KR20170008655A - 디스플레이 장치 및 그에 포함되는 백 라이트 유닛 - Google Patents

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KR20170008655A
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Abstract

디스플레이 장치는 백 라이트 유닛; 상기 백 라이트 유닛으로부터 방출된 광을 투과 또는 차단하여 영상을 생성하는 영상 형성 유닛을 포함하고, 상기 백 라이트 유닛은 광원; 상기 광원으로부터 방출된 광에서 미리 정해진 범위의 파장을 갖는 광을 흡수하고, 흡수되지 않는 광을 반사시키는 반사 시트; 상기 광원으로부터 방출된 광에서 미리 정해진 범위의 파장을 갖는 광을 흡수하고, 흡수되지 않은 광을 투과시키는 광학 시트를 포함할 수 있다.

Description

디스플레이 장치 및 그에 포함되는 백 라이트 유닛{DISPLAY AND BACK LIGHT UNIT THEREIN}
개시된 발명은 디스플레이 장치 및 그에 포함되는 백 라이트 유닛에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 고색 영상(wide color image)을 표시하는 디스플레이 장치 및 그에 포함되는 백 라이트 유닛에 관한 발명이다.
디스플레이 장치는, 획득 또는 저장된 전기적 정보를 시각적 정보로 변환하여 사용자에게 표시하는 출력 장치의 일종으로, 가정이나 사업장 등 다양한 분야에서 이용되고 있다.
디스플레이 장치로는, 개인용 컴퓨터 또는 서버용 컴퓨터 등에 연결된 모니터 장치나, 휴대용 컴퓨터 장치나, 내비게이션 단말 장치나, 일반 텔레비전 장치나, 인터넷 프로토콜 텔레비전(IPTV, Internet Protocol television) 장치나, 스마트 폰, 태블릿 피씨, 개인용 디지털 보조 장치(PDA, Personal Digital Assistant), 또는 셀룰러 폰 등의 휴대용 단말 장치나, 산업 현장에서 광고나 영화 같은 화상을 재생하기 위해 이용되는 각종 디스플레이 장치나, 또는 이외 다양한 종류의 오디오/비디오 시스템 등이 있다.
디스플레이 장치는, 다양한 종류의 디스플레이 수단을 이용하여 정지화상 또는 동화상을 사용자에게 표시할 수 있다. 이와 같은 디스플레이 수단으로는 음극 선관, 발광 다이오드(Light Emitting Diode), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode), 능동형 유기 발광 다이오드(Active-Matrix Organic Light Emitting Diode), 액정 또는 전자 종이 등이 이용될 수 있다.
개시된 발명의 일 측면은 재현 가능한 색 영역이 확장된 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
개시된 발명의 다른 일 측면은 재현 가능한 색 영역을 확장하고, 휘도의 손실을 최소화하는 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
개시된 발명의 또 다른 일 측면은 광원으로부터 방출된 광에 포함된 황색 또는 주황색의 광을 제거할 수 있는 백 라이트 유닛을 제공하고자 한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 디스플레이 장치는 백 라이트 유닛; 상기 백 라이트 유닛으로부터 방출된 광을 투과 또는 차단하여 영상을 생성하는 영상 형성 유닛을 포함하고, 상기 백 라이트 유닛은 광원; 상기 광원으로부터 방출된 광에서 미리 정해진 범위의 파장을 갖는 광을 흡수하고, 흡수되지 않는 광을 반사시키는 반사 시트; 상기 광원으로부터 방출된 광에서 미리 정해진 범위의 파장을 갖는 광을 흡수하고, 흡수되지 않은 광을 투과시키는 광학 시트를 포함할 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 반사 시트는 황색 광 또는 주황색 광의 파장을 갖는 광을 흡수하는 선택적 광 흡수 층; 입사된 광을 반사시키는 반사 필름을 포함할 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 선택적 광 흡수 층은 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 흡수하는 테트라-아자-포르피린을 포함할 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 반사 시트는 상기 반사 필름에 상기 테트라-아자-포르피린을 도포함으로써 제조될 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 선택적 광 흡수 층은 585nm의 파장을 갖는 광을 최대로 흡수하는 선택적 광 흡수 물질을 포함할 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 광학 시트는 황색 광 또는 주황색 광의 파장을 갖는 광을 흡수하는 선택적 광 흡수 시트; 입사된 광 중 적어도 일부를 투과시키고, 다른 일부는 반사시키는 반사형 편광 시트를 포함할 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 선택적 광 흡수 시트는 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 흡수하는 테트라-아자-포르피린을 포함할 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 선택적 광 흡수 시트는 투명 필름에 상기 테트라-아자-포르피린을 도포함으로써 제조될 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 광원은 청색 광을 방출하는 발광 다이오드; 상기 청색 광의 적어도 일부를 흡수하고, 적색 광 및 녹색 광을 방출하는 형광체를 포함할 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 광원은 청색 광을 방출하는 발광 다이오드; 상기 청색 광의 적어도 일부를 흡수하고, 황색 광을 방출하는 형광체를 포함할 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 백 라이트 유닛은 상기 광원으로부터 방출된 광을 확산시키는 광학 플레이트를 더 포함할 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 광원은 상기 광학 플레이트의 후방에 마련되고, 상기 광학 플레이트는 상기 광원으로부터 방출된 광을 그 내부에서 분산시킬 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 광원은 상기 광학 플레이트의 측면에 마련되고, 상기 광학 플레이트는 상기 광원으로부터 방출된 광을 그 내부에서 분산시킬 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 영상 형성 유닛은 전기장에 따라 광을 투과하거나 차단하는 액정 패널을 포함할 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 액정 패널은 상기 전기장에 따라 배열이 변화하는 액정 분자를 포함하는 액정 층; 상기 전기장을 생성하는 한 쌍의 투명 전극을 포함할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 백 라이트 유닛은 광을 방출하는 광원; 상기 광에서 황색 광 또는 주황색 광의 파장을 갖는 광을 흡수하고, 흡수되지 않는 광을 반사시키는 반사 시트; 상기 광에서 황색 광 또는 주황색 광의 파장을 갖는 광을 흡수하고, 흡수되지 않은 광을 투과시키는 광학 시트를 포함할 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 반사 시트는 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 흡수하는 선택적 광 흡수 물질을 포함하는 선택적 광 흡수 층; 입사된 광을 반사시키는 반사 필름을 포함할 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 반사 시트는 상기 반사 필름에 테트라-아자-포르피린을 도포함으로써 제조될 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 광학 시트는 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 흡수하는 선택적 광 흡수 시트; 입사된 광 중 적어도 일부를 투과시키고, 다른 일부는 반사시키는 반사형 편광 시트를 포함할 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 선택적 광 흡수 시트는 투명 필름에 테트라-아자-포르피린을 도포함으로써 제조될 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 광원은 청색 광을 방출하는 발광 다이오드; 상기 청색 광의 적어도 일부를 흡수하고, 적색 광 및 녹색 광을 방출하는 형광체를 포함할 수 있다.
실시 형태에 따라 상기 광원은 청색 광을 방출하는 발광 다이오드; 상기 청색 광의 적어도 일부를 흡수하고, 황색 광을 방출하는 형광체를 포함할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 재현 가능한 색 영역이 확장된 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
개시된 발명의 다른 일 측면에 따르면, 재현 가능한 색 영역을 확장하고, 휘도의 손실을 최소화하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
개시된 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 광원으로부터 방출된 광에 포함된 황색 또는 주황색의 광을 제거할 수 있는 백 라이트 유닛을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 디스플레이 장치의 외관을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 의한 디스플레이 장치를 분해 도시한다.
도 3은 일 실시예에 의한 디스플레이 장치의 영상 형성 유닛에 포함된 하나의 화소의 측단면도를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛을 분해 도시한다.
도 5a 및 도 5b은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 측단면을 도시한다.
도 6는 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에 포함된 광원과 반사 시트의 결합을 도시한다.
도 7은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에 포함된 광 흡수 물질의 분자 구조를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에 포함된 광원의 구성 및 광원으로부터 방출되는 광의 스펙트럼을 도시한다.
도 9은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에서 광의 진행의 일 예를 도시한다.
도 10은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에 포함된 선택적 광 흡수 시트의 광 투과율의 일 예를 도시한다.
도 11은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에서 광의 진행의 다른 일 예를 도시한다.
도 12은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에 포함된 반사 시트의 광 투과율의 일 예를 도시한다.
도 13은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에서 광의 진행의 또 다른 일 예를 도시한다.
도 14은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에 포함된 선택적 광 흡수 시트의 광 투과율과 반사 시트의 광 투과율의 일 예를 도시한다.
도 15는 선택적 광 흡수 시트만을 포함한 백 라이트 유닛의 광 투과/반사 비율을 도시한다.
도 16은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 광 투과/반사 비율과 선택적 광 흡수 시트만을 포함한 백 라이트 유닛의 광 투과/반사 비율을 비교 도시한다.
도 17은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에 포함된 광원으로부터 방출되는 광의 스펙트럼과 백 라이트 유닛으로부터 방출되는 광의 스펙트럼의 일 예를 도시한다.
도 18은 일 실시예에 의한 디스플레이 장치의 색 영역의 일 예를 도시한다.
도 19는 다른 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛을 분해 도시한다.
도 20a 및 도 20b은 다른 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 측단면을 도시한다.
도 21은 다른 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에서 광의 진행의 일 예를 도시한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다.
구체적으로, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 나타내려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, FPGA (field-programmable gate array)/ ASIC (application specific integrated circuit)과 같은 하드웨어, 메모리에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 또는 프로세서에 의하여 처리되는 하나 이상의 프로세스를 의미할 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 개시된 발명의 일 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 첨부한 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낼 수 있다.
본 명세서에서 이용되는 용어를 간단히 정의하면, 백색 광은 적색 광, 녹색 광 및 청색 광이 혼합되거나 청색광과 황색 광이 혼합된 광을 나타낸다. 또한, 자연광은 가시광선 영역에 해당하는 모든 파장의 광이 혼합된 광을 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 의한 디스플레이 장치의 외관을 도시한다.
디스플레이 장치(1)는 외부로부터 수신되는 영상 신호를 처리하고, 처리된 영상을 시각적으로 표시할 수 있는 장치이다. 이하에서는 디스플레이 장치(1)가 텔레비전(Television, TV)인 경우를 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 디스플레이 장치(1)는 모니터(Monitor), 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 통신장치 등 다양한 형태로 구현할 수 있으며, 디스플레이 장치(1)는 영상을 시각적으로 표시하는 장치라면 그 형태가 한정되지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이 디스플레이 장치(100)는 본체(101), 영상(I)을 표시하는 스크린(102), 본체(101)의 하부에 마련되어 본체(103)를 지지하는 지지대(103)를 포함한다.
본체(101)는 디스플레이 장치(100)의 외형을 형성하며, 본체(101)의 내부에는 디스플레이 장치(100)가 영상(I)을 표시하거나 각종 기능을 수행하기 위한 부품이 마련될 수 있다. 도 1에 도시된 본체(101)는 평평한 판 형상이나, 본체(101)의 형상이 도 1에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본체(101)는 좌우 양단이 전방으로 돌출되고 중심부가 오목하도록 휘어진 형상일 수 있다.
스크린(102)는 본체(101)의 전면에 형상되며, 시각 정보인 영상(I)을 표시할 수 있다. 예를 들어, 스크린(102)는 정지 영상 또는 동영상을 표시할 수 있으며, 2차원 평면 영상 또는 사용자의 양안의 시차를 이용한 3차원 입체 영상을 표시할 수 있다.
또한, 스크린(102)에는 복수의 화소(P)가 형성되며, 스크린(102)에 표시되는 영상(I)은 복수의 화소(P)가 방출하는 광에 의하여 형성될 수 있다. 마치 모자이크(mosaic)와 같이 복수의 화소(P)가 방출하는 광이 조합됨으로써, 스크린(102) 상에 하나의 정지 영상(I)이 형성된다.
복수의 화소(P) 각각은 다양한 밝기 및 다양한 색상의 광을 방출할 수 있으며, 다양한 색상을 방출하기 위하여 복수의 화소(P)는 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)을 포함할 수 있다.
적색 화소(R)은 다양한 밝기의 적색 광을 방출하고, 녹색 화소(G)은 다양한 밝기의 녹색 광을 방출하며, 청색 화소(B)은 다양한 밝기의 청색 광을 방출한다. 이때, 적색 광은 파장이 대략 620nm(nano-meter, 10억분의 1미터) 내지 750nm 범위의 광을 의미하고, 녹색 광은 파장이 대략 495nm 내지 570nm 범위의 광을 의미하며, 청색 광은 파장이 대략 450nm 내지 495nm 범위의 광을 의미한다.
적색 화소(R)의 적색 광, 녹색 화소(G)의 녹색 광 및 청색 화소(B)의 청색 광의 조합에 의하여, 화소(P)는 다양한 색상의 광을 생성할 수 있다.
