KR20190076194A - 디스플레이 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

디스플레이 장치는, 광을 방출하는 복수의 광원; 제1 면과 제2 면을 가지며 복수의 광원으로부터 방출되는 광을 내부에서 확산시켜 제1 면을 통하여 방출하는 도광판; 및 도광판의 제2 면을 통하여 방출되는 광을 위치에 따라 반사시키거나 산란시키는 로컬 디밍 유닛을 포함할 수 있다. 또한, 로컬 디밍 유닛은 전기장에 따라 광학적 특성이 변화하는 전기 광학 층; 동일 평면 상에 위치하여 전기장을 생성하는 복수의 전극들; 및 영상에 따라 복수의 전극들에 인가하는 전압을 변경하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

디스플레이 장치 및 그 제어 방법{DISPLAY APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
개시된 발명은 디스플레이 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에지형 백 라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 장치 및 그 제어 방법에 관한 발명이다.
일반적으로, 디스플레이 장치는 수신되거나 또는 저장된 영상 정보를 사용자에게 시각적으로 표시하는 출력 장치이며, 가정이나 사업장 등 다양한 분야에서 이용되고 있다.
예를 들어, 디스플레이 장치로는 개인용 컴퓨터 또는 서버용 컴퓨터 등에 연결된 모니터 장치나, 휴대용 컴퓨터 장치나, 내비게이션 단말 장치나, 일반 텔레비전 장치나, 인터넷 프로토콜 텔레비전(IPTV, Internet Protocol television) 장치나, 스마트 폰, 태블릿 피씨, 개인용 디지털 보조 장치(PDA, Personal Digital Assistant), 또는 셀룰러 폰 등의 휴대용 단말 장치나, 산업 현장에서 광고나 영화 같은 화상을 재생하기 위해 이용되는 각종 디스플레이 장치나, 또는 이외 다양한 종류의 오디오/비디오 시스템 등이 있다.
디스플레이 패널은 매트릭스 형태로 배열된 픽셀들과 픽셀들 각각에 마련된 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)를 포함하며, 박막 트랜지스터에 인가되는 영상 신호에 따라 픽셀들을 통과하는 광량이 변화하거나 픽셀들로부터 방출되는 광량이 변화할 수 있다. 디스플레이 장치는 디스플레이 패널의 픽셀들 각각으로부터 방출되는 광량을 조절함으로써 영상을 표시할 수 있다.
영상을 표시하는 디스플레이 패널에는 영상에 따라 스스로 광을 방출하는 자발광 디스플레이 패널과, 별도의 광원으로부터 방출되는 광을 영상에 따라 차단 또는 통과시키는 비자발광 디스플레이 패널이 있다.
비자발광 디스플레이 패널은 대표적으로 액정 디스플레이 패널(Liquid Crystal Display Panel, LCD Panel)이 있다. 액정 디스플레이 패널은 광을 방출하는 백 라이트 유닛과 백 라이트 유닛으로부터 방출되는 광을 차단 또는 통과시키는 액정 패널을 포함할 수 있다.
백 라이트 유닛은 광원의 위치에 따라 직하형 백 라이트 유닛(direct-tyep back light unit)과 에지형 백 라이트 유닛(edge-type back light unit)으로 구분될 수 있다.
에지형 백 라이트 유닛은 광을 확산시키는 도광판(Light Guide Plate)과 광을 방출하는 광원을 포함하며, 도광판의 측면에 위치한 광원으로부터 광이 도광판에 입사된다. 도광판에 입사된 광은 도광판 내부에서 전반사(Total Internal Reflection)을 통하여 도광판의 측면으로부터 중심까지 이동할 수 있으며, 도광판의 전면 또는 후면에 위치한 패턴에 의하여 도광판 전체적으로 균일한 면광(surface light)이 방출될 수 있다.
에지형 백 라이트 유닛은 일반적으로 얇은 두께로 균일한 밝기를 갖는 백 라이트의 구현이 가능하며, 직하형 백 라이트 유닛에 비하여 적은 개수의 광원을 이용하여 백 라이트의 구현이 가능한다.
반면, 위치에 따라 밝기를 다르게 하는 로컬 디밍(local dimming)을 구현하는데 있어서 에지형 백 라이트 유닛은 로컬 디밍을 구현할 수 있는 영역이 좁고, 로컬 디밍을 정밀하게 조절하는데 어려움이 있었다.
개시된 발명의 일 측면은 영상의 대조비를 향상시키기 위하여 로컬 디밍(local dimming)을 수행하는 디스플레이 장치 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.
개시된 발명의 일 측면은 전기적 신호에 따라 광학적 성질이 변환하는 광학 물질을 이용하여 로컬 디밍을 수행하는 디스플레이 장치 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.
개시된 발명의 일 측면은 로컬 디밍에 의한 광 손실(휘도 손실)을 최소화하는 디스플레이 장치 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.
개시된 발병의 일 측면에 의한 디스플레이 장치는, 광을 방출하는 복수의 광원; 제1 면과 제2 면을 가지며 상기 복수의 광원으로부터 방출되는 광을 내부에서 확산시켜 상기 제1 면을 통하여 방출하는 도광판; 및 상기 도광판의 제2 면을 통하여 방출되는 광을 위치에 따라 반사시키거나 산란시키는 로컬 디밍 유닛을 포함할 수 있다. 또한, 상기 로컬 디밍 유닛은 전기장에 따라 광학적 특성이 변화하는 전기 광학 층; 동일 평면 상에 위치하여 상기 전기장을 생성하는 복수의 전극들; 및 영상에 따라 상기 복수의 전극들에 인가하는 전압을 변경하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부가 상기 복수의 신호 전극들 중 적어도 하나의 신호 전극에 전압을 인가하면 상기 적어도 하나의 신호 전극 주변의 전기 광학 층은 광을 통과시킬 수 있다.
상기 전기 광학 층을 통과한 광은 상기 도광판 내부에서 확산될 수 있다.
상기 제어부가 상기 복수의 신호 전극들 중 적어도 하나의 신호 전극에 전압을 인가하지 않으면 상기 적어도 하나의 신호 전극 주변의 전기 광학 층은 광을 산란시킬 수 있다.
상기 전기 광학 층에 의하여 산란된 광은 상기 도광판의 제1 면을 통하여 방출될 수 있다.
상기 복수의 전극들은 복수의 공통 전극들; 및 상기 전기장을 생성하기 위한 전압 신호를 수신하는 복수의 신호 전극들을 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 영상을 복수의 디밍 블록들로 구획하고, 상기 복수의 디밍 블록들 각각에 포함된 픽셀들의 휘도 값 중 최대 값을 상기 복수의 디밍 블록들 각각의 휘도 값을 정하고, 상기 복수의 디밍 블록들 각각의 휘도 값을 기초로 상기 복수의 전극들에 인가하는 전압을 제어할 수 있다.
상기 복수의 전극들은 막대 형태의 복수의 공통 전극들과 막대 형태의 복수의 신호 전극들을 포함하고, 상기 복수의 공통 전극들과 상기 복수의 신호 전극들은 교대로 나란하게 배치될 수 있다.
상기 제어부는 상기 복수의 광원으로부터 방출된 광의 경로 상에 위치하는 디밍 블록들의 휘도 값 중 최대 값을 기초로 상기 상기 복수의 광원에 공급되는 전류를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 복수의 신호 전극들 각각과 중첩되는 디밍 블록들의 휘도 값 중 최대 값을 기초로 상기 복수의 신호 전극에 인가하는 전압을 제어할 수 있다.
상기 복수의 전극들은 패치 형태의 복수의 공통 전극들과 패치 형태의 복수의 신호 전극들을 포함하고, 상기 복수의 공통 전극들과 상기 복수의 신호 전극들은 행과 열을 맞춰 교대로 배치될 수 있다.
상기 제어부는 상기 복수의 신호 전극들 각각과 중첩되는 디밍 블록들의 휘도 값 중 최대 값을 기초로 상기 복수의 신호 전극에 인가하는 전압을 제어할 수 있다.
상기 복수의 전극들은 상기 전기 광학 층을 통과한 광을 반사시킬 수 있다.
상기 전기 광학 층은 상기 전기장의 존재 여부에 따라 산란율이 변화할 수 있다.
상기 전기 광학 층은 상기 전기장이 존재하면 광을 통과시키고 상기 전기장이 존재하지 않으면 상기 광을 산란시킬 수 있다.
개시된 발병의 일 측면에 의한 복수의 광원, 도광판 및 로컬 디밍 유닛을 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법은, 영상을 복수의 디밍 블록들로 구획하고; 상기 복수의 디밍 블록들 각각에 포함된 픽셀들의 휘도 값 중 최대 값을 상기 복수의 디밍 블록들 각각의 휘도 값을 판단하고; 상기 복수의 디밍 블록들 각각의 휘도 값을 기초로 상기 로컬 디밍 유닛들에 전압을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 상기 로컬 디밍 유닛은 전기장에 따라 광학적 특성이 변화하는 전기 광학 층과, 동일 평면 상에 위치하여 상기 전기장을 생성하는 복수의 전극들을 포함할 수 있다.
상기 제어 방법은 상기 복수의 신호 전극들 각각과 중첩되는 디밍 블록들의 휘도 값 중 최대 값을 기초로 상기 복수의 신호 전극에 인가하는 전압을 제어하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 제어 방법은 상기 복수의 광원으로부터 방출된 광의 경로 상에 위치하는 디밍 블록들의 휘도 값 중 최대 값을 상기 상기 복수의 광원에 공급되는 전류를 제어하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 신호 전극들 중 적어도 하나의 신호 전극에 전압이 인가되면 상기 적어도 하나의 신호 전극 주변의 전기 광학 층은 광을 통과시킬 수 있다.
상기 복수의 신호 전극들 중 적어도 하나의 신호 전극에 전압이 인가되지 않으면 상기 적어도 하나의 신호 전극 주변의 전기 광학 층은 광을 산란시킬 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 영상의 대조비를 향상시키기 위하여 로컬 디밍을 수행하는 디스플레이 장치 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 전기적 신호에 따라 광학적 성질이 변환하는 광학 물질을 이용하여 로컬 디밍을 수행하는 디스플레이 장치 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 로컬 디밍에 의한 광 손실(휘도 손실)을 최소화하는 디스플레이 장치 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 디스플레이 장치의 외관을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 의한 디스플레이 장치를 분해 도시한다.
도 3은 일 실시예에 의한 디스플레이 장치에 포함된 액정 패널의 일 예를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛을 분해 도시한다.
도 5는 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 측단면을 도시한다.
도 6은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 동작의 일 예를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 동작의 다른 일 예를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 구현 예를 도시한다.
도 9는 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 다른 구현 예를 도시한다.
도 10은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 또 다른 구현 예를 도시한다.
도 11은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 평면도의 일 예를 도시한다.
도 12은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 평면도의 다른 일 예를 도시한다.
도 13은 일 실시예에 의한 디스플레이 장치의 제어 구성을 도시한다.
도 14는 일 실시예에 의한 디스플레이 장치에 포함된 제어부와 영상 표시부를 도시한다.
도 15일 실시예에 의한 디스플레이 장치에 포함된 백 라이트 유닛의 일 예를 도시한다.
도 16은 도 15에 도시된 백 라이트 유닛의 로컬 디밍 동작을 도시한다.
도 17은 일 실시예에 의한 디스플레이 장치에 포함된 제어부와 백 라이트 유닛의 다른 일 예를 도시한다.
도 18은 도 17에 도시된 백 라이트 유닛의 로컬 디밍 동작을 도시한다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 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.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 의한 디스플레이 장치의 외관을 도시한다.
디스플레이 장치(100)는 외부로부터 수신되는 영상 신호를 처리하고, 처리된 영상을 시각적으로 표시할 수 있는 장치이다. 이하에서는 디스플레이 장치(100)가 텔레비전(Television, TV)인 경우를 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 디스플레이 장치(100)는 모니터(Monitor), 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 통신장치, 휴대용 연산장치 등 다양한 형태로 구현할 수 있으며, 디스플레이 장치(100)는 영상을 시각적으로 표시하는 장치라면 그 형태가 한정되지 않는다.
뿐만 아니라, 디스플레이 장치(100)는 건물 옥상이나 버스 정류장과 같은 옥외에 설치되는 대형 디스플레이 장치(Large Format Display, LFD)일 수 있다. 여기서, 옥외는 반드시 야외로 한정되는 것은 아니며, 지하철역, 쇼핑몰, 영화관, 회사, 상점 등 실내이더라도 다수의 사람들이 드나들 수 있는 곳이면 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)가 설치될 수 있다.
디스플레이 장치(100)는 다양한 컨텐츠 소스들로부터 비디오 신호와 오디오 신호를 수신하고, 비디오 신호와 오디오 신호에 대응하는 비디오와 오디오를 출력할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치(100)는 방송 수신 안테나 또는 유선 케이블을 통하여 텔레비전 방송 컨텐츠를 수신하거나, 컨텐츠 재생 장치로부터 컨텐츠를 수신하거나, 컨텐츠 제공자의 컨텐츠 제공 서버로부터 컨텐츠를 수신할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(100)는 영상을 표시하기 위한 복수의 부품들을 수용하는 본체(101)와, 본체(101)의 일측에 마련되어 영상(I)을 표시하는 스크린(S)을 포함할 수 있다.
본체(101)는 디스플레이 장치(100)의 외형을 형성하며, 본체(101)의 내부에는 디스플레이 장치(100)가 영상(I)을 표시하기 위한 부품이 마련될 수 있다. 도 1에 도시된 본체(101)는 평평한 판 형상이나, 본체(101)의 형상이 도 1에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본체(101)는 좌우 양단이 전방으로 돌출되고 중심부가 오목하도록 휘어진 형상일 수 있다.
스크린(S)은 본체(101)의 전면에 형성되며, 스크린(S)에는 시각 정보인 영상(I)이 표시될 수 있다. 예를 들어, 스크린(S)에는 정지 영상 또는 동영상을 표시될 수 있으며, 2차원 평면 영상 또는 3차원 입체 영상이 표시될 수 있다.
