KR20170024924A - 백라이트 유닛 및 이를 포함한 입체 영상 표시 장치 - Google Patents

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KR20170024924A
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Abstract

백라이트 유닛 및 이를 포함한 입체 영상 표시 장치가 개시된다.
개시된 백라이트 유닛은, 콜리메이팅 광과 퍼짐 광 하나를 선택적으로 출사시키는 조명계와, 상기 조명계로부터의 광을 안내하는 도광판과, 회절 소자를 포함하고, 상기 회절 소자가 상기 콜리메이팅 광의 도광판에 대한 입사각과 파장 중 적어도 하나에 따라 광의 출사 방향을 조절한다.

Description

백라이트 유닛 및 이를 포함한 입체 영상 표시 장치{Backlight unit and 3D image display apparatus}
예시적인 실시예는 2D 영상과 3D 영상의 전환이 가능하도록 하는 백라이트 유닛 및 이를 포함한 영상 표시 장치에 관한 것이다.
최근 들어 3D 영화가 많이 나오고 있고, 이에 따라 3차원 영상 표시 장치에 관련된 기술이 많이 연구 되고 있다. 3차원 영상 표시 장치는 양안시차를 기반으로 3차원 영상을 표시한다. 현재 상용화되고 있는 3차원 영상 표시 장치는 두 눈의 양안시차(binocular parallax)를 이용하는 것으로, 시점이 서로 다른 좌안용 영상과 우안용 영상을 시청자의 좌안과 우안에 각각 제공함으로써 시청자가 입체감을 느낄 수 있도록 한다. 이러한 3차원 영상 표시 장치에는 특수 안경을 필요로 하는 안경식 3차원 영상 표시 장치와 안경을 필요로 하지 않는 무안경식 3차원 영상 표시 장치가 있다.
안경형 3차원 영상 표시 장치는 영화관에서는 적청(Red-Green) 안경방식이 사용되며, TV의 경우에는 구현 방식에 따라 편광 안경 방식 또는 액정 셔터 방식으로 양분되어 있다. 무안경 3차원 영상 표시 장치는 구조에 따라 베리어(Barrier) 방식과 렌티큘러(Lenticular) 방식 등이 있으며, 영상 구현 방식에 따라, 멀티뷰 렌더링(Multiview rendering) 방식, 3차원 공간의 모든 정보를 담고 그것을 3차원 공간에 복셀(Voxel)로 표시하는 볼류메트릭(Volumetric) 방식, 곤충의 복안(파리눈) 모양 렌즈를 통해 맺히는 여러 각도에서의 영상을 촬영하고 이를 역으로 디스플레이 하는 인티그럴 이미징(Integral Imaging) 방식 및 홀로그래픽(Holographic) 방식 등이 있다.
예시적인 실시예는 2차원 영상과 3차원 영상의 전환이 가능하도록 된 백라이트 유닛을 제공한다.
예시적인 실시예는 2차원 영상과 3차원 영상의 전환이 가능하도록 된 백라이트 유닛을 포함한 입체 영상 표시 장치를 제공한다.
예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은,
콜리메이팅 광과 퍼짐 광 중 적어도 하나를 조사하는 광원부와, 상기 콜리메이팅 광과 퍼짐 광을 선택적으로 출사시키는 광 스위치를 포함하는 조명계;
상기 조명계로부터의 광을 안내하는 도광판; 및
상기 콜리메이팅 광의 도광판에 대한 입사각과 파장 중 적어도 하나에 따라 광의 출사 방향을 조절하고, 상기 퍼짐 광을 방향 조절 없이 통과시키도록 구성된 회절 소자;를 포함한다.
상기 광원부는 광을 조사하는 광원과, 콜리메이터를 포함할 수 있다.
상기 콜리메이터는 적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 상기 광 스위치는 상기 콜리메이터를 광축 상에 위치하거나 광축으로부터 벗어나도록 이동시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다.
상기 콜리메이터는 전기적 제어에 의해 동작하는 능동 광학 소자를 포함하고, 상기 광 스위치는 상기 콜리메이터를 전기적으로 ON-OFF 시키는 스위치를 포함할 수 있다.
상기 광원부는 퍼짐 광을 조사하는 제1광원부와, 콜리메이팅 광을 조사하는 제2광원부가 교대로 배열될 수 있다.
상기 제1광원부가 LED를 포함하고, 상기 제2광원부가 LD를 포함할 수 있다.
상기 제1광원부가 LED를 포함하고, 상기 제2광원부가 LED와, 상기 LED로부터의 광을 콜리메이팅시키는 콜리메이터를 포함할 수 있다.
상기 제1광원부가 LD와, 상기 LD로부터의 광을 산란시키는 산란자를 포함하고, 상기 제2광원부가 LD를 포함할 수 있다.
상기 광 스위치가 상기 제1광원부와 상기 제2광원부를 전기적으로 또는 기계적으로 ON-OFF 시키는 스위치를 포함할 수 있다.
상기 제1광원부가 백색광을 조사하고, 상기 제2광원부가 적어도 두 개의 다른 파장의 광을 조사할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은,
복수 개의 광원부;
상기 복수 개의 광원부로부터 출사된 광이 입사되어 전파되는 도광판;
상기 광원부와 도광판 사이에 구비된 것으로, 복수 개의 광원부로부터의 광을 콜리메이팅시켜 지향성을 가지게 하는 콜리메이터;
상기 콜리메이터의 동작을 스위칭하는 광 스위치; 및
상기 도광판에 구비된 것으로, 광의 입사각과 파장 중 적어도 하나에 따라 광의 경로를 변화시켜 광을 출사시키는 회절 소자;를 포함하고,
상기 광 스위치에 의해 상기 콜리메이터가 동작할 때, 상기 회절 소자에 의해 광의 출사 방향이 제어되고, 상기 광 스위치에 의해 상기 콜리메이터가 동작하지 않을 때 광의 출사 방향이 랜덤하게 될 수 있다.
상기 콜리메이터는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 콜리메이터는 하프 볼렌즈와 프레넬 렌즈를 포함할 수 있다.
광 스위치는 콜리메이터를 광 경로 상에 위치하도록 하거나 광 경로를 벗어나도록 이동시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다.
상기 콜리메이터는 전기적으로 변형 가능한 능동 광학 소자를 포함할 수 있다.
상기 콜리메이터는 액정층 또는 전기 습윤 소자를 포함할 수 있다.
상기 광 스위치는 콜리메이터를 전기적으로 ON-OFF 제어할 수 있는 액정 구동 스위치 또는 전기 습윤 소자 구동 스위치를 포함할 수 있다.
상기 지향성을 가지는 광은 5도 이하 범위의 콜리메이팅 각을 포함할 수 있다.
상기 광원은 LED 또는 LD를 포함할 수 있다.
상기 광원부는 도광판의 측면에 배치될 수 있다.
상과 광원부와 콜리메이터 사이 또는 상기 콜리메이터와 도광판 사이에 광의 경로를 변환하기 위한 광경로 변환부가 더 구비될 수 있다.
