KR20160083571A

KR20160083571A - 초집광 도광필름 및 이를 이용한 평판 표시장치용 박막형 백 라이트 유닛

Info

Publication number: KR20160083571A
Application number: KR1020140195764A
Authority: KR
Inventors: 방형석; 류승만; 브루데르 프리드리히 카를 닥터
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사; 바이엘 머티리얼 사이언스 아게
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2016-07-12
Also published as: TW201629595A; CN105739008A; JP6422852B2; EP3040608A1; EP3040608B1; US20160187556A1; US10620361B2; CN105739008B; JP2016127019A; KR102244847B1; TWI588573B

Abstract

본 발명은 평판 표시장치에 사용하는 박막형 백 라이트 유닛에 관한 것이다. 본 발명에 의한 박막 필름형 백 라이트 유닛은, 도광 필름, 광 출사부 그리고 광원을 포함한다. 도광 필름은, 일측에 배치된 광 입사부, 타측에 배치된 광 반사부, 그리고 광 입사부와 광 반사부를 연결하는 광 진행부를 포함한다. 광 출사부는 도광 필름의 상부 표면 위에 배치된다. 광원은 도광 필름의 광 입사부 측에 배치된다. 광 입사부는, 광원에서 출사된 확산광 중에서 광 진행부 내에서 전반사 조건을 충족하는 입사광을 광 진행부로 전달한다. 광 반사부는, 광 진행부로부터 전달받은 입사광을 시준된 시준광으로 변환하여 상기 광 진행부로 전달한다. 광 출사부는, 시준광의 일부를 백 라이트로 출광하고, 나머지를 반사한다.

Description

초집광 도광필름 및 이를 이용한 평판 표시장치용 박막형 백 라이트 유닛{Super Directional Light Guide Film And Thin Film Type Back Light Unit For Flat Panel Display Using The Same}

본 발명은 초집광 도광 필름 및 이를 이용한 평판 표시장치에 사용하는 박막형 백 라이트 유닛에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 물리적 광학 소자 및/또는 홀로그래피 기술을 응용한 것으로, 초집광 도광 필름 및 이를 이용한 평판 표시장치에 사용하기 위한 초박막 필름 방식의 백 라이트 유닛에 관한 것이다.

액정표시장치는 경량, 박형, 저소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 이 액정표시장치는 노트북 PC와 같은 휴대용 컴퓨터, 사무 자동화 기기, 오디오/비디오 기기, 옥내외 광고 표시장치 등으로 이용되고 있다. 액정표시장치의 대부분을 차지하고 있는 투과형 액정표시장치는 액정층에 인가되는 전계를 제어하여 백라이트 유닛으로부터 입사되는 빛을 변조함으로써 화상을 표시한다.

백 라이트 유닛은 직하형(direct type)과 에지형(edge type)으로 대별된다. 직하형 백라이트 유닛은 액정표시패널의 아래에 다수의 광학시트들과 확산판이 적층되고 확산판 아래에 다수의 광원들이 배치되는 구조를 갖는다. 도 1은 LED 어레이를 광원으로 하는 직하형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.

직하형 백 라이트 유닛(DBLU)은 액정 표시패널(LCDP)의 하면에서 액정 표시패널(LCDP)로 직접 빛을 조사하는 광원을 구비한다. 광원은 형광램프를 사용하기도 하지만, 도 1에 도시한 바와 같이 전력 소비가 낮고, 휘도가 향상된 LED 어레이(LEDAR)를 사용할 수 있다. LED 어레이(LEDAR)는 케이스(CASE)의 바닥에 매트릭스 방식으로 배열된다. 케이스(CASE)는 다시 커버 버텀(CB)에 장착될 수 있다. 경우에 따라서는, 케이스(CASE)를 생략하고, 커버 버텀(CB)에 LED 어레이(LEDAR)를 직접 설치할 수도 있다. LED 어레이(LEDAR) 상부에는 확산판(DIFF)가 설치된다. 확산판(DIFF)는 LED 어레이(LEDAR)로부터 입사되는 빛을 확산하고 액정표시패널(LCDP)의 광입사면에 전면에 고르게 빛을 분포시킨다. 확산판(DIFF)과 액정표시패널(LCDP) 사이에는 광학시트들(OPT)이 배치된다. 광학시트들(OPT)은 1 매 이상의 프리즘 시트, 1 매 이상의 확산시트 등을 포함하며, DBEF (dual brightness enhancement film)를 더 포함할 수도 있다. 프리즘 시트는 확산판(DIFF)에 의해 분산된 빛을 액정표시패널(LCDP)로 집광시켜 휘도를 향상시킨다. 확산시트는 프리즘 시트로 집광된 빛을 다시 액정표시패널(LCDP) 전면에 고른 휘도를 갖도록 확산시키는 기능을 한다.

가이드 패널(GP)은 액정표시패널(LCDP)과 직하형 백 라이트 유닛(DBLU)의 측면을 감싸고 액정표시패널(LCDP)과 광학시트들(OPT) 사이에서 액정표시패널(LCDP)을 지지한다. 커버 버텀(CB)은 에지형 백 라이트 유닛의 케이스(CASE)와 하면을 감싼다. LED 어레이(LEDAR)가 설치된 케이스(CASE)의 바닥면에는 반사시트(REF)가 배치되어 확산판(DIFF)이나 광학시트(OPT)에서 반사된 빛을 재반사시켜 액정표시패널(LCDP)로 보낸다. 탑 케이스(TP)는 액정표시패널(LCDP)의 상면 가장자리와 가이드 패널(GP)의 측면을 감싼다.

한편, 에지형 백 라이트 유닛은 직하형 백 라이트 유닛보다 얇은 두께로 구현될 수 있다. 현재 LCD 장치는 광원의 종류가 램프에서 LED로 바뀌어가고 있는 추세에 있다. 특히, 배치를 쉽게 할 수 있는 LED를 측면에 배치하는 에지형 백 라이트 유닛이 많이 사용되고 있다.

이하, 도 2를 참조하여 에지형 백 라이트 유닛에 대하여 설명한다. 도 2는 종래 기술에 의한 LED 어레이를 포함하는 에지형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 에지형 백 라이트 유닛(EBLU)은 커버 버텀(CB), 커버 버텀(CB) 내에 바닥면에 장착된 도광판(LG), 그리고 도광판(LG)의 측면과 커버 버텀(CB) 사이에 배치되어 도광판(LG)의 측면으로 빛을 조사하는 광원을 구비한다. 광원은 형광 램프를 사용하기도 하지만, 전력 소비가 적고, 휘도가 향상된 LED 어레이(LEDAR)를 사용하기도 한다. 광원은 하우징과 같은 수납수단을 이용하여 도광판(LG)의 측면에 배치된다. 도광판(LG)은 LED 어레이(LEDAR)로부터 입사된 빛을 액정 표시패널(LCDP)의 광입사면에 대하여 실질적으로 수직인 각도로 진행경로를 굴절시킨다. 도광판(LG)과 액정 표시패널(LCDP) 사이에는 광학 시트들(OPT)이 배치된다. 광학 시트들(OPT)은 1 매 이상의 프리즘 시트, 1 매 이상의 확산시트 등을 포함하여 도광판(LG)으로부터 입사되는 빛을 확산한다. 휘도 향상을 위해, 광학 시트들(OPT)에는 DBEF (dual brightness enhancement film)를 더 포함할 수도 있다.

가이드 패널(GP)은 액정 표시패널(LCDP)과 에지형 백 라이트 유닛의 측면을 감싸고 액정 표시패널(LCDP)과 광학 시트들(OPT) 사이에서 액정 표시패널(LCDP)을 지지한다. 커버 버텀(CB)과 도광판(LG) 사이에는 반사시트(REF)가 배치되어, 광학 시트(OPT)들에서 반사되어 하부로 손실될 수 있는 빛을 재반사하여 액정 표시패널(LCDP)로 돌려 보낸다. 탑 케이스(TP)는 액정 표시패널(LCDP)의 상면 가장자리와 가이드 패널(GP)의 측면을 감싼다.

이와 같이, 비 자발광 평판 표시장치인 액정 표시장치의 경우, 백 라이트 유닛을 필수적으로 구비하여야 한다. 백 라이트 유닛은 액정 표시 패널의 전체 면적에 고르게 빛을 분포하도록 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 점광원 혹은 선광원을 균일한 광 분포를 갖는 면광원으로 전환하기 위한 여러 광학적 수단이 필요하다. 또한, 이들 여러 구성 요소들의 광학적 특성 및 구조를 고려하여야 하므로, 백 라이트 유닛은 일정 두께 이상을 가질 수밖에 없다. 즉, 액정 표시 장치와 같이 근래에 개발된 평판 표시장치가 브라운관에 비해서 혁신적으로 박형화 되었지만, 휴대성 및 유연성을 더욱 개선한 다양한 평판 표시장치를 개발하기 위해서는 더욱 박형화되며, 더욱 소비 전력을 감소한 백 라이트 유닛을 개발하기 위한 기술이 필요하다.

