KR20020081447A - 조명 디스플레이에 적합한 광 가이드 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 광 가이드(1)는 제1 주면(5)과 제1 주면에 대향하는 제2 주면(6)을 가진 광 가이드 광학 캐비티를 한정하는 하우징(3)과, 상기 두 주면 사이에서 유도될 한 단부로부터 광학 캐비티로 광을 직사하도록 배열된 광원(1)을 포함하고 있다. 제1 주면(5)은, 예컨대 그래픽 디스플레이를 조명하기 위해 사용될 광학 캐비티로부터 광을 방출할 수 있는 윈도우를 포함하고 있다. 제1 주면(5)을 가로지르는 광분배를 향상시키기 위해 제2 주면(6)은 광학 캐비티 내에 대면하는 거울식 반사 표면(24)을 가진 시트 재료(23)를 포함하며, 광이 상기 윈도우를 통해 광학 캐비티로부터 방출되게 하는 소정의 구조로 제2 주면에 적용된 확산 반사 광방출 요소(27)를 구비하고 있다.

Description

조명 디스플레이에 적합한 광 가이드{LIGHT GUIDES SUITABLE FOR ILLUMINATED DISPLAYS}

일반적인 조명용 및 디스플레이 응용 분야용(예, 사인 및 광고 조명용 및 액정 표시 장치 조명용) 패널을 조명하기 위해 광 가이드를 사용한다는 것이 이미 알려져 있다. 광학 상자(라이트 박스)(light box)라고 흔히 지칭되는 한 가지 형태에 있어서, 광 가이드는 광학 캐비티를 한정하는 공동(hollow) 상자 모양의 구조를 포함하며, 또 다른 형태에 있어서, 광 가이드는 솔리드 광 가이드 플레이트를 포함하고 있다. 이러한 두 형태에 있어서, 광 가이드의 주면은, 예컨대 광 가이드의 엣지에 인접하여 위치한 적어도 하나의 가늘고 긴 광원에서부터 상기 주면과 평행한 방향으로 광 가이드로 직사되는 광에 의해서 조명될 수가 있다.

공동 광학 상자 모양의 광 가이드에 대해서는, 예컨대 유럽 특허 출원 제 0 490 279 호, 제 0 377 309 호 및 영국 특허 출원 제 2 310 525 호에 기술되어 있다. 상기 특허 출원에 기재된 각각의 광학 상자에 있어서, 조명되는 표면 위에서 보다 균일한 광 분포를 달성하기 위한 목적으로 프리즘 광학막이 이용되고 있다.또한 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 메뉴팩츄어링 캄파니에 의해서 1990년 발행된 "얇은 광학 상자"라고 명명된 애플리케이션 회보에서는 그래픽 디스플레이를 조명하는 데 사용하기 위한 V-5115 스카치(상표명) 광방출기(Light Extractor Film) 필름 형태의 시트와 결합하여 스카치(상표명) 광학 라이팅 필름(Optical Lighting Film)을 이용한 광학 상자의 설계 및 구조에 대해서 기술하고 있다.

솔리드 광 가이드 플레이트의 형태로 된 광 가이드에 있어서, 광이 전면(즉, 조명되는 표면) 위에서 보다 균일하게 분포되도록 플레이트의 후면의 주면에서 일부 종류의 광방출 요소(light extraction element)를 형성하는 것은 잘 알려져 있다. 일부의 경우, 인쇄된 광방출 요소는 광 가이드 플레이트의 후면에서 이용되고 직접 적용된다. 이러한 종류의 구조는, 예컨대 미국 특허 제5,736,686호, 제5,649,754호, 제5,600,462호, 제5,377,084호, 제5,363,294호, 제5,289,351호, 제5,262,928호, 5,667,289호, 제3,241,256호에 기재되어 있다.

미국 특허 제5,618,096호는 각종 형태의 광방출 패널과 이 패널 어느 영역으로부터 방출된 광량을 제어하기 위해 패널의 한면 또는 양면에 광방출 기형들(deformities)을 제공할 가능성에 대해서 기술하고 있다. 또한 상기 특허에서는 패널 부재에 기형을 붙이기 위해 사용되는 필름 또는 시트 상에 기형이 인쇄될 수 있음을 기술하고 있다. 국제 특허 공개 WO 92/05535호는 양면에 적용된 도트 매트릭스를 가진 투명 패널과 후면에 부착된 불투명 지지판을 포함하는 디스플레이 시스템을 기술하고 있다. 조명될 이미지(image)는 패널의 전면에 놓인 또 다른 시트상에 인쇄된다.

종래 기술의 개시 내용으로부터 알 수 있는 바와 같이, 조명을 위한 광 가이드의 구조와 관련한 문제점들은 조명되는 패널 전체에 걸쳐서 균일한 밝기 레벨을 달성하는 것과, 주변을 고려해서 적절한 조명 레벨이 발생되도록 필요한 전력량을 최소화하는 것을 포함한다. 이러한 문제점 중 제1 문제점과 관련해서, 그것은 조명의 효율성 및 전반적인 외형을 손상시키는 광원에 가장 가까운 영역에서 패널이 보다 밝게 조명되는 경우이다. 제2 문제점과 관련해서, 그것은 환경 및 비용의 관점에서 보았을 때 조명용으로 사용되는 전력량을 가능한 한 작게 유지하는 것이 아주 바람직하다. 더욱이, 배터리에서 전력을 도출하는 경우(LCD 및 컴퓨터 디스플레이가 조명되는 경우와 같은), 배터리를 가능한 한 소형 경량으로 유지하도록 사용 전력량을 최소화하는 것이 일반적으로 바람직하다.

