KR20030029923A

KR20030029923A - 전기적으로 스위칭가능한 칼라 필터를 구비한 칼라 액정디스플레이 디바이스

Info

Publication number: KR20030029923A
Application number: KR10-2003-7003292A
Authority: KR
Inventors: 스테펜 예이. 배테르스비
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2003-04-16
Also published as: DE60211342D1; GB0116788D0; US7154574B2; EP1407318A1; EP1407318B1; ATE326025T1; JP2004521396A; US20030011728A1; WO2003007062A1

Abstract

칼라 액정 디스플레이 디바이스는 입력 광을 변조하는 디스플레이 픽셀(10) 어레이 및 연관된 칼라 필터 요소(40) 어레이를 구비하는데, 상기 연관된 칼라 필터 요소(40) 어레이는, 필요한 칼라 출력이 발생되는 칼라 필터링 상태와, 입력 광에 실질적으로 투명한 상태 사이에서 전기적으로 스위칭가능한 전기-광학 필터링 요소를 포함한다. 그러한 스위칭은, 예를 들어 필터 요소가 그 투명 상태에 있을 때 픽셀의 증가된 광 효율을 고려하여 전체 칼라 출력을 희생시키고 감소될 백라이트의 밝기 레벨을 허용함으로써 전력 소비를 감소시키고, 또는 불량한 주변 조명에 사용된 반사형 디스플레이의 경우에 시각 능력을 향상시키는데 유리하게 사용될 수 있다.

Description

전기적으로 스위칭가능한 칼라 필터를 구비한 칼라 액정 디스플레이 디바이스{COLOUR LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE WITH ELECTRICALLY SWITCHABLE COLOUR FILTERS}

수동 및 능동 매트릭스형 칼라 액정(LC: liquid Crystal) 매트릭스 디스플레이는 잘 알려져 있다. 개별적인 픽셀을 위한 스위칭 요소로서 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistors)를 사용하고, 투과 방식으로 동작가능한 기존의 칼라 능동 매트릭스 액정 디스플레이 디바이스에 대한 예시적인 구조는 US-A-5132821에 기재되어 있다. 이 구조에서, 개별적이고 광학적인 투명 픽셀 전극의 행 및 열 어레이는 행 및 열 어드레스 전도체의 교차 세트와 함께 하나의 투명 기판(예를 들어 유리로 된) 상에 수용되며, 각 픽셀 전극은 각 행 어드레스 전도체와 열 어드레스 전도체 사이의 교차점에 인접하게 위치하고, 행 어드레스 전도체에 연결된 게이트를 갖는 연관된 TFT를 통해 열 어드레스 전도체에 연결된다. 투명 물질로 된 제 2 기판은 상기 하나의 기판으로부터 떨어져 있고, 모든 픽셀에 공통인 연속적인 전극과, 픽셀 전극 어레이와 정렬된 적색, 녹색 및 청색 칼라 필터 요소 어레이를 내부 표면상에 수용하며, 각 필터 요소는 각 픽셀 전극 위에 놓이고, 블랙 매트릭스는 각 칼라 필터 요소 사이에서 연장하고, TFT 및 어드레스 전도체 위에 놓인다. 예를 들어 트위스티드 네마틱(twisted nematic) LC 물질인 액정 물질은 2개의 기판 사이에 배치되는데, 상기 기판 각각은 LC 물질 층 바로 가까이에 인접한 내부 표면상에 배향층(orientation layer)을 추가로 수용한다. 광 편광층은 기판의 외부 표면상에 제공된다. 동작시, 광원에서 나오는 백색 광은 하나의 기판으로 향하고, 각 TFT를 통해 픽셀 전극에 인가된 제어 전압 신호에 의해 결정된 개별적인 픽셀의 투과 특성에 따라 변조되어, 각 칼라 필터 요소의 칼라에 따라 칼라 출력을 발생시키는 각 개별적인 픽셀을 갖는 디바이스의 다른 면에서 디스플레이 출력을 발생시킨다.

그러한 디스플레이 디바이스의 동작이 광학적 관점에서 매우 비효율적이라는 것이 잘 알려져 있다. 디스플레이 출력 발생시, 입력 편광 층으로 인해 입력 백색 광의 대략 절반이 손실되고, 적색, 녹색, 및 청색 칼라 필터 요소의 필터링 작용으로 인해 나머지 광의 대략 2/3이 손실된다. 블랙 매트릭스 물질의 존재로 인해 입력 광의 다른 분수 부분이 손실된다. 따라서, 적당한 디스플레이 출력 밝기를 얻기 위해, 높은 밝기의 출력 광원이 필요한데, 상기 출력 광원은 특히 배터리를 사용하는 휴대용 디스플레이 응용의 경우에 그러한 광원이 상당량의 전기 전력을 소비하기 때문에 명백하게 불리하다.

