KR20070118539A - 액정디스플레이에 사용되는 초광도 컬러편광필터모듈 및이를 이용한 액정디스플레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일종의 액정디스플레이에 사용되는 광학모듈 및 액정디스플레이를 공개하는데, 특징은 그 액정디스플레이 백라이트의 앞 부분에 설치하는 압속판과 그 압속판의 앞 부분에 설치하는 분색판을 포함한다는 것이다. 그 중 압속판은 한묶음의 평행 확장 광속을 한조의 미세한 평행광속 행렬로 분해하며 분색판은 백광을 홍,녹,남 삼원색으로 분리하여 색깔에 따라 부동한 위치로 굴절시킨다. 분색판을 이용하였기에 백라이트의 가시광선 스펙트럼의 모든 빛에너지를 유효하게 이용할 수 있어 그 이용율을 3배 이상으로 제고시킬 수 있으며 만일 분속판도 이용한다면 백라이트의 모든 편광방향의 빛에너지를 유효하게 이용할 수 있어 그 이용율을 2배 이상으로 제고시킬 수 있다. 이 두 개 기판을 직열하면 백라이트의 총적인 빛에너지 이용율을 6배 이상으로 제고시킬 수 있으므로 액정디스플레이의 광도 및 대비비를 현저하게 제고시키고 에너지 소모를 현저하게 절감할 수 있어서 진정한 의미에서 고광도, 저소모의 액정디스플레이를 실현할 수 있다.

액정디스플레이, 백라이트, 압속판, 분색판

Description

액정디스플레이에 사용되는 초광도 컬러편광필터모듈 및 이를 이용한 액정디스플레이{A color polarizing filter module for liquid crystal display and liquid crystal display using the same}

도 1은 종래기술에 따른 액정디스플레이의 간략한 구조단면도이다. 도면부호 '11'과 '12'는 방향이 서로 수직되게 설치한 한쌍의 선형편광판, '13'과 '14'는 각기 능동 및 수동 유리기판, '15'는 박막 트랜지스터（TFT）행렬, '16'은 필터， '17'은 비틀어진 네타믹 액정분자（TN-LC）, '18'은 백라이트이며 화살표와 원점은 유관 부품의 편광방향을 대표한다.

도 2는 본 발명의 단면표시도이다. 도면부호 '21'은 압속판, '22'는 분속판, '23'은 분색판이다.

도 3a는 도 2의 압속판(21)（볼록렌즈 행렬） 단일기판의 상세한 단면도이다. 그 중 양쪽 표면은 두 개의 부동한 반경을 가진 볼록렌즈 행렬로서 한 묶음의 평행확장광속을 한조의 미세한 평행광속 행렬로 분해한다. 이 볼록렌즈 행렬의 압속능력은 두 개 볼록면(2111, 2112)의 반경비에 의하여 결정된다. 행렬(213)은 환경 중의 난반사광선을 저당하는 흑대행렬이다.

도 3b는 도 3a 중의 압속판 망원경 시스템의 광학원리도이며 B₁과 B₂는 각기 볼록렌즈 양측의 광속너비로서 볼록렌즈 행렬의 압속능력은 즉 B₁:B₂ 이다.

도 4a는 도 2 중의 압속판(21)（복록오목렌즈 행렬） 단일기판의 상세한 단면도이다. 그 중 양쪽 표면은 두 개의 부동한 반경을 가진 볼록오목렌즈 행렬로서 한묶음의 평행확장광속을 한조의 미세한 평행광속 행렬로 분해한다. 이 복록오목렌즈 행렬의 압속능력은 두개 표면 '2121'과 '2122'의 반경비에 의해 결정된다. '213' 행렬은 환경중의 난반사광선을 저당하는 흑대행렬이다.

도 4b는 도 4a 중의 압속판 망원경 시스템의 광학원리이며 B₁과 B₂는 각기 볼록오목렌즈 양측의 광속너비로서 볼록오목렌즈 행렬의 압속능력은 즉 B₁:B₂이다.

도 5a는 도 2 중의 압속판21의 볼록렌즈 행렬 두개 기판의 구조단면도이다. 도면부호 '211'은 제1 볼록렌즈 행렬이고 '212'는 제2 볼록렌즈 행렬이며 이 두개 행렬의 설치는 한묶음의 평행확장광속을 한조의 미세한 평행광속 행렬로 분해하는 것을 보증할 수 있다. 이 두개 볼록렌즈 행렬의 압속능력은 이 두개 볼록렌즈 행렬의 각자의 볼록면의 반경비에 의하여 결정된다. '213' 행렬은 환경중의 난반사광선을 저당하는 흑대행렬이다.

도 5b는 도 5a중의 압속판 망원경 시스템의 광학원리도이다. B₁，f ₁과 B₂，f ₂은 각기 볼록렌즈 행렬 '211'과 '212'의 광속너비와 초점거리이며 볼록렌즈 행렬의 압속능력은 즉 B₁:B₂이다.

도 6a는 도 2 중의 압속판(21)의 볼록오목렌즈 행렬 두 개 기판의 구조단면 도이다. 도면부호 '211'은 볼록렌즈 행렬이고 '214'는 오목렌즈 행렬이며 이 두 개 행렬의 설치는 한 묶음의 평행확장광속을 한조의 미세한 평행광속 행렬로 분해하는 것을 보증할 수 있다. 이 두개 렌즈행렬의 압속능력은 두개 렌즈행렬 각자의 구면반경비에 의하여 결정된다. '213' 행렬은 환경중의 난반사광선을 저당하는 흑대행렬이다.

