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KR19990072741A - 집광기구부착액정표시장치 - Google Patents

집광기구부착액정표시장치 Download PDF

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KR19990072741A
KR19990072741A KR1019990005445A KR19990005445A KR19990072741A KR 19990072741 A KR19990072741 A KR 19990072741A KR 1019990005445 A KR1019990005445 A KR 1019990005445A KR 19990005445 A KR19990005445 A KR 19990005445A KR 19990072741 A KR19990072741 A KR 19990072741A
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crystal display
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display device
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우에하라히사오
마루시따야스시
시미즈마꼬또
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다카노 야스아키
산요 덴키 가부시키가이샤
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Abstract

표시 화면의 휘도 얼룩짐이 작고 표시 품질이 높은 LCD를 제공한다.
백라이트에서, 외광을 받아들이는 집광부(60)와 집광한 광을 액정 표시 패널(10)에 반사하는 조사부(20) 간에 도광부(21)가 설치되며, 조사부(20)는 액정 패널에 인접하고, 집광부(60)는 액정 표시 패널(10)로부터 이격되어 있다. 채광은, 도광부(21)에서 반사됨으로써 휘도 얼룩짐이 감소한다.

Description

집광 기구 부착 액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY HAVING A LIGHT-GATHERING MECHANISM}
본 발명은 액정 표시 장치(LCD ; Liquid Crystal Display)에 관한 것으로, 상세하게는 외광을 받아들이는 집광 기구를 구비하고, 백라이트의 소비 전력을 절감한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
LCD는 투명한 기판 상에 투명한 전극을 형성한 전극 기판 간에 액정을 봉입하여 구성되는 액정 표시 패널을 갖는다. 액정은 전기 광학적으로 이방성을 갖고 있으며, 전극 간에 원하는 전압을 인가하여 액정에 전계를 형성함으로써 전계 강도에 따른 광학 특성을 나타낸다. 액정 표시 패널은 이 성질을 이용하고 화소마다 다른 전압을 인가함으로써 원하는 휘도를 나타내는 화소의 집합체로서 화상을 표시한다. 액정 표시 패널은 전압 제어에 의해 표시 화상이 작성되며, 소형, 박형 및 저소비 전력 등의 이점이 있어서, LCD는 OA 기기, AV 기기 등의 분야에서 실용화가 진행되고 있다. 액정 표시 패널은 스스로 발광할 수는 없고, 배면으로부터 백라이트에 의해 광을 조사하여 표시 화면을 가시화하지만, 이 백라이트는 액정 표시 패널에 비해 많은 소비 전력을 필요로 한다. 그래서, LCD를 휴대용으로 이용하는 경우에는 백라이트에 의한 소비 전력을 절감하기 위해서, 옥외에서 사용할 때는 풍부한 외광을 이용하여 표시 화면을 가시화함으로써 소비 전력을 절감한 것이 개발되고 있다.
도 4는 이러한 LCD의 측단면도이다. 액정 표시 패널(10)의 배면에 조사부(20), 광원(50), 집광 렌즈(60)로 이루어지는 백라이트를 갖고 있다. 액정 표시 패널(10)은 상면에 표시 화면을 가지며, 그 양단을 A, B로 나타낸다. 조사부(20)는 아크릴 수지 등으로 이루어지며, 액정 표시 패널(10)과의 사이에 확산판(30)이 형성되어 있고, 배면에 반사판(40)이 형성되어 있다. 확산판(30) 및 반사판(40)은 각각 조사부(20)의 전면 및 배면에 일체적으로 확산 가공 또는 난반사 가공을 실시한 것이라도 좋다. 광원(50)은 배후에 반사판(51)을 배치한 형광 램프이다. 집광 렌즈(60)는 조사부(20)와 별개인 렌즈 또는 조사부(20)와 일체로 렌즈 가공된 것이다. 케이싱(70)은 이상의 구성을 내부에 유지하며, 액정 표시 패널(10)의 표시 화면이 노출되고, 집광 렌즈가 외부에서 관찰될 수 있도록 채광용 창(71)이 설치되어 있다. 광원(50)으로부터 발생한 광 또는 집광 렌즈(60)에서 받아들인 광은 조사부(20)에 전해지며, 그 배면에 있는 반사판(40)에서 반사되고 전면에 있는 확산판(30)에서 확산된다. 확산판(30)에서 확산된 광은 일부가 액정 표시 패널(10)에 조사되며, 나머지는 다시 조사부(20)로 복귀되어 반사판(40)에서 재차 반사된다. 이와 같이 광원(50) 또는 집광 렌즈(60)에 의해 조사부(20)로 도입된 광은, 확산판(30)과 반사판(40) 간을 왕복하면서 평행 방향으로 진행해간다. 이 구성으로는 환한 옥외와 같이 외광이 풍부한 환경에서 광원(50)을 소등하여 집광 렌즈(60)로부터의 채광에만 의해 표시를 행하고, 외광이 불충분한 환경에서는 광원(50)을 점등함으로써 표시를 행할 수 있다. 따라서, 외광이 충분하면 소비 전력이 큰 광원(50)을 소등할 수 있어서 LCD의 총소비 전력이 절감된다.