본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 평판 표시장치에 사용하는, 초박막 필름형 백 라이트 유닛을 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 물리 광학적 소자 대신에 홀로그램 광학 소자를 이용하여 평판 표시장치용 초박막 필름형 백 라이트 유닛을 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 이차원 영상 및 삼차원 입체 영상을 선택적으로 제공하는 평판 표시장치에 적용하는 홀로그램 광학 소자를 이용한 초박막 필름형 백 라이트 유닛을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 박막 필름형 백 라이트 유닛은, 도광 필름, 광 출사부 그리고 광원을 포함한다. 도광 필름은, 일측에 배치된 광 입사부, 타측에 배치된 광 반사부, 그리고 광 입사부와 광 반사부를 연결하는 광 진행부를 포함한다. 광 출사부는 도광 필름의 상부 표면 위에 배치된다. 광원은 도광 필름의 광 입사부 측에 배치된다. 광 입사부는, 광원에서 출사된 확산광 중에서 광 진행부 내에서 전반사 조건을 충족하는 입사광을 광 진행부로 전달한다. 광 반사부는, 광 진행부로부터 전달받은 입사광을 시준된 시준광으로 변환하여 상기 광 진행부로 전달한다. 광 출사부는, 시준광의 일부를 백 라이트로 출광하고, 나머지를 반사한다.

일례로, 백 라이트 유닛은, 광 반사부에 배치되며, 입사광을 수평 방향에서 시준하는 반사 패턴을 더 포함한다. 도광 필름은, 고 굴절 필름 및 반사면을 포함한다. 광 출사부는, 시준광의 일부를 광 진행부의 외부로 출광하고, 나머지를 광 진행부로 반사하는 출광 패턴을 포함한다. 고 굴절 필름은 광 입사부, 광 진행부 및 광 반사부에 걸쳐 배치된다. 반사면은 광 반사부에 배치되며, 입사광을 수직 방향에서 시준한다. 그리고 고 굴절 필름의 굴절율은 상기 출광 패턴의 굴절율보다 큰 값을 갖는다.

일례로, 반사면은, 고 굴절 필름의 수평면에 대해 일정 각도 경사진 경사면 및 경사 원호면 중 어느 하나의 형상을 갖는다.

일례로, 반사 패턴은, 반사면 표면에 배치된 제1 반사 패턴과 반사면과 대향하는 고 굴절 필름의 상부 표면 위에 배치된 제2 반사 패턴 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

일례로, 반사 패턴은, 시준광이, 고 굴절 필름과 출광 패턴과의 계면에서의 전반사 임계각도보다 작아 출광 패턴으로 굴절 입사하며, 출광 패턴으로 굴절 입사된 시준광이, 출광 패턴과 상부의 외부와의 계면에서의 전반사 임계각보다 작아 외부로 굴절 및 고 굴절 필름으로 반사가 이루어지는 입사 각도를 갖도록, 시준광을 반사한다.

일례로, 도광 필름은, 고 굴절 필름의 상부 표면과 면 접합하는 저 굴절 필름을 더 포함하되, 저 굴절 필름의 굴절율은 고 굴절 필름 및 출광 패턴의 굴절율보다 작은 값을 갖는다.

일례로, 광 입사부는, 도광 필름의 상부 표면 위에, 광원에서 제공하는 확산광 중에서 전반사 임계각보다 작은 입사각을 갖는 확산광을 흡수하는 흡수 패턴을 더 포함한다.

일례로, 도광 필름은, 서로 평행하게 대향하는 제1 장변 및 제2 장변, 그리고 서로 평행하게 대향하는 제1 단변 및 제2 단변을 포함한다. 제1 및 제2 장변들과 제1 및 제2 단변들은 서로 직교한다. 제1 단변은 광 입사부에 배치된다. 제2 단변은 광 반사부에 배치된다. 광원은, 제1 단변을 따라 배치된 적어도 하나 이상을 포함한다.

일례로, 광원은, 제1 단변에서 제1 및 제2 장변 중 적어도 어느 하나와 인접하여 배치된 방향성 광원을 더 포함한다.

일례로, 출광 패턴은, 표면 그레이팅 패턴과 체적 그레이팅 패턴 중 어느 하나를 포함한다.

또한, 본 발명에 의한 초집광 도광 필름은, 광 입사부, 광 반사부 및 광 진행부를 포함한다. 광 입사부는 일측에 배치되고, 광 반사부는 타측에 배치되며, 광 진행부는 광 입사부와 광 반사부를 연결한다. 광 입사부는, 입사된 확산광 중에서 광 진행부 내에서 전반사 조건을 충족하는 입사광을 광 진행부로 전달한다. 광 반사부는, 광 진행부로부터 전달받은 입사광을 시준광으로 변환하여 광 진행부로 전달한다.

일례로, 고 굴절 필름, 반사면, 반사 패턴 및 출광 패턴을 포함한다. 고 굴절 필름은 광 입사부, 광 진행부 및 광 반사부에 걸쳐 배치된다. 반사면은, 광 반사부에 배치되며, 입사광을 수직 방향에서 시준한다. 반사 패턴은, 광 반사부에 배치되며, 입사광을 수평 방향에서 시준한다. 출광 패턴은, 고 굴절 필름의 상부 표면 위에 배치되며, 시준광의 일부를 광 진행부의 외부로 출광하고, 나머지를 광 진행부로 반사한다. 고 굴절 필름의 굴절율은 출광 패턴의 굴절율보다 큰 값을 갖는다.

일례로, 반사 패턴은, 제1 반사 패턴 및 제2 반사 패턴 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 제1 반사 패턴은, 반사면 표면에 배치된다. 제2 반사 패턴은, 반사면과 대향하는 고 굴절 필름의 상부 표면 위에 배치된다.

일례로, 반사 패턴은, 시준광이 고 굴절 필름과 상기 출광 패턴과의 계면에서의 전반사 임계각도보다 작아 출광 패턴으로 굴절 입사하며, 출광 패턴으로 굴절 입사된 시준광이, 출광 패턴과 상부의 외부와의 계면에서의 전반사 임계각보다 작아 외부로 굴절 및 고 굴절 필름으로 반사가 이루어지는 입사 각도를 갖도록, 시준광을 반사한다.

일례로, 고 굴절 필름의 상부 표면과 면 접합하는 저 굴절 필름을 더 포함한다. 저 굴절 필름의 굴절율은 고 굴절 필름 및 출광 패턴의 굴절율보다 작은 값을 갖는다.

일례로, 서로 평행하게 대향하는 제1 장변 및 제2 장변, 그리고 서로 평행하게 대향하는 제1 단변 및 제2 단변을 포함한다. 제1 및 제2 장변들과 제1 및 제2 단변들은 서로 직교한다. 제1 단변은 광 입사부에 배치된다. 제2 단변은 광 반사부에 배치된다.

본 발명은 액정 표시장치와 같은 비자발광 방식의 평판형 표시장치에 그대로 적용할 수 있는 홀로그래피 방식의 초박막 필름형 백 라이트 유닛을 제공한다. 특히, 렌즈 혹은 거울과 같은 물리적 광학 소자 대신에 필름형 홀로그래피 소자를 이용하여 초박막형 백 라이트 유닛을 제공한다. 따라서, 현재 주류를 이루는 액정 표시장치와 같은 비 자발광 평판 표시장치에서 더욱 얇은 두께를 갖고, 광 손실을 최소화할 수 있는, 박막형 백 라이트 유닛을 제공할 수 있다. 또한, 광원에서 제공하는 확산광을 수직 및 수평 방향으로 시준하여, 방향성을 가져 서치 라이트나 3차원 입체 영상에 적용하는 박막형 백 라이트 유닛을 제공할 수 있다. 더구나, 광원의 위치를 다르게 하여 이차원 영상용과 삼차원 영상용 백 라이트를 선택적으로 제공하는 박막형 백 라이트 유닛을 제공할 수 있다.

