KR100402718B1 - 각을 형성하면서 측면에 광을 주사하는 광원 엘리먼트 - Google Patents

각을 형성하면서 측면에 광을 주사하는 광원 엘리먼트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정 디스플레이의 역광 조명을 위해 이용될 수 있으며, 그리고 하나의 경사진 광유출면(51A) 및/또는 광유입면(5B)을 갖는 광원 엘리먼트(10)에 관한 것이다. 상기 광원 엘리먼트의 표면에서　광도파관(1, 21, 31)은 반사판(4, 24, 34)으로 둘러싸여 있으며, 상기 반사판 내부에는 경우에 따라 적합한 개구 영역(5B, 25B, 35B)이 형성된다. 본 발명은 다수의 광원(5, 25, 35, 45)의 배치 및/또는 직접적인 조망 및 그로 인한 그에 상응하는 휘도의 증가를 가능하게 한다. 본 발명은 또한 집적 반사판을 포함하는 광원 엘리먼트를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

각을 형성하면서 측면에 광을 주사하는 광원 엘리먼트 {LIGHT SOURCE ELEMENT WITH LATERAL, ANGULAR LIGHT INJECTION}
EP-A-0 500 960호에는 평면 광원 엘리먼트가 기술되어 있다. 상기 엘리먼트는 액정 디스플레이에서 역광 조명을 위해 사용된다. 상기 광원 엘리먼트에 있어서 투명한 광도파관의 광입사면으로 이용되는 전단측면(front-end side surface)에는 하나의 광원이 배치되어 있다. 광입사면에 대한 광도파관의 수직 표면은 광유출면의 역할을 하며, 그리고 상기 광유출면의 반대편에 위치하는 광도파관의 표면상에는 하나의 광반사층이 배치되어 있다. 또한 광유출면으로부터 방출되는 빛이 확산방식으로 산란될 수 있도록 하나의 산란부재(scattering element)가 배치되어 있다. 광원 엘리먼트의 표면에 걸친 광방사선의 균일화는, 광도파관의 하나 또는2개의 표면이 거친 단면과 평평한 단면을 포함하며, 평평한 단면에 대한 거친 단면의 종횡비가 도파관을 따라 연속적으로 변경됨으로써 달성된다. 상기 평평한 단면은, 광선이 전반사에 근거하여 자신으로부터 도파관 내부로 재반사되는 특성을 가지는 한편 거친 단면상에서는 광선이 산란된다. 광도파관의 광유입측에는 휘도가 상대적으로 높기 때문에, 그곳에서는 상대적으로 높은 비율이 평평한 표면에 조정되며, 그럼으로써 상기 영역내에서는 광파가 여러 번의 전반사에 의해 상대적으로 높은 확률로 이동하게 된다. 상기 평평한 단면의 종횡비가 도파관을 통과하면서 계속해서 감소되기 때문에로, 광방사선은 더욱더 증가하는 비율의 거친 표면에 산란될 수 있게 된다. 그럼으로써 광원 엘리먼트의 광유출면으로 상대적으로 균일한 출력방사에 도달하게 된다.
전술한 배치 방식에 있어서, 광원 엘리먼트의 전단측에 대한 광방사선은 도파관 내부로 주사되어야 한다. 상기 측을 따라 배치되며, 금속 반사체에 의해 둘러싸여 있는 관형 형광램프를 이용하는 경우에는 아마도 많은 경우에 있어서 액정 디스플레이의 역광 조명을 위한 충분한 휘도가 제공될 것이다. 그러나 상기의 배치는 비교적 가요성이 작다. 왜냐하면 이용 가능한 광원과 관련이 있는 한계에 근거하여 휘도가 정해진 기준 이상으로 증가될 수 없기 때문이다. 그 외에도 광원 엘리먼트의 측면 전단면에 광원을 배치하는 것 역시 공간적인 이유에서 바람직하지 못하다. 왜냐하면 이를 위해 필요한 공간은 결과적으로 액정 디스플레이 표시면의 폭을 제한하기 때문이다.
전술한 배치 방식은 예컨대 자동차의 계기판 내 액정 디스플레이의 역광 조명에 적합하다. 만약 상기 디스플레이가 계기판의 상부에 비교적 넓게 위치한다면, 표시면은 바람직하게 조망이 가능하다. 그러나 상기 표시면이 계기판의 하부에 비교적 넓게 배치되어 있다면, 운전자 또는 조수석 탑승자는 표시면에 대해 비교적 큰 조망 각도로 보게 된다. 특히 큰 조망 각도에 의존하는 액정 디스플레이의 경우에는 상기 사항이 표시면의 식별 능력을 떨어뜨린다.
전술한 배치 방식에서 광도파관의 제조 후에 광반사층으로서, 증착된 금속층을 가지는 박막이나 필름이 광유출면의 반대편에 위치하는 광도파관의 표면상에 용착된다. 그러나 이러한 박막 용착의 절차는 비교적 번거로운 것으로 증명되었는데, 그 이유는 박막이 대개 광도파관의 표면상에 접착되어야 하기 때문이다. 이러한 용도로 가시적 스펙트럼 영역의 넓은 파장 영역에 대한 가능성에 따라 충분한 투명성을 가지고 있어야 하는 접착제가 이용되어야 한다. 왜냐하면 광원 엘리먼트는 백열광원을 이용한 액정 디스플레이의 역광 조명뿐만 아니라 LED를 이용한 단색성 역광 조명을 위해 임의의 파장을 이용할 수 있어야 했기 때문이다.
따라서, EP-A-0 500 960호에 기술된 배치 방식은 단지 양호한 조명 상황에 대한 일정한 전제조건이 존재하는 경우에만 적합하다.
