KR101482625B1

KR101482625B1 - 투과 및 반사 전환형 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR101482625B1
Application number: KR20080059769A
Authority: KR
Inventors: 황성모; 이문규; 민지홍
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2028-06-24
Also published as: JP2010009040A; US20090316070A1; JP5502377B2; KR20100000322A

Abstract

투과 및 반사 전환형 디스플레이 장치가 개시된다.

개시된 디스플레이 장치는, 복수 개의 화소가 메트릭스 형태로 배열된 디스플레이 장치로서, 상기 화소는, 제1 편광판; 상기 제1 편광판 하부에 구비되는 것으로 전기적 제어에 의해 입사광의 투과율을 조절하는 액정층; 상기 액정층의 하부에 구비되는 반사형 제2편광판; 상기 제2편광판의 하부에 구비되는 백라이트 유닛; 및 상기 백라이트 유닛의 하부에 구비되는 광 흡수층;을 포함하고, 외부광을 이용하여 화상을 표시하는 반사 모드와 상기 백라이트 유닛을 이용하여 화상을 표시하는 투과 모드가 상호 전환 가능하다.

Description

투과 및 반사 전환형 디스플레이 장치{Display apparatus switchable between transmissive mode and reflective mode}

본 발명은 반사형 편광판을 이용한 투과 및 반사 전환형 디스플레이 장치에 관한 것이다.

근래에는 통신 기술 및 디스플레이 장치의 발달로 휴대용 단말기가 많이 개발되고 있다. 휴대용 단말기로는 예를 들어 PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 등이 있다. 이러한 휴대용 단말기에 사용되는 수광형 평판 디스플레이의 일종인 액정 표시 장치는 자체적인 발광 능력이 없기 때문에, 광원으로부터 조사된 조명 광을 화소마다 투과율을 조절하여 영상을 형성한다. 이를 위하여 액정 디스플레이 장치의 배면에는 광을 조명하는 백라이트 유닛이 설치된다.

그런데, 휴대용 단말기는 휴대성의 특성 상 사용 장소에 제한 없이 어느 곳에서나 사용할 수 있으며, 태양 광이 비추는 외부에서 사용하는 경우도 많다. 이때, 화면 밝기가 상대적으로 어두워 디스플레이의 시인성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 사용 장소에 제한 없이 사용할 수 있다는 휴대용 단말기의 이점을 충 분히 활용할 수 없다. 또한, 옥외 광고판이나 조명이 밝게 비치는 공공 장소에서의 전시 디스플레이에 액정 디스플레이가 채용되는 경우에도 시인성이 확보되지 않는 한 그 활용도가 크지 않다. 이러한 문제를 해결하기 위해 외부광을 이용하는 반사 모드와 백라이트 유닛을 이용하는 투과 모드를 구비한 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 그런데, 일반적으로 반투과형(transrflective) 디스플레이 장치는 반사 모드를 위한 영역과 투과 모드를 위한 영역이 분리되어 있고, 하나의 화소를 두 영역으로 나누어 사용하고 있어 투과 모드와 반사 모드의 해상도가 저하되고, 각각의 모드에서 동시에 최대의 휘도를 달성할 수 없다.

본 발명은 외부광을 이용하는 반사 모드와 백라이트 유닛을 이용하는 투과 모드를 포함하고, 액정 셀을 나누지 않고 전체로서 반사 모드와 투과 모드를 구현하는 투과 및 반사 전환형 디스플레이 장치를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 투과 및 반사 전환형 디스플레이 장치는, 복수 개의 화소가 메트릭스 형태로 배열된 디스플레이 장치로서, 상기 화소는,

제1 편광판; 상기 제1 편광판 하부에 구비되는 것으로 전기적 제어에 의해 입사광의 투과율을 조절하는 액정층; 상기 액정층의 하부에 구비되는 반사형 제2편광판; 상기 제2편광판의 하부에 구비되는 백라이트 유닛; 및 상기 백라이트 유닛의 하부에 구비되는 광 흡수층;을 포함하고, 외부광을 이용하여 화상을 표시하는 반사 모드와 상기 백라이트 유닛을 이용하여 화상을 표시하는 투과 모드가 상호 전환 가능한 것을 특징으로 한다.

