KR20000077085A

KR20000077085A - 액정 디스플레이 디바이스

Info

Publication number: KR20000077085A
Application number: KR1020000022123A
Authority: KR
Inventors: 우메모토세이지
Original assignee: 가마이 고로; 닛토덴코 가부시키가이샤
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2000-12-26
Also published as: NL1015024C2; NL1015024A1; TW527505B; KR100694330B1; US6556259B1; JP2000305474A; JP4462512B2

Abstract

액정 디스플레이 디바이스는 도광관, 광원, 반사층 및 액정 셔터를 구비한다. 도광관은 그 도광관의 상부면상에 형성된 광출력 수단을 포함한다. 광원은 도광관의 입사측면 근방에 배치되어 광원으로부터의 입사광이 광 출력 수단을 통한 도광관의 하부면으로부터 출력된다. 입사측면의 기준면에 수직인 평면에서의 출력광의 피크 강도는 하부면의 기준면의 법선 방향에 대해서 30도내의 각도상에 있다. 반사층은 도광관의 하부면상에 배치되어 출력광의 반사된 광은 도광관의 상부면을 통해 투과된다. 액정 셔터가 도광관의 상부면위에 배치되고, 액정 셔터는 액정셀 및 적어도 하나의 편광판을 포함한다.

Description

액정 디스플레이 디바이스{LIQUID-CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 광이용 효율이 우수하여 보기에 용이한 밝은 디스플레이를 제공하는 액정 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.

본 출원은 일본 특허 출원 제 99-118142에 기반하며, 본 명세서에서 참조로 인용되어 진다.

소비 전력이 적은 반사형 액정 디스플레이 디바이스의 이점을 널리 살리면서, 조명 디바이스를 부가함으로써, 어두운 장소 등에서 투과형 액정 디스플레이 디바이스로 사용중인 것으로 시각적으로 디바이스가 인지되도록 하는 반사 모드 및 투과 모드에서 사용되는 액정 디스플레이 디바이스가 검토되어 진다. 예를 들면, 반투과형 반사판을 사용한 액정 디스플레이 디바이스, 투과형 액정 디스플레이 디바이스에서 사용된 후광이 액정셀의 시각적 인식측상에서 정면광으로서 제공되는 액정 디스플레이 디바이스 등이 제안되어져 왔다.

그러나, 이러한 반투과형 반사판을 이용한 시스템은 시스템의 독점적인 사용을 위한 반사형 또는 투과형 디바이스에 대해 시스템의 양쪽 모드에서 휘도(birigtness)면에서 취약하다는 단점을 가지고 있는데 이는 해프-미로 효과(half-mirrow effect)로 인해 광이 반사광 및 투과광으로 분리되기 때문이다. 반사율 및 투과율의 합이 100%를 초과할 수 있도록 편광을 선택적으로 반사시키는 반사 편광자를 사용하므로써 개선시키자는 제안도 있어 왔다. 그러나, 반사 및 투과간의 디스플레이 반전과 어두운 디스플레이의 강조를 방지하기 위해 배치된 광 흡수체에 의한 흡수로 인해 투과 모드에서의 광 이용 효율이 50%이하로 감소되며, 양쪽 모드에서도 황혼녘(evening twilight)에는 디스플레이를 보기 어렵게 되는 문제점들이 존재한다.

한편, 정면광 시스템(front light system)은 일반적인 투과형 액정 디스플레이 디바이스보다 투과 모드에서 디스플레이를 어둡게 만드는 경향이 있는데 이는 광이 광 액정셀 등을 왕복하기 때문이다. 따라서, 도광관의 흠집이나 오염이 휘점(bright spot)으로서 눈에 띄는 동시에, 도광관의 상부면으로부터의 광 누설(light of leakage)로 인해 디스플레이 콘트래스트(display contrast)가 저하되는 문제점이있다.

본 발명의 목적은 반사 모드 및 투과 모드에서 휘도(brightness)가 우수한 동시에 디스플레이 반전 및 광 누설로 인한 콘트래스트 저하도 발생하지 않는 양호한 시각적 인식을 소유한 액정 디스플레이 디바이스를 개발하는데 있다.

본 발명에 따르면, 도광관의 상부면상에 형성된 광출력 수단을 포함하는 도광관, 광원으로부터 입사한 광이 입사 측면의 기준 평면에 수직인 평면에서의 출력광의 피크 강도가 하부면의 기준면에 대한 법선 방향에 대해서 30도 내의 각으로 존재하는 조건하에서 광출력 수단을 통한 도광관의 하부면으로부터 출력되도록 도광관의 입사 측면 근처에 배치된 광원, 출력광의 반사된 광이 도광관의 상부면을 통해 투과되도록 도광관의 하부면상에 배치된 반사층, 및 도광관의 상부면 위에 배치되고, 액정셀 및 적어도 하나의 편광판을 구비하는 액정 셔터를 포함하는 액정 디스플레이 디바이스가 제공된다.

본 발명에 따르면, 종래 기술의 반사형 액정 디스플레이 디바이스의 휘도와 대략적으로 비슷한 휘도는 액정셀 및 반사층 사이에 배치된 도광관 구성의 반사 모드에서 달성될 수 있는데 이는 반사 모드에서의 도광관이 가늘어 흡수 손실, 반사 손실 등으로 인해 광이용 효율이 저하되기 때문이다. 또한, 종래 기술의 투과형 액정 디스플레이 디바이스의 밝기와 동일한 밝기가 투과 모드에서 달성될 수 있다. 또한, 반사 및 투사간의 디스플레이 반전이 발생하지 않으므로, 도광관의 누설광으로 인해 콘트래스트의 저하가 발생되는 것이 방지된다. 그러므로, 양호한 시각적 인식을 지닌 액정 디스플레이 디바이스가 획득될 수 있다.

