KR100627707B1 - 광학 디스플레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 디스플레이에 관한 것으로 더 상세하게는 휘도를 향상시키는 반사투과 디바이스의 적용으로 자연광 또는 외부 조명광에 대해서는 반사하고 백라이트에 대해서는 투과하는 반사투과형 광학 디스플레이에 관한 것이다.

본 발명에 따른 광학 디스플레이는, 편광판이 적층된 상부 글래스가 있고, 그 상부 글래스와 간격을 유지하여 대응되는 위치에 편광판을 구비하는 하부 글래스가 있으며, 상기 상,하부 글래스 사이에 액정이 채워진 LC패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛으로 이루어지는 광학 디스플레이에 있어서, 상기 LC패널의 하부 글래스와 편광판 사이에 상부 글래스로부터 입사되는 자연광에 대해서는 반사하고, 하부측 하부 글래스로 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하는 반사투과 디바이스를 구비하며, 그 반사투과 디바이스는 의도하는 광 컨트롤을 할 수 있도록 반사 투과형 구조체를 포함하고, 그 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면은 하부를 향하도록 형성한 것을 특징으로 한다. 또한 반사투과 디바이스는 액정 내장형, 백라이트 삽입형 등으로 다양하게 설계될 수 있다.

광학, 디스플레이, 액정판넬, 광학필름, 반사투과

Description

광학 디스플레이{Optical Display}

도 1은 일반적으로 휘도 향상기로 작용하는 구조화된 표면 재료의 확대도

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광학 디스플레이의 구성도

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학 디스플레이의 구성도

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광학 디스플레이의 구성도

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광학 디스플레이의 구성도

도 6은 본 발명의 각 실시 예에 적용될 수 있는 반사투과 디바이스의 형상을 보인 도면

도 7은 본 발명의 실시 예에 적용될 수 있는 반사투과 디바이스의 표면 코팅층의 형성의 예로서, (a)는 광 조절 표면의 코팅 예, (b)는 광 조절 표면에 대응하는 이면부에 코팅층을 형성한 예를 나타낸 도면

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100,200,300,400,500:광학디스플레이

110,210,310,410:LC패널

120,220,320,420:반사투과디바이스

130,230,330,430:백라이트유닛

501:기재 본체

502:반사투과형구조체

503:광조절표면

504,505:코팅층

본 발명은 광학 디스플레이에 관한 것으로 더 상세하게는 휘도를 향상시키는 반사투과 디바이스의 적용으로 자연광 또는 외부 조명광에 대해서는 반사하고 백라이트에 대해서는 투과하는 반사투과형 광학 디스플레이에 관한 것이다.

광학 디스플레이는 랩톱 컴퓨터, 휴대용 계산기, 디지털 시계 등에 널리 이용되고 있으며, 널리 알려진 액정(LC) 디스플레이는 이러한 디스플레이의 공통적인 예이다. 종래의 LC 디스플레이는 한쌍의 흡광성 편광기들 사이에 액정 및 전극 매트릭스를 배치한다. LC 디스플레이에 있어서 액정부분은 전계의 인가에 의해 변경되는 광학상태를 가지고 있다. 이러한 정보 처리는 정보를 실은 픽셀을 편광된 광을 이용해 디스플레이 하는데 필요한 콘트라스트를 발생시킨다.

이러한 이유 때문에 종래의 LC 디스플레이는 전면 및 배면 편광기를 포함한다. 전형적으로 편광기는 어느 한 편광방향에 대해 흡수 하는 것 보다 더 강하게 그에 직교하는 편광방향의 광선을 흡수하는 다이크로익 염료를 이용한다. 일반적으로 전면 편광기의 투과축은 배면 편광기의 투과축과 교차된다. 교차각은 0도 에서 90도 까지 변할 수 있다. 액정, 전면 편광기 및 배면 편광기는 LCD어셈블리를 함께 구성한다.

LC디스플레이는 조명원에 기초를 두고 분류될 수 있다. 즉, 반사형, 투과형, 반사 투과형 디스플레이이다. 반사형 디스플레이는 전면으로부터 디스플레이로 진압하는 주변 광선에 의해 조명된다.

전형적으로 브러시 알루미늄 반사기가 LCD 어셈블리 배후에 배치된다. 이러한 반사면은 반사면 상에 입사된 광선의 편광 방향을 유지하면 광선이 LCD어셈블리로 되돌아가도록 한다.

주변 광선의 강도가 관측하기에 불충분하게 되는 응용들에서는 반사브러시 알루미늄 면을 백라이트 어셈블리로 대체하는 것이 일반적이다. 전형적인 백라이트 어셈블리는 광학 캐비티(조명모듈) 및 광선을 발생시키는 램프 또는 다른 구조를 포함한다.

주변 광 조명과 백릿(backlit) 조명의 두가지 조명 모두를 활용하여 표시하는 방식을 트랜스플랙티브(transflective)방식이라 하며, 이 방식은 반사투과형 방식이다.

트랜스플랙티브(반사투과) 방식이 안고 있는 한가지 문제점은 전형적인 백라이트 표면이 종래의 브러시 알루미늄 표면으로 구성된 반사기만큼 효율적이지 않다는 것이다. 또한, 백라이트는 광선의 편광을 무작위화하고, 더 나아가 LC 디스플레이를 조명하는데 이용할 수 있는 광량을 감소시킨다. 결과적으로, 백라이트를 LC디스플레이에 추가 했을 때 주변 광선만으로 관측하는 조건하에서는 디스플레이 조명이 덜 밝은 상태를 나타낸다.

