KR101731141B1 - 평판 표시장치용 박막형 백 라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평판 표시장치에 사용하는 박막형 백 라이트 유닛에 관한 것이다. 본 발명에 의한 박막 필름형 백 라이트 유닛은, 고 굴절 필름과, 상기 고 굴절 필름 위에 저 굴절 필름이 적층된, 일정 폭 및 일정 길이를 갖는 장방형의 베이스 필름; 상기 베이스 필름 하부 표면의 일측부에 배치된 제1 입사 패턴; 상기 일측부에서 상기 일정 길이만큼 이격된 상기 베이스 필름 하부 표면의 타측부에 상기 일정 폭 전체에 걸쳐 배치된 반사 패턴; 상기 베이스 필름의 상부 표면에 형성된 출광 패턴; 그리고 상기 제1 입사 패턴에서 제1 초점 거리만큼 이격한 위치에 배치되어 상기 제1 입사 패턴으로 입사광을 제공하는 광원을 포함한다.

Description

평판 표시장치용 박막형 백 라이트 유닛{Thin Film Type Back Light Unit For Flat Panel Display}
본 발명은 평판 표시장치에 사용하는 박막형 백 라이트 유닛에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 홀로그래피 기술을 응용한 것으로, 평판 표시장치에 사용하기 위한 초박막 필름 방식의 백 라이트 유닛에 관한 것이다.
액정표시장치는 경량, 박형, 저소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 이 액정표시장치는 노트북 PC와 같은 휴대용 컴퓨터, 사무 자동화 기기, 오디오/비디오 기기, 옥내외 광고 표시장치 등으로 이용되고 있다. 액정표시장치의 대부분을 차지하고 있는 투과형 액정표시장치는 액정층에 인가되는 전계를 제어하여 백라이트 유닛으로부터 입사되는 빛을 변조함으로써 화상을 표시한다.
백 라이트 유닛은 직하형(direct type)과 에지형(edge type)으로 대별된다. 직하형 백라이트 유닛은 액정표시패널의 아래에 다수의 광학시트들과 확산판이 적층되고 확산판 아래에 다수의 광원들이 배치되는 구조를 갖는다. 도 1은 LED 어레이를 광원으로 하는 직하형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
직하형 백 라이트 유닛(DBLU)은 액정 표시패널(LCDP)의 하면에서 액정 표시패널(LCDP)로 직접 빛을 조사하는 광원을 구비한다. 광원은 형광램프를 사용하기도 하지만, 도 1에 도시한 바와 같이 전력 소비가 낮고, 휘도가 향상된 LED 어레이(LEDAR)를 사용할 수 있다. LED 어레이(LEDAR)는 케이스(CASE)의 바닥에 매트릭스 방식으로 배열된다. 케이스(CASE)는 다시 커버 버텀(CB)에 장착될 수 있다. 경우에 따라서는, 케이스(CASE)를 생략하고, 커버 버텀(CB)에 LED 어레이(LEDAR)를 직접 설치할 수도 있다. LED 어레이(LEDAR) 상부에는 확산판(DIFF)가 설치된다. 확산판(DIFF)는 LED 어레이(LEDAR)로부터 입사되는 빛을 확산하고 액정표시패널(LCDP)의 광입사면에 전면에 고르게 빛을 분포시킨다. 확산판(DIFF)과 액정표시패널(LCDP) 사이에는 광학시트들(OPT)이 배치된다. 광학시트들(OPT)은 1 매 이상의 프리즘 시트, 1 매 이상의 확산시트 등을 포함하며, DBEF (dual brightness enhancement film)를 더 포함할 수도 있다. 프리즘 시트는 확산판(DIFF)에 의해 분산된 빛을 액정표시패널(LCDP)로 집광시켜 휘도를 향상시킨다. 확산시트는 프리즘 시트로 집광된 빛을 다시 액정표시패널(LCDP) 전면에 고른 휘도를 갖도록 확산시키는 기능을 한다.
가이드 패널(GP)은 액정표시패널(LCDP)과 직하형 백 라이트 유닛(DBLU)의 측면을 감싸고 액정표시패널(LCDP)과 광학시트들(OPT) 사이에서 액정표시패널(LCDP)을 지지한다. 커버 버텀(CB)은 에지형 백 라이트 유닛의 케이스(CASE)와 하면을 감싼다. LED 어레이(LEDAR)가 설치된 케이스(CASE)의 바닥면에는 반사시트(REF)가 배치되어 확산판(DIFF)이나 광학시트(OPT)에서 반사된 빛을 재반사시켜 액정표시패널(LCDP)로 보낸다. 탑 케이스(TP)는 액정표시패널(LCDP)의 상면 가장자리와 가이드 패널(GP)의 측면을 감싼다.
한편, 에지형 백 라이트 유닛은 직하형 백 라이트 유닛보다 얇은 두께로 구현될 수 있다. 현재 LCD 장치는 광원의 종류가 램프에서 LED로 바뀌어가고 있는 추세에 있다. 특히, 배치를 쉽게 할 수 있는 LED를 측면에 배치하는 에지형 백 라이트 유닛이 많이 사용되고 있다.
이하, 도 2를 참조하여 에지형 백 라이트 유닛에 대하여 설명한다. 도 2는 종래 기술에 의한 LED 어레이를 포함하는 에지형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 에지형 백 라이트 유닛(EBLU)은 커버 버텀(CB), 커버 버텀(CB) 내에 바닥면에 장착된 도광판(LG), 그리고 도광판(LG)의 측면과 커버 버텀(CB) 사이에 배치되어 도광판(LG)의 측면으로 빛을 조사하는 광원을 구비한다. 광원은 형광 램프를 사용하기도 하지만, 전력 소비가 적고, 휘도가 향상된 LED 어레이(LEDAR)를 사용하기도 한다. 광원은 하우징과 같은 수납수단을 이용하여 도광판(LG)의 측면에 배치된다. 도광판(LG)은 LED 어레이(LEDAR)로부터 입사된 빛을 액정 표시패널(LCDP)의 광입사면에 대하여 실질적으로 수직인 각도로 진행경로를 굴절시킨다. 도광판(LG)과 액정 표시패널(LCDP) 사이에는 광학 시트들(OPT)이 배치된다. 광학 시트들(OPT)은 1 매 이상의 프리즘 시트, 1 매 이상의 확산시트 등을 포함하여 도광판(LG)으로부터 입사되는 빛을 확산한다. 휘도 향상을 위해, 광학 시트들(OPT)에는 DBEF (dual brightness enhancement film)를 더 포함할 수도 있다.