이때, 화소(P)가 생성할 수 있는 색상의 다양성은 색 재현율로 나타낼 수 있다. 구체적으로, 화소(P)가 생성할 수 있는 색상의 다양성은 태양광에 의하여 생성될 수 있는 색 영역(Color Gamut)에서 화소(P)가 생성할 수 있는 색상의 영역의 비율로 나타낼 수 있다.
특히, 국제적으로 디스플레이 장치와 관련하여 해상도, 색 영역, 감마 등의 규격이 정의되고 있으며, 대표적인 국제 규격으로 DCI(Digital Cinema Initiatives)가 있다. 이때, 색 재현율은 DCI 규격에 의한 색 영역 대비 디스플레이 장치가 재현할 수 있는 색 영역의 비율로 나타내기도 한다.
화소(P)의 색 재현율이 향상시키기 위하여, 화소(P)에 포함된 각각의 색상 화소(R, G, B)가 넓은 범위의 밝기의 색상을 방출하고, 각각의 색상 화소(R, G, B)가 원색(적색, 녹색, 청색)에 근접한 색상을 방출하여야 한다.
도 1에 도시된 스크린(102)은 평평한 판 형상이나, 스크린(102)의 형상이 도 1에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본체(101)의 형상에 따라 스크린(102)은 좌우 양단이 전방으로 돌출되고 중심부가 오목하도록 휘어진 형상일 수 있다.
이상적으로, 적색 화소(R)가 대략 620nm 내지 750nm 파장의 광만을 방출하고, 녹색 화소(G)가 대략 495nm 내지 570nm 파장의 광만을 방출하고, 청색 화소(B)가 대략 450nm 내지 495nm 파장의 광만을 방출하면, 화소(P)의 색 재현율이 크게 향상될 수 있다. 다시 말해, 각각의 색상 화소(R, G, B)가 각각 고유의 색상(R, G, B)을 방출하면, 화소(P) 및 디스플레이 장치의 색 재현율이 향상될 수 있다.
지지대(103)는 일단이 본체(101)의 하부에 설치되어, 본체(101)가 바닥 면에서 안정적으로 자세를 유지할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 선택적으로, 지지대(103)는 본체(101)의 후면에 설치되어, 본체(101)가 벽면에 단단히 고정될 수 있도록 할 수 있다.
도 1에 도시된 지지대(103)는 본체(101)의 하부로부터 전방으로 돌출된 바(bar)의 형상이나, 지지대(103)의 형상의 도 1에 도시된 바에 의하여 한정되는 것은 아니며 지지대(103)는 본체(101)를 안정적으로 지지할 수 있는 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 2는 일 실시예에 의한 디스플레이 장치를 분해 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본체(101) 내부에는 스크린(102)에 영상(I)을 생성하기 위한 각종 구성 부품들이 마련될 수 있다. 구체적으로, 본체(101)의 내부에는 면광(sheet light)을 생성하여 전방으로 방출하는 백 라이트 유닛(200), 백 라이트 유닛(200)으로부터 방출된 광을 이용하여 영상(I)을 생성하는 영상 형성 유닛(110)이 마련될 수 있다.
또한, 본체(101)는 영상 형성 유닛(110)과 백 라이트 유닛(200)을 보조하고, 고정하기 위하여 전방 샤시(101a), 후방 샤시(101b) 및 몰드프레임(101c)을 포함할 수 있다.
전방 샤시(101a)는 전면에 개구가 형성된 판의 형상이며, 전면의 개구를 통하여 영상(I)이 표시된다.
후방 샤시(101b)는 전면이 개방된 박스 형상이며, 디스플레이 장치(100)를 구성하는 영상 형성 유닛(110)과 백 라이트 유닛(200)을 수용한다.
몰드프레임(101c)은 전방 샤시(101a)와 후방 샤시(101b) 사이에 마련될 수 있다. 특히, 몰드프레임(101c)은 영상 형성 유닛(110)과 백 라이트 유닛(200) 사이에 마련되어, 영상 형성 유닛(110)과 백 라이트 유닛(200)를 분리하여 고정할 수 있다.
백 라이트 유닛(200)은 단색광 또는 백색광을 방출하는 점 광원을 포함할 수 있으며, 점 광원으로부터 방출되는 광을 균일한 면광으로 변환하기 위하여 광을 굴절, 반사 및 산란시킬 수 있다. 이처럼, 광을 굴절, 반사 및 산란시킴으로써, 백 라이트 유닛(200)은 전방을 향하여 균일한 면광을 방출할 수 있다.
백 라이트 유닛(200)의 구성 및 동작에 대해서는 아래에서 자세하게 설명하기로 한다.
영상 형성 유닛(110)은 백 라이트 유닛(200)의 전방에 마련되며, 영상(I)을 형성하기 위하여 을 백 라이트 유닛(200)으로부터 방출되는 광을 차단 또는 투과시킨다.
영상 형성 유닛(110)의 전면은 앞서 설명한 디스플레이 장치(100)의 스크린(102)을 형성하며, 복수의 화소(P)로 구성된다.
영상 형성 유닛(110)에 포함된 복수의 화소(P)는 각각 독립적으로 백 라이트 유닛(200)의 광을 차단하거나 투과시킬 수 있으며, 복수의 화소(P)에 의하여 투과된 광이 디스플레이 장치(100)가 표시하는 영상(I)을 형성한다.
이러한, 영상 형성 유닛(110)은 전기장에 따라 광학적 성질이 변하는 액정 패널을 이용할 수 있다.
이하에서는 영상 형성 유닛(110)의 일 예로 액정 패널에 대하여 설명한다.
도 3은 일 실시예에 의한 디스플레이 장치의 영상 형성 유닛에 포함된 하나의 화소의 측단면도를 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이 영상 형성 유닛(110)은 제1 편광 필름(111), 제1 투명 기판(112), 박막 트랜지스터(113), 화소 전극(114), 액정층(115), 공통 전극(116), 컬러 필름(117), 제2 투명 기판(118), 제2 편광 필름(119)를 포함할 수 있다.
제1 투명 기판(112) 및 제2 투명 기판(118)은 영상 형성 유닛(110)의 외관을 형성하며, 제1 투명 기판(112) 및 제2 투명 기판(118) 사이에 마련되는 액정층(114) 및 컬러 필름(117)를 보호할 수 있다.
이러한, 제1 및 제2 투명 기판(112, 118)은 강화 유리 또는 투명 필름으로 구성될 수 있다.
제1 및 제2 투명 기판(112, 118)의 외측에는 제1 편광 필름(111) 및 제2 편광 필름(119)이 마련된다.
광은 진행 방향에 대하여 수직한 방향으로 진동하는 전기장과 자기장의 쌍으로 이루어진다. 또한, 전기장과 자기장의 진동 방향은 광의 진행 방향과 수직한 모든 방향으로 진동할 수 있다.
이때, 전기장 또는 자기장이 특정한 방향으로만 진동하는 현상을 편광이라 한다. 또한, 임의의 방향으로 진동하는 전기장과 자기장을 포함한 광 중에 미리 정해진 방향으로 진동하는 전기장 또는 자기장을 포함하는 광을 투과시키고, 미리 정해진 방향 이외의 방향으로 진동하는 전기장과 자기장을 포함하는 광을 차단하는 필름을 편광 필름이라 한다.
다시 말해, 편광 필름은 미리 정해진 편광 방향으로 진동하는 광은 투과시키고, 다른 방향으로 진동하는 광은 차단한다.
제1 편광 필름(111)는 제1 편광 방향으로 진동하는 광을 투과시키고, 다른 방향으로 진동하는 광을 차단한다. 또한, 제2 편광 필름(119)는 제2 편광 방향으로 진동하는 광을 투과시키고, 다른 방향으로 진동하는 광을 차단한다.
또한, 제1 편광 방향과 제2 편광 방향은 서로 수직한다. 다시 말해, 제1 편광 필름(111)가 투과시키는 광의 진동 방향과 제2 편광 필름(119)가 투과시키는 광의 진동 방향은 서로 수직한다. 그 결과, 일반적으로 광은 제1 편광 필름(111)와 제2 편광 필름(119)를 동시에 투과할 수 없다.
제2 투명 기판(118)의 내측에는 컬러 필름(117)가 형성된다.
컬러 필름(117)는 적색 광을 투과시키는 적색 필름(117r), 녹색 광을 투과시키는 녹색 필름(117g), 청색 광을 투과시키는 청색 필름(117b)를 포함할 수 있으며, 적색 필름(117r), 녹색 필름(117g) 및 청색 필름(117b)는 서로 나란하게 배치될 수 있다.
컬러 필름(117)가 형성된 영역은 앞서 설명한 화소(P)에 대응된다. 또한, 적색 필름(117r)가 형성된 영역은 적색 화소(R)에 대응되고, 녹색 필름(117g)가 형성된 영역은 녹색 화소(G)에 대응되고, 청색 필름(117b)가 형성된 영역은 청색 화소(B)에 대응된다.
다시 말해, 적색 필름(117r), 녹색 필름(117g) 및 청색 필름(117b)에 의하여 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)가 형성되고, 적색 필름(117r), 녹색 필름(117g) 및 청색 필름(117b)의 조합에 의하여, 화소(P)가 형성된다.
제1 투명 기판(112)의 내측에는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT) (113)가 형성된다.
구체적으로, 박막 트랜지스터(113)는 적색 필름(117r), 녹색 필름(117g) 및 청색 필름(117b)의 사이에 대응되는 위치에 형성된다. 다시 말해, 박막 트랜지스터(113)는 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B) 사이에 위치할 수 있다.
박막 트랜지스터(113)는 아래에서 설명할 화소 전극(114)에 흐르는 전류를 단속할 수 있다. 구체적으로, 박막 트랜지스터(113)의 턴온(활성화, 폐쇄) 또는 턴오프(비활성화, 개방)에 따라, 화소 전극(114)과 공통 전극(116) 사이에 전기장이 형성되거나 제거될 수 있다.
이러한, 박박 트랜지스터는 폴리 실리콘(Poly-Slicon)으로 구성될 수 있으며, 리소그래피(lithography), 증착(deposition), 이온 주입(ion implantation) 공정 등 반도체 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
제1 투명 기판(112)의 박막 트랜지스터(113)의 내측에는 화소 전극(114)이 형성되고, 제2 투명 기판(118)의 컬러 필름(117)의 내측에는 공통 전극(116)이 형성된다.
화소 전극(114)과 공통 전극(116)은 전기가 도통되는 금속 재질로 구성되며, 아래에서 설명할 액정층(115)을 구성하는 액정 분자(115a)의 배치를 변화시키기 위한 전기장을 생성할 수 있다.
이때, 화소 전극(114)는 적색 필름(117r), 녹색 필름(117g) 및 청색 필름(117b)에 대응하는 영역에 형성되고, 공통 전극(116)은 패널 전체에 형성될 수 있다. 그 결과, 아래에서 설명한 액정 층(115) 중에 적색 필름(117r), 녹색 필름(117g) 및 청색 필름(117b)에 대응하는 영역에 선택적으로 전기장이 형성될 수 있다.
또한, 화소 전극(114)과 공통 전극(116)은 투명한 재질로 구성되며, 외부로부터 입사되는 광을 투과시킬 수 있다.
이러한, 화소 전극(114)과 공통 전극(116)은 인듐산화주석(Indium Tin Oxide: ITO), 인듐산화아연(Indium Zinc Oxide: IZO), 은나노와이어(Ag nano wire), 탄소나노튜브(carbon nano tube: CNT), 그래핀(graphene) 또는 PEDOT(3,4-ethylenedioxythiophene) 등으로 구성될 수도 있다.
화소 전극(114)과 공통 전극(116) 사이에는 액정 층(115)이 형성되며, 액정 층(115)에는 액정 분자(115a)에 의하여 채워진다.
액정이란 고체(결정)과 액체의 중간 상태를 의미한다. 일방적인 물질은 고체 상태의 물질에 열을 가하면, 용융 온도에서 고체 상태에서 투명한 액체 상태로 상태 변화가 발생한다. 이에 비하여, 고체 상태의 액정 물질에 열을 가하면, 액정 물질은 용융 온도에서 불투명하고 혼탁한 액체로 변화한 이후 투명한 액체 상태로 변화한다. 액정이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간상태인 액정 상태를 나타내거나 이러한 액정 상태를 갖는 물질 그 자체를 나타내기도 한다.
이와 같은 액정 물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평한 모양을 하고 있으며, 분자의 배열이 어떤 방향으로는 불규칙한 상태와 같지만, 다른 방향에서는 규칙적인 결정의 형태를 갖는다. 그 결과, 액정은 액체의 유동성과 결정(고체)의 광학적 이방성을 모두 갖는다.
또한, 액정은 전기장의 변화에 따라 광학적 성질을 나타내기도 한다. 예를 들어, 액정은 전기장의 변화에 따라 액정을 구성하는 분자 배열의 방향이 변화할 수 있다.
예를 들어, 액정 층(115)에 전기장이 생성되면 액정 층(115)의 액정 분자(115a)는 전기장의 방향에 따라 배치되고, 액정 층(115)에 전기장이 생성되지 않으면 액정 분자(115a)는 액정 층(115)의 배향막(미도시)에 따라 배치된다.