이러한 광학 디스플레이의 반사투과형 방식은 반사판 표면 재질에 영향을 받는데, 이를 개선하고자 알루미늄 대신 실버(Silver)를 사용하기도 하였다.

그러나 이 방식은 많은 한계를 가지고 있다. 픽셀 단위를 2개로 나누어 반사 및 투과를 사용하므로 광 효율면에서 최대치가 50% 밖에 되지 않는다. 그리고 최종적인 사람들 눈으로 들어오는 양은 최대 효율이 5%에 지나지 않는다.

반사판 표면 재질에 영향을 크게 받는 반사투과형 방식의 광학 디스플레이에 있어서 디스플레이의 조명과 휘도를 개선하고자 제시된 기술은 도 1과 같다.

도 1은 휘도 향상용 반사 편광기(50)로 작용하는 조직화된 표면 재료를 확대하여 나타낸 것이다. 조직화된 표면 재료는 평활 측면(51) 및 조직화 측면(52)을 갖고 있다. 조직화 측면(52)은 다수의 삼각 프리즘을 포함한다. 조직화된 표면 재료(53)는 공기의 굴절률을 가지는 임의의 투명 물질로 만들어질 수 있으며, 일반적으로 굴절률이 큰 물질이 좋은 결과를 낳을 수 있다. 1.586의 굴절률을 갖는 폴리카보네이트가 효과적으로 쓰인다는 것은 입증되었다.

그러나 이와 같이 반사투과형 디스플레이 방식을 개선하기 위해 제시된 다양한 광학 디스플레이 또는 휘도 향상용 반사편광기들을 적용하는 구조들은 기본적으로 디스플레이의 픽셀을 두개의 반사와 투과형태를 가진 구조를 채택함으로서 주변 조명과 백라이트 조명 모두가 주어진 조건에서 적절한 휘도 및 콘트라스트를 발생 시킬 수 없는 문제점이 있었다.

또한 휘도 향상 목적으로 적용되는 반사 편광기는 여러 광학 디스플레이들에 Y이들에 범용적으로 적용되지 못하는 한계가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 주변 조명과 백라이트 조명 모두가 주어진 조건에서 적절한 휘도 및 콘트라스트를 발생시킬 수 있는 디스플레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 광학 디스플레이에 있어서 픽셀을 두 개의 반사와 투과형태를 가진 구조가 아닌 주변 광선에 대해서는 반사기능을 하고, 백라이트에 대한 광선에 대해서는 투과를 하는 전면 반사 혹은 투과를 가지는 광학 디스플레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 효과적인 광학 디스플레이 조명을 광학적 설계에 있어서 보다 유리한 양산성과 생산성을 나타낼 수 있게 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

편광판이 적층된 상부 글래스가 있고, 그 상부 글래스와 간격을 유지하여 대응되는 위치에 편광판을 구비하는 하부 글래스가 있으며, 상기 상,하부 글래스 사이에 액정이 채워진 LC패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛으로 이루어지는 광학 디스플레이에 있어서,

상기 LC패널의 하부 글래스와 편광판 사이에 상부 글래스로부터 입사되는 자연광에 대해서는 반사하고, 하부측 하부 글래스로 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하는 반사투과 디바이스를 구비하며, 그 반사투과 디바이스는 의도하는 광 컨트롤을 할 수 있도록 반사 투과형 구조체를 포함하고, 그 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면은 하부를 향하도록 형성한 광학 디스플레이를 특징 으로 한다.

본 발명의 다른 특징은, 편광판이 적층된 상부 글래스가 있고, 그 상부 글래스와 간격을 유지하여 대응되는 위치에 편광판을 구비하는 하부 글래스가 있으며, 상기 상,하부 글래스 사이에 액정이 채워진 LC패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛으로 이루어지는 광학 디스플레이에 있어서,

상기 LC패널을 구성하는 하부 글래스와 상기 LC패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛 사이에 상부 글래스로부터 입사되는 자연광에 대해서는 반사하고, 하부측 하부 글래스로 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하는 반사투과 디바이스를 구비하며, 그 반사투과 디바이스는 의도하는 광 컨트롤을 할 수 있도록 반사 투과형 구조체를 포함하고, 그 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면은 하부를 향하도록 형성한 광학 디스플레이를 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은, 편광판이 적층된 상부 글래스가 있고, 그 상부 글래스와 간격을 유지하여 대응되는 위치에 편광판을 구비하는 하부 글래스가 있으며, 상기 상,하부 글래스 사이에 액정이 채워진 LC패널과, 상기 LC패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛으로 이루어지는 광학 디스플레이에 있어서,

상기 LC패널의 하부 글래스로부터 입사되는 자연광에 대해서는 반사하고, 하부측으로부터 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하기 위하여 LC패널의 하부측에 위치하는 동시에 LC패널에 대한 광원이 되는 백라이트 유닛의 상부측에 반사투과 디바이스를 구성하고, 그 반사투과 디바이스는 백라이트 유닛에 포함시켜 이루어지며, 반사투과 디바이스는 의도하는 광 컨트롤을 할 수 있도록 반 사 투과형 구조체를 포함하고, 그 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면은 하부를 향하도록 형성한 광학 디스플레이를 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은, 편광판이 적층된 상부 글래스가 있고, 그 상부 글래스와 간격을 유지하여 대응되는 위치에 편광판을 구비하는 하부 글래스가 있으며, 상기 상,하부 글래스 사이에 또 다른 글래스를 내장형으로 구비하여 상기 상,하부 글래스와 구분되는 PDLC 및 콜레스테릭 액정층을 구성하는 능동형 LC패널과, 상기 능동형 LC패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛으로 이루어지는 광학 디스플레이에 있어서,

