KR100810806B1

KR100810806B1 - 광 혼합 챔버, 조명 시스템, 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR100810806B1
Application number: KR1020027000086A
Authority: KR
Inventors: 호엘렌크리스토프지에이; 하버스제라드
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.; 루미리즈 라이팅 네덜란즈 비.브이.
Priority date: 2000-05-04
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2008-03-06
Also published as: KR20020041402A; US20010046131A1; JP2003532270A; CN1383498A; CN1199077C; MXPA02000164A; EP1281100A1; TWI240788B; US6536914B2; WO2001084229A1

Abstract

디스플레이 장치(3)를 조명하는 백라이트 시스템은 광 방출 윈도우(2) 및 광을 발광 패널(1) 내로 결합시키는 적어도 하나의 에지 표면(4)을 갖는 발광 패널(1)을 포함한다. 백라이트 시스템은 광원(6)이 제공된 광 혼합 챔버(5)를 더 포함한다. 광 혼합 챔버(5)는 에지 표면(4)과 결합된다. 본 발명에 따라, 광원(6)은 상이한 광 방출 파장을 갖는 발광 다이오드(LED)의 복수개의 클러스터를 포함하는데, 클러스터는 서로에 대해 피치 P에서 배치된다. 광 혼합 챔버(6)의 높이(H) 대 클러스터의 피치 P의 비는 0.1 ≤ H/P ≤10, 바람직하게는 0.2 ≤ H/P ≤ 2의 관계를 만족한다. 바람직하게, 각각의 클러스터는 하나의 청색, 하나의 녹색 및 하나의 적색 LED 또는 하나의 청색, 두 개의 녹색 및 하나의 적색 LED를 포함한다. 바람직하게, 각각의 LED는 적어도 5 lm의 광 플럭스를 갖는다. 본 발명에 따른 백라이트 시스템은 디스플레이 장치가 균일하게 조명되는 매우 균일한 광 분산을 갖는다.

Description

광 혼합 챔버, 조명 시스템, 디스플레이 장치{ILLUMINATION SYSTEM, LIGHT MIXING CHAMBER AND DISPLAY DEVICE}

본 발명은 디스플레이 장치(display device)를 조명하는 조명 시스템(illumination system)에 관한 것으로서, 발광 윈도우(a light-emission window)와 광을 발광 패널(light-emitting panel) 내로 결합시키는 적어도 하나의 광 결합 에지 영역(light-coupling edge area)을 갖는 발광 패널과, 광 결합 에지 영역과 평행하게 연장하는 종방향의 광 혼합 챔버(a light mixing chamber) - 광 혼합 챔버에는 광원이 제공됨 - 를 포함하는데, 광 결합 챔버는 광 결합 에지 영역과 결합된다.

또한, 본 발명은 조명 시스템에 사용하기 위한 광 결합 챔버에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 전술한 조명 시스템을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

그러한 조명 시스템은 이미 잘 알려져 있고 이와 달리 에지 조명 시스템(edge lighting system)이라고도 지칭된다. 에지 조명 시스템은 특히, 예를 들어, 텔레비젼 수신기 또는 모니터용 (이미지) 디스플레이 장치의 백라이트(backlight)로서 사용된다. 그러한 조명 시스템은 특히, 액정 디스플레이 장치(liquid crystal display)와 같이 LCD 패널이라고도 지칭되는 비방출 디스플레이(non-emissive displays)를 위한 백라이트로서 적합하게 사용되는데, 이는 (휴대용) 컴퓨터 또는 (무선) 전화기에 사용된다.

일반적으로, 그러한 디스플레이 장치는 정규 패턴의 픽셀을 구비한 기판을 포함하며, 픽셀들은 각각 적어도 하나의 전극에 의해 구동된다. (이미지) 디스플레이 장치의 (디스플레이) 스크린의 관련 영역 내에 이미지 또는 데이터그래픽 표시(image or datagraghic representation)를 재생하기 위해서, 디스플레이 장치는 제어 회로를 사용한다. LCD 장치 내에서, 백라이트로부터 기원하는 광은 스위치 또는 변조기에 의해 변조되며, 다양한 유형의 액정 효과(liqud crystal effects)를 제공한다. 게다가, 디스플레이는 전기 이동 또는 전자 기계적 효과(electrophoretic or electromechanical effects)에 기반할 수 있다.

전문에서 언급된 조명 시스템은 통상적으로 예를 들어, 하나 이상의 소형 형광 램프(compact fluorescent lamps)와 같은 관 모양의 저압 수은 기상 방전 램프(a tubular low-pressure mercury-vapor discharge lamp)가 광원으로 사용되는데, 동작 시, 광원에 의해 방출되는 광은 광 도파관(an optical waveguide)으로서 역할을 하는 발광 패널 내로 결합된다. 일반적으로, 이러한 광 도파관은 예를 들어, 합성 수지 또는 유리로 제조된 비교적 얇고 평탄한 패널을 형성하는데, 광은 (전) 내부 반사의 영향하에 광 도파관을 통해 전송된다.

또한 그러한 조명 시스템에는 예를 들어, 발광 다이오드(light-emitting diodes : LED)와 같은 전계 발광 소자(electroluminescent elements)와 같이, 전자 광학 소자(electro-optic elements)로도 지칭되는 또 다른 광원이 복수개의 광학 전자 소자(optoelectronic elements)의 형태로 제공된다. 일반적으로 이들 광원은 동작 중, 광원으로부터 기원한 광이 광 투과 에지 영역(light-transmitting edge area) 상에 입사되고 패널 내에서 확산되도록, 발광 패널의 광 투과 영역의 부근 또는 그 영역에 인접하여 제공된다.

미국 특허 제 5,613,751 호에는 발광 패널에 결합되거나 그 패널과 통합되는 소위 광 천이 영역(light transition area) 내에 배치되는 발광 패널 및 하나 이상의 광원을 포함하는 조명 시스템이 개시되며, 디스플레이 장치를 조명하기 위해 발광 패널에서 결합된 광의 분배는 적절한 패턴의 변형부를 발광 패널의 광 방출 윈도우에 제공함으로써 이루어진다.

전술한 유형의 조명 시스템은 특히, 광원 부근의 발광 패널 내의 광 분배가 충분히 균일하지 않는 단점을 갖는다. 그 결과, 디스플레이 장치의 조명 균일성이 떨어지게 된다.

발명의 개요

본 발명의 목적은 전술한 결함 전부 또는 일부를 극복하는 것이다. 본 발명은 특히, 조명 시스템의 광 분배의 균일성과 그에 따라 디스플레이 장치의 조명은 균일성이 개선된, 전술한 유형의 조명 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은 광원이 상이한 파장을 갖는 발광 다이오드의 복수개의 클러스터(clusters) - 전술한 클러스터는 서로 피치 P로 배치됨 - 를 포함하고, 광 혼합 챔버의 높이 H와 발광 다이오드의 클러스터의 피치 P 사이의 비가

인 관계를 만족하며, 광 혼합 챔버의 높이 H가 광 결합 에지 영역에 대해 직각(right angle)으로 측정된다는 점으로 인해 달성된다.

발광 다이오드들이 클러스터링(clustered)되어 있기 때문에, 발광 다이오드(LED)에 의해 방출된 광의 혼합이 증진된다. 그러한 클러스터의 예는 하나의 청색 LED, 하나의 녹색 LED 및 하나의 적색 LED의 조합이다. 그러한 클러스터의 또 다른 예는 2 개의 녹색 LED와 조합된 하나의 청색 LED 및 하나의 적색 LED를 포함한다. 전술한 컬러 조합 외에도, 클러스터는 황색 LED를 포함할 수 있다.