또한, 투과모드에 있어서의 도광관에서의 광 경로가 도광관의 상부면상의 광출력 수단의 공급에 따라 가늘고 길어질 수 있다. 그러므로 휘선의 강도가 완하될 수 있도록, 광 확산이 광범위해 진다. 이것은 사실상 물결 무늬(morie) 발생의 방지와 디스플레이의 균일성을 강화시키는 역할을 하므로 점성층 등을 통해 도광관과 쉽게 합체되고 컨택트되도록 반사층이 도광관의 하부면상에 배치된다. 이러한 광출력 수단이 도광관의 하부면상에 제공된다면, 광출력 수단의 기능 유지 관점에서 독립적인 반사판을 분리하여 제공하는 것이 필수적이다. 결과적으로, 디바이스의 구조는 부품 및 배열의 증가와 반사판의 고정으로 인해 복잡해진다. 결과적으로, 주름의 생성으로 인한 디스플레이의 혼란을 방지하기 위한 두꺼운 지지(support)가 요구되기 때문에, 디바이스의 무게가 무거워지는 단점이 있다.

또한, 도광관의 전술한 출력광 특성에 기초한 투과 모드에서, 시각적 인식에 유리한 방향으로 반사층을 통해 반사된 광이 효율적으로 출력되어 밝은 디스플레이를 획득할 수 있다. 한편, 도트, 엠보싱 요철 등의 산란형 광출력 수단(scatter type light output means)이 마련된 도광관의 경우에는, 출력광이 대략 60도의 큰 각도로 방출되어지므로 투과 모드에서의 디스플레이가 어두워지며 정면(수직) 방향에서는 보기가 어렵게 된다. 프리즘 시트가 광경로를 제어할 목적으로 배치된다면, 광은 반사모드에서 산란되므로 광의 대부분이 시각적 인식에 기여하지 않기 때문에 디스플레이가 매우 어둡게 된다. 도트 등이 너무나 명확히 시각화되는 것을 방지하기 위해 강한 확산 특성의 확산층이 배치된다면, 반사층으로부터 그의 입사 및 반사광이 반사모드에서 또한 산란되기 때문에 어두운 디스플레이가 반사 모드에서 획득된다.

본 발명의 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련하여 기술된 이하 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.

도 1은 액정 디스플레이 디바이스 실시예의 단면도,

도 2는 도광관에서의 광출력 수단의 측면도,

도 3은 투과모드에서의 시각적 인식 상태를 나타내는 도면,

도 4는 반사 모델에서의 시각적 인식 상태를 나타내는 도면,

도 5는 출력광의 특성을 도시하는 그래프.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 도광관 2 : 광원

3 : 반사층 4 : 액정 셔터

41 : 편광판 42 : 액정셀

11a : 짧은 측면 11b : 긴 측면

본 발명에 따른 액정 디스플레이 디바이스는 도광관의 상부면상에 형성된 광출력 수단을 포함하는 도광관, 입사측면 근처에 배치되어, 입사 측면의 기준면에 수직인 면내에서 출력광의 강도가 하부면의 기준면의 법선 방향(normal direction)에 대하여 30도 이내에 존재하는 동시에, 상기 광원으로부터 입사한 광이 광출력 수단을 통해 도광관의 하부면으로부터 출력되도록 도광관의 상기 광원, 출력광의 반사광이 도광관의 상부면을 통해 투과되도록 도광관의 하부면상에 배치되어 액정셀 및 적어도 하나의 편광판을 구비하는 액정 셔터를 포함한다. 바람직하게, 본 발명에 따른 액정 디스플레이 디바이스는 반사 모드 및 투과 모드에서 사용될 수 있는 디바이스로서 사용되어 진다. 도 1은 액정 디스플레이 디바이스의 실시예를 도시한다. 참조 번호 (1)은 도광관을, 참조 번호 (11)은 도광관(1)의 광출력 수단을 형성하는 상부면을, 참조 번호 (2)는 광원을, 참조 번호 (3)은 반사층을, 참조 번호 (4)는 액정 셔터를, 참조 번호 (41) 및 (43)은 편광판을 그리고 참조 번호 (42)는 액정 셀을 나타낸다.

도 1의 실시예에 도시된 바와 같이, 상부면(11), 상부면과 대향하는 하부면(12), 및 상부면과 하부면 사이의 측면으로 구성되는 입사 측면(13)으로 이루어지며, 출력광의 피크 강도가 사전결정된 방향으로 나타내지도록 하는 조건 하에서 입사 측면에 입사한 광이 상부면(11)상에 형성된 광출력 수단을 거쳐서 하부면으로부터 출력되도록 구성되는 판 형상 재료(plate-like material)가 도광관으로써 사용되어 진다.

도광관은 도 1에 예시된 바와 같이 균일한 두께의 형태를 가질 수도 있고, 또는 입사 측면(13)과 마주보는 대향 단부(14)의 두께가 입사 측면의 두께보다 얇게 설정되는 형태를 가질 수도 있다. 대향 단부 두께의 감소는 무게의 감소, 상부면의 광출력 수단을 향하여 입사 측면으로 입사한 광의 효율 향상 등의 면에서 유익하다.

도광관의 상부면상에 마련된 광출력 수단은 전술된 출력 특성을 나타내는 적절한 요소로써 구성될 수 있다. 입사 측면의 기준면에 수직인 면내에서의 출력 강도의 피크가 하면의 기준면의 법선 방향에 대하여 가능한 30도 이내의 각도가 작은 방향에 있는 출력광을 얻는 관점으로부터, 즉, 하부면의 반사층을 통해 정면(법선) 방향으로 지향성이 우수한 조명광(illumination light)을 얻는 관점으로부터, 입사 측면을 대면하는 경사로 이루어진 프리즘형 요철(prism-like irregularities)에 따라 광출력 수단이 구성되는 것이 바람직하다.

전술한 프리즘형 요철은 일반적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 각각 짧은 측면(11a) 및 긴 측면(11b)으로 이루어진 볼록부(projection) 또는 오목부(recesses)로 구성되어 진다. 전술된 출력광 특성 등을 달성하는 점으로부터 바람직한 광출력 수단은, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부면(12)의 기준 평면(12a)에 대해 35 내지 45도로 입사측면(13)으로부터 대향 단부(14)측에 하향으로 기울어진 짧은 측면(11a)(θ₁) 및 동일한 기준 평면(12a)에 대해 0을 제외한 0 내지 10도의 경사각으로 기울어진 긴 측면(11b)(θ₂)으로 이루어진 각각의 프리즘형 요철의 반복적인 배열 구조로써 구성될 수 있다.

