KR101022926B1 - 내부 후방 편광자를 갖는 칼라 액정 디스플레이 - Google Patents

내부 후방 편광자를 갖는 칼라 액정 디스플레이 Download PDF

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Abstract

적어도 하나의 편광자를 포함하는 전방 패널, 적어도 하나의 편광자를 포함하는 후방 패널, 상기 전방 및 후방 패널 사이에 위치한 액정, 상기 후방 패널 상의 반사층, 및 칼라 필터 매트릭스를 포함하는 칼라 액정 디스플레이가 제공된다. 후방 패널 상의 편광자는 내부 편광자이며 칼라 필터 매트릭스 앞에 또는 상기 매트릭스와 반사층 사이에 위치한다. 칼라 필터 매트릭스와 후방 편광자 사이에 위치한 모든 층들의 전체 두께는 10 마이크론을 초과하지 않는다.

Description

내부 후방 편광자를 갖는 칼라 액정 디스플레이{COLOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY WITH INTERNAL REAR POLARIZER}
본 출원은 2002년 10월 16일자로 출원된 미국특허출원 제60/419,321호를 우선권으로 주장하며, 상기 출원 명세서는 그 전체가 본 명세서에서 참조로 포함된다.
본 발명은 액정 디스플레이 및 표시기 분야에 관한 것으로, 특히, 편광자를 사용하는 액정 디스플레이에 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCD)는 다른 최신 장치에 비해 낮은 에너지 소비와 작은 크기로 인해 휴대 장치에서 중요하게 기여를 한다. 액정 표시 기술의 발전은 LCD가 고품질의 칼라 그래픽 이미지를 생성하면서 작은 크기와 무게, 낮은 에너지 소비 및 비교적 낮은 가격을 유지할 수 있게 하였다. 이러한 결합된 특성들은 휴대용 컴퓨터, 컴퓨터 시스템 및 장치들의 디스플레이 및 표시기로서, 측정 장비 및 센서의 디스플레이 및 표시기로서, 이동 전화, 온보드 컴퓨터, 노트북, 시계 등과 같은 휴대용 가전 장치의 디스플레이 및 표시기로서, 영화극장, 전시, 공공 장소 및 이벤트에서 대형 이미지화를 위한 프로젝터 및 스크린으로서, 그리고 광학 피드스루(feedthrough) 및 방사 소스의 셔터로서 LCD를 매우 넓게 사용할 수 있게 하였다.
액정 디스플레이의 구조, 액정 디스플레이의 동작 원리와 주요 구성 부품은 문헌에 개시되었다. 예컨대, 존 윌리와 썬즈 엘티디(John Willy and Sons Ltd.)에서 2001년에 발간한 위(Wu) 등의 "반사형 액정 디스플레이"와 존 윌리와 썬즈 엘티디에서 2001년에 발간한 루이더(Leuder)의 "액정 디스플레이: 어드레싱 스킴 및 전자-광학 효과"를 참조한다.
미러 타입 또는 반사성 타입의 디스플레이에서, 광은 디스플레이에 진입하고 미러에 의해 반사되며 디스플레이의 일측부를 통과하여 다시 내보내진다. 이러한 타입의 디스플레이가 갖는 주된 장점은 이미지를 형성하기 위해 인위적인 광을 최소로 필요로 한다는 것이다. 일반적으로, 미러 타입의 디스플레이는 주변 소스로부터의 광을 활용하고 조명 시스템을 필요로 하지 않는다. 이는 동작 동안 에너지 소비를 현저히 감소시킨다. 충분치 않은 조명 또는 완전한 암흑 조건에서 디스플레이를 동작시키기 위하여, 디스플레이 시스템은 종종 조명을 위한 고유 소스 및 디스플레이 표면의 전방 조명을 위한 광학 부품을 포함한다. 그러나 이러한 경우에도, 조명 시스템의 에너지 소비는 투과형 디스플레이의 경우보다 현저히 낮다.
반사 및 투과가 조합된 타입의 디스플레이도 일반적으로 사용된다. 이러한 조합된 시스템은 종종 투과반사 타입의 디스플레이로 불린다. 투과반사 타입의 디스플레이가 반사 타입의 디스플레이와 다른 주된 차이점은 투과반사 타입의 디스플레이의 미러가 반투명성이며, 투과 레짐(regime)이 디스플레이의 기능층의 설계에 의해 허용되는 경우 투과 레짐에서 디스플레이를 사용할 수 있다는 것이다.
액정 디스플레이는 일반적으로 후방측 및 전방측의 용어로 설명될 수 있다. 전방측은 관찰자와 면하는 측이고, 후방측은 관찰자의 반대편 측이다. 액정의 전방에 있는 디스플레이의 층 세트를 "전방 패널"이라 하고, 액정의 후방에 있는 디스플레이의 층 세트를 "후방 패널"이라 한다. 상이한 패널에 위치한 기능층은 예컨대 전방 및 후방 기판인 "전방" 또는 "후방" 층 및 전방 및 후방 전극 등으로 식별된다. 또한 단일층의 상이한 측들도 디스플레이에서 식별될 수 있다.
도 1은 다양한 기능을 수행하는 평탄한 기능층 세트를 포함하는 반사형 디스플레이를 도시한다. 특히, 디스플레이는 전방 편광자(101), 지연판(retardation plate:102), 전방 투과 기판(103), 칼라 필터 매트릭스(104), 전방 투과 전극(105), 액정(106), 확산 또는 거울 또는 홀로그래픽 반사기(107), 및 후방 투과 기판(108)을 포함한다. 도면 번호 109는 액정 셀을 나타낸다. 디스플레이 상에 이미지를 생성하기 위하여, 주변 소스 또는 조명으로부터의 광은 디스플레이의 층 구조 내에서 변조된다. 미러 및 광원에 추가하여, 특히 액정층의 기능층들과 적어도 하나의 편광자 층은 이미지를 형성한다.
도 1에 도시된 것처럼, 반사형 디스플레이에서 액정은 항상 전방 편광자 뒤에 위치하지만 미러는 액정 뒤에 위치한다. 반사형 액정 디스플레이의 동작 원리는 전방 편광자에 의해 편광되고 액정의 비선형 광학 특성에 의해 변화된 광의 편광 상태를 전극을 통한 전압의 인가에 의해 제어하는데 기초한다. 액정으로부터의 방출시 광 편광의 특정 타입의 변화는 디스플레이의 액정의 동작 레짐: 비틀림-네마틱(twisted-nematic), 초-비틀림-네마틱(super twisted-nematic), 또는 혼합 모드에 의존한다. 비틀림-네마틱 디스플레이의 경우에, 편광판의 회전은 액정의 비틀림 효과로부터 주로 얻어진다. 초-비틀림-네마틱 디스플레이 및 혼합-모드 동작 레짐을 갖는 디스플레이의 경우에 초기 편광 상태의 변화는 액정층의 복굴절(briefringence)로 인한 편광 위상 지연과 회전 비틀림 효과의 일부 조합으로부터 얻어진다.
실제로, 최신 액정 디스플레이는 비틀림- 및 초-비틀림-네마틱 레짐이 이미지 휘도를 감소시킬 수 있는 액정층의 비교적 큰 두께를 필요로하기 때문에 혼합 모드 동작에 의존한다. 투과형 디스플레이에서, 이러한 휘도 감소는 조명원의 휘도를 증가시킴으로써 보상될 수 있다. 그러나, 반사형 디스플레이에서 이러한 해결책은 유효하지 않다.
액정에 걸리는 전압을 변경함으로써, 액정에서 방출되는 광의 편광 상태는 점진적으로 변할 수 있다. 편광자의 2차 상호 작용 후에, 광 세기는 인가된 전압값에 따라 변한다. 반사 타입의 디스플레이에서 액정과 광의 상호 작용에 대한 특정 사항들은 액정 및 파라미터의 동작의 선택된 레짐에 의해 결정된다. 또한 이들은 콘트라스트비와 휘도, 시인각, 디스플레이의 전이 특성, 및 무채색 전달 등과 같은 디스플레이의 많은 성능 특성을 결정한다.
디스플레이에서 주요 광학층의 기능 순서가 결정될 때, 액정의 동작 레짐은 편광자 층에 가장 인접한 액정 분자의 디렉터(director)와 편광자의 각각의 축의 상호 방향, 액정의 정규 및 비정규 광 사이의 광학 경로차, 및 액정의 일측으로부터 다른 측까지 전이시 액정 분자들의 디렉터의 선택된 비틀림 각에 의해 결정된다. 지연자(retarder)의 존재 및 이들의 특성도 중요한 역할을 한다. 거의 모든 경우에, 동작 레짐은 이들 파라미터들을 조합하여 사용한다.
액정 비틀림 각도의 공통 값은 45°, 90°, 240°, 270°이다. Wu 등의 "반사형 액정 디스플레이"(2001, John Willy and Sons Ltd.)를 참조한다. 임의의 편광자의 각도는 투과축이 액정의 가장 가까운 층에서의 분자 디렉터에 평행 또는 수직이다. 두개의 편광자 층이 사용되는 경우, 이들의 투과축은 서로 수직이 되도록 배향된다.
반사형 디스프레이 광이 디스플레이의 모든 층을 2회 통과한다는 사실로 인해, 이러한 디스플레이는 단지 하나의 편광자를 가질 수도 있다. 이러한 편광자는 액정층 전방에 장착되어, 광선이 처음으로 편광자를 통과할 때 편광된다. 광선이 액정을 2회 통과한 후에, 미러로부터 반사 전후에, 전방의 편광자와 다시 상호 작용한다.
