KR101665167B1

KR101665167B1 - 광학장치 및 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR101665167B1
Application number: KR1020130155248A
Authority: KR
Inventors: 유안밍 펭; 팬 리; 준루이 장
Original assignee: 보에 테크놀로지 그룹 컴퍼니 리미티드; 청두 비오이 옵토일렉트로닉스 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2016-10-11
Also published as: JP2014119760A; KR20140077124A; CN103018931A; EP2743756A1; EP2743756B1; US20140168562A1; US9239508B2

Abstract

광학장치는 서로 교합되는 제1 프리즘 세트와 제2 프리즘 세트를 포함하는 광학 구조를 포함하며, 상기 제2 프리즘 세트는 전자광학 효과 재료로 형성되거나 전자광학 효과 재료가 구비되며, 상기 제2 프리즘 세트에 전기장이 인가되지 아니할 때, 상기 제1 프리즘 세트 및 상기 제2 프리즘 세트의 굴절율은 같으며, 상기 제2 프리즘 세트의 양측에는 각각 적어도 한 쌍의 전극이 구비되고, 그들 사이에 전기장을 발생하여, 상기 제2 프리즘 세트의 상기 전기장 방향의 굴절율을 변경하며, 상기 제어 유닛은 적어도 한 쌍의 전극과 연결되어 제어를 진행하여 상기 전극을 통전하거나 상기 전극을 단전하며, 상기 전극이 통전 상태일 때, 상기 전기장의 강도를 제어한다.

Description

광학장치 및 디스플레이 장치 {OPTICAL DEVICE AND DISPLAY DEVICE WITH THE SAME}

본 발명은 액정 디스플레이 기술 분야와 관련되며, 특히 광학 장치 및 디스플레이 장치와 관련된다.

액정 디스플레이는 투과형 디스플레이, 반사형 디스플레이 및 반투과반사형 디스플레이로 분류된다.

투과형 디스플레이(transmissive display)는, 스크린의 배면에 미러가 제공되지 아니하며, 단지 백라이트 소스가 광을 제공하므로, 약광 또는 무광의 환경에서 뛰어난 성능을 나타낸다. 그러나, 실외의 양광 또는 강광의 환경에서는 백라이트의 휘도가 매우 부족하게 되며, 이 경우 디스플레이의 성능을 제고하기 위해 단순히 백라이트의 휘도를 증가하면, 전력 소비가 급속히 증가하며, 그 효과가 이상적이지 아니하다.

반사형 디스플레이(reflective display)는 스크린의 배면에 미러가 있으며 외부 광원에 의존하여 디스플레이 하기 때문에, 실외와 강광 환경에서 보다 나은 디스플레이 효과와 대비도를 실현할 수 있다. 그러나, 반사형 디스플레이는 고 해상도 하에서 고 대비도와 고 칼라 품질의 이미지를 디스플레이 하기가 어려우며, 특히 전면적인 컬러 요구를 충족하기가 어렵다. 주변 광원이 부족할 때, 반사형 디스플레이의 대비도와 휘도는 크게 악화된다.

현재, 종래 반투과반사형 디스플레이(transflective display)는 상기 투과형 디스플레이와 상기 반사형 디스플레이의 설계를 동시에 채용하는데, 즉 종래 반투과반사형 디스플레이는 백라이트 소스와 미러를 모두 포함하기 때문에, 사용 시, 반투과반사형 디스플레이는 자체의 백라이트 소스뿐만 아니라 외부의 광원도 사용하므로, 강광 또는 어둠에 상관없이 사용자에게 보다 나은 시청 효과를 제공할 수 있다. 그러나, 종래 반투과반사형 디스플레이는 각 픽셀의 절반 면적에 반사 재료의 층이 코팅되어 있어, 각 픽셀의 절반은 투과에 사용되며, 각 픽셀의 다른 절반은 반사에 사용되므로, 종래 반투과반사형 디스플레이의 픽셀의 이용율은 단지 반사형 디스플레이의 절반 또는 투과형 디스플레이의 절반에 불과하여, 광에너지의 이용율이 떨어진다. 또한 종래 반투과반사형 디스플레이는, 반사에 사용되는 픽셀의 부분을 반사 재료로 코팅해야 하므로, 픽셀 구조가 변경되며, 이로 인해 제조 공정이 더욱 복잡하게 된다.

