KR102101195B1 - 투명디스플레이장치 - Google Patents

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KR102101195B1
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Abstract

본 발명은 투명디스플레이장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 투명디스플레이장치는, 투명 표시패널과, 상기 투명 표시패널의 발광면의 반대측에 배치되어 광의 편광상태를 변환시키는 제1원편광부 및 상기 투명 표시패널의 발광면에 배치되어 상기 제1원편광부를 통과한 광을 투과시키거나 또는 차단시키는 제2원편광부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 선택적으로 투과모드와 화상구현모드를 구현할 수 있으며, 명암비가 향상되며 시인성이 증대된 투명디스플레이장치를 구현할 수 있게 된다.

Description

투명디스플레이장치{Transparent display device}
본 발명은 투명디스플레이장치에 관한 것으로, 투과모드 및 화상구현모드를 구현할 수 있는 투명디스플레이장치에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 표시장치가 개발되어 각광받고 있다.
이 같은 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device:LCD), 유기발광소자(Organic Light Emitting Diodes:OLED), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device:PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device:FED), 전기발광표시장치(Electroluminescence Display device : ELD) 등을 들 수 있는데, 이들 표시장치는 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 보이며 널리 사용되고 있다.
한편, 최근에는 특성상 사용자가 표시장치를 투과해 반대편에 위치한 사물 또는 이미지를 볼 수 있는 투명디스플레이장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 투명디스플레이장치는 공간 활용성, 인테리어 및 디자인의 장점을 가지며 보다 넓은 영역에서 사용될 수 있도록 개발에 박차를 가하고 있다.
그러나, 투명디스플레이장치는 특성 상 외부광에 의해 시인성 변화가 심한 문제점이 있다.
이를 보다 상세히 설명하면, 투명디스플레이장치는 화상을 구현하지 않는 상태에서 블랙상태를 유지해야 하는데, 주변이 밝을 경우 배경의 빛이 화소를 통과하기 때문에 블랙상태를 유지하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 화상을 구현할 때에도 외부광에 영향을 받아 배경의 이미지가 중첩되며 화상의 선명도 및 시인성이 떨어지는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 주변 환경에 따라 투과도 조절이 가능한 투명디스플레이장치를 제공하는데 있다.
이를 통해, 명암비가 향상되며 시인성이 증대된 투명디스플레이장치를 구현하는데 다른 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 투명디스플레이장치는, 투명 표시패널과; 상기 투명 표시패널의 발광면의 반대측에 배치되어 광의 편광상태를 변환시키는 제1원편광부; 및 상기 투명 표시패널의 발광면에 배치되어 상기 제1원편광부를 통과한 광을 투과시키거나 또는 차단시키는 제2원편광부를 포함한다.
상기 제1원편광부는 광을 제1방향으로 선편광시키는 제1편광판과, 상기 제1편광판의 상부에 배치되어 선편광된 광을 원편광시키는 액정셀부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1원편광부는 상기 제1편광판과 상기 액정셀부의 사이에 반파장판을 더 포함하는 것을 특징으로 특징으로 한다.
또는, 상기 제1원편광부는 상기 액정셀부와 상기 투명 표시패널의 사이에 포지티브 씨-플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제2원편광부는 위상필름과 상기 위상필름의 상부로 배치되는 제2편광판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1편광판과 상기 제2편광판은 서로 직교하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 위상필름은 반파장판 및 상기 반파장판의 상부로 배치되는 사분파장판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 위상필름은 포지티브 씨-플레이트 및 상기 포지티브 씨-플레이트의 상부로 배치되는 사분파장판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 액정셀부는 VA(vertical alignment)모드 및 PVA모드를 포함한 수직 배향모드, IPS(in-plane switching)모드, AH-IPS(advanced horizontal in-plane switching)모드, PLS(plane to line switching mode)모드 및 ECB(electrically controlled birefringence)모드를 포함한 수평배향 모드, TN모드, STN(super twisted nematic)모드, 하이브리드 모드 및 바이스테이블(bistable) 액정모드 중 어느 하나의 구동모드를 가지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 바이스테이블 액정모드는 BTN(bistable twisted nematic) 모드와 BCSN(bistable chrial splay nematic) LC cell 모드 그리고 BiNem 기술 및 ZBD기술을 적용한 모드 중 하나인 것을 특징으로 한다.
위에 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 광의 편광상태를 변환시키는 원편광부를 투명 표시패널의 하부 및 상부에 각각 배치시킴으로써 외부광을 차단시키거나 또는 투과시킬 수 있게 된다.
