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KR20160013908A - 향상된 컬러 필터 포화도를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

향상된 컬러 필터 포화도를 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20160013908A
KR20160013908A KR1020157035285A KR20157035285A KR20160013908A KR 20160013908 A KR20160013908 A KR 20160013908A KR 1020157035285 A KR1020157035285 A KR 1020157035285A KR 20157035285 A KR20157035285 A KR 20157035285A KR 20160013908 A KR20160013908 A KR 20160013908A
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KR
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론 에이. 화이트헤드
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클리어잉크 디스플레이스 엘엘씨
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Abstract

대략적으로 구형인 복수 개의 구형 요홈을 포함하는 반사 증진층을 포함하는 반사 영상 디스플레이가 복수 개의 반구 돌출부를 포함하는 시트에 인접한다. 구형 요홈들의 곡률 반경들은 인접하는 반구체들의 곡률 중심과 실질적으로 일치하여 디스플레이의 흰 종이 같은 외관을 증진하면서 선택적인 컬러 필터들이 포화된 색상을 내는 것을 효율적으로 가능하게 한다.

Description

향상된 컬러 필터 포화도를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IMPROVED COLOR FILTER SATURATION}
본 출원은 2013년 5월 22일에 가출원된 미국 가출원 제61/826,236호의 출원일 권리를 주장하며, 그 전체가 본원에 포함된다.
본 개시는 향상된 컬러 필터 포화도를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 개시는 내부 전반사를 통해 흰색 외관을 가지는 영상들을 생성하기 위해 향상된 반사 디스플레이들에 관한 것이다.
준재귀반사(semi-retro-reflection)는 대략 거시적인 평면 구조체의 반사 특성을 나타내는데, 여기서 평면 구조체는 입사하는 빛의 실질적인 일부를 반사하며, 특히 거시적인 평면 구조체에 직교하는 방향에서 대략 45도 미만으로 벗어나는 방향들의 범위 안에 있는 입사광에 대해 특별한 방향 특성으로 반사한다. 특별한 방향 특성은 각각의 입사 광선에 대해 반사광이 대략 반대 방향으로 뒤로 진행, 다시 말해, 출발점으로 돌아가는데, 이 때 반대 방향에 대해 거시적으로 임의적으로 그리고 주로 소정의 최대 편차 미만으로 벗어나 돌아가는 것이고, 여기서 소정의 최대 편차는 대략 45도 미만이다. 이 준재귀반사는 "광학적 이득”이라고 불리는 것을 나타내는데, 일반적인 조명과 시야 조건들에서 면의 겉보기 반사율을 증가시키는 것을 의미한다. 나아가, 빛이 이러한 구조체에서 반사되는 방식은 종이 같은 흰색 외관을 만들어낸다. 일반적으로, 종이 같은 흰색 외관은 광학 이득을 나타내는 광학 시스템들에서 일반적으로 관찰되는 금속 광택보다 바람직하다.
준재귀반사 특성은 볼록 또는 반구 돌출부들 또는 반구체들의 어레이를 포함하는 반사 디스플레이 안에서 그 근사치를 구할 수 있다 (이하, 용어 "볼록 돌출부들”, "반구 돌출부들”, 및 "반구체들”은 상호 호환적으로 사용된다는 것을 주목할 것). 도 1에 관측자를 향한 외부 앞면(102)과 복수 개의 반구 돌출부들(106)을 포함하는 내면(104)을 가진 반사 디스플레이의 전방 시트(100)가 도시되는데, 반구 돌출부들은 개별 반구체들(108) 안에서 내부 전반사(total internal reflection (TIR))에 의해 빛을 반사한다. 일반적으로, 반구 어레이의 일부의 상세 확대도인 도 2에 도시된 바와 같이, 시트(100)에 입사하는 광선들의 반 정도만 내부 전반사되면서 흰색 외관을 얻기 어렵게 된다. 도 2의 예에서, 입사 광선들(110)(실선으로 도시)은 관찰자를 향해 반사 광선들(112)(점선으로 도시)로서 내부 전반사되어 빠져 나가거나 비전반사 광선들(114)로서 어두운 동공 영역을 관통한다. 입사 광선들(110)은 직교 방향에 대해 약 30도 편차를 가지는데 이는 일반 작동 조건으로, 고품질 준재귀반사를 목표로 하지만 광선들(114)의 많은 부분이, 앞서 설명한 바와 같이, 예를 들어, 미국 특허 제 6,885,496호에서 설명한 바와 같이, 주로 어두운 비반사 동공 영역을 통과하기 때문에 반구체들 안에서 내부 전반사하지 않아 달성되지 않는다.
