KR20170007568A - 시야각 선택형 백 라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시장치에서 보안 모드와 일반 모드를 선택할 수 있는 시야각 선택 백 라이트 유닛에 관한 것이다. 본 발명에 의한 백 라이트 유닛은, 도광 필름, 광 출사부 그리고 광원을 포함한다. 도광 필름은 광 입사부, 광 변환부 및 광 전달부를 포함한다. 광 입사부는 도광 필름의 일측에 배치된다. 광 변환부는 도광 필름의 타측에 배치된다. 광 전달부는 광 입사부와 광 반사부를 연결한다. 광 출사부는 도광 필름의 일측 표면 위에 배치된다. 광원은 도광 필름의 광 입사부 측에 배치된다. 광 입사부는, 광 입사 소자 및 광 편향 소자를 포함한다. 광 입사 소자는, 광원에서 출사된 확산 입사광을 수평 평면에서 협 방사각을 갖고 수직 평면에서 준-시준된 수직 준-시준광으로 변환한다. 광 편향 소자는, 광 입사 소자에서 출사된 수직 준-시준 광을 광 전달부 내에서 전반사 조건을 충족하는 수직 시준광으로 변환한다.

Description

시야각 선택형 백 라이트 유닛{Viewing Angle Switchable Back Light Unit}
본 발명은 액정 표시장치에서 보안 모드와 일반 모드를 선택할 수 있는 시야각 선택 백 라이트 유닛에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 초집광 도광 필름을 이용하여, 액정 표시장치에서 화상 정보를 특정 시야 범위로 국한하여 제공하는 기능을 선택할 수 있는 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(LCP)의 하면에서 액정 표시패널(LCP)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(LCP)의 광입사면에 전면에 고르게 빛을 분포시킨다. 확산판(DIFF)과 액정표시패널(LCP) 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(LCP)로 집광시켜 휘도를 향상시킨다. 확산시트는 프리즘 시트로 집광된 빛을 다시 액정표시패널(LCP) 전면에 고른 휘도를 갖도록 확산시키는 기능을 한다.
가이드 패널(GP)은 액정표시패널(LCP)과 직하형 백 라이트 유닛(DBLU)의 측면을 감싸고 액정표시패널(LCP)과 광학시트들(OPT) 사이에서 액정표시패널(LCP)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(LCP)로 보낸다. 탑 케이스(TP)는 액정표시패널(LCP)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(LCP)의 광입사면에 대하여 실질적으로 수직인 각도로 진행경로를 굴절시킨다. 도광판(LG)과 액정 표시패널(LCP) 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(LCP)과 에지형 백 라이트 유닛의 측면을 감싸고 액정 표시패널(LCP)과 광학 시트들(OPT) 사이에서 액정 표시패널(LCP)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(LCP)로 돌려 보낸다. 탑 케이스(TP)는 액정 표시패널(LCP)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.
이상과 같은 종래 기술에 의한 조명 장치는, 액정 표시장치와 같은 비 자발광 표시장치에서 백 라이트 유닛으로 사용되고 있다. 백 라이트 유닛은 표시장치의 후면에서 전면 방향으로 빛을 제공하며, 전면의 모든 방향에서 고른 휘도를 갖고 방사하는 백 라이트를 제공하도록 고안되었다.
액정 표시장치는 전면에 위치한 모든 사람에게 영상 정보를 정상적으로 제공하는 경우도 있지만, 전면에 위치한 특정인에게만 영상 정보를 제공할 필요가 있다. 예를 들어, 텔레비젼이나 전광판 같은 경우, 가급적 많은 수의 공공에게 왜곡되지 않은 영상 정보를 제공하고자 하는 경우, 백 라이트 유닛은 180도에 가까운 광 시야각으로 고른 휘도를 분포하는 특성을 갖는 것이 바람직하다. 반면에, 개인 휴대용 정보 처리 기기의 경우, 이 기기를 사용하는 특정인에게만 영상 정보를 제공하는 '프라이버시(Privacy)' 모드로 작동할 수도 있어야 한다. 지금까지 개발된 백 라이트 유닛은, 프라이버시 모드(혹은 협 시야각 모드) 및 일반 모드(혹은 광 시야각 모드)를 선택적으로 조절할 수 없었다.
프라이버시 모드와 일반 모드를 선택하기 위해 제안된 방법으로는, 프라이버시 광학 필름을 액정 표시장치의 표면에 탈 부착하는 방법이 있다. 예를 들어, 일반적인 광 시야각 모드로 작동하는 액정 표시장치에, 프라이버시 광학 필름을 얹어 놓으면, 사용자에게만 화상 정보를 제공하는 협 시야각 모드로 사용할 수 있다. 하지만, 액정 표시장치에 터치 패널과 같이 표면에 특수 부가 기능을 갖는 경우, 프라이버시 광학 필름을 부착하면 터치 기능을 사용할 수 없다는 문제가 발생한다. 또한 별도의 광학 필름을 사용자가 개별적으로 관리해야 하는 불편함도 있다.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 평판 표시장치에 사용하는, 초박막 필름형 백 라이트 유닛을 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 부가적인 장치가 없더라도, 사용 환경에 따라 사용자가 협 시야각 모드와 광 시야각 모드를 자유롭게 선택할 수 있는 백 라이트 유닛을 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 표시장치뿐만 아니라, 서치 라이트와 같이 좁은 방사각도와 일반 조명기와 같은 넓은 방사 각도를 선택적으로 제공할 수 있는 다기능 조명 장치에 적용할 수 있는 백 라이트 유닛을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 백 라이트 유닛은, 도광 필름, 광 출사부 그리고 광원을 포함한다. 도광 필름은 광 입사부, 광 변환부 및 광 전달부를 포함한다. 광 입사부는 도광 필름의 일측에 배치된다. 광 변환부는 도광 필름의 타측에 배치된다. 광 전달부는 광 입사부와 광 반사부를 연결한다. 광 출사부는 도광 필름의 일측 표면 위에 배치된다. 광원은 도광 필름의 광 입사부 측에 배치된다. 광 입사부는, 광 입사 소자 및 광 편향 소자를 포함한다. 광 입사 소자는, 광원에서 출사된 확산 입사광을 수평 평면에서 협 방사각을 갖고 수직 평면에서 준-시준된 수직 준-시준광으로 변환한다. 광 편향 소자는, 광 입사 소자에서 출사된 수직 준-시준 광을 광 전달부 내에서 전반사 조건을 충족하는 수직 시준광으로 변환한다. 광 변환부는, 광 반사 패턴을 포함한다. 광 반사 패턴은, 광 진행부로부터 전달받은 수직 시준광을, 광 전달부 내의 전반사 조건을 파괴하되 광 출사부와의 계면에서는 전반사 조건을 만족하며 수평 평면에서 시준된 수직-수평 시준광으로 변환하여 광 진행부로 다시 전달한다. 광 출사부는, 출광 필름을 포함한다. 출광 필름은, 수직-수평 시준광의 일부를 출광하고, 수직-수평 시준광의 나머지를 반사한다.
