KR100799405B1 - 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 면광원에 구비된 서브픽셀의 컬러밀도 또는 컬러두께 분포를 이용하여 서브픽셀로부터 방출되는 빛의 세기를 조절함으로써 프라운호퍼 회절을 최소화할 수 있도록 하는 면광원에 관한 것이다.
본 발명에 따른 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원은 면광원에 의한 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬의 빛의 세기를 최소화하기 위하여 면광원의 화소를 구성하는 서브픽셀 내에 상기 서브픽셀의 컬러 분포와 다른 컬러 분포를 갖는 보조면광원이 삽입되어, 상기 서브픽셀로부터 방출되는 빛의 세기보다 보조면광원으로부터 방출되는 빛의 세기가 더 크게 형성되도록 하여 2차 이상의 프라운호퍼 회절을 최소화함으로써 더욱더 선명한 이미지를 형성할 수 있을 뿐만 아니라 미세한 이미지를 구현할 수 있게 된다.
프라운호퍼(FRAUNHOFER), 회절, 광원, 면광원, 점광원, 서브픽셀

Description

프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원 {FLAT LIGHT SOURCE MINIMIZED FRAUNHOFER DIFFRACTION}
도 1, 2, 3은 종래 프라운호퍼 회절이 발생하는 면광원 중 LED 면광원, LCD 면광원, PDP 면광원의 개략적인 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 종래 면광원에 발생하는 프라운호퍼 회절무늬의 분포를 나타낸 것이다.
도 5는 종래 컬러밀도 분포가 일정한 서브픽셀의 ｘ축에 대한 일차원적인 컬러밀도 분포를 나타낸 것이다.
도 6은 종래 면광원에 발생하는 프라운호퍼 회절무늬의 위상 프로파일이며, 도 7은 프라운호퍼 회절무늬의 진폭 프로파일을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원에 적용된 LED 타입의 서브픽셀의 개략적인 구성도이다.
도 9는 본 발명에 따른 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원에 적용된 LED 타입의 서브픽셀의 ｘ축에 대한 일차원적인 컬러밀도 분포를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 면광원에 적용된 프라운호퍼 회절무늬의 위상 프로파일을 나타낸 것이고, 도 11은 빛의 세기를 나타내는 진폭 프로파일을 나타낸 것 이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 서브픽셀과 보조면광원의 컬러밀도 분포 비교를 위한 일례로서, 도면 내 그래프 l)은 철형, m)은 평형, n)은 요형 컬러밀도 분포를 나타낸 것이다.
도 13은 상기 도 12에 나타난 서브픽셀과 보조 명광원의 컬러밀도 분포 차이에 따른 프라운호퍼 회절무늬의 위상 프로파일을 나타낸 것이고, 도 14는 빛의 세기를 나타내는 진폭 프로파일을 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명에 따른 LED 타입 면광원의 서브픽셀의 ｘ축 및 y축에 대한 2차원적인 컬러밀도 분포를 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명에 따른 LCD 타입 면광원의 컬러필터인 서브픽셀의 구성을 나타낸 것이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 픽셀 10 : 서브픽셀
11 : 보조면광원
LS : 발광물질 CP : 컬러필터
WL : 백색광 MK : 마스크
F1: 1차 프라운호퍼 회절무늬
F2: 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬
본 발명은 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 면광원에 구비된 서브픽셀의 컬러밀도 또는 컬러두께 분포를 이용하여 서브픽셀로부터 방출되는 빛의 세기를 조절함으로써 프라운호퍼 회절을 최소화할 수 있도록 하는 면광원에 관한 것이다.
면광원은 대면적박막 TV용 RGB광원, TFT-LCD의 RGB 컬러필터, PDP용 컬러 광원 등 단색광원을 조합하여 만드는 광원에 이용된다.
종래의 면광원은 빛의 회절에 의한 간섭으로 인해 육안에 선명한 이미지를 제대로 맺게 하지 못한다. 왜냐하면, 면광원을 구성하는 서브픽셀의 수많은 점광원끼리 간섭하는 프라운호퍼 회절현상에 의해 사용자의 보는 눈의 위치에 따라 빛의 강도가 다르게 나타나기 때문이다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 스트라이프 방식 대신에 모자이크 방식과 델타 방식에 의한 서브픽셀 배열방법이 제시되고 있으나, 면광원을 구성하는 점광원끼리의 회절에 의한 간섭 문제를 원천적으로 해결하지는 못하고 있다.
이러한 종래의 기술에 따라 제조되는 면광원이 간섭 현상에 대한 충분한 고려없이 양산되고 있다. 점광원은 한 점에서 빛이 방출되는 광원으로 빛이 광원에서 떨어진 거리에 비례하여 일정한 강도와 파형을 갖는 구면파를 만들게 되지만, 종래 기술의 면광원으로서는 이러한 하나의 점광원이 아니라 면광원을 이루고 있는 수많은 점광원끼리의 간섭현상을 나타내는 빛을 육안으로 보게 된다.
