KR20040086401A - 소형 조명 시스템과 디스플레이 디바이스 - Google Patents

소형 조명 시스템과 디스플레이 디바이스 Download PDF

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KR20040086401A
KR20040086401A KR10-2004-7012830A KR20047012830A KR20040086401A KR 20040086401 A KR20040086401 A KR 20040086401A KR 20047012830 A KR20047012830 A KR 20047012830A KR 20040086401 A KR20040086401 A KR 20040086401A
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KR10-2004-7012830A
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마티즈스 하. 케우페르
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루미리즈 라이팅 네덜란즈 비.브이.
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Abstract

디스플레이 디바이스(12)를 조명하기 위한 소형 백라이트 시스템에는 앞벽(2)과 그 반대쪽에 위치한 뒷벽(3)이 있다. 발광 다이오드(7)를 포함하는 적어도 하나의 광원(6)에는 반투명한 렌즈 모양의 커버(8)가 제공된다. 시스템은 광원(6)으로부터의 빛을 발광 패널(1)로 연결하기 위한 적어도 하나의 광입력 구조(4)를 가진다. 동작 중에 광원(6)으로부터 나오는 빛은 광입력 구조(4) 상에 입사하고 상기 발광 패널(1)에서 분산된다. 본 발명에 따르면, 광입력 구조(4)는 광원 쪽으로 향한 원추 또는 절두 원추형이다. 발광 패널(1)의 두께(dp)는 광원(6)의 반투명 렌즈 모양의 커버(8)의 직경(dc)보다 작다. 광입력 구조(4)는 프리즘 또는 피라미드 모양인 것이 바람직하다.

Description

소형 조명 시스템과 디스플레이 디바이스{COMPACT LIGHTING SYSTEM AND DISPLAY DEVICE}
이러한 조명 시스템은 그 자체로 알려진 것이고 또한 가장자리 조명 시스템으로 지칭된다. 그러한 시스템들은 특히 예를 들면 TV와 모니터를 위한 화상 디스플레이 디바이스에서 백 라이팅 시스템으로 사용된다. 이러한 조명 시스템은 특히 (휴대용) 컴퓨터나 (무선) 전화기에 사용되는 LCD 패널이라고도 하는 액정 디스플레이 디바이스와 같은 비발광성(non-emissive) 디스플레이를 위한 백라이트로서 사용하기에 적합하다.
상기 디스플레이 디바이스는 일반적으로, 최소 1개의 전극에 의해 각각 제어되는 규칙적인 패턴의 픽셀로 되어진 기판을 포함한다. 디스플레이 디바이스는 화상 디스플레이 디바이스의 화상 스크린의 관련된 분야에서 화상 또는 데이터 그래픽 디스플레이를 얻기 위하여 제어 회로를 이용한다. LCD 장치에 있어서, 백라이트로부터 나오는 빛은 스위치나 변조기에 의해서 변조되며 여러 유형의 액정 효과가 사용된다. 게다가, 디스플레이는 전기 이동 또는 전기 기계적 효과에 기초를 둘 수도 있다.
이러한 조명 시스템은 또한 일반적인 조명 목적을 위한 조명이나 상점 조명, 예를 들면 상점 윈도우 조명 또는 그 위에 물건, 예를 들면 보석이 전시되는 유리판(투명 또는 반투명)이나 합성 수지판(투명)의 조명을 위한 발광체로서 사용된다. 더욱이, 이러한 조명 시스템은 예를 들어 유리벽으로 하여금 어떠한 조건하에서 빛을 방사하게 하거나 빛에 의해서 윈도우를 통하여 조망을 가리거나 감소하게 하는 창문 유리로서 이용된다. 또다른 대안적인 응용은 광고판을 위해 그러한 조명 시스템을 이용하는 것이다.
서문에서 언급한 조명 시스템에 있어서, 보통 사용되는 광원은 전기 광학 소자라고도 하는 광전자 소자, 예를 들어 발광 다이오드(LED)와 같은 다수의 전기 발광 소자를 포함한다. 이들 광원들은 보통 발광 패널의 광전송 가장자리 표면의 부근이나 접하는 곳에 갖추어져 있고, 이 경우에 광원으로부터 나오는 빛은 작동 중에 광전송 가장자리 표면에 입사되고, 패널에서 분산된다.
