KR101446951B1 - 광 가이드 바, 선광원장치, 면광원장치, 및 디스플레이장치 - Google Patents

광 가이드 바, 선광원장치, 면광원장치, 및 디스플레이장치 Download PDF

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Abstract

개시된 광 가이드 바는, 광출사부의 양측부에 마련되는 광입사부와, 광출사부와 대면되게 위치되며 광입사부를 통하여 입사된 광을 광출사부를 향하여 반사시키는 프리즘 패턴이 마련되는 반사부를 구비한다. 반사부의 형상은 광입사부의 유효발광폭을 감안하여 반사부의 임의의 위치에 도달되는 광량이 동일하도록 결정된다.

Description

광 가이드 바, 선광원장치, 면광원장치, 및 디스플레이장치{Light guide bar, linear lighting device, surface lighting device, and display apparatus using the same}
본 발명은 광 가이드 바, 선광원장치, 면광원장치, 및 이들을 채용한 디스플레이장치에 관한 것이다.
디스플레이 장치의 발전과 더불어 이에 사용되는 다양한 구조의 광원장치가 개발되고 있다. 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display; LCD)와 같은 비발광형 평판표시장치의 경우, 면광원용 조명장치를 필요로 한다. 면광원용 조명장치의 광원으로서는 냉음극선관(CCFL)과 같은 선광원, 발광다이오드(LED), 유기발광다이오드(OLED) 등과 같은 점광원이 채용될 수 있다. 선광원은 길이방향으로 거의 균일한 광분포를 가진다. 그러나, 선광원은 가장 짧게 제조할 수 있는 길이에 한계가 있어서 소형 휴대형 디스플레이 장치의 광원으로서 적용되는 데에는 한계가 있다. 따라서, 근래에는 발광다이오드(LED)와 유기발광다이오드(OLED)는 작은 크기에 비하여 매우 높은 휘도 특성을 가지기 때문에 소형 휴대형 디스플레이 장치의 광원으로서 적용하려는 노력이 행해지고 있다. 광원으로서 복수의 점광원을 채용하는 경우, 복 수의 점광원 사이의 영역에 발생되는 휘선과 암선으로 인하여 디스플레이 장치 전체의 밝기가 불균일하게 되는 문제가 해결되어야 한다. 이를 위하여 광원으로부터 조사되는 광을 균일한 선광원 형태로 변환하기 위한 선광원 장치가 필요하다. 또, 이 선광원장치로부터 조사되는 광을 면광의 형태로 변환하는 면광원장치가 필요하다.
본 발명은 상술한 필요성에 착안하여 창출된 것으로서, 균일한 출광각도분포를 가지는 광 가이드 바, 이를 채용한 선광원장치, 이를 채용한 면광원장치, 및 이들을 채용한 디스플레이 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 균일한 휘도분포를 가지는 광 가이드 바, 이를 채용한 선광원장치, 이를 채용한 면광원장치, 및 이들을 채용한 디스플레이 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광 가이드 바는, 광출사부와, 상기 광출사부의 양측부에 마련되는 광입사부와, 상기 광출사부와 대면되게 위치되며 상기 광입사부를 통하여 입사된 광을 상기 광출사부를 향하여 반사시키는 프리즘 패턴이 마련되는 반사부를 구비하며, 상기 반사부의 형상은 상기 광입사부의 유효발광폭을 감안하여 상기 반사부의 임의의 위치에 도달되는 광량이 동일하도록 결정되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 프리즘 패턴에는 반사효율을 높이기 위하여 반사 코팅층 등이 마련될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선광원장치는, 상기 광 가이드 바와, 상기 광입사부로 광을 조사하는 광원을 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 면광원장치는, 상술한 광 가이드 바; 상기 광입사부로 광을 조사하는 광원; 상기 광출사부로부터 출사되는 광이 입 사되는 측면과, 서로 마주보게 위치되고 각각 상기 측면과 교차되는 전면 및 배면, 상기 전면과 배면 중 어느 한 면에 마련되어 상기 측면을 통하여 입사된 광을 그와 마주보는 면으로 출사시키는 광출사수단을 구비하는 도광판;을 구비한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디스플레이장치는, 상술한 광 가이드 바;; 상기 광입사부로 광을 조사하는 광원; 상기 광출사부로부터 출사되는 광이 입사되는 측면과, 서로 마주보게 위치되고 각각 상기 측면과 교차되는 전면 및 배면, 상기 전면과 배면 중 어느 한 면에 마련되어 상기 측면을 통하여 입사된 광을 그와 마주보는 면으로 출사시키는 광출사수단을 구비하는 도광판; 및 상기 전면과 배면 중 광이 출사되는 면과 마주보게 위치되어 상기 도광판으로부터 출사되는 광을 이용하여 화상을 형성하는 화상패널;을 포함한다.
일 실시예로서, 상기 광출사부와 상기 반사부 사이의 폭은 중앙부에서는 넓고 상기 광입사부로 갈수록 좁아지는 형상이다.