도 1은 이러한 프라운호퍼 회절이 발생하는 면광원 중 LED 면광원의 개략적인 구조를 나타낸 것이고, 도 2는 LCD 면광원의 개략적인 구조를 나타낸 것이며, 도 3은 PDP 면광원의 개략적인 구조를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, LED 면광원은 자체적으로 발광하는 직접 발광 타입으로 발광물질(LS)이 도포된 다수의 픽셀(1)로 이루어지는데, 이 픽셀(1)은 하나의 서브픽셀(10)로 이루어지며 이 서브픽셀(10)에는 발광물질(LD)이 균일한 밀도 또는 두께로 분포되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, LCD 면광원은 배면의 백색광(WL)을 투과시켜 발광하는 간접 발광 타입으로 백색광(WL)을 투과시켜 컬러를 형성하여 방출하는 컬러필터(CF)가 구비되어 있는데, 이 컬러필터(CF)를 구성하는 다수의 픽셀(1)에는 컬러를 형성하기 위한 R, G, B 서브픽셀(10)이 구비되어 있으며, 이 각각의 서브픽셀(10)은 균일한 밀도 또는 두께로 해당 컬러가 분포되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, PDP 면광원은 Cell에 의해 직접 발광하는 타입으로 이 Cell의 외부에는 빛을 투과하는 마스크(MK)가 형성되는데, 이 마스크(MK)를 구성하는 다수의 픽셀(1)에는 각 Cell로부터 방출되는 빛이 투과되는 서브픽셀(10)이 구비되어 있다. 이 마스크(MK)의 서브픽셀(10) 또한 균일한 밀도 또는 두께로 제작되어 빛의 투과 세기가 동일하게 분포된다.
상기 LED, LCD, PDP 면광원 등의 면광원은 빛이 방출하는 슬롯이 서브픽셀(10)로 이루어져 빛을 외부로 방출하게 되는데, 이러한 빛 투과율이 일정한 밀도 또는 두께 분포를 갖는 서브픽셀(10)로 구성된 면광원은 프라운호퍼 회절을 일으킨다.
예를 들면, 종래 LED 면광원의 구조는 서브픽셀(10) 전체에 균일한 컬러밀도 또는 컬러두께 분포(이하, 컬러 분포라 총칭한다)를 갖게 설계되어 있는데, 거리
Figure 112007008956717-pat00001
에 놓인 미소면적
Figure 112007008956717-pat00002
의 면광원인 서브픽셀(10)의 각 점에서 방출된 동일한 색의 빛이
Figure 112007008956717-pat00003
평면상에서 서로 간섭을 일으키는 프라운호퍼 회절무늬가 아래의 수학식 1로 공지되어 있다.
Figure 112007008956717-pat00004
여기서,
Figure 112007008956717-pat00005
는 빛의 컬러밀도이며, 파장이
Figure 112007008956717-pat00006
일 때 파수
Figure 112007008956717-pat00007
로 주어진다.
도 4는 이러한 수학학 1에 따라 LED 면광원에 발생하는 프라운호퍼 회절무늬의 분포를 나타낸 것으로, x축은 면광원의 서브픽셀 밑변을 나타내고 y축은 서브픽 셀의 높이를 나타내며 z축은 사용자와의 거리를 나타낸다.
도 4에 도시된바와 같이, 프라운호퍼 회절무늬는 중앙의 1차 프라운호퍼 회절무늬(F1)와 상기 1차 프라운호퍼 회절무늬(F1)를 중심으로 주변으로 퍼져나가는 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬(F2)로 분포된다.
면광원은 매우 많은 점광원이 모여 발광을 하고 있는 것으로서, 프라운호퍼 회절을 일으키고, 이러한 프라운호퍼 회절무늬가 수요자의 육안에 전달됨으로써 수요자는 무의식중에 피로감을 느끼게 된다.
한편, 광원이 위치하고 있는 임의의 한 점
Figure 112007008956717-pat00008
에 놓인 광원으로부터 최적가시거리
Figure 112007008956717-pat00009
에 위치한 관측자의 좌표
Figure 112007008956717-pat00010
에서 아래의 근사식인 수학식 2에 의해 프라운호퍼 회절무늬를 나타낸다는 것은 공지되어 있다.
Figure 112007008956717-pat00011
도 5는 종래 컬러 분포 중 컬러밀도 분포가 일정한 서브픽셀의 ｘ축에 대한 일차원적인 컬러밀도 분포를 나타낸 것으로, 서브픽셀의 밑변이
Figure 112007008956717-pat00012
이고 컬러밀도가 c인 경우를 나타낸다. 이 서브픽셀의 ｘ축에 대한 일차원적인 프라운호퍼 회절무늬는 상기 수학식 2에 밑변의 길이 및 밀도를 대입하면 다음과 같이 계산된다.
Figure 112007008956717-pat00013
공지되어 있는 바와 같이, 위의 수학식 3에 따라 프라운호퍼 회절무늬에 대한 위상 프로파일(phase profile)을 도시할 수 있으며, 위의 수학식 3과 같은 위상 프로파일에 대한 제곱 형태로서 진폭 프로파일(amplitude profile)을 도시할 수 있는데 이러한 진폭 프로파일은 빛의 세기를 나타낸다.
도 6은 상기 수학식 3에 의해 구해지는 종래 면광원에 발생하는 프라운호퍼 회절무늬의 위상 프로파일이며, 도 7은 진폭 프로파일을 나타낸다.
