KR20180012115A - 반사형 표시 장치 및 이를 포함하는 선택형 표시 장치 - Google Patents

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KR20180012115A
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손상현
강기형
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Abstract

본 발명은 서로 이격되어 배치되는 두 기판과 상기 두 기판 사이에 배치되는 액정층과 상기 액정층 하부에 배치되는 반사판과 상기 액정측 상부에 배치되며, 미리 정해진 색상의 광만을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터를 포함하고 상기 컬러 필터는 상기 컬러 필터를 투과하는 광의 반치폭보다 넓은 범위의 대역폭을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 경우 컬러 필터의 두께를 조절하는 것이 아니라 컬러 필터를 투과하는 필터의 대역폭을 넓혀 반사율을 높이기 때문에 전력 효율이 좋아짐과 동시에 색순도가 높은 화상을 구현할 수 있는 효과가 존재한다.
또한, 주변 환경에 따라 반사형 모드와 투과형 모드를 선택할 수 있어 사용자에게 보다 안정적으로 좋은 화상을 공급할 수 있는 효과도 존재한다.

Description

반사형 표시 장치 및 이를 포함하는 선택형 표시 장치{Reflective Display Device And Selective Display Device Comprising The Same}
본 발명은 반사형 표시 장치 및 이를 포함하는 선택형 표시 장치에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 컬러 필터의 대역폭을 조절하여 반사형 표시장치의 투과율을 높여 효율을 높임과 동시에 색순도를 높일 수 있는 반사형 표시 장치 기술에 관한 발명이다. 또한, 상기 서술한 반사형 표시 장치의 특징을 가지면서 반사형 모드와 투과형 모드를 선택할 수 있는 선택형 표시 장치 기술에 관한 발명이다.
현대 사회에 들어서면서, 디스플레이에 관한 관심이 증가되면서, 디스플레이의 성능 향상을 위한 다양한 기술이 개발되고 있다.
종래 텔레비전 방송이 개시되고 나서 오랜 세월 동안 사용되어 온 CRT(Cathode Ray Tube)를 대신하여, 액정 표시 장치(LCD: Liquid Crystal Display)나, 플라즈마 디스플레이(PDP: Plasma Display Panel)와 같은 매우 박형화된 텔레비전 수상기가 개발되어, 실용화되고 있다.
특히, 컬러 액정 표시 패널을 이용한 컬러 액정 표시 장치는, 저소비 전력에 의한 구동이 가능한 점이나, 대형 컬러 액정 표시 패널의 저가격화 등에 수반하여, 가속적으로 보급될 것으로 생각되어, 향후 한층 더 발전을 기대할 수 있는 표시 장치 중의 하나에 해당한다.
컬러 액정 표시 장치는, 투과형 컬러 액정 표시 패널을 배면측으로부터 백라이트 장치로 조명함으로써 컬러 화상을 표시시키는 백라이트 방식 즉, 투과형 모드가 많이 이용되고 있다. 그러나 현대에 들어와서는 전자책, 모바일 디스플레이, 옥외 디스플레이 등의 다양한 분야에서 저전력으로 구동될 수 있는 디스플레이가 필요함에 따라 반사형 표시 장치(Reflective Display)의 기술 개발이 빠르게 이루어지고 있다.
반사형 표시 장치는 종래 투과형 표시 장치처럼 디스플레이 뒤에 광원이 존재하여 광원으로부터 방출된 광이 디스플레이를 통해 전송되는 것이 아니라, 표시된 정보를 보기 위한 주변광(Ambient Light)이 디스플레이로부터 다시 뷰어(Viewer) 쪽으로 반사되는 형태로 이루어지는 비발광형(Non-Emissive) 표시 장치를 말한다.
반사형 표시 장치는 주변 광만을 광원으로 사용하므로 백릿(Backlit) 또는 발광형(Emissive) LC(Liquid Crystal) 디스플레이에 비해 매우 적은 에너지를 소비하여 전력 효율이 좋은 장점을 가지고 있다. 따라서, 반사형 표시 장치는 충분한 휘도 또는 콘트라스트를 생성할 수 없는 옥외 어플리켠이션에 많이 이용되고 있다.
그러나 반사형 표시 장치는 투과형 표시 장치와 달리 스스로 빛을 내는 광원을 가지고 있지 않기 때문에, 주변 조명 환경에 따라 밝기가 달라지는 단점이 존재한다. 특히 반사형 표시 장치는 편광판, 컬러 필터, 개구율 등으로 인해 전체 투과율이 5 ~7% 밖에 되지 않아 동일 기술을 반사형 표시 장치로 구현할 경우 반사율이 낮아 화면이 어두운 단점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 극복하기 위해 컬러 필터의 두께를 조절하여 전 파장에 대한 투과율을 노여 패널의 반사율을 개선하는 기술이 사용되고 있는데 이러한 방법은 반사율은 높일 수 있으나 색재현율이 떨어지는 문제점을 여전히 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 상기 설명한 종래 반사형 표시 장치가 가지고 있는 문제점을 보완하기 위해 고안된 발명으로서, 컬러 필터의 두께를 조절하는 방식이 아닌 컬러 필터의 대역폭을 조절하여 투과율을 높이면서 동시에 색순도가 저하되는 현상을 방지하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 표시 장치는 서로 이격되어 배치되는 두 기판과 상기 두 기판 사이에 배치되는 액정층과 상기 액정층 하부에 배치되는 반사판과 상기 액정측 상부에 배치되며, 미리 정해진 색상의 광만을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터를 포함하고 상기 컬러 필터는 상기 컬러 필터를 투과하는 광의 반치폭보다 넓은 범위의 대역폭을 가질 수 있다.
