KR100442220B1 - 반사형 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR100442220B1
KR100442220B1 KR10-2001-0075285A KR20010075285A KR100442220B1 KR 100442220 B1 KR100442220 B1 KR 100442220B1 KR 20010075285 A KR20010075285 A KR 20010075285A KR 100442220 B1 KR100442220 B1 KR 100442220B1
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유우키아키마사
도비타도시오
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 불필요한 광이 있어도 높은 계조(contrast)를 얻을 수 있는 반사형 액정 표시 장치를 얻는 것으로서, 광원으로부터의 광을 입사면(15c)에서 취입하고 하부 표면(15c)으로부터 출사하는 도광판(15)의 하부 표면(15a)과 대향하여 반사형 액정 표시 패널(11)을 배치하고, 이 액정 표시 패널(11)의 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c) 측에 상부 표면(12c)에 대해 대략 수직인 면(17a)의 정선(頂線) T2를 통해 상부 표면(12c)에 평행한 가상면 F3에 대해 정선 T2로부터 광원과 반대 측에 경사각 δ를 이루는 경사면(17b)을 갖는 프리즘(17)을 마련한다.

Description

반사형 액정 표시 장치{REFLECTIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 반사형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
반사형 액정 표시 장치는 태양광이나 실내광 등의 외광을 반사시켜 화면을 밝게 하고 있다. 그러나, 외광에 의한 반사광만으로는, 외광이 적은 곳에서 화면이 충분히 밝아지지 않는 경우는, 외광에 의한 반사광량을 보충하기 위해서, 액정 표시 패널의 표시면 측에 투명판을 이용한 면 형상 광원 장치(이하, 프론트 광이라 칭함)가 마련되어 있다.
도 17은 프론트 광을 이용한 종래의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 설명도로, 이와 비슷한 구성은, 예컨대, 일본 특허 공개 평성 제8-94844호 공보에 개시되어 있다. 도 17에서, 참조 부호 1은 반사형 액정 표시 패널, 참조 부호 1a는 표시면으로, 액정 표시 패널(1)에 의한 화상을 관측자가 보는 면이다. 참조 부호 2는 도광판으로, 액정 표시 패널(1)의 표시면(1a) 측에 배치되고, 액정 표시 패널(1)의 표시면(1a)과 대향하는 하부 표면(2a)의 반대측에 프리즘 어레이(2b)가 형성되어 있다. 이 프리즘 어레이(2b)는 지면(紙面) 수직 방향으로 연장된 서로 평행한 정선(頂線) T와 곡선(谷線) V가 교대로 존재하고 있고, 프리즘 어레이(2b)중 하나의 경사면 S1의 경사각 α을, 예컨대, 약 45°로 하고, 또한, 다른 하나의 경사면 S2의 경사각 β를, 예컨대, 10° 이하로 하고 있다.
참조 부호 3은 도광판(2)의 입사면(2c)에 병설한 광원, 참조 부호 4는 광원(3)으로부터 발생한 광을 반사시켜 효율적으로 입사면(2c)으로부터 도광판(2)에 입사되는 반사기이다. 참조 부호 5는 반사판으로, 광원(3)으로부터의 광을 하부 표면(2a) 및 프리즘 어레이(2b) 이외의 도광판(2)의 면으로부터 출사되지 않도록 설치하고 있고, 도광판(2), 광원(3), 반사기(4) 및 반사판(5)으로 프론트 광을 구성하고 있다.
다음으로, 광원(3)으로부터 발생한 광이 액정 표시 장치의 표시면으로부터 출사되기까지의 광로에 대하여 설명한다.
광원(3)으로부터 발생한 광은 직접 또는 반사기(4)에 의해 반사되어 입사면(2c)으로부터 도광판(2)에 입사한다. 입사면(2c)에 입사하는 광은도광판(2)과 공기의 굴절율의 차이에 의해 전반사를 반복하면서 도광판 내부를 램프(3)와 반대측으로 전파되어 간다. 프리즘 어레이(2b)의 경사면 S1에 대응하면, 하부 표면(2a)에 대하여 대략 수직 방향으로 반사되어, 도광판(2) 내부에서 광의 전반사 조건이 만족되지 않아 하부 표면(2a)으로부터 출사된다. 하부 표면(2a)으로부터 출사된 광은 액정 표시 패널(1)에 입사하여, 액정 표시 패널의 액정층(도시하지 않음)에 의해 변조, 및 반사면(도시하지 않음)에 의해 반사된 후에, 다시 도광판(2)을 투과하여 표시면 측인 관찰자의 방향으로 출사된다. 또, 도광판(2)의 하부 표면(2a) 또는 액정 표시 패널(1)의 표시면(1a)에서 반사광을 발생시키고 있다.
종래의 반사형 액정 표시 장치에서는, 외광 및 광원(3)에 의한 광은 반사형 액정 표시 패널(1)에 형성된 반사면뿐만 아니라, 도광판(2)의 하부 표면(2a)이나 액정 표시 패널(1)의 표시면(1a)에서도 반사해 버리기 때문에, 액정 표시 패널(1)의 액정층을 투과하지 않고, 화상 정보를 갖지 않는 불필요한 반사광(이하, 불필요광이라 칭함)으로 되어 계조(contrast)를 저하시킨다는 문제점이 있었다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하는 방법으로서, 예컨대, 일본 특허 공개 평성 제11-242220호 공보에서는, 도광판의 하부 표면(2a)에 반사 방지막을 마련함으로써, 도광판(2)으로부터 광이 출사될 때에, 하부 표면(2a)에서의 반사에 의해 표시의 계조가 저하되는 것을 방지한다는 제안이 나올 수 있다. 그러나, 반사 방지막을 마련하더라도, 0.5% 정도의 불필요광의 반사가 남기 때문에, 충분한 계조가 얻어지지 않는다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 불필요광이 있어도 높은 계조를 얻을 수 있는 반사형 액정 표시 장치를 얻는 것이다.