그 결과, 액정 층(115)의 전기장의 존부에 따라 영상 형성 유닛(액정 패널) (110)의 광학적 성질이 달라질 수 있다.
예를 들어, 액정 층(115)에 전기장이 형성되면 액정 층(115)의 액정 분자(115a)의 배치로 인하여 제1 편광 필름(111)에 의하여 편광된 광이 제2 편광 필름(119)를 통과하지 못한다. 다시 말해, 액정 층(115)에 전기장이 형성된 화소(P)에서 광이 영상 형성 유닛(110)에 의하여 차단된다.
또한, 액정 층(115)에 전기장이 형성되지 않으면 액정 층(115)의 액정 분자(115a)의 배치로 인하여 제1 편광 필름(111)에 의하여 편광된 광이 제2 평광 필름(119)를 통과할 수 있다. 다시 말해, 액정 층(115)에 전기장이 형성되지 않은 화소(P)에서 광이 영상 형성 유닛(110)을 투과할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 영상 형성 유닛(110)은 화소(P)(더욱 상세하게는 화소에 포함된 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소) 별로 독립적으로 광 투과성을 제어할 수 있다. 그 결과, 복수의 화소(P)에 의한 광이 조합되어, 디스플레이 장치(100)의 스크린(102)에 영상(I)이 표시될 수 있다.
이하에서는 백 라이트 유닛(200)에 대하여 설명한다.
백 라이트 유닛(200)은 광원의 위치에 따라 직하형 백 라이트 유닛(direct-tyep back light unit)과 에지형 백 라이트 유닛(edge-type back light unit)으로 구분될 수 있다.
우선, 직하형 백 라이트 유닛에 대하여 설명한다.
도 4는 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛을 분해 도시하고, 도 5a 및 도 5b은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 측단면을 도시한다. 또한, 도 6는 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에 포함된 광원과 반사 시트의 결합을 도시하고, 도 7은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에 포함된 광 흡수 물질의 분자 구조를 도시한다.
도 4, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 직하형 백 라이트 유닛(200)은 광을 생성하는 발광 모듈(210), 광을 반사시키는 반사 시트(220), 광을 분산시키는 확산판(diffuser plate) (230), 광 휘도를 향상시키는 광학 시트(240)를 포함한다.
발광 모듈(210)은 광을 방출하는 복수의 광원(211), 복수의 광원(211)을 지지/고정하는 지지체(212)를 포함할 수 있다.
복수의 광원(211)은 도 4에 도시된 바와 같이 백 라이트 유닛(200)의 최후방에 균일하게 배치될 수 있으며, 전방을 향하여 광을 방출할 수 있다.
또한, 복수의 광원(211)이 방출한 광이 가능한 한 균일한 휘도를 갖도록 복수의 광원(211)은 미리 정해진 패턴으로 배치될 수 있다. 구체적으로, 하나의 광원과 그에 인접한 광원들 사이의 거리가 동일해지도록 복수의 광원(211)을 배치할 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 인접한 4개의 광원에 의하여 정사각형이 형성되도록 복수의 광원의 행과 열을 맞추어 배치될 수 있다. 그 결과, 하나의 광원은 4개의 광원과 인접하게 배치되며, 하나의 광원과 그에 인접한 4개의 광원 사이의 거리는 모두 동일할 수 있다.
다른 예로, 복수의 광원은 복수의 행으로 배치될 수 있으며, 각각의 행에 속하는 광원은 인접한 행에 속하는 2개의 광원의 중앙에 배치될 수 있다. 그 결과, 인접한 3개의 광원에 의한 정삼각형이 형성되도록 복수의 광원이 배치된다. 또한, 하나의 광원은 6개의 광원과 인접하게 배치되며, 하나의 광원과 그에 인접한 6개의 광원 사이의 거리는 모두 동일할 수 있다.
다만, 복수의 광원(211)이 배치되는 패턴은 이상에서 설명한 패턴에 한정되지 않으며, 복수의 광원(211)이 방출한 광이 가능한 한 균일한 휘도록 갖도록 복수의 광원(211)은 다양한 패턴으로 배치될 수 있다.
광원(211)은 전력이 공급되면 단색광(특정한 파장의 광, 예를 들어 청색 광) 또는 백색광(다양한 파장의 광이 혼합된 광)을 다양한 방향으로 방출할 수 있는 소자를 채용할 수 있다.
예를 들어, 광원(211)은 발열량이 적은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 또는 냉-음극관(Cold Cathode Fluorescence Lamp, CCFL) 등을 채용할 수 있다.
특히, 광원(211)이 백색 광을 방출하는 경우, 광원(211)은 고 에너지 광인 청색 광을 방출하는 청색 발광 다이오드와 청색 광을 흡수하여 녹색 광 및 적색 광을 방출하는 적/녹(RG) 형광체를 포함할 수 있다. 여기서, 백색 광은 적색 광, 녹색 광 및 청색 광이 혼합되거나 청색광과 황색 광이 혼합된 광으로 정의한다.
또한, 광원(211)은 고 에너지 광인 청색 광을 방출하는 청색 발광 다이오드와 청색 광을 흡수하여 황색 광을 방출하는 황색(YAG) 형광체를 포함할 수도 있다. 또한, 광원(211)은 청색 발광 다이오드와 최근 개발된 KSF(K2SiF6) 형광체 또는 KTF(K2TiF6) 형광체를 포함할 수 있다.
또한, 광원(211)은 적색 광을 방출하는 적색 발광 다이오드, 녹색 광을 방출하는 녹색 발광 다이오드 및 청색 광을 방출하는 청색 발광 다이오드를 포함하고, 각각의 단색 광을 혼합하기 위한 광 혼합체를 포함할 수 있다.
지지체(212)는 광원(211)의 위치가 변경되지 않도록 복수의 광원(211)을 고정할 수 있다. 또한, 지지체(212)는 광원(211)이 광을 방출하기 위한 전력을 각각의 광원(211)에 공급할 수 있다.
또한, 지지체(212)는 복수의 광원(211)의 배치에 따라 복수 개가 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 광원(211)이 행을 맞추어 배치된 경우, 지지체(212)는 복수의 광원(211)의 행과 동일한 개수가 마련되고, 복수의 지지체(212) 각각은 동일한 행에 속하는 광원(211)을 고정할 수 있다.
이러한 지지체(212)는 복수의 광원(211)을 고정하고, 광원(211)에 전력을 공급하기 위한 전도성 전력 공급 라인이 형성된 합성 수지로 구성되거나, 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)로 구성될 수 있다.
반사 시트(220)는 입사된 광 중 특정한 파장 범위의 광을 흡수하는 선택적 광 흡수 층(221)과 후방을 향하여 진행하는 광을 전방으로 또는 전방과 근사한 방향으로 반사시키는 반사 필름(222)을 포함할 수 있다.
반사 시트(220)에는 발광 모듈(210)의 광원(211)에 대응하는 위치에 관통홀(220a)이 형성된다. 또한, 발광 모듈(210)의 광원(211)은 도 5에 도시된 바와 같이 관통 홀(220a)을 통과하여, 반사 시트(220) 전방으로 돌출될 수 있다.
구체적으로, 도 6의 상측에 도시된 바와 같이 반사 시트(220)와 발광 모듈(210)의 조립 과정에서 발광 모듈(210)의 광원(211)은 반사 시트(220)에 형성된 관통홀(220a)에 삽입된다. 그 결과, 도 6의 하측에 도시된 바와 같이 발광 모듈(210)의 지지체(212)는 반사 시트(220)의 후방에 위치하지만, 발광 모듈(210)의 광원(211)은 반사 시트(220)의 전방에 위치한다.
그 결과, 광원(211)은 반사 시트(220)의 전방에서 광을 방출할 수 있다.
광원(211)은 반사 시트(220)의 전방에서 광을 방출하고 광원(211)은 다양한 방향으로 광을 방출하므로, 광원(211)으로부터 방출된 광의 일부는 후방으로 진행할 수 있다. 반사 시트(220)의 반사 필름(221)은 광원(211)으로부터 후방으로 방출된 광을 전방으로 반사시킬 수 있다.
또한, 광원(211)으부터 방출된 광은 확산판(230) 및 광학 시트(240) 등 다양한 물체를 통과한다. 광이 확산판(230) 및 광학 시트(240)를 통과할 때, 입사된 광 중 일부는 확산판(230) 및 광학 시트(240)를 통과하지 못하고, 확산판(230) 및 광학 시트(240)의 표면에서 반사된다. 이처럼, 확산판(230) 및 광학 시트(240) 등에 의하여 반사된 광 역시 후방으로 진행한다. 반사 시트(220)의 반사 필름(222)은 확산판(230) 및 광학 시트(240)에 의하여 반사된 광을 다시 전방으로 반사시킬 수 있다.
반사 필름(222)은 백 라이트 유닛(200)의 후방으로 진행하는 광을 전방으로 반사시킬 수 있다.
이러한, 반사 필름(222)은 모재(base materials)에 반사율이 높은 물질을 코딩하여 제조될 수 다. 예를 들어, 페트(polyethylene terephthalate, PET) 등의 모재 상에 고반사율을 갖는 폴리머(polymer)를 코팅함으로써 반사 필름(222)이 제조될 수 있다.
선택적 광 흡수 층(221)은 반사 필름(222) 상에 특정한 파장 범위의 광을 선택적으로 흡수하는 선택적 광 흡수 물질을 도포함으로써 제조될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 선택적 광 흡수 층(221)은 반사 필름(222) 상에 선택적 광 흡수 물질이 함유된 시트를 마련함으로써 제조될 수 있다.
선택적 광 흡수 물질은 특정한 파장 범위의 광만을 선택적으로 흡수할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 디스플레이 장치(100)가 표현할 수 있는 색의 영역을 향상시키기 위해서는 각각의 색상 화소(R, G, B)가 원색(적색, 녹색, 청색)에 근접한 색상을 방출하여야 한다.
각각의 색상 화소(R, G, B)가 원색(적색, 녹색, 청색)에 근접한 색상을 방출하기 위해서는 앞서 설명한 컬러 필름(117)에 포함된 적색 필름(117r), 녹색 필름(117g) 및 청색 필름(117b)가 적색, 녹색 및 청색의 광만을 투과시키거나, 광원(211)이 적색, 녹색 및 청색의 광만을 방출하여야 한다.
그러나, 통상적으로 컬러 필름(117)는 적색, 녹색 및 청색의 광 뿐만 아니라 그 인근 파장의 광을 함께 투과시킨다. 예를 들어, 적색 필름(117r)는 적색 광 뿐만 아니라 적색 광과 유사한 파장을 갖는 오렌지 색 광의 일부를 투과시킨다. 또한, 녹색 필름(117g)는 녹색 광과 함께, 녹색과 유사한 파장을 갖는 황색 광을 함께 투과시키고, 청색 필름(117b)는 청색 광과 함께, 청색과 유사한 파장을 갖는 보라색 광을 함께 투과시킬 수 있다.
또한, 광원(211) 역시 적색, 녹색 및 청색의 광 뿐만 아니라, 그 인근 파장의 광을 함께 방출한다. 예를 들어, 광원(211)이 청색 발광 다이오드와 적/녹 형광체를 포함하는 경우, 광원(211)은 적색, 녹색 및 청색 뿐만 아니라, 형광체에 의하여 황색의 광을 함께 방출한다. 또한, 광원(211)이 청색 발광 다이오드와 황색 형광체를 포함하는 경우, 광원(211)은 청색과 황색의 광을 방출한다.
이처럼, 광원(211)은 적색, 녹색 및 청색 광과 함께 적색, 녹색 및 청색 광과 유사한 파장을 갖는 광을 방출하고, 컬러 필름(117)는 적색, 녹색 및 청색 광과 함께 적색, 녹색 및 청색 광과 유사한 파장을 갖는 광을 투과시키므로, 디스플레이 장치(100)가 표현할 수 있는 색 영역은 한계를 갖는다.
이러한 컬러 필름(117)와 광원(211)의 한계를 극복하기 위하여, 선택적 광 흡수 물질이 이용될 수 있다.
구체적으로, 선택적 광 흡수 물질은 적색 광의 파장과 녹색 광의 파장 사이의 파장을 갖는 광 즉 황색 광을 흡수하거나, 녹색 광의 파장과 청색 광의 파장 사이의 파장을 갖는 광을 흡수함으로써 각각의 색상 화소(R, G, B)가 원색(적색, 녹색, 청색)에 가까운 광을 방출하게 할 수 있다.
특히, 광원(211)이 청색 발광 다이오드와 적/녹 형광체를 포함하는 경우, 적색 광의 파장과 녹색 광의 파장 사이의 파장을 갖는 황색 광을 선택적으로 흡수함으로써, 광원(211)으로부터 방출되는 황색 광을 선택적으로 흡수할 수 있다. 그 결과, 백 라이트 유닛(200)은 적색, 녹색 및 청색이 혼합된 백색광을 방출할 수 있고, 디스플레이 장치(100)의 표현 가능한 색-영역이 확장될 수 있다.
