KR20020037443A - 반사형 표시 장치 및 프리즘 어레이 시트 - Google Patents

반사형 표시 장치 및 프리즘 어레이 시트 Download PDF

Info

Publication number
KR20020037443A
KR20020037443A KR1020010070381A KR20010070381A KR20020037443A KR 20020037443 A KR20020037443 A KR 20020037443A KR 1020010070381 A KR1020010070381 A KR 1020010070381A KR 20010070381 A KR20010070381 A KR 20010070381A KR 20020037443 A KR20020037443 A KR 20020037443A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical means
display device
display
array sheet
prism array
Prior art date
Application number
KR1020010070381A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100472893B1 (ko
Inventor
우에끼순
미노우라기요시
도미까와마사히꼬
Original Assignee
마찌다 가쯔히꼬
샤프 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 마찌다 가쯔히꼬, 샤프 가부시키가이샤 filed Critical 마찌다 가쯔히꼬
Publication of KR20020037443A publication Critical patent/KR20020037443A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100472893B1 publication Critical patent/KR100472893B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133504—Diffusing, scattering, diffracting elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/02—Function characteristic reflective

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)

Abstract

본 발명의 반사형 표시 장치는 표시층과, 표시층의 관찰자측에 배치된 광학 수단과, 표시층의 관찰자측의 반대측에 배치된 반사 수단을 구비한다. 광학 수단은 표시면에 대하여 경사진 복수의 경사면을 포함하는 주면을 갖는다. 광학 수단을 통해 표시층에 입사하여 반사 수단에 의해 반사된 광은 표시면의 거의 법선 방향으로 출사된다.