본 발명의 방식에 따른 광 혼합 챔버의 애플리케이션은 상이한 컬러의 LED로부터 기원하는 광이 잘 혼합되는 이점을 갖는다. 전술한 한정된 범위 사이의 광 혼합 챔버의 높이 대 LED의 클러스터의 피치의 기하학적 비는 LED로부터 기원하는 광 - 광은 광 결합 에지 영역을 통해 발광 패널 내로 결합됨 - 이 (이미지) 디스플레이 장치를 균일하게 조명하기 위해 광 방출 윈도우에서 결합될 때, 광 혼합 챔버 내에서 충분히 혼합되게 한다.

본 발명에 따른 광 혼합 챔버는 구조가 단순하고 제조상 저렴하다. 이는 무엇보다도 상이한 컬러의 LED로부터 기원하는 광을 혼합시키기 위해 광 혼합 챔버 내에 부가적인 광학 구조물을 제공할 필요가 없다는 사실 때문일 수 있다. 그러한 광학 구조물은 복잡하게 굴곡이 진 표면이 제공될 수도 있고 제공되지 않을 수도 있거나, 반사 코팅이 제공될 수도 있고 제공되지 않을 수도 있는 광학 소자를 포함한다. 그러한 광학 소자는 LED에 의해 발광 패널의 광 결합 에지 영역의 방향으로 방출된 광을 광 혼합 챔버의 종방향으로 확산시켜 광의 혼합을 개선시키기 위해 사용된다.

광 혼합 챔버의 높이 대 클러스터의 피치의 비의 하한(H/P = 0.1)은 클러스터에 접해있는 상이한 컬러의 LED로부터 기원하는 광 빔이 광 결합 에지 영역의 위치에서 적어도 상호 닿아 있는 것이 바람직하다는 사실에 의해 정해진다. 전술한 높이/피치 비의 상한(H/P = 1)은 그러한 상한의 부재 시, 광 혼합 챔버(의 높이)가 터무니없이 커져서 (이미지) 디스플레이 장치의 에지가 터무니없이 넓게될 것이라는 사실에 의해 정해진다.

본 발명에 따른 방식에 의해, 조명 시스템에 의해 방출된 광의 분배의 균일성이 개선된다. 그 결과, (이미지) 디스플레이 장치의 더욱 균일한 조명이 획득된다.

바람직하게, 광 혼합 챔버의 높이(H)와 클러스터의 피치(P) 사이의 비는

의 관계를 만족한다.

광 혼합 챔버의 높이와 클러스터의 피치 사이의 비의 하한(H/P = 0.2)은 클러스터와 인접한 상이한 컬러의 LED로부터 기원하는 광 빔이 광 결합 영역의 위치에서 적어도 50 % 오버랩을 보이는 것이 바람직하다는 사실에 의해 정해진다. 그 결과, 조명 시스템에 의해 방출되는 광의 분배의 균일성은 더욱 개선된다. 전술한 높이/피치 비의 상한(H/P = 2)은 그러한 상한의 부재 시, 광 혼합 챔버(의 높이)가 (이미지) 디스플레이 장치에 통상적으로 적용되는 높이보다 더 크게 된다는 사실에 의해 정해진다.

클러스터 내의 서로에 대한 LED의 위치 설정(positioning)은 광이 발광 패널로부터 나오는 방식에 영향을 준다. 본 발명에 따른 조명 시스템의 바람직한 실시예는 발광 다이오드의 광 혼합 챔버의 높이 H와 클러스터의 피치 P 사이의 비가

의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는데, β는 광 혼합 챔버의 종방향에 평행한 평면 내의 발광 다이오드의 광 방출 각으로서 다이오드의 종방향 축(a longitudinal axis)에 대해 측정되는 각이고, β _max는 발광 다이오드가 │β│ ≤ β _max인 β 값에 대해 동작 시, 발광 다이오드의 에너지의 90 %를 방출하는 β의 최대 값이다.

각 β는 동작 시, LED에 의해 광 혼합 챔버의 종방향으로 방출되는 광의 개구 각을 나타낸다. - β _max≤ β ≤ β _max가 적용되는 제한 내에서 LED는 동작 중, 그 광의 90 %를 방출한다. 전술한 각 β의 배향의 선택의 결과, 전술한 관계는 인접 클러스터 내의 LED로부터 기원하는 광의 다양한 컬러의 혼합의 정도에 관한 측정에 제공된다. 예를 들어, 소정의 클러스터가 하나의 청색 LED, 하나의 녹색 LED 및 하나의 적색 LED의 연속으로 이루어지고, 인접 클러스터가 동일한 LED의 순서를 갖는다면, 전술한 클러스터의 임의의 컬러의 LED로부터 기원하는 광은 전술한 LED 의 광 빔의 적어도 일부가 인접 글러스터 내의 동일한 컬러의 LED의 광 빔으로부터 기원하는 광과 일치하도록, 광 결합 에지 영역에 도달 시, 광 분배(light distribution)를 갖는 것이 바람직하다.

전술한 공식의 하한인 2tan(β _max) = P/H는 인접 클러스터 내의 동일한 컬러의 LED로부터 기원하는 광 빔이 발광 패널의 광 결합 에지 영역의 위치에서 적어도 상호 접촉한다는 사실에 의해 정해진다. 전술한 광 빔이 서로 접촉하지 않는다면, 광 결합 에지 영역 상에서 전술한 인접 크러스터 내의 전술한 컬러의 LED로부터 기원하는 전술한 컬러의 광이 직접적으로 입사하지 않는 영역이 존재하게 된다. 전술한 공식에서 상한 tan(β _max) = 2P/H는 클러스터 내의 임의의 LED로부터 기원하는 광 빔이 광 결합 에지 영역의 위치에서 광 빔이 클러스터의 피치의 두 배의 거리(2 x P)에서도 광을 방출하도록 폭을 갖는다면 충분하다는 사실로부터 정해진다. 달리 말하자면, 클러스터 내의 특정 컬러의 LED에 의해 방출되는 광은 LED의 광 빔이 광 결합 에지 영역의 위치에서 LED의 인접클러스터와 인접한 클러스터 내의 동일한 컬러의 LED로부터 하강되는 수직 라인과 접촉하게 되는 LED의 광 분배에서 달성된다. 전술한 방식에 의해, 조명 시스템에 의해 방출된 광 분배의 균일성은 더욱 개선된다.

본 발명에 따른 조명 시스템의 또 다른 바람직한 실시예는 높이 H와 광 혼합 챔버의 폭 D 사이의 비가

의 식을 만족하는데, D는 광 혼합 챔버의 종방향에 대해 직각으로 측정된 광 혼합 챔버의 폭이고, α는 광 결합 챔버의 종방향을 가로지르는 평면 내의 발광 다이오드의 방 광출 각으로서 발광 다이오드의 종방향 축에 대해 측정되고, α_max는 │α│ ≤ α_max인 α의 값에 대해 동작 중 발광 다이오드의 에너지의 90 %를 방출하는 α의 최대 값이다.

각 α는 동작 중, LED에 의해 광 혼합 챔버의 종방향을 가로지르는 방향으로 방출되는 광의 개구 각을 나타낸다. - α_max ≤ α ≤ α_max가 적용되는 제한 내에서, LED는 동작 중에 LED 광의 90 %를 방출한다. 각 α의 배향의 전술한 선택의 결과, 전술한 관계 H/D는 전술한 광 빔이 광 결합 에지 영역에 도달하기 전, LED에 의해 기원하고 소정의 각 α에서 방출되는 광 빔이 광 혼합 챔버의 벽과 충돌하는 (그리고 반사되는) 회수에 관한 측정값을 제공한다.

