KR20040085175A - 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

판(10)과, 그 일 측에 배열 형성된 삼원색광 독립의 광도파로(100)와, 이 광도파로(100)를 구성하는 2개의 광도파로의 하나에 형성된 도파광에 대하여 투명한 전계 반응 물질(20)을 끼워서 배열 형성된 쌍전극이 되는 투명 전극(30)과, 전극(40)을 구비하고, 도파광의 일부가 적어도 전계 반응 물질(20)을 통하도록 구성하고, 이들의 쌍전극 사이에 전압을 인가함으로써 전계 반응 물질(20)의 형태 변화에 의해 도파광을 산란시켜 화소로서, 화상을 표시함으로써, 기계적인 구동부를 갖지 않아 신뢰성이 높고 고품위로, 휘도가 높고, 고속 응답 가능하고 광시야각(wide viewing angle)으로, 소비 전력이 적고, 저가인 풀 칼라 표시가 가능한 디스플레이 장치.

Description

디스플레이 장치{Display Unit}

종래, 박형의 디스플레이 장치로서, 도광판에 압전 액츄에이터에 의해 변위 전달부의 접촉, 격리를 제어하고, 도광판으로부터의 누출광을 제어하여, 영상 표시를 하는 디스플레이 장치가 있었다(특개평 7-287176공보, 특개평 10-78549공보, 특개평 11-73142공보 참조). 또한 종래, 광도파로에 정전 구동형의 추출부인 반사 프리즘을 접근시켜, 소멸파(지수 감쇠적 감쇠파 :evanescent wave)를 누출시키는 방법도 제안되어 있다(특개 2000-75223공보, 특개 2000-258701공보, 특개 2000-330040공보 참조).

또한 종래 본 발명자가 제안한 캔틸레버 박막을 정전구동으로 광도파로에 흡인하여, 도파광을 누출시키는 광 스위치가 있었다(특원 2001-304537공보, 특원 2002-029594공보 참조).

또한 종래 화소로서 액정을 광학 셔터로서 이용하고, 백라이트(back light)으로부터의 빛을 광삼원색의 필터와 편광판을 통하여 출사시키는 디스플레이 장치가 있었다. 또한 종래, 기판 및 광도파로로서 2장의 유리 기판 사이에 광산란 모드의 액정을 봉입하여, 이 액정을 포함하는 2장의 유리 기판을 광도파로로 하고, 이들 유리기판의 계면에서 반사되는 도파광을 광산란 모드의 액정으로 산란시켜, 화소 표시하는 디스플레이 장치가 있었다(특개평 11-109349공보 참조).

또한 종래 삼원색광을 이용하여 광도파로를 통하여 전파(傳搬:propagation)되게 하고, 광도파로에 설치된 광출력 제어부에서 굴절률 변화에 의해, 풀 칼라 표시 가능한 디스플레이 장치가 있었다(특개 2000-172197공보, 미국특허 제 6,236,799호 명세서 참조).

그러나 종래의 압전 액츄에이터 구동의 변위 전달부는, 변위량을 크게 하기 위하여 두꺼운 압전 소자가 필요하므로, 질량이 크게 되고, 그 분만큼 구동 전압이 크게 되어, 응답속도가 늦어진다고 하는 문제가 있었다. 또한 광도파로에 정전구동형의 추출부인 반사 프리즘을 접근시키는 방식도 반사 프리즘의 질량이 크게 되고, 고속 응답이 되지 않는다고 하는 문제가 있었다. 게다가 추출부를 정전 구동하는 전극끼리가 거의 평형으로 지주를 통하여 거리를 두고 형성되어 있기 때문에, 흡인에는 큰 전압이 필요했다. 또한 캔틸레버(cantilever)박막을 정전구동으로 광도파로에 흡인하여, 도파광을 누출시키는 광 스위치에 있어서도, 광도파로로부터 격리하여 캔틸레버 박막을 형성하고 있어, 흡인에는 큰 전압이 필요하다는 문제가 있었다. 또한 상술의 도파로에 구동부를 접촉시켜서 그 부분에서의 편광을 이용하는 형식은, 기계적인 구동부를 갖고 있으므로, 피로 등 신뢰성이 부족하고 또한 광도파로의 코어부가 직접 공중에 노출되므로 표면에 먼지나 티끌 등의 이물의 부착 등에 의해 도파광의 예기치 못한 산란 등이 존재한다는 것, 또한 고속 응답을 위해서는 구동부의 질량이 적어야 하는데 접촉부는 두껍게 하지 않으면 도파광의 누광이 적게 되고, 화소의 휘도가 작기 때문에 접촉부를 두껍고 질량이 큰 구동부로 해야 하는 문제가 있었다. 이와 같이 가능하다면 기계적인 구동부를 갖지 않는 신뢰성과 휘도가 높은, 또한 고속 응답이 가능하고, 소비전력이 작은 디스플레이 장치가 요망되었다.

종래의 액정을 광학셔터로서 이용한 디스플레이 방식에서는, 백라이트로부터의 빛이 액정 셔터를 통하여 출사한다는 것, 또한 편광판을 이용하므로 보는 사람의 각도 의존성이 커서 화면이 잘 안 보이는 문제와, 칼라 필터나 편광판 등 복잡한 구조이므로 박형이 어렵고, 또한 고가가 되는 것을 막을 수 없었다.

또한 종래의 광도파로로서의 2장 유리 기판 사이에 광산란 모드의 액정을 봉입한 디스플레이 방식에서는 기계적인 구동부를 갖지 않아 신뢰성이 높지만, 액정을 끼운 2장의 유리 기판을 광도파로로 하고 있어, 첫 번째로 광도파로가 외부에 노출되어 있기 때문에 표면에 먼지나 티끌 등의 이물이 부착되면, 거기에서 도파광의 누광이 존재하여, 화상의 품위가 나쁘게 된다는 것, 두 번째로 기판으로서 2장의 유리 기판을 이용하고, 게다가 이들을 광도파로로서 사용하고 있기 때문에, 유리 기판이 지지기판이 되어 두껍게 되지 않을 수 없으므로, 얇고 미세한 광도파로의 형성이 어렵게 된다는 것, 세 번째로 광도파로를 미세하게 하지 않는 대신에 동일 도파로를 삼원색의 빛이 도파되도록 형성하고 있어, 풀 칼라 표시를 위하여 한 곳의 액정화소를 삼원색광이 사용하기 때문에, 발광과 동기 시킨 화소부를 산란모드로 하도록 하여, 종래의 화소수에 비하여 1/3의 화소수로 되지만, 화상을 보기에는 휘도가 필요하고, 하나의 화소가 일순 빛나는 것으로는 어둡고, 순차 구동되는 복수의 화소로부터 동시에 출사광이 없으면 깜빡임이 크고, 또한 일순의 잔상을 이용하는 정도이므로 고휘도의 화면을 얻을 수 없다고 하는 문제가 있었다. 네 번째로 기판으로서 2장의 유리 기판을 이용하므로 단단하고, 플렉시블(flexible)한 화면의 화상표시부가 되는 것은 어렵고 또한 충격에 약하다고 하는 문제가 있었다.

또한, 광도파로에 설치한 광출력 제어부에서 굴절률 변화시켜, 이 광출력 제어부로 도파광을 안내하고, 처음부터 설치되어 있는 광산란부인 광출력부에서 빛을 산란시키는 방법의 디스플레이 장치는, 현재 상태의 액정 등의 재료에서는 굴절률 변화가 작고, 화소가 되는 100 미크론 미터 정도의 부분만으로는 도파광의 광출력 제어부로의 도입량이 적어, 밝은 화면을 얻을 수 없다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 소비전력이 적고, 고속으로 응답할 수 있는 광휘도의 얇고 대면적화가 가능한 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 소정 화소에 대응하는 곳의 쌍전극 사이에 전압을 인가하여, 이 전극 사이에 삽입되는 투명 전계 반응 물질을 탁하게 하거나 팽창ㆍ수축 변형시키거나 착색되게 하여, 여기에 도파된 도파광을 산란시켜 화상을 얻는 방법의 디스플레이 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명 디스플레이 장치의 구성요소에 관한 것으로, 전계 반응 물질로서 광산란 모드 액정을 이용한 풀 칼라 표시의 경우로, 이 일실시형태의 개략단면도를 나타낸 것으로, 도 1a는 광삼원색 광도파로의 배열의 횡단면도이고, 도 1b는 청색용 광도파로를 따른 도 1a의 Y-Y에 있어서의 종단면도.