가이드 패널(GP)은 액정 표시패널(LCDP)과 에지형 백 라이트 유닛의 측면을 감싸고 액정 표시패널(LCDP)과 광학 시트들(OPT) 사이에서 액정 표시패널(LCDP)을 지지한다. 커버 버텀(CB)과 도광판(LG) 사이에는 반사시트(REF)가 배치되어, 광학 시트(OPT)들에서 반사되어 하부로 손실될 수 있는 빛을 재반사하여 액정 표시패널(LCDP)로 돌려 보낸다. 탑 케이스(TP)는 액정 표시패널(LCDP)의 상면 가장자리와 가이드 패널(GP)의 측면을 감싼다.
이와 같이, 비 자발광 평판 표시장치인 액정 표시장치의 경우, 백 라이트 유닛을 필수적으로 구비하여야 한다. 백 라이트 유닛은 액정 표시 패널의 전체 면적에 고르게 빛을 분포하도록 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 점광원 혹은 선광원을 균일한 광 분포를 갖는 면광원으로 전환하기 위한 여러 광학적 수단이 필요하다. 또한, 이들 여러 구성 요소들의 광학적 특성 및 구조를 고려하여야 하므로, 백 라이트 유닛은 일정 두께 이상을 가질 수밖에 없다. 즉, 액정 표시 장치와 같이 근래에 개발된 평판 표시장치가 브라운관에 비해서 혁신적으로 박형화 되었지만, 휴대성 및 유연성을 더욱 개선한 다양한 평판 표시장치를 개발하기 위해서는 더욱 박형화되며, 더욱 소비 전력을 감소한 백 라이트 유닛을 개발하기 위한 기술이 필요하다.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 평판 표시장치에 사용하는, 초박막 필름형 백 라이트 유닛을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 박막 필름형 백 라이트 유닛은, 고 굴절 필름과, 상기 고 굴절 필름 위에 저 굴절 필름이 적층된, 일정 폭 및 일정 길이를 갖는 장방형의 베이스 필름; 상기 베이스 필름 하부 표면의 일측부에 배치된 제1 입사 패턴; 상기 일측부에서 상기 일정 길이만큼 이격된 상기 베이스 필름 하부 표면의 타측부에 상기 일정 폭 전체에 걸쳐 배치된 반사 패턴; 상기 베이스 필름의 상부 표면에 형성된 출광 패턴; 그리고 상기 제1 입사 패턴에서 제1 초점 거리만큼 이격한 위치에 배치되어 상기 제1 입사 패턴으로 입사광을 제공하는 광원을 포함한다.
상기 베이스 필름의 하부 표면에서 상기 입사 패턴 및 상기 반사 패턴을 제외한 표면에 도포된 반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 입사 패턴은, 상기 광원으로부터 상기 입사 패턴의 표면에 대해 수직으로 입사된 상기 입사광을, 상기 고 굴절 필름과 상기 저 굴절 필름의 계면에서의 전반사각도보다 큰 굴절각을 가지며, 상기 입사점에서 상기 반사 패턴의 상기 일정 폭에 대응하도록 확산하는 확장광으로 변환하는 홀로그램 패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 확장광은, 상기 고 굴절 필름 내부를 진행하여, 상기 반사 패턴으로 입사되는 것을 특징으로 한다.
상기 반사 패턴은, 상기 확장광을 상기 굴절각보다는 작고 상기 저 굴절 필름과 공기 사이의 계면에서의 전반사 각도보다 큰 반사각을 가지며, 상기 일정 폭에 대응하는 평행광으로 변환하는 홀로그램 패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 출광 패턴은, 상기 반사 패턴에서 반사된 상기 평행광의 일부를 상기 저 굴절 필름의 외부로 출광하며, 상기 베이스 필름의 상부 표면에 대해 수직 방향에 가깝게 굴절하는 것을 특징으로 한다.
상기 베이스 필름 상부 표면의 일측부에서 상기 제1 입사 패턴과 대향하도록 배치된 제2 입사 패턴을 더 구비하여, 상기 입사광은 제2 초점 거리에 위치한 상기 제2 입사 패턴으로 제공되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 입사 패턴은, 상기 광원에서 제공하는 상기 입사광에서 단파장대역의 빛에 대응하도록 형성한 홀로그래피 패턴이고; 상기 제2 입사 패턴은, 상기 입사광에서 장파장대역의 빛에 대응하도록 형성한 홀로그래피 패턴인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 초점 거리와 상기 제2 초점 거리의 길이 차이는 상기 베이스 필름의 두께에 상응하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 액정 표시장치와 같은 비자발광 방식의 평판형 표시장치에 그대로 적용할 수 있는 홀로그래피 방식의 초박막 필름형 백 라이트 유닛을 제공한다. 따라서, 현재 주류를 이루는 액정 표시장치와 같은 비 자발광 평판 표시장치에서 더욱 얇은 두께를 갖고, 광 손실을 최소화할 수 있는, 홀로그래피 기술을 응용한 박막형 백 라이트 유닛을 제공할 수 있다.
도 1은 LED 어레이를 광원으로 하는 직하형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 종래 기술에 의한 LED 어레이를 포함하는 에지형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 구조를 보여 주는 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 박막형 백 라이트 유닛을 구비한 평판 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 초박막 도광 필름의 개략적인 구조를 나타내는 사시도.
도 5는 도 4에 도시한 본 발명의 제1 실시 예에 의한 초박막 도광 필름을 상면에서 내려다본 평면도.
도 6은 도 4에 도시한 본 발명의 제1 실시 예에 의한 초박막 도광 필름으로 구성한 박막형 백 라이트 유닛의 구조를 상세히 나타내는 확대 측면도.
도 7은 입사 패턴으로 입사한 빛이 본 발명의 제1 실시 예에 의한 초박막 도광 필름의 X-Z 평면상에서 확장광으로 진행하는 상태를 보여주는 확대 측면도.
도 8은 도 7에 도시한 확장광이 X-Y 평면상에서 진행하는 상태를 보여주는 평면도.
도 9는 반사 패턴으로 입사한 빛이 초박막 도광 필름의 X-Z 평면상에서 평행광으로 진행하며 상부면으로 출광하는 상태를 보여주는 확대 측면도.
도 10은 도 9에 도시한 평행광이 X-Y 평면상에서 진행하는 상태를 보여주는 평면도.
도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 구조를 나타내는 확대 단면도.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 일례를 설명한다. 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛을 구비한 평판 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 평판 표시장치는, 액정 표시 패널과 같은 비 자발성 평판 표시 패널(LCP)과 그 하부에 배치된 박막형 백 라이트 유닛(FBLU)을 포함한다. 물론, 도면에 표시하지 않았지만, 박막형 백 라이트 유닛(FBLU)과 평판 표시 패널(LCP)은, 종래 기술에서와 같이 커버 버텀, 가이드 패널 및 탑 케이스 등을 더 구비하여, 서로 유기적으로 결합할 수도 있다. 여기서는 본 발명의 주요 특징인 박막형 백 라이트 유닛을 중심으로 설명한다.
