KR20070035586A - 다중 발산 모드 백라이트 - Google Patents

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KR20070035586A
KR20070035586A KR1020077001919A KR20077001919A KR20070035586A KR 20070035586 A KR20070035586 A KR 20070035586A KR 1020077001919 A KR1020077001919 A KR 1020077001919A KR 20077001919 A KR20077001919 A KR 20077001919A KR 20070035586 A KR20070035586 A KR 20070035586A
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미셸 씨. 제이. 엠. 비센버그
윌버트 이제르만
휴고 코넬리센
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

디스플레이용 백라이트(100)는 편평한 광 가이드(102)를 포함하며, 광은 내부 반사에 의해 상기 광 가이드를 통해 인도된다. 상기 광 가이드는 실질적으로 제 1 방향을 따른 제 1 복수의 평행 구조(129) 및 실질적으로 제 2 방향을 따라 제공되는 제 2 복수의 평행 구조(122)를 구비하고, 상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향에 실질적으로 수직이다. 상기 제 1 복수의 구조는 상기 광 가이드 내에서 상기 제 2 방향을 따라 전달되는 광을 상기 광 가이드의 면(110) 밖으로 향하게 하도록 배열되고, 제 2 복수의 구조는 상기 광 가이드 내에서 상기 제 1 방향을 따라 전달되는 광을 상기 광 가이드의 면 밖으로 향하게 하도록 배열된다.

Description

다중 발산 모드 백라이트{MULTI EMISSION MODE BACKLIGHT}
본 발명은 디스플레이 장치에 사용하기 적합한 백라이트 및 이러한 백라이트를 포함하는 디스플레이에 관한 것이다.
미소-구조의 광 가이드(light guide)는 광의 선택적인 출력(out coupling)이 요구되는 종래의 디스플레이 시스템에 사용되어 왔다. 예를 들어 여러 용도에 있어 편광 상태의 선택은 복굴절 마이크로그루브(microgroove) 구조를 갖는 광 가이드를 사용하여 획득된다. 광의 선택적인 출력이 사용되는 다른 용도는 발산된 광의 특정 각 분포가 요구되는 경우, 즉 시준된(collimated) 백라이트이다. 광발산의 특정 공간 분포를 요구하는 백라이트는 또한 3D 디스플레이 디바이스에서 광선을 제공하는 디바이스에 관한 종래기술에서 논의되었다.
미국특허출원 US 2003/0058383호는 편광을 제공하는 미소-구조 조명 시스템을 기재하고 있다. 상기 시스템은 다층 배열을 포함하는데, 여기서 미소-구조는 접촉된 표면상에 그루브(groove) 형태로 제공된다. 상기 시스템은 시스템의 임의의 면을 통해 발산된 편광을 생성하고, 백라이트 및 프론트라이트 디스플레이 장치 모두에 사용 가능하다.
미국특허출원 US 2003/0058383호에 기재되어 있는 시스템의 단점은 다른 모 드의 발산을 제공하는 성능에 관해 유연성이 없다는 것이다.
그러므로 본 발명의 목적은 종래기술 백라이트 장치의 제한된 유연성에 관한 단점을 극복하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 백라이트 및 청구항 12의 디스플레이 디바이스를 통해 본 발명에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 디스플레이 디바이스용 백라이트는 편평한 광 가이드를 포함하는데, 상기 편평한 광 가이드를 통해 빛이 내부 반사에 의해 인도된다. 상기 광 가이드는 실질적으로 제 1 방향을 따라 제공된 제 1 복수의 평행 구조 및 실질적으로 제 2의 방향을 따라 제공된 제 2 복수의 평행 구조를 구비하며, 상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향에 대해 실질적으로 수직이다. 상기 제 1 복수의 구조는 상기 광 가이드 내에서 상기 제 2 방향을 따라 전달되는 광을 상기 광 가이드 면 밖으로 향하게 하도록 배열되고, 상기 제 2 복수의 구조는 상기 광 가이드 내에서 상기 제 1 방향을 따라 전달되는 광을 상기 광 가이드 면 밖으로 향하게 하도록 배열된다.
