KR20100113090A - 액정 디스플레이 - Google Patents

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KR20100113090A
KR20100113090A KR1020107016363A KR20107016363A KR20100113090A KR 20100113090 A KR20100113090 A KR 20100113090A KR 1020107016363 A KR1020107016363 A KR 1020107016363A KR 20107016363 A KR20107016363 A KR 20107016363A KR 20100113090 A KR20100113090 A KR 20100113090A
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KR
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cell
refractive index
liquid crystal
display
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KR1020107016363A
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Inventor
스티븐 키트슨
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Publication date
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Abstract

액정 디스플레이 셀은 이방성 흡수기를 갖는 액정 재료(6)를 내부에 동봉하는 제1(1) 및 제2(2) 대향 셀 벽들, 및 상기 제1 셀 벽(1)의 내면 상의 마이크로구조(4)를 포함한다. 상기 마이크로구조(4)는 특수 굴절률(ne)보다 액정 재료의 보통 굴절률(no)에 더 근접하게 일치되는 굴절률을 갖는 재료로 형성된다.

Description

액정 디스플레이{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정 디스플레이에 관한 것이다.
현재의 디스플레이 기술들은 광을 아주 효율적으로 이용하지 않기 때문에, 통상 아주 밝은 백라이트를 포함한다. 주변 조명 조건들에서 쉽게 볼 수 있는 전체 컬러 반사형 디스플레이는 상당한 도전이며 아직 명확한 해답이 없다.
하나의 후보 기술은 이방성 흡수기로 도핑된 액정(LC)(소위 "게스트-호스트" 디바이스)을 이용하는 것이다. "게스트" 흡수기들은 디렉터로 알려진 "호스트" LC 분자들의 공통 정렬 방향과 정렬되는 경향이 있는 통상 막대 형상 또는 라스(lath) 형상의 염료 분자들이다. 이들은 분자 길이축에 평행하게 분극된 광을 흡수하는 경향이 있다. 따라서, 그들이, 그리고 LC가 뷰어에게 엔드온(end-on) 정렬되는 경우, 그들은 광을 흡수하지 않고 디스플레이가 광처럼 보인다. 염료와 LC가 뷰어에게 사이드온(side-on) 정렬하면 그들은 하나의 선형 분극을 강하게 흡수하고 디스플레이는 색이 있는 것으로 보인다. 높은 콘트라스트 비를 실현하기 위해 디스플레이는 어두운 상태에서 임의 분극의 광을 흡수하도록 설계되어야 한다. 이를 실현하기 위한 다수의 표준 디바이스 구성들, 예를 들어 염색된 LC가 수직에서 수평 정렬로 스위칭하고 셀과 반사기 사이에 1/4 파장판(quarter waveplate)을 갖는 콜-카시노(Cole-Kashnow) 셀이 존재한다. 파장판은 LC의 평면 정렬 방향에 대해 45도에서 그것의 광축에 배향된다. 디스플레이 상에 입사하는 비분극 광은 셀과 파장판을 통과하고, 반사하여 층들을 통해 뷰어를 다시 통과한다. 입사광의 하나의 선형 분극은 셀을 통해 제1 패스 상에서 흡수되어, 직교 선형 분극을 갖는 광이 셀로부터 나오고 1/4 파장판을 통과하고 미러로부터 반사한다. 염료 도핑층에 도달하는 반환광은 90도만큼 회전된 분극을 가지므로 뷰어에게 도달하기 전에 이제 강하게 흡수된다.
3개의 고스트 호스트 디스플레이들이 서로의 상부에 스택되고, 각각이 상이한 컬러 염료; 시안, 옐로우 또는 마젠타로 도핑된 전체 컬러 디스플레이가 제조되었다. 이러한 구성은 별개의 컬러 디스플레이들을 나란히 배열하는 대안보다 더 효율적이다.
LC 분자들 및 그들 내에 용해된 염료는 완전하게 순서화되지 않고, 이는 2가지 상태들 사이의 차이를 감소시키는 경향이 있다. 궁극적으로 효율적인 반사 디스플레이에 요구되는 필요한 콘트라스트 및 휘도를 실현하기가 어렵다.