도 1은 LED 어레이를 광원으로 하는 직하형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 종래 기술에 의한 LED 어레이를 포함하는 에지형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 구조를 보여 주는 단면도.
도 3 은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 구조를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 광 입사부의 구조 및 광 경로를 나타내는 확대 측면도.
도 5a 내지 5b는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 광 반사부의 구조 및 광 경로를 나타내는 확대 측면도들.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 광 반사부의 구조 및 광 경로를 나타내는 평면도.
도 7a 내지 7b는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 도광 필름에서 백 라이트를 출광하는 광 출사부의 구조 및 광 경로를 나타낸 확대 측면도.
도 8a는 광원이 입사면의 중앙에 위치한 경우의 확산광이 진행하는 광 경로를 나타낸 평면도.
도 8b는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 삼차원 입체 영상용 광원을 갖는 박막형 백 라이트 유닛의 구조 및 광 경로를 나타낸 평면도.
도 8c는 본 발명의 제2 실시 예에서 삼차원 입체 영상용 광원의 배치 위치를 나타내는 확대 평면도.
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 백 라이트 유닛의 구조 및 광 경로를 나타내는 확대 측면도.
도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 백 라이트 유닛의 구조를 나탸내는 측면도.
도 11은 본 발명의 제4 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 일부 구조를 나타내는 확대 측면도.
도 12a는 본 발명의 제5 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 일부 구조를 나타내는 확대 측면도.
도 12b는 본 발명의 제5 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 구조 및 광 경로를 나타내는 평면도.
도 13a는 본 발명의 제6 실시 예에 의한 광 반사부를 나타낸 확대 측면도.
도 13b는 본 발명의 제6 실시 예에 의한 도광 필름의 구조를 나타내는 광 반사부 측면에서 바라본 좌측면도.

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.

<제1 실시 예>

이하, 도 3 내지 8을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 대해 설명한다. 먼저, 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 대략적인 구조를 설명한다. 도 3 은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 구조를 나타내는 도면이다. 도 3에서 아래에 있는 그림은 위에서 내려다본 도면(평면도)이며, 위에 있는 그림은 측면에서 바라본 도면(측면도)이다. 설명의 편의상 좌표를 각 도면마다 표시하였다.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛은, 도광 필름(LGP), 광원(LS), 흡수 패턴(LA), 반사 패턴(RH), 그리고 출광 패턴(VH) 포함한다. 도광 필름(LGP)은 흡수 패턴(LA)이 배치된 광 입사부(ⓐ), 반사 패턴(RH)이 배치된 광 반사부(ⓒ), 그리고 광 입사부(ⓐ)와 광 반사부(ⓒ) 사이를 연결하는 광 진행부(ⓑ)로 구성된다. 광원(LS)은 광 입사부(ⓐ)에 인접하여 배치된다. 또한, 출광 패턴(VH)은 도광 필름(LGP)의 상부 표면에 배치되어 광 진행부(ⓑ)를 통과하는 빛의 일부를 도광판(LGP)의 상부 표면으로 출광한다.

도광 필름(LGP)은 대략 장방형의 형상을 갖는 얇은 필름으로 만들 수 있다. 예를 들어, 일정 거리 떨어져 서로 대향하는 두 개의 장변들(L1, L2) 그리고 장변들(L1, L2)과 직교하며 일정 거리 떨어져 서로 대향하는 두 개의 단변들(S1, S2)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 3의 평면도에서 하변(L1)과 상변(L2)은 두 개의 장변이고, 우측변(S1)과 좌측변(S2)은 두 개의 단변이다.

도광 필름(LGP)은 고 굴절 필름(LG), 저 굴절 필름(LI), 입사면(IS), 그리고 반사면(RS)을 포함한다. 고 굴절 필름(LG)은 일정한 두께를 갖는 평탄부와 두께가 변하는 경사부를 포함한다. 저 굴절 필름(LI)은 고 굴절 필름(LG)의 상부 표면에 배치되어 있다. 고 굴절 필름(LG)과 저 굴절 필름(LI)은 동일한 면적을 갖는 필름 형상일 수 있다. 예를 들어 고 굴절 필름(LG)의 굴절율은 적어도 1.6 이상인 투명 매질층일 수 있다. 저 굴절 필름(LI)의 굴절율은 공기층의 굴절율보다는 크고, 1.5 이하인 투명 매질층일 수 있다. 저 굴절 필름(LI)은 필름 형태로 부착되지 않고, 저 굴절 물질을 고 굴절 필름(LG)의 상부 표면에 도포한 저 굴절 층의 형태를 가질 수 있다. 편의상, 저 굴절 필름으로 설명한다.

고굴절 필름(LG)에서 일측 단변(S1)은 백 라이트 용 빛이 들어오는 입사면(IS)이 된다. 한편, 고굴절 필름(LG)의 타측 단변(S2)부에는 빛을 반사하는 반사면(RS)이 배치된다. 여기서, 반사면은 경사각도 α°를 갖는 쐐기(wedge) 형상을 갖는다. 다른 예로, 평면이 아닌 원호형상의 면을 갖는 쐐기 모양으로 형성할 수도 있다.

광원(LS)은 도광 필름(LGP)의 입사면(IS)에 배치된다. 광원(LS)은 이차원 영상용 광원(LSN)과 삼차원 영상용 광원(LSC)을 포함할 수 있다. 이차원 영상용 광원(LSN)은 입사면(IS)의 중앙 부분에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 삼차원 영상용 광원(LSC)은 입사면(IS)의 양측 모서리 중 적어도 어느 하나에 배치되는 것이 바람직하다. 그리고 흡수 패턴(LA)이 광원(LS)과 인접한 도광 필름(LGP)의 상부 표면에 부착되어 있다. 제1 실시 예에서, 광원(LS)은 입사면(IS)의 임의의 위치에 배치한 경우로 설명한다.

반사 패턴(RH)은 광 반사부(ⓒ)에 배치된다. 예를 들어, 반사면(RS)과 대향하도록 배치될 수도 있고, 반사면(RS)에 부착될 수도 있다. 도 3에서는 반사면(RS)과 대향하는 도광 필름(LGP)의 상부에 부착한 경우를 도시하였다.

출광 패턴(VH)은 도광 필름(LGP)의 상부에서 반사 패턴(RH)을 제외한 표면에 부착된다. 출광 패턴(VH)의 면적이 실제로 백 라이트 유닛에서 백 라이트를 제공하는 면광원의 면적을 결정한다. 출광 패턴(VH)은 고굴정 필름(LG)와 동일한 폭을 가질 수 있다. 평면도에서는, 편의상, 출광 패턴(VH)을 도광 필름(LGP)의 고굴절 필름(LG)보다 약간 작은 폭으로 표현하였다.

이상 개략적으로 설명한 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 각 구성들의 작동에 대해서 상세히 설명한다. 먼저, 도 4를 참조하여 광 입사부(ⓐ)와 광 진행부(ⓑ)에 대해서 설명한다. 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 광 입사부의 구조 및 광 경로를 나타내는 확대 측면도이다.

광원(LSC)이 도광 필름(LGP)의 입사면(IS)에 인접하여 배치되어 있다. 도광 필름(LGP)은 고 굴절 필름(LG)과 저 굴절 필름(LI)이 적층되어 있다. 저 굴절 필름(LI)의 상부에는, 입사면(IS)에서 일정 거리 차지하도록 흡수 패턴(LA)이 부착되어 있다. 저 굴절 필름(LI)의 상부에서, 흡수 패턴(LA)이 끝나는 부분부터는 출광 패턴(VH)이 부착되어 있다.

광원(LSC)은 이차원용 광원일 수도 있고, 삼차원용 광원일 수도 있다. 편의상 삼차원용 광원(LSC)으로 설명한다. 광원(LSC)은 초소형 발광 다이오드를 사용할 수 있다. 발광 다이오드의 경우, 확산 각도가 60도 내지 120도인 확산광을 제공한다.

광 입사부에서는, 광원(LSC)에서 출사한 확산광들이 입사면(IS)을 통해 고 굴절 필름(LG) 내부로 빛이 들어온다. 고 굴절 필름(LG) 내부로 들어온 확산광들 중에서 전반사 조건을 만족하는 빛들만 도광 필름(LGP)을 통해 전달될 수 있다. 전반사 조건을 만족하지 않는 빛들은 도광 필름(LGP) 외부로 무작위적으로 출광되어 백 라이트로서의 기능을 못하고, 노이즈 광이 될 수 있다. 따라서, 광원(LSC)에서 제공한 확산광들 중에서 전반사 조건을 만족하지 못하는 빛들은 흡수 패턴(LA)으로 제거하는 것이 바람직하다.

