KR20100073505A - 편광된 광을 제공하는 백라이트 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20100073505A
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Abstract

백라이트 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치가 개시된다. 개시된 백라이트 유닛은 광원; 광원에서 입사된 광의 편광을 전환하는 편광전환유닛; 편광전환유닛을 통해 입사된 광을 외부로 출광시키는 도광판을 포함한다. 도광판은 정반사에 의해 광을 외부로 출광시키는 출광부를 구비하여, 입사된 광의 편광을 유지하며 광을 출사시킬 수 있다.

Description

편광된 광을 제공하는 백라이트 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치 {Back light unit providing polarized light and display apparatus employing the back light unit}
개시된 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치는 편광된 광을 제공하는 백라이트 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
액정 디스플레이는 입사광의 편광 상태를 이용하는 계조 조절 원리 때문에 백라이트 유닛에서 공급하는 광량의 절반이 액정 디스플레이 패널 하부의 편광판에서 소멸되는 구조를 갖는다.
이러한 방식은 에너지의 비효율성 문제뿐 아니라 소멸된 광이 전환되어 발생하는 열로 인해 재료의 열화 및 최대 휘도 한계 등 여러 가지 문제를 파생시키고 있다. 따라서, 액정 디스플레이에서 광효율을 증가시키는 것은 당면한 최대의 과제 중 하나이다.
이를 해결하는 설계안으로, 편광판에서 소멸되는 광의 일부를 재활용하고자 다양한 편광 재활용 구조가 제안되고 있다. 그 중 하나가 3M사가 같은 목적으로 개발한 DBEF 필름을 사용하는 방식인데, 이는 매우 고가로서 원가 상승의 요인이 된 다. 또한, DBEF 뿐 아니라, 디스플레이의 양면 전면에 채용되는 편광판과 같은 광학 필름들은 패널 원가의 상당부분을 차지하고 있으며, 디스플레이의 대형화에 따라 원가부담은 더욱 늘어나고 있다.
따라서, 보다 효율적인 방식으로 광효율을 높일 수 있는 구조의 백라이트 유닛에 대한 연구가 필요하다.
상술한 필요성에 따라 본 발명의 실시예들은 보다 효율적인 방식으로 광효율을 높일 수 있는 구조의 백라이트 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛은 광원; 상기 광원에서 입사된 광의 편광을 전환하는 편광전환유닛; 상기 편광전환유닛을 통해 입사된 광을 내부로 반사시키는 도광부와, 상기 도광부의 일면에 다수 돌출되게 형성되어 정반사에 의해 광을 외부로 출광시키는 출광부를 구비하는 도광판을 포함한다.
상기 도광부와 상기 출광부가 일체형으로 형성될 수 있다.
상기 편광전환유닛은 입사된 광의 편광을 제1방향의 선편광인 제1편광으로 전환하며, 상기 출광부는 상기 제1방향과 나란한 출광면을 구비할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 편광전환유닛은 상기 광원으로부터 입사된 광 중 제1편광의 광을 투과시키고, 상기 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 흡수하는 흡수형편광자로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 편광전환유닛은, 상기 광원으로부터 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 상기 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 반사시키는 것으로, 투과된 광이 상기 일체형도광판에 입사되도록 배치된 반사형편광자; 상기 반사된 제2편광의 광을 제1편광의 광으로 변환시키고, 변환된 제1편광의 광이 상기 일체형도광 판에 입사되도록 배치된 편광회전자; 상기 반사형편광자로부터 반사된 제2편광의 광이 상기 편광회전자에 입사되는 방향으로 광경로를 바꾸는 광경로전환부재;를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 편광전환유닛은, 상기 광원으로부터 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 상기 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 반사시키는 것으로, 투과된 광이 상기 일체형도광판에 입사되도록 배치된 반사형편광자; 상기 반사형편광자가 광을 반사시키는 면과 나란하게 배치되어, 상기 반사된 제2편광의 광이 입사되는 1/4 파장판; 상기 1/4 파장판과 나란하게 배치되어, 상기 1/4파장판을 투과하여 입사된 광을 다시 1/4파장판에 입사되도록 반사시키는 반사부재;를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 편광전환유닛은, 상기 광원으로부터 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 반사시키는 것으로, 투과된 광이 상기 일체형도광판에 입사되도록 배치된 제1반사형편광자; 상기 제1반사형편광자에서 반사된 제2편광의 광을 투과시키고 제1편광의 광을 반사시키는 것으로, 반사된 광이 상기 일체형도광판에 입사되도록 배치된 제2반사형편광자; 상기 제2반사형편광자를 투과한 제2편광의 광이 입사되는 1/4 파장판; 상기 1/4파장판과 나란하게 배치되어, 상기 1/4파장판을 투과하여 입사된 광을 다시 1/4파장판에 입사되도록 반사시키는 반사부재;를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 편광전환유닛은, 상기 광원으로부터 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 반사시키는 것으로, 투과된 광이 상기 일체형도광판에 입사되도록 배치된 반사형편광자; 상기 광원과 상기 반사 형편광자 사이에 마련되어 상기 반사형편광자에서 반사된 광이 입사되는 것으로, 상기 광원과 마주하는 일면 소정 영역은 상기 광원에서의 광이 입사되는 개구부로 형성되고 상기 일면의 나머지 영역은 상기 반사형 편광자에서 반사된 광을 산란 및 반사시키는 산란반사패턴부로 형성된 산란 가이드부; 상기 광원에서의 광이 상기 개구부를 통해 상기 산란가이드부로 입사되도록 광을 집속하는 집속렌즈;를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 편광전환유닛은, 상기 광원으로부터 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 반사시키는 것으로, 투과된 광이 상기 일체형도광판에 입사되도록 배치된 반사형편광자; 상기 광원과 상기 반사형편광자 사이에 마련된 것으로, 상기 광원에서의 광이 입사되는 제1면, 상기 반사형편광자에서 반사된 광이 입사되는 제2면, 상기 제2면에서 반사된 광을 산란 반사시키는 산란반사패턴부가 형성된 제3면 및 복수의 반사면을 구비하는 다면체형 산란가이드부;를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 편광전환유닛은, 상기 광원으로부터 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면을 통해 입사된 광의 편광을 제1편광의 광과 제2편광의 광으로 분리하는 편광분리면과, 상기 편광분리면에서 분리된 제1편광의 광을 복수회 반사시켜 제2편광의 광으로 변환시키는 복수의 반사면을 포함하는 편광전환다면체로 구성된다.
본 발명의 실시예에 의한 디스플레이 장치는 본 발명의 실시예들 중어느 하나의 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛에서의 광을 변조하여 화상을 형성하는 액 정 디스플레이 패널을 포함한다.
본 발명의 실시예에 의한 백라이트 유닛은 일체형도광판의 광이 입사되는 측면에 편광전환유닛을 구비하는 구조로서, 일체형도광판에서 광이 출사될 때 입사시의 편광이 거의 그대로 유지될 수 있어, 높은 수준의 편광비를 갖는다.
따라서, 이를 채용한 디스플레이 장치는 광효율이 높으며, 또한, 액정 디스플레이 패널에 요구되는 편광 필름의 양을 줄일 수 있어 원가가 절감되는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 백라이트 유닛의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다. 도면을 참조하면, 백라이트 유닛(1)은 광원(110), 편광전환유닛(120) 및 도광판(130)을 포함한다.
도광판(130)은 편광전환유닛(120)을 통해 입사된 광을 내부로 반사시키는 도광부(132)와, 도광부(132)의 일면에 다수 돌출되게 형성되어 도광부(132)로부터 입사된 광을 정반사(正反射, specular reflection)에 의해 외부로 출광시키는 출광부(134)를 포함한다. 출광부(134)는 정반사(正反射, specular reflection)를 일으키는 면(134a)들을 구비하여, 편광전환유닛(120)을 통해 입사된 광의 편광을 유지 하며 광을 출사시키는 형태로 구성된다. 도광부(132)와 출광부(134)는 일체형으로 형성될 수 있고, 즉, 도광부 (132)와 출광부(134) 사이에는 광학적인 경계나 물리적인 경계가 없다. 이하, 도광판(130)을 일체형도광판(130)으로 칭한다. 이와 같은 형상을 위하여, 일체형도광판(130)은 도광부(132)의 일면에 출광부(134) 형상을 양각시키는 방식으로 일체형으로 제작될 수 있고, 또는, 개별적으로 제작된 도광부(132)와 출광부(135)가 광학적 경계가 없도록 연결될 수 있다. 출광부(134)는 광을 출사시키는 부분의 단면적이 도광부(132)로부터의 광이 입사하는 부분의 단면적보다 큰 형상으로 형성되어 있다. 도시된 출광부(134)의 형상이나 분포는 예시적인 것이다. 출광부(134)는 도광부(132)의 측면에 마련된 광원(110)으로부터 입사된 광을 외부로 출사시키며, 이 때 입사된 광의 편광을 유지하며 광을 출사할 수 있는 어떤 형태이든지 가능하다. 예를 들어, 일체형도광판(130)에서 출사되는 광의 휘도가 가능한 균일하도록, 출광부(134)는 광원(110)에서 멀어질수록 조밀해지는 분포를 가질 수 있다. 즉, 광원(110)에서 먼 위치에 형성되는 출광부(134)의 개수를 광원(110)에서 가까운 위치에 형성되는 출광부(134) 개수보다 많게 형성할 수 있다. 또한, 광원(110)에서 멀어질수록 출광부(134)의 크기가 더 커지는 형태가 될 수도 있다. 출광부(134)의 단면 형상도 도시된 역사다리꼴 형상에 제한되지 않는다. 출광부(134)의 형상이나 분포는 광원(110)의 종류를 고려하여 결정할 수 있다. 일체형도광판(130)은 투명 재질로 만들어지며, 예를 들어, 투명하며 플렉서블한 재질인 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane)이 사용될 수 있다.
광원(110)은 일체형도광판(130)의 일측에 마련된다. 광원(110)으로는 발광다 이오드(LED)와 같은 점광원 또는 냉음극형광램프(CCFL)과 같은 선광원이 사용될 수 있다. 또한, 복수의 점광원을 사용하거나, 점광원과 함께 점광원을 선형광으로 변환하는 수단을 함께 사용할 수도 있다.
편광전환유닛(120)은 광원(110)과 일체형도광판(130) 사이에, 광원(110)으로부터 입사된 광의 편광을 소정 선편광, 예를 들어, 출광부(134)의 측면(134a)과 나란한 방향의 선편광으로 전환시키기 위해 마련된다. 편광전환유닛(120)은 입사된 광 중 제1편광, 예를 들어, S 편광의 광을 투과시키고 제1편광과 수직인 제2편광, 즉 P 편광의 광을 흡수하는 일반적인 흡수형 편광자가 사용될 수 있다.
이와 같은 구성의 백라이트 유닛(1)은 편광된 광을 출사함에 있어서 높은 편광비를 구현할 수 있다. 이는 일체형도광판(130)이 일측에 배치된 광원(110)으로부터 입사된 광을 외부로 출사함에 있어, 일반적인 도광판과는 달리, 입사된 광의 편광을 유지할 수 있는 구조이기 때문에 가능한 것이다. 즉, 광원(110)으로부터 입사된 광이 도광부(132) 내부에서 전반사되며 진행하다가 전반사 조건을 깨고 외부로 출사되는 과정에서, 편광을 교란시키는 산란 패턴에 의한 반사가 아니라, 매끄러운 면에 의한 정반사(正反射, specular reflection)가 일어나므로, 편광이 변하지 않고 진행 방향만이 바뀌게 된다. 즉, 도시된 바와 같이, 광원(110)에서의 광은 편광전환유닛(120)에 의해 그 편광이 S 편광으로 바뀌어 일체형도광판(130)에 입사되고, S편광을 유지하며 외부로 출사된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의한 백라이트 유닛(1)의 편광비는 편광전환유닛(120)으로 채용되는 편광판의 편광비와 거의 동일한 높은 수준을 유지할 수 있다. 또한, 편광된 광을 제공하기 위해 가격이 높 은 편광판을, 예를 들어, 출광부(120)의 상부에 따로 배치하는 것보다 효율적인 구성이다.
이하, 도 2 내지 도 11에서 설명할 실시예들은 편광된 광을 제공하는 백라이트 유닛으로서, 높은 편광비를 가질 뿐 아니라 광원으로부터의 광을 대부분 이용하여 높은 광효율을 갖는 구조로 편광전환유닛을 구성하게 된다. 이하의 실시예들은 편광전환유닛의 구성을 중심으로 설명하며, 설명되지 않은 구성요소는 도 1에서의 설명과 동일한 것으로 한다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 백라이트 유닛(2)의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다. 본 실시예의 백라이트 유닛(2)은 편광전환유닛(2)의 구조에서 도 1의 실시예와 차이가 있다.
편광전환유닛(220)은 광원(110)에서의 광의 편광을 전환함에 있어서 편광 전환되지 않은 성분을 재활용하도록 하여 광효율을 높일 수 있는 구조로 제안된 것이다. 이를 위하여, 편광전환유닛(220)은 광원(110)으로부터 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 상기 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 반사시키는 반사형 편광자(222), 반사형 편광자(222)에서 반사된 제2편광의 광을 제1편광의 광으로 변환시키는 편광회전자(226) 및 반사형 편광자(222)와 편광회전자(226) 사이에 배치되어, 반사형 편광자(222)로부터 반사된 광의 경로를 바꾸는 경로전환부재(224)를 포함한다.
광원(110)으로는 도 1의 실시예에서 설명한 바와 같이, 복수의 점광원이 채용될 수 있으며, 이 경우, 편광전환유닛(220)도 광원(110)과 쌍을 이루도록 같은 복수개로 마련될 수 있다. 복수의 광원(110), 편광전환유닛(220)은 일체형도광판(130)의 측면을 따라, 즉, 도면에서, Y 방향을 따라 배치될 수 있다.
반사형 편광자(226)는 광원(110)으로부터의 광의 편광을 제1편광과 제2편광으로 분리하며, 이 중, 제1편광의 광이 일체형도광판(130)에 입사되는 방향이 되고, 제2편광의 광은 그 중심축이 출광부(134)가 형성된 도광부(132)의 상면에 수직인 방향이 되도록 배치되어 있다. 반사형 편광자(226)로는 도시된 바와 같이 큐브형 편광빔스플리터가 채용될 수 있고, 그 외, 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer)나 휘도 향상 필름(dual brightness enhancement film, DBEF)이 채용될 수 있다.
경로전환부재(224)는 반사형 편광자(222)에서 반사된 제2편광의 광의 경로를 편광회전자(226)를 향하는 방향으로 바꾼다. 경로전환부재(224)는 도시된 바와 같이, 프리즘으로 구성될 수 있으며, 이와 동일하게 광경로를 바꾸는 배치의 반사면을 갖는 미러 부재로 구성될 수도 있다. 프리즘 형태로 마련된 경로전환부재(224)는 큐브형 편광빔스플리터로 구성된 반사형 편광자(222)의 상면에 접합될 수 있다.
편광회전자(226)는 입사된 광의 편광을 회전시키는 것으로, 예를 들어, 제2편광의 광을 제1편광의 광으로 변환시킨다. 편광회전자(226)로는 트위스티드 네마틱 액정 필름(twisted nematic liquid crystal film)이 채용될 수 있다.
이와 같은 편광전환유닛(220)의 구조는 광원(110)에서 출사된 광 대부분을 제1편광의 광으로 바꾸어 일체형도광판(130)에 입사되게 한다. 또한, 일체형도광판(130)에 입사된 제1편광의 광은 출광부(134)에서의 정반사에 의해 외부로 출사되 므로 편광 상태를 유지하게 된다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 의한 백라이트 유닛(3)의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다. 본 실시예의 백라이트 유닛(3)은 도 2의 백라이트 유닛(2)에서 채용한 동일한 편광전환유닛(220)을 채용하며, 다만, 일체형도광판(130)과의 관계에서 그 배치에서만 차이가 있다. 본 실시예에서, 편광전환유닛(220)은 반사형 편광자(222), 경로전환부재(224), 편광회전자(226)를 포함한다. 반사형 편광자(222)는 광원(110)에서의 광을 제1편광의 광과 제2편광의 광으로 분리하는데, 이 중 제1편광의 광은 일체형도광판(130)에 입사되고, 제2편광의 광 중심축은 출광부(134)가 형성된 도광부(132)의 일면과 나란한 방향이 되도록 배치되어 있다. 본 실시예에서 편광전환유닛(220)은 광원(110)에서의 광 대부분을 제1편광의 광으로 바꾸어 일체형도광판(130)에 입사시키고, 입사된 광은 일체형도광판(130)으로부터 출사될 때 동일한 편광을 유지하는 점에서, 도 3의 실시예와 실질적으로 동일하며, 다만, 그 배치에 있어서 백라이트 유닛(3)을 박형화하기에 도 3의 실시예보다 적합할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 의한 백라이트 유닛(4)의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다. 본 실시예에서 편광전환유닛(420)은 광원(110)으로부터 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 반사시키는 반사형 편광자(422), 반사형 편광자(422)가 광을 반사시키는 면과 나란하게 배치되어 입사된 광의 위상을 변환하는 1/4 파장판(426), 1/4 파장판(426)과 나란하게 배치되어 1/4파장판(426)을 투과하여 입사된 광을 다시 1/4파장판(426) 쪽으로 반사시키는 반사 부재(428)를 포함한다.
반사형 편광자(422)는 입사된 광을 제1편광의 광과 제2편광의 광으로 분리하는데, 제1편광의 광은 일체형도광판(130)을 향하게 하고, 제2편광의 광은 그 중심축이 출광부(134)가 형성된 도광판(132)의 상면에 수직인 방향이 되도록 배치되어 있다. 반사형 편광자(422)로는 도시된 바와 같은 큐브형 편광빔스플리터가 채용될 수 있고, 또는 와이어 그리드 편광자나 DBEF가 채용될 수 있다.
1/4파장판(426)은 입사된 광의 위상을 1/4파장만큼 변화시키는 것이다. 제2편광의 광은 1/4파장판(426), 반사부재(428), 1/4파장판(426)의 순서로 광경로를 형성하며, 1/4파장판(426)을 두 번 통과한 후 제1편광의 광으로 편광 변환된 다음, 일체형도광판(130)에 입사된다.
반사형 편광자(422)와 1/4파장판(426) 사이에는 프리즘(424)이 더 마련될 수 있으며, 이 경우, 프리즘(424)이 큐브형 편광빔스플리터로 구성된 반사형 편광자(422)의 상면에 접합되고 1/4파장판과(426)과 반사부재(428)가 프리즘(424)의 대각면에 나란하게 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 의한 백라이트 유닛(5)의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다. 본 실시예에서 편광전환유닛(420)의 구성은 도 4의 편광전환유닛(420)과 동일하며, 다만, 그 배치에서만 차이가 있다. 반사형 편광자(422)는 입사된 광을 제1편광의 광과 제2편광의 광으로 분리하는데, 제1편광이 광은 일체형도광판(130)을 향하게 하고, 제2편광의 광은 그 중심축이 출광부(134)가 형성된 도광판(132)의 상면에 나란한 방향이 되도록 배치되어 있다. 광원(110)에서의 광은 대 부분 제1편광의 광으로 바뀌어 일체형도광판(130)에 입사되고, 일체형도광판(130)에서 출사되는 광은 제1편광 상태를 유지하는 점은 도 4의 실시예와 동일하며, 도 4의 실시예와 비교할 때 백라이트 유닛(5)을 박형화하기에 유리한 구조이다.