도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 컬러밀도 분포가 일정한 종래 면광원에서 발생하는 프라운호퍼 회절무늬의 위상 프로파일 및 진폭 프로파일에는 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬가 강하게 나타나는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 프라운호퍼 회절무늬에서 발생하는 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬가 육안에는 무시할 수 없는 정도의 강도를 보인다. 따라서, 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬가 육안에 미치는 부정적인 영향을 최소화된 더욱더 선명한 면광원 을 구성하기 위해서는 이러한 2차 이상의 회절무늬에서 나타나는 프라운호퍼 회절에 의한 간섭현상을 근본적으로 최소화하는 방안이 요구된다.
즉, 프라운호퍼 회절무늬에서 나타나는 2차 이상의 회절무늬가 강하게 나타날수록 빛은 중심에서 퍼져 보일 것이며, 정지영상과 동영상에 그러한 광원을 이용할 때 흐릿한 이미지를 형성한다. 이와 같이 이미지가 흐릿하게 나타나는 현상을 개선하기 위해서는 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬를 최소화하여 프라운호퍼 회절이 육안에 끼치는 부정적인 영향을 최소화하고, 중앙의 1차 프라운호퍼 회절무늬에 빛이 집중되도록 함으로써 선명하고 피로를 덜 끼치는 광원을 만들어야 하는 것이다.
하지만, 종래의 디스플레이 장치는 이러한 고려 없이 빛의 투과율이 일정한 분포를 갖한 서브픽셀을 이용하여 면광원을 형성함으로써 면광원에서 나온 빛의 모양이 균일하게 나타나지 않고 빛을 보는 눈의 위치에 따라 빛의 강도가 다르게 나타나서 사용자의 시각에 흐릿한 이미지를 전달하며, 특히 디스플레이에서 고속으로 화면이 전환될 때에는 더욱더 흐릿한 이미지로 시각에 전달된다.
이러한 평면 디스플레이의 작은 면인 각 서브픽셀에서 방출되는 단색 빛은 서로 다른 지점에서 나오는 빛과 눈에 도달하는 거리가 다르기 때문에 빛끼리 간섭무늬를 만들게 되어 중앙에 밝은 광원을 중심으로 광원들이 미세하게 펼쳐져 보이게 된다. 따라서 간섭된 빛이 다른 서브픽셀에서 나온 빛과 혼색을 일으키게 되어 색감이 불분명하고 눈의 초점을 잡기가 어려우며, 눈의 피로가 빨리 오게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원을 제시하기 위한 것으로 프라운호퍼 회절에 의해 발생하는 회절무늬 중에서 2차 이상의 회절무늬에 의한 간섭 영향이 최소화된 면광원을 제시하고 이러한 면광원이 각종 디스플레이에 사용되어 최종 수요자에게 더 선명하고 덜 피로하며 고화질인 디스플레이를 제공할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 2차 이상의 회절무늬는 최소화되고 중앙의 1차 회절무늬에 의한 빛의 강도가 최대가 되는 면광원을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원은 면광원에 의한 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬의 빛의 세기를 최소화하기 위하여 면광원의 화소를 구성하는 서브픽셀 내에 상기 서브픽셀의 컬러 분포와 다른 컬러 분포를 갖는 보조면광원이 삽입되어, 상기 서브픽셀로부터 방출되는 빛의 세기보다 보조면광원으로부터 방출되는 빛의 세기가 더 크게 형성되도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원은 면광원에 의한 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬의 빛의 세기를 최소화하기 위하여 면광원의 화소 를 구성하는 광원으로부터 방출되는 빛을 투과하는 마스크의 서브픽셀 내에 상기 서브픽셀의 빛 투과율과 다른 빛 투과율을 갖는 보조면광원이 삽입되어, 상기 서브픽셀을 투과한 빛의 세기보다 보조면광원을 투과한 빛의 세기가 더 크게 형성되도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 서브픽셀에 보조면광원이 삽입되는 경우 보조면광원과 서브픽셀간의 컬러 분포 변화 또는 빛 투과율 변화에 의해 보조면광원과 서브픽셀이 일체형으로 형성되어 있더라도 본 발명의 일 실시예 따른 보조면광원이 서브픽셀에 삽입된 것으로 간주하며 본 발명의 범위 안에 해당되는 것으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 면광원의 서브픽셀의 컬러 분포 또는 빛 투과율에 변화를 줌으로써 프라운호퍼 회절을 최소화하게 되는데, 즉 프라운호퍼 회절무늬에서 나타나는 2차 이상의 회절무늬를 제거하기 위하여 면광원을 구성하는 서브픽셀의 중앙부분에 서브픽셀의 컬러 분포 또는 빛 투과율과 다른 컬러 분포나 빛 투과율을 갖는 보조면광원을 삽입하여 서브픽셀에서 방출되는 빛의 세기보다 보조면광원에서 방출되는 빛의 세기를 크게 함으로써 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬를 최소화하게 된다.
면광원을 구성하는 서브픽셀과 보조면광원의 컬러 분포 또는 빛 투과율을 다 르게 형성하는 방법으로는 서브픽셀과 보조면광원의 밀도 분포를 다르게 형성하는 방법과 서브픽셀과 보조면광원의 두께 분포를 다르게 형성하는 방법을 고려할 수 있다.
