KR100366161B1 - 주위광과 조명패널을 이용한 표시장치 - Google Patents

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Abstract

표시장치는 화상을 표시하기 위해 입사광의 투과를 제어하는 비 발광형 표시엘리먼트(1)와, 상기 표시엘리먼트의 후방에 배치되고, 조명광을 상기 표시엘리먼트를 향해 방사하고 표시엘리먼트의 전방으로부터 입사한 주위광을 표시엘리먼트를 향해 소정의 반사율로 반사시키는, 광원(16)과 포토컨덕터(11)를 구비한 발광유닛을 포함한다. 조명광의 휘도를 제어하는 조도 휘도 제어기(26)가 제공되어, 포토컨덕터에서 반사된 주위광의 반사광과 조명광의 투과광의 총 합을 포함하는 표시엘리먼트의 화면휘도가 표시엘리먼트의 전방으로부터 방사된 주위광의 주위조도와 포토컨덕터의 반사율에 따라 미리 설정된 범위로 설정된다.

Description

주위광과 조명패널을 이용한 표시장치{Display device using ambient light and a lighting panel}
외부로부터의 투사광이 이용되고 광의 투과가 표시용으로 제어되는, 액정표시엘리먼트와 같은 비 발광형 표시엘리먼트를 구비하는 표시장치는 투과광을 이용한 투과형 표시장치와 반사광을 이용한 반사형 표시장치로 분류된다.
투과형 표시장치는, 전술한 표시엘리먼트의 후방에 백라이트가 배치되고 백라이트로부터의 조명광이 표시하는데 사용되는 장치이다. 백라이트로부터의 조명광은 표시엘리먼트를 통해 방사된 후, 이 광은 표시엘리먼트의 전방에서 방사되어 표시를 수행한다. 이 투과형 표시장치에서, 백라이트를 턴온하는데 많은 전력이 소모된다.
반사형 표시장치는, 표시장치의 사용환경에서의 광인 주위광(외부광)이 표시용으로 사용되고 있는 장치이다. 표시엘리먼트 전방에 입사한 주위광은 표시엘리먼트의 뒷쪽에 배치된 반사기 상의 표시엘리먼트를 향해 반사된다. 이 반사형 표시장치에서, 표시엘리먼트 전방에서 입사한 외부광에 따른 휘도를 갖는 반사광을 얻을 수 있다. 따라서, 충분한 외부광이 존재하는 환경에 이 장치가 있다면, 충분한 휘도를 갖는 표시를 관측할 수 있다. 어떠한 백라이트도 불필요하므로, 전력소모는 적다.
그러나, 반사형 표시장치에서, 표시엘리먼트의 전방에서 방사된 반사광의 휘도는 표시엘리먼트의 전방에서 입사한 외부광의 휘도에 크게 의존한다. 결과적으로, 100,000 럭스 이상의 높은 조도의 환경에서, 예를 들면 여름철 태양의 직사광선하의 환경에서, 화면이 너무 눈이 부셔 표시를 지켜보기가 힘들다. 또한, 야간에 옥외(open air)와 같은 어두운 환경에서, 표시를 인식할 수 있는 이러한 화면 휘도를 얻을 수 없다. 따라서, 이 장치는 어두운 환경에서 사용할 수 없다.
반면에, 야간에 옥외와 같은 어두운 환경에서 표시를 관찰하기 위하여, 지금까지 보조광원을 갖는 반사형 표시장치가 제안되어 왔다.
보조광원을 갖는 이 반사형 표시장치는, 표시엘리먼트의 후방에 반-투과 반사기가 배치되어 있고 반-투과 반사기의 후방에 보조광원이 배치되어 있는 장치이다. 반-투과 반사기로는, 높은 반사율과 낮은 투과율을 갖는 반사기가 표시장치의 충분히 높은 반사율(반사기에서 반사된 방사광의 휘도 대 표시엘리먼트의 전방에서 입사한 주위광의 휘도의 비)을 보장하기 위하여 사용된다.
그러나, 보조광원을 갖는 이 반사형 표시장치에서, 반-투과 반사기의 투과율은 매우 낮고, 보조광원의 광도는 전력소모를 작게 할 정도로 매우 높게 될 수 없다. 따라서, 보조광원이 턴온될 때, 반-투과 반사기를 통해 투과되고 표시엘리먼트에 투사된 조명광의 휘도는 약하다.
이 때문에, 보조광원을 갖는 반사형 표시장치에서, 화면 휘도는 보조광원이어두운 환경에서 턴온될 때 낮다. 또한, 여름철 태양의 직사광선하의 환경과 같은 강한 조명의 환경에서, 화면은 너무 눈이 부셔 표시를 지켜보기 힘들다.
본 발명은 주위광과 조명패널을 이용한 표시장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1양상에 따라 조명패널을 이용한 표시장치의 일부를 도시하는 단면도.
도 2는 제1실시예의 표시엘리먼트의 일부를 도시하는 확대 단면도.
도 3은 제1실시예의 조명패널의 일부를 도시하는 확대 단면도.
도 4는 제1실시예의 조명패널의 사시도.
도 5는 제1실시예의 조명패널에 사용된 반사 편광자의 광통로를 도시하는 사시도.
도 6은 일본의 도시들 즉, 나하시, 후쿠오카시, 및 사포로시의 1월의 맑은 날씨 때의 평균조도를 도시하는 그래프.
도 7은 제1실시예의 조명패널을 이용한 표시장치의 화면휘도(L)와 주위조도(I)간의 관계를 도시하는 그래프.
도 8은 제1실시예의 조명패널을 이용한 표시장치의 화면휘도(L)와 주위조도(I)간의 관계를 도시하는 그래프.
도 9는 제1실시예의 조명패널의 광원을 기초한 조명휘도(Br)와 주위조도(I)간의 관계를 도시하는 그래프.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따라 조명패널을 이용한 표시장치를 도시하는 확대 단면도.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따라 표시장치에 사용된 액정표시엘리먼트를도시하는 평면도.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따라 표시장치에 사용된 액정표시엘리먼트를 도시하는 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1: 액정표시엘리먼트 2,3: 투명기판 4: 시일재
6a,6b: 투명전극 10: 발광유닛 11: 포토컨덕터
20: 광학부재 24: 반사편광자 26: 조도휘도제어기
본 발명의 목적은 밝은 환경에서 어두운 환경까지의 다양한 환경에서 적절한 화면 휘도를 갖는 표시를 얻을 수 있는 액정표시엘리먼트를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 환경하의 주위 조도에 따른 적절한 화면 휘도를 갖는 표시를 수행하기 위하여, 주위광(외부광)에 기초한 조명광과 턴-온 광원에 기초한 조명광을 이용하는 표시장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 이루기 위해, 본 발명의 제1양상은:
화상을 표시하기 위하여 입사광의 투과를 제어하는 비 발광형 표시엘리먼트와;
상기 표시엘리먼트를 향하여 조명광을 방사하고, 소정의 반사율로 표시엘리먼트의 전방에서 입사한 주위광을 상기 표시엘리먼트를 향해 반사시키기 위한, 표시엘리먼트의 후방에 배치되어 있는 발광유닛과;
상기 발광유닛에서 반사된 주위광의 반사광과 조명광의 투과광의 합을 포함하고 있는 표시엘리먼트의 화면 휘도가, 발광유닛의 반사율과 표시엘리먼트의 전방에서 입사한 주위광의 주위 조도에 따라 미리 설정된 휘도범위로 설정되도록, 조명광의 휘도를 제어하는 조도 휘도 제어기를 포함하는 표시장치이다.
제1양상의 상기 표시장치에 있어서, 주위광의 반사광과 표시엘리먼트의 화면 전방으로부터의 조명광의 투과광 모두를 방사할 수 있다. 밝은 환경의 조도에서,주위광의 조도에 따라 조명광의 휘도를 조정함으로써, 주위의 조명광에 의해 소모된 전력은 감소될 수 있고, 이 주위광은 밝은 화면을 얻는데 사용될 수 있다. 어두운 주위 조도에서, 충분한 휘도를 갖는 화면은 주위광의 반사광과 표시엘리먼트 화면으로부터의 조명광의 투과광의 방사에 의해 얻을 수 있다.
제1양상의 상기 표시장치에 있어서, 조도 휘도 제어기는 다음 범위:
50 럭스의 주위 조도에서 20-200 니트의 화면휘도와;
1,000 럭스의 주위 조도에서 30-300 니트의 화면휘도와;
30,000 럭스의 주위 조도에서 400-4,000 니트의 화면휘도
를 만족시키는 2차 함수로 표현되는 곡선에 대응하는 휘도로 주위 조도에 따른 화면 휘도를 제어한다.
바람직하게도, 조도 휘도 제어기는 다음 범위:
50 럭스의 주위 조도에서 20-60 니트의 화면휘도와;
1,000 럭스의 주위 조도에서 60-200 니트의 화면휘도와;
30,000 럭스의 주위 조도에서 1,000-3,000 니트의 화면휘도
를 만족시키는 2차 함수로 표현되는 곡선에 대응하는 휘도로 주위 조도에 따른 화면 휘도를 제어한다.
이런 방식으로 화면 휘도가 제어되는 표시엘리먼트에서, 50 럭스 이하의 어두운 주위 조도에서 조차, 관찰하기에 적절한 화면 휘도를 얻을 수 있다. 심지어 실내 조도에 가까운 1,000 럭스의 주위 조도에서 조차, 관찰하기에 적절한 화면 휘도를 얻을 수 있다. 심지어 주간의 옥외 조도에 가까운 30,000 럭스의 주위 조도에서 조차, 관찰하기에 적절한 화면 휘도를 얻을 수 있다.
제1양상의 표시장치에서, 조도 휘도 제어기는 주위 조도에 따라 다음 관계:
-2×10-8×I2＋ 0.015×I ＋ 20 ＜ L ＜ -3×10-7×I2＋ 0.113×I ＋ 150,
여기서 주위 조도는 I(럭스)로 표현되고, 화면 휘도는 L(니트)로 표현됨,
를 만족시키는 화면 휘도를 제어한다.
바람직하게, 조도 휘도 제어기는 주위 조도에 따라 다음 관계:
-9×10-8×I2＋ 0.0453×I ＋ 20 ＜ L ＜ -2×10-7×I2＋ 0.0871×I ＋ 50,
여기서 주위 조도는 I(럭스)로 표현되고, 화면 휘도는 L(니트)로 표현됨,
를 만족시키는 화면 휘도를 제어한다.
이런 방식으로 화면 휘도가 제어되는 표시장치에서, 어두운 주위 조도에서 조차, 또한 심지어 실내 조도에 가까운 주위 조도에서 조차, 그리고 심지어 주간의 옥외 조도에 가까운 주위 조도에서 조차, 관찰하기에 적절한 화면 휘도를 얻을 수 있다.
제1양상의 표시장치에서, 조도 휘도 제어기는 적어도 실내 조도 보다 높은 주위 조도에서 발광유닛으로부터의 조명광의 휘도를 제어한다. 바람직하게, 조도 휘도 제어기는 주위 휘도가 50 럭스 이하에서 약 30,000 럭스 이상까지의 범위에 있는 발광유닛으로부터의 조명광의 휘도를 제어한다.
이런 방식으로 화면 휘도가 제어되는 표시장치에서, 실내 조도 이상의 주위 조도에서 발광유닛으로부터의 조명광의 휘도는 작게 되고, 밝은 환경에서 조명광에의해 소모되는 전력은 감소될 수 있다.
제1양상의 표시장치에서, 조도 휘도 제어기는, 주위조도가 실내 조도 보다 낮은 조도 범위에서 주위 조도가 낮아짐에 따라 조명광의 휘도가 연속적으로 낮아지는 방식으로 발광유닛으로부터의 조명광의 휘도를 제어한다.
이런 방식으로 화면 휘도가 제어되는 표시엘리먼트에서, 주위조도가 실내 조도 보다 낮은 조도 범위에서 주위 조도가 감소함에 따라 조명광 휘도의 감소를 보충하기 위하여 발광유닛으로부터의 조명광의 휘도가 상승한다. 따라서, 관측하기에 적절한 화면 휘도를 얻을 수 있다.
제1양상의 표시장치에서, 조도 휘도 제어기는, 주위조도가 실내 조도 보다 높고 소정의 조도 이하인 조도 범위에서 주위 조도가 상승함에 따라 조명광의 휘도가 연속적으로 상승하는 방식으로 발광유닛으로부터의 조명광의 휘도를 제어한다.
주위 조도가 소정의 조도를 초과할 때, 주위 조도가 추가로 상승함에 따라 조명광의 휘도는 연속적으로 낮아진다.
이런 방식으로 화면 휘도가 제어되는 표시엘리먼트에서, 주위조도가 실내 조도 보다 높고 소정의 조도 이하인 조도 범위에서 조명광의 휘도는 연속적으로 상승하여 화면 조도를 증가시킨다. 주위 조도가 소정의 조도를 초과할 때, 조명광의 휘도는 연속적으로 낮아진다. 따라서, 충분한 화면 휘도를 얻기에 필요한 조명광의 소모 전력을 조절할 수 있다.
제1양상의 표시장치에서, 조도 휘도 제어기는
1) 주위조도가 실내 조도 보다 낮은 조도 범위에서 주위 조도가 낮아짐에 따라 조명광의 휘도가 연속적으로 낮아지는 방식과;
2) 주위조도가 실내 조도 보다 높고 소정의 조도 이하인 조도 범위에서 주위 조도가 상승함에 따라 조명광의 휘도가 연속적으로 상승하는 방식과;
3) 주위 조도가 소정의 조도를 초과할 때, 주위 조도가 추가로 상승함에 따라 조명광의 휘도가 연속적으로 낮아지는 방식으로, 발광유닛으로부터의 조명광의 휘도를 제어한다.
주위조도가 실내 조도 보다 낮은 조도 범위에서 상기 방식으로 화면 휘도가 제어되는 표시엘리먼트에서, 조명광의 휘도는 연속적으로 낮아진다. 따라서, 화면 휘도가 너무 밝게 되는 것을 피할 수 있다. 주위조도가 실내 조도 보다 높고 소정의 조도 이하인 조도 범위에서 주위 조도가 상승함에 따라 화면휘도의 휘도가 상승한다. 주위 조도가 소정의 조도를 초과할 때, 주위광이 상승함에 따라 조명광의 휘도가 감소될 수 있다. 따라서, 소모 전력이 감소될 수 있다.
제1양상의 표시장치에서, 조도 휘도 제어기는 주위 조도를 측정하는 조도 검출기와, 발광유닛에서 방사된 조명광의 휘도를 측정된 주위 조도를 기초로 제어하는 광원 휘도 조정 회로를 구비하고 있다.
제2양상의 표시장치에서, 발광유닛은 표시엘리먼트 상에 조명광을 방사하는 수단과, 표시엘리먼트의 전방에서 투사된 주위광을 반사시키고 이 반사광을 표시엘리먼트 상에 방사하는 수단을 구비하고 있다.
제2양상의 표시장치에서, 발광유닛은:
1) 광원과,
2) 광원이 대향으로 배치되어 있는 적어도 하나 이상의 단면(end face)과, 광원으로부터의 조명광을 안내하고 이 광을 표시엘리먼트를 향해 방사하는 방사면과, 상기 방사면과 달리 표시엘리먼트의 전방으로부터 표시엘리먼트를 향해 투사된 주위광을 반사하는 반사면이 형성되어 있는 포토컨덕터를 포함한다.
제2양상의 표시장치에서, 발광유닛은 광원과, 적어도 하나 이상의 단부에 광원이 배치되어 있는 포토컨덕터와, 포토컨덕터의 앞쪽에 배치된 광학부재로 구성되고,
1) 상기 포토컨덕터는 적어도 단면으로써 광원으로부터의 조명광을 받아들이는 입사단면과, 입사단면의 쪽에서 다른 쪽으로 계단식으로 낮아지는 계단면을 포함하는 계단식 면과 각각이 계단면을 접속하는 계단-레벨-차 면으로 구성된 정면을 포함하고,
주위광을 반사하는 반사막은 포토컨덕터의 각각의 계단면에 디포지션되고, 입사단면으로부터 투사된 주위광을 방사하는 방사면은 각각의 계단-레벨-차 면에 형성되고,
2) 상기 광학부재는, 포토컨덕터의 앞쪽에 배치되고, 표시엘리먼트의 전방으로부터 투사된 주위광을 투과하고, 포토컨덕터의 각각의 계단면 상의 반사막에서 반사된 주위광의 반사광과 포토컨덕터의 각각의 계단-레벨-차 면으로부터 방사된 조명광을 표시엘리먼트를 향해 방사하여 광의 진행방향을 변환하는 엘리먼트를 포함한다.
이러한 발광유닛을 구비하고 있는 표시엘리먼트에서, 표시엘리먼트의 전방으로부터 투사된 주위광의 반사광과 광원으로부터의 조명광은 표시엘리먼트의 전방으로 방사될 수 있다.
광학부재는 표시엘리먼트에 대향하여 광을 방사하는 정면과 포토컨덕터의 정면에 대향하는 이면을 포함하는 투명판으로 이루어져 있고, 투사-형 입사부는 광학부재의 이면에 형성되고, 상기 입사부는 포토컨덕터의 각각의 계단-레벨-차 면으로부터 방사된 광을 받아들이기 위한 입사면과, 상기 입사면에서 받아들인 광을 전방을 향해 반사 또는 굴절시키는 굴절면을 구비하고 있다.
포토컨덕터의 각각의 입사부는 서로의 사이에 공간을 남기도록 배치되고, 인접한 입사부 사이의 후방영역은 표시엘리먼트의 전방에서 투사된 주위광과, 포토컨덕터의 각각의 계단면 상의 반사막에서 반사된 주위광의 반사광을 투과하는 입사/방사면으로 구성된다.
이러한 발광유닛에 따라, 광원으로부터의 조명광을 포토컨덕터의 계단-레벨-차 면으로부터 방사한 후, 상기 광을 광학부재를 통해 굴절시켜 표시엘리먼트의 전방으로 공급되도록 할 수 있다. 또한, 표시엘리먼트의 전방으로부터 투사된 주위광을 포토컨덕터의 각각의 계단면의 반사면 상에서 반사시켜 표시엘리먼트의 전방으로 공급되도록 할 수 있다.
제2양상의 표시장치에서, 발광유닛의 포토컨덕터의 이면은 입사단면으로부터 투사된 조명광의 포토컨덕터의 폭 방향으로 휘도 분포를 평균하는 광확산면으로 구성된다.
제2양상의 표시장치에서, 발광유닛과 표시엘리먼트 사이에 광확산막이 배치된다.
이런 방식으로 광확산막을 배치함으로써, 발광유닛으로부터 방사된 주위광의 반사광과 광원으로부터의 조명광을 표시엘리먼트에 확산하고 투사할 수 있다. 따라서, 넓은 시계각을 갖는 표시장치를 얻을 수 있다.
제2양상의 표시장치에서, 발광유닛과 표시엘리먼트 사이에 반사 편광자가 배치된다. 반사 편광자는 반사축과, 서로에 대해 실질적인 직각으로 교차하고 편광 성분의 입사광을 반사축을 따라 반사시키고 편광 성분의 입사광을 투과축을 따라 투과시키는 특성을 갖는 투과축을 구비한다.
표시엘리먼트는 정면과 이면의 각각에 편광자를 갖는 액정표시엘리먼트를 포함하고, 상기 반사 편광자는 그 투과축이 액정표시엘리먼트의 뒷쪽에 있는 편광자의 투과축에 실질적으로 평행하도록 배치된다.