도 6은 본 발명의 제6실시예에 의한 백라이트 유닛(6)의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다. 본 실시예에서 편광전환유닛(620)은 광원(110)으로부터 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 반사시키는 제1 반사형편광자(622), 제1반사형편광자(622)에서 반사된 제2편광의 광을 투과시키고 제1편광의 광을 반사시키는 제2반사형편광자(624), 제2반사형편광자(624)를 투과한 제2편광의 광이 입사되는 1/4파장판(626), 1/4파장판(626)과 나란하게 배치되어 1/4파장판(626)을 투과하여 입사된 광을 다시 1/4파장판(626)에 입사되도록 반사시키는 반사부재(628)를 포함한다.
제1반사형편광자(622)는 입사된 광을 제1편광의 광과 제2편광의 광으로 분리하는데, 제1편광이 광은 일체형도광판(130)을 향하게 하고, 제2편광의 광은 그 중심축이 출광부(134)가 형성된 도광판(132)의 상면에 수직인 방향이 되도록 배치되어 있다.
제2반사형편광자(624)는 제1편광의 광을 반사하고 제2편광의 광을 투과시키는 원리에 의해 입사된 광을 제1편광의 광과 제2편광의 광으로 분리하는데, 제1반사형편광자(622)로부터 제2반사형편광자(624)에 입사되는 광은 대부분 제2편광의 광으로, 제2반사형편광자(624)를 투과한다. 제2편광의 광은 1/4파장판(626), 반사부재(628), 1/4파장판(626)의 순서로 광경로를 형성한 후 제1편광의 광으로 편광 변환되어 제2반사형편광자(624)에 입사된다. 제1편광의 광은 제2반사형편광자(624)에서 반사되어 일체형도광판(130)에 입사된다.
도 7은 본 발명의 제7실시예에 의한 백라이트 유닛(7)의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다. 본 실시예에서 편광전환유닛(620)의 구조는 도 6의 실시예와 동일하며, 다만, 그 배치에서만 차이가 있다. 즉, 제1반사형편광자(622)에서 반사된 제2편광의 광 중심축이 출광부(134)가 형성된 도광부(132)의 상면에 나란하게 배치되어 있어, 백라이트 유닛(7)을 박형화하기에 보다 적합하다.
도 8은 본 발명의 제8실시예에 의한 백라이트 유닛(8)의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다. 편광전환유닛(820)은 광원(110)으로부터 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 반사시키는 반사형 편광자(827), 광원(110)과 반사형 편광자(827) 사이에 마련되어 개구부(822)와 산란반사패턴부(823)를 구비하는 산란가이드부(825), 광원(110)과 산란가이드부(825) 사이에 마련된 집속렌즈(821)를 포함한다.
반사형 편광자(827)는 입사된 광 중 제1편광의 광을 투과시켜 일체형도광판(827)에 입사되게 하고, 제2편광의 광은 산란가이드부(825) 쪽으로 반사시킨다. 반사형 편광자(827)로는 와이어그리드편광자, DBEF 또는 다층막 편광빔스플리터가 채용될 수 있따.
산란가이드부(825)는 반사형 편광자(827)를 투과하지 못하고 반사된 광이 입사되는 것으로, 광원(110)과 마주하는 일면 소정 영역은 광원(110)에서의 광이 입사되는 개구부(822)로 형성되고 상기 일면의 나머지 영역은 반사형 편광자(827)에 서 반사된 광을 산란 및 반사시키는 산란반사패턴부(823)로 형성되어 있다. 산란가이드부(825)는 개구부(822)를 통해 입사된 광과 산란반사패턴부(823)에서 산란된 광을 반사형 편광자(827) 쪽으로 진행시켜야 하며, 이를 위해 측면이 반사면으로 형성될 수 있다. 또는, 측면 쪽으로 광이 빠져 나가지 않도록 측면에 별도의 반사부재가 더 마련될 수 있다.
집속렌즈(821)는 광원(100)에서의 광이 개구부(822)를 통해 산란가이드부(825)로 입사되도록 광을 집속하기 위해 마련된다. 집속렌즈(821)의 초점이 대략 개구부(822) 위치에 형성되도록 하는 것이 좋다.
광원(100)에서의 광은 집속렌즈(821)를 지나며 집속된 후 개구부(822)를 통해 산란가이드부(825)로 입사되어 반사형 편광자(827) 쪽으로 진행된다. 제1편광의 광은 반사형편광자(827)를 투과하여 일체형도광판(130)에 입사하며, 반사형편광자(827)에서 반사된 제2편광의 광은 산란반사패턴부(823)에서 산란, 반사되는데, 이 때, 제2편광은 교란되어 다양한 편광 성분을 갖게 된다. 이 중, 제1편광의 광은 반사형편광자(827)를 투과하여 일체형도광판(130)에 입사되고 나머지는 반사되며, 이 과정이 반복되는 동안 광원(100)에서의 광은 대부분 제1편광의 광으로 바뀌어 일체형도광판(130)에 입사하게 된다.
도 9는 본 발명의 제9실시예에 의한 백라이트 유닛(9)의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다. 본 실시예는 도 8의 실시예와 유사한 원리를 이용하며, 다만, 별도의 집속렌즈(821)가 필요하지 않도록 편광전환유닛(922)을 구성하고 있다.
편광전환유닛(920)은 광원(110)으로부터 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 반사시키는 반사형 편광자(927), 광원(110)과 반사형 편광자(927) 사이에 마련된 다면체형 산란가이드부(925)를 포함한다.
다면체형 산란가이드부(925)는 광원(110)에서의 광이 입사되는 제1면(925a), 반사형 편광자(927)에서 반사된 광이 입사되는 제2면(925b), 광을 산란 반사시키는 산란반사패턴부가 형성된 제3면(925c)을 포함하는 다면체형상으로 이루어져 있다. 산란가이드부(925)는 제1면(925a), 제2면(925b), 제3면(925c) 외에 측면의 복수의 반사면을 포함한다.
광원(110)에서의 광은 제1면(925a)을 통해 산란가이드부(925)에 입사되고 일측면에서 반사되어 제3면(925c)을 향하고, 산란반사패턴부(923)에서 산란된다. 산란된 광은 다른 일측면에서 반사되거나 또는 직접 반사형편광자(927)에 입사된다. 반사형편광자(927)는 제1편광의 광을 투과시켜 일체형도광판(130)에 입사시키고, 제2편광의 광은 반사되어 제2면(925b)을 통해 다시 산란가이드부(925)로 입사된다. 입사된 제2편광의 광은 산란반사패턴부(923)에서 산란되며 그 편광이 교란되어 다양한 편광 성분을 갖게 된다. 이 중, 제1편광의 광은 반사형 편광자(927)를 투과하여 일체형도광판(130)에 입사된다. 이 과정이 반복되는 동안 광원(110)에서의 광은 대부분 제1편광의 광으로 바뀌어 일체형도광판(130)에 입사된다. 입사된 제1편광의 광은 편광 상태를 유지하며 일체형도광판(130)으로부터 출사된다.
도 10은 본 발명의 제10실시예에 의한 백라이트 유닛(10)의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다. 본 실시예에서 편광전환유닛(920)의 구성은 도 9의 실시예와 동일하며, 다만 도시된 바와 같이, 같이 그 배치에서만 차이가 있으며, 백라이트 유닛(9)의 두께를 줄일 수 있는 구조이다.
도 11은 본 발명의 제11실시예에 의한 백라이트 유닛(11)의 개략적인 구성을 보이는 사시도이다. 편광전환유닛(1020)은 광이 입사되는 입사면(1020a)과, 입사면(1020a)을 통해 입사된 광의 편광을 제1편광의 광과 제2편광의 광으로 분리하는 편광분리면(1020b)과, 편광분리면(1020b)에서 분리된 제1편광의 광을 복수회 반사시켜 제2편광의 광으로 변환시키는 복수의 반사면(1020c, 1020d, 1020e)을 포함하는 편광전환다면체로 구성되어 있다. 예를 들어, 편광전환다면체는 도시된 바와 같이 입사면(1020a)을 통해 입사된 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 반사시키는 것으로, 투과된 광이 일체형도광판(130)에 입사되도록 배치된 큐브형 편광빔스플리터와, 큐브형 편광빔스플리터의 일면 상에, 한 측면이 상기 큐브형 편광빔스플리터의 어느 한 측면이 연장된 위치에 놓이도록 마련된 프리즘과, 큐브형 편광빔스플리터와 프리즘의 상기 측면들을 공유하는 형태의 삼각기둥형 프리즘을 포함하는 구성을 가질 수 있다.
입사면(1020a)을 통해 입사된 광 중 제1편광의 광(S)은 편광분리면(1020b)에서 분리되어 일체형도광판(130)에 입사하고, 제2편광의 광(P)은 복수의 반사면(1020c, 1020d, 1020e)에서 반사되는 동안 제1편광의 광(S)으로 편광 전환되어 일체형도광판(130)에 입사하게 된다. 여기서, 제1편광은 Y방향 편광을 나타낸다. 이와 같이 일체형도광판(130)에 입사된 제1편광의 광은 Y방향과 나란한 출광면(134a)을 통해 출광되며, 따라서 그 편광 상태를 유지하며 일체형도광판(130)으로부터 출사되게 된다. 도면에서 광원의 도시는 생략하였지만, 복수의 점광원이 복 수의 편광전환유닛(1020)과 쌍을 이루어 일체형도광판(130)의 측면을 따라, 즉, Y 방향을 따라 배치될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 디스플레이 장치(1000)의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다. 도면을 참조하면, 디스플레이 장치(1000)는 백라이트 유닛(1200)과 디스플레이 패널(1400)을 포함한다.
백라이트 유닛(1200)은 편광된 광을 디스플레이 패널(1400)에 제공하는 것으로, 광원(100), 편광전환유닛(1120), 일체형도광판(130)을 포함하며, 도 1 내지 도 11에서 설명한 실시예들에 의한 백라이트 유닛(1~11)이 될 수 있다. 이 때, 백라이트 유닛(1200)은 출사하는 광의 편광이 디스플레이 패널(1400)과의 관계에서 요구되는 편광 방향을 갖도록 구성요소를 적절히 선택한다.
