KR20170027928A - 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

백라이트 유닛은 광을 수신하는 적어도 하나의 입광면, 입광면으로부터 절곡된 출광면, 및 입광면으로부터 절곡되고 출광면과 평행한 배면을 포함하는 광 가이드 부재, 입광면에 광을 제공하는 광원, 및 배면에 배치되고, 출광면과 평행한 평면상에서 복수의 영역들로 구분되어 영역들마다 전계가 형성되는 굴절률 제어 부재를 포함하고, 영역들 각각은 인가되는 전계에 따라 제1 굴절률을 가진 제1 상태 또는 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 가진 제2 상태로 제어된다.

Description

백라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시장치{BACKLIGHT UNIT AND DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것으로, 상세하게는 로컬 디밍 제어가 가능한 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(Flat PanelDisplay) 중 하나로, 광을 공급하는 백라이트 유닛(Backlight Unit)이 요구된다.
백라이트 유닛은 광원블록의 위치에 따라 에지형 백라이트 유닛과 직하형 백라이트 유닛으로 구분된다. 에지형 백라이트 유닛에서는 광원블록이 표시 패널의 측면에 구비되는 반면, 직하형 백라이트 유닛에서는 광원블록이 표시 패널의 배면에 구비된다.
한편, 액정 표시 장치의 소비 전력을 감소시키기 위하여 복수의 영역들 중 필요한 영역의 밝기만 변화시키는 로컬 디밍(local dimming) 기술이 다양한 측면에서 개발되고 있다.
따라서, 본 발명은 로컬 디밍 제어가 가능한 에지형 백라이트 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 광을 수신하는 적어도 하나의 입광면, 상기 입광면으로부터 절곡된 출광면, 및 상기 입광면으로부터 절곡되고 상기 출광면과 평행한 배면을 포함하는 광 가이드 부재, 상기 입광면에 광을 제공하는 광원, 및 상기 배면에 배치되고, 상기 출광면과 평행한 평면상에서 복수의 영역들로 구분되어 상기 영역들마다 전계가 형성되는 굴절률 제어 부재를 포함한다.
상기 영역들 각각은 인가되는 전계에 따라 제1 굴절률을 가진 제1 상태 또는 상기 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 가진 제2 상태로 제어된다.
상기 제1 굴절률은 상기 광 가이드 부재의 굴절률과 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 제2 굴절률은 상기 제1 굴절률보다 낮을 수 있다.
상기 굴절률 제어 부재는, 굴절률 이방성 물질들을 포함하는 굴절률 제어층, 상기 굴절률 제어층 하측에 배치된 제1 전극층, 및 상기 굴절률 제어층 상측에 배치된 제2 전극층을 포함하고, 상기 굴절률 제어 부재는 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층이 형성하는 전계에 따라 상기 굴절률 제어층의 굴절률을 제어할 수 있다.
상기 굴절률 이방성 물질들은 상기 제1 상태에서 제1 방향으로 정렬되고, 상기 제2 상태에서 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 정렬될 수 있다.
상기 제2 전극층은 상기 광 가이드 부재와 접촉하고, 상기 제2 전극층은 상기 제1 굴절률을 가질 수 있다.
상기 굴절률 제어층은 액정(liquid crystal)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 중 적어도 어느 하나는 상기 영역들에 각각 배치된 복수의 전극들을 포함하고, 상기 전극들은 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
상기 제1 전극층을 구성하는 상기 전극들 중 상기 제1 영역에 대응되는 제1 전극과 상기 전극들 중 상기 제2 영역에 대응되는 제2 전극은 서로 상이한 전압들을 인가받을 수 있다.
상기 굴절률 제어 부재는, 상기 제1 전극층 하측에 배치된 반사층을 더 포함할 수 있다.
상기 반사층은 입사광을 확산 반사시킬 수 있다.
상기 광원은 상기 입광면을 따라 배열된 복수의 발광 다이오드들을 포함할 수 있다.
상기 광원은 복수로 구비되고, 상기 복수의 광원들은 상기 광 가이드 부재를 사이에 두고 서로 이격되어 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 표시 부재, 광을 수신하는 적어도 하나의 입광면, 상기 입광면으로부터 절곡되어 상기 표시 부재와 마주하는 출광면, 및 상기 입광면으로부터 절곡되고 상기 출광면과 평행한 배면을 포함하는 광 가이드 부재, 상기 입광면에 광을 제공하는 광원, 및 상기 배면에 배치되고, 상기 출광면과 평행한 평면상에서 복수의 영역들로 구분되어 상기 영역들마다 전계가 형성되는 굴절률 제어 부재를 포함하고, 상기 영역들 각각은 인가되는 전계에 따라 제1 굴절률을 가진 제1 상태 또는 상기 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 가진 제2 상태로 제어된다.
상기 표시 부재는 복수의 화소들을 포함하고, 화소들은 상기 영역들 각각에 적어도 둘 이상 대응되고, 상기 굴절률 제어 부재는 각 영역들에 대응되는 화소들이 표시하는 영상에 대응하여 제1 상태 또는 제2 상태를 제어하기 위한 전계를 형성할 수 있다.
상기 굴절률 제어 부재는, 굴절률 이방성 물질들을 포함하는 굴절률 제어층, 상기 굴절률 제어층 하측에 배치된 제1 전극층, 및 상기 굴절률 제어층 상측에 배치된 제2 전극층을 포함하고, 상기 굴절률 이방성 물질들은 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 사이의 전계에 따라 방향성이 제어되고, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태에서 상기 굴절률 이방성 물질들의 방향성은 서로 상이할 수 있다.