전술한 설명에 있어서, 입사 측면으로부터 대향 단부를 향하여 하향으로 기울어진 경사로 형성된 짧은 측면(11a)은 입사 측면으로부터의 입사광 중에서 짧은 측면으로 입사한 광을 반사시켜서, 반사광을 하부면(반사층)으로 공급하는 역할을 한다. 이 경우에, 짧은 측면의 경사각(θ₁)이 35도 내지 45도의 범위내로 설정되면, 도 3에 절곡선 화살표(polygonal line arrow)로 도시된 바와 같이 투과광이 하부면에 대하여 수직적으로 반사되도록 해준다. 결과적으로 입사측면의 기준 평면에 수직인 면(도 3의 단면)에 있어서 하부면의 기준 평면(12a)의 법선 방향에 대하여 30도 이내의 각도(θ₃)로 출력광 강도의 피크를 나타내는 출력광이 획득될 수 있다. 따라서, 출력광이 정면적 지향성에 우수한 조명광으로서, 반사층(3)을 통해 상부면으로부터 효율적으로 방출될 수 있다.

전술한 정면적 지향성 등의 관점에서 바람직한 짧은 측면의 경사각(θ₁)은 스넬의 굴절 법칙에 의거하여 도광관 내부로 투과된 광의 전체 내부 반사 조건이 일반적으로 ±41.8도인 점을 고려하여 38도 내지 44도의 범위내에 특히 40도 내지 43도의 범위내에 있다. 또한, 상부면으로부터 직접 출력된 광(누설 광)이 누설 광으로서 큰 각도로 방출되기 때문에, 효율적인 광 이용 효율성 등의 관점에서 보면, 도광관의 상부면으로부터 직접 출력된 광이 하부면으로부터 출력된 광의 1/10 이하로 설정되는 것이 바람직하다.

한편, 긴 측면은 도 3의 절곡선 화살표로 도시된 바와 같이 짧은 측면에 의해 반사된 광을 투과시켜 반사층(3)을 통해 반전시키며 도 4의 절곡선 화살표로 도시된 바와 같이 반사 모드에서 외광(external light)을 수신하여 반사층(3)을 통해 반사된 광을 투과시키는 것을 목적으로 한다. 이 관점에서는, 하부면의 기준 평면(12a)에 대한 긴 측면의 경사각(θ₂)이 10도 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 경사각(θ₂)이 10도보다 크면, 굴절로 인한 광로의 변화가 커져, 정면방향으로의 광량이 감소되어 디스플레이에 불리하여 진다.

또한, 긴 측면의 경사각(θ₂)이 0도 보다 크게 설정되는 것은 긴 측면에 입사한 투과된 광이 반사되어 짧은 측면에 공급되어 졌을 때, 투과된 광이 평행하게 될 수 있다. 그러나, 경사각이 0도보다 크게 설정되면, 긴 측면에 입사한 투과광이 짧은 측면으로 반사되어 공급되어졌을 때, 투과광이 평행하게 될 수 있다. 그러므로, 짧은 측면을 통한 반사광의 지향성이 디스플레이에 유익하도록 개선될 수 있다. 정면 방향으로의 광량 증가, 투과광의 평행화등의 관점에서, 긴 측면의 바람직한 경사각(θ₂)은 8도 이하, 특히 5도 이하이다.

도광관의 긴 측면의 기능 등의 관점에서 볼 때, 바람직한 긴 측면은 긴 측면의 경사각(θ₂) 사이의 차이가 도광관 전체에 걸쳐서 5도 이내, 보다 바람직하게는 4도 이내, 특히 3도 내에 설정되도록, 그리고 인접한 긴 측면의 경사각(θ₂) 사이의 차이가 1도 이내, 보다 바람직하게 0.3도 이내, 특히 0.1도 이내에 설정되도록 제공된다.

위의 상세한 기술에 의하며, 광에 의해 투과되는 긴 측면의 경사각(θ₂)의 변화 등에 따라 디스플레이 이미지(display image)가 받는 영향 등이 억제될 수 있다. 긴 측면의 투과 각도에 따른 편향(deflection)이 장소에 따라 크게 변한다면, 디스플레이 이미지가 부자연스럽게 된다. 특히, 인접 화소 근방에 있어서의 투과상의 편향차가 크면, 매우 부자연스러운 디스플레이 이미지가 되기 쉽다.

각각의 긴 측면의 경사각이 전술된 바와 같이, 전술한 경사각(θ₂) 사이의 차이는 10도 이하인 것을 전제로 한다. 즉, 그러한 작은 경사각(θ₂)으로서 긴 측면을 통한 투과시의 굴절에 의한 디스플레이 이미지의 편향(deflection)을 억제하여 허용 범위이내로 설정되는 것을 전제로 한다. 이것은, 이렇게 최적화한 액정 디스플레이 디바이스의 최적의 시각적 인식의 방향이 변하지 않도록 수직 방향 근방의 방향으로 관찰점을 설정하는데 목적이 있다.

밝은 디스플레이 이미지를 얻을 수 있는 디바이스로는 외부광의 입사 효율이 우수하여 액정셀을 통한 광투과율, 또는 디스플레이 광의 출력 효율이 좋은 디바이스가 바람직하다. 이러한 관점에서, 하부면의 기준 평면에 대한 각각의 긴 측면의 투영 면적이 기준면상의 각각의 짧은 측면에 대한 투영 면적의 5배 이상, 보다 바람직하게 8배 이상, 특히 15배 이상이 되도록 프리즘형 요철이 제공되는 것이 바람직하다. 이 기준에 의하면, 액정셀을 통한 디스플레이 광의 대부분이 긴 측면을 통해 투과될 수 있다.