단일 편광자를 갖는 반사형 디스플레이는 양호하지 못한 콘트라스트비를 갖는다. 액정이 혼합 레짐에서 동작하는 경우, 광은 액정을 통과한 후 타원형으로 편광되어, 편광자와의 제 2 상호 작용의 효율을 낮춘다.
많은 문헌이 이러한 문제점을 언급하고 있다. 예를 들어, Kwok 등의 "Generalized Parameter Space Diagrams For All Liquid Crystal Displays" p165-169, ASID 1999; Kwok "Parameter Space Representation Of Liquid Crystal Display Operating Modes", J. Appl. Phys., Vol. 80, No.7, p.3687-93, October 1996; Cheng 등의 "Dynamic Parameter Space Method To Represent The Operation Modes Of Liquid Crystal Displays", Journal of Applied Physics, 86, p.5935,1999를 참조한다. 디스플레이의 콘트라스트비를 증가시키고 다른 특성을 강화시키기 위해, 종래 기술 참조 문헌은 액정의 광학 경로차, 액정 주변층 내의 분자 디렉터에 대한 편광자의 회전 각도 및 액정의 분자 디렉터의 회전 각도를 포함하는 액정의 동작 레짐을 결정하는 모든 파라미터 값을 변경시키는 것을 제안하고 있다. EP0576303호 및 US 특허 No.6,108,064호는 동일한 목적을 위한 기능층으로서의 지연자 사용을 제안하고 있다.
이러한 방향의 계산 및 실험의 결과로서, 비교적 큰 시인각을 갖는 콘트라스트비의 허용가능한 값이 칼라 디스플레이 및 블랙 및 화이트 디스플레이에 대해 유도되었다. 예를 들어, EP985953, US 특허 No.5,926,245호 및 6,341,001호를 참조한다. 그러나, 액정의 동작 레짐에서 비통상적인 파라미터 사용은 설계를 복잡하게 하여, 디스플레이의 대량 생산시 재현성을 낮춘다.
이러한 문제점은 가장 빈번히 변화하는 파라미터-편광자의 광축과 편광자에 가장 근접한 층의 액정 분자의 디렉터 사이의 각- 중 하나와 관련한 특정 예에서 설명될 수 있다. 이색성 유기 분자에 기초한 편광자의 투과축의 방향은 편광자 정렬시 고정된다. 대부분의 경우, 이러한 제조 단계는 특정 장치를 통해 편광자 재료의 리본(ribbon)을 연신(stretching)하는 단계를 포함한다. 그 결과, 편광자의 축의 방향은 리본의 에지부와 평행하게 된다. 만일 전술한 각이 90°또는 0°가 아닌 경우, 리본이 디스플레이에 설치되기 전에 커팅될 경우, 낭비되는 재료의 양이 증가한다.
미국특허 No.6,417,899는 배향층과 칼라 광필터 층 사이에 배치된 내부 편광자를 포함하는 공지의 칼라 액정 디스플레이를 개시한다. 이러한 디스플레이의 단점은 편광자의 투과축의 방향을 결정하는 배향층을 사용한다는 것이며, 이는 디스플레이의 제조를 복잡하게 하고, 편광자의 축이 배향층의 축과 평행하지 않을 경우 동작 레짐의 사용을 배제한다. 더욱이, 광 필터 및 액정층의 배향이 양호하지 않은 경우 이미지 품질을 악화시킬 가능성이 있다.
Uchida는 내부 편광자가 없는 반사형 칼라 액정 디스플레이를 개시하며, 여기서 칼라 필터층과 미러 사이의 간격은 디스플레이가 소정의 각으로 관찰될 때 적절한 칼라가 전달되도록 후방 편광자를 제거함으로써 감소된다. Uchida, Reflective LCDs, SID Seminar Lecture Notes, Hynes Convention Center, Boston, 20-24 May 2002, Vol.II, p F2/3을 참조한다. 이러한 설계의 단점들 중 하나는 감소된 콘트라스트비이며, 이는 후방 편광자가 없는 반사형 디스플레이에 있어서 피할 수 없는 것이다. 게다가, 이러한 디스플레이의 칼라 필터 매트릭스는 액정 전방에 배치되며, 이는 매트릭스와 미러 사이의 간격의 증가로 인한 증가된 시각 시차로 인해 시인각을 감소시킨다.
본 발명은 넓은 시인각으로 풀(full) 칼라 이미지를 생성할 수 있는, 내부 편광자를 갖는 높은 콘트라스트의 칼라 액정 디스플레이를 제공한다. 칼라 액정 디스플레이는 적어도 하나의 편광자를 포함하는 전방 패널, 적어도 하나의 편광자를 포함하는 후방 패널, 전방 패널과 후방 패널 사이에 배치된 액정, 후방 패널 상의 반사층, 및 칼라 필터 매트릭스를 포함한다. 후방 패널의 편광자는 내부에 있다. 칼라 필터들과 후방 편광자 사이에 배치된 모든 층들의 전체 두께는 10미크론을 초과하지 않는다.
도 1은 단일 편광자를 갖는 반사형 칼라 액정 디스플레이를 개략적으로 도시한다.
도 2는 두 개의 편광자를 갖는 반사형 칼라 액정 디스플레이를 개략적으로 도시한다.
도 3은 칼라 필터 매트릭스의 일 변형을 개략적으로 도시한다.
도 4는 상이한 굴절률과 미러를 갖는 두 개 층의 구조를 통과하는 입사 광선의 전파를 개략적으로 도시한다.
도 5는 액정 디스플레의 다층 구조를 통과하는 광선의 전파를 개략적으로 도시한다.
도 6A-6D는 본 발명에 따른 내부 후방 편광자를 갖는 액정 디스플레이의 일부 구조를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 디스플레이의 편광자 축을 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정의 러빙(rubbing) 방향 및 비틀림 각을 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 모드의 액정 디스플레이에 대한 대비도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 온 및 오프 상태에서 반사 모드의 액정 디스플레이에 대한 반사 스펙트럼이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 온 및 오프 상태에서 반사 모드의 액정 디스플레이에 대한 색도도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 온 및 오프 상태에서 투과 모드의 액정 디스플레이에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 온 및 오프 상태에서 투과 모드의 액정 디스플레이에 대한 색도도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정의 편광자 축, 러빙 방향 및 비틀림 각을 개략적으로 도시한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 모드의 액정 디스플레이에 대한 대비도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프 및 온 상태에서 반사 모드의 액정 디스플레이에 대한 반사 스펙트럼이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 온 및 오프 상태에서 반사 모드의 액정 디스플레이에 대한 색도도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 투과 모드의 액정 디스플레이에 대한 대비도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 온 및 오프 상태에서 투과 모드의 액정 디스플레이에 대한 투과 스펙트럼이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 온 및 오프 상태에서 투과 모드의 액정 디스플레이에 대한 색도도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 보상층을 포함하는 층 구조를 개략적으로 도시한다.
도 22는 면내 전압의 상이한 값에서 액정 디렉터의 방위각 분포를 도시한다.
도 23A는 본 발명의 일 실시예에 따른 결정 박막 보상층을 포함하는 액정 디스플레이에 대한 투과 계수를 도시하는 파라미터 맵이다.
도 23B는 본 발명의 일 실시예에 따른 결정 박막 보상층을 갖는 액정 디스플레이에 대한 콘트라스트비를 도시하는 파라미터 맵이다.
도 24A는 후방 패널 상에 위치한 광학적 이방성인 결정 박막(TCF)과 칼라 필터 매트릭스를 갖는 반사형 또는 투과반사형 구조를 개략적으로 도시한다.
도 24B는 후방 패널 상에 위치한 광학적 이방성 결정 박막(TCF)과 칼라 필터 매트릭스를 갖는 투과형 구조를 개략적으로 도시한다.
도 24C는 전방 패널 상에 위치한 칼라 필터 매트릭스를 갖는 투과형 구조를 개략적으로 도시한다.
도 24D는 전방 패널 상에 위치한 칼라 필터 매트릭스를 갖는 반사형 또는 투과반사형 구조를 개략적으로 도시한다.
본 발명은 칼라 필터 매트릭스 및 적어도 하나의 후방 편광자를 포함하고 칼라 전달시 왜곡 없이 시인각을 현저히 증가시키는 반사 타입의 칼라 액정 디스플레이를 제공한다. 일반적으로, 액정 디스플레이는 적어도 하나의 편광자를 포함하는 전방 패널, 적어도 하나의 편광자를 포함하는 후방 패널, 전방 및 후방 패널 사이에 위치한 액정, 후방 패널 상의 반사층, 및 칼라 필터 매트릭스를 포함한다. 후방 패널 상의 편광자는 내부 편광자이며 칼라 필터 매트릭스와 반사층 사이에 위치한다. 본 발명은 구조상으로 편광자를 갖는 상이한 타입의 액정 디스플레이, 예컨대 수직-배향 모드(vertically-aligned mode), 면내 스위칭 모드(in-plane switching mode), 수동-매트릭스 어드레싱(passive-matrix addressing) 또는 능동-매트릭스 어드레싱(active-matrix addressing)을 활용하는 액정 디스플레이에 사용될 수 있다.