어두운 동공 지역을 지나는 광선들(114)의 실제적인 부분을 회수하기 위한 일 대책은, 도 3에 도시된 바와 같이 반구형 어레이 아래에 평면 반사 요소(116)를 두어 반사도를 향상시키는 것이다. 그러나, 평면 반사체가 대부분의 입사 광선들(110)(실선으로 도시)을 온전히 반사시킬 수 있음에도 불구하고 평면 반사체에 의해 반사된 대부분의 광선들은 원하는 준재귀반사 특성을 가지지 못하고 관찰자와 입사 광원으로부터 멀어지게 반사되는 광선들(118)(점선으로 도시)처럼 빠져 나간다. 입사 광선들이 반구형 어레이의 평면 외면에 직교하여 입사되면 도 3에 도시된 시스템에 의해 높은 광학 이득을 얻을 수 있지만 실제적인 유용성은 제한적이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하지만 준재귀반사 방식으로 개별 볼록 또는 반구 돌출부들의 어두운 동공 영역들을 통과하는 광선들을 반사시키기 위한 또 다른 대책은 반구형 어레이 아래에 반사 요소를 두어 실질적으로 광선들의 출발점으로 빛을 반사시키도록 하는 것이다. 이는 대략 구형 요홈들의 어레이를 포함하는 반사 요소에 의해 이룰 수 있다. 대략 구형 요홈들 각각은 그 바로 위에 위치한 반구체의 곡률 중심과 실질적으로 일치하는 곡률 반경을 가진다. 본 출원에서 설명하는 발명은 준재귀반사 방식으로 이러한 광선들의 "재활용”을 의도하는 것으로 TIR 기반 디스플레이들의 밝기를 증진한다. 나아가, 본 발명은 컬러 필터 어레이를 포함하는 반사 컬러 디스플레이에서 높은 효율과 높은 컬러 포화도를 가능하게 한다.
예시적 실시예들은 참조 도면들에 도시된다. 본원에 개시된 실시예들 및 도면들은 제한적이라기 보다는 예시적인 것이다.
도 1은 반구 돌출부들의 어레이의 일부를 도시한다.
도 2는 반구 돌출부들의 어레이를 도시하는데, 입사광선들의 일부가 어떻게 내부 전반사되는지를 보여주고 반사되지 않고 개별 반구 돌출부들의 어두운 동공 영역을 통과하는 일부를 보여준다.
도 3은 반구 돌출부들의 어레이를 포함하는 반사 구조체를 도시하는데, 반사되지 않고 개별 반구 돌출부들의 어두운 동공 영역을 통과하는 입사 광선들의 일부가 어떻게 평면 반사 요소에 의해 반사되는지를 보여준다.
도 4는 반구 돌출부들의 어레이를 포함하는 반사 구조체를 도시하는데, 반사되지 않고 개별 반구 돌출부들의 어두운 동공 영역을 통과하는 입사 광선들의 일부가 복수 개의 구형 요홈을 포함하는 반사 요소에 의해 어떻게 재귀반사되는지를 보여준다.
도 5는 복수 개의 구형 요홈을 포함하는 반사 요소를 포함하는 빛 반사(즉, 흰색) 상태의 반사 디스플레이의 일부를 도시한다.
도 6은 복수 개의 구형 요홈을 포함하는 반사 요소를 포함하는 빛 흡수(즉, 어두운) 상태의 반사 디스플레이의 일부를 도시한다.