본 발명은 액정 디스플레이의 역광 조명을 위한, 그리고 주변 조명 또는 환경 조명을 위한 청구항 1의 도입부에 따른 광원 엘리먼트에 관한 것이다.
액정 디스플레이의 역광 조명시에 중요한 과제는 액정 표시영역에 충분히 높은 휘도의 가급적 균일한 단색성 또는 다색성 광방사선을 투영하는 것이다. 또한 하나 이상의 광원으로부터 방출되는 광방사선은 한편으로는 가급적 균일하게 표시 영역상에 분포되어야 하는 동시에, 다른 한편으로는 손실이 최소화되어야 한다.
도 1은 액정 디스플레이의 역광 조명을 위한 본 발명에 따른 평면의 광원 엘리먼트의 제 1 실시예의 제 1 실례를 도시한 도면이고,
도 2는 도 1의 광원 엘리먼트를 절단선(II-II)을 따라 절단한 횡단면도이며,
도 3은 환경 조명을 위한 본 발명에 따른 광원 엘리먼트의 제 1 실시예의 제 2 실례를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 광원 엘리먼트의 제 1 실시예의 제 3 실례를 도시한 도면이며,
도 4a는 도 4의 절단선(IV-IV)을 따라 절단된 횡단면도이고,
도 5는 도 4의 실시예의 특수 형태를 도시한 도면이며,
도 6은 액정 디스플레이의 역광 조명을 위한 본 발명에 따른 광원 엘리먼트의 제 2 실시예를 도시한 도면이고,
도 7은 절단선(II-II)을 따라 도 6의 광원 엘리먼트를 절단한 횡단면도이며,
도 8은 본 발명에 따라 제조된 평면의 광원 엘리먼트의 제 1 실시예이고,
도 9는 절단선(II-II)을 따라 도 8의 광원 엘리먼트를 절단한 횡단면도이며,
도 10은 본 발명에 따라 제조된 평면의 광원 엘리먼트의 또 다른 실시예의 부분도이다.
본 발명의 목적은, 환경 조건이 상이한 경우에도 휘도의 개선을 가능하게 하는, 특히 액정 디스플레이의 역광 조명을 위한 광원 엘리먼트를 제공하는 것이다.
또한 선행기술에서 공지된 주변 조명 또는 환경 조명의 기능을 가지는 광원 엘리먼트에 있어서도 또한 광도파관의 전단측에 광방사선의 주사 유형에 근거하여휘도를 증가시키는 것이 문제가 된다. 그러므로 본 발명의 또 다른 목적은, 더욱 높은 휘도 및/또는 더욱 큰 광유출면을 갖는 환경 조명용 광원 엘리먼트를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은, 광원 엘리먼트의 높은 휘도를 가능하게 하는 광원 엘리먼트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
앞서 언급한 선행기술의 문제들은 청구항 1에 따른 광원 및 청구항 20 또는 22에 따른 방법에 의해서 해결된다.
본 발명의 제 1 실시예의 모든 도시예에서 공통적인 점은, 광방사선이 선행기술에서와 같이 더 이상 하나 또는 2개의 전단측에서 광도파관으로 주사되는 것이 아니라, 광원 엘리먼트의 세로방향으로 진행하는 표면에 주사되는 동시에 광방사선이 어느 정도의 경사각을 이루며 광도파관 내부로 주사된다는 것이다. 상기 표면을 따라 광원의 위치 결정용으로 더욱 많은 공간이 존재하기 때문에, 다수의 광원들이 제공될 수 있다. 그럼으로써, 본 발명에 따른 광원 엘리먼트의 휘도가 증가될 수 있는 가능성이 제공된다.
광도파관은 적어도 광유출면의 반대편에 위치하는 표면에 그리고 광유출면 및 그 반대편에 위치하는 표면을 연결하는 세로방향 측면에서 반사판으로 커버되며, 경우에 따라 상기 반사판 내부에는 광주사 유닛을 배치하기 위한 개구 영역이 형성된다.
본 발명에 따른 광원 엘리먼트의 제 1 실시예의 제 1 실례의 경우 광원들은 광도파관의 세로방향 측면에 배치된다. 세로방향 측면에는 발광 다이오드 등과 같은 다수의 광원이 배치될 수 있으며, 그로 인해 광원 엘리먼트의 휘도는 증가될 수 있다.
본 발명에 따른 광원 엘리먼트의 제 1 실시예의 제 2 실례에 있어서는 광원이 광유출측의 반대편에 위치하는 광원 엘리먼트의 표면에 배치된다. 상기 실시예는 예컨대 환경 조명을 위한 광원 엘리먼트의 역할을 하게 된다.
상기의 광원 엘리먼트는 예컨대 평면으로 형성될 수 있으며, 그로 인해 이상적인 방식으로는 액정 디스플레이의 역광 조명을 위해 이용될 수 있다.
또한 상기의 광원 엘리먼트는 주변 조명 또는 환경 조명을 위해 이용될 수 있다. 다수 회의 입사 조명 가능성에 의해 광도파관의 감쇠는 차단되며, 그럼으로써 임의의 길이의 광도파관이 투영될 수 있고, 주변의 조명을 위해 사용될 수 있게 된다.
제 2의 실시예에 있어서 본 발명에 따른 광원 엘리먼트는 하나의 광유출면을 가지는 하나의 광도파관을 포함하며, 동시에 광유출면 반대편에 위치하는 광도파관의 표면은 빛을 반사하거나 확산시키며 반사하는 반사판으로 커버되어 있으며, 그리고 또한 광유출면과 이 유출면의 반대편에 위치하는 광도파관의 표면은 0이 아닌 각도를 형성한다.
