KR20090060158A - 면 발광 장치, 도광판 및 도광판의 제조 방법 - Google Patents

면 발광 장치, 도광판 및 도광판의 제조 방법 Download PDF

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KR20090060158A
KR20090060158A KR1020080121298A KR20080121298A KR20090060158A KR 20090060158 A KR20090060158 A KR 20090060158A KR 1020080121298 A KR1020080121298 A KR 1020080121298A KR 20080121298 A KR20080121298 A KR 20080121298A KR 20090060158 A KR20090060158 A KR 20090060158A
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잉 바오 양
마사루 히구치
쓰토무 다나카
가즈노리 야마구치
마스미쓰 이노
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

본 발명의 면 발광 장치는, 비가시광선을 출사하는 제1 광원; 가시광선을 출사하는 제2 광원; 제1 광원으로부터 출사된 비가시광선과 제2 광원으로부터 출사된 가시광선이 입사되는 광 입사면과, 입사된 비가시광선 및 가시광선이 출사되는 광 출사면을 갖는 도광판(light guide); 및 도광판에서 광 출사면에 대향하는 면에 형성되고, 비가시광선을 가시광선보다 많이 산란시키는 복수의 광학 소자를 포함한 다.

Description

면 발광 장치, 도광판 및 도광판의 제조 방법{SURFACE EMISSION APPARATUS, LIGHT GUIDE, AND METHOD OF MANUFACTURING LIGHT GUIDE}
본 발명은 면 발광 장치, 도광판, 및 도광판의 제조 방법에 관한 것이며, 특히 광을 산란시키는 광학 소자를 가지는 면 발광 장치, 도광판 및 도광판의 제조 방법에 관한 것이다.
관련 출원
본 발명은 2007년 12월 6일 일본 특허청에 제출된 일본특허출원 JP2007-316112호의 우선권을 주장하며, 상기 일본특허출원의 전체 내용은 본 명세서에 참조에 의해 원용되는 것으로 한다.
액정 표시 장치, 유기 전계 발광(organic EL) 표시 장치 등의 표시 장치는, 박형, 경량, 저소비 전력이라는 장점을 가진다.
이와 같은 표시 장치에어서, 액정 표시 장치는 한쌍의 기판 사이에 액정층이 밀봉된 액정 패널을 표시 패널로서 가지고 있다. 액정 패널은 투과형이 될 수 있으며, 액정 패널의 배면에 설치된 백라이트 등의 면 발광 장치로부터 사출된 조명광을 그 액정 패널이 변조하여 투과시킨다. 그리고, 변조한 조명광에 의해 액정 패널의 정면에 화상이 표시된다.
이러한 액정 패널에서는, 화소 스위칭 소자로서 기능하는 TFT 외에 위치 센서 소자로서 기능하는 수광 소자를 내장한 것이 제안되어 있다.
이와 같은 액정 패널에서는, 예를 들면 액정 패널의 앞면에 접할 수 있는 사용자의 손가락이나 스타일러스 펜 등의 피검지체로부터의 가시광선을, 그 내장된 수광 소자가 수광한다. 수광 소자에 의해 검출된 수광 데이터에 따라, 그 피검지체가 접촉된 위치를 특정하고, 그 특정된 위치에 대응하는 조작이, 액정 표시 장치 자체나, 그 액정 표시 장치에 접속된 다른 전자 기기에서 실시된다.
이러한 수광 소자를 사용하여 피검지체의 위치를 검출하는 경우, 수광 소자에 의해 얻어지는 수광 데이터는, 외광(ambient light)에 포함되는 가시광선의 영향에 의해 많은 노이즈를 포함하는 경우가 있다. 액정 패널이 흑색 이미지를 표시하는 경우, TFT 어레이 기판에 설치된 수광 소자는, 피검지체로부터 사출되는 가시광선을 수광하는 것이 곤란하였다. 그러므로, 피검지체의 위치를 정확하게 검출하는 것이 곤란한 경우가 있다.
이와 같은 문제를 개선하기 위하여, 면 발광 장치로부터, 적외선 등과 같은, 가시광선 이외의 비가시광선(invisible light rays)을 조사시키는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특허출원 공개번호 2005-275644호 공보 참조).
가시광선의 광원과 비가시광선의 광원은, 표시 패널의 휘도, 소비 전력의 제약, 또는 수광 소자의 감도 의존에 의해 광의 수가 결정되지만, 가시광선의 광원의 광의 수에 비해 비가시광선의 광원의 광의 수가 적은 경우가 많다.
광원으로부터 도광판에 입사되는 비가시광선의 광량은 전체적으로 필요한 정도이지만, 비가시광선의 광원의 광의 수가 적기 때문에, 도광판의 광 출사면이, 사출되는 비가시광선의 강도가 높은 영역과 사출되는 비가시광선의 강도가 낮은 영역을 가짐으로써, 비가시광선의 강도에 불균일이 생긴다.
따라서, 본 발명은, 광 출사면으로부터 사출되는 비가시광선의 강도의 균일성을 높이는 것이 가능한 면 발광 장치, 도광판 및 도광판의 제조 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 의하면, 비가시광선을 출사하는 제1 광원과, 가시광선을 출사하는 제2 광원과, 제1 광원이 출사한 비가시광선 및 제2 광원이 출사한 가시광선이 입사되는 광 입사면과 입사된 비가시광선 및 가시광선이 출사되는 광 출사면을 갖는 도광판을 포함하는 면 발광 장치를 제공한다. 본 발명의 면 발광 장치는 또한 도광판에서의 광 출사면에 대향하는 면에 형성되어 있고 비가시광선을 가시광선보다 많이 산란시키는 광학 소자를 포함한다.