상기 제1 전극층은 상기 영역들 각각에 대응하는 복수의 전극들을 포함하고, 상기 전극들 중 상기 제1 영역에 대응하는 제1 전극과 상기 제2 영역에 대응하는 제2 전극은 서로 다른 전압들을 각각 인가받을 수 있다.
제2 전극층은 상기 광 가이드 부재와 접촉하고, 상기 제2 전극층은 상기 제1 굴절률을 가질 수 있다.
상기 굴절률 제어층은 액정을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 에지형 광원 배열을 가진 백라이트 유닛에서도 2차원의 로컬 디밍 제어가 가능하다. 이에 따라, 직하형 광원 배열이 아닌 에지형 광원 배열을 이용할 수 있어 소비 전력이 감소될 수 있다. 또한, 전압 차이를 이용한 굴절률 제어를 통해 로컬 디밍 제어가 가능하므로, 로컬 디밍 제어 방법이 단순화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 부재를 간략히 도시한 투영 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 자른 단면도들이다.
도 6은 굴절률 제어 부재의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 사시도이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 7에 도시된 백라이트 유닛의 평면도들이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 단면도들이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절률 제어 부재의 단면도들이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 블록도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 부재를 간략히 도시한 투영 사시도이다.
표시장치는 표시 부재(100), 백라이트 유닛(BLU), 하부 수납 부재(500L) 및 상부 수납 부재(500U)를 포함한다. 한편, 표시장치는 표시 부재(100) 및 백라이트 유닛(BLU)을 구동시키기 위한 구동 회로부를 포함할 수 있다. 구동 회로부는 신호 제어부(10), 게이트 구동부(20), 데이터 구동부(30), 및 백라이트 유닛 제어부(40)를 포함할 수 있다.
표시 부재(100)는 외부로부터 전기적 신호를 인가받아 영상을 표시한다. 표시 부재(100)는 다양한 실시예를 포함할 수 있다. 예를 들어, 표시 부재(100)는 액정 표시패널(Liquid crystal display panel), 전기 영동 표시패널(Electrophoretic display panel), 또는 전기 습윤 표시패널(Electrowetting display panel)일 수 있다.
본 실시예에서, 표시 부재(100)는 액정 표시패널을 포함하는 경우를 예시적으로 설명한다. 한편, 액정 표시패널은 VA(Vertical Alignment)모드, PVA(Patterned Vertical Alignment) 모드, IPS(in-plane switching) 모드 또는 FFS(fringe-field switching) 모드, 및 PLS(Plane to Line Switching) 모드 등 중 어느 하나의 패널일 수 있다. 본 실시예에서 설명하는 액정 표시패널은 특정한 모드의 패널로 제한되지 않는다.
도 3을 참조하면, 표시 부재(100)는 제1 기판(110), 제2 기판(120), 및 액정층(130)을 포함할 수 있다. 제1 기판(110) 및 제2 기판(120) 중 적어도 어느 하나의 기판에 신호배선들(DL, GL) 및 박막 트랜지스터(Tr)가 배치된다.
액정층(130)은 액정 커패시터(CLC)의 일 구성요소가 된다. 액정 커패시터(CLC)에 의해 액정층(130)을 투과하는 광량이 결정될 수 있다. 스토리지 커패시터(CST)는 액정 커패시터(CLC)를 보조한다.
도 3에 도시된 것과 같이, 표시 부재(100)는 복수의 화소영역들(PXA) 및 주변영역(LSA)으로 구분될 수 있다. 화소영역들(PXA)에는 화소들(PX)이 각각 배치된다. 화소영역들(PXA)은 액정층(130)의 상태에 따라 광이 투과되거나 차단된다.
주변영역(LSA)은 화소영역들(PXA)에 인접한다. 주변영역(LSA)은 광을 차단한다. 이에 따라, 주변영역(LSA)에 배치된 각종 신호배선들이 외부에서 시인되는 것을 방지하고, 주변영역(LSA)으로의 빛샘 현상을 방지할 수 있다.
표시 부재(100)는 액정층(130)의 투과율을 제어하여 영상을 표시한다. 표시 부재(100)는 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)이 정의하는 평면상에서 복수의 화소 영역들(PXA) 및 화소 영역들(PXA)에 인접한 주변영역(LSA)으로 구분될 수 있다. 화소 영역들(PXA)에는 화소들이 각각 배치된다.
표시 부재(100)는 복수의 신호 배선들 및 신호 배선들에 각각 연결된 복수의 화소들을 포함한다. 신호 배선들은 제1 기판(110) 및 제2 기판(120) 중 적어도 어느 하나의 기판에 배치된다. 도 2에는 일 화소(PX)를 예시적으로 도시하였다.
신호 배선들은 복수의 게이트 라인들 및 복수의 데이터 라인들을 포함한다. 게이트 라인들과 데이터 라인들은 서로 절연 교차한다. 화소(PX)는 게이트 라인들 중 대응하는 게이트 라인(GL)에 연결되고 데이터 라인들 중 대응하는 데이터 라인(DL)에 연결된다.
표시장치는 표시 부재(100) 및 백라이트 유닛(BLU)을 구동시키기 위한 구동 회로부를 포함할 수 있다. 구동 회로부는 신호 제어부(10), 게이트 구동부(20), 데이터 구동부(30), 및 백라이트 유닛 제어부(40)를 포함할 수 있다.
