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KR20180058953A - 3d 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 장치, 도광판의 제조 방법 - Google Patents

3d 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 장치, 도광판의 제조 방법 Download PDF

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KR20180058953A
KR20180058953A KR1020160157940A KR20160157940A KR20180058953A KR 20180058953 A KR20180058953 A KR 20180058953A KR 1020160157940 A KR1020160157940 A KR 1020160157940A KR 20160157940 A KR20160157940 A KR 20160157940A KR 20180058953 A KR20180058953 A KR 20180058953A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
guide plate
light guide
backlight unit
patterns
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020160157940A
Other languages
English (en)
Inventor
최윤선
이진호
남동경
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020160157940A priority Critical patent/KR20180058953A/ko
Priority to US15/586,396 priority patent/US20180149789A1/en
Priority to CN201710728676.6A priority patent/CN108107500A/zh
Priority to JP2017194864A priority patent/JP2018085328A/ja
Priority to EP17203508.1A priority patent/EP3327340A1/en
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Abstract

3D 백라이트 유닛과 이를 포함하는 디스플레이 장치가 개시된다. 3D 백라이트 유닛은 광을 방사하는 광원과 광원으로부터 방사된 광을 가이드하는 도광판을 포함한다. 도광판은 가이드되는 광 중 일부의 광을 도광판의 외부로 이탈시키는 출광 패턴을 가지고, 출광 패턴들의 일 단면은 역사다리꼴 형태를 가질 수 있다. 도광판의 하면에서 도광판의 상면 쪽으로 반사되는 광 중 일부의 광은 출광 패턴들의 측면에 반사되어 도광판의 외부로 이탈된다.

Description

3D 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 장치, 도광판의 제조 방법{THREE DIMENSIONAL BACKLIGHT UNIT, DISPLAY APPRATUS COMPRISING THE SAME, AND METHOD FOR MANUFACTURING LIGHT GUIDE PLATE}
아래의 설명은 3D 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 장치, 3D 백라이트 유닛에 포함되는 도광판의 제조 방법에 관한 것이다.
FPD(Flat Panel Display)를 이용하여 무안경식(autostereoscopic) 3D(dimensional) 디스플레이를 구현하는 기술로서, FPD 전면에 시점(view point)을 분할하는 광학 소자를 이용하는 것이 알려져 있다. 이 광학 소자의 예로는 렌티큘러 렌즈(Lenticular lens)와 패럴랙스 배리어(Parallax barrier)가 있다.
렌티큘러 렌즈를 이용한 방식은 2차원 FPD 전면에 피치(pitch)가 작은 실린더 렌즈를 여러 개 배열하여 좌안 영상과 우안 영상을 분리하고, 패럴랙스 배리어를 이용한 방식은 FPD 전면에 광 진행 방향을 제한하는 배리어를 배치하여 좌안 영상과 우안 영상을 분리한다. 패럴랙스 배리어의 일박적인 구조에서는 2차원 디스플레이 패널로부터 출력되는 영상 광을 차폐하는 차폐부와 영상 광을 투과시키는 슬릿부가 교대로 배치된다. 미리 결정된 위치 및 미리 결정된 방향에서 시청자가 디스플레이 장치를 보는 경우, 슬릿부를 통해 시청자의 좌안과 우안에 서로 다른 시점 영상이 전달되고, 시청자는 시점 차이에 의한 입체감을 느낄 수 있다.
일 실시예에 따른 3D 백라이트 유닛은, 광을 방사하는 광원; 및 상기 광을 가이드하는 도광판을 포함하고, 상기 도광판은, 상기 가이드되는 광 중 일부의 광을 상기 도광판의 외부로 이탈시키는 출광 패턴들을 가지고, 상기 출광 패턴들의 일 단면은 역사다리꼴 형태를 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 3D 백라이트 유닛에서, 상기 출광 패턴들은, 상기 도광판의 하면에서 상기 도광판의 상면 쪽으로 반사되는 광 중 일부의 광을 상기 도광판의 외부로 이탈시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 3D 백라이트 유닛에서, 상기 출광 패턴들에 의해 이탈되는 광은, 각 출광 패턴들의 측면에 반사되어 상기 도광판의 외부로 이탈될 수 있다.
일 실시예에 따른 3D 백라이트 유닛에서, 상기 출광 패턴들 사이에는 일 단면이 사다리꼴 형태를 가지는 공기 공동이 배치될 수 있다.
