KR101213104B1 - 마이크로렌즈 어레이 시트 및 이를 이용한 액정 표시 장치 - Google Patents

마이크로렌즈 어레이 시트 및 이를 이용한 액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

시야각 특성이 효율적으로 가변되고, 광시야각/협시야각 모드에서 정면 휘도를 저하시키지 않는 마이크로렌즈 어레이 시트 및 이를 이용한 액정 표시 장치가 제공된다. 마이크로렌즈 어레이 시트는, 복수의 마이크로렌즈들이 배열되어 있는 마이크로렌즈층, 및 마이크로렌즈층의 하부에 위치하고, 조사되는 빛의 파장대에 따라 변색 여부가 제어되며, 불투명 상태에서 마이크로렌즈층으로 공급되는 빛을 집광시키고, 투명 상태에서 마이크로렌즈층으로 출사되는 빛을 확산시키는 스위칭 배리어를 포함한다. 액정 표시 장치는 이러한 마이크로렌즈 어레이 시트와 빛을 발생시키는 백라이트 유닛, 화상을 표시하기 위한 액정 패널을 포함한다.
액정 표시 장치, 시야각, 포토크로믹, 마이크로렌즈, 스위칭 배리어

Description

마이크로렌즈 어레이 시트 및 이를 이용한 액정 표시 장치{Micro-lens array sheet and liquid crystal display using the same}
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 마이크로렌즈 어레이 시트의 단면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 마이크로렌즈 어레이 시트에서, 포토크로믹 물질의 변화를 예시한 도면이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100: 마이크로렌즈 어레이 시트 110: 마이크로렌즈층
120: 스위칭 배리어 200: 백라이트 유닛
300: 액정 패널
본 발명은 마이크로렌즈 어레이 시트 및 이를 이용한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광시야각/협시야각 제어가 가능한 마이크로렌즈 어레이 시트 및 이를 이용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 투명 절연 기판인 상부 및 하부 기판 사이에 이방성 유전율을 갖는 액정층을 형성한 후, 액정층에 형성되는 전기장의 세기를 조정하여 액정 물질의 분자 배열을 변경시키고, 이를 통하여 표시면인 상부 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 원하는 화상을 표현하는 표시 장치이다. 액정 표시 장치로는 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)를 스위칭 소자로 이용하는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(TFT LCD)가 주로 사용되고 있다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 구성도이다. 특히, 도 1과 도 2는 시야각 제어가 가능한 형태의 액정 표시 장치가 광시야각 모드로 구동되는 경우와 협시야각 모드로 구동되는 경우를 각각 도시하고 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 시야각 제어 방식의 기본적인 원리는 다음과 같다.
우선, 화상 표시를 위하여 광시야각을 갖는 횡전계 구조의 액정 패널을 구성하고, 이 액정 패널의 상부 또는 하부에 시야각 조절을 위한 액정 패널을 추가한 후, 추가된 액정 패널을 구동하여 광시야각과 협시야각 모드를 조절하는 것이다.
시야각 조절을 위하여 추가되는 액정 패널은 기본적으로 화상을 표시하는 액정 패널이 갖는 광시야각을 해치지 않는 기능과 보안이나 사생활적인 측면에서 필요한 협시야각을 유도하는 기능을 가진다.
도 1 및 도 2에서, 제1 액정층(80)을 포함하는 액정 패널은 시야각을 조절하는 패널이며, 제2 액정층(90)을 포함하는 액정 패널은 광시야각을 갖도록 화상을 표시하는 패널이다.
제1 액정층(80)에 전압을 가하지 않으면, 액정 분자(81)가 두 기판(10, 21)에 평행하게 배열되어 본래의 광시야각을 유지하므로 광시야각 모드가 되고, 제1 액정층(80)에 전압을 가하면, 액정 분자(81)가 두 기판(10, 21)에 수직하게 배열되면서 시야각이 감소하므로 협시야각 모드가 된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1, 제2, 제3 및 제4 기판(10, 21, 22, 30)이 서로 평행하게 배치되어 있고, 제1 기판(10)과 제2 기판(21) 사이의 안쪽 면에는 각각 투명 전극(70, 60)이 형성되어 서로 마주보며, 제3 기판(22)의 상부 면에는 두 개의 선형 전극(40, 50)이 서로 평행하게 형성되어 있다.