신호 제어부(10)는 외부로부터 입력 영상신호들(RGB)을 수신하고, 입력 영상신호들(RGB)을 표시 부재(100)의 동작에 부합하는 영상데이터들(RGB')로 변환한다. 또한, 신호 제어부(10)는 각종 제어신호(CS), 예를 들면 수직동기신호, 수평동기신호, 메인 클럭신호, 및 데이터 인에이블신호 등을 입력받고, 제1 내지 제3 제어신호들(CONT1, CONT2, CONT3)을 출력한다.
게이트 구동부(20)는 제1 제어신호(CONT1)에 응답하여 게이트 라인들에 게이트 전압들을 출력한다. 이때, 게이트 전압들은 게이트 라인들에 순차적으로 입력될 수 있다.
제1 제어신호(CONT1)는 게이트 구동부(20)의 동작을 개시하는 수직개시신호, 게이트 전압들의 출력 시기를 결정하는 게이트 클럭신호, 및 게이트 전압의 온 펄스폭을 결정하는 출력 인에이블 신호 등을 포함한다.
데이터 구동부(30)는 제2 제어신호(CONT2) 및 영상데이터들(RGB')을 푸신한다. 데이터 구동부(30)는 영상데이터들(RGB')을 데이터 전압들로 변환하여 데이터 라인들에 제공한다.
제2 제어신호(CONT2)는 데이터 구동부(30)의 동작을 개시하는 수평개시신호, 데이터 신호들의 극성을 반전시키는 반전 신호 및 데이터 구동부(30)로부터 데이터 전압들이 출력되는 시기를 결정하는 출력지시신호 등을 포함한다.
제3 제어신호(CONT3)는 백라이트 유닛 구동부(40)를 구동시킨다. 백라이트 유닛 구동부(40)는 입력 영상신호들(RGB), 제어 신호(CS), 및 제3 제어신호(CONT3)를 수신하여 제4 제어신호(CONT4)를 출력한다.
백라이트 유닛 구동부(40)는 신호 제어부(10)와 동기화될 수 있다. 백라이트 유닛 구동부(40)는 외부의 시스템 보드에 실장되거나 신호 제어부(10) 내에 내장될 수도 있다.
백라이트 유닛(BLU)은 제4 제어신호(CONT4)를 제공받아 소정의 영역들마다 출력되는 휘도를 제어할 수 있다. 제4 제어신호(CONT4)는 입력 영상신호들(RGB) 및 제어 신호(CS)를 기초로 생성된다. 이에 따라, 백라이트 유닛(BLU)은 표시 부재(100)가 표시하는 영상에 따라 표시 부재(100)에 제공하는 광의 휘도를 제어할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
화소(PX)는 적어도 적어도 하나의 박막 트랜지스터(Tr), 액정 커패시터(CLC), 및 스토리지 커패시터(CST)를 포함한다. 한편, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 부재(100)에 있어서, 스토리지 커패시터(CST)는 생략될 수도 있다.
박막 트랜지스터(Tr)는 게이트 라인(GL)에 연결된 제어 전극, 데이터 라인에 연결된 입력 전극, 및 액정 커패시터(CLC)에 연결된 출력 전극을 포함한다. 박막 트랜지스터(Tr)는 게이트 라인(GL)으로부터 제공받은 전압에 따라 온/오프 되고, 데이터 라인(DL)으로부터 제공받은 전압을 액정 커패시터(CLC)에 전달한다.
게이트 라인(GL)에 게이트 전압이 인가되면, 이에 동기 하여 데이터 라인(DL)에 데이터 전압이 인가된다. 이에 따라, 게이트 라인(GL)에 연결된 박막 트랜지스터(Tr)는 해당 게이트 전압에 응답하여 턴-온 된다.
턴-온된 박막 트랜지스터(Tr)가 연결된 데이터 라인(DL)으로 데이터 신호가 인가되면, 인가된 데이터 신호는 턴-온된 박막 트랜지스터(Tr)를 거쳐 액정 커패시터(CLC)와 스토리지 커패시터(CST)에 충전된다.
액정 커패시터(CLC)는 충전된 전압에 따라 액정의 광 투과율을 조절한다. 스토리지 커패시터(CST)는 상기 박막 트랜지스터(Tr)가 턴-온될 때 데이터 전압을 충전하고, 박막 트랜지스터(Tr)가 턴-오프될 때 충전된 데이터 전압을 액정 커패시터(CLC)에 인가하여 액정 커패시터(CLC)의 충전을 유지시킨다. 이에 따라 표시 부재(100)는 영상을 표시할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 백라이트 유닛(BLU)은 광원, 광 가이드 부재(300), 및 굴절률 제어 부재(400)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 광원은 제2 방향(DR2)에서 서로 이격되어 배치되는 제1 광원(210) 및 제2 광원(220)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 광 가이드 부재(300)를 통해 가이드되는 광이 효과적으로 혼합되거나 추출될 수 있다.
제1 및 제2 광원들(210, 220) 각각은 광을 생성한다. 제1 및 제2 광원들(210, 220) 각각은 적어도 하나의 발광 소자 및 발광 소자에 연결된 회로 기판을 포함할 수 있다. 발광 소자는 회로 기판과 전기적으로 연결되어 회로 기판으로부터 전기적 신호를 수신하여 광을 생성한다.
