KR100502208B1 - 색채 영상 디스플레이 화면을 형성하기 위한액정 디스플레이장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 색채 영상 디스플레이 화면을 형성하기 위한 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로서,

보는 사람의 쪽에 위치한 앞쪽에서 투명한 첫 번째 기판 ;

첫 번째 기판에서 마주 보고 있는 그리고 첫 번째 기판에 평행하게 뻗어 있는 뒤 쪽에 설치된 두 번째 기판 ; 그리고,

액정이 미리 결정된 색채의 파장 범위의 빛을 반사하게 되는 첫 번째 상태(first state)와 액정이 투명한 두 번째 상태를 적어도 가질 수 있는 액정 등을 포함하는 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로서,

상기의 장치는, 상기의 미리결정된 색채의 파장 범위에 인접하는 가시광선을 적어도 흡수하는, 상기의 미리 결정된 색채의 파장을 제외하고 555 nm 에서 가까운 파장을 흡수하는 필터를 포함하는 것을 특징으로, 그리고 액정의 상기 필름에 대하여 보는 사람 쪽에 상기의 필터를 설치하는 것을 특징으로 한다.

Description

색채 영상 디스플레이 화면을 형성하기 위한 액정 디스플레이 장치

본 발명은 특히 색채영상(coloured images)을 표시하도록 예정되어 있는 액정 디스플레이 장치(liquid crystal display device)에 관한 것으로서, 보다 특별하게 색채와 그 중에서 높은 수준의 순도(純度, purity)로 표시되는 빨강(red) 등을 가능하게 하는 콜레스테릭(cholesteric) 형(形)의 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.

콜레스테릭(cholesteric) 액정의 어떤 정해진 특징은 조정될 수 있는 피치(pitch)를 가지는 주기적인 나선(螺旋)형의 구조이다. "플레이너(planer)"라고 알려진 이런 나선형의 구조는 브래그 반사(Bragg reflections)를 일으키는데, 브래그 반사 밴드(Bragg reflection band) - 즉, 이런 구조가 반사할 수 있는 파장의 범위- 는, 액정의 나선형 피치나 복굴절 등을 변화시킴으로써 쉽게 바뀔수 있다.

결정된 전압이 제어되는 전극사이에 걸릴 때, 결정의 나선형 구조를 초점이 있는 원뿔구조로 변환시키는 전기장이 만들어지고, 그러한 원뿔구조는 거의 투과(透過)적이고 액정 밑의 평면을 드러낸다. "콜레스테릭 반사에 의한 디스플레이(cholesteric reflective display)"(Appl. Phys. Lett. 64, 1905 페이지에서 1994 페이지까지)라는 명칭이 붙은 D.K. Yong et al의 출판문에 기술된 것 처럼, 예를 들면 검은 배경에서 디스플레이를 만들기를 원한다면,

결정된 색채에 일치하는 파장(波長, wavelength)을 반사하는 각각 조절될 수 있는 피치(pitch)를 가지는 몇몇의 콜레스테릭 액정을 두 개의 플레이트(plate) 또는 기판(substrate) 사이의 디스플레이 장치에 넣을 때, 3원색 픽섹의 배열이 만들어지는데, 각각의 픽셀은 빨강(rouge), 녹색(verte), 청색(bleu)등 각각의 주요한 색채의 3개 서브-픽셀(three sub-pixels)의 표본으로 구성된다. 예를 들면, 행렬(matrix)을 형성하는, 3개의 주요한 색채의 덧붙여지는 혼합에 의해 선택적으로 색채그림(colour picture)요소를 만들도록 액정을 국부적으로 여기하게 하는, 플레이트의 안쪽 표면에 제어되는 전극을 제공한다. 모든 서브-픽셀이 플레이너 나선형 상태 - 반사하는 상태에 있다면, 3원색 픽셀에 의해 결정된 색채를 쓴다.

