KR20150065137A - 박막형 시야 범위 조절 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치 - Google Patents

박막형 시야 범위 조절 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막형 시야 범위 조절 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 박막 필름형 시야 범위 조절 백 라이트 유닛은, 고 굴절 필름과, 상기 고 굴절 필름 위에 저 굴절 필름이 적층된, 일정 폭 및 일정 길이를 갖는 장방형의 베이스 필름; 상기 베이스 필름 하부 표면의 일측부 중앙부에 배치된 입사 패턴; 상기 일측부에서 상기 일정 길이만큼 이격된 상기 베이스 필름 하부 표면의 타측부에 상기 일정 폭 전체에 걸쳐 배치된 반사 패턴; 상기 베이스 필름의 상부 표면에 형성된 출광 패턴; 그리고 상기 입사 패턴의 입사점으로 입사광을 제공하는 광원을 포함한다.

Description

박막형 시야 범위 조절 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치 {Thin Film Type Controlled Viewing Window Back Light Unit And Thin Flat Type Controlled Viewing Window Display Using The Same}
본 발명은 박막형 시야 범위 조절 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치(CVD: Controlled Viewing Window Display)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 홀로그래피 기술을 응용한 초박막 필름 방식의 시야 범위 조절 백 라이트 유닛 및 이를 구비한 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치에 관한 것이다.
최근 3차원 (3D: Three Dimension) 영상과 영상 재생 기술에 대한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 3차원 영상 관련 미디어는 시각 정보의 수준을 한 차원 더 높여주는 새로운 개념의 실감 영상 미디어로서 차세대 영상장치를 주도할 것으로 예상된다. 기존의 2차원 영상 시스템은 평면 영상을 제공하지만 3차원 영상 시스템은 물체가 가지고 있는 실제 이미지 정보를 관찰자에게 보여주는 관점에서 궁극적인 영상 구현 기술이라고 할 수 있다.
3차원 입체 영상을 재생하기 위한 방법으로는 크게, 스테레오스코피 (stereoscopy), 홀로그래피 (holography) 및 집적영상 (integral imaging) 등의 방법들이 연구 개발되고 있다. 이 중에서 홀로그래피 방식은 레이저를 이용하여 제작한 홀로그래피를 관측시 특수 안경을 장착하지 않고도 실물과 동일한 입체 영상을 느낄 수 있는 방식이다. 따라서, 홀로그래피 방식은 입체감이 뛰어나며 관측자가 피로감 없이 입체 영상을 느낄 수 있는 가장 이상적인 방식으로 알려져 있다.
홀로그래피 방식은 물체에서 반사된 빛(물체파)과 간섭성(Coherence)이 있는 빛(기준파)을 겹쳐서 얻어지는 간섭신호를 기록하고 이를 재생하는 원리를 이용하는 것이다. 가간섭성이 높은 레이저 광을 사용하여 물체에 부딪혀 산란되는 물체파를 또 다른 방향에서 입사된 기준파와 만나게 하여 형성된 간섭 무늬를 산진 필름에 기록하는 것을 홀로그램이라고 한다. 물체파와 기준파가 만날 때, 간섭에 의한 간섭 무늬를 형성하는데, 이 간섭 무늬에 물체의 진폭과 위상 정보가 함께 기록된다. 이렇게 기록된 간섭 무늬에 참조광을 조사하여 홀로그램에 기록된 입체성을 3차원 영상으로 복원하는 것을 홀로그래피라고 한다.
홀로그래피 방식의 영상 시스템을 구축하는 경우, 광원에서 방출되는 빛의 세기가 가우시안 형태(Gaussian Profile)를 따르기 때문에 휘도가 균일하지 않다. 또한, 이미지 노이즈를 유발하는 다차 모드를 줄이기 위해 빛이 입사되는 각도를 기울이는 경우, 빛의 직진(Collimation) 순도가 심하게 손상된다.
이와 같은 종래 기술의 단점을 해결하기 위해, 다차 모드를 줄이기 위해 빛이 입사되는 각도를 기울인 상태에서도 빛의 직진 순도를 유지하기 위한 백 라이트 시스템(BLU)이 연구되고 있다. 일례로서 콜리메이션(Collimation) 렌즈를 이용한 방식이 있다. 도 2a는 콜리메이션 렌즈를 이용하여 평행 직진 광선속 (Collimated Light Beam)을 생성하는 백 라이트 유닛(BLU)의 개요를 나타낸 도면이다.
도 1a를 참조하면, 광원(30)에 점 광원을 배치하고, 점 광원(30)으로부터 초점 거리만큼 떨어진 위치에 콜리메이션 렌즈(CL)를 배치하면, 점 광원(30)에서 방사된 빛은 콜리메이션 렌즈(CL)에 의해 평행 광선속(Collimated Lihgt Beam)이 만들어진다. 이와 같이 생성된 평행 광선속을 홀로그래피 방식의 입체 영상 시스템에서 참조광으로 사용할 수 있다.
그런데 대부분의 경우, 홀로그래피 영상 시스템에서 참조광은 홀로그램 패턴이 형성된 회절 광학 소자에 일정 각도를 갖고 입사되는 것이 바람직하다. 이유는 홀로그램 필름과 같은 회절 광학 소자들은 0차모드(0th mode)와 1차 이외의 고차 모드의 이미지가 생성될 수 있어, 이들의 발생을 제거 혹은 줄이기 위해서는 일정 각도의 입사각을 주는 것이 유리할 수 있기 때문이다.
이를 위해서는, 도 1a에 의한 백 라이트 유닛에서, 광원(30)의 위치를 입사각만큼 편향시키는 것을 생각할 수 있다. 도 2b는 콜리메이션 렌즈를 이용하여 소정의 입사각으로 진행하는 평행 광선속을 생성하는 백 라이트 유닛(BLU)의 개요를 나타낸 도면이다.
도 1b를 참조하면, 점 광원(30)의 위치를 광축(130)에서 위쪽 방향으로 편향시켜, 콜리메이션 렌즈(CL)의 중심을 향한 입사각이 α가 되도록 만들 수 있다. 그러면, 이론적으로는 도 1b의 점선으로 도시한 바와 같이, 광축(130)에 수평인 방향에 대해 각도 α만큼 경사진 방향으로 진행하는 평행 광선속을 만들 수 있다. 하지만, 실제의 경우에는 콜리메이션 렌즈(CL) 구면 수차와 같은 물리적 특성에 의해, 실제 광 경로는 도 1b의 실선으로 나타낸 것과 같이, 입사각 α를 갖고 평행하게 진행하지 않는다. 그 결과, 백 라이트 유닛(BLU)에서 출사한 평행 광선속이 원하는 방향으로, 원하는 영역에 걸쳐 고르게 입사되지 않고, 어느 한쪽에 치우쳐 분포되는 결과가 나타난다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로, 콜리메이션 렌즈에 프리즘 시트를 조합하여 광 조사 방향 제어 가능한 백 라이트 유닛이 제안되기도 하였다. 이하, 도 2를 참조하여 광 조사 방향 제어 가능한 백 라이트 유닛을 설명한다. 도 2는 종래 기술에 의한 광 조사 방향 제어 가능한 평행 광선속을 제공하는 백 라이트 유닛의 구조를 나타내는 개략도이다.
종래 기술에 의한 광 조사 방향 제어 가능한 백 라이트 유닛(BLU)은, 콜리메이션 렌즈(CL), 콜리메이션 렌즈(CL)의 일측변에 위치한 점 광원(30) 그리고 콜리메이션 렌즈(CL)의 타측 변에 위치한 프리즘 시트(PS)를 포함한다. 점 광원(30)은 한 지점에서 방사형으로 빛을 방출하는 광원이면 어는 것이어도 좋다. 점 광원(30)에서 출사하는 빛이 가급적 콜리메이션 렌즈(CL) 쪽으로 조사되도록 하기 위해 뒤편에 반사경(도시하지 않음)을 더 포함할 수도 있다.
점 광원(30)은 콜리메이션 렌즈(CL)의 초점 평면 상에 위치하는 것이 바람직하다. 특히, 점 광원(30)은 콜리메이션 렌즈(CL)의 중심에서 초점 평면의 중심을 연결하는 광축(130; Light Axis) 상에 위치하는 것이 더 바람직하다.
콜리메이션 렌즈(CL)는 점 광원(30)으로부터 입사되는 빛을 평행 광선속 (100; Collimated Light Beam)으로 만든다. 즉, 광축(130)과 평행한 방향으로 직진하는 평행 광선속을 형성한다. 콜리메이션 렌즈(CL)는 프레즈넬 렌즈(Fresnel Lens)와 같은 광학계 렌즈를 포함할 수 있다.
프리즘 시트(PS)는 콜리메이션 렌즈(CL)를 기준으로 점 광원(30)과 대칭되는 쪽에 위치하는 것이 바람직하다. 프리즘 시트(PS)는 콜리메이션 렌즈(CL)에 의해 평행 직진하는 빛의 방향을 광축에 대해 수직 방향으로 일정 각도 α만큼 굴절시킨다. 예를 들어, 프리즘 시트(PS)는 평행 광선속(100)의 평행성은 그대로 유지한 채, 진행하는 방향이 광축(130)에서 일정하게 α°만큼 아래를 향하도록 조절할 수 있다. 즉, 프리즘 시트(PS)는 평행 광선속(100)을 조사 방향이 조절된 평행 광선속(200; Controlled Collimated Light Beam)으로 변환한다. 프리즘 시트(PS)는 프레즈넬 프리즘 시트를 포함할 수 있다.
이러한, 백 라이트 유닛을 채용한 홀로그래피 표시장치에는 무안경 방식의 홀로그램 입체 영상 장치(Hologram 3D Display) 또는 시야 범위 조절 표시장치(CVD; Controlled Viewing-Window Display) 등으로 개발할 수 있다. 이 중에서, 시야 범위 조절 표시장치는 다양한 종류의 표시장치로 응용할 수 있다.
예를 들어, 시야 범위를 임의적으로 조절할 수 있으므로 특정한 관람자에게만 표시정보를 제공하는 보안용 표시장치를 제공할 수 있다. 혹은, 서로 다른 영상을 서로 다른 시야 범위에 표시하는, 다중 표시장치를 제공할 수 있다. 또한, 좌안 영상을 좌안에 우안 영상을 우안에만 선택적으로 제공할 수 있어, 3D 크로스-토크가 거의 발생하지 않는 입체 영상 표시장치를 제공할 수 있다.