또한, 상기 컬러 필터는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 또는 청색 컬러 필터 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 컬러 필터의 투과율은, 상기 컬러 필터를 투과한 녹색광과 적색광의 스펙트럼이 교차하는 지점의 파장의 투과율이 50% 이상 80% 이하일 수 있다.
또한, 상기 컬러 필터의 투과율은 상기 컬러 필터를 투과한 녹색광과 청색광의 스펙트럼이 교차하는 지점의 파장의 투과율이 50% 이상 80% 이하일 수 있다.
또한, 상기 녹색 컬러 필터의 대역폭은 상기 녹색 컬러 필터를 투과한 녹색광의 반치폭이 120nm 이상, 160nm 이하일 수 있다.
또한, 상기 적색 컬러 필터의 대역폭은 상기 적색 컬러 필터를 투과한 적색광의 반치폭이 120nm 이상, 160nm 이하일 수 있다.
또한, 상기 청색 컬러 필터의 대역폭은 상기 청색 컬러 필터를 투고한 청색광의 반치폭이 120nm 이상 160nm 이하일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선택형 표시 장치는 서로 이격되어 배치되는 두 기판과 상기 두 기판 사이에 배치되는 액정층과 상기 액정층 하부에 배치되는 반사판과 상기 액정측 상부에 배치되며, 미리 정해진 색상의 광만을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터를 포함하고 상기 컬러 필터는 상기 컬러 필터를 투과하는 광의 반치폭보다 넓은 범위의 대역폭을 가질 수 있다.
또한, 상기 반사판은 상기 광이 반사되는 반사형 모드와 투과될 수 있는 투과형 모드로 상호 전환될 수 있다.
또한, 상기 외부 광원에서 방출되는 광의 스펙트럼을 측정하는 측정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사판 하부에 배치되며, 상기 액정측에 빛을 공급하는 라이트 광원을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 라이트 광원의 세기와 상기 반사판의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 측정부에 의해 측정된 스펙트럼 형태에 따라 상기 라이트 광원의 세기 및 상기 반사판의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 측정부에 의해 측정된 스펙트럼의 형태가 제 1형태로 판단되는 경우, 상기 반사판을 반사형 모드로 전환시키고 상기 라이트 광원의 전원을 오프(OFF)시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 측정부에 의해 측정된 스펙트럼의 형태가 제 2형태로 판단되는 경우, 상기 반사판을 투과형 모드로 전환시키고 상기 라이트 광원의 전원을 온(ON)시킬 수 있다.
또한, 상기 라이트 광원의 세기와 상기 반사판의 동작을 사용자가 선택할 수 있는 선택부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 라이트 광원은 엘이디(LED) 또는 레이저(Laser)를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 반사형 표시 장치의 반사율을 높일 수 있어 에너지 효율을 향상시킬 수 있고 동시에 색순도가 높은 화상을 제공할 수 있는 효과가 존재한다. 또한, 주위 환경에 따라 표시 장치의 구동 방법을 반사형 또는 선택형으로 선택할 수 있어 사용자에게 안정적으로 색재현율이 높은 화상을 제공할 수 있는 효과가 존재한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 표시장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 컬러 필터를 투과한 적색, 녹색, 청색광의 투과 스팩트럼을 나타낸 도면이다.
도 3은 컬러 필터의 두께를 조절하였을 때 컬러 필터를 투과한 적색, 녹색, 청색광의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 4는 사람의 눈이 물체의 색을 느끼는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 외부 광원의 스펙트럼과 물체의 반사스펙트럼에 의해 사람의 눈이 느끼는 파장에 대한 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 대역폭을 넓게 조절한 컬러 필터를 투과한 적색, 녹색, 청색광의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 7은 알쥐비(RGB) 색 순도가 높은 광의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 8은 컬러 필터의 두께를 조절한 반사형 표시 장치에 있어서, 외부에 표현되는 광의 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라, 대역폭을 넓게 조절한 반사형 표시 장치에 있어서, 외부에 표현되는 녹색광의 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라, 대역폭을 넓게 조절한 반사형 표시 장치에 있어서, 외부에 표현되는 적색광의 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라, 대역폭을 넓게 조절한 반사형 표시 장치에 있어서, 외부에 표현되는 청색광의 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라, 대역폭을 넓게 조절한 반사형 표시 장치에 있어서, 외부에 표시되는 광의 스펙트럼을 종합적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 선택형 표시 장치 내부의 모습을 나타낸 도면이다.
도 14 본 발명의 일 실시예에 따라, 선택형 표시 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예이며, 본 출원의 출원 시점에 있어서 본 명세서의 실시 예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.