상기 제1 편광판 상부에 확산판이 구비된다.

상기 확산판이 상기 제1 편광판에 밀착되어 공기 층의 매개 없이 구비된다.

상기 확산판의 상부에 반사 방지층이 더 구비된다.

상기 제2 편광판이 상기 액정층 내에 인셀 구조로 구비된다.

상기 제2 편광판과 백라이트 유닛 사이에 1/4 파장판이 더 구비된다.

상기 백라이트 유닛과 광 흡수층 사이에 반사형 제3 편광판이 더 구비된다.

상기 제1편광판과 액정층 사이에 제1 칼라 필터층이 구비되고, 상기 제2편광판 하부에 제2 칼라 필터층이 구비된다.

상기 확산판이 경사 입사광에 대해서는 헤이즈가 작고, 정면 입사광에 대해서는 헤이즈가 크도록 설계된다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 투과 및 반사 전환형 디스플레이 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 하나의 화소를 도시한 것으로, 디스플레이 장치는 이러한 화소들이 메트릭스 형태로 배열되어 구성된다. 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이 장치는 제1 편광판(5), 액정층(10), 반사형의 제2 편광판(13), 백라이트 유닛(20), 및 광흡수층(25)을 포함한다. 본 발명에서는 외부광을 이용하여 영상을 표시하는 반사 모드와 상기 백라이트 유닛(20)으로부터의 광을 이용하여 영상을 표시하는 투과 모드가 각각 하나의 화소 영역 전체를 통해 구현된다. 즉, 하나의 화소가 반사 모드를 위한 영역과 투과 모드를 위한 영역으로 나뉘어 사용되지 않고, 화소 전체를 통해 반사 모드가 구현되거나 화소 전체를 통해 투과 모드가 구현된다.

상기 제1 편광판(5)은 흡수형으로, 예를 들어 제1 편광의 광은 투과하고, 제1 편광에 직교하는 제2 편광의 광은 흡수한다. 상기 액정층(10)은 인가되는 전압의 크기에 따라 광의 투과율을 조절한다. 액정층(10)은 TN(Twisted Nematic) 액정, VA(Vertical Alignment) 액정, 또는 ECB(Electrically Controlled Birefringence) 액정 등으로 구성될 수 있다. 상기 액정층(10)은 제1 투명 기판(7)과 제2 투명 기 판(15) 사이에 구비되며, 상기 제2 편광판(13)은 상기 액정층(13) 내에 인셀(in-cell) 구조로 구비될 수 있다. 인셀 구조는 상기 제2 편광판(13)이 제2 투명 기판(15)의 상부 쪽 액정층의 내부에 구비되는 것을 나타낸다. 이와 같이 제2 편광판(13)을 인셀 구조로 구비하면 제2 편광판(13)이 액정층의 바깥 쪽에 배치된 경우에 비해 액정층에서 변조된 영상의 광경로가 짧아져 반사 모드에서 영상이 이웃하는 화소를 투과함으로써 발생하는 시차(parallax) 문제를 줄일 수 있다. 상기 제2 편광판(13)은 반사형으로 제1 편광의 광은 반사하고, 제2 편광의 광은 투과한다.