이와 같이 외부광의 투과 여부를 선택적으로 조절함으로써 투명디스플레이장치가 외부광에 영향을 받지 않도록 하며, 명암비가 향상된 선명한 영상을 표시하여 사용자의 시청 집중도를 높일 수 있게 된다.
또한, 위상필름을 한 매 또는 두 매 적용함으로써 시야각에 따른 빛샘을 저하시킴과 동시에 반사 색감이 우수하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 투명디스플레이장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 투명디스플레이장치의 투명 표시패널을 도시한 단면도.
도 3a는 도 1에 도시된 투명디스플레이장치의 차광모드를 설명하기 위한 도면.
도 3b는 도 1에 도시된 투명디스플레이장치의 투과모드를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 투명디스플레이장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 제2실시예의 변형예를 개략적으로 도시한 단면도.
도 6a 및 도 6b는 위상필름을 한 매 적용한 경우의 반사색감을 보여주는 도면.
도 7a 내지 도 7c는 위상필름을 두 매 적용한 경우의 반사색감을 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 투명디스플레이장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 9는 본 발명의 제3실시예의 변형예를 개략적으로 도시한 단면도.
도 10a는 비교예1에 따른 투명디스플레이장치의 구조를 보여주는 단면도.
도 10b는 비교예2에 따른 투명디스플레이장치의 구조를 보여주는 단면도.
도11a는 본 발명의 실시예에 따른 투명디스플레이장치의 분할 구동을 설명하기 위한 도면.
도 11b는 도 11a에 따라 투명디스플레이장치의 화면을 보여주는 도면.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 투명디스플레이장치의 구동을 다른 예로 설명하기 위한 도면.
도 12b는 도 12a에 따라 투명디스플레이장치의 화면을 보여주는 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 투명디스플레이장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 투명디스플레이장치의 투명 표시패널을 도시한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 투명디스플레이장치(100)는 투명 표시패널(120)과, 투명 표시패널(120)의 하부와 상부에 각각 형성된 제1원편광부(150) 및 제2원편광부(160)를 포함한다.
여기서, 투명 표시패널(120)은 투명한 유기발광다이오드 표시패널로, 상부 발광방식(top emission type) 또는 하부 발광방식(bottom emission type)으로 구분할 수 있는데, 상부 발광방식을 일예로 설명한다. 이때, 투명 표시패널(120)은 위상지연이 없다고 가정한다.
이러한 투명 표시패널(120)을 도 2를 참조하여 설명한다.
투명 표시패널(120)은, 도 2에 도시된 바와 같이 구동 박막트랜지스터(DTr)와 유기발광다이오드(E)가 형성된 투명기판(101)이 인캡슐레이션(encapsulation)을 위한 투명필름(121)에 의해 합착되어 이루어질 수 있다.
이에 대해 좀더 상세히 설명하면, 투명기판(101) 상의 화소영역에는 반도체층(103)이 형성되는데, 반도체층(103)은 실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널을 이루는 액티브영역(103a) 그리고 액티브영역(103a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 소스 및 드레인영역(103b, 103c)으로 구성된다.
이러한 반도체층(103) 상부로는 게이트절연막(105)이 형성되어 있다.
그리고, 게이트절연막(105) 상부로는 반도체층(103)의 액티브영역(103a)에 대응하여 게이트전극(107)과 이(107)와 연결되며 일방향으로 연장하는 게이트배선(미도시)이 형성되어 있다.
또한, 게이트전극(107)과 게이트배선(미도시) 상부 전면에 제 1 층간절연막(109a)이 형성되어 있으며, 이때 제 1 층간절연막(109a)과 그 하부의 게이트절연막(105)은 액티브영역(103a) 양측면에 위치한 소스 및 드레인영역(103b, 103c)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(116)을 구비한다.
다음으로, 제 1, 2 반도체층 콘택홀(116)을 포함하는 제 1 층간절연막(109a) 상부로는 서로 이격하며 제 1, 2 반도체층 콘택홀(116)을 통해 노출된 소스 및 드레인영역(103b, 103c)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인전극(110a, 110b)이 형성되어 있다.
그리고, 소스 및 드레인전극(110a, 110b)과 두 전극(110a, 110b) 사이로 노출된 제 1 층간절연막(109a) 상부로 드레인전극(110b)을 노출시키는 드레인콘택홀(117)을 갖는 제 2 층간절연막(109b)이 형성되어 있다.
이때, 게이트절연막(105)과 제 1 및 제 2 층간절연막(109a, 109b)은 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질로 이루어진다.