다만, 도면에서 본 발명의 여러 층 및 픽셀영역을 명확하게 표현하기 위해 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 픽셀 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 또는 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 표시 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 반사형 표시장치(100)는 서로 이격되어 배치되는 상부 기판(110)과 하부 기판(120), 그리고 상부 기판(110)과 하부 기판(120) 사이에 배치되는 액정층(130)과 액정층 (130)하부에 배치되는 반사판(140) 그리고 액정측(130) 상부에 배치되며, 미리 정해진 색상의 광만을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터(150)를 포함할 수 있다.
상부 기판(110)과 하부 기판(120)은 내열성 및 내구성이 우수한 플라스틱으로 구성될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 상부 기판(110)과 하부 기판(120)은 금속이나 유리 등 다양한 소재를 포함하여 구성될 수 있다.
액정층(130)은 상부 기판(110)과 하부 기판(120) 사이에 위치할 수 있다. 도면으로 도시되지는 않았으나 화소 전극이나 TFT(Thin Film Transistor) 등에 의하여 액정층(130)은 개별적으로 온(On)/오프(OFF) 제어 가능한 복수의 화소(P)로 구분 될 수 있다. 화소 전극이나 TFT에 의하여 복수의 화소(P)는 광을 통과시키거나 차단시킬 수 있다.
컬러 화상을 구현하기 위해서는 각 화소(P)는 복수의 서브 화소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 화소(P)는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 서브화소(Pr, Pg, Pb)를 포함할 수 있다.
일반적으로 적색, 녹색, 청색을 혼합하면 모든 색을 표현할 수 있으므로 필터는 주로 이 3가지 색의 필터가 사용되나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다만, 이하 실시예에서는 표시 장치의 픽셀들이 적색, 녹색, 청색 서브 픽셀들로 구성되는 것을 전제로 설명되어 있는데 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 픽셀들 각각이 일 예로, 노란색, 마젠타 및 시안 서브 픽셀 들로 구성될 수 도 있다. 또한, 이외에도 다양한 색상의 서프 픽셀들로 구성되어 다양한 색을 표현할 수 있다.
그리고 상부 기판(110) 하부에는 복수의 화소(P)에 대응되어 배열되는 복수의 필터영역(150)을 포함할 수 있다. 복수의 필터영역(150) 각각에는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 서브화소에 대응되는 서브 필터, 즉 적색 필터(R, 151), 녹색 필터(G, 152), 청색 필터(B, 153)를 포함할 수 있다.
반사형 표시 장치의 작동 원리에 대해 도 1을 참조하여 설명하면, 외부광(L1)이 필터영역(150)에 입사되면 각 서브필터영역(151, 152, 153)에 해당하는 파장 대역의 광은 투과되고 나머지는 흡수되어 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 광이 형성 될 수 있다. 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 광은 액정층(130)이 전기적 제어에 의해 온(ON) / 오프(OFF) 됨으로써 액정층(130)을 투과하거나 또는 투과하지 못할 수 있다.
액정층(130)을 투과한 광은 하부 기판(120) 아래에 배치되는 반사판(140)에 의해 반사될 수 있다. 반사된 광은 다시 액정층(130)과 필터영역(150)을 투과하고 투과된 이 광은 외부로 나간다. 이러한 반사광에 의해 컬러 화상이 표현될 수 있다.
상기 살펴본 바와 같이, 반사형 표시 장치는 외부 광을 이용하여 화상을 표시하기 때문에 저전력으로 효율적으로 구동될 수 있는 장점이 존재하나 이러한 특성으로 인해 주변 외부광의 조명 환경에 따라 밝기가 달라지는 단점이 존재한다.
특히 반사형 표시 장치는 편광판, 컬러 필터, 개구율 등으로 인해 투과율이 5 ~7% 밖에 되지 않아 동일 기술을 반사형 표시 장치로 구현할 경우 반사율이 낮아 어두운 단점이 존재한다. 따라서, 이러한 문제점을 극복하기 위해 컬러 필터의 두께를 조절하여 반사율을 개선하는 기술이 사용되고 있다.
이하 도면들을 통하여 이러한 기술이 가지고 있는 문제점을 알아보고 이러한 문제점을 극복한 본 발명의 특징에 대해 알아본다.
도 2는 특별한 변형을 가하지 않은 컬러 필터를 투과한 적색, 녹색, 청색광의 투과 스펙트럼을 나타난 도면이고 도 3은 컬러 필터의 두께를 변화시킨 컬러 필터를 투과한 적색, 녹색, 청색광의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 컬러 필터를 통과한 광원은 파장에 따라 적색광과 녹색광 그리고 청색광이 구별되는 것을 알 수 있다. 그리고 도 2에 도시된 바와 같이 컬러 필터를 통과한 각각의 광원은 각각의 광원의 중심파장에서 멀어질수록 투과율이 감소하는 것을 알 수 있다. 이러한 경우 다른 파장 대역에서는 투과율이 낮아지기 때문에 색순도가 좋은 장점은 존재하나 투과율이 급격히 감소하기 때문에 필터 전체의 투과율이 낮아져 전력 효율이 낮아지는 단점이 존재한다.