Description

반사형 표시 장치 및 프리즘 어레이 시트{REFLECTIVE DISPLAY DEVICE AND PRISM ARRAY SHEET}
본 발명은 반사광으로 영상을 표시하는 직시형(direct-view type)의 반사형표시 장치 및 반사형 표시 장치에 사용되는 프리즘 어레이 시트에 관한 것이다.
종래에는 노트북 컴퓨터 등의 휴대용 전자 기기의 표시 장치로서 외부광을 반사하여 영상을 표시하는 반사형 표시 장치가 실용화되고 있다. 예컨대, 편광판과 요철 형상의 금속 반사판을 갖는 액정 표시 장치가 개발되고 있다. 이 유형의 액정 표시 장치는 전계로 액정층의 복굴절을 제어함으로써 표시를 행하는 복굴절 표시 모드(birefringence display mode)를 이용하고 있어 하나의 편광판만이 필요하다.
그러나, 위의 표시 모드는 편광판, 컬러 필터 등에 의한 광의 흡수가 크고, 더욱이 광원으로부터 입사한 광의 정반사(regular reflection) 방향에서 관찰할 때에만 광이 밝기 때문에 정반사 방향에서 벗어난 방향에서 관찰할 때에는 충분한 명도가 얻어지지 못한다는 문제점을 갖는다. 따라서, 양호한 표시를 얻기 위해서는 관찰자가 표시 장치의 각도 및 관찰 위치를 조정해야만 한다. 또한, 정반사 방향이 표면 반사와 중첩하기 때문에, 표시 화질(display quality)이 저하된다.
상기한 문제점을 해소하기 위해, 예컨대 반사판의 반사 표면이 표시면에 대해 소정 각도로 기울어져 반사판에 의해 반사된 광의 방향이 표시면의 정반사 방향과 중첩하지 않는 반사형 표시 장치가 일본 공개 특허 공보 평9-288271호에 개시되어 있다.
또 다른 예로서, SID '99 Digest, 954쪽과 같이 요철 형상의 반사판 위에 경사를 형성함으로써 소정 방향(이후부터는 관찰자가 표시를 바라보는 방향을 관찰자 방향으로 지칭함)으로부터 표시를 관찰하는 관찰자에게 밝은 표시를 제공하려는 시도가 이루어지고 있다.
그러나, 일본 공개 특허 공보 평9-288271호 및 SID '99 Digest, 954쪽에 개시된 종래의 반사형 표시 장치는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다. 이들 종래의 반사형 표시 장치에서는 반사판이 반사 기능과 오프-액시스 기능(off-axis function ; 반사면의 정반사 방향으로부터 벗어난 방향으로부터 관찰될 때에 휘도를 증강시키는 기능) 모두를 제공하기 위해 경사면을 가져야 할 필요가 있기 때문에 큰 단차를 갖는 반사판을 광변조층, 즉 액정층의 바로 아래에 형성시켜야 하므로 액정층의 셀 두께를 균일화할 수 없다는 문제가 발생한다.
반사판의 단차는 반사판의 형성 후에 평탄화될 것이다. 그러나, 이 경우에는 반사판을 투명 수지 등으로 평탄화한 후에 평탄화된 표면에 투명 전극을 형성할 필요가 있기 때문에 반사판의 제조 공정이 복잡하게 된다.
도 17은 전술된 바와 같은 반사형 표시 장치(98)를 도시하고 있다. 반사형 표시 장치(98)는 액정층(94)의 관찰자측에 지연판, 기판, 배향막 등(이들 전부를 도면 부호 "96"으로 표시함)을 포함하며, 액정층(94)의 관찰자 반대측에 반사판(91)을 포함한다. 반사판(91)은 액정층(94)측의 표면에 복수의 경사면(92)을 갖는다. 경사면(92) 위에는 투명 수지(95)가 형성되어 반사판(91)의 표면이 평탄화되어 있다.
상기한 구성을 갖는 반사형 표시 장치(98)에서는 도 17에 도시된 바와 같이 예컨대 표시 장치(98)로부터 광이 출사하는 방향(화살표 99로 나타내짐)을 입사 방향(화살표 93으로 나타내짐)으로부터 30도 어긋나게 하기 위해서는 약 10도 정도의경사각을 갖는 경사면(92)을 반사판(91) 위에 형성할 필요가 있다. 반사판(91)에 이러한 경사면(92)을 형성하면, 경사면(92)의 위치에 따라서는 액정층(94)과 반사판(91)간의 거리가 커지게 된다. 이들 위치에서는 관찰자측의 화소(도시되지 않음)와 반사판(91)간의 거리 또한 커진다. 관찰자측의 화소와 반사판(91)간의 거리가 커지면 관찰자측의 기판에 컬러 필터가 형성되어 있는 경우에는 혼색(color mixture)이 발생한다는 문제점이 있다.
일본 공개 특허 공보 평9-288271호에 개시되어 있는 바와 같이 반사판을 표시부와 별도로 제작하고 표시부의 외측 배면에 반사판을 배치하는 반사형 표시 장치에서는 표시부와 반사판간의 간격이 크기 때문에 표시의 시차(parallax)가 커진다는 문제점과 함께 입사한 화소와는 상이한 화소로부터 출사하는 광선이 증가하기 때문에 표시의 명도와 색순도(color purity)가 감소한다는 문제점이 있다.
일본 공개 특허 공보 평8-95035호는 표시 장치로부터 반사된 표시를 위한 광을 외부 광의 정반사로부터 분리하기 위해 표시 장치의 외측의 관찰자측에 프리즘 어레이 시트를 배치한 반사형 표시 장치가 개시되어 있다. 그러나, 이 표시 장치는 관찰자가 통상적으로 영상을 관찰하는 표시 장치의 정면 위치에서 볼 때에 표시 휘도를 거의 제공하기 못하여 실질적으로 어두운 표시만을 제공한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로 표시 장치의 정면 방향에 위치한 관찰자에게 휘도가 높은 표시를 제공할 수 있는 반사형 표시 장치 및 그 반사형 표시 장치에 사용되는 프리즘 어레이 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1a는 프리즘 어레이 시트(14)를 포함하는 본 발명의 제1 실시예의 반사형 액정 표시 장치의 모식적 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 1B-1B'선을 따라 절단한 단면도이며, 도 1c는 본 발명에 적용 가능한 변형된 프리즘 어레이 시트(14A)의 단면도.
도 2a는 본 발명의 실시예의 표시 장치에 사용된 프리즘 어레이 시트의 경사면에 대한 적합한 조건을 나타내는 도면이고, 도 2b는 본 발명의 실시예의 표시 장치에 사용된 프리즘 어레이 시트의 경사면에 대한 부적합한 조건을 나타내는 도면.
도 3은 프리즘 어레이 시트(14)의 경사면의 법선 방향으로 광원이 위치될 때에 관찰된 입사 주광선과 정반사 광선간의 위치 관계를 도시하는 도면.
도 4a는 본 발명의 반사형 표시 장치를 노트북 PC의 모니터로서 사용한 경우를 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 4b는 본 발명의 반사형 표시 장치를 정보 휴대 단말기의 표시 패널로서 사용한 경우를 모식적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에서 표시 장치의 외부에 배치된 조명으로부터의 광을 사용하여 어떻게 표시가 행해지는지를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 반사형 표시 장치에서 표시면내에 상이한 경사각을 갖는프리즘 어레이 시트를 사용하는 경우를 나타내는 도면.
도 7a, 도 7b, 도 7c 및 도 7d는 프리즘 어레이 시트의 경사면의 형상에 대한 예를 도시하는 도면.
도 8a는 프리즘 어레이 시트의 사시도이고, 도 8b는 도 8a의 프리즘 어레이 시트의 부분 평면도와 도 8a의 위치 X와 Y에서 관찰된 측면도를 합성한 도면.
도 9a는 또 다른 프리즘 어레이 시트를 도시하고 있는 것으로, 프리즘 a, b 및 c의 확대 사시도이며, 도 9b는 도 9a의 프리즘 어레이 시트의 평면도와 측면도를 합성한 도면.
도 10a는 프리즘 어레이 시트의 경사각 α를 갖는 경사면과는 상이한 면에 아무런 처리를 하지 않은 경우에 관찰된 주광선의 광로를 나타내는 도면이고, 도 10b는 프리즘 어레이 시트의 경사각 α를 갖는 경사면과는 상이한 면의 각각에 흡수층을 설치한 경우에 관찰된 주광선의 광로를 나타내는 도면이며, 도 10c는 프리즘 어레이 시트의 경사각 α를 갖는 경사면과는 상이한 면의 각각에 반사층을 설치한 경우에 관찰된 주광선의 광로를 나타내는 도면.
도 11a는 표시 장치(1)의 컬러 필터 어레이를 나타내는 평면도이고, 도 11b는 프리즘 어레이 시트의 평면도이며, 도 11c는 컬러 필터와 프리즘 어레이 시트간의 위치 관계를 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 제2 실시예의 반사형 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 제3 실시예에서 프리즘 어레이 시트의 표면을평탄화함으로써 얻은 작용을 나타내는 도면.
도 14는 본 발명의 제4 실시예의 반사형 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도.
도 15는 본 발명의 제5 실시예의 반사형 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도.
도 16은 본 발명의 제6 실시예의 반사형 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도.
도 17은 종래의 반사형 표시 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 18은 본 발명의 제4 실시예의 변형된 반사형 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도.
도 19는 본 발명의 제8 실시예의 반사형 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도.
도 20은 비교예의 반사형 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도.
도 21a는 제9 실시예의 반사형 표시 장치의 수직 방향의 단면도이고, 도 21b는 제9 실시예의 반사형 표시 장치의 수평 방향의 단면도이며, 도 21c는 프리즘 어레이 시트(106)의 부분 사시도.
도 22는 본 발명의 제9 실시예의 변형된 반사형 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도.
도 23은 본 발명의 제10 실시예의 반사형 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 반사형 액정 표시 장치
2 : 액정층
3, 4 : 기판
6 : 투명 전극
7, 10 : 배향막
8 : 수지층
9 : 반사 전극
11 : 액티브 소자
12 : 지연판(retardation plate)
13 : 편광판
14, 106 : 프리즘 어레이 시트
25, 52 : 광원
32 : 흡수층
41 : 반사층
51 : 반사판
본 발명의 반사형 표시 장치는 표시층, 상기 표시층의 관찰자측에 배치된 광학 수단 및 상기 표시층의 상기 관찰자측의 반대측에 배치된 반사 수단을 구비한다. 광학 수단은 표시면에 대하여 경사진 복수의 경사면을 포함하는 주면을 갖는다. 상기 광학 수단을 통하여 상기 표시층에 입사하고 상기 반사 수단에 의해 반사된 광선은 표시면의 거의 법선 방향으로 출사된다.
상기 광학 수단의 주면은 관찰자측을 향하는 것이 바람직하다. 이와 달리, 상기 광학 수단의 주면이 반사 수단측을 향하는 것도 좋다.
상기 반사형 표시 장치는 상기 반사 수단에 의해 반사된 광을 산란시키기 위한 산란 수단을 더 구비하며, 상기 광학 수단을 통하여 상기 표시층에 입사하고 상기 반사 수단에 의해 반사된 광선을 상기 광학 수단, 상기 반사 수단 및 상기 산란 수단의 조합에 의해 상기 표시면의 거의 법선 방향으로 출사시킨다.
상기 표시면의 법선 방향에 대하여 상기 표시면의 위측으로 경사진 방향으로부터 입사한 광선이 상기 표시면의 거의 법선 방향으로 출사하는 것이 바람직하다.
상기 광선은 상기 광학 수단의 상기 관찰자측에 또한 상기 표시면의 법선 방향에 대하여 상기 표시면의 상측으로 경사진 방향에 배치된 제1 광원으로부터 출사되는 것이 바람직하다.
상기 표시면에 대한 상기 복수의 경사면의 각도는 상기 표시면의 법선 방향에 대하여 약 10도 내지 약 45도 범위의 각도로 경사진 위치로부터 입사한 광선의일부가 상기 표시면의 거의 법선 방향으로 출사하도록 설정되는 것이 바람직하다.
상기 복수의 경사면은 상기 표시면에 대하여 소정 각도로 경사지고, 상기 소정 각도는 7도 이상인 것이 바람직하다.
상기 광학 수단은 상기 표시면에 대하여 임의의 각도를 갖는 복수의 다른 면을 갖고, 상기 복수의 경사면과 상기 복수의 다른 면은 교호로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 광학 수단의 상기 복수의 다른 면은 상기 표시면에 대하여 약 90도의 각도를 갖는다.
상기 광학 수단의 상기 복수의 다른 면의 각각에 반사층이 형성되는 것이 바람직하다. 이와달리, 상기 광학 수단의 상기 복수의 다른 면의 각각에 흡수층이 형성될 수도 있다.
상기 표시면에 대한 상기 복수의 경사면의 각도는 상기 표시면내에서 상이하게 된다.
상기 복수의 경사면은 곡면인 것이 바람직하다.
상기 복수의 경사면 중의 하나의 경사면의 법선 벡터의 방향이 상기 복수의 다른 면 중의 하나의 면의 법선 벡터의 방향과 상이한 것이 바람직하다.
상기 광학 수단은 복수의 프리즘이 배열된 프리즘 어레이 시트이며, 프리즘의 피치가 200㎛ 이하인 것이 바람직하다.
상기 광학 수단은 복수의 프리즘이 배열된 프리즘 어레이 시트이며, 프리즘의 피치가 5㎛ 이상 및 상기 반사형 표시 장치의 화소 피치의 1/2 이하인 것이 바람직하다.
상기 반사형 표시 장치의 화소는 적어도 제1 방향으로 배열되고, 상기 광학 수단은 복수의 프리즘이 적어도 제2 방향으로 배열된 프리즘 어레이 시트이며, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 약 5도 내지 약 85도의 각도를 이루는 것이 좋다.
상기 광학 수단의 상기 관찰자측에 반사 방지막(anti-reflection film)이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 반사형 표시 장치는 상기 광학 수단의 측방에 설치된 제2 광원을 더 포함하며, 상기 광학 수단은 도광체(light guide element)로서 기능하는 것이 바람직하다.
상기 광학 수단은 가변 굴절률 n1을 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 광학 수단의 상기 관찰자측에 공기층을 개재하여 편광판이 배치되는 것이 바람직하다.
상기 광학 수단의 상기 관찰자측에 공기층을 개재하여 지연판이 배치되고, 지연판의 상기 관찰자측에 편광판이 배치되는 것이 바람직하다.
상기 광학 수단은 광학적 등방성 물질(optically isotropic material)로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 광학 수단의 상기 반사 수단측에 상기 광학 수단에 접촉하여 기재(base material)가 배치되고, 상기 기재와 상기 광학 수단은 거의 동일한 굴절률을 갖는 것이 바람직하다.
상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면은 눈부심 방지(anti-glare) 처리가 되는 것이 바람직하다.
상기 광학 수단의 상기 복수의 다른 면은 거친 면인 것이 바람직하다.
광기 광학 수단의 상기 관찰자측에 편광판과 지연판이 배치되고, 상기 편광판과 지연판이 1/4 λ조건을 거의 충족하는 것이 바람직하다.
상기 프리즘은 상기 표시면내에 임의의 피치로 배열되는 것이 바람직하다.
상기 표시층과 상기 광학 수단의 사이에 추가의 광학 수단이 배치되어 표시광과 상기 광학 수단, 상기 표시층 및 상기 반사 수단에 의해 형성된 계면 중의 적어도 하나에 의해 반사된 광을 분리하는 것이 바람직하다.
상기 추가의 광학 수단은 상기 표시면에 대하여 경사진 복수의 경사면을 관찰자측에 갖는 것이 바람직하다.
상기 광학 수단의 굴절률이 상기 복수의 경사면의 바로 위에 위치된 매체의 굴절률보다 크고, 상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면의 법선 방향이 상기 표시면의 법선 방향에 대하여 상기 표시면의 하측을 향해 경사지는 것이 바람직하다.
상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면은 공기와 접촉하고, 상기 복수의 경사면의 상기 표시면에 대한 각도 α 및 상기 광학 수단의 굴절률 n1은 다음의 수식을 충족하는 것이 바람직하다:
2α- arcsin(sinα/n1) ＜ arcsin(1/n1)
상기 표시면의 법선 방향으로부터 입사한 광의 출사 각도 θout가 다음의 수식,
θout= arcsin[n1·sin{2α - arcsin(sinα/n1)}] - α
를 충족할 때, 상기 복수의 경사면의 상기 표시면에 대한 각도 α 및 상기 광학 수단의 굴절률 n1은 다음의 수식을 충족하는 것이 바람직하다:
0°＜ arcsin[n1·sin{2α - arcsin(sinα/n1)}] - α＜(90-α)°
상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면 위에 보호 시트가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면은 투명 기재로 평탄화되는 것이 바람직하다.
상기 표시 장치는 상기 표시층을 사이에 두고 있는 한 쌍의 기판을 더 포함하며, 상기 광학 수단은 상기 한 쌍의 기판의 한쪽과 상기 표시층의 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면은 투명 기재로 평탄화되고, 상기 광학 수단의 굴절률 n1, 상기 투명 기재의 굴절률 n2 및 상기 투명 기재와 접촉하는 공기의 굴절률(1.0)이 n1>n2>1의 관계를 가질 때, 상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면의 경사각 α가 다음의 수식 모두를 충족하는 것이 바람직하다:
2α- arcsin(sinα·n2/n1) ＜ arcsin(n2/n1), 및
arcsin[(n1/n2)·sin{2α- arcsin((n2/n1)·sinα)}] - α＜arcsin(1/n2)
상기 광학 수단의 굴절률이 상기 복수의 경사면의 바로 위에 위치된 매체의 굴절률보다 작고, 상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면의 법선 방향이 상기 표시면의 법선 방향에 대하여 상기 표시면의 위측을 향해 경사지는 것이 바람직하다.
상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면은 투명 기재로 평탄화되고, 상기 광학 수단의 굴절률 n1, 상기 투명 기재의 굴절률 n2 및 상기 투명 기재와 접촉하는 공기의 굴절률(1.0)이 1≤n1<n2 의 관계를 가질 때, 상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면의 경사각 α는 다음의 수식 모두를 충족하는 것이 바람직하다:
α＜ arcsin(n1/n2), 및