주요 색 녹색과 청색의 생산은 특별한 문제로 놓여 있지 않지만, 이런 종류의 디스플레이 장치에서 얻어진 빨강색은 항상 엷고, 이것은 흐릿하고 특징없는 모습으로 주어진다. 이것은, 도 1 에서 보여지듯이 콜레스테릭 종류의 액정에 의한 빨강의 반사 스펙트럼을 분석함으로써 설명된다. 액정에 의한 빨강색에 일치하는 파장의 반사는 완전하지 않다는 사실과, 반사 스펙트럼은 주 밴드(main band)의 한편 방향에서 중요한 가장자리(중심부가 가장자리보다 더 밝거나 흐릿한 광선)를 보여주는데, 이것은 색채의 순도(純度)를 떨어뜨리는 사실에 특히 주의해야 한다. 도 2 에서 볼 수 있는 것처럼, 이러한 가장자리 효과는 인간의 눈에 의해 증폭되어지는 추가의 결점을 가지며, 도 2 는 인간의 눈에 의해 증가되어지는 도 1 의 반사 스펙트럼을 보여주는데 이것은 빨강색을 열화(劣火)시키고, 인간의 눈에 흐릿한 모습을 준다.

이러한 결점을 극복하기 위하여, "복잡한 기하학적 모양의 액정(Liquid Crystal in Complex Geometries)"(by Taylor and Francis, published in 1996, 257페이지)이라는 명칭으로 불리우는 작품에서 해답이 이미 제안되었으며, 그러한 해답은 반사 스펙트럼의 요구되어지지 않은 부분을 흡수하려고 예정되어 있는 물감(dye)을 액정에 첨가하는 것으로 이루어져 있다.

하지만, 이 해답은 결점을 가지고 있다. 얻어지는 효과는 최적조건이 아닌데, 왜냐하면, 액정에 의하여 반사되는 빛은 물감분자(dye molecules)를 때리지 않기 때문이고, 또는 빛은 몇몇의 물감분자에 의하여 바뀔뿐이기 때문인데, 그래서, 색채는 포화도에 이르지 않는데, 바꾸어 말하면 순도가 낮다. 게다가, 다른 색채의 액정 근처에서 염색분자(colorant molecules)의 확산을 피하기 위하여, 상기의 해답은 액정과 물감 혼합물을 물리적으로 녹색과 청색을 각각 반사하는 다른 액정과 분리하는 것이 필요하다.

그 위에 물감(dye)을 형성하는 분자의 불충분한 화학적 안전성은, 특히 자외선(U.V.)에서, 디스플레이 장치의 신뢰도와 수명을 감소시킨다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 높은 색채 품질을 가지는 색채에 있어서의 문자나 영상 등의 게시(揭示)를 가능하게 하는, 특히 높은 수준의 순도를 가지는 빨강의 게시(揭示)를 가능하게 하는 디스플레이 장치(display device)를 공급함으로써, 이전(以前)의 기술에 있어서, 상기(上記)의 결점을 극복하는 것이다.

그러므로, 보는 사람의 쪽에 위치한 앞쪽에서 투명한 첫 번째 기판 ;

첫 번째 기판에서 마주 보고 있는 그리고 첫 번째 기판에 평행하게 뻗어 있는 뒤 쪽에 설치된 두 번째 기판 ;

적어도 하나의 액정(cristal liquide, liquid crystal)의 엷은 막(film)을 구멍(cavity) 내(內)에 설치하고, 첫 번째와 두 번째 기판 사이에서 구멍의 경계를 정하기 위하여, 두 번째 기판에 연결된 첫 번째 기판 ;

액정이 미리 결정된 색채의 파장 범위의 빛을 반사하게 되는 첫 번째 상태(first state)와, 액정이 투명한 두 번째 상태(second state)를 적어도 가질 수 있는 액정 ;