예를 들어, 선택적 광 흡수 물질은 대략 585nm 파장의 광을 최대로 흡수하고 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 다른 파장의 광에 비하여 더 많이 흡수할 수 있다. 다시 말해, 선택적 광 흡수 물질은 황색과 주황색 파장 범위의 광을 흡수할 수 있다.
이러한 선택적 광 흡수 물질은 황색과 주황색 파장 범위의 광을 선택적으로 흡수할 수 있는 유기 물질을 투명한 유기 용제에 혼합하여 제조될 수 있다.
선택적 광 흡수 물질을 제조하기 위한 유기 물질의 일 예로 포르피라진(Porphyrazine)으로 널리 알려진 테트라-아자-포르피린(TAP, Tetra-Aza-Porphyrin)가 있다.
테트라-아자-포르피린은 포르피린(Porphyrin), 프탈로시아닌 (phthalocyanine) 등과 유사한 테트라피롤 마이크로싸이클(tetrapyrrole macrocycle)이다. 구체적으로, 테트라-아자-포르피린은 8개의 질소 원자(N), 4쌍의 염기(R1, R2), 복수의 탄소 원자(C)와 수소 원자(H)를 포함하는 환상 구조로 구성된다.
또한, 테트라-아자-포르피린은 자외선, 적색광 및 근적외선을 흡수하는 물질로 널리 알려져 있다. 구체적으로, 테트라-아자-포르피린은 300nm 내지 400nm 파장의 광 및 600nm 이상의 광을 흡수할 수 있다.
이때, 테트라-아자-포르피린의 4쌍의 염기(R1, R2) 중에 어느 하나의 염기를 금속 원자(X)와 인(P)로 대체하면, 테트라-아자-포르피린의 광학적 성질이 변화한다. 구체적으로, 테트라-아자-포르피린은 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 다른 파장을 갖는 광보다 현저하게 더 많이 흡수할 수 있다.
예를 들어, 금속 원자(X)로 구리(Cu), 크롬(Cr), 바나듐(V) 및 몰리브덴(molybdenum) 중 적어도 하나가 이용된 경우, 테트라-아자-포르피린은 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 다른 파장을 갖는 광보다 현저하게 더 많이 흡수할 수 있다. 이러한, 테트라-아자-포르피린은, 금속 원자(X) 뿐만 아니라 추가적인 작용기(functional group)를 이용하여 특정한 파장의 광을 흡수할 수도 있다.
여기서, 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광은, 황색 및 주황색의 광이므로, 구리, 크롬, 바나듐 및 몰리브덴 중 적어도 하나가 금속 원자로 이용되면 테트라-아자-포르피린은 황색 광 및 주황색 광을 주로 더 흡수할 수 있다.
또한, 테트라-아자-포르피린은 이외의 다른 파장의 광은 거의 흡수하지 않거나, 일부만 흡수한다. 따라서 570nm에서 610nm까지 범위 이외의 파장을 갖는 광은 대체적으로 테트라-아자-포르피린에 흡수되지 않고, 테트라-아자-포르피린을 투과할 수 있다.
이처럼, 테트라-아자-포르피린을 포함하는 선택적 광 흡수 물질은 황색 광 또는 주황색 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
반사 시트(220)는 백 라이트 유닛(200)의 후방으로 진행하는 광을 전방으로 반사시키고, 입사되는 광 중 황색 광 또는 주황색 광의 일부를 흡수할 수 있다.
확산판(230)는 발광 모듈(210) 및 반사 시트(220)의 전방에 마련될 수 있으며, 발광 모듈(210)의 광원(211)으로부터 방출된 광을 고르게 분산시킬 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 광원(211)은 백 라이트 유닛(200)의 후면의 곳곳에 위치한다. 비록, 광원(211)이 백 라이트 유닛(200)의 후면에 등간견으로 배치되나, 광원(211)의 위치에 따라 휘도의 불균일이 발생한다.
확산판(230)은 광원(211)으로 인한 휘도의 불균일을 제거하기 위하여 광원(211)으로부터 방출된 광을 확산판(230) 내에서 확산시킬 수 있다. 다시 말해, 확산판(230)는 광원(211)의 불균일한 광을 입력받고, 전면으로 균일한 광을 방출할 수 있다. 특히, 광원(211)으로부터 방출된 광이 직접 확산판(230)를 투과함으로써 휘도의 균일성이 상실되지 않도록 확산판(230)는 우유빛의 색상을 가지며, 확산판(230)의 광 투과율은 대략 50~70%가 된다.
이러한 확산판(230)는 광을 투과 및 확산시키는 코어(core)와 코어를 보호하고 광을 확산시키는 한 쌍의 스킨(skin)으로 구성될 수 있다. 코어는 광 확산을 위한 확산제가 첨가된 폴리 메틸 메타아크릴레이트(poly methyl methacrylate, PMMA) 또는 폴리 카보네이트(polycarbonate, PC) 등을 채용할 수 있다. 스킨은 코어를 보호하기 위한 자외선 차단제가 첨가된 폴리 메틸 메타아크릴레이트(poly methyl methacrylate, PMMA) 또는 폴리 카보네이트(polycarbonate, PC) 등을 채용할 수 있다.
광학 시트(240)는 도 5a에 도시된 바와 같이, 휘도 및 휘도의 균일성을 향상시키기 위한 다양한 시트를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광학 시트(240)는 확산 시트(241), 제1 프리즘 시트(242), 제2 프리즘 시트(243), 선택적 광 흡수 시트(244), 반사형 편광 시트(245)를 포함할 수 있다.
확산 시트(241)는 휘도의 균일성을 위하여 광을 확산시킨다. 광원(211)으로부터 방출된 광은 확산판(230)에 의하여 확산되고, 광학 시트(240)에 포함된 확산 시트(241)에 의하여 다시 확산될 수 있다.
확산판(230)와 확산 시트(241)에 의하여 점 광원으로 인한 휘도의 불균일성을 해소하고, 디스플레이 장치(100)의 스크린(102) 전체적으로 균일한 휘도와 균일한 색상의 광이 방출될 수 있다.
확산 시트(241)를 통과한 광은 확산 시트(241)의 면과 수직한 방향으로 확산됨으로써 휘도가 급격히 감소할 수 있다.
제1 및 제2 프리즘 시트(242, 243)는 확산 시트(241)에 의하여 확산된 광을 집광시킴으로써 휘도를 증가시킨다.
제1 및 제2 프리즘 시트(242, 243)는 삼각 프리즘 형상의 프리즘 패턴을 포함하고, 이 프리즘 패턴은 복수 개가 인접 배열되어 복수 개의 띠 모양을 이룬다.
이때, 제1 프리즘 시트(242)의 프리즘 패턴이 배열되는 방향과 제2 프리즘 시트(243)의 프리즘 패턴이 배열되는 방향은 서로 수직한다. 예를 들어, 제1 프리즘 시트(242)가 좌우 방향으로 배열되면, 제2 프리즘 시트(243)의 프리즘 패턴을 상하 방향으로 배열될 수 있다.
제1 및 제2 프리즘 시트(242, 243)를 통과한 광은 대략 70도의 시야각을 가지며, 백 라이트 유닛(200)의 전방으로 진행하며, 휘도 역시 개선된다.
선택적 광 흡수 시트(244)은 반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221)과 마찬가지로 특정한 파장 범위의 광을 선택적으로 흡수한다. 다만, 반사 시트(220)가 특정한 파장 범위의 광을 선택적으로 흡수하고 다른 파장의 광은 반사하는데 비하여, 선택적 광 흡수 시트(244)은 특정한 파장 범위의 광을 선택적으로 흡수하고 다른 파장의 광은 투과시킨다.
선택적 광 흡수 시트(244)은 모재(base materials)에 선택적 광 흡수 물질을 코팅하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 페트(polyethylene terephthalate, PET) 등의 모재 상에 테트라-아자-포르피린을 코팅함으로써 선택적 광 흡수 시트(244)이 제조될 수 있다. 여기서 테트라-아자-포르피린은 테트라-아자-포르피린의 4쌍의 염기(R1, R2) 중에 어느 하나의 염기를 금속 원자(X)와 인(P)로 대체한 물질을 의미한다.
이러한, 선택적 광 흡수 시트(244)은 황색과 주황색 파장 범위의 광을 선택적으로 흡수하고, 다른 파장 범위의 광을 투과시킬 수 있다.
또한, 반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221)과 광학 시트(240)의 선택적 광 흡수 시트(244)에서 2중으로 황색과 주황색 파장 범위의 광을 선택적으로 흡수함으로써, 디스플레이 장치(100)가 재현 가능한 색 영역은 더욱 확장될 수 있다.
반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221)과 광학 시트(240)의 선택적 광 흡수 시트(244)의 효과에 대해서는 아래에서 더욱 자세하게 설명한다.
반사형 편광 시트(245)은 편광 필름의 일종으로 휘도 향상을 위하여 입사된 광 중 일부를 투과시키고, 나머지를 반사할 수 있다. 예를 들어, 반사형 편광 시트(245)의 미리 정해진 편광 방향과 동일한 방향의 편광을 투과시키고, 반사형 편광 시트(245)의 편광 방향과 다른 방향의 편광을 반사할 수 있다.
이때, 반사형 편광 시트(245)의 편광 방향은 앞서 설명한 영상 형성 유닛(110)에 포함된 제1 편광 필름(111)의 편광 방향과 동일할 수 있다. 그 결과, 반사형 편광 시트(245)을 투과한 광은 영상 형성 유닛(110)에 포함된 제1 편광 필름(111)도 투과할 수 있다.
또한, 반사형 편광 시트(245)에 의하여 반사된 광은 백 라이트 유닛(200) 내부에서 재활용되며, 이러한 광 재활용(light recycle)에 의하여 디스플레이 장치(100)의 휘도가 향상될 수 있다.
광 재활용에 대해서는 아래에서 반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221)과 광학 시트(240)의 선택적 광 흡수 시트(244)의 효과와 함께 자세하게 설명하기로 한다.
광학 시트(240)는 도 5a에 도시된 시트 또는 필름에 한정되지 않으며, 보호 시트 등 더욱 다양한 시트 또는 필름을 포함할 수 있다.
뿐만 아니라, 확산 시트(241), 제1 프리즘 시트(242), 제2 프리즘 시트(243), 선택적 광 흡수 시트(244), 반사형 편광 시트(245)의 적층 순서는 도 5a에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 5a에는 선택적 광 흡수 시트(244)이 반사형 편광 시트(245)와 프리즘 시트(242, 243) 사이에 마련된 것으로 도시하였으나, 선택적 광 흡수 시트(244)은 반사형 편광 시트(245)의 전면에 마련되거나, 프리즘 시트(242, 243)와 확산 시트(241) 사이에 마련되거나, 확산 시트(241)의 후면에 마련될 수도 있다. 다시 말해, 선택적 광 흡수 시트(244)의 위치는 도 5a에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다.
또한, 광학 시트(240)는 도 5a에 도시된 시트 또는 필름 중에 적어도 일부가 생략될 수 있다.
예를 들어, 광학 시트(240)는 도 5b에 도시된 바와 같이, 확산 시트(241), 제1 프리즘 시트(242), 제2 프리즘 시트(243), 반사형 편광 시트(245)를 포함할 수 있다.
이때, 반사형 편광 시트(245)의 전면에는 선택적 광 흡수 물질(244a)이 도포될 수 있다. 예를 들어, 반사형 편광 시트(245)의 전면에는 테트라-아자-포르피린(TAP, Tetra-Aza-Porphyrin)이 도포될 수 있다.
그 결과, 반사형 편광 시트(245)는 편광 방향에 따라 선택적으로 광을 반사시킬 수 있을 뿐만 아니라, 파장에 따라 선택적으로 광을 흡수할 수도 있다.
예를 들어, 반사형 편광 시트(245)는 미리 정해진 편광 방향과 동일한 방향의 편광을 투과시키고, 미리 정해진 편광 방향과 다른 방향의 편광은 반사할 수 있다. 또한, 반사형 편광 시트(245)는 미리 정해진 파장 범위의 광(예를 들어, 570nm에서 610nm까지 범위의 광)을 선택적으로 흡수하고, 미리 정해진 파장 범위 이외의 광은 투과시킬 수 있다.
그러나, 선택적 광 흡수 물질(244a)이 반사형 편광 시트(245)의 전면에 도포되는 것에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 선택적 광 흡수 물질(244a)은 반사형 편광 시트(245)의 후면에 도포되거나, 제2 프리즘 시트(243)의 전면 또는 후면에 도포되거나, 제1 프리즘 시트(242)의 전면 또는 후면에 도포되거나, 확산 시트(241)의 전면 또는 후면에 도포될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 디스플레이 장치(100)는 영상 형성 유닛(110)과 백 라이트 유닛(200)을 포함할 수 있다. 또한, 백 라이트 유닛(200)은 디스플레이 장치(100)가 재현할 수 있는 색 영역을 향상시키기 위하여, 반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221)과 광학 시트(240)의 선택적 광 흡수 시트(244)를 포함할 수 있다. 또한, 백 라이트 유닛(200)은 선택적 광 흡수 물질(244a)이 도포된 광학 시트(240)를 포함할 수도 있다.