α- arcsin[(n1/n2)·sin{2α- arcsin((n2/n1)·sinα)}] ＜arcsin(1/n2)
상기 광학 수단은 상기 주면에 대향하고 상기 표시면에 평행한 배면을 가지며, 상기 배면에 보호판이 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반사형 표시 장치에 사용되는 프리즘 어레이 시트가 제공된다. 프리즘 어레이 시트는 상기 반사형 표시 장치의 관찰자측에 배치되고, 반사형 표시 장치의 표시면에 대하여 경사진 복수의 경사면이 관찰자측에 형성되며, 상기 복수의 경사면은 공기와 접촉하고, 상기 표시면에 대한 상기 복수의 경사면의 각도 α 및 상기 프리즘 어레이 시트의 굴절률 n1은 다음의 수식을 충족하는 것이 바람직하다:
2α- arcsin(sinα/n1) ＜arcsin(1/n1)
상기 복수의 경사면의 각도 α가 7도 이상인 것이 바람직하다.
상기 복수의 경사면의 각도는 상기 표시면의 법선 방향에 대하여 약 10도 내지 약 45도 범위의 각도로 경사진 위치에서 입사한 광의 일부가 상기 표시면의 법선 방향으로 출사하도록 설정되는 것이 바람직하다.
상기 표시면의 법선 방향으로부터 상기 반사형 표시 장치에 입사한 광의 주광선(principle ray)의 출사각 θout은 다음의 수식 모두를 충족하는 것이 바람직하다:
θout= arcsin[n1·sin{2α - arcsin(sinα/n1)}] - α, 및
0°＜ θout＜(90-α)°
상기 프리즘 어레이 시트는 광학적 등방성 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
<실시예>
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명할 것이다.
(실시예 1)
도 1a는 본 발명의 제1 실시예의 반사형 액정 표시 장치(1)의 개략 구성을 예시하는 부분 사시도이다. 도 1b는 도 1a에 반사형 액정 표시 장치(1)를 1B-1B'선을 따라 절단한 단면도이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 표시된 화상(예컨대, 알파벳 A, B, C)이 정확하게 관찰되도록 배치된 반사형 액정 표시 장치(1)에 대하여 X-Y-Z 좌표계를 규정한다. 전형적으로, X-축 방향은 매트릭스로 배열된 화소의 열방향을 나타내고, Y-축은 화소의 행방향을 나타내며, Z-축은 표시면의 법선 방향(130)을 나타낸다. 여기서, 반사형 표시 장치의 표시면을 시계 문자반으로 가정한 경우의 12시 방향과 6시 방향에 대응하는 표시면의 측면을 각각 "상측"과 "하측"으로 부르고, 3시 방향과 9시 방향을 각각 "좌측"과 "우측"으로 부른다. X-Y면은 표시면내에 규정되고, X축은 상하 방향으로 연장하고, Y축은 좌우 방향으로 연장한다. 여기에서 사용된 표시면은 반사형 표시 장치(1)의 2개의 기판(3, 4)(도 1b 참조)에 평행한 면이다. 관찰자는 표시 장치(1)를 액정층(2)에 대하여 반사 전극(9)의 반대측으로부터 관찰한다(도 1b 참조). 관찰을 위해서는 표시 장치(1) 외부의 임의 위치에 설치된 조명으로부터의 조명광이 이용된다. 조명으로는 태양이나 천정 위의 등 또는 표시 장치(1)에 일체화된 특정 광원이 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "프리즘 어레이 시트(14)의 관찰자측 표면"은 예컨대 복수의 경사면(120)을 갖는 프리즘 어레이 시트(14)의 주면을 의미한다.
이하에서는 도 1a 및 도 1b를 참조하여 반사형 액정 표시 장치(1)를 설명한다.
제1 실시예에서는 프리즘 어레이 시트의 경사면이 공기와 접촉하는, 즉 프리즘 어레이 시트와 공기간에 계면이 형성되는 경우에 대하여 설명한다. 반사형 액정 표시 장치(1)는 단일 편광판을 사용하는 유형의 반사형 액정 표시 장치의 전면(관찰자측)에 배치된 프리즘 어레이 시트(14)를 포함한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 액정층(2)은 한 쌍의 기판(3, 4) 사이에 개재된다. 관찰자측의 기판(3)의 액정층(2)측 표면에는 투명 전극(6) 및 배향막(7)이 형성된다. 대향 기판(4)의 액정층(2)측 표면에는 요철 형상의 수지층(8), 화소 반사 전극(9) 및 배향막(10)이 형성된다. 액정층(2)은 정(+)의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 물질이 그 안에 밀봉되어 있고, 배향막(7)의 배향 처리된 방향에 따라 트위스트되면서 배향된다. 수지층(8)의 아래에는 TFT와 MIM 등의 액티브(스위칭) 소자(11)가 매트릭스로 형성되어 화소 마다에 스위칭이 행해진다.
표시 장치(1)의 기판(3, 4)의 액정층(2)측 표면에 전극(6, 9)이 형성되어 있는 표시 장치(1)에 전압이 인가될 때, 기판(3, 4)에 대하여 수직 방향으로 전계가 발생된다. 이로써 액정 분자의 배향 상태가 변화하여 스위칭이 가능하게 된다. 본 실시예에서, 상하 기판간의 셀 두께는 4.5㎛이다. 또한, 반사/산란 수단으로서 기능하는 요철 형상의 화소 반사 전극(9)은 정반사 방향을 중심으로 그 이웃한 방향으로 광을 산란시키는 "등방적 산란(isotropically scattering)" 특성을 갖도록 형성된다. 구체적으로, 기판(4)의 표면에 수지 등으로 이루어진 복수의 볼록부(5)가 형성되고, 볼록부를 갖는 표면에 Al으로 이루어진 막이 도포되어 요철 형상을 갖는 반사형 화소 전극(9)을 제공한다.
관찰자측 기판(3)의 관찰자측 표면에는 적당한 지연판(또는 지연막)(12), 편광판(13) 및 프리즘 어레이 시트(14)가 그 순서로 적당한 각도로 배치된다. 프리즘 어레이 시트(14)는 그 관찰자측 표면에 표시면에 대해 경사진 면을 갖는다. 프리즘 어레이 시트(14)는 프리즘 어레이 시트(14)에 접촉하는 인접층(본 실시예에서는 공기층)과 상이한 굴절률을 갖는 투명 기재로 구성된다. 그에 따라 프리즘 어레이 시트(14)와 이 프리즘 어레이 시트와 접촉하는 인접층간의 계면에서 굴절률이 변화한다.
표시 장치(1)의 표시 방식은 TN, STN 및 ECB의 어느 것도 가능하다. 지연판(12), 편광판(13) 및 프리즘 어레이 시트(14)는 적당한 점착층을 사용하여 기판(3)의 관찰자측 표면에 접착될 것이다. 또한, 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와같이 프리즘 어레이 시트(14)의 관찰자측 표면(복수의 경사면(120)을 갖는 면)이 공기와 접촉하는 경우, 최소한 프리즘 어레이 시트(14)의 경사면(120)은 반사 방지(AR ; anti-reflection) 처리 또는 눈부심 방지(AG ; anti-glare) 처리가 시행되는 것이 보다 바람직하다. 이러한 처리에 의해, 표시에의 상 반사(reflection of an image in the display) 및 표면 반사의 발생이 감소될 수 있으며, 그에 따라 고화질 표시를 얻을 수 있다. 프리즘 어레이 시트(14)의 관찰자측 표면의 AR 또는 AG 처리는 프리즘 어레이 시트(14)의 관찰자측 표면에 소망의 막을 형성함으로써 실제적으로 실현될 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 표시 장치(1)의 관찰자측 표면에 프리즘 어레이 시트(14)가 설치되어 있음에 의해, 표시 장치(1)의 내부에 입사한 광의 주광선(도 1b에 화살표 A로 표시됨)은 정반사 방향(화살표 C로 표시됨)과는 상이한 방향(화살표 B로 표시된, 표시면의 법선 방향에 근접한 방향)으로 출사되는 것이 가능하게 된다. 따라서, 외부 조명으로부터의 입사 주광선의 정반사광과 표시광이 동시에 관찰자의 눈에 입사하는 것이 방지되어 표시 화질이 향상된다.
제1 실시예의 표시 장치(1)의 기본 구성은 프리즘 어레이 시트(14)가 설치되어 있다는 점을 제외하고는 종래의 단일 편광판을 사용하는 방식의 반사형 액정 표시 장치의 구성과 동일하다. 따라서, 표시 동작은 프리즘 어레이 시트를 갖는 않는 종래의 표시 장치와 동일하다.
표시 장치(1)의 전면(관찰자측)에 있는 프리즘 어레이 시트(14)는 복수의 프리즘이 스트라이프 형상으로 배열되어 구성된다. 프리즘 어레이 시트(14)의 표면은 표시면에 대하여 소정 각도 α로 경사진 면(경사면(120))과 특별하게 경사 각도가 규정되지 않는 다른 면(121)이 교호로 반복되어 구성되고, 단면 형상이 "톱니 형상"을 이루고 있다. 경사면(120)의 법선 방향(120N)은 모두 표시면의 법선 방향(130)에 대하여 표시면의 하측으로 경사지고 있다. 본 실시예에서 사용 가능한 프리즘 어레이 시트의 형상은 전술한 프리즘 어레이 시트(14)와 같은 형상으로 한정되지 않고, 다양한 형상의 프리즘 어레이 시트가 사용될 수 있다.
본 실시예에서 사용 가능한 프리즘 어레이 시트의 예를 도 1c를 참조하여 설명한다. 도 1c는 본 실시예에 사용 가능한 변형된 프리즘 어레이 시트(14A)를 프리즘의 어레이의 방향으로 절단한 단면도이다. 프리즘 어레이 시트(14A)는 복수의 경사면(120a, 120b, 120c, 120d)을 갖는다. 도 1c에 도시되어 있는 경사면(120a, 120b, 120c, 120d)의 기하학적 무게 중심에서의 각각의 높이 ha, hb, hc 및 hd는 프리즘의 어레이의 방향으로 점차적으로 증가한다(ha<hb<hc<hd). 전체적으로 쐐기(wedge) 형상을 갖는 프리즘 어레이 시트(14A)를 사용하여도 표시 장치(1)에 입사한 광의 주광선이 표시 장치(1)의 전면부로부터의 정반사 광과는 상이한 방향으로 출사되도록 하는 것이 가능하다. 이에 의해, 반사 주광선은 외부 조명의 정반사 광과 분리될 수 있다. 본 명세서에 사용된 "프리즘 어레이 시트의 프리즘의 어레이의 방향"은 도 1a 및 도 1c내에 화살표 F로 도시된 프리즘 어레이 시트(14, 14A)의 표면 상의 복수의 능선(124)에 수직을 이루는 방향을 지칭한다.
관찰자에 의해 관찰될 때의 표시 휘도는 경사면(120)의 경사 각도 α, 프리즘 기재의 굴절률 n1 및 프리즘 어레이 시트(14)의 프리즘의 어레이의 방향 등을적절하게 설정함으로써 적절히 향상될 수 있다. 그러나, 경사면(120)의 경사 각도 α 및 프리즘 기재의 굴절률 n1의 설정에서, 프리즘 어레이 시트(14)는 "조명(메인 광원(main illuminator)으로부터 입사한 광선이 관찰자의 위치를 향하는 방향(관찰자 방향)으로 출사"하도록 하는 형상을 가져야만 한다는 점에 유의하여야 한다. 반대로 말하면, 관찰자측의 관찰자 방향으로부터 입사한 광선이 프리즘 어레이 시트로부터 출사할 때에 전반사되지 않고 다시 관찰자측으로 출사되도록 하여야만한다.
상기의 조건은 프리즘 어레이 시트(14)의 경사면이 외부에 노출(공기와 접촉)되는 경우를 이용하여 검토될 것이다. 구체적으로, 표시 장치의 법선 방향을 관찰자 방향으로 하여 관찰자 방향으로 출사하는 광선의 경로를 역으로 추적한다. 즉, 관찰자 방향(표시 장치의 법선 방향)으로부터 표시 장치로 광선을 입사시키고, 입사 광선이 표시 장치로부터 다시 출사되는지의 여부를 검토한다.
표시 장치의 법선 방향으로부터 입사한 광선은 표시 장치(1)의 전면으로서의 프리즘 어레이 시트(14)의 경사면에 의해 굴절된 후에 표시 장치(1)에 진입한다. 이 굴절 각도는 프리즘 어레이 시트(14)의 경사 각도 α와 굴절률 n1에 의해 결정된다. 입사 광은 표시 장치(1)내의 화소 반사 전극(9)에 의해 산란/반사된다. 광의 주광선은 정반사 방향으로 반사되고, 다시 프리즘 어레이 시트(14)의 경사면에 도달한다. 이 때, 주광선이 프리즘 어레이 시트(14)의 경사면에 도달하는 각도 φ가 공기와의 계면에서의 전반사 각도 arcsin(1/n1)보다 작다면, 도 2a에 도시된 바와 같이 주광선은 다시 관찰자측으로 출사된다. 스넬의 법칙(Snell's Law)에 의해서, 다음의 표현식 (1),
φ = 2α- arcsin(sinα/n1) …(1)
이 도출되므로, 관찰자 방향(표시 장치의 법선 방향)으로부터 입사한 광선이 다시 관찰자측으로 출사되도록 하기 위해 프리즘 어레이 시트의 기재의 형상 및 굴절률이 충족해야만 하는 조건은 다음의 표현식 (2),
2α- arcsin(sinα/n1) ＜ arcsin(1/n1) …(2)
으로 된다. 반사면으로부터 반사된 주광선이 프리즘에 도달하는 각도 φ가 전반사 각도보다 크다면, 도 2b에 도시된 바와 같이 주광선이 프리즘의 계면에서 전반사되어 관찰자측으로 복귀할 수 없다. 이 때문에 표시가 어두워지게 된다.
따라서, 프리즘 어레이 시트(14)의 바로 위의 매체가 공기이고 화소 반사 전극(9)이 정반사 방향을 중심으로 이웃한 방향으로 광을 반사하는 경우에는 표시면에 대한 각도 α와 프리즘 어레이 시트(14)의 굴절률 n1이 상기 표현식 (2)을 충족해야만 한다.
반사형 표시 장치에서 고휘도로 표시를 얻기 위해서는 전술한 주광선의 출사 각도가 중요한 역할을 한다. 전술한 바와 같이, "메인 조명으로부터 입사한 광선이 관찰자 방향으로 출사되도록 한다"는 조건은 반대로 "관찰자 방향(표시 장치의 법선 방향)으로부터 입사한 광선이 프리즘 어레이 시트로부터 출사할 때 전반사되지 않고 다시 관찰자측으로 출사되도록 한다"는 것을 의미한다. 따라서, 표시 장치의 법선 방향으로부터 입사한 조명광의 주광선이 주로 관찰자측으로 출사하도록 프리즘 어레이 시트를 설계하는 것이 바람직하다.
반사형 표시 장치에서, 표시의 밝기는 관찰자 환경에서 조명의 위치와 그 분포에 크게 좌우된다. 따라서, 조명이 존재할 확률이 높은 방향으로부터 광이 받아들여지도록 표시 장치를 설정함으로써, 휘도가 높은 표시를 높은 확률로 얻게 될 것이다. 외부 조명이 표시 패널을 바라보는 각도는 패널의 사용 용도와 패널이 사용시에 경사지는 각도에 크게 좌우된다. 따라서, 사용 용도에 따라 프리즘의 경사 각도와 굴절률을 결정하여 메인 조명이 존재할 확률이 높은 방향으로 광이 출사하도록 적절히 설계하는 것이 바람직하다.
더욱이, 도 2a로부터 알수 있는 바와 같이, 프리즘 어레이 시트(14)가 공기와 접촉하게 되도록 배치되는 경우, 관찰자 방향(표시 장치의 법선 방향)으로부터 입사한 주광선은 경사면의 법선 방향(120N)(표시면의 법선 방향(130)에 대하여 표시면의 하측으로 경사진 방향)과는 상이한 방향으로 표시 장치로부터 출사한다. 광로를 역으로 고려하면, 표시 장치의 법선 방향으로 주광선을 출사시키기 위해서는 표시면의 법선에 대하여 경사면의 법선 방향(120N)과는 상이한 방향으로부터 광이 입사되도록 프리즘 어레이 시트(14)를 배치하여야 한다. 경사면의 법선 방향(120N)으로부터 주광선이 입사하면, 주광선은 정반사의 방향보다도 넓은 각도로 출사하여 관찰자 방향(표시 장치의 법선 방향)으로 출사하지 않는다. 보다 구체적으로 말하면, 관찰자가 표시면의 법선 방향의 위치에서 표시를 보는 경우, 광이 표시면의 법선 방향(130)에 대하여 표시면의 상측으로 경사진 방향(도 1a 참조, 0＜ψ＜180°, 0＜θ＜90°)으로부터 표시 장치에 입사되는 환경에서는, 프리즘 어레이 시트(14)는 경사면(120)의 법선 방향(120N)이 표시면의 법선에 대하여 표시면의 하측(180°＜ψ＜360°, 0＜θ＜90°)으로 경사지도록 배치되어야 한다. 한편, 관찰자가 표시면의 법선 방향의 위치에서 표시를 보는 경우, 광이 표시면의 법선 방향(130)에 대하여 표시면의 하측으로 경사진 방향으로부터 표시 장치에 입사되는 환경에서는, 프리즘 어레이 시트(14)는 경사면(120)의 법선 방향(120N)이 표시면의 법선에 대하여 표시면의 상측으로 경사지도록 배치되어야 한다.
전술한 일본 공개 특허 공보 평8-95035에 개시된 반사형 표시 장치는 광원이 프리즘 어레이 시트(90)의 경사면의 법선 방향에 근접한 위치에 배치된다는 것을 전제로 하고 있다. 따라서, 주광선이 표시면의 법선 방향으로부터 크게 벗어난 방향으로 출사하고, 그러므로 표시 장치의 정면에서 표시 휘도가 충분하지 않게 된다. 한편, 본 실시예에서는 도 1b에 도시된 바와 같이, 표시 패널에 입사하는 광의 주가 되는 광선은 경사면의 법선 방향(120N)으로부터 충분하게 경사진 각도로 프리즘에 입사하고(화살표 A로 표시된 방향), 주광선은 표시 장치의 대략 법선 방향(화살표 B로 표시된 방향)으로 출사한다. 이에 의해 표시 장치 정면에서의 표시 휘도가 향상된다.
전술된 바와 같이, 표시를 위해 외부 광의 반사를 이용하는 반사형 표시 장치에 있어서는 표시 장치의 용도에 따라서 표시 장치에 대하여 조명이 존재하는 각도가 상이하고, 광원의 존재 확률이 높은 각도 범위가 존재하는 것으로 가정된다. 따라서, 표시 장치의 사용 용도에 따라서 표시 장치 위에 배치된 프리즘 어레이 시트에 광이 입사하는 각도를 적절하게 설정하고 그 각도에서 입사하는 광이 관찰자 방향으로 적절히 반사되도록 설계함으로써, 휘도가 높은 고화질 표시가 관찰자에게제공될 수 있다. 반사형 표시 장치가 박막화 및 경량화될 수 있다는 특징과 사용 시간이 긴 배터리와 함께 사용될 수 있다는 특징을 갖고 있기 때문에, 반사형 표시 장치는 노트북 PC와 정보 단말기 등의 휴대용 기기의 모니터로서 이용되곤 한다. 이 점을 고려하면, 높은 휘도로 표시를 행하기 위해서는 먼저 이러한 기기가 사용되는 각도와 이러한 기기의 사용 동안의 조명 환경을 조사할 필요가 있다.
예컨대, 노트북 PC 모니터의 경우, 도 4a에 도시된 바와 같이 사용자는 비교적 큰 각도(수평면에 대하여 약 70도 정도)로 모니터를 기울여 사용하는 것이 일반적이다. 따라서, 광이 사용자에 의해 차단되지 않는 경우, 표시면의 법선에 대하여 표시면의 상측으로 0 내지 90도 경사진 방향으로부터 모니터에 외부 광이 입사될 확률이 높은 것으로 추정된다. 프리즘의 경사각 α를 고려하면, 노트북 PC 용도의 경우, 프리즘 어레이 시트의 경사각 α와 굴절률은 관찰자 방향(표시 장치의 법선 방향)으로부터 입사한 광의 주광선의 출사 각도 θout가 0∼(90-α)°의 범위에 들어가도록 설계되어야 한다(θout=arcsin[n1·sin{2α-arcsin(sinα/n1)}]-α).
도 4b에 도시된 바와 같은 정보 휴대 단말기 등의 비교적 작은 각도(수평면에 대하여 약 30도 정도)로 경사지는 것이 일반적인 기기의 모니터의 경우, 노트북 PC의 경우보다는 더 작은 각도에서 표시 장치에 외부 광이 입사될 확률이 높은 것으로 추정된다. 따라서, 프리즘 어레이 시트는 출사각 θout이 노트북 PC의 경우보다 조금 더 작게 되도록 설계될 것이다. 조명 환경은 표시 패널의 사용 환경에 따라 변한다. 그러나, 특별한 조명 장치를 갖추지 않은 반사형 표시 장치의 경우, 조명은 일반적으로 상공 또는 천정에와 같이 상측에 위치된다. 더욱이, 외부 광은 관찰자에 의해 차단되지 않는 경우 표시 패널의 법선에 대하여 표시 패널의 하측으로 벗어난 방향으로부터 입사되기가 쉽지 않다. 이러한 사실을 고려하면, 광원이 표시 패널의 법선에 대하여 표시면의 상측으로 벗어난 위치에 존재하는 것이 타당하다. 즉, 정상적인 조건하에서는 관찰자 방향(표시 장치의 법선 방향)으로부터 입사한 광의 주광선의 출사 각도 θout는 관찰자가 표시 장치를 관찰하는 방위(하측 1/4구, 180°＜ψ＜360°, 0＜θ＜90°)로부터 반대측의 상측 1/4구 방향(0＜ψ＜180°, 0＜θ＜90°)으로 약간 기울어지는 것이 바람직하다. 프리즘 어레이 시트의 경사각 α를 고려하면, 출사각은 0＜θout＜(90-α)°가 될 것이다.