전극에서 제어되는 전압의 선택적 적용에 의하여, 액정이 첫 번째 상태에서 두 번째 상태 또는 두 번째 상태에서 첫 번째 상태로 진행하게 할 수 있는 상기의 전극을 형성하는 수단을 가지는 다른 기판에 접해있는 각각 기판의 표면 등을 포함하는 형(形)의, 색채 영상 디스플레이 화면을 형성하기 위한 액정디스플레이 장치에 관한 것으로서,

상기의 미리 결정된 색채의 파장 범위에 인접하는 가시광선을 적어도 흡수하는, 상기의 미리 결정된 색채의 파장을 제외하고 555 nm 에서 가까운 파장을 흡수하는 필터를 포함하는, 그리소 액정의 상기 필름(엷은 막, film)에 대하여 보는 사람 쪽에 상기의 필터를 설치하는 것을 특징으로 한다.

그러므로, 빛이 액정 필름(엶은 막)으로 들어가기 전에, 셀로 들어가는 스펙트럼 빛에서, 액정이 반사하는, 미리 결정된 색채를 나쁘게 할 수 있는 색채에 일치하는 파장과 다른 가시광선 파장을 필터(filter)를 제거한다. 그러므로, 상기에서 언급된 가장자리 효과는 액정에 의한 반사된 스펙트럼에서 제거되며, 이것은 액정에 의한 반사되는 빛이 순수하고 결과적으로 보다 밝게 만든다.

유리한 특징에 따라, 필터는 첫 번째 기판과 액정 필름사이에 설치한다.

그러한 설치는, 필터가 액정에 매우 가까워지고 패럴랙스를 피하는 게 가능하게 한다.

도 3 은 본 발명에 따른 일반적으로 숫자 부호(1)에 의하여 지적되는 액정 디스플레이 장치의 첫 번째 실시예를 보여준다. 특히 색채(色彩)영상 디스플레이 화면을 형성할 목적인 디스플레이 장치(1)은, 보는 사람(도 3 에서 눈이라는 표상으로 나타나 있음)의 가장 가까운 쪽인 앞쪽에 설치된 첫 번째 투명한 기판(2)와, 보는 사람에서 가장 먼 쪽인 뒤쪽에 설치된 두 번째 기판(4) 등을 포함한다. 두 번째 기판(4)는 첫 번째 기판(2)과 마주보면서 평행으로 뻗어있다. 첫 번째와 두 번째 기판(2, 4)는 유리(glass)나 플라스틱(plastic)물질로 만들어지며, 두 번째 기판은 불투명 - 예를 들면, 검정(black) - 할 수 있다. 예(例)에서 보여진 경우처럼, 기판(4)는 빛을 흡수하는 층(layer) - 예를 들면, 첫 번째 기판(2)에 마주 보면서 위치한 두 번째 기판의 면에 설치된 검정층(black layer) - 으로 덮여있다.

예에서 보여지듯이, CL(액정)(cristal liquide, liquid crystal)의 엷은 막(film)을 구멍(10)(cavity) 내(內)에 설치하고, 첫 번째와 두 번째 기판 사이에 구멍(10)의 경계를 정하기 위하여, 밀폐용 틀(8)(sealing frame)을 통하여 첫 번째 기판(2)과 두 번째 기판(4)을 연결한다.

CL은 적어도 두 개의 상태 - 즉, 미리 결정된 색채, 예를 들면 빨강에 일치하는 파장 범위의 빛을 반사하는 첫 번째와 빛에 투명한 두 번째 상태 - 를 가질 수 있다.

그러므로, 그러한 예에 있어서 기술된 셀(cell)은 빨강 픽셀을 검정 배경에 나타내는(display)것이 가능하다. 콜레스테릭 형의 액정이 쓰인다. 좀더 정확하게 양(陽)의 유전체 이방성(dielectric anisotropy)과 치럴(chiral, chiranx) 불순물(dopants)을 가지는 네마틱(nematic)액정을 포함한다. 필요하다면, 액정은 또한 액정이나 물감의 두 다른 상태를 안정시키는 중합체(polymer)를 포함한다. 콜레스테릭 액정의 피치를 0.2㎛에서 1.5㎛ 내(內)에서 표준적으로 포함한다.