이하에서는, 먼저 서브픽셀과 보조면광원의 밀도 분포를 다르게 형성하여 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬를 최소화하는 방법에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원에 적용된 LED 타입의 서브픽셀의 개략적인 구성도이고, 도 9는 LED 타입의 서브픽셀의 ｘ축에 대한 일차원적인 컬러밀도 분포를 나타낸 것이다.
도 8과 도 9에 도시된 바와 같이, 통상 직접 발광하는 LED 타입의 면광원인 경우 면광원에는 각 LED 마다 각각의 서브픽셀(10)이 존재하게 되는데, 이 서브픽셀(10)에는 발광물질이 분포되어 있다.
서브픽셀(10)의 중앙부분에는 보조면광원(11)이 형성되는데, 이 보조면광원(11)과 서브픽셀(10)은 방출되는 빛의 세기를 다르게 형성하기 위하여 컬러밀도 분포가 서로 다르게 형성된다.
종래의 면광원에서는 서브픽셀(10)과 보조면광원(11)이 동일한 컬러밀도 분포를 보이고 이에 따라 서브픽셀(10) 전체가 동일한 컬러밀도 분포를 형성함으로써 2차 이상의 무시할 수 없는 프라운호퍼 회절무늬가 발생하였지만, 본 발명에서는 서브픽셀(10)과 보조면광원(11)의 컬러밀도 분포를 다르게 형성함으로써 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬를 약하게 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 보조면광원(11)의 컬러밀도 분포가 서브픽셀(10)의 컬러밀도 분포보다 더 클 때 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬가 약하게 나타나고, 이때 중앙의 1차 프라운호퍼 회절무늬는 더욱 더 강하게 나타남으로써 선명해지는 효과가 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면 보조면광원(11)의 컬러밀도 분포가 서브픽셀(10)의 컬러밀도 분포보다 큰 중앙이 볼록한 철(凸)형의 형태일 때 프라운호퍼 회절이 최소가 된다.
위와 같이 보조면광원(11)과 서브픽셀(10)을 형성하는 컬러밀도 분포에 변화를 주어 프라운호퍼 회절을 최소화시킬 수 있는데, 컬러밀도에 변화를 주기 위한 보조면광원(11)과 서브픽셀(10)의 구성을 위해서는 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 이렇게 구성된 보조면광원(11)이 삽입된 서브픽셀(10)은 LED 면광원 뿐 아니라 LCD, PDP 면광원에 적용시킬 수 있다.
이러한 보조면광원(11)과 서브픽셀(10)의 컬러밀도 분포가 다르게 형성된 면광원을 대면적 TV나 모니터와 같은 디스플레이에 적용하게 되면, 디스플레이의 전체면적에서 프라운호퍼 회절이 최소화됨으로써 더욱더 선명한 이미지를 형성할 수 있을 뿐만 아니라 미세한 이미지를 구현할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원에서 고려하고 있는 서브픽셀(10)과 보조면광원(11)의 컬러밀도 분포는 보조면광원(11)의 컬러밀도 분포 d가 서브픽셀(10)의 컬러밀도 분포 c보다 고밀도 일 경우 철형이 된다.
본 발명의 실시예에서 서브픽셀(10)에 보조면광원(11)이 형성된 LED 타입의 면광원의 경우 서브픽셀(10)의 밑변인 x축에 대한 1차원만 고려한다면, 서브픽셀(10)의 밑변의 크기가
Figure 112007008956717-pat00014
이고 보조면광원(11)의 밑변의 크기가
Figure 112007008956717-pat00015
인 면광원의 컬러밀도 분포는 아래의 수학식 4로 나타낼 수 있다. 이와 같은 컬러밀도 분포는 사용되는 컬러 잉크입자의 입도 차이를 이용하는 등의 다양한 방법에 의해 구현이 가능하다.
Figure 112007008956717-pat00016
위의 컬러밀도 분포를 프라운호퍼 회절에 관한 근사적인 수학식 2에 대입하여 계산하면 아래의 수학식 5와 같이 계산되는데, 이를 단일한 항으로 기술되는 도 4의 평(平)형 컬러밀도 분포와 비교하여 보면, 보조면광원(11)의 밀도 d와 서브픽셀(10)의 밀도 c의 차이에 의해 영향을 받는 두 번째 항이 나타난다.
Figure 112007008956717-pat00017
위의 수학식 5는 관측자의 위치에 대한 x축에서의 1차원적 고려를 한 것이며, 서브픽셀(10)의 높이인 y축에 대한 추가적인 2차원적 고려도 마찬가지로 수행할 수 있다.
위의 수학식 5에서 알 수 있는 바와 같이, 컬러밀도 분포의 형태가 평형이었었던 수학식 3과 비교하면, 두 번째 항이 더 생성된다는 점이고, 위의 식에서 등장하는 우변의 두 번째 항에 의해 간섭무늬가 달라지며, 이는 컬러밀도 분포에 영향을 받는다.
평형과 요(凹)형도 마찬가지로 고려할 수 있으며, 두 번째 항에서 나오는
Figure 112007008956717-pat00018
인자와 전체식의 앞에 나오는
Figure 112007008956717-pat00019
의 값과 부호를 고려하면 철형 컬러밀도 분포의 특성을 평형과 요형 컬러밀도 분포와 비교할 수 있다.