도 3은 종래 기술의 일례에 의한 시야 범위 조절 표시장치의 개략적인 구도를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 종래 기술의 일례에 의한 시야 범위 조절 표시장치는, 영상을 표현하는 표시 패널(LCP)과 백 라이트 유닛(BLU)을 포함한다. 표시 패널(LCP)은 백 라이트를 이용하는 평판 표시장치로서, 대표적으로는 액정 표시 패널을 사용할 수 있다. 시야 범위 조절 표시장치는 표시 패널(LCP)에서 표현하는 영상 정보를 특정 시야 범위에 국한하여 조사하는 장치이다. 따라서, 시야 범위를 조절하기 위해서는 백 라이트의 조사 범위를 특정 범위로 국한하는 백 라이트 유닛(BLU)이 필요하다. 예를 들어, 백 라이트 유닛(BLU)은 도 2에서 설명한 방식을 응용한 것일 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 종래 기술에 의한 시야 범위 조절 표시장치의 백 라이트 유닛(BLU)은 광원(LED), (콜리메이션)렌즈(LEN), 반사판(REF) 및 회절광학 필름(HOE)을 구비한다. 홀로그래피 기술을 사용하기 위해서는, 시준성이 높은 빛을 사용하는 것이 필요하다. 따라서, 광원(LED)은 레이저 광원 혹은 LED 레이저 광원일 수 있다. 또한, 광원(LED)이 일반 LED인 경우, 빛의 시준성을 높여주기 위한 콜리메이션 렌즈(LEN)를 더 구비할 수 있다. 콜리메이티드 빛을 이용하여 특정 범위에 국한되어 조사되는 백 라이트를 만들기 위한, 시야 범위가 기록된 회절 광학 필름(HOE)을 구비한다. 회절 광학 필름(HOE)에 기준파에 해당하는 백 라이트를 조사함으로써, 회절 광학 필름(HOE)에 기록된 바에 따라 일정 범위에 국한된 조사 범위를 갖는 백 라이트를 표시 패널(LCP)에 제공할 수 있다.
특히, 대면적 시야 범위 조절 표시장치를 구현하기 위해서는 대면적 표시 패널(LCP)에 대응하는 회절 광학 필름(HOE)이 표시 패널(LCP) 배면에 배치된다. 그리고 광원(LED)에서 출사되고 렌즈(LEN)에 의해 콜리메이이션 한 백 라이트를 대면적 회절 광학 필름(HOE)에 입사하기 위한 반사판(REF)을 구비한다.
이와 같이 종래 기술에 의한 시야 범위 조절 표시장치는 빛을 공간 광학적으로 발산 및 수렴을 필요로 하는 렌즈(LEN)와 반사판(REF) 등을 구비한다. 따라서, 원하는 수준의 시준성을 확보하기 위해서는 물리적으로 어느 정도의 광 경로를 필요로 한다. 즉, 백 라이트 유닛(BLU)의 부피가 커질 수밖에 없는 구조를 갖는다. 그 결과, 종래 기술에 의한 시야 범위 조절 표시장치는 부피가 크고 무게가 무겁기 때문에 다양한 분야에 응용하는 데 한계가 있다.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 콜리메이션 광을 제공하는 초박막 필름형 시야 범위 조절 백 라이트 유닛을 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은 초박막 필름형 시야 범위 조절 백 라이트 유닛을 구비한 박막형 시야 범위 조절 표시장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 박막 필름형 시야 범위 조절 백 라이트 유닛은, 고 굴절 필름과, 상기 고 굴절 필름 위에 저 굴절 필름이 적층된, 일정 폭 및 일정 길이를 갖는 장방형의 베이스 필름; 상기 베이스 필름 하부 표면의 일측부 중앙부에 배치된 입사 패턴; 상기 일측부에서 상기 일정 길이만큼 이격된 상기 베이스 필름 하부 표면의 타측부에 상기 일정 폭 전체에 걸쳐 배치된 반사 패턴; 상기 베이스 필름의 상부 표면에 형성된 출광 패턴; 상기 출광 패턴의 상부에 배치된 시야 범위 조절용 회절 광학 필름; 그리고 상기 입사 패턴의 입사점으로 입사광을 제공하는 광원을 포함한다.
상기 베이스 필름의 하부 표면에서 상기 입사 패턴 및 상기 반사 패턴을 제외한 표면에 도포된 반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 입사 패턴은, 상기 광원으로부터 상기 입사 패턴의 표면에 대해 수직으로 입사된 상기 입사광을, 상기 고 굴절 필름과 상기 저 굴절 필름의 계면에서의 전반사각도보다 큰 굴절각을 가지며, 상기 입사점에서 상기 반사 패턴의 상기 일정 폭에 대응하도록 확산하는 확장광으로 변환하는 홀로그램 패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 확장광은, 상기 고 굴절 필름 내부를 진행하여, 상기 반사 패턴으로 입사되는 것을 특징으로 한다.
상기 반사 패턴은, 상기 확장광을 상기 굴절각보다는 작고 상기 저 굴절 필름과 공기 사이의 계면에서의 전반사 각도보다 큰 반사각을 가지며, 상기 일정 폭에 대응하도록 시준된 평행광으로 변환하는 홀로그램 패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 출광 패턴은, 상기 반사 패턴에서 반사된 상기 평행광의 일부를 상기 저 굴절 필름의 외부로 출광하며, 상기 베이스 필름의 상부 표면에 대해 수직 방향에 가깝게 굴절하는 것을 특징으로 한다.
상기 광원은, 상기 입사광의 입사 각도를 상기 수직에 대해 경사진 다수 개의 입사각들 중 어느 하나를 선택하도록 회전되는 것을 특징으로 한다.
상기 광원은, 상기 입사 패턴의 표면에 대해 수직으로 상기 입사광을 개별적으로 제공하는 복수(n) 개의 광원들을 포함하고; 상기 입사 패턴은, 상기 n개의 광원들 각각에 개별적으로 대응된 각자의 입사점을 구비한 n개의 입사 패턴들을 포함하여, 상기 각각의 광원으로부터 수직으로 입사된 상기 각각의 입사광을, 상기 고 굴절 필름과 상기 저 굴절 필름의 계면에서의 전반사각도보다 큰 굴절각을 가지며, 상기 수직 입사각에 대해 기 설정된 각각의 편향각으로 출사하며, 상기 입사점에서 상기 반사 패턴의 상기 일정 폭에 대응하도록 확산하는 확장광으로 변환하는 홀로그램 패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 출광 패턴의 상부 표면 위에서, 상기 입사 패턴이 배치된 측변에 부착된 광 흡수 패턴을 더 포함하되, 상기 광 흡수 패턴은, 적어도 상기 입사 패턴의 길이와 동일한 길이를 갖고, 내측 끝단은 상기 고 굴절 필름과 상기 저 굴절 필름 사이에서 전반사가 시작하는 위치점에 대응하여 배치되고, 외측 끝단은 상기 입사 패턴의 내측 끝단과 상기 고 굴절 필름의 외측 끝단 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 박막형 시야 범위 조절 표시장치는, 평판 표시 패널; 상기 평판 표시 패널 배면에 위치하는 광원, 그리고 상기 광원과 상기 평판 표시 패널 사이에서 상기 평판 표시 패널과 면 대향하여 상기 광원에서 출사하여 입사점으로 입사된 빛을 상기 평판 표시 패널의 면적에 대응하여 조사되는 백 라이트로 변환하는 도광 필름, 그리고 상기 도광 필름에서 방출된 상기 백 라이트의 광학적 특성을 조절하는 회절 광학 필름을 구비하는 백 라이트 유닛을 포함한다.
상기 도광 필름은, 고 굴절 필름과, 상기 고 굴절 필름 위에 저 굴절 필름이 적층된, 일정 폭 및 일정 길이를 갖는 장방형의 베이스 필름; 상기 베이스 필름 하부 표면의 일측부 중앙부에 배치된 입사 패턴; 상기 일측부에서 상기 일정 길이만큼 이격된 상기 베이스 필름 하부 표면의 타측부에 상기 일정 폭 전체에 걸쳐 배치된 반사 패턴; 그리고 상기 베이스 필름의 상부 표면에 형성된 출광 패턴을 포함하며, 상기 광원은, 상기 입사 패턴의 입사점으로 입사광을 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 입사 패턴은, 상기 광원으로부터 상기 입사 패턴의 표면에 대해 수직으로 입사된 상기 입사광을, 상기 고 굴절 필름과 상기 저 굴절 필름의 계면에서의 전반사각도보다 큰 굴절각을 가지며, 상기 입사점에서 상기 반사 패턴의 상기 일정 폭에 대응하도록 확산하는 확장광으로 변환하는 홀로그램 패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 반사 패턴은, 상기 확장광을 상기 굴절각보다는 작고 상기 저 굴절 필름과 공기 사이의 계면에서의 전반사 각도보다 큰 반사각을 가지며, 상기 일정 폭에 대응하도록 시준된 평행광으로 변환하는 홀로그램 패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 출광 패턴은, 상기 반사 패턴에서 반사된 상기 평행광의 일부를 상기 저 굴절 필름의 외부로 출광하며, 상기 베이스 필름의 상부 표면에 대해 수직 방향에 가깝게 굴절하는 것을 특징으로 한다.
상기 광원은, 상기 입사광의 입사 각도를 상기 수직에 대해 경사진 다수 개의 입사각들 중 어느 하나를 선택하도록 회전되는 것을 특징으로 한다.
상기 광원은, 상기 입사 패턴의 표면에 대해 수직으로 상기 입사광을 개별적으로 제공하는 복수(n) 개의 광원들을 포함하고; 상기 입사 패턴은, 상기 n개의 광원들 각각에 개별적으로 대응된 각자의 입사점을 구비한 n개의 입사 패턴들을 포함하여, 상기 각각의 광원으로부터 수직으로 입사된 상기 각각의 입사광을, 상기 고 굴절 필름과 상기 저 굴절 필름의 계면에서의 전반사각도보다 큰 굴절각을 가지며, 상기 수직 입사각에 대해 기 설정된 각각의 편향각으로 출사하며, 상기 입사점에서 상기 반사 패턴의 상기 일정 폭에 대응하도록 확산하는 확장광으로 변환하는 홀로그램 패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 출광 패턴의 상부 표면 위에서, 상기 입사 패턴이 배치된 측변에 부착된 광 흡수 패턴을 더 포함하되, 상기 광 흡수 패턴은, 적어도 상기 입사 패턴의 길이와 동일한 길이를 갖고, 내측 끝단은 상기 고 굴절 필름과 상기 저 굴절 필름 사이에서 전반사가 시작하는 위치점에 대응하여 배치되고, 외측 끝단은 상기 입사 패턴의 내측 끝단과 상기 고 굴절 필름의 외측 끝단 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 회절 광학 필름과 상기 평판 표시 패널 사이, 그리고 상기 회절 광학 필름과 상기 도광 필름 사이 중 적어도 어느 한 곳에 개재된 선택형 확산판을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 도광 필름의 하부에 배치된 도광판; 그리고 상기 도광판의 일측변에 배치된 에지형 광원들을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 액정 표시장치와 같은 비자발광 방식의 평판형 표시장치에 그대로 적용할 수 있는 홀로그래피 방식의 초박막 필름형 시야 범위 조절 백 라이트 유닛을 제공한다. 따라서, 시준 순도가 높은 백 라이트를 채용한 박막 평판형 홀로그래피 영상 표시장치를 제공할 수 있다. 특히, 시야 범위 조절 가능한 표시장치와 같이 응용 범위가 다양한 홀로그래피 영상 표시장치에 응용할 수 있는 초박막 필름형 백 라이트 유닛을 제공한다. 따라서, 현재 주류를 이루는 액정 표시장치에서 더욱 얇은 두께를 갖고, 광 손실을 최소화한 홀로그래피 기술을 응용한 박막형 시야 범위 조절 표시장치를 제공할 수 있다. 시야 범위 조절 표시장치는 무안경 방식의 입체 영상 표시장치, 다중 표시장치 혹은 보안 강화 표시장치 등에 응용할 수 있다.