도 6b는 도 6a 중의 압속판 망원경 시스템의 광학원리도이다. B₁，f ₁과 B₂，f ₂은 각기 렌즈행렬 '211'와 '214'의 광속너비와 초점거리이며 렌즈행렬의 압속능력은 즉 B₁:B₂이다.

도 7a은 종래기술에 따른 액정디스플레이 화소의 창구 투과율 표시도이다. 도면부호 '33'은 행전극（게이트전극）, '34'는 열전극（데이터전극）, '35'는 박막트랜지스터, '36'은 축적콘덴서，'37'은 투명전극 ITO이다.

도 7b는 본 발명 모듈을 응용한 액정디스플레이 화소의 창구 투과율 표시도이다. 도면부호 '33'은 행전극（게이트전극）, '34'는 열전극（데이터전극）, '35'는 박막 트랜지스터, '36'은 축적콘덴서, '37'은 투명전극ITO이다.

도 8a는 복굴절 분속판 원리표시도이다.

도 8b는 도 2 중의 분속판(22)의 단면도이다. 그중 유리 혹은 플라스틱 기판 '221', '222'에 의하여 끼워진 액정분자(223)은 광속의 전파방향과 일정한 각도를 이루는 방향으로 정연하게 배열된다.

도 9a는 도 2 중의 분색판(23)의 단면도이며 그중 삼원색은 3개 미소형분파 기（입사광선과 45^o을 이루게 설치한 간섭필터）에 의해 색깔에 따라 상응한 위치로 굴절되며 이 구조중에서 '231', '232' , '233'은 각각 홍,녹,남 필터이며 '234'은 기판이다.

도 9b는 도 9a중 분색판의 A면도이다.

도 9c는 분색판(23)의 광학원리도이며 그중 '231', '232' , '233'는 각기 45^o각으로 경사진 홍,녹,남 간섭필터이다.

도 10a는 홍（남）색 간섭필터의 투과곡선이며 그중 홍색은 45^o각으로 투과되고 녹색과 남색은 45^o각으로 반사된다.

도 10b는 녹색 간섭필터의 투과곡선이며 그중 녹색은 45^o각으로 반사되고 홍색과 남색은 45^o각으로 투과된다.

도 11a는 두 가지 종류의 필터（231, 232）만으로 구성된 분색판의 구조도이며 그중 색깔배열은 홍색으로부터 시작된다.

도 11b는 두 가지 종류의 필터（232, 233）만으로 구성된 분색판의 구조도이며 그 중 색깔배열은 남색으로부터 시작된다.

도 12는 분속판(22)와 분색판(23)의 집적표시도이며 그중 분색판(23)은 기판으로서 TN-LC액정을 형성하는 분속판으로 사용된다.

도 13a는 압속판(21)과 분색판(23)를 목전 액정디스플레이 중에 응용한 표시 도이며 그중 필터행렬(16)은 본 발명 모듈에 의해 교체되었다.

도 13b는 도 13a의 진일보적인 집적표시도이며 그중 분색판(23)은 액정디스플레이의 수동기판으로 사용되었다.

도 14는 압속판(21), 분속판(22), 분색판(23)을 목전 액정디스플레이 중에 응용한 표시도이며 그중 첫 번째 선형편광판(11)과 필터행렬(16)은 본 발명 모듈에 의해 교체되었다.

도 15는 압속판(21)과 분색분속판(24)을 목전 액정디스플레이 중에 응용한 표시도이며 그 중 첫 번째 선형편광판(11)과 필터행렬(16)은 본 발명 모듈에 의해 교체되었다.

도 16은 도 13의 진일보적인 집적표시도이며 그 중 분색분속판(24)는 액정디스플레이의 수동기판으로 사용되었다.

도 17은 난반사판(25)의 단면표시도이다.

도 18은 난반사판(25)의 입체구조표시도이다.

도 19는 압속판(21), 분색판(23), 난반사판(25)을 개별 부품으로 액정디스플레이 중에 응용한 표시도이다.

도 20은 압속판21, 난반사판25를 개별 부품으로 하여 분색판(23)의 기판으로 액정디스플레이중에 응용한 표시도이다.

도 21은 각기 분색판(23)을 능동기판으로 난반사판(25)을 수동기판으로 하여 액정디스플레이에 집적하였다.

본 발명은 일종의 액정디스플레이와 관련되며 특히 일종의 액정디스플레이에 사용되는 광학모듈 및 액정디스플레이에 관한 것이다.

종래의 액정디스플레이(LCDs)는 노트북, DV, 핸드폰 등과 같은 많은 휴대용 전자제품에 디스플레이로 광범하게 응용되고 있다. 이러한 액정디스플레이 중에서 액정 자체가 발광할 수 없으므로 디스플레이의 영상은 두 가지 방식에 의해 이루어지는데, 즉 백라이트(투사방식) 혹은 자연광(반사방식)을 이용하여 디스플레이를 밝게 비추는 것이다. 하나의 전형적인 컬러액정디스플레이를 보면 그 백라이트의 빛에너지 이용율은 단지 5~10%밖에 안된다. 이로 인하여 액정디스플레이 스크린의 광도 및 대비비는 전통적인 브라운관디스플레이와 비교할 바가 못된다. 한대의 노트북에서 70%이상의 전기에너지는 백라이트에 의해 소모되는데, 즉 이런 류형의 전자제품 중에서 60%이상의 전기에너지는 낭비된다는 것이다. 다시 말하면 휴대용 전자제품의 유효작업시간을 제한하는 주요한 요소는 바로 액정디스플레이이다.