도 2는 본 발명 디스플레이 장치의 구성요소에 관한 것으로, 전계 반응 물질을 전계 인가에 의해 팽창 또는 수축하는 젤리 모양 겔로 한 경우의 청색용 광도파로를 따른 일실시형태의 종단면 개략도.

도 3은 본 발명 디스플레이 장치의 풀 칼라 표시에 있어서의 다른 일실시형태의 단면 개략도.

도 4는 본 발명 디스플레이 장치의 구성요소에 관한 것으로, 전계 반응 물질로서 산화 텅스텐 등 일렉트로크로믹 재료로 한 경우의 청색용 광도파로를 따른 일 실시형태의 종단면 개략도.

도 5는 본 발명 디스플레이 장치의 구성요소에 관한 일 실시형태로, 도 5a는 광삼원색용의 독립한 광도파로(100r),(100g),(100b)를 배열한 경우의 횡단면 개략도이고, 도 5b는 적색용 광도파로(100r) 부근의 확대 개략도.

도 6은 본 발명 디스플레이 장치의 구성요소에 관한 것으로, 삼원색의 3개의 셀로 이루어진 1개의 화소(200)에서의 출사광으로서, 풀 칼라를 표시하는 모습을 나타낸 일 실시형태의 사시도의 개략도.

도 7은 본 발명 디스플레이 장치의 구성 요소에 관한 것으로, 삼원색의 LED광원에서 각각 광도파로를 통하여 각 표시부의 광도파로로 분배된 모습을 나타낸 일 실시형태로 도 7a는 평면 개략도이고, 도 7b는 X-X에 있어서의 횡단면 개략도.

도 8은 본 발명 디스플레이 장치의 구성 요소에 관한 것으로, 외부 광원을이용한 경우의 일 실시형태로 도 8a는 평면 개략도이고, 도 8b는 X-X에 있어서의 횡단면 개략도.

도 9는 본 발명 디스플레이 장치의 구성 요소에 관한 것으로, 외부 광원을 이용한 경우의 일실시형태의 단면 개략도.

본 발명의 목적은, 기계적인 구동부를 갖지 않아 신뢰성이 높은 고품위로 휘도가 높고, 또한 고속 응답 가능하고, 광시야각이고, 소비전력이 적고, 소형화도 대면적화도 가능하고, 게다가 저가로, 단색, 2색 또는 풀 칼라 표시가 가능한 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

그리고 이 목적을 달성하기 위하여 본 출원의 제 1 발명의 디스플레이 장치는 판과, 제 1 광도파로와 제 2 광도파로의 쌍으로 이루어진 광도파로와, 제 2 광도파로에 형성되어 있는 전계 반응 물질을 끼워서 대향하여 쌍이 되도록 배열 형성된 투명 전극과 전극을 구비하고, 제 1 광도파로와 제 2 광도파로는 적어도 이 중 하나가 판에 밀착 형성되고, 제 1 광도파로에 대한 도파광이 제 2 광도파로에도 결합하여 새어 통과하도록 제 1 광도파로와 제 2 광도파로가 서로 근접 또는 밀착 배치되며, 전계 반응 물질은 도파광에 대하여 통상적으로는 투명하지만, 투명 전극과 전극과의 사이에 전압을 인가함으로써 형태 변화가 일어나, 이 형태 변화에 의한 도파광의 산란에 의해 화소로서의 산란광이 외부로 출사하도록 구성한 것이다.

그리고 본 발명의 실시형태에 의하면, 판을 투명한 것으로 하면 쌍광도파로의 클래드부로서 이용하는 것이 가능함과 동시에, 기판으로서 유용하게 쓸 수 있다. 따라서 광도파로는 판의 일 측면에 배치되고, 제 1 광도파로와 제 2 광도파로의 적어도 하나가 판에 밀착 형성되므로, 광도파로 자체의 기계적 강도는 필요하지 않아, 얇고 미세한 형상의 쌍광도파로를 다수 배열하기에 적합하다.

쌍광도파로 중 제 1 광도파로는, 예를 들면 투명판의 표면에 돌기상에 형성하거나, 제 1 광도파로가 되어야 하는 곳의 양측에 홈을 형성한 리지형 광도파로로 하거나, 투명한 판보다 높은 굴절률 층을 적층시켜 광도파로의 코어로 하거나, 투명판의 한 측 표면 부근에 낮은 굴절률 층을 적층시켜 광도파로의 클래드로 하고, 그 안에 라인형의 코어를 묻도록 하거나 하여 용이하게 형성할 수 있다.

또한 쌍전극 사이에 끼워진 전계 반응 물질을 갖는 제 2 광도파로도 투명 전극과 함께 제 1 광도파로에 겹쳐지도록 근접 또는 밀착시켜서, 전계 반응 물질이 제 2 광로파로의 코어부의 역할이 되도록 그 주위를 전계 반응 물질보다 굴절률이낮은 투명 물질로 둘러싸인 클래드로 하고, 제 1 광도파로의 도파광을 투명 전극과 전계 반응 물질을 갖는 제 2 광도파로에도 도파시키도록 하고 있다.

전계 반응 물질로서는 예를 들면 동적 산란 모드의 액정을 이용한 경우, 쌍전극 사이에 전압을 인가하여 역치 전계 이상이 되면 형태 변화가 생겨 흰색으로 탁해지기 때문에 제 2 광도파로의 도파광이 이 부분을 확실하게, 또한 강하게 산란시켜, 투명 전극 측의 투명한 판의 외부로 산란광으로서 고휘도로 출사되어, 화소로서 보는 것이 가능하다. 이 경우 화소 자체로부터 산란광이 출사되어, 편광판 등도 불필요하므로 종래와 같은 백라이트를 이용하고, 액정을 광 셔터로서 이용하여 편광판 및 칼라 필터와 조합된 경우와는 다르고, 광시야각으로 밝은 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

또한 본 출원 제 2 발명의 디스플레이 장치는, 배열 형성되어 있는 광도파로를, 2색용의 독립된 광도파로, 예를 들면 적색용 광도파로와 녹색용 광도파로의 조합, 또는 광삼원색용의 독립한 광도파로의 조합으로 하고, 2색 또는 삼원색광을 각각에 대응한 광도파로에 도파시킴으로써, 2색 표시 또는 풀 칼라 표시가 가능하도록 구성한 경우이다. 예를 들면 적색(R)과 녹색(G)의 2색광, 또는 삼원색광인 적색(R), 녹색(G)과 청색(B)의 발광 다이오드, 레이저 다이오드나 유기(EL) 등으로부터의 빛을 각각 대응한 2색광용의 독립한 광도파로, 또는 광삼원색용의 독립한 광도파로로 안내하여, 상술한 바와 같이, 쌍전극 사이에 끼워진 전계 반응 물질의 전압 인가에 의한 전계에서 형태 변화시켜, 여기에서 각각의 도파광을 산란시켜 각 화소를 형성하여 칼라 표시하는 것이다.