도 1a는 콜리메이션 렌즈를 이용하여 평행 직진 광선속 (Collimated Light Beam)을 생성하는 백 라이트 유닛(BLU)의 개요를 나타낸 도면.
도 1b는 콜리메이션 렌즈를 이용하여 소정의 입사각으로 진행하는 평행 광선속을 생성하는 백 라이트 유닛(BLU)의 개요를 나타낸 도면.
도 2는 종래 기술에 의한 광 조사 방향 제어 가능한 평행 광선속을 제공하는 백 라이트 유닛의 구조를 나타내는 개략도.
도 3은 종래 기술의 일례에 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 일 실시 예에 의한 초박막 도광 필름의 개략적인 구조를 나타내는 사시도.
도 6은 도 5에 도시한 본 발명의 일 실시 예에 의한 초박막 도광 필름을 상면에서 내려다본 평면도.
도 7은 도 5에 도시한 본 발명의 일 실시 예에 의한 초박막 도광 필름의 구조를 상세히 나타내는 확대 측면도.
도 8은 입사 패턴으로 입사한 빛이 본 발명에 의한 초박막 도광 필름의 X-Z 평면상에서 확장광으로 진행하는 상태를 보여주는 확대 측면도.
도 9는 도 8에 도시한 확장광이 X-Y 평면상에서 진행하는 상태를 보여주는 평면도.
도 10은 반사 패턴으로 입사한 빛이 본 발명에 의한 초박막 도광 필름의 X-Z 평면상에서 평행광으로 진행하며 상부면으로 출광하는 상태를 보여주는 확대 측면도.
도 11은 도 10에 도시한 평행광이 X-Y 평면상에서 진행하는 상태를 보여주는 평면도.
도 12는 도 7에 도시한 도광 필름을 이용하여 구성한 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치의 구조를 Y-Z 평면상에서 나타내는 측면도.
도 13은 도 7에 도시한 도광 필름을 이용하여 구성한 본 발명의 첫 번째 실시 예에 의한 무안경 방식의 입체 영상 표시장치의 구조를 Y-Z 평면상에서 나타내는 측면도.
도 14는 도 7에 도시한 도광 필름을 이용하여 구성한 본 발명의 두 번째 실시 예에 의한 무안경 방식의 입체 영상 표시장치의 구조를 Y-Z 평면상에서 나타내는 측면도.
도 15는 도 7에 도시한 도광 필름을 이용한 3D용 백 라이트 유닛과 그 하변에 도광판과 에지형 광원을 구비한 2D용 백 라이트 유닛을 더 배치하여 2D 모드와 3D 모드를 전환할 수 있는 무안경 방식의 입체 영상 표시장치의 구조를 X-Z 평면상에서 나타내는 측면도.
도 16은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 초박막 도광 필름의 개략적인 구조를 상세히 나타내는 확대 측면도.
도 17은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 초박막 도광 필름을 상면에서 내려다본 평면도.
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. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
도 4를 참조하여, 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치의 개략적인 구도를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치는, 표시 패널(LCP)와 표시 패널(LCP)의 배면에 배치되는 백 라이트 유닛(BLU)을 포함한다. 표시 패널(LCP)은 백 라이트 유닛(BLU)을 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 초박막 필름형 백 라이트 유닛을 구현할 수 있다.
백 라이트 유닛(BLU)은 초박막 도광 필름(LGF)을 포함한다. 도광 필름(LGF)의 넓은 표면 중 앞면이 표시 패널(LCP)의 배면과 마주보도록 배치하는 것이 바람직하다. 도광 필름(LGF)의 넓은 표면 중 배면에서 서로 대향하는 양변 각각에 홀로그램 패턴들이 배치될 수 있다. 도광 필름(LGF)의 두께가 초박막 필름으로 구현될 수 있으며, 이 경우 광원(LS)은 도광 필름(LGF)의 배면에 배치되는 것이 바람직하다.
도광 필름(LGF)은 레이저 혹은 발광 다이오드와 같은 점광원(LS)에서 출사한 빛을 도광 필름(LGF)의 표면에 대향하는 면광원으로 전환하여 표시 패널(LCP)에 공급한다. 이를 달성하기 위한, 도광 필름(LGF) 및 광원(LS)에 관련된 상세한 구조적 특징은 백 라이트 유닛(BLU)에 대한 상세한 설명에서 더 후술한다.
도광 필름(LGF)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) 범위에 한정되도록 집광하기 위한 패턴이 기록된다. 회절 패턴 기록에 대한 내용은 잘 알려진 홀로그래피 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
만일, 시야 범위 조절 장치를 일반적이 표시장치 모드와 시야 범위 조절 모드를 상호 전환할 수 있는 표시장치로 활용하고자 할 경우, 회절 광학 필름(HOE) 앞에는 투과 모드와 산란 모드를 선택할 수 있는 선택 확산판(DIF)이 배치될 수 있다. 선택 확산판(DIF)을 투과 모드로 선택하면, 회절 광학 필름(HOE)에서 출사한 빛을 그대로 투과한다. 회절 광학 필름(HOE)에 의해 기 정해진 시야 창(VW) 범위로 백 라이트를 집광한다. 한편, 선택 확산판(DIF)을 산란 모드로 선택하면, 회절 광학 필름(HOE)에 의해 방향성을 갖는 백 라이트를 산란하여, 방향성이 없어진다. 따라서, 시야 범위가 조절되지 않은 일반적인 액정 표시장치 상태가 된다.
도 4에서는 편의상, 선택 확산판(DIF)의 위치가 회절 광학 필름(HOE)과 표시 패널(LCP) 사이에 개재된 것으로 도시하였다. 하지만, 필요에 따라서는, 선택 확산판(DIF)가 회절 광학 필름(HOE)과 박막 평판형 웨이브 가이드(SWG) 사이에 개재할 수도 있다. 어느 위치에 배치되더라도, 백 라이트를 지향성을 갖는 상태로 유지하거나 백 라이트를 산란하여 지향성을 없애거나 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치는, 아이 트래커(ET)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 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. 광 출사 방향을 제어하는 구체적인 방법에 대한 내용은 백 라이트 유닛(BLU)에 대한 상세한 설명에서 더 후술한다.
이와 같은 구조를 갖는 시야 범위 조절 표시장치의 구체적인 작동 예에 대하여 설명한다. 표시 패널(LCP)에서는 구현하고자 하는 영상을 표현한다. 백 라이트 유닛(BLU)에서는 시야 범위가 특정 범위로 조절된 백 라이트를 제공한다. 그러면, 표시 패널(LCP)에서 구현되는 영상은 백 라이트 유닛(BLU)에서 제공된 백 라이트에 의해 정해진 시야 창(VW)으로만 조사된다.
예를 들어, 입체 영상 표시장치로 응용하는 경우, 표시 패널(LCP)은 첫 번째 프레임에서 좌안 영상을 표현한다. 그리고 백 라이트 유닛(BLU)에서는 사람의 일안 크기에 상응하는 시야 창(VW)의 크기로 조절된 백 라이트를 제공한다. 그리고 아이 트래커(ET)에서는 관람자의 좌안 위치를 검출하고, 그 위치 정보를 이용하여, 백 라이트 유닛(BLU)을 조절하여, 시야 창(VW)의 방향을 관람자의 좌안 위치로 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 우안 위치를 검출하고, 그 위치 정보를 이용하여, 백 라이트 유닛(BLU)을 조절하여, 시야 창(VW)의 방향을 관람자의 우안 위치로 편향한다. 그러면, 우안 영상은 관람자의 우안으로만 조사된다. 이로써, 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치는 입체 영상 표시장치로 활용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치가 3D 모드일 때에는, 선택 확산판(DIF)이 투과 모드로 작동한다. 따라서, 좌안 영상은 좌안으로 우안 영상은 우안으로만 선택적으로 시야 범위를 조절함으로써 입체 영상을 구현할 수 있다. 반면에 선택 확산판(DIF)을 산란 모드로 전환하면, 영상 정보의 시야 범위가 조절되지 않은 상태로 제공되기 때문에 일반적인 2D 모드로 전환된다. 앞에서도 설명하였듯이, 선택 확산판(DIF)은 설계 의도나 기능적 필요성 등 여러 이유로 해서, 회절 광학 필름(HOE)의 앞 혹은 뒤에 배치되어 그 기능을 충분히 할 수 있다. 표시 장치를 무안경 방식의 입체 영상 표시장치로만 설계한 경우에는 선택 확산판(DIF)은 필요하지 않으므로 생략될 수도 있다.
또 다른 응용 예로 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 일정 각도 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 너비이상 치우친 방향으로 편향한다. 그러면, 제2 종류의 영상은 우측에 위치한 관람자에게만 제공된다.
이와 같이, 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치가 다중 관람 모드일 때에는, 선택 확산판(DIF)가 투과 모드로 작동한다. 따라서, 제1 영상은 제1 관람자에게 제2 영상은 제2 관람자에게만 선택적으로 제공할 수 있다. 반면에 선택 확산판(DIF)를 산란 모드로 전환하면, 영상 정보의 시야 범위가 조절되지 않은 상태로 제공되기 때문에 모든 사람에게 공통적으로 제공되는 일반 모드로 전환된다. 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. 표시 장치를 다중 표시장치로만 설계한 경우에는 선택 확산판(DIF)은 필요하지 않으므로 생략될 수도 있다.