상기 도광판이 굽은(curved) 형상을 가질 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은,
제1광원과 제2광원이 교대로 배열된 광원 어레이들과, 상기 제1광원으로부터의 광을 콜리메이팅시켜 지향성을 가지게 하는 콜리메이터를 포함하는 광원부;
상기 광원부로부터 출사된 광이 입사되어 전파되는 도광판; 및
상기 도광판에 구비된 것으로, 광의 파장 및 입사각 중 적어도 하나에 따라 광의 경로를 변화시켜 광을 출사시키는 회절 소자;를 포함하고,
상기 제1광원이 ON일 때, 상기 제1광원으로부터의 제1광이 상기 회절 소자에 의해 광의 출사 방향이 제어되고, 상기 제2광원이 ON일 때, 상기 제2광원으로부터의 제2광의 도광판으로부터의 출사 방향이 랜덤하게 될 수 있다.
상기 백라이트 유닛은, 상기 제1광원과 콜리메이터 사이에 구비되어 상기 제1광원으로부터 광을 통과시키거나 차폐시키는 제1 광 스위치; 및
상기 제2광원과 도광판 사이에 구비되어 상기 제2광원으로부터 광을 통과시키거나 차폐시키는 제2 광 스위치;를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은,
LD 광원과 LED 광원이 교대로 배열된 광원 어레이들을 포함하는 광원부;
상기 광원부로부터 출사된 광이 입사되어 전파되는 도광판; 및
상기 도광판에 구비된 것으로, 광의 파장과 입사각 중 적어도 하나에 따라 광의 출광 방향을 조절할 수 있도록 구성된 회절 소자;를 포함하고,
상기 LD 광원이 ON 될 때, 상기 LD 광원으로부터의 제1광이 상기 회절 소자에 의해 광의 출사 방향이 제어되고, 상기 LED 광원이 ON 될 때, 상기 LED 광원으로부터의 제2광의 도광판으로부터의 출사 방향이 랜덤하게 될 수 있다.
상기 백라이트 유닛은, 상기 LD 광원과 도광판 사이에 구비되어 LD 광원으로부터의 광을 통과시키거나 차단시키는 제1 광 스위치; 및
상기 LED 광원과 도광판 사이에 구비되어 LED 광원으로부터의 광을 통과시키거나 차단시키는 제2 광 스위치;를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는,
콜리메이팅 광과 퍼짐 광 중 적어도 하나를 조사하는 광원부와, 상기 콜리메이팅 광과 퍼짐 광을 선택적으로 출사시키는 광 스위치를 포함하는 조명계;
상기 조명계로부터의 광을 안내하는 도광판; 및
상기 콜리메이팅 광의 도광판에 대한 입사각과 파장 중 적어도 하나에 따라 광의 출사 방향을 조절하고, 상기 퍼짐 광을 방향 조절 없이 통과시키도록 구성된 회절 소자; 및
상기 회절 소자를 통해 출사된 광을 이용하여 영상을 형성하는 디스플레이 패널;을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은 하나의 도광판을 이용하여 2차원 영상과 3차원 영상에 따라 광원을 전환할 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는 콜리메이팅 광과 퍼짐 광을 ON-OFF 스위칭하여 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 표시할 수 있고, 소형으로 제작될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛에 사용되는 콜리메이팅 광의 콜리메이팅 각을 나타낸 도면이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛의 콜리메이터가 단일 렌즈를 포함한 예를 도시한 것이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛의 콜리메이터가 복수 개의 렌즈를 포함한 예를 도시한 것이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛의 콜리메이터가 능동 광학 소자를 포함한 예를 도시한 것이다.
도 6은 도 5에 도시된 백라이트 유닛의 동작을 나타낸 것이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛과 산란자를 포함한 예를 도시한 것이다.
도 8은 다른 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 도 8에 도시된 백라이트 유닛의 조명계의 일 예를 도시한 것이다.
도 10은 도 8에 도시된 백라이트 유닛의 조명계의 다른 예를 도시한 것이다.
도 11은 도 10에 도시된 백라이트 유닛의 조명계에 산란자가 더 구비된 예를 도시한 것이다.
도 12는 도 8에 도시된 백라이트 유닛의 조명계의 다른 예를 도시한 것이다.
도 13은 도 8에 도시된 백라이트 유닛의 조명계의 또 다른 예를 도시한 것이다.
도 14는 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛의 조명계의 배열 구조를 변형한 예를 도시한 것이다.
도 15는 예시적인 실시예에 따른 조명계가 도광판의 복수 개의 측면 부에 구비된 예를 도시한 것이다.
도 16은 도 15에 도시된 백라이트 유닛의 일 예를 도시한 것이다.
도 17은 도 16에 도시된 백라이트 유닛의 콜리메이터를 OFF 했을 때, 2D 모드에서의 광 강도 균일도를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 것이다.
도 18은 도 16에 도시된 백라이트 유닛의 콜리메이터를 OFF 했을 때, 2D 모드에서의 칼라 좌표를 나타낸 것이다.
도 19는 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛을 포함한 입체 영상 표시 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 20은 굽은 백라이트 유닛을 포함한 입체 영상 표시 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 21은 도 19에 도시된 입체 영상 표시 장치가 칼라 필터를 더 구비한 예를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛 및 이를 포함한 입체 영상 표시 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "A가 B에 구비된"은 A가 B에 접촉 또는 비접촉식으로 구비되는 것으로 해석될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛(BLU)을 개략적으로 도시한 것이다. 백라이트 유닛(BLU)은 광을 조사하는 조명계(LS)와, 조명계(LS)로부터의 광을 안내하는 도광판(LGP)과, 도광판(LGP)에 구비된 회절 소자(D)를 포함한다.
조명계(LS)는 콜리메이팅 광(collimating light)과 퍼짐 광(diverging light) 중 적어도 하나를 조사하는 광원부(SU)와, 콜리메이팅 광과 퍼짐 광을 선택적으로 출사시키는 광 스위치(OS)를 포함할 수 있다. 콜리메이팅 광은 지향성(directivity)을 가지는 광을 나타낼 수 있다. 도 2는 콜리메이팅 광의 지향성을 도식적으로 나타낸 것으로, 광의 출사점으로부터 측정 면까지 광의 퍼짐 각도를 콜리메이팅 각(θ)이라고 한다. 예를 들어, 콜리메이팅 광은 5도 이하 범위의 콜리메이팅 각(θ)을 가질 수 있다. 예를 들어, 콜리메이팅 광은 4도 이하의 콜리메이팅 각을 가질 수 있다. 예를 들어, 콜리메이팅 광은 3도 이하의 콜리메이팅 각을 가질 수 있다.
광원부(SU)는 적어도 하나의 광원(S)을 포함할 수 있다. 콜리메이팅 광으로는, 광원(S) 자체에서 콜리메이팅된 광이 조사된 것을 사용하거나, 광원(S)에서 조사된 광을 콜리메이팅시킨 광을 사용할 수 있다. 예를 들어, 광원(S)이 레이저 다이오드일 때, 광원(S)이 콜리메이팅 광을 조사할 수 있다. 예를 들어, 퍼짐 광으로는 광원(S) 자체에서 퍼지는 광이 조사된 것을 사용하거나, 광원(S)에서 조사된 광을 산란 또는 확산시켜 사용할 수 있다. 예를 들어, 광원(S)이 LED(Light Emitting Diode)일 때, 광원(S)이 퍼짐 광을 조사할 수 있다.
광 스위치(OS)는 콜리메이팅 광과 퍼짐 광을 선택적으로 ON-OFF 제어하여 도광판(LGP)을 향해 출사시킬 수 있다. 콜리메이팅 광과 퍼짐 광을 ON-OFF 제어하는데 기계적 제어 방식 또는 전기적 제어 방식을 사용할 수 있다. 광 스위치(OS)의 제어 방식에 대해서는 후술하기로 한다.