전술한 공식에서 하한 2tan(α_max) = D/H는 광 결합 에지 영역의 위치에서 LED로부터 기원하는 광 빔이 광 결합 에지 영역의 폭을 정확히 포함한다는 사실에 의해 정해진다. α_max가 전술한 하한보다 작다면, 광 결합 에지 영역은 완전히 조명되지 않는다. α_max가 전술한 하한과 동일하다면, 광 혼합 챔버의 벽에서의 광의 반사는 각 α에 의해 형성된 평면(광 혼합 챔버의 종방향을 가로질러 연장하는 LED의 위치에서의 평면) 내에서는 발생하지 않는다. α_max가 전술한 하한보다 크다면, 광의 반사가 광 혼합 챔버의 벽에서 발생한다. 실험에서 이러한 반사는 원래 전술한 평면 내의 광의 혼합에 도움이 되지 않는다는 것이 밝혀졌지만, 전술한 반사는 각 α에 의해 형성된 평면 내의 광을 혼합시키는 것에 도움이 될 수 있다. 개개의 반 사에서, 광의 (작은) 일부가 상실된다. 그러므로, 전술한 공식에서의 상한 tan(α_max) = 3D/H는 전술한 광 빔이 광 결합 영역에 도달하기 전, LED에 의해 방출된 광 빔의 일부가 광 혼합 챔버의 벽에서 최대한 3 배를 반사시킨다면 매우 충분하다는 사실에 의해 결정된다. 전술한 방식에 의해, 조명 시스템에 의해 방출된 광의 분배의 균일성은 더욱 개선된다.

높이 H와 폭 D를 갖는 광 혼합 챔버를 사용함으로써 시너지 효과가 달성되는데, 이는 LED의 위치 설정과 광 분배(α_max및 β _max)가 주어질 경우, H/P 및 H/D에 대한 전술한 2 개의 관계를 만족시킨다.

바람직하게, LED는 광 혼합 챔버의 종방향으로 넓은 광 분배를 갖는다. 넓은 광 분배는 광 혼합 챔버(의 종방향) 내의 광의 혼합을 증진시킨다. 이는 각 β _max의 값이 60°≤ β _max ≤ 80°의 범위 내에 있는 경우 특히 바람직하다. β _max의 값이 더 높을수록 광은 LED에 의해 광 혼합 챔버의 종방향으로 더욱 방출된다.

발광 다이오드가 광 결합 에지 영역과 분리되고 광 결합 에지 영역과 평행하게 연장하는 광 혼합 챔버의 벽 내에 제공된다면, 각 α_max의 값이 20°≤ α_max≤ 50°의 범위 내에 존재한다면, 아주 바람직하다. 이와 달리, 발광 다이오드가 광 결합 에지 영역을 가로질러 광 혼합 챔버의 벽 내에 제공된다면, 각 α_max의 값이 60°≤ α_max≤ 80°의 범위 내에 있는 것이 특히 바람직하다.

광 혼합 챔버로부터 기원하는 광의 혼합을 더욱 증진시키기 위해, 복수개의 상이한 컬러의 LED에 의해 방출되는 광을 더욱 혼합시키는 수단이 혼합 챔버와 광 결합 에지 영역 사이에 위치할 수 있다. 이를 위해, 조명 시스템의 바람직한 실시예는 확산기(diffuser)가 광 결합 챔버와 광 결합 에지 영역 사이에 존재하는 것을 특징으로 한다. 부가적인 이점은 그러한 확산기는 상이한 컬러의 LED의 비동일 광 빔 분산의 효과가 더욱 평균화되게 한다는 점에 있다.

조명 시스템의 바람직한 실시예는 패널이 2 개의 광결합 영역을 포함한다는 점을 특징으로 하는데, 이는 패널의 반대측에 위치한다. 조명 시스템의 또 다른 실시예에서, 광 결합 에지 영역은 광 방출 윈도우(소위 직접 백라이트)의 맞은편에 있는 광 방출 패널 측에 위치한다.

상이한 광 방출 파장을 갖는 발광 다이오드는 바람직하게 하나의 청색, 하나의 녹색 및 하나의 적색 발광 다이오드와, 하나의 청색, 2 개의 녹색 및 하나의 적색 발광 다이오드와, 하나의 청색, 하나의 녹색 및 하나의 적색 발광 다이오드와, 하나의 청색, 하나의 녹색, 하나의 황색 및 하나의 적색 발광 다이오드를 포함하는 클러스터 내에 함께 클러스터링된다.

바람직하게, 발광 다이오드 각각은 적어도 5 lm의 광 플럭스를 포함한다. 그러한 고 출력을 갖는 LED는 이와 달리 LED 파워 패키지(LED power pakages)라 지칭된다. 고효율, 고출력 LED의 애플리케이션은 원하는 비교적 높은 광 출력에서의 LED의 수가 비교적 작을 수 있다는 특정한 이점을 갖는다. 이는 제조되는 조명 시스템의 소형화 및 효율에 바람직한 영향을 준다.

LED 사용의 또 다른 이점은 LED를 포함하는 조명 시스템의 비교적 매우 긴 수명과, 비교적 낮은 비용 및 낮은 유지비이다. 게다가 LED의 사용은 동적 조명 가능성이 획득되는 이점을 갖는다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 조명 시스템은 발광 다이오드의 광 플럭스를 변화시키는 제어 전자 장치를 포함한다. 적절한 제어 전자 장치는 원하는 조명 효과가 달성되게 하고 결합된 광의 균일성이 개선되게 한다. 게다가, 적절한 LED의 조합은 백색 광이 획득되게 하고 원하는 컬러 온도가 제어 전자 장치에 의해 획득될 수있게 한다.

바람직하게, LED는 직렬로 결합된 LED의 스트링(string)마다 구동되는데, 그에 의해, 스트링은 실질적으로 동일한 광 방출 파장의 LED를 포함한다. 예를 들어, 본 발명에 따른 광 혼합 챔버 내에 제공되는 모든 청색 LED는 함께 하나의 스트링을 형성한다. 스트링마다 LED를 구동하는 이점은 LED의 스트링마다 실질적으로 동일한 광 플럭스에서의 적절한 드라이브 전압(drive voltage)을 초래한다는 것이다.

본 발명의 이러한 특성들 및 다른 특성들은 이하 기술될 실시예(들)로부터 명백해지고 그 실시예(들)를 참조하여 설명될 것이다.

도 1a는 본 발명에 따른 조명 시스템과 조명 시스템의 실시예를 포함하는 디스플레이 장치의 어셈블리의 단면도,

도 1b는 본 발명에 따른 조명 시스템과 조명 시스템의 또 다른 실시예를 포 함하는 디스플레이 장치의 어셈블리의 단면도,

도 2a는 각각의 클러스터가 선형 어레이로 배치된 하나의 청색, 하나의 녹색 및 하나의 적색 LED를 포함하는 복수개의 LED의 클러스터의 평면도,

도 2b는 각각의 클러스터가 선형 어레이로 배치된 하나의 청색 LED, 2 개의 녹색 LED 및 하나의 적색 LED를 포함하는 또 다른 복수개의 LED의 클러스터의 평면도,

도 2c는 각각의 클러스터가 2 개의 선형 어레이로 배치된 하나의 청색 LED, 2 개의 녹색 LED 및 하나의 적색 LED를 포함하는 또 다른 복수개의 LED의 클러스터의 평면도,

도 3은 도 1에 도시된 조명 시스템의 세부의 투시도,

도 4a는 각 α_max의 함수로서 비 H/P를 도시한 그래프,

도 4b는 각 β _max의 함수로서 비 H/D를 도시한 그래프,

도 5a는 광 혼합 챔버의 벽에서의 반사 및 확산 반사를 도시한 도면,

도 5b는 광 혼합 챔버의 벽에서의 반사 및 확산 반사를 도시한 도면,

도 6a는 광 혼합 챔버 없이 광 결합 에지 영역으로부터 2 및 10 mm의 거리에서 조명 시스템의 광 윈도우에서 측정된, 3 개의 기본 컬러인 청색, 녹색 및 적색에 대한 및 백색 광에 대한 휘도(luminance)를 도시한 도면,

도 6b는 15 mm의 높이를 갖는 본 발명에 따른 광 혼합 챔버가 광 결합 에지 영역으로부터 2 및 10 mm 의 거리에서 제공된 조명 시스템의 광 윈도우에서 측정 된, 3 가지 기본 컬러인 청색, 녹색 및 적색에 대한 및 백색 광에 대한 휘도를 도시한 도면.