상기의 조건 하에서 프리즘 어레이 시트의 방향, 경사면의 각도 및 굴절률을 설계함으로써, 실제의 패널 사용 환경에서 휘도가 높은 표시를 얻을 수 있다.
본 발명의 발명자는 표시 장치의 다양한 용도를 고려하여 표시 장치의 법선 방향으로부터 입사하는 광의 출사각의 바람직한 범위를 검토하였다. 그 결과, 노트북 PC를 위한 용도의 경우에서는 출사각이 약 15 내지 45도의 범위에 있을 때 고휘도의 표시가 가능하다는 것이 판명되었다. 수평면에 대한 표시면의 경사각이 비교적 작은 휴대 정보 단말기 등의 기기의 경우, 외부 광이 노트북 PC의 경우에 비해 더 작은 각도로 표시 장치에 입사된다. 이 경우, 따라서 표시 장치의 법선 방향으로부터 광이 입사되는 것으로 하면, 출사각은 노트북 PC의 경우보다 더 작게될 것이다. 본 발명의 발명자에 의한 실험에 따르면, 출사각이 10도 이상일 때에 고휘도의 표시가 가능한 것으로 판명되었다.
전술된 바와 같이, 표시 장치의 법선 방향으로부터 광이 입사되는 것으로 하면, 출사각은 10도 이상이 될 것이다. 이 출사각은 프리즘 어레이 시트(14)가 실용적인 굴절률(1.3 내지 1.7)을 갖고 공기와 접촉하는 경우에는 표시면에 대하여 7도 이상의 경사각 α를 갖는 프리즘 어레이 시트(14)를 사용함으로써 실현될 수 있다.
실제의 패널 사용 조건을 고려하여 복수의 환경에서 패널을 경사진 위치에 실제로 장착하고, 프리즘 어레이 시트를 패널 표면에 배치한 경우와 배치하지 않은 경우에서의 패널 정면에서의 휘도를 측정하여 비교한 결과를 표 1에 나타내었다. 그 결과, 프리즘 어레이 시트를 배치한 경우가 프리즘 어레이 시트를 배치하지 않은 경우보다 1.2 내지 1.9배 더 높은 값을 나타내었다. 그러므로, 본 발명의 효과가 있다는 것을 확인할 수 있었다.
측정환경 실내A(회의실) 실내B(창가측) 자동차내 실외(맑은 기후)
휘도 향상의 정도(종래 기술비) 1.5 1.3 1.9 1.2
본 실시예에서는 표시 장치의 사용시의 경사 각도와 표시 장치를 둘러싼 조명 환경을 고려하여 메인 광원으로부터 표시 장치에 입사한 광을 프리즘 어레이 시트의 작용만에 의해 관찰자 방향으로 출사하도록 설계한 표시 장치에 대하여 설명하였다. 그러나, 외부 조명(광원)의 위치와 분포는 표시 장치가 사용되는 장소, 그 장소를둘러싼 조명 환경에 따라서 매우 복잡하고 다양하다. 제1 실시예에서와 같이 정반사를 중심으로 이웃한 방향으로 광을 산란시키는 등방적 산란성을 갖는 산란/반사 수단(화소 반사 수단(9))을 이용한 경우, 프리즘 어레이 시트의 방향, 경사면의 각도 및 굴절률을 조정함으로써 종래의 경우에 비해 관찰자에 대한 표시 휘도가 향상될 것이다. 그러나, 이러한 조정에 의해서만으로는 표시 장치가 조명을 수용하는 각도의 더욱 이상적인 분포를 실현할 수 없다. 더욱 복잡한 조명 수용 각도 분포를 실현하고 이 분포를 최적화하여 다양한 사용 환경에서 명도가 높은 표시를 제공하기 위해서는, 산란 수단 및 반사 수단의 산란/반사 특성에 이방성을 부여하고 이득을 조정하는 등의 일부 수단을 취할 필요가 있다. 더욱이, 반사 수단과 산란 수단에 프리즘 어레이 시트를 조합시킴으로써, 즉 프리즘 어레이 시트, 반사 수단 및 산란 수단의 총합적인 작용에 의해, 메인 광원으로부터 표시 장치에 입사한 광이 정반사 방향과는 상이한 관찰자 방향으로 출사하도록 설계하는 것이 바람직하다.
제1 실시예에서 사용된 프리즘 어레이 시트(14)는 표시면에 대하여 소정 각도 α로 기울어진 경사면과 경사각이 특정되지 않은 다른 면을 교호로 반복함으로써 형성된 톱니파 형상을 갖는다. 이 형상의 프리즘 어레이 시트는 기재로서 아크릴 수지(n1=1.492)를 엠보싱(embossing)함으로써 제조될 수 있다. 프리즘의 기재로서는 아크릴 수지로 제한되지 않고 Teijin Ltd. 에 의해 제조된 PEN(n1=1.66), JSR Corp. 에 의해 제조된 ARTON F(n1=1.51) 및 임의의 굴절률을 갖는 UV 경화성 수지 등도 사용될 수 있다. 이것 이외에도 투명성, 형성 가공성, 기계 강도를 겸비한 물질이 사용될 수 있고, 플라스틱 이외에도 유리 및 불화 마그네슘(magnesiumfluoride) 등이 사용될 수 있다. 그러나, 프리즘 어레이 시트를 배치함으로써 프리즘 어레이 시트의 계면에서 반사가 발생한다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 이 계면 반사를 방지하지 위해, 프리즘 어레이 시트의 굴절률은 프리즘 어레이 시트가 배치되는 편광판 및 유리 기판의 굴절률과 합치하여야만 하는 것이 바람직하다.
프리즘 어레이 시트(14)의 표면은 수지 등으로 평탄화되지 않고 그 대로 사용된다. 즉, 프리즘 어레이 시트(14)의 경사면은 공기(n=1.0)와 접촉한다. 본 실시예에서, 프리즘의 피치(P1)는 65㎛이고, 경사면(120)은 25도의 경사각 α의 평면이다. 스트라이프 형상으로 배열된 복수의 프리즘의 피치(P1)는 도 2a에 도시된 바와 같이 인접 경사면(120)의 기하학적 무게 중심간의 거리를 나타내고, 1개의 프리즘의 폭에 상당한다. 또한, 프리즘의 다른 면(121)은 표시면에 대하여 직각을 이루도록 형성된다. 이러한 형상의 프리즘 어레이 시트를 설치하면, 표시면의 법선 방향으로부터 입사한 광의 주광선은 33.5도의 각도 Φ로 프리즘 경사면(120) 중의 하나에 도달하고, 공기와 프리즘의 계면에서 굴절된 후에 30.5도의 출사 각도 θout로 패널로부터 출사한다. 그러므로, 본 실시예에서는 표시면의 법선 방향으로부터 입사한 광이 다시 프리즘 계면에 도달하는 각도 Φ는 42.1도의 전반사각보다 충분히 작고, 출사 각도 θout은 0＜θout＜75°로 된다. 본 실시예에서는 프리즘 어레이 시트(14)의 배면(톱니파 형상 표면의 반대측 표면)에 프리즘 어레이 시트(14)의 굴절률과 합치하는 굴절률을 갖는 점착층이 형성되고, 이 점착층을 개재하여 프리즘 어레이 시트(14)가 편광판에 접착된다.
전술된 실시예에서, 실제의 환경 하에서 외부 조명의 사용에 의해 표시 패널을 관찰하는 경우를 고려하여, 표시면의 법선 방향에 대하여 표시면의 상측으로 경사진 각도, 즉 표시면의 법선에 대하여 관찰자 위치의 반대측 위치에 광원이 배치되는 것으로 결정되었다. 그러나, 이것은 패널과 관련하여 미리 조명을 구비하는 반사형 표시 장치에는 적용되지 않는다. 예컨대, 도 5는 표시부(21)의 하방에 위치된 입력부(22)에 표시 패널을 조명하기 위한 특정 광원(23)이 구비된 개폐형 노트북 PC 등의 정보 기기(20)를 도시하고 있다. 이 경우, 경사각 α를 갖는 프리즘 어레이 시트(14)는 경사면(120)의 법선 방향(120N)이 표시면의 법선 방향(130)에 대하여 표시면의 상측으로 경사지도록 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 설정에 의해, 표시면의 법선에 대하여 표시면의 하측으로 경사진 방향으로부터 입사한 광의 많은 양을 관찰자 방향으로 출사하도록 할 수 있어 휘도가 더욱 향상된다.
프리즘 어레이 시트(14)의 경사각 α로 규정되지 않은 다른 면(121)의 각도는 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 전술된 바와 같이, 이 각도는 표시면에 대략 직각인 것이 바람직하다. 그 이유는 관찰자가 표시 장치를 관찰할 때에 관찰자에 의해 보여지는 이들 면의 면적을 최소로 하고 이 면이 광원을 바라보는 면적을 감소시켜 표시에서의 광의 손실을 최소화하기 위해서이다.
표시면내에서의 프리즘의 경사각은 점차적으로 변화될 것이다. 이에 대해서는 도 6을 참조하여 설명한다. 표시 패널이 평탄화되므로, 표시 패널의 상부와 하부에서는 광원(25)(특히, 점광원(a point light source))이 표시 패널을 바라보는 각도가 상이하다. 표시 패널의 관찰 동안 특정의 점광원만이 존재하는 조명 환경에서, 표시면내에서의 위치의 좌표에 의해 광이 상이한 각도로 표시 패널의 위치에 입사된다. 따라서, 관찰자로 다시 반사된 광량이 좌표에 따라 상이하게 되어 표시 영역에서의 휘도 분포(brightness distribution)가 발생한다. 이 문제는 도 6에서와 같이 표시면에서 프리즘의 경사각을 점차적으로 변화시켜 전체 패널이 관찰자 방향으로 광을 되돌려 주도록 설계함으로써 해소될 수 있다. 이러한 설계를 채용함으로써, 전체 패널에 걸친 휘도의 변이가 발생하지 않게 되어 고화질의 표시가 실현될 수 있다.
일반적으로는 도 6에 도시된 바와 같이, 광원이 표시 패널을 향하는 각도는 패널의 상측보다 패널의 하측이 더 크다. 따라서, 경사각은 패널의 상측에서 하측으로 점차적으로 크게 될 것이다(α1＜α2＜α3＜α4＜α5). 이와 같이 표시면내에서 경사각을 변화시키는 기술은 패널 장착 위치, 패널 배향 각도 및 광원의 위치가 고정되는 대형 표시 스크린을 갖는 고정 표시 장치에 적용될 때에 특히 효과적이다.
전술된 제1 실시예에서는 프리즘의 경사면(120)이 평면이다. 본 발명은 이와 같은 것으로 제한되지 않고 프리즘 경사면(120)이 곡면을 이룰 수도 있다. 도 7a, 도 7b, 도 7c 및 도 7d는 적용 가능한 경사면(120)의 형상의 예를 도시하고 있다. 프리즘 경사면은 도 7a에 도시된 바와 같이 평면 이외에 도 7b, 도 7c 및 도 7d에 도시된 바와 같이 곡면이 될 수도 있다. 곡면은 볼록 형상(도 7b), 오목 형상(도 7c) 또는 볼록/오목 조합 형상(도 7d)의 어느 것도 가능하다. 그러나, 곡면의 경사각은 패널 법선 방향으로부터의 입사광이 다시 패널로부터 출사될 수 있도록 설정되어야 한다.
전술한 바와 같은 곡면 형상의 프리즘을 사용하는 것은 상이한 경사각을 갖는 프리즘을 사용하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 이에 의해 표시층(액정층(2))에의 주광선의 입사 방향에 분포가 발생하고, 그 결과 입사 광선의 표시층(액정층(2))으로부터의 출사 각도가 표시면의 평행 방향으로 변화한다. 보다 구체적으로, 프리즘의 곡면에서의 접선과 프리즘의 저면간에 형성된 각도가 작은 곡면의 위치에 입사한 광선은 극각(polar angle) θ가 작은 방향으로 출사한다. 반대로, 경사각이 큰 곡면의 위치에 입사한 광선은 극각 θ가 큰 방향으로 출사한다. 여기서, 극각은 도 1a에 도시된 각도 θ를 나타낸다.
프리즘 어레이 시트의 형상에 관해서도 상기의 예에서는 스트라이프 형상으로 톱니파 부분이 형성되어 경사면의 법선 방향이 특정의 한 방향을 향하고 있고 경우에 대하여만 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 프리즘 어레이 시트의 경사각 α를 20도로 고정하고, 경사면의 법선 벡터가 향하는 방향을 복수로 한 경우에 관해서 검토를 행하였다. 이 검토에서, 프리즘 어레이의 다른 면(121)은 관찰자측 방향으로부터 표시 패널을 관찰할 때에 직접 관찰되지 않도록 그 면을 표시면에 대하여 수직으로 되도록 형성한다. 프리즘의 형상에 관해서는 평면에 최밀 충전(closest packing)하여 얻은 형상이 입사 광의 효과적인 이용이 가능하다는 관점에서 바람직하다. 도 8a, 도 8b 및 도 9a, 도 9b는 실제로 검토된 프리즘 어레이 시트를 도시하고 있다. 도 8a는 프리즘 어레이 시트의 사시도이고, 도 8b는 도 8a의 프리즘 어레이 시트의 부분 평면도와 도 8a내의 위치 X, Y에서 본측면도를 조합한 도면이다. 도 9a 및 도 9b는 또 다른 프리즘 어레이 시트를 도시하고 있으며, 도 9a는 3개의 프리즘 a, b 및 c의 확대 사시도이고, 도 9b는 프리즘 어레이 시트의 평면도와 측면도를 조합한 도면이다. 도 8b와 도 9b내의 화살표는 경사면(120) 위에서 프리즘 어레이 시트의 저면(122)에 근접한 부분으로부터 먼 부부을 향하여 연장한다.
전술된 프리즘 어레이 시트의 각각은 제1 실시예에 개시된 액정 표시 장치에 배치되고, 조명축의 방위각에 대한 반사 휘도의 의존성이 측정된다. 그 결과, 광 수용 각도의 분포가 방위각 방향으로 확장하였다는 효과를 확인하였다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 방위각은 도 1a에 도시된 각도 Ψ를 의미한다. 그러므로, 경사면의 법선 벡터가 향하는 방향(특히 방위각 방향)을 복수로 하여 이방성을 갖도록 함으로써, 본 반사형 액정 표시 장치는 방위각 방향에 대한 휘도가 향상된다.
도 8a, 도 8b, 도 9a 및 도 9b를 참조하여 2개의 예가 설명되었지만, 경사면의 형상은 예시된 것으로 제한되지는 않는다. 경사면의 구조체의 일단위에 대하여 각각의 경사면의 법선 벡터의 방향을 사용 용도와 그 조명 환경에 따라 적절하게 설계함으로써 표시 휘도를 향상시킬 수 있다.
또한, 표시면에 대하여 직각 정도의 각도를 이루고 있는 면의 각각에 흡수층을 형성함으로써 표시 화질이 향상된다는 효과를 확인하였다. 이 효과는 도 10a, 도 10b 및 도 10c를 참조하여 설명한다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 흡수층이 형성되지 않은 경우, 그 면(121)에 입사하는 광선은 소정 각도 α로 경사진 경사면(120)에 입사하는 광선의 경로와는 상이한 경로를 따르고, 미광(straylight)으로 되어 관찰자 방향(표시 장치의 법선 방향)과는 상이한 방향으로 출사한다. 이 미광은 항상 표시에 영향을 주지 않는 것은 아니고, 관찰자가 표시 장치를 관찰하는 각도에 따라서는 미광의 일부가 관찰자의 눈에 도달할 것이기 때문에 적지 않은 영향을 준다. 이 영향을 제거하기 위해, 본 실시예에서는 도 10b에 도시된 바와 같이, 표시면에 대하여 직각 정도의 각도를 이루고 있는 각각의 면(121)에 흡수층(32)을 설치하여 이러한 미광을 흡수하도록 구성하였다. 그 결과, 표시에 영향을 주는 불필요한 광이 흡수층(32)에 의해 단절되어 표시 화질이 향상되었다.
도 10b의 반사형 액정 표시 장치에서는 프리즘 어레이 시트의 각각의 면(121)에 흡수층(32)을 설치하였다. 이와 다르게, 면(121)을 거칠게 하여도 흡수층(32)을 형성하는 경우에서와 같이 표시 화질을 향상시킬 수 있다. 이것은 거칠어진 면에 입사하는 광이 산란되어 프리즘 어레이 시트(14)에 입사하는 광의 양이 감소하기 때문이다. 면(121)은 다음 방식으로 거칠게 될 수 있다. 프리즘 어레이 시트(14)는 통상적으로 엠보싱에 의해 제조된다. 면(121)을 거칠게 하는 것은 프리즘 어레이 시트(14)의 면(121)에 대응하는 엠보싱을 위해 사용된 몰드 부분의 표면의 거칠어진 상태를 조정함으로써 수행된다. 구체적으로, 면(121)에 대응하는 몰드 부분의 표면을 폴리싱(polishing)하지 않은 채로 남겨둔다. 이러한 몰드를 사용함으로써, 면(121)이 거칠어지게 된다. 반대로, 면(121)에 대응하는 몰드 부분의 표면이 폴리싱되면, 면(121)은 볼록부 및 오목부가 없는 평면이 된다.
또한, 표시면에 대하여 직각 정도의 각도를 이루고 있는 각각의 면에 반사층을 형성함으로써 표시의 명도가 향상되는 것으로 판명되었다. 도 10a에 도시된 바와 같이 반사층이 형성되지 않은 경우, 면(121)에 입사하는 광선은 소정 각도 α로 경사진 경사면(120)에 입사하는 광선의 경로와는 상이한 경로를 따르고, 표시 휘도의 향상에 기여하지 않고 미광으로서 출사한다. 그러나, 도 10c에 도시된 바와 같이, 표시면에 직각 정도로 이루고 있는 각각의 면(121)에 반사층(41)을 형성함으로써, 면(121)에 입사한 광은 관찰자 방향(표시 장치의 법선 방향)에 근접한 방향으로 출사시키는 것이 가능하다. 이에 의해 표시의 휘도가 명백하게 향상된다. 반사층(41)은 마스크를 사용하여 프리즘에 사선 증착(oblique evaporation)을 수행함으로써 형성될 수 있다. 도 10b 및 도 10c에서는 프리즘 어레이 시트의 주면(복수의 경사면을 갖는 면)이 관찰자측을 향하도록 배치되었지만, 프리즘 어레이 시트의 구성은 이러한 것으로 한정되지는 않는다. 프리즘 어레이 시트의 주면이 반사 전극을 향할 수도 있고, 프리즘 어레이 시트의 면(121)에 흡수층(32) 또는 반사층(41)이 형성된다. 이와 달리, 면(121)을 거칠게 하여도 표시 휘도의 명백한 향상이 가능하다.
본 발명의 발명자는 또한 바람직한 프리즘 피치에 대해서도 검토하였고, 이에 대해서는 도 11a, 도 11b 및 도 11c를 참조하여 설명한다. 도 11a는 표시 장치(1)에 형성된 컬러 필터의 배열에 대한 평면도이다. 도 11b는 프리즘 어레이 시트의 평면도이다. 도 11c는 컬러 필터와 프리즘 어레이 시트간의 위치 관계를 도시하고 있다.
본 발명의 발명자에 의해 수행된 조사에 따르면, 관찰자는 일반적으로 약 30㎝의 거리에서 액정 표시 장치를 관찰한다. 또한, 정상적인 시야를 갖는 관찰자는30㎝의 관찰 거리에서 표시 장치의 200㎛의 화소 피치를 인식하는데 어려움을 겪는 것으로 판명되었다. 따라서, 관찰자가 30㎝의 거리에서 표시 장치를 관찰할 때, 프리즘 어레이 시트의 피치는 프리즘 피치가 200㎛ 이하인 경우에는 관찰자에 의해 인식되지 않을 것이다. 여기에서 화소 피치는 도 11a에 P2로 표시된 바와 같이 인접 화소의 기하학적 무게 중심간의 거리를 의미한다. 예시된 예에서, 화소는 정방형인 것으로 한다. 여기에서 사용된 프리즘 피치는 도 11b에 P1으로 표시된 바와 같이 인접 경사면(120)의 기하학적 무게 중심간의 거리를 나타내고, 1개의 프리즘의 폭에 상당한다.
실제로 프리즘 피치의 검토를 행한 결과, 프리즘 피치 P1이 화소 피치 P2 보다 큰 경우에는 패널을 관찰할 때에 프리즘의 스트라이프 형상의 줄무늬(fringe)가 뚜렷해져 표시 화질을 현저하게 저하시킨다. 프리즘 피치 P1가 화소 피치 P2와 동일하거나 그 보다 작은 경우에는 일반적인 거리에서 패널을 관찰할 때에 이러한 줄무늬가 거의 인식되지 않아 표시 화질의 저하를 초래하지 않는다. 따라서, 프리즘 피치 P1이 화소 피치 P2와 동일하거나 그 보다 작은 것이 바람직하다.
표시 패널을 관찰할 때에 프리즘의 주기 구조와 표시 장치의 화소 패턴간의 간섭으로 인해 무아레 패턴(moire pattern)이 발생되는 경우가 있다. 이 문제점을 해소하기 위해, 본 발명의 발명자는 프리즘 피치와 프리즘 배열 방향을 더욱 상세하게 검토하였다. 프리즘 피치를 P1으로 하고, 표시 장치의 화소 피치를 P2로 하면, 무아레 패턴의 주기 P는 다음의 표현식 3으로 표시된다:
P = 1/(1/P1 - 1/P2) …(3)
무아레 패턴의 주기 P를 표시 장치의 화소 피치 P2보다 작게 하는 것이 가능하다면, 즉 다음의 표현식 4가 충족된다면, 무아레 패턴 문제는 해소될 것이다:
P2 ＞ 1/(1/P1 - 1/P2) …(4)
이 표현식으로부터, P1<P2/2 의 관계가 도출된다. 이것은 프리즘 피치가 화소 피치의 1/2보다 작다면 무아레 패턴이 눈에 띄지 않게 하는 것이 가능하다는 것을 나타낸다. 본 발명의 발명자는 상이한 프리즘 피치를 갖는 프리즘 어레이를 제작하고, 주관적인 평가를 행하였다. 그 결과, 프리즘 피치 P1가 P2/2 보다 작을 때에는 무아레 패턴이 관찰되지 않았다는 것을 확인하였다.
한편, 프리즘의 피치 P1이 극히 작은 경우, 프리즘으로부터 회절광이 발생되고, 또한 열악한 가공 정확도로 인해 투명한 프리즘이 산란을 초래하여 표시 화질을 현저하게 저하시키는 것으로 판명되었다. 따라서, 프리즘 피치는 5㎛ 이상인 것이 바람직하다. 이러한 점과 앞서의 조건을 고려하면, 프리즘 피치 P1은 5㎛ 이상인 것이 바람직하고, 또한 표시 장치의 화소 피치 P2의 1/2 미만인 것이 바람직하다.
무아레 패턴의 발생은 프리즘 어레이 시트의 복수의 프리즘의 피치를 다르게 함으로써(프리즘 피치를 랜덤하게 함으로써)도 감소될 수 있다. 또한, 도 11a, 도 11b 및 도 11c에 도시된 바와 같이, 도면 부호 "134"로 표시된 프리즘의 배열 방향을 컬러 필터의 화소 배열 방향(132R로 표시된 열방향 또는 132C로 표시된 행방향)과 완전히 일치시키기 보다는 약간 경사지도록 프리즘 어레이를 배치함으로써 무아레 패턴이 소멸하는 것으로 판명되었다. 본 발명의 발명자는 표시부에 대하여 25도 경사지게 인쇄된 컬러 필터와 대향 기판 상에 형성된 이 컬러 펄터에 대응하는 스위칭 소자를 포함하는 표시 장치를 실제로 제작하여 표시 장치의 표시를 행하였다. 그 결과, 무아레 패턴이 없는 양호한 표시를 행할 수 있었다. 그러므로, 프리즘 어레이 시트의 프리즘 배열 방향(134)은 컬러 필터의 화소 배열 방향(132R 또는 132C)과 일치하지 않는 것이 바람직하였다. 본 발명의 발명자에 의한 검토에 따르면, 상기의 2개의 배열 방향에 의해 형성된 각도는 약 5도 내지 85도 정도인 것이 바람직하였다.
(실시예 2)
본 발명의 제2 실시예의 반사형 표시 장치를 도 12를 참조하여 설명한다. 본 실시예에서의 프리즘 어레이 시트는 도광성의 투명 물질을 기재로서 사용하고 프리즘의 경사각을 조정함으로써 전면 광(front light)의 도광판으로서의 기능을 겸비하는 것이 가능하다. 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 반사형 표시 장치는 냉음극관(cold-cathode tube)으로 구성된 특정 광원(52)과 이 특정 광원(52)으로부터 방출된 광을 도광판의 방향으로 반사시키는 반사판(51)을 포함한다. 이들 수단(51, 52)은 도광부를 구성하고, 도광판으로서 기능하는 프리즘 어레이 시트(14)의 일측면에 배치된다. 본 실시예에서, 프리즘 어레이 시트(14)는 표시면에 대하여 7도의 경사각 α를 갖는 경사면과 표시면에 대하여 40도의 각도를 갖는 다른 면을 교호로 반복하여 형성하고, 프리즘 피치는 30㎛이다. 7도의 경사각을 갖는 경사면의 면적은 도 12에 도시된 바와 같이 다른 면의 면적보다 더 넓다.
상기한 구성의 반사형 표시 장치에서, 측방으로부터 프리즘 어레이 시트(14)에 입사하는 광선은 40도 기울어진 면에 의해 전반사되어 표시 장치에 입사하고, 표시 장치내의 반사 수단에 의해 반사된 후에 면적이 넓은 7도의 경사면으로부터 출사한다. 이에 의해 밝은 표시를 제공할 수 있다.
(실시예 3)
제1 실시예에서, 프리즘 어레이 시트(14)의 표면은 공기와 직접 접촉하고 톱니파 형상을 가졌다. 이러한 노출된 요철 형상의 표면은 긁힘 및 오염이 용이하여 프리즘 어레이 시트(14)의 열화가 현저하다. 본 실시예에서는 프리즘 어레이 시트(14)의 표면이 요철 형상의 표면을 보호하기 위해 투명 기재로 평탄화된다.
프리즘 어레이 시트(14)의 표면을 피복하는 투명 기재(61)로서는 프리즘 어레이 시트(14)의 굴절률 n1과는 상이한 굴절률을 갖는 물질을 사용하는 것이 적합하다. 투명 기재(61)의 굴절률 n2는 프리즘 기재의 굴절률 n1 보다 크거나 작아도 좋다. 그러나, 제1 실시예에서와 같이 조명으로부터 표시 장치에 입사하는 광선이 다시 관찰자측으로 출사될 수 있도록 프리즘 어레이 시트(14)의 배열 방향, 굴절률 n1, 경사각 α및 평탄화 기재(61)의 굴절률 n2이 결정되어야만 한다는 점에 유의해야 한다.
이후, 프리즘 어레이 시트(14)로서 사용된 투명한 물질의 굴절률 n1, 경사각 α 및 평탄화 투명 기재(61)의 굴절률 n2에 요구된 조건은 제1 실시예에서의 설명에서와 같이 관찰자 방향(표시 장치의 법선 방향)으로부터 광선이 입사하는 경우를 예로서 설명한다. 표시 장치에 입사하는 광선은 평탄화 기재(61)를 관통하고, 프리즘 어레이 시트(14)의 경사각 α, 굴절률 n1 및 평탄화 기재(61)의 굴절률 n2에 의해 결정된 방향으로 평탄화 기재(61) 및 프리즘 어레이 시트(14)간의 굴절률 계면에서 굴절된 후에 표시 장치에 입사한다. 입사 광선은 표시 장치내에서 반사/산란되는 한편, 그 주광선은 그 정반사 방향으로 반사되어 프리즘 어레이 시트(14)의 경사면에 도달한다.
도 13a에 도시된 바와 같이 평탄화 기재(61)의 굴절률 n2이 공기의 굴절률(n=1.0)보다 크고 프리즘 어레이 시트(14)의 굴절률 n1보다 작을 때(1.0<n2<n1), 주광선이 프리즘 어레이 시트(14)의 경사면에 도달하는 각도 φ(φ=2α-arcsin(sinα·n2/n1))가 프리즘 어레이 시트(14)와 평탄화 기재(61)의 계면에서의 전반사 각도 arcsin(n2/n1)보다 작고 또한 주광선이 출사하기 위해 공기와의 계면에 도달하는 각도 η(η=arcsin[(n1/n2)·sin{2α-arcsin(sinα·n2/n1)}]-α)가 평탄화 기재(61)와 공기의 계면에서의 전반사각 arcsin(1/n2) 보다 작지 않다면, 주광선은 다시 관찰자측으로 출사될 수 있다. 즉, 다음의 표현식 5와 표현식 6을 만족하는 것이 프리즘 어레이 시트(14)의 형상 및 기재의 굴절률에 요구되는 조건이 된다:
2α- arcsin(sinα·n2/n1) ＜ arcsin(n2/n1) …(5)
arcsin[(n1/n2)·sin{2α- arcsin(sinα·n2/n1)}]- α＜arcsin(1/n2) …(6)
일례로서, 평탄화 기재로 피복된 프리즘 어레이 시트는 30도의 경사각 α를 갖는 프리즘 어레이 시트(14)의 기재로서의 Teijin Ltd. 에 의해 제조된 PEN(n1=1.66)과, 평탄화 기재(61)로서의 Asahi Glass Co., Ltd.에 의해 제조된CYTOP(n2=1.34)을 사용하여 제조되고, 실내 표시를 행하였다. 그 결과, 명도가 높은 양호한 표시가 얻어졌다.
이것에 대하여, 도 13b에 도시된 바와 같이, 평탄화 기재(61)의 굴절률 n2가 프리즘 어레이 시트(14)의 투명 기재의 굴절률 n1보다 클 때(1.0≤n1<n2), 입사광이 프리즘 어레이 시트(14)의 경사면에 도달하는 각도 θ는 경사각 α와 동일하지만, 이 각도 θ가 프리즘 어레이 시트(14)와 평탄화 기재(61)의 계면에서의 전반사각 arcsin(n1/n2) 보다 작고 또한 주광선이 출사를 위해 평탄화 기재(61)와 공기의 계면에 도달하는 각도 η(η=α-arcsin[(n1/n2)·sin{2α-arcsin((n2/n1)·sinα)}])가 평탄화 기재(61)와 공기의 계면에서의 전반사각 arcsin(1/n2) 보다 작다면, 주광선은 다시 관찰자측으로 출사될 수 있다. 즉, 다음의 표현식 7과 표현식 8을 만족하는 것이 프리즘 어레이 시트(14)의 형상 및 기재의 굴절률에 요구되는 조건이 된다:
α＜ arcsin(n1/n2) …(7)
α-arcsin[(n1/n2)·sin{2α-arcsin((n2/n1)·sinα)}]＜arcsin(1/n2) …(8)
프리즘 어레이 시트(14)의 재질은 반드시 고체일 필요는 없고, 공기, 물, 액정 등도 가능하다. 일례로서, 프리즘 어레이 시트(14)는 20도의 경사각 α로 기재로서 공기(n1=1.0)를 사용하여 제조되고, 아크릴 수지(n2=1.49)로 구성된 평탄화 기재(61)로 피복되어 실내에서 표시가 행해진다. 그 결과, 명도가 높은 양호한 표시가 얻어졌다.
상기의 각각의 경우에서, 어느 하나의 임계각 조건에도 충족하지 못하는 경우, 입사광은 프리즘 계면에서 전반사되어 관찰자측으로 복귀할 수 없고, 그 결과 표시가 어두워진다.
그러므로, 본 실시예에서는 프리즘 어레이 시트의 표면을 투명한 물질로 평탄화함으로써 명도 향상의 효과를 유지하면서 프리즘 표면이 긁힘 및 오염을 덜 받게 되는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 더 실용적인 프리즘 어레이 시트가 제조될 수 있다.
도 13b에 도시된 바와 같이, 평탄화 기재(61)의 굴절률 n2가 프리즘 어레이 시트(14)의 투명 기재의 굴절률 n1보다 클 때(1.0≤n1<n2), 주광선은 경사면의 법선 방향(120N)으로 출사한다. 이것은 관찰자 방향(표시 장치의 법선 방향)으로 광을 출사시키기 위해서는 경사각 α를 갖는 경사면의 법선 방향(120N)이 광원 방향을 향하도록 프리즘 어레이 시트(14)가 배치되어야만 한다는 것을 암시한다.
반사 방지막 또는 눈부심 방지막이 표시 장치의 관찰자측의 평탄화 기재(61)에 추가로 형성되어 표시시의 상의 반사 및 표면 반사의 발생을 감소시킬 수 있다. 이러한 막을 형성함으로써, 고화질 표시를 얻을 수 있다.
도 13a 및 도 13b에서는 굴절률 n1을 갖는 프리즘 어레이 시트(14)의 주면(복수의 경사면을 갖는 면)을 관찰자측으로 향하도록 배치하고, 또한 그 주면을 굴절률 n2를 갖는 평탄화 기재(61)로 피복하였지만, 본 실시예의 표시 장치의 구성은 이와 같은 것으로 한정되지 않는다. 도 13a 또는 도 13b의 평탄화 기재(61)를 대신하여 굴절률 n2를 갖는 프리즘 어레이 시트(14)가 사용될 수 있고, 도 13a 또는 도 13b의 프리즘 어레이 시트(14)를 대신하여 굴절률 n1을 갖는 평탄화 기재(61)가사용될 수도 있다. 이 경우, 본 실시예의 구성과 유사한 구성을 얻을 수 있다. 이러한 변형된 표시 장치는 예컨대 굴절률 n2를 갖는 프리즘 어레이 시트(14)를 그 주면이 반사 전극(9)을 바라보도록 배치하고, 굴절률 n1을 갖는 투명한 점착성 수지에 의해 프리즘 어레이 시트(14)를 표시 장치에 접착시키는 방법에 의해 얻어진다. 반사 방지막은 표시 장치의 공기와 접촉하는 관찰자측 표면에 형성되는 것이 바람직하다는 점에 유의하여야 한다.
(실시예 4)
본 발명의 제4 실시예의 반사형 표시 장치를 도 14를 참조하여 설명한다. 도 14는 본 실시예의 반사형 표시 장치(1)의 개략 구성을 도시하는 단면도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 투명 기재(61)로 평탄화된 프리즘 어레이 시트(14)는 관찰자측 기판(3)의 관찰자측 표면이 아니라 관찰자측 기판(3)과 액정층(2) 사이에 제공되어 있다. 반사형 표시 장치에 입사하는 광선은 편광판(13), 지연판(12) 및 관찰자측 기판(3)을 통과하여 투명 기재(61)와 관찰자측 기판(3)의 계면에 도달한다. 이 계면에서 광선이 굴절되어 프리즘 어레이 시트(14)에 도달하고, 여기서 광선이 관찰자 방향, 즉 표시 장치의 법선 방향으로 굴절되어 표시 장치에서 관찰자측으로 출사한다. 편광판과 지연판은 입사광이 이들 판을 통과함으로써 원형 편광되도록 배치된다. 이러한 구성은 지연판, 유리 기판, 프리즘 및 액정층간의 각각의 계면에서 반사된 광이 다시 관찰자측으로 출사하는 것을 방지할 수 있어 표시 화질을 향상시킨다.
본 실시예에서는 프리즘 어레이 시트(14)의 기재로서 PEN(n1=1.66)을 사용하고, 평탄화 기재(61)로서 CYTOP(n2=1.34)를 사용한다. 프리즘면의 경사각 α는 25도이고, 프리즘 피치는 약 50㎛이다. 그 결과의 반사형 표시 장치는 표시의 시차가 개선되어 명도가 높고 시차가 없는 양호한 표시가 얻어졌다.
제3 실시예 및 제4 실시예에서는 프리즘 어레이 시트(14)의 표면의 보호가 프리즘 어레이 시트(14)의 요철 형상의 표면을 평탄화함으로써 수행되었다. 이러한 목적을 달성하기 위해 다른 방법도 채용될 수 있다. 예컨대, 가장 간편한 방법은 프리즘 어레이 시트(14)의 표면에 보호 시트를 접착하는 것이다. 그러나, 이 방법에서는 프리즘 어레이 시트가 공기와 접촉하게 되어 프리즘 어레이 시트(14)와 공기간에 계면이 형성되는 경우 보호 시트와 프리즘 어레이 시트 사이에 개재된 공기층이 붕괴하지 않도록 보호 시트가 접착되어야 한다. 구체적으로, 보호 시트는 프리즘 어레이 시트(14)의 경사면(120)과 그 경사면(120)에 인접하는 다른 면(121)의 사이에 형성된 능선(124)에 보호 시트가 접촉하도록 접착제를 개재하여 프리즘 어레이 시트(14)에 접착된다. 프리즘 어레이 시트(14)와 보호 시트간의 접촉 면적은 다음의 이유로 가능한 한 작은 것이 바람직하다.
프리즘 어레이 시트(14)와 보호 시트간의 접촉 면적이 크다면, 프리즘 어레이 시트(14)에 대한 보호 시트의 접착력은 향상되지만, 프리즘 어레이 시트(14)와 공기층의 계면의 면적이 감소한다. 통상, 접착층의 굴절률은 프리즘 어레이 시트(14)의 굴절률과 거의 동등하다. 따라서, 프리즘 어레이 시트(14)와 접착층간의 접촉 면적이 크지만 프리즘 어레이 시트(14)와 공기층의 계면의 면적이 작은 경우, 프리즘 어레이 시트(14)와 공기층간의 굴절률에서의 차이를 활용함으로써 정면휘도(표시판의 대략 법선 방향의 휘도)를 향상시키고자 하는 본 발명의 효과를 충분하게 얻을 수 없을 수도 있다. 이러한 점을 고려하여, 프리즘 어레이 시트(14)와 보호 시트간의 접촉 면적이 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 보호 시트는 액정 표시 장치의 몸체(encasement)에 의해 지지됨으로써 프리즘 어레이 시트(14)와 접촉하지 않고 유지될 수도 있다. 보호 시트의 관찰자측 표면(프리즘 어레이 시트(14)에 접착된 표면의 반대측 표면)은 반사 방지 처리되어 표시면으로부터의 반사를 억제하고 더욱 시청이 용이한 표시가 실현될 수 있는 것이 바람직하다.
프리즘 어레이 시트(14)의 표면은 또한 프리즘 어레이 시트(14)의 표면에 보호 시트를 형성하는 전술된 것과는 다른 방법에 의해 보호될 수도 있다. 예컨대, 프리즘 어레이 시트(14)의 표면에 하드 코트(hard coat)가 구비되거나 터치 패널(touch panel)이 구비될 수도 있다.
또 다른 방법으로서, 도 18에 도시된 바와 같이, 프리즘 어레이 시트(14)의 표면에 지연판(12) 및 편광판(13)이 배치되어 프리즘 어레이 시트(14)의 보호층으로서 사용될 수도 있다. 도 18의 반사형 액정 표시 장치는 프리즘 어레이 시트(14)의 관찰자측 표면에 지연판(12) 및 편광판(13)이 배치된다는 점에서 도 1a 및 도 1b의 액정 표시 장치(1)와 상이하다. 도 18의 표시 장치에서는 지연판(12)이 프리즘 어레이 시트(14)의 경사면(120)과 인접한 다른 면(121)의 사이에 형성된 능선(124)과 접촉되도록 복수의 경사면(120)을 갖는 프리즘 어레이 시트(14)의 관찰자측 표면에 배치된다. 프리즘 어레이 시트(14)의 경사면(120)과 지연판(12) 사이에는 공기층(105)이 개재된다. 지연판(12)의 관찰자측 표면에는 편광판(13)이배치된다. 전술한 구성을 갖는 액정 표시 장치에서는 프리즘 어레이 시트(14)가 광학적 등방성 물질, 즉 복굴절성을 갖지 않는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 프리즘 어레이 시트(14)는 Teijin Ltd. 에 의해 제조된 PEN(n1=1.66)으로 구성되거나 트리아세틸 셀룰로즈(TAC; triacetyl cellulose) 필름으로 구성될 수도 있다. 지연판(12) 및 편광판(13)의 어느 한쪽 또는 보다 바람직하게는 지연판(12)과 편광판(13)의 양쪽의 관찰자측 표면에는 반사 방지 처리가 시행되는 것이 바람직하다. 이에 의해 표시면으로부터의 반사가 억제되어 더욱 시청이 용이한 표시가 실현될 수 있다. 프리즘 어레이 시트의 표면에 지연판(12)과 편광판(13)이 모두 배치되었지만, 지연판(12)은 필요에 따라서 배치될 수 있다.
그러므로, 지연판(12)과 편광판(13)을 프리즘 어레이 시트(14)의 보호층으로서 추가적으로 기능하도록 배치함으로써, 별도의 보호 시트 등이 제공된 표시 장치에 비해 부품의 수가 감소될 수 있다. 그에 따라 제조 비용, 박형화 및 경량화가 가능하게 된다.
제4 실시예에서의 반사형 표시 장치에서는 프리즘 어레이 시트(14)의 주면(복수의 경사면을 갖는 면)이 관찰자측을 향하도록 프리즘 어레이 시트(14)가 배치되었지만, 반사 장치의 구성은 이와 같은 것으로 제한되지는 않는다. 프리즘 어레이 시트(14)는 주면이 반사 전극(9)을 향하도록 배치될 수도 있다. 이러한 변형된 표시 장치에서는 보호 시트가 프리즘 어레이 시트(14)의 배면(주면에 대향하고 또한 경사면을 갖지 않는 평탄한 면)에 접착되거나, 관찰자측 기판(3) 등이 배면에 접착될 것이다. 이에 의해 프리즘 어레이 시트(14) 자체의 기계적 강도가 향상된다.
(실시예 5)
직시형의 반사형 표시 장치는 표시 장치의 어느 곳인가의 위치에 산란 수단을 포함한다. 제1 실시예 내지 제4 실시예에서는 요철 형상의 표면을 갖는 반사 전극에 의해 산란 수단이 실현되었지만, 다른 유형의 산란 수단이 사용될 수도 있다. 예컨대, 투과/산란을 변조하는 고분자 분산형 액정층에 의해 산란 수단이 실현될 수도 있고, 상이한 굴절률을 갖는 2개 이상의 물질로 형성된 산란막에 의해 실현될 수도 있다.
본 실시예에서는 고분자 분산형 액정층에 의해 산란 수단이 실현되며, 이를 도 15를 참조하여 설명한다.
본 실시예의 반사형 표시 장치는 표시면에 대하여 대략 직각을 이루는 프리즘 어레이 시트(14)의 면의 각각에 흡수층(31)이 형성된다는 점, 고분자 분산형 액정층(액정/고분자 복합 산란 변조층(liquid crystal/polymer combined scattering modulation layer)(81)이 사용된다는 점, 그리고 수지층(8)이 요철 형상 표면을 갖지 않는다는 점을 제외하고는 도 1a 및 도 1b의 반사형 표시 장치와 거의 동일하게 구성된다.