풀 칼라 표시에서는, 광삼원색에 대응하는 표시부의 3개의 셀을 1개의 화소로서 이용하고, 각각의 셀로 이루어진 화소로부터의 출사광은, 각각의 셀에 대응한 칼라 화상 신호에 의한 전계 반응 물질의 형태 변화의 정도에 의해 산란광 강도를 조정하여 그 휘도를 조정시킨다. 2색 광원의 독립한 광도파로 또는 광삼원색용의 독립한 광도파로의 조합을 근접 배치하여, 2색 또는 삼원색의 셀을 조합하여 화소를 구성하고, 이들의 휘도 조정에 의해 화소의 색을 표현하는 2색 표시 또는 풀 칼라 표시 방식에 따른 기술은, 공지의 종래 기술을 이용할 수 있다. 또한 이들 2색광용의 독립한 예를 들면 광도파로의 조합이나 광삼원색용의 독립한 도파로의 조합은 상호 배치의 병렬에서 직선 모양이 되도록 늘어서게 하여 동일 투명판에 형성해도 되고, 각각의 독립한 광도파로를 층 모양으로 겹치도록 하여 배열 형성해도 된다. 또한 예를 들면 광삼원색용의 독립한 광도파로 중 2색만 동일 투명판에 형성하고, 남은 1색 분을 판과는 다른 별도의 판에 형성해 두고, 위치를 맞추어 이들의 광도파로가 층 모양으로 겹쳐지도록 결합해도 된다.

또한 본 출원의 제 3 발명의 디스플레이 장치는 광원으로부터 나오는 빛을, 판에 일체 형성된 광도파로를 통하여 광도파로에 도파하도록 한 경우로, 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드 등의 내부 광원으로 한 경우에도, 또한 외부 광원을 이용한 경우에도 광도파로를 통하여 도파하도록 한 쪽이 콤팩트한 디스플레이 장치를 달성할 수 있다.

또한 한 개의 광원으로부터 나오는 빛을, 판에 일체 형성된 광도파로를 통하여 광도파로에 도파함에 따라서, 표시 화면의 크기에 따라 한 개의 광원이 분담하는 광도파로의 개수를 적게 하는 등 조정하여 화면이 균일하게 되도록 해도 된다. 물론 대화면에 있어서도 화면이 균일하게 밝게 표시되도록 많은 광원을 이용하여, 이들 각각이 분담하는 전용의 광도파로와, 여기부터 가지모양으로 분할되는 광도파로를 결정해 두면 좋다.

또한 본 출원의 제 4 발명의 디스플레이 장치는, 광원으로부터 나오는 빛을, 판과는 다른 별도의 판에 일체 형성된 광도파로를 통하여 광도파로에 도파하도록 한 경우로, 예를 들면 판 표면에 광도파로를 형성하거나, 광도파로를 구성하는 제 1 광도파로와 제 2 광도파로 중의 하나만을 형성하거나 하여, 이들을 상기 별도의 판에 일체 형성된 광도파로에 접촉시켜 접합하여 일체화시켜서, 디스플레이 장치를 구성할 수 있다.

이 경우는, 표시부의 매트릭스 모양의 쌍전극이나, 이들의 쌍배선(수직 선택선과 수평 선택선)의 적어도 하나나, 구동회로를 판에 쉽게 형성할 수 있다고 하는 이점이 있다. 쌍전극이나 이들의 쌍배선 중, 쌍의 하나를 판에 형성했을 때에는 다른 하나를 상기 별도의 판에 형성하면 된다.

또한 광도파로의 제 2 광도파로는, 투명판에 형성해 두고, 별도의 판에 일체 형성된 광도파로의 일부를 매트릭스 모양의 쌍전극 배열로부터 구성되는 표시부 부분의 아래에 있는 제 1 광도파로로서 이용할 수 있다.

또한 본 출원의 제 5 발명의 디스플레이 장치는, 다른 판에 일체 형성된 광도파로의 표면 중, 전부 또는 일부를 반사막으로 덮고 있는 경우로, 이 반사막에서 도파광을 별도의 판에 일체 형성된 광도파로 내에 산란광이 있어도, 내부에 가두어효과적인 광도파로로 안내하도록 한 것이다.

또한 본 출원의 제 6 발명의 디스플레이 장치는 다른 판에 일체 형성된 광도파로에, 광도파로 산란체, 광산란체와 렌즈를 설치하고, 도파광을 효과적으로 광도파로에 안내하도록 한 경우로, 광원으로부터의 별도의 판에 일체 형성된 광도파로에 도입된 빛(도파광)이 광도파로 산란체 등으로 산란되어 광산란체에 조사되고, 광산란체가 마치 제 2 광원으로 간주되어, 주로 여기에서의 빛이 렌즈를 통하여 광도파로로 안내하도록 한 것이다. 렌즈는 홀로 그래픽 렌즈나 굴절률 분포에 의하면 볼록렌즈 등의 박막렌즈가 적당하다.

또한 본 출원 제 7 발명의 디스플레이 장치는, 광도파로에 대한 도파광의 광원을 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드로 한 경우로, 매우 안정하고 고효율인 또한 긴 수명의 광원으로써 이용할 수 있다. 또한 이들 광원은 매트릭스 모양의 화소로 이루어진 표시부와는 독립적으로 제작되어 있으므로 양품의 표시부를 제작한 후에, 양품의 광원만을 선택하여 부착할 수 있기 때문에 디스플레이 장치 제작의 수율(yield ratio :제품 비율)이 매우 좋아진다는 이점이 있다.

또한 본 출원 제 8 발명의 디스플레이 장치는 광원인 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드를 상술한 판, 또는 판과는 다른 별도의 판에 일체 형성된 경우로, 이들의 광원과 다른 판에 일체 형성된 광도파로가 일체로 되어 있기 때문에, 콤팩트하고 안정한 표시가 가능하다.

또한 본 출원 제 9 발명의 디스플레이 장치는 광도파로에 대한 도파광으로서, 본 디스플레이 장치 이외의 광원을 이용하도록 한 경우로, 태양의 광이나 전구등으로부터의 조명광을 광도파로로 도파시켜서 표시한 것이다. 디스플레이 장치의 전력 소비는 주로 그 안의 광원에 있으므로 밝은 곳에서는, 디스플레이 장치 이외의 광원을 이용하도록 한 경우이다. 디스플레이 장치 내부 광원과 외부 광원으로 전환할 수 있도록 해도 된다.

또한 본 출원 제 10 발명의 디스플레이 장치는 요철 구조를 갖는 광 커플러를 이용하여 외부 광원으로부터 나오는 빛을, 별도의 판에 일체 형성된 광도파로에 결합시키도록 한 경우로, 격자 모양의 요철이나 프레넬 윤대판(Fresnel zone plate)이나 프레넬 렌즈 등의 박막모양의 요철 구조를 갖는 광 커플러에 의해, 효과적으로 외부 광원으로부터 나오는 빛을 별도의 판에 일체 형성된 광도파로에 결합시키는 것이다.

또한 본 출원의 제 11 발명의 디스플레이 장치는, 제 9 발명이나 제 10 발명에 나타난 바와 같이, 디스플레이 장치 이외의 광원을 이용하는 경우로, 칼라 표시를 하는 경우에 칼라 필터를 설치하여 도파광을 특정색으로 한 것이다.

또한 본 출원의 제 12 발명의 디스플레이 장치는, 판과 다른 판 중, 적어도 어느 하나를 플라스틱으로 한 경우로, 이 판이나 별도의 판을 클래드부로서 이용하는 경우에는, 빛이 도파되는 광도파로의 코어보다 낮은 굴절률이어야 한다. 판과 다른 판의 쌍방을 사용하여 모두 플라스틱인 경우에는 경량으로 충격에도 강하고, 또한 유연해서 휨에도 견디는 디스플레이 화면을 갖는 소형화도 대형화도 가능한 저가의 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

또한 본 출원 제 13 발명의 디스플레이 장치는 전계 반응 물질을 광산란 모드 액정으로 한 경우이다. 광산란 모드 액정으로서 강유전(强誘電)형 액정이나 트위스트 네마틱형 액정 등을 이용할 수 있다. 광산란 모드 액정은 전계를 인가하지 않을 때에는, 투명으로 전계인가에 의해 불안정한 상태가 나타나고, 백색광에 대하여서 흰색으로 탁해지므로 이런 종류의 액정을 끼워서 쌍전극 사이에 전압을 인가하여, 역치 이상의 전계를 발생시키면 액정이 흐려지고, 투명 전극 측으로부터 입사되어 도파된 빛이, 여기서 산란되어 투명한 판의 외측에 출사되고, 이 부분이 화상의 도파광 색을 갖는 화소의 셀로서 표시된다. 도파광이 직접 산란되므로 휘도가 높은 발광화소를 얻을 수 있다. 또한 이 휘도 조정은 광산란 모드 액정에 인가하는 신호 전압의 크기나, 전압인가 시간의 조정으로 수행할 수 있다. 물론 적색광용의 광도파로에 형성한 화소의 셀부분에서는 도파된 적색광이 출사되고, 청색, 녹색광용의 광도파로에서도 마찬가지이다.