이하에서는 백 라이트 유닛(200) 내에서의 광 재활용 및 광의 선택적 흡수에 관하여 설명한다.
우선, 광 재활용 및 광학 시트(240)의 선택적 광 흡수 시트(244)에 의한 선택적 광 흡수에 대하여 설명한다.
도 8은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에 포함된 광원의 구성 및 광원으로부터 방출되는 광의 스펙트럼을 도시한다.
앞서 설명한 바와 같이 발광 모듈(210)은 광을 방출하는 복수의 광원(211), 복수의 광원(211)을 지지/고정하는 지지체(212)를 포함할 수 있다.
이때, 광원(211)은 도 8의 좌측에 도시된 바와 같이 청색 광을 방출하는 청색 발광 다이오드(211a)와 청색 광을 흡수하고 적색 광 및 녹색 광 또는 황색을 방출하는 형광체(211b)를 포함할 수 있다.
청색 발광 다이오드(211a)는 갈륨-질소 화합물(GaN)에 인듐(In)을 첨가한 인듐-갈륨-질소 화합물(InGaN)로부터 제조될 수 있다.
갈륨-질소 화합물(GaN)은 에너지 밴드 갭(Energy Band Gap)이 대략 3.4eV 이고, 365nm 파장의 근자외선을 방출할 수 있다. 또한, 인듐-질소 화합물(InN)은 에너지 밴드 갭이 대략 0.8eV이고, 적외선을 방출할 수 있다.
이때, 갈륨-질소 화합물(GaN)에 인듐(In)을 첨가하면, 인듐(In)의 첨가 비율에 따라 에너지 밴드 갭(Energy Band Gap)이 대략 3.4eV에서 0.8eV까지 변화한다. 갈륨-질소 화합물(GaN)에 첨가되는 인듐(In)의 비율을 조절하면, 인듐-갈륨-질소 화합물(InGaN)은 대략 450nm 파장의 청색 광을 방출할 수 있다.
인듐-갈륨-질소 화합물(InGaN)에 불순물을 주입함으로써 인듐-갈륨-질소 화합물(InGaN)의 p-n 접합이 제조될 수 있으며, p-n 접합은 대략 450nm 파장의 청색 광을 방출할 수 있다.
형광체(211b)는 외부로부터 빛 또는 열 등의 에너지를 흡수하고, 흡수된 에너지를 가시 광선으로 변화하여, 가시 광선을 방출하는 무기 발광 물질(Inorganic luminescence materials)이다.
구체적으로, 형광체(211b)는 가넷(Garnets), 실리케이드(Silicates), 황화물(Sulfides), 산질화물(Oxy-nitrides), 질화물(Nitrides) 등의 모재(base materials)에 발광에 직접적인 역할을 수행하는 활성 이온을 첨가하여 제조될 수 있다. 여기서, 활성 이온으로는 유로퓸(europium, Eu) 이온 또는 세륨(cerium, Ce)가 널리 이용된다.
예를 들어, 황화물 또는 질화물에 유로퓸 이온을 첨가한 경우 형광체(211b)는 적색 및 녹색 광을 방출할 수 있다. 이처럼, 적색 및 녹색 광을 방출하는 형광체를 적/녹(RG) 형광체라 한다. 그러나, 적/녹 형광체가 적색 광과 녹색 광만을 방출하는 것은 아니며, 녹색 광의 파장과 적색 광의 파장의 사이의 파장을 갖는 황색 광 또는 주황색 광을 함께 방출할 수 있다.
또한, 가넷(Y3Al5O12:YAG 또는 Tb3Al5O12:TAG)에 세륨 이온을 첨가한 경우 형광체(211b)는 황색 광을 방출할 수 있다. 이처럼, 황색 광을 방출하는 형광체를 황색 형광체라 한다.
형광체(211b)는 청색 발광 다이오드(211a)로부터 방출된 청색 광의 일부는 흡수하고, 나머지 일부는 투과시킬 수 있다. 또한, 형광체(211b)는 그 종류에 따라 흡수한 청색 광을 적색 및 녹색으로 변환하여 방출하거나(적/녹 형광체의 경우), 황색으로 변환하여 방출할 수 있다(황색 형광체의 경우).
광원(211)이 적/녹 형광체를 포함한 경우, 광원(211)은 도 8의 우측에 도시된 바와 같이 대략 450nm 파장의 청색 광(BL), 대략 535nm 파장의 녹색 광(GL) 및 대략 620nm 파장의 적색 광(RL)을 방출할 수 있다. 다시 말해, 적/녹 형광체를 포함한 광원(211)은 청색 광(BL), 녹색 광(GL) 및 적색 광(RL)이 혼합된 백색 광을 방출할 수 있다.
그러나, 적/녹 형광체를 포함한 광원(211)이 청색 광(BL), 녹색 광(GL) 및 적색 광(RL)만을 방출하는 것은 아니다. 도 8의 우측에 도시된 바와 같이 광원(211)은 청색 광(BL), 녹색 광(GL) 및 적색 광(RL)과 함께 황색 광(YL) 또는 주황색 광(OL)을 방출한다.
또한, 광원(211)이 황색 형광체를 포함한 경우, 광원(211)은 청색 광과 황색 광을 방출할 수 있다. 다시 말해, 황색 형광체를 포함하는 광원(211)은 청색 광과 황색 광이 혼합된 백색 광을 방출할 수 있다.
도 9은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에 포함된 선택적 광 흡수 시트에 의한 광의 선택적 흡수를 도시하고, 도 10은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에 포함된 선택적 광 흡수 시트의 광 투과율을 도시한다.
도 9에 도시된 바와 같이 광(L1)은 광원(211)으로부터 백 라이트 유닛(200)의 전방을 향하여 방출된다.
광원(211)으로부터 방출된 광(L1)은 확산판(230)를 통과한다. 확산판(230)을 통과하는 동안 광(L1)은 확산판(230) 내에서 고르게 분산된다.
이후, 광(L1)은 확산 시트(241), 제1 프리즘 시트(242) 및 제2 프리즘 시트(243)를 통과한다. 확산 시트(241)를 통과하는 동안 광(L1)은 확산 시트(241)에서 다시 분산되고, 제1 및 제2 프리즘 시트(243)를 통과하는 동안 광(L1)은 확산되고, 휘도가 향상된다.
이후, 광(L1)은 선택적 광 흡수 시트(244)을 통과한다. 앞서 설명한 바와 같이 선택적 광 흡수 시트(244)은 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 선택적을 흡수하는 테트라-아자-포르피린을 포함한다.
예를 들어, 선택적 광 흡수 시트(244)은 도 10에 도시된 바와 같은 광 투과율(PR)을 가질 수 있다. 도 10에 도시된 바에 의하면, 선택적 광 흡수 시트(244)은 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장에서 현저하게 낮은 광 투과율(PR)을 갖는다.
구체적으로, 대략 570nm에서 610nm까지 범위 이외의 파장에서 선택적 광 흡수 시트(244)의 광 투과율(PR)은 대략 80%이다. 반면, 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장에서 선택적 광 흡수 시트(244)의 광 투과율(PR)은 급격히 감소하고, 대략 585nm 파장에서 선택적 광 흡수 시트(244)의 광 투과율(PR)은 대략 50% 이하가 된다.
대략 570nm에서 610nm까지 범위 이외의 파장에서의 광 투과율(PR)보다 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장에서의 광 투과율(PR)이 낮은 것은 선택적 광 흡수 시트(244)이 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 선택적으로 흡수하는 것을 의미한다.
다시 말해, 광(L1)이 선택적 광 흡수 시트(244)을 통과하는 동안, 선택적 광 흡수 시트(244)은 입사된 광(L1) 중에 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 선택적으로 흡수할 수 있으며, 선택적 광 흡수 시트(244)을 통과한 이후 광(L1)은 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장에서 세기가 대략 50% 이하로 감소할 수 있다.
다만, 도 10에 도시된 광 투과율(PR)은 선택적 광 흡수 시트(244)의 광 투과율(PR)의 일 예에 불과하며, 선택적 광 흡수 시트(244)의 광 투과율(PR)이 도 10에 도시된 바에 한정되지 않는다.
예를 들어, 선택적 광 흡수 시트(244)의 광 투과율(PR)의 최소 점은 585nm에 한정되지 않으며, 황색 광 또는 주황색 광의 파장(570nm 내지 610nm)에 해당하면 어느 파장이라도 선택적 광 흡수 시트(244)의 광 투과율(PR)의 최소 점이 될 수 있다.
또한, 선택적 광 흡수 시트(244)의 광 투과율(PR)의 최소 값은 50%에 한정되지 않으며, 이보다 크거나 작을 수 있다.
이후, 광(L2)은 반사형 편광 시트(245)로 입사된다. 앞서 설명한 바와 같이 반사형 편광 시트(245)의 미리 정해진 편광 방향과 동일한 방향의 편광을 투과시키고, 반사형 편광 시트(245)의 편광 방향과 다른 방향의 편광을 반사할 수 있다.
다시 말해, 반사형 편광 시트(245)로 입사된 광(L2) 중 편광 방향이 반사형 편광 시트(245)의 편광 방향과 일치하는 광은 반사형 편광 시트(245)을 통과하고, 편광 방향이 반사형 편광 시트(245)의 편광 방향과 상이한 광은 반사형 편광 시트(245)으로부터 반사될 수 있다.
반사형 편광 시트(245)을 통과한 광(L13)은 백 라이트 유닛(200) 외부로 방출될 수 있다.
반면, 반사형 편광 시트(245)으로부터 반사된 광(L3)은 선택적 광 흡수 시트(244), 제2 및 제1 프리즘 시트(243, 242), 확산 시트(241) 및 확산판(230)를 거쳐 반사 시트(220)로 입사된다.
도 11은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에서 광의 진행의 다른 일 예를 도시하고, 도 12은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에 포함된 반사 시트의 광 투과율의 일 예를 도시한다.
도 11에 도시된 바와 같이 반사형 편광 시트(245)으로부터 반사된 광(L3)은 백 라이트 유닛(200)의 후방으로 진행하며, 반사 시트(220)에 입사된다.
앞서 설명한 바와 같이 반사 시트(220)는 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 선택적으로 흡수하는 선택적 광 흡수 층(221)과 입사된 광을 반사하는 반사 필름(222)을 포함할 수 있다. 그 결과, 반사 시트(220)는 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 선택적으로 흡수하고, 나머지 광을 반사시킬 수 있다.
예를 들어, 반사 시트(220)는 도 12에 도시된 바와 같은 광 반사율(RR)을 가질 수 있다. 도 12에 도시된 바에 의하면, 반사 시트(220)는 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장에서 현저하게 낮은 광 반사율(RR)을 갖는다.
대략 570nm에서 610nm까지 범위 이외의 파장에서 반사 시트(220)의 광 반사율(RR)은 대략 90% 이상이다. 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장에서 반사 시트(220)의 광 반사율(RR)은 급격히 감소하고, 대략 585nm 파장에서 반사 시트(220)의 광 반사율(RR)은 대략 65%가 된다.
대략 570nm에서 610nm까지 범위 이외의 파장에서의 광 반사율(RR)보다 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장에서의 광 반사율(RR)이 낮은 것은 반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221)이 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 선택적으로 흡수하는 것을 의미한다.
다시 말해, 광(L3)이 반사 시트(220)에 반사될 때, 반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221)은 입사된 광(L3) 중에 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 선택적으로 흡수할 수 있으며, 반사 시트(220)에 의하여 반사된 광(L4)은 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장에서 광의 세기가 대략 65%로 감소할 수 있다.
다만, 도 12에 도시된 광 반사율(RR)은 반사 시트(220)의 광 반사율(RR)의 일 예에 불과하며, 반사 시트(220)의 광 반사율(RR)이 도 12에 도시된 바에 한정되지 않는다.
예를 들어, 반사 시트(220)의 광 반사율(RR)의 최소 점은 585nm에 한정되지 않으며, 황색 광 또는 주황색 광의 파장(570nm 내지 610nm)에 해당하면 어느 파장이라도 반사 시트(220)의 광 반사율(RR)의 최소 점이 될 수 있다.
또한, 반사 시트(220)의 광 반사율(RR)의 최소 값은 65%에 한정되지 않으며, 이보다 크거나 작을 수 있다.
도 13은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에서 광의 진행의 또 다른 일 예를 도시하고, 도 14은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에 포함된 선택적 광 흡수 시트의 광 투과율과 반사 시트의 광 투과율의 일 예를 도시한다.
앞서 설명한 선택적 광 흡수 시트(244)에서의 선택적 광 흡수와 반사 시트(220)에서의 선택적 광 흡수를 종합하면 도 13에 도시된 바와 같다.
광원(211)으로부터 방출된 광(L1)은 확산판(230), 확산 시트(241), 제1 및 제2 프리즘 시트(242, 243)를 거쳐 선택적 광 흡수 시트(244)에 입사된다.