일 실시예로서, 출사광축 방향을 y, 상기 출사광축에 수직한 방향을 x, 상기 반사부의 중앙부로부터 상기 일측 광입사부까지의 x방향의 거리를 L, 상기 반사부의 중앙부의 상기 광입사부의 단부로부터 y방향의 거리를 h0라 하면, 상기 반사부의 형상은 다음의 식으로 표현 가능하다.
Figure 112007052489908-pat00001
,
n = 정수,
Figure 112007052489908-pat00002
은 다항식의 계수
부연하면, 상기 y는 출사광축 방향의 높이이며, 상기 x는 출사광축 방향에 수직인 방향의 거리에 해당하다.
일 실시예로서, 출사광축과 나란한 선에 의하여 분할되는 상기 프리즘 패턴의 정각의 두 각을 각각 제1각, 제2각이라 하면, 상기 제1, 제2각은 상기 프리즘 패턴의 두 빗면에 대한 상기 광입사부의 유효발광폭의 중심으로부터 조사되는 광이 상기 출사광축과 나란하게 출사되도록 결정될 수 있다.
상기 프리즘 패턴은 출사광축과 나란한 선에 대하여 좌우 비대칭인 정각을 갖는다.
일 실시예로서, 상기 광원은 점광원이다.
일 실시예로서, 상기 화상패널은 일부의 화상광을 상기 도광판 쪽으로 반사시키는 반투과형 화상패널이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광 가이드 바는, 광출사부; 상기 광출사부의 양측부에 마련되며 광이 입사되는 광입사부; 상기 광출사부와 대면되게 위치되며 상기 광입사부를 통하여 입사된 광을 상기 광출사부를 향하여 반사시키는 프리즘 패턴이 마련되는 반사부;를 구비하며, 상기 프리즘 패턴은 출사광축과 나란한 선에 대하여 좌우 비대칭인 정각을 갖는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 광 가이드 바, 선광원장치, 면광원장치, 및 이를 채용한 디스플레이장치에 따르면, 균일한 휘도와 출광분포를 갖는 선형광을 얻을 수 있으며, 선광원장치와 면광원장치의 폭을 거의 동일하게 할 수 있어 장치의 소형화가 가능하다. 또한, 본 발명의 선광원장치 및 면광원장치는 반투과형 화상패 널을 채용한 디스플레이 장치의 프런트 라이트 유닛에 적용되는 경우에 매우 양호한 품질의 반사형 및 투과형 화상을 구현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 광 가이드 바, 선광원장치, 면광원장치, 및 디스플레이장치의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따른 광 다이드 바 및 이를 채용한 선광원장치의 일 실시예의 사시도이며, 도 2는 도 1의 평면도이다. 도 1과 도 2를 보면, 선광원장치(100)는 광원(111)(112)과, 광원(111)(112)으로부터 조사되는 광을 선형광으로 변환하여 출사하는 광 가이드 바(120)를 포함한다. 광원(111)(112)은 발광다이오드(LED), 유기발광다이오드(OLED), 레이저 다이오드(LD) 등의 점광원인 것이 바람직하다. 광 가이드 바(120)는 예를 들어 PMMA(Poly Methyl Meth Acrylate), PC(Poly carbonate) 등의 투광성 재료로 만들어진다. 광 가이드 바(120)는 광이 출사되는 광출사부(121)와, 광출사부(121)의 양측부에 마련되는 광입사부(122)(123)와, 광출사부(121)와 대면되게 위치되는 반사부(124)를 구비한다. 광출사부(121)는 평면이다. 광출사부(121)의 길이(H)는 조명하고자 하는 피조명체의 길이 이상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 선광원장치(100)가 후술하는 도광판을 구비하는 면광원장치의 조명장치로 채용되는 경우, 광출사부(121)의 길이(H)는 도광판의 광입사면(측면)의 길이 이상인 것이 바람직하다. 광원(111)(112)은 광입사부(122)(123)를 통하여 광을 조사한다. 반사부(123)에는 광입사부(122)(123)를 통하여 입사된 광을 상기 광출사부(121)를 향하여 반사시키는 프리즘 패턴(125)이 마련된다.
선광원장치(100)가 냉음극선관과 같은 선광원의 효과를 내기 위하여는 광출사부(121)의 전체 길이(H)에 걸쳐서 출사되는 광량이 균일하여야 한다. 이를 위하여는 반사부(124)의 임의의 위치에 도달되는 광량이 반사부(124) 전체에 걸쳐 동일한 것이 바람직하다. 이를 위하여 반사부(124)의 전체적인 형상은 광입사부(122)(123)를 통하여 입사되어 반사부(124)의 임의의 위치에 도달되는 광량이 동일하게 되도록 결정된다.