또한 본 출원 14 발명의 디스플레이 장치는 전계 반응 물질을 전계 반응 겔로 한 경우이다. 전계 반응 겔은 일반적으로 고분자계로 이루어진 젤리형의 겔로 전계의 인가에 의해 수축하거나, 팽창하거나 하는 체적 변화를 일으킨다. 화소로서 쌍이 되는 전극 사이에 전계 반응 겔을 형성해 두고, 전극 사이에 전압을 인가함으로써 전계 반응 겔을 수축 또는 팽창시켜서, 광도파로의 형성을 부분적으로 변화시킴으로서, 도파광을 산란시키는 것이다. 전계 반응 겔은 젤리 모양이므로 투명 전극과 쌍이 되는 전극은, 화상신호에 근거한 전압의 인가에 의해 쌍이 되는 전극이 형성되어 있는 전계 반응 겔 자체가 변형하므로 함께 작동하게 된다. 그러나 젤리 모양이므로 가동부(可動部)는 다소 있지만, 반고체 모양의 물질이므로 액체가 새는문제가 없고, 또한 캔틸레버와 같은 기계적 접촉ㆍ격리부도 없으므로 취급이 용이하다.

또한 본 출원 제 15 발명의 디스플레이 장치는 전계 반응 물질을 일렉트로크로믹 재료로 한 경우이다. 산화 텅스텐 등의 일렉트로크로믹 재료의 전해질 중에서의 이온의 이동에 의한 산화ㆍ환원 작용을 이용하여 가역적으로 무색에서 청색 등으로의 착색, 또는 그 역 과정을 수행한다. 전해질로서 고체 전해질을 이용하면 제작이 용이하다. 산화 텅스텐 등의 무색에서 청색으로 발색하는 일렉트로크로믹 재료의 색변화를 이용하는 경우는 청색용의 광도파로에 화소가 되는 쌍전극에 끼운 이 일렉트로크로믹 재료와 이 전해질을 이용한다. 일렉트로크로믹 재료가 착색되었을 때, 여기에 도파된 청색과 같은 색의 빛이 그 착색부에서 산란되어 외부로 출사된다. 착색을 지우고 무색으로 돌아오게 하기에는 화소부의 쌍전극 사이에 착색 시와는 역으로 전압을 인가하면 된다. 전압이 1V이하이어도 산화 환원 반응이 생기므로 저전압 구동이 가능하다고 하는 이점이 있다.

디스플레이장치를 정지화상은 물론이고, 동화상인 텔레비전 등에 응용했을 때에는, 화소로서 순간 도파광을 산란시켜서 바로 지우면, 출사광의 시간이 너무 짧아서 화면이 어두워진다. 그렇기 때문에 다음의 화소가 선택되어도 잠시 산란광을 출사 시켜 둘 필요가 있다. 동일한 광도파로에 형성된 복수 화소의 셀부에서 동시에 산란광을 출사시키면 도파광이 약하게 되므로, 동시에 출사된 화소수에 따라서 광원의 광 파워를 조정시키거나, 출사시간을 길게 하거나 하여. 동시 선택 화소수에 관계없이 소망하는 균일한 화소의 밝기를 얻을 수 있도록 제어하면 된다.

발명의 효과

이상과 같이 본 발명에 의하면 제 1 광도파로와 제 2 광도파로의 쌍으로 이루어진 광도파로의 도파광을 보통은 투명한 전계 반응 물질을 포함하는 제 2 광도파로에도 도파시켜, 이 전계 반응 물질을 끼워서 쌍이 되는 전극 사이에 화상 신호 전압을 인가함으로써, 백탁, 변형, 착색 등의 형태 변화에 의해 효율적으로 도파광을 산란할 수 있으므로 효과적으로 산란광을 외부로 출사시킬 수 있다. 따라서 낮은 소비전력, 고휘도의 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 투명한 판을 광도파로의 클래드부로서 이용할 수 있음과 동시에, 지지기판으로서 사용할 수도 있다. 광도파로는, 판의 일 측면에 배열형성 할 수 있으므로 광도파로 자체의 기계적 강도는 필요하지 않고, 얇고 섬세한 형상의 광도파로를 고밀도로 다수 배열할 수 있어, 기계적 변위부를 갖지 않으므로 신뢰성이 높고, 섬세한 화소의 고품위로, 소형화 및 대형화도 가능한 디스플레이 장치를 제공할 수 있다. 또한 광도파로의 코어는 외부에 노출되지 않으므로, 먼지나 티끌 등의 이물이 직접 광도파로의 광도파부에 부착되지 않기 때문에, 먼지 등이 많은 열악한 환경에서도 고품위의 디스플레이 장치를 제공할 수 있다. 또한 디스플레이 장치의 화상 표시부의 주재료인 투명판이나 광도파로 및 클래드부를 플라스틱으로 형성할 수 있으므로 유연성이 있고, 기계적 휨에도 순응하기 때문에 경량으로 충격에도 강한 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

또한 화소 자체로부터 산란광이 출사되므로, 종래의 역광원을 이용하여, 액정을 편광판과 조합시켜 광 셔터로서 이용한 경우와는 달리 광시야각의 디스플레이장치를 제공할 수 있다.

또한 단색은 물론이고, 2색 또는 3원색광을 각각 대응한 광도파로(100)에 도파시킴으로서, 2색 표시 또는 풀 칼라 표시도 가능하다. 삼원색광인 적색(R), 녹색(G)과, 청색(B)의 발광 다이오드(LED)나 레이저 다이오드(LD)등의 광원으로부터 나오는 빛을 얇은 광도파로를 통하여 화소부에 공급하고, 또한 편광판이나 칼라 필터가 불필요하므로, 직접 산란광을 외부로 출사할 수 있고, 박형으로 만들 수 있으므로 밝은 화상으로 소형화하기 쉬워, 저가의 디스플레이 장치를 제공할 수 있다. 또한 풀 칼라 디스플레이에 있어서 적색(R), 녹색(G)과 청색(B)의 삼원색광의 광도파로는 독립으로 형성되고, 또한 각각에 삼원색 광전용의 독립한 셀로 이루어진 화소를 표시할 수 있도록 되어 있으므로, 순차 구동 방식이면서 다음의 화수부가 선택되어져 있어도, 시간 조정에 의해, 이 전의 화소부에서도 동시에 출사광이 있도록 조절할 수 있으므로 깜빡임이 극히 적고, 게다가 밝은 디스플레이 정치를 제공할 수 있다.

또한 광원으로서 장치 내부 뿐 아니라 필요에 따라 외부로부터의 광원을 이용하는 것도 가능하므로 소비전력의 절약도 된다고 하는 이점이 있다.

또한 광도파로를 구성하는 쌍이 되는 제 1 광도파로와 제 2 광도파로, 매트릭스 모양의 화소를 형성하는 쌍이 되는 전극과 이들에 대응하는 쌍이 되는 배선 등의 쌍의 하나와 다른 하나를 다른 판에 각각 형성하여, 이들을 접합 혹은 근접 배치할 수 있으므로 제작하기 쉽고, 또한 양품만의 조합으로 구성할 수 있기 때문에, 제품 수율이 좋아지고, 그 분만큼 저가의 디스플레이 장치를 제공할 수 있는이점이 있다.