이때, 소스 및 드레인전극(110a, 110b)과 이들 전극(110a, 110b)과 접촉하는 소스 및 드레인영역(103b, 103c)을 포함하는 반도체층(103)과 반도체층(103) 상부에 형성된 게이트절연막(105) 및 게이트전극(107)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이루게 된다.
한편, 도면에 나타나지 않았지만, 게이트배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(미도시)이 형성되어 있다. 그리고, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조로, 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결된다.
그리고, 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 및 구동 박막트랜지스터(DTr)는 도면에서는 반도체층(103)이 폴리실리콘 반도체층으로 이루어진 탑 게이트(top gate) 타입을 예로써 보이고 있으나, 이의 변형예로써 순수 및 불순물의 비정질질실리콘으로 이루어진 보텀 케이트(bottom gate) 타입으로 형성될 수도 있다.
또한, 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(110b)과 연결되며 제 2 층간절연막(109b) 상부로는 실질적으로 화상을 표시하는 영역에는 예를 들어 일함수 값이 비교적 높은 물질로 유기발광다이오드(E)를 구성하는 일 구성요소로서 양극(anode)을 이루는 제 1 전극(111)이 형성되어 있다.
이러한 제 1 전극(111)은 각 화소영역(P) 별로 형성되는데, 각 화소영역(P) 별로 형성된 제 1 전극(111) 사이에는 뱅크(bank:119)가 위치될 수 있다.
이러한 뱅크(119)를 각 화소영역(P) 별 경계부로 하여 제 1 전극(111)이 화소영역(P) 별로 분리된 구조로 형성되게 된다.
그리고 제 1 전극(111)의 상부에 유기발광층(113)이 형성되어 있다.
여기서, 유기발광층(113)은 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있으며, 발광 효율을 높이기 위해 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transport layer), 발광층(emitting material layer), 전자수송층(electron transport layer) 및 전자주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성될 수도 있다.
이러한 유기발광층(113)은 적(R), 녹(G), 청(B)의 색을 표현하게 되는데, 일반적인 방법으로는 각 화소영역(P) 마다 적(R), 녹(G), 청(B)색을 발광하는 별도의 유기물질(113a, 113b, 113c)을 패턴하여 사용한다.
그리고, 유기발광층(113)의 상부로는 전면에 음극(cathode)을 이루는 제 2 전극(115)이 형성되어 있다.
이때, 제 2 전극(115)은 이중층 구조로, 일함수가 낮은 금속 물질을 얇게 증착한 반투명 금속막을 포함할 수 있다. 이때, 제 2 전극(115)은 반투명 금속막 상에 투명한 도전성 물질을 두껍게 증착된 이층 구조일 수도 있다.
전술한 제1전극과 제2전극(111, 115)과 그 사이에 형성된 유기발광층(113)은 유기발광다이오드(E)를 이루게 된다.
이러한 유기발광다이오드(E) 상부로는 얇은 박막필름 형태인 투명필름(121)이 배치되는데, 투명필름(121)은 투명기판(101)을 덮으며 인캡슐레이션(encapsulation)한다.
여기서, 투명필름(121)은 외부 산소 및 수분이 투명기판(101) 상의 유기발광다이오드(E) 내부로 침투하는 것을 방지하기 위한 것으로, 유기보호필름과 무기보호필름을 서로 교대로 적층하여 사용할 수 있다.
이러한 구조를 가지는 투명 표시패널(120)은 선택된 색 신호에 따라 제 1 전극(111)과 제 2 전극(115)으로 소정의 전압이 인가되면, 제 1 전극(111)으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(115)으로부터 제공된 전자가 유기발광층(113)으로 수송되어 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이 될 때 빛이 발생되어 가시광선의 형태로 방출된다.
이때, 유기발광층(113)에서 발광된 빛이 제 2 전극(115)을 향해 방출되는 상부 발광방식으로 구동될 경우를 가정하면, 발광된 빛은 투명한 제 2 전극(115)을 통과하여 외부로 나가게 되며 투명 표시패널(120)은 임의의 화상을 구현하게 된다.
이러한 투명 표시패널(120)의 하부와 상부에 각각 배치되는 제1원편광부(150)와 제2원편광부(160)는 외부광을 투과하거나 또는 차단하는 역할을 한다.
이때, 제1원편광부(150)는 빛의 편광상태를 변조시켜 광의 투과 유무를 결정하는 투과도 가변 소자로써의 역할을 수행하고, 제2원편광부(160)는 사용자가 시청하는 발광면쪽에 배치됨으로써 외광 반사 방지의 역할을 수행한다.