상기의 광원 엘리먼트를 이용하여 광도판관 모듈이 제조되고, 자동차의 계기판에 설치될 수 있다. 내장되는 광도파관 모듈용으로 제공되는 높이 위치는 광유출면의 경사각 구성시에, 운전자나 조수석 탑승자가 직접적으로 액정 디스플레이의 표시면을 볼 수 있는 방식으로 조정된다.
상기 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 제 1 실시예의 경우, 반사하는 박막의 용착이 실제로 광도파관의 제조와 조합되는 것을 특징으로 한다. 다시 말해 투명한 합성수지가 몰드내에 또는 사출성형 장치의 중공내에 사출되는 방식으로, 광도파관이 사출성형 기술로 제조된다. 상기 몰드는 사전에 바닥면 및 적어도 일부분의 측면이 박막으로 덮여진다. 합성수지의 사출성형 후 경화시에 박막은 광도파관에 붙게 된다.
본 발명에 따른 방법의 제 2 실시예에 있어서 박막은 디프 드로잉 방법에 의해 제조되며, 이어서 광도파관에 부착된다. 이때 바람직하게는 바닥면과 적어도 한 측 표면을 포함하는 박막은 일체형으로 제조되며 그리고 광도파관은 이어서 상기 박막내에 삽입된다. 일체형 박막은 예컨대 트로프와 같은 채널의 형태로 제조될 수 있으며, 상기 채널내에 광도파관이 삽입될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 하기에서 자세히 설명된다.
도 1에는 본 발명에 따른 광원 엘리먼트(10)의 한 실시예에 있어서 예컨대 액정 디스플레이의 역광 조명을 위해 사용되는 방법이 도시되어 있다. 도 2에서 광원 엘리먼트는 액정 엘리먼트와 더불어 도 1의 절단선(II-II)을 따라 절단한 횡단면도로 도시되어 있다.
도 1의 광원 엘리먼트의 코어편(core piece)은 평면의 광도파관(1)이다. 상기 광도파관은 원칙적으로 투명한 재료, 예컨대 아크릴수지, 폴리카보네이트 수지와 같은 열가소성수지 또는 플렉시글라스 또는 PMMA으로 이루어져 형성될 수 있다. 상기 광도파관(1) 내부에 주사되는 빛은 균일하게 직각 표면에 걸쳐 분포되며, 액정 디스플레이의 (여기서는 도시되지 않은) 표시면으로 제공된다. 이러한 용도로 광도파관(1)의 모든 측면은 반사판(4)으로 둘러싸여지며, 상기 반사판을 통해 발생하는 광방사선은 확산 반사된다.
광주사는 광주사 유닛(5)에 의해 이루어지며, 상기 유닛은 광원 엘리먼트(10)의 세로방향 측면(1C, 1D)에 제공되며, 상기 유닛 각각은 개별 반사판(4)의 개구 영역(5B) 및 하나의 광원(5A)으로 구성된다. 광원(5A)은 예컨대 단색성 역광 조명을 위한 반도체 발광 다이오드(LED)이며, 또한 할로겐 램프 등과 같은 백열광원일 수도 있다. 특수한 실시예에서는 UV 방사선원이 이용될 수 있는데, 그 경우에는 광도파관의 상부 및 하부측이 인광 재료로 코팅된다. 상기 광원(5A)은, 광방사선이 광도파관(1)의 주축에 대해 일정한 경사각도로 상기 도파관 내부로 입사될 수 있도록 배치된다. 이 때 입사각은 임의로 조정될 수 있다.
도 1은, 세로방향 측면(1C)상에서 4개의 광주사 유닛이 그리고 그 반대편에 위치하는 세로방향 측면(1D)상에서 2개의 광주사 유닛이 광도파관(1)에 설치된 한 실시예를 도시하고 있다.
도 1의 실시예에서는, 각각의 광주사 유닛들에 있어서 광도파관(1)의 삼각형 돌출부가 존재하는 점이 제공된다. 상기 돌출부의 한 측면은 반사판(4)으로 커버되어 있는 한편, 다른 측면은 외부 방향으로 노출되고, 그로 인해 개구 영역(5B)을 형성하게 된다.
도 1의 실시예에 있어서는 바람직하게, 전단측에 어떠한 빛도 반사되지 않도록 하기 위해 전단표면(1E, 1F)이 반사판으로 커버되어 있다.
상기 반사판(4)은 바람직하게는 일체형으로 형성되어 있으며, Pocan(폴리부틸렌테레프탈레이트에 기초한 열적 폴리에스테르)으로 사출성형 함으로써 제조된다. 상기 재료는 백색이며, 이상적인 확산 반사판을 형성한다. 그러나 마찬가지로 반사판으로서 박막 재료를 용착하는 것도 생각해 볼 수 있다. 상기 재료로서는 예컨대 백색으로 코팅되거나 인쇄되어 있는 폴리카보네이트를 기재로 하는 박막이 될 수 있다. 제조 방법을 더욱 간소화하기 위해, 사출성형 전에 사출성형 장치의 몰드를 박막으로 입히면서, 광도파관(10)의 사출성형이 이루어지는 동안 박막이 용착될 수도 있다. 합성수지 질량의 경화 후에 박막은 도파관에 붙게 되고, 상기 도파관과 더불어 사출성형 장치로부터 제거될 수 있다.
휘도의 균일화는 원칙적으로 EP-A-0 500 960호의 경우와 마찬가지로, 광유출면(1A)상에 및/또는 반대편에 위치하는 광도파관(1)의 표면(1B)상에 또는 상기 2개의 표면상에 형성되는 광산란 표면과 평평한 표면의 변화 가능한 종횡비를 이용하여 이루어진다.