액정디스플레이의 저광도 및 저대비비 결함을 보충하기 위하여 액정디스플레이는 보통 광도가 아주 높은 백라이트를 사용한다. 하지만 대량의 이용되지 못한 빛에너지 및 이로 인하여 산생된 열량은 액정디스플레이 시스템 중에 계속 체류되어 액정디스플레이의 수명에 부정적인 영향을 준다. 이런 부정적인 영향은 디스플레이의 부품 및 재료 예를 들면 박막 트랜지스터（TFT）에 대해 특히 엄중하다. 사실상 백라이트 빛에너지 이용율이 낮은 것은 액정디스플레이가 생활에 이용되면서 부터 지금까지 공업계 기술 난관의 하나로 되었다. 만일 이 난관을 극복할 수 있다면 액정디스플레이의 디스플레이시장에서 지위를 크게 향상시킬 수 있을 것이다.

도 1은 전형적인 투사방식 비틀어진 네타믹（TN） 액정디스플레이의 구조약도이다. 그 중 액정디스플레이는 각기 입사면과 출사면에 놓여 있는 한 쌍의 선형편광판(11, 12)을 포함하며 그들의 편광 방향은 서로 수직된다. 이 한 쌍의 선형편광판 사이에 끼워있는 것은 한 쌍의 유리기판(13, 14)이다. 그중 '13'은 구동회로（예를 들면 박막 트랜지스터(15)와 같음）를 지지하는 능동기판이고, '14'는 삼원색필터을 지지하는 수동기판이다. 유리기판(13, 14) 사이에 끼워있는 비틀어진 네타믹 액정분자（TN-LC）(17)은 외부전장이 없는 상황 하에 기판 내측의 지향층 방향에 따라 배열되며 그 중 두개 기판 위의 지향층 방향은 서로 수직된다（즉 입사면의 액정분자 배열방향은 출사면의 분자 배열방향과 서로 수직된다）. 백라이트(18)는 액정디스플레이 뒷부분에 설치하며, 또한 편광판(11)을 향하여 백색자연광（비편광）을 발사한다.

백라이트(18)에서 발사한 백색자연광은 좌측으로부터 선형편광판(11)을 투과하여 빛에너지가 기본값의 50%보다 적은 선형편광을 형성한다. 이 백색편광은 액정층을 투과한후 수동기판 위에 있는 필터(16)에 의해 부동한 위치에 근거하여 각각 홍,녹,남 삼원색으로 여과된다. 전통적인 흡수방식 필터는 가시광선의 스펙트럼 중에서 특정된 색깔만 투과하고 기타 색깔(에너지)은 모두 흡수하여 백색편광이 그 필터를 경과하면 남은 빛에너지는 백색편광의 1/3도 되지 않는다. 실은 백라이트(18)에서 발사한 광이 관람자의 안구에 도달할 때 그 빛에너지는 원래의 10%도 되지 않는다. 이 결함은 기술지표 즉 기타 시각의기（예를들면 브라운관）와 비교할 경우 광도 및 대비비가 그보다 퍽 낮다는 점에서 반영된다. 유감스러운 것은 만약 액정디스플레이의 기본구조를 개변시키지 않는다면 이 난관은 극복할 수 없다는 것이다.

본 발명이 해결하는 기술문제는 바로 일종의 빛에너지 이용율을 유효하게 제고할 수 있는 액정디스플레이에 사용되는 광학모듈 및 고광도, 저소모의 액정디스플레이를 제공하는 것이다.

본 발명이 상술한 기술문제를 해결하기 위해 채용한 기술방안은 일종의 액정디스플레이에 사용되는 광학모듈인데 이는 액정디스플레이 백라이트의 앞 부분에 설치하는 압속판, 압속판의 앞 부분에 설치하는 분속판, 분속판의 앞 부분에 설치하는 분색판을 포함한다. 압속판은 한 묶음의 평행확장광속을 한조의 미세한 평행광속 행렬로 분해한다. 분속판은 비편광인 미세한 평행광속 행렬을 2조의 서로 수직되는 미세한 선형편광 평행광속 행렬로 분해하며 또한 그들을 부동한 위치로 분리한다. 분색판은 백광을 홍,녹,남 삼원색으로 분리하며 또한 색깔에 근거하여 부동한 위치로 굴절시킨다.

압속판은 광학유리, 유기유리 혹은 플라스틱을 재료로 하는 대직경 볼록렌즈 행렬과 소직경 볼록렌즈（혹은 오목렌즈） 행렬을 포함할 수 있다. 그중 대직경 볼록렌즈 행렬은 간격이 없이 배열되며, 소직경 볼록렌즈（혹은 오목렌즈） 행렬은 서로 인접한 두개 소직경 볼록렌즈（혹은 오목렌즈）를 차광재료로 격리한다. 대직경 볼록렌즈 행렬과 소직경 볼록렌즈（혹은 오목렌즈） 행렬을 서로 대응되게 하며 그들의 초점이 중첩되여 망원경 시스템을 형성한다. 압속판은 단일한 기판일 수도 있으며 그 단일한 기판은 광학유리, 유기유리, 혹은 플라스틱을 재료로 하는 양면의 반경이 부동한 볼록렌즈 행렬 혹은 볼록오목렌즈 행렬이며 그 기판의 두께는 양면 초점거리의 합（볼록렌즈 행렬） 혹은 양면 초점거리의 차（볼록오목렌즈행렬）이다.

분속판은 광학유리 혹은 플라스틱 기판으로 공간정위 고분자재료를 섞은 액정분자를 끼워서 형성되었으며 그 중 액정분자는 입사광속과 0^o 보다 크고 90^o 작은 협각을 이루는 방향으로 배열된다. 또한 분속판은 일종의 단축결정재료 기판일 수도 있으며 그의 광축은 입사광속과 0^o보다 크로 90^o보다 작은 협각을 이룬다.