제1 및 제2 광원들(210, 220) 각각은 다양한 발광 소자들을 포함할 수 있으며, 어느 하나의 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 및 제2 광원들(210, 220) 각각은 발광 다이오드(Light emitting diode, LED), 냉음극관(Cold cathode fluorescent lamp, CCFL), 또는 외부전극 형광램프(External electrode fluorescent lamp, EEFL)일 수 있다. 제1 및 제2 광원들(210, 220)은 서로 다른 발광 소자들을 포함할 수도 있으며, 어느 하나의 실시예에 한정되지 않는다.
본 명세서에서는 제1 및 제2 광원들(210, 220) 각각이 복수의 발광 다이오드들을 포함한 실시예를 도시하였다. 제1 및 제2 광원들(210, 220) 각각은 단색 또는 혼합된 색의 광을 생성할 수 있으며, 발광 소자들마다 다른 색의 광을 생성할 수도 있다.
한편, 도 1에서 제1 및 제2 광원들(210, 220) 각각은 하나의 회로 기판을 통해 발광 소자들을 제어한다. 다만, 이는 예시적인 것이고, 제1 및 제2 광원들(210, 220) 각각은 발광 소자들마다 다른 회로 기판들을 통해 전기적 신호를 제공하여 발광 소자들 각각을 제어할 수도 있다.
제1 및 제2 광원들(210, 220) 각각은 광 가이드 부재(300)의 측면에 배치된다. 제1 광원(210)은 광 가이드 부재(300)의 일 측면에 광을 제공하고, 제2 광원(220)은 광 가이드 부재(300)의 일 측면과 대향하는 타 측면에 광을 제공한다.
한편, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 광원(210) 및 제2 광원(220) 중 어느 하나의 광원은 생략될 수 있고, 또는, 광 가이드 부재(300)의 나머지 측면들에 광을 제공하기 위한 광원들을 더 포함할 수도 있으며, 어느 하나의 실시예에 한정되지 않는다.
광 가이드 부재(300)는 입사하는 광을 가이드 하여 광의 경로를 변화시킨다. 광 가이드 부재(300)는 복수의 면들을 포함하는 플레이트(plate) 형상을 가질 수 있다.
광 가이드 부재(300)는 표시 부재(100)를 향하는 제1 면, 굴절률 제어 부재(400)를 향하는 제2 면, 및 제1 면과 제2 면을 연결하는 복수의 연결면들을 포함할 수 있다. 이때, 제1 면은 출광면으로 정의되고, 제2 면은 배면으로 정의된다. 또한, 연결면들 중 광원과 마주하는 면은 입광면으로 정의될 수 있다. 이에 따라, 광 가이드 부재(300)에는 제2 방향(DR2)에서 서로 대향하는 두 개의 입광면들이 정의될 수 있다.
광 가이드 부재(300)는 입광면들을 통해 제1 및 제2 광원들(210, 220)로부터 광을 수신한다. 수신된 광은 출광면을 통해 표시 부재(100)에 제공될 수 있다. 표시 부재(100)는 백라이트 유닛(BLU)으로부터 제공받은 광을 이용하여 사용자에게 영상을 제공한다.
굴절률 제어 부재(400)는 광 가이드 부재(300)의 배면에 배치된다. 굴절률 제어 부재(400)는 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)이 정의하는 평면상에서 영역마다 굴절률을 제어할 수 있다.
예를 들어, 굴절률 제어 부재(400)는 평면상에서 서로 다른 굴절률을 가진 영역들로 구분될 수 있다. 굴절률 제어 부재(400)의 굴절률에 따라 광 가이드 부재(300)의 광 가이드 경로가 달라질 수 있다. 이에 따라, 백라이트 유닛(BLU)은 영역마다 출광되는 광량이 달라질 수 있다. 이에 관한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
하부 수납부재(500L)는 바닥부(500L-10) 및 측벽부(500L-20)를 포함한다. 측벽부(500L-20)는 바닥부(500L-10)로부터 상측(DR3, 이하 제3 방향)으로 절곡된다. 바닥부(500L-10) 및 측벽부(500L-20)는 소정의 내부 공간을 정의한다. 내부 공간에는 표시 부재(100), 백라이트 유닛(BLU), 및 미도시된 구동 회로부가 수용될 수 있다.
상부 수납부재(500U)는 측벽부(500U-10) 및 상부(500U-20)를 포함한다. 상부(500U-20)에는 소정의 개구부(500U-OP)가 정의된다. 상부(500U-20)는 표시 부재(100)를 부분적으로 커버한다. 사용자는 개구부(500U-OP)를 통해 표시 부재(100)에 표시되는 영상을 시인한다.
측벽부(500U-10)는 상부(500U-20)로부터 하측 방향으로 절곡된다. 측벽부(500U-10)는 표시장치의 측면을 정의한다. 측벽부(500U-10)는 하부 수납부재(500L)를 에워쌀 수 있다. 하부 수납부재(500L)와 상부 수납부재(500U)는 서로 결합되어 표시장치의 외면을 정의한다.
한편, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 표시장치는 다양한 형태의 수납부재들을 포함할 수 있다. 수납부재들은 표시 부재(100), 백라이트 유닛(BLU)을 수용할 수 있다면 다양한 형태로 제공될 수 있으며, 어느 하나의 실시예에 한정되지 않는다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 사시도이다. 도 5a 및 도 5b는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 자른 단면도들이다. 도 6은 굴절률 제어 부재(400)의 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 다른 상태의 굴절률 제어 부재를 도시하였다. 도 6에는 굴절률 제어 부재(400)와 표시 부재(100: 도 1 참조)와의 관계를 도시하였다.