본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛(FBLU)은, 초박막 도광 필름(LGF)을 포함한다. 도광 필름(LGF)의 넓은 표면 중 앞면이 표시 패널(LCP)의 배면과 마주보도록 배치하는 것이 바람직하다. 도광 필름(LGF)의 넓은 표면 중 배면에서 서로 대향하는 양변 각각에 홀로그램 패턴들이 배치될 수 있다. 도광 필름(LGF)의 두께가 초박막 필름형이므로, 종래의 도광판과 같이 광원(LS)을 일측면에 위치할 수 없다. 따라서, 본 발명에서 광원(LS)은 도광 필름(LGF)의 배면에 배치되는 것이 바람직하다. 도광 필름(LGF)은 발광 다이오드와 같은 초소형 면광원(LS)에서 출사한 빛을 도광 필름(LGF)의 표면에 대향하는 대형 면광원으로 전환하여 표시 패널(LCP)에 공급한다.
도 4 내지 6을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 초박막 도광 필름(LGF)의 구조를 설명한다. 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 초박막 도광 필름의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이다. 도 5는 도 4에 도시한 본 발명의 제1 실시 예에 의한 초박막 도광 필름을 상면에서 내려다본 평면도이다. 도 6은 도 4에 도시한 본 발명의 제1 실시 예에 의한 초박막 도광 필름으로 구성한 박막형 백 라이트 유닛의 구조를 상세히 나타내는 확대 측면도이다.
도 4 내지 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 초박막 도광 필름(LGF)은 빛(백 라이트)을 유도하는 필름형 도광 매체 혹은 웨이브 가이드 매체인 베이스 필름(WG)을 포함한다. 베이스 필름(WG)은 서로 면 합착되어 적층된 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)을 포함한다. 특히, 고 굴절 필름(HR) 위에 저 굴절 필름(LR)이 적층된 것이 바람직하다. 여기서, '위' 혹은 '상부' 방향은 도광 필름(LGF)에서 백 라이트가 최종으로 투사되는 방향을 의미한다. 즉, 표시 패널(LCP)이 놓인 방향을 의미한다.
또한, 저 굴절 필름(LR) 상부 표면에는 빛을 외부로 방출하기 위한 광출사층(RF)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 저 굴절 필름(LR)의 상부면에 광 회절 필름을 부착하거나, 광 회절 층을 도포할 수 있다. 또 다른 방법으로는, 그레이팅 패턴을 저 굴절 필름(LR)의 상부 표면에 직접 도포하거나, 새겨 넣을 수도 있다.
더욱이, 고 굴절 필름(HR)의 하부 표면에서 입사 패턴(CHOE) 및 반사 패턴(RHOE)이 형성된 영역을 제외한 나머지 표면에는 반사층(RF)을 도포할 수 있다. 반사층(RF)은 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)의 계면에서 전 반사되어 하부 표면을 통해 출사될 수 있는 빛을 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사한다. 고 굴절 필름(HR)의 하부 표면은, 고 굴절 필름(HR)과 공기층의 계면으로서, 대부분의 빛을 전반사 할 수 있지만, 빛의 누설을 방지하기 위해서는 반사층(RE)을 구비할 수도 있다.
베이스 필름(WG)은 표시 패널(LCP)의 형태 및 면적에 대응하는 표면적을 갖는 대략 장방형의 형태인 것이 바람직하다. 베이스 필름(WG)의 일측변에는 광원(LS)에서 입사하는 빛을 받아들이기 위한 입사 패턴(CHOE)을, 그리고 대향하는 타측변에는 반사 패턴(RHOE)을 배치한다. 입사 패턴(CHOE)은 빛을 받아들이는 부분이므로, 광원(LS)과 직접 대향하도록 배치하는 것이 바람직하다. 따라서, 입사 패턴(CHOE)와 반사 패턴(RHOE)은 베이스 필름(WG)의 하부 표면에 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 고 굴절 필름(HR)의 하부 표면에서, 일측변과 타측변에 부착하는 것이 바람직하다.
광원(LS)으로는 점 광원인 레이저 혹은 광원 작은 단면적을 갖는 면 광원인 발광 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 발광 다이오드를 사용하는 경우, 종래에는 일측변 전체에 고르게 배치하였다. 이 경우, 다수 개의 발광 다이오드가 사용되므로, 발열도 심하고, 많은 발광 다이오드를 사용하기 때문에 에너지 효율도 저하되는 문제가 있다.
본 발명에서는, 최소한의 광원을 이용함으로써, 발열을 최소화하고, 에너지 효율을 극대화한다. 따라서, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛(FBLU)에서는 백색광을 발현하는 발광 다이오드 한 개만으로도 광원(LS)을 구성할 수 있다. 혹은, 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드를 각각 1개씩 사용하고 적절한 형태로 배열하여(가로 혹은 세로 방향을 일렬로 배치하거나, 삼각형 형태로 배치할 수 있다), 백색광을 만들 수도 있다. 혹은, 고 휘도의 박막형 백 라이트 유닛(FBLU)을 구현하고자 하는 경우 혹은 서로 다른 목적으로 사용하기 위한 복수 개의 광원이 필요한 경우에는, 여러 개의 백색 발광 다이오드를 사용할 수도 있다. 또는, 적-녹-청 발광 다이오드를 한 세트로 하여, 여러 세트의 적-녹-청 발광 다이오드를 사용할 수도 있다. 제1 실시 예의 설명에서는 편의상, 1개의 백색 발광 다이오드를 사용하는 경우를 예로 들었다.
광원(LS)은 베이스 필름(WG)의 일측변 하부면에 부착된 입사 패턴(CHOE)과 대향하도록 배치한다. 특히, 제1 실시 예에서 사용하는 광원(LS)이 미세한 면적을 갖는 발광 다이오드이고, 광원(LS)에서 출사하는 작지만 일정한 면적으로 확대되어 진행하는 발산광(구면파)이다. 따라서, 입사 패턴(CHOE)와 광원(LS)은 발산광의 초점 거리 즉, 광원 초점거리(f)만큼 이격하는 것이 바람직하다.
광원(LS)에서는 발산광이 출광되므로, 실제적으로, 입사 패턴(CHOE)에서 일정 면적내의 모든 점이 입사점이된다. 즉, 광원(LS)이 점광원이 아니므로 입사점이 복수개이다. 복수개의 입사점으로 홀로그램 패턴을 형성하는 것은 실질적으로 불가능하다. 따라서, 광원 초점거리(f)의 위치에서 수직으로 입사 패턴(CHOE)으로 연장되어 만나는 위치를 입사점(LI)로 설정한다. 광원(LS)에서 출사한 빛은 입사 패턴(CHOE)의 입사점(LI)으로 입사한다. 특히, 고 굴절 필름(HR)의 하면과 수직한 방향(Z축 방향)으로 입사한다.