본 발명은 광 가이드 내의 구조에 따른 전달 방향을 가진 광이 출력되지 않고 상기 광 가이드의 내부에 속박된 채 유지된다는 관찰에 기초한다. 따라서 직사각형 광 가이드의 주축에 따른 구조는 독립적으로 작용하며, 제 1 방향에 따른 구조는 제 1 방향과 수직인 제 2 전달 방향을 갖는 광을 출력시키고, 제 2방향에 따른 구조는 반대의 광을 출력시킨다. 각각의 구조 패턴이 명백한 발산 특성을 지니고 있을 수 있기 때문에, 상기 광 가이드의 측면에서 광원을 스위칭 함으로써 다른 발산 모드를 획득하는 것이 가능하다.
상기 구조는 일정한 피치(pitch)로, 즉 복수의 평행 구조에서 각각의 구조가 일정한 간격을 갖게 배열되거나, 다양한 피치로 배열될 수 있다. 게다가 제 1 복수의 평행 구조의 피치는 제 2 복수의 평행 구조의 피치와 동일하거나 다를 수 있다.
상기 구조는 광 가이드의 한 면, 즉 상기 광 가이드의 앞 표면 또는 뒤 표면상에 존재하거나 상기 광 가이드의 동일한 면에 둘 다 위치될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 구조는 상기 광 가이드 표면에 그루브 형태로 존재한다. 상기 그루브의 형태는 예를 들어 V형 그루브 또는 직사각형 그루브의 형태일 수 있는데, 직사각형 광 가이드의 가장자리가 바람직하게 서로 평행하기 때문에 직사각형 그루브가 V형 그루브보다 발산 모드간의 혼선(cross-talk)을 덜 가져올 것으로 기대된다.
바람직하게는, 광 가이드는 제 1 굴절률을 갖고 상기 앞 표면상의 제 1 복수의 그루브는 상기 제 1 굴절률보다 더 큰 제 2 굴절률을 갖는 물질로 충진된다.
바람직한 실시예에서 상기 백라이트는 적어도 제 1 광 소스 및 제 2 광 소스를 포함하며, 상기 광 가이드를 통해 각각 필수적으로 제 1 및 제 2 방향에 따라 전달되는 광을 제공하기 위해 배열된다. 게다가 상기 백라이트는 또한, 각각 상기 제 1 및 제 2 광 소스와는 반대인 제 1 및 제 2 방향을 따라 상기 광 가이드를 통해 전달되는 광을 제공하기 위해 배열된 적어도 제 3 광 소스 및 제 4 광 소스를 포함할 수 있다. .
본 발명은 여러 다른 용도로 사용될 수 있는데, 예를 들어 스위칭 가능한 2D/3D 디스플레이에 대한 균일한 조명 및 광선 사이에 스위칭될 수 있는 백라이트로서 사용된다. 다른 용도로는 디스플레이의 고정된 위치에 있는 아이콘 또는 메뉴 바(bar)의 강조, 또는 "사적인 시청(private view)" 모드를 생성하기 위해 넓고 좁은 각도의 광 배분 사이의 스위칭, 또는 특정 차량용 디스플레이 용도에서 듀얼 뷰(dual view)모드와 싱글 뷰 모드 사이의 전환을 포함한다. 또한 본 발명은 스펙트럼-순차적인 또는 RGB-컬러 순차 조명을 갖는 디스플레이 디바이스에 적용될 수 있고, 여기에는 다른 스펙트럼을 갖는 다양한 광원이 적용된다.
일반적으로 종래의 디바이스에서, 광 소스는 물리적으로 동일한 공간을 차지할 수 없기 때문에 각각의 광 소스 모두에 대해 균일하게 잘 혼합된 조명 패턴을 달성하는 것은 매우 어렵다. 본 발명에 따른 다양한 광 소스는 각각의 광 소스가 개별적으로 출력하는 구조를 갖고 서로 방해하지 않는 직사각형 광 가이드의 주축을 따라 위치될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백라이트의 개략적인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 백라이트에서 전달되는 광을 도시하는 도면.
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 백라이트의 시뮬레이션의 결과를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 개략적인 블럭도.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 백라이트(100)는 앞 표면(106) 및 뒤 표면 (108)을 갖는 광 가이드(102)를 포함한다. 제 1 피치를 갖는 평행한 V형 그루브(120) 형태의 구조는 앞 표면(106) 상에 제공되고, 제 2 피치를 갖는 평행한 V형 그루브(122) 형태의 구조는 뒤 표면(108) 상에 제공된다. 단지 V형 그루브만 논의될지라도, 대안적인 그루브 형태, 예를 들어 정사각형 또는 직사각형 그루브도 가능하다.