본 발명은 광학 장치 및 디스플레이 장치를 제공하여, 종래 반투과반사형 디스플레이에서 광에너지의 낮은 이용율과 픽셀 구조의 변경을 필요로 하는 제조 공정의 복잡한 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적은 다음 방안을 통해 실현된다:

본 발명의 실시예는 광학 구조, 적어도 한 쌍의 전극 및 제어 유닛을 포함하는 광학 장치를 제공하며, 상기 광학 구조는 서로 교합되는 제1 프리즘 세트와 제2 프리즘 세트를 포함하며, 상기 제2 프리즘 세트는 전자광학 효과 재료로 형성되거나 전자광학 효과 재료가 구비되며, 상기 제2 프리즘 세트에 전기장이 인가되지 아니할 때, 상기 제1 프리즘 세트 및 상기 제2 프리즘 세트의 굴절율은 같으며; 상기 제2 프리즘 세트의 양측에는 각각 적어도 한 쌍의 전극이 구비되고, 이들 사이에 전기장을 발생하여, 상기 제2 프리즘 세트의 전기장 방향의 굴절율을 변경하며; 상기 제어 유닛은 적어도 한 쌍의 전극과 연결되어 제어를 진행하여 상기 전극을 통전하거나 상기 전극을 단전하며, 상기 전극이 통전 상태일 때, 전기장의 강도를 제어한다.

예를 들면, 상기 제1 프리즘 세트 및 상기 제2 프리즘 세트는 각각 복수의 프리즘을 포함하며, 상기 프리즘은 모두 크기와 모양이 같다.

예를 들면, 상기 프리즘은 트리플 프리즘이며, 그 절단면은 이등변 직각 삼각형이다.

예를 들면, 서로 교합되는 트리플 프리즘의 각 아덴덤 각은 직각이다.

예를 들면, 상기 제2 프리즘 세트는, 전기장이 인가될 때, 상기 전기장 방향의 굴절율이 상기 제 1 프리즘 세트의 굴절율의

배보다 작다.

예를 들면, 상기 제1 프리즘 세트의 프리즘의 상기 아덴덤 각과 대향되는 경사면은 모두 동일 평면 내에 위치하며, 상기 제2 프리즘 세트의 프리즘의 상기 아덴덤 각과 대향되는 경사면은 모두 동일 평면 내에 위치한다.

예를 들면, 상기 제2 프리즘 세트의 폭은 상기 제1 프리즘 세트의 폭보다 크다.

예를 들면, 상기 제2 프리즘 세트의 양측에는 상기 제2 프리즘 세트가 위치하는 평면에 수직하고 또한 상기 제2 프리즘 세트의 트리플 프리즘의 절단면에 수직하는 단면이 형성되며, 상기 단면에는 각각 상기 전극이 부착되거나 구비된다.

예를 들면, 상기 제2 프리즘 세트는 그 내부에 전자광학 효과 재료가 구비되며, 상기 전자광학 효과 재료는 액체 상태의 니트로벤젠 또는 액정 상태의 블루페이즈 액정이다.

예를 들면, 상기 제2 프리즘 세트는 전자광학 효과 재료로 형성되며, 상기 전자광학 효과 재료는 고체의 인산 이수소 칼륨 크리스탈(KH2PO4)이다.

본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다: 상기 광학 장치는 예를 들면 두 개의 트리플 프리즘 세트와 같이 두 개의 프리즘 세트를 포함하며, 하나의 트리플 프리즘 세트는 전자광학 효과 재료로 형성되거나, 그 내부에 전자광학 효과 재료가 구비되며, 전기장의 인가를 통해, 전자광학 효과 재료를 포함하는 하나의 트리플 프리즘 세트의 전기장 방향의 굴절율을 변경하여, 상기 광학 장치가 투과 모드와 전반사 모드 사이에서 전환될 수 있게 함으로써, 광 에너지의 이용율을 제고할 수 있다.

본 발명의 실시예는 상기 광학장치를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.

