KR101771066B1 - 명암비를 개선하는 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유효 발광 영역 내에서 영역별로 다른 휘도로 발광되어 명암비를 개선하는 도광판과, 이를 구비하는 면광원 장치 및 표시장치에 관한 것으로, 본 발명의 면광원 장치는, 표시장치의 제1영상 영역에 대응하는 위치에 형성되어 제1방향의 길이를 갖는 제1광 패턴과, 제1영상 영역을 제외한 표시장치의 제2영상 영역에 대응하는 위치에 형성되어 상기 제1방향과는 다른 제2방향의 길이를 갖는 제2광 패턴을 구비하는 도광판; 상기 도광판의 일 측부에 배치되어 상기 제1광 패턴의 길이 방향에 수직하는 방향으로 빛을 제공하는 제1광원; 및 상기 도광판의 타 측부에 배치되어 상기 제2광 패턴의 길이 방향에 수직하는 방향으로 빛을 제공하는 제2광원;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

명암비를 개선하는 표시장치{Display device for improving contrast ratio}

본 발명은 면광원 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유효 발광 영역 내에서 영역별로 다른 휘도로 발광되어 명암비를 개선하는 도광판과, 이를 구비하는 면광원 장치 및 표시장치에 관한 것이다.

디스플레이 장치는 TV, 스마트폰, 노트북, 태블릿 등의 기기에 널리 사용되고 있으며, 액정표시장치(LCD:Liquid Crystal Display), 유기발광표시장치(OLED:Organic Light-Emitting Display), 플라즈마표시장치(PDP; Plasma Display Panel) 등과 같은 다양한 종류가 사용되고 있다.

여기서, 액정표시장치(이하, 'LCD'라 함)는 다른 표시장치와 달리 그 자체에서 빛을 발하지 못하여, 화상을 실현하기 위해서는 반드시 별도의 외부 광원을 필요로 한다. 따라서 LCD는 액정패널 외에 광원으로 면광원 장치를 더 포함하며, 면광원 장치가 액정패널로 고휘도의 광원을 균일하게 공급함으로써 고품질의 화상을 구현하게 된다.

이와 같이 면광원 장치는 LCD와 같은 디스플레이 장치의 화상을 실현하기 위하여 액정패널의 배면에 설치되는 백라이트 유닛을 말한다. 면광원 장치의 광원으로는 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)가 주로 이용되며, LED 광원이 배치되는 위치에 따라 직하 방식(Direct Lighting type) 또는 측면 방식(Edge Lighting type)의 면광원 장치로 구분된다. 직하 방식은 확산판 하부에 LED 광원이 배치되어 확산판을 통하여 액정패널에 직접 빛을 비추어 조명하는 방식이며, 측면 방식은 도광판 측부에 LED 광원이 배치되어 도광판과 광학시트를 통하여 간접적으로 빛을 비추어 조명하는 방식이다.

측면 방식의 면광원 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 도광판(1)의 측부에 다수의 LED 광원(2)이 배치되고, LED 광원(2)에서 출사되는 빛이 도광판(1) 내부에서 전반사를 반복하는 과정에서 면광원의 형태로 전환되어 상부의 출광면으로 출사된다. 이때, 출광면으로 출사되는 빛은 도광판(1)의 유효 발광영역의 전체 면에서 고르게 분포되어 출사된다. 이러한 측면 방식의 면광원 장치는 LED 광원(2)이 도광판(1) 측부에 배치되어 박형화에 유리하며, 출광면으로 균일할 빛이 출사되는 장점은 나타낸다.

한편, 최근 디스플레이 장치는 TV나 스마트폰 외에도 다양한 종류의 표시장치에 응용되어 사용되며, 일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이 자동차용 계기판(instrument panel)에도 LCD가 적용되어 고화질의 영상을 제공하고 있다. 자동차용 계기판과 같은 디스플레이 장치는 패널 전체 영역에서 상시적으로 영상이 표시되는 것이 아니라, (a)와 같이 주행 모드에서는 연료정보, 속도정보, 주행정보 등과 같은 정보들이 특정 영역(11)에서만 표시되고, (b)와 같이 후진 모드에서는 패널 전체 영역(13)에서 영상이 표시된다. 즉, 자동차용 계기판은 모드에 따라 일부 영역(11) 또는 전체 영역(13)에서 선택적으로 차량 운행에 필요한 영상이 표시되며, 이러한 표시 영역의 선택은 일반적으로 액정패널의 액정셀 배열에 따라 이루어진다.