그러한 불량한 광 효율은 전면 광(front light) 또는 간단히 주변 광을 사용하는 반사 방식의 LC 디스플레이 디바이스에서 또한 발견되는데, 여기서 픽셀 전극은 반사 물질로 이루어져 있고, 칼라 필터 요소 및 편광층을 수용하는 기판을 통과하는 입력 광은 디스플레이 출력을 발생시키기 위해 픽셀 전극에 의해 변조되고 상기 기판으로 되반사된다. 능동 매트릭스형 디바이스뿐 아니라, 간단한 수동 매트릭스 칼라 액정 디스플레이 디바이스는, 투과형 및 반사형 모두 유사하게 광의 비효율을 겪게 된다.

본 발명은 디스플레이 픽셀 어레이를 포함하는 칼라 액정 디스플레이 디바이스에 관한 것으로, 상기 픽셀 각각은 광 입력을 변조하도록 구동가능하고, 변조된 광을 채색(colouring)하기 위한 각 칼라 필터 요소를 상기 어레이와 연관시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 능동 매트릭스 액정 디스플레이 디바이스의 일실시예에 대한 개략적인 부분 사시도.

도 2는 도 1의 디바이스의 개략적인 부분 단면도,

도 3, 4 및 5는 본 발명에 따른 액정 디스플레이 디바이스의 추가로 변형된 실시예에 대한 개략적인 단면도.

본 발명의 목적은 개선된 칼라 액정 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이다. 더 구체적으로, 본 발명의 목적은, 그러한 광의 비효율로 인해 야기될 수 있는 디바이스의 사용시 특정한 문제점을 해결할 수 있는 능력을 제공하는 칼라 액정 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 개시부에 기재된 유형의 칼라 액정 디스플레이 디바이스를 제공하는 것인데, 여기서 칼라 필터 요소는, 칼라 필터링을 제공한 상태와 입력 광에 실질적으로 투명한 상태 사이에서 적어도 전기적으로 스위칭가능한 전기-광학(electro-optic) 요소를 포함한다. 따라서, 필터 요소의 칼라 필터링 기능은, 사용되는 동작 모드의 유형에 따라 전기 전력의 보존 또는 향상된 반사율을 얻는 것이 전체 칼라 디스플레이보다 더 중요한 것으로 간주될 때, 다색(백색) 입력 광이 실질적으로 필터링되지 않은 상태로 상기 기판을 통과하도록 하기를 원하는 경우 선택적으로 스위치 오프될 수 있다. 그러므로, 예를 들어 백라이트(backlight)를 사용하는 투과 모드 또는 전면 광을 사용하는 반사 모드로동작하는 디바이스의 경우에, 칼라 필터 요소를 실질적으로 투명 상태로 스위칭하는 것은, 전체 칼라 정보 내용물 없이 그레이스케일(greyscale)을 갖는 흑백 이미지를 포함할지라도 증가된 광 처리량, 이에 따라 더 밝은 밝기의 출력 디스플레이를 야기한다. 따라서, 광원에서 나오는 광의 밝기는 광원에 의한 전기 전력 소비를 낮추기 위해 감소될 수 있는 한편, 정상적인 경우에서와 같이 광원의 출력 밝기가 소비된 전력에 비례한다고 가정하면, 시청 목적을 위해 적절히 밝은 디스플레이 출력을 여전히 유지할 수 있다. 이러한 성능은, 전기 전력 보존이 때때로 보장될 수 있는, 랩탑 컴퓨터, PDA, 모바일 전화, 전자 오거나이저(electronic organisers), 등과 같은 휴대용 배터리 전원 제품에 특히 유리하다.

주변 조명에 의지하는 반사 방식의 디스플레이 디바이스의 경우에, 다른 경우에서 뚜렷하지 않고 시각적으로 희미한 칼라 디스플레이가 제공될 때 칼라 필터 요소는 불량한 주변 조명 상태에서 개선된 가시도를 갖는 디스플레이 출력을 제공하도록 스위치 오프될 수 있다.

여러 가지 서로 다른 물질 및 구조가 전기-광학 필터 요소에 사용될 수 있어서, 선택적으로 전기적 스위칭될 수 있다고 생각된다. 필터 요소가 아마도 전부 투명할 필요는 없지만 입력 광의 적어도 대부분의 가시광 스펙트럼에 실질적으로 투명한 적어도 제 1 상태와, 예를 들어 적색, 녹색 또는 청색인 선택된 가시 칼라 파장 범위만을 통과시키는 제 2 필터링 상태 사이에서의 스위칭이 필요하다. 사용된 물질에 의해 방해되는 상태가 허용되면, 출력 광의 경미한 채색이 가능할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 알려진 게스트-호스트(guest-host) 유형의 물질은 필터 요소에 이용된다. 이러한 물질은 염료를 병합하는 액정 물질을 포함하는데, 상기 염료 분자는 LC 물질과 동일한 배향으로 유지되고 인가된 전기장에 반응하여 LC 분자와 함께 회전한다. 그러한 물질의 광 흡수 물질이 배향에 종속적이기 때문에, 염료는 일정한 방향으로 상기 물질을 통과하는 광에 대해 유색(coloured)으로부터 무색(colourless)으로 효과적으로 변화될 수 있다.