도 2는 전방 편광자(1), 기능층(10), 전방 투과 기판(3), 전방 투과 전극(5), 액정(6), 후방 투과 전극(11), 칼라 필터 매트릭스(4), 후방 편광자(12), 미러(13), 및 후방 투과 기판(8)을 포함하는 반사 타입의 칼라 액정 디스플레이를 개략적으로 도시한다. 시인각은 각도(14)와 주변 소스로부터의 광선(15)에 의해 표시된다. 전방 패널(16)은 액정(6)의 전방에 있는 층 조합을 나타낸다. 후방 패널(17)은 액정(6)의 후방에 있는 층 조합을 나타낸다. 도면 번호 18은 칼라 필터 매트릭스(4)의 픽셀 크기를 나타낸다. 도 3은 매트릭스의 청색, 적색 및 녹색 필터(20, 21, 22)를 나타내는 칼라 필터 매트릭스(4)를 나타낸다. 기능층 아래, 하나 또는 여러 개의 층은 편광자 층, 배향층, 전극층, 기판층, 반사층, 보호층, 지연층, 절연층, 평탄층, 분산층, 광-산란층, 칼라 필터층, 및 액정 디스플레이의 기능성을 구현 또는 개선하기 위해 사용될 수 있는 임의의 다른 층을 포함하는 리스트로부터 선택된다.
액정 동작 레짐의 전형적인 파라미터로 콘트라스트비(contrast ratio)를 증가시키기 위해, 액정과 미러 사이에 제 2 편광자를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 단지 하나의 전방 편광자를 갖는 디스플레이와 비교할 때 콘트라스트비를 상당히 증가시킬 수 있다. 하지만, 두 개의 편광자를 갖는 반사형 디스플레이를 제조하는 것이 일반적으로 더 간단하며, 이는 적어도 하나의 지연층이 전형적으로 제거될 수 있으며, 두 개의 편광자를 갖는 디스플레이는 전형적으로 액정층의 비틀림 구조에 보다 의존하고 액정층의 복굴절 및 위상 지연에는 보다 덜 의존함으로써 보다 안정한 동작 모드로 동작할 수 있게 제조되기 때문이다. 이는 온도 편차, 액정 셀 갭 편차 및 기계적 스트레스에 덜 민감한 디스플레이의 동작을 가능하게 한다. 이들 모든 요인은 제조 수율을 개선하고 제조 비용을 감소시킨다.
칼라 이미지를 형성하는데 사용되는 칼라 필터(마이크로필터) 매트릭스(층)는 칼라 액정 디스플레이의 또 다른 주요 요소이다. 인간의 시각 시스템의 구조 및 기능은 3개의 적절한 주요 칼라의 혼합을 통해 임의의 구현 가능한 칼라를 형성하게 한다. 전형적으로 전자 모니터 및 표시기와 같은 가색(additive color) 재생 장치에서 주요 칼라로서 적색, 녹색 및 청색이 사용된다. 이 경우 칼라 혼합은 주요 칼라의 상대적 농도를 조절함으로써 얻어진다.
칼라 필터 매트릭스는 상기 3개의 주요 칼라를 이용하여 이미지, 픽셀의 가장 작은 엘리먼트를 부각시키는 역할을 한다. 이러한 목적은 일렬로 배치되며 적색 칼라 영역(
Figure 112008059313777-pct00001
630nm)에서 최대 투과율, 청색 칼라 영역(
Figure 112008059313777-pct00002
550nm)에서 제 2 투과율, 및 녹색 칼라 영역(
Figure 112008059313777-pct00003
460nm)에서 제 3 투과율을 갖는 3개의 칼라 필터 중 하나를 통과하는 광 투과에 의해 달성된다. 각각의 칼라 필터의 스펙트럼 통과대역은 전형적으로 상당히 넓으며(
Figure 112008059313777-pct00004
50-100nm) 피크 투과 파장 부근에서 집중된다; 그러나, 칼라 필터 파라미터는 특정 디스플레이 및 어플리케이션에 대해 통상적으로 주의 깊게 최적화되어 채도(color saturation) 및 광 산출량 사이에 균형을 이룰 수 있다. 각각의 광 필터를 통과하는 광 세기를 제어함으로써, 3개의 마이크로필터를 포함하는 픽셀 칼라가 임의적으로 변경될 수 있다. 본 명세서는 조명원(illumination source) 또는 주변 자연 광원으로부터의 광은 광대역이며 비교적 무색(achromatic)이어서, 주요 칼라 필터 각각의 통과대역에서 충분한 스펙트럼 휘도(radiance)를 제공하는 것으로 가정한다.
통상적으로 디스플레이 내의 픽셀은 규칙적인 매트릭스에서 그룹화되어 있기 때문에, 3중의 칼라 광 필터도 규칙적인 매트릭스에 정렬되어, 도 3에 도시된 것처럼, 칼라 광 필터 매트릭스(층)를 형성한다. 본 도면에 도시된 특정 배열은 오프셋 픽셀을 갖는 델타(delta) 패턴이다. 수직 스트립, 수평 스트립, 대각선 스트립 및 칼라 쿼드 모자이크(color quad mosaic)와 같이 통상적으로 사용되는 칼라 필터 모자이크의 다른 다양한 패턴이 존재한다.
개별 칼라 광 필터를 디스플레이에 사용되는 주요 칼라에 대응하는 세트로 그룹화시키는 특정 방법 및 층 내부에 상기 세트를 서로에 대해 위치시키는 방법은 액정에서 픽셀 순서를 정하는 방법 및 제조자의 임의의 선택에 따른다. 칼라 광 필터의 설계를 결정하는 제 1 아이템은 액정의 대응하는 픽셀과 각각의 칼라 광 필터의 정확한 배열의 필요조건이며, 이는 액정의 픽셀이 광 세기를 제어하기 때문이다. 칼라 광 필터층 및 액정 광 세기 제어 엘리먼트층의 정확한 배열의 필요조건으로 인해, 이들 층은 가능한 서로 가깝게 배치되어야 한다. 다양한 경우에 있어, 투명 전극 및 배향층만이 이들 층을 분리한다.
액정 디스플레이의 기능층의 한정된 두께 때문에, 공통 문제점으로는 이미지가 명확하고 과도하게 손상되지 않는 시인각(viewing angle)의 제한이 있다. 일반적인 경우에, 제한된 또는 최대 이용가능한 시인각의 개념은, 첫째 관찰된 특정 형태의 왜곡(distortion)에 의존하고, 둘째 이미지가 "불량(poor)"으로 간주되는 왜곡 양을 나타내는 임의의 정량(quantitative) 특성값에 의존하기 때문에, 다소 불명료하다. 이 때문에, 대부분의 공통 개념은 시인각에 있다. 디스플레이의 시인각은 이미지가 디스플레이 상에서 관찰될 수 있는, 관찰자의 눈에서 디스플레이로의 방향과 디스플레이 평면에 대한 법선 사이의 각도이다.
액정 디스플레이 상의 이미지를 비스듬히 관찰할 때 다양한 형태의 왜곡이 나타난다. 콘트라스트비와 휘도의 감소, 반전 콘트라스트의 "네거티브" 이미지의 출현 및 이미지의 더블링(doubling)등이 있을 수 있다. 각도 왜곡을 상쇄시키는 가장 전형적인 방법은 디스플레이 두께 감소 및/또는 지연막과 같은 보상 광학층을 부가하는 것이다.
이미지가 비스듬히 관찰되는 경우 반사형 칼라 디스플레이에서 칼라 왜곡이 발생한다. 이러한 왜곡의 원인은 도 4에 도시된 바와 같이 간단한 모델을 사용하여 설명할 수 있다. 칼라 필터 매트릭스(4)가 액정 디스플레이의 층들(18, 19)사이에 위치되고, 반사층(13)은 액정 디스플레이의 후면에 위치된다. 칼라 필터 매트릭스(4)의 전면 상에 다수의 층(18)이 있고 칼라 필터 매트릭스(4)의 후면 상에 다수의 층(19)이 있다. 칼라 필터 매트릭스(4)와 반사층(13) 사이의 층의 전체 두께는 d로 설정된다. 광선(1)이 포인트(20)에서 칼라 필터 매트릭스(4)와 미러(13) 사이의 층에 진입하고, 칼라 필터 매트릭스(4)의 평면 법선(30)과 광선(1) 사이의 각도는 α이다. 간략성을 위해, 칼라 필터 매트릭스(4)의 전면 상의 모든 층(18)은 동일한 굴절률(n0)을 가지며, 칼라 필터 매트릭스(4)와 미러(13) 사이의 모든 층(19)은 동일한 굴절률(n1)을 갖는 것으로 가정한다. 칼라 필터 매트릭스(4)의 굴절률은 n0이다. 굴절률(n0)과 굴절률(n1)은 상이하기 때문에, 광선은 칼라 필터 매트릭스(4)와 반사기(13) 사이에 위치된 층에 진입함에 따라 각도(β)에서 굴절된다. 미러(13)로 이동하는 광선이 미러(13)로부터 반사되어 다시 칼라 필터 매트릭스(4)로 이동되어 포인트(21)에서 칼라 필터 매트릭스(4)와 미러(13) 사이의 층(19)을 나가게 된다. 포인트(20)와 포인트(21) 사이의 간격은 l로 설정된다. 스넬의 법칙을 적용하여 간격(l)에 대한 간단한 식이 구해진다.
Figure 112005019883277-pct00005
(1)
이 경우, 광선이 칼라 필터 매트릭스 아래의 층에 진입하고 동일한 광 필터를 통해 미러로부터 반사 후 나가는 경우, 광선은 필터의 칼라를 정확하게 추정한다. 반대의 경우, 광선이 이웃하는 또는 다른 광 필터를 통해 나가는 경우, 형성되는 광선의 칼라는 두개의 상이한 칼라 필터를 순차적으로 통과하게 되어 디스플레이의 칼라 왜곡은 일반적으로 방지될 수 있다. 따라서 진입 및 퇴출 포인트 사이의 간격(l)이 클수록 칼라 왜곡이 유도된다.
식(1)에 따라,
l 값은 α에 따라 증가한다, 즉, 입사각의 값이 클수록 광선의 진입 및 퇴출 포인트 사이의 간격은 커지며, 상기 l의 큰값은 α의 큰값에 대응한다.
l 값은 d에 따라 감소하며, 원하는 높은 시인각은 칼라 매트릭스와 반사층 사이의 층 두께 감소에 따라 달성될 수 있다.