두 번째 기판(4)을 바주보고 있는 첫 번째 기판(2)의 표면은, 첫 번재 방향(이제 부터는 x축 방향으로 부름)에 평행으로 설치된 첫 번째 전극 무리(14)(a first group of electrooles)를 가진다. 첫 번째 기판(2)을 마주보고 있는 두 번째 기판(4)의 표면은, 첫 번째 전극 무리에 수직(이제 부터는 y축 방향으로 부름)하게 설치된 두 번째 전극 무리(16)를 포함한다. 교차되는 전극의 이런 설치는 행렬 정의가 가능하고, 픽셀(pixel)은 각각 전극의 교차하는 점에 위치하며, 각각의 픽셀(pixel)은 디스플레이 장치의 그림요소를 형성할 수 있다. 고려되는 교차점에 위치한 액정의 광학적 조건을 바꿀 목적으로, 기술적으로 숙련된 사람에게 잘 알려진 것 처럼, 앞서 언급한 두 개 중 하나의 상태에서 그러한 점에서 액정을 교환하는 것에 의해 픽셀을 교환할 목적으로, 선택된 전극에 적당한 제어된 전압을 적용시키는 것에 의해, 그러한 그림용소(picture element)는 형성된다. 이런 형의 액정(liquid crystal)에 있어서, 관심이 있는 두 개의 전극사이에서 전기장을 유지할 필요없이 고려되는 점에 새로운 제어되는 전극을 가할때까지, 액정을 교환한 상태는 유지된다.

각각의 전극 무리(14, 16)는 일반적으로 인정된 식의 기술에 의해서 침전시키고 조직화한 전도성이 있는 스트립(strip)에 의해서 형성되고, 되도록 틴-인듐 옥시디(ITO)에 의해서 만들어 진다.

그러므로, 단지 간단하게 기술된 디스플레이 장치는, 전극에 적당한 제어되는 전압을 가하는 것에 의해 - 예를 들면, 알려진 멀티플렉싱(multiplexing method)에 의해 - 두가지 색채의 영상을 생성시키는 것이 가능하다.

본 발명에 따라, 파장 555㎚에 가장 가까운 미리 결정된 색채의 파장범위 쪽에 위치한 가시광선의 길이를 적어도 흡수할 수 있는 필터(18)를, 장치를 포함한다. 이러한 파장은 낮에 시각면에서 인간의 눈에 가장 민감한 파장에 일치한다. 필터(18)는 미리 결정된 색채 - 예에서 기술된 빨강 - 에 일치하는 파장의 범위를 흡수하지 않는다는 것을 물론 이해할 것이다. 녹색, 청색, 기타색과 같은 다른 색을 반사할 수 있는 콜레스테릭 형 액정으로써 본 발명이 유익하게 쓰일수 있다는 것은 말할 것도 없다.

필터(18)는, 보는 사람 쪽에, 액정 필름 CL의 첫 번째 기판(2) 쪽에, 즉, 장치(1)에 들어가는 빛(그림예에서 화살포 L로 표시되어 있슴)이 액정 필름을 통과하기 전의 쪽에 설치된다. 그러므로, 필터(18)은 미리 결정된 색채에 있어서, 여기서 빨강에 있어서 모든 효과를 제공하고, 충분한 개선이 된다.

실시예에 따라, 필터(18)는 첫 번째 기판(2)과 액정 필름 사이에 설치되고, 예를 들면 필터(18)는 첫 번째 전극 무리(14) 위에 기판(2)의 전 표면에 걸쳐서 한결 같은 층의 형태로 놓여 있다. 이런 경우에서 필터(18)는 물감 분자로 채워져 있는 중합체의 층으로 이루어지고, 기판의 표면 위에 일반적으로 인정된 식으로 놓여 있다.