본 발명은, 광원(LS)의 개수를 최소한으로 사용하는 것이 특징이다. 입사 패턴(CHOE)은 일측변의 전체 너비에 걸쳐 형성할 수도 있지만, 최소한의 너비만을 차지하도록 형성하는 것이 바람직하다. 휴대용 표시장치와 같이 작은 크기의 표시장치에서는 1개의 광원(LS)으로도 충분할 수 있다. 하지만, 30인치 이상의 TV와 같은 대형 표시장치에서는, 효율적으로 활용하기 위해 여러 개의 광원(LS)이 필요할 수도 있다. 아래 상세히 설명하겠지만, 입사 패턴(CHOE)으로 입사한 점 광원을 반사 패턴(RHOE)의 폭에 대응하도록 확장하는 것이 입사 패턴(CHOE)의 기능이다. 따라서, 확장 기능의 효율성을 고려하여 광원(LS)의 개수 및 입사 패턴(CHOE)의 크기를 적절하게 선택할 수 있다.
입사 패턴(CHOE)은 베이스 필름(WG)의 일측변에 배치된 광원(LS)에서 출사된 빛을 받아서, 대향하는 타측변에 배치된 반사 패턴(RHOE)으로 전달하는 기능을 한다. 도광 필름(LGF)은 전체 표면에 걸쳐 고른 분포로 빛을 방출하여야 한다. 따라서, 입사 패턴(CHOE)은 입사된 빛을 베이스 필름(WG)의 너비에 대응하도록 확산 및/또는 확장시켜야 한다. 따라서, 입사 패턴(CHOE)은 입사점(LI)으로 조사된 빛을 타측변의 폭에 대응하도록 확산 및/또는 확장시켜 방사하는 홀로그래피 패턴으로 형성하는 것이 바람직하다.
입사 패턴(CHOE)으로 입사된 빛은 베이스 필름(WG)의 타측변 폭에 대응하도록 확산 및/또는 확장되어 방사된다. 특히, 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR) 사이에서 전반사가 일어나는 방향으로 굴절되어 방사되는 출광 경로를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 입사 패턴(CHOE)은 베이스 필름(WG) 폭에 대응하도록 확산됨과 동시에, 전반사 각도로 방출되도록 하는 홀로그램 패턴을 갖는 것이 바람직하다.
입사 패턴(CHOE)에서 출광한 빛은 베이스 필름(WG) 내부에서 전반사 과정을 반복하면서, 타측변에 배치된 반사 패턴(RHOE)으로 전달된다. 반사 패턴(RHOE)로 입사된 빛들은 도광 필름(LGF)의 전체 면적에 고르게 분포된 시준광(Collimated Light)으로 만들어야 한다. 따라서, 반사 패턴(RHOE)은 입사 패턴(CHOE)로부터 받은 확산된 빛을 베이스 필름(WG) 전체 폭에 해당하는 범위 내에서 시준된 평행광으로 방사하는 홀로그래피 패턴으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 반사 패턴(RHOE)에서 반사된 빛이 입사된 각도와 동일하게 반사된다면, 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR) 사이에서 전반사가 재현되기 때문에 도광 필름(LGF) 외부로 빛이 출광될 수 없다. 따라서, 반사 패턴(RHOE)에서 출사되는 빛은, 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)의 계면에서 전반사가 되지 않고, 그대로 투과할 수 있는 각도로 방출되는 것이 바람직하다. 즉, 반사 패턴(RHOE)은 이러한 조건을 만족하는 홀로그램 패턴을 갖는 것이 바람직하다.
이하, 도 7 내지 10을 참조하여, 광원(LS)에서 출사한 빛이 도광 필름(LGF) 내부에서 어떻게 진행하고, 어떤 방식으로 상부면으로 면 발광하도록 방출되는지에 대해서 상세히 설명한다. 먼저, 광원(LS)에서 출사하여 입사 패턴(CHOE)으로 입사한 빛의 진행 방식에 대해 설명한다. 도 7은 입사 패턴으로 입사한 빛이 본 발명의 제1 실시 예에 의한 초박막 도광 필름의 X-Z 평면상에서 확장광으로 진행하는 상태를 보여주는 확대 측면도이다. 도 8은 도 7에 도시한 확장광이 X-Y 평면상에서 진행하는 상태를 보여주는 평면도이다.
도 7을 참조하면, 광원(LS)에서 출사한 입사광(100)은, X-Z평면 상에서 z축을 따라 입사 패턴(CHOE)의 표면에 대해 수직하게 입사한다. 앞에서도 설명했지만, 실제적으로 광원(LS)에서 출사한 빛은 구면파인 발산광이다. 따라서, 입사점이 무수히 많아 입사광을 어떻게 설정할지를 결정하는 것이 상당히 어렵다. 하지만, 여기서는 광원 초점거리(f)에서 입사 패턴(CHOE)의 수직 연장점으로 입사하는 것으로 설정하여, 입사 패턴(CHOE)을 형성한다.
또한, 입사 패턴(CHOE)에 형성된 홀로그래피 패턴에 의해 베이스 필름(WG)의 하층인 고 굴절 필름(HR) 내부로 굴절된다. 이때, 굴절광(200)의 굴절 각도(θ)는 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)의 계면에서 전반사(Total Reflection; TR)가 일어나는 전반사각보다 큰 각도를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 입사 패턴(CHOE)은 굴절 각도의 조건이 θ > TRatHR-LR 을 만족하는 홀로그래피 패턴을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 입사 패턴(CHOE)은 입사광(100)을 기준광(Reference Light)으로 하고, 굴절광(200)을 물체광(Objective Light)으로 하여 만든 간섭 패턴을 기록한 광학 필름일 수 있다.
즉, 입사 패턴(CHOE)은, 광원 초점거리(f)를 갖는 구면파와 입사 패턴(CHOE)이 부착된 도광 필름(LGF)의 하면에서 굴절 각도(θ)로 진행하는 구면파를 이용하여 형성한 홀로그램 패턴일 수 있다. 또는, 입사 패턴(CHOE)은 광원 초점거리(f)를 갖는 구면파와 도광 필름(LGF)의 하면에서 굴절 각도(θ)로 진행하는 구면파를 이용하여 형성한 홀로그램 패턴일 수 있다.
그 결과, X-Z 평면상에서 보면, 입사광(100)은 입사 패턴(CHOE)에 의해 굴절광(200)으로 고 굴절 필름(HR)으로 굴절되어 들어간다. 그리고, 굴절광(200)은 고 굴절 필름(HR)의 상부 표면에서 전반사된 전반사광(300)으로 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사된다. 전반사광(300)은 고 굴절 필름(HR)의 하부면에서 반사층(RE)에 의해 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사된 반사광(400)으로 고 굴절 필름(HR) 내부로 진행한다. 이와 같이 입사광(100)은 고 굴절 필름(HR) 내부에서 타측면에 부착된 반사 패턴(RHOE)을 향하는 확장광(FOL)으로 진행한다.