상기 능동형 LC패널을 구성하는 PDLC 및 콜레스테릭 액정층의 상면과 그 PDLC 및 콜레스테릭 액정층을 형성하는 글래스 사이에 상부측 상부 글래스로부터 입사되는 자연광에 대해서는 반사하고 하부측 하부 글래스로 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하는 반사투과 디바이스를 구비하며, 그 반사투과 디바이스는 의도하는 광 컨트롤을 할 수 있도록 반사 투과형 구조체를 포함하고, 그 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면은 하부를 향하도록 형성한 광학 디스플레이를 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광학 디스플레이의 구성 예로서, LC패널의 편광판 사이에 반사투과형 디바이스를 적용한 예를 도식적으로 나타낸 것이다. 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학 디스플레이의 구성 예로서, LC패널과 백라이트 유닛 사이에 반사투과형 디바이스를 독립적인 개체로 적용한 예를 도식적으로 나타낸 것이다. 도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광학 디스플레이의 구성 예로서, 백라이트 유닛 내부에 반사투과형 디바이스를 삽입하는 구조를 적용한 예를 도식적으로 나타낸 것이다. 도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광학 디스플레이의 구성 예로서, 능동형 LC패널의 소자 내부에 반사투과형 디바이스를 적용한 예를 도식적으로 나타낸 것이다. 도 6은 본 발명의 각 실시 예에 적용될 수 있는 반사투과 디바이스의 형상이다. 도 7은 본 발명의 실시 예에 적용될 수 있는 반사투과 디바이스의 표면 코팅층의 형성의 예로서 (a)는 광 조절 표면의 코팅 예이고, (b)는 광 조절 표면에 대응하는 이면부에 코팅층을 형성한 예이다.

본 발명의 실시 예에 따른 광학 디스플레이의 구성 예는 도 2 내지 도 5와 같다.

본 발명의 제1실시 예에 따른 광학 디스플레이(100)의 구성 예는 도 2에 도식적으로 표현된 바와 같다.

LC패널(110)의 편광판 사이에 반사투과형 디바이스(120)를 삽입하는 구조로서 자연광의 효율을 극대화 시킬 수 있는 구조이다.

편광판(111)이 적층된 상부 글래스(112)가 있고, 그 상부 글래스(112)와 간격을 유지하여 대응되는 위치에 편광판(113)을 구비하는 하부 글래스(114)가 있으며, 상기 상,하부 글래스(112)(114) 사이에 액정이 채워진 LC패널(110)에 광을 조 사하는 백라이트 유닛(130)으로 이루어지는 광학 디스플레이(100)로 구성된다.

구체적으로는, LC패널(110)의 하부 글래스(114)와 편광판(113) 사이에 상부 글래스(112)로부터 입사되는 자연광에 대해서는 반사하고, 하부측 하부 글래스(114)로 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하는 반사투과 디바이스(120)를 구비하며, 그 반사투과 디바이스(120) 의도하는 광 컨트롤을 할 수 있도록 반사 투과형 구조체(121)를 포함하고 그 반사 투과형 구조체(121)의 광 조절 표면(122)은 하부를 향하도록 형성한 광학 디스플레이(100) 구조이다.

본 발명의 제2실시 예에 따른 광학 디스플레이(200)의 구성 예는 도 3에 도식적으로 표현된 바와 같다.

이 구조는 LC패널(210)과 백라이트 유닛(230) 사이에 독립적인 개체로서 반사투과형 디바이스(220)를 위치 시킨 경우이다.

편광판(211)이 적층된 상부 글래스(212)가 있고, 그 상부 글래스(212)와 간격을 유지하여 대응되는 위치에 편광판(213)을 구비하는 하부 글래스(214)가 있으며, 상기 상,하부 글래스(212)(214) 사이에 액정이 채워진 LC패널(210)에 광을 조사하는 백라이트 유닛(230)으로 이루어지는 광학 디스플레이(200)로 구성된다.

구체적으로는, LC패널(210)을 구성하는 하부 글래스(214)와 상기 LC패널(210)에 광을 조사하는 백라이트 유닛(230) 사이에 상부 글래스(212)로부터 입사되는 자연광에 대해서는 반사하고, 하부측 하부 글래스(214)로 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하는 반사투과 디바이스(220)를 구비하며, 그 반사투과 디바이스(220) 의도하는 광 컨트롤을 할 수 있도록 반사 투과형 구조체 (221)를 포함하고 그 반사 투과형 구조체(221)의 광 조절 표면(222)은 하부를 향하도록 형성한 광학 디스플레이(200) 구조이다.

본 발명의 제3실시 예에 따른 광학 디스플레이(300)의 구성 예는 도 4에 도식적으로 표현된 바와 같다.

이 구조는 백라이트 유닛(330)의 내부에 반사투과형 디바이스(320)를 삽입하는 형태와 같으며, 상면에 백라이트 유닛(330)에 포함되어 있는 확산시트 기능과 휘도 향상 기능을 동시에 촉진할 수 있다.

