 회절효율이 균일한 표시형 홀로그램의 경우 광원에 가까울수록 표시형 홀로그램(45a)의 패턴의 크기가 작아지고 광원(41a)에서 멀어질수록 표시형 홀로그램(45a)의 패턴의 크기가 커지는 것이 바람직하다.
상기의 직선패턴으로 형성되는 표시형 홀로그램(45a)은 도광판(43a)의 일부에만 형성될 수 있다. 여기서 표시형 홀로그램(45a)의 직선패턴은 주기적으로 배열되는 것이 바람직하다. 표시형 홀로그램(45a)의 패턴이 주기적으로 배열되어 있지 않은 경우, 표시형 홀로그램(45a)에서 출사되는 광은 균일하게 출사되지 않아 전체적인 조명장치의 광효율을 떨어뜨리게 된다.
도 10b는 본 발명의 제1 내지 제4실시예 및 제6실시예에 따른 평면표시소자용 조명장치의 도광판(63a)에 형성되는 표시형 홀로그램(65a)의 패턴을 나타낸 도면이다.
도 10b를 참조하면, 광원(61)과 광경로 변환수단(69)에 가까울수록 표시형 홀로그램(45a)의 패턴의 밀도가 낮으며 중앙부분으로 근접할수록, 패턴의 밀도가 높은 것을 볼 수 있다.
이는 상술한 바와 같이 광원(61)과 광경도 변환수단(69)의 주변 영역의 표시형 홀로그램(45a)의 광강도가, 중앙 부분의 표시형 홀로그램(45a)의 광강도보다 상대적으로 크므로, 표시형 홀로그램(45a)의 회절효율은 광원(61)과 광경도 변환수단(69)에 근접할수록 작게 형성하고 중앙 부분으로 갈수록 높게 형성하여 최종적으로 도광판(63a)을 출사하는 광의 강도가 도광판(63a)의 전면에 걸쳐 고르게 분포시키고자 함이다.
여기서, 도 10b에 도시된 평판형 홀로그램(63a)의 패턴은, 본 발명의 제1 내지 제4실시예 및 제6실시예에 따른 평판표시소자용 조명장치에 적용될 수 있으며, 최대 회절효율을 나타내는 입사각에 따른 격자간격 및 깊이는 소정 범위내에서 회절효율이 조절되도록 한다. 회절효율이 동일한 패턴을 형성하는 경우에는 표시형홀로그램 패턴의 크기가 작은 것을 광원(61)과 광경로 변환수단(69)에 가깝게 분포시키고 표시형 홀로그램 패턴의 크기가 큰 것을 광원(61)과 광경로 변환수단(69)에 멀게 배치시킨다.
도 11a는 광경로 변환수단을 구비하지 않은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평면표시소자용 조명장치의 도광판(43b)에 형성되는 표시형 홀로그램(45b)을 나타내는 도면이다.
도 11a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조명장치에서 도광판(43b)에 구비되는 표시형 홀로그램(45b)은 상이한 격자 간격을 가진 두 가지 패턴으로 구성되어 있다. 격자 간격은 상기한 바와 같이 파장에 따라 달라진다.
광원(41b)에 가까울수록 표시형 홀로그램(45b)의 패턴의 크기가 작아지고 광원(41b)에서 멀어질수록 표시형 홀로그램(45b)의 패턴의 크기가 커진다.
파장에 따라 회절방향이 다르게 되면 각도에 따른 광도 분포가 파장마다 다르게 되어 결과적으로 화상의 질을 떨어뜨릴 수 있다. 이로부터 액정 패널에 보이는 색감이 달라질 수 있다. 예를 들어, 도광판(43b)에 적색광의 회절효율이 가장 높도록 상기의 격자 간격을 가지는 표시형 홀로그램(45b)이 형성되면, 재생광은 적색의 색감이 더 강하게 나타날 수 있다. 이것은 시인성을 떨어뜨린다.