도 4 내지 도 5b에는 용이한 설명을 위해 제1 광원(210)을 구성하는 4 개의 발광 소자들(L11, L12, L13, L14) 및 제2 광원(220)을 구성하는 4 개의 발광 소자을 예시적으로 도시하였다. 이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(BLU)을 살펴본다. 한편, 도 1 내지 도 3에서 도시한 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고 중복된 설명은 생략한다.
굴절률 제어 부재(400)는 평면상에서 복수의 발광 영역들로 구분될 수 있다. 발광 영역들은 평면상에서 매트릭스 형상으로 배열될 수 있다. 굴절률 제어 부재(400)는 발광 영역들마다 굴절률을 제어할 수 있다. 이에 따라, 백라이트 유닛(BLU)은 발광 영역들마다 출광되는 광량을 제어할 수 있다.
발광 영역들 중 하나의 발광 영역(BLK)은 복수의 화소 영역들(PXA)과 중첩할 수 있다. 즉, 발광 영역(BLK)은 복수의 화소 영역들(PXA)과 대응되어 복수의 화소 영역들(PXA)이 표시하는 영상에 대응하는 광량을 제공할 수 있다. 본 명세서에서는 용이한 설명을 위해 광 가이드 부재(300)에 발광 영역들에 대응되도록 구분선들을 도시하였다.
한편, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 발광 영역(BLK)의 면적은 다양하게 나타날 수 있다. 발광 영역(BLK)에 할당된 화소 영역들(PXA)이 많을수록, 즉, 발광 영역(BLK)의 면적이 클수록 적은 소비전력을 통해 로컬 디밍 제어가 가능하다.
이와 달리, 발광 영역(BLK)에 할당된 화소 영역들(PXA)이 적을수록, 즉, 발광 영역(BLK)의 면적이 작을수록 미세한 로컬 디밍 제어가 가능하다. 이 경우 고 해상도의 표시 장치 구현이 가능할 수 있다.
발광 영역(BLK)의 제1 방향(DR1)에서의 너비는 발광 소자들에 의해 결정될 수 있다. 제1 및 제2 광원들(210, 220) 각각이 4 개의 발광 소자들을 포함하므로, 굴절률 제어 부재(400)에는 제1 방향(DR1)에서 4 개의 발광 영역들이 정의된다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 굴절률 제어 부재(400)는 제1 베이스 기판(BS1), 제1 전극층(ED1), 굴절률 제어층(ARL), 제2 전극층(ED2), 및 제2 베이스 기판(BS2)을 포함할 수 있다.
제1 전극층(ED1)은 제1 베이스 기판(BS1) 상에 배치되고, 제2 전극층(ED2)은 제2 베이스 기판(BS2)의 일측에 배치된다. 제2 전극층(ED2)은 굴절률 제어층(ARL)을 사이에 두고 제1 전극층(ED1)과 이격된다.
굴절률 제어층(ARL)은 제1 전극층(ED1) 및 제2 전극층(ED2) 사이에 형성되는 전계에 따라 굴절률이 제어된다. 굴절률 제어층(ARL)은 전계에 따라 제1 굴절률을 가진 제1 상태 또는 제2 굴절률을 가진 제2 상태로 스위칭될 수 있다.
굴절률 제어층(ARL)은 굴절률 이방성 물질을 포함한다. 굴절률 이방성 물질은 다양한 실시예를 포함할 수 있다. 예를 들어, 굴절률 이방성 물질은 액정(Liquid crystal)일 수 있다.
굴절률 제어층(ARL)은 굴절률 이방성 물질들의 방향성에 따라 제1 상태 또는 제2 상태로 스위칭될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극층(ED1) 및 제2 전극층(ED2) 사이에 제1 전계가 형성되는 경우, 굴절률 이방성 물질들은 제1 방향을 따라 정렬된 제1 상태를 가질 수 있다. 또는, 제1 전극층(ED1) 및 제2 전극층(ED2) 사이에 제1 전계와 상이한 제2 전계가 형성되는 경우, 굴절률 이방성 물질들은 제1 방향과 상이한 제2 방향을 따라 정렬된 제2 상태가 될 수 있다.
본 실시예에서, 굴절률 제어층(ARL)은 제1 전극층(ED1)과 제2 전극층(ED2) 사이의 전압 차이에 따라 굴절률이 서로 다른 상태로 용이하게 스위칭될 수 있다. 굴절률 제어 부재(400)는 굴절률 제어층(ARL)의 굴절률을 영역들마다 제어함으로써 백라이트 유닛(BLU)의 출광 휘도를 영역들마다 제어할 수 있다. 이에 관한 상세한 설명은 후술한다.
도 5a에 도시된 것과 같이, 제1 전극층(ED1)은 복수의 전극들을 포함할 수 있다. 전극들은 발광 영역들에 대응하는 패턴으로 배열된다. 이에 따라, 전극들은 발광 영역들에 각각 대응하여 배치된다. 전극들은 미도시된 신호 배선들에 각각 연결되어 구동 회로부(도 2 참조)로부터 독립된 신호를 인가받을 수 있다. 한편, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 제2 전극층(ED2)이 복수의 전극들로 구성될 수도 있다.