또한, 액정셀을 통해 디스플레이 광이 투과될 때, 짧은 측면에 입사한 디스플레이 광은 상부면으로부터 출력되지 않도록 입사 측면 옆쪽으로 반사되거나, 또는 크게 상이한 방향으로, 예를 들면 출력되는 하부면에 대한 법선을 기준으로 긴 측면을 통해 투과된 디스플레이 광과 반대의 방향으로 편향되어 출력된다. 그러므로 짧은 측면에 입사한 디스플레이 광이 긴 측면을 통해 투과된 디스플레이 광에 거의 영향을 미치지 않는다. 따라서, 짧은 측면이 액정셀의 화소에 대하여 국부화되지 않는다는 측면에서는 바람직하다. 극단적으로 기술하면, 짧은 측면이 전체적으로 화소와 오버랩될 때, 수직 방향 근처 방향으로의 긴 측면을 통한 디스플레이 광이 거의 보이지 않는다.

그러므로, 광의 투과 부족 등으로 인해 그러한 부자연스러운 디스플레이가 유발되는 것을 방지하는 관점에서, 화소와 짧은 측면의 오버랩 면적을 감소시켜, 긴 측면을 통해 투과되어진 광의 충분한 투과율을 확보하는 것이 바람직하다. 액정셀에 대한 화소 피치(pixel pitch)는 일반적으로 100 내지 300㎛ 범위내에 존재한다. 전술한 관점, 프리즘형 요철의 형성능력 등을 고려하여, 짧은 측면은 하부면의 기준면에 대한 각각의 짧은 측면의 투영 폭이 40㎛ 이하, 보다 바람직하게 1 내지 20㎛ 범위 이내, 특히 3 내지 15㎛범위 이내에 존재하도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 각각의 짧은 측면에 대한 투영 폭이 감소할수록, 짧은 측면을 형성하기 위한 고도의 기술이 요구된다. 결과적으로, 프리즘형 요철 각각의 정점(vertex)이 사전 결정된 값 이상의 곡률 반경을 갖도록 라운딩될 때에는 디스플레이 광 혼란 등의 원인이 되는 산란 효과(scattering effect)가 나타날 수 있다. 게다가, 형광관의 코히어런스 길이(coherence length)가 대략 20㎛로 설정되는 등의 관점에서, 각각의 짧은 측면의 투영폭이 감소할 때 회절(diffraction) 등이 발생해서 디스플레이 품질 저하의 원인이 될 수도 있다.

짧은 측면 사이의 간격이 상대적으로 큰 것이 전술한 관점에서 바람직할 지라도, 짧은 측면은 실질적으로 짧은 측면에 입사하는 광을 출력하는 기능을 구비한 부분으로서의 역할을 수행하기 때문에 간격이 너무 짧을 때, 광을 점등할 때의 조도는 점점 약해져 역시 비정상적인 디스플레이를 초래한다. 이러한 점을 고려하여, 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 프리즘형 요철의 반복 피치(P)는 50㎛ 내지 1.5mm의 범위내에 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들면, 피치는 랜덤 피치, 랜덤 또는 사전 결정된 다수의 피치 유닛 등과 규칙적인 결합으로서 제공되기에는 너무나 불규칙적이다. 그러나, 일반적으로 피치를 고정하는 것이 바람직하다.

상술된 바와 같이 임의의 적절한 형태가 도광관에 적용될 수 있다. 또한 도광관이 V자형 등으로 형성될 때, 도광관의 형상이 적합하게 결정될 수 있으며 직선면, 굴절면이나 만곡면 등과 같은 임의의 적절한 면의 형태가 도광관에 적용될 수 있다. 또한 프리즘형 요철 각각이 직선면, 반사면, 만곡면 등과 같은 임의의 면 구성으로 형성될 수 있다.

또한, 프리즘형 요철은 피치 외에 형상 등이 상이한 요철을 조합함으로써 구성될 수 있다. 또한 프리즘형 요철은 계속되는 리지 라인을 갖는 일련의 볼록부 부분 또는 오목부 부분으로써 형성될 수 있으며 그렇지 않으면 사전 결정된 피치 간격에서 리지 방향으로 불연속적으로 배열되는 단속적인 오목한 부분 또는 볼록한 부분으로서 형성될 수 있다.

개개의 하부 형상 및 도광관의 입사 측면이 특별히 제한될 필요는 없지만 적절하게 결정될 필요는 있다. 일반적으로, 이들 표면은 편평한 하부면 및 하부면에 수직인 입사 측면으로서 제공된다. 예를 들면 입사 측면이 광원의 외부 주변등에 대응하여 만곡하게 굽은 형상내로 형성될 수 있으므로 광-입사 효율이 개선될 수 있다. 또한, 입사 측면과 광원사이에 개재된 도입 부분을 갖는 입사 측면 구조가 제공될 수 있다. 도입 부분의 형상은 광원 등에 따라서 적절하게 결정될 수 있다.

도광관은 광원의 파장 영역에 따른 투과성을 나타내는 임의의 적절한 재료로서 구성될 수 있다. 예를 들면, 가시광 영역에서 사용된 재료의 실례로는 아크릴 수지, 폴리카본네이트 수지, 에폭시 수지 등에 의해 나타내진 투명 수지, 유리등을 포함한다. 복굴절이 전혀 일어나지 않는 또는 다소의 복굴절이 일어나는 물질로 만들어진 도광관이 이용되는 것이 바람직하다.

도광관은 커팅 방법에 의해 또는 임의의 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다. 대량 생산 등의 관점에서 바람직한 생산 방법의 실례로는 열가소성 수지가 사전 결정된 형상을 형성할 수 있는 주형에 대해 가열-프레스된다는 조건하에서 형상을 열가소성 수지로 변형시키는 방법, 열-용융(hot-melted)된 열가소성 수지 또는 열이나 용매로 유체화 된 수지로 사전경정된 형상을 형성할 수 있는 주형을 채우는 방법, 사전 결정된 형상을 형성할 수 있는 주형을 (열, 자외선, 방사 등으로 중합할 수 있는 액체 수지로)채운 후에, 또는 주형에 액체 수지를 캐스팅한 후에 중합 프로세스를 수행하는 방법 등이 있다.