백라이트(100)는 직사각형 모양이고, 좌표계(150)에 의해 나타난 바와 같이 앞 표면상(106)의 그루브(120)는 x 방향을 따라 배열되고, 좌표계(150)에 의해 나타난 바와 같이 뒤 표면상(106)의 그루브(122)는 y 방향을 따라 배열되도록, 배향된다. 상기 광 가이드(102)는 바람직하게 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)로 만들어지고 1.5의 굴절률을 가진다. 상기 앞 표면(106)은 1.7의 굴절률을 가진 물질의 커버층(104)으로 감싸진다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 커버층(104)은 상기 광 가이드(102)의 앞 표면(106)에 제공되어, 상기 앞 표면(106)상의 그루브(120)는 상기 커버층(104)의 물질로 충진된다. 상기 커버층(104)의 두께는 본질적으로 단지 상기 그루브(120)만 상기 층의 물질로 충진되는 0인 두께를 포함하여 임의의 값을 가질 수 있다.
제 1 광 소스(112)는 광 가이드(102)에 x-방향으로 광을 제공하도록 배열되고, 제 2 광 소스(114)는 광 가이드(102)에 y-방향으로 광을 제공하도록 배열되고, 제 3 광 소스(116)는 광 가이드(102)에 x-방향으로 광을 제공하도록 배열되고, 제 4 광 소스(118)는 광 가이드(102)에 y-방향으로 광을 제공하도록 배열된다. 광 소스는 LEDs 및 램프 등을 포함하는 임의의 종류일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 광 소스(112, 114, 116 및 118) 중 어느 하나로부터의 광은 광 가이드로 들어가고, 상기 그루브(120 및 122)를 통해 일반적으로 z-방향에서 백라이트(100)의 앞면(110)을 빠져나와 출력된다.
광 가이드 내에서 내부 전반사의 원리는 지금 도 2를 참조하여 논의될 것이다. 도 2는 광 소스(212)로부터 발산하고 광 가이드(200) 및 커버재질(201)을 통해 전달되는 광의 경로(214 및 216)를 개략적으로 도시한다. 상기 광 가이드(200)의 뒤 표면(202) 및 앞 표면(204)에는 도 1에 관련되어 기재된 구조와 유사한 구조가 제공되며, 이들의 뒤 표면(202)상의 단일 그루브(208) 및 앞 표면(204) 상의 단일 그루브(210)가 도 2에 도시되었다. 그러나 상기 그루브(208) 및 상기 그루브(210)는 평행하게 도시된 반면에 도 1의 그루브(120 및 122)는 서로 수직이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 광 가이드(200)의 굴절률은 n1이고 상기 커버층 물질(201)의 굴절률은 n2이며, 여기서 n2＞n1 이다. 뒤 표면(202)을 상기 커버층 물질의 앞 표면(206) 형태의 경계에 의해 한정되는 상기 광 가이드(200)의 외부는 n0의 굴절률을 갖는 환경으로, 여기서 n0＜n1 및 n0＜n2 이다.
상기 광 소스(230)의 광은 상기 광 가이드(200)로 들어간다. 광의 제 1 경로(214)는 상기 뒤 표면(202) 및 외부 환경의 경계면에서 반사되고, 상기 그루브(208)를 통해 계속해서 반사되고, 좌표계(250)에 의해 나타낸 바와 같이 상기 광 가이드(200) 및 상기 커버층 물질(201) 밖으로 일반적으로 z-방향으로 발산된다. 광의 제 2 경로(216)는 상기 앞 표면(204)상의 그루브(210)에서 반사되어 상기 광 가이드(200) 및 상기 커버층 물질(201) 밖으로 역시 일반적으로 z-방향으로 발산된다. 상기 광 가이드(102) 밖으로 일반적으로 z-방향으로 발산하는 경우, 내부 전반사광의 다른 광 경로(도시되지 않음)와 함께 상기 광학 경로(214 및 216)의 각 분포는 일정한 각도 간격(251)으로 도 2에 나타내어졌다. 상기 각도 간격(251)의 한계값은 당업자가 알고 있듯이 상기 그루브(208 및 210)의 형태, 예를 들어 깊이, 상부각도 및 피치에 의해 결정된다.
도 3a 및 3b로 이동하여, 또한 도 1을 참조하면, 본 발명의 효과를 나타내는 시뮬레이션 결과가 제시된다. 시뮬레이션은 Breault Research Organization이 제공한 ASAP 광학 모델링 소프트웨어 패키지를 사용하여 수행되었다.
도 1에 도시된 직사각형 백라이트(100)는 시뮬레이션에 사용되었다. 상기 시뮬레이션의 목적은 광선 형태에서 균일한 조명과 발산 사이의 스위칭 효과를 설명하는 것이다. 이러한 결합은 당업자들이 알고 있듯이, 일반적으로 스위칭 가능한 2D/3D 디스플레이 용도에서 상기 백라이트가 사용되는 경우 바람직하다.
상기 광 가이드(100)는 굴절률이 1.5인 PMMA로 만들어지고 상기 뒤 표면(108)상에 조밀한 수직 V형 그루브를 구비한다. 상기 그루브(122)는 상부 각도가 90°, 깊이가 20마이크론 및 피치가 80마이크론인 기하학적 특징을 가지며, 이는 상기 백라이트(100)의 앞 표면(110)으로부터 균일한 조명을 제공한다. 앞 표면(106)은 약 200마이크론의 더 큰 피치, 20마이크론의 깊이 및 67˚의 상부 각도를 가진 V형 그루브(120)를 구비하고, 상기 백라이트(100)의 앞 표면(110)으로부터 광선 형태의 조명을 생성하기 위한 조밀한 광학 물질로 충진된다. 시뮬레이션에서, 굴절률이 1.86인 물질이 상기 그루브를 충진하는 물질로 사용되었다.
제 1 광 소스(112), 또는 제 3 광 소스(116)로부터 발산하고, 상기 광 가이드(102)를 통해 전달되는 Lambertian 광에 대한 공간 및 각도의 광 분포는 도 3a에 도시된다. 명백하게도 도 3a에 도시된 바와 같이, 백라이트(100)로부터 발산하는 광은 발산 영역에 걸쳐 균일하게 분포된다.
제 2 광 소스(114), 또는 제 4 광 소스(118)로부터 발산하고 상기 광 가이드(102)를 통해 전달되는 Lambertian 광에 대한 공간 및 각도의 광 분포는 도 3b에 도시된다. 도 3b에 명백하게 도시된 바와 같이, 상기 광 분포는 200마이크론의 피치를 갖는 수평선에 한정된다.
단지 2D/3D 디스플레이 용도가 상술되었지만, 다른 용도도 가능하다. 한 용도로는 상기 디스플레이 상에 고정된 위치의 아이콘 또는 메뉴의 강조 용도인데, 이는 상기 광 가이드 표면의 선택된 영역에서 광을 출력하는 구조를 광 가이드에 제공함으로써 획득될 수 있다.
유사하게는, "사적인 시청(private view)" 모드를 만들기 위해 넓고 좁은 광 각 분포 사이의 스위칭 또는 듀얼 뷰 모드와 싱글 뷰 모드 사이의 스위칭이 가능할 수도 있으며, 이는 특정 차량용 디스플레이 용도에 바람직하다.
또한 본 발명은 스펙트럼-순차적인 또는 RGB-컬러 순차 조명을 갖는 디스플레이 디바이스에 적용될 수 있으며, 여기서 다양한 스펙트럼을 가진 다양한 광 소스가 적용된다.
상기 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 백라이트(402)를 결합한 디스플레이 디바이스(400)는 도 4에 개략적으로 도시된다. PC, PDA, 이동 전화기, 디지털 카메라 등의 부분이 될 수 있는 상기 디스플레이 디바이스(400)는 조절 유닛(406) 및 디스플레이 판넬(404)를 포함한다. 상기 디스플레이 패널(404)은 당업자가 알고 있듯이 일반적으로 백라이트를 사용하기에 적합한 LCD이다.
상기 제어 유닛(406)은 데이터 소스(408)로부터 데이터를 수신하고 상기 디스플레이 판넬(404) 상에 그래픽 형태의 데이터를 제공하기 위해, 상기 백라이트(402) 및 상기 디스플레이 판넬(404)을 제어한다.
그러므로 요약해보면, 디스플레이용 백라이트는 편평한 광 가이드를 포함하며, 광은 상기 광 가이드를 통해 내부 반사에 의해 인도된다. 상기 광 가이드는 본질적으로 제 1 방향을 따르는 제 1 복수의 평행 구조 및 본질적으로 제 2 방향을 따르는 제 2 복수의 평행 구조를 구비하며, 상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향에 대해 실질적으로 수직이다. 상기 제 1 복수의 구조는 상기 광 가이드 내에서 상기 제 2 방향을 따라 전달되는 광을 상기 광 가이드 면 밖으로 향하게 하도록 배열되고, 상기 제 2 복수의 구조는 상기 광 가이드 내에서 상기 제 1 방향을 따라 전달되는 광을 상기 광 가이드 면 밖으로 향하게 하도록 배열된다.
상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명은 디스플레이 장치에 사용하기 적합한 백라이트 및 이러한 백라이트를 포함하는 디스플레이에 사용된다.

Claims (12)

  1. 디스플레이 디바이스(400)용 백라이트(100 및 402)로서,
    편평한 광 가이드(102)를 포함하며, 상기 광 가이드를 통해 광은 내부 반사에 의해 인도되고, 상기 광 가이드는 본질적으로 제 1 방향을 따르는 제 1 복수의 평행 구조(120) 및 본질적으로 제 2 방향을 따르는 제 2 복수의 평행 구조(122)를 구비하고, 상기 제 2 방향은 실질적으로 상기 제 1 방향과 수직이고, 상기 제 1 복수의 구조는 상기 광 가이드 내에서 본질적으로 상기 제 2 방향을 따라 전달되는 광을 상기 광 가이드의 면(110) 밖으로 향하게 하도록 배열되고, 상기 제 2 복수의 구조는 상기 광 가이드 내에서 본질적으로 상기 제 1 방향을 따라 전달되는 광을 상기 광 가이드의 면 밖으로 향하게 하도록 배열되는,
    디스플레이 디바이스용 백라이트.
  2. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 상기 제 1 및 제 2 복수의 평행 구조는 실질적으로 일정한 피치(pitch)를 갖는,
    디스플레이 디바이스용 백라이트.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광 가이드는 상기 제 1 복수의 평행 구조가 제공되는 앞 표면(106) 및 상기 제 2 복수의 평행 구조가 제공되는 뒤 표면(108)을 포함하는,
    디스플레이 디바이스용 백라이트.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 구조는 그루브(grooves)를 포함하는,
    디스플레이 디바이스용 백라이트.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 광 가이드는 제 1 굴절률을 갖고, 상기 앞 표면상의 제 1 복수의 그루브는 상기 제 1 굴절률보다 큰 제 2 굴절률을 갖는 물질(104)로 충진되는,
    디스플레이 디바이스용 백라이트.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그루브는 V형 그루브를 포함하는,
    디스플레이 디바이스용 백라이트.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그루브는 직사각형 그루브를 포함하는,
    디스플레이 디바이스용 백라이트.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 복수의 평행 구조는 본질적으로 제 1 피치를 갖고 상기 제 2 복수의 평행 구조는 본질적으로 제 2 피치 를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 피치는 실질적으로 같은,
    디스플레이 디바이스용 백라이트.
  9. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 복수의 평행 구조는 본질적으로 제 1 피치를 갖고 상기 제 2 복수의 평행 구조는 본질적으로 제 2 피치를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 피치는 실질적으로 다른,
    디스플레이 디바이스용 백라이트.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 가이드를 통해 각각 실질적으로 상기 제 1 및 제 2 방향으로 전달되는 광을 제공하기 위해 배열된 적어도 제 1 광 소스(112) 및 제 2 광 소스(114)를 포함하는,
    디스플레이 디바이스용 백라이트.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 광 소스와는 반대로 상기 광 가이드를 통해 각각 실질적으로 상기 제 1 및 제 2 방향으로 전달되는 광을 제공하기 위해 배열된 적어도 제 3 광 소스(116) 및 제 4 광 소스(118)를 포함하는,
    디스플레이 디바이스용 백라이트.
  12. 디스플레이 디바이스(400)로서,
    제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 백라이트 및 디스플레이 판넬 (404)을 포함하는,
    디스플레이 디바이스.
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KR20170082291A (ko) * 2016-01-06 2017-07-14 삼성전자주식회사 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
KR20180060183A (ko) * 2016-11-28 2018-06-07 삼성전자주식회사 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 장치

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