일 실시예에 따른 3D 백라이트 유닛에서, 상기 출광 패턴들에 의해 이탈되는 광은, 광이 나타나는 제1 영역 및 광이 나타나지 않는 제2 영역이 교대로 반복되는 3D (dimensional) 디스플레이를 위한 광 패턴을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따른 3D 백라이트 유닛에서, 상기 출광 패턴들은, 서로 간에 이격되고, 라인(line) 형태로 배치된 복수의 패턴 열들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 3D 백라이트 유닛에서, 상기 패턴 열들 각각은, 서로 맞대어 배치되는 복수의 독립된 패턴 구조체들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널; 3D 디스플레이 모드에서, 상기 디스플레이 패널에 3D 영상을 디스플레이하기 위한 광을 출력하는 제1 백라이트 유닛; 및 2D 디스플레이 모드에서, 상기 디스플레이 패널에 2D 영상을 디스플레이 하기 위한 광을 출력하는 제2 백라이트 유닛을 포함하고, 상기 제1 백라이트 유닛은, 일 단면이 역사다리꼴 형태를 가지는 출광 패턴들을 통해 상기 3D 영상을 디스플레이하기 위한 광을 출력할 수 있다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치에서, 상기 제1 백라이트 유닛은, 상기 출광 패턴들을 가지는 도광판을 포함하고, 상기 출광 패턴들은, 상기 도광판의 하면에서 상기 도광판의 상면 쪽으로 반사되는 광 중 일부의 광을 상기 도광판의 외부로 이탈시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치에서, 상기 제2 백라이트 유닛으로부터 출력되는 광은, 상기 2D 디스플레이 모드에서, 상기 제1 백라이트 유닛에 포함된 상기 도광판 및 상기 출광 패턴들을 통과하여 상기 디스플레이 패널에 도달할 수 있다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치에서, 상기 디스플레이 패널은 상기 제1 백라이트 유닛과 이격되거나 또는 광학적으로 접합(optical bonding)될 수 있다.
일 실시예에 따른 도광판의 제조 방법은, 음각 몰드를 이용하여 상기 음각 몰드의 음각 패턴에 대응하는 양각 패턴을 가지는 제1 플레이트(plate)를 주조하는 단계; 및 상기 양각 패턴을 가지는 제1 플레이트와 광을 가이드하기 위한 제2 플레이트를 접합하는 것에 의해 출광 패턴들을 가지는 도광판을 생성하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 출광 패턴들의 일 단면은 역사다리꼴 형태를 가질 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 3D 백라이트 유닛을 통해 3D 영상을 위한 광이 출력되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 출광 패턴의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 출광 패턴들의 분포를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 출광 패턴에 포함된 패턴 열을 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 3D 백라이트 유닛으로부터 출력된 광 분포의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 출광 패턴들의 분포를 도시한 도면이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 라인 형태의 출광 패턴을 도시한 도면이다.
도 9a는 일 실시예에 따른 3D 디스플레이 모드에서의 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9b는 일 실시예에 따른 2D 디스플레이 모드에서 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 도광판의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 도광판의 제조 방법의 구현 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 도시한 도면이다.
디스플레이 장치(100)는 영상을 디스플레이한다. 디스플레이 장치(100)는 3D 영상을 출력하는 3D 디스플레이 모드 또는 2D 영상을 출력하는 2D 디스플레이 모드에서 동작할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 디스플레이 장치(100)는 3D 디스플레이 모드에서만 동작할 수도 있다. 디스플레이 장치(100)는 렌티큘러 렌즈나 패럴랙스 배리어를 이용하지 않고 무안경식 3D 디스플레이를 구현할 수 있다.
도 1을 참조하면, 디스플레이 장치(100)는 디스플레이부(110)와 제어기(150)를 포함한다. 디스플레이부(110)는 제어기(150)의 제어 하에 시청자에게 제공할 3D 영상 또는 2D 영상을 출력한다. 디스플레이부(110)는 백라이트 유닛(120, 130) 및 디스플레이 패널(140)을 포함한다. 디스플레이 장치(100)가 3D 디스플레이 모드 및 2D 디스플레이 모드 모두에서 동작할 수 있는 경우, 디스플레이부(110)는 2D 백라이트 유닛(120), 3D 백라이트 유닛(130) 및 디스플레이 패널(140)을 포함한다. 디스플레이 장치(100)가 3D 디스플레이 모드에서만 동작하는 경우, 디스플레이부(110)는 3D 백라이트 유닛(130) 및 디스플레이 패널(140)을 포함하고, 2D 백라이트 유닛(120)은 필요하지 않다.
3D 백라이트 유닛(130)은 3D 디스플레이 모드에서 디스플레이 패널(140)에 3D 영상을 디스플레이하기 위한 광을 출력한다. 3D 백라이트 유닛(130)은 광을 방사하는 광원과 광원으로부터 방사된 광을 가이드하는 도광판(light guide plate)을 포함한다. 도광판은 가이드되는 광 중 일부의 광을 도광판의 외부로 이탈시키는 출광 패턴들을 가진다. 일 실시예에 따르면, 3D 백라이트 유닛(130)은 일 단면이 역사다리꼴 형태를 가지는 출광 패턴들을 통해 3D 영상을 디스플레이하기 위한 광을 디스플레이 패널(140)에 출력할 수 있다. 출광 패턴들은 도광판의 하면에서 도광판의 상면 쪽으로 반사되는 광 중 일부의 광을 도광판의 외부로 이탈시킨다. 출광 패턴의 하면을 통해 출광 패턴 내에 들어온 광은 출광 패턴의 측면에 반사되어 도광판의 외부로 이탈된다.