도면들은 단지 개략적이고 실제 축척대로 도시되지는 않았다. 특히, 명료히 하기 위해, 몇몇 치수는 매우 확대되었다. 도면에서, 동일한 참조 번호는 가능한 한 동일한 부분을 나타낸다.

도 1a는 본 발명에 따른 조명 시스템과 조명 시스템의 실시예를 포함하는 디스플레이 장치의 어셈블리의 개략적 단면도이다. 조명 시스템은 광 투과 재료의 광 발광 패널(1)을 포함한다. 패널(1)은 예를 들어, 합성 수지, 아크릴, 폴리카보네이트, 퍼스펙스(Perspex)와 같은 PMMA 또는 유리로 만들어진다. 동작중에, 광은 내부 전반사의 영향으로 패널(1)을 통해 전송된다. 발광 패널(1)은 광 방출 윈도우(2) 및 전술한 광 방출 윈도우에 대향하는 후방 벽(a rear wall)(2')을 갖는다. 광 방출 윈도우(2)와 후방 벽(2') 사이에는 광을 발광 패널(1) 내로 결합시키는 광 결합 에지 영역이 있다. 조명 시스템은 종방향(15)(도 3 참조)을 갖는 광 혼합 챔버(5)를 포함하고, 조명 시스템에는 종방향 축(a longitudinal axis)(21)을 갖는 광원(6)이 제공된다. 광 혼합 챔버(5)는 높이 H 및 폭 D를 갖는다. 높이 H는 광 결합 에지 영역(4)에 대해 직각으로 측정된 것이고, 폭 D는 광 혼합 챔버(5)의 종방향(15)(도 3 참조)에 대해 직각으로 측정된 것이다.

비교적 작은 화면 직경을 갖는 (이미지) 디스플레이 장치에 대해서는 하나의 광 혼합 챔버로 충분하다. 비교적 큰 화면 직경을 갖는 (이미지) 디스플레이 장치에 대해서는 일반적으로, 두 개의 광 혼합 챔버가 발광 패널의 두 맞은 편에 제공된다. 광 혼합 챔버(들)는 바람직하게, 발광 패널의 장 측(들)에 평행하게 위치한다.

광 혼합 챔버(5)는 광 결합 에지 영역(4)과 결합되는데, 이는 본 발명의 청구항 및 상세한 설명에서 광 혼합 챔버(5) 내에서 생성된 광이 광 결합 에지 영역(4)을 통해 발광 패널(1) 내로 최적으로 결합되는 방식으로 광 혼합 챔버(5)가 광 결합 에지 영역(4)에 결합되는 것을 의미하는 것이다. 광원(6)은 광 혼합 챔버(5) 내에 수용된다. 동작중에, 광원(6)으로부터 기원하는 광은 광 투과 에지 영역(4) 상에 입사되고 패널(1) 내에 확산된다. 광원(6)으로부터 기원하는 광은 직접적으로 또는 광 혼합 챔버(5)의 벽에서의 (다수의) 반사를 통해 광 결합 에지 영역에 도달할 수 있다. 예시적으로, 도 1a는 광 혼합 챔버 내의 2 가지 가능한 광 빔을 도시한다. 도 1a에 도시된 예에서, 확산기(7)는 광 혼합 챔버(5)와 광 결합 에지 영역(4) 사이에 배치되는데, 확산기는 광 혼합 챔버(5)로부터 기원하는 광의 혼합을 증진시키는 역할을 한다. 바람직하게, 확산기(7)는 광 혼합 챔버(5)와 발광 패널(1) 간의 부가적 인터페이스를 형성하지 않는다. 더욱이, 도 1a에서, 광 혼합 챔버(5)의 측벽에는 거울형 및/또는 확산형 반사 코팅(a specularly and/or diffusely reflecting coating)(14, 14')(도 4a 및 도 4b 참조)이 제공된다. 이들 코팅은(14, 14')은 광원(6)으로부터 기원하는 광의 혼합에 기여한다.

광 혼합 챔버(5)는 용이하게 제조될 수 있고, 예를 들어, 적절히 접힌 금속 시트의 하우징(a housing of a suitably folded metal sheet)을 포함한다.

도 1a에서, 광 결합 에지 영역(4)을 가로질러 연장하는 광 혼합 챔버(5)의 벽에는 동작 중에, 광원(6)이 방출하는 광의 광 특성을 측정하는 센서(10)가 제공된다. 이러한 센서(10)는 광원(6)의 광 플럭스가 발광 패널에 의해 결합되는 광의 원하는 휘도 및 또는 컬러 포인트에 적합하게 되도록 하는 제어 전자 장치(도 1a에 도시하지 않음)에 결합된다. 센서(10) 및 제어 전자 장치에 의해, 발광 패널(1)에서 결합되는 광의 질 및 양 모두가 영향을 받을 수 있는 피드백 메카니즘이 획득될 수 있다.

도 1a에 도시된 예에서, 발광 패널의 후방 벽(2')에는 발광 패널(1)을 벗어나는 광을 결합하는 수단(18, 18')이 제공된다. 이러한 수단(18, 18')은 변형부(의 패턴) 및 가령, 스크린 도트, 웨지 및/또는 리지(wedges and/or ridges)를 포함한다. 그 수단은, 예를 들어, 에칭, 스크라이빙 또는 샌드블래스팅에 의해 패널(1)의 후방 벽(2') 내에 제공된다. 또 다른 실시예에서, 변형부는 패널(1)의 광 방출 윈도우에 제공된다. 수단(18, 18')은 보조 광원으로서 작용하고 반사, 산란 및/또는 굴절에 의해 발광 패널(1)에서 벗어나는 광을 결합한다.

도 1a에서, 참조 번호 3은 LED 패널을 아주 개략적으로 나타낸다. 발광 패널(1), 광원(6) 및 LCD 패널(3)의 어셈블리는 예를 들어, (비디오) 이미지를 디스플레이 하는 디스플레이 장치를 형성한다.

도 1b는 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 포함하는 조명 시스템 및 디스플레이 장치의 어셈블리의 개략적 단면도이다. 이 실시예에서, 광원(6')은 광 혼합 챔버(5)의 측벽 내에 수용된다. 이 실시예에서, 센서(10')는 광 결합 에지 영역(4)과 떨어져 마주하는 광 혼합 챔버(5)의 (상부) 벽에 제공된다. 다른 부분들은 도 1a 및 도 1b에서의 참조 번호와 동일하다.

본 발명의 방식에 따르면, 광원(6, 6')은 상이한 광 방출 파장(도 2a, 2b 및 2c 참조)을 갖는 발광 다이오드의 복수개의 클러스터를 포함하는데, 이러한 클러스터는 서로에 대해 피치 P로 배치되고, 광 혼합 챔버(5)와 발광 다이오드의 클러스터의 피치 P간의 비는

의 관계를 만족한다.

광 혼합 챔버(5)의 폭 D에 대해 실질적으로 바람직한 크기(폭 D는 광 혼합 챔버(5)의 종방향을 가로질러 측정됨. 도 3 참조)는 3 ≤ D ≤ 15 mm의 범위 내에 존재한다. 실험은 폭 D가 3 ≤ D ≤ 5 mm의 범위 내에 있는 경우 매우 바람직하다는 것을 보여주었다. 본 발명에 따르면, 이에 따라 광 혼합 챔버(5)의 폭은 공지된 광 혼합 챔버보다 더 작은 치수를 갖게 된다. 이는 본 발명에 따른 디스플레이 장치 및 조명 시스템의 어셈블리의 제조에 있어서 상당한 이점을 갖는다.

발광 다이오드가 제공되는 광 혼합 챔버 - 광 혼합 챔버는 3 ≤ D ≤ 15 mm, 바람직하게는 3 ≤ D ≤ 5 mm의 범위의 폭을 가짐 - 를 포함하는 조명 시스템의 전술한 실시예는 그 자체가 발명으로 고려될 수 있다.