또는, 도 5b에 도시된 것과 같이, 굴절률 제어 부재(400-1)는 복수의 전극들을 포함하는 제2 전극층(ED2-1)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 굴절률 제어 부재(400-1)는 굴절률 제어층(ARL)의 굴절률을 제어하기 위한 전극층들이 모두 복수 개의 전극들로 구성될 수 있다. 이에 따라, 인접하는 영역들마다 전계를 다양하게 변화시킬 수 있어 상대적으로 미세한 광량 제어가 가능하다.
한편, 굴절률 제어 부재(400)는 적어도 하나의 박막 트랜지스터(TFT)를 더 포함할 수 있다. 박막 트랜지스터(TFT)와 전극층(ED1) 사이에는 절연층(IL)이 더 배치될 수 있다. 이때, 도시되지 않았으나, 제1 베이스 기판(BS1)에는 박막 트랜지스터(TFT)에 연결되어 박막 트랜지스터(TFT)를 구동시키는 복수의 신호 배선들이 더 배치될 수도 있다.
박막 트랜지스터(TFT)는 복수로 구비되어 전극들에 각각 연결된다. 이에 따라, 전극들은 각각 독립적으로 구동될 수 있고, 독립적으로 전압들을 인가받을 수 있다.
본 발명에 따른 백라이트 유닛(BLU)은 평면상에서 매트릭스 형상으로 배열되는 발광 영역들에 따라 굴절률을 제어함으로써, 2차원의 영역에 따라 광량을 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 백라이트 유닛(BLU)은 직하형 광원을 포함하지 않고도, 에지형 광원으로부터 2차원에서의 영역별 휘도 제어가 가능하다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 사시도이다. 도 8a 내지 도 8c는 도 7에 도시된 백라이트 유닛의 평면도들이다. 도 8a 내지 도 8c에는 서로 다르게 구동된 경우들을 각각 도시하였다.
도 7 내지 도 8c에 도시된 것과 같이, 백라이트 유닛(BLU)에는 평면상에서 4×4의 배열을 가진 발광 영역들(BLK11~BLK44)이 예시적으로 정의되어 있다. 백라이트 유닛(BLU)은 발광 영역들(BLK11~BLK44) 중 일 발광 영역(BLK33)을 통해 광을 출력하고, 나머지 발광 영역들로부터는 광을 출력하지 않을 수 있다.
백라이트 유닛(BLU)은 광원들(210, 220) 및 굴절률 제어 부재(400)를 통해 2차원 상에서 배열되는 발광 영역들(BLK11~BLK44)마다 독립적으로 출력광을 제어할 수 있다. 이에 따라, 백라이트 유닛(BLU)은 2차원 상에서 다양한 형태로 출력되는 광을 표시 부재(100)에 제공할 수 있다.
도 8a에 도시된 것과 같이, 제1 광원(210)의 4 개의 발광 소자들(L11, L12, L13, L14) 및 제2 광원(220)의 4 개의 발광 소자들(L21, L22, L23, L24) 각각은 광 가이드 부재(300)를 향해 광을 제공한다. 이에 따라, 백라이트 유닛(BLU)은 전면을 통해 고른 광량의 광을 출사할 수 있다.
도 8b에 도시된 것과 같이, 백라이트 유닛(BLU)은 광원들을 통해 광량을 제어할 수 있다. 제1 광원(210)의 4 개의 발광 소자들(L11, L12, L13, L14) 및 제2 광원(220)의 4 개의 발광 소자들(L21, L22, L23, L24) 중 일부 발광 소자들(L13, L23)만 턴-온 시키고, 나머지 발광 소자들(L11, L12, L14, L21, L22, L24)은 턴-오프 시킴에 따라, 일부 발광 영역들(BLK13, BLK23, BLK33, BLK43)을 통해서만 광이 출력될 수 있다. 백라이트 유닛(BLU)은 광원들을 제어함으로써 선형 디밍 제어가 가능하다.
도 8c에 도시된 것과 같이, 백라이트 유닛(BLU)은 일 발광 영역(BLK33)을 통해서만 광이 출력되도록 제어할 수 있다. 이때, 모든 발광 소자들(L11~L14, L21~L24)을 턴-온 시키더라도 굴절률 제어 부재(400)를 통해 발광 영역에 따른 광량 제어가 가능하다.
상술한 바와 같이, 백라이트 유닛(BLU)은 표시 부재(100)에 표시되는 영상에 대응하도록 출력 광을 제어한다. 이에 따라, 표시 부재(100)에 표시되는 영상 중 어두운 영역에 대응되는 발광 영역에서는 상대적으로 낮은 휘도로 제어되고, 밝은 영역에 대응되는 발광 영역에서는 상대적으로 높은 휘도로 제어될 수 있다.
백라이트 유닛(BLU)은 2차원 상에서의 로컬 디밍 제어가 가능하므로, 표시 부재(100)가 표시하는 다양한 영상에 대응되는 광을 표시 부재(100)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 표시장치의 색 재현성이 향상될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 단면도들이다. 도 9a 및 9b에는 도 8c의 백라이트 유닛(BLU)에 있어서 서로 다른 영역에서의 광 경로를 나타내는 단면도를 도시하였다. 이하, 도 9a 및 도 9b를 참조하여 백라이트 유닛(BLU)의 디밍 제어 방법에 대해 구체적으로 살펴본다.
도 9a에는 도 8c의 일 단면을 도시하였다. 도 9a는 출력된 광량이 다른 영역을 포함하는 발광 영역들(BLK13~BLK43)을 도시하였다.