또한 광도파로를 이들을 구성하고 있는 쌍이 되는 제 1 광도파로와 제 2 광도파로로 분할함으로써, 제 1 광도파로는 충분하게 도파광에 비하여 투명하고 밝은 광도파로로 해 두고, 제 2 광도파로에는 제 1 광도파로를 통하는 도파광의 일부가 접합되어 빛이 새어 전반(傳搬)하도록 되어 있으므로, 제 2 광도파로의 광도파로가 도파광에 비하여 그 정도 투명하지 않아도, 제 1 광도파로를 충분하게 도파광이 지나가므로 대화면 표시에도 적합하다는 이점이 있다.

또한 제 1 광도파로는 많은 빛을 도파하기 때문에 다모드 도파로라고 하는데, 이 때의 도파광은 여러 가지 각도의 광선이 도파되어 가고, 제 1 광도파로보다도 낮은 굴절률의 제 2 광도파로인 경우에는, 큰 각도로 제 1 광도파로를 전반하는 빛의 일부가 제 2 광도파로에 결합하여 빛이 새어 가므로 제 2 광도파로의 전반광이 된다.

또한 제 1 광도파로보다도 높은 굴절률의 제 2 광도파로인 경우에는, 제 1 광도파로와 제 2 광도파로와의 사이에 낮은 굴절률 층을 적절하게 형성해 두면(예를 들면 근접 등의 에어 캡이나 액정 배향막이나 다른 투명 층이어도 된다), 제 2 광도파로, 등가적인 제 1 광도파로에서 보면 낮은 굴절률로 보이므로 상술의 제 1 광도파로보다도 낮은 굴절률의 제 2 광도파로인 경우와 마찬가지가 된다.

이하, 본 발명의 디스플레이 장치의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도면에서 10, 11, 12, 15는 판, 20은 전계 반응 물질, 25는 전해질, 30, 30r, 30g, 30b는 투명 전극, 40, 40r, 40g, 40b는 전극, 50은 수직 선택선, 60은 수평 선택선, 100, 100A는 광도파로, 100b는 청색용 광도파로, 100g는 녹색용 광도파로, 100r은 적색용 광도파로, 101은 제 1 광도파로, 102는 제 2 광도파로, 105는 광도파로 산란체, 111, 111r, 111g, 111b는 테이퍼 광도파로, 120, 121, 122, 123, 124, 125는 클래드부, 130, 130r, 130g, 130b는 렌즈, 140, 140r, 140g, 140b는 광산란체, 150, 150r, 150g, 150b는 광원, 200은 화소, 300, 310, 320은 반사막, 400은 광 커플러(광결합기:optical coupler), 450, 450r, 450g, 450b는 칼라필터, 500은 표시부이다.

실시형태 1

도 1은 본 발명 디스플레이 장치의 구성요소에 관한 것으로, 전계 반응 물질(20)로서 동적 산란 모드 액정을 이용하고, 투명판(10)을, 제 1 광도파로(101)와 제 2 광도파로(102)의 쌍으로 이루어진 광도파로(100)의 클래드부(120)로서 이용함과 동시에, 얇은 광도파로(100)의 지지기판으로서도 이용하고, 또한 풀 칼라 표시를 할 수 있도록 광삼원색인 적색용 광도파로(100r), 녹색용 광도파로(100g) 및 청색용 도파로(100b)의 조합을 동일 면상에서, 굴절률이 낮은 투명한 클래드부(121)를 끼워, 번갈아 다수 배열한 경우의 일 실시예의 개략도를 나타낸다.

여기에서는, 청색용 광도파로(100b)가 선택되어 쌍전극인 투명 전극(30b)과 전극(40bij)으로 끼워진 제 2 광도파로(102) 내의 광산란 모드 액정으로 이루어진 전계 반응 물질(20)이 탁해지고, 여기에서의 도파광인 청색광이 산란을 일으켜 투명판(10) 밖으로 출사되어, 청색 화소로서 관측된 모습을 나타내고 있다. 이 도면을 이용하여 본 발명 디스플레이 장치의 동작 원리에 관한 그 개요를 설명하면 다음과 같다.

도 1a는 광삼원색의 독립한 광도파로(100r), (100g), (100b)를 배열한 경우의 일실시예로 그 횡단면 개략도이다. 여기에서는, 예를 들면 아크릴계의 플라스틱으로 이루어져, 클래드부(120)로서의 작용과 광도파로의 기계적 강도를 갖는 지지기판으로서의 작용을 겸비한 판(10)의 일 측면에 에폭시계의 굴절률의 큰 코어가 되는 광삼원색인 적색용 광도파로(100r), 녹색용 광도파로(100g) 및 청색용 광도파로(100b)를, 번갈아서 에폭시계의 굴절률이 낮은 투명한 클래드부(121)로 끼워, 평면 모양으로 형성하고, 광삼원색용 광도파로(100r), (100g), (100b)에는 각각을 따라 연장하는 투명 전극(30r), (30g), (30b)이 형성되고, 또한 각각의 투명 전극(30r), (30g), (30b)이 공통 전극이 되어, 이들에 대향하여 등 간격 피치로, 일렬로 다수 배열시킨 쌍이 되는 전극(40r), (40g), (40b)이 클래드부(123)의 에폭시계 시트에 형성되어, 적어도 이들 서로에 대향하는 쌍이 되는 전극(쌍전극) 사이에는,제 2 광도파로(102) 내에 전계 반응 물질(20)로서의 동적 산란 모드의 액정(광산란 모드 액정)층이 삽입된 형태로, 클래드부(123)의 에폭시계 시트가 판(10)측에 접합되어 있는 경우이다.

보통, 네마틱 액정에서는, 평균 굴절률이 1.56정도로 보통 유리의 1.48보다도 커서, 도파광은 이 액정 층에서도 쉽게 도파된다. 또한 클래드부(123)인 에폭시계 시트의 전계 반응 물질(20)과는 반대 측면에, 알루미늄 등의 반사막(300)이 진공 증착 등으로 형성되어 있다. 또한 투명 전극(30r), (30g), (30b)과 쌍이 되는 전극(40r), (40g), (40b)의 각각이 직선 모양으로 배열된 것 중에서 선택된 전극(40bij)으로의 칼라 화상 신호 전압의 공급은, 전극(40r), (40g), (40b)의 각각 옆에 형성된 수평 선택선(60)을 통하여 수행된다. 또한 여기에서는 도시하지 않았지만, 각 투명 전극(30r), (30g), (30b)에서는 수직 선택선(50)을 이용하여 수행할 수 있고, 액정 디스플레이 구동 방식으로서 공지의 단순 매트릭스 구동 방식을 이용할 수 있다. 물론 TFT를 이용한 공지의 액티브 매트릭스 구동 방식을 이용해도 된다.

도 1b는, 도 1a의 Y-Y에 있어서의 청색용 광도파로(100b)를 따른 종단면도의 개략도이고, 도 1a의 청색용 광도파로(100b)상에, 이 청색용 광도파로(100b)를 따라 형성되어 있는 공통 전극인 투명 전극(30b)과, 이것에 대하여 쌍전극이 되는 직선 모양으로 배열된 화소가 되는 전극(40) 중에서 특정 선택된 이 1화소 중의 청색 셀이 되는 전극(40bij)(여기에서 첨자ij는, 전극이 매트릭스 모양으로 배치되어 있기 때문에, 그 i행, j열을 의미하고 i행, j열을 지정했을 때의 전극을 의미한다)에전압이 인가되어, 이 전계에 의해 광산란 모드 액정이 탁해져, 투명 전극(30b)을 통하여 광산란 모드 액정의 제 2 광도파로(102)에, 제 1 광도파로(101)에서 새어 도파된 청색광이, 여기서 산란되어 투명판(10) 밖으로 출사된 경우이다. 또한 풀 칼라 표시로 했을 때는, 이들 3개의 녹색용 광도파로(100g), 청색용 광도파로(100b), 적색용 광도파로(100r)가 하나의 조합이 되어, 수평 선택선(60)과 수직 선택선(50)을 통하여 수평 주사와 수직 주사되어 이들의 조합 중, 근접한 영역에 1화소를 구성하는 각각의 색 셀에 대응하는 투명 전극(30)과, 그 쌍전극이 되는 전극(40)이 칼라 화상 신호에 의해 전압이 인가되어, 각각의 도파광이 각각의 광산란 모드 액정으로 산란되어, 삼원색용의 3색 셀로 이루어진 1화소를 구성하게 된다.