따라서, 색감의 균형을 유지하기 위해, 적어도 두 가지 이상의 격자 간격을 가진 표시형 홀로그램(45b)이 구성될 수 있다.
도 11a에서 도시한 바와 같이, 두 가지의 격자 간격을 가지는 표시형 홀로그램(45b)이 구성되는 경우, 예를 들어 한 패턴은 적색광이 정면으로 출사되게 하고,다른 패턴은 청색광이 정면으로 출사되도록 표시형 홀로그램(45b)이 구성될 수 있다.
상기 수학식 2를 만족하는 격자 간격이 적색광(λ=800nm)의 경우 대략 528nm이고 청색광(λ=405nm)의 경우 대략 474nm 이므로 상기 두 가지 격자 간격(474nm, 274nm)을 가진 표시형 홀로그램(45b) 패턴을 구성하여 출사광의 색감이 고르게 유지되도록 할 수 있다.
도 11b에 도시된 표시형 홀로그램(45b)의 패턴은, 도 11a에 도시된 평판형 홀로그램의 패턴을 응용한 것으로 본 발명의 제1 내지 제4실시예 및 제6실시예에 적용할 수 있다.
도 11b는 도 11a에 도시된 각 파장에 다른 상이한 두 가지 격자 간격을 가지는 표시형 홀로그램(65b)의 패턴을 구성하되, 광원(61)과 광경로 변환수단(69)에 근접할수록 표시형 홀로그램(65b)의 패턴의 회절효율을 낮게 형성하거나, 회절효율이 동일한 경우 표시형 홀로그램(65b) 패턴의 크기를 작게 형성한다. 이는 상술한 바와 같이 출사광의 색감을 고르게 함과 동시에 광강도의 분포에 따른 출사광의 강도를 도광판(63)의 전면에 고르게 분포시키기 위함이다.
또 다른 구성은 두 패턴이 서로 다른 격자 깊이를 가짐으로써 각 패턴이 파장에 따라 서로 상이한 회절효율을 가지도록 구성할 수도 있다.
도 12a는 광경로 변환수단을 구비하지 않은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평판표시소자용 조명장치의 도광판(43c)에 형성되는 주기적인 형태의 두 가지의 상이한 격자 간격을 가지는 표시형 홀로그램(45c) 패턴을 보인 도면이다.
도 12a를 참조하면, 본 발명에 다른 실시예에 따른 조명장치에서, 도광판(43c)에 형성되는 표시형 홀로그램(45c)은 도광판(43c) 전체에 형성되므로 광의 회절효율이 높아져 광이 도광판(43c)으로부터 출사되는 확률이 높아진다. 또한 상술한 바와 같이 두 가지 파장을 가지는 광이 도광판(43c)의 평면에 대해 80도 이상의 각도로 출사될 수 있어, 액정패널에 재생되는 광의 색감이 균등해지고 광도 분포가 균일해져 시인성이 좋아진다.
본 발명에 다른 실시예에 따른 평판표시소자용 조명장치에서 도광판(43)에 구비되는 표시형 홀로그램(45)은 두 가지 이상의 상이한 격자 간격을 가진 표시형 홀로그램(45) 패턴이 주기적으로 형성될 수 있다. 각 격자 간격은 파장에 따라 상기 수학식 4를 만족하는 폭으로 형성될 수 있다.
도 12b는 본 발명의 제1 내지 제4실시예 및 제6실시예에 따른 평판표시소자용 조명장치의 도광판(63c)에 형성되는 표시형 홀로그램(65c)의 패턴을 나타낸 것으로 광원(61)과 광경로 변환수단(69)에 근접할수록 회절효율이 낮은 표시형 홀로그램(65c)을 형성시키거나, 회절효율이 동일한 경우 표시형 홀로그램(65c) 패턴의 크기가 작도록 형성한다. 각 격자 간격은 파장에 따라 도 12a에 도시된 바와 같이 형성하되 단지 표시형 홀로그램(65c)의 패턴의 밀도를 상이하게 형성한다. 하지만, 본질적으로는 출사하는 광의 광강도의 분포를 도광판(63c)의 전면에 고르게 분포시키고자 하는 효과를 위한 것임은 전술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 평판표시소자용 조명장치에 형성되는 표시형 홀로그램 패턴의 원리와 동일하다.
