KR20010041166A - 평면 조명 장치 및 작동 방법 - Google Patents

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KR20010041166A
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프랑크 볼코머
로타르 히츠쉬케
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타실로 다우너 ; 랄프 프레준 ; 요아힘 베르너
파텐트-트로이한트-게젤샤프트 퓌어 엘렉트리쉐 글뤼람펜 엠베하
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Abstract

본 발명은 광 투과판(2) 및 광을 광 투과판(2)으로 커플링하는데 사용할 수 있는 적어도 두개의 전기광원(3, 4)을 포함하는 평면 조명 장치(1)에 관한 것이다.
제 1 광원(3)은 광 투과판(2)에 근접하여 있으며 제 2 광원(4)은 작동 동안 제 2 광원(4)으로부터 방사된 광이 적어도 부분적으로 제 1 광원(3)을 거쳐 광 투과판에 진입할 수 있는 방식으로, 광 투과판(2)에서 보면 제 1 광원 뒤쪽에 배치되어 있다.
디밍 작동에서, 광 투과판(2)에 가장 근접한 제 1 광원(3)은 스위칭 오프되어 제 2 광원(3)에서 광 투과판(2)으로 커플링 될 광속을 약하게 한다. 이런 식으로 최후의 디밍은 광원이 전기적 또는 발광특성을 변화함이 없이 가능하다.

Description

평면 조명 장치 및 작동 방법{FLAT LIGHTING DEVICE AND METHOD FOR OPERATING}
그러한 조명기구는 이미 US 5 408 388 로부터 개시되었다. 튜브형 형광 램프는 광 투과판의 서로 대향 위치한 두 좁은 면 상에 대응하는 가장 밀접한 좁은 면에 평행하게 배치된다. 휘도를 증가시키기고 균일성을 개선하기 위해 반사 구조는 광 투과판의 후면에 배치되며, 확산형 산란 구조가 광 투과판의 전면에 배치된다.
어떤 경우, 예를 들어 암실, 자동차 및 비행기 등에서는 디스플레이의 휘도, 결과적으로 조명 장치가 낮춰지는, 즉 디밍(dimmed)이 필요하다.
종래 기술에서는 광의 색온도가 너무 심하게 변하거나 또는 방전이 비균일하게 되어 광원 작동이 불안정하거나, 또는 심지어 광원이 갑자기 꺼지므로, 휘도를 낮추는 가능한 필요 단계가 단지 광원에 커플링된 전력을 상응하게 낮추는 것으로 구현될 수 없다는 단점이 있다.
본 발명은 청구항 제 1 항의 서두와 관련한 평면 조명 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 조명 장치를 작동하는 방법에 관한 것이다.
보다 상세히는 적어도 하나의 광원의 광이, 예를 들어 광 투과판(optical conductor plate)(소위 "에지 조명 기술"(edge-light technique))의 적어도 하나의 좁은 면("모서리"(edge))을 통해 광 투과판으로 커플링(couple)되는 경우의 평면 조명 장치에 관한 것이다. 예를 들어, 광 투과판 이면의 적절한 구조에서 반사에 의해 광은 광 투과판 전면 전체의 외부면으로 통과하며, 따라서 광 투과판의 크기에 따라서 연장되는 평면 광원으로서 작용한다.
그러한 조명장치는 예를 들어, 역광 디스플레이, 특히 액정 디스플레이(LCDs) 및 광역 광고 패널(panel)의 목적으로 쓰여진다. 액정 디스플레이는, 예를 들어 소비 전자공학에서 제어실, 비행기 조종실 및 자동차, 그리고 개인 컴퓨터(PCs)의 디스플레이 스크린으로서 다양한 용도를 가진다.
도 1a 는 평면 조명 장치를 도시한다.
*도 1b 는 도 1의 평면 조명 장치의 단면도이다.
도 2 는 평면 조명 장치의 변형예를 도시한다.
본 발명의 목적은 청구항 제 1 항 서두에 따른 평면 조명 장치를 제공하는 것이며, 이는 전술한 단점을 피하여 개선된 디밍을 가능하게 하는 것이다.
이 목적은 청구항 제 1 항의 특징적 형태로 달성된다. 특히 유익한 고안은 독립항에서 알 수 있다.
게다가, 본 발명은 상기 목적을 성취하기 위해 방법 청구항에 따라 조명 장치를 작동하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따라 제 1 광원은 광 투과판에 인접하게 배치되며, 제 2 광원은 광 투과판에 대해 제 1 광원 뒤쪽에 배치된다.