제1원편광부(150)는 빛을 제1방향으로 선편광시키는 제1편광판(130)과, 제1편광판(130) 상부로 배치되는 액정셀부(140)를 포함하고, 제2원편광부(160)는 위상필름(161)과 빛을 제2방향으로 선편광시키는 제2편광판(163)을 포함한다.
이때, 제1편광판(130)과 제2편광판(163)의 투과축은 서로 평행하거나 또는 직교하도록 배치될 수 있다.
여기서 액정셀부(140)를 보다 상세히 설명하면, 액정층(143)을 사이에 두고 서로 대면 합착된 제1기판(141)과 제2기판(145)으로 구성되는데, 제1기판(141)의 내면과 제2기판(145)의 내면에는 각각 액정층(143)의 액정분자들을 정렬시키기 위한 제1배향막(142)과 제2배향막(144)이 형성되어 있다.
이때, 제1기판(141)과 제2기판(145)은 투명한 재질로 이루어질 수 있는데, 일예로 글라스(glass), 폴리 에테르 술폰(Polyethersulfone:PES), 폴리 에틸렌 나프탈레이트(polyethylenenaphthalate:PEN), 폴리 이미드(polyimide:PI), 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET), 폴리 카보네이트(polycarbonate:PC), 사이클로올레핀폴리머(cyclo-olefin polymer:COP), 트리아세틸셀룰로스(triacetyl cellulose:TAC), 아크릴레이트(acrylate) 및 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacylate:PMMA) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이러한 액정셀부(140)는 제1편광판(130)에 의해 선편광된 광을 우원편광 또는 좌원편광으로 변환할 수 있는 엑정셀 구조는 모두 적용할 수 있다.
일예로, VA(vertical alignment)모드, PVA모드를 포함한 수직 배향모드, IPS(in-plane switching)모드, AH-IPS(advanced horizontal in-plane switching)모드, PLS(plane to line switching mode)모드 및 ECB(electrically controlled birefringence)모드를 포함한 수평배향 모드, TN모드, STN(super twisted nematic)모드, 하이브리드 모드 및 바이스테이블(bistable) 액정모드 중 하나를 적용할 수 있다. 여기서, 바이스테이블 액정모드는 저소비전력의 이점을 가지는 것으로, BTN(bistable twisted nematic) 모드 또는 BCSN(bistable chrial splay nematic) LC cell 모드이거나, BiNem 기술 또는 ZBD기술을 적용한 액정모드일 수 있다.
한편, 제2원편광부(160)의 위상필름(161)은 위상지연 값이 λ/4인 사분파장판(quarter wave plate:QWP)일 수 있다.
이러한 위상필름(161)은 파장에 따라 위상차가 일정한 평탄분산의 특성을 가질 수 있으나, 파장에 따라 위상차가 증가하는 역분산 특성을 가짐이 보다 바람직하다. 이는 위상필름이 일반적인 특성인 정분산 특성을 가질 경우, 특정 파장 이외에서는 변형되는 편광상태가 이상적이지 않으므로 외부광이 새어나오는 빛샘현상이 발생할 수 있기 때문이다.
이러한 투명 디스플레이장치의 동작을 도면을 참조하여 설명한다.
도 3a는 도 1에 도시된 투명디스플레이장치의 차광모드를 설명하기 위한 도면이며, 도 3b는 도 1에 도시된 투명디스플레이장치의 투과모드를 설명하기 위한 도면으로, 도 1을 참조한다.
이때, 제1편광판(130)의 투과축과 액정셀부(140)의 위상지연축의 배열에 따라 우원편광 또는 좌원편광으로 설계할 수 있는데, 액정셀부(140)의 액정분자 들의 배열 상태를 조절하여 액정셀부(140)를 통과한 외부광이 좌원편광이 되도록 함으로써 외부광을 차단하는 것을 가정하여 설명한다.
여기서, 제1편광판(130)과 제2편광판(163)은 서로 직교하도록 배치된 것을 가정한다.
또한, 액정셀부(140)는 제1편광판(130)의 투과축에 대해 +45도의 위상지연축을 가지도록 설계되고, 위상필름(161)은 제2편광판(163)의 투과축에 대해 +45도의 위상지연축을 가지도록 설계된 것으로, 엑정셀부(140)와 위상필름(161)의 위상지연축은 서로 직교하도록 배치되고, 각각의 위상지연 값은 λ/4인 것을 가정한다.