도광판(LGP)은 조명계(LS)로부터의 광을 내부 전반사를 통해 안내하여 도광판(LGP) 상부로 출사되도록 할 수 있다.
회절 소자(D)는 콜리메이팅 광의 도광판에 대한 입사각과 파장 중 적어도 하나에 따라 광의 출사 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 도광판에 대한 광의 입사각은 도광판으로부터의 광의 출사 방향과 대응 관계를 가질 수 있다. 회절 소자(D)는 예를 들어, 도광판에서 회절 소자(D)로 입사하는 광의 방향과 파장 중 적어도 하나에 대응되는 복수 개의 그레이팅(G) 패턴을 가질 수 있다. 회절 소자(D)는 그레이팅(G)과 특정 파장의 광 사이에 상호 작용이 일어나고, 그레이팅의 간격(pitch), 및 광의 진행 방향 대비 그레이팅과의 상대적인 각도의 조합에 따라 광의 일부가 특정한 방향을 가지고 출광되도록 할 수 있다.
예를 들어, 회절 소자(D)는 복수 개의 영역을 포함하고, 각 영역에 대응되는 그레이팅 패턴을 가지고, 그레이팅 패턴에 따라 서로 다른 방향으로 광이 출사되도록 할 수 있다. 서로 다른 방향으로 출사된 광은 각각 서로 다른 뷰를 제공하여 3차원 영상을 표시할 수 있다. 여기서, 뷰는 시청자의 한 쪽 눈에 표시되는 영상을 나타낼 수 있다. 회절 소자(D)는 콜리메이팅 광에 대해서는 광의 출사 방향을 제어할 수 있고, 퍼짐 광에 대해서는 방향 제어 없이 통과되도록 할 수 있다. 즉, 퍼짐 광은 회절 소자(D)를 그대로 통과하여 확산될 수 있다. 광의 출사 방향이 제어되어 서로 다른 뷰를 제공하는 경우에는 3차원 영상이 표시되고, 광의 출사 방향의 조절 없이 회절 소자로부터 출사된 광은 2차원 영상을 표시할 수 있다. 그럼으로써, 하나의 도광판(LGP)을 이용하여 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 표시할 수 있다.
한편, 도광판(LGP)과 회절 소자(D)가 별개의 몸체로 제작되어 결합될 수 있다. 또는, 도광판(LGP)과 회절 소자(D)가 하나의 몸체로 제적되는 것도 가능하다. 예를 들어, 도광판(LGP)의 일면에 회절 그레이팅이 형성되어 회절 소자가 구비될 수 있다. 회절 그레이팅은 예를 들어, 나노임프린팅 리소그래피 방법에 의해 제작될 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고, 다양한 방식에 의해 제작될 수 있다.
도 3은 백라이트 유닛의 일 예를 도시한 것으로, 광원부(SU)가 광원(10)과, 콜리메이터(20)를 포함할 수 있다. 광원(10)은 예를 들어, 퍼짐 광을 조사할 수 있다. 광원(10)은 예를 들어, LED를 포함할 수 있다. 콜리메이터(20)는 광원(10)으로부터의 광을 콜리메이팅시켜 지향성을 가지도록 할 수 있다. 콜리메이터(20)는 예를 들어, 적어도 하나의 콜리메이팅 렌즈를 포함할 수 있다. 콜리메이팅 렌즈는 예를 들어, 볼록 렌즈, 혹은 볼록 렌즈들의 조합, 플라이 아이 렌즈, 특수 구조의 렌즈 등 다양하게 구현될 수 있다.
도 3에서는 광 스위치로서 콜리메이터(20)를 이동시키는 액츄에이터(30)가 구비될 수 있다. 도 3에서는 콜리메이터(20)를 기계적 구동 방식에 의해 이동시킴으로써 콜리메이팅 광과 퍼짐 광을 ON-OFF 제어하는 예를 도시한 것이다. 액츄에이터(30)는 콜리메이터(20)를 광축 상에 위치하거나 광축으로부터 벗어나도록 이동시킬 수 있다. 광 스위치의 동작을 설명하면, 액츄에이터(30)가 콜리메이터(20)를 광축으로부터 벗어나도록 이동시키면 광원(10)에서 나온 광은 콜리메이팅되지 않고 확산되어 도광판(LGP)으로 입사될 수 있다. 콜리메이터(20)를 광축으로부터 벗어나도록 이동시킬 때, 콜리메이터(20)가 광원(10)으로부터의 광을 간섭하지 않을 정도까지 이동시킬 수 있다. 확산된 광은 도광판(LGP)에서 전반사되어 회절 소자(D)로 입사되고, 회절 소자(D)는 확산된 광에 대해 회절 작용 없이 광을 출사시킬 수 있다.
액츄에이터(30)가 콜리메이터(20)를 광축 상에 오도록 이동시키면, 광원(10)에서 나온 광이 콜리메이터(20)에 의해 콜리메이팅되어 지향성을 가지고 도광판(LGP)에 입사될 수 있다. 도광판(LGP)에서 내부 전반사를 통해 지향성을 가지고 회절 소자(D)에 입사된 광은 회절 작용에 의해 그레이팅 패턴에 따라 복수 개의 뷰를 형성할 수 있다.
도 4를 참조하면, 콜리메이터(20)가 하프 볼 렌즈(half ball lens)(20-1)와 프레넬 렌즈(20-2)를 포함한 예를 도시한다. 콜리메이터(20)는 이 밖에도 다양한 형태로 변형 가능하다. 도 4에서도 콜리메이터(20)를 기계적 구동 방식에 의해 액츄에이터(30)를 이용하여 이동시킴으로써 콜리메이팅 광과 퍼짐 광을 선택적으로 통과시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 광원부(SU)가 광원(12)과, 전기적 제어에 의해 동작하는 콜리메이터(22)를 포함할 수 있다. 콜리메이터(22)가 전기적 제어에 의해 변형 가능한 능동 광학 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 콜리메이터(22)가 액정층 또는 전기 습윤 소자를 포함할 수 있다. 광 스위치(32)는 콜리메이터(22)를 전기적으로 ON-OFF 제어하는 광 스위치를 포함할 수 있다.
도 6은 콜리메이터(22)로 액정층이 사용된 예를 도시한 것이다. 콜리메이터(22)는 서로 마주 보게 배치된 제1기판(22a)과 제2기판(22b), 제1기판(22a)에 구비된 제1전극(22c), 제2기판(22b)에 구비된 제2전극(22d)을 포함할 수 있다. 제1기판(22a)과 제2기판(22b) 사이에 액정층(LC)이 구비될 수 있다. 콜리메이터(22)가 예를 들어, 도 6에 도시된 구조가 메트릭스 형태로 배열된 형태를 가질 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고 그 개수나 배열 구조는 다양하게 변형될 수 있다. 제1기판(22a)과 제2기판(22b)이 예를 들어, 투명한 유리 기판일 수 있다. 제1전극(22c)과 제2전극(22d)은 투명 전극일 수 있다. 제1전극(22c)이 스트라이프 형태의 독립 전극이고, 제2전극(33d)이 공통 전극일 수 있다.