행 및 열 매트릭스 어레이 디스플레이 디바이스에 대해, 칼라 필터 요소는 일련의 선형 칼라 필터 스트립으로서 편리하게 제공될 수 있는데, 상기 선형 칼라 필터 스트립 각각은 픽셀의 각 행 또는 열에 대응하고, 예를 들어 적절한 (적색, 녹색 또는 청색) 칼라 염료를 갖는 게스트-호스트 물질의 셀을 포함하고, 픽셀 행 또는 열의 길이에 걸쳐 연장한다. 예를 들어, LCD 기판의 외부 표면에 대해 게스트 호스트 물질을 포함하는 일련의 평행 채널을 갖는 투명 플레이트를 장착함으로써, 액정 디스플레이 디바이스의 하나의 기판의 외부 표면상에 셀 세트가 제공될 수 있는데, 상기 플레이트 및 기판의 표면은, 물질을 채색 상태와 투명 상태 사이에서 스위칭하기 위해 제어 전압이 인가되는 마주보는 투명 전극을 수용한다. 그러한 채널은, 예를 들어 이온화가능 가스를 포함하고 플라즈마-어드레싱 액정 디스플레이 디바이스(PALC)에 전극을 수용하기 위한 채널 제조에 사용된 기술과 유사한 기술을 사용하여 형성될 수 있다.

필터 요소와 이와 연관된 픽셀 사이의 이격, 이에 따라 LCD 기판 및 필터 요소 셀의 두께로 인한 시차에 대한 잠재적인 문제를 감소시키기 위해, 칼라 필터 셀은 LCD 기판과 LC 물질 층 사이의 LCD의 내부에 배치될 수 있다. 이것은, 예를 들어 게스트-호스트 LC 물질이 폴리머 매트릭스에 수용된 작은 방울(droplet) 형태로 포함되는 PDLC(Polymer Dispersal Liquid Crystal: 폴리머 분산 액정)의 방식으로 칼라 필터 셀을 형성함으로써 달성될 수 있다.

칼라 필터 셀은, 모두 예를 들어 모든 셀에 공통인 전극 구조를 사용함으로써 함께 스위칭하도록 집합적으로 스위칭될 수 있거나, 3개의 세트의 상이한 칼라 필터 셀은 각 제어 전압이 인가되는 각 세트에 대해 별도의 제어 전극을 사용함으로써 서로 독립적으로 스위칭될 수 있다. 앞의 경우에서의 투과형 디스플레이 디바이스, 및 모두 오프 상태에 있는 칼라 필터 요소에 대한 동작의 예로서, 디스플레이된 이미지에 필요한 가장 밝은 픽셀은, 디스플레이 데이터 신호를 분석하고 이 정보를 사용함으로써 식별될 수 있고, LC 픽셀은 완전 투과 상태, 및 백라이트 전력을 감소시킴으로써 얻어진 필요한 그레이 레벨로 설정될 수 있다. 그 다음에, 다른 픽셀은 입력 광을 적절히 감쇠시키도록 동작되어 필요한 (낮은) 밝기를 발생시킨다. 특히 어두운 이미지에 대해, 백라이트 전력을 감소시킬 때의 결과로서 생기는 전력 절감은 상당히 클 수 있다.

칼라 필터 요소의 3개의 서로 다르게 채색된 세트가 독립적으로 제어가능할 때, 전력 절감이 가능한 한편, 한정된 칼라 출력을 여전히 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 칼라 액정 디스플레이 디바이스의 실시예는 첨부 도면을 참조하여 예로서 이제 설명될 것이다.

도면은 개략적이고 축적대로 도시되지 않았음이 이해될 것이다. 또한, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해 도면 전체에 사용된다.

도 1을 참조하면, 전체 칼라 디스플레이를 발생하는데 적합한 디스플레이 디바이스는, 투과 방식으로 동작하고 개별적으로 동작가능한 일반적으로 직사각형인 디스플레이 픽셀(10)의 행 및 열 어레이를 갖는 능동 매트릭스 LC 디스플레이 패널(11)을 포함하는데, 소수의 픽셀만이 도시된 패널의 부분에 존재한다.

각 디스플레이 픽셀(10)은 행 및 열 어드레스 전도체(12 및 14) 세트의 각 교차점에 인접하게 위치하는 박막 트랜지스터(TFT)(16)를 포함하는데, 상기 디스플레이 픽셀의 경계는 행 및 열 전도체의 인접한 쌍 사이의 간격에 의해 결정된다. 간략함을 위해, 전도체(12 및 14) 및 TFT(16)는 각각 평평한 라인 및 심볼로 도 1에 표시된다. TFT는 다결정 또는 비결정 실리콘 디바이스를 포함할 수 있다.

동일한 행에서 디스플레이 픽셀과 연관된 모든 TFT(16)의 게이트 전극은 선택(게이팅) 신호가 공급되는 공통 행 전도체(12)에 연결되고, 동일한 열에서 모든 디스플레이 픽셀과 연관된 소스 전극은 데이터(비디오 정보) 신호가 인가되는 공통 열 전도체(14)에 연결된다. TFT의 드레인 전극은 예를 들어 ITO로 이루어진 각 투명 픽셀 전극(20)에 연결되는데, 상기 전극(20)은 연관된 픽셀 디스플레이 요소의 부분을 형성하고, 연관된 픽셀 디스플레이 요소를 한정한다.