이와 동시에, 도 9를 참조하여 X-Y 평면상에서 보면, 본 발명에 의한 도광 필름(LGF)의 일측면에 배치된 입사 패턴(CHOE)의 입사점(LI)로 입사한 입사광(100)은 타측면에 배치된 반사 패턴(RHOE)으로 확산 및/또는 확장되는 확장광(FOL)로 진행한다. 예를 들어, 입사광(100)은 발광 다이오드와 같은 광원(LS)에서 출사하는 발산광인 구면파일 수 있다. 그리고, 입사 패턴(CHOE)에 기록된 홀로그램 회절 패턴에 의해, 입사광(100)은, 일측변과 타측변의 이격 거리(L)에 위치한 반사 패턴(RHOE)의 전체 너비에 대응하도록 확산 및/또는 확장된 평면파인 확장광(FOL)이 된다. 도 9에서 점선이 의미하는 것은 입사 패턴(CHOE)의 어느 부분으로든지 표면에 대해 수직으로 입사한 빛이 반사 패턴(RHOE)에 대응하도록 확장되는 것을 나타낸다.
따라서, 입사 패턴(CHOE)에 기록된 홀로그램 회절 패턴은, 좁은 면적으로 발산하는 구면파를 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR) 계면에서의 전반사 조건을 만족함과 동시에, 반사 패턴(RHOE)에 대응하는 너비로 확산 및/또는 확장된 평면파로 바꾸어주는 특성을 갖는다. 예를 들어, 입사 패턴(CHOE)에 기록된 회절 패턴은, 발광 다이오드에서 출사하여 Z축으로 따라 확산하는 빛을 참조광으로 하고, Z축에 대해 입사각 θ를 갖고 일측변과 타측변의 이격 거리(L)에 위치한 반사 패턴(CHOE)의 너비로 확산되는 확장광(FOL)을 물체광으로 하는 간섭 패턴일 수 있다.
이하, 도 9 내지 10을 참조하여, 반사 패턴(RHOE)에 의한 빛의 진행 방식에 대하여 설명한다. 도 9는 반사 패턴으로 입사한 빛이 초박막 도광 필름의 X-Z 평면상에서 평행광으로 진행하며 상부면으로 출광하는 상태를 보여주는 확대 측면도이다. 도 10은 도 9에 도시한 평행광이 X-Y 평면상에서 진행하는 상태를 보여주는 평면도이다.
도 9를 참조하면, X-Z 평면상에서, 고 굴절 필름(HR) 내부에서 확산 및/또는 확장되어 진행한 확장광(FOL)이 반사 패턴(RHOE)으로 입사한다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 고 굴절 필름(HR)의 하부면에서 반사층(RE)에 의해 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사된 반사광(400)이 고 굴절 필름(HR)의 상부 표면에서 전반사된 전반사광(300)으로 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사되어 반사 패턴(RHOE)의 상부면으로 입사된다. 이때, 반사 패턴(RHOE)으로 입사되는 확장광(FOL)의 입사각도는 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)의 계면에서의 전반사각보다 큰 각도인 전반사광(300)의 반사 각도(θ)와 같다.
반사 패턴(RHOE)으로 입사한 빛인 전반사광(300)은 반사 패턴(RHOE)에 기록된 회절 광학 패턴에 의해 재반사각(α)으로 반사된 재반사광(500)이 되어 고 굴절 필름(HR) 내부로 되돌아 간다. 이때, 재반사각(α)은 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)의 계면에서 전반사 각도보다는 작아서, 투과할 수 있어야 한다. 전반사가 이루어지지 않으므로, 일부는 투과하여 저 굴절 필름(LR)으로 입사되지만, 일부는 다시 반사되어 고 굴절 필름(HR) 내부로 들어온다. 이와 동시에, 재반사각(α)은 저 굴절 필름(LR)의 상부 표면에서 전반사가 일어나는 전반사각도보다 큰 것이 바람직하다.
즉, 반사 패턴(RHOE)은 반사 각도의 조건이 TRatLR - air < α < TRatHR - LR 을 만족하는 홀로그래피 패턴을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 반사 패턴(RHOE)은 전반사광(300)을 기준광으로 하고, 재반사광(500)을 물체광으로 하여 만든 간섭 패턴을 기록한 홀로그래피 필름일 수 있다.
X-Z 평면상에서 보면, 전반사광(300)은 반사 패턴(RHOE)에 의해 재반사광(500)이 되어, 고 굴절 필름(HR)으로 반사되어 입광된다. 재반사광(500)은 고 굴절 필름(HR)의 상부 표면에서 굴절 및 반사되어 일부는 저 굴절 필름(LR) 내부로 굴절되고, 다른 일부는 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사된다. 이와 같이 실제로는, 고 굴절 필름(HR)의 상부면에서 상당히 복잡한 광학적 현상이 발생하지만, 설명의 간략화를 위해, 고 굴절 필름(HR)의 상부면에서 전반사가 파괴되고 대부분의 빛이 저 굴절 필름(LR)으로 진입하는 것으로 설명한다. 또한, 실제로는 굴절되어 저 굴절 필름(LR) 내부로 입사하지만, 편의상 굴절 없이 직진하는 것으로 도시하여 설명한다. 실제로, 저 굴절 필름(LR)의 두께를 무척 얇게할 경우, 굴절되는 각도는 큰 의미가 없기 때문이다.
저 굴절 필름(LR) 내부로 입사한 재반사광(500)은 저 굴절 필름(LR)의 상부 표면, 즉 저 굴절 필름(LR)과 공기층(air)의 계면에서, 전반사가 이루어진 재진입광(600)으로 저 굴절 필름(LR) 내부로 진입한다. 물론, 재진입광(600)은 저 굴절 필름(LR)과 고 굴절 필름(HR)의 계면에서 반사 및 굴절이 이루어지지만, 여기서는 편의상, 모든 재진입광(600)이 고 굴절 필름(HR) 내부로 진입하는 것으로 설명한다.
즉, 반사 패턴(RHOE)에 의해 반사된 재반사광(500)은 저 굴절 필름(LR)의 상부 표면에서 전반사되어 저 굴절 필름(LR)과 고 굴절 필름(HR) 내부로 재 진입하는 재진입광(600)이 된다. 또, 재진입광(600)은 고 굴절 필름(HR)의 하부 표면에서 반사되어 다시 재반사광(500)이 되어 도광 필름(LGF)의 타측변에서 일측변으로 전달된다. 이와 같은 과정을 반복하여 타측변에 배치된 반사 패턴(RHOE)에 의해 반사된 빛은 일측변을 향해 전파된다.