"광 투과판에 대해 제 1 광원 뒤쪽에 배치된..."이라는 구성은 광원과 광 투과판이 반드시 공통의 평면에 배치되어야 함을 의미하는 것은 결코 아니다. 오히려, 램프는 서로 및 광 투과판에 관하여 상쇄된다. 본 발명의 중대한 잇점은 단지 적어도 제 2 광원에 의해 방사되는 광의 일부가 제 1 광원을 통해 광 투과판으로 통과한다는 것이다. 적절한 경우, 필요하거나 또는 적어도 그 자체가 광을 조명 장치의 개별 요소를 통해 적절히 유도하는 추가의 광 시스템을 가지는 것은 도움이된다. "하부의"(downstream of)- 또는 관점의 전환에서 보어 "상부의"- 는 이 문장에서 제 2 광원의 광선이 제 1 광원을 통해 광 투과판으로 커버링하는 경로에 관한 것이다.
최후의 디밍 작동을 위해, 제 1 광원의 스위칭 오프 및 단지 제 2 광원의 스위칭 온 유지 또는 경우에 따라서는 처음으로 제 2 광원을 스위칭 온 할 수도 있다. 광 투과판으로 커플링되는 제 2 광원의 광에 대해 예를 들어 광 투과판의 좁은 면을 통해 제 1광원은 확산체 및/또는 흡수체로서 작용을 하며, 따라서 실제적으로 커플링되는 광속의 일부를 감소시키며, 결과적으로 광 투과판의 휘도를 감소시킨다.
원칙적으로 광원으로서는 서로에 대해 평행하게 방향 설정된 긴 전기 램프, 특히 예를 들어 두개의 튜브형 형광 램프같은 긴 형광 램프가 적절하거나 또는 단일 형광 램프는 예를 들어 각 림브에 대해 독립적으로 스위칭 될 수 있는 전극을 가진 U 자형 형광 램프의 두 림브 처럼 서로 독립적으로 작동할 수 있는 두 발광부를 가진다.
분리된 스위칭 능력은 유전적으로 방해되는 전극, 특히 튜브형 형광 램프의 방전관 외부에 배열된 전극을 사용하여 용이하게 구현된다.
이런 형태의 램프는 보통은 방전 매체로서 예를 들어 크세논(xenon)같은 불활성 가스를 포함하는 방전관을 포함한다. 유전적으로 방해된 방전은 예를 들어 Xe2 *같은 엑사이머(excimers)를 생성한다. 엑사이머는 전자기 방사, 특히 UV/VUV 방사를 발생하며, 이는 적절한 경우 형광 물질에 의해 가시광으로 변형된다. 실시예로 이에 대한 또다른 상술이 참조된다.
바람직하게 가장 간단한 경우, 즉 추가의 광 요소 없이 광 투과판과 마주하는 제 1 구경이 제 1 광원에 제공된다. 광은 구경 및 적절한 경우 또다른 광 요소 때문에 특히 광 투과판의 방향으로 방사된다. 이런 식으로, 표준 작동에서 개선된 효율을 얻을 수 있다.
형광 램프를 사용하는 경우, 부분적으로 형광 물질이 완전히 제거되거나 적어도 램프 벽의 잔여 부분보다 더 얇은 층이 제공되는 사실 덕택으로 구경은 가장 간단하게 구현될 수 있다.
제 1 광원의 산란 및/또는 흡수 작용에 의해 휘도를 줄이는 수단은 제 1 광원을 따라 배치되고 제 2 광원과 마주보는 제 2 구경의 폭에 의해 영향을 받을 수 있다. 이어, 특히 제 2 광원으로 부터의 광은 바람직하게 제 2 구경을 통해 제 1 광원으로, 나아가서는 광 투과판위로 통과한다. 이어 제 2 구경은 실상은 제 2 광원으로부터 제 1 광원으로 커플링되는 광에 대해 홈 스톱(slotted stop)으로 작용한다. 이어 제 1 광원의 상응하게 좁은 구경의 도움으로 또한 제 2 광원을 사용하는 것이 가능하다. 제 2 광원은 원칙적으로 임의적인 광 투과판의 낮은 휘도를 얻기위해 완전한 전력 주입에 관련하여 작동된다.
제 2 구경은 전형적으로 제 1 구경보다 더 좁다. 그 결과, 한편으로 강한 산란 즉, 확실한 디밍이 달성되며, 다른 한편으로 디밍되지 않은 상황에서 제 1 램프의 고효율이 얻어진다.
더욱이, 램프의 벽은 반사하는 가시 광에 대한 층을 가질 수 있으며, 전술한 구경은 이 반사층에서 제거되거나 또는 적어도 이 영역에서 충분히 얇다.