따라서, 도 4에 도시된 간단한 모델은 칼라 매트릭스와 반사층 사이의 층 두께가 감소됨에 따라 칼라 왜곡이 없는 시인각 증가를 나타낸다.
도 5에는 일반화된 모델이 도시된다. 굴절률(n0)을 가지는 층(17)이 칼라 필터 매트릭스(4)의 전면상에 위치된다. 층(19)은 칼라 필터 매트릭스(4)와 미러(13) 사이에 위치된다. 층(18)은 층(17)의 전면상에 위치된다. 광선(1)은 법선에 대해 각도(α0)로 칼라 필터 매트릭스(4)의 표면상에 입사한다. 포인트(40)에서 매트릭스(4)로 진입 후, 광선(1)은 N층의 시퀀스를 통과하며, 이들 각각은 굴절률(ni)와 두께(di)를 갖는다. 여기서, i는 매트릭스(4)로부터 미러(13)로의 순서인 층의 번호이다. 모든 층은 평탄하며 서로 평행하게 위치된다. 미러(13)로부터의 반사 후에, 광선(1)은 다시 층(19)의 시퀀스를 통과하며 포인트(41)에서 칼라 필터 매트릭스(4)를 나간다. 포인트(40)와 포인트(41) 사이의 간격은 도 4에 도시된 실시예와 유사하게 l로 설정된다. l에 대한 식은,
Figure 112005019883277-pct00006
이다.
그러나, 보다 복잡한 모델이라도 모든 특정 경우를 설명할 수는 없다. 이는 픽셀의 기하학적 구성에 따라, 즉, 이들의 형상 및 매트릭스 내의 상호 배치에 따라 상기 계산이 크게 좌우되기 때문이다. 이외에, 매트릭스 평면상의 픽셀 팩킹은 연속적이지 않을 수도 있다, 즉, 칼라 필터 매트릭스는 개개의 칼라 필터 부재 사이에 갭을 포함하여, 블랙 매트릭스 재료로 마스크되거나 투명할 수도 있다. 이러한 문제점은 이미 관찰 극성 각도에 따라 왜곡되지 않은 칼라 이미지에 대한 최대 시인각의 관계로 설명되었다.
또한 칼라 필터층의 전방에 배치된 층은 칼라 전달의 왜곡에 영향을 미친다. 언급된 바와 같이, 시인각은 법선에서부터 디스플레이의 전방 표면으로 측정된다. 분명하게, 하부 칼라 필터 매트릭스상으로의 광 입사 각도는 상부에 놓인 일련의 층을 따른 외부 입사 각도, 이들의 두께 및 굴절률 값을 이용하여 결정될 수도 있다.
식(2)에서, 미러로부터의 광선 반사의 상세한 설명은 고려하지 않았다. 모든 계산은 산란을 배제하고 디스플레이 내의 미러가 조도(roughness) 없이 이상적으로 평탄한 표면을 갖는다는 것으로 가정하여 수행된다. 거울형 반사 모델을 사용하는데는 정당한 기술적 이유가 있으며, 이는 반대의 경우, 이상적인 산란성의(Lambert) 반사 표면은, 산란 표면에 의한 편광 소멸(depolarization)로 인해 디스플레이상에 임의의 이용 가능한 이미지를 형성하는 것이 불가능하기 때문이다. 또한, 이상적인 거울형 반사기의 사용은 입사 평면 및 단일 반사 각도로 제한되는 심각한 제한 시각 볼륨(viewing volume)을 야기시키고, 원치 않는 전방-표면 반사와 일치되도록 디스플레이된 이미지에 대한 시인각을 제한할 수 있다.
원래 방향으로부터 비교적 작은 임의의 각도로 광을 산란시키는 분산 매체 도입은 원치 않는 전방-표면 반사의 마스킹 효과로부터 유효(effective) 시인각의 디커플링 및 확장된 디스플레이 시각 볼륨을 형성할 수 있다. 예를 들어, 미시적 비균일성(microscopic non-homogeneity)을 갖는 투과 또는 반사층이 공간 또는 평면에 임의대로 분포되어 장착될 수 있다. 특히 이러한 산란 표면은 디스플레이로부터의 광이 소정의 유한 각 콘(finite angular cone)내에서 대략 거울형(specular) 각도로 분포되는 이득 산란 특성을 갖는 디스플레이를 제공한다.
광 산란 프로세스의 불규칙한 특성 때문에, 정량 특성을 위해 한정된 산란 각도에서 반사 확률(probability)을 이용하는 것이 바람직하다. 산란 각도는 비균일한 산란 이후 원래 방향으로부터의 입사광 각도로 간주된다. 이러한 방법에서 산란 각도에 따른 광 세기 의존도(dependence)는 한정된 각도에서의 산란 확률을 의미하는 것으로 가정한다. 확률의 개념은 시스템에 의한 투과율 기술에 도움이 된다. 분명하게, 디스플레이 내의 나머지 층은 광을 산란시키지 않거나 또는 무시할만한 각도로 광을 산란시키기 때문에, 확률은 분산층상의 산란에 의해 결정된다.
현재 실제로 사용되는 액정 디스플레이에서 과도한 편광 소멸 없이 확장된 유효 시각 볼륨 형성 문제에 대한 해결책으로는, 거친 표면을 갖는 미러 사용, 전방 기판의 전방 및 전방 편광자의 후방에 위치된 분산막 사용, 역 분산된 광 산란을 갖는 액정 재료 사용(이 경우, 미러는 흡수기로 교체됨), 및 직접 분산된 광 산란을 갖는 액정 재료 사용이 포함된다.
이상적으로 평탄한 표면의 경우, 산란 확률의 각도 의존도(angular dependence)는 거울면 반사 각도에서 최대치를 갖는 델타 함수 형태를 갖고, 절대값이 입사 각도와 동일하며, 그 방향은 이 각이 측정되는 방향에 반대이다. 완전한 람베트 표면(pure Lambertian surface)의 경우, 이러한 의존도는 코사인 함수에 의해 정의되는 형태를 갖는다. 상기 언급된 해결책은 특정 목적에 관한 것이며, 이들은 유효 시각 콘(cone) 강화 및 이미지를 형성하는 동안 디스플레이 층에서의 임의의 간섭 효과 억제를 제공하기 때문이다.
미러의 표면이 k와 동일한 이상적인 평탄도로부터 제곱 평균 제곱근 편차(root-mean-square deviation)를 갖는 임의의 프로파일을 갖는 경우, 산란 확률의 각도 의존도는 거울면 반사의 각도에서 최대치를 갖는 가우시안 곡선 형태를 갖는다. 가우시안 곡선의 폭, 산란 각도(ω)는 파라미터 k의 함수이다. 따라서, 미러 표면의 조도값을 선택함으로써, 확장된 시각 콘 내에서 디스플레이로부터의 최대 반사가 달성될 수 있다.
실용적 관점에서, 반사 계수의 각도 의존도는 한정된 최대 산란 각도(ω)를 갖는 "직사각형 펄스" 형상을 갖는 것이 유리하다. 이는 시인각의 한정된 범위 내에서 디스플레이로부터 최대 반사 계수를 얻게 한다.
미러로부터의 반사 계수의 각도 의존도 형태는 미러 조도에 의해, 즉 미러의 미세 돌기(micro-relief)에 의해 결정된다.
칼라 광 필터상의 광선의 진입 및 퇴출 포인트 사이의 간격을 결정하는 문제점에 대해 다시 살펴보면, 분산 미러의 경우, 입사 및 반사된 광선은 개별적으로 고려되어야 한다. 반사된 광선은 미러 상의 산란 각도와 입사 각도에 의해 결정되는 소정 임의의 방향으로 전파될 수도 있다. 이 경우, 미러의 미세 돌기의 형상은 소정 각도에서 산란 확률을 결정한다. 불규칙하게 거친 표면을 갖는 경우, 상기 파라미터의 값은 가우시안 곡선의 절반-폭(half-width)에 의해 결정되며, 직사각형 펄스 형상의 각도 의존도의 경우에는 최대 산란 각도 등에 의해 결정된다. 임의의 경우, 이러한 각도 의존도의 특성은 미러 표면의 미세 돌기로부터 유추될 수 있다.
이를 고려하여, 디스플레이의 적절한 칼라 전달을 제공하기 위해, 임의의 주어진 광 필터의 개구부로 진입하는 광선이 높은 확률로 미러로부터 반사된 후 동일한 광 필터의 개구부를 통과하여 나가는 것이 중요하다.
시인각과 디스플레이 파라미터 사이의 특정한 형태의 관계는 응용 광학의 공지된 방법에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, Wu 등의 "반사형 액정 디스플레이"(2001, John Willey and Sons Ltd. )를 참조한다. 관계식(dependence), 정확한 식, 근사식, 통계 곡선(tabulated curve) 및 컴퓨터 코드의 특정 방법이 해결책의 선택된 방법에 따라 변경될 수 있다.
비스듬히 관찰되는 경우 디스플레이에 적절한 칼라 전달을 제공하기 위해, 임의의 주어진 칼라 필터의 개구상에 입사하는 임의의 광선이 미러로부터 반사된 후 동일한 칼라 필터의 개구를 통과하는 확률이 높을 필요가 있다. 적절한 칼라 렌더링 및 높은 휘도의 디스플레이를 제공하기 위해, 상기 확률은 높은 값이 바람직하고, 예를 들어 90%이다. 일 실시예에서, 임의의 광선이 주어진 시인각에서 디스플레이의 표면에 입사하고 반사층으로부터 반사된 후 동일한 칼라 필터를 통과하는 특정 칼라 광 필터를 통해 전파되는 확률은 90%이하이다.
