KR100743333B1 - 반사형 표시 디바이스 - Google Patents

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KR100743333B1
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샤프 가부시키가이샤
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Abstract

반사형 표시 디바이스는, 가상 면상에 2차원으로 배열되는 복수의 단위 구조를 갖는 재귀성 반사층과, 재귀성 반사층보다 뷰어에게 가깝게 배치되고, 상이한 광학 특성을 갖는 제1 상태와 제2 상태로 전환할 수 있는 변조층을 포함한다. 반사형 표시 디바이스는 재귀성 반사층으로부터 다시 반사되는 광을 이용해 표시 작동을 행한다. 재귀성 반사층의 각 단위 구조는 상호 직교하는 3면에 의해 규정되는 리세스(recess)를 갖는다. 복수의 단위 구조는 거의 동일한 방향으로 배열된다. 가상 면에 대해 3면 중 1면의 법선을 투영함으로써 규정되는 방위각 방향과, 가상 면에 대해 스크린 하 방향을 투영함으로써 규정되는 또 다른 방위각 방향은 30°미만의 각도를 형성한다.
반사형 표시 디바이스, 가상 면, 재귀성 반사층, 변조층, 방위각

Description

반사형 표시 디바이스{REFLECTIVE DISPLAY DEVICE}
도 1(a) 및 1(b)는 산란형 액정 표시 모드와 재귀성 반사판을 조합한 반사형 액정 표시 디바이스의 작동 원리를 나타내는 도면.
도 2(a) 및 2(b)는 코너 큐브 어레이의 평면도 및 사시도.
도 3(a)∼3(c)는 MCCA 1∼3의 단위 구조(코너 큐브)를 나타내는 상면도.
도 4는 표시 패널의 배면 측에 재귀성 반사판을 구비한 표시 디바이스의 종래의 구성을 나타내는 개략적인 단면도.
도 5(a) 및 5(b)는 MCCA에 입사하는 광이 반사되는 방향을 도시한 사시도 및 평면도.
도 6은 MCCA에 의해 반사되는 광의 세기 분포를 측정하기 위한 시스템을 나타내는 개략적인 도면.
도 7(a)는 MCCA에 의해 반사되는 광의 세기 분포의 결과를 도시한 도면.
도 7(b)는 MCCA에서의 방위각을 도시한 평면도.
도 8은 표시 디바이스의 반사율 특성을 측정하기 위한 시스템을 나타내는 개략적인 도면.
도 9(a)는 2회 반사 방향의 방위각 방향으로부터 광이 입사하는 상태에서의 표시 디바이스의 반사율 특성을 도시한 그래프.
도 9(b)는 2회 반사 방향의 방위각 방향에서 60°이동한 방향으로부터 광이 입사하는 상태에서의 표시 디바이스의 반사율 특성을 나타내는 그래프.
도 10(a)는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 반사형 표시 디바이스의 구성을 나타내는 개략적인 단면도.
도 10(b)는 반사형 표시 디바이스에서의 재귀성 반사층의 배치를 도시한 평면도.
도 11(a) 및 11(b)는 표시 디바이스의 뷰잉각 방향을 나타내는 도면.
도 12(a)는, 2회 반사 방향을 가상 면에 대해 투영함으로써 규정되는 방위각 방향과, 온-스크린 하 방향 간에 형성되는 각도 ω를 도시하는 도면.
도 12(b)는, 코너 튜브의 3면 중 1면의 법선을 가상 면에 대해 투영함으로써 규정되는 방위각 방향과, 온-스크린 하 방향 간에 형성되는 각도 γ를 도시하는 도면.
도 13(a) 및 13(b)는 제1 실시예에 따른 재귀성 반사층의 배치를 나타내는 도면.
도 14(a) 및 14(b)는, 높은 형상 정밀도를 갖는 MCCA에 의해 2회 반사되는 광을 평면 XIVb-XIVb에서 나타내는 재귀성 반사층의 평면도 및 재귀성 반사층의 단면도.
도 15는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 반사형 표시 디바이스의 구성을 나타내는 개략적인 단면도.
도 16(a) 및 16(b)는 바람직한 제2 실시예의 반사형 표시 디바이스에서의 2 회 반사광에 의해 야기되는 영향을 도시하는 단면도.
도 17은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 반사형 표시 디바이스의 구성을 나타내는 개략적인 단면도.
도 18은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 또 다른 반사형 표시 디바이스의 구성을 나타내는 개략적인 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 액정층
2 : 재귀성 반사층
10 : 전면 기판
12 : 후면 기판
14 : 투명 도전막
15 : 표시 패널
16 : 화소 전극
18 : 배향막
20 : 수지층
21 : 금속층
23 : 기체
[특허문헌 1] 일본특허공개공보 평5-107538호
[특허문헌 2] 일본특허공개공보 제2000-19490호
[특허문헌 3] 일본특허공개공보 제2002-107519호
[특허문헌 4] 일본특허공개공보 평11-15415호
본 발명은 재귀성 반사층(retroreflective layer)을 구비한 반사형 표시 디바이스에 관한 것이다.
종래에, 주변 광을 광원으로서 이용하여 표시를 행하는 반사형 액정 표시 디바이스가 알려져 있다. 투과형 액정 표시 디바이스와는 다르게, 반사형 액정 표시 디바이스는 백 라이트를 필요로 하지 않기 때문에, 광원용 전력를 절약하고, 사용자가 소형의 배터리를 이용할 수 있게 한다. 또한, 투과형 디바이스에서의 백 라이트를 위한 공간 또는 디바이스 자체의 무게를 절약할 수 있다. 이러한 이유로, 반사형 액정 표시 디바이스는 가능한 한 가볍고 얇아야 하는 다양한 타입의 전자 디바이스에 효과적으로 적용할 수 있다.
산란형 액정 표시 모드와 재귀성 반사판(retroreflector)을 조합하는 기법은, 반사형 액정 표시 디바이스의 표시 성능을 향상시키는 공지된 기법 중 하나이다. 그러한 기법은, 예를 들어 일본공개특허공보 평5-107538호, 제2000-19490호, 제2002-107519호 및 평11-15415호에서 개시한다.
이하에서, 그러한 기법을 채택한 표시 디바이스의 작동 원리를, 표시 디바이스의 흑 및 백 표시 모드를 개략적으로 나타내는 도 1(a) 및 1(b)를 참조하여 설명 한다.
도 1(a)에 도시한 바와 같이, 액정층(1)이 투과 상태가 되도록 제어하는 경우, 표시 디바이스 외부의 광원(5)으로부터 입사되는 광(3)은 액정층(1)을 투과한 후, 재귀성 반사판(2)에 의해 화살표 4b로 표시한 방향으로 다시 반사된다. 그래서 광원(5)으로부터 입사되는 광(3)은 뷰어(viewer)(6)에게 도달하지 않는다. 그러한 상태에서, 이 표시 디바이스로부터 뷰어(6)에게 도달한 화상(image)은 뷰어 자신의 눈의 화상이다. 이러한 방식으로 "흑(black)" 표시 모드가 구현된다.
한편, 도 1(b)에 도시한 바와 같이, 액정층(1)이 산란 상태가 되도록 제어하는 경우, 광원(5)으로부터 입사되는 광(3)은 액정층(1)에 의해 산란된다. 구체적으로 설명하면, 액정층(1)이 전방 산란형 액정층인 경우, 입사하는 광(3)의 대부분은 액정층(1)에 의해 전방 산란된 후, 재귀성 반사판(2)에 의해 다시 반사되어 산란 상태의 액정층(1)을 통해 뷰어(6)에게로 향한다(화살표 4w). 이 경우, 재귀성 반사판(2)의 재귀성 반사율(retroreflectivity)은 액정층(1)에 의한 산란에 의해 혼잡해지기 때문에, 입사 광(3)은 그 광원으로 되돌아가지 않는다. 한편, 입사 광(3)의 일부는 액정층(1)에 의해 후방 산란되고, 뷰어(6)에게로 향한다(도시하지 않음). 이 경우, 뷰어(6)에게로 향한 광의 일부는 뷰어(6)의 눈에 도달하여 "백(white)" 표시 모드를 구현한다. 이 작동 원리에 따르면, 액정층(1)의 후방 산란뿐만 아니라 전방 산란도 효과적으로 이용할 수 있다. 그 결과, 더 밝은 "백" 표시를 얻는다.
이 작동 원리에 기초해 표시 작동을 행함으로써, 편광기를 이용하지 않는 흑 백 표시(monochrome display)를 실현한다. 따라서, 편광기의 이용에 의한 광 효율의 저하가 발생하지 않는 고선명 반사형 액정 표시 디바이스를 실현한다.
도 1(a) 및 1(b)에 도시한 재귀성 반사판(2)으로서, 마이크로스피어 어레이, 마이크로 렌즈 어레이 및 코너 큐브 어레이와 같은 단위 구조의 2차원 어레이를 이용할 수도 있다. 이와 같은 다양한 타입의 어레이 중 "코너 큐브 어레이(corner cube array)"는, 실질적으로 상호 직교하는 3면에 의해 각각 규정되는 코너 큐브를, "가상 면(virtual plane)"상에 2차원 배열한 것이다. "가상 면"은, 통상적으로는 표시 디바이스의 표시 패널 표면에 평행하게 규정되는 평면이다. 코너 큐브에 입사하는 광은, 이상적으로는 코너 큐브를 형성하는 3면에 의해 그 광의 광원 쪽으로 다시 반사된다. 도 2(a) 및 2(b)는 코너 큐브 어레이의 구성을 나타내는 평면도 및 사시도이다. 도 2(a) 및 2(b)에 도시한 코너 큐브 어레이는 큐빅 코너 큐브 어레이인데, 상호 직교하는 3개의 정사각형 면에 의해 각각 규정되는 수많은 코너 큐브는 2차원으로 배열된다.
코너 큐브 어레이는 높은 재귀성 반사율을 가질 수도 있다. 이에 의해, 코너 큐브 어레이를 이용함으로써, 반사형 표시 디바이스상의 콘트라스트비(contrast ratio)가 증가할 수 있다. 코너 큐브 어레이를 이용하는 반사형 표시 디바이스의 스크린상에서의 콘트라스트비를 더 증가시키기 위하여, 일본공개특허공보 제2002-107519호는, 작은 크기의 코너 큐브로 구성하는 코너 큐브 어레이를 재귀성 반사판으로서 이용하는 점을 개시한다. 그와 같이 작은 크기의 코너 큐브로 구성하는 코너 큐브 어레이는, 이하에서 "MCCA(micro corner cube array)"라고 간주한다. 또 한, MCCA에서의 코너 큐브의 배열 피치는, 본 명세서에서는 도 2(a)에 도시한 바와 같이 Pcc(2개의 인접한 꼭지점(vertex) 간의 최단 거리)와 동일하다.