또한 화소의 휘도인 톤의 조절은, 칼라 화상 신호 전압의 크기나 광산란 하는 시간의 조절에 의해 조절 할 수 있다. 광산란 하는 시간의 조절로는, 산란 모드의 적당한 시간 경과 후, 광산란할 때와는 반대의 전압 등, 켄칭(quenching)펄스를 인가하여 촉진시켜 수행할 수 있다. 또한 삼원색의 광원으로서는, 발광 다이오드나 레이저 다이오드를 이용하면 간단하고, 소형이고 고휘도인 디스플레이 장치를 제공 할 수 있다.

본 발명 디스플레이 장치의 투명 전극(30)은, ITO 박막이나 산화 주석막 등을 0.1 - 0.3㎛두께 정도의 얇은 스퍼터링 형성 등으로 제작할 수 있다. 또한 전극(40)도 ITO박막이나 산화 주석막 등의 투명 전극으로 해도 되고, 필요에 따라 알루미늄 등의 불투명으로 광반사 시키는 박막으로 해도 된다.

실시형태 2

도 2는 본 발명 디스플레이 장치의 전계 반응 물질(20)을 전계 인가에 의해 팽창 또는 수축하는 젤 모양 겔(전계 응답 겔)로 한 경우의 도 1b와 마찬가지로 청색용 광도파로(100b)를 따른 종단면도의 일실시예를 나타내는 개략도이다.

투명 전극(30b)과, 그 쌍이 되는 전극(40b) 중 선택된 전극(40bij)과의 사이에, 칼라 화상 신호 전압이 인가되어, 제 2의 광도파로(102)가 되는 전계 응답 겔이 수축 형태 변화로 그 단면적이 적어지고, 여기서 도파된 청색광이 산란되어, 투명 판(10) 밖으로 출사된 모습을 나타내고 있다. 전계 응답 겔로서, 인구 근육(人口筋肉:Artificial Muscle) 등에 사용되는 겔이 좋고, 예를 들면 폴리 우레탄계의 투명한 겔을 사용할 수 있다. 클래드부(123)로서는 겔의 팽창ㆍ수축을 따라 변형하기 쉬운, 예를 들면 50㎛두께 정도의 에폭시계 시트나 폴리에틸렌시트 등을 사용할 수 있다.

실시형태 3

도 3은 상술한 실시형태 1를 나타낸 도 1의 경우와는 달리, 적색용 광도파로(100r) 및 청색용 광도파로(100b)의 조합에만 클래드부(121)를 끼워, 판(10)상의 동일 면에 다수 형성해 두고, 녹색용 광도파로(100g)는 클래드부(123)상에 겹쳐서 클래드부(122)로 끼워져 주기적으로 형성되고, 또한 그 위치는 적색용 광도파로(100r) 및 청색용 광도파로(100b)의 조합 사이에 정확하게 위치하도록 형성된 경우의, 실시형태 1를 나타낸 도 1a에 대응하는 횡단면도의 일실시예를 나타낸 개략도이다.

도 3에 있어서도, 청색용 광도파로(100b)에 형성된 투명 전극(30b)과 전극(40bij)으로 이루어진 전극 쌍에 화상 신호 전압이 역치 이상으로 인가되어, 그 전계에 의해 제 2 광도파로(102)의 광산란 모드 액정 층인 전계 반응 물질(20)이 탁해지는 형태 변화에 의해, 전극 쌍으로 끼워진 영역의 전계 반응 물질(20)인 광산란 모드 액정 층에서 청색의 화소로써 산란광이 외부로 출사하는 모습을 나타낸다.

또한 도 3에서는, 클래드부(122)와 녹색용 광도파로(100g)를 갖는 층, 전계 반응 물질(20) 층, 쌍전극층, 클래드부(124) 및 반사막(300)은, 적색용 광도파로(100r) 및 청쌍전극 층, 클래드부(124) 및 반사막(300)은, 적색용 광도파로(100r) 및 청색용 광도파로(100b) 층, 전계 반응 물질(20) 층, 쌍전극층 및 클래드부(123)와 함께 판(10) 상에 적층 형성된 경우였는데, 다른 실시예로서 여기에서는 도시하지 않았는데 예를 들면 클래드부(122)와 녹색용 광도파로(100g)를 갖는 층, 전계 반응 물질(20)층, 쌍전극층, 클래드부(124) 및 반사막(300)을 판(10)과는 다른 별도의 판(11) 상에 형성해 두고, 판(10) 상에 형성된 적색용 광도파로(100r) 및 청색용 광도파로(100b) 층을 포함하는 적층막에 밀착 접합하여 광도파로의 배치를 구성하고, 판(10)과는 다른 별도의 판(11)의 존재를 제외하고는, 도 3에 나타낸 삼원색광용의 광도파로의 배치 구성은 거의 동일하게 해도 된다.

실시형태 4

도 4는 전계 반응 물질(20)로서 산화 텅스텐 등의 일렉트로크로믹 재료로 한 경우로, 상술의 실시형태 1의 도1b 와 같은, 청색용 광도파로(100b)에 투명 전극(30b)을 형성하여, 이것과 쌍이 되는 전극(40b) 상에 제 2 광도파로(102) 중의 전계 반응 물질(20)로서의 산화 텅스텐(W03)을, 예를 들면 스퍼터링 퇴적이고, 이들쌍전극 사이를 전해질(25)로 충전한 경우의 단면도의 일실시예를 나타낸 개략도이다.

산화 텅스텐 등의 일렉트로크로믹 재료의 전해질(25)중에서의 이온 이동에 의한 산화 환원 작용의 형태 변화를 이용하여, 가역적으로 무색과 청색의 착색, 또는 그 반대 과정을 수행한다. 산화 텅스텐은 환원되어 무색에서 청색으로 착색하므로 선택된 전극(40bij)측이 투명 전극(30b)에 대하여 음 전위가 되도록 화상 신호 전압이 인가되었을 때에 청색으로 착색되고, 여기에 도파된 청색광이 그 착색부에서 산란되어 청색 화소로서 외부에서 볼 수 있다. 전해질로서 고체 전해질을 이용하면 제작이 용이하다. 일렉트로크로믹 재료의 착색을 지우고, 무색으로 돌아오게 하기에는 전극(40bij)측에 착색할 때와는 반대의 전압을 인가하면 된다. 전압이 1V이하이어도 산화 환원 반응이 일어나므로, 저전압 구동이 가능하다. 일렉트로크로믹 재료의 착색은 전기 화학 반응이라고 하는 형태 변화에 근거한 것인데, 톤의 제어는 상술한 것과 같이, 화소 신호의 크기, 인가 시간 및 무색으로 돌아오는 신호 전압의 타이밍 시기의 조정 등으로 수행할 수 있다.

또한 도 4에서는 전계 반응 물질(20)로서의 일렉트로크로믹 재료를, 전극(40b) 상에 만 형성한 예이지만, 전기 전도성이 그다지 크지 않으므로, 전극(40b) 상 뿐 아니라, 전극(40b) 상을 포함하는 클래드부(123) 전면에 걸쳐서 형성해 두어도 된다. 또한 화소 표시를 위하여 분리해 있는 전극 상에 존재하면 되므로, 투명 전극(30b)을 공통 전극으로 하지 않고 화소로서 분할해 두고, 이 투명 전극(30b)측에서 또한 이것에 밀착하여 투명 전극(30b) 상에 만, 또는 투명 전극(30b)상을 포함하고, 또한 전면에 일렉트로크로믹 재료를 형성해도 된다.

