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KR100856814B1 - 조명 시스템 및 디스플레이 장치 - Google Patents

조명 시스템 및 디스플레이 장치 Download PDF

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KR100856814B1
KR100856814B1 KR1020037001415A KR20037001415A KR100856814B1 KR 100856814 B1 KR100856814 B1 KR 100856814B1 KR 1020037001415 A KR1020037001415 A KR 1020037001415A KR 20037001415 A KR20037001415 A KR 20037001415A KR 100856814 B1 KR100856814 B1 KR 100856814B1
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panel
mixing
lighting system
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반히스안토니우스제이엠
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

디스플레이 장치(12)를 조명하기 위한 소형 백라이팅 시스템은 전면 벽(2)과, 반대 후면 벽(3) 및 에지 영역(4)을 가지는 발광 패널(1)을 포함한다. 적어도 하나의 에지 영역(4)은 광을 전달할 수 있다. 백라이팅 시스템은 적어도 하나의 LED를 포함하는 광원(6)과, 광원(6)으로부터 생기는 광을 혼합하기 위한 광-혼합 패널(5)을 포함한다. 광원(6)으로부터 생기는 광은 광 입력 표면(7)을 통하여 광-혼합 패널(5) 내로 커플링, 광은 광-혼합 패널(5)에서 혼합되고, 광 출력 표면(8)을 통하여 커플링 아웃된다. 광-혼합 패널(5) 및 광-방출 패널(1)은 서로 실질적으로 병렬로 확장되도록 배치된다. 광-혼합 패널(5)과 광-방출 패널(1) 사이에서, 백라이팅 시스템은 광-혼합 패널(5)로부터 광-방출 패널(1)로 광을 전송하기 위한 광 전송실(9)을 포함한다. 바람직하게는, 광 전송실(9)은 타원의 반사 내벽(10)을 구비한다.

Description

조명 시스템 및 디스플레이 장치{COMPACT ILLUMINATION SYSTEM AND DISPLAY DEVICE}
본 발명은 디스플레이 장치를 조명하기 위한 조명 시스템에 관한 것이며, 조명 시스템에 광원(a light source) 및 발광 패널(a light emitting panel)이 제공되되,
-광원은 적어도 하나의 발광 다이오드(light emitting diode)를 포함하고,
-발광 패널은 전면 벽과, 상기 전면 벽과 반대로 놓이는 후면 벽과, 적어도 하나의 광-전달 에지 영역(light transmitting edge area)을 포함하고,
-광-전달 에지 영역은 발광 패널의 전면 벽과 후면 벽 사이에 놓인다.
이러한 조명 시스템은 본질적으로 알려져 있고, 다르게는 에지 라이팅 시스템이라 불린다. 그것들은 그 중에서 특히, (영상) 디스플레이 장치 가령, 텔레비전 수신기와 모니터를 위한 백라이팅으로 사용된다. 이러한 조명 시스템은 (휴대용) 컴퓨터 또는 (코드 없는) 전화기에 사용되는 LCD 패널이라고도 불리는 액정 디스플레이 장치와 같은 비방출(non-emissive) 디스플레이를 위한 백라이트로 특히 적합하게 사용될 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 규칙적 픽셀 패턴이 제공되는 기판을 일반적으로 포함하며, 적어도 하나의 전극에 의해 각각 구동된다. (영상) 디스플레이 장치의 (디스플레이) 스크린의 적절한 영역에서 영상 또는 데이터그래픽 표현을 재생하기 위하여, 디스플레이 장치는 제어 회로를 사용한다. LCD 장치에서, 백라이트로부터 생기는 광은 스위치 또는 변조기에 의해 변조되는 반면에, 액정 효과의 다양한 타입을 적용한다. 게다가, 디스플레이는 전기영동(electrophoretic) 또는 전자 기계적(electromechanical) 효과에 기초할 수 있다.
개시 문단에서 언급된 조명 시스템에서, 관례적으로 관식 저압 수은-증기 방전 램프(tubular low-pressure mercury-vapor dicharge lamp), 가령, 하나 이상의 콜드 캐소드 형광 램프(cold cathode fluorescent lamps:CCFL)가 광원으로 사용되고, 광원에 의해 동작 시에 방출되는 광은 광학 도파관(waveguide)으로 사용되는 발광 패널 내로 커플링된다. 이러한 광학적 도파관은 가령, 합성 수지 물질 또는 글래스로 이루어지는 비교적 얇고 납작한 패널을 일반적으로 형성하며, 광은 (전) 내부 반사(internal reflection)의 영향하에 광학 도파관을 통해 전송된다.
이러한 조명 시스템에 복수의 광전자 소자의 형태의 다른 광원도 제공되며,가령 발광 다이오드(LEDs)와 같은 전자 발광성 소자처럼, 전자-광학 소자로도 불린다. 발광 패널의 광-전달 에지 영역에 근접하여 또는 그것에 인접하여 이러한 광원들이 일반적으로 제공되어서, 동작 시에, 광원으로부터 생기는 광은 광-전달 에지 영역에 입사하고, 패널에서 분산된다.
US-A 5 921 652는 LCD 패널을 조명하기 위한 조명 시스템을 개시한다. 광원을 위하여 소위 광 변화 영역을 통하는 광 파이프로도 불리는 발광 패널 내로 광을 커플링하는 발광 다이오드(LED)가 사용된다. 광 변환 영역에서, 광이 혼합된다.
이상에서 언급된 타입의 조명 시스템은 광을 혼합하는데 너무 많은 공간이 필요하다는 불리한 점을 가진다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 단점을 완전히 또는 부분적으로 극복하는 것이다. 본 발명에 따르면, 조명 시스템이 광원으로부터 생기는 광을 혼합하기 위한 광-혼합 패널을 포함하며, 이 광-혼합 패널은 광원으로부터 생기는 광을 광-혼합 패널 내로 커플링하기 위한 광 입력 에지 영역(a light input edge area) 및 광-혼합 패널의 외부에 광을 커플링하기 위한 광 출력 에지 영역(a light output edge area)이 제공되며, 동작 시에, 광원으로부터 나오는 광이 광-혼합 패널의 광 입력 에지 영역에 입사하고, 광-혼합 패널에서 분산하며, 광-혼합 패널로부터 나오는 광을 발광 패널로 전송하기 위한 광-전송실(a light transport chamber)이 광-혼합 패널과 발광 패널 사이에 놓이고, 광-혼합 패널과 발광 패널이 실질적으로 서로 병렬로 확장하도록 배치되는 점에서 본 목적이 달성된다.
발광 패널에 실질적으로 병렬로 확장하도록 광-혼합 패널을 배치함으로써, 소형 조명 시스템이 획득된다. 일반적으로, (영상) 디스플레이 장치(들)은 가능한 한 소형, 즉, (LCD) 디스플레이 스크린을 둘러싸는 에지가 가능한 최소 공간량을 차지하는 것이 바람직하다. 물질의 절약 및 이에 따른 비용의 절약과는 별도로, 이는 다양한 디스플레이 스크린이 (하나의 평면에서) 나란히 위치되는 것 또한 가능하게 하며, 상기 디스플레이 스크린은 실질적으로 서로 접촉하도록 배치된다. 게다가, 디스플레이 장치의 (픽셀을 구동하기 위한 전기) 드라이브는 조명 시스템을 관통하도록 배치되나, 조명 시스템이 너무 많은 공간을 차지하면, 이러한 (표준) 드라이브 배선이 너무 짧을 수 있다. 광-혼합 패널은 발광 패널에 대해 이러한 방식으로 배치되면, 중요한 추가적인 이점은 예를 들면, 가령 상이한 컬러의 하나 이상의 LED를 포함하는 광원으로부터 생기는 광을 만족스럽게 혼합하기에 광-혼합 패널의 길이가 충분하다는 것이다.