광 혼합 챔버(5)의 높이 H의 실질적으로 바람직한 치수는 10 ≤ H ≤ 20 mm의 범위 내에 있다. 바람직하게, LED들은 서로에 대해 2 ≤ P ≤ 8 mm의 범위 내의 피치 P로 배치된다. P = 3 x p(도 2a 참조)이면, LED의 클러스터의 피치 P는 6 ≤ P ≤ 24 mm의 범위 내에 존재하게 된다. P = 4 x p(도 2b 참조)이면, LED의 클러스터의 피치 P는 8 ≤ P ≤ 32 mm의 범위 내에 존재하게 된다. 특히 유용한 광 혼합 챔버(5)는 높이 H ≒ 15 mm와 p ≒ 6mm의 LED 사이의 피치를 갖는다. 따라서, 광 혼합 챔버(5) 대 클러스터의 피치의 비 H/P ≒ 0.83(P = 3 x p인 경우) 또는 H/P ≒ 0.63(P = 4 x p인 경우)이다. 두가지 비 모두는

의 관계를 만족한다.

도 2a 내지 2c는 LED(6B, 6G, 6R, ...; 16B, 16G, 16R, 16G' ...; 26B, 26G, 26R, 26G', ...)의 스택의 여러 가지 실시예를 개략적으로 도시한다. 간략히 하기 위해, LED의 클러스터는 밑줄 친 대문자 P에 의해 나타난다.

도 2a에서, LED (6B, 6G, 6R, ...)의 복수개의 클러스터는 평면도에 도시되고, 개개의 클러스터는 하나의 청색 LED(6B), 하나의 녹색 LED(6G) 및 하나의 적색 LED(6R)를 포함한다. LED(6B, 6G, 6R, ...)는 선형 어레이로 배치된다. LED에는 통상의 기계적 전기적 접속 수단(28, 28', 29, 29')이 제공된다. LED(6B, 6G, 6R, ...)는 서로에 대해 피치P로 표시된 거리로 배치된다. 세 개의 LED(6B, 6G, 6R, ...)의 클러스터는 서로에 대해 피치 P에 의해 나타난는 거리로 배치된다. 도 2a에서 도시된 예에서, LED(6B, 6G, 6R, ...)는 P = 3 x p가 되도록 배치된다.

LED(16B, 16G, 16R, 16G' ...)의 스택의 또 다른 실시예에는 도 2에 평면도로 도시되는데, 개개의 클러스터는 하나의 청색 LED(16B), 2 개의 녹색 LED(16G, 16G') 및 하나의 적색 LED(16R)를 포함한다. LED(16B, 16G, 16R, 16G' ...)는 선형 어레이로 배치된다. 동작 중, 녹색 LED가 종종 청색 및 적색 LED에 비례하여 원하는 컬러 설정(컬러 온도 및/또는 백색 포인트)에 도달하기에 불충분한 광을 방출하기 때문에 부가적인 녹색 LED(16G')가 LED(16B, 16G, 16R)의 클러스터의 개개의 하나에 부가된다. LED(16B, 16G, 16R, 16G', ...)는 피치 p에 의해 표시된 상호 거리로 배치된다. 4 개의 LED(16B, 16G, 16R, 16G', ...)는 피치 P에 의해 나타나는 서로간의 거리로 배치된다. 도 2b에 도시된 예에서, LED(16B, 16G, 16R, 16G', ...)는 P = 4 x p가 되도록 배치된다.

LED(26B, 26G, 26R, 26G', ...)의 스택의 또 다른 실시예가 도 2c에 평면도로 도시되는데, 개개의 클러스터는 하나의 청색 LED(26B), 2 개의 녹색 LED(26G, 26G') 및 하나의 적색 LED(26R)를 포함한다. LED(26B, 26G, 26R, 26G', ...)는 두 개의 선형 어레이로 배치된다. 이 경우에도, 하나의 부가적인 녹색 LED(26G')가 LED(26B, 26G, 26R)의 클러스터 각각에 제공된다. 한 어레이의 방향으로는 청색 및 녹색 LED(26B, 26G)가 서로 피치 p에 의해 표시된 거리로 배치되고 다른 어레이의 방향으로는 녹색 및 적색 LED(26G', 26R)가 서로 피치 p에 의해 표시된 거리로 배치된다. 4 개의 LED(26B, 26G, 26R, 26G')의 클러스터는 서로 피치 P에 의해 나타나는 거리로 배치된다. 도 2 c에 도시된 예에서, LED(26B, 26G, 26R, 26G', ...)는 P = 2 x p가 되도록 배치된다. 2 개의 LED 어레이 사이의 거리는 바람직하게 가능한 한 작게 되도록 선택된다. 또 다른 실시예에서는 황색 LED도 사용된다.

광원(6, 6')은 복수개의 발광 다이오드(6B, 6G, 6R, ,,,; 16B, 16G, 16R, 16G', ...; 26B, 26G, 26R, 26G', ...)를 포함하지만, 이와 달리 상이한 광원, 가령, 방전 램프일 수도 있다. LED의 광원의 휘도는 형광 튜브의 수 배이다. 더욱이, 광이 패널 내로 결합되는 효율은 형광 튜브에서보다 LED에서 더 높다. 광원으로서의 LED의 사용은 LED가 합성 수지로 맞들어진 패널과 접촉할 수 있다는 이점을 갖는다. LED는 발광 패널(1)의 방향으로 열을 거의 방출하지 않고, 해로운 (UV) 방사도 역시 방출하지 않는다. LED의 사용은 LED로부터 기원하는 광을 패널 내로 결합시키는 수단이 없어도 되는 이점이 있다. LED의 사용은 더욱 작은 조명 시스템을 가능하게 한다.

제공된 LED(6B, 6G, 6R, ...; 16B, 16G, 16R, 16G', ...; 26B, 26G, 26R, 26G', ...)는 바람직하게 각각이 적어도 5 lm의 광 플럭스를 갖는 LED이다. 그러한 높은 출력을 갖는 LED는 이와 달리 LED 파워 패키지라고 지칭된다. 파워 LED의 예는 "바라쿠다(Barracuda)"형 LED(루미리즈(Lumileds)사)이다. LED 당 광 플럭스는 적색 LED의 경우 15 lm, 녹색 LED의 경우는 13 청색 LED의 경우는 5 lm 그리고 황색 LED의 경우는 20 lm이다. 또 다른 실시예에서는 "프로메테우스(Prometheus)"형 LED(루미리즈사)가 사용되는데, LED 당 광 플럭스가 적색 LED의 경우에는 35 lm, 녹색 LED의 경우에는 20 lm, 녹색 LED의 경우에는 8 lm, 그리고 황색 LED의 경우에는 40 lm이다.

바람직하게, LED는 (금속-코어) 인쇄 회로 보드 상에 장착된다. 파워 LED가 그러한 (금속 코어) 인쇄 회로 보드 상에 장착되면, LED에 의해 생성된 열은 PCB를 통한 열 전도에 의해 쉽게 분산될 수 있다. 조명 시스템의 바람직한 실시예에서, (금속 코어) 인쇄 회로 보드는 열 전도성 접속을 통해 디스플레이의 하우징과 접촉한다.

도 3은 도 1에 도시된 조명 시스템의 세부를 매우 개략적으로 도시한 투시도이다. 도 3은 높이 H 및 폭 D를 갖는 광 혼합 챔버를 도시한다. 방향을 나타내기 위해, 광 혼합 챔버(5)의 종방향으로 연장하고 광 결합 에지 영역(4)과 평행한 종방향 축(15)이 광 혼합 챔버(5) 내에 도시된다. 광원에 대하여, 도 2a에 도시된 위치, 즉, 하나의 청색 LED(6B), 하나의 녹색 LED(6G) 및 하나의 적색 LED(6R)을 포함하는 복수개의 클러스터가 선택된다. LED(6B, 6G, 6R, ...)는 광 혼합 챔버(5)의 (상부) 벽 내에서 피치 p에 의해 표시된 상호 거리로 광 혼합 챔버(5)의 종 방향과 평행하게 배치된다. 3 개의 LED(6B, 6G, 6R, ...)의 클러스터는 피치 P에 의해 표시된 상호 거리로 배치된다. 도 3에 도시된 예에서, LED(6B, 6G, 6R, ...)는 P = 3 x p가 되도록 배치된다. 명료히 하기 위해 , LED의 클러스터의 피치를 나타내는 도 3의 대문자 P에는 밑줄이 그어져 있다.