본 발명의 청구항 1에 따른 반사형 액정 표시 장치에서는, 광원과, 광원으로부터의 광을 측면에서 취입하여 하부 표면으로부터 출사하는 도광판과, 도광판의 하부 표면과 평행하게 대향하여 마련되고, 상측 기판 및 하측 기판 사이에 배치된 액정층을 구비한 반사형 액정 표시 패널을 구비한 반사형 액정 표시 장치로서, 도광판의 하부 표면으로부터 출사된 광을 편향시키는 편향 소자를 반사형 액정 표시 패널의 상측 기판의 상부 표면 측에 마련하고, 편향 소자는 반사형 액정 표시 패널의 상측 기판의 상부 표면에 대해 하나의 대략 수직인 면을 광원 측에 형성하고, 해당 대략 수직인 면의 정선을 통해 상측 기판의 상부 표면에 평행한 가상면에 대해 정선으로부터 광원과 반대측에 소정의 경사각을 이루는 경사면을 형성한 것이다.
또한, 본 발명의 청구항 2에 따른 반사형 액정 표시 장치에서는 광원과, 광원으로부터의 광을 측면에서 취입하여 하부 표면으로부터 출사하는 도광판과, 도광판의 하부 표면과 평행하게 대향하여 마련되고, 상측 기판 및 하측 기판 사이에 배치된 액정층을 구비한 반사형 액정 표시 패널을 구비한 반사형 액정 표시 장치로서, 도광판의 하부 표면으로부터 출사된 광을 편향시키는 편향 소자를 반사형 액정 표시 패널의 상측 기판의 상부 표면 측에 마련하고, 편향 소자는 반사형 액정 표시패널의 상측 기판의 상부 표면에 대해 복수개의 대략 수직인 면을 광원 측에 형성하고, 대략 수직인 복수개의 면 각각의 정선을 통하여 상측 기판의 상부 표면에 평행한 가상면에 대해 각각의 정선으로부터 광원과 반대측에 소정의 경사각을 이루는 경사면을 형성한 것이다.
또한, 본 발명의 청구항 3에 따른 반사형 액정 표시 장치에서는, 상측 기판 및 하측 기판 사이에 배치된 액정층을 구비한 반사형 액정 표시 패널을 구비한 반사형 액정 표시 장치로서, 상측 기판의 상부 표면 측으로부터 입사하는 광을 편향시키는 편향 소자를 반사형 액정 표시 패널의 상측 기판의 상부 표면 측에 마련한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1인 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도,
도 2는 도 1에 나타내는 반사형 액정 표시 장치의 화살표 Ⅱ-Ⅱ선으로부터 바라본 부분 단면도,
도 3은 프리즘의 경사각 δ에 관하여, 반사면에서의 반사 각도, 경사면에서의 반사 각도 및 양 반사광의 분리 각도를 나타내는 설명도,
도 4는 프론트 광으로부터의 출사광의 각도 분포를 나타내는 설명도,
도 5는 프리즘의 경사각 δ에 관하여, 반사면에서의 반사 방향이 수직으로 되는 프론트 광으로부터의 출사 각도를 나타내는 설명도,
도 6은 프리즘의 경사각 δ가 일정한 경우에, 프론트 광으로부터의 출사 각도에 관하여, 반사면에서의 반사 각도, 경사면에서의 반사 각도 및 양 반사광의 분리 각도를 나타내는 설명도,
도 7은 도광판(light-guiding plate)의 하부 표면에서 반사되는 반사광의 각도 분포를 나타내는 설명도,
도 8은 프리즘의 경사면에서 반사되는 반사광의 각도 분포를 나타내는 설명도,
도 9는 본 발명의 실시예 2인 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도,
도 10은 도 9에 나타내는 반사형 액정 표시 장치의 화살표 X-X선으로부터 바라본 부분 단면도,
도 11은 프리즘 어레이의 경사면의 경사각에 있어서의 광의 손실의 관계를 나타내는 설명도,
도 12는 종래의 다른 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도,
도 13은 도 12에 나타내는 반사형 액정 표시 장치의 화살표 XⅢ-XⅢ선으로부터 바라본 부분 단면도,
도 14는 도 12에 나타내는 반사형 액정 표시 장치의 반사면에 산란성을 부여한 화살표 ⅩⅣ-ⅩⅣ선으로부터 바라본 부분 단면도,
도 15는 프론트 광으로부터의 출사 각도와, 시인(視認) 방향에서의 휘도의 관계를 나타내는 설명도,
도 16은 프론트 광으로부터의 출사 각도와, 시인 방향에서의 계조의 관계를 나타내는 설명도,
도 17은 종래의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 설명도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 반사형 액정 표시 패널 12a : 상측 기판
12b : 하측 기판 12c : 상부 표면
14 : 액정층 15 : 도광판
15a : 하부 표면 15c : 입사면
16b : LED(광원) 17 : 프리즘(편향 소자)
17a, 21a : 대략 수직인 면 17b, 21b : 경사면
18 : 무(無)반사막 21 : 프리즘 어레이(편향 소자)
T2 : 정선(頂線) F3 : 가상면
δ : 경사각
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1인 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도, 도 2는 도 1에 나타내는 반사형 액정 표시 장치의 화살표 Ⅱ-Ⅱ선으로부터 바라본 부분 단면도이다. 도 1 및 도 2에서, 참조 부호 11은 반사형 액정 표시 패널, 12a, 12b는 아크릴, 유리 등으로 이루어지는 투명한 상측 기판 및 하측 기판으로, 하측 기판(12b)에는 상측 기판(12a)과 대향하는 면에 반사면(13)이 형성되어 있다. 참조 부호 14는 액정층으로, 상측 기판(12a)과 하측 기판(12b) 사이에 배치되어 있고, 상측 기판(12a), 하측 기판(12b), 반사면(13) 및 액정층(14)으로 반사형 액정 표시 패널(11)을 구성하고 있다.