도 4는 본원에서 설명하는 반사 구조체를 도시하는데, 여기서 반구형 어레이 밑에 배치된 반사 요소는 대략 구형 요홈들의 어레이를 포함하고, 또한 어두운 동공 지역들을 통과하는 광선들이 어떻게 준재귀반사(semi-retro-reflection)하는지를 도시한다. 도 4는 관측자를 향한 외부면(102)과 관측자에 대향하는 내부면(104)을 가진 투명 시트(100)를 도시한다. 시트(100)는 개별 반구체들(108) 안에서 내부 전반사(total internal reflection (TIR))에 의해 빛을 반사하는 복수 개의 볼록 돌출부, 반구 돌출부, 또는 반구체(106)를 더 포함한다. 반구체들(108)은 반구 비드들 또는 반 비드들일 수도 있다. 도 4의 반사 구조체는 시트(100)와 인접면(104) 뒤에 놓인 반사면(122)을 가진 반사 요소(120)를 더 포함한다. 반사 요소(120)는 복수 개의 구형 요홈(124)을 포함하는데, 그 각각은 그 바로 위에 위치한 반구체의 곡률 중심과 실질적으로 일치하는 곡률 반경을 가진다. 두 곡률 반경의 비는 재귀반사와 관련된 각편차도에 영향을 미친다 (여기서는 (구형 요홈의 곡률 반경)/(반구체의 곡률 반경)). 시트(100)를 통과하는 입사 광선들(110)(실선들로 도시)은 절반 정도가 반구 돌출부들(108)의 면(104)에서 일반적으로 내부에서 전반사되고 대부분 재귀반사되지만 빠져 나온 광선(112)(점선으로 도시)에 도시된 바와 같이 반드시 광원을 향해 바로 돌아가는 것은 아니다. 내부에서 전반사되지 않은 나머지 광선들(114)은 개별 반구 돌출부들(108)의 어두운 동공을 통과해, 복수 개의 구형 요홈(124)을 포함하는 반사 요소의 윤곽면(122)에서 준재귀반사한다. 입사 광선의 방향이 평면 반사 요소의 표면에 직교 방향이 아닐 때 광선들(118)이 광원에서 멀어지게 반사되는 도 3에 설명된 평면 반사 요소와 달리, 광선들(114)은 실질적으로 반구체를 향해 돌아가고, 이에 준재귀반사 방식으로 광원을 향하는 광선들(112)처럼 빠져나간다. 이 광선들은 내부 전반사 광선들과 결합해 반사도를 증진한다.
도 4에 설명된 구조체는 반사 디스플레이의 반사율과 겉보기 밝기를 증진하기 위해 반사 디스플레이에 결합될 수 있다. 도 5의 실시예는 도 4에 도시된 반사 구조체의 반사 디스플레이에 대한 결합을 도시한다. 도 5의 디스플레이(200)는 투명 전방 시트(202)를 포함하는데, 투명 전방 시트는 예를 들어 유리 또는 고분자로 구성되고 관찰자를 향한 외면(204)을 가진다. 디스플레이(200)는 제2 투명 시트(206)를 더 포함하는데, 제2 투명 시트는 예를 들어 유리 또는 고분자로 구성되고, 광변조 층을 포함하는 캐비티(208)를 형성한다. 캐비티(208)에 대해 시트(206)의 반대편에는 도 4에 설명된 것과 유사한 후방 반사 구조체(210)가 있다. 반사 구조체(210)는 개별 반구체들(216) 안에서 내부 전반사(TIR)에 의해 빛을 반사하는 복수 개의 볼록 돌출부 또는 반구 돌출부(즉, 반구체)(214)를 더 포함하는 투명 시트(212)를 포함한다. 복수 개의 반구체(214)는 반사면(222)을 가지는 복수 개의 구형 요홈을 포함하는 반사 요소(220)가 인접하는 윤곽면(218)을 형성한다. 일 실시예에서, 두 곡률 반경의 비는 약 0.5 내지 5이다(여기서 (구형 요홈의 곡률 반경)/(반구체의 곡률 반경))은 약 0.5 내지 5). 또 다른 실시예에서, 두 곡률 반경의 비는 약 1 내지 3이다. 또 다른 실시예에서, 두 곡률 반경의 비는 약 1 내지 2이다. 도시되지 않았지만, 도 5의 디스플레이(200)은 광학 전방 조명을 더 포함할 수 있다.
도 5의 디스플레이(200)의 광변조 층(208)은 입사광이 후방 반사 요소(214)를 향해 시트(206)를 통과하는 것을 허용하거나 막는다. 광변조 층은, 반사광의 편광에 의존하지 않는 미세 전자 기계 시스템(micro-electromechanical system (MEMS)), 전기습윤 시스템, 전기영동 이동 입자들 또는 그 조합과 같은, 하지만 이에 한정되지는 않는 임의 개수의 기술들에 기초한 광학 셔터를 포함할 수도 있다. 디스플레이(200)는 부유 전기영동 이동 입자들(226)을 가진 액체 매개체(224)를 포함하는 광변조 층을 도시한다. 캐비티(208) 내부, 투명 시트(206)의 앞면 상에 전극층(228)이 있는데, 전극층은 박막 트랜지스터 어레이, 패턴 전극 어레이, 또는 그 조합을 포함할 수도 있다. 전압원(미도시)과 조합된 전극층(228)은 광변조 층을 제어한다. 전극층이 액체 매개체(224)에 인접하는 컬러 필터층의 뒷면에 위치하는 것도 생각할 수 있다. 디스플레이(200)는 도 5에서 R, G, 및 B로 각각 표시된 적색, 녹색, 및 청색 서브 픽셀들을 더 포함하는 광학 컬러 필터 어레이 층(230)을 더 포함한다. 대안적으로, 서브 픽셀들은 시안색, 마젠타색, 및 황색으로 구성될 수도 있다.