행 및 열 전도체(12 및 14), TFT(16) 및 전극(20)은 예를 들어 유리 또는 폴리머 물질로 이루어진 투명 기판(22) 상에 모두 수용된다.

이 기판은 예를 들어 또한 유리로 이루어진 추가 투명 기판(24)과 평행하게 떨어져 있는데, 상기 기판(24) 상에 예를 들어 ITO로 이루어진 연속적인 투명 전도층이 형성되고, 상기 연속적인 투명 전도층은 디바이스의 모든 디스플레이 요소를 위한 공통 전극(26)을 구성한다. 트위스티드 네마틱 액정 물질(28)은 2개의 기판(22 및 24) 사이에 배치되며, 상기 2개의 기판은 이 물질을 포함하기 위해 그 주변 둘레에 함께 밀봉(sealed)된다.

편광 막(27 및 29)은 종래 방식으로 기판(22 및 24)의 외부 표면에 걸쳐 제공된다.

디스플레이 패널(11)은 기판(22)에 접한 패널의 한 면에 배치된, 예를 들어 평면 형광(planar fluorescent) 램프 또는 전기 발광 램프인 백색 광원(32)에 의해 조명되어, 화살표(A)로 표시된 광은 이 기판을 통해 디바이스로 입사하고, 디스플레이 픽셀(10)의 투과 특성에 따라 충분히 변조되어, 기판(24)을 통해 나간다. 대안적으로, 광원(32)은 광이 기판(24) 상으로 향하도록 배열될 수 있으며, 그 때 디스플레이 출력은 기판(22)을 통해 얻어진다. 광원(32)은 백색 광을 발생시키거나, 적어도 적색, 녹색 및 청색 파장 영역에서 피크를 이루는(peak) 스펙트럼 출력 특성을 갖고, 명백해질 이유로 인해 가변 출력{흐릿할 수 있는(dimmable)} 광원이다.

이러한 유형의 디스플레이 디바이스의 동작은 일반적으로 잘 알려져 있어서, 본 명세서에 구체적으로 설명되지 않을 것이다. 그러나, 간략하게, 액정 물질은 디바이스 양단간에 인가된 전압에 따라 디바이스를 통해 광을 변조하는 역할을 하는데, 공통 전극(26)의 마주보는 부분 및 그 사이의 액정 물질과 함께 픽셀 전극(20)에 의해 한정된 바와 같이, 상기 각 디스플레이 요소는 전극 양단간에 인가된 구동 전압에 따라 디바이스를 통해 광 투과를 변경시키도록 개별적으로 동작가능하다.

화소 어레이의 행 어드레싱은 게이팅 신호를 각 행 전도체(12)에 차례로 인가함으로써 달성되는데, 상기 행 전도체(12)는 상기 행에서의 모든 TFT(16)를 턴 온시킨다. 비디오 데이터 신호는 게이팅 신호와 동기하여 화소의 각 행을 위한 열 전도체(14)에 차례로 인가되며, 이러한 데이터 신호는 상기 행의 온 TFT를 통해 디스플레이 요소의 적절한 행으로 전송된다. 프레임 기간에 픽셀의 모든 행에 차례로 어드레싱함으로써, 완전한 화상이 확립된다.

기판(22) 상에 수용된 능동 매트릭스 회로 구조, 및 그 제조 방법은 예를 들어 전술한 US-A-5132821 및 US-A-5130829에 기재된 바와 같이 종래 방식에 따르는데, 그 내용은 본 명세서에 병합되어 있어서 여기에 설명되지 않을 것이다. TFT(16)는 당업자에게 명백한 바와 같이 다수의 상이한 방식으로 제조될 수 있다.

도 2는 몇몇 기존의 디스플레이 픽셀을 포함하는 패널의 일부분에 대한 단면도를 개략적으로 도시한다. 이 도면에서, TFT(16)는 간략함을 위해 블록으로 표시된다. 픽셀 전극(20), TFT(16), 행 및 열 어드레스 구조(12 및 14)를 포함하는 기판(22) 상의 구조는 종래에서와 같이 연속적인 LC 정렬층(42)으로 덮여있다. 이와유사하게, 기판(24)은 LC 층(28) 바로 가까이에 인접한 내부 표면상에 LC 정렬층(43)을 수용한다.

층(43) 및 공통 전극(26) 외에도, 기판(24)은, 디스플레이 픽셀의 광 출력을 채색하는 디스플레이 픽셀(10)과 정렬하여(in registration with) 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 필터 요소(40) 세트를 포함하는 칼라 필터 어레이(38)를 또한 수용한다. 이 실시예에서의 칼라 필터 요소(40)는 열 방향으로 연장하는 일련의 평행 스트립으로서 조직화되는데, 상기 스트립 각각은 디스플레이 픽셀의 각 열과 정렬되고, 디스플레이 픽셀의 각 열 위에 놓이며, 상기 칼라 필터 요소(40)는 3개의 그룹의 반복하는 패턴으로 배열되는데, 상기 각 그룹은 칼라의 3개 1조(colour triplet)로 구성된 적색, 녹색, 청색 요소를 구비한다.