그리고, 제1 기판(10)과 제2 기판(21), 제3 기판(22) 및 제4 기판(30) 사이에는 제1 및 제2 액정층(80, 90)이 각각 형성되어 있다.
제1 및 제2 기판(10, 21)과 두 기판(10, 21)의 사이에 있는 제1 액정층(80)을 포함하는 액정 패널은 광시야각 및 협시야각을 조절할 수 있는 시야각 제어용 액정 패널이다.
전기장을 인가하지 않은 상태에서는 도 1과 같이, 제1 액정층(80)의 액정 분자(81)가 제1 및 제2 기판(10, 21)에 평행하게 배향된다. 도 1과 같은 광시야각 모드에서는 제2 액정층(90)의 액정 분자(91) 역시 동일한 방향으로 배향되므로, 액정 패널이 하나인 일반적인 횡전계 구조의 액정 표시 장치가 갖는 광시야각과 동일한 시야각을 갖게 되며, 횡전계 구조가 갖는 다른 특성에 영향을 미치지 않는다.
제1 기판(10)과 제3 기판(30)의 바깥 면에는 통과하는 빛을 편광시키는 두 장의 편광판(11, 31)이 각각 부착되어 있다. 이때, 편광판(11, 31)의 투과축 방향 은 액정 분자(81, 91)의 배향 방향에 대하여 수직하거나 평행하도록 배치된다.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치를 협시야각 모드로 사용하는 경우를 도시한 것이다.
두 투명 전극(70, 60)에 전압을 인가하여 제1 및 제2 기판(10, 21) 사이에 수직 방향의 전기장을 형성했을 때, 제1 액정층(80)의 액정 분자(81)들은 전기장의 방향을 따라 두 기판(10, 21)에 수직하게 배열된다. 이때, 두 기판(10, 21)에 인접한 액정 분자(82)들은 전기장이 미치는 힘보다는 러빙에 따른 배향력이 크기 때문에 두 기판(10, 21)에 평행하게 배열된다.
이러한 협시야각 모드에서는, 두 기판(10, 21)에 수직하게 배열된 액정 분자(81)들은 두 기판(10, 21)의 정면으로 진행하는 빛에 대한 지연(retardation)에 영향을 미치지 않는다.
그러나, 선편광된 빛이 액정 분자(81)로 이루어진 제1 액정층(80)을 통과하면서 지연에 의해 편광 상태가 바뀌게 되는데, 편광 상태가 바뀌는 비율의 차이가 정면에서 멀리 벗어날수록 심하게 발생하기 때문에 대비비가 감소하게 되어 시야각이 좁아지게 된다. 즉, 시야각 제어를 위해 추가된 제1 액정층(80)에 전기장을 인가함으로써, 액정 표시 장치의 시야각이 떨어지게 되어 협시야각화가 이루어진다.
이와 같이, 하나의 액정 표시 장치를 통해 협시야각과 광시야각 모드의 전환이 가능하므로, 필요에 따라 가변적인 시야각 특성을 보일 수 있다.
그런데, 이러한 구조를 통하여 액정 표시 장치의 시야각 특성을 조절하게 되면, 화상을 표시하는 액정 패널 이외에 시야각 조절을 위한 별도의 액정 패널이 사 용되므로, 액정 표시 장치의 전체 두께가 과도하게 증가한다.