일례로, 광 흡수 패턴을 더 포함한다. 광 흡수 패턴은, 광 입사 소자와 광 출사부 사이에 배치되어, 수직 시준된 빛 중에서 광 전달부 내에서의 전반사 조건을 충족하지 못하는 빛을 흡수한다.
일례로, 광 전달부는, 고 굴절 필름 및 저 굴절 필름을 포함한다. 저 굴절 필름은, 고 굴절 필름의 상부 표면 및 하부 표면 중 어느 한 표면에 면 합착된다. 출광 패턴은, 저 굴절 필름의 외측 표면에 면 합착된 표면 그레이팅 필름 및 체적 그레이팅 필름 중 어느 하나를 포함한다.
일례로, 광 입사 소자는, 수평 웨지부 및 수직 웨지부를 포함한다. 수평 웨지부는, 광원과 인접하여 배치된다. 수직 웨지부는, 수평 평면 시준 웨지부에서 연장된다.
일례로, 수평 웨지부는, 광 입사면, 상면부와 하면부 그리고 양 측면부를 포함한다. 광 입사면은, 광원과 인접하며, 광원의 크기에 대응하는 높이와 폭을 구비한다. 상면부와 하면부는, 광 입사면에서 일측 방향으로 일정 방사각을 갖고 일정 거리 연장된다. 양 측면부는, 입사면의 높이가 균일하게 일정 거리 연장된다. 수직 웨지부는, 수평 웨지부에서 일측 방향으로 연장되되, 높이 값이 선형적으로 감소하여 상면부의 끝단에서 하면부로 수렴하는 경사면을 갖는다.
일례로, 수평 웨지부는, 일측 방향과 수직인 수직 웨지부의 측변을 따라 다수 개가 일정 간격으로 배치된다. 광원은, 다수 개의 광 입사면들 각각에 하나씩 배치된 다수 개들을 포함한다.
일례로, 광 전달부는, 수직 시준광을 전반사하여 광 입사부에서 광 변환부로 전달며, 수직-수평 시준광을 전반사하여 일부는 광 출사부로 출광하면서 나머지는 광 변환부에서 광 입사부로 전달한다.
일례로, 광 입사 소자는, 고 굴절 필름의 상부면에서 광원과 인접한 일측변에 배치된다. 광 편향 소자는, 고 굴절 필름의 하부면에서 광 입사 소자와 대향하여 배치된다. 저 굴절 필름은, 고 굴절 필름의 상부면에 면 합착된다. 광 반사 패턴은, 고 굴절 필름의 상부면에서 광 입사 소자와 대향하는 타측변에 배치된다. 출광 필름은, 저 굴절 필름의 상부면에 면 합착된다.
일례로, 광 입사 소자는, 고 굴절 필름의 상부면에서 광원과 인접한 일측변에 배치된다. 광 편향 소자는, 고 굴절 필름의 상부면에서 광 입사 소자 아래에 적층된다. 저 굴절 필름은, 고 굴절 필름의 상부면에 면 합착된다. 광 반사 패턴은, 고 굴절 필름의 상부면에서 광 입사 소자와 대향하는 타측변에 배치된다. 출광 필름은, 저 굴절 필름의 상부면에 면 합착된다.
일례로, 광 입사 소자는, 고 굴절 필름의 상부면에서 광원과 인접한 일측변에 배치된다. 광 편향 소자는, 고 굴절 필름의 하부면에서 광 입사 소자와 대향하여 배치된다. 저 굴절 필름은, 고 굴절 필름의 하부면에서 광 입사 소자와 인접하여 면 합착된다. 광 반사 패턴은, 고 굴절 필름의 하부면에서 광 입사 소자와 대향하는 타측변에 배치된다. 출광 필름은, 저 굴절 필름의 하부면에 면 합착된다.
일례로, 도광 필름의 상부에 배치된 선택형 확산 필름을 더 포함한다.
일례로, 도광 필름의 하부에 배치된 직하형 백 라이트 유닛 및 에지형 백 라이트 유닛 중 어느 하나를 더 포함한다.
본 발명은 액정 표시장치와 같은 비자발광 방식의 평판형 표시장치에 그대로 적용할 수 있는 홀로그래피 방식의 초박막 필름형 백 라이트 유닛을 제공한다. 또한, 본 발명은 광 시야각을 갖는 일반 모드와 협 시야각을 갖는 프라이버시 모드를 선택할 수 있는 백 라이트 유닛을 제공한다. 본 발명은 부가적인 광학 필름 없이도 액정 표시장치에서 프라이버시 모드를 선택할 수 있다. 따라서 표면에 터치 기능과 같은 입력 기능을 부가한 액정 표시장치에서, 입력 기능을 유지하면서도 선택적으로 광 시야각과 협 시야각을 선택하여 작동할 수 있다. 또한, 본 발명은 일반 조명 기능과 서치 라이트 기능을 환경에 따라 선택할 수 있는 조명 장치를 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 발명의 제1 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 의한 광 입사 소자 및 광원과의 배치 관계를 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 광 입사 소자의 구조를 나타내는 평면도.
도 6은 본 발명에 의한 광 입사 소자의 구조를 나타내는 측면도.
도 7은 수평평면(XY 평면) 상에서 바라본, 본 발명에 의한 광 입사 소자 내에서 진행하는 빛의 경로를 나타내는 도면.
도 8은 수직평면(XZ 평면) 상에서 바라본, 본 발명에 의한 광 입사 소자 내에서 진행하는 빛의 경로를 나타내는 도면.
도 9는 수직 평면(XZ 평면) 상에서 바라본, 본 발명에 의한 광 편향 소자에 의한 빛의 경로 변환을 나타낸 도면.
도 10은 수평 평면(XY 평면) 상에서 바라본, 본 발명에 의한 광 편향 소자에 의한 빛의 경로를 나타낸 도면.
도 11은 수직평면(XZ 평면) 상에서 바라본, 본 발명에 의한 광 전달부, 광 변환부 및 광 출사부에서 빛의 경로 변환을 나타낸 도면.
도 12는 수평평면(XY 평면) 상에서 바라본, 본 발명에 의한 광 전달부, 광 변환부 및 광 출사부에서 빛의 경로 변환을 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛의 구조를 나타낸 단면도.
도 14는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛의 구조를 나타낸 단면도.
도 15는 본 발명에 의한 초박막형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 제1 응용 예를 나타내는 사시도.
도 16은 본 발명에 의한 초박막형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 제2 응용 예를 나타내는 사시도.
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.