LC 내의 염료 분자의 순서화의 측정값인 이색성 비율을 증가시킴으로써 게스트 호스트 디스플레이의 성능을 향상시키기 위한 시도들이 이루어졌다. 이색성 비율(DR)은 다음과 같이 정의된다.
Figure pct00001
Figure pct00002
및
Figure pct00003
는 각각 LC 디렉터에 수평 및 수직인 흡수율이고, S는 순서 파라미터이다.
전형적으로 네마틱 LC 호스트들을 이용하여 실현되는 최대 이색성 비율은 약 13이다.
다른 시도는 폴리머 겔의 2-주파수 LC 재료를 이용하여 어두운 상태에서 흡수 및 산란(scattering)을 결합하는 것으로, Mol. Cryst. Liq, Cryst., Vol. 453, pp 371-378, 2006에 기재되어 있다. 2-주파수 LC 재료들은 제1 주파수 범위의 전계에서 양의 절연체 이방성을 나타내고, 제2의 상이한 주파수 범위의 전계에서 음의 절연체 이방성을 나타낸다. 폴리머 겔은 염색된 LC 내에 용해된 모노머로부터 제자리에 형성되는 반면 LC는 저주파 필드에 의해 셀 벽들에 수직으로 정열된다. OFF 상태에서 LC 분자들은 셀 벽들에 수직으로 정렬되고 셀은 광을 보낸다. 고주파 필드가 인가되면, LC 분자들은 음의 절연체 이방성을 나타내고 필드 방향으로부터 떨어져서 기울어져, LC 도메인 재배향들 및 굴절률 불일치로 인한 광 산란, 및 염료 분자들에 의한 광 흡수가 유발된다. 산란은 또한 어두운 상태에서 반사를 감소시켜, 디스플레이의 콘트라스트 비를 증가시킨다. 모든 파장들은 산란되고, 이는 모노크롬 디스플레이들에 수용가능하지만 스택된 컬러 디바이스에서는 문제가 된다. 너무 많은 산란은 후속 층들에 도달하는 광의 양을 감소시킨다.
본 발명의 양태들이 독립 청구항에 특정된다. 바람직한 특징들은 종속 청구항들에 특정된다.
LC들의 이방성은 디렉터를 따라 분극되는 광이 그것에 수직으로 분극되는 광과 상이한 속도록 전파하게 한다. 그러므로, LC들은 복굴절이다. 단축의 LC, 예를 들어 네마틱 LC는 2개의 주요 굴절률: 보통 굴절률 no 및 특수 굴절률 ne를 갖는다. 굴절률 no는 전기 벡터가 광축에 수직으로 진동하는 경우의 광 파형(보통 파형)에 대해 특정된다. 굴절률 ne는 전기 벡터가 광축을 따라 진동하는 경우의 광 파형(특수 파형)에 대해 측정된다. 어키랄(achiral) 정렬된 네마틱 LC에 대해, 광축은 디렉터와 등가이다.
마이크로구조의 굴절률을 no에 일치시킴으로써, 마이크로구조를 가지는 셀 벽을 통한 입사광의 회절 및 산란은 디스플레이가 그것의 밝은 상태에 있고 디렉터가 셀 벽들의 평면에 수직인 경우에 감소되거나 최소화될 것이다. 어두운 상태에서는, LC가 셀 벽들의 평면에 평행하게 정렬되고, 광이 보다 강하게 흡수되는 경우에 광이 옆으로 산란되게 하는 인덱스 불일치가 존재할 것이다. 이것은 2가지 상태 사이의 반사율의 차이를 증가시켜 디스플레이의 외관을 향상시킨다.
전형적으로 디스플레이는 반사 모드로 사용될 것이다. 그러나, 디스플레이는 투과 모드로도 사용될 수 있다.
마이크로구조는 임의의 적절한 구조들: 예를 들어 격자 또는 포스트들이나 홀들의 에레이를 포함할 수 있다. 마이크로구조를 포함하는 유닛들의 길이 치수 및 형상을 제어함으로써 광 산란의 정도 및 방향을 제어할 수 있다.
