KR102102901B1 - 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 얇은 평판형 백 라이트 유닛을 구비한 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 박막형 시야 범위 조절 표시장치는, 평판 표시 패널; 그리고 상기 평판 표시 패널 배면에 위치하며, 광원, 시준 광을 방출하는 평판 웨이브 가이드 및 회절 광학 필름을 구비한 백 라이트 유닛을 포함한다. 본 발명은, 현재 주류를 이루는 액정 표시장치 및 유기발광 표시장치와 동일한 수준의 두께를 갖고, 휘도 분포가 균일하도록 박형화한 홀로그래피 기술을 응용한 표시장치를 제공할 수 있다.

Description

박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치 {Thin Flat Type Controlled Viewing Window Display}
본 발명은 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치 (CVD: Controlled Viewing Window Display)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 얇은 평판형 백 라이트 유닛을 구비한 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치에 관한 것이다.
최근 3차원 (3D: Three Dimension) 영상과 영상 재생 기술에 대한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 3차원 영상 관련 미디어는 시각 정보의 수준을 한 차원 더 높여주는 새로운 개념의 실감 영상 미디어로서 차세대 영상장치를 주도할 것으로 예상된다. 기존의 2차원 영상 시스템은 평면 영상을 제공하지만 3차원 영상 시스템은 물체가 가지고 있는 실제 이미지 정보를 관찰자에게 보여주는 관점에서 궁극적인 영상 구현 기술이라고 할 수 있다.
3차원 입체 영상을 재생하기 위한 방법으로는 크게, 스테레오스코피 (stereoscopy), 홀로그래피 (holography) 및 집적영상 (integral imaging) 등의 방법들이 연구 개발되고 있다. 이 중에서 홀로그래피 방식은 레이저를 이용하여 제작한 홀로그래피를 관측시 특수 안경을 장착하지 않고도 실물과 동일한 입체 영상을 느낄 수 있는 방식이다. 따라서, 홀로그래피 방식은 입체감이 뛰어나며 관측자가 피로감 없이 입체 영상을 느낄 수 있는 가장 이상적인 방식으로 알려져 있다.
홀로그래피 방식은 물체에서 반사된 빛(물체파)과 간섭성(Coherence)이 있는 빛(기준파)을 겹쳐서 얻어지는 간섭신호를 기록하고 이를 재생하는 원리를 이용하는 것이다. 가간섭성이 높은 레이저 광을 사용하여 물체에 부딪혀 산란되는 물체파를 또 다른 방향에서 입사된 기준파와 만나게 하여 형성된 간섭 무늬를 산진 필름에 기록하는 것을 홀로그램이라고 한다. 물체파와 기준파가 만날 때, 간섭에 의한 간섭 무늬를 형성하는데, 이 간섭 무늬에 물체의 진폭과 위상 정보가 함께 기록된다. 이렇게 기록된 간섭 무늬에 참조광을 조사하여 홀로그램에 기록된 입체성을 3차원 영상으로 복원하는 것을 홀로그래피라고 한다.
홀로그래피 방식의 영상 시스템을 구축하는 경우, 광원에서 방출되는 빛의 세기가 가우시안 형태(Gaussian Profile)를 따르기 때문에 휘도가 균일하지 않다. 또한, 이미지 노이즈를 유발하는 다차 모드를 줄이기 위해 빛이 입사되는 각도를 기울이는 경우, 빛의 직진(Collimation) 순도가 심하게 손상된다.
이와 같은 종래 기술의 단점을 해결하기 위해, 다차 모드를 줄이기 위해 빛이 입사되는 각도를 기울인 상태에서도 빛의 직진 순도를 유지하기 위한 백 라이트 시스템(BLU)이 연구되고 있다. 일례로서 콜리메이션(Collimation) 렌즈를 이용한 방식이 있다. 도 2a는 콜리메이션 렌즈를 이용하여 평행 직진 광선속 (Collimated Light Beam)을 생성하는 백 라이트 유닛(BLU)의 개요를 나타낸 도면이다.
도 1a를 참조하면, 광원(30)에 점 광원을 배치하고, 점 광원(30)으로부터 초점 거리만큼 떨어진 위치에 콜리메이션 렌즈(CL)를 배치하면, 점 광원(30)에서 방사된 빛은 콜리메이션 렌즈(CL)에 의해 평행 광선속(Collimated Lihgt Beam)이 만들어진다. 이와 같이 생성된 평행 광선속을 홀로그래피 방식의 입체 영상 시스템에서 참조광으로 사용할 수 있다.
그런데 대부분의 경우, 홀로그래피 영상 시스템에서 참조광은 홀로그램 패턴이 형성된 회절 광학 소자에 일정 각도를 갖고 입사되는 것이 바람직하다. 이유는 홀로그램 필름과 같은 회절 광학 소자들은 0차모드(0th mode)와 1차 이외의 고차 모드의 이미지가 생성될 수 있어, 이들의 발생을 제거 혹은 줄이기 위해서는 일정 각도의 입사각을 주는 것이 유리할 수 있기 때문이다.
이를 위해서는, 도 1a에 의한 백 라이트 유닛에서, 광원(30)의 위치를 입사각만큼 편향시키는 것을 생각할 수 있다. 도 2b는 콜리메이션 렌즈를 이용하여 소정의 입사각으로 진행하는 평행 광선속을 생성하는 백 라이트 유닛(BLU)의 개요를 나타낸 도면이다.
도 1b를 참조하면, 점 광원(30)의 위치를 광축(130)에서 위쪽 방향으로 편향시켜, 콜리메이션 렌즈(CL)의 중심을 향한 입사각이 α가 되도록 만들 수 있다. 그러면, 이론적으로는 도 1b의 점선으로 도시한 바와 같이, 광축(130)에 수평인 방향에 대해 각도 α만큼 경사진 방향으로 진행하는 평행 광선속을 만들 수 있다. 하지만, 실제의 경우에는 콜리메이션 렌즈(CL) 구면 수차와 같은 물리적 특성에 의해, 실제 광 경로는 도 1b의 실선으로 나타낸 것과 같이, 입사각 α를 갖고 평행하게 진행하지 않는다. 그 결과, 백 라이트 유닛(BLU)에서 출사한 평행 광선속이 원하는 방향으로, 원하는 영역에 걸쳐 고르게 입사되지 않고, 어느 한쪽에 치우쳐 분포되는 결과가 나타난다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로, 콜리메이션 렌즈에 프리즘 시트를 조합하여 광 조사 방향 제어 가능한 백 라이트 유닛이 제안되기도 하였다. 이하, 도 2를 참조하여 광 조사 방향 제어 가능한 백 라이트 유닛을 설명한다. 도 2는 종래 기술에 의한 광 조사 방향 제어 가능한 평행 광선속을 제공하는 백 라이트 유닛의 구조를 나타내는 개략도이다.