디스플레이 패널(1400)은 백라이트 유닛(1200)에서 출사된 광을 화상 신호에 따라 변조하여 화상을 형성하는 것으로, 두 개의 투명기판(142,145)과 이들 사이에 마련된 액정층(143)을 포함한다. 투명기판(145)의 내면에는 컬러를 표현하기 위한 컬러 필터(144)가 마련되어 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 개개의 화소에 대응하여 액정층(143)을 제어하기 위한 화소 전극, TFT층 등이 더 마련된다. 두 개의 투명기판(142,145)의 외면에는 서로 직교하는 방향의 편광축을 갖는 제1편광판(141)과 제2편광판(142)이 마련된다. 본 발명의 실시예에 의한 디스플레이 장치에서 제1편광판(141)은 생략될 수 있다. 백라이트 유닛(1200)에서 제1편광판(141)의 편광축과 동일한 방향을 갖는 편광의 광이 출사되기 때문이다. 제1편광판(141)을 배치하지 않을 수 있으므로, 디스플레이 장치(1000)의 원가가 절감될 수 있으 며, 특히, 대형 디스플레이를 구현하고자 하는 경우 그 효과는 더욱 크다.
이러한 본원 발명인 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 백라이트 유닛의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 백라이트 유닛의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 의한 백라이트 유닛의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 의한 백라이트 유닛의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 의한 백라이트 유닛의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제6실시예에 의한 백라이트 유닛의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제7실시예에 의한 백라이트 유닛의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제8실시예에 의한 백라이트 유닛의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제9실시예에 의한 백라이트 유닛의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제10실시예에 의한 백라이트 유닛의 개략적인 구성을 보 이는 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제11실시예에 의한 백라이트 유닛의 개략적인 구성을 보이는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1~11...백라이트 유닛 130...일체형도광판
132...도광부 134...출광부
120,220,420,620,820,920,1020...편광전환유닛
222,422,622,624,827,927...반사형편광자
224,424...프리즘 428,628...반사부재
426,626...1/4파장판 821...집속렌즈
822...개구부 823,923...산란반사패턴부

Claims (25)

  1. 광원;
    상기 광원에서 입사된 광의 편광을 전환하는 편광전환유닛;
    상기 편광전환유닛을 통해 입사된 광을 내부로 반사시키는 도광부와, 상기 도광부의 일면에 다수 돌출되게 형성되어 정반사에 의해 광을 외부로 출광시키는 출광부를 구비하는 도광판;을 포함하는 백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서
    상기 도광부와 상기 출광부가 일체형 또는 광학적 결합으로 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  3. 제1항에 있어서
    상기 편광전환유닛은 입사된 광의 편광을 제1방향의 선편광인 제1편광으로 전환하며,
    상기 출광부는 상기 제1방향과 나란한 출광면을 구비하는 백라이트 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 편광전환유닛은 상기 광원으로부터 입사된 광 중 제1편광의 광을 투과시키고, 상기 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 흡수하는 흡수형편광자로 구성된 백라이트 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 편광전환유닛은,
    상기 광원으로부터 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 상기 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 반사시키는 것으로, 투과된 광이 상기 도광부에 입사되도록 배치된 반사형편광자;
    상기 반사된 제2편광의 광을 제1편광의 광으로 변환시키고, 변환된 제1편광의 광이 상기 도광부에 입사되도록 배치된 편광회전자;
    상기 반사형편광자로부터 반사된 제2편광의 광이 상기 편광회전자에 입사되는 방향으로 광경로를 바꾸는 광경로전환부재;를 포함하는 백라이트 유닛.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반사형편광자에서 반사된 광의 중심축이 상기 출광부가 형성된 상기 도광부의 일면에 수직인 방향이 되도록, 상기 반사형편광자가 배치된 백라이트 유닛.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 반사형편광자에서 반사된 광의 중심축이 상기 출광부가 형성된 상기 도광부의 일면과 나란한 방향이 되도록, 상기 반사형편광자가 배치된 백라이트 유닛.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사형편광자는 큐브형 편광빔스플리터이고,
    상기 광경로전환부재는 상기 큐브형 편광빔스플리터에 접합된 프리즘으로 구성된 백라이트 유닛.
  9. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사형편광자는 와이어 그리드 편광자 또는 DBEF로 구성되는 백라이트 유닛.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 편광전환유닛은,
    상기 광원으로부터 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 상기 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 반사시키는 것으로, 투과된 광이 상기 도광부에 입사되도록 배치된 반사형편광자;
    상기 반사형편광자가 광을 반사시키는 면과 나란하게 배치되어, 상기 반사된 제2편광의 광이 입사되는 1/4 파장판;
    상기 1/4 파장판과 나란하게 배치되어, 상기 1/4파장판을 투과하여 입사된 광을 다시 1/4파장판에 입사되도록 반사시키는 반사부재;를 포함하는 백라이트 유닛.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반사형편광자에서 반사된 광의 중심축이 상기 출광부가 형성된 상기 도광부의 일면에 수직인 방향이 되도록, 상기 반사형편광자가 배치된 백라이트 유닛.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 반사형편광자에서 반사된 광의 중심축이 상기 출광부가 형성된 상기 도광부의 일면과 나란한 방향이 되도록, 상기 반사형편광자가 배치된 백라이트 유닛.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사형편광자는 큐브형 편광빔스플리터이고,
    상기 큐브형 편광빔스플리터에 접합된 프리즘을 더 포함하며,
    상기 1/4파장판과 상기 반사부재는 상기 프리즘의 대각면에 나란하게 배치되는 백라이트 유닛.