도 10은 상기 수학식 5에 의해 구해지는 본 발명의 실시예에 따른 프라운호퍼 회절무늬의 x축 위상 프로파일을 나타낸 것이고, 도 11은 빛의 세기를 나타내는 진폭 프로파일을 나타낸 것이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 면광원의 서브픽셀(10)이 철형 컬러밀도 분포를 갖을 때, 도 6의 평형 컬러밀도 분포에 비해 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬가 약하게 나타남을 알 수 있다.
또한 도 11에 도시된 바와 같이, 빛의 세기
Figure 112007008956717-pat00020
와 같이 구해지는 프라운호퍼 회절무늬의 진폭은 서브픽셀(10)의 철형 컬러밀도 분포에서, 도 7의 평형 컬러밀도 분포에 비해 프라운호퍼 회절에 의한 2차 이상의 무늬가 최소화됨을 알 수 있다.
이는 철형에서 간섭무늬가 가장 많이 사라져서 선명한 이미지를 만들 수 있다는 의미이고, 보조면광원(11)이 삽입된 매우 많은 서브픽셀(10)이 사용된 디스플레이 장치 등을 고려해 본다면, 고려되는 디스플레이의 전체 면적에 해당하는 프라운호퍼 회절의 최소화를 이룰 수 있게 된다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 서브픽셀과 보조면광원의 컬러밀도 분포 비교를 위한 일례로서, 도면 내 그래프 l)은 철형, m)은 평형, n)은 요형 컬러밀도 분포를 나타낸 것이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 보조면광원(11)의 컬러밀도 분포 d가 서브픽셀(10)의 컬러밀도 분포 c보다 고밀도일 경우 철형이 되며, 보조면광원(11)의 컬러밀도 분포 d와 서브픽셀(10)의 컬러밀도 분포 c가 동일한 경우 평형이 되고, 보조면광원(11)의 컬러밀도 분포 d가 서브픽셀(10)의 컬러밀도 분포 c보다 저밀도일 경 우 요형이 되는데, 이들간의 관계는 아래의 표와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007008956717-pat00021
도 13은 상기 도 12와 표 1에 나타난 서브픽셀(10)과 보조면광원(11)의 컬러밀도 분포 차이에 따른 프라운호퍼 회절무늬의 x축 위상 프로파일을 나타낸 것이고, 도 14는 빛의 세기를 나타내는 진폭 프로파일을 나타낸 것이다.
도 13과 도 14에 도시된 바와 같이, 각각의 컬러밀도 분포에 따른 빛이 관찰자에게 보이는 빛의 세기는 철형 컬러밀도 분포에서 프라운호퍼 회절에 의한 2차 이상의 무늬가 최소화되어 빛을 가장 잘 모으는 선명한 이미지를 만들 수 있는 반면, 평형과 요형은 빛을 철형보다 더 회절시켜 간섭무늬를 크게 나타내므로 면광원이 발하는 빛의 모양이 혼란스럽게 됨을 알 수 있다.
이와 같이 회절에 의한 간섭 현상이 최소화된 가장 적절한 서브픽셀(10)과 보조면광원(11)의 모양은 철형 컬러밀도 분포이며, 철형을 한 밀도 분포의 다른 예로서는 코사인 함수의 일부를 이용한 수학식 6의 형태가 철형 컬러밀도 분포로 이용이 가능하다.
Figure 112007008956717-pat00022
또 다른 철형 밀도 분포 형태로는 지수함수를 이용한 아래의 수학식 7과 같은 철형 컬러밀도 분포 형태를 이용할 수 있다.
Figure 112007008956717-pat00023
수학식 6과 수학식 7에 따른 밀도 분포에 의해 형성되는 보조면광원(11)이 삽입된 서브픽셀(10)은 철형 컬러밀도 분포를 한 면광원의 일종이며, 수학식 4에서와 같이 2차 이상의 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원을 구성하는 컬러밀도 분포의 형태이다.
위와 같은 보조면광원(11)과 서브픽셀(10)이 이루는 철형 컬러밀도 분포에 의해 프라운호퍼회절이 최소화 되도록 구성한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은, LED 타입 면광원에 의한 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬의 빛의 세기를 최소화하기 위해 화소를 구성하는 서브픽셀(10) 내 에 상기 서브픽셀(10)보다 컬러밀도가 더 밀한 보조면광원(11)을 삽입하여 이루는지는 것을 특징으로 하는 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원이다.
상기에서는 프라운호퍼 회절무늬의 최소화 하기 위한 LED 타입 면광원의 x축에 대한 1차원적인 고려를 설명하였지만, 이를 확장하여 x축과 y축에 대한 2차원적인 고려를 수행할 수 있음은 당연하다.
도 15는 LED 타입 면광원의 서브픽셀의 ｘ축 및 y축에 대한 2차원적인 컬러밀도 분포를 나타낸 것이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 서브픽셀(10)과 보조면광원(11)이 이루는 컬러밀도 분포는,
Figure 112007008956717-pat00024
평면상에서, 서브픽셀(10)의 밑변과 높이가
Figure 112007008956717-pat00025
이고, 보조면광원(11)의 밑변과 높이가
Figure 112007008956717-pat00026
일 때, x축 컬러밀도분포
Figure 112007008956717-pat00027
와 y축 컬러 밀도분포
Figure 112007008956717-pat00028
는 다음의 수학식 8과 같다.
