KR102122522B1

KR102122522B1 - Thin Flat Type Controlled Viewing Window Display

Info

Publication number: KR102122522B1
Application number: KR1020130048782A
Authority: KR
Inventors: 방형석; 임정식
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2020-06-12
Also published as: KR20140129880A

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, 점광원과, 상기 점광원을 수평 확산 직진광으로 바꾸어주는 커플링 부와, 상기 수평 확산 직진광을 입사 받아 시준 광을 방출하는 평판 웨이브 가이드와, 그리고 상기 평판 웨이브 가이드에서 방출된 상기 시준 광의 광학적 특성을 조절하는 회절 광학 필름을 구비한 백 라이트 유닛을 포함한다. 본 발명은, 현재 주류를 이루는 액정 표시장치 및 유기발광 표시장치와 동일한 수준의 두께를 갖고, 광 손실을 최소화한 홀로그래피 기술을 응용한 박막형 표시장치를 제공할 수 있다.The present invention relates to a thin-film flat-panel field-of-view display device having a thin flat-panel backlight unit. A thin-film viewing range control display device according to the present invention includes: a flat panel display panel; And it is located on the back of the flat panel display panel, a point light source, a coupling portion for converting the point light source into horizontal diffused straight light, a flat wave wave guide that receives the horizontal diffused straight light and emits collimated light, and And a backlight unit equipped with a diffractive optical film that adjusts the optical properties of the collimated light emitted from the flat wave guide. The present invention can provide a thin-film display device having the same level of thickness as the current mainstream liquid crystal display device and the organic light emitting display device and applying holography technology to minimize light loss.

Description

Thin film flat panel type viewing range control display device {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.The present invention relates to a thin-film flat panel viewing range control display (CVD: Controlled Viewing Window Display). In particular, the present invention relates to a thin-film flat-panel field-of-view display device having a thin flat-panel backlight unit.

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.Recently, studies on three-dimensional (3D) images and image reproduction technologies have been actively conducted. The 3D image-related media is expected to lead the next generation of imaging devices as a new concept of realistic image media that raises the level of visual information to a new level. The existing two-dimensional imaging system provides a flat image, but the three-dimensional imaging system can be said to be the ultimate image realization technology from the viewpoint of showing the actual image information of the object to the observer.

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.As a method for reproducing a 3D stereoscopic image, methods such as stereoscopy, holography, and integrated imaging have been researched and developed. Among them, the holography method is a method in which a stereoscopic image identical to a real object can be felt without wearing special glasses when observing the holography produced using a laser. Therefore, the holography method is known to be the most ideal way for the viewer to feel a three-dimensional image without feeling tired.

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.The holography method uses a principle of recording and reproducing an interference signal obtained by superimposing light (object wave) reflected from an object and light having a coherence (reference wave). A hologram is a method in which an interference fringe formed by colliding an object wave scattered by an object with a high coherence laser light and colliding with a reference wave incident in another direction is recorded on a scattering film. When the object wave and the reference wave meet, an interference fringe due to interference is formed, and the amplitude and phase information of the object are recorded in the interference fringe. Holography is a method of restoring a three-dimensional image recorded on a hologram to a three-dimensional image by irradiating reference light to the interference fringe recorded in this way.

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.When constructing a holographic imaging system, luminance is not uniform because the intensity of light emitted from the light source follows a Gaussian profile. In addition, when the angle at which light is incident is inclined to reduce the multi-order mode that causes image noise, the purity of light is severely damaged.

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.In order to solve the shortcomings of the prior art, a backlight system (BLU) for maintaining the straight purity of light has been studied to reduce the multi-order mode even when the angle at which the light is incident is inclined. As an example, there is a method using a collimation lens. FIG. 2A is a view showing an outline of a back light unit (BLU) generating a collimated light beam using a collimation lens.

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.Referring to FIG. 1A, when a point light source is disposed on the light source 30 and a collimation lens CL is disposed at a position away from the point light source 30, the light emitted from the point light source 30 is collie. A collimated Lihgt Beam is produced by the mast lens CL. The generated parallel light beam can be used as a reference light in a holographic stereoscopic imaging system.

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.However, in most cases, in the holographic imaging system, it is preferable that the reference light is incident on the diffraction optical element on which the hologram pattern is formed at a certain angle. The reason is that diffractive optical elements such as hologram films can generate images of 0th mode and higher order modes other than 1st order, so it may be advantageous to give a certain angle of incidence to eliminate or reduce their occurrence. Because.

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.To this end, in the backlight unit according to FIG. 1A, it is considered that the position of the light source 30 is deflected by an incident angle. 2B is a view showing an outline of a backlight unit (BLU) generating a parallel beam of light traveling at a predetermined incident angle using a collimation lens.

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.Referring to FIG. 1B, the position of the point light source 30 may be deflected upward from the optical axis 130 to make the angle of incidence toward the center of the collimation lens CL to be α. Then, theoretically, as illustrated by the dashed line in FIG. 1B, it is possible to create a parallel beam of light traveling in a direction inclined by an angle α with respect to a direction horizontal to the optical axis 130. However, in the actual case, due to physical characteristics such as the spherical aberration of the collimating lens CL, the actual optical path does not proceed in parallel with the angle of incidence α as shown by the solid line in FIG. 1B. As a result, parallel beams emitted from the backlight unit BLU are not uniformly incident over a desired area in a desired direction, and the result is distributed biased to either side.

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.In order to solve this problem, a backlight unit capable of controlling a light irradiation direction by combining a prism sheet with a collimation lens has been proposed. Hereinafter, a backlight unit capable of controlling the light irradiation direction will be described with reference to FIG. 2. 2 is a schematic view showing the structure of a backlight unit that provides a parallel light beam capable of controlling a light irradiation direction according to the prior art.

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.The backlight unit (BLU) capable of controlling the light irradiation direction according to the prior art includes a collimation lens (CL), a point light source (30) located on one side of the collimation lens (CL), and the other side of the collimation lens (CL). It includes a prism sheet (PS) located on. The point light source 30 may be frozen as long as it is a light source that emits light radially at one point. In order to allow the light emitted from the point light source 30 to be irradiated toward the collimation lens CL, a reflector (not shown) may be further included.

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.The point light source 30 is preferably located on the focal plane of the collimation lens CL. In particular, the point light source 30 is more preferably located on the optical axis 130 (Light Axis) connecting the center of the focal plane from the center of the collimation lens (CL).

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.The collimation lens CL makes light incident from the point light source 30 into a collimated light beam (100). That is, to form a parallel beam that goes straight in the direction parallel to the optical axis 130. The collimation lens CL may include an optical system lens such as a Fresnel Lens.

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.The prism sheet PS is preferably located on the side of the point light source 30 symmetrical with respect to the collimation lens CL. The prism sheet PS refracts the direction of light parallel to the optical axis CL by a predetermined angle α in the direction perpendicular to the optical axis. For example, the prism sheet PS may be adjusted such that the direction of the progression is constant downward by α° from the optical axis 130 while maintaining the parallelism of the parallel beam 100. That is, the prism sheet PS converts the parallel beam 100 into a controlled collimated light beam (200) in which the irradiation direction is adjusted. The prism sheet PS may include a Fresnel prism sheet.

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.The holographic display device employing the backlight unit may be developed as a hologram 3D display (glassless glasses) or a controlled viewing-window display (CVD). Among them, the display device for adjusting the viewing range can be applied to various types of display devices.

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.For example, since the viewing range can be arbitrarily adjusted, it is possible to provide a security display device that provides display information only to a specific viewer. Alternatively, a multiple display device that displays different images in different viewing ranges can be provided. In addition, the left-eye image can be selectively provided to the right-eye image only to the left-eye, thereby providing a stereoscopic image display device in which 3D cross-talk hardly occurs.

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.3 is a view showing a schematic composition of a display device for adjusting a range of view according to the prior art. Referring to FIG. 3, a display apparatus for adjusting a range of view according to a related art includes a display panel (LCP) and a backlight unit (BLU) for displaying an image. The display panel (LCP) is a flat panel display using a backlight, and typically a liquid crystal display panel can be used. A viewing range control display device is a device that irradiates image information expressed by a display panel (LCP) to a specific viewing range. Accordingly, a backlight unit (BLU) that limits the irradiation range of the backlight to a specific range is required to adjust the viewing range. For example, the backlight unit (BLU) may be applied to the method described in FIG. 2.

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.More specifically, the backlight unit (BLU) of the field of view display device according to the prior art includes a light source (LED), a (collimation) lens (LEN), a reflector (REF), and a diffraction optical film (HOE). To be equipped. In order to use holography technology, it is necessary to use light with high collimation. Therefore, the light source (LED) may be a laser light source or an LED laser light source. In addition, when the light source (LED) is a general LED, a collimation lens (LEN) for enhancing the collimation of light may be further provided. A diffraction optical film (HOE) having a viewing range recorded therein is provided for producing a back light irradiated by being limited to a specific range using collimated light. By irradiating a diffraction optical film (HOE) with a backlight corresponding to a reference wave, it is possible to provide a display panel (LCP) with a backlight having an irradiation range limited to a certain range as recorded in the diffraction optical film (HOE). .

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.In particular, in order to implement a display device for adjusting a large-area viewing range, a diffractive optical film (HOE) corresponding to the large-area display panel (LCP) is disposed on the rear surface of the display panel (LCP). Then, a reflector REF for emitting a back light emitted from the light source LED and collimated by the lens LEN into the large area diffraction optical film HOE is provided.

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.As described above, the display device for adjusting the field of view according to the related art includes a lens LEN and a reflector REF that require light to be spatially and optically diverged and converged. Therefore, in order to secure a desired level of collimation, a certain amount of optical path is physically required. That is, it has a structure in which the volume of the backlight unit BLU is forced to increase. As a result, the viewing range control display device according to the related art has limitations in application to various fields because it is bulky and heavy.

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.An object of the present invention was devised to overcome the above problems, and to provide an ultra-thin type backlight unit that provides collimation light. Another object of the present invention is to provide a thin-film field of view display device having a thin-film collimation backlight unit. Still another object of the present invention is to provide a thin-film viewing range control display capable of selectively displaying 2D and 3D images.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 박막형 시야 범위 조절 표시장치는, 평판 표시 패널; 그리고 상기 평판 표시 패널 배면에 위치하며, 점광원과, 상기 점광원을 수평 확산 직진광으로 바꾸어주는 커플링 부와, 상기 수평 확산 직진광을 입사 받아 시준 광을 방출하는 평판 웨이브 가이드와, 그리고 상기 평판 웨이브 가이드에서 방출된 상기 시준 광의 광학적 특성을 조절하는 회절 광학 필름을 구비한 백 라이트 유닛을 포함한다.In order to achieve the above object, a thin-film viewing range control display device according to the present invention includes: a flat panel display panel; And it is located on the back of the flat panel display panel, a point light source, a coupling portion for converting the point light source into horizontal diffused straight light, a flat wave wave guide that receives the horizontal diffused straight light and emits collimated light, and And a backlight unit equipped with a diffractive optical film that adjusts the optical properties of the collimated light emitted from the flat wave guide.

상기 평판 표시 패널에 부착되어 관람자의 위치를 추적하여 상기 백 라이트 유닛에 관람자 위치 정보를 제공하는 아이 트래커를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it further comprises an eye tracker attached to the flat panel display to track the position of the viewer to provide the viewer location information to the backlight unit.

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 커플링부는 상기 평판 웨이브 가이드의 일측변에 배치되며, 상기 점 광원은 상기 커플링 부의 상부 표면 및 하부 표면 중 어느 한 표면에 배치되는 것을 특징으로 한다.In the backlight unit, the flat wave guide is disposed facing the rear surface of the flat panel display panel, the diffractive optical film is interposed between the flat panel wave guide and the flat panel display panel, and the coupling portion is the flat panel wave It is arranged on one side of the guide, the point light source is characterized in that it is arranged on any one of the upper surface and the lower surface of the coupling portion.

상기 커플링 부는, 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, 상기 웨이브 가이드 클래드의 상층면 중 적어도 하나에 형성된 입사 패턴 및 렌즈 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.The coupling portion has a structure in which a base clad, a wave guide core, and a wave guide clad are stacked, and a lower surface of the base clad, between the base clad and the wave guide core, between the wave guide core and the wave guide clad, It characterized in that it comprises an incident pattern and a lens pattern formed on at least one of the upper surface of the wave guide clad.

상기 입사 패턴은, 상기 점 광원에서 출사된 빛이 조사되는 입사점과, 상기 입사점으로 입사된 빛을 상기 평판 웨이브 가이드 방향으로 확산시키는 간섭 패턴을 포함하며; 상기 렌즈 패턴은, 상기 입사 패턴에 의해 확산된 빛을 상기 평판 웨이브 가이드 방향으로 수평 직진광으로 집광하는 렌즈 형상의 패턴인 것을 특징으로 한다.The incident pattern includes an incident point to which light emitted from the point light source is irradiated, and an interference pattern for diffusing the light incident at the incident point in the direction of the flat wave guide; The lens pattern is characterized in that it is a lens-shaped pattern for condensing light diffused by the incident pattern with horizontal straight light in the direction of the flat wave guide.

상기 입사점은, 상기 렌즈 패턴의 중앙선의 연장선상에 위치하는 중앙 입사점을 포함하고, 상기 간섭 패턴은, 상기 중앙 입사점으로 입사된 빛을 상기 렌즈 패턴의 폭에 상응하도록 확산시키는 회절 광학 패턴인 것을 특징으로 한다.The point of incidence includes a center point of incidence located on an extension line of the center line of the lens pattern, and the interference pattern is a diffraction optical pattern that diffuses light incident to the center point of incidence corresponding to the width of the lens pattern It is characterized by being.

상기 중앙 입사점의 좌측 및 우측에 배치된 다수개의 측면 입사점들을 더 포함하고, 상기 간섭 패턴은, 상기 중앙 입사점 및 상기 다수 개의 측면 입사점들로 입사된 빛을 상기 렌즈 패턴의 폭에 상응하도록 확산하는 회절 광학 패턴인 것을 특징으로 한다.Further comprising a plurality of side incident points disposed on the left and right sides of the central incident point, the interference pattern, the light incident to the central incident point and the plurality of side incident points corresponds to the width of the lens pattern It is characterized in that it is a diffraction optical pattern diffused so as to.

상기 평판 웨이브 가이드는, 상기 커플링 부와 일체형으로 형성되어, 상기 기저 클래드, 상기 웨이브 가이드 코어 및 상기 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, 상기 웨이브 가이드 클래드의 상층면 중 적어도 하나에 형성된 그레이팅 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.The flat wave guide is formed integrally with the coupling portion, and has a structure in which the base clad, the wave guide core, and the wave guide clad are stacked, and the lower surface of the base clad, the base clad and the wave guide Between the core, between the wave guide core and the wave guide clad, it characterized in that it comprises a grating pattern formed on at least one of the upper surface of the wave guide clad.

상기 그레이팅 패턴은, 일정한 폭을 갖는 선형 패턴이 일정한 간격으로 배치된 것을 특징으로 한다.The grating pattern is characterized in that linear patterns having a constant width are arranged at regular intervals.

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.And a selective diffusion plate interposed between at least one of the diffractive optical film and the flat panel display panel and between the diffractive optical film and the flat plate wave guide.

상기 회절 광학 필름은, 상기 평판 웨이브 가이드에서 방출된 상기 시준 광을, 관람자의 머리 폭에 상응하는 시야 창 폭으로 수렴하는 회절 패턴이 기록된 것을 특징으로 한다.The diffraction optical film is characterized in that a diffraction pattern converging the collimated light emitted from the flat wave wave guide to a viewing window width corresponding to a viewer's head width is recorded.

상기 회절 광학 필름은, 상기 평판 웨이브 가이드에서 방출된 상기 시준 광을, 관람자의 일안 크기에 상응하는 시야 창 폭으로 수렴하는 회절 패턴이 기록된 것을 특징으로 한다.The diffraction optical film is characterized in that a diffraction pattern converging the collimated light emitted from the flat wave guide to a viewing window width corresponding to the size of the viewer's single eye is recorded.

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. 또한, 상대적으로 출사 광의 단면적이 큰 광원의 빛을, 상대적으로 단면적이 작은 평판 웨이브 가이드로 광 손실 없이 제공할 수 있다. 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, 광 손실을 최소화한 홀로그래피 기술을 응용한 박막형 표시장치를 제공할 수 있다.The present invention provides a holographic type thin film type backlight unit that can be applied to a liquid crystal display panel and an organic light emitting display as it is. Accordingly, there is provided a thin film flat panel holographic image display device employing a backlight having high collimation purity. In addition, light of a light source having a relatively large cross-sectional area of emitted light can be provided as a flat wave guide having a relatively small cross-sectional area without loss of light. In particular, there is provided a thin-film flat panel backlight unit that can be applied to a holographic image display device having a variety of application ranges, such as a display device with an adjustable viewing range. Therefore, it is possible to provide a thin-film display device having the same level of thickness as the current mainstream liquid crystal display and organic light emitting display device and applying holography technology with minimal light loss.

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 엔드 런치 커플링(End Launch Coupling) 방식으로 박막 평판형 웨이브 가이드와 광원을 연결하는 구조를 나타내는 단면도.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 표면 그레이팅 패턴을 이용하여 박막 평판형 웨이브 가이드와 광원을 연결하는 구조를 나타내는 사시도.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드와 광원을 연결하는 구조를 나타내는 도면으로, 도 9에서 절취선 II-II'로 자른 단면도.
도 11은 입사점이 렌즈 패턴의 중앙부에서 좌측으로 편중됨에 따라 렌즈 패턴에서 우측으로 편향되어 출사되는 광 경로를 나타내는 평면도.
도 12는 박막 평판형 웨이브 가이드의 출사면에 수직인 방향에 대해 오른 방향으로 꺾여 출사하는 광 경로를 나타내는 측면도.
도 13은 입사점이 렌즈 패턴의 중앙부에서 우측으로 편중됨에 따라 렌즈 패턴에서 좌측으로 편향되어 출사되는 광 경로를 나타내는 평면도.
도 14는 박막 평판형 웨이브 가이드의 출사면에 수직인 방향에 대해 왼 방향으로 꺾여 출사하는 광 경로를 나타내는 측면도.
도 15는 도 11 내지 14에서 설명한 방식에 의해 입사광의 위치 변화에 따른 출사광의 방향 변화를 좀 더 이해하기 쉽게 도시한 사시도.1A is a view showing an outline of a back light unit (BLU) generating a collimated light beam using a collimation lens.
1B is a view showing an outline of a backlight unit (BLU) generating a parallel beam of light traveling at a predetermined incident angle using a collimation lens.
Figure 2 is a schematic view showing the structure of a backlight unit providing a parallel beam of light controllable in the direction of light irradiation according to the prior art.
3 is a view showing a schematic composition of a viewing range control display device according to the prior art.
4 is a perspective view showing a schematic composition of a viewing range control display device according to the present invention.
5 is a plan view showing an example of a thin-film flat plate wave guide according to a first embodiment of the present invention.
Figure 6 is a cross-sectional view showing the structure of the thin-film plate-shaped wave guide according to the present invention, cut along the line I-I' in Figure 5
7A and 7B are schematic diagrams illustrating a state in which the incident angle of incident light is adjusted by controlling the incident angle of the emitted light by adjusting the incident angle of the incident light with the thin film flat wave guide of FIG. 5.
7C and 7D are schematic views showing the direction of the exit light according to the direction of the incident light traveling in the wave guide.
8 is a cross-sectional view showing a structure for connecting a thin film flat wave guide and a light source by an End Launch Coupling method.
9 is a perspective view showing a structure for connecting a thin film flat plate wave guide and a light source using a surface grating pattern according to a second embodiment of the present invention.
10 is a view showing a structure for connecting a thin film flat wave guide and a light source according to a second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line II-II' in FIG. 9.
FIG. 11 is a plan view showing an optical path deviated to the right from the lens pattern as the incident point is biased from the center of the lens pattern to the left.
12 is a side view showing an optical path bent in a right direction with respect to a direction perpendicular to the exit surface of the thin film flat wave guide.
Fig. 13 is a plan view showing an optical path deviated from the lens pattern to the left as it exits from the center of the lens pattern to the right;
14 is a side view showing an optical path bent in a left direction with respect to a direction perpendicular to the exit surface of the thin film flat wave guide.
15 is a perspective view illustrating a change in the direction of the output light according to the position change of the incident light by the method described in FIGS. 11 to 14 to make it easier to understand.

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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Throughout the specification, the same reference numbers refer to substantially the same components. In the following description, when it is determined that the detailed description of the known technology or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

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.Referring to Fig. 4, a description will be given of a display device for adjusting a viewing range according to the present invention. 4 is an exploded perspective view showing a schematic composition of a viewing range control display device according to the present invention.

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.Referring to FIG. 4, the viewing range control display device according to the present invention includes a display panel LCP and a backlight unit BLU disposed on the rear surface of the display panel LCP. The display panel LCP may be a liquid crystal display panel that requires a backlight. In addition, Figure 4 is an exploded perspective view, to show the structure of the backlight unit is shown in a visible thick thickness. However, in practice, a much thinner ultra-thin backlight unit can be implemented.

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.The back light unit (BLU) includes a thin film flat plate waveguide (Slab Waveguide) (SWG). It is preferable to arrange the front surface of the large surface of the thin film flat wave guide SWG so as to face the back surface of the display panel LCP. The light source LS is disposed on one side of the thin film flat wave guide SWG. The light source LS may have a structure in which a plurality of laser light sources are arranged in a line. For example, the bottom surface of the thin film flat plate wave guide (SWG) may be configured by arranging a plurality of laser light sources in a line with the light incident surface.

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.In front of the thin film flat wave guide (SWG), a diffraction optical film (HOE) recording the irradiation range of the backlight is disposed. In the diffraction optical film (HOE), a pattern for condensing the incident back light only into a viewing window (VW) having a predetermined range is recorded. The content of the diffraction pattern recording is a well-known holography technique, so a detailed description is omitted.

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.In front of the diffraction optical film (HOE), a selective diffusion plate (DIF) capable of selecting a transmission mode and a scattering mode is disposed. When the selective diffusion plate DIF is selected as the transmission mode, light emitted from the diffraction optical film HOE is transmitted as it is. The backlight is condensed in the range of the viewing window (VW) defined by the diffraction optical film (HOE). On the other hand, if the selective diffusion plate DIF is selected as the scattering mode, the diffracted optical film HOE scatters the backlight having directionality, and the directionality disappears. Therefore, it becomes a general liquid crystal display state in which the viewing range is not adjusted.

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.In FIG. 4, for convenience, the position of the selective diffusion plate (DIF) is shown as interposed between the diffractive optical film (HOE) and the display panel (LCP). However, if necessary, a selective diffusion plate (DIF) may be interposed between the diffraction optical film (HOE) and the thin film flat wave guide (SWG). In any position, the backlight can be kept in a directional state or scattered in the backlight to eliminate the directionality.

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.In addition, the viewing range control display device according to the present invention may further include an eye tracker (ET). The eye-tracker ET is a device that tracks the position of the viewer (especially the viewer's eye) and provides location information to a backlight unit capable of controlling the light exit direction. When the spectator's position is changed, this change position information is provided to the backlight unit. Then, the backlight unit controls the light emission direction and emits light to the position of the moved viewer.

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.A specific operation example of the viewing range control display device having such a structure will be described. The display panel LCP expresses an image to be implemented. The backlight unit (BLU) provides a backlight in which a viewing range is adjusted to a specific range. Then, the image implemented on the display panel LCP is irradiated only with the viewing window VW determined by the backlight provided by the backlight unit BLU.

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.For example, when applied as a stereoscopic image display device, the display panel LCP expresses a left-eye image in the first frame. In addition, the backlight unit (BLU) provides a backlight adjusted to the size of a viewing window (VW) corresponding to the size of the human eye. In addition, the eye tracker ET deflects the viewing window VW to the left eye of the viewer. Then, the left eye image is irradiated only to the left eye of the viewer. Meanwhile, the display panel LCP expresses the right-eye image in the second frame. Similarly, the backlight unit (BLU) provides a backlight adjusted to the size of a viewing window (VW) corresponding to the size of a person's eyes. On the other hand, in the eye tracker ET, the viewing window VW is deflected to the viewer's right eye. Then, the right eye image is irradiated only to the viewer's right eye. Accordingly, the display device for adjusting the range of view according to the present invention can be used as a stereoscopic image display device.

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.
As described above, when the display device for adjusting the viewing range according to the present invention is in the 3D mode, the selective diffusion plate DIF operates in the transmission mode. Accordingly, a stereoscopic image may be realized by selectively adjusting a viewing range of the left eye image to the left eye and the right eye image only to the right eye. On the other hand, when the selective diffuser (DIF) is switched to the scattering mode, the field of view of the image information is provided in an unregulated state, and thus, it is switched to the general 2D mode. As described above, the selective diffusion plate (DIF) can be disposed before or after the diffractive optical film (HOE) for a variety of reasons, such as design intention or functional need, to fully function.

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.As another case, a case in which it is used as a multi-display device will be described. The display panel (LCP) represents a first type of image. The backlight unit (BLU) provides a backlight adjusted to the size of a viewing window (VW) corresponding to the size of a viewer's face. The eye tracker ET deflects from the center of the display panel LCP to the left side. Then, the first type of image is provided only to the viewer located on the left. Meanwhile, the display panel LCP expresses a second type of image. The backlight unit (BLU) provides a backlight adjusted to the size of a viewing window (VW) corresponding to the size of a viewer's face. The eye tracker ET is deflected from the center of the display panel LCP to the right, in particular, in a direction inclined by at least one shoulder width at a position where the first type of image is provided. Then, the second type of image is provided only to the viewer located on the right side.

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.
As described above, when the viewing range control display device according to the present invention is in the multiple viewing mode, the selective diffusion plate DIF operates in the transmission mode. Accordingly, the first image may be selectively provided to the first viewer and the second image to only the second viewer. On the other hand, when the selective diffuser (DIF) is switched to the scattering mode, since the field of view of the image information is provided in an uncontrolled state, it is switched to the general mode commonly provided to all people.

이하, 도 5 및 6을 참조하여 본 발명에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 핵심 구성 요소 중 하나인 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드의 일 예를 나타내는 평면도이다. 도 6은 도 5에서 절취선 I-I'로 자른, 본 발명에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드의 구조를 나타내는 단면도이다.Hereinafter, a thin film flat wave guide (SWG), which is one of the core components of the thin film type backlight unit according to the present invention, will be described with reference to FIGS. 5 and 6. 5 is a plan view showing an example of a thin film flat plate wave guide according to the present invention. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a thin-film plate-shaped wave guide according to the present invention, cut along line I-I' in FIG. 5.

도 5를 참조하면, 본 발명에 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.Referring to FIG. 5, the thin film flat plate wave guide (SWG) according to the present invention is preferably a waveguide plate having a substantially rectangular thin film face. In particular, it is preferable that the size of the surface corresponds to the area of the display panel LCP. In addition, a grating pattern GR is included on one surface of the thin film flat wave guide SWG, particularly on a surface facing the display panel LCP. It is preferable that the grating pattern GR is formed in the emission area LA corresponding to the display area of the display panel LCP. A light source is disposed on one side of the thin film flat wave guide SWG to receive incident light IL from the light source. Then, collimated light is emitted to the exit surface perpendicular to the incident surface as the exit light OL.

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.Although not shown in the drawings, other side surfaces except the surface on which the incident light IL is incident may be coated with a reflective material or a high-refractive index material so that the incident light does not leak, and can be reflected back to the inside of the thin film flat wave guide (SWG). .

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.Referring to FIG. 6, in the cross-sectional structure, the thin film flat plate wave guide (SWG) according to the present invention has a wave guide core (COR), a wave guide clad (CLD), and a grating pattern (GR) stacked on the base clad (CLS). Structure. The base clad CLS is another wave guide clad, and has a structure in which the wave guide core COR is surrounded by cladding. The base cladding CLS and the wave guide cladding CLD may have the same refractive index or, if necessary, different refractive indices. On the other hand, the wave guide core (COR) includes a material having a higher refractive index than the cladding (base cladding (CLS) and wave guiding cladding (CLD)). Therefore, the light incident on the wave guide core (COR) can be uniformly propagated into the wave guide core (COR) by total reflection at the interface between the wave guide core (COR) and the cladding.

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.The incident light IL is incident on one side of the wave guide core COR. The incident light is totally reflected by the substrate CLS and the wave guide clad CLD to spread and spread evenly over the entire area through the wave guide core COR. On the other hand, in the process of total reflection, the light projected to the portion where the grating pattern GR is formed becomes the emission light OL and is emitted outside the thin film flat wave guide SWG. That is, it is preferable that the grating pattern GR is formed in accordance with a cycle in which light traveling through the wave guide core COR is extracted at a designed angle.