종래 기술에 의한 광 조사 방향 제어 가능한 백 라이트 유닛(BLU)은, 콜리메이션 렌즈(CL), 콜리메이션 렌즈(CL)의 일측변에 위치한 점 광원(30) 그리고 콜리메이션 렌즈(CL)의 타측 변에 위치한 프리즘 시트(PS)를 포함한다. 점 광원(30)은 한 지점에서 방사형으로 빛을 방출하는 광원이면 어는 것이어도 좋다. 점 광원(30)에서 출사하는 빛이 가급적 콜리메이션 렌즈(CL) 쪽으로 조사되도록 하기 위해 뒤편에 반사경(도시하지 않음)을 더 포함할 수도 있다.
점 광원(30)은 콜리메이션 렌즈(CL)의 초점 평면 상에 위치하는 것이 바람직하다. 특히, 점 광원(30)은 콜리메이션 렌즈(CL)의 중심에서 초점 평면의 중심을 연결하는 광축(130; Light Axis) 상에 위치하는 것이 더 바람직하다.
콜리메이션 렌즈(CL)는 점 광원(30)으로부터 입사되는 빛을 평행 광선속 (100; Collimated Light Beam)으로 만든다. 즉, 광축(130)과 평행한 방향으로 직진하는 평행 광선속을 형성한다. 콜리메이션 렌즈(CL)는 프레즈넬 렌즈(Fresnel Lens)와 같은 광학계 렌즈를 포함할 수 있다.
프리즘 시트(PS)는 콜리메이션 렌즈(CL)를 기준으로 점 광원(30)과 대칭되는 쪽에 위치하는 것이 바람직하다. 프리즘 시트(PS)는 콜리메이션 렌즈(CL)에 의해 평행 직진하는 빛의 방향을 광축에 대해 수직 방향으로 일정 각도 α만큼 굴절시킨다. 예를 들어, 프리즘 시트(PS)는 평행 광선속(100)의 평행성은 그대로 유지한 채, 진행하는 방향이 광축(130)에서 일정하게 α°만큼 아래를 향하도록 조절할 수 있다. 즉, 프리즘 시트(PS)는 평행 광선속(100)을 조사 방향이 조절된 평행 광선속(200; Controlled Collimated Light Beam)으로 변환한다. 프리즘 시트(PS)는 프레즈넬 프리즘 시트를 포함할 수 있다.
이러한, 백 라이트 유닛을 채용한 홀로그래피 표시장치에는 무안경 방식의 홀로그램 입체 영상 장치(Hologram 3D Display) 또는 시야 범위 조절 표시장치(CVD; Controlled Viewing-Window Display) 등으로 개발할 수 있다. 이 중에서, 시야 범위 조절 표시장치는 다양한 종류의 표시장치로 응용할 수 있다.
예를 들어, 시야 범위를 임의적으로 조절할 수 있으므로 특정한 관람자에게만 표시정보를 제공하는 보안용 표시장치를 제공할 수 있다. 혹은, 서로 다른 영상을 서로 다른 시야 범위에 표시하는, 다중 표시장치를 제공할 수 있다. 또한, 좌안 영상을 좌안에 우안 영상을 우안에만 선택적으로 제공할 수 있어, 3D 크로스-토크가 거의 발생하지 않는 입체 영상 표시장치를 제공할 수 있다.
도 3은 종래 기술에 의한 시야 범위 조절 표시장치의 개략적인 구도를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 종래 기술에 의한 시야 범위 조절 표시장치는, 영상을 표현하는 표시 패널(LCP)과 백 라이트 유닛(BLU)을 포함한다. 표시 패널(LCP)은 백 라이트를 이용하는 평판 표시장치로서, 대표적으로는 액정 표시 패널을 사용할 수 있다. 시야 범위 조절 표시장치는 표시 패널(LCP)에서 표현하는 영상 정보를 특정 시야 범위에 국한하여 조사하는 장치이다. 따라서, 시야 범위를 조절하기 위해서는 백 라이트의 조사 범위를 특정 범위로 국한하는 백 라이트 유닛(BLU)이 필요하다. 예를 들어, 백 라이트 유닛(BLU)은 도 2에서 설명한 방식을 응용한 것일 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 종래 기술에 의한 시야 범위 조절 표시장치의 백 라이트 유닛(BLU)은 광원(LED), (콜리메이션)렌즈(LEN), 반사판(REF) 및 회절광학 필름(HOE)을 구비한다. 홀로그래피 기술을 사용하기 위해서는, 시준성이 높은 빛을 사용하는 것이 필요하다. 따라서, 광원(LED)은 레이저 광원 혹은 LED 레이저 광원일 수 있다. 또한, 광원(LED)이 일반 LED인 경우, 빛의 시준성을 높여주기 위한 콜리메이션 렌즈(LEN)를 더 구비할 수 있다. 콜리메이티드 빛을 이용하여 특정 범위에 국한되어 조사되는 백 라이트를 만들기 위한, 시야 범위가 기록된 회절 광학 필름(HOE)을 구비한다. 회절 광학 필름(HOE)에 기준파에 해당하는 백 라이트를 조사함으로써, 회절 광학 필름(HOE)에 기록된 바에 따라 일정 범위에 국한된 조사 범위를 갖는 백 라이트를 표시 패널(LCP)에 제공할 수 있다.
특히, 대면적 시야 범위 조절 표시장치를 구현하기 위해서는 대면적 표시 패널(LCP)에 대응하는 회절 광학 필름(HOE)이 표시 패널(LCP) 배면에 배치된다. 그리고 광원(LED)에서 출사되고 렌즈(LEN)에 의해 콜리메이이션 한 백 라이트를 대면적 회절 광학 필름(HOE)에 입사하기 위한 반사판(REF)을 구비한다.