광(L1)이 선택적 광 흡수 시트(244)을 통과하는 동안, 선택적 광 흡수 시트(244)은 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 선택적을 흡수한다.
선택적 광 흡수 시트(244)을 통과한 광(L2)은 반사형 편광 시트(245)으로 입사되고, 반사형 편광 시트(245)과 편광 방향이 동일한 광은 백 라이트 유닛(200) 외부로 방출되고, 반사형 편광 시트(245)과 편광 방향이 상이한 광은 백 라이트 유닛(200) 내부로 반사된다.
백 라이트 유닛(200) 내부로 반사된 광(L3)은 선택적 광 흡수 시트(244), 제2 및 제1 프리즘 시트(243, 242), 확산 시트(241) 및 확산판(230)를 거쳐 반사 시트(220)에 입사된다.
반사 시트(220)에서 광(L3)은 전방으로 반사되며, 광(L3)이 반사 시트(200)에서 반사되는 동안, 반사 시트(220)는 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 선택적을 흡수한다.
반사 시트(220)에 의하여 반사된 광(L4)은 다시 확산판(230), 확산 시트(241), 제1 및 제2 프리즘 시트(242, 243), 선택적 광 흡수 시트(244)를 거쳐 반사형 편광 시트(245)으로 입사된다. 반사형 편광 시트(245)에서 일부 광(L5)은 백 라이트 유닛(200) 밖으로 방출되고, 일부 광(L6)은 다시 백 라이트 유닛(200) 내부로 반사된다.
이처럼, 광이 반사형 편광 시트(245)과 반사 시트(220) 사이에서 순환하며, 광이 반사형 편광 시트(245)과 반사 시트(220) 사이에 순환하는 것을 광의 재활용이라 한다.
또한, 광이 재활용되는 광은 수차례 선택적 광 흡수 시트(244)을 통과하고, 반사 시트(220)에 의하여 반사되며, 선택적 광 흡수 시트(244)과 반사 시트(220)에 포함된 선택적 광 흡수 물질에 의하여 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광이 선택적으로 흡수된다.
결국, 광원(211)으로부터 방출된 광(L1) 중에서 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광이 선택적으로 흡수되고, 나머지 광(L2, L5)이 백 라이트 유닛(200)으로부터 방출된다. 다시 말해, 선택적 광 흡수 시트(244)의 광 투과율(PR)과 반사 시트(220)의 광 반사율(RR)이 중첩되어 백 라이트 유닛(200)으로부터 방출되는 광(L2, L5)에 반영된다.
또한, 선택적 광 흡수 시트(244)의 광 투과율(PR)과 반사 시트(220)의 광 반사율(RR)을 중첩하면 광원(211)으로부터 방출된 광(L1) 중에 백 라이트 유닛(200)이 방출하는 광(L2, L5)의 비율을 나타내는 광 투과/반사 비율(ER)이 된다.
예를 들어, 도 10에 도시된 선택적 광 흡수 시트(244)의 광 투과율(PR)과 도 12에 도시된 반사 시트(220)의 광 반사율(RR)을 중첩하면 도 14에 도시된 바와 같다. 도 14는 백 라이트 유닛(200)의 광 투과/반사 비율(ER)을 도시하며, 광 투과/반사 비율(ER)은 복수의 광원(211)으로부터 방출된 광이 선택적 광 흡수 시트(244)와 반사 시트(220)에 흡수되지 않은 비율을 나타낸다.
도 14에 도시된 바에 의하면, 백 라이트 유닛(200)의 광 투과/반사 비율(ER)은 대략 570nm에서 610nm까지 범위 이외의 파장에서 백 라이트 유닛(200)의 광 투과/반사 비율(ER)은 대략 80% 정도가 되며, 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장에서 백 라이트 유닛(200)의 광 투과/반사 비율(ER)은 급격히 감소한다. 또한, 대략 585nm 파장에서 백 라이트 유닛(200)의 광 투과/반사 비율(ER)은 대략 30%가 된다.
다시 말해, 광원(211)으로부터 방출된 광(L1) 중에 585nm 파장의 광은 70%가 선택적 광 흡수 시트(244) 및 반사 시트(220)에 의하여 흡수되고, 30%만이 백 라이트 유닛(200)으로부터 방출된다.
다만, 도 14에 도시된 광 투과/반사 비율(ER)은 백 라이트 유닛(200)의 광 투과/반사 비율(ER)의 일 예에 불과하며, 백 라이트 유닛(200)의 광 투과/반사 비율(ER)이 도 14에 도시된 바에 한정되지 않는다.
예를 들어, 백 라이트 유닛(200)의 광 투과/반사 비율(ER)의 최소 점은 585nm에 한정되지 않으며, 황색 광 또는 주황색 광의 파장(570nm 내지 610nm)에 해당하면 어느 파장이라도 백 라이트 유닛(200)의 광 투과/반사 비율(ER)의 최소 점이 될 수 있다.
또한, 백 라이트 유닛(200)의 광 투과/반사 비율(ER)의 최소 값은 30%에 한정되지 않으며, 이보다 크거나 작을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 백 라이트 유닛(200)은 광학 시트(240)의 선택적 광 흡수 시트(244)과 반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221)를 포함함으로써, 휘도의 손실은 최소화함과 동시에 디스플레이 장치(100)의 색 영역을 향상시키기 위하여 특정한 파장의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
우선, 광학 시트(240)의 선택적 광 흡수 시트(244)과 반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221)의 선택적 광 흡수 층(221)에 의한 휘도 손실에 관하여 설명한다.
도 15는 선택적 광 흡수 시트만을 포함한 백 라이트 유닛의 광 투과/반사 비율을 도시하고, 도 16은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 광 투과/반사 비율과 선택적 광 흡수 시트만을 포함한 백 라이트 유닛의 광 투과/반사 비율을 비교 도시한다.
만일 광학 시트(240)의 선택적 광 흡수 시트(244)과 반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221) 가운데 어느 하나만을 이용하는 경우에는 백 라이트 유닛의 휘도 손실이 더욱 증가할 수 있다.
앞서 예시한 도 10에 의하면 선택적 광 흡수 시트(244)은 대략 585nm 파장의 광에 대하여 대략 50% 만을 투과시키고, 도 14에 의하면 백 라이트 유닛(200)은 대략 585nm 파장의 광에 대하여 30% 만을 방출한다.
만일 백 라이트 유닛이 선택적 광 흡수 시트만을 포함한다면, 대략 585nm 파장의 광에 대한 광 투과율을 30%까지 낮추기 위하여 선택적 광 흡수 시트에 선택적 광 흡수 물질을 더욱 많이 도포하여야 한다.
그 결과, 백 라이트 유닛의 전체 휘도는 감소하게 된다.
예를 들어, 대략 585nm 파장의 광에 대한 광 투과율을 30%까지 낮추기 위하여 선택적 광 흡수 시트에 선택적 광 흡수 물질의 도포량을 증가시키면 도 15에 도시된 바와 같이 선택적 광 흡수 시트의 광 투과율이 모든 파장의 광에 대하여 20% 감소한다. 백 라이트 유닛의 광 투과/반사 비율(PR1) 역시 모든 파장의 광에 대하여 20% 감소한다.
그 결과, 도 16에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛(200)의 광 투과/반사 비율(ER)과 선택적 광 흡수 시트만을 포함한 백 라이트 유닛의 광 투과/반사 비율(PR1)은 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장에서 유사하다.
그러나, 대략 570nm에서 610nm까지 범위 이외의 파장에서는 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛(200)의 광 투과/반사 비율(ER)이 선택적 광 흡수 시트만을 포함한 백 라이트 유닛의 광 투과/반사 비율(PR1)보다 대략 10% 정도 크다. 대략 570nm에서 610nm까지 범위 이외의 파장에서는 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛(200)의 광 투과/반사 비율(ER)은 대략 80%이며, 선택적 광 흡수 시트만을 포함한 백 라이트 유닛의 광 투과/반사 비율(PR1)은 대략 70%이다.
그 결과, 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛(200)은 선택적 광 흡수 시트만을 포함한 백 라이트 유닛에 비하여 휘도 손실이 대략 10% 감소한다.
다음으로, 선택적 광 흡수 시트(244)과 반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221)에 의한 디스플레이 장치(100)의 색 영역의 확장에 대하여 설명한다.
도 17은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에 포함된 광원으로부터 방출되는 광의 스펙트럼과 백 라이트 유닛으로부터 방출되는 광의 스펙트럼의 일 예를 도시하고, 도 18은 일 실시예에 의한 디스플레이 장치의 색 영역의 일 예를 도시한다.
앞서 설명한 바와 같이 백 라이트 유닛(200) 내부에 광 재활용이 수행되는 동안, 광원(211)으로부터 방출된 광 중 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광은 광학 시트(240)의 선택적 광 흡수 시트(244)과 반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221)에 의하여 흡수된다.
예를 들어, 광원(211)으로부터 도 17의 상측에 도시된 바와 같이 스펙트럼(SP1)의 광이 방출될 수 있다. 또한, 광원(211)으로부터 방출된 광 중에 백 라이트 유닛(200)이 방출하는 광의 비율은 광학 시트(240)의 선택적 광 흡수 시트(244)의 광 투과율과 반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221)의 광 반사율에 의하여, 도 17의 상측에 도시된 바와 같은 광 투과/반사 비율(ER)이 될 수 있다.
구체적으로, 광원(211)은 대략 450nm 파장의 청색 광(BL1), 대략 535nm 파장의 녹색 광(GL1) 및 대략 620nm 파장의 적색 광(R1L)을 방출할 수 있다. 다시 말해, 적/녹 형광체를 포함한 광원(211)은 청색 광(BL1), 녹색 광(GL1) 및 적색 광(RL1)이 혼합된 백색 광을 방출할 수 있다. 또한, 광원(211)은 청색 광(BL1), 녹색 광(GL1) 및 적색 광(RL1)과 함께 황색 광(YL1) 또는 주황색 광(OL1)을 방출한다.
또한, 백 라이트 유닛(200)의 광 투과/반사 비율(ER)은 대략 570nm에서 610nm까지 범위 이외의 파장에서 대략 80%일 수 있고, 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장에서 급격히 감소할 수 있다. 또한, 대략 585nm 파장에서 백 라이트 유닛(200)의 광 투과/반사 비율(ER)은 대략 30%일 수 있다.
이때, 백 라이트 유닛(200)의 광 투과/반사 비율(ER)을 광원(211)의 스펙트럼(SP1)에 적용하면, 도 17의 하측에 도시된 바와 같은 스펙트럼(SP2)을 얻을 수 있다. 다시 말해, 백 라이트 유닛(200)은 도 17의 하측에 도시된 바와 같은 스펙트럼(SP2)의 광을 방출할 수 있다.
도 17의 하측에 도시된 바에 의하면, 백 라이트 유닛(200)은 대략 450nm 파장의 청색 광(BL2), 대략 535nm 파장의 녹색 광(GL2) 및 대략 620nm 파장의 적색 광(RL2)을 방출할 수 있다. 다시 말해, 백 라이트 유닛(200)은 청색 광(BL2), 녹색 광(GL2) 및 적색 광(RL2)이 혼합된 백색 광을 방출할 수 있다.
또한, 백 라이트 유닛(200)은 청색 광(BL2), 녹색 광(GL2) 및 적색 광(RL2)과 함께 황색 광(YL2) 또는 주황색 광(OL2)을 방출한다.
그러나, 백 라이트 유닛(200)이 방출하는 황색 광(YL2) 또는 주황색 광(OL2)의 세기는 광원(211)이 방출하는 황색 광(YL1) 또는 주황색 광(OL1)의 세기비하여 현저하게 작다.
이는 광학 시트(240)의 선택적 광 흡수 시트(244)과 반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221)이 황색 광(YL2) 또는 주황색 광(OL2) 파장 범위인 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 흡수하기 때문이다.
이처럼, 광원(211)으로부터 방출된 광 중 황색 광(YL1) 또는 주황색 광(OL1)이 흡수되면, 황색 광(YL2) 또는 주황색 광(OL2)의 세기가 녹색 광(GL2) 및 적색 광(RL2)의 세기에 비하여 현저하게 작아진다.
또한, 스크린(102, 도 1 참조)의 녹색 화소(G, 도 1 참조)에서 방출되는 녹색 광은 자연계에 존재하는 녹색 광에 더욱 가까워지고, 스크린(102, 도 1 참조)의 적색 화소(R, 도 1 참조)에서 방출되는 적색 광은 자연계에 존재하는 적색 광에 더욱 가까워진다.
그 결과, 도 18에 도시된 바와 같이 디스플레이 장치(100)의 색 영역(CG)이 확장된다.
도 18에 도시된 그래프(GR)는 디스플레이의 색 영역(color gamut)을 나타내며, 그래프(GR)의 상부는 녹색(G)을 나타내고, 그래프(GR)의 하부 좌측은 청색(B)을 나타내고, 그래프(GR)의 하부 우측은 적색(R)을 나타낸다.
디스플레이가 재현할 수 있는 색 영역은 그래프(GR) 내부의 삼각형 형태로 나타낸다.