도 4에 도시하는 LCD에서 집광 렌즈(60)만을 이용하여 표시를 행한 경우, 그 표시 화면에서의 위치와 휘도와의 관계는 도 5에 도시한 바와 같이 된다. 도 5에서, 횡축은 액정 표시 패널 표시 화면 내의 도 4의 가로 방향의 위치, 종축은 표시 화면의 휘도이다. 횡축의 A 및 B로 나타낸 위치는 도 4에 도시한 표시 화면의 양단부이다. 집광 렌즈로부터 받아들여진 광은 A점으로부터 도면 좌측 방향으로 전파해가지만, A점으로부터의 거리에서 몇 개의 휘도의 피크가 있다. 피크치는 A점에 가장 가까운 피크에서 가장 크고, A점으로부터 멀어짐에 따라서 서서히 작아지게 된다. 피크 간의 거리는 예를 들면, 표시 화면의 도 4의 가로 방향의 길이가 45㎜인 2인치형 LCD인 경우 대개 15㎜ 정도이며, 길이가 190㎜인 15인치형 LCD인 경우 대개 60㎜였다.
이러한 휘도의 변화는, 표시 화면에서 밝기의 줄무늬가 되어 시각적으로 인식되며, 휘도의 변동 및 휘도의 경사가 크면 표시 품질이 나빠진다.
본 발명은 이러한 휘도의 변동을 억제하여 표시 품질이 높은 LCD를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 백라이트의 집광부와 조사부 사이에 도광부를 설치한 집광 기구 부착 액정 표시 장치이다.
도 1은 본 발명의 실시예의 측단면도.
도 2는 본 발명의 실시예의 표시 화면의 휘도를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시예의 측단면도.
도 4는 종래의 집광 기구 부착 액정 표시 장치의 측단면도.
도 5는 종래의 표시 화면의 휘도를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시예의 별도의 측단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 액정 표시 패널
20 : 조사부
30 : 확산판
40 : 반사판
50 : 광원
60 : 집광부
70 : 케이싱
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LCD의 측단면도이다. 액정 표시 패널(10), 조사부(20), 도광부(21), 확산판(30), 반사판(40, 41, 42), 광원(50), 집광 렌즈(60) 및 이들을 수납 유지하는 케이싱(70)을 갖는다. 액정 표시 패널(10)은 투명 전극 사이에 액정이 봉입되어 있는 공지의 액정 표시 장치이며, 임의의 방식의 LCD를 이용할 수 있다. 액정 표시 패널의 표시 화면은 도 1에서는 상측으로 향하고 있으며, 그 양단을 A, B로 나타낸다. 조사부(20)는 예를 들면 아크릴 수지, 폴리카보네이트 또는 유리와 같은 투명도가 높은 재료로 이루어지며, 액정 표시 패널(10)의 하면을 확산판(30)을 통해서 덮고 있다. 조사부(20)는 액정 표시 패널(10)의 바로 아래에 위치하고, 그 외측에는 5㎜ 이상 연장하지 않는다. 