도 13을 참조하면, 도광판(43)에 표시형 홀로그램(45)을 형성하기 위해 먼저도광판(43)에 감광제(50)를 도포한다. 감광제(50)가 도포된 도광판(43)에 동일 광원에서 분기된 두 입사광(31a, 31b)을 일정한 각도 Θ1, Θ2로 입사시켜 간섭시킨다. 두 입사광(31a, 31b)의 간섭에 의해 도광판(43)에 간섭무늬가 형성된다.
상기 입사광은 평행광 또는 확산광과 수렴광의 조합으로 구성될 수 있다. 입사광에 따라 기록되는 표시형 홀로그램(45)은 수학식 5에 따른 격자 간격(P)를 가지게 된다. 격자간격(P)은 2μm 이하가 되도록 한다.
P = λ/(sinΘ1+ sinΘ2)
기록된 간섭무늬를 감광성 물질의 표준공정에 의해 현상하거나 화학처리하여 표시형 홀로그램(45)을 얻을 수 있다. 이를 스탬퍼링(Stampering)하여 복제하면 표시형 홀로그램(45)의 양산이 가능하다. 또는 마스크를 통해 도광판을 직접 노광하여 표시형 홀로그램(45)을 형성할 수도 있다.
도 13의 그림에서 감광성 물질을 체적형 홀로그램용 물질(Dichromated Gelatin, Silber Halide 등)을 사용하면 체적형 홀로그램을 만들 수도 있으나, 본 발명에서는 상기 홀로그램이 표면형인 것을 특징으로 한다. 표면형은 상기 서술한 방법으로 대량생산이 쉽고, 일반적으로 복제물의 환경 신뢰성이 높다.
본 발명에 의한 실시예에 따른 일정한 격자 간격을 가진 표시형 홀로그램(45)을 제조하기 위해서는 두 평행광을 간섭시키면 된다. 수속광 또는 확산광을 사용하여 두 광이 이루는 각도를 변화시키면 격자 간격이 점차적으로 변하는 표시형 홀로그램(45)을 제조할 수 있다.
도 14는 격자 간격이 440nm인 표시형 홀로그램(45)에 460nm의 파장을 가진 블루광과 620nm의 파장을 가진 레드광이 입사될 때 P편광(Transverse magnetic;TM)과 S편광(Transverse electric;TE)의 격자 깊이에 따른 회절효율을 나타낸 그래프이다. 460nm의 P편광을 460TM, S편광을 460TE로, 620nm의 P편광을 620TM, S편광을 620TE로 나타낸다.
도 14에 도시된 바와 같이, 620TE광의 회절효율은 격자 깊이가 0.3μm 및 0.6μm에서 최대 20%정도의 회절효율을 나타내고 있으며, 620TM광은 격자 깊이가 0.7μm에서 최대 50%정도의 회절효율을 나타내고 있다. 460TE광과 460TM광은 회절효율이 10%미만임을 알 수 있다.
즉 격자간격이 440nm이고 격자 깊이가 0.25um정도인 표면형 홀로그램(45)에 620nm, 460nm의 광이 함께 입사하는 경우 주로 TE편광된 광만 출사하게 되므로(TE편광의 회절효율이 훨씬 크므로) 특정편광의 광을 강화할 수 있게 된다.
특정 편광만을 높은 효율로 출사시키는 조명장치 시스템은 광손실을 줄여 출사광의 광도를 높이므로 편광성을 이용한 디스플레이 장치에서 매우 유용하게 이용될 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 조명장치 시스템의 효과는 도 15a와 도 15b로부터 알 수 있다.