도 2에는 단지 실례에 따라 광도파관(1)의 광유출면(1A) 내부에 형성된 광산란 표면(6)과 평평한 표면(7)이 도시되어 있다. 광산란 표면(6) 대 평평한 표면(7)의 종횡비는 광도파관(1) 내 각각의 위치에서의 휘도에 의존한다. 광도파관(1) 내부의 영역 중에서 상대적으로 휘도가 높은 영역에서는 상대적으로 높은 종횡비가 설정되는 한편, 상대적으로 휘도가 낮은 영역에서는 상기 비율이 낮게 설정된다. 광산란 표면(6)의 형태에 대해서는 다수의 가능성들이 제시된다. 특히 간단한 제조 방법은 각각의 표면을 금강사(emery)로 연마함으로써 거친 영역을 생성하는 것이다. 휘도가 낮은 위치에서는, 발생하는 빛을 산란시킬 수 있도록, 표면이 비교적 집중적으로 금강사로 연마된다. 광산란 영역들(6)은 또한 예컨대, 의도하는 방식으로 점행렬로서 표면상에 용착되는 작은 돌출부가 될 수 있다. 점행렬 내부에서의 밀도 분포는 예컨대 실제로 광도파관(1)의 치수, 광주사의 위치 및 세기 그리고 반사 비율이 입력되는 시뮬레이션 프로그램에 의해 측정될 수 있다.
도 2에는 추가로 액정 엘리먼트(9)가 도시되어 있다. 상기 엘리먼트는 광도파관(1)의 광유출면(1A)의 상부에 배치되어 있으며, 스페이서에 의해 상기 광도파관으로부터 분리된다.
도 3에는 본 발명에 따른 광원 엘리먼트(20)의 제 2 실시예가 사시도로 도시되어 있다. 상기 제 2 실시예는 동시에 광 주사가 세로방향 측면을 통해서가 아니라 광유출면의 반대편에 위치하는 표면을 통해서 이루어지는 본 발명의 제 2 실시예이기도 하다.
도 1의 제 1 실시예에서와 같이, 광유출면(21A)의 반대편에 위치하는 표면(21B) 및 도파관(21)의 세로방향 측면은 반사판(24)으로 커버되어 있다. 상기 반사판들의 경우 제 1 실시예에 대한 유형이 적용된다. 다시 말해 바람직하게는 일체형으로 형성되며, 그럼으로써 상기 반사판들은 실제로 트로프와 같은 하나의 채널을 형성하게 된다. 상기 채널 내부로 광도파관(21)이 삽입된다. 광유출면(21A)의 반대편에 위치하는 표면(21B)내에 개구 영역(25B)이 형성되며, 상기 개구 영역 내부로 광도파관(21)이 3각형의 돌출부와 더불어 삽입된다. 상기 개구 영역(25B)의 앞쪽에는 재차 광원(25A)이, 광도파관(21)의 주축 또는 세로방향 축에 대해 경사진 각도로 상기 광도파관 내부로 주사되는 방식으로 배치된다. 반사층(24) 내부의 개구 영역(25B) 및 관련된 각 광원(25A)은 다수의 광주사유닛(25)을 형성한다. 상기 광주사 유닛(25)을 배치하기 위해서 광유출면(21A)의 반대편에 위치하는 전체 표면(21B)이 이용되며, 그럼으로써 다수의 유닛이 제공될 수 있다.
상기 실시예에서는 또한, 광방사선의 균일화를 위해 광산란 표면과 평평한 표면이 가변성 비율로 광유출면상에 제공될 수 있으며, 이러한 점은 제 1 실시예와 더불어 기술한 바와 같다. 광원들은 LED 또는 다색성 백열광원이 될 수 있다.
도 3 내에 도시되는 실시예는 예컨대 확장된 광원 엘리먼트로서 주변 조명을 위해 사용될 수 있다. 특히 임의의 길이를 만들기 위해서, 도시된 다수의 유닛이 연달아 배치될 수 있다.
또 다른 실시예는 도 4에 도시되어 있다. 상기 실시예는 본 발명의 제 1 실시예에 속한다. 왜냐하면 여기서는 빛이 다시금 광원 엘리먼트의 세로방향 측면에 주사되기 때문이다. 그 외에도 원칙적으로 임의의 길이로 형성될 수 있는 광원 엘리먼트(30)의 한 부분이 도시되어 있다. 상기 광원 엘리먼트(30)는 예컨대 주변 조명을 위해 또는 환경 조명을 위해 이용될 수 있다.
도 4A에는 도 4의 절단선(IV-IV)을 따라 절단된 광원 엘리먼트(30)의 횡단면도가 도시되어 있다. 상기 도에 따라 광도파관(31)은 하나의 광유출면(31A)을 포함하고 있으며, 상기 유출면의 반대편에 위치하는 표면과 세로방향 측면은 반사판(34)으로 커버되어 있다. 상기 반사판의 경우에는 전술한 실시예에 대한 것과 동일한 내용이 적용된다. 반사판(34)은 세로방향 측면을 따라 정해진 개구 영역(35B)내에 수용되며, 광원(35A)으로부터 방출되는 광방사선이 광도파관(30)의 세로방향 축에 대해 경사진 각도로 상기 도파관 내부로 삽입되는 방식으로 광원(35A)이 상기 개구 영역 앞쪽에 배치되어 있다. 반사판(34)내에 있는 개구 영역(35B) 및 그 앞에 배치된 광원(35A)은 광주사 유닛(35)을 형성한다. 상기 광원(35)은 이미 전술한 실시예에서와 같이 LED 또는 다색성 백열광원으로 이루어질 수 있다.