칼라 필터 요소(40)는 전기-광학 물질을 포함하는데, 상기 전기-광학 물질은, 디스플레이 픽셀의 각각 연관된 열이 전체 칼라 이미지를 디스플레이할 때 적색, 녹색 또는 청색 중 하나인 칼라 광 출력을 제공하는 필요한 채색 기능을 상기 요소가 수행하는 적어도 제 1 상태와, 상기 필터 요소가 입력 광에 실질적으로 투명하고 어떠한 칼라 필터링 기능을 제공하지 않아서, 디스플레이 픽셀이 입력 광, 즉 백색 광만을 변조시키는 역할을 하는 제 2 상태 사이에서 전기적으로 스위칭가능하다. 따라서, 종래에 사용된 칼라 필터 요소와 달리, 여기서의 필터 요소는 수동형이 아닌 능동형이다.

이 실시에에서의 칼라 필터 요소(40)는 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal: 폴리머 분산 액정) 방식으로 투명 폴리머 매트릭스에 포함되는 것이 바람직한 게스트-호스트 LC 물질을 포함하고, 디스플레이 픽셀 전극(20)의 각 열 위에 놓이는 평면 어레이에서 한 세트의 선형 셀로서 배열되는데, 각 셀은 예를 들어 검게 염색된 폴리이미드(polyimide)인 광 흡수 물질(44)에 의해 인접한 셀로부터 한정되고 분리되고, 디스플레이 픽셀의 인접한 열을 분리시키는 셀 벽부를 형성하는 선형 스트립으로서 연장하고, 열 어드레스 전도체(14)에 걸쳐 놓여 있다.

공통 전극(26)은 LC 층(28)에 접한 칼라 필터 셀의 평면 어레이 면에 걸쳐 연장한다. 전극(26)은 PDLC 물질 바로 위에 형성될 수 있고, 셀 벽부 또는 대안적으로 이들 부분들은 유리 마이크로시트(glass microsheet), 및 그 대신 그 위에 제공된 전극(26)으로 덮여질 수 있다. 셀 어레이의 마주보는 면에 걸쳐, 상기 셀 어레이와 기판(24) 표면 사이에, 추가 ITO 전극 층(50)이 제공되는데, 상기 추가 ITO 전극 층(50)은 전극(26)과 평행하게 연장하고, 상기 전극과 같이, 셀 어레이 영역에 걸쳐 연속적으로 연장한다.

3개의 그룹의 셀은, 각 하나의 원색(적색, 녹색 또는 청색)을 투과시키고 다른 2개의 원색을 흡수하도록 선택적으로 동작가능하다.

칼라 필터 셀(40)에서의 게스트-호스트 물질은 적절한 칼라 염료가 첨가되는 LC 물질을 포함한다. 그러한 물질은 종래 기술에 알려져 있다. 이 물질에서, 염료 분자는 LC 물질과 동일한 배향으로 유지되고, 인가된 전기장을 통해 LC 분자와 함께 회전한다. 셀을 통과하는 광은 염료의 광 흡수 특성을 겪게 되고, 이러한 것들이 배향에 종속적이기 때문에, 투과된 광은 인가된 전기장을 적절히 제어함으로써 특정 염료에 따라 채색되는 것으로부터 무색으로(즉, 실질적으로 필터링되지 않은백색 광)되는 것으로 스위칭될 수 있다. 이것은, 적합한 전압을 전극(26 및 50)에 인가함으로써 달성된다. 전극(26)에 대한 전압은 알려진 TFT LCD 구동 구성에 따라 디스플레이 픽셀의 필요 조건에 의해 결정된다. 따라서, 전극(50)에 공급된 전압은, 실질적으로 제 1 투명 상태와 제 2 선택적인 흡수 채색 상태 사이에서 셀을 스위칭하는 필요한 반응을 얻기 위해 전극(26)의 전압에 관해 전압 제어 회로(55)에 의해 스위칭된다. 이러한 간단한 예시적인 실시예에서, 셀은 패터닝되지 않은 공통 전극에 의해 제어되므로, 2개의 상태 사이에서 모두 함께 스위칭된다.

정상적인 동작 모드에서, 제어 회로(55)는, 전극(26 및 50) 양단간에 전압을 인가하고, 필터 요소(40)로 하여금 하나의 칼라의 광을 통과시킴으로써 채색 기능을 수행하도록 하여, 그 출력에서 연관된 픽셀 열로부터의 적절한 칼라 광을 제공하도록 제어 입력(56)을 통해 설정된다. 디스플레이를 전력 절감 모드로 동작하려고 할 때, 제어 신호는 입력(56)에 인가되는데, 상기 입력(56) 상에서, 제어 회로는 요소(40)를 실질적으로 투명한 무채색 상태로 스위칭하기 위해 전극(50)에 인가된 전압을 스위칭한다. 동시에, 제어 회로(55)는 밝기 제어 신호(Ld)를 광원 전력 공급 회로(58)에 공급하는데, 이것은 전력 공급 회로(58)로 하여금 광원(32)을 전기 전력이 덜 소비되는 낮은 밝기 출력 레벨로 스위칭하도록 한다. 따라서, 광원으로부터 변조된 백색 광을 포함하는 무채색된 흑백 디스플레이 출력이 생성된다. 광원 방출의 밝기 레벨이 감소될지라도, 디스플레이 출력의 밝기는, 필터링 요소의 필터링 기능이 디스에이블링(disabled)될 때 이에 대응하여 감소되지 않는다.

