KR20090080097A

KR20090080097A - 백라이트 시스템 및 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20090080097A
Application number: KR1020097010536A
Authority: KR
Inventors: 지오반니 첸니니; 펫제 피즐맨; 휴고 요트. 코르넬리쎈
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2009-07-23
Also published as: CN101529322A; EP2076816A1; US20100315323A1; WO2008050262A1; JP2010507816A

Abstract

백라이트 패널(2) 상에 배열되고 상기 백라이트 패널(2)에 대해 실질적으로 수직인 방향으로 광을 방사하는 복수의 개별적으로 제어가능한 광원들(3a-d)을 갖는, 적응적으로 제어가능한 백라이트 시스템(1). 상기 백라이트 시스템(1)은, 상기 백라이트 패널(2)에 인접하여 배열되고, 상기 광원들(3a-d)에 의해 방사된 광의 프랙션(fraction)을 캡처하고 상기 광의 프랙션을 자신의 적어도 하나의 아웃커플링 표면(8a-b)을 통하여 아웃커플링하도록 적응된 아웃커플링 플레이트(outcoupling plate)(5), 및 상기 아웃커플링된 광을 수신하도록 배열되고 상기 아웃커플링된 광을 자신의 적어도 하나의 아웃커플링 표면(14a-b, 15a-b) 쪽으로 가이드하도록 적응된 적어도 하나의 광 가이드(light-guide)(9, 10)를 더 포함한다. 또한, 적어도 하나의 센서(16-19)가 상기 가이드된 아웃커플링된 광을 수신하도록 배열되고 상기 아웃커플링된 광의 적어도 하나의 속성을 나타내는 신호를 제공하여, 상기 백라이트 시스템(1)의 적응적 제어를 가능하게 한다.

백라이트, 아웃커플링, 디스플레이 장치

Description

백라이트 시스템 및 디스플레이 장치{BACKLIGHT SYSTEM}

본 발명은 적응적으로 제어가능한 백라이트 시스템, 및 그러한 백라이트 시스템을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

오늘날, 휴대폰 디스플레이로부터 대형 화면 텔레비전 세트까지 매우 다양한 응용들에서 다양한 유형의 평판(flat-panel) 디스플레이들이 이용되고 있다. 소위 플라스마 디스플레이와 같은 어떤 종류의 평판 디스플레이들은 발광 픽셀들의 어레이들로 구성되지만, 대부분의 평판 디스플레이들은, 상태들 사이에 스위칭될 수 있지만 독립적으로 발광할 수 없는, 픽셀들의 어레이들을 갖는다. 그러한 평판 디스플레이들은 도처에서 발견되는 LCD 디스플레이들을 포함한다. 그러한 평판 디스플레이들이 사용자에게 이미지를 디스플레이할 수 있기 위해서는, 픽셀 어레이는, 투과형 픽셀 어레이의 경우에는, 소위 백라이트에 의해, 또는, 반사형 픽셀 어레이의 경우에는, 주위 광 또는 소위 프런트 라이트(front-light)에 의해 조명되어야 한다.

전통적인 백라이트는 평면 광 가이드(planar light-guide)로 구성되고 광원으로부터 이 평면 광 가이드 내로 광이 결합된다. 평면 광 가이드의 일면은, 그 면을 통한 광의 아웃커플링(outcoupling)을 가능하게 하기 위해, 전형적으로 스트 럭처링(structuring) 또는 변경, 예를 들면, 표면 조화(surface roughening)를 통하여 변경된다. 아웃커플링된 광은, 투과 상태(trans-missive state)에 있는, 픽셀 어레이 내의 픽셀들을 통과하고, 대응하는 이미지가 관찰자의 눈에 보이게 된다.

그러나, 흔히 있는 일이지만, 픽셀들의 매우 작은 비율만이 밝은(그들의 투과 상태에 있는) 경우, 그에 준하여 백라이트에 의해 방사되는 광의 큰 프랙션(large fraction)이 관찰자에게 도달하지 못하게 되고 따라서 귀중한 에너지가 낭비된다.

한편, 복수의 개별적으로 제어가능한 광원들을 갖는 백라이트 패널로서 백라이트를 제공함으로써, 그 백라이트는 국부적으로 어둑하게(dim) 될 수 있고, 이로 인해 이미지 콘트라스트도 향상되고 전력 소비도 감소된다.

그러나, 백라이트에 포함된 광원들은 동일한 동작 조건들에서 상당히 퍼져 있는 그들의 발광 강도들을 나타낼 수 있다. 또한, 광원들의 노화로 인해 백라이트 및, 그 결과, 그 백라이트를 포함하는 디스플레이 장치의 성능이 점진적으로 퇴화할 수 있다.

US 2003/0043107은 백라이트 패널의 배면에 광검출기와 함께 다수의 대표적인 LED들을 제공함으로써 백라이트 휘도 감지가 실현되는 LED 백라이트 시스템을 갖는 액정 디스플레이(LCD)를 개시하고 있다.