본 발명의 면 발광 장치에서는, 광 출사면으로부터 출사되는 비가시광선의 강도의 불균일을 보정하기 위해, 비가시광선을 가시광선보다 많이 산란시키는 광학 소자가 도광판에 형성되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 광원이 출사한 비가시광선 및 가시광선이 입사되는 광 입사면과, 광 입사면으로부터 입사되어 비가시광선 및 가시광선이 출사하는 광 출사면과, 비가시광선을 가시광선보다 많이 산란시키는 복수의 광학 소 자를 포함하는 도광판을 제공하며, 광학 소자는 광 출사면에 대향하는 면에 형성되어 있다.
본 발명의 도광판에서는, 광 출사면으로부터 출사되는 비가시광선의 강도의 불균일을 보정하기 위해, 비가시광선을 가시광선보다 많이 산란시키는 광학 소자가 형성되어 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 광원이 출사한 비가시광선 및 가시광선을 입사하는 광 입사면과, 비가시광선 및 가시광선이 사출하는 광 출사면을 갖는 도광판의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 도광판의 제조 방법은, 사출 성형에 의해, 광 출사면과 대향하는 면에 가시광선을 산란시키는 그루브를 형성하는 공정과, 인쇄에 의해 광 출사면과 대향하는 면에 비가시광선을 산란시키고 가시광선을 흡수하는 안료를 포함하는 도트를 형성하는 공정을 포함한다.
본 발명의 방법에 있어서, 도광판에서의 광 출사면에 대향하는 면에, 사출 성형에 의해 가시광선을 산란시키는 그루브를 형성하고, 인쇄에 의해 비가시광선을 산란시키고 가시광선을 흡수하는 안료를 포함하는 도트를 형성한다.
본 발명에 의하면, 광 출사면으로부터 사출되는 비가시광선의 강도의 균일성을 높이는 것이 가능한 면 발광 장치, 도광판, 및 도광판의 제조 방법을 제공할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 특징 및 다른 특징과 장점은, 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는 이하의 상세한 설명을 보면 더 명백해질 것이다.
＜제1 실시예＞
면 발광 장치의 구성
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 면 발광 장치의 하면을 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 관한 면 발광 장치의 측면을 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 면 발광 장치(10)는, 도광판(20), 복수의 비가시광선 발광원(30), 및 복수의 가시광선 발광원(31)을 포함한다. 도광판(20)은, 복수의 도트(32)와 복수의 그루브(33)를 포함한다.
도광판(20)의 한쪽 면은, 발광원(30, 31)으로부터 출사된 광이 도광판(20)으로 입사하는 광 입사면(21)이다. 광 입사면(21)의 근방에는, 비가시광선 발광원(30)과 가시광선 발광원(31)이 배치되어 있다. 도광판(20)의 주 평면의 한쪽 면은, 광 입사면(21)으로부터 입사된 광이 사출하는 광 출사면(22)이다. 도광판(20)은 또한 광 출사면(22)에 대향하며 평행하게 연장하는 광학 소자 형성면(23)을 포함한다. 도트(32)는 광학 소자 형성면(23)상에서 도광판(20)에 입사하는 비가시광선 IL(도 5 참조)을 산란시킨다. 광학 소자 형성면(23) 내에서 도광판(20)에 입사하는 가시광선 VL(도 5 참조)을 산란시키는 그루브(33)가 형성되어 있다.
면 발광 장치(10)의 구성 요소에 대하여 이하 상세하게 설명한다.
도광판(20)은, 예를 들면 투명성, 기계적 강도, 가격, 성형성의 점에서 뛰어난 아크릴계 플라스틱, 폴리카보네이트 수지 등과 같은 투명한 플라스틱 재료로 이루어질 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 도광판(20)은 서로 대향하는 넓은 면을 주 평면으로 하고, 주 평면의 한쪽이 광 출사면(22)으로서 기능하고, 다른 쪽 면이 광 입사면(23)으로서 기능한다. 도관판(20)은, 입사되는 비가시광선 IL과 가시광선 VL이 통과하는 면으로서 광 입사면(21)을 갖는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 광 입사면(21)은 비가시광선 IL 및 가시광선 VL이 도광판(20)에 입사되는 면이다. 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 광 입사면(21)은 도광판(20)의 좌측면이다. 광 입사면(21)은 도광판(20)의 배면, 즉 도 2에 도시된 도광판(20)의 하면, 또는 도광판(20)의 정면, 즉 도 2에 도시된 도광판(20)의 상면이 될 수 있다. 광 입사면(21) 측에는, 광 입사면(21)에 평행하게 비가시광선 발광원(30)과 가시광선 발광원(31)이 배치되어 있다.
광 출사면(22)은, 도광판(20)의 광 입사면(21)으로부터 입사된 비가시광선 IL 및 가시광선 VL이 도광판(20)의 외부로 출사하는 면이다. 광 출사면(22)에는 산란광을 위한 도트 또는 그루브가 형성되어 있어도 된다.
광학 소자 형성면(23)에는, 도광판(20) 내의 비가시광선 IL 및 가시광선 VL을 산란시키는 광 광학 소자인 도트(32) 및 그루브(33)가 형성되어 있다. 구체적으로 말해서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 광학 소자 형성면(23)에서의 도광판의 외부측의 면에는, 외부로 돌출하도록 돌출부의 형태로 도트(32)가 형성되어 있다. 또한, 광학 소자 형성면(23)에의 도광판의 내부 측의 면에는, 그루브(33)가 형성되어 있다.