<제1 실시 예>
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3에서 위에 있는 그림은 위에서 내려다본 평면도이며, 아래에 있는 그림은 정측면에서 바라본 측면도이다. 그리고 각 도면의 좌측 모서리에는 좌표축을 도시하였다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛은, 도광 필름(LGF)과 도광 필름(LGF)의 일측변에 배치된 광원 어레이(LSA)를 포함한다. 도광 필름(LGF)은 광 입사부(LIN), 광 전달부(LWG), 광 변환부(LRE) 및 광 출사부(LOT)를 포함한다. 광원 어레이(LSA)는 광원(LS)과 다수 개의 광원(LS)들을 일정한 배열로 실장하며 전력을 공급하는 회로를 구비한 광원 기판(LB)을 포함한다.
먼저, 광원 어레이(LSA)에 대해 좀 더 상세히 설명한다. 본 발명에 의한 백 라이트 유닛은 초박막형으로 구현하기 위해 시준된 빛을 홀로그래피 기술을 이용하여 면 광원으로 전환하는 장치이다. 따라서 광원(LS)은 시준된 빛을 제공할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 레이저 다이오드를 사용할 수 있다. 하지만, 레이저 다이오드는 상당히 고가이면서, 발열이 심하다. 레이저 다이오드는 범용 표시장치에서 백 라이트 유닛에 적용하기에는 아직 어려움이 많다. 따라서, 본 발명의 제1 실시 예에서는 광원(LS)에 저가이면서 발열 문제가 거의 없는 일반 발광 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다.
일반 발광 다이오드는 시준된 빛을 제공하지 못하며, 적어도 60도~ 150도 정도의 확산 각도를 갖는 확산광을 제공한다. 이와 같이 확산된 빛을 그대로 사용할 경우, 빛 손실이 너무 많다. 빛 손실을 최대한으로 줄인다고 하더라도, 어느 정도의 빛 손실을 감안하여야 한다. 대형 액정 표시장치 혹은 주변 환경이 밝은 곳에서 사용하는 표시장치의 경우, 충분한 휘도를 확보하기 위해서는 다수 개의 광원(LS)들을 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 상황들을 고려했을 때, 광원부는, 다수 개의 광원(LS)들이 일정한 방식으로 배열된 광원 어레이(LSA)를 구비하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광원 어레이(LSA)에는 다수 개의 광원(LS)들이 일정 간격으로 광원 기판(LSB)의 표면에 실장된다. 도면으로 나타내지 않았지만, 광원 기판(LSB)에는 광원(LS)들에 전력 및 제어 신호를 제공할 수 있는 배선 및 구동 회로를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 실장 장치와 구동 회로 및 배선들은 기존에 개발된 것들이 많이 있으므로, 본 발명의 설명에서는 생략한다.
광원 어레이(LSA)에 배치된 광원(LS)들의 배열 방식은 여러 가지로 구성할 수 있다. 여기서는, 충분한 광량을 확보함과 동시에, 확산광을 시준된 빛으로 전환하는 것이 중요하다. 따라서, 광원(LS)들의 배열 방식은 도광 필름(LGF)의 작동 방법 및 광학적 특성에 따라 결정하는 것이 바람직하다. 광원(LS)의 배열 방식은 이하 설명하는 도광 필름(LGF)의 광학적 구성 및 특징에 따라 설계자가 다양하게 변경 적용할 수 있다.
도광 필름(LGF)의 광 입사부(LIN)는 광원 어레이(LSA)에 구비된 광원(LS)으로부터 빛을 제공받는다. 광원(LS)에서 제공된 빛은, 빛의 진행 축을 중심으로 원뿔 형태로 확산 및/또는 방사된다. 예를 들어, 광원(LS)에서 방사되는 빛은 광 진행축에 대해 편측으로 60도 내지 80도의 확산 각도를 갖고 도광 필름(LGF)에 제공할 수 있다.
광 입사부(LIN)는 광 입사 소자(WLC) 및 광 편향 소자(SHOE)를 구비한다. 또한, 필요하다면 광 흡수 소자(LA)를 더 구비할 수 있다. 광 입사 소자(WLC)는, 광원(LS)에서 제공된 빛을 수평면(XY 평면) 상에서 그리고 수직면(XZ 평면) 상에서 모두 시준된 빛으로 변화시키는 광학 소자이다. 광 편향 소자(SHOE)는 광 입사 소자(WLC)를 통해 시준된 빛을 광 전달부(LWG)로 전달하는 홀로그래피 소자이다. 특히, 광 편향 소자(SHOE)는 광 전달부(LWG) 내에서 전반사를 통해 광 손실 없이 전달되도록 하기 위해 전반사 조건을 만족하는 입사각을 갖도록 빛을 조절하는 홀로그래피 소자이다.
광 전달부(LWG)는 광 입사부(LIN)에서 수직 평면에서 시준된 빛을 입력 받아 반대측 변으로 손실 없이 전달하는 영역이다. 광 전달부(LWG)는 고 굴절층(HR) 그리고 고 굴절층(HR) 상부 표면에 적층된 저 굴절층(LR)을 포함한다. 광 입사부(LIN)에 의해 수직 평면에서 시준된 빛은 광 전달부(LWG)의 고 굴절층(HR) 내부에서 전반사 과정을 통해 광 입사부(LIN)의 반대측 변에 배치된 광 변환부(LRE)로 전달된다.
광 변환부(LRE)에서는 광 전달부(LWG)의 고 굴절층(HR) 내에서 전반사 조건으로 진행하는 빛의 입사각을 변환하여, 고 굴절층(HR)의 하부면에서는 전반사 조건을 만족하되, 고 굴절층(HR)과 저 굴절층(LR) 계면에서 전반사 조건이 파괴되는 입사각을 갖도록 한다. 또한, 광 전달부(LWG)로부터 입사된 빛을 수평 평면 상에서 시준된 빛으로 변환하여 다시 광 전달부(LWG)로 반사한다. 즉, 광 변환부(LRE)는 광 전달부(LWG)를 통해 전달받은 빛의 입사각을 변환하여 광 전달부로 다시 전달하여 광 입사부(LIN) 측으로 진행하도록 한다. 다만, 저 굴절층(LR)을 통과하도록 한다. 따라서, 광 변환부(LRE)는 광 전달부(LWG)에서 전달받은 빛을 수평면 상에서 시준되며, 고 굴절층(HR)과 저 굴절층(LR) 사이에서 전반사가 파괴되는 입사각을 갖는 빛으로 변환하는 홀로그래피 패턴이 기록된 광 반사 소자(RHOE)인 것이 바람직하다.