더구나 반사형 표시 장치의 경우 그 특성상 외부 광이 필터를 두 번 통과하여 화상이 표현되므로 투과형 표시 장치보다 투과율이 더 낮은 단점이 존재한다. 효율이 5 ~ 7 프로밖에 되지 않는 단점이 존재한다.
일반적으로 반사형 표시 장치는 편광판, 컬러 필터, 개구율 등으로 인해 전체 투과율이 5 ~7% 밖에 되지 않아 동일 기술을 반사형 표시 장치로 구현할 경우 반사율이 낮아 화면이 어두운 단점이 있다. 따라서, 종래 기술의 경우 컬러 필터의 두께를 조절하여 반사율을 향상시키는 방법으로 이러한 문제점을 극복하였다.
도 3은 필터의 두께를 조절한 컬러 필터를 투과한 광의 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 투과율에 대한 개형은 도 2에 표시된 컬러 필터와 같이 중심 파장에서 멀어질수록 투과율은 감소하나 도 2와는 다르게 다른 광의 파장 대역에서도 투과율이 감소하지 않고 일정한 투과율이 유지되는 특성을 보이고 있다.
이러한 특징을 갖는 경우, 컬러 필터의 흡수율이 떨어져 투과 스펙트럼의 전반적인 투과율이 상승되어 전력 효율이 증가하는 장점이 존재하나 어느 하나의 컬러를 표현하더라도 전파장의 일정한 양의 광이 투과되어 색순도가 떨어지는 단점이 존재한다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 고안된 발명으로서, 높은 반사율을 유지하여 효율을 높임과 동시에 높은 색순도를 얻기 위해 고안된 발명이다. 이하 도면들을 통하여 본 발명의 특징에 대해 자세히 설명한다.
도 4와 도 5는 사람의 눈이 물체의 색을 인식하는 과정을 나타낸 도면이다.
일반적으로 사람의 눈이 색을 인식하는 과정은, 도 4에 도시된 바와 같이 빛이 물체에 투사되면, 물체의 반사 스펙트럼에 의해 반사된 광에 의해 색을 인식하게 된다. 따라서, 사람이 인식하는 색은 외부 광원이 가지고 있는 빛의 스펙트럼과 물체가 가지고 있는 고유의 반사 스펙트럼의 곱에 의하여 결정된다. 이는 동일한 물체라 하더라도 외부 광원의 스펙트럼에 의해 물체의 색이 다르게 인식 될 수 있음을 의미한다.
따라서, 반사형 표시 장치 또한, 사람의 눈이 물체의 색을 인식하는 방법과 같이 조명에 의해 빛이 물체에 투사되면 물체의 반사 스펙트럼에 의해 반사된 광에 의해 색을 인식하게 된다.
즉. 반사형 디스플레이의 색은 조명의 스펙트럼과 물체의 반사 스펙트럼의 곱에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 원리를 이용하여 외부 광원에 스펙트럼에 의해 반사형 표시 장치의 색순도를 높이는 것에 그 특징이 존재한다.
도 6은 이러한 원리를 이영하여 대역폭을 넓힌 컬러 필터를 투과한 광의 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 컬러 필터(150)는 종래 컬러 필터가 가지고 있는 대역폭 보다 더 넓은 대역폭을 갖고 있다. 따라서, 본 발명의 컬러 필터(150)를 통과한 광은 종래 컬러 필터를 투과한 광의 반치폭 보다 넓은 반치폭을 갖고 있음을 알 수 있다.
반치폭(Half-Amplitude)이란, 산 모양으로 된 분포를 나타낸 스펙트럼에 있어서, 그 스펙트럼의 최대 값의 1/2에 해당하는 점들간의 폭을 말한다. 투과율 등의 파장 의존성을 나태는 곡선의 경우 파장폭을 의미하기도 한다.
도 3과 도 6을 참조하면, 도 6의 경우 필터의 대역 통과폭을 넓게 조절하였기 때문에 스펙트럼 간에 오버랩(Overlap) 되는 구간이 도 3에 비해 더 넓은 특성을 갖고 있다.
도 3의 경우, 녹색 광의 스펙트럼과 적색 광의 스펙트럼이 오버랩이 시작되는 지점은 투과율이 50%정도 되는 지점에서 교차를 시작해서 투과율이 낮아질수록 서로 겹치는 구간은 넓어진다.
그러나 도 6의 컬러 필터(150)의 경우 대역폭을 넓혔기 때문에 본 발명의 컬러 필터(150)를 투과한 광의 스펙트럼에서, 오버랩이 시작되는 구간은 투과율이 80프로 이상이 되는 지점에서 시작하며 점차 투과율이 낮아질수록 오버랩 되는 구간이 넓어지기 시작한다.
따라서, 도 6의 경우 도 3과는 다르게 통과되는 대역폭이 넓기 때문에 투과되는 광량은 증가하게 되고 이에 따라서 컬러 필터 전체의 투과율이 증가하게 된다. 따라서, 컬러 필터의 대역폭을 넓힌 경우 컬러 필터 전체의 반사율이 증가하여 반사형 표시 장치의 전력 효율이 증가하는 장점을 가지고 있다.