이하의 방법 단계는 평면 조명 장치의 디밍 작동을 포함하는 작동을 위해 본 발명에 따라 제안된다.
이하에서 "표준 작동"(normal operation)으로 표시될 광 투과판의 고휘도에 대한 작동을 위해 적어도 제 1 광원은 스위칭 온 되며, 제 2 광원은 임의적으로 추가로 스위칭 온 된다. 이런 작동 상황에서, 소정의 디밍은 그 자체로 알려진 대로 제 1 광원으로의 전력 인가를 줄임으로써 성취되며, 이런 형태의 디밍은 이미 서두에 언급한 대로 소정의 한계로 셋팅되어 여기서 문제로서 추가로 언급되지는 않는다.
광 투과판의 더 낮은 또는 이보다 충분히 더 낮은, 이하에서 디밍 작동으로 표시될 휘도로 작동하기 위해, 제 1 광원은 스위칭 오프되며 반면에 제 2 광원은 스위칭 온 상태로 남아있거나 또는 적절한 경우 처음으로 스위칭 온 된다.
물론, 본 발명에 따른 방법은 디밍 작동으로 직접 시작할 가능성 즉, 양 램프가 스위칭 오프된 상황에서 시작하여 즉시 제 2 램프를 스위칭 온 하는 가능성을 제공한다. 각 경우, 광 투과판으로 커플링되는 제 2 광원의 광속은 우선 광원의 스위칭 오프 또는 산란 및/또는 흡수에 의해 감소된다. 제 1 광원의 감소 또는 산란 작용, 이어 실질적으로 결합된 광의 일부, 결국 광 투과판의 휘도는 이미 전술한 대로 제 1 광원의 구체적인 구성, 특히 제 2 구경에 의해 영향받을 수 있다.
특히 단순한 설계에서, 제 2 광원은 구경없는 통상적인 튜브형 형광 램프이다. 제 1 광원은 바람직하게 구경 형광 램프이다.
게다가, WO-A-94/23442 와 관련하여, 적어도 제 1 램프로 변화가능한 유효 전력의 도움으로 "제 1 광원 온" 및 "제 2 광원 오프"의 두 상태 사이의 휘도 범위를 커버링하는 것은 유리하다. WO-A-94/23442에 설명된 펄싱된 유효전력 주입을 위해 "펄스 폭" 및 "펄스 지속" 파라미터의 특정 선택에 의해, 제 1 및 제 2 광원의 광속은 영향받을 수 있다.
이 점에 있어서, 제 1 광원의 산란 작용에 의해 주로 균일화 되므로제 2 광원의 전력 주입을 낮춤으로써 발생할 수 있는 휘도 분포에서의 발생가능한 비균일성은 아무런 역할을 하지 않는다.
본 발명은 실시예로 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1a, 1b 는 개략적인 평면도이며, 각각 역광 조명 액정 디스플레이(미도시)를 위한 본 발명에 따른 평면 조명 장치(1)의 라인 AA 를 따라서 절개한 단면도이고, 광 투과판(2), 이중 구경(double-aperture) 형광 램프(3), 제 2 형광 램프(4) 및 두 램프(3, 4)를 작동시키기 위한 (이하에서 간략히 EB"로 참조될) 전자 안정기(5, 6)를 포함한다.
광 투과판(2)은 두께(d)＝10㎜, 길이(L)＝27㎝ 및 폭(l)＝20㎝의 평평한 플렉시그라스(Plexiglas) 입방체를 포함한다. 광 투과판(2)의 좁은 네면 중 제 1 면(7)은 이하에서 "광 진입 에지"(light entrance edge)로 간략히 표기된다.