복수개의 LED(6B, 6G, 6R, ...)로부터 기원하는 광의 혼합은 광 혼합 챔버(5) 내에서 발생한다. 광은 광 혼합 챔버(5)로부터 광 투과 에지 영역(4)을 통해 발광 패널(1) 내로 결합된다.

도 3은 하나의 LED(6B)의 종방향 축(21)을 도시한다. 각 α도 도시되는데, 이는 LED(6B)에 의한 광 방출의 각에 대응한다. 각 α는 광 혼합 챔버(5)의 종방향(15)을 가로질러 연장하는 평면 내에서 측정된다(도 3의 참조 번호 31에 의해 나타나는 사선이 그어진 삼각형 참조). 각 α는 발광 다이오드(6B)의 종방향 축(21)을 따라 종방향 축(21), 즉 α = 0(또는 180°)에 대해 측정된다.

조명 시스템의 바람직한 실시예에 따르면, 광 혼합 챔버(5)의 높이 H 및 폭 D는

의 관계를 만족한다.

값 α_max는 발광 다이오드(6B, 6G, 6R, ...)가 동작 중에 - α_max≤ α ≤ α_max의 범위 내의 α의 값에 대해, 발광 다이오드의 에너지의 90 %를 방출하는 α의 값을 나타낸다.

각 α의 배향의 전술한 선택의 결과, 비 H/D에는 광 빔이 광 결합 에지 영역(4)에 도달하기 전, LED(6B)로부터 기원하고 소정의 각 α로 방출되는 광 빔이 광 혼합 챔버(5)의 벽과 충돌하는(그리고 반사되는) 횟수에 관한 값이 제공된다(도 1a의 광 빔의 예를 참조).

전술한 공식의 하한 2 x tan(α_max) = D/H는 광 결합 에지 영역의 위치에서 LED로부터 기원하는 광 빔의 폭이 광 결합 에지 영역의 폭과 정확히 일치한다는 사실에 의해 정해진다. 전술한 공식의 상한 tan(α_max) = 3D/H는 LED에 의해 방출된 광 빔의 일부가 전술한 광 빔이 광 결합 에지 영역에 도달하기 전, 광 혼합 챔버의 벽에서 최대한 3 배를 반사한다는 사실에 의해 정해진다.

도 4a는 각 α_max의 함수로서 비 H/D를 개략적으로 도시한다. 20°미만의 α_max의 값에서, 조명 시스템의 치수는 비실용적으로 크다. 각 α_max의 값이 커질수 록, 비 H/D는 더 작게 선택될 수 있다. 80°보다 큰 α_max의 값에서는 LED로부터 기원하는 광의 다중 반사에 의해 야기된 손실이 지나치게 크게 된다.

광 결합 에지 영역(4)에 대해 광 혼합 챔버(5) 내의 LED(6, 6')의 위치에 따라, α_max의 값의 바람직한 범위가 정해질 수 있다. LED(6)가 광 결합 에지 영역(4)으로부터 떨어져 마주하는 광 혼합 챔버(5)의 벽에 제공되면(도 1에 도시된 위치 참조), 각 α_max의 값은 바람직하게 20° ≤ α_max ≤ 50°의 범위 내에 존재하게 된다(도 4a의 참조 부호 A의 사선이 그어진 영역 참조). 이러한 경우, 광이 광 혼합 챔버(5)의 벽에서 거의 또는 전혀 반사 없이 광 결합 에지 영역 상에 입사되도록, LED로부터 기원하는 광 빔이 각 α(도 3 참조)에 의해 형성된 평면에서 비교적 협소하다면 바람직할 것이다. 전술한 범위 내에서, 비 H/D는 α_max = 20°인 경우에는 1.37 ≤ H/D ≤ 8.25의 범위 및 α_max = 50°의 경우에는 0.42 ≤ H/D ≤ 2.5의 범위 내에 존재하게 된다.

또 다른 예에서, LED(6')는 광 결합 에지 영역에 대해 직각으로 광 혼합 챔버(5)의 벽에 제공되고(도 1b에 도시된 위치 참조), 각 α_max의 값은 바람직하게 60°≤ α_max ≤ 80°의 범위 내에 존재하게 된다(도 4a에 참조 부호 B의 사선이 그어진 영역 참조). 이러한 경우, 비교적 넓은 광 빔이 광 결합 에지 영역(4)에 금방 도달하게 된다. 전술한 범위 내에서, 비 H/D는 α_max = 60°인 경우 0.29 ≤ H/D ≤ 1.73의 범위 및 α_max = 80°의 경우 0.008 ≤ H/D ≤ 0.53의 범위 내에 존재하게 된다.

도 3에서, 각 β도 도시되는데, 이는 LED(6B)에 의한 광 방출의 각도에 대응한다. 각 β는 광 혼합 챔버(5)의 종방향(15)에 평행하게 연장하는 평면에서 측정된 것이다(도 3에서 32로 참조된 사선이 그어진 삼각형 참조). 각 β는 종방향 축을 따라 발광 다이오드의 관련 종방향 축, 즉, β = 0°(또는 180°) 대해 측정된 것이다.

조명 시스템의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 광 혼합 챔버(5)의 높이 및 발광 다이오드(6B, 6G, 6R, ...)의 클러스터의 피치 P 사이의 비는

의 관계를 만족한다. 값 β_max는 발광 다이오드(6B, 6G, 6R, ...)가 동작 중에, - β_max ≤ β ≤ β_max인 범위의 각 β의값에 대해 발광 다이오드의 에너지의 90 %를 방출하는 β의 값을 나타낸다.

전술한 각 β의 방향을 선택하게 되면, 비 H/P는 인접 클러스터의 LED로부터 기원하는 다양한 컬러의 광의 혼합의 정도에 관한 값으로 주어진다.

도 4b는 각 β_max의 함수로서 비 H/P를 개략적으로 도시한다. 명료히 하기 위해, LED의 클러스터의 피치를 나타내는 도 4b의 대문자 P에는 밑줄이 쳐져있다. 30° 미만의 β_max의 값의 경우, 조명 시스템의 치수는 비현실적으로 커진다. 각 β_max의 값이 더 커질수록, 비 H/P는 더 작게 선택될 수 있다. 85°보다 큰 β_max의 값의 경우, LED로부터 기원하는 광의 다중 반사로부터 초래되는 손실이 지나치게 많게 된다.

각 β_max의 특히 유리한 값은 60° ≤ β_max ≤ 80°의 범위 내에 존재한다. 이러한 바람직한 범위는 도 4b의 사선이 그어진 영역에 의해 나타난다. 이러한 영역에서, 비 H/P는 β_max = 60°의 경우에는 0.29 ≤ H/P ≤ 1.15이고 β_max = 80°의 경우에는 0.09 ≤ H/P ≤0.35 이다.

도 5a는 광 혼합 챔버의 벽(50)에서의 거울형 및 확산형 반사를 개략적으로 도시한다. 벽이 미러 브라이트(mirror bright)라면, 입사 광 빔(42)은 알려진 방식으로 광 빔(43)으로 반사된다(입사각 = 반사각). 벽(50)이 미러 브라이트가 되기 위해서, 전술한 벽에는 예를 들어, 알라노드(Alanod)사로부터 입수가능한 MIRO-Ⅱ와 같은 미러 브라이트 코팅(24)이 제공될 수 있다. 벽에 가령, 알라노드사로부터 입수가능한 MIRO-Ⅴ과 같이 부분 확산형 반사 코팅(a partly diffusely reflecting coating)(24)이 제공되면, 분산(44)에 의해 나타나는 것과 같이 반사 시, 광 빔 분산을 얻을 수 있다.