광 스위치(32)가 제1전극(22c)과 제2전극(22d) 사이에 전압을 인가하지 않으면, 액정층(LC)이 광원(20)으로부터 나온 퍼짐 광을 그대로 투과시킬 수 있다. 여기서, 광 스위치(32)는 액정층(LC)에 전압을 ON-OFF 제어하는 액정 구동 스위치일 수 있다. 광 스위치(32)가 액정층(LC)에 전압을 인가하지 않으면 퍼짐 광은 복수 개의 뷰를 형성하지 않고, 시청자의 양안에 동일한 영상을 표시하므로 2D 영상이 표시될 수 있다(2D 모드). 광 스위치(32)가 액정층(LC)에 전압을 인가하면, 액정층(LC)이 렌즈 형태로 변형될 수 있다. 그러면, 액정 렌즈에 의해 광이 콜리메이팅될 수 있다. 콜리메이팅된 광이 회절 소자(D)에 의해 회절되어 복수 개의 뷰를 형성함으로써 3차원 영상이 표시될 수 있다(3D 모드).
도면에 도시되지는 않았지만, 전기 습윤 소자는 서로 다른 특성을 가지는 제1유체와 제2유체 사이의 경계 면을 전기적으로 가변시킬 수 있다. 전압에 의해 제1유체와 제2유체 사이의 경계 면의 형태를 변화시켜 렌즈 기능을 하도록 하거나, 투명판 기능을 하도록 할 수 있다. 여기서, 광 스위치(22)는 전기 습윤 소자를 전기적으로 ON-OFF 제어하는 전기 습윤 소자 구동 스위치일 수 있다. 전기 습윤 소자가 렌즈 기능을 할 때, 콜리메이터(22)가 ON 되어 광원으로부터의 광을 콜리메이팅시킬 수 있고, 전기 습윤 소자가 투명판 기능을 할 때 콜리메이터(22)가 OFF 되어, 광을 확산된 상태로 도광판(LGP)에 입사되도록 할 수 있다.
도 7에 도시된 백라이트 유닛의 광원부(SU)는 광원(110)과, 광원(110)으로부터의 광을 산란시키는 산란자(120)를 포함할 수 있다. 산란자(120)는 예를 들어, PCLC(polumer dispersed liquid crystal)를 포함할 수 있다. 광원(110)은 콜리메이팅 광을 출사시키는 것으로, 예를 들어, LD를 포함할 수 있다. 산란자(120)는 광원(110)으로부터 나온 광을 산란시켜 지향성이 없는 광으로 만들 수 있다. 그리고, 산란자(120)의 동작을 ON-OFF 제어할 수 있는 광 스위치(130)를 포함할 수 있다. 광 스위치(130)는 예를 들어, 산란자(120)를 이동시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다. 광 스위치(130)가 산란자(120)를 광축 상에 위치하도록 하면, 광원(110)으로부터 조사된 광이 산란자(120)를 통해 산란되어 도광판(LGP)으로 입사될 수 있다. 산란된 광은 도광판(LGP)에서 내부 전반사를 통해 랜덤하게 회절 소자(D)에 입사되어 회절 작용 없이 출사될 수 있다.
광 스위치(130)가 산란자(120)를 광축으로부터 벗어나도록 이동시키면, 광원(110)으로부터 조사된 콜리메이팅 광이 도광판(LGP)에 그대로 입사되고 도광판에서 내부 전반사를 통해 회절 소자(D)에 지향성을 가지고 입사되어 회절 작용을 함으로써 복수 개의 뷰를 형성할 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛(BLU)을 도시한 것이다. 백라이트 유닛(BLU)은 광을 조사하는 조명계(LS)와, 조명계(LS)로부터의 광을 안내하는 도광판(LGP)과, 도광판(LGP)으로부터의 광을 회절시키거나 광을 랜덤하게 출사시키는 회절 소자(D)를 포함할 수 있다. 조명계(LS)는 예를 들어, 도광판(LGP)의 측면에 배치될 수 있다.
조명계(LS)는 복수 개의 광원부와, 복수 개의 광원부로부터의 광을 차단하거나, 통과시키는 광 스위치(OS)를 포함할 수 있다.
복수 개의 광원부는 예를 들어, 제1광원부(SU1)와 제2광원부(SU2)가 교대로 배열된 어레이 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1광원부(SU1)가 콜리메이팅 광을 조사하고, 제2광원부(SU2)가 퍼짐 광을 조사할 수 있다. 그리고, 광스위치(OS)가 제1광원부(SU1)와 제2광원부(SU2)를 선택적으로 ON-OFF 제어함으로써 도광판(LGP)에 콜리메이팅 광을 제공하거나, 퍼짐 광을 제공할 수 있다. 도광판(LGP)에 콜리메이팅 광이 제공될 때, 콜리메이팅 광이 회절 소자(D)에 의해 회절되어 복수 개의 뷰를 형성할 수 있다. 도광판(LGP)에 퍼짐 광이 제공될 때, 퍼짐 광이 회절 소자(D)의 회절 작용 없이 진행되어 시청자의 좌안과 우안에 동일한 조명을 제공할 수 있다.
도 9는 어레이 구조의 복수 개의 광원부를 포함하는 백라이트 유닛의 일 예를 도시한 것이다.
조명계(LS)는 제1광원부(SU1)와 제2광원부(SU2)가 교대로 배열된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1광원부(SU1)는 퍼짐 광을 조사하는 제1광원(211)과, 제1광원(211)으로부터의 퍼짐 광을 콜리메이팅시키는 콜리메이터(220)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1광원(211)은 LED를 포함할 수 있다. 제1광원(211)을 전기적으로 ON-OFF 시키는 제1 광 스위치(231)가 구비될 수 있다. 제2광원부(SU2)는 퍼짐 광을 조사하는 제2광원(212)을 포함할 수 있다. 제2광원(212)은 예를 들어, LED를 포함할 수 있다. 그리고, 제2광원(212)을 전기적으로 ON-OFF시키는 제2 광 스위치(232)가 구비될 수 있다.
제1광원(211)이 ON 되고, 제2광원(212)이 OFF 일 때, 제1광원(211)으로부터 조사된 광이 콜리메이터(220)에 의해 콜리메이팅되어 도광판(LGP)으로 입사될 수 있다. 입사된 광은 회절 소자(D)에 의해 회절되어 복수 개의 뷰를 형성함으로써 3차원 영상을 표시할 수 있다. 제1광원(211)이 OFF되고, 제2광원(212)이 ON일 때, 제2광원(212)으로부터 조사된 광이 도광판(LGP)으로 입사되고, 광이 퍼짐 광이므로 회절 소자(D)에서 회절 작용 없이 출사될 수 있다. 그럼으로써, 2차원 영상을 표시하는 광이 제공될 수 있다.
도 10은 어레이 구조를 가지는 조명계(LS)의 다른 예를 도시한 것이다.
조명계(LS)는 제1광원부(SU1)와, 제1 광 스위치(261)와, 제2광원부(SU2)와 제2 광 스위치(262)를 포함할 수 있다. 제1광원부(SU1)가 제1광원(241)과, 콜리메이터(250)를 포함하고, 제2광원부(SU2)가 제2광원(242)을 포함할 수 있다. 콜리메이터(250)가 예를 들어, 하프볼 렌즈(251)와 프레넬 렌즈(252)를 포함할 수 있다. 제1광원부(SU1)와 제2광원부(SU2)가 교대로 배열될 수 있으며, 도 10에서는 편의상 한 세트의 제1광원부(SU1)와 제2광원부(SU2) 만을 도시한 것이다. 제1광원(241)과 제2광원(242)이 퍼짐 광을 조사하는 광원일 수 있다. 예를 들어, 제1광원(241)과 제2광원(242)이 LED를 포함할 수 있다.