그러나, 이러한 컬러 필터의 경우 상기 설명한 바와 같이 투과율은 증가하나 필터를 투과한 광들간 오버랩되는 구간이 많아 색순도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 그러나 본 발명의 경우 외부 광원이 엘이디(LED)와 같이 색순도가 높은 광원이 외부 광원으로 사용되는 경우 투과율은 유지되면서 높은 색순도로 화상을 표현할 수 있는 효과가 존재한다. 이하 도면들을 통하여 비교 설명하도록 한다.
도 7은 엘이디(LED)나 레이저(Laser)와 같이 적색, 녹색, 청색의 색순도가 높은 광이 혼합된 광원의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
자연광인 경우 모든 광이 혼합되어 있기 때문에 적색, 녹색, 청색이 구분이 어려우나 엘이디(LED)나 레이저(Laser)는 도 7에 도시된 바와 같이 서로 섞여있지 않은 색순도가 높은 스펙트럼을 갖고 있다. 따라서, 엘이디(LED)나 레이저(Laser)는 표시 장치의 백라이트 광원으로 많이 사용되고 있다.
다만, 종래 컬러 필터의 경우 엘이디(LED)나 레이저(Laser)가 외부 광원으로 사용되었을 경우 색순도가 저하되는 문제가 발생된다. 이하 도면 8을 통하여 설명하도록 한다.
도 8은 반사형 표시 장치에서 두께를 조절한 컬러 필터를 사용한 경우 외부로 표출되는 녹색광의 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
외부로 표출되는 반사광의 스펙트럼은 컬러 필터를 투과환 외부 광원의 스펙트럼에 의해 결정되므로, 필터의 두께를 조절한 컬러 필터를 통과한 광원의 스펙트럼은 도 8의 가장 오른쪽에 도시된 바와 같이 그려진다.
이러한 경우, 녹색 중심 파장의 광은 높은 투과율을 갖는 반면 청색, 적색의 스펙트럼은 투과율이 감소되어 광량이 줄어들게 된다. 이러한 경우 청색과 적색의 광량은 줄어 들기는 하나 녹색광 스펙트럼에 청색과 적색의 스펙트럼이 포함되어 있어 색순도가 좋지 않은 문제가 발생한다.
그러나 컬러 필터의 대역폭을 넓힌 컬러 필터를 사용하는 경우, 이러한 색순도가 저하되는 문제점이 해결될 수 있다. 이하 도 9 ~ 12을 통하여 자세히 알아보도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 알쥐비(RGB) 색순도가 높은 광원을 외부 광원으로 사용하였을 때, 필터의 대역폭을 조절한 컬러 필터(150)를 통과한 녹색 광의 스펙트럼을, 도 10은 적색 광의 스펙트럼을, 도 11은 청색 광의 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 컬러 필터(150)는 컬러 필터의 대역폭을 넓혔기 때문에 투과되는 광량이 증가한다. 따라서 전반적인 반사율을 높일 수 있어 효율이 증가되는 장점이 존재한다.
그리고 본 발명의 컬러 필터(150)는 필터의 두께를 조절하는 것이 아니기 때문에 필터의 투과율은 도 3에 도시된 것처럼 중심파장에서 멀어져도 투과율이 유지되는 것이 아니라 도 6에 도시된 바와 같이 투과율은 0으로 수렴한다. 따라서, 컬러 필터를 투과한 광의 대역폭은 도 9에 도시된 바와 같이 적색광과 청색광의 스펙트럼은 거의 존재하지 않게 되고 녹색광의 스펙트럼만이 존재하는 것을 알 수 있다.
이러한 경우, 도 8에 도시된 바와 다르게 적색광과 청색광의 스펙트럼이 컬러 필터에 대부분 흡수되고 순수한 녹색광만의 스펙트럼만이 존재하게 되므로 높은 색순도를 가진 화상이 외부로 표현될 수 있는 효과가 존재한다.
도 10 또한, 도 9와 비슷한 원리에 의해 컬러 필터(150)를 투과하여 높은 색순도를 갖는 적색 광의 스펙트럼을 도시한 도면이다.
적색광을 기준으로 설명하면, 본 발명의 컬러 필터(150)는 순수한 적색광의 파장 대역에서는 높은 투과율을 보이고 청색과 녹색의 파장 대역에서는 매우 낮은 투과율을 보인다.
따라서, 엘이디(LED)와 같이 색순도가 높은 광원이 적색 필터(151)를 통과하는 경우. 도 10에 도시된 바와 같이 청색광과 녹색광의 스펙트럼은 거의 존재하지 않고 적색에 대해서만 색순도가 높은 스펙트럼을 얻을 수 있다. 따라서, 높은 색순도를 가진 화상이 외부로 표현될 수 있다.
도 11 또한, 도 9 및 도 10과 비슷한 원리에 의해 컬러 필터(150)를 투과하여 높은 색순도를 갖는 적색 광의 스펙트럼을 도시한 도면이다.
청색광을 기준으로 설명하면, 본 발명의 컬러 필터(150)는 순수한 청색광의 파장 대역에서는 높은 투과율을 보이고 적색과 녹색의 파장 대역에서는 매우 낮은 투과율을 보인다.