특히 바람직한 것으로 증명된 것은, 반사판(34)이 개구 영역(35B) 내에서 노출되는 광도파관(31)의 표면으로부터 한 부분 이격되어 상기 광도파관 내부로 삽입되는 것이다. 그럼으로써 광원(35)의 근접 영역내에 있는 광도파관(31)의 밝은 발광효과(과열점("hot spot"))의 형성이 피해질 수 있다. 또한 광주사를 위해 바람직한 것으로 증명된 것은, 개구 영역(35B)의 형성을 위해 대체로 기울어져 있는 반사판 표면을 원형으로 형성하는 것이다. 이러한 점은 또한 도 3에 따른 실시예에 대해서도 적용된다.
상기 유형의 광원 엘리먼트에 있어서도 또한 광감쇠는 실제로 더 이상 아무런 역할도 하지 못하며, 광원 엘리먼트는 임의의 형태 및 길이로 형성될 수 있다.
도 5에는 도 4에 도시된 광원 엘리먼트의 특수한 실시예가 도시되어 있다. 상기 실시예는 하나의 밀폐된 형태를 가지며, 동시에 자신의 내부 원주면에는 연달아 배치된 다수의 광주사 유닛(45)이 제공된다(광원은 도시되어 있지 않다). 광도파관(40)의 구조 및 구성은 도 4에서와 같이 도시되어 있다. 밀폐 링의 특수한 형태는 임의로 선택될 수 있다.
도 6에는, 예컨대 자동차의 계기판 내 액정 디스플레이의 역광 조명을 위해 사용될 수 있는 본 발명에 따른 광원 엘리먼트(50)의 일 실시예가 도시되어 있다.
도 7에는, 광원 엘리먼트가 도 6의 절단선(II-II)을 따라 절단된 횡단면도로 도시되어 있다.
도 6의 광원 엘리먼트(50)의 코어편은 원칙적으로 투명한 재료, 예컨대 아크릴수지, 폴리카보네이트수지와 같은 열가소성 수지, 또는 플렉시글라스 또는 PMMA(폴리에틸메타크릴레이트)로 이루어질 수 있는 평면의 광도파관(51)이다. 반도체 발광 다이오드와 같이 광원(55)의 상기의 광도파관(51)은 균일하게 광유출면(51A)에 걸쳐 분포되어 있으며, 스페이서를 이용하여 광유출면(51A)의 상부에 극미하게 이격되어 설치되는 (여기서는 도시되지 않은) 평면의 액정 엘리먼트로 제공된다. 상기의 용도로 광도파관(51)은 전측면이 반사판(54)으로 둘러싸여지며, 상기 반사판을 통해 발생하는 광방사선은 확산 방식으로 반사된다.
도 6의 실시예에서는 바람직하게 전단표면이 부분적으로 반사판(54)으로 커버되어 있다. 상기 반사판 내부에는 광원(55)에 의해 방출되는 광방사선을 통과시키기 위한 개구부(54A)가 형성된다. 또한 전단표면은 처음부터 반사판(54)으로 커버되지 않는다.
광도파관(51)은, 광유출면(51A)의 평면이 이 유출면의 반대편에 위치하는 표면(51B)의 평면과 하나의 각도(α)를 형성하는 형상을 갖는다. 그러므로 광도파관 모듈이 도시된 형태로 예컨대 자동차의 계기판내에 있는 평면의 후벽부에 설치되면, 광유출면(51A) 및 그로 인해 광유출면(51A)의 앞쪽에 설치되는 액정 엘리먼트는 경사를 이루면서 관찰자의 방향으로 향하게 된다. 따라서 관찰자는, 액정 디스플레이가 계기판의 하부 위치에 설치되는 경우에 거의 수직으로 표시면을 바라보게되며, 그럼으로써 통상적인 광도파관 모듈의 경우 발생하는 가시성 결여가 회피된다.
반사판(54)은 바람직하게 일체형으로 형성되며, 예컨대 Pocan(폴리부틸렌테레프탈레이트에 기초한 열적 폴리에스테르)으로 이루어져 사출성형 방식으로 제조된다. 상기 재료는 백색이며, 이상적인 확산 반사판을 형성한다. 그러나 마찬가지로 반사판으로서 박막 재료를 용착하는 방법을 생각해 볼 수 있다. 상기 재료는 예컨대 백색으로 코팅되거나 인쇄되어 있는 폴리카보네이트를 기재로 하는 박막이 될 수 있다. 제조 방법을 더욱 간소화하기 위해, 박막은 또한, 사출성형 전에 사출성형 장치의 몰드를 박막으로 입히면서, 광도파관(50)의 사출성형 과정동안 용착될 수도 있다. 합성수지 질량의 경화 후에 상기 박막은 도파관에 붙게 되며 그리고 상기 도파관과 더불어 사출성형 장치로부터 제거될 수 있게 된다.
휘도의 균일화는 원칙적으로 EP-A-0 500 960호에서와 마찬가지로, 광유출면(51A) 및/또는 이 유출면의 반대편에 위치하는 광도파관(51)의 표면(51B)상에 또는 상기 2개의 표면상에 형성되는 광산란 표면과 평평한 표면의 변화 가능한 종횡비로 이루어진다.