반사판(40)은 조사부(20) 바로 아래에 형성되어 있다. 반사판(40)에는, 여기에서 반사한 광이 균일하게 액정 표시 패널(10)에 조사되도록 도시하지 않은 미세한 요철이 형성되어 있다. 이 미세한 요철은 그 크기나 밀도를 장소에 따라 변화시킴으로써 반사율 또는 반사 각도를 조절하고 있다. 즉, 휘도가 낮은 장소는 반사율을 높이고, 휘도가 높은 장소는 반사율이 낮추거나 또는 휘도가 낮은 장소로 반사하도록 반사 각도를 조절하고 있다. 도광부(21)는 조사부(20)의 측면에 일체 또는 별개로 형성되며, 집광 렌즈(60)는 도광부(21)의 조사부(20)와 반대측의 측면에 일체 또는 별개로 형성되어 있다. 집광 렌즈(60)는 광을 모으는 렌즈 형상의 단면을 가지며, 지면에 대해서 수직 방향으로 연장하고 있다. 집광량을 많게 하기 위해서, 그 직경이 도시한 바와 같이 조사부(20)의 두께보다도 길게 되어 있다. 도광부(21)의 조사부(20)와 집광 렌즈(60)에 접하지 않은 모든 면에는 반사판(41, 42)이 형성되어 있다. 도광부(21)에 형성되어 있는 반사판(41, 42)은, 조사부(20)의 반사판(40)과는 달리 전술한 미세한 요철은 형성되어 있지 않다. 조사부(20)의 도광부(21)와 반대측 측면에는 광원(50)이 있다. 광원(50)은 야간이나 옥내 등, 외광의 광량이 불충분할 때에 점등된다. 광원(50)의 조사부(20)에 접하지 않은 주위에는 반사판(51)이 형성되어 있어서 표시 효율을 향상시키고 있다. 케이싱(70)은 상술한 구조를 수납하고 있으며, 액정 표시 패널(10)의 표시 화면 및 집광 렌즈(60)가 노출되어 있다.
또한, 액정 표시 패널(10)로서는 폴리 실리콘 등의 다결정 반도체를 이용한 박막 트랜지스터를 이용함으로써, 표시 화소 부분과 그 주변의 구동 회로를 동일 기판 상에 일체적으로 제조한 드라이버 내장형인 것을 채용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 드라이버 IC의 외부 부착이 불필요해지므로, 표시 화면의 주위의 액자부가 축소되어, 한층 더 소형화 및 경량화가 달성되므로, 휴대하기에 적합한 LCD가 얻어진다.
집광 렌즈(60)에서 입사한 외광은 도광부(21)를 통해 조사부(20)에 입사하고, 조사부(20) 하의 반사판에 의해서 도면 상측에 반사되며, 액정 표시 패널(10)의 배면에 조사된다. 도광부(21)의 표면은 전부 반사판으로 되어 있으므로, 도광부(21)에 도입된 광은 주위에 확산하여 감쇠하지 않고 조사부(20)로 도출된다. 조사부(20)에서는 반사판(40)에 의해서 도면 상측으로 반사되며, 확산판(30)에서 확산되며, 입사광은 액정 표시 패널(10)로 조사됨으로써 감쇠하면서 반대측의 측변으로 향하여 진행하고, 그 동안 평면광이 액정 표시 패널(10) 전면에 걸쳐서 거의 균일하게 조사되며 이에 따라 화면 표시를 시각적으로 인식할 수 있다.