도 15a를 참조하면, 광경로 변환수단을 구비하지 않은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명장치에서, 광이 도광판(43)을 출사한 후 광도 분포가 도시되어 있다. 도광판(43)의 중심부분을 중심으로 4000cd 이상의 광도가 0도 와 180도 쪽으로 길게 분포되어 있다. 중심부의 광도가 약 4600cd 정도이다. 그 외 부분의 광도는 1600cd 이하로 나타나고 있다.
도 15b는 도광판(43)을 출사한 광이 확산판(49)을 출사한 후 최종적으로 보이는 광도 분포이다.
도 15b를 참조하면, 도 15a에서 보이던 비대칭구조가 대칭 구조로 바뀌어 나타나고 있다. 90도와 270도 쪽으로 광도가 이동되어, 중심부에서 외부로 원형을 이루며 광도 고르게 분포하고 있다. 중심부의 광도는 약 2400cd 이다.
도 15a, 15b로 확인할 수 있는 것은 프리즘판없이 홀로그램 도광판과 확산판 만으로 광이 수직으로 올라오도록 할 수 있다는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 조명장치는 도광판에 표시형 홀로그램이 구비됨으로써 도광판에 대해 수직에 가깝게 광을 출사시킬 수 있어, 광효율이 증대되어 프리즘판이 필요없는 간단한 구조로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 평면표시소자용 조명장치는 광강도가 높은 입사광을 최대한 이용하여 최대의 회절효율을 가지도록 하고, 도광판의 전면에 고르게 광도를 분포시킴으로써 휘도를 증가시키고 광손실을 적게 하여 성능이 우수한 조명장치를 실현하도록 한다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 평면표시소자용 조명장치의 장점은 광강도가 가장 높은 입사광을 최대로 회절되도록 하는 광경로 변환수단을 구비하여 광손실을 줄이고 출사되는 광의 강도를 높일 수 있다는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 평판표시소자용 조명장치의 장점은 표시형 홀로그램으로 형성된 패턴을 주기적으로 배열함으로써 수직에 근접하게 광을 출사시킬 수 있어 높은 광효율을 가진 구조가 단순한 조명장치를 제공할 수 있다는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 평면표시소자용 조명장치가 장점은 표시형 홀로그램에 형성되는 격자 깊이를 조절하여 특정 편광의 회절효율을 높일 수 있다는 것이다.

Claims (21)

  1. 광원;
    상기 광원의 일측에 구비되고, 상기 광원으로부터의 광이 전반사하며 진행하는 도광판;
    상기 도광판의 일측에 구비되며, 상기 도광판을 진행하는 광의 광경로를 변환시켜 상기 표시형 홀로그램층에 대해 최대 회절효율을 나타내는 각에 근접하도록 입사시키는 회절 격자형 광경로 변환수단; 및
    상기 도광판의 적어도 일면에 구비되고, 상기 광을 회절시켜 상기 도광판의 평면에 대해 소정 각도로 방출시키기 위하여 소정의 격자 간격 및 깊이의 패턴을 갖는 표면형 홀로그램층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 평면표시소자용 조명장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판의 후면에 구비되며, 상기 표시형 홀로그램층에서 회절되는 광을 상기 도광판으로 반사시키는 반사판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 평면표시소자용 조명장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시형 홀로그램층의 회절효율은 상기 광원에 가까울수록 작아지는 것을 특징으로 하는 평면표시소자용 조명장치.