스크린(S)에는 복수의 픽셀(P)가 형성되며, 스크린(S)에 표시되는 영상(I)은 복수의 픽셀(P)로부터 출사된 광의 조합에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 픽셀(P)가 방출하는 광이 모자이크(mosaic)와 같이 조합됨으로써 스크린(S) 상에 하나의 영상(I)이 형성될 수 있다.
복수의 픽셀(P) 각각은 다양한 밝기 및 다양한 색상의 광을 방출할 수 있다.
다양한 밝기의 광을 방출하기 위하여, 복수의 픽셀(P) 각각은 직접 광을 방출할 수 있는 구성(예를 들어, 유기 발광 다이오드)을 포함하거나 백 라이트 유닛 등에 의하여 방출된 광을 통과하거나 차단할 수 있는 구성(예를 들어, 액정 패널)을 포함할 수 있다.
다양한 색상의 광을 방출하기 위하여, 복수의 픽셀(P) 각각은 서브 픽셀들(PR, PG, PB)을 포함할 수 있다.
서브 픽셀들(PR, PG, PB)은 적색 광을 방출할 수 있는 적색 서브 픽셀(PR)과, 녹색 광을 방출할 수 있는 녹색 서브 픽셀(PG)과, 청색 광을 방출할 수 있는 청색 서브 픽셀(PB)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적색 광은 파장이 대략 620nm (nanometer, 10억분의 1미터)에서 750nm까지의 광을 나타낼 수 있고, 녹색 광은 파장이 대략 495nm에서 570nm까지의 광을 나타낼 수 있으며, 청색 광은 파장이 대략 450nm에서 495nm까지의 광을 나타낼 수 있다.
적색 서브 픽셀(PR)의 적색 광, 녹색 서브 픽셀(PG)의 녹색 광 및 청색 서브 픽셀(PB)의 청색 광의 조합에 의하여, 복수의 픽셀(P) 각각은 다양한 밝기와 다양한 색상의 광을 출사할 수 있다.
도 1에 도시된 스크린(S)은 평평한 판 형상이나, 스크린(S)의 형상이 도 1에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본체(101)의 형상에 따라 스크린(S)은 좌우 양단이 전방으로 돌출되고 중심부가 오목하도록 휘어진 형상일 수 있다.
디스플레이 장치(100)은 영상(I)을 표시할 수 있는 다양한 타입의 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치(100)는 액정 디스플레이 패널(Liquid Crystal Display Panel, LCD Panel), 또는 발광 다이오드 패널(Light Emitting Diode Panel, LED Panel), 또는 유기 발광 다이오드 패널(Organic Light Emitting Diode Panel, OLED Panel)을 포함할 수 있다.
이하에서는 디스플레이 장치(100)의 일 예로서 액정 디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 장치가 설명된다.
도 2는 일 실시예에 의한 디스플레이 장치를 분해 도시한다. 도 3은 일 실시예에 의한 디스플레이 장치에 포함된 액정 패널의 일 예를 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본체(101) 내부에는 스크린(S)에 영상(I)을 생성하기 위한 각종 구성 부품들이 마련될 수 있다.
예를 들어, 본체(101)에는 면광(surface light)을 전방으로 방출하는 백 라이트 유닛(200)과, 백 라이트 유닛(200)으로부터 방출된 광을 차단하거나 통과하는 액정 패널(110)과, 백 라이트 유닛(200) 및 액정 패널(110)의 동작을 제어하는 제어 어셈블리(140)와, 백 라이트 유닛(200) 및 액정 패널(110)에 전력을 공급하는 전원 어셈블리(150)가 마련된다. 또한, 본체(101)에는 액정 패널(110), 백 라이트 유닛(200) 제어 어셈블리(140) 및 전원 어셈블리(150)을 지지하고 고정하기 위한 베젤(102)과 프레임 미들 몰드(103)와 바텀 샤시(104)와 후면 커버(105)가 더 마련된다.
백 라이트 유닛(200)은 단색광 또는 백색광을 방출하는 점 광원을 포함할 수 있으며, 점 광원으로부터 방출되는 광을 균일한 면광으로 변환하기 위하여 광을 굴절, 반사 및 산란시킬 수 있다. 예를 들어, 백 라이트 유닛(200)은 단색광 또는 백색광을 방출하는 광원과, 광원으로부터 광이 입사되고 입사된 광을 확산시키는 도광판과, 도광판의 후면으로부터 방출된 광을 반사하는 반사 시트와, 도광판의 전면으로부터 방출된 광을 굴절 및 산란시키는 광학 시트를 포함할 수 있다.
이처럼, 백 라이트 유닛(200)은 광원으로부터 방출된 광을 굴절, 반사 및 산란시킴으로써 전방을 향하여 균일한 면광을 방출할 수 있다.
백 라이트 유닛(200)의 구성 및 동작은 아래에서 더욱 자세하게 설명된다.
액정 패널(110)은 백 라이트 유닛(200)의 전방에 마련되며, 영상(I)을 형성하기 위하여 백 라이트 유닛(200)으로부터 방출되는 광을 차단하거나 또는 통과시킨다.
액정 패널(110)의 전면은 앞서 설명한 디스플레이 장치(100)의 스크린(S)을 형성하며, 복수의 픽셀들(P)을 포함할 수 있다. 액정 패널(110)에 포함된 복수의 픽셀들(P)은 각각 독립적으로 백 라이트 유닛(200)의 광을 차단하거나 통과시킬 수 있으며, 복수의 픽셀들(P)에 의하여 통과된 광은 스크린(S)에 표시되는 영상(I)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 액정 패널(110)는 제1 편광 필름(111), 제1 투명 기판(112), 픽셀 전극(113), 박막 트랜지스터(114), 액정 층(115), 공통 전극(116), 컬러 필터(117), 제2 투명 기판(118), 제2 편광 필름(119)를 포함할 수 있다.
제1 투명 기판(112) 및 제2 투명 기판(118)은 픽셀 전극(113), 박막 트랜지스터(114), 액정 층(115), 공통 전극(116) 및 컬러 필터(117)을 고정 지지할 수 있다. 이러한, 제1 및 제2 투명 기판(112, 118)은 강화 유리 또는 투명 수지로 구성될 수 있다.
제1 및 제2 투명 기판(112, 118)의 외측에는 제1 편광 필름(111) 및 제2 편광 필름(119)이 마련된다.
제1 편광 필름(111)와 제2 편광 필름(119)은 각각 특정한 광을 통과시키고, 다른 광을 차단할 수 있다.
광은 진행 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 전기장과 자기장의 쌍으로 이루어질 수 있다. 광을 구성하는 전기장과 자기장은 광의 진행 방향과 직교하는 모든 방향으로 진동할 수 있으며, 전기장의 진동 방향과 자기장의 진동 방향은 서로 직교할 수 있다.
예를 들어, 제1 편광 필름(111)는 제1 방향으로 진동하는 자기장을 갖는 광을 통과시키고, 다른 광을 차단한다. 또한, 제2 편광 필름(119)는 제2 방향으로 진동하는 자기장을 갖는 광을 통과시키고, 다른 광을 차단한다. 이때, 제1 방향과 제2 방향은 서로 직교할 수 있다. 다시 말해, 제1 편광 필름(111)가 통과시키는 광의 편광 방향과 제2 편광 필름(119)가 통과시키는 광의 진동 방향은 서로 직교한다. 그 결과, 일반적으로 광은 제1 편광 필름(111)와 제2 편광 필름(119)를 동시에 통과할 수 없다.
제2 투명 기판(118)의 내측에는 컬러 필터(117)가 마련될 수 있다.
컬러 필터(117)는 적색 광을 통과시키는 적색 필터(117R)와, 녹색 광을 통과시키는 녹색 필터(117G)와, 청색 광을 통과시키는 청색 필터(117G)를 포함할 수 있으며, 적색 필터(117R)와 녹색 필터(117G)와 청색 필터(117B)는 서로 나란하게 배치될 수 있다.
컬러 필터(117)가 형성된 영역은 앞서 설명한 픽셀(P)에 대응된다. 또한, 적색 필터(117R)가 형성된 영역은 적색 서브 픽셀(PR)에 대응되고, 녹색 필터(117G)가 형성된 영역은 녹색 서브 픽셀(PG)에 대응되고, 청색 필터(117B)가 형성된 영역은 청색 서브 픽셀(PB)에 대응된다.
제2 투명 기판(22)의 내측에는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT) (114)가 마련된다. 예를 들어, 박막 트랜지스터(114)는 적색 필터(117R), 녹색 필터(117G) 및 청색 필터(117B)의 경계에 대응되는 위치에 마련될 수 있다.
박막 트랜지스터(114)는 아래에서 설명할 픽셀 전극(113)에 흐르는 전류를 통과시키거나 차단할 수 있다. 예를 들어, 박막 트랜지스터(114)의 턴온(폐쇄) 또는 턴오프(개방)에 따라, 픽셀 전극(113)과 공통 전극(116) 사이에 전기장이 형성되거나 제거될 수 있다.
박막 트랜지스터(114)는 폴리 실리콘(Poly-Slicon)으로 구성될 수 있으며, 리소그래피(lithography), 증착(deposition), 이온 주입(ion implantation) 공정 등 반도체 공정에 의하여 형성될 수 있다.
제1 투명 기판(112)의 내측에는 픽셀 전극(113)이 마련되고, 제2 투명 기판(118)의 내측에는 공통 전극(116)이 마련될 수 있다.
픽셀 전극(113)과 공통 전극(116)은 전기가 도통되는 금속 재질로 구성되며, 아래에서 설명할 액정 층(115)을 구성하는 액정 분자(115a)의 배치를 변화시키기 위한 전기장을 생성할 수 있다.
픽셀 전극(113)는 적색 필터(117R), 녹색 필터(117G) 및 청색 필터(117B)에 대응하는 영역에 분리되어 형성되고, 공통 전극(116)은 액정 패널(110)의 일측으로부터 타측까지 연장될 수 있다. 다시 말해, 동일한 행(row)에 배치된 복수의 픽셀 전극들(23)은 하나의 공통 전극(116)을 공유할 수 있다. 그 결과, 픽셀 전극(113)의 위치에 따라 액정 층(115)에 선택적으로 전기장이 형성될 수 있다.
픽셀 전극(113)과 공통 전극(116)은 투명한 재질로 구성되며, 외부로부터 입사되는 광을 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 픽셀 전극(113)과 공통 전극(116)은 인듐산화주석(Indium Tin Oxide: ITO), 인듐산화아연(Indium Zinc Oxide: IZO), 은나노와이어(Ag nano wire), 탄소나노튜브(carbon nano tube: CNT), 그래핀(graphene) 또는 PEDOT(3,4-ethylenedioxythiophene) 등으로 구성될 수도 있다.
픽셀 전극(113)과 공통 전극(116) 사이에는 액정 층(115)이 형성되며, 액정 층(115)은 액정 분자(115a)에 의하여 채워진다.
액정은 고체(결정)과 액체의 중간 상태를 나타낸다. 일반적인 물질은 고체 상태의 물질에 열을 가하면, 용융 온도에서 고체 상태에서 투명한 액체 상태로 상태 변화가 발생한다. 이에 비하여, 고체 상태의 액정 물질에 열을 가하면, 액정 물질은 용융 온도에서 불투명하고 혼탁한 액체로 변화한 이후 투명한 액체 상태로 변화한다. 이와 같은 액정 물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양을 하고 있으며, 분자의 배열이 어떤 방향으로는 불규칙한 상태와 같지만, 다른 방향에서는 규칙적인 결정의 형태를 가질 수 있다. 그 결과, 액정은 액체의 유동성과 결정(고체)의 광학적 이방성을 모두 갖는다.
또한, 액정은 전기장의 변화에 따라 광학적 성질을 나타내기도 한다. 예를 들어, 액정은 전기장의 변화에 따라 액정을 구성하는 분자 배열의 방향이 변화할 수 있다
액정 층(115)에 전기장이 생성되면 액정 층(115)의 액정 분자(115a)는 전기장의 방향에 따라 배치되고, 액정 층(115)에 전기장이 생성되지 않으면 액정 분자(115a)는 불규칙하게 배치되거나 배향막(미도시)을 따라 배치될 수 있다.
그 결과, 액정 층(115)을 통과하는 전기장의 존부에 따라 액정 층(115)의 광학적 성질이 달라질 수 있다.
예를 들어, TN (Twisted Nematic) 액정 패널의 경우 액정 분자(115a)가 나선형으로 배치되며, 액정 층(115)에 전기장이 형성되지 않으면 액정 층(115)의 액정 분자(115a)의 배치로 인하여 광이 액정 패널(110)을 통과할 수 있다. 반면, 액정 층(115)에 전기장이 형성되면 액정 분자(115a)가 투명 기판들(22, 28)에 대하여 수직으로 배치되며, 광이 액정 패널(110)을 통과하지 못한다.
다른 예로, VA (Vertical Alignment) 액정 패널의 경우 액정 분자(115a)들이 투명 기판들(22, 28)와 수직하게 배치되며, 액정 층(115)에 전기장이 형성되지 않으면 액정 층(115)의 액정 분자(115a)의 배치로 인하여 광이 액정 패널(110)을 못하지 못한다. 또한, 액정 층(115)에 전기장이 형성되면 액정 분자(115a)가 투명 기판들(22, 28)과 평행하게 배치되며, 광이 액정 패널(110)을 통과할 수 있다.
다른 예로, IPS (In-Plane-Switching) 액정 패널의 경우 액정 분자(115a)들이 투명 기판들(22, 28)와 수평하게 배치될 수 있다. IPS 액정 디스플레이의 경우, 픽셀 전극(113)과 공통 전극(116) 모두가 제1 투명 기판(112) 상에 마련되며, 액정 층(115)에 투명 기판들(22, 28)과 평행한 방향의 전기장이 형성될 수 있다. 액정 측(25)에 전기장이 형성되는지 여부에 따라, 광이 액정 패널(110)을 통과하거나 액정 패널(110)에 의하여 차단될 수 있다.
액정 패널(110)의 일측에는 영상 데이터를 액정 패널(110)로 전송하는 케이블(110a)과, 디지털 영상 데이터를 처리하여 아날로그 영상 신호를 출력하는 디스플레이 드라이버 직접 회로(Display Driver Integrated Circuit, DDI) (120) (이하에서는 '드라이버 IC'라 한다)가 마련된다.