다음으로, MCCA를 재귀성 반사판으로서 이용하는 반사형 표시 디바이스의 구체적인 구성을 설명한다.
MCCA를 구비한 반사형 표시 디바이스는, 표시 패널의 반대 측(즉, 뷰어와 반대 측)에 MCCA가 위치하도록, 표시 패널의 외부에 MCCA를 배치함으로써 형성할 수도 있다. MCCA가 표시 패널의 뷰어의 반대 측에 부착되는 배치(본 명세서에서는 "MCCA 부착 구조"로서 간주함)는, 예를 들어 일본공개특허공고 평11-15415호에서 개시한다. 본 명세서에서 사용하는 "표시 패널(display panel)"은, 액정층과 같은 변조층(modulating layer)과, 변조층에 전압을 인가하기 위한 전압 인가 수단이 2개의 대향하는 기판 사이에 존재하는 패널로서 간주한다. 본 명세서에서는 이러한 2개의 대향하는 기판 중, 뷰어와 대향하는 기판은 "전면 기판(front substrate)"으로서 간주하고, 뷰어와 대향하지 않는 다른 기판은 "후면 기판(rear substrate)"으로서 간주한다. MCCA 부착 구조에서, MCCA는 후면 기판의 배면 측에 배치한다.
한편, MCCA를 표시 패널의 2개의 기판 사이에 배치하는 구조(본 명세서에서는 "MCCA 매입 구조(MCCA embedded structure)"로서 간주함)를 갖는 반사형 표시 디바이스를 또한 제안한다. 예를 들어, 상술한 일본공개특허공보 제2002-107519호는, 표시 패널의 변조층과 후면 기판 사이에 재귀성 반사판을 배치하는 구조를 개시한다.
MCCA를 이용하는 반사형 표시 디바이스에서, 광의 누설에 의해 흑 표시의 콘 트라스트비가 약간 떨어질 수도 있고, 흑 표시가 약간 밝아질 수도 있으며("어두운 상태 누설("dark-state leakage)"로 불림), 또는 MCCA의 형상 및 면 정밀도 또는 광이 MCCA에 입사하는 방향에 따라, 백 및 흑은 그레이 스케일 톤(gray scale tone) 표시 모드로 흔히 반전("그레이 스케일 반전(gray scale inversion)"으로 불림)할 수도 있다. 본 발명자는 이러한 문제점을 상세하게 분석한다. 그리고 분석 결과는 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
다음의 예에서, 서로 다른 형상을 갖는 MCCA 1∼3을 설명한다. 도 3(a)∼3(c)는 MCCA 1∼3의 단위 구조(즉, 코너 큐브)를 나타내는 상면도이다.
도 3(a)는 MCCA 1을 형성하는 코너 큐브 중 1개를 도시한다. 이 코너 큐브는, 실질적으로 상호 직교하는 직각 이등변 삼각형의 3면을 갖고 있고, 이 상면도에서는, 3개의 이등변 삼각형으로 구성하는 정삼각형(7)으로서 나타낸다. MCCA 1에서는, 이와 같은 수많은 코너 큐브가 가상 면상에 배열된다. 도 3(b)는 MCCA 2를 형성하는 다수의 코너 큐브 중 7개를 도시한다. MCCA 2를 형성하는 각 코너 큐브는, 이 상면도에서는, 중심이 저점(bottom point)에 의해 규정되는 정육각형(8)으로서 나타낸다. 도 3(c)는 MCCA 3을 형성하는 다수의 코너 큐브 중 6개를 도시한다. MCCA 3을 형성하는 각 코너 큐브는, 이 상면도에서는, 중심이 저점에 의해 규정되는 직사각형(9)으로서 나타낸다.
우선, MCCA를 형성하는 코너 큐브가, 도면상에서, 대칭 중심이 저점에 의해 규정되는 점 대칭 패턴에 의해 표현되지 않는 경우를 설명한다. 예를 들어, 도 3(a)에 도시한 코너 큐브는, 그 상면도에서는 정삼각형(7)으로 표현되지만, 그 정 삼각형(7)은 점 대칭이 아니다. 그래서 그러한 코너 큐브로 구성하는 MCCA에서는, MCCA에 대해 수직으로 입사하는 광이더라도, 코너 큐브상의 입사 포인트에 따라 코너 큐브를 형성하는 모든 3면에 의해 반사되지 않을 수도 있다. MCCA는, 상술한 바와 같이, 가상 면상에 2차원으로 배열되는 코너 큐브를 구비한다는 점을 알아야 한다. 그래서 "MCCA에 대해 수직으로(또는 코너 큐브 어레이)"라는 문구는, 본 명세서에서는 "MCCA의 가상 면에 대해 수직으로"라는 의미이다. 일반적으로, MCCA에 대해 수직인 경우, MCCA을 구비한 표시 디바이스의 표시 스크린의 표면상에 수직으로 영향을 미친다.
도 3(a)에 도시한 바와 같이, 포인트 a에서 MCCA 1에 대해 수직으로 입사하는 광은, 포인트 a, b 및 c로부터 순서대로 반사된다. 즉, 단일 코너 큐브의 3면으로부터 순서대로 반사되어 광원 쪽으로 향한다. 그러나 다른 포인트 d에서 MCCA 1에 대해 수직으로 입사하는 광은, 포인트 d 및 e로부터 순서대로 반사된 후, 이 코너 큐브를 벗어난다. 즉, 포인트 d에 입사하는 광은, 코너 큐브의 3면 중 단지 2면에 의해 반사되므로, 재귀성 반사가 아니라, 서로 다른 방향으로 진행한다. 반대로 설명하면, 포인트 e에 대해 상이한 방향으로부터 입사하는 광은 포인트 d로부터 반사된 후, MCCA 1에 대해 수직으로 코너 큐브를 벗어난다.
상술한 바와 같이, 광이 MCCA에 대해 수직으로 입사하는 경우, 광이 단일 코너 큐브의 3면의 사전설정된 영역에 입사하면, 그 광은 의도한 바와 같이 재귀성 반사될 것이다. 도 3(a)에 도시한 코너 큐브에서, 사전설정된 영역은, 중심이 상면도의 저점에 의해 규정되는 정육각형(7')에 의해 표현된다. 한편, 코너 큐브의 3면의 다른 영역에 대해 입사하는 광은, 그 광이 입사한 방향이 아닌 다른 방향으로 반사될 것이다. 이는, 광이 사전설정된 입사 방향이 아닌 다른 방향으로부터 코너 큐브에 입사하는 경우, 광은 MCCA에 대해 수직으로 반사된다는 점을 의미한다. 이에 의해, 그러한 MCCA를 이용하는 반사형 표시 디바이스에서는, 뷰어가 그 표시 디바이스의 스크린을 정면으로 바라보더라도, 흑 표시 모드에서의 표시용으로 이용하는 외부 광의 일부가 뷰어의 눈에 입사되므로, 상술한 어두운 상태 누설 또는 그레이 스케일 반전을 일으킨다.
다음으로, MCCA를 형성하는 코너 큐브가, 대칭 중심이 상면도의 저점에 의해 규정되는 점 대칭 패턴으로 표현되는 경우를 설명한다. 예를 들어 도 3(b) 및 3(c)에 도시한 각 코너 큐브는, 대칭 중심이 상면도의 저점에 의해 규정되는 점 대칭 패턴(정육각형(8) 또는 직사각형(9))으로 표현된다. 마찬가지로, 도 2(a) 및 2(b)를 참조하여 설명한 큐빅 코너 큐브 어레이에서, 각 코너 큐브는, 대칭 중심이 상면도의 저점에 의해 또한 규정되는 정육각형으로 표현된다.
그러한 코너 큐브로 구성하는 MCCA에 대해 수직으로 입사하는 어떤 광은, 코너 큐브의 어떤 영역에 입사 포인트가 위치하더라도, 그 입사 포인트를 포함하는 코너 큐브의 3면에 의해 항상 광원 쪽으로 다시 반사된다. 따라서, 뷰어가 그러한 MCCA를 구비한 표시 디바이스의 스크린을 정면에서 바라보는 경우, 원칙적으로는 어두운 상태 누설 또는 그레이 스케일 반전이 발생해서는 안 된다. 그러나 후술하는 바와 같이, 그러한 MCCA를 구비한 반사형 표시 디바이스에서도, 광이 MCCA에 대해 수직이 아닌 방향으로 입사하는 경우, 그 광의 일부는 광원 쪽으로 다시 반사되 지 않는다. 이에 의해, 뷰어가 그 표시 디바이스의 스크린을 보는 방향에 따라 어두운 상태 누설 또는 그레이 스케일 반전이 발생할 수도 있다.
또한, MCCA의 각 코너 큐브가 평면 패턴을 갖더라도, 특히 코너 큐브가 MCCA에서의 아주 작은 피치에 배열될 때 높은 면 정확도를 갖는 코너 큐브를 정의하는 것은 매우 어렵다. 그래서 각 코너 큐브는 "법선 각도(normal angle)" 또는 평면성(planarity)의 정도에 대한 에러가 존재한다. 본 명세서에서 사용하는 바와 같이, "법선 각도"는, 코너 큐브의 어떤 면에 대한 법선과, 가상 면 사이에 형성되는 각도로서 간주한다. 그러므로 법선 각도에 대한 에러가 존재하는 경우, 가상 면에 대한 코너 큐브의 1면의 법선에 의해 규정되는 각도는 이상적인 각도가 아니고, 코너 큐브의 3면에 의해 형성되는 각도는 90°가 아니다. 한편, 평면성에 대한 에러는 코너 큐브의 어떤 면의 부분적 또는 전체적인 휨(warp) 및 코너 큐브의 정점 또는 저점의 둥글어짐(rounding)을 의미한다. 그러한 에러에 의해, MCCA의 재귀성 반사율이 떨어진다. 그 결과, 뷰어가 스크린을 정면에서 보는 경우에도, 어두운 상태 누설 또는 그레이 스케일 반전이 여전히 발생할 수도 있다.
따라서, 그러한 어두운 상태 누설 또는 그레이 스케일 반전의 제거와, MCCA를 구비한 종래의 반사형 표시 디바이스를 이용함으로써 실현되는 양호한 표시 품질을 얻기가 어렵다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 그러한 어두운 상태 누설 또는 그레이 스케일 반전의 제거와, MCCA 형상을 갖는 재귀성 반사층을 구비한 반사 형 표시 디바이스를 이용함으로써 향상된 표시 품질을 얻는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반사형 액정 표시 디바이스는, 가상 면상에 2차원으로 배열되는 복수의 단위 구조를 갖는 재귀성 반사층과, 재귀성 반사층보다 뷰어에게 가깝게 배치되고, 상이한 광학 특성을 갖는 제1 상태와 제2 상태로 전환할 수 있는 변조층을 포함한다. 반사형 표시 디바이스는 재귀성 반사층으로부터 다시 반사되는 광을 이용해 표시 작동을 행한다. 재귀성 반사층의 각 단위 구조는, 상호 직교하는 3면에 의해 규정되는 리세스(recess)를 갖는다. 복수의 단위 구조는 거의 동일한 방향으로 배열된다. 가상 면에 대해 3면 중 1면의 법선을 투영함으로써 규정되는 방위각 방향과, 가상 면에 대해 스크린 하 방향을 투영함으로써 규정되는 또 다른 방위각 방향은 30°미만의 각도를 형성한다.