서로에 대해 직각으로 교차하는 편광성분중 한 성분을 투과하고 나머지 성분을 반사시키는 특성을 갖는 반사 편광자가 발광유닛과 표시엘리먼트 사이에 상기 방식으로 배치되어 있는 표시장치에서, 광원으로부터의 조명광 중에서 광선방향이 표시엘리먼트 뒷쪽에 있는 편광자의 투과축 방향과 일치하는 광선만이 반사 편광자를 통해 투과된다. 나머지 광선은 흡수되지 않고 발광유닛 내부에서 산란되고 반사된다.
본 발명의 제2양상에 따른 또 다른 실시예의 표시장치에서, 발광유닛은:
1) 광원과,
2) 광원으로부터의 조명광을 안내하고 이 광을 표시엘리먼트를 향해 방사하는 방사면과, 상기 방사면과 달리 표시엘리먼트의 전방으로부터 투사된 주위광을 투과하는 투과면이 형성되어 있는 포토컨덕터와,
3) 포토컨덕터의 입사/방사면에 대향하여 후면에서, 포토컨덕터의 투과면 쪽을 향해 주위광을 반사하는 후면반사수단을 포함한다.
발광유닛은 광원과, 광원이 적어도 하나 이상의 단면에 배치되어 있는 포토컨덕터와, 포토컨덕터의 후면에 배치된 후면반사수단과, 포토컨덕터의 앞쪽에 배치된 광학부재로 구성되고,
1) 상기 포토컨덕터는 적어도 단면으로써 광원으로부터의 조명광을 받아들이는 입사단면과, 입사단면의 쪽에서 다른 쪽으로 계단식으로 낮아지는 계단면과 각각이 계단면을 접속하는 계단-레벨-차 면을 포함하는 계단식 면으로 구성된 정면을 포함하고,
상기 계단-레벨-차 면은 입사단면으로부터 투사된 조명광을 방사하는 방사면으로 구성되고, 상기 계단면은 상기 방사면과 달리 표시엘리먼트의 전방으로부터 투사된 주위광을 투과시키는 투과면으로 구성되고,
2) 상기 후면반사수단은 포토컨덕터의 계단면에 대향하여 포토컨덕터의 후면에 배치되고, 계단면으로부터 광을 방사하기 위하여 표시엘리먼트의 전방으로부터 포토컨덕터의 계단면으로 투사된 주위광을 반사시키는 반사면을 구비하고,
3) 포토컨덕터의 앞쪽에 배치된 광학부재는, 표시엘리먼트의 전방으로부터 투사된 주위광의 반사광과 후면반사수단에서 반사된 주위광의 반사광을 투과시키고, 포토컨덕터의 각각의 계단-레벨-차 면으로부터 방사된 조명광을 표시엘리먼트를 향해 방사할 수 있다.
발광유닛은, 포토컨덕터의 앞쪽에 배치되고, 전방으로부터 투사된 주위광과 후면반사수단에서 반사되고 포토컨덕터의 계단면으로부터 방사된 주위광의 반사광을 투과시키고, 포토컨덕터의 계단-레벨-차 면으로부터 방사된 조명광을 소정의 방향으로 전방으로 방사하는 광학부재를 구비하고 있다.
이런 발광유닛을 사용하는 표시장치에서, 광원으로부터의 조명광을 포토컨덕터의 계단-레벨-차 면으로부터 방사한 후, 상기 광을 광학부재를 통해 굴절시켜 표시엘리먼트의 전방으로 공급되도록 할 수 있다. 또한, 표시엘리먼트의 전방으로부터 투사된 주위광을 포토컨덕터의 각각의 계단-레벨-차 면의 투과면에 투과시키고, 포토컨덕터의 뒷쪽에 있는 후방반사수단 상에서 광을 반사시켜 표시엘리먼트의 전방으로 공급되도록 할 수 있다.
본 발명의 제3양상의 표시장치의 표시엘리먼트에서, 액정층을 통해 서로에 대해 대향한 정면 및 후면에 있는 한 쌍의 기판 중에서, 일 기판은 내부면에 제1전극을 구비하고, 나머지 기판은 제1전극에 대향하는 부분이 화소영역으로 구성된 적어도 하나 이상의 제2전극을 내부면에 구비하고, 화소영역의 영역 보다 작은 영역을 갖는 컬러필터는 화소영역의 서로에 대응하여 어느 하나의 기판의 접촉면(interface)에 배치된다.
액정표시엘리먼트의 화소영역은 화소영역 보다 작은 영역을 갖는 컬러필터로 덮인 필터-대응 영역과, 상기 필터-대응 영역 주위에 배치되고 컬러필터로 덮이지 않은 넌-필터(non-filter) 영역을 구비하고 있다.
이런 액정표시엘리먼트를 사용하는 표시장치에서, 정면으로부터 투사된 주위광의 일부는 넌-필터 영역을 통해 투과되고, 반사되고 또 다시 넌-필터 영역을 통해 투과되어, 고휘도의 반사광을 얻을 수 있다. 또한, 액정표시엘리먼트의 정면으로부터 투사된 주위광은 인접 화소영역의 각각의 필터-대응 영역을 통해 좀처럼 투과되지는 않는다. 따라서, 광은 컬러필터를 통해 상이한 컬러로 투과되지 않고, 혼합된 컬러를 갖지 않는 큰 휘도를 얻을 수 있다.
본 발명의 제4양상의 표시장치는 비 발광형 표시엘리먼트, 조명광을 표시엘리먼트를 향해 방사하는 발광유닛을 포함하고 표시엘리먼트의 후방에 배치되어 있는 투과 표시 시스템, 표시엘리먼트의 전방으로부터 투사된 주위광을 발광유닛 상에서 반사시키고 이 광을 표시엘리먼트의 전방으로 방사하는 반사 표시 시스템, 및 발광유닛으로부터의 조명광을 방사하고 반사 표시 시스템을 기초로 하여 방사된 조명광에 의해 표시엘리먼트의 화면휘도를 보상하는 화면 휘도 보상 표시 시스템으로 구성되고, 반사 표시 시스템에서 주위광의 반사율은 표시엘리먼트의 투과율이 최대로 제어될 때 약 16% 이상이다.
표시엘리먼트의 개구비가 100%로 설정될 때 반사 표시 시스템은 70%의 반사율을 갖고, 표시엘리먼트는 약 60% 이상의 개구비를 갖고, 반사 표시 시스템은 36%의 투과율을 갖는 컬러필터를 구비한다.
반사 표시 시스템에서 주위광의 반사율은 20% 이상이다.
제4양상의 표시장치는 전방으로부터 투사된 주위광을 전방을 향해 효과적으로 반사시킬 수 있다. 따라서, 주위 조도가 소정의 조도 이상일 때, 주위광의 반사광에 기초한 조명광에 의해서만 충분한 화면휘도를 얻을 수 있다.
액정표시장치를 수반하는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예로써 이하에 기술하겠다.
제1실시예
도 1은 본 발명의 제1실시에 따른 표시장치의 측면도이다. 본 실시예의 표시장치는 외부에서 입사한 주위광을 사용하고 이 광의 투과를 표시하기 위해 제어하는 비 발광형 표시엘리먼트로써 액정표시엘리먼트를 이용하는 장치이다.
표시장치는 액정표시엘리먼트(1)와, 상기 액정표시엘리먼트(1)의 후방에 배치되고, 조명광을 상기 액정표시엘리먼트(1)의 이면을 향해 방사하고 액정표시엘리먼트(1)의 전방으로부터 투사된 주위광(외부 조명광)을 액정표시엘리먼트(1)의 뒷쪽을 향해 반사시키는 발광유닛(발광수단)(10)과, 조명광의 휘도를 표시엘리먼트가 사용되는 주위조도에 따라 제어하는 조도 휘도 제어기(또는 조명 휘도 제어수단)(26)를 구비하고 있다.
도 2는 액정표시엘리먼트의 일부를 도시하는 확대 단면도이다. 이 액정표시엘리먼트(1)는, 복수의 화소영역이 서로에 대해 대향한 영역으로 이루어진 투명전극(6a 및 6b)이 한 쌍의 투명기판(2 및 3)의 각각의 내부면 상에, 프레임형 시일재(4)(도 1 참조)를 통해 서로에 대해 결합된 정면 및 이면에 디포지션되고; 예를 들어 적색, 초록색, 및 청색 컬러인 각각의 화소영역에 대응하는 복수 컬러의 컬러필터(7R, 7G 및 7B)가 기판 중 어느 한 기판의 내부면 예를 들어 앞쪽 기판(2)에 디포지션되고; 추가로 액정층(9)이 시일재(4)로 둘러싸이고 기판들(2 및 3) 사이에 있는 영역에 배치되는 구조를 갖는다.
액정표시엘리먼트(1)는 능동 엘리먼트로써 TFT(박막트랜지스터)를 이용하는 액티브 매트릭스 시스템의 엘리먼트이다. 후면 기판(3)의 내부면 상에 배치된 전극(6b)은 매트릭스형으로 배치된 화소전극이다.
이 화소전극(6b)들은 후면 기판(3)의 내부면 상의 각각의 화소전극(6b)에 대응하여 배치된 TFT(미도시)에 접속되고, TFT는 후면 기판(3)의 내부면 상에 와이어된 게이트라인과 데이터라인(미도시)에 접속된다.
앞쪽 기판(2)의 내부면 상에 디포지션된 전극(6a)은 단일막 형태로, 모든 화소전극(6b)에 대향인 대향전극이다. 이 대향전극(6a)은 컬러필터(7R, 7G 및 7B) 상에 형성된다.
또한, 이 액정표시엘리먼트(1)는 정면 및 이면에 편광자(5a 및 5b)를 갖는 TN(트위스트 네마틱)형의 엘리먼트이다. 상기 쌍의 기판(2 및 3)간에 배치된 액정층(9)의 액정분자를 고려하면, 각각의 기판(2 및 3) 근처의 배향방향은 두 기판(2및 3)의 내부면 상에 배치된 얼란인먼트 층 또는 막(8a 및 8b)에 의해 조절된다. 이 분자들은 두 기판(2 및 3) 사이에서 소정의 트위스트각(예를 들어, 약 90도)으로 트위스트-배향된다. 편광자(5a 및 5b)는 각각 기판(2 및 3)의 상기 쌍의 외부면에 고정되어, 그 투과축은 소정의 방향을 따른다.
도 3은 이 실시예에 따른 표시장치의 발광유닛(10)을 구성하는 포토컨덕터(11)와 광학부재(20)의 일부를 도시하는 확대 단면도이다. 도 4는 포토컨덕터(11)의 일부를 도시하는 확대 사시도.
발광유닛(10)은 일단면이 광입사단면(11a)으로 구성되고 추가로 액정표시엘리먼트(1)의 전방에서 입사한 주위광을 반사시키는 반사면(14)과 입사단면(11a)으로부터 투사된 조명광을 방사하는 방사면(이 실시예에서, 후술할 계단식면(12)의 각각의 계단-레벨-차 면(12b))은 액정표시엘리먼트(1)의 이면에 대향하는 정면에 형성된 포토컨덕터(11)와; 이 포토컨덕터(11)의 입사단면(11a)에 대향하여 배치된 광원(16)과; 이 포토컨덕터(11)의 앞쪽에 배치된 광학부재(20)를 구비하고 있다.
이 포토컨덕터(11)는 아크릴 수지 등으로 만든 투명판이다. 그 일단은 광원(16)으로부터의 광을 받아들이는 입사단면(11a)으로 구성된다. 그 정면은 매우 작은 피치를 갖고 입사단면(11a)의 쪽에서 나머지 단면쪽으로의 방향으로 (포토컨덕터의 이면으로부터의 거리를 작게 하기 위해) 계단식으로 낮아지도록 형성된 서로에 대해 평행인 계단면(12a)과 이들 계단면(12a)을 접속하는 계단-레벨-차 면(12b)으로 구성된 계단식면(12)으로 만들어진다.
계단-레벨-차 면(12b)은 입사단면(11a)에 평행한 면이고, 인접한 계단-레벨-차 면(12b) 사이의 각각의 계단면(12a)은 포토컨덕터(11)의 폭방향(입사단면(11a)의 길이방향)에 따라 신장하는 평면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, SiO2(실리콘 산화물)로 만들어진 하부층(13a)이 이 계단식면(12)의 각각의 계단면(12a)의 전체 위에 형성된다. Al 등으로 만들어진 고-반사율 금속막(13b)의 증기 디포지션에 의해 형성된 미러(mirror) 반사막(13)이 하부층(13a)의 전체표면 상에 배치된다. 이 반사막(13)의 표면(금속막(13b)의 표면)은 액정표시엘리먼트(1)의 전방으로부터 투사된 주위광을 반사시키는 반사면(14)이 된다.
SiO2로 만들어진 하부층(13a)이 아크릴 수지 등으로 만든 포토컨덕터(11)와 알루미늄 등으로 만든 금속막(13b)간의 접착력을 높이도록 형성된다.
계단식면(12)의 각각의 계단-레벨-차 면(12b)은 어떠한 반사막도 형성되어 있지 않은 광투과면으로 이루어진다. 이들 계단-레벨-차 면(12b)은 입사단면(11a)으로부터 투사된 조명광을 방사하는 방사면으로 이루어진다.
도 4에 도시한 바와 같이, 이 포토컨덕터(11)의 이면은 입사단면(11a)으로부터 투사된 조명광의 포토컨덕터의 폭방향으로 휘도분포를 평균하는 광확산면(15)으로 이루어진다.
이 광확산면(15)은, 포토컨덕터(11)의 전체길이에 걸친 길이를 갖는 가늘고 긴 프리즘부(15a)가 포토컨덕터(11)의 폭방향으로 매우 작은 피치로 계속되도록 평행으로 형성되어 있는 형상을 갖는다. 반사기(15)는 그 반사면이 프리즘부(15a)의상부면에 접근 또는 접촉하는 방식으로 배치된다.
광원(16)은 예를 들어, 포토컨덕터(11)의 입사단면(11a)의 전체 길이에 걸친 길이를 갖는 직선 튜브형 형광램프(17)와, 이 형광램프(17)로부터 방사된 광을 반사시키는 반사기(18)로 구성된다. 이 광원(16)은 입사단면(11a)에 대향하는 포토컨덕터(11)의 측면에 배치된다.
광학부재(20)는 전방으로부터 입사한 광이 투과하여 이면을 향해 방사되고, 포토컨덕터(11)의 각각의 단계면(12a) 상의 반사면(14)(반사막(13)의 표면)에서 반사되고 이 광학부재(20)의 이면으로부터 투사된 상기 광이 투과하여 정면을 향해 방사되고, 포토컨덕터(11)의 각각의 계단-레벨-차 면(방사면)(12b)으로부터 방사된 조명광이 이면으로부터 받아들여지고 전방으로 방사되는 특징을 갖는다.
이 광학부재(20)는 아크릴 수지 등으로 만들어지고 포토컨덕터(11)의 폭과 실질적으로 동일한 폭을 갖는 투명판으로 형성된다. 그 정면은 평면으로 이루어진다. 다음은 그 이면에 통합된다: 포토컨덕터(11)의 계단식면(12)의 각각의 계단-레벨-차 면(12b)으로부터 방사된 광을 받아들이는 입사부(21).
입사부(21)는 광학부재(20)의 폭의 전체 세로뼈대에 걸친 길이를 갖는 긴 옆길 돌출부로 이루어진다.
상기 부재(20)의 이면쪽에 있는 각각의 입사부(21)의 길이방향이 포토컨덕터(11)의 각각의 계단-레벨-차 면(12b)의 길이방향에 실질적으로 평행하고, 추가로 각각의 입사부(21)의 상부면이 포토컨덕터(11)의 각각의 계단면(12a)에 접근 또는 접촉하는 방식으로 광학부재(20)가 배치된다.
입사부(21)는 삼각형의 단면형상을 갖는다. 각 입사부(21)의 두 측면 중에서 포토컨덕터(11)의 계단-레벨-차 면(12b)에 대향하는 하나의 측면과 옥외 사이의 접촉면은 계단-레벨-차 면(12b)으로부터 방사된 광을 받아들이는 입사면(21a)으로 이루어진다. 나머지 측면과 옥외간의 접촉면은 입사면(21a)으로부터 받아들인 광을 광학부재(20)의 정면을 향해 반사 또는 굴절시키는 굴절면(21b)으로 이루어진다.
입사면(21a)은 포토컨덕터(11)의 계단-레벨-차 면(12b)에 실질적으로 평행인 경사 또는 이와 비슷한 경사를 갖고, 포토컨덕터(11)의 계단면(12a)에 대해 90도 이하의 각도(계단-레벨-차 면(12b)에 대향하는 방향의 각도)를 갖는 평면이다.
굴절면(21b)은 굴절면(21b)과 광학부재(20)의 정면의 법선간의 각도가 입사면(21a)과 법선간의 각도 보다 큰 경사각을 갖는 경사평면으로 이루어진다.
경사부(21)의 형상은 입사면(21a)이 5-15도의 각도에서 법선에 대해 입사면(21a)이 포토컨덕터(11)의 계단-레벨-차 면(12b)에 대향하는 방향으로 경사지고, 굴절면(21b)이 20-50도의 각도에서 법선에 대해 역방향으로 경사지는 형상인 것이 좀더 바람직하다.
각 입사부(21) 사이에 일정한 피치로 공간을 남기도록 입사부(21)가 배치된다. 인접 입사부(21)간의 이면과 옥외 사이의 접촉면은 포토컨덕터(11)의 각 계단면(12a) 상의 반사면(14)에 대향하는 입사/방사면(22)으로 이루어진다.
이 입사/방사면(22)은 포토컨덕터(11)의 계단면(12a)에 실질적으로 평행한 경사 또는 이와 비슷한 경사를 갖는 평면이고, 액정표시엘리먼트(1)의 전방으로부터 투사되고 반사면(14)에서 반사된 광을 포토컨덕터(11)의 계단면(12a)의 각각에 투과시키는 광학 접촉면이다.
포토컨덕터(11)의 각각의 계단-레벨-차 면(12b)의 피치와 다른 피치로 입사부(21)가 배치된다. 도 1 및 3에 도시한 바와 같이, 이 실시예에서, 포토컨덕터(11)의 각각의 계단-레벨-차 면(12b)의 피치 보다 작고 각각의 계단-레벨-차 면(12b)의 피치의 절반 보다는 큰 피치로 광학부재(20)의 각각의 입사부(21)가 배치된다. 따라서, 포토컨덕터(11)의 각각의 계단-레벨-차 면(12b)은 광학부재(20)의 적어도 하나 이상의 입사부(21)에 반드시 대향한다.
본 실시예의 이 표시장치에서, 포토컨덕터(11)와, 포토컨덕터(11)의 입사단면(11a)에 대향하여 배치된 광원과, 포토컨덕터(11)의 정면쪽에 배치된 광학부재(20)로 구성된 발광유닛(10)은 액정표시엘리먼트(1)의 후방에 배치되어, 광원(16)이 배치되어 있는 쪽은 주위광이 주로 수용되는 방향으로 배향된다.
즉, 이 표시장치는, 화면의 법선에 대해 화면의 상부 에지 쪽을 향해 기울어진 방향(도 1에서 좌측 상향방향)이, 통상의 반사형 표시장치에서와 동일한 방법으로 주위광을 얻을 수 있는 주위환경에서 주광(main light)을 수용하는 방향으로 설정되는 방식으로 사용하기 위해 화면방향을 선택하는 장치이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 표시장치에서, 다음 특성을 갖는 광확산막(23)과 반사 편광자(24)는 발광유닛(10)과 액정표시엘리먼트(1) 사이에 라미네이트(laminating)되는 방식으로 배치된다.