또한, 도광관은 한 종류의 물질 또는 광전송 역할을 하는 도광관 및 그 위에 형성된 프리즘형 요철등의 광출력 수단(상부면)을 갖는 시트로 이루어진 적층물과 같이 상이한 종류의 물질들로 이루어진 부분들의 적층물로써 형성될 수 있다. 시트는 도광 부분에 결합되어 진다. 즉, 도광관은 동일한 재료에 의해 구성된 일체화된 단일 층 바디로서 형성될 필요는 없다.

도광관의 두께는 사용 목적에 따라서 도광관, 광원의 사이즈 등에 기초하여 적절하게 결정될 수 있다. 액정 디스플레이 등을 형성하는데 사용되는 도광관의 일반적인 두께는 입사 측면에 기초하여 20mm이하, 보다 바람직하게 0.1 내지 10mm 범위내, 특히 0.5 내지 8mm 범위내에 존재한다.

반사층이 부착되기 이전에, 밝은 디스플레이(brilliant display)를 달성하는 관점에서 볼 때 바람직한 도광관은 상부면 및 하부면 방향으로 입사하는 광의 전체 광선 투과율, 특히 하부면에서 상부면까지 수직으로 입사하는 광은 90%이상, 보다 바람직하게 92%이상, 특히 95%이상이고 헤이즈(haze)는 30%이하, 보다 바람직하게 15%이하, 특히 10%이하로 제공된다.

전술된 도광관에 따르면, 상부면 및 하부면으로부터의 입사광은 상부면 및 하부면을 효율적으로 통과하다. 그러므로, 도광관에 의해 정확히 평행화된 광이 시각적 인식에 유리한 수직성이 우수한 방향에서 출력되기 때문에, 도광관의 사용이 액정 디스플레이 디바이스와 같은 다양한 디바이스 형성을 가능하게 하므로써, 반사 모드 및 투과모드에서 사용될 수 있으며 밝고, 보기 쉬우며 저소비 전력에서도 우수하여 광원으로부터 방출된 광이 효율적으로 사용될 수 있다.

반사 모드 및 투과 모드에서 사용되는 액정 디스플레이 디바이스 반사층의 배열은 반사모드로 디스플레이하는데 필수적이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따르면, 반사층은 도광관의 하부면(12)상에 배열된다. 반사층(3)은 도광관의 하부면과 분리되도록 배치되거나 또는 바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같이, 하부면과 통합되도록 하부면과 컨택트될 수 있다.

반사층은 종래기술에 따라, 적절한 재료로 구성될 수 있다. 특히, 바람직한 재료의 예로는 알루미늄, 은, 금, 구리, 크롬 등과 같은 고-반사율 금속 또는 그것의 함금 가루가 함유된 접합 수지의 코팅층, 전술한 금속층 또는 진공 기화 방법(vacuum evaporation method), 스퍼터링 방법 등과 같은 적절한 박막 형성 방법에 의해 증착된 유전체 다층 박막, 전술한 코팅의 반사 시트 또는 박막 등의 기본 재료에 의해 지지된 증착 층 및 금속 박(metal foil) 등으로 구성된 반사층이 있다. 홀로그램 등을 사용한 반사판이 또한 사용될 수 있다.

물결 무늬 발생 방지, 휘선 강도(bright-line intensity)의 이완에 기초한 밝음의 동일성 개선 등에 관한 관점에서 바람직한 반사층은 확산 반사(diffuse reflection)가 발생하도록 제공된다. 전술된 광 지향성을 크게 감소시키는 것이 불리하기 때문에, 확산 세기는 평균 확산각에 입각하여 대략 5 내지 15도의 범위내에 설정되는 것이 바람직하지만 거기에 제한되는 것은 아니다. 확산형 반사층(diffusion type reflection)은 종래 기술에 따른 반사면 러프팅 방법(reflection surface roughening method) 등과 같은 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다.

반사층 및 도광관을 합체시키기 위해 전술한 반사층과 도광관 하부면을 컨택트시키는 프로세스는 매개체로서 점성 층(tacky layer), 다른 접착성 층(adhesive layer) 등과 같은 접착 수단을 사용한 방법, 전술한 코팅 층 또는 증착층을 도광관의 하부면상에 직접 형성시키는 방법 등과 같은 적절한 방법에 의해 수행될 수 있다. 이 경우에, 반사면의 손상, 산화적 열화 등을 방지하는 관점으로부터 반사층의 외부면이 코팅에 의해 보호되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 전술한 반사 시트 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 반사 시트에 따르면 전술한 확산형 반사층은 막 기본 재료 등의 평탄화된 면을 통해 쉽게 형성될 수 있다.

또한, 전술한 반사층 또는 그것의 지지 기본 재료를 평탄화하는 처리 는 금속 주형의 거친면 형상을 엠보싱(embossing), 버핑(buffing) 또는 전사하는 프로세스를 사용하는 형태의 기계적 또는 화학적 처리 방법, 전기적으로 도전체일 수 있고, 크로스링크되거나 또는 비-크로스링크된 폴리머 등의 유기물 입자 등일 수 있는 실리카, 알루미늄, 티타니아, 산화지르코늄, 주석 산화물, 인듐 산화물, 카드뮴 산화물, 안티모니 산화물 등의 무기물 입자와 같은 적절한 입자를 반사층에 함유하는 방법, 함유된 층을 적용하는 방법 등에 의해 수행될 수 있다.

액정 디스플레이 디바이스가 형성되어 질 때, 도 1에 도시된 바와 같이 광원(2)이 도광관(1)의 입사 측면(13) 근처에 배치되므로 광원(2)는 측광형(side light type)에 대해 후광으로서의 역할을 수행한다. 임의의 적절한 재료가 광원로서 사용될 수 있다. 바람직하게 사용될 수 있는 재료의 예로서는 (차갑거나 또는 뜨거운 ) 캐서드 튜브등과 같은 선형 광원, 광-생성 다이오드와 같은 포인트 광원, 라인에 배열된 포인트 광원의 어레이 등과 같은 포인트 광원, 포인트 광원을 정규-간격 또는 불규칙-간격 선형 광-생성 상태로 전환시키는 시스템을 사용한 광원 등이 있다.

