KR100864738B1 - 확장된 표시창을 갖는 광 패널 - Google Patents

확장된 표시창을 갖는 광 패널 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표시창(11)을 한정하는 전방 표면, 후방 표면 및 상기 전방 및 후방 표면 사이의 측면(3,4)을 갖는 광 가이드; 및 둘 이상의 유형의 광원(8,9,10)의 패턴화된 어레이를 포함하고, 상기 유형이 상기 둘 이상의 유형의 광원에 의해 방출되는 광의 색에 의해 구별되고, 상기 어레이가 상기 측면중 하나 이상을 따라 배열되는 광 패널(12)에 관한 것이다. 각각의 광원은 사용시 조합되어 패널을 착색시키는 색의 발산성 광 빔을 발생시킨다. 또한, 상기 어레이는 측면중 둘 이상을 따라 광원의 상보성 서브-어레이(8,9,8,9 및 9,10,9,10)를 포함한다. 상이한 유형의 모든 광원에 의해, 그러나 일반적 광원 피치를 유지하면서 둘 이상의 측면으로부터 종래 기술의 단일 어레이 구조(동수의 광원)에서와 동일한 양의 광이 광 가이드로 방출되는 점에서 서브-어레이가 상보적이므로, 유형중 하나의 광원 사이의 평균 거리 또는 피치는 감소될 수 있다. 또한 이로써 색 혼합을 위해 요구되는 거리 또는 색이 감소되고 표시창이 확대된다.

Description

확장된 표시창을 갖는 광 패널{LIGHT PANEL WITH ENLARGED VIEWING WINDOW}
본 발명은 표시창(viewing window)을 한정하는 전방 표면, 후방 표면 및 상기 전방 및 후방 표면 사이의 측면을 갖는 광 가이드; 및 둘 이상의 유형의 광원의 패턴화된 어레이를 포함하는 광 패널에 관한 것으로, 상기 유형은 상기 둘 이상의 유형의 광원에 의해 방출되는 광의 색에 의해 구별되고, 상기 어레이는 상기 측면중 하나 이상을 따라 배열되고, 상기 각각의 광원은 사용시 조합되어 패널을 착색하는 하나의 색의 발산성 광 빔을 패널로 발생시킨다.
상기 광 패널은 예를 들어 LCD 역광조명으로부터 공지되어 있다.
둘 이상의 유형, 예컨대 2색의 광원을 갖는 광 패널은 단색 광원, 예를 들어 인광체 전환된 백색 LED를 갖는 광 패널에 비해 몇 가지 이점을 갖는다. 소위 백색점(white point)은 조정가능하며 예를 들어 인광체 믹스에 의해 결정되지 않는다. 램프 스펙트럼 및 컬러 필터 스펙트럼의 조합에 의해 결정되는 이용가능한 색 공간이 증가한다. 실제적으로, 상이한 색의 LED의 광 출력을 제어 및 조정함에 의해 백색을 포함하는 임의의 색 점이 생성될 수 있고, 색 공간은 더 높은 정도의 색 포화의 결과로 증가할 수 있으며, 이는 상이한 유형/색의 광원을 갖고 수득될 수 있다.
그러나, 패널로의 발산성 광 빔을 발생시키는 둘 이상의 유형/색의 광원을 갖는 광 패널에서는, 별개 유형의 광원으로부터의 색을 혼합하고 목적하는 색, 예를 들어 백색을 제공하기 위해 상당한 길이가 필요하다. 광원이 그의 단일 측면을 따라 배열된 공지된 광 패널에서, 동일 색의 광원 사이의 피치가 광원-광원 피치보다 수배 더 크기 때문에, 상기 거리는 표시창에 한계가 된다. 광 패널의 단일 측면을 따라 있는 공지된 어레이에서의 광원은 예를 들어 패턴 RGB로 제공될 수 있거나, 또는 더 큰 녹색 플럭스가 바람직하거나 파장 또는 효능에 대해 녹색인 상이한 색이 바람직할 경우, RGBG로 제공될 수 있다. 당업자에게는 광원이 패널을 향하고 발산성 광 빔을 생성할 경우, 광 빔이 혼합될 수 있도록 하고, 이에 따라 표시창에 사용될 수 없는 길이가 상당하다는 것이 즉시 명백할 것이다.