이중 구경 형광 램프(3)는 광 투과판(2)의 광 진입 에지에 평행하게 배치된다. 램프(3)는 튜브형 방전관(8), 두 전극(9, 10) 및 기능적 층 시스템(functional layer system)을 포함한다. 층 시스템은 이산화 티탄늄(TiO2)으로 만들어진 반사층(11) 및 3-밴드 형광 물질로 만들어진 3-밴드(band) 형광층(12)을 포함한다. 3-밴드 형광재료는 청색 요소 BaMgAl10O17:Eu, 녹색 요소 LaPO4:Ce,Tb 및 빨강 요소(Y,Gd)BO3:Eu 를 포함한다. 결과의 색 배합은 x＝0.395, y＝0.383 즉, 흰색이 생성된다. 반사층(11)은 방전관(8)의 내벽에 직접 사용되며, 제 1 구경(13)은 폭(B)＝8 mm로, 제 2 구경은 폭(b)＝1 mm 로 절단되어 있다. 이중 구경(13, 14)의 폭(B, b)의 크기는 한편으로 일반 작동에 대해 이중 구경 형광 램프(3)에 의해 발생하는 광의 효과적인 사용을 보장하며, 다른 한편으로 제 2 형광램프(4)에 의해 발생하는 광의 클리어 감소(clear ruduction)를 보장한다. 이를 위해 제 1 구경(13)은 광 투과판(2)과 마주보며, 제 2 구경(14)은 제 2 형광램프(4)와 마주보는데, 이는 이중 구경 형광 램프의 뒤쪽에 배치된다. 형광층(12)은 반사층(11)에 사용되거나, 구경(13, 14)의 영역에서 방전관(8)의 내벽에 직접 사용된다. 유리를 포함하는 방전관의 외부 직경은 약 0.5mm의 벽 두께와 함께 대략 14 mm이다. 관의 재료로부터 형성되는 돔형(dome)(15 또는 미도시) 때문에 관의 양 끝에서 가스가 새지 않는 형식으로 밀폐된 튜브형 방전관(8)의 길이는 대략 27cm이다. 대략 17kPa의 충전 기압을 가진 크세논(xenon)은 방전관(8) 내부에 위치한다. 두 전극(9, 10)은 튜브의 세로 축에 평행하며 서로에 대해 정반대의 형태로 방전관(8)의 내벽 상에 배치된 금속 스트립(strip)으로 구성된다. 튜브형 방전관의 경우 방전을 위한 최대 가능 방전 거리(W)의 방식으로 사용되며 상응하는 램프의 고 광속이 결론적으로 얻어진다(이에 대한 설명은 WO-A-94/23442에서 알 수 있다). 양 전극(9, 10)은 유리 솔더(glass solder)로 만들어진 유전체 층(16)으로 커버링된다. 램프의 한쪽 끝에 캡(17)이 제공된다. 캡(17)은 두 전극(9, 10)에 연결되는 두 연결핀(18a, 18b)을 포함한다.
형광 램프(14)는 광 투과판(2)에 대해 이중 구경 형광 램프(3)의 뒤쪽에 배치된다. 동일한 형상에 동일한 참조번호가 제공된다. 이중 구경 형광 램프(3)에 대조를 이루어 길게 연장된 두 전극(19, 20)은 방전관(8)의 외벽 상에 설비된다. 게다가, 형광램프(4)는 반사층 및 구경이 없다.
두 전자 안정기(EB)는 공급선(21a, 21b)을 거쳐 두 램프(3, 4)의 대응 연결핀(18a, 18b)에 연결되며 이미 인용된 WO-A-94/23442 와 관련하여 휴지(pause)에 의해 서로로 부터 분리된 유효 전력 펄스의 도움으로 상호 독립 작동을 가능케한다. 이 목적을 위한 적절한 회로 배치는 예를 들어, EP-A-0 781 078 에서 알 수 있다.
표준 작동시, 단지 연결된 제 1 안정기(5)에 의해 이중 구경 형광 램프(3)가 작동된다. 결과는 광 투과판(2)의 전면(22) 상에 상대적으로 고 휘도를 초래한다.
디밍 작동(dimmed operation)시, 이중 구경 형광 램프(3)는 스위칭 오프되며, 램프(3)의 뒤에 배치된 제 2 형광 램프(4)는 전자 안정기(6)에 의해 스위칭 온 된다. 그 결과 이중 구경 형광 램프(3)는 형광 램프(4)로부터 광 투과판(2)으로 커플링되는 광에 대해 확산체로서 작용한다. 결과적으로, 광 투과판의 전면(22) 상의 휘도는 표준 작동시 보다 현저히 낮다.
도 2 는 도 1 의 평면 조명 장치의 변형예를 도시한다. 일치하는 형상에 동일한 참조 번호가 제공된다. 도 1a 의 장치와 대조를 이루어 이중 구경 형광 램프(3) 및 형광 램프(4)는 각각 단일 U 자형 형광 램프(25)의 두 림브(limb)로 구현된다. 두 선형 전극(26a, 26b는 보이지 않음) 및 (27a, 27b는 보이지 않음)은 각각 두 림브(23, 24)의 외벽 상에 쌍으로 반대쪽에 배치되며 세로 축에 평행하다. 형광 램프(25)는 전극의 말단부에 각 전극(26a,26b,27a,27b)에 대해 4개의 연결핀(29a,29b,30a,30b)이 제공되는 캡(28)을 포함한다. 제 1 림브(23)로 형성되는 제 1 광원에 제 1 전자 안정기(5)가 공급되며, 제 2 림브로 형성되는 제 2 광원에 제 2 전자 안정기(6)가 공급된다. 이런 다양한 작동 모드는 도 1a, 1b 를 참조하여 설명되는 것과 일치한다.