출광 패턴들에 의해 이탈되는 광은 광이 나타나는 제1 영역 및 광이 나타나지 않는 제2 영역이 교대로 반복되는 광 패턴을 형성한다. 출광 패턴들에 의해 형성된 광 분포 패턴은 패럴랙스 배리어와 같은 3D 광학 소자에 의해 광 패턴과 기능상 동일하다. 출광 패턴들에 의해 형성된 광 패턴에서, 제1 및 제2 영역은 각각 패럴랙스 배리어의 슬릿을 통해 광이 나타난 영역 및 배리어에 의해 광이 차단된 영역에 대응할 수 있다. 3D 백라이트 유닛(130)에 대한 설명은 아래에서 보다 자세히 설명한다.
2D 백라이트 유닛(120)는 2D 디스플레이 모드에서 디스플레이 패널(140)에 2D 영상을 디스플레이하기 위한 광을 출력한다. 일 실시예에 따르면, 2D 백라이트 유닛(120)은 3D 백라이트 유닛(130)과 유사하게, 광을 방사하는 광원과 광원으로부터 방사된 광을 가이드하는 도광판을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 도광판의 하면에는 광을 도광판의 외부로 이탈시키기 위한 출광 패턴이 배치될 수 있고, 출광 패턴에 의해 광이 도광판의 외부로 균일하게 출력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 2D 백라이트 유닛(120)은 3D 백라이트 유닛(130)의 하부에 배치되고, 3D 백라이트 유닛(130)은 디스플레이 패널(140)의 하부에 배치될 수 있다. 2D 백라이트 유닛(120)으로부터 출력된 광은 3D 백라이트 유닛(130)에 포함된 도광판과 출광 패턴들을 통과하여 디스플레이 패널(140)에 도달할 수 있다. 3D 백라이트 유닛(130)에 포함된 도광판과 출광 패턴들은, 예를 들어 PMMA(Poly Methyl Methacrylate), PES(PolyEtherSulfone) 또는 PC(Poly Carbonate) 등과 같은 투명한 물질로 구성되기 때문에 2D 백라이트 유닛(120)으로부터 출력된 광의 진로를 광학적으로 방해하지 않는다. 따라서, 2D 백라이트 유닛(120)으로부터 출력되는 광은 균일하게 디스플레이 패널(140)에 제공될 수 있다.
디스플레이 패널(140)은 3D 백라이트 유닛(130) 또는 2D 백라이트 유닛(120)로부터 출력된 광에 기초하여 시청자에게 제공할 영상을 디스플레이한다. 3D 백라이트 유닛(130)으로부터 출력된 광이 디스플레이 패널(140)을 통과하면서 3D 영상이 형성되고, 2D 백라이트 유닛(140)으로부터 출력된 광이 3D 백라이트 유닛(130) 및 디스플레이 패널(140)을 통과하면서 2D 영상이 형성된다.
디스플레이 패널(140)은 예시적으로, 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 개개의 서브 픽셀들을 갖는 LCD(Liquid Crystal Display) 패널일 수 있다. 디스플레이 패널(140)은 3D 백라이트 유닛(130)과 이격되어 배치되거나 또는 3D 백라이트 유닛(130)과 광학적으로 접합(optical bonding)될 수 있다. 3D 디스플레이의 화질 및 화질의 균일성을 좋게 하기 위해서는 디스플레이 패널(140)과 3D 백라이트 유닛(130)에 포함된 출광 패턴들 간의 간격(gap)을 일정하게 유지하는 것이 중요하다. 이러한 간격을 일정하게 유지하는 방법으로서 디스플레이 패널(140)과 3D 백라이트 유닛(130)의 도광판을 접합하는 방법이 있다. 3D 백라이트 유닛(130)과 디스플레이 패널(140)이 접합될 수 있는 것은 3D 백라이트 유닛(130)이 가지고 있는 출광 패턴의 고유한 구조적 특징에 기인한다. 3D 백라이트 유닛(130)과 디스플레이 패널(140)을 광학적으로 접합시키는 경우, 보다 얇은 두께의 디스플레이 장치(100)가 가능하게 되고, 크로스토크(crosstalk) 현상이 감소될 수 있다.