본 발명에 따르면, 투과 모드에서는 시각적 인식이 가능하기 위해 광원이 제공된다. 따라서, 반사 모드에서 시각적 인식 동안에 광원을 점등하는 것이 불필요하기 때문에 광원은 점등/소등(switch on/off)될 수 있도록 제공된다. 광원을 점등/소등하는 동안의 방법으로써 임의의 방법이 사용될 수 있다. 또한, 광원이 이전에 도광관에 부착되어 도광관은 광원을 구비한 도광관의 형태로 배치될 수 있다.

액정 디스플레이 디바이스를 형성하는 경우에, 둘러싸인 광원(2)이 광원(2)로부터 도광관의 입사 측면(13)까지 산란된 광을 이끄는 광원을 둘러싸는 광원 홀더(light source holder)와 같은 적절한 예비 수단이 필요에 따라 배치되어져 결합 본체로서 제공될 수 있다. 광원에 부착된 고-반사성 금속 막과 수지 시트, 금속 박 등은 일반적으로 광원 홀더로서 사용된다. 광원 홀더가 접착제를 통해 도광관의 종단 부분에 결합될 때, 부착 부분에서 광출력 수단 형성이 생략될 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이 액정 디스플레이 디바이스는 일반적으로 액정셀(42), 편광판(41,43), 후광(1,2), 반사층(3) 및 필요한 경우에 위상치 보상 판(compensating phase difference plate) 등과 같은 구성 부분을 적절히 조립함으로써 형성된다. 액정셀(42)은 액정 셔터로서의 기능을 수행하기 위해 투명 전극(도시되지 않음)으로 제공된다.

사용될 액정셀이 특히 제한되지는 않는다. 예를 들면, 액정의 배향(orientation) 형태에 근거한 분류에서, TN 액정셀 또는 STN 액정셀, 수직적 지향 셀 또는 HAN 셀, OCB 셀과 같은 트위스트형-셀, 비-트위스트형 셀, 게스트-호스트 유형 셀 또는 강유전성 액정형(ferroelectric liquid-crystal type) 액정셀 등이 적절히 사용될 수 있다. 또한, 액정 구동 시스템이 특별히 제한되지는 않는다. 예를 들면, 액티브 매트릭스 시스템, 수동 매트릭스 시스템 등과 같은 적절한 구동 시스템이 사용될 수 있다.

임의의 적절한 편광판이 편광판 각각으로 사용될 수 있을 지라도, 요오드형 또는 편광 단계에서의 염료 흡수형 선형 편광자(dye type absorption linear polarizer)등과 같은 편광도가 높은 고급의 선형 편광에 기반하여 양호한 콘트래스트율 디스플레이(contrast ratio display)를 획득할수 있다는 관점에서 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 도 1의 실시예에 도시된 바와 같이 편광판은 액정셀(42)의 양측 각각에 제공될 수 있으며 액정셀의 단일면상에 제공될 수도 있다.

액정 디스플레이 디바이스의 형성을 위해서, 예를 들면, 시각적 인식 측에 제공된 확산판, 반-글레어(anti-glare)층 및 보호층 또는 액정셀 및 편광판 사이에 제공될 위상치 보상 판과 같은 적절한 광학 요소가 적절히 배열될 수 있다. 위상치 보상 판은 시각적 인식 등의 개선을 얻기 위해 파장상에 따른 복굴절을 보상하는데 그 목적이 있다.

경우에 따라서, 위상치 보상 판은 시각적 인식 측 또는/및 후면 편광판과 액정셀 등의 사이에 배치된다. 본 발명에 따르면, 도광관의 광출력 특성이 가능한 한 충분히 유지되기 때문에, 액정셀 및 도광관 사이에 배치된 광학층은 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 이 경우에, 필요에 따라서는, 위상치 보상 판이 액정셀의 시각적 인식 측상에서 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 적절한 판이 파동 범위 등에 따라서 위상치 보상 판으로서 사용될 수도 있다. 위상치 보상 판이 단일층으로서 또는 2개 이상의 위상 차분층의 중첩층으로서 형성될 수도 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 디스플레이 디바이스상의 시각적 인식은 도광관의 긴 측면을 통해 투과한 광에 의해 수행되어진다. 또한, 도 3의 화살표에 의해 도시된 바와 같이 투과 모드에서 광원이 점등된 상태에서 도광관(1)의 하부면에 생성된 광()이 반사층(3)을 통해 반사되고, 도광관(1)의 긴 측면(11b)을 통해 투과되므로써, 디스플레이 이미지()는 편광판(43,41) 및 액정셀(42)을 통해 시각적으로 인식되어 진다.

한편, 도 4의 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 반사 모드에서 광원이 점등된 상태에서 외부광(γ)이 편광판(41,43) 및 액정셀(42)을 통해 도광관(1)의 상부면의 긴 측면(11b)을 통해 투과되어 진다. 이후에, 투과된 광은 반사층(3)을 통해 반사되며 상술된 바와 같이 동일한 방법으로 투과 모드에서 도광관(1)의 긴 측면(11b)을 통해 투과되므로써 디스플레이 이미지(γ)가 편광판(43,41) 및 액정셀(43)을 통해 시각적으로 인식되어 진다.

본 발명에 따르면, 전술된 액정 디스플레이 디바이스를 구성하는 도광관, 액정셀, 편광판 등과 같은 광학 소자 또는 부품들이 서로 합체되도록, 전체적 또는 부분적으로 적층 및 고정될 수 있거나 또는 분리용이한 상태로 배치될 수 있다. 계면 반사등의 억제로 인한 콘트래스트의 저하 방지 관점에서는 광학 소자 및 부품들이 고정되어 있는 것이 바람직하다. 접착제 등과 같은 적절한 투명 접착제가 고착밀착 프로세스에 사용될 수 있다. 또한, 투명 접착층에 상기 미립자 등을 함유시키므로써 투명 접착층은 확산 기능을 나타내는 접착층으로서 제공될 수 있다.