고 굴절층(HR)과 저 굴절층(LR) 사이에서 전반사 조건이 파괴된 빛은 저 굴절층(LR) 내부로 입사되어 상부 표면으로 진행한다. 저 굴절 층(LR) 상부 표면에는 광 출사부(LOT)가 배치되어 있다. 광 출사부(LOT)는 저 굴절층(LR)보다 굴절율이 큰 물질을 포함하는 광 출사 필름(VHOE)인 것이 바람직하다. 예를 들어, 광 출사 필름(VHOE)은 표면 그레이팅 필름 혹은 볼륨 그레이팅 필름일 수 있다. 저 굴절층(LR)과 광 출사부(LOT)의 계면에서 일부 빛은 광 출사부(LOT)의 상부 표면으로 출광되고, 나머지는 다시 전반사되어 저 굴절층(LR)으로 되돌아 간다. 저 굴절층(LR)으로 되돌아온 일부 빛은 고 굴절층(HR)으로 진입하고, 고 굴절층(HR)의 하부 면에서는 전반사되어 다시 저 굴절층(LR)으로 입사된다. 빛은 이와 같은 과정을 반복하면서, 일부 광량은 광 출사부(LOT)를 통해 방출되면서, 광 변환부(LRE)에서 광 입사부(LIN)으로 진행한다.
지금까지는 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛의 구성 및 작동에 대해 개략적으로 설명하였다. 이하, 도 4 내지 12를 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛의 각 구성 요소들에 대해 더 상세하게 설명한다.
우선, 도 4 내지 6을 참조하여, 본 발명에 의한 초박막형 백 라이트 유닛을 구성하는 광 입사 소자의 구조에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명에 의한 광 입사 소자 및 광원과의 배치 관계를 나타내는 사시도이다. 도 5는 본 발명에 의한 광 입사 소자의 구조를 나타내는 평면도이다. 도 6은 본 발명에 의한 광 입사 소자의 구조를 나타내는 측면도이다.
본 발명에 의한 초박막형 백 라이트 유닛의 광 입사 소자(WLC)는, 광원(LS)과 마주보는 광 입사면(LIS), 광 입사면(LIS)에서 입사된 입사광을 수평 평면(XY 평면) 상에서 협 확산각으로 조절하는 수평 웨지부(HWD)와 입사광을 수직 평면(XZ 평면) 상에서 협 확산각으로 조절하는 수직 웨지부(VWD)를 포함한다.
광 입사면(LIS)은, 광원(LS)의 출광면에 대응하는 크기를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광원(LS)의 크기를 고려하여 광 입사면(LIS)은 높이는 0.9mm 폭은 0.6mm인 사각형의 모양을 가질 수 있다.
수평 웨지부(HWD)는, 일측면에 배치된 광 입사면(LIS)과 광 입사면(LIS)에서 수평 평면(XY 평면) 상에서는 일정 각도를 갖고 제1 거리만큼 확산되는 V자 모양, 쐐기 모양 혹은 깔대기 모양을 갖는다. 반면에, 수직 평면(XZ 평면) 상에서는 일정한 높이로 제1 거리만큼 연장되는 모양을 갖는다. 예를 들어, 수평 웨지부(HWD)는 광 입사면(LIS)에서 높이는 0.9mm 폭은 1.6mm인 사각형에 이르기까지 3mm의 길이만큼 점차 확산되는 사각뿔대의 형상을 가질 수 있다. 즉, 수평 웨지부(HWD)의 수평 확산각(2θ)은 18.92도 정도가 된다. 수평 확산각(2θ)은 다양하게 설정할 수 있으나, 현재 양산중인 액정 표시장치의 크기를 고려했을 때, 18도에서 20도 사이인 것이 바람직하다.
수직 웨지부(VWD)는 수평 웨지부(HWD)에 연결되며, 수평 평면(XY 평면) 상에서는 제2 거리만큼 일정한 폭으로 연장되는 형상을 갖는다. 반면에, 수직 평면(XZ) 상에서는 상부면이 광 입사면(LIS)의 높이에서 하부면으로 수렴하는 경사면을 갖고 제2 거리만큼 진행하는 쐐기 형태를 갖는다. 예를 들어, 단면 형상이, 높이 0.9mm이고, 밑변이 8mm인 직각 삼각형일 수 있다. 즉, 수직 웨지부(HWD)는 수평 웨지부(HWD)에서 시작하며, 수직 경사각(φ)이 6.34도인 쐐기 형태를 가질 수 있다. 수직 경사각(φ)은 다양하게 설정할 수 있으나, 도광 필름(LGF)을 구성하는 고 굴절 필름(HR)의 굴절율과 고 굴절 필름(HR) 내부에서의 전반사 각도를 고려하여 6도에서 7도 사이인 것이 바람직하다.
수평 웨지부(HWD)는 다수 개가 일정 간격으로 Y축을 따라 배열될 수 있다. 수직 웨지부(VWD)는 다수 개의 수평 웨지부(HWD)의 끝단을 모두 연결하는 구조를 갖는 것이 바람직하다. 수평 웨지부(HWD)가 배열된 간격 및 개수는 광 입사면(LIS)에 배치되는 광원(LS)에서 제공되는 빛이 수평 웨지부(HWD)에 의해 조절되는 수평 확산 각도와 광 변환부(LRE)인 광 반사 소자(RHOE)까지의 거리에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 현재 양산중인 액정 표시장치의 크기를 고려했을 때, 다수 개의 수평 웨지부(HWD)들은 수직 웨지부(VHD)의 Y축 상을 따라 4.9mm 이격 간격을 갖고 배치될 수 있다.
다음으로, 도 7 및 8을 참조하여, 본 발명에 의한 초박막형 백 라이트 유닛을 구성하는 광 입사 소자(WLC)의 광학적 기능에 대해 설명한다. 도 7은 수평평면(XY 평면) 상에서 바라본, 본 발명에 의한 광 입사 소자 내에서 진행하는 빛의 경로를 나타내는 도면이다. 도 8은 수직평면(XZ 평면) 상에서 바라본, 본 발명에 의한 광 입사 소자 내에서 진행하는 빛의 경로를 나타내는 도면이다.
먼저 도 7을 참조하여, 수평 웨지부(HWD)에 의한 광 경로 변화를 설명한다. 광원(LS)에서 출사한 빛은 수평 웨지부(HWD)로 들어온다. 입사된 빛은 수평 평면(XY 평면) 상에서 광 진행 방향을 중심으로 좌우로 일정 각도 확산되어 입사된다. 수평 웨지부(HWD)는, 수평 확산각(2θ)으로 진행하는 양 측변(SL)을 갖는다. 즉, 측변(SL)은 수직선(HL)에 대해서 수평 경사각(θ)을 갖는다. 수평 경사각(θ)을 갖는 측변(SL)으로 입사각, α로 입사된 입사광(10)은 반사되면서, 수평 경사각(θ)으로 인해 입사각이 (α+2θ)으로 변경된다.