분색판은 일종의 미소형분파기 행렬일 수 있으며 그는 제1종 원색을 투과하고 제2종과 제3종 원색을 반사하는 제1 미소형분파기, 제2종 원색을 반사하고 제3종 원색을 투과하는 제2 미소형분파기, 제3종 원색을 반사하는 제3 미소형분파기를 포함할 수 있다. 미소형분파기 행렬은 제1, 제2, 제3 이 3개의 미소형분파기를 한조로 하여 입사광속과 수직되는 방향으로 연속적이고 중복되게 배열할 수 있으며; 혹은 하나의 제2 미소형분파기를 두개의 제1 미소형분파기 사이에 끼워 한조로 하여 입사광속과 수직되는 방향으로 연속적이고 중복되게 배열할 수도 있으며; 혹은 하나의 제2 미소형분파기를 두개의 제3 미소형분파기 사이에 끼워 한조로 하여 입 사광속과 수직되는 방향으로 배열하여 중복할 수도 있다.

분속판과 분색판은 또한 진일보 분속분색판으로 집적할수 있다. 분속분색판은 백색의 비편광인 미세한 평행광속 행렬을 2조의 서로 수직되는 홍,녹,남 삼원색인 선형편광으로 분리하며 또한 색깔 및 편광상태에 근거하여 부동한 위치로 굴절시킨다.

분색판 앞 부분에 난반사판을 설치할 수 있다.

난반사판은 오목렌즈를 단위 원소로하는 난반사판 행렬일 수도 있다.

상술한 액정디스플레이에 사용되는 광학모듈을 사용한 액정디스플레이는 액정디스플레이와 화소를 공제하는 데이터 라인 구동회로를 포함한다. 액정디스플레이에 하나의 선형편광판을 설치하는데 그 선형편광판은 액정디스플레이의 광속 출사면에 설치하며 구동회로는 인접한 두 가지 부동한 편광상태의 화소에 대해 “OFF”와 “ON” 두가지 상반되는 구동방식를 채용한다.

종래의 기술과 비교할 경우, 본 발명의 이점은 광학모듈로 현재 구조중의 선형편광판 및 삼원색필터를 대체하였다는 것이다. 분속판을 이용하였기에 백라이트의 모든 편광방향의 빛에너지를 유효하게 이용할 수 있으므로 그 이용율을 2배 이상으로 제고시킬 수 있다. 또한 분색판을 이용하였기에 백라이트의 가시광선 스펙트럼의 모든 빛에너지를 유효하게 이용할 수 있으므로 그 이용율을 3배 이상으로 제고시킬 수 있다. 만일 이 두가지 기판을 직열한다면 백라이트의 총적인 빛에너지 이용율을 6배 이상으로 제고시킬 수 있기에 액정디스플레이의 광도 및 대비비를 선명하게 제고시킬 수 있으며 또한 그 에너지소모도 현저하게 절감할 수 있다. 그러 므로 이런 광학모듈을 사용한 액정디스플레이는 정말로 고광도, 저소모의 액정디스플레이로 될 수 있다.

이하 첨부된 도면과 실시예를 결합하여 본 발명에 대해 진일보 상세적으로 서술한다.

컬러액정디스플레이에 사용하는 광학모듈은 주요하게 도 2에서 표시한 것처럼 이하의 3개 부분을 포함한다.（a）한묶음의 평행확장광속을 한조의 미세한 평행광속 행렬로 분해하는 압속판(21);（b）비편광을 2조의 서로 수직되는 선형편광으로 분리하는 분속판(22);（c）백색선형편광을 삼원색으로 분리하여 색깔에 따라 상응한 위치로 굴절시키는 분색판(23). 아래에 본 발명에 대해 더 상세하게 서술한다.

백라이트에서 발사한 한묶음의 백색이고 비평광인 평행확장광속이 우선 압속판(21)의 정면에 도달하며 도 2에 표시한 것과 같이 한조의 미세한 평행광속 행렬로 분해된다. 이런 미세한 평행광속은 또한 분속판(22)에 의해 2조의 서로 수직되는 선형편광으로 분리된다. 미세한 평행선형편광 광속이 분색판(23)을 통과할 때에 3개의 미소형분파기에 의해 투과되거나 반사되여 진일보 삼원색으로 분리되는데 그중 미소형분파기는 입사광선과 45^o각을 이루게 설치한다. 나중에 화소에서 출사한 스펙트럼은 상응한 위치에 홍,녹,남 삼원색을 나타낸다.

도 2 중의 광학유리 혹은 플라스틱을 재료로 하는 압속판(21)은 단일기판 혹은 두 개 기판의 조합일 수 있다. 그 두 가지 형식은 단일기판은 도 3a, 도 4a에서 각기 표시한 것과 같으며 여기서 말하는 단일기판은 실은 양면의 반경이 부동한 렌즈판이다. 도 3b, 도 4b에서 표시한 것과 같이 이 단일기판은 그 두 렌즈의 초점이 겹놓이게 디자인되었다. 그리하여 그 너비가 B₁인 광속이 이 기판을 경과하면 시스템의 압축비에 의해 너비가 B₂인 미세한 광속으로 압축된다. 압속판(21)의 압축비는 즉 양면의 반경비이다.