실시예 1

사전결정된 형상으로 미리 프로세스된 폴리메틸 메타크릴레이트판의 표면은 다이아몬드 비트로 절삭하여 그 상부면 광출력 수단을 구비한 도광관을 획득한다. 도광관은 38mm의 폭 및 28mm의 깊이를 갖는다. 도광관은 입사 측면에서 1mm의 두께와 대향 단부에서 0.8mm의 두께를 갖는다. 도광관의 상부면 및 하부면은 편평하다. 도광관은 상부면에서 프리즘형 요철을 구비한다. 프리즘형 요철은 입사 측면에 평행하도록 200㎛의 피치 간격으로 배열된다. 프리즘형 요철은 각각 경사각이 42.5 내지 43도의 범위내에서 변하는 짧은 측면 및 경사각이 1.5 내지 3.5도의 범위내에서 변하는 긴 측면을 갖는다. 인접한 긴 측면 사이에서의 경사각 변화는 0.1도 이내에 있다. 하부면상의 짧은 측면에 대한 투영폭은 9 내지 15㎛ 범위 내에 있다. 하부면상의 긴 측면/짧은 측면에 대한 투영 면적비는 12배 이상이다. 또한, 광출력 수단은 입사 측면으로부터 2mm 떨어진 위치까지 확장되어 형성된다.

직경 2.4mm의 (하리손 전기사에 의해 제조된) 냉-음극관(cold-cathode tube)이 도광관의 입사 측면 가까이에 배치된다. 냉-음극관의 에지는 도광관의 종단면 및 상부면을 컨택트시키기 위해 백색의 램프 반사 시트로 구성된 광원홀더로 둘러싸여진다. 인버터 및 DC 전원은 냉-음극관에 접속된다. 아크릴판에 결합된 은 반사판은 도광관의 하부면상에 설치되어 진다. 흑백 TN 형 액정셀이 도광관의 상부면상에 배치된다. 따라서, 액정 디스플레이 디바이스가 획득된다. 또한, DC 전원을 온/오프 함으로써 전술된 광원이 점등/소등될 수 있다. 또한, 상기 은 반사판은 확상형으로 은의 기상 증착층은 매트 처리된 박막 기재 재료상에 형성되며 보호되도록 기상 증착층의 표면은 투명 수지층으로 코팅된다.

실시예 2

액정 디스플레이 디바이스는 은 반사판이 은 반사판의 반사면을 통해 도광관의 하부면까지 점성층(tacky layer)에 의해 결합되는 것을 제외하면 실시예 1에 따라 획득된다.

실시예 3

액정 디스플레이 디바이스는 은 반사판의 대용품으로서 사용되고 실리콘 수지를 포함하는 점성층에 따른 반사면을 통해 도광관의 하부면에 결합되는 미러 은 반사면(mirror silver reflection)을 갖는 반사 시트를 제외하면 실시예 1에 따라 획득된다.

비교 실시예 1

38mm 폭, 28mm 깊이, 입사 측면에서 1mm의 두께 및 그 대향 단부에서 0.8mm의 두께를 가진 폴리메틸 메타크릴에이트의 상부면을 샌드블래스트(sandblasting)함으로써 광출력 수단을 구비한 도광관이 획득되며 이것이 본 실시예에서 사용되는 것을 제외하면 액정 디스플레이 디바이스는 실시예 1에 따라 획득된다.

비교 실시예 2

38mm의 폭, 25mm의 깊이, 입사 측면에서 1mm의 두께 및 그 대향 단부면에서 0.8mm의 두께를 가진 폴리에틸 메타크릴에이트의 상부면상에, 티탄늄 백색-분산 백색 잉크를 도트 형상으로 프린팅하므로써 형성된 산란 도트로 구성된 광출력 수단을 구비하는 도광관이 준비된다. 상기 준비된 도광관이 사용되는 것을 제외하면 액정 디스플레이 디바이스는 실시예 1에 따라 획득된다.

비교 실시예 3

프리즘형 요철의 피치를 200㎛로 설정, 짧은 측면의 경사각을 31 내지 35도 이내로 설정, 긴측면의 경사각을 1.5 내지 3.5도로 설정, 하부면상의 짧은 측면에 대한 투영폭이 15 내지 21㎛ 이내로 설정하고 하부면상의 긴측면/짧은 측면에 대한 투영 면적비가 8.5 이상으로 설정되는 것을 제외하면 실시예 1에 따라 도광관이 획득되어 진다. 액정 디스플레이 디바이스는 도광관을 사용함으로써 획득된다.

비교 실시예 4

도광관이 상하 역전되는 것을 제외하며 실시예 1에 따라 액정 디스플레이 디바이스가 획득되어 진다.

비교 실시예 5

도광관이 상하 역전되어 광확산 판(light diffusion plate)이 도광관의 상부면상에 배치되는 동시에 반투명 반사판이 액정셀의 하부면에에 결합되는 것을 제외하면 비교 실시예 3에 따라 액정 디스플레이 디바이스가 획득되어 진다.

평가 테스트

출력광 강도

전술한 실시예 각각에서의 액정 디스플레이 디바이스를 형성하는데 사용된 도광관의 하부면이 상측으로 향해지며, 입사 측면에 대해 수직인 면내에서 하부면으로부터의 출력광의 휘도의 각도 분포가 휘도계(탑콘사에 의해 제조된 BM7)에 의해 조사된다. 방향 코사인(direction cosine)이 휘도에 의해 곱해지며 그 곱이 출력광 강도가 된다. 도 5는 출력광 강도의 결과를 도시한다. 도 5에서, 하부면의 법선 방향이 0도가 된다. 실시예 1 내지 3 및 비교 실시예 4에 사용된 도광관의 일종은 본 발명에 따른 출력광의 특성을 만족시키는 반면에, 비교 실시예 1 내지 3 및 비교 실시예 4에서 사용된 3종류의 도광관은 본 발명에 따른 출력광의 특성을 만족시키지 못한다.

정면적 휘도

상기 실시예 각각에서 획득된 액정 디스플레이 디바이스에 대하여, 투과 모드 및 반사 모드 각각의 백색 디스플레이 상태의 디바이스 중심에서의 정면 휘도는 휘도계(brightness meter)에 의해 조사된다. 또한 투과모드에서의 정면 휘도는 광원이 암실에서 점등(switch on)된다는 조건하에서 평가된다. 반면, 반사 모드에서의 정면 휘도는 광원이 암실에서 소등(switch off)되지만 디바이스가 디바이스의 중심부분으로부터 상향으로 10cm 떨어진 위치에 배치된다. 링-형상 조명 장치(ring-like illuminator)에 의해 조명된다는 조건하에서 평가되어 진다.

