KR20120071939A

KR20120071939A - 면 조명용 장치

Info

Publication number: KR20120071939A
Application number: KR1020100133683A
Authority: KR
Inventors: 김민수; 박선택; 주정진
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2012-07-03

Abstract

본 발명은 면 조명용 장치에 관한 것으로서, 점 광원에서 발생된 빛을 전달하는 광 도파로; 상기 광 도파로의 적어도 일측에 형성되고, 상기 광 도파로로부터 전달되는 빛을 수평 방향으로 산란시키는 제1 광 산란 패턴; 및 상기 제1 광 산란 패턴을 포함하는 광 도파로의 상부 또는 하부에 형성되고, 상기 제1 광 산란 패턴에 의해 수평 방향으로 산란된 빛을 수직 방향으로 산란시키는 제2 광 산란 패턴을 포함한다.

Description

면 조명용 장치{Device for Surface Illumination}

본 발명은 면 조명용 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 점 광원 기반의 면 조명용 장치에 관한 것이다.

면 조명용 장치는 디스플레이 산업과 조명 산업을 중심으로 매우 큰 시장 수요를 형성하고 있다. 대표적으로 관심을 모으고 있는 분야로 디스플레이 장치의 BLU(back light unit)를 들 수 있는데, 면 조명을 위한 광원으로서 기존에 선 광원 방식의 형광 램프를 사용해 오다, 최근 들어서는 점차로 점 광원에 해당하는 LED로 대체되는 추세에 있다. 그러나 점 광원인 LED를 사용하는 경우에 있어서도, 점 광원을 곧바로 면 조명에 활용하여 면 전체에서 균일한 휘도를 얻는 데에는 기술적 어려움이 따르고 또한 하나의 LED에서 방출되는 광량만으로는 대형 디스플레이의 구현 요구에 대응하기 어려워, 실제로는 여러 개의 LED를 일정한 간격으로 배열하는 방식을 기반으로 BLU 기술이 실현되고 있다.

선 광원 또는 다수의 LED에 기반한 면 조명을 구현하기 위해서는, 일반적으로 광원에서 발생된 빛을 도광판(light guide plate)을 통해 디스플레이 면 전체로 전달하고, 산란 패턴과 반사시트, 확산시트, 수직 또는 수평 프리즘시트 등을 적용하여 빛이 면 조명 장치 표면을 통해 효과적이면서도 균일하게 방출될 수 있도록 하는 구도가 활용되고 있다. 최근 몇몇 업체에서는 하나의 LED를 도광판 모서리에 위치시키고 해당 모서리를 중심으로 동심원 구조의 산란 패턴을 배치하는 등의 방식을 적용하여 면 전체에 대해 균일한 조명 효과를 얻을 수 있는 기술을 선보이고 있기도 하다.

한편 LED 소자 기술 및 디스플레이 기술의 발달에 따라 보다 다양한 디스플레이 효과를 제공하기 위한 기술적 시도들이 이루어지고 있다. 백색 LED 기반의 BLU 기능에서 벗어나, 서로 다른 색상의 LED를 별도로 활용함으로써 영역에 따라 다른 색의 빛을 선택적으로 표시하는 디스플레이 장치가 한 예이다.

그러나, 기존의 기술 방식으로는 이를 위해 각각의 디스플레이 영역에 별도의 광원을 배치해야 하므로 실질적인 기술적 구현 및 제품화에 많은 제약이 따르고, 이로 인해 키패드 수준의 단순한 구성에 대한 구현 방식 정도가 제안되고 있는 상황이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 점 광원를 이용하여 원하는 영역에 면 조명 효과를 줄 수 있는 면 조명용 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 본 발명에 따른 면 조명용 장치는, 점 광원에서 발생된 빛을 전달하는 광 도파로; 상기 광 도파로의 적어도 일측에 형성되고, 상기 광 도파로로부터 전달되는 빛을 수평 방향으로 산란시키는 제1 광 산란 패턴; 및 상기 제1 광 산란 패턴을 포함하는 광 도파로의 상부 또는 하부에 형성되고, 상기 제1 광 산란 패턴에 의해 수평 방향으로 산란된 빛을 수직 방향으로 산란시키는 제2 광 산란 패턴을 포함한다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 본 발명에 따른 면 조명용 장치는, 점 광원에서 발생된 빛을 전달하는 광 도파로, 상기 광 도파로의 적어도 일측에 형성되고, 상기 광 도파로로부터 전달되는 빛을 수평 방향으로 산란시키는 제1 광 산란 패턴 및 상기 제1 광 산란 패턴을 포함하는 광 도파로의 상부 또는 하부에 형성되고, 상기 제1 광 산란 패턴에 의해 수평 방향으로 산란된 빛을 수직 방향으로 산란시키는 제2 광 산란 패턴을 포함하는 적어도 둘 이상의 구조 영역; 및 적어도 하나 이상의 점 광원을 포함하고, 상기 적어도 둘 이상의 구조 영역에 빛을 공급하는 광원부를 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 광 도파로 구조의 면 조명용 장치를 제공함으로써, 점 광원을 이용하여 하나의 영역 또는 둘 이상의 분리된 영역에 효과적으로 면 조명 효과를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 점 광원을 조명 영역에서 분리하여 구성할 수 있으므로, 조명 및 디스플레이의 디자인과 구성에 있어서 유연성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 색상별 LED를 활용한 직접 디스플레이가 가능하므로, 기존의 BLU 방식에 비해 디스플레이 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 면 조명용 장치의 평면도 및 단면도,
도 3은 제1 광 산란 패턴이 광 도파로의 광 전달 방향에 따라 균일한 경우의 평면 산란 특성을 나타낸 예시 화면,
도 4는 제1 광 산란 패턴이 광 도파로의 광 전달 방향에 따라 성겨지는 경우의 평면 산란 특성을 나타낸 예시 화면,
도 5는 면 조명용 장치 여러 개가 평면 상에 어레이 형태로 구성된 것을 나타낸 도면,
도 6은 면 조명용 장치와 광원부가 광 도파로로 연결되는 상세 구조를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에서는 광 도파로가 면 조명용 장치 내에 대각선으로 배치된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 광 도파로는 면 조명용 장치 내의 좌, 우, 상, 하의 어느 일단에 배치될 수도 있다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 면 조명용 장치의 평면도 및 단면도를 나타낸다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 면 조명용 장치는 광 도파로(110), 제1 광 산란 패턴(120), 제2 광 산란 패턴(130), 광 차단막(140), 평면 광 도파층(150) 및 광 반사 시트(160) 등을 포함한다.