그리고, 그에 따른 비용이나 제조 공정이 추가적으로 발생하며, 러빙(rubbing)이나 스크라이브(scribe), 기판의 합착 등의 공정 수행이 어려워지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 시야각을 제어하기 위하여 액정 패널을 대체하는 마이크로렌즈 어레이 시트를 제공하고, 이를 이용하여 슬림화, 박형화된 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 정면 휘도나 기타 다른 동작 특성을 저하시키지 않는 범위 내에서 광시야각/협시야각 모드를 구현하는 마이크로렌즈 어레이 시트와 이를 이용한 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 시트는 복수의 마이크로렌즈들이 배열되어 있는 마이크로렌즈층, 상기 마이크로렌즈층의 하부에 위치하고, 조사되는 빛의 파장대에 따라 변색 여부가 제어되며, 불투 명 상태에서 상기 마이크로렌즈층으로 공급되는 빛을 집광시키고, 투명 상태에서 상기 마이크로렌즈층으로 출사되는 빛을 확산시키는 스위칭 배리어를 포함한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 빛을 발생시키는 백라이트 유닛, 마이크로렌즈층과 상기 백라이트 유닛으로부터 조사되는 빛의 파장대에 따라 변색되는 스위칭 배리어를 구비하며, 변색 여부에 따라 상기 백라이트 유닛으로부터 출사된 빛을 집광 또는 확산시키는 마이크로렌즈 어레이 시트, 상기 마이크로렌즈 어레이 시트의 전면에 배치되어, 상기 마이크로렌즈 어레이 시트로부터 공급된 빛을 이용하여 화상을 표시하는 액정 패널을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 시트와 이를 이용한 액정 표시 장치에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 마이크로렌즈 어레이 시트(100), 빛을 발생시키기 위한 백라이트 유닛(200), 화상을 표시하기 위한 액정 패널(300)을 포함한다.
마이크로렌즈 어레이 시트(100)는 복수의 마이크로렌즈(112)들이 배열되어 있는 마이크로렌즈층(110)과 백라이트 유닛(200)으로부터 조사(照射)되는 빛의 파장대에 따라 변색되는 스위칭 배리어(120)를 구비한다. 그리고, 스위칭 배리어(120)의 변색 여부에 따라 백라이트 유닛(200)으로부터 출사된 빛을 집광 또는 확산시킨다.
액정 패널(300)은 마이크로렌즈 어레이 시트(100)의 전면에 배치되며, 마이크로렌즈 어레이 시트(100)로부터 공급된 빛을 이용하여 화상을 표시한다.
이러한 액정 패널(300)은 일정한 간격을 두고 합착된 상부 기판(310)과 하부 기판(320), 두 기판(310, 320) 사이에 형성된 액정층(330)을 포함한다.
하부 기판(320)에는 화소 영역(P)을 정의하기 위한 게이트 라인(321)과 데이터 라인(322)이 서로 수직한 방향으로 배열된다.
각 화소 영역(P)에는 화소 전극(323)이 형성되고, 게이트 라인(321)과 데이터 라인(322)이 교차하는 부분에는 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된다.
박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 전극과 그 상부의 게이트 절연막, 반도체층, 소스/드레인 전극으로 구성되며, 게이트 라인(321)의 신호에 따라 데이터 라인(322)의 데이터 신호를 각 화소 전극(323)으로 인가한다.
상부 기판(310)에는 화소 영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스(312)가 형성되고, 각 화소 영역(P)에 대응되는 부분에는 색상을 표현하기 위한 적색, 녹색, 청색(R, G, B)의 컬러 필터층(311)이 형성된다. 컬러 필터층(311) 위에는 화상을 구현하기 위한 공통 전극(313)이 형성된다.
이러한 구성을 갖는 액정 패널(300)에서는, 화소 전극(323)과 공통 전 극(313) 사이에 형성되는 전계에 의해 상부 및 하부 기판(310, 320) 사이에 형성된 액정층(330)이 배향되고, 액정층(330)의 배향 정도에 따라 액정층(330)을 투과하는 빛의 양이 조절되면서 화상이 표현된다.
도 3의 경우, 액정 패널(300)의 공통 전극(313)과 화소 전극(323)이 상부 및 하부 기판(310, 320)에 각각 형성된 TN(Twist nematic) 구조를 예시하고 있으나, 하부 기판(320) 상에 공통 전극(313)과 화소 전극(323)이 모두 형성되는 IPS(In Plane Switching) 구조를 채용할 수도 있다.