편광판(311)이 적층된 상부 글래스(312)가 있고, 그 상부 글래스(312)와 간격을 유지하여 대응되는 위치에 편광판(313)을 구비하는 하부 글래스(314)가 있으며, 상기 상,하부 글래스(312)(314) 사이에 액정이 채워진 LC패널(310)과, 상기 LC패널(310)에 광을 조사하는 백라이트 유닛(330)으로 이루어지는 광학 디스플레이(300)로 구성된다.

구체적으로는, LC패널(310)의 하부 글래스(314)로부터 입사되는 자연광에 대해서는 반사하고, 하부측으로부터 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하기 위하여 LC패널(310)의 하부측에 위치하는 동시에 LC패널(310)에 대한 광원이 되는 백라이트 유닛(330)의 상부측에 반사투과 디바이스(320)를 구성하고, 그 반사투과 디바이스(320)는 백라이트 유닛(330)에 포함시켜 이루어지며, 반사투과 디바이스(320)는 의도하는 광 컨트롤을 할 수 있도록 반사 투과형 구조체(321)를 포함하고 그 반사 투과형 구조체(321)의 광 조절 표면(322)은 하부를 향하도록 형성한 광학 디스플레이(300) 구조이다.

상기 반사투과 디바이스(320)의 상면은 백라이트 유닛(330)에 포함되어 있는 확산시트 기능과 휘도 향상 기능을 동시에 제공하기 위하여 확산필름(331)을 적층할 수 있다.

본 발명의 제4실시 예에 따른 광학 디스플레이(400)의 구성 예는 도 5에 도식적으로 표현된 바와 같다.

이 구조는 능동형 소자 내부에 적용될 수 있는 구조이다. 능동소자는 대부분 액정소자로서, PDLC(Polymer dispersed liquid crystal:등방성 매질에서 드롭 형태의 액정이 무작위로 분포되어 있으나 전계를 가하면 일정방향으로 배열상태를 유지하는 물질)나 콜레스테릭 액정층(416)으로 이루어진 구조의 상면에 반사투과형 디바이스(420)를 장착하여 능동형 LC패널(410)에 맞추어 광 반사기능을 강화할 수 있는 구조이다.

즉, 편광판(411)이 적층된 상부 글래스(412)가 있고, 그 상부 글래스(412)와 간격을 유지하여 대응되는 위치에 편광판(413)을 구비하는 하부 글래스(414)가 있으며, 상기 상,하부 글래스(412)(414)와 구분되는 또 다른 글래스(415)를 구비하여 상기 상,하부 글래스(412)(414)와 구분되는 PDLC 및 콜레스테릭 액정층(416)을 구성하는 능동형 LC패널(410)과, 상기 능동형 LC패널(410)에 광을 조사하는 백라이트 유닛(430)으로 이루어지는 광학 디스플레이(400) 구조이다.

구체적으로는, 능동형 LC패널(410)을 구성하는 PDLC 및 콜레스테릭 액정층(416)의 상면과 그 PDLC 및 콜레스테릭 액정층(416)을 형성하는 글래스(414) 사이에 상부측 상부 글래스(411)로부터 입사되는 자연광에 대해서는 반사하고 하부측 하부 글래스(415)로 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하는 반사투과 디바이스(420)를 구비하며, 그 반사투과 디바이스(420)는 의도하는 광 컨트롤을 할 수 있도록 반사 투과형 구조체(421)를 포함하고 그 반사 투과형 구조체(421)의 광 조절 표면(422)은 하부를 향하도록 형성한 광학 디스플레이(400) 구조이다.

이와 같은 제1 내지 제4실시 예에 따른 광학 디스플레이(100)(200)(300)(400)를 구성하기 위하여 적용되는 반사투과 디바이스(120)(220)(320)(420)는 공통적으로 도 6과 같은 구조체가 적용될 수 있다.

반사투과 디바이스(120~420)의 구체적인 구성의 형태는, LC패널의 글래스 또는 백라이트 유닛을 구성하는 특정 목적물에 층상으로 위치하여 정열되는 기재 본체(501)와, 상기 기재 본체(501)의 한쪽 표면이 반사와 투과를 동시에 구현할 수 있도록 형성된 반사 투과형 구조체(502)와, 상기 반사 투과형 구조체(502)의 형상을 결정하여 입사과 반사를 의도하는 대로 조절할 수 있는 특정 형상의 광 조절 표면(503)을 구비하는 형태이다.

따라서, 반사투과 디바이스(120)(220)(320)(420)가 되는 반사 투과형 구조체(502) 또는 광 조절 표면(503)은 특정 형상과 모양을 가지고 있는 구조이다.

예를들면 도 6과 같은 광학필름과 같은 형태로서, 반사 투과형 구조체(502)의 형상과 모양을 결정하는 광 조절 표면(503)은 특정 각도로 입사된 자연광이나 백라이트 광을 의도하는 방향으로 유도할 수 있는데 유리한 구조가 적용된다.

반사 투과형 구조체(502)는, 도 6과 같은 형태를 포함하여 프리즘, 피라미 드, 마이크로 렌즈, 코너 큐브(Coner Cube), 렌티큘러 렌즈, DOE렌즈 형태 등을 포함하여 선택적으로 적용될 수 있다.

또한, LC패널 및 백라이트 유닛 상호간에서 광 반사 효율을 최대로 하기 위하여 렌즈위나 아래에 다층 코팅도 포함될 수 있다.