도 5의 디스플레이(200)에 도시된 바와 같이, 광변조 층은 빛을 통과시키도록 설정된다. 입사 및 반사 광선들(232)이 통과하도록 전기영동 이동 입자들(226)이 전극층(228)의 특정한 위치들에 국지적으로 배치되거나 모이도록, 적절한 극성 전압이 인가된다. 입사 광선들이 실선들로 도시되고 반사 광선들이 점선들로 도시된다. 디스플레이(200)의 몇 개의 층을 통과하는 광선들은 볼록 돌출부나 반구형 어레이(214)에서 내부적으로 전반사되거나 개별 반구체들(216)의 어두운 동공 영역들을 통과한다. 어두운 동공들을 통과하는 광선들은 실질적으로 왔던(즉, 출발점) 방향으로부터 관측자를 향해 반사되도록 반사 요소(220)의 면(222)에서 재귀반사되어, 디스플레이의 겉보기 밝기를 증진한다.
도 5는 본원에서 설명하는 전체 설계의 중요한 특성을 도시한다. 이는 높은 효율(즉, 입사 광선들의 높은 반사도)을 얻는 것뿐만 아니라, 재귀반사 특성이 녹색 서브 픽셀 필터를 통과하도록 도시된 입사광이 실질적으로 컬러 필터층(230)의 동일한 녹색 서브 픽셀 필터를 통해 입사광의 방향으로 다시 돌아가도록 한다. 이는 반사 컬러 디스플레이에서 높은 효율과 높은 색포화도를 얻는 데 중요하다. 반사 구조체(210)는 밝은 흰색 종이 같은 외관의 생산을 용이하게 하면서 컬러 필터들이 포화색을 내게 하는 것을 효율적으로 가능하게 한다. 이런 특성들은 넓은 범위의 입사 시야각들에 걸쳐 유지되면서 우수한 인체 공학적 시야 특성을 제공한다.
도 6의 디스플레이(200)에 도시된 바와 같이, 부유 전기영동 이동 입자들(226)을 함유하는 액체 매개체(224)를 포함하는 광변조 층이 빛 투과를 막도록 설정된다. 이 예에서, 입자들은 적절한 극성의 전기장 인가에 의해 국지적인 배치에서 벗어나 전극층(228) 상에서 실질적으로 균일한 층을 이루어, 외부 투명 시트(202)와 광학 컬러 필터층(230)을 통과하는 입사 광선들(232)이 입자들의 층(226)에 흡수되도록 하면서, 빛이 반사되는 것을 막아 디스플레이의 어두운 상태를 만들도록 한다. 대안적으로, 전극층(228)이 디스플레이(200) 안의 컬러 필터층(230) 내면에 위치하는 것을 생각할 수 있다.
본원에서 설명한 디스플레이 실시예들은 전자책 판독기, 휴대용 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 착용 장치, 휴대폰, 스마트 카드, 간판, 시계, 선반 라벨, 플래시 드라이브, 및 옥외 게시판 또는 옥외 간판과 같은 곳에, 하지만 이에 한정되지 않게 적용될 수 있다.
위에서 설명한 실시예들은 이러한 적용을 도시하지만 이를 한정하지는 않는다. 다양한 예시적 측면들 및 실시예들이 위에서 논의되었지만, 당업자들은 소정의 여러 변경, 치환, 추가, 및 그 준조합을 인지할 것이다. 그러므로, 본 개시의 범위는 다음의 청구범위에 의해서만 정의된다.