본 발명의 일 실시예에서, 각도는 10°이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 반사형 표시 디바이스는, 가상 면상에 2차원으로 배열되는 복수의 단위 구조를 갖는 재귀성 반사층과, 재귀성 반사층보다 뷰어에게 가깝게 배치되고, 상이한 광학 특성을 갖는 제1 상태와 제2 상태로 전환할 수 있는 변조층을 포함한다. 반사형 표시 디바이스는 재귀성 반사층으로부터 다시 반사되는 광을 이용해 표시 작동을 행한다. 재귀성 반사층의 각 단위 구조는 상호 직교하는 3면에 의해 규정되는 리세스(recess)를 갖는다. 복수의 단위 구조는 거의 동일한 방향으로 배열된다. 가상 면에 대해 거의 수직으로 입사한 후, 단위 구조 중 어떤 단위 구조의 3면 중 2면에 의해서만 반사되는 광은, 단위 구조의 형상에 의해 규정되는 복수의 특정 방향으로 다시 진행한다. 가상 면에 대해 특정 방향 중 어떤 방향을 투영함으로써 규정되는 방위각 방향과, 가상 면에 대해 스크린 하 방향을 투영함으로써 규정되는 또 다른 방위각 방향은 30°미만의 각도를 형성한다.
본 발명의 일 실시예에서, 각도는 10°이하인 것이 바람직하다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 상호 직교하는 각 단위 구조의 3면은 모두 정사각형이다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 반사형 표시 디바이스는, 변조층보다 뷰어에게 가깝게 배치되는 전면 기판과, 변조층의 배면 측에 배치되고, 전면 기판과 대향하는 후면 기판과, 변조층에 전압을 인가하기 위한 수단을 더 포함한다. 이 수단은 전면 기판과 후면 기판의 사이에 배치된다. 재귀성 반사층은 변조층과 후면 기판의 사이에 배치될 수도 있다.
바람직한 대안 실시예에서, 반사형 표시 디바이스는, 변조층보다 뷰어에게 가깝게 배치되는 전면 기판과, 변조층의 배면 측에 배치되고, 전면 기판과 대향하는 후면 기판과, 변조층에 전압을 인가하기 위한 수단을 더 포함한다. 이 수단은 전면 기판과 후면 기판의 사이에 배치된다. 재귀성 반사층은 변조층과 후면 기판의 사이에 배치될 수도 있다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 반사형 표시 디바이스는, 재귀성 반사층과 후면 기판 사이에 1.06 내지 2.7의 굴절률을 갖는 높은 굴절률 층을 더 포함할 수도 있고, 재귀성 반사층의 단위 구조의 각 표면은 높은 굴절률 층과 접촉할 수도 있다.
대안으로, 반사형 표시 디바이스는, 재귀성 반사층과 후면 기판 사이에 1.0 내지 1.06의 굴절률을 갖는 낮은 굴절률 층을 더 포함할 수도 있고, 재귀성 반사층의 단위 구조의 각 표면은 낮은 굴절률 층과 접촉할 수도 있다.
상술한 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 어두운 상태 누설 현상은 재귀성 반사층을 구비한 반사형 표시 디바이스에서 많이 감소하고, 표시 콘트라스트비는 증가할 수 있다. 추가로, 그레이 스케일 반전도 감소할 수 있고, 양호한 시인성(visibility)을 갖는 우수한 표시 품질이 실현된다. 더욱이, 어두운 상태 누설 및 그레이 스케일 반전은, 뷰어가 표시 디바이스의 스크린을 어떤 방향에서 보더라도 최소화할 수 있다.
본 발명의 다른 특징, 엘리먼트, 프로세스, 공정, 특성 및 장점은, 첨부한 도면을 참조하여 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명을 통해 더욱 명백해질 것이다.
본 발명자는 다양한 측정을 수행하여, 재귀성 반사층을 구비한 종래의 반사형 표시 디바이스의 그러한 문제점을 조사한다. 그 결과는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 전에 기술한다. 다음의 예에서, MCCA 부착 구조를 갖는 반사형 표시 디바이스를 예로서 설명한다.
도 4는 MCCA 부착 구조를 갖는 반사형 표시 디바이스의 종래의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다. 표시 디바이스(100)는, 표시 패널(15)과, 표시 패널(15)의 배면 측에 배치되는 재귀성 반사층(2)을 포함한다.
표시 패널(15)은, 컬러 필터(도시하지 않음), 투명 도전막(14) 및 배향막(18)을 구비한 전면 기판(10)과, 전면 기판(10)에 대향하도록 배치된 후면 기판(12)을 포함한다. 산란 상태 또는 투과 상태를 가정할 수 있는 산란 액정층(1)은, 이러한 2개의 기판 10과 12 사이에 삽입된다. 후면 기판(12)의 표면상에는, 스위칭 소자로서 기능하는 TFT(thin-film transistor)(도시하지 않음), 화소 전극(16) 및 배향막(18)을 형성한다. 표시 패널(15)의 주요 컴포넌트는, 일반적으로 거의 동일한 굴절률(예를 들어, 약 1.5)을 갖는다.
재귀성 반사층(2)은 후면 기판(12)의 배면 측에 형성하고, MCCA 형상을 규정하는 수지층(20)과, 수지층(20)상에 적층되는 금속층(21)을 포함한다. 재귀성 반사층(2)과 후면 기판(12) 간의 갭(gap)은 기체(23)(예를 들어, 1.00의 굴절률을 갖는 공기)로 채운다.
TFT 및 화소 전극(16)을 이용해 액정층(1)에 인가되는 전압을 제어함으로써, 표시 디바이스(100)는 액정층(1)의 산란 및 투과 상태 사이를 전환할 수 있다.
액정층(1)이 입사하는 광을 투과하도록 제어하는 경우, 표시 디바이스(100)의 전면 기판(10)에 입사하는 광(24)은, 표시 패널(15)을 투과하여 재귀성 반사층(2)의 금속층(21)에 도달한다. 다음으로, 광(24)은, 표시 패널(약 1.5의 굴절률)과 공기(약 1.00의 굴절률) 간의 계면에서, 도 4에 도시한 바와 같이 굴절된다. 외부 공기를 통해 전면 기판(10)에 입사하는 광(24)의 입사각 θA는, 공기(23)를 통해 금속층(21)으로 입사하는 광(24)의 입사각 θB와 거의 동일하게 된다. 입사각 θA 및 θB는, 표시 패널(15)의 표면에 수직인 방향과, 광(24)이 입사하는 방향 사이에서 규정되는 극각(polar angle)과, MCCA의 가상 면에 수직인 방향과, 광(24)이 입사하는 방향 사이에서 규정되는 극각으로서 각각 간주한다.
이에 의해, MCCA 형상을 갖는 금속층(21)에 입사하는 광의 재귀성 반사율을 분석함으로써, 표시 디바이스(100)에 입사하는 광의 재귀성 반사율을 알 수 있고, 표시 디바이스(100)의 흑 표시 모드 특성을 분석할 수 있게 된다.
그래서, MCCA 형상을 갖는 금속층(21)에 입사하는 광의 방향이 반사되는 도 5(a) 및 5(b)를 참조하여 설명한다. 다음의 예에서, 금속층(21)은, 거의 상호 직교하는 사각형의 3면에 의해 각 코너 큐브가 규정되는 큐빅 코너 큐브 어레이의 표면인 것으로 가정한다.
금속층(21)이 MCCA 형상을 매우 정확하게 규정하는 경우, 가상 면에 대해 수직으로 입사하는 광(26)은, 도 5(b)에 도시한 바와 같이, 광(26)의 입사 포인트를 포함하는 코너 큐브(본 명세서에서는 "입사 코너 큐브"로서 간주함)의 3면에 의해 순서대로 반사되어, 광원 쪽으로 다시 반사된다.
한편, 또 다른 광(28)이 재귀성 반사층에 대해 수직이 아닌 방향으로 입사하는 경우(즉, 재귀성 반사층의 법선에 대해 어느 정도의 경사각(tilt angle)을 규정함), 광(28)은, 도 5(b)에 도시한 바와 같이, 입사 코너 큐브의 3면 중 2면으로부터는 순서대로 반사되지만, 다른 면에 대해서는 입사되지도 않고, 광원 쪽으로 다시 반사되지도 않는다. 입사 코너 큐브의 3면 중 2면으로부터만 반사되는 광은, 본 명세서에서는 "2회 반사광(twice reflected light)"으로서 간주한다.
입사광이 가상 면에 대해 수직으로 MCCA에 입사하는 경우이더라도, MCCA가 낮은 형상 정밀도(법선 각도 및 평면성 정도에 의해)를 갖는 상황에서는 그러한 2회 반사광이 여전히 생길 수도 있다.
본 발명자는 도 6에 도시한 광학 시스템을 이용하여, MCCA에 의해 반사되는 광의 세기 분포를 측정하였고, 2회 반사광이 진행하는 방향을 추적하였다. 이 측정 기법 및 그 결과를 이하에서 설명한다.
코너 큐브가 법선 각도, 평면성 정도 등에 대한 에러를 갖고, 12㎛의 피치로 배열되는 낮은 형상 정밀도를 갖는 큐빅 코너 큐브 어레이를 측정하였다. 구체적으로 설명하면, 도 6에 도시한 바와 같이, 광원(34)으로부터의 광은 그러한 코너 큐브 어레이를 구비한 재귀성 반사판(30)에 대해 수직으로 입사하고, 그 출사 방향(방위각 및 극각에 의해 표현함)을 천구면(32)상에서 측정하였다.
도 7(a)는 측정 결과로서 얻은 반사광의 세기 분포를 도시한다. 반사된 광의 출사 방향은, 후술하는 바와 같이, MCCA의 가상 면상의 방위각(azimuth angle) α와, 가상 면의 법선에 대한 극각 β로 표현한다.