비가시광선 발광원(30)은 비가시광선 IL을 출사하는 발광원이다. 도 1에 나 타낸 바와 같이, 비가시광선 발광원(30)은, 도광판(20)의 광 입사면(21)의 근방에 배치되고, 도광판(20)의 광 입사면(21)에 비가시광선 IL을 입사시킨다. 비가시광선 발광원(30)은, 적외선을 출사하는 LED를 포함하여 구성된다. 또한, 비가시광선 발광원(30)은, EL이나 자외선을 출사하는 LED를 포함해서 구성되어도 된다. 비가시광선 발광원(30)의 광원 면에는, 광을 광범위하게 출사하기 위한 렌즈가 설치되어 있어도 된다. 비가시광선 발광원(30)의 수는, 광 출사면(22)으로부터 출사되는 가시광선의 강도와 광 출사면(22)의 면적에 기초해서 계산된다. 예를 들면, 광 출사면(22)의 면적이 넓은 경우에는, 많은 비가시광선 발광원(30)이 필요하다.
비가시광선 IL이 적외선의 경우, 광 출사면(22)으로부터 출사되는 적외선은, 본 실시예에 따른 면 발광 장치(10)를 포함하는 액정 표시 장치(이하, "LCD 장치"라고 함)에서 사용자의 손가락이나 스타일러스 펜 등의 피검지체의 위치를 검출하기 위해 사용된다. 예를 들면, 본 실시예에 의하면, 피검지체의 위치를 검출하기 위한 적외선을 출사하는 2개의 비가시광선 발광원(30)이 도광판(20)의 광 입사면(21)에 배치되어 있다.
가시광선 발광원(31)은 가시광선 VL을 출사하는 발광원이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 가시광선 발광원(31)은, 도광판(20)의 광 입사면(21)의 근방에 배치되고, 도광판(20)의 광 입사면(21)에 가시광선 VL을 입사시킨다. 각각의 가시광선 발광원(31)은 LED를 포함하여 구성되어 있다. 또한, 각각의 가시광선 발광원(31)은 EL 또는 LED를 포함하여 구성되어도 된다. 가시광선 발광원(31)의 광원 면에는, 광을 광범위하게 출사하기 위한 렌즈가 결합되어 있어도 된다. 가시광선 발광 원(31)의 수는, 광 출사면(22)으로부터 출사되는 가시광선의 강도와 광 출사면(22)의 면적에 기초하여 계산된다. 예를 들면, 광 출사면(22)의 면적이 넓은 경우에는, 많은 가시광선 발광원(31)이 필요하다.
비가시광선 발광원(30)과 가시광선 발광원(31)은, 도시하지 않은 제어부에 의해, 전기적으로 독립해서 제어될 수 있다. 예를 들면, 도광판(20)에 입사되는 가시광선 VL의 강도를 낮추고 싶은 경우에는, 가시광선 발광원(31)만을 제어하여, 출사시키는 가시광선 VL의 강도를 낮게 할 수 있다.
광 출사면(22)으로부터 출사되는 가시광선 VL은, 본 실시예에 따른 면 발광 장치(10)를 포함하는 LCD 장치의 표시 패널을 조사하기 위해 사용된다. 예를 들면, 본 실시예에서는, 표시 패널을 조사하기 위한 7개의 가시광선 발광원(31)을, 도광판(20)의 광 입사면(21)에 배치하고 있다.
도트(32)는, 본 발명에 실시예에 따른 광학 소자이다. 도트(32)는, 도트에 도달한 비가시광선 IL을 가시광선 VL보다 많이 산란시킨다. 도트(32)는 비가시광선 IL을 반사하는 안료(pigment)를 포함하고, 복수 개의 볼록한 도트를 포함해서 이루어진다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라, 비가시광선 IL이 적외선인 경우의 도트(32)에 포함되는 안료의 반사 특성을 나타낸 도면이다.
본 실시예에서, 도트(32)는, 비가시광선 IL은 산란시키지만, 가시광선 VL은 실질적으로 산란시키지 않는 특성을 가지고 있다. 예를 들면, 비가시광선 IL이 적외선인 경우에는, 도트(32)에 포함되는 안료로서, Kawamura Chemical Co., Ltd.에 서 만든 AB820 BLACK가 바람직하다. AB820 BLACK은, 적외선의 파장(850nm)에 대하여 약 50%의 반사율을 가지고, 가시광 영역의 파장에서는 적외선에 비해 낮은 반사율인 약 5% 이하의 반사율을 갖는다. 따라서, AB820 BLACK이 포함되어 있는 안료에 의해 도트(32)를 형성함으로써, 적외선은 산란시키고 가시광선 VL은 흡수한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 면 발광 장치의 측면으로부터 본 도트(32)의 평면 형상은, 일정한 면적을 가지면 제조하기 쉬운 형상으로 된다. 도트(32)의 높이는, 확산시키는 적외선의 파장 이상 있으면 되고, 0.8 ㎛ 이상이 적외선을 산란시키는데 적합하다.