본 발명에 따른 측정 덕분에, 조명 시스템에 의해 방출되는 광의 분포 균일성이 향상된다. 그 결과, (영상) 디스플레이 장치의 더 균일한 조명이 달성된다.
광-혼합 패널과 발광 패널이 실질적으로 서로 병렬로 확장되도록 배치되는 덕택에, 광 전송실에 대해 비교적 소형 설계가 가능하게 된다. 이것을 달성하기 위하여, 조명 시스템의 실시예는 광 전송실이 타원 형태의, 반사 내벽을 포함하게 특징지어진다. 이러한 광 전송실은 광-혼합 패널로부터 생기는 광을 발광 패널로 효율적으로 전송한다. 타원 형태의 내벽을 가지는 광 전송실의 유리한 점은 "납작한" 타원이 비교적 작은 양의 공간을 차지한다는 것에 존재한다.
광-혼합 패널 및 발광 패널에 대해 광 전송 챔버의 타원 형태의 내벽을 적절하게 위치 지정함으로써, 광이 광-혼합 패널로부터 발광 패널로 효율적으로 전송된다. 이것을 달성하기 위하여, 본 조명 시스템의 바람직한 실시예는 타원의 제 1 초점이 광-혼합 패널의 광 출력 영역에 또는 적어도 근처에 놓이고, 타원의 제 2 초점이 발광 패널의 광 전송 에지 영역에 또는 적어도 근처에 놓이도록 실시된다.
광 전송실의 반사 타원 내벽 형태의 적절한 선택은 광이 광-혼합 패널로부터 발광 패널로 효과적으로 전송되는 것을 가능하게 한다. 이것을 달성하기 위하여, 본 조명 시스템의 또 다른 바람직한 실시예는 타원의 단축 길이 대 타원의 장축 길이의 비가
(수학식)
Figure 112003003524102-pct00001
의 범위 안에 놓이며, 여기서, a는 타원의 단축의 절반 길이를 나타내고, b는 타원의 장축의 절반 길이를 나타내게 특징지어 진다.
더 작은 비 a/b가 선택될수록, 더 소형의 광 전송실이 실시될 수 있다. a/b < 0.4의 비에서, 광 전송 효율은 감소한다. a/b < 0.4의 상기 비에서, 광선이 광-혼합 패널로 되돌아가는 증가된 위험도 있다. a/b > 1의 비에서, 광 전송실의 물리적 사이즈는 흥미롭지 않게 된다.
더 유리하게는, a/b의 비가 너무 작지 않게 선택되고, 동시에, 광 전송실의 크기가 과도하게 크게 되지 않게 주의하여야 한다. 바람직하게는, 타원의 단축의 절반 길이 대 타원의 장축의 절반 길이의 비는
(수학식)
Figure 112003003524102-pct00002
으로부터의 범위 안에 놓인다.
타원형의 반사 내벽을 가지는 광 전송실의 특정 실시예에서, 광 전송실의 내벽은 적어도 모양에서 실질적으로 원형이고, 원의 중심은 광-혼합 패널의 광 출력 에지 영역과 발광 패널의 광 전송 에지 영역 사이에 놓인다. 원은 타원의 특정 실시예이고, 여기서, a=b이다. 특히, 광-혼합 패널과 발광 패널 사이의 거리가 매우 작다면 이러한 모양의 광 전송실이 유리하다. 예를 들면, 광-혼합 패널 및 발광 패널을 그것들이 작은 각을 포함해서 광-혼합 패널의 광 출력 에지 영역과 발광 패널의 광 입력 에지 영역의 위치에서, 광-혼합 패널과 발광 패널이 (실질적으로) 서로 접촉하게 되는 이러한 방식으로 배치함으로써 이것이 달성될 수 있다.
타원형의, 반사 내벽을 가지는 광 전송실과 별도로, 광 전송실의 다른 실시예가 가능하다. 조명 시스템의 다른 실시예는 광 전송실이 두 개의 광-전달 프리즘을 포함하게 특징지어진다. 특정 각으로 입사되는 광은 90°의 각으로 프리즘에 의해 다시 효율적으로 방출된다는 것이 알려져 있다. 발광 패널에 실질적으로 병렬로 확장되도록 배치되는 광-혼합 패널에서, 그 사이에 공기 틈이 있을 수 있는 두 개의 연속하는 프리즘은 광-혼합 패널 외부에 커플링되는 광이 발광 패널 내로 다시 커플링되게 한다. 두 개의 프리즘을 갖는 광 전송실은 그러한 구조가 상대적으로 적은 공간을 차지한다는 이점을 갖는다.
조명 시스템의 추가적인 다른 실시예는 광 전송실이 깎아서 면을 낸(faceted) 반사 내벽을 포함하게 특징지어진다. 다면 내벽은 타원 형태 내벽과 광학적으로 유사하다. 벽의 비교적 작은 부분만 굽어져야 하기 때문에, 그것들은 비교적 작은 공간을 차지하며, 쉽게 제조될 수 있다. 고반사성 미러(mirrors)가 구부림 이후에 종종 감소된 반사 성분을 나타낸다는 것이 알려져 있다. 이러한 효과는 면을 내는 것에 의해 감소된다.
광-혼합 패널의 벽 두께가 광원의 발광 표면의 크기로부터 벗어난다면, 광원으로부터 생기는 광의 입력을 광-혼합 패널 내로 개량하는 것이 바람직하다. 이것을 달성하기 위하여, 광원으로부터 생기는 광을 광-혼합 패널 내로 커플링하기 위한 광-조준 성분(a light-collimating element)이 광원과 광-혼합 패널 사이에 놓이도록 조명 시스템의 실시예가 특징지어진다.
일반적으로, 광-혼합 패널은 사각형이어서, 그것은 그 차원이 (영상) 디스플레이 장치의 (디스플레이) 스크린의 차원에 대응하는 발광 패널을 닮게 된다. 조명 시스템의 다른 실시예에서, 광-혼합 패널은 광 출력 에지 영역으로부터 벗어나는 방향으로 좁아진다. 조명 시스템의 다른 실시예에서, 두 개 이상의 이러한 광-혼합 패널은 서로 나란히 배치된다. 이는 이러한 비교적 작은 차원의 광-혼합 패널이 적은 공간을 차지하고, 적은 재료가 요구되며, 디스플레이 장치의 무게의 감소를 가져온다는 이점을 가진다.
조명 시스템의 추가적 다른 실시예에서, 광-혼합 패널은 광 출력 에지 영역의 방향으로 좁아져서, LED는 광 출력 에지 영역을 가로로 확장하며 제일 넓은(the widest) 에지 영역을 통해 광을 주사한다. 다르게는, 두 개의 이러한 미러 방향 혼합 패널이 가능하며, 이는 병치되고, 이에 따라 두 개의 에지 영역을 통해 광이 연결되는 것이 가능하다.