이 과정에서, 저 굴절 필름(LR)의 상부 표면 외부에 그레이팅 패턴과 같은 출광 패턴(RF)을 형성한 경우, 재반사광(500) 대부분은 저 굴절 필름(LR)의 상부 표면에서 전반사가 이루어지는 반면, 출광 패턴(RF)의 회절 효율에 비례한 일부는 굴절되어 외부로 출광되어 백 라이트(OT)로 방사된다. 예를 들어, 출광 패턴(RF)의 회절 효율이 5%라고 한다면, 재반사광(500)의 5%는 도광 필름(LGF)의 외부로 출광되는 백 라이트(OT)로 방사되며, 95%는 전반사되어 재진입광(600)으로 다시 도광 필름(LGF) 내부를 진행한다. 전반사된 95%의 빛 중에서 다시 5%가 출광되고 95%는 다시 도광 필름(LGF) 내부로 되돌아온다. 이를 반복하면서 도광 필름(LGF)의 상부면으로 백 라이트(OT)가 출광된다.
또한, 출광 패턴(RF)은 방사되는 백 라이트(OT)가 가급적 도광 필름(LGF)의 표면에 대해 수직 방향으로 진행하도록 하는 홀로그램 패턴을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 도 9에서와 같이 재반사광(500)은 Z축에 대해 어느 정도 기울어진 각도를 갖고 저 굴절 필름(LR)의 상부 표면으로 출광한다. 이때, 최종 출광되는 백 라이트(OT)의 출광 방향이 가급적 Z축에 가깝게 굴절되도록 하는 홀로그램 패턴을 갖는 것이 바람직하다. 또는 그레이팅 패턴으로 출광 패턴(RF)을 형성할 경우에는, 그레이팅 패턴의 물성을 선택함에 있어, 출광되는 백 라이트(OT)가 가급적 수직 방향에 가깝게 굴절되도록 하는 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 반사 패턴(RHOE)에 의해 반사된 재반사광(500)과 재진입광(600)은 시준된 빛으로 도광 필름(LGF)의 내부를 진행하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 10에 도시한 바와 같이, X-Y 평면상에서 보면, 반사 패턴(RHOE)에 의해 반사된 빛은 평행광(COL)으로 도광 필름(LGF)의 타측면에서 일측면을 향해 진행하는 것이 바람직하다.
따라서, 반사 패턴(RHOE)에 기록된 홀로그램 회절 패턴은, 확산파의 성격을 갖는 확장광(FOL)을 저 굴절 필름(LR)과 공기 사이의 계면에서 전반사가 이루어지도록 함과 동시에, 도광 필름(LGF)의 너비에 대응하여 평행광으로 만드는 회절 패턴을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 반사 패턴(RHOE)에 기록된 홀로그램 회절 패턴은, 입사 패턴(CHOE)의 입사점(LI)에서 이격 거리(L)에 위치한 반사 패턴(RHOE)의 너비에 대응하도록 확산 및/또는 확장되며 입사각 θ를 갖는 확장광(FOL)을 참조광으로 하고, Z축에 대해 굴절각 α를 갖고 도광 필름(LGF)의 너비(또는 반사 패턴(RHOE) 자체의 너비)로 평행하게 진행하는 평행광(COL)을 물체광으로 하는 간섭 패턴일 수 있다.
지금까지 설명한 제1 실시 예에서는, 광원에서 출광하는 백색광의 파장대를 고려하지 않은 채 고안된 것이다. 실제적으로보면, 광원에서 백색광을 출광할 경우, 입사 패턴(CHOE)에서 간섭에 의해 굴절되는 빛의 파장대가 제한적이다. 즉, 백색광 전체 파장 모두를 굴절하는 홀로그램 패턴을 제작하기가 쉽지 않다. 따라서, 백색광의 전체 스펙트럼 중에서 일부분의 파장대의 빛에 대한 홀로그램 패턴을 형성할 수 밖에 없다. 즉, 광 효율이 저하될 수 있다. 이하, 도 11을 참조한 본 발명의 제2 실시 예에서는, 광 효율을 더 향상한 박막형 백 라이트 유닛을 설명한다. 도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 구조를 나타내는 확대 단면도이다.
제2 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 구조는 제1 실시 예에 의한 것과 거의 동일하다. 차이가 있다면, 입사 패턴의 구조에서 차이가 있다. 구체적으로 설명하면, 제2 실시 예에서는 광원(LS)와 가까이 위치한 제1 입사 패턴(CH1)과 광원(LS)과 멀리 위치한 제2 입사 패턴(CH2)을 포함한다.
제2 실시 예에 의한 입사 패턴들(CH1, CH2)은 광 효율을 극대화화기 위한 것이다. 예를 들어, 광원(LS)에서 출광하는 빛의 파장대가 도 11에 도시한 그래프의 실선 영역이라고 할 수 있다. 이 모든 파장대의 빛을 백 라이트로 사용하기 위해, 제1 입사 패턴(CH1)은 단파장대역(short wavelength)의 빛을 이용하여 형성한 홀로그래피 패턴일 수 있다. 또한, 제2 입사 패턴(CH2)은 장파장대역(long wavelenth)의 빛을 이용하여 형성한 홀로그래피 패턴일 수 있다.
즉, 제1 입사 패턴(CH1)으로 입사한 단파장대의 빛은 제1 실시 예와 동일한 방법으로 굴절되어 도광 필름(LGF)의 내부로 진행한다. 한편, 제2 입사 패턴(CH2)으로 입사한 장파장대의 빛은 반사각 θ로 반사되어 도광 필름(LGF)의 내부로 진행한다. 제2 입사 패턴(CH2)에 의해 반사된 빛은 마치 제1 실시 예에서, 고 굴절 필름(HR)의 상부 표면에서 전반사된 전반사광(300)으로 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사된 빛과 동일한 방식으로 반사되어 진행한다.
도 11을 참조하면, 광원(LS)에서 출사한 입사광(100)은, X-Z평면 상에서 z축을 따라 제1 입사 패턴(CH1) 및 제2 입사 패턴(CH1)의 표면에 대해 수직하게 입사한다. 앞에서도 설명했지만, 실제적으로 광원(LS)에서 출사한 빛은 구면파인 발산광이다. 따라서, 입사점이 무수히 많아 입사광을 어떻게 설정할지를 결정하는 것이 상당히 어렵다. 하지만, 여기서는 제1 초점거리(f1)에서 제1 입사 패턴(CH1)의 수직 연장점으로, 그리고 제2 초점거리(f2)에서 제2 입사 패턴(CH2)의 수직 연장점 입사하는 것으로 설정하여, 제1 입사 패턴(CH1) 및 제2 입사 패턴(CH2)을 형성한다. 제1 입사 패턴(CH1)은 베이스 필름(WG)의 하면에 위치하고, 제2 입사 패턴(CH2)은 베이스 필름(WG)의 상면에 위치하므로, 제1 초점 거리(f1)와 제2 초점 거리(f2)의 길이 차이는 베이스 필름(WG)의 두께에 상응한다.