특히, IPS 구조가 채용되는 경우, 마이크로렌즈 어레이 시트(100)의 스위칭 배리어(120)가 투명 상태를 유지하는 광시야각 모드에서 시야각을 보다 넓힐 수 있는 장점이 있다.
마이크로렌즈 어레이 시트(100)에 대하여 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.
마이크로렌즈 어레이 시트(100)는 마이크로렌즈층(110)과 스위칭 배리어(120)를 포함한다.
마이크로렌즈층(110)은 기판(111)과 기판(111) 상에 일정한 간격으로 배열되어 있는 복수의 마이크로렌즈(112)들로 구성된다.
스위칭 배리어(120)는 마이크로렌즈층(110)의 하부에 위치하여 마이크로렌즈(112)를 통과하는 빛의 양을 조절하는 조리개의 기능을 수행하며, 조사되는 빛의 파장대에 따라 변색되는 포토크로믹(photochromic) 물질을 이용해 마이크로렌즈층(110)으로 출사되는 빛의 집광과 확산을 제어한다.
마이크로렌즈층(110)을 이루는 마이크로렌즈(112)로는 단면 형상이 구면으로 형성된 렌티큘러 타입의 렌즈가 사용되고, 스위칭 배리어(120)에는 각 마이크로렌즈(112)의 중심축에 대응하는 슬릿(slit) 형태의 개구부(120_1)가 형성된다.
스위칭 배리어(120)로서는 빛의 파장대를 변화시킴으로써 빛의 투과/차단 제어가 가능한 막이 요구된다. 이러한 막은 포토크로믹 물질을 이용하여 형성된다.
포토크로믹 물질은 가역적인 포토트로피(phototropy) 또는 포토크로미즘(photochromism) 을 나타내는 화합물로서, 광 반응에 의해 투명 상태의 무색으로부터 불투명 상태의 유색으로, 불투명 상태의 유색으로부터 투명 상태의 무색으로 변한다.
이러한 화합물은 용액 또는 고체 상태에서 특정 파장대의 빛을 조사하면 화학 구조가 변화하며, 이에 따라 흡수 스펙트럼도 변화하여 가역적으로 색 변화를 일으키지만, 다른 파장대의 광을 조사하거나 어두운 곳에 방치하면 처음 상태로 되돌아가 다시 띄게 되는 특성을 지니고 있다.
본 발명의 포토크로믹 물질은 특별히 제한되지 않으며, 무기 화합물의 구체적인 예로써 할로겐화은(silver halide), ZnS 등이 있고, 유기 화합물의 구체적인 예로서 각종 히드라존(hydrazone) 화합물, 오사존(osazone), 풀기드(fulgide), 스틸벤(stilbene), 살리실 알데히드(salicylaldehyde) 등이 있다.
도 3의 경우, 기판(111)의 하부에 마이크로렌즈(112)의 초점부에 대응하는 슬릿 형태의 개구부(120_1)가 위치하고, 개구부(120_1)의 양측으로 포토크로믹 물질로 이루어진 패턴이 형성되어 있다.
스위칭 배리어(120)의 패턴과 슬릿은 잉크젯 공정이나 포토리소그래피 공정, 스핀 코팅 등의 공정을 통하여 기판(111)의 일면에 형성된다. 마이크로렌즈층(110)의 전체 두께를 줄이기 위하여 기판(111)의 높이는 100㎛ 이하, 대략 20㎛ 정도의 두께를 갖도록 한다.
포토크로믹 물질은 공급되는 빛의 파장대에 따라 변색 여부가 제어되어 투명/불투명 상태로 변화되며, 이러한 포토크로믹 물질을 갖는 스위칭 배리어(120)는 불투명 상태에서 마이크로렌즈층(110)으로 출사되는 빛을 집광시키고, 투명 상태에서 마이크로렌즈층(110)으로 출사되는 빛을 확산시킨다.