도트(32)는, 도광판의 광학 소자 형성면(23)의 외면 측에 형성되고, 광 입사면(21)으로부터 입사된 비가시광선 IL이 광 출사면(22)의 전체면으로부터 균일하게 사출되도록 형성된다. 예를 들면, 도트(32)는, 광 출사면(22)으로부터 사출되는 비가시광선 IL의 강도에 따라 광학 소자 형성면(23)에 형성되는 위치, 수 및 밀도가 산출된다. 그리고, 도트(32)는, 광 출사면(22)으로부터 사출되는 비가시광선 IL의 강도의 불균일을 보정하는 위치에 형성된다.
구체적으로, 본 실시예에서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 비가시광선인 적외선을 출사하는 광원은, 도광판(20)의 광 입사면(21)에 2개 배치되고, 가시광선 발광원(31)은 7개가 배치되어 있다. 적외선을 출사하는 광원으로부터의 거리가 먼 광학 소자 형성면(23)의 영역에서는, 도달하는 적외선의 강도가 작고, 대향하는 광 출사면(22)으로부터 사출되는 적외선의 강도가 작으므로, 도트(32)의 밀도를 조밀하게 한다. 한편, 적외선을 출사하는 광원에서의 광원 면의 정면으로부터의 거리 가 가까운 가시광선 발광원(31)의 영역에서는, 도달하는 적외선의 강도가 크고, 대향하는 광 출사면(22)으로부터 사출되는 적외선의 강도가 크기 때문에, 도트(32)의 밀도를 더 작게 한다. 또한, 적외선을 출사하는 광원으로부터의 거리가 가까운 영역에서도, 광원 면의 정면으로부터의 각도가 커지게 되는 영역에서는, 도달하는 적외선의 강도가 작고, 대향하는 광 출사면(22)으로부터 사출되는 적외선의 강도가 작으므로, 도트(32)의 밀도를 더 작게 한다. 예를 들면, 적외선의 강도에 반비례하는 밀도로 도트(32)를 형성해도 된다. 또한, 이하의 식 1에 나타내는 계산 방법으로 계산해도 된다.
[식 1]
Figure 112008083180394-PAT00001
여기서, ρ는 도트의 밀도 I0, 도광체에 입사하는 광의 총 광량 In, 점에 도광판으로부터 출사시키는 광의 양(백라이트로부터 출사시키는 적외선에 상당함)이다.
그루브(33)는, 도광판(20)의 광학 소자 형성면(23)의 외측으로부터 내측을 향해 파형으로 형성된다. 그루브(33)는, 광 입사면(21)으로부터 입사된 가시광선이, 광 출사면(22)의 전체면으로부터 균일하게 사출되도록 형성된다. 예를 들면, 그루브(33)는, 광 출사면(22)으로부터 사출되는 가시광선 VL의 강도에 따라 광학 소자 형성면(23)에 형성되는 위치, 수 및 밀도가 산출된다.
(도광판의 제조 방법)
다음에, 본 발명의 제1 실시예에 관한 도광판의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 관한 도광판의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 도광판(20)을 성형하는 금형(50)에, 약 280℃ 내지 300℃의 범위의 온도로 가열된 가소화 상태의 도광판 재료인 폴리카보네이트를 도광판 재료 사출구멍(51)으로부터 흘려 넣는다. 금형(50)은, 그루브(33)을 형성하기 위한 리지(ridge)를 포함하며, 이러한 리지는 그루브(33)의 형태와 상보적이다. 다음에, 도광판 재료를 흘려 넣은 금형(50)을 냉각하고, 금형(50)에 흘려 넣은 도광판 재료를 고체화(solidify)시킨이다. 이 때, 금형(50)의 도광판 재료에 압력을 가해도 된다.
다음에, 금형(50)으로부터, 고체화된 도광판(20)을 인출한다. 이 때, 도광판(20)에는 그루브(33)가 형성되어 있다.
다음에, 도광판의 광학 소자 형성면(23)에, 적외선을 반사시키는 안료를 포함하는 잉크를 소정의 밀도로, 예를 들면 식 1에서 산출되는 밀도 ρ의 조건으로 인쇄하여, 도트(32)를 형성한다. 도 2에 나타낸 바와 같은 광학 소자 형성면(23)에 도트(32)에 의해 그루브(33)가 형성되어 있는 도광판(20)이 제조된다.
이상과 같이, 사출 성형(injection molding)에 의해, 광학 소자 형성면(23)에 그루브(33)를 형성한 후, 인쇄에 의해 광학 소자 형성면(23)에 도트(32)를 형성할 수 있다.