제1 광 스위치(261)와 제2 광 스위치(262)가 예를 들어, 액정 구동 스위치일 수 있다. 액정 구동 스위치가 ON일 때 광을 통과시키고, 액정 구동 스위치가 OFF일 때 광을 차폐할 수 있다. 제1광원(241)과 제2광원(242)이 ON 되고, 제1 광 스위치(261)가 ON, 제2 광 스위치(262)가 OFF일 때, 제1광원(241)으로부터의 퍼짐 광이 제1 광 스위치(261)를 통과하고, 콜리메이터(250)를 통해 지향성을 가지고 도광판(미도시)에 입사될 수 있다. 제2광원(242)으로부터의 광은 제2 광 스위치(262)에 의해 차폐될 수 있다. 그럼으로써, 3차원 영상을 표시하는 3D 모드를 구현할 수 있다. 한편, 도 10에서는 제1 광 스위치(261)가 제1광원(241)과 콜리메이터(250) 사이에 배치된 예를 도시하였지만, 제1 광 스위치(261)가 콜리메이터(250) 다음에 배치되는 것도 가능하다.
제1광원(241)과 제2광원(242)이 ON 되고, 제1 광 스위치(261)가 OFF, 제2 광 스위치(262)가 ON일 때, 제1광원(241)으로부터의 퍼짐 광은 제1 광 스위치(261)에 의해 차폐되고, 제2광원(242)으로부터의 퍼짐 광이 제2 광 스위치(262)를 통과하고, 상기 퍼짐 광이 도광판(미도시)에 입사될 수 있다. 그럼으로써, 2차원 영상을 표시하는 2D 모드를 구현할 수 있다.
도 11은 도 10에 도시된 조명계에 산란자(270)를 더 구비한 예를 도시한 것이다.
산란자(270)는 제2 광 스위치(262) 다음에 배치되거나 제2 광원(242)과 제2 광 스위치(262) 사이에 배치될 수 있다. 산란자(270)는 제2 광원(242)으로부터 조사된 광을 산란시킴으로써 2D 모드를 구현할 수 있다. 한편, 도 11에서와 같이 콜리메이터(250)와 산란자(270)가 교대로 배열되는 경우, 제1광원(241)과 제2광원(242)은 퍼짐 광원 또는 콜리메이팅 광원 중 자유롭게 선택될 수 있다.
도 12는 조명계(LS)의 다른 예를 도시한 것이다.
조명계(LS)는 제1광원부(SU1)와 제2광원부(SU2)가 교대로 배열된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1광원부(SU1)는 콜리메이팅 광을 조사하는 제1광원(311)을 포함할 수 있다. 제2광원부(SU2)는 콜리메이팅 광을 조사하는 제2광원(312)과, 제2광원(312)으로부터의 콜리메이팅 광을 산란시키는 산란자(320)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1광원(311)과 제2광원(312)은 LD를 포함할 수 있다. 제1광원(311)을 전기적으로 ON-OFF 시키는 제1 광 스위치(331)가 구비될 수 있다. 제2광원(312)을 전기적으로 ON-OFF시키는 제2 광 스위치(332)가 구비될 수 있다.
제1광원(311)이 ON 되고, 제2광원(312)이 OFF 일 때, 제1광원(311)으로부터의 콜리메이팅 광이 도광판(LGP)으로 입사될 수 있다. 입사된 광은 회절 소자(D)에 의해 회절되어 복수 개의 뷰를 형성함으로써 3차원 영상을 표시할 수 있다. 제1광원(311)이 OFF되고, 제2광원(312)이 ON일 때, 제2광원(312)으로부터 조사된 콜리메이팅 광이 산란자(320)에 의해 산란되어 도광판(LGP)에 입사되고, 광이 퍼짐 광이므로 회절 소자(D)에서 회절 작용 없이 출사될 수 있다. 그럼으로써, 2차원 영상을 표시하는 광이 제공될 수 있다.
도 13은 조명계(LS)의 다른 예를 도시한 것이다.
조명계(LS)는 콜리메이팅 광을 조사하는 제1광원부(SU1)와, 제1광원부(SU1)를 스위칭하는 제1 광 스위치(OS1)와, 퍼짐 광을 조사하는 제2광원부(SU2)와, 제2광원부(SU2)를 스위칭하는 제2 광 스위치(OS2)를 포함할 수 있다. 제1광원부(SU1)는 예를 들어, LD를 포함하고, 제2광원부(SU2)는 예를 들어 LED를 포함할 수 있다. 제1 광 스위치(OS1)와 제2 광 스위치(OS2)는 예를 들어 제1광원부(SU1)와 제2광원부(SU2)를 전기적으로 ON-OFF 제어하는 스위치일 수 있다. 제1광원부(SU1)와 제2광원부(SU2)는 교대로 배열될 수 있다.
제1광원부(SU1)가 ON이고, 제2광원부(SU2)가 OFF일 때, 제1광원부(SU1)로부터의 콜리메이팅 광이 도광판(LGP)으로 입사되고, 회절 소자(D)에 의해 회절되어 복수 개의 뷰를 형성함으로써 3차원 영상을 표시할 수 있다. 제1광원부(SU1)가 OFF이고, 제2광원부(SU2)가 ON일 때, 제2광원부(SU2)로부터의 퍼짐 광이 도광판(LGP)으로 입사되고, 회절 소자(D)에서 회절 작용 없이 출사될 수 있다. 그럼으로써, 2차원 영상을 표시하는 광이 제공될 수 있다.
도 14는 조명계(LS)의 배치 구조를 변형한 예를 도시한 것이다. 여기서는, 콜리메이터로서 하프 볼 렌즈(HL)와 프레넬 렌즈(FL)가 사용된 예를 도시한다. 조명계(LS)는 광원(S)과, 하프 볼 렌즈(HL)와, 프레넬 렌즈(FL)를 포함할 수 있다. 그리고, 하프 볼 렌즈(HL)와 프레넬 렌즈(FL) 사이에 미러 또는 프리즘과 같은 광경로 변환기(OPC)가 구비될 수 있다. 광경로 변환기(OPC)는 광원(S)과 도광판(LGP) 사이의 공간을 다양한 형태로 사용할 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 광원(S)으로부터 도광판(LGP)까지의 광경로가 "L" 형으로 굽거나, "역L" 형으로 굽도록 광원(S), 하프 볼 렌즈(HL), 광 경로 변환기(OPC), 프레넬 렌즈(FL) 들을 배치할 수 있다. 여기서는, 광경로 변환기(OPC)가 하프 볼 렌즈(HL)와 프레넬 렌즈(FL) 사이에 배치된 예를 설명하였지만, 광경로 변환기(OPC)가 광원(S)과 하프 볼 렌즈(HL) 사이에 배치되거나, 프레넬 렌즈(FL)와 도광판(LGP) 사이에 배치되는 것도 가능하다. 하프 볼 렌즈(HL)와 프레넬 렌즈(FL) 대신에 다른 콜리메이터로 대체되는 것도 가능하다. 광경로 변환기(OPC)를 이용하여 도광판의 측면 공간을 효율적으로 사용할 수 있다. 한편, 프레넬 렌즈(FL)와 도광판(LGP) 사이에 광량을 조절하는 개구(OP)를 가지는 광학판(P)이 더 구비될 수 있다. 개구(OP)는 광량을 조절할 뿐만 아니라 도광판에 입사되는 광의 단면 형상을 조절하는 기능도 할 수 있다.