즉, 빛이 집광되는 협시야각 모드와 빛이 확산되는 광시야각 모드를 함께 구현하기 위하여, 일정한 간격으로 마이크로렌즈(112)들을 배치하고, 빛의 방향을 제어하기 위하여 마이크로렌즈(112)들의 하부에 스위칭 배리어(120)를 배치한다.
이와 같이, 마이크로렌즈층(110)의 하부 초점부에 슬릿 형태의 개구부(120_1)가 구성된 스위칭 배리어(120)를 설치하여 조리개로서 사용하고, 빛의 파장대를 가변하여 스위칭 배리어(120)를 변색시킴으로써 빛의 집광 또는 확산 여부를 조절하고 시야각 특성을 제어한다.
스위칭 배리어(120)를 제어하여 마이크로렌즈(112)를 통과하는 빛의 집광 또는 확산을 가변하게 되면, 별도의 고전압이 불필요하고, 필름화가 가능한 장점이 있어 다른 방식에 비해 성능면에서 유리하다.
백라이트 유닛(200)은 디스플레이 광원(210)과 제어 광원(220, 221), 광원(210, 220, 221)의 상부에 위치하는 복수의 광학 시트(230), 디스플레이 광 원(210)과 제어 광원(220, 221)이 실장된 바텀 커버(240), 바텀 커버(240)의 저면 내측에 위치하는 반사 시트(241)를 포함한다.
디스플레이 광원(210)은 액정 패널(300)에 화상을 표시하기 위한 가시광선 파장대의 빛을 발생시킨다. 제어 광원(220, 221)은 스위칭 배리어(120)를 이루는 포토크로믹 물질을 불투명 상태로 변화시키기 위한 자외선 파장대와 투명 상태로 회복시키기 위한 가시광선 파장대의 빛을 발생시켜 스위칭 배리어(120)의 변색 여부를 조절한다.
가시광선은 태양광을 이루는 스펙트럼 대역에서 약 380nm ~ 760nm의 파장대로 우리 눈에 보이는 빛이고, 자외선은 가시광선의 단파장보다 바깥쪽에 나타나는 파장으로 대략 200nm ~ 380nm의 파장대이다.
제어 광원(220, 221)은 자외선 파장대의 빛을 발생시키는 제1 제어 광원(220)과 가시광선 파장대의 빛을 발생시키는 제2 제어 광원(221)으로 구분된다.
스위칭 배리어(120)의 포토크로믹 물질이 자외선 파장대의 빛에 의해 불투명 상태로 변화되고, 가시광선 파장대의 빛에 의해 투명 상태로 회복되는 경우, 제1 제어 광원(220)을 이용해 포토크로믹 물질을 투명 상태에서 불투명 상태로 변색시키고, 제2 제어 광원(221)을 이용해 포토크로믹 물질을 불투명 상태에서 투명 상태로 회복시킨다.
여기서, 자외선 파장대는 스위칭 배리어(120)의 포토크로믹 물질을 반응시켜 무색에서 유색으로 변색시키기 위한 대역이므로, 비교적 좁은 범위로 설정된다.
그리고, 가시광선 파장대는 스위칭 배리어(120)의 포토크로믹 물질이 반응하 지 않도록 함으로써, 포토크로믹 물질을 유색에서 원래의 무색으로 회복시키기 위한 대역이므로, 비교적 넓은 범위로 설정할 수 있다.
스위칭 배리어(120)의 변색 여부에 따라 광시야각 모드 또는 협시야각 모드가 선택될 때, 측면 방향에서 책정되는 두 모드 간의 대비비(C/R: Contrast Ratio)는 대략 30:1 이하가 되도록 한다.
디스플레이 광원(210)으로 사용된 복수의 형광 램프는 직하 방식에 따라 광학 시트(230)의 후면에 램프의 길이 방향으로 나란히 배열되어 구동되어 광학 시트(230)의 전면으로 빛을 공급한다.
협시야각 모드에서, 마이크로렌즈 어레이 시트(100)는 백라이트 유닛(200)으로부터 제공된 빛을 집광하여 직사광으로 전환시킨 후, 액정 패널(300)로 공급한다.