도 7은 반사 투과형 구조체(502)의 광 조절 표면(503)이나 그 이면에 LC패널과 백라이트 유닛 상호간 광 반사 효율을 조절하기 위해 굴절률이 다른 한층 이상의 코팅층을 형성한 예로서, 도 7의 (a)는 반사 투과형 구조체(502)의 표면에 광 반사 조절용 코팅층(504)을 형성한 예이고, 도 7의 (b)는 반사 투과형 구조체(502)의 표면으로부터 그 이면에 광 반사 조절용 코팅층(505)을 형성한 예이다.

어느 경우 이거나 반사 투과형 구조체(502)의 형상과 모양의 조건은 자연광에 대해서 반사하고, 백라이트 광은 투과할 수 있는 조건을 만족하는 정도이면 충분하다.

이와 같은 특성의 반사투과 디바이스((120)(220)(320)(420)는 본 발명의 각 제1 내지 제4실시 예에 따라 제시되는 광학 디스플레이(100)(200)(300)(400)를 구성하는데 공통적으로 적용될 수 있다.

본 발명에 따라 완성되는 광학 디스플레이(100)(200)(300)(400)는 기본적으로 반사투과형 방식이 된다. 앞서 설명된 바와 같이, 광학 디스플레이의 기본적인 반사투과형 방식은 광학적 효율이 반사판의 표면 재질이 가장 큰 영향을 받는 것으로 밝혀져 있으며, 이에 따라 반사판의 재질을 개선하여 광학적 특성을 효율화 하는 노력들이 있었다. 반사판을 알루미늄 대신 실버를 사용하기도 하였지만 반사와 투과, 즉 자연광과 백라이트 광을 효율적으로 조절하여 주야간 구분없이 이상적인 시인성을 확보하는데에는 한계를 가지고 있었다.

그 이유는 픽셀의 단위를 2개로 나누어 반사 및 투과에 사용하게 되므로 광학적 효율측면에서 최대치는 결론적으로 50%를 넘어설 수 없었으며, 최종적으로 사람의 눈으로 들어오는 광량은 5%의 효율을 얻는데 그쳤으며, 특히 자연광에 노출된 경우의 주변 조명과 백라이트에 의존하는 조명으로 결정되는 주어진 조건에서 적절한 휘도 및 콘트라스트를 유지하는 광학 디스플레이를 기대하기 어려웠다.

본 발명은 반사투과 디바이스((120)(220)(320)(420)를 광학 디스플레이(100)(200(300)(400)를 구성하는 부품으로 적용함으로서, 자연광을 포함한 주변 조명과 백라이트 조명 모두가 주어진 조건에서 적절한 휘도 및 콘트라스트를 발생시킬 수 있는 광학 디스플레이를 제시하기 위한 것이다. 즉 픽셀을 두개의 반사와 투과형태를 가진 구조가 아닌 주변 광선에 대해서는 반사 기능을 하도록 하고, 백라이트에 대한 광선에 대해서는 투과되도록 하는 전면 반사 혹은 투과를 가지도록 함으로서 목적하는 광학 디스플레이(100)(200)(300)(400)를 얻는 것이다.

본 발명에 따른 광학 디스플레이는(100)(200)(300)(400)는 세 가지의 기본 소자를 포함한다. 즉, 통상의 광학 디스플레이가 LC패널과 백라이트 유닛인 것인데 대하여 제1내지 제4실시 예에서 제시되는 본 발명의 광학 디스플레이(100)(200)(300)(400)들은 LC패널과 반사투과 디바이스 그리고 백라이트 유닛으로 되어 있다.

LC패널은 상용화되거나 알려진 LC패널이 그대로 적용될 수 있으며, 백라이트 유닛도 그러하다. 제3.4실시 예에서 나타나듯이 백라이트 유닛을 구성하는 필름 기재의 한 부분으로 직접 삽입하거나 내장형으로 하여 설계 될 수도 있고, 개량된 능동형 LC패널에 내장형으로 삽입하여 구성될 수 있으며, 이와 유사한 다른 어떤 광학 디스플레이에도 반사투과 디바이스(120)(220)(320)(420)를 같은 원리로 적용할 수 있다.

LC패널이 적용된 광학 디스플레이는 앞서 설명한 바와 같이 조명원에 기초를 두어 분류된다. 반사형 디스플레이는 전면으로부터 진입하는 주변 광선에 의해 조명되며, 반사면은 반사면 상에 입사된 광선의 편광 방향을 유지하여 광선이 LCD 어셈블리로 되돌아가도록 한다. 주변 광조명과 백라이트 조명의 두가지 조명 모두를 활용하여 표시하는 방식이 반사투과형 방식이다. 그러나 그 문제점은 백라이트 표면이 알루미늄 표면으로 구성된 반사기 만큼 효율적이지 않다는 것과 백라이트 조명은 광선의 편광을 무작위화 하고, 더욱이 LC디스플레이를 조명하는데 이용할 수 있는 광선을 감소시키는데 있다. 이는 결과적으로 백라이트를 LC디스플레이에 추가 했을 때 주변광선으로 관측하는 조건하에서는 디스플레이 조명이 상대적으로 밝지 않은 상태를 나타낸다.