조명 시스템의 추가적 다른 실시예에서, 광-혼합 패널에 광이 더 큰 각으로 전달되어, 향상된 컬러 혼합 및/또는 플럭스 균질성(flux homogenization)을 가져오게 하는 구조가 광-혼합 패널의 광 입력 에지 영역에 제공되고, 이러한 에지 영역에 입사되는 광이 내부 전반사되지 않게하는 구조나 또는 반사하는 에지 영역이 상기 내부 전반사를 야기하지 않게 하는 구조가 광-혼합 패널의 광 출력 에지 영역에 제공된다.
조명 시스템의 추가적 다른 실시예에서, 광-혼합 패널의 광 출력 에지 영역과 발광 패널의 광 입력 에지 영역은 서로에 대해 에지로 향해진다. 이러한 실시예는 광 전송 챔버의 효율이 증가된다는 이점을 가진다.
조명 시스템의 바람직한 실시예에서, 광-혼합 패널은, 각각 제 1 및 제 2 광 입력 에지 영역 그리고 제 1 및 제 2 광 출력 에지 영역을 가지는 제 1 및 제 2 부를 포함하며, 각각의 제 1 및 제 2 광-혼합 패널로부터 발광 패널로 광을 전송하기 위한 제 1 및 제 2 광-전송실은 각각의 제 1 및 제 2 광-혼합 패널 부분과 발광 패널 사이에 놓인다. 이러한 실시예는 플럭스 균질성이 추가적으로 향상된다는 이점을 가진다.
바람직한 실시예의 제 1 버전에서, 관원은 제 1 및 제 2 광-혼합 패널부에 공통된다. 이는 상대적인 높은 입체각을 가지는 방사선 패턴을 가지는 예컨대 다수의 LED로 구성된 광원에 대해 특히 이점이 있다.
바람직한 실시예의 제 2 버전에서, 광원은 각각의 제 1 및 제 2 광 입력 에지 영역에 커플링되는 제 1 및 제 2 섹션을 포함한다. 이러한 방법으로, 추가적 밝기 증가가 유리한 방법으로 달성 가능하다.
조명 시스템의 바람직한 실시예는 광원이 제 1 , 제 2 및 제 3 광 방출 파장을 가지는 적어도 세 개의 발광 다이오드를 포함하며, 이 광 방출 파장은 서로 다르게 특징지어진다. 바람직하게는, 입력-혼합 패널의 광 입력 에지 영역과 연관되는 광원은 블루, 그린 및 레드 발광 다이오드의 집합을 포함한다.
가령, 화이트(하이-플럭스) LED 또는 두 개의 타입의 LED로 이루어지고, 그것 중 하나는 두 개의 광 방출 파장 대역(가령, 블루 및 그린)을 방출하고, 다른 하나는 다른 광 방출 파장(가령, 레드)을 방출하는 것이 사용될 때, 플럭스 분포를 균일화하기 위해서도 광-혼합 패널에서의 광 혼합의 원리가 사용될 수 있다. 결과적으로, 광-혼합 패널은 두 개의 목적을 제공하며, 분리된 (LED) 광원(들)으로부터 생기는 광 분포의 균일화 및 상이한 컬러의 소스가 사용될 때 컬러의 혼합이 그것이다. 두 개의 광 방출 파장을 가지는 LED는 LED에 인광 물질(phosphor)을 제공함으로써 획득될 수 있고, 그 결과, LED에 의해 방출되는 광의 광 방출은 인광 물질에 의해, 원하는 상이한 광 방출 파장의 광으로 변환된다. 이러한 목적을 위하여, 다른 컬러를 생성하기 위해, 레드 LED와 인광 물질 LED의 조합이 특히 적절히 사용될 수 있다.
LED의 애플리케이션은 동적 조명 가능성이 획득되는 추가적인 이점을 가진다. 이러한 목적을 위하여, 동작 시에 광원에 의해 방출되는 광의 광학적 특성을 측정하기 위한 감지기는 광-혼합 패널의 에지 영역에 바람직하게 놓이고 또는 바람직하게, 발광 패널의 에지 영역에 놓인다. LED의 상이한 타입이 커플링되고/커플링되거나, 상이한 컬러의 LED가 사용된다면, 가령, 조명 시스템이 원하는 컬러 온도를 가지는 화이트 광을 방출하게 하는 원하는 방식으로 컬러가 혼합될 수 있다. 게다가, 컬러 변화는 디스플레이 장치의 상태에 독립적으로 야기될 수 있다.
LED에 의해 방출되는 광의 양은 발광 다이오드의 광속(luminous flux)을 변화시킴으로써 조정된다. 광속을 조절하는 것은 일반적으로 에너지-효율적 방식으로 일어난다. 예를 들면, 효율에서 감지할 수 있을 정도의 감소 없이 LED가 희미해질 수 있다. 바람직하게는, 발광 다이오드에 의해 방출되는 광의 인텐시티가 디스플레이 장치에 의해 디스플레이될 영상의 조명 레벨에 응답하거나 주변 광의 레벨에 응답하여 변할 수 있다. 바람직하게는, 디스플레이 장치에 의해 디스플레이되는 영상의 컬러 포인트는 조명 시스템에 의해 결정된다. 그 덕분에, 디스플레이될 영상의 (향상된) 동적 범위(가령, 콘트라스트)가 획득된다.
본 발명에 따른 측정 덕택에, 조명 시스템에 의해 방출되는 광은 더 균일하게 분포된다. 그 결과, (영상) 디스플레이 장치의 더 균일한 조명이 획득된다. 게다가, 본 발명에 따른 조명 시스템은 동일한 광 균일성을 가지는 (측면으로) 더 소형인 조명 시스템이 획득되게 한다.
바람직하게는, 조명 시스템은 발광 다이오드의 광속을 변화하기 위한 제어 전자부를 포함한다. 적합한 제어 전자부는 원하는 컬러 온도 효과가 획득되게 한다. 제어 전자부가 집합의 사용자와, 가령, 주변 광을 측정하는 감지기와, 가령, (퍼스날) 컴퓨터의 비디오 카드 및/또는 컴퓨터 프로그램의 구동 소프트웨어에 의해 영향받을 수 있다면, 그것은 특히 적합하다.
발광 패널의 전면 벽 또는 바람직하게는 후면 벽에 패널 외부의 광을 커플링하기 위한 수단이 일반적으로 제공된다. 광을 커플링 아웃하기 위한 이러한 수단은 출력 멤버라 불리기도 한다. 이러한 수단들은 본질적으로 알려져 있고, 변형(의 패턴)을 포함한다. 이 수단은 반사와, 스캐터링 및/또는 굴절에 의해 발광 패널의 외부의 광을 커플링한다. 광을 커플링 아웃하기 위한 수단은 일반적으로 적절한 발광 패널의 후면 벽에 걸쳐 균일하게 분포되지 않는다; 대신에, 광이 적절한 발광 패널의 외부에 가능한 한 균일하게 커플링되게 하는 사전결정된 명암(a predetermined gradient)이 그것들에 제공된다.
본 발명의 이러한 측면들 및 다른 측면들은 후술되는 실시예(들)를 참조하여 더 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 조명 시스템의 실시예를 포함하는 디스플레이 장치의 측면도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 조명 시스템의 다른 실시예의 단면도이다.