예를 들면, 상기 디스플레이 장치는 적어도 상부 기판, 하부 기판 및 이들 사이에 끼워 설치되는 액정층을 포함하는 액정 패널을 포함하며, 상기 광학 장치에 포함된 상기 광학 구조는 상기 하부 기판의 외측에 위치하며, 상기 광학 구조의 상기 제1 프리즘 세트는 상기 하부 기판과 접합된다.

본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다: 광학 장치는 상기 디스플레이 패널의 백라이트 측에 구비되며, 상기 광학 장치는 예를 들면 두 개의 트리플 프리즘 세트와 같은 두 개의 프리즘 세트를 포함하며, 하나의 트리플 프리즘 세트는 전자광학 효과 재료로 형성되거나 그 내부에 전자광학 효과재료가 구비되며, 전기장의 인가를 통해, 전자광학 효과 재료를 포함하는 하나의 트리플 프리즘 세트의 전기장 방향의 굴절율을 변경하여, 상기 광학 장치가 투과 모드와 전반사 모드 사이에서 전환될 수 있게 함으로써, 상기 광학 장치를 포함하는 상기 디스플레이 장치는 투과 모드와 전반사 모드 사이에서 전환될 수 있다. 또한, 상기 광학 장치를 사용하는 상기 디스플레이 장치는 픽셀에 반사 재료를 코팅할 필요가 없어, 상기 픽셀의 전체 면적을 이용할 수 있으며, 상기 디스플레이 장치는 투사 모드와 반사 모드 사이에서 전환될 수 있어, 사용자에게 보다 나은 시청 효과를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 강광 또는 어둠에 관계없이 광 에너지의 이용율을 제고할 수 있다. 동시에, 상기 픽셀을 반사 재료로 코팅할 필요가 없어, 상기 픽셀 구조를 변경할 필요가 없으며, 복잡한 제조 절차가 불필요하다.

본 발명의 상기 특징 및 다른 특징은 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 통해 구체적으로 설명함으로써 보다 명확해 진다.
도 1은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 장치의 구조도이다;
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 장치의 제1 트리플(triple) 프리즘 세트의 3차원 구조도이다;
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 장치의 제2 트리플 프리즘 세트의 3차원 구조도이다;
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 패널의 구조도이다;
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 투과 모드를 나타내는 개념도이다;
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전반사 모드를 나타내는 개념도이다.

다음은 첨부 도면을 결합하여 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명을 진행한다.

본 발명의 실시예는 광학 구조, 적어도 한 쌍의 전극 및 제어 유닛을 포함하는 광학 장치를 제공하며, 상기 광학 구조는 서로 교합되는 제1 프리즘 세트와 제2 프리즘 세트를 포함하며, 상기 제2 프리즘 세트는 전자광학 효과 재료로 형성되거나, 전자광학 효과 재료가 구비되며, 상기 제2 프리즘 세트에 전기장이 인가되지 아니할 때, 상기 제1 프리즘 세트 및 상기 제2 프리즘 세트의 굴절율은 같으며; 상기 제2 프리즘 세트의 양측에는 각각 적어도 한 쌍의 전극이 구비되고, 이들 사이에 전기장(electric field)을 발생하여, 상기 제2 프리즘 세트의 전기장 방향의 굴절율을 변경하며; 상기 제어 유닛은 적어도 한 쌍의 전극과 연결되어 제어를 진행하여 상기 전극을 통전(power on)하거나 상기 전극을 단전(power off)하며, 상기 전극이 통전 상태일 때, 상기 전기장의 강도를 제어한다.

예를 들면, 상기 제1 프리즘 세트와 제2 프리즘 세트는 각각 복수의 프리즘을 포함하며, 상기 프리즘은 모두 크기와 모양이 같다.

예를 들면, 상기 프리즘은 트리플(triple) 프리즘이며, 그 절단면은 이등변 직각 삼각형이며, 서로 교합되는 각 트리플 프리즘의 아덴덤 각(addendum angle)은 직각이다. 대안적으로, 상기 프리즘은 입사광을 완전하게 반사할 수 있다면 이등변 사다리꼴과 같은 어떠한 형상이든 관계없다.

예를 들면, 상기 제2 프리즘 세트는, 전기장이 인가될 때, 전기장 방향의 굴절율이 제 1 프리즘 세트의 굴절율의

배보다 작다.