본 발명은 이러한 반사투과형 디스플레이 방식의 문제점중의 하나인 주변광선을 인위적으로 조절할 수 있는 반사투과 디바이스(120)(220)(320)(420)를 광학 디스플레이에 구성함으로서 주변광선에 대해서는 반사기능을 유지하고, 백라이트 광선에 대해서는 투과 기능하여 전면 반사 또는 투과를 하도록 유도하여 디스플레이 조명을 의도하는 대로 주야간에 최대 효율이 가지도록 공 조절 기능을 할 수 있 게 한 것이다.

반사투과 디바이스(120)(220)(320)(420)는 평판상의 단순한 필름으로는 의도 하는 광 컨트롤 기능을 하지 못하여 특정 반사 투과형 구조체(502)로 형성된 광 조절 표면(503)을 갖는다.

도 6은 반사 투과형 구조체(502)가 있는 반사투과 디바이스(120)(220)(320)(420)의 예로서, 광학필름과 같은 형태이며, 반사 투과형 구조체(502)의 형상과 모양을 결정하는 광 조절 표면(503)은 특정 각도로 입사된 자연광이나 백라이트 광을 의도하는 방향으로 유도할 수 있는데 유리한 구조를 골라서 적용할 수 있다.

광 조절 표면(503)의 형상은 프리즘, 피라미드, 마이크로 렌즈, 코너 큐브(Coner Cube), 렌티큘러 렌즈, DOE렌즈 형태 등을 다양하게 선택하여 적용할 수 있으며, 각각 효율면에서는 미차가 있을 수 있다.

또한, LC패널 및 백라이트 유닛 상호간에서 광 반사 효율을 최대로 하기 위하여 렌즈위나 아래에 다층 코팅층을 둘 수도 있으며, 이럴 경우 광 반사 효율은 의도된 방향으로 조절될 수 있다.

도 7은 반사 투과형 구조체(502)의 광 조절 표면(503)이나 그 이면에 LC패널과 백라이트 유닛 상호간 광 반사 효율을 조절하기 위해 굴절률이 다른 한층 이상의 코팅층을 형성한 예로서, 도 7의 (a)는 반사 투과형 구조체(502)의 표면에 광 반사 조절용 코팅층(504)을 형성한 예이고, 도 7의 (b)는 반사 투과형 구조체(502)의 표면으로부터 그 이면에 광 반사 조절용 코팅층(505)을 형성한 예이다.

이러한 다양한 반사 투과형 구조체(502)의 광 조절 표면(503) 형상은 어느 경우 이거나 자연광에 대해서 반사하고, 백라이트 광은 투과할 수 있는 조건을 만족하는 정도로서 만족된다.

본 발명에 따른 광학 디스플레이를 구성하는 반사투과 디바이스, 즉 반사투과형 구조체(502)의 기본적인 원리는 스넬(Snell)의 법칙과 브루스터(Brewster) 각에 의존한다. 즉, 스넬 법칙과 브루스터 각에 의존하여 조절된 광 조절 표면(503)은 특정 각도로 입사된 빛을 의도하고 원하는 특정방향으로 되돌아 갈 수 있도록 할 수 있는데 기인한다.

임의의 두께의 임의의 박층 스택에 관한 광학 값들을 계산하기 위한 수학적 도구는 알려져 있는 개별 박층 인터페이스의 프레넬(Fresnel) 반사 및 투과 계수이다. 프레넬 계수는 편광 광선에 대한 별도의 공식으로 임의의 입사각에서 임의의 인터페이스가 나타내는 반사도를 예측하게 한다.

유전 재료 인터페이스의 반사도는 입사각의 함수로서 변하고, 등방성 물질에 대해서는 편광광선에 대해 상당히 다른 값을 나타낸다. 편광 광선에 대한 최소 반사도는 브루스터 효과로 인한 것이고, 반사도가 0으로 되는 각도가 브루스터 각이다. 따라서 임의의 입사각에서의 임의의 박층 스택의 반사 작용은 관계된 모든 박층의 유전 상수 텐서값에 의해 결정된다.

도 2 내지 도 5에서 표현된 광학 디스플레이(100)(200)(300)(400)에서 반사투과 디바이스(120)(220)(320)(420)의 반사 투과형 구조체(502), 즉 광 조절 표면(503)은 이러한 수학 도구를 적용하여 사전에 계산된 반사도 및 반사각 특성을 가 지는 형태로서, 공통적으로 자연광 "n"에 대해서는 굴절을 통한 반사를 하고, 백라이트 유닛으로 부터 출사되는 조명 광 "b"는 그대로 투과될 수 있게 조절되어 있으며, 그 형태는 도 10과 같은 모델이 이러한 광학적 특성을 갖는데 효과적인 것으로 알려져 있다.

본 발명의 제1실시 예에 따른 광학 디스플레이의 구성 예는 도 2에 표현되어 있다. 이 구조는 LC패널(110)의 편광판(113) 사이에 반사투과형 디바이스(120)를 삽입한 구조로서 자연광의 효율을 극대화 시킬 수 있는 구조이다.

즉, LC패널(110)의 하부 글래스(114)와 편광판(113) 사이에 상부 글래스(112)로부터 입사되는 자연광에 대해서는 반사하고, 하부측 하부 글래스(114)로 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하는 반사투과 디바이스(120)를 구성하여 반사 투과형 구조체(121)의 광 조절 표면(122)을 통해 자연광과 조명광을 의도된 바대로 컨트롤 하여 별다른 구조 변경 없이 효율적인 디스플레이 조명을 구현한다.