발명의 요약
본 발명은 상기 문제점을 제거하거나 적어도 저감시키는 것을 목적으로 하며, 본 발명에 따르면 상기 목적을 위해, 둘 이상의 측면을 따라 광원의 상보적 서브-어레이를 포함하는 어레이를 특징으로 하는 광 패널이 제공된다. 일반적인 광원 피치를 유지하면서, 종래 기술의 단일 어레이 구조(동일한 수의 광원)에서와 같이, 그러나 둘 이상의 측면으로부터, 상이한 유형의 모든 광원에 의해 동일한 양의 광이 광 가이드로 방출된다는 점에서 서브-어레이가 상보적이므로, 일 유형의 광원 사이의 평균 거리 또는 피치가 감소될 수 있다. 또한 이 때문에 색 혼합을 위해 요구되는 거리 또는 색이 감소하고 표시창이 확장된다. 광원의 서브-어레이에서의 패턴을 적절히 선택함으로써, 상기 평균 거리가 심지어 광원 사이의 피치까지 감소할 수 있다. 후자의 경우는 예를 들어 패턴 RGBG로 단일 측면을 따라 있는 종래 기술의 어레이가, 본 발명에 따라 두 측면을 따라 있는 2개의 서브-어레이; 즉 측면중 하나 또는 둘을 따라 있는 RBRB 및 측면의 다른 하나 또는 둘을 따라 있는 GGGG로 대체될 경우에 달성될 수 있다. 패턴 GGGG를 갖는 측면을 따라 있는 하나의 색의 광원 사이의 피치는 일반적으로 광원 사이의 피치로 실질적으로 감소된다. 이로써, 상기 특정 측면을 따라, 혼합될 상이한 색을 위한 적절한 거리에 대응하는 표시창 한정 거리가 절대적 최소값으로 감소하고 단지 상기 피치에 의해 결정된다. 본 발명에 따르면 표시창 한정 거리는 감소되고, 이로써 특정 크기의 표시창이 수득되고, 전체 구조가 크기면에서 감소될 수 있다.
바람직한 실시양태에서 서브-어레이는 그의 형태, 목적하는 또는 요구되는 녹색 플럭스 등에 따라 광 패널의 측면중 2, 3, 4개 등을 따라 제공될 수 있다. 바람직하게는 광원은 발광 다이오드(LED)이다.
패널로 향하는 광 빔의 바람직하지 않은 반사를 피하기 위해, 광 패널의 밖으로 광빔을 통과시키는 수단은 특정 서브-어레이로부터의 광만을 통과시키도록 방향에 민감하다. 상기 수단은 홈(groove) 또는 격자(grating)의 패턴일 수 있다. 특정 실시양태에서 서브-어레이는 통상적으로 인접한 측면이 실질적으로 90°보다 크거나 작지 않은 각도로 둘러싸는 측면을 따라 배열된다. 이는 물론 직사각형 형 상을 갖는 광 패널이지만, 다른 형상이 본 발명의 용도에서 배제되는 것은 아니다. 기대되지만 비제한적인 유일한 요건은 서브-어레이에 의해 방출되는 광 빔이 광 전도 패널 내부로 전파될 때 대략 직교하게 배향되는 것이다.
도 1 및 2는 각각 종래 기술의 광 패널을 나타낸다.
도 3, 4 및 5는 본 발명에 따른 광 패널을 모식적으로 나타낸다.
도 6 및 7은 광 패널의 밖으로 소정의 기원으로부터의 광을 선택적으로 통과시키는 수단을 나타낸다.