우선 도 3a를 참조하여 투명 디스플레이장치(100)의 차광모드를 설명하면, 외부로부터 입사되는 외부광은 제1편광판(130)에 의해 제1방향으로 선편광되고, 선편광된 외부광은 액정셀부(140)에 의해 왼쪽 방향으로 회전되는 좌원편광이 된다.
그리고 좌원편광된 외부광은 투명 표시패널(120)을 그대로 통과한 후, 위상필름(161)을 거치며 제1편광판(130)의 투과축 방향과 동일한 제1방향의 선편광이 되고, 제1방향으로 선편광된 외부광은 제2편광판(163)에 흡수되며 통과하지 못하게 된다.
이에 따라, 외부광이 최종적으로 제2편광판(163)에 의해 출력되지 못하게 되어, 투명디스플레이장치(100)의 배면측에 위치하는 사물 또는 이미지를 볼 수 없는 차광모드가 구현된다.
이때, 차광모드로 구현될 경우 투명디스플레이장치(100)의 발광면에서 구현되는 화상의 집중도가 향상되므로 사용자는 보다 선명한 화상을 시청할 수 있게 된다.
다음으로 도 3b를 참조하여 투명 디스플레이장치(100)의 투과모드를 설명하면, 외부로부터 입사되는 외부광은 제1편광판(130)에 의해 제1방향으로 선편광되고, 선편광된 외부광은 액정셀부(140)에 의해 오른쪽 방향으로 회전되는 우원편광이 된다.
그리고 우원편광된 외부광은 투명 표시패널(120)을 그대로 통과한 후, 위상필름(161)을 거치며 90도 회전되어 제1편광판(130)의 투과축 방향과 직교한 제2방향으로 선편광되고, 제2방향으로 선편광된 외부광은 제2편광판(163)을 투과하게 된다.
이에 따라, 외부광이 제2편광판(163)을 통해 출력되며, 투명디스플레이장치(100)의 배면측에 위치하는 사물 또는 이미지를 볼 수 있는 투과모드가 구현된다.
한편, 제2원편광부의 위상필름을 한 매가 아닌 두 매를 적용할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 투명디스플레이장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제2실시예의 변형예를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 6a및 도 6b은 위상필름을 한 매 적용한 경우의 반사색감 특성을 보여주는 도면이고, 도 7a 내지 도 7c는 위상필름을 두 매 적용한 경우의 반사색감 특성을 보여주는 도면이다. 여기서, 제2원편광부를 제외한 구조는 도 1과 동일하므로 동일 구성에 동일 부호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 투명디스플레이장치(200a, 200b)는 투명 표시패널(120)과, 투명 표시패널(120)의 하부와 상부에 각각 형성된 제1원편광부(150) 및 제2원편광부(260a, 260b)를 포함한다.
여기서, 제2원편광부(260a, 260b)는 제1위상필름(261a, 261b)과 제2위상필름(262a, 262b) 및 제2편광판(263)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 제2원편광부(260a, 260b)는 본 발명의 제2실시예에 따라 두 가지의 경우로 구분할 수 있는데, 하나는 도 4에 도시된 바와 같이 제1위상필름(261a)으로 사분파장판(quarter wave plate:QWP)을 사용하고, 제2위상필름(262a)으로 반파장판(half wave plate:HWP)을 사용할 수 있다.
여기서, 반파장판과 사분파장판은 기준 파장에 해당되는 위상차 값(Ro)을 R(λ)라고 할 시에 450nm와 550nm의 두 파장에서의 위상차비(R(450)/R(550))는 0.8보다 크고, 550nm와 650nm의 두 파자에서의 위상차비(R(550)/R(650))는 1.1보다 작은 필름이 바람직하다.
다른 하나는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1위상필름(261b)으로 포지티브 씨-플레이트(positive C-plate)를 사용하고, 제2위상필름(262b)으로 사분파장판을 사용할 수 있다.
이와 같이 제1위상필름(261a, 261b)과 제2위상필름(262a, 262b)의 두 매의 위상필름을 제2원편광부(260a, 260b)에 적용할 경우 시야각에 따른 빛샘을 저하시킬 수 있을 뿐만 아니라 차광모드에서 시야각에 따른 광 차단 효과를 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
나아가 시야각에 따른 반사 색감이 거의 동일하게 나타나게 되며, 반사가 상대적으로 크게 일어나는 방향에서도 특정 색을 나타내지 않기 때문에 시야각에 따른 반사 색감이 우수한 이점이 있다.
이때, 제1위상필름(261a, 261b)과 제2위상필름(262a, 262b)의 분산 특성이 평탄 분산특성을 가지면 차광모드와 투과모드 각각에서의 차광율과 투과율 성능이 향상될 수 있는데, 역분산 특성을 가지면 그 성능이 더욱 향상될 수 있게 된다.