도 5a, 도 6a는 각기 2가지 형식의 2개 렌즈행렬 기판으로 조성된 압속판 표시도이다. 두 개 렌즈행렬 기판의 형식은 전형적인 망원경 시스템이며 그 상응한 광학원리는 각기 도 5b, 도 6b에서 표시하였다. 도 3과 도 4와 유사한데 이 렌즈행렬 기판은 각자 렌즈의 초점이 겹놓이게 디자인되었다. 그리하여 너비가 B₁인 광속이 이 기판을 경과하면 너비가 B₂인 미세한 광속으로 압축된다. 단일기판과 2개 렌즈행렬 기판의 원리는 같으며 그 구별은 전자의 공동초점은 유리 혹은 플라스틱 매질중에 놓이는 것이고 후자는 공동초점이 공기 중에 놓이는 것이다.

이러한 미세한 평행광속의 너비는 응당 액정디스플레이의 화소 너비와 같아야 한다. 왜냐하면 2개（흑백디스플레이）혹은 6개（컬러디스플레이） 화소의 광속을 1개의 화소 내에 압축하여 투과해야 하기때문에 만일 투광율 요소를 고려하지 않는다면 흑백 액정디스플레이의 압속비는 응당 2:1이어야 하고 컬러 액정디스플레이의 압속비는 응당 6:1이어야 한다. 난반사광선이 분색판을 경과하여 액정디스플레이에 들어가면 색깔이 순정하지 않게 되므로 반드시 억제해야 한다. 이 두가지 구조중에서 도면부호 '213'은 바로 난반사광선이 압속판을 투과하지 못하게 저당하 는 흑대행렬이다.

이 디자인의 이점은 압속판의 압속비를 임의의 이상적인 수치로 설정할 수 있는 것이다. 예를 들면, 전통적인 액정디스플레이의 구조 중에서 일부분의 광선이 투과할수 없는 구역 즉 흑대행렬, TFT, 축적콘덴서 등에 가리워서 화소의 투광율은 항상 60%보다 적었기에 화소에 비치는 모든 빛에너지를 유효하게 이용할 수 없었다. 도 5와 같이 화소의 투광율은 그림자구역 면적（37-ITO전극）과 점선이 포함한 면적（조사면적）의 비로 정의한다. 도 7a（전통 화소）와 도 7b（본 발명 화소）을 비교하면 쉽게 알 수 있는바 본 발명 중에서 화소의 투광율은 압속판의 압속비（그 조사구역을 일부분의 광선이 투과할 수 없은 흑대행렬, 축적콘덴서 등 구역을 포함하지 않도록 함）를 조절하는 것을 통하여 현저하게 제고시킬 수 있다. 즉 화소 투광율 비의 분모가 현저하게 작아진다. 실은 만일 화소 투광율 요소를 고려한다면 부동한 화소구조에 따라 압속판의 압속비는 응당 2:1（흑백디스플레이）혹은 6:1（컬러디스플레이）보다 커야 한다. 여기서 반드시 지적해야 할 것은 모든 공기/유리（플라스틱）면에 반드시 증투막을 코팅하여 투광율을 제고시켜야 한다.

그 다음 압속판을 경과한 미세한 평행광속은 복굴절재료로 구성된 분속판(22)에 비치게 된다. 자연광（비편광）은 특정된 각도하에서 이 분속판을 경과하면 도 8a에서 표시한 것과 같이 “분리”（O광선과 E광선）된다. 그 “분리각”의 크기는 결정체의 결정방향 및 재료의 복굴절율에 의해 결정된다. 분리각이 정해지었을 경우 분리거리와 결정체의 두께는 정비례된다. 그러므로 결정체의 두께를 공제하는 것을 통해 분속판의 분리거리를 정확하게 계산할 수 있다. 만일 투광율 요 소를 고려하지 않는다면 컬러디스플레이 분속판의 두께는 반드시 그 분리거리가 광속너비의 3배와 같거나 3배보다 커야 한다. 이는 매 묶음의 백광은 분색판에 의해 홍,녹,남 삼원색으로 부동한 위치에 분리되기 때문이다.

전형적인 복굴절 재료로는 방해석, YVO₄, LiNbO₃ 등등이 있는데 이런 결정은 매우 비싸며 또한 대면적의 복굴절 원재료가 결핍하기에 그들은 응용하기에 적합하지 않다. 본 발명은 2개의 유리 혹은 플라스틱 기판(221, 222)으로 공간정위 액정분자（SF-PDLC）(223)을 끼워서 도 8b과 같은 분속판을 구성하였으며 그 중 높은 복굴절율 액정분자는 제일 큰 “분리각”을 산생할 수 있는 방향으로 배열되어 정위된다. 그러므로 대면적, 저성본인 분속판을 실현할 수 있다. 만일 분속판을 개별 기판으로 사용한다면 그 양면에는 모두 증투막을 코딩하여 투광율을 제고시켜야 한다.

분속판을 경과하여 O광선과 E광선으로 분리된후 한조의 입사광선과 수직되게 배열되고 입사각이 45^o인 유리 혹은 플라스틱(234)을 기판으로 하는 간섭필터(231,홍）,(232, 녹）,(233,남）로 구성된 분색판(23)에 도달한다. 이 분색판의 단면도는 도 9a와 도 9b에서 표시하였으며 그중 간섭필터는 이미 성숙되고 광범하게 응용되고 있는 광학기자재이다. 전형적인 간섭필터는 부동한 굴절율인 비전도매질층을 엇갈아 서로 중첩되게 겹쳐서 형성되었다. 이런 서로 엇갈아 중첩된 비전도매질층의 두께와 고, 저굴절율에 의해 이상적인 간섭필터 중심파장과 통과대역너비를 공제할 수 있다.