(동작)
제2 실시예에 따라, 면 발광 장치(10)의 동작에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 관한 비가시광선 IL 및 가시광선 VL의 도광판 내의 도광을 나타낸 도면이다. 도 5에서, 가는 화살표는 비가시광선 IL을 나타내고, 굵은 화살표는 가시광선 VL을 나타낸다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 비가시광선 IL은 비가시광선 발광원(30)으로부터 출사되고, 도광판(20)의 광 입사면(21)으로부터 도광판(20) 내에 입사된다. 그리고, 도광판(20) 내에서, 비가시광선 IL은 광 출사면(22)로 광학 소자 형성면(23)에 의해 전체 반사를 반복하면서, 광 입사면(21)으로 반대 측면을 향해 도광된다. 비가시광선 IL이 광학 소자 형성면(23)에서의 도광판의 외부 측의 면에 형성된 도트(32)에 도달한 경우, 비가시광선 IL은 도트(32)에 의해 산란되어 광 출사면(22)의 방향을 향한다. 비가시광선 IL의 광 출사면(22)으로의 입사각이 임계각을 초과하는 경우, 비가시광선 IL은 광 출사면(22)으로부터 도광판(20)의 외부로 사출된다. 여기서 임계각이란 굴절률이 큰 매질보다 작은 매질에 광이 입사할 때, 전체 반사가 일어나는 가장 작은 입사각이다. 광 출사면(22)으로의 입사각이 임계각보다 작은 경우, 비가시광선 IL은 광 출사면(22)에서 전체 반사되어 도광판(20) 내를 광 입사면(21)으로 반대의 측면을 향해 도광된다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 가시광선 VL은, 가시광선 발광원(31)으로부터 출사되고, 도광판(20)의 광 입사면(21)으로부터 도광판(20) 내에 입사된다. 그리고, 가시광선 VL은, 도광판(20) 내에서, 광 출사면(22)과 광학 소자 형성면(23)에 의해 전체 반사를 반복하면서, 광이 입사한 광 입사면(21)으로 반대의 측면을 향해 도광된다. 가시광선 VL이 광학 소자 형성면(23)에서의 도광판의 내부 측의 면에 형성된 그루브(33)에 도달한 경우, 가시광선 VL은 그루브(33)에 의해 산란되어 광 출사면(22)의 방향으로 향한다. 가시광선 VL의 광 출사면(22)으로의 입사각이 임계각을 초과하는 경우, 가시광선 VL은 광 출사면(22)으로부터 사출된다. 광 출사면(22)으로의 입사각이 임계각을 넘지 않은 가시광선 VL은, 광 출사면(22)에서 전체 반사되어 도광판(20) 내를 광 입사면(21)으로 반대 측면을 향해 도광된다.
또한, 가시광선 VL이 광학 소자 형성면(23)에서의 도광판의 외부 측의 면에 형성된 도트(32)에 도달한 경우, 도트(32)에 포함되는 안료는 가시광선 VL을 흡수하는 특성을 가지고 있으므로, 가시광선 VL은 도트(32)에 모두 흡수된다.
본 실시예에서, 도트(32)는 광 출사면(22)으로부터 출사하는 비가시광선 IL의 강도가 작은 영역과 대향하는 광학 소자 형성면(23)의 영역에 조밀하게 형성되고, 비가시광선 IL의 강도가 큰 영역에 대향하는 광학 소자 형성면(23)의 영역에 드문드문하게 형성되어 있다. 따라서, 광학 소자 형성면(23)의 전체면에서 도트(32)에 의한 비가시광선 IL의 산란의 균일성을 높일 수 있어 광 출사면(22)의 전체면에서 광 출사면(22)으로부터 출사하는 비가시광선 IL의 강도의 균일성을 높일 수 있다.
그러므로, 본 실시예에 따른 면 발광 장치(10)를 사용한 LCD 장치의 액정 패널의 표시 영역에서, 비가시광선 IL에 의해 피검지체의 위치를 검출하는 경우, 검출 감도를 균일하게 유지할 수 있다.
또한, 그루브(33)는 가시광선 VL의 강도에 따라 광학 소자 형성면(23)에 형성되므로, 광 출사면(22)의 전체면에서 광 출사면(22)으로부터 사출하는 가시광선 VL의 강도의 균일성을 높일 수 있다. 그러므로, 본 실시예에 따른 면 발광 장치(10)를 사용한 LCD 장치의 액정 패널의 명도(brightness)를 균일하게 유지할 수 있다.
＜제2 실시예＞
(면 발광 장치의 구성)
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 관한 면 발광 장치의 측면을 나타낸 도면이다.
제2 실시예에서는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 면 발광 장치(10)가 도트(32) 대신에 복수의 회절 격자(34)와 반사판(40)을 포함한다. 이 점을 제외하고는, 제2 실시예에 따른 면 발광 장치(10)의 구체적인 구성은 제1 실시예에 따른 면 발광 장치(10)의 구성과 동일하다. 그러므로, 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
회절 격자(34)는, 본 실시예에 따른 광학 소자로서 기능하며, 제1 실시예에 따른 도트(32)와 동일하게 회절 격자(34)에 도달하는 비가시광선 IL을 산란시킨다. 회절 격자(34)는, 도광판(20)과 마찬가지로, 아크릴계 플라스틱, 폴리카보네이트 수지와 같은 투명한 플라스틱 재료를 사용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 관한 회절 격자(34)를 나타낸 사시도이다.
예를 들면, 비가시광선 IL가 적외선(파장이 850 nm)인 경우, 적외선만을 도 광판(20) 내로부터 사출시키기 위한 회절 격자(34)의 조건은, 이하의 식에 의해 구할 수 있다.
[식 2]
2dsinθ = λ
여기서, d는 인접한 스트립간의 간격 또는 각 슬릿의 폭이며, θ는 입사각이고, λ는 파장이다.
예를 들면, 도광판의 재료가 폴리카보네이트 수지인 경우, 적외선이 전체 반사하는 입사 각도는 48도이며, 적외선의 파장이 850 nm일 때, 식 2로부터 격자의 간격 d는 대략 0.6 ㎛로 된다. 예를 들면, 회절 격자(34)의 각각의 스트립의 폭 w는 0.4 ㎛이며, 높이 h는 1 ㎛이고, 회절 격자(34)의 길이 L는 10 ㎛이다. 회절 격자(34)에 의해 산란시키는 광의 파장이 850 nm가 아닌 경우, 회절 격자(34)의 조건은 식 2에 따른 조건과 달라지게 된다.