이와 유사한 동작은, 반사형 디스플레이 디바이스를 포함하고 전면 광을 사용하는 디스플레이 디바이스의 경우에 사용될 수 있다. 그러한 디바이스에서, 픽셀 전극(20)은 밝은 반사형 물질로 형성되고, 광원은 그 대신 기판(24)에 접하여 배열된다.

자체 광원을 갖기보다는 주변 광만을 의존하는 반사형 디스플레이 디바이스에서, 칼라 필터 요소(40)는 불량한 주변 조명 상태에서 디스플레이 정보의 가시도를 향상시키기 위해 실질적으로 투명 상태로 스위칭될 수 있다. 이 목적을 위해, 디스플레이 출력에서의 칼라 내용물이 희생되지만, 디스플레이 출력 밝기는 필터링없이 주변 광을 이용함으로써 효과적으로 향상된다. 따라서, 희미한 칼라 디스플레이 출력이 생성되지 않고 더 선명히 볼 수 있는 백색 광 디스플레이가 얻어진다.

스위칭가능한 칼라 필터 요소 어레이(38)를 기판(24)의 내부면 상에 제공함으로써, 시차(parallax)에 대한 가능한 문제를 피하는 것으로 바람직하게 간주된다. 만약 칼라 필터 셀이 그 대신 LC 셀 외부에 제공되고, 기판(24)의 두께가 픽셀의 피치에 비해 크다면, 시차에 대한 문제가 생길 수 있다. 그러나, 그러한 배열은 특정 환경에서 가능할 수 있고, 도 3, 4 및 5는 그 다음에 사용될 수 있는 가능한 대안적인 구조를 도시한다.

도 3의 디바이스에서, 스위칭가능한 칼라 필터 어레이(38)의 요소(40)는 기판(24) 위에 투명 기판, 예를 들어 유리 기판(60)을 배치함으로써 형성되고, 2개의 인접한 스페이서(spacer) 스트립 사이에 한정되고 칼라 필터 셀을 구성하는 각 셀이 디스플레이 픽셀(10)의 각 열 위에 놓이도록, 픽셀 전극(20)과 관련하여 기판(24) 위에 규칙적으로 위치한 평행 절연 스페이서 스트립(61)에 의해 기판(24)으로부터 분리된다. 기판(24 및 60)의 접한 표면은 각각 연속적인 ITO 전극(63 및 64)을 수용하는데, 채색 상태와 실질적으로 투명 상태 사이에서 칼라 필터 셀을 스위칭하는 것을 제어하기 위해 전압이 상기 전극(63 및 64)에 인가될 수 있으며, 이것은 여기서 LC 셀의 공통 전극(26)의 필요한 전압 동작에 무관하게 달성된다. 셀에 사용된 스위칭가능한 게스트 호스트 LC 물질은 이 경우 PDLC 물질 형태로 제공될 필요가 없지만, 그 대신 셀에 포함될 수 있다. 스페이서 스트립(61)은 블랙 매트릭스 방식으로 작용하도록 광 불투명 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 4의 실시예는, 기판(60) 및 스페이서 스트립(61)이 본 명세서에서 예를 들어 그 안에 형성된 선형 평행 채널 세트를 갖는 유리판인 단일 조각 성분(66)으로서 제공된다는 점을 제외하고 유사한데, 상기 각 채널은 각 칼라 필터 요소(40)를 한정한다. 상기 채널은, 채널이 이온화가능한 가스를 포함하는 역할을 하는 PALC(Plasma Addressed Liquid Crystal: 플라즈마 어드레스 액정) 디스플레이 디바이스용 채널화 기판을 형성하는데 사용된 기술과 같은 다양한 기술에 의해 제조될 수 있다. 여기서 전력 공급 전극(63)은 개별적인 부분으로 분리되는데, 상기 개별적인 부분 각각은 각 채널의 베이스에 걸쳐 연장한다. 전극의 이러한 세분은 상이한 칼라 필터 셀의 독립적인 제어를 용이하게 한다.

도 5는, 채널이 그 대신 기판(24)의 외부 표면에 제공되는 도 4의 실시예의 변형을 도시한다. 단일의 평평한 유리판(68)은 채널을 폐쇄하기 위해 기판(24) 위에 제공되고, 내부 표면상에 연속적인 전극(64)을 수용한다.

도 4 및 5에 대한 실시예에서, 기판(24)의 두께는, 그 구조적 기능이 추가기판(66, 68)에 의해 추가될 때 시차에 대한 잠재적인 문제점을 줄이기 위해 감소될 수 있다.