한편, 휴대용 단말기 또는 일반 디스플레이 장치에 사용되는 수광형 평판 디스플레이의 일종인 액정 디스플레이 장치는 자체적인 발광 능력이 없기 때문에, 별도의 조명 광원이 요구된다. 액정 패널을 이용한 디스플레이 장치는 조명 광을 화소마다 투과율을 조절하여 영상을 형성한다. 이러한 조명 광원으로 액정 패널의 배면에는 광을 조명하는 백라이트 유닛(20)이 설치된다. 본 발명에서는 상기 백라이트 유닛(20)으로부터의 광을 이용하여 영상을 형성하거나 외부광을 이용하여 영상을 형성하는 것이 가능하다. 백라이트 유닛(20)은 광원의 배치 형태에 따라서 직하형(direct light type)과, 측광형(edge light type)으로 분류된다. 직하형은 액정 패널의 바로 아래에 설치된 램프가 광을 액정 패널에 직접 조사하는 방식이고, 측광형은 도광판을 통해 광을 액정 패널에 조사하는 방식이다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 직하형과 측광형 양쪽에 적용 가능하다. 상기 백라이트 유닛(20)은 콜리메이팅 광을 출사하도록 설계되어 액정층에서 경사 입사광이 누광되는 것을 억제한다. 상기 백라이트 유닛(10)은 예를 들어 휘도의 반치전각(Full width at half maximum: FWHM)이 ±20° 범위로 집광된 광을 출사한다. 액정층에서는 경사 입사광이 누광되는 특성이 있는데, 이와 같이 콜리메이팅 광을 출사함으로써 액정층에서 경사 입사광의 누광을 감소시켜 투과 모드에서의 명암비(CR) 특성을 개선한다. 상기 백라이트 유닛(20)의 하부에는 광을 흡수하는 광 흡수층(25)이 구비된다.

다음은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 동작을 초기 수직 배향 상태의 VA 액정 모드를 이용하여 설명한다. 도 2a와 도 2b는 반사 모드가 구현되는 동작을 보여준다. 도 2a는 외부광을 이용하여 백색을 구현하는 동작을 도시한 것으로, 액정층(10)에 전압이 인가되지 않는다. 무편광 상태의 외부광이 제1 편광판(5)을 통과할 때 제1 편광의 광만이 투과되고, 액정층(10)에 전압 미인가시 액정층(10)은 위상 지연을 발생하지 않으므로 제1 편광의 광이 액정층(10)에 입사되면 위상 지연 없이 제2 편광판(13)에 입사된다. 제1 편광의 광은 상기 제2 편광판(13)에서 반사되어 액정층(10)을 통해 제1 편광판(5)에 입사된다. 제1 편광의 광은 제1 편광판(5)을 통과해 외부로 출력되어 백색을 구현한다. 도 2b는 반사 모드에서 블랙을 구현하는 동작을 도시한 것으로, 액정층(10)에 전압이 인가된다. 무편광 상태의 외부광이 제1 편광판(5)을 통과할 때 제1 편광의 광만이 투과되고, 전압이 인가된 액정층(10)에서는 1/2 파장의 위상 지연이 발생하므로 상기 제1 편광의 광은 액정층(10)을 통해 제2 편광의 광으로 변환되어 제2 편광판(13)에 입사된다. 상기 제2 편광판(13)은 제2 편광의 광을 투과시키므로 제2 편광의 광은 제2 편광판(13)과 백라이트 유닛(20)을 통과해 광 흡수층(25)에서 흡수된다. 따라서, 액정층(10)에 전압이 인가된 상태에서는 블랙이 구현된다.

다음, 도 3a와 도 3b는 투과 모드가 구현되는 동작을 보여준다. 도 3a는 백라이트 유닛(20)으로부터 출사된 광을 이용하여 블랙을 구현하는 동작을 도시한 것으로, 액정층(10)에 전압이 인가되지 않는다. 백라이트 유닛(20)에서 출사된 무편광의 광은 제2 편광판(13)에 입사되어 제1 편광의 광은 반사되고 제2 편광의 광은 투과되어 액정층(10)에 입사된다. 상기 반사된 제1 편광의 광은 백라이트 유닛(20)을 통과해 광 흡수층(25)에서 흡수되고, 상기 액정층(10)에 입사된 제2 편광의 광은 액정층(10)에서 위상 지연이 발생되지 않아 편광 방향의 변화 없이 제1 편광판(5)에 입사된다. 여기서, 제2 편광의 광은 제1 편광판(5)에 흡수되기 때문에 블랙이 구현된다. 도 3b는 백라이트 유닛(20)으로부터 출사된 광을 이용하여 백색을 구현하는 동작을 도시한 것으로, 액정층(10)에 전압이 인가된다. 백라이트 유닛(20)에서 출사된 무편광의 광은 제2 편광판(13)에 입사되어 제1 편광의 광은 반사되고 제2 편광의 광은 투과되어 액정층(10)에 입사된다. 상기 반사된 제1 편광의 광은 백라이트 유닛(20)을 통과해 광 흡수층(25)에서 흡수되는 한편, 제2 편광의 광은 액정층(10)에서 1/2 파장만큼 위상 지연되어 제1 편광의 광으로 변환되어 제1 편광판(5)에 입사된다. 제1 편광의 광은 제1 편광판(5)을 통과해 외부로 출력되어 백색을 구현한다.