입사광(10)들 중에서 수평 웨지부(HWD)의 측변(SL)에서 전반사 조건보다 작은 입사 각도를 갖는 빛들은 모두 측변(SL)에서 전반사되어 광 진행 축(X축) 방향으로 진행한다. 또한, 전반사 조건보다 큰 입사 각도를 갖는 빛들 중 일부는 반사되고 나머지는 수평 웨지부(HWD)의 외부로 누설된다. 양측변(SL) 사이가 20도 정도의 수평 확산각(2θ)을 갖고 있으므로, 전반사 각도보다 큰 입사각을 갖는 빛들 중에서 누설되는 빛의 양을 극소화 할 수 있다. 또한, 앞에서 설명한 바와 같이, 수평 경사각(θ)으로 인해 측변(SL)에서 반사된 빛은 입사각도가 점차 작아진다. 그 결과, 입사광(10)은 수평 평면(XY 평면) 상에서 20도 이하의 범위로 수평 방사각(Hrad_ang)이 좁아진다. 즉, 입사광(10)은 수평 방사각(Hrad_ang) < 20°의 조건을 만족하는 수평 방사광(20)이 된다.
다음으로, 도 8을 참조하여 수직 웨지부(VWD)에 의한 광 경로 변화를 설명한다. 수평 웨지부(HWD)에 의해 수평 방사각(Hrad_ang)이 20°이하로 조절된 수평 방사광(20)이 수직 웨지부(VWD)로 입사된다. 수평 웨지부(HWD)는 수평면(HS)와 경사면(CS)을 갖는다. 수평 방사광(20)은 수직 평면(XZ 평면) 상에서는 시준되거나 방사각이 조절되지 않은 상태이다. 하지만, 경사면(CS)에 의해 수평 방사광(20)은 수직 평면(XZ 평면) 상에서 준-시준된 수직 준-시준광(100)으로 변환된다.
수평 방사광(20)이 수직 시준광(100)으로 변환되는 과정은 도 8에 도시한 바와 같다. 경사면(CS)의 경사각도가 약 6도인 경우를 예로 들면, 수평 방사광(20) 중에서 수평 방향으로 입사하는 수평광(ⓐ)은 경사면(CS)에 의해 약 3회 정도 반사되어 66도의 입사각(혹은 굴절각)을 갖고 광 입사소자(WLC) 외부로 방출된다. 한편, 수평 방사광(20) 중에서 방사각을 갖는 확산광(ⓑ)들은 1회 내지 2회 정도 반사되어 54도 이상의 입사각(혹은 굴절각)을 갖고 광 입사소자(WLC) 외부로 방출된다.
결과적으로, 광원(LS)에서 입사된 확산 성질을 갖는 입사광(10)은 광 입사 소자(WLC)의 수평 웨지부(HWD)에 의해 수평 평면 상에서는 20도 정도의 방사각을 가지는 수평 방사광(20)으로 변환된다. 이어서, 수평 방사광(20)들은 수직 웨지부(VWD)에 의해 수직 평면(XZ 평면) 상에서 60도 부근에서 준-시준각도(Vcoll)를 갖는 수직 준-시준광(100)으로 변환된다. 즉, 수평 방향으로는 협 방사각을 갖는 수직 준-시준광(100)이 광 입사 소자(WLC)에서 출광되어 고 굴절 필름(HR)으로 입사된다.
여기서, 수평 평면 상에서는 방사각이 20도 정도 되므로 시준된 것으로 판단하지 않고 협 방사각을 갖는다고 정의한다. 하지만, 수직 평면 상에서는 방사각 편차가 12도 이하로 조절되므로, 준-시준(Semi Collimated)된 것으로 정의한다. 여기서, 준-시준이라함은 레이저 광선처럼 완전하게 시준된 상태는 아니지만, 시준 상태에 가까운 15도 미만의 협 방사각을 갖는 상태를 의미한다.
이하, 도 9 및 10을 참조하여, 본 발명에 의한 광 편향 소자(SHOE)의 기능에 대해 설명한다. 도 9는 수직 평면(XZ 평면) 상에서 바라본, 본 발명에 의한 광 편향 소자에 의한 빛의 경로 변환을 나타낸 도면이다. 도 10은 수평 평면(XY 평면) 상에서 바라본, 본 발명에 의한 광 편향 소자에 의한 빛의 경로를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛에서 광 편향 소자(SHOE)는 광 입사 소자(WLC)와 대향하도록 고 굴절 필름(HR)의 하부 면에 배치된다. 광 편향 소자(SHOE)는, 준-시준광(100)의 수평 평면 상에서의 확산 성질에는 영향을 주지 않되, 수직 평면 상에서는 고 굴절 필름(HR) 내에서 전반사 조건을 만족하는 수직 시준광(200)으로 변환한다. 예를 들어, 광 편향 소자(SHOE)는, 고 굴절 필름(HR)과 공기와의 계면에서 전반사 임계 각도(THR _AIR)와 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)과의 계면에서 전반사 임계각(THR _ LR)보다 큰 입사각(Ta1)을 갖도록 변환하는 홀로그래피 패턴을 기록한 광학 소자인 것이 바람직하다. 예를 들어, 수직 시준광(200)이 수직 평면(XZ 평면) 상에서 입사각(Vcoll)이 약 60도인 경우, 광 편향 소자(SHOE)는, 수직 시준광(200)의 반사각을 제1 전반사 각(Ta1)인 71도로 변환시키는 광학 소자이다. 그 결과, 수직 시준광(200)은 제1 전반사각(Ta1)을 갖고 전반사 과정을 반복하면서, 광 입사 소자(WLC)의 반대 방향으로 진행한다.
도 10을 참조하여 수평 평면(XY 평면) 상에서 보면, 광 편향 소자(SHOE)는 수직 시준광(200)의 수평 평면 상의 특성에는 영향을 주지 않는다. 즉, 수평 평면 상에서, 수직 시준광(200)은 방사 각도 약 20도 범위를 갖고 광 변환부(LRE)로 진행한다.
다음으로, 도 11 및 12를 참조하여, 광 전달부(LWG), 광 변환부(LRE) 및 광 출사부(LOT)의 기능에 대해 설명한다. 도 11은 수직평면(XZ 평면) 상에서 바라본, 본 발명에 의한 광 전달부, 광 변환부 및 광 출사부에서 빛의 경로 변환을 나타낸 도면이다. 도 12는 수평평면(XY 평면) 상에서 바라본, 본 발명에 의한 광 전달부, 광 변환부 및 광 출사부에서 빛의 경로 변환을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 수직 시준광(200)은, 고 굴절 필름(HR) 내부에서 제1 전반사 각(Ta1)을 갖고 전반사 과정을 반복하며 광 입사부(LIN)에서 광 변환부(LRE)로 진행한다. 예를 들어, 수직 시준광(200)은 제1 전반사 각(Ta1) 71도를 갖는 수직 평면(XZ 평면) 상에서 시준된 빛이다. 광 변환부(LRE)에는 수직 시준광(200)의 제1 전반사 각(Ta1)을 변환하여 되 반사할 수 있는 광 반사 소자(RHOE)가 배치되어 있다. 광 반사 소자(RHOE)는 수직 시준광(200)의 제1 전반사 각(Ta1)을 제2 전반사 각(Ta2)을 갖는 반사광(300)으로 변환하여 고 굴절 필름(HR)로 되돌려 보낸다.