도 18을 참고하면, 광학 시트(240)의 선택적 광 흡수 시트(244)과 반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221)을 포함하는 디스플레이 장치(100)의 제1 색 영역(CG1)은 광학 시트(240)의 선택적 광 흡수 시트(244)과 반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221)을 포함하지 않는 종래 기술에 의한 디스플레이의 제2 색 영역(CG2)에 비하여 확장된 것을 알 수 있다.
특히, 디스플레이 장치(100)의 제1 색 영역(CG1)은 종래 기술에 의한 디스플레이의 제2 색 영역(CG2)에 비하여 녹색(G)을 표현하는 영역이 확장된다. 이는 광학 시트(240)의 선택적 광 흡수 시트(244)과 반사 시트(220)의 선택적 광 흡수 층(221)이 황색 광 또는 주황색 광을 선택적으로 흡수하기 때문이다.
이상에서 설명한 바와 같이 백 라이트 유닛(200)는 황색 광 또는 주황색 광을 선택적으로 흡수하는 광학 시트(240)와 반시 시트(220)를 포함할 수 있으며, 이로 인하여, 디스플레이 장치(100)의 색 영역이 확장된다.
이상에서는 광원이 후방에 마련되는 직하형 백 라이트 유닛에 대하여 설명하였다.
이하에서는 광원이 측면에 마련되는 엣지형 백 라이트 유닛에 대하여 설명한다.
도 19는 다른 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛을 분해 도시하고, 도 20a 및 도 20b은 다른 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 측단면을 도시한다.
도 19, 도 20a 및 도 20b에 도시된 바와 같이 엣지형 백 라이트 유닛(300)은 광을 생성하는 발광 모듈(310), 광을 분산시키는 도광판(waveguide plate) (320), 광을 반사시키는 반사 시트(330), 광 휘도를 향상시키는 광학 시트(340)를 포함한다.
발광 모듈(310)은 광을 방출하는 복수의 광원(311), 복수의 광원(311)을 지지/고정하는 지지체(312)를 포함할 수 있다.
복수의 광원(311)은 도 19에 도시된 바와 같이 백 라이트 유닛(300)의 측면에 균일하게 배치될 수 있으며, 백 라이트 유닛(300)의 중심부를 향하여 광을 방출할 수 있다.
복수의 광원(311)이 방출한 광이 가능한 한 균일한 휘도를 갖도록 복수의 광원(211)은 등간격으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같이 복수의 광원(311)은 백 라이트 유닛(300)의 좌우 측면에 각각 등간격으로 배치될 수 있다. 그러나, 광원(311)의 배치는 도 19에 도시된 바에 한정되는 것은 아니며, 백 라이트 유닛(300)의 좌우 측면 중 어느 하나의 측면에만 배치될 수도 있다.
광원(311)은 전력이 공급되면 단색광(특정한 파장의 광, 예를 들어 청색 광) 또는 백색광(다양한 파장의 광이 혼합된 광)을 다양한 방향으로 방출할 수 있는 소자를 채용할 수 있다.
예를 들어, 광원(311)은 발열량이 적은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 또는 냉-음극관(Cold Cathode Fluorescence Lamp, CCFL) 등을 채용할 수 있다.
특히, 광원(211)이 백색 광을 방출하는 경우, 광원(311)은 고 에너지 광인 청색 광을 방출하는 청색 발광 다이오드와 청색 광을 흡수하여 녹색 광 및 적색 광을 방출하는 적/녹(RG) 형광체를 포함할 수 있다. 또한, 광원(311)은 고 에너지 광인 청색 광을 방출하는 청색 발광 다이오드와 청색 광을 흡수하여 황색 광을 방출하는 황색(YAG) 형광체를 포함할 수도 있다. 또한, 광원(311)은 청색 발광 다이오드와 최근 개발된 KSF(K2SiF6) 형광체 또는 KTF(K2TiF6) 형광체를 포함할 수 있다.
지지체(312)는 광원(311)의 위치가 변경되지 않도록 복수의 광원(311)을 고정할 수 있다. 또한, 지지체(312)는 광원(311)이 광을 방출하기 위한 전력을 각각의 광원(311)에 공급할 수 있다.
지지체(312)는 광원(311)과 함께 백 라이트 유닛(300)의 측면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같이 지지체(312)는 백 라이트 유닛(300)의 좌우 측면에 배치될 수 있다. 그러나, 지지체(312)의 배치는 도 19에 도시된 바에 한정되는 것은 아니며, 백 라이트 유닛(300)의 좌우 측면 중 어느 하나의 측면에만 배치될 수도 있다.
이러한, 지지체(312)는 복수의 광원(311)을 고정하고, 광원(311)에 전력을 공급하기 위한 전도성 전력 공급 라인이 형성된 합성 수지로 구성되거나, 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)로 구성될 수 있다.
도광판(320)은 측면의 광원(311)으로부터 입사되는 광의 진행 방향을 변경하여 전방을 향하여 방출한다. 또한, 도광판(320)은 측면의 광원(311)으로부터 입사되는 광을 도광판(320)의 전면(320a)에 분산시켜 방출한다.
광을 산란시킴으로써 광의 진행 방향을 변경하기 위하여 도광판(320)의 전면(320a)는 복수의 볼록한 줄무늬가 형성될 수 있으며, 도광판(320)의 후면(320b)에는 복수의 도트(dot)가 형성될 수 있다. 또한, 도광판(320)의 전면(320a)을 향하여 균일한 광이 출사되도록 볼록한 줄무늬의 크기 및 간격이 조절될 수 있으며, 도트의 크기 및 간격이 조절될 수 있다. 또한, 도광판(320)의 전면(320a)의 볼록한 줄무늬는 인쇄 기법을 통하여 양각으로 형성될 수 있으며, 도광판(320)의 후면(320b)의 도트는 레이저를 이용하여 음각으로 형성될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 광원(311)의 백 라이트 유닛(300)의 측면에 배치되므로, 광원(311)의 위치에 의하여 휘도의 불균일이 발생한다.
도광판(320)은 광원(311)으로 인한 휘도의 불균일을 제거하기 위하여 광원(311)으로부터 방출된 광을 도광판(320) 내에서 확산시킬 수 있다. 특히, 광원(311)으로부터 방출된 광이 직접 도광판(320)를 투과함으로써 휘도의 균일성이 상실되지 않도록 도광판(320)는 우유빛의 색상을 가지며, 도광판(320)의 광 투과율은 대략 50~70%가 된다.
도광판(320) 내부로 입사된 광은 입사 각도에 따라 다양한 방향을 진행할 수 있다. 예를 들어, 도광판(320)의 전방을 향하여 입사된 광은 도광판(320)의 전면(320a)에서 반사되어 후면(320b)을 향하여 진행하거나, 도광판(320)의 전면(320a)에서 굴절되어 광학 시트(340)로 입사될 수 있다. 또한, 도광판(320)의 후방을 향하여 입사된 광은 도광판(320)의 후면(320b)에서 반사되거나, 도광판(320) 후면(320b)의 도트에 의하여 산란되어 전면(320a)을 향하여 진행할 수 있다.
도광판(320)의 전면(320a)과 후면(320b)에서 발생되는 광의 반사에 의하여 도광판(320)의 측면에서 입사된 광은 도광판(320)의 중심부까지 진행할 수 있다. 또한, 도광판(320)의 후면(320b)에서 발생되는 광의 산란과 도광판(320)의 전면(320a)에서 발생되는 광의 굴절에 의하여 도광판(320) 내부의 광은 도광판(320a)의 전면(320a)으로 방출될 수 있다.
이와 같은 도광판(320)은 폴리 메틸 메타아크릴레이트(poly methyl methacrylate, PMMA) 또는 투명 폴리 카보네이트(polycarbonate, PC) 등을 채용할 수 있다.
반사 시트(330)는 도광판(320)의 후방에 마련되며, 입사된 광 중 특정한 파장 범위의 광을 흡수하는 선택적 광 흡수 층(331)과 후방을 향하여 진행하는 광을 전방으로 또는 전방과 근사한 방향으로 반사시키는 반사 필름(332)을 포함할 수 있다.
반사 필름(332)은 도광판(320)의 후면(320b)으로 방출되는 광을 반사시켜 도광판(320)으보 입사시킨다.
이러한, 반사 필름(332)은 모재(base materials)에 반사율이 높은 물질을 코딩하여 제조될 수 다. 예를 들어, 페트(polyethylene terephthalate, PET) 등의 모재 상에 고반사율을 갖는 폴리머(polymer)를 코팅함으로써 반사 필름(332)이 제조될 수 있다.
선택적 광 흡수 층(331)은 반사 필름(332) 상에 특정한 파장 범위의 광을 선택적으로 흡수하는 선택적 광 흡수 물질을 도포함으로써 제조될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 선택적 광 흡수 층(331)은 반사 필름(332) 상에 선택적 광 흡수 물질이 함유된 시트를 마련함으로써 제조될 수 있다.
선택적 광 흡수 물질은 특정한 파장 범위의 광만을 선택적으로 흡수할 수 있는 물질로 포르피라진(Porphyrazine)으로 널리 알려진 테트라-아자-포르피린(TAP, Tetra-Aza-Porphyrin) 등이 있다. 이때, 테트라-아자-포르피린은 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광 즉 황색 광 또는 주황색 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
반사 시트(330)는 도광판(320)의 후면(320b)으로 방출되는 광을 반사시켜 도광판(320)으보 입사시키고, 광 중 황색 광 또는 주황색 광의 일부를 흡수할 수 있다.
광학 시트(340)는 휘도 및 휘도의 균일성을 향상시키기 위한 다양한 시트를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광학 시트(340)는 확산 시트(341), 제1 프리즘 시트(342), 제2 프리즘 시트(343), 선택적 광 흡수 시트(344), 반사형 편광 시트(345)를 포함할 수 있다.
확산 시트(341)는 휘도의 균일성을 위하여 광을 확산시킨다. 광원(311)으로부터 방출된 광은 도광판(320)에 의하여 확산되고, 광학 시트(340)에 포함된 확산 시트(341)에 의하여 다시 확산될 수 있다.
확산 시트(341)를 통과한 광은 확산 시트(341)의 면과 수직한 방향으로 확산됨으로써 휘도가 급격히 감소할 수 있다.
제1 및 제2 프리즘 시트(342, 343)는 확산 시트(341)에 의하여 확산된 광을 집광시킴으로써 휘도를 증가시킨다.
제1 및 제2 프리즘 시트(342, 343)는 삼각 프리즘 형상의 프리즘 패턴을 포함하고, 이 프리즘 패턴은 복수 개가 인접 배열되어 복수 개의 띠 모양을 이룬다. 이때, 제1 프리즘 시트(342)의 프리즘 패턴이 배열되는 방향과 제2 프리즘 시트(343)의 프리즘 패턴이 배열되는 방향은 서로 수직한다.
제1 및 제2 프리즘 시트(342, 343)를 통과한 광은 대략 70도의 시야각을 가지며, 백 라이트 유닛(300)의 전방으로 진행하며, 휘도 역시 개선된다.
선택적 광 흡수 시트(344)은 반사 시트(330)의 선택적 광 흡수 층(331)과 마찬가지로 특정한 파장 범위의 광을 선택적으로 흡수한다. 다만, 반사 시트(330)가 특정한 파장 범위의 광을 선택적으로 흡수하고 다른 파장의 광은 반사하는데 비하여, 선택적 광 흡수 시트(344)은 특정한 파장 범위의 광을 선택적으로 흡수하고 다른 파장의 광은 투과시킨다.
선택적 광 흡수 시트(344)은 모재(base materials)에 선택적 광 흡수 물질을 코팅하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 페트(polyethylene terephthalate, PET) 등의 모재 상에 테트라-아자-포르피린을 코팅함으로써 선택적 광 흡수 시트(344)이 제조될 수 있다.
선택적 광 흡수 시트(244)은 황색과 주황색 파장 범위의 광을 선택적으로 흡수하고, 다른 파장 범위의 광을 투과시킬 수 있다.
또한, 반사 시트(330)의 선택적 광 흡수 층(331)과 광학 시트(340)의 선택적 광 흡수 시트(344)에서 2중으로 황색과 주황색 파장 범위의 광을 선택적으로 흡수함으로써, 디스플레이 장치(100)가 재현 가능한 색 영역은 더욱 확장될 수 있다.
반사형 편광 시트(345)은 편광 필름의 일종으로 휘도 향상을 위하여 입사된 광 중 일부를 투과시키고, 나머지를 반사할 수 있다. 예를 들어, 반사형 편광 시트(345)의 미리 정해진 편광 방향과 동일한 방향의 편광을 투과시키고, 반사형 편광 시트(345)의 편광 방향과 다른 방향의 편광을 반사할 수 있다.
이때, 반사형 편광 시트(345)의 편광 방향은 앞서 설명한 영상 형성 유닛(110)에 포함된 제1 편광 필름(111)의 편광 방향과 동일할 수 있다. 그 결과, 반사형 편광 시트(245)을 투과한 광은 영상 형성 유닛(110)에 포함된 제1 편광 필름(111)도 투과할 수 있다.