따라서, 엘이디(LED)와 같이 색순도가 높은 광원이 청색 필터(152)를 통과하는 경우. 도 11에 도시된 바와 같이 적색광과 녹색광의 스펙트럼은 거의 존재하지 않고 청색에 대해서만 색순도가 높은 스펙트럼을 얻을 수 있다. 따라서, 높은 색순도를 가진 화상이 외부로 표현될 수 있다.
도 12는 도 9 ~ 11에서 설명한 적색 필터(151), 녹색 필터(152), 청색 필터(153)를 통과한 각각의 광원에 대한 스펙트럼을 종합적으로 나타낸 도면이다.
조명광의 경우 엘이디(LED)처럼 색순도가 높은 광원이 사용되기 때문에 스펙트럼이 분리되어 표현되며, 컬러 필터의 경우 기존의 컬러 필터 보다 높은 대역폭을 갖고 있다.
따라서 이러한 본 발명의 컬러 필터(150)를 투과한 광의 스펙트럼은 도 12의 가장 오른쪽에 도시된 바와 같이 3가지 색이 분리된 색순도가 높은 스펙트럼을 얻을 수 있다.
이상 지금까지 대역폭을 넓힌 컬러 필터(150)를 적용한 본 발명에 해당하는 반사형 표시 장치(100)에 대해 알아보았다.
이하 본 발명의 또 다른 실시예로서, 본 발명의 반사형 표시 장치(100)를 포함하고 있는 선택형 표시 장치(300)에 대해 자세히 알아본다.
선택형 표시 장치란, 외부 화상을 표현함에 있어서 필요한 광원을 외부로부터 받아 표현하는 반사형 표시 장치와 내부에 광을 공급하는 광원이 내장되어 있어 이로부터 광원을 공급받는 투과형 표시 장치가 같이 존재하는 장치를 말한다.
반사형 표시 장치의 경우 상기 설명한 바와 같이 외부 광원의 세기와 색순도에 따라 표현되는 광의 스펙트럼이 달라지는 단점이 존재한다. 그러나 선택형 표시 장치의 경우 반사형 표시 장치와 선택형 표시 장치를 선택적으로 가동할 수 있기 때문에 이러한 단점을 극복할 수 있다.
즉, 외부 광원의 공급이 좋은 경우 반사형 표시 장치로 작동하여 화상을 출력하고, 외부 광원의 공급이 좋지 않은 경우 선택형 표시 장치로 작동을 하여 외부 화상을 출력함으로써 언제든지 사용자에게 색순도가 좋은 화상을 공급할 수 있다는 것에 장점이 존재한다.
이하 도면을 통하여 본 발명에 해당하는 선택형 표시 장치(300)에 대해 자세히 알아보도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선택형 표시 장치(300)는 서로 이격되어 배치되는 상부 기판(110)과 하부 기판(120), 그리고 상부 기판(110)과 하부 기판(120) 사이에 배치되는 액정층(130)과 액정층(130) 하부에 배치되는 반사판(140) 그리고 액정측(130) 상부에 배치되며, 미리 정해진 색상의 광만을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터(150)를 포함할 수 있다.
또한, 컬러 필터(150)의 대역폭은 컬러 필터(150)를 투과하는 광의 반치폭보다 넓은 범위의 대역폭을 갖고 반사판(140)은 광이 반사되는 반사형 모드와 광이 투과될 수 있는 투과형 모드로 상호 전환될 수 있는 것을 특징으로 한다.
선택형 표시 장치(300)의 상부 기판(110)과 하부 기판(120), 그리고 두 기판(110, 120)에 사이에 배치되는 액정층(130)과 액적층(130) 상부에 배치되는 컬러 필터(150)는 도 1에서 설명한 바와 같으므로 이하 생략하고, 선택형 표시 장치(300)의 동작 원리와 선택형 표시 장치(300)의 특징인 반사판(140)과 라이트 광원(200)에 대해 알아보도록 한다.
선택형 표시 장치(300)는 앞서 설명한 반사형 표시 장치(100)의 성질 및 특징을 모두 갖고 있으므로 외부 광원의 공급이 좋은 경우 도 1에 설명한 바와 같이 동작을 함으로써, 외부에 화상을 표현할 수 있다. 그러나 외부 광원의 공급이 좋지 않아 출력되는 화상이 좋지 않은 경우 별도의 광원을 공급함으로써 반사형 표시 장치(100)의 단점을 극복할 수 있다.
이를 자세히 살펴보면, 본 발명이 선택형 표시 장치(100)로 작동이 되는 경우, 반사판(140)은 반사형 표시 장치처럼 외부 광원(L1)을 반사시키는 것이 아니라 그대로 빛을 투과시키는 투과형 모드로 변환된다. 따라서, 이 경우 외부 광원(L1)은 반사판(140)을 그대로 통과하기 때문에 다시 외부로 출력되지 않는다. 즉, 외부 광원(L1)은 화상을 표현하는 광원에 이용되지 않는다.
그러나 이러한 경우, 색순도가 높은 엘이디(LED)와 같은 라이트 광원(200)이 빛을 공급해주는 광원 역할을 한다.