분색판의 원리도는 도 9c에서 표시하였으며 그 중 간섭필터 스펙트럼은 각각 도 10a와 도 10b에서 표시하였다. 만일 색깔 배열이 홍색으로부터 시작된다면 도 9c와 도 10a에서 표시한 것과 같이 홍색필터는 홍색 스펙트럼을 액정디스플레이 화소에 투과시킴과 동시에 녹색과 남색 스펙트럼을 반사한다. 다음의 （녹색）필터는 녹색 스펙트럼을 반사하고 남색과 홍색 스펙트럼을 투과하며 도 9c와 도 10b에서 표시한것과 같다. 즉 첫번째 필터에서 반사된 녹색은 여기서 반사되어서 액정디스플레이 화소 중에 비추게 되며 남색 스펙트럼은 이 필터를 투과하여 계속 전진한다. 남은 스펙트럼이 제일 마지막 （남색）필터에 도달하면 남색 스펙트럼은 여기서 반사되어서 액정디스플레이 화소를 비춘다. 이렇게 삼원색은 하나하나 분리되어 위치를 정하게 된다. 다시 말하면 첫 번째 필터는 수요하는 스펙트럼을 투과하고 수요하지 않은 스펙트럼을 반사하며 기타 두 개 필터는 수요하는 스펙트럼을 반사하고 수요하지 않는 스펙트럼을 투과한다.

설명한바 이상의 실례 중에서 홍색필터（홍색을 투과하고 기타를 반사함）는 남색필터（남색을 반사）의 공능을 가지고 있다. 사실상 두 가지 필터의 직열은 삼원색의 분리를 실현할수 있다. 도 11a에서 표시한것은 홍（221）, 녹（222） 필터의 조합이다. 같은 원리로 남색으로부터 시작되다면 남（223）, 녹（222） 두가지 필터만 있으면 삼원색의 분리（도 11b）를 실현할 수 있다. 이렇게 되면 생산과정도 더욱 간단하게 되며 생산성본도 진일보 절감할 수 있다. 앞부분에서 서술한 분속판과 마찬가지로 만일 분색판을 개별 기판으로 사용한다면 그의 양면에 모두 증투막을 코팅하여 투광율을 제고시켜야 한다.

쉽게 알 수 있는바 압속판과 분색판 사이는 반드시 정밀하게 서로 대응시켜야 하지만 분속판은 그렇게 해야 할 필요가 없다. 첫 번째 필터는 투사방식이고 두 번째와 세 번째 필터는 반사방식이므로 압속판에서 출사한 광속은 정밀하게 첫 번째 필터에 놓여야 한다. 그 어떠한 정밀하지 못한 대응은 모두 색도를 순수하지 않게 한다.

이상의 소개에서 쉽게 발견할 수 있는바 분속판과 분색판은 더 진일보로 단일기판으로 집적할 수 있다. 도 12 중에서 분색판을 기판으로 이용한 분속판구조를 제기하였으며 그 기판을 분속분색판이라 명명하였다. 이 구조 중에서 고분자재료, 액정, 유리의 굴절율이 서로 접근하므로 분색판 내면은 증투막을 코팅할 필요가 없다. 두개 기판의 조합과 비교하면 그 집적은 원래 기판의 외면에 코팅하는 증투막도 생략해 버렸다. 즉 두개 기판의 조합에 비하여 분속분색판은 두면의 증투막공예를 생략하였으며 시스템구조（3개 기판을 2개 기판으로 감소）를 간단화하였을 뿐만아니라 공정성본도 절감하였다.

본 발명의 특점은 그는 도 2의 구조와 서로 부동한 여러가지 조합으로 액정디스플레이 백라이트의 빛에너지 이용율을 제고시키는 것이다.

도 13a는 압속판과 분색판을 개별 부품으로 하여 액정디스플레이와 배합하는 것을 표시하였다. 이 구조 중에서 본 모듈은 백라이트와 액정디스플레이 사이에 끼워있으며 반드시 액정디스플레이 화소와 정밀하게 대응되어 최대한으로 빛에너지를 이용해야 하며 정확하게 운영해야 한다. 이 조합의 원리는 아래와 같다. 백라이트(18)에서 발사한 한묶음의 백색 평행확장광속은 3:1인 압속판을 경과하여 한조의 너비가 원래의 1/3 또한 화소와 같은 너비의 평행광속 행렬로 분리된다. 이런한 미세한 백색평행광속은 계속하여 분색판(23)을 경과하여 같은 너비의 홍, 녹, 남 삼원색으로 분리되며 하나하나 잇달아 위치를 정하게 된다. 이러한 미세한 유색 평행광속은 광원으로 되어 액정디스플레이에 입사한다. 이 구조 중에서 첫 번째 편광판(11)은 이론상에서 백라이트(18)과 액정디스플레이 능동기판(13) 사이의 임의의 위치에 설치할 수 있다. 본 모듈은 목전의 TFT-LCD기술과 고도로 겸용되므로 TFT-LCD의 생산공정 중에서 이 모듈을 채용하는데 큰 공예개진이 필요하지 않다. 전통적인 액정디스플레이중에서 본 모듈은 도 1 중의 전통적인 필터(16)를 교체하였다.