LCD 패널을 비추기 위한 조명 시스템은 US-A 5,921,652호로부터 알려져 있다. 사용된 광원은 빛을 광 파이프라고도 하는 발광 패널 속으로 소위, 광변환 영역을 거쳐 연결하는 발광 다이오드에 의해서 형성된다. 빛은 언급한 광변환 영역에서 혼합된다.
위와 같은 타입의 조명 시스템은 너무 많은 공간을 차지한다.
본 발명은 발광 패널을 갖춘 조명 시스템에 관한 것으로,
앞벽과 그 반대쪽에 위치한 뒷벽,
반투명 렌즈 모양의 커버(cover)가 제공된 발광 다이오드를 포함하는 적어도 1개의 광원,
상기 광원으로부터 발광 패널로 빛을 연결하기 위한 적어도 1개의 광입력 구조를 포함하고,
동작 중에 상기 광원으로부터 나오는 빛은 광입력 구조 위에 입사되고, 상기 발광 패널에서 분산된다.
본 발명은 또한 상기 조명 시스템이 제공된 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 조명 시스템의 일 실시예를 포함하는 디스플레이 디바이스의 단면도.
도 2는 발광 패널의 두께의 함수로서 다양한 광입력 구조와 다양한 타입의 광 가이드 수단의 광 입력 효율을 도시하 도시하는 도면.
전술한 단점을 전부 또는 부분적으로 없애는 것이 본 발명의 목적이다. 본 발명에 따르면 서문에서 언급한 종류의 조명 시스템은 이 목적을 위한 것이며, 상기 시스템은 광입력 구조가 광원 쪽으로 향한 원추 또는 절두 원추형이고 발광 패널의 두께(dp)는 광원의 반투명 렌즈 모양의 커버의 직경(dc)보다 작다는 것을 특징으로 한다.
광입력 구조의 면적을 증가시킴으로서 광원으로부터 나오는 빛이 발광 패널로 연결되는 효율은 증가된다. 발광 다이오드에 기초한 광원은 보통 반투명 렌즈 모양의 커버에 의해 덮여진 발광 부분(칩)을 포함한다. 광입력 구조의 모양은 물론, 이 렌즈 모양의 커버의 크기도 주로 빛이 어떻게 (효율적으로) 광원으로부터 발광 패널로 전달되는 가를 결정한다.
알려진 조명 시스템에 있어서, 광입력 구조는 일반적으로 발광 패널의 옆쪽 벽인 가장자리 표면이다. 상기 가장자리 표면은 발광 패널의 앞벽과 뒷벽 사이에제공된다. 광원으로부터 나오는 빛을 충분히 효율적으로 가장자리 표면이 있는 알려진 조명 패널의 발광 패널로 연결하기 위하여 발광 패널의 두께는 반투명 렌즈 모양의 커버의 특성 치수, 예를 들면 반투명 렌즈 모양의 커버의 직경(dc)보다 더 커야 한다.
본 발명에 따른 광원의 방향으로 점차적으로 좁아지는 광입력 구조의 테이퍼된 모양은 광원으로부터의 빛이 비교적 높은 효율로 발광 패널로 연결되도록 한다. 어떠한 이론적인 설명을 주지 않고서도 발광 패널의 두께와 광원으로부터의 빛이 발광 패널로 연결되는 효율과의 사이에는 역관계가 존재한다. 광입력 구조의 비교적 큰 효율적인 표면으로 인해, 발광 패널의 크기는 빛이 발광 패널 속으로 연결되는 비교적 높은 효율이 불리하게 영향을 받지 않는다면, 축소될 수 있다. 소형 조명 시스템은 본 발명에 따르는 방법을 통하여 얻어진다.
광입력 구조는 프리즘 또는 피라미드 모양인 것이 바람직하다. 프리즘이나 피라미드 형태인 광입력 구조는 특히 광입력 구조의 큰 특정 표면을 얻는데 유용하다. 피라미드의 정점(또는 절두 원추형 단부)은 반투명 렌즈 모양 커버의 (기하학적) 중심 쪽으로 향하는 것이 바람직하고, (거의) 반투명 렌즈 모양의 커버와 접촉하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 조명 시스템의 바람직한 일 실시예에서, 광입력 구조는 발광 패널의 통합된 부분이다. 조명 시스템의 발광 패널과 광입력 구조는 하나로 주조되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 조명 시스템의 바람직한 실시예에서 광 가이드 수단은 광입력 구조를 둘러싸도록 광원과 발광 패널의 부근에 제공되어 있고, 언급한 광 가이드 수단은 광원으로부터 나오는 빛을 광입력 구조 방향으로 인도하는 것을 특징으로 한다.