"이방성 흡수기"라는 용어는 본원에서 LC에 흩어진 다색성 안료 또는 LC 내에 용해된 다생성 염료를 지칭하도록 사용된다. 편의상 본 발명은 용해된 다생성 염료, 특히 이색성 염료를 이용하여 참고로 설명될 것이지만, LC 디스플레이 기술의 분야에 있는 통상의 기술자에게 적절한 예들이 잘 알려져 있을 것이다.
본 발명은 이하의 도면을 참조하여 단지 예로써 더 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 디스플레이의 개략도로서, 액정이 하나의 배향을 갖는 도면.
도 2 및 도 3은 도 1의 디스플레이 셀의 개략도로서, 액정이 상이한 배향을 갖는 도면.
디스플레이는 제1 셀 벽(1) 및 대향하는 제2 셀 벽(2)을 포함하고, 그 내부에 용해된 이색성 염료를 갖는 액정 재료층(5)을 동봉하고 있다. 제1 셀 벽(1)의 내면 상에는 마이크로구조(4), 본 예에서는 페이지 내로 그루브들이 정렬된 격자 구조가 제공된다. 마이크로구조(4)는 LC 재료의 no와 동일한 굴절률을 갖는 재료로 이루어진다.
LC 재료의 분자들(6)이 셀 벽들의 평면에 수직으로 정렬되면(도 1), 인덱스 일치가 임의의 산란 또는 회절을 방지하거나 감소시키고 입사광(3)이 층(5)을 통해 직선으로 전파한다. 이색성 염료 분자들은 LC 분자들(5)과 정렬되고 광(3)을 강하게 흡수하지 않는다. 따라서 셀은 밝은 상태에 있다.
LC 분자들(6)이 수평으로 정렬되면 격자의 그루브들을 따라 마이크로구조(4)의 표면에서의 인덱스 불일치로 인해 페이지 내로의 방향으로 분극되는 광(3)의 회절 및 산란이 강해진다(도 2). 회절되거나 산란된 빔들은 셀을 통해 보다 긴 경로를 취하기 때문에 흡수 염료와의 상호작용을 증가시킨다. 본 구성에서는 셀이 어두운 상태에 있다.
도 3에 도시된 구성은 도 2와 동일하지만, 입사광이 격자(4)의 그루브들을 가로질러 분극되는 점이 다르다. 인덱스 불일치 및 회절이 없다.
LC 분자들(6)은 (평행 정렬을 유도하기 위해) 러빙된 폴리머를 갖거나 (수직 정렬을 유도하기 위해) 레시틴 또는 크롬 복합물과 같은 계면 활성제를 이용하여 표면을 처리하는 등의 종래의 기술에 의해 수직으로 또는 수평으로 정렬하도록 형성될 수 있다. 수평 정렬에서 수직 졍렬로의 스위칭은 투명 전극(도시되지 않음)을 통해 적절한 전계를 인가함으로써 양의 절연체 이방성의 액정에 대해 실현될 수 있다. 수직 정렬에서 수평 정렬로의 스위칭은 또한 적절한 전계를 인가함으로써 음의 절연체 이방성의 액정 재료에 대해 실현될 수 있다. 그러한 정렬 및 스위칭 기술들은 물론 본 기술 분야에 공지되어 있고 추가의 설명이 필요없다.
본 발명의 이점은 마이크로구조(4)의 피치의 엔지니어링을 통해 제어될 수 있다. 보다 높은 각도 빔들로 산란되는 광량은 마이크로구조의 형상에 따라 다르다. 일 실시예에서 마이크로구조는 예를 들어 랜덤 또는 의사랜덤 격자 또는 포스트들 또는 홀들의 2차원 어레이로서 부분적으로 또는 전체적으로 랜덤화되어 마이크로구조의 산란 특성을 최적화 또는 개량한다. 이전의 연구는 광의 약 30%의 회절이 용이하게 실현가능하다는 것을 제안한다. 광학의 이론적 고려 사항은 적절한 설계를 통해 이들 빔들에 보다 많은 광을 산란하는 것을 가능하게 해야 한다는 점을 제안할 것이다.