본 실시예에서는, 액정/고분자 복합 산란 변조층(81)이 다음의 방식으로 형성된다. 먼저, 유전 이방성이 정(positive)인 액정 물질과 중합 개시제(photoinitiator) 2%를 함유하는 광중합성 물질(photopolymerizable material)이 80:20의 비율로 혼합되어 함께 용해된다. 실온에서 등방성을 나타내는 광중합성 물질이 사용되어 액정 물질과 광중합성 물질의 혼합물도 실온에서 등방성을 나타낸다.
이 혼합물은 2개의 기판(3, 4) 사이의 공간에 주입하고, 실온에서 UV 조사 등의 광조사(light irradiation)를 행하여, 광중합성 물질을 중합하고 액정상과 고분자상을 분리하였다. UV 조사로서는 약 10mW/㎠(365㎚)의 UV를 표시 영역내에서 조도 분포가 5% 미만이 되도록 조정하면서 1분간 시행하였다. 그 층은 상분리와 동시에 산란 상태를 나타내었다.
액정/고분자 복합 산란 변조층(81)으로서는 고분자 분산형 액정 물질, 네마틱-콜레스테릭 상전이형 액정 물질(nematic-cholesteirc phase transfer liquid crystal material), 액정 겔 등이 사용될 수 있다. 추가로, 액정층을 투과 상태와 적어도 산란 기능을 갖는 상태간에 변조시키는 모드가 제공된다. 구체적으로, 예컨대, 액정 분자의 도메인 사이즈(domain size)를 제어함으로써 광확산성이 제공되는 투과 상태와 반사 상태간에 전환하는 콜레스테릭 액정 물질이 사용될 수 있다. 이와 달리, 확산광에 대한 노광에 의해 광확산성이 제공되는 투과 상태와 반사 상태간에 전환하는 홀로그래픽 기능을 갖는 고분자 분산형 액정 물질이 사용될 수도 있다. 고분자 분산형 액정 물질은 저분자량 액정 조성물과 미중합된 예비중합체(non-polymerized prepolymer)를 혼합하여 함께 용해하고, 이 혼합물을 기판 사이의 공간에 주입하고, 예비중합체를 중합함으로써 얻어진다. 예비중합체를 중합함으로써 얻어진 것이라면 고분자 분산형 액정 물질의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 자외선 경화성 예비중합체와 액정 조성물의 혼합물을 자외선 등의 활성 광선의 조사에 의해 경화시킴으로써 얻어진 액정성(liquid crystalinity)을 나타내는 경화물(cured product)(자외선 경화 액정 물질)이 사용될 수 있다.
이와 같이 제조된 산란/투과 전환형 고분자 분산형 액정 물질은 액정층으로서 사용되고, 이 액정층의 배면에 경면상(mirror-surface)의 반사 전극(9)이 배치된다. 직각면의 각각에 형성된 흡수층(31)을 포함하는 프리즘 어레이 시트가 표시 장치의 관찰자측 기판(3)에 배치되고, 표시가 행해진다. 프리즘 어레이 시트의 배치를 위한 다른 조건은 제1 실시예에서 채용된 것과 동일하다. 즉, 프리즘 어레이 시트는 기재로서의 아크릴 수지(n1=1.492)로 구성되고, 표시면에 대하여 25도의 소정 각도 α로 기울어진 경사면과 표시면에 직각인 다른 면의 교호적인 반복을 포함하는 톱니파 형상을 갖는다. 경사면은 공기(n=1.0)와 접촉하고, 프리즘의 피치는 50㎛이다. 그 결과의 표시 장치는 명도가 높은 표시를 제공하였다.
(실시예 6)
도 16은 본 발명의 제6 실시예의 반사형 표시 장치의 개략 구성을 도시하고 있다. 본 실시예의 반사형 표시 장치는 반사 전극(9)과 수지층(8)이 실질적으로 평면이고 이를 보상하기 위해 관찰자측 기판(3)의 관찰자측의 면, 즉 액정층(2)의 반대측의 면에 산란 필름(71)이 형성된다는 점을 제외하고는 제1 실시예의 구성과 거의 동일하다. 산란 필름(71)으로서는 예컨대 스피노달 분해 구조(spinodal decomposition structure)를 갖도록 제어된 폴리메타크릴산 메틸(polymethyl methacrylate)과 스티렌-아크릴로니트릴(styrene-acrylonitrile) 공중합체와 같이굴절률이 서로 상이한 2가지 종류의 물질의 혼성물과, 폴리메타크릴산의 매트릭스에 폴리스티렌의 구상 입자를 분산시킴으로써 얻어진 필름이 사용될 수 있다.
그 결과의 표시 장치는 제1 실시예에서와 같이 표시를 행한 결과 양호한 표시를 얻을 수 있었다.
(실시예 7)
제7 실시예의 반사형 표시 장치는 가변 굴절률을 갖는 물질로 형성된 프리즘 어레이 시트가 프리즘 어레이 시트(14)로서 사용되었다는 점을 제외하고는 제1 실시예의 구성과 동일하다. 따라서, 본 실시예에서는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
구체적으로, 프리즘 어레이 시트(14) 내를 전기적으로 굴절률을 변조할 수 있는 물질(예컨대, 액정 물질)로 채우고, 전기적으로 굴절률을 변조할 수 있도록 프리즘 어레이 시트를 제조한다. 이 굴절률 가변 프리즘 어레이 시트(14)는 굴절률을 전기적으로 변조할 수 있고, 입사 광선의 출사각을 변조할 수 있다. 따라서, 반사형 표시 장치의 관찰자측 표면에 이 프리즘 어레이 시트(14)를 배치함으로써, 경우에 따라 조명이 표시 장치를 향하는 각도를 변조할 수 있다. 그러므로, 표시 장치의 명도가 조명 환경에 맞추어 조정될 수 있다.
(실시예 8)
제8 실시예의 반사형 표시 장치를 도 19를 참조하여 설명한다. 본 실시예의 반사형 표시 장치는 관찰자측의 광원의 휘도가 극히 높은 환경에 특히 적합하다.
도 19에 도시된 바와 같이, 극히 높은 휘도의 광원(25)으로부터 방출된광(101)은 프리즘 어레이 시트(14)에 의해 굴절되고, 액정 표시 장치 내부로 진행한다. 광(101)은 액정 표시 장치 내부로 진행하면서 액정 표시 장치내에 존재하는 모든 계면에서 부분 반사된다. 도 19에서는 도시의 간략화를 위해, 도면 부호 "102"가 편광판(13)과 프리즘 어레이 시트(14)의 계면으로부터의 반사광을 나타내지만, 도면 부호 "103"은 편광판(13)과 액정층(2) 사이에 존재하는 모든 계면, 즉 편광판(13)과 지연판(12)의 계면, 지연판(12)과 기판(3)의 계면, 기판(3)과 투명 전극(6)의 계면, 투명 전극(6)과 배향막(7)의 계면 및 배향막(7)과 액정층(2)의 계면으로부터의 반사광을 총괄적으로 나타내고 있다. 도면 부호 "104"는 액정층(2)의 관찰자측 표면의 반대측의 표면에 있는 반사 전극(9)으로부터 반사되는 광을 나타내고 있다. 반사광(104)은 액정층(2)의 배향 상태에 따라서 편광판(13)에 의해 흡수되거나 또는 편광판(13)을 통과하여 관찰자측 방향으로 출사되어 표시광으로서 사용된다.
반사광(103)은 편광판(13)과 지연판(12)이 1/4 파장 조건을 충족하도록 배치될 때에 편광판(13)에 의해 흡수된다. 편광판(13)과 지연판(12)의 배치가 1/4 파장 조건을 충족시키지 못할 경우, 반사광(103)은 1/4 파장 조건으로부터 벗어난 양만큼 편광판(13)을 투과하고, 관찰자측 방향으로 출사한다. 반사광(102)은 편광판(13)과 같은 흡수 소자가 반사광(103)의 경로에 존재하지 않기 때문에 그 전체가 관찰자측으로 출사한다.
반사광(102, 103)이 관찰자측으로 출사할 때, 광원(25)의 상이 표시에 반영된다. 이에 의해 특히 흑색 표시의 화질이 크게 악화되고, 콘트래스트비의 저하를초래한다.
본 실시예의 액정 표시 장치에서는 편광판(13)을 위해 사용된 TAC의 굴절률 (1.5)과 유사한 굴절률을 갖는 UV 경화성 수지가 프리즘 어레이 시트(14)의 재료로 사용되었다. 비교를 위하여 프리즘 어레이 시트의 기재로 PEN(굴절률 1.66)을 사용하는 액정 표시 장치가 제조되었다. 본 실시예의 액정 표시 장치와 비교예의 액정 표시 장치의 비교 결과, 본 실시예의 액정 표시 장치가 비교예의 액정 표시 장치에 비해 표면 반사의 발생과 표시시의 광원(25)의 상 반사가 감소되고, 흑색 표시의 우수성을 나타내며, 콘트래스트비의 저하를 방지하는 것으로 판명되었다. 그 이유는 프리즘 어레이 시트(14)와 이 프리즘 어레이 시트(14)에 접촉하는 편광판(13)이 대략 동일한 굴절률을 갖는 재료로 구성되므로 프리즘 어레이 시트(14)와 편광판(13)의 계면에서의 광원(25)으로부터의 광의 반사율이 감소되기 때문이다. 그 결과, 표시시의 광원(25)의 상 반사가 감소된다.
제1 실시예 내지 제8 실시예에서는 프리즘 어레이 시트(14)의 주면(복수의 경사면을 갖는 면)이 관찰자측을 향하도록 프리즘 어레이 시트(14)가 배치되는 반사형 표시 장치에 대하여 설명하였다. 본 발명의 반사형 표시 장치의 구성은 이러한 것으로 제한되지 않는다. 프리즘 어레이 시트(14)는 이들 표시 장치에서 주면이 반사 전극(9)을 향하도록 배치될 수도 있다. 이 후, 이러한 변형된 반사형 표시 장치의 예가 제9 실시예 및 제10 실시예에서 설명될 것이다. 제9 실시예 및 제10 실시예에서도 프리즘 어레이 시트(14)의 주면이 관찰자측을 향할 수도 있다는 점에 유의하기 바란다.
(실시예 9)
제9 실시예의 반사형 표시 장치에서는 프리즘 어레이 시트(14)와 이 프리즘 어레이 시트(14)에 접촉하는 공기층간의 굴절률차를 이용함으로써 정면 휘도가 향상되고, 또한 프리즘 어레이 시트(14)의 마모 저항이 향상된다. 본 실시예의 반사형 표시 장치를 도 20, 도 21a, 도 21b, 도 21c 및 도 22를 참조하여 설명한다.
도 20은 본 실시예의 비교예의 반사형 표시 장치를 도시하고 있다. 도 20의 반사형 표시 장치는 프리즘 어레이 시트(14)의 마모 저항을 향상시키기 위해 프리즘 어레이 시트(14)의 표면(복수의 경사면(120)을 갖는 면)이 액정층(2)을 향하고 있다는 점에서 도 1a 및 도 1b의 반사형 표시 장치(1)와 상이하다.
도 20의 반사형 표시 장치에서는 전술된 바와 같이 프리즘 어레이 시트(14)를 액정층(2)을 향하도록 배치하는 것 외에도, 경사면(120)의 법선 방향(120N)이 표시면의 법선 방향(130)에 대해 표시면의 하측으로 경사져 있다. 경사면(120)은 광원(25)으로부터의 입사광이 진행하는 방향이 경사면(120)의 법선 방향과 동일하도록 형성되는 것이 가장 바람직하다. 프리즘 어레이 시트(14)와 편광판(13) 사이에는 공기층(105)이 개재된다. 반사 전극(9)에 의해 반사된 입사광(101)은 공기층(105)과 프리즘 어레이 시트(14)간의 굴절률차를 이용하여 거의 표시면의 법선 방향으로 표시광(104)으로서 표시 장치로부터 출사될 수 있다. 그러나, 도 20의 반사형 표시 장치는 공기층(105)과 편광판(13)의 계면에서의 반사광(102)이 큰 강도를 갖기 때문에 표시 화질이 상당히 악화된다는 문제점을 갖고 있다. 이러한 열악한 표시 화질은 편광판(13)의 관찰자측 표면이 반사 방지 처리되는 경우에도충분하게 개선되지 않는다.
표시 화질을 향상시키기 위해, 본 실시예의 반사형 액정 표시 장치는 도 21a, 도 21b 및 도 21c에 도시된 바와 같이 추가의 프리즘 어레이 시트(106)가 제공된다. 도 21a 및 도 21b는 각각 본 실시예의 반사형 표시 장치의 수직 방향과 수평 방향의 단면도이다. 도 21c는 프리즘 어레이 시트(106)의 부분 사시도이다.
본 실시예의 반사형 액정 표시 장치는 프리즘 어레이 시트(14)에 추가하여 프리즘 어레이 시트(14)와 편광판(13)의 사이에 도 21에 나타낸 프리즘 어레이 시트(106)가 형성된다는 점에서 도 20에 도시된 비교예의 반사형 액정 표시 장치와는 상이하다.
도 21c에 도시된 바와 같이, 프리즘 어레이 시트(106)는 복수의 능선(130)을 가지며, 이들 능선은 서로 평행하고 인접 능선(131)간에 동일한 간격을 갖는다. C-C'선을 따라 절단한 프리즘 어레이 시트(106)의 단면은 동일 형상과 크기를 갖는 이등변 삼각형의 연속체이다. 프리즘 어레이 시트(106)는 전술된 프리즘 어레이 시트(14)를 위해 사용된 것과 동일한 재료로 구성된다. 프리즘 어레이 시트(106)는 프리즘 어레이 시트(14)에 대하여 프리즘 어레이 시트(106)의 능선(131)과 프리즘 어레이 시트(14)의 능선(124)이 직교하도록 배치된다. 프리즘 어레이 시트(14)에 대한 프리즘 어레이 시트(106)의 배치는 무아레 패턴의 영향을 고려하여 적절히 조정되는 것이 바람직하다.
도 21c에 도시된 프리즘 어레이 시트(106)의 형상이 보다 바람직하기는 하지만, 프리즘 어레이 시트(106)의 형상은 도 21c에 도시된 것으로 제한되지는 않는다. 예컨대, 프리즘 어레이 시트(106)는 인접 능선(131)간의 간격이 다르고 C-C'의 단면 형상이 형상과 크기가 다른 이등변 삼각형 또는 부등변 삼각형의 연속체로 이루어지는 형상을 가질 수도 있다. 이와 달리, 프리즘 어레이 시트는 델타 패턴(delta pattern)으로 배열된 복수의 프리즘을 포함할 수도 있고, 또는 복수의 마이크로렌즈나 렌티큘러 렌즈(lenticular lense)의 배열을 포함할 수도 있다.
도 21a 및 도 21b를 참조하여, 반사형 액정 표시 장치에 입사하는 광의 경로를 설명한다. 예컨대 반사형 표시 장치의 관찰자측에 배치된 광원(25)으로부터 방출된 광(101)은 도 20의 비교예의 반사형 표시 장치에서와 같이 반사 전극(9)에 의해 반사되고, 공기층(105)과 프리즘 어레이 시트(14)의 굴절률차를 이용하여 거의 표시면의 법선 방향으로 표시광(104)으로서 출사한다.
광원(25)으로부터의 입사광(101)이 공기층(105)과 프리즘 어레이 시트(106)의 계면에서 반사되어 얻어진 반사광(102)은 도 21b에 도시된 바와 같이 표시광(104)의 방향과는 상이한 방향으로 출사한다. 도 21a에서는 반사광(102)과 표시광(104)의 방향이 동일하여 서로 분리되지 않은 것으로 보이지만, 이들은 공간적(3차원적)으로는 도 21b에 도시된 바와 같이 서로 분리된다. 그러므로, 정면에서 볼 때 양호한 표시가 얻어진다.
도 21a 및 도 21b에 도시된 반사형 액정 표시 장치의 변형례를 도 22를 참조하여 설명한다. 도 22의 반사형 액정 표시 장치는 액정층(2)과 기판(4) 사이에 경사 부재(107)가 배치된다는 점이 도 20의 비교예의 반사형 액정 표시 장치와 상이하다. 도 22를 참조하여 본 실시예의 변형된 반사형 액정 표시 장치를 설명한다.
액정층(2)과 기판(4) 사이에 배치된 경사 부재(107)는 표시면에 대하여 기울어진 복수의 경사면(140)과 표시면에 대하여 대략 90도로 직립해 있는 면(141)이 교호로 반복하는 형상을 갖는다. 경사 부재(107)의 경사면(140)의 법선 방향(107N)은 표시면의 법선 방향(130)에 대하여 표시면의 상측으로(광원(25)을 향해) 경사져 있다. 더욱이, 제1 실시예의 반사형 표시 장치(1)에서와 같이, 수지로 구성되는 볼록부가 경사 부재(107)의 복수의 경사면(140)에 형성되고, 이 볼록부에는 Al으로 이루어진 화소 반사 전극(9)이 형성된다. 이와 달리, 화소 반사 전극(9)은 평탄 미러(flat mirror) 표면에 산란 필름을 형성하여 제조될 수도 있다.
도 22의 반사형 표시 장치에서, 광원(25)으로부터 방출된 광(101)은 화소 반사 전극(9)에 의해 반사되고, 공기층(105)과 프리즘 어레이 시트(14)의 굴절률차를 이용하여 표시면의 법선 방향(130)과 거의 동일한 방향으로 표시광(104)으로서 출사한다.
광원(25)으로부터의 입사광(101)이 공기층(105)과 편광판(13)의 계면에서 반사된 반사광(102)은 도 22에 도시된 바와 같이 표시광(104)의 방향과는 상이한 방향으로 진행하고, 표시광(104)으로부터 분리된다. 이에 의해 정면에서 볼 때 양호한 표시가 얻어진다.
(실시예 10)
제10 실시예의 반사형 표시 장치는 프리즘 어레이 시트(14)의 배면에 보호판(108)이 설치되고 프리즘 어레이 시트(14)와 편광판(13)의 사이에 두께가 충분히 큰 공기층(105)이 형성된다는 점이 제9 실시예의 비교예의 반사형 표시 장치와는 상이하다. 본 실시예에서와 같이 보호판을 갖는 이러한 반사형 표시 장치는 휴대 전화 및 휴대용 게임 기기에 사용될 때에 장점을 갖는다. 제10 실시예의 반사형 표시 장치를 도 23을 참조하여 설명한다.
전술된 바와 같이 프리즘 어레이 시트(14)의 배면(122), 즉 복수의 경사면(120)을 갖는 표면의 반대측 표면에 보호판(108)이 접착된다. 이에 의해 프리즘 어레이 시트(14)의 마모 저항이 향상된다. 보호판(108)은 아크릴 수지, 폴리비닐 알콜, 폴리카보네이트(polycarbonate) 및 ARTON 등의 광투과성이 높은 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 보호판(108)의 관찰자측 표면은 반사 방치 처리되는 것이 바람직하다. 표면 반사를 억제함으로써, 표시 장치에 입사하는 광의 양이 감소되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 보호판(108)과 프리즘 어레이 시트(14)의 계면에서의 반사를 억제할 수 있도록 하기 위해 보호판(108)의 굴절률은 프리즘 어레이 시트(14)의 굴절률과 합치하는 것이 바람직하다.
도 23의 반사형 표시 장치는 전술된 바와 같이 복수의 경사면(120)을 갖는 프리즘 어레이 시트(14)와 편광판(13)의 사이에 충분히 큰 두께의 공기층(105)을 포함한다. 공기층(105)의 두께는 약 500㎛ 이상인 것이 바람직하다. 무아레 패턴은 프리즘 어레이 시트(14)의 주기적 구조와 표시 장치의 화소 패턴간의 간섭으로 인해 발생된다. 따라서, 공기층(105)의 두께를 프리즘 어레이 시트(14)의 피치와 반사형 표시 장치의 화소 피치보다 크게 함으로써, 무아레 패턴의 발생을 방지할 수 있고, 이에 따라 표시 화질을 향상시킬 수 있다.
그러므로, 제10 실시예의 반사형 표시 장치는 프리즘 어레이 시트(14)의 마모 저항을 향상시킬 수 있고, 또한 표시 화질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 반사형 표시 장치에 의하면, 프리즘 어레이 시트를 반사형 표시 장치의 관찰자측에 배치하고, 표시 장치에 입사한 광을 통상 관찰자가 위치하는 표시 장치의 법선 방향으로 출사시킨다. 이러한 배치로, 실내외를 불문하고 실제의 사용 환경에서 높은 화질과 높은 명도로 표시를 제공할 수 있는 직시형의 반사형 표시 장치를 얻을 수 있다. 또한, 화질이 높고 밝은 반사형 표시 장치를 생산성이 높은 간편한 방법으로 제조할 수 있다. 더욱이, 표시 장치의 화소 피치 등을 고려하여 프리즘의 피치를 적절히 설정함으로써 무아레 패턴이 발생되지 않는 고화질의 표시를 얻을 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 명세서에 개시된 발명이 여러 방식으로 변형될 수 있고, 또한 구체적으로 명시되어 전술된 것과는 다른 여러 실시예들을 상정할 수 있을 것이라는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 진정한 사상 및 기술 정신에 부합하는 본 발명의 모든 변형례를 포함하는 것으로 간주되어야 한다.