이와 같이 종래 기술에 의한 시야 범위 조절 표시장치는 빛을 공간 광학적으로 발산 및 수렴을 필요로 하는 렌즈(LEN)와 반사판(REF) 등을 구비한다. 따라서, 원하는 수준의 시준성을 확보하기 위해서는 물리적으로 어느 정도의 광 경로를 필요로 한다. 즉, 백 라이트 유닛(BLU)의 부피가 커질 수밖에 없는 구조를 갖는다. 그 결과, 종래 기술에 의한 시야 범위 조절 표시장치는 부피가 크고 무게가 무겁기 때문에 다양한 분야에 응용하는 데 한계가 있다.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 콜리메이션 광을 제공하는 초 박막형 백 라이트 유닛을 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은 초 박막형 콜리메이션 백 라이트 유닛을 구비한 박막형 시야 범위 조절 표시장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 2D 및 3D 영상을 선택적으로 표시할 수 있는 박막형 시야 범위 조절 표시장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 의한 박막형 시야 범위 조절 표시장치는, 평판 표시 패널; 그리고 상기 평판 표시 패널 배면에 위치하며, 광원, 시준 광을 방출하는 평판 웨이브 가이드 및 회절 광학 필름을 구비한 백 라이트 유닛을 포함한다.
상기 평판 표시 패널에 부착되어 관람자의 위치를 추적하여 상기 백 라이트 유닛에 관람자 위치 정보를 제공하는 아이 트래커를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 백 라이트 유닛은, 상기 평판 웨이브 가이드가 상기 평판 표시 패널의 배면에 면 대향하여 배치되고, 상기 회절 광학 필름은 상기 평판 웨이브 가이드와 상기 평판 표시 패널 사이에 개재되며, 상기 광원은 상기 평판 웨이브 가이드의 일측면에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 회절 광학 필름과 상기 평판 표시 패널 사이, 그리고 상기 회절 광학 필름과 상기 평판 웨이브 가이드 사이 중 적어도 어느 한 곳에 개재된 선택형 확산판을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 회절 광학 필름은, 상기 광원에서 출사한 백 라이트를, 관람자의 머리 폭에 상응하는 시야 창 폭으로 수렴하는 회절 패턴이 기록된 것을 특징으로 한다.
상기 회절 광학 필름은, 상기 광원에서 출사한 백 라이트를, 관람자의 일안 크기에 상응하는 시야 창 폭으로 수렴하는 회절 패턴이 기록된 것을 특징으로 한다.
상기 평판 웨이브 가이드는, 상기 광원에서 입사하는 빛의 입사각에 따라 출사광의 출사각을 다르게 하는 그레이팅 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 평판 웨이브 가이드는, 기저 클래드, 웨이브 가이드 코어 및 웨이브 가이드 클래드가 적층된 구조를 가지며, 상기 기저 클래드의 하층면, 상기 기저 클래드와 상기 웨이브 가이드 코어 사이, 상기 웨이브 가이드 코어와 상기 웨이브 가이드 클래드 사이, 그리고 상기 웨이브 가이드 클래드의 상층면 중 적어도 하나에 형성된 그레이팅 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 웨이브 가이드 코어는 상기 기저 클래드 및 상기 웨이브 가이드 클래드보다 높은 굴절율을 갖는 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 그레이팅 패턴은, 일정한 폭을 갖는 선형 패턴이 일정한 간격으로 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 그레이팅 패턴은, 상기 광원에 가장 가까이 배치된 제1 패턴은 최소 높이 값을 갖고, 상기 광원에서 가장 멀리 배치된 제2 패턴은 최대 높이 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴 사이에 배치된 패턴들은 상기 최소 높이 값에서 상기 최대 높이 값까지 순차적으로 증가하는 높이 값들을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 액정 표시 패널 및 유기발광 표시장치에 그대로 적용할 수 있는 홀로그래피 방식의 박막형 백 라이트 유닛을 제공한다. 따라서, 시준 순도가 높은 백 라이트를 채용한 박막 평판형 홀로그래피 영상 표시장치를 제공한다. 특히, 시야 범위 조절 가능한 표시장치와 같이 응용 범위가 다양한 홀로그래피 영상 표시장치에 응용할 수 있는 박막 평판형 백 라이트 유닛을 제공한다. 따라서, 현재 주류를 이루는 액정 표시장치 및 유기발광 표시장치와 동일한 수준의 두께를 갖고, 휘도 분포가 균일하도록 박형화한 홀로그래피 기술을 응용한 표시장치를 제공할 수 있다.
도 1a는 콜리메이션 렌즈를 이용하여 평행 직진 광선속 (Collimated Light Beam)을 생성하는 백 라이트 유닛(BLU)의 개요를 나타낸 도면.
도 1b는 콜리메이션 렌즈를 이용하여 소정의 입사각으로 진행하는 평행 광선속을 생성하는 백 라이트 유닛(BLU)의 개요를 나타낸 도면.
도 2는 종래 기술에 의한 광 조사 방향 제어 가능한 평행 광선속을 제공하는 백 라이트 유닛의 구조를 나타내는 개략도.
도 3은 종래 기술에 의한 시야 범위 조절 표시장치의 개략적인 구도를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치의 개략적인 구도를 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드의 일 예를 나타내는 평면도.
도 6은 도 5에서 절취선 I-I'로 자른, 본 발명에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드의 구조를 나타내는 단면도.
도 7a 및 7b는 도 5의 박막 평판형 웨이브 가이드로 입사하는 입사광의 입사 각도를 조절하여, 출사광의 출사 각도를 제어하는 상태를 나타내는 개략도들.
도 7c 및 도 7d는 웨이브 가이드 내에서 진행하는 입사광의 방향에 따른 출사광의 방향을 나타내는 개략도들.
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드에서 출사하는 빛의 강도 분포를 나타내는 단면도.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드를 나타내는 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.
도 4를 참조하여, 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치의 개략적인 구도를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치는, 표시 패널(LCP)와 표시 패널(LCP)의 배면에 배치되는 백 라이트 유닛(BLU)을 포함한다. 표시 패널(LCP)은 백 라이트를 필요로 하는 액정 표시 패널일 수 있다. 또한, 도 4는 분해 사시도로서, 백 라이트 유닛의 구조를 나타내기 위해 가시적으로 두꺼운 두께로 표시하였다. 하지만, 실제로는, 훨씬 얇은 초 박형 백 라이트 유닛을 구현할 수 있다.