이러한 고려 사항 이외에, 비교적 손쉽고 비용 효율적인 방법으로 각종 상황에서 사용하기 적합하고, 그럼에도 불구하고 효율성 좋게 기능하는 광범위하게 상이한 크기의 광 가이드를 제조 가능한 것이 좋다.

본 발명은 조명 디스플레이에 사용하기 적합한 광 가이드(light guide)에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 광 가이드의 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시한 것과 유사한 광 가이드의 사시도로, 광 가이드가 부분 분해되어 도시되고 있다.

도 3은 도 2의 선 III-III에서 분해된 형태로 광 가이드의 단면을 도시하고 있다.

도 4는 도 1 내지 도 3에 도시한 유형의 광 가이드의 후면을 도시한다.

도 5는 도 1 내지 도 3에 도시한 유형의 광 가이드의 후면의 특성을 도시하는 그래프이다.

도 6 및 도 7은 광 가이드의 후면과 또 다른 광 가이드의 도 3 및 도 4와 유사한 도면이다.

도 8은 도 7에 도시한 후면에 대한 도 5와 유사한 그래프이다.

도 9는 도 2 및 도 3의 광 가이드의 변형을 도시한다.

본 발명은 제1 및 주면 및 대향의 제2 주면을 가진 광 가이드 광학 캐비티를 한정하는 하우징과 상기 두 주면 사이에 유도될 광을 한 단부에서 캐비티로 직사하도록 배열된 적어도 하나의 광원을 포함하는 광 가이드를 제공한다. 제1 주면은 광학 캐비티로부터 광이 방출될 수 있는 윈도우를 포함하며, 제2 주면은 상기 윈도우를 통해 광학 캐비티로부터 광이 방출되게 하는 소정의 구조에서 그에 적용된 확산반사 광방출 요소를 가지며 캐비티 내에서 대면하는 거울식 반사 표면을 가진 시트 재료를 포함한다.

여기서 "광방출 요소"란 상기 윈도우를 통해 광학 캐비티로부터 방출될 각도에서 광을 반사할 수 있는 구조를 가리킨다. 양호한 형태에 있어서 광방출 요소는 확산 반사 재료에 형성된 인쇄된 요소이다. 여기서 사용되고 있는 바와 같이, "인쇄된" 이란 용어는 확산 반사 재료가 인쇄면(여기서 적어도 하나의 광방출 요소의 형태가 사전 정의된다.)과 광방출 요소가 형성될 표면 사이에 있는 임시 접촉부를 포함하는 통상의 인쇄 공정에 의해서 증착되는 경우를 포함한다. 그것은 또한 광방출 요소가 형성될 표면상의 소정의 위치에 투사됨으로써 확산 반사 재료가 증착되는 경우를 포함한다.

본 발명에 따른 광 가이드는 비교적 저렴한 재료를 사용하여 상이한 크기들로 제조될 수 있고 큰부피의 생산에 적합한 방식으로 제조 가능하며 가용한 광원을 이용하여 디스플레이 패널을 효과적이고, 균일하며, 효율적인 조명을 가능하게 한다.

이후, 본 발명의 보다 상세한 설명을 위해 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1에 도시한 광 가이드(1)는 광학 캐비티를 한정하는 박스형 하우징(3)을 포함한다. 하우징(3)은 대향 주면(5,6)과 대향의 좁은 측면(7,8) 및 측면(9,10)을 가지고 있다. 가늘고 긴 광원(11)은 주면(5,6)의 평면과 평행한 방향으로 광학 캐비티로 광을 직사하도록 좁은 측면 중 하나의 측면(7)과 인접하여 배열된다. 주면 중 하나의 주면(5)에는 윈도우가 형성되는데, 이 윈도를 통해 광이 광학 캐비티 내에서 방출될 수 있고, 이 윈도우는 조명을 위한 것이다.

하우징(3) 내의 광학 캐비티(13)는 도 3의 도면에서 개략 형태로 볼 수 있다. 광원(11)에 인접한 하우징의 좁은 측면(7)은 광원(11)으로부터 방출된 광이 광 가이드(1)로 들어갈 수 있는 윈도우를 형성하는 광학 시트 재료(15)를 포함한다. 시트 재료(15)는 광원(11)으로부터 광을 다시 직사하여 이 윈도우를 통과하는 광이주면(5,6)의 평면과 평행한 방향으로 광학 캐비티(13)를 들어가게 하기 위해 광원으로부터 떨어진 측면상의 구조화 표면을 가지는 것이 좋다. 광학 시트 재료(15)는, 예컨대 복수의 패러랠 삼각 프리즘으로 형성된 일련의 릿지 및 그루브를 포함하는 구조화 표면을 가질 수 있다. 이러한 유형의 시트 재료를 사용하는 예는 유럽 특허 출원 0 293 182 호에 기재되어 있다. 광 가이드에 있어서, 광학 시트 재료(15)는 프리즘이 가늘고 긴 광원에 평행하게 연장하도록 배향되는 것이 좋다. 적합한 시트 재료로서 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 컴퍼니가 시판하는 "스카치(상표명) 광학 라이팅 필름"이 적합하다.