제어기(150)는 디스플레이 장치(100)의 전체적인 동작을 제어한다. 제어기(150)는 디스플레이 장치(100)의 디스플레이 모드에 따라 3D 백라이트 유닛(130) 및 2D 백라이트 유닛(120)에 포함된 광원들의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 3D 디스플레이 모드에서는 3D 백라이트 유닛(130)에 포함된 광원들이 활성화되고, 2D 백라이트 유닛(120)에 포함된 광원들은 비활성화될 수 있다. 2D 디스플레이 모드에서는 3D 백라이트 유닛(130)에 포함된 광원들이 비활성화되고, 2D 백라이트 유닛(120)에 포함된 광원들은 활성화될 수 있다. 디스플레이 모드는 사용자 입력에 의해 결정되거나 또는 출력하고자 하는 영상의 타입이 2D 영상 또는 3D 영상인지 여부에 따라 결정될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 3D 백라이트 유닛을 통해 3D 영상을 위한 광이 출력되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 3D 백라이트 유닛(200)은 광원(212, 215) 및 도광판(220)을 포함한다. 여기서, 3D 백라이트 유닛(200)은 도 1의 백라이트 유닛(130)에 대응할 수 있다. 광원(212, 215)은 예를 들어, LED(Light Emitting Diode), 선 광원 또는 면 광원일 수 있고, 광원(212, 215)은 복수의 광원들로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광원(212, 215)은 도광판(220)의 일측을 향해 광을 방사하는 제1 광원(212) 및 도광판(220)의 타측을 향해 광을 방사하는 제2 광원(215)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 3D 디스플레이 모드에서 제1 광원(212) 및 제2 광원(215) 중 어느 하나만 활성화되거나 제1 광원(212) 및 제2 광원(215) 모두 활성화될 수 있다.
도광판(220)은 광원(212, 215)으로부터 입사된 광을 전반사(total internal reflection; TIR)를 통해 가이드한다. 도광판(220)은 가이드되는 광 중 일부의 광을 도광판(220)의 외부로 이탈시키기 위한 출광 패턴들(232, 234, 236, 238)을 포함한다. 출광 패턴들(232, 234, 236, 238)의 굴절율(refractive index)은 출광 패턴들(232, 234, 236, 238)의 하면에서 전반사를 깨뜨리기 위한 값을 가지고, 도광판(220)의 굴절율과 동일하거나 유사할 수 있다.
일 실시예에서, 도광판(220) 내에서 광이 전반사되는 일면과 출광 패턴들(232, 234, 236, 238)의 하면은 동일 평면 상에 위치할 수 있다. 도 2는 출광 패턴들(232, 234, 236, 238)의 단면 형상을 도시하고 있는데, 출광 패턴들(232, 234, 236, 238)의 일 단면은 역사다리꼴 형태를 가질 수 있다. 출광 패턴들(232, 234, 236, 238)의 구조에 따라 디스플레이 패널(210)을 통해 출력되는 영상의 시야각이 결정될 수 있다. 무안경식 3D 디스플레이 장치에서는, 3D 영상을 시청하기 위한 시야각이 존재하는데, 출광 패턴들(232, 234, 236, 238)의 측면에 반사된 광 중에서 최대 반사각을 가지는 광에 의해 시야각이 결정될 수 있다.
도광판(220)의 하면에서 도광판(220)의 상면 쪽으로 반사되는 광 중 일부는 출광 패턴들(232, 234, 236, 238)의 하면을 통해 출광 패턴들(232, 234, 236, 238) 내로 입사된다. 출광 패턴들(232, 234, 236, 238)에 입사된 광은 입사된 출광 패턴의 측면에 반사(전반사)되어 도광판(220)의 외부로 진행한다. 출광 패턴들(232, 234, 236, 238)의 하면의 면적에 기초하여 도광판(220)에서 이탈되는 광의 양이 결정될 수 있다. 하면의 면적이 클수록 도광판(220)에서 보다 많은 양의 광이 이탈될 수 있다.
출광 패턴들(232, 234, 236, 238) 사이에는 공기 공동(air cavity; 242, 244, 246)이 배치될 수 있다. 출광 패턴들(232, 234, 236, 238)은 공기 공동(242, 244, 246)을 사이로 두고 서로 이격되어 배치된다. 공기 공동(242, 244, 246)의 일 단면은 사다리꼴 형태를 가질 수 있다. 공기 공동(242, 244, 246)의 하면과 도광판(220)의 하면 사이에서 일어나는 광의 전반사에 의해 광이 가이드된다. 여기서, 전반사 조건은 도광판(220)의 굴절율과 공기 공동(242, 244, 246)의 굴절율에 기초하여 결정될 수 있다. 공기 공동(242, 244, 246)의 유전율은 도광판(220)의 유전율보다 작다.
디스플레이 패널(210)은 도광판(220)과 이격되거나 광학적으로 접합될 수 있다. 기존의 디스플레이 장치에서는 디스플레이 패널과 도광판을 접합시키려고 해도, 전반사 조건이 만족되지 않아 디스플레이 패널과 도광판을 접합시킬 수 없었다. 여기서 제안한 3D 백라이트 유닛(200)의 구조에 의하면, 디스플레이 패널(210)을 도광판(220)에 접합시키더라도, 공기 공동(242, 244, 246)에 의해 도광판(200) 내에서 전반사가 이루어질 수 있다. 따라서, 디스플레이 패널(210)과 도광판(220)을 접합시키더라도 디스플레이 장치가 정상적으로 동작할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 출광 패턴의 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 각 출광 패턴에서 높이(h) 방향으로의 단면(330, 340)은 역사다리꼴 형태를 가질 수 있다. 출광 패턴의 단면(330, 340)에서 상면 길이(b)는 하면 길이(a)보다 길고, 각도(θ)는 예를 들어, 50~60도(o)일 수 있다. 각도(θ)의 크기에 따라 출광 패턴을 통해 출력되는 광의 반사각이 결정될 수 있다.