실현된 경로 길이의 증가는 회절 각도에 따라 다르고, 이는 각도의 코사인으로서 역으로 스케일링된다. 따라서, 예를 들어, 30°의 회절각은 셀 벽들에 대한 수직 입사에서 광선에 대해 15%만큼 경로 길이를 증가시킨다. 그러나, 회절각이 임계각보다 크면 회절된 광은 디스플레이로부터 벗어나지 않을 것이고 대신 내부에서 반사될 것이다. 전형적인 굴절률에 대해 임계각은 셀 벽들에 대한 법선으로부터 약 42°가 될 것이다. 그 각도를 실현할 수 있으면 회절된 광은 궁극적으로 뷰어로부터 소실되어, 보다 어두운 상태의 반사율(또는 투과율)을 감소시킬 것이다. 입사광(3)의 30%가 회절된 빔으로 되는 보수적인 추정을 하면, 콘트라스트 비율이 이 양만큼 효과적으로 증가될 수 있다.
수직 입사하는 광의 간략화된 경우에, 회절된 빔의 각도를 결정하는 식은 이하와 같다.
Figure pct00004
λg는 피치이고,
λo는 파장이고,
θm은 m번째 회절된 순서에 대한 회절각이고,
n은 굴절률이다.
각도는 광의 파장과 마이크로구조의 피치에 따라 다르다. 상기 식을 적용하면, 단지 임계각보다 큰 각도로 광을 회절시키기 위해, 파장에 가까운 피치가 필요하다는 점이 발견된다. 파장은 선택적으로 유용할 수 있다. 각각의 층에서, 해당 층에 염료에 의해 흡수될 파장이 회절되기를 원한다. 다른 파장들은 다음 층으로 빠져나갈 필요가 있다. 주어진 피치에 대해, 보다 긴 파장들이 보다 작은 각도로 회절될 것이다. 따라서, 층들을 순서화하여 가장 긴 파장들을 흡수하는 염료를 갖는 층이 처음이 되고 가장 짧은 파장들을 흡수하는 층이 마지막이 되도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 각각의 층에서 마이크로구조의 피치를 회전함으로써 각각의 층에서 "잘못된" 파장들의 손실량을 최소화할 가능성이 있어야 한다. 층 외부에 흡수되지 않은 광을 산란하기 위해 제2 셀 벽의 내면 상에 다른 마이크로구조를 포함시키는 것이 바람직할 수 있다.
한가지 설계 선택은 마이크로구조의 타입이다. 평행 그루브들의 간단한 어레이(모노격자)가 바람직하다. LC 분자들은 인덱스 불일치에 대해 일직선 방향인 그루브들을 따라 정렬하는 경향이 있다는 이점을 갖는다. 그러나, 포스트들, 홀들, 필러들 등의 2D 어레이들을 보다 복잡하게 하는 것이 이점이 될 수 있다. 그들은 층 내의 모든 방향으로 광을 산란하는 경향이 있을 수 있고, 이것은 모든 방향으로부터 입사하는 광을 처리하는데 도움이 될 수 있다. 회절각은 광의 입사각에 따라 다르다는 점이 주목할 만하다. 상기 간단한 분석은 광이 디스플레이에 대해 수직으로 입사한다고 가정한다. 실제로, 대부분의 조명이 바람직한 방향으로부터-전형적으로 뷰어의 오버헤드로부터 나오는 것이 더 가능할 것이다. 따라서, 좁은 범위의 입사각이 소정의 방향을 중심으로 하여 최적으로 작용하도록 설계를 조정하는 것이 바람직할 수 있다.
바람직한 마이크로구조들은 약 400-600 nm의 범위에 있는 피치들을 갖는다. 다이아몬드 포인트 터닝된 롤러들을 이용하여 대형 면적에 걸쳐 모노 격자들을 형성할 수 있다. 또한 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명하고, LC들을 정렬하기 위해 이용될 수 있는 대안의 기술을 이용하여 대형 면적에 걸쳐 보다 복잡한 마이크로구조들을 형성할 수 있다. 마이크로구조로 코팅된 표면을 얻으면 임프린팅 프로세스를 이용하여 해당 구조를 다수회 복제할 수 있다. 그러한 프로세스를 이용하여 게스트 호스트 셀 내에 긴 피치(1200nm) 모노 격자를 이용하는 효과를 테스트했다. 전형적으로 이용되는 폴리머는 표준 상업적으로 입수가능한 성분들로부터 만들어지는 UV 경화가능한 아크릴 수지이고 사용된 LC의 보통 인덱스에 가까운 굴절률을 갖는다. 동작시 LC가 표면에 평행하게 정렬되면 회절이 강하다는 것을 알 수 있다. 전압을 인가함으로써 LC를 수직으로 정렬시킬 수 있어 회절이 훨씬 약해진다.