제2 전반사 각(Ta2)은, 고 굴절 필름(HR)과 공기와의 계면에서는 전반사 조건을 만족하며, 고굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)과의 계면에서는 전반사 조건이 파괴되는 각도인 것이 바람직하다. 그 결과, 반사광(300)은 고 굴절 필름(HR)의 하면부에서는 전반사되지만, 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)의 계면에서는 전반사되지 않고, 많은 부분이 저 굴절 필름(LR)로 진입한다. 물론, 도면에 나타내지 않았지만, 일부는 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사되기도 한다. 즉, 광 반사 소자(RHOE)는 고 굴절 필름(HR) 내에 갖혀서 진행하던 수직 시준광(200)을 고 굴절 필름(HR)의 한쪽 표면으로 일부가 방출될 수 있는 반사광(300)으로 변환한다.
저 굴절 필름(LR)의 상부 표면에는 광 출사부(LOT)가 배치되어 있다. 광 출사부(LOT)는 저 굴절 필름(LR)과의 계면에 입사한 반사광(300)의 일부를 굴절시켜 외부로 방출함과 동시에 나머지는 다시 저 굴절 필름(LR)의 내부로 반사할 수 있는 광 출사 필름(VHOE)인 것이 바람직하다. 예를 들어, 광 출사 필름(VHOE)은 체적 그레이팅 필름일 수 있다. 광 출사 필름(VHOE)에 의해 반사광(300)은 일부는 외부로 방출되는 방출광(400)이 되고, 나머지는 다시 도광 필름(LGF)의 내부로 되돌아가는 반사광(300)이 된다.
도 12를 참조하여, 수평 평면(XY 평면) 상에서의 수직 시준광(200)의 변환 과정을 설명한다. 광 반사 소자(RHOE)는 수직 시준광(200)을 수평 평면 상에서도 시준하는 광학 필름인 것이 바람직하다. 예를 들어, 광 반사 소자(RHOE)는 수직 평면 상에서는 수직 시준광(200)의 입사각도를 변화시킴과 동시에, 수평 평면 상에서 평행하게 시준시키는 홀로그래패 패턴이 기록된 광학 소자인 것이 바람직하다. 따라서, 수평 평면 상에서 보면, 반사광(300)은 광 반사 소자(RHOE)에 의해 수평 평면 상에서 시준되어 광 입사부(LIN)으로 되돌아 가면서, 일부가 방출광(400)이 되어 도광 필름(LGF) 외부로 방출된다. 광 출사 필름(VHOE)의 그레이팅 패턴의 분포를 조절하여, 반사광(300)이 진행하면서, 일정 비율로 방출광(400)이 출사되도록 조절하는 것이 바람직하다. 그 결과, 도광 필름(LGF) 전체 면적에 걸쳐 일정한 휘도 분포로 방출광(400)을 제공할 수 있다.
<제2 실시 예>
이하, 도 13을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛에 대해 설명한다. 도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛의 구조를 나타낸 단면도이다.
제2 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛의 기본적인 구성 요소들은 제1 실시 예의 것과 동일하다. 차이가 있다면, 각 구성 요소들이 배치되는 위치에서 차이가 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛은, 도광 필름(LGF)과 도광 필름(LGF)의 일측변에 배치된 광원 어레이(LSA)를 포함한다. 도광 필름(LGF)은 광 입사부(LIN), 광 전달부(LWG), 광 변환부(LRE) 및 광 출사부(LOT)를 포함한다. 광원 어레이(LSA)는 광원(LS)과 다수 개의 광원(LS)들을 일정한 배열로 실장하며 전력을 공급하는 회로를 구비한 광원 기판(LB)을 포함한다.
광 입사부(LIN)는 광 입사 소자(WLC)와 광 편향 소자(SHOE)를 포함한다. 광 전달부(LWG)는 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)을 포함한다. 고 굴절 필름(HR)의 상부 표면에서 광원(LS)과 인접한 측변에는 광 입사부(LIN)가 배치되고, 그 반대쪽 측변에는 광 변환부(LRE)가 배치된다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 고 굴절 필름(HR)의 상부 표면에서 광 입사부(LIN) 측변에는, 광 편향 소자(SHOE)와 광 입사 소자(WLC)가 적층되어 있다. 고 굴절 필름(HR)의 상부 표면에서 광 변환부(LRE)에는 광 반사 소자(RHOE)가 배치된다. 고 굴절 필름(HR)의 상부 표면에서 광 편향 소자(SHOE)와 광 반사 소자(RHOE)와 사이에는 저 굴절 필름(LR)이 적층된다. 그리고 저 굴절 필름(LR)의 상층 표면에는 광 출사 필름(VHOE)이 적층된다.
도면으로 표시하지 않았지만, 필요하다면, 광 편향 소자(SHOE)와 광 출사 필름(VHOE) 사이에는 광 흡수 패턴이 더 포함될 수 있다. 광 흡수 패턴은 고 굴절 필름(HR) 위에 적층되는 것보다는 저 굴절 필름(HR) 위에 적층되는 것이 바람직하다. 따라서, 광 흡수 패턴을 배치할 경우, 저 굴절 필름(LR)을 광 편향 소자(SHOE) 쪽으로 광 출사 필름(VHOE)보다 길게 연장하고, 그 연장부 위에 광 흡수 패턴을 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛은 제1 실시 예의 것과 차이가 있다. 하지만, 광원(LS)에서 제공된 입사광의 광 경로는 제1 실시 예의 것과 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
<제3 실시 예>
이하, 도 14를 참조하여, 본 발명의 제3 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛에 대해 설명한다. 도 14는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛의 구조를 나타낸 단면도이다.
제3 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛은 반사형 광 출사 필름(VHOE)를 사용한 경우를 나타낸다. 제3 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛의 기본적인 구성 요소들도 제1 및 제2 실시 예의 것과 동일하다. 차이가 있다면, 각 구성 요소들이 배치되는 위치에서 차이가 있다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛은, 도광 필름(LGF)과 도광 필름(LGF)의 일측변에 배치된 광원 어레이(LSA)를 포함한다. 도광 필름(LGF)은 광 입사부(LIN), 광 전달부(LWG), 광 변환부(LRE) 및 광 출사부(LOT)를 포함한다. 광원 어레이(LSA)는 광원(LS)과 다수 개의 광원(LS)들을 일정한 배열로 실장하며 전력을 공급하는 회로를 구비한 광원 기판(LB)을 포함한다.