또한, 광원(210, 220, 221)의 하부에는 반사 시트(241)를 설치하여 마이크로렌즈 어레이 시트(100)를 통과하지 못하고 광원(210, 220, 221) 측으로 되돌아온 빛을 다시 마이크로렌즈 어레이 시트(100) 측으로 다시 반사시켜 광 효율을 높인다.
도 3에서는 직하형 방식의 백라이트 유닛(200)이 예시되었으나, 본 발명의 백라이트 유닛(200)은 이러한 구조로 제한되는 것은 아니며, 에지형 방식 등 다양한 구조가 적용될 수 있다.
특히, 디스플레이 광원(210)과 제어 광원(220, 221)이 액정 패널(300)의 측면에 위치하는 에지형인 경우, 백라이트 유닛(200)은 확산 시트나 도광판 등 빛을 확산시키기 위한 구조가 채용된다. 그러므로, 에지형 구조의 백라이트 유닛(200)은 제어 광원(220, 221)의 수가 적어도 스위칭 배리어(120)의 포토크로믹 물질을 효과적으로 변색시킬 수 있다.
또한, 디스플레이 광원(210)으로 형광 램프가 사용되고, 제어 광원(220, 221)으로 발광 다이오드가 사용된 경우를 예시하였으나, 디스플레이 광원(210)과 제어 광원(220, 221)의 종류가 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다.
단, 디스플레이 광원(210)과 제어 광원(220, 221)으로부터 각각 공급되는 빛의 파장대가 서로 간섭을 일으키면, 화상 표시와 광/협시야각 모드의 선택에 있어서 문제가 생길 수 있다. 그러므로, 디스플레이 광원(210)과 제어 광원(220, 221)의 파장대가 일정 대역 이상의 간격을 두고 서로 오버랩되지 않도록 한다.
예를 들어, 가시광선 대역의 단파장을 내는 2종류의 발광 다이오드가 디스플레이 광원(210)과 제2 제어 광원(221)으로 각각 사용되는 경우, 자외선 대역의 단파장을 내는 발광 다이오드가 제1 제어 광원(220)으로 사용된다.
이때, 포토크로믹 물질을 반응시키는 제1 제어 광원(220)은 특정 파장대의 빛만을 제한적으로 공급하는 자외선 발광 다이오드가 유리하다.
백라이트 유닛(200)의 바텀 커버(240)는 디스플레이 광원(210)과 제어 광원(220, 221)을 고정시키고 지지하며, 바텀 커버(240)의 내측 저면에 형성된 반사 시트(241)는 광원(210, 220, 221)의 후면으로 발생되는 빛을 반사시켜, 발생되는 빛의 이용 효율을 높인다.
광학 시트(230)는 디스플레이 광원(210)과 제어 광원(220, 221)에서 발생되는 빛을 산란 및 집광시켜 광원(210, 220, 221)의 형상이 액정 패널(300)의 표시면에 나타나는 것을 방지하고 전체적으로 균일한 밝기 분포를 갖도록 한다. 이러한 광학 시트(230)로는 광원(210, 220, 221)에서 발생되는 빛의 산란 및 집광 효과를 증진시키기 위해 여러 장의 확산 시트(231, 234) 및 프리즘 시트(232, 233)가 배치된다.
마이크로 어레이 시트(100)는 얇은 필름 타입으로 제조되어 광학 시트(230)의 상부면이나 하부면에 부착될 수 있다.
도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 마이크로렌즈 어레이 시트의 단면도이다.
도 4는 빛의 확산되는 광시야각 모드에서 마이크로 어레이 시트(100)의 동작을 도시한 것이고, 도 5는 빛이 집광되는 협시야각 모드에서 마이크로렌즈 어레이 시트(100)의 동작을 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 스위칭 배리어(120)에 포함된 포토크로믹 물질이 투명 상태를 유지하고, 그에 따라 마이크로렌즈 어레이 시트(100)의 하부에서 출사되는 빛이 여러 방향으로 확산되어 광시야각 모드가 구현된다.