본 발명의 LCD의 표시 화면에서의 위치와 휘도와의 관계는 도 2에 도시한 바와 같이 된다. 도 2에서 횡축은 액정 표시 패널 표시 화면 내의 도 1 가로 방향의 위치, 종축은 표시 화면의 휘도이다. 횡축의 A로 나타낸 위치는 집광 렌즈에 근접하는 표시 화면의 단부이다. 집광 렌즈로부터 받아들여진 광은 A점으로부터 도면 좌측 방향으로 전파해가지만, A점으로부터의 거리에서 몇 개의 휘도의 피크가 있다. 종래의 도 5와 비교하여, 이들의 피크의 변동은 작으며 또한 휘도는 전체적으로 커지게 되어 있다. 이것은 집광 렌즈(60)에서 모든 방위로부터 받아들여진 외광이 도광부(21) 내에서 반사판(41, 42) 간에 반사되면서 진행하는 동안에, 복수회의 반사를 반복하여 조사부(20)에 도입되므로, 표시 화면의 집광 렌즈(60)측의 단부변 위치 A에서 휘도가 현저하게 커지는 일 없이, 그 만큼 입사광이 분산하고 평균화되기 때문이다. 종래의 도 5에 도시하는 휘도와 본 발명의 도 2에 도시하는 휘도의 차 즉, 본원의 효과는 표시 화면의 크기, 도광부(21) 및 조사부(20)의 두께, 도광부(21)의 길이 등에 의해서 다르다. 실험에 의하면, 예를 들면 도 1에서 표시 화면의 가로 방향의 길이가 약 45㎜이고, 지면에 수직인 방향의 길이가 약 50㎜인 소위 2인치형 LCD에서 조사부(20)와 도광부(21)의 두께가 약 5㎜인 경우, 도광부(21)의 길이가 5㎜ 정도일 때부터 효과가 나타나기 시작하고 10㎜ ∼ 20㎜ 정도일 때 큰 효과가 있다. 최적으로는 15㎜일 때 가장 효과가 있었다. 이 최적인 도광부(21)의 길이는 표시 화면의 지면에 수직인 방향의 길이에는 의존하지 않고 도면 가로 방향의 길이에 의존한다. 도광부(21)의 내부에서는 광이 재질에 의해서 흡수되기 때문에, 길이가 25㎜를 넘으면 전체의 휘도가 떨어지기 시작한다. 따라서, 도광부(21)의 길이 1과 액정 표시 패널(10)의 길이 L과의 비 1 : L은 1 : 10 ∼ 5 : 9, 게다가 2 : 9 ∼ 4 : 9, 최적으로는 1 : 3이면 좋다. 다만, 표시 화면이 대형인 LCD의 경우는 이 최적비로는 도광부(21)의 길이가 너무 길어지는 경우가 있으므로 효과를 갖는 범위에서 임의로 설정하면 좋다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LCD의 측단면도이다. 본 실시예에서는 도광부(22)의 그 한쪽 면, 예를 들면 액정 표시 패널(10)측의 면이 액정 표시 패널(10)로부터 멀아지는 방향으로 향해서 넓어지도록 경사져 있다. 이에 의해서, 집광 렌즈(60)를 제1 실시예보다도 대형화할 수 있으므로, 채광량이 많아진다. 도광부(22)의 집광 렌즈(60)에 접하지 않는 모든 면에는 반사판(43, 44)이 설치되어 있다. 이 구성에서, 집광 렌즈(60)에서 받아들여진 광은 도광부(22)에 도입되어 반사판(43, 44) 간에서 반사되면서 진행한다. 도광부(22)의 각도는 본 형태의 LCD를 조합한 기기의 형편으로 임의로 결정할 수 있다.
또한, 집광부는 도 6에 도시한 바와 같이 렌즈 형태가 아니라도 좋다. 이 경우, 집광부(61)에는 각도 θ를 부여한다. 이에 따라, 도면 수평 방향으로 입사하는 광은 집광부(61) 표면에서 굴절하여 입사하므로, 수평인 광도 도광부(22)로 반사하게 된다. 그렇게 하면, 수평으로 입사한 광이 그대로 광원(50) 측의 조사부(20) 단부에 반사하여 장치밖으로 방출되는 일이 없다. 또한, 상술한 바와 같이 반사판(40)의 반사율 또는 반사 각도는, 휘도가 균일해지도록 조절되어 있으므로, 입사광이 반사판(40)의 광원(50) 측 영역에 직접 입사하는 것보다 도광부(21) 가까이에 입사하는 쪽이 화면의 휘도는 평균화된다. 각도 θ가 부여되어 있어서 평행광은 반사판(41, 42)으로 반사하므로, 반사판(40)의 도광부(21) 가까이로 입사시킬 수 있다. 따라서, 표시 화면에서의 휘도의 분포를 보다 최적으로 할 수 있다. 각도 θ의 크기는 43°가 바람직하지만, 그 이하의 각도라도 좋다. 집광부가 렌즈 형태이면, 어느 각도로부터 입사하는 광도 입사 위치에 따라 다른 방향으로 굴절하므로 이것을 고려할 필요는 없다.