도 13b는 분색판을 액정디스플레이의 기판으로 액정디스플레이 중에 응용하였다. 분색판은 하나의 유리판으로서 액정디스플레이 생산공정 중의 그 어떠한 기계 및 열충격이든지 모두 견딜 수 있으며 또한 액정디스플레이의 （수동 혹은 능동）기판으로 액정분자를 끼워서 설치할 수도 있다. 수동기판 위에서 지전극 스퍼터, 고분자지향막 스핀코팅 및 마찰 두번의 주요한 생산공정만 필요하다. 이런 상황하에 도 14b중에서 첫 번째 편광판(11)을 압속판(21)과 분색판(22)（액정디스플레이 기판）사이에 설치하였지만 이론상에서는 백라이트(18)과 분색판(22) 사이의 임의의 위치에 설치할 수 있다. 이 구조 중에서 수동기판은 반드시 능동기판（TFT기판）과 서로 대응되어야 한다. 그러나 만일 분색판을 능동기판으로 한다면 분색판과 화소는 이미 능동기판 생산과정에서 서로 대응되었으므로 수동기판과 능동기판 사이는 다시 대응시킬 필요가 없다. 한 층의 기판을 생략하였기에 이 방안은 진일보 액정디스플레이의 구조 및 상응한 공정을 간단화하였으며 액정디스플레이 기술지표 를 더 한층 제고시켰다. 동시에 이는 두번의 증투막공예（한번은 분색판 표면, 다른 한번은 액정디스플레이 수동기판의 외표면）를 피면하였으므로 시스템의 두께를 더 한층 감소시켰다.

도 14는 압속판, 분속판, 분색판이 백라이트(18)과 액정디스플레이 사이에 끼워있는 구조를 표시한다. 이런 상황하에서 백라이트(18)에서 발사한 한묶음의 백색 비편광 평행확장광속은 6:1인 압속판을 경과하여 한조의 너비가 원래의 1/6 또한 화소와 같은 너비인 평행광속행렬로 분리된다. 2가지 편광상태에 분포되고 삼원색의 빛에너지는 반드시 하나의 화소너비를 통과해야 하기에 압속판의 압속비가 반드시 6:1에 도달해야만 6개 화소의 빛에너지를 하나의 화소너비 내에 압축할 수 있다. 이런 미세한 평행광속은 또한 분속판(22)에 의해 두조의 서로 수직되고 인접하며 너비가 같은 선형편광 평행광속으로 분리된다. 이런 미세한 백색편광 평행광속은 이어서 분색판(23)을 경과하여 너비가 같은 홍,녹,남 삼원색으로 분리되며 하나하나 잇달아 위치를 정하게 된다. 다음 이런 미세한 편광 평행광속은 광원으로 되여 액정디스플레이 기판(13)에 입사한다. 이런 상황하에서 p-편광상태인 삼원색은 항상 s-편광상태 삼원색과 인접한다. 동시에 압속판(21), 분색판(23)은 액정디스플레이 화소와 정밀하게 대응시켜야 하지만 분속판(22)은 임의의 조치를 취하지 않아도 된다. 화소에서 출사한 광속은 두가지 서로 수직되는 상태의 편광이므로 구동회로 방식은 인접한 두조의 부동한 편광상태의 화소에 대해 서로 상반되는 구동방식을 채용해야 하며 즉 첫번째 조의 화소가 “OFF”라면 인접한 두번째 조의 화소는 “ON”이어야 한다.

도 15는 집적된 분속분색판(24)가 백라이트(18)와 액정디스플레이 사이에 끼워있는 구조를 표시한다. 그의 원리는 도 14와 같다. 하지만 한층의 기판을 생략하였기에 두번의 증투막공예（한번은 분속판(22)의 외표면， 다른 한번은 분색판(23)의 외표면）를 피면하였으며 시스템으로 하여금 더욱 치밀해지게 하였다.

도 16은 집적된 분속분색판(24)을 액정디스플레이의 수동기판으로 진일보 집적한 표시도이다. 수동기판우에서 지전극 스퍼터, 고분자지향막 스핀코팅 및 마찰 두번의 주요한 생산공정만 필요하며 포토에칭, 여광판 프린트 등 복잡한 생산공정이 없다. 동시에 본 발명중의 분속분색판은 정위한 고분자액정 기판으로서 액정디스플레이 생산과정 중의 진일보로 되는 공정충격에 견딜 수 있으므로 액정디스플레이의 이상적인 수동기판이다.

이 구조의 원리는 도 14, 도 15와 같다. 그는 진일보 액정디스플레이의 구조 및 상응한 생산공정을 간단화하였으며 또한 그 기술지표를 제고시켰다. 진일보로 한층의 기판을 생략하였으므로 도 15에 비하여 두 번의 증투막공예（한번은 분색판의 외표면，다른 한번은 액정디스플레이의 외표면）를 피면하였다. 만일 도 14와 비하면 그는 두층의 기판（분속판 기판(222) 및 액정디스플레이 수동기판(14)）과 4개 표면을 생략하였다.

간섭필터의 중심파장 및 통과대역너비는 특정된 입사각에 대한 정의이므로 이 입사각을 벗어나면 그 중심파장 및 통과대역너비는 모두 개변되며 즉 관중이 부동한 각도에서 부동한 색깔을 볼 수 있다. 그러므로 부동한 각도의 관중의 안구에 도달한 광속을 반드시 모두 특정된 출사각으로 간섭필터를 경과하여 투과한 광속으 로 보장해야 한다. 때문에 액정디스플레이의 출사면에 하나의 오목렌즈를 단위원소로 하는 난반사판 행렬을 가해야 한다. 도 17, 도 18에서 표시한 것과 같이 흑대행렬(213)의 보증하에서 한묶음의 평행광속은 왼쪽에서 수직되게 난반사판(25)에 입사하게 되며 모두 알고 있는 굴절법칙에 근거하여 이 평행광속은 난반사판의 출사면에 의해 부동한 방향으로 난반사된다.

도 19는 압속판(21), 분색판(23), 난반사판(25) 등을 개별 부품으로 하여 구성된 액정디스플레이의 구조를 표시한다.