굴절률 제어 부재(400)는 발광 영역들(BLK13~BLK43)마다 다른 입자 배열 상태를 가질 수 있다. 굴절률 제어층(ARL)은 발광 영역들(BLK13~BLK43) 중 일 발광 영역(BLK33)에서 제1 굴절률을 갖고, 나머지 발광 영역들(BLK13, BLK23, BLK43)에서 제2 굴절률을 가질 수 있다.
제2 굴절률은 제1 굴절률보다 작을 수 있다. 특히, 제2 굴절률은 광 가이드 부재(300)의 굴절률 보다 작을 수 있다. 제1 굴절률은 광 가이드 부재(300)와 실질적으로 동일한 굴절률일 수 있다.
서로 다른 매질에 있어서, 계면에서의 광 경로는 두 매질의 굴절률 차이에 따라 달라진다. 두 매질의 굴절률 차이가 클수록, 계면의 굴절률이 작을수록, 계면에 입사되는 광은 전반사되기 쉽다.
제1 광원의 발광 소자(L13)로부터 출사되는 제1 광(L2) 및 제2 광원의 발광 소자(L23)로부터 출사되는 제2 광(L1)은 각각 광 가이드 부재(300) 내부에서 가이딩된다. 굴절률이 낮은 발광 영역들(BLK13, BLK23, BLK43)에 입사되는 제1 광(L2) 및 제2 광(L1)은 각각 계면을 경험(experience)하며 광 가이드 부재(300) 내부로 전반사된다. 이에 따라, 제1 광(L2) 및 제2 광(L1)은 광 가이드 부재(300) 내부로 가이딩되고 외부로 출사되지 못한다.
제1 광(L2) 및 제2 광(L1)이 광 가이드 부재(300)와 동일한 굴절률을 가진 발광 영역(BLK33)으로 입사하는 경우, 제1 광(L2) 및 제2 광(L1)은 계면을 경험하지 못하고 동일한 매질로 인식하게 된다.
이에 따라, 제1 광(L2) 및 제2 광(L1)은 굴절률 제어 부재(400) 내부로 진입한다. 굴절률 제어 부재(400) 내부로 진입한 광은 제1 전극층(ED1)으로부터 반사되어 상부로 출사된다. 이때, 제1 전극층(ED1)으로부터 확산 반사가 일어나므로, 더이상 광 가이드 부재(300)에 의해 가이드 되지 않고, 출사광(LL)으로서 광 가이드 부재(300) 외부로 출력될 수 있다.
이와 달리, 도 9b에는 도 9a에 도시된 영역과 인접한 발광 영역들(BLK14~BLK44)을 도시하였다. 도 9b에 도시된 발광 영역들(BLK14~BLK44)은 도 9a에 도시된 발광 영역들(BLK13~BLK43)을 제어하는 발광 소자들(L13, L23)과는 다른 발광 소자들(L14, L24)로부터 광을 수신한다.
도 9b를 참조하면, 굴절률 제어 부재(400)는 발광 영역들(BLK14~BLK44) 전면에서 동일한 굴절률을 가진다. 이때, 굴절률 제어 부재(400)가 광 가이드 부재(300)보다 낮은 굴절률을 갖는 경우, 제1 광(L2) 및 제2 광(L1)은 굴절률 제어 부재(400) 내부로 진입하지 못하고 광 가이드 부재(300) 내부에 갇히게 된다. 이에 따라, 백라이트 유닛(BLU)은 발광 영역들(BLK14~BLK44) 전면에서 광을 출력하지 않는다.
한편, 제2 전극층(ED2)은 광 가이드 부재(300)와 실질적으로 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 제2 전극층(ED2)은 예를 들어, 투명한 전도성 산화물을 포함할 수 있다. 제2 전극층(ED2)이 광 가이드 부재(300)와 실질적으로 동일한 굴절률을 가짐에 따라, 제1 광(L2) 및 제2 광(L1)은 굴절률 제어층(ARL) 자체의 굴절률에 따라 경로가 제어될 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절률 제어 부재의 단면도들이다. 한편, 용이한 설명을 위해 각 층들의 적층 구조만을 도시하였다. 이하, 도 10a 내지 도 10c를 참조하여 굴절률 제어 부재의 다양한 실시예를 살펴본다.
도 10a에 도시된 것과 같이, 굴절률 제어 부재(400-2)는 반사층(RL)을 더 포함할 수 있다. 반사층(RL)은 입사되는 광을 확산 반사시킨다.
이때, 제1 전극층(ED1) 및 제1 베이스 기판(BS1) 각각은 굴절률 제어층(ARL)과 실질적으로 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 이에 따라, 굴절률 제어층(ARL)으로 진입한 광이 경계를 경험하지 못하고 제1 전극층(ED1)을 투과할 수 있다. 제1 전극층(ED1)을 투과한 광은 제1 베이스 기판(BS1)을 연속적으로 투과하면서 반사층(RL)에 진입할 수 있다.
반사층(RL)에 입사된 광은 반사층(RL)에 의해 확산 반사되어 다양한 각도로 재 반사될 수 있다. 이에 따라, 광 가이드 부재(300)를 통과하여 외부로 출력될 수 있다.
도 10b에 도시된 것과 같이, 굴절률 제어 부재(400-3)는 볼록 패턴(RP1)을 더 포함할 수 있다. 볼록 패턴(RP1)은 제1 베이스 기판(BS1)의 배면에 인쇄되어 형성될 수 있다.