도 3을 보면서 임의의 위치에 도달되는 광량이 동일하게 되도록 반사부(124)의 형상을 결정하는 과정을 설명한다. 도 3에서 반사부(124)의 형상은 도 1 및 도 2에 도시된 형상과 다르다. 반사부(124)의 형상을 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면으로서 도 3에 도시된 반사부(124)의 형성에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 반사부(124)의 임의의 위치(A)에 도달되는 총광량(F)은 광원(111)(112)으로부터 조사되어 광입사부(122)(123)를 통하여 광 가이드 바(120) 내부로 입사된 광 중에서 임의의 위치(A)에 도달되는 광량(F1)(F2)의 합이다. 광입사부(122)를 통하여 입사된 광 중에서 임의의 위치(A)에 도달될 수 있는 광은, 광입사부(122)의 단부(122a)로부터 직접 위치(A)에 도달되는 광(LA11)과 광입사부(122)의 단부(122a)로부터 조사되어 광출사부(121)에서 전반사되어 위치(A)에 도달되는 광(LA12)의 사이에 있는 광이다. 즉, 광(LA12)의 연장선(D1)과 광입사부(122)의 연장선(D2)이 만나는 교점을 C라 할 때, 위치(A)에 대한 광입사부(122)의 유효발광폭(WA1)은, 광입사부(122)의 단부(122a)와 교점(C) 사이가 된다. 이 유효발광폭(WA1)은 광입사부(122)를 통하여 광 가이드 바(120)의 내부로 입사된 광 중에서 위치(A)에 도달되는 광의 광량(F1)과 비례한다. 마찬가지로, 위치(A)에 대한 광입사부(123)의 유효발광폭(WA2)도 결정할 수 있다. 이 유효발광폭(WA2)은 광입사부(123)를 통하여 광 가이드 바(120)의 내부로 입사된 광 중에서 위치(A)에 도달되는 광의 광량(F2)과 비례한다.
상기한 바와 같이, 반사부(124)의 임의의 위치(A)에 대한 광입사부(122)(123)의 유효발광폭을 감안하여 반사부(124)의 임의의 위치에 도달되는 총광량(F)을 계산하고, 이 총광량(F)이 반사부(124)의 길이 전체에 걸쳐 동일하게 되도록 반사부(124)의 형상을 정할 수 있다.
이와 같은 과정에 의하여 결정되는 광 가이드 바(120)는 광출사부(121)로부터 반사부(124) 사이의 폭이 대체로 중앙부(124a)는 폭이 넓고 광입사부(122)(123)로 갈수록 좁아지는 형상이 된다. 여기서, 폭방향은 출사광축(101) 방향을 말한다. 일 예로서, 도 4에서, 출사광축(101) 방향을 y, 출사광축(101)에 수직한 방향을 x, 반사부(124)의 중앙부(124a)로부터 광입사부(122)까지의 x방향의 거리를 L, 반사부(124)의 중앙부(124a)로부터 광입사부(122)의 단부(122a)까지의 y방향으로의 거리를 h0 라 하면, 반사부(124)의 형상은 다음 식으로 표시될 수 있다.
Figure 112007052489908-pat00003
여기서 n은 양의 정수이며,
Figure 712014001867715-pat00004
은 다항식의 계수이다.
부연하면, 상기 y는 출사광축 방향의 높이이며, 상기 x는 출사광축 방향에 수직인 방향의 거리에 해당한다. 도5에서 x 축과 y 축이 교차하는 지점은 반사부(124)의 중앙부(124a)이며, 그 좌우방향(도면에서) 대칭적이다. 일반적인 2차함수 그래프에서 적용되듯이 여기에서 y 축의 방향의 높이는 반사부(124)의 중앙부(124a)로부터의 화살표 방향으로의 높이이며, x 방향으로의 거리는 상기 중앙부(124a)부터의 x 방향의 화살표 방향으로의 거리를 나타낸다. 여기에서 상기 중앙부(124a)는 x,y 축에서 (0,0) 좌표에 해당하며, 따라서 x 방향의 거리 가 "1"이라면 이의 좌표는 (1, 0}가 되는 것이다. 여기에서 x 방향의 값이 음의 값, 예를 들어 "-1"의 값을 가지면 중앙부(124a)의 좌측방향으로의 거리를 나타내어 그 좌표는 (-1, 0)가 된다. 여기에서 x 방향의 특정 값(위치)에서 y 값이 양의 값 예를 "2"를 가지면, 이 부분에서의 좌표는 (1,2) 또는 (-1, 2)가 된다.
도 5에는 반사부(124)에서의 광량분포를 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프가 도시되어 있다. 시뮬레이션 조건은, h0 = 5.4mm, L = H/2 = 18.92mm, 광입사부(122)(123)의 폭은 2.7mm,
Figure 112014015100084-pat00005
에서 3차 항까지만 고려하였다. 도 5에서 세로축의 숫자는 시뮬레이션에 의한 광량의 상대적인 값이다. 곡선(R1)은 광원(111)으로부터 조사되어 광입사부(122)를 통하여 광 가이드 부(120) 내부로 입사된 광이 반사부(124)에 도달된 광량(F1)을 나타낸다. 곡선(R2)은 광원(112)으로부터 조사되어 광입사부(123)를 통하여 광 가이드 부(120) 내부로 입사된 광이 반사부(124)에 도달된 광량(F2)을 나타낸다. 곡선(R3)는 총광량(F)를 나타낸 값이다. 이 실시예에서 총광량(F)의 균일도는 약 91.1%이다. 이는,
Figure 112014015100084-pat00006
에서 3차 항까지만 고려하였기 때문이다. n을 크게 할수록 반사부(124)에서의 총광량(F)의 균일도는 100%에 가까워지리라는 것을 예상할 수 있다.