도 7(b)에 도시한 바와 같이, 방위각 α는, 2개의 인접한 코너 큐브의 저점을 서로 연결하는 최단 라인을 기준 방향(즉, 0°)으로서 설정함으로써, 재귀성 반사판(30)의 평면도에서 시계 반대 방향으로 정의한다. 극각 β는, 반사된 광의 출사 방향과 재귀성 반사판(30)의 법선(즉, 광원(34)이 위치하는 천장 방향) 사이에 형성되는 각도이다. 극각 β의 크기는 중심으로부터의 거리에 의해 표현한다. 도 7(a)에서, 3개의 원은 β가 30°, 60° 및 80°인 상황을 도시한다. 또한, 도 7(a)의 세기 분포에서, 밝기가 어두울수록(즉, 흑에 가까울수록), 반사광의 세기는 더 강하다.
도 7(a)에서, 밝기는 방위각 α 및 극각 β가 (α=0,β=0), (α=30,β=71), (α=150,β=71) 및 (α=270,β=71)인 4개 포인트에서 상대적으로 어둡다. 그래서 상대적으로 강한 광은 이러한 방향에서 반사된다는 점을 알 수 있다.
이러한 반사광 중에서, 재귀성 반사판(30)의 천장 방향((α=0,β=0)에 의해 표현함)에서 반사되는 강한 광은, 광원(34)으로부터 입사한 후 동일한 방향으로 광원(34) 쪽으로 다시 반사되는 재귀성 반사 광이다. 도 6에 도시한 광학 시스템을 이용하여 천장 쪽으로 반사되는 광의 세기를 정확하게 측정하는 것은 어렵다는 점을 알아야 한다. 이는, 천장 방향(α=0,β=0)에서 반사되는 광의 세기는 측정 시스템에 따라 보정하기 때문이다.
3개의 다른 방향에서 반사되는 강한 광은 상술한 2회 반사광이다. 이러한 2회 반사광은, 코너 큐브의 저점으로부터 정점으로의 3개 방향(즉, α=30°, 150°및 270°)과, 약 71°의 극각 β를 갖는 방향에서 관찰된다.
이 결과를 고려하면, 2회 반사광은, 도 5(b)에 도시한 바와 같이, MCCA의 가상 면상에서, 입사 코너 큐브의 저점으로부터 입사 코너 큐브의 정점 쪽으로 향하는 방위각 방향에서 반사된다는 점을 확인할 수 있다.
도 7(a)에 도시한 측정 결과는, 광이 가상 면에 대해 수직으로 입사하는 경우, 2회 반사광은 어떤 방향에서 진행하는지를 도시한다. 이러한 결과는, 광이 재 귀성 반사판(30)에 대해 2회 반사광의 출사 방향(방위각 α 및 극각 β에 의해 표현)으로부터 입사하는 경우, 입사하는 광은 코너 큐브의 2면으로부터만 반사된 후, 재귀성 반사판(30)에 대해 수직으로 진행한다는 점을 또한 제안한다. 즉, 뷰어가 표시 패널을 정면으로 보는 경우이더라도, 2회 반사광의 출사 방향(본 명세서에서는 "2회 반사 방향"으로 간주함)으로부터 재귀성 반사판(30)에 입사하는 광은 뷰어의 눈에 또한 입사하므로, 흑 표시 모드 동안 어두운 상태 누설 또는 그레이 스케일 반전을 야기한다.
본 발명자는 도 4에 도시한 구성의 샘플 표시 디바이스를 제작하여, 도 8에 도시한 측정 시스템을 이용해 반사율을 측정하였다.
측정은 다음과 같이 수행하였다. 구체적으로 설명하면, 광원(42)으로부터의 광이 샘플 표시 디바이스(40) 쪽으로 입사하고, 반사광은 수광기(44)에서 수신한다. 수광기(44)는, 샘플 표시 디바이스(4O)의 표시 패널에 대해 수직으로 반사되는 광(α=0,β=0)을 수신하도록 배치된다. 한편, 광원(42)으로부터의 광은, 방위각 α가 고정되고, 극각 β(즉, 입사각)가 25°∼ 85°범위에서 변하는 방향으로부터 표시 패널에 입사하도록 광원(42)이 배치된다.
계산된 반사율 특성의 결과를 도 9(a) 및 9(b)에 도시한다. 구체적으로 설명하면, 도 9(a)는, 광의 입사 방향에 의해 규정된 방위각 α가 샘플 표시 디바이스(4O)의 코너 큐브의 저점으로부터 정점으로 향하는 방향에 의해 규정된 방위각(α=30°, 150°또는 270°)과 동일하게 설정된 경우의 측정 결과를 도시한다. 이 방위각은, 도 7(a)에 도시한 바와 같이, 2회 반사광이 관찰되는 방향(즉, 2회 반사 방향)에 의해 규정된 방위각과 동일하다. 한편, 도 9(b)는, 광의 입사 방향에 의해 규정된 방위각 α가, 도 9(a)에 도시한 입사 방향의 방위각을 60°회전시킴(즉, α=90°, 210° 또는 330°)으로써 설정된 경우의 측정 결과이다.
도 9(a) 및 9(b)로부터 알 수 있는 바와 같이, 백 표시 모드에서의 반사율 특성은 샘플 표시 디바이스(4O)의 액정층의 특성에 의해 결정되므로, 방위각 α에 관계없이 거의 변하지 않는다. 한편, 흑 표시 모드에서의 반사율 특성은 방위각 α에 의해 크게 변한다.
입사 방향에 의해 규정된 방위각 α가, 도 9(a)에 도시한 2회 반사 방향에 의해 규정된 방위각과 동일한 상황에서, 입사 방향에 의해 규정된 극각 β(즉, 입사각)가 작은 경우, 흑 표시 모드에서의 반사율은 낮다. 그러나 극각 β가 60°부근까지 증가하는 경우, 반사율은 급격히 증가한다. 그리고 극각 β가 60°이상인 경우, 흑 표시 모드에서의 반사율은 백 표시 모드에서의 반사율보다도 높다. 이는, 방위각 α가 30°, 150°또는 270°이고, 극각 β가 큰 방향(즉, 표시 패널에 대해 수직인 방향으로부터 크게 기울어진 방향)으로부터 광이 입사하는 경우, 그리고 뷰어가 표시 패널을 정면으로 바라보는 경우, 약간 밝아진 흑이 표시되고, 화상의 흑 및 백 부분의 밝기가 반전되며, 또는 표시의 콘트라스트비가 떨어진다. 도 9(a)에서, 흑 표시 모드에서의 반사율이 가장 높은 경우, 입사 방향에 의해 규정된 극각 β는 60°부근이고, 이는 도 7(a)에 도시한 2회 반사 방향의 극각 β인 약 71°와는 일치하지 않는다. 이는 측정의 에러이다. 한편, 입사 방향에 의해 규정된 방위각 α가, 도 9(b)에 도시한 2회 반사 방향에 의해 규정된 방위각 α와 매우 다 른 경우, 흑 표시 모드에서의 반사율은 입사 방향에 의해 규정된 극각 β에 관계없이 낮게 유지된다. 그 결과, 어두운 상태 누설 또는 표시 품질에서의 어떤 다른 저하가 발생하지 않는다.
이러한 결과를 고려하면, 뷰어가 표시 패널을 정면으로 바라보는 경우, 광의 입사 방향이 2회 반사 방향과 일치하지 않으면, 2회 반사광에 의한 어두운 상태 누설 또는 그레이 스케일 반전은 발생하지 않는다. 이에 의해, 어두운 상태 누설 및 그레이 스케일 반전을 최소화하기 위해서는, 메인 광원으로부터 입사하는 광의 방향에 의해 규정된 방위각이 2회 반사 방향에 의해 규정된 방위각과 일치하지 않도록 표시 디바이스를 설계하는 것이 바람직하다. 표시용으로 이용하는 메인 광원의 위치는 표시 패널에 관한 뷰어의 위치에 따라 변할 수 있다는 점을 알아야 한다.
본 발명에 따르면, 어두운 상태 누설 및 그레이 스케일 반전은, 이러한 실험 및 측정 결과에 기초하여 표시 디바이스의 뷰잉각(viewing angle) 방향(즉 뷰어의 위치)을 고려하여 줄일 수 있다.
<실시예 1>
이하에서, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 표시 디바이스를 설명한다. 제1 실시예에 따른 표시 디바이스는, MCCA 부착 구조를 갖고, 표시 패널의 후면 기판과, MCCA 형상을 갖는 재귀성 반사층 간의 갭이 약 1.00의 굴절률을 갖는 기체로 채워진 반사형 표시 디바이스이다.
도 1O(a)는 제1 실시예의 반사형 표시 디바이스의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다. 도 10(a)에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 실시예의 표시 다비이스는 도 4에 도시한 표시 디바이스(100)의 구성과 거의 동일한 구성을 갖는다. 도 10(a)에서, 도 4에 도시한 컴포넌트와 동일한 기능을 하는 컴포넌트는 설명의 편의를 위해 동일한 참조번호를 이용하고, 그에 대한 설명은 생략한다. 도 10(b)는 제1 실시예의 재귀성 반사층(2)의 평면도이다.
도 10(b)에 도시한 바와 같이, 제1 실시예의 재귀성 반사층(2)의 표면은, 상호 직교하는 직사각형의 3면(즉, fx, fy 및 fz 면)에 의해 각각 규정되는 복수의 코너 큐브를 가상 면상에 2차원으로 배열한 MCCA 형상을 갖는다. 재귀성 반사층(2)의 MCCA 형상은, 코너 큐브를 형성하는 면의 평면성 및 법선 각도에 대해 어느 정도의 에러가 존재한다. 이에 의해, 광이 재귀성 반사층(2)에 대해 수직으로 입사하는 경우, MCCA로부터 반사된 광이 도 7(a)에 도시한 세기 분포를 갖게 된다.
제1 실시예에서, 재귀성 반사층(2)은, 가상 면에 대해 상술한 2회 반사 방향(또는 벡터)을 투영함으로써 규정되는 방위각 방향과, 가상 면에 대해 온-스크린 상 방향(on-screen upward direction)(또는 벡터)을 투영함으로써 규정되는 또 다른 방위각 방향이 30°미만인 각도 ω를 형성하도록 배치한다.
제1 실시예의 재귀성 반사층(2)의 배치를 구조적으로 설명한다. 재귀성 반사층(2)이 큐빅 코너 큐브 어레이 형상을 갖는 경우, 가상 면에 대해 코너 큐브의 3면 중 1면의 법선(벡터)을 투영함으로써 규정되는 방위각과, 2회 반사 방향(즉, 저점으로부터 정점 쪽을 향하는 벡터)에 의해 규정된 복수의 방위각 중 어느 하나의 방위각 사이는 180°의 각도를 형성한다. 재귀성 반사층(2)이 큐빅 코너 큐브 어레이 형상이 아닌 MCCA을 갖는 경우이더라도, 가상 면에 대해 코너 큐브의 3면 중 1면의 법선을 투영함으로써 규정되는 방위각과, MCCA 형상의 2회 반사 방향에 의해 규정된 복수의 방위각 중 어느 하나의 방위각 사이의 각도는, MCCA가 높은 형상 정밀도를 갖는 한 180°의 각도를 형성한다. 이에 의해, 가상 면에 대해 코너 큐브의 3면 중 1면의 법선(벡터)을 투영함으로써 규정되는 방위각 방향과, 가상 면에 대해 표시 디바이스의 온-스크린 하 방향(on-screen downward direction)(벡터)을 투영함으로써 규정되는 또 다른 방위각 방향이 30°미만의 각도 γ를 형성하도록 재귀성 반사층(2)을 배치하는 경우, 각도 ω는 30°미만으로 줄일 수 있다.