다음, 도 4a는 상기 제2 투명 기판(15)과 백라이트 유닛(20) 사이에 1/4 파장판(16)이 더 구비된 예를 도시한 것이다. 여기서, 상기 1/4 파장판(16)을 이용하여 반사 모드에서의 명암비(CR)를 향상하고자 한 것이다. 도 4a는 반사 모드에서 백색을 구현하는 동작을 도시한 것으로, 무편광의 외부광이 제1 편광판(5)을 통과 할 때 제1 편광의 광이 투과되어 액정층(10)으로 입사되고, 액정층(10)에 전압 미인가시 상기 제1 편광의 광은 위상 지연 없이 제2 편광판(13)에서 반사되어 액정층(10)과 제1 투명 기판(7) 및 제1 편광판(5)을 통과해 외부로 출력된다. 도 4b는 반사 모드에서 블랙을 구현하는 동작을 도시한 것으로, 무편광의 외부광이 제1 편광판(5)을 통해 제1 편광의 광만이 액정층(10)에 입사되고, 전압이 인가된 액정층(10)에서 제2 편광의 광으로 변환되어 제2 편광판(13)을 통과한다. 제2 편광의 광은 1/4 파장판(16)에서 제1 원편광으로 변환되어 백라이트 유닛(20)으로 입사된다.일부광은 백라이트 유닛(20)을 통과해 광흡수층(25)에서 흡수되는 한편, 일부광은 백라이트 유닛(20)을 구성하는 광학 필름이나 도광판 등에서 반사되어 상부 쪽으로 되돌아갈 수 있다. 상부 쪽으로 반사된 광은 상기 1/4 파장판(16)에서 제1 편광의 광으로 변환되고, 상기 제1 편광의 광은 제2 편광판(13)에서 반사되어 백라이트 유닛(20)을 통과해 광 흡수층(25)에서 흡수된다. 이와 같이 상기 1/4 파장판(16)을 이용하여 백라이트 유닛(20)에서 되반사되어 외부로 출력될 수 있는 광을 차단함으로써 C/R 특성을 향상할 수 있다. 1/4 파장판은 투과 모드에서는 영향을 미치지 않으므로 투과 모드에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

도 5는 도 1에 도시된 디스플레이 장치의 제1 편광판(5)의 상부에 확산판(2)이 구비된 예를 도시한 것이다. 상기 확산판(2)은 광이 외부로 출력될 때 넓게 퍼지도록 하여 충분한 시야각을 확보하기 위한 것이다. 더욱이 상기 확산판(2)은 제1 편광판(5)과 공기층의 매개 없이 밀착되어 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 이런 경우 확산판과 편광판을 분리하여 구비하는 경우에 비해 투과율이 개선되고 외부광 에 대한 명암비가 증대된다. 즉, 본 발명에서 편광판과 확산판을 일체형으로 형성하는 것은 편광판과 확산판 사이의 계면을 줄여 외부로부터의 광이 반사되는 광량을 감소시킴으로써 외부 시인성을 높이기 위해서이다. 또한, 제1 편광판과 확산판이 일체로 형성될 때, 투과 광량이 증가되어 상기 제2 편광판(13)에서 반사된 광이 외부로 출사되는 광량을 늘릴 수 있다. 상기 확산판(2)의 상부에는 외부광이 반사되어 시인성이 낮아지는 것을 방지하기 위해 반사 방지층(Anti Reflection layer)(1)이 더 구비될 수 있다.