라이트 광원(200)이 하는 원리는 일반적인 투과형 표시 장치에서 백라이트가 하는 기능과 동일하다. 따라서 라이트 광원(200)은 빛을 내는 광원(210)과 도광판(220)을 구비할 수 있다.
도광판(220)은 PMMA, PC 등의 투과성 재료로 제조되는 평판형상의 부재를 포함할 수 있다.
도광판(220)은 광원(210)으로부터 출력되는 광이 입사되는 측면(230)과, 측면(230)과 교차되는 전면(240) 및 후면(250)을 구비할 수 있다. 전면(240)과 후면(250)은 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 도광판(220)의 전면(240)과 후면(250) 중 적어도 어느 한 면에는 측면을 통하여 입사된 광을 전면(240)으로 안내하기 위한 광안내수단(260)을 포함할 수 있다. 광안내수단(260)은 살란팬턴, 회절팬턴 등을 포함할 수 있다.
라이트 광원(200)은 도 14에 도시된 바와 같이 후면에 위치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 반사형 표시 장치의 특성을 고려하여 전면에 배치될 수 도 있다.
광원(210)으로는 엘이드(LED)나 레이지(Lazer) 등이 사용될 수 있다.
도 13을 참고하여 선택형 표시 장치(300)의 동작 원리를 설명하면, 라이트 광원(200)에 의해 조명광(L2)이 필터영역(150)에 입사되는데 이러한 경우 반사판(140)은 투과모드로 전화되어 있기 때문에 빛은 반사되지 않고 반사판(140)을 그대로 투과한다.
그 후 이러한 조명광이(L2)이 필터영역(150)에 입사되면 각 서브필터영역(151, 152, 153)에 해당하는 파장 대역의 광은 투과되고 나머지는 흡수되어 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 광이 형성 될 수 있다. 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 광은 액정층(130)이 전기적 제어에 의해 온(ON) 또는 오프(OFF) 됨으로써 액정층(130)을 투과하거나 또는 투과하지 못한다. 액정층(130)을 투과한 광은 외부로 표출되고 이러한 원리에 의하여 컬러 화상이 표현될 수 있다.
이상 도 13을 통해 선택형 표시 장치(300)의 동작 원리에 대해 알아보았다. 이하 도 14를 통해 선택형 표시 장치(300)의 구성 및 동작 순서에 대해 알아본다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 선택형 표시 장치(300)는 반사형 표시 장치(100)와 라이트 광원(200) 그리고 측정부(270)와 제어부(280) 및 선택부(290)를 포함할 수 있다.
반사형 표시 장치(100)에 대해서는 도 1 ~ 도 12를 통해, 라이트 광원(200)에 대해서는 도 13을 통해 자세히 설명하였는바 반사형 표시 장치(100)와 라이트 광원(200)에 대한 설명은 생략하도록 한다.
측정부(270)는 외부 광원의 스펙트럼을 측정하는 역할을 할 수 있다. 즉. 선택형 표시 장치(300)에 있어서, 어떠한 모드로 작동이 될지 여부는 외부 광원의 스펙트럼에 의해 결정되어지기 때문에 측정부(270)는 외부 광원의 스펙트럼을 파악하여 이를 제어부(280)에 송신하는 역할을 한다.
제어부(280)는 측정부(270)에 의해 측정된 외부 광원의 스펙트럼을 기초로 반사판(140)과 라이트 광원(200)을 제어하는 역할을 할 수 있다.
즉, 제어부(280)는 측정부(270)에 의해 측정된 외부 광원의 스펙트럼을 분석한 결과 외부 광원의 스펙트럼이 제 1 형태로 판단되는 경우, 반사판(140)을 반사형 모드로 전환시키고 상기 라이트 광원(200)의 전원을 오프(OFF)시킨다.
여기서 말하는 제 1형태란, 외부 광원의 스펙트럼이 색순도가 좋고 광량이 충분한 상태로서 반사형 모드로 충분히 좋은 화상을 표현할 수 있는 경우를 말한다.
이러한 경우 굳이 라이트 광원(200)을 작동시킬 필요는 없으므로 반사판(140)을 반사형 모드로 바꾸고 라이트 광원(200)을 오프(OFF)시켜 반사형 모드로 화상을 출력시킬 수 있다. 이러한 경우 라이트 광원(200)을 사용하지 않고도 색순도가 좋은 화상을 외부로 표현할 수 있는 장점이 존재한다.
그러나 측정부(270)에 의해 측정된 외부 광원의 스펙트럼을 분석한 결과 외부 광원의 스펙트럼이 제 2 형태로 판단되는 경우, 제어부(280)는 반사판(140)을 투과형 모드로 전환시키고 상기 라이트 광원(200)의 전원을 오프(ON)시킨다.
여기서 말하는 제 2형태란, 외부 광원의 스펙트럼이 색순도가 좋지 않고 광량이 충분하지 않은 상태를 말하는 경우로서, 반사형 표시 장치만으로는 색순도가 좋은 화상을 표현할 수 없는 형태를 말한다. 따라서, 이러한 경우 투과형 모드로 전환을 하여 외부로 화상을 표현한다.