윈도우(15)와 대향하는 광 가이드(1)의 좁은 측면(8)은 광학 캐비티(13) 내에서 대면하는 측면상의 반사 표면(17)을 갖고 있다. 양호한 고효율의 거울식 반사 표면인 이 반사 표면은 어느 적합한 재료에 의해서 제공될 수 있으나 미국 특허 제5,882,774호 및 국제 특허 공개 WO97/01774호에 기술된 유형의 다층 광학 필름으로 제공되는 것이 좋다. 적합한 대안의 재료는 예컨대 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 컴퍼니가 시판하는 "실버럭스(Silverlux)" 필름과 같은 실버 반사 필름이다.

광 가이드의 다른 두 대향의 좁은 측면(9,10)은 또한 캐비티 내에서 대면하는 반사 표면(18)을 가진다. 이 경우, 반사 표면은 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 컴퍼니가 시판하는 "광 증강 필름"이 좋다. 그러나, 일반적으로 어느 다른 적합한 재료도 사용 가능하며, 확산 반사 재료는 이 좁은 측면의 길이/폭 비가 10 미만일 때 양호하고 거울식 반사 재료는 길이/폭 비가 10 이상일 때 양호함을 발견하였다. 이 비는 광 가이드(1)의 길이/두께비("종횡비"라고도 알려짐)에 대응함을 알 수 있을 것이다.

광 가이드의 전면 또는 윈도우(5)는 광학 시트 재료(19)를 포함하며, 이 광학 시트 재료는 광이 소정의 각도로 시트 재료(19)상에 입사할 때만 광이 광학 캐비티를 빠져 나오게 하고, 주면(5) 및 주면(6) 사이의 광학 캐비티(13)를 따라 광원(11)으로부터 광을 양호하게 유도한다. 특히, 시트 재료(19)는 광학 캐비티 내에서 대면하는 평평한 표면을 가지며, 광학 캐비티에서 이격되어 대면하는 측면 상에서 복수의 평행 삼각 프리즘으로 형성된 일련의 릿지 및 그루브를 포함하는 구조화 표면을 가짐으로써 광학 캐비티(13)를 따라 진행하는 동안 시트 재료(19) 상에 입사하는 광이 소정의 각도 범위 내에서 시트 재료(19) 상에 입사된다면 내부적으로 완전 반사될 것이다. 그것으로서, 시트 재료(19)는 재료(15)와 동일할 수 있으며 이 경우 시트 재료는 도 2에 도시된 바와 같이 광원(11)의 범위 방향과 직각인 방향으로 연장하도록 배향된다. 유럽 특허 출원 0 293 182호에는 이러한 유형의 재료를 사용한 예가 기술되어 있다. 시트 재료(19) 상에서 프리즘 구조를 보호하기 위해 광 가이드 하우징의 외부에는 시트 재료(19)에 인접하여 추가 패널(21)이 놓여질 수 있다. 이러한 추가 패널은 필수적으로 배치될 요소는 아니나 추가 패널이 제공되면 시트 재료(19)를 통과하는 광의 균일성을 더 향상시키기 위한 유백광의 광확산 재료의 시트를 포함할 수 있다.

광 가이드(1)의 후면(6)은 광학 캐비티(13) 내에서 대면하는 고효율의 확산 반사 표면(24)을 제공하는 시트 재료(23)를 포함한다. 반사 표면(24)은 표면에 대한 법선 방향 이외의 방향으로 입사되는 광에 대해서 반사도가 실질적으로 감소되지 않고 반사도는 적어도 90%(양호하게는 적어도 98%) 이어야 한다. 시트 재료(23)는 미국 특허 제5,882,774호 및 국제 특허 공개 WO 97/01774호에 기술된 유형의 다층 광학 필름이 좋다. 종횡비(약 10 미만)가 비교적 작은 광 가이드에 특히 적합한 대안의 재료는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 컴퍼니가 시판하는 "실버럭스(Silverlux)"이다.

이후 상세히 설명되는 바와 같이, 거울식 반사 표면(24)은 광을 광학 캐비티(13)와 윈도우(15)를 통해 조절되는 방식으로 방출되게 하는 소정의 구조로 확산 반사 광방출 요소를 지니고 있다. 이 경우 광방출 요소는 도 4에 도시한 바와 같이 표면(24)상의 확산 반사 재료에서 형성된 도트 어레이(27)를 포함하고 있다.

도 2 및 도 3에서 광원(11)은 3면으로 이루어진 하우징(25) 내에 놓여진 것으로서 도시되고 있으며, 개방면은 광 가이드(1)의 입구 윈도우를 형성하는 시트 재료(15)와 인접하게 놓여진다. 하우징(25)은 광원(11)이 가능한 한 많은 광을 광학 캐비티(13)로 직사하고 이를 위해 하우징의 내부 표면이, 예컨대 반사 페인트 또는 시트 재료와 같은 적합한 고효율의 확산 반사 재료로 하우징의 내부 표면이 도포될 수 있다. 이와 달리 광원(11)에는 광원에서 광학 캐비티(13)쪽으로 광을 직사하도록 파라볼라 반사기가 제공될 수 있거나 광원은 적합한 애퍼처 광원으로 대체 가능하다. 광원(11)과 인접한 광 가이드 하우징의 좁은 측면(7)에서 시트 재료(15)를 사용하는 것은 양호하나 필수적인 것은 아니다.