광입력 구조와 마주보고 있는 광 가이드 수단의 내부 표면은 반사적이거나 반사성 물질이 제공되는 것이 바람직하다. 광 가이드 수단은 광원으로부터 나오는 빛을 광입력 구조 방향으로 인도하는 (반사) 거울로서의 기능을 한다.
광 가이드 수단은 타원형의 모양을 하는 것이 바람직하다. 타원형의 거울은 광원으로부터 나오는 빛을 광입력 구조 방향으로 효과적으로 인도한다. 대안적인 실시예에서 광 가이드 수단(9)은 여러 면으로 되어 있다(faceted). 여러 면으로 하면 반사하는 동안, 특정 방향으로 빛을 향하게 하는 것을 가능하게 한다.
사용된 광원은 하나 또는 그 이상의 발광 다이오드(LED) 및/또는 서로 조합되는 다른 컬러의 LED에 의해서 형성된다. 컬러들은 LED의 적절한 이용을 통해서 원하는 방식으로, 예를 들면 원하는 색 온도의 백색 광을 생성하기 위해, 혼합될 수도 있다. 광원은 3개의 발광 다이오드를 포함하는 것이 바람직하다. LED는 원래 알려진 적, 녹, 청 LED의 조합 또는 예를 들면 적, 녹, 청 및 호박색(amber) LED의 조합을 포함하는 것이 바람직하다. 3개의 발광 파장을 가지는 LED는 다른 발광 파장을 가지는 2개의 LED에 의해서도 실현될 수도 있고 여기서, 그러한 타입들 중 하나의 타입의 LED에는 LED의 광 방출이 형광체에 의해 제 3의 원하는 발광 파장의 빛으로 변환되도록 형광체가 (부분적으로) 제공된다. 원래 알려진 적, 녹, 청 LED의 조합은 디스플레이 디바이스의 상태와는 관계없이 컬러 변화를 실현 가능하게 한다. LED의 이용은 동적 조명 가능성이 얻어지는 또다른 장점을 가진다. 이러한 목적을 위해, 가장자리 표면 중 하나에 존재하는 센서는 작동 중에 광원에 의해서 방출된 빛의 광학적 성질을 측정한다.
LED에 의해 방출된 빛의 양은 발광 다이오드의 광속(luminous flux)이 변하기 때문에 조정된다. 광속의 이러한 제어는 보통 에너지 효율적인 방식으로 일어난다. 따라서, LED는 효능의 상당한 손실 없이 어둡게 될 수 있다. 발광 다이오드에 의해서 방출된 빛의 세기는 디스플레이 디바이스에 의해서 표시될 화상의 조도 레벨에 응답하거나 주위 빛의 레벨에 응답하여 가변적인 것이 바람직하다. 디스플레이 디바이스에 의해서 표시되는 화상의 컬러 포인트는 조명 시스템에 의해서 결정되는 것이 바람직하다. 디스플레이 디바이스에 의해서 디스플레이 될 화상의 (개선된) 동적 범위(예를 들면, 콘트라스트)는 이를 통해 이루어진다.
각 발광 다이오드는 적어도 10lm의 광속을 가지는 것이 바람직하다. 이렇게 높은 출력을 가지는 LED는 또한 LED 파워 패키지로 부르기도 한다. 이들 고효율, 고출력 LED의 사용은 바람직한 비교적 높은 광출력을 위하여 요구되는 LED의 수는 비교적 적다는 특별한 장점을 가진다. 이것은 소형 구성과 생산될 조명 시스템의 효율에 이득이 된다. LED의 사용의 또다른 장점은 비교적 대단히 긴 서비스 수명과 비교적 낮은 에너지 소비, 및 LED를 갖춘 조명 시스템에 관한 낮은 유지 비용이다.