이러한 높은 확률은 디스플레이의 하기의 파라미터 중 하나를 변경시킴으로써 달성된다: 디스플레이의 층 위치 순서, 즉, 전방 패널로부터 후방 패널의 방향을 따른 디스플레이에서의 층들의 교번 시퀀스; 디스플레이에서 각 층의 두께; 디스플레이에서 각 층의 굴절률; 칼라 필터 매트릭스에서 칼라 필터의 치수, 형상 및 배치; 및 미러 표면의 미세 돌기, 또는 상기 미세 돌기에 의해 한정되는 미러 반사 계수의 각도 의존도.
그러나, 최대 시인각을 달성하기 위해 디스플레이 설계의 임의의 파라미터를 임의적으로 변경하는 것은 허용되지 않는다는 제한이 있다. 광 필터의 특정 크기(α)는 디스플레이의 해상도에 의해 규정된다. 표준 칼라 액정 디스플레이는 일반적으로 인치당 72 픽셀 정도의 해상도를 제공하는 것이 요구되며, 이는 칼라 필터의 복잡성을 고려해서 최대 칼라 필터 크기를 약 0.1mm로 제한한다. 소정 분야에서는 상기 언급된 값을 증가시킬 수 있는 높은 해상도가 요구되지 않는다는 사실에도 불구하고, 칼라 평면 디스플레이 및 표시기의 일반적인 발전 성향은 상기 값을 낮추고 인쇄 장치의 해상도 레벨(인치당 300-1200 픽셀)에 근접하고자 한다. 결과적으로, 칼라 필터의 치수는 한정된 어플리케이션 해상도를 갖는 디스플레이용으로 예정되어 감소되는 성향을 갖는다. 또한, 칼라 필터의 크기는 액정의 픽셀 크기에 정확하게 관련된다. 칼라 필터 크기 증가는 디스플레이 해상도의 감소를 포함하여, 디스플레이의 전체 제조 기술의 변화를 불가피하게 유도한다.
또한, 층의 굴절률은 각도 특성에 크게 영향을 미치지 않는다. 첫째, 임의의 재료에 대한 굴절률은 1.5-2 범위이다. 이러한 파라미터에 대한 좁은 범위는 상당히 좁은 프레임 내에서의 시인각의 변화만을 허용한다. 둘째, 굴절률 값은 층의 재료에 의해 완전히 결정되며, 층의 기능에 의해 주로 예정된다. 예를 들어, 편광자 층은 항상 약 1.5의 굴절률을 갖는 비선형 광학 재료로 제조된다.
또한, 층 배치 시퀀스는 이들의 기능적 목적에 의해 한정되며 임의적으로 변경할 수 없다. 그 밖에, 상기 파라미터 및 굴절률은 단지 제한된 효과만을 갖는다. 이러한 동일한 개요는 미러의 산란 특성에 있어서 사실이다.
칼라 필터 매트릭스와 미러 사이의 층 두께는 매우 중요한 파라미터이다. 대부분의 경우에, 매트릭스와 미러 사이의 기능층 두께는 이들의 기능적 목적에 정확하게 관련되지 않는다. 재료 및 디스플레이의 제조 기술의 발전에 따라, 디스플레이의 대부분 층 두께는 크게 감소될 수 있다. 또한, 변경할 층의 선택에는 소정 자유도가 있어, 일반적으로 기술적 시퀀스에 대한 심각한 변화 없이 디스플레이의 동작 특성을 강화시킬 수 있다
반사형 칼라 디스플레이에서 칼라 왜곡 문제를 해결하는 간단한 제조 방법은 칼라 필터 매트릭스와 미러 사이의 층 두께를 감소시키는 것이다.
이러한 요구조건의 제 1 결과는 액정과 투명한 후방 기판 사이에 후방 편광자의 배치이다. 투명 기판은 디스플레이의 다른 층에 비해 상당한 두께(
Figure 112008059313777-pct00007
1mm)를 가지며, 매트릭스와 미러 사이의 층 두께를 감소시키기 위해, 기판은 미러 뒤에 위치되어야 한다. 후방 편광자가 미러와 액정 사이에 있다는 사실로 인해, 이러한 배치의 후방 편광자는 내부에 배치된다, 즉, 후방 편광자는 디스플레이의 투명 기판 사이에 위치된다.
칼라 필터 매트릭스 및 칼라 필터 매트릭스와 반사층 사이의 층의 전체 두께는 조명의 넓은 각 콘 내에서 디스플레이의 표면에 입사하고 칼라 필터를 통해 전파되는 광선이 반사층으로부터 반사된 후 동일한 칼라 필터를 통과하여 각도 의존성 칼라 왜곡 없이 넓은 각도의 시각 볼륨을 갖는 반사형 칼라 디스플레이를 제공하도록 선택된다.
또한 보다 얇은 편광자를 이용함으로써 디스플레이의 동작 특성이 보다 더 강화될 수 있다. 예를 들어, 대부분의 디스플레이에서 사용되는 종래의 요오드(iodine) 편광자는 약 200㎛의 두께를 갖는다. 그러나, Optiva Inc.(USA)에 의해 제조되는 편광자는 1㎛보다 작은 두께를 갖는다. 이러한 편광자는 선택적으로 이방성의 이색성 결정 박막으로 제조된다. 이러한 막은 작은 두께, 낮은 온도 민감도, 높은 굴절률 이방성, 이방성 흡수 계수, 각도 특성, 광이 비스듬히 전파될 때 높은 편광 특성, 높은 값의 이색성 비, 및 제조 용이성과 같은 전형적인 특성으로 인해, 편광자를 제조하는데 있어 재료의 범위 내에서 이용된다.
이들 특성은 결정 박막의 제조에 있어서, 재료와 방법의 특정 특성, 특히, 적어도 하나의 유기 재료의 액정 상태의 결정화를 통해 형성되고, 배향 영향 및 순차적인 건조를 이용하여 기판상에 액정을 도포함으로써, 농도전이형(lyotropic) 또는 온도전이형(thermotropic) 액정 상을 형성하는 결정 박막의 분자형-결정 구조에 의한 것이다. 이방성막의 유기 재료의 범위에서, 극성 용매에 용해도를 제공하는 적어도 하나의 이온화 그룹(ionogenic group), 및/또는 비극성 용매에 용해도를 제공하는 적어도 하나의 비-이온화 그룹(non-ionogenic group), 및/또는 적어도 하나의 안티-이온을 포함하는 구조식의 적어도 하나의 유기 재료가 사용되고, 이들 모두 재료를 획득하는 프로세스에서 분자 구조에 남거나 제거된다.
선택적으로 이방성의 이색성 결정 박막은 하나 또는 몇개의 유기 재료의 초분자 착물(complex)의 집합에 의해 형성된다. Jean Marie Lehn의 "Supramolecular Chemistry-Concepts and Perspectives"(1995, VCH Verlagsgesellschaft GmbH)를 참조한다. 또한, 초분자 착물은 전파되는 광의 편광을 제공하기 위해 소정 방식으로 배향된다.
선택적으로 이방성의 이색성 결정 박막을 형성하기 위한 초기 선택 재료는 방향족 공액 환(aromatic conjugate cycle)에서 π-공액 결합계 및 분자의 평면에 위치되며 방향족 결합계의 일부를 나타내는 아민, 페놀, 케톤 등과 같은 분자 그룹의 존재에 의해 결정된다. 이들 분자 또는 이들 단편은 평탄한 구조이다. 예를 들어, 이는 인단트론(Vat Blue 4), 또는 디벤조이미다졸 1,4,5,8-페렐렌테트라카르복시산산(perelentetracarboxylic acid)(Vat Red 14), 또는 이벤조이미다졸 No-4,9,10-페렐렌테트라카르복시산, 또는 퀴나크리돈(Pigment Violet 19) 및 안정한 농도전이형 액정 상을 형성하는 다른 혼합물의 유도체와 같은 유기 재료일 수 있다. 이후, 이러한 선택은 가시광의 범위에서 막의 투과 스펙트럼에 대한 조건에 따라 좁아질 수 있다. 초기 재료의 범위에서 염료를 사용하는 것은 칼라 보정 또는 중성 필터 능력 및 자외선 또는 적외선 필터의 범위에서의 편광자 사용을 허용한다. 기술적인 목적, 및 활용되는 재료 등은 이들 가능성 사이의 선택을 결정한다.
적절한 용매에서 이러한 유기 화합물을 용해시키는 것은 콜로이드계(농도전이형 액정 또는 LLC)를 생성하는데, 여기서 분자들은 초분자 복합체로 집합하며, 이는 계의 동역학적 유닛을 나타낸다(WO 01/63346). 액정 상은 계의 프리오더링된 상태(preordered state)를 나타내며, 이는 재료의 초기 이방성을 결정한다. 초분자의 배향 및 뒤이은 용매의 제거 프로세스에서, 결정 박막이 형성되는데, 이는 광학적 이방성, 특히 이색성을 특징으로 한다.
편광자 배향 프로세스는 그 표면상에 지배적인 방향을 갖는 미세 돌기(micro-relief) 구조를 형성하게 한다. 이는 액정 디스플레이에서 배향층의 표면의 범위내에서 편광자를 사용하게 한다.