US 2003/0043107에 따른 감지 시스템에 의하면 방사되는 백라이트에 실제로 기여하고 있는 LED들보다는 대표적인 "샘플링" LED들이 모니터된다. 그 결과, 방 사하는 LED들 사이의 개개의 변화들이 모니터될 수 없고, 따라서, 보상될 수 없다.

따라서 방사되는 백라이트에 기여하는 광원들의 모니터링 및 교정(calibration)을 가능하게 하는 개선된 백라이트 시스템이 요구되고 있다.

[발명의 목적]

위에서 언급한 및 다른 종래 기술의 결점들을 고려하여, 본 발명의 목적은 개선된 백라이트 시스템을 제공하는 것이다.

[발명의 요약]

본 발명에 따르면, 이들 및 다른 목적들은 적응적으로 제어가능한 백라이트 시스템을 통하여 달성되고, 이 백라이트 시스템은, 백라이트 패널 상에 배열되고 상기 백라이트 패널에 대해 실질적으로 수직인 방향으로 광을 방사하는 복수의 개별적으로 제어가능한 광원들; 상기 백라이트 패널에 인접하여 배열되고, 상기 광원들에 의해 방사된 광의 프랙션(fraction)을 캡처하고 그 광의 프랙션을 자신의 적어도 하나의 단부 표면(end-surface)을 통하여 아웃커플링하도록 적응된 아웃커플링 플레이트(outcoupling plate); 상기 아웃커플링된 광을 수신하도록 배열되고 상기 아웃커플링된 광을 자신의 적어도 하나의 단부 표면 쪽으로 가이드하도록 적응된 적어도 하나의 광 가이드(light-guide); 및 상기 가이드된 아웃커플링된 광을 수신하도록 배열되고 상기 아웃커플링된 광의 적어도 하나의 속성을 나타내는 신호를 제공하여, 상기 백라이트 시스템의 적응적 제어를 가능하게 하도록 적응된 적어도 하나의 센서를 포함한다.

상기 개별적으로 제어가능한 광원들은, 예를 들면, 발광 다이오드(LED) 및 반도체 레이저를 포함하는, 반도체 기반 광원, 유기 발광 다이오드(OLED), 또는 형광 광원과 같은, 백라이트 시스템에서 사용하기에 적합한 임의의 종류의 광원들일 수 있다.

"백라이트 패널"은, 본 출원에 관련하여, 복수의 광원들을 지지하도록 적응된 패널로 이해되어야 한다. 백라이트 패널은 단단하거나 유연할 수 있고, 그것은 광원들에 전력을 공급하기 위한 배선을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 백라이트 패널은 유리하게는, 단단(소위 PCB)하거나 유연(소위 FPC)할 수 있는, 회로 기판으로서 형성될 수 있다.

"아웃커플링 플레이트"는, 광원들에 의해 방사된 실질적으로 모든 가시광을 투과하고, 그 방사된 광의 작은 프랙션(small fraction)을 상기 아웃커플링 플레이트의 하나 또는 몇 개의 아웃커플링 표면(들)을 통하여 아웃커플링하도록 적응된 플레이트이다. 아웃커플링 플레이트는, 예를 들면, 단일 유전체 재료 또는 유전체 재료들의 조합들의 슬래브(slab)로 이루어질 수 있는, 평면 광학 도파관(planar optical waveguide)의 형태로 제공될 수 있다. 적합한 유전체 재료들은, 다양한 유형의 글라스, 폴리-메틸 메트아크릴레이트(PMMA), 폴리-카보네이트(PC) 등의, 상이한 투명 재료들을 포함한다. 그러한 평면 도파관은 편평할 수 있고 또는 곡선 모양의 외관을 가질 수 있다. 슬래브형 평면 도파관은 전형적으로 그 도파관에 결합된 광을 포함하기 위하여 TIR(total internal reflection)에 의지한다.

상기 아웃커플링 플레이트는, 또한, 단단하거나 유연할 수 있다. 바람직하게는, 단단한 아웃커플링 플레이트는 단단한 백라이트 패널과 조합하여 사용되고 그 반대도 가능하다.

상기 센서는 가시 또는 비가시(invisible) 방사선의 임의의 속성 또는 그러한 속성들의 조합들을 감지하는 것이 가능할 수 있다. 감지될 수 있는 속성들은, 예를 들면, 파장 분포, 발광 강도, 편광, 색 좌표, 색도(chroma), 및 채도(saturation)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 백라이트 시스템을 통하여, 상기 개별적으로 제어가능한 광원들의 모든 광원마다에 의해 방사된 광의 속성들이 감지되고 그에 따라서 상기 백라이트 시스템이 제어될 수 있다. 이에 의하여, 초기 변화가 생산 단계에서 보상될 수 있고, 점차로 나타나는 변화들 및 드리프트들은 본 발명에 따른 백라이트가 포함되어 있는 생산품의 수명 동안에 처리될 수 있다.

또한, 아웃커플링된 광은 상기 광 가이드들에 의해 수집되어 센서 쪽으로 가이드되므로, 상기 개별적으로 제어가능한 광원들 중 모든 광원마다에 의해 방사된 광을 샘플링하기 위해 하나 또는 소수의 센서만이 요구된다.