도광판 내에서 가이드되던 광이 출광 패턴의 하면(320)에 입사되는 경우, 광은 출광 패턴 내로 진입하고, 측면들(360, 370) 중 하나 이상에 반사되어 상면(370)을 통과하여 진행할 수 있다. 여기서, 반사된 광이 가지는 반사각은 각도(θ)에 의해 결정된다. 하면(320)의 면적에 따라 출광 패턴으로부터 출력되는 광의 양이 달라질 수 있다. 하면(320)의 면적은 하면 길이(a)와 폭(w)에 기초하여 결정될 수 있다. 출광 패턴의 상면(310)의 형태는 다양할 수 있다. 예를 들어, 상면(310)은 직사각형, 사다리꼴(또는 역사다리꼴) 또는 평행사변형의 형태를 가질 수 있으나, 상면(310)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 일 실시예에 따른 출광 패턴들의 분포를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 3D 백라이트 유닛(400)의 제1 광원(410)은 도광판의 일측에 배치되고, 제2 광원(420)은 도광판의 타측에 배치될 수 있다. 제1 광원(410) 및 제2 광원(420)으로부터 방사된 광은 도광판에 입사되고, 입사된 광 중 일부의 광은 출광 패턴들을 통해 도광판의 외부로 이탈된다.
출광 패턴들은 3D 백라이트 유닛(400)의 도광판에서 복수의 패턴 열들(430, 440)들을 포함할 수 있다. 패턴 열들(430, 440)은 패턴 열들(430, 440) 사이에 존재하는 공기 공동에 의해 이격될 수 있다. 각 패턴 열들(430, 440)은 도광판에서 기울어진(slanted) 형태로 배치될 수 있다. 패턴 열들(430, 440)을 기울어진 형태로 배치함으로써 디스플레이 패널을 통해 출력되는 3D 영상의 화질이 개선될 수 있다.
패턴 열들(430, 440)은 아일랜드(island)의 형태를 가지는 복수의 독립된 패턴 구조체들(432, 434)을 포함할 수 있다. 패턴 구조체들(432, 434) 각각은 입사된 광을 도광판의 외부로 이탈시킨다. 패턴 구조체들(432, 434)은 서로 이격되어 배치될 수도 있고, 패턴 열(430)에서 라인(line) 형태로 배치될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 출광 패턴에 포함된 패턴 열을 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 출광 패턴에 포함된 패턴 열(430)은 복수의 패턴 구조체들(432, 434)을 포함할 수 있다. 패턴 구조체들(432, 434) 사이에는 공기 공동이 존재할 수 있다. 패턴 구조체들(432, 434)의 일면은 상면 길이(b)가 하면 길이(a)보다 길고, 높이(h) 방향으로 역사다리꼴 모양을 가진다. 패턴 구조체들(432, 434)에서 각도(θ)의 크기에 따라 패턴 구조체들(432, 434)로부터 출력되는 광의 반사각이 결정될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 3D 백라이트 유닛으로부터 출력된 광 분포의 일례를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 출광 패턴들이 라인 형태로 배치된 복수의 패턴 열들을 포함하는 경우, 3D 백라이트 유닛으로부터 출력된 광 분포는 광이 나타나는 제1 영역(610)과 광이 나타나지 않아 어두운 제2 영역(620)을 포함할 수 있다. 제1 영역(610)은 출광 패턴들에 의해 도광판의 외부로 이탈된 광에 의해 형성되는 밝은 영역이다. 제1 영역(610)과 제2 영역(620)은 라인 형태로 교대로 반복되는 광 패턴을 나타낼 수 있다. 3D 백라이트 유닛으로부터 출력되는 광 분포는 패럴랙스 배리어에 의해 형성되는 광 분포와 유사한 형태를 가진다.
도 7은 다른 실시예에 따른 출광 패턴들의 분포를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 3D 백라이트 유닛(700)의 제1 광원(710)은 도광판의 일측에 배치되고, 제2 광원(720)은 도광판의 타측에 배치될 수 있다. 제1 광원(710) 및 제2 광원(720)으로부터 방사된 광은 도광판에 입사되고, 입사된 광 중 일부의 광은 출광 패턴들을 통해 도광판의 외부로 이탈된다. 여기서, 도광판은 라인 형태의 출광 패턴들(730, 740)을 포함할 수 있다. 출광 패턴들(730, 740) 각각은 그 자체로 하나의 열을 형성할 수 있다. 출광 패턴들(730, 740)은 서로 간에 이격되어 배치될 수 있고, 기울어진 형태로 배치될 수 있다. 출광 패턴들(730, 740)의 사이에는 공기 공동이 존재하며, 제1 광원(710) 및 제2 광원(720)으로부터 방사되어 도광판에 입사된 광은 공기 공동에 의해 전반사될 수 있다. 출광 패턴들(730, 740)에 입사된 광은 출광 패턴들(730, 740)의 측면에 반사되어 도광판의 외부로 이탈된다.