도 5b는 광 혼합 챔버의 벽(50')에서의 반사 및 확산 반사를 개략적으로 도시한다. 비교하자면, 도면은 미러 브라이트 상황(반사되아 광 빔(43')으로 이어지는 광 빔(42')) 및 벽이 백색 광을 확산하여 반사시키는 상황(분산(44')에 의해 개략적으로 나타남)를 도시한다. 후자의 경우, 바람직하게, 벽에는 가령, 갈슘 할로포스페이트(calcium halophosphate), 스트론튬 할로포스페이트(strontium halophosphate) 및/또는 칼슘 파이로포스페이트(calcium pyrophosohate)를 포함하는 확산기가 제공된다. 그러한 확산기는 바람직하게 래커(lacquer)로서 제공되는데, 가령, THV와 같은 플루오르코폴리머(a fluorocopolymer)와 같은 바인더 및 용매(예를 들어, Mibk)도 제공된다. 전술한 바인더와 결합한 확산기를 결합하여 사용하면 소성(firing-out)이 필요하지 않고 가시 범위와 대부분의 UV 범위를 통틀어 적어도 실질적으로 동일한 높은 반사가 획득되는 이점을 갖는다. 이것이 의미하는 것은, 이들 확산기를 사용함으로써 선택적 흡수(preferenital absorption) 및 그로 인해 야기된 컬러 차가 효과적으로 상쇄되기 때문에, 이들 확산기는 광이 빈번히 반사되는 코팅에 매우 적절하게 사용될 수 있다는 것이다. 게다가, 또 다른 첨가물이 래커 혼합에 부가될 수 있는데, 이는 예를 들어, 개선된 액체 또는 혼합 반응(an improved liquid or mixing behavior)을 나타낸다.

도 6a는 광 결합 에지 영역으로부터 2 mm 및 10 mm의 거리마다 광 혼합 챔버 없는 조명 시스템의 광 방출 윈도우에서 측정된 3 개의 기본 컬러인 청색, 녹색 및 적색과 백색 광에 대한 휘도 L을 천문 단위(astronomical units : a.u.)로 도시한다. 측정을 수행하기 위해, 청색, 녹색 및 적색 LED의 복수개의 클러스터는 발광 패널의 광 결합 에지 영역과 직접적으로 접촉하도록 선형 어레이로 배치된다. 이 예에서, 광 결합 에지 영역에 평행하게 측정된 발광 패널의 길이는 l = 13 cm이다. 광 결합 에지 영역으로부터 2 mm의 거리에서 휘도 측정은 (a)에 의해 나타나고, 10 mm의 거리에서의 휘도 측정은 (b)에 의해 나타난다. 먼저, 청색 LED에 전압이 인가되고 휘도 L은 길이 L의 함수로서 측정되는데, 그 결과는 곡선 a-bl 및 b-bl로 도시된다. 그 다음에는, 녹색 LED에만 전압이 인가되고 휘도 L이 측정되며, 그 결 과는 곡선 a-gr 및 b-gr로 도시된다. 후속하여, 적색 LED에만 전압이 인가되고, 휘도 L이 측정되며, 그 결과는 곡선 a-rd 및 b-rd로 도시된다. 이러한 곡선에서 피크들(peaks)과 딥들(dips)은 LED가 위치한 곳에 나타난다. 마지막으로, 청색, 녹색 및 적색 LED에 전압이 동시에 인가되고, 그 결과가 곡선 a-wh 및 b-wh에 도시된다. 도 6a에 도시된, 길이 L 상의 곡선에서 볼 수 있는 경미한 굴곡은 광 방출 윈도우의 비교적 작은 치수에 의해 야기된다.

도 6b는 3 개의 기본 컬러인 청색, 녹색 및 적색과 백색 광에 대한 휘도 L을 천문 단위(a.u.)로 도시하는데, 15 mm의 높이를 갖는 본 발명에 따른 광 혼합 챔버가 광 결합 에지 영역으로부터 2 및 10 mm의 거리에서 제공되는 조명 시스템의 광 방출 윈도우에서 측정된다. 측정을 수행하기 위해서, 청색, 녹색 및 적색 LED(6B, 6G, 6R, ...)는 도 1a의 위치에 도시된 바와 같이 광 혼합 챔버(5) 내에 수용된다(도 3도 참조). 이러한 예에서, 발광 패널(1)은 광 혼합 챔버(5)의 종방향에 평행하게 측정된 길이 l = 13 cm를 갖는다. 먼저, 청색 LED(6B, ...)에만 전압이 인가되고, 휘도 L은 길이 l의 함수로 측정되며, 그 결과는 곡선 a-bl 및 b-bl로 도시된다. 그 다음, 녹색 LED(6G, ...)에만 전압이 인가되고, 휘도 L이 측정되며, 그 결과는 곡선 a-gr 및 b-gr로 도시된다. 후속하여, 적색 LED에만 전압이 인가되고, 휘도 L이 측정되며, 그 결과는 곡선 a-rd 및 b-rd로 도시된다. 마지막으로, 청색, 녹색 및 적색 LED(6B, 6G, 6R, ...)에 전압이 동시에 인가되고, 휘도 L이 측정되며, 그 결과는 곡선 a-wh 및 b-wh로 도시된다. 도 6a와 비교하면, 휘도가 광 결합 에지 영역에 인접하여 측정된 도 6b의 곡선은 명백히 본 발명에 기술된 광 혼합 챔버의 존재가 발광 패널의 광 방출 윈도우를 통해 방출된 광의 혼합에 실질적으로 기여한다는 것을 나타낸다. 그 결과, 발광 패널의 전체 광 방출 윈도우를 통한 광 분산이 모든 위치와, 광원에 인접한 위치에서도 충분히 균일한 조명 시스템이 획득된다. 본 발명에 따른 조명 시스템은 디스플레이 장치가 충분히 균일하게 조명되게 하는 것을 가능하게 한다. 도 6b에 도시된 바와 같이 길이 l 전반에 걸쳐 곡선에서 볼 수 있는 경미한 굴곡은 광 방출 윈도우의 비교적 작은 치수에 의해 야기된다.

본 발명의 범위 내에서, 당업자에게는 많은 변경이 가능하다는 것이 분명할 것이다. 예를 들어, LED에 의해 방출된 광의 분산은 방출이 발생하는 곳에서의 각도에 좌우될 수 있다. LED의 광 분산을 적절히 선택함으로써, 순방향(LED의 종방향 축의 방향)으로 방출된 광의 양은 LED의 종방향 축을 갖는 각도에서 방출되는 광에 유리하게 감소될 수 있다. 따라서, LED의 광 분산은 종방향 축에 대해 사전결정된 각으로 배향된 2 개의 로브(lobes)를 갖는다는 것을 알 수 있다. 이들 로브가 광 혼합 챔버의 종방향에 평행하게 연장한다면 매우 바람직할 것이다.

본 발명의 보호 범위는 전술한 예에 한정하지 않는다. 본 발명은 개개의 신규의 특성 및 개개의 특성의 조합으로 구현된다. 청구항의 참조 번호는 본 발명의 보호 범위를 한정하지 않는다. "포함한다"는 동사 및 그 활용형의 사용은 청구항에서 언급된 요소 외의 요소의 존재를 배제하지 않는다는 의미이다. 요소 앞의 관사의 사용은 복수개의 그러한 요소의 존재를 배제하지 않는다는 의미이다.