실험 상세:
마이크로구조는 모노 격자 마스터로부터 임프린팅에 의해 형성되었다: 1.2㎛ 피치; 대략 1㎛ 높이. 임프린팅은 ITO 코팅된 PES 기판 상에서 수행되었고, 이 기판은 제1 셀 벽(1)으로서 기능했다. 셀 벽(1)은 러빙된 폴리이미드(SE-130, 니산 케미컬)로 코팅된 제2 셀 벽(2)을 갖는 테스트 셀 내에 형성되었다. 셀 벽들은 표면에 걸쳐 분산된 3㎛ 비드들에 의해 이격되었고 셀은 ZLI-4727 네마틱 LC 혼합물(메르크)로 채워졌다.
전압이 인가되지 않으면, LC는 평면형이고 격자 그루브들을 따라 분극되는 광의 강한 회절이 존재한다. 인가된 전압(1 kHz AC, 30V 진폭)은 LC를 수직 정렬로 구동시키고 회절이 매우 약하다. 모노 격자에 의해, 광의 단지 하나의 분극이 강하게 회절된다. (그루브들에 걸치는) 다른 분극은 굴절률에서 차이가 없다. 양 분극들을 흡수하기 위해 전에 언급된 콜-카시노 셀과 같은 구성을 이용할 수 있다.
포스트들과 같은 보다 복잡한 구성에 의해, 분극 의존성이 보다 복잡해진다.
본 발명은 산란된 광의 방향 및 강도에 대한 제어를 허용하여, 바람직하지 않은 방향들로의 산란을 감소시키고 광학 효율성을 증가시키도록 돕는다.
마이크로구조들은 또한 LC들을 매우 효과적으로 정렬할 수 있어, 하나의 구조를 이용하여 LC를 정렬하고 광학을 제어할 수 있다. 심지어 그 구조를 이용하여 LC의 쌍안정 정렬을 가능하게 할 수도 있다.

Claims (29)

  1. 액정 디스플레이 셀로서,
    이방성 흡수기를 갖는 액정 재료를 내부에 동봉하는 제1 및 제2 대향 셀 벽들; 및
    상기 제1 셀 벽의 내면 상의 마이크로구조
    를 포함하고,
    상기 마이크로구조는 특수(extraordinary) 굴절률(ne)보다 상기 액정 재료의 보통(ordinary) 굴절률(no)에 더 근접하게 일치되는 굴절율을 갖는 재료로 형성되는 액정 디스플레이 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로구조 재료의 굴절률은 범위 no±5%에 있는 액정 디스플레이 셀.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로구조 재료의 굴절률은 실질적으로 no와 동일한 액정 디스플레이 셀.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로구조는 격자(grating)인 액정 디스플레이 셀.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로구조는 포스트(post)들의 어레이인 액정 디스플레이 셀.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로구조는 홀(hole)들의 어레이인 액정 디스플레이 셀.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로구조는 범위 300-1000 nm에 있는 피치를 갖는 액정 디스플레이 셀.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로구조는 범위 400-600 nm에 있는 피치를 갖는 액정 디스플레이 셀.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로구조는 상기 LC 재료의 인접 분자들의 균일한 정렬을 유도하는 액정 디스플레이 셀.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 정렬은 평면 또는 경사진 평면 정렬인 액정 디스플레이 셀.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로구조와 상기 액정 재료의 ne 사이의 굴절률의 불일치는 적어도 일부의 입사광이 상기 셀 벽들 사이에서 내부 전반사되도록 유도할 정도인 액정 디스플레이 셀.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로구조는 랜덤 또는 의사랜덤 어레이의 특징(feature)들을 포함하는 액정 디스플레이 셀.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 셀 벽의 내면 상에 제공된 제2 마이크로구조를 더 포함하고, 상기 마이크로구조는 특수 굴절률(ne)보다 상기 액정 재료의 보통 굴절률(no)에 더 근접하게 일치되는 굴절률을 갖는 재료로 형성되는 액정 디스플레이 셀.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 마이크로구조 재료의 굴절률은 범위 no±5%에 있는 액정 디스플레이 셀.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 마이크로구조 재료의 굴절률은 실질적으로 no와 동일한 액정 디스플레이 셀.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 마이크로구조는 격자인 액정 디스플레이 셀.