다시 도 1을 참조하면, 종래의 면광원 장치는 전체 영역에 대하여 균일한 빛이 출사되므로, 디스플레이 장치가 도 2의 (a)와 같이 일부 영역에만 영상이 표시되는 경우에도 실제 면광원 장치에서는 액정패널의 전체 영역에 대하여 면 조명이 이루어지고 있다. 비록 계기판의 비영상 영역은 액정셀의 배열에 따라 광 출사가 차단되어 블랙 영역(12)으로 나타나지만, 면광원 장치에 의하여 패널의 전체 영역에서 균일한 면 조명이 이루어지고, 블랙 영역(12)에서 빛샘 현상이 발생할 수도 있으므로, 주행 모드에서 영상 영역(11)과 블랙 영역(12)은 낮은 명암비를 나타낸다. 이와 같이 명암비가 낮은 LCD를 통하여 영상을 장시간 시청하는 경우 운전자의 눈이 쉽게 피로해지고, 시야에 지장을 주는 문제점이 발생한다.

한국공개특허 10-2010-0093242호(2010.08.25.출원공개, 고해상도의 액정표시장치를 이용한 차량 계기판) 한국등록특허 10-1500490호(2015.03.10.등록공고, 시야각을 개선하는 백라이트 장치)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 영상 영역과 블랙 영역이 공존하는 표시 패널에서 영상 영역에 빛을 집중시켜 명암비를 개선함으로써, 시인성을 향상시킬 수 있는 구조의 도광판과, 이를 구비하는 면광원 장치 및 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 전체 영역에 영상이 표시되는 경우에도 전체 영상 표시 영역에 대하여 높은 휘도를 제공하는 도광판과, 이를 구비하는 면광원 장치 및 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

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상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전체 영상과 상기 전체 영상 영역 내의 일부 영역에 대한 부분 영상을 선택적으로 표시하는 표시장치에 있어서, 상기 전체 영상 또는 상기 부분 영상에 대응하는 영상을 선택적으로 제어하는 영상패널; 상기 영상패널의 하부에 배치되며, 상기 영상패널의 부분 영상 영역에 대응하는 위치에 제1방향의 길이를 갖도록 형성되는 제1광 패턴과, 상기 부분 영상 영역을 제외한 나머지 영상 영역에 대응하는 위치에 상기 제1광 패턴과 수직하는 제2방향의 길이를 갖도록 형성되는 제2광 패턴을 구비하는 도광판; 상기 도광판의 일 측부에 배치되어 상기 제1광 패턴의 길이 방향에 수직하는 방향으로 상기 도광판 내부로 빛을 제공하는 제1광원; 및 상기 도광판의 타 측부에 배치되어 상기 제2광 패턴의 길이 방향에 수직하는 방향으로 상기 도광판 내부로 빛을 제공하는 제2광원;을 포함하여, 상기 영상패널의 구동과 함께 상기 제1광원만을 점등시켜 부분 영상을 표시하거나 상기 제1광원 및 제2광원을 동시에 점등시켜 전체 영상을 표시하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 면광원 장치는 표시장치의 제1영상 영역에 대응하는 위치의 도광판에 제1영상 영역으로 빛을 집광시키는 제1패턴이 형성되고 제1광원이 상기 제1패턴에 대응하도록 배치됨으로써, 제1영상 영역으로 빛이 집광되어 영상 영역과 블랙 영역의 명암비를 개선하여 고화질의 영상을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 면광원 장치는 제2영상 영역에 대응하는 위치의 도광판에 상기 제1패턴과 다른 방향의 제2패턴이 형성되고 제2광원이 상기 제2패턴에 대응하도록 배치됨으로써, 전체 영역에 대하여 높은 휘도를 제공할 수 있다.