다음으로, 본 명세서에서의 "온-스크린 방향", "각도 ω" 및 "각도 γ"에 대하여 상세하게 설명한다.
도 11(a) 및 11(b)는 본 명세서에서 정의하는 온-스크린 방향을 도시한다. 도 11(a)에 도시한 바와 같이, 뷰어가 표시 패널(15)의 스크린을 거의 정면으로 바라보는 경우, 뷰어에 대해 수직인 상 방향(50)(즉, 12시 방향)은 "온-스크린 상 방향"으로서 간주하고, 뷰어에 대해 수직인 하 방향(51)(즉, 6시 방향)은 "온-스크린 하 방향"으로서 간주한다. 또한, 도 11(b)에 도시한 바와 같이, 뷰어가 표시 패널(15)의 법선에 대해 약간 경사진 각도를 형성하는 방향으로부터 스크린을 바라보는 경우, 뷰어 측으로부터 다른 측 쪽으로 향하는 방향(52)(즉, 12시 방향)은 "온-스크린 상 방향"으로서 또한 간주하고, 다른 측 쪽으로부터 뷰어 측 쪽으로 향하는 방향(53)(즉, 6시 방향)은 "온-스크린 하 방향"으로서 또한 간주한다.
도 12(a)는 본 명세서에서 정의하는 각도 ω를 도시한다. 상술한 바와 같이, 재귀성 반사층(2)은 가상 면(55)상에 배열된 수많은 코너 큐브(단위 구조)(54) 를 구비한다. 그러한 코너 큐브(54)로 구성하는 MCCA에서, 2회 반사 방향(62)이 가상 면(55)에 대해 투영되는 경우, 방위각 방향(64)은 가상 면(55)상의 2회 반사 방향(62)에 의해 규정된다. 한편, 도 11(a) 및 11(b)를 참조하여 기술한 온-스크린 상 방향이 가상 면(55)에 대해 투영되는 경우, 방위각 방향(66)은 가상 면(55)상의 온-스크린 상 방향에 의해 규정된다. 표시 디바이스에서, 재귀성 반사층(2)의 가상 면(55) 및 표시 패널(15)은 일반적으로 서로 평행하게 배치된다. 이에 의해, 방향(66)이 통상적으로 온-스크린 상 방향과 동일하게 된다. 2회 반사 방향(62)의 방위각 방향(64)과 온-스크린 상 방향(66) 사이에 형성된 각도는, 본 명세서에서는 "각도 ω"로서 간주한다. 도 12(a)에서 나타낸 예에서, 코너 큐브(54)는 큐빅 코너 큐브이므로, 2회 반사 방향은 코너 큐브의 저점으로부터 정점 쪽으로 향한다(도 7(a) 및 7(b) 참조). 그러나 2회 반사 방향은 코너 큐브(54)의 형상에 의해 정의되고, 도 12(a)에 도시한 방향(62)에 한정되지는 않는다.
도 12(b)는 본 명세서에서 정의하는 각도 γ를 도시하고, 도 12(a)에 도시한 바와 같이, 가상 면(55)상에 배열된 코너 큐브(단위 구조)(54)를 나타낸다. 코너 큐브(54)의 3면 중 1면의 법선(벡터)(59)이 가상 면(55)에 대해 투영되는 경우, 방위각 방향(60)은 가상 면(55)상의 법선(59)에 의해 규정된다. 한편, 온-스크린 하 방향이 가상 면(55)에 대해 투영되는 경우, 방위각 방향(58)은 가상 면(55)상의 온-스크린 하 방향에 의해 규정된다. 표시 디바이스에서, 재귀성 반사층(2)의 가상 면(55) 및 표시 패널(15)은 일반적으로 서로 평행하게 배치된다. 이에 의해, 방향(58)은 통상적으로 온-스크린 하 방향과 동일하게 된다. 법선(59)에 의해 규정된 방위각 방향(60)과 온-스크린 하 방향(58) 사이에 형성된 각도는, 본 명세서에서는 "각도 γ"로서 간주한다.
제1 실시예의 재귀성 반사층(2)은 상술한 바와 같이 배치하기 때문에, 뷰어 측으로부터 위로 또는 멀어지는 방향(즉, 온-스크린 상 방향)은 2회 반사 방향 중 하나의 방향과 거의 일치한다. 표시 디바이스가 뷰어의 정면에 위치하는 경우, 뷰어의 상측 또는 깊이 측에 위치하는 반구(hemisphere)로부터 표시 패널 쪽으로 입사하는 광은 표시용으로 주로 이용한다. 제1 실시예에서, 3개의 2회 반사 방향 중 1개 방향의 방위각만이, 그러한 반구로부터 입사하는 광의 방위각과 일치할 수도 있다. 따라서, 3개의 2회 반사 방향 중 2개 방향의 방위각이 반구로부터 입사하는 광의 방위각과 일치할 수도 있는 경우와 비교하면, 2회 반사광에 의한 영향을 ½로 줄일 수 있다. 그 이유에 대해서는 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 13(a)는 전자책과 같은 표시 디바이스의 표시 패널을 나타내는 평면도이고, 도 13(b)는 도 13(a)에 도시한 표시 디바이스에서의 재귀성 반사층의 배치를 나타내는 확대 평면도이다. 이 표시 디바이스에서, 2회 반사 방향 중 한 방향의 방위각 방향(69)은, 도 13(b)에 도시한 바와 같이, 온-스크린 상 방향과 거의 일치하도록(즉, ω＜30°또는 γ＜30°를 만족하도록) 재귀성 반사층이 배치된다. 이 표시 디바이스가 확산 광원하에 수평으로 위치하고, 도 11(b)에 도시한 바와 같이, 뷰어가 표시 패널(15)의 법선에 대한 경사진 각도를 규정하는 방향으로부터 스크린을 바라보는 경우, 뷰어 상측의 반구로부터 표시 패널 쪽으로 입사하는 광을 주로 이용함으로써 화상이 뷰어에게 제공된다. 이 경우, 3개의 2회 반사 방향 중 1개 방향만이 뷰어 위의 반구에 존재하는 반면, 나머지 2개의 방향은 다른 반구에 존재한다. 그 결과, 2회 반사 방향으로부터 표시 패널 쪽으로 입사하는 광의 양을 줄일 수 있다.
강한 점 광원이 뷰어의 위쪽에 존재하는 환경하에서 뷰어가 도 13(a)에 도시한 표시 디바이스를 정면으로 바라보는 경우이더라도, 점 광원의 방향과 2회 반사 방향 간의 일치 확률은, 3개의 2회 반사 방향 중 2개 방향이 뷰어의 위쪽에 존재하도록 재귀성 반사층이 배치된 표시 디바이스와 비교하여 ½로 줄일 수 있다.
2회 반사광에 의한 영향을 더욱 확실하게 줄이기 위하여, 가상 면에 대해 2회 반사 방향을 투영함으로써 규정되는 방위각 방향과, 가상 면에 대해 온-스크린 상 방향을 투영함으로써 규정되는 방위각 방향은 25°이하의 각도 ω를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 가상 면에 대해 코너 큐브의 3면 중 1면의 법선을 투영함으로써 규정되는 방위각 방향과, 가상 면에 대해 온-스크린 하 방향을 투영함으로써 규정되는 방위각 방향은 25°이하의 각도 γ를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 뷰어의 위쪽 또는 앞쪽으로부터 입사하는 광뿐만 아니라, 반구의 적도축(equatorial axis)보다 뷰어에게 20°아래 또는 가까운 방향으로부터 입사하는 광이, 표시 패널에 입사하는 다양한 광 중 표시 목적을 위해 주로 이용되는 경우, 2회 반사광에 의한 영향은 많이 감소할 수 있고, 각도 ω 또는 각도 γ가 10°이하인 경우에도 우수한 표시 품질을 얻는다. 이상적으로는, 각도 ω 또는 각도 γ는 0°와 실질적으로 동일하다.
이러한 방식으로, 제1 실시예에 따르면, 재귀성 반사층(2)의 배치는 MCCA에 의한 2회 반사광을 고려한 뷰잉각 방향에 의해 조정되므로, 복잡한 제조 프로세스 없이도 표시 품질을 향상시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 재귀성 반사층을 구비한 표시 디바이스의 다양한 구성이 제안되었다. 그러나 그 중 어떤 제안도 이러한 배치에 주목하지는 않았다. 또한, 본 발명의 출원인에 의해 출원된 일본공개특허공보 제2003-195788호는, 코너 큐브의 배열 패턴과 반사 전극의 배열 패턴을 서로 정합하여 개구율(aperture ratio)을 증가시키는 구성을 개시한다. 그러나 이 특허문헌은 코너 큐브의 배열 패턴이 뷰잉각 방향에 대해 어떻게 조정돼야 하는지에 대해서는 개시하지 않는다.
재귀성 반사층(2)의 각 단위 구조(즉, 코너 큐브)는 큐빅 코너 큐브일 필요가 없고, 상호 직교하는 삼각형의 3면(또는 다른 형상의 면)으로 구성하는 코너 큐브일 수도 있다. 또한, 재귀성 반사층(2)에서의 코너 큐브(단위 구조)의 배열 피치도 특별히 한정되지는 않는다. 그러나 재귀성 반사층의 기능을 하기 위하여, 어레이의 전체 크기는 사람 눈동자의 크기 이하(예를 들어, 5㎜ 이하)인 것이 바람직하다.
그럼에도, 제1 실시예의 재귀성 반사층(2)에서는 모든 단위 구조가 거의 동일한 방향으로 배열될 필요가 있다. 이 경우, 그러한 단위 구조는 동일한 2회 반사 방향을 갖기 때문에, 전체 재귀성 반사층(2)에 의해 규정된 2회 반사 방향은 서로 120°의 각도를 형성하는 3개 방향이 된다. 각도 ω 또는 각도 γ가 30°미만이 되도록 재귀성 반사층을 배치함으로써, 상술한 바와 같이 2회 반사광에 의한 영향을 줄일 수 있다. 거의 동일한 방향으로 배열되는 단위 구조로 구성하는 재귀성 반사층으로서, 큐빅 코너 큐브 어레이뿐만 아니라 도 3(b) 및 3(c)에 도시한 코너 큐브 어레이도 이용할 수도 있다.