도 5는 반사 편광자(24)의 사시도이다. 반사 편광자(24)는 실질적으로 직각으로 서로를 교차하는 반사축(24s)과 투과축(24p)을 갖는다. 편광자(24)는 반사축(24s)에 따른 편광성분의 입사광이 반사되고 투과축(24p)에 따른 편광성분의 입사광이 투과되는 특성을 갖는다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 반사축(24s)에 따른 편광성분의 광(S)(이후, S 편광성분이라 칭함)과 투과축(24p)에 따른 편광성분의 광(P)(이후, P 편광성분이라 칭함)을 포함하는 광이 반사 편광자(24)에 투사될 때, 전술한 입사광 중 반사축(24s)에 따른 S 편광성분의 광(S)은 반사 편광자(24)에서 반사되고 투과축(24p)에 따른 P 편광성분의 광(P)은 반사 편광자(24)를 통해 투과된다.
도 5는 광이 뒷쪽으로부터 반사 편광자(24)에 투사되는 예를 도시한다. 반사 편광자(24)는 반사특성과 굴절특성이 파장에 의존하지 않는 특성을 갖는 넌-컬러 시트이다.
그 구조가 도시되지 않은 반사 편광자(24)는, 한 쌍의 투명막 중 각각의 투명막의 일면이 미세한 폭을 갖는 긴 측면통로 프리즘부가 평행하게 폭방향으로 연속적으로 배치되어 있는 형태를 갖는 비균일한 표면으로 이루어져 있고, 한 쌍의 투명막이 중복되어 하나의 투명막의 비균일 표면의 각각의 상부가 다른 투명막의 비균일 표면의 각각의 계곡부에 대향하고, 추가로 상이한 굴절율을 갖는 투명층이 선택적으로 라미네이트되어 있는 라미네이트막이 두 투명막의 비균일 표면 사이에 놓여 있는, 예를 들어 판이다. 이런 형태의 반사 편광자는 US 특허 제5,422,756호 및 제5,559,634호에 공개되어 있다.
이 실시예에서, 투과축(24p)이 액정표시엘리먼트(1)의 뒷쪽에 있는편광자(6)의 투과축에 실질적으로 평행한 방식으로 반사 편광자(24)가 배치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 반사 편광자(24)는 광확산막(23)을 통해 발광유닛(10)의 광학부재(20)의 정면에 고정된다.
광을 산란하는 미세입자가 광학부재(20)의 실질적인 전체 정면에 흩어지는 투명 접착제를 발라 광확산막(23)이 형성되고, 반사 편광자(24)가 광확산막(23)의 접착에 의해 광학부재(20)의 정면에 고정된다.
액정표시엘리먼트(1)는 반사 편광자(24)의 정면과 중복하여 배치되고, 그 이면(뒷쪽 편광자(5b)의 이면)은 투명접착제 또는 양면 접착시트(25)에 의해 광확산막(23)의 정면에 고정된다.
이 표시장치에서, 액정표시엘리먼트(1)와 발광유닛(10)은 액정표시엘리먼트(1)의 전방으로부터 입사한 주위광을 발광유닛(10)의 포토컨덕터(11)의 각각의 계단면(12a)에 형성된 반사면(14)에 반사시켜 액정표시엘리먼트(1)의 전방으로 방사되도록 하는 반사 표시 시스템으로 이루어진다.
또한, 화면 휘도 보상 표시 시스템은 발광유닛(10)이 조명광을 방사하고 이 조명광을 이용하여 액정표시엘리먼트(1)의 화면 휘도를 보상하도록 이루어지고, 상기 화면 휘도는 반사 표시 시스템에 기초한다.
또한, 약 16%까지 다음이 설정된다: 반사 표시 시스템의 액정표시엘리먼트(1)의 투과율이 최대값으로 제어될 때의 주위광의 반사율(액정표시엘리먼트(1)의 전방으로부터 투사된 주위광의 휘도에 대한, 발광유닛(10)에서 반사되고 액정표시엘리먼트(1)의 전방으로 방사되는 방사광의 휘도의 비).
반사 표시 시스템의 주위광의 반사율을 고려하면, 실제 반사율이 R(%)로 표시될 때, 액정표시엘리먼트(1)의 개구비는 100%로 설정되고, 어떠한 컬러필터도 사용되지 않는 것으로 보이고(즉, 컬러필터(7R, 7G 및 7B)의 투과율이 100%로 설정되는 것으로 보인다), 다음 방정식(1)은 반사 표시 시스템에서 주위광의 반사율(R')(%) 중의 관계를 나타낸다(이후, 기본 반사율로 나타냄), 컬러필터(7R, 7G 및 7B)의 투과율(TCF)(%), 액정표시엘리먼트(1)의 실제 개구비(S)(%):
R = R' × S × TCF… (1)
반사 표시 시스템에서 기본 반사율(R')은 포토컨덕터(11)의 반사면(14)의 반사율과 액정표시엘리먼트(1)의 투과율(개구비는 100%로 설정되고, 컬러필터는 없다)에 의해 결정된다. 포토컨덕터(11)의 반사면(14)은 알루미늄 등으로 만들어진 고-반사율 금속막(13b)의 증기 디포지션으로 형성된 미러 반사막(13)으로 구성되고, 액정표시엘리먼트(1)는 TN형이다. 이 때문에, 기본 반사율(R')은, 반사 표시 시스템의 액정표시엘리먼트(1)의 투과율이 최대값으로 제어될 때, 약 70%의 상대적으로 높은 값에 접근할 수 있다.
컬러필터(7R, 7G 및 7B)의 투과율(TCF)은, 전방으로부터 액정표시엘리먼트(1) 속으로 입사한 광이 컬러필터(7R, 7G 및 7B)를 통해 투과하고, 포토컨덕터(11)의 반사면(14)에서 반사되고, 또 다시 컬러필터(7R, 7G 및 7B)를 통해 투과될 때 얻은 총 투과율이다. 이들 컬러필터(7R, 7G 및 7B)의 투과율(TCF)은 약 36%이다.
반사 표시 시스템의 액정표시엘리먼트(1)의 투과율을 제어할 때의 기본 반사율(R')은 70%로 설정되고, 컬러필터(7R, 7G 및 7B)의 투과율(TCF)은 약 36%로 설정되는 경우, 반사 표시 시스템의 실제 주위광의 반사율(R)이 16%일 때 액정표시엘리먼트(1)의 개구비(S)는 방정식(1)로부터 약 63%이다.
따라서, 반사 표시 시스템의 액정표시엘리먼트(1)의 투과율을 제어할 때의 기본 반사율(R')이 70%로 설정되고, 컬러필터(7R, 7G 및 7B)의 투과율(TCF)(액정표시엘리먼트(1)의 전방으로부터 투사된 광의 컬러필터를 통과한 투과율과 포토컨덕터(11)의 반사면(14)에서 반사된 광의 컬러필터를 통과한 투과율의 총 투과율)이 36%로 설정될 때, 액정표시엘리먼트(1)의 개구비(S)는 약 60% 이상으로 설정되는 것이 충분하다.
이러한 설정으로 인해, 반사 표시 시스템의 액정표시엘리먼트(1)의 투과율이 최대로 제어될 때, 주위광의 반사율(R)을 약 16% 이상으로 접근시킬 수 있다.
본 실시예의 발광유닛(10)은 이 표시장치가 사용되고 있는 환경의 조도에 따라 발광유닛(10)으로부터의 조명광의 휘도를 제어하는 조도 휘도 제어기(26)를 구비하고 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 이 조도 휘도 제어기(26)는 주위 조도를 측정하는 조도검출기(27)와, 이 조도검출기(27)로 측정한 주위 조도에 따라 발광유닛(10)이 방사하는 조명광의 휘도를 제어하는 광원 휘도 조정회로(28)와, 광원 턴온 회로(29)로 구성된다.
수용면이 액정표시엘리먼트(1)의 정면에 평행하여 전방으로부터 액정표시엘리먼트(1) 속으로 입사한 주위광의 조도가 주위조도에 따라 측정되는 방식으로, 조도검출기(27)가 액정표시엘리먼트(1) 근처에 배치된다.
광원 휘도 조정 회로(28)는 조도검출기(27)로 측정한 주위조도에 따라 발광유닛으로부터 입사한 조명광의 휘도값을 조정하여, 액정표시엘리먼트(1)의 화면휘도가 주위조도에 따라 미리 설정된 휘도범위로 설정되도록 하는 부재이다. 광원 턴온 회로(29)는 광원(16)의 발광램프(17)를 구동시켜, 상기 휘도값에 따른 휘도를 갖는 조명광을 광원 휘도 조정 회로(28)로부터 방사한다.
이 표시장치에서, 광원(16)이 턴온되는 주위조도의 범위에서(예를 들어, 0-30,000럭스), 발광유닛(10)에서 반사된 주위광의 반사광과 발광유닛(10)이 방사하는 조명광 모두를 이용함으로써 표시가 수행된다. 주위조도가 약 0럭스인 경우 즉, 주위광을 거의 얻을 수 없는 환경하에, 발광유닛(10)이 방사하는 조명광에 의해서만 표시가 수행된다. 광원(16)이 턴온되지 않는, 높은 조도를 갖는 환경하에서는, 주위광의 반사광에 의해서만 표시가 수행된다.
우선, 발광유닛(10)으로부터의 조명광의 발광통로를 기술하겠다. 도 3의 실선 화살표로 그린 통로로 도시한 바와 같이, 입사단면(11a)으로부터 포토컨덕터(11)에 받아들여진 조명광은 길이방향으로 포토컨덕터(11)의 내부로 전진한다. 전술한 광중에서 계단식면(12)의 계단-레벨-차 면(12b) 중 어느 하나를 향하여 직접 전진하는 광은 계단-레벨-차 면(12b)으로부터 방사된다. 계단-레벨-차 면(12b)을 향하여 직접 전진하는 광과는 다른 광 즉, 계단식면(12)의 계단면(12a)을 향하여 전진하는 광선 또는 포토컨덕터(11)의 이면을 향하여 전진하는 광선은 길이방향으로 포토컨덕터(11)에 도입되고, 동시에 각 계단면(12a) 상의 반사막(13)의 이면에서의 반사와 포토컨덕터(11)의 이면과 옥외간의 접촉면에서의 총 반사에 의해 그 방향이 변한다. 마침내, 이 광은 계단-레벨-차 면(12b) 중 어느 하나에 투사되고 계단-레벨-차 면(12b)으로부터 방사된다.
이면을 향해 포토컨덕터(11) 내부로 전진하는 광은 총 반사의 임계각 보다 작은 (실질적으로 직각인) 입사각으로 포토컨덕터(11)의 이면과 옥외간의 접촉면에 입사하는 광을 포함한다. 이 광은 접촉면을 통해 투과되고 포토컨덕터(11)의 이면으로 샌다. 누설된 이 광은 포토컨덕터(11)의 이면에 배치된 반사기(19)에서 반사되고, 이면으로부터 포토컨덕터(11)에 입사한다. 각 계단면(12a) 상의 반사막(13)의 이면에서의 반사와 포토컨덕터(11)의 이면과 옥외간의 접촉면에서의 총 반사에 의해 이 광의 전진방향이 변한다. 이후, 이 광은 계단-레벨-차 면(12b) 중 어느 하나에서 방사된다. 이 때문에, 입사단면(11a)으로부터 포토컨덕터(11)에 수용된 조명광은 낭비없이 계단-레벨-차 면(12b)에서 방사된다.
전술한 바와 같이, 포토컨덕터(11)의 이면은, 가늘고 긴 프리즘-형상의 면(15a)이 평행하게 형성되어 포토컨덕터(11)의 측면방향으로 매우 작은 피치로 계속되도록 하는 형상의 광확산면(15)으로 이루어져 있다. 따라서, 이 포토컨덕터(1)에 도입된 광이 그 이면과 옥외간의 접촉면에서 완전히 반사될 때, 또는 포토컨덕터(11)의 이면으로 누설되는 광이 반사기(19)에서 반사되고 또 다시 이면으로부터 포토컨덕터(11)에 입사할 때, 이 광은 확산되고 포토컨덕터(11)의 폭방향으로 실질적으로 균일한 휘도분포를 갖는 광으로 이루어진다. 따라서, 계단-레벨-차 면(12b)으로부터 이 광이 방사된다.
포토컨덕터(11)의 각각의 계단-레벨-차 면(12b)으로부터 방사된 조명광이, 포토컨덕터(11)의 일측면 즉, 입사면(21a)으로부터, 포토컨덕터(11)의 정면쪽에 배치된 광학부재(20)의 이면에 형성되어 있는 입사부(21)에 입사한다.
이 때, 포토컨덕터(11)의 각각의 계단-레벨-차 면(12b)은 반드시 광학부재(20)의 적어도 하나 이상의 입사부(21)에 대향한다. 따라서, 포토컨덕터(11)의 각각의 계단-레벨-차 면(12b)으로부터 방사된 거의 모든 광은 입사부(21) 중 어느 하나에 투사된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 포토컨덕터(11)의 계단-레벨-차 면(12b)으로부터 방사된 광은 인접한 계단면(12a)을 향해 방사된 광을 포함한다. 그러나, 이 광은 인접한 계단면(12a) 상의 반사면(14)에서 반사되고, 광학부재(20)의 입사부(21) 중 어느 하나에 투사된다.
포토컨덕터(11)의 각각의 계단-레벨-차 면(12b)으로부터 방사되어 광학부재(20)의 각 입사부(21)에 입사한 이 광은 입사면(21a)으로부터 입사부(21)에 수용되고, 대향 굴절면(21b)에서 완전히 반사되어, 광학부재(20)의 정면을 향해 그 방향이 바뀐다. 이 광은 이 광학부재(20)를 통해 투과되고 그 정면으로부터 방사된다.
이 광학부재(20)의 정면으로부터 방사된 조명광은, 입사면(21a)으로부터 각 입사부(21)에 투사되고 소정의 방향으로 집중되기 위해 굴절(또는 반사)면(21b)에서 반사 또는 굴절되고, 소정의 방향으로 높은 휘도의 휘도분포를 갖는 광이다.이 경우, 입사부(21)의 굴절면(21b)의 경사각은, 이 굴절면(21b)에서 반사된 광의 방향이 앞방향(광학부재(20)의 정면의 법선 부근의 방향)이 되는 방식으로 설정된다. 따라서, 광학부재(20)의 전방으로 방사된 조명광은 이 포토컨덕터(11)의 앞방향의 휘도가 높은 방향성을 보이는 분포를 갖는 광이다.
이 광학부재(20)의 정면으로 방사된 조명광의 방사방향은 입사부(21)의 굴절(또는 반사)면(21b)의 경사각에 따른 방향이다. 이 굴절면(21b)의 경사각이 광학부재(20)의 정면의 법선에 대해 20-50도의 각도 범위에 있을 때, 방사방향은 전방방향에 가깝다. 즉, 이 광은 평평한 방사면에 실질적으로 수직으로 방사된다.
광학부재(20)의 전방으로 방사된 광 즉, 발광유닛(10)으로부터 방사된 광은 광확산막(23)을 통해 투과되어 확산되고, 전방에 있는 반사 편광자(24)를 통해 투과되어 이면으로부터 액정표시엘리먼트(1) 속에 투사된다. 도 3에서, 광확산막(23)을 통해 투과된 조명광의 확산상태는 이 도면을 간단히 하기 위해 생략한다.
이 경우, 발광유닛(10)으로부터 방사된 광은 다양한 방향의 편광성분의 광선을 포함하는 광이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 반사 편광자(24)는 반사축(24s)을 따라 S 편광성분의 입사광(S)을 반사시키고, 투과축(24p)을 따라 P 편광성분의 입사광(P)을 투과시키는 특성을 갖는다. 이 때문에, 발광유닛(10)으로부터 방사되고 광확산막(23)에 의해 확산되고 반사 편광자(24) 속으로 투사된 광중에서 이 반사 편광자(24)의 투과축(24p)을 따르는 편광성분의 광은 반사 편광자(24)를 통해 투과되어 액정표시엘리먼트(1) 속으로 투사된다. 반사 편광자(24)의 반사축(24s)을 따르는 편광성분의 광은 이 반사 편광자(24)에서 반사된다.
반사 편광자(24)에서 반사된 이 광은, 그 광통로가 도시되어 있지 않고, 발광유닛(10)의 광학부재(20)를 통해 투과되고, 포토컨덕터(11)의 각 계단면(12a)에 배치된 반사면(14)에서 반사되어, 이 광은 또 다시 약간의 각도로 변화되는 편광방향으로 광학부재(20)를 통해 투과되고, 반사 편광자(24) 속에 투사된다. 전술한 광중에서 이 반사 편광자(24)의 투과축(24p)을 따르는 편광성분의 광은 반사 편광자(24)를 통해 투과되어 액정표시엘리먼트(1) 속으로 투사된다. 반사 편광자(24)의 반사축(24s)을 따르는 편광성분의 광은 이 반사 편광자(24)에서 또 다시 반사된다.
후속 공정은 상기의 반복이다. 따라서, 발광유닛(10)으로부터의 조명광 중에서 반사 편광자(24)의 반사축(24s)을 따르는 편광성분의 광의 편광방향은 반사 편광자(24)에서의 반사와 발광유닛(10)에서의 반사(포토컨덕터(11)의 각 계단면(12a) 상의 반사막(14)에서의 반사)의 반복으로 변화되어, 조만간 이 광은 반사 편광자(24)의 투과축(24p)을 따르는 편광성분의 광이 된다. 이 광은 반사 편광자(24)를 통해 투과되고 표시엘리먼트 속에 투사된다. 이 때문에, 발광유닛(10)으로부터의 거의 모든 조명광은 낭비없이 액정표시엘리먼트(1)에 투사될 수 있다.
반사 편광자(24)에서 반사되고 그 정면으로부터 광학부재(20) 속에 투사된 광 중에서, 광학부재(20)의 이면에 있는 각 입사부(21)와 인접 입사부(21)간의 입사/방사면(22)의 큰 경사각을 갖는 굴절면(21b)을 향하여 전진하는 광은, 이들 입사면(21a)과 입사/방사면(22)을 통해 투과되어 이면을 향해 방사된다. 입사부(21)의 작은 경사각을 갖는 입사면(21a)을 향하여 전진하는 광은 입사면(21a)에서 완전히 반사되어, 그 방향이 변한다. 이 광은 굴절면(21b) 또는 입사/방사면(22)으로부터 이면으로 방사된다.
다음에 액정표시엘리먼트(1)의 전방으로부터 투사된 주위광의 통로를 기술하겠다. 액정표시엘리먼트(1)와 광학부재(20)를 통해 투과되고 그 이면으로부터 방사되고 포토컨덕터(11)의 각각의 계단면(12a)에 배치된 반사면(14)에서 반사된 주위광은 광학부재의 이면으로부터 광학부재(20)에 투사된다. 포토컨덕터(11)의 계단면(12a)과 광학부재(20)의 각각의 입사부(21)의 입사면(21a)간의 각도가 크므로, 거의 모든 광이 굴절면(21b)과 광학부재(20)의 각 입사부(21)의 입사/방사면(22)으로부터 받아들여진다.
굴절면(21b)에서 받아들여진 광과, 입사/방사면(22)에서 받아들여진 광 중에서 광학부재(20)의 정면을 향하여 직접 전진하는 광은 그 방향이 변하지 않고 광학부재(20)를 통해 투과되고 그 정면으로부터 방사된다. 굴절면(21b)에서 받아들여진 광 중에서 대향측에 있는 입사면(21a)을 향하여 전진하는 광은 입사면(21a)에서 완전히 반사되어, 굴절면(21b)과 입사/방사면(22)으로부터 광학부재(20)의 정면을 향하여 직접 전진하는 광의 방향과 동일한 방향으로 그 방향이 변한다. 이 광은 광학부재(20)의 정면에서 방사된다.