전반사 임계 각도보다 큰, 입사각을 θ라고 하면, 입사각(고 굴절 필름(LG)의 상부 표면에 대한 수직선과의 각도)이 θ보다 작은 확산광들은 흡수 패턴(LA)에 의해 제거된다. 반면에, 입사각이 θ보다 같거나 큰 확산광들만 입사광(100)으로 선별되어 고 굴절 필름(LG) 내부로 들어온다. 입사광(100)들은 고 굴절 필름(LG)의 상부 표면 및 하부 표면에서 모두 전반사되면서 고 굴절 필름(LG) 내부에서 입사면(IS)의 반대면으로 진행한다.

입사광(100)을 평면도 상에서보면, 마찬가지로 60도 내지 120도로 확산되어 진행한다. 즉, 도광 필름(LGP)의 평면상에서 균일하게 분포된 상태가 아니므로, 백 라이트로 사용할 수 있는 상태가 아니다. 따라서, 도광 필름(LGP)의 외부로 누출되지 않고, 고 굴절 필름(LG) 내부에서만 진행하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 5a 내지 5b 및 6을 참조하여, 광 반사부(ⓒ)와 광 진행부(ⓑ)에 대해서 설명한다. 도 5a 내지 5b는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 광 반사부의 구조 및 광 경로를 나타내는 확대 측면도들이다. 도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 광 반사부의 구조 및 광 경로를 나타내는 평면도이다.

광 반사부에는, 고 굴절 필름(LG)의 끝단부로서 쐐기 모양으로 경사진 반사면(RS)이 형성되어 있다. 전반사 조건을 만족하는 입사광(100)이 고 굴절 필름(LG) 내에서 진행하다가, 반사면(RS)으로 입사한다. 반사면(RS)의 경사 각도 α는 입사광(100)이 반사면(RS)에서도 전반사가 이루어질 수 있는 조건을 만족해야 한다. 예를 들어, 입사광(100)이 반사면(RS)으로 입사하는 각도는 (θ-α)가 되는데, 이 각도가 전반사 각도를 만족해야 한다. 따라서, θ뿐만 아니라, (θ-α)도 고 굴절 필름(LG) 계면의 전반사 임계 각도보다 큰 것이 바람직하다.

반사면(RS)에서 전반사된 반사광(101)은 반사 패턴(RH)으로 입사되어야 한다. 즉, 반사광(101)이 고 굴절 필름(LG)의 상부 표면으로 입사하는 각도인 θ'은 고 굴절 필름(LG)와 저 굴절 필름(LI)의 계면에서 전반사 조건을 파괴하는 각도이어야 한다. 또한, 저 굴절 필름(LI)의 상부 표면에서도 전반사 조건을 파괴하는 것이 바람직하다. 이 모든 조건들을 고려했을 때, 반사면(RS)의 경사 각도 α는 1~5도 정도에서 선택하는 것이 바람직하다.

앞에서도 설명했듯이, 반사면(RS)로 입사되는 입사광(100)은 입사 각도가 θ보다 큰 입사각들을 갖는다. 이들 입사광(100)은 반사면(RS)에서 반사되어 입사 각도가 훨씬 작은 입사각인 θ'을 갖는 반사광(101)으로 변환된다. 만일, 1차적으로 반사된 반사광(101)의 입사각도가 고 굴절 필름(LG) 및 저 굴절 필름(LI)의 전반사 각도를 파괴하지 못하는 각도라면, 반사 패턴(RH)에 도달하지 않고, 다시 고 굴절 필름(LG)으로 들어와 반사면(RS)에서 재 반사된다. 반사면(RS)의 경사 각도로 인해 두 번 반사되면 입사각도는 고 굴절 필름(LG) 및 저 굴절 필름(LI)의 전반사 각도를 충분히 파괴할 수 있도록 작아진다.

이러한 과정이 반복되면서, 반사면(RS)에서 반사되어 반사 패턴(RH)으로 들어가는 모든 반사광(101)들은 입사 각도가 θ'에 수렴한다. 이를 X-Z 평면 상에서 보면, Z 축 상에서 시준된 즉, 수직 방향으로 거의 동일한 입사 각도를 갖도록 수직 시준된 상태가 된다.

반사면(RS)에서 전반사되며 수직 시준된 반사광(101)은 고 굴절 필름(LG) 및 저 굴절 필름(LI)의 표면을 통과하여 반사 패턴(RH)으로 입사된다. 실제로, 고 굴절 필름(LG)의 상부 표면 및 저 굴절 필름(LI)의 상부 표면에서 반사광(101)이 굴절되지만, 편의상 설명 및 도면에서 굴절되는 것은 고려하지 않는다.

반사 패턴(RH)은 수직 시준된 반사광(101)을 수평 방향으로도 시준된 시준 반사광(201)로 만들어 다시 고 굴절 필름(LG) 내부로 재 입사시킨다. 시준 반사광(201)은 입사 각도 δ'를 갖고 반사된다. 시준 반사광(201)의 입사 각도 δ'는 반사광(101)의 입사 각도 θ'보다 작은 것이 바람직하다. 만일, 시준 반사광(201)의 입사 각도 δ'가 반사광(101)의 입사 각도 θ'와 동일하다면, 지금까지 설명한 광 경로를 역으로 그대로 따라간다. 그러면 출광되는 빛이 없이 고 굴절 필름(LG) 내부를 전반사하여 진행한다. 따라서, 광 반사부(ⓒ)에서 광 진행부()로 재 진입하는 광은 고 굴절 필름(LG)의 상부 표면에서의 전 반사 조건을 파괴할 수 있는 입사각을 가져야 한다. 즉, 시준 반사광(201)의 입사 각도 δ'는 반사광(101)의 입사 각도 θ'보다 작은 것이 바람직하다.

이러한 복잡한 조건을 만족시키기 위해서, 반사 패턴(RH)은 홀로그래피 패턴이 새겨진 광학 필름인 것이 바람직하다. 특히, 반사광(101)과 시준광(201)의 간섭 패턴이 새겨진 홀로그래피 필름인 것이 바람직하다.

반사 패턴(RH)은 X-Y 평면상에서 보면, X축 방향으로 진행하되 Y축 방향으로 확산되는 확산광을 Y축 방향으로의 확산 각도를 X축과 평행한 방향으로 수렴한 시준된 광으로 만들어 주는 광학 소자인 것이 바람직하다. 도 5b를 더 참조하면, 반사 패턴(RH)에 의해 수직 방향 및 수평 방향으로 시준된 시준 반사광(201)은, 입사 각도가 θ'보다 작으므로, 반사면(RS)로 입사된다. 반사면(RS)에서 반사된 시준 반사광(201)은 입사 각도 δ로 변환되어 시준광(200)으로 도광 필름(LGP) 내부를 다시 진행한다. 도광 필름(LGP) 내부를 다시 진행하는 시준광(200)의 일부가 출광 패턴(VH)에 의해 외부로 방출되어, 백 라이트(300)를 제공한다.

시준광(200)의 입사각 δ는 고 굴절 필름(LG)과 저 굴절 필름(LI)의 계면에서 전 반사 조건을 파괴하는 각도이어야 한다. 따라서, 시준광(200)의 입사각 δ는 입사광(100)의 입사각 θ보다 특히, 고 굴절 필름(LG)과 저 굴절 필름(LI)의 계면에서 전 반사 임계 각도보다 작아야 한다. 반면에, 저 굴절 필름(LI)의 상부 표면에 부착된 출광 패턴(VH)에 의해 시준광(200)의 일부는 백 라이트(300)로 출광되고, 나머지 시준광(200)은 다시 고 굴절 필름(LG) 내부로 재 입사된다.

이러한 광 경로를 이루기 위해서는, 출광 패턴(VH)은 저 굴절 필름(LI)과 같거나 약간 더 크되, 고 굴절 필름(LG)보다는 작은 굴절율을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 저 굴절 필름(GI) 내부에서 출광 패턴(VH)으로 입사된 시준광(200)은 계면에서 일부가 굴절되어 출광되고 나머지는 반사되어 도광 필름(LGP) 내부로 재 입사된다. 재 입사된 광은 다시 시준광(200)이 되어 고 굴절 필름(LG) 하부 표면에서 전반사되면서 내부를 진행한다. 그리고 다시 출광 패턴(VH)에서 또 일부가 출광되고, 나머지는 도광 필름(LGP) 내부로 재 입사된다. 이러한 과정을 반복하면서, 시준광(200)이 광 반사부(ⓒ)에서 광 입사부(ⓐ)로 진행하면서, 일부 시준광(200)이 백 라이트(300)으로 출광된다.