도 1은 측면 방식의 면광원 장치의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 차량용 계기판에 적용된 디스플레이 장치의 예를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 면광원 장치의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 도 3의 주요부인 도광판의 광 패턴의 일 예를 상세히 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 구동을 나타낸 도면,
도 6은 도 5의 면광원 장치의 발광 메커니즘을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 면광원 장치의 구동을 나타낸 도면, 및
도 8은 도 7의 면광원 장치의 발광 메커니즘을 나타낸 도면이다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 본 발명의 표시장치에 대한 설명에 있어서, 제1, 제2, 가로, 세로, 상, 하, 좌 및 우 등과 같은 표현은 해당 구성에 대한 상대적인 위치나 방향을 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 명칭에 의하여 위치나 방향이 한정되지 않는다 할 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 면광원 장치의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 주요부인 도광판의 광 패턴의 일 예를 상세히 나타낸 도면이다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 면광원 장치는 도광판(100)과, 도광판(100) 측부에서 도광판(100)을 향하도록 배치되는 광원(200)을 포함한다. 이러한 도광판(100)과 광원(200)은 도시되지 않은 반사시트, 프리즘 시트, 확산시트 등과 함께 커버버텀에 수납되어 면광원 장치를 구성한다.

도광판(100)은 광원(200)으로부터 다수의 점광원 또는 선광원의 빛을 입력받아 내부 전반사를 통하여 면광원으로 전환시켜 상측으로 출사시키는 광 전환 소자이다. 이러한 도광판(100)은 소정의 굴절율을 갖는 투명 아크릴 계열의 수지로 구성되며, 일 예로 PMMA(Polymethylmethacrylate), PS(Poly stylene), MS(Meta stylene) 또는 PC(Polycarbonate) 등의 수지로 구성될 수 있다. 또한, 도광판(100)은 계기판의 패널에 대응하는 형상을 이루면서, 소정의 두께를 갖는 플레이트 또는 시트로 구성되며, 측면은 빛이 입사되는 입광면을 형성한다.

본 발명의 도광판(100)은 표면에 내부에서 출사되는 빛을 집광시키기 위한 광 패턴(110)이 형성되며, 광 패턴(110)은 도시된 바와 같이 위치에 따라 제1광 패턴(110a)과 제2광 패턴(110b)으로 구분되어 형성된다. 제1광 패턴(110a)은 주행 모드에서 계기판의 제1영상(도 2의 (a)참고)이 표시되는 제1영상 영역(A)에 형성되며, 제2광 패턴(110b)은 후진 모드 계기판의 전체 영상(도 2의 (b)참고)에서 제1영상 영역(A)을 제외한 나머지 영상이 표시되는 제2영상 영역(B)에 형성된다. 여기서, 제1영상 영역(A)은 주행시 연료정보, 속도정보, 주행정보 등과 같은 정보들이 표시되고, 제1영상 영역(A)과 제2영상 영역(B)을 포함하는 전체 영상 영역(도 7의 F 참조)은 후진시 후방 카메라에서 촬영되는 자동차의 후방 영상이 실시간으로 표시된다.

제1영상 영역(A)과 제2영상 영역(B)은 계기판의 종류나 구성에 따라 다양한 형상으로 다양한 위치에 배치될 수 있으며, 제1광 패턴(110a)과 제2광 패턴(110b)은 이들 영상 영역에 대응하는 형상과 위치에서 도광판(100) 표면에 형성된다.

광 패턴(110)은 광원(200)에서 도광판(100) 내부로 입사되어 분포되는 빛을 상측으로 집광시켜 출사시키기 위한 패턴으로, 도 4에 도시된 바와 같이 집광 효율이 우수한 프리즘 형상의 패턴으로 형성된다.