이에 관련하여, 문헌 WO 2004/023443은 OLED 디스플레이를 개시하고 있고, 이 OLED 디스플레이는 그 디스플레이 내의 개개의 픽셀들의 교정 및 정정을 가능하게 하는 광학 피드백 시스템을 구비하고 있다. 이 광학 피드백 시스템에서는, 시트 도파관(sheet waveguide)을 이용하여 디스플레이 내의 OLED들에 의해 방사된 광을 그 시트 도파관에 연결된 광센서에 결합하고 있다. 숙련자가 WO 2004/023443에 개시된 OLED 디스플레이를 백라이트로서 기능하도록 개작하려고 할 이유는 없을 것이다. 또한, 상기 시트 도파관에 의해 아웃커플링된 광을 가이드하기 위한 광 가 이드는 개시되어 있지 않다. 그러나, 상기 시트 도파관은 행들 또는 열들로 분할될 수 있고, 그 각각은 광을 그것에 연결된 센서로 가이드한다는 것이 제안되어 있다.

본 발명에 따른 백라이트 시스템에서, 백라이트 패널로부터 멀리 향하는 아웃커플링 플레이트의 표면 상에 구조들이 형성될 수 있고, 그 구조들의 평균 폭은 그 구조들 사이의 평균 거리보다 상당히 작아서, 상기 방사된 광의 적당히 작은 프랙션만이 상기 아웃커플링 플레이트에 의해 캡처되는 것을 보장한다.

예를 들면, 상기 구조들의 평균 폭과 상기 구조들 사이의 평균 거리 간의 비율은 1/6보다 작을 수 있다.

이들 구조들은 평행하거나 평행하지 않을 수 있는 선형 구조들, 및/또는 구형 또는 피라미드형 만입부(indentation) 또는 돌출부(projection) 등의 점 구조(point-structure)들로서 제공될 수 있다. 상기 선형 구조들 및/또는 점 구조들은 유리하게는 상기 아웃커플링 플레이트의 윤곽에 관하여 배향(orient)될 수 있고, 예를 들면, 아웃커플링 표면에 평행할 수 있다.

일반적으로, 상기 구조들의 깊이는 바람직하게는 상기 구조들의 폭과 동일한 정도의 크기일 수 있다.

또한, 상기 구조들은, 예를 들면, 상기 아웃커플링 플레이트의 상면에 새겨질 수 있는, 각주의 홈(prismatic groove)들일 수 있다. 그러한 각주의 홈들은 유리하게는 그 홈들의 폭의 대략 절반인 깊이를 가질 수 있다.

이들 구조들을 구비함으로써, 상기 방사된 광의 매우 작은 프랙션만이 상기 아웃커플링 플레이트에 의해 캡처되고, 그 결과, LCD 패널 등의 이미지 형성 패널의 백라이팅에 기여하지 못하게 되는 것이 보장된다.

본 발명에 따른 백라이트 시스템의 일 실시예에 따르면, 상기 구조들 사이의 평균 거리는, 상기 광원들의 위치들에 대응하는 상기 아웃커플링 플레이트의 제1 표면 부분들 상에서가, 상기 광원들 사이의 공간들에 대응하는 상기 아웃커플링 플레이트의 제2 표면 부분들 상에서보다 더 작다.

아웃커플링을 위한 상기 구조들은 따라서 그들의 아웃커플링 효율이 최대인 곳에서, 즉, 백라이트 상의 상기 광원들의 위치들에 대응하는 표면 부분들 상에서 보다 많이 밀집하여 제공될 수 있다. 광원들 사이의 백라이트 패널의 영역들에 대응하는 표면 부분들 상에서, 상기 아웃커플링 구조들은 상당히 보다 적게 밀집하여 제공될 수 있고, 또는 완전히 생략되기도 한다.

이렇게 하여 각 광원에 의해 방사된 광의 충분히 큰 프랙션이 캡처되어 상기 아웃커플링 플레이트의 상기 적어도 하나의 아웃커플링 표면 쪽으로 아웃커플링될 수 있는 한편, 백라이트 시스템의 정상 동작은 상기 아웃커플링 플레이트 상에 제공된 상기 구조들에 의해 가능한 한 적게 방해받는 것이 보장된다.

또한, 본 발명에 따른 상기 구조 구성은 상기 아웃커플링 플레이트를 통하여 투과된 광의 확산(spreading)을 가능하게 하고, 이로 인해 백라이트 시스템에 의해 방사된 광의 균일성이 증가된다. 이는 특히 광원들 사이에 큰 거리(수 센티미터 정도)가 있는 구현들에 있어서 바람직하다. 상기 아웃커플링 플레이트를 통하여 투과된 광의 효율적인 확산을 달성하는 한편, 그와 동시에 상기 방사된 광의 적당 히 작은 프랙션들을 캡처 및 아웃커플링하기 위해서는, 상기 백라이트 패널 상의 광원들의 위치들에 대응하는 표면 부분들 상의 구조들의 밀도가, 예를 들면 90% 이상으로 매우 높을 수 있다. 또한, 상기 밀집하여 제공된 구조들에 의해 캡처된 광의 일부가 상기 백라이트 패널로부터 멀리 향하는 상기 아웃커플링 플레이트의 표면을 통하여 탈출하는 것을 허용하는 확산 구조(spreading structure)들이 상기 광원들 사이의 상기 백라이트 패널의 영역들에 대응하는 표면 부분들 상에 제공될 수 있다. 이들 확산 구조들은 유리하게는 상기 센서(들)에 의한 신뢰할 수 있는 검출을 위해 충분한 프랙션을 제외한 광의 전부가 상기 백라이트 패널로부터 멀리 향하는 아웃커플링 플레이트의 표면을 통하여 아웃커플링 플레이트로부터 탈출하는 것을 허용하도록 설계될 수 있다. 이 때문에, 상기 확산 구조들은 상기 밀집하여 제공된 구조들과 유사하거나 상이할 수 있다.