광 도파로(110)는 LED 또는 LD 등과 같은 점 광원(100)에서 발생된 빛을 전달한다.

또한, 광 도파로(110)는 채널, 립(rib) 및 인버티드 립(inverted rib) 등의 구조로 형성될 수 있고, 광 도파로(110)의 폭은 5~200㎛의 범위에서 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 광 도파로(110)는 광 전달 방향에 따라 폭 또는 높이가 변화될 수 있다.

제1 광 산란 패턴(120)은 광 도파로(110)의 적어도 일측에 형성되고, 광 도파로(110)로부터 전달되는 빛을 수평 방향으로 산란시킨다.

제1 광 산란 패턴(120)은 sine파형, 이등변 삼각형, 직각 삼각형 및 빗면이 곡선 형태를 갖는 톱니형 등의 형태로 형성될 수 있고, 인접한 패턴 간의 간격은 10~200㎛ 범위로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 제1 광 산란 패턴(120)은 광 도파로(110)의 광 전달 방향에 따라 밀도, 크기 및 높이 중 적어도 하나 이상이 변화될 수 있다. 즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 광 도파로(110)로부터 빛이 전달될 때, 제1 광 산란 패턴(120)의 밀도에 따라 광 도파로(110)의 평면 산란 특성이 달라지는 것을 알 수 있다.

제2 광 산란 패턴(130)은 제1 광 산란 패턴(120)을 포함하는 광 도파로(110)의 상부 또는 하부에 형성되고, 제1 광 산란 패턴(120)에 의해 수평 방향으로 산란된 빛을 수직 방향으로 산란시킨다.

또한, 제2 광 산란 패턴(130)은 광 도파로(110)의 광 전달 방향 또는 광 도파로(110)로부터 떨어져 있는 거리에 따라 밀도, 크기 및 높이 중 적어도 하나 이상이 변화될 수 있다.

광 차단막(140)은 제1 광 산란 패턴(120) 및 제2 광 산란 패턴(130)에 의해 산란된 빛이 원하는 조명 영역 외부로 퍼지는 것을 차단한다.

평면 광 도파층(150)은 제1 광 산란 패턴(120)을 포함하는 광 도파로(110)와 동일한 층에 배치되고, 제1 광 산란 패턴(120)에 의해 산란된 빛의 확산을 돕는다.

광 반사 시트(160)는 제1 광 산란 패턴(120)을 포함하는 광 도파로(110)와 제2 광 산란 패턴(130)의 하부에 위치하고, 제2 광 산란 패턴(130)에 의해 하부로 산란된 빛을 상부로 되돌려주는 역할을 한다.

또한, 본 발명에 따른 면 조명용 장치는 제1 광 산란 패턴(120)을 포함하는 광 도파로(110)와 제2 광 산란 패턴(130)의 상부에 광 확산 시트(172), 수직 프리즘 시트(174), 수평 프리즘 시트(176) 및 보호 시트(178) 등을 더 포함할 수 있다. 여기서, 광 확산 시트(172), 수직 프리즘 시트(174), 수평 프리즘 시트(176) 및 보호 시트(178)는 둘 이상의 적층 구조로 이루어질 수 있다.

도 5는 면 조명 영역 여러 개가 평면 상에 어레이 형태로 구성된 것을 나타낸 도면이고, 도 6은 면 조명용 장치와 광원부가 광 도파로로 연결되는 상세 구조를 나타낸 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 면 조명용 장치의 각 구조 영역(510)은 좌측 하단의 광원부(500)로부터 빛을 공급받는다. 광원부(500)와 구조 영역들(510)은 광 도파로(520)를 이용하여 연결된다.