도 8은 다른 실시예에 따른 라인 형태의 출광 패턴을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 출광 패턴(730)은 긴 라인 형태를 가질 수 있다. 출광 패턴(730)의 일 단면은 높이(h) 방향에서 상면 길이(b)가 하면 길이(a)보다 긴 역사다리꼴 형태를 가질 수 있다. 각도(θ)는 예를 들어, 50~60도(o)일 수 있다. 각도(θ)의 크기에 따라 출광 패턴을 통해 출력되는 광의 반사각이 결정될 수 있다.
도 9a는 일 실시예에 따른 3D 디스플레이 모드에서의 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a를 참조하면, 디스플레이 장치(예를 들어, 도 1의 디스플레이 장치(100))는 디스플레이 패널(910), 3D 백라이트 유닛(920) 및 2D 백라이트 유닛(940)을 포함한다. 3D 백라이트 유닛(920)은 2D 백라이트 유닛(940)의 상부에 배치되고, 디스플레이 패널(910)은 3D 백라이트 유닛(920)의 상부에 배치될 수 있다.
디스플레이 장치가 3D 디스플레이 모드로 동작하는 경우, 3D 백라이트 유닛(920)은 활성화되고, 3D 백라이트 유닛(920)에 포함된 광원들(922, 924)에서 도광판(930)을 향해 광이 방사된다. 2D 백라이트 유닛(940)은 비활성화되고, 2D 백라이트 유닛(940)에 포함된 광원들(942, 944)에서는 광이 방사되지 않는다.
광원들(922, 924)에서 방사되어 도광판(930)에 입사된 광은 도광판(930) 내에서 전반사에 의해 가이드될 수 있다. 도광판(930)은 광을 외부로 이탈시키는 출광 패턴들(932, 934, 936, 938)을 포함할 수 있다. 출광 패턴들(932, 934, 936, 938)의 일 단면은 역사다리꼴 형태를 가진다. 예를 들어, 도광판 내에서 진행하던 광이 출광 패턴(932)의 하면에 도달하는 경우, 광은 출광 패턴(932) 내에 입사되고, 출광 패턴(932)의 일 측면에 반사되어 도광판(930)의 외부로 빠져나간다. 디스플레이 패널(910)은 출광 패턴(932)에 의해 형성되는 광 패턴에 기초하여 3D 영상을 디스플레이한다.
도 9b는 일 실시예에 따른 2D 디스플레이 모드에서 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a를 참조하면, 디스플레이 장치가 2D 디스플레이 모드로 동작하는 경우, 2D 백라이트 유닛(940)은 활성화되고, 2D 백라이트 유닛(940)에 포함된 광원들(942, 944)에서 도광판(950)을 향해 광이 방사된다. 3D 백라이트 유닛(920)은 비활성화되고, 2D 백라이트 유닛(920)에 포함된 광원들(922, 924)에서는 광이 방사되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 도광판(950)의 하면에는 광을 도광판(950)의 외부로 이탈시키기 위한 출광 패턴들이 배치될 수 있다. 도광판(950)에 배치된 출광 패턴들은 도광판(930)의 출광 패턴들(932, 934, 936, 938)과 다르게, 균일하게 분포된 광을 디스플레이 패널(910)에 전달하는 역할을 한다. 디스플레이 패널(910)은 2D 백라이트 유닛(940)으로부터 전달받은 광에 기초하여 2D 영상을 디스플레이한다. 2D 백라이트 유닛(940)으로부터 출력된 광은 3D 백라이트 유닛(920)에 존재하는 도광판(930), 출광 패턴들(932, 934, 936, 938) 및 공기 공동을 통과하여 그대로 디스플레이 패널(910)에 전달될 수 있다. 이를 위해, 도광판(930) 및 출광 패턴들(932, 934, 936, 938)은 투명한 소자로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 2D 백라이트 유닛(940)은 반사 필름(946), 확산 필름(948) 및 휘도 향상 필름(926)을 더 포함할 수 있다. 반사 필름(946)은 도광판(950)에서 가이드되는 광이 도광판(950)의 하면을 통해 외부로 이탈하지 않도록 도광판(950)의 하면에 도달하는 광을 반사하여 광 손실을 줄이는 역할을 한다. 확산 필름(948)은 광학 필름(948)에 입력된 광을 확산시킨다. 확산 필름(948)은 광을 보다 균일하게 분포시키는 역할을 한다. 휘도 향상 필름(Brightness　Enhancement Film, BEF; 948)은 휘도 향상 필름(948)에 입사된 광의 휘도를 향상시킨다. 이러한 확산 필름(948) 및 휘도 향상 필름(926)을 통과한 광은 디스플레이 패널(910)에 도달한다.