상술한 바와 같이, 반사부(124)의 형상을 결정함으로써 선광원장치(100)는 냉음극선관과 같은 선광원의 기능을 수행할 준비를 갖추게 된다. 반사부(124)의 위치에 따라서, 광입사부(122)(123)로부터 도달되는 광의 경로가 달라진다. 본 실시예의 프리즘 패턴(125)은 반사부(124)의 각 위치에 따른 광경로의 차이를 감안하여 광이 가급적 출사광축(101)과 나란한 방향으로 출사되도록 결정된다. 이를 위하여, 선광원장치(100)는 정각(apex angle)(G)이 출사광축(101)에 나란한 선(102)에 대하여 비대칭인 프리즘 패턴(125)을 구비한다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 프리즘 패턴(125)에는 광의 반사효율을 높이기 위하여 반사코팅층이 마련될 수 있다. 이에 의하여, 광출사부(121)를 통하여 출사되는 광의 광각도 분포를 작게 할 수 있다. 도 6과 도 7을 보면서 프리즘 패턴(125)의 정각(G)을 결정하는 과정을 설명한다.
도 6과 도 7을 보면, 반사부(124)의 임의의 위치(B)에 대한 도달되는 광경로가 도시되어 있다. 광입사부(122)의 일부 영역에서 출사되는 광은 반사부(124)의 형상으로 인하여 위치(B)로 직접 입사될 수 없다. 즉, 위치(B)로부터 반사부(124)의 곡면에 접하는 선(LB11)이 광입사부(122)와 만나는 교점(122b)과 광입사부(122)의 단부(122a) 사이에서 출사되는 광은 위치(B)에 직접 입사될 수 없으며, 광출사부(121)에서 전반사되어 위치(B)로 입사된다. 이를 감안하면, 광입사부(122)의 단부(122a)에서 출사되어 위치(B)로 입사되는 광(LB12)의 연장선이 광입사부(122)의 연장선과 만나는 교점을 C'라 하면, 위치(B)에 대한 유효발광폭(WA1')은 교점(122b)과 교점(C') 사이가 된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 도 5의 시뮬레이션 조건으로 결정된 광 가이드 바(120)를 예를 들어 굴절률이 약 1.49인 PMMA로 제조한다고 가정하면, 실제로 광입사부(122)로부터 약 7.72mm 떨어진 위치 이내의 영역에는 광입사부(122)의 단부(122a)에서 조사된 광이 전반사에 의하여 입사될 수 없다. 이는, 광입사부(122)(123)를 통하여 광 가이드 바(120) 내부로 입사되는 광분포가 광 가이드 바(120)와 외부매질(예를 들면 공기)과의 굴절률 차이로 인하여 ±42°로 제한되어 있기 때문이다. 따라서, 광입사부(122)의 단부(122a)는 유효발광폭에 포함되지 않는다. 마찬가지로, 광입사부(123)에서 출사되는 광에 대하여도 위치(B)에 대한 유효발광폭(WA2')을 결정할 수 있다. 프리즘 패턴(125)의 정각(G)을 결정하기 위하여는 유효발광폭(WA1')(WA2')의 중심(EB1)(EB2)으로부터 출사되어 위치(B)에 입사되는 광(LB13)(LB23)이 기준광이 되며, 이 기준광(LB13)(LB23)이 출사광축(101)과 나란하게 출사되도록 프리즘 패턴(125)의 정각(G)이 결정된다. 도 7을 보면, 임의의 위치(B)를 지나고 출사광축(101)과 나란한 선(102)에 의하여 프리즘 패턴(125)의 정각(G)은 제1, 제2각(θ1)(θ2)으로 분할된다. 제1각(θ1)은 광(LB13)이 빗면(125a)에서 반사되어 선(102)과 나란하게 출사되도록 결정된다. 제2각(θ2)은 광(LB23)이 빗면(125b)에서 반사되어 선(102)과 나란하게 출사되도록 결정된다. 이와 같은 과정을 예를 들면 수십 내지 수백 마이크론의 간격으로 수행하여 프리즘 패턴(125)의 정각(G)을 결정한다.
상기한 과정에 의하여 결정된 프리즘 패턴(125)의 정각(G)은 출사광축(101)에 나란한 선(102)에 대하여 비대칭이 된다. 즉, 제1각(θ1)과 제2각(θ2)가 서로 다르다. 물론, 반사부(124)의 중앙부(124a)에서는 광입사부(122)(123)로부터 중앙부(124a)로 입사되는 기준광이 출사광축(101)에 대하여 대칭이기 때문에 프리즘 패턴(125)의 정각(G)은 출사광축(101)에 대하여 대칭이 됨을 알 수 있다. 따라서, 본원에서 말하는 출사광축(101)에 나란한 선에 대하여 비대칭인 정각(G)이라는 표현은 반사부(124)의 중앙부(124a)에서 프리즘 패턴(125)의 정각(G)이 출사광축(101)에 대하여 대칭이 되는 경우를 포함하는 의미이다.