또, 액정 표시 패널(11)은 상측 또는 하측 기판 상에 도시하지 않는 컬러 필터, 트랜지스터, 화소 전극 등의 전극 및 배선이 형성된 어레이 기판 및 대향 기판, 두 장의 기판(12a, 12b)을 등간격으로 유지하는 스페이서, 두 장의 기판(12a, 12b)을 접합하는 밀봉재, 두 장의 기판(12a, 12b) 사이에 액정을 주입한 후에 봉지하는 봉지재, 액정에 초기 배향을 갖게 하는 배향막 및 광을 편광시키는 편광판 등으로 구성되지만, 본 발명에서는 기존의 반사형 액정 표시 장치를 이용하기 때문에 여기서의 설명은 생략한다.
참조 부호 15는 도광판으로, 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c) 측에 배치되어, 액정 표시 패널(11)과 대향하는 하부 표면(15a)의 반대측에 프리즘 어레이(15b)가 형성되어 있다. 이 프리즘 어레이(15b)는 지면 수직 방향으로 연장된 서로 평행한 정선 T1과 곡선 V1이 교대로 존재하고 있고, 모든 정선 T1을 동일 평면 내에 포함하는 면을 가상면 F1, 또한 모든 곡선 V1을 동일 평면 내에 포함하는 면을 가상면 F2라 정의한다. S1은 가상면 F1에 대하여 각도 α를 이루어 형성된 반사면, 또한, S2는 가상면 F1에 대하여 각도 β를 이루어 형성된 투과면이다. 참조 부호 15c는 후술하는 입광부 도광체에 대향하고 있는 입사면에서, 입광부 도광체로부터 광을 수광한다. 또, 경사각 α, β는 도광판(15) 내를 전파하는 광의 전반사 조건을 만족시키지 않는 각도로, α가 48°미만, 예컨대, 45°, β가 10° 이하로 되어 있다. 참조 부호 16a는 도광판(15)의 입사면(15c)에 대향하여 마련된 입광부 도광체로, 그 양단에 광원으로 되는 발광 다이오드(16b)(이하, LED라 칭함)가 배치되어 있다. 도광판(15), 입광부 도광체(16a) 및 LED(16b)에서 프론트 광을구성하고 있다.
참조 부호 17은 액정 표시 패널(11)의 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c) 측에 마련한 편향 소자인 프리즘으로, 액정 표시 패널(1)의 상측 기판(12a) 또는 도시하지 않는 편향판과 같은 정도의 굴절율을 갖는 재료로 구성되고, 도광판(15)의 하부 표면(15a)으로부터 출사된 광을 편향시킨다. 참조 부호 17a는 광원 측에 형성되어, 액정 표시 패널의 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c)에 대해 대략 수직인 면, 참조 부호 17b는 경사면에서, 대략 수직인 면(17a)의 정선 T2를 통해 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c)에 평행한 가상면 F3에 대하여 정선 T2로부터 광원과 반대측에 경사각 δ를 이루어 형성되어 있다. 참조 부호 18는 도광판(15)의 하부 표면(15a) 및 프리즘(17)의 경사면(17b)에 피막된 무반사막으로, 진공 증착법, 침지법(浸漬法, dipping method), 열전사법 등에 의해 반사 방지 처리가 실시되고 있다.
다음으로, LED(16b)로부터 발생한 광이 액정 표시 패널(11)을 통과하여 도광판(15)의 프리즘 어레이(15b)로부터 출사되기까지의 광로에 대하여 설명한다. 또, ( )안은 광로의 부호를 나타낸다.
LED(16b)로부터 발생한 광은 입광부 도광체(16a)에 입사된다. 입광부 도광체(16a)에 입사되는 광은 입광부 도광체(16a)와 공기의 굴절율 차이에 의해 전반사를 반복하면서 입광부 도광체(16a) 내부를 전파해 나간다. 입광부 도광체(16a)에 입사되는 광은 전부 전반사 조건을 만족시키게 되어, 입광부 도광체(16a)로부터 출사되는 것은 없다. 그러나, 입광부 도광체(16a) 중, 도광판(15)의 입사면(15c)과대향하는 면과 반대측 면에 요철을 형성한 광취출부(도시하지 않음)를 마련함으로써, 입광부 도광체(16a) 내부에서 광의 전반사 조건이 만족되지 않아서 입광부 도광체(16a)로부터 광이 출사되어 입사면(15c)에 입사된다.
도광판(15)의 입사면(15c)에 입사되는 광은, 도광판(15)과 공기의 굴절율 차이에 의해 전반사를 반복하면서 도광판(15)의 내부를 입사면(15c)과 반대측으로 전파(19a)되어 가지만, 도광판(15)의 프리즘 어레이(15b) 중, 예컨대, 각도 α가 45°에 가까운 각도를 갖는 도광판(15)의 반사면 S1에 대응하면, 도광판(15)의 하부 표면(15a)에 대하여 거의 수직 방향으로 반사되어, 도광판 내부에서 광의 전반사 조건이 만족되지 않게 되어 도광판(15)의 하부 표면(15a)으로부터 출사(19b)된다.
또, 도광판(15)은 폴리메타크릴산메틸(PMMA : polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트(PC : polycarbonate) 또는 유리 등의 광투과율이 높은 투명 재료로 제작된다. 도광판(15)이 아크릴 수지인 경우, 그 굴절율은 1.492이며, 프리즘 어레이(15b)의 반사면 S1, 투과면 S2가 가상면 F1과 이루는 각도 α, β의 범위는, 전반사를 방해하는 조건으로서 α는 48°미만, 또한, 실용적인 범위로서 β는 10° 이하가 이상적이다.