백 라이트 유닛(BLU)은 박막 평판형 웨이브 가이드(Slab Waveguide)(SWG)를 포함한다. 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 넓은 표면 중 앞면이 표시 패널(LCP)의 배면과 마주보도록 배치하는 것이 바람직하다. 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 일측면에는 광원(LS)이 배치된다. 광원(LS)은 다수개의 레이저 광원들이 일렬로 배열된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 바닥면을 광 입사면으로 하고, 광 입사면에 다수 개의 레이저 광원들을 일렬로 배치하여 구성할 수 있다.
박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 앞에는 백 라이트의 조사 범위를 기록한 회절 광학 필름(HOE)이 배치된다. 회절 광학 필름(HOE)에는 입사된 백 라이트를 기 정해진 범위인 시야 창(VW)으로만 집광하기 위한 패턴이 기록된다. 회절 패턴 기록에 대한 내용은 잘 알려진 홀로그래피 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
회절 광학 필름(HOE) 앞에는 투과 모드와 산란 모드를 선택할 수 있는 선택 확산판(DIF)이 배치된다. 선택 확산판(DIF)을 투과 모드로 선택하면, 회절 광학 필름(HOE)에서 출사한 빛을 그대로 투과한다. 회절 광학 필름(HOE)에 의해 기 정해진 시야 창(VW) 범위로 백 라이트를 집광한다. 한편, 선택 확산판(DIF)을 산란 모드로 선택하면, 회절 광학 필름(HOE)에 의해 방향성을 갖는 백 라이트를 산란하여, 방향성이 없어진다. 따라서, 시야 범위가 조절되지 않은 일반적인 액정 표시장치 상태가 된다.
도 4에서는 편의상, 선택 확산판(DIF)의 위치가 회절 광학 필름(HOE)과 표시 패널(LCP) 사이에 개재된 것으로 도시하였다. 하지만, 필요에 따라서는, 선택 확산판(DIF)가 회절 광학 필름(HOE)과 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG) 사이에 개재할 수도 있다. 어느 위치에 배치되더라도, 백 라이트를 지향성을 갖는 상태로 유지하거나 백 라이트를 산란하여 지향성을 없애거나 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치는, 아이 트래커(ET)를 더 구비할 수 있다. 아이-트래커(ET)는 관람자의 (특히, 관람자의 눈의) 위치를 추적하는 기능을 하는 것으로서, 광 출사 방향을 제어할 수 있는 백 라이트 유닛에 위치 정보를 제공하는 장치이다. 관람자의 위치가 변경되면, 이 변경 위치 정보를 백 라이트 유닛에 제공한다. 그러면 백 라이트 유닛은 광 출사 방향을 제어하여 이동한 관람자의 위치로 빛을 방출한다.
이와 같은 구조를 갖는 시야 범위 조절 표시장치의 구체적인 작동 예에 대하여 설명한다. 표시 패널(LCP)에서는 구현하고자 하는 영상을 표현한다. 백 라이트 유닛(BLU)에서는 시야 범위가 특정 범위로 조절된 백 라이트를 제공한다. 그러면, 표시 패널(LCP)에서 구현되는 영상은 백 라이트 유닛(BLU)에서 제공된 백 라이트에 의해 정해진 시야 창(VW)으로만 조사된다.
예를 들어, 입체 영상 표시장치로 응용하는 경우, 표시 패널(LCP)은 첫 번째 프레임에서 좌안 영상을 표현한다. 그리고 백 라이트 유닛(BLU)에서는 사람의 일안 크기에 상응하는 시야 창(VW)의 크기로 조절된 백 라이트를 제공한다. 그리고 아이 트래커(ET)에서는 관람자의 좌안으로 시야 창(VW)을 편향한다. 그러면, 좌안 영상은 관람자의 좌안으로만 조사된다. 한편, 표시 패널(LCP)은 두 번째 프레임에서 우안 영상을 표현한다. 마찬가지로, 백 라이트 유닛(BLU)에서는 사람의 일안 크기에 상응하는 시야 창(VW)의 크기로 조절된 백 라이트를 제공한다. 반면에, 아이 트래커(ET)에서는 관람자의 우안으로 시야 창(VW)을 편향한다. 그러면, 우안 영상은 관람자의 우안으로만 조사된다. 이로써, 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치는 입체 영상 표시장치로 활용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치가 3D 모드일 때에는, 선택 확산판(DIF)이 투과 모드로 작동한다. 따라서, 좌안 영상은 좌안으로 우안 영상은 우안으로만 선택적으로 시야 범위를 조절함으로써 입체 영상을 구현할 수 있다. 반면에 선택 확산판(DIF)을 산란 모드로 전환하면, 영상 정보의 시야 범위가 조절되지 않은 상태로 제공되기 때문에 일반적인 2D 모드로 전환된다. 앞에서도 설명하였듯이, 선택 확산판(DIF)은 설계 의도나 기능적 필요성 등 여러 이유로 해서, 회절 광학 필름(HOE)의 앞 혹은 뒤에 배치되어 그 기능을 충분히 할 수 있다.
또 다른 경우로 다중 표시 장치로 활용하는 경우를 설명한다. 표시 패널(LCP)이 제1 종류의 영상을 표현한다. 백 라이트 유닛(BLU)에서는 한 관람자의 얼굴 크기에 상응하는 시야 창(VW)의 크기로 조절된 백 라이트를 제공한다. 그리고 아이 트래커(ET)에서는 표시 패널(LCP)의 정중앙에서 좌측으로 치우친 방향으로 편향한다. 그러면, 제1 종류의 영상은 좌측에 위치한 관람자에게만 제공된다. 한편, 표시 패널(LCP)이 제2 종류의 영상을 표현한다. 백 라이트 유닛(BLU)에서는 한 관람자의 얼굴 크기에 상응하는 시야 창(VW)의 크기로 조절된 백 라이트를 제공한다. 그리고 아이 트래커(ET)에서는 표시 패널(LCP)의 정중앙에서 우측으로, 특히, 제1 종류의 영상이 제공된 위치에서 적어도 한 사람의 어깨 너비만큼 치우친 방향으로 편향한다. 그러면, 제2 종류의 영상은 우측에 위치한 관람자에게만 제공된다.
이와 같이, 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치가 다중 관람 모드일 때에는, 선택 확산판(DIF)가 투과 모드로 작동한다. 따라서, 제1 영상은 제1 관람자에게 제2 영상은 제2 관람자에게만 선택적으로 제공할 수 있다. 반면에 선택 확산판(DIF)를 산란 모드로 전환하면, 영상 정보의 시야 범위가 조절되지 않은 상태로 제공되기 때문에 모든 사람에게 공통적으로 제공되는 일반 모드로 전환된다.