이하, 도 5 내지 11을 참조하여 본 발명에 의한 초박막 필름형 백 라이트 유닛에 대하여 상세히 설명한다. 특히, 본 발명의 핵심 구성 요소인 초박막 도광 필름(LGF)의 구조 및 광원(LS)과의 상관 관계 대하여 상세히 설명한다. 먼저, 도 5 내지 7을 참조하여, 본 발명에 의한 초박막 도광 필름의 구조를 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 초박막 도광 필름의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이다. 도 6은 도 5에 도시한 본 발명의 일 실시 예에 의한 초박막 도광 필름을 상면에서 내려다본 평면도이다. 도 7은 도 5에 도시한 본 발명의 일 실시 예에 의한 초박막 도광 필름의 구조를 상세히 나타내는 확대 측면도이다.
도 5 내지 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 의한 초박막 도광 필름(LGF)은 빛(백 라이트)을 유도하는 필름형 도광 매체 혹은 웨이브 가이드 매체인 베이스 필름(WG)을 포함한다. 베이스 필름(WG)은 서로 적층된 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)을 포함한다. 특히, 고 굴절 필름(HR) 위에 저 굴절 필름(LR)이 적층된 것이 바람직하다. 여기서, '위' 혹은 '상부' 방향은 도광 필름(LGF)에서 백 라이트가 최종으로 투사되는 방향을 의미한다.
또한, 저 굴절 필름(LR) 상부 표면에는 빛을 외부로 방출하기 위한 광출사층(RF)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 저 굴절 필름(LR)의 상부면에 광 회절 필름을 부착하거나, 광 회절 층을 도포할 수 있다. 또 다른 방법으로는, 그레이팅 패턴을 저 굴절 필름(LR)의 상부 표면에 직접 도포하거나, 새겨 넣을 수도 있다.
더욱이, 고 굴절 필름(HR)의 하부 표면에서 입사 패턴(CHOE) 및 반사 패턴(RHOE)가 형성된 영역을 제외한 나머지 표면에는 반사층(RF)을 도포하는 것이 바람직하다. 반사층(RF)은 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)의 계면에서 전 반사되어 하부 표면을 통해 출사될 수 있는 빛을 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사한다. 고 굴절 필름(HR)의 하부 표면은, 고 굴절 필름(HR)과 공기층의 계면으로서, 대부분의 빛을 전반사 할 수 있지만, 빛의 누설을 최대한 방지하기 위해, 반사층(RE)을 추가로 구비할 수도 있다. 도광 필름(LGF)을 투명한 상태로 사용하는 것이 더 바람직한 경우가 있을 수 있으므로, 반사층(RE)은 필수적 구성 요소는 아니다.
베이스 필름(WG)은 표시 패널(LCP)의 형태 및 면적에 대응하는 표면적을 갖는 대략 장방형의 형태인 것이 바람직하다. 베이스 필름(WG)의 일측변에는 광원(LS)에서 입사하는 빛을 받아들이기 위한 입사 패턴(CHOE)을, 그리고 대향하는 타측변에는 반사 패턴(RHOE)을 배치한다. 입사 패턴(CHOE)은 빛을 받아들이는 부분이므로, 광원(LS)과 직접 대향하도록 배치하는 것이 바람직하다. 따라서, 입사 패턴(CHOE)와 반사 패턴(RHOE)은 베이스 필름(WG)의 하부 표면에 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 고 굴절 필름(HR)의 하부 표면에서, 일측변과 타측변에 부착하는 것이 바람직하다.
광원(LS)으로는 점 광원인 레이저 혹은 광원 작은 단면적을 갖는 면 광원인 발광 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 발광 다이오드를 사용하는 경우, 종래에는 일측변 전체에 고르게 배치하였다. 이 경우, 다수 개의 발광 다이오드가 사용되므로, 발열도 심하고, 많은 발광 다이오드를 사용하기 때문에 에너지 효율도 저하되는 문제가 있다.
본 발명에서는, 최소한의 광원을 이용함으로써, 발열을 최소화하고, 에너지 효율을 극대화한다. 따라서, 본 발명에 의한 백 라이트 유닛(BLU)에서는 발광 다이오드 한 개만으로도 광원(LS)을 구성할 수 있다. 혹은, 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드를 각각 1개씩 사용하고 적절한 형태로 배열하여(가로 혹은 세로 방향을 일렬로 배치하거나, 삼각형 형태로 배치할 수 있다), 백색광을 만들 수도 있다. 혹은, 고 휘도의 백 라이트 유닛(BLU)을 구현하고자 하는 경우 혹은 서로 다른 목적으로 사용하기 위한 복수 개의 광원이 필요한 경우에는, 여러 개의 백색 발광 다이오드를 사용할 수도 있다. 또는, 적-녹-청 발광 다이오드를 한 세트로 하여, 여러 세트의 적-녹-청 발광 다이오드를 사용할 수도 있다. 실시 예의 설명에서는 편의상, 1개의 백색 발광 다이오드를 사용하는 경우를 예로 들었다.
광원(LS)은 베이스 필름(WG)의 일측변 하부면에 부착된 입사 패턴(CHOE)과 대향하도록 배치한다. 도면에서 광원(LS)이 입사 패턴(CHOE)와 일정 거리 이격되어 배치된 것으로 도시하였다. 하지만, 필요하다면 광원(LS)은 입사 패턴(CHOE)에 근접하여 배치하거나, 밀착되어 배치될 수도 있다. 광원(LS)에서 출사한 빛은 입사 패턴(CHOE)의 입사점(LI)으로 입사한다. 특히, 고 굴절 필름(HR)의 하면과 수직한 방향(Z축 방향)으로 입사한다.
본 발명에서는, 가급적 광원(LS)의 개수를 최소한으로 사용하는 것이 바람직하다. 입사 패턴(CHOE)은 일측변의 전체 너비에 걸쳐 형성할 수도 있지만, 최소한의 너비만을 차지하도록 형성하는 것이 바람직하다. 휴대용 표시장치와 같이 작은 크기의 표시장치에서는 1개의 광원(LS)으로도 충분할 수 있다. 하지만, 30인치 이상의 TV와 같은 대형 표시장치에서는, 효율적으로 활용하기 위해 여러 개의 광원(LS)이 필요할 수도 있다. 아래 상세히 설명하겠지만, 입사 패턴(CHOE)으로 입사한 점 광원을 반사 패턴(RHOE)의 폭에 대응하도록 확장하는 것이 입사 패턴(CHOE)의 기능이다. 따라서, 확장 기능의 효율성을 고려하여 광원(LS)의 개수 및 입사 패턴(CHOE)의 크기를 적절하게 선택할 수 있다.
입사 패턴(CHOE)은 베이스 필름(WG)의 일측변에 배치된 광원(LS)에서 출사된 빛을 받아서, 대향하는 타측변에 배치된 반사 패턴(RHOE)으로 전달하는 기능을 한다. 도광 필름(LGF)은 전체 표면에 걸쳐 고른 분포로 빛을 방출하여야 한다. 따라서, 입사 패턴(CHOE)은 입사된 빛을 베이스 필름(WG)의 너비에 대응하도록 확산 및/또는 확장시켜야 한다. 따라서, 입사 패턴(CHOE)은 입사점(LI)으로 조사된 빛을 타측변의 폭에 대응하도록 확산 및/또는 확장시켜 방사하는 홀로그래피 패턴으로 형성하는 것이 바람직하다.
입사 패턴(CHOE)으로 입사된 빛은 베이스 필름(WG)의 타측변 폭에 대응하도록 확산 및/또는 확장되어 방사된다. 특히, 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR) 사이에서 전반사가 일어나는 방향으로 굴절되어 방사되는 출광 경로를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 입사 패턴(CHOE)은 베이스 필름(WG) 폭에 대응하도록 확산됨과 동시에, 전반사 각도로 방출되도록 하는 홀로그램 패턴을 갖는 것이 바람직하다.
입사 패턴(CHOE)에서 출광한 빛은 베이스 필름(WG) 내부에서 전반사 과정을 반복하면서, 타측변에 배치된 반사 패턴(RHOE)으로 전달된다. 반사 패턴(RHOE)로 입사된 빛들은 도광 필름(LGF)의 전체 면적에 고르게 분포된 시준광(Collimated Light)으로 만들어야 한다. 따라서, 반사 패턴(RHOE)은 입사 패턴(CHOE)로부터 받은 확산된 빛을 베이스 필름(WG) 전체 폭에 해당하는 범위 내에서 시준된 평행광으로 방사하는 홀로그래피 패턴으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 반사 패턴(RHOE)에서 반사된 빛이 입사된 각도와 동일하게 반사된다면, 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR) 사이에서 전반사가 재현되기 때문에 도광 필름(LGF) 외부로 빛이 출광될 수 없다. 따라서, 반사 패턴(RHOE)에서 출사되는 빛은, 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)의 계면에서 전반사가 되지 않고, 그대로 투과할 수 있는 각도로 방출되는 것이 바람직하다. 즉, 반사 패턴(RHOE)는 이러한 조건을 만족하는 홀로그램 패턴을 갖는 것이 바람직하다.
이하, 도 8 내지 11을 참조하여, 광원(LS)에서 출사한 빛이 도광 필름(LGF) 내부에서 어떻게 진행하고, 어떤 방식으로 상부면으로 면발광하도록 방출되는지에 대해서 상세히 설명한다. 먼저, 광원(LS)에서 출사하여 입사 패턴(CHOE)으로 입사한 빛의 진행 방식에 대해 설명한다. 도 8은 입사 패턴으로 입사한 빛이 본 발명에 의한 초박막 도광 필름의 X-Z 평면상에서 확장광으로 진행하는 상태를 보여주는 확대 측면도이다. 도 9는 도 8에 도시한 확장광이 X-Y 평면상에서 진행하는 상태를 보여주는 평면도이다.
도 8을 참조하면, 광원(LS)에서 출사한 입사광(100)은, X-Z평면 상에서 z축을 따라 입사 패턴(CHOE)의 표면에 대해 수직하게 입사한다. 입사 패턴(CHOE)에 형성된 홀로그래피 패턴에 의해 베이스 필름(WG)의 하층인 고 굴절 필름(HR) 내부로 굴절된다. 이때, 굴절광(200)의 굴절 각도(θ)는 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)의 계면에서 전반사(Total Reflection; TR)가 일어나는 전반사각보다 큰 각도를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 입사 패턴(CHOE)은 굴절 각도의 조건이 θ > TRatHR-LR (고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR) 계면에서의 전반사각도)을 만족하는 홀로그래피 패턴을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 입사 패턴(CHOE)은 입사광(100)을 기준광(Reference Light)으로 하고, 굴절광(200)을 물체광(Objective Light)으로 하여 만든 간섭 패턴을 기록한 광학 필름일 수 있다.