도광판(15)의 하부 표면(15a)으로부터의 출사광(19b)은 프리즘(17)의 경사면(17b)에 입사(19c)되다. 그 때, 공기와 프리즘(17)의 굴절율 차이에 의해 경사면(17b)에서 굴절이 일어나 광의 방향이 변화된다. 그 후, 경사면(17b)으로부터 입사된 광은 액정 표시 패널(11)의 상측 기판(12a)을 투과(19c)하여 액정층(14)으로 공간적으로 변조되고, 또한, 하측 기판(12b)에 형성된 반사면(13)에서 반사되어, 다시 액정층(14) 및 상측 기판(12a)을 투과한 광(19d)은 경사면(17b)에 의해 굴절되어 액정 표시 패널(11)로부터 출사(19e)하여, 도광판(15)을 투과하여 액정 표시 패널(11)로 얻어진 화상을 가상면 F1측인 관측자의 방향에 표시한다.
본 실시예 1에서는, 액정 표시 패널(11)의 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c) 측에 프리즘(17)을 형성함으로써, 프리즘(17)의 경사면(17b)에서의 반사광을 상부 표면(12c)과 수직인 방향에 대하여 각도를 갖고 반사(19g)시키고 있다. 또한, 액정 표시 패널(11)의 반사면(13)에서 반사된 광의 프리즘(17)으로부터의 출사 방향을, 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c)에 대하여 수직에 가깝게 편향(19e)시키는 기능을 부여했다. 이에 따라, 액정 표시 패널(11)의 표면에서의 반사광(19g)과 반사면(13)에서의 반사광(19d)을 분리할 수 있다. 즉, 불필요광인 화상 정보를 갖지 않는 반사광(19g)과 화상 정보를 갖는 반사광(19d)을 분리할 수 있어, 높은 계조를 얻을 수 있게 된다.
또, 광원으로서, 예컨대, 휴대 전화 및 휴대 정보 단말(PDA) 등의 이동 통신 기기에 사용되는 LED를 이용하여 설명하고 있지만, 본 발명에 이용되는 광원에는 LED에 한정되는 것이 아니라, 열음극관, 냉음극관 등의 형광등, 백열등 또는 유기 발광 재료를 선형상으로 형성한 것 등을 광원으로서 이용해도 무방하다.
또한, 반사형 액정 표시 패널의 제작을 용이하게 하기 위해서, 프리즘(17)은 별도의 부재로 반사형 액정 표시 패널(11)의 표면에 부착해도 무방하고, 예컨대, 프리즘(17)은 자외선 경화 수지에 의한 성형을 이용하여 필름 상에 제작할 수 있기 때문에, 그것을 점착재에 의해 액정 표시 패널 표면에 붙일 수도 있다. 이 경우,필름 제작 시의 기재나 점착재가 액정 표시 패널의 표면 재질과, 굴절율이 크게 다른 것이면, 계면에서 반사를 발생하기 때문에, 굴절율차는 되도록이면 작게 할 필요가 있다.
또한, 도광판(15)의 하부 표면(15a) 및 경사면(17b)에 무반사막(18)을 적용하지 않는 경우에도, 종래의 반사형 액정 표시 장치와 비교하여, 불필요광에 의한 영향이 작은, 계조가 높은 표시가 얻어지지만, 양면에 무반사막(18)을 적용함으로써, 양면에서 불필요광의 반사율을 작게 억제할 수 있다.
또한, 액정을 사이에 배치하기 위해서 하측 기판(12a) 및 상측 기판(12b)에서 구성했지만, 두 장의 기판은 유리 기판에 한정되는 것이 아니라, 상측 기판(12a)은 투광성을 갖는 것이면 관계없다. 또한, 하측 기판(12b)은 투광성을 갖는 기판에 한정되는 것이 아니라, 비투광성의 기판이어도 무방하다.
또한, 반사형 액정 표시 패널의 화면을 외광으로 충분히 밝게 할 수 있으면, 프론트 광을 반사형 액정 표시 장치에 마련하지 않아도 무방하다.
(실시예 1)
다음에 실시예 1의 반사형 액정 표시 장치의 실시예에 대하여 설명한다.
도 3은 프론트 광으로부터의 광이 하부 표면(15a)에 수직인 선에 대하여 10°의 경사각을 이루어 출사되는 경우에 대해, 프리즘(17)의 경사각 δ를 이루어 형성된 경사면(17b)에서의 반사광(19g)의 반사 각도, 반사면(13)에서의 반사광(19d)의 반사 각도 및 양 반사광(19d, 19g)의 분리 각도를 계산하여 그래프로 나타낸 설명도이다.
도 4는 도광판(15)의 반사면 S1의 각도 α를 40°로 한 경우, 도광판의 반사면 S1에서 반사하여 도광판의 하부 표면(15a)으로부터 출사되는 출사광의 각도 분포를 시뮬레이션한 결과를 그래프로 나타낸 설명도이다. 도 4에서, 횡축은 출사광의 각도로, 도 2에서 지면에서의 연직 하향(鉛直下向)을 기준으로 하여, 도광판(15)의 입사면(15c) 측을 부(negative)의 영역으로서 좌표를 정하고 있다.
도 5는 프리즘(17)의 경사면(17b)의 경사각 δ에 대해서, 반사면(13)에서의 반사광이 수직 방향으로 되는 프론트 광으로부터의 출사 각도를 그래프로 나타낸 설명도이다.
도 6은 프리즘(17)의 경사면(17b)의 경사각 δ를 3°로 한 경우, 프론트 광으로부터의 출사광(19b)의 출사 각도에 대해서, 프리즘(17)의 경사면(17b)에서의 반사광(19g)의 반사 각도 및 반사면(13)에서의 반사광(19d)의 반사 각도 및 양 반사광(19d, 19g)의 분리 각도를 그래프로 나타낸 설명도이다.
도 7은 도광판(15)의 하부 표면(15a)으로부터 반사되는 반사광(19h)의 각도 분포를 시뮬레이션한 결과를 그래프로 나타낸 설명도이다.
도 8은 프리즘(17)의 경사면(17b)으로부터 반사되는 반사광(19g)의 각도 분포를 시뮬레이션한 결과를 그래프로 나타낸 설명도이다. 도 7 및 도 8에서, 횡축은 각도로, 도 2에서 지면에서의 연직 상향을 기준으로 하여, 입사면(15c) 측을 부의 영역으로서 좌표를 정하고 있다.