  17. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 마이크로구조는 포스트들의 어레이인 액정 디스플레이 셀.
  18. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 마이크로구조는 홀들의 어레이인 액정 디스플레이 셀.
  19. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 마이크로구조는 범위 300-1000 nm에 있는 피치를 갖는 액정 디스플레이 셀.
  20. 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 마이크로구조는 범위 400-600 nm에 있는 피치를 갖는 액정 디스플레이 셀.
  21. 제13항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 마이크로구조는 상기 LC 재료의 인접 분자들의 균일한 정렬을 유도하는 액정 디스플레이 셀.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 정렬은 평면 또는 경사진 평면 정렬인 액정 디스플레이 셀.
  23. 제13항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 마이크로구조는 랜덤 또는 의사랜덤 어레이의 특징들을 포함하는 액정 디스플레이 셀.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 적어도 2개의 디스플레이 셀들을 포함하는 디스플레이 디바이스로서,
    하나의 디스플레이 셀은 다른 하나의 디스플레이 셀의 상부에 스택되고, 각각의 셀 내의 염료는 상기 또는 각각의 다른 셀 내의 염료와는 실질적으로 상이한 파장 범위의 광을 흡수할 수 있는 디스플레이 디바이스.
  25. 제25항에 있어서,
    3개의 디스플레이 셀들을 포함하고, 상기 디스플레이 셀들 각각은 시안, 엘로우 및 마젠타 중 상이한 하나를 선택적으로 흡수할 수 있는 디스플레이 디바이스.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 셀들 중 마지막 셀 뒤에 반사기를 더 포함하는 디스플레이 디바이스.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 반사기에 가장 가까운 셀은 옐로우 파장들을 흡수할 수 있고, 중간 셀은 그린 파장들을 흡수할 수 있고, 상기 반사기로부터 가장 먼 셀은 레드 파장들을 흡수할 수 있는 디스플레이 디바이스.
  28. 제24항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀들 각각은 다른 셀들과 상이한 피치의 마이크로구조를 갖는 디스플레이 디바이스.
  29. 실질적으로 도면을 참조하여 본원에 기재된 디스플레이 셀 또는 디스플레이 디바이스.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103454795B (zh) * 2012-06-01 2016-03-02 群康科技(深圳)有限公司 显示装置及其制造方法
TWI480649B (zh) * 2012-06-01 2015-04-11 Innocom Tech Shenzhen Co Ltd 顯示裝置及其製造方法
WO2018150629A1 (ja) * 2017-02-16 2018-08-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光学デバイス及び光学デバイスの製造方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4448823A (en) * 1982-09-29 1984-05-15 Clifford Brad W Multi-colored liquid crystal display device
US4729640A (en) * 1984-10-03 1988-03-08 Canon Kabushiki Kaisha Liquid crystal light modulation device
JPH05203943A (ja) * 1991-06-11 1993-08-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 液晶パネルおよびそれを用いた液晶投写装置
US5299289A (en) * 1991-06-11 1994-03-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer dispersed liquid crystal panel with diffraction grating
JPH05232457A (ja) * 1992-02-25 1993-09-10 Ricoh Co Ltd 液晶表示素子
JP3163887B2 (ja) * 1993-04-23 2001-05-08 松下電器産業株式会社 投写型表示装置
US5486940A (en) * 1993-06-17 1996-01-23 Optical Shields, Inc. Liquid crystal light polarizer and method
JP3727728B2 (ja) * 1996-08-29 2005-12-14 株式会社東芝 液晶表示素子
GB9928126D0 (en) * 1999-11-30 2000-01-26 Secr Defence Bistable nematic liquid crystal device
JP2002072243A (ja) * 2000-08-24 2002-03-12 Rohm Co Ltd 液晶表示装置
JP2007047581A (ja) * 2005-08-11 2007-02-22 Sony Corp 複合電気光学材料および表示装置

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