도 10은 일 실시예에 따른 3D 백라이트 유닛에 포함되는 도광판의 제조 방법의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하에서 설명될 제조 방법을 통해 도 1 내지 도 9에서 설명된 출광 패턴을 가지는 도광판을 쉽고 간단하게 제작할 수 있다. 단계(1010)에서, 음각 몰드(intaglio mold)를 이용하여 음각 몰드의 음각 패턴에 대응하는 양각 패턴을 가지는 제1 플레이트(plate)를 주조한다. 여기서, 음각 패턴의 단면 및 양각 패턴의 단면은 삼각형 또는 사다리꼴의 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 자외선이나 열에 의해 경화되는 레진(resin) 층에 음각 몰드를 압착시킨 후 경화시켜 양각 패턴을 가지는 제1 플레이트를 획득할 수 있다. 레진 층이 음각 몰드와 압착되는 경우, 레진 층은 음각 몰드의 음각 패턴에 대응되는 양각 패턴을 가질 수 있다. 양각 패턴을 가지는 레진 층이 경화되면, 양각 패턴을 가지는 제1 플레이트를 획득할 수 있다.
단계(1020)에서, 양각 패턴을 가지는 제1 플레이트와 광을 가이드하기 위한 제2 플레이트를 접합하는 것에 의해 출광 패턴들을 가지는 도광판을 생성한다. 형성되는 출광 패턴들의 일 단면은 역사다리꼴 형태를 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 레진 층을 이용하여 제1 플레이트의 양각 패턴과 평편한 제2 플레이트와 접합시킨 후 경화시키면, 공기 공동과 출광 패턴을 가지는 도광판이 생성될 수 있다. 이 때, 제1 플레이트와 제2 플레이트가 서로 접합되지 않는 공간은 공기 공동을 형성할 수 있다. 단계(1010) 및 단계(1020)의 일 실시예에서 사용되는 레진 층의 굴절율과 제2 플레이트의 굴절율은 동일하거나 유사할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 도광판의 제조 방법의 구현 예를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 11을 참조하면, 평판 구조의 역사다리꼴 출광 패턴을 가지는 도광판을 제조하는 방법의 구현 예가 도시된다.
단계(1110)에서, 음각 패턴을 가지는 음각 몰드(1112), 기본 플레이트(1116) 및 레진 층(1114)이 준비된다. 음각 몰드(1112)의 음각 패턴의 단면은 삼각형 또는 사다리꼴의 형태를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 기본 플레이트(1116) 위에 레진 층(1114)이 적층되고, 레진 층(1114)은 자외선 또는 열에 의해 경화되는 성질을 가진다.
단계(1120)에서, 음각 몰드(1112)는 레진 층(1114)에 압착되고, 레진 층(1114)은 음각 몰드(1112)의 음각 패턴에 대응하는 양각 패턴을 가지도록 변형된다. 이후에, 형태가 변형된 레진 층(1122)은 경화되어 형태가 고정된다. 양각 패턴은 음각 패턴의 형태에 따라 삼각형 또는 사다리꼴 모양일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
단계(1130)에서, 경화된 레진 층(1122)에서 음각 몰드(1112)를 분리한다. 레진 층(1122)은 도 10에서 양각 패턴을 가지는 제1 플레이트에 대응한다. 레진 층(1122)은 도광판의 출광 패턴을 형성하기 위한 몰드의 역할을 할 수 있다.
단계(1140)에서, 양각 패턴을 가지는 레진 층(1122)과 제2 플레이트(1144), 제2 플레이트(1144)에 적층된 레진 층(1142)이 준비된다.