한편, 반사 모드에서는 주로 스크린에 대해 30도 내외의 경사 방향으로 입사하는 외부광을 사용하게 된다. 반사 모드에서는 광이 확산판(2)을 2회 투과하기 때문에 고해상도 영상에서 일부 이미지 겹침 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 상기 확산판(2)을, 경사 입사광에 대해서는 헤이즈(Haze)가 작게 되도록 설계한다. 헤이즈는 투과광에 대한 확산광의 비율로 정의된다. 다시 말하면, 반사 모드에서 주로 이용하게 되는 경사 입사광이 확산판(2)을 통과할 때 많이 확산되지 않도록 설계하여 이미지 겹침 문제가 감소되도록 한다. 반면, 투과 모드에서는 백라이트 유닛(20)에서 콜리메이팅된 광을 출사하여 확산판에 대해 정면 입사하는 광을 주로 이용하게 되며, 이러한 정면 입사광에 대해서는 시야각을 넓히기 위해 확산판(2)에서 많이 확산되도록 할 필요가 있다. 따라서, 투과 모드에서는 정면 입사광에 대해 헤이즈가 크게 되도록 확산판(2)을 설계한다. 이와 같이 상기 확산판(2)을 광의 입사각에 따라 헤이즈가 다르게 되도록 제조함으로써 반사 모드와 투과 모드 양쪽에서 보다 개선된 투과 광량과 시야각을 확보할 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시된 구조의 반사 모드에서의 동작을 도시한 것이다. 도 6a는 외부광을 이용하여 백색을 구현하는 동작을 도시한 것으로, 액정층(10)에 전압이 인가되지 않는다. 무편광 상태의 외부광이 반사 방지층(1), 확산판(2)을 통과해 제1 편광판(5)에 입사되고, 제1 편광판(5)을 통과할 때 제1 편광의 광만이 투과된다. 액정층(10)에 전압 미인가시 액정층(10)은 위상 지연을 발생하지 않으므로 제1 편광의 광이 액정층(10)에 입사되면 위상 지연 없이 제2 편광판(13)에 입사된다. 제1 편광의 광은 상기 제2 편광판(13)에서 반사되어 액정층(10)을 통해 제1 편광판(5)에 입사된다. 제1 편광의 광은 제1 편광판(5)을 통과해 외부로 출력되어 백색을 구현한다. 도 6b는 반사모드에서 블랙을 구현하는 동작을 도시한 것으로, 액정층(10)에 전압이 인가된다. 무편광 상태의 외부광이 반사 방지층(1)과 확산층(2)을 통과해 제1 편광판(5)에 입사되어 제1 편광의 광만이 투과되고, 전압이 인가된 액정층(10)에서는 상기 제1 편광의 광이 제2 편광의 광으로 변환되어 제2 편광판(13)에 입사된다. 상기 제2 편광판(13)은 제2 편광의 광을 투과시키므로 제2 편광의 광은 제2 편광판(13)을 투과하여 백라이트 유닛(20)을 통과해 광 흡수층(25)에서 흡수된다. 따라서, 액정층(10)에 전압이 인가된 상태에서는 블랙이 구현된다.

다음, 도 7a와 도 7b는 투과 모드가 구현되는 동작을 보여준다. 도 7a는 백라이트 유닛(20)으로부터 출사된 광을 이용하여 블랙을 구현하는 동작을 도시한 것으로, 액정층(10)에 전압이 인가되지 않는다. 백라이트 유닛(20)에서 출사된 무편광의 광은 제2 편광판(13)에 입사되어 제1 편광의 광은 반사되고 제2 편광의 광은 투과되어 액정층(10)에 입사된다. 상기 반사된 제1 편광의 광은 백라이트 유닛(20)을 통과해 광 흡수층(25)에서 흡수되고, 상기 액정층(10)에 입사된 제2 편광의 광은 액정층(10)에서 위상 지연이 발생되지 않아 편광 방향의 변화 없이 제1 편광판(5)에 입사된다. 여기서, 제2 편광의 광은 제1 편광판(5)에 흡수되기 때문에 블랙이 구현된다. 도 7b는 백라이트 유닛(20)으로부터 출사된 광을 이용하여 백색을 구현하는 동작을 도시한 것으로, 액정층(10)에 전압이 인가된다. 백라이트 유닛(20)에서 출사된 무편광의 광은 제2 편광판(13)에 입사되어 제1 편광의 광은 반사되고 제2 편광의 광은 투과되어 액정층(10)에 입사된다. 상기 반사된 제1 편광의 광은 백라이트 유닛(20)을 통과해 광 흡수층(25)에서 흡수되는 한편, 제2 편광의 광은 액정층(10)에서 1/2 파장만큼 위상 지연되어 제1 편광의 광으로 변환되어 제1 편광판(5)에 입사된다. 제1 편광의 광은 제1 편광판(5)을 통과해 확산판(2)에서 확산되어 외부로 출력되어 백색을 구현한다. 백색을 구현하는 광은 상기 확산판(2)을 통해 충분히 확산되어 넓은 시야각을 가질 수 있다.