유리하게는, 상기 구조들 사이의 평균 거리는 상기 제1 표면 부분들 모두에 대하여 같다.

이에 의하여, 상기 광원들 각각으로부터의 광의 본질적으로 동일한 프랙션이 상기 아웃커플링 플레이트에 의해 캡처되어 아웃커플링되는 것이 보장된다. 그와 동시에, 정상 동작 중의 상기 백라이트 시스템의 효율은 가능한 한 적게 방해받는다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 구조들은 주기적으로 제공되고 그 사이즈와 주기 피치(period pitch) 간에 1/6보다 작은 비율을 가질 수 있다.

특히, 상기 미세구조들의 사이즈는, 예를 들면, 10 내지 500 미크론, 바람직 하게는 10 내지 50 미크론일 수 있고, 그 피치는, 예를 들면, 0.3 내지 5 mm일 수 있다. 상기 구조들의 사이즈가 더 작고 상기 피치가 더 클수록, 캡처된/아웃커플링된 광의 프랙션은 더 작아진다.

상기 아웃커플링 플레이트는 2개의 대향하는 아웃커플링 표면들을 통하여 광을 아웃커플링하도록 적응될 수 있다.

이에 의하여, 백라이트 시스템 내의 모든 광원들로부터의 광은 상기 대향하는 아웃커플링 표면들을 통하여 아웃커플링된 광을 추가함으로써 광원 매트릭스에서 위치에 관하여 평균될 수 있다.

또한, 상기 광 가이드들 중 대응하는 광 가이드가 상기 아웃커플링 표면들 각각에 인접하여 배치될 수 있다.

이렇게 하여, 상기 아웃커플링 플레이트의 아웃커플링 표면들을 통하여 아웃커플링되는 모든 광이 상기 광 가이드들에 의해 캡처되어 상기 센서(들) 쪽으로 보내진다. 이에 의하여, 상기 아웃커플링된 광의 사실상 전부가 상기 센서(들)에 도달하고 따라서 상기 백라이트 시스템에 포함된 광원들의 교정을 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 추가 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 센서는 상기 광 가이드 아웃커플링 표면들 각각을 통하여 방사된 가이드된 광을 수신하기 위해 제공될 수 있다.

상기 광 가이드 아웃커플링 표면들 각각을 통하여 방사된 광의 대응하는 속성들을 감지하도록 적응된 센서들에 의해 제공된 신호들을 추가함으로써, 광원 위 치에 관한 평균이 달성된다. 즉, 광원에 의해 방사된 광의 동일한 프랙션이 상기 백라이트 패널 상의 광원의 위치에 관계없이 상기 센서들에 의해 수신될 수 있다. 그에 의해, 백라이트의 보다 적확하고 신뢰할 수 있는 제어가 가능해진다.

일부 응용들에서는, 광원들의 상이한 위치들을 충분히 보상하기 위해 추가 교정이 요구될 수 있다. 예를 들면, 공장에서 일어날 수 있는, 그러한 교정에서는, 각 광원이 순차적으로 온으로 스위칭될 수 있고, 상기 센서들 각각에 의해 제공된 신호들 및 상기 백라이트로부터의 광 분포가 측정된다. 이들 측정들에 기초하여, 상기 시스템은 광원 위치에 관계없이 정확한 출력을 제공하도록 교정될 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 상기 백라이트 시스템은 대응하는 광 가이드 아웃커플링 표면을 통하여 방사된 광을 상기 적어도 하나의 센서에 보내도록 배열된 적어도 하나의 미러를 더 포함할 수 있다.

이렇게 하나 또는 몇 개의 적당히 배열된 미러(들)를 구비함으로써 아웃커플링된 광의 사실상 전부가 단일 센서 쪽으로 보내질 수 있다. 이에 의하여, 제조 비용이 감소될 뿐만 아니라 개개의 센서들 간의 차이로 인한 측정 오차들도 제거될 수 있다.

본 발명에 따른 백라이트 시스템은 유리하게는 상기 적어도 하나의 센서에 의해 제공된 신호를 수신하고, 그 수신된 신호에 기초하여 광원들을 제어하도록 적응된 제어 회로를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 백라이트 시스템은 광원들에 의해 방사된 광을 확산하 여, 상기 백라이트 시스템에 의해 방사된 광의 균일성을 증가시키기 위한 광 확산 플레이트(light-spreading plate)를 더 포함할 수 있다.