도 9에는 반사부(124)의 위치에 따른 유효발광폭을 감안하여 기준광을 결정하고 이에 기초하여 프리즘 패턴(125)의 정각(G)을 결정한 경우에, 광출사부(121)에서의 출광분포를 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 도 9에 도시된 바와 같 이, 광출사부(121)의 전면에 걸쳐 균일한 출광분포를 얻을 수 있다. 즉, 광출사부(121) 전체적으로 균일한 휘도를 가지며 콜리메이팅된 광이 출사됨을 확인할 수 있다. 따라서, 광출사부(121) 전 영역을 유효한 조명영역으로 사용할 수 있다. 다시 말하면, 후술하는 도광판(210)(210a)의 측면(211)의 길이와 광출사부(121)의 길이를 거의 동일하게 할 수 있다.
도 10a와 도 10b에는 광출사부(121)로부터 출사되는 광의 광각도분포를 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 도 10a에 도시된 바와 같이 광 가이드 바(120)의 광출사부(121)를 11개의 영역(DET1~DET11)으로 나누고 각 영역에 대하여 광각도분포를 시물레이션 하였다. 도 10b에는 영역(DET1, DET2, DET6, DET10, DET1)에 대한 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 도 10b를 보면, 광출사부(121)의 전 영역에서 수평방향으로 매우 좁은 광각도분포를 가지는 광이 출사됨을 알 수 있다. 이는 광출사부(121)의 전 영역에서 수평방향으로 콜리메이팅된 광이 출사된다는 것을 의미한다. 또, 광출사부(121)의 양측 가장자리영역(DET1, DET11)과 중앙영역(DET6)과의 광량차이가 매우 작아서 거의 균일한 광량분포를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 시뮬레이션 결과에 따르면, 광출사부(121) 전체적으로 94.19%의 광량 균일도가 구현되며, 출사 광효울은 약 66.23%이다. 또, 출사광의 반치폭은 수평방향으로 ±8.2°, 수직방향으로 ±56°로서 수평방향으로 매우 높은 콜리메이팅 효과를 얻을 수 있다. 도 10b에서의 숫자는 광량을 표시하는 상대적인 값이다.
도 11에는 프리즘 패턴(125)의 정각(G)을 결정할 때에, 유효발광폭의 변화를 고려하지 않은 경우에 광출사부(121)에서의 출광분포을 시뮬레이션한 결과가 도시 되어 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 광입사부(122)(123) 부근에 암부가 생긴다. 이와 같은 결과는, 유효 발광폭의 변화를 고려하지 않고 프리즘 패턴(125)의 정각(G)을 결정하기 위한 기준점이 광입사부(122)(123)의 특정 지점에 고정된 것으로 본 데에 기인한다. 이 경우에 광입사부(122)(123)에 가까운 프리즘 패턴(125)은 광을 출사광축(101)과 나란하게 출사시키지 못하므로, 광입사부(122)(123)에 가까운 광출사부(121)로 출사되는 광은 출광각도분포가 넓어지고 광량이 적어지기 때문이다. 조명광으로 사용될 수 있는 영역은 가장자리의 암부를 제외한 부분(H')가 된다. 따라서, 부분(H')의 길이가 후술하는 도광판(210)(210a)의 측면(211)의 길이와 거의 동일하게 되어야 하며, 광출사부(121) 전체 길이는 도광판(210)(210a)의 측면(211)의 길이보다 길어져야 한다. 물론, 사용 가능한 영역(H') 내에서의 광분포의 균일도도 다소 낮아진다. 그러나, 반사부(124)가 평판형태인 경우와, 프리즘 패턴(125)의 정각(G)이 광축(101)에 나란한 선에 대하여 대칭인 경우에 비하여는 비교적 높은 균일도를 가진 광분포를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 광 가이드 바(120)는 프리즘 패턴(125)의 정각(G)을 반사부(123)의 임의의 위치에서의 유효발광폭을 감안하여 광축(101)에 나란한 선에 대하여 비대칭으로 형성하는 제1특징과, 반사부(123)의 형상을 임의의 위치에서의 유효발광폭을 감안하여 광량이 동일하게 되도록 결정하는 제2특징을 가진다. 따라서, 본 발명에 따른 광 가이드 바(120)는 임의의 위치에서 광량이 동일한 형상을 갖는 반사부(124)와 비대칭의 정각(G)을 같는 프리즘 패턴(125)을 모두 구비하는 광 가이드 바(120)에 한정되지 않는다. 예를 들어, 반사부(124)의 형상은 임의의 형상이 고 프리즘 패턴(125)의 정각(G)이 광축(101)에 나란한 선에 대하여 비대칭인 경우는 광분포의 균일화 효과를 구현할 수 있다. 또, 프리즘 패턴(125)이 임의의 패턴인 경우에도 임의의 위치에서 광량이 동일한 형상의 반사부(124)를 채용함으로써 광출사부(121)에서 출사되는 광의 휘도분포를 균일하게 하는 효과를 구현할 수 있다.
도 12는 선광원장치(100)를 채용한 면광원장치(200) 및 디스플레이 장치(300)의 일 예의 사시도이며, 도 13은 도 12의 측면도이다. 도 12와 도 13을 보면, 면광원장치(200)는 선광원장치(100) 및 도광판(210)을 구비한다.