예를 들면, 상기 아덴덤 각과 대향되는 제1 프리즘 세트의 프리즘의 경사면은 모두 동일 평면 내에 위치하며, 상기 아덴덤 각과 대향되는 상기 제2 프리즘 세트의 프리즘의 경사면은 모두 동일 평면 내에 위치한다.

예를 들면, 상기 제2 프리즘 세트의 양측에는, 상기 제2 프리즘 세트의 입사면이 위치하는 평면과 상기 제2 프리즘 세트의 프리즘의 절단면(cross section)에 수직하는 단면(end-face)이 형성되며, 상기 단면에는 각각 적어도 한 쌍의 전극이 부착되거나 구비된다.

예를 들면, 상기 제2 프리즘 세트는 그 내부에 전자광학 효과 재료가 구비되며, 상기 전자광학 효과 재료는 액체 상태의 니트로벤젠 또는 액정 상태의 블루페이즈(blue-phase) 액정이다.

예를 들면, 상기 제2 프리즘 세트는 전자광학 효과 재료로 형성되며, 상기 전자광학 효과 재료는 고체의 인산 이수소 칼륨(potassium dihydrogen phosphate , KH2PO4) 크리스탈이다.

본 발명의 제2 실시예는 광학 장치를 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 광학 장치는 광학 구조(1), 두 개의 전극(2) 및 제어 유닛(3)을 포함하며, 상기 광학 구조(1)는 서로 교합되는 제1 트리플 프리즘 세트(11)와 제2 트리플 프리즘 세트(12)를 포함하며, 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)의 폭은 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 폭보다 작다. 또한 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)는 전자광학 효과 재료로 형성되거나, 전자광학 효과 재료가 구비되며, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)에 전기장이 인가되지 아니할 때, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)이 굴절율은 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)의 굴절율과 같다.

여기서, 상기 폭은 도 1 및 도4에서 수평 방향의 거리를 의미하는 것으로 이해해야 한다.

상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 양측에는 각각 두 개의 전극(2)이 구비되고, 두 개의 전극(2)이 통전될 때, 이들 사이에 전기장이 발생되며, 상기 전기장은 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 전기장 방향의 굴절율을 변경할 수 있다.

상기 제어 유닛(3)은 두 개의 전극(2)과 연결되어 제어를 진행하여 상기 전극을 통전하거나 상기 전극을 단전하며, 상기 두 개의 전극(2)이 통전 상태일 때, 전기장의 강도를 제어한다.

본 발명 따른 광학 장치는 투과 모드와 반사 모드의 두 개의 작동 모드를 구비한다. 구체적으로, 위에서 설명한 바와 같이, 상기 광학 장치가 투과 모드일 때, 상기 전극(2)은 단전되므로, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)에는 전기장이 인가되지 아니하여, 제1 트리플 프리즘 세트(11)와 제2 트리플 프리즘세트(12)의 굴절율은 같으며, 광은 상기 제2 트리플 프리즘 세트와 제1 트리플 프리즘 세트를 통해 통과할 수 있으며, 광로는 변하지 아니한다(도5 참조). 상기 광학 장치가 반사 모드일 때, 상기 전극(2)은 통전되며, 상기 제2 트리플 프리즘 세트의 굴절율은 변하며, 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)를 통과하는 입사광(incident light)이 제2 트리플 프리즘 세트(12)로 진입할 때, 적어도 상기 입사광의 일부분이 반사된다(도 6 참조).

예를 들면, 제1 트리플 프리즘 세트(11)와 제2 트리플 프리즘 세트(12)는 모두 복수의 트리플 프리즘(13)으로 형성되며, 프리즘(13)은 크기와 모양이 모두 같으며, 그 절단면은 모두 이등변 직각 삼각형이다. 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)를 구성하는 트리플 프리즘(13)의 방향(도 1에서 아래로 향하는 방향)은 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)를 구성하는 트리플 프리즘(13)의 방향(도 1에서 위로 향하는 방향)과 대향되어, 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)와 제2 트리플 프리즘 세트(12)는 서로 교합됨을 이해해야 한다.

도2 는 제1 트리플 프리즘 세트(11)의 구조도를 보여주고 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)는 복수의 트리플 프리즘(13)으로 형성되며, 이들은 평행하게 배열된다. 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)는 톱니 형상이며, 상기 트리플 프리즘(13)의 아덴덤 각(addendum angle)은 직각이다.