패널형 백라이트 시스템을 실현하기 위해 필요한 광원들의 수는 백라이트 시스템에 포함된 광원들의 출력(output power)에 의존한다. 광원들의 출력이 높을수록, 필요한 광량을 생성하기 위해 필요한 광원의 수는 더 적다. 명백히, 적은 수의 고출력 광원을 구비함으로써 주어진 백라이트 패널 사이즈에 대하여 광원들 사이의 거리가 더 커지고, 이로 인해 백라이트 패널에 의해 방사된 광의 균일성은 감소되게 된다.

이러한 균일성은 본 발명에 따른 백라이트 시스템에 광 확산 플레이트를 포함시킴으로써 개선될 수 있다.

또한, 이 광 확산 플레이트는 상기 아웃커플링 플레이트에 의해 형성될 수 있다.

예를 들면 상기 아웃커플링 플레이트 상에 적합한 구조 구성을 제공함으로써, 상기 아웃커플링 플레이트를 투과된 광의 증가된 균일성이 달성될 수 있는 한편, 그와 동시에, 상기 적어도 하나의 아웃커플링 표면을 통하여 상기 광원들에 의해 방사된 광의 적당히 작은 프랙션을 캡처 및 아웃커플링할 수 있다.

그러한 적합한 표면 구성의 예시는 상기 백라이트 패널 상의 광원들의 위치들에 대응하는 상기 아웃커플링 플레이트의 표면들 상에, 예를 들면 그 표면 영역의 90% 이상을 점유하여, 매우 밀집하여 구조들을 제공하고, 그 밀집하여 제공된 구조들에 의해 캡처된 광의 일부가 상기 광원들 사이의 상기 백라이트 패널의 영역 들에 대응하는 상기 아웃커플링 플레이트의 표면을 통하여 탈출하는 것을 허용하는 확산 구조들을 제공하는 것이다. 이들 확산 구조들은 유리하게는 상기 센서(들)에 의한 신뢰할 수 있는 검출을 위해 충분한 프랙션을 제외한 광의 전부가 상기 백라이트 패널로부터 멀리 향하는 상기 아웃커플링 플레이트의 표면을 통하여 그 아웃커플링 플레이트로부터 탈출하는 것을 허용하도록 설계될 수 있다. 이 때문에, 상기 확산 구조들은 상기 밀집하여 제공된 구조들과 유사하거나 상이할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 백라이트 시스템은 자신과 상호 작용하는 아웃커플링된 광의 적어도 하나의 속성을 변경하도록 적응된 광 변경 부재(light-modifying member)를 더 포함할 수 있다.

상기 광 변경 부재는, 예를 들면, 파장 범위, 스펙트럼 분리, 편광 상태 및 방향을 포함하는, 광의 임의의 속성을 변경하는 것이 가능한 임의의 엘리먼트일 수 있다. 따라서 그러한 광 변경 부재들의 예시들은, 예를 들면, 프리즘, 회절 격자, 필터, 편광자, 렌즈 및 미러를 포함한다.

그러한 광 변경 부재의 추가를 통하여, 사용가능한 센서들의 수가 증가된다. 예를 들면, 백라이트 패널 상의 광원들이 각각이 다수의 상이한 색의 단색 광원들로 이루어지는 복합 광원들(compound light-sources)인 경우, 이들 단색 광원들에 의해 방사된 광은, 상기 복합 광원에 의해 방사된 혼합된 광을 상기 단색 광원들에 대응하는 상이한 색의 단색 성분들로 분리함으로써, 서로 따로따로, 동시에 감지될 수 있다. 그 후 상기 상이한 색의 단색 성분들 각각은 직접 또는 미러 또는 다른 추가의 광 변경 부재들을 통하여 대응하는 센서에 보내질 수 있다.

본 발명에 따른 백라이트 시스템은, 또한, 유리하게는 관찰자에 도달하도록 상기 백라이트 시스템으로부터의 광의 통과(passage)를 선택적으로 허용하도록 배열된 선택적 투과형 이미지 형성 패널(selectively trans-missive image forming panel)을 더 포함하는, 디스플레이 장치에 포함될 수 있다.

그러한 투과형 이미지 형성 패널은, 예를 들면, 투과형 또는 반투과형(transflective) 액정 패널일 수 있다.

이제 본 발명의 이들 및 다른 양태들에 대하여, 본 발명의 현재 바람직한 실시예들을 보여주는 첨부 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 백라이트 시스템의 제1 실시예를 개략 도시하는 분해 사시도이다.

도 2는 도 1의 백라이트 시스템 내의 아웃커플링 플레이트의 개략 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 백라이트 시스템의 제2 실시예를 개략 도시하는 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 백라이트 시스템에 대한 예시적인 제어 시스템을 개략 도시하는 블록도이다.