상기 상세한 기술의 결과가 다음 표에 도시된다. 전체 광선 투과율 및 JIS K 7105에 따른 도광관의 헤이즈 또한 본 표에서 도시된다.

또한, 라인-형상 패턴(line-like pattern)이 상기 조건의 투과 모드 및 반사 모드 각각에서 디스플레이되며 거기에서 디스플레이 품질이 검사된다. 그것의 결과 및 상기 테이블로부터, 실시예 1, 2 및 3이 특히 양호한데, 이는 임의의 눈부신 광에 대한 시각적 감지(visual sense dazzling light)도 없이 전체적으로 균일한`밝기(brilliant)가 획득되기 때문이다.

반면, 비교 실시예 1의 디바이스는 출력광의 각도가 크기 때문에, 투과모드의 정면 방향에서는 어둡고, 비교 실시예 2의 디바이스도 동일한 경향을 갖는다. 비교 실시예 2에서, 도광관에 주어진 도트는 매우 명확하게 관찰되어 디스플레이 품질을 현저히 저하시킨다. 비교 실시예 3에서, 출력광이 크게 기울어지기 때문에, 정면 휘도의 저하가 인지된다. 또한 비교 실시예 4에서, 휘선에 따라 발생된 명암차가 매우 강하여, 눈부신 광의 시감으로 인해 보기가 어렵다. 비교 실시예 5에서, 디바이스는 균일한 밝음을 획득하지만 휘도에서는 취약하다.

또한 반사 모드에서, 실시예 1,2 및 3은 고휘도를 나타내어 매우 명확하고 밝은 디스플레이가 획득되기 때문에 특히 바람직하다. 비교 실시예 2에서, 광의 분산으로 인해 휘도가 낮기 때문에, 도트가 명확히 관찰되어 디스플레이 품질을 저해한다. 비교 실시예 5에서, 디바이스는 균일한 밝기를 획득하지만 휘도에서는 뒤떨어진다.

반면, 반사판이 주름지거나(wrinkled) 또는 부분적으로 구부러지는 동안 아크릴판의 보강 없이 실시예 1의 반사판이 배치될 때, 주름 등이 반사 모드 및 투과 모드에서 명확하게 발견되어 시각적 인식이 저하된다. 반사판이 실시예 2,3에서처럼 도광관에 결합될 때, 주름, 부분적 굽음 등이 발생하지 않으므로써 항상 만족할 만한 디스플레이가 획득되어 진다.

투과 모드 및 반사 모드에서 양호한 디스플레이 특성을 나타내는 액정 디스플레이 디바이스를 획득하기 위해 전원을 온/오프함으로써 광원이 점등/소등될 수 있으며 투과 모드 및 반사 모드의 사용으로 인해 소비 전력이 절약되어, 휴대용 디스플레이 디바이스 등에서 사용되는 배터리의 수명을 연장시킬 수 있다.

본 발명은 이후에 청구되는 바와 같이 본 발명의 사상 및 범주에서 벗어남 없이 일정한 특징으로 그것의 바람직한 형태로 기술되지만, 바람직한 형태의 본 명세서는 세부적인 형성 및 부품의 결합과 배열이 변화될 수 있다.

본 발명은 반사 모드 및 투과 모드에서 휘도(brightness)가 우수한 동시에 디스플레이 반전 및 광 누설로 인한 콘트래스트 저하도 발생하지 않는 만족할만한 시각적 인식을 소유한 액정 디스플레이 디바이스를 제공한다.

Claims

액정 디스플레이 디바이스에 있어서,

상부면상에 형성된 광출력 수단(a light output means)을 포함하는 도광관(a light pipe)과,

상기 도광관의 압사 측면 근처에 배치되는 광원 - 입사 측면의 기준 평면에 수직인 평면에서 출력광의 피크 강도가 상기 하부면의 기준 평면의 법선 방향에 대하여 30도내의 각도로 존재하는 조건하에서 상기 광원으로부터 입사한 광이 상기 광출력 수단을 통해 상기 도광관의 하부면으로부터 출력됨 - 과,

상기 도광관의 상기 하부면상에 배치되어 상기 출력광의 반사광이 상기 도광관의 상기 상부면을 통해 투과되는 반사층과,

상기 도광관의 상기 상부면위에 배치되며, 액정셀(liquid-crystal cells) 및 적어도 하나의 편광판을 구비하는 액정 셔터를 포함하는 액정 디스플레이 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 도광관의 상기 상부면으로부터의 출력광이 상기 도광관의 상기 하부면으로부터의 출력광의 1/10 이하의 강도인 액정 디스플레이 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 도광관의 상기 입사 측면 근방에 배치된 상기 광원이 점등/소등(switched on/off)으로 전환될 수 있는 액정 디스플레이 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 도광관은 상기 하부면으로부터의 입사광이 전체 광선 투과율(total light-rays transmissivity)의 90% 이상으로 상기 상부면을 통해 투과되도록 함으로써, 상기 도광관이 30% 이하의 헤이즈(a haze)를 나타내는 액정 디스플레이 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 도광관의 상기 상부면 상의 상기 광출력 수단은 사전 결정된 피치 간격 50㎛ 내지 1.5mm의 범위에서, 반복적으로 배열된 프리즘형 요철(prism-like irregularities)을 포함하는 액정 디스플레이 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 도광관의 하부면상의 상기 반사층이 금막, 은막, 알루미늄막, 유전체 다층막 및 홀로그램으로 구성되는 그룹에서 선택된 요소 중 하나로 형성되는 액정 디스플레이 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 도광관의 하부면상의 상기 반사층은 상기 도광관의 상기 하부면과 컨택트시키므로써 상기 도광관과 합체되는 액정 디스플레이 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 도광관의 하부면상의 상기 반사층은 광의 확산 반사를 수행하는 액정 디스플레이 디바이스.