KR20020056922A - 정상 백색 슈퍼 트위스트 네마틱 액정 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상기 보상층이 트위스트 액정 폴리머이며 오프상태에서 디스플레이 셀의 광학적 지연(OR)의 10-50%인 광학적 지연(OR)을 갖는 것을 특징으로 하는 슈퍼 트위스트 네마틱(STN) 디스플레이 셀과 보상층으로 구성되는 정상 백색 슈퍼 트위스트 네마틱, NW-STN에 관련되며, 상기 보상층의 트위스트각의 절대값은 150°-10°이며 STN 디스플레이 셀의 트위스트각의 절대값보다 적어도 90°더 작고, 오히려, NW-STN 디스플레이의 보상층은 STN 디스플레이 셀과 온도매칭되는 것을 특징으로 한다.

Description

정상 백색 슈퍼 트위스트 네마틱 액정 디스플레이{NORMALLY WHITE SUPER TWISTED NEMATIC LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
슈퍼 트위스트 네마틱(STN) 디스플레이는 예를 들면 EP 0,936,490에 개시된 것 처럼 종래 기술에서 알려져 있다. 그것들은 종래의 트위스트 네마틱(TN) 액정 디스플레이(LCD)에 비해 커다란 트위스트각(보통 약 180°-270°)을 갖는다. 상기 STN 구조는 매우 급격한 광파(electro-optical) 반응특성을 가져오며, 그것은 고도의 다중 부하(multiplex driving)를 필요로한다. 이러한 이유로 STN-LCD는 높은 수준의 수동적인 멀티플렉싱(multiplexing)을 하는 커다란 디스플레이에 사용될 때, 종래의 TN-LCD에 비해 월등한 화질을 갖는다. 그러나, STN 액정(LC)층의 복굴절(birefrigence)의 효과에 따라 이 디스플레이들은 조악한 대비(contrast)를 보여주고, 무색은 아니면서, 이것은 흑백(BW)과 칼라 디스플레이에서 그 사용을 제한한다.
본 발명은 정상 백색 슈퍼 트위스트 네마틱(NW-STN) 디스플레이 및 그를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이러한 STN 디스플레이의 바람직하지 않은 색상 효과에 대한 해결책은 이 색상 효과를 보상(compensate)하기 위하여 상기 디스플레이 층의 광학축에 수직인 그것의 광학축으로 적재된 제 2의 STN 층을 사용하는 것으로 알려져있다. 이 보상 방법은 Babinett 보상기(compensator)의 이론에 기반을 두고 있는데, 수직광에 대하여 균일한 복굴절층에 의해 일어나는 광학적 효과는 제 1 층에 대해 수직으로 자리한 제 2 의 동일한(identical) 층에 의해 완전하게 채워질 수 있다. 이로부터, 이 층이 동일한 광학적 지연층(OR)의 동일한 값과 갖고 STN 디스플레이 셀에 비교하여 같지만 반대의 트위스트각을 갖는다면, STN 디스플레이 셀에서 발생하는 광학적 효과는 제 2 STN 층(= 보상층 또는 지연층)으로 완전히 보상가능하고 그에 의해 상기 OR은 층두께와 복굴절의 곱(product)()으로 나타낼 수 있다.
그러한 STN 보상층의 높은 보상질은 이중 셀 슈퍼 트위스트 네마틱(DSTN) 디스플레이에 나타나며, 거기에서 어드레스할 수 있는 STN-LC 셀의 광학적 효과가 반대의 트위스트을 갖는 제 2의, 동일한(어드레스 안된) STN 셀을 사용하여 보상된다. 그러한 DSTN 디스플레이가 교차된 편광기 사이에 위치한다면, 상기 보상된 디스플레이의 오프상태는 매우 검고, 이 정상 흑색(NB) 디스플레이의 대비율은 매우 높을 수 있다(상기 지연값과 상기 셀의 트위스트각의 적정한 튜닝에 의해). 그러한 NB 디스플레이는 그 오프상태에서는 어둡고 온상태에서는 밝다. 이 DSTN 디스플레이는 높은 화질을 갖지만 그 증가된 무게와 두께, 깨지기쉬움 및 높은 생산단가로 곤란을 받는다.