본 설명에서, 본 발명에 따른 백라이트 시스템은, 각주의 만입부(prismatic indentation)들 및 2개의 대향하는 아웃커플링 표면들을 가지고 구성되는 아웃커플링 시트를 갖는 백라이트 시스템에 관련하여 설명된다. 또한, 여기서 설명된 백라이트 시스템은, 복수의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드(LED)들을 구비하는, 백라이트 패널을 갖는다. 본 발명은 결코 여기서 설명된 바람직한 실시예들에 제한되지 않는다는 데에 주목해야 한다. 예를 들면, 상기 아웃커플링 시트는 상기 백라이트 패널 상에 제공된 광원들에 의해 방사된 광의 적당히 작은 프랙션의 아웃커플링을 가능하게 하는 임의의 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 광원들은 반드시 LED이어야 할 필요는 없고, 숙련자가 상상할 수 있는 임의의 적합한 광원일 수 있다. 그러한 광원들은, 예를 들면, 형광등, 유기 LED(OLED), 플라스마 셀(plasma cell), 및 반도체 레이저를 포함한다.

도 1에는, 본 발명에 따른 백라이트 시스템의 제1 실시예의 분해 사시도가 개략적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 백라이트 시스템(1)은 백라이트 패널(2)을 구비하고, 이 백라이트 패널(2)은, 여기에서 각각이 적색, 녹색 및 청색 LED들(4a-c) 각각의 적어도 하나를 포함하는 RGB 클러스터들(3a-d) 형태의, 복수의 개별적으로 제어가능한 광원들을 지지한다. 도면의 명료함을 위하여, 도시된 RGB 클러스터들 및 RGB-LED들 중 소수만이 참조 번호로 표시되어 있다. 백라이트 패널(2)은 바람직하게는, 상기 광원들(3a-3d)을, 바람직하게는 상기 개별적으로 제어가능한 광원들(3a-3d)의 개별 제어를 가능하게 하는 제어 회로(도시되지 않음)를 통하여, 전원(도시되지 않음)에 접속하는 도전성 트레이스들(conductive traces)을 갖는, 인쇄 회로 기판(PCB) 등의 형태로 제공된다. 비록 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 상기 RGB 클러스터들(3a-3d)은, 그룹으로서 제어가능한, 보다 많은 수의 RGB 서브 클러스터들을 포함할 수 있다. 상기 LED들(4a-4c)은 바람직하게는 상기 백라이트 패널 PCB(2)에 납땜되지만, 또한 적합한 도전성 접착제, 이방성 도전성 필름(anisotropically conductive film) 등을 이용하여 부착될 수도 있다.

백라이트 패널(2)의 위에는, 아웃커플링 플레이트(5)가 얇은, 예를 들면, 1 내지 3 mm의, PMMA(폴리-메틸 메트아크릴레이트) 또는 PC(폴리-카보네이트) 플레이트의 형태로 배열되고, 그것은, 예를 들면, 아웃커플링 플레이트(5)의 상면(7)(백라이트 패널(2)로부터 멀리 향하는 표면) 상에 새겨지는 각주의 만입부들 형태의 주기적인 아웃커플링 구조들(6a-i)을 구비한다. 상기 아웃커플링 플레이트(5)의 상면(7) 상의 구조들(6a-i)은 도 2를 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명된다. 상기 아웃커플링 플레이트(5)는 2개의 대향하는 아웃커플링 표면들(8a-b)을 갖고, 그 각각에 인접하여 광 가이드(9, 10)가 각각의 아웃커플링 표면들(8a-b)을 통하여 방사된 광을 수신하기 위해 배열된다.

광 가이드들(9, 10) 각각은 각주의 만입부들(11)을 구비하고, 그들 중 하나만이 참조 번호로 표시되어 있다. 이들 각주의 만입부들(11)은 아웃커플링 플레이트(5)의 아웃커플링 표면들(8a-8b)로부터 멀리 향하는 각 광 가이드(9, 10)의 측면 상에 제공된다. 광 가이드들에 의해 그들 각각의 인커플링(incoupling) 표면들(12, 13)에서 수신되는 광의 아웃커플링 표면들(14a-b 및 15a-b) 쪽으로의 고도로 효율적인 가이딩을 가능하게 하기 위하여, 각주의 만입부들은 바람직하게는, 예를 들면, 0.1 내지 0.3 mm의 짧은 피치를 구비한다.

광 가이드들(9, 10)의 아웃커플링 표면들(14a-b, 15a-b) 각각에 인접하여, 센서(16-19)가 광 가이드들(9, 10)의 아웃커플링 표면들(14a-b, 15a-b)을 통하여 아웃커플링되는 광을 수신하기 위해 배열된다. 이들 센서들(16-19)은 아웃커플링된 광의 적어도 하나의 속성을 나타내는 신호를 제공하도록 적응된다. 이 신호는 컨트롤러(도시되지 않음)에 송신되고, 컨트롤러는 그 후 원하는 백라이트 시스템(1) 속성들을 달성하기 위해 백라이트 패널(2) 내의 개별적으로 제어가능한 광원들(3a-d)을 제어한다.