실시형태 5

또한, 상술한 실시형태는, 제 2 광도파로(102)중의 전계 반응 물질(20)의 형태 변화에 근거하여, 여기에서의 도파 산란광에 의해 화상 표시가 투명판(10)의 외측에서 관찰되는 것이었지만, 전극(40)을 투명 전극으로 하고, 반사막(300)은 상술한 장소에서 제거하고, 그 대신에 투명판(10)과 광도파로(100)와의 사이에 형성하거나 또는 판(10)의 외측 면에 형성하면, 판(10)과는 반대측에서 광도파로(100)측으로부터 화상표시가 보여 지는 것은 말할 필요도 없다. 이 경우는 판(10)이 투명일 필요도 없다.

도 5는 반사막(300)을 판(10)과 광도파로(100)와의 사이에 형성한 경우의 실시예를 나타낸 것으로, 판(10)은 반드시 투명할 필요는 없다. 도 5a는 광삼원색용의 독립한 광도파로(100r),(100g),(100b)를 배열한 경우의 일실시예로, 이 횡단면의 개략도이다. 도 5b는 적색용 광도파로(100r) 부근의 확대도이고, 적색용 광도파로(100r)가 선택된 화소를 구성하는 셀의 쌍 전극인 투명 전극(30)과 전극(40)으로 끼워진 제 2 광도파로(102)내의 광산란 모드 액정으로 이루어진 전계 반응 물질(20)이 탁해지고, 여기에서의 도파광인 적색광이 산란을 일으켜 투명 전극(40)을 통하여 밖으로 출사광으로서 나오고, 판(10) 상에 형성된 반사판(30)에서도 반사되어 적색의 화소로서 밝게 관측되는 모습도 나타내고 있다.

이 도 5b에서는 굴절률이 큰 동적 산란 모드 액정은 제 2 광도파로의 코어로서의 역할을 다 하는데, 서로 이웃된 광도파로에의 빛이 새는 것을 방지하기 위하여, 동적 산란 모드 액정보다도 굴절률이 매우 낮은 클래드(125)에 의해 광학적으로 분리되도록 한 모양도 나타낸다.

실시형태 6

도 6은 삼원색광이 전용 광도파로에 도파되어, 선택된 화소(200)에서 소정 색의 빛이 출사하는 모습을 나타낸 것이다.

여기에서는, 광삼원색용의 독립한 광도파로(100r),(100g),(100b)를 배열하여 이들의 광도파로(100r),(100g),(100b)에 각각 적색광R, 녹색광G, 청색광B의 빛이 도파되어 있어, 선택된 투명 전극(40r),(40g),(40b)과 이들 하부에 배열된 쌍이 되는 투명 전극(30) 사이에 화상 신호를 따라 전압이 인가되어, 이들의 광강도가 다른 적색광R, 녹색광G, 청색광B를 출사하고 있는 모습으로, 삼원색의 3개의 셀로 이루어진 1개의 화소(200)에서 출사광으로서, 풀 칼라를 표시하는 모습을 나타내고 있다.

실시형태 7

도 7은 본 발명 디스플레이 장치에 있어서, 풀 칼라 표시된 것으로 광원(150), 광도파로 관계, 매트릭스 모양 전극을 배치한 표시부(500)와 판(10)을 중심으로 한 배치를 나타내는 개략도이고, 도 7a는 그 평면도, 도 7b는 도 7a의 X-X에 있어서의 횡단면도 개략도이다.

여기에서는 발광 다이오드(LED) 등의 광원(150)의 삼원색에 대응하는 적색 광원(150r), 녹색 광원(150g), 청색 광원(150b)에서 출사되어, 박막의 광도파로(100A)에 결합되어 도파된 각각의 빛은, 각각의 광도파로(100A)에 설치된 광도파로산란체(105) 등에 의해 산란되어, 각각의 광도파로(100A) 내에서, 표시부(500)의 하부에 있는 각 광도파로(101r), (101g), (101b)로 안내하는 테이퍼 광도파로(111r), (111g), (111b)에 대응하여 설치된 광산란체(140r), (140g), (140b)를 조사한다.

이들 광산란체(140r), (140g), (140b)는 각각의 제 2 광원과 같은 작동으로, 각각에 대응하여 설치된 박막 모양의 렌즈(130r), (130g), (130b)를 통하여 수속되어, 각 광도파로(100)로 안내된다. 여기에서는 삼원색 각각에 대응하는 광도파로(100A)에 동일 색의 광원(150)을 2개씩 배치하여, 휘도가 큰 화소를 얻을 수 있도록 한 경우를 나타낸다.

본 실시형태에서는, 광도파로(100A)는 반사막(320)으로 덮여, 각 광도파로(100)의 단면에는 반사막(310)이 형성되어 있고, 또한 표시부(500)도 판(10)에 반사막(300)이 형성되어 있어, 선택된 표시 화소 이외는 빛이 외부로 도망가기 어려운 구조이므로, 광도파로(100) 내는 밝게 된다.

실시형태 8

도 8은 본 발명의 풀 칼라 표시의 디스플레이 장치로, 상기 도 7에 나타난 실시형태와 같지만, 도 7에 있어서 광원(150)인 삼원색 광원(150r), (150g), (150b)을 대신하여, 외부 광원을 이용하기 위한 광 커플러(400)와 광삼원색을 얻기 위한 칼라 필터(450), (450r), (450g), (450b)를 설치한 경우로, 도 8a는 평면 개략도, 도 8b는 횡단면 개략도이다. 또한 광 커플러(400)를 배치하고 있는 적색과 청색의 광도파로(110A)는 도 7의 실시형태와는 반대로 배치되어 있는 경우를 나타낸다.

광 커플러(400)로서는, 박막 모양이나 얇은 요철 모양의 회절격자나 프레넬 렌즈 등을 이용하면 형태가 콤팩트하게 되는 이점이 있고, 플라스틱 등으로 용이하게 제작할 수 있다.

외부 광원으로부터 나오는 빛은, 이들의 광 커플러(400)를 통하여, 칼라 필터(450r), (450g), (450b)를 통과하여 삼원색이 되고, 각각 광도파로(100A)를 통과하여 상기 실시예 7에 나타난 경우와 같이 하여 광도파로(100)로 안내된다.

여기에서는 도시하지 않았는데 광커플러(400)나 칼라 필터(450)를 설치함과 동시에 LED 등이 구비된 광원(150)도 함께 형성해 두고, 필요에 따라 전환하도록 하는 것도 가능하다. 이 경우, 광커플러(400)에는 셔터를 설치하여 전환하면 된다.

실시형태 9

도 9는 본 발명 디스플레이 장치의 일실시형태를 나타낸 횡단면 개략도로, 상기 도 7에 나타낸 실시형태와 삼원색의 광원(150)이나 광도파로(100A)와 마찬가지 배치이지만, 이들을 판(15)에 형성해 두고, 매트릭스 모양의 쌍전극의 하나를 제 2 광도파로(102)와 함께 투명 판(10)에 형성한 경우로, 판(15)에는, 광도파로(100)의 제 1 광도파로(101)와 쌍전극의 다른 하나를 형성하고 있어, 이 제 1 광도파로(101)와 판(10)에 형성해 있는 제 2 광도파로(102)가 겹쳐지도록 접합시켜, 매트릭스 모양의 쌍전극의 화소로 이루어진 표시부(500)를 형성하여 일체화시킨 경우이다.

본 실시형태는 판(15)에 일체 형성된 광도파로(100A)의 일부로서, 제 1 광도파로(101)를 구성하고 있는 경우이다. 여기에서는 반사막(300)이 판(15)에 형성되어 있으므로, 판(15)은 투명할 필요 없고, 그 대신에 판(10)을 투명한 것으로 하여 판(10)의 상면으로부터 화상이 표시된다.

도 9에 나타낸 본 실시형태에서의 반사막(300)을 표시부(500)의 판(10)측에 형성하면, 판(10)은 불투명해도 되고, 그 대신에 판(15)을 투명하게 하여 투명 전극을 이용하면 판(15)측에서 화상을 볼 수 있는 것은 말 할 필요도 없다.