상기 광 가이드(1)는 다음과 같이 기능한다. 광원(11)으로부터의광(하우징(25)의 벽에서 반사 또는 방향을 바꾸는 광)은 윈도우 재료(15)를 통해 광학 캐비티(13)로 들어가서 반사되어 회귀될 반사 표면(17)쪽으로 광 가이드의 주면(5,6)에 평행한 방향으로 진행한다. 그러나, 반사 표면(24) 상의 광방출 요소(즉, 도트 27)에 입사하는 광은 확산 반사될 것이고, 그 결과 그 광의 일부는 광학 시트 재료(19)를 통과할 수 있는 각도로 광 가이드의 주면(5)에 부딪히고 광 가이드로부터 빠져 나온다.

광 가이드로부터 광이 방출되게 하는 각종 형태의 광방출 요소를 사용하는 것은 이미 공지되어 있다. 도 1 내지 도 3의 광 가이드에 있어서, 광방출 요소(27)는 이미 언급한 바와 같이 거울식 반사 표면(24) 상의 확산 반사 재료로 형성된 도트 어레이로 이루어져 있다. 광방출 요소로서 원모양의 형태가 필수적이진 않으며, 인쇄 과정에 의해 손쉽게 형성될 수 있고 형태 및/또는 크기의 혼합을 포함할 수도 있는 임의 형태(예컨대 사각, 삼각, 직선 등)일 수 있다. 반사 표면(24)에서 연속 라인의 형태를 갖는 광방출 요소도 또한 가능하다. 광방출 요소(27)는 반사 표면(24) 상에 직접 인쇄됨으로써 형성될 수 있으나 이와는 달리 반사 표면(24)에 부착된 투명판 위에 인쇄될 수도 있다. 더욱이 인쇄 광방출 요소를 사용하는 것이 바람직하지만, 이후 설명되는 바와 같이 다른 형태들도 사용 가능하다.

광 가이드(1)의 반사 표면(24) 상에 인쇄 광방출 요소(27)를 배치하여 광 가이드의 주면(5)에 걸쳐서 소요 조명 패턴을 제공한다. 대다수의 경우 주면(5)의 균일한 조명을 필요로 하며, 균일한 조명은 광방출 요소(27)에 의해서 도포되는 반사 표면(24)의 퍼센트 영역이 광원(11)으로부터의 거리(광원의 범위 방향에 직각 방향으로 측정된 거리)에 따라서 가변하면(통상 증가) 달성 가능하다. 이는 도 4에 개략 도시되고 있으며, 도 4에서 광방출 요소(27)로 도포되는 시트 재료(23)의 표면(24) 부분이 광원(11)과 바로 인접한 영역에서 제로이고, 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 증가함을 알 수 있다. 도 4에서는 광방출 요소(27)의 표면 커버리지가 시트(23)의 다른 단부로부터 단거리에서 최대값에 이른 다음 광원(11)으로부터 가장 먼 영역에서 다소 감소함을 보여주고 있다. 이러한 표면 커버리지의 감소에 의해 광학 캐비티(13)의 원단에서 반사 표면(17)의 영향을 수용하며 그에 대한 필요성(그의 감소 범위)은 광 가이드의 특정 구조에 의해서 각각의 경우에 따라 정해질 것이다. 도 4는 단지 개략 도면이며 광방출 요소(27)의 표면 커버리지에서의 변동이 통상 이 도면에 도시한 바와 같이 불연속적이 아니라 연속적이다. 광원(11)으로부터 측정된 광학 캐비티(13)의 길이의 최초 10%에 걸쳐서 표면 커버리지는 제로이고 다음에 광원에서 측정된 광학 캐비티의 길이의 약 90%의 거리에서 100%(즉, 총 커버리지)에 도달한다. 표면 커버리지는 광원(11)으로부터 먼 광학 캐비티(13)의 단부에서 다소 감소한다.

도 6 및 도 7은 도 2 내지 도 4에 도시한 광 가이드와 일반적으로 유사한 광 가이드(31)를 도시하나 광원(11)에 대향(하우징(3)의 좁은 측면(8)에 인접해서) 위치한 추가 광원(11')을 이용한다. 광원(11')으로부터의 광이 광학 캐비티(13)로 들어가도록 하기 위해 하우징(3)의 측면(8)은 도 3의 반사 재료(17)가 아니라 윈도우를 형성하는 광학 시트 재료(15')를 포함하고 있다. 또한 광 가이드의 후면(24)에는 이후 상세히 설명되는 바와 같이 적합하게 변형된 광방출 도트(27')의 구성이제공된다.

광원(11')은 광원(11)의 것과 유사한 3 면의 하우징(25') 내에 놓여지나 대안적으로 광원(11)과는 달리 광원(11')에는 광이 광원에서 광학 캐비티로 직사하도록 파라볼라 반사기가 제공되거나 적합한 애퍼처 광원으로 대체될 수 있다. 하우징(25')에서 광학 캐비티(13)에 이르는 윈도우를 형성하는 재료(15')는 광학 시트 재료(15)와 동일한 것이 좋다.