케이블(110a)은 제어 어셈블리(140)/전원 어셈블리(150)와 드라이버 IC (120) 사이를 전기적으로 연결하고, 또한 드라이버 IC (120)와 액정 패널(110) 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 케이블(110a)은 휘어질 수 있는 플렉서블 플랫 케이블(flexible flat cable) 또는 필름 케이블(film cable) 등을 포함할 수 있다.
드라이버 IC (120)는 케이블(110a)을 통하여 제어 어셈블리(140)/전원 어셈블리(150)으로부터 영상 데이터 및 전력을 수신하고, 케이블(110a)을 통하여 액정 패널(110)에 영상 데이터 및 구동 전류를 전송할 수 있다.
또한, 케이블(110b)과 드라이버 IC (120)는 일체로 일체로 필름 케이블, 칩 온 필름(chip on film, COF), 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Packet, TCP) 등으로 구현될 수 있다. 다시 말해, 드라이버 IC (120)는 케이블(110b) 상에 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 드라이버 IC (120)는 액정 패널(110) 상에 배치될 수 있다.
제어 어셈블리(140)는 액정 패널(110) 및 백 라이트 유닛(200)의 동작을 제어하는 제어 회로를 포함할 수 있다. 제어 회로는 외부 컨텐츠 소스로부터 수신된 영상 데이터를 처리하고, 액정 패널(110)에 영상 데이터를 전송하고 백 라이트 유닛(200)에 디밍(dimming) 데이터를 전송할 수 있다.
전원 어셈블리(150)는 백 라이트 유닛(200)이 면광을 출력하고 액정 패널(110)이 백 라이트 유닛(200)의 광을 차단 또는 통과시키도록 액정 패널(110) 및 백 라이트 유닛(200)에 전력을 공급할 수 있다.
제어 어셈블리(140)와 전원 어셈블리(150)는 인쇄 회로 기판과 인쇄 회로 기판에 실장된 각종 회로로 구현될 수 있다. 예를 들어, 전원 회로는 콘덴서, 코일, 저항 소자, 프로세서 등 및 이들이 실장된 전원 회로 기판을 포함할 수 있다. 또한, 제어 회로는 메모리, 프로세서 및 이들이 실장된 제어 회로 기판을 포함할 수 있다.
이하에서는 백 라이트 유닛(200)이 설명된다.
도 4는 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛을 분해 도시한다. 도 5는 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 측단면을 도시한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 백 라이트 유닛(200)은 광을 방출하는 발광 모듈(210)과, 광을 확산시키는 도광판(Wave Guide Plate) (220)과, 광을 선택적으로 굴절 및/또는 반사시키는 로컬 디밍 유닛(230)과, 광의 휘도를 향상시키는 광학 시트(240)를 포함한다.
발광 모듈(210)은 광을 방출하는 복수의 광원들(211)과, 복수의 광원들(211)을 지지하는 지지체(212)를 포함할 수 있다.
복수의 광원들(211)은 도광판(220)의 측면에 배치될 수 있으며, 도광판(220)의 중심을 향하여 광을 방출할 수 있다. 도광판(220)에 입사된 광이 균일한 밝기를 갖도록 복수의 광원들(211)은 등간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 광원들(211)은 도광판(220)의 좌우 측면에 각각 등간격으로 배치될 수 있다. 그러나, 복수의 광원들(211)의 배치는 도 4에 도시된 바에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 복수의 광원들(211)은 도광판(220)의 상하 측면에 배치되거나 도광판(220)의 좌측면 또는 우측면 중 어느 하나에만 배치될 수 있다.
복수의 광원들(211) 각각은 단색광(특정한 파장을 가지는 광, 예를 들어 청색 광)을 방출하거나, 백색광(다양한 파장을 가지는 광이 혼합된 광, 예를 들어 적색 광과 녹색 광과 청색 광이 혼합된 광)을 방출할 수 있다. 예를 들어, 복수의 광원들(211) 각각은 발열량이 적은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 또는 냉-음극관(Cold Cathode Fluorescence Lamp, CCFL) 등을 채용할 수 있다.
지지체(212)는 복수의 광원들(211)의 위치가 변경되지 않도록 복수의 광원들(211)을 고정할 수 있다. 또한, 지지체(212)를 통하여 복수의 광원들(211)로 전력이 공급될 수 있다.
지지체(212)는 복수의 광원들(211)과 함께 도광판(220)의 측면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 지지체(212)는 도광판(220)의 좌측 면에 배치될 수 있다. 그러나, 지지체(212)의 배치는 도 4에 도시된 바에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 지지체(212)는 도광판(220)의 상하 측면에 배치되거나 도광판(220)의 좌측면 또는 우측면 중 어느 하나에만 배치될 수 있다.
지지체(212)는 복수의 광원들(211)을 고정하고, 복수의 광원들(211)에 전력을 공급하기 위한 전도성 전력 공급 라인을 포함하는 합성 수지로 구성되거나 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)로 구성될 수 있다.
도광판(220)은 측면에 배치된 복수의 광원들(211)로부터 방출된 광의 진행 방향을 변경하여, 전방을 향하여 광을 방출할 수 있다. 특히, 복수의 광원들(211)로부터 방출된 광은 도광판(220)의 에지 부분으로부터 도광판(220)의 중심 부분까지 확산될 수 있으며, 그 결과 도광판(220)은 전방을 향하여 균일한 광을 방출할 수 있다.
도광판(220)의 전면(220a)에는 복수의 광원들(211)로부터 방출된 광의 직진성을 향상시키기 위한 패턴이 형성될 수 있다. 도광판(220)의 전면(220a)에 형성된 패턴은 복수의 광원들(211)로부터 방출된 광이 방출된 방향으로 직진하도록 할 수 있다. 예를 들어, 도광판(220)의 전면(220a)에는 복수의 광원들(211)로부터 광이 방출되는 방향으로 렌티큘러(lenticular) 렌즈가 형성될 수 있으며, 렌티큘러 렌즈에 의하여 복수의 광원들(211)로부터 방출된 광은 도광판(220)의 중심 부분을 향하여 직진할 수 있다.
도광판(220) 내부로 입사된 광은 입사 각도에 따라 다양한 방향으로 진행할 수 있다. 예를 들어, 도광판(220)의 전방을 향하여 입사된 광은 도광판(220)의 전면(220a)에서 전반사되어 도광판(220)의 중심 부분을 향하여 진행할 수 있다. 또한, 도광판(220)의 후방을 향하여 입사된 광은 도광판(220)의 후방에 마련된 로컬 디밍 유닛(230)에 의하여 반사되어 도광판(220)의 중심 부분을 향하여 진행하거나 로컬 디밍 유닛(230)에 의하여 굴절(또는 산란)되어 도광판(220)의 전면(220a)을 통하여 방출될 수 있다.
도광판(220)의 전면(220a)에서의 전반사와 로컬 디밍 유닛(230)에서의 반사에 의하여 광은 도광판(220)의 에지 부분으로부터 도광판(220)의 중심 부분까지 진행할 수 있다. 또한, 광은 로컬 디밍 유닛(230)에서의 굴절(또는 산란)에 의하여 도광판(220)의 전면(220a)을 통하여 도광판(220)의 전방으로 방출될 수 있다.
이러한 도광판(220)은 폴리 메틸 메타아크릴레이트(poly methyl methacrylate, PMMA) 또는 투명 폴리 카보네이트(polycarbonate, PC) 등으로 구성될 수 있다.
광학 시트(240)는 도광판(220)의 전면(220a)를 통하여 방출된 광의 휘도를 향상시키거나 휘도의 균일성을 향상시키기 위한 다양한 시트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 시트(240)는 확산 시트(241), 제1 프리즘 시트(242), 제2 프리즘 시트(243), 반사형 편광 시트(244)를 포함할 수 있다
확산 시트(241)는 도광판(220)의 전면(220a)를 통하여 방출된 광의 휘도의 균일성을 향상시키기 위하여 광을 확산시킬 수 있다. 복수의 광원들(211)으로부터 방출된 광은 도광판(220) 내에서 확산되고, 확산 시트(241)에 의하여 다시 확산될 수 있다.
확산 시트(241) 내에서 확산됨으로 인하여 광은 비스듬하게 확산 시트(241)로부터 방출될 수 있다. 다시 말해, 확산 시트(241)로부터 방출되는 광과 확산 시트(241)의 법선 사이의 각도를 나타내는 출사각은 확산 시트(241)에 입사되는 광과 확산 시트(241)의 법선 사이의 각도를 나타내는 입사각보다 클 수 있다.
제1 및 제2 프리즘 시트(242, 243)는 확산 시트(241)으로부터 방출된 광을 집중시킬 수 있다. 다시 말해, 제1 및 제2 프리즘 시트(242, 243)는 확산 시트(241)로부터 비스듬하게 방출된 광이 전방을 향하여 진행하도록 확산 시트(241)로부터 방출된 광을 굴절시킬 수 있다.
제1 및 제2 프리즘 시트(242, 243)는 삼각 프리즘 형상의 프리즘 패턴을 포함하고, 이 프리즘 패턴은 복수 개가 인접 배열되어 복수 개의 띠 모양을 이룬다. 이때, 제1 프리즘 시트(242)의 프리즘 패턴이 배열되는 방향과 제2 프리즘 시트(243)의 프리즘 패턴이 배열되는 방향은 서로 수직할 수 있다. 제1 및 제2 프리즘 시트(242, 243)를 통과한 광은 대략 70도의 시야각을 가지며, 백 라이트 유닛(200)의 전방으로 진행하며, 휘도 역시 개선될 수 있다.
반사형 편광 시트(244)은 편광 필름의 일종으로, 입사 광 중 일부를 통과시키고, 다른 일부를 반사할 수 있다. 예를 들어, 반사형 편광 시트(244)의 미리 정해진 편광 방향과 동일한 방향으로 편광된 광을 통과시키고, 반사형 편광 시트(244)의 편광 방향과 다른 방향으로 편광된 광을 반사할 수 있다.
이때, 반사형 편광 시트(244)의 편광 방향은 앞서 설명한 액정 패널(110)에 포함된 제1 편광 필름(111)의 편광 방향과 동일할 수 있다. 그 결과, 반사형 편광 시트(244))을 통과한 광은 액정 패널(110)에 포함된 제1 편광 필름(111)도 통과할 수 있다.
또한, 반사형 편광 시트(244)에 의하여 반사된 광은 백 라이트 유닛(200) 내부에서 재활용되며, 이러한 광 재활용(light recycle)에 의하여 백 라이트 유닛(200)의 휘도가 향상될 수 있다.
광학 시트(240)에 포함되는 구성은 이상에서 설명한 시트 또는 필름에 한정되지 않으며, 보호 시트 등 더욱 다양한 시트 또는 필름을 포함할 수 있다. 또한, 확산 시트(241)와, 제1 프리즘 시트(242)와, 제2 프리즘 시트(243)와, 반사형 편광 시트(244)의 적층 순서는 도 4에 도시된 바에 한정되는 것은 아니며, 확산 시트(241)와, 제1 프리즘 시트(242)와, 제2 프리즘 시트(243)와, 반사형 편광 시트(244)는 다양한 순서로 적층될 수 있다.
로컬 디밍 유닛(230)은 전기장에 따라 광학적 특성이 변화하는 전기 광학 층(electro-optic layer) (231)과, 전기 광학 층(231)에 전기장을 형성하기 위한 복수의 전극들(232)을 포함할 수 있다.
전기 광학 층(231)은 도광판(220)의 후면(220b)에 위치하며, 전기 광학 물질(electro-optic material) (231a)로 구성될 수 있다. 전기 광학 물질(231a)은 전기 광학 효과(electro-optic effect)를 나타낼 수 있다. 전기 광학 효과는 전기장에 따라 광학적 특성이 변화하는 현상을 의미한다. 구체적으로, 전기 광학 효과는 전기장의 존재 여부 및/또는 전기장의 세기에 따라 물질의 굴절률, 위상 지연, 편광 특성 등이 변화하는 현상을 의미한다.
액정(Liquid Crystal)은 대표적인 전기 광학 물질(231a)에 해당한다. 액정은 전기장의 존재 여부 및/또는 전기장의 세기에 따라 굴절률 및 편광 특성이 변화한다. 예를 들어, 고분자 분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC), 고분자 네트워크 액정(Polymer Network Liquid Crystal, PNLC), 콜레스테릭 액정(Cholesteric Liquid Crystal), 스멕틱 액정(Smectic Liquid Crystal) 등이 전기 광학 물질(231a)로써 이용될 수 있다.
일렉트로크로믹 물질(electro-chromic material) 역시 전기 광학 물질(231a)에 해당할 수 있다. 일렉트로크로믹 물질은 전압의 인가에 의한 산화-환원 반응에 따라 물질의 색상이 가역적으로 변화하는 물질을 의미한다. 예를 들어, 산화 텅스텐(WO3)은 전자 주입으로 인하여 환원되며, 색상이 무색에서 청색으로 변화할 수 있다.
일렉트로웨팅 물질(electrowetting material) 역시 전기 광학 물질(231a)에 해당할 수 있다. 일렉트로웨팅은 전기를 이용하여 액체의 표면 장력을 변화시키는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 물방울은 표면 장력에 의하여 응집된다. 물방울에 전기를 공급하면 물방울과 바닥면 사이의 인력이 증가하며, 따라서 물방울은 바닥면에 퍼지고 물방울의 굴절률이 변경될 수 있다.
이처럼 전기 광학 층(231)의 전기 광학 물질(231a)은 전기장의 존재 여부 및/또는 전기장의 세기에 따라 광학적 특성이 변화할 수 있다.
예를 들어, 전기 광학 층(231)에 전기장이 생성되면 전기 광학 물질(231a)은 입사 광을 동일하게 굴절시킬 수 있다. 다시 말해, 전기 광학 층(231)에 입사된 광은 광이 입사된 위치에 관계없이 동일한 굴절률로 굴절될 수 있으며, 광이 입사된 위치에 관계없이 동일한 방향으로 굴절될 수 있다. 그로 인하여, 전기 광학 층(231)에 전기장이 생성되면 전기 광학 층(231)은 투명해질 수 있다. 다시 말해, 전기 광학 층(231)은 입사 광을 통과시킬 수 있다.