도 3에 의해, 경사각 δ가 0°, 즉 프리즘(17)이 형성되어 있지 않은 경우에는, 프리즘(17)의 경사면(17b)에서의 반사광(19g) 및 반사면(13)에서의 반사광(19d)은, 모두 정반사(整反射)인 동일 방향으로 반사되고 있지만, 경사각 δ가 커짐에 따라, 양 반사광의 반사 방향은 분리되어 가는 것을 알 수 있다. 또한, 경사각 δ가 거의 10°의 경우, 반사면(13)에서의 반사광(19d)은 상부 표면(12c)에 대하여 대략 수직인 방향(반사면에서의 반사광의 반사 각도가 0°)으로 반사된다.
이에 따라, 10° 기울어져 출사되는 프론트 광으로부터의 광에 대하여, 경사각 δ가 10°인 프리즘(17)을 조합시키면, 액정층(14)을 통해 화상 정보를 포함한 반사면(13)에서의 반사광은 시인 방향(visual recognition direction)인 수직 방향으로 반사되고, 프리즘(17)의 경사면(17b)에서의 반사광(19g)은 시인 방향에서 크게 어긋난 30°의 방향으로 반사되며, 시인 방향에서는 거의 영향을 미치지 않게 되는 것을 알 수 있다. 또한, 도광판(15)의 하부 표면(15a)에서의 반사광(19h)은 기울어져 있지 않는 거울면으로 정반사되기 때문에 10°의 방향으로 반사되게 되고, 이것도 시인 방향과 어긋난 방향으로 되어, 시인 방향에는 영향을 미치지 않는다. 즉, 프리즘(17)을 마련함으로써, 불필요광이 있어도 시인 방향에서는 높은 계조를 얻을 수 있다.
또한, 도 5에 의해, 프리즘(17) 경사면(17b)의 경사각 δ와 거의 일치하는 도광판(15a)으로부터 출사되는 출사광(19b)의 출사 각도를 갖는 광이 액정층(14)을 통해 반사면(13)에서 수직 방향으로 반사되는 것을 알 수 있다. 이 때문에, 도광판(15)의 하부 표면(15a)으로부터 출사되어 반사형 액정 표시 패널(11)로 편향한 광의 휘도가 피크로 되도록, 도광판(15)의 하부 표면(15a)으로부터 출사되는 출사광(19b)의 출사 각도와 경사각 δ를 일치시켜 놓음으로써, 효율적으로 프론트 광으로부터의 출사광을 시인 방향인 수직 방향으로 반사시켜, 높은 계조를 얻을 수 있다.
또한, 도 6에 의해, 경사각 δ가 일정한 경우에는, 프론트 광으로부터의 출사광의 각도가 변화되어도 분리 각도는 거의 일정한 것을 알 수 있다.
또한, 거울면인 도광판(15)의 하부 표면(15a)에는 무반사막(18)이 적용되어 있고, 도 4에 의해, 도광판(15)의 반사면 S1에 의한 반사광의 피크가 수직 방향으로부터 10° 기운 방향으로 출사되기 때문에, 시인 방향인 수직 방향에서 10° 기운 방향으로, 도 7과 같은 각도 분포로 하부 표면(15a)으로부터 반사된다. 따라서, 광원으로부터의 광이, 하부 표면(15a)에서 반사된 화상 정보를 갖지 않는 불필요광으로 되어, 화상의 계조를 저하시키지 않고, 시인 방향에 대하여는 큰 악영향을 미치지 않는다.
또한, 도 4에 의해, 도광판(15)의 반사면 S1에 의한 반사광의 피크가 수직 방향으로부터 10° 기운 방향으로 출사되고, 프리즘(17)의 경사면(17b)에서 광이 반사되기 때문에, 반사광(19g)은 시인 방향인 수직 방향으로부터 크게 기운 방향으로 도 8과 같은 각도 분포로 반사되고, 또한 반사율도 무반사막(18)에 의해 작게 억제되어 있기 때문에, 시인 방향에 대한 영향은 대단히 작게 억제할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예 1의 반사형 액정 표시 장치에 의하면, 시인 방향으로 반사되는 화상 정보를 포함한 액정 표시 패널(11)의 반사면(13)에서의 반사광(19d)과, 화상 정보를 포함하지 않는 표시에 대하여 불필요광으로 되는도광판(15)의 하부 표면(15a)에서의 반사광(19h)과 프리즘(17)의 경사면(17b)에서의 반사광(19g)이, 모두 다른 방향으로 반사되기 때문에, 시인 방향에서는 불필요광에 의한 영향을 작게 할 수 있어, 높은 계조를 얻을 수 있게 된다.
(실시예 2)
도 9는 본 발명의 실시예 2인 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도, 도 10은 도 9에 나타내는 반사형 액정 표시 장치의 화살표 X-X선으로부터 바라본 부분 단면도이다. 도 9 및 도 10에서, 도 1 및 도 2와 동일 부호는 동일 또는 상당을 나타내어, 그 설명을 생략한다. 참조 부호 21은 액정 표시 패널(11)의 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c) 측에 마련된 편향 소자인 프리즘 어레이로, 상측 기판(12a) 또는 도시하지 않는 편향판과 같은 정도의 굴절율을 가지는 재료로 구성되어, 도광판(15)의 하부 표면(15a)으로부터 출사된 광을 편향한다.
참조 부호 21a는 광원 측에 복수개 형성되고, 액정 표시 패널(11)의 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c)에 대하여 대략 수직인 면, 참조 부호 21b는 경사면으로, 대략 수직인 면(21a) 각각의 정선 T2를 통해 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c)에 평행한 가상면 F3에 대하여 각각의 정선 T2로부터 광원과 반대측에 경사각 δ를 이루어 형성되어 있으며, 본 실시예 2에서는 각도 δ를 10°로 하고 있다. 또, 이 프리즘 어레이(21)는 지면 수직 방향으로 연장된 서로 평행한 정선 T2와 곡선 V2가 교대로 형성되어 있다.