광 가이드(31)는 이 경우 두 광원(11,11')으로부터의 광(관련 하우징(25,25')의 벽에서 반사 또는 방향을 바꾸는 광)이 관련 윈도우 재료(15,15')를 통해 광학 캐비티(13)로 들어가서, 광의 일부가 반사되거나 회귀될 광학 캐비티의 다른 단부에서 광하우징쪽으로 광 가이드의 주면(5,6)에 평행한 방향으로 진행한다는 점을 제외하곤 상기한 광 가이드(1)와 유사하게 기능한다. 반사 표면(24) 상의 광방출 요소(즉, 도트 27)에 입사하는 광이 확산 반사될 것이고, 그 결과 그 광의 일부가 광학 시트 재료(19)를 통과할 수 있는 각도로 광가이드의 주면(5)에 부딪혀서 광 가이드로부터 빠져 나온다.

도 2 내지 도 4의 광 가이드(1)와 같이 광 가이드(31)의 반사면(24) 상의 인쇄 광방출 도트(27')가 놓여져 광 가이드의 전면(5)에 걸쳐서 필요한 조명 패턴을 제공한다. 대다수의 경우, 전면(5)에 걸쳐서 균일한 조명이 필요하며 균일한 조명은 확산 반사 도트(27')에 의해서 도포되는 반사 표면(24)의 퍼센트 영역이 두 광원으로부터 등거리의 중앙 영역에서 최대로 될 때까지 각각의 광원(11,11')으로부터의 거리(광원 범위의 방향과 직각의 방향에서 측정된)에 따라서 가변(통상 증가)하면 달성 가능하다. 그것은 도 7에 개략 도시되고 있으며, 도 7에는 광방출 요소(27')에 의해서 도포되는 시트 재료(23)의 표면(24) 부분이 광원(11,11')에 바로 인접한 영역에서 제로이며 개개의 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 각각의 경우에서 증가함으로써 표면의 중앙 영역(33)에서 최대값에 다다름을 보여주고 있다. 도 7은 단순히 개략도이며 광방출 도트(27')의 표면 커버리지의 변동은 통상 도면에 도시한 바와 같이 불연속적이 아니라 연속적임을 알아야 한다. 광방출 요소(27')의 표면 커버리지에서의 보다 전형의 변동은 도 8에 도시되고 있는데, 도 8에서는 표면 커버리지가 광원(11,11') 각각으로부터 측정된 광학 캐비티(13)의 길이의 10% 상에서 제로이고 다음에 각각의 광원에서 측정된 광학 캐비티의 길이의 40%에 이르는 거리의 중앙 영역에서 100%에 이름을 보여주고 있다.

도 4 및 도 7은 광방출 요소(27,27')에 의해서 제공된 표면 커버리지가 반사 표면(24)의 단위 면적당 도트 수를 균일한 토트 크기를 유지하면서 변경함으로써 변화됨을 나타내고 있다. 대안으로서, 광방출 요소의 크기는 반사 표면(24)의 단위 면적당 광방출 요소의 수를 일정하게 유지하면서 변화시킬 수 있고, 또 다른 대안으로서 광방출 요소의 크기 및 단위 면적당 수를 변경할 수 있다.

일부 경우에 있어서, 광방출 요소(27,27')의 표면 커버리지는 광학 캐비티를 횡으로(즉, 광원(11,11')의 범위 방향에 평행한 방향으로) 가변하는 것이 적절할 수 있다.

도 4 및 도 7의 광방출 요소(27,27')는 확산 반사기로서 기능하는 어느 적절한 인쇄 매체를 이용하여 인쇄될 수 있고 반사 표면(24) 및 사용된 인쇄 공정과 호환 가능하다. 적합한 하나의 매체는 고효율의 확산 반사 매트 화이트 잉크(a highly-efficient diffusely-reflecting matt white ink)이다. 시트 재료의 표면에 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄, 옵셋 인쇄를 포함하는 인쇄 매체를 증착하기 위해 적절한 인쇄 공정이 사용 가능하다. 잉크젯 인쇄 또한 사용 가능하다. 양호한 공정에 있어서, 인쇄 매체는 통상 실크 스크린 인쇄 공정을 이용하여 증착되는데 그것은 실크 스크린 인쇄 공정이 광방출 요소(27,27')의 크기에 걸쳐서 양호한 제어를 가능하게 하며 생산 과정이 긴 경우에 적합한 다양하며 비교적 저렴한 공정이기 때문이다. 반사면(24)이 인쇄 매체에 의해서 도포되어야 하는 범위는 반사면(24)에서 광방출 요소(27,27')의 임의의 선형 가변 패턴을 제공하고 광 가이드의 주면(5)에서 얻어지는 최종 조명을 광방출 요소가 없을 때 얻어진 조명과 비교하여 특정의 광 가이드에 대해서 경험적으로 정해질 수 있다. 다음에 그 패턴은 필요한 조명을 산출하도록 비교 결과에 근거해서 조절된다.