그 결과, X-Z 평면상에서 보면, 입사광(100)은 입사 패턴(CHOE)에 의해 굴절광(200)으로 고 굴절 필름(HR)으로 굴절되어 들어간다. 그리고, 굴절광(200)은 고 굴절 필름(HR)의 상부 표면에서 전반사된 전반사광(300)으로 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사된다. 전반사광(300)은 고 굴절 필름(HR)의 하부면에서 반사층(RE)에 의해 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사된 반사광(400)으로 고 굴절 필름(HR) 내부로 진행한다. 이와 같이 입사광(100)은 고 굴절 필름(HR) 내부에서 타측면에 부착된 반사 패턴(RHOE)을 향하는 확장광(FOL)으로 진행한다.
이와 동시에, 도 9를 참조하여 X-Y 평면상에서 보면, 본 발명에 의한 도광 필름(LGF)의 일측면에 배치된 입사 패턴(CHOE)의 입사점(LI)로 입사한 입사광(100)은 타측면에 배치된 반사 패턴(RHOE)으로 확산 및/또는 확장되는 확장광(FOL)로 진행한다. 예를 들어, 입사광(100)은 레이저 혹은 발광 다이오드와 같은 점광원(LS)에서 출사한 좁은 단면을 갖는 평면파일 수 있다. 그리고, 입사 패턴(CHOE)에 기록된 홀로그램 회절 패턴에 의해, 입사광(100)은, 일측변과 타측변의 이격 거리(L)에 위치한 반사 패턴(RHOE)의 전체 너비에 대응하도록 확산 및/또는 확장된 확장광(FOL)이 된다. 도 9에서 점선이 의미하는 것은 입사 패턴(CHOE)의 어느 부분으로든지 표면에 대해 수직으로 입사한 빛이 반사 패턴(RHOE)에 대응하도록 확장되는 것을 나타낸다.
따라서, 입사 패턴(CHOE)에 기록된 홀로그램 회절 패턴은, 좁은 단면을 갖는 평면파를 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR) 계면에서의 전반사 조건을 만족함과 동시에, 반사 패턴(RHOE)에 대응하는 너비로 확산 및/또는 확장되는 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 입사 패턴(CHOE)에 기록된 회절 패턴은, 레이저 혹은 발광 다이오드에서 출사하여 Z축으로 따라 진행하는 빛을 참조광으로 하고, Z축에 대해 입사각 θ를 갖고 일측변과 타측변의 이격 거리(L)에 위치한 반사 패턴(CHOE)의 너비로 확산되는 확장광(FOL)을 물체광으로 하는 간섭 패턴일 수 있다.
이하, 도 10 내지 11을 참조하여, 반사 패턴(RHOE)에 의한 빛의 진행 방식에 대하여 설명한다. 도 10은 반사 패턴으로 입사한 빛이 본 발명에 의한 초박막 도광 필름의 X-Z 평면상에서 평행광으로 진행하며 상부면으로 출광하는 상태를 보여주는 확대 측면도이다. 도 11은 도 10에 도시한 평행광이 X-Y 평면상에서 진행하는 상태를 보여주는 평면도이다.
도 10을 참조하면, X-Z 평면상에서, 고 굴절 필름(HR) 내부에서 확산 및/또는 확장되어 진행한 확장광(FOL)이 반사 패턴(RHOE)로 입사한다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 고 굴절 필름(HR)의 하부면에서 반사층(RE)에 의해 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사된 반사광(400)이 고 굴절 필름(HR)의 상부 표면에서 전반사된 전반사광(300)으로 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사되어 반사 패턴(RHOE)의 상부면으로 입사된다. 이때, 반사 패턴(RHOE)으로 입사되는 확장광(FOL)의 입사각도는 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)의 계면에서의 전반사각보다 큰 각도인 전반사광(300)의 반사 각도(θ)와 같다.
반사 패턴(RHOE)으로 입사한 빛인 전반사광(300)은 반사 패턴(RHOE)에 기록된 회절 광학 패턴에 의해 재반사각(α)으로 반사된 재반사광(500)이 되어 고 굴절 필름(HR) 내부로 되돌아 간다. 이때, 재반사각(α)은 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)의 계면에서 전반사 각도보다는 작아서, 투과할 수 있어야 한다. 전반사가 이루어지지 않으므로, 일부는 투과하여 저 굴절 필름(LR)으로 입사되지만, 일부는 다시 반사되어 고 굴절 필름(HR) 내부로 들어온다. 이와 동시에, 재반사각(α)은 저 굴절 필름(LR)의 상부 표면에서 전반사가 일어나는 전반사각도보다 큰 것이 바람직하다.
즉, 반사 패턴(RHOE)은 반사 각도의 조건이 TRatLR - air < α < TRatHR - LR 을 만족하는 홀로그래피 패턴을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 반사 패턴(RHOE)은 전반사광(300)을 기준광으로 하고, 재반사광(500)을 물체광으로 하여 만든 간섭 패턴을 기록한 홀로그래피 필름일 수 있다.
X-Z 평면상에서 보면, 전반사광(300)은 반사 패턴(RHOE)에 의해 재반사광(500)이 되어, 고 굴절 필름(HR)으로 반사되어 입광된다. 재반사광(500)은 고 굴절 필름(HR)의 상부 표면에서 굴절 및 반사되어 일부는 저 굴절 필름(LR) 내부로 굴절되고, 다른 일부는 다시 고 굴절 필름(HR) 내부로 반사된다. 이와 같이 실제로는, 고 굴절 필름(HR)의 상부면에서 상당히 복잡한 광학적 현상이 발생하지만, 설명의 간략화를 위해, 고 굴절 필름(HR)의 상부면에서 전반사가 파괴되고 대부분의 빛이 저 굴절 필름(LR)으로 진입하는 것으로 설명한다. 또한, 실제로는 굴절되어 저 굴절 필름(LR) 내부로 입사하지만, 편의상 굴절 없이 직진하는 것으로 도시하여 설명한다. 실제로, 저 굴절 필름(LR)의 두께를 무척 얇게할 경우, 굴절되는 각도는 큰 의미가 없기 때문이다.
저 굴절 필름(LR) 내부로 입사한 재반사광(500)은 저 굴절 필름(LR)의 상부 표면, 즉 저 굴절 필름(LR)과 공기층(air)의 계면에서, 전반사가 이루어진 재진입광(600)으로 저 굴절 필름(LR) 내부로 진입한다. 물론, 재진입광(600)은 저 굴절 필름(LR)과 고 굴절 필름(HR)의 계면에서 반사 및 굴절이 이루어지지만, 여기서는 편의상, 모든 재진입광(600)이 고 굴절 필름(HR) 내부로 진입하는 것으로 설명한다.
즉, 반사 패턴(RHOE)에 의해 반사된 재반사광(500)은 저 굴절 필름(LR)의 상부 표면에서 전반사되어 저 굴절 필름(LR)과 고 굴절 필름(HR) 내부로 재 진입하는 재진입광(600)이 된다. 또, 재진입광(600)은 고 굴절 필름(HR)의 하부 표면에서 반사되어 다시 재반사광(500)이 되어 도광 필름(LGF)의 타측변에서 일측변으로 전달된다. 이와 같은 과정을 반복하여 타측변에 배치된 반사 패턴(RHOE)에 의해 반사된 빛은 일측변을 향해 전파된다.
이 과정에서, 저 굴절 필름(LR)의 상부 표면 외부에 그레이팅 패턴과 같은 출광 패턴(RF)을 형성한 경우, 재반사광(500) 대부분은 저 굴절 필름(LR)의 상부 표면에서 전반사가 이루어지는 반면, 출광 패턴(RF)의 회절 효율에 비례한 일부는 굴절되어 외부로 출광되어 백 라이트(OT)로 방사된다. 예를 들어, 출광 패턴(RF)의 회절 효율이 5%라고 한다면, 재반사광(500)의 5%는 도광 필름(LGF)의 외부로 출광되는 백 라이트(OT)로 방사되며, 95%는 전반사되어 재진입광(600)으로 다시 도광 필름(LGF) 내부를 진행한다.
또한, 출광 패턴(RF)은 방사되는 백 라이트(OT)가 가급적 도광 필름(LGF)의 표면에 대해 수직 방향으로 진행하도록 하는 홀로그램 패턴을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 도 10에서와 같이 재반사광(500)은 Z축에 대해 어느 정도 기울어진 각도를 갖고 저 굴절 필름(LR)의 상부 표면으로 출광한다. 이때, 최종 출광되는 백 라이트(OT)의 출광 방향이 가급적 Z축에 가깝게 굴절되도록 하는 홀로그램 패턴을 갖는 것이 바람직하다. 또는 그레이팅 패턴으로 출광 패턴(RF)을 형성할 경우에는, 그레이팅 패턴의 물성을 선택함에 있어, 출광되는 백 라이트(OT)가 가급적 수직 방향에 가깝게 굴절되도록 하는 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 반사 패턴(RHOE)에 의해 반사된 재반사광(500)과 재진입광(600)은 시준된 빛으로 도광 필름(LGF)의 내부를 진행하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 11에 도시한 바와 같이, X-Y 평면상에서 보면, 반사 패턴(RHOE)에 의해 반사된 빛은 시준된 평행광(COL)으로 도광 필름(LGF)의 타측면에서 일측면을 향해 진행하는 것이 바람직하다.
따라서, 반사 패턴(RHOE)에 기록된 홀로그램 회절 패턴은, 확산파의 성격을 갖는 확장광(FOL)을 저 굴절 필름(LR)과 공기 사이의 계면에서 전반사가 이루어지도록 함과 동시에, 도광 필름(LGF)의 너비에 대응하여 시준된 평행광으로 만드는 회절 패턴을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 반사 패턴(RHOE)에 기록된 홀로그램 회절 패턴은, 입사 패턴(CHOE)의 입사점(LI)에서 이격 거리(L)에 위치한 반사 패턴(RHOE)의 너비에 대응하도록 확산 및/또는 확장되며 입사각 θ를 갖는 확장광(FOL)을 참조광으로 하고, Z축에 대해 굴절각 α를 갖고 도광 필름(LGF)의 너비(또는 반사 패턴(RHOE) 자체의 너비)로 시준되어 평행하게 진행하는 평행광(COL)을 물체광으로 하는 간섭 패턴일 수 있다.