광 입사부(LIN)는 광 입사 소자(WLC), 광 편향 소자(SHOE) 및 광 흡수 패턴(LA)을 포함한다. 광 전달부(LWG)는 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)을 포함한다. 고 굴절 필름(HR)의 상부 표면에서 광원(LS)과 인접한 측변에는 광 입사부(LIN)가 배치되고, 그 반대쪽 측변에는 광 변환부(LRE)가 배치된다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 고 굴절 필름(HR)의 상부 표면에서 광 입사부(LIN) 측변에는, 광 입사 소자(WLC)가 적층되어 있다. 고 굴절 필름(HR)의 하부 표면에서 광 입사부(LIN) 측변에는, 광 입사 소자(WLC)와 마주보도록 광 편향 소자(SHOE)가 적층되어 있다. 고 굴절 필름(HR)의 하부 표면에서 광 변환부(LRE)에는 광 반사 소자(RHOE)가 배치된다. 고 굴절 필름(HR)의 하부 표면에서 광 편향 소자(SHOE)절와 광 반사 소자(RHOE)와 사이에는 저 굴절 필름(LR)이 적층된다. 그리고 저 굴절 필름(LR)의 하층 표면에는 광 출사 필름(VHOE)이 적층된다. 특히, 광 출사 필름(VHOE)은 +Z 축 방향으로 방출광(400)을 출사할 수 있도록 반사형 패턴인 것이 바람직하다.
광 흡수 패턴(LA)은 고 굴절 필름(HR)의 상부 표면에서 광 입사 소자(WLC)와 고 굴절 필름(HR) 사이의 공간에 배치하는 것이 바람직하다. 경우에 따라서, 광 흡수 패턴(LA)은 생략될 수 있다.
<제1 응용 예>
이하, 도 15를 참조하여, 본 발명에 의한 초박막형 백 라이트 유닛을 응용한 액정 표시장치의 일례에 대해 설명한다. 도 15는 본 발명에 의한 초박막형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 제1 응용 예를 나타내는 사시도이다.
도 15에 의한 제1 응용 예는, 선택적으로 프라이버시 모드와 일반 모드를 전환할 수 있는 액정 표시장치에 관한 것이다. 액정 표시장치는, 액정 표시 패널(LCP)과 본 발명에 의한 협 시야각 백 라이트 유닛(NBLU)을 포함한다. 액정 표시 패널(LCP)의 아래 면에 본 발명에 의한 협 시야각 백 라이트 유닛(NBLU)이 배치된다. 본 발명에 의한 협 시야각 백 라이트 유닛(NBLU)은 협 시야각을 갖는 백 라이트만을 제공한다. 따라서, 본 발명에 의한 협 시야각 백 라이트 유닛(NBLU)만으로는 프라이버시 모드와 일반 모드를 전환할 수 없다.
제1 응용 예에 의한 액정 표시장치는, 액정 표시 패널(LCP)과 본 발명에 의한 협 시야각 백 라이트 유닛(NBLU) 사이에 개재된 선택형 광 산란 소자(PDLC)를 더 구비한다. 예를 들어, 선택형 광 산란 소자(PDLC)는 전압이 인가되면 산란 모드로 작동하고, 전압을 끊으면 투과 모드로 작동한다. 선택형 광 산란 소자(PDLC)를 Off하면, 본 발명에 의한 협 시야각 백 라이트 유닛(NBLU)만 작동하므로, 프라이버시 모드로 작동한다 반면에, 선택형 광 산란 소자(PDLC)를 On하면, 본 발명에 의한 협 시야각 백 라이트 유닛(NBLU)에서 제공하는 협 시야각 백 라이트를 산란하여 전방향으로 분산된 백 라이트를 제공하여, 일반 모드로 작동한다.
제1 응용 예에 의한 액정 표시장치는, 협 시야각 백 라이트 유닛(NBLU) 하부에 반사판(REF)을 더 포함할 수 있다. 반사판(REF)은 상부에서 하부로 누설되는 빛을 상부 방향으로 반사하여 일반 모드에서 백 라이트의 효율을 극대화할 수 있다.
제1 응용 예에 의한 액정 표시장치는, 백 라이트 유닛 자체에서 프라이버시 모드와 일반 모드를 선택할 수 있다. 따라서, 액정 패널(LCP)의 표면에는 터치 패널(TCP)을 구비하더라도, 프라이버시 모드와 일반 모드 모두에서 터치 기능에 장애를 유발하지 않고 사용할 수 있다.
<제2 응용 예>
이하, 도 16을 참조하여, 본 발명에 의한 초박막형 백 라이트 유닛을 응용한 액정 표시장치의 다른 예에 대해 설명한다. 도 16은 본 발명에 의한 초박막형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 제2 응용 예를 나타내는 사시도이다.
도 16에 의한 제2 응용 예도, 선택적으로 프라이버시 모드와 일반 모드를 전환할 수 있는 액정 표시장치에 관한 것이다. 액정 표시장치는, 액정 표시 패널(LCP)과 본 발명에 의한 협 시야각 백 라이트 유닛(NBLU)을 포함한다. 액정 표시 패널(LCP)의 아래 면에 본 발명에 의한 협 시야각 백 라이트 유닛(NBLU)이 배치된다. 본 발명에 의한 협 시야각 백 라이트 유닛(NBLU)은 협 시야각을 갖는 백 라이트만을 제공한다. 따라서, 본 발명에 의한 협 시야각 백 라이트 유닛(NBLU)만으로는 프라이버시 모드와 일반 모드를 전환할 수 없다.
제2 응용 예에 의한 액정 표시장치는, 본 발명에 의한 협 시야각 백 라이트 유닛(NBLU)의 하부면에 일반형 백 라이트 유닛(BLU)을 더 구비한다. 예를 들어, 협 시야각 백 라이트 유닛(NBLU)만을 작동하면, 협 시야각의 백 라이트만을 제공하므로, 프라이버시 모드로 작동한다. 일반 백 라이트 유닛(BLU)을 켜면, 일반 모드로 작동한다. 일반 모드를 작동할 경우, 본 발명에 의한 협 시야각 백 라이트 유닛(NBLU)의 작동 유무에는 관련이 없을 수 있다. 일반 백 라이트 유닛(BLU)과 협 시야각 백 라이트 유닛(NBLU)를 동시에 작동하더라도, 일반 백 라이트 유닛(BLU)에 의해 백 라이트는 확산광으로 제공되므로, 일반 모드로 작동한다. 일반 백 라이트 유닛(BLU)은 종래 기술에서 설명한 직하형 백 라이트 유닛(DBLU) 혹은 에지형 백 라이트 유닛(EBLU)일 수 있다.