도광부(21)의 두께를 얇게 형성하면 도광부(21)의 길이를 보다 짧게 할 수 있다. 도광부의 길이 및 집광부 표면의 각도 θ는, 도 6에 도시한 바와 같이 집광부의 중심에 입사한 수평인 광이 집광부 표면에서 굴절하고, 적어도 1회는 도광부(21)의 반사판에서 반사하는 각도이면 좋다.
또한, 집광부(61)의 측면과 케이싱(70)의 사이를 밀착시키면 내부의 광이 누설하는 것을 방지할 수 있음과 동시에 케이싱(70)을 보다 소형화할 수 있게 된다.
이상의 설명에서부터 밝힌 바와 같이, 백라이트 내에서, 외광을 받아들이는 집광부와 액정 표시 패널에 광을 조사하는 조사부 간에 도광부를 가지며, 상기 조사부는 상기 액정 패널에 인접하고, 상기 집광부는 상기 액정 패널로부터 이격되어 있음으로써 표시 화면의 휘도 변동을 억제할 수 있다.
또한, 도광부에는 집광부 및 조사부와 인접하지 않는 측면에 반사판이 설치되므로, 집광한 광이 도광부 측면으로부터 누설되지 않아서 휘도가 보다 높아질 수 있다.
또한, 도광부는 상기 집광부 또는/및 상기 조사부와 일체로 형성되어 있으므로 접속면에서의 광의 난반사가 없어 보다 휘도가 높아질 수 있다.
또한, 집광부의 표면은 외측으로 볼록한 곡면이 되어 있어서, 렌즈의 역할을 하므로, 집광 효율이 더 향상될 수 있어서 휘도가 더 높아질 수 있다.
또한, 집광부는 표면이 실질 평면이므로 집광부가 케이싱 외부로 나오지 않으므로 장치를 소형화할 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. 대향면에 액정 구동용 전극이 형성된 한 쌍의 투명 전극 기판 사이에 액정이 봉입된 표시 화면을 갖는 액정 표시 패널 및 액정 표시 패널의 배후에 배치되며 외광을 받아들여서 상기 액정 표시 패널에 광을 조사하는 백라이트를 구비하는 집광 기구 부착 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 백라이트는 외광을 받아들이는 집광부, 상기 집광부가 받아들인 광을 상기 액정 표시 패널에 조사하는 조사부 및 상기 집광부와 조사부에 결합되어 상기 집광부와 상기 조사부와의 광로를 접속하는 도광부를 가지며,
    상기 조사부는 상기 액정 패널에 인접하고, 상기 집광부는 상기 액정 패널로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 집광 기구 부착 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도광부에서 상기 집광부 및 조사부와 인접하지 않는 측면에는 반사판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 집광 기구 부착 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도광부는 상기 집광부 또는/및 상기 조사부와 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 집광 기구 부착 액정 표시 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집광부의 표면은 외측에 볼록한 곡면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 집광 기구 부착 액정 표시 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집광부는 표면이 실질 평면인 것을 특징으로 하는 집광 기구 부착 액정 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 집광부의 중심으로 상기 액정 표시 패널의 표시 화면에 평행하게 입사한 외광은 적어도 1회 상기 도광부 내에서 반사하는 것을 특징으로 하는 집광 기구 부착 액정 표시 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 집광부의 표면은 상기 액정 표시 패널의 법선에 대해서 평행하지 않으며 소정 각도 경사진 것을 특징으로 하는 집광 기구 부착 액정 표시 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도광부의 두께는 상기 액정 표시 패널로부터 멀어질수록 두꺼워지는 것을 특징으로 하는 집광 기구 부착 액정 표시 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도광부의 길이와 상기 액정 표시 패널의 상기 집광부로부터 상기 조사부로 향하는 방향의 길이의 비가 1 : 10 내지 5 : 9인 것을 특징으로 하는 집광 기구 부착 액정 표시 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 도광부의 길이와 상기 액정 표시 패널의 상기 집광부로부터 상기 조사부로 향하는 방향의 길이의 비가 2 : 9 내지 4 : 9인 것을 특징으로 하는 집광 기구 부착 액정 표시 장치.
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