일반적으로 광 가이드(1,31)의 전면(5)에 걸쳐서 일정한 조명 레벨을 얻는 것이 필요하지만, 전면(5)에 걸쳐서 소정의 방식으로 가변하는 조명 레벨을 제공하는 것이 바람직한 경우도 있을 수 있다. 예컨대, 주면(5)에 걸쳐서 조명 레벨은 이미지의 밝은 부분이 보다 많은 광을 수용하고 이미지의 어두운 부분이 보다 적은 광을 수용하도록 조명되는 이미지에 정합될 수 있다. 그것은, 예컨대 전면(5)의 균일한 조명을 제공하는 데 필요한 광방출 요소(27,27')의 패턴을 반사 표면(24)에 우선 제공하고, 이어서 그 패턴에서 이미지(image) 종속 구조로 정렬된 추가 광방출 요소를 중첩함으로써 달성 가능하다. 추가 광방출 요소는, 예컨대 광방출요소(27,27') 위에 바로 인쇄될 수 있거나 사전 인쇄된 표면(24)에 부착되는 별개의 투명 시트 위에 인쇄될 수 있다. 이와 달리 추가 광방출 요소는 광 가이드의 전면(5)에서 광학 시트 재료(19)의 평평한 표면 위에 제공될 수 있고, 이 경우 추가 광방출 요소는 광학 캐비티(13) 내에서 입사광을 반사 및 투과할 수 있는 반투명 재료로 형성될 수 있다. 또 다른 대안으로서, 광방출 요소(27,27')는 반사 표면(24)(적어도 임의 영역에서)에서 생략 가능하고 추가의 이미지 관련 광방출 요소 만이 제공된다.

이전 단락에서 지칭한 형태의 구성이 도 9에 개략 도시되고 있는데, 광가이드는 도 2 및 도 3에서와 같이 단일 광원(11)에 의해서 조명되고 있다. 광 가이드의 전면에 균일한 조명을 제공하는 데 필요한 광방출 요소(27)의 패턴을 지닌 반사표면(24)은 조명될 그래픽 이미지를 지닌 시트(35)와 결합하여 도시되고 있다. 반사 표면(24)에는 이미지 관련 구조로 배열된 추가 광방출 요소(39)를 지닌 투명 시트(37)가 중첩됨으로써 이미지의 밝은 부분은 보다 많은 광을 수용하고 이미지의 어두운 부분은 보다 적은 광을 수용한다. 통상 시트(35)상의 그래픽 이미지는 디지탈 인쇄된 이미지이며, 이경우 이미지를 인쇄하기 위해 사용되는 이미지 데이터 파일은 또한 필요하다면 사람의 눈의 스펙트럼 감도와 그래픽 이미지에서 사용되는 잉크의 특성과 같은 요소들을 고려하여 투명 시트(37) 상에서 방출 요소(39)를 인쇄하기 위해 사용 가능하다.

비록 도 9는 별개의 투명 시트(37) 위에 위치한 추가 광방출 요소(39)를 도시하고 있지만, 이와 달리 추가 광방출 요소는 반사 표면(24) 위에 위치할 수도 있음을 이해하여야할 것이다. 그 경우, 디지탈 인쇄 공정을 이용할 때, 모든 필요한 광방출 요소들(즉, 요소(27) 및 요소(39))은 용이하게 표면(24)에서 함께 증착된다.

광 가이드(1,31)의 광학 캐비티 후면에 대해서 시트 재료(23)를 사용하면 좋은데, 그것은 이 재료가 실제 인쇄 공정 중(시트 재료가 플랫한 비구조화 표면을 가진 면이 특히 이익일 때)과 광 가이드를 조립하기 전 연속 건조 및 기억 스토리지 중에도 취급이 쉽기 때문이다. 광 가이드에서 사용 중일 때, 반사 시트 재료(23)는 후면(6)을 통해 광이 광학 캐비티(13)를 빠져 나오지 않게 함으로써 전면(5)의 조명을 향상시킨다. 또한 반사 시트 재료의 표면에 있는 어느 스크래치(예컨대, 광 가이드의 취급 또는 조립 중에 일어날 수 있는 스크래치)는 전면(5)의 조명에 역영향을 미치지 않을 것이다. 더욱이, 광방출 요소(27)가 플래너 반사 표면(24)에서 인쇄되므로, 광방출 요소가 규칙 어레이로 배치될 때도 간섭 패턴의 리스크가 없다.

광방출 요소(27,27')를 형성하기 위해 사용되는 인쇄 매체는 적용되는 시트 재료와의 호환성과 내구성 및 확산 반사 특성을 고려하여 선택된다. 불투명한 백색 잉크가 아주 바람직하고 최상의 인쇄 품질은 스크린 인쇄 공정에서 UV 경화 잉크를 사용하여 얻어진다. 스크린 인쇄는 시트 재료(23) 위에 증착된 잉크층이 두꺼우며 그에 따라 비교적 강건하고 색이 잘 바래지 않으며 변색이 잘 되지 않는 이점이 있다. 더욱이 일부 인쇄 공정과는 달리, 스크린 인쇄 공정은 시트 재료(23)에 대해 고압을 가하지 않으며 시트 재료를 덜 손상한다. 스크린 인쇄 공정은 또한 광범위한 크기로 상이한 시트 재료의 광범위한 범위에 인쇄 매체를 적용하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 예컨대 레이저 인쇄, 잉크젯 인쇄, 열전사 인쇄, 서멀(thermal) 잉크젯 인쇄를 포함하는 다른 공정과 같이 광방출 요소(27,27')를 형성하도록 다른 매체가 이용 가능하다.