이하, 도 5 및 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 핵심 구성 요소 중 하나인 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드의 일 예를 나타내는 평면도이다. 도 6은 도 5에서 절취선 I-I'로 자른, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)는 대략 장방형의 박막 면체를 갖는 도파판(Waveguide Plate)인 것이 바람직하다. 특히, 그 면의 크기는 표시 패널(LCP)의 면적에 상응하는 것이 바람직하다. 또한, 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 일측 표면, 특히 표시 패널(LCP)과 대향하는 면에는 그레이팅 패턴(GR)을 포함한다. 그레이팅 패턴(GR)은 표시 패널(LCP)의 표시 영역에 대응하는 발광 영역(LA)에 형성하는 것이 바람직하다. 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 일측면에는 광원이 배치되어 광원으로부터 입사광(IL)을 받는다. 그리고 입사면과 수직인 출사면으로 시준된(Collimated) 광을 출사광(OL)으로 방출한다.
도면으로 나타내지는 않았으나, 입사광(IL)이 입사하는 면을 제외한 다른 측면들은 입사광이 누설되지 않도록 반사물질 혹은 고굴절율 물질을 도포하여, 다시 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 내부로 반사할 수 있다.
도 6을 참조하면, 단면 구조상 본 발명에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)는, 기저 클래드(CLS) 위에 웨이브 가이드 코어(COR), 웨이브 가이드 클래드(CLD), 그리고 그레이팅 패턴(GR)이 적층된 구조를 갖는다. 기저 클래드(CLS)는 또 다른 웨이브 가이드 클래드인 것으로, 웨이브 가이드 코어(COR)가 클래드들에 둘러싸인 구조를 갖는다. 기저 클래드(CLS)와 웨이브 가이드 클래드(CLD)는 동일한 굴절율을 갖거나, 필요에 따라서는 서로 다른 굴절율을 가질 수 있다. 한편, 웨이브 가이드 코어(COR)는 클래드들(기저 클래드(CLS) 및 웨이브 가이드 클래드(CLD))보다 높은 굴절율을 갖는 물질을 포함한다. 따라서, 웨이브 가이드 코어(COR)로 입사한 빛은 웨이브 가이드 코어(COR)와 클래드들의 경계면에서 전반사가 이루어져 웨이브 가이드 코어(COR) 내부로 균일하게 전파될 수 있다.
입사광(IL)은 웨이브 가이드 코어(COR)의 일측면으로 입사된다. 입사된 빛은 기판(CLS)과 웨이브 가이드 클래드(CLD)에 의해 전반사되어 웨이브 가이드 코어(COR)를 통해 전체 면적에 걸쳐 고르게 확산 전파된다. 한편, 전반사가 이루어지는 과정에서 그레이팅 패턴(GR)이 형성된 부분으로 투사되는 빛은, 출사광(OL)이 되어, 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG) 외부로 방출된다. 즉, 그레이팅 패턴(GR)은 웨이브 가이드 코어(COR) 내부를 진행하는 빛을 설계된 각도로 추출하는 주기에 맞추어져 형성하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 입사광(IL)이 웨이브 가이드 코어(COR)의 노출된 측면에 대해 수직하게 입사되면, 입사광(IL)의 진행 방향에 대해 수직하게 그레이팅 패턴(GR)이 형성되어 있다면, 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 앞면에 대해 수직 방향을 갖는 출사광(OL)으로 방출된다. 반면에, 입사광(IL)의 입사 각도를 조절하여, 웨이브 가이드 코어(COR) 내에서의 빛의 진행 방향이 그레이팅 패턴(GR)과 기울어진 각도를 갖게 될 경우, 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 앞면에 대한 수직 방향에서 좌측 혹은 우측으로 꺾인 방향을 갖는 출사광(OL)으로 방출될 수 있다. 따라서, 입사광(IL)의 입사 각도를 조절하여 출사광(OL)의 진행 방향을 조절할 수도 있다.
이하, 도 7a 및 7b를 참조하여, 본 발명에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)에서 입사광(IL)의 입사각과 출사광(OL)의 출사각 사이의 관계를 좀 더 상세히 설명한다. 도 7a 및 7b는 도 5의 박막 평판형 웨이브 가이드로 입사하는 입사광의 입사 각도를 조절하여, 출사광의 출사 각도를 제어하는 상태를 나타내는 개략도들이다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 입사광(IL)이 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 입사면에 수직으로 입사한 경우, 그레이팅 패턴(GR)에 의해 출사광(OL)의 법선성분은 그레이팅 패턴(GR)에 수직하도록 출사된다. 하지만, 도 7b에 도시한 바와 같이, 입사광(IL)이 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 입사면에 대해 일정 각도(θ1) 기울어진 상태로 입사한 경우, 그레이팅 패턴(GR)에 의해 출사광(OL)의 법선성분은 출사면의 정수직 방향에서 좌측 혹은 우측으로 일정 각도(θ2) 기울어진 방향으로 출광한다.
이하, 도 7c 및 도 7d를 더 참조하여, 입사광(IL)의 입사 각도에 따른 출사광(OL)의 출사 방향 조절에 대하여 좀 더 상세히 설명한다. 도 7c 및 도 7d는 웨이브 가이드 내에서 진행하는 입사광의 방향에 따른 출사광의 방향을 나타내는 개략도들이다. 특히, 도 7c는 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG) 표면에 형성된 그레이팅 패턴(GR)의 라인의 방향과 웨이브 가이드(SWG) 내에서 진행하는 빛의 방향을 나타내는 개략도이다. 도 7d는 웨이브 가이드(SWG) 평면 상에서, 도 7c에 의한 입사광(IL)의 방향에 따른, 출사광(OL)의 방향을 나타내는 개략도이다.
웨이브 가이드(SWG) 내에서 진행하는 입사광(IL)의 진행 방향과 출사광(OL)의 진행 방향 사이의 관계는 다음 수학식 1로 표현할 수 있다.
Figure 112013038143760-pat00001
Figure 112013038143760-pat00002
여기서, φw: 웨이브 가이드 내에서 진행하는 빛의 방위각
βw: 웨이브 가이드 내에서 진행하는 빛의 웨이브 벡터
θs: 출사광의 편각
φs: 출사광의 방위각
Λ: 그레이팅 패턴의 주기
λ0: 진공 중에서의 빛의 파장
n: 웨이브 가이드 매질의 굴절율 이다.