여기서, 본 발명에 의한 백 라이트 유닛의 핵심적인 구성 요소인 도광 필름과 반사 패턴에 의해 입사광인 확산광(100)이 시준광(200)으로 만들어지는 (혹은, 변환하는) 좌표축에 대해, 이해를 돕기 위해 다음과 같이 정리한다. 도 3 이후의 본 발명에 대한 도면들에는 X-Y-Z으로 표현되는 직각 좌표계를 표시하였다. 광원(LS)에서 출사되는 빛은 X 축이 진행 방향이며, X-Y 평면상에서 보면, X축으로 진행하는 광선이 Y축 방향으로 확산되며, X-Z 평면상에서 보면, X축으로 진행하는 광선이 Z축 방향으로 확산된 모양이다. 예를 들어, 도 4에서 X축과 평행한 점선이 확산광(100)의 진행 방향이고, 평행하지 않은 점선이 Z축 방향으로 확산된 빛을 나타낸다.

확산광(100)은, 반사면(RS)에서 반사되면서, X-Z 평면상에서 보면, Z축 방향에서 일정 각도 범위내로 확산 각도가 수렴된 시준광이 된다. 즉, 이를 수직 방향에서 시준된, Z 축상에서 시준된 혹은 수직 시준된 광(101)이라 한다. 특히, 수직 시준된 광(101)은 시준 폭이 광빔(beam)의 수준으로 좁은 값을 갖는다.

또한, 확산광(100)은, 더 정확하게는 X-Z 평면상에서는 Z축 방향으로 시준되었지만 X-Y 평면상에서는 Y축 방향으로 확산된 상태인 수직 시준된 광(101)은, 반사 패턴(RH)에서 반사되면서, X-Y 평면 상에서, Y 방향으로의 확산 각도가 수렴된 시준광이 된다. 즉, 이를 수평 방향에서 시준된, Y축 상에서 시준된 혹은 수평 시준된 광이라고 한다. 특히, 수평 시준된 광(201)은 도광 필름(LG)의 Y축 폭에 상응하는 시준폭을 갖는다.

여기서, 수평 시준된 광(201)은 수직 시준된 후에 수평 시준된 광으로서, 반사면(RS)에서 반사되어 수직 방향으로 재차 시준이 더 이루어짐으로써 수평-수직 시준된 광, 즉 시준광(200)이라 한다.

이하, 도 7a 내지 7b를 참조하여, 출광 패턴(VH) 및 광 진행부(ⓑ)의 관계 및 광 경로에 대해 상세히 설명한다. 도 7a 내지 7b는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 도광 필름에서 백 라이트를 출광하는 광 출사부의 구조 및 광 경로를 나타낸 확대 측면도이다.

먼저, 도 7a를 참조하여, 출광 패턴(VH)이 표면 그레이팅(Surface Grating) 패턴으로 형성한 경우를 설명한다. 표면 그레이팅 패턴은 고 굴절 블럭(GP)들이 다수개 나열된 형상을 갖는다. 예를 들어, 저 굴절층 위에 고 굴절 블럭들이 다수 배치되어 있을 수 있다. 또는, 도 7a 도시한 바와 같이 저 굴절 필름(LI) 위에 고 굴절 블럭(GP)들이 다수 패턴되어 있다. 여기서, 고 굴절 블럭(GP)은 저 굴절 필름(LI)과 같거나 약간 더 크되, 고 굴절 필름(LG)보다는 작은 굴절율을 갖는 것이 바람직하다.

시준광(200)이 고 굴절 필름(LG)와 저 굴절 필름(LI)의 경계면을 통과하여, 저 굴절 필름(LI)의 상부 표면으로 입사된다. 고 굴절 블럭(GP)이 있는 곳으로 입사된 시준광(200)은, 굴절되어 외부로 방출되어 백 라이트(300)로 제공된다. 반면, 고 굴절 블럭(GP)이 없는 부분 즉, 패턴에 의해 제거된 부분으로 입사된 시준광(200)은 저 굴절 필름(LI)과 공기와의 계면에서 전반사되어 도광 필름(LGP) 내부로 입사된다.

도광 필름(LGP)로 입사된 시준광(200)은 고 굴절 필름(LG)의 하부 표면에서 다시 상부 표면으로 전 반사된다. 고 굴절 필름(LG)의 상부 표면으로 반사된 시준광(200)은 앞에서 설명한 방법과 동일하게 일부는 백 라이트(300)로 출광되고, 나머지는 다시 시준광(200)으로 진행한다.

다음으로, 도 7b를 참조하여 출광 패턴(VH)을 체적 그레이팅 패턴(Volume Grating) 패턴으로 형성한 경우를 설명한다. 체적 그레이팅 패턴은 저 굴절 매질(ML) 내에 고 굴절 분자(MH)들이 분포된 구조를 갖는다. 특히, 고 굴절 분자(MH)들은 저 굴절 매질(ML) 내에서 사선 방향으로 분포된 구조를 갖는다. 여기서, 저 굴절 매질(ML)은 저 굴절 필름(LI)보다 낮은 굴절율을 갖고, 고 굴절 분자(MH)는 저 굴절 매질(ML)보다 더 큰 것이, 특히 저 굴절 필름(LI)보다 더 큰 것이 바람직하다.

시준광(200)이 고 굴절 필름(LG)과 저 굴절 필름(LI)의 경계면을 통과하여, 저 굴절 필름(LI)의 상부 표면으로 입사된다. 고 굴절 분자(MH)가 있는 곳으로 입사된 시준광(200)은, 굴절되어 외부로 방출되어 백 라이트(300)로 제공된다. 반면, 고 굴절 분자(MH)가 없는 부분 즉, 저 굴절 매질(ML)만 존재하는 부분으로 입사된 시준광(200)은 저 굴절 필름(LI)과의 계면에서 전반사되어 도광 필름(LGP) 내부로 입사된다.

도광 필름(LGP)으로 입사된 시준광(200)은 고 굴절 필름(LG)의 하부 표면에서 다시 상부 표면으로 전 반사된다. 고 굴절 필름(LG)의 상부 표면으로 반사된 시준광(200)은 앞에서 설명한 방법과 동일하게 일부는 백 라이트(300)로 출광되고, 나머지는 다시 시준광(200)으로 진행한다.

본 발명의 제1 실시 예에 의하면, 광원(LS)에서 출사된 확산광은 광 입사부에 의해 전반사 조건에 맞도록 확산된 입사광으로 바뀐다. 입사광은 광 진행부를 통해 확산되면서, 광 반사부로 전달된다. 광 반사부에서는 확산성을 갖는 입사광은 수직 및 수평 방향으로 평행하게 시준된 시준광으로 바뀐다. 시준광은 다시 광 진행부를 통과하여 광 입사부쪽으로 진행하면서, 일부가 순차적으로 광 출광부를 통해 백 라이트로 바뀐다. 백 라이트(300)는 시준성이 높은 빛으로, 서치 라이트와 같이 방향성이 강하다. 따라서, 좌안 영상의 빛을 좌안으로 그리고 우안 영상의 빛을 우안으로 편향하여 제공하는 입체 영상 표시장치에 응용할 수 있다.

이상 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 구조와 백 라이트를 제공하는 광 경로를 설명하였다. 이하에서는, 다른 실시 예에 대하여 설명한다. 기본적인 광 경로는 제1 실시 예와 거의 동일하므로, 동일한 광 경로들에 대해서는 설명을 생략한다.

<제2 실시 예>

제1 실시 예에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 광원(LS)이 입사면(IS)의 중앙부에 위치한 경우를 기준으로 설명하였다. 도 3에서 도시한 광원들(LS)은 중앙부 이외에도 여러 곳에 위치할 수 있음을 나타낸 것이다. 이하, 도 8a 내지 8c를 참조하여 제2 실시 예를 설명한다. 도 8a는 광원이 입사면의 중앙에 위치한 경우의 확산광이 진행하는 광 경로를 나타낸 평면도이다. 도 8a는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 삼차원 입체 영상용 광원을 갖는 박막형 백 라이트 유닛의 구조 및 광 경로를 나타낸 평면도이다. 도 8c는 본 발명의 제2 실시 예에서 삼차원 입체 영상용 광원의 배치 위치를 나타내는 확대 평면도이다.

먼저 도 8a를 참조하여, 광원이 입사면의 중앙에 위치한 경우에서, 확산광이 진행하는 광 경로를 설명한다. 도 6에서와 같이 광원(LS)에서 확산각도가 60도 미만인 확산광을 제공하는 경우, 입사면(IS)에서 출발한 거의 모든 빛이 반사 패턴(RH)으로 전달될 수 있다. 하지만, 일반적인 발광 다이오드의 경우, 확산각도가 120도 정도되는 확산광을 제공한다. 또한, 백 라이트 유닛을 와이드 형 표시장치에 적용할 경우, 장변의 길이가 더 길어진다.