도광판(210)은 PMMA, PC 등의 투광성 재료로 제조되는 평판형상의 부재이다. 도광판(210)은 선광원장치(100)로부터 출사되는 광이 입사되는 측면(211)과, 이 측면(211)과 교차되는 전면(212) 및 배면(213)을 구비한다. 전면(212)과 배면(213)은 서로 마주보게 위치된다. 선광원장치(100)의 광출사면(121)은 측면(211)과 마주보게 위치된다. 배면(213)에는 측면을 통하여 입사된 광을 전면(212)으로 출사시키는 광출사수단(214)이 마련된다. 광출사수단(214)은 예를 들면, 산란패턴, 회절패턴 등 잘 알려진 수단이 채용될 수 있다. 산란패턴과 회절패턴은 도광판(210)의 표면을 기계적으로 가공방법 또는 패턴이 새져진 스탬프를 도광판(210)의 배면(213)에 압착하는 방법에 의하여 형성될 수 있다. 또, 레이저빔의 간섭을 이용하여 제작된 마스터를 만들고, 이 마스터를 이용하여 몰딩 또는 사출성형함으로써 회절패턴 또는 산란패턴이 형성된 도광판을 제조할 수도 있다. 물론, 광출사수단(214)이 도광판(210)의 전면(212)에 마련되는 것도 가능하다. 이 경우에도 전면(212)이 광출사 면이 될 수 있다. 측면(211)을 통하여 도광판(210)에 입사된 광은 광출사수단(214)에 의하여 전면(212)을 통하여 출사된다.
화상패널(310)은 도광판(210)의 광이 출사되는 면, 즉 전면(212)과 마주보게 위치된다. 화상패널(310)은 예를 들면 투과형 액정패널일 수 있다. 투과형 액정패널은 면광원장치(200)로부터 출사되는 광을 투과시키면서 화상정보에 따라 변환하는 장치를 말한다. 투과형 액정 패널은 잘 알려진 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
광출사수단(214)에 입사되는 광의 입사각도분포가 좁을수록 도광판(210)의 전면(212)을 통하여 출사되는 광의 출광분포도 좁아 져서 매우 균일한 휘도분포를 가지는 면광을 얻을 수 있다. 선광원장치(100)로부터 출사되는 광은 광출사부(121) 전체에 걸쳐 광량이 균일하고 광각도분포도 매우 좁은 콜리메이팅된 광이다. 따라서, 본 발명에 따른 선광원장치(100)를 채용한 면광원장치(200)에 의하면, 균일한 휘도분포를 갖는 면광을 화상패널(310)에 공급할 수 있으며, 이를 채용한 디스플레이 장치에 따르면 균일한 휘도를 갖는 화상을 표시할 수 있다.
화상패널(310)의 뒤쪽에 위치되는 도 12, 도 13에 개시된 면광원장치(200)를 특히 백라이트 장치(BLU:back light unit)라고 한다. 이와 구별되는 개념으로서 프런트-라이트 장치(FLU: front light unit)가 있다. 도 14는 선광원장치(100)를 채용한 면광원장치 및 디스플레이 장치의 다른 예의 사시도이다. 도 15는 도 14의 평면도이며, 도 16은 도 14의 측면도이다.
도 14, 도 15, 및 도 16을 보면, 면광원장치(200a)는 선광원장치(100) 및 도 광판(210a)을 구비한다. 도광판(210a)은 PMMA, PC 등의 투광성 재료로 제조되는 평판형상의 부재이다. 도광판(210a)은 선광원장치(100)로부터 출사되는 광이 입사되는 측면(211)과, 이 측면(211)과 교차되는 전면(212) 및 배면(213)을 구비한다. 전면(212)과 배면(213)은 서로 마주보게 위치된다. 선광원장치(100)의 광출사면(121)은 도광판(210a)의 측면(211)과 마주보게 위치된다.
화상패널(310a)은 도광판(210a)의 광이 출사되는 면, 즉 배면(213)과 마주보게 위치된다. 특히, 본 실시예의 화상패널(310a)은 반투과형 액정패널이다. 반투과형 액정패널은 도 16에 도시된 바와 같이 광을 투과시키는 투과영역과 광을 반사시키는 반사영역을 구비한다. 투과영역과 반사영역이 하나의 화소를 형성한다. 이러한 반투과형 액정패널을 구비함으로써 본 실시예의 디스플레이장치는 양면에서 화상을 표시할 수 있다. 도광판(210a)에서 화상패널(310a)로 향하는 광의 일부는 투과영역에서 투과되어 투과측의 화상을 형성하고, 도광판(210a)에서 화상패널(210a)로 향하는 광의 일부는 반사영역에서 반사되어 반사측의 화상을 형성하게 된다. 즉, 도 16에서 도광판(210a)의 전면(212) 쪽에서 보면 반사된 광에 의하여 형성되는 화상이 표시되며, 그 반대쪽에서 보면 화상패널(310a)을 투과한 광에 의하여 형성되는 화상이 표시된다.