상술한 제1 실시예에서, 재귀성 반사층은 평면성 또는 법선 각도에 대해 어느 정도의 에러가 존재하는 면으로 구성한 MCCA를 구비한다. 대안으로, 재귀성 반사층은 우수한 형상 정밀도를 갖는 MCCA를 구비할 수도 있다. 그러한 경우이더라도, 2회 반사광에 의한 표시 품질의 저하를 또한 최소화할 수 있다.
이하에서, 첨부한 도면을 참조하여, MCCA가 높은 형상 정밀도를 갖는 경우에서의 2회 반사광에 대해 상세하게 설명한다. 도 14(a)는 MCCA 형상을 갖는 재귀성 반사층의 평면도이다. 도 14(b)는 도 14(a)에 도시한 재귀성 반사층을, 30°인 방위각 α를 갖고, 가상 면에 대해 수직으로 규정되는 면 XIVb-XIVb상에서 바라본 단면도이다. 선택적으로, 면 XIVb-XIVb의 방위각 α는 150°또는 270°일 수도 있다.
재귀성 반사층의 표면(70)이 양호한 형상 정밀도를 갖는 경우(예를 들어, 이상적인 MCCA 형상), 그러한 재귀성 반사층에 대해 수직으로 입사하는 광(72)은 표면(70)의 3면에 의해 광원 쪽으로 다시 반사된다. 따라서, 특정 방향으로부터 입사하는 광(76)이 표면(70)에 의해 반사된 후, 재귀성 반사층에 대해 수직으로 MCCA를 벗어난다는 것은 이론적으로 불가능하다. 예를 들어 30°인 방위각 α 및 71°인 극각 β에 의해 규정되는 방향으로부터 광(76)이 입사하는 경우이더라도, 그 광(76)은 표시 패널의 바로 전면에 위치한 뷰어의 눈에 절대로 도달하지 않는다.
그러나 예를 들어 재귀성 반사층의 법선에 대해 2°∼ 3°의 경사각 d를 규 정하는 방향으로부터 코너 큐브의 에지(edge) 근방으로 입사하는 광(74)은, 코너 큐브의 2면에 의해서만 반사된 후, 입사 방향과는 다른 방향으로 진행한다. 입사 방향에서의 광(74)의 방위각 α가 30°, 150° 또는 270°인 경우, 출사 방향에서의 방위각 α는 광(74)의 입사 방향에서의 방위각 α와 동일하다. 그러나 출사 방향에서의 광(74)의 극각 β는, 2회 반사 방향의 극각(예를 들어, 71°)과 비교하여 각도 d만큼 패널의 전면 쪽으로 이동한다(즉, β=71°- d). 재귀성 반사층의 법선에 대해 약간 경사진 각도를 규정하는 방향으로부터 재귀성 반사층 쪽으로 광(74)이 입사하여, 도 7(a)에 도시한 바와 같이 반사광의 세기 분포를 측정한다고 가정한다. 이 경우, 입사 방향에서의 광(74)의 방위각 α가 30°, 150°또는 270°이면, 2회 반사광이 관찰되는 방향의 방위각 α는 입사 방향에서의 광의 방위각과 동일하고, 극각 β는 71°미만이 된다.
그래서 광(74)의 2회 반사광의 출사 방향(예를 들어, α= 30°, β= 71°-d)으로부터 입사하는 광(78)은, 표시 패널의 법선에 대한 경사각 d를 정의하는 방향으로 표시 패널을 벗어난다. 따라서, 뷰어가 표시 패널의 법선에 대한 경사각 d를 규정하는 방향(예를 들어, α= 30°, β = d)으로부터 표시 패널을 바라보는 경우, 특정 방향(예를 들어, α= 30°, β= 71°-d)으로부터 입사하는 광(78)의 2회 반사광은 뷰어에 눈에 도달하므로, 어두운 상태 누설(또는 화상의 흑 부분을 약간 밝게 함)을 야기할 가능성이 있다.
입사 방향에서의 광(74)의 방위각 α가 30°, 150°또는 270°인 경우, 2회 반사광이 관찰되는 방향의 극각 β는 (71-d)°가 된다. 그러나 입사 방향에서의 광(74)의 방위각 α가 이러한 각도가 아닌 경우(즉, 30°, 150°또는 270°로부터 x°만큼 상이함, 여기서 x는 ±60°이하), 2회 반사광이 관찰되는 방향의 극각 β는 (71-d)°보다 y°만큼 커진다(즉, β=(71+y)-d). 이 경우, 각도 y의 크기는 상술한 각도 x에 의해 결정된다. 통상적으로, 각도 x의 절대값이 커질수록, 각도 y가 커지는 경향이 있다. 따라서, 뷰어가 표시 패널의 법선에 대한 경사각 d를 규정하는 방향(예를 들어, α= 30 + x 및 β=d에 의해 정의됨)으로부터 표시 패널을 바라보는 경우, 특정 방향(예를 들어, β=(71+y)-d)으로부터 입사하는 광의 2회 반사광은 뷰어의 눈에 도달한다.
제1 실시예에서, 2회 반사 방향의 방위각 방향 중 1개 방향이 온-스크린 상 방향과 거의 일치하도록 재귀성 반사층(2)이 배치된다. 이에 의해, 재귀성 반사층(2)이 이상적인 MCCA 형상을 갖는 경우에도, 표시 목적으로 이용하는 전체 광에 대한 2회 반사 방향으로부터 입사하는 광의 비율은 줄일 수 있다. 그 결과, 뷰어가 표시 패널을 경사지게 바라보는 경우, 2회 반사광에 의한 표시 품질의 저하를 최소화할 수 있다. 특히, 뷰어가 표시 패널에 수직인 방향에 대해 오른쪽 또는 왼쪽으로 약간 기울어진 경사각을 규정하는 방향으로부터 표시 패널을 바라보는 경우, 2회 반사광에 의한 영향을 효과적으로 줄일 수 있다.
이 경우, 재귀성 반사층(2)이 이상적인 MCCA 형상 또는 준-이상적인 MCCA 형상을 갖는다면, MCCA 형상의 2회 반사 방향은, 도 6을 참조하여 설명한 방법에 의해 반사광의 세기를 측정하더라도 검출할 수 없다. 도 6에 도시한 광학 시스템에서, 광원(34)으로부터의 광이 완전한 평행광이 아닌 경우, 2회 반사광은 발생한다. 한편, 광원(34)으로부터의 광이 거의 평행광인 경우, 재귀성 반사층(2)에 대해 수직으로 입사하는 대부분의 광은 재귀성 반사되고, 2회 반사광의 세기는 많이 약해진다. 그 결과, 2회 반사 방향을 검출하는 것이 어려워진다. 이 경우, 도 6에 도시한 광학 시스템을 이용함으로써, 광원(34)으로부터의 광이 1°이상의 원뿔각(cone angle)에서 재귀성 반사층(2)에 대해 수직으로 향하면, 2회 반사광은 쉽게 발생하고, 도 7(a)에 도시한 바와 같은 반사광의 세기 분포를 얻을 수 있다. 그리고 2회 반사 방향은 반사광의 세기 분포의 결과에 기초해 검출할 수 있다. 본 명세서에서 사용한 바와 같이, "2회 반사 방향", 즉 가상 면에 대해 수직으로 입사한 후, 2면에 의해 반사되는 광의 출사 방향은, 상술한 원뿔각에서 가상 면에 대해 수직으로 입사한 후, 2면에 의해 반사되는 광의 출사 방향을 포함한다고 가정한다.
상술한 바와 같이, 이 바람직한 실시예의 재귀성 반사층(2)은, 예를 들어 일본공개특허공보 제2003-366157호의 출원인에 의해 개시된 방법으로 만들어진 매우 정확한 MCCA 형상, 또는 종래의 방법에 의해 만들어지고 평면성에 약간의 에러가 존재하는 일반적인 MCCA 형상을 가질 수도 있다. 어떤 경우에서도, 본 발명의 사상을 적용함으로써, 2회 반사광에 의한 영향은 크게 줄일 수 있으므로, 표시 품질을 향상시킬 수 있다. 재귀성 반사층(2)의 재귀성 반사율은, 층 제조 방법 및 층의 형상 정밀도에 따라 변할 수 있지만, 이 경우에서 우수한 표시 품질을 얻기 위해서는 적어도 50%인 것이 바람직하다.
상술한 제1 실시예에서, 재귀성 반사층(2)과 후면 기판(12) 간의 갭은, 공기의 굴절률과 거의 동일한 굴절률을 갖는 기체(23)로 채운다. 그러나 본 발명은 이 러한 특정 실시예에 한정하는 것은 아니다. 대안으로, 표시 패널상의 광의 입사각 θA가 재귀성 반사층(2)의 MCCA상의 광의 입사각 θB와 거의 동일한 한 어떤 다른 구성을 채택할 수도 있다. 이에 의해, MCCA의 표면은 1∼l.06의 굴절률을 갖는 기체, 액체 또는 고체(즉, 낮은 굴절률 층)와 접촉할 수도 있다.
<실시예 2>
이하에서, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 표시 디바이스를 설명한다. 제2 실시예의 표시 디바이스는 MCCA 부착 구조를 갖는 반사형 표시 디바이스이다.
도 15는 제2 실시예에 따른 반사형 표시 디바이스의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다. 제2 실시예의 반사형 표시 디바이스는, 표시 패널의 후면 기판(12)과 재귀성 반사층(2) 간의 갭을 1.06 이상의 굴절률을 갖는 액체 또는 고체(83)로 채운다는 점을 제외하고는, 도 10(a)를 참조하여 설명한 바람직한 제1 실시예의 표시 디바이스의 구성과 거의 동일하다. 제2 실시예에서, 1.5의 굴절률을 갖는 수지(83)가 액체 또는 고체로서 이용된다. 도시하지는 않았지만, 제2 실시예의 재귀성 반사층(2)은 도 10(b)에 도시한 MCCA 형상을 갖는다. 도 15에서, 도 10(a)에 도시한 컴포넌트와 동일한 기능을 하는 컴포넌트는, 설명의 편의성을 위하여 동일한 참조번호를 이용하고, 그에 대한 설명은 생략한다.
제2 실시예의 흑 표시 모드에서, 전면 기판(10)에 입사하는 광(80)은 표시 패널을 통해 투과되고, 재귀성 반사층(2)의 표면상의 MCCA에 의해 재귀성 반사되 어, 표시 패널을 다시 통과한 후 광원 쪽으로 향한다. 이 경우, 광(80)은 공기중에서 전면 기판(10)으로 입사할 때 굴절되고, 약 1.5의 굴절률을 갖는 재료로 만들어진 표시 패널을 투과한 후, 수지(83)를 통과하여 재귀성 반사층(2)에 대해 입사한다. 이에 의해, 수지(83)를 통과하여 금속층(21)에 입사하는 광(80)의 입사각(즉, 극각) θB는, 공기중에서 전면 기판(10)으로 입사하는 광(80)의 입사각 θA보다 작아진다.