도 2b 내지 도 2e는 도 2a의 광-혼합 패널의 다양한 실시예의 측면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 조명 시스템의 다른 실시예의 단면도이다.
도 3b 내지 도 3d는 본 발명에 따른 조명 시스템의 다양한 다른 실시예의 단면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 조명 시스템의 추가적인 다른 실시예의 단면도이다.
도 4b 내지 도 4c는 도 4a의 광-혼합 패널의 다양한 실시예의 측면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 조명 시스템의 추가적인 다른 실시예의 상세한 단면 도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 조명 시스템의 추가적인 다른 실시예의 예세한 단면도이다.
도 6은 180˚ 타원의 광속의 커플링 효율이 타원의 단축과 타원의 장축의 길이 사이의 비의 함수로 플롯팅되는 그래프를 도시한다.
도면은 단지 도식적이고, 축적에 따라 도시되지 않았다. 세부적으로 명확성을 위해서, 어떤 치수는 심하게 과장되어 있다. 도면에서 가능한 곳에서, 같은 참조 번호는 같은 부분을 참조한다.
도 1은 본 발명에 따른 조명 시스템의 실시예를 포함하는 디스플레이 장치의 측면도이다. 조명 시스템은 광-전달 물질의 발광 패널(1)을 포함한다. 패널(1)은 가령, 합성 수지, 아크릴, 폴리카보네이트(polycarbonate), 퍼스펙스(perspex) 또는 글래스와 같은 PPMA로 이루어진다. 동작 시에, 광은 내부 전반사의 영향 하에 패널(1)을 통해 전송된다. 패널(1)은 전면 벽(2)과 상기 전면 벽에 반대인 후면 벽(3)을 가진다. 발광 패널(1)의 전면 벽(2)과 후면 벽(3) 사이에, 적어도 하나의 광 전송 에지 영역(4)이 있다. 조명 시스템은 광원(6), 가령, 다수의 발광 다이오드(LEDs)를 포함한다. 조명 시스템은 광원(6)으로부터 생기는 광을 혼합하기 위한 광-혼합 패널(5)을 추가적으로 포함한다. 광원(6)으로부터 생기는 광을 광-혼합 패널(5) 내로 커플링하기 위한 광 입력 에지 영역(7)이 광-혼합 패널(5)에 제공된다. 광-혼합 패널(5) 외부에 광을 커플링하기 위한 광 출력 에지 영역(8)이 광-혼합 패널(5)에 제공된다. 도 1에 도시되어 있는 경우에, 동작 시, 광원(6)으로부터 생기는 광은 광-혼합 패널(5)의 광 입력 에지 영역(7)에 입사하고, 광은 광-혼합 패널(5)에서 퍼진다. 조명 시스템에서, 광-혼합 패널(5)로부터 발광 패널(1)로 광을 전송하기 위한 광 전송실(9)은 광-혼합 패널(5)과 발광 패널 사이에 놓인다. 광-혼합 패널(5)과 발광 패널(1)은 실질적으로 서로 병렬로 배치된다. 도 1에 도시되어 있는 예에서, 광 전송실(5)은 타원형의 반사 내벽(10)을 포함한다.
발광 패널(1)은 동작 시에, 디스플레이 장치, 가령, 액정 디스플레이(LCD) 장치(12)의 방향으로 광을 방출한다. 이러한 목적을 위하여, 광-방출 패널(1) 외부에 광을 커플링하기 위한 수단(도 1에 도시되어 있지 않음;도 2a 참조)이 발광 패널(1)의 후면 벽(3)에 제공된다.
발광 패널(1)과, 광원(6)과, 광-혼합 패널(5)과, 광 전송실(9) 및 LCD 장치(12)의 집합은 (도 1에 도시되어 있지 않은) 하우징에 수용되든 그렇지 않든 가령, (비디오) 영상을 디스플레이하기 위한 디스플레이 장치를 형성한다.
조명 시스템의 다른 실시예에서, 발광 패널 및/또는 광-혼합 패널의 기하학적 형태는 직각으로 제한되지 않는다. 발광 패널 및/또는 광-혼합 패널이 사각형 블록 및 프리즘의 조합으로 생각된다면, 발광 패널의 광 입력 에지 영역 및/또는 광-혼합 패널의 광 출력 에지 영역은 프리즘의 기운 면을 형성한다. 이러한 구조의 유리한 점은 이와 함께 플럭스가 광 전송실에 의해 커플링되는 효율이 증진된다는 것이다.
광원(6)은 복수 개의 발광 다이오드(LEDs)를 포함한다. 일반적으로, LED의 소스 밝기는 형광 튜브의 소스 밝기의 여러 배이다. 게다가, LED가 사용될 때, 광이 패널 내로 커플링되는 효율이 형광 튜브의 경우에서보다 더 높다. 광 소스로 LED의 사용은 합성 수지 물질로 이루어진 패널에 LED가 접촉할 수 있다는 유리한 점을 가진다. LED는 발광 패널(1)의 방향으로 열을 거의 방출하지 않고, 해로운(UV) 방사선을 방출하지 않는다. LED의 사용은 LED로부터 생기는 광을 패널 내로 커플링하기 위한 수단이 불필요할 수 있다는 추가적인 유리한 점을 가진다. LED의 애플리케이션은 바람직하게 더 소형의 조명 시스템을 가져온다. 조명 시스템에서, LED는 레드, 그린 및 블루 LED의 적절히 선택된 집합 또는 하나 또는 두 개의 컬러 LED의 적절한 다른 조합 또는 하이 플럭스를 가지는 복수의 화이트 LED를 포함할 수 있다.
조명 시스템의 상이한 실시예에 사용되는 LED는 바람직하게는 적어도 50mW의 광학 광속을 각각 가진다. 이러한 고출력을 가지는 LED는 다르게는 LED 전력 패키지라 불린다. 전력 LED의 예는 "LuxeonTM"-타입 LED(Lumileds)이며, 여기서 LED 당 광속은 레드 LED에 대하여 35lm, 그린 LED에 대하여 20lm, 블루 LED에 대하여 8lm 그리고 앰버(amber) LED에 대하여 40ml이다.
다른 실시예에서, 옐로우, 앰버, 시안(cyan), 마젠타(magenta) 및/또는 퍼플(purple) LED가 사용될 수 있으며, 이는 (두 개의 스펙트럼 광 방출 파장이 사용되든 그렇지 않든) 상대적으로 높은 광 출력을 가진다. 하이 플럭스를 가지는 복수의 화이트 LED를 사용하는 것도 가능하다. 추가적인 다른 실시예에서, 레드 LED는 블루 LED와 조합으로 사용될 수도 있으며, 후자가 두 개의 스펙트럼 대역, 즉 블루 대역과 그린 대역에서 방출하게 하는 인광 물질(phosphor)이 제공된다.
바람직하게는, LED는 (금속-코어) 인쇄 회로 기판 상에 탑재된다. 전력 LED가 이러한 (금속-코어) 인쇄 회로 기판(PCB) 상에 탑재된다면, LED에 의해 생성되는 열은 PCB를 통한 열 전도에 의해 쉽게 방산될 수 있다. 조명 시스템의 관심 있는 실시예에서, (금속-코어) 인쇄 회로 기판은 열-전도 연결을 통해 디스플레이 장치의 하우징과 접촉된다.