전술한 실시예에서, 완전히 채색된 상태와 실질적으로 투명 상태 사이에서 칼라 필터 요소의 스위칭이 사용되었다. 그럼에도 불구하고, 팔라 요소(40)는, 칼라 필터 요소가 정상적으로 동작 중일 때 제공된 포화된 채색보다 적을지라도, 디스플레이 픽셀로부터의 광 출력의 약간의 채색이 여전히 얻어지는 칼라 필터 셀 양단간에 인가된 전압을 조정함으로써 중간 상태 또는 상태들(또는 연속적으로 가변 상태)로 스위칭가능할 수 있다. 이러한 부분적인 채색 상태에서, 광 출력 레벨은 포화된 칼라 모드에서보다 더 클 것이므로, 광원 밝기 출력이 감소될 수 있다. 이러한 방식으로 달성된 디스플레이 이미지의 경미한 채색은 이미지에서의 약간의 칼라 내용물을 원하는 곳에서 도움이 될 수 있다.

또한, 전술한 모든 실시예에서, 상이하게 채색된 필터 요소(40)는 집합적으로 스위칭된다. 그러나, 사실은 그렇게 될 필요는 없고, 칼라 필터 요소(40)와 연관된 투명 전극 중 하나, 예를 들어 도 2의 실시예에서의 전극(50)은, 각 부분이 한가지 칼라의 필터 요소 셀과 각각 연관되는 3개의 분리된 부분으로 세분될 수 있으므로, 한가지 칼라의 칼라 필터 요소(40)는 함께 제어될 수 있지만, 필터 요소의 각 세트(R, G, B)는 다른 2개의 세트와 독립적으로 제어가능하다. 이 때문에, 전극(50)은 그 길이를 따라 연장하는 각 필터 요소를 위한 개별적인 스트립 전극으로 대체될 수 있으며, 각 한가지 칼라의 필터 요소 셀과 연관된 스트립 전극 세트는 기판(24)의 에지에 상호 연결되고, 제어 회로(55)에 의해 개별적으로 전력 공급가능하다.

그러한 배열은 투과형 디스플레이 디바이스에서 전력 절감을 가능하게 하는 한편, 가변 전력 백라이트와 관련하여 사용될 때 칼라 모드로 여전히 동작할 수 있게 한다. 이것을 설명하기 위해, 알려진 모노크롬(흑백) 디스플레이 디바이스 동작 방법이 고려될 것이다. 모노크롬 디스플레이 디바이스 상에 이미지를 디스플레이하기 위해, 이미지 데이터는 어레이에서 가장 밝은 디스플레이 픽셀을 식별하도록 분석될 수 있다. 그 다음에, 이러한 디스플레이 픽셀은, 백라이트 전력을 적절한 레벨로 감소시킴으로써 완전히 투과되고 필요한 그레이 스케일이 되도록 구동된다. 그 때, 다른 디스플레이 픽셀 밝기는 감쇠기로서 디스플레이 픽셀을 사용함으로써 달성된다. 비교적 어두운 이미지에 대해, 이 기술을 사용하여 달성가능한 전력 절감은 현저할 수 있다. 상이한 칼라 필터 요소의 3개의 세트가 독립적으로 제어되는 도 1 및 도 2와 같은 칼라 디스플레이 디바이스에 간단한 접근법이 사용될 수 있다. 이 경우에, 필터 요소는, 이전과 같이 단지 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위칭가능하기 보다는 실질적으로 무채색 투명 상태와 완전 채색 상태 사이에서 연속적으로 가변적인 방식으로 동작된다. 동작시, 디스플레이될 이미지는, 각 개별적인 칼라, 즉 적색, 녹색, 및 청색에 대해 가장 많이 투과될 수 있는 3가지 디스플레이 요소를 식별하도록 분석된다. 그 때, 백라이트 및 칼라 필터 요소 투과는 가장 낮은 가능한 백라이트 전력 레벨에서 원하는 채색된 이미지를 달성하도록 함께 설정된다.

전술한 실시예에서, 게스트-호스트 물질을 포함하는 스위칭가능한 칼라 필터요소가 사용될지라도, 적어도 광 채색 상태와 실질적으로 무채색 투명 상태 사이에서 스위칭될 수 있는 다른 전기-광학 물질이 그 대신 사용될 수 있음이 이해된다. 예를 들어, 전술한 방식으로 사용하기 위해 적응할 수 있는 특정 유형의 전기-광학(LC) 칼라 필터링 배열은 US-A-4003081에 기재되어 있다. 칼라 출력을 발생시키기 위해 칼라 필터링을 제공하는 상태와 필터링되지 않는 상태 사이에서 스위칭가능하고, 스위칭가능한 칼라 필터 요소에 사용하는데 또한 적합할 수 있는 플로에크로익(ploechroic) 염료를 포함하는 액정 물질의 예는 EP-A-0108472에 기재되어 있다.

디스플레이 디바이스는 TFT(또는 다른 스위칭 요소)를 사용하는 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스일 필요는 없지만, 간단한 수동 매트릭스형 액정 디스플레이 디바이스일 수 있다.