도 9에 나타낸 본 실시형태에서의 판(15)에 일체 형성된 광도파로(100A)에 관한 것으로, 광도파로(100)의 제 1 광도파로(101)와 제 2 광도파로(102)를 함께 판(10)에 형성해 두고, 제 1 광도파로(101)와 광도파로(100A)와를 밀착 접합시켜 본 발명의 디스플레이 장치를 구성할 수 있다.

또한, 광도파로(100)중, 제 1 광도파로(101)는 판(10)에 형성해 두고, 제 2 광도파로(102)는 판(10)과 판(15)과도 다른 제 3의 판(12)에 형성해 두어, 제 1 광도파로(101)와 제 2 광도파로(102)가 서로 밀착 형성되도록 결합하거나, 근접 배치하거나 하여 쌍으로서 광도파로(100)를 구성해도 된다. 이 경우 화소를 구성하기 위하여 쌍이 되는 투명 전극(30)과 전극(40) 및 쌍이 되는 배선을, 쌍의 하나를 판(10)측에, 다른 하나를 판(12)에 형성할 수 있다. 또한 동적 산란 모드 액정 등의 전계 반응 물질(20)을 쌍전극 사이에 삽입하여, 제 2 광도파로(102)의 코어로서 이용해도 된다.

상술의 실시형태에서는, 표시부(500)의 매트릭스 모양의 쌍전극이나 쌍배선(수직 선택선(50)과 수평 선택선(60))이나 이들의 구동회로 등을 도시하지 않았지만, 쌍전극의 배선은 광도파로(100) 또는 이것을 구성하는 제 1 광도파로(101)와 제 2 광도파로(102) 중의 어느 하나를 평탄화시켜, 그 위에 형성시킴과 동시에, 광도파로(100) 외의 장소까지 연장시켜서 구동 회로와 함께 판(10)이나 판(15)에 형성해도 된다. 상술한 도 9에 나타낸 본 실시형태에서는, 판(10)에 배선이나 구동 회로를 형성하면, 판(15)에 일체 형성된 광도파로(100A)의 번잡함에서 피할 수 있으므로 바람직하다. 또한 상술한 실시형태의 도 9에 나타낸 바와 같이, 매트릭스 모양의 쌍전극이나 쌍배선 중, 쌍의 하나를 판(15)에, 다른 하나를 판(10)에 형성하는데, 쌍배선은 서로 직교하고 있으므로, 판(15)과 판(10)의 표면에서, 각각으로 형성되어 있는 광도파로(100A)와 제 2 광도파로(102)가 없어 비어있는 영역에까지 쌍배선의 각각을 연장시켜 둘 수 있다. 이 경우, 판(15)과 판(10)의 각각의 판에 쌍배선이 직접 밀착 형성 가능하므로, 제작이 쉽고 저가의 디스플레이 장치가 되므로 바람직하다.

상술한 실시형태에서는, 광도파로(100)의 구성요소의 하나인 제 2 광도파로(102) 중의 액정 등의 전계 반응 물질(20)에 배향막 등을 통하게 하여도, 거의 직접 전압이 인가되도록 쌍전극이나 쌍배선을 배열 형성하지만 반드시 그럴 필요는 없고, 제 1 광도파로(101)의 두께나 다소의 도전성을 고려하면 그 외측에 쌍의 하나의 전극이나 배선을 형성하여, 제 1 광도파로(101)와 제 2 광도파로(102)를 횡단하여 전압이 인가되도록 해도 된다.

또한 도파용의 광원(150)인 예를 들면 청색LED가 1개로는 밝기가 부족할 때에는, 복수개의 LED를 대응하는 광도파로(100A)에 광결합 시킴과 동시에 점등하도록 하면 된다.

또한 상술한 실시형태는 일실시형태이고, 본 출원 발명의 요지, 작용, 효과가 동일한 각종의 변형이 있을 수 있는 것도 말할 필요도 없다.

이상과 같이 본 발명의 디스플레이 장치는 기계적인 구동부를 갖지 않아 신뢰성이 높고, 미세한 화소의 고품위로, 휘도가 높고, 또한 고속 응답이 가능하고, 화소 자체에서 산란광이 출사하고, 편광판 등도 필요하지 않으므로, 종래와 같은 역광원을 이용하여, 액정을 광 셔터로서 이용하고, 편광판 및 칼라 필터와 조합시킨 경우와는 달리, 광시야각으로 밝고, 소비 전력이 적고, 소형화도 대면적화도 가능하고, 게다가 저가이고, 단색, 2색 또는 풀 칼라 표시가 가능한 디스플레이 장치를 얻을 수 있고, 또한 광도파로의 코어는 외부로 노출되지 않으므로 먼지나 티끌 등의 이물이 직접 광도파로의 광도파부에 부착되지 않으므로, 먼지 등이 많은 열악한 환경에서도 고품위의 디스플레이 장치를 얻을 수 있다. 또한 디스플레이 장치의 화상 표시부의 주재료인 투명판이나 광도파로 및 클래드부를 플라스틱으로 형성 할 수 있으므로 유연성이 있고, 기계적 휨에도 순응하므로 경량으로 충격에도 강한 디스플레이 장치가 되어, 표시 수단을 필요로 하는 광범위한 산업분야에 이용할 수 있는 것이다.

Claims (15)

1. 판(10)과, 제 1 광도파로(101)와 제 2 광도파로(102)의 쌍으로 이루어진 광도파로(100)와, 제 2 광도파로(102)에 형성되어 있는 전계 반응 물질(20)을 끼워서 대향하여 쌍이 되도록 배열 형성된 투명 전극(30)과 전극(40)과를 구비하고,

   제 1 광도파로(101)와 제 2 광도파로(102)는 적어도 이 중 하나가 판(10)에 밀착 형성되고, 제 1 광도파로(101)에 대한 도파광이 제 2 광도파로(102)에도 결합하여 새어 통과하도록 서로 근접 또는 밀착하여 배치되며, 전계 반응 물질(20)은 도파광에 대하여 통상적으로 투명하지만, 투명 전극(30)과 전극(40)과의 사이에 전압을 인가함으로써 형태 변화가 일어나, 이 형태 변화에 의한 도파광의 산란에 의해 화소로서의 산란광이 외부로 출사하도록 구성한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   광도파로(100)를 독립된 2색용 또는 광삼원색용의 광도파로(100r, 100g, 100b)의 조합으로 하고, 2색 또는 삼원색광을 각각 대응한 광도파로에 도파시킴으로써, 2색 표시 또는 풀 칼라 표시가 가능하도록 구성한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   광원(150)으로부터 나오는 빛을, 판(10)에 일체 형성된 광도파로(100A)를 통하여 광도파로(100)에 도파하도록 한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   광원(150)으로부터 나오는 빛을, 판(10)과는 다른 판(15)에 일체 형성된 광도파로(100A)를 통하여 광도파로(100)에 도파하도록 한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   광도파로(100A)의 표면 중, 전부 또는 일부를 반사막(320)으로 덮는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
6. 제 3 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   광도파로(100A)에 광도파로 산란체(105), 광산란체(140)와 렌즈(130)를 설치하고, 도파광을 효과적으로 광도파로(100)에 안내하도록 한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   광도파로(100)에 대한 도파광의 광원(150)을 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드로 한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   발광 다이오드 또는 레이저 다이오드를 판(10) 또는 판(10)과는 다른 판(15)에 일체 형성한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
9. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   광도파로(100)에 대한 도파광으로서, 본 디스플레이 장치 이외의 외부 광원을 이용하도록 한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    요철 구조를 갖는 광커플러(400)를 이용하여, 외부 광원으로부터 나오는 빛을 광도파로(100A)에 결합시키도록 한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

    칼라 필터(450)를 설치하여 도파광을 특정색으로 한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    판(10)과 판(15) 중 적어도 어느 하나를 플라스틱으로 한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    전계 반응 물질(20)을 광산란 모드 액정으로 한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
14. 제 1 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    전계 반응 물질(20)을 전계 인가에 의해 팽창 또는 수축하는 겔로 한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
15. 제 1 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    전계 반응 물질(20)을 일렉트로크로믹 재료로 한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.