발광 패널(1)에 광의 광학적 특성을 측정하기 위한 (도 1에 도시되어 있지 않은) 감지기가 추가적으로 제공될 수 있다. 이러한 감지기는 광원(6)의 광속을 적합하게 적응시키기 위한 (도 1에 도시되어 있지 않은) 제어 전자부에 커플링되어 있다. 감지기 및 제어 전자부에 의해, 피드백 방법이 획득될 수 있고, 발광 패널(1)의 외부에 커플링되는 광의 품질 및 양에 영향을 주기 위하여 사용될 수 있다.
도 1에 도시되어 있는 광 전송실(5)은 타원형의 반사 내벽(10)을 포함한다. 바람직하게는, 타원의 제 1 초점 f1은 광-혼합 패널(5)의 광 출력 에지 영역(8)에 또는 적어도 근방에 놓이고, 타원의 제 2 초점 f2는 발광 패널(1)의 광 전송 에지 영역(4)에 또는 적어도 근방에 놓인다. 타원 미러에 의해, 광-혼합 패널(5)로부터 생기는 광은 발광 패널(1)에 효율적으로 전송된다. 포커스가 광 전송실(도 1에 도시되어 있는 경우를 참조)에서 각각의 에지 영역으로부터 작은 거리(가령, 0.2mm)에 놓여있다면, 그것은 특히 유리하다. 이러한 방식으로, (특히) 광-혼합 패널(5)의 에지 영역의 에지에서 바람직하지 않게 커플링 아웃되는 광에 의해 야기되는 광 손실은 실질적으로 감소된다. 일반적으로, 타원은 절반 길이를 가지는 소위 단축 a와 절반 길이를 가지는 소위 장축 b를 가지며, 도 1에 모두 도시되어 있고, 타원은 다음의 수학적 관계를 만족한다:
(수학식)
Figure 112003003524102-pct00003
여기서, x 및 y는 알려져 있는 데카르트(cartesian) 좌표이다. 타원의 비 a/b는
(수학식)
Figure 112003003524102-pct00004
의 범위 안에 놓인다.
더 작은 비 a/b가 선택될수록, 더 소형인 광 전송실(5)이 실시될 수 있다. 비 a/b < 0.4에서, 광 전송의 효율은 감소하고, 광선이 광-혼합 패널(5)로 돌아가는 위험은 증가한다. 비 a/b > 1에서, 광 전송실(9)의 물리적 사이즈는 흥미 없게 된다. 예로, 비 a/b = 0.5에서, 광 전송실(9)에서의 광의 추가적 손실은 대략 10%이다(도 6도 참조). 이것은 각각의 에지 영역(8;4) 위치에서 광-혼합 패널(5)과 발광 패널(1) 사이에 대략 0.5mm의 틈이 놓이며, 광-혼합 패널(5) 및 발광 패널(1)의 두께는 각각의 에지 영역(8;4)의 위치에서 대략 6mm라는 가정에 기초한다.
a/b=1의 비에서, 광 전송실(5)의 내벽은 적어도 실질적으로 원형이고, 광 전송실(5)은 속이 빈 원통의 절반 형태이다. 이러한 경우에, 원의 중심은 광-혼합 패널(5)의 광 출력 에지 영역(8)과 발광 패널(1)의 광 전송 에지 영역(4) 사이에 놓인다. 특히, 광-혼합 패널(5)과 발광 패널(1) 사이의 거리가 매우 작다면, 광 전송실(9)의 이러한 형태가 유리하다. 가령, 작은 각을 포함하도록 광-혼합 패널(5)과 발광 패널(1)을 배치함으로써 이것이 수행될 수 있어서, 광-혼합 패널(5)과 발광 패널(1)은 광-혼합 패널(5)의 광 출력 에지 영역(8) 및 발광 패널(1)의 광 전송 에지 영역(4)의 위치에서 (적어도 실질적으로) 서로 접촉하게 된다.
더 유리하게는, 비 a/b는 너무 작지 않게 선택되는 반면, 이와 동시에, 광 전송실(9)의 크기가 너무 크지 않게 주의가 기울어져야 한다. 바람직하게는, 비 a/b는
(수학식)
Figure 112003003524102-pct00005
의 범위 내에 놓인다.
비 a/b ~ 0.85는 특히 유리하다. 이것은 각각의 에지 영역(8;4)의 위치에서 광-혼합 패널(5)과 발광 패널(1) 사이에 대략 0.5mm의 틈이 있으며, 광-혼합 패널(5) 및 발광 패널(1)의 두께는 각각의 에지 영역(8;4)의 위치에서 대략 6mm라는 가정에 기초한다.
도 2a는 본 발명에 따른 조명 시스템의 다른 실시예의 단면도이다. 조명 시스템은 발광 패널(1)과, 광-혼합 패널(5)과, 광-혼합 패널(5)로부터 발광 패널(1)로 광을 전송하기 위한 광 전송실(9)을 포함한다. 광-혼합 패널(5) 및 발광 패널(1)은 실질적으로 서로 병렬이 되도록 배치된다. 도 2b 내지 도 2e에, 광-혼합 패널(5)의 다양한 실시예들이 도시되는데, 상이한 위치에서 LED가 제공되기 때문에 광원은 도 2a에 도시되어 있지 않다.
동작 시에, 발광 패널(1)은 디스플레이 장치, 가령 (도 2a에 도시되지 않은) 액정 디스플레이(LCD) 장치의 방향으로 광을 방출한다. 이러한 목적을 위하여 발광 패널(1)의 후면 벽(3)에 발광 패널(1)의 외부에 광을 커플링하기 위한 수단(15)이 제공된다. 이러한 수단들은(15) 가령, 스크린 인쇄 점, 웨지(wedges) 및/또는 리지(ridge) 뿐만 아니라 변형(의 패턴)을 포함한다. 가령, 프린팅, 프레싱, 에칭, 스크라이빙 또는 샌드블래스팅(sandblasting)에 의해 패널(1)의 후면 벽에 이 수단들(15)이 제공된다. 다른 실시예에서, 발광 패널의 전면 벽에 변형이 제공된다. 수단(15)은 반사, 산란 및/또는 굴절에 의해 발광 패널(1)의 외부에 광을 커플링한다. 일반적으로, 광을 커플링 아웃하기 위한 수단(15)은 적절한 발광 패널의 후면 벽에 걸쳐 균일하게 분포되지 않는다; 대신에, 가능한 한 균일하게 적절한 조명 시스템의 외부에 광이 커플링되게 하는 사전결정된 명암(a predetermined gradient)이 그것들에 제공된다.
광을 커플링 아웃하기 위한 수단(15)은 제 2 광원으로 사용된다. 특정 광학 시스템은 이러한 제 2 광원과 연관될 수 있으며, 이러한 광학 시스템은 가령, (도 2a에 도시되어 있지 않은) 전면 벽(2) 상에 제공된다. 광학 시스템은 가령, 넓은 광빔(light beam)을 생성하기 위하여 사용될 수 있다.
도 2a에, 광 출력 에지 영역(8)을 통해 광-혼합 패널(5)의 외부에 광을 커플링하는 광선이 화살표에 의해 도시되어 있으며, 광 전송실(9)의 타원의 (초점 f1 및 초점 f2로) 반사 내벽(10)에 의해 광은 실질적으로 반사되며, 그 후에, 발광 패널(1)의 광 전송 에지 영역(4) 내로 상기 광이 커플링되고, 그 후에, 수단(15)을 통해 발광 패널(1)의 전면 벽(2)의 외부에 커플링된다.