DSTN 디스플레이의 단점(drawback)을 피하기 위해서, 균일하게 펴져있는(트위스트되지 않은) 폴리머 필름, 주로 폴리카보네이트(polycarbonate)는 이 층들이그것들이 필요로하는 트위스트각과 지연의 온도의존성이 부족할 때 어드레스할 수 있는 디스플레이 셀을 완전히 채울 수 없음에도 불구하고, STN 디스플레이의 광학적 보상에 근래에 자주 사용된다. 상기 펴져있는 폴리머 보상 층의 트위스트각과 온도의존성의 문제는 EP 0,868,680에 개시되고 TwistarTM로 상업적으로 사용되는 것과 같은 트위스트, 온도매칭된(temperature-matched) LCP 보상층에 의해 회피될 수 있다.
트위스트각과 디스플레이 셀의 광학적 지연 및 지연층에 대해 특정한 값을 갖는 디스플레이가 EP 0,584,943에 개시되어있다. 이 디스플레이는 단축으로 확장되고 정상 검은 디스플레이인 중합체의(polymeric) 필름의 위상판을 포함한다.
정상 백색 디스플레이는 EP 0,795,773에 개시되어있다. 이 디스플레이는 액정 폴리머를 포함하지 않고 두 기판 사이에 끼워져있는 두 쌍의 액정 모노머(monomer)를 포함하며, 반면에 이 쌍 중의 하나는 전압을 가함에 의해 활성화되며, 다른 것은 비활성이다. 상기 지연 셀과 이 디스플레이의 디스플레이 셀의 트위스트각은 크게 다르고 상기 지연 셀의 광학적 지연(OR)은 오프상태에서 디스플레이 셀의 OR의 50% (훨씬)이상이다. 그러한 디스플레이는 이상적인 대비와 매우 거리가 있으며, 게다가 그것은 전체 파장 영역을 포괄하는 상수가 아니다.
그러나, 균일하게 펴져있는 중합체의 지연제(retarder)로 보상된 디스플레이와 오프상태에서 디스플레이 셀과 같은 지연값과 그리고 같지만 반대인 트위스트각을 갖는 보상기로 보상된 디스플레이 모두 높은 질의 정상 백색(NW) 디스플레이에 그다지 적당하지는 않은 단점을 갖는다. 이 NW 디스플레이는 그들의 오프상태에서밝고, 온상태에서 검다. 일련의 응용에서, NW 디스플레이는 NB 디스플레이보다 선호되는데 예를 들면, 반사 응용장치나 양성(positive)모드 디스플레이(=밝은 배경에서 어두운 특성)이다. 트위스트되지 않은 보상 필름이 사용되거나 같지만 반대인 트위스트각, 어드레스할 수 있는 셀과 같은 지연 값을 갖는 보상층이 사용된다면, 보상된 디스플레이의 오프상태의 밝기는 높아질 수 있다. 그러나, 이 보상된 디스플레이의 일련의 단점은 그들의 온상태가 그다지 어둡지 않아 낮은 대비율이 되는 것이다(밝은 상태에서의 전송율과 어두운 상태에서의 전송율).
본 발명은 그 오프상태에서 좋은 밝기와 온상태에서 완전히 흑색을 갖는 NW-STN 디스플레이를 얻는 것을 목적으로한다. 그 결과 약간 트위스트된 보상층(STN 디스플레이의 온상태를 보상하기 위해 최적화된)을 사용할 것이 제안된다. 이 약간 트위스트된 보상층은 낮은 광학적 지연값을 가지며, 그것은 오프상태에서의 디스플레이 셀의 그것보다 훨씬 더 작다. 보다 특수하게, 본 발명은 상기 보상층이 트위스트 액정 폴리머이고 오프상태에서 디스플레이 셀의 OR의 10-50%인 광학적 지연(OR)을 갖는 것으로 특징지어지는 슈퍼 트위스트 네마틱(STN) 디스플레이 셀과 보상층으로 구성되는 정상 백색 슈퍼 트위스트 네마틱(NW-STN) 디스플레이에 관련되며, 거기에서 보상층의 트위스트각의 절대값은 150°과 10° 사이이며 상기 STN 디스플레이 셀의 트위스트각의 절대값보다 적어도 90° 작다.
선호되는 실시 예에서 상기 보상층은 트위스트 액정 폴리머이며, 오프상태에서 디스플레이 셀의 OR의 10-35%인 광학적 지연을 갖는다.