또한, 제1 입사 패턴(CH1)에 형성된 홀로그래피 패턴에 의해 베이스 필름(WG)의 하층인 고 굴절 필름(HR) 내부로 굴절된다. 마찬가지로 제2 입사 패턴(CH2)에 형성된 홀로그래피 패턴에 의해 베이스 필름(WG)의 하층인 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사된다. 이때, 굴절광(200)의 굴절 각도(θ)는 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)의 계면에서 전반사(Total Reflection; TR)가 일어나는 전반사각보다 큰 각도를 갖는 것이 바람직하다. 그리고 반사광(201)의 반사 각도는 굴절 각도(θ)와 동일한 것이 바람직하다. 즉, 제1 입사 패턴(CH1)은 굴절 각도의 조건이 θ > TRatHR - LR 을 만족하는 홀로그래피 패턴을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 입사 패턴(CH1)은 입사광(100)을 기준광(Reference Light)으로 하고, 굴절광(200)을 물체광(Objective Light)으로 하여 만든 간섭 패턴을 기록한 광학 필름일 수 있다. 또한, 제2 입사 패턴(CH2)은 입사광(100)을 기준광(Reference Light)으로 하고, 반사광(201)을 물체광(Objective Light)으로 하여 만든 간섭 패턴을 기록한 광학 필름일 수 있다.
즉, 제1 입사 패턴(CH1)은, 제1 초점거리(f1)를 갖는 구면파와 제1 입사 패턴(CH1)이 부착된 도광 필름(LGF)의 하면에서 굴절 각도(θ)로 진행하는 평면파를 이용하여 형성한 홀로그램 패턴일 수 있다. 또한, 제2 입사 패턴(CH2)은 제2 초점거리(f2)를 갖는 구면파와 도광 필름(LGF)의 상면에서 반사 각도(θ)로 진행하는 평면파를 이용하여 형성한 홀로그램 패턴일 수 있다.
그 결과, X-Z 평면상에서 보면, 입사광(100)은 제1 입사 패턴(CH1)에 의해 굴절광(200)으로 고 굴절 필름(HR)으로 굴절되어 들어간다. 그리고, 굴절광(200)은 고 굴절 필름(HR)의 상부 표면에서 전반사된 전반사광(300)으로 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사된다. 전반사광(300)은 고 굴절 필름(HR)의 하부면에서 반사층(RE)에 의해 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사된 반사광(400)으로 고 굴절 필름(HR) 내부로 진행한다. 이와 같이 입사광(100)은 고 굴절 필름(HR) 내부에서 타측면에 부착된 반사 패턴(RHOE)을 향하는 확장광(FOL)으로 진행한다.
또한, 입사광(100)은 제2 입사 패턴(CH2)에 의해 반사광(201)으로 고 굴절 필름(HR)으로 반사되어 들어간다. 그리고, 반사광(201)은 고 굴절 필름(HR)의 하부면에서 반사층(RE)에 의해 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사된 반사광(400)으로 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사된다. 반사광(400)은, 앞에서 설명하였듯이, 고 굴절 필름(HR)의 상부 표면에서 전반사된 전반사광(300)으로 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 진행한다. 이러한 반사 과정을 반복하여, 반사 패턴(RHOE)을 향해 나아간다.
이후, 백 라이트는 반사 패턴(RHOE)에 의해 도광 필름(LGF) 전체 면으로 퍼지면서, 도광 필름(LGF)의 상부면으로 면 출사된다. 이러한 일련의 과정은 제1 실시 예에서 설명한 것과 동일하므로 중복 설명은 생략한다.
상기 본 발명의 제1 및 제2 실시 예들에서, 입사 패턴들을 형성하는 홀로그래피 패턴을 형성할 때, 구면파와 평편파를 이용하여 형성한 것에 대해서 설명하였다. 이는 주로 사용하는 광원인 발광 다이오드가 구면파를 발생하는 것이 때문이다. 즉, 구면파를 입사 받아 반사 패턴으로 평면파를 송출하도록 고안한 경우를 중심으로 설명하였다. 하지만, 본 발명은 이에 국한하지 않는다. 예를 들어, 광원에서 제공하는 빛을 구면파와 평면파 중에 하나를 선택할 수 있고, 입사 패턴에서 출광하는 빛도 구면파와 평면파 중에 하나를 선택할 수 있다.
본 발명에 의한 박막형 백 라이트 유닛은, 최소한으로 필요한 개수의 광원(LS)을 구비할 수 있다. 또한 필름 형태로 제작한 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)이 적층되고, 일측변에 부착된 회절 필름인 입사 패턴(CHOE)과 타측변에 부착된 반사 필름(RHOE)을 구비한 초박막 필름형 도광 필름(LGF)을 구비한다. 광원(LS)을 도광 필름(LFG)의 하부면에 배치함으로써, 백 라이트 유닛의 두께를 극소화할 수 있다. 더구나, 백 라이트 유닛의 대부분을 필름으로 형성하여, 플렉서블한 표시장치에 적용할 수 있는 플렉서블 백 라이트 유닛도 가능하다.