도 2b 내지 도 2e는 도 2a에 도시되어 있는 광-혼합 패널의 다양한 실시예의 측면도이다. 도 2b 내지 도 2e에서 광-혼합 패널의 방향은 도 2a의 도면의 평면을 횡단한다.
도 2b는 도 2a의 광-혼합 패널의 실시예의 측면도이다. 본 예에서, 광원은 광-혼합 패널(5)의 광 입력 에지 영역(7) 내로 광을 커플링하는 블루(6B), 그린(6G) 및 레드(6R) LED의 선형 어레이를 포함한다. 본 예에서, 커플링 인 되는 광빔을 확장하기 위한 소위 빔 확장 구조(17)가 광 입력 에지 영역(7)에 제공된다. 광-혼합 패널(5)의 외부에 광을 커플링하기 위한 광 출력 에지 영역(8)이 광-혼합 패널(5)에 추가적으로 제공된다. 본 예에서, 광-혼합 패널(5)로부터 (도 2b에 도시되지 않은) 광 전송실의 광의 출력을 향상시키기 위한 수단(18)이 광 출력 에지 영역에 제공된다. 도 2b의 예에서, (정반사성의) 반사형 측면(14,14')이 광-혼합 패널(5)의 측면에 제공된다. 도 2b에 도시되어 있는 경우에, 동작 시에, LED (6B, 6G, 6R)로부터 생기는 광은 빔 확장 구조(17)가 제공되는 광 입력 에지 영역(7)에 입사하며, 후속적으로 광은 확산하고 광-혼합 패널(5)에서 혼합되며, 그 후에 상기 광은 수단(15)이 제공되는 광 출력 에지 영역(8)을 통하여 광-혼합 패널(5)의 외부에 커플링된다. 도 2b에서, 화살표는 LED(6B, 6G, 6R)로부터 생기는 광선을 도시하고, 이는 광-혼합 패널(5)을 통하여 이동하고, 광-혼합 패널(5)의 외부에 후속적으로 커플링된다.
도 2c는 도 2a의 광-혼합 패널의 다른 실시예의 측면도이다. 본 실시예에서, 광 입력 에지 영역(7) 및 광 출력 에지 영역(8)은 각(도 2c에서 도시되어 있는 예에서는 직각)을 포함하도록 배치된다. 게다가, 광-혼합 패널(5)은 광 입력 에지 영역(7)으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 방향으로 좁아진다. 본 예에서, 광 출력 에지 영역(8)에 반대로 놓인 광-혼합 패널(5)의 측면에 광-혼합 패널(5)의 외부에 광을 커플링하기 위한 수단(15)이 제공되고, 상기 측면에 널리 반사하는 미러(24)가 추가적으로 제공된다. 광원은 블루(6B), 그린(6G) 및 레드(6R) LED의 선형 어레이를 포함하며, 광-혼합 패널(5)의 광 입력 에지 영역(7) 내로 광을 커플링한다. 도 2c에 도시되어 있는 경우에, 동작 시에, LED(6B, 6G, 6R)로부터 생기는 광은 광 입력 에지 영역(7)에 입사하며, 후속적으로 광은 확산하고, 광-혼합 패널(5)에서 혼합되고, 그 후에, 상기 광은 광 출력 에지 영역(8)을 통해 상기 수단(15)에 의해 광-혼합 패널(5)의 외부에 커플링된다. 도 2c에서, 화살표는 LED (6B, 6G, 6R)로부터 발생하는 광선을 도시하며, 광선은 광-혼합 패널(5)을 통하여 이동하고, 후속적으로 광-혼합 패널(5)의 외부에 커플링된다.
도 2d는 도 2a에 도시되어 있는 광-혼합 패널의 추가적인 다른 실시예의 측면도이다. 본 예에서, 광 입력 에지 영역(7) 및 광 출력 에지 영역(8)은 각(도 2d에 도시되어 있는 예에서, 각은 직각)을 포함하도록 배치된다. 본 예에서, 광 출력 에지 영역(8)에 반대로 놓여 있는 광-혼합 패널 (5)의 측면에 광-혼합 패널(5)의 외부에 광을 커플링하기 위한 수단(15)이 제공된다. 본 예에서, 광 입력 에지 영역(7)에 반대로 놓여 있는 광-혼합 패널(5)의 측면에, (정반사성으로) 반사하는 미러(14)가 제공된다. 광원은 광-혼합 패널(5)의 광 입력 에지 영역(7) 내로 광을 커플링하는 블루(6B), 그린(6G), 레드(6R) LED의 선형 어레이를 포함한다. 도 2d에 도시되어 있는 경우에, 동작 시에, LED(6B, 6G, 6R)로부터 생기는 광은 광 입력 에지 영역(7)에 입사하고, 후속적으로 광은 확산하며, 광 혼합-패널(5)에서 혼합되고, 그 후에 상기 광은 수단(15)에 의해 광 출력 에지 영역(8)을 통하여 광-혼합 패널(5)의 외부에 커플링된다. 도 2d에서, 화살표는 LED (6B, 6G, 6R)로부터 생기는 광선을 도시하며, 광선은 광-혼합 패널(5)을 통해 움직이고, 광-혼합 패널(5)의 외부에 후속적으로 커플링된다.
도 2e는 도 2a에 도시되어 있는 광-혼합 패널의 추가적인 다른 실시예의 측면도이다. 본 예에서, 광 입력 에지 영역(7) 및 광 출력 에지 영역(8)은 각(도 2e의 예에서, 각은 직각)을 포함하도록 배치된다. 본 예에서, 광-혼합 패널(5)의 외부에 광을 커플링하기 위한 수단(15)이 광 출력 에지 영역(8)에 제공된다. 본 예에서 광 입력 에지 영역(7)에 반대로 놓이는 광-혼합 패널(5)의 측면에 (정반사성으로) 반사하는 미러(14)가 제공된다. 광원은 광-혼합 패널(5)의 광 입력 에지 영역(7) 내로 광을 커플링하는 블루(6B), 그린(6G), 레드(6R) LED의 선형 어레이를 포함한다. 도 2e에 도시되어 있는 경우에, 동작 시에, LED 6B, 6G, 6R로부터 생기는 광은 광 입력 에지 영역(7)에 입사하고, 후속적으로 광은 확산하며, 광-혼합 패널(5)에서 혼합되고, 그 후에 상기 광은 수단(15)에 의해 광 출력 에지 영역(8)을 통해 광-혼합 패널(5)의 외부에 커플링된다. 도 2e에서, 화살표는 LED(6B, 6G, 6R)로부터 생기는 광선을 도시하고, 광선은 광-혼합 패널(5)을 통해 이동하고, 후속적으로 광-혼합 패널(5)의 외부에 커플링된다.