회절 격자(34)는, 광학 소자 형성면(23)에, 광 입사면(21)으로부터 입사된 비가시광선 IL이 광 출사면(22)의 전체면으로부터 균일하게 사출되도록 형성된다. 회절 격자(34)는, 비가시광선 IL을 가시광 VL보다 많이 산란시킨다. 예를 들면, 회절 격자(34)는 광 출사면(22)으로부터 사출되는 비가시광선 IL의 강도에 따라 광학 소자 형성면(23)에 형성되는 위치, 수 및 밀도가 산출된다. 회절 격자(34)는, 광 출사면(22)으로부터 사출되는 비가시광선 IL의 강도의 불균일을 보정하는 위치에 형성된다. 회절 격자(34)는, 길이 방향이 광 입사면(21)에 평행하게 형성된다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 관한 면 발광 장치(10)의 바닥면을 나타낸 도면이다.
구체적으로, 제2 실시예에 의하면, 도 8에 나타낸 바와 같이, 적외선을 출사하는 비가시광선 광원(30)은, 도광판(20)의 광 입사면(21)에 2개 배치되고, 가시광선 발광원(31)은 도광판(20)의 광 입사면(21) 위에 7개가 배치되어 있다. 비가시광선 발광원(30)으로부터의 거리가 먼 광학 소자 형성면(23)의 영역에 있어서는, 도달하는 적외선의 강도가 작고, 대향하는 광 출사면(22)으로부터 사출되는 적외선의 강도가 작으므로, 회절 격자(34)의 밀도를 조밀하게 한다. 한편, 비가시광선 발광원(30)의 정면으로부터의 거리가 가까운 가시광선 발광원(31)의 영역에 있어서는, 도달하는 적외선의 강도가 크고, 대향하는 광 출사면(22)으로부터 사출되는 적외선의 강도가 크기 때문에, 회절 격자(34)의 밀도를 더 작게 한다. 또한, 비가시광선 발광원(30)으로부터의 거리가 가까운 영역에서도, 비가시광선 발광원(30)의 정면으로부터의 각도가 커지게 되는 영역에서는, 도달하는 적외선의 강도가 작고, 대향하는 광 출사면(22)으로부터 사출되는 적외선의 강도가 작으므로, 회절 격자(34)의 밀도를 조밀하게 한다. 예를 들면, 적외선의 강도에 반비례하는 밀도로 회절 격자(34)를 형성한다. 또한, 식 1에서 산출되는 밀도 ρ의 조건에 따라 회절 격자(34)를 형성해도 된다. 이와 같이 회절 격자(34)를 배치함으로써, 광 출사면(22)으로부터 사출되는 적외선의 강도는, 광 출사면(22)에서 균일하게 된다.
반사판(40)은, 광학 소자 형성면(23)과 대면하게 대향하고, 광 출사면(23)으로부터 반대측에 광학 소자 형성면(23)과 실질적으로 평행하게 배치된다. 반사판(40)은, 알루미늄, 금, 은, 또는 플라스틱 필름 등의 표면에 광택 금속의 박막 을, 증착법이나 스퍼터링법 등에 의해 형성한다. 반사판(40)은, 도광판(20)의 광학 소자 형성면(23)에 형성되어 있는 회절 격자(34)를 통하여 도광판(20)의 내부로부터 사출된 비가시광선 IL을 반사하고 도광판(20)에 입사시킨다.
(도광판의 제조 방법)
이하, 본 발명의 제2 실시예에 관한 도광판의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 관한 도광판의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 도광판(20)을 성형하는 금형(50)에, 약 280℃에서 300℃의 범위를 갖는 온도로 가열된 가소화 상태의 도광판 재료인 폴리카보네이트 수지를 금형(50)에 형성된 스프루(51)를 통해 흘려 넣는다. 금형(50)은 그루브(33)를 형성하기 위한 리지를 포함하며, 이 리지는 그루브(33)에 대응하는 형상을 가지며, 회절 격자(34)를 형성하기 위한 그루브는 회절 격자(34)의 형상에 대응하는 상보적 형상을 갖는다.
다음에, 도광판 재료를 흘려 넣은 금형(50)을 냉각하고, 금형(50)에 흘려 넣은 도광판 재료를 고체화시킨다. 이 때, 금형(50) 내의 도광판 재료에 압력을 가해도 된다.
다음에, 금형(50)으로부터 고체화된 도광판(20)을 인출하고, 도 6에 나타낸 바와 같은 그루브(33)와 회절 격자(34)가 광학 소자 형성면(23)에 형성되어 있는 도광판(20)이 제조된다.
이상과 같이, 사출 성형에 의해, 동시에 그루브(33)와 회절 격자(34)를 광학 소자 형성면(23)에 형성할 수 있다.
(동작)
제2 실시예에 따른 면 발광 장치(10)의 동작에 대하여 설명한다. 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 관한 도광판에서 비가시광선 IL과 가시광선 VL이 도광되는 것을 나타낸 도면이다. 가는 화살표는 비가시광선 IL을 나타내고, 굵은 화살표는 가시광선 VL을 나타낸다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 비가시광선 IL은, 비가시광선 발광원(30)으로부터 출사되고, 도광판(20)의 광 입사면(21)으로부터 도광판(20) 내에 입사된다. 비가시광선 IL은, 도광판(20) 내에서, 광 출사면(22)과 광학 소자 형성면(23)에 의해 전체 반사를 반복하면서, 광 입사면(21)으로 반대의 측면을 향해 도광된다. 비가시광선 IL이 광학 소자 형성면(23)에서의 도광판(20)의 외부 측의 면에 형성된 회절 격자(34)에 도달한 경우, 비가시광선 IL은 회절 격자(34)를 통하여, 도광판(20)의 내부로부터 출사된다. 도광판(20)의 내부로부터 사출된 비가시광선 IL은, 반사판(40)에 의해 반사되어 광학 소자 형성면(23)을 통하여 다시 도광판(20)에 입사한다. 비가시광선 IL의 광 출사면(22)으로의 입사각이 임계각 이상인 경우, 비가시광선 IL은 광 출사면(22)을 통해 도광판(20)으로부터 사출된다. 광 출사면(22)으로의 입사각이 임계각을 넘지 않은 비가시광선 IL은, 광 출사면(22)에서 전체 반사되어 도광판(20) 내를 광 입사면(21)으로 반대의 측면을 향해 도광된다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 가시광선 VL은 제1 실시예와 마찬가지로 그루브(33)에 의해 산란되어 광 출사면(22)으로부터 사출된다.