그리고, 입사 패턴의 홀로그래피 패턴에 따라 광이 확산되는 각도를 원하는 정도로 조절할 수 있기 때문에, 협 베젤 방식을 구현하는 데도 상당히 용이하다. 또한, 본 발명에 의한 박막형 백 라이트 유닛은, 플렉서블한 필름형 도광 필름을 사용하므로, 롤-롤(Roll to Roll) 방식을 사용하여 제조할 수 있다. 따라서, 제조 공정성을 용이하고 저렴하게 구현할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양하게 변경 및 수정할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
TC: 탑 케이스 GP: 가이드 패널
LCDP: 액정표시 패널 OPT: 광학 필름
REF: 반사판 CASE: 광원 케이스
DIFF: 확산판 DIF: 확산시트
DIF1: 하부 확산시트 DIF2: 상부 확산시트
CB: 커버 버텀 LG: 도광판
DBLU: 직하형 백 라이트 유닛 EBLU: 에지형 백 라이트 유닛
GR: 그레이팅 패턴 IL: 입사광
OL: 출사광 LA: 발광 영역
LCP: 표시 패널 FBLU: 박막형 백 라이트 유닛
LS: 광원 CHOE: 입사 패턴
CH1: 제 입사 패턴 CH2: 제2 입사 패턴
RHOE: 반사 패턴
ET: 아이 트래커 LED: (LED) 광원
CL: 콜리메이션 렌즈 REF: 반사판
30: 점 광원 130: 광축
100: 평행 광선속 200: 방향이 조절된 평행 광선속

Claims (9)

  1. 고 굴절 필름과, 상기 고 굴절 필름 위에 저 굴절 필름이 적층된, 일정 폭 및 일정 길이를 갖는 장방형의 베이스 필름;
    상기 베이스 필름 하부 표면의 일측부에 배치된 제1 입사 패턴;
    상기 일측부에서 상기 일정 길이에 상응하는 거리만큼 이격된 상기 베이스 필름 하부 표면의 타측부에 상기 일정 폭에 상응하는 길이를 갖고, 상기 베이스 필름의 상기 폭에 대응하여 배치된 반사 패턴;
    상기 베이스 필름의 상부 표면에 형성되며, 상기 베이스 필름에 상응하는 면적을 갖는 출광 패턴; 그리고
    상기 제1 입사 패턴에서 제1 초점 거리만큼 이격한 위치에 배치되어 상기 제1 입사 패턴으로 입사광을 제공하는 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 필름의 하부 표면에서 상기 제1 입사 패턴 및 상기 반사 패턴을 제외한 표면에 도포된 반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 입사 패턴은,
    상기 광원으로부터 상기 제1 입사 패턴의 표면에 대해 수직으로 입사된 상기 입사광을, 상기 고 굴절 필름과 상기 저 굴절 필름의 계면에서의 전반사각도보다 큰 굴절각을 가지며, 입사점에서 상기 반사 패턴의 상기 일정 폭에 대응하도록 확산하는 확장광으로 변환하는 홀로그램 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 확장광은, 상기 고 굴절 필름 내부를 진행하여, 상기 반사 패턴으로 입사되는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 반사 패턴은,
    상기 확장광을 상기 굴절각보다는 작고 상기 저 굴절 필름과 공기 사이의 계면에서의 전반사 각도보다 큰 반사각을 가지며, 상기 일정 폭에 대응하는 평행광으로 변환하는 홀로그램 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 출광 패턴은, 상기 반사 패턴에서 반사된 상기 평행광의 일부를 상기 저 굴절 필름의 외부로 출광하며, 상기 베이스 필름의 상부 표면에 대해 수직 방향에 가깝게 굴절하는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 필름 상부 표면의 일측부에서 상기 제1 입사 패턴과 대향하도록 배치된 제2 입사 패턴을 더 구비하여, 상기 입사광은 제2 초점 거리에 위치한 상기 제2 입사 패턴으로 제공되는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 입사 패턴은, 상기 광원에서 제공하는 상기 입사광에서 단파장대역의 빛에 대응하도록 형성한 홀로그래피 패턴이고;
    상기 제2 입사 패턴은, 상기 입사광에서 장파장대역의 빛에 대응하도록 형성한 홀로그래피 패턴인 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 초점 거리와 상기 제2 초점 거리의 길이 차이는 상기 베이스 필름의 두께에 상응하는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10262462B2 (en) 2014-04-18 2019-04-16 Magic Leap, Inc. Systems and methods for augmented and virtual reality
KR102349859B1 (ko) * 2015-07-08 2022-01-12 엘지디스플레이 주식회사 시야각 선택형 백 라이트 유닛
CN110515150B (zh) * 2015-08-14 2021-06-01 瑞仪光电(苏州)有限公司 导光膜、背光模块
KR102526749B1 (ko) * 2015-09-24 2023-04-27 삼성전자주식회사 홀로그래픽 디스플레이용 백 라이트 유닛
KR102040651B1 (ko) 2016-04-29 2019-11-06 엘지디스플레이 주식회사 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치
KR102006267B1 (ko) * 2016-06-30 2019-10-02 엘지디스플레이 주식회사 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치
KR102643113B1 (ko) * 2016-10-05 2024-03-04 삼성디스플레이 주식회사 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치
KR102136553B1 (ko) * 2016-11-30 2020-07-22 주식회사 엘지화학 디지털 디바이스의 제어 방법
US10657352B2 (en) 2016-12-08 2020-05-19 Lg Display Co., Ltd. Flat panel display embedding optical imaging sensor
KR102440209B1 (ko) * 2016-12-08 2022-09-05 엘지디스플레이 주식회사 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치
CN106597752B (zh) * 2017-02-14 2019-07-09 京东方科技集团股份有限公司 一种背光模组的制作方法、背光模组及显示装置
KR102403009B1 (ko) * 2017-04-28 2022-05-30 엘지디스플레이 주식회사 홀로그래픽 광학 소자를 이용한 지문 센서 일체형 표시장치
KR102418802B1 (ko) * 2017-05-02 2022-07-11 엘지디스플레이 주식회사 표시장치
KR102375705B1 (ko) * 2017-05-02 2022-03-18 엘지디스플레이 주식회사 광학식 이미지 인식 센서를 구비한 평판 표시장치
CN109212656B (zh) * 2017-07-03 2020-03-27 京东方科技集团股份有限公司 导光组件、背光模组及显示装置
KR102503747B1 (ko) * 2017-08-16 2023-02-23 엘지디스플레이 주식회사 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치
KR102460111B1 (ko) * 2017-09-07 2022-10-28 엘지디스플레이 주식회사 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치
CN107621673B (zh) * 2017-09-27 2019-12-31 京东方科技集团股份有限公司 光源模组和显示装置
CN109581574B (zh) * 2017-09-28 2021-08-10 京东方科技集团股份有限公司 背光模组及显示装置
KR20190051409A (ko) 2017-11-07 2019-05-15 주식회사 엘지화학 시트 및 광학식 지문 인식 장치
JP7160530B2 (ja) * 2017-12-14 2022-10-25 日東電工株式会社 光学部材および導光システム
CN109991775B (zh) 2018-01-03 2020-06-30 京东方科技集团股份有限公司 背光源和显示装置
US10989961B2 (en) * 2018-12-06 2021-04-27 Lg Display Co., Ltd. Backlight unit and display device
KR20200133862A (ko) * 2019-05-20 2020-12-01 삼성디스플레이 주식회사 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040062502A1 (en) * 2002-09-30 2004-04-01 Nokia Corporation Method and system for beam expansion in a display device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5745266A (en) * 1996-10-02 1998-04-28 Raytheon Company Quarter-wave film for brightness enhancement of holographic thin taillamp
EP1748305A4 (en) * 2004-05-17 2009-01-14 Nikon Corp OPTICAL ELEMENT, COMBINER OPTICAL SYSTEM, AND IMAGE DISPLAY UNIT
CN1957269A (zh) * 2004-05-17 2007-05-02 株式会社尼康 光学元件、合成器光学***以及图像显示单元
US7206107B2 (en) * 2004-12-13 2007-04-17 Nokia Corporation Method and system for beam expansion in a display device
US7573640B2 (en) * 2005-04-04 2009-08-11 Mirage Innovations Ltd. Multi-plane optical apparatus
US8548290B2 (en) * 2011-08-23 2013-10-01 Vuzix Corporation Dynamic apertured waveguide for near-eye display

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040062502A1 (en) * 2002-09-30 2004-04-01 Nokia Corporation Method and system for beam expansion in a display device

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Publication number Publication date
US9523808B2 (en) 2016-12-20
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