이 때문에, 반사 편광자(24)에서 반사되고, 포토컨덕터(11)의 각 계단면(12a) 상의 반사면(14)에서 반사되고, 광학부재(20)의 정면을 향하여 방사된 광은 또한 전방방향으로 방사된 광의 휘도가 높은 휘도분포를 갖는 광이다.
발광유닛(10)의 정면(광학부재(20)의 정면)으로부터 방사되고, 광확산막(23)과 반사 편광자(24)를 이 순서로 투과하고, 액정표시엘리먼트(1)에 그 이면으로부터 투사된 조명광은 반사 편광자(24)의 투과축(24p)을 따르는 선형적으로 편광된 광이다. 이 광은 액정표시엘리먼트(1)에 그 이면으로부터 투사된다. 반사 편광자(24)의 투과축(24p)과 액정표시엘리먼트(1)의 뒷쪽 편광자(5b)의 투과축이 서로에 실질적으로 평행하므로, 반사 편광자(24)를 통해 투과된 거의 모든 조명광은 뒷쪽 편광자(5b)를 통해 투과되고 액정표시엘리먼트(1)에 투사된다.
뒷쪽 편광자(5b)를 통해 투과되고 액정표시엘리먼트(1)에 투사된 조명광(선형으로 편광된 광)이 액정층을 투과하는 단계에서, 이 광은 광학 회전을 가하기 위해 액정표시엘리먼트(1)의 두 기판(2 및 3)의 내부면에 형성된 전극간에 인가된 전압에 의해 변화되는 액정분자의 배향상태에 대한 이중 굴절 효과(선형으로 편광된 광)를 받아들인다. 또한, 복수의 컬러를 가지고 앞쪽 기판(2)의 내부면에 형성된 컬러필터는 흡수파장대역 안의 파장성분을 갖는 광을 흡수하고, 이 조명광은 컬러필터의 컬러로 착색되는 컬러광이 된다. 이 컬러광 중에서 앞쪽 편광자(5a)의 투과축을 따르는 편광성분의 광은 앞쪽 편광자(5a)를 통해 투과되고 화상광으로 된다. 이 화상광은 액정표시엘리먼트(1)의 정면을 향하여 방사된다.
전술한 바와 같이, 주위광을 얻을 수 있는 환경에서, 화면의 법선에 대해 화면의 상부 모서리쪽을 향하여 경사진 방향으로부터 주위광이 주로 받아들여지도록 화면방향이 선택되는 방식으로 이 표시장치가 사용된다. 따라서, 주위광이 화면의 상부 모서리쪽(액정표시엘리먼트(1)의 상부 모서리쪽)으로부터 다양한 입사각으로주로 투사된다.
액정표시엘리먼트(1)의 전방으로부터 투사된 주위광을 고려하면, 앞쪽 편광자(5a)의 흡수축을 따르는 편광성분의 광은 우선 판(5a) 속으로 흡수된다. 따라서, 주위광은 앞쪽 편광자(5a)의 투과축을 따르는 선형으로 편광된 광이 되어 액정표시엘리먼트(1) 속에 투사된다.
앞쪽 편광자(5a)를 통해 투과되고 액정표시엘리먼트(1) 속에 투사된 주위광(선형으로 편광된 광)을 고려하면, 복수의 컬러를 가지고 앞쪽 기판(2)의 내부면에 형성된 컬러필터는 흡수 파장 대역 안의 파장성분을 갖는 광을 흡수하고, 이 주위광은 컬러필터의 컬러로 착색된 컬러광이 된다. 이 컬러광이 액정층을 투과하는 다음 단계에서, 이 광은 광학 회전을 가하기 위해 인가전압에 의해 변화되는 액정분자의 배향상태에 대한 이중 굴절 효과(선형으로 편광된 광)를 받아들인다. 이 컬러광 중에서 뒷쪽 편광자(5b)의 투과축을 따르는 편광성분의 광은 뒷쪽 편광자(5b)를 통해 투과되고 화상광으로 된다. 이 화상광은 액정표시엘리먼트(1)의 이면을 향하여 방사된다.
액정표시엘리먼트(1)의 이면을 향해 방사된 이 광은 반사 편광자(24)와 광확산막(23)을 이 순서로 투과하고, 발광유닛(10)의 광학부재(20) 속에 그 정면으로부터 투사된다. 반사 편광자(24)의 투과축(24p)과 액정표시엘리먼트(1)의 뒷쪽 편광자(5b)의 투과축이 서로에 대해 실질적으로 평행하므로, 뒷쪽 편광자(5b)를 통해 투과되고 액정표시엘리먼트(1)의 이면에 투사된 거의 모든 이 광은 반사 편광자(24)를 통해 투과되고 광학부재(20) 속에 투사된다.
이 표시장치에서, 발광유닛(10)의 측면에 배열된 광원(16)은 주위광이 표시장치에서 주로 받아들여지는 방향인, 화면의 상부 모서리쪽의 방향으로 배치된다. 따라서, 광학부재(20) 속에 투사된 주위광은 광원(16)이 배치되는 쪽으로 경사진 방향으로부터 주로 투사된다.
즉, 전방으로부터 광학부재(20) 속에 투사된 주위광은 도 3에 그린 파선 화살표로 도시한 바와 같이 다양한 입사각으로 투사된다. 이 입사광 중에서, 광학부재(20)의 이면에 있는 각 입사부(21)의 큰 경사각을 갖는 굴절면(21b)과 인접 입사부(21)간의 입사/방사면(22)을 향해 전진하는 광은 이들 굴절면(21b)과 입사/방사면(22)을 투과하고 그 이면을 향해 방사된다. 이 광은 포토컨덕터(11)의 계단면(12a)에 있는 반사면(14)에서 반사된다.
전술한 입사광 중에서, 입사부(21)의 작은 입사각을 갖는 입사면(21a)을 향해 전진하는 광은 그 진행통로가 도시되어 있지 않고, 이들 입사면(21b)에서 완전히 반사되어 그 방향이 변한다. 이 광은 굴절면(21b) 또는 입사/방사면(22)으로부터 이면으로 방사되고, 포토컨덕터(11)의 계단면(12a)에 있는 반사면(14)에서 반사된다.
이 포토컨덕터(11)는 그 정면이 계단식면(12)으로 이루어지고, 반사막(13)이 계단면(12a)의 전체표면에 형성되어 있고, 그 표면이 반사면(14)으로 이루어진 부재이다. 따라서, 이 포토컨덕터(11)는 그 정면이 평평한 반사면으로 이루어진 보통 반사기의 반사특성과 동일한 반사특성을 갖는다. 따라서, 광학부재(20)의 이면을 향해 방사된 거의 모든 광은 낭비없이 반사될 수 있다.
포토컨덕터(11)의 각 계단면(12a) 상의 반사면(14)에서 반사된 반사광은 그 이면으로부터 광학부재(20)에서 받아들여지고 이 포토컨덕터(20)를 통해 투과되어 그 정면으로부터 방사된다.
이 때, 포토컨덕터(11)의 계단면(12a)과 광학부재(20)의 각 입사부(21)의 입사면(21a)간의 각도는 크다. 따라서, 포토컨덕터(11)의 계단면(12a) 상의 반사면(14)에서 반사된 거의 모든 반사광은 광학부재(20)의 각 입사부(21)의 입사/방사면(22)과 반사면(21b)으로부터 수용된다.
반사면(21b)으로부터 수용된 광과, 입사/방사면(22)에서 수용된 광 중에서 광학부재(20)의 정면으로 직접 전진하는 광은 진행방향을 유지한 채 광학부재(20)를 투과하고, 그 정면으로부터 방사된다. 반사면(21b)으로부터 수용된 광 중에서, 대향측에 있는 입사면(21a)을 향해 전진하는 광은 이 광학 접촉면(21a)에서 완전히 반사되고, 그 방향은 굴절면(21b)과 입사/방사면(22)으로부터 광학부재(20)의 정면으로 직접 전진하는 광의 방향과 비슷한 방향으로 변한다. 이 광은 광학부재(20)의 정면으로부터 방사된다.
이 때문에, 발광유닛(10)의 정면(광학부재(20)의 정면)을 향해 방사된 반사광은 액정표시엘리먼트(1)의 전방으로부터 다양한 입사각으로 투사된 주위광이 집중되는 고-휘도의 광이다. 따라서, 이 주위광의 반사광은 또한 전방 방향으로 방사된 광의 휘도가 높은 휘도분포를 갖는 광이다.
즉, 광학부재(20)의 정면을 향해 방사된 주위광의 반사광은 전방방향에서의 휘도가 높은 휘도분포를 갖는 광이며, 전방방향에서의 휘도가 높은 휘도분포를 갖도록 입사부(21)로부터 투사된 후 집중된 상기 광은 입사/방사면(22)으로부터 투사되고 정면을 향해 투과된 광과 중복된다.
다음에 이 표시장치에서 액정표시엘리먼트(1)의 화면 휘도의 조정에 대해 기술하겠다. 액정표시엘리먼트(1)는 액정표시엘리먼트(1)의 전방에서 입사하고 발광유닛(10)에서 반사된 주위광의 반사광과, 발광유닛(10)의 광원으로부터 방사되고 액정표시엘리먼트(1)에 그 이면쪽에서 투사한 조명광의 중복으로 얻은 휘도를 갖는 광으로 조사한 액정표시엘리먼트이다. 발광유닛(10)은 주위광(외부광)에 기초한 조명광과 광원의 턴온에 기초한 조명광을 이용하여 광원의 휘도를 제어하고, 이들 조명광선의 총 합에 기초한 액정표시엘리먼트의 화면휘도는 주위의 사용환경의 조도에 대한 적정한 값(선형으로 편광된 광)이 된다. 이 경우, 사용환경의 조도가 약 0 럭스일 때, 즉 주위광을 거의 얻을 수 없을 때, 발광유닛(10)의 광원의 휘도는 주위조도에 따른 화면휘도로 제어된다. 액정표시엘리먼트(1)는 광원으로부터 이면쪽을 통해 투사된 조명광으로 조사된다.
사용환경의 조도가 충분히 높을 때, 발광유닛(10)의 광원은 턴오프되어 반사표시시스템에 의한 반사형 표시를 수행한다. 이 때, 발광유닛(10)의 소모 전력은 제로(0)이다.
따라서, 이 표시장치에 따라, 반사 표시 시스템에 의한 표시와 광원으로부터의 광을 이용한 투과 표시 시스템에 의한 표시 모두를 이용하여, 낮은 조도에서부터 높은 조도까지의 사용환경에서 주위조도에 따른 적절한 화면휘도를 얻을 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 이 표시장치에서, 반사 표시 시스템의 액정표시엘리먼트(1)의 투과율이 최대로 제어될 때 주위광의 반사율은 약 16% 이상 35% 이하로 설정된다. 따라서, 주위광을 효과적으로 사용하여, 적절한 화면휘도를 얻을 수 있고 추가적인 전력소모를 감소시킬 수 있다.
전술한 표시장치의 화면휘도에 대해 기술하겠다. 조명광이 이 표시장치의 발광유닛(10)으로부터 방사될 때 화면휘도는 다음 관계 방정식(2):
L = I×R/400 ＋ Br×T/100 … (2)
으로 구할 수 있고, 여기서 I(럭스, 이후 lx로 나타냄)와 Br(니트, 이후 니트로 나타냄)은 각각 주위조도와 발광유닛(10)에서 방사된 조명광의 휘도를 나타내고; T(%)는 컬러필터(7R, 7G 및 7B)를 갖는 액정표시엘리먼트(1)의 한 방향에 따른 투과율을 나타내고; R(%)과 L(니트, 이후 니트로 나타냄)은 각각 반사 표시 시스템의 반사율과 화면휘도를 나타낸다.
따라서, 반사형 표시가 반사 표시 시스템에 의해서만 수행될 때, 즉 조명광이 발광유닛(10)에서 방사하지 않을 때(발광유닛(10)으로부터의 조명광의 휘도(Br)가 0니트일 때), 화면휘도(L)는 다음과 같다:
L = I×R/400
이 실시예에서, 주위광의 반사율(R)이 약 16% 이상으로 설정되는 경우, 반사 표시 시스템의 액정표시엘리먼트(1)의 투과율이 최대로 제어될 때, 반사형 표시가 반사 표시 시스템에 의해서만 수행될 때의 화면휘도(L)는 다음과 같다:
주위조도(I)가 예를 들어 30,000 lx 일 때 1,200 lx 이고,
주위조도(I)가 예를 들어 10,000 lx 일 때 400 lx 이다.
일반적으로, 주위조도에 따른 양호한 화면휘도는 10,000 lx의 주위조도에서 약 500니트 이상이고, 30,000 lx의 주위조도에서 약 1,200니트 이상이다.
이 표시장치에서, 3,000 lx 이하의 주위조도에서 양호한 화면휘도는 반사 표시 시스템에 기초한 주위광을 이용하는 반사형 표시에 의해서만 얻어질 수 없다. 그러나, 30,000 lx 이상의 주위조도에서 1,200니트 이상의 양호한 화면휘도는 반사 표시 시스템에 기초한 반사형 표시에 의해서만 얻어질 수 있다.
따라서, 사용환경의 조도가 30,000 lx 이상일 때, 전술한 표시장치에서, 이 주위조도에 적절한 화면휘도를 갖는 표시를 발광유닛(10)으로부터의 조명광을 이용하지 않고 수행할 수 있다.
즉, 반사 표시 시스템의 액정표시엘리먼트(1)의 투과율이 최대로 제어될 때, 조명광을 이용하지 않고 표시할 수 있는 주위조도는 주위광의 반사율(R)의 설정값에 따라 얻을 수 있다.
따라서, 이 실시예의 표시장치에서, 조명광은 액정표시엘리먼트의 반사율의 설정값에 따라 결정된 주위조도 이상의 조도에서 턴오프되고, 반면 조명광은 이 주위조도 이하의 조도에서 턴온된다. 따라서, 이 조명광의 휘도는 제어되어, 액정표시엘리먼트의 반사광과 조명광의 총 합에 기초한 액정표시엘리먼트 표면의 휘도는 시각적으로 최적의 휘도를 나타내는 범위로 설정된다.
도 6은 일본의 세 도시들 즉, 나하시, 후쿠오카시, 및 사포로시에서 옥외의 1월의 맑은 날씨인 날 주간의 매시마다 월평균조도를 도시한다. 이 도면에서 월평균조도는 1996년의 날씨데이터에 기초하고 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 옥외의 1월의 맑은 날씨인 날 월평균조도는 사포로시에서 약 9:00시에서 약 15:20까지의 약 6시간 이상 동안 30,000 lx 이상이고; 후쿠오카시에서 약 9:30시에서 약 16:20까지의 약 7시간 보다 약간 이하인 시간 동안 30,000 lx 이상이고; 나하시에서 약 9:20시에서 약 17:00까지의 약 8시간 보다 약간 이하인 시간 동안 30,000 lx 이상이다.
따라서, 전술한 표시장치가 맑은 날씨인 날 옥외에서 사용될 때, 주간에 거의 모든 시간 보다 약간 적은 시간에 걸쳐 주위조도에 적절한 화면휘도를 갖는 표시를 발광유닛(10)으로부터의 조명광을 이용하지 않고 수행할 수 있다. 후쿠오카시에서, 주간에 7시간 보다 약간 적은 시간 동안 주위조도에 적절한 화면휘도를 갖는 표시를 발광유닛(10)으로부터의 조명광을 방사하지 않고 수행할 수 있다.
사포로시에서, 주간에 6시간 이상의 시간 동안 주위조도에 적절한 화면휘도를 갖는 표시를 발광유닛(10)으로부터의 조명광을 방사하지 않고 수행할 수 있다.
전술한 표시장치에서, 30,000 lx 이상의 조도를 갖는 사용환경에서, 반사 표시 시스템에 의해 발광유닛(10)으로부터의 조명광을 방사하지 않고 반사형 표시를 수행한다. 그러나, 이 반사형 표시의 경우, 액정표시엘리먼트(1)의 전방으로부터 투사된 주위광의 휘도에 따른 휘도를 갖는 반사광을 얻을 수 있다. 이 때문에, 주위조도가 상승함에 따라, 화면휘도도 또한 상승하여 이 화면휘도는 주위조도에 적절하게 된다.
전술한 바와 같이, 반사 표시 시스템의 주위광의 반사율이 16% 이상이면,30,000 lx 이하의 조도를 갖는 사용환경에서 발광유닛(10)으로부터의 조명광을 방사하지 않고 주위조도에 적절한 화면휘도를 얻을 수 있다. 그러나, 반사 표시 시스템의 주위광의 반사율이 너무 높으면, 주위조도의 상승에 따라 화면은 눈이 부시게 된다.
이 때문에, 반사 표시 시스템의 주위광의 반사율은 최고 35% 이하이고, 25% 이하가 바람직하다. 주위광의 반사율이 16-35% (바람직하게는 16-25%) 범위에 있으면, 매우 눈 부시지 않는 적절한 화면휘도는 여름철 태양의 직사광선 아래의 환경에서처럼 100,000 lx 이상의 높은 휘도를 갖는 환경에서 조차 얻을 수 있다.
반면, 30,000 lx 이하의 조도를 갖는 사용환경의 전술한 표시장치에서, 반사 표시 시스템에 기초한 반사형 표시에 의해서만은 화면휘도가 불충분하다. 따라서, 이 때, 발광유닛(10)의 광원(16)이 턴온되어 발광유닛(10)으로부터의 조명광에 의한 주위광의 반사광에 기초한 화면휘도의 단점을 보충한다.
이 경우, 이 실시예에서, 발광유닛(10)에서 방사한 조명광의 휘도는 주위조도에 따라 조도 휘도 제어기(26)에 의해 제어되어, 액정표시엘리먼트(1)의 전방으로부터 투사되고 발광유닛(10)에서 반사된 주위광의 반사광과 발광유닛(10)으로부터 방사된 조명광의 모두에 기초한 화면휘도(주위조도가 약 0 lx 일 때 발광유닛(10)으로부터 방사된 조명광에만 기초한 화면휘도)는 주위조도에 적절한 화면휘도가 된다.
즉, 이 실시예에서, 발광유닛(10)으로부터의 조명광의 휘도 즉, 광원(16)의 형광램프(17)의 발광휘도는 조도 휘도 제어기(26)에 의해 제어되어, "L = I×R/400＋ Br×T/100"의 방정식(2)에서 구한 화면휘도(L)는 주위조도(I)에 따른 적절한 화면휘도가 된다.
따라서, 이 표시장치에 따라, 반사 표시 시스템에만 기초한 표시에 의해 충분한 화면휘도를 구할 수 없는 조도를 갖는 환경에서 조차, 주위조도에 적절한 화면휘도를 얻을 수 있다.
도 7은 반사 표시 시스템의 주위광의 반사율이 16%로 설정되어 있는 전술한 실시예의 표시장치와, 전술한 표시장치에서 사용되는 것과 동일한 액정표시엘리먼트(1)의 후방에 백색 반사기가 배치된 종래의 반사형 표시장치와, 액정표시엘리먼트(1)와 동일한 것의 후방에 백라이트가 배치된 종래의 투과형 표시장치에서의 화면휘도(L)와 주위조도(I)간의 특성을 도시한다.
모든 반사형 표시장치와 투과형 표시장치는 실내광이 주간 또는 야간에 턴온될 때의 실내조도인 약 1,000 lx의 주위조도를 기초하여 설계된다. 1,000 lx의 주위조도에 적절한 화면휘도는 약 80니트 이상이고, 화면이 지나치게 눈 부시게 되는 것을 방지하기 위하여 300니트 까지이다.