상기 설명한 본 발명의 일 실시 예에 의한 초박막 도광 필름에서는, 설계한 의도에 따라 입사 패턴(CHOE)으로 입사한 입사광(100)이 정확하게 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR) 계면에서의 전반사 조건에 맞도록 굴절되어야 한다. 하지만, 실제 제조한 경우에 이러한 이상적인 결과를 항상 얻을 수 있는 것은 아니다. 예를 들어, 입사광(100)을 제공하는 광원(LS)이 점광원이 아니고, 어느 정도의 확산성을 갖는 LED 광원인 경우 입사 패턴(CHOE)의 정 중앙으로만 빛이 입사되는 것은 아니다. 이런 경우, 입사광(100)이 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR) 계면에서의 전반사 조건 부합하지 않고 진행하는 빛이 생성될 수 있다. 이러한 경우, 원치 않는 빛 샘이 발생할 수 있는데, 이를 방지하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 의한 초박막 도광 필름에 대하여 더 설명한다.
이하, 도 16 및 17을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 의한 초박막 도광 필름을 설명한다. 도 16은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 초박막 도광 필름의 개략적인 구조를 상세히 나타내는 확대 측면도이다. 도 17은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 초박막 도광 필름을 상면에서 내려다본 평면도이다.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 초박막 도광 필름은, 도 5 내지 9에서 설명한 일 실시 예에 의한 초박막 도광 필름에 광 흡수층(LA)을 더 포함한다. 먼저, 도 16을 참조하면, 입사광(100)이 정확하게 입사 패턴(CHOE)의 중앙점에 입사되지 않고, 입사 패턴(CHOE)의 가장자리로 입사되는 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 입사된 빛은 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR) 계면에서의 전반사 조건에 부합하는 각도로 굴절되지 않고, 이보다 작은 각도로 굴절될 수 있다. 즉, 전반사 각도로 굴절되는 빛보다 작은 각도를 갖고, 고 굴절 필름(HR) 내에서 진행하는 빛들은, 저 굴절 필름(LR) 내부로 굴절되어 진행하고 이는 출광 패턴(RF)에서 외부로 방출될 수 있다. 이와 같이 전반사 조건을 만족하지 않는 빛이 외부로 출광되는 것을 방지하기 위해, 입사 패턴(CHOE)이 배치된 상부의 출광 패턴(RF) 위에 광 흡수 패턴(LA)을 더 배치한다.
도 16을 참조하면, 광 흡수 패턴(LA)의 내측 끝단은 전반사 조건을 만족하기 시작하는 위치점 P3에 오는 것이 바람직하다. 또한, 광 흡수 패턴(LA)의 외측 끝단은 입사 패턴(CHOE)의 내측 끝단의 위치점 P2에서, 고 굴절 필름(HR)의 외측 끝단 위치점 P1 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 즉, X 축 상에서의 광 흡수 패턴(LA)의 폭은 최소 값은 점 P2와 점 P3 사이의 거리에 해당하고, 최대 값은 점 P3와 점 P1 사이의 거리에 해당하는 것이 바람직하다.
도 17을 참조하면, 광 흡수 패턴(LA)의 길이는 최소 값이 입사 패턴(CHOE)의 길이와 동일하여야 한다. 또한, 광 흡수 패턴(LA)의 최대 길이는 고 굴절 필름(HR)의 폭에 해당하는 것이 바람직하다.
광 흡수 패턴(LA)을 도 16 및 17의 설명에 부합하는 조건의 크기와 위치에 배치하면, 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR) 계면에서의 전반사 조건을 만족하지 못하여 원하지 않게 외부로 누설되는 빛을 흡수할 수 있다. 그 결과, 전반사 조건을 만족하는 빛들만 이용하여 누설광 없이 백 라이트를 제공할 수 있다.
본 발명에 의한 백 라이트 유닛은, 최소한으로 필요한 개수의 광원(LS)을 구비할 수 있다. 또한 필름 형태로 제작한 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR)이 적층되고, 일측변에 부착된 회절 필름인 입사 패턴(CHOE)과 타측변에 부착된 반사 필름(RHOE)을 구비한 초박막 필름형 도광 필름(LGF)을 구비한다. 광원(LS)을 도광 필름(LFG)의 하부면에 배치됨으로써, 백 라이트 유닛의 두께를 극소화할 수 있다. 더구나, 백 라이트 유닛의 대부분을 필름으로 형성하여, 플렉서블한 표시장치에 적용할 수 있는 플렉서블 백 라이트 유닛도 가능하다.
특히, 홀로그래피 기술을 이용하여 도광 필름(LGF)의 표면적에 대응하는 평행광으로 출사하는 백 라이트를 제공할 수 있다. 그리고, 도광 필름의 상부에 백 라이트의 조사 범위를 기록한 회절 광학 필름(HOE)을 더 배치함으로써, 무안경 방식의 입체 영상 표시장치나 다중 표시장치 혹은 보안용 표시장치로 다양하게 응용할 수 있다.
이상 설명한, 본 발명에 의한 박막형 백 라이트 유닛을 이용하여 다중 시각 표시장치를 구현한 예를 설명한다. 도 4 및 도 12를 더 참조하여, 광원(LS)의 각도를 조절하여, 입사점으로 입사되는 입사광의 입사 각도를 다르게 함으로써, 백 라이트의 출사 방향을 조절하는 예를 설명한다. 도 12는 도 7에 도시한 도광 필름을 이용하여 구성한 본 발명에 의한 시야 범위 조절 표시장치의 구조를 Y-Z 평면상에서 나타내는 측면도이다.
도광 필름(LGF)의 하면에는 입사광(100)을 제공하는 광원(LS)이 배치된다. 광원(LS)은 도광 필름(LGF)의 입사 패턴(CHOE)의 입사점(LI)으로 수직하게, 즉 Z축을 따라 입사광(100)을 제공한다. 이 경우, 도광 필름(LGF)의 상부에 배치된 회절 필름(HOE)에 의해 시야 범위가 조절되어 중앙부(C)에 설정된 영역으로만 백 라이트가 조사된다. 결국, 평판 표시 패널(LCP)에서 표시하는 영상은 백 라이트가 조사되는 중앙 영역(CA)에서만 관측이 가능하다.
한편, 광원(LS)을 Y-Z 평면상에서 왼쪽으로 일정 각도 기울여서 도광 필름(LGF)의 입사 패턴(CHOE)의 입사점(LI)으로 입사광(100)을 제공하는 경우, 백 라이트는 왼쪽으로 치우쳐진 좌측 영역(LA)으로 조사된다. 이때, 백 라이트가 왼쪽으로 치우쳐지는 정도는 광원(LS)이 기울어진 각도, 즉 입사광(100)의 Y-Z 평면상에서의 입사각도에 따라 조절할 수 있다. 백 라이트의 출광 각도를 적절히 조절함으로써, 평판 표시장치(LCP)에서 일정 거리 떨어져 관람하는 관측자에게만 조사하도록 할 수 있다. 마찬가지로, 광원(LS)을 Y-Z 평면상에서 오른쪽으로 일정 각도 기울여서 도광 필름(LGF)의 입사 패턴(CHOE)의 입사점(LI)으로 입사광(100)을 제공하는 경우, 백 라이트는 오른쪽으로 치우쳐진 우측 영역(RA)으로 조사된다.
즉, 평판 표시 패널(LCP)에서 세 종류의 영상을 표시할 때, 각 영상이 ㅍ광표시되는 주기에 동기하여 광원(LS)의 조사 각도를 조절함으로써, 세 가지 다른 영상을 서로 다른 세 영역에 각각 제공할 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(LCP)이 중앙부 영상을 표시할 때는, 도 12에서 점선으로 표시한 바와 같이, 광원(LS)이 입사 패턴(CHOE)의 표면에 대해 수직인 방향으로 빛을 조사하도록 함으로써, 중앙부 영상은 중앙 영역(CA)에만 제공할 수 있다. 또한, 표시 패널(LCP)이 좌측 영상을 표시할 때는, 실선으로 표시한 바와 같이, 광원(LS)이 입사 패턴(CHOE)의 표면에 대해 좌측으로 기울어진 방향으로 빛을 조사하도록 함으로써, 좌측 영상은 좌측 영역(LA)에만 제공할 수 있다. 한편, 표시 패널(LCP)이 우측 영상을 표시할 때는, 일점쇄선으로 표시한 바와 같이, 광원(LS)이 입사 패턴(CHOE)의 표면에 대해 우측으로 기울어진 방향으로 빛을 조사하도록 함으로써, 우측 영상은 우측 영역(RA)에만 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 박막형 백 라이트 유닛을 이용하여 무안경 방식의 입체 영상 표시장치를 구현한 예를 설명한다. 본 발명에 의한 박막형 백 라이트 유닛을 응용하는 방법은 여러 가지를 생각할 수 있다. 첫 번째 실시 예로, 도 4 및 도 13을 참조하여, 광원(LS)의 각도를 조절하여, 입사점으로 입사되는 입사광의 입사 각도를 조절하여 백 라이트의 출사 방향을 조절하는 예를 설명한다. 도 13은 도 7에 도시한 도광 필름을 이용하여 구성한 본 발명에 의한 무안경 방식의 입체 영상 표시장치의 구조를 Y-Z 평면상에서 나타내는 측면도이다.
도광 필름(LGF)의 하면에는 입사광(100)을 제공하는 광원(LS)이 배치된다. 또한, 도광 필름(LGF)과 표시 패널(LCP) 사이에는 시야 범위 조절을 위한 회절 광학 필름(HOE)를 배치한다. 여기서, 회절 광학 필름(HOE)에 의해 조절된 시야 범위는 사람의 일안 폭의 크기에 대응하는 크기로 설정하는 것이 바람직하다.
광원(LS)을 Y-Z 평면상에서 조절하여, 수직 방양을 기준으로 왼쪽으로 일정 각도 기울여서 도광 필름(LGF)의 입사 패턴(CHOE)의 입사점(LI)으로 입사광(100)을 제공하는 경우, 백 라이트는 중앙에서 왼쪽으로 치우쳐진 영역인, 좌안 영역(LE)으로 조사된다. 이때, 백 라이트가 왼쪽으로 치우쳐지는 정도는 광원(LS)이 기울어진 각도, 즉 입사광(100)의 Y-Z 평면상에서의 입사각도에 따라 조절할 수 있다. 백 라이트의 출광 각도를 적절히 조절함으로써, 평판 표시장치(LCP)에서 떨어진 관측자의 거리에 따라, 관측자의 좌안에 정확하게 조사하도록 할 수 있다. 마찬가지로, 광원(LS)을 Y-Z 평면상에서 오른쪽으로 일정 각도 기울여서 도광 필름(LGF)의 입사 패턴(CHOE)의 입사점(LI)으로 입사광(100)을 제공하는 경우, 백 라이트는 오른쪽으로 치우쳐진 영역인, 우안 영역(RE)으로 조사할 수 있다.