기판(24)는, 액정 칼럼에 각각 면해있으면서 뻗어 있는 다수의 병렬의 투명한 전극(26)을 기판(24)의 안쪽 면에 지니고 있다. 기판(22)는 또한 전극(26)의 방향에 직각으로 뻗어 있는다수의 병렬의 전극(28)을, 기판(22)의 안쪽 면에 지니고 있다. 전극(28)과 함께 액정 CL1, CL2, 그리고 CL3 등과 각각 관계 있는 그리고 병치(倂置)된 3개의 전극(26)의 하나의 무리 사이에서의 교차는 영상 픽셀을 정의하고, 각각의 픽셀은 세 개의 서브-픽셀, 즉, 녹색 서브-픽셀 V, 청색 서브-픽셀 B, 그리고, 빨강 서브-픽셀 R 등을 포함한다. 각각의 세 개 서브-픽셀은, 색채 픽셀을 형성하는 전극(26)과 전극(28)에 적당한 제어되는 전압의 적용을 통하여, 선택적으로 어드레스에 넣을 수 있다.

본 발명의 두 번째 실시예에 따라서, 색채 빨강에 일치하는 파장 범위를 반사하는 액정 칼럼(R)은, 빨강 파장 범위를 제외하고 가시광선을 흡수 할 수 있느 필터(30)과 관계 있다. 도에서 명백하게 나타나듯이, 필터(30)은, 액정 칼럼 R과 기판(22)- 즉, 셀의 액정을 통해서 지나가기 전의 빛이 침투하는 기판-사이에 설치된다.

필터(30)은 되도록 칼럼 R 과 관계있는 제어되는 전극(28) 위에 설치된다. 이경우에 있어서 필터(30)는 물감 분자로 채워져 있는 중합체 층으로 이루어지며, 필터(30)은 일반적으로 인정된 식으로 기판(22)의 안쪽 표면에 설치되며, 그 다음에 기술적으로 숙련된 사람에게 잘 알려진 사진 석판술 기술에 따른 적당한 매스크(masks)를 통하여 층(layer)은 칼럼에 조직된다.

본 실시예에 따라, 필터(30) 사이의 자유로운 남은 장소에 기판(22)의 안쪽 표면 위에 설치된 두꺼운 층(32)를 포함하며, 층(32)은 필터(30)의 그것과 같은 두께를 실질적으로 가지며, 또는, 필터(30)을 끼워 넣고, 평평한 층을 형성하기 위하여 그렇게 한다. 이런한 층(32)는 셀의 전 표면에 걸쳐서 액정의 일정한 두께를 가능하게 하도록 하며, 이것은 높은 수준의 디스플레이를 보장한다. 층(32)는 광학적인 면에서 활발치 않다

보이지는 않지만 실시예의 변이형(變異形)에 따라, 각각의 액정 칼럼은 상기에서 기술된 필터(30)과 비슷한 필터와 관계있으며, 액정이 반사하는 액정과 관계있는 색채를 나쁘게 하는 가시광선의 파장을 흡수한다.

도 5 와 관계있게 단지 기술된 본 발명이, 액정의 다른 형이 같은 평면에서 뻗어 있는 단 하나의 셀을 포함하는 색채 영상 디스플레이 화면을 형성하기 위한 액정 디스플레이 장치에 적용되지만, 본 발명은 이러한 색채 디스플레이 형(形)에 한정되지 않는다는 사실과, 실시예의 변이형(變異形)에 따라, US Patent 5,399,390 에 기술된 예처럼, 적어도 하나의 액정을 각각 포함하는 두 개나 그 이상의 포개어진 셀을 장치(device)는 포함할 수 있다는 사실을 물론 이해 할 수 있을 것이다.