도 8은 또 다른 변형예로서, 도 5와 비교할 때, 제2 유리 기판(15)과 제2 편광판(13)의 위치가 바뀐 것에 차이가 있으며, 그 외의 구성은 실질적으로 동일하다. 도 5에서는 제2 편광판(13)이 액정층(10) 내에 인셀 구조로 배치되어 있는데 반해, 도 8에서는 제2 편광판(13)이 제2 투명 기판(15)의 하부에 배치된다. 제2 편광판(13)을 제2 투명 기판(15)의 하부에 배치하는 경우에는 기존의 시트형 반사형 편광자를 이용하여 간단하게 제2 편광판(13)을 설치할 수 있는 장점이 있다.

도 9는 칼라를 구현하기 위해 칼라 필터를 구비한 예를 도시한 것이다. 상기 제1 투명 기판(7)의 하부에 제1 칼라 필터층(8)이 구비되고, 상기 제2 편광판(13)과 제2 투명 기판(15) 사이에 제2 칼라 필터층(14)이 구비된다. 제1 칼라 필터층(8))은 서로 다른 칼라 광을 투과시키는 복수 개의 서브 칼라 필터(8a)(8b)(8c)를 포함하고, 이웃하는 서브 칼라 필터 사이에는 이웃하는 화소로부터의 광을 차단하기 위해 블랙 메트릭스(9)가 구비된다. 제2 칼라 필터층(14) 또한 복수 개의 서브 칼라 필터(14a)(14b)(14c)를 포함한다. 여기서, 칼라 필터층을 두 개 구비하는 것은 반사 모드와 투과 모드에서의 칼라 차이를 제거하기 위한 것이다. 다시 말하면, 칼라 필터층이 액정층 위에 하나만 구비된 경우에는 반사 모드에서 광이 칼라 필터층을 두 번 통과하는데 반해 투과 모드에서는 칼라 필터층을 한 번 통과하게 되어 칼라가 서로 다르게 표시될 수 있다. 하지만, 칼라 필터층을 두 개 구비하는 경우에는, 반사 모드에서 광이 제1 칼라 필터층(8)을 두 번 투과하고, 투과 모드에서는 광이 제2 칼라 필터층(14)과 제1 칼라 필터층(8)을 투과하게 되므로 반사 모드와 투과 모드에서 칼라 필터층을 투과하는 광 경로 길이가 같게 되어 반사 모드와 투과 모드에서 칼라 차이가 없어지게 되는 것이다. 도 5와 비교할 때 칼라 필터층을 제외하고는 나머지 구성 요소들이 실질적으로 동일하므로 영상을 구현하는 동작에 대한 설명을 생략하기로 한다.