이러한 경우에서는, 도 8a와 같이 입사면(IS)에서 출발한 거의 모든 빛이 반사 패턴(RH)으로 전달되지 않는다. 일부는 도광 필름(LGP)의 장변에 해당하는 측면으로 전달된다. 이러한 입사광(100)들은 측면에서 반사되어 다시 도광 필름(LGP) 내부로 들어와서, 반사 패턴(RH)으로 전달된다. 하지만, 이러한 측면 반사광(110)들은 반사 패턴(RH)에서 정상적인 입사광(100)과 다르게 진행한다. 즉, 수평 방향에서 시준되지 않고, 반사되거나, 임의의 방향으로 진행하는 임의광(210)이 된다.

임의광(210)들도 출사 패턴(VH)에 의해서 출광된다. 하지만, 시준된 백 라이트(300)가 아닌 난반사된 백 라이트로 제공된다. 난반사된 백 라이트는 시준성이 없기 때문에, 삼차원용 백 라이트로 사용할 수 없다. 하지만, 이차원용 백 라이트로 사용할 수 있다.

광원에서 제공하는 빛이 광 입사부에서 광 반사부로 전달됨에 있어서, 모든 빛이 광 반사부로 전달되지 못하는 확산 각도를 갖는 확산광인 경우, 삼차원 영상용 백 라이트 유닛으로 사용하기 위해서는 측벽면에 광 흡수체를 부착하여야 한다. 이 경우, 광 흡수체에 의해 흡수되는 빛의 양만큼 광량이 줄어서, 효율성이 많이 떨어진다.

제2 실시 예에서는, 도 8b를 참조하여, 광원의 위치를 변경하여 광 효율성을 극대화한 삼차원 입체 영상용 백 라이트 유닛의 경우를 설명한다. 제2 실시 예에서 삼차원용 광원(LSC)은 입사면(IS)에서 한쪽 모서리에 배치된다. 예를 들어, 입사면(IS)이 제1 장변(L1)과 만나는 부분 및/혹은 입사면(IS)이 제2 장변(L2)와 만나는 부분에 배치될 수 있다.

광원(LSC)에서는 120도의 확산 각도를 갖는 확산광을 제공한다. 확산광들 중에서 전반사 조건을 만족하는 입사광(100)을 선별하더라도, X-Y 평면상에서는 여전히 120도의 확산 각도를 갖는다. 광원(LSC)이 제1 장변(L1)과 인접하여 배치되어 있으므로, 확산 각도 0도에서 +60도까지의 입사광(100)들은 반사 패턴(RH)으로 모두 전달된다. 한편, 확산 각도 0도에서 -60도까지의 입사광(100)들은 제1 장변(L1)의 측벽에서 전반사되어 도광 필름(LGP) 내부로 측면 반사광(110)으로 입사된다.

즉, 측면 반사광(110)은 입사광(100)과 거의 동일한 조건을 만족한다. 이로인해, 제1 장변(L1)을 거울로 하여, 확산광을 절반으로 접어서, 도광 필름(LGP)로 입사하는 것과 동일한 결과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 입사광(100)은 반사면(RS)과 반사 패턴(RH)에 의해 수직 및 수평 방향으로 시준되어 시준광(200)으로 되돌아오면서 백 라이트(300)를 제공한다. 측면 반사광(110) 역시 입사광(100)과 거의 동일한 성질을 가지므로, 반사면(RS)과 반사 패턴(RH)에 의해 수직 및 수평 방향으로 시준되어 시준광(200)으로 되돌아오면서 백 라이트(300)를 제공한다.

도 8b에서와 같이 일측 모서리에 배치된 광원(LSC)은 시준성이 높아 방향성을 갖는 백 라이트(300)를 제공한다. 특히, 광원(LSC)이 입사면(IS)의 중앙부에 배치된 경우보다 광 효율성이 우수하다. 또한, 광원(LSC)과 함께 동일한 광원(LSN)을, 도 8a와 같이 입사면(IS)의 중앙부에 더 배치할 수 있다. 이 경우 모서리에 배치된 광원(LSC)은 방향성이 강한 광원으로 입체 영상 전용으로 사용할 수 있다. 한편, 입사면(IS)의 중앙부에 배치된 광원(LSN)은 산란성이 발생하므로 이차원용 광원으로 사용할 수 있다. 즉, 방향성 광원(LSC)과 산란 광원(LSN)은 동일한 광학 소재이지만, 설치 위치에 따라 구분된다. 이 둘을 모두 구비하여 선택적으로 켜고/끔으로써 이차원 영상과 입체 영상을 선택적으로 표시할 수도 있다.

도 8c를 참조하면, 삼차원 영상을 위한 시준된 백 라이트(300)을 제공하는 광원(LSC)은 도광 필름(LGP)의 일측 모서리에 배치된다. 광원(LSC)의 중심부가 도광 필름(LGP)의 제1 장변(L1)으로부터 일정 거리 이격되어 배치되는 것이 바람직하다. 광원(LSC)의 중심이 도광 필름(LGP)의 제1 장변(L1)으로부터 이격된 일정 거리 ΔD는 1~3mm인 것이 바람직하다. 특히 광량의 효율성을 위해 광원(LSC)의 끝변이 도광 필름(LGP)의 제1 장변(L1)의 연장선상에 위치하는 것이 바람직하다.

<제3 실시 예>

이하, 도 9 및 10을 참조하여, 본 발명의 제3 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛에 대하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 백 라이트 유닛의 구조 및 광 경로를 나타내는 확대 측면도이다. 도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 백 라이트 유닛의 구조를 나타내는 측면도이다.

먼저, 도 9를 참조하여, 제3 실시 예를 설명한다. 제1 실시 예에서 출광 패턴(VH)이 볼륨 그레이팅 패턴을 사용한 경우에서는, 저 굴절 필름(LI)을 삭제할 수 있다. 특히, 출광 패턴(VH)을 구성하는 고 굴절 분자(MH)의 굴절율이 고 굴절 필름(LG)보다 낮을 경우, 즉 고 굴절 필름(LG)의 상부에는 고 굴절 필름(LG)보다 낮은 굴절율을 갖는 출광 패턴(VH)이 위치할 경우에 저 굴절 필름(LI)을 삭제할 수 있다.

또한, 볼륨 그레이팅 패턴을 사용하는 경우에는, 흡수 패턴(LA)도 삭제할 수 있다. 도 9에서와 같이, 고 굴절 필름(LG)과 출광 패턴(VH)의 경계면에서 전 반사되는 임계각보다 크게 입사된 확산광은 전반사되어 입사광(100)으로 고 굴절 필름(LG) 내부를 진행한다. 한편, 고 굴절 필름(LG)과 출광 패턴(VH)의 경계면에서 전반사 임계각보다 작은 입사각으로 진행하는 확산광(10)은, 고 굴절 필름(LG)에서 출광 패턴(VH)으로 입사되지만, 고 굴절 분자(MH)에 의해 재 굴절되어 외부로 출광되지 못한다. 따라서, 흡수 패턴(LA)이 삭제되어도 전반사 임계각보다 작은 확산광(10)들이 산란 반사되어 발생하는 노이즈성 빛이 발생하지 않는다.

이와 같이, 볼륨 그레이팅 패턴은, 특정 방향으로 입사되는 경우에만 광을 출사할 수 있도록 설계할 수 있다. 예를 들어, 도 9에서 시준광(200)과 같이, 볼륨 그레이팅 패턴의 경사면에 대해서 비스듬하게 입사하는 빛은 일부가 굴절되어 백 라이트(300)으로 출광되며, 일부는 반사되어 고 굴절 필름(LG)으로 다시 입사되도록 설계하는 것이 바람직하다. 한편, 광원(LS)에서 출광한 빛들 중에서 고 굴절 필름(LG)와 출광 패턴(VH) 사이의 전반사 임계각도보다 작은 입사각을 갖는 확산광(10)들과 같이, 볼륨 그레이팅 패턴의 경사면에 대해 거의 정면으로 입사하는 빛들은 모두 반사되거나 광학 특성에 따라 소멸하도록 설계하는 것이 바람직하다.