얻어진 광학적 이방성 이색성 결정 박막에서, 분자들의 평면은 서로 평행하며, 분자들은 결정 박막의 적어도 일부에 3차원 결정을 형성한다. 제조 방법이 최적화될 경우, 단결정이며 광학적으로 이방성 이색성 결정 박막을 얻는 것이 가능하다. 이러한 결정 박막에서의 광축은 분자들의 평면에 수직일 것이다. 이러한 결정 필름은 적어도 한 방향에 대해 고도의 이방성 및 높은 굴절율 및/또는 흡수 계수, 즉 편광 특성을 가질 것이다.
흡수 계수 및 굴절률의 필요한 이방성, 및 주축의 정렬, 즉 다층 구조에서 이방성 이색성 결정 박막의 광학적 특성을 제공하는 것은 기판의 표면상의 편광 필름에 분자들의 소정의 각 분포를 사용함으로써 가능하다.
중간 광학 특성을 갖는 결정 박막을 얻기 위해 콜로이드계를 혼합하는 것(이 경우, 결합된 초분자 복합체가 용액 상태로 형성됨)도 가능하다. 콜로이드계의 혼합물로부터 얻어진 광학적으로 이방성 이색성인 결정 박막의 흡수성 및 굴절성은 초기 성분에 의해 한정된 범위 내에서 다양한 값을 나타낼 수 있을 것이다. 결합된 초분자를 생성하기 위해 다양한 콜로이드계를 혼합하는 것은, 하나의 파라미터(면간 간격)가 혼합물의 각각의 유기 화합물에 대해 공통적(3.4±0.3A)이라면 가능하다.
전술한 모든 방법에 의한 제조 공정에서 필름의 광학적 특성에 영향을 주는 가능성은 특정 목적에 따라 광학적 특성을 "조정" 하게 한다. 따라서, 이는 편광자의 흡수 스펙트럼을 변하게 할 수 있으며, 이는 디스플레이의 적절한 칼라 전달 및 무색 품질을 제공하는데 유용하다. 복굴절을 사용함으로써, 필름은 주어진 파장에서 한정된 값의 위상 시프트를 갖는 광학 위상 시프트 플레이트로서 사용될 수도 있다. 필름의 광학적 이방성을 변화시킴으로써 결정 박막 편광자를 갖는 장치의 각도 특성을 강화시킬 수 있다.
광학적으로 이방성 이색성인 결정 박막의 두께는 용액의 고체상의 함량에 의해 제어된다. 용액의 농도는 광학적으로 이방성인 결정 박막의 제조 동안의 제조 파라미터인데, 이는 제조 동안 용이하게 제어된다.
결정 박막이 적용되는 표면은 표면의 균일한 흡습성을 제공하여 표면의 친수성을 제공하기 위해 추가로 프로세싱될 수도 있다. 추가의 프로세싱은 기계적 프로세싱, 베이킹, 및 기계적-화학적 프로세싱일 수도 있다. 이러한 프로세싱은 필름의 두께를 감소시키고 규칙성을 증가시킬 수도 있다. 택일적으로, 필름의 규칙성을 증가시키기 위해, 기판의 표면은 표면의 기계적 프로세싱을 통해 이방성 구조를 정렬시킬 수도 있다.
필름의 광학적 이색성은 디스플레이의 콘트라스트비 또는 각도 특성을 증가시키는 위상 시프트 플레이트로서, 필름으로부터 형성된 편광자들을 사용하게 한다.
도6a-6d 및 24a-24d는 개략적으로 본 발명에 따른 칼라 액정 디스플레이의 네 가지 설계를 도시한다.
반투과형 칼라 액정 디스플레이에 대한 변화를 도시하고 있는 도6a-6d에 도시된 설계는 설명을 위한 것이며 어떤 형식으로든 본 발명의 범위을 한정하기 위한 것이 아니다. 통상적으로, 디스플레이는 전방 및 후방 패널, 액정, 한 쌍의 전극, 칼라 필터 매트릭스, 및 후방 패널에 배치된 적어도 하나의 광학적으로 이방성인 결정 박막을 포함한다. 보호층, 평탄화층, 위상 시프트 층, 디스플레이의 광 보정 및 무색성, 배향 등을 위한 층과 같은 다른 기능층이 디스플레이에 포함될 수 있다. 보다 양호한 정렬을 위해, 칼라 필터 매트릭스 및 액정은 바람직하게 서로에 대해 가능하면 근접하게 배치되어, 이들 사이에 기능적으로 필수적인 층을 위한 갭만을 남겨둔다. 칼라 필터 매트릭스와 액정 사이의 내부 후방 결정 박막의 배치는 필요치 않다.
도6a-6d를 참조하면, 액정 디스플레이는 전방 편광자(601), 570nm 지연 필름과 같은 지연층(602), 유리로 만들어진 기판과 같은 전방 기판(603), 칼라 필터 매트릭스(614), ITO 전극과 같은 투명 전극(604), TCF 내부 후방 편광자와 같은 광학적으로 이방성인 결정 박막(TCF)(606), 아크릴층과 같은 보호층(607), 반투명성 반사층과 같은 반사층(608), 유리로 만들어진 기판과 같은 후방 기판(603), 및 투과 모드 성능을 증대시키기 위한 보조 후방 편광자(610)를 포함한다. 전방 및 보조 후방 편광자는 TCF 편광자 또는 종래 기술에서 이용가능한 표준 편광자일 수 있다. 이산화규소(SiO2)와 같은 절연층(615)은 전극(604)을 다른 기능층으로부터 절연시키기 위해 포함될 수 있다. 광 경로(611) 및 백라이트 유닛(617)은 디스플레이의 투과 모드를 나타낸다. 광 경로(612) 및 주변 광원(616)은 디스플레이의 반사 모드를 나타낸다. 액정은 "613"으로 표시된다.
도6a에 도시된 일 실시예에서, 칼라 필터 매트릭스는 내부 후방 편광자(606) 및 후방 패널의 반사층(608) 사이에 배치된다. 이러한 설계에서, 내부 후방 TCF 편광자(606)는 칼라 필터(614)에 의한 광 산란 및 편광 소멸로 인해 "편광 해소 효과"를 제공할 수 있다. 특히, 백라이트 유닛(617)으로부터의 광은 외부 보조 후방 편광자(610)를 통과하여 편광된다. 백라이트가 편광된 경우, 후방 편광자(610)는 필요치 않다. 편광된 광은 칼라 필터 매트릭스(614)를 통과할 경우 부분적으로 편광 소멸될 수도 있다. 이어 내부 후방 TCF 편광자(606)와 같은 제2 편광자는 부분적으로 편광 소멸된 광을 다시 편광시킨다. 결론적으로, 약간의 불완전한 편광으로 인해 초기의 편광 단계시 소정의 광 누설이 있는 경우, 내부 TCF 편광자(606)는 광 경로에서 최종 편광자에 의한 편광 분석 전에 광을 재편광시킴으로써 디스플레이의 콘트라스트를 개선시킬 수도 있다. 이러한 최종 기능은 디스플레이의 반사 및 투과 동작 모드 모두에 적용될 수 있다.
도6b에 도시된 또다른 실시예에서, 칼라 필터 매트릭스(614)는 전방 패널에 배치되며 전방 전극층(604) 다음의 액정(613)에 근접하게 배치된다. 이러한 설계는 액정 디스플레이의 배향을 개선시킬 수 있다.
도6c에 도시된 또다른 실시예에서, 칼라 필터 매트릭스(614)는 후방 패널의 반사층(608)상에 배치되며, 내부 후방 편광자(606)는 액정에 근접하게 배치된다. 이러한 설계에서, 내부 후방 편광자(606)는 또한 배향층으로서 기능을 한다.
도6d에 도시된 또다른 실시예에서, 칼라 필터 매트릭스(614)는 전방 패널에 배치된다. 내부 후방 편광자(606)는 후방 전극(604)과 반사층(608) 사이에 배치된다. 이러한 설계는 디스플레이의 동작에서 구동 전압을 감소 또는 제거할 수 있다.
본 발명의 광학적으로 이방성인 결정 박막(층)은 도6a-6d 및 24a-24d에 도시된 바와 같이 편광자로서 기능할 수 있다. 이는 보상층, 색 보정층으로 기능하거나, 편광, 보상 및 색 보정 기능의 임의의 조합으로 작용할 수 있다.
도24a-24d를 참조하면, 액정 디스플레이는 편광자(2401), 유리로 만들어진 기판과 같은 전방 기판(2403), 칼라 필터 매트릭스(2406), 광학적으로 이방성인 결정 박막(TCF) 편광자(2405), 반투명성 반사층과 같은 반사층(2408), 유리로 만들어진 기판과 같은 후방 기판(2412)을 포함한다. 편광자(2401)는 TCF 편광자 또는 종래 기술에서 이용가능한 표준 편광자일 수 있다. 광 경로(2410) 및 백라이트 유닛(2407)은 디스플레이의 투과 모드를 나타낸다. 광 경로(2409) 및 주변 광원(2411)은 디스플레이의 반사 모드를 나타낸다. 액정은 "2404"로 표시된다. 전방 및 후방 패널은 각각 "2440" 및 "2430"으로 표시된다. 간격(2450)은 칼라 필터 매트릭스(2406)와 광학적 이방성인 결정 박막(TCF) 편광자(2405) 사이의 간격이다. 도면 번호 "2402"는 보호층, 또는 편광층, 또는 배향층 또는 임의의 다른 층과 같이 필수적이지 않지만 사용할 수 있는 층을 나타낸다.