도 15는 두 개 이상의 서로 다른 파장의 광을 조사하는 광원을 구비한 백라이트 유닛을 도시한 것이다. 백라이트 유닛(BLU)은 두 개 이상의 서로 다른 파장의 광을 조사하는 복수 개의 조명계와, 도광판(LGP)과, 도광판(LGP)에 구비된 회절 소자(D)를 포함할 수 있다. 조명계는 예를 들어, 제1파장의 광을 조사하는 제1조명계(LS1), 제2파장의 광을 조사하는 제2조명계(LS2), 및 제3 파장의 광을 조사하는 제3조명계(LS3)을 포함할 수 있다. 제1조명계(LS1)가 도광판(LGP)의 제1측면(S1)에 인접하여 구비되고, 제2조명계(LS2)가 도광판(LGP)의 제2측면(S2)에 인접하여 구비되고, 제3조명계(LS3)가 제3측면(S3)에 인접하여 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1조명계(LS1)가 청색(Blue) 광을 조사하고, 제2조명계(LS2)가 적색(red) 광을 조사하고, 제3조명계(LS3)가 녹색(green) 광을 조사할 수 있다. 예를 들어, 적색 광은 17nm 이하의 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 가지고, 녹색 광은 33nm 이하의 반치폭을 가지고, 청색 광은 15nm 이하의 반치 폭을 가질 수 있다. 하지만, 이는 일 예일 뿐이며, 여기에 한정되는 것은 아니다.
제1조명계, 제2조명계, 제3조명계로부터의 광이 각각 소정 각도의 입사각을 가지고 도광판에 입사되도록 하고, 그 입사각과 파장 및 회절 소자의 그레이팅 패턴에 따라 회절 방향이 조절될 수 있다.
회절 소자(D)는 복수 개의 뷰에 대응되는 회절 패턴 영역(DPA)을 가질 수 있다. 또한, 각 회절 패턴 영역(DPA)은 각 칼라에 대응되는 회절 패턴(P)을 가질 수 있다. 예를 들어, 20개의 뷰를 가지는 영상을 표시할 때, 20개의 회절 패턴 영역(DPA)을 가지고, 각 회절 패턴 영역마다 복수 개의 칼라에 대응되는 복수 개의 회절 패턴을 가질 수 있다.
도광판의 서로 다른 방향에서 입사되는 칼라 광이 콜리메이팅 광일 때, 회절 소자에 의해 광의 출광 방향이 조절되어 3차원 칼라 영상을 표시할 수 있다. 도광판으로 입사하는 광이 퍼짐 광일 때, 광의 출광 방향이 랜덤하게 되어 2차원 칼라 영상을 표시할 수 있다.
한편, 제4조명계(LS4)가 도광판(LGP)의 제4측면(S4)에 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 제4조명계(LS4)는 녹색 광을 조사할 수 있다. 청색 광과, 적색 광에 비해 녹색 광의 광 효율이 상대적으로 적으므로, 녹색 광을 더 많이 조사함으로써 칼라 밸런스를 맞출 수 있다. 하지만, 조명계의 칼라 별 구성은 여기에 한정되는 것은 아니고, 다양한 형태로 변형될 수 있다. 도 15에 도시된 제1 내지 제4 조명계(LS1)(LS2)(LS3)(LS4)는 도 1 내지 도 14를 참조하여 설명한 조명계가 모두 적용될 수 있으며, 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 16은 두 개 이상의 서로 다른 파장의 광을 조사하는 광원을 구비한 백라이트 유닛의 다른 예를 도시한 것이다. 도 16에 도시된 백라이트 유닛(BLU)은 복수 개의 조명계와, 조명계로부터의 광을 안내하는 도광판(LGP), 및 회절 소자(D)를 포함할 수 있다. 복수 개의 조명계는 예를 들어 도광판의 제1 측면에 인접하여 구비된 제1조명계(LS1), 제2 측면에 인접하여 구비된 제2조명계(LS2), 제3 측면에 인접하여 구비된 제3조명계(LS3), 및 제4 측면에 인접하여 구비된 제4조명계(LS4)를 포함할 수 있다. 제1조명계(LS1)는 교대로 배열된 제1-1 광원부(SU1-1)와 제1-2 광원부(SU1-2)를 포함하고, 제1-1 광원부(SU1-1)를 ON-OFF 시키는 제1-1광스위치(OS1-1)와, 제1-2 광원부(SU1-2)를 ON-OFF 시키는 제1-2광스위치(OS2)가 구비될 수 있다. 제1-1 광원부(SU1-1)는 콜리메이팅된 제1 칼라 광, 예를 들어, 청색 광을 조사할 수 있다. 콜리메이팅된 제1 칼라 광은 광원 자체가 콜리메이팅 광을 조사한 광이거나, 콜리메이터에 의해 콜리메이팅된 광일 수 있다. 콜리메이팅 광을 조사하는 광원으로는 예를 들어, LD일 수 있다. 콜리메이터는 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
제1-2 광원부(SU1-2)는 예를 들어, 지향성이 없는 백색광을 조사하는 광원을 포함할 수 있다. 제1-1 광스위치(OS1-1)와, 제1-2 광스위치(OS1-2)는 도 1 내지 도 13을 참조하여 설명한 바와 실질적으로 동일하므로, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
제2조명계(LS2)는 교대로 배열된 제2-1 광원부(SU2-1)와 제2-2 광원부(SU2-2)를 포함하고, 제2-1 광원부(SU2-1)를 ON-OFF 시키는 제2-1광스위치(OS2-1)와, 제2-2 광원부(SU2-2)를 ON-OFF 시키는 제2-2광스위치(OS2-2)가 구비될 수 있다. 제2-1 광원부(SU2-1)는 콜리메이팅된 제2 칼라 광, 예를 들어, 적색 광을 조사할 수 있다. 콜리메이팅된 제2 칼라 광은 광원 자체가 콜리메이팅 광을 조사한 광이거나, 콜리메이터에 의해 콜리메이팅된 광일 수 있다. 제2-2 광원부(SU2-2)는 예를 들어, 지향성이 없는 백색광을 조사하는 광원을 포함할 수 있다.
제3조명계(LS3)는 교대로 배열된 제3-1 광원부(SU3-1)와 제3-2 광원부(SU3-2)를 포함하고, 제3-2 광원부(SU3-2)를 ON-OFF 시키는 제3-1광스위치(OS3-1)와, 제3-2 광원부(SU3-2)를 ON-OFF 시키는 제3-2광스위치(OS3-2)가 구비될 수 있다. 제3-1 광원부(SU3-1)는 콜리메이팅된 제3 칼라 광, 예를 들어, 녹색 광을 조사할 수 있다. 콜리메이팅된 제3 칼라 광은 광원 자체가 콜리메이팅 광을 조사한 광이거나, 콜리메이터에 의해 콜리메이팅된 광일 수 있다. 제3-2 광원부(SU3-2)는 예를 들어, 지향성이 없는 백색광을 조사하는 광원을 포함할 수 있다.