전기 광학 층(231)에 전기장이 생성되지 않으면 전기 광학 물질(231a)은 입사 광을 위치에 따라 서로 다른 굴절률로 서로 다른 방향으로 굴절시킬 수 있다. 다시 말해, 전기 광학 층(231)에 입사된 광은 광이 입사된 위치에 따라 서로 다른 굴절률에 의하여 굴절되고, 광이 입사된 위치에 따라 서로 다른 방향으로 굴절될 수 있다. 그로 인하여, 전기 광학 층(231)에 전기장이 생성되지 않으면 전기 광학 층(231)을 불투명해질 수 있다. 다시 말해, 전기 광학 층(231)은 입사 광을 산란시킬 수 있다.
다른 예로, 전기 광학 층(231)에 전기장이 생성되면 전기 광학 물질(231a)은 입사 광을 위치에 따라 서로 다른 굴절률로 서로 다른 방향으로 굴절시키고, 전기 광학 층(231)에 전기장이 생성되지 않으면 면 전기 광학 물질(231a)은 입사 광을 동일하게 굴절시킬 수 있다.
이처럼, 전기 광학 층(231)은 전기장의 존재 여부 및/또는 전기장의 세기에 따라 굴절률 또는 굴절 방향이 변경될 수 있다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전기 광학 층(231)은 전기장의 존재 여부 및/또는 전기장의 세기에 따라 광학적 특성이 변화하면 충분하다. 예를 들어, 전기 광학 층(231)은 전기장의 존재 여부 및/또는 전기장의 세기에 따라 위상 지연 또는 편광 방향 등이 변화할 수 있다.
복수의 전극들(232)은 전기 광학 층(231)을 중심으로 도광판(220)의 맞은 편에 마련된다. 복수의 전극들(232)과 도광판(220)의 사이에는 전기 광학 물질(231a)이 채워지고, 복수의 전극들(232)과 도광판(220)의 사이에 전기 광학 층(231)이 형성될 수 있다.
복수의 전극들(232)은 도 5에 도시된 바와 같이 동일한 평면 상에 위치할 수 있다. 복수의 전극들(232)은 도광판(220)과 전기 광학 층(231) 사이에는 마련되지 아니하며, 복수의 전극들(232) 모두는 전기 광학 층(231)을 중심으로 도광판(220)의 맞은 편에 마련될 수 있다.
복수의 전극들(232)은 전기 광학 층(231)에 전기장을 제어할 수 있다. 복수의 전극들(232)은 공통 전극들(232a)과 신호 전극들(232b)을 포함할 수 있다. 공통 전극들(232a)과 신호 전극들(232b)는 동일한 평면 상에 나란하게 배치될 수 있으며, 또한 동일한 평면 상에 교대로 배치될 수 있다.
공통 전극들(232a)은 접지에 연결되거나 서로간에 연결될 수 있다. 공통 전극들(232a)은 신호 전극들(232b)에 대하여 기준 전위(예를 들어, '0V')를 출력할 수 있다.
신호 전극들(232b)은 전기장을 생성하기 위한 전압을 수신할 수 있다. 신호 전극들(232b)에 전압이 인가되면 전압이 인가된 선호 전극과 주변 공통 전극들 사이에는 전기장이 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 복수의 전극들(232)은 서로 나란하게 배치된 제1 공통 전극(401)과 제1 신호 전극(411)과 제2 공통 전극(402)과 제2 신호 전극(412)을 포함할 수 있으며, 제1 공통 전극(401)과 제1 신호 전극(411)과 제2 공통 전극(402)과 제2 신호 전극(412)은 전기 광학 층(231)의 면에 제공될 수 있다. 또한, 제1 신호 전극(411)의 양측에는 제1 공통 전극(401)과 제2 공통 전극(402)이 배치될 수 있다. 제1 신호 전극(411)에 전압이 인가되면, 제1 신호 전극(411)과 제1 공통 전극(401) 사이에 전기장이 형성되며, 제1 신호 전극(411)과 제2 공통 전극(402) 사이에 전기장이 형성될 수 있다.
복수의 전극들(232)은 높은 반사율로 광을 반사시킬 수 있다. 전기 광학 층(231)이 투명해진 경우 광은 도광판(220)으로부터 전기 광학 층(231)으로 입사될 수 있으며, 투명한 전기 광학 층(231)을 통과할 수 있다. 복수의 전극들(232)은 전기 광학 층(231)을 통과한 광을 높은 반사율로 반사시킬 수 있다.
다시 말해, 전기 광학 층(231)이 투명해진 경우복수의 전극들(232)은 도광판(220)의 후면(220b)을 통하여 방출된 광을 도광판(220)으로 반사시킬 수 있다.
공통 전극들(232a)과 신호 전극들(232b)은 전기를 통과시킬 수 있는 전도성 물질로 구성될 수 있으며, 공통 전극들(232a)과 신호 전극들(232b)의 표면은 광에 대한 반사율이 높은 물질로 구성될 수 있다.
예를 들어, 공통 전극들(232a)과 신호 전극들(232b)은 각각 은(Ag)으로 구성되거나, 은(Ag)에 의하여 코팅된 구리 또는 알루미늄 등의 금속으로 구성될 수 있다. 또한, 공통 전극들(232a)와 신호 전극들(232b)은 전기 전도성을 갖는 모재(base materials)에 반사율이 높은 폴리머(polyer)를 코딩함으로써 제조될 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이 전기 광학 층(231)은 전기장의 생성 여부에 따라 광을 통과(한 방향으로 굴절)시키거나 광을 산란(여러 방향으로 굴절)시킬 수 있으며, 전기 광학 층(231)에 전기장을 생성하는 복수의 전극들(232)은 높은 광 반사율을 갖는다.
예를 들어, 복수의 전극들(232)에 의하여 전기 광학 층(231)에 전기장이 생성되면 도광판(220)의 후면(220b)을 통하여 방출된 광은 전기 광학 층(231)을 통과하고, 복수의 전극들(232)에 의하여 반사되어 다시 도광판(220)에 입사될 수 있다. 또한, 복수의 전극들(232)에 의하여 전기 광학 층(231)에 전기장이 생성되지 않으면 도광판(220)의 후면(220b)을 통하여 방출된 광은 전기 광학 층(231) 내에서 산란되고, 광의 일부는 도광판(220)을 통과하여 도광판(220)의 전면(220a)을 통하여 방출될 수 있다.
다시 말해, 전기 광학 층(231) 중에 불투명한 부분에 대응되는 위치에서 광은 도광판(220)의 전면(220a)을 통하여 방출되며, 다른 위치에 비하여 전기 광학 층(231) 중에 불투명한 부분에 대응되는 위치에서 백 라이트 유닛(200)은 밝은 광을 방출할 수 있다.
이하에서는 로컬 디밍 유닛(230)을 포함하는 백 라이트 유닛(200)의 동작이 보다 자세하게 설명된다.
도 6은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 동작의 일 예를 도시한다. 도 7은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 동작의 다른 일 예를 도시한다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 백 라이트 유닛(200)은 광원(211)과, 도광판(220)과, 로컬 디밍 유닛(230)을 포함한다.
광원(211)은 도광판(220)의 에지 부분에 마련되어 단색광 또는 백색광을 방출할 수 있으며, 도광판(220)은 에지 부분에 마련된 광원(211)으로부터 방출된 광을 중심 부분까지 확산시키고 전방을 향하여 광을 방출할 수 있다.
로컬 디밍 유닛(230)은 전기장에 따라 광을 통과시키거나 산란시키는 전기 광학 층(231)과, 전기 광학 층(231)에 전기장을 생성하는 복수의 전극들(232)을 포함할 수 있다.
전기 광학 층(231)은 도광판(220)과 복수의 전극들(232) 사이에 마련되며, 전기장에 따라 광학적 특성이 변화하는 전기 광학 물질(231a)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기장이 생성되면 전기 광학 층(231)의 전기 광학 물질(231a)은 광을 통과시키고, 전기장이 생성되지 않으면 전기 광학 물질(231a)은 광을 산란시킬 수 있다.
복수의 전극들(232)는 공통 전극들(232a)과 신호 전극들(232b)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 복수의 전극들(232)은 제1 공통 전극(401), 제1 신호 전극(411), 제2 공통 전극(402), 제2 신호 전극(412), 제3 공통 전극(403) 및 제3 신호 전극(413)을 포함할 수 있다. 제1, 제2 및 제3 공통 전극(401, 402, 403)은 기준 전위를 나타낼 수 있으며, 제1, 제2 및 제3 신호 전극(411, 412, 413)은 각각 전기장을 생성하기 위한 전압을 수신할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 제1 신호 전극(411)과 제2 신호 전극(412)과 제3 신호 전극(413)에 전압이 인가될 수 있다. 그 결과, 제1, 제2 및 제3 신호 전극(411, 412, 413)과 제1, 제2 및 제3 공통 전극(401, 402, 403) 사이에 전기장이 생성될 수 있다.
다시 말해, 전기 광학 층(231) 전체에 전기장이 생성될 수 있다. 전기 광학 층(231) 전체에 전기장이 생성됨으로 인하여 광은 전기 광학 층(231) 전체에서 전기 광학 층(231)을 통과할 수 있다.
구체적으로, 광원(211)에 전력이 공급되면 광원(211)은 도광판(220)을 향하여 광을 방출할 수 있다. 광원(211)으로부터 방출된 광은 도광판(220) 내부로 입사될 수 있다. 도광판(220)의 에지 부분에서 입사된 광은 도광판(220) 내부에서의 전반사에 의하여 도광판(220)을 따라 도광판(220)의 중심 부분으로 전파될 수 있다.
예를 들어, 도광판(220)의 전면(220a)을 향하여 진행하는 광(L1)은 도광판(220)의 전면(220a)에서 전반사될 수 있다. 도광판(220)의 굴절률이 공기의 굴절률 보다 크므로, 도광판(220)으로부터 공기를 향하는 광(L1)은 입사 각에 따라 도광판(220)과 공기 사이의 경계에서 전반사될 수 있다.
도광판(220)의 후면(220b)을 향하여 진행하는 광(L2)은 도광판(220)의 후면을 통과하여 전기 광학 층(231)에 입사될 수 있다. 도광판(220)의 굴절률과 전기 광학 층(231)의 굴절률 사이에는 큰 차이가 없으므로, 도광판(220)으로부터 전기 광학 층(231)을 향하는 광(L2)은 도광판(220)과 전기 광학 층(231) 사이의 경계를 통과할 수 있다.
도광판(220)으로부터 전기 광학 층(231)으로 입사된 광(L2)은 전기 광학 층(231) 내부에서 복수의 전극들(232)까지 전파될 수 있다. 복수의 전극들(232)에 의하여 전기 광학 층(231) 내부에 전기장이 형성되므로 전기 광학 층(231)은 광을 통과시킬 수 있으며, 전기 광학 층(231)으로 입사된 광(L2)은 전기 광학 층(231)을 통과하여 복수의 전극들(232)에 도달할 수 있다. 복수의 전극들(232)에 도달한 광(L2)은 복수의 전극들(232)에 의하여 반사될 수 있다.
복수의 전극들(232)로부터 반사된 광(L3)은 전기 광학 층(231)을 통과하여 도광판(220)을 향하여 전파될 수 있다. 또한, 복수의 전극들(232)로부터 반사된 광(L3)은 전기 광학 층(231)과 도광판(220)의 경계를 통과하여 도광판(220) 내부로 입사될 수 있다.
도광판(220) 내부로 입사된 광(L3)은 도광판(220)의 중심 부분을 향하여 전파될 수 있다. 또한, 도광판(220) 내부로 입사된 광(L3)은 도광판(220)의 전면(220a)에서 전반사될 수 있다.
이와 같은 방식으로 광원(211)으로부터 방출된 광은 전반사 및 반사에 의하여 도광판(220)과 로컬 디밍 유닛(230) 내부에서 백 라이트 유닛(200)의 에지 부분으로부터 중심 부분까지 전파될 수 있다.
또한, 도광판(220)의 전면(220a)을 향하여 진행하는 광(L1, L3) 중 일부 광(L4)은 도광판(220)의 전면(220a)을 통과하여 외부로 방출될 수 있다. 도광판(220)의 전면(220a)을 향하여 진행하는 광(L1, L3) 중 도광판(220)으로부터 방출되는 광(L4)을 비율은 위치에 관계없이 일정할 수 있다. 다시 말해, 도광판(220) 전체에서 균일한 광이 방출될 수 있다.
반면, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 신호 전극(411)과 제3 신호 전극(413)에 전압이 인가되고 제2 신호 전극(412)에 전압이 인가되지 아니할 수 있다. 그 결과, 제1 신호 전극(411)과 제2 공통 전극(402) 사이와 제3 신호 전극(413)과 제3 공통 전극(403) 사이에 전기장이 생성되며, 제2 신호 전극(412)과 제2/제3 공통 전극(402, 403) 사이에는 전기장이 생성되지 아니할 수 있다.
다시 말해, 전기 광학 층(231)에 부분적으로 전기장이 생성될 수 있다. 그로 인하여, 전기 광학 층(231)은 부분적으로 투명해질 수 있다. 구체적으로, 전기장이 생성된 부분에서 전기 광학 층(231)은 투명할 수 있으며, 전기장이 생성되지 아니한 부분에서 전기 광학 층(231)은 불투명할 수 있다. 또한, 광은 전기 광학 층(231)의 투명한 부분을 통과할 수 있으며, 광은 전기 광학 층(231)의 불투명한 부분을 통과하지 못하며 광은 전기 광학 층(231)의 불투명한 부분에서 산란될 수 있다.
구체적으로, 광원(211)에 전력이 공급되면 광원(211)은 도광판(220)을 향하여 광을 방출할 수 있다. 광원(211)으로부터 방출된 광은 도광판(220) 내부로 입사될 수 있다. 도광판(220)의 에지 부분에서 입사된 광은 도광판(220) 내부에서의 전반사에 의하여 도광판(220)을 따라 도광판(220)의 중심 부분으로 전파될 수 있다.
예를 들어, 도광판(220)의 전면(220a)을 향하여 진행하는 광(L5)은 도광판(220)의 전면(220a)에서 전반사될 수 있다.
도광판(220)의 후면(220b)을 향하여 진행하는 광(L6, L8)은 도광판(220)의 후면을 통과하여 전기 광학 층(231)에 입사될 수 있다. 전기 광학 층(231)에 입사된 광(L6, L8)은 전기 광학 층(231)이 투명한지 또는 불투명한지에 따라 복수의 전극들(232)까지 전파되거나 산란될 수 있다.
전기 광학 층(231)의 투명한 부분에 입사된 광(L6)은 전기 광학 층(231)을 통과하여 복수의 전극들(232)에 도달할 수 있다. 또한, 광(L6)은 복수의 전극들(232)에서 반사될 수 있으며, 복수의 전극들(232)에 의하여 반사된 광(L7)은 도광판(220)의 중심 부분을 향하여 전파될 수 있다.
전기 광학 층(231)의 불투명한 부분에 입사된 광(L8)은 전기 광학 층(231)에서 산란될 수 있다. 구체적으로, 광(L8)은 전기 광학 층(231)의 불투명한 부분에서 전기 광학 물질(231a)에 의하여 다양한 방향으로 굴절될 수 있다. 입사된 광이 일관성 없이 다양한 방향으로 굴절됨으로 인하여 전기 광학 층(231)은 불투명하게 보일 수 있다.
다양한 방향으로 굴절된 광 중 일부(L9)는 도광판(220)의 전면(220a)의 법선 방향과 유사한 방향으로 굴절될 수 있다. 다시 말해, 전기 광학 층(231)에서 산란(여러 방향으로 굴절)된 광(L9)과 도광판(220)의 전면(220a)의 법선 사이의 각도(이하 '입사 각'이라 한다)는 도광판(220)에서 전반사가 발생하기 위한 임계 각도보다 작을 수 있다. 따라서, 전기 광학 층(231)에서 산란된 광(L9)은 도광판(220)의 전면(220a)을 통하여 외부로 방출될 수 있다.
또한, 앞서 도 6과 함께 설명된 바와 같이 도광판(220)의 전면(220a)을 향하여 진행하는 광(L5) 중 일부 광(L10)은 도광판(220)의 전면(220a)을 통과하여 외부로 방출될 수 있다.
전기 광학 층(231)에서의 산란에 의하여 도광판(220)으로부터 방출되는 광(L9)의 세기는 도광판(220)의 전면(220a)에서 전반사되지 않고 도광판(220)의 전면(220a)을 통과한 광(L10)의 세기보다 클 수 있다.
따라서, 광이 전기 광학 층(231)에서 산란되는 부분에 대응되는 제1 영역(R1)에서 방출되는 광(L9)의 세기는 광이 전기 광학 층(231)을 통과하는 부분에 대응되는 제2 영역(R2)에서 방출되는 광(L10)의 세기보다 클 수 있다. 다시 말해, 백 라이트 유닛(200) 중에 전압이 인가된 제2 신호 전극(412)에 대응되는 제1 영역(R1)에서 방출되는 광(L9)의 세기는 제1 및 제3 신호 전극(411, 413)에 대응되는 제2 영역(R2)에서 방출되는 광(L10)의 세기보다 클 수 있다.
따라서, 도광판(220)으로부터 방출되는 광의 세기는 위치에 따라 불균일할 수 있으며, 위치에 따른 광의 세기는 제어될 수 있다. 구체적으로, 도광판(220)의 특정 영역으로부터 방출되는 광의 세기는 신호 전극들(232b)에 전압을 인가하는지 여부에 따라 제어될 수 있다. 다시 말해, 능동적 로컬 디밍이 구현될 수 있다.
이상에서는 전기장이 인가되면 투명해지고 전기장이 제거되면 불투명해지는 전기 광학 물질이 설명되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전기 광학 물질은 전기장이 인가되면 불투명해지고 전기장이 제거되면 투명해질 수 있다.
도 8은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 구현 예를 도시한다.
백 라이트 유닛(200)은 광원(211)과 도광판(220)과 로컬 디밍 유닛(230)을 포함하며, 로컬 디밍 유닛(230)은 전기 광학 층(231)과 복수의 전극들(232)을 포함할 수 있다. 광원(211)과 도광판(220)과 복수의 전극들(232)은 도 6 및 도 7에 도시된 것들과 동일할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 전기 광학 층(231)은 도광판(220)과 복수의 전극들(232) 사이에 마련되며, 전기장에 따라 광학적 특성이 변화하는 고분자 분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC) (231b)을 포함할 수 있다.
고분자 분산형 액정(231b)은 액정과 폴리머의 비혼화성 혼합물(immiscible mixtures) (애멀젼, emulsions)을 제조함으로써 형성될 수 있다. 혼합물은 폴리머의 구조적 이점과 액정의 전기 광학 특성을 모두 가질 수 있다.
에멀젼이 형성되도록 액체 상태의 액정과 액체 상태의 폴리머가 혼합될 수 있다. 또한, 폴리머는 자외선에 의하여 경화될 수 있는 광학 경화 접착제(optically curing adhesives) 예를 들어, 폴리아크릴레이트(poly-acrylates) 또는 폴리티올렌(poly-thiolenes) 등이 이용될 수 있다. 폴리머의 경화가 진행됨에 따라 액정과 비혼화성 폴리머 사이의 상 분리(phase separation)가 발생할 수 있다. 구체적으로, 액정의 방울(droplets)이 폴리머 구조체에서 분리되도록 액정과 폴리머의 혼합물에서 폴리머가 경화될 수 있다. 그 결과, 고분자 분산형 액정(231b)이 제조될 수 있다.
혼합물 중 폴리머의 농도가 30%에서 50%인 경우 마이크로 스케일인 액정 방물이 제조될 수 있다. 액정 방울의 액정 분자는 국부적으로 정렬되나, 각각의 액정 방울은 무작위로 정렬될 수 있다. 액정 방울의 크기 및 액정 방울의 등방성(isotropic)으로 인하여 고분자 분산형 액정(231b)은 광을 산란시키며, 우유 빛 색상을 가지게 된다.
고분자 분산형 액정(231b)에 전기장이 인가되면 액정 방울은 전기 광학적 재배치가 발생하며, 고분자 분산형 액정(231b)의 산란 정도가 감소하고 투명한 상태가 될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이 제1 신호 전극(411)에는 전압이 인가되고, 제2 신호 전극(412)에는 전압이 인가되지 아니할 수 있다. 그 결과, 제1 신호 전극(411)과 제2 공통 전극(402) 사이에 전기장이 생성되며, 제2 신호 전극(412)과 제2 공통 전극(402) 사이에는 전기장이 생성되지 아니할 수 있다. 다시 말해, 전기 광학 층(231)에 부분적으로 전기장이 생성될 수 있다.
전기장이 생성된 부분(제1 신호 전극과 제2 공통 전극 사이)의 고분자 분산형 액정(231b)의 액정 방울은 전기장에 의하여 정렬될 수 있으며, 고분자 분산형 액정(231b)의 광 산란성이 감소될 수 있다. 그로 인하여, 전기장이 생성된 부분에서 고분자 분산형 액정(231b)은 투명한 상태가 될 수 있다. 또한, 광원(211)으로부터 방출된 광은 투명한 고분자 분산형 액정(231b)을 통과할 수 있다.
전기장이 생성되지 않은 부분(제2 신호 전극과 제2 공통 전극 사이)의 고분자 분산형 액정(231b)의 액정 방울은 임의의 방향으로 정렬될 수 있으며, 고분자 분산형 액정(231b)은 광 산란성을 가질 수 있다. 그로 인하여, 전기장이 생성되지 않은 부분에서 고분자 분산형 액정(231b)은 불투명한 상태가 될 수 있다. 또한, 광원(211)으로부터 방출된 광은 불투명한 고분자 분산형 액정(231b)에 의하여 산란되고, 도광판(220)의 전면(220a)을 통하여 방출될 수 있다.
도 9는 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 다른 구현 예를 도시한다.
백 라이트 유닛(200)은 광원(211)과 도광판(220)과 로컬 디밍 유닛(230)을 포함하며, 로컬 디밍 유닛(230)은 전기 광학 층(231)과 복수의 전극들(232)을 포함할 수 있다. 광원(211)과 도광판(220)과 복수의 전극들(232)은 도 6 및 도 7에 도시된 것들과 동일할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 전기 광학 층(231)은 도광판(220)과 복수의 전극들(232) 사이에 마련되며, 전기장에 따라 광학적 특성이 변화하는 고분자 네트워크 액정(Polymer Network Liquid Crystal, PNLC) (231c)을 포함할 수 있다.
액정과 폴리머의 혼합물 중 폴리머의 농도가 1%에서 10%인 경우 혼합물은 주로 액정으로 구성되며, 폴리머 체인의 확산 네트워크(diffuse network)가 혼합물 전반에 형성될 수 있다. 그 결과, 점성을 가지는 액체 또는 겔 형태의 고분자 네트워크 액정(231c)이 제조될 수 있다.
고분자 네트워크 액정(231c)의 전기 광학 특성은 도 8에 도시된 고분자 분산형 액정(231b)과 동일할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이 제1 신호 전극(411)에는 전압이 인가되고, 제2 신호 전극(412)에는 전압이 인가되지 아니할 수 있다. 그 결과, 제1 신호 전극(411)과 제2 공통 전극(402) 사이에 전기장이 생성되며, 제2 신호 전극(412)과 제2 공통 전극(402) 사이에는 전기장이 생성되지 아니할 수 있다. 다시 말해, 전기 광학 층(231)에 부분적으로 전기장이 생성될 수 있다.
전기장이 생성된 부분(제1 신호 전극과 제2 공통 전극 사이)의 고분자 네트워크 액정(231c)의 액정 분자는 전기장에 의하여 정렬될 수 있으며, 고분자 네트워크 액정(231c)은 투명한 상태가 될 수 있다. 또한, 광원(211)으로부터 방출된 광은 투명한 고분자 네트워크 액정(231c)을 통과할 수 있다.
전기장이 생성되지 않은 부분(제2 신호 전극과 제2 공통 전극 사이)의 고분자 네트워크 액정(231c)의 액정 방울은 임의의 방향으로 정렬될 수 있으며, 고분자 네트워크 액정(231c)은 불투명한 상태가 될 수 있다. 또한, 광원(211)으로부터 방출된 광은 불투명한 고분자 네트워크 액정(231c)에 의하여 산란되고, 도광판(220)의 전면(220a)을 통하여 방출될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 또 다른 구현 예를 도시한다.
백 라이트 유닛(200)은 광원(211)과 도광판(220)과 로컬 디밍 유닛(230)을 포함하며, 로컬 디밍 유닛(230)은 전기 광학 층(231)과 복수의 전극들(232)을 포함할 수 있다. 광원(211)과 도광판(220)과 복수의 전극들(232)은 도 6 및 도 7에 도시된 것들과 동일할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 전기 광학 층(231)은 도광판(220)과 복수의 전극들(232) 사이에 마련되며, 전기장에 따라 광학적 특성이 변화하는 콜레스테릭 액정(Cholesteric Liquid Crystal) (231d)을 포함할 수 있다.
콜레스테릭 액정(231d)은 층상구조를 가지며 액정 분자는 각각의 층에 대하여 평행하게 배열된다. 또한, 인접한 층사이에서 액정 분자의 장축의 배열 방향이 약간씩 벗어나 있는 형태이며 액정 전체로서는 나선구조를 하고 있다. 이러한 나선 구조로 인하여, 콜레스테릭 액정(231d)은 선광성, 선택 광산란, 원평광, 2색성 등의 광학적 성질을 갖게 된다.
전기장이 없으면 콜레스테릭 액정(231d)은 나선 구조를 갖지만, 콜레스테릭 액정(231d)에 전기장이 인가되면 콜레스테릭 액정(231d)은 전기장의 방향으로 재배열될 수 있다. 구체적으로, 콜레스테릭 액정(231d)의 상태는 나선 구조를 갖는 콜레스테릭 액정(231d)이 규칙적으로 배열되는 플래나(planar) 상태와, 콜레스테릭 액정(231d)이 일렬로 배열되는 호메오트로픽(homeotropic) 상태와, 나선 구조를 갖는 콜레스테릭 액정(231d)이 불규칙적으로 배치하는 포칼 코닉(focal conic) 상태를 포함한다. 호메오트로픽 상태는 불안정한 상태로서 호메오트로픽 상태의 콜레스테릭 액정(231d)은 외부 전기장이 제거되면 플래나 상태 또는 포칼 코닉 상태로 전이할 수 있다.
콜레스테릭 액정(231d) 양단에 고전압이 인가되면 콜레스테릭 액정(231d)은 호메오트로픽 상태가 되며, 호메오트로픽 상태에서 콜레스테릭 액정(231d)은 광을 통과시킬 수 있다.
호메오트로픽 상태에서 콜레스테릭 액정(231d) 양단에 인가되는 고전압이 제거되면 콜레스테릭 액정은 플래나 상태가 되며, 플래나 상태에서 콜레스테릭 액정(231d)은 특정 파장의 광을 반사시키고 다른 파장의 광을 통과시킬 수 있다.
호메오트로픽 상태에서 콜레스테릭 액정(231d) 양단에 저전압이 인가되면 콜레스테릭 액정(231d)은 포칼 코닉 상태가 되며, 포칼 코닉 상태에서 콜레스테릭 액정은 광을 산란시킬 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 신호 전극(411)에는 고전압이 인가되고, 제2 신호 전극(412)에는 저전압이 인가될 수 있다.
고전압이 인가된 부분(제1 신호 전극과 제2 공통 전극 사이)의 콜레스테릭 액정(231d)은 호메오트로픽 상태가 되며, 광을 통과시킬 수 있다.
저전압이 인가된 부분(제2 신호 전극과 제2 공통 전극 사이)의 콜레스테릭 액정(231d)은 포칼 코닉 상태가 되며, 광을 산란시킬 수 있다. 또한, 광원(211)으로부터 방출된 광은 불투명한 콜레스테릭 액정(231d)에 의하여 산란되고, 도광판(220)의 전면(220a)을 통하여 방출될 수 있다.
도 11은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 평면도의 일 예를 도시한다.
백 라이트 유닛(200)은 복수의 광원들(211)과 도광판(220)과 로컬 디밍 유닛(230)을 포함하며, 로컬 디밍 유닛(230)은 전기 광학 층(231)과 복수의 전극들(232)을 포함할 수 있다. 복수의 광원들(211)과 도광판(220)과 전기 광학 층(231)은 도 6 및 도 7에 도시된 것들과 동일할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 복수의 광원들(211)은 도광판(220)의 좌측 에지 부분에 마련될 수 있으며, 도광판(220)의 우측을 향하여 광을 방출할 수 있다.
또한, 복수의 전극들(232) 각각은 백 라이트 유닛(200)의 상측으로부터 하측까지 연장되는 막대 형태를 가질 수 있다.
구체적으로, 복수의 전극들(232)은 복수의 광원들(211)로부터 방출된 광이 전파되는 경로와 수직한 방향으로 길게 연장될 수 있다. 또한, 백 라이트 유닛(200)의 상측으로부터 하측까지 연장된 막대 형태의 복수의 전극들(232)은 백 라이트 유닛(200)의 좌측으로부터 우측까지 나란하게 배치될 수 있다. 그로 인하여 복수의 전극들(232)은 복수의 광원들(211)로부터 방출된 광이 전파되는 경로와 교차될 수 있다.
복수의 전극들(232)은 공통 전극들(232a)과 신호 전극들(232b)을 포함한다. 공통 전극들(232a)과 신호 전극들(232b)은 동일한 평면 상에 나란하게 배치될 수 있으며, 또한 동일한 평면 상에 교대로 배치될 수 있다.
예를 들어, 복수의 전극들(232)은 제1 공통 전극(401)과 제2 공통 전극(402)과 제3 공통 전극(403)과 제1 신호 전극(411)과 제2 신호 전극(412)을 포함할 수 있으며, 복수의 전극들(232)은 제1 공통 전극(401), 제1 신호 전극(411), 제2 공통 전극(402), 제2 신호 전극(412) 및 제3 공통 전극(403)의 순서로 배치될 수 있다.
공통 전극들(232a)은 접지에 연결되거나 서로간에 연결될 수 있다.
신호 전극들(232b)은 전기장을 생성하기 위한 전압을 독립적으로 수신할 수 있다. 신호 전극들(232b)에 전압이 인가되면 전압이 인가된 선호 전극과 주변 공통 전극들 사이에는 전기장이 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 신호 전극(411)에 전압이 인가될 수 있으며, 제1 신호 전극(411)과 제1/제2 공통 전극(401, 402) 사이에 전기장이 생성될 수 있다. 그로 인하여, 제1 신호 전극(411) 주변의 전기 광학 물질(231a)은 투명해지고, 광은 제1 신호 전극(411) 주변의 전기 광학 물질(231a)을 통과할 수 있다.
또한, 제2 신호 전극(412)에는 전압이 인가되지 아니할 수 있으며, 제2 신호 전극(412)과 제2/제3 공통 전극(402, 403) 사이에 전기장이 생성되지 아니할 수 있다. 그로 인하여, 제2 신호 전극(412) 주변의 전기 광학 물질(231a)은 불투명해지며, 광은 제2 신호 전극(412) 주변의 전기 광학 물질(231a)에 의하여 산란될 수 있다. 산란된 광은 도광판(220)의 전면(220a)을 통하여 출력될 수 있다.
이와 같이, 전압이 인가된 신호 전극 주변의 전기 광학 물질은 광을 통과시키고 전압이 인가되지 아니한 신호 전극 주변의 전기 광학 물질은 광을 산란시킬 수 있다. 전압이 인가되지 아니한 신호 전극 주변에서 광은 도광판(220)으로부터 출력된다.
백 라이트 유닛(200)은 위치에 따라 다른 휘도를 가지는 광을 방출할 수 있다. 구체적으로, 전압이 인가되지 않은 신호 전극의 주변에서 방출되는 광의 휘도는 전압이 인가된 신호 전극의 주변에서 방출되는 광의 휘도보다 클 수 있다. 예를 들어, 신호 전극들(232b)에 교대로 전압을 인가하면 백 라이트 유닛(200)는 도 11에 도시된 바와 같이 위치에 따라 저휘도의 광과 고휘도의 광을 교대로 방출할 수 있으며, 백 라이트 유닛(200) 상의 저휘도 부분과 고휘도 부분이 줄무늬 패턴과 같이 형성될 수 있다.
특히, 백 라이트 유닛(200)의 위치에 따른 휘도는 신호 전극들(232b)에 입력되는 전압에 따라 제어될 수 있으며, 백 라이트 유닛(200)은 능동적으로 로컬 디밍을 수행할 수 있다.
도 12은 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛의 평면도의 다른 일 예를 도시한다.
백 라이트 유닛(200)은 복수의 광원들(211)과 도광판(220)과 로컬 디밍 유닛(230)을 포함하며, 로컬 디밍 유닛(230)은 전기 광학 층(231)과 복수의 전극들(232)을 포함할 수 있다. 복수의 광원들(211)과 도광판(220)과 전기 광학 층(231)은 도 6 및 도 7에 도시된 것들과 동일할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 복수의 광원들(211)은 도광판(220)의 좌측 에지 부분에 마련될 수 있으며, 도광판(220)의 중심 부분을 향하여 광을 방출할 수 있다.
또한, 복수의 전극들(232) 각각은 "패치(patch)" 형태를 가질 수 있으며, 백 라이트 유닛(200) 상에 열과 행을 맞추어 정렬될 수 있다.
구체적으로, 복수의 전극들(232)은 복수의 광원들(211)로부터 방출된 광이 전파되는 경로를 따라 좌측으로부터 우측으로 일렬로 배치될 수 있으며, 복수의 전극들(232)은 또한 복수의 광원들(211)로부터 방출된 광이 전파되는 경로와 수직한 방향으로 상측으로부터 하측까지 일렬로 배치될 수 있다.
복수의 전극들(232)은 공통 전극들(232a)과 신호 전극들(232b)을 포함한다. 공통 전극들(232a)과 신호 전극들(232b)은 동일한 평면 상에 나란하게 배치될 수 있으며, 또한 동일한 평면 상에 교대로 배치될 수 있다. 구체적으로, 신호 전극들(232b)과 공통 전극들(232a)은 가로 방향으로 교대로 배치될 뿐만 아니라 세로 방향으로도 교대로 배치될 수 있다. 그 결과, 신호 전극들(232b) 각각의 주변에는 8개의 공통 전극들(232a)이 배치될 수 있다.
예를 들어, 신호 전극들(232b)은 신호 전극 11 (511)과 신호 전극 13 (513)과 신호 전극 31 (531)과 신호 전극 33 (533)을 포함할 수 있으며, 공통 전극들(232a)은 공통 전극 12 (512)와 공통 전극 14 (514)와 공통 전극 21 (521)와 공통 전극 22 (522)와 공통 전극 23 (523)과 공통 전극 24 (524)와 공통 전극 32 (532)와 공통 전극 34 (534)를 포함할 수 있다.
신호 전극 11 (511)의 주변에는 공통 전극 12 (512)와 공통 전극 21 (521)와 공통 전극 22 (522)가 배치될 수 있다. 또한, 신호 전극 13 (513)의 주변에는 공통 전극 12 (512)와 공통 전극 14 (514)와 공통 전극 22 (522)와 공통 전극 23 (523)과 공통 전극 24 (524)가 배치될 수 있다.
공통 전극들(232a)은 접지에 연결되거나 서로간에 연결될 수 있다.
신호 전극들(232b)은 전기장을 생성하기 위한 전압을 독립적으로 수신할 수 있다. 신호 전극들(232b)에 전압이 인가되면 전압이 인가된 선호 전극과 주변 공통 전극들 사이에는 전기장이 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이 신호 전극 11 (511)에 전압이 인가될 수 있으며, 신호 전극 11 (511)와 공통 전극 12/21/22 (512, 521, 522) 사이에 전기장이 생성될 수 있다. 그로 인하여, 신호 전극 11 (511) 주변의 전기 광학 물질(231a)은 투명해지고, 광은 신호 전극 11 (511) 주변의 전기 광학 물질(231a)을 통과할 수 있다.
또한, 신호 전극 13 (513)에는 전압이 인가되지 아니할 수 있으며, 신호 전극 13 (513)과 공통 전극 12/14/22/23/24 (512, 514, 522, 523, 524) 사이에 전기장이 생성되지 아니할 수 있다. 그로 인하여, 신호 전극 13 (513) 주변의 전기 광학 물질(231a)은 불투명해지고, 광은 신호 전극 13 (513) 주변의 전기 광학 물질(231a)에 의하여 산란될 수 있다. 산란된 광은 도광판(220)의 전면(220a)을 통하여 출력될 수 있다.
이와 같이 백 라이트 유닛(200)은 위치에 따라 다른 휘도를 가지는 광을 방출할 수 있다. 구체적으로, 전압이 인가되지 않은 신호 전극의 주변에서 방출되는 광의 휘도는 전압이 인가된 신호 전극의 주변에서 방출되는 광의 휘도보다 클 수 있다. 예를 들어, 신호 전극들(232b)에 교대로 전압을 인가하면 백 라이트 유닛(200)는 도 12에 도시된 바와 같이 위치에 따라 저휘도의 광과 고휘도의 광을 교대로 방출할 수 있으며, 백 라이트 유닛(200) 상의 저휘도 부분과 고휘도 부분이 격자무늬 패턴과 같이 형성될 수 있다.
도 13은 일 실시예에 의한 디스플레이 장치의 제어 구성을 도시한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(100)는 사용자로부터 사용자 입력을 수신하는 사용자 입력부(310)와, 컨텐츠 소스들로부터 비디오 신호 및/또는 오디오 신호를 수신하는 컨텐츠 수신부(320)와, 컨텐츠 수신부(320)에 의하여 수신된 비디오 신호 및/또는 오디오 신호를 처리하고 디스플레이 장치(100)의 동작을 제어하는 제어부(300)와, 디스플레이 장치(100)의 구성들에 전력을 공급하는 전력 공급부(330)와, 제어부(300)에 의하여 처리된 음향을 출력하는 음향 출력부(340)와, 제어부(300)에 의하여 처리된 영상을 표시하는 영상 표시부(350)를 포함한다.
사용자 입력부(310)는 사용자 입력을 수신하는 입력 버튼(311)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자 입력부(310)는 디스플레이 장치(100)를 턴온 또는 턴오프시키기 위한 전원 버튼, 디스플레이 장치(100)가 출력하는 음향의 볼륨을 조절하기 위한 음향 조절 버튼, 컨텐츠 소스를 선택하기 위한 소스 선택 버튼 등을 포함할 수 있다.
입력 버튼(311)는 각각 사용자 입력을 수신하고 사용자 입력에 대응하는 전기적 신호를 제어부(300)로 출력할 수 있으며, 푸시 스위치, 터치 스위치, 다이얼, 슬라이드 스위치, 토글 스위치 등 다양한 입력 수단에 의하여 구현될 수 있다.
사용자 입력부(310)는 또한 리모트 컨트롤러(312a)의 원격 제어 신호를 수신하는 신호 수신기(312)를 포함한다. 사용자 입력을 수신하는 리모트 컨트롤러(312a)는 디스플레이 장치(100)와 분리되어 마련될 수 있으며, 사용자 입력을 수신하고, 사용자 입력에 대응하는 무선 신호를 디스플레이 장치(100)로 전송할 수 있다. 신호 수신기(312)는 리모트 컨트롤러(312a)로부터 사용자 입력에 대응하는 무선 신호를 수신하고, 사용자 입력에 대응하는 전기적 신호를 제어부(300)로 출력할 수 있다.
컨텐츠 수신부(320)는 컨텐츠 소스들로부터 비디오 신호 및/또는 오디오 신호를 포함하는 컨텐츠를 수신하는 수신 단자(321) 및 튜너(322)를 포함할 수 있다.
수신 단자(321)은 케이블을 통하여 컨텐츠 소스들로부터 비디오 신호와 오디오 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 수신 단자(321)은 컴포넌트(component, YPbPr/RGB) 단자, 컴포지트 (composite video blanking and sync, CVBS) 단자, 오디오 단자, 고화질 멀티미디어 인터페이스 (High Definition Multimedia Interface, HDMI) 단자, 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus, USB) 단자 등을 포함할 수 있다.
튜너(322)는 방송 수신 안테나 또는 유선 케이블로부터 방송 신호를 수신하고, 방송 신호 중에 사용자에 의하여 선택된 채널의 방송 신호를 추출할 수 있다. 예를 들어, 튜너(322)는 방송 수신 안테나 또는 유선 케이블을 통하여 수신된 복수의 방송 신호 중에 사용자에 의하여 선택된 채널에 해당하는 주파수를 가지는 방송 신호를 통과시키고, 다른 주파수를 가지는 방송 신호를 차단할 수 있다.
이처럼, 컨텐츠 수신부(320)는 수신 단자(321) 및/또는 튜너(322)를 통하여 컨텐츠 소스들로부터 비디오 신호와 오디오 신호를 수신할 수 있으며, 수신 단자(321) 및/또는 튜너(322)를 통하여 수신된 비디오 신호 및/또는 오디오 신호를 제어부(300)로 출력할 수 있다.
제어부(300)는 데이터를 처리하는 프로세서(301)와 데이터를 기억/저장하는 메모리(302)를 포함할 수 있다.
메모리(302)는 디스플레이 장치(100)를 제어하기 위한 프로그램 및 데이터를 저장하고, 디스플레이 장치(100)를 제어하는 중에 발행하는 데이터를 임시로 기억할 수 있다.
또한, 메모리(302)는 비디오 신호 및/또는 오디오 신호를 처리하기 위한 프로그램 및 데이터를 저장하고, 비디오 신호 및/또는 오디오 신호를 처리하는 중에 발행하는 데이터를 임시로 기억할 수 있다.
메모리(302)는 데이터를 장기간 저장하기 위한 롬(Read Only Memory), 플래시 메모리 등의 비휘발성 메모리와, 데이터를 일시적으로 기억하기 위한 S-램(Static Random Access Memory, S-RAM), D-램(Dynamic Random Access Memory) 등의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
프로세서(301)는 사용자 입력부(310)로부터 사용자 입력을 수신하고, 사용자 입력에 따라 컨텐츠 수신부(320), 및/또는 영상 표시부(350), 및/또는 음향 출력부(340)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한, 프로세서(301)는 컨텐츠 수신부(320)로부터 비디오 신호 및/또는 오디오 신호를 수신하고, 비디오 신호를 디코딩하여 영상 데이터를 생성하고, 오디오 신호를 디코딩하고 음향 데이터를 생성할 수 있다. 영상 데이터와 음향 데이터는 각각 영상 표시부(350)와 음향 출력부(340)로 출력될 수 있다.
프로세서(301)는 논리 연산 및 산술 연산 등을 수행하는 연산 회로와, 연산된 데이터를 기억하는 기억 회로 등을 포함할 수 있다.
제어부(300)는 사용자 입력에 따라 컨텐츠 수신부(320), 영상 표시부(350) 및 음향 출력부(340)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자 입력에 의하여 컨텐츠 소스가 선택되면, 제어부(300)는 선택된 컨텐츠 소스로부터 비디오 신호 및/또는 오디오 신호를 수신하도록 컨텐츠 수신부(320)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(300)는 컨텐츠 수신부(320)에 의하여 수신된 비디오 신호 및/또는 오디오 신호를 처리하고, 비디오 신호 및/또는 오디오 신호로부터 영상과 음향을 재현할 수 있다. 구체적으로, 제어부(300)는 비디오 신호 및/또는 오디오 신호를 영상 데이터와 음향 데이터로 디코딩할 수 있다.
제어부(300)는 도 2에 도시된 제어 어셈블리(140) 내의 제어 회로로서 구현될 수 있다.
제어부(300)는 오디오 신호로부터 디코딩된 음향 데이터를 아날로그 음향 신호로 변환할 수 있으며, 음향 앰프(341)는 제어부(300)로부터 출력된 아날로그 음향 신호를 증폭할 수 있다.
전력 공급부(330)는 사용자 입력부(310), 컨텐츠 수신부(320), 제어부(300), 영상 표시부(350), 음향 출력부(340) 및 그 밖의 모든 구성들에 전력을 공급할 수 있다.
전력 공급부(330)는 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply) (331) (이하 'SMPS'라 한다)를 포함한다.
SMPS (331)는 외부 전원의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 AC-DC 컨버터와, 직류 전력의 전압을 변경하는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 외부 전원의 교류 전력은 AC-DC 컨버터에 의하여 직류 전력으로 변환되며, 직류 전력의 전압은 DC-DC 컨버터에 의하여 다양한 전압(예를 들어, 5V 및/또는 15V)으로 변경될 수 있다. 전압이 변경되는 직류 전력을 각각 사용자 입력부(310), 컨텐츠 수신부(320), 제어부(300), 영상 표시부(350), 음향 출력부(340) 및 그 밖의 모든 구성들에 공급될 수 있다.
전력 공급부(330)는 도 2에 도시된 전원 어셈블리(150) 내의 전원 회로로서 구현될 수 있다.
음향 출력부(340)는 음향을 증폭하는 음향 앰프(341)와, 증폭된 음향을 청각적으로 출력하는 스피커(342)를 포함한다.
스피커(342)는 음향 앰프(341)에 의하여 증폭된 아날로그 음향 신호를 음향(음파)으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 스피커(342)는 전기적 음향 신호에 따라 진동하는 박막을 포함할 수 있으며, 박막의 진동에 의하여 음파가 생성될 수 있다.
영상 표시부(350)는 영상을 시각적으로 표시하는 디스플레이 패널(352)과, 디스플레이 패널(352)을 구동하는 디스플레이 드라이버(351)를 포함한다.
디스플레이 패널(352)은 디스플레이 드라이버(351)로부터 수신된 영상 데이터에 따라 영상을 생성하고, 영상을 표시할 수 있다.
디스플레이 패널(352)은 영상을 표시하는 단위가 되는 픽셀을 포함할 수 있다. 각각의 픽셀은 디스플레이 드라이버(351)로부터 영상을 나타내는 전기적 신호를 수신하고, 수신된 전기적 신호에 대응하는 광학 신호를 출력할 수 있다. 이처럼, 복수의 픽셀이 출력하는 광학 신호가 조합됨으로써 하나의 영상이 디스플레이 패널(352)에 표시될 수 있다.
디스플레이 패널(352)은 액정 패널(110)과 백 라이트 유닛(200)을 포함할 수 있다.
디스플레이 드라이버(351)는 제어부(300)로부터 영상 데이터를 수신하고, 수신된 영상 데이터에 대응하는 영상을 표시하도록 디스플레이 패널(352)을 구동할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 드라이버(351)는 액정 패널(110)에 영상을 표시하기 위한 영상 신호를 출력할 수 있다.
디스플레이 드라이버(351)가 액정 패널(110)에 포함된 복수의 픽셀들 각각에 영상 데이터에 대응하는 영상 신호를 전달하면 복수의 픽셀들 각각은 수신된 영상 신호에 대응하는 광을 출력하고, 복수의 픽셀들 각각로부터 출력되는 광들이 조합되어 하나의 영상을 형성할 수 있다.
디스플레이 드라이버(351)는 도 2에 도시된 드라이버 IC (120)로서 구현될 수 있다.
도 14는 일 실시예에 의한 디스플레이 장치에 포함된 제어부와 영상 표시부를 도시한다.
도 14를 참조하면, 디스플레이 장치(100)는 제어부(300)와 백 라이트 유닛(200)을 포함할 수 있으며, 제어부(300)는 백 라이트 유닛(200)에 로컬 디밍을 위한 디밍 신호를 출력할 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 제어부(300)는 백 라이트 유닛(200)의 위치에 따라 서로 다른 밝기의 광을 방출하도록 백 라이트 유닛(200)을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(300)는 백 라이트 유닛(200)이 위치에 따라 서로 다른 밝기의 광을 방출하도록 발광 모듈(210)과 로컬 디밍 유닛(230)을 제어할 수 있다.
제어부(300)는 서로 다른 위치에 위치하는 복수의 광원들(211)이 영상 데이터에 따라 서로 다른 세기의 광을 방출하도록 발광 모듈(210)을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 서로 다른 위치에 위치하는 전기 광학 물질(231a)이 영상 데이터에 따라 서로 다른 산란율을 갖도록 로컬 디밍 유닛(230)을 제어할 수 있다. 이처럼, 복수의 광원들(211)로부터 방출되는 광의 세기를 제어하고 전기 광학 물질(231a)의 산란율을 제어함으로써, 제어부(300)는 백 라이트 유닛(200)로부터 방출되는 광의 세기를 위치에 따라 제어할 수 있다.
제어부(300)는 영상 데이터를 기초로 로컬 디밍을 위한 디밍 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어부(300)는 영상 데이터에 의한 영상을 복수의 구역들로 구획할 수 있다. 제어부(300)는 복수의 구역들 각각에서 최대 휘도를 가지는 픽셀의 휘도 값을 판단하과 복수의 구역들 내의 최도 휘도 값을 기초로 복수의 구역들의 휘도 값을 판단할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 복수의 구역들의 휘도 값을 기초로 디밍 신호를 생성하고, 생성된 디밍 신호를 발광 모듈(210)과 로컬 디밍 유닛(230)에 전달할 수 있다.
백 라이트 유닛(200)은 발광 모듈(210)과 로컬 디밍 유닛(230)을 이용하여 로컬 디밍을 수행할 수 있다.
도 15일 실시예에 의한 디스플레이 장치에 포함된 백 라이트 유닛의 일 예를 도시한다.
도 15에 도시된 바와 같이 백 라이트 유닛(200)은 복수의 광원들(211)과, 복수의 전극들(232)을 포함할 수 있다.
복수의 광원들(211)은 도광판(220)의 좌측에 일렬로 배치되어 좌측으로부터 우측을 향하여 광을 방출할 수 있다. 복수의 광원들(211)은 제어부(300)와 연결되어, 제어부(300)로부터 디밍 신호를 수신할 수 있다.
복수의 전극들(232)은 도광판(220)의 상측으로부터 하측으로 길게 연장되는 막대 형태를 가질 수 있다.
복수의 전극들(232)은 공통 전극들(232a)과 신호 전극들(232b)을 포함하며, 공통 전극들(232a)은 접지와 연결되거나 서로 간에 연결될 수 있다. 신호 전극들(232b)은 제어부(300)와 연결되며, 제어부(300)로부터 디밍 신호를 수신할 수 있다.
제어부(300)는 영상 데이터를 분석하고, 영상 데이터에 따라 백 라이트 유닛(200)이 서로 다른 위치에서 서로 다른 밝기의 광을 출력하도록 디밍 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 디밍 신호는 복수의 밝기를 나타내는 디밍 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디밍 데이터가 4비트(bit) 데이터인 경우, 디밍 신호에 의하여 백 라이트 유닛(200)은 위치에 따라 16가지의 서로 다른 휘도를 가지는 광을 방출할 수 있다.
제어부(300)는 영상 데이터에 의한 영상을 복수의 구역들로 구획할 수 있다. 영상을 구획하는 구역은 로컬 디밍을 위한 디밍 블록들(DB)에 대응될 수 있다. 여기서, 디밍 블록들(DB)은 백 라이트 유닛(200) 상에서 동일한 휘도의 광을 출력할 수 있는 영역을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 백 라이트 유닛(200) 상의 같은 디밍 블록들(DB)에서는 동일한 휘도를 가지는 광을 방출하며, 백 라이트 유닛(200) 상의 다른 디밍 블록들(DB)에서는 서로 다른 휘도를 가지는 광을 방출할 수 있다. 디밍 블록들(DB)의 크기는 로컬 디밍 유닛(230)에 포함된 복수의 전극들(232)의 폭과 발광 모듈(210)에 포함된 복수의 광원들(211)로부터 방출되는 광의 폭에 의존할 수 있다. 또한, 디밍 블록들(DB)의 개수는 복수의 전극들(232)의 개수 및 복수의 광원들(211)의 개수에 의존할 수 있다.
제어부(300)는 영상 데이터에 의한 영상을 복수의 디밍 블록들(DB)로 구획할 수 있다.
제어부(300)는 동일한 디밍 블록에 속하는 영상의 픽셀들의 휘도 값 중에 최대 값을 판단한다. 로컬 디밍을 위한 백 라이트 유닛(200)의 복수의 디밍 블록들(DB) 각각의 크기는 액정 패널(110)의 픽셀의 크기보다 클 수 있다. UHD (Ultra High Definition) 해상도의 액정 패널(110)은 3840*2160 개의 픽셀들을 포함하는데 비하여, 백 라이트 유닛(200)은 예를 들어 320*180 개의 디밍 블록들을 포함할 수 있다. 따라서 하나의 디밍 블록들(DB)에는 복수의 픽셀들이 대응될 수 있다.
제어부(300)는 동일한 디밍 블록에 속하는 영상 픽셀들의 휘도 값 중 최대 값을 해당 디밍 블록의 휘도 값으로 정할 수 있다. 제어부(300)는 같은 방식으로 복수의 디밍 블록들(DB)의 휘도 값을 판단할 수 있다.
제어부(300)는 발광 모듈(210)의 복수의 광원들(211)에 대한 디밍 데이터를 생성할 수 있다. 광원에 전송하는 디밍 데이터는 광원으로부터 출력되는 광의 세기를 나타낼 수 있으며, 광원으로부터 출력되는 광의 세기는 동일한 행(row)에 위치하는 디밍 블록들(DB)의 휘도 값 중에 최대 값을 기초로 판단될 수 있다. 따라서, 제어부(300)는 복수의 디밍 블록들(DB) 중에 동일한 행(row)에 위치하는 디밍 블록들(DB)의 휘도 값 중에 최대 값을 판단하고, 동일한 행(row)에 위치하는 디밍 블록들(DB)의 휘도 값 중에 최대 값을 기초로 광원에 전송하는 디밍 데이터를 생성할 수 있다.
예를 들어, 제어부(300)는 제1 행에 위치하는 디밍 블록들(DB)의 휘도 값 중에 최대 값을 기초로 제1 광원(211-1)에 전송하는 디밍 데이터를 생성할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 제2 행에 위치하는 디밍 블록들(DB)의 휘도 값 중에 최대 값을 기초로 제2 광원(211-2)에 전송하는 디밍 데이터를 생성할 수 있다. 같은 방식으로, 제어부(300)는 디밍 블록들(DB)의 휘도 값을 기초로 복수의 광원들(211)에 각각 전송하는 복수의 디밍 데이터들을 생성할 수 있다.
제어부(300)는 로컬 디밍 유닛(230)의 복수의 전극들(232)에 대한 제1 디밍 데이터를 생성할 수 있다. 신호 전극에 전송하는 디밍 데이터는 신호 전극 주변의 전기 광학 층(231)의 불투명한 정도(또는 산란율)을 나타낼 수 있으며, 전기 광학 층(231)의 산란율은 동일한 열(column)에 위치하는 디밍 블록들(DB)의 휘도 값 중에 최대 값을 기초로 판단될 수 있다. 따라서, 제어부(300)는 복수의 디밍 블록들(DB) 중에 동일한 열(column)에 위치하는 디밍 블록들(DB)의 휘도 값 중에 최대 값을 판단하고, 동일한 열(column)에 위치하는 디밍 블록들(DB)의 휘도 값 중에 최대 값을 기초로 신호 전극에 전송하는 제1 디밍 데이터를 생성할 수 있다.
예를 들어, 제어부(300)는 제1 열에 위치하는 디밍 블록들(DB)의 휘도 값 중에 최대 값을 기초로 제1 신호 전극(411)에 전송하는 제2 디밍 데이터를 생성할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 제2 행에 위치하는 디밍 블록들(DB)의 휘도 값 중에 최대 값을 기초로 제2 신호 전극(412)에 전송하는 디밍 데이터를 생성할 수 있다. 같은 방식으로, 제어부(300)는 신호 전극들(232b)에 각각 전송하는 제2 디밍 데이터를 생성할 수 있다.
이처럼, 제어부(300)는 복수의 광원들(211)과 복수의 전극들(232) 모두에 디밍 데이터를 전송할 수 있다. 구체적으로, 제어부(300)는 디밍 블록들(DB)로부터 방출되는 광의 휘도를 제어하기 위하여 복수의 광원들(211)로부터 방출되는 광의 세기와 전기 광학 물질(231a)의 국부적인 산란율을 제어할 수 있다. 제어부(300)는 영상 데이터에 따라 제1 디밍 데이터를 생성하고 복수의 광원들(211)에 제1 디밍 데이터를 전송할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 영상 데이터에 따라 제2 디밍 데이터를 생성하고 복수의 전극들(232)에 제2 디밍 데이터를 전송할 수 있다.
예를 들어, 디밍 데이터가 4비트(bit) 데이터인 경우, 제1 디밍 데이터는 2비트 데이터이고 제2 디밍 데이터는 2비트 데이터일 수 있다. 2비트의 제1 디밍 데이터에 의하여 복수의 광원들(211)은 4계조(4단계)의 광을 방출할 수 있다. 또한, 2비트의 제1 디밍 데이터에 의하여 복수의 전극들(232) 주변의 전기 광학 물질(231a)은 4계조(4단계)의 산란율을 나타낼 수 있다.
복수의 광원들(211)로부터 방출되는 4계조의 광과 전기 광학 물질(231a)의 4계조의 산란율에 의하여 백 라이트 유닛(200)은 위치에 따라 16계조의 광을 방출할 수 있다. 다시 말해, 백 라이트 유닛(200)은 위치에 따라 16가지의 다른 휘도를 가지는 광을 방출할 수 있다.
도 16은 도 15에 도시된 백 라이트 유닛의 로컬 디밍 동작(1000)을 도시한다.
도 16을 참조하면, 디스플레이 장치(100)는 복수의 디밍 블록들(DB)의 휘도 값을 판단한다(1010).
제어부(300)는 동일한 디밍 블록에 속하는 픽셀들의 휘도 값 중에 최대 값을 판단할 수 있다. 제어부(300)는 판단된 최대 값을 해당 디밍 블록의 휘도 값으로 판단할 수 있다.
디스플레이 장치(100)는 복수의 광원들(211)이 방출하는 광의 세기를 판단한다(1020).
제어부(300)는 동일한 행(row)에 위치하는 디밍 블록의 휘도 값을 중 최대 값을 판단할 수 있다. 제어부(300)는 판단된 최대 값을 기초로 광원으로부터 방출되는 광의 세기(광원의 출력 세기)를 판단할 수 있다.
또한, 제어부(300)는 광원의 출력 세기를 기초로 제1 디밍 데이터를 생성하고, 제1 디밍 데이터를 복수의 광원들(211)에 전송할 수 있다.
디스플레이 장치(100)는 복수의 신호 전극들(232b)의 인가 전압을 판단한다(1030).
제어부(300)는 동일한 열(column)에 위치하는 디밍 블록의 휘도 값을 중 최대 값을 판단할 수 있다. 제어부(300)는 판단된 최대 값을 기초로 전기 광학 층(231)의 산란율을 판단할 수 있다. 제어부(300)는 전기 광학 층(231)의 산란율을 기초로 신호 전극에 인가할 전압의 크기(인가 전압)을 판단할 수 있다.
또한, 제어부(300)는 인가 전압을 기초로 제2 디밍 데이터를 생성하고, 제2 디밍 데이터를 복수의 신호 전극들(232b)에 전송할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 디스플레이 장치(100)는 로컬 디밍을 수행하기 위하여 복수의 광원들(211)로부터 방출되는 광의 세기와 전기 광학 층(231)의 국부적인 산란율을 제어할 수 있다.
도 17은 일 실시예에 의한 디스플레이 장치에 포함된 제어부와 백 라이트 유닛의 다른 일 예를 도시한다.
도 17에 도시된 바와 같이 백 라이트 유닛(200)은 복수의 광원들(211)과, 복수의 전극들(232)을 포함할 수 있다.
복수의 광원들(211)은 도광판(220)의 좌측에 일렬로 배치되어 좌측으로부터 우측을 향하여 광을 방출할 수 있다. 복수의 광원들(211)은 제어부(300)와 연결되어, 제어부(300)에 의하여 온/오프될 수 있다.
복수의 전극들(232) 각각은 패치 형태를 가질 수 있으며, 백 라이트 유닛(200) 상에 열과 행을 맞추어 정렬될 수 있다.
복수의 전극들(232)은 공통 전극들(232a)과 신호 전극들(232b)을 포함하며, 공통 전극들(232a)은 접지와 연결되거나 서로 간에 연결될 수 있다. 신호 전극들(232b)은 제어부(300)와 연결되며, 제어부(300)로부터 디밍 신호를 수신할 수 있다.
제어부(300)는 영상 데이터를 분석하고, 영상 데이터에 따라 백 라이트 유닛(200)이 서로 다른 위치에서 서로 다른 밝기의 광을 출력하도록 디밍 신호를 생성할 수 있다. 구체적으로, 제어부(300)는 영상 데이터에 의한 영상을 복수의 디밍 블록들(DB)들로 구획할 수 있다.
제어부(300)는 동일한 디밍 블록들(DB)에 속하는 영상의 픽셀들의 휘도 값 중에 최대 값을 판단한다. 제어부(300)는 동일한 디밍 블록에 속하는 영상 픽셀들의 휘도 값 중 최대 값을 해당 디밍 블록의 휘도 값으로 정할 수 있다. 제어부(300)는 같은 방식으로 복수의 디밍 블록들(DB)의 휘도 값을 판단할 수 있다.
제어부(300)는 복수의 디밍 블록들(DB)의 휘도 값을 기초로 복수의 전극들(232)에 대한 제1 디밍 데이터를 생성할 수 있다. 구체적으로, 제어부(300)는 복수의 디밍 블록들(DB)의 휘도 값을 기초로 신호 전극들(232b) 각각에 전송하는 제1 디밍 데이터를 생성할 수 있다.
예를 들어, 제어부(300)는 제1 행 제1 열에 위치하는 디밍 블록의 휘도 값을 기초로 제1 신호 전극(411)에 전송하는 디밍 데이터를 생성할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 제1 행 제3 열에 위치하는 디밍 블록의 휘도 값을 기초로 제2 신호 전극(412)에 전송하는 디밍 데이터를 생성할 수 있다. 같은 방식으로 제어부(300)는 신호 전극들(232b)에 각각 전송하는 디밍 데이터를 생성할 수 있다.
이처럼, 백 라이트 유닛(200)이 행과 열을 맞추어 정렬된 복수의 전극들(232)을 포함하는 경우, 제어부(300)는 디밍 블록들(DB)로부터 방출되는 광의 휘도를 제어하기 위하여 전기 광학 물질(231a)의 국부적인 산란율을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(300)는 복수의 전극들(232)에 디밍 데이터를 전송할 수 있다.
예를 들어, 디밍 데이터가 4비트(bit) 데이터인 경우, 전기 광학 물질(231a)은 16계조(16단계)의 산란율을 나타낼 수 있다. 또한, 백 라이트 유닛(200)은 위치에 따라 16계조의 광을 방출할 수 있다.
도 18은 도 17에 도시된 백 라이트 유닛의 로컬 디밍 동작(1100)을 도시한다.
도 18을 참조하면, 디스플레이 장치(100)는 복수의 디밍 블록들(DB)의 휘도 값을 판단한다(1110).
제어부(300)는 동일한 디밍 블록에 속하는 픽셀들의 휘도 값 중에 최대 값을 판단할 수 있다. 제어부(300)는 판단된 최대 값을 해당 디밍 블록의 휘도 값으로 판단할 수 있다.
디스플레이 장치(100)는 복수의 신호 전극들(232b)의 인가 전압을 판단한다(1120).
제어부(300)는 복수의 디밍 블록들(DB)의 휘도 값을 기초로 전기 광학 층(231)의 산란율을 판단할 수 있다. 제어부(300)는 전기 광학 층(231)의 산란율을 기초로 신호 전극에 인가할 전압의 크기(인가 전압)을 판단할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 인가 전압을 기초로 디밍 데이터를 생성하고, 디밍 데이터를 복수의 신호 전극들(232b)에 전송할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 디스플레이 장치(100)는 로컬 디밍을 수행하기 위하여 전기 광학 층(231)의 국부적인 산란율을 제어할 수 있다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 게시된 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 게시된 실시예의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
100: 디스플레이 장치 110: 액정 패널
200: 백 라이트 유닛 210: 발광 모듈
211: 복수의 광원들 220: 도광판
230: 로컬 디밍 유닛 231: 전기 광학 층
231a: 전기 광학 물질 231b: 고분자 분산형 액정
231c: 고분자 네트워크 액정 231d: 콜레스테릭 액정
232: 복수의 전극들 232a: 공통 전극들
232b: 신호 전극들 240: 광학 시트
300: 제어부 310: 사용자 입력부
320: 컨텐츠 수신부 330: 전력 공급부
340: 음향 출력부 350: 영상 표시부
401: 제1 공통 전극 402: 제2 공통 전극
403: 제3 공통 전극 411: 제1 신호 전극
412: 제2 신호 전극 413: 제3 신호 전극
DB: 디밍 블록들

Claims (20)

  1. 광을 방출하는 복수의 광원;
    제1 면과 제2 면을 가지며, 상기 복수의 광원으로부터 방출되는 광을 내부에서 확산시켜 상기 제1 면을 통하여 방출하는 도광판; 및
    상기 도광판의 제2 면을 통하여 방출되는 광을 위치에 따라 반사시키거나 산란시키는 로컬 디밍 유닛을 포함하고,
    상기 로컬 디밍 유닛은,
    전기장에 따라 광학적 특성이 변화하는 전기 광학 층;
    동일 평면 상에 위치하여 상기 전기장을 생성하는 복수의 전극들; 및
    영상에 따라 상기 복수의 전극들에 인가하는 전압을 변경하는 제어부를 포함하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 복수의 신호 전극들 중 적어도 하나의 신호 전극에 전압을 인가하면 상기 적어도 하나의 신호 전극 주변의 전기 광학 층은 광을 통과시키는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기 광학 층을 통과한 광은 상기 도광판 내부에서 확산되는 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 복수의 신호 전극들 중 적어도 하나의 신호 전극에 전압을 인가하지 않으면 상기 적어도 하나의 신호 전극 주변의 전기 광학 층은 광을 산란시키는 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전기 광학 층에 의하여 산란된 광은 상기 도광판의 제1 면을 통하여 방출되는 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극들은,
    복수의 공통 전극들; 및
    상기 전기장을 생성하기 위한 전압 신호를 수신하는 복수의 신호 전극들을 포함하는 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 영상을 복수의 디밍 블록들로 구획하고, 상기 복수의 디밍 블록들 각각에 포함된 픽셀들의 휘도 값 중 최대 값을 상기 복수의 디밍 블록들 각각의 휘도 값을 정하고, 상기 복수의 디밍 블록들 각각의 휘도 값을 기초로 상기 복수의 전극들에 인가하는 전압을 제어하는 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 전극들은 막대 형태의 복수의 공통 전극들과 막대 형태의 복수의 신호 전극들을 포함하고, 상기 복수의 공통 전극들과 상기 복수의 신호 전극들은 교대로 나란하게 배치되는 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 광원으로부터 방출된 광의 경로 상에 위치하는 디밍 블록들의 휘도 값 중 최대 값을 기초로 상기 상기 복수의 광원에 공급되는 전류를 제어하는 디스플레이 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 신호 전극들 각각과 중첩되는 디밍 블록들의 휘도 값 중 최대 값을 기초로 상기 복수의 신호 전극에 인가하는 전압을 제어하는 디스플레이 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 전극들은 패치 형태의 복수의 공통 전극들과 패치 형태의 복수의 신호 전극들을 포함하고, 상기 복수의 공통 전극들과 상기 복수의 신호 전극들은 행과 열을 맞춰 교대로 배치되는 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 신호 전극들 각각과 중첩되는 디밍 블록들의 휘도 값 중 최대 값을 기초로 상기 복수의 신호 전극에 인가하는 전압을 제어하는 디스플레이 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극들은 상기 전기 광학 층을 통과한 광을 반사시키는 디스플레이 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전기 광학 층은 상기 전기장의 존재 여부에 따라 산란율이 변화하는 디스플레이 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 전기 광학 층은 상기 전기장이 존재하면 광을 통과시키고 상기 전기장이 존재하지 않으면 상기 광을 산란시키는 디스플레이 장치.
  16. 복수의 광원, 도광판 및 로컬 디밍 유닛을 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법에 있어서,
    영상을 복수의 디밍 블록들로 구획하고;
    상기 복수의 디밍 블록들 각각에 포함된 픽셀들의 휘도 값 중 최대 값을 상기 복수의 디밍 블록들 각각의 휘도 값을 판단하고;
    상기 복수의 디밍 블록들 각각의 휘도 값을 기초로 상기 로컬 디밍 유닛들에 전압을 인가하는 것을 포함하되,
    상기 로컬 디밍 유닛은 전기장에 따라 광학적 특성이 변화하는 전기 광학 층과, 동일 평면 상에 위치하여 상기 전기장을 생성하는 복수의 전극들을 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 신호 전극들 각각과 중첩되는 디밍 블록들의 휘도 값 중 최대 값을 기초로 상기 복수의 신호 전극에 인가하는 전압을 제어하는 것을 더 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 광원으로부터 방출된 광의 경로 상에 위치하는 디밍 블록들의 휘도 값 중 최대 값을 상기 상기 복수의 광원에 공급되는 전류를 제어하는 것을 더 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 신호 전극들 중 적어도 하나의 신호 전극에 전압이 인가되면 상기 적어도 하나의 신호 전극 주변의 전기 광학 층은 광을 통과시키는 디스플레이 장치의 제어 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 신호 전극들 중 적어도 하나의 신호 전극에 전압이 인가되지 않으면 상기 적어도 하나의 신호 전극 주변의 전기 광학 층은 광을 산란시키는 디스플레이 장치의 제어 방법.
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