  11. 제 1 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시형 홀로그램층의 패턴의 크기는 상기 광원에 가까울수록 작아지는 것을 특징으로 하는 평면표시소자용 조명장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 표시형 홀로그램층의 격자 간격은 2μm이하인 것을 특징으로 하는 평면표시소자용 조명장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 표시형 홀로그램층의 격자 간격은 광의 파장에 따라 적어도 두 가지로 형성되는 것을 특징으로 하는 평면표시소자용 조명장치.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 표시형 홀로그램층의 격자 간격은 광의 파장에 따라 적어도 두 가지로 형성되는 것을 특징으로 하는 평면표시소자용 조명장치.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 표시형 홀로그램층의 격자 간격은 광의 파장에 따라 적어도 두 가지로 형성되는 것을 특징으로 하는 평면표시소자용 조명장치.
  20. 제 1 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면형 홀로그램층의 격자깊이는 서로 직교하는 두 편광의 회절효율의 비가 1.5이상인 것을 특징으로 하는 평면표시소자용 조명장치
  21. 제 1 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도광판으로부터 출사되는 광을 확산시키도록 상기 도광판의 전면에 확산판이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 평면표시소자용 조명장치.
KR20020023114A 2001-06-30 2002-04-26 표시형 홀로그램을 사용한 평면표시소자용 조명장치 KR100459901B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/482,300 US7253799B2 (en) 2001-06-30 2002-06-27 Backlight using planar hologram for flat display device
PCT/KR2002/001232 WO2003004931A2 (en) 2001-06-30 2002-06-27 Backlight using planar hologram for flat display device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20010038807 2001-06-30
KR1020010038807 2001-06-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030004021A KR20030004021A (ko) 2003-01-14
KR100459901B1 true KR100459901B1 (ko) 2004-12-03

Family

ID=27712711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20020023114A KR100459901B1 (ko) 2001-06-30 2002-04-26 표시형 홀로그램을 사용한 평면표시소자용 조명장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100459901B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008157119A2 (en) * 2007-06-15 2008-12-24 Motorola, Inc. Addressable lighting element for a mobile communication device
KR20130069218A (ko) * 2011-12-16 2013-06-26 엘지디스플레이 주식회사 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정표시장치
KR20160060251A (ko) * 2014-11-19 2016-05-30 엘지디스플레이 주식회사 초박막 라이트 유닛
US10989859B2 (en) 2018-02-05 2021-04-27 Samsung Display Co., Ltd. Backlight unit and display apparatus including the same

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100692203B1 (ko) * 2003-01-23 2007-03-09 제일모직주식회사 도광판, 이의 제조 방법, 이를 이용한 백라이트 어셈블리및 이를 이용한 액정표시장치
JP4712433B2 (ja) * 2004-11-30 2011-06-29 富士通株式会社 照明装置及び液晶表示装置
KR100707165B1 (ko) 2005-06-11 2007-04-13 삼성전기주식회사 평면표시소자용 조명장치 및 이를 구비한 평면표시장치
KR100647327B1 (ko) 2005-06-18 2006-11-23 삼성전기주식회사 평면표시소자용 조명장치, 및 이를 구비한 평면표시장치
KR100818280B1 (ko) 2006-10-25 2008-04-01 삼성전자주식회사 면발광장치 및 이를 채용한 디스플레이 장치
WO2018048841A1 (en) * 2016-09-07 2018-03-15 Corning Incorporated Color-converting light guide plates and devices comprising the same
KR102664384B1 (ko) 2017-01-02 2024-05-08 삼성전자주식회사 지향성 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 영상 표시 장치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0720321A (ja) * 1993-06-30 1995-01-24 Nissan Motor Co Ltd 表示装置