제4조명계(LS4)는 교대로 배열된 제4-1 광원부(SU4-1)와 제4-2 광원부(SU4-2)를 포함하고, 제4-2 광원부(SU4-2)를 ON-OFF 시키는 제4-1광스위치(OS4-1)와, 제4-2 광원부(SU4-2)를 ON-OFF 시키는 제4-2광스위치(OS4-2)가 구비될 수 있다. 제4-1 광원부(SU4-1)는 콜리메이팅된 제3 칼라 광, 예를 들어, 녹색 광을 조사할 수 있다. 콜리메이팅된 제3 칼라 광은 광원 자체가 콜리메이팅 광을 조사한 광이거나, 콜리메이터에 의해 콜리메이팅된 광일 수 있다. 제4-2 광원부(SU4-2)는 예를 들어, 지향성이 없는 백색광을 조사하는 광원을 포함할 수 있다.
제1-1 광원부(SU1-1), 제2-1 광원부(SU2-1), 제3-1 광원부(SU3-1), 제4-1 광원부(SU4-1)가 ON 이고, 제1-2 광원부(SU1-2), 제2-2 광원부(SU2-2), 제3-2 광원부(SU3-2), 제4-2 광원부(SU4-2)가 OFF일 때, 콜리메이팅 칼라 광이 도광판(LGP)을 통해 회절 소자(D)에 입사되어 출광 방향이 조절됨으로써 복수 뷰의 3차원 칼라 영상을 위한 광을 제공할 수 있다.
제1-1 광원부(SU1-1), 제2-1 광원부(SU2-1), 제3-1 광원부(SU3-1), 제4-1 광원부(SU4-1)가 OFF 이고, 제1-2 광원부(SU1-2), 제2-2 광원부(SU2-2), 제3-2 광원부(SU3-2), 제4-2 광원부(SU4-2)가 ON일 때, 지향성이 없는 백색 광이 도광판(LGP)과 회절 소자(D)를 통해 출광됨으로써 2차원 영상을 위한 광을 제공할 수 있다.
도 16에서 제1-1 광원부(SU1-1)와 제1-2 광원부(SU-2)가 교대로 배열된 예를 도시하였으나, 이 밖에 제1-1 광원부(SU-1)와 제1-2 광원부(SU-2)의 개수를 다양하게 변경하는 것도 가능하다. 예를 들어, 두 개의 제1-1 광원부(SU-1), 한 개의 제1-2 광원부(SU-2)를 번갈아 배열할 수 있다. 나머지 광원부들도 동일한 방식으로 배열될 수 있다.
도 17은 콜리메이팅 광을 OFF하고, 퍼짐 광(백색 광)을 조사한 상태에서 광 강도 균일도(Light intensity uniformity)를 시뮬레이션 한 것을 나타낸 것이다. X는 백라이트 유닛의 평면도에서 가로방향 거리를, Y는 세로 방향 거리를 나타낸다. 광 강도 균일도가 평균 71.62Mw/mm2에 대해 대략 ±1.98 Mw/mm2 범위의 편차를 나타내고, 대략 91% 정도이다. 도 18은 동일한 조건에서 색 좌표를 나타낸 것이다. 예를 들어, 백색 좌표(0.3,0.3)에서 대략 0.03 ±0.10 범위를 가진다.
도 19는 예시적인 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치를 도시한 것이다. 입체 영상 표시 장치는 조명계(LS)와, 조명계(LS)로부터의 광을 안내하는 도광판(LGP)과, 도광판(LGP)에 구비된 회절 소자(D) 및 영상을 형성하는 디스플레이 패널(DP)을 포함할 수 있다. 조명계(LS), 도광판(LGP), 및 회절 소자(D)는 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다. 디스플레이 패널(DP)은 예를 들어, 액정 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(DP)은 예를 들어, 메트릭스 구조로 배열된 복수 개의 픽셀을 포함할 수 있고, 복수 개의 픽셀은 각각 복수 개의 뷰에 대응되는 서브 픽셀들을 포함할 수 있다. 여기서, 뷰는 시청자의 한 쪽 눈에 보여지는 하나의 영상을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 20개의 뷰를 표시할 때, 각 픽셀은 20개의 서브 픽셀을 포함할 수 있고, 회절 소자(D)는 20개의 뷰를 위한 20개의 그레이팅 패턴을 포함할 수 있다.
한편, 디스플레이 패널(DP)이 칼라 영상을 표시할 때, 각 서브 픽셀은 칼라에 대응되는 칼라 서브 픽셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 서브 픽셀은 청색 서브 픽셀, 적색 서브 픽셀 및 녹색 서브 픽셀을 포함할 수 있다.
조명계(LS)는 콜리메이팅 광과 퍼짐 광을 선택적으로 출사시킬 수 있다. 회절 소자(D)는 콜리메이팅 광의 도광판에 대한 입사각과 파장 중 적어도 하나에 따라 광의 출사 방향을 조절하여 디스플레이 패널(DP)에 입사시킴으로써 3차원 영상을 표시할 수 있다. 또는, 회절 소자(D)는 퍼짐 광을 진행 방향의 조절 없이 디스플레이 패널(P)에 입사시킴으로써 2차원 영상을 표시할 수 있다. 이와 같이, 예시적인 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는 하나의 도광판을 포함하는 백라이트 유닛으로 2차원 영상과 3차원 영상을 전환할 수 있다. 2차원 영상과 3차원 영상을 위한 부품을 크게 증가시키지 않고 2D 모드와 3D 모드를 전환할 수 있도록 함으로써 입체 영상 표시 장치를 소형화할 수 있고, 제작 비용도 절감할 수 있다.
도 20을 참조하면, 입체 영상 표시 장치가 굽은(curved) 형태로 제작될 수 있다. 예를 들어, 도광판(LGP)과, 회절 소자(D)와, 디스플레이 패널(DP)이 굽은 형태로 제작되어 영상이 보다 자연스럽게 보여지도록 할 수 있다.