Claims

디스플레이 장치(3)를 조명하는 조명 시스템에 있어서,

광 방출 윈도우(2) 및 광을 발광 패널(1) 내로 결합시키는 적어도 하나의 광 결합 에지 영역(4)을 갖는 발광 패널(1)과,

상기 광 결합 에지 영역(4)과 평행하게 연장하는 종방향(15)의 광 혼합 챔버(5) - 상기 광 혼합 챔버는 광원(6, 6')을 구비하며, 상기 광 결합 에지 영역(4)과 결합됨 -를 포함하되,

상기 광원(6, 6')은 상이한 광 방출 파장을 갖는 발광 다이오드(6B,6G,6R, ...; 16B,16G,16R,16G', ...; 26B,26G,26R,26G',...)의 복수개의 클러스터 - 상기 클러스터는 서로에 대해 피치(P)에서 배치됨 - 를 포함하고

상기 광 혼합 챔버(5)의 높이(H) 및 상기 발광 다이오드(6B,6G,6R, ...; 16B,16G,16R,16G', ...; 26B,26G,26R,26G',...)의 상기 클러스터의 상기 피치(P) 사이의 비는
의 관계를 만족하며,

상기 광 혼합 챔버(5)의 높이(H)는 상기 광 결합 에지 영역(4)에 대해 직각으로 측정되는 것

을 특징으로 하는 조명 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 광 혼합 챔버(5)의 높이(H)와 상기 발광 다이오드(6B,6G,6R, ...; 16B,16G,16R,16G', ...; 26B,26G,26R,26G',...)의 클러스터의 피치(P) 사이의 비는
을 만족하는 것을 특징으로 하는

조명 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 광 혼합 챔버(5)의 높이(H)와 상기 발광 다이오드(6B,6G,6R, ...; 16B,16G,16R,16G', ...; 26B,26G,26R,26G',...)의 클러스터의 피치(P)의 비는
를 만족하되, β는 상기 광 혼합 챔버(5)의 상기 종방향(15)에 평행한 평면 내의 상기 발광 다이오드(6B,6G,6R, ...; 16B,16G,16R,16G', ...; 26B,26G,26R,26G',...)의 광 방출 각도로써 상기 발광 다이오드(6B,6G,6R, ...; 16B,16G,16R,16G', ...; 26B,26G,26R,26G',...)의 종방향 축(21)에 대해 측정되고

β_max는 상기 발광 다이오드(6B,6G,6R, ...; 16B,16G,16R,16G', ...; 26B,26G,26R,26G',...)가 동작 중에, │β│ ≤ β_max인 β의 값에 대해 상기 발광 다이오드의 에너지의 90 %를 방출하는 β의 최대 값인 것

을 특징으로 하는 조명 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 각 β_max의 값은 60°≤ β_max ≤ 80°인 것을 특징으로 하는

조명 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 광 혼합 챔버(5)의 높이(H) 및 폭(D) 사이의 비는
의관계를 만족하되,

D는 상기 광 혼합 챔버(5)의 상기 종방향(15)에 대해 직각으로 측정된 상기 광 혼합 챔버(5)의 폭이고,

α는 상기 광 혼합 챔버(5)의 상기 종방향을 가로지르는 평면 내의 상기 발광 다이오드(6B,6G,6R, ...; 16B,16G,16R,16G', ...; 26B,26G,26R,26G',...)의 광 방출 각도로써, 상기 발광 다이오드(6B,6G,6R, ...; 16B,16G,16R,16G', ...; 26B,26G,26R,26G',...)의 종방향 축에 대해 측정된 것이며,

α_max는 상기 발광 다이오드(6B,6G,6R, ...; 16B,16G,16R,16G', ...; 26B,26G,26R,26G',...)가 동작 중에, │α│ ≤ α_max의 α의 값에 대해 상기 발광 다이오드의 에너지의 90 %를 방출하는 α의 최대값인 것을 특징으로 하는

조명 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 발광 다이오드(6)가 상기 광 결합 에지 영역과 격리되고 상기 광 결합 에지 영역(4)에 평행하게 연장하는 상기 광 혼합 챔버(5)의 벽 내에 제공된다면, 상기 각 α_max는 20°≤ α_max ≤ 50°의 범위 내에 존재하거나,

상기 발광 다이오드(6')가 상기 광 결합 에지 영역(4)에 직교하는, 상기 광 혼합 챔버(5)의 벽 내에 제공된다면, 상기 각 α_max는 60°≤ α_max ≤ 80°의 범위 내에 존재하는 것을 특징으로 하는

조명 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 광 혼합 챔버(5)의 상기 종방향에 대해 직교하는 방향으로 측정되는 상기 광 혼합 챔버(5)의 상기 폭(D)은 3 ≤ D ≤ 15 mm의 범위 내에 존재하는 것을 특징으로 하는

조명 시스템.
제 7 항에 있어서,

상기 폭(D)은 3 ≤ D ≤ 5 mm의 범위 내에 존재하는 것을 특징으로 하는

조명 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상이한 광 방출 파장을 갖는 발광 다이오드(6B,6G,6R, ...; 16B,16G,16R,16G', ...; 26B,26G,26R,26G',...)의 클러스터의 각각은,

하나의 청색(6B), 하나의 녹색(6G) 및 하나의 적색(6R) 발광 다이오드와,

하나의 청색(6B ; 26B), 두 개의 녹색(16G, 16G' ; 26G, 26G') 및 하나의 적색(16R ; 26R) 발광 다이오드와,

하나의 청색, 하나의 황색 및 하나의 적색 발광 다이오드와,

하나의 청색(6B), 두 개의 황색 및 하나의 적색 발광 다이오드

로 형성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 한는

조명 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

확산기(7)는 상기 광 혼합 챔버(5)와 상기 광 결합 에지 영역(4) 사이에 존 재하는 것을 특징으로 하는

조명 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 패널은 상기 발광 패널(1)의 맞은 편에 위치하는 두 개의 광 결합 에지 영역(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는

조명 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 발광 다이오드(6B,6G,6R, ...; 16B,16G,16R,16G', ...; 26B,26G,26R,26G',...)는 적어도 5 lm의 광 플럭스를 포함하는 것을 특징으로 하는

조명 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 조명 시스템은 발광 다이오드(6B,6G,6R, ...; 16B,16G,16R,16G', ...; 26B,26G,26R,26G',...)의 광 플럭스를 변화시키는 제어 전자 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는

조명 시스템.
광 방출 윈도우(2) 및 광을 발광 패널(1) 내로 결합시키는 적어도 하나의 광 결합 에지 영역(4)을 구비하는 발광 패널(1)을 포함하는 조명 시스템에 사용하기 위한 광 혼합 챔버(5)로서,

상기 광 결합 에지 영역(4)에 평행하게 연장하는 종방향(15)의 상기 광 혼합 챔버(5)에는 광원(6, 6')이 제공되고 상기 광 결합 에지 영역(4)과 결합되며,

상기 광원(6, 6')은 상이한 광 방출 파장을 갖는 발광 다이오드(6B,6G,6R, ...; 16B,16G,16R,16G', ...; 26B,26G,26R,26G',...)의 복수 개의 클러스터 - 상기 클러스터는 서로에 대해 피치(P)에 배치됨 - 를 포함하고,

상기 광 혼합 챔버(5)의 높이(H)와 상기 발광 다이오드(6B,6G,6R, ...; 16B,16G,16R,16G', ...; 26B,26G,26R,26G',...)의 상기 클러스터의 상기 피치(P) 사이의 비는
의 관계를 만족하며,

상기 광 혼합 챔버(5)의 높이(H)는 상기 광 결합 에지 영역(4)에 대해 수직으로 측정되는

광 혼합 챔버.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 조명 시스템을 포함하는

디스플레이 장치(3).
제 14 항에 있어서,

상기 광 혼합 챔버(5)의 높이(H)와 상기 발광 다이오드(6B,6G,6R, ...; 16B,16G,16R,16G', ...; 26B,26G,26R,26G',...)의 클러스터의 피치(P) 사이의 비는
을 만족하는 것을 특징으로 하는

광 혼합 챔버.