단계(1150)에서, 양각 패턴을 가지는 레진 층(1122)이 레진 층(1142)에 압착되고, 레진 층(1142)은 형태가 변형된 상태에서 자외선 또는 열에 의해 경화된다. 레진 층(1142)이 경화되어 형태가 고정되면, 단계(1160)에서 일 단면이 역사다리꼴 형태인 출광 패턴을 가지는 도광판(1162)이 생성된다. 양각 패턴을 가지는 레진 층(1122)과 레진 층(1142)은 양각 패턴에 의해 전체 면이 접합되지는 않는다. 따라서, 양각 패턴에 의해 접합되지 않는 공간에 공기 공동이 생성되며, 공기 공동은 출광 패턴들 사이에 형성된다. 실시예에 따라, 위 과정을 통해 생성된 도광판(1162)은 디스플레이 패널과 접합될 수 있고, 이 경우 출광 패턴들과 디스플레이 패널 간의 간격을 일정하게 만들 수 있어 디스플레이 패널로부터 출력되는 영상의 화질을 개선시킬 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (23)

  1. 광을 방사하는 광원; 및
    상기 광을 가이드하는 도광판을 포함하고,
    상기 도광판은, 상기 가이드되는 광 중 일부의 광을 상기 도광판의 외부로 이탈시키는 출광 패턴들을 가지고,
    상기 출광 패턴들의 일 단면은 역사다리꼴 형태를 가지는, 3D 백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출광 패턴들은,
    상기 도광판의 하면에서 상기 도광판의 상면 쪽으로 반사되는 광 중 일부의 광을 상기 도광판의 외부로 이탈시키는, 3D 백라이트 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 출광 패턴들에 의해 이탈되는 광은,
    각 출광 패턴들의 측면에 반사되어 상기 도광판의 외부로 이탈되는, 3D 백라이트 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광이 전반사되는 상기 도광판의 일면과 상기 출광 패턴들의 하면은 동일 평면 상에 위치하는, 3D 백라이트 유닛
  5. 제1항에 있어서,
    상기 출광 패턴들의 상면은, 직사각형, 사다리꼴 또는 평행사변형의 형태를 가지는, 3D 백라이트 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 출광 패턴들 사이에는 일 단면이 사다리꼴 형태를 가지는 공기 공동(air cavity)이 배치되는, 3D 백라이트 유닛.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도광판을 통해 가이드되는 광은,
    상기 공기 공동의 하면과 상기 도광판의 하면 사이에서 일어나는 전반사에 의해 가이드되는, 3D 백라이트 유닛.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 공기 공동의 유전율은 상기 도광판의 유전율보다 작은, 3D 백라이트 유닛.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 출광 패턴들에 의해 이탈되는 광은, 광이 나타나는 제1 영역 및 광이 나타나지 않는 제2 영역이 교대로 반복되는 광 패턴을 형성하는, 3D 백라이트 유닛.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 출광 패턴들은,
    서로 간에 이격되고, 라인(line) 형태로 배치된 복수의 패턴 열들을 포함하는, 3D 백라이트 유닛.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 패턴 열들 각각은, 입사된 광을 상기 도광판의 외부로 이탈시키는 복수의 독립된 패턴 구조체들을 포함하는, 3D 백라이트 유닛.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 패턴 열들은, 상기 도광판에서 기울어진 형태로 배치되는, 3D 백라이트 유닛
  13. 제1항에 있어서,
    상기 출광 패턴들의 하면의 면적에 기초하여 상기 도광판에서 이탈되는 광의 양이 결정되는, 3D 백라이트 유닛.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 광원은,
    상기 도광판의 일측을 향해 광을 방사하는 제1 광원; 및
    상기 도광판의 타측을 향해 광을 방사하는 제2 광원
    을 포함하는 3D 백라이트 유닛.
  15. 디스플레이 패널;
    3D 디스플레이 모드에서, 상기 디스플레이 패널에 3D 영상을 디스플레이하기 위한 광을 출력하는 제1 백라이트 유닛; 및
    2D 디스플레이 모드에서, 상기 디스플레이 패널에 2D 영상을 디스플레이 하기 위한 광을 출력하는 제2 백라이트 유닛을 포함하고,
    상기 제1 백라이트 유닛은, 일 단면이 역사다리꼴 형태를 가지는 출광 패턴들을 통해 상기 3D 영상을 디스플레이하기 위한 광을 출력하는, 디스플레이 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 백라이트 유닛은, 상기 출광 패턴들을 가지는 도광판을 포함하고,
    상기 출광 패턴들은, 상기 도광판의 하면에서 상기 도광판의 상면 쪽으로 반사되는 광 중 일부의 광을 상기 도광판의 외부로 이탈시키는, 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 출광 패턴들에 의해 이탈되는 광은,
    각 출광 패턴들의 측면에 반사되어 상기 도광판의 외부로 이탈되는, 디스플레이 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제2 백라이트 유닛으로부터 출력되는 광은,
    상기 제1 백라이트 유닛에 포함된 상기 도광판 및 상기 출광 패턴들을 통과하여 상기 디스플레이 패널에 도달하는, 디스플레이 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 상기 제1 백라이트 유닛과 이격되거나 또는 광학적으로 접합(optical bonding)되는, 디스플레이 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 디스플레이의 디스플레이 모드에 따라 상기 제1 백라이트 유닛 및 상기 제2 백라이트 유닛에 포함된 광원들의 동작을 제어하는 제어기
    를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  21. 음각 몰드를 이용하여 상기 음각 몰드의 음각 패턴에 대응하는 양각 패턴을 가지는 제1 플레이트(plate)를 주조하는 단계; 및
    상기 양각 패턴을 가지는 제1 플레이트와 광을 가이드하기 위한 제2 플레이트를 접합하는 것에 의해 출광 패턴들을 가지는 도광판을 생성하는 단계 - 상기 출광 패턴들의 일 단면은 역사다리꼴 형태를 가짐 -
    를 포함하는 도광판의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 양각 패턴의 단면은,
    삼각형 또는 사다리꼴의 형태를 가지는, 도광판의 제조 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트가 서로 접합되지 않는 공간은 공기 공동을 형성하는, 도광판의 제조 방법.
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