더욱이, 칼라 필터 요소(40)는 열 방향으로 연장할 필요는 없지만, 그 대신 행 방향으로 연장할 수 있으며, 각 필터 요소(40)는 디스플레이 픽셀의 각 행 위에 놓여 있다.

요약하면, 칼라 액정 디스플레이 디바이스는 입력 광을 변조하기 위한 디스플레이 픽셀 어레이, 및 연관된 칼라 필터 요소 어레이를 구비하는데, 상기 연관된 칼라 필터 요소 어레이는, 필요한 칼라 출력이 발생되는 칼라 필터링 상태와, 입력 광에 실질적으로 투명한 상태 사이에서 전기적으로 스위칭가능한 전기-광학 필터링 요소를 포함한다. 그러한 스위칭은, 예를 들어 필터 요소가 그 투명 상태에 있을 때 픽셀의 증가된 광 효율을 고려하여 전체 칼라 출력을 희생시키고 감소될 백라이트의 밝기 레벨을 허용함으로써 전력 소비를 감소시키고, 또는 불량한 주변 조명에 사용된 반사형 디스플레이의 경우에 시각 능력(viewability)을 향상시키는데 유리하게 사용될 수 있다.

본 개시를 읽음으로써, 다른 변형은 당업자에게 명백할 것이다. 그러한 변형은, 액정 디스플레이 디바이스 및 그것의 구성 부품의 분야에서 이미 알려지고, 본 명세서에서 이미 설명한 특징 대신 또는 특징에 부가하여 사용될 수 있는 다른 특징을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 디스플레이 픽셀 어레이를 포함하는 칼라 액정 디스플레이 디바이스 등에 이용된다.

Claims

칼라 액정 디스플레이 디바이스로서,

디스플레이 픽셀 어레이를 포함하는데, 상기 디스플레이 픽셀 각각은 광 입력을 변조하도록 구동가능하고, 상기 변조된 광을 채색(colouring)하기 위해 각 칼라 필터 요소를 연관시키며, 상기 칼라 필터 요소는, 적어도 칼라 필터링을 제공하는 상태와, 상기 입력 광에 실질적으로 투명한 상태 사이에서 전기적으로 스위칭가능한 전기-광학(electro-optic) 요소를 포함하는, 칼라 액정 디스플레이 디바이스.
제 1항에 있어서, 상기 디바이스는 조정될 수 있는 광 출력 레벨을 갖는 디스플레이 픽셀에 상기 광 입력을 제공하는 광원을 포함하고, 상기 광원은, 실질적으로 투명 상태로 스위칭되는 상기 칼라 필터 요소에 대해 낮은 광 출력 레벨을 발생시키도록 제어되는, 칼라 액정 디스플레이 디바이스.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 칼라 필터 요소(40)는 집합적으로 스위칭가능한, 칼라 액정 디스플레이 디바이스.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 한가지 칼라의 상기 칼라 필터 요소는 다른 칼라의 상기 칼라 필터 요소와 독립적으로 스위칭가능한, 칼라 액정 디스플레이 디바이스.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칼라 필터 요소는, 상기 변조된 광의 경미한 채색이 달성되는 중간 상태로 스위칭가능한, 칼라 액정 디스플레이 디바이스.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칼라 필터 요소는, 스위칭 전압이 인가되는 인접한 전극 사이에 배치된 전기-광학 칼라 필터링 물질을 포함하며, 상기 전극은 상기 전극에 인가된 상기 전압을 제어하기 위해 선택적으로 동작가능한 제어 회로에 연결되는, 칼라 액정 디스플레이 디바이스.
제 6항에 있어서, 상기 전기-광학 칼라 필터링 물질은 염료를 포함하는 게스트-호스트(guest-host) 액정 물질을 포함하는, 칼라 액정 디스플레이 디바이스.
제 7항에 있어서, 상기 디스플레이 픽셀은 행 및 열로 배열되고, 상기 칼라 필터 요소는 칼라 필터 스트립으로서 제공되며, 상기 각 스트립은 한가지 칼라로 이루어지고, 디스플레이 픽셀의 각 행 또는 열과 연관되고, 상기 스트립은 상이한 칼라의 반복 그룹으로 조직화되는, 칼라 액정 디스플레이 디바이스.
제 8항에 있어서, 상기 디스플레이 픽셀은, 그 사이에 액정 물질이 배치되는 2개의 이격된 기판 중 접해있는 기판 상에 수용된 마주보는 전극에 의해 한정되고,상기 칼라 필터 요소는 상기 기판 중 하나의 기판의 외부 표면상에 수용되는, 칼라 액정 디스플레이 디바이스.
제 8항에 있어서, 상기 디스플레이 픽셀은, 그 사이에 액정 물질이 배치되는 2개의 이격된 기판 중 접해있는 기판 상에 수용된 마주보는 전극에 의해 한정되고, 상기 칼라 필터 요소는 상기 기판 중 하나의 기판의 내부 표면상에 수용되는, 칼라 액정 디스플레이 디바이스.
제 10항에 있어서, 상기 게스트-호스트 물질은 폴리머 매트릭스에 분산된 작은 방울(droplets)을 포함하는, 칼라 액정 디스플레이 디바이스.