이를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
우선 본 발명의 제1실시예와 마찬가지로 위상필름을 한 매 적용할 경우를 보면, 도 6a에 도시된 바와 같이 평탄분산 특성을 가지는 위상필름을 한 매 적용하거나, 또는 도 6b에 도시된 바와 같이 역분산특성을 가지는 위상필름을 한 매 적용할 수 있다.
이와 같이 위상필름을 한 매 적용할 경우 45도 방향에서는 붉은색, 125방향에서는 푸른색이 감지될 수 있는데, 평탄분산 특성을 가지는 위상필름이 역분산 특성을 가지는 위상필름에 비해 반사색감 특성이 낮음을 알 수 있다.
다음으로 본 발명의 제2실시예와 마찬가지로 위상필름을 두 매 적용할 경우를 보면, 도 7a에 도시된 바와 같이 평탄분산 특성을 가지는 위상필름을 두 매 적용하거나, 도 7b에 도시된 바와 같이 평탄분산 특성을 가지는 포지티브 씨-플레이트와 사분파장판을 조합하여 위상필름을 두 매 적용하거나, 또는 도 7c에 도시된 바와 같이 역분산특성을 가지는 위상필름을 두 매 적용할 수 있다.
이와 같이 위상필름을 두 매 적용할 경우 시야각에 따른 반사 색감이 거의 동일하게 나타나며, 반사가 상대적으로 크게 일어나는 방향에서도 특정 색을 나타내지 않기 때문에 시야각에 따른 반사 색감이 우수한 이점을 가짐을 알 수 있다.
또한, 다른 실시예로서 제1원편광부에 반파장판 또는 포지티브 씨-플레이트를 추가할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 투명디스플레이장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 9는 본 발명의 제3실시예의 변형예를 개략적으로 도시한 단면도이다. 여기서, 제1원편광부를 제외한 구조는 도 4 및 도 5의 제2실시예의 구조와 동일하므로 동일 구성에 동일 부호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 투명디스플레이장치(300a, 300b)는 투명 표시패널(120)과, 투명 표시패널(120)의 하부와 상부에 각각 형성된 제1원편광부(350a, 350b) 및 제2원편광부(260a, 260b)를 포함한다.
여기서, 제1원편광부(350a, 350b)는 제1편광판(330)과 위상필름(351, 352) 및 액정셀부(340)로 구성될 수 있는데, 이때 위상필름(351, 352)은 제1편광판(330)과 액정셀부(340)의 사이 또는 액정셀부(340)와 투명 표시패널(120)의 사이에 위치할 수 있다.
이를 보다 상세히 설명하면, 도 8에 도시된 바와 같이 제1원편광부(350a)는 하부에서 상부로 제1편광판(330)과 위상필름(351) 및 액정셀부(340)가 순차적으로 배치됨으로써 구성될 수 있는데, 이때 위상필름(351)은 반파장판(half wave plate:HWP)을 사용할 수 있다.
또는 도 9에 도시된 바와 같이, 제1원편광부(350b)는 하부에서 상부로 제1편광판(330)과 액정셀부(340) 및 위상필름(352)이 순차적으로 배치됨으로써 구성될 수 있는데, 이때 위상필름(352)은 포지티브 씨-플레이트(positive C-plate)를 사용할 수 있다.
한편, 제2원편광부(260a, 260b)는 본 발명의 제2실시예와 동일하게 제1위상필름(261a, 261b)과 제2위상필름(262a, 262b) 및 제2편광판(263)으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 본 발명의 제1실시예와 마찬가지로 위상필름(도 1의 161)과 제2편광판(도 1의 163)으로 구성될 수도 있다. 이때, 제2실시예와 동일하게 구성될 경우, 투명디스플레이장치의 전체 두께는 두꺼워질 수 있지만 시야각에서의 광차단 효과가 보다 개선되는 이점이 있다.
이하에서는, 전술한 본 발명에 따른 실시예1과 실시예2 그리고 실시예3 과 비교예1 및 비교예2를 비교함으로써 본 발명에 따른 효과를 보다 상세히 설명한다.
도 10a는 비교예1에 따른 투명디스플레이장치의 구조를 보여주는 단면도이고, 도 10b는 비교예2에 따른 투명디스플레이장치의 구조를 보여주는 단면도이다.