이하에서, 제2 실시예의 반사형 표시 디바이스상의 2회 반사광에 의한 영향에 대해 상세하게 설명한다. 도 16(a) 및 16(b)는, 제2 실시예의 반사형 표시 디바이스를, 가상 면에 수직이고, 2회 반사 방향을 포함하는 또 다른 면에 평행한 면에서 바라본 단면도이다.
먼저, 도 16(a)를 참조하여, 뷰어가 반사형 표시 디바이스의 표시 패널을 정면으로 바라보는 경우에 대해 설명한다. 광(87)이 MCCA의 2회 반사 방향(예를 들어, α=30°및 β=71°에 의해 정의됨)으로부터 재귀성 반사층(2)상에 입사될 필요가 있는 경우, 광(87)은 90°보다 큰 극각 θA를 갖는 방향으로부터 입사해야 한다. 그러나 실제로 그러한 방향으로부터는 광이 입사할 수 없다. 또한, 2회 반사 방향으로부터 전면 기판(10) 쪽으로 광이 향하는 경우(예를 들어, α=30°및 θA=71°에 의해 정의됨)에도, 재귀성 반사층(2)상의 광(88)의 입사각 θB는, 광이 굴절되기 때문에 2회 반사 방향의 극각보다 작아지므로, 광은 패널에 대해 수직으로 출사되지 않는다.
이와 같이, 1.06 이상의 굴절률을 갖는 고체(예컨대, 수지) 또는 액체(예컨대, 글리세린)를 재귀성 반사층(2)의 표면에 배치하는 경우, 재귀성 반사층(2)의 MCCA 형상에 의해 규정되는 2회 반사 방향으로부터 재귀성 반사층(2)에 입사하는 광의 양을 줄일 수 있다. 그 결과, 뷰어가 표시 패널을 정면으로 바라볼 때, 어두운 상태 누설을 최소화할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 재귀성 반사층(2)과 후면 기판(12) 간의 갭을, 약 1.06의 굴절률을 갖는 액체 또는 고체로 채우는 경우, 패널에 대해 수직으로 표시 패널을 출사하는 2회 반사광의 양은 종래와 비교하여 줄일 수 있다. 그 결과, 공기로 채운 갭을 이용해 재귀성 반사층을 배치하는 경우보다도 높은 효과를 얻는다. 그러나 그 광은 표시 패널 및 MCCA에 의해 어느 정도 항상 산란되고, 표시 패널을 수직으로 출사하는 2회 반사광은 완전하게 제거할 수 없다. 한편, 재귀성 반사층(2)과 후면 기판(12) 간의 갭을, 1.47의 굴절률을 갖는 글리세린으로 채운 경우, 표시 패널을 수직으로 출사하는 2회 반사광은 볼 수 없다. 그 결과, 표시 패널의 정면에 있는 뷰어는, 2회 반사광에 의한 어두운 상태 누설에 의해 영향을 받지 않으면서 스크린을 볼 수 있다.
다음으로, 도 16(a)를 참조하여, 표시 패널에 대해 수직으로 입사하는 광(89)에 대해 설명한다. 광(89)은 재귀성 반사층(2)에 수직으로 입사한 후, 2회 반사 방향으로 부분적으로 반사된다. 그러나 이 2회 반사광은, 표시 패널(15)과 공기 간의 굴절률 차에 의해 뷰어 쪽으로는 향하지 않고, 표시 품질을 저하시키지 않는다.
그 다음, 도 16(b)을 참조하여, 반사형 표시 디바이스의 표시 패널을 경사지게 바라보는 경우에 대해 설명한다. 뷰잉각 방향의 방위각 α는 2회 반사 방향의 방위각과 동일하다(즉, α=30°, 150°또는 270°)고 가정한다.
뷰잉각 방향의 방위각 방향과 동일한 방위각 방향으로부터 표시 패널(15)에 대해 입사하는 광(91)이, 예를 들어 2회 반사 방향의 극각 β=71°보다 작은 각도 θB에서 재귀성 반사층(2)에 입사하는 경우(즉, θB = 71-d), 도 16(b)에 도시한 바와 같이, 2회 반사광은 재귀성 반사층(2)의 법선에 대한 경사각 d를 규정하는 방향으로 재귀성 반사층(2)에 의해 반사된 후, 표시 패널(15)의 법선에 대한 경사각 d'(d'> d)을 규정하는 방향으로 표시 패널을 출사한다. 따라서 특정 방위각 방향에서의 표시 패널(15)의 법선에 대한 경사각 d'을 규정하는 방향에 뷰어가 위치하는 경우, 2회 반사광은 뷰어의 눈에 입사하므로, 어두운 상태 누설 및 표시 품질의 저하를 야기한다.
예를 들어, 재귀성 반사층(2)의 표면에 배치된 고체 또는 액체(83) 및 표시 패널의 내부는 1.5의 굴절률을 갖고, 재귀성 반사층(2)의 MCCA는 높은 형상 정밀도를 갖는다고 가정한다. 이 경우, 29.7°미만의 각 d에서는 표시 패널에 입사하는 광이 존재하지 않는다. 따라서 이 예에서, 뷰어의 눈에 도달할 수 있는 2회 반사광의 각도 d는 28.7°이상이고, 각도 d'은 46°이상이다. 그래서 2회 반사 방향의 방위각 방향에 대해 46°이상의 경사각을 규정하는 방향으로부터 뷰어가 표시 패널(15)을 바라보는 경우(즉, α=30°, 150°또는 270°그리고 β≥46°), 어두운 상 태 누설 및 다른 현상이 발생한다는 점을 알 수 있다.
제2 실시예에서, 2회 반사 방향 중 한 방향의 방위각 방향이 온-스크린 상 방향과 실질적으로 일치하도록(즉, 각도 ω＜30°) 재귀성 반사층(2)을 배치한다. 이에 의해, 표시 패널(15)의 법선에 대한 사전설정된 경사각(예를 들어, 상술한 예에서는 46°)을 규정하는 방향으로부터 뷰어가 표시 패널(15)을 바라보는 경우, 2회 반사광에 의한 영향을 ⅔로 줄일 수 있다. 그 결과, 어두운 상태 누설 및 표시 품질의 저하를 최소화할 수 있다. 사전설정된 각도는, 반사형 표시 디바이스의 각 부재의 굴절률 및 MCCA의 형상 정밀도에 따라 변할 수 있다.
상술한 제2 실시예에서, 재귀성 반사층(2)과 후면 기판(12) 사이의 갭은, 1.06 이상의 굴절률을 갖는 액체 또는 고체(83)로 채운다. 그러나 본 발명은 이러한 특정 실시예에 한정하는 것은 아니다. 대안으로, MCCA의 표면은 1.06 이상의 굴절률을 갖는 어떤 층(즉 높은 굴절률 층)과 접촉할 수도 있다. 그 층이 높은 굴절률을 갖는 경우, 재귀성 반사판에 입사하는 광은 작은 입사각을 갖는다. 그 결과, 재귀성 반사율이 증가하고, 양호한 흑 표시가 실현된다. 높은 굴절률 층은, 일반적으로 유기 재료보다 더 높은 굴절률을 갖는 무기 재료(예를 들어, 2.7의 굴절률을 갖는 TiO2)로 만들 수도 있다. 그러나 TiO2보다 높은 굴절률을 갖는 무기 재료(예를 들어, 3.0의 굴절률을 갖는 Sb2S3)는 가시광 대역에서 낮은 투명성(transparency)을 갖는다. 이에 의해, 높은 굴절률 층을 그러한 무기 재료로 만드는 경우, 표시 품질은 크게 떨어진다. 이러한 점을 고려하여, 무기 재료로 만드는 경우, 높은 굴절률 층은 2.7 이하의 굴절률을 갖는 것이 바람직하다.
<실시예 3>
이하에서, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 표시 디바이스를 설명한다. 제3 실시예의 표시 디바이스는 MCCA 매입 구조를 갖는 반사형 표시 디바이스이다.
도 17은 제3 실시예에 따른 반사형 표시 디바이스의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다. 제3 실시예의 표시 디바이스는, 컬러 필터(120), 투명 전극(114) 및 배향막(118)을 구비한 전면 기판(110)과, 전면 기판(110)에 대향하도록 배치된 후면 기판(112)과, 기판 110 및 112의 사이에 삽입된 액정층(101)을 포함한다. 후면 기판(112)은, 복수의 스위칭 소자로서 기능하는 복수의 TFT(124)와, TFT(124)상에 제공되는 MCCA 형상을 갖는 절연층(126)과, 복수의 반사 전극(122)과, 배향층(118)을 포함한다. 반사 전극(122)은 절연층(126)상에 형성되고, 절연층(126)의 표면 형상과 동일한 MCCA 형상을 갖는다. 또한, 반사 전극(122)은, 화상의 단위로 제공되는 화소마다 서로 이격하여 배치되고, 절연층(126)을 통과하는 컨택트홀(contact hole)에 의해 관련 TFT(124)의 각 드레인 전극에 연결된다. 배향층(118)은 절연층(126) 및 반사 전극(122)상에 형성되고, 절연층(126)의 표면 형상을 나타내는 요철을 갖는다. 상술한 제3 실시예에서, 액정층(101)은 광 투과 상태와 광 산란 상태 사이를 전환할 수 있는 산란 타입이다.
제3 실시예에서, 반사 전극(122)은 화소 전극 및 재귀성 반사층으로서의 기능을 한다. 반사 전극(122)의 MCCA 형상은 도 10(b)를 참조하여 설명한 바와 같이 규정한다. 즉, 가상 면에 대해 코너 큐브의 3면 중 1면의 법선을 투영함으로써 규정되는 방위각 방향 및 가상 면에 대해 온-스크린 하 방향을 투영함으로써 규정되는 방위각 방향이 30°미만의 각도 γ를 형성하도록, 또는 MCCA 형상에 의해 규정되는 2회 반사 방향의 방위각 방향 및 온-스크린 상 방향이 30°미만의 각도 ω를 형성하도록 반사 전극(122)이 배치된다.
제3 실시예에서, 전면 기판(110)에 입사하는 광(128)은, 거의 균일한 굴절률(예를 들어, 1.5)을 갖는 표시 패널 내부를 투과한 후, 반사 전극(122)상에 입사한다. 이 경우, 바람직한 제2 실시예에서 설명한 바와 같이, 반사 전극(122)상의 광(128)의 입사각(또는 극각) θB는, 전면 기판(110)의 광(128)의 입사각(또는 극각) θA보다 작아진다(즉, θB＜θA).