이제, 본 발명을 많은 실시예와 도면을 참조하여 좀더 상세히 설명한다.
상기 도면들은 순수하게 도시적인 것으로, 실측대로 그려져 있지 않다. 어떤 치수는 특히, 명확히 하기 위하여 심하게 과장되어 있다. 동일한 부품은 어느 도면에서나 가능하면 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 1은 본 발명에 따른 조명 시스템의 일 실시예를 포함하는 디스플레이 디바이스의 단면도이다. 조명 시스템은 광 전송 물질의 발광 패널(1)을 포함한다. 패널(1)은, 예를 들어 합성 수지, 아크릴, 폴리카보네이트, 퍼스펙스(Perspex)와 같은 pmma 또는 유리로부터 제조된다. 빛은 동작 중에 발광 패널(1)을 통하여 전송되고 내부 전반사(TIR)를 이용한다. 발광 패널은 앞벽(2)과, 그 반대쪽에 있는 뒷벽(3)을 가진다. 도 1에서, 반투명 렌즈 모양의 커버(8)를 갖춘 발광 다이오드(7)를 포함하는 적어도 1개의 광원(6)이 제공된다. 조명 시스템은 광원(6)으로부터 발광 패널(1)로 빛을 연결시키는 적어도 하나의 광 입력 구조(4)를 포함한다. 동작하는 동안, 광원(6)으로부터 나오는 빛은 광입력 구조(4) 상에 입사하고, 발광 패널(1)에서 분산된다. 본 발명에 따르면, 광입력 구조(4)는 광원(6) 쪽으로 원추형 또는 절두 원추형으로 되어 있다.
광입력 구조(4)의 면적을 증가시킴으로써, 광원(6)으로부터 나오는 빛이 발광 패널(1)로 연결되는 효율이 증가된다. 광입력 구조(4)는 광원의 방향으로 점진적으로 좁아져서, 광원(6)으로부터의 빛이 발광 패널(1) 속으로 비교적 높은 효율로 연결되도록 한다. 광입력 구조(4)의 비교적 큰 효율을 가진 표면으로 인해, 발광 패널(1)의 크기는 감소된다. 본 발명에 따르면, 발광 패널(1)의 두께(dp)는 광원(6)(도 1 참조)의 반투명 렌즈 모양의 커버(8)의 직경(dc)보다 작다. 소형 조명 시스템은 본 발명에 따른 방법을 통하여 얻어진다.
도 1에서, 광입력 구조(4)는 발광 패널(1)로부터 분리되어 있다. 조명 시스템의 대안적인 실시예에서, 광입력 구조는 발광 패널과 통합된다.
발광 패널(1)은 동작하는 동안, 디스플레이 디바이스, 예를 들면 액정 디스플레이(LCD) 디바이스(12)의 방향으로 빛을 방출한다. 광원(6), 발광 패널(1), 및 LCD 디바이스(12)의 조립체는 하우징(도 1에는 미도시) 수용 여부에 관계없이, 예컨대(비디오) 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이 디바이스를 형성한다.
또한, 발광 패널(1)에는 빛의 광학적 특성을 측정하기 위한 센서(도 1에는 미도시)가 제공된다. 이 센서는 광원(6)의 광속을 적절하게 적응시키기 위해, 제어 전자 장치(도 1에는 미도시)에 결합된다. 피드백 메커니즘은 센서와, 발광 패널(1)에서 결합된 빛의 질과 양에 영향을 주기 위한 전자 제어 장치에 의해서 실현될 수 있다.