상기 트리플 프리즘의 절단면을 이등변 직각 삼각형으로 구비하는 이점은 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2 트리플 프리즘 세트에 전압이 인가될 때, 상기 광학 장치가 전반사 상태에 진입하여, 입사광과 출사광(outgoing light)이 서로 평행되게 함으로써, 시청자가 상기 광학 장치를 대면할 때, 최적의 시각을 얻을 수 있는 것이다.

도 3은 제2 트리플 프리즘 세트의 구조도를 보여주고 있다. 도3에 도시된 바와 같이, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)는 복수의 트리플 프리즘(13)으로 형성되며, 이들은 평행하게 배열된다. 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)는 톱니 형상이며, 상기 트리플 프리즘(13)의 아덴덤 각(131)은 직각이다. 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)와 제2 트리플 프리즘 세트(12)는 서로 교합될 수 있다.

상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)의 상기 아덴덤 각(131)과 대향되는 각 프리즘(13)의 경사면은 같은 평면에 위치하며, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 상기 아덴덤 각(131)과 대향되는 각 프리즘(13)의 경사면은 같은 평면에 위치한다.

예를 들면, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 양측에는, 상기 제2 프리즘 세트(12)의 프리즘(13)의 경사면이 위치하는 평면에 수직하고 또한 상기 프리즘(13)의 절단면에 수직하며, 상기 프리즘(13)의 길이 방향으로 연장되는 두 개의 단면이 있다. 두 개의 전극(2)은 각각 상기 단면에 부착되거나 구비된다.

예를 들면, 상기 제2 프리즘 세트(12)의 각 프리즘(13)은 전자광학 효과 재료로 형성되거나, 또는 그 내부에 전자광학 재료가 구비되며, 상기 전자광학 재료는, 전기가 인가되지 아니할 때, 등방성(isotropic)이 되며, 전기가 인가될 때, 이방성(anisotropic)이 되는 특성이 있다. 인가된 전기장 방향에서 상기 전자광학 재료의 굴절율은 변하게 된다.

예를 들면, 제2 프리즘 세트(12)의 각 프리즘(13)은 그 내부에 전자광학 효과 재료가 구비되며, 상기 전자광학 효과 재료는 액체 상태의 니트로벤젠(nitrobenzene) 또는 액정 상태의 블루페이즈(blue-phase) 액정이다.

상기 제2 프리즘 세트(12)의 각 프리즘(13)은 전자광학 효과 재료로 형성되며, 상기 전자광학 효과 재료는 고체의 인산 이수소 칼륨(potassium dihydrogen phosphate (KH2PO4) ) 크리스탈이다.

또한, 입사광이 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)의 트리플 프리즘(13)의 경사면이 위치하는 평면을 수직으로 통과하여, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 트리플 프리즘(13)에 입사할 때, 만약 반사를 발생하려면, 상기 전극(2)이 통전되어야만 전극(2) 사이에 전기장이 발생하여, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 전기장 방향의 굴절율이 변한다. 본 실시예에서, 전반사를 구현하기 위한 필요 조건은 다음과 같다: 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 각 트리플 프리즘(3)의 전기장 방향의 굴절율은 제1 트리플 프리즘 세트(11)의 각 프리즘(13)의 굴절율에 상기 입사광의 입사각의 정현값(sine)을 곱한 것과 같다. 상기 입사광은 상기 평면에 수직일 때, 서로 인접된 제1 트리플 프리즘 세트(11)의 트리플 프리즘(13)과 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 트리플 프리즘(13) 사이의 교합 면(engagement surface)에서의 광선의 입사각은 45°이고, 상기 45°의 정현값은

이므로, 전반사를 구현하기 위한 조건을 완전히 충족하기 위해, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 각 프리즘(13)의 전기장 방향의 굴절율은 인접된 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)의 트리플 프리즘(13)의 굴절율의

배보다 작아야 한다. 제2 실시예에서, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 전기장 방향의 굴절율의 변화는 상기 전극에 인가되는 전압을 조절하여 실현된다.