도 7에는 단지 실례에 따라 광도파관(51)의 광유출면(51A) 내부에 형성되어 광산란 표면(56) 및 평평한 표면(57)이 도시되어 있다. 광산란 표면(56) 대 평평한 표면(57)의 종횡비는 광도파관(51)내의 각 위치에서의 휘도에 의존한다. 광도파관(51) 내부의 영역 중에서 상대적으로 높은 휘도를 갖는 영역에서는 상대적으로 높은 종횡비가 설정되는 한편, 상기 비율은 상대적으로 휘도가 낮은 영역에서는 낮게 조정된다. 광산란 표면(56)의 형태에 대해서는 여러 가지 가능성이 제시된다. 특히 단순한 제조 방법은 각각의 표면을 금강사로 연마함으로써 거친 영역을 형성하는 것이다. 휘도가 낮은 위치에서는 발생하는 빛을 산란할 수 있도록, 표면이 비교적 집중적으로 금강사 연마된다. 그리고 또한 광산란 영역(56)은 예컨대 의도한 방식으로 점행렬로서 표면상에 용착되는 작은 돌출부가 될 수 있다. 점행렬 내 밀도분포는 예컨대 실제로 광도파관(51)의 치수, 광주사의 위치 및 세기 그리고 반사 비율이 입력되는 시뮬레이션 프로그램에 의해 측정될 수 있다.
또한 2개의 전단표면에는 광원이 배치되며, 상기 광원들로부터 빛이 광도파관(51) 내부로 주사된다.
도 8은 본 발명에 따라 제조된 광원 엘리먼트(60)의 또 다른 실시예의 사시도이다. 예컨대 액정 디스플레이의 역광 조명을 위해 사용될 수 있는 엘리먼트가 도시되어 있다.
광원 엘리먼트(60)의 코어편은 원칙적으로 투명한 재료, 예컨대 아크릴 수지 또는 폴리카르보네이트수지와 같이 열가소성 캐스팅 수지로 성형 가능한 평면의 직육면체 형태의 광도파관(61)이다. 광원 엘리먼트가 본 발명의 제 1 실시예에 따라 제조되어야 한다면, 재료는 사출성형 가능한 재료이어야 한다.
상기 광도파관(61) 내부로 주사되는 빛은 직각의 평면에 걸쳐 균일하게 분포되며, 액정 디스플레이의 (여기서는 도시되지 않은) 표시면에 제공된다. 광유출면(61A)의 반대편에 위치하는 표면(61B) 및 측면(61A, 61D)에는 박막(64)이 용착되며, 상기 박막을 통해서는, 발생하는 광방사선이 광도파관(61) 내부로 확산되는 방식으로 재반사된다. 광주사는, 광원 엘리먼트(60)의 전단측 표면(61E 또는 61F) 중 적어도 하나의 표면 앞쪽에 배치되어 있는 적어도 하나의 광원(64)에 의해 이루어진다. 상기 광원(65)은 예컨대 액정 디스플레이의 단색성 역광 조명을 위한 반도체 발광 다이오드(LED)이다. 특히 바람직하게는 SMT 기술(표면 실장 기술)로 설치 가능하며, 예컨대 상표 "SIDELED" 및 "MiniSIDELED"로 공지되어 있는 소형화 LED를 사용하는 것이다. 매우 평면인 광원 광도파관을 포함하는 상기의 광원을 이용함으로써 매우 평탄한 광원 엘리먼트(광도파관 모듈)가 제조될 수 있다. 광원으로서는 또한 할로겐 램프 등과 같은 백열광원이 이용될 수도 있다.
또 다른 실시예에서 광도파관(61)은 사출성형으로 제조되며, 이 때 박막(64)의 설치가 동시에 이루어진다. 또한 도파관(61)의 바람직한 형태에 상응하는, 다시 말해 실시예에 있어서 평면의 직육면체 형태를 포함하는 몰드를 가지는 사출성형 장치가 이용된다. 상기 몰드, 다시 말해 실제로는 바닥면과 세로방향 측면이 사출성형 전에 박막(64)으로 입혀진다. 이때 상기 박막은 예컨대 연속 박막 스트립으로서 사출성형 장치를 통해 인출되며 그리고 음의 압력하에 몰드 내부로 삽입될 수 있다. 장치의 밀폐시에 박막은 분리된다. 그런 다음 사출성형은 합성수지 재료로 이루어진다. 캐스팅 몰드 내에서 합성수지 질량이 경화된 후 박막(64)은 광도파관(1)에 달라붙으며, 상기 도파관은 사출성형 장치로부터 제거될 수 있다.
바람직한 경우에는 상기 박막(64)이 캐스팅 몰드의 모든 측면에 입혀질 수 있다. 어떠한 경우라도, 광원(65)이 배치되어야 하는 위치에는 박막이 전혀 제공되지 않거나 또는 박막이 존재해야 하는 곳에는 충분한 크기의 개구부가 박막(64)으로 형성되도록 해야 한다. 상기 박막을 통해서 광원(65)의 광방사선이 광도파관(61) 내부로 유입될 수 있다.
본 발명의 제 2 관점에 따라 박막(64)은 디프 드로잉 방법으로 제조된다. 바람직하게는 박막(64)이 바닥면 및 측면과 함께 일체형으로 제조된다. 그렇게 되면 박막이 예컨대 트로프와 같은 채널로 제공되어, 상기 채널 내부로 광도파관(61)이 삽입될 수 있다.
상기 박막은 실제로 백색으로 코팅되거나 인쇄되어 있는 폴리카보네이트로 구성될 수 있다. 또한 상기 박막은 폴리카보네이트층, 알루미늄층 및 백색층으로 이루어진 다층 구조로 이루어질 수도 있다.