제2 응용 예에 의한 액정 표시장치는, 백 라이트 유닛 자체에서 프라이버시 모드와 일반 모드를 선택할 수 있다. 따라서, 액정 패널(LCP)의 표면에는 터치 패널(TCP)을 구비하더라도, 프라이버시 모드와 일반 모드 모두에서 터치 기능에 장애를 유발하지 않고 사용할 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
LCP: 액정(표시) 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
LSA: 광원 어레이 LS: 광원
LB: 광원 기판 LIN: 광 입사부
WLC: 광 입사 소자 SHOE: 광 입사 소자
LA: 광 흡수 소자 LWG: 광 전달부
HR: 고 굴절 필름 LR: 저 굴절 필름
LRE: 광 변환 부 RHOE: 광 반사 패턴
LOT: 광 출사부 VHOE: 광 출사 필름
NBLU: 협 시야각 백 라이트 유닛

Claims (12)

  1. 일측에 배치된 광 입사부, 타측에 배치된 광 변환부 및 상기 광 입사부와 상기 광 반사부를 연결하는 광 전달부를 포함하는 도광 필름;
    상기 도광 필름의 일측 표면 위에 배치된 광 출사부; 그리고
    상기 도광 필름의 상기 광 입사부 측에 배치된 광원을 포함하되,
    상기 광 입사부는,
    상기 광원에서 출사된 확산 입사광을 수평 평면에서 협 방사각을 갖고 수직 평면에서 준-시준된 수직 준-시준광으로 변환하는 광 입사 소자; 그리고
    상기 광 입사 소자에서 출사된 상기 수직 준-시준 광을 상기 광 전달부 내에서 전반사 조건을 충족하는 수직 시준광으로 변환하는 광 편향 소자를 포함하며,
    상기 광 변환부는,
    상기 광 진행부로부터 전달받은 상기 수직 시준광을, 상기 광 전달부 내의 전반사 조건을 파괴하되 상기 광 출사부와의 계면에서는 전반사 조건을 만족하며 수평 평면에서 시준된 수직-수평 시준광으로 변환하여 상기 광 진행부로 다시 전달하는 광 반사 패턴을 포함하고,
    상기 광 출사부는, 상기 수직-수평 시준광의 일부를 출광하고, 상기 수직-수평 시준광의 나머지를 반사하는 출광 필름을 포함하는 백 라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 입사 소자와 상기 광 출사부 사이에 배치되며, 상기 수직 시준된 빛 중에서 상기 광 전달부 내에서의 전반사 조건을 충족하지 못하는 빛을 흡수하는 광 흡수 패턴을 더 포함하는 백 라이트 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 전달부는,
    고 굴절 필름; 그리고
    상기 고 굴절 필름의 상부 표면 및 하부 표면 중 어느 한 표면에 면 합착된 저 굴절 필름을 포함하고,
    상기 출광 패턴은,
    상기 저 굴절 필름의 외측 표면에 면 합착된 표면 그레이팅 필름 및 체적 그레이팅 필름 중 어느 하나를 포함하는 백 라이트 유닛.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 입사 소자는,
    상기 광원과 인접하여 배치되는 수평 웨지부;
    상기 수평 웨지부에서 연장된 수직 웨지부를 포함하는 백 라이트 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 수평 웨지부는,
    상기 광원과 인접하며, 상기 광원의 크기에 대응하는 높이와 폭을 구비한 광 입사면;
    상기 광 입사면에서 일측 방향으로 일정 방사각을 갖고 일정 거리 연장되는 상면부와 하면부; 그리고
    상기 입사면의 상기 높이가 균일하게 상기 일정 거리 연장된 양 측면부를 포함하며,
    상기 수직 웨지부는,
    상기 수평 웨지부에서 상기 일측 방향으로 연장되되, 상기 높이 값이 선형적으로 감소하여 상기 상면부의 끝단에서 상기 하면부로 수렴하는 경사면을 갖는 백 라이트 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수평 웨지부는,
    상기 일측 방향과 수직인 상기 수직 웨지부의 측변을 따라 다수 개가 일정 간격으로 배치되며,
    상기 광원은 상기 다수 개의 광 입사면들 각각에 하나씩 배치된 다수 개들을 포함하는 백 라이트 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 전달부는,
    상기 수직 시준광을 전반사하여 상기 광 입사부에서 상기 광 변환부로 전달하며,
    상기 수직-수평 시준광을 전반사하여 일부는 상기 광 출사부로 출광하면서 나머지는 상기 광 변환부에서 상기 광 입사부로 전달하는 백 라이트 유닛.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 입사 소자는, 상기 고 굴절 필름의 상부면에서 상기 광원과 인접한 일측변에 배치되고,
    상기 광 편향 소자는, 상기 고 굴절 필름의 하부면에서 상기 광 입사 소자와 대향하여 배치되고,
    상기 저 굴절 필름은, 상기 고 굴절 필름의 상부면에 면 합착되고,
    상기 광 반사 패턴은, 상기 고 굴절 필름의 상부면에서 상기 광 입사 소자와 대향하는 타측변에 배치되고,
    상기 출광 필름은, 상기 저 굴절 필름의 상부면에 면 합착된 백 라이트 유닛.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 입사 소자는, 상기 고 굴절 필름의 상부면에서 상기 광원과 인접한 일측변에 배치되고,
    상기 광 편향 소자는, 상기 고 굴절 필름의 상부면에서 상기 광 입사 소자 아래에 적층되고,
    상기 저 굴절 필름은, 상기 고 굴절 필름의 상부면에 면 합착되고,
    상기 광 반사 패턴은, 상기 고 굴절 필름의 상부면에서 상기 광 입사 소자와 대향하는 타측변에 배치되고,
    상기 출광 필름은, 상기 저 굴절 필름의 상부면에 면 합착된 백 라이트 유닛.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 입사 소자는, 상기 고 굴절 필름의 상부면에서 상기 광원과 인접한 일측변에 배치되고,
    상기 광 편향 소자는, 상기 고 굴절 필름의 하부면에서 상기 광 입사 소자와 대향하여 배치되고,
    상기 저 굴절 필름은, 상기 고 굴절 필름의 하부면에서 상기 광 입사 소자와 인접하여 면 합착되고,
    상기 광 반사 패턴은, 상기 고 굴절 필름의 하부면에서 상기 광 입사 소자와 대향하는 타측변에 배치되고,
    상기 출광 필름은, 상기 저 굴절 필름의 하부면에 면 합착된 백 라이트 유닛.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광 필름의 상부에 배치된 선택형 확산 필름을 더 포함하는 백 라이트 유닛.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광 필름의 하부에 배치된 직하형 백 라이트 유닛 및 에지형 백 라이트 유닛 중 어느 하나를 더 포함하는 백 라이트 유닛.
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