또, 이 프리즘 어레이(21)를 구성하고 있는 것만이 실시예 1과 다른 점이며,후술하는 프리즘 어레이(21)에 의한 작용 효과 이외는 실시예 1과 마찬가지의 작용 효과를 낸다.
실시예 1에서는, 도 2와 같이 단일 프리즘(17)으로 구성되어 있기 때문에, 충분한 경사각 δ를 얻기 위해서 프리즘(17)의 두께가 두꺼워져, 장치로서 소형화·경량화가 어려워진다. 그러나, 본 실시예 2에서는, 도 9, 도 10에 도시하는 바와 같이, 다수의 프리즘을 반복하여 배치한 프리즘 어레이(21)를 가진 구성으로 함으로써, 프리즘 어레이(21)를 얇게 할 수 있어, 장치로서 소형화·경량화가 가능해진다.
또, 본 실시예 2에서는, 액정 표시 패널(11)의 표면에 프리즘 어레이(21)를 배치하는 구성으로 하고 있기 때문에, 프론트 광으로부터의 광이 프리즘 어레이(21)의 대략 수직인 면(21a)에 입사하면, 경사면(21b)에 입사하는 경우와는 다른 방향으로 반사되기 때문에 손실이 된다. 이 손실을 되도록이면 작게 억제하기 위해서, 대략 수직인 면(21a)에 입사하는 광을 감소시키도록, 도광판(15)의 하부 표면(15a)과 대향하는 경사면(21b)의 면적을 크게 한다. 즉 대략 수직인 면(21a)은 수직에 가까운 각도 γ로 되어 있다.
여기서, 도 11은 프리즘 어레이(21)의 경사면(21b)의 경사각 δ에 대해서의, 경사각 δ와 같은 출사각을 갖는 프론트 광으로부터의 출사광이 입사한 경우의 대략 수직인 면(21a)에 의한 손실 비율을 그래프로 나타낸 설명도이다.
도 11에 의해, 경사각 δ가 증가함에 따라 손실이 증가하고, 경사각 δ가 45°가 되면, 프리즘 어레이(21)로의 입사광이 전부 손실로 되어 버리기 때문에, 경사각 δ는 45° 이하가 되어야 한다. 또한, 손실을 억제하기 위해서, 프론트 광으로부터의 출사광(19b)의 경사면(21b)에 입사하는 비율을 높이기 위해서는, 높은 계조가 얻어지는 범위 내에서 경사각 δ는 될 수 있는 한 작은 각도로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 프리즘 어레이(21)의 인접하는 복수개의 프리즘 간격은 액정 표시 패널(11)에서의 인접하는 화소 사이의 간격이나, 도광판(15)의 프리즘 어레이(15b)의 인접하는 프리즘의 간격과 간섭하여, 표시 불균일을 일으킬 가능성이 있으므로, 화소 사이의 간격 이하, 가능하면 50micron 이하의 간격이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 실시예인 반사형 액정 표시 장치와 종래의 반사형 액정 표시 장치의 차이를 명확히 하기 위해서, 이하에 비교예를 이용하여 설명한다.
(비교예 1)
도 12는 종래의 다른 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도, 도 13은 도 12에 나타내는 반사형 액정 표시 장치의 화살표 XⅢ-XⅢ선으로부터 바라본 부분 단면도이다. 프론트 광으로부터의 반사형 액정 표시 패널로 수직으로 광이 출사되도록 도광판의 반사면 각도 α를 45∼46°로 형성하고 있다. 도 12 및 도 13에서, 도 1 및 도 2와 동일 부호는 동일 또는 상당을 나타내어 그 설명을 생략한다. 참조 부호 31은 안티글레어 처리(anti-glare processing operation)로, 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c)에 요철 등을 마련함으로써, 거울면 반사를 저감시키고 있다.
이 비교예 1에서 종래의 반사형 액정 표시 장치를 수직 방향으로부터 보는 경우, 도광판(15)의 하부 표면(15a) 및 액정 표시 패널(11)의 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c)에서 거울면 반사 방향으로 반사한 광이, 시인 방향과 같은 동일한 방향으로 반사된다. 하부 표면(15a)은 도광판으로서의 기능상 거울면이 요청되는 이유로, 상부 표면(12c)도 산란성을 강하게 하면 표시 흐림 등의 문제가 발생하기 때문에, 거울면에 가까운 면으로 되어 있다. 즉, 도광판(15)의 하부 표면(15a)은 액정 표시 패널(11)의 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c)과도 거울면 반사 방향으로 반사하는 광의 비율은 대부분, 시인 방향에서의 계조를 극히 저하시킨다. 이들 면에 무반사막(18)을 적용한 경우에도, 일반적으로 하나의 면에 대하여 0.5% 정도의 반사가 남기 때문에, 두 개의 면에서 1%의 반사광이 발생한다. 즉, 일반적인 반사형 액정 표시 패널의 반사율 10% 정도와 비교하면, 최대로도 10정도가 낮은 계조밖에 얻어지지 않는다.
(비교예 2)
도 14는 도 12에 나타내는 반사형 액정 표시 장치의 화살표 ⅩⅣ-ⅩⅣ선으로부터 바라본 부분 단면도로, 프론트 광으로부터 반사형 액정 표시 패널 출사광을 수직 방향으로부터 기울도록, 반사형 액정 표시 패널(11)의 반사면(13)에 산란성을 부여하고 있다. 도 14에서, 도 1, 도 2 및 도 13과 동일 부호는 동일 또는 상당을 나타내어, 그 설명을 생략한다.