상기 수학식 1이 무엇을 의미하는지 시각적으로 설명한다. 웨이브 가이드(SWG)가 X-Y 평면상에 놓여 있으며, 광원(LS)은 X축을 따라 배열되어 있다. 이 상태에서, 입사광(IL)이 +Y축과 평행하게 입사하면, 출사광(OL)은 +Z축 방향으로 출사한다. 하지만, 도 7c와 같이, 입사광(IL)이 +Y축에 대해 (φw)의 각도로 오른쪽으로(+X축 방향) 경사지게 입사하는 경우, 출사광(OL)은 +Z축에 대해 (θs)의 각도로 오른쪽으로(+X축 방향) 경사지게 출사함을 의미한다. 즉, 도 7d에서 Ks는 출사광(OL)의 웨이브 벡터를 의미하고, K∥는 Ks의 XY평면 성분 벡터를 의미한다. 따라서, 출사광(OL)의 방위각 φs은 출사광(OL)을 X-Y평면에 투영한 벡터와 Y축이 이루는 각도를 의미한다.
이러한 제어 방법을 아이 트래커(ET)와 연동하여, 시야 창(VW)을 원하는 위치로 변경할 수 있다. 즉, 아이 트래커(ET)는 관람자의 이동 위치를 추적하여 그 위치 정보를 백 라이트 유닛(BLU)에 제공한다. 그러면, 백 라이트 유닛(BLU)은 광원(LS)의 위치를 변경하여 입사광(IL)의 입사각을 제어함으로써 출사광(OL)이 변경된 관람자의 위치로 편향하도록 제어할 수 있다.
즉, 입사각에 따른 출사각의 변화는 그레이팅 패턴(GR)의 형상에 의해 상관 관계로 설정할 수 있다. 이 상관 관계를 나타내는 수식을 제어 장치화하여 백 라이트 유닛(BLU)에 장착하고, 아이 트래커(ET)에서 수신한 관람자의 위치에 따라 출사각을 연산한다. 그리고 원하는 출사각에 대응하는 입사각으로 광원(LS)을 제어함으로써, 관람자의 변경된 위치로 시야 창(VW)을 형성할 수 있다.
또한, 3D 모드로 사용하는 경우에도, 아이 트래커(ET)에서 제공하는 관람자 위치 정보와 표시 패널(LCP)에서 표현하는 좌안 혹은 우안 영상의 표시 주기와 연동하여 출사각을 조절함으로써, 입체 영상을 제공할 수 있다. 그리고, 다중 표시 장치 모드로 사용하는 경우에도, 아이 트래커(ET)에서 제공하는 여러 관람자의 위치 정보를 이용하여, 다중 영상 정보를 각각의 관람자 위치로 제공할 수 있도록 출사각을 조절할 수 있다.
본 발명에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)는 도파판으로서, 웨이브 가이드 코어(COR)로 원하는 파장의 빛을 입사 받아 그레이팅 패턴(GR)에 의해 콜리메이션 광을 출광하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 종래에 액정 표시장치에서 사용하던 도광판보다도 더 얇은 필름 구조로 형성할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 기저 클래드(CLS)의 두께를 조절하여, 응용 분야에 적합한 두께를 갖는 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)를 사용할 수도 있다.
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 대하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드에서 출사하는 빛의 강도 분포를 나타내는 단면도이다. 도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드를 나타내는 단면도이다.
제2 실시 예를 설명하기 위해서는, 제1 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드에서 출사하는 빛의 세기에 대해서 먼저 분석할 필요가 있다. 도 8을 참조하면, 제1 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 그레이팅 패턴(GR)은 발광 영역(LA) 전체 면적에 걸쳐서 균일한 형상과 분포를 갖는다. 예를 들어, 그레이팅 패턴(GR)은 일정한 높이와 일정한 폭을 갖는 돌출부가 일정한 간격으로 반복 배치된다. 즉, 돌출부 하나와 함몰부 하나를 포함하는 그레이팅 패턴(GR) 한 주기가 고르게 반복되어 분포된 구조를 갖는다.
그레이팅 패턴(GR)의 주기 즉, 폭과 간격의 크기를 변경하면 박막 평판형 웨이브 가이드의 출사면에 대한 출사 각도가 변경된다. 예를 들어, 웨이브 가이드의 굴절율이 1.5이고, 그레이팅 패턴(GR)의 주기가 70nm일 경우, 출사광(IL)은 +Z축을 기준으로 +Y축 방향으로 약 30도 정도 기울어진 방향으로 출사한다.
한편, 그레이팅 패턴(GR)의 높이 값에 의해서는 출사되는 광량의 정도가 결정된다. 즉, 그레이팅 패턴(GR)의 높이가 클수록 출사되는 광자의 양이 많아진다. 따라서, 발광 영역(LA) 전체 면적에 걸쳐서 그레이팅 패턴(GR)들의 높이가 동일한 경우, 입사광(IL)과 제일 가까운데 위치한 그레이팅 패턴(GR)에서 점점 멀어질 수록 출사되는 광량이 점점 줄어드는 경우가 발생할 수 있다.
예를 들어, 그레이팅 패턴(GR)의 높이를 출광량 90%에 맞도록 형성한 경우, 입사광(IL)의 입사면과 제일 가까운 데 형성된 그레이팅 패턴에 의해서 90%의 광량이 출사된다. 하지만, 입사광(IL)의 입사면과 제일 먼 곳에 형성된 그레이팅 패턴에 의해서는 50% 이하의 낮은 광량이 출사될 수 있다. 즉, 그레이팅 패턴(GR)들의 높이가 동일한 경우, 박막 평판형 웨이브 가이드의 출사면 전체 면적에 걸쳐 출사되는 빛의 휘도 분포의 편차가 40% 이상 발생하여 균일하지 않은 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 더 해결하기 위해, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)는 높이가 다른 그레이팅 패턴(GR)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히, 입사광(IR)이 입사되는 쪽에 가까운 패턴에서 점점 멀리 배치되는 패턴에 이르기까지, 그레이팅 패턴(GR)의 높이 값이 점차적으로 큰 값을 갖는 것을 특징으로 한다. 이하, 도 5 및 도 9를 참조하여, 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드를 더 상세히 설명한다. 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드는 제1 실시 예와 비교해서, 단면 구조에서만 차이가 있다. 따라서, 평면도는 제1 실시 예를 나타내는 도 5를 참조한다.