도 21은 도 19와 비교할 때, 칼라 필터(CF)가 더 구비된 입체 영상 표시 장치를 도시한 것이다. 예를 들어, 칼라 필터(CF)가 디스플레이 패널(DP)의 출광 방향 쪽에 배치될 수 있다. 디스플레이 패널(DP)에 의해 계조가 표현되고, 칼라 필터(CF)를 통해 칼라가 표현되어 3차원 칼라 영상 또는 2차원 칼라 영상이 표시될 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 예시적인 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
LS:조명계, SU,SU1,SU2:광원부
S,10,12,110:광원, OS,OS1,OS2,30,32,130:광 스위치
20,22,120,220,250:콜리메이터
LGP:도광판, D:회절소자
BLU:백라이트 유닛, DP:디스플레이 패널
CF:칼라 필터

Claims (36)

  1. 콜리메이팅 광과 퍼짐 광 중 적어도 하나를 조사하는 광원부와, 상기 콜리메이팅 광과 퍼짐 광을 선택적으로 출사시키는 광 스위치를 포함하는 조명계;
    상기 조명계로부터의 광을 안내하는 도광판; 및
    상기 콜리메이팅 광의 도광판에 대한 입사각과 파장 중 적어도 하나에 따라 광의 출사 방향을 조절하고, 상기 퍼짐 광을 방향 조절 없이 통과시키도록 구성된 회절 소자;를 포함하는 백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는 광을 조사하는 광원과, 콜리메이터를 포함하는 백라이트 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 콜리메이터는 적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 상기 광 스위치는 상기 콜리메이터를 광축 상에 위치하거나 광축으로부터 벗어나도록 이동시키는 액츄에이터를 포함하는 백라이트 유닛.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 콜리메이터는 전기적 제어에 의해 동작하는 능동 광학 소자를 포함하고, 상기 광 스위치는 상기 콜리메이터를 전기적으로 ON-OFF 시키는 스위치를 포함하는 백라이트 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는 퍼짐 광을 조사하는 제1광원부와, 콜리메이팅 광을 조사하는 제2광원부가 교대로 배열된 백라이트 유닛.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1광원부가 LED를 포함하고, 상기 제2광원부가 LD를 포함하는 백라이트 유닛.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1광원부가 LED를 포함하고, 상기 제2광원부가 LED와, 상기 LED로부터의 광을 콜리메이팅시키는 콜리메이터를 포함하는 백라이트 유닛.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1광원부가 LD와, 상기 LD로부터의 광을 산란시키는 산란자를 포함하고, 상기 제2광원부가 LD를 포함하는 백라이트 유닛.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 스위치가 상기 제1광원부와 상기 제2광원부를 전기적으로 또는 기계적으로 ON-OFF 시키는 스위치를 포함하는 백라이트 유닛.
  10. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1광원부가 백색광을 조사하고, 상기 제2광원부가 적어도 두 개의 다른 파장의 광을 조사하는 백라이트 유닛.
  11. 복수 개의 광원부;
    상기 복수 개의 광원부로부터 출사된 광이 입사되어 전파되는 도광판;
    상기 광원부와 도광판 사이에 구비된 것으로, 복수 개의 광원부로부터의 광을 콜리메이팅시켜 지향성을 가지게 하는 콜리메이터;
    상기 콜리메이터의 동작을 스위칭하는 광 스위치; 및
    상기 도광판에 구비된 것으로, 광의 입사각과 파장 중 적어도 하나에 따라 광의 경로를 변화시켜 광을 출사시키는 회절 소자;를 포함하고,
    상기 광 스위치에 의해 상기 콜리메이터가 동작할 때, 상기 회절 소자에 의해 광의 출사 방향이 제어되고, 상기 광 스위치에 의해 상기 콜리메이터가 동작하지 않을 때 광의 출사 방향이 랜덤하게 되는 백라이트 유닛.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 콜리메이터는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 백라이트 유닛.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 콜리메이터는 하프 볼렌즈와 프레넬 렌즈를 포함하는 백라이트 유닛.
  14. 제12항에 있어서,
    광 스위치는 콜리메이터를 광 경로 상에 위치하도록 하거나 광 경로를 벗어나도록 이동시키는 액츄에이터를 포함하는 백라이트 유닛.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 콜리메이터는 전기적으로 변형 가능한 능동 광학 소자를 포함하는 백라이트 유닛.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 콜리메이터는 액정층 또는 전기 습윤 소자를 포함하는 백라이트 유닛.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 광 스위치는 콜리메이터를 전기적으로 ON-OFF 제어할 수 있는 액정 구동 스위치 또는 전기 습윤 소자 구동 스위치를 포함하는 백라이트 유닛.
  18. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지향성을 가지는 광은 5도 이하 범위의 콜리메이팅 각을 포함하는 백라이트 유닛.
  19. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은 LED 또는 LD를 포함하는 백라이트 유닛.
  20. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원부는 도광판의 측면에 배치되는 백라이트 유닛.
  21. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상과 광원부와 콜리메이터 사이 또는 상기 콜리메이터와 도광판 사이에 광의 경로를 변환하기 위한 광경로 변환부가 더 구비된 백라이트 유닛.
  22. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도광판이 굽은(curved) 형상을 가지는 백라이트 유닛.
  23. 제1광원과 제2광원이 교대로 배열된 광원 어레이들과, 상기 제1광원으로부터의 광을 콜리메이팅시켜 지향성을 가지게 하는 콜리메이터를 포함하는 광원부;
    상기 광원부로부터 출사된 광이 입사되어 전파되는 도광판; 및
    상기 도광판에 구비된 것으로, 광의 파장 및 입사각 중 적어도 하나에 따라 광의 경로를 변화시켜 광을 출사시키는 회절 소자;를 포함하고,
    상기 제1광원이 ON일 때, 상기 제1광원으로부터의 제1광이 상기 회절 소자에 의해 광의 출사 방향이 제어되고, 상기 제2광원이 ON일 때, 상기 제2광원으로부터의 제2광의 도광판으로부터의 출사 방향이 랜덤하게 되는 백라이트 유닛.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1광원과 콜리메이터 사이에 구비되어 상기 제1광원으로부터 광을 통과시키거나 차폐시키는 제1 광 스위치; 및
    상기 제2광원과 도광판 사이에 구비되어 상기 제2광원으로부터 광을 통과시키거나 차폐시키는 제2 광 스위치;를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광 스위치는 액정 구동 스위치를 포함하는 백라이트 유닛.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 콜리메이터는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 백라이트 유닛.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 콜리메이터는 하프 볼렌즈와 프레넬 렌즈를 포함하는 백라이트 유닛.
  28. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지향성을 가지는 광은 5도 이하 범위의 콜리메이팅 각을 포함하는 백라이트 유닛.
  29. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1광원 및 제2광원은 LED 또는 LD를 포함하는 백라이트 유닛.
  30. 제24항에 있어서,
    상기 제2 광 스위치와 도광판 사이에 산란자(scatter)가 더 구비된 백라이트 유닛.
  31. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도광판이 굽은(curved) 형상을 가지는 백라이트 유닛.
  32. LD 광원과 LED 광원이 교대로 배열된 광원 어레이들을 포함하는 광원부;
    상기 광원부로부터 출사된 광이 입사되어 전파되는 도광판; 및
    상기 도광판에 구비된 것으로, 광의 파장과 입사각 중 적어도 하나에 따라 광의 출광 방향을 조절할 수 있도록 구성된 회절 소자;를 포함하고,
    상기 LD 광원이 ON 될 때, 상기 LD 광원으로부터의 제1광이 상기 회절 소자에 의해 광의 출사 방향이 제어되고, 상기 LED 광원이 ON 될 때, 상기 LED 광원으로부터의 제2광의 도광판으로부터의 출사 방향이 랜덤하게 되는 백라이트 유닛.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 LD 광원과 도광판 사이에 구비되어 LD 광원으로부터의 광을 통과시키거나 차단시키는 제1 광 스위치; 및
    상기 LED 광원과 도광판 사이에 구비되어 LED 광원으로부터의 광을 통과시키거나 차단시키는 제2 광 스위치;를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 LD 광원과 도광판 사이에 콜리메이터가 더 구비된 백라이트 유닛.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 LED 광원과 도광판 사이에 산란자가 더 구비된 백라이트 유닛.
  36. 제1항 내지 제8항, 제11항 내지 제17항, 제23항 내지 제27항, 제32항 내지 제35항 중 어느 한 항에 기재된 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛을 통해 출사된 광을 이용하여 영상을 형성하는 디스플레이 패널;을 포함하는 입체 영상 표시 장치.
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