도 5를 참조하면, 스위칭 배리어(120)에 포함된 포토크로믹 물질이 불투명 상태로 변색되고, 그에 따라 마이크로렌즈 어레이 시트(100)의 하부에서 상부로 진행하는 빛이 정면 방향으로 집광되어 협시야각 모드가 구현된다.
각 마이크로렌즈(112)의 중심축에 대응하도록 형성된 스위칭 배리어(120) 상의 개구부(120_1)는 빛을 집광시키는 역할을 한다.
이와 같이, 고집광이 가능한 마이크로렌즈 어레이 시트(100)의 집광 특성을 활용하면서, 조리개의 기능을 수행하는 스위칭 배리어(120)를 이용해 마이크로렌즈 어레이 시트(100)의 집광 특성을 제어한다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 시야각의 제어를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제1 및 제2 제어 광원(220, 221)으로부터 공급되는 빛의 파장대를 제어함으로써, 도 4와 같이 투명 상태에서 가시광선을 투과시키고, 도 5와 같이 불투명 상태에서 가시광선을 흡수하는 스위칭 배리어(120)의 반응을 유도하면, 광시야각 모드와 협시야각 모드를 선택적으로 제어할 수 있다.
도 4는 스위칭 배리어(120)의 투과 상태를 도시한 것으로서, 스위칭 배리어(120)가 시야각에 영향을 주지 않아 광시야각 모드가 구현된다.
종래의 조리개는 정면 방향에서의 광 경로를 차단하는 역할을 하고, 차단/투과를 선택할 수 없는 구조를 갖는다. 그에 반해, 포토크로믹 물질을 이용한 본 발명의 스위칭 배리어(120)는 투명/불투명 상태의 선택으로 광시야각/협시야각 모드를 선택할 수 있고, 불투명 상태가 되는 협시야각 모드에서만 광 경로를 차단하는 역할을 한다.
도 5에서, 스위칭 배리어(120)는 정면 방향의 가시광선을 흡수하여 정면 투과율에는 영향을 주지 않으면서 측면 방향의 투과율을 감소시킨다. 즉, 스위칭 배리어(120)가 불투명 상태가 되어 광 흡수 기능을 수행할 때에는, 시야각 방향(측면 방향)의 광 경로가 차단되어 협시야각이 구현된다.
이때, 스위칭 배리어(120)는 마이크로렌즈(112)의 초점부에 위치하는 개구부(120_1)에서만 빛을 투과시키고, 이외의 부분에서는 빛을 차단한다.
스위칭 배리어(120)는 개구부(120_1)를 통해 정면에서 입사되는 빛을 통과시키고, 각 마이크로렌즈(112)는 초점부에 위치한 개구부(120_1)를 통해 발산되는 빛을 집광시키므로, 정면 투과율이 확보된다.
이와 같이, 일정한 간격으로 배치된 복수의 마이크로렌즈(112)들과 그 하부의 스위칭 배리어(120)를 이용하면 빛의 집광 또는 확산을 제어할 수 있으며, 이를 통해 시야각 특성을 가변하여 광시야각 모드와 협시야각 모드를 모두 구현할 수 있다.
빛을 집광 또는 확산시키기 위한 두 개의 층, 즉, 마이크로렌즈층(110)과 스위칭 배리어(120)는 일원화된 필름 타입(film type)으로 얇게 제조할 수 있어 다양한 활용이 가능하며, 이러한 구조를 통해 시야각 제어를 위한 별도의 액정 패널 없이도 빛의 집광 또는 확산이 가능해진다.
또한, 마이크로렌즈 어레이 시트(100)는 사용상 편의를 위해 탈착이 가능한 필름 타입으로 제조될 수 있다.
도 6은 도 3에 도시된 마이크로렌즈 어레이 시트에서, 포토크로믹 물질의 변화를 예시한 도면이다.
예시된 포토크로믹 물질은 제1 및 제2 제어 광원(220, 221)에 대하여 도 6과 같은 화학 구조의 변형을 일으킨다.