이때, 제1광 패턴(110a)은 제1광원(210)에 의하여 도광판(100) 내부로 입사되는 빛을 집광시키기 위한 패턴으로 제1광원(210)의 빛이 진행하는 방향에 대한 수직 방향의 길이를 갖는 프리즘 패턴으로 형성되고, 제2광 패턴(110b)은 제2광원(220)에 의하여 도광판(100) 내부로 입사되는 빛을 집광시키기 위한 패턴으로 제2광원(220)의 빛이 진행하는 방향에 대한 수직 방향의 길이를 갖는 프리즘 패턴으로 형성된다. 또한, 프리즘 형상의 광 패턴(110)은 소정의 폭(w)과 길이(l)를 가지며, 길이(l)가 폭(w)에 비하여 충분히 큰 형상의 프리즘 패턴으로 형성된다. 일 예로, 광 패턴(110)은 최대 폭(w)이 대략 4㎛이고, 길이(l)가 대략 40㎛인 프리즘 형상으로 형성된다.

이러한 광 패턴(110)은, 도광판(100)의 양 면에 형성되거나 어느 일 면에 형성될 수 있고, 단면이 삼각형인 프리즘 형상 외에, 단면이 원형 또는 타원형인 실린더 형상을 이루거나 꼭지각이 둥근 프리즘 형상을 이룰 수 있으며, 도광판 표면에 대하여 양각 또는 음각으로 형성될 수 있다.

또한, 제1광 패턴(110a)과 제2광 패턴(110b)은 서로 다른 길이 방향으로 형성되며, 바람직하게는 서로 수직하는 방향으로 형성된다. 이러한 수직 배치 구조는 상대적인 광원에서 입사되는 빛의 집광 즉, 제1광 패턴(110a)에 의하여 제2광원(220)의 빛이 집광되거나 제2광 패턴(110b)에 의하여 제1광원(210)의 빛이 집광되는 것을 최소로 한다.

이를 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이 도광판(100)의 상측 또는 하측 입광면에 배치되는 제1광원(210)에 대하여 제1광 패턴(110a)은 가로 방향으로 형성되고, 도광판(100)의 좌측 또는 우측 입광면에 배치되는 제2광원(220)에 대하여 제2광 패턴(110b)은 세로 방향으로 형성된다.

그리고 광원(200)은 도광판 내부로 빛을 제공하는 면광원 장치의 발광원으로서, 다수의 LED 패키지가 기판에 실장된 LED 어레이로 구성될 수 있다. 이러한 광원(200)은 도광판(100)의 상측 또는 하측 입광면에 배치되는 제1광원(210)과 도광판(100)의 좌측 또는 우측 입광면에 배치되는 제2광원(220)으로 구성된다. 이때, 제1광원(210)은 제1광 패턴(110a)에 수직하게 빛을 입사시키고, 제2광원(220)은 제2광 패턴(110b)에 수직하게 빛을 입사시키도록 배치된다.

상기와 같은 면광원 장치는 영상 표시 모드에 따라 제1광원(210)과 제2광원(220)이 선택적으로 구동되거나 동시에 구동된다.

이하에서는 본 발명의 면광원 장치를 이용한 면 조명에 대하여 각 실시예에 따라 상세히 살펴본다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 구동과 발광 메커니즘을 나타낸 도면이고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 면광원 장치의 구동과 발광 메커니즘을 나타낸 도면이다.

먼저, 도 5는 주행시 자동차 계기판의 제1영상 영역(A)에서 정보가 표시될 때의 면광원 장치의 발광 상태를 나타낸 것이다(도 2의 (a) 참조). 주행 모드에서 광원(200)은 도광판(100) 하측에 배치되는 제1광원(210)만 발광되며, 제1광원(210)에 의하여 도광판(100) 내부로 입사되는 빛은 도광판(100) 내부에서 전반사되면서 출광면으로 출사된다. 이때, 도광판(100) 내부에서 균일하게 전반사되는 빛은 특히 제1영상 영역(A)에 형성되는 제1광 패턴(110a)에 의하여 집광되므로, 제1영상 영역(A)에서 상대적으로 높은 휘도를 나타내고, 이러한 휘도 차이는 계기판에서 제1영상 영역(A)과 그 외의 영역(즉, 블랙 영역)에 대하여 높은 명암비로 나타난다.