도 5를 참조하면, 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드는, 대략 장방형의 박막 면체를 갖는 도파판(Waveguide Plate)인 것이 바람직하다. 특히, 그 면의 크기는 표시 패널(LCP)의 면적에 상응하는 것이 바람직하다. 또한, 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 일측 표면, 특히 표시 패널(LCP)과 대향하는 면에는 그레이팅 패턴(GR)을 포함한다. 그레이팅 패턴(GR)은 표시 패널(LCP)의 표시 영역에 대응하는 발광 영역(LA)에 형성하는 것이 바람직하다. 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 일측면에는 광원이 배치되어 광원으로부터 입사광(IL)을 받는다. 그리고 입사면과 수직인 출사면으로 시준된(Collimated) 광을 출사광(OL)으로 방출한다.
도 9를 참조하면, 기저 클래드(CLS) 위에 웨이브 가이드 코어(COR), 웨이브 가이드 클래드(CLD), 그리고 그레이팅 패턴(GR)이 적층된 구조를 갖는다. 기저 클래드(CLS)는 또 다른 웨이브 가이드 클래드인 것으로, 웨이브 가이드 코어(COR)가 클래드들에 둘러싸인 구조를 갖는다. 기저 클래드(CLS)와 웨이브 가이드 클래드(CLD)는 동일한 굴절율을 갖거나, 필요에 따라서는 서로 다른 굴절율을 가질 수 있다. 한편, 웨이브 가이드 코어(COR)는 클래드들(기저 클래드(CLS) 및 웨이브 가이드 클래드(CLD))보다 높은 굴절율을 갖는 물질을 포함한다. 따라서, 웨이브 가이드 코어(COR)로 입사한 빛은 웨이브 가이드 코어(COR)와 클래드들의 경계면에서 전반사가 이루어져 웨이브 가이드 코어(COR) 내부로 균일하게 전파될 수 있다.
입사광(IL)은 웨이브 가이드 코어(COR)의 일측면으로 입사된다. 입사된 빛은 기판(CLS)과 웨이브 가이드 클래드(CLD)에 의해 전반사되어 웨이브 가이드 코어(COR)를 통해 전체 면적에 걸쳐 고르게 확산 전파된다. 한편, 전반사가 이루어지는 과정에서 그레이팅 패턴(GR)이 형성된 부분으로 투사되는 빛은, 출사광(OL)이 되어, 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG) 외부로 방출된다. 즉, 그레이팅 패턴(GR)은 웨이브 가이드 코어(COR) 내부를 진행하는 빛을 설계된 각도로 추출하는 주기에 맞추어져 형성하는 것이 바람직하다.
특히, 출사면 전체에 걸쳐 출사되는 광량이 균일하게 출사하도록 하기 위해, 그레이팅 패턴(GR)의 높이는 입사광(IR)이 입사되는 면으로부터의 거리에 따라 다른 값을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 입사광(IR)이 입사되는 쪽에 배치되는 그레이팅 패턴(GR)의 높이는 가장 낮은 값을 갖고, 입사광(IR)이 입사되는 면에서 가장 먼 쪽에 배치되는 그레이팅 패턴(GR)의 높이는 가장 높은 값을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 출사면 전체에 걸쳐 출사되는 빛의 휘도 분포 편차가 15%보다 작은 값을 갖도록 그레이팅 패턴을 설계한다. 이를 위해, 입사광(IR)이 입사되는 입사면에 가까운 그레이팅 패턴(GR)은 최소 높이 값을 갖는다. 반면에, 입사면과 대향하는 입사면에서 가장 멀리 배치된 그레이팅 패턴(GR)은 최대 높이 값을 갖는다. 그리고, 그 사이에 배치된 그레이팅 패턴(GR)들은 그 높이 값이 순차적으로 다른 값을 갖는다.
예를 들어, 입사광(IR)의 광량의 90%를 출사하기 위한 그레이팅 패턴(GR)의 높이 값을 최대 높이 값으로 설정한 경우, 입사면에서 가장 멀리 배치된 그레이팅 패턴을 이 최대 높이 값으로 형성한다. 한편, 입사면에 가장 가까이 배치된 그레이팅 패턴은, 최대 높이 값을 갖는 그레이팅 패턴에서 출사하는 광량과 15% 이내의 편차를 갖도록 시뮬레이션으로 또는 실험적으로 계산된 높이 값을 갖도록 형성한다. 이 높이 값을 최소 높이 값으로 설정한다.
그리고, 최소 높이 값을 갖는 제1 그레이팅 패턴(GR1)과 최대 높이 값을 갖는 제2 그레이팅 패턴 사이에(GR2) 배치된 다수 개의 그레이팅 패턴들은, 최소 값과 최대 값 사이에서 선형적으로 점차 증가하는 높이 값들을 갖도록 형성할 수 있다. 다른 방법으로는, 지수함수적으로 점차 증가하는 높이 값들을 갖도록 형성할 수도 있다. 그 결과, 각 그레이팅 패턴(GR)에서 출사되는 빛의 양은 출사면 전체에 걸쳐 휘도 편차 15% 이내의 고른 휘도 분포를 가질 수 있다.
또 다른 방법으로는, 출사면에서 입사광(IR)의 입사측 변과 그 반대측 변 사이에서 정 가운데에 위치한 중앙 그레이팅 패턴(GRC)에서 최적 광량이 출사되도록 중앙 그레이팅 패턴(GRC)의 최적 높이 값을 설정한다. 이 최적 높이 값은 시뮬레이션으로 계산하거나 실험적으로 얻은 값을 선택할 수 있다. 그리고, 중앙 그레이팅 패턴(GRC)에서 입사측 변에 가까워질수록 순차적으로 낮은 높이 값을 갖고, 반대측 변에 가까워질수록 순차적으로 높은 높이 값을 갖도록 그레이팅 패턴들을 형성할 수 있다.
이때, 최적 높이 값을 갖는 중앙 그레이팅 패턴(GRC)에서 출사되는 광량과 입사측 변에 제일 가까운 제1 그레이팅 패턴(GR1)에서 출사되는 광량의 편차가 7% 이내인 것이 바람직하다. 마찬가지로, 최적 높이 값을 갖는 중앙 그레이팅 패턴(GRC)에서 출사되는 광량과 반대측 변에 제일 가까운 제2 그레이팅 패턴(GR2)에서 출사되는 광량의 편차도 7% 이내인 것이 바람직하다. 그 결과, 출사면 전체에 걸쳐 휘도 편차 15% 이내의 고른 휘도 분포를 가질 수 있다.