광원부(500)는 하나의 점 광원으로 구성될 수 있으나, 적색/녹색/청색 LED와 같이 서로 다른 색상을 갖는 점 광원들의 조합으로 구성될 수도 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 각 구조 영역별로 서로 다른 밝기 또는 서로 다른 색을 구현하기 위해, 면 조명용 장치는 광원부(500)의 광원에서 발생된 빛을 각각의 광 도파로(520)에 선택적으로 입사시키는 공간 스위치 소자(502)를 더 포함할 수 있으며, 또한 각 구조 영역 또는 시간에 따라 서로 다른 면 조명 효과를 제공하기 위해 광원부(500) 또는 공간 스위치 소자(502) 등을 제어하는 별도의 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.

100: 점 광원 110: 광 도파로
120: 제1 광 산란 패턴 130: 제2 광 산란 패턴
140: 광 차단막 150: 평면 광 도파층

Claims

점 광원에서 발생된 빛을 전달하는 광 도파로;
상기 광 도파로의 적어도 일측에 형성되고, 상기 광 도파로로부터 전달되는 빛을 수평 방향으로 산란시키는 제1 광 산란 패턴; 및
상기 제1 광 산란 패턴을 포함하는 광 도파로의 상부 또는 하부에 형성되고, 상기 제1 광 산란 패턴에 의해 수평 방향으로 산란된 빛을 수직 방향으로 산란시키는 제2 광 산란 패턴;
을 포함하는 면 조명용 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 광 산란 패턴 및 상기 제2 광 산란 패턴에 의해 산란된 빛이 원하는 조명 영역 외부로 퍼지는 것을 차단하는 광 차단막;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면 조명용 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 광 산란 패턴을 포함하는 광 도파로와 동일한 층에 배치되고, 상기 제1 광 산란 패턴에 의해 산란된 빛의 확산을 돕는 평면 광 도파층;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면 조명용 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 광 산란 패턴을 포함하는 광 도파로와 상기 제2 광 산란 패턴의 하부에 위치하고, 상기 제2 광 산란 패턴에 의해 하부로 산란된 빛을 상부로 되돌려주는 광 반사 시트;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면 조명용 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 광 산란 패턴을 포함하는 광 도파로와 상기 제2 광 산란 패턴의 상부에 광 확산 시트, 수직 프리즘 시트, 수평 프리즘 시트 및 보호 시트 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면 조명용 장치.
제1항에 있어서,
상기 광 도파로는 채널, 립(rib) 및 인버티드 립(inverted rib) 중 어느 하나의 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 면 조명용 장치.
제1항에 있어서,
상기 광 도파로의 폭은 5 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는 면 조명용 장치.
제1항에 있어서,
상기 광 도파로는 광 전달 방향에 따라 폭 또는 높이가 변화하는 것을 특징으로 하는 면 조명용 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 광 산란 패턴 및 상기 제2 광 산란 패턴의 인접한 패턴 간의 간격은 10 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는 면 조명용 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 광 산란 패턴은 상기 광 도파로의 광 전달 방향에 따라 밀도, 크기 및 높이 중 적어도 하나 이상이 변화되는 것을 특징으로 하는 면 조명용 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 광 산란 패턴은 상기 광 도파로의 광 전달 방향 또는 상기 광 도파로로부터 떨어져 있는 거리에 따라 밀도, 크기 및 높이 중 적어도 하나 이상이 변화되는 것을 특징으로 하는 면 조명용 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 광 산란 패턴은 sine파형, 이등변 삼각형, 직각 삼각형 및 빗면이 곡선 형태를 갖는 톱니형 중 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 면 조명용 장치.
점 광원에서 발생된 빛을 전달하는 광 도파로, 상기 광 도파로의 적어도 일측에 형성되고, 상기 광 도파로로부터 전달되는 빛을 수평 방향으로 산란시키는 제1 광 산란 패턴 및 상기 제1 광 산란 패턴을 포함하는 광 도파로의 상부 또는 하부에 형성되고, 상기 제1 광 산란 패턴에 의해 수평 방향으로 산란된 빛을 수직 방향으로 산란시키는 제2 광 산란 패턴을 포함하는 적어도 둘 이상의 구조 영역; 및
적어도 하나 이상의 점 광원을 포함하고, 상기 적어도 둘 이상의 구조 영역에 빛을 공급하는 광원부;
를 포함하는 면 조명용 장치.
제13항에 있어서,
상기 광원부와 상기 적어도 둘 이상의 구조 영역은 상기 광 도파로를 이용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 면 조명용 장치.
제13항에 있어서,
상기 광원부는 둘 이상의 점 광원을 포함하고, 상기 둘 이상의 점 광원은 서로 다른 색상들을 포함하는 것을 특징으로 하는 면 조명용 장치.
제13항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 점 광원에서 발생되는 빛을 각각의 광 도파로로 선택적으로 입사시키는 공간 스위치 소자;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면 조명용 장치.
제13항에 있어서,
상기 각 구조 영역 또는 시간에 따라 서로 다른 면 조명 효과를 제공하는 제어부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면 조명용 장치.