본 발명의 제2실시 예에 따른 광학 디스플레이의 구성 예는 도 3에 표현되어 있다. 이 구조는 LC패널(210)과 백라이트 유닛(230) 사이에 독립적인 개체로서 반사투과형 디바이스(220)를 위치 시킨 경우이다.

즉, LC패널(210)을 구성하는 하부 글래스(214)와 상기 LC패널(210)에 광을 조사하는 백라이트 유닛(230) 사이에 상부 글래스(212)로부터 입사되는 자연광에 대해서는 반사하고, 하부측 하부 글래스(214)로 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하는 반사투과 디바이스(220)를 구성하여 반사 투과형 구조체 (221)의 광 조절 표면(222)을 통해 별다른 구조 변경 없이 효율적인 디스플레이 조명을 구현한다.

본 발명의 제3실시 예에 따른 광학 디스플레이의 구성 예는 도 4에 표현되어 있다. 이 구조는 백라이트 유닛(330)의 내부에 반사투과형 디바이스(320)를 삽입하는 형태와 같으며, 상면에 백라이트 유닛(330)에 포함되어 있는 확산시트 기능과 휘도 향상 기능을 동시에 촉진할 수 있도록 설계된 경우이다.

즉, LC패널(310)의 상부 글래스(212)로부터 입사되는 자연광에 대해서는 반사하고, 하부측으로부터 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하기 위하여 LC패널(310)의 하부측에 위치하는 동시에 LC패널(310)에 대한 광원이 되는 백라이트 유닛(330)의 상부측에 반사투과 디바이스(320)를 백라이트 유닛(330)에 포함시켜 구성하여 반사투과 디바이스(320)가 의도하는 광 컨트롤을 할 수 있도록 반사 투과형 구조체(321)의 광 조절 표면(322)을 통해 효율적인 디스플레이 조명을 구현할 수 있으며, 반사투과 디바이스(320)의 상면을 확산필름(331)으로 처리 함으로서, 백라이트 유닛(330)에 통상적으로 포함되어 있는 확산시트 기능과 휘도 향상 기능을 동시에 제공할 수 있다.

본 발명의 제4실시 예에 따른 광학 디스플레이의 구성 예는 도 5에 표현되어 있다. 이 구조는 능동형 소자 내부에 적용될 수 있는 구조이다. 능동소자는 대부분 액정소자로서, PDLC나 콜레스테릭 액정층(416)으로 이루어진 구조의 상면에 반사투과형 디바이스(420)를 장착하여 능동형 LC패널(410)에 맞추어 광 반사기능을 강화할 수 있는 구조이다.

즉, 능동형 LC패널(410)을 구성하는 PDLC 및 콜레스테릭 액정층(416)의 상면과 그 PDLC 및 콜레스테릭 액정층(416)을 형성하는 글래스(415) 사이에 상부측 상부 글래스(412)로부터 입사되는 자연광에 대해서는 반사하고 하부측 하부 글래스(415)로 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하는 반사투과 디바이스(420)를 구성하여 의도하는 광 컨트롤을 할 수 있도록 반사 투과형 구조체(421)의 광 조절 표면(422)을 통해 별다른 구조 변경없이 효율적인 디스플레이 조명을 구현한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 디스플레이는 자연광은 반사하고 백라이트 조명광은 투과되도록 하는 광 컨트롤 기능을 하는 반사투과 디바이스를 광학 디스플레이의 기본 구성으로 별다른 구성 변경없이 간단하게 포함시켜 효율적인 디스플레이 조명을 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 주야간 상시 사용이 필요한 모든 이동통신단말기의 디스플레이 조명 효과가 크며, 광 조명 효율 제고를 위한 다른 어떤 구조에 비해 간단하여 양산성과 생산성이 큰 효과가 있다.

Claims (17)

1. 삭제
2. 편광판이 적층된 상부 글래스가 있고, 그 상부 글래스와 간격을 유지하여 대응되는 위치에 편광판을 구비하는 하부 글래스가 있으며, 상기 상,하부 글래스 사이에 액정이 채워진 LC패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛으로 이루어지는 광학 디스플레이에 있어서,

   상기 LC패널의 하부 글래스와 편광판 사이에 상부 글래스로부터 입사되는 자연광과 외부 조명광에 대해서는 반사하고, 하부측 하부 글래스로 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하는 반사투과 디바이스를 구비하며, 그 반사투과 디바이스는 광 컨트롤을 할 수 있도록 반사 투과형 구조체를 포함하고, 그 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면은 하부를 향하도록 형성하여 이루어지며,

   상기 반사투과 디바이스는,

   상기 LC패널의 글래스 또는 백라이트 유닛을 구성하는 특정 목적물에 층상으로 위치하여 정열되는 기재 본체와, 상기 기재 본체의 한쪽 표면이 반사와 투과를 동시에 구현할 수 있도록 형성된 반사 투과형 구조체와, 상기 반사 투과형 구조체의 형상을 결정하여 입사와 반사를 조절할 수 있는 광 조절 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면은, 프리즘, 피라미드, 마이크로 렌즈, 코너 큐브, 렌티큘러 렌즈, DOE렌즈 형태를 선택적으로 적용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 LC패널 및 백라이트 유닛 상호간에서 광 반사 효율을 최대로 하기 위하여 상기 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면의 위나 아래에 광 반사 조절용 코팅층을 형성한 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이.
5. 삭제
6. 편광판이 적층된 상부 글래스가 있고, 그 상부 글래스와 간격을 유지하여 대응되는 위치에 편광판을 구비하는 하부 글래스가 있으며, 상기 상,하부 글래스 사이에 액정이 채워진 LC패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛으로 이루어지는 광학 디스플레이에 있어서,