물론, 제안된 지침은 본 발명의 잇점을 잃지 않고 광 투과판의 하나 이상의광 진입 에지에 사용될 수 있다. 오히려 2, 3 또는 4 개의 광 진입 에지를 거친 광 주입 때문에 비록 램프에 대해 상응하는 추가 경비가 생기지만 보다 정교한 단계적 조명 낮춤을 구현할 수 있다. 마찬가지로, 각 램프는 예를 들어, L 또는 U 자형으로 굽을 수 있으며 따라서, 하나 이상, 특히 두개 또는 세개의 에지로 구현될 수 있다. 이런 모든 변화는 또한 명백히 청구된다.

Claims (12)

  1. 광 투과판(2) 및 광을 상기 투과판(2)으로 커플링하기에 적절한 적어도 두개의 전기광원(3,4 ; 23,24)을 포함하는 평면 조명 장치에 있어서,
    상기 적어도 두 광원 중 제 1 광원(3;23)은 상기 광 투과판(2)에 근접하게 배치되며,
    상기 적어도 두 광원 중 제 2 광원(4;24)은 작동 동안 상기 제 2 광원에 의해 방사된 광의 적어도 일부가 상기 제 1 광원을 통해 상기 광 투과판(2)으로 통과할 수 있도록 상기 제 1 광원 뒤쪽에 배치되며,
    상기 제 1 광원(3;23)은 상기 제 2 광원(4;24)으로부터 광 투과판(2)으로 커플링될 광속(light flux)을 감소시키는 것을 특징으로 하는 평면 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 두 광원은 서로에 대해 평행하게 방향 설정된 두 튜브형 형광 램프(3;4)에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 평면 조명 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 두 광원은 U 자형 형광 램프(25)에 의해 구현되며, 각 경우에 상기 형광 램프의 두 리브(23,24)에는 독립적으로 스위칭 될 수 있는 전극(26a,b; 27a,b)이 제공되는 것을 특징으로 하는 평면 조명 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 방전관(방전관들)(8)은 예 를 들어 크세논(xenon) 같은 불활성 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 조명 장치.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형광 램프(3)는 적어도 하나의 유전적으로 방해되는 전극(9,10; 19,20; 26a,b; 27a,b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 조명 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 광원(3)은 광이 광 투과판(2)으로 통과할 수 있는 제 1 구경을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 조명 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 광원(3)은 상기 제 2 광원과 마주보며 상기 제 2 광원(4)으로부터 상기 제 1 광원으로 커플링되는 광에 대해 스톱(stop)으로써 작용할 수 있는 제 2 구경(14)을 가지는 것을 특징으로 하는 평면 조명 장치.
  8. 제 6 항 및 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 구경(14)은 상기 제 1 구경(13) 보다 더 좁은 것을 특징으로 하는 평면 조명 장치.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 광원(3)의 벽에 상기 구경(13,14)을 제외하고 반사층(11)이 제공되는 것을 특징으로 하는 평면 조명 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 하나 또는 그 이상의 청구항에 따른 평면 조명장치를 작동하기 위한 방법에 있어서,
    상기 광 투과판(2)을 고 휘도로 선택 작동시, 상기 제 1 광원(3;23)은 스위칭 온 되는 단계("표준 작동"(normal operation)); 및
    상기 표준 작동과 비교해서 낮은 광 투과판의 휘도로 작동시, 상기 제 1 광원(3;23)은 스위칭 오프되며 상기 제 2 광원(4;24)은 스위칭 온 되는 단계("디밍 작동"(dimmed operation))를 포함하는데,
    상기 제 1 광원(3;23)은 상기 제 2 광원(4;24)으로부터 상기 광 투과판으로 커플링되는 상기 광에 대해 확산체로서 작용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 광원이 유전적으로 방해되는 전극(9,10; 19,20; 26a,b; 27a,b)을 가진 적어도 하나의 형광 램프(3,4; 25)에 의해 구현될 때, 이러한 상기 광원(3,4; 23,24)에 개별 유효 전력 펄스가 휴지(pause)에 의해 서로로부터 분리되는 경우 펄싱된 유효 전력 시퀀스가 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 광원(3,4; 23,24)의 전력 소비가 상기 펄스 주기 및/또는 휴지 주기에서 변화에 의해 영향을 받는 것을 특징으로 하는 방법.
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