도 2는 발광 패널의 두께(dp)의 함수로서 다양한 광입력 구조와 다양한 타입의 광 가이드 수단의 광 입력 효율을 도시하고 있다. 효율은 발광 패널(1)에서의빛의 광속(F)을 광원(6)에 의해서 방출된 빛에 대해서(도 2에서는 백분율로서) 측정함으로서 표시된다. 도 2에서 측정을 위한 LED 광원의 반투명 렌즈 모양의 커버(8)의 직경(dc)은 5.5mm이다. 도 2에서 삼각형은 발광 패널 상에서 시행된 측정치에 해당하고, 여기서 광입력 구조는 평평한 가장자리 표면이며 광 가이드 수단은 평평한 표면을 가진다. 도 2(삼각형)에서, 발광 패널의 두께(dp)는 80% 이상의 광속 효율을 얻기 위하여 LED 광원의 반투명 렌즈 모양의 커버의 직경(dc)보다 상대적으로 크거나 대체적으로 같거나, 또는 커야한다는 것을 알 수 있다. 도 2에서, 정사각형은 발광 패널 상에서 시행된 측정치에 해당하고, 여기서 광입력 구조는 평평한 가장자리 표면이고, 광 가이드 수단은 타원형 표면을 가진다. 도 2(사각형)로부터 그 경우는 광 가이드 수단의 타원 모양으로 만곡된 표면으로 인해 향상된 것을 알 수 있다. 이 경우, 발광 패널의 두께(dp)는 80% 이상의 광속 효율을 얻기 위해 상대적으로 커야 한다. 도 2에서의 원은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 시스템에 관한 측정치에 해당하고, 이 조명 시스템은 광입력 구조(4)가 반투명 렌즈 모양 커버(8)쪽을 가리키는 프리즘 모양을 가지는, 발광 패널(1)을 이용하며, 광 가이드 수단(9)은 타원의 표면(도 1 참조)을 가진다. 도 2(원)로부터 LED 광원의 반투명 렌즈 모양 커버 직경(dc)의 약 절반인 발광 패널의 두께(dp)에 관해 상대적으로 높은 광속 효율(약 80%)이 얻어진다는 것을 알 수 있다. 소형 조명 시스템은 본 발명에 따른 방법을 통하여 얻어진다.
당업자에게 있어서는 본 발명의 범위 내에서 많은 수정이 가능하다는 사실이 명백해질 것이다.
본 발명의 보호 범위는 주어진 실시예들에 한정되지 않는다. 본 발명은 각각의 새로운 특성과 특성들의 각 조합에 존재한다. 청구항들에서의 참조 숫자들은 그 보호 범위를 한정하지 않는다. "포함한다"라는 동사의 사용과 그것의 활용은 청구항들에 명시된 것들 이외의 요소들의 존재를 배제하지 않는다. 단수 요소의 사용은 복수의 그러한 요소의 존재를 배제하지 않는다.
본 발명은 내장된 디스플레이 디바이스를 조명하기 위한 소형 백라이트 시스템을 구성하는데 이용 가능하다.

Claims (10)

  1. 발광 패널(1)을 구비한 조명 시스템으로서,
    하나의 앞벽(2)과 그 반대쪽에 위치한 뒷벽(3),
    반투명 렌즈 모양의 커버(8)가 있는 발광 다이오드(7)를 포함하는 적어도 1개의 광원(6),
    상기 광원(6)으로부터의 빛을 상기 발광 패널(1)로 연결하기 위한 적어도 1개의 광입력 구조(4)를 포함하고,
    동작 동안, 상기 광원(6)으로부터 나오는 빛은 상기 광입력 구조(4) 상에 입사하고 상기 발광 패널(1)에서 분산되는 조명 시스템에 있어서,
    상기 광입력 구조(4)는 상기 광원(6)쪽을 향하여 원추 또는 절두 원추형으로 되어 있으며,
    상기 발광 패널(1)의 두께(dp)는 상기 광원(6)의 반투명 렌즈 모양 커버(8)의 직경(dc)보다 작은 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광입력 구조(4)는 프리즘 또는 피라미드 모양인 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광입력 구조(4)는 상기 발광 패널(1)의통합된 부분인 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광 가이드 수단(9)은, 상기 광입력 구조(4)를 에워싸도록 상기 광원(6)과 상기 발광 패널(1) 부근에 제공되고, 상기 광 가이드 수단(9)은 상기 광원(6)으로부터 나오는 빛을 상기 광입력 구조(4)쪽으로 인도하는 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 광입력 구조(4)와 마주보는 상기 광 가이드 수단(9)의 표면은 반사적이거나 반사성 물질이 제공되는 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 광 가이드 수단(9)은 타원 모양인 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  7. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 광 가이드 수단(9)은 여러 면으로 되어 있는(faceted) 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 발광 다이오드(7)는 적어도 10㏐의 광속을 가지는 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 기재된 조명 시스템이 제공된 디스플레이 디바이스.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 디스플레이 디바이스는 액정 디스플레이(12)를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
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