   상기 LC패널을 구성하는 하부 글래스와 상기 LC패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛 사이에 상부 글래스로부터 입사되는 자연광과 외부 조명광에 대해서는 반사하고, 하부측 하부 글래스로 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하는 반사투과 디바이스를 구비하며, 그 반사투과 디바이스는 의도하는 광 컨트롤을 할 수 있도록 반사 투과형 구조체를 포함하고, 그 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면은 하부를 향하도록 형성하여 이루어지며,

   상기 반사투과 디바이스는,

   상기 LC패널의 글래스 또는 백라이트 유닛을 구성하는 특정 목적물에 층상으로 위치하여 정열되는 기재 본체와, 상기 기재 본체의 한쪽 표면이 반사와 투과를 동시에 구현할 수 있도록 형성된 반사 투과형 구조체와, 상기 반사 투과형 구조체의 형상을 결정하여 입사와 반사를 조절할 수 있는 광 조절 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면은, 프리즘, 피라미드, 마이크로 렌즈, 코너 큐브, 렌티큘러 렌즈, DOE렌즈 형태를 선택적으로 적용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 LC패널 및 백라이트 유닛 상호간에서 광 반사 효율을 최대로 하기 위하여 상기 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면의 위나 아래에 광 반사 조절용 코팅층을 형성한 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이.
9. 삭제
10. 삭제
11. 편광판이 적층된 상부 글래스가 있고, 그 상부 글래스와 간격을 유지하여 대응되는 위치에 편광판을 구비하는 하부 글래스가 있으며, 상기 상,하부 글래스 사이에 액정이 채워진 LC패널과, 상기 LC패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛으로 이루어지는 광학 디스플레이에 있어서,

    상기 LC패널의 하부 글래스로부터 입사되는 자연광에 대해서는 반사하고, 하부측으로부터 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하기 위하여 LC패널의 하부측에 위치하는 동시에 LC패널에 대한 광원이 되는 백라이트 유닛의 상부측에 반사투과 디바이스를 구성하고, 그 반사투과 디바이스는 백라이트 유닛에 포함시켜 이루어지며, 반사투과 디바이스는 의도하는 광 컨트롤을 할 수 있도록 반사 투과형 구조체를 포함하고, 그 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면은 하부를 향하도록 형성하여 이루어지며,

    상기 반사투과 디바이스는,

    LC패널의 글래스 또는 백라이트 유닛을 구성하는 특정 목적물에 층상으로 위치하여 정열되는 기재 본체와, 상기 기재 본체의 한쪽 표면이 반사와 투과를 동시에 구현할 수 있도록 형성된 반사 투과형 구조체와, 상기 반사 투과형 구조체의 형상을 결정하여 입사와 반사를 조절할 수 있는 광 조절 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면은, 프리즘, 피라미드, 마이크로 렌즈, 코너 큐브, 렌티큘러 렌즈, DOE렌즈 형태를 선택적으로 적용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 LC패널 및 백라이트 유닛 상호간에서 광 반사 효율을 최대로 하기 위하여 상기 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면의 위나 아래에 광 반사 조절용 코팅층을 형성한 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이.
14. 삭제
15. 편광판이 적층된 상부 글래스가 있고, 그 상부 글래스와 간격을 유지하여 대응되는 위치에 편광판을 구비하는 하부 글래스가 있으며, 상기 상,하부 글래스 사이에 또 다른 글래스를 구비하여 상기 상,하부 글래스와 구분되는 PDLC 및 콜레스테릭 액정층을 구성하는 능동형 LC패널과, 상기 능동형 LC패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛으로 이루어지는 광학 디스플레이에 있어서,

    상기 능동형 LC패널을 구성하는 PDLC 및 콜레스테릭 액정층의 상면과 그 PDLC 및 콜레스테릭 액정층을 형성하는 글래스 사이에 상부측 상부 글래스로부터 입사되는 자연광에 대해서는 반사하고 하부측 하부 글래스로 입사되는 백라이트 광은 투과되도록 광 컨트롤을 유도하는 반사투과 디바이스를 구비하며, 그 반사투과 디바이스는 의도하는 광 컨트롤을 할 수 있도록 반사 투과형 구조체를 포함하고, 그 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면은 하부를 향하도록 형성하여 이루어지며,

    상기 반사투과 디바이스는,

    LC패널의 글래스 또는 백라이트 유닛을 구성하는 특정 목적물에 층상으로 위치하여 정열되는 기재 본체와, 상기 기재 본체의 한쪽 표면이 반사와 투과를 동시에 구현할 수 있도록 형성된 반사 투과형 구조체와, 상기 반사 투과형 구조체의 형상을 결정하여 입사와 반사를 조절할 수 있는 광 조절 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면은, 프리즘, 피라미드, 마이크로 렌즈, 코너 큐브, 렌티큘러 렌즈, DOE렌즈 형태를 선택적으로 적용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 LC패널 및 백라이트 유닛 상호간에서 광 반사 효율을 최대로 하기 위하여 상기 반사 투과형 구조체의 광 조절 표면의 위나 아래에 광 반사 조절용 코팅층을 형성한 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이.

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