도 3a는 본 발명에 따른 조명 시스템의 다른 실시예의 단면도이다. 조명 시스템은 발광 패널(1)과, 광-혼합 패널(5)과, 광-혼합 패널(5)로부터 발광 패널(1)로 광을 전달하기 위한 광 전송실(9)을 포함한다. 광-혼합 패널(5) 및 발광 패널(1)은 실질적으로 서로 병렬로 확장되도록 배치된다. 도 3a에 도시되는 조명 시스템의 예는 특히 공간-절약이다. 이것을 달성하기 위하여, 광-혼합 패널(5)은 광 출력 에지 영역(8)의 방향으로 광 입력 에지 영역(7)으로부터 좁아지고, 발광 패널(1)은 (보완적인 방식으로) 광 전송 에지 영역(4)으로부터 벗어나는 방향으로 좁아진다.
동작 시에, 발광 패널(1)은 디스플레이 장치, 가령, (도 3a에 도시되지 않은) 액정 디스플레이(LCD) 장치의 방향으로 광을 방출한다. 이러한 목적을 위하여, 발광 패널(1)의 후면 벽(3)에 발광 패널(1)의 외부에 광을 커플링하기 위한 수단(15)이 제공된다.
도 3a에서, 화살표는 광원(6)으로부터 생기는 광을 광 입력 에지 영역(7)을 통해 광-혼합 패널(5) 내로 커플링하는 광선을 도시하고, 광은 광-혼합 패널(5)을 통하여 확산하고, 후속적으로 광 출력 에지 영역(8)을 통하여 광-혼합 패널(5)의 외부로 커플링되며, 그 후 상기 광은 광 전송실(9)의 타원의 반사 내벽(10)에 의해 반사되고, 후속적으로 발광 패널(1)의 광 전송 에지 영역(4) 내로 커플링되며, 그 후, 광은 수단(15)에 의해 발광 패널(1)의 전면 벽(2)의 외부에 커플링된다. 도 3a에 도시되어 있는 것 같은 조명 시스템의 다른 실시예에서, 광 전송실은 비대칭의 타원 형태를 가지는 내벽을 포함한다. 비대칭 거울에 의하여, 광-혼합 패널(5)의 광 출력 에지 영역(8)과 발광 패널(1)의 광 전송 에지 영역(4)의 크기 사이의 차이가 보상된다.
도 3b 내지 도 3d는 본 발명에 따른 조명 시스템의 추가적인 다른 실시예의 단면도이다. 조명 시스템은 발광 패널(1)과, 제 1 부(51) 및 제 2 부(52)를 포함하는 광-혼합 패널(5)과, 광-혼합 패널(5)로부터 발광 패널(1)로 광을 전달하기 위한 각각의 제 1 광 전송실(91,191) 및 제 2 광 전송실(92,192)을 포함한다. 도 3b 및 도 3c에 도시되어 있는 실시예에서, 광원(6)은 각각의 제 1 및 제 2 광 입력 에지 영역(71,72)에 커플링되는 제 1 및 제 2 섹션(61,62)을 포함한다. 광원은 예를 들면 LED에 의해 형성된다. 이러한 방법으로, 도 3a에 따른 조명 시스템 실시예에 비해 두 배의 LED를 설치함으로써 조명 시스템의 증가된 밝기를 실현하는 것이 유리하게 가능하다. 도 3b에 따른 실시예에서, 광원 섹션(61,62)을 형성하는 LED로부터 방사되는 광은 광 조준 요소(161,162)에 의해 각각의 광-혼합 패널부안으로 커플링된다. 본 실시예는 상대적으로 간단한 광원 탑재가 광-혼합 패널부 안으로의 광의 효율적인 커플링과 결합된다는 이점을 가진다. 조명 시스템의 제한된 사용 가능한 깊이에 관하여, 도 3c에 도시되어 있는 실시예에 따른 광원 섹션 구성이 유리할 수 있다. 도 3d에 도시되어 있는 추가적인 다른 실시예에서, 광원은 제 1 및 제 2 광-혼합 패널부에 공통적이다. 이러한 구성은 상대적인 높은 입체각을 가지는 방사선 패턴을 가지는 광원에 대해 특히 흥미롭다. 이러한 추가적인 실시예에서, 제 1 및 제 2 광 전송실(191,192) 각각은 두 개의 광-전달 프리즘(21,21',22,22')을 포함하고, 광 전송실의 타입은 도 5a 및 대응하는 설명에서 더 상세히 설명될 것이다.
도 4a는 본 발명에 따른 조명 시스템의 추가적인 다른 실시예의 단면도이다. 상기 조명 시스템은 발광 패널(1)과, 광-혼합 패널(5)과, 광-혼합 패널(5)로부터 발광 패널(1)로 광을 전달하기 위한 광 전송실(9)을 포함한다. 광-혼합 패널(5)과 발광 패널(1)은 실질적으로 서로 병렬로 확장되도록 배치된다.
도 4a에서, 화살표는 광 입력 에지 영역(7)을 통해 광원(6)으로부터 생기는 광을 광-혼합 패널(5) 안으로 커플링하는 광선을 도시하는데, 광은 광-혼합 패널(5)을 통해 확산하고, 후속적으로 광 출력 에지 영역(8)을 통해 광-혼합 패널(5)의 외부에 커플링되며, 그 후 상기 광은 광 전송실(9)의 타원의 반사 내벽(10)에 의해 반사되고, 후속적으로 광 전송 에지 영역(4)을 통해 발광 패널(1) 내로 커플링되며, 후속적으로 광은 발광 패널(1)의 전면 벽(2)의 외부에 상기 수단(15)에 의해 커플링된다.
도 4b 및 도 4c는 도 4a에 도시되어 있는 광-혼합 패널의 다양한 공간-절약 및 물질 절약 실시예를 도시한다. 이러한 도면들은 광-혼합 패널의 실시예를 도시하는데, 광-혼합 패널(5)은 광 출력 에지 영역(8)의 방향으로 광 입력 에지 영역(7)으로부터 확장한다. 도 4b에서, LED(6B, 6G, 6R)는 광 입력 에지 영역(7)을 접촉하는데 반하여, 도 4c에서, 광-혼합 패널(5)에서 더 발산하는 광빔(a more divergent light beam)을 획득하고, 컬러의 혼합 또는 플럭스의 균질성을 향상하도록 광-혼합 패널(5)에 리세스(recesses)(16,16',...)가 제공된다. 상기 광이 방출되는 LED의 일부가 상기 리세스에 맞도록 리세스(16,16',...)가 형성된다. 도 4c에서, 광-혼합 패널(5)의 측면에 (정반사성으로) 반사하는 측면(14,14')이 추가적으로 제공된다.
도 5a는 본 발명에 따른 조명 시스템의 추가적인 다른 실시예의 상세한 단면도인데, 광 전송실(19)은 두 개의 광-전달 프리즘(20,20')을 포함한다. 광-혼합 패널(5) 및 발광 패널(1)은 부분적으로만 도시되어 있다. 바람직하게는, 광 전송실은 정반사성으로 반사 내벽을 포함한다. 화살표는 광빔을 도시한다. 프리즘 사이의 공기 갭이 충분히 작다면, 광-혼합 패널을 떠나는 각 광빔은 발광 패널(1) 내에 커플링될 것이다. 다른 추가적인 실시예에서, 공기실 또는 광학적 도파관이 두 개의 프리즘 사이에 놓인다.