본 비교예 2의 다른 종래의 반사형 액정 표시 장치에서는, 프론트 광으로부터의 출사광을 수직 방향으로부터 기울임으로써, 도광판(15)의 하부 표면(15a)이나 액정 표시 패널(11)의 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c)에서의 반사광을, 시인 방향인 수직 방향으로부터 기운 방향으로 반사시켜, 시인 방향에서의 영향을 저감할 수 있다. 또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 프론트 광으로부터의 출사광의 각도 분포를 고려하면, 각도 분포는 도광판(15)의 입사면(15c) 측에서 급격히 휘도가 저하되어 있는 것을 알 수 있다. 시인 방향으로 반사되는 광을 효율적으로 감소시키기 위해서는, 입사면(15c)과 반대 방향, 즉, 도광판(15)의 반사면 S1의 각도 α를 더 작게 기울여 출사시킴으로써, 휘도의 피크를 시인 방향으로부터 기울일 수 있다.
그러나, 액정 표시 패널(11)의 반사면(13)이 산란성이 거의 없는 거울면에 가까운 면인 경우에, 반사면(13)에서 반사하는 화상 정보가 인가된 광도, 시인 방향으로는 거의 반사되지 않고, 시인 방향에서의 표시의 휘도가 극히 저하하여, 어두운 것으로 되어 버린다. 휘도를 높이기 위해서는, 액정 표시 패널(11)의 반사면(13)에 산란성을 부여하여, 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c)에 대하여 수직인 방향으로도 반사광이 반사되도록 구성할 필요가 있다. 그러나, 보통의 산란 반사면에서는, 정반사 방향을 중심으로 광이 산란하기 때문에, 수직 방향으로 광을 반사시키기 위해서는, 반사면(13)에서 큰 산란성이 필요하게 된다. 그 결과, 상부 표면(12c)에 대하여 수직인 방향이외로의 산란 반사되는 광의 성분도 커져, 휘도가 저하하는 외에, 휘도 각도 분포의 피크도 수직 방향으로는 되지 않고, 어두운 표시로 되어 버린다.
여기서, 도 15는 도 14에서의 액정 표시 패널(11)의 반사면(13)에 각각 정반사 방향을 중심으로 ±10°, ±20°, ±30°의 범위로 균일하게 광을 산란시키는 것과 같은 산란판을 이용한 경우에, 프론트 광으로부터의 출사광의 각도에 있어서, 시인 방향인 수직 방향의 휘도 상대값을 시뮬레이션에 의해 계산하여 그래프로 나타낸 설명도, 도 16은 도 14에서의 액정 표시 패널(11)의 반사면(13)에 각각 정반사 방향을 중심으로 ±10°, ±20°, ±30°의 범위로 균일하게 광을 산란시키는 것과 같은 산란판을 이용한 경우에, 프론트 광으로부터의 출사광의 각도에 있어서, 시인 방향인 수직 방향의 계조를 시뮬레이션에 의해 계산하여 그래프로 나타낸 설명도이다.
상술한 비교예 및 도 15, 도 16의 시뮬레이션 결과를 감안하여, 이하의 결론을 내렸다.
도 15 및 도 16에 의해, 프론트 광으로부터의 출사 각도가 5° 이상으로 되면 계조가 향상하는 효과가 나타나고, 출사 각도가 10° 정도가 되면 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c)에서 반사된 광 중에서 상부 표면(12c)에 대하여 수직인 방향으로 반사되는 광이 충분히 작아지기 때문에, 충분한 계조 향상 효과가 있는 것을 알 수 있다. 즉, 상부 표면(12c)에서의 반사광 방향과 시인 방향이 10° 이상 분리되면, 충분한 계조가 얻어진다. 이 효과는 액정 표시 패널(11)의 반사면(13)의 산란성이 강할수록, 큰 프론트 광으로부터의 출사 각도까지 유효하게 되어 있고, 산란폭 10°의 산란 반사면에 대하여는 출사 각도 10°정도, 20°의 산란 반사면에 대해서는 출사 각도 20° 정도로 산란 반사면의 산란폭과 거의 동일출사 각도를 가진 경우에 계조가 최대로 되어 있는 것을 알 수 있다.
그 반면, 휘도는 프론트 광으로부터의 출사 각도를 크게 할수록, 산란성이 강한 반사판을 이용해도 저하되는 것을 알 수 있다. 그래서, 밝게 계조가 높은 표시를 얻기 위해서는, 액정 표시 패널(11)의 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c)이나 도광판(15)의 하부 표면(15a)에 의해 반사되는 화상 정보를 포함하지 않는 불필요광과, 액정 표시 패널(11)의 액정층(14)을 투과하여 반사면(13)에서 반사되는 화상 정보를 포함한 광의 반사 방향을 10° 이상 분리하고, 또한, 액정 표시 패널(11)의 반사면(13)에서 반사되는 광의 반사 방향을 수직 방향 근처를 향해 둘 필요가 있다.
이상과 같이, 본 실시예 1 및 2에서의 반사형 액정 표시 장치에서는, 계조 향상을 위해 10° 이상의 분리 각도가 필요하고, 또한, 도 3에 의해, 분리 각도가 거의 10° 이상 얻어지는 경사각 δ로서 3° 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예 2에서의 반사형 액정 표시 장치에서는, 상술한 도 11에 도시하는 바와 같이, 프리즘 어레이(21)의 경사면(21b)의 경사각 δ를 45° 이하로 하는 경우, 프리즘 어레이(21)로의 입사광이 전부 손실로 되지 않고, 또한, 경사각 δ를 될 수 있는 한 작은 각도로 설정함으로써, 프론트 광으로부터의 출사광(19b)의 경사면(21b)에 입사하는 비율이 높아진다. 즉, 화상 정보를 갖는 반사면(13)에서의 반사광(19d)을 상측 기판(12a)의 상부 표면(12c)에 대하여 수직인 방향으로 출사시킬 수 있는 비율이 증가해서, 광의 이용 효율이 높은 반사형 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.
따라서, 프리즘 어레이(21)의 경사면(21b)의 경사각 δ를 3°∼45°로 함으로써, 높은 계조를 얻고, 또한, 광의 이용 효율이 높은 반사형 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.
본 발명은 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 이하에 나타낸 바와 같은 효과를 낸다.