또한, 반사형 편광 시트(345)에 의하여 반사된 광은 백 라이트 유닛(300) 내부에서 재활용되며, 이러한 광 재활용(light recycle)에 의하여 디스플레이 장치(100)의 휘도가 향상될 수 있다.
광학 시트(340)는 도 20a에 도시된 시트 또는 필름에 한정되지 않으며, 보호 시트 등 더욱 다양한 시트 또는 필름을 포함할 수 있다.
뿐만 아니라, 확산 시트(341), 제1 프리즘 시트(342), 제2 프리즘 시트(343), 선택적 광 흡수 시트(344), 반사형 편광 시트(345)의 적층 순서는 도 20a에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 20a에는 선택적 광 흡수 시트(344)이 반사형 편광 시트(345)와 프리즘 시트(342, 343) 사이에 마련된 것으로 도시하였으나, 선택적 광 흡수 시트(344)은 반사형 편광 시트(345)의 전면에 마련되거나, 프리즘 시트(342, 343)와 확산 시트(341) 사이에 마련되거나, 확산 시트(341)의 후면에 마련될 수도 있다. 다시 말해, 선택적 광 흡수 시트(344)의 위치는 도 20a에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다.
또한, 광학 시트(340)는 도 20a에 도시된 시트 또는 필름 중에 적어도 일부가 생략될 수 있다.
예를 들어, 광학 시트(340)는 도 20b에 도시된 바와 같이, 확산 시트(341), 제1 프리즘 시트(342), 제2 프리즘 시트(343), 반사형 편광 시트(345)를 포함할 수 있다.
이때, 반사형 편광 시트(345)의 전면에는 선택적 광 흡수 물질(344a)이 도포될 수 있다. 예를 들어, 반사형 편광 시트(345)의 전면에는 테트라-아자-포르피린(TAP, Tetra-Aza-Porphyrin)이 도포될 수 있다.
그 결과, 반사형 편광 시트(345)는 편광 방향에 따라 선택적으로 광을 반사시킬 수 있을 뿐만 아니라, 파장에 따라 선택적으로 광을 흡수할 수도 있다.
예를 들어, 반사형 편광 시트(345)는 미리 정해진 편광 방향과 동일한 방향의 편광을 투과시키고, 미리 정해진 편광 방향과 다른 방향의 편광은 반사할 수 있다. 또한, 반사형 편광 시트(345)는 미리 정해진 파장 범위의 광(예를 들어, 570nm에서 610nm까지 범위의 광)을 선택적으로 흡수하고, 미리 정해진 파장 범위 이외의 광은 투과시킬 수 있다.
그러나, 선택적 광 흡수 물질(344a)이 반사형 편광 시트(345)의 전면에 도포되는 것에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 선택적 광 흡수 물질(344a)은 반사형 편광 시트(345)의 후면에 도포되거나, 제2 프리즘 시트(343)의 전면 또는 후면에 도포되거나, 제1 프리즘 시트(342)의 전면 또는 후면에 도포되거나, 확산 시트(341)의 전면 또는 후면에 도포될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 디스플레이 장치(100)는 영상 형성 유닛(110)과 백 라이트 유닛(300)을 포함할 수 있다. 또한, 백 라이트 유닛(300)은 디스플레이 장치(100)가 재현할 수 있는 색 영역을 향상시키기 위하여, 반사 시트(330)의 선택적 광 흡수 층(331)과 광학 시트(340)의 선택적 광 흡수 시트(344)를 포함할 수 있다. 또한, 백 라이트 유닛(300)은 선택적 광 흡수 물질(344a)이 도포된 광학 시트(340)를 포함할 수도 있다.
이하에서는 백 라이트 유닛(300) 내에서의 광 재활용 및 광의 선택적 흡수에 관하여 설명한다.
도 21은 다른 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛에서 광의 진행의 일 예를 도시한다.
도 21에 도시된 바와 같이 광원(311)으로부터 방출된 광(L11)은 도광판(320)으로 입사되고, 도광판(320)은 광(L11)을 반사/굴절/산란시켜 전방으로 방출한다.
이후, 도광판(320)으로부타 방출된 광(L12)은 확산 시트(341), 제1 프리즘 시트(342) 및 제2 프리즘 시트(343)를 통과하며, 확산 시트(341), 제1 프리즘 시트(342) 및 제2 프리즘 시트(343)를 통과하는 동안 광(L12)은 확산되고, 휘도가 향상된다.
이후, 광(L12)은 선택적 광 흡수 시트(344)을 통과한다. 앞서 설명한 바와 같이 선택적 광 흡수 시트(344)은 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 선택적을 흡수하는 테트라-아자-포르피린을 포함한다. 광(L12)이 선택적 광 흡수 시트(344)을 통과하는 동안, 선택적 광 흡수 시트(344)은 입사된 광(L12) 중에 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
이후, 광(L13)은 반사형 편광 시트(345)로 입사된다. 앞서 설명한 바와 같이 반사형 편광 시트(345)의 미리 정해진 편광 방향과 동일한 방향의 편광을 투과시키고, 반사형 편광 시트(345)의 편광 방향과 다른 방향의 편광을 반사할 수 있다. 반사형 편광 시트(345)로 입사된 광(L13) 중 편광 방향이 반사형 편광 시트(345)의 편광 방향과 일치하는 광은 반사형 편광 시트(345)을 통과하고, 편광 방향이 반사형 편광 시트(345)의 편광 방향과 상이한 광은 반사형 편광 시트(345)으로부터 반사될 수 있다.
반사형 편광 시트(345)을 통과한 광(L13)은 백 라이트 유닛(300) 외부로 방출될 수 있다.
반면, 반사형 편광 시트(345)으로부터 반사된 광(L14)은 선택적 광 흡수 시트(344), 제2 및 제1 프리즘 시트(343, 342), 확산 시트(341) 및 도광판(320)를 거쳐 반사 시트(330)로 입사된다.
반사 시트(330)는 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 선택적으로 흡수하는 선택적 광 흡수 층(331)과 입사된 광을 반사하는 반사 필름(332)을 포함할 수 있다. 그 결과, 반사 시트(330)는 대략 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 선택적으로 흡수하고, 나머지 광을 반사시킬 수 있다.
반사 시트(330)에 의하여 반사된 광(L15)은 다시 도광판(320), 확산 시트(341), 제1 및 제2 프리즘 시트(342, 243), 선택적 광 흡수 시트(344)를 거쳐 반사형 편광 시트(345)으로 입사되고, 반사형 편광 시트(345)에서 일부 광(L16)은 백 라이트 유닛(300) 밖으로 방출되고, 일부 광(L17)은 다시 백 라이트 유닛(300) 내부로 반사된다.
이처럼, 광은 백 라이트 유닛(300) 내부에서 순환하며, 백 라이트 유닛(300) 내부에서 순환하는 동안 광은 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광 즉 황색 또는 주황색의 광이 선택적으로 흡수되고, 나머지 광이 백 라이트 유닛(300)으로부터 방출된다.
이상에서 설명한 바와 같이 백 라이트 유닛(300)는 황색 광 또는 주황색 광을 선택적으로 흡수하는 광학 시트(340)와 반시 시트(330)를 포함할 수 있으며, 이로 인하여 디스플레이 장치(100)의 색 영역이 확장된다.
이상에서는 개시된 발명의 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 개시된 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 요지를 벗어남 없이 개시된 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능함을 물론이고 이러한 변형실시들은 개시된 발명으로부터 개별적으로 이해될 수 없다.
100: 디스플레이 장치 101: 본체
102: 스크린 103: 지지대
110: 영상 형성 유닛 111: 제1 편광 필름
112: 제1 투명 기판 113: 박막 트랜지스터
114: 화소 전극 115: 액정층
116: 공통 전극 117: 컬러 필터
118: 제2 투명 기판 119: 제2 편광 필름
200: 백 라이트 유닛 210: 발광 모듈
211: 광원 212: 지지체
220: 반사 시트 221: 선택적 광 흡수 층
222: 반사 필름 230: 확산판
240: 광학 시트 241: 확산 시트
242: 제1 프리즘 시트 243: 제2 프리즘 시트
244: 선택적 광 흡수 시트 245: 반사형 편광 시트
300: 백 라이트 유닛 310: 발광 모듈
311: 광원 312: 지지체
320: 도광판 330: 반사 시트
331: 선택적 광 흡수 층 332: 반사 필름
340: 광학 시트 341: 확산 시트
342: 제1 프리즘 시트 343: 제2 프리즘 시트
344: 선택적 광 흡수 시트 345: 반사형 편광 시트

Claims (22)

  1. 백 라이트 유닛;
    상기 백 라이트 유닛으로부터 방출된 광을 투과 또는 차단하여 영상을 생성하는 영상 형성 유닛을 포함하고,
    상기 백 라이트 유닛은,
    광원;
    상기 광원으로부터 방출된 광에서 미리 정해진 범위의 파장을 갖는 광을 흡수하고, 흡수되지 않는 광을 반사시키는 반사 시트;
    상기 광원으로부터 방출된 광에서 미리 정해진 범위의 파장을 갖는 광을 흡수하고, 흡수되지 않은 광을 투과시키는 광학 시트를 포함하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사 시트는
    황색 광 또는 주황색 광의 파장을 갖는 광을 흡수하는 선택적 광 흡수 층;
    입사된 광을 반사시키는 반사 필름을 포함하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 선택적 광 흡수 층은 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 흡수하는 테트라-아자-포르피린을 포함하는 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반사 시트는 상기 반사 필름에 상기 테트라-아자-포르피린을 도포함으로써 제조되는 디스플레이 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 선택적 광 흡수 층은 585nm의 파장을 갖는 광을 최대로 흡수하는 선택적 광 흡수 물질을 포함하는 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광학 시트는
    황색 광 또는 주황색 광의 파장을 갖는 광을 흡수하는 선택적 광 흡수 시트;
    입사된 광 중 적어도 일부를 투과시키고, 다른 일부는 반사시키는 반사형 편광 시트를 포함하는 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 선택적 광 흡수 시트는 570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 흡수하는 테트라-아자-포르피린을 포함하는 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 선택적 광 흡수 시트는 투명 필름에 상기 테트라-아자-포르피린을 도포함으로써 제조되는 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광원은
    청색 광을 방출하는 발광 다이오드;
    상기 청색 광의 적어도 일부를 흡수하고, 적색 광 및 녹색 광을 방출하는 형광체를 포함하는 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광원은
    청색 광을 방출하는 발광 다이오드;
    상기 청색 광의 적어도 일부를 흡수하고, 황색 광을 방출하는 형광체를 포함하는 디스플레이 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 백 라이트 유닛은 상기 광원으로부터 방출된 광을 확산시키는 광학 플레이트를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광원은 상기 광학 플레이트의 후방에 마련되고,
    상기 광학 플레이트는 상기 광원으로부터 방출된 광을 그 내부에서 분산시키는 디스플레이 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 광원은 상기 광학 플레이트의 측면에 마련되고,
    상기 광학 플레이트는 상기 광원으로부터 방출된 광을 그 내부에서 분산시키는 디스플레이 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 영상 형성 유닛은 전기장에 따라 광을 투과하거나 차단하는 액정 패널을 포함하는 디스플레이 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 액정 패널은
    상기 전기장에 따라 배열이 변화하는 액정 분자를 포함하는 액정 층;
    상기 전기장을 생성하는 한 쌍의 투명 전극을 포함하는 디스플레이 장치.
  16. 광을 방출하는 광원;
    상기 광에서 황색 광 또는 주황색 광의 파장을 갖는 광을 흡수하고, 흡수되지 않는 광을 반사시키는 반사 시트;
    상기 광에서 황색 광 또는 주황색 광의 파장을 갖는 광을 흡수하고, 흡수되지 않은 광을 투과시키는 광학 시트를 포함하는 백 라이트 유닛.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 반사 시트는
    570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 흡수하는 선택적 광 흡수 물질을 포함하는 선택적 광 흡수 층;
    입사된 광을 반사시키는 반사 필름을 포함하는 백 라이트 유닛.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 반사 시트는 상기 반사 필름에 테트라-아자-포르피린을 도포함으로써 제조되는 백 라이트 유닛.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 광학 시트는
    570nm에서 610nm까지 범위의 파장을 갖는 광을 흡수하는 선택적 광 흡수 시트;
    입사된 광 중 적어도 일부를 투과시키고, 다른 일부는 반사시키는 반사형 편광 시트를 포함하는 백 라이트 유닛.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 선택적 광 흡수 시트는 투명 필름에 테트라-아자-포르피린을 도포함으로써 제조되는 백 라이트 유닛.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 광원은
    청색 광을 방출하는 발광 다이오드;
    상기 청색 광의 적어도 일부를 흡수하고, 적색 광 및 녹색 광을 방출하는 형광체를 포함하는 백 라이트 유닛.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 광원은
    청색 광을 방출하는 발광 다이오드;
    상기 청색 광의 적어도 일부를 흡수하고, 황색 광을 방출하는 형광체를 포함하는 백 라이트 유닛.
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