다음, 도 10은 도 1과 비교할 때 상기 백라이트 유닛(20)과 광 흡수층(25) 사이에 반사형 제3 편광판(23)이 더 구비된 예를 도시한 것이다. 상기 제3 편광판(23)은 투과 모드에서 백라이트 유닛(20)으로부터 출사된 광 중에서 제2 편광판(13)에서 반사된 편광을 재활용하여 광효율을 개선하기 위해 마련된 것이다. 투 과 모드에서의 동작을 살펴보면, 백라이트 유닛(20)에서 출사된 광 중 제1 편광의 광은 반사되고 제2 편광의 광은 투과된다. 제2 편광의 광은 액정층(10)에서의 전압이 on-off 됨에 따라 백색을 구현하거나 블랙을 구현한다. 제2 편광판(13)에서 반사된 제1 편광의 광은 백라이트 유닛(20)을 통과하여 제3 편광판(23)으로 입사한다. 백라이트 유닛(20)은 일반적으로 광원, 도광판 및 각종 광학 필름 등으로 구성되는데 도광판 및 각종 광학 필름은 제조 과정에서 약간의 이방성이 존재하게 된다. 따라서, 제1 편광의 광은 백라이트 유닛(20)과 제1 편광의 광을 반사시키는 제3 편광판(23)사이를 진행하면서 일부 제2 편광의 광으로 변환된다. 제2 편광의 광은 상기 제2 편광판(13)을 투과하여 영상을 형성하는 유효광으로 사용된다. 이와 같이 반사형 제3 편광판을 구비하여 제2 편광판(13)에서 반사된 광을 일정 부분 재활용함으로써 광 이용 효율을 증대시키고, 투과 모드에서의 휘도 개선 및 소비 전력의 절감을 도모할 수 있다.

다음, 도 11은 도 1과 비교할 때 상기 백라이트 유닛(20)과 광 흡수층(25) 사이에 스위칭 미러(24)가 더 구비된 예를 도시한 것이다. 상기 스위칭 미러(24)는 투과 모드에서 백라이트 유닛(20)으로부터 후방으로 출사된 광을 반사시켜 재활용함으로써 광효율을 개선하기 위해 마련된 것이다. 상기 스위칭 미러(24)는 투과모드에서 광을 반사시키는 반사 상태를 유지하다가 전기적인 스위칭에 의해 반사모드에서는 광을 투과시키는 투과상태로 전환된다. 상기 스위칭 미러(24)의 구성 및 동작 예로는 예를 들면 미국 특허 번호 6,647,166를 참조하여 구성할 수 있다.

도 12a는 도 11에 도시된 디스플레이 장치가 투과 모드에서 백색을 구현하는 동작을 보여준다. 상기 백라이트 유닛(20)에서는 전방 및 후방으로 광이 출사되는데 백라이트 유닛(20)에서 전방으로 출사된 광의 동작 특성은 이전에 설명한 바와 동일하다. 한편, 백라이트 유닛(20)에서 후방으로 출사되는 광은 스위칭 미러(24)에서 반사되어 제2 편광판(13)으로 진행하며, 이후의 동작은 도 3a와 도 3b를 참조하여 설명한 것과 동일하다. 결국 백라이트 유닛(20)에서 전방 및 후방으로 출사하는 모든 광을 이용할 수 있게 되어 투과모드에서 광 이용 효율을 증대시키고, 투과 모드에서의 휘도 개선 및 소비 전력의 절감을 도모할 수 있다. 또한, 스위칭 미러(24) 위에 편광 변환층 또는 1/4 파장판(미도시)을 추가로 구비하면 제2 편광판(13)에서 반사된 편광을 변환하여 재활용 가능하므로 광효율을 추가적으로 개선 가능하다. 이 때 편광 변환층 또는 1/4 파장판은 반사모드에서는 아무런 영향을 미치지 않는다.

도 12b는 도 11에 도시된 디스플레이 장치가 반사 모드에서 블랙을 구현하는 동작을 보여준다. 반사모드에서는 백라이트 유닛(20)의 Off와 연동하여 스위칭 미러(24)가 투과 상태로 전환된다. 따라서, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한 반사모드의 동작과 동일하다.

본 발명에서는 외부 광량에 따라 선택적으로 액정 셀 전체를 투과 모드로 사용하거나 액정 셀 전체를 반사 모드로 사용함으로써 투과 모드와 반사 모드가 각각 해상도의 저하 없이 휘도를 최대화하여 사용할 수 있다. 그리고, 모바일 액정 디스플레이 장치에 적용시 야외 시인성 향상 및 소비 전력 절감이 가능하다. 또한, 인셀 구조의 편광판을 사용함으로써 반사 모드에서 패럴랙스 문제를 해결할 수 있으 며, 확산판을 편광판과 일체형으로 형성하여 투과 광량을 향상하고 외부광의 반사 광량을 감소시킨다. 뿐만 아니라 백라이트 유닛에서 콜리메이팅된 광을 사용하여 반사형 편광판에서의 누광 광량을 감소시킴으로써 투과 모드에서의 CR을 개선하고, 확산판을 입사광의 입사각에 따라 헤이즈를 다르게 설계하여 반사 모드에서는 이미지 겹침 문제를 감소시키는 한편, 투과 모드에서는 넓은 시야각을 확보한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이 장치의 화소를 개략적으로 나타낸 것이다 .