이러한 조건들을 종합하면, 본 발명의 제3 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛은 도 10과 같이 단순한 구조를 가질 수 있다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 의한 초박막형 백 라이트 유닛은, 도광 필름(LGP), 출사 패턴(VH), 및 광원(LS)을 포함한다. 도광 필름(LGP)은 광원(LS) 배치되는 입사면(IS), 입사면(IS)과 대향하는 변에서 경사각을 갖는 반사면(RS) 및 반사 패턴(RH), 그리고 입사면(IS)과 반사면(RS) 사이에서 일정한 두께를 갖는 고 굴절 필름(LG)으로 구성된다. 출사 패턴(VH)은 고 굴절 필름(LG)의 상부 표면에 합착된다. 광원(LS)은 입사면(IS)에 배치된다.

도광 필름(LGP)은 광 입사부, 광 진행부 및 광 반사부로 구성된다. 광 입사부는 광원(LS)과 대향하여 확산광을 입사광(100)으로 받아들이는 입사면(IS)이 배치되어 있다. 광 반사부는 광 입사부와 대향여 배치되는 부분으로, 입사광을 수직 및 수평 방향으로 시준된 시준광으로 변환한다. 광 진행부는 광 입사부와 광 반사부 사이를 연결하는 고 굴절 필름(LG)으로, 광 입사부로부터 입사광(100)을 받아들여 광 반사부로 전송한다. 또한, 광 반사부로부터 시준광(200)을 받아들여 광 입사부쪽으로 전송한다.

출사 패턴(VH)은 광 진행부의 고 굴절 필름(LG) 상부 표면에 배치되어 시준광(200)의 일부를 출광시켜 백 라이트(300)를 제공한다. 그리고 나머지는 다시 시준광(200)으로 고 굴절 필름(LG)로 되돌려 보낸다. 고 굴절 필름(LG)으로 되돌아온 시준광(200)은 고 굴절 필름(LG)의 하부 표면과 공기층과의 계면에서 전반사되어 광 입사부 쪽으로 진행한다. 이와 같은 광 경로를 거치면서 광 입사부쪽으로 진행하면서, 일정 광량이 광 출사 패턴(VH)을 통해 백 라이트(300)로 제공된다.

<제4 실시 예>

이하, 도 11을 참조하여, 본 발명의 제4 실시 예에 대해 설명한다. 도 11은 본 발명의 제4 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 일부 구조를 나타내는 확대 측면도이다. 도 11에서는 광 반사부의 부분에 대한 다른 경우를 제안한다.

예를 들어, 광 반사부에는 고 굴절 필름(LG)에서 연장되며 두께가 점차적으로 감소하는 경사부로 형성된 반사면(RS)과 반사면(RS)에 직접 반사 패턴(RH)이 부착되어 있다. 이전의 실시 예에서는, 반사 패턴(RH)이 반사면(RS)과 대향하는 고 굴절 필름(LG)의 상부 표면 상에 부착된 것과 차이가 있다.

제4 실시 예에서는 제3 실시 예에서 반사 패턴(RH)이 부착된 위치를 다르게 한 경우로 설명하였다. 하지만, 제1 혹은 제2 실시 예에도 적용할 수 있다.

<제5 실시 예>

이하, 도 12a 및 12b를 참조하여, 본 발명의 제5 실시 예에 대하여 설명한다. 도 12a는 본 발명의 제5 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 일부 구조를 나타내는 확대 측면도이다. 도 12b는 본 발명의 제5 실시 예에 의한 박막형 백 라이트 유닛의 구조 및 광 경로를 나타내는 평면도이다.

도 12a를 참조하면, 광 반사부에는 고 굴절 필름(LG)에서 연장되며 두께가 점차적으로 감소하는 경사부로 형성된 반사면(RS)이 형성되어 있다. 반사면(RS)과 대향하는 고 구절 필름(LG)의 상부 표면 위에는 제1 반사 패턴(RH1)이 부착되어 있다. 그리고, 반사면(RS) 상에도 제2 반사 패턴(RH2)이 직접 부착되어 있다.

반사 패턴을 두 개 구성하기 때문에, 광원도 두 개가 필요하다. 도 12b를 참조하면, 도광 필름(LGP)의 입사면(IS)에는 두 개의 광원(LSC)들이 배치되어 있다. 예를 들어, 입사면(IS)과 제1 장변(L1)이 만나는 부근에는 제1 광원(LSC1)이, 입사면(IS)과 제2 장변(L2)이 만나는 부근에는 제2 광원(LSC2)이 배치되어 있다.

제1 반사 패턴(RH1)은, 반사면(RS)과 함께 작용하여 제1 광원(LSC1)에서 제공된 입사광(100) 및 측면 반사광(110)을 시준광(200)으로 변환한다. 제2 반사 패턴(RH2)은, 반사면(RS)과 함께 작용하여 제2 광원(LSC2)에서 제공된 입사광(100) 및 측면 반사광(110)을 시준광(200)으로 변환한다.

물리 광학적 측면에서 보면, 제1 반사 패턴(RH1)은 제1 광원(LSC1)이 위치한 거리를 초점으로 하는 포물선 형상의 거울의 절반에 해당한다. 또한, 제2 반사 패턴(RH2)은 제2 광원(LSC2)이 위치한 거리를 초점으로 하는 포물선 형상의 거울의 절반에 해당한다. 따라서, 제1 반사 패턴(RH1)과 제2 반사 패턴(RH2)을 홀로그래피 광학 소자로 형성할 경우에는, 서로 다른 패턴을 갖는다.

<제6 실시 예>

이하, 도 13a 및 13b를 참조하여, 본 발명의 제6 실시 예를 설명한다. 도 13a는 본 발명의 제6 실시 예에 의한 광 반사부를 나타낸 확대 측면도이다. 도 13b는 본 발며의 제6 실시 예에 의한 도광 필름의 구조를 나타내는 광 반사부 측면에서 바라본 좌측면도이다.

제6 실시 예에서는 홀로그래피 광학 소자 대신에 물리적 광학 소자를 사용한 경우를 설명한다. 제6 실시 예는 본 발명에서 사용하는 홀로그래피 광학 소자인 반사 패턴(RH)의 물리 광학적 배경을 설명하기 위한 것이다.

도 13a를 참조하면, 도광 필름(LGP)의 광 반사부에는 수직 시준 반사면(RSV)과 수평 시준 반사면(RSH)이 형성되어 있다. 수직 시준 반사면(RSV)은 앞에서 설명한 실시 예들에서 반사면(RS)과 동일하다. 앞에서 설명한 실시 예들과의 차이점은 반사 패턴(PH) 대신에 수평 시준 반사면(RSH)이 형성되어 있다는 것이다.

도 13a에서는 수평 시준 반사면(RSH)의 측면 구조에 대해서만 설명한다. 입사광(100)이 수직 시준 반사면(RSV)에서 반사되면서 수직 방향 즉, Z축 상에서 시준된 반사광(101)으로 변환된다. 반사광(101)은 수평 시준 반사면(RSH)에서 반사되어 수평 방향 즉, X축 상에서도 시준된 시준 반사광(201)으로 변환되어 수직 시준 반사면(RSV)으로 되돌아 온다. 이때, 시준 반사광(201)은 반사광(101)의 입사각보다 작은 각을 가져야 하므로, 반사광(101)과 수직 각도보다 큰 각도를 갖는 것이 바람직하다. 수평 시준 반사면(RSH)이 반사광(101)과 수직상태를 이룬다면, 시준 반사광(201)은 반사광(101)과 동일하게 되어, 광 진행부를 진행하면서 전반사되어 백 라이트(300)를 제공하지 못하기 때문이다.

한편, 수평 시준 반사면(RSH)은 입사광(100)들이 X축 상에서 시준되도록 해야 한다. 즉, 수평 시준 반사면(RSH)은, 광원(LS)이 위치하는 점을 초점으로 하는 포물선의 일부분에 대응하는 거울이어야 한다. 도 13b를 참조하면, 수평 시준 반사면(RSH)을 포물선의 일부분으로 도시하였다. 이 경우는, 포물선의 초점이 정 중앙에 놓이므로, 광원(LS)이 입사면(IS)의 중앙점에 위치한 경우에 해당한다. 즉, 제1 실시 예를 나타내는 도 6에 대응하는 광 반사부를 물리 광학적으로 표현한 것이다.

초박막형 백 라이트 유닛에 이와 같은 포물선 형상의 거울을 정밀하게 형성한다는 것은 상당히 어렵다. 따라서, 이전 실시 예들에서 설명한 바와 같이, 초박막형 백 라이트 유닛을 구현하기 위해서는, 홀로그래피 광학 소자를 이용하는 것이 바람직하다.

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.