상기 제1 실시 예 및 제2 실시 예에서는, 박막 평판형 웨이브 가이드의 구조가 가장 바람직한 경우에 대하여 설명하였다. 즉, 가장 안정적으로 제조할 수 있는 구조로서, 얇은 박막형 웨이브 가이드 코어(COR)을 중심으로 위면과 아래면 각각에 웨이브 가이드 클래드(CLD)와 기저 클래드(CLS)가 적층된 구조로 설명하였다. 하지만, 제조 기술이 더 발전한 경우, 웨이브 가이드 클래드(CLD) 및 기저 클래드(CLS) 중 적어도 어느 하나가 생략될 수 있다.
예를 들어, 박막 평판형 웨이브 가이드가 기저 클래드(CLS) 위에 웨이브 가이드 코어(COR)가 적층된 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 그레이팅 패턴(GR)은 웨이브 가이드 코어(COR) 바로 위에 직접 형성될 수 있다. 또는 그레이팅 패턴(GR)은 웨이브 가이드 코어(COR)과 기저 클래드(CLS) 사이에 형성될 수 있다. 또는 기저 클래드(CLS)의 외측면에 형성될 수 있다. 또 다른 방법으로는 기저 클래드(CLS) 내부에 그레이팅 패턴(GR)을 형성할 수도 있다.
다른 예로, 박막 평판형 웨이브 가이드가 웨이브 가이드 클래드(CLD) 아래에 웨이브 가이드 코어(COR)가 적층된 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 그레이팅 패턴(GR)은 웨이브 가이드 클래드(CLD) 바로 위에 직접 형성될 수 있다. 또는 그레이팅 패턴(GR)이 웨이브 가이드 클래드(CLD)와 웨이브 가이드 코어(COR) 사이에 형성될 수 있다. 또 다른 방법으로는 웨이브 가이드 코어(COR) 바로 아래에 그레이팅 패턴(GR)이 직접 형성될 수 있다.
또 다른 예로, 기저 클래드(CLS)와 웨이브 가이드 클래드(CLD) 모두 포함되지 않고, 웨이브 가이드 코어(COR)만으로 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)를 형성할 수 있다. 이 경우, 그레이팅 패턴(GR)은 웨이브 가이드 코어(COR) 바로 위 혹은 바로 아래에 직접 형성될 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.
SWG: 박막 평판형 웨이브 가이드 CLS: 기저 클래드
COR: 웨이브 가이드 코어 CLD: 웨이브 가이드 클래드
GR: 그레이팅 패턴 IL: 입사광
OL: 출사광 LA: 발광 영역
LCP: 표시 패널 BLU: 백 라이트 유닛
VW: 시야 창 LS: 광원
HOE: 회절 광학 필름 DIF: 선택형 확산판
ET: 아이 트래커 LED: (LED) 광원
CL: 콜리메이션 렌즈 REF: 반사판
30: 점 광원 130: 광축
100: 평행 광선속 200: 방향이 조절된 평행 광선속
PS: 프리즘 시트

Claims (12)

  1. 평판 표시 패널; 그리고
    상기 평판 표시 패널 배면에 위치하며, 광원, 시준 광을 방출하는 평판 웨이브 가이드 및 회절 광학 필름을 구비한 백 라이트 유닛을 포함하고,
    상기 평판 웨이브 가이드는,
    기저 클래드;
    상기 기저 클래드 상에 적층되어 일 측면으로 입사되는 입사광을 내부로 균일하게 전파하는 웨이브 가이드 코어;
    상기 웨이브 가이드 코어 상에 적층되는 웨이브 가이드 클래드; 및
    상기 웨이브 가이드 클래드 상에 상기 웨이브 가이드 코어 내부를 진행하는 빛을 기설정된 각도로 추출하는 주기에 따라 일정한 폭을 가지고 일정한 간격으로 배치되는 복수개의 그레이팅 패턴들을 포함하며,
    상기 복수개의 그레이팅 패턴들은 정 가운데에 위치한 중앙 그레이팅 패턴에서 최적 광량이 출사되도록 상기 중앙 그레이팅 패턴의 최적 높이를 설정하고, 광량의 편차가 7% 이내가 되도록 상기 중앙 그레이팅 패턴에서 입사측 변에 가까워질수록 순차적으로 낮은 높이를 갖고, 반대측 변에 가까워질수록 순차적으로 높은 높이를 갖는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 평판 표시 패널에 부착되어 관람자의 위치를 추적하여 상기 백 라이트 유닛에 관람자 위치 정보를 제공하는 아이 트래커를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 백 라이트 유닛은,
    상기 평판 웨이브 가이드가 상기 평판 표시 패널의 배면에 면 대향하여 배치되고,
    상기 회절 광학 필름은 상기 평판 웨이브 가이드와 상기 평판 표시 패널 사이에 개재되며,
    상기 광원은 상기 평판 웨이브 가이드의 일측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 회절 광학 필름과 상기 평판 표시 패널 사이, 그리고 상기 회절 광학 필름과 상기 평판 웨이브 가이드 사이 중 적어도 어느 한 곳에 개재된 선택형 확산판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 회절 광학 필름은, 상기 광원에서 출사한 백 라이트를, 관람자의 머리 폭에 상응하는 시야 창 폭으로 수렴하는 회절 패턴이 기록된 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 회절 광학 필름은, 상기 광원에서 출사한 백 라이트를, 관람자의 일안 크기에 상응하는 시야 창 폭으로 수렴하는 회절 패턴이 기록된 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 평판 웨이브 가이드는, 상기 광원에서 입사하는 빛의 입사각에 따라 출사광의 출사각을 다르게 하는 그레이팅 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이브 가이드 코어는 상기 기저 클래드 및 상기 웨이브 가이드 클래드보다 높은 굴절율을 갖는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 그레이팅 패턴은,
    일정한 폭을 갖는 선형 패턴이 일정한 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 그레이팅 패턴은,
    상기 광원에 가장 가까이 배치된 제1 패턴은 최소 높이 값을 갖고,
    상기 광원에서 가장 멀리 배치된 제2 패턴은 최대 높이 값을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴 사이에 배치된 패턴들은 상기 최소 높이 값에서 상기 최대 높이 값까지 순차적으로 증가하는 높이 값들을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
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