일부 경우에 있어서, 광방출 요소(27,27')는 예컨대 코팅 또는 스트레이 공정을 이용하여 필요한 구조에서 확산 반사 재료(입자들을 포함할 수 있음)의 증착 또는 시트 재료의 표면 조화(surface roughening)를 포함하는 다른 방법으로 형성 가능하다.

도 1 내지 도 3 또는 도 6을 참조하여 상기한 바와 같이 공동(hollow) 광 가이드는 비교적 경량의 방식으로 제조될 수 있다. 그것은, 특히 광 가이드의 크기가 큰 경우(예컨대 대형 사인을 조명하는 경우) 유익하며 특히 접근이 덜 되는 위치에 설치될 필요가 있는 경우 유익하다. 그것은 또한 두꺼운 광 가이드(광학 캐비티(13)로 많은 광을 들어가게 하는 확률을 제공하는)의 이용을 보다 실용화 한다. 그것은 또한 많은 상이한 크기로, 특히 광범위하게 상이한 종횡비(즉, 상이한 길이/두께비)로 이러한 종류의 광 가이드를 제조하는 것이 비교적 간단하다. 예를 들면, 이러한 타입의 광 가이드는 5 정도의 작은 종횡비 및 100 정도의 큰 종횡비로 제조가 가능하며, 두 경우는 효율적으로 기능할 것이다. 작은 종횡비를 갖는 광 가이드는 윈도우(5)를 통해 광을 방출하기 전에 광학 캐비티(13)에 들어간 광을 거의 반사하지 않는 이점이 있다. 따라서, 광방출 요소(27,27')의 구조에서 필요한 정확도 수준은 떨어진다.

조명 사인 분야에서 특히 주목할 것은 도 1 내지 3 및 도 6에 도시한 타입의 광 가이드를 10 cm 정도의 작은 폭으로, 심지어는 사인의 크기에 따라서 3 cm 정도의 작은 폭으로 제조할 수 있다는 사실이다. 작은 종횡비(통상 10 미만)를 가지며 광원으로서 통상의 형광 튜브를 이용하는 이러한 종류의 광 가이드는 솔리드 광 가이드를 이용하여 달성될 수 있는 것과 비교해서 우수한 성능의 효율성을 가진다는 것을 발견하였다. 광 가이드가 큰 종횡비를 갖는 대안의 경우에 있어서, 광 가이드는 광원의 일부 오정렬을 수용하는 솔리드 광 가이드 보다 양호함을 발견하였다.

광 가이드(1,31)로 사용될 광원은 도시된 바와 같이 가늘고 긴 형태를 가질 필요는 없다. 예컨대 광방출 다이오드(LED)를 포함하는 다른 광원들이 이용 가능하다. 광원의 형태에 따라서, 하나 이상의 광원이 하우징(3)의 인접 측면을 통해 광학 캐비티(13)로 광을 직사하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우 광방출 요소(27,27')의 표면 커버리지는 광학 캐비티를 횡으로(즉, 측면(9,10) 사이에서) 가변할 수 있다.

도 1 내지 도 3 및 도 6에 도시한 광 가이드는 위에서 그래픽 디스플레이를 조명하기 위해 사용되는 것으로서 기술되었으나 광 가이드는 예컨대 액정 표시 장치를 포함하는 다른 사용 목적에도 사용가능하다.

이후 도 1 내지 도 3에 도시된 종류의 광 가이드를 결합한 조명 사인의 일례에 대해서 설명하기로 한다.

주면(5)을 배제하는 광 가이드(1)의 하우징(3)은 어느 적절한 재료, 예컨대 PVC(폴리비닐클로라이드)의 하나의 피스로 형성된 진공 구조일 수 있다. 이와 달리하우징은, 예컨대 수개 피스의 아크릴 재료로 형성될 수 있으며, 각 피스는 어느 적절한 방법으로 함께 고정되는 하우징의 한 측면을 제공한다. 하우징은 약 60 ×60 ×4.5 cm 이다.

하우징의 후방 주면(6)의 내부 표면은 미국 특허 제5,882,774호 및 국제 특허 공개 공보 WO 97/01774호에 기술된 타입의 확산 반사 다층 광학 필름의 시트(23)로 덮혀지며, 이 필름은 적어도 98 %의 필름 표면에 법선 방향으로 반사한다. 하우징(3) 내에서 대면하는 필름(23)의 표면(24)은 도 5에 도시한 바와 같이 가변하는 퍼센트 표면 커버리지를 제공하는 인쇄 도트 패턴을 지닌다. 도트 패턴은 컴팩트 디스크의 인쇄를 위해 고안된 타입의 화이트 UV 경화 잉크(영국 햄프셔 이슬리 소재의 NOR-COTE사가 시판하는 적절한 잉크)를 이용하여 필름(23)의 표면(24) 위에 스크린 인쇄되었다. 잉크에 의한 표면(24)의 퍼센트 표면 커버리지의 변동을 표면의 단위 면적 당 일정한 도트 수(인치당 약 20 도트를 담고 있는 도트의 횡라인에 기초한 도트 수)를 유지하면서 도트의 크기를 가변하여 달성하였다.