본 실시예에서, 트리플 프리즘을 예로 들어 설명했지만, 이는 단지 예시적인 것이며, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다. 실제, 제1 프리즘 세트(이는 제1 트리플 프리즘 세트(11)에 상당함)와 제2 프리즘 세트(이는 제2 트리플 프리즘 세트(12)에 상당함)는 트리플 프리즘과는 다른 프리즘에 의해 구성될 수 있으며, 투과 모드와 전반사 모드 사이의 전환을 실현할 수만 있으면 된다.

본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다: 상기 광학 장치는 두 개의 트리플 프리즘 세트를 포함하며, 하나의 트리플 프리즘 세트는 전자광학 효과 재료로 형성되거나, 그 내부에 전자광학 효과 재료가 구비되며, 전기장의 인가를 통해, 하나의 트리플 프리즘 세트의 전기장 방향의 굴절율을 변경하여, 상기 광학 장치가 투과 모드와 전반사 모드 사이에서 전환될 수 있게 함으로써, 광 에너지의 이용율을 제고할 수 있다. 전반사 모드의 경우에, 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)를 투과하는 광은 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)에 의해 완전히 반사되며, 제1 트리플 프리즘 세트(11)를 통과한 후 입광측(入光側)으로 가이드되어, 상기 입광측(즉, 도 1에서 상부 면)의 휘도를 제고함으로써, 광 에너지의 이용율을 제고한다.

또한, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 액정 패널, 액정 텔레비전, 디지털 이미지 프레임, 액정 디스플레이, 핸드폰, 태블릿 PC, 전자 종이, OLED 패널 등과 같은 디스플레이 기능을 갖는 제품 또는 부품일 수 있으며, 이 디스플레이 장치는 본 발명의 광학 장치를 포함하며, 그러나 상기 제품 또는 부품에 한정되지는 아니한다.

본 발명의 제3 실시예는 상기 광학 장치를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다. 예를 들면, 상기 디스플레이 장치는 액정 패널을 포함하며, 도4에 도시된 바와 같이, 상기 액정 패널은 적어도 상부 기판(5), 하부 기판(6) 및 액정층(7)을 포함한다. 상기 광학 장치는 광학 구조(1), 한 쌍의 전극(2) 및 제어 유닛(3)을 포함한다.

상기 광학 구조(1)는 서로 교합되는 제1 트리플 프리즘 세트(11)와 제2 트리플 프리즘 세트(12)를 포함하며, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)는 전자광학 효과 재료로 형성되거나, 전자광학 효과 재료가 구비되며, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)에 전기장이 인가되지 아니할 때, 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11) 및 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 굴절율은 같다. 본 실시예에서 상기 광학 장치와 제2 실시예에서 상기 광학 장치는 같다.

도4에 도시된 바와 같이, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 양측에는 각각 두 개의 전극(2)이 구비되고, 상기 두 개의 전극(2)이 통전 될 때, 이들 사이에 전기장을 발생하며, 상기 전기장은 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 전기장 방향의 굴절율을 변경할 수 있다. 당연히, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)를 형성하는 상기 전자광학 효과 재료의 특성에 근거하여, 상기 전기장은 굴절율의 변경이 필요한 방향으로 발생할 수 있으므로, 상기 전극(2)은 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)와 분리되어 구비되거나, 또는 상기 전극(2)은 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 양쪽의 단면에 구비되거나 부착될 수 있다. 예를 들면, 상기 전극(2)이 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 양쪽의 단면에 구비되거나 부착될 때, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 프리즘(13)의 경사면이 위치하는 평면에 수직하고 또한 상기 프리즘(13)의 절단면에 수직하며, 상기 프리즘(13)의 길이 방향으로 연장되는 두 개의 단면은 각각 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 양쪽에 구비되어야 하며, 동시에 상기 두 개의 전극(2) 사이의 상기 전기장은 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 프리즘의 경사면이 위치하는 평면과 평행해야 한다.

제어 유닛(3)은 두 개의 전극(2)과 연결되어, 상기 전극(2)을 통전하거나 상기 전극(2)을 단전하며, 상기 두 개의 전극(2)이 통전될 때, 상기 두 개의 전극(2) 사이의 상기 전기장의 강도를 제어한다.

상기 광학 장치에 포함된 상기 광학 구조(1)는 하부 기판(6)의 외측에 위치하며, 상기 광학 구조(1)의 제1 트리플 프리즘 세트(11)는 도4에 도시된 방법으로 상기 하부 기판(6)에 접착된다.

예를 들면, 도4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)와 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)은 모두 복수의 프리즘(13)을 구비하며, 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)의 각 프리즘(13)과 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 각 프리즘(13)은 크기와 모양이 같으며, 상기 프리즘(13)의 절단면은 이등변 직각 삼각형이다.

본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다: 광학 장치는 상기 디스플레이 패널의 백라이트 측에 구비되며, 상기 광학 장치는 두 개의 트리플 프리즘 세트를 포함하며, 하나의 트리플 프리즘 세트의 각 프리즘은 전자광학 효과 재료로 형성되거나 그 내부에 전자광학 효과재료가 구비되며, 전기장의 인가를 통해, 하나의 트리플 프리즘 세트의 전기장 방향의 굴절율을 변경하여, 상기 광학 장치가 투과 모드와 전반사 모드 사이에서 전환될 수 있게 함으로써, 상기 광학 장치를 구비한 상기 디스플레이 장치는 투과 모드와 전반사 모드 사이에서 전환될 수 있다. 또한, 상기 광학 장치를 사용하는 상기 디스플레이 장치는 픽셀에 반사 재료를 코팅할 필요가 없어, 상기 픽셀의 전체 면적을 이용할 수 있으며, 상기 디스플레이 장치는 투사 모드와 반사 모드 사이에서 전환될 수 있어, 사용자에게 보다 나은 시청 효과를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 강광 또는 어둠에 관계없이 광 에너지의 이용율을 제고할 수 있다. 동시에, 상기 픽셀을 반사 재료로 코팅할 필요가 없어, 상기 픽셀 구조를 변경할 필요가 없으며, 복잡한 제조 절차가 불필요하다.

이하에서는, 도5와 도 6을 참조하여 제4 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다. 도5는 투과 모드에서 본 발명에 따른 광학 장치의 개념도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 도면 부호 8은 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 아래에 위치한 백라이트 소스로부터 나온 광을 나타낸다. 상기 백라이트 소스를 사용하는 경우, 전기장을 인가하여 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 굴절율을 변경하지 아니하며, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)에 포함된 상기 전자광학 효과 재료는 등방성(isotropic)이며, 동시에 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)와 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 굴절율은 같으므로, 상기 백라이트 소스의 광(8)은 직접 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)와 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)를 통해 투사된다.

도 6은 전반사 모드에서 본 발명에 따른 광학 장치의 개념도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 전기장은 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)에 인가되며, 도면 부호 100은 상기 전기장의 방향을 나타내며, 동시에 상기 백라이트 소스는 턴 오프(turn off) 된다. 이 경우, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 굴절율은 인가된 전기장에 의해 변경된다. 즉, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 참조 번호 100 방향의 굴절율은 변경되며, 입사광(9)이 진입할 때, 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)의 굴절율과 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 전기장(100) 방향의 굴절율은 다르기 때문에, 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)와 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)가 서로 교합되는 곳에서 두 번의 반사가 발생하며, 도 6에 도시된 바와 같이, 출사광(10)과 입사광(9)의 방향이 서로 평행하면서 반대이기 때문에, 전반사가 실현된다. 상기 전반사를 실현하기 위해서는, 다음 조건을 충족해야 한다:

상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)과 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)를 형성하는 트리플 프리즘(13)의 절단면은 이등변 직각 삼각형이며, 상기 제2 트리플 프리즘 세트(12)의 전기장(100) 방향의 굴절율과 상기 제1 트리플 프리즘 세트(11)의 굴절율은 다음 방정식을 만족하여야 한다:

여기서, n2는 전기장의 인가를 통해 상기 제2 프리즘 세트(12)의 굴절율을 변경하는 경우, 상기 제2 프리즘 세트(12)의 전기장 방향의 굴절율이며, n0는 상기 제1 프리즘 세트(11)의 굴절율이다.

본 발명의 실시예에서, 본 발명의 상기 광학 장치를 사용하는 디스플레이 장치는, 투과 모드 디스플레이를 실현할 때, 상기 제2 프리즘 세트(12)에 전기장이 인가되지 아니하며, 즉 전기장의 인가를 통해 상기 제2 프리즘 세트(12)의 굴절율을 변경하지 아니하며, 반사 모드 디스플레이를 실현할 때, 전기장의 인가를 통해 상기 제2 프리즘 세트(12)의 전기장 방향의 굴절율을 변경하여, 상기 제2 프리즘 세트(12)의 굴절율이 사전에 설정된 관계를 총족하도록 하여, 전반사를 실현한다.

상기 실시예는 단지 본 발명의 원리를 설명하기 위한 예시적인 실시예에 불과하며, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다. 본 영역의 기술자는 본 발명의 정신과 실체를 벗어나지 아니하고 다양한 변형과 개선을 실현할 수 있는 바, 이러한 변경과 개선은 본 발명의 보호 범위에 속한다.

Claims

광학 구조, 적어도 한 쌍의 전극 및 제어 유닛을 포함하는 광학 장치에 있어서,
상기 광학 구조는 서로 교합되는 제1 프리즘 세트와 제2 프리즘 세트를 포함하며, 상기 제2 프리즘 세트는 전자광학 효과 재료로 형성되거나 전자광학 효과 재료를 포함하며, 상기 제2 프리즘 세트에 전기장이 인가되지 아니할 때, 상기 제1 프리즘 세트 및 상기 제2 프리즘 세트의 굴절율은 같으며;
상기 제2 프리즘 세트의 양측에는 각각 적어도 한 쌍의 전극이 구비되고, 이들 사이에 전기장을 발생하여, 상기 제2 프리즘 세트의 전기장 방향의 굴절율을 변경하며;
상기 제어 유닛은 적어도 한 쌍의 전극과 연결되어 제어를 진행하여 상기 전극을 통전하거나 상기 전극을 단전하며, 상기 전극이 통전 상태일 때, 전기장의 강도를 제어하며,
두 개의 상기 전극이 상기 제2 프리즘 세트의 프리즘의 배치 방향을 각각 따라 상기 제2 프리즘 세트의 양측에 제공되어, 상기 제1 프리즘 세트를 투과하는 광은 상기 제2 프리즘 세트에 의해 완전히 반사되도록 하는 광학 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 프리즘 세트 및 상기 제2 프리즘 세트의 프리즘은 모두 크기와 모양이 같은 광학 장치.
청구항 2에 있어서,
싱기 프리즘은 트리플 프리즘이며, 그 절단면은 이등변 직각 삼각형이며, 그 아덴덤 각은 직각인 광학 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 제2 프리즘 세트는, 전기장이 인가될 때, 상기 전기장 방향의 굴절율이 상기 제 1 프리즘 세트의 굴절율의
배보다 작은 광학 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 제1 프리즘 세트의 프리즘의 상기 아덴덤 각과 대향되는 경사면은 모두 동일 평면 내에 위치하며,
상기 제2 프리즘 세트의 프리즘의 상기 아덴덤 각과 대향되는 경사면은 모두 동일 평면 내에 위치하는 광학 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제2 프리즘 세트의 폭은 상기 제1 프리즘 세트의 폭보다 큰 광학 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제2 프리즘 세트의 양측에는 상기 제2 프리즘 세트가 위치하는 평면에 수직하고 또한 상기 프리즘의 절단면에 수직하는 단면이 형성되며, 상기 단면에는 각각 적어도 한 쌍의 전극이 부착되거나 구비되는 광학 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제2 프리즘 세트의 각 프리즘은 그 내부에 전자광학 효과 재료를 포함하며, 상기 전자광학 효과 재료는 액체 상태의 니트로벤젠 또는 액정 상태의 블루페이즈 액정인 광학 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제2 프리즘 세트의 각 프리즘은 전자광학 효과 재료로 형성되며, 상기 전자광학 효과 재료는 고체의 인산 이수소 칼륨 크리스탈인 광학 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항의 상기 광학장치를 포함하는 디스플레이 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 디스플레이 장치는 적어도 상부 기판, 하부 기판 및 이들 사이에 끼워 설치되는 액정층을 포함하는 액정 패널을 더 포함하며, 상기 광학 장치에 포함된 상기 광학 구조는 상기 하부 기판의 외측에 위치하며, 상기 광학 구조의 상기 제1 프리즘 세트는 상기 하부 기판과 접합되는 디스플레이 장치.