또한, 가시광선 VL이 광학 소자 형성면(23)에서의 도광판의 외부 측의 면에 형성된 회절 격자(34)에 도달한 경우, 회절 격자(34)의 형성 조건이 적외선을 산란시키는 조건이므로, 가시광선 VL은 회절 격자(34)를 통하여 도광판(20)의 내부로부터 사출되지 않고, 광학 소자 형성면(23)으로 전체 반사된다. 가시광선 VL은, 광 출사면(22)과 광학 소자 형성면(23)에 의해 전체 반사를 반복하면서, 광이 입사한 광 입사면(21)과 반대의 측면을 향해 도광된다.
이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 회절 격자(34)는, 광 출사면(22)으로부터 출사하는 비가시광선 IL의 강도가 작은 영역에 대향하는 광학 소자 형성면(23)의 영역에 조밀하게 형성되고, 비가시광선 IL의 강도가 큰 영역에 대향하는 광학 소자 형성면(23)의 영역에 드문드문하게 형성되어 있다. 따라서, 광학 소자 형성면(23)의 전체면에서 회절 격자(34)에 의한 비가시광선 IL의 산란의 균일성을 높일 수 있어, 광 출사면(22)으로부터 출사하는 비가시광선 IL의 강도의 균일성을 높일 수 있다.
그러므로, 본 실시예에 의한 면 발광 장치(10)를 사용한 LCD 장치의 액정 패널에서, 비가시광선 IL에 의해 피검지체의 위치를 검출하는 경우, 검출 감도를 균일하게 유지할 수 있다.
본 발명은, 앞서 설명한 실시 형태에 한정되지 않고, 각종의 변형 형태를 채용할 수 있다.
제2 실시예에서, 회절 격자(34)의 스트립을 광 입사면(21)에 평행하게 형성한 경우에 대하여 설명하였으나, 회절 격자는 아래 설명하는 바와 같이 다른 형태로 배치될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 관한 회절 격자의 배치를 나타낸 바닥 도면이다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 회절 격자(34)의 길이 방향은, 비가시광선 IL이 도광판(20)을 통해 나아가는 방향과 수직이 되도록, 광학 소자 형성면(23)에 형성되어도 된다. 즉, 회절 격자(34)의 스트립의 길이 방향이, 비가시광선 발광원(30)으로부터 출사된 비가시광선 IL이 넓어지는 동심원의 접선과 평행하게 형성되어도 된다. 회절 격자(34)의 길이 방향을 비가시광선 IL이 도광판(20) 내로 나아가는 방향과 수직이 되도록 형성함으로써, 도광판(20) 내로부터 비가시광선 IL을 산란시키는 효과를 향상시킬 수 있다.
제2 실시예에서는, 광 입사면(21)의 근방에 비가시광선 발광원(30) 및 가시광선 발광원(31)이, 광 입사면(21)에 평행하게 배치되어 있지만, 비가시광선 발광원(30)과 가시광선 발광원(31)은 다른 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 도광판(20)의 배면에 설치되어 있어도 되고, 또 도광판(20)의 앞면에 설정되어 있어도 된다.
본 실시예에서의 비가시광선 발광원(30)은 본 발명의 제1 광원에 상당한다.
또한, 본 실시예에서의 가시광선 발광원(31)은 본 발명의 제2 광원에 상당한다.
도트(32) 및 회절 격자(34)는 본 발명의 광학 소자에 상당한다.
이상 설명한 본 발명에 관한 면 발광 장치 및 도광판을 사용한 표시 장치는, 다양한 전자 기기, 예를 들면 디지털 카메라, 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화 기 등의 휴대 단말기 장치, 비디오 카메라 등, 전자 기기에 입력된 영상 신호 또는 전자 기기 내에서 생성한 영상 신호를 화상 또는 영상으로 표시하는 모든 분야의 전자 기기에 적용할 수 있다.
본 발명의 사상 및 범위 내에서, 예를 들면, 본 명세서의 기재에 기초하여 창작되거나 조합하여 얻은 각종의 변형예 및 응용예를 포함하여, 전술한 실시예에 대한 다양한 변형예를 생각할 수 있다. 해당 기술분야의 당업자는, 첨부된 청구항의 범위 또는 그와 동등한 범위 내인 한 설계 요건 및 다른 인자에 따라, 본 발명에 대한 다양한 변형, 조합, 부조합 및 변경이 가능하다는 것을 알아야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 관한 면 발광 장치의 하면을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 관한 면 발광 장치의 측면을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 관한 비가시광선 IL이 적외선의 경우의 도트에 포함되는 안료의 반사 특성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 관한 도광판의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 관한 비가시광선 및 가시광선의 도광판 내의 도광을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 관한 면 발광 장치의 측면을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 관한 회절 격자를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 관한 면 발광 장치의 하면을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 관한 도광판의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 관한 도광판에서 비가시광성과 가시광선이 안내되는 방식을 나타내는 측면을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 관한 회절 격자의 하면을 나타낸 도면이다.