Claims (48)

  1. 표시층과;
    상기 표시층의 관찰자측에 배치된 광학 수단과;
    상기 표시층의 상기 관찰자측의 반대측에 배치된 반사 수단을 구비하며,
    상기 광학 수단은 표시면에 대하여 경사진 복수의 경사면을 포함하는 주면(principal plane)을 갖고,
    상기 광학 수단을 통하여 상기 표시층에 입사하고 상기 반사 수단에 의해 반사된 광선을 상기 표시면의 거의 법선 방향으로 출사시키는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학 수단의 상기 주면은 상기 관찰자측을 향하는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학 수단의 상기 주면은 상기 반사 수단측을 향하는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사 수단에 의해 반사된 광을 산란시키기 위한 산란 수단을 더 구비하며,
    상기 광학 수단을 통하여 상기 표시층에 입사하여 상기 반사 수단에 의해 반사된 광선을 상기 광학 수단, 상기 반사 수단 및 상기 산란 수단의 조합에 의해 상기 표시면의 거의 법선 방향으로 출사시키는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 표시면의 법선 방향에 대하여 상기 표시면의 위측으로 경사진 방향으로부터 입사한 광선이 상기 표시면의 거의 법선 방향으로 출사하는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광선은 상기 광학 수단의 상기 관찰자측에 또한 상기 표시면의 법선 방향에 대하여 상기 표시면의 상측으로 경사진 방향에 배치된 제1 광원으로부터 출사되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 표시면에 대한 상기 복수의 경사면의 각도는 상기 표시면의 법선 방향에 대하여 약 10도 내지 약 45도 범위의 각도로 경사진 위치로부터 입사한 광선의일부가 상기 표시면의 거의 법선 방향으로 출사하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 경사면은 상기 표시면에 대하여 소정 각도로 경사지고, 상기 소정 각도는 7도 이상인 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광학 수단은 상기 표시면에 대하여 임의의 각도를 갖는 복수의 다른 면을 갖고, 상기 복수의 경사면과 상기 복수의 다른 면은 교호로 형성되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광학 수단의 상기 복수의 다른 면은 상기 표시면에 대하여 약 90도의 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 광학 수단의 상기 복수의 다른 면의 각각에 반사층이 형성되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 광학 수단의 상기 복수의 다른 면의 각각에 흡수층이 형성되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 광학 수단의 상기 복수의 다른 면은 거친 면인 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 표시면에 대한 상기 복수의 경사면의 각도는 상기 표시면내에서 상이하게 되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 경사면은 곡면인 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 경사면 중의 하나의 경사면의 법선 벡터의 방향이 상기 복수의 다른 면 중의 하나의 면의 법선 벡터의 방향과 상이한 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 광학 수단은 복수의 프리즘이 배열된 프리즘 어레이 시트이며, 프리즘의 피치가 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 광학 수단은 복수의 프리즘이 배열된 프리즘 어레이 시트이며, 프리즘의 피치가 5㎛ 이상 및 상기 반사형 표시 장치의 화소 피치의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 프리즘은 상기 표시면내에 임의의 피치로 배열되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 프리즘은 상기 표시면내에 임의의 피치로 배열되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 반사형 표시 장치의 화소는 적어도 제1 방향으로 배열되고, 상기 광학 수단은 복수의 프리즘이 적어도 제2 방향으로 배열된 프리즘 어레이 시트이며, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 약 5도 내지 약 85도 범위의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 광학 수단의 상기 관찰자측에 반사 방지막이 형성되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  23. 제2항에 있어서,
    상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면은 눈부심 방지 처리(anti-glare treatment)되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 광학 수단의 측방에 설치된 제2 광원을 더 포함하며, 상기 광학 수단은 도광체(light guide element)로서 기능하는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 광학 수단은 가변 굴절률 n1을 갖는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면 위에 보호 시트가 형성되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  27. 제2항에 있어서,
    상기 광학 수단의 상기 관찰자측에 공기층을 개재하여 편광판이 배치되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  28. 제2항에 있어서,
    상기 광학 수단의 상기 관찰자측에 공기층을 개재하여 지연판(retardation plate)이 배치되고, 상기 지연판의 상기 관찰자측에 편광판이 배치되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 광학 수단은 광학적 등방성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 광학 수단은 광학적 등방성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  31. 제1항에 있어서,
    광기 광학 수단의 상기 관찰자측에 편광판과 지연판이 배치되고, 상기 편광판과 지연판이 실질적으로 1/4 λ조건을 충족하는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  32. 제1항에 있어서,
    상기 광학 수단의 상기 반사 수단측에 상기 광학 수단에 접촉하여 기재(base material)가 배치되고, 상기 기재와 상기 광학 수단은 거의 동일한 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 표시층과 상기 광학 수단의 사이에 추가의 광학 수단을 배치하여, 표시광과, 상기 광학 수단, 상기 표시층 및 상기 반사 수단에 의해 형성된 계면 중의 적어도 하나에 의해 반사된 광을 분리하는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 추가의 광학 수단은 상기 표시면에 대하여 경사진 복수의 경사면을 상기 관찰자측에 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  35. 제2항에 있어서,
    상기 광학 수단의 굴절률이 상기 복수의 경사면의 바로 위에 위치된 매체의 굴절률보다 크고, 상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면의 법선 방향이 상기 표시면의 법선 방향에 대하여 상기 표시면의 하측으로 경사지는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  36. 제2항에 있어서,
    상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면은 공기와 접촉하고, 상기 복수의 경사면의 상기 표시면에 대한 각도 α 및 상기 광학 수단의 굴절률 n1은,
    2α- arcsin(sinα/n1) ＜ arcsin(1/n1)
    를 충족하는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  37. 제2항에 있어서,
    상기 표시면의 법선 방향으로부터 입사한 광선의 출사 각도 θout가,
    θout= arcsin[n1·sin{2α - arcsin(sinα/n1)}] - α
    를 충족할 때, 상기 복수의 경사면의 상기 표시면에 대한 각도 α 및 상기 광학 수단의 굴절률 n1은,
    0°＜ arcsin[n1·sin{2α - arcsin(sinα/n1)}] - α＜(90-α)°
    를 충족하는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  38. 제1항에 있어서,
    상기 표시층을 사이에 두고 있는 한 쌍의 기판을 더 포함하며,
    상기 광학 수단은 상기 한 쌍의 기판의 한쪽과 상기 표시층의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  39. 제1항에 있어서,
    상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면은 투명 기재로 평탄화되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  40. 제1항에 있어서,
    상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면은 투명 기재로 평탄화되며, 상기 광학 수단의 굴절률 n1, 상기 투명 기재의 굴절률 n2 및 상기 투명 기재와 접촉하는 공기의 굴절률(1.0)이 n1>n2>1의 관계를 가질 때, 상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면의 경사각 α가,
    2α- arcsin(sinα·n2/n1) ＜ arcsin(n2/n1), 및
    arcsin[(n1/n2)·sin{2α- arcsin((n2/n1)·sinα)}] - α＜ arcsin(1/n2)
    의 모두를 충족하는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  41. 제1항에 있어서,
    상기 광학 수단의 굴절률이 상기 복수의 경사면의 바로 위에 위치된 매체의굴절률보다 작고, 상기 광학 수단의 상기 경사면의 법선 방향이 상기 표시면의 법선 방향에 대하여 상기 표시면의 위측으로 경사지는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면은 투명 기재로 평탄화되며, 상기 광학 수단의 굴절률 n1, 상기 투명 기재의 굴절률 n2 및 상기 투명 기재와 접촉하는 공기의 굴절률(1.0)이 1≤n1<n2 의 관계를 가질 때, 상기 광학 수단의 상기 복수의 경사면의 경사각 α가,
    α＜ arcsin(n1/n2), 및
    α- arcsin[(n1/n2)·sin{2α- arcsin((n2/n1)·sinα)}] ＜arcsin(1/n2)
    의 모두를 충족하는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  43. 제1항에 있어서,
    상기 광학 수단은 상기 주면에 대향하고 상기 표시면에 평행한 배면을 가지며, 상기 배면에 보호판이 배치되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  44. 반사형 표시 장치에 사용되는 프리즘 어레이 시트에 있어서,
    상기 반사형 표시 장치의 관찰자측에 배치되고;
    상기 반사형 표시 장치의 표시면에 대하여 경사진 복수의 경사면이 상기 관찰자측에 형성되고, 상기 복수의 경사면은 공기와 접촉하며;
    상기 표시면에 대한 상기 복수의 경사면의 각도 α 및 상기 프리즘 어레이 시트의 굴절률 n1이,
    2α- arcsin(sinα/n1) ＜arcsin(1/n1)
    을 충족하는 것을 특징으로 하는 프리즘 어레이 시트.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 복수의 경사면의 각도 α는 7도 이상인 것을 특징으로 하는 프리즘 어레이 시트.
  46. 제44항에 있어서,
    상기 표시면에 대한 상기 복수의 경사면의 각도는 상기 표시면의 법선 방향에 대하여 약 10도 내지 약 45도 범위의 각도로 경사진 방향으로부터 입사한 광선의 일부가 상기 표시면의 거의 법선 방향으로 출사하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 프리즘 어레이 시트.
  47. 제44항에 있어서,
    상기 표시면의 법선 방향으로부터 상기 반사형 표시 장치에 입사한 광의 주광선(principle ray)의 출사각 θout이,
    θout= arcsin[n1·sin{2α- arcsin(sinα/n1)}] - α, 및
    0°＜ θout＜(90-α)°
    를 충족하는 것을 특징으로 하는 프리즘 어레이 시트.
  48. 제44항에 있어서,
    광학적 등방성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 프리즘 어레이 시트.
KR10-2001-0070381A 2000-11-14 2001-11-13 반사형 표시 장치 및 프리즘 어레이 시트 KR100472893B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2000-00346279 2000-11-14
JP2000346279 2000-11-14
JPJP-P-2001-00319778 2001-10-17
JP2001319778A JP3871913B2 (ja) 2000-11-14 2001-10-17 反射型表示装置およびプリズムアレイシート