따라서, 전술한 종래의 반사형 표시장치에서, 주위광의 반사율은 화면휘도가 1,000 lx의 주위조도에서 90 내지 150니트가 되도록 설정된다. 종래의 투과형 표시장치에서, 90-150니트의 화면휘도를 항상 제공할 수 있는 일정한 휘도를 갖는 광이 1,000 lx 이하의 주위조도에서 방사되고, 반면 조도가 1,000 lx 이상인 환경에서 주위조도의 상승에 따라 발광휘도가 상승되도록 백라이트가 제어된다.
도 7에 도시한 각 표시장치의 주위조도(I) 대 화면휘도(L)의 특성에서 이해할 수 있듯이, 종래의 반사형 표시장치에서 화면휘도는 약 1,000 lx 의 주위조도에서 적절하다. 그러나, 주위조도가 낮아질 때, 화면휘도는 너무 낮게 되어 표시를 인식할 수 있는 화면휘도를 얻을 수 없다. 또한, 주위조도가 상승할 때, 화면휘도도 따라서 상승한다. 따라서, 화면은 너무 눈이 부시다.
전술한 종래의 투과형 표시장치에서, 약 1,000 lx 의 주위조도에서 적절한 화면휘도를 얻을 수 있다. 그러나, 주위조도가 낮아질 때, 화면휘도는 주위조도 보다 훨씬 높게 되어 화면이 눈이 부시다. 백라이트의 발광휘도는 한계를 갖는다. 따라서, 주위조도가 상승할 때, 화면휘도는 불충분하게 되고 화면은 어둡게 된다.
반면, 본 발명의 표시장치의 화면휘도는 다음과 같다: 예를 들어 야간에 가로등하의 50 lx 의 주위조도에서 약 30니트; 예를 들어 주간 또는 야간에 실내등이 턴온된 때의 실내에서 1,000 lx 의 주위조도에서 약 120니트; 예를 들어 맑은 날씨 기간의 나무밑에서 30,000 lx 의 주위조도에서 약 1,200니트; 및 예를 들어 여름철 태양의 직사광선하에 100,000 lx 의 주위조도에서 약 4,000니트. 상기 주위조도중 어느 하나에 있어서의 화면휘도는 상기 주위조도에 대해 충분하고 매우 눈부시지 않는 적절한 화면휘도의 범위에 있다.
따라서, 전술한 실시예의 표시장치에 따라, 낮은 조도에서부터 높은 조도까지의 광범위한 조도범위를 갖는 사용환경에서, 주위조도에 적절한 화면휘도를 얻을 수 있다.
방정식(2)에 따라, 사용환경의 조도가 10,000 lx 이상이면, 화면휘도로써 500니트를 얻을 수 있다. 따라서, 주위조도에 적절한 화면휘도를 갖는 표시를 발광유닛(10)으로부터 조명광을 방사하지 않고 수행할 수 있다.
또한, 전술한 표시장치에서 주위조도가 어느 값 이상인 경우(반사 표시 시스템의 주위광의 반사율이 16%로 설정될 때 30,000 lx 이상, 그리고 반사 표시 시스템의 주위광의 반사율이 20%로 설정될 때 10,000 lx 이상), 주위조도에 적절한 화면휘도를 발광유닛(10)으로부터 조명광을 방사하지 않고 주위광의 반사광에 의해서만 수행할 수 있다.
따라서, 조도가 발광유닛(10)으로부터 조명광이 방사되는 어느 값 이하인 제한된 조도범위를 갖는 사용환경에서만 충분하다. 심지어 주위광의 반사광에 기초한 화면휘도의 단점이 발광유닛(10)으로부터의 조명광에 의해 보충되는 경우에서 조차, 발광유닛(10)에서 방사된 조명광의 휘도가 상대적으로 낮아질 수도 있다. 따라서, 충분히 발광유닛(10)의 소모 전력이 약간 있게 된다.
또한, 전술한 실시예에서, 액정표시엘리먼트(1)의 후방에 배치된 발광유닛(10)은:
광원(16)과;
상기 광원(16)으로부터의 조명광을 안내하고 이 광을 액정표시엘리먼트(1)를 향해 방사하는 방사면(포토컨덕터(11)의 계단식면(12)의 각 계단-레벨-차 면(12b))과, 이 방사면과 다른 각 계단면(12a)에 배치되어, 액정표시엘리먼트(1)의 전방으로부터 투사된 주위광을 액정표시엘리먼트(1)을 향해 반사하는 반사면(14)을 가지는 포토컨덕터(11)를 구비하는 구조를 갖는다.
따라서, 방사면(계단-레벨-차 면(12b))으로부터의 조명광의 방사율과반사면(14)에서의 주위광의 반사율을 각각 어떠한 제한없이 선택할 수 있다.
따라서, 방사면으로부터의 조명광의 방사율이 광원(16)으로부터의 조명광의 이용가능한 효율을 상승시키도록 높게 될 때 반사면의 반사율을 약 16% 이상(좀더 바람직하게는 20% 이상)이 되도록 선택하고, 추가로 반사 표시 시스템의 액정표시엘리먼트(1)의 투과율을 최대치로 제어할 수 있다.
이 표시장치에서, 주위조도에 적절한 화면휘도는 예를 들어 다음과 같다:
예를 들어 야간에 가로등하의 50 lx 의 주위조도에서 20-200니트;
예를 들어 주간 또는 야간에 실내등이 턴온된 때의 실내에서 1,000 lx 의 주위조도에서 30-300니트;
예를 들어 맑은 날씨 기간의 나무 밑에서 30,000 lx 의 주위조도에서 400-4,000니트; 및
좀더 바람직하게는, 50 lx 의 주위조도에서 20-60니트; 1,000 lx 의 주위조도에서 60-200니트; 및 30,000 lx 의 주위조도에서 1,000-3,000니트.
따라서, 이 실시예에서, 주위조도에 따라, 화면휘도가 다음 범위:
50 lx 의 주위조도에서 20-200니트;
1,000 lx 의 주위조도에서 30-300니트; 및
30,000 lx 의 주위조도에서 400-4,000니트
를 만족하는 2차함수로 표시되는 곡선에 대응하는 휘도범위에 있는 방식으로, 조도 휘도 제어기(26)는 발광유닛(10)으로부터의 조명광의 휘도를 제어한다.
이 조명광의 휘도를 제어하기 위해 필요한 요구조건은 다음 방정식(2):
L = I×R/400 ＋ Br×T/100
에서 구한 화면휘도(L)(니트)의 값이 주위조도(I)(lx)에 대한 다음 부등식(3):
-2×10-8×I2＋ 0.015×I ＋ 20 ＜ L ＜ -3×10-7×I2＋ 0.113×I ＋ 150
… (3)
을 만족시키는 요구조건이다.
전술한 바와 같이, 주위조도에 좀더 적절한 화면휘도는 50 lx 의 주위조도에서 20-60니트; 1,000 lx 의 주위조도에서 60-200니트; 및 30,000 lx 의 주위조도에서 1,000-3,000니트 이다. 이 조명광의 휘도를 제어하기 위해 필요한 요구조건은 다음 방정식(2):
L = I×R/400 ＋ Br×T/100
에서 구한 화면휘도(L)(니트)의 값이 주위조도(I)(lx)에 대한 다음 부등식(4):
-9×10-8×I2＋ 0.0453×I ＋ 20 ＜ L ＜ -2×10-7×I2＋ 0.0871×I ＋ 50
… (4)
을 만족시키는 요구조건이다.
즉, 이 실시예에서, 발광유닛(10)으로부터의 조명광의 휘도는, 주위조도에 대한 화면휘도가 부등식(3)과 좀더 바람직하게는 부등식(4)를 만족시키는 방식으로, 조도 휘도 제어기(26)에 의해 주위조도에 따라 제어된다.
도 8은 주위조도에 적절한 화면휘도(L)(니트)와 주위조도(I)(lx)간의 관계를 도시한다. 이 도면에서, a1 및 a2는 각각 부등식(3)에서 구한 화면휘도 범위에 있는 최대값과 최소값을 나타낸다.
즉, a1은 L = -3 × 10-7× I2＋ 0.113 × I ＋ 150
인 경우의 화면휘도이고, a2는
L = -2 × 10-8× I2＋ 0.015 × I ＋ 20
인 경우의 화면휘도이다. 임의의 적절한 휘도가 a1과 a2간의 범위(A)에 있다.
도 8에서, b1 및 b2는 각각 부등식(4)에서 구한 화면휘도 범위에 있는 최대값과 최소값을 나타낸다.
즉, b1은 L = -2 × 10-7× I2＋ 0.0871 × I ＋ 50
인 경우의 화면휘도이고, b2는
L = -9 × 10-8× I2＋ 0.0453 × I ＋ 20
인 경우의 화면휘도이다. 임의의 좀더 적절한 휘도가 b1과 b2간의 범위(B)에 있다.
적절한 화면휘도의 범위(A)와 좀더 적절한 화면휘도의 범위(B)를 도 8의 교호하는 길고 짧은 대시라인으로 도시한 종래 반사형 표시장치의 화면휘도와 비교할 때, 종래 반사형 표시장치의 화면휘도는 주위조도에 따라 선형으로 변한다.
이 반사형 표시장치에서, 주위조도에 따른 적절한 화면휘도를 얻는 주위조도의 범위(범위(A)의 화면휘도)는 약 300-5,000 lx 의 범위이고, 좀더 적절한 화면휘도를 얻는 주위조도의 범위(범위(B)의 화면휘도)는 약 500-2,000 lx 의 범위이다. 이들 값을 초과하는 주위조도에서, 화면은 너무 밝다. 100,000 lx 이상의 높은 조도를 갖는 환경에서, 예를 들어, 여름철 옥외에서 태양의 직사광선하에서, 화면이 너무 눈부셔 표시를 지켜보기 힘들다.
이 범위 보다 낮은 주위조도에서, 화면은 어두워진다. 어두운 환경에서, 예를 들어, 야간에 옥외에서, 표시를 인식할 수 있는 화면휘도를 얻을 수 없다.
이 실시예의 표시장치에서, 심지어 어두운 환경에서조차 적절한 화면휘도를 얻을 수 있다. 이 표시장치의 반사율은 주위광의 반사광만을 이용하는 종래 반사형 표시장치의 반사율 보다 낮을 수도 있어, 심지어 높은 조도의 환경에서조차, 예를 들어, 여름철 태양의 직사광선하에서도 매우 눈부시지 않은 적절한 화면휘도를 얻을 수 있다.
이 표시장치에서, 심지어 주위조도가 약 0 lx 일 때, 즉, 주위광을 거의 구할 수 없을 때, 발광유닛(10)으로부터 방사한 조명광을 이용하여 적절한 화면휘도를 갖는 표시를 수행할 수 있다.
발광유닛(10)의 주위광의 반사율(포토컨덕터(11)의 각 계단-레벨-차 면(12b) 상의 반사면(14)의 반사율)이 일정하므로, 주위광의 반사광의 휘도는 주위조도에 대응하는 휘도이다. 이 표시장치는 주위조도에 대응하는 조명광의 휘도를 제어하는 조도 휘도 제어기(26)를 포함하고, 발광유닛(10)의 주위광의 반사율과 조도 휘도 제어기(26)에 기초한 조명광의 휘도를 제어하는 요구조건을, 화면휘도를 주위조도에 따라 미리 설정한 휘도범위내로 설정하는 방식으로, 설정한다. 따라서, 주위조도에 따라, 주위조도에 적절한 화면휘도를 얻을 수 있다.
또한, 조명광의 휘도는 주위광의 반사광과 조명광 양자에 기초한 화면휘도가 주위조도에 적절한 휘도로 되는 값일 수도 있다. 이 조건하에, 발광유닛으로부터 방사된 조명광의 휘도는 제어될 수도 있다. 따라서, 약간의 소모전력만이 이 발광유닛에 필요하다.
따라서, 이 표시장치에서, 약간의 소모전력만이 필요하고, 추가로 낮은 조도에서부터 높은 조도까지의 광범위한 조도범위를 갖는 사용환경에서 주위조도에 적절한 화면휘도를 얻을 수 있다.
도 9는 주위조도(I)에 적절한 화면휘도를 얻기 위해 발광유닛(10)의 광원으로부터의 조명광에 의해서만 화면상의 조명휘도(Br)(니트)와 주위조도(I)(lx)간의 관계를 도시한다. 이 도면은 주위조도에 따른 부등식(3) 또는 (4)를 만족시키기에 적절한 화면휘도(도 8에 도시한 범위(A) 또는 (B)내의 화면휘도)를 얻기 위해 발광유닛의 광원에 기초한 조명광의 휘도제어의 일 예를 도시한다.
도 9에 도시한 조명광에만 기초한 화면 상의 조명휘도(Br)와 주위조도(I)간의 관계는 다음의 일 예이다:
부등식(3)을 만족시키기에 적절한 화면휘도를 얻기 위해 조명광이 사용되는 주위조도의 범위가 0 내지 약 120,000 lx 로 설정되고,
부등식(4)을 만족시키기에 적절한 화면휘도를 얻기 위해 조명광이 사용되는주위조도의 범위가 0 내지 약 63,000 lx 로 설정되고,
표시장치의 반사율이 다음 방식으로 설정되며:
발광유닛(10)으로부터의 조명광의 방사의 중단으로, 주위광의 반사광에만 기초한 표시를 수행하기 위해 높은 주위조도에서의 화면휘도(약 12,000 lx 내지 약 6,300 lx)가 다음으로 이루어진다:
부등식(3)을 만족시키기에 적절한 화면휘도(예를 들어, 110,000 lx의 주위조도에서 약 2,200 내지 약 12,000 니트), 또는
부등식(4)을 만족시키기에 적절한 화면휘도(예를 들어, 110,000 lx의 주위조도에서 약 5,300 내지 약 9,500 니트).
도 9에서, a1' 및 a2'는 각각 부등식(3)에서 구한 화면휘도 범위에 있는 최대값(도 9의 a1의 휘도)과 최소값(도 9의 a2의 휘도)을 구하기 위해 조명광에만 기초한 조명휘도를 나타낸다.
즉, a1은 주위조도(I)(lx)에 대한 화면휘도(L)(니트)를 L = -3 × 10-7× I2＋ 0.113 × I ＋ 150 로 만드는 조명광에만 기초한 조명휘도이고,
a2는 주위조도(I)(lx)에 대한 화면휘도(L)(니트)를 L = -2 × 10-8× I2＋ 0.015 × I ＋ 20 로 만드는 조명광에만 기초한 조명휘도이다.
따라서, 부등식(3)을 만족시키는데 적절한 화면휘도를 얻기 위해 조명광에만 기초한 조명휘도는 a1'과 a2' 사이의 범위에 있는 휘도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 계산을 기초하여, 주위조도가 약 300 lx를 초과할 때, a2'의 조명휘도는 0니트 이하가 된다. 약 300 lx 이상의 주위조도에서, 조명광에만 기초한 조명휘도는 0니트 이하가 되지 못한다. 따라서, 부등식(3)을 만족시키는데 적절한 화면휘도를 얻기 위한 조명광의 조명휘도의 범위는 0니트 내지 a1'의 휘도범위이다.
도 9에서, b1' 및 b2'는 각각 부등식(4)에서 구한 화면휘도의 범위에 있는 최대값(도 8의 b1의 휘도)과 최소값(도 8의 b2의 휘도)을 얻기 위해 조명광에만 기초한 조명휘도를 나타낸다.
따라서, 부등식(4)을 만족시키는데 적절한 화면휘도를 얻기 위해 조명광에만 기초한 조명휘도는 b1'과 b2' 사이의 범위에 있는 휘도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 계산을 기초하여, 주위조도가 약 800 lx를 초과할 때, b2'의 화면휘도는 0니트 이하가 된다. 약 800 lx 이상의 주위조도에서, 조명광에만 기초한 조명휘도는 0니트 이하가 되지 못한다. 따라서, 부등식(4)을 만족시키는데 적절한 화면휘도를 얻기 위한 조명광에만 기초한 조명휘도의 범위는 0니트 내지 b1'의 휘도범위이다.
따라서, 적어도 실내 조도(약 1,000 lx) 이상의 주위조도에서, 조도 휘도 제어기(26)는 발광유닛(10)으로부터의 조명광의 휘도를, 조명광에만 기초한 조명휘도를 도 9에 도시한 범위내로 설정하는 방식으로 제어하는 것이 바람직하다. 이 방식에서, 좀더 적절한 화면휘도(도 8에 도시한 범위(A) 및 좀더 바람직하게는 범위(B)의 화면휘도)를 적어도 실내 조도 이상의 조도를 갖는 환경에서 얻을 수 있다.
이 경우, 실내조도 이하의 주위조도에서, 조명광의 휘도는 일정하게 유지될 수도 있다. 심지어 이 경우에서조차, 조명광의 조명휘도가 조명광에만 기초한 조명휘도가 도 9에 도시한 범위의 휘도가 되는 방식으로 설정 된다면, 주위조도에 적절한 화면휘도도 또한 실내조도 이하의 주위조도에서 얻을 수 있다.
50 lx 이하에서 약 30,000 lx 이상의 주위조도의 범위 안에서, 조도 휘도 제어기(26)는 발광유닛(10)으로부터의 조명광의 휘도를, 조명광에만 기초한 조명휘도가 도 9에 도시한 범위내로 설정되는 방식으로 제어하는 것이 바람직하다. 이 방식에서, 50 lx 이하에서 약 30,000 lx 이상의 조도를 갖는 광범위한 조도 범위를 갖는 환경에서, 주위조도에 좀더 적절한 화면휘도를 얻을 수 있다.
주위조도가 실내조도 보다 낮은 조도범위에서, 조도 휘도 제어기(26)는 주위조도가 낮아짐에 따라 조명광의 휘도가 연속적으로 낮아지는 방식으로 발광유닛(10)을 제어하는 것이 바람직하다. 이 방식에서, 실내온도 보다 낮은 조도범위의 환경에서, 즉, 낮은 화면휘도에서 조차 표시를 충분히 인식할 수 있는 환경에서, 주위조도에 적절한 화면휘도를 얻을 수 있고 발광유닛(10)의 소모전력을 더 작게 할 수 있다.
주위조도가 실내조도 보다 높은 조도범위에서, 조도 휘도 제어기(26)는, 주위조도가 실내조도 보다 높은 소정의 조도 이하인 경우 주위조도가 상승함에 따라 조명광의 휘도가 연속적으로 상승하고, 주위조도가 소정의 조도를 초과하는 경우 주위조도가 상승함에 따라 조명광의 휘도가 연속적으로 낮아지는 방식으로 발광유닛(10)을 제어하는 것이 바람직하다.
부등식(4)을 만족시키는데 적절한 화면휘도를 얻을 수 있는 경우의 실내조도 보다 높은 소정의 주위조도는 약 30,000 lx 이다. 이 경우, 주위조도가 약 30,000lx 를 초과할 때, 조명광의 휘도는 주위조도가 추가로 상승함에 따라 조명광에만 기초한 화면조도가 연속적으로 낮아지는 방식으로 바람직하게 제어될 수 있다.
이 방식에서, 주위조도가 실내조도 보다 높은 조도범위에서, 주위조도가 상승함에 따라 조명광의 휘도는 연속적으로 상승한다. 따라서, 주위조도에 적절한 화면휘도를 얻게 된다. 주위조도가 실내조도 보다 높은 소정의 조도를 초과하고 주위조도에 적절한 화면휘도를 주위광의 반사광에 의해서만 얻을 수 있는 경우, 주위조도가 추가로 상승함에 따라 조명광의 휘도는 연속적으로 낮아진다. 따라서, 주위조도에 적절한 화면휘도를 얻게 된다. 또한, 소모전력을 감소시킬 수 있다.
주위조도가 실내조도 보다 낮은 범위에서, 전술한 바와 같이, 조도 휘도 제어기(26)는 주위조도가 떨어짐에 따라 조명광의 휘도가 연속적으로 낮아지는 방식으로 발광유닛(10)의 휘도를 제어한다. 주위조도가 실내조도 보다 높은 조도범위에서, 상기와 같이, 조도 휘도 제어기(26)는, 주위조도가 실내조도 보다 높은 소정의 조도 이하인 경우 주위조도가 상승함에 따라 조명광의 휘도가 연속적으로 상승하는 방식으로 발광유닛(10)을 제어한다. 또한, 주위조도가 소정의 조도를 초과하는 경우 주위조도가 추가로 상승함에 따라 조명광의 휘도가 연속적으로 낮아지는 방식으로 조도 휘도 제어기(26)는 발광유닛(10)의 휘도를 제어하는 것이 좀더 바람직하다.
이 방식에서, 주위조도가 실내조도 보다 낮은 조도범위에서, 즉, 심지어 낮은 화면휘도에서 조차 표시를 충분히 인식할 수 있는 환경에서, 주위조도에 좀더 적절한 낮은 화면휘도를 얻게 된다. 또한, 발광유닛(10)의 소모전력을 추가로 감소시킬 수 있다.
주위조도가 실내조도 보다 높은 조도범위에서, 주위조도가 상승함에 따라 조명광의 휘도는 연속적으로 상승한다. 따라서, 주위조도에 적절한 화면휘도를 얻게 된다.
또한, 주위조도가 실내조도 보다 높은 소정의 조도를 초과하고 주위조도에 적절한 화면휘도를 주위광의 반사광에 의해서만 얻을 수 있는 경우, 주위조도가 추가로 상승함에 따라 조명광의 휘도는 연속적으로 낮아진다. 따라서, 주위조도에 적절한 화면휘도를 얻을 수 있다. 또한, 소모전력을 추가로 감소시킬 수 있다.
즉, 이 표시장치에서, 발광유닛(10)에서 조명광이 방사되는 주위조도의 범위는 0 lx 에서 약 30,000 lx 이상까지의 범위로 설정되고; 표시장치의 반사율은, 발광유닛(10)으로부터의 조명광 방사의 중단으로 주위광의 반사광에 의해서만 표시가 수행되는 높은 주위조도에서의 화면휘도가 부등식(3)을 좀더 바람직하게는 부등식(4)을 만족시키는 방식으로 설정되는 것이 가장 바람직하다.
주위조도가 실내조도 보다 낮은 조도범위에서 주위조도가 떨어짐에 따라 조명광의 휘도가 연속적으로 낮아지고; 주위조도가 실내조도 보다 높은 조도범위에서, 주위조도가 실내조도 보다 높은 소정의 조도 보다 낮은 경우 주위조도가 상승함에 따라 조명광의 휘도는 연속적으로 상승하고, 주위조도가 상기 소정의 조도를 초과하는 경우 주위조도가 추가로 상승함에 따라 조명광의 휘도가 연속적으로 낮아지는 방식으로, 발광유닛(10)의 휘도가 제어된다.
이 방식에서, 0 lx 에서부터 주위광의 반사광에 의해서만 표시가 수행되는높은 주위조도까지의 광범위한 조도범위의 환경에서, 적절한 화면휘도를 얻을 수 있다. 또한, 소모전력을 감소시킬 수 있다.
전술한 실시예에서, 조도 휘도 제어기(26)는 주위 조도를 측정하는 조도 검출기(27)와, 조도 검출기(27)로 측정한 주위조도에 따라 발광유닛(10)이 방사하는 조명광의 휘도를 제어하는 수단(광원 휘도 조정 회로(28)와 광원 턴온 회로(29))으로 이루어져 있다. 따라서, 실제 사용 환경의 조도에 따라 조명광의 휘도를 제어하고, 주위조도에 적절한 화면휘도를 얻을 수 있다.
전술한 실시예에서, 액정표시엘리먼트(1)의 후방에 배치된 발광유닛(10)은 광원(16)과; 광원(16)으로부터의 조명광을 안내하고 이 광을 액정표시엘리먼트(1)를 향해 방사하는 방사면(포토컨덕터(11)의 계단식면(12)의 각 계단-레벨-차 면(12b))과, 방사면과 달리 액정표시엘리먼트(1)의 전방에서 투사된 주위광을 액정표시엘리먼트(1)를 향해 반사시키는 반사면(14)(포토컨덕터(11)의 계단식면(12)의 각 계단-레벨-차 면(12b)에 형성된 반사막(13)의 표면)을 구비한 포토컨덕터(11)로 구성된 구조를 갖는다. 따라서, 방사면(계단-레벨-차 면(12b))으로부터의 조명광의 방사율과 반사면(14)에서의 주위광의 반사율을 서로에 대해 각각 선택할 수 있다.
따라서, 방사면(계단-레벨-차 면(12b))으로부터의 조명광의 방사율은 광원(16)으로부터의 조명광의 이용가능 효율을 상승시키도록 높게 되고, 따라서 광원(16)의 조명휘도는 이에 따라 낮아져 추가로 소모전력을 감소시킨다. 또한, 반사면(14)에서의 주위광의 반사율은 표시장치의 반사율이 소망하는 값으로 되는 방식으로 설정될 수 있다.
발광유닛(10)은 그 이면에 입사부(21)를 갖는 광학부재(20)기 포토컨덕터(11)의 앞쪽에 배치되고 그 정면이 계단식면(12)으로 이루어진 유닛이다. 포토컨덕터(11)의 계단-레벨-차 면(12b)과 광학부재(20)의 입사부(21)는 서로 다른 피치로 배치된다. 이 때문에, 포토컨덕터(11)의 계단-레벨-차 면(12b)의 피치와 광학부재(20)의 입사부(21)의 피치의 상대 갭을 비-주기적으로 함으로써 또는 이 주기를 크게 함으로써 무아레 프린지가 없는 양호한 광이 방사될 수 있다.
전술한 것에서, 포토컨덕터(11)의 입사단면(11a)으로부터 투사된 조명광의 포토컨덕터의 폭방향으로 휘도분포를 평균하기 위하여, 광확산면(15)이 발광유닛(10)을 구성하는 포토컨덕터(11)의 이면에 형성된다. 따라서, 이 포토컨덕터(11)의 입사단면(11a)에서 받아져서 포토컨덕터(11)의 폭방향으로 포토컨덕터 정면의 각 계단-레벨-차 면(12b)에서 방사된 조명광의 실질적으로 균일한 휘도분포를 할 수 있다.
전술한 실시예의 이 표시장치에서, 광확산막(23)이 발광유닛(10)과 액정표시엘리먼트(1) 사이에 배치된다. 따라서, 발광유닛(10)으로부터의 조명광과 주위광의 반사광은 광확산막(23)에 의해 확산되어, 이 광은 실질적으로 균일한 휘도분포를 갖는 광으로써 그 이면으로부터 액정표시엘리먼트(1)에 투사된다. 따라서, 화면의 전체에 걸쳐 화면휘도가 균일하게 될 수 있다. 또한, 액정표시엘리먼트(1) 전방으로 방사한 광의 방사각의 범위는 넓게 되어, 넓은 시야각을 얻을 수 있다.
전술한 실시예에서, 반사 편광자(24)는 발광유닛(10)과 액정표시엘리먼트(1)사이에 배치되고, 판(24)은 서로 직각으로 교차하는 반사축(24s)과 투과축(24p)을 구비하고, 반사축(24s)에 따르는 편광성분의 입사광은 반사되고 투과축(24p)에 따르는 편광성분의 입사광이 투과되는 특성을 갖는다.
이 때문에, 발광유닛(10)으로부터의 조명광 중에서 반사 편광자(24)의 투과축(24p)에 따르는 편광성분의 상기 광은 반사 편광자(24)를 투과하여 액정표시엘리먼트(1)에 투사된다. 또한, 투과축(24p)에 수직인 편광성분의 상기 광은 흡수되지 않고 반사되어 재사용된다. 따라서, 발광유닛(10)으로부터의 거의 모든 광은 상기 표시엘리먼트에 낭비없이 투사될 수 있다. 따라서, 발광유닛(10)으로부터의 조명광의 이용가능 효율은 높게 되어 광원(16)의 발광휘도는 이에 따라 낮추어질 수 있다. 따라서, 소모전력은 추가로 감소될 수 있다.
전술한 실시예에서, 광확산막(23)은 발광유닛(10)의 정면(광학부재(20)의 정면)에 배치되고, 반사 편광자(24)는 그 정면에 배치된다. 그러나, 광확산막(23)과 반사 편광자(24)는 전술한 실시예의 순서와 반대의 순서로 라미네이트될 수도 있다.
광확산막(23)은 광확산입자가 산란되는 투명 접착제의 피복막에 제한되지는 않는다. 판면에 수직이고 일정한 방향을 따르는 면에 대해 소정의 각도 이상의 각도범위내의 입사각으로 투사된 광에 대해 산란특성이 나타나고, 상기 소정의 각도 보다 작은 각도범위내의 입사각으로 투사된 광에 대해 산란특성이 좀처럼 나타나지 않는 선택적인 산란특성을 갖는 산란판 또는 광확산판이 사용될 수도 있다. 그러나, 광확산막(23)이 반드시 필요한 것은 아니다. 반사 편광자(24)가 생략될 수도있다.
발광수단(10)을 구성하는 광학부재(20)의 굴절면(21b)은 도 1과 도 3에 도시한 바와 같이 일정한 경사각을 갖는 평면일 수도 있다. 굴절면(21b)이 곡면형태의 광-집중 굴절면으로 이루어진다면, 입사면(21a)에서 수용되고 굴절면(21b)에 의해 전방방향으로 반사 또는 굴절된 광은 곡면형태의 광-집중 굴절면인 굴절면(21b)의 광-집중 효과에 의해 소정의 방향으로 집중된다. 이 때문에, 좀더 강한 지향성의 휘도분포를 갖는 반사광과 조명광을 방사할 수 있다.
전술한 실시예에서, 광확산면(15)은 발광유닛(10)을 구성하는 포토컨덕터(11)의 이면에 형성되고, 상기 광확산면(15)은 포토컨덕터(11)의 입사단면(11a)으로부터 투사된 조명광의, 포토컨덕터의 폭방향으로, 휘도분포를 평균한다. 포토컨덕터(11)의 이면은 평면일 수도 있다. 포토컨덕터(11)의 입사단면(11a)으로부터 투사된 조명광 중에서 포토컨덕터(11)의 이면으로 전진하는 거의 모든 광이 포토컨덕터(11)의 이면과 옥외간의 접촉면에서 완전히 반사될 수 있을 때, 포토컨덕터(11)의 이면에 배치된 반사기(19)는 전술한 실시예에서 생략될 수도 있다.
포토컨덕터(11)는 그 단면이 각각 광원(16)으로부터의 조명광을 받아들이는 입사단면으로 이루어진 포토컨덕터일 수도 있다. 예를 들면, 포토컨덕터(11)의 두개의 대향 단면중 각각이 입사단면으로 이루어진 경우, 이 포토컨덕터(11)의 정면은 두 입사단면으로부터 포토컨덕터(11)의 중앙부를 향하여 계단식으로 낮아지는 계단식면으로 구성될 수도 있고, 광원(16)은 두 입사단면의 각각에 대향하여 배치될 수도 있다.
광원(16)은 발광램프(17)을 이용하는 것에 제한되지 않고, 예를 들어 LED(발광다이오드)가 배열된 LED 배열, EL(전자발광) 패널 등일 수도 있다.
상기에서 사용한 발광유닛(10)은 광원(16)과; 광원(16)으로부터의 조명광을 안내하고 이 광을 액정표시엘리먼트(1)를 향해 방사하는 방사면(계단식면(12)의 각 계단-레벨-차 면(12b))과, 방사면과 달리 액정표시엘리먼트(1)의 전방에서 투사된 주위광을 액정표시엘리먼트(1)를 향해 반사시키는 반사면(14)을 구비한 포토컨덕터(11)를 구비하는 구조를 갖는다. 그러나, 발광유닛(10)이 조명광을 액정표시엘리먼트(1)에 방사하는 수단과, 액정표시엘리먼트(1)의 전방에서 투사된 주위광을 반사시키고 그 반사광을 액정표시엘리먼트(1)에 방사하는 수단으로 구성된다면, 발광유닛(10)은 어떠한 구조를 가질 수도 있다.
전술한 표시장치는 액티브 매트릭스형으로 TN형 액정표시엘리먼트(1)를 이용하는 장치이다. 그러나, 액정표시엘리먼트(1)는 어떠한 것, 예를 들어 패시브 매트릭스형 또는 세그먼트형일 수도 있다. TN형에 제한되지 않는 상기 엘리먼트(1)는 STN(수퍼 트위스트 네마틱), ECB(이중 굴절 효과), 또는 다이나믹 산란 효과형 액정표시엘리먼트, 강유전성 액정을 이용한 액정표시엘리먼트등일 수도 있다.
전술한 실시예의 표시장치는 표시엘리먼트로써 액정표시엘리먼트(1)를 이용하는 장치이다. 그러나, 본 발명은 기타 전자-광학 표시엘리먼트, 광 투과 화상 프린트막 등이 표시엘리먼트로써 사용되는, 비-발광형 표시엘리먼트를 이용하는 표시장치에 광범위하게 적용될 수도 있다.
제2실시예
도 10은 제1실시예와 다른 발광유닛을 이용하는 제2실시예의 표시장치의 확대 부분도이다.
제2실시예의 이 발광유닛(30)은 포토컨덕터(31), 이 포토컨덕터(31)의 측면에 배치된 광원(16), 포토컨덕터(31)의 이면에 직면하여 배치된 반사기(반사수단)(33), 및 포토컨덕터(31)의 정면쪽에 배치된 광학부재(20)를 구비하고 있다. 이 표시장치의 다른 기본 구조는 제1실시예에서와 동일하고, 그 효과 및 이점은 동일하다. 따라서, 동일한 도면부호를 도면에 사용하고, 반복되는 설명은 생략한다.
포토컨덕터(31)는 아크릴 수지 등으로 만들어진 투명판으로 형성된다. 그 일단은 광원(16)으로부터의 광을 받아들이는 입사단면(31a)으로 이루어져 있다. 이 포토컨덕터(31)의 정면은 매우 작은 피치를 갖고, 입사단면(31a)의 쪽으로부터 나머지 단면쪽으로의 방향으로 계단식으로 낮아지도록 형성되고 서로에 대해 평행인 계단면(32a)과, 이들 계단면(32a)을 접속하는 계단-레벨-차 면(32b)으로 구성된 계단식면으로 이루어져 있다. 그 이면은 평면으로 이루어져 있다.
계단면(32a)은 포토컨덕터(31)의 이면에 대해 실질적으로 평행하고 포토컨덕터(31)의 폭방향(입사면(32a)의 길이방향)을 따르는 옆으로 긴 평면이다. 각 계단면(32a)은 주위광의 입사/방사면으로 이루어져 있다.
계단-레벨-차 면(32b)은 입사단면(31a)에 대해 실질적으로 평행하고 매우 작은 높이를 갖는 상승면이다. 이들 계단-레벨-차 면(32b)은 각 조명광선의 방사면으로 이루어져 있다.
이 포토컨덕터(31)에서, 측면에 배치된 광원(16)으로부터의 조명광은 입사단면(31a)에서 받아들여지고 계단-레벨-차 면(32b)으로부터 방사되고, 전방에서 투사된 주위광은 계단면(32a)에서 받아들여지고 이면을 향하여 방사되고 반사수단(33)에서 반사된다. 이 반사광은 그 이면으로부터 포토컨덕터(31)에 투사되고 계단면(32a)에서 방사된다.
포토컨덕터(31)의 이면에 직면하도록 배치된 뒷쪽 반사수단의 반사기(33)는 높은 반사율의 미러면이고, 이 반사기(33)는 그 표면 즉, 반사면이 포토컨덕터(31)의 이면에 접근하도록 배치된다.
반면, 포토컨덕터(31)의 앞쪽에 배치된 광학부재(20)는, 광학부재(20)의 전방에서 투사된 주위광과 반사기(33)에서 반사되고 포토컨덕터(31)의 계단면(32a)에서 방사되는 주위광의 반사광을 투과하고, 포토컨덕터(31)의 계단-레벨-차 면(32b)으로부터 방사된 조명광을 전방의 소정의 방향으로 방사하는 특성을 갖는다.
이 광학부재(20)는 평면인 정면과 포토컨덕터(31)의 정면과 직면하는 이면을 갖고, 아크릴 수지 등으로 만들어지고 포토컨덕터(31)의 폭과 실질적으로 동일한 폭을 갖는 투명판이다. 다음이 그 이면에 통합된다: 포토컨덕터(31)의 각 계단-레벨-차 면(32b)으로부터 방사된 광을 수용하는 입사부(21).
각 입사부(21)는 광학부재(20)의 전체 길이에 걸친 길이를 갖는 옆으로 긴 돌출부로 이루어져 있다. 광학부재(20)는, 광학부재(20)의 이면쪽에 있는입사부(21)의 길이방향이 포토컨덕터(31)의 계단-레벨-차 면(32b)의 길이방향에 실질적으로 평행하고, 추가로 입사부(32)의 상부면이 포토컨덕터(31)의 각 계단면(32a)에 접근 또는 접촉하는 방식으로 배치된다.
각 입사부(21)는 입사부(21) 사이에 일정한 피치로 공간을 남기도록 배치된다. 광학부재(20)의 이면 중에서 인접한 입사부(21) 사이의 영역은 포토컨덕터(31)의 계단면(32a)에 대향하는 입사/방사면(22)으로 이루어져 있다.
이 입사/방사면(22)은 포토컨덕터(31)의 계단면(32a)에 실질적으로 평행한 경사 또는 이와 비슷한 경사를 갖는 면이고, 그 전방으로부터 광학부재(20)에 투사된 주위광과 반사기(19)에서 반사되고 포토컨덕터(31)의 계단면(32a)에서 방사된 주위광의 반사광을 투과시키는 면이다.
입사부(21)는 포토컨덕터(31)의 각 계단-레벨-차 면(32b)의 피치 보다 작은 피치로 배치된다. 따라서, 포토컨덕터(31)의 각 계단-레벨-차 면(32b)은 광학부재(20)의 적어도 하나 이상의 입사부(21)에 반드시 대향한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 이 발광유닛(30)은 광원(16)과, 이 광원(16)에서 방사된 조명광의 휘도를 제어하는 조도 휘도 제어기(26)를 구비하고 있다.
이 조도 휘도 제어기(26)는 사용환경의 조도를 측정하는 조도 검출기(27)와, 이 조도 검출기(27)로 측정한 주위조도를 기초로 광원(16)의 조명본체(17)에서 방사된 조명광의 휘도를 제어하는 수단으로 구성된다. 조명광의 휘도를 제어하는 상기 수단은 휘도 조정 회로(28)와 광원 턴온 회로(29)로 구성된다.
전방에서 평평한 광원장치에 투사된 주위광의 조도와 동일한 주위조도를 측정하기 위하여, 조도 검출기(27)는 광수신면이 발광유닛(30)의 정면(광학부재(20)의 정면)에 대해 실질적으로 평행하도록 배치된다.