Claims (20)

  1. 비가시광선을 출사하는 제1 광원;
    가시광선을 출사하는 제2 광원;
    상기 제1 광원으로부터 출사된 비가시광선과 상기 제2 광원으로부터 출사된 가시광선이 입사되는 광 입사면과, 입사된 상기 비가시광선 및 상기 가시광선이 출사되는 광 출사면을 갖는 도광판(light guide); 및
    상기 도광판의 상기 광 출사면에 대향하는 면에 형성되고, 상기 비가시광선을 상기 가시광선보다 많이 산란시키는 복수의 광학 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 면 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학 소자는, 상기 비가시광선을 산란시키고 상기 가시광선을 흡수하는 재료를 포함하는, 면 발광 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학 소자의 위치와 개수는 상기 도광판의 상기 광 출사면으로부터 출사되는 상기 비가시광선의 강도에 기초하여 결정되는, 면 발광 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광학 소자는, 상기 제2 광원의 배치에 따른 상기 광 출사면으로부터 출사되는 상기 비가시광선의 강도의 불균일을 보정하는 위치에 형성되는, 면 발광 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 광원은, 적외선을 상기 비가시광선으로서 출사하는, 면 발광 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광학 소자는, 상기 비가시광선을 산란시키고 상기 가시광선을 흡수하는 안료를 함유하는 도트를 포함하여 이루어진, 면 발광 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광학 소자는 회절 격자를 포함하며,
    상기 도광판에서 상기 광학 소자가 형성되어 있는 면에 평행하고, 상기 광 출사면으로부터 이격되어 상기 광학 소자가 형성되어 있는 면에 대향하도록 배치되는 반사판(reflecting plate)을 더 포함하는 면 발광 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회절 격자는 상기 비가시광선이 상기 도광판 내에서 진행되는 방향과 수직으로 되도록 신장되는 길이 방향의 축을 각각 갖는 스트립을 포함하는, 면 발 광 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 광학 소자가 형성되어 있는 면에는 상기 가시광선을 산란시키는 복수의 그루브가 형성되어 있는, 면 발광 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 광원 및 상기 제2 광원은 상기 도광판의 측면에 인접해서 배치되고, 상기 측면은 상기 비가시광선 및 상기 가시광선이 입사되는 상기 광 입사면으로서 기능하는, 면 발광 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 광원 및 상기 제2 광원은 전기적으로 각각 독립적으로 제어되는, 면 발광 장치.
  12. 도광판에 있어서,
    광원으로부터 각각 출사되는 비가시광선 및 가시광선이 입사되는 광 입사면;
    상기 광 입사면으로부터 입사되어 상기 비가시광선 및 상기 가시광선을 상기 도광판을 통해 출사하는 광 출사면; 및
    상기 광 출사면에 대향하는 면에 형성되며, 상기 비가시광선을 상기 가시광 선보다 많이 산란시키는 복수의 광학 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 도광판.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광학 소자의 위치와 개수는 상기 도광판의 상기 광 출사면으로부터 출사되는 상기 비가시광선의 강도에 기초하여 결정되는, 도관판.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 광학 소자는, 상기 도관판으로부터 상기 광 출사면을 통해 출사되는 상기 비가시광선의 강도의 불균일을 보정하는 위치에 형성되는, 도광판.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 광학 소자는, 상기 비가시광선을 산란시키고 상기 가시광선을 흡수하는 안료를 함유하는 도트를 포함하여 이루어진, 도광판.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광학 소자는 회절 격자를 포함하여 이루어진, 도광판.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 회절 격자는 상기 비가시광선이 상기 도광판 내에서 진행되는 방향과 수직으로 되도록 신장되는 길이 방향의 축을 각각 갖는 스트립을 포함하는, 도광판.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 광학 소자가 형성되어 있는 면에는 상기 가시광선을 산란시키는 복수의 그루브가 형성되어 있는, 도광판.
  19. 각각의 광원으로부터 출사되는 비가시광선 및 가시광선을 입사하는 광 입사면과, 상기 비가시광선 및 상기 가시광선을 사출하는 광 출사면을 갖는 도광판의 제조 방법으로서,
    사출 성형에 의해, 상기 광 출사면과 대향하는 면에 상기 가시광선을 산란시키는 그루브를 형성하는 단계; 및
    상기 광 출사면과 대향하는 면에 상기 비가시광선을 산란시키고 상기 가시광선을 흡수하는 안료를 포함하는 도트를 인쇄에 의해 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판의 제조 방법.
  20. 각각의 광원으로부터 출사되는 비가시광선 및 가시광선을 입사하는 광 입사면과, 상기 비가시광선 및 상기 가시광선을 사출하는 광 출사면을 갖는 도광판의 제조 방법으로서,
    사출 성형에 의해, 상기 광 출사면과 대향하는 면에 상기 가시광선을 산란시 키는 그루브와, 상기 비가시광선을 상기 가시광선보다 많이 산란시키는 회절 격자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판의 제조 방법.
KR1020080121298A 2007-12-06 2008-12-02 면 발광 장치, 도광판 및 도광판의 제조 방법 KR20090060158A (ko)

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