휘도의 균일화는 원칙적으로 EP-A-0 500 960호에서와 마찬가지로, 광유출면(61A)상에 및/또는 상기 유출면의 반대편에 위치하는 광도파관(61)의 표면(61B)상에 또는 상기 2개의 표면상에 형성되는 광산란 표면과 평평한 표면의 변화 가능한 종횡비로 이루어진다. 도 9에서는 단지 실례에 따라 광도파관(61)의 광유출면(61A) 내부에 형성되는 광산란 표면(61A)과 평평한 표면(67)이 도시되어 있다. 광산란 표면(66) 대 평평한 표면(67)의 종횡비는 광도파관(61) 내부의 각 위치에서의 휘도에 의존한다. 광도파관(61)내부의 영역 중에서 상대적으로 휘도가 높은 영역에서는 상대적으로 높은 종횡비가 설정되는 한편, 상기 비율은 휘도가 상대적으로 낮은 영역에서는 낮게 조정된다. 광산란 표면(66)의 형태에 대해서는 다수의 가능성이 제시된다. 특히 간단한 제조 방법은 각각의 표면을 금강사로 연마함으로써 거친 영역을 생성하는 것이다. 극미한 휘도가 존재하는 위치에서는 발생하는 빛이 산란될 수 있도록 표면이 비교적 집중적으로 금강사로 연마된다. 그리고 또한 광산란 영역들(66)은 예컨대 의도하는 방식으로 점행렬로서 표면상에 용착되는 작은 돌출부가 될 수 있다. 점행렬 내 밀도분포는 예컨대 실제로 광도파관(61)의 치수, 광주사의 위치 및 세기 그리고 반사비율이 입력되는 시뮬레이션 프로그램에 의해 측정될 수 있다.
액정 디스플레이를 제조하기 위해서는 광유출면(61A) 상부의 액정 엘리먼트는 스페이서를 이용하여 광원 엘리먼트에 고정된다.
도 10에는 본 발명에 따른 광원 엘리먼트(70)의 또 다른 실시예의 부분이 사시도로 도시되어 있다.
상기 엘리먼트는 한 단부에서 전단측 표면에 걸쳐 돌출되며, 광유출면(73)과 동일 평면에 위치하는 한 돌출부(71A)를 가지는 광도파관(71)을 포함하고 있다. 상기 돌출부(71A)의 하부에는 하나의 광원(75)이 배치되어 있으며, 그럼으로써 상기 돌출부(71A)를 통해 광원(75)의 상부 공간이 이용된다. 따라서 광원 엘리먼트(70)의 표면 및 그와 더불어 사용 가능한 액정디스플레이의 표시면이 확대된다. 바닥면과 측면에 추가로 광원(75)의 방향으로 향해 있는 돌출부(71A)의 표면은 마찬가지로 박막(74)으로 커버된다. 그럼으로써, 예컨대 종종 광도파관의 영역에서 광원의 바로 상부에 발생하는 이른바 "과열점(hot spot)"과 같은 바람직하지 못한 발광효과가 피해질 수 있다.
도 10에서와 같이 광원 엘리먼트(70)를 제조하기 위한 추가 실시예에서는, 사출성형 장치의 캐스팅 몰드가 그에 상응하는 상보 몰드를 포함하고 있어야 한다.
또 다른 실시예의 경우에는 상응하는 디프 드로잉 방법이 박막(74)의 제조를 위해 적용되어야 한다.

Claims (46)

  1. 광도파관(1; 51)을 포함하는 광원 엘리먼트(10; 50)로서,
    - 상기 광도파관(1; 51)이 광유출면(1A; 51A)을 포함하고,
    - 상기 광유출면(1A; 51A)의 반대편에 위치하는 표면(1B; 51B), 그리고 상기 광유출면 및 반대편에 위치하는 표면을 연결시키는 광도파관(1; 51)의 측면(1C, 1D; 51C, 51D) 중 적어도 일부분은 광을 반사하거나 또는 확산 반사시키는 반사판(4; 54)으로 커버되며,
    - 상기 광도파관(1; 51)이 광도파관(1;51)의 광유입면(5B)에 배치된 적어도 하나의 광주사 유닛(5, 25, 35, 45; 55; 65)을 포함하도록 구성된, 광원 엘리먼트(10; 50)에 있어서,
    상기 광도파관의 광유입면(5B; 54A) 및/또는 광유출면(1A, 51A)이 광도파관의 주방향들 중 한 방향에 대해 예각을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    - 작동시에 광원(5A)으로부터 방출되는 광방사선이 경사진 각도를 이루면서 광도파관(1, 21, 31) 내부로 유입되는 방식으로,
    - 광주사 유닛이 각각의 반사판(4, 24, 34)의 한 개구 영역(5B, 25B, 35B) 및 상기 개구 영역(5B) 앞쪽에 배치된 광원(5A, 25A, 35A)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    - 적어도 하나의 세로방향 측면(1C, 1D) 또는 광도파관(1, 21, 31)의 표면(1B)에 적어도 하나의 삼각형 돌출부가 형성되며,
    - 상기 돌출부의 한 측면은 반사판(4, 24, 34)으로 커버되며,
    - 상기 돌출부의 다른 측면은 외부 방향으로 노출되어 개구 영역(5B, 25B, 35B)을 형성하는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광도파관(51)은, 광유출면(51A) 및 상기 유출면의 반대편에 위치하는 도파관(51)의 표면(51B)이 0이 아닌 각도(α)를 형성하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    - 광유출면(1A; 51) 및/또는 상기 유출면의 반대편에 위치하는 도파관의 표면이 광산란 단면(6; 56) 및 평탄 단면(7; 57)을 포함하며,
    - 상기 단면(6; 56) 대 평탄 단면(7; 57)의 종횡비는 광도파관을 따라서, 광원 엘리먼트(50)의 균일한 휘도가 달성될 수 있도록 조정되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사판(4; 54)이 일체형으로 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 반사판(4; 54)이 일체형으로 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사판(4, 24, 34)의 재료는 사출성형 가능하며, 상기 반사판(4, 24, 34)은 사출성형 방식으로 제조되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 반사판(4, 24, 34)의 재료는 사출성형 가능하며, 상기 반사판(4, 24, 34)은 사출성형 방식으로 제조되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 반사판(4, 24, 34)의 재료는 사출성형 가능하며, 상기 반사판(4, 24, 34)은 사출성형 방식으로 제조되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사판(4)의 재료는 특히 폴리부틸렌테레프탈레이트를 기재로 하는 열가소성 폴리에스테르로 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 반사판(4)의 재료는 특히 폴리부틸렌테레프탈레이트를 기재로 하는 열가소성 폴리에스테르로 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사판(4)의 재료는 특히 폴리부틸렌테레프탈레이트를 기재로 하는 열가소성 폴리에스테르로 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  14. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사판(4, 24, 34)의 재료는 Pocan인 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사판(4, 24, 34)의 재료는 Pocan인 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 반사판(4, 24, 34)의 재료는 Pocan인 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  17. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사판이 반사 박막 또는 확산 방식의 재산란 박막(64, 74)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  18. 제 5 항에 있어서,