휘도 조정 회로(28)는 조도 검출기(27)로 측정한 주위조도를 기초로 광원(16)에서 방사된 조명광의 휘도를 조정하여, 평평한 광원장치의 전방으로 방사된 방사광의 휘도가 주위조도에 따른 미리 설정된 휘도범위로 설정되는 부재이다. 광원 턴온 회로(29)는 광원(16)의 조명본체(17)를 구동시켜 휘도를 갖는 조명광을 휘도 조정 회로(28)로부터의 휘도값으로 포토컨덕터(11)의 폭방향으로 방사시킨다.
이 발광유닛(30)에서, 반사기(33)에서의 주위광의 반사율과 조도 휘도 제어기(26)에 의해 조명광의 휘도를 제어하는 조건이 설정되어, 평평한 광원장치 전방으로 방사된 광의 휘도는 외부의 주위조도에 따라 미리 설정된 휘도범위내로 설정된다.
발광유닛(30)은 광원(16)으로부터의 조명광을 광-안내판(31)을 통해 안내하여 이 광-안내판(31)의 전방에 있는 계단-레벨-차 면(32b)에서 방사시키고, 전방에서 투사된 주위광을 반사기(33)에서 반사시켜 전방으로 방사시키는 유닛이다. 충분한 휘도를 갖는 방사광이 전방에서 투사된 주위광의 반사광에 의해서만 얻어질 수 없을 때, 광원(16)은 턴온된다.
즉, 충분한 휘도를 갖는 주위광이 이 발광유닛(30)에서 얻어질 때, 광원은 턴온되지 않고 주위광의 반사광만이 방사된다. 주위광의 휘도가 불충분할 때, 광원(16)은 턴온되고 주위광의 반사광과 광원(16)으로부터의 조명광의 둘 다는 방사된다. 따라서, 주위광의 반사광의 휘도의 부족은 전술한 조명광에 의해 보충된다.주위광을 얻을 수 없을 때, 광원(16)에서 광이 방사된다.
우선, 광원으로부터의 조명광의 방사통로를 기술하겠다. 도 10에 그린 실선 화살표로 도시한 바와 같이, 광원(16)으로부터의 조명광은 포토컨덕터(31)의 입사단면(31a)에서 수용되고, 이 포토컨덕터(31)의 내부에 길이방향으로 안내된다.
포토컨덕터(31)의 내부에 길이방향으로 안내된 조명광 중에서, 포토컨덕터의 정면에 있는 계단-레벨-차 면(32b) 중 어느 하나를 향해 직접 전진하는 광은 계단-레벨-차 면(32b)으로부터 포토컨덕터(31)의 정면을 향해 방사된다. 계단-레벨-차 면(32b)을 향해 직접 전진하는 광과는 다른 광 즉, 포토컨덕터의 정면에 있는 계단면(32a)을 향해 전진하는 광 또는 포토컨덕터(31)의 이면을 향해 전진하는 광은, 계단면(32a)과 옥외간의 접촉면(포토컨덕터(31)와 광학부재(20)간의 공기층)에서의 총 반사에 의해, 또는 포토컨덕터의 이면과 옥외간의 접촉면(포토컨덕터(31)와 반사기(33)간의 공기층)에서의 총 반사에 의해 포토컨덕터(31)의 내부에 그 길이방향으로 안내되어, 계단-레벨-차 면(32b) 중 어느 하나에 투사되고 계단-레벨-차 면(32b)에서 방사된다.
이면을 향해 포토컨덕터(31) 내부로 전진하는 광은 포토컨덕터의 이면과 옥외간의 접촉면에 총 임계 반사각 보다 작은 (실질적으로 수직인) 입사각으로 투사된 광을 포함한다. 이 광은 전술한 접촉면을 투과하여 포토컨덕터(31)의 이면으로 누설된다. 이 누설광은 포토컨덕터(31)의 이면에 가까이 배치된 반사기(33)에서 반사되고, 또 다시 그 이면으로부터 포토컨덕터에 투사된다.
이 재-입사광을 고려하면, 포토컨덕터의 정면에 있는 계단면(32a)과 옥외간의 접촉면에서의 총 반사와, 포토컨덕터의 이면과 옥외간의 접촉면에서의 총 반사에 의해, 그 방향이 변한다. 이 광은 계단-레벨-차 면(32b) 중 어느 하나에서 방사된다.
포토컨덕터(31)의 내부로 안내된 광은 포토컨덕터의 정면에 있는 계단면(32a)과 옥외간의 접촉면에 총 임계 반사각 보다 작은 입사각으로 입사한 광을 포함한다. 이 광은 이 접촉면을 투과하여 포토컨덕터(31)의 전방으로 계단면(32a)에서 방사된다.
이 때문에, 포토컨덕터(31)의 입사단면(31a)에서 수용된 거의 모든 조명광은 포토컨덕터(31)의 전방으로 낭비없이 방사된다.
포토컨덕터(31)의 전방으로 방사된 조명광은 입사면(21a)으로부터 이 포토컨덕터(31)의 정면쪽에 배치된 광학부재(20)의 이면에 있는 입사부(21)에 입사하고, 각각의 입사면(21a)은 입사부의 측면이다.
이 때, 포토컨덕터(31)의 각 계단-레벨-차 면(32b)은 광학부재(20)의 적어도 하나 이상의 입사부(21)에 반드시 대향한다. 따라서, 포토컨덕터(31)의 계단-레벨-차 면(32b)에서 방사된 거의 모든 광은 광학부재(20)의 입사부(21) 중 어느 하나에 낭비없이 투사된다.
전술한 바와 같이, 포토컨덕터(31)의 전방으로 방사된 조명광은 계단면(32a)에서 방사된 광을 포함한다. 이 광은 또한 광학부재(20)의 입사부(21) 중 어느 하나에 낭비없이 투사된다.
포토컨덕터(31)의 계단-레벨-차 면(32b)에서 방사된 광은, 도 10에 도시한바와 같이, 인접한 계단면(32a)을 향하여 방사된 광을 포함한다. 이 광은 인접한 계단면(32a)과 옥외간의 접촉면에서 반사되어, 광학부재(20)의 입사부(21)에 입사한다.
광학부재(20)의 입사부(21)에 입사한 광은 입사부(21)의 입사면(21a)에서 수용되고, 대향 굴절면(21b)과 옥외간의 접촉면에서 완전히 반사되어, 그 방향이 광학부재(20)의 정면을 향하여 변한다. 이 광은 이 광학부재(20)를 투과하고 그 정면에서 방사된다.
이 때문에, 광학부재(20)의 정면에서 전방으로 방사된 조명광은 입사면(21a)으로부터 입사부(21)에 입사하고, 대향 굴절면(21b)(옥외에 대한 접촉면)에서 굴절되고, 소정의 방향으로 집중되는 광이고, 이 광은 소정의 방향으로의 휘도가 높은 휘도분포를 갖는 광이다.
다음으로, 전방에서 투사된 주위광의 방사통로를 기술하겠다. 도 10에 파선으로 도시한 바와 같이, 전방으로부터 입사한 주위광은 그 정면으로부터 광학부재(20)에 입사하고, 광학부재(20)를 투과하고, 후방에 있는 입사부(21)와 이들 사이의 입사/방사면에서 방사된다.
광학부재(20)의 뒷쪽을 향해 방사된 거의 모든 주위광은 포토컨덕터(31)의 계단면(32a)으로부터 포토컨덕터(31)에 수용되고, 이 포토컨덕터(31) 내부를 투과하고, 그 이면을 향해 방사된다.
포토컨덕터(31)의 이면을 향해 방사된 광은 포토컨덕터(31)의 이면에 직면하도록 배치된 반사기(33)에서 반사된다. 이 반사광은 이면으로부터 포토컨덕터(31)에서 수용되고, 이 포토컨덕터(31) 내부를 투과하고, 계단면(32a)에서 전방으로 방사된다. 이 방사광은 후방에 있는 입사부(21)와 이들 사이의 입사/방사면(22)으로부터 광학부재(20)에 입사한다.
전술한 바와 같이, 이 경우, 입사부(21)를 고려하면, 한쪽에 있는 입사면(21a)은 포토컨덕터(31)의 계단-레벨-차 면(32b)에 실질적으로 평행한 면이거나, 이와 비슷한 경사를 갖는 면이고, 반대쪽에 있는 굴절 또는 반사면(21b)은 광학부재(20)의 정면의 법선에 대한 각도가 입사면(21a)과 이 법선간의 각도 보다 큰 경사각을 가진 경사면이다. 따라서, 포토컨덕터(31)의 계단-레벨-차 면(32a)에서 방사된 거의 모든 반사광은 입사부(21)의 큰 경사각을 가진 굴절면(21b)과 입사부(21)들간의 입사/방사면(22)으로부터 광학부재(20)에서 수용된다.
입사부(21)의 굴절면(21b)과 입사/방사면(22)으로부터 광학부재(20)에서 수용된 반사광 중에서, 광학부재(20)의 정면을 향해 전진하는 광은 광학부재(20)를 투과하고 그 정면에서 방사된다. 입사부(21)의 굴절면(21b)에서 수용된 광 중에서, 대향 입사면(21a)을 향해 전진하는 광은 입사면(21)과 옥외간의 접촉면에서 완전히 반사되고, 굴절면(21b)과 입사/방사면(22)으로부터 광학부재(20)를 향해 직접 전진하는 광의 방향과 비슷한 방향으로 그 전진방향이 변한다. 이 광은 광학부재(20)의 정면에서 방사된다.
이 때문에, 이 발광유닛(30)은 전방에서 투사된 주위광을 실질적인 낭비없이 전방으로 방사시킨다. 또한, 이 광학부재(30)의 정면(광학부재(20)의 정면)에서 전방을 향해 방사된 주위광의 반사광은 다양한 입사각으로 투사된 주위광이 집중되어 고휘도를 나타내는 광이다. 따라서, 주위광의 반사광은 또한 소정의 방향(예를 들어, 전방방향)으로 방사된 광의 휘도가 높은 휘도분포를 갖는 광이다.
또한, 이 발광유닛(30)에서, 광학부재(20)는 전술한 구조를 갖는다. 따라서, 포토컨덕터(31)의 계단-레벨-차 면(32b)에서 방사되고 입사면(21a)으로부터 광학부재(20)의 입사부(21)에 투사된 광을 굴절면(21b)에서 굴절시키고, 이 광을 소정의 방향으로 집중시키고, 이 광학부재(20)의 정면으로부터 소정의 방향(예를 들어, 전방방향)으로의 휘도가 높은 휘도분포를 갖는 조명광을 방사시킬 수 있다. 또한, 반사기(33)에서 반사되고 포토컨덕터(31)의 계단면(32a)에서 방사된 주위광의 반사광을, 소정의 방향(예를 들어, 전방방향)으로의 휘도가 높은 휘도분포를 갖는 광으로써, 광학부재(20)의 전방으로 방사시킬 수 있다.
이 발광유닛(30)에서, 광원(16)은 이 광원(16)에서 방사된 조명광의 휘도를 제어하는 조도 휘도 제어기(26)를 구비하고, 반사기(33)에서의 주위광의 반사율과 조도 휘도 제어기(26)에 의해 조명광의 휘도를 제어하는 조건을 설정하여, 발광유닛(30) 전방으로 방사된 광의 휘도는 외부의 주위조도에 따라 미리 설정된 휘도범위내로 설정된다. 따라서, 낮은 조도에서부터 높은 조도까지의 광범위한 조도범위를 갖는 사용환경에서, 주위조도에 적절한 휘도를 갖는 광을 방사시킬 수 있다.
즉, 발광유닛(30)이 방사하는 방사광의 적절한 휘도는 외부의 주위조도에 따라 변한다. 따라서, 방사광의 휘도가 동일한 경우에서조차, 몇몇 주위조도에서 방사광은 너무 눈부시거나 어둡다.
따라서, 이 실시예에서, 반사기(33)에서의 반사율은 상당히 낮은 값으로 설정되어, 매우 눈부시지 않은 적절한 휘도를 갖는 방사광을 100,000 lx 이상의 높은 조도를 갖는 환경에서, 예를 들어, 여름철 태양의 직사광선하에서 조차 얻을 수 있다. 또한, 광원(16)에서 방사된 조명광의 휘도는 조도 휘도 제어기(26)에 의해 주위조도에 따라 제어되어, 반사기(33)에서 반사된 주위광의 반사광과 광원(16)으로부터의 조명광 양자의 방사휘도(주위조도가 약 0 lx 일 때 조명광만의 방사휘도)는 주위조도에 적절한 휘도로 될 수 있다.
따라서, 발광유닛(30)에 따라, 충분한 휘도를 가진 주위광을 얻을 수 있는 환경에서 주위광의 반사광만을 광원(16)을 턴온하지 않고 방사할 때와, 주위광의 휘도가 불충분한 환경에서 광원(16)을 턴온시키고 따라서 주위광의 반사광과 광원(16)으로부터의 조명광의 양자를 방사하여 주위광의 반사광의 휘도의 부족을 전술한 조도에 의해 보충할 때와, 어떠한 주위광도 얻을 수 없는 환경에서 조명광이 광원에서 방사될 때, 주위조도에 적절한 휘도를 갖는 광을 주위조도에 따라 얻을 수 있다.
또한, 충분한 휘도를 가진 주위광을 얻을 수 있는 환경에서, 광원(16)이 턴온되지 않을지라도, 주위조도에 적절한 휘도를 갖는 광을 발광유닛(30)의 주위광의 반사광에 의해서만 방사시킬 수 있다. 주위광의 휘도가 불충분한 환경에서 광원(16)을 턴온시키고 따라서 주위광의 반사광과 광원(16)으로부터의 조명광의 양자를 방사하여 주위광의 반사광의 휘도의 부족을 전술한 조도에 의해 보충할 때, 광원(16)에서 방사된 조명광의 휘도는 주위광의 반사광과 전술한 조명광의 양자에 기초한 방사휘도가 주위조도에 적절한 휘도로 되는 방식으로 제어될 수도 있다.따라서, 광원(16)의 소모전력은 약간이 될 수도 있다.
발광유닛이 2-웨이 표시장치에서 사용될 때, 반사기(33)에서의 주위광의 반사율과 조도 휘도 제어기(26)에 의해 조명광의 휘도를 제어하는 조건이, 외부의 주위조도에 따라 미리 설정된 휘도범위내로 화면휘도를 설정하는 방식으로, 설정될 수도 있다.
제2실시예에서, 반사기(33)는 포토컨덕터(31)의 뒷쪽에, 이면에 가까이 배치된다. 그러나, 이 반사기는 포토컨덕터(31)의 이면에 고정될 수도 있다. 포토컨덕터(31)의 이면쪽에 배치된 주위광에 대한 반사기(33)는 전술한 반사기(33)에 제한되지는 않고, 예를 들어 알루미늄, 은 등으로 만든 반사막을 포토컨덕터(31)의 이면에 증기 디포지션 등에 의해 배치함으로써 형성될 수도 있다.
제3실시예
제3실시예는 제1실시예의 표시장치와는 사용한 액정표시엘리먼트의 구조에서만 다르다. 이 표시장치의 다른 기본 구조는 제1실시예에서와 동일하고, 그 효과 및 이점은 동일하다. 따라서, 동일한 도면부호를 도면에 사용하고, 반복되는 설명은 생략한다.
도 11은 제3실시예의 표시장치에 사용된 액정표시엘리먼트(38)의 일부의 정면도이다. 도 12는 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단한 도 11의 확대 단면도이다.
제3실시예의 표시장치에 사용된 액정표시엘리먼트(38)는 액티브 엘리먼트로써 TFT(박막트랜지스터)를 이용하는 액티브 매트릭스형이다. 액정층(61)을 통해 대향하는 앞쪽과 뒷쪽에 있는 한 쌍의 투명 기판(39 및 40) 중에서, 뒷쪽에 있는기판(40)은 내부면에 매트릭스 형태로 배치된 투명화소전극(41)과 각각의 화소전극(41)에 대응하는 TFT(42)를 구비하고 있다.
TFT(42)는 뒷쪽 기판(40)에 형성된 게이트전극(43), 이 게이트전극(43)을 덮고 있는 게이트절연막(44), 게이트전극(43)에 대향하여 이 게이트절연막(44)에 형성된 i-형 반도체막(45), 및 (미도시된) n-형 반도체막을 통해 이 i-형 반도체막(45)의 양측부에 형성된 소스전극(46)과 드레인전극(47)으로 구성된다.
TFT(42)의 각 라인에 게이트신호를 공급하는 게이트라인(48)은 화소전극의 각 라인의 한쪽을 따라 뒷쪽 기판(40)에 배선된다. TFT(42)의 각 라인의 게이트전극(43)은 각 라인에 대응하는 게이트라인(48)과 통합된다.
TFT(42)의 게이트절연막(투명막)(44)은 뒷쪽 기판(40)의 실질적인 전체 표면 상에 형성된다. 게이트라인(48)은 터미널부를 제외하고 게이트절연막(44)으로 덮인다.
각 TFT(42)의 각 열에 데이터신호를 공급하는 데이터라인(49)은 화소전극의 각 열의 한쪽을 따라 게이트절연막(44) 상에서 배선된다. TFT(42)의 각 열의 드레인전극(47)은 각 열에 대응하는 데이터라인(49)에 접속된다.
화소전극(41)은 게이트절연막(44)에 형성되고, 각각의 이들 화소전극(41)은 한쪽 테두리의 단부에서 화소전극(41)에 대응하는 TFT(42)의 소스전극(46)에 접속된다.
TFT(42), 데이터라인(49), 및 각 화소전극(41)의 외주부를 덮고 있는 투명 오버코트 절연막(50)이 뒷쪽 기판(40)의 내부면에 배치된다. 얼라인먼트층(51)이그 위에 형성된다.
반면, 앞쪽 기판(39)은 내부면에, 뒷쪽 기판(40)의 화소전극(41)에 대향하고 이 화소전극(41)에 대향하는 부분이 화소영역(C)을 이루는 단일막 형태의 투명대향전극(52); 예를 들어 적색, 초록색, 및 청색의 각 화소영역(C)에 대응하는 컬러의 컬러필터(53R, 53G, 및 53B); 각 화소영역간의 영역에 대응하는 광-차폐막(블랙마스크)(54); 및 얼라인먼트막(56)을 구비하고 있다.
도 12에서, 도트패턴이 컬러필터부에 적용되고, 해칭이 광-차폐막부에 적용되어, 컬러필터(53R, 53G, 및 53B)와 광-차폐막(54)을 쉽게 구별할 수 있게 한다.
이 실시예에서, 컬러필터(53R, 53G, 및 53B)와 광-차폐막(54)이 앞쪽 기판(39)에 배치되고, 그 상부면은 투명보호절연막(55)으로 덮인다. 대향전극(52)은 투명보호절연막(55)에 형성되고, 얼라인먼트막(56)이 그 위에 배치된다.
각각의 컬러필터(53R, 53G, 및 53B)는 화소전극(41)과 대향전극(52)이 서로 대향하는 화소영역(C)의 영역 보다 작은 영역을 갖는 모양으로 이루어진다. 각각의 이들 컬러필터(53R, 53G, 및 53B)는 화소영역(C)의 외주부를 제외한 내부영역에 대응하여 배치된다.
앞쪽 기판(39)과 뒷쪽 기판(40)은 각 외주부에서 프레임-형태의 시일부재(4)(도 1 참조)를 통해 접합된다. 액정이 이들 기판(39 및 40)간의 시일부재(4)로 둘러싸인 공간에 채워지고, 액정층(61)이 형성된다.
이 액정표시엘리먼트(38)는 TN(트위스트 네마틱)형이고, 액정층(61)의 액정분자는 양 기판(39 및 40)간에 소정의 트위스트각(예를 들어, 약 90도)으로 트위스트-배향된다. 편광자(5a 및 5b)는 양 기판(39 및 40)의 각 외부면에 배치되어 그 광학축(투과축 또는 흡수축)이 소정의 방향으로 향한다.