이는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1광원(210)에서 도광판(100) 내부로 입사되는 빛(210L)은, 빛의 진행 방향에 대하여 나란하게 형성되는 제2광 패턴(110b)에 의해서는 집광되지 않고, 빛의 진행 방향에 대하여 수직 방향으로 형성되는 제1광 패턴(110a)에 의하여 집광되므로, 제1광원(210)의 빛은 제1광 패턴(110a)이 형성된 영역 즉, 제1영상 영역(A)에서 높은 휘도로 출사되기 때문이다. 따라서, 주행 모드에서 제1영상 영역(A)과 나머지 블랙 영역이 높은 명암비를 나타내어, 영상에 대한 시인성을 향상시키고 눈의 피로를 최소로 할 수 있다.

그리고 도 7은 후진시 자동차 계기판의 전체 영상 영역(F)에서 정보가 표시될 때의 면광원 장치의 발광 상태를 나타낸 것이다(도 2의 (b) 참조). 계기판 패널의 전체 영상은 후진 모드에서 자동차 후방 영상을 전체 영상 영역(F)에 나타나고, 이때 전체 영상 영역(F)은 제1영상 영역(A)과 그 나머지의 제2영상 영역(B)으로 구성된다. 후진 모드에서 광원(200)은 도광판(100) 하측에 배치된 제1광원(210)과 우측에 배치된 제2광원(220)이 모두 발광된다.

이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1광원(210)에서 도광판(100) 내부로 입사되는 빛(210L)은 제1광 패턴(110a)에 의하여 집광되고, 제2광원(220)에서 도광판(100) 내부로 입사되는 빛(220L)은 제2광 패턴(110b)에 의하여 집광된다. 따라서, 후진 모드에서는 제1광원(210)과 제1광 패턴(110a)에 의하여 제1영상 영역(A)이 높은 휘도를 나타내고, 제2광원(220)과 제2광 패턴(110b)에 의하여 제2영상 영역(B)이 높은 휘도를 나타내어, 전체 영상 영역(F)이 높은 휘도를 나타내게 된다.

한편, 자동차 계기판의 전체 영상 영역에 대한 디스플레이는 자동차의 후진 모드를 예시하였으나, DMB 모드, 네비게이션 모드, 화상통신 모드 등 패널 전체 영역에서 영상을 제공하는 다양한 모드에서 이루어질 수 있다. 또한, 상기와 같은 구성의 면광원 장치는 자동차용 계기판 외에, 적어도 두 개 이상의 영상 영역으로 구분되는 다양한 종류의 디스플레이 패널에 적용되어, 적어도 하나 이상의 영상 영역을 선택적으로 면 조명하도록 구성될 수 있다.

이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100 : 도광판 110 : 광 패턴
110a : 제1광 패턴 110b : 제2광 패턴
200 : 광원
210 : 제1광원 220 : 제2광원
A : 제1영상 영역
B : 제2영상 영역
F : 전체 영상 영역

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 부분 영상과 상기 부분 영상 영역을 포함하는 전체 영역에 대한 전체 영상을 선택적으로 표시하는 표시장치에 있어서,
   상기 부분 영상 또는 전체 영상의 구동을 제어하는 영상패널;
   상기 영상패널의 하부에 배치되며, 상기 영상패널의 부분 영상 영역에 대응하는 위치에 제1방향의 길이를 갖도록 형성되는 제1광 패턴과, 상기 부분 영상 영역을 제외한 나머지 영상 영역에 대응하는 위치에 상기 제1광 패턴과 수직하는 제2방향의 길이를 갖도록 형성되는 제2광 패턴을 구비하는 도광판;
   상기 도광판의 일 측부에 배치되어 상기 제1광 패턴의 길이 방향에 수직하는 방향으로 상기 도광판 내부로 빛을 제공하는 제1광원;
   상기 도광판의 타 측부에 배치되어 상기 제2광 패턴의 길이 방향에 수직하는 방향으로 상기 도광판 내부로 빛을 제공하는 제2광원;을 포함하여,
   상기 영상패널의 구동과 함께 상기 제1광원만을 점등시켜 부분 영상을 표시하거나 상기 제1광원 및 제2광원을 동시에 점등시켜 전체 영상을 표시하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
   
   

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