도 20은 압속판(21), 난반사판(25)을 개별 부품으로 하여 분색판(23)을 기판으로 액정디스플레이중에 응용한 표시도이다.

도 21은 각기 분색판(23)을 능동기판으로 난반사판(25)을 수동기판으로 하여 액정디스플레이에 집적한 표시도이다.

상기와 같이 이루어진 본 발명은, 액정디스플레이 백라이트의 앞 부분에 설치하는 압속판과 그 압속판의 앞 부분에 설치하는 분색판을 포함하여, 압속판은 한묶음의 평행 확장 광속을 한조의 미세한 평행광속 행렬로 분해하며 분색판은 백광을 홍,녹,남 삼원색으로 분리하여 색깔에 따라 부동한 위치로 굴절시킨다. 분색판을 이용하였기에 백라이트의 가시광선 스펙트럼의 모든 빛에너지를 유효하게 이용할 수 있어 그 이용율을 3배 이상으로 제고시킬 수 있으며 만일 분속판도 이용한다면 백라이트의 모든 편광방향의 빛에너지를 유효하게 이용할 수 있어 그 이용율을 2배 이상으로 제고시킬 수 있다. 이 두 개 기판을 직열하면 백라이트의 총적인 빛 에너지 이용율을 6배 이상으로 제고시킬 수 있으므로 액정디스플레이의 광도 및 대비비를 현저하게 제고시키고 에너지 소모를 현저하게 절감할 수 있어서 진정한 의미에서 고광도, 저소모의 액정디스플레이를 실현할 수 있다.

Claims (10)

1. 일종의 액정디스플레이에 사용되는 광학모듈로서,

   액정디스플레이의 백라이트 앞부분에 설치하는 압속판과 상기 압속판 앞부분에 설치하는 분색판을 포함하며,

   상기 압속판은 한묶음의 평행확장광속을 한조의 미세한 평행광속 행렬로 분해하며, 상기 분색판는 백광을 홍,녹,남 삼원색으로 분리하며 색깔에 따라 부동한 위치로 굴절시키는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이에 사용되는 광학모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 압속판과 상기 분색판 사이에 분속판을 설치하며,

   상기 분속판은 비편광인 미세한 평행광속 행렬을 두 조의 서로 수직되는 선형편광인 미세한 평행광속 행렬로 분리하며 또한 부동한 위치로 분리시키는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이에 사용되는 광학모듈.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 압속판은 광학유리 혹은 플라스틱을 재료로 하는 대직경 볼록렌즈 행렬과 소직경 볼록렌즈 혹은 오목렌즈 행렬을 포함하며,

   상기 대직경 볼록렌즈 행렬은 간격이 없이 배열되며, 상기 소직경 볼록렌즈 혹은 오목렌즈 행렬 중에서 서로 인접한 두개 소직경 볼록렌즈 혹은 오목렌즈는 차 광재료로 격리하였으며, 대직경 볼록렌즈 행렬과 소직경 볼록렌즈 혹은 오목렌즈 행렬은 서로 대응되어야 하며 그들의 초점은 중첩되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이에 사용되는 광학모듈.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 분색판은 하나의 미소형분파기 행렬로서 그는 첫번째 원색을 투과하고 두번째, 세번째 원색을 반사하는 제1 미소형분파기， 두번째 원색을 반사하고 세번째 원색을 투과하는 제2 미소형분파기, 세번째 원색을 반사하는 제3 미소형분파기를 포함하며,

   상기 미소형분파기 행렬은 제1, 제2, 제3 이 3개의 미소형분파기를 한조로 하여 입사광속과 수직되는 방향에 연속적이고 반복적으로 배열하거나; 혹은 제2미소형분파기를 두개의 제1 미소형분파기 사이에 끼워 한조로 하여 입사광속과 수직되는 방향에 연속적이고 반복적으로 배열하거나; 혹은 제2 미소형분파기를 두개의 제3 미소형분파기 사이에 끼워 입사광속과 수직되는 방향에 배열하여 반복하는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이에 사용되는 광학모듈.
5. 제2항에 있어서,

   상기 분속판은 광학유리 혹은 플라스틱 기판으로 공간정위 고분자재료를 섞은 액정분자를 끼워 형성되며, 상기 액정분자는 입사광속과 0^o보다 크고 90^o보다 작 은 협각의 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이에 사용되는 광학모듈.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 분색판의 광속 출사면에 난반사판을 설치하는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이에 사용하는 광학모듈.
7. 제6항에 있어서,

   상기 난반사판은 오목렌즈를 단위원소로 하는 난반사판 행렬인 것을 특징으로 하는 액정디스플레이에 사용하는 광학모듈.
8. 제1항에서 서술한 액정디스플레이에 사용되는 광학모듈을 사용한 액정디스플레이로서,

   액정디스플레이를 포함하며 상기 액정디스플레이에는 하나의 선형편광판을 설치하며 상기 선형편광판을 상기 액정디스플레이의 광속 출사면에 설치하는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
9. 제2항에서 서술한 액정디스플레이에 사용되는 광학모듈을 사용한 액정디스플레이로서,

   액정디스플레이와 화소 공제 데이터라인 구동회로를 포함하며, 상기 액정디 스플레이에는 하나의 선형편광판을 설치하며 상기 선형편광판을 상기 액정디스플레이의 광속 출사면에 설치하며 상기 구동회로는 서로 인접한 두조의 부동한 편광상태 화소에 대해 “OFF”와 “ON” 두가지 상반되는 구동방식을 채용하는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
10. 제8항 또는 제9항 있어서,

    상기 분색판 앞부분에 난반사판을 설치하며 상기 난반사판은 액정디스플레이의 광속 출사면에 설치하는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.

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