또다른 실시 예에서 상기 보상층의 트위스트각의 절대값은 STN 디스플레이셀의 트위스트각의 50% 이하이며, 보다 선호되어서는 상기 보상층의 트위스트각의 부호가 STN 디스플레이 셀의 트위스트의 부호와 반대이다.
이 유익한 특성이 넓은 온도범위에 걸쳐서 유지되도록 요구된다면, 본 발명의 NW-STN 디스플레이는 온도매칭 보상층, 예를 들면 EP 0,868,680에 개시되고 TwistarTM로서 상업적으로 유용한 것과 같은 온도매칭 LCP 보상층으로 제공될 수 있으며, 거기에서 상기 보상층은 STN 디스플레이 셀과 온도매칭된다.
보다 특정지어서, 상기 NW-STN 디스플레이는 그때 적어도 100 Pa.s의 작업온도에서 그것의 Tg 이상의 네마틱 위상과 점성계수(dynamic viscosity)를 갖는 고분자량의 액정 물질을 갖는 보상층으로 구성되며, 거기에 의해 고분자량의 Tc와 STN 디스플레이 셀의 Tc의 차이는 -30℃에서 +30℃의 범위, 선호되기는 -20℃에서 +20℃의 범위, 보다 선호되기는 -10℃에서 +10℃ 범위 내에 있으며, 고분자량 액정물질의 Tg는 50℃보다 낮다. 오프상태에서 백색 디스플레이를 얻기위해, 본 발명의 액정 디스플레이는 두개의 편광기를 갖고, 단일축으로 확장된 중합체의 필름을 포함하지는 않는다.
본 발명은 게다가 위에서 언급된 NW-STN 디스플레이를 제조하는 방법에 관련되며, 여기서 STN 디스플레이 셀과 보상층이 선택되어 상기 보상층이 오프상태에서 디스플레이 셀의 10-50% 인, 보다 바람직하게는 오프상태에서 디스플레이 셀의 10-35%인 광학적 지연을 가지며, 거기에서 보상층의 트위스트각의 절대값이 150°와 10°사이이며 STN 디스플레이 셀의 트위스트각의 절대값보다 적어도 90° 더 작다.
상기 제안된 보상층으로 보상되고 상기 두 (거의)교차된 편광기 사이에 위치한 본 발명의 NW-STN 디스플레이는 매우 검은 온상태와 매우 높은 대비율을 나타낸다. 온도매칭이 되고 약간 트위스트된 보상층이 사용된다면, 상기 온스테이트는 매우 어둡게 유지되며, 상기 대비율은 높여진 온도에서조차 매우 높게 유지된다.
본 발명은 아래의 예들에 의해 한층 더 설명될 것이다.
비교예 1
폴리카보네이트 보상층(트위스트되지 않음, R550nm=566nm, 디스플레이 셀의 출력 도파기(director)에 비해 -75° 완만한 축으로 꼭대기에서 적층됨)으로 보상되고, 디스플레이의 앞뒤에서 각각 -10°와 105°에서의 그들의 흡수축(absorption axis)으로 적층된(T1 //=31.7%; TX=0.02%(T1=밝기(luminance)정도. 상기 밝기 값은 가시 파장영역에서 전송단계(transmission level)의 측정된 평균이다. 특정 파장에서의 가중인자(weight factor)는 그 특정 파장에서의 (평균)인간 눈의 감지도에 의존한다. T//=두 평행한 편광기에 대한 밝기. TX= 두 교차하는 편광기에 대한 밝기.)) 두개의 고효율의 편광기 사이에 위치한 전형적인 NW-STN 디스플레이 셀(R550nm=788nm, φ=+240°)은 온상태에서 1.9%의 밝기와 15:1(수직 입사, 백색광; 무반사)의 대비율을 갖는다.
예 1
비교예 1의 동일한 디스플레이 셀이 R550nm=234nm, φ=-40°를 갖는 보상층으로 보상되고, 이 보상된 디스플레이가 동일한(그러나 지금은 교차되는) 편광기 사이에 위치한다면, 온상태에서 밝기정도는 0.2%이고 대비율은 120:1(수직입사, 백색광; 무반사)이 된다.