도 5b는 본 발명에 따른 조명 시스템의 추가적인 다른 실시예의 단면도인데 광 전송실(29)은 다면의 반사 내벽(30)을 포함한다. 바람직하게는, 광 전송실(29)은 5개 이상, 바람직하게는 8개의 반사하는 면을 포함한다. 상기 타원의 내벽에 비해, 5개의 반사하는 면을 가지는 내벽은 광속의 커플링 효율성의 5% 감소를 가져오고, 8개의 반사하는 면을 가지는 내벽은 광속의 커플링 효율성의 2% 감소를 가져온다. 광-혼합 패널(5) 및 발광 패널(1)은 부분적으로만 도시되어 있다.
도 6은 180° 반사하는 타원의 광속의 커플링 효율성 F가 타원의 단축의 길이와 장축의 길이 사이의 비의 함수로 플롯팅되어 있는 그래프를 도시한다. 효율성 F는 발광 패널(1)에서의 플럭스 대 광-혼합 패널(5)에서의 플럭스의 (% 단위의) 비이다. 타원의 내벽을 반사하는 것에 의한 반사 효율성은 0.95이다. 도 6에 도시되어 있는 원은 광-혼합 패널(5)과 발광 패널(1) 사이의 거리가 0.55mm인 실험의 결과에 대응한다. 도 6에 도시되어 있는 사각형은 광-혼합 패널(5)과 발광 패널(1) 사이의 거리가 0.66mm인 실험의 결과에 대응한다. 광 손실의 대략 9.5%는 반사하는 타원에서 흡수 및 스캐터링에 기인할 수 있다. 비 a/b가 감소함에 따라(더 납작한 타원일수록), 광-혼합 패널(5)로부터 생기는 광빔이 광-혼합 패널(5)에 다시 입력되는 위험이 증가한다는 사실의 결과로, 손실이 증가한다. 상기 실험에서, 광-혼합 패널(5)과 발광 패널 사이의 개구부는 반사하고 있지 않았다. 반사 호일을 가지는 이러한 개구부를 제공함으로써, 반사는 2%만큼 더 증가된다.
본 발명의 범위 내에서 많은 변경이 당업자에게 가능하다는 것이 명백할 것이다.
본 발명의 보호의 범위는 본 명세서 주어진 예에 제한되지 않는다. 본 발명은 각 새로운 특성 및 특성들의 각 조합으로 실시되어 있다. 청구 범위에서 참조 번호는 그것의 보호의 범위를 제한하지 않는다. "포함하는" 동사의 사용 및 활용은 청구 범위에서 언급된 요소들이 아닌 다른 요소의 존재를 배제하지 않는다. 단수로 표현된 요소는 이러한 요소들의 복수의 존재를 배제하지 않는다.

Claims (17)

  1. 광원(6) 및 발광 패널(1)을 구비하고, 디스플레이 장치를 조명하는 조명 시스템으로서,
    -상기 광원(6)은 발광 다이오드를 포함하고,
    -상기 발광 패널(1)은 전면 벽(2)과, 상기 전면 벽의 반대편에 놓인 후면 벽(3)과, 광-전송 에지 영역(4)을 포함하고,
    -상기 광-전송 에지 영역(4)은 상기 발광 패널(1)의 상기 전면 벽(2)과 상기 후면 벽(3) 사이에 놓이며,
    -상기 조명 시스템은 상기 광원(6)으로부터 기원하는(originating) 광을 혼합하기 위한 광-혼합 패널(5)을 포함하고,
    -상기 광-혼합 패널(5)은 상기 광원(6)으로부터 기원하는 광을 상기 광-혼합 패널(5) 내로 커플링하기 위한 광 입력 에지 영역(7)과, 상기 광-혼합 패널(5) 외부로의 광을 커플링하기 위한 광 출력 에지 영역(8)을 구비하고,
    -동작 시, 상기 광원(6)으로부터 기원하는 광은 상기 광-혼합 패널(5)의 광 입력 에지 영역(7)에 입사되어, 상기 광-혼합 패널(5)에서 확산되며,
    -상기 광-혼합 패널(5)과 상기 발광 패널(1) 사이에 놓인 광-전송실이, 상기 광-혼합 패널(5)로부터의 광을 상기 발광 패널(1)로 전송하며,
    -상기 광-혼합 패널(5)과 상기 발광 패널(1)은 서로 병렬로 확장되도록 배치되는 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 전송실은 타원의 형상인, 반사 내벽(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    -상기 타원의 제 1 초점(f1)은 상기 광-혼합 패널(5)의 상기 광 출력 에지 영역(8) 내에 또는 그 근방에 놓이고,
    -상기 타원의 제 2 초점(f2)은 상기 발광 패널(1)의 상기 광-전송 에지 영역(4) 내에 또는 그 근방에 놓이는 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 타원의 단축의 절반 길이(a) 대 상기 타원의 장축의 절반 길이(b)의 비는
    (수학식)
    Figure 112003003524102-pct00006
    의 범위 내에 놓이는 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 타원의 상기 단축의 상기 절반 길이(a) 대 상기 타원의 상기 장축의 상기 절반 길이(b)의 비가
    (수학식)
    Figure 112003003524102-pct00007
    의 범위 내에 놓이는 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 광 전송실의 상기 반사 내벽(10)은 실질적으로 원의 형상이고, 상기 원의 중심은 상기 광-혼합 패널(5)의 상기 광 출력 에지 영역(8)과 상기 발광 패널(1)의 상기 광-전송 에지 영역(4) 사이에 놓이는 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 전송실은 두 개의 광-전송 프리즘(20,20')을 포함하는 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광-전송실은 다면의 반사 내벽(30)을 구비하는 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
  9. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 기원하는 광을 상기 혼합 패널(5) 내로 커플링하기 위한 광 조준(collimating) 소자가 상기 광원(6)과 상기 광-혼합 패널(5) 사이에 놓이는 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
  10. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 광-혼합 패널(5)은 상기 광 입력 에지 영역(7)으로부터 멀어지는 방향으로 좁아지는 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
  11. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 광원(6)은 제 1, 제 2 및 제 3 발광 파장을 가지는 세 개의 발광 다이오드(6B,6G,6R)를 포함하며, 상기 광 방출 파장들은 서로 다른 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광-혼합 패널(5)의 광 입력 에지 영역(7)과 연관되는 상기 광원(6)은 블루, 그린 및 레드 발광 다이오드(6B,6G,6R)의 집합을 포함하는 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
  13. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 광-혼합 패널(5)은, 각각 제 1 및 제 2 광 입력 에지 영역(71,72)과 제 1 및 제 2 광 출력 에지 영역(81,82)을 구비하는 제 1 및 제 2 광-혼합 패널부(51,52)를 포함하고, 상기 각각의 제 1 및 제 2 광-혼합 패널부(51,52)로부터 상기 발광 패널(1)로 광을 전송하기 위한 제 1 및 제 2 광-전송실(91,92)이 상기 각각의 제 1 및 제 2 광 혼합 패널부(51,52)와 상기 발광 패널(1) 사이에 놓이는 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 광원(6)은 상기 제 1 및 제 2 광-혼합 패널부에 공통인 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 광원(6)은 상기 각각의 제 1 및 제 2 광 입력 에지 영역(71,72)에 커플링되는 제 1 및 제 2 섹션(61,62)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
  16. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 8 항에 기재된 조명 시스템을 포함하는
    디스플레이 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 액정 디스플레이(liquid crystal display)(12)를 포함하는
    디스플레이 장치.
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