액정표시엘리먼트(38)에서, 액정표시엘리먼트(38)에 배치된 컬러필터(53R, 53G, 및 53B)의 영역은 화소영역(C)의 영역 보다 작다. 따라서, 전술한 바와 같이, 각 화소영역(C)을 투과한 광 중에서 컬러필터(53R, 53G, 및 53B)에 대응하는 필터-대응 영역(c)을 투과하는 광만을 고려하면, 흡수파장대역내의 파장성분을 갖는 광선이 컬러필터에 흡수되고, 컬러광이 된다. 이 컬러광은 액정표시엘리먼트의 전방으로 방사된다. 컬러필터(53R, 53G, 및 53B)에 대응하지 않는 넌-필터영역(d)을 투과하는 광은 컬러필터에 흡수되지 않는다. 따라서, 컬러로 되지 않은 광이 액정표시엘리먼트의 전방으로 방사된다.
따라서, 액정표시엘리먼트(38)의 각 화소영역(C)으로부터 전방을 향해 방사된 광으로 표시되는 각 컬러의 컬러화소는 화소영역(C)에 대응하는 컬러필터(53R, 53G, 및 53B)의 컬러로 채색된 화소이다. 그 휘도는 컬러필터로의 흡수에 의해 휘도가 감소되지 않은 넌-컬러 광에 의해 상승된다. 따라서, 각 컬러로 컬러화소에 의해 표시된 컬러화상으로써, 화소영역의 전체를 덮고 있는 컬러필터를 통해 채색된 컬러광이 방사되는 경우 보다 훨씬 밝은 화상을 얻을 수 있다. 제1실시예에서 사용된 액정표시엘리먼트(1)가 액정표시엘리먼트(38)로 교체되는 제3실시예에서, 주위광의 반사광에 의해 충분한 화면휘도를 얻을 수 없을 때, 조명광이 발광유닛(10)에서 방사되어, 화면휘도를 보충한다. 또한, 컬러필터(53R, 53G, 및 53B)의 컬러로 채색된 컬러광과 컬러필터에 흡수되지 않은 넌-컬러광은 액정표시엘리먼트(38)의 각 화소영역(C)에서 방사되어, 밝은 컬러 화상을 표시한다. 따라서, 어두운 환경에서도 적절한 화면휘도를 얻을 수 있다.
주위광이 반사광으로써 이용되는 경우, 액정표시엘리먼트(38)의 전방에서 투사되고, 발광유닛(10)에서 반사되고, 액정표시엘리먼트(38)의 전방으로 방사되는 주위광은 입사통로와 방사통로에 있는 상이한 화소영역(C)을 투과한 광을 포함한다. 이 광을 고려하면, 종래의 액정표시엘리먼트에서, 상이한 컬러의 컬러필터를 투과한 광은 종래의 액정표시엘리먼트의 전방으로 방사된다. 따라서, 광휘도는 상이한 컬러의 컬러필터를 통한 투과에 의해 약해진다. 그러나, 액정표시엘리먼트(38)에서, 각각의 컬러필터(53R, 53G, 및 53B)는 화소영역(C)의 영역 보다 작은 영역을 갖는 모양으로 이루어지고, 각각의 화소영역(C)의 외주부를 제외한 내부영역에 대응하게 된다. 이 때문에, 광이 화소영역(C)의 하나의 필터-대응영역(c)을 통해 투사되고 화소영역(C)의 다른 넌-필터영역(d)을 통해 방사된다. 선택적으로, 광은 화소영역(C)의 하나의 넌-필터영역(d)을 통해 투사되고, 화소영역(C)의 다른 필터-대응영역(c)을 통해 방사된다.
따라서, 입사통로와 방사통로에 있는 상이한 화소영역(C)을 투과한 거의 모든 광은, 광이 상이한 컬러의 컬러필터를 투과하고 입사시간과 방사시간에 흡수되는 매우 작은 확률을 갖는다. 표시화상의 휘도는 이를 기초로 거의 감소되지 않는다.
전술한 바와 같이, 광이 상이한 컬러의 컬러필터를 투과하고 입사시간과 방사시간에 흡수되는 확률은 매우 작다. 이 때문에, 각 화소영역(C)의 필터-대응영역(c)에서 방사된 컬러광의 컬러가 이들 화소영역(C)의 넌-필터영역(d)에서 방사된 컬러광의 다른 컬러와 가시적으로 혼합되어 표시된 컬러에 컬러갭을 생기게 하는 일은 일어나지 않는다. 따라서, 양호한 컬러 순도와 높은 질을 갖는 컬러화상을 표시할 수 있다.
이 액정표시엘리먼트에 따라, 주위광의 반사광에 기초한 화면휘도의 부족은 발광유닛(10)에서 조명광을 방사하여 보충된다. 또한, 액정표시엘리먼트(38)의 각 화소영역(C)으로부터, 컬러필터(53R, 53G, 및 53B)의 컬러로 채색된 컬러광과 컬러필터에 흡수되지 않은 넌-컬러광이 방사되어, 밝은 컬러 화상을 얻는다. 이 때문에, 액정표시엘리먼트의 반사율(발광유닛(10)에서 반사되고 액정표시엘리먼트(38)의 전방으로 방사된 방사광의 휘도 대 정면으로부터 액정표시엘리먼트(38)에 투사된 주위광의 휘도의 비)은 주위광의 반사광만을 이용하는 종래 반사형 액정표시장치의 반사율 보다 낮을 수도 있다. 이 때문에, 높은 조도를 갖는 환경에서 조차, 예를 들어, 여름철 태양의 직사광선하에서도, 매우 눈부시지 않은 적절한 화면휘도를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따라, 밝은 환경에서 어두운 환경까지의 다양한 환경에서 적절한 화면 휘도를 갖는 표시를 얻을 수 있는 액정표시엘리먼트를 제공할 수 있다.

Claims (31)

  1. 화상을 표시하기 위하여 입사광의 투과를 제어하는 비 발광형 표시엘리먼트와;
    상기 표시엘리먼트의 배후에 배치되고, 상기 표시엘리먼트를 향하여 조명광을 방사하는 발광본체와, 상기 표시엘리먼트 전방으로부터 입사하는 주위광을 소정의 반사율로 반사하고, 그 반사광을 상기 표시엘리먼트를 향하여 방사하는 반사본체로 이루어지는 발광유닛과;
    상기 발광유닛의 반사본체에 의한 상기 주위광의 반사광과, 상기 발광본체의 조명광과 상기 표시엘리먼트를 투과한 투과광과의 합으로 이루어지는 상기 표시엘리먼트의 화면 휘도가, 상기 반사본체의 반사율과 상기 표시엘리먼트의 전방으로부터 방사되는 주위광의 주위 조도에 따라서, 미리 정해진 휘도 범위로 설정되도록 상기 조명광의 휘도를 제어하는 조명 휘도 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    조도 휘도 제어기는 다음 범위:
    50 럭스의 주위 조도에서 20-200 니트의 화면휘도와;
    1,000 럭스의 주위 조도에서 30-300 니트의 화면휘도와;
    30,000 럭스의 주위 조도에서 400-4,000 니트의 화면휘도
    를 만족시키는 2차 함수로 표현되는 곡선에 대응하는 휘도로 주위 조도에 따른 화면 휘도를 제어하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    조도 휘도 제어기는 다음 범위:
    50 럭스의 주위 조도에서 20-60 니트의 화면휘도와;
    1,000 럭스의 주위 조도에서 60-200 니트의 화면휘도와;
    30,000 럭스의 주위 조도에서 1,000-3,000 니트의 화면휘도
    를 만족시키는 2차 함수로 표현되는 곡선에 대응하는 휘도로 주위 조도에 따른 화면 휘도를 제어하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    조도 휘도 제어기는 주위 조도에 따라 다음 관계:
    -2×10-8×I2＋ 0.015×I ＋ 20 ＜ L ＜ -3×10-7×I2＋ 0.113×I ＋ 150,
    여기서 주위 조도는 I(럭스)로 표현되고, 화면 휘도는 L(니트)로 표현됨,
    를 만족시키는 화면 휘도를 제어하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  5. 제1항에 있어서,
    조도 휘도 제어기는 주위 조도에 따라 다음 관계:
    -9×10-8×I2＋ 0.0453×I ＋ 20 ＜ L ＜ -2×10-7×I2＋ 0.0871×I ＋ 50,
    여기서 주위 조도는 I(럭스)로 표현되고, 화면 휘도는 L(니트)로 표현됨,
    를 만족시키는 화면 휘도를 제어하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  6. 제1항에 있어서,
    조도 휘도 제어기는 적어도 실내 조도 보다 높은 주위 조도에서 발광유닛으로부터의 조명광의 휘도를 제어하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  7. 제6항에 있어서,
    조도 휘도 제어기는 주위 휘도가 50 럭스 이하에서 약 30,000 럭스 이상까지의 범위에 있는 발광유닛으로부터의 조명광의 휘도를 제어하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  8. 제1항에 있어서,
    조도 휘도 제어기는, 주위조도가 실내 조도 보다 낮은 조도 범위에서 주위 조도가 낮아짐에 따라 조명광의 휘도가 연속적으로 낮아지는 방식으로 발광유닛으로부터의 조명광의 휘도를 제어하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  9. 제1항에 있어서,
    조도 휘도 제어기는
    주위조도가 실내 조도 보다 높고 소정의 조도 이하인 조도 범위에서, 주위 조도가 상승함에 따라 조명광의 휘도가 연속적으로 상승하는 방식과,
    주위 조도가 소정의 조도를 초과하는 조도 범위에서, 주위 조도가 추가로 상승함에 따라 조명광의 휘도가 연속적으로 낮아지는 방식으로,
    발광유닛으로부터의 조명광의 휘도를 제어하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  10. 제1항에 있어서,
    조도 휘도 제어기는,
    1) 주위조도가 실내 조도 보다 낮은 조도 범위에서 주위 조도가 낮아짐에 따라 조명광의 휘도가 낮아지는 방식과;
    2) 주위조도가 실내 조도 보다 높고 소정의 조도 이하인 조도 범위에서 주위 조도가 상승함에 따라 조명광의 휘도가 상승하는 방식과;
    3) 주위 조도가 소정의 조도를 초과하는 조도 범위에서, 주위 조도가 추가로 상승함에 따라 조명광의 휘도가 낮아지는 방식으로,
    발광유닛으로부터의 조명광의 휘도를 제어하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  11. 제1항에 있어서,
    조도 휘도 제어기는 주위 조도를 측정하는 조도 검출기와, 발광유닛에서 방사된 조명광의 휘도를 측정된 주위 조도를 기초로 제어하는 휘도 조정 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    발광유닛은:
    1) 광원과,
    2) 광원으로부터의 조명광이 투사되는 적어도 하나 이상의 단면(end face)과, 단면으로부터의 조명광을 안내하고 이 광을 표시엘리먼트를 향해 방사하는 방사면과, 상기 방사면과 달리 표시엘리먼트의 전방으로부터 투사되고 표시엘리먼트를 투과한 주위광을 표시엘리먼트를 향해 반사하는 반사면이 형성되어 있는 포토컨덕터(photoconductor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  14. 제1항에 있어서,
    발광유닛은 광원과, 적어도 하나 이상의 단부에 광원이 배치되어 있는 포토컨덕터와, 포토컨덕터의 앞쪽에 배치된 광학부재를 포함하고,
    1) 상기 포토컨덕터는 적어도 단면으로써 광원으로부터의 조명광을 받아들이는 입사단면과, 입사단면의 쪽에서 다른 쪽으로 계단식으로 낮아지는 계단면을 포함하는 계단식 면과 각각이 인접한 계단면을 접속하는 계단-레벨-차 면으로 구성된정면을 포함하고,
    주위광을 반사하는 반사막은 포토컨덕터의 각각의 계단면에 디포지션되고, 입사단면으로부터 투사된 조명광을 방사하는 방사면은 각각의 계단-레벨-차 면에 형성되고,
    2) 상기 광학부재는, 포토컨덕터의 앞쪽에 배치되고, 표시엘리먼트의 전방으로부터 투사된 주위광을 투과하고, 포토컨덕터의 각각의 계단면 상의 반사막에서 반사된 주위광의 반사광과 포토컨덕터의 각각의 계단-레벨-차 면으로부터 방사된 조명광을 표시엘리먼트를 향해 방사하여 광의 진행방향을 변환하는 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  15. 제14항에 있어서,
    광학부재는 표시엘리먼트에 대향하여 광을 방사하는 정면과 포토컨덕터의 정면에 대향하는 이면을 포함하는 투명판을 포함하고,
    투사-형 입사부는 광학부재의 이면에 형성되고, 상기 입사부는 포토컨덕터의 각각의 계단-레벨-차 면으로부터 방사된 광을 받아들이기 위한 입사면과, 상기 입사면에서 받아들인 광을 전방을 향해 반사 또는 굴절시키는 굴절면을 구비하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  16. 제15항에 있어서,
    광학부재의 입사부는 서로의 사이에 공간을 남기도록 배치되고,
    인접한 입사부 사이의 후방영역은 표시엘리먼트의 전방에서 투사된 주위광과, 포토컨덕터의 각각의 계단면 상의 반사면에서 반사된 주위광의 반사광을 투과하는 입사/방사면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시장치.
  17. 제13항에 있어서,
    포토컨덕터는 반사면에 대향하는 이면을 구비하고,
    상기 이면은 입사단면으로부터 투사된 조명광의, 포토컨덕터의 폭 방향으로, 휘도 분포를 평균하는 광확산면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시장치.
  18. 제13항에 있어서,
    발광유닛과 표시엘리먼트 사이에 광확산막이 배치되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  19. 제13항에 있어서,
    발광유닛과 표시엘리먼트 사이에 배치된 반사 편광자를 추가로 포함하고,
    상기 반사 편광자는 실질적인 직각으로 서로 교차하는 반사축과 투과축을 구비하고, 편광 성분의 입사광을 반사축을 따라 반사시키고 편광 성분의 입사광을 투과축을 따라 투과시키는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  20. 제19항에 있어서,
    표시엘리먼트는 정면과 이면의 각각에 편광자를 갖는 액정표시엘리먼트를 포함하고, 상기 반사 편광자는 그 투과축이 액정표시엘리먼트의 뒷쪽에 있는 편광자의 투과축에 실질적으로 평행하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  21. 제1항에 있어서,
    발광유닛은
    1) 광원과,
    2) 광원으로부터의 조명광을 안내하고 이 광을 표시엘리먼트를 향해 방사하는 방사면과, 상기 방사면과 달리 표시엘리먼트의 전방으로부터 투사되고 표시엘리먼트를 투과한 주위광을 투과하는 투과면이 형성되어 있는 포토컨덕터와,
    3) 포토컨덕터의 투과면에 대향하는 뒷쪽에서, 포토컨덕터의 투과면 쪽을 향해 주위광을 반사하는 후방반사본체를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  22. 제21항에 있어서,
    1) 상기 포토컨덕터는 적어도 단면으로써 광원으로부터의 조명광을 받아들이는 입사단면과, 입사단면의 쪽에서 다른 쪽으로 계단식으로 낮아지는 계단면과 각각이 인접한 계단면을 접속하는 계단-레벨-차 면을 포함하는 계단식 면으로 구성된 정면을 포함하고,
    상기 계단-레벨-차 면은 입사단면으로부터 투사된 조명광을 방사하는 방사면으로 구성되고, 상기 계단면은 상기 방사면과 달리 표시엘리먼트의 전방으로부터투사된 주위광을 투과시키는 투과면으로 구성되고,
    2) 상기 후방반사본체는 포토컨덕터의 계단면에 대향하여 포토컨덕터의 뒷쪽에 배치되고, 계단면으로부터 광을 방사하기 위하여 표시엘리먼트의 전방으로부터 포토컨덕터의 계단면에 투사된 주위광을 반사시키는 반사면을 구비하고,
    3) 포토컨덕터의 앞쪽에 배치되어, 표시엘리먼트의 전방으로부터 투사된 주위광과 후방반사본체에서 반사된 주위광의 반사광을 투과시키고, 포토컨덕터의 각각의 계단-레벨-차 면으로부터 방사된 조명광을 표시엘리먼트를 향해 방사하는 광학부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  23. 제21항에 있어서,
    발광유닛은,
    포토컨덕터의 앞쪽에 배치되고, 전방으로부터 투사된 주위광과 반사본체에서 반사되고 포토컨덕터의 계단면으로부터 방사된 주위광의 반사광을 투과시키고, 포토컨덕터의 계단-레벨-차 면으로부터 방사된 조명광을 소정의 방향으로 전방으로 방사하는 광학부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  24. 제22항에 있어서,
    광학부재는 평면인 정면과 포토컨덕터의 정면에 대향하는 이면을 구비하는 투명판을 포함하고,
    포토컨덕터의 계단-레벨-차 면으로부터 방사된 조명광을 받아들이는 입사면과 상기 입사면에서 받아들인 광을 전방을 향해 굴절시키는 굴절면을 포함하는 투사형 입사부가 투명판의 뒷쪽에 형성된 것을 특징으로 하는 표시장치.
  25. 제23항에 있어서,
    광학부재는 서로의 사이에 공간을 남기도록 배치된 입사부를 포함하고,
    광학부재의 이면 중에서 인접한 입사부 사이에 있는 영역은 포토컨덕터의 계단면에 대향하는 입사/방사면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시장치.
  26. 제1항에 있어서,
    표시엘리먼트는,
    액정층을 통해 서로에 대해 대향한 앞쪽과 뒷쪽에 있는 한 쌍의 기판 중에서, 일 기판이 내부면에 제1전극을 구비하고, 나머지 기판은 제1전극에 대향하는 부분이 각각 화소영역으로 구성된 적어도 하나 이상의 제2전극을 내부면에 구비하고, 각각의 화소영역의 영역 보다 작은 영역을 갖는 컬러필터가 각각의 화소영역에 대응하여 어느 한쪽의 기판에 배치되어 있는,
    액정표시엘리먼트를 구비하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  27. 제26항에 있어서,
    액정표시엘리먼트의 각 화소영역은 화소영역 보다 작은 영역을 갖는 컬러필터로 덮인 필터-대응 영역과, 상기 필터-대응 영역 주위에 배치되고 컬러필터로 덮이지 않은 넌-필터(non-filter) 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  28. 비 발광형 표시엘리먼트와,
    표시엘리먼트의 후방에 배치되어, 조명광을 표시엘리먼트를 향해 방사하는 발광유닛을 포함하고 있는 투과 표시 시스템과,
    표시엘리먼트의 전방으로부터 투사된 주위광을 발광유닛 상에서 반사시키고 이 광을 표시엘리먼트의 전방으로 방사하는 반사 표시 시스템과,
    발광유닛으로부터의 조명광을 방사하고 반사 표시 시스템을 기초로 하여 방사된 조명광에 의해 표시엘리먼트의 화면휘도를 보상하는 화면 휘도 보상 표시 시스템으로 구성되고,
    반사 표시 시스템에서 주위광의 반사율은 표시엘리먼트의 투과율이 최대로 제어될 때 약 16% 이상인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  29. 제28항에 있어서,
    표시엘리먼트의 개구비가 100%로 설정될 때 반사 표시 시스템은 70%의 반사율을 갖고,
    표시엘리먼트는 약 60% 이상의 개구비를 갖고,
    반사 표시 시스템은 36%의 투과율을 갖는 컬러필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  30. 제28항에 있어서,
    반사 표시 시스템에서 주위광의 반사율은 20% 이상인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  31. 제28항에 있어서,
    발광유닛과 표시엘리먼트 사이에 및/또는 표시엘리먼트의 앞쪽에 광확산수단이 배치되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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