우선 도 10a에 도시된 바와 같이, 비교예1(1a)은 실시예1의 제1원편광부 대신에 최적 광학조건을 가지는 투과율이 90%이고 차광율이 95%인 투과도 가변 소자를 적용하고, 실시예1의 제2원편광부를 적용한 것을 가정한다. 이러한 비교예1(1a)은 실시예1과 실시예3의 비교예로써 작용한다.
그리고 비교예2(1b)는, 도 10b에 도시된 바와 같이 실시예1의 제1원편광부 대신에 최적 광학조건을 가지는 투과율이 90%이고 차광율이 95%인 투과도 가변 소자를 적용하고, 실시예2와 마찬가지로 제1위상필름과 제2위상필름을 포함한 제2원편광부를 적용한 것을 가정한다. 이러한 비교예2(1b)는 실시예2와 실시예3의 비교예로써 작용한다.
반면, 실시예1은 본 발명의 실시예1에 따른 도 1의 구조를 가지고, 실시예2는 본 발명의 실시예2에 따른 도 4의 구조를 가지며, 실시예3-1, 3-2, 3-3 및 3-4는 본 발명의 실시예3에 따른 도 6의 구조를 가지며, 실시예 3-5는 본 발명의 실시예3에 따른 도 7의 구조를 가지는 것을 가정한다.
이러한 구조를 가지는 비교예1 및 2(1a, 1b)와 본 발명에 따른 실시예 1, 2및 3(3-1 내지 3-5)에 따른 투명디스플레이장치의 세부 구조는 아래 표 1과 같다.
여기서, 비교예1 및2와 본 발명에 따른 실시예 1, 2및 3에 포함되는 투명 표시패널의 투과율은 모두 동일하게 38%인 것을 가정한다.
[표 1]
Figure 112013087330313-pat00001
상기 표 1의 구조를 가지는 비교예1 및 2와 본 발명에 따른 실시예 1, 2및 3(3-1 내지 3-5)에 따른 투명디스플레이장치에서의 투과모드와 차광모드에서의 투과율(정면에서 봤을 때)을 실험한 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.
[표 2]
Figure 112013087330313-pat00002
위의 표를 살펴보면, 투과모드에서의 투과율은 비교예1 및 2와 본 발명에 따른 실시예 1, 2및 3(3-1 내지 3-5)이 거의 비슷한 수준인 것을 알 수 있다.
또한, 차광모드에서의 차광율은 비교예1 및 2에 비해 본 발명에 따른 실시예 1, 2 및 3(3-3 내지 3-5)이 우수함을 알 수 있다.
이때, 비교예1 및 2는 투과율이 90%이고 차광율이 95%라는 이상적인 특성을 가진 투과도 가변 소자를 적용한 것임을 감안해 보면, 본 발명에 따른 실시예1 및 2 그리고 실시예3의 변형예3-1과 3-2의 광학특성은 비교예1 및 2에 비해 우수함을 알 수 있다.
일예로, 투과도 가변 소자로 동작하는 액정셀부를 TN-LCD모드로 적용할 경우 투과율은 50%이하이고, 차광율은 95%이상이다. 이러한 관점에서, 특히 투과율 측면에서 보면 본 발명의 효과가 뛰어남을 확인할 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 투명디스플레이장치는 외부광의 출력 여부를 선택적으로 결정할 수 있을 뿐만 아니라, 각 픽셀을 제어하는 분할 구동을 하여 일부 화상만이 선택적으로 표시되도록 할 수도 있다.
도 11a는 본 발명의 실시예에 따른 투명디스플레이장치의 분할 구동을 설명하기 위한 도면이고, 도 11b는 도 11a에 따라 투명디스플레이장치의 화면을 보여주는 도면이며, 도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 투명디스플레이장치의 구동을 다른 예로 설명하기 위한 도면이고, 도 12b는 도 12a에 따라 투명디스플레이장치의 화면을 보여주는 도면이다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 투명디스플레이장치는 투명 표시패널(120)과 이의 하부 및 상부에 각각 배치되는 제1원편광부(150)와 제2원편광부(160)를 포함하지만, 제1원편광부(150)가 외부광의 출력여부를 결정하는 차광판의 역할을 하므로 이러한 제1원편광부(150)를 기준으로 설명하기 위해 투명 표시패널(120)과 제2원편광부(160)를 하나의 표시판(180)으로 가정한다.
우선 도 11a에 도시된 바와 같이 투명 표시패널에 의해 표시판(180)에서 내부의 글자를 제외한 네모박스가 화상의 형태로 구현된다고 가정하면, 제1원편광판(150)의 액정셀부를 통해 화소의 일부분만 선택적으로 편광상태를 조절하여 글자 부분의 빛만이 차단되도록 함으로써 도 11b에 도시된 바와 같이 투명디스플레이장치의 발광면(100a)에는 표시판(180)에서 구현된 화상과 검은 글자가 함께 표시되도록 할 수 있다.