이제 도 1의 백라이트 시스템(1)에 포함된 아웃커플링 플레이트(5)를 도시하는 도 2를 참조하면, 아웃커플링 플레이트(5)는 바람직하게는 1 내지 3 mm인 두께 D를 갖지만, 시스템의 성능에 유해하게 영향을 미치지 않고 상당히 더 두꺼울 수도 있다. 아웃커플링 플레이트(5)의 상면(7)에는, 폭 w 및 피치 d를 갖는 구조들(6a-c)이 주기적으로 제공된다. 백라이트 패널(2) 내의 광원들(3a-d)에 의해 방사된 광의 가능한 한 큰 부분을 아웃커플링 플레이트(5)를 통하여 선택적 투과형 이미지 형성 패널(도시되지 않음) 쪽으로 전송하는 한편, 방사된 광의 아웃커플링된 프랙션이 센서들(16-19)이 신뢰할 수 있는 판독치(readings)를 제공할 만큼 충분히 큰 것을 보장하기 위하여, 구조들(6a-d)의 사이즈 w는 바람직하게는 10 내지 100 미크론이어야 하고 피치 d는 바람직하게는 0.3 내지 3 mm이어야 한다. 사이즈 w가 작을수록 그리고 피치 d가 클수록 아웃커플링 프랙션은 작아진다.

본 발명에 따른 백라이트 시스템의 제2 실시예의 일부의 단면도인, 도 3에는, 2개의 인접한 광원들(3a-b)이 백라이트 패널(2) 상에 제공되어 있다. 아웃커플링 플레이트(5)의 상면(7)에는, 아웃커플링 구조들(300a-b 및 301a-b)이 제공된다(도면의 명료함을 위하여, 아웃커플링 구조들의 각 그룹 내의 구조들 중 2개만이 참조 번호로 표시되어 있다). 아웃커플링 구조들(300a-b 및 301a-b)은, 각각, 광원들(3a 및 3b) 각각의 위쪽에 중심을 둔 그룹들(302 및 303)로 제공된다. 2개의 그룹들(302 및 303) 사이에는, 어떤 아웃커플링 구조도 제공되어 있지 않다. 도 3에 따른 아웃커플링 플레이트 구성을 통하여, 백라이트 시스템의 정상 동작은 가능한 한 적게 방해받으면서 또한 광원들(3a-b) 각각의 개개의 출력을 측정할 수 있도록 방사된 광의 충분히 큰 프랙션을 캡처 및 아웃커플링한다. 도 3에서 밀집하여 배열된 구조들(300a-b, 301a-b)의 2개의 그룹들(302 및 303) 사이에는 어떤 아웃커플링 구조들도 표시되어 있지 않지만, 아웃커플링 구조들은, 물론, 그 그룹들(303, 303) 사이에 제공될 수도 있다. 본 발명의 본 실시예에 따르면, 이들 중간 구조들은 백라이트 패널(2) 상의 광원들(3a-b)의 위치들에 대응하는 표면 부분들 상에 제공된 그룹들(302, 303) 내의 구조들(300a-b, 301a-b)보다 덜 밀집하여 배열된다.

이제 도 1, 3 및 4를 참조하여 전형적인 교정 시퀀스를 설명한다. 교정에서는, 여기서는 마이크로컨트롤러(100) 형태의 제어 회로가 상기 개별적으로 제어가능한 광원들(3a-d) 각각을, 그 광원들(3a-d) 중 하나만이 한번에 광을 방사하도록, 차례차례로 광을 방사하도록 제어한다. 도 4에 도시된 예시에 따르면, 광원(3d)은 도 4에서 화살에 의해 표시된 바와 같이 (백색) 광을 방사한다. 그 선택된 광원(3d)에 의해 방사된 광은 상기 아웃커플링 플레이트(5) 및 상기 광 가이드들(9, 10)에 의해 구성된 광학 시스템(101)에 의해 센서들(16-19) 쪽으로 전송된다. 도 4에서 상이한 사이즈의 화살들에 의해 개략적으로 표시된 바와 같이, 센서들(16-19)은 그 특정 광원(3d)의 위치 때문에, 그 광원(3d)에 의해 방사된 광의 상이한 양의 아웃커플링된 프랙션을 수신한다.

그 신호들은, 마이크로컨트롤러(100)에 의해 구해지는 복합 신호에 추가된다. 마이크로컨트롤러(100)는 그 후 광원(3d)에 대한 업데이트된 교정 파라미터 세트를 비휘발성 메모리(102)에 저장한다. 그 저장된 교정 파라미터 세트들(각 광원마다 하나씩)에 기초하여, 마이크로컨트롤러는, 예를 들면, 균일성 및/또는 색 균형에 관하여, 원하는 속성들을 가진 광을 방사하도록 광원들(3a-d)을 제어할 수 있다. 상술한 교정 시퀀스는 공장에서 또는 백라이트 시스템을 포함하는 장치를 최종 고객에게 배달한 후에 수행될 수 있다. 후자의 경우, 교정은 바람직하게는, 그 교정이 충분히 빠르게 수행된다고 가정하면, 장치를 온으로 스위칭하는 동안에, 특정 교정 간격으로 및/또는 동작 중에 수행될 수 있다. 당해 기술분야의 숙련자는 본 발명이 결코 상기 바람직한 실시예들에 제한되지 않는다는 것을 안다. 예를 들면, 백색광 RGB 클러스터들보다는 3원색(primary color) LED들이 교정될 수 있다. 또한, 아웃커플링 플레이트는 다수의 다른 방법으로, 예를 들면, 주기적이지 않은 및/또는 아웃커플링 표면에 평행하게 연장하지 않는 마루들(ridges) 및 골들(valleys)을 갖도록 구성될 수 있다.