도24a는 반사 또는 반투과 설계를 도시하는데, 칼라 필터 매트릭스(2406)와 광학적으로 이방성인 결정 박막(TCF) 편광자(2405)가 후방 패널(2430)상에 배치된다. 광학적으로 이방성인 결정 박막(TCF) 편광자(2405)는 내부에 있다. 도24a의 좌측 패널은 개략적으로 편광자(2405)가 칼라 필터 매트릭스(2406)와 액정(2404) 사이에 배치되어 있는 것을 나타내며, 도24a의 우측 패널은 편광자(2405)가 칼라 필터 매트릭스(2406)와 불투명 또는 반투명 반사층(2408) 사이에 배치되어 있는 것을 나타낸다. 칼라 필터 매트릭스(2406)와 편광자(2405) 사이의 다른 층의 존재는 도면 번호 "2402"로 도시된 바와 같이 좌측 및 우측 패널에 대해 선택 사항이다. 전방 편광자(2401)는 선택적으로 종래 기술의 통상의 편광자이거나, 광학적으로 이방성인 결정 박막 편광자이다.
도24b는 개략적으로 투과형 설계를 나타내는데, 칼라 필터 매트릭스(2406)와 광학적으로 이방성인 결정 박막(TCF) 편광자(2405)가 후방 패널(2430)상에 배치된다. 광학적으로 이방성인 결정 박막(TCF) 편광자(2405)는 내부에 있다. 도24b의 좌측 패널은 개략적으로 칼라 필터 매트릭스(2406)와 액정(2404) 사이에 배치된 편광자(2405)를 도시하며, 도24b의 우측 패널은 개략적으로 편광자(2405)가 칼라 필터 매트릭스(2406)와 백라이트 유닛(2407) 사이에 배치된 것을 도시한다.
도24C는 개략적으로 투과형 설계를 나타내는데, 칼라 필터 매트릭스(2406)는 전방 패널(2440)상에 배치된다. 광학적으로 이방성인 결정 박막(TCF) 편광자(2405)는 도24c의 좌측 패널의 경우 내부에 있으며, 도24c의 우측 패널의 경우 외부에 있다.
도24d는 개략적으로 반사형 또는 반투과형 설계를 나타내는데, 칼라 필터 매트릭스(2406)는 전방 패널(2440)상에 배치된다. 광학적으로 이방성인 결정 박막(TCF) 편광자(2405)는 도24d의 좌측 패널의 경우 내부에 있고, 도24d의 우측 패널의 경우 외부에 있다. 후방 패널(2430)은 개략적으로 적어도 도24c 및 24d의 후방 내부 편광자 층(2415)을 구비한 것으로 도시된다.
오프-상태에서 디스플레이의 액정의 디렉터 분포는 디스플레이가 제조될 때 배향층에 의해 결정된다. 온-상태에서, 액정의 디렉터는 경계 서브 층을 제외한 전체 액정층 두께에 걸쳐 전극들에 의해 형성된 전계를 따라 배향되는 경향을 가지며, 여기서 디렉터는 배향 표면과의 고정으로 인해 비틀어진 채로 유지된다. 방위각의 고정 강도의 통상의 값(~0.2mJ/m2)에 대해 상기한 비틀어진 서브 층은 매우 높게 인가된 전계(~30V/㎛)를 유지하고 디스플레이의 광학 성능에 영향을 미칠 수 있다.
도22는 면내 전극에 인가된 전압의 다양한 값에서 액정 셀에 걸친 방위각의 액정 디렉터 분포(x축과 xy평면상의 디렉터 돌출 사이의 각)를 도시한다. 도22는 면내 전극에 10V가 인가되더라도 두 개의 경계 서브 층이 있음을 나타내며, 여기서 디렉터는 전계(전계는 x축을 따름, 즉 전계의 방향은 0의 방위각에 대응함)로부터 벗어난다. 이러한 서브 층은 광의 수직 입사시에도 차례로 콘트라스트비를 감소시키는, 액정층을 통과하는 광의 타원형 편광을 초래한다.
따라서, 비틀어진 서브 층을 광학적으로 보상하기 위해 본 발명의 결정 박막을 사용하는 것이 바람직하다. 보상층으로서 본 발명의 결정 박막을 사용하는 것은 정상적인 관찰을 위한 콘트라스트비를 현저히 개선하고 구동 전압을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 액정 디스플레이의 일 장점은 액정 후방에 내부 편광자를 사용한다는 것이다. 이는 디스플레이의 콘트라스트 비를 증가시킬 수 있으며, 반사형 또는 반투과형 디스플레이 모두의 설계를 사용하는 유일한 기회를 제공할 수 있다. 더욱이, 상기한 구성이 칼라 액정 디스플레이를 생성하기 위해 칼라 필터 매트릭스를 사용할 경우, 디스플레이상의 이미지가 칼라 왜곡 없이 계속하여 나타나는 시인각의 증가가 실현될 수 있다. 본 발명의 액정 디스플레이는 또한 제조 공정을 간략화하고, 생성된 이미지의 휘도를 증가시키며, 반투과 타입의 디스플레이에서의 적용을 간단하게 한다.
예1
반투과형 STN LCD 특성의 시뮬레이션이 행해진다. 전체 4×4 전파 매트릭스 계산적 접근이 Berreman의 계산 기술을 사용하는 시뮬레이션에서 사용된다. 두 경우가 고려되는데, 첫 번째 경우는 후방 내부 편광자를 사용하는 반사 모드 동작을 위한 것이다. Optiva가 독점권을 갖는 재료로부터 만들어진 결정 박막(TCF) 편광자가 내부 편광자로 사용된다. 두 번째 경우는 보다 높은 콘트라스트를 생성하기 위해 제3의 ("C") 편광자를 통과하는 백라이트를 고려한 투과형 모드 동작이다. 이러한 제3의 편광자는 추가의 TCF 층으로 모델링된다. TCF 편광자는 캘리포니아 남부 샌프란시스코 Optiva사로부터 상업적으로 이용가능하다.
시뮬레이션된 구조가 도6d에 도시된다. 이 구조는 전방 고효율 일반 편광자 EG1224DU(601), 570nm 지연 필름(602), 유리로 만들어진 전방 및 후방 기판(603), 한 쌍의 투명 전극(ITO)(604), 아크릴 보호층(607), 내부 후방 TCF 편광자(606), 절연층(115), 반투명 반사층(608), 및 보다 높은 콘트라스트 비를 위해 투과형 모드에 사용하기 위한 보조 외부 후방 TCF 편광자(610)를 포함한다. 도면 번호 "611" 및 백라이트 유닛(617)은 투과형 모드에서의 광경로를 나타낸다. 도면 번호 "612" 및 주변 광원(616)은 반사형 모드에서의 광 경로를 나타낸다. 도면 번호 "613"은 액정층을 나타낸다. 반사 방지 코팅은 전방 편광자의 전면에 도포된다. 표1은 재료의 파라미터를 요약한 것이다.
표1. 재료의 기본 특성
재료 타입 두께 참조 색인
ITO 20Ohm 130nm 1.85@633nm
아크릴 2000nm 1.54
PI 40nm 1.52
LC ZLI-5100-000; 4도.프리틸트; 7.1 미크론 셀 갭; 1/48 듀티사이클, 1.8V-2.08V
유리 0.7mm 1.51
일반 편광자 EG1224-DU, AR층 200um 1.52
TCF N015.00 300nm 내부
400nm 외부
액정 디스플레이에서의 편광자의 투과축은 도7에 점선으로 도시된다. 도면 번호"701"은 전방 편광자의 투과축을 나타낸다. 도면 번호 "702"는 후방 내부 편광자 및 추가의 후방 외부 편광자의 투과축을 나타낸다. 액정의 러빙 방향은 도8에 도시된다. 도면 번호 "701"은 액정의 전면상의 러빙 방향이며, 도면 번호 "702"는 액정 후면상의 러빙 방향을 나타낸다. 액정의 비틀어진 각은 240°이다. 표2는 투과형 및 반사형 모드 모두에 대한 시뮬레이션 결과를 요약한 것이다.
표2. 시뮬레이션 결과
모드 수직 입사시 콘트라스트 비 축상의 반사/투과 색도
반사형 14.1 29.4% D65
투과형 24.5 30.9% D65
반사형 모드에서 얻어진 특정 결과는 도9-11에 또한 도시된다. 도9는 이소- 콘트라스트(iso-contrast) 비의 극좌표 그래프이다.
도10은 디스플레이의 반사 스펙트럼이다. 도11은 색도도이다. 투과형 모드에서 얻어진 특정 결과는 도12-13에 또한 도시된다. 도12는 디스플레이의 투과형 스펙트럼이다. 도13은 색도도이다. 도10 내지 13에서, 도면 번호 "1001"은 파장축을 나타내며, "1002"는 반사축을 나타내며, "1003"은 디스플레이의 전압-오프 상태를 나타내며, "1004"는 디스플레이의 전압-온 상태를 나타내며, "1005"는 투과축을 나타낸다.
두 모드는 콘트라스트 비, 발광 출력 효율, 및 색도 특성의 각 의존성의 양호한 특성을 나타내며, 이는 본 발명의 유용성을 보여준다.
예2
반투과형 STN LCD의 시뮬레이션은 예1과 같은 설계 및 표3에 도시된 재료를 사용하여 행해진다.