상기한 바와 같은 구조에서 채용되는 면광원장치(200a)는 화상패널(310a)의 전방에 위치되어 있어서 프런트 라이트 장치라고 부른다. 프런트 라이트 장치의 경우에는, 화상패널(310a)에 의하여 반사된 광이 도광판(210a)을 다시 투과하여 화상을 표시하므로, 도광판(210a)에 광의 휘도를 균일하게 하기 위한 광학요소를 배치 하기가 매우 곤란하다. 또, 광의 각도분포를 줄이기 위한 콜리메이팅 광학요소를 배치하기도 매우 곤란하다. 다시 말하면, 도 12, 도 13에 도시된 백라이트 장치의 경우에는 도광판(210)의 전면(212)에 광의 휘도를 균일하게 하기 위한 확산판, 프리즘 쉬트 등의 광학요소를 부가할 수 있으나, 도 14 내지 도 16에 도시된 프런트 라이트 장치의 경우에는 화상패널(310a)에 의하여 반사된 광이 다시 도광판(210a)을 투과하여 화상을 표시하여야 하기 때문에 확산판, 프리즘 쉬트 등의 광학요소를 부가하기가 곤란하다. 또, 도광판(210a)의 전면(211)에 마련되는 광출사수단(214)의 구조도 백라이트장치에 비하여 매우 제한적이다. 예를 들면 광출사수단(214)은 예를 들면 두 개의 경사면(214a)(214b)을 갖는 편향패턴일 수 있다. 이 경우에 큰 경사각도를 가지는 경사면(214b)은 완만한 경사를 가지는 경사면(214a)에 비하여 매우 좁은 범위에 형성된다. 또, 경사면(214a)의 경사각도도 매우 작다. 이는, 화상패널(310a)에 의하여 반사된 광이 도광판(210a)을 투과할 때에 그 광경로를 왜곡시키지 않도록 하기 위함이다.
본 발명에 따른 선광원장치(100)에 의하여 제공되는 광은 광출사부(121) 전역에 걸쳐 매우 균일한 휘도특성을 가지며 광각도분포도 매우 좁게 콜리메이팅되어 있다. 도광판에 확산판이나 콜리메이팅 광학요소를 부가할 필요가 없기 때문에 본 발명의 선광원장치(100)는 프런트 라이트 장치(200a) 및 이를 채용한 반투과형 디스플레이장치(300a)에 적용되는 경우에 매우 효과적이다.
본원 발명의 이해를 돕기 위하여 몇몇의 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었으나, 이러한 실시예들은 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로, 발명을 제한하지 않는다는 점을 이해하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명은 도시되고 설명된 구조와 배열에 국한되지 않는다는 점을 이해하여야 할 것이다. 이는 다양한 다른 수정이 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명에 따른 광 가이드 바 및 선광원장치의 일 실시예의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 광 가이드 바 및 선광원장치의 일 실시예의 평면도.
도 3은 반사부의 임의의 위치에 도달되는 광경로를 도시한 도면.
도 4는 반사부의 형상을 결정하기 위한 변수들을 도시한 도면.
도 5는 결정된 반사부에서의 광량분포를 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프.
도 6과 도 7은 프리즘 패턴의 비대칭 정각을 결정하는 과정을 도시한 도면들.
도 8은 광입사부의 일부가 유효발광폭으로부터 배제되는 예를 도시한 도면.
도 9는 반사부의 위치에 따른 유효발광폭을 감안하여 기준광을 결정하고, 이에 기초하여 프리즘 패턴의 정각을 결정한 경우에 광출사부에서의 출광분포를 시뮬레이션한 결과가 도시한 도면.
도 10a, 10b은 광출사부를 11개의 영역(DET1∼DET11)으로 나누어 각 영역에서의 출광분포를 시뮬레이션한 결과가 도시한 도면.
도 11은 프리즘 패턴의 정각을 결정할 때에 유효발광폭의 변화를 고려하지 않은 경우에 광출사부에서의 출광분포을 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면.
도 12는 선광원장치를 채용한 면광원장치 및 디스플레이 장치의 일 실시예의 사시도.
도 13은 도 12에 도시된 선광원장치를 채용한 면광원장치 및 디스플레이 장 치의 일 실시예의 측면도.
도 14는 선광원장치를 채용한 면광원장치 및 디스플레이 장치의 다른 실시예의 사시도.
도 15는 도 14에 도시된 선광원장치를 채용한 면광원장치 및 디스플레이 장치의 다른 실시예의 평면도.