도 2a는 도 1에 도시된 디스플레이 장치가 반사 모드에서 백색을 구현하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 2b는 도 1에 도시된 디스플레이 장치가 반사 모드에서 블랙을 구현하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a는 도 1에 도시된 디스플레이 장치가 투과 모드에서 블랙을 구현하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 3b는 도 1에 도시된 디스플레이 장치가 투과 모드에서 백색을 구현하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 화소가 반사 모드에서 백색을 구현하는 예를 도시한 것이다.

도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 화소가 반사 모드에서 블랙을 구현하는 예를 도시한 것이다 .

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 것이다.

도 6a는 도 5에 도시된 디스플레이 장치가 반사 모드에서 백색을 구현하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 6b는 도 5에 도시된 디스플레이 장치가 반사 모드에서 블랙을 구현하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 7a는 도 5에 도시된 디스플레이 장치가 투과 모드에서 블랙을 구현하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 7b는 도 5에 도시된 디스플레이 장치가 투과 모드에서 백색을 구현하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 도 5에 도시된 디스플레이 장치의 변형예이다.

도 9는 도 5에 도시된 디스플레이 장치에 칼라 필터층이 더 구비된 예를 도시한 것이다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 것이다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 것이다.

도 12a는 도 11에 도시된 디스플레이 장치가 투과 모드에서 백색을 구현하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 12b는 도 11에 도시된 디스플레이 장치가 반사 모드에서 블랙을 구현하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

<도면 중 주요 부분에 대한 설명>

1...반사 방지층, 2...확산판

5...제1 편광판, 7,15...투명 기판

8,14...칼라 필터층, 9...블랙 메트릭스

10...액정층, 13...제2 편광판

20...백라이트 유닛, 24...스위칭 미러

25...광 흡수층

Claims

복수 개의 화소가 메트릭스 형태로 배열된 디스플레이 장치로서, 상기 화소는,

제1 편광판;

상기 제1 편광판 하부에 구비되는 것으로 전기적 제어에 의해 입사광의 투과율을 조절하는 액정층;

상기 액정층의 하부에 구비되는 반사형 제2편광판;

상기 제2편광판의 하부에 구비되는 백라이트 유닛; 및

상기 백라이트 유닛의 하부에 구비되는 광 흡수층;을 포함하고,

상기 제2편광판이 상기 액정층 내에 인셀 구조로 구비되며,

외부광을 이용하여 화상을 표시하는 반사 모드와 상기 백라이트 유닛을 이용하여 화상을 표시하는 투과 모드가 상호 전환 가능한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제1 편광판 상부에 확산판이 구비되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제 2항에 있어서,

상기 확산판이 상기 제1 편광판에 밀착되어 공기 층의 매개 없이 구비되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 확산판의 상부에 반사 방지층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
삭제
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 편광판과 백라이트 유닛 사이에 1/4 파장판이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 백라이트 유닛과 광 흡수층 사이에 반사형 제3 편광판이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 백라이트 유닛과 광 흡수층 사이에 스위칭 미러가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제 8항에 있어서,

상기 백라이트 유닛과 스위칭 미러 사이에 편광 변환층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1편광판과 액정층 사이에 제1 칼라 필터층이 구비되고, 상기 제2편광판 하부에 제2 칼라 필터층이 구비되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 확산판이 경사 입사광에 대해서는 헤이즈가 작고, 정면 입사광에 대해서는 헤이즈가 크도록 설계되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 백라이트 유닛은 휘도의 반치전각이 ±20°범위로 집광된 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.