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020037443A true KR20020037443A (ko) 2002-05-21
KR100472893B1 KR100472893B1 (ko) 2005-03-08

Family

ID=26603911

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2001-0070381A KR100472893B1 (ko) 2000-11-14 2001-11-13 반사형 표시 장치 및 프리즘 어레이 시트

Country Status (5)

Country Link
US (2) US7019801B2 (ko)
JP (1) JP3871913B2 (ko)
KR (1) KR100472893B1 (ko)
CN (1) CN1249498C (ko)
TW (1) TWI297794B (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101133756B1 (ko) * 2004-08-30 2012-04-09 삼성전자주식회사 도광판과 이를 구비한 백라이트 어셈블리 및 액정표시장치
WO2017030241A1 (ko) * 2015-08-18 2017-02-23 서울과학기술대학교산학협력단 디스플레이용 광학 필름
KR101886793B1 (ko) 2017-02-23 2018-08-08 경북대학교 산학협력단 능동형 프리즘 구조체
US11353739B2 (en) 2017-12-22 2022-06-07 Samsung Display Co., Ltd. Reflective display device
US11711947B2 (en) 2020-01-15 2023-07-25 Samsung Display Co, Ltd. Display device having a transparent mask that includes a transparent oxide

Families Citing this family (51)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4730636B2 (ja) * 2001-05-16 2011-07-20 大日本印刷株式会社 反射型液晶表示装置およびそれに用いられる光路偏向板の製造方法
US20020177079A1 (en) * 2001-05-23 2002-11-28 Chung-Yuan Liu Method of manufacturing a reflector
KR100840538B1 (ko) * 2002-03-19 2008-06-23 엘지디스플레이 주식회사 반사형 액정표시장치 제조방법
JP4063591B2 (ja) * 2002-05-29 2008-03-19 Ｎｅｃ液晶テクノロジー株式会社 反射型液晶表示装置
JP2005037503A (ja) * 2003-07-16 2005-02-10 Seiko Epson Corp 空間光変調装置及びプロジェクタ
JP2005308789A (ja) * 2004-04-16 2005-11-04 Alps Electric Co Ltd 反射体及びこれを用いた液晶表示装置
KR100607968B1 (ko) * 2004-04-27 2006-08-03 삼성전자주식회사 플라즈마 디스플레이 패널
JP4539160B2 (ja) * 2004-04-28 2010-09-08 日立化成工業株式会社 光学素子、光学素子の製造方法及び面光源装置
KR20060134289A (ko) * 2005-06-22 2006-12-28 삼성전자주식회사 어레이 기판과, 이를 갖는 표시장치 및 이의 제조방법
KR20060134298A (ko) * 2005-06-22 2006-12-28 삼성전자주식회사 표시패널 어셈블리 및 이를 갖는 표시장치
JP4479692B2 (ja) 2005-08-29 2010-06-09 エプソンイメージングデバイス株式会社 電気光学装置及び電子機器
US7612859B2 (en) 2005-10-31 2009-11-03 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Ultra-violet radiation absorbing grid
US7876400B2 (en) 2005-10-31 2011-01-25 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Optical modulation system
KR101148200B1 (ko) * 2006-01-27 2012-05-24 삼성전자주식회사 표시 기판, 이의 제조 방법 및 이를 갖는 표시 장치
KR20070109134A (ko) * 2006-05-09 2007-11-15 엘지전자 주식회사 프리즘 시트, 이를 구비한 백라이트 유닛 및 액정표시장치
WO2008069222A1 (en) * 2006-12-05 2008-06-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Plasma display panel and field emission display
WO2008069163A1 (en) 2006-12-05 2008-06-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Plasma display panel and field emission display
WO2008069223A1 (en) * 2006-12-05 2008-06-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Anti-reflection film and display device
WO2008069221A1 (en) * 2006-12-05 2008-06-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Plasma display panel and field emission display
WO2008069219A1 (en) * 2006-12-05 2008-06-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Antireflective film and display device
WO2008069162A1 (en) 2006-12-05 2008-06-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Anti-reflection film and display device
WO2009006640A1 (en) * 2007-07-05 2009-01-08 I2Ic Corporation Light source having transparent layers
KR101441308B1 (ko) * 2008-01-16 2014-11-03 삼성디스플레이 주식회사 액정 표시 장치
US8558961B2 (en) * 2008-04-22 2013-10-15 Samsung Display Co., Ltd. Display device and lenticular sheet of the display device
KR101451933B1 (ko) * 2008-04-22 2014-10-16 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 그에 포함되는 렌티큘러 시트
TWI418886B (zh) * 2008-11-06 2013-12-11 Acer Inc 畫素結構、立體影像／多可視區之液晶顯示裝置及其製造方法
WO2011035418A1 (en) * 2009-09-23 2011-03-31 Peter Dobrich Enhanced display
US20120293744A1 (en) * 2010-01-28 2012-11-22 Sharp Kabushiki Kaisha Light guide sheet and display device
JP5630690B2 (ja) * 2010-06-18 2014-11-26 株式会社ニコン 集光光学素子、集光装置及び光発電装置
CN102478167A (zh) * 2010-11-30 2012-05-30 时代光电科技股份有限公司 透明侧向光源结构及其板体
KR20130022987A (ko) * 2011-08-26 2013-03-07 삼성전자주식회사 프로젝션용 스크린 및 그를 포함하는 프로젝션 시스템
SG11201400772WA (en) * 2011-09-20 2014-04-28 3M Innovative Properties Co Backlight device
US9588264B2 (en) 2011-10-12 2017-03-07 Corning Incorporated Bezel-concealing display covers and display devices
JP2013242538A (ja) * 2012-04-26 2013-12-05 Panasonic Corp 液晶光学素子及びそれを備えた画像表示装置
CN103630954A (zh) * 2012-08-22 2014-03-12 友辉光电股份有限公司 光学膜、液晶显示器及液晶显示器的背光模块
US8936734B2 (en) 2012-12-20 2015-01-20 Sunpower Technologies Llc System for harvesting oriented light—water splitting
JP2014182280A (ja) * 2013-03-19 2014-09-29 Toshiba Corp 表示装置
WO2015114675A1 (ja) 2014-01-28 2015-08-06 オリンパス株式会社 頭部装着型表示装置および導光プリズム
CN105252238B (zh) * 2015-11-13 2017-05-17 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 全棱镜反光材料原始模具制作方法
CN105388668B (zh) * 2015-12-25 2018-06-22 武汉华星光电技术有限公司 反射式液晶面板以及显示装置
JP6682864B2 (ja) * 2016-01-14 2020-04-15 富士ゼロックス株式会社 透過部材、照射装置及び電子ペン
KR20180034007A (ko) * 2016-09-27 2018-04-04 삼성전자주식회사 디스플레이 장치
CN109634462B (zh) * 2018-12-12 2022-04-12 业成科技（成都）有限公司 触控导电膜及其制作方法、触控模块及触控显示装置
CN109581565B (zh) * 2019-01-03 2021-01-26 京东方科技集团股份有限公司 反射式滤光器件、显示面板、显示装置及控制方法
CN109448578B (zh) * 2019-01-04 2020-12-01 京东方科技集团股份有限公司 一种显示装置及其制作方法
KR20210033583A (ko) 2019-09-18 2021-03-29 삼성디스플레이 주식회사 광학 필름, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 표시 장치
JPWO2021161973A1 (ko) * 2020-02-14 2021-08-19
KR102465918B1 (ko) * 2020-11-05 2022-11-14 주식회사 엘엠에스 광학 필름
CN112505967B (zh) * 2020-12-09 2023-06-02 宁波视睿迪光电有限公司 光学透镜、补光装置和液晶显示模组
WO2023080245A1 (ja) * 2021-11-08 2023-05-11 Ａｇｃ株式会社 プリズム層、表示装置及び光学シートの製造方法
TWI800176B (zh) 2021-12-23 2023-04-21 元太科技工業股份有限公司 前光模組與電泳顯示器

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60233624A (ja) 1984-05-07 1985-11-20 Toshiba Corp 液晶表示装置
US5416495A (en) * 1988-07-07 1995-05-16 Sentex Systems, Inc. Liquid-crystal display unit for electronic directory
WO1994024927A1 (en) 1993-05-04 1994-11-10 Tam, Paul, Y. Method and apparatus for examining tissue by transillumination using near infrared light
WO1995023996A1 (en) 1994-03-01 1995-09-08 Asahi Glass Company Ltd. Display device
JPH0887009A (ja) 1994-09-20 1996-04-02 Hitachi Ltd 反射型液晶表示装置および反射型カラー液晶表示装置
US5694189A (en) * 1994-07-29 1997-12-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Reflection type liquid crystal display having inclined pixel electrodes
JP3529900B2 (ja) 1994-07-29 2004-05-24 株式会社東芝 反射型液晶表示装置およびそれを用いた表示装置
JPH09133913A (ja) * 1995-11-08 1997-05-20 Hitachi Ltd 反射型カラー液晶表示装置
JPH09274109A (ja) * 1996-04-04 1997-10-21 Sumitomo Bakelite Co Ltd シート状偏光素子及びこれを用いた液晶表示素子
JPH09288271A (ja) 1996-04-22 1997-11-04 Dainippon Printing Co Ltd 反射板を備えた表示装置
JPH09305092A (ja) * 1996-05-10 1997-11-28 Fuji Xerox Co Ltd 調光素子およびその製造方法
JPH103813A (ja) 1996-06-14 1998-01-06 Sharp Corp バックライト装置
CN1175006A (zh) 1996-07-11 1998-03-04 松下电器产业株式会社 背面投影屏幕及其制造方法及图像显示装置
JPH1096816A (ja) * 1996-09-25 1998-04-14 Sumitomo Bakelite Co Ltd シート状偏光素子及びこれを用いた液晶表示素子
JPH10253807A (ja) 1997-03-10 1998-09-25 Dainippon Printing Co Ltd プリズム配列フィルム、及びエッジライト型面光源
JP3543606B2 (ja) * 1997-03-25 2004-07-14 ソニー株式会社 反射型表示装置
JPH10301109A (ja) 1997-04-30 1998-11-13 Casio Comput Co Ltd 液晶表示装置
JP3849249B2 (ja) 1997-09-29 2006-11-22 カシオ計算機株式会社 液晶表示装置
JPH11109344A (ja) 1997-09-29 1999-04-23 Casio Comput Co Ltd 液晶表示装置
US6273577B1 (en) 1997-10-31 2001-08-14 Sanyo Electric Co., Ltd. Light guide plate, surface light source using the light guide plate, and liquid crystal display using the surface light source
JPH11142833A (ja) 1997-11-06 1999-05-28 Nitto Denko Corp 反射式液晶表示装置
JP3528569B2 (ja) 1998-01-20 2004-05-17 ソニー株式会社 反射型表示装置
JPH11287992A (ja) * 1998-02-03 1999-10-19 Sumitomo Chem Co Ltd 反射型液晶表示装置
JP3297846B2 (ja) 1998-03-05 2002-07-02 ミネベア株式会社 透過型面状照明装置
JPH11259007A (ja) * 1998-03-10 1999-09-24 Sony Corp 反射型表示装置
JP3520494B2 (ja) * 1998-05-11 2004-04-19 日東電工株式会社 反射型液晶表示装置
TW386175B (en) 1998-05-19 2000-04-01 Dainippon Printing Co Ltd Light reflective panel for reflective liquid crystal panel
JP3244055B2 (ja) 1998-07-10 2002-01-07 松下電器産業株式会社 反射型液晶表示装置
JP2000251514A (ja) 1999-03-03 2000-09-14 Nec Corp 被照明体の反射形照明装置
WO2000057241A1 (en) * 1999-03-24 2000-09-28 Lg Chemical Ltd. A backlight system

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101133756B1 (ko) * 2004-08-30 2012-04-09 삼성전자주식회사 도광판과 이를 구비한 백라이트 어셈블리 및 액정표시장치
WO2017030241A1 (ko) * 2015-08-18 2017-02-23 서울과학기술대학교산학협력단 디스플레이용 광학 필름
KR101886793B1 (ko) 2017-02-23 2018-08-08 경북대학교 산학협력단 능동형 프리즘 구조체
US10816870B2 (en) 2017-02-23 2020-10-27 Kyungpook National University Industry-Academic Cooperation Foundation Active prism structure and fabrication method therefor
US11353739B2 (en) 2017-12-22 2022-06-07 Samsung Display Co., Ltd. Reflective display device
US11711947B2 (en) 2020-01-15 2023-07-25 Samsung Display Co, Ltd. Display device having a transparent mask that includes a transparent oxide

Also Published As

Publication number Publication date
US20050213001A1 (en) 2005-09-29
US7151580B2 (en) 2006-12-19
JP3871913B2 (ja) 2007-01-24
US20020097358A1 (en) 2002-07-25
KR100472893B1 (ko) 2005-03-08
US7019801B2 (en) 2006-03-28
TWI297794B (en) 2008-06-11
CN1249498C (zh) 2006-04-05
JP2002214603A (ja) 2002-07-31
CN1353325A (zh) 2002-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100472893B1 (ko) 반사형 표시 장치 및 프리즘 어레이 시트
US7385659B2 (en) Structured transflectors for enhanced ambient and backlight operation of transmissive liquid crystal displays
US7714956B2 (en) Front illuminating device and a reflection-type liquid crystal display using such a device
US8134661B2 (en) Reflection-type liquid crystal display device
US8629955B2 (en) Moire reducing display device having directivity with terminal device, light source device, and optical member
US6744480B2 (en) Liquid crystal display device
JP4609962B2 (ja) 光学フィルム
US6847425B2 (en) Liquid crystal display having reflector outside liquid crystal cell
JP2000330107A (ja) 液晶表示装置
WO2013061875A1 (ja) 液晶表示装置
US7084941B2 (en) Liquid crystal display device
KR100479191B1 (ko) 반투과형액정표시장치
WO2004099869A1 (en) Structured transflectors for liquid crystal displays
JPH11306829A (ja) 導光板、面光源装置及び反射型液晶表示装置
JP2000048617A (ja) 導光板、面光源装置及び反射型液晶表示装置
JP4548628B2 (ja) 光学フィルム
JP3530067B2 (ja) 散乱型液晶表示素子及びその製造方法
JP2010122707A (ja) 光学フィルム
JP2001194529A (ja) 光路変換偏光板
JP2001141931A (ja) 導光板、面光源装置及び反射型液晶表示装置
JP4845920B2 (ja) 反射・透過両用型液晶表示装置
JP2004013059A (ja) 液晶表示装置および電子機器
JP4462514B2 (ja) 光学フィルムおよび液晶表示装置
JP2002056712A (ja) 前方照明装置およびこれを備えた反射型液晶表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120119

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130118

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee