KR20060056183A - 플라스틱광섬유와 ｌｅｄ 광원을 이용한 백라이트 - Google Patents

Abstract

플라스틱 광섬유와 LED 광원을 이용한 백라이트에 관해 개시한다. 본 발명의 백라이트는, 측면 발광용 손상 격자구조를 플라스틱 광섬유 가닥들로 이루어진 플라스틱 광섬유 평판과, 이 플라스틱 광섬유 가닥들로 광을 입사시키는 LED 광원들과, 빛을 확산시키는 확산판과, 빛을 반사시키는 반사판을 기본적으로 구비하는데, 플라스틱 광섬유 가닥에 형성되는 손상 격자구조의 깊이를 조절하거나, 반사판의 반사도를 조절한 것을 사용하여 광섬유 길이방향의 휘도 불균일성을 개선한다.

플라스틱 광섬유, LED, 백라이트, 격자, 휘도균일성, 측면발광

Description

플라스틱광섬유와 ＬＥＤ 광원을 이용한 백라이트 {Back-light using plastic optical fiber and LED light sources}

도 1은 종래기술 1의 일 예에 따른 형광램프와 광섬유의 설치구조를 개략적으로 나타낸 도면;

도 2는 종래기술 2의 일 예에 따라 건축용도로 구성된 패널을 개략적으로 나타낸 도면;

도 3은 광섬유 격자를 형성하는 공정을 설명하기 위한 도면;

도 4는 광섬유의 측면 발광 원리를 설명하기 위한 도면;

도 5는 본 발명의 백라이트의 기본 구조를 나타내는 개략도;

도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 휘도 균일성 향상방법을 설명하기 위한 그래프; 및

도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 휘도 균일성 향상방법을 설명하기 위한 그래프이다.

* 도면 중의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

300: KrF 엑시머 레이저

310: UV 레이저 빔

320: 선형 이동 스테이지

330: 거울

340: 세기 마스크

350: 플라스틱 광섬유

355: 플라스틱 광섬유 평판

360: 손상 격자

400: LED 광원

410: 격자에 의해 발산된 광

415: LED 어레이

510: 확산판

520: 반사판

본 발명은 플라스틱광섬유와 LED 광원을 이용한 백라이트에 관한 것으로, 특히 대면적으로 형성가능하며 전면(全面)에 걸쳐 균일한 휘도특성을 나타내는 백라이트에 관한 것이다.

액정표시장치(이하, "LCD"라 함)는 종래 CRT형 표시장치에 비하여 눈의 피로 를 덜 초래하며, 소형화, 경량화 및 저전력화에 유리하기 때문에 휴대폰이나 텔레비전의 차세대 표시장치로서 각광받고 있다. 그러나 LCD에서는 표시 패널 스스로 빛을 내지 못하므로, 패널에 표시되는 내용을 시각적으로 인식할 수 있도록 보조하는 수단이 요구되고 있다. 현재 보조수단으로서 많이 사용되는 것이 액정표시판의 후면에서 빛을 조사하는 백라이트 시스템(backlight system)이다. 종래 사용되는 백라이트 시스템 중에서 직하형 백라이트는 광원이 LCD 패널의 바로 밑쪽에 위치하며 광원 전체면에 확산판을 배치하고 배면에 반사판을 배치하여 광원으로부터 발산된 빛을 반사 및 확산시켜서 LCD패널의 셀(cell)을 조광하는 방식이다. 이러한 직하방식은, 반사판과 확산판을 이용하여 빛을 효율적으로 이용하기 때문에, 높은 휘도를 얻을 수 있으므로 고휘도가 요구되는 백라이트용에 적합하다. 그러나 점차 대면적화되어 가는 LCD패널의 크기에 따라서 충분한 휘도를 제공하는데 한계가 있으며, 휘도균일도가 낮은 문제점도 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 한국특허 제10-420615호(이하, "종래기술 1"이라 함)에서는, 광섬유의 광전달특성을 이용하여 백라이트의 형광램프에서 LCD 패널에 조사되는 광의 휘도와 휘도균일도를 개선함으로써 LCD 패널의 문자의 가독성을 높이고, 대면적화를 용이하게 한 LCD용 백라이트를 개시하고 있다. 도 1에 종래기술 1의 일 예에 따른 형광램프와 광섬유의 설치구조를 개략적으로 나타내었다. 도 1을 참조하면, 광섬유를 이용한 LCD용 백라이트가: 빛을 방사하는 것으로서 단면이 광의 방사를 위한 특정형상을 가지며 내부에 형광체가 도포되고 단일채널 셀(104)을 이루는 상판(102)과, 상기 상판(102)과 일체로 구성되며 일정한 넓이를 가 지는 하부면(100)과, 상기 상판(102)의 양단부에 각각 부착된 전극을 포함하는 형광램프(10)와; 상기 단일 채널셀(104)의 사이에 위치하는 것으로 상방향으로 광을 조사하기 위한 스크래치(미도시)가 형성되어 있는 광섬유(40)다발을 포함하는데, 상기 형광램프(10)의 상부에는 광을 균일하게 확산시키기 위한 확산판(미도시)이,그 하부에는 형광램프(10)로부터 방사되는 광을 반사시키는 반사판(미도시)이 각각 설치된다. 광섬유(40)다발의 한쪽 끝에는 광을 광섬유로 입사시키기 위한 LED(50)가 위치한다. 그런데, 종래기술 1과 같은 구조에 따르면, 기본적인 발광원으로서 형광램프와 보조 발광원으로서 2차원적으로 분포시킨 광섬유 다발에 의해 발광이 이루어지기 때문에, ① 광섬유에 대한 광원을 별도로 마련하는 구조인 경우에는 구조가 복잡하며 추가 경비가 들게 되며, ② 광섬유에 대한 광원으로 형광램프를 이용해도 이를 연결하는 구조를 별도로 마련해야 하므로 구조가 복잡하다. 또한, 휘도 균일도 향상을 목적으로 하고는 있지만, 후술할 광섬유의 길이방향에 대한 휘도 불균일 현상을 해소할 방안이 마련되어 있지 않아서 그 목적 달성이 어려울 가능성이 있다.

한편, 대면적의 조명장치에 광섬유를 사용한 기술이 미국특허 제4,234,907호 (이하, "종래기술 2"라 함)에 개시되어 있는데, 이는 광섬유로 짜여져서 조명을 할 수 있는 직물에 관한 것이다. 종래기술 2는 광섬유의 측면에 불연속적 간격의 노칭(notching)을 가함으로써 균일한 발광을 제공한다. 도 2는 종래기술 2의 일 예에 따라 건축용도로 구성된 패널을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 배면 지지판(23)은 금속이나 목재 등의 물질로 만들어진다. 광섬유(25, 26)로 짜여진 광섬유 직물(24)은 배면 지지판(23)에 부착된다. 광섬유(25, 26)는 노칭이 이루어진 것으로서 광을 전달하는 역할을 한다. 발광 광섬유 직물(24)은 배면 지지판(23)에 유리 등의 코팅재에 의해 고정된다. 이와 같은 장치는, 건물 외장이나, 교통 안내인, 퍼레이드 참가자 등의 복장 등, 선탠복 또는 보온복 등에 이용될 수 있다. 그런데, 종래기술 2와 같은 구조 역시 광섬유의 길이방향에 대한 휘도 불균일 현상을 해소할 방안이 마련되어 있지 않아서 높은 휘도 균일성이 요구되는 분야에는 적용하기 어렵다.

따라서, 본 발명의 기술적과제는, 단순한 구조로 이루어져서 용이하게 제조할 수 있으면서도 광섬유 길이방향에 대한 휘도 불균일 현상을 해소할 수 있는, 플라스틱광섬유와 LED 광원을 이용한 백라이트를 제공하는 것이다.

상기한 기술적인 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 백라이트는 플라스틱광섬유와 LED 광원을 이용한 것으로서, 측면 발광을 위한 손상 격자구조를 일 측면에 가지는 플라스틱 광섬유 가닥들을 나란히 밀착 배치하여 일면으로 발광을 수행하는 플라스틱 광섬유 평판과; 상기 플라스틱 광섬유 가닥들의 각각의 양단 부근에 위치하여 상기 플라스틱 광섬유 가닥으로 광을 입사시키는 LED 광원들과;

상기 플라스틱 광섬유 평판의 일면에 나란히 이격되게 위치하여 빛을 확산시 키는 확산판과; 상기 플라스틱 광섬유 평판의 타면에 나란히 이격되게 위치하여 빛을 반사시키는 반사판을 구비하되, 상기 플라스틱 광섬유 가닥들의 각각에 형성된 손상 격자구조의 깊이가 상기 플라스틱 광섬유 가닥의 길이방향을 따라 가우시안 분포를 이루는 것을 특징으로 한다.

상기한 기술적인 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 백라이트는 플라스틱광섬유와 LED 광원을 이용한 것으로서, 측면 발광을 위한 손상 격자구조를 일 측면에 가지는 플라스틱 광섬유 가닥들을 나란히 밀착 배치하여 일면으로 발광을 수행하는 플라스틱 광섬유 평판과; 상기 플라스틱 광섬유 가닥들의 각각의 양단 부근에 위치하여 상기 플라스틱 광섬유 가닥으로 광을 입사시키는 LED 광원들과; 상기 플라스틱 광섬유 평판의 일면에 나란히 이격되게 위치하여 빛을 확산시키는 확산판과; 상기 플라스틱 광섬유 평판의 타면에 나란히 이격되게 위치하여 빛을 반사시키는 반사판을 구비하되, 상기 플라스틱 광섬유 가닥들의 각각에 형성된 손상 격자구조의 깊이는 상기 플라스틱 광섬유 가닥의 길이방향을 따라 균일하며, 상기 반사판의 반사도는 상기 상기 플라스틱 광섬유 가닥의 길이방향에 따라 가우시안 분포를 이루는 것을 특징으로 한다.

다음에, 본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서 본 발명의 작동원리에 대해 먼저 간단히 설명한다.

[광섬유 격자의 형성]

도 3은 광섬유 격자를 형성하는 공정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, KrF 엑시머(excimer) 레이저(300)에서 방출된 UV 레이저 빔(310)은 선형 이동 스테이지(320)에 놓인 거울(330)에 의해 반사된 후, 세기 마스크(340)을 거쳐 플라스틱 광섬유(350)에 조사된다. 거울(330)은 선형 이동 스테이지(320)에 의해 플라스틱 광섬유(350)의 길이 방향을 따라 이동하므로 플라스틱 광섬유(350)의 표면에 길이 방향으로 손상 격자(360)들이 형성된다. 이와 같이 손상 격자(360)를 형성할 때, 레이저 빔(310)이 플라스틱 광섬유(350)의 표면을 조사하는 시간을 늘리면 깊은 깊이의 격자를 형성할 수 있으며, 광섬유의 코어(미도시) 부분까지도 손상된 격자를 형성할 수도 있다.

[광섬유의 측면 발광]

도 4는 광섬유의 측면 발광 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 도 3에 설명된 방법으로 광섬유의 코어까지 손상된 격자(360)를 갖는 플라스틱 광섬유(350)의 양단에 LED 광원(400)이 각각 근접하게 설치된다. LED 광원(400)에서 광섬유(350)의 코어로 입사된 광은 격자(360)에서 난반사되어 격자(360)가 형성된 쪽의 반대편 광섬유 코어의 내면에서는 전반사 임계각 이하로 광이 입사된다. 따라서, 광이 광섬유 코어를 따라 전달되지 않고 광섬유(350)의 측면을 통해 새어나오는 현상, 즉, 격자에 의해 발산된 광(410)이 존재하는 현상이 나타난다.

그런데, 플라스틱 광섬유에 균일한 간격으로 같은 깊이의 격자를 새기게 되면, 광섬유 길이방향에 대하여 항상 일정한 비율로 입사된 광량이 감쇄하게 된다. 따라서 전체적인 산란 비율은 일정하게 유지되지만 입사된 총광량이 한정되어 있기 때문에, 광섬유의 측면발광 강도가 길이방향에 따라 달라서 결국 휘도 불균일성을 나타내게 된다. 즉, 광섬유의 양측단에서는 측면 발광의 강도가 강하고 광섬유의 중앙에서는 그 강도가 약해서, 이를 보정해야 할 필요가 있다.

[본 발명의 백라이트의 기본 구조]

도 5는 본 발명의 백라이트(500)의 기본 구조를 나타내는 개략도이다. 도 5를 참조하면, 측면 발광을 위한 손상 격자구조를 일 측면(저면)에 가지는 플라스틱 광섬유 가닥들을 나란히 밀착 배치하여 일면(상면)으로 발광을 수행하는 플라스틱 광섬유 평판(355)이 마련된다. 플라스틱 광섬유 가닥들의 각각의 양단 부근에는 플라스틱 광섬유 가닥으로 광을 입사시키는 LED 광원들로 이루어진 LED 어레이(415)가 설치된다. 한편, 플라스틱 광섬유 평판(355)의 상부에는 이와 나란히 이격되게 위치하여 빛을 확산시키는 확산판(510)이 위치하고, 플라스틱 광섬유 평판(355)의 하부에는 이와 나란히 이격되게 위치하여 빛을 상부로 반사시키는 반사판(520)이 각각 설치된다. 그런데, 각각의 플라스틱 광섬유 가닥에 형성된 손상 격자구조의 간격과 깊이가 일정하고, 반사판(520)의 반사도가 전체 면에 걸쳐서 균일하면, 광섬유의 측면발광 강도가 길이방향에 따라 달라서 휘도 불균일성을 나타내는 현상을 피할 수 없다. 따라서, 후술할 실시예 1 및 실시예 2의 구조를 통해 본 발명의 백라이트 구조가 완성된다.

[실시예 1]

플라스틱 광섬유의 양측단에서는 측면 발광의 강도가 강하고 플라스틱 광섬유의 중앙에서는 그 강도가 약해서 발생하는 광섬유 길이방향의 휘도 불균일 현상을 해소하기 위해, 실시예 1에서는, 도 3의 설명과 같이 광섬유 격자를 형성할 때 플라스틱 광섬유의 위치에 따른 레이저빔의 노출시간을 광섬유 길이방향을 따라 가 우시안 분포가 되도록 하여 플라스틱 광섬유의 중앙부가 양단부에 비해 깊은 깊이의 격자를 갖도록 한 것을 이용한다. 이렇게 하면, 광의 산란 비율이 광섬유의 중앙부에서 더 커져서 중앙부로 갈수록 줄어드는 광량을 산란 비율의 증가로 보상시킬 수 있다. 결과적으로 광의 측면발산량을 늘려서 광섬유 길이방향의 휘도 균일성을 높인다. 도 6의 (a)에는 광섬유 길이방향에 따른 레이저빔의 노출시간을, 도 6의 (b)에는 광섬유의 길이방향에 따른 휘도를 각각 나타내었다. 이러한 실시예 1에서는 플라스틱 광섬유에 대해 휘도 불균일 현상에 따른 보상이 이루어졌기 때문에, 반사판(520)의 반사도가 전체 면에 걸쳐서 균일하여도 무방하다.

[실시예 2]

플라스틱 광섬유의 양측단에서는 측면 발광의 강도가 강하고 플라스틱 광섬유의 중앙에서는 그 강도가 약해서 발생하는 광섬유 길이방향의 휘도 불균일 현상을 해소하면서도 광섬유 격자를 형성할 때 노출시간을 길이방향으로 다르게 조정하는 불편함을 없애기 위해, 실시예 2에서는, 광섬유 격자의 구조가 길이 방향으로 동일하게 유지되도록 한 것을 이용하고, 반사판(520)의 반사도가 광섬유의 중앙부에서 높고 광섬유의 양측단에서는 낮은 것을 채용하여, 광섬유 길이 방향의 휘도 균일성을 높였다. 도 7의 (a)에는 광섬유 길이방향에 따른 레이저빔의 노출시간을, 도 7의 (b)에는 광섬유 길이방향에 따른 반사판의 반사도를, 도 7의 (c)에는 광섬유의 길이방향에 따른 휘도를 각각 나타내었다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 광섬유 자체를 주 발광원으로 이용하는 구조를 택하였기 때문에 종래기술 1에 비해 구조상 단순하고, 또한 광섬유 길이방향으로 나타나는 휘도 불균일성을 격자구조 또는 반사판의 반사도를 통해 보정하였기 때문에 광섬유 길이방향으로도 높은 휘도 균일성을 나타내는 백라이트를 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 측면 발광을 위한 손상 격자구조를 일 측면에 가지는 플라스틱 광섬유 가닥들을 나란히 밀착 배치하여 일면으로 발광을 수행하는 플라스틱 광섬유 평판과;

   상기 플라스틱 광섬유 가닥들의 각각의 양단 부근에 위치하여 상기 플라스틱 광섬유 가닥으로 광을 입사시키는 LED 광원들과;

   상기 플라스틱 광섬유 평판의 일면에 나란히 이격되게 위치하여 빛을 확산시키는 확산판과;

   상기 플라스틱 광섬유 평판의 타면에 나란히 이격되게 위치하여 빛을 반사시키는 반사판을 구비하되,

   상기 플라스틱 광섬유 가닥들의 각각에 형성된 손상 격자구조의 깊이가 상기 플라스틱 광섬유 가닥의 길이방향을 따라 가우시안 분포를 이루는 것을 특징으로 하는, 플라스틱광섬유와 LED 광원을 이용한 백라이트.
2. 측면 발광을 위한 손상 격자구조를 일 측면에 가지는 플라스틱 광섬유 가닥들을 나란히 밀착 배치하여 일면으로 발광을 수행하는 플라스틱 광섬유 평판과;

   상기 플라스틱 광섬유 가닥들의 각각의 양단 부근에 위치하여 상기 플라스틱 광섬유 가닥으로 광을 입사시키는 LED 광원들과;

   상기 플라스틱 광섬유 평판의 일면에 나란히 이격되게 위치하여 빛을 확산시키는 확산판과;

   상기 플라스틱 광섬유 평판의 타면에 나란히 이격되게 위치하여 빛을 반사시키는 반사판을 구비하되,

   상기 플라스틱 광섬유 가닥들의 각각에 형성된 손상 격자구조의 깊이는 상기 플라스틱 광섬유 가닥의 길이방향을 따라 균일하며, 상기 반사판의 반사도는 상기 상기 플라스틱 광섬유 가닥의 길이방향에 따라 가우시안 분포를 이루는 것을 특징으로 하는, 플라스틱광섬유와 LED 광원을 이용한 백라이트.

Images