본 발명의 청구항 1에 따른 반사형 액정 표시 장치에서는, 광원과, 광원으로부터의 광을 측면에서 취입하여 하부 표면으로부터 출사하는 도광판과, 도광판의 하부 표면과 평행하게 대향하여 마련되고, 상측 기판 및 하측 기판 사이에 배치된 액정층을 구비한 반사형 액정 표시 패널을 구비한 반사형 액정 표시 장치로서, 도광판의 하부 표면으로부터 출사된 광을 편향시키는 편향 소자를 반사형 액정 표시 패널의 상측 기판의 상부 표면 측에 마련하고, 편향 소자는 반사형 액정 표시 패널의 상측 기판의 상부 표면에 대해 하나의 대략 수직인 면을 광원 측에 형성하고, 해당 대략 수직인 면의 정선을 통해 상측 기판의 상부 표면에 평행한 가상면에 대해 정선으로부터 광원과 반대측에 소정의 경사각을 이루는 경사면을 형성함으로써, 도광판의 하부 표면으로부터 출사되는 광원으로부터의 광이 편향 소자로 반사하는 반사광을, 시인 방향인 수직 방향으로부터 기운 방향으로 반사시킬 수 있어, 높은 계조를 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 청구항 2에 따른 반사형 액정 표시 장치에서는, 광원과, 광원으로부터의 광을 측면에서 취입하여 하부 표면으로부터 출사되는 도광판과, 도광판의 하부 표면과 평행하게 대향하여 마련되고, 상측 기판 및 하측 기판 사이에 배치된 액정층을 구비한 반사형 액정 표시 패널을 구비한 반사형 액정 표시 장치로서, 도광판의 하부 표면으로부터 출사된 광을 편향시키는 편향 소자를 반사형 액정 표시 패널의 상측 기판의 상부 표면 측에 마련하고, 편향 소자는 반사형 액정 표시 패널의 상측 기판의 상부 표면에 대해 복수개의 대략 수직인 면을 광원 측에 형성하고, 대략 수직인 복수개의 면 각각의 정선을 통해 상측 기판의 상부 표면에 평행한 가상면에 대해 각각의 정선으로부터 광원과 반대측에 소정의 경사각을 이루는 경사면을 형성함으로써, 도광판의 하부 표면으로부터 출사되는 광원으로부터의 광이 편향 소자의 경사면에서 반사하는 반사광을, 시인 방향인 수직 방향으로부터 기운 방향으로 반사할 수 있어, 높은 계조를 얻을 수 있고, 또한, 복수개의 편향 소자의 대략 수직인 면인 높이를 낮출 수 있어, 장치로서 소형화·경량화가 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 청구항 3에 따른 반사형 액정 표시 장치에서는, 상측 기판 및 하측 기판 사이에 배치된 액정층을 구비한 반사형 액정 표시 패널을 구비한 반사형 액정 표시 장치로서, 상측 기판의 상부 표면 측으로부터 입사하는 광을 편향시키는 편향 소자를 반사형 액정 표시 패널의 상측 기판의 상부 표면 측에 마련함으로써, 편향 소자에서 반사하는 외광을, 시인 방향인 수직 방향으로부터 기운 방향으로 반사할 수 있어, 높은 계조를 얻을 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. 광원과,
    해당 광원으로부터의 광을 측면에서 취입하여 하부 표면으로부터 출사하는 도광판과,
    해당 도광판의 하부 표면과 평행하게 대향하여 마련되고, 상측 기판 및 하측 기판 사이에 배치된 액정층을 갖는 반사형 액정 표시 패널
    을 구비한 반사형 액정 표시 장치로서,
    상기 도광판의 하부 표면으로부터 출사된 광을 편향시키는 편향 소자를 상기 반사형 액정 표시 패널의 상측 기판의 상부 표면 측에 마련하고,
    상기 편향 소자는 반사형 액정 표시 패널의 상측 기판의 상부 표면에 대해 하나의 대략 수직인 면을 광원 측에 형성하고, 해당 대략 수직인 면의 정선(頂線)을 통해 상기 상측 기판의 상부 표면에 평행한 가상면에 대해 상기 정선으로부터 상기 광원과 반대측에 소정의 경사각을 이루는 경사면을 형성하고,
    상기 편향 소자의 경사면의 경사각은, 도광판의 하부 표면으로부터 출사되는 광 중 휘도가 피크가 되는 수직 방향에 대해 이루는 출사각과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는
    반사형 액정 표시 장치.
  2. 광원과,
    해당 광원으로부터의 광을 측면에서 취입하여 하부 표면으로부터 출사하는 도광판과,
    해당 도광판의 하부 표면과 평행하게 대향하여 마련되고, 상측 기판 및 하측 기판 사이에 배치된 액정층을 갖는 반사형 액정 표시 패널
    을 구비한 반사형 액정 표시 장치로서,
    상기 도광판의 하부 표면으로부터 출사된 광을 편향시키는 편향 소자를 상기 반사형 액정 표시 패널의 상측 기판의 상부 표면 측에 마련하고,
    편향 소자는 반사형 액정 표시 패널의 상측 기판의 상부 표면에 대해 복수개의 대략 수직인 면을 광원 측에 형성하고, 해당 대략 수직인 복수개의 면 각각의 정선을 통해 상기 상측 기판의 상부 표면에 평행한 가상면에 대해 상기 각각의 정선으로부터 상기 광원과 반대측에 소정의 경사각을 이루는 경사면을 형성하고,
    상기 편향 소자의 경사면의 경사각은, 도광판의 하부 표면으로부터 출사되는 광 중 휘도가 피크가 되는 수직 방향에 대해 이루는 출사각과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는
    반사형 액정 표시 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 편향 소자의 경사면의 경사각이 3°~ 45°인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 편향 소자로서 배설되는 프리즘 어레이의 각 프리즘의 간격은, 반사형 액정 패널의 화소의 간격보다도 좁은 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 편향 소자에 무반사막이 피막된 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
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