이하에 본 발명을 더욱 상세히 설명하며, 첨부된 도면에 따라 특정 종래 기술의 광 패널 및 본 발명에 따른 광 패널에 대해 설명한다.
도 1 및 2는 본질적으로 동일한 종래 기술의 광 패널(1)을 나타낸다. 광 패널(1)은 측면(3,4,5,6)을 갖는 광 가이드(2)를 포함한다. 또한 광 가이드는 전방 표면(7) 및 후방 표면(도시되지 않음)을 갖는다.
측면(3)을 따라 3개 유형, 즉 색의 광원의 패턴화된 어레이가 배열된다. 적색 LED(8), 녹색 LED(9) 및 청색 LED(10)가 있다. 따라서 패턴은 RGBG이다. 이는 도 1 및 2에서 동일하다. 도 1과 2의 차이점은 표시창의 위치, 형상 및 크기로, 상기 표시창은 도 1에서 표시창(11)이 배열될 수 있는, 즉 LED(8,9,10)로부터의 광 빔이 충분히 혼합되는 측면(4,6)에서의 최단 거리로 정의되고, 도 2에서는 표시창(11)이 측면(5) 방향으로 측면(3)의 중간에서 표시창 한정 거리에 의해 정의된다.
도 1 및 2로부터, 종래 기술의 광 패널의 표시창(11)이, 그를 따라 광 패널이 배열되는 측면으로부터의 거리에 의해 심각하게 제한되고, 상기 거리는 광원에 의해 발생한 광 빔의 충분한 혼합에 요구된다는 것이 명백하다.
대조적으로, 도 3, 4 및 5는 본 발명에 따른 광 패널의 가능한 실시양태를 나타내며, 이들은 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
도 3은 두 측면(3,4)을 따라 광원의 서브-어레이를 갖는 광 패널(12)을 나타낸다. 측면(3)을 따라 있는 서브-어레이는 서브-어레이중에 적색 LED(8) 및 녹색 LED(9)를 포함하여 패턴 RGRG를 갖고, 측면(4)을 따라 있는 청색 LED(10) 및 녹색 LED(9)의 서브-어레이는 패턴 BGBG로 배열된다. 상기 둘 이상의 측면을 따라 있는 상보적 구조의 서브-어레이는 따라서 적어도 두 서브-어레이에서 LED 사이에 동일한 피치를 갖는 직사각형 패널에 대해, 또는 더욱 일반적으로는 동일한 비율의 상이한 색상의 LED가 사용되는 패널에 대해, 광 패널(12)로 발생하는 광의 양에 관해서 동일 측면을 따라 패턴 RGBG를 갖는 종래 기술의 구조와 동일하다. 당업자에게는 별개의 LED로부터의 광을 효과적으로 혼합하는데 요구되는 거리가 감소되었고 표시창이 그로 인해 확장되었으며, 단일 유형 또는 색의 광원 사이의 피치가 감소된다는 것이 명백할 것이다.
도 3에 도시된 구조의 대안으로서, 측면을 따라 패턴 RGBG와 같은 광량 및 혼합 능력에 관한 동등물을 제공하며 또한 상당히 감소된 혼합 길이의 이점을 제공하며, 상기 경우에서 녹색 발광 서브-어레이는 최소로 감소되는, 각각 패턴 RBRB 및 GGGG를 갖는 서브-어레이를 제공하는 것을 고려할 수 있다.
도 4는 측면(3,4,5)을 따라 광원의 서브-어레이가 배열되고, 가장자리(4)가 오직 단일 색을 포함하고 측면(3,5)이 본질적으로 동일한 두 유형의 LED의 서브-어레이를 포함하는 광 패널(13)을 나타낸다. 측면(3,5)을 따라 적색 LED(8) 및 청색 LED(10)가 배열되고 측면(4)을 따라 녹색 LED(9)가 배열된다. 측면 각각을 따라 있는 LED의 수가 동일하다고 가정하면, 상기 세 측면을 따라 패턴 RGB의 어레이의 동등물이 제공되지만, 표시창(11)이 이용가능한 공간은 상당히 증가하고, 일 유형/색의 광원 사이의 피치는 감소한다. 도 4에 도시된 실시양태에서, 서로 마주보는 두 측면(3,5)에 사용된 두 유형의 LED(8,10) 및 상기 두 유형의 LED(8,10)의 플럭스비는 바람직하게는 동일해야 한다. 다른 구조에서는 단일 유형의 LED를 마주보는 두 측면에 사용하고, 총 3유형의 LED를 사용하는 경우, 제 3 측면에 다른 두 유형의 LED의 조합물을, 또는, 총 두 유형의 LED를 사용하는 경우, 제 3 측면에 제 2 유형의 LED를 사용한다.
예컨대 도 5에 도시된 또 다른 실시양태에서, 광 패널(14)에는 4개의 측면(3,4,5,6) 각각을 따라 광원의 서브-어레이가 제공된다. 서로 대면하는 측면들(3,5 및 4,6)은 바람직하게는 동일 유형/색의 광원 및 상기 광원 사이의 동일한 플럭스비를 포함한다. 도 5에 나타낸 실시양태에서 교호하는 일련의 적색 LED(8) 및 청색 LED(10)가 측면(3 및 5)과 관련되고, 오직 녹색 LED(9)만이 측면(4 및 6)과 관련된다. 따라서 측면을 따라 동수의 LED를 사용하는 경우, 또는 상이한 광원 사이의 동일 비율을 사용하는 경우, 패턴 RGBG를 갖는 모든 측면(3,4,5,6)을 따라 있는 어레이의 동등물이 도 5의 광 패널(14)에 제공된다.
도 6은 광 가이딩 부재로부터의 광을 아웃 커플링(out coupling)하는 수단의 가능한 일 실시양태를 나타내고, 도 7에는 다른 가능양태가 제공된다. 특정 광을 아웃 커플링하는 수단은 특정 방향 민감성을 나타내고, 이는 표면(7)에 수직하게 배향된 특정 평면에서 전파되는 광이 전체 내부 반사 기준으로 광 가이드(2) 내에서 거듭 반사되는 것을 방지하고, 그에 대해 다소 수직한 방향으로 전달되는 광을 상당히 커플링 아웃(coupling out)하지 않도록 의도된 것이다. 아웃커플링 수단은 광 가이드(2)에서 전파되는 광의 방향에 민감하다. 상기 아웃 커플링 수단의 둘 이상의 상이한 배향이 사용되어야 한다. 그 결과 표면(7)상의 임의의 위치에서 상이한 서브-어레이로부터의 본질적으로 동일한 기여도로 광 가이드(2)로부터 커플링된 특정 광 분포가 수득된다. 이는 하나 또는 2개의 서로 대면하는 측면으로부터 기원하는 광을 주로 커플링 아웃하는 아웃 커플링 수단의 한 배향 및 하나 또는 2개의 서로 대면하고 다른 측면에 대해 본질적으로 수직하게 배향된 측면으로부터 기원하는 광을 커플링 아웃하는 다른 배향을 사용하여 실현된다. 결론적으로, 아웃커플링 수단의 두 배향은 바람직하게는 서로 수직하다. 다른 각도도 사용될 수 있으나, 그런 경우 더 큰 정도의 크로스 토크(cross talk)가 예상된다. 광을 아웃 커플링하는 수단은 광 가이드(2)에 또는 광 가이드(2)의 전방 표면(7) 또는 후방 표면(도시되지 않음)상에 적용된다. 직사각형 홈이 상기 홈에 평행하게 배향된 측면에서 서브-어레이로부터의 광을 커플링 아웃하는데 사용될 수 있다. 도 6에 도시된 실시양태에서와 같이, 개별 쐐기(wedge) 또는 쐐기형 홈이 사용될 수 있다. 상기 수단에는 반사층이 제공되거나 제공되지 않을 수 있다. 여기서, 쐐기의 치수 및/또는 피치에 구배를 사용하여 광원의 특정 서브-어레이에 수직한 방향에서의 광의 균일한 분포를 수득할 수 있다는 것을 명심한다.
도 7은 동일한 목적을 달성하는 다른 실시양태를 나타낸다. 여기서 격자(16)는 광 가이드(2)의 측면(17)에 제공되며, 이를 사용하여 동일한 방향 민감성이 얻어질 수 있다. 상기 격자(16)는 상이하게 정반사(0차 모드(zero order mode))로부터의 광을 오직 격자 선에 수직한 방향으로만 재지향시킬 수 있다. 따라서, 격자(16)의 치수 및/또는 격자(16)의 모듈화 깊이에서의 구배를 사용하여 광원의 특정 서브-어레이에 수직한 방향으로 통과된 광의 균일한 분포를 수득할 수 있다. 도 3의 구조에서 2개의 직교 배향된 격자를 사용할 수 있고, 이로써 광의 통과를 광원의 별개 서브-어레이에 대해 독립적으로 제어한다. 이로써 그의 측면 또는 표면중 하나에 작은 격자 영역의 패턴을 갖는 도파로가 수득될 수 있고, 이는 측면중 하나를 따라 있는 상기 영역중 적어도 일부에 대한, 커플링에 사용되는 격자 방향, 및 제 2 측면을 따라 있는 다른 영역에 대한, 이후 역시 커플링에 사용되는 격자 방향을 갖는다.
또한, 광원을 상응하는 측면으로부터 소정의 거리에 배열하는 것이 유리할 것이다. 이러한 구조에서 색 혼합은 광이 도파로로 커플링되기 전에 적어도 부분 적으로 달성된다. 이로써 광 가이드 내부에서 광의 충분한 정도의 조준 및 혼합 공극에서의 넓은 빔의 조합이 보장되고, 이로써 효율적인 색 혼합이 달성된다. 또한, 특히 도 3에 도시된 구조에서, 본 발명에 따른 광 패널은 "자유" 측면(서브-어레이가 배열되지 않음)이 예를 들어 광 패널이 사용되는 LCD와 구동 회로 사이의 전기 접속을 위해 사용될 수 있고, 여전히 종래의 백라이트 패널의 광도 수준에 필적하거나 심지어 더 높은 광도 수준을 수득하기에 충분한 수의 사용가능한 광원을 가질 수 있다.
본 발명이 바람직한 실시양태의 상기 설명에 예시되고 도면에 도시되었으므로, 본 발명을 접한 후의 당업자는 즉시 다수의 본 발명의 추가의 대안적인 실시양태를 실현할 것이고, 이는 청구의 범위에 있는 정의에 따른 본 발명으로부터 명백히 배제되지 않는다. 예를 들어 LED 이외의 다른 유형의 광원이 사용될 수 있다. 적색,녹색 및 청색 이외의 다른 색, 예를 들어 상이한 인광체 믹스로부터 제조된 상이한 유형의 백색 인광체 LED가 사용될 수 있다. 광 가이드의 형상은 심지어 직사각형이 아닐 수 있으나, 인접 측면 사이의 각도는 바람직하게는 광원으로부터의 광 빔의 발산 각도에 근접하거나 심지어 초과하지 않아야 한다. 바람직하게는 상이한 유형의 광원을 갖는 2개의 서브-어레이로부터 방출된 광 가이딩 부재 내부의 광 빔의 주 방향은 상기 광 빔을 상당한 크로스-토크(cross-talk) 없이 커플링시키기 위해 서로 수직하게 배향된다. 직사각형 또는 쐐기형 홈 이외의 다른 수단, 개별 쐐기, 전체 표시창 너머로 연장된 격자 또는 1차원 또는 2차원(교차된) 격자를 포함하는 공간적으로 제한된 영역이 광 빔의 선택적 아웃 커플링에 사용될 수 있으며; 추가적으로 또는 다르게는, 반사 표면 등 이외에 컬러 필터가 적용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 표시창(viewing window)(11)을 한정하는 전방 표면(7), 후방 표면 및 상기 전방 및 후방 표면 사이의 측면(3,4,5,6)을 포함하는 광 가이드(2); 및 둘 이상의 유형의 광원의 패턴화된 어레이(8,9,10)를 포함하고, 상기 유형은 상기 둘 이상의 유형의 광원에 의해 방출되는 광의 색에 의해 구별되고, 상기 어레이는 상기 측면중 하나 이상을 따라 배열되며, 각 광원은 사용시 조합되어 패널을 착색시키는 색의 발산성 광 빔을 패널내로 발생시키는 광 패널(1,12,13,14)로서, 상기 어레이가 상기 측면중 둘 이상을 따라 광원의 상보적 서브-어레이(8,9,8,9 및 9,10,9,10; 8,10,8,10 및 8,10,8,10 및 9,9,9,9; 8,10,8,10 및 8,10,8,10 및 9,9,9,9 및 9,9,9,9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 패널(light panel).
  2. 제 1 항에 있어서,
    광원이 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 유형인 광 패널.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 둘 이상의 측면중 하나를 따라 있는 서브-어레이가 교대로 적색 및 녹색 유형 광원을 포함하고, 상기 둘 이상의 측면중 다른 하나를 따라 있는 서브-어레이가 교대로 청색 및 녹색 유형 광원을 포함하는 광 패널.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 둘 이상의 측면중 제 1 측면 및 제 2 측면을 따라 있는 서브-어레이가 적색 및 청색 유형 광원을 포함하고 상기 둘 이상의 측면중 제 3 측면을 따라 있는 서브-어레이가 녹색 유형 광원을 포함하는 광 패널.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 패널이 4개 이상의 측면을 포함하고 상기 둘 이상의 측면중 제 4 측면을 따라 있는 서브-어레이가 추가로 녹색 유형 광원을 포함하는 광 패널.
  6. 제 1 항에 있어서,
    광원이 발광 다이오드(8,9,10)를 포함하는 광 패널.
  7. 제 1 항에 있어서,
    광 가이딩 부재(2)의 측면(3,4,5,6)중 하나 또는 둘을 조사하는데 사용되는 서브-어레이의 일 유형으로부터 기원하는 광을 아웃 커플링(out coupling)하도록 방향 선택적인 광을 아웃 커플링하는 수단(15,16), 및 상기 광 가이딩 부재의 다른 측면중 하나 또는 둘을 조사하는데 사용되는 제 2 유형의 서브-어레이로부터 기원하는 광을 아웃 커플링하도록 방향 선택적인 광을 아웃 커플링하는 수단을 추가로 포함하는 광 패널.
  8. 제 7 항에 있어서,
    하나의 광원 또는 광원들로부터 광을 아웃 커플링하는 상기 수단이 쐐기(wedge)형 패턴(15)을 포함하는 광 패널.
  9. 제 7 항에 있어서,
    하나의 광원 또는 광원들로부터 광을 아웃 커플링하는 상기 수단이 교차된 홈의 패턴(16)을 포함하는 광 패널.
  10. 제 7 항에 있어서,
    하나의 광원 또는 광원들로부터 광을 아웃 커플링하는 상기 수단이 1차원 또는 2차원 교차 격자의 성분중 하나(16)를 포함하는 광 패널.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    서브-어레이가 따라 배치된 인접 측면이 실질적으로 90°의 각도로 둘러싸는 광 패널.
KR1020047002863A 2001-08-27 2002-07-18 확장된 표시창을 갖는 광 패널 KR100864738B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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