예를 들어, 입사광(IL)이 웨이브 가이드 코어(COR)의 노출된 측면에 대해 수직하게 입사되고, 입사광(IL)의 진행 방향에 대해 수직하게 그레이팅 패턴(GR)이 형성되어 있다면, 출사광(OL)의 접선 성분이 그레이팅 패턴(GR)에 수직하도록 출사된다. 반면에, 입사광(IL)의 입사 각도를 조절하여, 웨이브 가이드 코어(COR) 내에서의 빛의 진행 방향이 그레이팅 패턴(GR)과 기울어진 각도를 갖도록 입사될 경우, 출사광(OL)의 법선 성분은 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 앞면에 대한 수직 방향에서 좌측 혹은 우측으로 꺾인 방향을 갖도록 방출될 수 있다. 따라서, 입사광(IL)의 입사 각도를 조절하여 출사광(OL)의 진행 방향을 조절할 수도 있다.For example, if the incident light IL is incident perpendicularly to the exposed side surface of the wave guide core COR, and the grating pattern GR is formed perpendicular to the traveling direction of the incident light IL, the emitted light ( OL) is emitted so that the tangent component is perpendicular to the grating pattern GR. On the other hand, by adjusting the angle of incidence of the incident light IL, when the traveling direction of the light in the wave guide core COR is incident to have an inclined angle with the grating pattern GR, the normal of the emitted light OL The component may be released to have a direction bent to the left or right in a direction perpendicular to the front surface of the thin film flat wave guide (SWG). Therefore, the advancing direction of the exit light OL may be adjusted by adjusting the incident angle of the incident light IL.

또한, 본 발명에서 그레이팅 패턴(GR)을 일정 폭을 갖는 선분 형태의 패턴이 일정 간격으로 배열된 것으로 설명하였다. 하지만, 필요에 따라서는 다양한 형태로 형성할 수도 있다. 예를 들어, 그레이팅 패턴(GR)을 일정 폭을 갖는 곡선 형태 혹은 웨이브 형태의 패턴이 일정 간격으로 배열되도록 형성할 수도 있다.In addition, in the present invention, it has been described that the grating pattern GR is a pattern in the form of line segments having a certain width arranged at regular intervals. However, if necessary, it may be formed in various forms. For example, the grating pattern GR may be formed such that curved or wave patterns having a predetermined width are arranged at regular intervals.

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.Hereinafter, the relationship between the incident angle of the incident light IL and the exit angle of the emitted light OL in the thin film flat plate wave guide SWG according to the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 7A and 7B. 7A and 7B are schematic diagrams illustrating a state in which the incident angle of incident light is adjusted by controlling the incident angle of the emitted light by adjusting the incident angle of the incident light through the thin film flat wave guide of FIG. 5.

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.As shown in FIG. 7A, when the incident light IL is perpendicularly incident on the incident surface of the thin film flat wave wave guide SWG, the normal component of the exit light OL by the grating pattern GR is a grating pattern ( GR). However, as illustrated in FIG. 7B, when the incident light IL is incident at a predetermined angle θ1 with respect to the incident surface of the thin film flat plate wave guide SWG, the light is emitted by the grating pattern GR The normal component of (OL) is emitted in a direction inclined by a certain angle (θ2) from the vertical direction of the exit surface to the left or right.

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.Hereinafter, with reference to FIGS. 7C and 7D, the control of the exit direction of the exit light OL according to the incident angle of the incident light IL will be described in more detail. 7C and 7D are schematic views showing the direction of the exit light according to the direction of the incident light traveling in the wave guide. In particular, FIG. 7C is a schematic diagram showing the direction of the line of the grating pattern GR formed on the surface of the thin film flat plate wave guide (SWG) and the direction of light traveling in the wave guide SWG. 7D is a schematic diagram showing the direction of the outgoing light OL on the plane of the wave guide SWG according to the direction of the incident light IL according to FIG. 7C.

웨이브 가이드(SWG) 내에서 진행하는 입사광(IL)의 진행 방향과 출사광(OL)의 진행 방향 사이의 관계는 다음 수학식 1로 표현할 수 있다.The relationship between the traveling direction of the incident light IL traveling in the wave guide SWG and the traveling direction of the exit light OL can be expressed by Equation 1 below.

여기서, φ_w: 웨이브 가이드 내에서 진행하는 빛의 방위각Here, φ _w : Azimuth angle of light traveling within the wave guide

β_w: 웨이브 가이드 내에서 진행하는 빛의 웨이브 벡터β _w : Wave vector of light traveling within the wave guide

θ_s: 출사광의 편각θ _s : declination of the exit light

φ_s: 출사광의 방위각φ _s : Azimuth of the exit light

Λ: 그레이팅 패턴의 주기Λ: period of the grating pattern

λ₀: 진공 중에서의 빛의 파장λ ₀ : Light wavelength in vacuum

n: 웨이브 가이드 매질의 굴절율 이다.
n: It is the refractive index of the wave guide medium.

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 (φ_w)의 각도로 오른쪽으로(+X축 방향) 경사지게 입사하는 경우, 출사광(OL)은 +Z축에 대해 (θ_s)의 각도로 오른쪽으로(+X축 방향) 경사지게 출사함을 의미한다. 즉, 도 7d에서 K_s는 출사광(OL)의 웨이브 벡터를 의미하고, K_∥는 K_s의 XY평면 성분 벡터를 의미한다. 따라서, 출사광(OL)의 방위각 φ_s은 출사광(OL)을 X-Y평면에 투영한 벡터와 Y축이 이루는 각도를 의미한다.Visually explain what Equation 1 means. The wave guide SWG is placed on the XY plane, and the light source LS is arranged along the X axis. In this state, when the incident light IL is incident parallel to the +Y axis, the emitted light OL is emitted in the +Z axis direction. However, as shown in FIG. 7C, when the incident light IL is inclined to the right (+X axis direction) at an angle of (φ _w ) with respect to the +Y axis, the exit light OL is (θ with respect to the +Z axis _s ) means to exit at an angle to the right (+X-axis direction). That is, in FIG. 7D, K _s means the wave vector of the exit light OL, and K _∥ means the XY plane component vector of K _s . Therefore, the azimuth angle φ _s of the exit light OL means an angle between the vector and the Y axis that project the exit light OL onto the XY plane.

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.By interlocking this control method with the eye tracker ET, the viewing window VW can be changed to a desired position. That is, the eye tracker ET tracks the moving position of the viewer and provides the position information to the backlight unit BLU. Then, the backlight unit BLU may change the position of the light source LS to control the incident angle of the incident light IL to control the exit light OL to deflect to the changed viewer position.

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.That is, the change in the exit angle according to the incident angle can be set as a correlation by the shape of the grating pattern GR. The equation representing the correlation is converted into a control device, mounted on the backlight unit BLU, and the exit angle is calculated according to the position of the viewer received from the eye tracker ET. Then, by controlling the light source LS at an incident angle corresponding to a desired exit angle, a viewing window VW can be formed at a changed position of the viewer.

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.In addition, even when used in the 3D mode, the viewing angle information provided by the eye tracker ET and the display cycle of the left-eye or right-eye images expressed on the display panel LCP are adjusted to control the exit angle, thereby providing a stereoscopic image. can do. In addition, even in the case of using the multi-display device mode, the exit angle may be adjusted to provide multiple video information to each spectator location by using the location information of various spectators provided by the eye tracker ET.

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.
The thin film flat plate wave guide (SWG) according to the present invention is a waveguide, and is characterized in that it receives light of a desired wavelength through a wave guide core (COR) and emits collimation light by a grating pattern (GR). Therefore, it can be formed into a thinner film structure than the light guide plate used in the conventional liquid crystal display device. In addition, if necessary, the thickness of the base clad (CLS) may be adjusted to use a thin film flat plate wave guide (SWG) having a thickness suitable for an application.

이와 같은 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)를 이용하여, 효율적인 백 라이트 시스템을 구축하기 위해서는 광원(LS)에서 출사되는 입사광(IL)을 어떻게 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)로 공급하는가가 중요하다. 이하, 도 8을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드와 광원의 연결구조를 설명한다. 도 8은 엔드 런치 커플링(End Launch Coupling) 방식으로 박막 평판형 웨이브 가이드와 광원을 연결하는 구조를 나타내는 단면도이다.It is important to supply the incident light IL emitted from the light source LS to the thin film flat wave guide (SWG) in order to construct an efficient backlight system using the thin film flat wave guide (SWG). Hereinafter, a connection structure between the thin film flat plate wave guide and the light source according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8. 8 is a cross-sectional view showing a structure for connecting a thin film flat wave guide and a light source by an End Launch Coupling method.