Figure 112007008956717-pat00029
이 때,
Figure 112007008956717-pat00030
인 것이 컬러밀도 분포의 특징이며, 수학식 6과 수학식 7에 제시된 사인함수나 지수함수의 형태는 다음의 수학식 9와 수학식 10과 같이 확장되어 적용될 수 있다.
Figure 112007008956717-pat00031
Figure 112007008956717-pat00032
상기에서는 면광원의 서브픽셀(10)이 직접 발광하는 LED 타입의 면광원에 대하여 설명하였지만, 이는 백색광을 투과시켜 컬러를 형성하는 간접 발광 타입인 LCD 면광원의 컬러필터에 적용될 수 있다.
도 16은 간접 발광되는 LCD 타입 면광원의 컬러필터인 서브픽셀(10)의 구성을 나타낸 것으로, 면광원을 구성하는 픽셀에는 컬러를 형성하기 위한 R, G, B 서브픽셀(10)이 구비된다. R, G, B 서브픽셀(10)의 중앙에는 r, g, b 보조면광원(11)이 형성되는데, 이 r, g, b 보조면광원(11)과 R, G, B 서브픽셀(10)의 컬러밀도 분포를 다르게 형성함으로써 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬를 약하게 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 직접 발광하는 LED 타입의 면광원과는 반대 로, 백색광에 의해 간접 발광하는 LCD 타입의 면광원은 빛이 투과되는 보조면광원(11)의 컬러밀도 분포 d가 서브픽셀(10)의 컬러밀도 분포 c보다 더 작을 때 빛의 투과율이 높아져 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬를 약하게 만든다. 즉, 간접 발광하는 LCD 타입의 면광원의 경우 보조면광원(11)의 컬러밀도 분포가 서브픽셀(10)의 컬러밀도 분포보다 작은 중앙이 오목한 요형의 형태일 때 보조면광원(11)으로부터 방출되는 빛의 세기가 서브픽셀(10)로부터 방출되는 빛의 세기보다 높게 형성되어 프라운호퍼 회절이 최소가 된다.
또한, 이러한 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원은 Cell에 의해 직접 발광하는 빛을 투과시키는 PDP 타입의 마스크에 적용될 수 있다.
이 경우에도, 마스크의 픽셀에 구비된 빛을 투과하는 서브픽셀 내에 보조면광원을 삽입하고, 보조면광원의 밀도 분포를 서브픽셀의 밀도보다 낮게 형성할 때 보조면광원을 투과하는 빛의 세기가 서브픽셀에서 보다 높아져 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬가 약하게 되어 보다 선명한 이미지를 형성할 수 있게 된다.
상기 마스크는 PDP 면광원 뿐만 아니라, 통상 LED 면광원 또는 LCD 면광원의 외측에 형성되어 내측의 LED 및 LCD 장치를 보호하는 역할을 수행하는데, 이 LED 면광원 및 LCD 면광원의 마스크 또한 상기 PDP 면광원의 경우와 마찬가지로 마스크의 서브픽셀에 보조면광원을 삽입하여 빛 투과율을 다르게 형성함으로써 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬를 약하게 할 수 있음은 당연하다.
상술한 본 발명의 실시예에서는 서브픽셀(10)과 보조면광원(11)으로부터 방출되는 빛의 세기를 다르게 형성하기 위하여 서브픽셀(10)과 보조면광원(11)의 밀도 분포를 다르게 형성하는 방법에 대하여 설명하였지만, 상기 서브픽셀(10)과 보조면광원(11)의 밀도를 다르게 형성하는 대신 서브픽셀(10)과 보조면광원(11)의 두께를 다르게 형성하는 방법을 통하여 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
즉, LED 면광원의 경우 서브픽셀(10)의 컬러 두께보다 보조면광원(11)의 컬러 두께를 더 두껍게 형성하고, LCD 면광원의 경우 서브픽셀(10)의 컬러 두께보다 보조면광원(11)의 컬러 두께를 더 얇게 형성하며, PDP 면광원의 경우 마스크의 서브픽셀(10) 두께보다 보조면광원(11)의 두께를 더 얇게 형성함으로써 보조면광원(11)에서 방출되는 빛의 세기가 서브픽셀(10)에서 방출되는 빛의 세기보다 더 크게 형성하여 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬를 약화시킬 수 있게 된다.
이러한 보조면광원이 삽입된 서브픽셀로 이루어진 면광원의 패턴은 잉크젯 등에 의해 구현가능하며, 잉크젯은 종래의 식각처리를 할 필요가 없기 때문에 신속한 공정과 잉크젯 인쇄에 의한 다양한 컬러의 구현이 가능하다.
예를 들어, 본 발명에 따른 LCD 면광원의 경우 컬러필터를 구성하는 RGB 서브픽셀(10) 뿐만 아니라 CMY 서브픽셀에 의한 컬러의 구현도 용이하게 할 수 있다. 또한, 보조면광원(11)에는 r, g, b중에서 선택한 어느 하나의 컬러를 사용할 수 있으며, 서브픽셀(10)에는 R, G, B에서 선택된 어느 하나의 컬러를 선택할 수 있다.