즉, 평판 표시 패널(LCP)에서 좌안 영상을 표시할 때, 광원(LS)을 좌측으로 기울이면, 좌안 영상은 관람자의 좌안 영역(LE)으로만 조사된다. 그리고, 평판 표시 패널(LCP)에서 우안 영상을 표시할 때, 광원(LS)을 우측으로 기울이면, 우안 영상은 관람자의 우안 영역(RE)으로만 조사된다. 이로써, 무안경 방식의 입체 영상 표시장치를 구현할 수 있다.
도면으로 도시하지 않지만, 첫 번째 실시 예의 다른 응용방법으로, 영역별 광원을 다르게 구성하는 방법을 생각할 수 있다. 예를 들어, 좌측 광원 및 우측 광원을 별도로 구비할 수 있다. 이때, 좌측 광원은 Y-Z 평면상에서 Z축에 대해 좌측으로 일정 각도 기울어지게 입사광을 제공하도록 설치하며, 우측 광원은 Y-Z 평면상에서 Z축에 대해 우측으로 일정 각도 기울어지게 입사광을 제공하도록 설치할 수 있다. 이러한 구조에서, 평판 표시 패널(LCP)에서 좌안 영상을 표시할 경우, 좌측 광원만을 사용하고, 우안 영상을 표시할 경우, 우측 광원만을 사용함으로써, 무안경 입체 영상 표시장치를 구현할 수 있다.
입체 영상 표시장치를 구현함에 있어서, 관람자의 수 및 관람자의 관람 거리에 따라서, 좌안 및 우안 영상을 표시하는 영역이 상당히 가변적일 수 있다. 따라서, 좌안용 광원과 우안용 광원을 분리하여 구성하여, 좌안 영상의 최적 영역의 위치 및 우안 영상의 최적 영역의 위치를 관람자의 조건에 따라 좀 더 신속하게 변화할 수 있는 것이 바람직하다. 이런 측면에서는, 투사하고자 하는 영상의 최적 영역(초점 거리)에 따라 광원(LS)의 기울어진 정도롤 좀 더 빠르게 변화할 수 있는, 두 번째 방법이 더 바람직하다고 할 수 있다.
두 번째 실시 예로, 영역별 광원을 다르게 구성한 복수 개의 광원들을 구비하고, 각각 광원들에 대응하는 각각의 입사 패턴들을 이용하여 출사광의 출광 편향각도를 다르게 구성하는 방법을 생각할 수 있다. 도 14는 도 7에 도시한 도광 필름을 이용하여 구성한 본 발명의 두 번째 실시 예에 의한 무안경 방식의 입체 영상 표시장치의 구조를 Y-Z 평면상에서 나타내는 측면도이다.
두 번째 실시 예에서는, 복수 개의 서로 다른 화면들을 서로 다른 방향으로 제공하도록 하기 위한 구성으로, 표현하고자 하는 화면들의 개수에 대응하는 복수 개의 광원들과 각 광원들에 대응하는 복수 개의 입사 패턴들을 구비한다. 예를 들어, 제공하고자 하는 화면들의 개수가 n 개일 때, n 개의 광원들과 n 개의 입사 패턴들이 필요하다. 이하의 설명은 무안경 입체 영상 표시장치에 관한 것이므로, 제공하고자 하는 화면들은 좌안용 화면과 우안용 화면 2개이다. 즉, n=2인 경우에 대하여 설명한다. 하지만, 이를 이용하여 2개 이상의 화면들을 제공하고자 하는 다중 시각 표시장치 등에 응용할 수 있다.
도 14를 참조하면, 두 번째 실시 예에 의한 도광 필름(LGF)은 그 하부면에 부착된 좌안 입사 패턴(CHL)과 우안 입사 패턴(CHR)을 구비한다. 그리고, 도광 필름(LGF)의 하부에는 좌안 입사 패턴(CHL)에 좌안 입사광(110)을 제공하는 좌안 광원(LL)과 우안 입사 패턴(CHR)에 우안 입사광(120)을 제공하는 우안 광원(LR)이 배치된다. 또한, 도광 필름(LGF)과 표시 패널(LCP) 사이에는 시야 범위 조절을 위한 회절 광학 필름(HOE)를 배치한다. 여기서, 회절 광학 필름(HOE)에 의해 조절된 시야 범위는 사람의 일안 폭의 크기에 대응하는 크기로 설정하는 것이 바람직하다.
좌안 광원(LL)은 좌안 입사 패턴(CHL)의 표면에 대해 수직하게 좌안 입사광(110)을 제공한다. 마찬가지로 우안 광원(LR)은 우안 입사 패턴(CHR)의 표면에 대해 수직하게 우안 입사광(120)을 제공한다. 좌안 입사 패턴(CHL)에 기록된 홀로그램 회절 패턴은, 좁은 단면을 갖는 평면파를 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR) 계면에서의 전반사 조건을 만족함과 동시에, 반사 패턴(RHOE)에 대응하는 너비로 확산 및/또는 확장되는 조건을 만족한다. 이와 동시에, 수직 입사각도에 대해 좌측으로 일정 각도 편향된 제1 편향각(β1)을 갖는다. 예를 들어, 좌안 입사 패턴(CHL)에 기록된 회절 패턴은, 레이저 혹은 발광 다이오드에서 출사하여 Z축으로 따라 진행하는 빛을 참조광으로 하고, Z축에 대해 입사각 θ 및 제1 편향각(β1)을 갖고 일측변과 타측변의 이격 거리(L)에 위치한 반사 패턴(CHOE)의 너비로 확산되는 확장광(FOL)을 물체광으로 하는 간섭 패턴일 수 있다.
즉, Y-Z 평면상에서, 좌안 입사광(110)은 Z축에 평행하게 입사하지만, 좌안 입사 패턴(CHL)에 의해 제1 편향각(β1)을 갖고, 좌안 방향으로 편향되어 출광된다. 그 결과, 반사 패턴(RHOE)에서 재 반사되고, 출광 패턴(RF)을 통해 출광될 때에도 정면 방향인 Z축에 대해서 제1 편향각(β1)을 갖고 출광한다. 그 후, 회절 광학 필름(HOE)에 의해 관측자의 좌안 영역으로 조사된다.
마찬가지로, 우안 입사 패턴(CHR)에 기록된 홀로그램 회절 패턴은, 좁은 단면을 갖는 평면파를 고 굴절 필름(HR)과 저 굴절 필름(LR) 계면에서의 전반사 조건을 만족함과 동시에, 반사 패턴(RHOE)에 대응하는 너비로 확산 및/또는 확장되는 조건을 만족한다. 이와 동시에, 수직 입사각도에 대해 우측으로 일정 각도 편향된 제2 편향각(β2)을 갖는다. 예를 들어, 우안 입사 패턴(CHR)에 기록된 회절 패턴은, 레이저 혹은 발광 다이오드에서 출사하여 Z축으로 따라 진행하는 빛을 참조광으로 하고, Z축에 대해 입사각 θ 및 제2 편향각(β2)을 갖고 일측변과 타측변의 이격 거리(L)에 위치한 반사 패턴(CHOE)의 너비로 확산되는 확장광(FOL)을 물체광으로 하는 간섭 패턴일 수 있다.
즉, Y-Z 평면상에서, 우안 입사광(120)은 Z축에 평행하게 입사하지만, 우안 입사 패턴(CHR)에 의해 제2 편향각(β2)을 갖고, 우안 방향으로 편향되어 출광된다. 그 결과, 반사 패턴(RHOE)에서 재 반사되고, 출광 패턴(RF)을 통해 출광될 때에도 정면 방향인 Z축에 대해서 제2 편향각(β2)을 갖고 출광한다. 그 후, 회절 광학 필름(HOE)에 의해 관측자의 우안 영역으로 조사된다.
평판 표시장치(LCP)에서 좌안 영상을 표현할 때는, 좌안 광원(LL)을 작동하고, 우안 영상을 표현할 때는 우안 광원(LR)을 작동함으로써, 좌안 영상과 우안 영상을 분리하여 관람자의 좌안 영역(LE)과 우안 영역(RE)에 각각 제공할 수 있다. 이로써, 무안경 방식의 입체 영상 표시장치를 구현할 수 있다.
지금까지 설명한, 본 발명에 의한 시야 범위 조절 백 라이트 유닛을 사용하여, 다중 시각 표시장치 혹은 무안경 방식의 입체 영상 표시장치 등을 구성할 수 있다. 이러한 특수 목적의 표시장치의 경우, 대개 일반 모드와 특수 목적 모드를 선택적으로 전환할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 무안경 입체 표시장치로 사용하거나 일반 2차원 표시 장치로 사용 전환이 선택자의 의도에 따라 자유로운 것이 좋다.
이를 위해, 본 발명에서 제안할 수 있는 예를 설명한다. 도 4를 참조하여, 앞에서 언급했듯이, 확산판(DIF)을 이용하여, 일반 모드와 시야 범위 조절 모드 중에서 선택할 수 있다. 이하, 도 15를 참조하여, 다른 응용 예를 설명한다. 도 15는 도 7에 도시한 도광 필름을 이용한 3D용 백 라이트 유닛과 그 하변에 도광판과 에지형 광원을 구비한 2D용 백 라이트 유닛을 더 배치하여 2D 모드와 3D 모드를 전환할 수 있는 무안경 방식의 입체 영상 표시장치의 구조를 X-Z 평면상에서 나타내는 측면도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명에 의한 응용에 의한 표시장치는, 2D로 구현하는 일반 모드 영상과 특수 목적으로 사용하는 시야 범위 조절 영상을 선택적으로 제공하는 평판 표시 패널(LCP)을 구비한다. 평판 표시 패널(LCP)의 하부에는 본 발명에 의한 시야 범위 조절용 백 라이트 유닛을 구비한다. 본 발명에 의한 시야 범위 조절용 백 라이트 유닛은 시야 범위 조절 회절 패턴(HOE), 그 하부에 위치한 도광 필름(LGF), 그리고, 시야 범위 조절용 광원(LS)을 포함한다. 본 발명에 의한 시야 범위 조절용 백 라이트 유닛은 지금까지 설명한 내용과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 의한 시야 범위 조절용 백 라이트 유닛의 하부에는 일반적인 에지형 백 라이트 유닛이 더 배치된다. 에지형 백 라이트 유닛은 도광판(LG)과 도광판(LG)의 일측변에 배치된 에지형 광원(ELS)을 포함한다. 도광판(LG)의 면적은 표시 패널(LGP)의 표시 영역과 대응하는 면적 및 모양을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 도광 필름(LGF)에서 출사광이 방출되는 면적 역시 표시 패널(LGP)의 표시 영역과 대응하는 면적 및 모양을 갖는 것이 바람직하다.