본 발명에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 일측변에 광원(LS)이 배치된다. 광원(LS)은 레이저 빛을 발생하는 레이저 LED(LL), 레이저 LED(LL)의 광 출사면에 부착되어 출사광의 광 출사면적을 집중시켜주는 렌즈(LES)를 포함할 수 있다. 레이저 LED(LL)에서 발생하는 레이저의 출사광 단면적은 mm 단위이다. 반면에, 웨이브 가이드 코어(COR)의 단면적은 ㎛ 단위이다. 따라서, 레이저 LED(LL)에서 출사하는 빛을 손실 없이 웨이브 가이드 코어(COR)로 입사하기 위해서는 출사광을 집광 시키는 렌즈(LES)가 필요하다.The light source LS is disposed on one side of the thin film flat plate wave guide SWG according to the present invention. The light source LS may include a laser LED LL generating laser light, and a lens LES attached to the light exit surface of the laser LED LL to focus the light exit area of the exit light. The cross-sectional area of the emitted light of the laser generated by the laser LED (LL) is in mm. On the other hand, the cross-sectional area of the wave guide core (COR) is in μm. Therefore, a lens LES for condensing the emitted light is required to incident the light emitted from the laser LED LL into the wave guide core COR without loss.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 엔드 런치 커플링 방식에서는 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 아이겐 모드 프로파일(Eigne Mode Profile)과 렌즈에서 집광된 빛의 옵티컬 필드 프로파일(Optical Field Profile)이 다르기 때문에 광 커플링 효율이 낮다. 더구나, 기하학적 구조의 차이로 인해 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)와 광원(LS) 사이에서의 커플링 효율이 매우 낮아질 수 있다.
In the end launch coupling method according to the first embodiment of the present invention, the optical field profile of the light condensed from the lens is different from the eigen mode profile of the thin film flat-plate wave guide (SWG). The optical coupling efficiency is low. Moreover, the coupling efficiency between the thin film flat plate wave guide (SWG) and the light source (LS) may be very low due to the difference in the geometric structure.

이하, 도 9 및 10을 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드와 광원의 연결구조를 설명한다. 도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 표면 그레이팅 패턴을 이용하여 박막 평판형 웨이브 가이드와 광원을 연결하는 구조를 나타내는 사시도이다. 도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드와 광원을 연결하는 구조를 나타내는 도면으로, 도 9에서 절취선 II-II'로 자른 단면도이다.Hereinafter, a connection structure between the thin film flat plate wave guide and the light source according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. 9 is a perspective view showing a structure for connecting a thin film flat plate wave guide and a light source using a surface grating pattern according to a second embodiment of the present invention. 10 is a view showing a structure for connecting a thin film flat plate wave guide and a light source according to a second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line II-II' of FIG. 9.

도 9와 10에는 본 발명에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)를 광원(LS)와 연결하는 커플링 부(COP)가 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)와 일체형으로 형성된 경우를 도시한다. 즉, 커플링 부(COP)는 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)와 동일한 구조를 갖고, 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 일측변에 연장되어 형성된다. 다른 방법으로, 커플링 부(COP)는 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)와 동일한 구조를 갖되, 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)와는 별도로 형성되고, 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 일측변에 직접 연결될 수도 있다. 이 경우, 커플링 부(COP)와 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)는 버트 커플링(Butt Coupling) 방식으로 연결될 수 있다.9 and 10 show a case in which the coupling portion COP connecting the thin film flat wave guide SWG according to the present invention to the light source LS is integrally formed with the thin film flat wave guide SWG. That is, the coupling portion COP has the same structure as the thin film flat wave guide SWG, and is formed to extend on one side of the thin film flat wave guide SWG. In another way, the coupling portion (COP) has the same structure as the thin film flat wave guide (SWG), but is formed separately from the thin film flat wave guide (SWG), and is formed on one side of the thin film flat wave guide (SWG). It may be directly connected. In this case, the coupling part COP and the thin film flat wave guide SWG may be connected by a Butt Coupling method.

도 9를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드와 광원을 연결하는 구조를 좀 더 상세히 설명한다. 광원(LS)인 레이저 LED(LL)에서 출사한 광을 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 웨이브 가이드 코어(COR)로 입사시키기 위해 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 일측변에 커플링 부(COP)가 더 형성된다. 커플링 부(COP)는 기본적으로 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)와 동일한 구조를 갖는다.Referring to FIG. 9, a structure for connecting a thin film flat plate wave guide and a light source according to a second embodiment of the present invention will be described in more detail. Coupling unit on one side of the thin film flat wave guide (SWG) in order to enter the light emitted from the laser LED (LL), the light source LS, into the wave guide core (COR) of the thin film flat wave guide (SWG) ( COP) is further formed. The coupling part (COP) basically has the same structure as the thin film flat wave guide (SWG).

커플링 부(COP)와 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)는 기저 클래드(CLS) 위에 웨이브 가이드 코어(COR), 그리고 웨이브 가이드 클래드(CLD)가 적층된 구조를 갖는다. 차이가 있다면, 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)는 클래드(CLD) 상부 표면에 그레이팅 패턴(GR)이 형성되어 있는 반면, 커플링 부(COP)는 광학적 패턴이 형성된다. 커플링 부(COP)에 형성된 광학적 패턴은 광원(LS)에서 입사된 포인트 광(Point Light) 형상의 레이저 광을 확산된 광으로 바꾸어주는 입사 패턴(VBG)을 포함할 수 있다. 또한, 확산된 광을 일정한 너비를 갖고 진행하도록 수평 집광 시켜주는 렌즈 패턴(LE)을 더 포함할 수 있다.The coupling part COP and the thin film flat wave guide SWG have a structure in which a wave guide core COR and a wave guide clad CLD are stacked on the base clad CLS. If there is a difference, the thin film flat wave guide SWG has a grating pattern GR formed on the upper surface of the clad CLD, while an optical pattern is formed on the coupling part COP. The optical pattern formed on the coupling part COP may include an incident pattern VBG that converts the point-shaped laser light incident from the light source LS into diffused light. Also, a lens pattern LE that horizontally focuses the diffused light to have a predetermined width may be further included.

구체적으로 예를 들면, 커플링 부(COP)의 상부 표면 혹은 하부 표면에 광원(LS)이 배치될 수 있다. 광원(LS)은 레이저 LED(LL)를 포함할 수 있다. 광원(LS)은 커플링 부(COP)의 하부 표면에 수직한 방향으로 포인트 레이저 광을 제공한다. 포인트 레이저 광은 기저 클래드(CLS), 웨이브 가이드 코어(COR) 및 웨이브 가이드 클래드(CLD)를 통과하여 상부에 있는 입사 패턴(VBG)에 조사된다.Specifically, for example, the light source LS may be disposed on an upper surface or a lower surface of the coupling part COP. The light source LS may include a laser LED LL. The light source LS provides point laser light in a direction perpendicular to the lower surface of the coupling portion COP. The point laser light passes through the base clad (CLS), the wave guide core (COR), and the wave guide clad (CLD), and is irradiated to the incident pattern VBG on the top.

입사 패턴(VBG)은 포인트 광이 조사되는 영역에 배치된다. 입사 패턴(VBG)은 포인트 레이저 빔과 확산 레이저 빔 사이의 간섭 패턴을 갖는 홀로그래피 간섭 패턴인 것이 바람직하다. 예를 들어, 입사 패턴(VBG)은, 레이저 LED(LL)에서 출사되는 포인트 레이저 빔과 평면상에서 45도 내지 80도 사이의 임의의 각도를 갖는 부채꼴 형상으로 확산되는 레이저 빔을 이용한 홀로그래피 간섭 패턴을 가질 수 있다.The incident pattern VBG is disposed in an area to which point light is irradiated. The incident pattern VBG is preferably a holographic interference pattern having an interference pattern between a point laser beam and a diffused laser beam. For example, the incident pattern VBG is a holographic interference pattern using a point laser beam emitted from the laser LED LL and a laser beam diffused in a fan shape having an arbitrary angle between 45 degrees and 80 degrees on a plane. Can have

렌즈 패턴(LE)은 부채꼴 모양으로 확산되는 레이저 빔을 평행하게 직진하는 레이저 빔으로 변환시키기 위한 패턴이다. 렌즈 패턴(LE)은 그레이팅 패턴(GR)과 동일한 방식으로, 즉 웨이브 가이드 클래드(CLD)의 표면 일부를 렌즈 형상으로 패턴하여 형성할 수 있다.The lens pattern LE is a pattern for converting a laser beam diffused in a fan shape into a parallel straight laser beam. The lens pattern LE may be formed in the same manner as the grating pattern GR, that is, by patterning a portion of the surface of the wave guide clad CLD in a lens shape.

광원(LS)에서 출사된 포인트 레이저 빔이 입사 패턴(VBG)에 의해 부채꼴 형상으로 확산되는 레이저 빔으로 바뀐다. 이 확산되는 레이저 빔은, 렌즈 패턴(LE)에 의해 수평하게 직진하는 레이저 빔으로 바뀌어 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 웨이브 가이드 코어(COR)로 입사된다. 도 9와 같이 커플링 부(COP)와 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)가 동일한 물질로 하나의 몸체로 이루어진 경우, 커플링 부(COP)는 광 손실 없이 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)로 입사광(IL)을 제공할 수 있다.The point laser beam emitted from the light source LS is converted into a laser beam diffused in a fan shape by the incident pattern VBG. The diffused laser beam is converted into a laser beam that goes horizontally straight by the lens pattern LE, and is incident on the wave guide core COR of the thin film flat plate wave guide SWG. When the coupling part (COP) and the thin film flat wave guide (SWG) are made of the same material as shown in FIG. 9, the coupling part (COP) is incident light to the thin film flat wave guide (SWG) without light loss. (IL).

도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드는, 커플링 부(COP)와 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)가 일체화되어 형성되어 있다. 커플링 부(COP)에서, 웨이브 가이드 클래드(CLD)의 표면에는 입사 패턴 영역(ILP)와 렌즈 패턴 영역(LEP)를 포함한다. 입사 패턴 영역(ILP)에는 홀로그래피 간섭 무늬로 형성된 입사 패턴(VBG)이 부착될 수 있다. 렌즈 패턴 영역(LEP)에는 렌즈 패턴(LE)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 9, the thin film flat plate wave guide according to the second embodiment of the present invention is formed by integrating a coupling portion (COP) and a thin film flat plate wave guide (SWG). In the coupling part COP, the surface of the wave guide cladding CLD includes an incident pattern region ILP and a lens pattern region LEP. An incident pattern VBG formed of a holographic interference pattern may be attached to the incident pattern area ILP. The lens pattern LE may be formed in the lens pattern area LEP.

박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)에서, 웨이브 가이드 클래드(CLD)의 표면에는 그레이팅 패턴부(GRP)가 대부분을 차지한다. 그레이팅 패턴부(GRP)에는 일정 너비를 갖는 그레이팅 패턴(GR)이 일정 간격을 두고 균일하게 배치되어 있을 수 있다. 그레이팅 패턴(GR)은 선분 모양을 가질 수도 있고, 일정 너비를 갖는 웨이브 모양을 가질 수도 있다.In the thin plate flat wave guide SWG, the grating pattern portion GRP occupies most of the surface of the wave guide clad CLD. The grating pattern portion GRP may have a grating pattern GR having a predetermined width and uniformly arranged at regular intervals. The grating pattern GR may have a line segment shape or a wave shape having a predetermined width.

입사 패턴 영역(ILP)에 부착된 입사 패턴(VBG)에는, 입사광이 직접 조사되는 입사점(ILP)이 지정될 수 있다. 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)가 대면적인 경우, 입사점(ILP)가 복수 개 배열된 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 각 입사점(ILP) 하나당 하나의 렌즈 패턴(LE)이 할당되도록 배치될 수 있다. 즉, 렌즈 패턴(LP)도 복수 개가 입사점(ILP)에 하나씩 할당되어 배열된 구조를 가질 수 있다.In the incident pattern VBG attached to the incident pattern region ILP, an incident point ILP to which the incident light is directly irradiated may be designated. When the thin film flat wave guide SWG is large, it may have a structure in which a plurality of incident points ILP are arranged. In this case, one lens pattern LE may be allocated to each incident point ILP. That is, a plurality of lens patterns LP may also be assigned to the incidence point ILP one by one and arranged.

입사점(ILP)의 상부면 혹은 하부면에는 광원(LS)가 하나씩 배치된다. 광원(LS)으로는 레이저 LED(LL)를 사용할 수 있다. 레이저 LED(LL)에서 출사되는 레이저 빔의 직경이 mm 단위의 넓이를 갖더라도, 입사점(ILP)의 크기는 임의로 조절이 가능하기 때문에, 광원(IL)의 모든 빛을 손실 없이 입사점(ILP)에서 수용할 수 있다.One light source LS is disposed on the upper surface or the lower surface of the incident point ILP. A laser LED LL can be used as the light source LS. Even if the diameter of the laser beam emitted from the laser LED (LL) has a width in mm, the size of the incidence point (ILP) can be arbitrarily adjusted, so that all the light from the light source (IL) is incident without any loss. ).

그럼으로써, 광원(IL)의 모든 빛은 거의 손실 없이 커플링 부(COP)의 웨이브 가이드 코어(COR) 내부로 수용되어 렌즈 패턴 영역(LEP)을 향해 확산 전송된다. 확산된 레이저 빔은 렌즈 패턴(LE)에 의해 수평 평행한 레이저 빔으로 집광되어 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 가이드 코어(COR)를 향해 전송된다.As a result, all the light of the light source IL is received into the wave guide core COR of the coupling part COP with little loss, and is diffusely transmitted toward the lens pattern region LEP. The diffused laser beam is condensed into a horizontally parallel laser beam by the lens pattern LE and transmitted toward the guide core COR of the thin film flat wave guide SWG.

박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 가이드 코어(COR)를 통과하면서, 상부에 형성된 그레이팅 패턴(GR)에 의해 웨이브 가이드(SWG)의 상부 방향으로 레이저 빔이 출사된다.While passing through the guide core (COR) of the thin film flat wave guide (SWG), the laser beam is emitted in the upper direction of the wave guide (SWG) by the grating pattern (GR) formed on the top.

도면으로 도시하지 않았지만, 커플링 부(COP)와 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)가 분리된 경우라고 하더라도, 커플링 부(COP)의 웨이브 가이드 코어(COR)와 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)의 웨이브 가이드 코어(COR)를 서로 정렬시켜 맞대어 배치함으로써, 광 손실을 최소화하여 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG)로 입사광(IL)을 제공할 수 있다.
Although not shown in the drawings, even if the coupling portion (COP) and the thin film flat wave guide (SWG) are separated, the wave guide core (COR) and the thin film flat wave guide (SWG) of the coupling portion (COP) By aligning and arranging the wave guide cores (CORs) of each other, the light loss is minimized to provide incident light IL to the thin film flat wave guide (SWG).

이하, 도 11 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 웨이브 가이드에서 최종 출사되는 백 라이트의 진행 방향을 조절하는 방법에 대하여 설명한다. 도 11은 입사점이 렌즈 패턴의 중앙부에서 좌측으로 편중됨에 따라 렌즈 패턴에서 우측으로 편향되어 출사되는 광 경로를 나타내는 평면도이다. 도 12는 박막 평판형 웨이브 가이드의 출사면에 수직인 방향에 대해 오른 방향으로 꺾여 출사하는 광 경로를 나타내는 측면도이다. 도 13은 입사점이 렌즈 패턴의 중앙부에서 우측으로 편중됨에 따라 렌즈 패턴에서 좌측으로 편향되어 출사되는 광 경로를 나타내는 평면도이다. 도 14는 박막 평판형 웨이브 가이드의 출사면에 수직인 방향에 대해 왼 방향으로 꺾여 출사하는 광 경로를 나타내는 측면도이다. 도 11 내지 도 15에서는 편의상 렌즈 패턴(LE) 하나를 기준으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 11 to 15, a method of adjusting the traveling direction of the backlight finally emitted from the thin film flat plate wave guide according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a plan view showing an optical path deviated to the right from the lens pattern as the incident point is biased from the center of the lens pattern to the left. 12 is a side view showing an optical path bent in a right direction with respect to a direction perpendicular to the exit surface of the thin film flat wave guide. FIG. 13 is a plan view showing an optical path deviated from the lens pattern to the left as the incident point is biased to the right from the center of the lens pattern. 14 is a side view showing an optical path bent in a left direction with respect to a direction perpendicular to the exit surface of the thin film flat wave guide. 11 to 15, for convenience, description will be given based on one lens pattern LE.

먼저, 평면도인 도 11을 참조하면, 입사 패턴(VBG)에는, 렌즈 패턴(LE)의 중심부에 대응하는 위치에 0차 입사점(IP0)을 지정할 수 있다. 입사 패턴(VBG)은 0차 입사점(IP0)으로 입사한 광이 렌즈 패턴(LE)의 폭에 대응하도록 확산되도록 하는 홀로그래피 간섭 무늬를 가질 수 있다. 렌즈 패턴(LE)을 기준으로 하여, 좌우 대칭이 되도록 레이저 빔이 확산되어 렌즈 패턴(LE)으로 입사된다. 따라서, 렌즈 패턴(LE)을 통과한 레이저 빔은 수직 방향으로 평행한 레이저 빔(L0)으로 진행할 수 있다.First, referring to FIG. 11, which is a plan view, the zeroth incident point IP0 may be designated in the incident pattern VBG at a position corresponding to the center of the lens pattern LE. The incident pattern VBG may have a holographic interference fringe that causes light incident to the 0th incident point IP0 to diffuse to correspond to the width of the lens pattern LE. Based on the lens pattern LE, the laser beam is diffused so as to be symmetrical left and right and is incident on the lens pattern LE. Therefore, the laser beam that has passed through the lens pattern LE may proceed to the laser beam L0 parallel to the vertical direction.

다음으로, 측면도인 도 12를 참조하면, 0차 입사점(IP0)으로 입사한 광은 입사 패턴(VBG) 및 렌즈 패턴(LE)을 통과한 후 웨이브 가이드(SWG)로 입사되고, 그레이팅 패턴(VBG)에 의해 출사면에 대해 수직 방향으로 평행한 레이저 빔(L0)으로 출사된다.Next, referring to FIG. 12, which is a side view, light incident to the zeroth incident point IP0 passes through the incident pattern VBG and the lens pattern LE and then enters the wave guide SWG, and the grating pattern ( VBG) is emitted with a laser beam L0 parallel to the exit plane in the vertical direction.

다시, 도 11을 참조하면, 입사 패턴(VBG)에는, 0차 입사점(IP0)에서 일정 거리 왼쪽으로 이동한 위치에 -1차 입사점(IP-1)을 지정할 수 있다. 입사 패턴(VBG)은 -1차 입사점(IP-1)으로 입사한 광이 렌즈 패턴(LE)의 폭에 대응하도록 확산되도록 하는 홀로그래피 간섭 무늬를 가질 수 있다. 렌즈 패턴(LE)을 기준으로 하여, 우측으로 편중된 형상으로 레이저 빔이 확산되어 렌즈 패턴(LE)으로 입사된다. 따라서, 렌즈 패턴(LE)을 통과한 레이저 빔은 수직 방향에 대해 오른쪽으로 굴절되어 평행한 레이저 빔(L-1)으로 진행할 수 있다.Referring again to FIG. 11, a -1st incident point (IP-1) may be designated at a position moved to a left by a predetermined distance from the 0th incident point (IP0) in the incident pattern VBG. The incident pattern VBG may have a holographic interference fringe that allows light incident to the -1st incident point IP-1 to diffuse to correspond to the width of the lens pattern LE. Based on the lens pattern LE, the laser beam is diffused in a shape biased to the right to enter the lens pattern LE. Therefore, the laser beam that has passed through the lens pattern LE may be refracted to the right with respect to the vertical direction to proceed to the parallel laser beam L-1.