TC: 탑 케이스 GP: 가이드 패널
LCDP: 액정표시 패널 OPT: 광학 필름
REF: 반사판 CASE: 광원 케이스
DIFF: 확산판 DIF: 확산시트
DIF1: 하부 확산시트 DIF2: 상부 확산시트
CB: 커버 버텀 LG: 도광판
DBLU: 직하형 백 라이트 유닛 EBLU: 에지형 백 라이트 유닛
LS: 광원 LSC: 방향성 광원
LSN: 산란 광원 LGP: 도광 필름
LG: 고 굴절 필름 LI: 저 굴절 필름
RS: 반사면 RH: 반사 패턴
VH: 출광 패턴 LA: 흡수 패턴
IS: 입사면 L1: 제1 장변
L2: 제2 장변 S1: 제1 단변
S2: 제2 단변 100: 입사광
200: 시준광 300: 백 라이트(출사광)

Claims

일측에 배치된 광 입사부, 타측에 배치된 광 반사부 및 상기 광 입사부와 상기 광 반사부를 연결하는 광 진행부를 포함하는 도광 필름;
상기 도광 필름의 상부 표면 위에 배치된 광 출사부; 그리고
상기 도광 필름의 상기 광 입사부 측에 배치된 광원을 포함하되,
상기 광 입사부는, 상기 광원에서 출사된 확산광 중에서 상기 광 진행부 내에서 전반사 조건을 충족하는 입사광을 상기 광 진행부로 전달하고,
상기 광 반사부는, 상기 광 진행부로부터 전달받은 상기 입사광을 시준광으로 변환하여 상기 광 진행부로 전달하고,
상기 광 출사부는, 상기 시준광의 일부를 백 라이트로 출광하고, 상기 시준광의 나머지를 반사하는 백 라이트 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 광 반사부에 배치되며, 상기 입사광을 수평 방향에서 시준하는 반사 패턴을 더 포함하며,
상기 도광 필름은,
상기 광 입사부, 상기 광 진행부 및 상기 광 반사부에 걸쳐 배치된 고 굴절 필름; 그리고
상기 광 반사부에 배치되며, 상기 입사광을 수직 방향에서 시준하는 반사면을 포함하고,
상기 광 출사부는,
상기 시준광의 일부를 상기 광 진행부의 외부로 출광하고, 나머지를 광 진행부로 반사하는 출광 패턴을 포함하며,
상기 고 굴절 필름의 굴절율은 상기 출광 패턴의 굴절율보다 큰 값을 갖는 백 라이트 유닛.
제 2 항에 있어서,
상기 반사면은, 상기 고 굴절 필름의 수평면에 대해 일정 각도 경사진 경사면 및 경사 원호면 중 어느 하나의 형상을 갖는 백 라이트 유닛.
제 3 항에 있어서,
상기 반사 패턴은,
상기 반사면 표면에 배치된 제1 반사 패턴; 그리고
상기 반사면과 대향하는 상기 고 굴절 필름의 상부 표면 위에 배치된 제2 반사 패턴 중 적어도 어느 하나를 포함하는 백 라이트 유닛.
제 2 항에 있어서
상기 반사 패턴은,
상기 시준광이, 상기 고 굴절 필름과 상기 출광 패턴과의 계면에서의 전반사 임계각도보다 작아 상기 출광 패턴으로 굴절 입사하며,
상기 출광 패턴으로 굴절 입사된 상기 시준광이, 상기 출광 패턴과 상부의 외부와의 계면에서의 전반사 임계각보다 작아 상기 외부로 굴절 및 상기 고 굴절 필름으로 반사가 이루어지는 입사 각도를 갖도록, 상기 시준광을 반사하는 백 라이트 유닛.
제 2 항에 있어서,
상기 도광 필름은,
상기 고 굴절 필름의 상부 표면과 면 접합하는 저 굴절 필름을 더 포함하되,
상기 저 굴절 필름의 굴절율은 상기 고 굴절 필름 및 상기 출광 패턴의 굴절율보다 작은 값을 갖는 백 라이트 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 광 입사부는,
상기 도광 필름의 상부 표면 위에, 상기 광원에서 제공하는 상기 확산광 중에서 상기 전반사 임계각보다 작은 입사각을 갖는 확산광을 흡수하는 흡수 패턴을 더 포함하는 백 라이트 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 도광 필름은,
서로 평행하게 대향하는 제1 장변 및 제2 장변; 그리고
서로 평행하게 대향하며 상기 제1 및 상기 제2 장변들과 직교하며, 상기 광 입사부에 배치된 제1 단변 및 상기 광 반사부에 배치된 제2 단변을 포함하고,
상기 광원은,
상기 제1 단변을 따라 배치된 적어도 하나 이상을 포함하는 백 라이트 유닛.
제 8 항에 있어서,
상기 광원은,
상기 제1 단변에서 상기 제1 및 상기 제2 장변 중 적어도 어느 하나와 인접하여 배치된 방향성 광원을 더 포함하는 백 라이트 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 출광 패턴은,
표면 그레이팅 패턴과 체적 그레이팅 패턴 중 어느 하나를 포함하는 백 라이트 유닛.
일측에 배치된 광 입사부, 타측에 배치된 광 반사부 및 상기 광 입사부와 상기 광 반사부를 연결하는 광 진행부를 포함하되,
상기 광 입사부는, 입사된 확산광 중에서 상기 광 진행부 내에서 전반사 조건을 충족하는 입사광을 상기 광 진행부로 전달하고,
상기 광 반사부는, 상기 광 진행부로부터 전달받은 상기 입사광을 시준광으로 변환하여 상기 광 진행부로 전달하는 도광 필름.
제 11 항에 있어서,
상기 광 입사부, 상기 광 진행부 및 상기 광 반사부에 걸쳐 배치된 고 굴절 필름;
상기 광 반사부에 배치되며, 상기 입사광을 수직 방향에서 시준하는 반사면;
상기 광 반사부에 배치되며, 상기 입사광을 수평 방향에서 시준하는 반사 패턴; 그리고
상기 고 굴절 필름의 상부 표면 위에 배치되며, 상기 시준광의 일부를 상기 광 진행부의 외부로 출광하고, 나머지를 광 진행부로 반사하는 출광 패턴을 포함하되,
상기 고 굴절 필름의 굴절율은 상기 출광 패턴의 굴절율보다 큰 값을 갖는 도광 필름.
제 12 항에 있어서,
상기 반사면은, 상기 고 굴절 필름의 수평면에 대해 일정 각도 경사진 경사면 및 경사 원호면 중 어느 하나의 형상을 갖는 도광 필름.
제 13 항에 있어서,
상기 반사 패턴은,
상기 반사면 표면에 배치된 제1 반사 패턴; 그리고
상기 반사면과 대향하는 상기 고 굴절 필름의 상부 표면 위에 배치된 제2 반사 패턴 중 적어도 어느 하나를 포함하는 도광 필름.
제 12 항에 있어서
상기 반사 패턴은,
상기 시준광이, 상기 고 굴절 필름과 상기 출광 패턴과의 계면에서의 전반사 임계각도보다 작아 상기 출광 패턴으로 굴절 입사하며,
상기 출광 패턴으로 굴절 입사된 상기 시준광이, 상기 출광 패턴과 상부의 외부와의 계면에서의 전반사 임계각보다 작아 상기 외부로 굴절 및 상기 고 굴절 필름으로 반사가 이루어지는 입사 각도를 갖도록, 상기 시준광을 반사하는 도광 필름.
제 12 항에 있어서,
상기 고 굴절 필름의 상부 표면과 면 접합하는 저 굴절 필름을 더 포함하되,
상기 저 굴절 필름의 굴절율은 상기 고 굴절 필름 및 상기 출광 패턴의 굴절율보다 작은 값을 갖는 도광 필름.
제 12 항에 있어서,
상기 출광 패턴은,
표면 그레이팅 패턴과 체적 그레이팅 패턴 중 어느 하나를 포함하는 도광 필름.
제 11 항에 있어서,
상기 광 입사부는,
상기 도광 필름의 상부 표면 위에, 상기 광원에서 제공하는 상기 확산광 중에서 상기 전반사 임계각보다 작은 입사각을 갖는 확산광을 흡수하는 흡수 패턴을 더 포함하는 도광 필름.
제 11 항에 있어서,
서로 평행하게 대향하는 제1 장변 및 제2 장변; 그리고
서로 평행하게 대향하며 상기 제1 및 상기 제2 장변들과 직교하며, 상기 광 입사부에 배치된 제1 단변 및 상기 광 반사부에 배치된 제2 단변을 포함하는 도광 필름.