Claims

적응적으로 제어가능한 백라이트 시스템(1)으로서,

백라이트 패널(2) 상에 배열되어 상기 백라이트 패널(2)에 대해 실질적으로 수직인 방향으로 광을 방사하는 복수의 개별적으로 제어가능한 광원들(3a-d);

상기 백라이트 패널(2)에 인접하여 배열되고, 상기 광원들(3a-d)에 의해 방사된 광의 프랙션(fraction)을 캡처하고 상기 광의 프랙션을 자신의 적어도 하나의 아웃커플링 표면(8a-b)을 통하여 아웃커플링하도록 적응된 아웃커플링 플레이트(outcoupling plate)(5);

상기 아웃커플링된 광을 수신하도록 배열되고 상기 아웃커플링된 광을 자신의 적어도 하나의 아웃커플링 표면(14a-b, 15a-b) 쪽으로 가이드하도록 적응된 적어도 하나의 광 가이드(light-guide)(9, 10); 및

상기 가이드된 아웃커플링된 광을 수신하도록 배열되고 상기 아웃커플링된 광의 적어도 하나의 속성을 나타내는 신호를 제공하여, 상기 백라이트 시스템(1)의 적응적 제어를 가능하게 하도록 적응된 적어도 하나의 센서(16-19)

를 포함하는 백라이트 시스템(1).
제1항에 있어서, 상기 백라이트 패널(2)로부터 멀리 향하는 아웃커플링 플레이트(5)의 표면(7) 상에 구조들(6a-i; 300a-b, 301a-b)이 형성되고, 상기 구조들(6a-i; 300a-b, 301a-b)의 평균 폭(w)은 상기 구조들(6a-i; 300a-b, 301a-b) 사 이의 평균 거리(d)보다 상당히 작아서, 상기 방사된 광의 적당히 작은 프랙션만이 캡처되는 것을 보장하는 백라이트 시스템(1).
제2항에 있어서, 상기 구조들(300a-b, 301a-b) 사이의 상기 평균 거리는, 상기 광원들(3a-d)의 위치들에 대응하는 상기 아웃커플링 플레이트(5)의 제1 표면 부분(302, 303)들 상에서가, 상기 광원들(3a-d) 사이의 공간들에 대응하는 상기 아웃커플링 플레이트(5)의 제2 표면 부분들 상에서보다 더 작은 백라이트 시스템(1).
제3항에 있어서, 상기 구조들(300a-b, 301a-b) 사이의 상기 평균 거리는 상기 제1 표면 부분들(302, 303) 모두에 대하여 같은 백라이트 시스템(1).
제2항에 있어서, 상기 구조들(6a-i)은 주기적으로 제공되고, 상기 폭(w)과 주기 피치(period pitch)(d) 간의 비율은 1/6보다 작은 백라이트 시스템(1).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아웃커플링 플레이트(5)는 2개의 대향하는 아웃커플링 표면들(8a-b)을 통하여 광을 아웃커플링하도록 적응되는 백라이트 시스템(1).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 가이드들(9, 10) 중 대응하는 광 가이드가 상기 아웃커플링 표면들(8a-b) 각각에 인접하여 배치되는 백라 이트 시스템(1).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 센서(16-19)는 상기 광 가이드 아웃커플링 표면들(14a-b, 15a-b) 각각을 통하여 방사된 가이드된 광을 수신하기 위해 제공되는 백라이트 시스템(1).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 대응하는 광 가이드 아웃커플링 표면을 통하여 방사된 광을 상기 적어도 하나의 센서에 보내도록 배열된 적어도 하나의 미러를 더 포함하는 백라이트 시스템(1).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서(16-19)에 의해 제공된 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호에 기초하여 상기 광원들(3a-d)을 제어하도록 적응된 제어 회로(100)를 더 포함하는 백라이트 시스템(1).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원들에 의해 방사된 광을 확산하여, 상기 백라이트 시스템(1)에 의해 방사된 광의 균일성을 증가시키기 위한 광 확산 플레이트(light-spreading plate)를 더 포함하는 백라이트 시스템(1).
제11항에 있어서, 상기 광 확산 플레이트는 상기 아웃커플링 플레이트(5)에 의해 형성되는 백라이트 시스템(1).
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 자신과 상호 작용하는 아웃커플링된 광의 적어도 하나의 속성을 변경하도록 적응된 광 변경 부재(light-modifying member)를 더 포함하는 백라이트 시스템(1).
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원들(3a-d)은 LED와 같은 반도체 광원들인 백라이트 시스템(1).
디스플레이 장치로서,

제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 백라이트 시스템(1); 및

관찰자에 도달하도록 상기 백라이트 시스템으로부터의 광의 통과(passage)를 선택적으로 허용하도록 배열된 선택적 투과형 이미지 형성 패널(selectively trans-missive image forming panel)

을 포함하는 디스플레이 장치.