하우징(3)의 하나의 좁은 측면(7)의 내부 표면은 하우징 내에서 대면하고 하우징의 측면의 긴 엣지에 평행 연장하는 프리즘들로 배열된 상기한 "스카치(상표명) 광학 라이팅 필름"의 시트(15)로 피복된다. 하우징(3)의 대향의 좁은 측면(8)의 내부 표면은 인쇄 도트 패턴없이 후방 주면(6)의 내부 표면과 동일한 거울식 반사 필름 재료로 덮혀진다. 하우징(3)의 나머지 2 개의 좁은 측면(9,10)의 내부 표면은 상기한 "광 증강 필름"으로 덮혀진다.

하우징(3)은 전방 주면(5)을 형성하는 상기한 "스카치(상표명) 광학 라이팅필름"의 시트(19)로 덮혀진다. 이 필름은 프리즘이 하우징 외부에 있고 좁은 측면(7) 및 (8) 사이에서 연장하도록 배열된다.

이와 같이 형성된 광 가이드 모듈은 사인 하우징 내에 놓여지며, 광 가이드 하우징(3)의 좁은 측면(7)에 인접한 반사도가 큰 하우징(25) 내에 놓여지고, 광을 광 가이드 모듈로 직사하도록 배열된 60 cm 길이의 14 W 형광 튜브가 광 가이드 모듈에 제공된다. 하우징(3)의 전방 주면(5)을 주면(5)의 전방에 위치한 그래픽 이미지를 효율적으로 조명하기 충분한 레벨과 고균일도로 조명하였다.

본 발명에 따르면, 광 가이드는 조명을 위한 광 가이드의 구조와 관련해서 조명되는 패널 전체에 걸쳐서 균일한 밝기 레벨을 달성시키며, 주변을 고려해서 적절한 조명 레벨이 발생되도록 필요한 전력량을 최소화하여 비교적 손쉽고 비용 효율적인 방법으로 각종 상황에서 사용하기 적합하고, 그럼에도 불구하고 효율성 좋게 기능하는 광범위하게 상이한 크기의 광 가이드를 제조 가능하다.

Claims (13)

1. 대향하는 제1 주면 및 제2 주면을 가진 광 유도 광학 캐비티를 한정하는 하우징과, 상기 두 주면 사이에서 유도될 광을 한 단부에서 상기 광학 캐비티로 직사하도록 배열된 적어도 하나의 제1 광원을 포함하는 광 가이드로서,

   상기 제1 주면은 상기 광학 캐비티로부터 광을 방출할 수 있는 윈도우를 포함하며, 상기 제2 주면은 상기 광학 캐비티 내에 대면하는 거울식 반사 표면을 가지며 상기 윈도우를 통해 광이 상기 광학 캐비티로부터 방출되게 하는 소정의 구조로 그에 적용된 확산 반사 광방출 요소를 가진 시트 재료를 포함하는 것인 광 가이드.
2. 제1항에 있어서, 상기 거울식 반사 표면은 소정의 각도로 상기 거울식 반사 표면에 입사한 광에 대해 적어도 90 %의 반사도를 가지는 것인 광 가이드.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 거울식 반사 표면을 가진 상기 시트 재료는 상기 하우징의 내부 표면에 적층되는 것인 광 가이드.
4. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광방출 요소는 확산 반사 재료로 형성된 인쇄 요소인 것인 광 가이드.
5. 제4항에 있어서, 상기 광방출 요소는 거울식 반사 표면 위에 직접 인쇄되는 것인 광 가이드.
6. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광방출 요소에 의해서 피복되는 상기 거울식 반사 표면의 퍼센트 영역은 상기 제2 주면 전체 영역에 걸쳐서 일정하지 않는 것인 광 가이드.
7. 제6항에 있어서, 상기 제2 주면의 어느 영역에서, 상기 광방출 요소에 의해서 피복된 상기 거울식 반사 표면의 퍼센트 영역은 상기 제1 광원으로부터의 영역의 거리에 따라서 가변하는 것인 광 가이드.
8. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 두 주면 사이에서 유도될 상기 제1 광원에 대향하는 단부로부터 상기 광학 캐비티로 광을 직사하도록 배열된 제2 광원을 포함하는 것인 광 가이드.
9. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 주면은 상기 광학 캐비티로부터 떨어진 측면 상의 복수의 평행 프리즘을 포함하는 구조화 표면을 가지는 것인 광 가이드.
10. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 조명될 디스플레이는 상기 윈도우의전면에 위치하는 것인 광 가이드.
11. 제10항에 있어서, 상기 확산 반사 광방출 요소의 적어도 일부는 상기 디스플레이와 관련된 구조로 상기 거울식 반사 표면에 적용되는 것인 광 가이드.
12. 제10항에 있어서, 상기 디스플레이와 관련된 구조로 상기 광학 캐비티 내에서 대면하는 측면에서 상기 윈도우에 적용되는 확산 반사 광방출 요소를 포함하는 것인 광 가이드.
13. 첨부 도면의 도 1 내지 도 5, 또는 도 6 내지 도 8, 또는 도 1 내지 도 5로 도시된 바와 같고, 도 9, 또는 도 6 내지 도 8로 수정된 바와 관련하여 실질적으로 기술된 바와 같은 광 가이드.