다시, 도 12를 참조하면, -1차 입사점(IP-1)으로 입사한 광은 입사 패턴(VBG) 및 렌즈 패턴(LE)을 통과한 후 웨이브 가이드(SWG)로 입사되고, 그레이팅 패턴(VBG)에 의해 출사면의 수직 방향에 대해 오른쪽으로 기울어져 평행한 레이저 빔(L-1)으로 출사된다.Referring again to FIG. 12, light incident to the -1st incident point (IP-1) passes through the incident pattern (VBG) and the lens pattern (LE), and then enters the wave guide (SWG), and the grating pattern ( VBG) is inclined to the right with respect to the vertical direction of the exit surface to emit a parallel laser beam L-1.

또한, 도 11을 참조하면, 입사 패턴(VBG)에는, -1차 입사점(IP-1)에서 일정 거리 왼쪽으로 이동한 위치에 -2차 입사점(IP-2)을 지정할 수 있다. 입사 패턴(VBG)은 -2차 입사점(IP-2)으로 입사한 광이 렌즈 패턴(LE)의 폭에 대응하도록 확산되도록 하는 홀로그래피 간섭 무늬를 가질 수 있다. 렌즈 패턴(LE)을 기준으로 하여, 우측으로 더욱 편중된 형상으로 레이저 빔이 확산되어 렌즈 패턴(LE)으로 입사된다. 따라서, 렌즈 패턴(LE)을 통과한 레이저 빔은 수직 방향에 대해 더욱 오른쪽으로 굴절되어 평행한 레이저 빔(L-2)으로 진행할 수 있다.In addition, referring to FIG. 11, a -2nd incident point (IP-2) may be designated at a position moved to a left by a predetermined distance from the -1st incident point (IP-1) in the incident pattern VBG. The incident pattern VBG may have a holographic interference fringe that causes light incident to the -2nd incident point IP-2 to diffuse to correspond to the width of the lens pattern LE. Based on the lens pattern LE, the laser beam is diffused into a more biased shape to the right and is incident on the lens pattern LE. Therefore, the laser beam that has passed through the lens pattern LE may be refracted further to the right with respect to the vertical direction to proceed to the parallel laser beam L-2.

또 다시, 도 12를 참조하면, -2차 입사점(IP-2)으로 입사한 광은 입사 패턴(VBG) 및 렌즈 패턴(LE)을 통과한 후 웨이브 가이드(SWG)로 입사되고, 그레이팅 패턴(VBG)에 의해 출사면의 수직 방향에 대해 더욱 오른쪽으로 기울어져 평행한 레이저 빔(L-2)으로 출사된다.Again, referring to FIG. 12, light incident to the -second incident point (IP-2) passes through the incident pattern (VBG) and the lens pattern (LE), and then enters the wave guide (SWG), and the grating pattern By (VBG) it is further inclined to the right with respect to the vertical direction of the exit surface to emit a parallel laser beam L-2.

이제, 평면도인 도 13을 참조하면, 입사 패턴(VBG)에는, 0차 입사점(IP0)에서 일정 거리 오른쪽으로 이동한 위치에 1차 입사점(IP1)을 지정할 수 있다. 입사 패턴(VBG)은 1차 입사점(IP1)으로 입사한 광이 렌즈 패턴(LE)의 폭에 대응하도록 확산되도록 하는 홀로그래피 간섭 무늬를 가질 수 있다. 렌즈 패턴(LE)을 기준으로 하여, 좌측으로 편중된 형상으로 레이저 빔이 확산되어 렌즈 패턴(LE)으로 입사된다. 따라서, 렌즈 패턴(LE)을 통과한 레이저 빔은 수직 방향에 대해 왼쪽으로 굴절되어 평행한 레이저 빔(L1)으로 진행할 수 있다.Referring now to FIG. 13, which is a plan view, the primary incident point IP1 may be designated at a position shifted to the right by a predetermined distance from the zeroth incident point IP0 in the incident pattern VBG. The incident pattern VBG may have a holographic interference fringe that causes light incident to the primary incident point IP1 to diffuse to correspond to the width of the lens pattern LE. Based on the lens pattern LE, the laser beam is diffused in a shape biased to the left and is incident on the lens pattern LE. Therefore, the laser beam that has passed through the lens pattern LE may be refracted to the left with respect to the vertical direction to proceed to the parallel laser beam L1.

다음으로, 측면도인 도 14를 참조하면, 1차 입사점(IP1)으로 입사한 광은 입사 패턴(VBG) 및 렌즈 패턴(LE)을 통과한 후 웨이브 가이드(SWG)로 입사되고, 그레이팅 패턴(VBG)에 의해 출사면의 수직 방향에 대해 왼쪽으로 기울어져 평행한 레이저 빔(L1)으로 출사된다.Next, referring to FIG. 14, which is a side view, light incident to the primary incident point IP1 passes through the incident pattern VBG and the lens pattern LE and then enters the wave guide SWG, and the grating pattern ( VBG) is inclined to the left with respect to the vertical direction of the exit surface to emit a parallel laser beam L1.

또한, 도 13을 참조하면, 입사 패턴(VBG)에는, 1차 입사점(IP1)에서 일정 거리 오른쪽으로 이동한 위치에 2차 입사점(IP2)을 지정할 수 있다. 입사 패턴(VBG)은 2차 입사점(IP2)으로 입사한 광이 렌즈 패턴(LE)의 폭에 대응하도록 확산되도록 하는 홀로그래피 간섭 무늬를 가질 수 있다. 렌즈 패턴(LE)을 기준으로 하여, 좌측으로 더욱 편중된 형상으로 레이저 빔이 확산되어 렌즈 패턴(LE)으로 입사된다. 따라서, 렌즈 패턴(LE)을 통과한 레이저 빔은 수직 방향에 대해 더욱 왼쪽으로 굴절되어 평행한 레이저 빔(L2)으로 진행할 수 있다.In addition, referring to FIG. 13, the secondary incident point IP2 may be designated in the incident pattern VBG at a position shifted to the right by a predetermined distance from the primary incident point IP1. The incident pattern VBG may have a holographic interference fringe such that light incident to the second incident point IP2 is diffused to correspond to the width of the lens pattern LE. Based on the lens pattern LE, the laser beam is diffused into a more biased shape to the left and is incident on the lens pattern LE. Therefore, the laser beam that has passed through the lens pattern LE may be refracted further to the left with respect to the vertical direction to proceed to the parallel laser beam L2.

다시, 도 14를 참조하면, 2차 입사점(IP2)으로 입사한 광은 입사 패턴(VBG) 및 렌즈 패턴(LE)을 통과한 후 웨이브 가이드(SWG)로 입사되고, 그레이팅 패턴(VBG)에 의해 출사면의 수직 방향에 대해 더욱 왼쪽으로 기울어져 평행한 레이저 빔(L-2)으로 출사된다.Referring again to FIG. 14, light incident to the secondary incident point IP2 passes through the incident pattern VBG and the lens pattern LE, and then enters the wave guide SWG, and enters the grating pattern VBG. By being inclined further to the left with respect to the vertical direction of the exit surface, it is emitted as a parallel laser beam L-2.

아이 트래커(ET)에서 검출한 시청자의 위치가 정면일 경우, 여러 개의 광원(LS)들 중에서 0차 입사점(IP0)에 할당된 광원(LS)들을 이용하여 백 라이트를 생성할 수 있다. 반면에, 아이 트래커(ET)에서 검출한 시청자의 위치가 정면에서 좌측인 경우, 시청자가 좌측으로 치우쳐진 정도에 따라, 1차 입사점(IP1) 혹은 2차 입사점(IP2)에 할당된 광원(LS)들을 이용하여 백 라이트를 생성할 수 있다. 한편, 아이 트래커(ET)에서 검출한 시청자의 위치가 정면에서 우측인 경우, 시청자가 우측으로 치우쳐진 정도에 따라, -1차 입사점(IP-1) 혹은 -2차 입사점(IP-2)에 할당된 광원(LS)들을 이용하여 백 라이트를 생성할 수 있다.When the position of the viewer detected by the eye tracker ET is in front, the backlight may be generated using the light sources LS assigned to the 0th incident point IP0 among the multiple light sources LS. On the other hand, when the position of the viewer detected by the eye tracker ET is from the front to the left, the light source assigned to the primary incident point IP1 or the secondary incident point IP2, depending on the degree to which the viewer is biased to the left Backlights can be generated using (LS). On the other hand, if the position of the viewer detected by the eye tracker ET is from the front to the right, depending on the degree to which the viewer is skewed to the right, -1st incident point (IP-1) or -2nd incident point (IP-2) ) May be used to generate a backlight using the light sources LS assigned to it.

본 발명의 제2 실시 예에서는 편의상 하나의 렌즈 패턴(LE)에 대해 5개의 입사점들을 할당한 경우를 설명하였다. 하지만, 더 많은 입사점들로 세분하면, 아이 트래커(ET)에서 검출한 관측자의 위치를 더욱 정밀하게 추적하여 입체 영상을 정확하게 제공할 수 있다.In the second embodiment of the present invention, a case in which five incident points are allocated to one lens pattern LE is described for convenience. However, if it is subdivided into more incident points, it is possible to accurately provide a stereoscopic image by more accurately tracking the position of the observer detected by the eye tracker (ET).

도 15는 도 11 내지 14에서 설명한 방식에 의해 입사광의 위치 변화에 따른 출사광의 방향 변화를 좀 더 이해하기 쉽게 도시한 사시도이다. 도 15에서는 편의상 0차 입사점(IP0)과 우측으로 n번째에 위치한 n차 입사점(IPn)만을 도시하여 설명하였다. 그리고, 도 15에서는 그레이팅 패턴(GR)의 주기를 조절하여 0차 입사점(IP0)으로 입사한 빛이 +Z축 방향에 대해 +Y축 방향으로 일정 각도 편향되어 출사하는 경우를 나타낸다. 이 경우, n차 입사점(IPn)으로 입사한 빛은 +Z축 방향에 대해 +Y 축 방향으로 일정 각도 편향됨과 동시에, -X 축 방향으로도 일정 각도 편향되어 출사한다.
15 is a perspective view illustrating a change in the direction of the output light according to the position change of the incident light by the method described with reference to FIGS. 11 to 14 to make it easier to understand. In FIG. 15, for convenience, only the 0th incidence point IP0 and the nth incidence point IPn located to the right are illustrated. In addition, FIG. 15 shows a case in which light incident to the zeroth incident point IP0 is adjusted by a predetermined angle in the +Y axis direction with respect to the +Z axis direction by adjusting the period of the grating pattern GR. In this case, the light incident at the n-th incident point IPn is deflected at a constant angle in the +Y-axis direction with respect to the +Z-axis direction, and also emitted at a certain angle in the -X-axis direction.

상기 제1 실시 예 및 제2 실시 예에서는, 박막 평판형 커플링 부 및 웨이브 가이드의 구조가 가장 바람직한 경우에 대하여 설명하였다. 즉, 가장 안정적으로 제조할 수 있는 구조로서, 얇은 박막 형태를 갖고 일체형으로 구성된 커플링 부(COP) 및 웨이브 가이드(SWG)를 구성하는, 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, 커플링 부(COP) 및 웨이브 가이드(SWG)의 웨이브 가이드 클래드(CLD) 및 기저 클래드(CLS) 중 적어도 어느 하나가 생략될 수 있다.In the first and second embodiments, the case where the structures of the thin film flat plate coupling portion and the wave guide are most preferable has been described. That is, as the structure that can be manufactured most stably, each of the top and bottom surfaces is centered on the wave guide core (COR), which forms a thin film shape and is an integrally formed coupling part (COP) and wave guide (SWG) The wave guide clad (CLD) and the base clad (CLS) are described in a stacked structure. However, when the manufacturing technology is further developed, at least one of the wave guide clad CLD and the base clad CLS of the coupling part COP and the wave guide SWG may be omitted.

예를 들어, 박막 평판형 커플링 부(COP) 및/또는 웨이브 가이드(SWG)는 기저 클래드(CLS) 위에 웨이브 가이드 코어(COR)가 적층된 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 입사 패턴(VBG), 렌즈 패턴(LE) 및/또는 그레이팅 패턴(GR)은 웨이브 가이드 코어(COR) 바로 위에 직접 형성될 수 있다. 혹은 입사 패턴(VBG), 렌즈 패턴(LE) 및/또는 그레이팅 패턴(GR)은 웨이브 가이드 코어(COR)과 기저 클래드(CLS) 사이에 형성될 수 있다. 혹은 기저 클래드(CLS)의 외측면에 형성될 수 있다. 또 다른 방법으로는 기저 클래드(CLS) 내부에 직접 입사 패턴(VBG), 렌즈 패턴(LE) 및/또는 그레이팅 패턴(GR)을 형성할 수도 있다.For example, the thin film flat plate coupling part (COP) and/or the wave guide (SWG) may have a structure in which the wave guide core (COR) is stacked on the base clad (CLS). In this case, the incident pattern VBG, the lens pattern LE, and/or the grating pattern GR may be directly formed directly on the wave guide core COR. Alternatively, the incident pattern VBG, the lens pattern LE, and/or the grating pattern GR may be formed between the wave guide core COR and the base clad CLS. Or it may be formed on the outer surface of the base clad (CLS). Alternatively, a direct incident pattern VBG, a lens pattern LE, and/or a grating pattern GR may be formed inside the base clad CLS.

다른 예로, 박막 평판형 커플링 부(COP) 및/또는 웨이브 가이드(SWG)가 웨이브 가이드 클래드(CLD) 아래에 웨이브 가이드 코어(COR)가 적층된 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 입사 패턴(VBG), 렌즈 패턴(LE) 및/또는 그레이팅 패턴(GR)은 웨이브 가이드 클래드(CLD) 바로 위에 직접 형성될 수 있다. 혹은 입사 패턴(VBG), 렌즈 패턴(LE) 및/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 입사 패턴(VBG), 렌즈 패턴(LE) 및/또는 그레이팅 패턴(GR)이 직접 형성될 수 있다.As another example, the thin film flat plate coupling part (COP) and/or the wave guide (SWG) may have a structure in which the wave guide core (COR) is stacked under the wave guide clad (CLD). In this case, the incident pattern VBG, the lens pattern LE, and/or the grating pattern GR may be formed directly on the wave guide clad CLD. Alternatively, the incident pattern VBG, the lens pattern LE, and/or the grating pattern GR may be formed between the wave guide clad CLD and the wave guide core COR. As another method, the incident pattern VBG, the lens pattern LE, and/or the grating pattern GR may be directly formed directly under the wave guide core COR.

또 다른 예로, 기저 클래드(CLS)와 웨이브 가이드 클래드(CLD) 모두 포함되지 않고, 웨이브 가이드 코어(COR)만으로 박막 평판형 커플링 부(COP) 및/또는 웨이브 가이드(SWG)를 형성할 수 있다. 이 경우, 입사 패턴(VBG), 렌즈 패턴(LE) 및/또는 그레이팅 패턴(GR)은 웨이브 가이드 코어(COR) 바로 위 혹은 바로 아래에 직접 형성될 수 있다.
As another example, both the base clad CLS and the wave guide clad CLD are not included, and only the wave guide core COR is formed to form a thin film flat type coupling portion COP and/or wave guide SWG. . In this case, the incidence pattern VBG, the lens pattern LE, and/or the grating pattern GR may be formed directly above or just below the wave guide core COR.

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.Through the above description, those skilled in the art will be able to variously change and modify without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be determined by the scope of the claims.

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 COP: 커플링 부SWG: Thin film flat wave guide CLS: Base clad
COR: Wave guide core CLD: Wave guide clad
GR: Grating pattern IL: Incident light
OL: emission light LA: emission area
LCP: Display panel BLU: Back light unit
VW: Sight window LS: Light source
HOE: Diffractive optical film DIF: Selective diffuser plate
ET: Eye tracker LED: (LED) light source
CL: Collimation lens REF: Reflector
30: point light source 130: optical axis
100: parallel beam 200: directional parallel beam
PS: Prism sheet COP: Coupling

Claims

Flat panel display panel; And
Located on the rear surface of the flat panel display panel, a point light source, a coupling unit that converts the point light source into horizontal diffused straight light, a flat plate wave guide that receives the horizontal diffused straight light and emits collimated light, and the flat plate It includes a backlight unit having a diffractive optical film for adjusting the optical properties of the collimated light emitted from the wave guide,
The coupling portion,
An incident pattern including an incident point to which light emitted from the point light source is irradiated, and an interference pattern for diffusing the light incident at the incident point in the flat wave guide direction; And
And a lens pattern including a lens-shaped pattern for condensing the light diffused by the incident pattern as horizontal straight light in the direction of the flat wave guide.

According to claim 1,
A thin film flat panel viewing range control display device further comprising an eye tracker attached to the flat panel display panel to track a spectator's location and provide spectator location information to the backlight unit.

According to claim 1,
The backlight unit,
The flat wave guide is disposed facing the rear surface of the flat panel display panel,
The diffractive optical film is interposed between the flat wave guide and the flat panel display panel,
The coupling portion is disposed on one side of the flat wave guide,
The point light source is a thin film flat panel viewing range control display device, characterized in that disposed on any one of the upper surface and the lower surface of the coupling portion.

The method of claim 3,
The coupling part,
The base clad, wave guide core and wave guide clad have a stacked structure,
Including the incident pattern and the lens pattern on at least one of the lower surface of the base clad, between the base clad and the wave guide core, between the wave guide core and the wave guide clad, and an upper surface of the wave guide clad A thin-film flat panel viewing range control display.

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According to claim 1,
The incidence point includes a central incidence point located on an extension line of the center line of the lens pattern,
The interference pattern is a thin film flat panel viewing range control display device, characterized in that the diffraction optical pattern for diffusing the light incident to the central incident point to correspond to the width of the lens pattern.

The method of claim 6,
Further comprising a plurality of side incident points arranged on the left and right of the central incident point,
The interference pattern is a thin film flat panel viewing range control display device, characterized in that the diffraction optical pattern for diffusing the light incident to the central incident point and the plurality of side incident points to correspond to the width of the lens pattern.

The method of claim 4,
The flat wave guide,
It is formed integrally with the coupling portion, and has a structure in which the base clad, the wave guide core and the wave guide clad are stacked,
A thin film comprising a grating pattern formed on at least one of a lower surface of the base clad, between the base clad and the wave guide core, between the wave guide core and the wave guide clad, and on an upper surface of the wave guide clad. Flat-panel field of view display.

The method of claim 8,
The grating pattern,
A thin film flat panel viewing range control display device, characterized in that linear patterns having a constant width are arranged at regular intervals.

The method of claim 3,
And a selective diffusion plate interposed between at least one of the diffractive optical film and the flat panel display panel and between the diffractive optical film and the flat plate wave guide.

According to claim 1,
The diffractive optical film is a thin film flat panel viewing range control display device, characterized in that a diffraction pattern converging the collimated light emitted from the flat wave guide to a viewing window width corresponding to a viewer's head width is recorded.

According to claim 1,
The diffractive optical film is a thin film flat panel viewing range adjustment display device, characterized in that a diffraction pattern converging the collimated light emitted from the flat wave guide to a viewing window width corresponding to the size of the viewer's single eye is recorded.