다른 예로, 도 12a에 도시된 바와 같이 투명 표시패널에 의해 표시판(180)에서 내부의 글자를 제외한 네모박스가 화상의 형태로 구현된다고 가정하고, 제1원편광판(150)의 액정셀부를 통해 전체 화소의 편광상태를 조절하여 모든 부분의 빛이 차단되도록 함으로써 도 12b에 도시된 바와 같이 투명디스플레이장치의 발광면(110a)에는 표시판(180)에서 구현된 화상이 표시되도록 할 수 있다. 이때 제1원편광판(150)을 통해 외부광을 차광함으로써 명실에서의 명암비가 향상되는 이점이 있다.
한편, 분할 구동방식은 액정셀부의 전극 구조와 구동 방식에 따라 구동방법이 달라질 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위 및 이와 균등한 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
100, 200a, 200b, 300a, 300b: 투명디스플레이장치
120: 투명 표시패널
150, 350a, 350b: 제1원편광판
160, 260a, 260b: 제2원편광판

Claims (12)

  1. 유기발광다이오드 표시패널인 투명 표시패널과;
    상기 투명 표시패널의 발광면의 반대측에 배치되어 광의 편광상태를 변환시키는 제1원편광부; 및
    상기 투명 표시패널의 상기 발광면에 배치되어 상기 제1원편광부를 통과한 광을 투과시키거나 또는 차단시키는 제2원편광부
    를 포함하고,
    차광모드에서는 상기 제2원편광부가 상기 제1원편광부를 통과한 배면측의 사물 또는 이미지의 광을 흡수하여 상기 배면측에 위치하는 상기 사물 또는 이미지를 볼 수 없도록 하고,
    투과모드에서는 상기 제2원편광부가 상기 제1원편광부를 통과한 배면측의 사물 또는 이미지의 광을 투과시켜 상기 배면측에 위치하는 상기 사물 또는 이미지를 볼 수 있도록 하는 투명디스플레이장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1원편광부는
    광을 제1방향으로 선편광시키는 제1편광판과, 상기 제1편광판의 상부에 배치되어 선편광된 광을 원편광시키는 액정셀부를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명디스플레이장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1원편광부는
    상기 제1편광판과 상기 액정셀부의 사이에 반파장판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명디스플레이장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1원편광부는
    상기 액정셀부와 상기 투명 표시패널의 사이에 포지티브 씨-플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명디스플레이장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2원편광부는
    위상필름과 상기 위상필름의 상부로 배치되는 제2편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명디스플레이장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1편광판과 상기 제2편광판은 서로 직교하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 투명디스플레이장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 위상필름은
    반파장판 및 상기 반파장판의 하부로 배치되는 사분파장판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 투명디스플레이장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 위상필름은
    포지티브 씨-플레이트 및 상기 포지티브 씨-플레이트의 상부로 배치되는 사분파장판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 투명디스플레이장치.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 액정셀부는
    VA(vertical alignment)모드 및 PVA모드를 포함한 수직 배향모드, IPS(in-plane switching)모드, AH-IPS(advanced horizontal in-plane switching)모드, PLS(plane to line switching mode)모드 및 ECB(electrically controlled birefringence)모드를 포함한 수평배향 모드, TN모드, STN(super twisted nematic)모드, 하이브리드 모드 및 바이스테이블(bistable) 액정모드 중 어느 하나의 구동모드를 가지는 것을 특징으로 하는 투명디스플레이장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 바이스테이블 액정모드는
    BTN(bistable twisted nematic) 모드와 BCSN(bistable chrial splay nematic) LC cell 모드 그리고 BiNem 기술 및 ZBD기술을 적용한 모드 중 하나인 것을 특징으로 하는 투명디스플레이장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기발광다이오드 표시패널은
    투명기판과, 상기 투명기판 상부에 배치되는 구동 박막트랜지스터 및 유기발광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명디스플레이장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1원편광부는
    제1편광판과, 상기 유기발광다이오드 표시패널과 상기 제1편광판 사이에 배치되는 액정셀부를 포함하고,
    상기 액정셀부는
    상기 유기발광다이오드 표시패널과 상기 제1편광판 사이에 배치되는 제1 및 제2기판과, 상기 제1 및 제2기판 사이에 배치되는 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명디스플레이장치.
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