도 16은 도 14에 도시된 선광원장치를 채용한 면광원장치 및 디스플레이 장치의 다른 실시예의 측면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100......선광원장치 101......출사광축
120......광 가이드 바 121......광출사부
122, 123......광입사부 124......반사부
125......프리즘 패턴 125a, 125b......빗면
G......프리즘 패턴의 정각 200, 200a......면광원장치
210, 210a......도광판 211......측면
212......전면 213......배면
214......광출사수단 300, 300a......디스플레이장치
310, 310a......화상패널

Claims (20)

  1. 광 출사면을 가지는 광출사부;
    상기 광출사부의 양측부에 마련되며 광이 입사되는 광입사면을 가지는 광입사부;
    상기 광 출사부의 양측부 사이에 중앙에 마련되는 중앙부를 구비하는 것으로, 상기 광출사부의 광 출사면에 대면하며, 상기 광입사부를 통하여 입사된 광을 상기 광출사부를 향하여 반사시키는 프리즘 패턴이 마련되어 있는 반사부;를 구비하며,
    상기 반사부의 중앙부로부터 상기 광 출사면을 향하는 출사광축 방향을 y축 방향,
    상기 반사부의 중앙부로부터 상기 출사광축에 수직한 방향을 x축 방향,
    상기 반사부의 중앙부로부터 상기 일측 광입사부까지의 x축 방향의 거리를 L,
    상기 반사부의 중앙부로부터 상기 광입사부의 단부까지의 y축 방향의 높이를 h0 라 하면, 상기 반사부의 형상은,
    Figure 712014001867715-pat00007
    ,
    n = 정수,
    Figure 712014001867715-pat00008
    은 다항식의 계수이며, y는 출사광축 방향의 높이이며, x는 출사광축 방향에 수직인 방향의 거리이다.
    로 표현되는 것을 특징으로 하는 광 가이드 바.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광출사부와 상기 반사부 사이의 폭은 중앙부에서는 넓고 상기 광입사부로 갈수록 좁아지는 것을 특징으로 하는 광 가이드 바.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    출사광축과 나란한 선에 의하여 분할되는 상기 프리즘 패턴의 정각의 두 각을 각각 제1각, 제2각이라 하면, 상기 제1, 제2각은 상기 프리즘 패턴의 두 빗면에 대한 상기 광입사부의 유효발광폭의 중심으로부터 조사되는 광이 상기 출사광축과 나란하게 출사되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 광 가이드 바.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프리즘 패턴은 출사광축과 나란한 선에 대하여 좌우 비대칭인 정각을 갖는 것을 특징으로 하는 광 가이드 바.
  6. 상기 제1항 또는 제2항에 기재된 광 가이드 바;
    상기 광입사부로 광을 조사하는 광원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 선광원장치.
  7. 제6항에 있어서,
    출사광축과 나란한 선에 의하여 분할되는 상기 프리즘 패턴의 정각의 두 각을 각각 제1각, 제2각이라 하면, 상기 제1, 제2각은 상기 프리즘 패턴의 두 빗면에 대한 상기 광입사부의 유효발광폭의 중심으로부터 조사되는 광이 상기 출사광축과 나란하게 출사되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 선광원장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 프리즘 패턴은 출사광축과 나란한 선에 대하여 좌우 비대칭인 정각을 갖는 것을 특징으로 하는 선광원장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 광원은 점광원인 것을 특징으로 하는 선광원장치.
  10. 상기 제1항 또는 제2항에 기재된 광 가이드 바;
    상기 광입사부로 광을 조사하는 광원;
    상기 광출사부로부터 출사되는 광이 입사되는 측면과, 서로 마주보게 위치되고 각각 상기 측면과 교차되는 전면 및 배면, 상기 전면과 배면 중 어느 한 면에 마련되어 상기 측면을 통하여 입사된 광을 그와 마주보는 면으로 출사시키는 광출사수단을 구비하는 도광판;을 구비하는 면광원장치.
  11. 제10항에 있어서,
    출사광축과 나란한 선에 의하여 분할되는 상기 프리즘 패턴의 정각의 두 각을 각각 제1각, 제2각이라 하면, 상기 제1, 제2각은 상기 프리즘 패턴의 두 빗면에 대한 상기 광입사부의 유효발광폭의 중심으로부터 조사되는 광이 상기 출사광축과 나란하게 출사되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 프리즘 패턴은 출사광축과 나란한 선에 대하여 좌우 비대칭인 정각을 갖는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 광원은 점광원인 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  14. 상기 제1항 또는 제2항에 기재된 광 가이드 바;
    상기 광입사부로 광을 조사하는 광원;
    상기 광출사부로부터 출사되는 광이 입사되는 측면과, 서로 마주보게 위치되고 각각 상기 측면과 교차되는 전면 및 배면, 상기 전면과 배면 중 어느 한 면에 마련되어 상기 측면을 통하여 입사된 광을 그와 마주보는 면으로 출사시키는 광출사수단을 구비하는 도광판;
    상기 전면과 배면 중 광이 출사되는 면과 마주보게 위치되어 상기 도광판으로부터 출사되는 광을 이용하여 화상을 형성하는 화상패널;을 포함하는 디스플레이장치.
  15. 제14항에 있어서,
    출사광축에 나란한 선에 의하여 분할되는 상기 프리즘 패턴의 정각의 두 각을 각각 제1각, 제2각이라 하면, 상기 제1, 제2각은 상기 프리즘 패턴의 두 빗면에 대한 상기 광입사부의 유효발광폭의 중심으로부터 조사되는 광이 상기 출사광축과 나란하게 출사되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 프리즘 패턴은 출사광축과 나란한 선에 대하여 좌우 비대칭인 정각을 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 광원은 점광원인 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 화상패널은 일부의 화상광을 상기 도광판 쪽으로 반사시키는 반투과형 화상패널인 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  19. 삭제
  20. 삭제
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