표3. 시뮬레이션에 사용된 재료
재료 타입 두께 참조 색인
ITO 20 Ohm 130nm 1.85@633nm

PI		 Nissan SE 3510 40nm
Roll 회전-1000rpm; 러빙 속도 100mm/s
러빙 갭-0.7mm; Roll 토크-0.1Kgf *cm
LC ZLI-5100-000;4도.프리틸트;7.1 미크론 셀 갭; 1/160 듀티사이클, 1.7V-1.84V rms, d/p=0.53
유리 0.7mm 1.51
반사기 Al

지연자
240 역 비틀림(CCW)

O형 편광자		 Sanritzu HLC2-5618SY, AR층 없음
TCF N015.00 350nm St'01
전방 및 후방 배향층의 러빙 방향, 내부 후방 편광자 및 전방 편광자의 투과축, 및 액정의 비틀림 각은 도14에 도시된다. 이러한 설계에서 통상의 고효율 Sanritzu HLC2-5618SY가 투과형 모드용 전방 편광자 및 보조의 후방 외부 콘트라스트-강화 편광자 모두에 사용된다. 이러한 설계는 또한 보조의 후방 외부 콘트라스트-강화 편광자의 투과축이 후방 내부 TCF 편광자의 투과축에 대해 15°만큼 회전된다는 점에서 주목할 만하다. 사실상, 이러한 설계는 투과형 동작 모드용 후방 보상 필름으로서 내부 TCF의 지연을 사용하여 투과형 동작 모드의 광출력 및 콘트라스트 비를 실질적으로 개선한다.
도15 내지 17에는 반사형 모드의 성능이 도시된다. 투과형 모드의 성능은 도18 내지 20에 도시된다. 표4는 반사형 및 투과형 모드 모두의 콘트라스트비, 축상의 반사/투과, 및 색도의 우수한 특성을 요약한다. 이 경우, 시뮬레이션된 성능은 디스플레이의 전방 표면상의 반사 방지 코팅을 가정하지 않음을 주의해야 한다. 이러한 코팅을 포함하였다면, 반사형 모드의 성능은 실질적으로 매우 높을 것이다. 게다가, 이 경우의 성능 시뮬레이션은 훨씬 더 높은 디스플레이 멀티플렉싱 속도(160행) 및 앞선 예(48행)에 대한 것임을 주의해야 한다.
표4. 제공된 설계의 기본 특성
모드 CR@10deg 투과/반사 칼라 조정
반사형 6.9 31.8% On:u'=0.21, v'=0.487
Off:u'=0.221, v'=0.425
투과형 27.5 32.25% On:u'=0.212, v'=0.4882
Off:u'=0.251, v'=0.219
예3
본 발명의 결정 박막을 사용하는 면내 스위칭 및 광학 보상의 시뮬레이션이 행해진다. 면내 전계에 대해 45°에서 초기의 평면형 LC 디렉터 분포가 고려된다.
도21은 개략적으로 시뮬레이션 설계를 도시한다. 이 설계에서, 정상적으로 화이트 모드의 동작이 고려되며, 2개의 편광자가 교차하며, 액정층이 오프-상태에서 화이트 발현을 제공하는 복굴절 플레이트로 기능한다.
시뮬레이션 설계는 유리 플레이트(2102), 1.9 미크론의 두께를 갖는 액정층(2103), 배향 PI층(2107), 황색 TCF 보상 필름(5105)을 포함한다. 전방 표준 편광자(2106)는 0°내지 10°만큼 y 좌표축에 대해 각을 이루고 배치된 투과축을 갖는다. 후방 표준 편광자(2104)는 90°만큼 y좌표축에 대해 각을 이루고 배치된 투과축을 갖는다. 큰 화살표(2101)는 시청자로부터 디스플레이의 전면측으로의 방향을 도시한다.
시뮬레이션에 사용된 재료와 이들의 파라미터는 다음과 같다:
편광자(2104, 2106)는 O-타입이며, 30의 이색성비 및 1.5의 굴절율(두께는 0.2mm이며 k0=0.001㎛-1)을 갖는 것을 특징으로 한다. 편광자는 교차(Φ1,Φ2)=(0°,90°)되며, 오프-상태에서 LC 디렉터에 대해 45°투과축을 갖는다.
유리 플레이트(2102)는 굴절율 n=1.5를 갖는 0.8mm 두께이다.
배향 PI 층(2107)은 40nm 두께(n=1.68)이다.
캘리포니아 남부 샌프란시스코에 소재한 Optiva사로부터 사용가능한 황색 TCF 재료는 보상층(2105)으로서 사용된다(λ=550nm에서 황색 TCF 재료는 광학 이방성 Δn=0.3의 특징을 가짐).
정상적으로 화이트 모드의 동작을 하기 위해 LC층(2103)의 지연이 반파장 플레이트 중 하나에 근접하게 선택되며, (MLC-6204-000d=1.87㎛의 경우) Δnd≒280nm이다.
광학 보상을 최적화하기 위해 파라미터 최적화 맵이 도23a 및 23b에 도시된 바와 같이 계산된다. 이러한 맵은 제1 편광자(2106)(광원에 근접한 편광자)의 투과축과 0.5㎛ 두께의 TCF 지연자(2105)의 지연축의 방향에 대한 투과 계수(도23a) 및 콘트라스트비(도23b)의 의존도를 보여준다. TCF의 두께는 기술적 프로세스를 간략화하기 위해 고정된다.
눈금(2301)은 그레이 레벨과 투과 계수(도23a) 또는 콘트라스트 비(도23b)의 값들 사이의 대응을 나타낸다. 도23a와 23b에서, 제1 편광자의 투과축의 방향각이 축(2303)상에 도시되며, TCF 지연자의 지연축의 방향은 축(2302) 상에 도시된다. 도23a 및 23b는 최대 콘트라스트 비와 휘도는, 투과축의 각(Φ)이 약 10°가 되고 TCF 지연자의 지연축은 Φ=0°, 즉 인가된 전계와 일치하도록 전방 편광자가 교차 상태로부터 벗어날 경우 달성되는 것을 나타낸다. 광학 보상은 광의 수직 입사에서 콘트라스트 비의 현저한 증가를 초래한다.
액정 디스플레이의 보상 설계에서, TCF 지연자의 사용은 콘트라스트 비를 개선시킨다. 이러한 목적을 위해 TCF 지연자의 사용은 액정 디스플레이의 콘트라스트가 우선 특성인 경우 바람직하다. 이러한 설계는 액정 디스플레이 설계 및 사용된 TCF 지연자에 의존할 시인 특성을 어느 정도 만족시킬 수도 있다.
전술한 바와 같이, 칼라 액정 디스플레이가 설명되었다. 전술한 본 발명의 특정 실시형태는 설명을 위한 것이다. 전술한 사항은 본 발명을 한정하지 않으며, 명백하게 많은 변경, 실시예 및 변화가 전술한 기술의 관점에서 가능하다. 본 발명의 범위는 첨부한 청구항에 의해 한정된다.

Claims (30)

  1. 적어도 하나의 편광자를 포함하는 전방 패널;
    적어도 하나의 편광자를 포함하는 후방 패널;
    상기 전방 패널 및 상기 후방 패널 사이에 위치한 액정;
    상기 후방 패널 상의 반사층; 및
    칼라 필터 매트릭스
    를 포함하며, 상기 후방 패널 상의 편광자는 내부에 위치하고, 상기 칼라 필터 매트릭스와 상기 후방 편광자 사이에 위치한 모든 층들의 전체 두께는 10 마이크론을 초과하지 않으며,
    상기 후방 패널 상의 편광자는 상기 칼라 필터 매트릭스와 상기 반사층 사이에 위치한 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 칼라 필터 매트릭스 및 상기 칼라 필터 매트릭스와 상기 반사층 사이의 층들의 전체 두께는 조명의 넓은 각 콘(cone) 내에서부터 상기 디스플레이의 표면 상에 입사되고 칼라 필터를 통해 전파하는 광선들이 상기 반사층으로부터 반사된 후에 상기 동일한 칼라 필터를 통과하여, 각도 의존성 칼라 왜곡이 없이 넓은 각도의 시각 볼륨(viewing volume)을 갖는 반사형 칼라 디스플레이를 제공하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 칼라 필터 매트릭스는 상기 디스플레이의 전방 패널 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 칼라 필터 매트릭스는 상기 디스플레이의 후방 패널 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전방 패널 상의 편광자는 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전방 패널 상의 편광자는 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 액정은 비틀림-네마틱(twisted-nematic)인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 액정은 초 비틀림-네마틱(super twisted-nematic)인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 액정은 수직-배향 모드(vertically-aligned mode)를 활용하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 액정은 면내 스위칭 모드(in-plane switching mode)를 활용하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이는 수동-매트릭스 어드레싱(passive-matrix addressing)을 사용하여 구동되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이는 능동-매트릭스 어드레싱(active-matrix addressing)을 사용하여 구동되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 편광자는 배향층 또는 지연층(retarder layer), 또는 칼라 보정 필터, 또는 이들의 임의의 조합을 나타내는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 내부 편광자는 A-플레이트 지연자인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은 도전성이며 전극으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 전방 패널의 전방 표면상에 도포된 반사 방지 코팅을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 전방 패널의 전방 표면상에 도포된 눈부심 방지(anti-glare) 코팅을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  20. 제 1 항에 있어서, 지연층, 보호층, 산란층 및 보정 칼라 필터와 같은 기능층들 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은 확산 반사기인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은 거울 반사기인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은 이득 산란(gained scattering)을 생성하는 방식으로 거울 및 확산 특성을 결합하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  24. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은 반-투명성(semi-transparent)이며, 상기 디스플레이는 백라이트 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  25. 삭제
  26. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은 홀로그래픽 반사기인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  27. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 내부 편광자는 막대형 초분자(supramolecule)들에 의해 형성된 적어도 부분적인 결정 필름으로 만들어지고, 상기 막대형 초분자들의 축은 상기 내부 편광자의 투과축을 따라 정렬하며, 상기 막대형 초분자들은 공액 π-계를 갖는 적어도 하나의 원반형 다환(polycyclic) 유기 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  28. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 내부 편광자는 투과 축을 따라 3.4±0.3Å의 면간 간격(interplanar distance)을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  29. 제 27 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 원반형 다환 유기 화합물은 헤테로사이클들을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  30. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 편광자는 농도전이형(lyotropic) 액정으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
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