도 1 은, 콜레스테릭(cholesteric) 액정의 빨강 반사 스펙트럼의 예이다.

도 2 는, 인간 눈에 반응에 의하여 증가되는 도 1 의 스펙트럼을 대표하는 곡선이다.

도 3 은, 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 디스플레이 장치의 부분적인 단면도이다.

도 4 는, 도 3 에 보여진 본 발명의 첫 번째 실시예의 변이형(變異形)에 따른 디스플레이 장치의 부분적인 단면도이다.

도 5 는, 두 번째 실시예에 따른 디스플레이 장치의 부분적인 단면도이다.

* 부호 설명

1 ... 액정 디스플레이 장치 2 ... 첫 번째 투명한 기판

4 ... 두 번째 기판 6 ... 층(layer)

8 ... 밀폐용 틀(sealing frame)

14 ... 첫 번째 전극 무리(a first group of electrodes)

16 ... 두 번째 전극 무리(a second group of electrodes)

18 ... 필터(filter)

CL, CL1, CL2, CL3 ... 액정(crystal liquide, liquid crystal)

P ... 벽 22, 24 ... 기판

28, 29 : 전극 30 ... 필터

32 ... 층(layer)

Claims (11)

1. 색채 영상 디스플레이 화면을 형성하는 액정 디스플레이 장치로서, 상기 액정 디스플레이 장치는,

   - 관찰자 쪽에 위치한 전면부에 배열되는 투과성의 제 1 기판, 그리고

   - 상기 제 1 기판과 마주보도록 후면부에 위치한 제 2 기판으로서, 상기 제 1 기판에 평행하게 뻗어가는 제 2 기판

   을 포함하며, 액정의 한 개 이상의 필름이 배열되는 공간을 상기 두 기판 사이에 한정시키도록 상기 제 1 기판이 상기 제 2 기판에 연결되고,

   상기 액정은 지정 색상의 파장 범위의 광을 반사시키는 제 1 상태와, 투과성인 제 2 상태를 가질 수 있으며,

   다른 기판과 마주보는 각 기판의 표면은 전극을 형성하는 수단을 포함하고, 이에 따라, 상기 전극에 제어 전압을 선택적으로 인가함으로서 상기 액정을 제 1 상태에서 제 2 상태로 변화시킬 수 있고, 또한 제 2 상태에서 제 1 상태로 변화시킬 수 있으며, 상기 액정 디스플레이 장치는,

   - 상기 지정 색상의 파장을 제외하고 555nm의 파장에 가장 가까운 상기 지정 색상의 파장 범위에 인접한 가시광 파장을 흡수하는 필터

   를 포함하고, 이때, 상기 필터는 액정의 상기 필름에 대해 상대적으로 관찰자 쪽에 배열되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 필터가 상기 제 1 기판과 상기 액정 필름 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 필터가 상기 제 1 기판에 일체형으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 필터가 상기 제 1 기판 앞의 셀 바깥쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
5. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정이 콜레스테릭 타입 (cholesteric type)인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 액정이 적색을 반사시키는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 기판이 광흡수층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 액정 디스플레이 장치는 지정 색상의 파장 범위를 각기 반사시키는 여러개의 나란한, 또는 포개어진 액정들을 포함하며, 상기 필터는 상기 액정들 중 한 개 이상과 연계되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 액정 디스플레이 장치는 적색을 포함한 각기 다른 색상들을 반사시키는 다수의 액정들을 포함하며, 상기 필터가 적색과 연계되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 액정들은 다수의 평행한 칼럼(columns)으로 형성되는 다수의 서로 인접한 세트들로 배열되며, 이때, 각각의 칼럼은 지정 순서에 따라 상기 액정들 중 하나를 수용하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
11. 제 8 항에 있어서, 한 개의 필터가 상기 액정들 각각과 연계되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.