제1 제어 광원(220)으로부터 365nm의 빛이 조사되면 포토크로믹 물질은 오픈 구조(open form)로 변형되며, 가시광선 영역에서 빛의 흡수가 일어나 유색을 띄게 된다.
그리고, 제2 제어 광원(221)으로부터 514nm의 빛이 조사되면 포토크로믹 물질은 클로즈 구조(closed form)로 회복되며, 가시광선 영역에서 빛의 흡수가 일어나지 않고, 무색의 투명한 상태가 된다.
예로 든 경우 외에도 다양한 포토크로믹 물질이 존재하며, 적절한 포토크로믹 물질을 선정하여 혼합하면, 반응하는 자외선 파장대 및 변색 정도를 조절할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 효율적으로 시야각 특성이 가변될 수 있으며, 전체적인 두께가 경감될 수 있다. 또한, 정면 휘도나 기타 다른 동작 특성의 저하시키지 않는 범위 내에서 광시야각/협시야각 모드를 구현할 수 있다.

Claims (12)

  1. 복수의 마이크로렌즈들이 배열되어 있는 마이크로렌즈층; 및
    상기 마이크로렌즈층의 하부에 위치하고, 조사되는 빛의 파장대에 따라 변색 여부가 제어되며, 불투명 상태에서 상기 마이크로렌즈층으로 공급되는 빛을 집광시키고, 투명 상태에서 상기 마이크로렌즈층으로 출사되는 빛을 확산시키는 스위칭 배리어
    를 포함하는 마이크로렌즈 어레이 시트.
  2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈층은, 렌티큘러 타입의 렌즈들로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 시트.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제2항에 있어서, 상기 스위칭 배리어는,
    상기 렌즈들 각각의 중심축에 대응하도록 형성된 슬릿(slit); 및
    상기 슬릿의 양측에 위치하도록 포토크로믹(photochromic) 물질로 형성된 패턴
    을 포함하는 마이크로렌즈 어레이 시트.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제3항에 있어서,
  5. 빛을 발생시키는 백라이트 유닛;
    마이크로렌즈층과 상기 백라이트 유닛으로부터 조사되는 빛의 파장대에 따라 변색되는 스위칭 배리어를 구비하며, 변색 여부에 따라 상기 백라이트 유닛으로부터 출사된 빛을 집광 또는 확산시키는 마이크로렌즈 어레이 시트; 및
    상기 마이크로렌즈 어레이 시트의 전면에 배치되어, 상기 마이크로렌즈 어레이 시트로부터 공급된 빛을 이용하여 화상을 표시하는 액정 패널
    을 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈층은 렌티큘러 타입의 렌즈들로 구성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스위칭 배리어는,
    상기 렌티큘러 렌즈들 각각의 중심축에 대응하도록 형성된 슬릿(slit); 및
    상기 슬릿의 양측에 위치하도록 포토크로믹(photochromic) 물질로 형성된 패턴
    을 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은,
    가시광선 파장대의 빛을 발생시키는 디스플레이 광원; 및
    자외선 파장대의 빛을 발생시켜 상기 스위칭 배리어의 변색 여부를 조절하는 제어 광원
    을 포함하는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어 광원은 상기 자외선 파장대의 빛을 발생키는 제1 제어 광원과 상기 가시광선 파장대의 빛을 발생시키는 제2 제어 광원을 포함하며,
    상기 제어 광원은, 상기 자외선 파장대에서, 상기 스위칭 배리어의 포토크로믹 물질이 투명 상태에서 불투명 상태로 변색되고, 상기 가시광선 파장대에서, 상기 스위칭 배리어의 포토크로믹 물질이 불투명 상태에서 투명 상태로 회복되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제8항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은,
    상기 액정 패널의 하부에 위치하는 복수의 광학 시트;
    상기 디스플레이 광원 및 상기 제어 광원이 실장된 바텀 커버; 및
    상기 바텀 커버의 저면 내측에 형성된 반사 시트
  11. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제10항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈 어레이 시트는, 상기 복수의 광학 시트 중 하나의 시트 일면에 부착된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제5항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈 어레이 시트는, 탈착이 가능한 필름 타입인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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