따라서, 외부 광원에 의존하는 반사형 표시 장치의 단점을 보완할 수 있어 언제든지 사용자에게 색순도가 좋은 화상을 공급할 수 있는 장점이 존재한다.
선택부(290)는 사용자가 본 발명을 반사형 모드로 사용할지, 아니면 투과형 모드로 사용할지 선택할 수 있는 역할을 한다.
즉, 제어부(280)에 의해 판단된 모드 반사형 모드라 할지라도 사용자의 기호에 따라 투과형 모드로 변환시켜 사용하고자 하는 경우 투과형 모드로 화상을 표현할 수 있어 좀 더 사용자의 기호에 맞는 화상을 표현할 수 있는 장점이 존재한다.
지금까지 본 발명의 다양한 실시예를 통하여 본 발명의 특징 및 효과에 대해 알아보았다.
종래 반사형 표시 장치의 경우, 반사율을 높이기 위해 컬러 필터의 두께를 조절하여 반사율을 높였으나, 이러한 경우 색순도가 저하되는 문제가 존재하였다.
그러나 본 발명의 경우 컬러 필터의 두께를 조절하는 것이 아니라 컬러 필터를 투과하는 필터의 대역폭을 넓혀 반사율을 높였기 때문에 전력 효율이 좋아짐과 동시에 색순도가 높은 화상을 구현할 수 있는 효과가 존재한다. 또한, 주변 환경에 따라 반사형 모드와 투과형 모드를 선택할 수 있어 사용자에게 보다 안정적으로 좋은 화상을 공급할 수 있는 효과도 존재한다.
지금까지 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 반사형 표시 장치
110: 상부 기판
120: 하부 기판
130: 액정층
140: 반사판
150: 컬러 필터
200: 라이트 광원
270: 측정부
280: 제어부
290: 선택부
300: 선택형 표시 장치

Claims (15)

  1. 서로 이격되어 배치되는 두 기판;
    상기 두 기판 사이에 배치되는 액정층;
    상기 액정층 하부에 배치되는 반사판;
    상기 액정측 상부에 배치되며, 미리 정해진 색상의 광만을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터를 포함하고
    상기 컬러 필터는,
    상기 컬러 필터를 투과하는 광의 반치폭보다 넓은 범위의 대역폭을 갖는 반사형 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 컬러 필터는,
    적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 또는 청색 컬러 필터 중 어느 하나를 포함하는 반사형 표시 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 컬러 필터의 투과율은,
    상기 컬러 필터를 투과한 녹색광과 적색광의 스펙트럼이 교차하는 지점의 파장의 투과율이 50% 이상 80% 이하인 반사형 표시 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 컬러 필터의 투과율은,
    상기 컬러 필터를 투과한 녹색광과 청색광의 스펙트럼이 교차하는 지점의 파장의 투과율이 50% 이상 80% 이하인 반사형 표시 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 녹색 컬러 필터의 대역폭은,
    상기 녹색 컬러 필터를 투과한 녹색광의 반치폭이 120nm 이상, 160nm 이하인 반사형 표시 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 적색 컬러 필터의 대역폭은,
    상기 적색 컬러 필터를 투과한 적색광의 반치폭이 120nm 이상, 160nm 이하인 반사형 표시 장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 청색 컬러 필터의 대역폭은,
    상기 청색 컬러 필터를 투고한 청색광의 반치폭이 120nm 이상 160nm 이하인 반사형 표시 장치.
  8. 서로 이격되어 배치되는 두 기판;
    상기 두 기판 사이에 배치되는 액정층;
    상기 액정층 하부에 배치되는 반사판;
    상기 액정측 상부에 배치되며, 미리 정해진 색상의 광만을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터;
    상기 반사판 하부에 배치되며, 상기 액정측에 빛을 공급하는 라이트 광원을 포함하고
    상기 컬러 필터는 상기 컬러 필터를 투과하는 광의 반치폭보다 넓은 범위의 대역폭을 갖고 상기 반사판은 상기 광이 반사되는 반사형 모드와 상기 광이 투과될 수 있는 투과형 모드로 상호 전환될 수 있는 선택형 표시 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    외부 광원에서 방출되는 광의 스펙트럼을 측정하는 측정부를 더 포함하는 선택형 표시 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 라이트 광원의 세기와 상기 반사판의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 선택형 표시 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 측정부에 의해 측정된 스펙트럼 형태에 따라 상기 라이트 광원의 세기 및 상기 반사판의 동작을 제어하는 선택형 표시 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 측정부에 의해 측정된 스펙트럼의 형태가 제 1형태로 판단되는 경우, 상기 반사판을 반사형 모드로 전환시키고 상기 라이트 광원의 전원을 오프(OFF)시키는 선택형 표시 장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 측정부에 의해 측정된 스펙트럼의 형태가 제 2형태로 판단되는 경우, 상기 반사판을 투과형 모드로 전환시키고 상기 라이트 광원의 전원을 온(ON)시키는 선택형 표시 장치.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 라이트 광원의 세기와 상기 반사판의 동작을 사용자가 선택할 수 있는 선택부를 더 포함하는 선택형 표시 장치.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 라이트 광원은,
    엘이디(LED) 또는 레이저(Laser)를 포함하는 선택형 표시 장치.
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