따라서, 도광판(LG)은, 도광 필름(LFG)에서 입사 패턴(CHOE) 및 반사 패턴(RHOE)이 배치된 양 측변의 일정 면적을 제외한 중앙부의 면적과 대응하는 것이 바람직하다. 또한, 에지형 광원(ELS)과 시야 범위 조절용 광원(LS)이 서로 중첩되지 않는 것이 바람직하다. 시야 범위 조절용 광원(LS)이 입사 패턴(CHOE)이 부착된 도광 필름(LGF)의 하부에 배치되므로, 에지형 광원(ELS)은 입사 패턴(CHOE)이 형성되지 않은 나머지 3변 중에 적어도 어느 한 측변에 대응하도록 배치하는 것이 바람직하다. 도 15에서는, 편의상 반사 패턴(RHOE)의 하부에 에지형 광원(ELS)이 배치된 경우를 도시하였다.
본 발명에 의한 도광 필름(LGF)은 입사 패턴(CHOE) 및 반사 패턴(RHOE)이 부차된 부분을 제외하고는 투명한 필름 소재로 구성된다. 따라서, 하부에 위치한 에지형 백 라이트 유닛이 작동할 경우, 에지형 백 라이트에서 출사한 빛들은 일반 확산형 빛으로서, 도광 필름(LGF)을 그대로 투과하므로, 일반적인 2D 모드로 표시장치를 사용할 수 있다. 특히, 도광 필름(LGF) 위에 시야 범위 조절용 회절 광학 필름(HOE)이 배치되어 있더라도, 에지형 백 라이트에서 출사한 일반 확산형 백 라이트들은 회절 광학 필름(HOE)에 영향을 받지 않고, 그대로 통과한다.
즉, 표시 패널(LCP)에서 일반 2D 모드의 영상을 표시할 경우에는 에지형 백 라이트 유닛을 구동함으로써, 일반 모드로 표시장치를 구동할 수 있다. 한편, 표시 패널(LCP)에서 다중 시각 표시장치 혹은 무안경 방식의 입체 영상 표시장치에 해당하는 영상을 표시할 경우에는, 본 발명에 의한 시야 범위 조절용 백 라이트 유닛을 구동함으로써, 특수 모드로 표시장치를 구현할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양하게 변경 및 수정할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
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

Claims (19)

  1. 고 굴절 필름과, 상기 고 굴절 필름 위에 저 굴절 필름이 적층된, 일정 폭 및 일정 길이를 갖는 장방형의 베이스 필름;
    상기 베이스 필름 하부 표면의 일측부 중앙부에 배치된 입사 패턴;
    상기 일측부에서 상기 일정 길이만큼 이격된 상기 베이스 필름 하부 표면의 타측부에 상기 일정 폭 전체에 걸쳐 배치된 반사 패턴;
    상기 베이스 필름의 상부 표면에 형성된 출광 패턴;
    상기 출광 패턴의 상부에 배치된 시야 범위 조절용 회절 광학 필름; 그리고
    상기 입사 패턴의 입사점으로 입사광을 제공하는 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 시야 범위 조절 백 라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 필름의 하부 표면에서 상기 입사 패턴 및 상기 반사 패턴을 제외한 표면에 도포된 반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시야 범위 조절 백 라이트 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사 패턴은,
    상기 광원으로부터 상기 입사 패턴의 표면에 대해 수직으로 입사된 상기 입사광을, 상기 고 굴절 필름과 상기 저 굴절 필름의 계면에서의 전반사각도보다 큰 굴절각을 가지며, 상기 입사점에서 상기 반사 패턴의 상기 일정 폭에 대응하도록 확산하는 확장광으로 변환하는 홀로그램 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 시야 범위 조절 백 라이트 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 확장광은, 상기 고 굴절 필름 내부를 진행하여, 상기 반사 패턴으로 입사되는 것을 특징으로 하는 시야 범위 조절 백 라이트 유닛.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 반사 패턴은,
    상기 확장광을 상기 굴절각보다는 작고 상기 저 굴절 필름과 공기 사이의 계면에서의 전반사 각도보다 큰 반사각을 가지며, 상기 일정 폭에 대응하도록 시준된 평행광으로 변환하는 홀로그램 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 시야 범위 조절 백 라이트 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 출광 패턴은, 상기 반사 패턴에서 반사된 상기 평행광의 일부를 상기 저 굴절 필름의 외부로 출광하며, 상기 베이스 필름의 상부 표면에 대해 수직 방향에 가깝게 굴절하는 것을 특징으로 하는 시야 범위 조절 백 라이트 유닛.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 광원은,
    상기 입사광의 입사 각도를 상기 수직에 대해 경사진 다수 개의 입사각들 중 어느 하나를 선택하도록 회전되는 것을 특징으로 하는 시야 범위 조절 백 라이트 유닛.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 광원은, 상기 입사 패턴의 표면에 대해 수직으로 상기 입사광을 개별적으로 제공하는 복수(n) 개의 광원들을 포함하고;
    상기 입사 패턴은,
    상기 n개의 광원들 각각에 개별적으로 대응된 각자의 입사점을 구비한 n개의 입사 패턴들을 포함하여, 상기 각각의 광원으로부터 수직으로 입사된 상기 각각의 입사광을, 상기 고 굴절 필름과 상기 저 굴절 필름의 계면에서의 전반사각도보다 큰 굴절각을 가지며, 상기 수직 입사각에 대해 기 설정된 각각의 편향각으로 출사하며, 상기 입사점에서 상기 반사 패턴의 상기 일정 폭에 대응하도록 확산하는 확장광으로 변환하는 홀로그램 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 시야 범위 조절 백 라이트 유닛.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 출광 패턴의 상부 표면 위에서, 상기 입사 패턴이 배치된 측변에 부착된 광 흡수 패턴을 더 포함하되,
    상기 광 흡수 패턴은,
    적어도 상기 입사 패턴의 길이와 동일한 길이를 갖고,
    내측 끝단은 상기 고 굴절 필름과 상기 저 굴절 필름 사이에서 전반사가 시작하는 위치점에 대응하여 배치되고,
    외측 끝단은 상기 입사 패턴의 내측 끝단과 상기 고 굴절 필름의 외측 끝단 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 시야 범위 조절 백 라이트 유닛.
  10. 평판 표시 패널;
    상기 평판 표시 패널 배면에 위치하는 광원, 그리고 상기 광원과 상기 평판 표시 패널 사이에서 상기 평판 표시 패널과 면 대향하여 상기 광원에서 출사하여 입사점으로 입사된 빛을 상기 평판 표시 패널의 면적에 대응하여 조사되는 백 라이트로 변환하는 도광 필름, 그리고 상기 도광 필름에서 방출된 상기 백 라이트의 광학적 특성을 조절하는 회절 광학 필름을 구비하는 백 라이트 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 도광 필름은,
    고 굴절 필름과, 상기 고 굴절 필름 위에 저 굴절 필름이 적층된, 일정 폭 및 일정 길이를 갖는 장방형의 베이스 필름;
    상기 베이스 필름 하부 표면의 일측부 중앙부에 배치된 입사 패턴;
    상기 일측부에서 상기 일정 길이만큼 이격된 상기 베이스 필름 하부 표면의 타측부에 상기 일정 폭 전체에 걸쳐 배치된 반사 패턴; 그리고
    상기 베이스 필름의 상부 표면에 형성된 출광 패턴을 포함하며,
    상기 광원은,
    상기 입사 패턴의 입사점으로 입사광을 제공하는 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 입사 패턴은,
    상기 광원으로부터 상기 입사 패턴의 표면에 대해 수직으로 입사된 상기 입사광을, 상기 고 굴절 필름과 상기 저 굴절 필름의 계면에서의 전반사각도보다 큰 굴절각을 가지며, 상기 입사점에서 상기 반사 패턴의 상기 일정 폭에 대응하도록 확산하는 확장광으로 변환하는 홀로그램 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 반사 패턴은,
    상기 확장광을 상기 굴절각보다는 작고 상기 저 굴절 필름과 공기 사이의 계면에서의 전반사 각도보다 큰 반사각을 가지며, 상기 일정 폭에 대응하도록 시준된 평행광으로 변환하는 홀로그램 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 출광 패턴은,
    상기 반사 패턴에서 반사된 상기 평행광의 일부를 상기 저 굴절 필름의 외부로 출광하며, 상기 베이스 필름의 상부 표면에 대해 수직 방향에 가깝게 굴절하는 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광원은,
    상기 입사광의 입사 각도를 상기 수직에 대해 경사진 다수 개의 입사각들 중 어느 하나를 선택하도록 회전되는 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 광원은, 상기 입사 패턴의 표면에 대해 수직으로 상기 입사광을 개별적으로 제공하는 복수(n) 개의 광원들을 포함하고;
    상기 입사 패턴은,
    상기 n개의 광원들 각각에 개별적으로 대응된 각자의 입사점을 구비한 n개의 입사 패턴들을 포함하여, 상기 각각의 광원으로부터 수직으로 입사된 상기 각각의 입사광을, 상기 고 굴절 필름과 상기 저 굴절 필름의 계면에서의 전반사각도보다 큰 굴절각을 가지며, 상기 수직 입사각에 대해 기 설정된 각각의 편향각으로 출사하며, 상기 입사점에서 상기 반사 패턴의 상기 일정 폭에 대응하도록 확산하는 확장광으로 변환하는 홀로그램 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 출광 패턴의 상부 표면 위에서, 상기 입사 패턴이 배치된 측변에 부착된 광 흡수 패턴을 더 포함하되,
    상기 광 흡수 패턴은,
    적어도 상기 입사 패턴의 길이와 동일한 길이를 갖고,
    내측 끝단은 상기 고 굴절 필름과 상기 저 굴절 필름 사이에서 전반사가 시작하는 위치점에 대응하여 배치되고,
    외측 끝단은 상기 입사 패턴의 내측 끝단과 상기 고 굴절 필름의 외측 끝단 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 시야 범위 조절 표시장치.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 회절 광학 필름과 상기 평판 표시 패널 사이, 그리고 상기 회절 광학 필름과 상기 도광 필름 사이 중 적어도 어느 한 곳에 개재된 선택형 확산판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 도광 필름의 하부에 배치된 도광판; 그리고
    상기 도광판의 일측변에 배치된 에지형 광원들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치.
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