제3 실시예에서, 공기(굴절률 1.00)를 통해 전면 기판(110) 쪽으로 향하는 광의 행동은, 도 16(a) 및 16(b)를 참조하여 설명한 바람직한 제2 실시예의 광의 행동과 동일하다. 따라서 뷰어가 표시 패널의 정면에 존재하는 경우, 반사 전극(122)상의 광의 입사각 θB는, 표시 패널의 내부와 공기 간의 굴절률 차에 의해 제한된다. 그 결과, 표시 품질은 2회 반사광에 의해 거의 저하되지 않는다. 한편, 표시 패널의 법선에 대한 사전설정된 경사각(예를 들어, 46°)을 규정하는 방향으로부터 뷰어가 표시 패널을 바라보는 경우, 반사 전극(122)의 MCCA 형상의 배치를 조정함으로써, 2회 반사광에 의한 영향을 종래의 ⅔로 줄일 수 있다. 따라서 어두운 상태 누설, 그레이 스케일 반전 및 다른 저하를 최소화할 수 있다.
제3 실시예에 따른 또 다른 반사형 표시 디바이스는, 도 17 대신 도 18에 도시한 구성을 포함할 수도 있다.
도 17에 도시한 구성과는 다르게, 도 18에 도시한 반사형 표시 디바이스는, MCCA 형상을 갖는 절연층(126), 재귀성 반사층(102), 평탄화 수지층(123), 복수의 투명 화소 전극(121) 및 배향층(118)이 후면 기판(112)의 TFT(124)상에 순서대로 형성되도록 설계한다. 재귀성 반사층(102)은 절연층(126)의 표면 형상에 대응하는 MCCA 형상을 갖는다. 재귀성 반사층(102)의 표면 요철은 평탄화 수지층(123)에 의해 평탄화된다. 그래서 화소 전극(121) 및 배향층(118)은 거의 평평한 표면을 갖는다. 화소 전극(121)은, 절연층(126) 및 평탄화 수지층(123)에 형성된 컨택트홀에 의해 관련 TFT(124)의 각 드레인 전극과 연결된다.
이 대안적인 구성에서, 전면 기판(110)에 입사한 광(129)은, 거의 균일한 굴절률(예를 들어, 1.5)을 갖는 표시 패널의 내부를 투과하여 재귀성 반사층(102)에 입사한다. 이 경우, 도 17에 도시한 구성과 같이, 재귀성 반사층(102)상의 광(129)의 입사각(또는 극각) θB는, 전면 기판(11O)상의 광(129)의 입사각(또는 극각) θA보다 작아진다(즉, θB＜θA). 그래서 공기(굴절률 1.00)를 통해 전면 기판(110) 쪽으로 향하는 광의 행동은, 도 16(a) 및 16(b)를 참조하여 설명한 바람직한 제2 실시예에서의 광의 행동과 동일하다. 그 결과, 도 17에 도시한 구성에서의 효과와 동일한 효과를 얻는다.
제3 실시예의 반사형 표시 디바이스는 도 17 또는 18에 도시한 구성을 포함 할 필요는 없지만, 액정층과 표시 패널의 후면 기판 사이에서 재귀성 반사층의 기능을 하며, MCCA 형상을 갖는 층을 포함할 필요는 있다. 재귀성 반사층으로서의 기능을 하는 층의 표면과 접촉하는 층(즉, 도 17에 도시한 구성에서의 배향층(118) 또는 도 18에 도시한 구성에서의 평탄화 수지층(123))은, 1.06∼2.7의 굴절률을 갖는데, 이는, 통상적으로는 표시 패널의 다른 컴포넌트(액정층 및 기판을 포함함)의 굴절률과 거의 동일하다.
본 발명은 바람직한 실시예를 통해 설명하지만, 본 기술분야의 숙련자는 본 발명이 다양한 방식으로 수정될 수도 있고, 본 명세서에서 구체적으로 상술한 실시예와는 다른 수많은 실시예를 고려할 수도 있다는 점을 명백하게 알 것이다. 따라서, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 본 발명의 모든 수정물은 첨부한 특허청구범위에 포함된다.
상술한 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 재귀성 반사층을 구비한 반사형 표시 디바이스에서, 특정 방향으로부터 재귀성 반사층에 입사하는 광에 의한 어두운 상태 누설, 그레이 스케일 반전 및 다른 저하를 최소화할 수 있고, 높은 콘트라스트 또는 높은 시인성 표시가 실현된다. 또한, 표시 품질은 재귀성 반사층의 MCCA 형상 정밀도에 관계없이 향상시킬 수 있다.
본 발명은, 표시 패널의 내부에 재귀성 반사층을 구비한 반사형 표시 디바이스와, 표시 패널의 배면 측에 재귀성 반사층을 배치한 반사형 표시 디바이스 둘 다에 효과적으로 적용할 수 있다.

Claims (14)

  1. 반사형 표시 디바이스로서,
    가상 면상에 2차원으로 배열되는 복수의 단위 구조를 갖는 재귀성 반사층과,
    상기 재귀성 반사층보다 뷰어(viewer)에게 가깝게 배치되고, 상이한 광학 특성을 갖는 제1 상태와 제2 상태로 전환할 수 있는 변조층
    을 포함하고,
    상기 반사형 표시 디바이스는 상기 재귀성 반사층으로부터 다시 반사되는 광을 이용해 표시 작동을 행하고,
    상기 재귀성 반사층의 각 단위 구조는, 상호 직교하는 3면에 의해 규정되는 리세스(recess)를 갖고, 상기 복수의 단위 구조는 거의 동일한 방향으로 배열되며,
    상기 가상 면에 대해 상기 3면 중 1면의 법선을 투영함으로써 규정되는 방위각 방향과, 상기 가상 면에 대해 스크린 하 방향을 투영함으로써 규정되는 또 다른 방위각 방향은 30°미만의 각도를 형성하는 반사형 표시 디바이스.
  2. 반사형 표시 디바이스로서,
    가상 면상에 2차원으로 배열되는 복수의 단위 구조를 갖는 재귀성 반사층과,
    상기 재귀성 반사층보다 뷰어(viewer)에게 가깝게 배치되고, 상이한 광학 특성을 갖는 제1 상태와 제2 상태로 전환할 수 있는 변조층
    을 포함하고,
    상기 반사형 표시 디바이스는 상기 재귀성 반사층으로부터 다시 반사되는 광을 이용해 표시 작동을 행하고,
    상기 재귀성 반사층의 각 단위 구조는, 상호 직교하는 3면에 의해 규정되는 리세스(recess)를 갖고, 상기 복수의 단위 구조는 거의 동일한 방향으로 배열되며,
    상기 가상 면에 대해 거의 수직으로 입사한 후, 상기 단위 구조 중 어떤 단위 구조의 3면 중 2면에 의해서만 반사되는 광은, 상기 단위 구조의 형상에 의해 규정되는 복수의 특정 방향으로 다시 진행하며,
    상기 가상 면에 대해 상기 특정 방향 중 어떤 방향을 투영함으로써 규정되는 방위각 방향과, 상기 가상 면에 대해 스크린 하 방향을 투영함으로써 규정되는 또 다른 방위각 방향은 30°미만의 각도를 형성하는 반사형 표시 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각도는 10°이하인 반사형 표시 디바이스.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 각도는 10°이하인 반사형 표시 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상호 직교하는 상기 각 단위 구조의 3면은 모두 정사각형인 반사형 표시 디바이스.
  6. 제2항에 있어서,
    상호 직교하는 상기 각 단위 구조의 3면은 모두 정사각형인 반사형 표시 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 변조층보다 뷰어에게 가깝게 배치되는 전면 기판과,
    상기 변조층의 배면 측에 배치되고, 상기 전면 기판과 대향하는 후면 기판과,
    상기 전면 기판과 후면 기판의 사이에 배치되어 상기 변조층에 전압을 인가하기 위한 수단
    을 더 포함하고,
    상기 재귀성 반사층은 상기 변조층과 상기 후면 기판의 사이에 배치되는 반사형 표시 디바이스.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 변조층보다 뷰어에게 가깝게 배치되는 전면 기판과,
    상기 변조층의 배면 측에 배치되고, 상기 전면 기판과 대향하는 후면 기판과,
    상기 전면 기판과 후면 기판의 사이에 배치되어 상기 변조층에 전압을 인가 하기 위한 수단
    을 더 포함하고,
    상기 재귀성 반사층은 상기 변조층과 상기 후면 기판의 사이에 배치되는 반사형 표시 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 변조층보다 뷰어에게 가깝게 배치되는 전면 기판과,
    상기 변조층의 배면 측에 배치되고, 상기 전면 기판과 대향하는 후면 기판과,
    상기 전면 기판과 후면 기판의 사이에 배치되어 상기 변조층에 전압을 인가하기 위한 수단
    을 더 포함하고,
    상기 재귀성 반사층은 상기 후면 기판의 배면 측에 배치되는 반사형 표시 디바이스.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 변조층보다 뷰어에게 가깝게 배치되는 전면 기판과,
    상기 변조층의 배면 측에 배치되고, 상기 전면 기판과 대향하는 후면 기판과,
    상기 전면 기판과 후면 기판의 사이에 배치되어 상기 변조층에 전압을 인가 하기 위한 수단
    을 더 포함하고,
    상기 재귀성 반사층은 상기 후면 기판의 배면 측에 배치되는 반사형 표시 디바이스.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 재귀성 반사층과 상기 후면 기판 사이에 1.06 내지 2.7의 굴절률을 갖는 높은 굴절률 층을 더 포함하고, 상기 재귀성 반사층의 단위 구조의 각 표면은 상기 높은 굴절률 층과 접촉하는 반사형 표시 디바이스.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 재귀성 반사층과 상기 후면 기판 사이에 1.06 내지 2.7의 굴절률을 갖는 높은 굴절률 층을 더 포함하고, 상기 재귀성 반사층의 단위 구조의 각 표면은 상기 높은 굴절률 층과 접촉하는 반사형 표시 디바이스.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 재귀성 반사층과 상기 후면 기판 사이에 1.0 내지 1.06의 굴절률을 갖는 낮은 굴절률 층을 더 포함하고, 상기 재귀성 반사층의 단위 구조의 각 표면은 상기 낮은 굴절률 층과 접촉하는 반사형 표시 디바이스.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 재귀성 반사층과 상기 후면 기판 사이에 1.0 내지 1.06의 굴절률을 갖는 낮은 굴절률 층을 더 포함하고, 상기 재귀성 반사층의 단위 구조의 각 표면은 상기 낮은 굴절률 층과 접촉하는 반사형 표시 디바이스.
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