이와 같은 컬러의 구성에는 서브픽셀(10)이 인접하는 블랙 매트릭스(black matrix)부분을 형성하기 위한 블랙을 합하여 7색의 컬러 구성이 필요하며, 종래 식각에 의한 제조방법에서 컬러필터를 형성하기 위해 사용되던 3색 또는 4색을 각각 처리하는 과정을 잉크젯에 의해 7색을 일괄적으로 처리할 수 있다.
또한, 위와 같은 색상에 대한 고려뿐만이 아니라 다양한 명도와 채도의 선택이 가능하며, 이러한 사항은 모두 미세하게 제어되는 잉크젯 프린터의 기능에 의해 충분히 구현이 가능하며, 위와 같이 구현되는 비침수성 소재 위에 구현되는 잉크젯 인쇄방법 및 그에 대한 전처리액 조성물에 대해서는 대한민국등록특허 10-0488163호에 자세하게 개시되어 있다.
위에 인용된 대한민국등록특허 10-0488163호에는 인쇄층에 소망하는 이미지를 인쇄할 수 있는 방법에 대하여 제시하고 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따르면 소망하는 이미지가 보조면광원(11)이 삽입된 서브픽셀(10)들이 인접된 인쇄층이 될 수 있으며, 이는 단 1회의 인쇄 작업에 의해 모든 형태의 형성이 가능하므로, 식각에 의하던 종래의 제조방법에 비해 제조가 신속하게 이루어질 수 있게 된다.
또한, 위와 같이 보조면광원(11)과 서브픽셀(10)의 컬러밀도 또는 컬러두께 분포를 달리하기 위해서, 보조면광원(11)과 서브픽셀(10)에 사용되는 잉크입자의 크기, 즉 입도를 달리하여 구성할 수 있으며, 나노입자를 보조면광원(11)과 서브픽셀(10)에 달리 배치하면 위와 같은 밀도 및 두께의 분포를 구성할 수 있다.
즉, 보조면광원(11)의 중심부위에 잉크젯 기술을 이용하여 제한된 영역을 여러 차례 인쇄하여 렌즈효과를 내듯이 중심이 볼록한 형태의 철형 컬러 분포를 형성할 수 있으며, 그 반대로 보조면광원(11)의 영역을 제외한 서브픽셀(10) 영역을 여 러 차례 인쇄하여 중심이 오목한 요형 컬러 분포를 형성할 수 있다.
위와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원은 신호기에 적용되는 빨강이나 녹색의 발광을 위한 단색 면광원 뿐만 아니라 노랑색을 발광하기 위하여 구성된 단색 면광원을 혼합한 다색 면광원 모두에 적용될 수 있는 것이며, LCD 면광원의 컬러필터에 사용되는 면광원과 같이 흑색 및 백색 그리고 다양한 컬러를 발광하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 보조면광원(11)이 삽입된 서브픽셀(10)의 연이은 배치에 의한 화소에도 적용이 가능하다.
예를 들어, 신호기에는 빨강 또는 녹색을 발광하는 본발명의 일 실시예에 따른 보조면광원(11)이 삽입된 서브픽셀(10)을 이용한 단색컬러 면광원이 사용될 수 있으며, 노랑색 또는 황색을 발광하기 위해서는 빨강색, 녹색, 파랑색이 동시에 배치된 면광원을 사용할 수 있을 것이다. 이러한 신호기들은 운전자나 보행자에게 더 선명하게 보이도록 하여 안전한 운전과 보행에 도움을 주게 된다.
이와 같이 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원은 면광원에서 발생하는 프라운호퍼 회절무늬에 대하여 2차 이상의 프라운호퍼 회절무 늬에 의한 빛의 세기를 최소화함으로써, 대면적 TV나 모니터를 비롯한 디스플레이 장치에 적용되는 경우 더욱더 선명한 이미지를 생성할 수 있으며, 이로 인하여 미세한 이미지를 산출하는 장치에 적용 가능하여, 최종수요자는 더욱 선명한 이미지를 제공받을 수 있다.
또한, 프라운호퍼 회절무늬가 최소화된 면광원을 이용하는 수요자는 더욱더 편한 느낌의 이미지를 제공받을 수 있을 뿐만 아니라, 컴퓨터의 모니터를 비롯한 다양한 용도에 적용되어 장시간 모니터나 디스플레이장치에 의해 작업을 하거나 이용해야 하는 수요자는 더 오랜 시간 시청해도 눈의 피로는 더 적은 디스플레이 장치를 제공받을 수 있다.
또한, 소프트웨어에 의해 구동되는 잉크젯 분사에 의한 단일 과정에 의해 서브픽셀 및 보조면광원 패턴을 간단한 공정을 이용하여 신속하게 형성할 수 있도록 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원의 제조업자는 간단하고 저렴하게 제조가 가능하다.