예 2
비교예 1에서 사용된 것과 같은 디스플레이 셀이 R550nm=258nm, φ=-46°를 갖는 보상층으로 보상되고, 이 보상된 디스플레이가 동일한(그러나 지금은 교차되는) 편광기 사이에 위치한다면, 온상태에 대한 밝기정도는 0.07%가 되고 상기 대비율은 350:1(수직입사, 백색광; 무반사)이 된다.
예 3
예 1 또는 2의 보상된 NW-STN 디스플레이의 오프상태의 밝기를 증가시키기 위해, 상기 디스플레이의 지연값(그리고 보상층의 그것)이 증가될 수도 있다.
비교예 1(R550nm=946nm, φ=+240°)에서 사용된 것보다 20% 더 높은 지연값을 갖는 NW-STN 디스플레이 셀은 거기에서 R이 20%로 R550nm=310nm(φ=-46°)까지 증가되는 보상층으로 보상되고 동일한(그러나 지금은 교차된) 편광기 사이에 위치한다. 상기 오프상태에 대한 밝기정도는 예 2의 디스플레이에 비해 17% 증가하며, 반면에 온상태에 대한 밝기정도는 0.1% 낮게 유지되고, 대비율은 250:1로 높게(수직 입사, 백색광; 무반사) 유지된다.
본 발명은 오프상태에서 좋은 밝기와 온상태에서 완전히 흑색을 갖는 NW-STN디스플레이를 얻는 것을 목적으로하여, 상기 디스플레이는 매우 검은 온상태와 매우 높은 대비율을 나타낼 수 있다.

Claims (8)

  1. 슈퍼 트위스트 네마틱(STN) 디스플레이 셀과 보상층을 구비하는 정상 백색 슈퍼 트위스트 네마틱(NW-STN) 디스플레이 장치에 있어서,
    상기 보상층은 트위스트 액정 폴리머이고, 오프상태에서 상기 디스플레이 셀의 광학적 지연(OR)의 10-50%인 광학적 지연(OR)을 가지며
    상기 보상층의 트위스트의 절대값은 150°와 10°사이에 있고 상기 STN 디스플레이 셀의 트위스트의 절대값보다 적어도 90° 작은 것을 특징으로 하는 NW-STN 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상층은 오프상태에서 상기 디스플레이 셀의 OR의 10-35%인 OR을 갖는 것을 특징으로 하는 NW-STN 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보상층의 트위스트의 절대값이 상기 STN 디스플레이 셀의 트위스트각의 절대값의 50%이하인 것을 특징으로 하는 NW-STN 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보상층의 트위스트각의 부호가 상기 STN 디스플레이 셀의 트위스트각의부호와 반대인 것을 특징으로 하는 NW-STN 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보상층이 상기 STN 디스플레이 셀과 온도매칭되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 보상층은 고분자량 액정물질의 Tg 이상에서 네마틱 위상을 갖고 작업온도에서 적어도 100Pa.s의 동점성을 가지는 고분자량 액정물질을 포함함으로써,
    상기 고분자량 액정물질의 Tc와 STN 디스플레이 셀의 Tc의 차이가 -30℃에서 +30℃의 범위이고, 바람직하게는 -20℃에서 +20℃이며, 보다 바람직하게는 -10℃에서 +10℃이며,
    상기 고분자량 액정물질의 Tg가 50℃보다 낮은 것을 특징으로 하는 NW-STN 장치.
  7. STN 디스플레이 셀과 보상층은 상기 보상층이 오프상태에서 상기 디스플레이 셀의 광학적 지연(OR)의 10-50%의 광학적 지연(OR)을 갖도록 선택되고,
    상기 보상층의 트위스트각의 절대값이 150°와 10°의 사이에 있고, 상기 STN 디스플레이 셀의 트위스트각의 절대값보다 적어도 90° 작은 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따르는 NW-STN 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    STN 디스플레이 셀과 보상층은 상기 보상층이 오프상태에서 상기 디스플레이 셀의 광학적 지연(OR)의 10-35%의 광학적 지연(OR)을 갖도록 선택되고,
    상기 보상층의 트위스트각의 절대값이 150°와 10°의 사이에 있고, 상기 STN 디스플레이 셀의 트위스트각의 절대값보다 적어도 90° 작은 것을 특징으로 하는 NW-STN 제조방법.
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