  14. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사형편광자는 와이어 그리드 편광자 또는 DBEF로 구성되는 백라이트 유닛.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 편광전환유닛은,
    상기 광원으로부터 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 반사시키는 것으로, 투과된 광이 상기 도광부에 입사되도록 배치된 제1반사형편광자;
    상기 제1반사형편광자에서 반사된 제2편광의 광을 투과시키고 제1편광의 광을 반사시키는 것으로, 반사된 광이 상기 도광부에 입사되도록 배치된 제2반사형편광자;
    상기 제2반사형편광자를 투과한 제2편광의 광이 입사되는 1/4 파장판;
    상기 1/4파장판과 나란하게 배치되어, 상기 1/4파장판을 투과하여 입사된 광을 다시 1/4파장판에 입사되도록 반사시키는 반사부재;를 포함하는 백라이트 유닛.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1반사형편광자에서 반사된 광의 중심축이 상기 출광부가 형성된 상기 도광부의 일면에 수직인 방향이 되도록, 상기 제1반사형편광자가 배치된 백라이트 유닛.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1반사형편광자에서 반사된 광의 중심축이 상기 출광부가 형성된 상기 도광부의 일면과 나란한 방향이 되도록, 상기 제1반사형편광자가 배치된 백라이트 유닛.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1반사형편광자 및 제2반사형편광자는 큐브형 편광빔스플리터, 와이어그리드 편광자 또는 DBEF로 구성되는 백라이트 유닛.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 편광전환유닛은,
    상기 광원으로부터 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 반사시키는 것으로, 투과된 광이 상기 도광부에 입사되도록 배치된 반사형편광자;
    상기 광원과 상기 반사형편광자 사이에 마련되어 상기 반사형편광자에서 반사된 광이 입사되는 것으로, 상기 광원과 마주하는 일면 소정 영역은 상기 광원에서의 광이 입사되는 개구부로 형성되고 상기 일면의 나머지 영역은 상기 반사형 편광자에서 반사된 광을 산란 및 반사시키는 산란반사패턴부로 형성된 산란 가이드부;
    상기 광원에서의 광이 상기 개구부를 통해 상기 산란가이드부로 입사되도록 광을 집속하는 집속렌즈;를 포함하는 백라이트 유닛.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 편광전환유닛은,
    상기 광원으로부터 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 제1편광과 수직인 제2 편광의 광을 반사시키는 것으로, 투과된 광이 상기 도광부에 입사되도록 배치된 반사형편광자;
    상기 광원과 상기 반사형편광자 사이에 마련된 것으로,
    상기 광원에서의 광이 입사되는 제1면, 상기 반사형편광자에서 반사된 광이 입사되는 제2면, 상기 제2면에서 반사된 광을 산란 반사시키는 산란반사패턴부가 형성된 제3면 및 복수의 반사면을 구비하는 다면체형 산란가이드부;를 포함하는 백라이트 유닛.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 반사형 편광자는 와이어그리드 편광자, DBEF , 다층막 편광빔스플리터 중 어느 하나로 구성된 백라이트 유닛.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 편광전환유닛은,
    상기 광원으로부터 광이 입사되는 입사면과,
    상기 입사면을 통해 입사된 광의 편광을 제1편광의 광과 제2편광의 광으로 분리하는 편광분리면과,
    상기 편광분리면에서 분리된 제1편광의 광을 복수회 반사시켜 제2편광의 광으로 변환시키는 복수의 반사면을 포함하는 편광전환다면체로 구성된 백라이트 유닛.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 편광 전환 다면체는,
    상기 광원으로부터 광 중 제1편광의 광을 투과시키고 제1편광과 수직인 제2편광의 광을 반사시키는 것으로, 투과된 광이 상기 도광부에 입사되도록 배치된 큐브형 편광빔스플리터;
    상기 큐브형 편광빔스플리터의 일면 상에, 한 측면이 상기 큐브형 편광빔스플리터의 어느 한 측면이 연장된 위치에 놓이도록 마련된 프리즘;
    상기 큐브형 편광빔스플리터와 상기 프리즘의 상기 측면들을 공유하는 형태의 삼각기둥형 프리즘;을 포함하는 백라이트 유닛.
  24. 제1항 내지 제7항, 제10항 내지 제12항, 제15항 내지 제17항, 제19항, 제20항, 제 21항 및 제22항 중 어느 한 항의 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛에서의 광을 변조하여 화상을 형성하는 액정 디스플레이 패널;을 포함하는 디스플레이 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이 패널은
    두 개의 투명 기판;
    상기 두 개의 투명 기판 사이에 마련된 액정층;을 포함하며,
    상기 두 개의 투명 기판 중 하나의 투명 기판의 일면에만 편광판이 형성된 디스플레이 장치.
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