Claims (21)

  1. 밝기 증진 구조체를 가진 반사 디스플레이에 있어서,
    제1 광학적 투명 시트;
    적어도 하나의 전극층;
    복수 개의 볼록 또는 반구 돌출부를 더 포함하는 면을 가지는 제2 광학적 투명 시트;
    상기 볼록 또는 반구 돌출부들의 어두운 공동 영역들을 통과하는 빛을 실질적으로 준재귀반사(semi-retro-reflection)하는 반사 증진층;
    빛이 차단되거나 통과되는 적어도 하나의 광변조 층; 및
    상기 광변조 층을 제어 가능하게 조절하기 위한 전압원을 포함하는 반사 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전압원은 상기 광변조 층에 일 극성의 전압을 인가해 빛을 통과시키도록 전환 가능하고; 그리고
    상기 광변조 층에 제2 극성의 전압을 인가해 빛을 차단하도록 전환 가능한
    반사 디스플레이.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반사 증진층은 대략 구형 요홈들의 어레이를 포함하고, 상기 대략 구형 요홈들 각각은 실질적으로 상기 대략 구형 요홈들의 어레이 위에 위치한 상기 볼록 또는 반구 돌출부의 곡률 중심과 실질적으로 일치하는 곡률 반경을 더 포함하는 반사 디스플레이.
  4. 제3항에 있어서, 반구 돌출부의 곡률 반경에 대한 구형 요홈의 곡률 반경의 비는 약 0.5 내지 5인 반사 디스플레이.
  5. 제3항에 있어서, 반구 돌출부의 곡률 반경에 대한 구형 요홈의 곡률 반경의 비는 약 1 내지 3인 반사 디스플레이.
  6. 제3항에 있어서, 반구 돌출부의 곡률 반경에 대한 구형 요홈의 곡률 반경의 비는 약 1 내지 2인 반사 디스플레이.
  7. 제3항에 있어서, 상기 광변조 층은 정전기적 대전으로 빛을 흡수하는 복수 개의 부유 전기영동 이동 입자를 더 포함하는 전기영동 매개체를 포함하는 반사 디스플레이.
  8. 제3항에 있어서, 상기 광변조 층은 전기습윤 시스템을 포함하는 반사 디스플레이.
  9. 제3항에 있어서, 상기 광변조 층은 미세 전자 기계 시스템을 포함하는 반사 디스플레이.
  10. 제7항에 있어서, 일 극성 전압의 인가에 의한 상기 전기영동 이동 입자들의 이동은 조명 상태를 만들고,
    제2 극성 전압의 인가에 의한 상기 전기영동 이동 입자들의 이동은 비조명 상태를 만드는 반사 디스플레이.
  11. 제1항에 있어서, 적색, 녹색, 및 청색 서브 픽셀들을 포함하는 컬러 필터 어레이를 더 포함하는 반사 디스플레이.
  12. 제1항에 있어서, 시안색, 마젠타색, 및 황색 서브 픽셀들을 포함하는 컬러 필터 어레이를 더 포함하는 반사 디스플레이.
  13. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 전극층은 박막 트랜지스터 어레이를 포함하는 반사 디스플레이.
  14. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 전극층은 패턴 어레이를 포함하는 반사 디스플레이.
  15. 제1항에 있어서, 스페이서들 또는 스페이서 비드들을 더 포함하는 반사 디스플레이.
  16. 제7항에 있어서, 상기 전기영동 이동 입자들은 유기 물질, 무기 물질, 또는 유기와 무기 물질의 조합을 포함하는 반사 디스플레이.
  17. 제7항에 있어서, 상기 전기영동 매개체는 탄화수소, 탄화플루오르, 또는 탄화수소와 탄화플루오르의 조합을 포함하는 반사 디스플레이.
  18. 제1항에 있어서, 복수 개의 볼록 돌출부 또는 반구 돌출부를 포함하는 면을 가지는 상기 광학적 투명 시트는 엠보싱, 에칭, 몰딩, 자가 조립, 프린팅, 석판술, 또는 마이크로 복제 중 어느 하나에 의해 형성될 수도 있는 반사 디스플레이.
  19. 제3항에 있어서, 복수 개의 구형 요홈들을 포함하는 상기 반사 증진층은 엠보싱, 에칭, 몰딩, 자가 조립, 프린팅, 석판술, 또는 마이크로 복제 중 어느 하나에 의해 형성될 수도 있는 반사 디스플레이.
  20. 제1항에 있어서, 전방 조명을 더 포함하는 반사 디스플레이.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 디스플레이를 포함하는 전자책 판독기, 휴대용 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 착용 장치, 휴대폰, 스마트 카드, 간판, 시계, 선반 라벨, 플래시 드라이브, 옥외 게시판, 또는 옥외 간판.
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