JPH09178949A (ja) * 1995-12-25 1997-07-11 Sharp Corp 平面照明装置
JPH11184387A (ja) * 1997-12-24 1999-07-09 Seiko Instruments Inc フロントライト型照明装置およびフロントライト型照明装置付き反射型カラー表示装置
KR20000016446U (ko) * 1999-02-01 2000-09-25 김순택 액정표시장치
KR20010008540A (ko) * 1999-07-02 2001-02-05 양근창 평판조명장치 및 그에 사용되는 홀로그램층의 형성방법
KR20010047793A (ko) * 1999-11-23 2001-06-15 구자홍 액정 표시 장치의 백라이트 시스템

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0720321A (ja) * 1993-06-30 1995-01-24 Nissan Motor Co Ltd 表示装置
JPH09178949A (ja) * 1995-12-25 1997-07-11 Sharp Corp 平面照明装置
JPH11184387A (ja) * 1997-12-24 1999-07-09 Seiko Instruments Inc フロントライト型照明装置およびフロントライト型照明装置付き反射型カラー表示装置
KR20000016446U (ko) * 1999-02-01 2000-09-25 김순택 액정표시장치
KR20010008540A (ko) * 1999-07-02 2001-02-05 양근창 평판조명장치 및 그에 사용되는 홀로그램층의 형성방법
KR20010047793A (ko) * 1999-11-23 2001-06-15 구자홍 액정 표시 장치의 백라이트 시스템

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008157119A2 (en) * 2007-06-15 2008-12-24 Motorola, Inc. Addressable lighting element for a mobile communication device
WO2008157119A3 (en) * 2007-06-15 2009-02-19 Motorola Inc Addressable lighting element for a mobile communication device
KR20130069218A (ko) * 2011-12-16 2013-06-26 엘지디스플레이 주식회사 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정표시장치
KR101939079B1 (ko) 2011-12-16 2019-01-17 엘지디스플레이 주식회사 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정표시장치
KR20160060251A (ko) * 2014-11-19 2016-05-30 엘지디스플레이 주식회사 초박막 라이트 유닛
KR102332159B1 (ko) * 2014-11-19 2021-11-30 엘지디스플레이 주식회사 초박막 라이트 유닛
US10989859B2 (en) 2018-02-05 2021-04-27 Samsung Display Co., Ltd. Backlight unit and display apparatus including the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030004021A (ko) 2003-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7253799B2 (en) Backlight using planar hologram for flat display device
EP1437610B1 (en) Backlight unit
EP1734401B1 (en) Backlight unit for flat panel display and flat panel display apparatus having the same
US7918597B2 (en) Spread illuminating apparatus
JP3747207B2 (ja) ディスプレイ用ライトユニット
JP4146439B2 (ja) バックライトユニット
JP4617040B2 (ja) 光パネル
JP3528994B2 (ja) 液晶表示装置用平行光源及びそれを用いた液晶表示装置
KR101270165B1 (ko) 반사 투과형 디스플레이 패널 및 이를 채용한 디스플레이장치
US7699516B1 (en) Back light module with micro Fresnel lens
US20040207995A1 (en) Light unit for display device
KR100893903B1 (ko) 회절격자를 이용하는 광학시트, 및 그 광학시트를이용하는 표시장치
JPH09178949A (ja) 平面照明装置
KR100459901B1 (ko) 표시형 홀로그램을 사용한 평면표시소자용 조명장치
KR100442820B1 (ko) 큰 입사각을 갖는 홀로그램 기록방법 및 홀로그래픽리플렉터를 이용한 홀로그램 재생장치 및 이를 이용한재생방법 및 홀로그래픽 리플렉터를 이용한평면표시소자장치
KR20080042213A (ko) 디스플레이 패널용 백라이트 유닛
JPH09292531A (ja) 導光板および光偏向板ならびに平面照明装置
JP4453516B2 (ja) 照明装置
JP2004185020A (ja) 液晶表示装置用平行光源及びそれを用いた液晶表示装置
JP2800625B2 (ja) 照明装置
KR20090023429A (ko) 디스플레이 패널용 백라이트 유닛
JP3698321B2 (ja) 液晶表示装置用平行光源及びそれを用いた液晶表示装置
JP2000330112A (ja) 照明装置および表示装置
JP3289671B2 (ja) 表示装置
JP2003162911A (ja) 照明装置及び表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121002

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130916

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee