KR101280901B1 - 휘도 증가 층이 있는 발광 장치 및 휘도 증가 수단 - Google Patents

Abstract

수광 영역(61), 상기 수광 영역(61)보다 큰 출력 영역(62) 및 상기 수광 영역과 출력 영역 사이에 최소한 부분적으로 걸쳐있는 측벽들(63)을 갖고 있는 조준 수단(6)을 포함하는 휘도 증가 수단(5)이 제공된다. 상기 조준 수단(6)의 측벽들(63)의 최소한 일부는 제1 광 특성의 광을 반사시키도록 배열되는 제1 필터를 포함하는데, 상기 광은 상기 조준 수단(6)의 상기 출력 영역(62)을 향하여, 상기 제1 조준 수단(6)의 상기 수광 영역(61)을 통해 수광되고, 상기 제1 필터는 다이크로익 필터 또는 편광 필터이다.

수광 영역, 출력 영역, 측벽, 휘도 증가 수단, 조준 수단, 다이크로익 필터, 편광 필터

Description

휘도 증가 층이 있는 발광 장치 및 휘도 증가 수단{LIGHT-EMITTING DEVICE WITH BRIGHTNESS ENHANCING LAYER}

본 발명은 최소한 제1 조준 수단 및 제2 조준 수단을 포함하는 휘도 증가 수단에 관한 것으로, 이들 조준 수단 각각은 수광 영역, 상기 수광 영역보다 큰 출력 영역, 및 상기 수광 영역과 출력 영역 사이에 걸쳐있는 측벽을 갖고 있다. 본 발명은 더 나아가 휘도 증가 수단을 포함하는 발광 장치에 관한 것이다.

평면 광원은 현재, 주위의 조명을 위한 램프, 액정 표시장치 내의 백라이트 및 프로젝션 표시장치 내의 광원과 같은 몇 가지 상이한 애플리케이션용으로 고려되고 있다.

발광 다이오드인 LED는, 예를 들어 LED의 수명이 백열등, 형광등 및 방전 램프의 수명보다 길기 때문에, 다수의 애플리케이션에서 광원의 바람직한 선택이 될 수 있다.

더욱이, 발광 다이오드는 백열등보다 전력 소비가 더욱 효율적이고, 가까운 장래에 형광등보다 더욱 효율적으로 될 것으로 기대된다.

이들 및 다른 애플리케이션의 몇몇에서, 높은 휘도 및 색 변화도의 광을 달성하는 것이 종종 요구된다.

휘도(B)는 단위 면적(A) 당, 및 단위 입체각(Ω) 당 방출된 루멘(lumen)(Φ)의 양으로 정의된다:

종래에, 색 변화도는 색 가변적이고 독립적으로 어드레스 가능한 픽셀들의 어레이를 형성하기 위해 어레이(행, 열 또는 2차원 행렬) 내의 다수의 적색, 녹색 및 청색 LED를 독립적으로 배열함으로써 얻어진다.

높은 휘도의 색 가변 광은 전형적으로, 행렬 내에서 나란히 스펙트럼의 상이한 부분에서 방출하는 큰 수의 고휘도 LED를 적층함으로써 얻어진다. 많은 LED가 소정 영역 상에 배치될수록, 비 Φ/A가 높아진다.

그러나, 상이한 색을 방출하는 LED를 나란히 위치 설정하는 것은 본래, 가능한 한 많이 조준되는 광을 얻는 효율적인 방식이 아니다. 전형적으로, LED는 본질적으로 램버시안(lambertian) 패턴으로 된 광, 즉 뷰잉되는 각의 코사인에 비례하는 강도를 갖는 광을 방출한다. 상이한 색의 LED를 나란히 위치 설정하는 것은 다시 램버시안 방사 패턴을 초래할 것이다. 그러므로, Ω에 비례하는 각도 퍼짐(angular spread)은 변경되지 않는다.

이 각도 퍼짐을 감소시키는 한가지 방법은 LED에 조준기를 제공하는 것이다. 이것은 예를 들어 미합중국 특허 출원 제2004/0218390호에서 설명되는데, 여기에서 LED 어레이는 테이퍼진(tapered) 금속 반사 빈(bin)의 대응하는 어레이 내에 배열된다.

그러나, 테이퍼진 금속 빈은 공간을 필요로 하고, 각 LED마다 개별 광 조준을 제공하기 위해, LED들은 간격을 두고 떨어져 있는 배열로 배열되어야 한다.

그러나, 이러한 간격을 두고 떨어져 있는 배열은 상기 식에서 A를 증가시키는 단점을 갖게 되는데, 이것은 설정된 수의 발광 다이오드에 대한 휘도의 감소를 초래한다.

그러므로, 여전히, 콤팩트한 배치를 갖고, 방출된 광의 낮은 각도 퍼짐을 갖는 고휘도 광을 제공할 수 있는 평면 광원이 필요하다.

본 발명의 목적은 이러한 문제를 극복하기 위한 것으로, 콤팩트한 배치를 갖고, 조준된 고휘도 광을 제공할 수 있는 광원을 제공하기 위한 것이다.

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따라서, 본 발명의 제1 실시 양상에서, 휘도 증가 수단은 최소한 제1 조준 수단 및 제2 조준 수단을 포함할 수 있는데, 조준 수단들의 각각은 수광 영역, 수광 영역보다 큰 출력 영역, 및 수광 영역과 출력 영역 사이에 걸쳐있는 측벽을 갖고 있다.

제1 조준 수단의 측벽의 최소한 일부는 제1 파장 범위에서의 광을 반사시키도록 배열되는 제1 다이크로익 필터를 포함하는데, 여기에서 광은 상기 제1 조준 수단의 상기 출력 영역을 향하여, 상기 제1 조준 수단의 상기 수광 영역을 통해 수광된다.

제2 조준 수단의 측벽의 최소한 일부는 제2 파장 범위에서의 광을 반사시키도록 배열되는 제2 다이크로익 필터를 포함하는데, 여기에서 광은 상기 제2 조준 수단의 상기 출력 영역을 향하여, 상기 제2 조준 수단의 상기 수광 영역을 통해 수광된다.

더 나아가, 제1 조준 수단의 출력 영역 및 제2 조준 수단의 출력 영역은 최소한 부분적으로 겹쳐있다.

제1 및 제2 파장 범위는 서로 다르지만, 부분적으로 중첩될 수 있다. 그러나, 양호하게 이 범위 중첩은 가능한 한 작다.

다이크로익 필터를 포함하는 벽을 가진 조준 수단을 사용함으로써, 출력 영역이 겹치는 그러한 조준 수단을 생성하는 것이 가능하다.

제1 파장 범위의 광은 제2 파장 범위의 광을 반사시키도록(겹치는 범위 부분은 제외) 적응된 다이크로익 필터를 통해 투과되지만, 제1 파장 범위의 광을 반사시키도록 적응된 다이크로익 필터에 의해 반사된다. 이와 반대로, 제2 파장 범위의 광은 제1 파장 범위의 광을 반사시키도록(겹치는 범위 부분은 제외) 적응된 다이크로익 필터를 통해 투과되지만, 제2 파장 범위의 광을 반사시키도록 적응된 다이크로익 필터에 의해 반사된다.

본 발명의 이 방법을 사용함으로써, 광의 색 혼합 및 조준은, 한 구조에서 조준을 달성한 다음에 다른 구조에서 색 혼합을 실행하는(또는 이와 반대) 대신에, 동일한 구조에 의해 동시에 실행된다.

본 발명가는 또한, 상기 방법이 상이한 편광 상태의 광, 예를 들어 상이한 평면 편광 또는 상이한 원형 편광의 광을 혼합하고 조준하기 위해 사용될 수 있다는 것을 알았다.

그러므로, 추가 실시양상에서, 본 발명은 또한 상술된 바와 같은 휘도 증가 수단에 관한 것이지만, 여기에서 제1 및 제2 파장 범위는 제1 및 제2 편광 상태로 대체되고, 각각 상기 제1 및 제2 파장 범위의 광을 반사시키기 위한 제1 및 제2 다이크로익 필터는 각각 제1 및 제2 편광 상태의 광을 반사시키기 위한 제1 및 제2 편광 필터로 대체된다.

그러므로, 또한, 본 발명은 최소한 제1 조준 수단 및 제2 조준 수단을 포함하는 휘도 증가 수단을 제공하는데, 조준 수단들의 각각은 수광 영역, 수광 영역보다 큰 출력 영역, 및 수광 영역과 출력 영역 사이에 걸쳐있는 측벽을 갖고 있고, 제1 조준 수단의 측벽의 최소한 일부는 제1 편광 상태에서 광을 반사시키도록 배열되는 제1 편광 필터를 포함하고, 여기에서 광은 상기 제1 조준 수단의 상기 출력 영역을 향하여, 상기 제1 조준 수단의 상기 수광 영역을 통해 수광되고, 제2 조준 수단의 측벽의 최소한 일부는 제2 편광 상태에서 광을 반사시키도록 배열되는 제2 편광 필터를 포함하고, 여기에서 광은 상기 제2 조준 수단의 상기 출력 영역을 향하여, 상기 제2 조준 수단의 수광 영역을 통해 수광되며, 제1 조준 수단의 출력 영역 및 제2 조준 수단의 출력 영역은 최소한 부분적으로 겹쳐있다.

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겹치는 출력 영역은 콤팩트한 배치를 갖는 조명 유닛의 어레이용으로 적응된 콤팩트한 휘도 증가 층의 제조를 가능하게 한다.

본 발명에서, 수광 영역에 대한 법선과 다이크로익 필터를 포함하는 조준 수단의 측벽의 일부에 대한 법선 사이의 각도는 수광 영역으로부터의 거리에 따라 본질적으로 일정할 수 있고, 또는 증가할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 2개의 인접한 조준 수단의 출력 영역의 중첩은 최소한 10%, 이를테면 최소한 30%, 예를 들어 최소한 50%일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 조준 수단의 측벽은 자기-지지(self-supporting) 벽 구성요소를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 다이크로익 필터는 벽 소자의 제1 측면 상에 배열된 제1 다이크로익 물질, 및 벽 소자의 제2 측면 상에 배열된 제2 다이크로익 물질을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 다이크로익 물질은 동일하거나 상이할 수 있다.

다이크로익 필터는 예를 들어, 제1 굴절률을 갖는 제1 물질과 제2 굴절률을 갖는 제2 물질로 된 5개 내지 약 50개의 층과 같은 교호층을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 광-차단 수단은 상기 휘도 증가 수단의 주변 경계에 위치한 조준 수단의 최소한 일부의 출력 영역의 최소한 일부 상에 배열될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 주변 경계에 수직인 방향을 따르는, 상기 휘도 증가 수단의 주변 경계에 가장 가까운 최소한 2개 또는 3개의 조준 수단의 출력 영역은 본질적으로 상기 주변 경계로 확장될 수 있고, 즉 그들 출력 영역의 한계는 상기 주변 경계와 최소한 부분적으로 일치할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 휘도 증가 수단의 주변 경계에 위치한 조준 수단의 측벽의 최소한 부분들은 전체-스펙트럼 반사 표면이 갖추어질 수 있는데, 상기 부분들은 상기 주변 경계와 일치한다.

제2 실시양상에서, 본 발명은 기판 상에 배열된 제1 파장 범위의 광을 방출하는 제1 조명 유닛 및 제2 파장 범위의 광을 방출하는 제2 조명 유닛을 포함하는 발광 장치를 제공한다.

조명 유닛들은 예를 들어 각각이 하나 이상의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.

본 발명의 장치는 또한 조명 유닛에 의해 방출된 광을 수광하도록 배열되는 본 발명의 휘도 증가 수단을 포함한다.

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본 발명의 제2 실시양상의 실시예에서, 발광 장치 내의 휘도 증가 수단은 최소한 제1 조준 수단 및 제2 조준 수단을 포함할 수 있는데, 조준 수단들의 각각은 수광 영역, 수광 영역보다 큰 출력 영역, 및 수광 영역과 출력 영역 사이에 걸쳐있는 측벽을 갖고 있다.

휘도 증가 수단에서, 제1 조준 수단의 측벽의 최소한 일부는 제1 파장 범위에서의 광을 반사시키도록 배열되는 제1 다이크로익 필터를 포함하는데, 여기에서 광은 상기 제1 조준 수단의 상기 출력 영역을 향하여, 상기 제1 조준 수단의 상기 수광 영역을 통해 수광된다.

또한, 제2 조준 수단의 측벽의 최소한 일부는 제2 파장 범위에서의 광을 반사시키도록 배열되는 제2 다이크로익 필터를 포함하는데, 여기에서 광은 제2 조준 수단의 출력 영역을 향하여, 제2 조준 수단의 수광 영역을 통해 수광된다.

더 나아가, 제1 조준 수단의 출력 영역 및 제2 조준 수단의 출력 영역은 최소한 부분적으로 겹쳐있다. 제1 및 제2 파장 간격은 최소한 부분적으로 중첩될 수 있다.

휘도 증가 수단에 대해 상술된 바와 같이, 또한 본 발명의 발광 장치에 대해 상술된 바와 같이, 파장 범위는 편광 상태로 대체될 수 있고, 다이크로익 필터는 편광 필터로 대체될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 발광 장치는 몇몇 실시예에서, 제1 편광 상태의 광을 제공하는 제1 조명 유닛 및 선택적으로, 제2 편광 상태의 광을 제공하는 제2 조명 유닛, 및 상이한 편광 상태의 광을 혼합하고 조준할 수 있는 본 발명의 휘도 증가 수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 발광 장치는 양호한 광 조준을 제공할 뿐만 아니라, 양호한 색 또는 편광 혼합을 제공한다. 이것은 발광 장치의 빔 내에 배치된 물체의 그림자가 통상적으로 그다지 양호하지 않은 색 또는 편광 혼합을 갖는 광원이 있는 경우에 발생하는 착색되거나 편광된 에지를 갖지 않게 할 수 있다.

본 발명의 일반적인 실시예에서, 본 발명의 발광 장치는 본 발명의 휘도 증가 수단을 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 발광 장치는 상기 조명 유닛 상에 배열되는 위상지연자(retarder), 위상지연자 상에 배열되는 편광 반사기를 포함할 수 있는데, 휘도 증가 수단은 편광 반사기 상에 배열된다.

그러한 발광 장치는 높은 효율을 갖는 조준되고 편광된 광을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

또한, 조명 유닛이 배열되는 기판은 반사형 기판일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 조준기는 상기 조명 유닛에 의해 방출된 광을 수광하여 조준하기 위해 조명 유닛 상에 배열될 수 있고, 휘도 증가 수단은 조명 유닛에 의해 방출된 광을 수광하여 더욱 조준하기 위해 이 조준기 상에 배열될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 각 조명 유닛은 하나 이상의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 조명 유닛은 하나 이상의 유기 발광 다이오드(OLED)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 제1 조명 유닛은 2개 이상의 발광 다이오드의 제1 선형 어레이를 포함하고, 제2 조명 유닛은 2개 이상의 발광 다이오드의 제2 선형 어레이를 포함하는데, 제2 어레이는 본질적으로 제1 어레이에 평행하게 배열될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 장치의 주변 경계에서의 광의 출력은 최소한 부분적으로 감소된다. 출력 감소는 예를 들어, 상기 휘도 증가 수단의 주변 경계에 위치한 조준 수단의 최소한 일부의 출력 영역의 최소한 일부 상에 광-차단 수단을 배열함으로써 얻어질 수 있으므로, 이들 출력 영역을 통해 장치를 빠져나가는 광을 최소한 부분적으로 방지할 수 있다. 대안적으로, 또는 그 밖에, 출력 감소는 상기 장치의 주변 경계에 위치한 조명 유닛의 최소한 일부에 의해 방출된 광의 플럭스를 감소시킴으로써 얻어질 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 발광 장치는 도파관(wave-guide)을 더 포함할 수 있는데, 휘도 증가 층은 상기 최소한 제1 및 제2 조명 유닛에 의해 방출된 광을 상기 도파관 내로 결합시키도록 배열된다.

또 다른 실시양상에서, 본 발명은 광원, 및 본 발명의 휘도 증가 수단을 포함하는 표시 장치를 제공한다.

본 발명의 이들 및 다른 실시양상은 이제, 본 발명의 현재 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 1의 (a)-(b)는 본 발명의 제1 실시예를 도시한 횡단면도로서, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)를 더욱 상세하게 도시한 도면이고, 도 1의 (c)는 도 1의 (b)의 상세에 대한 대안적인 실시예를 도시한 도면.

도 2는 광의 개선된 조준을 위한 제2 실시예를 도시한 횡단면도.

도 3은 편광된 광을 제공하는 본 발명의 제3 실시예를 도시한 횡단면도.

도 4는 본 발명의 제4 실시예를 도시한 사시도.

도 5는 본 발명의 제5 실시예를 도시한 도면.

도 6a 내지 도 6d는 도 5의 상세를 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 평면도 및 횡단면도.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 횡단면도.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 사시도.

본 발명의 휘도 증가 수단의 실시예는 도 1의 (a)에 도시되는데, 도 1의 (a)는 휘도 증가 수단을 포함하는 본 발명에 따른 발광 장치와 관련하여 이 실시예의 횡단면도를 도시한 것이다.

본 발명과 관련하여 휘도 증가 수단은 발광 장치에 의해 방출된 광의 휘도 및 색 혼합을 증가시키기 위해 발광 장치 상에 배열되는, 또는 배열되도록 적응되는 광학적 활성 소자이다.

휘도(B)는 단위 면적(A) 당, 및 단위 입체각(Ω) 당 방출된 루멘(Φ)의 양으로 정의된다:

본 발명에 따라, 방출 영역 A, 즉 광원의 영역은 변경되지 않고 그대로 있을 수 있다. 그러나, 각도 퍼짐은 감소되고, 즉 광은 조준된다. 다이크로익 필터에 의해, 각도 퍼짐은 감소되므로, 방출된 광에 마주 대하는 입체각 Ω은 감소된다. 결과적으로, 휘도는 증가된다.

발광 장치는 발광 다이오드의 어레이가 배열되는 기판(1)을 포함한다. 어레이는 기판(1) 상에 배열되어 회로(도시되지 않음)에 전기적으로 접속된 제1 적색 발광 다이오드(2), 제2 녹색 발광 다이오드(3) 및 제3 청색 발광 다이오드(4)를 포함한다.

여기에서 사용된 바와 같이, "발광 다이오드"는 동작 모드에서 자외선부터 적외선까지 임의의 파장 또는 파장 간격의 광을 방출하는, 유기 기반 LED, 고분자 기반 LED 및 무기 기반 LED를 포함하는 모든 상이한 유형의 발광 다이오드(LED)에 관련된다. 이 출원과 관련하여 발광 다이오드는 또한 레이저 다이오드, 즉 레이저 광을 방출하는 발광 다이오드를 포함하는 것으로 간주된다. 본 발명에서 사용하기 적합한 발광 다이오드는 상부-방출, 측면-방출 및 하부-방출 발광 다이오드를 포함하는데, 이에 제한되는 것은 아니다.

여기에서 사용된 바와 같이, "유기 발광 다이오드" 또는 "OLED"라는 용어는 동작 모드에서 자외선부터 적외선까지 임의의 파장 또는 파장 간격의 광을 방출하는, 작은 유기 분자 기반 LED(smOLED) 및 유기 고분자 기반 LED(polyLED)를 포함하 는 유기 발광 물질로 이루어진 모든 상이한 유형의 발광 다이오드(LED)에 관련된다. 또한, 투명 상부-방출, 하부-방출 또는 상하부-방출 OLED(TOLED)는 본 발명에서 광원으로서 사용될 수 있다.

유기 발광 다이오드(OLED)는 전형적으로, 최소한 한 층이 애노드와 캐소드 사이에 삽입되어 광을 방출할 수 있는 하나 이상의 유기층으로 이루어진다. OLED는 조명을 위한 큰 표면 발광 패널에 대한 광원으로서 적합하다.

일반 조명을 위해 OLED를 사용할 때의 장애 중의 하나는 광의 무지향 아웃 커플링(non-directed out coupling)인데, 이것은 OLED를 확산된 광의 광원이 되게 한다. 그러므로, 다수의 조명 애플리케이션을 위해, OLED를 사용하는 것은 현재 효율적이지 못하다.

OLED의 두 번째 문제는 그 제한된 수명에 의해 야기된다. 전형적으로, 일정한 구동 전류에서의 휘도는 시간의 함수로 감소한다. 게다가, OLED는 전형적으로 높은 전류 밀도(즉, 높은 휘도)에서 빠르게 저하한다. 현재, OLED의 수명은 비교적 낮은 휘도 레벨에서조차 조명 시장에 들어가기에 불충분하다. 또한, 상이한 색의 OLED는 종종 상이한 에이징(aging) 특성을 갖고 있어서, OLED의 다색 어레이(즉, RGB 어레이)가 휘도뿐만 아니라 시간에 따른 색 변이(color-shift)를 나타내게 한다.

세 번째, 색 가변 OLED 장치에서의 색 혼합이 문제이다. 색 가변 장치의 한가지 옵션은 예를 들어 옆으로 위치한 적색, 녹색 및 청색의 단색 OLED로 패턴화된 장치를 만드는 것이다.

그러나, 효율적인 색 혼합은 패턴 크기에 제한을 가한다. 더 작은 패턴, 즉 OLED의 조밀한 패킹(packing)은 전형적으로 더 양호한 색 혼합을 얻지만, 더 작은 패턴은 OLED를 구동하는 회로가 더욱 복잡해진다. 단색 OLED를 적층하는 것도 가능하지만, 이것은 비용적으로 효과적이지 않다.

OLED에 의해 방출된 광의 확산 정도를 감소시키기 위한 한가지 대안은 광을 조준함으로써 각도 퍼짐을 감소시키는 것이다.

감소된 각도 퍼짐은 또한 방출된 광의 휘도를 증가시키므로, OLED의 수명을 개선할 수 있는데, 이것은 비교적 낮은 구동 전류가 동일한 휘도를 달성하는데 사용될 수 있기 때문이다. 그러므로, 본 발명의 휘도 증가 수단 층은 유기 발광 다이오드와 함께 유리하게 사용된다.

여기에서 사용된 바와 같이, 발광 다이오드의 색, 즉 "녹색 발광 다이오드"는 동작 모드에서 발광 다이오드에 의해 방출된 광의 색, 즉 파장 범위를 나타낸다.

요약에서 상술된 바와 같이, 본 발명의 창의적인 아이디어는 상이한 편광 특성의 혼합 및 조준에까지 미친다. 그러므로, 여기 설명의 적절한 부분에서, "파장 간격"이라는 용어는 "편광 상태"로 대체될 수 있고, "다이크로익 필터"는 "편광 필터"로 대체될 수 있으며, "색"은 "편광"으로 대체될 수 있다.

휘도 증가 수단(5)은 수광면, 및 수광면에 대향하는 출력면을 포함하고, 수광면을 통해 발광 다이오드에 의해 방출된 광의 최소한 일부를 수광하기 위해 발광 다이오드의 위에 배열된다.

휘도 증가 수단은 휘도 증가 수단(5)의 수광면에 있는 수광 영역(61, 71, 81) 및 휘도 증가 수단(5)의 출력면에 있는 출력 영역(61, 72, 82)을 각각 갖고 있는 광 조준 수단(6, 7, 8)의 어레이를 포함한다.

또한, 각각의 광 조준 수단은 대응하는 광 조준 수단의 수광 영역과 출력 영역 사이에 걸쳐있는 측벽(63, 73, 83)을 포함한다.

조준 수단(6, 7 및 8)은 도 1의 (b)에 상세하게 도시된다.

본 발명에서는, 조준 수단이 대응하는 발광 다이오드에 인접한 발광 다이오드에 면하는 조준 수단의 측벽의 부분이, 대응하는 발광 다이오드에 의해 방출된 색의 광을 반사시키지만, 인접한 발광 다이오드에 의해 방출된 색의 광을 투과시키는 다이크로익 필터를 포함한다는 것이 유리하다.

조준 수단은 최소한 1차원에서 대체로 깔때기형 모양을 갖고 있고, 테이퍼진 부분 상의 측벽으로서 다이크로익 필터 물질을 이용함으로써, 각 깔때기의 조준 효율에 본질적으로 영향을 미치지 않고 출력 영역의 중첩이 가능하다.

이 중첩은 기판 상에 발광 다이오드의 조밀한 패킹을 가능하게 하고, 다음에, 동일한 유형의 발광 다이오드를 사용할 때, 비중첩 조준 수단을 사용하는 발광 장치에 비해, 본 발명의 발광 다이오드에 의해 더 높은 휘도가 생성될 수 있게 한다.

2개의 인접한 조준 수단의 출력 영역의 중첩은 최소한 10%, 이를테면 최소한 30%, 예를 들어 최소한 50%로서, 하나의 인접한 조준 수단에 의해 중첩되는 하나의 조준 수단의 출력 영역의 부분으로서 간주된다.

출력 영역의 중첩은 또한 인접한 발광 다이오드로부터 방출된 광의 양호한 색 혼합을 제공한다. 출력 영역의 중첩 부분에서, 본질적으로 총 색 혼합이 달성된다.

인접한 출력 영역들 사이에서 중첩이 높을수록, 색 혼합이 양호해진다.

여기에서 사용된 바와 같이, "조준기"라는 용어 및 "조준 수단"과 같은 관련 용어는 전자기(EM) 방사선, 예를 들어 UV에서 IR까지의 사이에 있는 광을 수신할 수 있고, 수신된 EM-방사선의 조준 각도를 감소시키는 소자를 나타낸다.

광 조준 수단의 어레이는 각 조준 수단이 분리된 발광 다이오드로부터 광을 수신하도록, 발광 다이오드의 어레이 상에 중첩된다.

몇몇 경우에, 다수의 발광 다이오드는 휘도 증가 수단이 발광 유닛의 어레이 상에 배열되도록 조명 유닛으로 함께 통합되는데, 각 조명 유닛은 하나보다 많은 발광 다이오드를 포함하고, 각각의 그러한 조명 유닛은 휘도 증가 수단의 하나의 광 조준 수단에 대응한다.

조준 수단의 측벽은 대응하는 발광 다이오드에 의해 방출된 광과 본질적으로 동일한 색(파장 또는 파장 간격)의 광을 반사시키도록 적응되는 다이크로익 필터를 포함한다.

여기에서 사용된 바와 같이, "다이크로익 필터"라는 용어는 하나 이상의 파장 또는 파장 범위의 전자기 방사선을 반사시키고, 관심있는 모든 파장에 대해 낮은, 전형적으로 거의 0인 흡수 계수를 유지하면서 파장 또는 파장 범위의 전자기 방사선을 투과시키는 필터를 나타낸다.

다이크로익 필터는 고역 통과, 저역 통과, 대역 통과 또는 대역 소거형의 필터일 수 있다.

여기에서 사용된 바와 같이, "파장 범위"라는 용어는 연속 및 불연속 파장 범위 둘 다를 나타낸다.

본 발명의 휘도 증가 수단에서 사용하기 적합한 다이크로익 필터는 본 분야에 숙련된 기술자들에게 공지된 다이크로익 필터를 포함하고, 굴절률이 다른 물질의 다층을 포함한다.

일반적으로 "간섭 스택(interference stack)"으로 공지되어 있는 그러한 다이크로익 필터의 한 예는 Ta₂O₅와 SiO₂의 교호층을 포함한다. 각 층의 두께는 전형적으로 굴절률로 나눈 대기 중의 파장의 1/4과 대략 같은데, 대기 중의 파장은 다이크로익 필터가 적응되는 광의 기본 파장과 동일하다.

본 분야에 숙련된 기술자들에게 공지되어 있고 본 발명에서 사용하기 적합한 다이크로익 필터의 다른 예는 소위 광 결정 또는 홀로그래픽 층이라고 하는 콜레스테릭(cholesteric) 액정에 기초한 그러한 필터이다.

본 발명과 관련하여 사용된 바와 같이, 다이크로익 필터는 조명 유닛에 의해 방출된 파장 범위의 파장을 반사시키는 반면 상이한 파장 범위의 광을 투과시키는 경우에 조명 유닛에 매칭된다.

예를 들어, 녹색 광을 위해 적응된 다이크로익 필터는 녹색 광을 반사시키는 반면 청색 및 적색 광을 투과시킬 수 있다.

방출된 파장 범위와 반사된 파장 범위가 동일할 필요는 없다. 반사된 파장 범위는 예를 들어 방출된 파장 범위보다 좁을 수 있고, 또는 방출된 파장 범위보다 넓을 수 있다.

더욱이, 다이크로익 필터는 비이상적일 수 있고, 즉 필터가 광을 반사시키기 위한 파장 범위에서 광의 100%를 반사시키지 않을 수 있다. 그러므로, "파장 간격에서 광을 반사시키기 위해 배열된 다이크로익 필터"라는 말은 "파장 간격에서 광을 최소한 부분적으로 반사시키기 위해 배열된 다이크로익 필터"로 해석될 수 있다.

예를 들어, 다이크로익 필터는 2가지 상이한 색, 예를 들어 적색과 녹색의 조명 유닛에 매칭되고, 청색 광을 투과시키는 등등으로 될 수 있다.

각각의 조준 수단(6, 7, 8)은 출력 영역이 수광 영역보다 크고, (위에서 보았을 때) 각 조준 수단의 단면적이 수광 영역에서 멀어짐에 따라 계속 증가하도록, 깔때기형 모양을 갖는다.

도 1의 (a) 및 1의 (b)에 도시된 실시예에서, 조준 수단(6, 7 및 8)의 측벽(63, 73 및 83)은 각각 본질적으로 평평하고, 즉 수광 영역에 대한 법선과 측벽에 대한 법선 사이의 각도가 조명 유닛으로부터 멀어짐에 따라 본질적으로 일정하다. 전형적으로, 이 각도는 45°에서 89°의 범위, 이를테면 60°에서 85°의 범위, 예를 들어 75°에서 85°의 범위에 있다.

그러나, 몇몇 애플리케이션에서는, 수광 영역에 대한 법선과 측벽에 대한 법선 사이의 이러한 각도가 변하는 경우, 예를 들어 수광 영역에서 멀어짐에 따라 증 가하거나 감소하는 경우, 예를 들어 포물선 또는 쌍곡선형 모양을 형성하도록 증가하는 경우가 유리할 수 있다. 도 1의 (c)에서, 측벽(63)이 포물선형 모양을 갖는 그러한 조준 수단(6)이 도시된다. 본 분야에 숙련된 기술자들이 알 수 있는 바와 같이, 그러한 포물선형 모양은 또한 도 1의 (b)의 조준 수단(7 및 8)에서도 이용가능하다. 포물선형 모양을 이용하면, LED에 의해 방출된 광과 다이크로익 반사를 위한 위치에서의 측벽 사이의 각도는 방출 각도에 덜 의존적이다. 이것은 다이크로익 필터가 일반적으로 입사각에 의존할 때, 즉 파장 간격과 관련하여 반사 및 투과 대역이 입사각에 따라 변할 때 성능을 더욱 양호하게 한다. 수광 영역에 대한 법선과 측벽에 대한 법선 사이의 최대 각도는 전형적으로 45°에서 89°의 범위, 이를테면 60°에서 85°의 범위, 예를 들어 75°에서 85°의 범위에 있다.

도 1에 도시된 실시예에서, 다이크로익 필터를 포함하는 측벽의 부분은 출력 영역을 향하여 바깥쪽으로 테이퍼진다. 그러므로, 발광 다이오드로부터 수광 영역을 통해 대응하는 조준 수단으로 들어가는 광은 출력 영역에 부딪히기 전에 테이퍼진 측벽에 부딪히게 하는 각도에서 광이 조준 수단으로 들어가는 경우에, 다이크로익 필터에서 동일한 조준 수단의 출력 영역 쪽으로 반사될 것이다.

다이크로익 측벽이 바깥쪽으로 테이퍼짐에 따라, 수광 영역에 대한 법선과 반사된 광 빔(측벽에 대해 반사됨) 사이의 절대 각은 광 빔이 반사되기 전의 절대 각보다 작을 것이다.

그러므로, 출력 영역에 부딪히는 광은 수광된 광에 대해 조준될 것이다.

그러나, 광의 반사가 다이크로익 필터를 포함하는 측벽의 일부에서 발생하기 위한 한가지 필요조건은 광의 색이 다이크로익 필터에 매칭되어야 한다는 것이다. 방출된 광의 색이 다이크로익 필터에 매칭되지 않으면, 그 광은 필터에 의해 투과될 것이다. 상술된 바와 같이, 다이크로익 필터는 2개 이상의 색, 예를 들어 적색과 녹색을 반사시키고, 청색 광, 또는 사실상 임의의 다른 색 조합을 투과시키도록 적응될 수 있다.

상이한 색의, 즉 본질적으로 비중첩 스펙트럼을 갖는 2개의 인접한 발광 다이오드에 대응하는 광 조준 수단, 예를 들어 발광 다이오드(2 및 3)에 대응하는 조준 수단(6 및 7)은 출력 영역(62 및 72)이 각각 중첩하도록 배열된다.

조준 수단(6)의 다이크로익 필터가 본질적으로 녹색 발광 다이오드에 의해 방출된 (녹색) 광에 투명하기 때문에(이와 반대로도 됨), 이 중첩은 본질적으로 다시 발광 다이오드 쪽으로 광을 하나도 반사시키지 않는다.

도 1에 도시된 실시예에서, 조준 수단의 측벽은 자기-지지 벽 구성요소에 의해 구성된다. 벽 구성요소는 LED 어레이의 바로 위의 제1 층(51), 및 제1 층(51) 위에 배열된 제2 층(52)으로 배열된다.

제1 층은 삼각형 공극이 각 LED의 바로 위에 위치하도록 LED 어레이 상에 배열된다.

소정의 LED 위의 공극의 범위를 정하는 벽은 인접한 LED에 대응하는 조준 수단의 측벽의 일부를 구성한다. 그러므로, 도 1에 도시된 바와 같이, 적색 LED(2) 위의 공극을 한정하는 좌측 벽은 적색 LED(2)의 좌측에 배열된 청색 LED(4)에 대응하는 조준 수단(8)의 측벽(83)의 일부이다. 이와 유사하게, 적색 LED(2) 위의 공 극을 한정하는 우측 벽은 적색 LED(2)의 우측에 배열된 녹색 LED(3)에 대응하는 조준 수단(7)의 측벽(73)의 일부이다.

제2 기판(52)은 이를테면 제1 기판(51)에 의해 형성된 벽의 선 연장부를 형성하기 위해 제1 기판(51) 상에 배열된다.

상술된 바와 같이, 다이크로익 물질은 다이크로익 필터 기능을 제공하기 위해 자기-지지 벽 구성요소 상에 배열된다.

그러한 휘도 증가 수단의 한가지 제조 방법은 2개의 평면 투명 접힘가능 기판을 제공하는 것이다. 제1 기판은 W자형 모양으로 접혀질 때, 도 1에서의 제1 층(51)의 모양을 갖도록, 다이크로익 물질이 제공된다. 제2 기판은 W자형 모양으로 접혀질 때, 도 1에서의 제2 층(52)의 모양을 갖도록, 다이크로익 물질이 제공된다. 그 다음, 2개의 접혀진 기판은 휘도 증가 수단을 제공하기 위해 LED 어레이 상에서 중첩된다.

도 1에 도시된 실시예에서, 본질적으로 휘도 증가 수단의 각각의 조준 수단(6,7,8)은 동일한 모양을 갖는다. 더욱이, 그들은 입력 영역의 기하학적 중심과 출력 영역의 기하학적 중심이 본질적으로 서로의 위에 위치하는(입력 영역의 기하학적 중심과 출력 영역의 기하학적 중심 사이의 선이 입력 영역의 법선에 평행한) 본질적으로 대칭적인 횡단면(절단된 삼각형)을 나타낸다. 그러나, 본 발명의 대안적인 실시예에서, 조준 수단의 모양은 인접한 조준 수단들의 사이에서 다를 수 있다. 예를 들어, 입력 영역의 기하학적 중심과 출력 영역의 기하학적 중심 사이에 있는 선과 입력 영역의 법선 사이의 각도는 인접한 조준 수단에 대해 다를 수 있 다. 전형적으로, 이 각도의 절대값은 (그 선이 경계 쪽으로 기울어지도록) 휘도 증가 수단의 주변 경계 근처에 위치한 조준 수단의 경우에 높고, 휘도 증가 수단의 중심 근처에 위치한 조준 수단의 경우에 낮다.

다이크로익 필터가 자기 지지 벽 구성요소를 구성하거나, 독립 구조로 서있는 자기 지지 벽 구성요소 상에 배열되는 실시예에서, 도 1에서와 같이, 개선된 필터링 특성을 달성하기 위해 이를테면 벽 구성요소의 양측의 간섭 스택에서 다이크로익 물질을 배열하는 것이 유리할 수 있다. 벽 구성요소의 서로 다른 측면 상의 다이크로익 물질은 양호한 필터링 특성을 얻기 위해 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 5-50개, 예를 들어 약 15개 층의 상술된 바와 같은 제1 간섭 스택은 벽 구성요소의 제1 측면 상에 배열될 수 있고, 5-50개, 예를 들어 약 15개 층의 제2 간섭 스택은 동일한 벽 소자의 제2의 반대 측면 상에 배열될 수 있다.

다이크로익 필터 또는 다이크로익 필터용 기판과 같은 자기 지지 벽 구성요소에 대한 대안으로서, 고체 투명 프리즘의 어레이는 LED의 어레이 상에 배열될 수 있는데, 프리즘의 측면에는 조준 수단의 측벽을 형성하기 위해 다이크로익 물질이 제공된다.

그러나, 모든 실시예에서 휘도 증가 수단이 상술된 바와 같은 2개의 중첩된 기판을 포함할 필요는 없다. 그러므로, 도 1에서의 제2 기판(52)은 몇몇 실시예에서 생략될 수 있다. 예를 들어, 교호하는 제1 및 제2 색 조명 유닛의 2색 어레이용으로 적응된 휘도 증가 수단에서, 양호한 조준 및 색 혼합은 하나의 기판으로부터 얻어질 수 있는 휘도 증가 수단으로부터 달성될 수 있다. 그러한 휘도 증가 수 단에서, 제1 색의 조명 유닛은 제2 색의 2개의 조명 유닛 사이에 위치한다. 여기에서, 제2 색의 2개의 조명 유닛에 대응하는 조준 수단의 측벽은 제1 색의 조명 유닛 위를 가로지른다. 이와 동일한 방식으로, 제2 색의 조명 유닛은 제1 색의 2개의 조명 유닛 사이에 위치하고, 제1 색의 2개의 조명 유닛에 대응하는 조준 수단의 측벽은 제2 색의 조명 유닛 위를 가로지른다(도 1에서, 기판(52)은 생략되고, 조명 유닛(2,3,4)의 어레이는 제1 색과 제2 색의 교호 조명 유닛의 어레이이다).

본 발명의 다른 예시적인 실시예는 도 1의 실시예의 변형을 도시한 도 2에 도시되는데, 발광 다이오드(2, 3 및 4)는 각각 조준 컵(12, 13 및 14) 내에서 기판(1) 상에 간격을 두고 배치된다.

조준기(12-14)는 발광 다이오드(2-4) 사이의 공간을 채운다. 그 다음, 휘도 증가 수단(5)은 발광 다이오드에 의해 방출된 광을 더욱 조준하기 위해 조준기 위에 배열된다.

본 발명의 또 다른 실시예는 편광된 광을 제공하는 발광 장치를 도시한 도 3에 도시된다. 이 실시예에서, 위상지연자 판(9) 및 반사 편광자(10)는 발광 다이오드와 휘도 증가 수단 사이에 배열된다.

여기에서 사용된 바와 같이, "위상지연 판"이라는 용어 및 관련 용어는 느리고 빠른 주 광학 축을 갖는 광학적 활성 소자를 나타낸다. 신생 빔에서, 광 축을 따른 편광 성분은 서로에 대해 위상 편이된다.

발광 다이오드(2)에 의해 방출된 광은 위상지연자 판(9)을 통해 이동하고, 그 주축은 양호하게 편광자(10)의 주축에 대해 45°의 각도로 맞춰진다. 반사 편 광자(10)는 휘도 증가 수단(5)을 향해 소정의 편광의 광을 투과시키는 반면, 광의 나머지 부분은 발광 다이오드(2) 및 조준기(12)를 향해 아래로 반사된다. 되돌아오는 광은 조준기(12) 및 LED의 반사면에서 반사되고, 한번 더 위상지연자 판(9)을 통과하게 되고, 편광이 정확하면, 휘도 증가 수단(5)을 향해 반사 편광자를 통과하게 된다.

위상지연자 판(9)은 예를 들어 사분 파장판(quarter wave plate) 또는 임의의 다른 적합한 위상지연자 판일 수 있는데, 이 판은 반사 편광자(10) 및 반사 조준기와 조합하여, 휘도 증가 수단 내로 투과되는 편광된 광의 높은 수율을 제공한다.

상기 실시예를 사용하면, LED에 의해 방출된 임의로 편광된 광의 전형적으로 60-70%는 원하는 편광을 갖고 휘도 증가 수단 내로 투과된다.

이 실시예에 대한 대안으로서, 위상 지연자 판(9) 및 반사 편광자(10)는 휘도 증가 수단(5)의 출력 영역 상에 배열된다.

일반적으로, 본 발명의 휘도 증가 수단은 조명 유닛의 선형 어레이와 같은 1차원 어레이 또는 2차원 어레이로부터 광을 수광하여 조준하기 위해 사용될 수 있다.

휘도 증가 수단의 모양 및 조립은 조명 유닛의 어레이의 배치에 의존할 것이다.

본 발명의 실시예에서, 조준 수단의 전체 측벽이 다이크로익 필터를 포함할 필요는 없다.

예를 들어, 도 2 및 3에 도시된 실시예에서 그러한 바와 같이, 수광 영역에 가장 가까운 측벽의 부분은 다이크로익 필터를 포함할 필요가 없을 수도 있다.

조준 수단의 측벽의 일부가 다이크로익 필터를 포함하지 않는 것이 유리할 수 있는 경우의 다른 예는 최소한 한 방향으로 인접한 조준 수단이 없는 휘도 증가 수단의 주변 경계를 포함한다. 휘도 증가 수단의 경계에서, 주변 경계를 형성하거나 주변 경계와 면하는 측벽의 부분은 예를 들어 장치로부터 나오는 본질적으로 모든 파장의 광을 반사하기 위해 금속 막과 같은 전체 스펙트럼 반사기일 수 있고, 또는 예를 들어 흡수체일 수 있다.

그러한 휘도 증가 수단의 한 예는 도 1에 도시된 실시예의 구현인 선형 광원을 갖는 발광 장치를 도시한 도 4에 도시된다. 여기에서, 발광 다이오드는 1차원 어레이(401)로 배열된다. 휘도 증가 수단(402)의 외부 주변을 형성하는 측벽의 부분(403)은 이들 벽을 통해 장치를 빠져나갈 수 있는 광이 전혀 없도록 광대역 반사 물질을 포함한다. 이에 반하여, 임의의 파장의 광은 출력 영역을 향해 주변 벽(403)에서 반사될 것이다.

그러한 광대역 반사 벽은 또한 본 발명의 표시 장치의 인접한 픽셀들과 같은 분리된 영역들을 서로로부터 광학적으로 범위를 정하는데 유리할 수 있다.

그러나, 주변 경계를 형성하지 않는 휘도 증가 수단(402)의 내부 벽(404)은 상술된 바와 같이 다이크로익 필터를 포함한다.

휘도 증가 수단의 긴 에지를 형성하는 광대역 반사 벽은 또한 이들 벽이 조준 벽으로서 쓰이도록 테이퍼질 수 있고, 또는 본질적으로 수광 및 출력 영역에 수 직일 수 있다. 전자의 경우에, 2차원 조준이 얻어지고, 후자의 경우에, 본질적으로 1차원 조준이 얻어진다.

발광 다이오드의 2차원 어레이는 예를 들어, 분리된 휘도 증가 수단을 각각 갖고 있는 다수의 1차원 어레이를 배열함으로써, 또는 공통 휘도 증가 수단을 공유함으로써 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 몇몇 장치는 2차원 어레이를 형성하기 위해 서로 옆에 나란히 정렬되어 배열될 수 있다.

2차원 휘도 증가 수단을 얻는 다른 방식은 도 5 및 6에 도시된다. 이 휘도 증가 수단은 원하는 광 조준을 제공하기 위해 더욱 복잡한 조립을 필요로 하는 육각형 배열로 된 조명 유닛(504, 505, 506)의 3색 2차원 어레이(501)용으로 적응된다. 이 실시예에서, 육각뿔(514, 515, 516)의 제1 어레이(502)는 발광 다이오드의 위에 중첩되는데, 각각의 발광 다이오드 위에 하나의 육각뿔이 있고, 그 육각뿔의 밑면이 LED를 향하고 있다.

그 다음, 다이크로익 필터는 육각뿔의 측면 상에 배열된다. 다이크로익 필터는 LED에 인접해 있고 LED에서 멀어지면서 점점 가늘어지는 측면이 그 LED를 위해 적응된 다이크로익 필터를 포함하도록 측면 상에 배열된다.

사면체 뿔의 제2 어레이(503)가 제공된다. 이러한 사면체 뿔의 제2 어레이는 평평한 면, 및 LED를 향하는 구조적 면을 갖고 배열된다.

제2 어레이(503)는 제2 어레이의 사면체 뿔의 정점이 제1 어레이의 3개의 육각뿔 사이의 교점에 위치하도록, 육각뿔의 제1 어레이(502) 상에 중첩된다.

사면체 뿔의 제2 어레이의 구조적 면은 이를테면, 각 발광 유닛 주위에서, 육각형(6면) 수광 영역 및 출력 영역(및 수광 영역과 출력 영역 사이의 12면체(12면) 영역을 갖고, 둘러싸인 조명 유닛에 의해 방출된 색에 적응되는 다이크로익 필터의 본질적으로 외부로 테이퍼진 깔때기를 형성하도록, 다이크로익 물질이 제공된다.

또한, 이 실시예에서, 다이크로익 필터는 상술된 바와 같이, 자기 지지 벽 상에 형성되어, 원하는 뿔형을 형성할 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 휘도 증가 수단의 한 장점은 양호한 색 혼합을 제공한다는 것이다. 그러나, 휘도 증가 수단의 주변 경계에서, 색 혼합은 다소 손상되어, 이들 경계에서 "에지 효과(edge-effect)"인 시각적 색 변이를 초래한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 실시예에서, 에지 효과는 가장 바깥쪽 조준 수단, 즉 휘도 증가 수단의 주변 경계에서의 조준 수단에서 나타난다.

에지 효과의 한가지 주요 원인은 가장 바깥쪽 조준 수단의 출력 영역의 가장 바깥쪽 부분에서, 가장 바깥쪽 광원으로부터의 광만이 장치를 빠져나가기 때문이다. 그러므로, 이 영역에서 색 혼합이 전혀 나타나지 않아서, 가장 바깥쪽 광원에 의해 방출된 광의 색의 과잉 및 색 변이를 일으킨다.

이 에지 효과를 방지하기 위해, 이 효과를 일으키는 과도한 광을 줄이는 것이, 즉 이 가장 바깥쪽 광원으로부터의 광의 출력을 줄이는 것이 유리할 수 있다.

이것을 달성하는 한가지 방식은 이 효과를 일으키는 출력 영역의 부분 위에 광 차단 수단(101)을 배열하는 것이다.

그러므로, 본 발명의 실시예에서, 광 차단 수단(101)은 본 발명의 휘도 증가 수단의 주변 경계에 위치한 조준 수단의 출력 영역의 최소한 일부분 상에 배열된다.

대안적으로, 또는 광 차단 수단 이외에, 주변 경계에서 색 변이를 감소시키기 위해, 즉 "에지-효과"를 감소시키기 위해, 가장 바깥쪽 조명 유닛으로부터 방출된 광의 플럭스를 감소시키는 것이 유리할 수 있다. 이것은 이 조명 유닛을 구동시키는 전류를 감소시키는 것, 조명 유닛의 발광 영역을 감소시키는 것 또는 낮은 광 출력을 갖는 조명 유닛을 사용하는 것을 포함하여 여러 방식으로 달성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예는 도 7에 도시되고, 3개의 평행한 발광 다이오드 어레이; 즉 적색 LED의 한 어레이(701), 녹색 LED의 한 어레이(702) 및 청색 LED의 한 어레이(703)를 포함한다. 휘도 증가 수단은 어레이 상에 배열된다.

적색 LED(701)로부터의 광은 측벽(711 및 712)에 의해 정해진 조준 수단에 의해 조준되고, 녹색 LED(702)로부터의 광은 측벽(721 및 722)에 의해 정해진 조준 수단에 의해 조준되며, 청색 LED(703)로부터의 광은 측벽(731 및 732)에 의해 정해진 조준 수단에 의해 조준된다.

이 실시예에서, 측벽(711)은 적색 광을 반사시켜야 하지만, 또한 임의의 다른 색의 광을 반사시킬 수 있고, 측벽(712)은 적색 광을 반사시켜야 한다. 측벽(721)은 녹색 광을 반사시켜야 하지만, 청색 광을 반사시킬 수도 있고, 측벽(722)은 녹색 광을 반사시켜야 하지만, 적색 광을 반사시킬 수도 있다. 측벽(731)은 청색 광을 반사시켜야 하지만, 또한 임의의 다른 색의 광을 반사시킬 수 있고, 측벽(732)은 청색 광을 반사시켜야 한다.

그 중에서 특히 이 실시예에서, 3개의 상이한 조준 수단의 출력 영역은 본질적으로 100% 중첩한다.

여기에서, 상기 주변 경계에 수직인 방향을 따르는, 상기 휘도 증가 수단의 주변 경계에 가장 가까운 3개의 조준 수단의 출력 영역은 최소한 부분적으로 상기 주변 경계와 일치한다.

측벽(711, 721 및 732) 모두는 측벽(711)에 의해 정해지는 휘도 증가 수단의 주변 경계에서 만난다. 그러므로, 3개의 조준 수단의 출력 영역의 한계는 이 주변 경계와 일치한다.

또한, 측벽(712, 722 및 731) 모두는 측벽(731)에 의해 정해지는 휘도 증가 수단의 주변 경계에서 만난다. 그러므로, 3개의 조준 수단의 출력 영역의 한계는 이 주변 경계와 일치한다.

이들 측벽(711, 721 및 732)에 대응하는 3개의 조준 수단의 출력 영역이 측벽(711)에 의해 정해진 휘도 증가 수단의 주변 경계로 연장하도록 측벽(711, 721 및 732)을 배열함으로써, 양호한 색 혼합은 장치의 전체 출력 영역에 걸쳐, 심지어 이 주변 경계에서조차 얻어진다. 상술된 에지 효과는 가장 바깥쪽 조준 수단, 즉 측벽(711 및 712)에 의해 정해진 조준 수단의 범위 전체에 걸쳐 효율적인 색 혼합이 제공되기 때문에 감소된다.

이에 상응하여, 양호한 색 혼합은 측벽(731)에 의해 정해진 주변 경계에서 제공된다.

본 분야에 숙련된 기술자들이 알 수 있는 바와 같이, 도 7에 도시된 장치는 3개의 조명 유닛의 사용에 제한되지 않는다. 예를 들어, 4개 이상의 조명 유닛을 포함하는 장치, 예를 들어 도 1 또는 4에 도시된 장치는 또한, 경계에 수직인 방향을 따르는, 주변 경계에 가장 가깝게 위치한 2개 이상의 조준 수단의 출력 영역이 주변 경계로 연장하도록, 즉 2개 이상의 출력 영역의 한계가 부분적으로 주변 경계와 일치하도록, 휘도 증가 수단의 조준 수단을 배열함으로써, 휘도 증가 수단의 주변 경계에서 양호한 색 혼합을 얻는 이 방법을 사용할 수 있다. 이것은 3색 어레이에 대해 도 8에 도시되는데, 여기에서 주변 경계(804)에 가장 가깝게 위치한 3개의 조준 수단(801, 802 및 803)의 출력 영역은 주변 경계(804)와 일치한다. 4색 어레이의 경우에, 전형적으로 4개의 가장 바깥쪽의 조준 수단의 출력 영역이 주변 경계와 일치해야 한다. 2색 어레이의 경우에, 전형적으로 2개의 가장 바깥쪽의 조준 수단의 출력 영역이 주변 경계와 일치해야 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 조명 장치 내의 각 조명 유닛은 다수의 발광 다이오드를 아주 잘 포함할 수 있다. 그러나, 본 분야에 숙련된 기술자들이 알 수 있는 바와 같이, 각 조명 유닛 내에 2개 이상의 발광 다이오드를 사용할 필요는 없다.

또한, 본 발명의 다수의 장치는 서로 인접하여 배열될 수 있다.

4색 발광 장치 및 이 장치용으로 적응된 휘도 증가 수단은 도 9에 도시된다. 광원 어레이는 행렬 매트릭스(901)를 형성한다. 매트릭스 내의 제1 행(902)(및 모든 2n-1 행(n=1,2,3...))은 제1 및 제2 색의 교호 LED로 구성된다. 매트릭스 내의 제2 행(및 모든 2n 행(n=1,2,3...))은 제3 및 제4 색의 교호 LED로 구성된다. 따라서, 제1 열(904)(및 따라서 모든 홀수 열)은 제1 및 제3 색의 교호 LED로 구성되고, 제2 열(905)(및 따라서 모든 짝수 열)은 제2 및 제4 색의 교호 LED로 구성된다.

휘도 증가 수단(906)의 제1 층은 LED 매트릭스 상에 배열된다. 이 제1 층에서, LED의 제1 행 및 모든 2n-1 행(n=1,2,3...)에는 제1 및 제2 색의 조준 및 색 혼합을 위해 적응된 휘도 증가 수단(907)이 제공된다. LED의 제2 행 및 모든 2n 행(n=1,2,3...)에는 제3 및 제4 색의 조준 및 색 혼합을 위해 적응된 휘도 증가 수단(908)이 제공된다. 반사 벽(909)은 양호하게 제1 층 내의 (LED 매트릭스 내의 행에 평행한) 인접한 조준 수단 사이에 배열된다. 휘도 증가 수단의 이 제1 층은 행의 차원(y-차원)에서 조준 및 색 혼합을 제공하지만, 본질적으로 LED 매트릭스 내의 열의 차원(x-차원)에서는 제공하지 않는다.

LED 매트릭스(901)의 열의 차원(x-차원)에서 조준 및 색 혼합을 제공하기 위해, 휘도 증가 수단의 제2 층(910)은 휘도 증가 수단의 제1 층(906) 위에 배열된다.

이 제2 층(910)은 2가지 유형의 조준 수단을 포함하는 휘도 증가 수단인데, 제1 유형은 제1 및 제2 색의 광을 반사시키고, 제2 유형은 제3 및 제4 색의 광을 반사시킨다. 제1 유형의 조준 수단은 LED 매트릭스 내의 2n-1 행(902)에 대응하는(그 위에 위치한) 수광 영역을 갖고, 제2 유형의 조준 수단은 2n 행(903)(n=1,2,3...)에 대응하는 수광 영역을 갖는다. 그러므로, 이 제2 층 휘도 증가 수단(910)은 LED 매트릭스의 열의 차원(x-차원)에서 조준 및 색 혼합을 제공한다. 총체적으로, 휘도 증가 수단의 제1 및 제2 층은 LED 매트릭스의 열(x) 및 행(y)의 차원에서 조준 및 색 혼합을 제공한다.

도면에 도시된 실시예에서, 모든 조명 유닛(LED)은 서로 동일한 거리를 두고 배열되는데, 인접한 출력 영역들 사이의 중첩은 본질적으로 전체 장치에 걸쳐 본질적으로 동일하다. 그러나, 본 분야에 숙련된 기술자들이 알 수 있는 바와 같이, 인접한 조명 유닛들 사이의 거리 및/또는 인접한 출력 영역들 사이의 중첩은 전체 장치에 걸쳐 동일할 필요는 없다.

(도시되지 않은) 본 발명의 실시예에서, 발광 장치는 다수의 서브그룹, 예를 들어 픽셀로 나누어진다. 각 픽셀은 다수의 조명 유닛, 예를 들어 LED를 포함한다. 이들 서브그룹의 각각에서, 인접한 조명 유닛들 사이의 거리는 동일하고, 인접한 출력 영역들 사이의 중첩은 동일한다. 그러나, 2개가 상이한 서브그룹에 포함되어 있는 2개의 인접한 조명 유닛들 사이의 거리는 한 서브그룹 내부의 거리보다 크고, 또한 2개의 인접한 조명 유닛에 대응하는 출력 영역들 사이의 중첩은 한 서브그룹 내부의 중첩보다 작다.

본 발명의 휘도 증가 수단은 발광 다이오드의 어레이에 의해 방출된 광을 혼합하여 도파관 내로 결합시키기 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 발광 장치는 발광 다이오드 상에 배열된 2개 이상의 휘도 증가 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정 유형의 LED를 사용할 때, 광은 최소한 2개의 일반적인 방향으로 이들로부터 방출되고, 그러한 경우에, 그들 방향의 각각에서 하나의 휘도 증가 수단을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

추가 광 소자는 본 발명의 장치와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 거울 등과 같은 반사 표면은 장치를 빠져나가는 광을 다른 일반적인 방향으로 반사시키기 위해 휘도 증가 수단의 출력 영역에 배열될 수 있다. 예를 들어, 2개의 휘도 증가 수단이 2개의 반대 방향으로 방출된 광을 수집하여 수광하기 위해 측면 방출 발광 다이오드의 어레이 상에 배열되는 경우에, 2개의 분리된 휘도 증가 수단의 출력 영역은 일반적으로 반대 방향으로 향하고 있다. 각각의 휘도 증가 수단의 출력 영역 상에 거울을 배열함으로써, 거울의 각도는 2개의 휘도 증가 수단으로부터 반사된 광이 일반적으로 동일한 방향으로 이동하도록 선택될 수 있다.

본 발명의 발광 장치, 또는 본 발명에 따른 휘도 증가 수단을 포함하는 발광 장치는 몇 가지 상이한 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 그러한 애플리케이션은 선형 광원, 고휘도 램프 내의 광원, 이를테면 실내 조명, 주변 조명, 무대 조명, 교통신호등, 차량 램프 및 LCD 기반 표시 장치 내의 백라이트를 포함하는데, 이것에 제한되지는 않는다. 본 발명의 휘도 증가 수단은 또한, 예를 들어 LED로부터의 광을 향하게 하여 양호한 색 혼합을 얻기 위해, LED 표시 장치 상에서 사용될 수 있다.

다른 예는 프로젝션 LCD 표시장치 내의 광원으로서의 사용이다.

본 발명의 휘도 증가 수단은 휘도 증가 수단의 출력 영역으로부터 광을 수광하도록 도파관을 배열함으로써, 발광 다이오드의 어레이에 의해 방출된 광을 혼합하여 도파관 내로 결합시키기 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 발광 장치는 발광 다이오드 상에 배열된 2개 이상의 휘도 증가 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 측면 방출 LED를 사용할 때, 광은 최소한 2개의 일반적인 방향으로 이들로부터 방출된다. 그러한 경우에, 그들 방향의 각각에서 하나의 휘도 증가 수단을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

본 분야에 숙련된 사람은 본 발명이 상술된 양호한 실시예에 결코 제한되지 않는다는 것을 알고 있다. 오히려, 첨부된 청구범위 내에서 많은 변경 및 변형이 가능하다.

상술된 실시예는 주로 3색 LED 어레이에 관한 것이다. 그러나, 본 분야에 숙련된 기술자들에게 명백해질 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 휘도 증가 수단은 또한 4개 이상의 상이한 색의 광을 개별적으로 조준하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 4개 이상의 상이한 색의 LED 어레이에는 또한 본 발명의 휘도 증가 수단이 제공될 수 있는데, 각각의 상이한 LED가 분리된 조준 수단에 대응하거나, 또는 하나의 조준 수단이 상이한 색의 2개 이상의 LED에 대응한다.

본 발명은 광원으로서 발광 다이오드의 사용에 제한되지 않는다. 또한, 백열등, 방전 램프, 형광등 등과 같은 기타 발광 장치가 사용될 수 있다.

상술된 실시예는 가시광선 또는 가시광선 근처의 파장 범위(UV 또는 IR)에서 광의 조준 및 색 혼합에 주로 관련된다. 그러나, 본 발명의 휘도 증가 수단은 또한 적합한 다이크로익 필터를 선택함으로써, 예를 들어 X선 방사선과 같은 이 파장 범위 밖의 전자기 방사선의 조준을 위한 것일 수 있다.

Claims (29)

1. 각각이 수광 영역(61, 71), 상기 수광 영역(61, 71)보다 큰 출력 영역(62, 72), 및 상기 수광 영역과 출력 영역 사이에 적어도 부분적으로 연장하는 측벽들(63, 73)을 갖는 적어도 제1 조준 수단(6) 및 적어도 제2 조준 수단(7)을 포함하는 휘도 증가 수단(5)으로서,

   상기 제1 조준 수단(6)의 측벽들(63)의 적어도 일부는 제1 광 특성의 광을 반사시키도록 배열되는 제1 필터를 포함하며, 상기 제1 광 특성의 광은 상기 제1 조준 수단(6)의 상기 출력 영역(62)을 향하여, 상기 제1 조준 수단(6)의 상기 수광 영역(61)을 통해 수광되고,

   상기 제2 조준 수단(7)의 측벽들(73)의 적어도 일부는 제2 광 특성의 광을 반사시키도록 배열되는 제2 필터를 포함하며, 상기 제2 광 특성의 광은 상기 제2 조준 수단(7)의 상기 출력 영역(72)을 향하여, 상기 제2 조준 수단(7)의 상기 수광 영역(71)을 통해 수광되며,

   상기 제1 조준 수단의 출력 영역(62) 및 상기 제2 조준 수단의 출력 영역(72)은 적어도 부분적으로 겹쳐있으며,

   상기 제1 필터는 제1 다이크로익 필터이고, 상기 제1 광 특성은 제1 파장 범위이며, 상기 제2 필터는 제2 다이크로익 필터이고, 상기 제2 광 특성은 제2 파장 범위이거나,

   상기 제1 필터는 제1 편광 필터이고, 상기 제2 필터는 제2 편광 필터이며, 상기 제1 광 특성은 제1 편광 상태이고, 상기 제2 광 특성은 제2 편광 상태이며,

   상기 제1 광 특성은 상기 제2 광 특성과 다른, 휘도 증가 수단.
2. 제1항에 있어서, 상기 조준 수단의 상기 측벽들의 일부에 대한 법선과 상기 수광 영역에 대한 법선 사이의 각도는 본질적으로 상기 수광 영역으로부터의 거리에 따라 일정하며, 상기 측벽들의 일부는 상기 필터를 포함하는 휘도 증가 수단.
3. 제1항에 있어서, 상기 조준 수단의 상기 측벽들의 일부에 대한 법선과 상기 수광 영역에 대한 법선 사이의 각도는 상기 수광 영역으로부터의 거리에 따라 증가하고, 상기 측벽들의 일부는 상기 필터를 포함하는 휘도 증가 수단.
4. 제1항에 있어서, 2개의 인접한 조준 수단의 출력 영역들의 중첩은 적어도 10%인 휘도 증가 수단.
5. 제1항에 있어서, 상기 측벽들은 자기-지지(self-supporting) 벽 구성요소들을 포함하는 휘도 증가 수단.
6. 제5항에 있어서, 상기 필터들은 상기 벽 구성요소들의 제1 측면 상에 배열된 제1 필터 물질, 및 상기 벽 구성요소의 제2 측면 상에 배열된 제2 필터 물질을 포함하는 휘도 증가 수단.
7. 제1항에 있어서, 광-차단 수단(101)은 상기 휘도 증가 수단의 주변 경계에 위치한 조준 수단의 적어도 일부의 출력 영역들의 적어도 일부 상에 배열되는 휘도 증가 수단.
8. 제1항에 있어서, 주변 경계(804)에 수직인 방향을 따르는, 상기 휘도 증가 수단의 상기 주변 경계(804)에 가장 가까운 적어도 2개의 조준 수단의 출력 영역들(801, 802)의 한계는 적어도 부분적으로 상기 주변 경계(804)와 일치하는 휘도 증가 수단.
9. 제1항에 있어서, 상기 휘도 증가 수단의 주변 경계에 위치한 조준 수단의 측벽들의 적어도 부분들은 전체-스펙트럼 반사 표면을 가지며, 상기 부분들은 상기 주변 경계와 일치하는 휘도 증가 수단.
10. 기판(1) 상에 배열된 제1 광 특성의 광을 방출하는 제1 조명 유닛(2) 및 제2 광 특성의 광을 방출하는 제2 조명 유닛(3)을 포함하는 발광 장치로서,

    상기 제1 조명 유닛(2) 및 제2 조명 유닛(3)에 의해 방출된 광을 수광하도록 배열된 휘도 증가 수단(5)을 더 포함하고,

    상기 휘도 증가 수단(5)은 각각이 수광 영역(61, 71), 상기 수광 영역(61, 71)보다 큰 출력 영역(62, 72), 및 상기 수광 영역과 출력 영역 사이에 적어도 부분적으로 연장하는 측벽들(63, 73)을 갖는 적어도 제1 조준 수단(6) 및 적어도 제2 조준 수단(7)을 포함하고,

    상기 제1 조준 수단(6)의 측벽들(63)의 적어도 일부는 상기 제1 광 특성의 광을 반사시키도록 배열되는 제1 필터를 포함하며, 상기 제1 광 특성의 광은 상기 제1 조준 수단(6)의 상기 출력 영역(62)을 향해, 상기 제1 조준 수단(6)의 상기 수광 영역(61)을 통해 수광되고,

    상기 제2 조준 수단(7)의 측벽들(73)의 적어도 일부는 상기 제2 광 특성의 광을 반사시키도록 배열되는 제2 필터를 포함하며, 상기 제2 광 특성의 광은 상기 제2 조준 수단(7)의 상기 출력 영역(72)을 향해, 상기 제2 조준 수단(7)의 상기 수광 영역(71)을 통해 수광되고,

    상기 제1 조준 수단의 출력 영역(62) 및 상기 제2 조준 수단의 출력 영역(72)은 적어도 부분적으로 겹쳐있으며,

    상기 제1 필터는 제1 다이크로익 필터이고, 상기 제1 광 특성은 제1 파장 범위이며, 상기 제2 필터는 제2 다이크로익 필터이고, 상기 제2 광 특성은 제2 파장 범위이거나,

    상기 제1 필터는 제1 편광 필터이고, 상기 제2 필터는 제2 편광 필터이며, 상기 제1 광 특성은 제1 편광 상태이고, 상기 제2 광 특성은 제2 편광 상태이며,

    상기 제1 광 특성은 상기 제2 광 특성과 다른

    발광 장치.
11. 제10항에 있어서, 위상지연자(retarder)(9)가 상기 조명 유닛들(2, 3) 상에 배열되고, 편광 반사기(10)가 상기 위상지연자(9) 상에 배열되며, 상기 휘도 증가 수단은 상기 편광 반사기(10) 상에 배열되는 발광 장치.
12. 제10항에 있어서, 상기 기판(1)은 반사형 기판인 발광 장치.
13. 제10항에 있어서, 조준기(collimator)(12, 13)는 상기 조명 유닛들에 의해 방출된 광을 수광하여 조준하기 위해 상기 조명 유닛들(2, 3) 상에 배열되고, 상기 휘도 증가 수단(5)은 상기 조준기 상에 배열되는 발광 장치.
14. 제10항에 있어서, 상기 조명 유닛들은 발광 다이오드들을 포함하는 발광 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 발광 다이오드들은 유기 발광 다이오드들을 포함하는 발광 장치.
16. 제14항에 있어서, 상기 제1 조명 유닛은 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하고, 상기 제2 조명 유닛은 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는 발광 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 제1 조명 유닛은 2개 이상의 발광 다이오드들의 제1 선형 어레이를 포함하고, 상기 제2 조명 유닛은 2개 이상의 발광 다이오드들의 제2 선형 어레이를 포함하며, 상기 제1 및 제2 어레이들은 본질적으로 평행한 발광 장치.
18. 제10항에 있어서, 상기 장치의 주변 경계에서의 광의 출력은 적어도 부분적으로 감소되는 발광 장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 광 출력은 상기 장치의 주변 경계에 위치한 조명 유닛들의 적어도 일부에 의해 방출된 광의 플럭스를 감소시킴으로써 감소되는 발광 장치.
20. 제10항에 있어서, 도파관(wave-guide)을 더 포함하고, 상기 휘도 증가 수단은 상기 제1 및 제2 조명 유닛들에 의해 방출된 광을 상기 도파관 내로 결합시키도록 배열되는 발광 장치.
21. 제1항의 휘도 증가 수단을 포함하는 표시 장치.
22. 제1항의 휘도 증가 수단을 포함하는 프로젝션 표시 장치.
23. 제10항의 발광 장치를 포함하는 표시 장치.
24. 제10항의 발광 장치를 포함하는 프로젝션 표시 장치.
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