    상기 반사판이 반사 박막 또는 확산 방식의 재산란 박막(64, 74)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 박막은 폴리카보네이트를 기재로 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  20. 제 17 항에 있어서,
    경우에 따라 하나 이상의 개구부가 광방사선을 통과시키기 위한 박막(64, 74) 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  21. 제 19 항에 있어서,
    경우에 따라 하나 이상의 개구부가 광방사선을 통과시키기 위한 박막(64, 74) 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  22. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 광도파관(71)은, 측면 위로 돌출되어 광유출면(73)과 동일한 평면에 위치하는 하나의 돌출부(71A)를 포함하며,
    - 상기 돌출부의 하부에는 적어도 하나의 광원(75)이 배치되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  23. 제 5 항에 있어서,
    - 광도파관(71)은, 측면 위로 돌출되어 광유출면(73)과 동일한 평면에 위치하는 하나의 돌출부(71A)를 포함하며,
    - 상기 돌출부의 하부에는 적어도 하나의 광원(75)이 배치되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  24. 제 17 항에 있어서,
    - 광도파관(71)은, 측면 위로 돌출되어 광유출면(73)과 동일한 평면에 위치하는 하나의 돌출부(71A)를 포함하며,
    - 상기 돌출부의 하부에는 적어도 하나의 광원(75)이 배치되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  25. 제 22 항에 있어서,
    광원(75)의 방향으로 향해 있는 돌출부(71A)의 표면도 마찬가지로 박막(74)으로 커버되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 박막은 백색으로 코팅되거나 인쇄되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  27. 제 20 항에 있어서,
    상기 박막은 백색으로 코팅되거나 인쇄되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 박막은 백색으로 코팅되거나 인쇄되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  29. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서
    하나의 밀폐 링이 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  30. 제 5 항에 있어서
    하나의 밀폐 링이 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  31. 제 17 항에 있어서
    하나의 밀폐 링이 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  32. 제 22 항에 있어서
    하나의 밀폐 링이 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  33. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 광원은 반도체 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  34. 제 5 항에 있어서,
    적어도 하나의 광원은 반도체 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  35. 제 17 항에 있어서,
    적어도 하나의 광원은 반도체 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  36. 제 22 항에 있어서,
    적어도 하나의 광원은 반도체 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  37. 제 29 항에 있어서,
    적어도 하나의 광원은 반도체 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 광원 엘리먼트.
  38. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 광원 엘리먼트를 포함하는 액정 디스플레이에 있어서,
    광유출면의 측면상에 하나의 액정 엘리먼트가 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 액정 엘리먼트는 스페이서에 의해 광유출면으로부터 이격되어 고정되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  40. - 사출성형 방법으로 광도파관을 제조하는 단계로서,
    - 상기 제조 단계에서는, 본 단계를 실행하기 위해 제공되는 사출성형 장치의 몰드를 자신의 바닥면과 적어도 한 부분의 측면에서 광반사 박막 또는 확산방식의 재산란 박막으로 코팅하고,
    - 투명한 합성수지를 중공 내부에 사출하며,
    - 경화 후에 광도파관을 제거하며,
    - 적어도 하나의 광원을 적어도 하나의 광도파관 측면에 배치하는 단계를 포함하는, 광원 엘리먼트를 제조하기 위한 방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    - 박막을 사출성형 장치의 몰드 내에서 모든 측면에 입히며,
    - 적어도 하나의 광원을 배치하기 전에, 방사선을 통과시키기 위한 상응하는 개구부를 박막 내부에 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. - 광도파관을 제조하는 단계,
    - 디프 드로잉 방법을 통해, 하나의 바닥면과 적어도 하나의 측면을 포함하는 광반사 박막 또는 확산방식의 재산란 박막을 제조하는 단계,
    - 상기 박막을 광도파관에 설치하는 단계,
    - 적어도 하나의 광원을 적어도 하나의 광도파관 측면에 설치하는 단계를 포함하는, 광원 엘리먼트를 제조하기 위한 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    적어도 하나의 광원을 배치하기 전에, 광방사선을 통과시키기 위한 상응하는 개구부를 박막 내부에 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제 40 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막을 백색으로 코팅하거나 인쇄하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제 40 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막이 폴리카보네이트를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제 44 항에 있어서,
    상기 박막이 폴리카보네이트를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
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