뿐만 아니라, 서브픽셀 내의 보조면광원에는 서브픽셀과 독립된 이미지를 디스플레이할 수 있도록 제어 회로를 구성할 수 있으며, 이는 특수한 목적의 광고 등에 이용할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 면광원에 의한 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬의 빛의 세기를 최소화하기 위하여 면광원의 화소를 구성하는 서브픽셀 내에 상기 서브픽셀의 컬러 분포와 다른 컬러 분포를 갖는 보조면광원이 삽입되어, 상기 서브픽셀로부터 방출되는 빛의 세기보다 보조면광원으로부터 방출되는 빛의 세기가 더 크게 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 면광원의 서브픽셀이 직접 발광하는 LED 타입의 서브픽셀인 경우 보조면광원의 컬러밀도가 서브픽셀의 컬러밀도보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 면광원의 서브픽셀이 직접 발광하는 LED 타입의 서브픽셀인 경우 보조면광원의 컬러두께가 서브픽셀의 컬러두께보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 면광원의 서브픽셀이 간접 발광하는 LCD 타입의 컬러필터에 구비된 서브픽셀인 경우 보조면광원의 컬러밀도가 서브픽셀의 컬러밀도보다 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 면광원의 서브픽셀이 간접 발광하는 LCD 타입의 컬러필터에 구비된 서브픽셀인 경우 보조면광원의 컬러두께가 서브픽셀의 컬러두께보다 얇게 형성되는 것을 특징으로 하는 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 서브픽셀과 보조면광원이 이루는 컬러밀도 분포는,
    Figure 112007008956717-pat00033
    평면상에서, 서브픽셀의 밑변과 높이가
    Figure 112007008956717-pat00034
    이고, 보조면광원의 밑변과 높이가
    Figure 112007008956717-pat00035
    일 때,
    Figure 112007008956717-pat00036
    축 컬러밀도분포
    Figure 112007008956717-pat00037
    와
    Figure 112007008956717-pat00038
    축 컬러 밀도분포
    Figure 112007008956717-pat00039
    는 수학식
    Figure 112007008956717-pat00040
    으로 주어지고, 이때
    Figure 112007008956717-pat00041
    인 것을 특징으로 하는 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원.
  7. 청구항 2에 있어서, 상기 서브픽셀과 보조면광원이 이루는 컬러밀도 분포는,
    Figure 112007008956717-pat00042
    평면상에서, 서브픽셀의 밑변과 높이가
    Figure 112007008956717-pat00043
    이고, 보조면광원의 밑변과 높이가
    Figure 112007008956717-pat00044
    일 때,
    Figure 112007008956717-pat00045
    축 컬러밀도분포
    Figure 112007008956717-pat00046
    와
    Figure 112007008956717-pat00047
    축 컬러 밀도분포
    Figure 112007008956717-pat00048
    는 수학식
    Figure 112007008956717-pat00049
    로 주어지고, 이때
    Figure 112007008956717-pat00050
    인 것을 특징으로 하는 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원.
  8. 청구항 2에 있어서, 상기 서브픽셀과 보조면광원이 이루는 컬러밀도 분포는,
    Figure 112007008956717-pat00051
    평면상에서, 서브픽셀의 밑변과 높이가
    Figure 112007008956717-pat00052
    이고, 보조면광원의 밑변과 높이가
    Figure 112007008956717-pat00053
    일 때,
    Figure 112007008956717-pat00054
    축 컬러밀도분포
    Figure 112007008956717-pat00055
    와
    Figure 112007008956717-pat00056
    축 컬러 밀도분포
    Figure 112007008956717-pat00057
    는 수학식
    Figure 112007008956717-pat00058
    로 주어지고, 이때
    Figure 112007008956717-pat00059
    인 것을 특징으로 하는 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원.
  9. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서, 상기 보조면광원과 서브픽셀은 빨 강(Red), 녹색(Green), 파랑(Blue)으로 구성된 컬러 중에서 어느 하나를 선택하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원.
  10. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서, 상기 보조면광원과 서브픽셀은 청록(Cyan), 자홍(Magenta), 노랑(Yellow)으로 구성된 컬러 중에서 어느 하나를 선택하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 보조면광원이 삽입된 서브픽셀 패턴은 잉크젯 인쇄에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원.
  12. 면광원에 의한 2차 이상의 프라운호퍼 회절무늬의 빛의 세기를 최소화하기 위하여 면광원의 화소를 구성하는 광원으로부터 방출되는 빛을 투과하는 마스크의 서브픽셀 내에 상기 서브픽셀의 빛 투과율과 다른 빛 투과율을 갖는 보조면광원이 삽입되어, 상기 서브픽셀을 투과한 빛의 세기보다 보조면광원을 투과한 빛의 세기가 더 크게 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원.
  13. 청구항 1 또는 청구항 12에 있어서, 상기 보조면광원과 서브픽셀은 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원.
  14. 청구항 1 또는 청구항 12에 있어서, 상기 보조면광원이 삽입된 서브픽셀로 이루어진 면광원은 신호기의 빨강, 녹색, 파랑 중 어느 한 색을 발광하기 위한 단색 광원인 것을 특징으로 하는 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원.
  15. 청구항 1 또는 청구항 12에 있어서, 상기 보조면광원이 삽입된 서브픽셀로 이루어진 면광원은 신호기의 노랑색, 황색 중 어느 한 색을 발광하기 위한 다색 광원인 것을 특징으로 하는 프라운호퍼 회절이 최소화된 면광원.
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