볼록 패턴(RP1)은 반사층(RL)과 실질적으로 동일한 기능을 할 수 있다. 볼록 패턴(RP1)으로 입사되는 광은 산란 및 반사되어 외부로 출광된다.
도 10c에 도시된 것과 같이, 굴절률 제어 부재(400-4)는 오목 패턴부(RP2)가 정의된 제1 베이스 기판(BS-1)을 포함할 수 있다. 오목 패턴부(RP2)가 형성하는 공간에는 소정의 물질(FL)이 충진될 수 있다. 충진된 물질(FL)과 오목 패턴부(RP2)는 입사되는 광을 산란 및 확산시킬 수 있다.
본 발명에 따른 백라이트 유닛은 에지형 광원을 이용하면서도 2 차원의 로컬 디밍 제어가 가능하다. 이에 따라, 소비 전력이 감소될 수 있고, 표시장치의 두께도 감소될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 표시 부재 210, 220: 광원들
300: 광 가이드 부재 400: 굴절률 제어 부재
ARL: 굴절률 제어층

Claims (19)

  1. 광을 수신하는 적어도 하나의 입광면, 상기 입광면으로부터 절곡된 출광면, 및 상기 입광면으로부터 절곡되고 상기 출광면과 평행한 배면을 포함하는 광 가이드 부재;
    상기 입광면에 광을 제공하는 광원; 및
    상기 배면에 배치되고, 상기 출광면과 평행한 평면상에서 복수의 영역들로 구분되어 상기 영역들마다 전계가 형성되는 굴절률 제어 부재를 포함하고,
    상기 영역들 각각은 인가되는 전계에 따라 제1 굴절률을 가진 제1 상태 또는 상기 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 가진 제2 상태로 제어되는 백라이트 유닛.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 굴절률은 상기 광 가이드 부재의 굴절률과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 굴절률은 상기 제1 굴절률보다 낮은 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 굴절률 제어 부재는,
    굴절률 이방성 물질들을 포함하는 굴절률 제어층;
    상기 굴절률 제어층 하측에 배치된 제1 전극층; 및
    상기 굴절률 제어층 상측에 배치된 제2 전극층을 포함하고,
    상기 굴절률 제어 부재는 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층이 형성하는 전계에 따라 상기 굴절률 제어층의 굴절률을 제어하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 굴절률 이방성 물질들은 상기 제1 상태에서 제1 방향으로 정렬되고, 상기 제2 상태에서 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 정렬된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 전극층은 상기 광 가이드 부재와 접촉하고,
    상기 제2 전극층은 상기 제1 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 굴절률 제어층은 액정(liquid crystal)을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 중 적어도 어느 하나는 상기 영역들에 각각 배치된 복수의 전극들을 포함하고,
    상기 전극들은 서로 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 전극층을 구성하는 상기 전극들 중 상기 제1 영역에 대응되는 제1 전극과 상기 전극들 중 상기 제2 영역에 대응되는 제2 전극은 서로 상이한 전압들을 인가받는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 굴절률 제어 부재는,
    상기 제1 전극층 하측에 배치된 반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 반사층은 입사광을 확산 반사시키는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 입광면을 따라 배열된 복수의 발광 다이오드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 광원은 복수로 구비되고,
    상기 복수의 광원들은 상기 광 가이드 부재를 사이에 두고 서로 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  14. 표시 부재;
    광을 수신하는 적어도 하나의 입광면, 상기 입광면으로부터 절곡되어 상기 표시 부재와 마주하는 출광면, 및 상기 입광면으로부터 절곡되고 상기 출광면과 평행한 배면을 포함하는 광 가이드 부재;
    상기 입광면에 광을 제공하는 광원; 및
    상기 배면에 배치되고, 상기 출광면과 평행한 평면상에서 복수의 영역들로 구분되어 상기 영역들마다 전계가 형성되는 굴절률 제어 부재를 포함하고,
    상기 영역들 각각은 인가되는 전계에 따라 제1 굴절률을 가진 제1 상태 또는 상기 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 가진 제2 상태로 제어되는 표시장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 표시 부재는 복수의 화소들을 포함하고, 화소들은 상기 영역들 각각에 적어도 둘 이상 대응되고,
    상기 굴절률 제어 부재는 각 영역들에 대응되는 화소들이 표시하는 영상의 휘도에 대응하여 제1 상태 또는 제2 상태를 제어하기 위한 전계를 형성하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 굴절률 제어 부재는,
    굴절률 이방성 물질들을 포함하는 굴절률 제어층;
    상기 굴절률 제어층 하측에 배치된 제1 전극층; 및
    상기 굴절률 제어층 상측에 배치된 제2 전극층을 포함하고,
    상기 굴절률 이방성 물질들은 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 사이의 전계에 따라 방향성이 제어되고, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태에서 상기 굴절률 이방성 물질들의 방향성은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 표시장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 전극층은 상기 영역들 각각에 대응하는 복수의 전극들을 포함하고,
    상기 전극들 중 상기 제1 영역에 대응하는 제1 전극과 상기 제2 영역에 대응하는 제2 전극은 서로 다른 전압들을 각각 인가받는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  18. 제16 항에 있어서,
    제2 전극층은 상기 광 가이드 부재와 접촉하고,
    상기 제2 전극층은 상기 제1 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 굴절률 제어층은 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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